(57)【要約】【課題】静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドが一体構造でない場合でも、タービンに組み込むことのに好適な、新たな静翼構造を提供しようとする。【解決手段】従来のタービン軸の回りに環状断面を持ったガス通路を有するタービンの静翼構造にかわって、内周面がガス通路の外周を形成する外側シュラウドと、外周面がガス通路の内周を形成する内側シュラウドと、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとに挟まれ長手軸を半径方向に延ばし包絡線が翼形状をした断面を持った長尺部材である静翼と、を備え、静翼の一方の端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドの一方に嵌合または固着し、静翼の他方の端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドの他方に当接し少なくともタービン軸方向に摺動自在になっているものとした。【選択図】　　図１
2004076601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸の回りに環状断面を持ったガス通路を有するタービンの静翼構造であって、
内周面がガス通路の外周を形成する外側シュラウドと、
外周面がガス通路の内周を形成する内側シュラウドと、
前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとに挟まれ長手軸を半径方向に延ばし包絡線が翼形状をした断面を持った長尺部材である静翼と、
を備え、
前記静翼の一方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの一方に嵌合または固着し、
前記静翼の他方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方に当接し少なくともタービン軸方向に摺動自在になっていることを特徴とするタービンの静翼構造。
【請求項２】
前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとを近接する方向へ付勢する半径方向付勢手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のタービンの静翼構造。
【請求項３】
タービンのケーシングに固定された外側金属リングを備え、前記外側シュラウドがタービン軸回りに沿って設けられた前後一対の外側溝部を有し、
前記外側金属リングが前記外側溝部に緩やかに係合する前後一対の外側爪部を有することを特徴とする請求項１または請求項２のひとつに記載のタービンの静翼構造。
【請求項４】
前記外側金属リングが前記外側シュラウドの外周部に当接する複数の突起部を有することを特徴とする請求項３に記載のタービンの静翼構造。
【請求項５】
前記外側金属リングが外側冷却ガス用孔を有し、
冷却ガスが、前記外側冷却ガス用孔から前記外側金属リングと前記外側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記外側溝部と前記外側爪部の係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっていることを特徴とする請求項３又は請求項４のひとつに記載のタービンの静翼構造。
【請求項６】
タービンの軸受箱に固定された内側金属リングを備え、
前記内側シュラウドがタービン軸回りに沿って設けられた前後一対の内側溝部を有し、
前記内側金属リングが前記内側溝部に緩やかに係合する前後一対の内側爪部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のひとつに記載のタービンの静翼構造。
【請求項７】
前記内側金属リングが前記内側シュラウドの内周部に当接する複数の突起部を有することを特徴とする請求項６に記載のタービンの静翼構造。
【請求項８】
前記内側金属リングが内側冷却ガス用孔を有し、
冷却ガスが、前記内側冷却ガス用孔から前記内側金属リングと前記内側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記内側溝部と前記内側爪部との係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっていることを特徴とする請求項６又は請求項７のひとつに記載のタービンの静翼構造。
【請求項９】
前記半径方向付勢手段が、前記外側シュラウドの外周部または前記内側シュラウドの内周部に設けられた波板ばねであることを特徴とする請求項２乃至請求項８に記載のタービンの静翼構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの静翼構造に係る。特に、静翼の支持構造と冷却構造に特徴が有り、セラミックス製の静翼に好適なガスタービンの静翼構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービンが発電用動力機や航空用推進機として使用される。　燃焼ガスや高温蒸気がタービンのガス通路を流れる。ガス通路は、外側シャラウドと内側シュラウドに挟まれた空間である。ガス通路には動翼と静翼がタービン軸方法に沿って交互に配置される。
タービンの入口ガス温度を上げると、タービンの出力とエネルギー効率を向上させることができる。一般にタービンの入口ガス温度（例えば、１３００度Ｃ）は、ガス通路を形成する部品の材料の高温環境下での強度によりきまる。
近年、入口ガス温度をより高温（例えば１６００度Ｃ）にするために、高温度環境下での強度が金属よりも高いセラミックス製の動翼、静翼、外側シュラウド及び内側シュラウドが採用される。
タービンの外観を形作るケーシングとタービン軸を軸受支持する軸受箱は、使用温度がガス通路の内部温度よりも低いことから、従来通りに金属で製作される。
セラミック製の動翼、静翼、外側シュラウド及び内側シュラウドは、金属製の部品（例えば、外側シュラウドを支持する外側金属リングや内側シュラウドを支持する内側金属リング）を介して、これらのケーシング又は軸受箱に支持される。
【０００３】
タービンを停止状態から運転状態にすると、ガス通路の温度が室温から高温に変化する。タービンを構成する部品の温度は、室温から夫々の定常状態での温度になる。
各部品の材質の熱膨張係数が異なるので、各部品が熱膨張した際に、ケーシング又は軸受箱の半径方向の寸法が大きくなるのに対して、セラミックス製の動翼、静翼、外側シュラウド及び内側シュラウドの寸法は殆ど膨張しない。
従来、静翼の両端を支持する静翼構造を採用していることから、セラミックス製静翼と金属製部品の熱膨張による寸法変化の差を吸収するために、特に静翼の支持構造には特別の工夫が施されていた。
【０００４】
以下に、従来の静翼の支持構造の典型的な支持構造を、図を基に、説明する。図７は、従来の構造図である。
タービンの静翼構造２は、静翼９１と外側金属リング９２と外側薄板９３と取付ボルト９４と外側ばね９５と外側取付ボルト９６と内側金属リング９７と内側ばね９８と内側取付ボルト９９とで構成される。
静翼９１は、セラミック製であり、静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドとが一体化している。一般にこのような静翼９１は、セラミックス粉末を焼結して製作される。
【０００５】
外側金属リング９２は、タービンのケーシング３に固定されており、静翼９１の外側シュラウド部を支持するのもである。
外側薄板９３は、外側金属リング９２に固定され、後述する取付ボルト９４の一端を固定するものである。外側薄板９３は、薄い板構造をしており、取付ボルト９４の引っ張り力により弾性域内で容易に面外変形をする。
取付ボルト９４は、静翼９１の半径方向の移動を拘束するものであり、一端が外側薄板９３に固定され、他端が後述する内側金属リング９７に固定される。
外側ばね９５は、外側金属リング９２をタービン軸方向に沿った一方に付勢する部材である。
外側取付ボルト９６は、外側金属リング９２をケーシング３に固定する部材である。外側金属リング９２は、外側取付ボルト９６にタービン軸方向に案内され、外側ばね９５で一方向へ付勢されている。
【０００６】
内側金属リング９７は、軸受箱４に固定され、静翼９１の内側シュラウド部を支持するのもである。内側金属リング９７の取付ボルト９４が取り付けられている部位は、薄い板構造をしており、取付ボルト９４の引っ張り力により弾性域内で容易に面外変形をする。
内側ばね９８は、内側金属リング９７をタービン軸に沿った一方に付勢する部材である。
内側取付ボルト９９は、内側金属リング９７を軸受箱４に固定する部材である。内側金属リング９７は、内側取付ボルト９９にタービン軸方向に案内され、内側ばね９８で他方向へ付勢されている。
【０００７】
従って、静翼９１と外側金属リング９２と内側金属リング９７とは、取付ボルト９４により半径方向に位置決めされ、外側ばね９５と内側ばね９８とによりタービン軸方向に位置決めされる。
タービンが室温から運用温度にまで温度上昇すると、ケーシング３と軸受箱４外側金属リング９２と内側金属リング９７と静翼９１との熱膨張による寸法変化に差異がでても、半径方向に外側薄板９３と内側金属リング９７とが弾性変形し、タービン軸方向に外側ばね９５と内側ばね９８とが弾性変形して、大きな熱歪みが発生することを防止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、タービンのガス通過路の温度をさらに上げようとする試みがなされている。
そのひとつの手法として、複数の種類のセラミックスが入り交じって単結晶化した構造の静翼の採用が検討されている。この構造をもった静翼は、高温強度が大きく、例えば１６００度Ｃの温度でも使用ができる。
しかし、この構造を持った静翼の製造技術はいまだ研究中であり、現在のところ、複雑な曲がり部をもった構造を製造できない。静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドが別体となってしまう。
従って、静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドが別体となっている静翼では、従来のタービンの静翼構造を使用して静翼をタービンに組み込むことができす、新たな静翼構造が嘱望されていた。
【０００９】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来のタービン軸の回りに環状断面を持ったガス通路を有するタービンの静翼構造にかわって、静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドが一体構造でない場合でも、タービンに組み込むことのに好適な、新たな静翼構造を提供しようとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るタービン軸の回りに環状断面を持ったガス通路を有するタービンの静翼構造を、内周面がガス通路の外周を形成する外側シュラウドと、外周面がガス通路の内周を形成する内側シュラウドと、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとに挟まれ長手軸を半径方向に延ばし包絡線が翼形状をした断面を持った長尺部材である静翼と、を備え、前記静翼の一方の端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドの一方に嵌合または固着し、前記静翼の他方の端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドの他方に当接し少なくともタービン軸方向に摺動自在になっているものとした。
【００１１】
上記本発明の構成により、外側シュラウドの内周面がガス通路の外周を形成し、内側シュラウドの外周面がガス通路の内周を形成し、包絡線が翼形状をした断面を持った長尺部材である静翼が前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとに挟まれ長手軸を半径方向に延ばし、前記静翼の一方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの一方に嵌合または固着し、前記静翼の他方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方に当接し少なくともタービン軸方向に摺動自在になっているので、前記外側シュラウドの位置と前記内側シュラウドの位置とがタービン軸に沿って変化しても、前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方と当接した静翼の他方の端部がタービン軸方向に摺動自在し、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドと前記静翼とで構成される静翼構造が維持される。
【００１２】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとを近接する方向へ付勢する半径方向付勢手段を備えるのが好ましい。
上記本発明の構成により、半径方向付勢手段が前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとを近接する方向へ付勢するので、前記外側シュラウドの位置と前記内側シュラウドの位置とが半径方向に沿って変化しても、静翼の他方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方と当接しつづけ、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドと前記静翼とで構成される静翼構造が維持される。
【００１３】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、タービンのケーシングに固定された外側金属リングを備え、前記外側シュラウドがタービン軸回りに沿って設けられた前後一対の外側溝部を有し、前記外側金属リングが前記外側溝部に緩やかに係合する前後一対の外側爪部を有するのが好ましい。
上記本発明の構成により、タービンのケーシングに固定された前記外側金属リングの前後一対の外側爪部が前記外側シュラウドに設けられた前記外側溝部に緩やかに係合するので、前記外側シュラウドから前記外側溝部と前記外側爪部とを熱伝搬して前記外側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記外側金属リングが前記外側シュラウドの外周部に当接する複数の突起部を有するのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記外側金属リングの複数の突起部が前記外側シュラウドの外周部に当接するので、前記外側シュラウドから前記突起部を熱伝搬して前記外側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記外側金属リングが外側冷却ガス用孔を有し、冷却ガスが、前記外側冷却ガス用孔から前記外側金属リングと前記外側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記外側溝部と前記外側爪部の係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっているのが好ましい。
上記本発明の構成により、冷却ガスが、前記外側冷却ガス用孔から前記外側金属リングと前記外側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記外側溝部と前記外側爪部の係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっているので、冷却ガスが、前記外側金属リングをガス冷却し、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、タービンの軸受箱に固定された内側金属リングを備え、前記内側シュラウドがタービン軸回りに沿って設けられた前後一対の内側溝部を有し、前記内側金属リングが前記内側溝部に緩やかに係合する前後一対の内側爪部を有するのが好ましい。
上記本発明の構成により、タービンの軸受箱に固定された前記内側金属リングの前後一対の内側爪部が前記内側シュラウドに設けられた前記内側溝部に緩やかに係合するので、前記内側シュラウドから前記内側溝部と前記内側爪部とを熱伝搬して前記内側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
【００１７】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記内側金属リングが前記内側シュラウドの内周部に当接する複数の突起部を有するのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記内側金属リングの複数の突起部が前記内側シュラウドの内周部に当接するので、前記内側シュラウドから前記突起部を熱伝搬し前記内側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記内側金属リングが内側冷却ガス用孔を有し、冷却ガスが、前記内側冷却ガス用孔から前記内側金属リングと前記内側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記内側溝部と前記内側爪部との係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっているのが好ましい。
上記本発明の構成により、冷却ガスが、前記内側冷却ガス用孔から前記内側金属リングと前記内側シュラウドとに挟まれた隙間に入り、前記内側溝部と前記内側爪部の係合した隙間からガス通路に吹き出す様になっているので、冷却ガスが、前記内側金属リングをガス冷却し、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
【００１９】
さらに、本発明に係るタービンの静翼構造は、前記半径方向付勢手段が、前記外側シュラウドの外周部または前記内側シュラウドの内周部に設けられた波板ばねであるのが好ましい。
上記本発明の構成により、前記半径方向付勢手段が波板ばねであるので、簡単で軽量な構造で静翼を他方の端部側へ付勢することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。図１は、本発明に係る実施形態の側面断面図である。図２は、本発明に係る実施形態のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明に係る実施形態のＢーＢ断面図である。図４は、本発明に係る実施形態のＣーＣ断面図である。図５は、本発明に係る実施形態のＤーＤ断面図である。図６は、本発明に係る実施形態のＥーＥ断面図である。
説明の便宜のために、図１において、図面に向かって左手側をタービン軸の前方と、向かって右手側をタービン軸の後方とする。ガスは、ガス通路５を前方から後方へ流れる。
【００２１】
タービンの静翼構造２は、タービン１の内部の静翼とその静翼を組み付ける構造であり、静翼１０と外側シュラウド２０と外側金属リング３０と半径方向波板ばね４０（半径方向付勢手段に相当する。）と外側タービン軸方向波板ばね５０と内側シュラウド６０と内側金属リング７０と内側タービン軸方向波板ばね８０とで構成される。タービン１は、タービン軸６の回りに環状断面を持ったガス通路５を有している。
【００２２】
静翼１０は、後述する外側シュラウド２０と内側シュラウド６０とに挟まれ半径方向に長手軸を延ばしたセラミックス製部材であり、断面の包絡線が翼形状をした長尺部材である静翼本体１１のみで構成される。複数の静翼本体１１が、半径方向に配置される。
嵌合突起部１４が、静翼本体１１の外側の端部（一方の端部に相当する。）に設けられる。嵌合突起部１４は、後述する外側シュラウド２０の嵌合窪み部２４に嵌合する。図１と図２には、嵌合突起部１４が嵌合窪み部２４に嵌合する様子が示されている。嵌合突起部１４は、静翼本体１１の翼断面の先縁部と後縁部を切り欠いた形状をしている。
静翼本体１１の内側の端部１２（他方の端部に相当する。）は、長手方向に交差し、対向する内側シュラウド本体６１の外周面６２に平行な端面を持つ。
静翼１０の内側の端部１２は、後述する半径方向波板ばね４０に付勢されて、後述する内側シュラウド本体６１の外周面６２に当接し、少なくともタービン軸方向に摺動自在になっている。
【００２３】
外側シュラウド２０は、内周面２２がガス通路５の外周を形成するセラミックス製部材である。外側シュラウド２０は、ガス通路５の外側を囲う略円管形状をしており、円周方向に分割された複数の外側シュラウド本体２１で構成される。一般に、静翼１０の数に対応して分割される。
嵌合窪み部２４が、外側シュラウド本体２１の内周面２２に設けられ、静翼本体１１の嵌合突起部１４が嵌合する様になっている。
前後一対の外側溝部２３が、外側シュラウド２０にタービン軸回りに沿って設けられる。図１には、外側シュラウド本体２１の前端面および後端面に水平に設けられた外側溝部２３が示されている。
【００２４】
外側金属リング３０は、タービンのケーシング３に固定された金属製部材である。　外側金属リング３０は、外側シュラウド２０の外周を囲う略円環形状をしており、円周方向に分割された複数の外側金属リング本体３１で構成される。前後一対の外側爪部３２が、外側溝部２３に緩やかに係合する様に外側金属リング３０に設けられる。前方の外側爪部３２が前方の外側溝部２２に係合し、後方の外側爪部３２が後方の外側溝部２２に係合する。略環状の隙間（以下、外側ガスシール室Ｆ１という。）が、外側金属リング３０の内周部と外側シュラウド２０の外周部とに挟まれた位置に形成される。
さらに、外側冷却ガス用孔３３が、外側金属リング３０の外側ガスシール室Ｆ１に面する壁に設けられる。ケーシング３の内側に導入された冷却ガスが、前記外側冷却ガス用孔３３から、外側ガスシール室Ｆ１に入り、外側溝部２３と外側爪部３２の係合した隙間からガス通路５に吹き出す。
外側金属リング取付ボルト３５が、外側金属リング３０の外周部の三箇所に対応してケーシング３に設けられた長孔３４に貫通し、ケーシング３と外側金属リング３０とを固定する。長孔３４は、ケーシング３のタービン軸６回りに等分配置された箇所に設けられる。長孔３４の長手方向は、半径方向に沿っている。
【００２５】
半径方向波板ばね４０は、外側シュラウド２０と内側シュラウド６０とを近接する方向へ付勢する機能部品である。半径方向波板ばね４０は、波状にうねりつつ環状になったばね部材であり、外側シユラウド２０の外周部に巻かれている。図１と図３には、外側ガスシール室Ｆ１に納められて、外周を外側金属リング本体３１の内周部に接し、内周を外側シュラウド本体２１の外周部に接している波板ばねが示されている。外側シュラウド本体３１と外側金属リング本体３１とが半径方向波板ばね４０を挟み込み弾性変形させて、発生した弾性力が外側シュラウド本体２１を内側シュラウド本体６１の側へ押している。
【００２６】
外側タービン軸方向波板ばね５０は、外側シュラウド２０をタービン軸に沿った方向へ付勢する機能部品である。外側タービン軸方向波板ばね５０は、波状にうねりつつフランジ状になったばね部材であり、外側シュラウド本体２１の前端部に設けられている。図１と図４には、外側金属リング本体３１と外側シュラウド２１とに挟まれた外側タービン軸方向波板ばね５０が示されている。外側金属リング本体３１と外側シュラウド２１とが外側タービン軸方向波板ばね５０を挟み込み、発生した弾性力が外側シュラウド本体２１をタービン軸に沿って後方へ押している。
【００２７】
内側シュラウド６０は、外周面がガス通路５の内周を形成するセラミックス製部材である。内側シュラウド６０は、ガス通路５の内側を囲う略円管形状をしており、円周方向に分割された複数の内側シュラウド本体６１で構成され、分解組立が容易になっている。一般に、静翼１０の数に対応して分割される。
前後一対の内側溝部６３が、タービン軸回りに沿って内側シュラウド６０に設けられる。図１には、内側シュラウド本体６１の前端面および後端面に水平に設けられた内側溝部６３が示されている。
【００２８】
内側金属リング７０は、タービンの軸受箱４に固定された金属製部材である。内側金属リング７０は、内側シュラウド６０の内周を内側から囲う略円環形状をしており、円周方向に分割された複数の内側金属リング本体７１で構成される。前後一対の内側爪部７２が、内側溝部６３に緩やかに係合する様に内側金属リング７０に設けられる。前方の内側爪部７２が前方の内側溝部６２に係合し、後方の内側爪部７２が後方の内側溝部６２に係合する。略環状の隙間（以下、内側ガスシール室Ｆ２という。）が内側金属リング７０の外周部と内側シュラウド６０の内周部とに挟まれた位置に形成される。
さらに、内側冷却ガス用孔７３が、内側金属リング７０の内側ガスシール室Ｆ２に面する壁に設けられる。軸受箱４の内部に導入された冷却ガスが、内側冷却ガス用孔７３から内側ガスシール室Ｆ２に入り、内側溝部６３と内側爪部７２の係合した隙間からガス通路５に吹き出す。
さらに、複数の内側突起部７４が内側金属リング７０の内側ガスシール室Ｆ２に接する面に設けられる。内側突起部７４の先端が内側シュラウド６０の内周部に当接している。図１と図５には、内側シュラウド本体６１の内周部に当接する４個の内側突起部７４が示されている。
【００２９】
内側タービン軸方向波板ばね８０は、内側シュラウド６０をタービン軸に沿った方向へ付勢する機能部品である。内側タービン軸方向波板ばね８０は、波状にうねりつつフランジ状になったばね部材であり、内側シュラウド本体６１の前端部に設けられている。図１と図５には、内側金属リング本体７１と内側シュラウド６１とに挟まれた内側タービン軸方向波板ばね８０が示されている。内側金属リング本体７１と内側シュラウド本体６１とが内側タービン軸方向波板ばね８０を挟み込み、発生した弾性力が内側シュラウド本体６１をタービン軸に沿って後方へ押している。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係るタービンの静翼支持構造の作用を説明する。
最初は、タービンが休止状態にあり、タービン１を構成する各部材の温度は室温に近い。
静翼１０が外側シュラウド本体２１に嵌合して一体構造となる。半径方向波板ばね４０がその一体構造を内側シュラウド本体６１の側へ押す。静翼１０の他方の端部１２が内側シュラウド６０の外周面６２に押し付けられ、位置決めされる。
外側タービン軸方向波板ばね５０が、外側シュラウド２０をタービン軸に沿って後方へ付勢する。外側シュラウド本体２１が、外側金属リング本体３１に押し付けられ、位置決めされる。
内側タービン軸方向波板ばね８０が、内側シュラウド６０をタービン軸に沿って後方へ付勢する。内側シュラウド本体６１が、内側金属リング本体７１に押し付けられ、位置決めされる。
【００３１】
タービンが運転状態になると、高温のガス（燃焼ガス、高温蒸気等）がガス通路にながれる。
静翼１０と外側シャラウド２０の内周面２２と内側シュラウド３０の外周面６２とは、高温のガスに直接に接触するので、静翼１０と外側シャラウド２０と内側シュラウド３０との温度は、高温ガスの温度に近くなる。
ケーシング３の内側に導入された冷却ガスが、外側冷却ガス用孔３３から外側ガスシール室Ｆ１に入って、外側溝部２３と外側爪部３２の係合した隙間からガス通路５に吹き出す。冷却ガスが外側金属リング３０を冷却するので、外側金属リング３０の温度は、高温ガスの温度より低くなる。冷却ガスの流量を調整すると、外側金属リング３０の温度が、外側金属リング３０の十分な高温強度を維持するのに適当な値となる。
軸受箱４の内部に導入された冷却ガスが、内側冷却ガス用孔７３から内側ガスシール室Ｆ２に入り、内側溝部６３と内側爪部７２の係合した隙間からガス通路５に吹き出す。冷却ガスが内側金属リング７０を冷却するので、内側金属リング７０の温度は、高温ガスの温度より低くなる。冷却ガスの流量を調整すると、内側金属リング７０の温度が、内側金属リング７０の十分な高温強度を維持するのに適当な値となる。
【００３２】
ケーシング３と外側金属リング３０と内側金属リング７０と軸受箱４は、ほぼ等しい熱膨張係数をもった材料でできており、各部材の寸法は温度上昇に伴って大きくなる。例えば、外側金属リング３０と内側金属リング７０との間隔は１ｍｍ程度広がる。
一方、静翼１０と外側シュラウド２０と内側シュラウド６０の材料は、金属に比べ熱膨張係数の極めて小さな材料（例えば、セラミックス）でできているので、熱膨張による寸法変化が少ない。半径方向波板ばね４０が静翼１０と外側シュラウド２０とを内側シュラウド６０の側へ押す。静翼１０の他方の端部１２が内側シュラウド６０の外周面６２に押し付けられて移動し、位置決めされる。
また、外側金属リング３０と内側金属リング７０とのタービン軸方向の位置は、例えば１ｍｍ程度ずれる。外側タービン軸方向波板ばね５０は、外側シュラウド２０をタービン軸に沿った方向へ付勢し、内側タービン軸方向波板ばね８０は、内側シュラウド６０をタービン軸に沿った方向へ付勢する。静翼１０の他方の端部１２は、少なくともタービン軸方向に摺動自在になっているので、異常な熱歪みが、静翼１０や外側シュラウド２０や内側シュラウド６０に発生することがない。
外側金属リング３０は、外周を３本の外側金属リング取付ボルト３５で固定されるので、熱膨張した寸法だけ長孔３４を移動し、タービン軸中心に自動的に調心される。
【００３３】
上述の実施形態のタービンの静翼構造を用いれば、
タービンが休止状態から運転状態になり、タービンを構成する各部材の温度が定常温度になった際に、外側シュラウドと内側シュラウドのタービン軸方向の相対的位置がづれても、静翼の他の端部と内側シュラウドの外周面がタービン軸方向に摺動するので、静翼や内側シュラウドに異常な熱応力が発生せず。また、良好な静翼支持構造を維持でき、タービンの性能に維持することができる。
また、半径方向波板ばねが静翼を内側シュラウドに向かって付勢しているので、外側シュラウドと内側シュラウドの半径方向の相対的位置がづれても、静翼の他の端部と内側シュラウドの外周面との隙間が開かず、良好な静翼支持構造を維持でき、タービンの性能に影響を与えない。また、静翼や内側シュラウドに異常な熱応力が発生しない。
また、外側金属リングまたは内側金属リングの爪構造が外側シュラウドまたは内側シュラウドの溝構造に緩やかに係合しているので、外側金属リングまたは内側金属リングが外側シュラウドまたは内側シュラウドを緩やかに支持でき、また溝部と爪部での熱の伝搬が抑制されるので、外側シュラウドまたは内側シュラウドの熱が外側金属リングまたは内側金属リングに伝わりにくく、外側金属リングまたは内側金属リングの温度が上がらず、ケーシングまたは軸受箱の温度も上がらない。
また、内側金属リングの複数の突起部が内側シュラウドの内周部に当接する様にしたので、突起部の当接部位での熱の伝搬が抑制でき、内側シュラウドの熱が内側金属リングへ伝搬しにくく、内側金属リングの温度が上がらず、ケーシングまたは軸受箱の温度も上がらない。
また、冷却ガスを外側ガスシール室と内側ガスシール室に通して、ガス通路に吹きだす様にしたので、外側金属リングと内側金属リングをガス冷却でき、外側金属リングと内側金属リングの温度を下げることができる。
また、半径方向波板ばね４０（半径方向付勢手段）、外側タービン軸方向波板ばね、又は内側タービン軸方向波板ばねを波板構造をしたので、付勢手段の構造が簡単になり、さらに波板の熱の伝搬が抑制されるので、外側シュラウドまたは内側シュラウドの熱が波板を熱伝搬して外側金属リングまたは内側金属リングへ伝達しにくく、外側金属リングまたは内側金属リングの温度が上がらす、ケーシングまたは軸受箱の温度も上がらない。
【００３４】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
静翼の一端を外側シュラウドに嵌合するのとして説明したがこれに限定されず、例えば製造可能であれば、静翼と外側シュラウドと一体としても良い。
また、静翼の外側の端部を外側シュラウドに嵌合させ静翼の内側の端部と内側シュラウドとの間を摺動自在としたが、これに限定されず、例えば、静翼の内側の端部を内側シュラウドに嵌合させ静翼の外側の端部と外側シュラウドとの間を摺動自在としてもよい。
また、半径方向波板ばねを外側シュラウドの外周部に巻いたがこれに限定されず、例えば、内側シュラウドの内周部に巻いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のタービン軸の回りに環状断面を持ったガス通路を有するタービンの静翼構造は、その構成により、以下の効果を有する。
静翼の端部を前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方に当接しタービン軸方向に摺動自在にしたので、前記外側シュラウドの位置と前記内側シュラウドの位置とがタービン軸に沿って変化しても、前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方と当接した静翼の他方の端部がタービン軸方向に摺動自在し、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドと前記静翼とで構成される静翼構造が維持される。
また、半径方向付勢手段が前記外側シュラウドと前記内側シュラウドとを近接する方向へ付勢するようにしたので、前記外側シュラウドの位置と前記内側シュラウドの位置とが半径方向に沿って変化しても、静翼の他方の端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドの他方と当接しつづけ、前記外側シュラウドと前記内側シュラウドと前記静翼とで構成される静翼構造が維持される。
また、前記外側シュラウドと前記外側金属リングとの結合構造を溝と爪との係合構造としたので、前記外側シュラウドから前記外側溝部と前記外側爪部とを熱伝搬して前記外側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
また、前記外側金属リングの複数の突起部が前記外側シュラウドの外周部に当接するようにしたので、前記外側シュラウドから前記突起部を熱伝搬して前記外側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
また、冷却ガスを前記外側金属リングと前記外側シュラウドとの隙間に通すようにしたので、冷却ガスが、前記外側金属リングをガス冷却し、前記外側金属リングの温度を下げることができる。
また、前記内側シュラウドと前記内側金属リングとの結合構造を溝と爪との係合構造としたので、前記内側シュラウドから前記内側溝部と前記内側爪部とを熱伝搬して前記内側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
また、前記内側金属リングの複数の突起部が前記内側シュラウドの外周部に当接するようにしたので、前記内側シュラウドから前記突起部を熱伝搬し前記内側金属リングへ移動する熱量を減らすことができ、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
また、冷却ガスを前記内側金属リングと前記内側シュラウドとの隙間に通すようにしたので、冷却ガスが、前記内側金属リングをガス冷却し、前記内側金属リングの温度を下げることができる。
また、半径方向付勢手段を波板ばねとしたので、簡単で軽量な構造で、静翼を他方の端部側へ付勢することができる。
従って、静翼本体と外側シュラウドと内側シュラウドが一体構造でない場合でも、タービンに組み込むことのに好適な静翼構造を提供できる。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の側面断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る実施形態のＢーＢ断面図である。
【図４】本発明に係る実施形態のＣーＣ断面図である。
【図５】本発明に係る実施形態のＤーＤ断面図である。
【図６】本発明に係る実施形態のＥーＥ断面図である。
【図７】従来の構造図である。
【符号の説明】
Ｆ１　外側ガスシール室
Ｆ２　内側ガスシール室
１　タービン
２　静翼構造
３　ケーシング
４　軸受箱
５　ガス通路
６　タービン軸
１０　静翼
１１　静翼本体
１２　他方の端部
１３　一方の端部
１４　嵌合突起部
２０　外側シュラウド
２１　外側シュラウド本体
２２　内周面
２３　外側溝部
２４　嵌合窪み部
３０　外側金属リング
３１　外側金属リング本体
３２　外側爪部
３３　外側冷却ガス用孔
３４　長孔
３５　外側金属リング取付ボルト
４０　半径方向波板ばね４０（半径方向付勢手段）
５０　外側タービン軸方向波板ばね
６０　内側シュラウド
６１　内側シュラウド本体
６２　外周面
６３　内側溝部
７０　内側金属リング
７１　内側金属リング本体
７２　内側爪部
７３　内側冷却ガス用孔
７４　内側突起部
８０　内側タービン軸方向波板ばね
９１　静翼
９２　外側金属リング
９３　外側薄板
９４　取付ボル
９５　外側ばね
９６　外側取付ボルト
９７　内側金属リング
９８　内側ばね
９９　内側取付ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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