(57)【要約】【課題】  分割体のフランジ同士を常に密接状態に保持して各分割体の変形を防止できるガスタービンのケーシングを提供する。【解決手段】  内部に高温流体の通路４７を形成するケーシング５が、ガスタービン１の軸心方向Ｃに沿った分割面５０により複数の分割体５１に分割され、各分割体５１が径方向に突出するフランジ５２を有し、隣接する分割体５１同士が前記フランジ５２の合せ面５２ａを互いに接触させた状態でフランジ５２を貫通する複数の締結部材５３により締結されており、前記複数の締結部材５３の一部が前記合せ面５２ａの内径縁５２ｂに近い第１の位置Ｐ１に配置され、他の少なくとも一部が前記内径縁５２ｂから遠い第２の位置Ｐ２に配置されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に高温流体の通路を形成するケーシングが、ガスタービンの軸心方向に沿った分割面により複数の分割体に分割され、
各分割体が径方向に突出するフランジを有し、
隣接する分割体同士が前記フランジの合せ面を互いに接触させた状態でフランジを貫通する複数の締結部材により締結されており、
前記複数の締結部材の一部が前記合せ面の内径縁に近い第１の位置に配置され、他の少なくとも一部が前記内径縁から遠い第２の位置に配置されているガスタービンのケーシング。
【請求項２】
請求項１において、前記複数の締結部材が前記軸心方向に沿って交互に第１と第２の位置を占めるように千鳥配置されているガスタービンのケーシング。
【請求項３】
請求項１または２において、前記締結部材はボルトとナットの組み合わせ、または植込みボルトとナットの組み合わせであるガスタービンのケーシング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの圧縮機やタービンに用いられるケーシングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のケーシングは、ガスタービンの軸心方向に沿った分割面により複数の分割体に分割し、これらの分割体を互いに締結して組み立てている。図１０、図１１は従来のタービンケーシング６の一例を示しており、このケーシング６の各分割体６１は、径方向外方に突出するフランジ６２を有し、隣接する分割体６１同士を、前記フランジ６２の合せ面６２ａを互いに接触させた状態で、フランジ６２を貫通するボルトやナットなどの複数の締結部材６３で締結することにより、ケーシング６を組み立てている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１―２７１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、以上の構成では、通常の運転時にはケーシング６内方の通路を通る高温の空気または燃焼ガスによりケーシング６の内壁側が外壁側よりも高温となって伸びるので、図１２の模式図の破線で示すように、前記ケーシング６の各分割体６１が横方向に拡がりながら、フランジ６２の合せ面６２ａにおける外径側同士が互いに離れる方向に反り返る状態、すなわち口開きの状態になる。一方、運転停止時や負荷急減時には、上記場合とは逆にケーシング６の内壁側が縮むので、図１３の模式図の破線で示すように、各分割体６１のフランジ６２の内径側同士が互いに離れる方向に変形する。このようなフランジ６２の変形を伴った分割体６１の大きな変形が生じるために、ケーシング６の内方のロータのチップクリアランスを予め大きく設定しておく必要があり、ガスタービンの性能が低下する。
【０００４】
そこで、本発明は、分割体のフランジ同士を常に密接状態に保持して各分割体の変形を防止することにより、ガスタービンの性能を向上させることができるケーシングを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に高温流体の通路を形成するケーシングが、ガスタービンの軸心方向に沿った分割面により複数の分割体に分割され、各分割体が径方向に突出するフランジを有し、隣接する分割体同士が前記フランジの合せ面を互いに接触させた状態でフランジを貫通する複数の締結部材により締結されており、前記複数の締結部材の一部が前記合せ面の内径縁に近い第１の位置に配置され、他の少なくとも一部が前記内径縁から遠い第２の位置に配置されている。
【０００６】
以上のケーシングは、各分割体がそのフランジにおける合せ面の径方向に離れた第１および第２の位置において締結部材により締結されているので、運転時および運転停止時や負荷急減時などにケーシングの内壁側が外壁側に対して大きく温度変化しても、各分割体は、径方向に離れた第１および第２の位置にある各締結部材により、フランジ同士が密接状態に保持されるので、各分割体の変形が抑制される。その結果、ケーシング内方のロータのチップクリアランスを小さくすることができ、これにより、ガスタービンの性能が向上する。
【０００７】
本発明の好ましい態様では、前記複数の締結部材が前記軸心方向に沿って交互に第１と第２の位置を占めるように千鳥配置されている。この構成によれば、締結部材の位置が交互に径方向にずれるから、隣接する締結部材間の距離が大きくなるので、互いの干渉を避けながら、締結部材を大きくして使用数を減らすことができる。
【０００８】
また、他の好ましい態様では、前記締結部材がボルトとナットの組み合わせ、または植込みボルトとナットの組み合わせである。この構成によれば、フランジ締結用に従来から使用されていた締結部材を用いて初期の目的が容易に達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ケーシングを構成する分割体のフランジ同士を常に密接状態に保持して各分割体の変形を防止することにより、チップクリアランスを小さくしてガスタービンの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下，本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかるケーシングを適用したガスタービンを示す一部破断した側面図である。同図のガスタービン１は、軸流型圧縮機２と燃焼器３およびタービン４を備えている。前記圧縮機２は、回転軸２１の外周面に配置された多数段の動翼２２と、圧縮機ケーシング２３の内周面に動翼２２と対向状に配置された多数段の靜翼２４を備えており、これら動，靜翼２２，２４により吸気ダクト２５から吸入した空気Ａを圧縮して燃焼器３の燃焼室３１に供給し、この燃焼室３１で燃料Ｆとともに燃焼させて、その高温高圧の燃焼ガスＧを遷移ダクト３２からタービン４に送る。このタービン４は、圧縮機２を駆動するとともに、例えば発電機のような負荷を駆動する。
【００１１】
図２は前記タービン４の部分を拡大して示す側断面図である。タービン４は、ロータディスク４１の外周に動翼４２を装着したタービンロータ４３と、これの外周囲を覆うタービンケーシング５とを有し、このタービンケーシング５には、前記動翼４２の周りを覆うシュラウド４４と静翼４６とが連結部材４５を介して支持されている。これら動、靜翼４２，４６の複数の段が、前記燃焼器３からの高温高圧の燃焼ガスの通路４７内に配置されて、ガスタービン１の軸心方向Ｃに沿って並んでおり、動翼４２が発生する駆動力により、タービンロータ４３および回転軸２１を回転させる。前記タービンケーシング５は、タービン４の外周囲を覆うハウジング４８に連結具４９，５０を介して支持されている。
【００１２】
図３は前記タービンケーシング５の横断面図、図４はフランジを示す斜視図、図５はその平面図、図６は図５のVI―VI線に沿った断面図である。図３のタービンケーシング５は、ガスタービン１の軸心方向Ｃ（図１参照）に沿った分割面５０により複数、この例では左右２つの分割体５１，５１に分割され、各分割体５１には径方向外方に突出するフランジ５２が形成されている。図４に示すように、隣接する分割体５１を前記フランジ５２の合せ面５２ａで互いに接触させて突き合わせ、図６に示すフランジ５２を貫通する貫通孔５７に挿通した複数の締結部材５３により締結している。
【００１３】
この実施形態では、締結部材５３として、ボルト５４、ナット５５およびワッシャ５６を用い、これらボルト５４を図５のように前記合せ面５２ａの内径縁５２ｂに近い第１の位置Ｐ１と、内径縁５２ｂから遠い、つまり外径５２ｃに近い第２の位置Ｐ２とに、前記ガスタービン１の軸心方向Ｃに沿って交互に千鳥状に配置して、各ボルト５４の端部にナット５４を締め付けることにより、両分割体５１を締結している。ボルト５４の頭とフランジ５２との間、およびナット５４とフランジ５２との間にはそれぞれ、ワッシャ５６が介装されている。前記第１の位置Ｐ１と内径縁５２ｂとの距離Ｌ１は、すべての内側の締結部材５３についてほぼ一定であり、前記第２の位置Ｐ２と内径縁５２ｂとの距離Ｌ２も、すべての外側の締結部材５３についてほぼ一定である。
【００１４】
以上の構成において、図４に示す各分割体５１が、そのフランジ５２における合せ面５２ａの第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２で締結部材５３により締結されているから、運転時および運転停止時や負荷急減時などにケーシング５の内壁側が外壁側に対して大きく温度変化しても、各分割体５１の合せ面５２ａは、図６に明示した第１および第２の位置Ｐ１，Ｐ２に配置された各締結部材５３により全面が密接状態に保持される。このようにフランジ５２，５２同士の密接状態が維持されるので、各分割体５１の変形が抑制される。その結果、ケーシング５に支持されたシュラウド４４の真円度が向上するので、シュラウド４４とタービンロータ４３の動翼４２の先端面との間のチップクリアランスｔを小さくすることができ、これにより、ガスタービンの性能が向上する。つまり、通常の運転時にフランジ５２の合せ面５２ａにおける径方向外側が、図１３のように、口が開くように反り返えろうとしても、図６に示す外側の第２位置Ｐ２に締結された締結部材５３により反り返りが阻止されて、フランジ５２，５２同士の密接状態が保持される。また、運転停止時や負荷急減時にケーシング５の内壁側の温度が低下したとき、フランジ５２の合せ面５２ａにおける径方向内側が、図１３のように、互いに離れるように反ろうとしても、図６に示す内側の第１位置Ｐ１に締結された締結部材５３により前記反りが阻止されて、フランジ５２，５２同士の密接状態が保持される。
【００１５】
このとき、図５のように、前記締結部材５３がガスタービン１の軸心方向Ｃに沿って交互に第１と第２の位置Ｐ１，Ｐ２を占めるように千鳥配置されているから、締結部材５３の位置が交互に径方向にずれるので、隣接する締結部材間の距離が大きくなるので、互いの干渉を避けながら、締結部材５３の直径を大きくして使用数を減らすことができる。また、前記締結部材５３としてボルト５４とナット５５を用いているから、フランジ締結用に従来から使用されていた締結部材を用いて初期の目的を容易に達成できる。
【００１６】
図７〜図９は第２実施形態を示しており、図７はタービンケーシング５の要部を示す斜視図、図８はその平面図、図９は図８のIX―IX線に沿った断面図である。この実施形態では、前記場合と同様に、図７に示す締結部材５３Ａ，５３Ｂとして、それぞれ、ボルト５４Ａ，５４Ｂ、ナット５５およびワッシャ５６，５６を用い、内側のボルト５４Ａを、前記合せ面５２ａの内径縁５２ｂに近い図８の第１の位置Ｐ１に、外側のボルト５４Ｂを、内径縁５２ｂから遠い、つまり外径縁５２Ｃに近い第２の位置Ｐ２に、それぞれ前記ガスタービン１の軸心方向Ｃ（図１）に沿って配置し、各ボルト５４Ａ，５４Ｂの端部にナット５５を締め付けることにより、両分割体５１を互いに締結している。
【００１７】
図９に示すように、内側の第１の位置Ｐ１において各分割体５１に、合せ面５２ａと直交する方向にフランジ５２の厚さよりも長く延びたボス５９が形成されており、このボス５９に設けた長い挿通孔５７Ａに内側の長いボルト５４Ａを挿通し、フランジ５２を貫通する短い挿通孔５７Ｂに外側の短いボルト５４Ｂを挿通している。これにより、内側の締結部材５３Ａを可能な限り径方向内方Ｑに寄せている。つまり、距離Ｌ１を小さくしている。その結果、相対向するフランジ５２，５２の内径縁５２ｂ，５２ｂ同士が離反する変形を効果的に防止できる。
【００１８】
この第２実施形態では、前記分割体５１の円筒状外表面における第１の位置Ｐに対応する部分に、凹所５１ａを形成して、径方向内方に近づけたボルト５４Ａおよびナット５５の回転操作を行い易くしている。
【００１９】
なお、前記各実施形態では、締結部材の一部を第１の位置Ｐ１に配置し、他のすべてを第２の位置Ｐ２に配置したが、一部の締結部材を第３の位置、例えば第１と第２の位置Ｐ１，Ｐ２の間に配置してもよい。また、締結部材としてボルトとナットを用いたが、これに代えて、各分割体５１の一方に植え込まれた植込みボルト（図示せず）と、これの先端に螺合されるナットを用いることもできる。さらに、以上の実施形態では、本発明を図１のタービン４のタービンケーシング５に適用した場合について説明したが、本発明は圧縮機２の圧縮機ケーシング２３に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるケーシングをタービンケーシングに適用したガスタービンを一部破断して示す側面図である。
【図２】そのタービン部分の拡大した側断面図である。
【図３】同タービンケーシングを示す横断面図である。
【図４】同タービンケーシングの要部を示す斜視図である。
【図５】その平面図である。
【図６】図５のVI―VI線に沿った断面図である。
【図７】第２実施形態にかかるタービンケーシングの要部を示す斜視図である。
【図８】その平面図である。
【図９】図８のIX―IX線に沿った断面図である。
【図１０】従来のケーシングを示す斜視図である。
【図１１】その要部の横断面図である。
【図１２】従来のケーシングの変形を説明する模式図である。
【図１３】同じく従来のケーシングの変形を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    ガスタービン
４７  通路
５    ケーシング(タービンケーシング)
５０  分割面
５０ａ  分割面
５１  分割体
５２  フランジ
５２ａ  合せ面
５２ｂ  内径縁
５２ｃ  外径縁
５３，５３Ａ，５３Ｂ    締結部材
５４，５４Ａ，５４Ｂ    ボルト
５５    ナット
Ｃ      軸心方向
Ｐ１    第１の位置
Ｐ２    第２の位置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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