(57)【要約】【課題】タービン翼及びガスタービンにおいて、性能の向上を図ると共に熱応力を効率的に緩和することで耐久性の向上を図る。【解決手段】圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４によりガスタービンを構成し、タービン１３の静翼２１を、翼部３１と外側シュラウド３２と内側シュラウド３３の分割構造とし、冷却通路を有する翼部３１が外側シュラウド３２の貫通孔３２ｂに貫通し、フランジ部３１ａ，３２ｃ同志が当接した位置で締結ボルト３８により連結されると共に、翼部３１が内側シュラウド３３の貫通孔３３ｂに貫通し、締結ボルト４０により締結されて構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却通路を有する翼部と、該翼部の長手方向各端部に連結される外側シュラウド及び内側シュラウドを有するタービン翼において、前記翼部の少なくとも一端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン翼において、前記翼部の基端部にフランジ部が形成され、該翼部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドのいずれか一方を貫通し、前記フランジ部が当接した位置でボルト締結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン翼において、前記翼部が前記外側シュラウド及び前記内側シュラウドを貫通し、前記フランジ部が当接した位置で前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドのいずれか一方にボルト締結され、先端部が前記他方にボルト締結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項４】
請求項１に記載のタービン翼において、前記翼部の一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いずれか一方を貫通してボルト締結され、前記翼部の他端部が前記他方に溶接により連結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項５】
請求項１に記載のタービン翼において、前記翼部の一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いずれか一方を貫通してボルト締結され、前記翼部の他端部が前記他方にシール部材を介して連結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のタービン翼において、前記翼部が複数設けられ、該複数の翼部の少なくとも一端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴とするタービン翼。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載のタービン翼において、前記外側シュラウドに隣接する動翼シュラウドが一体に設けられたことを特徴とするタービン翼。
【請求項８】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記タービンを構成する静翼は、冷却通路を有する翼部の少なくとも一端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービン、このガスタービンなどに用いられるタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンにロータを介して連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより動圧が静圧に変換されてから大気に放出される。
【０００３】
このようなガスタービンにおいて、タービン翼としての静翼は、翼部と外側シュラウドと内側シュラウドが精密鋳造により一体に製造されている。ガスタービンの高出力化や高温化を図ると共に高信頼性を確保するためには、静翼を高性能材料を用いて単結晶構造とすることが望ましく、且つ、高熱負荷に対応する冷却構造を適用する必要がある。そのために、静翼を構成する翼部と外側シュラウドと内側シュラウドとを分割構造とし、精密鋳造により製作した後に接合して製造することが考えられる。
【０００４】
このようなガスタービンの静翼としては、下記特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたタービンノズルは、中空のノズルベーンと外方バンドと内方バンドを金型鋳造により製作し、このノズルベーンの一端部と外方バンド、ノズルベーンの他端部と内方バンドをそれぞれろう付け接合して製造するものである。また、特許文献２に記載されたタービン翼は、タービン翼部と外側シュラウドと内側シュラウドとをセラミックス製とし、外側シュラウドと内側シュラウドの間にタービン翼部を介装し、ステイボルトで締結することにより外側シュラウドと内側シュラウドでタービン翼部を挟み込むように締結したものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３８８０２号公報
【特許文献２】特公平０４−０２５４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した特許文献１のタービンノズルにあっては、ノズルベーンの各端部を外方バンド及び内方バンドとろう付けにより接合しており、この場合、ガスタービンの高熱負荷条件で、温度差や熱膨張に起因する熱応力が過大となり、十分な信頼性を確保できないおそれがある。即ち、燃焼ガスがガス通路を流れるとき、ノズルベーンと外方バンド及び内方バンドの表面側が加熱されるため、この外方バンド及び内方バンドは、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形し、ノズルベーンとの接合部に過大な応力が作用して亀裂や破損が発生するおそれがある。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたタービン翼にあっては、セラミックス製の外側シュラウドと内側シュラウドの間にタービン翼部を介装し、ステイボルトで締結している。ところが、材料にセラミックスを使用することで高コスト化を招くと共に、タービン翼部内に十分な冷却通路を確保することができず、冷却性能が低下してしまう。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、性能の向上を図ると共に熱応力を効率的に緩和することで耐久性の向上を図ったタービン翼及びガスタービン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】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１の発明のタービン翼は、内部に冷却通路を有する翼部と、該翼部の長手方向各端部に連結される外側シュラウド及び内側シュラウドを有するタービン翼において、前記翼部の少なくとも一端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のタービン翼では、前記翼部の基端部にフランジ部が形成され、該翼部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドのいずれか一方を貫通し、前記フランジ部が当接した位置でボルト締結されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明のタービン翼では、前記翼部が前記外側シュラウド及び前記内側シュラウドを貫通し、前記フランジ部が当接した位置で前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドのいずれか一方にボルト締結され、先端部が前記他方にボルト締結されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明のタービン翼では、前記翼部の一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いずれか一方を貫通してボルト締結され、前記翼部の他端部が前記他方に溶接により連結されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明のタービン翼では、前記翼部の一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いずれか一方を貫通してボルト締結され、前記翼部の他端部が前記他方にシール部材を介して連結されたことを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明のタービン翼では、前記翼部が複数設けられ、該複数の翼部の少なくとも一端部が前記外側シュラウドまたは前記内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項７の発明のタービン翼では、前記外側シュラウドに隣接する動翼シュラウドが一体に設けられたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記タービンを構成する静翼は、冷却通路を有する翼部の少なくとも一端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明のタービン翼によれば、内部に冷却通路を有する翼部の少なくとも一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドに貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結したので、翼部と外側シュラウドと内側シュラウドを分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができ、また、翼部の一端部と外側シュラウドまたは内側シュラウドを燃焼ガス通路の外側でボルト締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。
【００１８】
請求項２の発明のタービン翼によれば、翼部の基端部にフランジ部を形成し、翼部を外側シュラウドまたは内側シュラウドのいずれか一方に貫通し、フランジ部が当接した位置でボルト締結したので、翼部を外側シュラウドまたは内側シュラウドに組付けるとき、フランジ部を当接することで位置決め並びに仮組みが可能となり、適正にボルト締結することができる。
【００１９】
請求項３の発明のタービン翼によれば、翼部を外側シュラウド及び内側シュラウドに貫通し、フランジ部が当接した位置で外側シュラウドまたは内側シュラウドのいずれか一方にボルト締結し、先端部を他方にボルト締結したので、翼部の基端部と先端部を外側シュラウドと内側シュラウドにそれぞれボルト締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を確実に緩和することができる。
【００２０】
請求項４の発明のタービン翼によれば、翼部の一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドのいずれか一方に貫通してボルト締結し、翼部の他端部を他方に溶接により連結したので、翼部の一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドにボルト締結することで、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、また、翼部の他端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドに溶接により連結したことで、燃焼ガスの漏洩を防止して性能を向上することができる。
【００２１】
請求項５の発明のタービン翼によれば、翼部の一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドのいずれか一方に貫通してボルト締結し、翼部の他端部を他方にシール部材を介して連結したので、翼部の一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドにボルト締結することで、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、また、翼部の他端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドにシール部材を介して連結したことで、燃焼ガスの漏洩を防止して性能を向上することができる。
【００２２】
請求項６の発明のタービン翼によれば、翼部を複数設け、この複数の翼部の少なくとも一端部を外側シュラウドまたは内側シュラウドに貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結したので、複数の翼部を外側シュラウドと内側シュラウドに支持することができ、シュラウド同士の連結部を少なくすることで燃焼ガスの漏洩を防止して性能を向上することができる。
【００２３】
請求項７の発明のタービン翼によれば、外側シュラウドに隣接する動翼シュラウドを一体に設けたので、外側シュラウドと動翼シュラウドを一体としたことで、シュラウド間の連結部をなくし、燃焼ガスの漏洩を防止して性能を向上することができる。
【００２４】
また、請求項８の発明のガスタービンによれば、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成し、タービンを構成する静翼を、冷却通路を有する翼部の少なくとも一端部が外側シュラウドまたは内側シュラウドを貫通し、燃焼ガス通路の外側でボルト締結したので、翼部と外側シュラウドと内側シュラウドを分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、ガスタービンの高出力化や高温化を図ると共に高信頼性を確保することで、性能の向上を図ることができ、また、翼部の一端部と外側シュラウドまたは内側シュラウドを燃焼ガス通路の外側でボルト締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るタービン翼及びガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係るタービン翼としての静翼の断面図、図２は、実施例１の静翼の上方から見た斜視図、図３は、実施例１の静翼の下方から見た斜視図、図４は、実施例１のガスタービンの概略構成図、図５は、実施例１のガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図である。
【００２７】
実施例１のガスタービンは、図４に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４により構成され、このタービン１３に後述するロータ（タービン軸）２４を介して図示しない発電機が連結されている。この圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド１９が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、圧縮機１１側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００２８】
従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼２１と動翼２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２を通過することでロータ２４を駆動回転し、このロータ２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１４の排気ディフューザ２３で動圧が静圧に変換されてから大気に放出される。
【００２９】
上述したタービン１３において、図５に示すように、タービン車室２０（車室ケーシング）には、複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設されている。静翼２１は、翼部３１の長手方向における各端部に外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３が連結されて構成されており、複数の静翼２１が環状に組み立てられた状態でタービン車室２０に支持されている。動翼２２は、ロータ２４（図４参照）と一体に結合されたロータディスク３４の外周部に内側シュラウド３５を介して固定されて構成され、外周側のタービン車室２０に所定の隙間をもって外側シュラウド３６が環状に固定されている。そして、複数の静翼２１と動翼２２が交互に配設された通路が燃焼ガス通路３７となっている。
【００３０】
そして、本実施例では、タービン翼としての静翼２１を、翼部３１と外側シュラウド３２と内側シュラウド３３の分割構造とし、翼部３１の各端部と外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３とを燃焼ガス通路３７の外側でボルト締結している。
【００３１】
即ち、図１乃至図３に示すように、翼部３１は、内部に冷却空気を供給する冷却通路を形成できるように中空形状をなし、基端部にフランジ部３１ａが形成されており、このフランジ部３１ａに複数の締結孔３１ｂが形成されると共に、先端部に複数の締結孔３１ｃが形成されている。
【００３２】
外側シュラウド３２は、中央部に環状の折り返し部３２ａが形成されることで貫通孔３２ｂが形成されており、この折り返し部３２ａにフランジ部３２ｃが形成され、このフランジ部３２ｃに複数の締結孔３２ｄが形成されている。また、内側シュラウド３３は、中央部に環状の折り返し部３３ａが形成されることで貫通孔３３ｂが形成されており、この折り返し部３２ａに複数の締結孔３３ｃが形成されている。
【００３３】
そして、翼部３１と外側シュラウド３２と内側シュラウド３３を組み付けるには、まず、翼部３１を外側シュラウド３２の貫通孔３２ｂに貫通し、フランジ部３１ａがフランジ部３２ｃに当接した状態で、各締結孔３１ｂ，３２ｄが適合した位置で締結ボルト３８をこの締結孔３１ｂ，３２ｄに挿入し、ナット３９を用いて締結する。次に、翼部３１を内側シュラウド３３の貫通孔３３ｂに貫通し、各締結孔３１ｃ，３３ｃが適合した位置で締結ボルト４０をこの締結孔３１ｃ，３３ｃに挿入し、ナット４１を用いて締結することで、静翼２１が製造される。
【００３４】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路３７を流れ、静翼２１の翼部３１と外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３の表面側が加熱され、この外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３が、表面側と裏面側の熱膨張差により、図１にて二点鎖線で表すように、湾曲形状に変形する。しかし、翼部３１と外側シュラウド３２との連結部、翼部３１と内側シュラウド３３との連結部がそれぞれ燃焼ガス通路３７の外側に位置し、締結ボルト３８，４０により締結されているため、ここでの滑りにより各連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００３５】
また、静翼２１の翼部３１が中空形状をなし、外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３と燃焼ガス通路３７の外側で締結されているため、翼部３１内に容易に冷却通路を構成するための隔壁を挿入することができ、静翼２１に十分な冷却性能を確保できる。
【００３６】
このように実施例１の静翼及びガスタービンにあっては、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３と排気室１４によりガスタービンを構成し、タービン１３の静翼２１を、翼部３１と外側シュラウド３２と内側シュラウド３３の分割構造とし、冷却通路を有する翼部３１が外側シュラウド３２の貫通孔３２ｂに貫通し、フランジ部３１ａ，３２ｃ同志が当接した位置で締結ボルト３８により連結されると共に、翼部３１が内側シュラウド３３の貫通孔３３ｂに貫通し、締結ボルト４０により締結されて構成している。
【００３７】
従って、翼部３１と外側シュラウド３２と内側シュラウド３３を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、翼部３１と外側シュラウド３２及び内側シュラウド３３の連結部を燃焼ガス通路３７の外側でボルト３８，４０により締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。
【００３８】
また、翼部３１の基端部にフランジ部３１ａを形成すると共に、外側シュラウド３２にフランジ部３２ｃを形成し、翼部３１を外側シュラウド３２に貫通し、フランジ部３１ａ，３２ｃ同士が当接した位置でボルト締結している。従って、翼部３１を外側シュラウド３２に組付けるとき、フランジ部３１ａ，３２ｃを当接することで、両者の組付位置の位置決めを行うことができると共に、仮組みが可能となり、適正に、且つ容易にボルト締結することができる。
【実施例２】
【００３９】
図６は、本発明の実施例２に係るタービン翼としての静翼の断面図である。
【００４０】
実施例２において、図６に示すように、タービン翼としての静翼５１は、翼部５２と外側シュラウド５３と内側シュラウド５４の分割構造であり、翼部５２の一端部と外側シュラウド５３とを燃焼ガス通路５５の外側でボルト締結し、翼部５２の他端部と内側シュラウド５４とを溶接により連結している。
【００４１】
即ち、翼部５２は、内部に冷却空気を供給する冷却通路を形成できるように中空形状をなし、基端部にフランジ部５２ａが形成されており、このフランジ部５２ａに複数の締結孔５２ｂが形成されている。外側シュラウド５３は、中央部に環状の折り返し部５３ａが形成されることで貫通孔５３ｂが形成されており、この折り返し部５３ａにフランジ部５３ｃが形成され、このフランジ部５３ｃに複数の締結孔５３ｄが形成されている。また、内側シュラウド５４は、中央部に環状の折り返し部５４ａが形成されることで貫通孔５４ｂが形成されており、この折り返し部５４ａに段部５４ｃが形成されている。
【００４２】
そして、翼部５２を外側シュラウド５３の貫通孔５３ｂに貫通し、フランジ部５２ａがフランジ部５３ｃに当接した状態で、各締結孔５２ｂ，５３ｄが適合した位置で締結ボルト５６をこの締結孔５２ｂ，５３ｄに挿入し、ナット５７を用いて締結する。また、翼部５２を内側シュラウド５４の貫通孔５４ｂに貫通し、先端部を段部５４ｃに当接した状態で溶接５８により接合することで、静翼５１が製造される。
【００４３】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路５５を流れ、静翼５１の翼部５２と外側シュラウド５３及び内側シュラウド５４の表面側が加熱され、この外側シュラウド５３及び内側シュラウド５４が、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形する。しかし、翼部５２の基端部と外側シュラウド５３との連結部が燃焼ガス通路５５の外側に位置し、締結ボルト５６により締結されているため、ここでの滑りにより連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００４４】
また、翼部５２の先端部と内側シュラウド５４とが溶接により接合されているため、十分な強度を確保することができると共に、燃焼ガス通路５５からの燃焼ガスの漏洩が防止される。
【００４５】
このように実施例２の静翼及びガスタービンにあっては、静翼５１を、翼部５２と外側シュラウド５３と内側シュラウド５４の分割構造とし、冷却通路を有する翼部５２が外側シュラウド５３の貫通孔５３ｂに貫通し、フランジ部５２ａ，５３ｃ同志が当接した位置で締結ボルト５６により連結されると共に、翼部５２が内側シュラウド５４の貫通孔５４ｂに貫通し、先端部が段部５４ｃに溶接５８により連結されて構成している。
【００４６】
従って、翼部５２と外側シュラウド５３と内側シュラウド５４を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、翼部５２の基端部と外側シュラウド５３の連結部を燃焼ガス通路５５の外側でボルト５６により締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。更に、翼部５２の先端部を内側シュラウド５４の段部５４ｃに溶接により接合しており、十分な強度を確保することができると共に、燃焼ガス通路５５からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【実施例３】
【００４７】
図７は、本発明の実施例３に係るガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図、図８は、実施例３のタービン翼としての静翼の要部断面図、図９−１及び図９−２は、実施例３の静翼におけるシール部材の取付構造を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
実施例３のガスタービンにおいて、図７に示すように、タービン車室２０（車室ケーシング）には、複数の静翼６１と動翼２２が交互に配設されている。静翼６１は、翼部６２の長手方向における各端部に外側シュラウド６３及び内側シュラウド６４が連結されて構成されており、複数の静翼６１が環状に組み立てられた状態でタービン車室２０に支持されている。動翼２２は、ロータ（図示略）と一体に結合されたロータディスク３４の外周部に内側シュラウド３５を介して固定されて構成され、外周側のタービン車室２０に所定の隙間をもって外側シュラウド３６が環状に固定されている。そして、複数の静翼６１と動翼２２が交互に配設された通路が燃焼ガス通路３７となっている。
【００４９】
そして、本実施例では、タービン翼としての静翼６１を、翼部６２と外側シュラウド６３と内側シュラウド６４の分割構造とし、翼部６２の一端部と外側シュラウド６３とを燃焼ガス通路３７の外側でボルト締結し、翼部６２の他端部と内側シュラウド６４とをシール部材を介して連結している。
【００５０】
即ち、図７及び図８に示すように、翼部６２は、内部に冷却空気を供給する冷却通路を形成できるように中空形状をなし、基端部にフランジ部６２ａが形成され、先端部に環状の溝部６２ｂが形成されている。外側シュラウド６３は、中央部に環状の折り返し部６３ａ及びフランジ部６３ｂが形成されると共に、燃焼ガスの流れ方向における上流側に嵌合部６３ｃが形成される一方、下流側に係止部６３ｄが形成されている。また、内側シュラウド６４は、中央部に貫通孔６４ａが形成されると共に、この貫通孔６４ａに環状の溝部６４ｂ，６４ｃが形成され、燃焼ガスの流れ方向における上流側に嵌合部６４ｄが形成される一方、下流側に取付部６４ｅが形成されている。
【００５１】
そして、翼部６２を外側シュラウド６３に貫通し、フランジ部６２ａがフランジ部６３ｂに当接した状態で、締結ボルト６５を用いて締結する。また、翼部６２を内側シュラウド６４の貫通孔６４ａに貫通し、図９−１及び図９−２に示すように、先端部の溝部６２ｂに半割りのシール部材６６ａ，６６ｂを装着し、図８に示すように、このシール部材６６ａ，６６ｂを内側シュラウド６４の溝部６４ｂに収容した状態で、係止部材６７を溝部６４ｃに嵌合し、締結ボルト６８により締結することで、静翼６１が製造される。この場合、内側シュラウド６４の溝部６４ｂとシール部材６６ａ，６６ｂと係止部材６７との間に所定の隙間が確保されている。
【００５２】
その後、図８に示すように、静翼６１における外側シュラウド６３の係止部６３ｄをタービン車室２０の凹部２０ａに係止すると共に、各シュラウド６３，６４の嵌合部６３ｃ，６４ｄをシール部材６９、７０を介して密着し、内側シュラウド６４の連結部６４ｅをタービン車室２０の連結部２０ｂに締結することで、静翼６１が所定の位置に組み付けられることとなる。
【００５３】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路３７を流れ、静翼６１の翼部６２と外側シュラウド６３及び内側シュラウド６４の表面側が加熱され、この外側シュラウド６３及び内側シュラウド６４が、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形する。しかし、翼部６２の基端部と外側シュラウド６３との連結部が燃焼ガス通路３７の外側に位置し、締結ボルト６５により締結されているため、ここでの滑りにより連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００５４】
また、翼部６２の先端部と内側シュラウド６４とがシール部材６６ａ，６６ｂを介して所定の隙間をもって連結されているため、この隙間により翼部６２と内側シュラウド６４との連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止されると共に、シール部材６６ａ，６６により燃焼ガス通路５５からの燃焼ガスの漏洩が防止される。
【００５５】
このように実施例３の静翼及びガスタービンにあっては、静翼６１を、翼部６２と外側シュラウド６３と内側シュラウド６４の分割構造とし、冷却通路を有する翼部６２が外側シュラウド６３に貫通し、フランジ部６２ａ，６３ｂ同志が当接した位置で締結ボルト６５により連結されると共に、翼部６２の先端部が内側シュラウド６４の貫通孔６４ａに貫通し、シール部材６６ａ，６６ｂを介して所定の隙間をもって連結されて構成している。
【００５６】
従って、翼部６２と外側シュラウド６３と内側シュラウド６４を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、翼部６２の基端部と外側シュラウド６３の連結部を燃焼ガス通路３７の外側でボルト６５により締結する一方、先端部と内側シュラウド６４をシール部材６６ａ，６６ｂ及び所定の隙間をもって連結しており、翼部６２のかく連結部でのすべり及び移動により熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。そして、翼部６２の先端部を内側シュラウド６４にシール部材６６ａ，６６ｂを介して連結しており、燃焼ガス通路３７からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【実施例４】
【００５７】
図１０は、本発明の実施例４に係るタービン翼としての静翼の断面図である。
【００５８】
実施例４において、図１０に示すように、タービン翼としての静翼７１は、翼部７２と外側シュラウド７３と内側シュラウド７４の分割構造であり、翼部７２の一端部と外側シュラウド７３とを燃焼ガス通路７５の外側でボルト締結し、翼部７２の他端部と内側シュラウド７４とをラビリンスシールを介して連結している。
【００５９】
即ち、翼部７２は、内部に冷却空気を供給する冷却通路を形成できるように中空形状をなし、基端部にフランジ部７２ａが形成されており、このフランジ部７２ａに複数の締結孔７２ｂが形成されている。外側シュラウド７３は、中央部に環状の折り返し部７３ａが形成されることで貫通孔７３ｂが形成されており、この折り返し部７３ａにフランジ部７３ｃが形成され、このフランジ部７３ｃに複数の締結孔７３ｄが形成されている。また、内側シュラウド７４は、中央部に貫通孔７４ａが形成されている。そして、翼部７２の先端部に凸部７２ｃが形成される一方、内側シュラウド７４の貫通孔７４ａ内に凹部７４ｂが形成され、この凸部７２ｃが凹部７４ｂに所定の隙間をもって嵌合することで、ここにラビリンスシール７６が形成される。
【００６０】
そして、翼部７２を外側シュラウド５３の貫通孔７３ｂに貫通し、フランジ部７２ａがフランジ部７３ｃに当接した状態で、各締結孔７２ｂ，７３ｄが適合した位置で締結ボルト７７をこの締結孔７２ｂ，７３ｄに挿入し、ナット７８を用いて締結する。また、翼部７２を内側シュラウド７４の貫通孔７４ａに貫通し、凸部７２ｃを凹部７４ｂに所定の隙間をもって嵌合することでラビリンスシール７６を形成し、静翼７１が製造される。この場合、外側シュラウド５３及び内側シュラウド７４が図示しない車室ケーシングに支持されることで、ラビリンスシール７６の隙間が確保される。
【００６１】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路７５を流れ、静翼７１の翼部７２と外側シュラウド７３及び内側シュラウド７４の表面側が加熱され、この外側シュラウド７３及び内側シュラウド７４が、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形する。しかし、翼部７２の基端部と外側シュラウド７３との連結部が燃焼ガス通路７５の外側に位置し、締結ボルト７７により締結されているため、ここでの滑りにより連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００６２】
また、翼部７２の先端部と内側シュラウド７４とがラビリンスシール７６を介して連結されているため、ラビリンスシール７６の隙間により連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止されると共に、ラビリンスシール７６により燃焼ガス通路７５からの燃焼ガスの漏洩が防止される。
【００６３】
このように実施例４の静翼及びガスタービンにあっては、静翼７１を、翼部７２と外側シュラウド７３と内側シュラウド７４の分割構造とし、冷却通路を有する翼部７２が外側シュラウド７３の貫通孔７３ｂに貫通し、フランジ部７２ａ，７３ｃ同志が当接した位置で締結ボルト７７により連結されると共に、翼部７２が内側シュラウド７４の貫通孔７４ａに貫通し、凸部７２ｃが凹部７４ｂに所定の隙間をもって嵌合してラビリンスシール７６を形成して構成している。
【００６４】
従って、翼部７２と外側シュラウド７３と内側シュラウド７４を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、翼部７２の基端部と外側シュラウド７３の連結部を燃焼ガス通路７５の外側でボルト７６により締結すると共に、翼部７２の先端部と内側シュラウド７４とをラビリンスシール７６を介して連結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。更に、ラビリンスシール７６により燃焼ガス通路５５からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【実施例５】
【００６５】
図１１は、本発明の実施例５に係るタービン翼としての静翼の斜視図である。
【００６６】
実施例５において、図１１に示すように、タービン翼としての静翼８１は、２つの翼部８２と外側シュラウド８３と内側シュラウド８４の分割構造であり、２つの翼部８２の各端部と外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４とを燃焼ガス通路８５の外側でボルト締結している。
【００６７】
即ち、本実施例では、一対の外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４により２つの翼部８２を支持しており、各翼部８２が外側シュラウド８３に貫通して各フランジ部８２ａ，８３ａに当接した位置で締結ボルト８６により締結されると共に、各翼部７２が内側シュラウド７４を貫通し、先端部が内側シュラウド８４に締結ボルト８７により締結されている。なお、この場合、外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４に３つ以上の翼部８２を支持するようにしてもよい。
【００６８】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路８５を流れ、２つの翼部８２と外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４の表面側が加熱され、この外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４が、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形する。しかし、各翼部８２の基端部及び先端部と各シュラウド８３，８４との連結部が燃焼ガス通路８５の外側に位置し、締結ボルト８６，８７により締結されているため、ここでの滑りにより連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００６９】
このように実施例５の静翼及びガスタービンにあっては、静翼８１を、２つの翼部８２と外側シュラウド８３と内側シュラウド８４の分割構造とし、冷却通路を有する各翼部８２におけるそれぞれの端部が燃焼ガス通路８５の外側で締結ボルト８６，８７により締結されて構成している。
【００７０】
従って、２つの翼部８２と外側シュラウド８３と内側シュラウド８４を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、２つの翼部８２の各端部と外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４の連結部を燃焼ガス通路８５の外側でボルト８６，８７により締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。更に、一対の外側シュラウド８３及び内側シュラウド８４により２つの翼部８２を支持しており、各シュラウド８３，８４を環状に連結するその個数を減らすことで、各シュラウド８３，８４同士の連結部が減少して燃焼ガス通路５５からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【実施例６】
【００７１】
図１２は、本発明の実施例６に係るガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７２】
実施例６のガスタービンにおいて、図１２に示すように、タービン車室２０（車室ケーシング）には、複数の静翼９１と動翼２２が交互に配設されている。静翼９１は、翼部９２の長手方向における各端部に外側シュラウド９３及び内側シュラウド９４が連結されて構成されており、複数の静翼９１が環状に組み立てられた状態でタービン車室２０に支持されている。動翼２２は、ロータ（図示略）と一体に結合されたロータディスク３４の外周部に内側シュラウド３５を介して固定されて構成されている。そして、複数の静翼９１と動翼２２が交互に配設された通路が燃焼ガス通路３７となっている。
【００７３】
そして、本実施例では、この静翼９１を、翼部９２と外側シュラウド９３と内側シュラウド９４の分割構造とし、翼部９２の各端部と外側シュラウド６３及び内側シュラウド９４とを燃焼ガス通路３７の外側でボルト締結している。また、外側シュラウド９３は、隣接する動翼２２の外側シュラウドが一体に設けられている。
【００７４】
即ち、外側シュラウド９３は、静翼９１及び動翼２２の外周側を覆うような板形状をなし、静翼９１に対応する位置に環状の折り返し部９３ａが形成され、この折り返し部９３ａにフランジ部９３ｂが形成されている。そして、翼部９２がこの外側シュラウド９を貫通し、フランジ部９２ａ，９３ｂ同士が当接した位置で締結ボルト９５を用いて締結されている。また、翼部９２が内側シュラウド９４を貫通し、先端部同士が締結ボルト９６を用いて締結されている。
【００７５】
また、外側シュラウド９３の前部に形成された嵌合部９３ｃがシール部材９７を介してタービン車室２０の凹部２０ｃに密着し、後部に形成された係止部９３ｄがタービン車室２０の凹部２０ｃに係止すると共に、内側シュラウド９４の前部に形成された嵌合部９４ａがシール部材９８を介してタービン車室２０の凹部２０ｃに密着することで、静翼９１が所定の位置に組み付けられることとなる。
【００７６】
従って、燃焼ガスが燃焼ガス通路３７を流れ、静翼９１の翼部９２と外側シュラウド９３及び内側シュラウド９４の表面側が加熱され、この外側シュラウド９３及び内側シュラウド９４が、表面側と裏面側の熱膨張差により湾曲形状に変形する。しかし、翼部９２の基端部及び先端部と各シュラウド９３，９４との連結部が燃焼ガス通路３７の外側に位置し、締結ボルト９５，９６により締結されているため、ここでの滑りにより連結部に作用する応力が吸収されることとなり、亀裂や破損の発生が防止される。
【００７７】
このように実施例６の静翼及びガスタービンにあっては、静翼９１を、翼部９２と外側シュラウド９３と内側シュラウド９４の分割構造とすると共に、外側シュラウド９３を隣接する動翼２２の外側まで延出し、冷却通路を有する翼部９２におけるそれぞれの端部が燃焼ガス通路３７の外側で締結ボルト９５，９６により締結している。
【００７８】
従って、翼部９２と外側シュラウド９３と内側シュラウド９４を分割構造とすることで、高性能材料を用いて単結晶構造とすることができると共に、高熱負荷に対応する冷却構造を適用することができ、性能の向上を図ることができる。また、翼部９２の各端部と外側シュラウド９３及び内側シュラウド９４の連結部を燃焼ガス通路３７の外側でボルト９５，９６により締結しており、締結部でのすべりにより熱応力を効率的に緩和することができ、耐久性を向上することができる。更に、外側シュラウド９３を動翼２２の外側まで延出しており、静翼９１と動翼２２の外側に位置する各シュラウドを連結する必要がなくなり、各シュラウド同士の連結部が減少することで燃焼ガス通路３７からの燃焼ガスの漏洩を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明にタービン翼及びガスタービンは、タービン翼を分割構造とし、翼部の端部とシュラウドとを燃焼ガス通路の外側でボルト締結することで、熱応力を効率的に緩和して耐久性を向上するものであり、いずれの種類のタービン翼やガスタービンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例１に係るタービン翼としての静翼の断面図である。
【図２】実施例１の静翼の上方から見た斜視図である。
【図３】実施例１の静翼の下方から見た斜視図である。
【図４】実施例１のガスタービンの概略構成図である。
【図５】実施例１のガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図である。
【図６】本発明の実施例２に係るタービン翼としての静翼の断面図である。
【図７】本発明の実施例３に係るガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図である。
【図８】実施例３のタービン翼としての静翼の要部断面図である。
【図９−１】実施例３の静翼におけるシール部材の取付構造を表す概略図である。
【図９−２】実施例３の静翼におけるシール部材の取付構造を表す概略図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るタービン翼としての静翼の断面図である。
【図１１】本発明の実施例５に係るタービン翼としての静翼の斜視図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るガスタービンにおけるタービン翼配列を表す概略図である。
【符号の説明】
【００８１】
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  排気室
２０  タービン車室
２１，５１，６１，７１，８１，９１  静翼
２２  動翼
２４  ロータ
３１，５２，６２，７２，８２，９２  翼部
３１ａ，５２ａ，６３ａ，７２ａ，８２ａ，９２ａ  フランジ部
３２，５３，６３，７３，８３，９３  外側シュラウド
３２ｃ，５３ｃ，６３ｂ，７３ｃ，８３ａ，９３ｂ  フランジ部
３３，５４，６４，７４，８４，９４  内側シュラウド
３７，５５，７５，８５  燃焼ガス通路
３８，４０，５６，６５，７７，８６，８７，９５，９６  締結ボルト
５８  溶接
６６ａ，６６ｂ  シール部材
７６  ラビリンスシール
【図１】
2007255224.tif 000003
【図２】
2007255224.tif 000004
【図３】
2007255224.tif 000005
【図４】
2007255224.tif 000006
【図５】
2007255224.tif 000007
【図６】
2007255224.tif 000008
【図７】
2007255224.tif 000009
【図８】
2007255224.tif 000010
【図９−１】
2007255224.tif 000011
【図９−２】
2007255224.tif 000012
【図１０】
2007255224.tif 000013
【図１１】
2007255224.tif 000014
【図１２】
2007255224.tif 000015