(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス通路（７）内における静翼環（４）および動翼環（２）と、車室（１７）と、漏斗状のガス通路（７）の外側境界部を形成する複数個の案内輪（１２、１３）のホルダとして車室（１７）内に回り止めして配置され軸線方向に相対移動でき縦断面において円錐状の複数の漏斗状案内部品（１４、１５）とを備えたガスタービンにおいて、少なくとも１つの前記漏斗状案内部品（１４、１５）が、この漏斗状案内部品（１４、１５）により保持された複数個の前記案内輪（１２、１３）を移動するために、駆動装置によって制御されて軸線方向に移動できることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
駆動装置として、案内部品（１４、１５）の円周方向に分布された複数の液圧式あるいは空気圧式プレスが使われていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
【請求項３】
プレスのピストン（２４）の自由端が、車室に固定された剛性リブ（１８）に支持されていることを特徴とする請求項２記載のガスタービン。
【請求項４】
プレスのピストン（２４）上を滑るシリンダ（２５）が、案内部品（１４、１５）によって支持されていることを特徴とする請求項２又は３記載のガスタービン。
【請求項５】
案内部品（１４、１５）が、ガス通路（７）を画成する案内輪（１２、１３）の外側で、少なくとも１つの静翼環（４）を支持していることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のガスタービン
【請求項６】
案内部品（１４、１５）から半径方向へ外側にフランジ状に突出したストッパリブ（１９）がその自由端で、車室に固定された剛性リブ（１８）に支持され、プレスによって弾性的に変形できることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のガスタービン。
【請求項７】
同じ案内部品（１４、１５）を付勢するプレスによって一緒に発生される力が、運転上ストッパリブ（１９）に作用する軸線方向力より少なくとも１０倍大きいことを特徴とする請求項６記載のガスタービン。
【請求項８】
弾性変形されたストッパリブ（１９）の復帰力が、運転上ストッパリブ（１９）に作用する軸線方向力より大きいことを特徴とする請求項６又７記載のガスタービン。
【請求項９】
漏斗状案内部品（１４、１５）の移動による復帰力が、動翼先端の隙間を増大させることを特徴とする請求項６乃至８の１つに記載のガスタービン。
【請求項１０】
弾性変形可能なフランジ状ストッパリブ（１９）が、その根元に、弾性変形を制限するストッパ（厚肉部２１）を有していることを特徴とする請求項６乃至９の１つに記載のガスタービン。
【請求項１１】
案内部品（１４、１５）が、軸線方向においてストッパリブ（１９）と車室に固定されたリブ（１８）との前方並びに後方で、案内部品（１４、１５）の円周方向に分布された複数の軸線方向ガイド（ブロック１６）によって、傾きを防止されていることを特徴とする請求項６乃至１０の１つに記載のガスタービン。
【請求項１２】
軸線方向ガイド（ブロック１６）が車室（１７）によって支持されていることを特徴とする請求項１１記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス通路内における動翼環および静翼環と、車室と、ガス通路の外側境界部を形成する案内輪のホルダとして車室内に回り止めして配置され軸線方向に相対移動できる複数の漏斗状案内部品とを備えたガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンはたいてい、その始動過程だけでなく、連続運転中も負荷変動を受ける。これは特に、個々の部品が受ける温度に関して不安定な運転をもひき起こす。従って、タービンにおける損傷を防止するために、個々の部品は通常、熱に起因する寸法変化が支障なしに行なわれるように固定されている。
【０００３】
動翼先端における隙間を通る流れによるタービン損失をできるだけ最小にするために、動翼先端とこれに対向して位置する案内面との半径方向隙間をできるだけ小さくしなければならない。動翼およびそのロータと、静翼およびそのホルダとは、これらすべてを結合する車室と同様に、あらゆる負荷変動時に時間的に異なって熱膨張及び／又は熱収縮する。このために、動翼先端における最良の半径方向隙間は、任意の多くの定常運転状態のうちほんの僅かな定常運転状態においてしか生じない。従って、このガスタービンの運転はしばしば、最適でない隙間幅およびこれに伴って最良でない効率で行われる。
【０００４】
米国特許第４１７７００４号明細書において、動翼先端自体がそれに対向して位置する案内面の材料を削り取り、従ってこの配置構造において、動翼先端が案内面に大きく接近した運転状態において、動翼先端における隙間がほとんど存在しないような形態のタービンが知られている。しかしこの公知の配置構造の場合も、他のすべての運転状態において、動翼先端における隙間が再び大きくなり、従って好ましくなくなる。
【０００５】
従来における他の配置構造において、材料の組合せを適当に選定することによって、多くの運転状態において部品間の熱に起因する相対運動を小さく抑えることに成功しているが、ここでも、所定の定常状態においてしか、動翼先端における最良の隙間は生じない。他のすべての運転状態において、あまり良好でない状態が生ずる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、多くの運転状態にわたって動翼先端における最良の隙間が得られ、良好な効率を得るための基本条件が保障されるようなガスタービンを開発することにある。
【０００７】
この課題は、冒頭に述べた形式のガスタービンにおいて、少なくとも１つの漏斗状案内部品が、この漏斗状案内部品により保持された複数個の案内輪を移動するために、駆動装置によって制御されて軸線方向に移動できることによって解決される。その駆動装置として、目的に適って、案内部品の円周方向に分布された複数の液圧式プレスが使われる。しかし別の形式の駆動装置も本発明に含まれる。本発明に基づく配置構造の特別な利点は、案内部品の軸線方向運動によって動翼先端における隙間を能動的に調整することができることにある。軸線方向運動の能動的な調整を制限する場合、好適には、案内部品の漏斗状形状によって与えられる円錐形が利用される。何故ならば、その円錐形のために、その軸線方向移動が、動翼先端のほぼ半径方向の隙間を変化させるからである。
【０００８】
本発明の有利な実施態様は従属請求項３〜１２に記載に記載されている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下において図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１０】
詳細に図示されていないタービン軸１上に、多数の動翼３から成る動翼環２が固定されている。多数の静翼５から成る静翼環４を通して導かれるガス流６は、ガス通路７を膨張しながら貫流し、動翼３を駆動する。
【００１１】
ガス通路７は円環状の横断面を有し、その入口側端が高温ガス室８に接続されている。その高温ガス室８から高温高圧のガスが矢印方向にガス出口９に向かって流れる。ガス通路７の半径方向内側境界部は、タービン軸１に固定された動翼環２のハブ１０と、静翼環４における静翼５の内側端に設けられた回転しないハブ１１とによって形成されている。動翼環２のハブ１０と静翼環４のハブ１１との接合部はラビリンスパッキンで閉じられている。
【００１２】
ガス通路７の半径方向外側境界部は漏斗状で円錐形をし、（動翼３および静翼５に対応した）案内輪１２、１３によって形成されている。その案内輪１２、１３はそれぞれ漏斗状案内部品１４、１５で支持されている。案内輪１２は動翼３の自由端に対向して位置し、案内輪１３は静翼５の外側端を支持し、従って、静翼５で形成された静翼環４全体を支持している。案内輪１２と案内輪１３との間の隙間は、適当なパッキンリング（図示されていない）によって閉じられている。
【００１３】
各案内部品１４、１５はそれぞれ厚肉で非常に剛性を有し、横断面が特に矩形状であるブロック１６に軸線方向に移動可能に支持されている。それらのブロック１６は車室１７に固定され、各案内部品１４、１５の両側端はそれぞれ多数のブロック１６から成るブロック輪に係合し、これによって半径方向運動のような案内部品１４、１５の傾きが防止されている。
【００１４】
車室１７はその形状および壁厚に基づいて案内部品１４、１５と同じ剛性を有し、その内周面に、各案内部品１４、１５におけるブロック１６の場所を除いて、剛性リブ１８を有している。これらの剛性リブ１８は軸線方向において、各案内部品１４、１５に付設されているブロック１６から成るブロック輪間に設けられている。剛性リブ１８はまた特に軸線方向に実質的に変形できない。
【００１５】
各案内部品１４、１５は半径方向外側に突出する比較的薄肉のストッパリブ１９を有している。これらのストッパリブ１９は、そのストッパリブ１９の自由端にある膨出部２０が、剛性リブ１８の高温ガス室８側における側面で支持されている。ストッパリブ１９の脚部に厚肉部２１が設けられている。この厚肉部２１も剛性リブ１８側の面にあるが、軸線方向において膨出部２０よりも短い。
【００１６】
各案内部品１４、１５のガス出口９側の範囲が半径方向の外側を、横断面が特に台形である補強リブ２２で包囲されている。それらの各補強リブ２２は、剛性リブ１８に対向して位置し半径方向に延びるストッパ面２３を有している。剛性リブ１８とそれに対向して位置するストッパ面２３との間に、各案内部品１４、１５の円周方向に一様に分布して多数の液圧プレスが配置されている。これらのプレスのピストン２４は剛性リブ１８に直に支持され、そのシリンダ２５は補強リブ２２のストッパ面２３に当接している。車室１７と案内部品１４、１５との間の環状空間はダイヤフラム状隔壁２６によって仕切られている。
【００１７】
同じ案内部品１４、１５に付設されたすべてのプレスは一緒にそれぞれリニア駆動装置を形成している。そのリニア駆動装置は、それぞれ案内部品１４、１５を車室１７に対してガス出口９の方向へ軸線方向に移動する。その移動中、ストッパリブ１９はその膨出部２０で剛性リブ１８に接し、弾性変形する。漏斗状案内部品１４、１５で支持された案内輪１２は、動翼先端で形成される円錐形状に接近して位置し、軸線方向に移動する際、動翼先端にある隙間の幅を変化させる。案内輪１２が動翼３の先端に触れることを防止するために、案内部品１４、１５の軸線方向に移動可能な距離は制限されている。このためのストッパとして、厚肉部２１が剛性リブ１８に当たるストッパとして使われる。
【００１８】
ガスタービンの始動時並びにあらゆる負荷変動時、符号を付された実質的にすべての部品は熱的に不安定な状態となる。その個々の部品における変化速度が非常に異なっているので、それに応じて個々の部品に異なった熱膨張および熱収縮が生ずる。従って、その異なった温度変化は部品間に相対運動を生じさせ、特に、案内輪１２とこれに対向して位置する動翼３の先端との間における隙間幅の変化はタービンの効率に不利な影響を与える。
【００１９】
本発明に基づく配置構造によって、その隙間幅を的確に能動的に調整することができる。このために、その隙間幅はセンサ（図示せず）によって測定される。隙間幅を狭めることが望まれるとき、プレスで示された駆動装置によって、問題となる案内部品１４及び／又は案内部品１５がガス出口９の方向に移動される。その場合、ストッパリブ１９が弾性的に設けられており、これによってストッパリブ１９は、必要な逆方向運動の際、これを支持する案内部品１４、１５を高温ガス室８の方向に押し戻す。この責務を果たすために、同じ案内部品１４、１５に付設されたプレスはそれぞれ一緒に、運転上ガス流６によって案内部品１４、１５に与えられる軸線方向力の約１０倍に相当する軸線方向力を発生する。それらの両軸線方向力はガス出口９の方向に作用し、加算される。
【００２０】
ストッパリブ１９の変形の際に吸収される変形エネルギは、案内部品１４、１５がガス出口９の方向に変位される際に蓄えられ、逆向き運動の際に復帰力を発生するために使われる。その復帰力は案内部品１４、１５のあらゆる位置においても、運転上ガス流６で案内部品１４、１５に与えられる軸線方向力より大きい。その復帰力は、好適には、運転上生ずる軸線方向力より約２〜３倍の大きさをしている。これによって、各案内部品１４、１５は、あらゆる位置において剛性リブ１８に当たって隙間なしに固定されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくガスタービンの高温ガスの入口と出口との間における部分の概略縦断面図。
【符号の説明】
１    タービン軸
２    動翼環
３    動翼
４    静翼環
５    静翼
６    ガス流
７    ガス通路
８    高温ガス室
９    ガス出口
１０    動翼環のハブ
１１    静翼環のハブ
１２    案内輪
１３    案内輪
１４    案内部品
１５    案内部品
１６    ブロック
１７    車室
１８    剛性リブ
１９    ストッパリブ
２０    膨出部
２１    厚肉部
２２    補強リブ
２３    ストッパ面
２４    ピストン
２５    シリンダ
２６    隔壁
【図１】
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