JP4384785B2

JP4384785B2 - ガスタービンエンジンのシュラウド支持構造

Info

Publication number: JP4384785B2
Application number: JP2000128946A
Authority: JP
Inventors: 義行浦
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2020-04-25
Also published as: JP2001303907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンディスクに放射状に取り付けられた複数のタービンブレードの先端を取り囲む環状のシュラウドをタービンケースに支持するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるガスタービンエンジンのシュラウド支持構造は、例えば特開平４−３３０３０２号公報により公知である。
【０００３】
また図７には、従来より一般的に採用されているシュラウド支持構造が示されている。図７（Ａ）に示す例は、タービンケース０１の開口部近傍の内周面にフック状の第１被係合部０１ａを設けるとともに、第１被係合部０１ａの右側（前記開口部の反対側）の内周面に別部材のフック状の第２被係合部０３を設け、シュラウド０２の外周面に設けたフック状の第１、第２係合部０２ａ，０２ｂを前記第１、第２被係合部０１ａ，０３に係合させることにより、シュラウド０２をタービンケース０１に支持するものである。
【０００４】
また図７（Ｂ）に示す例は、タービンケース０１の開口部近傍の内周面にフランジ状の第１、第２被係合部０１ａ，０１ｂを設け、シュラウド０２の外周面に設けたフランジ状の第１、第２係合部０２ａ，０２ｂを前記第１、第２被係合部０１ａ，０１ｂに重ね合わせて複数本のボルト０４で締結することにより、シュラウド０２をタービンケース０１に支持するものである。
【０００５】
また図７（Ｃ）に示す例は、タービンケース０１の開口部近傍の内周面に左向きに延びる一対のフック状の第１、第２被係合部０１ａ，０１ｂを設けるとともに、シュラウド０２の外周面に右向きに延びる一対のフック状の第１、第２係合部０２ａ，０２ｂを設け、シュラウド０２の第１、第２係合部０２ａ，０２ｂをタービンケース０１の第１、第２被係合部０１ａ，０１ｂに係合させることにより、シュラウド０２をタービンケース０１に支持するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７（Ａ）に示すものは、第１被係合部０１ａがタービンケース０１の開口部と逆方向に延びているため、タービンケース０１の開口部から工具を挿入して前記第１被係合部０１ａの溝を加工する作業が面倒であるばかりか、タービンケース０１およびシュラウド０２と別部材の第２被係合部０３を必要とするために部品点数およびコストが増加するという問題がある。
【０００７】
また図７（Ｂ）に示すものは、タービンケース０１およびシュラウド０２を複数本のボルト０４で締結する必要があるため、部品点数や組付工数が増加するという問題がある。また図７（Ｃ）に示すものは、タービンケース０１の内周面にフック状の第１、第２被係合部０１ａ，０１ｂが軸方向に重なるように形成されるため、タービンケース０１の開口部から遠い第２被係合部０１ｂの溝を加工する際に、工具が第１被係合部０１ａと干渉して加工性が著しく低下するという問題がある。
【０００８】
また特開平４−３３０３０２号公報に記載されたものは、３個のフックを備えたシュラウドを、２個のシュラウドハンガーおよび１個のシュラウドサポートを介して燃焼器ケーシングに支持する複雑な構造であるため、部品点数および組付工数が増加するという問題がある。
【０００９】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ガスタービンエンジンのシュラウドをタービンケースに支持する構造を簡素化して部品点数、組付工数および加工コストを削減し、かつシュラウドの着脱を容易にして整備性を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、タービンディスクに放射状に取り付けられた複数のタービンブレードの先端を取り囲む環状のシュラウドをタービンケースに支持するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造において、シュラウドはタービンブレードの先端に対向するシュラウド本体と、シュラウド本体の軸方向一端部から半径方向外側に延びる第１フランジと、シュラウド本体の軸方向他端部から半径方向外側に延びて前記第１フランジよりも小さい半径方向幅を有する第２フランジと、第１フランジの先端に設けた第１係合部と、第２フランジの先端に設けた第２係合部とを備え、シュラウドをタービンケースの開口部側から前記第２フランジを先頭にして軸方向に移動させ、タービンケースに設けた第１被係合部および第２被係合部にシュラウドの第１係合部および第２係合部をそれぞれ係合させ、前記第１係合部は第１フランジの円周方向の一部を軸方向に突出させた突起よりなり、前記第１被係合部はタービンケースの円周方向の一部を軸方向に切り欠いた溝よりなることを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。
【００１１】
上記構成によれば、シュラウドをタービンケースの開口部側から軸方向に移動させるだけで、シュラウドの第１、第２係合部をタービンケースの第１、第２被係合部に係合させることができるので、シュラウドを簡単に着脱することが可能になって組付性や整備性が向上する。またタービンケースに係合したシュラウドは抜け止めを施すだけで固定できるため、タービンケースにシュラウドを固定するためのボルトやフックのような特別の固定部材が不要になり、部品点数の削減に寄与することができる。またタービンケースの第１、第２被係合部は該タービンケースの開口部に向いて開放しており、かつ前記開口部に近い第１被係合部が半径方向外側に位置し、前記開口部に遠い第２被係合部が半径方向内側に位置しているので、開口部側から挿入される工具が第１被係合部に干渉するのを回避して第２被係合部を容易に加工することができる。しかも第１係合部は第１フランジの円周方向の一部を軸方向に突出させた突起よりなり、第１被係合部はタービンケースの円周方向の一部を軸方向に切り欠いた溝よりなるので、突起および溝の係合によりシュラウドおよびタービンケースを円周方向に位置決めして組付性を高めることができる。
【００１２】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１係合部はシュラウドの挿入方向に開放するピン溝を備えるとともに、前記タービンケースの第１被係合部は前記ピン溝に係合する位置決めピンを備えることを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。
【００１３】
上記構成によれば、第１係合部にシュラウドの挿入方向に開放するピン溝を設け、タービンケースの第１被係合部にピン溝に係合する位置決めピンを設けたので、ピン溝および位置決めピンの係合によりタービンケースに対してシュラウドを回転方向に位置決めすることができる。
【００１４】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記シュラウドおよび前記タービンケースの径方向外側が、前記タービンケースにリベットにより固定された環状の保持リングで覆われ、前記シュラウドは前記タービンケースおよび前記保持リングの係合により環状に保持されることを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。
【００１５】
上記構成によれば、シュラウドおよびタービンケースの径方向外側を、タービンケースにリベットにより固定された環状の保持リングで覆ったので、タービンケースおよび保持リングの係合によりシュラウドを環状に保持することができる。
【００１６】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記保持リングの前部に形成された複数の空気流通孔から前記第１フランジの前面に冷却用空気が導入され、前記タービンケースの外周面と前記保持リングの内周面との間に形成された第１空間に前記保持リングに形成された複数の空気流通孔から冷却用空気が導入され、前記タービンケースの内周面と前記シュラウド本体の外周面との間に形成された第２空間に前記タービンケースに形成した空気流通孔を介して前記第１空間が連通することを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造が提案される。
【００１７】
上記構成によれば、保持リングの前部に形成された複数の空気流通孔から第１フランジの前面に冷却用空気を導入し、タービンケースの外周面と保持リングの内周面との間に形成された第１空間に保持リングに形成された複数の空気流通孔から冷却用空気を導入し、タービンケースの内周面とシュラウド本体の外周面との間に形成された第２空間にタービンケースに形成した空気流通孔を介して第１空間を連通させるので、タービンケースおよびシュラウドを冷却することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１はガスタービンエンジンのタービンブレードの近傍を示す部分縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は組み立てたシュラウドの後面図、図４は図３の４方向矢視図（シュラウド単体の平面図）、図５は図４の５方向矢視図（シュラウド単体の後面図）、図６は図５の６方向矢視図（シュラウド単体の端面図）である。
【００１９】
図１に示すように、軸流型のガスタービンエンジンは図示せぬタービンシャフトに固定されたタービンディスク１１を備えており、その外周に複数のタービンブレード１２が取付部１２ａを介して放射方向に支持される。タービンブレード１２の上流側（図中左側）には図示せぬ燃焼器からの燃焼ガスが流れるノズル１３が配置される。ノズル１３は外周壁１３ａおよび内周壁１３ｂを備えて円環状に形成されており、その下流端がタービンブレード１２の本体部１２ｂの前面に臨んでいる。ノズル１３の外周壁１３ａおよび内周壁１３ｂは、放射状に配置された複数のステータベーン１３ｃで接続される。タービンブレード１２の下流側（図中右側）に配置される排気通路１４は外周壁１４ａおよび内周壁１４ｂを備えて円環状に形成されており、その上流端がタービンブレード１２の本体部１２ｂの後面に臨んでいる。
【００２０】
タービンブレード１２の先端（半径方向外端）に僅かなギャップｇを介して臨むシュラウド１５が、ノズル１３の外周壁１３ａと排気通路１４の外周壁１４ａとに挟まれた間隙を塞ぐように配置される。前方（図中左側）に向かって開放する筒状のタービンケース１６の開口部に環状のシュラウド１５が着脱自在に支持されており、タービンケース１６およびシュラウド１５の結合部の半径方向外側が、一体に形成された環状の保持リング１７によって覆われる。保持リング１７は、４５°間隔に配置された８本のリベット１８によりタービンケース１６に固定される。ノズル１３の外周壁１３ａの外周面に突設した環状溝１３ｄに、保持リング１７の前部内周面との間隙をシールするシール部材１９が支持され、また排気通路１４の外周壁１４ａの外周面に突設した環状溝１４ｃに、タービンケース１６の内周面との間隙をシールするシール部材２０が支持される。
【００２１】
次に、図２〜図６を併せて参照しながら、シュラウド１５の構造と、そのシュラウド１５をタービンケース１６に支持する構造とを説明する。
【００２２】
図３から明らかなように、ガスタービンエンジンの軸線Ｌを中心して環状に配置されたシュラウド１５は、４５°の中心角を有する同一構造の８個のセグメント２１を円周方向に結合して構成される。尚、隣接するセグメント２１どうしは単純に突き合わされていて特別の結合構造を備えておらず、シュラウド１５はタービンケース１６および保持リング１７との係合により環状に保持される。
【００２３】
図４〜図６から明らかなように、シュラウド１５のセグメント２１は円弧状に湾曲したシュラウド本体２２と、シュラウド本体２２の前端から半径方向外側に立ち上がる第１フランジ２３と、シュラウド本体２２の後端から半径方向外側に立ち上がる第２フランジ２４とを備えており、第１フランジ２３の半径方向幅Ｗｆは第２フランジ２４の半径方向幅Ｗｒよりも大きく形成されている（図６参照）。セグメント２１の燃焼ガスに晒される部分、つまりシュラウド本体２２の半径方向内面と、第１フランジ２３の前面の一部と、第２フランジ２４の後面の一部とが、耐熱性を有するライナー２５で覆われる。セグメント２１の端面には、隣接するセグメント２１との間をシールするシール部材（図示せず）を支持するシール部材保持溝２６が形成される。
【００２４】
各セグメント２１の第１フランジ２３の半径方向外端には、後方に突出する一対の突起よりなる第１係合部２３ａが形成される。これら一対の第１係合部２３ａのうち、その一方には後方に向かって開放するピン溝２３ｂが形成される。セグメント２１の第２フランジ２４の半径方向外端には、その全長に亘って後方に延びる突起２４ａと、その半径方向内側に形成された溝２４ｂとよりなる第２係合部２４ｃが形成される。
【００２５】
図１および図２から明らかなように、タービンケース１６の開口部の外周面に、セグメント２１に形成された合計１６個の第１係合部２３ａが係合可能な１６個の溝よりなる第１被係合部１６ａが形成されるとともに、タービンケース１６の内周面に前方に延びる環状の突起１６ｂと、その半径方向外側に形成された環状の溝１６ｃとよりなる第２被係合部１６ｄが形成される（図１参照）。タービンケース１６の外周面には半径方向外向きに突出する８本の位置決めピン２７が植設されており、これらの位置決めピン２７は各セグメント２１の一方の第１係合部２３ａのピン溝２３ｂに係合可能である。
【００２６】
保持リング１７の前部に複数の空気流通孔１７ａが形成されており、この空気流通孔１７ａを介して保持リング１７の外側の比較的低温の冷却用空気がシュラウド１５の第１フランジ２３の前面に導入される。タービンケース１６の外周面と保持リング１７の内周面との間に第１空間２８が形成され、保持リング１７に形成した複数の空気流通孔１７ｂを介して該保持リング１７の外側の比較的低温の冷却用空気が前記第１空間２８に導入される。またタービンケース１６の内周面とシュラウド本体２２の外周面との間に第２空間２９が形成されており、タービンケース１６に形成した空気流通孔１６ｅを介して前記第１空間２８および第２空間２９が相互に連通する。
【００２７】
而して、タービンケース１６に対してシュラウド１５および保持リング１７を組み付けるには、８個に分割されたシュラウド１５のセグメント２１を図１の前方から後方（図中左側から右側）に移動させ、各セグメント２１の第１フランジ２３に形成した合計１６個の第１係合部２３ａをタービンケース１６の第１被係合部１６ａに係合させるとともに、各セグメント２１の第２フランジ２４に形成した第２係合部２４ｃをタービンケース１６の第２被係合部１６ｄに係合させる。このとき、各セグメント２１の一方の第１係合部２３ａに形成したピン溝２３ｂをタービンケース１６に植設した位置決めピン２７に係合させ、シュラウド１５を回転方向に位置決めする。これにより、８個のセグメント２１は一体に連結されて環状のシュラウド１５が構成される。
【００２８】
続いて、保持リング１７を図１の前方から後方（図中左側から右側）に移動させてタービンケース１６の外周に嵌合させた状態で、その保持リング１７を８本のリベット１８でタービンケース１６に固定する。その結果、保持リング１７の段部にシュラウド１５の前端が押さえられ、シュラウド１５のタービンケース１６からの脱落が防止される。
【００２９】
以上のように、シュラウド１５をタービンケース１６に対して軸方向に移動させ、シュラウド１５側に設けた第１、第２係合部２３ａ，２４ｃをタービンケース１６側に設けた第１、第２被係合部１６ａ，１６ｄに係合させるだけでシュラウド１５をタービンケース１６に支持することができるので、タービンケース１６に対するシュラウドの着脱が簡単になって組付性や整備性が向上する。またシュラウド１５は保持リング１７で抜け止めを施すだけでタービンケース１６に固定できるため、ボルトやフックのような特別の固定部材が不要になって部品点数およびコストが削減される。
【００３０】
またタービンケース１６の第２被係合部１６ｄの機械加工は、該タービンケース１６の開口部から工具を挿入して行うようになっているが、第１被係合部１６ａがタービンケース１６の外周面に形成されており、かつ第２被係合部１６ｄがタービンケース１６の内周面から半径方向内側に突出しており、更に第２被係合部１６ｄの溝１６ｃがタービンケース１６の開口部に向けて開放しているので、工具が第１被係合部１６ａやタービンケース１６の内周面と干渉するのを防止して第２被係合部１６ｄの加工を容易に行うことができる。
【００３１】
またガスタービンエンジンの運転中に高温の燃焼ガスがノズル１３からタービンブレード１２を経て排気通路１４に流れるとき、燃焼ガスの流れ方向上流側に位置するシュラウド１５の左端部（第１フランジ２３側）が比較的に高温になり、燃焼ガスの流れ方向下流側に位置するシュラウド１５の右端部（第２フランジ２４側）が比較的に低温になるため、シュラウド１５の半径方向の熱膨張量が軸方向に不均一になり、シュラウド本体２２の内周面とタービンブレード１２の本体部１２ｂの先端とのギャップｇが不均一になる可能性がある。即ち、環状のシュラウド１５は熱膨張によって内径および外径が共に増加するが、高温となる第１フランジ２３側の内径が低温となる第２フランジ２４側の内径よりも大きくなり、シュラウド本体２２が傾斜して前記ギャップｇが図１の左側で大きく、右側で小さくなる可能性がある。
【００３２】
しかしながら、本実施例によれば、高温側となる第１フランジ２３の半径方向幅Ｗｆが低温側となる第２フランジ２４の半径方向幅Ｗｒよりも大きいため（図６参照）、第１フランジ２３の半径方向の伸び量が、第２フランジ２４の半径方向の伸び量よりも大きくなる。その結果、第１フランジ２３が保持リング１７から強い半径方向内向きの反力を受けることになり、その反力でシュラウド本体２２の第１フランジ２３側の端部が半径方向内側に移動し、シュラウド本体２２の前記傾斜が緩和される。
【００３３】
また半径方向幅Ｗｆが大きい第１フランジ２３がタービンケース１６の端面を覆うように配置されているため、燃焼ガスがタービンケース１６に直接当たるのを防止して該タービンケース１６の熱歪みを軽減することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、シュラウドをタービンケースの開口部側から軸方向に移動させるだけで、シュラウドの第１、第２係合部をタービンケースの第１、第２被係合部に係合させることができるので、シュラウドを簡単に着脱することが可能になって組付性や整備性が向上する。またタービンケースに係合したシュラウドは抜け止めを施すだけで固定できるため、タービンケースにシュラウドを固定するためのボルトやフックのような特別の固定部材が不要になり、部品点数の削減に寄与することができる。またタービンケースの第１、第２被係合部は該タービンケースの開口部に向いて開放しており、かつ前記開口部に近い第１被係合部が半径方向外側に位置し、前記開口部に遠い第２被係合部が半径方向内側に位置しているので、開口部側から挿入される工具が第１被係合部に干渉するのを回避して第２被係合部を容易に加工することができる。しかも第１係合部は第１フランジの円周方向の一部を軸方向に突出させた突起よりなり、第１被係合部はタービンケースの円周方向の一部を軸方向に切り欠いた溝よりなるので、突起および溝の係合によりシュラウドおよびタービンケースを円周方向に位置決めして組付性を高めることができる。
【００３６】
また請求項２に記載された発明によれば、第１係合部にシュラウドの挿入方向に開放するピン溝を設け、タービンケースの第１被係合部にピン溝に係合する位置決めピンを設けたので、ピン溝および位置決めピンの係合によりタービンケースに対してシュラウドを回転方向に位置決めすることができる。
【００３７】
また請求項３に記載された発明によれば、シュラウドおよびタービンケースの径方向外側を、タービンケースにリベットにより固定された環状の保持リングで覆ったので、タービンケースおよび保持リングの係合によりシュラウドを環状に保持することができる。また請求項４に記載された発明によれば、保持リングの前部に形成された複数の空気流通孔から第１フランジの前面に冷却用空気を導入し、タービンケースの外周面と保持リングの内周面との間に形成された第１空間に保持リングに形成された複数の空気流通孔から冷却用空気を導入し、タービンケースの内周面とシュラウド本体の外周面との間に形成された第２空間にタービンケースに形成した空気流通孔を介して第１空間を連通させるので、タービンケースおよびシュラウドを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンエンジンのタービンブレードの近傍を示す部分縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】組み立てたシュラウドの後面図
【図４】図３の４方向矢視図（シュラウド単体の平面図）
【図５】図４の５方向矢視図（シュラウド単体の後面図）
【図６】図５の６方向矢視図（シュラウド単体の端面図）
【図７】従来のシュラウド支持構造を示す図
【符号の説明】
１１タービンディスク
１２タービンブレード
１５シュラウド
１６タービンケース
１６ａ第１被係合部
１６ｄ第２被係合部
１６ｅ空気流通孔
１７保持リング
１７ａ空気流通孔
１７ｂ空気流通孔
１８リベット
２２シュラウド本体
２３第１フランジ
２３ａ第１係合部
２３ｂピン溝
２４第２フランジ
２４ｃ第２係合部
２７位置決めピン
２８第１空間
２９第２空間

Claims

タービンディスク（１１）に放射状に取り付けられた複数のタービンブレード（１２）の先端を取り囲む環状のシュラウド（１５）をタービンケース（１６）に支持するガスタービンエンジンのシュラウド支持構造において、
シュラウド（１５）はタービンブレード（１２）の先端に対向するシュラウド本体（２２）と、シュラウド本体（２２）の軸方向一端部から半径方向外側に延びる第１フランジ（２３）と、シュラウド本体（２２）の軸方向他端部から半径方向外側に延びて前記第１フランジ（２３）よりも小さい半径方向幅を有する第２フランジ（２４）と、第１フランジ（２３）の先端に設けた第１係合部（２３ａ）と、第２フランジ（２４）の先端に設けた第２係合部（２４ｃ）とを備え、
シュラウド（１５）をタービンケース（１６）の開口部側から前記第２フランジ（２４）を先頭にして軸方向に移動させ、タービンケース（１６）に設けた第１被係合部（１６ａ）および第２被係合部（１６ｄ）にシュラウド（１５）の第１係合部（２３ａ）および第２係合部（２４ｃ）をそれぞれ係合させ、
前記第１係合部（２３ａ）は第１フランジ（２３）の円周方向の一部を軸方向に突出させた突起よりなり、前記第１被係合部（１６ａ）はタービンケース（１６）の円周方向の一部を軸方向に切り欠いた溝よりなることを特徴とするガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。
前記第１係合部（２３ａ）はシュラウド（１５）の挿入方向に開放するピン溝（２３ｂ）を備えるとともに、前記タービンケース（１６）の第１被係合部（１６ａ）は前記ピン溝（２３ｂ）に係合する位置決めピン（２７）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。
前記シュラウド（１５）および前記タービンケース（１６）の径方向外側が、前記タービンケース（１６）にリベット（１８）により固定された環状の保持リング（１７）で覆われ、前記シュラウド（１５）は前記タービンケース（１６）および前記保持リング（１７）の係合により環状に保持されることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。
前記保持リング（１７）の前部に形成された複数の空気流通孔（１７ａ）から前記第１フランジ（２３）の前面に冷却用空気が導入され、前記タービンケース（１６）の外周面と前記保持リング（１７）の内周面との間に形成された第１空間（２８）に前記保持リング（１７）に形成された複数の空気流通孔（１７ｂ）から冷却用空気が導入され、前記タービンケース（１６）の内周面と前記シュラウド本体（２２）の外周面との間に形成された第２空間（２９）に前記タービンケース（１６）に形成した空気流通孔（１６ｅ）を介して前記第１空間（２８）が連通することを特徴とする、請求項３に記載のガスタービンエンジンのシュラウド支持構造。