| 【発明の名称】 |
ガスタービンのノズル支持構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】大橋 一生
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| 【要約】 |
【課題】ノズルのシュラウド部とタービン翼の相対的な位置の変動を容易に抑制し、タービンとノズルシュラウド部が接触しないようにこれらの相対的位置関係を維持することができるガスタービンのノズルの支持構造を提供することである。
【解決手段】高圧の燃焼ガスを吐出してタービンを駆動させるガスタービンのノズルにおいて、前記タービンのタービン翼が前記ノズルに一体のシュラウド部の内壁に沿って所定の隙間を隔てて配置されており、前記ノズルを支持するハウジングと前記ノズルとを半径方向には摺動可能でかつ円周方向には移動不能な係合部をノズルの円周方向の３箇所以上に設けることにより、熱膨張による前記ノズルのシュラウド部とタービン翼との相対的な位置の変動を抑制した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高圧の燃焼ガスを吐出してタービンを駆動させるガスタービンのノズルにおいて、前記タービンのタービン翼が前記ノズルに一体のシュラウド部の内壁に沿って所定の隙間を隔てて配置されており、前記ノズルを支持するハウジングと前記ノズルとを半径方向には摺動可能でかつ円周方向には移動不能な係合部をノズルの円周方向の３箇所以上に設けることにより、熱膨張による前記ノズルのシュラウド部とタービン翼との相対的な位置の変動を抑制したことを特徴とするガスタービンのノズル支持構造。
【請求項２】 ノズルとハウジングのいずれか一方には突起を設け、他方には前記突起と係合する溝，有底長穴又は貫通長孔のうちのいずれかを設け、前記突起と溝，有底長穴又は貫通長孔のうちのいずれかとで前記係合部を形成した請求項１に記載のガスタービンのノズル支持構造。
【請求項３】 ノズルとハウジングのいずれか一方には貫通孔又は有底穴を設け、他方にはノズルの半径方向に伸びる貫通長孔又は有底長穴を設け、前記貫通孔又は有底穴にちょうど嵌挿可能な径のピンを前記貫通孔又は有底穴と前記貫通長孔又は有底長穴の両方に嵌挿し、前記貫通孔又は有底穴，前記貫通長孔又は有底長穴及び前記ピンで前記係合部を形成した請求項１に記載のガスタービンのノズル支持構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧の燃焼ガスを吐出してタービンを回転させるガスタービンのノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来のガスタービンのノズル部２００の断面略図である。ノズル９１には取付フランジ９１ｂが設けてあり、取付フランジ９１ｂはガスタービンのハウジング９２に対してバックプレート構成部材９９で支持されている。また、ノズル９１にはシュラウド部９１ａが設けてあり、シュラウド部９１ａは回転軸芯９３を中心に回転するタービン９０のタービン翼９０ａの外周壁を形成している。ノズル９１の取付フランジ９１ｂとシュラウド部９１ａの間には円周上の複数箇所に羽根９５が設けてある。この羽根９５を通過した燃焼ガスは増速されてタービン９０へ向かって噴射され、高圧の燃焼ガスが噴射されることによりタービン９０は回転するようになっている。
【０００３】高温の燃焼ガスからの熱伝達により昇温されたノズル９１及びタービン翼９０ａは熱膨張を起こし、回転するタービン９０の回転軸芯９３とシュラウド部９１ａの中心軸とがずれてしまい、シュラウド部９１ａとタービン翼９０ａの間の環状の隙間の寸法が不均一になる。その結果、隙間が狭まったところではタービン翼９０ａとシュラウド部９１ａとが接触する恐れがあり、接触すると破損してしまう。
【０００４】また、タービン翼９０ａとシュラウド部９１ａの間の環状の隙間の寸法が不均一になると、ノズル９１から噴射された高圧の燃焼ガスによるタービン９０への仕事率が悪化し、タービン９０の回転数が減少（出力が減少）してしまう。
【０００５】これを回避するために、従来は図６に示すバックプレート構成部材９９に備えた弾性部材９８により熱膨張の歪を吸収し、シュラウド部９１ａとタービン翼９０ａの相対的な位置が変化しないようにしていた。
【０００６】タービン翼９０ａとシュラウド部９１ａとの間の隙間は、０．５〜１．０mm程度に設定されるが、これはバックプレート構成部材９９に精密な加工を施すことにより行われる。そのため、バックプレート構成部材９９の構造は極めて複雑なものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明はノズルのシュラウド部とタービン翼の相対的な位置の変動を容易に抑制し、タービンとノズルシュラウド部が接触しないようにこれらの相対的位置関係を維持することができるガスタービンのノズルの支持構造を提供することを課題（目的）としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため請求項１の発明では、高圧の燃焼ガスを吐出してタービンを駆動させるガスタービンのノズルにおいて、前記タービンのタービン翼が前記ノズルに一体のシュラウド部の内壁に沿って所定の隙間を隔てて配置されており、前記ノズルを支持するハウジングと前記ノズルとを半径方向には摺動可能でかつ円周方向には移動不能な係合部をノズルの円周方向の３箇所以上に設けることにより、熱膨張による前記ノズルのシュラウド部とタービン翼との相対的な位置の変動を抑制するようにした。
【０００９】請求項２の発明では請求項１の発明において、ノズルとハウジングのいずれか一方には突起を設け、他方には前記突起と係合する溝，有底長穴又は貫通長孔のうちのいずれかを設け、前記突起と溝，有底長穴又は貫通長孔のうちのいずれかとで前記係合部を形成した。
【００１０】請求項３の発明では請求項１の発明において、ノズルとハウジングのいずれか一方には貫通孔又は有底穴を設け、他方にはノズルの半径方向に伸びる貫通長孔又は有底長穴を設け、前記貫通孔又は有底穴にちょうど嵌挿可能な径のピンを前記貫通孔又は有底穴と前記貫通長孔又は有底長穴の両方に嵌挿し、前記貫通孔又は有底穴，前記貫通長孔又は有底長穴及び前記ピンで前記係合部を形成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、請求項１の発明によるガスタービンのノズル部１００の断面略図である。図１に示すようにノズル部１００は、ノズル１，タービン１５及びハウジング１０等から構成されている。
【００１２】ノズル１は、羽根２，羽根２を固定するシュラウド部３及び取付フランジ４から構成されている。ハウジング１０には環状の固定フランジ１１が設けてあり、この固定フランジ１１に環状の固定部材１２が対向配置されており、固定部材１２は円周上の複数箇所で図示しないボルト・ナットにより固定フランジ１１に固着されている。図１に示すように、ノズル１の取付フランジ４の一端（外周端）はハウジング１０（固定フランジ１１）と固定部材１２に挟まれており、ノズル１はハウジング１０に固定されている。
【００１３】ハウジング１０には、タービン１５を支持する軸受６が設けてある。タービン１５には複数のタービン翼１５ａが設けてあり、タービン１５が回転した際に描くタービン翼１５ａの外周の輪郭に沿うように、ノズル１のシュラウド部３が配置されており、シュラウド部３（ノズル１）の中心軸はタービン１５の回転軸５と一致しており、図１のIII拡大図である図３に示すようにタービン翼１５ａとシュラウド部３の間は全周に渡って間隔ｔに設定されている。間隔ｔは、例えば０．５〜１ｍｍに設定される。
【００１４】図２は、図１のII−II断面図である。図２に示すようにハウジング１０には円周上の４箇所に半径方向に延びる長穴７が設けてある。また、ノズル１（図１）の取付フランジ４には突起８が設けてあり、突起８は長穴７に嵌挿されている。図２に示すように、突起８は長穴７の長手方向（図２の矢印方向）には移動可能で、矢印と直角の方向には移動不能となっている。
【００１５】図２に示すように、長穴７と突起８とを円周上の４箇所において係合させているので、先に長手方向には移動可能であると記したが、図２で見て左右方向に伸びる長穴７内の突起８は上下方向には移動できず、また、上下方向に伸びる長穴７内の突起８は左右方向には移動することができないので、実際には４つの突起８はそれぞれ長穴７内を移動することはできず、ノズル１（図１）はハウジング１０に対して静止している。
【００１６】ただし、図１に示すように高温の燃焼ガスがノズル１に流入してノズル１が熱膨張した際には、ノズル１の取付フランジ４に設けた各突起８は、それぞれ長穴７内を半径方向外方へスライド移動する。このときノズル１は、全周に渡って均一に熱膨張し、図１に示すタービン１５の回転軸５に一致したシュラウド部３の中心軸の位置はほとんど変動しない。
【００１７】また、シュラウド部３が熱膨張した場合でも、シュラウド部３に近接したタービン翼１５ａも同程度に熱膨張するので、図７に示すようにタービン１５の回転軸５とシュラウド部３の中心軸とがずれて間隔ｔが不均一になることがなく、したがって、シュラウド部３とタービン翼１５ａの間に形成された環状の隙間が、偏ることなく一様な間隔ｔに保たれ、シュラウド部３とタービン翼１５ａとが接触することを防止することができる。
【００１８】また、熱膨張した際の間隔ｔを許容される最低寸法値に設定することができ、ノズル１から吐出された高圧の燃焼ガスは、ほとんどエネルギ損失なしにタービン１５に対して仕事をする（タービン１５を回転させる）ことができる。
【００１９】上述の例では、ハウジング１０には有底の長穴７を設けたが、長穴７の代わりにハウジング１０を貫通した貫通長孔を設けてもよい。また、ノズル１の取付フランジ４に設けた突起８をハウジング１０側に設け、長穴７（または貫通長孔）を取付フランジ４側に設けてもよい。また、図４に示すように、図２の長穴７の代わりにハウジング１０に溝９を設けてもよい。
【００２０】図２では突起８の断面形状は面取りを施した四辺形となっているが、これを図５（ａ）に示すように断面形状が円となるように突起８ａを形成することにより熱膨張の際の長穴７と突起８ａとの摺動を円滑にすることができる。また、図５（ｂ）に示すように突起８ｂの断面形状を長穴７と接触する部分を曲線状に形成して突起８ｂが長穴７内を円滑に摺動できるようにしてもよい。
【００２１】突起８は、取付フランジ４又はハウジング１０に一体に鋳造により形成し、突起８の長穴７との接触部のみを加工（表面処理）するようにすると突起８の全体を加工する場合と比較してコストを低減することができる。また、仕上がりの精度が良好であれば、加工そのものを省略することができる。
【００２２】図５（ｃ）に示すように、ハウジング１０には長穴７を設け、取付フランジ４には貫通孔１６を設け、貫通孔１６及び長穴７にピン１４を挿し込むようにしてノズル１（図１）をハウジング１０に固定するようにしてもよい。
【００２３】図２，図４では、長穴７，溝９をハウジング１０の円周上の４箇所に設けた例を示したが、長穴７，溝９を設ける箇所は円周上の３箇所以上あれば同様な機能を果たし、４箇所以上の多数箇所に設けても差し支えないが、特に４箇所にするとバランスもよく、また製造コスト（加工コスト）も低く抑えることができて経済的である。
【００２４】
【発明の効果】請求項１〜３の発明によると、シュラウド部３の中心軸とタービン１５の回転軸５とがずれないように高温の燃焼ガスからの熱伝達によるタービン翼１５ａとシュラウド部３の全周に渡る熱膨張の影響を回避しながらシュラウド部３とタービン翼１５ａの間隔ｔの変動を抑制することができ、タービン１５の出力の低下を防止することができる。
【００２５】請求項１の発明では、ハウジング１０にノズル１を固定する係合部を設け、ノズル１は係合部に沿って中心軸（回転軸５と一致）に関して半径方向にのみ膨張または収縮することができるようにしたので、高温の燃焼ガスからの熱伝達によりノズル１やタービン翼１５ａが熱膨張しても、ノズル１のシュラウド部３とタービン翼１５ａの間隔ｔの変動を抑制するように熱膨張の影響を回避することができる。
【００２６】請求項２の発明では、ノズル１をハウジング１０に固定する係合部を溝９と突起８で形成し、溝９と突起８の係合による簡単な構造で従来の複雑なバックプレート構造と同等の機能を果たすことができ、製造コストを従来と比較して大幅に削減することができる。
【００２７】請求項３の発明では、ノズル１とハウジング１０のいずれか一方には貫通孔１６（有底穴でも可）を設け、他方にはノズル１の半径方向に伸びる貫通長孔（有底長穴７でも可）を設け、これらにピン１４を嵌挿することによりノズル１をハウジング１０に固定する係合部を形成したので、ノズル１等が熱膨張した際においてもノズル１のシュラウド部３とタービン１５のタービン翼１５ａとの間隔ｔの変動を抑制することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７８１
【氏名又は名称】ヤンマーディーゼル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月２日（２０００．６．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３４２８０４（Ｐ２００１−３４２８０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月１４日（２００１．１２．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１６５８３８（Ｐ２０００−１６５８３８） |
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