JPH02108802A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に、ガスタービンのタービン部に関し、特
に、タービン羽根に加わるトルク荷重を支持するための
装置に関するものである。

カスターピン（以下、単にタービンという）においては
、高温ガス流を回転羽根に適正に向ける目的で、各回転
羽根列の直ぐ上流側に固定羽根列が用いられている。該
固定羽根列は、環状流路を取り巻いて円周方向に配列さ
れた複数個の羽根から構成される。これ等の羽根は、タ
ービンシリンダもしくはタービン円筒体内に保持されて
いる。タービンを構成する要素へのアクセスを可能にす
るために、タービン円筒体は長手方向において上部及び
下部の半円筒体に分割されている。これ等の半円筒体は
、各円筒体の全長に亙って延びる半円筒体のフランジ付
き部分に沿って配置された複数個のボルトにより水平方
向の継ぎ目で互いに結合されている。

各羽根は、翼部と、その半径方向外端部に設けられた外
側囲い板と、その半径方向内端部に設けられた内側囲い
板とから構成されている。翼部を流れる高温ガス流は、
羽根を下流側に押しやる傾向の軸方向の力を発生する。

各外側囲い板から半径方向に突出している支持レールが
、外側縁部でタービン円筒体に取り付けられている板の
内縁部と組み合うことにより羽根の軸方向の運動を抑止
するように作用する。内側又は外側の囲い板に第２の支
持レールを設けることにより付加的な軸方向の抑止を行
うことができる。

また、翼部の高温ガス流は、羽根に作用するトルク荷重
を発生させ、該羽根をタービン環状流路の周囲で円周方
向に押しやる。このトルク荷重は、外側囲い板支持レー
ルと係合してトルク荷重をタービン円筒体に伝達するト
ルクピンにより吸収される。しかし、最近のガスタービ
ンは高温であるためにタービン円筒体の設計変更を必要
とし、この設計変更により、水平方向の継ぎ目のフラン
ジ領域で用いられている従来形式のトルクピンの使用は
非実際的なものとなった。本発明は、フランジ領域で使
用するのに適している新型のトルクピンンに関するもの
である。

免末技亘深１」 従来、トルクピンは、タービン円筒体の外側から、該円
筒体に形成されている孔に挿入したり鎖孔から取り外し
ていた。これにより、ピンを取り外すだけで、タービン
を開放することなく羽根を取り外すことができた。ピン
は円筒形状をしており、一端部に形成されているキーが
、羽根の外側囲い板支持レールに形成されているキー溝
と係合するようになっている。設置に当たっては、ビン
を円筒体に形成されている孔内に挿入して、羽根と係合
するまでピンを半径方向内向きに押し入れる。ビンの直
径は、孔の直径よりも極く僅か小さいので、羽根に加わ
るトルク荷重は外側囲い板及びビンを介してタービン円
筒体に伝達される。ピンの端部に形成されたピン頭部は
、タービン円筒体に形成されている孔を経て突出し、タ
ービン円筒体の外面に形成されている端ぐり内に座着さ
れている。翼部の半径方向外端に向かうビンの運動は、
ねじで円筒体に取り付けられて、円筒体から突出してい
るビン頭部に係止力を及ぼす保持ブラケットにより阻止
されており、かくして、ビンが不本意により外れるのを
阻止していた。

羽根に加えて、タービン円筒体は、タービン環状流路の
周囲に配列されて、回転羽根の先端部を囲むリングを形
成する複数個の円弧状の板部材もしくはセグメントも備
えている。最適な熱力学的性能を得るために、これ等の
セグメントと回転羽根の先端との間の半径方向のクリア
ランスは最小に維持されている。従って、タービン円筒
体は可能な限り完全な円筒形状に近い形状を保持するこ
とが重要である。しかし、新式のガスタービンのタービ
ン円筒体内を流れる高温ガスの温度が高いことが原因で
、円筒体に生ずる熱応力で、円筒体は楕円状に変形され
て、上記セグメントと回転羽根との間の半径方向のクリ
アランスに悪影響を及ぼす可能性がある。このような現
象の発生を阻止するために、円筒体のフランジの厚さ及
び締付ボルトの直径を大きくし且つ締付ボルト間の間隔
を減少している。しかし、このような設計変更の結果と
して、締付ボルト間には、継ぎ目の近傍で羽根と係合す
べくビンをタービン円筒体の外側から挿入するのには不
充分なスペースしか存在しない。

従って、タービン円筒体に挿入されるが、ポルＩ〜締め
に干渉せず、タービン円筒体の外側から取り外すことが
できるビンを介して、円筒体の継ぎ口近傍で、羽根に加
わるトルク荷重を伝達する装置を得ることが望ましい。

免肌二１１ 従って、本発明の一般的目的は、タービン羽根に加わる
トルク荷重をタービン円筒体に伝達するための装置を提
供することにある。

更に具体的には、本発明の目的は、水平方向の継ぎ目が
強化されたことの結果としてフランジ領域における従来
型のトルクピンに対するアクセスもしくは接近が充分に
得られないようなタービンにおいて、羽根のトルク荷重
をタービン円筒体に伝達するための装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、トルクピンをタービン円筒体の外
側から取り外すことを可能にすることにある。

概略的に述べると、本発明の上に述べた目的及び他の目
的は、複数個の羽根を有し、羽根がトルク荷重を受け、
そしてタービン円筒体内に保持されているタービンで、
下記の構成により達成される。このタービンにおいては
、トルク荷重を円筒体に伝達するためにビンが用いられ
る。タービン円筒体は、フランジの厚み及び締付ボルト
直径が大きく、締付ボルト間の間隔が減少された水平方
向の継ぎ目を有しており、従ってこの箇所においては、
円筒体の外側からトルクピンンを挿入するために充分な
スペースが存在しない。

そこで、本発明の１つの側面によれば、各フランジの近
傍には、円筒体の厚さの一部分だけを貫通する第１の孔
が円筒体の内面から設けられる。

この孔よりも小径の第２の孔が、第１の孔から円筒体の
外面に延在して、第１の孔が締付ボルトに干渉せずに貫
通するには狭すぎろ水平方向の締付ボルト間のフランジ
部分を貫通している。端部に棒が固定された短いトルク
ピンを、円筒体の内側から上記第１の孔内に挿入し、棒
が第２の孔を貫通してフランジの外面を越えて突出する
ようにする。第２の孔の直径よりも大きいナツトを棒の
突出端部に螺合して、棒が円筒体内に滑り戻るのを阻止
する。羽根を取り付けた後にナツトを締め付けてトルク
ピンを係合させて、上記棒及びトルクピンを半径方向内
向きに移動することができる。

ビンの保合後に、ブラケットを、第２の孔の近傍で円筒
体の外面に取り付ける。このブラケッ１〜は、上記棒、
従って該棒から突出しているトルクピンが半径方向外向
きに移動して不本意にも外れるのを阻止する。

本発明の別の重要な側面によると、トルクピンは、保持
ブラケットを取り外しビンを引き抜くことにより取り外
し、羽根を円筒体の外側から取り外すことができる。ま
た、本発明のこの側面によれば、羽根を取り外すために
円筒体を開放するという時間消費が大きく費用の掛かる
操作の必要性は排除される。

本発明の更に他の側面によると、ビンが係合した位置で
詰まったような場合に、ビンを取り出す機械的力を加え
るために棒に取り付けられたナツトの回転を利用するこ
とができる。

ｔ　−Ｉの辛口 以下、図面を参照し説明するが、図中、同じ参照数字は
同一要素を表すものとする。第１図には、タービンが示
されており、矢印はタービンを通る流れの方向を表す。

第１図は、外側ケーシング９を含むタービンの外側ケー
シング構造を示している。また、第２図には、外側ケー
シング９と、タービン円筒体（タービンシリンダ）と、
１列の固定羽根２０とが示しである。該タービン円筒体
は、長手方向に沿って上部半円筒体１０と下部半円筒体
１２とに分割されており、これ等の上下の半円筒体１０
及び１２は水平方向の継ぎ目１３に沿って互いに結合さ
れている。第２図及び第３図に示しであるように、半円
筒体の長手方向の縁部からは厚いフランジ１４及び１７
がそれぞれ突出している。フランジに形成されている孔
１８には大きなボルト１６が貫通しており、上下の半円
筒体のフランジを、第３図及び第４図に示すように圧接
し一緒に結合している。

タービン円筒体内部には、別の固定羽根列及び回転羽根
列が交互に保持されている。第２図に示した第１の羽根
列は、それらの内の代表的なものであって、タービン環
状流路を取り巻いて円周方向に配列された複数個の羽根
２０から構成されている。第５図を参照すれば明らかな
ように、各羽根の半径方向の外端部には外側囲い板２２
が取り付けられ、該外側囲い板２２から支持レール２４
が突出する。この支持レールは、羽根を円筒体に取り付
けるのに用いられ、羽根の軸方向運動を抑制する。

これは、支持レール２４と板５８の内縁部とが組み合う
ことにより達成される。尚、鎖板５８は円筒体の外周部
に取り付けられるものである。また、円筒体内には、回
転羽根５４の先端部を囲むリングを形成する複数個のセ
グメント（円弧状部材）５２が保持されている。最適な
熱力学的性能を実現するために、これ等のセグメントと
回転羽根の先端部との間の半径方向のクリアランス５６
は最小に維持される。円筒体の円筒度が実質的な失われ
ると、セグメント５２によって形成されるリングの形状
が歪められ、その結果、半径方向内向きに歪んだ円筒体
の領域には不充分なりリアランスが生じて（羽根の先端
部をしてセグメントに衝突せしめ）、他方、半径方向外
向きに歪んだ円筒体領域は、過剰のクリアランスが生じ
（熱力学的性能に低下を生ザしぬる。）。不都合なこと
に、現在一般に用いられているタービンにおいてはガス
が高温度である結果として、円筒体は、同円筒体内に生
ずる熱応力に起因し歪む傾向がある。このような現象を
阻止するために、既述の水平方向の継ぎ目におけるフラ
ンジの肉厚及び締付ボルトの直径は相当に大きくされて
おり、他方、締付ボルトの間隔は狭くなっている。その
結果、締付ボルト間には、トルクピンを、締付ボルトに
干渉することなくフランジに挿通するのに充分なスペー
スが存在しなくなる。

従って、円筒体の外部から該円筒体を貫通する孔内に１
〜ルクビンを挿入することにより該トルクピンを使用す
るという従来の方法は、水平の継ぎ目の近傍における羽
根に対しては最早や実際的ではない。

本発明によれば、上記の問題は、以下に述べるような仕
方で解決される。第４図及び第５図に示すように、円筒
体の各フランジ結合部分の近傍において、該円筒体１１
の内面から半径方向に延びる第１の孔３２が設けられる
。この孔は、円筒体のフランジを形成する部分の厚さの
一部分だけに貫入し、締付ボルト用の孔１８に達するこ
となく終端している。第２の孔３４が円筒体内に形成さ
れた上記第１の孔の底部から円筒体の外面１５に貫通形
成される。孔１８間には、第１の孔３２が円筒体のフラ
ンジ部分の全厚を貫通するのを許容するほど充分なスペ
ースは存在しないが、第２の孔３４は、締付ボルトに干
渉することなく同締付ボルト間で円筒体のフランジ部分
を貫通することができるように充分に小さい直径である
点に注目されたい。

円筒体の各フランジ部分の近傍で用いられるトルクピン
（ビン）２８は、第１のの孔３２よりも若干小さい直径
を有する円筒形状をしている。ビンの第１の端部にはキ
ー（係合手段）３０が設けられており、このキーは、羽
根２２の外側囲い板から突出している支持レール（係合
手段）２４に形成されているキー溝（係合手段）２６内
に挿入されるようになっている。

運転に際して、キーはキー溝に係合し、ビンの反対側の
第２の端部は、第１の孔内に配置され、それにより、羽
根に加わるトルク荷重は、外側の囲い板及びトルクピン
を介して円筒体に伝達される。

キーと反対側のピンの端部からは棒（許容手段）３６が
突出している。挿入時に、ピンは円筒体内部から第１の
孔内に挿入される。このピンは、キーが半径方向内向き
に面し、棒３６が第２の孔３４を貫通するように配位さ
れる。棒３６は、トルクピンと係合した場合に、円筒体
の外面から突出するほど充分な長さを有している。第１
の孔３２は、ピンを半径方向外向きに引き出すことによ
り羽根から完全に分離することを可能にするように充分
な深さを有している。従って、円筒体の外面から突出す
る棒３６の端部を掴むことにより、ピンを、円筒体の外
側から分離することができる。

円筒体から突出する棒３６の端部には、該棒３６の端部
にナツト４０を螺合することができるようにねじ山３８
が形成されている。ナツト４０の直径は第２の孔３４の
直径よりも大きいので、このナツト４０は、円筒体に係
合している羽根を取り外す際に、上記ピンが、半径方向
内向きに移動して円筒体内に滑り戻るのを阻止する。取
り付は時には、ナツト４０を棒３６上で回転させて、ピ
ンを半径方向外向きに引っ張り非係合位置にして、羽根
が取り付けられるまでこの位置に保持する。また、ナツ
トは、該ナツトが円筒体の外面に座着した後に、該ナツ
トを回転することにより詰まったピンを引き出して上記
棒を半径方向外向きに取り出すための機械的な力を加え
ることを可能にする。

第３の孔４４が、第２の孔３４の各々の近傍で円筒体の
外面に穿設されねじ切りされている。ピンの偶発的な離
脱は、ブラケット４２に形成されている孔４６を貫通し
て上記第３の孔４４内に螺合されるねじ４８を用いて保
持ブラケット４２を取り付けることにより阻止される。

この保持ブラケットは、一端に四部５０を有しており、
その深さは、ナツト４０の高さよりも若干大きく形成さ
れている。棒の直径よりも大きなナツトよりも若干率さ
い直径の凹部５０に形成された孔により、該ナツトが棒
３６上を滑動することは許容されるが、ナツト従って棒
が半径方向外向きに移動するのは阻止される。

以上、説明の便宜上、本発明の好適な実施例は、タービ
ン円筒体のフランジ部分に適用されるものとして説明し
たが、ここに開示した本発明の思想は、羽根トルク荷重
を伝達することが可能なピンを収容するのに充分な大き
さの孔を、円筒体の全厚に亙って設けることができない
ような円筒体の任意の部分に適用可能であることを強調
しておきたい。

上に述べた技術内容に鑑み、多くの変更及び変形が可能
である。従って、本発明の範囲から逸脱することなく、
ここに特定的に述べた！ｒ！４様以外の態様で本発明を
実施し得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タービンの立面図、第２図は、外側ケーシン
グ、タービン円筒体及び固定羽根を示す、第１図の■−
■線におけるタービン横断面図、第３図は、円筒体の上
半分における水平方向の接続フランジ及び締付ボルトを
示す、円筒体の外側から見たガスタービン円筒体の水平
方向の継ぎ目領域の斜視図、第４図は、トルクピン近傍
における水平方向の継ぎ目の垂直断面図、第５図は、第
４図の■−Ｖ線における断面図である。 １０・・・半円筒体　　　　１１・・・円筒体１２・・
・半円筒体　　　　１４・・フランジ１５・・・円筒体
の外面　　１７・・フランジ２０・・固定羽根（羽根）
２２・・・外側囲い板２４・・・支持レール（係合手段
） ２６・・・キー消（係合手段） ２８・・・Ｉ・ルクピン ３２・・・第１の孔 ３６・・・棒（許容手段） ３０・・・キー（係合手段） ３４・・・第２の孔 出願人　　ウェスチングハウス・エレクＦＩＧ。 ＦＩＧ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）それぞれが半径方向の外端部と、該半径方向の外端
   部に形成された外側囲い板とを有すると共に、それぞれ
   がトルク荷重を受け、該トルク荷重が前記外側囲い板に
   伝達される、複数個の羽根と、該羽根を円形配列で同心
   的に保持する円筒体と、該円筒体の内面から半径方向に
   、該円筒体の厚さの一部分に互ってのみ延在して、前記
   円筒体内に底部を有する第１の孔と、 第１及び第２の端部を有し、前記第１の孔内に配置され
   たピンと、 前記ピンの前記第１の端部を前記外側囲い板の１つと係
   合させて、該外側囲い板に加わる前記トルク荷重を前記
   円筒体に伝達せしめる係合手段と、前記円筒体の外部か
   ら前記ピンを前記外側囲い板と係合するように挿入した
   り該ピンを前記外側囲い板との係合関係から取り出すこ
   とを許容する許容手段と、 を含むガスタービン。 ２）長手方向に沿い半円筒体に分割され、該半円筒体の
   各々が２つの長手方向の縁部を有し、該縁部に沿って前
   記半円筒体が結合されている円筒体と、 前記長手方向の縁部の各々に沿いフランジを形成する前
   記各半円筒体の部分と、 前記円筒体内に円周方向に保持され、それぞれ半径方向
   の外端部と、該半径方向の外端部に形成された外側囲い
   板とを有し、ガスタービンの運転中にそれぞれにトルク
   荷重が加えられる複数個の羽根と、 フランジを形成する前記円筒体の部分の各々に設けられ
   、前記円筒体の内面から半径方向に、前記円筒体の厚さ
   の一部分に亙ってのみ該円筒体に延在して、それぞれ底
   部を有する第１の孔と、前記第１の孔の各々と関連して
   設けられて、関連の前記第１の孔よりも小さい直径を有
   し、それぞれ、前記関連の第１の孔の前記底部から前記
   円筒体の外面へと半径方向に延びる第２の孔と、前記第
   １の孔の各々と関連して設けられて第１及び第２の端部
   を有し、それぞれ関連の前記第１の孔内に配置されたト
   ルクピンと、 前記各トルクピンの前記第１の端部を前記外側囲い板の
   １つと係合する係合手段と、 前記トルクピンの各々と関連して設けられてそれぞれ関
   連のトルクピンの前記第２の端部から突出し、それぞれ
   前記第２の孔内の１つに配置され且つそれぞれ関連のピ
   ンと係合された時に前記第２の孔を越えて延びるように
   充分な長さを有する棒と、 を含むガスタービン。