JPS648173B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン用の案内羽根保持体であ
つて、２部分から構成されていて、冷却通路を備
え、かつ冷却される案内羽根を保持しており、し
かもタービン縦軸線に対して同心的に円錐状に形
成されている形式のものに関する。

高圧高温の作業媒体を用いて運転される機械例
えばガスタービンにおいて、最も多く生じる問題
は、熱い作業ガスに直接さらされる構成部分に生
ずる。このような問題は、主として高い運転温度
における材料強度の低下及び前記構成部分の腐蝕
性の増大にある。さらに前記構成部分には高い定
常および非定常熱応力が生じ、これにより、運転
状態に応じて即ちガスタービンの始動および停止
間で可変の不可避的な膨脹間隙をシールすること
が困難であり、かつ冷却媒体の漏れのない供給お
よび搬出が問題となる。

ガスタービンにおける案内羽根保持体は案内羽
根に作用する空気力学上の力を引き受け、かつこ
の力をケーシングへさらに伝え、この場合案内羽
根保持体は比較的高い固有温度の場合機械ケーシ
ングのように典型的なボイラ応力にさらされるこ
とはない。さらに、このような形式の案内羽根保
持体は別個の部分として構成されており、これに
よつて該案内羽根保持体をその固有温度に基づき
任意に伸長可能にすることができる。案内羽根保
持体は公知の形式で有利には、下流側に位置する
部分に固定されてかつシールされるように、ケー
シング内に配置されている。

ガスタービンにおける出力および効率を連続的
に高めることは、運転温度および運転圧力の上昇
によつて達成され、これにより冷却は一層困難と
なる。なぜならば、高い圧縮機端部圧力に基づ
き、危険にさらされた部分を冷却するための圧縮
機流出温度が、なお冷却媒体として有効であるた
めにはすでに高すぎるからである。

したがつて本発明の課題は、どんな運転状態に
おいても変形が生じることなく、かつ案内羽根保
持体部分の分割面フランジおよびねじ結合機構
が、熱応力に基づくすべての曲げモーメントに変
形なしに耐え得るような冷却される案内羽根保持
体を提供することにある。さらにこの場合、冷却
すべき個々の部分へ向かうおよびこれから至る完
全に圧力シールされた漏れのない冷却媒体連通路
を設けるようにする。

前記課題を解決する本発明の構成手段は、複数
の冷却媒体通路が案内羽根保持体内でその中心軸
線の方向と同一の方向に延びており、これらの冷
却媒体通路が全周にわたつて交互に冷却媒体流入
管と冷却媒体流出管を形成するように構成されて
おり、かつ案内羽根保持体の両部分のフランジの
ねじ締結部の範囲に複数の冷却フインが設けられ
ている点にある。

冷却媒体通路から分岐して個々の案内羽根に向
かう分岐孔は、均一かつ調整可能な冷却媒体流を
可能にする。本発明により有利には傾斜軸線を有
する孔もしくは通路を圧縮応力と引張応力に関す
る案内羽根保持体の中立線に沿つて配設すること
によつて、曲げモーメントおよびこれに基づくフ
ランジ応力を生ぜしめることになる膨脹差が避け
られる。

冷却媒体導管を、傾斜軸線を有する通路、また
は案内羽根保持体壁内に鋳込まれかつ案内羽根保
持体の周面に亘つて交互に冷却媒体供給導管およ
び排出導管を有する管として構成することは、壁
の中央において周面に亘つて交互に配置すること
により、部分的に異なる温度影響を補償すること
を可能にする。前記管においてはやはり適当な個
所に、半径方向または半径方向―軸方向の供給孔
を、冷却すべき構成部分から至るようにもしくは
これに向かうように配置することができる。

案内羽根保持体壁の中立線に沿つて冷却媒体通
路を配置することにより得られる利点は、一方で
は曲げモーメントおよび引つ張り力が生じるさい
の案内羽根保持体壁の不可避的な弱化が、かつ他
方では種々異なる残余壁厚およびこれに基づく変
形の結果生ずる不均一な温度分配が、それぞれ避
けられる点にある。

円筒状に構成された部分を案内羽根保持体の高
圧側端部に配置することにより、該端部に接続す
べき高温ガスケーシングのおよび中間套壁の構成
要素例えば入口セグメントの固定が簡単化され
る。

案内羽根保持体が有利には水平平面内に分割面
を有しているので、分割面ねじ結合機構が設けら
れる必要があり、該ねじ結合機構は、運転中に熱
応力に基づいて生ずる曲げモーメントの結果互い
に裂開することが防止されているように構成され
ねばならない。

本発明により案内羽根保持体のフランジねじ結
合機構を櫛形に構成し、この場合櫛形成形部が
個々の薄板の熔接により形成可能であることによ
り、分割面フランジを片側が開いたスリツト内に
位置するねじを用いて結合することが可能にな
る。ねじスリツトを制限するフランジ材料はリブ
状の突出部を形成しており、該突出部は案内羽根
保持体の壁と共に櫛形成形部を形成している。各
スリツトはそれぞれねじ幹部の幅例えば抗張ねじ
の幹部の幅しか有している必要がないため、櫛配
分を著しく小さくすることができる。さらに、開
いたスリツトは、案内羽根保持体の周りを流れか
つ圧縮機から至る空気が該部分の周りを自由に流
動することを可能にし、これによつてフランジ材
料ならびに固定ねじ結合機構が均一に加熱され、
この結果フランジ領域における通常の熱応力およ
びねじ幹部の弾性限度を越える過度の膨脹が避け
られる。スリツトの範囲において抵抗モーメント
および全横断面が櫛形成形部により強化されるの
で、スリツトは所定のシール条片に接する程深く
形成することができる。スリツトの溝底部は半円
形に形成されており、これによつて切り欠き作用
は殆ど除去され、このことは特に薄板部分から熔
接された櫛形成形部の場合、有利には切り欠き作
用に関して著しく緩和された壁移行部を達成し、
ならびに熔接に際して生じるペネトレータの除去
を簡単化する。

抗脹ねじはナツト支承部内に保持されており、
該ナツト支承部はそれぞれスリツトを架橋してお
り、この場合前記ナツト支承部は有利には丸く形
成された制限面を以つて、フランジ面に対して平
行に設けられかつ半円形の横断面を有する溝内に
位置している。

有利には、同じ強度に設計されている場合、櫛
形に形成されたフランジ薄板の外側輪郭はほぼ直
線状に延びており、平滑な壁に関連した櫛形部分
は厚さを分配し、この場合公知のフランジ輪郭に
比べて著しくわずかな材料積層が得られる。この
ことは横断面自体に関しても、ならびに現存の抵
抗モーメントに関しても重要である。さらにこの
ような構成においては、鋭角状の横断面移行部が
避けられる。

案内羽根保持体の本発明による構成によれば、
該案内羽根保持体に入口部分が軸方向に錠止可能
であり、しかも入口部分の中実の突出部が案内羽
根保持体に設けられた弾性的にばね作用を有する
突起の後方に係合する形式で、錠止可能である。
セグメントを軸方向に押しずらすさいに同時に、
冷却媒体通路への連通部材が、案内羽根保持体と
弾性的かつ形状嵌合式に結合せしめられる。この
構成により同時に、ガスタービンにおける第１案
内羽根列の軸方向の組立ておよび解体が機械のカ
バーを取外すことなく可能である。

次に図示の実施例につき本発明を説明する。

第１図および第２図によれば符号１で案内羽根
保持体が示されており、該案内羽根保持体は円錐
状に形成された部分２と円筒状の部分３とを有し
ており、この場合円錐状部分２はほぼ全長に亘つ
て同じ傾斜角度を有している。案内羽根保持体１
の前記両部分２，３にはガイド突起４が配置され
ており、該ガイド突起は案内羽根保持体１を図示
されていない機械ケーシング内で案内する。ガイ
ド突起４′はさらに付加的に、中間套壁６を有す
る高温ガスケーシング５の摺動を制限するために
用いられ、かつ前記中間套壁と高温ガスケーシン
グとの間の間隔保持体としてリブ７が役立つ。案
内羽根保持体１において、円錐状部分２の懸架部
８内には案内羽根９が掛けられており、一方第１
の高圧側の案内羽根列１０は円筒状部分３内およ
び錠止部材１２の突起１１内に配置されている。
錠止部材１２にはさらに、中空に形成された入口
セグメント１３が固定されている。錠止部材１２
はさらに、高温ガスケーシング５の接続部を案内
およびシールするため、ならびに中間套壁６を案
内するために役立ち、かつ入口セグメント冷却媒
体を導入するための冷却媒体流通路１４、入口セ
グメント１３の保持体、第１案内羽根列１０の保
持体、ならびに冷却媒体連通部材１５の案内とし
て役立ち、前記冷却媒体連通部材は冷却媒体流通
路１４と入口セグメント１３の冷却通路系との間
に配置されている。

案内羽根保持体１には冷却通路１６が配置され
ており、該冷却通路は流入口１７を介して冷却媒
体が供給され、もしくは該冷却通路から流出口１
８を介して加熱された冷却媒体が流出する。この
場合、流入口１７および流出口１８は周面に亘つ
て互いに交互に並んで配置されている（第４図お
よび第５図参照）。冷却通路１６は連通路１９を
介して案内羽根９，１０の冷却通路系と連通せし
められている。連通路１９と案内羽根９，１０に
おける流入口との間には、貫通路を備えたシール
部材２０が配置されており、該シール部材は案内
羽根脚部２１間のスペース内に冷却媒体が流出す
るのを防止する。冷却通路１６は案内羽根保持体
１の高圧端部において、入口セグメント１３を冷
却する必要がない場合に閉鎖可能である。冷却通
路１６は案内羽根保持体１の周面に亘つて交互に
まず案内羽根９，１０だけに、かつ次にこれと並
んでさらに入口セグメント１３に冷却媒体を供給
するので、やはり対を成して交互に初めは冷却通
路１６が閉じられているか、もしくは冷却通路が
冷却媒体通路１４に向かつて開いている。第１図
および第２図の矢印は冷却媒体の流動方向を示
す。

第３図には円筒状部分３（第１図および第２図
参照）を持たない案内羽根保持体１が示されてお
り、この場合同じ部分には同一符号が付けられて
いる。図示の構成において、入口セグメントは例
えば環状燃焼室の閉鎖部材であることができる。

第４図に示す案内羽根保持体１の横断面図によ
り、冷却通路１６，１６′の導入管および導出管
の交互の配置形式が明らかである。それぞれ有利
には２つの案内羽根９が共通の脚部プレート２２
に固定されており、この場合、各脚部プレート２
２内には分配通路２９が、連通路１９と連通する
ように配置されている。

第５図においても、第１図〜第４図と同様に同
じ部分には同一符号が付けられている。案内羽根
保持体１の平面図からは、案内羽根保持体１内へ
延びる流入口１７および案内羽根保持体１から延
びる流出口１８の配置形式が明らかであり、前記
流入口および流出口は図示されていない冷却通路
１６内へ延びている。流入口１７と流出口１８と
の間にはガイド突起４が配置されている。図面下
部には突起４′を備えた円筒状部分３が示されて
おり、矢印２３は図示されていない入口セグメン
ト１３に向かうもしくはこれから至る冷却媒体の
流動方向を示している。

案内羽根保持体１の部分面範囲に櫛形のねじ結
合機構が設けられている。案内羽根保持体１の円
筒状部分３はスリツト２５を有しており、該スリ
ツトは円錐状部分２と円筒状部分３との間の屈曲
の補強作用を高め、ならびに温度差が生じた場合
のフランジねじ結合機構における屈曲に関連した
曲げモーメントに対する補強作用を高める。

第６図、第７図および第８図の詳細図は部分面
ねじ結合機構の詳細を示しており、この場合やは
り符号１で案内羽根保持体の壁が示されており、
前記壁にはフランジ２６が配置されており、該フ
ランジは固定ねじ２７有利には抗張ねじによつて
互いに引き合わされている。前記フランジ２６
は、案内羽根保持体１の壁が固定ねじ２７の接触
面間の範囲で櫛形に形成されるように、構成され
ており、この場合スリツト（第９図および第１０
図）は固定ねじの幹部直径に必要な大きさよりも
幅広くは形成されておらず、一方案内羽根保持体
１の他の壁厚は全く同じ厚さを有している。冷却
フインとして働く櫛形成形部２４の外側輪郭はほ
ぼ直線状に延びている。壁への移行部において比
較的大きな材料積層と鋭角状の横断面移行を甘受
しなければならない落ち込んだ平らなナツト支承
面を避けるため、固定ねじ２７のナツトの下方に
ナツト支承部２８（第８図）が設けられており、
該ナツト支承部は円筒状の下面を有し、この下面
自体は、フランジに設けられた半円形横断面を有
する相応した溝内に支承されており、該溝は同時
に櫛形フランジから普通の壁への切り欠きの無い
移行部を形成していて、かつ膨脹ねじ２７をナツ
ト支承部２８を含めてねじ結合状態でスリツト２
５から側方へ滑落しないように防止する。円筒状
の支承面が円筒軸線を中心とする回転運動を可能
にするので、前記構成は少なくとも１つの平面内
で固定ねじ２７の傾斜位置に対して安定してお
り、したがつて比較的大きな製作誤差の許容を可
能にする。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は案内羽根および入口部分への冷却媒体導入
路を有する案内羽根保持体の縦断面図、第２図は
案内羽根および入口部分からの冷却媒体流出路を
有する案内羽根保持体の縦断面図、第３図は円筒
状部分を持たない円錐状に形成された案内羽根保
持体の縦断面図、第４図は第１図のＡ―Ａ線に沿
つた案内羽根保持体の横断面図、第５図は冷却媒
体用の流入口および流出口を有する案内羽根保持
体の平面図、第６図はフランジねじ結合機構の横
断面図、第７図は第６図に示したフランジねじ結
合機構におけるねじ結合部材の詳細図、第８図は
第６図に示したねじ結合機構用のナツト支承部を
示す斜視図、第９図は櫛形のフランジねじ結合機
構を示す側面図、および第１０図は第９図に示し
たフランジねじ結合機構の平面図である。 １……案内羽根保持体、２……円錐状部分、３
……円筒状部分、４，４′……ガイド突起、５…
…高温ガスケーシング、６……中間套壁、７……
リブ、８……懸架部、９，１０……案内羽根、１
１……突起、１２……錠止部材、１３……入口セ
グメント、１４……冷却媒体流通路、１５……冷
却媒体連通部材、１６，１６′……冷却通路、１
７……流入口、１８……流出口、１９……連通
路、２０……シール部材、２１……案内羽根脚
部、２２……脚部プレート、２３……矢印、２４
……櫛形成形部、２５……スリツト、２６……フ
ランジ、２７……ねじ結合部材、２８……ナツト
支承部、２９……分配通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービン用の２部分から構成された冷却
   型案内羽根保持体であつて、冷却媒体通路と案内
   羽根との間に冷却媒体を導入するための連通路を
   有している形式のものにおいて、複数の冷却媒体
   通路が案内羽根保持体１内でその中心軸線の方向
   と同一の方向に延びており、これらの冷却媒体通
   路１６が全周に亙つて交互に冷却媒体流入管１７
   と冷却媒体流出管１８を形成するように構成され
   ており、かつ案内羽根保持体１の両部分のフラン
   ジ２６のねじ締結部の範囲に複数の冷却フイン２
   ４が設けられていることを特徴とする、冷却型案
   内羽根保持体。 ２ 前記冷却媒体通路１６が案内羽根保持体１の
   円錐状部分２において該案内羽根保持体の中心軸
   線に対して傾斜した軸線を有する孔として形成さ
   れている、特許請求の範囲第１項記載の案内羽根
   保持体。 ３ 前記冷却媒体通路１６が案内羽根保持体１内
   に鋳込まれた管である、特許請求の範囲第１項記
   載の案内羽根保持体。 ４ 前記冷却媒体通路１６が案内羽根保持体の中
   立線に沿つて配設されている、特許請求の範囲第
   １項記載の案内羽根保持体。 ５ 櫛形状の冷却フイン２４が個々の熔接された
   薄板から成つている、特許請求の範囲第１項記載
   の案内羽根保持体。 ６ 個々の冷却フイン２４のスリツト幅が、フラ
   ンジねじ締結部のねじ結合部材２７の幹部直径に
   等しい、特許請求の範囲第１項記載の案内羽根保
   持体。 ７ 前記ねじ結合部材２７が抗張ねじである、特
   許請求の範囲第６項記載の案内羽根保持体。