特許 5717904 静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5717904

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20150423BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/02 104

   F01D25/00 M

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-158828(P2014-158828)

(22)【出願日】2014年8月4日

【審査請求日】2014年8月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼村 啓太

【審査官】 寺町 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０６５６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５６９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０４８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２９９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ９／００−０６

Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

径方向に延びる翼形部と、前記翼形部の径方向外側に配される外側シュラウドと、を備え、静翼支持部材によって車室の内部に支持される静翼であって、
前記外側シュラウドは、
軸方向、および、周方向に延びるシュラウド本体部と、
前記シュラウド本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、
前記フック部は、周方向の少なくとも一部に軸方向または径方向に凹む凹部を有し、
前記係合部は、前記静翼支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有する静翼。

【請求項2】

前記フック部は、軸方向の上流側に配される前部フックを備え、
前記前部フックの前記係合部は、径方向の内側にシール面を備える請求項１に記載の静翼。

【請求項3】

前記凹部が配される周方向の範囲は、前記翼形部の前縁の周方向位置を含む請求項２に記載の静翼。

【請求項4】

前記フック部は、
軸方向の下流側に配される後部フックを備え、
前記後部フックの前記係合部は、径方向の外周側にシール面を備える請求項１から３の何れか一項に記載の静翼。

【請求項5】

前記凹部が配される周方向の範囲は、前記翼形部の後縁の周方向位置を含む請求項４に記載の静翼。

【請求項6】

前記凹部が配される周方向の範囲は、前記フック部の周方向中央を含む請求項１，２，４の何れか一項に記載の静翼。

【請求項7】

分割環支持部材によって車室の内部に支持され、環状の高温ガス流路の外周面を画定するガスタービンの分割環であって、
軸方向、および、周方向に延びる分割環本体部と、
前記分割環本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、
前記フック部は、周方向の少なくとも一部に軸方向に凹む凹部を有し、
前記係合部は、前記分割環支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有する分割環。

【請求項8】

請求項１から６の何れか一項に記載の静翼、および、請求項７に記載の分割環のうち、少なくとも一方を備えるガスタービン。

【請求項9】

径方向に延びる翼形部と、前記翼形部の径方向外側に配される外側シュラウドと、を備え、前記外側シュラウドが、軸方向、および、周方向に延びるシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の径方向外側に設けられ径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部、および、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部を備えるフック部と、を有し、静翼支持部材を介して車室の内部に支持される静翼の改造方法であって、
前記係合部が、前記静翼支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有するように、前記フック部の周方向の少なくとも一部に、軸方向または径方向に凹む凹部を形成する凹部加工工程を含む静翼の改造方法。

【請求項10】

軸方向、および、周方向に延びる分割環本体部と、前記分割環本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、分割環支持部材によって車室の内部に支持され、環状の高温ガス流路の外周面を画定するガスタービンの分割環の改造方法であって、
前記係合部が、前記分割環支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有するように、前記フック部の周方向の少なくとも一部に、軸方向に凹む凹部を形成する凹部加工工程を含む分割環の改造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの静翼にあっては、翼形部の径方向内側、および、径方向外側にシュラウドが形成されたものがある。径方向外側の外側シュラウドは、その外側にフックを備え、このフックを介して遮熱環や車室に支持される場合が多い。
このような静翼は、翼形部が配されるガスパス側に高温の作動流体が流れ、シュラウドを挟んでガスパス側の反対側に冷却空気が流れる。そのため、外側シュラウドは、ガスパス側と冷却空気側との大きな温度差により半径方向外側に反るように変形しようとする。
しかし、シュラウドに設けられたフックは、シュラウドの径方向に大きく突出しており、シュラウドの反り変形に対する断面二次モーメントが大きい。その結果、フックがシュラウド本体部の変形を拘束して高い熱応力が生じてしまう。

【0003】

特許文献１には、タービンの静翼について、周方向にフックが連続して延びるのではなく、機械的、熱的応力を低下させるために、スカラップ状陥凹領域を形成することが提案されている。さらに特許文献１には、スカラップ状陥凹領域を通して流体漏洩を低減するために、スカラップ状陥凹領域に少なくとも部分的に重なった状態でシール部材を含むシール組立体を配置することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４７８１２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のように応力低減のためにフックに対して凹部を形成し、この凹部を埋めるようにシール組立体を配置した場合、部品同士の隙間から冷却空気が漏れてしまう。そのため、ガスパスに流れ込む漏れ空気量が増加して、ガスタービンの性能が低下してしまう可能性がある。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、熱応力を低減することができる静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明の第一態様によれば、静翼は、径方向に延びる翼形部と、前記翼形部の径方向外側に配される外側シュラウドと、を備え、静翼支持部材によって車室の内部に支持される静翼であって、前記外側シュラウドは、軸方向、および、周方向に延びるシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、前記フック部は、周方向の少なくとも一部に軸方向または径方向に凹む凹部を有し、前記係合部は、前記静翼支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有する。
このように構成することで、凹部によってフック部の剛性を低下させることができるため、加熱によるシュラウド本体部の変形に、フック部を追従して変形させることができる。さらに、フック部が軸方向又は径方向に凹む凹部を有しつつ、凹部によってシール面が周方向に分断されない。その結果、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、熱応力を低減することができる。

【0007】

この発明の第二態様によれば、静翼は、第一態様における前記フック部が、軸方向の上流側に配される前部フックを備え、前記前部フックの前記係合部は、径方向の内側にシール面を備えてもよい。
このように構成することで、径方向内周側にシール面を有した前部フックの剛性を、シール面を分断することなしに凹部によって低下させることができる。その結果、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、前部フック側においてシュラウド本体部に作用する熱応力を低減することができる。

【0008】

この発明の第三態様によれば、静翼は、第二態様において、前記凹部が配される周方向の範囲が、前記翼形部の前縁の周方向位置を含んでもよい。
このように構成することで、前縁の高応力部における応力低減を図ることができる。

【0009】

この発明の第四態様によれば、静翼は、第一から第三態様の何れか一つの態様における前記フック部が、軸方向の下流側に配される後部フックを備え、前記後部フックの前記係合部が、径方向の外周側にシール面を備えてもよい。
このように構成することで、径方向の外周側にシール面が形成された後部フックの剛性を凹部によって低下させて、後部フック側においてシュラウド本体部に作用する熱応力を低減できる。

【0010】

この発明の第五態様によれば、静翼は、第四態様において、前記凹部が形成される周方向の範囲は、前記翼形部の後縁の周方向位置を含んでもよい。
このように構成することで、翼形部の後縁の高応力部における応力低減を図ることができる。

【0011】

この発明の第六態様によれば、静翼は、第一、第二、第四態様の何れか一つの態様において、前記凹部が形成される周方向の範囲は、前記フック部の周方向中央を含んでもよい。
このように構成することで、シュラウド曲げ変形に対するフック部剛性の効果的な低減を図ることができる。

【0012】

この発明の第七態様によれば、分割環は、分割環支持部材によって車室の内部に支持され、環状の高温ガス流路の外周面を画定するガスタービンの分割環であって、軸方向、および、周方向に延びる分割環本体部と、前記分割環本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、前記フック部は、周方向の少なくとも一部に軸方向に凹む凹部を有し、前記係合部は、前記分割環支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有する。
このように構成することで、凹部によって分割環のフック部の剛性を低下させることができるため、加熱による分割環本体部の変形に、フック部を追従して変形させることができる。さらに、フック部が軸方向に凹む凹部を有し、係合部がシール面を周方向全体にわたって連続して有しているため、凹部によってシール面を周方向に分断することがない。その結果、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、熱応力を低減することができる。

【0013】

この発明の第八態様によれば、ガスタービンは、第一から第六態様の何れか一つの態様の静翼、および、第七態様の分割環のうち少なくとも一方を備える。
このように構成することで、漏れ空気量の増加を抑えつつ、シュラウド本体部の熱応力、分割環本体部の熱応力を抑制できるため、ガスタービンの性能向上、および、信頼性向上を図ることができる。

【0014】

この発明の第九態様によれば、静翼の改造方法は、径方向に延びる翼形部と、前記翼形部の径方向外側に配される外側シュラウドと、を備え、前記外側シュラウドが、軸方向、および、周方向に延びるシュラウド本体部と、前記シュラウド本体部の径方向外側に設けられ径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部、および、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部を備えるフック部と、を有し、静翼支持部材を介して車室の内部に支持される静翼の改造方法であって、前記係合部が、前記静翼支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有するように、前記フック部の周方向の少なくとも一部に、軸方向または径方向に凹む凹部を形成する凹部加工工程を含む。
このようにすることで、メンテナンス時などに、既存の静翼に対して凹部を形成して、漏れ空気量、および、熱応力を改善することができる。

【0015】

この発明の第十態様によれば、分割環の改造方法は、軸方向、および、周方向に延びる分割環本体部と、前記分割環本体部の径方向外側に設けられ、径方向外側に突出するとともに周方向に延びる径方向突出部と、前記径方向突出部から軸方向に突出するとともに周方向に延びる係合部と、を備えるフック部と、を有し、分割環支持部材によって車室の内部に支持され、環状の高温ガス流路の外周面を画定するガスタービンの分割環の改造方法であって、前記係合部が、前記分割環支持部材と径方向に接触するシール面を周方向全体にわたって連続して有するように、前記フック部の周方向の少なくとも一部に、軸方向に凹む凹部を形成する凹部加工工程を含む。

【発明の効果】

【0016】

この発明に係る静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法によれば、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、熱応力を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略図である。

【図2】この発明の第一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。

【図3】この発明の第一実施形態における静翼分割体の斜視図である。

【図4】この発明の第一実施形態における外側シュラウドの断面図である。

【図5】この発明の第一実施形態における凹部を径方向外側から見た図である。

【図6】この発明の第一実施形態における凹部を軸方向の上流側から見た図である。

【図7】この発明の第一実施形態における静翼の改造方法を示すフローチャートである。

【図8】この発明の第二実施形態における図４に相当する断面図である。

【図9】この発明の各実施形態の第一変形例における後部フックの断面図である。

【図10】この発明の各実施形態の第二変形例における前部フックの断面図である。

【図11】この発明の各実施形態の第三変形例における外側シュラウドの斜視図である。

【図12】この発明の各実施形態の第四変形例における外側シュラウドの斜視図である。

【図13】この発明の第五変形例における後部フック周辺の拡大斜視図である。

【図14】この発明の第六変形例における後部フック周辺の拡大斜視図である。

【図15】この発明の実施形態の第七変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。

【図16】この発明の実施形態の第八変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。

【図17】この発明の実施形態の第九変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。

【図18】この発明の実施形態の第十変形例における図１３に相当する拡大斜視図である。

【図19】この発明の第十一変形例における分割環の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（第一実施形態）
以下、この発明の一実施形態に係る静翼、ガスタービン、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法について説明する。
図１は、この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略図である。図２は、この発明の第一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。
図１に示すように、この実施形態のガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、を備えている。

【0019】

圧縮機２は、空気取込口から空気を取り込んで圧縮空気を生成する。
燃焼器３は、圧縮機２の吐出口に接続されている。この燃焼器３は、圧縮機２から吐出された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスＧを生成する。

【0020】

タービン部４は、ケーシング（車室）６と、ロータ７とを備えている。
ケーシング６は、ロータ軸Ａｒ（図２参照）を中心として筒状に形成されている。
ロータ７は、ロータ軸Ａｒを中心としてケーシング６に回転可能に支持されている。
タービン部４は、燃焼器３から送り出された燃焼ガスＧを作動流体としてロータ７を回転駆動する。このタービン部４により発生した駆動力は、ロータ７に連結された発電機（図示無し）等に伝達される。以下の説明においては、タービン部４のロータ軸Ａｒにおける圧縮機２側を上流側、その反対側を下流側と称する。また、ロータ軸Ａｒの延びる方向を単に軸方向Ｄａ、ロータ軸Ａｒの周方向を単に周方向Ｄｃ、ロータ軸Ａｒに対する径方向を単に径方向Ｄｒと称し、さらに径方向で、ロータ軸Ａｒに近づく側を径方向内側、ロータ軸Ａｒから遠ざかる側を径方向外側と称する。

【0021】

図２に示すように、ロータ７は、ロータ本体１０と、動翼段１１とを備えている。ロータ７は、ロータ軸Ａｒを中心として、軸方向Ｄａに延びている。動翼段１１は、軸方向Ｄａに並んでロータ本体１０に複数取り付けられている。各動翼段１１は、複数の動翼１２を有している。これら複数の動翼１２は、ロータ軸Ａｒに対して周方向Ｄｃに並んでロータ軸Ａｒに取り付けられている。

【0022】

動翼１２は、動翼本体１３と、プラットホーム１４と、翼根１５と、を有している。動翼本体１３は、径方向Ｄｒに延びている。プラットホーム１４は、動翼本体１３の径方向内側に設けられている。翼根１５は、プラットホーム１４の径方向内側に設けられている。動翼１２は、翼根１５がロータ本体１０に埋め込まれることで、ロータ本体１０に固定されている。

【0023】

複数の動翼段１１の各上流側には、静翼段１７が配置されている。各静翼段１７は、いずれも、複数の静翼１８が周方向Ｄｃに並んで構成されている。静翼１８は、静翼本体（翼形部）１９と、外側シュラウド２０と、内側シュラウド２１と、を有している。静翼本体１９は、径方向Ｄｒに延びている。外側シュラウド２０は、静翼本体１９の径方向外側に設けられている。内側シュラウド２１は、静翼本体１９の径方向内側に設けられている。

【0024】

動翼段１１、および、静翼段１７の径方向外側、且つ、ケーシング６の径方向内側には、翼環２３が配置されている。この翼環２３は、ロータ軸Ａｒを中心として筒状に形成されている。翼環２３は、ケーシング６に固定されている。また、翼環２３は、静翼１８の外側シュラウド２０に対して、遮熱環２４（静翼支持部材）を介して連結されている。

【0025】

軸方向Ｄａで隣接する外側シュラウド２０同士の間には、分割環２５が配置されている。分割環２５は、ロータ軸Ａｒを中心として周方向Ｄｃに複数並んで配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環２５は、環状を成している。分割環２５の径方向内側には、動翼段１１が配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環２５は、いずれも、遮熱環２４により翼環２３に連結されている。

【0026】

燃焼器３は、尾筒２７と、燃料供給器２８と、を備えている。尾筒２７は、高温高圧の燃焼ガスＧをタービン部４に送る。燃料供給器２８は、尾筒２７内に燃料、および、圧縮空気を供給する。尾筒２７の下流側の出口フランジ２９には、第一静翼段１７ａを構成する静翼１８ａの内側シュラウド２１、および、外側シュラウド２０が接続されている。

【0027】

圧縮機２からの圧縮空気Ａは、タービン部４のケーシング６内に入り、燃焼器３の周りから燃焼器３の燃料供給器２８内に流れ込む。燃料供給器２８はこの圧縮空気Ａと共に外部からの燃料を尾筒２７内に供給する。尾筒２７内では、燃料が燃焼して、燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、静翼段１７を構成する複数の静翼１８の内側シュラウド２１と外側シュラウド２０との間、その下流側の動翼段１１を構成する複数の動翼１２のプラットホーム１４とこの動翼１２の径方向外側に配置されている分割環２５との間を通る過程で、動翼本体１３に接して、ロータ７をロータ軸Ａｒ回りに回転させる。

【0028】

すなわち、燃焼ガスＧが流れる環状の燃焼ガス流路Ｐｇは、静翼１８の内側シュラウド２１、および、外側シュラウド２０と、動翼１２のプラットホーム１４、および、これに対向する分割環２５とで画定されている。上述した静翼１８、動翼１２及び分割環２５は、いずれも、高温高圧の燃焼ガスＧに接する高温部品である。

【0029】

圧縮機２からの圧縮空気Ａの一部、又は圧縮機２から抽気された圧縮空気Ａは、静翼１８の外側シュラウド２０及び内側シュラウド２１を冷却するために、この外側シュラウド２０の径方向外側や内側シュラウド２１の径方向内側の領域にも流れ込む。また、ケーシング６の径方向内側であって翼環２３の径方向外側に領域にも、圧縮機２からケーシング６内に流れ込んだ前述の圧縮空気Ａの一部、又は圧縮機２から抽気した圧縮空気Ａが供給される。圧縮空気Ａは、分割環２５を冷却するために、翼環２３を介して、その径方向内側に配置されている分割環２５の径方向外側に流れ込む。

【0030】

図３は、この発明の第一実施形態における静翼分割体の斜視図である。図４は、この発明の第一実施形態における外側シュラウドの周辺を周方向から見た図である。
図３に示すように、上述した静翼段１７は、複数の静翼分割体（セグメント）３０を備えている。静翼段１７は、複数の静翼分割体３０を周方向に複数連結することで全体として環状に形成される。この実施形態における静翼分割体３０は、３つの静翼本体１９と、外側シュラウド２０と、内側シュラウド２１とを備えている。外側シュラウド２０と、内側シュラウド２１とは、３つの静翼本体１９と一体に形成されている。

【0031】

外側シュラウド２０は、シュラウド本体部３１と、フック部３２とを備えている。
シュラウド本体部３１は、軸方向Ｄａ、および、周方向Ｄｃに延びている。このシュラウド本体部３１は、周方向Ｄｃに湾曲する板状に形成されている。シュラウド本体部３１は、その内周面から径方向内側に向かって上述した静翼本体１９が延びている。

【0032】

フック部３２は、上述した遮熱環２４に静翼分割体３０を係合するために形成されている。フック部３２は、前部フック３３と、後部フック３４と、を備えている。
図３、図４に示すように、前部フック３３は、軸方向Ｄａで外側シュラウド２０の上流側に配される。この実施形態における前部フック３３は、外側シュラウド２０の上流側の端縁２０ａに配されている。前部フック３３は、外側シュラウド２０から径方向外側に向かって突出している。また、前部フック３３は、周方向Ｄｃに外側シュラウド２０の全幅にわたって連続して形成されている。

【0033】

前部フック３３は、軸方向Ｄａの下流側に向かって突出する突出部３６を備えている。この突出部３６は、前部フック３３の径方向外側の端部から突出している。

【0034】

後部フック３４は、軸方向Ｄａで外側シュラウド２０の下流側に配される。この実施形態における前部フック３３は、外側シュラウド２０の下流側の端縁２０ｂに配されている。後部フック３４は、前部フック３３と同様に、外側シュラウド２０から径方向外側に向かって突出している。また、後部フック３４は、周方向Ｄｃに外側シュラウド２０の全幅にわたって連続して形成されている。後部フック３４は、軸方向Ｄａの上流側に向かって突出する突出部３７を有している。

【0035】

図４に示すように、上述した遮熱環２４には、前部フック３３と係合する前部係合部３９が形成されている。この前部係合部３９は、前部フック３３の下流側に隣接するように径方向内側に向かって延びている。この前部係合部３９には、前部フック３３の突出部３６を径方向内側から支持する支持部４１が形成されている。支持部４１は、軸方向Ｄａの下流側から上流側に向かって延びている。支持部４１は、前部フック３３と同様に、周方向に連続して形成されている。ここで、静翼１８は、上流から下流に向かって流れる燃焼ガスＧによって押されるため、前部フック３３には径方向内側に向かって変位しようとする力が作用する。そのため、前部フック３３の突出部３６の径方向内側は、遮熱環２４の支持部４１の径方向外側に押し付けられ、その間隙４２ａは小さくなっている。遮熱環２４と前部フック３３との間から冷却空気が燃焼ガス流路Ｐｇ（図２参照）に漏れ出す流路においては、この間隙４２ａが最も断面積が狭い。そのため、前部フック３３の突出部３６は、その径方向内側を向く面が周方向で連続したシール面４２となっている。

【0036】

さらに遮熱環２４には、後部フック３４と係合する後部係合部４０が形成されている。この後部係合部４０は、後部フック３４の上流側に隣接するように径方向内側に向かって延びている。この後部係合部４０には、後部フック３４の突出部３７を径方向内側から支持する支持部４３が形成されている。支持部４３は、軸方向Ｄａの上流側から下流側に向かって延びている。支持部４３は、後部フック３４と同様に、周方向に連続して形成されている。ここで、上流から下流に向かって流れる燃焼ガスＧによって静翼１８が押されると、後部フック３４には径方向外側に向かって変位しようとする力が作用する。そのため、後部フック３４の突出部３７の径方向外側は、遮熱環２４の径方向内側面２４ａに押し付けられ、その間隙４５ａは小さくなっている。遮熱環２４と後部フック３４との間から冷却空気が燃焼ガス流路Ｐｇ（図２参照）に漏れ出す流路においては、この間隙４５ａが最も断面積が狭い。そのため、後部フック３４は、その径方向外側を向く面が周方向で連続したシール面４５となっている。

【0037】

後部フック３４は、その径方向外側を向く面、すなわち、径方向外側に向かって立ち上がるフック本体部４４と、突出部３７との互いの径方向外側を向く面がシール面４５となっている。ここで、この実施形態におけるフック本体部４４の径方向外側を向く面と、突出部３７の径方向外側を向く面とは、周方向で連続した一つのシール面４５を形成している。シール面４２，４５は、それぞれ外側シュラウド２０よりも径方向外側に供給されている冷却空気が、外側シュラウド２０よりも径方向内側の燃焼ガス流路Ｐｇに漏れ出すことを抑制している。

【0038】

図５は、この発明の第一実施形態における凹部を径方向外側から見た図である。図６は、この発明の第一実施形態における凹部を軸方向の上流側から見た図である。
図３から図６に示すように、後部フック３４には、凹部５０が形成されている。凹部５０は、後部フック３４の周方向の少なくとも一部に形成されている。また、後部フック３４の径方向外側には、シール面４５が配されている。凹部５０はシール面４５の一部を切り取るように設けられているものの、シール面４５は凹部５０の軸方向Ｄａ下流側を含む後部フック３４の全幅にわたって周方向に連続して配されている。

【0039】

この実施形態における凹部５０は、静翼分割体３０の周方向Ｄｃの中央部、換言すれば、フック部３２の周方向中央を含む位置に形成されている。また、この実施形態における凹部５０は、後部フック３４に対して軸方向Ｄａの上流側から下流側に向かって凹むように形成されている。より具体的には、凹部５０は、軸方向Ｄａに沿ってみたときに突出部３７側からフック本体部４４に至り、かつフック本体部４４の軸方向Ｄａ下流側までは貫通しない範囲で凹むように形成されている。凹部５０の下流側の面５１は、フック本体部４４の軸方向Ｄａにおける中央部Ｃ１（図４参照）と、第二突出部３８との間に配されている。

【0040】

凹部５０は、下流側の面５１と、径方向内側の面５２と、周方向両側の面５３とを備えている。下流側の面５１は、径方向Ｄｒ、且つ、周方向Ｄｃに延びている。径方向内側の面５２は、軸方向Ｄａ、且つ、周方向Ｄｃに延びている。周方向両側の面５３は、径方向Ｄｒ、且つ、軸方向Ｄａに延びている。これら下流側の面５１と、径方向内側の面５２と、周方向両側の面５３とが互いに接続される各隅部は、曲面により接続されている。

【0041】

次に、上述した第一実施形態のガスタービン１における静翼１８の改造方法について図面を参照しながら説明する。この実施形態における静翼の改造方法は、いわゆる既設のガスタービン１に対して行う改造方法である。なお、後述する分割環２５の改造方法も、以下に説明する静翼の改造方法と同様であるため、分割環２５の改造方法についての詳細説明は省略する。
図７は、この発明の第一実施形態における静翼の改造方法を示すフローチャートである。
まず、事前準備として、遮熱環２４から静翼１８を取り外す。
次いで、図７に示すように、静翼１８のフック部３２に対して切削加工等により上述した凹部５０を形成する（ステップＳ０１；切欠き加工工程）。
その後、後工程として、フック部３２を遮熱環２４から取り外した手順とは逆手順で、静翼１８を遮熱環２４に取り付ける作業を行い、上記静翼１８の改造を終了する。

【0042】

したがって、上述した第一実施形態によれば、凹部５０によってフック部３２の後部フック３４の剛性を低下させることができる。そのため、加熱によるシュラウド本体部３１の変形に、後部フック３４を追従して変形させることができる。さらに、フック部が軸方向又は径方向に凹む凹部５０を有しつつ、凹部５０によって突出部３７のシール面４５が周方向Ｄｃに分断されない。そのため、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、静翼１８に作用する熱応力を低減して静翼１８を長寿命化することができる。

【0043】

さらに、複数の静翼分割体３０からなる静翼１８において、各静翼分割体３０に凹部５０を形成することで、凹部５０を容易に形成することができる。その結果、後部フック３４の剛性を容易に低下させることができる。

【0044】

また、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、シュラウド本体部３１の熱応力を抑制できるため、ガスタービンの性能向上、および、信頼性向上を図ることができる。

【0045】

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態における静翼について説明する。この第二実施形態の静翼は、上述した第一実施形態の静翼の前部フック３３にも切欠き部を設けている。そのため、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

【0046】

図８は、この発明の第二実施形態における図４に相当する断面図である。
図８に示すように、前部フック３３は、シュラウド本体部３１の軸方向Ｄａの上流側に配されている。前部フック３３は、軸方向Ｄａの下流側に突出する突出部３６を有している。突出部３６は、後部フック３４のシール面４５（図中、太線で示す）が径方向外側の面であるのに対して、径方向内側の面が遮熱環２４との間をシールするシール面４２（図中太線で示す）となっている。

【0047】

前部フック３３は、凹部６０を備えている。凹部６０は、前部フック３３の周方向Ｄｃの少なくとも一部に形成されている。この凹部６０は、少なくとも軸方向Ｄａにシール面４２が配されている。また凹部６０は、前部フック３３に対して軸方向Ｄａに向かって凹むように形成されている。

【0048】

より具体的には、凹部６０は、突出部３６のシール面４２の軸方向Ｄａの下流側の部分６０ａから、フック本体部６１の径方向外側の部分６０ｂを経由して、フック本体部６１の軸方向Ｄａの上流側の部分６０ｃに回り込むように形成されている。つまり、凹部６０は、シール面４２の軸方向Ｄａの下流側の部分６０ａと、フック本体部６１の軸方向Ｄａの上流側の部分６０ｃとにおいて、それぞれシール面４２の軸方向Ｄａに配されている。また、凹部６０の上流側の部分６０ｃは、突出部３６の端面３６ａから、シール面４２を挟んで軸方向Ｄａの上流側に配されている。

【0049】

したがって、上述した第二実施形態によれば、凹部６０によって前部フック３３の剛性を低下させることができる。そのため、シュラウド本体部３１における軸方向Ｄａの上流側における熱応力を低減できる。その一方で、シール面４２が前部フック３３の全幅にわたって周方向に連続するため、前部係合部３９と前部フック３３との間のシール性能が確保される。その結果、前部フック３３の剛性を低下させるにあたって漏れ空気量を増加させてしまうことがない。

【0050】

また、シール面４２に対して軸方向Ｄａの下流側、および、上流側の両方に凹部６０が形成されるため、十分に前部フック３３の剛性低下を図ることができる。その結果、シュラウド本体部３１の軸方向Ｄａの上流側に作用する熱応力を十分に低減することができる。

【0051】

（第一変形例）
図９は、この発明の各実施形態の第一変形例における後部フックの断面図である。
上述した各実施形態においては、後部フック３４のシール面４５に対して、軸方向Ｄａの上流側に凹部５０を形成する場合を一例に説明した。しかし、凹部５０の軸方向Ｄａにシール面４５が配されていればよく、例えば、図９に示すように、凹部５０を、シール面４５の軸方向Ｄａの下流側に形成してもよい。

【0052】

（第二変形例）
図１０は、この発明の各実施形態の第二変形例における前部フックの断面図である。
上述した第二実施形態においては、前部フック３３のシール面４２に対して、軸方向Ｄａの上流側、および、下流側の両方に凹部６０が形成される場合を一例に説明した。しかし、凹部６０は、シール面４２に対して、軸方向Ｄａの上流側、および、下流側の両方に形成される場合に限られない。例えば、図１０に示すように、フック本体部６１の径方向外側の部分６０ｂから、フック本体部６１の軸方向Ｄａの上流側の部分６０ｃに回り込むように形成してもよい。すなわち、第二実施形態におけるシール面４２の軸方向Ｄａの下流側の部分６０ａを省略してもよい。

【0053】

（第三変形例）
図１１は、この発明の各実施形態の第三変形例における外側シュラウドの斜視図である。この図１１においては、上述した外側シュラウド２０のみを簡略化して示している（図１２も同様）。
上述した各実施形態の静翼分割体３０の外側シュラウド２０は、凹部５０を周方向Ｄｃの中央部に一つだけ備える場合について説明した。しかし、凹部５０は、この構成に限られない。例えば、図１１の第三変形例に示すように、凹部５０を周方向Ｄｃで複数箇所に形成してもよい。また、凹部５０の個数は２つに限られず、３つ以上設けてもよい。このようにすることで、フック部３２の剛性を更に低下させることができるため、容易に剛性を調整することができる。ここで、凹部５０を一例に説明したが、凹部６０を同様に複数設けてもよい。

【0054】

（第四変形例）
図１２は、この発明の各実施形態の第四変形例における外側シュラウドの斜視図である。
上述した各実施形態の静翼分割体３０の外側シュラウド２０は、凹部５０を周方向Ｄｃの一部に形成する場合について説明した。しかし、凹部５０は、この構成に限られない。例えば、図１２の第四変形例に示すように、周方向Ｄｃで、凹部５０を静翼分割体３０の長さ寸法の半分の寸法よりも長く形成してもよい。つまり、静翼分割体３０の周方向Ｄｃの大部分に凹部５０を形成してもよい。このように形成することで、切削加工等の工数を削減しつつ、一つの静翼分割体３０に凹部５０を複数設ける場合と同様に、フック部３２の剛性を更に低下させることができるため、容易に剛性を調整することができる。ここで、凹部５０を一例に説明したが、凹部６０を同様に周方向Ｄｃに長尺に形成してもよい。

【0055】

この発明は、上述した各実施形態や各変形例に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態や各変形例に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態や各変形例で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

【0056】

例えば、凹部５０の形状は、フック部３２の剛性を低下させることができれば良く、第一実施形態にて説明した凹部５０の形状に限られない。
図１３は、この発明の第五変形例における後部フック周辺の拡大斜視図である。図１４は、この発明の第六変形例における後部フック周辺の拡大斜視図である。
上述した実施形態においては、後部フック３４に対して凹部５０を軸方向Ｄａの上流側から下流側に向けて凹むように形成する場合について説明した。しかし、凹部５０の形状は、上記実施形態の形状に限られない。例えば、図１３に示す第五変形例のように、径方向Ｄｒに凹むように形成してもよい。

【0057】

さらに、上述した実施形態においては、凹部５０の形状が、軸方向Ｄａに垂直な断面視で角溝状となる場合を例示した。しかし、凹部５０の形状は、フック部３２の剛性を低下させることができる形状であれば上記形状に限られない。例えば、図１４に示す第六変形例のように、軸方向Ｄａに垂直な断面視で丸溝状となるように凹部５０を形成してもよい。

【0058】

図１５は、この発明の実施形態の第七変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。図１６は、この発明の実施形態の第八変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。図１７は、この発明の実施形態の第九変形例における外側シュラウドを径方向外側から見た図である。
上述した第一実施形態においては、凹部５０，６０を、フック部３２の周方向中央を含む範囲に形成する場合を例示した。しかし、この構成に限られない。例えば、図１５に示す第七変形例のように、凹部６０を、周方向Ｄｃについて見たときに静翼本体１９の前縁１９ａの位置を含むように複数配するようにしてもよい。同様に、図１６に示す第八変形例のように、凹部５０を、周方向Ｄｃについて見たときに静翼本体１９の後縁１９ｂの位置を含むように複数配するようにしてもよい。

【0059】

シュラウド本体部３１と静翼本体１９の前縁１９ａとの結合部、または、シュラウド本体部３１と後縁１９ｂとの結合部は、それぞれシュラウド本体部３１の変形に加えて静翼本体１９の変形が重畳する。そのため、熱応力が高くなる傾向がある。そこで、凹部５０，６０を、周方向Ｄｃについて見たときに静翼本体１９の前縁１９ａまたは後縁１９ｂの位置を含むように配置すれば、この高応力部の熱応力を効果的に低減できる。なお、図１５においては、凹部６０のみを設け、図１６においては凹部５０のみを設けているが、凹部６０および凹部５０を両方とも設けるようにしてもよい。

【0060】

図１８は、この発明の実施形態の第十変形例における図１３に相当する拡大斜視図である。
上述した実施形態においては、後部フック３４の突出部３７が、軸方向Ｄａの上流側に向かって突出する場合について説明した。しかし、突出部３７の突出する方向は軸方向Ｄａの上流側に限られない。例えば、図１８に示す第十変形例のように、軸方向Ｄａの下流側に突出するように形成してもよい。なお、図１８の一例においては、凹部５０が後部フック３４の上流側に形成されているが、凹部５０が形成される位置は、この位置に限られない。

【0061】

また、上述した第二実施形態においては、前部フック３３に凹部６０を形成し、後部フック３４に凹部５０を形成する場合について説明した。しかし、例えば、後部フック３４に凹部５０を設けずに、前部フック３３にのみに凹部６０を形成するようにしてもよい。

【0062】

図１９は、この発明の第十一変形例における分割環の斜視図である。
上述した第一、第二実施形態においては、静翼１８の外側シュラウド２０に凹部５０，６０を形成する場合について説明した。しかし、凹部５０，６０は、分割環２５にも適用可能である。

【0063】

図１９に示すように、分割環２５は、分割環本体部７０と、フック部７１と、を有している。分割環本体部７０は、軸方向Ｄａ、および、周方向Ｄｃに延びている（図２参照）。
フック部７１は、径方向突出部７２と、係合部７３と、を備えている。径方向突出部７２は、分割環本体部７０の径方向Ｄｒの外側に設けられている。この径方向突出部７２は、径方向Ｄｒの外側に突出するとともに周方向Ｄｃに延びている。係合部７３は、径方向突出部７２から軸方向Ｄａの下流側に突出するとともに周方向Ｄｃに延びている。このフック部７１は、周方向Ｄｃの少なくとも一部に軸方向Ｄａまたは径方向Ｄｒに凹む凹部７４を有している。なお、図１９においては、凹部７４が軸方向Ｄａに凹む場合を例示している。係合部７３は、遮熱環２４（図２参照、分割環支持部材）と径方向Ｄｒに接触するシール面７５を周方向Ｄｃの全体にわたって連続して有している。

【0064】

このように分割環２５を構成することで、上述した実施形態の外側シュラウド２０と同様に、凹部７４によってフック部７１の剛性を低下させることができる。そのため、加熱による分割環本体部７０の変形に、フック部７１を追従して変形させることができる。さらに、凹部７４によって径方向突出部７２のシール面７５を周方向Ｄｃに分断することがない。そのため、シール面７５を周方向Ｄｃに連続して形成することができる。その結果、漏れ空気量の増加を抑制しつつ、分割環本体部７０に作用する熱応力を低減して分割環２５を長寿命化することができる。なお、上述した分割環２５の凹部７４についても、上述した各実施形態および各変形例の静翼１８の凹部５０と同様、種々形状および配置を採用してもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン部
６ ケーシング（車室）
７ ロータ
１０ ロータ本体
１１ 動翼段
１２ 動翼
１３ 動翼本体
１４ プラットホーム
１５ 翼根
１７ 静翼段
１８ 静翼
１９ 静翼本体（翼形部）
１９ａ 前縁
２０ 外側シュラウド
２０ａ 上流側の端縁
２０ｂ 下流側の端縁
２１ 内側シュラウド
２３ 翼環
２４ 遮熱環（静翼支持部材、分割環支持部材）
２５ 分割環
２６ 上流側の端部
２７ 尾筒
２８ 燃料供給器
２９ 出口フランジ
３０ 静翼分割体
３１ シュラウド本体部
３２ フック部
３３ 前部フック
３４ 後部フック
３６ 突出部
３６ａ 端面
３７ 突出部
３９ 前部係合部（係合部）
４０ 後部係合部（係合部）
４１ 支持部
４２ シール面
４３ 支持部
４４ フック本体部
４５ シール面
４６ 溝部
５０ 凹部
５１ 下流側の面
５２ 径方向内側の面
５３ 周方向両側の面
６０ 凹部
６０ａ 下流側の部分
６０ｂ 径方向外側の部分
６０ｃ 上流側の部分
６１ フック本体部
７０ 分割環本体部
７１ フック部
７２ 径方向突出部
７３ 係合部
７４ 凹部
７５ シール面
Ａｒ ロータ軸
Ｐｇ 燃焼ガス流路（高温ガス流路）
Ｃ１ 中央部

【要約】

【課題】漏れ空気量の増加を抑制しつつ、熱応力を低減することができる静翼、ガスタービン、分割環、静翼の改造方法、および、分割環の改造方法を提供する。
【解決手段】径方向に延びる翼形部１９と、翼形部１９の径方向外側に配される外側シュラウド２０と、をそれぞれ一体に備え、車室に遮熱環を介して支持され、外側シュラウド２０が、軸方向、および、周方向に延びるシュラウド本体部３１と、遮熱環に係合する環状のフック部３２と、を備え、フック部３２が、軸方向の少なくとも一方側に突出し径方向の少なくとも一方にシール面４５を有する突出部３７を備え、周方向の少なくとも一部に、軸方向にシール面４５が配されるように、軸方向に凹む凹部５０を備える。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】