特許 6227765 ガスタービン及び取付方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6227765

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】ガスタービン及び取付方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/04 20060101AFI20171030BHJP

   F01D 11/08 20060101ALI20171030BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20171030BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20171030BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/04

   F01D11/08

   F01D25/24 R

   F01D25/24 J

   F01D25/00 X

   F01D25/00 U

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-516887(P2016-516887)

(86)(22)【出願日】2014年8月29日

(65)【公表番号】特表2016-535188(P2016-535188A)

(43)【公表日】2016年11月10日

(86)【国際出願番号】EP2014068359

(87)【国際公開番号】WO2015043876

(87)【国際公開日】20150402

【審査請求日】2016年6月27日

(31)【優先権主張番号】13185947.2

(32)【優先日】2013年9月25日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】508008865

【氏名又は名称】シーメンス アクティエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ファティ・アーマッド

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル・ヘンドラー

(72)【発明者】

【氏名】ケヴィン・カンプカ

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・コヴァルスキ

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン・コヴァルツィク

(72)【発明者】

【氏名】ニハル・クルト

(72)【発明者】

【氏名】シュテファン・シュミット

(72)【発明者】

【氏名】ペーター・シュレーダー

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００７７１４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−２７７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２３９３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５０−０２０２０１（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第２６８５４２９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ９／０４

Ｆ０１Ｄ １１／０８

Ｆ０１Ｄ ２５／００

Ｆ０１Ｄ ２５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータブレード列（１２）を具備するタービン（１１）と、前記ロータブレード列（１２）の周囲に配置されていると共に複数のリングセグメントから構成されているリングとを備えているガスタービン（１０）であって、
少なくとも１つの前記リングセグメントが、取付状態において高温ガス経路（２６）に面している高温ガス面（２７）を有しているリングセグメント本体（２５）を備えており、
前記リングセグメント本体（２５）が、凹所（２３）を前記高温ガス面（２７）に有しており、前記凹所（２３）を覆うように構成されているインサート要素（１４）が、前記凹所（２３）に配置されている、前記ガスタービン（１０）において、
前記インサート要素（１４）が、凹状の前面（１５）と、前記リングセグメント本体（２５）に位置決めするための少なくとも１つの成形部分（１７，１８）を具備する後面（１６）とを有しており、
これにより、前記リングセグメント（２５）が前記ガスタービン（１０）に既に取り付けられている場合に、前記インサート要素（１４）が、前記高温ガス経路（２６）の内部に導入された後に、前記リングセグメント本体（２５）の前記凹所（２３）に取り付けられ、
前記インサート要素（１４）が、前記前面（１５）から端面（２２）に至るまで延在している少なくとも１つの通路（２１）を有しており、螺合手段が、前記通路（２１）を通じて送り込まれることを特徴とするガスタービン（１０）。

【請求項2】

前記インサート要素（１４）が、通路（２１）と同軸に配置されている少なくとも１つの窪み（１９）を前記前面（１５）に有していることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１０）。

【請求項3】

前記インサート要素（１４）が、上側成形部分（１７）と下側成形部分（１８）とを有しており、前記インサート要素（１４）が、前記下側成形部分（１８）を介して、前記リングセグメント本体（２５）のアンダーカット（２４）の内部に押し込まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン（１０）。

【請求項4】

前記インサート要素（１４）が、前記リングセグメント本体（２５）に螺合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスタービン（１０）。

【請求項5】

インサート要素（１４）を請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスタービンに取り付けるための方法であって、インサート要素（１４）が、ガスタービン（１０）のタービン（１１）のリングセグメント本体（２５）の凹所（２３）に取り付けられる、前記方法において、
前記凹所（２３）が、前記リングセグメント本体（２５）の取付状態において前記ガスタービン（１０）の高温ガス経路（２６）に面している高温ガス面（２７）に配置されていることを特徴とする方法。

【請求項6】

前記リングセグメント本体（２５）の取付状態において、前記インサート要素（１４）が、前記高温ガス経路（２６）の内部に導入された後に、前記リングセグメント本体（２５）に固定されることを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記インサート要素（１４）が、前記リングセグメント本体（２５）に螺合されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン及び取付方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンのタービンのロータブレード列がいわゆるシュラウドをブレード翼の上側端部に有していることは周知である。

【0003】

特許文献１は、ガスタービンのための冷却されたタービンリングセグメントを開示しており、当該タービンリングセグメントは、アキシアル方向に方向づけられているシュラウドリングセグメントであって、内面、外面、上流フランジ、及び下流フランジを有しているシュラウドリングセグメントを備えている。フランジは、シュラウドリングをエンジンケーシングに保持する。穿孔された冷却空気衝突プレートは、上流フランジと下流フランジとの間においてシュラウドリングの外面に配置されており、衝突チャンバが、冷却空気衝突プレートと当該外面との間に形成されている。アキシアル方向に方向づけられているリングセグメントの冷却ボアは、衝突チャンバと出口との間に延在している。中空の隣接する出口が、案内羽根を冷却するために、冷却空気を当該出口から下流の案内羽根に向かって案内する。

【0004】

特許文献２は、ターボ機械のロータブレードのためのシール装置を開示している。シール装置は、区間シールを備えている。当該区間シールは、接続要素を介して内側リングに取り付けられている一方、フックを介して外側リングに取り付けられている。内側リングは低い熱慣性を有しており、外側リングは高い熱慣性を有している。さらに、区間シールは、フックに設けられたサポートリブと芯出し手段とを有している。

【0005】

特許文献３は、動作中にガスタービンエンジンのタービンブレードの一の段の両端を囲んでいるタービンブレードシュラウド装置を開示している。シュラウド装置は、アキシアル方向及びラジアル方向において緩く保持されているリングと、横方向において互いに当接している複数のセグメントを有しているタービンブレードシュラウドとを備えており、タービンブレードシュラウドそれぞれが、リングのラジアル方向面から懸架されており、ガスシールに位置決めされており、定置式エンジン構造体に対して比較的移動可能とされ、リングが、定置式エンジン構造体の材料より低い熱反応特性を有している材料から構成されている。

【0006】

特許文献４は、交互に配置された空気冷却ロータブレード列とロータ熱シールドとを具備するロータと、交互に配置された空気冷却案内羽根列と内側リングに取り付けられたステータ熱シールドとを具備するステータと、を備えている軸流式ガスタービンを開示している。ステータは、高温ガス通路がステータとロータとの間に形成されるように、ロータを同軸に囲んでいる。ロータブレード列とステータ熱シールドとは、又は案内羽根列とロータ熱シールドとは互いに対向して配置されている。一の案内羽根列とその下流のロータブレード列とが、タービン段を形成している。ロータブレードは、外側ブレードプラットフォームをその先端に備えている。ブレードプラットフォームは、複数の歯を自身の外側に備えており、複数の歯は、周方向において互いに対して平行に延在しており、高温ガス流の流れ方向において縦列に配置されている。

【0007】

シュラウドが設けられていることに起因して、例えば点検又は試験を目的としてロータブレードを動作させる際に、上側ケーシング部分の全体を揚重すること、いわゆるカバーリフトを実施する必要がある。カバーリフトは非常に面倒である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国出願公開第２００４／１２０８０３号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第０１３２１８２号明細書

【特許文献3】英国特許出願公開第２２０６６５１号明細書

【特許文献4】欧州特許出願公開第２４５８１５２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、これら欠点を解決すること、並びに、シュラウドをガスタービンに設けることなくロータブレード列を動作させることができるガスタービン及び取付方法を提供することである。

【0010】

当該目的は、請求項１に規定されるガスタービン、及び請求項６に規定される取付方法によって達成される。本発明の優位な変形例は、従属請求項において特定され、本明細書において説明される。

【0011】

従って、優位には、ガスタービンは、シュラウドを具備しないロータブレード列によって動作するように適合されている。ロータブレードを交換する場合に、ガスタービンの上側ケーシングを揚重する（カバーリフト）必要が無い。出口側からアクセスすることができる。従って、本発明におけるガスタービンは、ブレード翼の頻繁な交換作業を含む試験のために特に適合している。本発明におけるガスタービンによって、これら試験を一層速く手配及び実施することができる。

【0012】

さらに、本発明におけるガスタービンは、当該少なくとも１つのインサート要素をリングセグメント本体から取り外すことによって、シュラウドを具備するロータブレード列によって動作させるために容易に転換することができる。

【0013】

ガスタービンのタービンの本発明におけるリングセグメントは、高温ガス面を有しているリングセグメント本体であって、高温ガス面が取付状態において高温ガス経路に面している、リングセグメント本体を備えている。リングセグメント本体が、凹所を高温ガス面に有している。上述のタイプのインサート要素が、凹所に配置されている。特にインサート要素が、リングセグメント本体に螺合されている。

【0014】

ガスタービンのタービンのリングセグメント本体に取り付けるためのインサート要素は、凹所を覆うように構成されている。インサート要素は、凹状の前面と、リングセグメント本体に位置決めするための少なくとも１つの成形部分を具備する後面とを有している。これに関連して、凹所は、リングセグメント本体の高温ガス面に配置されている。従って、リングセグメント本体は、シュラウドを有するロータブレード列によって動作するように構成されている。

【0015】

優位には、このような配置によって、シュラウドを有するロータブレード列によって動作するガスタービンを、シュラウドを有しないロータブレード列によって動作するガスタービンに変更することができる。適合するリングセグメントの極めて面倒な新規の製造を免れることができる。

【0016】

本発明におけるインサート要素の一の優位な実施例では、インサート要素が、前面から端面に至るまで延在している少なくとも１つの通路を有している。

【0017】

従って、インサート要素は、対応するネジ又はボルトを単純に利用することによって、リングセグメント本体に取り付けることができる。

【0018】

本発明におけるインサート要素のさらなる優位な実施例では、インサート要素が、通路と同軸に配置されている少なくとも１つの窪みを前面に有している。

【0019】

従って、取付手段、特にネジの頭をインサート要素の輪郭の内側に埋設することができる。

【0020】

本発明におけるインサート要素のさらなる優位な実施例では、インサート要素が、上側成形部分と下側成形部分とを有している。

【0021】

成形部分は、インサート要素をリングセグメント本体に固定する前に、より急速に、より容易に、且つより正確にインサート要素を位置決めするために利用される。従って、より単純に且つより容易に据付を実施することができる。

【0022】

従って、リングセグメントは、シュラウドを具備しないロータブレード列を動作させるように構成されている。

【0023】

本発明におけるガスタービンは、タービンを備えており、タービンが、ロータブレード列と、複数のリングセグメントから構成されていると共にロータブレード列の周りに配置されているリングとを有している。これに関連して、少なくとも１つのリングセグメントが、上述のタイプのリングセグメントである。

【0024】

本発明における取付方法では、インサート要素が、ガスタービンのタービンのリングセグメント本体の凹所に取り付けられる。これに関連して、凹所が、リングセグメント本体の取付状態においてガスタービンの高温ガス経路に面している高温ガス面に配置されている。特にリングセグメント本体の取付状態において、インサート要素が、高温ガス経路の内部に導入された後に、リングセグメント本体に固定される。例えば、インサート要素が螺合される。

【0025】

従って、特に試験目的において、ガスタービンのリングセグメントは、シュラウドを具備するロータブレード列によって動作する構成から、シュラウドを具備しないロータブレード列によって動作する構成に容易に転換することができる。逆の転換も容易に実施可能である。

【0026】

本発明の典型的な実施例について、図面及び以下の説明に基づいて詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明におけるガスタービンを表わす。

【図2】本発明におけるリングセグメントを表わす。

【図3】本発明におけるインサート要素を表わす。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１は、本発明におけるガスタービンの典型的な実施例を表わす。ガスタービン１０は、少なくとも１つのロータブレード列１２を内蔵するタービン１１を備えている。ロータブレード列１２の周囲には、複数のリングセグメントから構成されているリングが配置されている。ロータブレード列１２は、回転軸線２０の周りに回転可能となるように配置されている。

【0029】

特にロータブレード列１２は、他のロータブレード列の下流に配置されているロータブレードである。図１では、対応するロータブレード列１２は、ガスタービン１０のタービン１１の第４のロータブレード列である。

【0030】

本発明におけるガスタービン１０は、少なくとも１つの本発明におけるリングセグメント１３を有している。図２は、典型的な実施例におけるリングセグメント１３を表わす。

【0031】

リングセグメント１３は、リングセグメント本体２５とインサート要素１４とを備えている。

【0032】

リングセグメント本体２５は、高温ガス面２７を備えている。取付状態において、高温ガス面２７は、ガスタービン１０の高温ガス経路２６に面している。

【0033】

インサート要素１４は、リングセグメント本体２５に形成された凹所２３を覆っている。凹所２３は、高温ガス面２７に配置されている。リングセグメント本体２５は、シュラウドを具備するロータブレード列を備えているガスタービン１０を動作させるために、凹所２３を有している。優位には、例えば試験段階においてガスタービン１０の上側ケーシング半体の全体を取り外す（カバーリフト）必要が無いように、シュラウドを具備しないロータブレード列１２が利用される。本発明におけるインサート要素１４によって、リングセグメント本体２５が、シュラウドを具備しないロータブレード列１２に適合可能となる。

【0034】

当該適合は、本発明における取付方法によって実現することができる。当該取付方法では、インサート要素１４が凹所２３に固定される。特にリングセグメント本体２５が既にガスタービン１０に取り付けられている際に、当該適合が実施可能とされる。当該適合を実現するために、インサート要素１４は、高温ガス経路２６の内部に導入された後に、リングセグメント本体２５に固定される。

【0035】

図３は、典型的な実施例におけるインサート要素１４を表わす。図示された単体のインサート要素１４は、凹状の前面１５と後面１６とを備えている。取付状態では、前面１５は高温ガス経路２６に面している。インサート要素１４は、リングセグメント本体２５に位置決めするために、少なくとも１つの成形部分１７，１８を後面１６に有している。

【0036】

図示の構成では、インサート要素１４が、１つの上側成形部分１７と２つの下側成形部分１８とを有している。第１の取付ステップＭ１において、インサート要素１４が、下側成形部分１８を介して、リングセグメント本体２５のアンダーカット２４の内部に押し込まれる。その後に、第２の取付ステップＭ２において、インサート要素１４がリングセグメント本体２５に向かって回動される。その後に、上側成形部分１７はインサート要素１４をその取付位置に位置決めする。図示のインサート要素１４は、前面１５から端面２２に至るまで延在している２つの通路２１を有している。第３の取付ステップＭ３において、インサート要素１４がリングセグメント本体２５に螺合される。従って、螺合手段は通路２１を通じて送り込まれる。インサート要素１４は、３つの取付ステップのみを完了させれば、リングセグメント本体２５に固定状態で接続される。好ましくは、取付状態において、インサート要素１４はリングセグメント１３と面一になっている。インサート要素１４をリングセグメント本体２５に取り付けることによって、本発明におけるリングセグメント１３が形成される。

【0037】

本発明におけるインサート要素１４の前面１５は、ロータブレード列１２の周囲に配置されているリングセグメント１３に適合可能とされるように凹状に形成されている。図示のインサート要素１４それぞれが、一の通路２１につき一の窪み１９を前面１５に有している。窪み１９それぞれは、通路２１と同軸に配置されている。

【0038】

本発明について、好ましい典型的な実施例によって詳細に説明及び図解したが、本発明は、開示された実施例によって限定される訳ではなく、当該開示された実施例に基づいて当業者が想到可能な他の変形例も、本発明の保護範囲内にある。

【符号の説明】

【0039】

１０ ガスタービン
１１ タービン
１２ ブレード列
１３ リングセグメント
１４ インサート要素
１５ （インサート要素１４の）前面
１６ （インサート要素１４の）後面
１７ （上側）成形部分
１８ （下側）成形部分
１９ 窪み
２０ 回転軸線
２１ 通路
２２ （インサート要素１４の）端面
２３ 凹所
２４ アンダーカット
２５ リングセグメント本体
２６ 高温ガス経路
２７ 高温ガス面

【図1】

【図2】

【図3】