JP2000274261A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】動翼冷媒の消費を軽減し、高効率のガスタービ
ンを提供する。 【解決手段】動翼の冷媒導入出口とディスクの冷媒流路
を鍔付のチューブで接続し、動翼根元に形成した溝に前
記チューブの鍔部を挿入することによって、チューブを
動翼に支持する構造とする。チューブが動翼に追従して
変位するため、動翼がディスクに対して相対変位しても
チューブと動翼流路のシール面間にすきまが発生するこ
とがなく、安定したシール性能が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒を用いて翼を
冷却するガスタービンに係り、特に動翼を支持している
ディスクと動翼間の冷媒流路接続構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンの動翼は、高温の燃焼ガス
から翼を保護するために内部に冷却流路を形成して冷却
されている。一般に、冷媒には燃焼用圧縮空気の一部が
利用されるが、冷却した後は燃焼ガスパス中に放出され
るために、燃焼ガスの温度が低下するばかりでなく、ガ
スパスの流れが乱されるために、ガスタービンの効率が
低下する。

【０００３】そこで、翼を冷却した後の冷媒を回収す
る、いわゆるクローズド冷却ガスタービンが提案されて
いる。冷媒としては空気に限らず、例えば特開平9−139
02号公報のように、蒸気を使用することもできる。

【０００４】クローズド冷却ガスタービンでは、冷媒は
動翼の根本の導入出口から供給，回収され、ロータ内の
供給，回収流路を介して外部に接続される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】動翼は、高速回転によ
る強大な遠心力に耐えるように、翼の根元とロータディ
スクの外周に形成された波状面を有するダブテールのは
め合いによって支持されている。動翼とディスクの熱膨
張差を吸収するために、ダブテールはめ合い部にはすき
まが形成されている。

【０００６】動翼根本の導入出口は上記のダブテールす
きまを横断してディスクの流入出口に接続されるため
に、同すきまを通して冷媒がロータ外部に流出し、動翼
の冷却能力が低下するばかりでなく、冷媒の消費によっ
てガスタービンの効率低下を来すことになる。特に蒸気
冷却式ガスタービンでは、常時冷媒としての純水を補給
することが必要になり、補給設備の拡充も必要になる。

【０００７】この問題を解決するための一つの手段とし
て、動翼根本の導入出口とディスクの流入出口をチュー
ブで接続する方法が考えられるが、チューブ装着によっ
てダブテールはめあい部のなじみや熱伸びに対する動翼
の動きを拘束しない構造にする必要がある。

【０００８】またチューブ両端の流路との接続部にシー
ルが必要となるが、動翼とディスクが相対変位すること
によってシール面に隙間が発生してはならない。

【０００９】更に、動翼をディスクに組み立てる際に
は、動翼根元のダブテールをディスクのダブテール溝に
軸方向に挿入するが、この際、チューブが妨げになって
はならない。

【００１０】本発明は、上述した問題を解決して動翼冷
媒の消費を軽減し、高効率のガスタービンを提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、動翼
の冷媒流路とディスクの冷媒流路との間にチューブを介
し、該チューブの一端に鍔を形成する。また、動翼根元
のダブテール部に、前記チューブ鍔部の断面と同じ形状
をした溝をタービンの軸方向に形成する。

【００１２】組立ての際には、チューブをディスク流路
に挿入した状態で、鍔部を動翼根元の溝内に含ませなが
ら軸方向に移送させることにより、ダブテールのはめ合
わせ作業が可能となり、動翼とディスクの冷媒流路が接
続される。

【００１３】また、前記動翼根元に形成した溝外側のフ
レームと、チューブの鍔との間にバネを装着し、チュー
ブ端面と動翼の流路端面をバネ力によって圧接すること
により、チューブと流路の接続部をシールできるほか、
チューブが動翼の動きに追従して変位するようになり、
動翼がディスクと相対的に変位してもシール面間にすき
間が形成される心配がなくなる。

【００１４】一方、チューブとディスク流路間には、流
路内に含まれるチューブの外周部に球体の弾性変形を利
用したチューブシール等を形成することにより、チュー
ブシールが変位してもリークが極めて少ないシールがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１により本発明の一実施
例を詳しく説明する。

【００１６】図１は本発明による鍔付のチューブを装着
したクローズド冷却ガスタービンロータの部分断面を示
しており、ディスク１１，１２、スペーサ１３，１４及
びディスタントピース１５によって構成されたロータ１
０の外周に、動翼２１及び２２が装着されている。

【００１７】動翼の内部には冷却流路２３が形成されて
おり、冷媒の導入口２４と導出口２５が動翼の根元に形
成されている。一方、ロータの締結部には冷媒の供給流
路３１と回収流路３２が形成され、流路端部の流出孔３
３と流入孔３４がディスクの外周に開口されており、該
流出口３３，流入口３４と、前記動翼根元の冷媒導入口
２４，導出口２５間にチューブ４１，４２が装着されて
いる。

【００１８】ロータの軸端から供給された冷媒は、矢印
９１で示すように供給流路３１，流出孔３３，チューブ
４１，導入口２４を経て動翼の冷却流路２３に供給さ
れ、冷却後は導出口２５，チューブ４２，流入孔３４，
回収流路３２を経て、軸端から機外に回収される。

【００１９】図２は、図１のＡ部拡大図であり、図３は
図２のＡ−Ａ断面を示している。

【００２０】チューブ４１と４２は全く同一形状をして
おり、チューブの一端に矩型状の鍔４３が形成され、他
端には球状のチューブシール４４が形成されている。

【００２１】動翼の根元側には側面が波状のダブテール
２６が形成されており、端部には片側が開口された溝５
１がタービンの軸方向に向けて形成されている。チュー
ブの鍔４３の部分は同溝５１の内部に収納されており、
溝外側のフレーム５２と鍔４３間に装着したバネ５３の
バネ力によって、動翼の冷媒導入口２４が開口された溝
５１の内壁に圧接されている。本実施例では、バネは鍔
４３の背面に、スポット溶接等の手段により固着されて
いる。

【００２２】一方、チューブ他端のチューブシール４４
はディスク１１外周の冷媒流出孔３３に、シールの外側
球面が孔の内壁に接するように挿入されている。

【００２３】動翼を組み立てる際には、先ずチューブ４
１，４２をディスク外周の流入出孔３３，３４に挿入す
る。その後、チューブの鍔部が溝にはまるように露出高
さを調整し、動翼を軸方向に移送してダブテールをかん
合させる。リングワイヤ１６は、軸方向の位置決めのた
めに装着されている。

【００２４】動翼のダブテールとディスクのダブテール
溝は、両者の熱伸び差を吸収するためにすきまが形成さ
れており、回転で遠心力が作用したときに波の片側が接
するように設計されている。このため、ガスタービンの
起動，停止の過程で、動翼はディスクに対して半径方向
に相対変位する。

【００２５】しかし本構造によれば、チューブは動翼と
一体になって変位するようになるため、チューブと導入
出口間のシール面にすき間が形成されることはなく、ま
たディスク孔側の中部シールはチューブが孔の軸方向に
変位してもシール性能が変わることはない。

【００２６】したがってチューブをディスク側に追従し
て変位する構造の場合のように、運転状況によって同シ
ール面間に間隙が生じるようなことはなく、リークを大
幅に低減できる。

【００２７】なお、ディスクの流路孔とチューブの芯ず
れによってチューブシールのシール面が片当たりしリー
クが発生する懸念があるが、チューブシール自身が間隙
４５によって偏芯吸収機能をもっているほか、チューブ
の鍔外縁と溝５１の側壁との間にすきま５４が形成され
ているのと、溝の軸方向に段差が無いために、ロータの
周方向及び軸方向の動きが拘束されないため、芯ずれが
吸収され、リークが発生する心配は無い。

【００２８】図４は、シール構造に対する他の実施例を
示している。この場合、前述した鍔の背面に装着したバ
ネの代わりにスペーサ６１を装着し、シール面にシール
リング６２を装着した。

【００２９】図５は図４のＹ−Ｙ矢視図であり、スペー
サ６１はＵ字形状をしている。また溝６４の外側のフレ
ーム６５は必ずしもディスク全幅に渡って形成する必要
はなく、例えばロータの構造上、供給経路と回収経路を
接続するチューブを同一形状にできない場合等のよう
に、中央部を切除しても何ら差し支え無い。

【００３０】組立ては、チューブ６０にシールリング６
２を載せて動翼を装着した後に、スペーサ６１を軸方向
に圧入し、シールリングと動翼導入口のシール面６６を
密着させる。この場合、動翼をディスクに組入れる際に
スペーサ部分にすきまがあるために、前実施例のように
バネ力による摩擦力が作用せず、動翼を移送し易い利点
がある。スペーサ６１の厚みは、金属のシールリング６
２の復元量が少ないため、チューブの鍔６３と動翼先端
溝６４の内壁間に、シールリングの弾性変形を越えない
範囲のわずかなすきま６６を形成するように板厚を調整
すれば良い。

【００３１】このすきま６６は、ごくわずかな熱伸びを
除き、ガスタービンの運転状況によって設定値以上に開
くことはなく、安定したシール効果が得られるほか、動
翼がすきまによって拘束されないため、ダブテールはめ
合いのなじみを良くする効果も得られる。

【００３２】回転中にスペーサ６１が抜け出す恐れがあ
るが、組立て後にスペーサの端部をかしめることによっ
てディスクを損傷することなく防止できる。また、動翼
を組み替える際には、敢えて先にスペーサを抜き取る必
要はなく、動翼を抜き取るだけで全体が分解できる。

【００３３】なお、以上に示した実施例は冷媒の種類に
関係なく適用でき、またクローズド冷却式のガスタービ
ンに限らず、従来の冷媒を回収しないガスタービンに対
しても適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、動翼根元の冷媒導入出口とディスクの流入出孔を鍔
付のチューブで接続し、該チューブを動翼に支持する構
造にすることによって接続部からの冷媒のリークを低減
し、冷媒消費の少ない、高効率のガスタービンが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すガスタービンロータの
部分断面図。

【図２】図１のＡ部拡大図。

【図３】図１のＸ−Ｘ矢視断面図。

【図４】他の実施例を示す図１のＡ部拡大図。

【図５】図４のＹ−Ｙ断面図。

【符号の説明】

１０…ガスタービンロータ、１１…ディスク、２１…動
翼、２４…導入口、２５…導出口、３１…冷媒供給流
路、３２…冷媒回収流路、３３…流出口、３４…流入
口、４０…静翼、４１，４２…チューブ、４３…鍔、４
４…チューブシール、５１，６４…溝、５２，６５…フ
レーム、５３…バネ、６１…スペーサ、６２…シールリ
ング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機，燃焼器，タービン等で構成され、
   タービンの少なくとも初段動翼が冷媒を用いて冷却され
   ており、該冷媒を、動翼を支持しているディスクに形成
   された流路を経て供給もしくは回収するように構成され
   たガスタービンにおいて、 前記ディスクに形成された流路と、前記動翼の冷媒導入
   出口の間にチューブを介し、該チューブの一端に鍔を形
   成するとともに、動翼根元に前記チューブの鍔と同一断
   面形状の溝に挿入して、動翼とディスクの冷媒流路を接
   続するようにしたことを特徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】前記チューブの一端に形成した鍔の背面
   と、前記動翼の根元に形成した溝外側のフレームとの間
   にバネを装着したことを特徴とする請求項１記載のガス
   タービン。
3. 【請求項３】前記チューブの一端に形成した鍔と前記動
   翼の冷媒導入出口との間にシール部材を介するととも
   に、該鍔の背面と前記動翼の根元に形成した溝外側のフ
   レームとの間にスペーサを装着したことを特徴とする請
   求項１記載のガスタービン。