JPH0723524Y2

JPH0723524Y2 - 軸流タービン

Info

Publication number: JPH0723524Y2
Application number: JP1988042691U
Authority: JP
Inventors: 昭史星野; 哲男巽
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2003-03-29
Also published as: JPH01144401U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、主としてガスタービンに用いられ、タービ
ンデイスクの外周に多数のタービン翼が植設されてなる
軸流タービンに関するものである。

［従来の技術］ガスタービンでは、タービン入口の燃焼ガス温度を高く
すると、熱効率および出力が向上する。そこで、ガスタ
ービンに用いられる軸流タービンにおいては、第４図お
よび第５図に示すように、セラミツク製のブレード10a
を備えたタービン翼10を使用して、燃焼ガスに対する耐
熱性を向上させたものが知られている（たとえば、1986
年,NOYES PUBLICATIONS社発行の「CERAMIC APPLICATION
S IN TURBINES」参照）。

ここで、上記タービン翼10は、そのブレード10aを支持
する根元のプラツトフオーム11に、径方向内方に突出し
た係合突起（タブテール部）12を設け、耐熱合金製のタ
ービンデイスク20の外周に設けた係合凹所21に、上記係
合突起12を軸方向へスライドして係合している。そし
て、この係合突起12は、上記係合凹所21の膨出した係合
部（タング部）22により径方向外方ａに離脱するのが阻
止されている。また、第５図のように、タービン翼10の
係合突起12間に間隙13を設けることにより、ブレード10
aからタービンデイスク20側への熱の伝達量が抑制され
ている。

一方、タービンデイスク20の両側面には、リング状の金
属プレート50がリベツト51で固定されている。この金属
プレート50は、上記タービン翼10の間隙13および上記タ
ービンデイスク20の係合凹所21を軸方向両側からそれぞ
れ閉塞しており、これにより、係合突起12の軸方向への
変位を阻止するとともに、ブレード10a間のガス通路を
流れる高温の燃焼ガスが上記間隙13から漏れるのを防い
でいる。

［考案が解決しようとする課題］ところが、上記従来の構成では、タービン翼10のブレー
ド10a間を流れる高温の燃焼ガスにより、金属プレート5
0が高温化して強度低下を招くおそれがある。このた
め、燃焼ガスの温度を高くするためにセラミツク製のブ
レード10aを用いているにもかかわらず、現実には、ガ
ス温度をあまり高く設定できないという問題があつた。

そのため、上記プレート50をタービン翼10のブレード10
aと同一の耐熱材料、つまり、セラミツクで構成するこ
とが考えられる。ところが、プレート50がリング状の一
体型であるため、タービン運転時においてセラミツク製
プレートの内部に遠心応力（フープストレス）が発生
し、この応力にプレート50が強度的に耐えられないとい
う新たな問題が生じる。

しかも、上記セラミツク製プレートをリベツト51のよう
な締結部材でタービンデイスク20に強固に締結すると、
プレート自体に割れが発生するおそれがあり、タービン
の信頼性が損なわれるという問題も生じる。

一方、ガス温度を高く設定した場合には、タービン翼10
からタービンデイスク20への熱の伝達量が増加し、ター
ビンデイスク20の外周の温度が上昇する。特に、係合凹
所21,21の膨出した係合部22には、タービン翼10を遠心
力に抗して保持するための大きな荷重が係合突起12を介
して作用するから、この係合突起12は、高温化による強
度低下が問題となる。

この考案は従来の課題に鑑みてなされたもので、十分な
耐熱性と強度とを有する高性能の軸流タービンを提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、この考案は、タービンディ
スクの両側面にその周方向全周にわたって配設されてい
るセラミック製のシールプレートが、周方向に複数に分
割されて、タービン翼の係合突起間の間隙およびタービ
ンプレートの係合凹所をタービンディスクの軸方向両側
からそれぞれ閉塞している。また、金属材料からなる固
定プレートが設けられており、この固定プレートの内周
部は、上記シールプレートよりも内周側に位置するよう
にタービンディスクに固定されており、かつ、固定プレ
ートの外周部に形成した凹溝に、シールプレートの内周
部に形成したフランジ部を係合させることで、該シール
プレートを所定の位置に保持させている。

また、上記タービンディスクの内部には、放射状に延
び、径方向内方側の一端部に供給された冷媒を、径方向
外方側の他端部から上記係合凹所内に導く冷媒用通路を
形成するのが好ましい。

〔作用〕

この考案によれば、セラミック製のシールプレートであ
ることから、高い耐熱性が得られるのはもとより、その
プレートが周方向に複数に分割されているから、タービ
ン運転時において各プレートの内部に発生する遠心応力
が、従来のような一体型のプレートの場合と比べて、極
めて小さくなる。したがって、高温燃焼ガスが流れて
も、このセラミック製のシールプレートが強度的に十分
耐えられる。

また、シールプレートを固定する固定プレートをシール
プレートよりも内周側に位置させたから、固定プレート
がタービン翼のブレード間のガス通路から離れる。した
がって、固定プレートはシールプレートに比べて高温化
が抑制されるので、金属材料からなる固定プレートであ
っても、耐熱性に問題はない。

しかも、上記セラミック製のシールプレートがその内周
部において固定プレートの外周部に係合して保持されて
いるから、リベット止めの場合のようにプレート自体に
割れを発生するおそれがなく、かつ、固定プレートは金
属製であるから、リベットまたは、ボルトのような締結
部材を用いてタービンディスクに強固に固定しても、割
れが発生するおそれがない。

さらに、タービンデイスクの内部に、冷媒をタービンデ
イスクの係合凹所に導く冷媒用通路を形成するようにし
たから、高温となり易い係合凹所の係合部を少ない冷媒
量で有効に冷却することができる。

［実施例］以下、この考案の一実施例を図面にしたがつて説明す
る。

第１図はこの考案に係る軸流タービンを用いたガスター
ビンを示す縦断面図であり、図において、１は、図示し
ない基台に固定された減速機で、図示しない発電機のよ
うな被駆動装置に連結されている。この減速機１には、
フレーム状のインレツトハウジング２を介して、中間ハ
ウジング３が連結されている。この中間ハウジング３の
内部には、第１および第２の遠心圧縮機4,5が収容され
ている。中間ハウジング３には、メインハウジング100
が連結されており、このメインハウジング100に燃焼器
６、スクロール７およびタービン８が収容され、燃焼器
６で生成された高温の燃焼ガスは、スクロール７内を円
周方向に導かれて、タービン８の第１段ないし第３段の
静翼61,62,63およびタービン翼10,10,10（動翼）に向つ
て流れる。静翼61,62,63は、円筒形のノズルサポート９
で固定支持され、これに対し、各タービン翼10は上記燃
焼ガスによつて回転される。

各タービン翼10は、第５図で示した従来例と同様、第２
図のように、セラミツク製のブレード10aを備え、か
つ、タービンデイスク20の外周に植設されている。

このタービン翼10は、左右一対のシールプレート30,30
及び固定プレート40,40によりタービンデイスク20に保
持されている。

シールプレート30は、セラミツクで構成されており、タ
ービンデイスク20の周方向全周にわたつて配設され、し
かも、第３図のように、その周方向に複数個に分割（た
とえば、６分割）されている。第２図の各シールプレー
ト30は、シール部31とフランジ部32とからなる。シール
部31は、第３図のタービン翼10の係合突起12間の間隙13
およびタービンデイスク20の各係合凹所21を、第２図の
タービンデイスク20の軸方向Ｂの両側からそれぞれシー
ルしている。また、上記フランジ部32は、シールプレー
ト30の内周部30aからタービンデイスク20の軸方向外方
側に向つて突出している。

一方、固定プレート40は、金属材料からなり、リング状
に一体形成されて、シールプレート30と同心状に配置さ
れている。固定プレート40の内周部40aは、上記シール
プレート30よりも内周側の位置、つまり、径方向内方側
（第２図の下方）の位置で、タービンデイスク20にボル
ト51により固定されている。なお、ボルト51に代えてリ
ベツトを用いるようにしてもよい。固定プレート40の外
周部40bには、上記シールプレート30のフランジ部32が
嵌め込まれる凹溝41が形成され、このフランジ部32と凹
溝41との係合により、上記シールプレート30は、第３図
のタービン翼10の間隙13をシールする位置に保持されて
いる。

第２図の80はタービンデイスク20の両側面に設けたギヤ
で、隣接するタービンデイスクのギヤに噛み合うように
なつている。なお、第１図では、上記各プレート30,40
の図示が省略されている。

つぎに、上記タービンデイスク20の冷却構造について説
明する。

タービンデイスク20の内部には、第３図のように、放射
状に延びた複数の冷媒用通路70が形成されている。この
冷媒用通路70の径方向内方側の一端部70aは、タービン
デイスク20とタービンの回転軸90との間に形成された環
状空間91に向つて開口している。この環状空間91は、第
１図の矢印Ａで示す抽気通路を介して、圧縮機出口に連
通している。また、第３図の冷媒用通路70の径方向外方
側の他端部70bは、係合凹所21の底面部に向かつて開口
している。これにより、上記抽気通路Ａは、環状空間91
および冷媒用通路70を介して、係合凹所21内に連通して
いる。

ここで、上記冷媒用通路70の形成方法の一例としては、
たとえば、耐熱合金からなる２枚のデイスク素材20a,20
b（第２図）の互いの対向面に、それぞれ放射状に延び
た凹溝を予め加工し、その後、上記凹溝を互いに突き合
せるようにして、２個のデイスク素材を拡散接合等によ
つて一体化する方法がある。

上記構成において、第３図のセラミツク製のシールプレ
ート30を周方向に複数分割するようにしたから、各プレ
ート30に発生する遠心応力は、従来のようなリング状の
金属プレートと比べて、極めて小さくなる。これによ
り、シールプレート30に高い強度をもたせることができ
る。したがつて、ブレード10aがセラミツクであること
とあいまつて、燃焼ガス温度を高く設定することが可能
となり、タービン性能の向上が図られる。

また、シールプレート30をタービンディスク20に固定す
る固定プレート40をシールプレート30よりも内周側に位
置させたから、固定プレート40はブレード10a間に形成
されるガス通路から離れる。したがつて、固定プレート
40はシールプレート30に比べて高温化が抑制されるの
で、金属材料からなる固定プレートであつても、耐熱性
に問題はない。

ところで、セラミツク製のシールプレート30をリベツト
のような締結部材を用いてタービンデイスクに固定する
と、シールプレートに割れを発生するおそれが生じる
が、この考案では、上記セラミツク製のシールプレート
30は、固定プレート40に係合して保持されているから、
ボルト止めの場合のような割れを発生するおそれがな
い。なお、固定プレート40は金属製であるから、ボルト
51のような締結部材を用いてタービンデイスク20に強固
に固定しても、割れが発生するおそれがない。

一方、タービンデイスク20を冷却するにあたつては、圧
縮機からの冷却用エアー（冷媒）を、抽気通路Ａおよび
環状空間91を介して、冷媒用通路70に圧送供給する。こ
のとき、タービンデイスク20の係合凹所21内にエアーが
吹き込まれ、特に冷却を必要とする係合部22がエアーで
集中的に冷却される。したがつて、少ないエアー量で有
効な冷却効果が得られる。

この考案の他の実施例として、シールプレート30のフラ
ンジ部32と固定プレート40の凹溝41との接触部にクツシ
ヨン材を介挿し、これにより、タービン翼10およびシー
ルプレート30の振動が、固定プレート40を介して、ター
ビンデイスク20側に伝達するのを極力抑えるような構成
としてもよい。

上記実施例では、固定プレート40をリング状に一体形成
したけれども、これと異なり、固定プレート40をシール
プレート30と同様に、周方向に複数分割して、シールプ
レート30,…,30の内周部に固定プレート40,…,40の外周
部を個別に係合させる構成としてもよい。

［考案の効果］以上説明したように、請求項（１）の考案によれば、セ
ラミック製のシールプレートが周方向に複数に分割され
ているので、十分に高い耐熱性をもたせることができる
だけでなく、タービン運転時にプレート内部に発生する
遠心応力を小さくして、十分な強度をもたせることがで
き、したがって、タービン入口の燃焼ガス温度を高く設
定することが可能となり、タービン性能の向上を図るこ
とができる。しかも、金属材料からなる固定プレートの
高温上昇を未然に抑制できるとともに、この固定プレー
トに対しセラミック製シールプレートを係合手段により
保持させているので、プレート自体に割れが発生せず、
長期間の使用においても、高い信頼性を維持することが
できる。

また、請求項（２）の考案によれば、高温となり易いタ
ービンデイスクの係合凹所を少ない冷媒量で有効に冷却
でき、タービンデイスクの耐熱性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係る軸流タービンを用いたガスター
ビンを示す縦断面図、第２図は第１図のタービン翼の保
持構造を示す拡大断面図、第３図は第２図のIII-III線
から見た一部破断正面図、第４図は従来のタービン翼の
保持構造を示す縦断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線か
ら見た一部破断正面図である。 10……タービン翼、10a……ブレード、12……係合突
起、13……間隙、20……タービンデイスク、21……係合
凹所、30……シールプレート、30a……シールプレート
の内周部、40……固定プレート、40a……固定プレート
の内周部、40b……固定プレートの外周部、70……冷媒
用通路、70a……一端部、70b……他端部、Ｂ……軸方
向。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】セラミックからなるブレードを備えたター
ビン翼と、上記タービン翼の係合突起を係合させる多数の係合凹所
が外周に設けられたタービンディスクと、上記タービンディスクの両側面にその周方向全周にわた
って配設され、かつ、周方向に複数に分割されて、上記
タービン翼の係合突起間の間隙および上記各係合凹所を
タービンディスクの軸方向両側からそれぞれ閉塞するセ
ラッミック製のシールプレートと、内周部が上記シールプレートよりも内周側に位置してタ
ービンディスクに固定され、その外周部には上記シール
プレートの内周部から軸方向外方側に向かって突出され
たフランジ部に係合して、シールプレートを所定の位置
に保持する凹溝を有している金属材料からなる固定プレ
ートとを備えてなる軸流タービン。
【請求項２】請求項（１）記載の軸流タービンにおい
て、上記タービンディスクの内部には、放射状に延び、
径方向内方側の一端部に供給された冷媒を、径方向外方
側の他端部から上記係合凹所内に導く冷媒用通路が形成
されている軸流タービン。