JPH0740642Y2

JPH0740642Y2 - ガスタービン動翼への冷却空気供給構造

Info

Publication number: JPH0740642Y2
Application number: JP1986056815U
Authority: JP
Inventors: 喜之森井; 栄司秋田; 邦明青山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-04-17
Filing date: 1986-04-17
Publication date: 1995-09-20
Anticipated expiration: 2001-04-17
Also published as: JPS62169201U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、ガスタービン動翼への冷却空気供給構造に関
する。

従来の技術第10図は、冷却空気によって動翼内部が強制冷却される
ガスタービン動翼の一例を示す。

このガスタービン動翼20は、超耐熱合金の精密鍛造又は
鋳造により作られ、動翼プロフィル部１、プラットフォ
ーム部２、伝熱減少部３およびクリスマスツリー形のデ
ィスク植込部４によって構成されている。そして、動翼
内部には冷却空気21を通過させる多数の小孔５が設けら
れ、翼根部から矢印方向に流入した冷却空気21はこれら
の小孔５を半径方向に流れて動翼を冷却した後、翼頂部
から流出して、ガスタービンのガス流れに合流する。

なお、この冷却空気21には通常圧縮機の吐出空気であっ
て、フィルタとクーラとを通過した低温の清浄空気が使
われる。

次に、第９図は第10図に示したガスタービン動翼20の各
小孔５へ冷却空気21を供給する従来の構造を示す。

第９図において、タービンロータは、各段独立したター
ビンディスク６をカービックカップリング７でかみ合わ
せ、ボルト８によって締結した構成とされている。ま
た、各隣接するタービンディスク６間にはシール片9,10
が挿着され、漏洩が防止されている。

そして、このようなガスタービンにおいて、従来は、タ
ービンディスク６の一方側の室Ａに流入した冷却空気21
を、タービンディスク６に穿設した複数の軸方向穴Ｂを
通してタービンディスク６の他方側の室Ｃへ流し、この
他方側の室Ｃに流入した冷却空気21の一部を、それか
ら、同じくタービンディスク６に穿設した複数の冷却空
気穴Ｄを通して、ガスタービン動翼20の底部下に形成し
た冷却空気室Ｅに流し、この冷却空気室Ｅに流入した冷
却空気21を前述したガスタービン動翼20の各小孔５へ流
すようにして、動翼内部の強制冷却を行っている。

なお、冷却空気室Ｅはガスタービン動翼20の翼根部底面
とタービンディスク６の外周面との間にシール板（側面
仕切板）11,12によって環状に形成されている。

考案が解決しようとする課題ところで、第９図に示した従来例にあっては、タービン
ディスク６の一方側の室Ａから軸方向穴Ｂを通してター
ビンディスク６の他方側の室Ｃに流れた冷却空気21の一
部を、ガスタービン動翼20の底部下に形成した冷却空気
室Ｅに供給する冷却空気穴Ｄが、タービンディスク６の
側壁部から外周面中央部に向ってタービンディスク６の
内部を斜めに延びるように穿設されているため、タービ
ンディスク６に作用する応力がこの冷却空気穴Ｄに集中
し、タービンディスク６が破損する恐れがあった。

特に、最近は、ガスタービンの性能をあげるとともに、
タービン段数を減少することによって、高性能で低コス
トのガスタービンを目指しており、このためにガスター
ビン動翼の周速を従来以上にあげると、タービンディス
クに作用する応力の値も必然的に増大することになる。

しかし、上記した従来例では、前述した如く、タービン
ディスク６に作用する応力値の最も高い個所が応力集中
が生じる冷却空気穴Ｄの部分となることから、ガスター
ビン動翼20の周速をほとんどあげることができず、だか
らといってディスク材料を高い応力値に耐え得る高級材
料とするとコストが高くなる問題がある。

本考案は、このような従来技術の課題を解決するために
なされたもので、タービンディスクに作用する応力がタ
ービンディスクに穿設される冷却空気穴に集中しないよ
うに改良して、低コストでガスタービンの性能をあげる
ことができるガスタービン動翼への冷却空気供給構造を
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の課題を解決するために、本考案は、冷却空気を翼
根部から流入して翼頂部から流出する多数の小孔を動翼
内部に設けてなるガスタービン動翼へ冷却空気を供給す
る構造であって、タービンディスクにそれぞれ穿設さ
れ、冷却空気を該タービンディスクの一方側の室から他
方側の室へ流す複数の軸方向穴と、このタービンディス
クの他方側の室に流入した冷却空気の一部を前記ガスタ
ービン動翼の底部下に形成した冷却空気室に流す複数の
冷却空気穴とを備えるものにおいて、前記冷却空気穴を
タービンディスクの片側または両側の側壁に沿って前記
軸方向穴の近傍から前記冷却空気室の近傍まで穿設し、
更に前記冷却空気穴の出口と前記冷却空気室との間に環
状の冷却空気通路を限定する複数のシール板を円周方向
に隣接して配置し、これらシール板は前記タービンディ
スクからガスタービン動翼まで内向きに斜めに延びて、
遠心力によりその外周側端がガスタービン動翼にまたそ
の内周側端がタービンディスクにそれぞれ互いに逆向き
の方向で押し付けられて密着し、かつこれらシール板の
隣接する端同志は重なり合っているようにしたものであ
る。

作用上記の手段によれば、冷却空気穴はタービンディスクの
高大応力部分（動翼が取付けられている部分）ではなく
て応力の低いディスク側壁に沿って穿設されているた
め、高速時ディスク破損の原因となる冷却空気穴部分で
の応力集中がなくなり、従来と同じディスク材料を使用
して、より高速のロータを設計することができる。

また、各シール板の外周及び内周側端がそれぞれガスタ
ービン動翼及びタービンディスクに遠心力によってしっ
かりと密着しているとともに、各シール板の隣接する端
同志が重なり合って、下側の端が遠心力により上向きに
変形するのを上側の端が押え付ける結果、互いにしっか
りと密着するので、冷却空気通路のシールを完全なもの
とし、冷却空気の漏洩を確実に防止することができる。

実施例以下、図面を参照して本考案の実施例について詳細に説
明する。

第１図は本考案の第１実施例を示し、第９図に示したも
のと同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明
は省略する。

第１図において、タービンディスク６の一方側の室Ａか
ら軸方向穴Ｂを通してタービンディスク６の他方側の室
Ｃへ流れる冷却空気21の一部を、ガスタービン動翼20の
底部下に形成した冷却空気室Ｅに供給する冷却空気穴Ｄ
は、第９図に示した従来例と異なり、タービンディスク
６の側壁に沿って軸方向穴Ｂの近傍から冷却空気室Ｅの
近傍まで半径方向に延びるように穿設されている。

そして、この冷却空気穴Ｄの出口と冷却空気室Ｅとの間
に環状の冷却空気通路Ｆを形成するように、シール板12
の内周側端がピン14によってタービンディスク６の突起
部Ｊに取外し自在に固定されていると共に、シール板12
の外周側端がガスタービン動翼20のディスク植込部４に
密着している。

このように冷却空気穴Ｄは、タービンディスク６に作用
する応力の流れから外れて、すなわち、タービンディス
ク６の高応力部分（動翼20が取付けられている部分）で
はなくて応力の低いディスク側壁に沿って穿設されてい
るため、高速時ディスク破損の原因となる冷却空気穴部
分での応力集中がなくなり、従来と同じディスク材料を
使用して、より高速のロータを設計することができる。

なお、第１図では、冷却空気穴Ｄをタービンディスク６
の片側にのみ設けているが、必要に応じては反対側にも
設け、シール板11によってシール板12と同様に冷却空気
通路Ｆを形成するようにすることもできる。

次に、第2a図、第2b図及び第2c図は第１図に示したシー
ル板12の詳細を示し、シール板12円周方向に交互に配置
される２種類のシール板12Aと12Bとから成っている。

各シール板12（12A,12B）は、第2c図に詳細に示すよう
に、タービンディスク６からガスタービン動翼のディス
ク植込部４まで内向きに斜めに延びて、シール板12に作
用する遠心力ｆの分力f₁,f₂によってその外周側端がガ
スタービン動翼のディスク植込部４の角部Ｑの面にまた
その内周端側がタービンディスク６の突起部Ｊの側面に
それぞれ互いに逆向きの方向で押し付けられてしっかり
と密着する。

すなわち、シール板12Aを例にして説明すれば、第2a図
に示すシール板12Aの内周側端の面Ｈが、シール板に作
用する遠心力ｆの分力f₁によってタービンディスク６の
突起部Ｊの側面に密着する面である。また、第2a図に示
すシール板12Aの外周側端の断面形状Ｇの部分が第2c図
に示すガスタービン動翼20のディスク植込部４の角部Ｑ
の面に係合するが、遠心力ｆの分力f₂によってシール板
の外周側端の面Ｐが該角部Ｑの面に押し付けられてしっ
かりと密着する。更に、第2a図及び第2b図に示すよう
に、各シール板12A,12Bの隣接する端L,K同志は重なり合
っており、これにより下側の端Ｋが遠心力により点線矢
印Ｒで示すように上向きに変形するのを上側の端Ｌが押
え付ける結果、互いにしっかりと密着する。また、各シ
ール板12A,12Bは、その内周側中央部分に円弧状に形成
した溝Ｍに挿入されるピン14（第１図参照）によって、
前述したタービンディスク６の突起部Ｊに取外し自在に
固定される。

なお、シール板12（12A,12B）の個数がガスタービン動
翼の枚数に対応し、かつシール板間のシール面を少なく
するため、複数の動翼に対して２枚のシール板を配置す
るようにするとよい。

次に、第３図及び第４図は本考案の第２実施例を示し、
第１図に示したものと同一の部分には同一の符号を付し
て、重複する説明は省略する。

本実施例は、第１図に示した本考案の第１実施例におけ
る冷却空気穴Ｄの入口部に冷却空気流量調節金具31を取
外し自在に設けたものである。

したがって、異なる内径の調節穴32を有する幾つかの種
類の冷却空気流量調節金具31を用意しておき、これらの
金具31を適当に代えて設けることにより、ガスタービン
動翼20の冷却効果を容易に変更することができ、動翼を
適正温度に保つことによって寿命の延長、信頼性の向上
が計られ、また過剰冷却による熱効率の低下を防ぐこと
ができる。

なお、本実施例によれば、第４図に示されるように、多
数の冷却空気流量調節金具31によって一円周を形成する
ように、該金具31を１個づつタービンディスク６の側壁
の溝33部から挿入し、円周方向に移動させ、最終の金具
31A（又は全ての金具31）を止ねじ34によって固定する
ようにしている。また、各金具31は２個の調節穴32を有
している。

次に、第５図は本考案の第３実施例を示す。本実施例
は、第１図に示した本考案の第１実施例における冷却空
気穴Ｄの出口部に中央穴35を有するねじの形の冷却空気
流量調節金具36を取外し自在に螺入したものである。

したがって、異なる径の中空穴（調節穴）35を有する幾
つかの種類の冷却空気流量調節金具（ねじ）36を用意し
ておき、これらの金具36を適当に代えて設けることによ
り、第３図及び第４図に示した第２実施例と同様な作用
効果が得られる。

最後に、第６図、第７図及び第８図は本考案の第４実施
例を示し、第１図に示したものと同一の部分には同一の
符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施例は、第１図に示した本考案の第１実施例にける
シール板12において、ガスタービン動翼20のディスク植
込部４と密着する面Ｐにくさび状溝41を設け、このくさ
び状溝41にシール用の金属線42を挿入したものである。

すなわち、第７図及び第８図に示すように、この金属線
42は、ガスタービン停止時にはくさび状溝41にはまり込
まない仮想線で示す位置にあるが、運転時にはロータの
回転による遠心力によってくさび状溝41にきつくはまり
込み、実線で位置に移動して冷却空気通路Ｆから冷却空
気21が濡れるのを防止する。

したがって、本実施例によれば、熱膨張差によってシー
ル板12の面Ｐとガスタービン動翼20のディスク植込部４
との間に隙間Ｓ（第７図参照）が生じても、これら金属
線42によって冷却空気21が冷却空気通路Ｆから漏れるの
を防止し、これによりガスタービン動翼20の寿命を長く
し、熱効率の低下を防ぐことができる。

なお、本実施例においても、第６図に示すように、第３
図に示した冷却空気流量調節金具31を設けることもでき
る。

考案の効果以上述べたように、本考案に係るガスタービン動翼への
冷却空気供給構造によれば、冷却空気穴はタービンディ
スクの高大応力部分（動翼が取付けられている部分）で
はなくて応力の低いディスク側面に沿って穿設されてい
るため、高速時ディスク破損の原因となる冷却空気穴部
分での応力集中がなくなり、従来と同じディスク材料を
使用して、より高速のロータを設計することができるの
で、低コストでガスタービンの性能をあげることがで
き、かつ検査が困難であったタービンディスク内部の冷
却空気穴がなくなって信頼性が向上する効果が奏され
る。

そして、各シール板の外周及び内周側端がそれぞれガス
タービン動翼及びタービンディスクに遠心力によってし
っかりと密着しているとともに、各シール板の隣接する
端同志が重なり合って、下側の端が遠心力により上向き
に変形するのを上側の端が押え付ける結果、互いにしっ
かりと密着するので、冷却空気通路のシールを完全なも
のとし、冷却空気の漏洩を確実に防止できる効果が奏さ
れる。

また、シール板がガスタービン動翼と密着する面にくさ
び状溝を設け、このくさび状溝にシール用の金属線を挿
入することによって、シール板とガスタービン動翼との
密着面に熱膨張差により隙間が生じても冷却空気が漏れ
るのを防止することができるので、ガスタービン動翼の
寿命を長くし、熱効率の低下を防止できる効果が奏され
る。

更に、冷却空気穴の入口又は出口に冷却空気流量調節金
具を取外し自在に装着することによって、ガスタービン
動翼の冷却効果を容易に変更することができるので、動
翼を適正温度に保つことによって寿命の延長、信頼性の
向上を計り、また過剰冷却による熱効率の低下を防ぐこ
とができる効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るガスタービン動翼への冷却空気供
給構造の一例を示す断面図、第2a図は第１図中のシール
板を詳細に示す分解斜視図、第2b図は第2a図のIIb-IIb
に沿ってシール板同志が接続されている状態を示す図、
第2c図は第１図のIIc部の拡大図である。第３図は本考案に係るガスタービン動翼への冷却空気供
給構造の他の例示す断面図、第４図は第３図のIV-IV線
断面図である。第５図は本考案に係るガスタービン動翼への冷却空気供
給構造の更に他の例を示す要部の断面図である。第６図は本考案に係るガスタービン動翼への冷却空気供
給構造の更に他の例を示す断面図、第７図は第６図のVI
I部の拡大図、第８図は第７図のVIII-VIII線断面図であ
る。第９図は従来のガスタービン動翼への冷却空気供給構造
を示す断面図である。第10図は冷却空気が供給されるガスタービン動翼の一例
を、一部切欠きにして示す斜視図である。５……小孔、６……タービンディスク、12……シール
板、20……ガスタービン動翼、21……冷却空気、31,36
……冷却空気流量調節金具、41……くさび状溝、42……
金属線、Ａ……室、Ｂ……軸方向穴、Ｃ……室、Ｄ……
冷却空気穴、Ｅ……冷却空気室、Ｆ……冷却空気通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者青山邦明兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献特開昭58−70004（ＪＰ，Ａ) 特公昭48−26087（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭46−29934（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】冷却空気を翼根部から流入して翼頂部から
流出する多数の小孔を動翼内部に設けてなるガスタービ
ン動翼へ冷却空気を供給する構造であって、タービンデ
ィスクにそれぞれ穿設され、冷却空気を該タービンディ
スクの一方側の室から他方側の室へ流す複数の軸方向穴
と、このタービンディスクの他方側の室に流入した冷却
空気の一部を前記ガスタービン動翼の底部下に形成した
冷却空気室に流す複数の冷却空気穴とを備えるものにお
いて、前記冷却空気穴をタービンディスクの片側または
両側の側壁に沿って前記軸方向穴の近傍から前記冷却空
気室の近傍まで穿設し、更に前記冷却空気穴の出口と前
記冷却空気室との間に環状の冷却空気通路を限定する複
数のシール板を円周方向に隣接して配置し、これらシー
ル板は前記タービンディスクからガスタービン動翼まで
内向きに斜めに延びて、遠心力によりその外周側端がガ
スタービン動翼にまたその内周側端がタービンディスク
にそれぞれ互いに逆向きの方向で押し付けられて密着
し、かつこれらシール板の隣接する端同志は重なり合っ
ていることを特徴とするガスタービン動翼への冷却空気
供給構造。
【請求項２】シール板がガスタービン動翼と密着する面
にくさび状溝を設け、このくさび状溝にシール用の金属
線を挿入したことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
第１項記載のガスタービン動翼への冷却空気供給構造。
【請求項３】冷却空気穴の入口又は出口に冷却空気流量
調節金具を取外し自在に装着したことを特徴とする実用
新案登録請求の範囲第１項記載のガスタービン動翼への
冷却空気供給構造。