JPH11257012A - ガスタービンの冷却媒体移送パイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンプラントと蒸気タービンプラン
トを組み合わせたコンバインドサイクルプラントに採用
されるガスタービンの冷却媒体移送パイプにおいて、冷
却媒体供給パイプ及び冷却媒体回収パイプの検査及び交
換を効果的になし得る冷却媒体移送パイプを提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 ガスタービンの冷却媒体移送パイプの外
径をこれが装着されるパイプ孔径より小さくすると共に
同パイプの上流側端部の外周には軸方向に凹凸にした多
段支持部を形成し、ここにパイプの凹凸に嵌合する凹凸
を内周に有し、前端にはパイプ孔径より大きい径のフラ
ンジ状の係止部を形成して軸線に沿って周方向に２分割
されたスリーブを装着して冷却媒体移送パイプを構成
し、同冷却媒体移送パイプを後流側から挿入出る可能に
して検査及び交換を極めて容易かつ効果的に行い得る様
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンプラ
ントと蒸気タービンプラントを、ガスタービン排気を熱
源とする熱交換器を介して組み合わせたコンバインドサ
イクルプラントにおけるガスタービンの冷却媒体移送パ
イプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンプラントと蒸気タービンプ
ラントを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラン
トは、熱エネルギーの高温域をガスタービンで、また、
低温域を蒸気タービンでそれぞれ分担して受持ち、熱エ
ネルギーを有効に回収して利用するようにしたものであ
り、近年特に脚光を浴びている発電システムである。

【０００３】この様なコンバインドサイクル発電プラン
トにおいては、トッピングサイクルを構成するガスター
ビンの冷却手法が技術開発の大きなテーマであり、より
効率的な冷却手法を求めて試行錯誤が重ねられた結果、
昨今に於ける冷却方式としては、冷却媒体として圧縮空
気を使用した空気冷却方式から、ボトミングサイクルで
得られる蒸気を使用する蒸気冷却方式へと推移している
状況にある。

【０００４】然るにこの蒸気冷却方式を採用してタービ
ンブレードの冷却を実施する場合にあっては、ボトミン
グ側から導入される蒸気を通路の途中で極力漏洩させな
いでタービンブレードに供給し、かつ所定の冷却の終了
後においても漏洩防止を維持して蒸気を再びボトミング
に回収させることがサイクルの効率を向上させる上で重
要な要件となる。

【０００５】上記を実現するために提案されているロー
タ内における冷却媒体通路構造として、ロータ後部に設
けてある冷却媒体供給口からタービンブレード内側の供
給用キャビティまでの供給通路と、タービンブレード内
側の回収用キャビティとのそれぞれからロータ後部の冷
却媒体回収口までの回収通路を、それぞれロータディス
ク間を軸方向に貫通して装着したパイプで構成し、同パ
イプ内に冷却媒体を流すことによって他部に漏洩させな
いようにしたものがある。

【０００６】この様に構成された従来の冷却媒体通路構
造の一例を図３および図４に基づいて説明する。

【０００７】ガスタービンロータ部は、複数のロータデ
ィスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び後部ロータ１３を軸
方向に延びる連結用ボルト１で一体的に連結し、且つ各
ロータディスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの外周端にター
ビンブレード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを連結し
て構成されている。

【０００８】後部ロータ１３の端部に設けてある冷却媒
体の供給口８から供給された冷却媒体３は、外周パイプ
１３ａからロータディスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各
段を貫いて配置され後端をパイプ固定ボルト２９で固定
された冷却媒体供給パイプ１４を通って、タービンブレ
ード１１ａ、１１ｂの内側に配置された供給用キャビテ
ィ１６、１７に送り込まれる。

【０００９】次いでこの冷却媒体３は、各供給用キャビ
ティ１６、１７の外径側にそれぞれ配置されたラジアル
孔１９、２０を通り、各タービンブレード１１ａ、１１
ｂに供給される。

【００１０】タービンブレード１１ａ、１１ｂに供給さ
れた冷却媒体３は、図示省略の冷却構造に沿って矢印１
２ａ、１２ｂの様に流れ、それぞれタービンブレード１
１ａ、１１ｂを冷却した後、前記ラジアル孔１９、２０
と対象的に設けたラジアル孔２１、２２を通って回収用
キャビティ１８へ送られ、同回収用キャビティ１８から
冷却媒体供給パイプ１４と周方向で位相を変えて配置さ
れている冷却媒体回収パイプ１５を通って後部ロータ１
３へ戻される。

【００１１】後部ロータ１３へ戻された冷却媒体３は、
前記外周パイプ１３ａと同軸の内周パイプ１３ｂを通し
て同端部の回収口９に至り、同回収口９から図示省略の
ボトミングへ送り出される。

【００１２】この様に冷却媒体３は、その供給の過程に
おいては冷却媒体供給パイプ１４を経由し、また、回収
の過程では冷却媒体回収パイプ１５を通って流れること
により、他部への漏洩防止は大幅に向上することにな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
のものにおいて、その基本的な部分である冷却媒体供給
パイプ１４、及び冷却媒体回収パイプ１５の組立構造の
詳細は図４に示す様になっている。

【００１４】すなわち、ガスタービン起動直後はロータ
ディスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの温度が上昇しておら
ず、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ１
５を流れる冷却媒体３の温度の方が高い状態にある。

【００１５】この時、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却
媒体回収パイプ１５はロータディスク２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄに比べてマスが小さいために先に温度上昇する
ことになり、熱伸び差で軸長がディスク長より長くな
る。よって、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収
パイプ１５は軸方向に緩み、パイプの振動、及び摩耗と
いった不具合を生じる。

【００１６】これを防ぐため、従来のガスタービンで
は、予め組立時に軸方向にテンション加重３０をかけて
上記熱伸び差以上に冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒
体回収パイプ１５を延ばしておき、熱伸び差により同冷
却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ１５が緩
まないようにしている。

【００１７】また、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒
体回収パイプ１５のロータディスク２ａへの取り付け構
造について見ると、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒
体回収パイプ１５はその先端位置に外径Ｄ₃ を大きくし
た引掛け部５を形成し、同引掛け部５を介してロータデ
ィスク２ａに対し前記テンション加重３０を支えさせる
様に構成されている。

【００１８】この引掛け部５は、当然冷却媒体供給パイ
プ１４及び冷却媒体回収パイプ１５の最大の外径Ｄ₃ と
なり、パイプ孔６の最小の孔径Ｄ₂ より大きく形成され
ることになるため、組み立てに際しては冷却媒体供給パ
イプ１４及び冷却媒体回収パイプ１５は、必ずロータ前
方側より挿入する必要がある。

【００１９】他方、前記の様にして冷却媒体供給パイプ
１４及び冷却媒体回収パイプ１５を挿入するに際して
は、その挿入位置のさらに前方に圧縮機１０が配置され
ているので、ガスタービンのロータ全体が組立てられた
後では冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ
１５を取り外すことができなくなる。

【００２０】従って、この様な構成にある従来のものに
あっては、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パ
イプ１５の検査及び交換を行う場合は必ずロータ全体を
分解する必要があり、作業性が著しく悪くなるという不
具合がある。

【００２１】本発明はこの様な現状の下にあって、前記
した従来のものにおける不具合を解消し、効果的に冷却
媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ１５の検査
及び交換をなし得る様にしたガスタービンの冷却媒体移
送パイプを提供することを課題とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、ガスタービンのタービンロ
ータを軸方向に貫いて装着され冷却媒体を供給する通路
と回収する通路をそれぞれ形成するガスタービンの冷却
媒体移送パイプにおいて、同冷却媒体移送パイプの外径
をこれが装着されるパイプ孔径より小さくすると共に同
パイプの上流側端部の外周には軸方向に凹凸にした多段
支持部を形成し、同多段支持部には前記パイプの凹凸に
嵌合する凹凸を内周に形成すると共に前端にパイプ孔径
より大きい径のフランジ状の係止部を形成して軸線に沿
って周方向に２分割されたスリーブを装着したガスター
ビンの冷却媒体移送パイプを提供するものである。

【００２３】すなわち本発明によれば、冷却媒体を供給
する通路であり冷却媒体を回収する通路となる冷却媒体
移送パイプは、その外径を同冷却媒体移送パイプが装着
されるパイプ孔径より小さくしているので、冷却媒体移
送パイプはパイプ孔径に対しては装着、移動共に容易に
行い得、また、同冷却媒体移送パイプはその上流側端部
において、外周に軸方向に凹凸を形成した多段支持部を
形成し、この多段支持部には、その内周に前記パイプの
凹凸に嵌合する凹凸を形成し且つ前端にパイプ孔径より
大きい径のフランジ状の係止部を形成して軸線に沿って
周方向に２分割されたスリーブを装着自在に構成してい
るので、この２分割機構によりスリーブの凹凸部と冷却
媒体移送パイプの凹凸部との係合及び解除を行い、同凹
凸部の係合時には冷却媒体移送パイプの装着を確実に行
い、また、係合の解除時には冷却媒体移送パイプの後流
側への除去を可能にし、同冷却媒体移送パイプの検査及
び交換を極めて効果的になし得る様にしたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１及び図２に基づいて説明する。なお前記した従来のも
のと同一の部分については図面中に同一の符号を付して
示し、重複する説明は出来るだけ省略して本実施の形態
に固有の点について重点的に説明する。

【００２５】タービンブレード１１ａ、１１ｂの内側に
形成された冷却媒体の供給用キャビティ１６、１７と後
部ロータ１３との間は、冷却媒体供給パイプ１４で連絡
され、また同様にタービンブレード１１ａ、１１ｂの内
側に形成された冷却媒体の回収用キャビティ１８と後部
ロータ１３との間は、冷却媒体回収パイプ１５で連絡さ
れており、同冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収
パイプ１５の先端部にはそれぞれスリーブ７が配置され
ている。

【００２６】なお、前記冷却媒体供給パイプ１４及び冷
却媒体回収パイプ１５は、ロータの周方向で互いに位相
を変えた所定の位置において、図１中に破線で示してい
る様に後流側から上流側へ向かって矢印３１の方向に挿
入され、その結果ロータの周方向で互いに位相を変えて
交互に配置されることになるが、図１においては説明の
便宜上同一位置に重ねて表示している。

【００２７】この冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体
回収パイプ１５は、ガスタービン起動時に発生するロー
タディスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとの熱伸び差を吸収
するために、組立時に予め軸方向にテンション加重３０
をかけて前記の熱伸び差以上に伸ばされている。

【００２８】この冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体
回収パイプ１５をその上流端で直接ロータディスク２ａ
に引っ掛け支持する場合、前記した従来のものにあって
は同冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ１
５はロータ前方側からしか取付け、取り外しできなくな
り、点検、交換を実施するためにはガスタービンロータ
全体を分解しなければならなくなるが、本実施の形態で
はまず、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイ
プ１５の最大外径Ｄ₁ をロータディスク２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄのパイプ孔６の最小孔径Ｄ₂ より小さくして、
ロータ後方側よりパイプ１４、１５を挿入出できるよう
にしている。

【００２９】また、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒
体回収パイプ１５に付加されるテンション加重３０を支
えるために、ロータへの挿入後その先端位置において、
同冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ１５
へスリーブ７を装着し、スリーブ７を介してロータディ
スク２ａへ引っ掛け支持する構造となっている。

【００３０】このスリーブ７の詳細構造を図２（ａ）、
及び（ｂ）に示すと、同スリーブ７は、冷却媒体供給パ
イプ１４及び冷却媒体回収パイプ１５をロータへ挿入
後、ロータ前方から装着できるようにロータの軸線に沿
って周方向２分割構造となっている。

【００３１】また、スリーブ７と冷却媒体供給パイプ１
４及び冷却媒体回収パイプ１５との接合部は、パイプに
付加されるテンション加重３０による応力を低減するた
め、同冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ
１５の先端部外周面に軸方向に凹凸部を形成し、かつ、
スリーブ７の内周面にはこれに対応する凹凸部を設け、
両方の凹凸部を嵌合させて多段支持構造４を形成し、凹
凸部１段当たりの荷重分担量を制限している。

【００３２】冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収
パイプ１５はロータ後方より挿入出できるように、最大
外径Ｄ₁ をロータディスク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのパ
イプ孔６の最小孔径Ｄ₂ より小さくしている。

【００３３】他方、スリーブ７はその前端にパイプ孔６
の孔径より大きい径のフランジ状の係止部を有してお
り、前記冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイ
プ１５をロータに挿入後、その前方端にて周方向に２分
割されたスリーブ７を多段支持構造４により嵌合装着
し、スリーブ７を介してロータディスク２ａに対する引
掛け部５で引っ掛けてテンション加重３０を支持してい
る。

【００３４】本実施の形態は前記の様に構成されている
ので、冷却媒体供給パイプ１４及び冷却媒体回収パイプ
１５は検査、交換の必要な時、ガスタービンロータ全体
を分解することなくロータ後方より取付け、取り外しが
可能となるため、工事期間の大幅な短縮が達成できる。

【００３５】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上本発明によれば、ガスタービンのタ
ービンロータを軸方向に貫いて装着され冷却媒体を供給
する通路と回収する通路をそれぞれ形成するガスタービ
ンの冷却媒体移送パイプにおいて、同冷却媒体移送パイ
プの外径をこれが装着されるパイプ孔径より小さくする
と共に同パイプの上流側端部の外周には軸方向に凹凸に
した多段支持部を形成し、同多段支持部には前記パイプ
の凹凸に嵌合する凹凸を内周に形成すると共に前端にパ
イプ孔径より大きい径のフランジ状の係止部を形成して
軸線に沿って周方向に２分割されたスリーブを装着して
ガスタービンの冷却媒体移送パイプを構成しているの
で、その外径を同冷却媒体移送パイプが装着されるパイ
プ孔径より小さくした冷却媒体を供給する通路または冷
却媒体を回収する通路となる冷却媒体移送パイプは、パ
イプ孔径に対しては装着、移動共に容易に行い得、その
一方、同冷却媒体移送パイプはその上流側端部におい
て、外周に軸方向に凹凸を形成した多段支持部を形成
し、この多段支持部には、その内周に前記パイプの凹凸
に嵌合する凹凸を形成し且つ前端にパイプ孔径より大き
い径のフランジ状の係止部を形成して軸線に沿って周方
向に２分割されたスリーブを装着自在に構成しているの
で、この２分割機構によりスリーブの凹凸部と冷却媒体
移送パイプの凹凸部との係合及び解除を行い、同凹凸部
の係合時には冷却媒体移送パイプの装着を確実に行い、
また、係合の解除時には冷却媒体移送パイプの後流側へ
の除去を可能にし、同冷却媒体移送パイプの検査及び交
換を極めて容易かつ効果的に行い得、工事期間の大幅短
縮等を達成することができたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービンの冷
却媒体移送パイプの概要をその取付け工程を含めて示す
説明図である。

【図２】図１の冷却媒体移送パイプを構成する冷却媒体
供給パイプと冷却媒体回収パイプの先端部の概要を示
し、（ａ）は側面側から、（ｂ）は軸方向正面側から見
た概要の説明図である。

【図３】従来のガスタービンの冷却媒体移送パイプの概
要を示す説明図である。

【図４】図３の冷却媒体移送パイプを構成する冷却媒体
供給パイプと冷却媒体回収パイプの先端部を側面側から
見た概要の説明図である。

【符号の説明】

１ 連結用ボルト ２ａ ロータディスク ２ｂ ロータディスク ２ｃ ロータディスク ２ｄ ロータディスク ３ 冷却媒体 ４ 多段支持構造 ５ 引掛け部 ６ パイプ孔 ７ スリーブ ８ 供給口 ９ 回収口 １０ 圧縮機 １１ａ タービンブレード １１ｂ タービンブレード １１ｃ タービンブレード １１ｄ タービンブレード １３ 後部ロータ １３ａ 外周パイプ １３ｂ 内周パイプ １４ 冷却媒体供給パイプ １５ 冷却媒体回収パイプ １６ 供給用キャビティ １７ 供給用キャビティ １８ 回収用キャビティ １９ ラジアル孔 ２０ ラジアル孔 ２１ ラジアル孔 ２２ ラジアル孔 ２９ パイプ固定ボルト ３０ テンション加重

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンのタービンロータを軸方向
   に貫いて装着され冷却媒体を供給する通路と回収する通
   路をそれぞれ形成するガスタービンの冷却媒体移送パイ
   プにおいて、同冷却媒体移送パイプの外径をこれが装着
   されるパイプ孔径より小さくすると共に同パイプの上流
   側端部の外周には軸方向に凹凸にした多段支持部を形成
   し、同多段支持部には前記パイプの凹凸に嵌合する凹凸
   を内周に形成すると共に前端にパイプ孔径より大きい径
   のフランジ状の係止部を形成して軸線に沿って周方向に
   ２分割されたスリーブを装着してなることを特徴とする
   ガスタービンの冷却媒体移送パイプ。