JP2000045705A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】必要な冷媒流路を及びシールスペースを確保し
つつ、動翼ダブテールとディスクダブテールとの間から
漏洩する冷媒を抑制し、ガスタービン効率低下を抑制で
きるガスタービンを提供する。 【解決手段】ガスタービンであって、動翼に冷媒を供給
する供給経路と、動翼を流れた冷媒を回収する回収経路
と、を有し、ディスクダブテール部と、を備えるディス
クと、前記ディスクダブテール部に保持される翼ダブテ
ール部と、前記供給経路から供給された前記供給冷媒を
翼内部に導くと共に翼内を経た冷媒を前記回収経路に導
く経路と、を有する動翼と、前記ディスクダブテール部
と前記翼ダブテール部との間であって、前記供給経路の
外側と前記回収経路の外側に位置し、前記供給経路或い
は前記回収経路から前記ディスクダブテール部と前記翼
ダブテール部との間隙を経て漏れる冷媒の流出を抑制す
るシールと、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動翼を冷却するガ
スタービンに係り、特に動翼を冷却した後の冷媒を回収
するクローズド冷却式のガスタービンで、動翼ダブテー
ルとディスクダブテール溝の接続部からの冷却媒体のリ
ーク抑制機構を備えたガスタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】動翼は動翼根元のダブテールによってデ
ィスク外周部のダブテール溝に埋め込まれている。動翼
ダブテール及びダブテール溝には軸対称位置に一対のフ
ックが半径方向に少なくとも１段以上存在する。回転中
には半径方向外向きに作用する遠心力により動翼ダブテ
ールとダブテール溝のフック同士が接触し、動翼はディ
スクに固定されることになる。フックの接触面は、回転
中に設計どおりに必ず接触するように加工精度を上げる
ことが好ましい。フックの接触面以外の所は、回転中に
接触して接触予定面が接触しなくなることのないように
加工誤差以上は隙間を設けておく必要がある。

【０００３】これら接続部隙間からのリークを低減する
方法が米国特許第4,424,668 号，特開平6−257403号，
特開平9−13902 号に記載されている。これらの公知例
ではシール部材を使用し、シール部材の内部に冷却媒体
通路を設けることにより接続部隙間への冷却媒体のリー
クを低減する構造を採用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の加工誤差を考慮
して動翼ダブテールとディスクダブテール溝のフック間
に設けてある隙間の間隔は加工上各動翼ごとに若干異な
ってしまう。また起動から停止に至るあらゆる運転状態
での、遠心力や熱膨張によるフックの変形によっても隙
間の間隔は変化することになる。この様に動翼毎に時間
毎に異なる隙間に対して十分にリークを抑制する必要が
ある。

【０００５】現行の冷却後の冷媒を作動ガス中に放出す
るガスタービンではダブテールから動翼ダブテールにか
けての冷媒の経路接続部は供給の一個所であるが、クロ
ーズド冷却ガスタービンでは供給と回収の２個所存在す
ることになる。或いはガスタービンの高効率化のために
作動ガス温度は上昇傾向にあり、それに応じて動翼冷媒
の流量も増加する。このため、経路接続部において供給
と回収の流路断面積を十分に確保することが困難であ
る。前記公知例に示したシール構造では、冷媒がシール
部材の内部を流れるので流路断面積がシール部材の大き
さに制限されてしまう。経路接続部の寸法及び強度上、
シール部材を十分に大きくできない場合は、シール部材
の内部流路の流路抵抗により冷媒の圧力損失が生じて効
率低下を招いたり、動翼を冷却するために必要な流量を
確保できない可能性がある。反対に流路面積を確保しよ
うとすると、かぎられたダブテール部のスペースの中で
は十分なシール材の収納スペースを確保することが困難
である場合がある。

【０００６】そこで、本発明の課題は、必要な冷媒流路
を及びシールスペースを確保しつつ、動翼ダブテールと
ディスクダブテールとの間から漏洩する冷媒を抑制し、
ガスタービン効率低下を抑制できるガスタービンを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する第１
の発明は、ガスタービンであって、動翼に冷媒を供給す
る供給経路と、動翼を流れた冷媒を回収する回収経路
と、を有し、動翼を機械的に保持するディスクダブテー
ル部と、を備えるディスクと、前記ディスクダブテール
部に保持される翼ダブテール部と、前記供給経路から供
給された前記供給冷媒を翼内部に導くと共に翼内を経た
冷媒を前記回収経路に導く経路と、を有する動翼と、前
記ディスクダブテール部と前記翼ダブテール部との間で
あって、前記供給経路の外側と前記回収経路の外側に各
々位置し、前記供給経路或いは前記回収経路から前記デ
ィスクダブテール部と前記翼ダブテール部との間隙を経
て漏れる冷媒の流出を抑制するシールと、を有すること
を特徴とする。

【０００８】前記外側は、例えばダブテールの挿入方向
を側面側から見た場合に前記流路の外側にシールが位置
している。外側とは例えば前側或いは後側である(以下
同様)。

【０００９】このように、シール自身の内部に、前記デ
ィスクと動翼とを流れる冷媒の冷媒流路を備えなくてよ
いので、冷媒流路断面積が、シール部材の大きさに制限
されずにすむので、ダブテール部分の大きさを大きくし
なくとも十分な冷媒流路を確保することができる。この
ため、圧力損失を抑制でき、高効率のガスタービンを形
成することができる。

【００１０】第２の発明は前記ガスタービンにおいて、
前記動翼ダブテール部は周方向に突出するフックを有
し、前記ディスクダブテール部には前記フックを収納す
るディスク溝フックを有し、前記シールはシールピンと
前記ダブテールに形成されるシールピン収納部と、を有
する。

【００１１】第３の発明は、前記ガスタービンにおい
て、前記シールピンの径方向の長さは、前記シールピン
収納部が形成される前記フックの径方向長さより長く形
成され、前記シールピン収納部は、前記フックの径方向
長さが最大となる位置より翼先端側から翼根本側を結ぶ
よう開口した開口部を形成することを特徴とする。

【００１２】例えば、前記シールピンは前記フックの長
手方向への投影面積より大きい投影面積を有することが
できる。

【００１３】これらにより、前記作用に加えて、動翼ダ
ブテールとディスクダブテールのフック同士にある隙間
間隔の変動に対して、隙間からのリーク量を更に少量に
抑制し効率低下を防止することができる。

【００１４】また、具体的には例えば、ディスクの外周
部に位置する複数の動翼に、動翼をディスクに拘束する
ための少なくとも１段の軸対称に位置する一対フックを
持つダブテール部を有し、ディスク外周部には前記動翼
ダブテール部を収納するディスクダブテール部を有し、
動翼の遠心力による半径方向外向きの移動を動翼ダブテ
ール部フックとディスクダブテール部の対応するフック
の接触よりに拘束する構造であり、ディスクダブテール
溝底面と動翼ダブテール最内面それぞれに動翼へ冷却媒
体を供給する供給口と動翼冷却後の冷却媒体をディスク
へ導く回収口を備え、動翼ダブテールの最内段に位置す
るフックはそれと対向するディスクダブテールのフック
に接触する面の半径方向内側端より外側領域（例えば、
動翼ダブテールの最内段フックのもっとも幅広となる半
径方向位置より半径方向外側領域）から最内面にかけて
開口形成してシールピン収納部を設け、該収納部とディ
スクダブテールで形成される空間にシールピンを収納
し、シールピンはその軸方向投影面が該開口部の前記最
内段フック接触面の半径方向内側端より半径方向内側の
軸方向投影面（例えば、最内段フックのもっとも幅広と
なる半径方向位置より半径方向内側の軸方向投影面）よ
り大きい断面を有することができる。より具体例として
は、シールピンの投影面積は前記軸方向投影面を全体的
に覆う断面を有する。

【００１５】また、例えば前記シールピンの半径方向長
さは、動翼ダブテールの最内段のフックと対向するディ
スクダブテールに形成されるフックに接触する面の半径
方向内端からディスクダブテール溝底面までの距離より
も長くなるようにすることができる。そして、更に、シ
ールフィン収納部である開口部の半径方向長さを最内段
のフック接触面の半径方向内端から動翼ダブテールの最
内面までの距離で差し引いた量がシールピンの半径方向
長さを最内段フック接触面の半径方向内端からディスク
ダブテール底面までの距離で差し引いた量よりも大きい
関係にある構造にすることができる。

【００１６】これらの構造により、シールピン外周面の
一部がディスクダブテールと接触することによりシール
ピンをディスクダブテールに径方向及び周方向に保持
し、動翼ダブテールのディスクダブテールに対する半径
方向及び周方向の可動をシールピンによって拘束しない
構造にすることができる。

【００１７】また、シールピン外周面の一部がディスク
ダブテールと接触し冷却媒体のシールピン外周面軸方向
流れを防止し、シールピン側面の一部が最内段フック接
触面の半径方向内側端と接触し冷却媒体のシールピン側
面半径方向流れを防止する構造にすることができる。

【００１８】具体的には、このようにシールピンの軸方
向投影面をディスク溝形状とすることによりシールピン
をディスク溝に径方向及び周方向に固定し、シールピン
外周面とディスク溝の隙間からの軸方向の冷媒リークを
防止する。さらにシールピン側面の一部が最内段フック
のディスクダブテールのフックとの接触面の半径方向内
側端と接触し冷却媒体のシールピン側面半径方向流れを
防止する。動翼ダブテールとディスクダブテールの各フ
ック同士にある非接触部の隙間間隔の各翼ごと運転状態
ごとの変動をシールピンによって拘束しないので、シー
ルピンには隙間変動による力は作用せずシールピンの強
度上の信頼性が向上する。さらに、シールピンは動翼ダ
ブテール開口部とダブテール溝で形成される空間に固定
されており、シールピンを固定するため専用の加工をデ
ィスクに施していない。すなわち、ディスクに余分な加
工を行う必要がないのでディスクの強度信頼性が損なわ
れない。

【００１９】第４の発明は、前記いずれかのガスタービ
ンにおいて、前記シールは前記供給経路と前記回収経路
との間に位置される、ことを特徴とする。

【００２０】これにより、供給経路と回収経路間のダブ
テール部に形成される間隙による冷媒の連通を冷媒供給
経路或いは回収経路の断面積やダブテール部の大きさに
影響すくなく抑制することができる。

【００２１】第５の発明は、前記いずれかのガスタービ
ンにおいて、前記シールピンは前記フックの軸方向への
投影面積より大きい投影面積を有することを特徴とす
る。

【００２２】また、前記いずれかのシールピン側面に周
方向直線リブを設け、動翼ダブテールのシールピン収納
部に前記周方向直線リブに対応する収納溝を設け、収納
溝の高さ方向の幅はリブの高さ方向の幅より大きくなる
よう形成することが好ましい。これにより、リブが半径
方向に移動可能な空間を形成する。

【００２３】また、前記いずれかのシールピンの厚さ及
び動翼ダブテールの周方向の幅は、翼先端側より翼根元
側の方が小さくなるよう形成することが好ましい。具体
例としてはいわゆるテーパ構造を有することができる。

【００２４】また、前記いずれかのシールピンとシール
ピン収納部との間に形成される外周部空間にシールピン
をシールピン収納部から押し出す方向の力が作用する応
力付加部材を配置することが好ましい。例えば、弾性変
形体を装着する。

【００２５】また、シールピン側面が軸方向に弾性変形
可能であり、シールピン挿入時に動翼ダブテールのシー
ルピン収納部にシールピン側面が軸方向に弾性追従する
構造を有することが好ましい。

【００２６】また、前記いずれかのシールピンは動翼ダ
ブテール或いはディスクダブテール材料よりも熱膨張率
の大きい材料とすることが好ましい。動翼ダブテール及
びディスクダブテール材料より熱膨張率が大きい材料を
使用することが実用的である。

【００２７】また、前記いずれかのシールピンは動翼ダ
ブテール及びディスクダブテール材料よりも材料硬度の
低い材料とすることが好ましい。動翼ダブテール及びデ
ィスクダブテール材料より材料硬度の低い材料を使用す
ることが実用的である。

【００２８】また、前記いずれかのシールピン外周面に
動翼ダブテール及びディスクダブテール溝材料よりも材
料硬度の低い層を形成（例えば粉末を接着してもよい）
することが好ましい。シールピン外周面とディスクダブ
テールの隙間で該粉末が圧着することにより冷却媒体の
シールピン外周面軸方向流れを更に抑制することができ
る。または、シールピン側面に動翼ダブテール及びディ
スクダブテール溝材料よりも材料硬度の低い層を形成
（例えば粉末を接着してもよい）することが好ましい。
シールピン側面と最内段フック接触面の半径方向内側端
との隙間で該粉末が圧着することにより冷却媒体のシー
ルピン側面半径方向流れを更に抑制することができる。

【００２９】尚、前記動翼ダブテールのディスクダブテ
ール挿入移動時のシールピン前側面とシールピン外周面
で形成されるシールピン角部にアールもしくはテーパを
設けることが好ましい。動翼ダブテール挿入側ディスク
側面とダブテールで形成されるダブテール角部でシール
ピンと接触する部分にアールもしくはテーパを設けるこ
とが好ましい。

【００３０】本願発明は、動翼クローズド冷却式のガス
タービンでは、ダブテール溝から動翼ダブテールにかけ
て冷媒を供給する経路と動翼冷却後の温度上昇した冷媒
を回収する経路が存在する。さらに動翼冷却後の温度上
昇した冷媒をプラントで利用し熱効率の向上を図るため
に、冷却媒体の圧力をガスタービン圧縮機吐出圧力より
も高圧にすることが望ましい。しかし冷媒を高圧化する
ことにより、動翼ダブテールとディスクダブテール溝の
供給経路接続部及び回収経路接続部に生じる前述の隙間
からディスク側面へ、さらに供給経路接続部の隙間から
回収経路接続部の隙間へ大量の冷媒がリークすることに
なり、熱効率低下の要因となる。このため、本願発明
は、クローズド冷却式のガスタービンに使用すると効果
が顕著であり好ましい。しかし、動翼に冷媒を供給し燃
焼ガス流路に放出するいわゆるオープン冷却の翼を有す
るガスタービンに使用してもよい。例えば以下の構造を
とることができる。

【００３１】第６の発明は、ガスタービンであって、動
翼に冷媒を供給する供給経路を有し、動翼を機械的に保
持するディスクダブテール部と、を備えるディスクと、
前記ディスクダブテール部に保持される翼ダブテール部
と、前記供給経路から供給された前記供給冷媒を翼内部
に導く経路と、を有する動翼と、前記ディスクダブテー
ル部と前記翼ダブテール部との間であって、前記供給経
路の外に各々位置し、前記供給経路から前記ディスクダ
ブテール部と前記翼ダブテール部との間隙を経て漏れる
冷媒の流出を抑制するシールと、を有することを特徴と
する。

【００３２】第７の発明は、ガスタービン翼であって、
作動流体に面する翼部と、ディスクに支持されるダブテ
ール部と、自身の内部に形成される内部冷媒流路と、前
記ダブテール部に形成され、前記内部冷却流路に冷媒を
供給する供給口と前記内部冷却流路を流れた冷媒を翼外
に回収する回収口と、前記ダブテール部であって、前記
供給口の外側と前記回収口の外側に各々位置し、シール
フィンを収納する収納部と、を備えたことを特徴とす
る。

【００３３】前記シールフィン収納部は、例えば、前記
供給口或いは前記回収口から前記ダブテール部と前記ダ
ブテール部に対向するディスク部との間隙を経て漏れる
冷媒の流出を抑制するシールフィンを収納するものであ
る。

【００３４】例えば、前記シールフィン収納部は翼の最
も根元側のフック部に形成される。第８の発明は、ガス
タービン翼であって、作動流体に面する翼部と、ディス
クに支持されるダブテール部と、自身の内部に形成され
る内部冷媒流路と、前記ダブテール部に形成され、前記
内部冷却流路に冷媒を供給する供給口と、前記ダブテー
ル部であって、前記供給口の外側に各々位置し、シール
フィンを収納する収納部と、を備えたことを特徴とす
る。

【００３５】前記軸方向とはタービンの軸方向と平行な
方向に相当する方向であり、周方向とはタービンの円周
方向に相当する方向であり、半径方向とはタービンの半
径方向に相当する方向である。

【００３６】前記冷媒供給経路と回収経路とを備えたタ
ービンに関して、供給経路の外側と回収経路の外側にお
のおのシールを設けた例を前述したが、上流側或いは下
流側のいずれか一方側への冷媒の前記間隙からの漏洩を
図り他方側への漏洩を抑制する目的の場合は冷媒供給経
路或いは冷媒回収経路のいずれか一方の外側にシールを
配置することもできる。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下説明する。

【００３８】冷却媒体としては空気，窒素，ヘリウム，
蒸気など種々考えられるが、以下の実施例では冷媒を空
気として説明する。

【００３９】ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機
と、圧縮機で圧縮された空気と燃料とが供給されて燃焼
する燃焼器と、燃焼器からの燃焼排ガスにより駆動する
タービンとを有する。タービンは発電機に連結されて発
電する。

【００４０】図１を用いてタービンロータの構成と動翼
への冷却空気の供給経路の一例を説明する。第１段ディ
スク１，第２段ディスク２，第３段ディスク３，第４段
ディスク４とそれらの外周部に位置する第１段動翼５，
第２段動翼６，第３段動翼７，第４段動翼８さらにディ
スク側面に位置する中空スペーサ９，１０，１１から構
成され、圧縮機側と連結するディスタントピース１２，
第４段ディスク４の側面に位置するスタブシャフト１３
をタービンロータは有している。

【００４１】そして、ディスタントピース１２とディス
ク１，２，３，４、スペーサ９，１０，１１とスタブシ
ャフト１３はディスク及びスペーサの接合面に設けられ
たスタッキングボルト１４によって強固に連結されてい
る。主流ガスは動翼を第１段動翼５から第４段動翼８の
方向へ流れている。冷却空気はスタブシャフト１３の中
心孔１５から供給され、第４段ディスク４の中心孔１
６，３−４スペーサ１１の中心孔１７を経由して３ー４
スペーサ１１と第３段ディスク３の接合面に半径方向に
設けられたスリット１８に達する。軸方向に第３段中実
ディスク３，２−３スペーサ１０を貫通する供給孔１
９，供給孔２０を通過した空気は第２段ディスク２を貫
通する供給孔２１と２−３スペーサ１０と第２段ディス
ク２の接合面に半径方向に設けられたスリット２２に分
岐供給される。スリット２２に供給された空気は第２段
ディスク２と２−３スペーサ１０で構成されるキャビテ
ィ２３に達し、第２段ディスク外周側に設けられた半径
方向穴２４を通して第２段動翼６に供給される。供給孔
２１を通過した空気は、１ー２スペーサ９を貫通する供
給孔２５、第１段ディスク１を貫通する供給孔２６を通
って、第１段ディスク１とディスタントピース１２の接
合面に半径方向に設けられたスリット２７に供給され
る。スリット２７に供給された空気は第１段ディスク１
とディスタントピース１２で構成されるキャビティ２８
に達し、第１段ディスク外周側に設けられた半径方向穴
２９を通して第１段動翼５に供給される。

【００４２】次に、図２により動翼からの回収経路につ
いて説明する。第１段動翼５を冷却した空気は第１段デ
ィスク外周側に設けられた半径方向穴３０を通して第１
段ディスク１と１−２スペーサ９で構成されるキャビテ
ィ３１に達し、第１段ディスク１と１−２スペーサ９の
接合面に半径方向に設けられたスリット３２に導入され
る。第２段動翼６を冷却した空気は第２段ディスク外周
側に設けられた半径方向穴３３を通して第２段ディスク
２と１−２スペーサ９で構成されるキャビティ３４に達
し、第２段ディスク１と１−２スペーサ９の接合面に半
径方向に設けられたスリット３５に導入される。スリッ
ト３５を通過した空気は１−２スペーサ９を貫通する回
収孔３６を通過してスリット３２を通った第１段動翼か
ら回収された空気と合流する。合流した空気は第１段デ
ィスク１，ディスタントピース１２を貫通する回収孔３
７，３８を通ってタービンロータから回収される。図１
に示した供給経路であるスリット１８，供給孔１９，２
０，スリット２２，供給孔２１，２５，２６、スリット
２７は周方向同一位相に複数存在し、回収経路であるス
リット３２，スリット３５，回収孔３６，３７，３８も
周方向同一位相に複数存在する。そして、供給経路と回
収経路は異なる位相に位置するよう配置されている。動
翼に供給するための半径方向穴２４，２９、動翼から回
収するための半径方向穴３０，３３は動翼の枚数分だけ
存在する。

【００４３】図３に図１および図２に示した第１段ディ
スクへの第１段動翼の装着方向を示す。動翼５は作動流
体に面する翼部１００とディスク１と連絡するダブテー
ル部１０２を有し、ディスク外周部に軸方向に形成され
るダブテール溝（ディスクダブテールともいう）１０１
に軸方向に装着される。第２段動翼６も第２段ディスク
２に同様に軸方向に装着される。図２のＡ−Ａ断面にお
ける動翼ダブテール部１０２とダブテール溝１０１の回
転により遠心力が作用している時の接触状態を図４に示
す。動翼ダブテール１０２にはディスクに拘束するため
の軸対称に位置する第１段フック１０３Ａ，１０３Ｂ，
第２段フック１０４Ａ，１０４Ｂ，第３段フック１０５
Ａ，１０５Ｂ，第４段フック１０６Ａ，１０６Ｂがあ
る。ダブテール溝１０１には動翼ダブテール第１段フッ
ク１０３Ａ，１０３Ｂと対応する第１段フック１０７
Ａ,１０７Ｂ，動翼ダブテール第２段フック１０４Ａ,１
０４Ｂと対応する第２段フック１０８Ａ，１０８Ｂ，動
翼ダブテール第３段フック105A，１０５Ｂと対応する第
３段フック１０９Ａ，１０９Ｂ，動翼ダブテール第４段
フック１０６Ａ，１０６Ｂと対応する第４段フック１１
０Ａ，１１０Ｂがある。動翼ダブテール第１段フック１
０３Ａ，１０３Ｂとダブテール溝第１段フック１０７
Ａ，１０７Ｂの接触面１１１Ａ，１１１Ｂ，動翼ダブテ
ール第２段フック１０４Ａ，１０４Ｂとダブテール溝第
２段フック１０８Ａ，１０８Ｂの接触面１１２Ａ，１１
２Ｂ，動翼ダブテール第３段フック１０５Ａ，１０５Ｂ
とダブテール溝第３段フック１０９Ａ，１０９Ｂの接触
面１１３Ａ，１１３Ｂ，動翼ダブテール第４段フック１
０６Ａ，１０６Ｂとダブテール溝第４段フック１１０
Ａ，１１０Ｂの接触面１１４Ａ，１１４Ｂにおいて動翼
ダブテール１０２がダブテール溝１０１に半径方向に拘
束されている。設計どおりに接触面１１１Ａ，111Ｂ,１
１２Ａ，１１２Ｂ，１１３Ａ，１１３Ｂ，１１４Ａ，１
１４Ｂで接触するようにダブテール溝底面１１５と動翼
ダブテール第１段フック１０３Ａ，１０３Ｂの間と、ダ
ブテール溝第１段フック１０７Ａ，１０７Ｂと動翼ダブ
テール第２段フック１０４Ａ，１０４Ｂの間と、ダブテ
ール溝第２段フック１０８Ａ，１０８Ｂと動翼ダブテー
ル第３段フック１０５Ａ，１０５Ｂの間と、ダブテール
溝第３段フック１０９Ａ，１０９Ｂと動翼ダブテール第
４段フック１０６Ａ，１０６Ｂの間と、ダブテール溝第
４段フック１１０Ａ，１１０Ｂと動翼ダブテール外周部
１１６Ａ,１１６Ｂの間には少なくとも加工誤差以上の
隙間１１７,隙間１１８Ａ，１１８Ｂ，隙間１１９Ａ，
１１９Ｂ，隙間１２０Ａ，１２０Ｂ，隙間１２１Ａ，１
２１Ｂが生じることになる。

【００４４】図５に図４のＢ−Ｂ断面図を示す。動翼は
第１段動翼５、ディスクは第１段ディスク１として説明
する。半径方向穴２９を通過した空気は動翼供給口１２
２に接続され、動翼回収口１２３は半径方向穴３０に接
続される。これら接続部には隙間１１７があり、隙間１
１７を軸方向に沿って上流のディスク側面に冷却空気が
リークしないようにシールピン１２４が開口部１２７
に、隙間１１７を軸方向に沿って下流のディスク側面に
冷却空気がリークしないようにシールピン１２６が開口
部（言い換えればシールフィン収納部、他も同様）１２
９に、隙間１１７を軸方向に沿って供給空気が回収空気
側にリークしないようにシールピン１２５が開口部１２
８に装着されている。

【００４５】組み立て順序については、まずシールピン
を動翼ダブテール開口部に装着している状態で、図３の
様に動翼ダブテール１０２をダブテール溝１０１に軸方
向に挿入する。図６にシールピンの外観、図７にダブテ
ール溝第１段フック１０７Ａ，１０７Ｂからダブテール
溝底面１１５までの拡大図、図８に図５のシールピン１
２４，開口部１２７の拡大図断面を示す。動翼ダブテー
ル開口部１２７は接触面の半径方向内側端２００Ａ，２
００Ｂより半径方向外側１３０より最内面131にかけて
開口している。この開口部とダブテール溝とで形成され
る空間には図７のシールピン１２４が格納されており、
シールピン１２４の軸方向投影面（右上がり斜線部）
が、接触面の半径方向内側端２００Ａ，２００Ｂより半
径方向内側の開口部の軸方向投影面を全体的に覆ってい
る。言い換えれば、最も翼根元側のフック（１段フッ
ク）の周方向に最大の幅よりシールピン１２４の幅のほ
うが大きくなるよう形成されている。

【００４６】シールピンの外周面１３３はダブテール溝
に挿入可能な程度のダブテール溝との寸法差に抑えてい
るのでシールピンはダブテール溝に半径方向、周方向に
固定され、隙間１１７を軸方向に流れるリークはシール
ピンの外周面１３３とダブテール溝により抑制されてい
る。隙間１１７から隙間１１８Ａ，１１８Ｂへの直接リ
ークは接触面１１１Ａ，１１１Ｂにより防止されてい
る。また、シールピンの半径方向長さｈは第１段接触面
の半径方向内側端２００Ａ，２００Ｂからダブテール溝
底面１１５までの距離ｘより長い（ｈ＞ｘ）。すなわ
ち、シールピン側面１３４と接触面の半径方向内側端２
００Ａ，２００Ｂの開口部端１３６，１３７の接触によ
り開口部の隙間１１７からシールピン１２４の外側隙間
１３８を経由して隙間１１８Ａ，１１８Ｂへリークする
流れを抑制している。さらに、開口部外面１３０から最
内面１３１までの距離ｚを接触面の半径方向内側端２０
０Ａ，２００Ｂから最内面１３１までの距離ｙで差し引
いた量はシールピンの半径方向長さｈを第１段接触面の
半径方向内側端２００Ａ，２００Ｂからダブテール溝底
面１１５までの距離ｘで差し引いた量よりも大きい（ｚ
−ｙ＞ｈ−ｘ）。すなわち、シールピン上面１３２と開
口部外面１３０との間には隙間１３８が存在し、この隙
間１３８により動翼はディスクに対して半径方向，周方
向に移動可能である。この半径方向，周方向の移動が可
能であることにより、加工誤差に伴う動翼毎に異なる隙
間１１７の量や起動から停止に至るあらゆる運転状態で
の、遠心力や熱膨張に起因するフック変形による隙間１
１７の変化に対しても十分にリークを抑制することがで
き、かつ、シールピン１２４と動翼ダブテール１０２が
固定されることによる動翼ダブテール１０２やダブテー
ル溝１０１への応力集中を防止することができる。さら
に図５から分かるように、半径方向穴２９，動翼供給口
１２２，動翼回収口１２３，半径方向穴３０の軸方向幅
は、開口部１２７から開口部１２７まで及び開口部１２
８から開口部１２９までの間で設定できるので流路抵抗
の小さくなる十分な流路断面積を確保できる。また、シ
ールピン１２４は開口部とダブテール溝で形成される空
間に固定されており、シールピン１２４を固定するため
専用の加工をディスクに施していない。すなわち、ディ
スクに余分な加工を行う必要がないのでディスクの強度
信頼性が損なわれない。本発明の他の実施例を図９，図
１０に示す。図９は図８に対応した拡大断面図であり、
図１０はそのシールピンの外観図である。本実施例が図
５から図８の実施例と異なるのはシールピン１２４の側
面１３４に周方向の直線リブ１４０がある点である。開
口部１２７にも直線リブ１４０が納まる溝１４１が形成
されており、直線リブ１４０の半径方向外側には隙間１
３８と同様の目的で隙間１４２を設けている。図３に示
しているように動翼ダブテール１０２をダブテール溝１
０１に挿入する時、周方向角度によっては重力の作用で
シールピン１２４が開口部１２７から脱落する場合があ
る。本実施例では、前記本発明の効果に加えて、直線リ
ブ140が溝１４１に拘束されることにより脱落を防止し
ている。

【００４７】本発明の他の実施例を図１１，図１２に示
す。図１１は図８に対応した拡大断面図であり、図１２
はそのシールピンの外観図である。本実施例が図５から
図８の実施例と異なるのは、シールピン１２４の側面１
３４の両面間とそれに接触する開口部面の両面間が半径
方向外向きに広がるテーパ形状になっており、隙間１３
８に円弧状板ばね１４３が装着されている点である。

【００４８】図１１からも明らかなように翼先端側のシ
ールピンの幅より、翼根元側のシールピンの幅のようが
小さくなっている。シールピン収納部も同様である。

【００４９】このテーパ形状により、動翼ダブテール１
０２をダブテール溝１０１に挿入する時にシールピン１
２４が開口部１２７から脱落するのを防止している。シ
ールピン側面１３４と開口部端１３６，１３７における
開口部接触面は同じテーパ角度であり、円弧状板ばね１
４３の半径方向ばね力により開口部端１３６，１３７で
確実にシールピン側面１３４と開口部面を接触させ、隙
間１１７からシールピン１２４の外側隙間１３８を経由
して隙間１１８Ａ，１１８Ｂへリークする流れを抑制し
ている。円弧状板ばね１４３はシールピン１２４に働く
遠心力に対して変形量が非常に小さい範囲におさまる強
度を有していることが好ましい。

【００５０】本発明の他の実施例を図１３に示す。本実
施例が図１１から図１２の実施例と異なるのは、シール
ピン１２４の側面１３４の両面間とそれに接触する開口
部面の両面間が半径方向外向きに垂直形状になっている
点である。隙間１３８に装着した円弧状板ばね１４３の
半径方向ばね力により、シールピン１２４の底面とダブ
テール溝底面１１５接触させ、隙間１１７の軸方向へリ
ークする流れを抑制している。

【００５１】本発明の他の実施例を図１４，図１５に示
す。本実施例が図１１から図１２の実施例と異なるの
は、シールピン１２４に溝１５０を設けている点であ
る。本構造では、シールピン側面１３４が軸方向に弾性
移動可能であり、シールピン124の軸方向ばね力により
開口部端１３６，１３７で確実にシールピン側面１３４
と開口部面を接触させ、隙間１１７からシールピン１２
４の外側隙間１３８を経由して隙間１１８Ａ，１１８Ｂ
へリークする流れを抑制している。

【００５２】本発明の他の実施例を図１６，図１７に示
す。図１６は図８に対応した拡大断面図であり、図１７
はそのシールピンの外観図である。本実施例が図５から
図８の実施例と異なるのは、シールピン１２４の外周面
１３３に溝１４４を設けている点である。溝１４４の半
径外側端１４５は第１段接触面の半径方向内側端200A，
２００Ｂよりも半径内側であり、溝１４４とダブテール
溝底面１１５で形成される隙間１４６が隙間１３８と連
通することを防止している。シールピン外周面１３３と
ダブテール溝の間の軸方向流れは途中隙間１４６に達
し、隙間１４６内で断熱膨張し圧力低下する。この圧力
低下により隙間１４６と下流側の隙間１１７との圧力差
が小さくなり、図８の実施例よりも軸方向の隙間１１７
間のリーク量が減少する。

【００５３】本発明の他の実施例を図１８，図１９に示
す。本実施例が図６の実施例と異なるのは、シールピン
１２４の外周面及び底面に動翼ダブテール及びディスク
ダブテール溝材料よりも材料硬度の低い粉末３００を接
着している点である。粉末３００は第１段フック接触面
の半径方向内側端２００Ａ，２００Ｂよりも半径方向内
側に接着している。遠心力によりシールピン外周面とデ
ィスクダブテール溝とが接触する第１段フック接触面の
半径方向内側端２００Ａ，２００Ｂよりも半径方向外側
及びシールピン上面１３２には粉末３００を接着してい
ない。それは、シールピンの遠心力荷重により粉末が潰
れ、シールピン底面に隙間ができないようにするためで
ある。シールピン外周面とディスクダブテール溝の隙間
で粉末３００が圧着することにより冷却媒体のシールピ
ン外周面軸方向流れを防止している。また、シールピン
１２４に接触するダブテール溝，ダブテール開口部側に
動翼ダブテール及びディスクダブテール溝材料よりも材
料硬度の低い粉末３００を接着することによっても同様
の効果を得ることができる。さらに、動翼ダブテール及
びディスクダブテール溝材料よりも材料硬度の低い粉末
としてアルミ粉末が考えられる。

【００５４】本発明の他の実施例を図２０に示す。本実
施例が図６の実施例と異なるのは、シールピン１２４の
ダブテール溝１０１への挿入側の側面端にテーパ１４７
を設けている点である。シールピン１２４の外周面１３
３はダブテール溝と密着してリークを防止しているの
で、外周面１３３はダブテール溝との寸法差が少なく、
シールピン１２４がダブテール溝に容易に装着できない
場合が考えられる。そこでテーパ１４７を設けることに
より、組み立て性が向上する。

【００５５】本発明の他の実施例を図２１，図２２に示
す。図２１はダブテール溝の挿入側軸方向投影図であ
り、図２２は図２１のＣ−Ｃ断面図である。本実施例が
図５から図８の実施例と異なるのは、動翼ダブテール挿
入側ディスク側面とダブテール溝で形成されるダブテー
ル溝角部でかつ、シールピン１２４と接触する可能性の
ある部分にテーパ１４８を設けている点である。本実施
例においても図１８の実施例と同様にテーパ１４８によ
って組み立て性が向上する。

【００５６】以上説明した実施例において、シールピン
１２４は動翼ダブテール及びディスクダブテール溝材料
よりも熱膨張率の大きい材料が好ましい。シールピン１
２４の熱膨張率が大きいと、高温になる運転時にシール
ピン１２４と動翼ダブテール及びディスクダブテール溝
に生じるリークの生じる隙間が小さくなるからである。
また、シールピン１２４は動翼ダブテール及びディスク
ダブテール溝材料よりも材料硬度の低い材料であること
が好ましい。シールピン１２４の材料硬度の低いと、シ
ールピン１２４と開口部とダブテール溝で形成される空
間との寸法差を少なくしてシールピン１２４の密着性を
高めることができるからである。

【００５７】

【発明の効果】本発明により、必要な冷媒流路を及びシ
ールスペースを確保しつつ、動翼ダブテールとディスク
ダブテールとの間から漏洩する冷媒を抑制し、ガスター
ビン効率低下を抑制できるガスタービンを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるガスタービンのター
ビンロータ内の供給空気流れ図。

【図２】本発明の一実施形態によるガスタービンのター
ビンロータ内の回収空気流れ図。

【図３】動翼のディスクへの挿入方向図。

【図４】動翼ダブテール及びダブテール溝の周方向断面
図。

【図５】本発明の一実施形態による動翼ダブテール及び
ダブテール溝の軸方向断面図。

【図６】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図７】本発明の一実施形態による最内段フック周方向
拡大図。

【図８】本発明の一実施形態による最内段フック及びシ
ールピンの軸方向拡大図。

【図９】本発明の一実施形態による最内段フック及びシ
ールピンの軸方向拡大図。

【図１０】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図１１】本発明の一実施形態による最内段フック及び
シールピンの軸方向拡大図。

【図１２】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図１３】本発明の一実施形態による最内段フック及び
シールピンの軸方向拡大図。

【図１４】本発明の一実施形態による最内段フック及び
シールピンの軸方向拡大図。

【図１５】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図１６】本発明の一実施形態による最内段フック及び
シールピンの軸方向拡大図。

【図１７】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図１８】本発明の一実施形態による最内段フック及び
シールピンの軸方向拡大図。

【図１９】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図２０】本発明の一実施形態によるシールピンの外観
図。

【図２１】本発明の一実施形態によるダブテール溝図。

【図２２】本発明の一実施形態によるダブテール溝図。

【符号の説明】

２９，３０…半径方向穴、１０１…ダブテール溝、１０
２…動翼ダブテール部、１０３Ａ，１０３Ｂ…動翼ダブ
テール第１段フック、１０７Ａ，１０７Ｂ…ダブテール
溝第１段フック、１１１Ａ，１１１Ｂ…第１段フック接
触面、１１５…ダブテール溝底面、１１７，１１８Ａ，
１１８Ｂ…隙間、１２２…動翼供給口、１２３…動翼回
収口、１２４，１２５，１２６…シールピン、１２７，
１２８，１２９…動翼ダブテール開口部、１３０…動翼
ダブテール開口部外面、１３１…動翼ダブテール最内
面、１３２…シールピン上面、１３６，１３７…接触面
の半径方向内側端２００Ａ、２００Ｂの開口部端、１４
０…直線リブ、１４３…円弧状板ばね、１４４，１５０
…溝、１４７，１４８…テーパ、２００Ａ，２００Ｂ…
第１段フック接触面の半径方向内側端、３００…動翼ダ
ブテール及びディスクダブテール溝材料よりも材料硬度
の低い粉末。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池口 隆 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 川池 和彦 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 Ｆターム(参考） 3G002 CA07 CB01 FA04 FB04 HA08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動翼に冷媒を供給する供給経路と、動翼を
   流れた冷媒を回収する回収経路と、を有し、動翼を機械
   的に保持するディスクダブテール部と、を備えるディス
   クと、 前記ディスクダブテール部に保持される翼ダブテール部
   と、前記供給経路から供給された前記供給冷媒を翼内部
   に導くと共に翼内を経た冷媒を前記回収経路に導く経路
   と、を有する動翼と、 前記ディスクダブテール部と前記翼ダブテール部との間
   であって、前記供給経路の外側と前記回収経路の外側に
   各々位置し、前記供給経路或いは前記回収経路から前記
   ディスクダブテール部と前記翼ダブテール部との間隙を
   経て漏れる冷媒を抑制するシールと、を有することを特
   徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】前記請求項１のガスタービンにおいて、 前記動翼ダブテール部は周方向に突出するフックを有
   し、前記ディスクダブテール部には前記フックを収納す
   るディスク溝フックを有し、 前記シールはシールピンと前記ダブテールに形成される
   シールピン収納部と、を有するガスタービン。
3. 【請求項３】請求項２のガスタービンにおいて、 前記シールピンの周方向の長さは、前記シールピン収納
   部が形成される前記フックの周方向長さより長く形成さ
   れ、 前記シールピン収納部は、前記フックの周方向長さが最
   大となる位置より翼先端側から翼根本側を結ぶよう開口
   した開口部を形成することを特徴とするガスタービン。
4. 【請求項４】請求項１のガスタービンにおいて、 前記シールは前記供給経路と前記回収経路との間に位置
   される、ことを特徴とするガスタービン。
5. 【請求項５】請求項１のガスタービンにおいて、 前記シールピンは前記フックの軸方向への投影面積より
   大きい投影面積を有することを特徴とするガスタービ
   ン。
6. 【請求項６】動翼に冷媒を供給する供給経路を有し、動
   翼を機械的に保持するディスクダブテール部と、を備え
   るディスクと、 前記ディスクダブテール部に保持される翼ダブテール部
   と、前記供給経路から供給された前記供給冷媒を翼内部
   に導く経路と、を有する動翼と、 前記ディスクダブテール部と前記翼ダブテール部との間
   であって、前記供給経路の外に各々位置し、前記供給経
   路から前記ディスクダブテール部と前記翼ダブテール部
   との間隙を経て漏れる冷媒の流出を抑制するシールと、
   を有することを特徴とするガスタービン。
7. 【請求項７】作動流体に面する翼部と、ディスクに支持
   されるダブテール部と、自身の内部に形成される内部冷
   媒流路と、 前記ダブテール部に形成され、前記内部冷却流路に冷媒
   を供給する供給口と前記内部冷却流路を流れた冷媒を翼
   外に回収する回収口と、 前記ダブテール部であって、前記供給口の外側と前記回
   収口の外側に各々位置し、シールフィンを収納する収納
   部と、を備えたことを特徴とするガスタービン翼。
8. 【請求項８】作動流体に面する翼部と、ディスクに支持
   されるダブテール部と、自身の内部に形成される内部冷
   媒流路と、 前記ダブテール部に形成され、前記内部冷却流路に冷媒
   を供給する供給口と、 前記ダブテール部であって、前記供給口の外側に各々位
   置し、シールフィンを収納する収納部と、を備えたこと
   を特徴とするガスタービン翼。