JP2000282801A - タービン部品の熱応答とそれによる部品の相対移動により位置づけられるシールを用いたタービン始動／停止中の冷却／加熱増強 - Google Patents
タービン部品の熱応答とそれによる部品の相対移動により位置づけられるシールを用いたタービン始動／停止中の冷却／加熱増強Info
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- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
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- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
- F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
- F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービンロータでは、ロータの様々な構成部
品間の熱的不整合が、特に過渡的運転中、例えば、停止
と始動中に発生する。 【解決手段】 熱媒体が、他のタービン部品と有害な熱
的不整合をなすおそれのある一つのタービン部品に沿っ
て流れてそれを加熱または冷却する。熱的に応答するタ
ービン部品の相対移動に応じて前記一つのタービン部品
の上を通過する冷却媒体（熱媒体）の流れを受動的に制
御することにより、流路を通る熱媒体の流れが増加また
は減少するように調整され、これにより、前記一つの部
品の温度を調整して熱的不整合を所定限度内に保ち得
る。
品間の熱的不整合が、特に過渡的運転中、例えば、停止
と始動中に発生する。 【解決手段】 熱媒体が、他のタービン部品と有害な熱
的不整合をなすおそれのある一つのタービン部品に沿っ
て流れてそれを加熱または冷却する。熱的に応答するタ
ービン部品の相対移動に応じて前記一つのタービン部品
の上を通過する冷却媒体（熱媒体）の流れを受動的に制
御することにより、流路を通る熱媒体の流れが増加また
は減少するように調整され、これにより、前記一つの部
品の温度を調整して熱的不整合を所定限度内に保ち得
る。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は一般的にはタービンに関し、特
に、発電用の陸上ガスタービンに関する。さらに詳しく
は、本発明は、過渡的運転中ロータ部品、例えば、ター
ビンホイールと後軸ホイールとの間の熱的不整合を調整
するために、自己位置づけ熱応答シールを用いてこれら
の部品の一つに沿う熱媒体の流れを制御することに関す
る。
に、発電用の陸上ガスタービンに関する。さらに詳しく
は、本発明は、過渡的運転中ロータ部品、例えば、ター
ビンホイールと後軸ホイールとの間の熱的不整合を調整
するために、自己位置づけ熱応答シールを用いてこれら
の部品の一つに沿う熱媒体の流れを制御することに関す
る。
【０００２】
【発明の背景】代表的なガスタービンでは、タービンロ
ータはロータホイールとスペーサとを重ね合わせること
によって形成され、重ね合わせた複数のホイールとスペ
ーサは互いにボルト止めされる。さねはぎが通例スペー
サとホイールとの間に設けられる。さらに進んだガスタ
ービンでは、ロータを通る冷却回路が設けられてバケッ
トを冷却する。例えば、冷却蒸気が、ロータアセンブリ
の一部分を構成する後軸に通され、ロータのリムに沿っ
て流れてタービン段の１段以上のバケットに達してバケ
ットを冷却し得る。使用済み冷却蒸気も、バケットから
戻り通路内をロータのリムに沿って流れそして後軸を通
流する。
ータはロータホイールとスペーサとを重ね合わせること
によって形成され、重ね合わせた複数のホイールとスペ
ーサは互いにボルト止めされる。さねはぎが通例スペー
サとホイールとの間に設けられる。さらに進んだガスタ
ービンでは、ロータを通る冷却回路が設けられてバケッ
トを冷却する。例えば、冷却蒸気が、ロータアセンブリ
の一部分を構成する後軸に通され、ロータのリムに沿っ
て流れてタービン段の１段以上のバケットに達してバケ
ットを冷却し得る。使用済み冷却蒸気も、バケットから
戻り通路内をロータのリムに沿って流れそして後軸を通
流する。
【０００３】
【発明の概要】ロータホイールとスペーサとが重ね合わ
されており、そしてタービン運転中の相異なる時点、す
なわち、始動と定常運転と停止時に、様々なロータ要素
に相異なる温度が与えられると、タービンロータ要素間
の熱的不整合が、特定のタービン運転段階中に、これら
の要素の相対移動とそれによる悪影響とをひき起こすほ
どの大きさになり得る。例えば、ロータホイールと隣接
スペーサとの熱的不整合により相互間のさねはぎが開く
おそれがある。この不整合は特に現在の進んだガスター
ビン設計において発生する。なぜなら蒸気冷却回路が後
軸と後軸ホイールに設けられそして後軸ホイールは最終
タービン段例えば第４段のホイールと係合しているから
である。タービンの定常運転中、タービンロータの要素
間、特に後軸および最終段ホイール間の熱的不整合は所
定の容認し得る範囲内にあることを認識されたい。この
範囲内の熱応答はホイールとスペーサ間または後軸ホイ
ールと最終段ホイール間の相対移動をひき起こすには不
十分であり、従って、さねはぎが移行したり開いたりす
ることはない。すなわち、定常運転では、タービンロー
タ部品の相対移動は起らないが、さもなければ、ロータ
がバランスを失うおそれがあり、従って高振動が発生し
そして再釣合せまたはロータ交換が必要になってかなり
の費用がかかるおそれがある。
されており、そしてタービン運転中の相異なる時点、す
なわち、始動と定常運転と停止時に、様々なロータ要素
に相異なる温度が与えられると、タービンロータ要素間
の熱的不整合が、特定のタービン運転段階中に、これら
の要素の相対移動とそれによる悪影響とをひき起こすほ
どの大きさになり得る。例えば、ロータホイールと隣接
スペーサとの熱的不整合により相互間のさねはぎが開く
おそれがある。この不整合は特に現在の進んだガスター
ビン設計において発生する。なぜなら蒸気冷却回路が後
軸と後軸ホイールに設けられそして後軸ホイールは最終
タービン段例えば第４段のホイールと係合しているから
である。タービンの定常運転中、タービンロータの要素
間、特に後軸および最終段ホイール間の熱的不整合は所
定の容認し得る範囲内にあることを認識されたい。この
範囲内の熱応答はホイールとスペーサ間または後軸ホイ
ールと最終段ホイール間の相対移動をひき起こすには不
十分であり、従って、さねはぎが移行したり開いたりす
ることはない。すなわち、定常運転では、タービンロー
タ部品の相対移動は起らないが、さもなければ、ロータ
がバランスを失うおそれがあり、従って高振動が発生し
そして再釣合せまたはロータ交換が必要になってかなり
の費用がかかるおそれがある。
【０００４】しかし、タービン停止中は、高温燃焼ガス
がもはや高温ガス通路を通流せず、そして比較的短い時
間、すなわち、約１時間で、タービンは３０００ｒｐｍ
から７ｒｐｍまで減速する。この低い回転速度ではター
ビンを通る流れはごくわずかであり、蒸気冷却回路は閉
ざされ、そしてタービンホイールの質量は比較的大きい
ので、タービンホイールの温度は後軸の温度低下よりか
なり緩やかに低下し、両要素間の熱的不整合をひき起こ
すということを理解されたい。両要素間の２８０゜Ｆも
の大きな熱的不整合がタービン停止中に示された。この
ような大きな熱的不整合はさねはぎを無荷重にして両要
素間の相対移動をひき起こすおそれがある。もちろん、
時間の経過とともに熱的不整合は減少し、結局両要素間
に実質的な熱平衡が生じる。
がもはや高温ガス通路を通流せず、そして比較的短い時
間、すなわち、約１時間で、タービンは３０００ｒｐｍ
から７ｒｐｍまで減速する。この低い回転速度ではター
ビンを通る流れはごくわずかであり、蒸気冷却回路は閉
ざされ、そしてタービンホイールの質量は比較的大きい
ので、タービンホイールの温度は後軸の温度低下よりか
なり緩やかに低下し、両要素間の熱的不整合をひき起こ
すということを理解されたい。両要素間の２８０゜Ｆも
の大きな熱的不整合がタービン停止中に示された。この
ような大きな熱的不整合はさねはぎを無荷重にして両要
素間の相対移動をひき起こすおそれがある。もちろん、
時間の経過とともに熱的不整合は減少し、結局両要素間
に実質的な熱平衡が生じる。
【０００５】同様に、タービンの始動時に、熱的不整合
が様々なロータ要素間に発生する。例えば、始動時に
は、タービンの高温ガス通路を通流する高温ガスが最終
段タービンホイールを非常にゆっくり加熱する。なぜな
らその質量が大きいからである。逆に、冷却媒体として
最初は空気そしてその後は蒸気を導く後軸と後軸ホイー
ルは幾分急速に加熱され、後軸ホイールと最終段ホイー
ルとの熱的不整合をひき起こす。これによっても、これ
らの要素間のさねはぎが開き、その結果ロータの不釣合
いが発生するおそれがある。
が様々なロータ要素間に発生する。例えば、始動時に
は、タービンの高温ガス通路を通流する高温ガスが最終
段タービンホイールを非常にゆっくり加熱する。なぜな
らその質量が大きいからである。逆に、冷却媒体として
最初は空気そしてその後は蒸気を導く後軸と後軸ホイー
ルは幾分急速に加熱され、後軸ホイールと最終段ホイー
ルとの熱的不整合をひき起こす。これによっても、これ
らの要素間のさねはぎが開き、その結果ロータの不釣合
いが発生するおそれがある。
【０００６】タービンロータ部品の熱応答を制御する様
々な方法が考えられている。本発明の一実施例によれ
ば、過渡的運転中のタービン部品の熱応答とその結果と
しての同部品の相対移動に従って熱媒体の流れを制御す
るためのシールが設けられる。すなわち、シールの位置
におけるタービン部品の相対位置は、タービンの始動と
停止中、熱的不整合を起こしやすい部品への熱媒体の流
れを制御する。例えば、タービン停止時には、最終段ホ
イールが後軸ホイールに対して緩やかに冷却し、この時
シールは、後軸ホイールに対する熱媒体流の冷却効果を
減らすように熱媒体流路内に位置づけられ、これにより
最終段ホイールと後軸ホイールとの熱的不整合を減ら
す。詳述すると、熱媒体を後軸ホイールの表面を通過す
るように流し、そしてタービン部品の固有の熱応答相対
移動の結果として熱媒体の流量を減らすことにより、停
止中熱的不整合を減らすことができる。シールを、例え
ば、後軸ホイールと熱伝達関係にある熱媒体の流路内で
排気フレームと後軸ホイールとの間に配置すれば、停止
時の排気フレームとロータとの相対移動によりシールが
熱媒体の流量を減らす。これは停止中後軸ホイールと第
４段ホイールとの熱的不整合を減らす。シール自体は可
動部分を持たずそして受動的に応答して熱媒体の流れを
制御することを認識されたい。
々な方法が考えられている。本発明の一実施例によれ
ば、過渡的運転中のタービン部品の熱応答とその結果と
しての同部品の相対移動に従って熱媒体の流れを制御す
るためのシールが設けられる。すなわち、シールの位置
におけるタービン部品の相対位置は、タービンの始動と
停止中、熱的不整合を起こしやすい部品への熱媒体の流
れを制御する。例えば、タービン停止時には、最終段ホ
イールが後軸ホイールに対して緩やかに冷却し、この時
シールは、後軸ホイールに対する熱媒体流の冷却効果を
減らすように熱媒体流路内に位置づけられ、これにより
最終段ホイールと後軸ホイールとの熱的不整合を減ら
す。詳述すると、熱媒体を後軸ホイールの表面を通過す
るように流し、そしてタービン部品の固有の熱応答相対
移動の結果として熱媒体の流量を減らすことにより、停
止中熱的不整合を減らすことができる。シールを、例え
ば、後軸ホイールと熱伝達関係にある熱媒体の流路内で
排気フレームと後軸ホイールとの間に配置すれば、停止
時の排気フレームとロータとの相対移動によりシールが
熱媒体の流量を減らす。これは停止中後軸ホイールと第
４段ホイールとの熱的不整合を減らす。シール自体は可
動部分を持たずそして受動的に応答して熱媒体の流れを
制御することを認識されたい。
【０００７】逆に、始動中は、同一シールが熱媒体の流
量を増して、質量の比較的少ない、従って加熱しやすい
タービン部品を冷却してそれと隣接タービン部品との熱
的不整合を所定の熱的不整合以内に保つ。詳述すると、
排気フレームとタービンロータとの間に配置したシール
は、前側閉板空洞を通る熱媒体の流路を開き、これによ
りその流量を増して後軸ホイールの蓄熱速度を緩め、従
って、後軸ホイールと第４段ホイールとの熱的不整合が
所定限度内に保たれる。
量を増して、質量の比較的少ない、従って加熱しやすい
タービン部品を冷却してそれと隣接タービン部品との熱
的不整合を所定の熱的不整合以内に保つ。詳述すると、
排気フレームとタービンロータとの間に配置したシール
は、前側閉板空洞を通る熱媒体の流路を開き、これによ
りその流量を増して後軸ホイールの蓄熱速度を緩め、従
って、後軸ホイールと第４段ホイールとの熱的不整合が
所定限度内に保たれる。
【０００８】本発明による好適実施例では、熱媒体を流
す流路をタービン内に画成する第１および第２部品であ
って、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両部品
間の相対移動を発生する第１および第２部品と、第１部
品により前記流路内に担持されたシールとを含むタービ
ンが設けられ、シールは両部品間の相対移動に応じて、
前記流路を通る熱媒体の流れを調整し、これにより前記
流路を通る熱媒体の流れを増すか減らして両部品の一方
の温度を調整する。
す流路をタービン内に画成する第１および第２部品であ
って、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両部品
間の相対移動を発生する第１および第２部品と、第１部
品により前記流路内に担持されたシールとを含むタービ
ンが設けられ、シールは両部品間の相対移動に応じて、
前記流路を通る熱媒体の流れを調整し、これにより前記
流路を通る熱媒体の流れを増すか減らして両部品の一方
の温度を調整する。
【０００９】本発明による他の好適実施例では、熱媒体
を流す流路をタービン内に画成する第１および第２部品
であって、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両
部品間の相対移動を発生する第１および第２部品と、両
部品の一方により前記流路内に担持されたシールと、第
２部品に結合された第３部品であって、それらに与えら
れた相異なる温度に応じて相互間の熱的不整合を起こす
第３部品とを含むタービンが設けられ、シールは第１お
よび第２部品間の相対移動に応じて、前記流路を通って
シールを通過する熱媒体の流れを調整し、これにより第
３部品の温度を調整して第２および第３部品間の熱的不
整合を所定範囲内にとどめ得る。
を流す流路をタービン内に画成する第１および第２部品
であって、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両
部品間の相対移動を発生する第１および第２部品と、両
部品の一方により前記流路内に担持されたシールと、第
２部品に結合された第３部品であって、それらに与えら
れた相異なる温度に応じて相互間の熱的不整合を起こす
第３部品とを含むタービンが設けられ、シールは第１お
よび第２部品間の相対移動に応じて、前記流路を通って
シールを通過する熱媒体の流れを調整し、これにより第
３部品の温度を調整して第２および第３部品間の熱的不
整合を所定範囲内にとどめ得る。
【００１０】本発明によるさらに別の好適実施例では、
熱媒体を流す流路を画成する第１および第２部品であっ
て、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両部品間
の相対移動を発生する第１および第２部品を有するター
ビンにおいて、両部品の一方の温度を調整する方法が提
供され、この方法は、両部品間の相対移動に応じて前記
流路を通る熱媒体の流量を受動的に調整して該流量を増
すか減らし、これにより前記一方の部品の温度を調整す
る段階を包含する。
熱媒体を流す流路を画成する第１および第２部品であっ
て、所与温度に対して相異なる熱応答をなして両部品間
の相対移動を発生する第１および第２部品を有するター
ビンにおいて、両部品の一方の温度を調整する方法が提
供され、この方法は、両部品間の相対移動に応じて前記
流路を通る熱媒体の流量を受動的に調整して該流量を増
すか減らし、これにより前記一方の部品の温度を調整す
る段階を包含する。
【００１１】従って、本発明の主目的は、タービン部品
の熱応答相対移動により位置づけられるシールを用いて
タービンの過渡的運転状態、すなわち、停止／始動中タ
ービン部品の冷却／加熱を増強する装置と方法を提供す
ることであり、このようなシールを用いることにより当
該要素の一つの表面への加熱または冷却媒体の供給を受
動的に制御し、従って当該部品間の熱的不整合を制御す
る。
の熱応答相対移動により位置づけられるシールを用いて
タービンの過渡的運転状態、すなわち、停止／始動中タ
ービン部品の冷却／加熱を増強する装置と方法を提供す
ることであり、このようなシールを用いることにより当
該要素の一つの表面への加熱または冷却媒体の供給を受
動的に制御し、従って当該部品間の熱的不整合を制御す
る。
【００１２】
【発明の詳述】図１は、総体的に１０で表されたタービ
ンロータを含むタービンの一部分を示し、タービンロー
タ１０は重ね合わせた複数の要素、例えば、４段タービ
ンロータを部分的に構成するロータホイール１２、１
４、１６、１８と、これらのホイールと交互に配置され
たスペーサ２０、２２、２４とで構成されている。ロー
タにおいてホイールおよびスペーサ要素は、１本だけ２
６で示した複数本の周方向に相隔たる細長いボルトによ
って合体されていることを認識されたい。ホイール１
２、１４、１６、１８はそれぞれ複数の周方向に相隔た
るタービンバケット１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａを
支持している。ノズル３０、３２、３４、３６がそれぞ
れバケット１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａとともに段
をなしている。ホイールとスペーサは互いに軸方向に整
合しておりそしてさねはぎがホイールとスペーサとの間
に設けられていることに注意されたい。さねはぎの一例
４０が最終段ホイール１８と、後軸４４の一部分を構成
する後軸ホイール４２との間に示されている。それぞれ
のさねはぎはタービンの全運転範囲にわたって互いに係
止された状態に保たれる。図示のように、後軸４４は、
後ろ側軸受空洞６６によって囲まれた後ろ側軸受４６内
でロータ１０とともに回転し得る。
ンロータを含むタービンの一部分を示し、タービンロー
タ１０は重ね合わせた複数の要素、例えば、４段タービ
ンロータを部分的に構成するロータホイール１２、１
４、１６、１８と、これらのホイールと交互に配置され
たスペーサ２０、２２、２４とで構成されている。ロー
タにおいてホイールおよびスペーサ要素は、１本だけ２
６で示した複数本の周方向に相隔たる細長いボルトによ
って合体されていることを認識されたい。ホイール１
２、１４、１６、１８はそれぞれ複数の周方向に相隔た
るタービンバケット１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａを
支持している。ノズル３０、３２、３４、３６がそれぞ
れバケット１２ａ、１４ａ、１６ａ、１８ａとともに段
をなしている。ホイールとスペーサは互いに軸方向に整
合しておりそしてさねはぎがホイールとスペーサとの間
に設けられていることに注意されたい。さねはぎの一例
４０が最終段ホイール１８と、後軸４４の一部分を構成
する後軸ホイール４２との間に示されている。それぞれ
のさねはぎはタービンの全運転範囲にわたって互いに係
止された状態に保たれる。図示のように、後軸４４は、
後ろ側軸受空洞６６によって囲まれた後ろ側軸受４６内
でロータ１０とともに回転し得る。
【００１３】本発明の譲受人（本件出願人）の先進ガス
タービン設計では、後軸４４は、同時係属米国特許出願
に詳細に説示されているボアチューブアセンブリを内蔵
している。
タービン設計では、後軸４４は、同時係属米国特許出願
に詳細に説示されているボアチューブアセンブリを内蔵
している。
【００１４】ボアチューブアセンブリは一般に外管４８
と内管５０を含み、両管は環状蒸気冷却通路５２と使用
済み蒸気冷却戻り通路５４とを画成している。通路５
２、５４により蒸気がロータの外側リムにそして同リム
から複数組の半径方向延在ボアまたは導流路５６、５８
それぞれを通って流れ、ボア５６、５８は、ロータのリ
ムの周沿いに相隔たる複数の長手方向延在管と連通して
いる。蒸気通路５２とボア５６を通って供給される蒸気
は冷却蒸気を第１および第２段のバケットに供給するの
に対し、ボア５８と戻り通路５４はバケットから戻る使
用済み冷却蒸気を受入れると言えば十分である。
と内管５０を含み、両管は環状蒸気冷却通路５２と使用
済み蒸気冷却戻り通路５４とを画成している。通路５
２、５４により蒸気がロータの外側リムにそして同リム
から複数組の半径方向延在ボアまたは導流路５６、５８
それぞれを通って流れ、ボア５６、５８は、ロータのリ
ムの周沿いに相隔たる複数の長手方向延在管と連通して
いる。蒸気通路５２とボア５６を通って供給される蒸気
は冷却蒸気を第１および第２段のバケットに供給するの
に対し、ボア５８と戻り通路５４はバケットから戻る使
用済み冷却蒸気を受入れると言えば十分である。
【００１５】前述のように、ロータの様々な要素間の熱
的不整合がタービンの運転中、特にタービンの停止と始
動中に発生する。タービンの定常運転中、様々なタービ
ン要素間の温度分布は、タービンの運転に悪影響を及ぼ
さない熱的不整合の所定範囲内にある。しかし、過渡的
運転中、すなわち、停止と始動中、熱的不整合はかなり
大きく、対処が必要である。例えば、後軸ホイール４２
と、最終段例えば第４段のホイール１８との間のさねは
ぎ４０は、過渡的運転中、容認し得る熱的不整合をかな
り超える大きな熱的不整合を起こし、その結果、さねは
ぎは開くか無荷重になるおそれがある。すなわち、この
ような状態により、当該要素は相互に対して移動するの
で、ロータがバランスを失うおそれがあり、その場合、
高振動が発生し、そして費用のかかる再釣合せまたはロ
ータ交換が必要になる。
的不整合がタービンの運転中、特にタービンの停止と始
動中に発生する。タービンの定常運転中、様々なタービ
ン要素間の温度分布は、タービンの運転に悪影響を及ぼ
さない熱的不整合の所定範囲内にある。しかし、過渡的
運転中、すなわち、停止と始動中、熱的不整合はかなり
大きく、対処が必要である。例えば、後軸ホイール４２
と、最終段例えば第４段のホイール１８との間のさねは
ぎ４０は、過渡的運転中、容認し得る熱的不整合をかな
り超える大きな熱的不整合を起こし、その結果、さねは
ぎは開くか無荷重になるおそれがある。すなわち、この
ような状態により、当該要素は相互に対して移動するの
で、ロータがバランスを失うおそれがあり、その場合、
高振動が発生し、そして費用のかかる再釣合せまたはロ
ータ交換が必要になる。
【００１６】さらに詳述すると、停止中、様々なタービ
ン段の高温ガス通路を通流する高温ガスと、ボアチュー
ブ冷却回路アセンブリを通る蒸気の流れは消滅する。ホ
イール１８は非常に大きな質量を有しそしてタービンの
定常運転中に高温に加熱されているので、ホイール１８
は後軸ホイール４２における熱の消失と比べて非常に緩
やかな速度で熱を失い、さねはぎ４０における大きな熱
的不整合をひき起こす。前述のように、熱的不整合は２
８０゜Ｆほど大きくなり得るので、さねはぎが開くおそ
れがある。同様に、大きな熱的不整合が始動時に発生す
る。始動時には、ホイール１８は低温であり、そして通
路５２、５４とボアチューブ５６、５８を通る冷却媒
体、例えば、最初は空気そしてその後は冷却蒸気の流れ
による後軸ホイール４２に吸収される熱の増加の速度と
比べて、高温ガス通路から熱を比較的緩やかに奪う。こ
のように、過渡的状態中、かなりの熱勾配または熱的不
整合が両要素間に発生する。すなわち、停止中はホイー
ル１８が後軸ホイール４２と比べて高い温度を有するの
に対し、始動中は後軸ホイール４２がホイール１８の温
度より高い温度を有する。
ン段の高温ガス通路を通流する高温ガスと、ボアチュー
ブ冷却回路アセンブリを通る蒸気の流れは消滅する。ホ
イール１８は非常に大きな質量を有しそしてタービンの
定常運転中に高温に加熱されているので、ホイール１８
は後軸ホイール４２における熱の消失と比べて非常に緩
やかな速度で熱を失い、さねはぎ４０における大きな熱
的不整合をひき起こす。前述のように、熱的不整合は２
８０゜Ｆほど大きくなり得るので、さねはぎが開くおそ
れがある。同様に、大きな熱的不整合が始動時に発生す
る。始動時には、ホイール１８は低温であり、そして通
路５２、５４とボアチューブ５６、５８を通る冷却媒
体、例えば、最初は空気そしてその後は冷却蒸気の流れ
による後軸ホイール４２に吸収される熱の増加の速度と
比べて、高温ガス通路から熱を比較的緩やかに奪う。こ
のように、過渡的状態中、かなりの熱勾配または熱的不
整合が両要素間に発生する。すなわち、停止中はホイー
ル１８が後軸ホイール４２と比べて高い温度を有するの
に対し、始動中は後軸ホイール４２がホイール１８の温
度より高い温度を有する。
【００１７】熱媒体が、前側閉板６２と後軸ホイール４
２の後面との間の空洞６０に供給される。熱媒体は適当
な供給源から供給可能であり、そして後軸ホイールの半
径方向表面上を通過して外方に流れそして最終段の後方
で高温ガス通路に入る。
２の後面との間の空洞６０に供給される。熱媒体は適当
な供給源から供給可能であり、そして後軸ホイールの半
径方向表面上を通過して外方に流れそして最終段の後方
で高温ガス通路に入る。
【００１８】タービン運転の過渡的段階で熱媒体の流れ
を受動的に制御して熱的不整合を減らすために、環状シ
ール７２を次のようなタービン部品、すなわち、所与温
度に対して相異なる熱応答をなして部品間の相対移動を
発生するような部品の間に設ける。図示の例では、シー
ル７２は空洞６０の下流において熱媒体の流路内に配置
されかつロータ１０と排気フレーム７４の一方または他
方に設けられる。シール７２は排気フレームとロータと
の相対的な軸方向移動に応じてこのような部品間の環状
開口を拡大または縮小することがわかるであろう。例え
ば、停止中、最終段ホイール１８は後軸ホイール４２よ
り緩やかに冷却するが、この時は、後軸ホイール４２を
流れ過ぎる熱媒体の流量を減らすことにより、後軸ホイ
ール４２の冷却速度をホイール１８の冷却速度とより良
く合致する速度に減らすことが望ましい。停止中、排気
フレームとロータは、それらの熱応答により、相互間の
環状開口を閉ざす方向の相対移動をなす。開口を閉ざす
ことにより、シール７２は後軸ホイール４２に沿って通
過する冷却媒体の流量を減らし、後軸ホイールの冷却速
度を下げる。このようにして後軸ホイール４２と第４段
ホイール１８との熱的不整合は所定限度内に保たれる。
すなわち、熱的不整合がこのような限度内に保たれた
時、停止中にさねはぎを開くような後軸ホイール４２と
第４段ホイール１８との相対移動は発生しない。従っ
て、容認し得る熱的不整合が保たれる。
を受動的に制御して熱的不整合を減らすために、環状シ
ール７２を次のようなタービン部品、すなわち、所与温
度に対して相異なる熱応答をなして部品間の相対移動を
発生するような部品の間に設ける。図示の例では、シー
ル７２は空洞６０の下流において熱媒体の流路内に配置
されかつロータ１０と排気フレーム７４の一方または他
方に設けられる。シール７２は排気フレームとロータと
の相対的な軸方向移動に応じてこのような部品間の環状
開口を拡大または縮小することがわかるであろう。例え
ば、停止中、最終段ホイール１８は後軸ホイール４２よ
り緩やかに冷却するが、この時は、後軸ホイール４２を
流れ過ぎる熱媒体の流量を減らすことにより、後軸ホイ
ール４２の冷却速度をホイール１８の冷却速度とより良
く合致する速度に減らすことが望ましい。停止中、排気
フレームとロータは、それらの熱応答により、相互間の
環状開口を閉ざす方向の相対移動をなす。開口を閉ざす
ことにより、シール７２は後軸ホイール４２に沿って通
過する冷却媒体の流量を減らし、後軸ホイールの冷却速
度を下げる。このようにして後軸ホイール４２と第４段
ホイール１８との熱的不整合は所定限度内に保たれる。
すなわち、熱的不整合がこのような限度内に保たれた
時、停止中にさねはぎを開くような後軸ホイール４２と
第４段ホイール１８との相対移動は発生しない。従っ
て、容認し得る熱的不整合が保たれる。
【００１９】逆に、後軸ホイールが最終段ホイールの加
熱より速く加熱される始動中は、後軸ホイールの表面に
沿う熱媒体の流れを増してその加熱速度を遅くすること
が望ましい。すなわち、始動中、排気フレームとロータ
は、それらの熱応答により、相互間の環状開口を拡開す
る方向の相対移動をなす。流路の拡開は、後軸ホイール
に施される熱媒体の冷却効果を高め、これにより始動中
の後軸ホイールと最終段ホイールとの熱的不整合を減ら
す。ひとたびタービンの定常運転がなされると、熱的不
整合は、両部品、すなわち、ホイール１８と後軸ホイー
ル４２間の実質的な温度平衡により容認し得る限度内に
保たれる。すなわち、シール７２を、所与温度に対して
相異なる熱応答をなすタービン部品、例えば、第１部品
７４と第２部品４２との間において熱媒体流路内に配置
すると、両部品の相対移動によってシールは流路を通る
流れを制御し、こうして第２部品の温度を調整して第２
部品と第３部品例えば最終段ホイール１８との熱的不整
合を所定不整合以内に保つ。
熱より速く加熱される始動中は、後軸ホイールの表面に
沿う熱媒体の流れを増してその加熱速度を遅くすること
が望ましい。すなわち、始動中、排気フレームとロータ
は、それらの熱応答により、相互間の環状開口を拡開す
る方向の相対移動をなす。流路の拡開は、後軸ホイール
に施される熱媒体の冷却効果を高め、これにより始動中
の後軸ホイールと最終段ホイールとの熱的不整合を減ら
す。ひとたびタービンの定常運転がなされると、熱的不
整合は、両部品、すなわち、ホイール１８と後軸ホイー
ル４２間の実質的な温度平衡により容認し得る限度内に
保たれる。すなわち、シール７２を、所与温度に対して
相異なる熱応答をなすタービン部品、例えば、第１部品
７４と第２部品４２との間において熱媒体流路内に配置
すると、両部品の相対移動によってシールは流路を通る
流れを制御し、こうして第２部品の温度を調整して第２
部品と第３部品例えば最終段ホイール１８との熱的不整
合を所定不整合以内に保つ。
【００２０】以上、本発明の最適実施例と考えられるも
のについて説明したが、本発明は開示した実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で様々な改変と均
等な構成が可能であることを理解されたい。
のについて説明したが、本発明は開示した実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で様々な改変と均
等な構成が可能であることを理解されたい。
【図１】１対のタービン要素の熱応答を調整する好適方
式を例示するタービンの一部分の部分断面図である。
式を例示するタービンの一部分の部分断面図である。
【図２】タービン停止中の本発明の受動的シールの位置
を例示する拡大図である。
を例示する拡大図である。
【図３】タービン始動中の本発明の受動的シールの位置
を例示する拡大図である。
を例示する拡大図である。
１０ タービンロータ １８ 最終段ホイール １８ａ 最終段バケット ４０ さねはぎ ４２ 後軸ホイール ４４ 後軸 ６０ 空洞 ６２ 前側閉板 ７２ 環状シール ７４ 排気フレーム
Claims (8)
- 【請求項１】 熱媒体を流す流路をタービン内に画成す
る第１および第２部品であって、所与温度に対して相異
なる熱応答をなして両部品間の相対移動を発生する第１
および第２部品と、前記第１部品により前記流路内に担
持されたシールとを含み、前記シールは両部品間の前記
相対移動に応じて、前記流路を通る前記熱媒体の流れを
調整し、これにより前記流路を通る前記熱媒体の流れを
増すか減らして両部品の一方の温度を調整する、タービ
ン。 - 【請求項２】 前記シールは前記第１および第２部品の
一方の前記第１および第２部品の他方に向かう移動に応
じて前記流路を通る流れを減らして両部品の一方または
他方から前記熱媒体への熱伝達を減らす、請求項１記載
のタービン。 - 【請求項３】 前記シールは前記第１および第２部品の
一方の前記第１および第２部品の他方から遠ざかる移動
に応じて前記流路を通る流れを増して両部品の一方また
は他方から前記熱媒体への熱伝達を促進する、請求項１
記載のタービン。 - 【請求項４】 前記第１および第２部品はそれぞれ前記
タービンの静止構成部と回転構成部からなる請求項１記
載のタービン。 - 【請求項５】 前記一方の部品と第３部品が互いに結合
されそして相異なる所与温度に応じて両部品間の過渡的
な熱的不整合を発生し、前記シールは前記流路を通る熱
媒体の流れを調整して前記一方の部品をある温度まで加
熱または冷却して前記一方の部品と前記第３部品との熱
的不整合の大きさを所定の熱的不整合以内にとどめ得
る、請求項１記載のタービン。 - 【請求項６】 前記第３部品はバケットを支持するター
ビンロータホイールからなりそして前記一方の部品は前
記タービンロータホイールとのさねはぎを有する隣接ホ
イールからなり、前記隣接ホイールは加熱または冷却さ
れて前記タービンロータホイールと前記隣接ホイールと
の熱的不整合を所定熱的不整合以内に減らして両ホイー
ル間のさねはぎの相対変位を防止する、請求項５記載の
タービン。 - 【請求項７】 熱媒体を流す流路をタービン内に画成す
る第１および第２部品であって、所与温度に対して相異
なる熱応答をなして両部品間の相対移動を発生する第１
および第２部品と、両部品の一方により前記流路内に担
持されたシールと、前記第２部品に結合された第３部品
であって、それらに与えられた相異なる温度に応じて相
互間の熱的不整合を起こす第３部品とを含み、前記シー
ルは前記第１および第２部品間の前記相対移動に応じ
て、前記流路を通って前記シールを通過する前記熱媒体
の流れを調整し、これにより前記第３部品の温度を調整
して前記第２および第３部品間の熱的不整合を所定範囲
内にとどめ得る、タービン。 - 【請求項８】 熱媒体を流す流路を画成する第１および
第２部品であって、所与温度に対して相異なる熱応答を
なして両部品間の相対移動を発生する第１および第２部
品を有するタービンにおいて、両部品の一方の温度を調
整する方法であって、両部品間の前記相対移動に応じて
前記流路を通る前記熱媒体の流量を受動的に調整して該
流量を増すか減らし、これにより前記一方の部品の温度
を調整する段階を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/218,228 US6146090A (en) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | Cooling/heating augmentation during turbine startup/shutdown using a seal positioned by thermal response of turbine parts and consequent relative movement thereof |
| US09/218228 | 1998-12-22 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282801A true JP2000282801A (ja) | 2000-10-10 |
| JP2000282801A5 JP2000282801A5 (ja) | 2007-01-18 |
| JP4467112B2 JP4467112B2 (ja) | 2010-05-26 |
Family
ID=22814260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33890699A Expired - Fee Related JP4467112B2 (ja) | 1998-12-22 | 1999-11-30 | タービン部品の熱応答とそれによる部品の相対移動により位置づけられるシールを用いたタービン始動／停止中の冷却／加熱増強 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6146090A (ja) |
| EP (1) | EP1013892B1 (ja) |
| JP (1) | JP4467112B2 (ja) |
| KR (1) | KR100471958B1 (ja) |
| DE (1) | DE69931740T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100603077B1 (ko) * | 2000-08-08 | 2006-07-20 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | 터빈 작동 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3567065B2 (ja) * | 1997-07-31 | 2004-09-15 | 株式会社東芝 | ガスタービン |
| JP4527824B2 (ja) * | 1998-12-22 | 2010-08-18 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | タービンロータの軸受用冷却系 |
| DE60024519T2 (de) * | 1999-05-03 | 2006-08-10 | General Electric Co. | Klemmring zur Fixierung von Kühlrohren in einem Gasturbinenrotor |
| US6626637B2 (en) * | 2001-08-17 | 2003-09-30 | Alstom (Switzerland) Ltd | Cooling method for turbines |
| KR100600338B1 (ko) | 2005-03-21 | 2006-07-18 | 주식회사 포스코 | 증기터빈 발전기 가동중 정렬의 최적 상태 유지 장치 및 그방법 |
| US8210801B2 (en) * | 2009-01-29 | 2012-07-03 | General Electric Company | Systems and methods of reducing heat loss from a gas turbine during shutdown |
| US10094285B2 (en) | 2011-12-08 | 2018-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas turbine outer case active ambient cooling including air exhaust into sub-ambient cavity |
| US10443507B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-10-15 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine bowed rotor avoidance system |
| US9664070B1 (en) | 2016-02-12 | 2017-05-30 | United Technologies Corporation | Bowed rotor prevention system |
| US10539079B2 (en) | 2016-02-12 | 2020-01-21 | United Technologies Corporation | Bowed rotor start mitigation in a gas turbine engine using aircraft-derived parameters |
| US10125691B2 (en) | 2016-02-12 | 2018-11-13 | United Technologies Corporation | Bowed rotor start using a variable position starter valve |
| US10174678B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-01-08 | United Technologies Corporation | Bowed rotor start using direct temperature measurement |
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| US10508567B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-12-17 | United Technologies Corporation | Auxiliary drive bowed rotor prevention system for a gas turbine engine through an engine accessory |
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| GB1381277A (en) * | 1971-08-26 | 1975-01-22 | Rolls Royce | Sealing clearance control apparatus for gas turbine engines |
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1998
- 1998-12-22 US US09/218,228 patent/US6146090A/en not_active Expired - Lifetime
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1999
- 1999-11-30 JP JP33890699A patent/JP4467112B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-20 KR KR10-1999-0059305A patent/KR100471958B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-22 DE DE69931740T patent/DE69931740T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-22 EP EP99310399A patent/EP1013892B1/en not_active Expired - Lifetime
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