JP2000297659A - タービンロータを蒸気冷却するためのボアチューブアセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】タービンの高温ガス路部品を冷却するための蒸
気の供給と帰還に関して改善、改良を提供する。 【解決手段】冷却用の蒸気をタービンホイール３８，４
０，４２，４４の高温ガス部品に供給し、使用後の冷却
用蒸気を戻すためにタービン用の軸方向ボアチューブア
センブリ４８を設ける。一対の内側チューブ５２と外側
チューブが内側の帰還流路の回りに同心の蒸気供給流路
を定める。これらチューブの前方端は、第一の組と第二
の組の半径方向チューブと連通している複数の組の周辺
ホールを有するエンドキャップアセンブリと連通してお
り、これにより、同心流路からの冷却用蒸気がバケット
を冷却するために半径方向チューブに供給され、一方バ
ケットからの帰還蒸気はエンドキャップの第二の組の開
口を介して同軸の帰還流路中に流される。エンドキャッ
プには渦流排斥羽根を含む半径方向−軸方向流れ変換用
装置が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にタービンに
係り、特に、高温ガス部品を冷却するために閉鎖回路の
蒸気冷却路を用いる発電用の陸上ガスタービンに係る。
特定的にいうと、本発明は、高温ガス部品への冷却用蒸
気の供給と使用後の冷却用蒸気の帰還を容易にするボア
チューブアセンブリに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より高温ガス路部品、たとえばガス
タービンのバケット（動翼）の蒸気冷却が提案されてお
り、陸上発電プラントでは特に有効であることが判明し
ている。ガスタービンは通常空気冷却されており、たと
えばジェットエンジンは高温ガス部品を冷却するのに圧
縮機の排出空気を用いているが、冷却剤として蒸気を使
用した場合の損失が冷却のために圧縮機のブリード空気
を抜き出すことによって生じる損失ほどには大きくない
ので、蒸気冷却の方が効率的である。また、複合サイク
ル運転では、ガスタービン部品を冷却する際に蒸気が受
け取る熱エネルギーが複合サイクル運転時の蒸気タービ
ンを駆動するのに有用な仕事として回収されるので、蒸
気冷却が特に有利である。

【０００３】本出願の譲受人に譲渡されている米国特許
第５，５９３，２７４号には、冷却用の蒸気をロータの
高温ガス部品、たとえばバケットに供給し、使用後の冷
却用蒸気をリターン（帰還）に戻すための同軸の蒸気流
路を有するガスタービンが開示されている。しかし、冷
却のための蒸気の供給と帰還に関してさまざまな改善・
改良が本発明によって提供される。

【０００４】

【発明の簡単な要約】本発明は、閉鎖回路の蒸気路の効
率を高めるように、冷却用の蒸気をロータの高温ガス部
品に供給し、使用後の冷却用蒸気を戻すボアチューブア
センブリを提供する。このボアチューブアセンブリのさ
まざまな局面がその改良された効率に寄与する。たとえ
ば、本発明によるボアチューブアセンブリは一対の同心
チューブを含んでいて、外側と内側の同心チューブの間
に冷却剤蒸気供給流路を、そして内側チューブ内に使用
後の冷却用蒸気帰還流路を定めている。これらボアチュ
ーブはロータの回転構造体の一部を形成している。蒸気
は、外側チューブへの入口の両側にラビリンスシールを
有する蒸気グランドによって供給流路に供給される。内
側チューブと外側チューブの前方端は、軸方向に供給さ
れた冷却用蒸気の環状流を蒸気冷却されるバケットに送
るべく半径方向外側の方向に向きを変え、かつそれらの
バゲットから半径方向内側に流れる使用後の冷却用蒸気
を内側チューブを通ってリターンに流れるように軸方向
に向きを変える、エンドキャップに結合されている。こ
のエンドキャップは、蒸気供給流路と使用後の冷却用蒸
気帰還流路とにそれぞれ連通している円周方向に離隔し
た各々複数の開口からなる軸方向に離隔した第一と第二
の組を含んでいる。エンドキャップの第一と第二の組の
開口は、ロータによって担持された円周方向に離隔され
半径方向に延びる各々複数のチューブからなる軸方向に
離隔した第一と第二の組に連通しており、これらチュー
ブはそれぞれ、冷却用蒸気を蒸気冷却されるバケットに
分配し、使用後の冷却用蒸気をバケットからエンドキャ
ップおよびボアチューブアセンブリを経てリターンに搬
送する。このエンドキャップは、ロータの半径方向外側
部分とボアチューブアセンブリとの間の独特な蒸気流変
換を可能にする。

【０００５】エンドキャップ自体とは別に、本発明の別
の局面はエンドキャップ内に内部コアを含んでいる。こ
の内部コアは、蒸気冷却されたバケットからチューブを
通って半径方向内側に戻る使用後の冷却用蒸気を、ボア
チューブアセンブリの内側チューブの軸方向に向いた帰
還流路に向けるように成形されたヘッドまたはボディを
もっている。また内部コアは、帰還する冷却用蒸気が内
側チューブ内の軸方向帰還流れ流路で渦を巻く傾向を取
り除くための複数のベーンも担持している。すなわち、
これらベーンは蒸気の流れの渦流成分を除去し、蒸気を
実質的に軸方向に向ける。

【０００６】本発明の別の局面では、蒸気供給流路から
後部主軸受への熱伝達を最小にするために外側チューブ
と後部シャフトとの間で外側チューブの少なくとも一部
分の上に輻射シールドを設ける。この輻射シールド自体
が後部主軸受への熱輻射を防ぐが、これがないと、軸受
は軸受の軸受パッドとオイルフィルムにとって許容でき
る限界を超えた温度になりうる。また、ボアチューブと
輻射シールドとの間にエアーギャップを設けて、シール
ドが伝導による熱伝達に熱的に耐えられるようにする。
この輻射シールドは一端で外側ボアチューブに固定さ
れ、他端は軸方向の熱膨張に対して自由にしておく。

【０００７】本発明の別の局面では、外側チューブに対
する内側チューブの熱的な膨張と収縮を可能にするスト
ラットリングをボアチューブアセンブリの内側と外側の
チューブの間に設ける。このストラットリングは内側と
外側のリングを含んでおり、外側リングはボアチューブ
アセンブリの外側チューブの内面に溶接により固定する
のが好ましい。内側チューブはストラットリングの内側
リングに対して摺動可能であり、ストラットリングに対
する内側チューブの軸方向の熱膨張が可能である。スト
ラットリングは外側チューブに対する内側チューブの配
向、すなわち同心性を維持する。また、このストラット
リングは内側と外側のリングの間に延びる複数のストラ
ットを含んでおり、ストラットはストラットリングの半
径からづれて傾斜されている。このストラットの傾きに
より、外側チューブに対する内側チューブの半径方向の
限定された熱膨張が可能になり、一方内側と外側のチュ
ーブの同心性が維持される。さらに、ストラットの後方
縁は渦を排除するように軸方向下流方向の角度に傾いて
いる。本発明のその他の局面は本明細書の記載から明ら
かとなろう。

【０００８】本発明の好ましい態様においては、タービ
ンバケットを装着した複数のタービンホイールを含み、
ある軸の回りで回転可能なロータを有するタービンにお
いて、冷却用媒体を少なくとも１つのタービンホイール
のバケットに向けて搬送し、使用後の冷却用媒体をリタ
ーンに向けて搬送するためのボアチューブアセンブリで
あって、互いに離隔され前記軸に関して同心であり、冷
却用媒体を１つの軸方向に搬送する第一の流路および使
用後の冷却用媒体を前記１つの方向とは反対の軸方向に
搬送する第二の流路を定めている細長い外側チューブお
よび内側チューブと、第一および第二の流路とそれぞれ
連通している円周方向に離隔された第一の組および第二
の組のそれぞれ複数の開口を有する、チューブアセンブ
リの１つの端に隣接するエンドキャップと、このエンド
キャップ内の第一の組および第二の組の開口とそれぞれ
連通しており、冷却用媒体を前記１つのタービンホイー
ルのバケットに分配し、使用後の冷却用媒体をエンドキ
ャップおよびボアチューブアセンブリを経てリターンに
搬送する、ロータによって担持され円周方向に離隔され
て半径方向に延びる第一の組および第二の組のそれぞれ
複数の通路とを含むボアチューブアセンブリが提供され
る。

【０００９】本発明の別の好ましい態様においては、タ
ービンバケットを装着した複数のタービンホイールを含
み、ある軸の回りで回転可能なロータを有するタービン
において、冷却用媒体を少なくとも１つのタービンホイ
ールのバケットに向けて搬送し、使用後の冷却用媒体を
リターンに向けて搬送するためのボアチューブアセンブ
リであって、互いに離隔され前記軸に関して同心であ
り、冷却用媒体を１つの軸方向に搬送する第一の流路お
よび使用後の冷却用媒体を前記１つの方向とは反対の軸
方向に搬送する第二の流路を定めている細長い外側チュ
ーブおよび内側チューブと、第一の流路および第二の流
路とそれぞれ連通しており、冷却用媒体を前記１つのタ
ービンホイールのバケットに分配し、使用後の冷却用媒
体をエンドキャップおよびボアチューブアセンブリを経
てリターンに搬送する、ロータによって担持され円周方
向に離隔されてほぼ半径方向に延びる第一の組および第
二の組のそれぞれ複数の通路と、外側チューブを少なく
とも部分的に包囲する軸受ジャーナルと、前記流路を通
って流れる冷却用媒体からの輻射による熱伝達に対して
軸受ジャーナルを熱的に絶縁するように外側チューブに
担持された輻射シールドとを含むボアチューブアセンブ
リが提供される。

【００１０】本発明のさらに別の好ましい態様において
は、タービンバケットを装着した複数のタービンホイー
ルを含み、ある軸の回りで回転可能なロータを有するタ
ービンにおいて、冷却用媒体を少なくとも１つのタービ
ンホイールのバケットに向けて搬送し、使用後の冷却用
媒体をリターンに向けて搬送するためのボアチューブア
センブリであって、互いに離隔され前記軸に関して同心
であり、冷却用媒体を１つの軸方向に搬送する第一の流
路および使用後の冷却用媒体を前記１つの方向とは反対
の軸方向に搬送する第二の流路を定めている細長い外側
チューブおよび内側チューブと、内側チューブと外側チ
ューブとの間に配置されており、円周方向に離隔した複
数のストラットにより互いに相互接続された外側リング
と内側リングとを有しており、内側リングと外側リング
の一方が内側チューブと外側チューブの一方にそれぞれ
固定されており、内側リングと外側リングの別の一方お
よび内側チューブと外側チューブの別の一方が互いに摺
動可能であるストラットリングとを含む前記ボアチュー
ブアセンブリが提供される。

【００１１】したがって、本発明の主たる目的は、ター
ビンロータのボアチューブアセンブリにおいて、選択さ
れた高温ガス部品への冷却用媒体の効率的な供給と、使
用後の冷却用蒸気の戻りとを可能にする新規で改良され
た冷却回路を提供することである。

【００１２】

【発明の詳細な記述】図１は、本発明を具体化した単純
サイクル一軸型強力ガスタービン１０の概略図である。
このガスタービンは、ロータシャフト１４を有する多段
軸流圧縮機１２を含むものと考えることができる。空気
は１６で圧縮機の入口に入り、軸流圧縮機１２で圧縮さ
れた後、燃焼器１８に排出される。この燃焼器では、天
然ガスのような燃料が燃焼してタービン２０を駆動する
高エネルギーの燃焼ガスが得られる。タービン２０では
高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、そのうちのい
くらかはシャフト１４を介して圧縮機１２を駆動するの
に使われ、残りは電気を産み出すためにロータシャフト
２４によって発電機２２のような負荷を駆動するのに有
用な仕事に利用可能である。典型的な単純サイクルガス
タービンは、投入燃料の３０〜３５％をシャフト出力に
変換する。残りの１〜２％以外はすべて廃熱の形態で２
６でタービン２０を出ていく。タービン排気流中のエネ
ルギーを追加の有用な仕事に変換する複合サイクル形式
のガスタービン１０を利用することによって、より高い
効率を得ることができる。

【００１３】図２に、最も簡単な形態の複合サイクルを
示す。この場合、２６でタービン２０を出た排気ガス
は、ボイラーのようにして水を蒸気に変換する熱回収蒸
気発生器２８に入る。こうして得られた蒸気は１個以上
の蒸気タービン３０を駆動し、このタービンで付加的な
仕事が引き出され、シャフト３２を介して第二の発電機
３４のような追加の負荷を駆動し、この発電機で付加的
な電力が生成する。いくつかの構成ではタービン２０と
３０が共通の発電機を駆動する。電力のみを生成する複
合サイクルは通常熱効率が５０〜６０％の範囲であり、
本発明のチューブアセンブリが一部を構成するさらに進
歩したガスタービンを用いると効率は６０％を越えるこ
とが可能である。

【００１４】図３に、ロータシャフト２４のタービンセ
クション（全体を３６で示す）の一部を示す。このター
ビンセクション３６は複数の段を含み、たとえば、回転
するロータシャフトに装着されその一部を形成している
タービンホイール３８、４０、４２、４４を含む４つの
連続した段を含み、各タービンホイールは一列のバケッ
トを担持している。２つのバケットＢがそれぞれホイー
ル３８および４０に関して図示されている。これらバケ
ットはホイールから半径方向外側に突き出ている。もち
ろん、これらバケットは固定ノズル（図示してない）間
で交互に配列されている。ホイール３８、４０、４２、
４４の間にはスペーサディスク３９、４１、４３が設け
られている。後部シャフト７６と一体部を形成している
冷却材供給・帰還後部ディスク４５が最終段タービンホ
イール４４の後ろ側に設けられている。通常のガスター
ビンの構造と同様に、ホイールとディスクは、円周方向
に離隔され軸方向に延びる複数のボルト（図示してな
い）によって互いに固定されているものと理解された
い。

【００１５】本発明のボアチューブアセンブリの全体を
４８で示す。アセンブリ４８は、ロータの一部を形成し
ており、ロータ軸Ａの回りで回転するように装着されて
おり、冷却供給・帰還後部ディスク４５に接続されてい
る。このボアチューブアセンブリと後部ディスク４５が
共働することにより、少なくとも１つのタービン段のタ
ービンバケット、好ましくはタービンの最初の２つの段
への冷却用媒体、たとえば蒸気の流れと、使用後の冷却
用媒体、たとえば蒸気のリターンへの流れのための流路
とが与えられる。この冷却系は複合サイクルシステムに
おける閉鎖回路蒸気冷却供給・帰還システムの一部とし
て提供することができる。すなわち、この冷却系は、高
圧の蒸気タービン排気から分割してもよいし、または、
現存のプラント内供給源から供給してもよい。

【００１６】ボアチューブアセンブリ４８は、外側チュ
ーブ５０と、ロータシャフト２４の回転軸に関して外側
チューブ５０と同心の内側チューブ５２とを含んでい
る。この外側チューブ５０と内側チューブ５２は環状の
冷却用蒸気供給流路５４を定め、一方内側チューブ５２
により使用後の冷却用蒸気の流路５６が提供される。図
５と図６に示されているように、ボアチューブアセンブ
リの回りには蒸気グランド５８が配置されている。この
蒸気グランド５８は固定されており、ボアチューブアセ
ンブリはロータシャフト軸Ａの回りで回転するものと理
解されたい。適切な供給源（図示してない）からの蒸気
供給源に接続された蒸気プレナム６０は、外側チューブ
５０と内側チューブ５２との間の流路５４に冷却用蒸気
を供給するために外側チューブ５０を貫通して形成され
た蒸気入口６２と連通している。外側チューブ５０の回
りをシールするために蒸気グランド５８の両側にラビリ
ンスタイプのシール６４および６６、好ましくはねじ偏
位式のものが設けられている。この設計の変形として、
ラビリンスシールの代わりにブラシシールを使用するこ
とができよう。この蒸気グランド５８の後部端は、リタ
ーンＲで概略的に示されている使用後の冷却用蒸気の流
れのための静止蒸気パイプと接続されている。蒸気グラ
ンドはまた、ラビリンスシールを通り越して漏れる蒸気
が後部主軸受７４に向かって前方に流れていかないよう
にそのような蒸気を収集するための漏出蒸気プレナム７
０、７２も含んでいる。

【００１７】図４と５に示されている軸受７４は通常の
軸受である。軸受７４はディスク４８と一体となった後
部シャフト７６を含んでおり、シャフト７６はボアチュ
ーブアセンブリ４８と共に回転可能である。後部主軸受
の両端にはこの主軸受をシールするために後部シャフト
と共働する各種シールが配置されている。

【００１８】図４と７に示されているように、ボアチュ
ーブアセンブリの前方端は全体を８０で示したエンドキ
ャップを含んでいる。エンドキャップ８０は後部ディス
ク４５に固定されたほぼ円筒状の外側部材を含んでお
り、この外側部材は閉鎖端８２と、ボアチューブアセン
ブリの外側チューブ５０にたとえば溶接により固定され
た反対側の開放端とを有する。円筒状の外側スリーブ８
３と内側スリーブ８４とがエンドキャップ８０の一体部
を形成している。内側スリーブ８４の後部端８６は内側
チューブ５２の前方端に固定されている。外側スリーブ
８３の後部端はたとえば溶接により外側チューブ５０の
前方端に固定されている。したがって、エンドキャップ
の円筒状開放端は冷却材供給流路５４および使用後冷却
材帰還流路５６と連続している。

【００１９】軸Ａの回りの直径面内にある円周方向に離
隔した第一の組の複数の開口８８がエンドキャップ８０
の外側スリーブ８３の回りに設けられている。これらの
開口８８は、ボアチューブアセンブリの第一の流路５４
と連通しており、エンドキャップの同心の内側および外
側のスリーブを貫通して連続している。同様に第二の直
径面内にあり、円周方向に離隔され、好ましくは第一の
組の開口８８とは軸方向に離隔している第二の組の開口
９０がエンドキャップ８０の前方端に隣接して設けられ
ている。これら第二の組の開口９０は内側スリーブ８４
を通して使用後冷却材帰還流路５６と連通している。

【００２０】図３と４に示されているように、円周方向
に離隔した半径方向に延びる複数のチューブ９２が後部
ディスク４５内に配置されており、それぞれエンドキャ
ップ８０の第一の組の開口８８と連通している。第一の
組のチューブ９２の反対側の端は、少なくとも第一段の
タービンホイール、好ましくは第一段と第二段の両方の
タービンホイールのバケットに蒸気を供給してそのバケ
ットを冷却するべくロータ内で軸方向に延びる供給チュ
ーブ９４（図３）と連通している。円周方向に離隔した
第二の組の複数のチューブ９４が、後部ディスク４５内
で半径方向に延びており、その半径方向内側端でそれぞ
れエンドキャップ８０の開口９０と連通している。この
第二の組のチューブ９４は、同様にロータ内で軸方向に
延びていて使用後の冷却用蒸気を冷却されたバケットか
らチューブ９４へ、そして開口９０によってエンドキャ
ップ８０中に戻すための帰還チューブ９６と連通してい
る。こうして、チューブ９２と９４は、各々複数の円周
方向に離隔して延びる通路９３、９５からなる軸方向の
離隔した第一と第二の組の通路を構成しており、これら
通路はエンドキャップ内の第一組および第二組の開口８
８、９０とそれぞれ連通していて、それぞれ、冷却用媒
体を流路５４からエンドキャップ８０を通ってバケット
に搬送し、使用後の冷却用媒体をバケットからエンドキ
ャップ８０と内側チューブ５２を含むボアチューブアセ
ンブリを通り流路５６に沿って戻すことが分かる。

【００２１】エンドキャップアセンブリ内には、内部コ
ア１００が設けられている。図１０に最もよく示されて
いるように、内部コア１００は、ボルト結合によりエン
ドキャップ８０の内側の端面に固定するための平坦なベ
ース１０４を有する中央ボディ１０２を含んでいる。５
個のボルト穴１０３が図８と９に示されている（それに
対するボルト１０１が１個だけ図４と７に示されてい
る）。この内部コア１００は鍛造部品であり、好ましく
はインコネル(Inconel)７１８で形成される。別の方法
では内部コアを鋳造する。また、２個のダウエルピン
（１つを図４と７に１０６として示す）を用いて内部コ
ア１００とエンドキャップ８０との間の剪断負荷を担
い、一方ボルト１０１が引張負荷を担う。

【００２２】特に図１０を参照すると、内部コア１００
のボディ１０２はほぼアーチ形で頂点１１０で終止する
円錐形状であり、円錐ボディ１０２の軸はロータ軸Ａの
上にある。また、図９と１０に示されているように、円
錐曲面のボディ１０２から内部コア１００の縁まで延び
る複数のベーン１１２（羽根）が設けられている。図４
と７に示されているように、そして内部コア１００はエ
ンドキャップ８０の内面に固定されていることから、こ
の内部コア１００は全体が内側スリーブ８４の内部にあ
ることが分かる。また、ベーン１１２は互いに離隔して
いるのでチューブ９４を通る帰還流はベーン間を流れ
る。この配列により、使用後の冷却材蒸気の帰還流は開
口９０を通って内側スリーブ８４に入り、内部コアボデ
ィ１０２の円錐曲面に衝突し、これにより使用後の冷却
用蒸気の流れはほぼ半径方向を内側に向かう流れから内
側チューブ５２内で軸方向に延びる流れに変換される。
ベーン１１２は、使用後の冷却用蒸気の半径方向内側に
向かう流れが渦流成分をもつ傾向を除くのに役立つ。す
なわち、ベーンは流れをまっすぐにして実質的に軸方向
の流れとし、内側スリーブ８４および通路５６の内部の
半径方向の流れを最小にするかまたは排除する。

【００２３】本発明の他の面に関して、後部シャフトは
一対の前方と後方のしまりばめによってボアチューブア
センブリに固定されている。たとえば、前方のしまりば
めが図４に１２０として示されており、後方のしまりば
めが図５に１２２として示されている。ボアチューブア
センブリは、タービンのすべての運転条件で中央に保た
れ後部シャフトに取り付けられていなければならない。
そうでないと、破壊的な不釣り合いが起こり、次いで振
動が生じうる。後部シャフトの両端における後部シャフ
トとボアチューブアセンブリとの間の一対のしまりばめ
によってそのような不釣り合いと振動が防止される。

【００２４】本発明の別の曲面では、ボアチューブアセ
ンブリは後部シャフト内で捻れないようにしなければな
らない。これを達成するには、後部シャフトを通してボ
アチューブアセンブリの前方端と係合する半径方向のピ
ンを使用する。たとえば、図１２に示されいるように、
後部シャフト７６は円周方向に離隔した位置にピン１２
８を受容する複数の開口１２６をもっている。これらの
ピン１２８の内側端は、エンドキャップ８０の外側スリ
ーブ８３の外側周辺面に形成された円周方向に離隔した
凹み１３０に係合する。この凹みに係合するこれらのピ
ンは、ボアチューブアセンブリに対する後部シャフトの
円周方向と軸方向の動きを共に防止することが分かる。

【００２５】図５、１４、１５を参照すると、外側の同
心流路５４は冷却用蒸気を供給するのに対して流路５６
ではずっと高い温度の使用後の帰還蒸気が流れるので、
ボアチューブアセンブリを形成している内側と外側のチ
ューブの温度は運転中互いに異なることが分かる。その
結果、内側チューブ５２は軸方向と半径方向の両方に熱
膨張する傾向がある。この軸方向と半径方向の両方の熱
膨張に適応するために、外側チューブ５０と内側チュー
ブ５２との間にストラットリング（全体を１３０で示
す）を配置する。図１４を参照して、ストラットリング
は円周方向に離隔した複数のストラット１３６によって
互いに結合した外側リング１３２と内側リング１３４を
含んでいる。外側リング１３２は、たとえば溶接により
外側チューブ５０に固定されているのが好ましい。しか
し、内側リング１３４は内側チューブ５２と摺動自在に
接続される。逆の配置もまた可能である。すなわち、内
側リングを内側チューブに固定し、外側リングを外側チ
ューブに対して摺動自在にする、しかし、これは好まし
くはない。この配置により、内側チューブは外側チュー
ブ５０と同心に維持され、同時に内側チューブの軸方向
の熱膨張がチューブ５２と内側リング１３４との間の相
対摺動によって適応され許容される。内側と外側のチュ
ーブはそれらの前方端でロータに固定され、したがって
内側チューブは外側チューブに対して軸方向を後方に膨
張することができることが分かる。内側リング１３４と
内側チューブ５２との間のはめあいは非常に厳密な交差
に磨き仕上げた硬質の表面コーティングを含む。

【００２６】内側チューブ５２の半径方向の熱膨張を可
能にするために、ストラット１３６は、図２に示されて
いるように、内側リング１３４と外側リング１３２との
間を半径に対して傾けた角度で延びている。すなわち、
ストラットリングの半径とストラット１３６は鋭角を形
成している。そうでないと内側チューブ５２の半径方向
外側への熱膨張によって半径方向に延びるストラット１
３６に通常加えられるほぼ半径方向の力は、このように
半径に対してストラットを角度をつけて傾けることによ
って軽減される。こうして、熱負荷のかかった状態で、
内側チューブ５２が半径方向に膨張すると、内側リング
１３４は少し回転し、ストラットはたわむ傾向がある。

【００２７】本発明の別の曲面はストラット１３６の形
状にある。図１５に示されているように、ストラット１
３６の上流端または前方端は通常流れ流路５４の軸に対
して垂直な平面内にある。しかし、ストラット１３６の
後方端は前記軸に対して角度をなして傾いている。すな
わち、内側チューブからほぼ半径方向外側の方向に、そ
して下流方向に傾いている。つまり、前方端が軸に対し
て垂直に延び、後方端が傾いているので各ストラットの
外径はその内径より軸方向の長さが長くなっている。こ
のストラットの特定の形状は、この形状と配向のストラ
ットは冷却用蒸気が流路５４に沿って流れる際の渦流の
発生と振動を低減する傾向があるので重要である。

【００２８】図５に示されているように、後部シャフト
７６を通る複数の空気入口通路１４０もある。外側チュ
ーブ５０の回りには熱輻射シールド１４２が配置されて
いて、後部シャフト７６から離隔されており、空気通路
１４０からの空気流を受容するための軸方向に延びる同
心のギャップを提供している。この環状の空気通路を通
る空気はボアチューブアセンブリの前方端のピン１２８
と同じ軸方向の平面内の複数の穴を通ってロータを出
る。熱輻射シールド１４２と外側ボアチューブ５０との
間には環状のエアーギャップがある。したがって、この
シールド１４２は、通路５４内の冷却用蒸気から後部主
軸受への輻射による熱伝達を防止する。また、エアーギ
ャップと空気流路は通路５４内の冷却用蒸気と主軸受と
の間の断熱体を形成する。

【００２９】現在の時点で最も実際的で好ましい態様と
考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発
明は開示した具体例に限定されるものではなく、逆に特
許請求の範囲の思想と範囲内に含まれるさまざまな修正
および均等な構成を包含するものと了解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のボアチューブアセンブリをも
つガスタービンを導入した発電システムの概略図であ
る。

【図２】図２は、本発明に含まれ、より効率を高くする
ためガスタービンと熱回収蒸気発生器を使用する複合サ
イクルシステムの概略図である。

【図３】図３は、本発明に従って構築したボアチューブ
アセンブリと主ロータの一部分の一部を切り欠いた断面
透視図である。

【図４】図４は、ボアチューブアセンブリの部分拡大断
面図であり、図４〜６は示した分離線に沿って互いに連
続する図を構成する。

【図５】図５は、ボアチューブアセンブリの部分拡大断
面図であり、図４〜６は示した分離線に沿って互いに連
続する図を構成する。

【図６】図６は、ボアチューブアセンブリの部分拡大断
面図であり、図４〜６は示した分離線に沿って互いに連
続する図を構成する。

【図７】図７は、ボアチューブアセンブリの前方端の一
部を切り欠いた部分拡大断面図であり、特にエンドキャ
ップと内部コアを示している。

【図８】図８は、図７の８−８線にほぼ沿った断面図で
ある。

【図９】図９は、図７に示した内部コアの端面立面図で
ある。

【図１０】図１０は、図９の１０−１０線に沿った断面
図である。

【図１１】図１１は、内部コアの前面の立面図である。

【図１２】図１２は、ボアチューブアセンブリのエンド
キャップと帰還ディスクとの間のピン結合を示す拡大断
面図である。

【図１３】図１３は、後部シャフトとのピン結合のため
の凹みとエンドキャップの外側スリーブの端の拡大断面
図である。

【図１４】図１４は、ボアチューブアセンブリに用いた
ストラットリングの軸方向拡大図である。

【図１５】図１５は、図１４の１５−１５線にほぼ沿っ
た断面図である。

【符号の説明】

３８、４０、４２、４４ タービンホイール ４８ ボアチューブアセンブリ ５０ 外側チューブ ５２ 内側チューブ ５４ 冷却用蒸気供給流路 ５６ 使用後冷却用蒸気帰還流路 ８０ エンドキャップ ８８、９０ 開口 ９３、９５ 半径方向通路 Ａ ロータ軸 Ｂ タービンバケット Ｒ リターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イアン・デビッド・ウイルソン アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、マン・ブールバード、18番

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンバケットを装着した複数のター
   ビンホイールを含み、ある軸の回りで回転可能なロータ
   を有するタービンにおいて、冷却用媒体を前記タービン
   ホイールのうちの少なくとも１つのバケットに向けて搬
   送し、使用後の冷却用媒体をリターンに向けて搬送する
   ためのボアチューブアセンブリであって、 互いに離隔され前記軸に関して同心であり、冷却用媒体
   を１つの軸方向に搬送する第一の流路および使用後の冷
   却用媒体を前記１つの方向とは反対の軸方向に搬送する
   第二の流路を規定している細長い外側チューブおよび内
   側チューブと、 第一および第二の流路とそれぞれ連通している円周方向
   に離隔された第一の組および第二の組のそれぞれ複数の
   開口を有する、前記チューブアセンブリの１つの端に隣
   接するエンドキャップと、 前記エンドキャップ内の前記第一の組および第二の組の
   複数の開口とそれぞれ連通しており、冷却用媒体を前記
   １つのタービンホイールのバケットに分配し、使用後の
   冷却用媒体をエンドキャップおよびボアチューブアセン
   ブリを経てリターンに搬送する、前記ロータによって担
   持され円周方向に離隔されて半径方向に延びる第一の組
   および第二の組のそれぞれ複数の通路とを含む、前記ボ
   アチューブアセンブリ。
2. 【請求項２】 前記第一の流路が前記内側チューブと外
   側チューブの間にあり、前記第二の流路が前記内側チュ
   ーブ内にあり、前記エンドキャップ内の第一の組と第二
   の組の開口が互いに軸方向で離隔しており、前記第一の
   組と第二の組の通路が互いに軸方向で離隔している、請
   求項１記載のボアチューブアセンブリ。
3. 【請求項３】 エンドキャップ内に配置されており、前
   記エンドキャップ中に半径方向に流れる使用後の冷却用
   媒体を、前記半径方向に向いた第二の組の通路から第二
   の流路内の使用後の冷却用媒体の実質的に軸方向を向い
   た流れに変換するための内部コアを含む、請求項１記載
   のボアチューブアセンブリ。
4. 【請求項４】 前記内部コアが、使用後の冷却用媒体が
   前記通路内の半径方向の流れから前記第二の流路内の軸
   方向の流れに変換される際の使用後の冷却用媒体の流れ
   の渦流成分を実質的に除去することにより、前記第二の
   流路内に実質的に渦流成分の流れのない実質的に軸方向
   の流れを提供するための円周方向に離隔した複数のベー
   ンを有する、請求項３記載のボアチューブアセンブリ。
5. 【請求項５】 前記外側チューブを少なくとも部分的に
   包囲する軸受ジャーナルを含んでおり、前記流路を通っ
   て流れる冷却用媒体からの輻射による熱伝達に対して前
   記軸受ジャーナルを熱的に絶縁するように前記外側チュ
   ーブに担持された輻射シールドを含む、請求項１記載の
   ボアチューブアセンブリ。
6. 【請求項６】 ジャーナル軸受が後部シャフトを含んで
   おり、該シャフトが前記輻射シールドと共にその間に断
   熱エアーギャップを規定している、請求項５記載のボア
   チューブアセンブリ。
7. 【請求項７】 前記輻射シールドが一端で外側チューブ
   に固定されており、前記シールドの反対側の端が前記外
   側チューブに対する軸方向の動きに対して自由であっ
   て、前記外側チューブに対する前記輻射シールドの軸方
   向の熱的な膨張と収縮が可能である、請求項５記載のボ
   アチューブアセンブリ。
8. 【請求項８】 前記内側チューブと前記外側チューブと
   の間に配置されていて、円周方向に離隔した複数のスト
   ラットにより互いに相互接続された外側リングと内側リ
   ングとを有するストラットリングを含んでおり、前記内
   側リングと前記外側リングの一方が前記内側チューブと
   前記外側チューブの一方に固定されており、前記内側リ
   ングと前記外側リングの別の一方および前記内側チュー
   ブと前記外側チューブの別の一方が互いに摺動可能であ
   る、請求項１記載のボアチューブアセンブリ。
9. 【請求項９】 前記外側リングが前記外側チューブに固
   定されており、前記内側リングと前記内側チューブが互
   いに摺動可能であって、前記外側チューブに対する前記
   内側チューブの軸方向の熱膨張が可能である、請求項８
   記載のボアチューブアセンブリ。
10. 【請求項１０】 前記ストラットが前記内側リングと前
    記外側リングとの間でその半径から傾いた角度で延びて
    おり、前記外側チューブに対する前記内側チューブの半
    径方向外側への熱膨張が可能である、請求項９記載のボ
    アチューブアセンブリ。
11. 【請求項１１】 ストラットが前記第一の流路内の冷却
    用媒体流の上流方向と下流方向にそれぞれ向いた前方縁
    と後方縁とをもっており、前記後方縁が前記リングの１
    つから半径方向および軸方向下流方向に向かって延びて
    いる、請求項８記載のボアチューブアセンブリ。
12. 【請求項１２】 タービンバケットを装着した複数のタ
    ービンホイールを含み、ある軸の回りで回転可能なロー
    タを有するタービンにおいて、冷却用媒体を前記タービ
    ンホイールのうちの少なくとも１つのバケットに向けて
    搬送し、使用後の冷却用媒体をリターンに向けて搬送す
    るためのボアチューブアセンブリであって、 互いに離隔され前記軸に関して同心であり、冷却用媒体
    を１つの軸方向に搬送する第一の流路および使用後の冷
    却用媒体を前記１つの方向とは反対の軸方向に搬送する
    第二の流路を規定している細長い外側チューブおよび内
    側チューブと、 前記第一の流路および第二の流路とそれぞれ連通してお
    り、冷却用媒体を前記１つのタービンホイールのバケッ
    トに分配し、使用後の冷却用媒体をエンドキャップおよ
    びボアチューブアセンブリを経てリターンに搬送する、
    前記ロータによって担持され円周方向に離隔されてほぼ
    半径方向に延びる第一の組および第二の組のそれぞれ複
    数の通路と、 前記外側チューブを少なくとも部分的に包囲する軸受ジ
    ャーナルと、前記流路を通って流れる冷却用媒体からの
    輻射による熱伝達に対して前記軸受ジャーナルを熱的に
    絶縁するように前記外側チューブに担持された輻射シー
    ルドとを含む、前記ボアチューブアセンブリ。
13. 【請求項１３】 ジャーナル軸受が後部シャフトを含ん
    でおり、該シャフトが前記輻射シールドと共にその間に
    断熱エアーギャップを規定している、請求項１２記載の
    ボアチューブアセンブリ。
14. 【請求項１４】 前記輻射シールドが一端で外側チュー
    ブに固定されており、前記シールドの反対側の端が前記
    外側チューブに対する軸方向の動きに対して自由であっ
    て、前記外側チューブに対する前記輻射シールドの軸方
    向の熱的な膨張と収縮が可能である、請求項１２記載の
    ボアチューブアセンブリ。
15. 【請求項１５】 タービンバケットを装着した複数のタ
    ービンホイールを含み、ある軸の回りで回転可能なロー
    タを有するタービンにおいて、冷却用媒体を前記タービ
    ンホイールのうちの少なくとも１つのバケットに向けて
    搬送し、使用後の冷却用媒体をリターンに向けて搬送す
    るためのボアチューブアセンブリであって、 互いに離隔され前記軸に関して同心であり、冷却用媒体
    を１つの軸方向に搬送する第一の流路および使用後の冷
    却用媒体を前記１つの方向とは反対の軸方向に搬送する
    第二の流路を規定している細長い外側チューブおよび内
    側チューブと、 前記内側チューブと外側チューブとの間に配置されてお
    り、円周方向に離隔した複数のストラットにより互いに
    相互接続された外側リングと内側リングとを有してお
    り、前記内側リングと前記外側リングの一方が前記内側
    チューブと前記外側チューブの一方に固定されており、
    前記内側リングと前記外側リングの別の一方および前記
    内側チューブと前記外側チューブの別の一方が互いに摺
    動可能である、ストラットリングとを含む、前記ボアチ
    ューブアセンブリ。
16. 【請求項１６】 前記外側リングが前記外側チューブに
    固定されており、前記内側リングと前記内側チューブが
    互いに摺動可能であって、前記外側チューブに対する前
    記内側チューブの軸方向の熱膨張が可能である、請求項
    １５記載のボアチューブアセンブリ。
17. 【請求項１７】 前記ストラットが前記内側リングと前
    記外側リングとの間でその半径から傾いた角度で延びて
    おり、前記外側チューブに対する前記内側チューブの半
    径方向外側への熱膨張が可能である、請求項１６記載の
    ボアチューブアセンブリ。
18. 【請求項１８】 ストラットが前記第一の流路内の冷却
    用媒体流の上流方向と下流方向にそれぞれ向いた前方縁
    と後方縁とをもっており、前記後方縁が前記リングの１
    つから半径方向および軸方向下流方向に向かって延びて
    いる、請求項１５記載のボアチューブアセンブリ。