JP2005009410A - ガスタービン及びロータシール空気導入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各シール箇所に対し、要求に応じた圧力及び流量のロータシール空気を供給でき、なおかつエネルギー効率を向上させることができるガスタービン及びロータシール空気導入方法を提供する。
【解決手段】圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービン３に供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、第２段落及び第３段落のそれぞれの静翼２３，２５に、圧力の異なる圧縮空気をそれぞれ流通する互いに独立した第１及び第２シール空気路を経由させ、第１シール空気路を経由した圧力が高い方の圧縮空気を前側の動翼翼列との間隙のシール空気として噴射させ、第２シール空気路を経由した圧力が低い方の圧縮空気を後側の動翼翼列との間隙のシール空気として噴射させる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスにより回転動力を得るガスタービン及びそのロータシール空気導入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温高圧の燃焼ガスにより回転動力を得るガスタービンにおいては、一般に、タービンのガスパスを流れる燃焼ガスがタービンロータ内部に侵入することを防止するために、圧縮機から抽気した圧縮空気（ロータシール空気）を静翼と動翼との間隙からガスパスに噴出させる。静翼内に導入した圧縮空気をロータシール空気として用いる場合、従来、静翼先端に取り付けたダイヤフラムの前側から噴出させた圧縮空気により、圧力が高い静翼翼列前側の（動翼翼列との）間隙をシールし、更に、このシール空気を分流させ、ダイヤフラム内周側のタービンロータとの間隙のシール部を介して後側に迂回させ、ガスパスの圧力の下がった後側の（動翼翼列との）間隙をシールしていた（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２４１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、静翼前後の静圧圧力差が大きいにも関わらず、各段落において静翼前後のシール空気を同一の供給系統から導いているため、要求圧力が低い静翼後側に対しては、必要以上に高圧の圧縮空気が供給されてしまう。しかも、静翼前側に比して要求圧力の低い静翼後側へのシール空気は、前述のようにシール部を通過させ、敢えて圧力を損失させることにより圧力を適正化している。これらのことから、従来構造には、エネルギー効率の面で改善の余地があった。
【０００５】
また、静翼前後へのシール空気の流量割合は、分流した圧縮空気を通過させるシール部の圧力損失に実質的に委ねられる。しかしながら、ダイヤフラム及びロータの間隙のバラツキや運転時の熱変形等の影響を受け、シール部で生じる圧力損失を一定に保つことは難しいため、従来構造では、静翼前後のシール空気の流量割合を所望値に制御することは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、各シール箇所に対し、要求に応じた圧力及び流量のロータシール空気を供給でき、なおかつエネルギー効率を向上させることができるガスタービン及びロータシール空気導入方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、同一段落の静翼翼列に、圧力の異なる圧縮空気をそれぞれ流通する互いに独立した第１及び第２シール空気路を経由させ、第１シール空気路を経由した圧力が高い方の圧縮空気をこの静翼翼列前側のシール空気として噴射し、第２シール空気路を経由した圧力が低い方の圧縮空気をこの静翼翼列後側のシール空気として噴射させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガスタービンの実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のガスタービンの第１の実施の形態の全体構成を簡略的に表す回路図である。この図１に示すように、本実施の形態のガスタービンは、取り入れた吸気を圧縮し圧縮空気を精製する圧縮機１と、この圧縮機１からの圧縮空気を燃料とともに燃焼し高温高圧の燃焼ガスを生じさせる燃焼器２と、この燃焼器２からの燃焼ガスによって回転動力を得るタービン３とを備えている。圧縮機１の圧縮機ロータ（図示せず）は、中心軸４によってタービン３のタービンロータ１５（後述の図２参照）と同心状に連結されている。そして、特に図示していないが、タービンロータ１５には、更に発電機ロータ（図示せず）が同心状に連結され、得られた回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【０００９】
圧縮機１のケーシング５には、ロータシール空気（後述）としてそれぞれ圧力の異なる圧縮空気を圧縮空気流路（図示せず）から抽気する抽気スリット６，７が設けられている。抽気スリット６は、抽気スリット７よりも圧縮空気流路の下流側に位置するため、この抽気スリット６から抽気される圧縮空気は、抽気スリット７から抽気される圧縮空気よりも高圧である。また、これら抽気スリット６，７は、それぞれシール空気配管８，９を介し、タービン３のケーシング１０の空気導入孔１１，１２に接続している。シール空気配管８，９には、ケーシング１０の外部でシール空気配管８，９の流量調整が行えるように、開口径が調整可能な（若しくは異なる開口径のものと交換可能な）空気量調整手段としてのオリフィス１３，１４が設けてある。
【００１０】
図２は、タービン３の詳細構造を表す軸方向断面図である。なお、以下において、この図２における「左」・「右」に相当する位置関係を、ガスタービンにおける「前」・「後」の位置関係として扱う。図２において、タービン３は、ケーシング１０と、このケーシング１０内に回転自在に設けたタービンロータ１５とを備えている。ケーシング１０は、概略円筒形状の周壁１６と、この周壁１６の内周部に軸方向に所定の間隔で設けたシュラウド１７〜１９と、最前のシュラウド１７の軸方向前側に当接するように設けたリテーナリング２０とを備えている。
【００１１】
リテーナリング２０の内周側には、空洞の静翼２１が支持されている。静翼２１は、周方向に所定の間隔で放射状に複数設けられており、これら複数の静翼２１によって第１段静翼翼列が構成されている。また、各静翼２１は、環状の外輪によって根元部（外周側端部）が連結されており、外輪はリテーナリング２０の内周側に支持されている。また、各静翼２１の先端部（内周側端部）は、内輪により連結されている。この内輪の内周側には、各静翼２１に各々接続した複数のダイヤフラム（静翼ダイヤフラム）２２が環状に支持されている。これら第１段の静翼ダイヤフラム２２の後側壁面には、開口径が調整可能な（又は異なる開口径のものと交換可能な）オリフィス２７が設けてある。
【００１２】
同じように、シュラウド１７，１８の内周側には、第２段落の静翼翼列を構成する複数の静翼２３が、シュラウド１８，１９の内周側には、第３段落の静翼翼列を構成する複数の静翼２５が、それぞれ外輪を介して支持されている。これら第２段落及び第３段落の静翼２３，２５の先端部は内輪を介して各々のダイヤフラム（静翼ダイヤフラム）２４，２６に接続している。これら第２段落及び第３段落のダイヤフラム２４，２６には、それぞれ前後両側壁面に、開口径が調整可能な（又は異なる開口径のものと交換可能な）オリフィス２７が設けてある。
【００１３】
タービンロータ１５は、外周部にそれぞれ動翼２８〜３０を設けたタービンディスク３１〜３３を、スペーサ３４，３５を介して積層し、スタッキングボルト（図示せず）によって締結してなり、ケーシング１０内に回転自在に設けられている。動翼２８〜３０は、タービンディスク３１〜３３の外周部に周方向に所定の間隔を持って放射状に複数固定され、それぞれ周方向に複数（本例では第１〜第３段落の３段落）の動翼翼列を構成している。これら第１〜第３段落の動翼翼列の前側には、それぞれ同段落の静翼翼列が位置しており、図２に示すように、第１〜第３段落の静翼翼列及び動翼翼列が軸方向に交互に取り付けられている。また、第２及び第３段落の静翼ダイヤフラム２４，２６とそれぞれ対向するスペーサ３４，３５との間隙は、シール手段３６，３７によってシールしてある。これらシール手段３６，３７としては、静翼２３，２５それぞれの前後間のシール空気のリークが極力抑制されるよう、例えばハニカムパッキンやブラシパッキン等といったシール効果の高い接触型のパッキン等を用いることが好ましい。
【００１４】
続いて、図２とともに図３〜図５を参照しつつ、ロータシール空気の流路構造について説明する。図３は図２の第２段静翼２３付近の拡大図、図４は図２中のＩＶ−ＩＶ断面による断面図、図５は図２中のＶ−Ｖ断面による断面図である。但し、これら図３〜図５において、図１及び図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
【００１５】
まず、図２に示すように、リテーナリング２０の内周部には、第１段静翼２１（厳密にはその外輪）によって封止されたキャビティ（第１段キャビティ）３８が形成されている。このキャビティ３８には、リテーナリング２０の外周部に設けた空気導入孔３９が連通している。また、キャビティ３８は、第１段静翼２１の空洞部及びダイヤフラム２２の内部空間を介し、ダイヤフラム２２のオリフィス２７に連通している。
【００１６】
また、図２又は図３に示すように、第２段静翼２３の根元部分には、周壁１６、シュラウド１７，１８、及び第２段静翼２３（厳密にはその外輪）により画定されたキャビティ（第２段キャビティ）４０が設けられている。この第２段キャビティ４０は、仕切り壁４１により、軸方向に隣り合う２つのキャビティ４２，４３に仕切られている。キャビティ４２は、シュラウド１７に設けた分岐流路５０を介し、リテーナリング２０に設けた先の第１段キャビティ３８に接続している。キャビティ４３は、ケーシング周壁１６に設けた上記空気導入孔１１を介しシール空気配管８（図１参照）に接続している。仕切り壁４１の内周側には、切り欠き部４４が設けてあり、第２段静翼２３の外輪に設けた凸部４５をこの切り欠き部４４に嵌合させることにより、隣り合うキャビティ４２，４３間のリークを防止している。
【００１７】
第３段落についても同様、図２に示すように、第３段静翼２５の根元部分には、周壁１６、シュラウド１８，１９、及び第３段静翼２５により形成され、仕切り壁４６により、軸方向に隣り合うキャビティ４７，４８に仕切られた第３段キャビティ４９が設けられている。キャビティ４７は、シュラウド１８に設けた分岐流路５１を介して、前側の第２段落のキャビティ４３に接続しており、キャビティ４８は、ケーシング周壁１６に設けた空気導入孔１２を介し、シール空気配管９（図１参照）に接続している。また、仕切り壁４６の内周側に設けた切り欠き部に第３段静翼２５の外輪に設けた凸部を嵌合させることにより、キャビティ４７，４８間のリークを防止している。
【００１８】
なお、以上の第２段キャビティ４０及び第３段キャビティ４９において、前側のキャビティ４２，４７には、後側のキャビティ４３，４８に導入される圧縮空気よりも高圧の圧縮空気が導入されることから、以下、各段落（第２段落又は第３段落）において、前側のキャビティ４２，４７をそれぞれ第２段落、第３段落の高圧キャビティ、後側のキャビティ４３，４８をそれぞれ第２段落、第３段落の低圧キャビティと適宜記載する。
【００１９】
本実施の形態において、第２段落の高圧キャビティ４２は、図４に示すように、第２段落の各静翼２３に対応して個々に接続するように、周方向に複数に区画されている。このように区画された各高圧キャビティ４２は、それぞれ径方向に連通する（周方向位置の対応する）第２段静翼２３の空洞部及び静翼ダイヤフラム２４の内部空間を介し、この静翼ダイヤフラム２４前側のオリフィス２７に接続している。これに対し、第２段落の低圧キャビティ４３は、図５に示すように、仕切りのない環状流路を形成しており、第２段落の特定の静翼２３及びその静翼ダイヤフラム２４の内部を通した管路（パイプ）５２を介し、この静翼ダイヤフラム２４の後側のオリフィス２７に連通している。
【００２０】
同様に、第３段落の高圧キャビティ４７も、第３段落の各静翼２５に対応する形で周方向に区画されており、それぞれ径方向に連通する第３段静翼２５及び静翼ダイヤフラム２６を介し、各静翼ダイヤフラム２６前側のオリフィス２７に接続している。一方、第３段落の低圧キャビティ４８は、仕切りのない環状流路を形成しており、第３段落の特定の静翼２５及びその静翼ダイヤフラム２６の内部を通した管路（パイプ）５３を介し、該静翼ダイヤフラム２６の後側のオリフィス２７に連通している。
【００２１】
以上の構成により、本実施の形態のガスタービンが稼働すると、圧縮機１から燃焼器２に供給される高圧の圧縮空気の一部が、空気導入孔３９を介してリテーナリング２０内のキャビティ３８に流入する。キャビティ３８に導入された圧縮空気は、第１段静翼２１及びダイヤフラム２２を通ってこれらを冷却した後、第１段静翼２１及びその軸方向後側に隣り合う第１段動翼２８の間隙のロータシール空気として、静翼ダイヤフラム２２のオリフィス２７を介しガスパスに噴出される。
【００２２】
また、キャビティ３８に導入された高圧の圧縮空気の一部は、各シュラウド１７の分岐流路５０を介し、各シュラウド１７を冷却しつつ第２段落の各高圧キャビティ４２に流入する。各高圧キャビティ４２に導入された圧縮空気は、第２段落の各静翼２３の空洞部及びそのダイヤフラム２４の内部空間を通ってこれらを冷却した後、第２段静翼翼列及び軸方向前側に隣り合う前段落（第１段落）の動翼翼列の間隙のロータシール空気として、各ダイヤフラム２４前側のオリフィス２７を介しガスパスに噴出される。
【００２３】
同時に、第２段落の低圧キャビティ４３には、圧縮機１に設けた抽気スリット６（図１参照）から抽気された圧縮空気流路中の中圧の圧縮空気が、シール空気配管８及び空気導入孔１１を介して導入される。第２段落の低圧キャビティ４３に導入された圧縮空気は、管路５２を通ってダイヤフラム２４後側のオリフィス２７に直接導かれ、第２段静翼翼列及び軸方向後側に隣り合う同段落（第２段落）の動翼翼列の間隙のロータシール空気としてガスパスに噴出される。前述のように、シール手段３６には、シール効果が高い接触型のパッキンを使用し、静翼２３前後のリーク量を極力抑制しているので、この第２段静翼翼列の後側へのシール空気の大部分は、管路５２により導かれた圧縮空気である。
【００２４】
また、第２段落の低圧キャビティ４３に導入された中圧の圧縮空気の一部は、各シュラウド１８の分岐流路５１を介し、各シュラウド１８を冷却しつつ第３段落の各高圧キャビティ４７に流入する。各高圧キャビティ４７に導入された圧縮空気は、第３段落の各静翼２５の空洞部及びそのダイヤフラム２６の内部空間を通ってこれらを冷却した後、第３段静翼翼列及び軸方向前側に隣り合う前段落の動翼翼列の間隙のロータシール空気として、各ダイヤフラム２６前側のオリフィス２７を介しガスパスに噴出される。
【００２５】
また同時に、第３段落の低圧キャビティ４８には、圧縮機１に設けた抽気スリット７（図１参照）から抽気された圧縮空気流路中の低圧の圧縮空気が、シール空気配管９及び空気導入孔１２を介して導入される。第３段落の低圧キャビティ４８に導入された圧縮空気は、管路５３を通ってダイヤフラム２６後側のオリフィス２７に直接導かれ、第３段静翼翼列及び軸方向後側に隣り合う同段落の動翼翼列の間隙のロータシール空気としてガスパスに噴出される。シール手段３７には、シール効果が高い接触型のパッキンを使用し、静翼２５前後のリーク量を極力抑制しているので、この第３段静翼翼列の後側へのシール空気の大部分は、管路５３により導かれた圧縮空気である。
【００２６】
以上のように、本実施の形態において、例えば、第２段落の静翼２３とその軸方向前側に隣り合う第１段動翼２８との間隙のロータシール空気を、「リテーナリング２０のキャビティ３８→シュラウド１７の分岐流路５０→第２段高圧キャビティ４２→第２段静翼２３→ダイヤフラム２４→（ダイヤフラム２４前側の）オリフィス２７」からなる、第２段落における第１シール空気路（言い換えれば、第２段落における高圧側シール空気路）を経由して導入する。これに対し、同じ第２段静翼とその軸方向後側に隣り合う第２段動翼２９との間隙のロータシール空気は、「抽気スリット６→シール空気配管８→空気導入孔１１→第２段低圧キャビティ４３→管路５２→（ダイヤフラム２４後側の）オリフィス２７」からなる、先の第１シール空気路とは独立した第２段落における第２シール空気路（第２段落における低圧側シール空気路）を経由して導入する。
【００２７】
先の第２段落の静翼翼列における第１シール空気路を流通する圧縮空気は、圧縮機１から燃焼器２に供給されるものの一部であり、要求される圧力が高い第２段静翼翼列及びその前の第１段動翼翼列との間隙のロータシール空気として十分かつ適正な圧力を有する。それに対し、第２段静翼翼列の後側は、前側に比べて圧力が低下するので、第１シール空気路を流通する圧縮空気よりも低圧の適正圧力の圧縮空気を、圧縮空気流路の抽気スリット６から抽気して、第１シール空気路とは別系統で直接導いている。
【００２８】
上記した第２段静翼翼列の前後に対するロータシール空気の流通路については、第３段落においても概ね同様である。すなわち、第３段落の静翼２５と第２段動翼２９との間隙のロータシール空気は、「抽気スリット６→シール空気配管８→空気導入孔１１→第２段低圧キャビティ４３→シュラウド１８の分岐流路５１→第３段高圧キャビティ４７→第３段静翼２５→ダイヤフラム２６→（ダイヤフラム２６前側の）オリフィス２７」からなる（第３段落における）第１シール空気路（第３段落における高圧側シール空気路）を経由して導入する。それに対し、第３段静翼２５と第３段動翼３０との間隙のロータシール空気は、「抽気スリット７→シール空気配管９→空気導入孔１２→第３段低圧キャビティ４８→管路５３→（ダイヤフラム２６後側の）オリフィス２７」からなる独立した第２シール空気路（第３段落における低圧側シール空気路）を経由して導入する。第３段静翼翼列における第１シール空気路を流通する圧縮空気は、抽気スリット６から抽気されたものであり、抽気スリット６よりも上流側に位置する抽気スリット７から抽気された、同段落における第２シール空気路を流れる圧縮空気よりも高圧であることは言うまでもない。
【００２９】
ここで、本実施の形態に対する比較例として各段落の静翼翼列の前後のシール空気を１系統で導くガスタービンのロータシール空気路の構成例を図６〜図８を用いて説明する。図６は本比較例のガスタービンのシール空気供給系統を示した図、図７及び図８は図６の第２段静翼付近の拡大図である。但し、これら図６〜図８において、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
【００３０】
図６の構造においては、例えば圧縮機の比較的高圧の抽気段からバイパスさせた圧縮空気を空気導入孔１１を介してキャビティ４０内に導き、第２段静翼２３の空洞部及びそのダイヤフラム２４の内部空間を介し、ダイヤフラム２４前側に設けたオリフィス２７から噴出させる。そして、図７に示すように、流出したシール空気は、第２段静翼２３とその前側に隣り合う第１段動翼２８との間隙のシール空気としてガスパスヘ流出し、同時にその一部がラビリンスシール手段３６を介しダイヤフラム２４とスペーサ３４との間隙を通過してダイヤフラム２４の後側から後側に隣り合う動翼２９との間隙のロータシール空気としてガスパスヘ流出する。第３段落についても同様であり、図６において、例えば圧縮機の比較的低圧の抽気段からの圧縮空気をキャビティ４９内に導き、ダイヤフラム２６前側に設けたオリフィス２７から噴出させた第３段静翼２５とその前側に隣り合う第２段動翼２９との間隙のシール空気の一部を、シール手段３７を通過させて第３段動翼３０との間隙のロータシール空気としてガスパスヘ流出させる。
【００３１】
一般に、ガスタービンでは、動翼の前後に比べ静翼の前後の方が静圧圧力差が大きいため、各段落において、静翼の後側のロータシール空気は、前側のロータシール空気に比して要求される圧力が低く、この比較例のように、前側のロータシール空気と同じものを用いた場合、圧力・流量とも必要以上に高くなってしまう。
【００３２】
そこで、本比較例において、各段落における静翼翼列の後側へのシール空気には、シール手段を介して圧力を低下させた静翼翼列の前側への圧縮空気の一部を用いている。このように、各段落において静翼翼列の前側と後側とに同系統から圧縮空気を導く場合、抽気する圧縮空気の設定圧力は静翼前側の要求圧力に応じて決まり、要求圧力が低くなる静翼後側びシール空気としては必要以上に圧力が高くなるため、静翼後側のシール空気を、シール手段を通過させることにより、敢えて圧力損失を立てて減圧している。したがって、結果的には、空気の圧縮に要したエネルギーをロスさせている。
【００３３】
また、シール空気量は、抽気配管のオリフィス（例えば、図１のオリフィス１３，１４等参照）の径を調整することにより行われるものであるが、各段落の静翼前後にけるロータシール空気の流量配分は、シール手段３６，３７の流路抵抗（シール手段で生じる圧力損失）に左右される。しかしながら、シール手段とスペーサとの間隙が設定や運転時の熱変形等の影響によって不均一となるため、シール手段の流路抵抗を一定に保つことは困難であり、ダイヤフラム後側のシール空気流量を常に想定通りに保つことはできない。
【００３４】
但し、シール手段３６にハニカムパッキン等の接触型のパッキンを用いて、図８のように、ダイヤフラム２４の内周のリーク流量を少なくし、ダイヤフラム２４の前後にオリフィス２７を設ける構成とすれば、シール手段の流路抵抗の変動から受ける影響を低減することはできる。しかしながら、ガスタービンを運転するサイトの気温を始めとする気象条件等により圧縮機の吸い込み量等が変動するため、ガスパスの静圧圧力差が大きい静翼前後においては、シール空気の供給圧力の変化に対する流量の感度が変化し易い。そのため、静翼の前後に１系統でシール空気を導く構成であると、抽気管のオリフィス調整だけではシール空気の流量割合を静翼前後で適正化することは困難な場合がある。
【００３５】
以上のように、各段落の静翼の前後のシール空気の流量バランスが想定を外れた場合、図６〜図８の構成例においては、抽気配管のオリフィスを調整するだけでは流量配分を所望値に復帰させられない場合がある。そして、抽気配管のオリフィスを調整するだけではシール空気量の分配が所望値に制御できなくなった場合には、各段落のダイヤフラムのオリフィスの開口径を直接調整する必要が生じる。ダイヤフラムのオリフィスを調整するためには、ケーシングを開放しなければならず、この作業には多大な労力及び時間を要する。
【００３６】
それに対し、本実施の形態によれば、各段落における静翼翼列の前後には、それぞれ互いに独立した第１及び第２シール空気路を経由させて適正圧力のロータシール空気を導いている。そのため、サイトの気温等といった気象条件等により、シール部の流路抵抗や静翼翼列前後におけるシール空気とガスパス内のホットガス（燃焼ガス）との圧力バランス（感度）が変動しても、シール空気配管８，９に設けたオリフィス１３，１４を調整することにより、静翼翼列前後のシール空気量を個々に流量調整することができる。各シール空気は、エネルギー効率も考慮しつつ、圧縮機中の圧縮空気流路における所要圧力の抽気位置から抽気することにより、各シール箇所のガスパスの圧力条件に適した圧力値に設定できることは言うまでもない。
【００３７】
このように、本実施の形態においては、例えば図６及び図７に示した構成のように、シール空気路中で圧力損失をロスさせなくても、各シール箇所に対し、要求に応じた圧力及び流量のロータシール空気を供給でき、そして、圧縮に要するエネルギーを無駄にすることがないため、エネルギー効率を向上させることができ、タービン性能を向上させることができる。また、ケーシング１０外部にあるシール空気配管８，９のオリフィス１３，１４の調整のみで各シール空気の流量を容易かつ適正に調整することができるので、従来のようにケーシング１０を開放する労力や時間を軽減することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、第２及び第３段落間においては、後段落の第１シール空気路（高圧側のシール空気路）は、前段落の第２シール空気路（低圧側のシール空気路）から分岐させたものであり、動翼翼列の前後で見た場合、それぞれのシール空気路が共用されている。前述したように、動翼前後の静圧圧力差は、静翼前後の静圧圧力差に比して小さく、動翼翼列の前後のロータシール空気の要求圧力はさほど差がないため、動翼翼列の前後のシール空気路を共用することにより、抽気段数を必要最小限に抑え、構成を簡素化することができる。また、シュラウド１７，１８等を経由させて圧縮空気をバイパスさせることにより、シュラウド１７，１８を冷却することができることもメリットである。
【００３９】
また、第２又は第３段静翼２３，２５には、管路５２又は５３を通したものと通していないものとが存在するため、両者間の翼内温度に差が生じる可能性があるが、管路５２又は５３の周囲は第１シール空気路を流れる圧縮空気が流通しているため、上記温度差の発生も抑制することができる。また、管路５２又は５３により、低圧キャビティ４３又は４８からの圧縮空気を直接導くことにより、第２シール空気路中の圧縮空気のリークを極力防止することができる。
【００４０】
続いて、本発明のガスタービンの第２の実施の形態を図９及び図１０を用いて説明する。
図９及び図１０は、ともに本実施の形態におけるロータシール空気の流路構造を表す図で、第１の実施の形態の図４及び図５にそれぞれ対応する図である。但し、これら図９及び図１０において、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。また、第２段静翼翼列の構造を図示してあるが、第３段静翼翼列においても同様である。
【００４１】
これら図９及び図１０において、本実施の形態が、前述した第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態においては各静翼の先端にそれぞれ設けてあった静翼ダイヤフラムを、複数個分を連結して内部空間を連通させ、複数の静翼に跨って設けたことである。本実施の形態におけるダイヤフラム２４Ａは、管路５２を通した静翼２３とその周方向両側の静翼２３からなる計３つの静翼２３に接続しているが、これに限られず、２つ又は４つ以上の静翼２３に接続する構成としても良く、場合によっては、環状にして全ての静翼２３に接続する構成としても構わない。それ以外の構成については、前述した第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、各段落において、静翼翼列に互いに独立した２系統のシール空気路を設けることにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、第１の実施の形態においては、管路５２（又は５３）が設置される静翼２３（又は２５）は、管路５２（又は５３）が設置されない静翼２３（又は２５）に比べ、管路５２（又は５３）の体積分だけ翼内の流路面積が小さくなり、ダイヤフラム前側に流出するシール空気量が減少することも考えられる。これに対し、本実施の形態においては、１つのダイヤフラム内で、管路を設けた静翼からの圧縮空気に、管路が通っていない静翼からの圧縮空気が合流し、圧力が均一化することができるので、ダイヤフラム前側へのシール空気流量の周方向位置による不均一を是正することができ、より安定したシール性を確保することができる。
【００４３】
また、管路は全ての静翼に通してあるわけではなく、管路が通っていない静翼もあるため、同じ静翼翼列であっても、ダイヤフラムの後側へのシール空気流量が、周方向位置によって不均一になる可能性があるが、例えば、ダイヤフラム後側のオリフィスを軸方向に対して周方向に傾斜させ、シール空気に旋回成分を与えることにより、周方向位置によるシール空気量の不均一を防止することができる。
【００４４】
なお、以上において、第２及び第３段落の両方に、第１及び第２シール空気路を設けたが、いずれかだけに第１及び第２シール空気路を設けても良い。また、第１段落においては、系統の異なる２つのシール空気路を経由させていないが、必要であれば、第２又は第３段落と同じ要領で第１及び第２シール空気路を経由させても良い。これらの場合も同様の効果を得る。
【００４５】
また、３段のタービンに本発明を適用した例を説明したが、３段未満又は４段以上のタービンに対しても本発明は適用可能である。また、１軸のタービンを例に挙げて説明したが、タービンロータの回転軸が２軸に分かれたタービンにも本発明は適用可能である。また、タービンディスクに中心孔がないタービンに限られず、タービンロータの中心軸付近に空気を流通させる型のタービンにも本発明は適用可能である。また、ケーシングにおいて、シュラウドと周壁は一体構成であっても構わない。これらの場合も同様の効果を得る。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、各シール箇所に対し、要求に応じた圧力及び流量のロータシール空気を供給でき、なおかつエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービンの第１の実施の形態の全体構成を簡略的に表す回路図である。
【図２】タービンの詳細構造を表す軸方向断面図である。
【図３】図２の第２段静翼付近の拡大図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ断面による断面図である。
【図５】図２中のＶ−Ｖ断面による断面図である。
【図６】本発明に対する比較例のガスタービンのシール空気供給系統を示した図である。
【図７】図６の第２段静翼付近の拡大図である。
【図８】図６の第２段静翼付近の他の拡大図である。
【図９】本発明のガスタービンの第２の実施の形態におけるロータシール空気の流路構造を表す図であり、図４に対応する図である。
【図１０】本発明のガスタービンの第２の実施の形態におけるロータシール空気の流路構造を表す図であり、図５に対応する図である。
【符号の説明】
３ タービン
６ 抽気スリット（第１シール空気路，第２シール空気路）
７ 抽気スリット（第２シール空気路）
８ シール空気配管（第１シール空気路，第２シール空気路）
９ シール空気配管（第２シール空気路）
１０ ケーシング
１１，１２ 空気導入孔（第２シール空気路）
１３，１４ オリフィス（空気量調整手段）
１５ ロータ
１７〜１９ シュラウド
２０ リテーナリング
２１ 第１段静翼
２２ ダイヤフラム
２３ 第２段静翼（第１シール空気路）
２４ ダイヤフラム（第１シール空気路）
２５ 第３段静翼（第１シール空気路）
２６ ダイヤフラム（第１シール空気路）
２７ オリフィス２７（第１シール空気路，第２シール空気路）
２８〜３０ 動翼
３６，３７ シール手段
３８ キャビティ（第１シール空気路）
４０，４９ キャビティ
４１，４６ 仕切り壁
４２ 高圧キャビティ（第１シール空気路）
４３ 低圧キャビティ（第１シール空気路，第２シール空気路）
４７ 高圧キャビティ（第１シール空気路）
４８ 低圧キャビティ（第２シール空気路）
５０，５１ 分岐流路（第１シール空気路）
５２，５３ 管路（第２シール空気路）

Claims (12)

1. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、
   前記タービンのケーシングと、
   このケーシング内に回転自在に設けられ、軸方向に複数段の動翼翼列を有するロータと、
   前記ケーシングの内周側に、前記動翼翼列と軸方向に交互に取り付けた複数段の静翼翼列と、
   これら静翼翼列のうちのある静翼翼列内に圧縮空気を導入し、導入した圧縮空気を当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向前方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第１シール空気路と、
   この第１シール空気路が経由する静翼翼列を前記第１シール空気路とは別系統で経由し、前記第１シール空気路を流れる圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を、当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向後方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第２シール空気路と
   を備えたことを特徴とするガスタービン。
2. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、
   前記タービンのケーシングと、
   このケーシング内に回転自在に設けられ、軸方向に複数段の動翼翼列を有するロータと、
   前記ケーシングの内周側に、前記動翼翼列と軸方向に交互に取り付けた複数段の静翼翼列と、
   前記ケーシングと前記静翼翼列との間に創出したキャビティと、
   このキャビティをそれぞれ高圧キャビティ及び低圧キャビティに分割する仕切り壁と、
   前記静翼翼列のうちのある静翼翼列内に前記高圧キャビティを介し圧縮空気を導入し、導入した圧縮空気を当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向前方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第１シール空気路と、
   この第１シール空気路が経由する静翼翼列を前記第１シール空気路とは別系統で経由し、前記低圧キャビティを介して導入した前記第１シール空気路を流れる圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を、当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向後方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第２シール空気路とを備えたことを特徴とするガスタービン。
3. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、
   前記タービンのケーシングと、
   このケーシング内に回転自在に設けられ、軸方向に複数段の動翼翼列を有するロータと、
   前記ケーシングの内周側に、前記動翼翼列と軸方向に交互に取り付けた複数段の静翼翼列と、
   これら静翼翼列の先端部に前記ロータと対向するように取り付けたダイヤフラムと、
   このダイヤフラムと前記ロータとの間隙をシールするシール手段と、
   前記静翼翼列のうちのある静翼翼列及びこれに取り付けたダイヤフラム内に圧縮空気を導入し、導入した圧縮空気を当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向前方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第１シール空気路と、
   この第１シール空気路が経由する静翼翼列及びこれに取り付けたダイヤフラムを前記第１シール空気路とは別系統で経由し、前記第１シール空気路を流れる圧縮空気よりも低圧の圧縮空気を、当該静翼翼列及び当該静翼翼列に軸方向後方側に隣り合う動翼翼列の間隙のロータシール空気として導く第２シール空気路と
   を備えたことを特徴とするガスタービン。
4. 請求項１記載のガスタービンにおいて、前記第１シール空気路は、前記静翼の空洞部を経由し、前記第２シール空気路は、前記空洞部内に配設された管路を経由することを特徴とするガスタービン。
5. 請求項２記載のガスタービンにおいて、前記低圧キャビティ内に導かれた圧縮空気の一部を、後方側に隣接する段落の高圧キャビティに導く分岐流路を備えたことを特徴とするガスタービン。
6. 請求項５記載のガスタービンにおいて、前記分岐流路は、前記キャビティを形成するシュラウドを貫通して設けられていることを特徴とするガスタービン。
7. 請求項１記載のガスタービンにおいて、前記ケーシング外で前記第１又は第２シール空気路を流れる圧縮空気量をそれぞれ調整可能な空気量調整手段を設けたことを特徴とするガスタービン。
8. 請求項２記載のガスタービンにおいて、前記低圧キャビティは、環状流路を形成していることを特徴とするガスタービン。
9. 請求項３記載のガスタービンにおいて、前記ダイヤフラムは、周方向に隣り合う複数の静翼の先端に跨って取り付けられており、接続した複数の静翼からの圧縮空気を合流させることを特徴とするガスタービン。
10. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンにおいて、
    複数段落ある静翼翼列のうちの少なくとも１つの段落の静翼翼列に、圧力の異なる圧縮空気をそれぞれ流通する互いに独立した第１及び第２シール空気路を経由させ、前記第１シール空気路を経由した圧力が高い方の圧縮空気を当該静翼翼列とその前側の動翼翼列との間隙に噴射させ、前記第２シール空気路を経由した圧力が低い方の圧縮空気を当該静翼翼列とその後側の動翼翼列との間隙に噴射させる
    ことを特徴とするガスタービン。
11. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンのロータシール空気導入方法において、
    前記タービンの任意の静翼翼列と当該静翼翼列に軸方向前方側に隣り合う動翼翼列との間隙、並びに当該静翼翼列と当該静翼翼列に軸方向後方側に隣り合う動翼翼列との間隙に対し、互いに系統の異なる第１及び第２シール空気路を介して導入した圧縮空気をそれぞれロータシール空気として導くことを特徴とするガスタービンのロータシール空気導入方法。
12. 圧縮空気を燃料とともに燃焼して生じさせた燃焼ガスをタービンに供給し、回転動力を得るガスタービンのロータシール空気導入方法において、
    前記タービンの任意の静翼翼列と当該静翼翼列に軸方向前方側に隣り合う動翼翼列との間隙には、当該静翼翼列と前記ガスタービンのケーシングとの間に設けた低圧キャビティを経由する第１シール空気路を介して導入した圧縮空気をロータシール空気として導く一方、
    前記静翼翼列と当該静翼翼列に軸方向後方側に隣り合う動翼翼列との間隙には、当該静翼翼列と前記ガスタービンのケーシングとの間に前記低圧キャビティと区画された高圧キャビティを経由する、前記第１シール空気路とは別系統の第２シール空気路を介して導入した圧縮空気をロータシール空気として導く
    ことを特徴とするガスタービンのロータシール空気導入方法。

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