JP2006022682A

JP2006022682A - ガスタービンとガスタービンの冷却方法

Info

Publication number: JP2006022682A
Application number: JP2004200005A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kitsuka; 宣明木塚; Shinya Marushima; 信也圓島; Masami Noda; 雅美野田; Shinichi Higuchi; 眞一樋口; Yasuhiro Horiuchi; 康広堀内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: US20090196738A1; EP1614862A1; US20060034685A1; EP1614862B1; US7909564B2; US7950897B2; DE602005003510T2; JP4412081B2; US7507069B2; US20090185896A1; DE602005003510D1

Abstract

【課題】
本発明の目的は、上流側ホイールスペースに供給するシール空気が下流側ホイールスペースにリークすることによるガスタービン熱効率の低下を抑制することにある。
【解決手段】
本発明は、燃焼用空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスが供給されるタービンの内部であり、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたシール手段とを設置したガスタービンであって、前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備え、該係合部のうち下流側係合部の接触面がタービン回転軸と交差する方向に形成されることを特徴とする。
【効果】
本発明によれば、上流側ホイールスペースに供給するシール空気が下流側ホイールスペースにリークすることによるガスタービン熱効率の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンとガスタービンの冷却方法に関する。

ガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃料を加えて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させる。ガスタービン設備全体の熱効率は、蒸気タービンといった他の設備と組み合わせることで向上させることができる。しかし、最近のガスタービンは、ガスタービン単体で熱効率を向上させるために、燃焼ガスの圧力比を高くしている。そのため、タービン部のガスパスに設けられた各タービン翼の前後差圧が従来に比べ大きくなっている。したがって、各部品間で生じるシール空気のリーク量を低減する必要がある。例えば、燃焼ガスがタービンロータ内に流入することを防ぐためには、上流側のホイールスペースに供給されたシール空気が、回転体のタービンロータと静止体の静翼との間を介して下流側のホイールスペースにリークしないようにしなければならない。そこで、静翼の下部にはダイアフラムが係合されている。

そして、特許文献１記載の技術では、静翼とダイアフラムとで形成されるキャビティの密閉性を保つために、ダイアフラムの足端部（ダイアフラムフック）にプレストレスを加えておき、ダイアフラムフックを静翼フックに圧接する構造が開示されている。

特公昭６２−３７２０４号公報

しかし、特許文献１記載の技術のようにダイアフラムフックにプレストレスを加えておくと、材料の劣化を生じる可能性がある。具体的には、ガスタービンの運転状態に応じて、ガスタービン部品は常温から４００〜５００℃まで変化するため、ダイアフラムフックに過度の負担がかかる可能性が考えられる。そのため、ダイアフラムフックにはプレストレスを加えておかない方が望ましい。ただし、ダイアフラムフックと静翼フックとの接触が不十分の場合、キャビティ内シール空気のほぼ全量が圧力の低い下流側ホイールスペースへリークしてしまう可能性が考えられる。

そこで本発明の目的は、上流側ホイールスペースに供給するシール空気が下流側ホイールスペースにリークすることによるガスタービン熱効率の低下を抑制することにある。

本発明は、前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備え、該係合部のうち下流側係合部の接触面がタービン回転軸と交差する方向に形成されることを特徴とする。

本発明によれば、上流側ホイールスペースに供給するシール空気が下流側ホイールスペースにリークすることによるガスタービン熱効率の低下を抑制することができる。

ガスタービン設備全体の熱効率は、蒸気タービン等の他の設備と組み合わせることで向上させることができる。最近のガスタービンは、ガスタービン単体で熱効率を向上させるために、燃焼ガスの圧力比を高くしている。このようなガスタービンでは、タービン内のガス流路であるガスパスで各翼の前後差圧が従来に比べ大きくなっている。そのため、各部品の間隙面積が従来のままであれば、部品間を流れるシール空気のリーク量が増大してガスタービン熱効率を低下させ、燃焼ガスの圧力比を高くしたメリットを低下させる。すなわち、燃焼ガスの圧力比を高くしたガスタービンの熱効率を高くするには、各部品間における不要なシール空気のリークを無くすあるいは低減することが望ましい。

一般に、タービン第２段以降の静翼は、内周側の回転体であるロータディスクとの間にダイアフラムを配置する。そして、静止体であるダイアフラムと回転体であるロータディスクとの間にシール構造を設け、この間隙で燃焼ガスがバイパスするのを防止する。このとき、シール手段であるダイアフラムの内側キャビティ内にシール空気が静翼側から供給される。このシール空気はダイアフラムのキャビティ内から上流側と下流側のホイールスペースに排出される。なお、本実施例では燃焼器から燃焼ガスが流入する側を上流側とし、燃焼ガスがタービン内を流れて排出される側（ガスパス出口側）を下流側と称する。この際、静翼のダイアフラム係合部で確実なシールをしないと、ダイアフラム内のシール空気が下流側の係合部を介して下流側ホイールスペースにリークしてしまう。なぜならば、ホイールスペース雰囲気の圧力は上流側の方が高いため、シール空気の供給圧力は上流側ホイールスペースの雰囲気圧力以上でなければならないからである。一方、下流側ホイールスペースとの間に生じる差圧が大きいために、静翼の下流側ダイアフラム係合部でシール手段を施さなければ、シール空気の大半が下流側ホイールスペースにリークしてしまうからである。そのため、上流側へのシール空気流量が足りなくなり、さらにはガスタービン全体としてシール空気量を増加させなければならなくなり、ガスタービンの熱効率が低下する。以上より、静翼とダイアフラムとの係合部では確実なシールが必要である。

図２を用い、ガスタービン構造について説明する。図２は、本実施例のガスタービン要部（翼段落部）の断面を示す。図中矢印２０は燃焼ガスの流れ方向を示す。１が第１段静翼、３が第２段静翼、２が第１段動翼、４が第２段動翼、５がダイアフラム、６がディスタントピース、７が第１段動翼ロータディスク、８がディスクスペーサ、９が第２段動翼ロータディスクである。

第１段動翼２はロータディスク７に固定され、また第２段動翼４はロータディスク９にそれぞれ固定される。そして、ディスタントピース６，ロータディスク７，ディスクスペーサ８、及びロータディスク９はスタブシャフト１０により一体として固定され、回転体であるタービンロータを形成する。また、タービンロータは圧縮機の回転軸と同軸に固定されるとともに、発電機等の負荷の回転軸とも同軸に固定される。

ガスタービンは、大気空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機，圧縮機が生成した圧縮空気と燃料とを混合燃焼させる燃焼器，燃焼器から排出された燃焼ガスにより回転駆動させるタービンを備える。そして静翼と動翼はタービン内部を下流方向に流れる燃焼ガスの流路中に設けられている。そのため、燃焼器から排出された高温・高圧の燃焼ガス２０は、第１段静翼１および第２段静翼３で流速のエネルギーに変換されるとともに、第１段動翼２および第２段動翼４を回転させる。その回転エネルギーで発電機を回転駆動させ電気を得る。その一部の回転エネルギーは圧縮機駆動にも用いられる。一般に、ガスタービンの燃焼ガス温度は翼材の許容温度以上であるため、高温の燃焼ガスにさらされる翼部は冷却されなければならない。

次に、第２段静翼３の冷却構造について説明する。図１は第２段静翼３とダイアフラム５の軸方向断面図である。第２段静翼３とダイアフラム５とで形成されるキャビティ１１には、第２段静翼３内に設けられた冷却媒体の流路を通してホイールスペース１４ａ，
１４ｂ用のシール空気が供給される。なお、本実施例では冷却媒体として空気を用いている。ホイールスペース１４ａは、第１段動翼２とロータディスク７とを接続するシャンク部１２とダイアフラム５とで形成されるダイアフラム５より上流側の隙間である。ホイールスペース１４ｂは、第２段動翼４とロータディスク９とを接続するシャンク部１３とダイアフラム５とで形成されるダイアフラム５より下流側の隙間である。そして、キャビティ１１とホイールスペース１４ａとはダイアフラム５に設けられた孔９０により連通される。同様に、キャビティ１１とホイールスペース１４ｂともダイアフラム５に設けられた孔９１により連通される。また、第２段静翼３はタービンを形成する外筒９３に固定され、ダイアフラム５は第２段静翼３に複数箇所で係合されている。これに対し、ディスクスペーサ８は回転体として回転する。そのため、ダイアフラム５とディスクスペーサ８とはシール構造を形成する。このシール構造により、ホイールスペース１４ａと１４ｂとが空間的に連通することを防ぎ、それぞれ独立した空間を形成することが可能である。また、第２段静翼３内に設けられた冷媒流路９２よりキャビティ１１に供給された冷却媒体９４は、孔９０と９１を介してダイアフラム上流側のホイールスペース１４ａ及びダイアフラム下流側の１４ｂに流入する。この冷却媒体９４は、シール空気１５ａと１５ｂとしてガスパス中に放出され、燃焼ガス２０がガスパス内周壁面から内側に流入するのを防ぐことが可能である。

ダイアフラム５とディスクスペーサ８により形成されるシール構造がハニカムシールの場合、シール性能が非常に高い。そのため、キャビティ１１内の冷却媒体９４は、ダイアフラム上流側のホイールスペース１４ａ及びダイアフラム下流側の１４ｂに供給することが望ましい。これに対して、ダイアフラム５とディスクスペーサ８により形成されるシール構造がラビリンスシールの場合、ハニカムシールよりシール性能が多少低下する。そのため、ホイールスペース１４ａからラビリンスシールを介してホイールスペース１４ｂに流入する冷却媒体の量を考慮して、キャビティ１１内の冷却媒体をダイアフラム上流側の
ホイールスペース１４ａのみに供給することも可能である。そして、キャビティ１１内の冷却媒体をダイアフラム上流側のホイールスペース１４ａのみに供給することで、ダイアフラム５に設ける孔９１が不要になるため、ダイアフラムの製作性が向上する。

もし、ホイールスペース１４ａ及び１４ｂに高温の燃焼ガス２０が流入して雰囲気温度が上昇すると、シャンク部１２や１３またはダイアフラム５が燃焼ガス２０により熱的損傷を受けてしまう。さらに、ロータディスク７および９やディスクスペーサ８に過剰な熱負荷がかかってしまう。したがって、過剰な熱負荷による熱応力の増大で部材の寿命低下を招き、さらには部材の異常な熱変形の発生によってタービンの回転に支障をきたし、ガスタービンの正常な運転が困難となる可能性がある。以上より、ガスタービンの継続的に正常な運転を行うためには、確実にホイールスペース１４ａ及び１４ｂにシール空気を供給することが望ましい。

ここで、第２段静翼３の雰囲気圧力を比較すると、上流側であるホイールスペース14ａの圧力の方が下流側のホイールスペース１４ｂの圧力よりも高い。この圧力の違いは、種々の条件によって変化するが通常２倍程度である。そのため、ホイールスペース１４ａにシール空気を供給するためには、キャビティ１１の圧力はホイールスペース１４ａの圧力よりも高く設定することが望ましい。なお、燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて第２段静翼３とダイアフラム５とを係合する係合部が複数個設けられ、キャビティ１１はダイアフラム５の内面と第２段静翼３の下面で形成されている。本実施例では、第２段静翼３とダイアフラム５とを係合する係合部を上流側と下流側にそれぞれ１箇所ずつ設けている。このキャビティ１１の気密性が保てないと圧力が低い下流側にシール空気がリークし、上流側に十分な量のシール空気を供給することが出来なくなる。燃焼ガスの圧力比を高くしたガスタービンでは、静翼の上流側と下流側の差圧はより大きくなる傾向にある。したがって、キャビティ１１の気密性を確保しなければ、下流側の係合部から流出するシール空気のリーク量が増大する。なお、上流側シール空気量を確保するために、下流側係合部のシール空気対策を行わずにキャビティ１１へ供給するシール空気量を増やすと、シール空気供給量に連動して下流側のシール空気リーク量が増える。そのため、上流側のシール空気量を確保するためには、多量のシール空気を供給しなければならない。このようなシール空気量の増大は、燃焼ガスの圧力比を高くしたガスタービンの熱効率向上という効果を低下させるものである。

そこで本実施例では、キャビティ１１が第２段静翼３とダイアフラム５に設けられたフック同士の係合部を複数個設けている。また、本実施例ではこの係合部を上流側と下流側のあわせて２箇所に設置する。そのうち、上流側係合部では静翼フック３０及びダイアフラムフック３１によりタービン回転軸を中心とする円の円周方向にシール面６０が形成されている。そして、このシール面６０により静翼フック３０とダイアフラムフック３１が噛み合わされている。このとき、下流側で確実に接触するように、上流側係合部では、静翼フック３０とダイアフラムフック３１とが軸方向に接触しないように、軸方向の間隙であるギャップ９７及び９８を設けている。

次に、下流側係合部では、コの字形で形成されたダイアフラムフック３２に静翼フック３３が挿入されている。そして、ダイアフラムフック３２と静翼フック３３とを貫通する固定ピン５０により両者の位置が固定され、ダイアフラム５の動きを拘束する。ただし、固定ピン５０と静翼フック３３に設けられたピン穴５１との間には適当なギャップ５２が形成されている。即ち、静翼フック３３に設けられた孔径が固定ピン５０の直径より大きく形成されている。通常、ガスタービン動作中においても静翼フック３３とダイアフラムフック３２の位置関係を固定ピン５０で正確に固定するために、設計誤差を考慮してピン穴５１の位置や寸法が定められている。しかし、固定ピン５０と静翼フック３３に設けられたピン穴５１との間にギャップ５２が全くないと、静翼フック３３やダイアフラムフック３２の熱変形に固定ピン５０が対応できず、過大な熱応力がピン穴５１に生じる。そのため、静翼フック３３に設けられた孔径を固定ピン５０の直径より大きく、かつ、熱変形を吸収できる程度のギャップ５２を考慮することで、ダイアフラムフック３２と静翼フック３３との熱変形を吸収することが可能である。また、ダイアフラムフック３２と静翼フック３３との接触面であるシール面６１は、タービン回転軸と交差する方向に形成されている。そして、ダイアフラムフック３２のシール面より外周側に段差３５が形成されるとともに、静翼フック３３のシール面より内周に段差３６が形成されている。この段差は、接触面とこの接触面からタービン回転軸方向にずれた平面とで形成されている。

図３は静翼フック３３のＡ−Ａ断面を示す。図４はダイアフラムフック３２のＢ−Ｂ断面を示す。図３において、段差３６の境界３８はほぼ直線状に形成されている。また、図４も段差３５の境界３７はほぼ直線状に形成されている。ダイアフラムフック３２，静翼フック３３ともに段差３６の境界がほぼ直線状であるため、境界を曲線形状とした場合に比べ部材を容易に加工することが可能である。なお、境界３７，３８は加工誤差により厳密な直線形状でなくても問題ない。

図５は、前述のように形成されたダイアフラムフック３２と静翼フック３３とを係合させた下流側係合部である。段差３５及び段差３６により、シール面６１は実質上任意の幅で形成されている。シール面の幅は、あまり狭いとダイアフラムと静翼の噛み合わせのずれに対応できず、また広すぎると面圧が少なくなるため、３〜７mmの範囲が望ましい。なお、図５において帯状のシール面６１は斜線により表記している。

本実施例において、ガスタービン運転時におけるダイアフラムフック３２と静翼フック３３の係合部の働きを説明する。図１０において、上流側と下流側の差圧により、ダイアフラム５には下流側に向かって作用力７０が作用する。この作用力７０に対抗する力として、シール面６１に反力７２が発生する。ここで、作用力７０と反力７２は同軸上でないため、ダイアフラム５にモーメント７７が作用する。このとき、ダイアフラム５は上流側係合部を支点としてモーメント７７の向きに回転しようとする。しかし、ダイアフラムフック３２の下流側端部６５は第２段静翼３の内周エンドウォール６６と接触して不必要な動きが抑制されるため、ダイアフラムシール面と静翼シール面の平行度が保たれる。そして、ダイアフラムフック３１には作用力７１が、ダイアフラム下流側端部６５には作用力７３が発生する。以上のように、上流側の係合部では、この作用力７１により静翼フック３０とダイアフラムフック３１とが締め付けられる。そのため、上流側シール面の面圧が上がり、シール効果を高める。この上流側のシール面はタービン回転軸を中心とする円の円周方向で接触する。図８は、シール面を図１のＣ−Ｃ断面で表した図である。図８に示すように、静翼フック３３とダイアフラムフック３２それぞれの熱変形により接触部であるシール面の曲率半径が変わり、微小な隙間９６は発生する。上流側係合部での前後差圧すなわちキャビティ１１とホイールスペース１４ａの差圧は比較的小さく、作用力７１によりシール面圧が上がるため、リーク量を少なく抑えることができ、無視することができる。

また、本実施例の上流側係合部は、ダイアフラムフック３１が静翼フック３０に引っ掛けられた構造である。このように、ダイアフラムフック３１と静翼フック３０が相互に可動な状態であるため、前述のモーメント７７を有効に利用して上流側係合部及び下流側係合部におけるシール空気のリークを低減することが可能となる。そして、上流側ホイールスペースに供給するシール空気が下流側ホイールスペースにリークすることによるガスタービン熱効率の低下を抑制することが可能である。

一方、下流側の係合部においてダイアフラムフック３２は静翼フック３３より反力７２を受けて押し付けられ、シール面６１には作用力７０とほぼ同等の大きな力が作用する。この時、下流側係合部に形成される接触面であるシール面６１はタービン回転軸と交差する方向に接触面が形成されるため、作用力７０とほぼ同等の大きな力が作用する。なお、シール面６１はタービン回転軸とほぼ垂直であれば望ましい。また、接触面であるシール面６１は平面であるため、熱変形を受けても面の狂いは小さい。さらに、前述の帯状に形成されたシール面６１により面圧を増加させるため、シール面にギャップが発生せず、差圧が大きくとも確実にシールすることができる。このように、下流側係合部の上流側シール面がタービン回転軸を中心とする円の円周方向で接触させるのではなく、タービン回転軸と交差する方向に接触面を形成することで、シール空気のリークによる性能低下を引き起こさない静翼とダイアフラム間の確実なシール構造を提供する。

さらに、特許文献１記載の技術では、ダイアフラムフックにプレストレスをかける構造であったため、ダイアフラムの材料に劣化が生じる可能性があった。また、ガスタービンは幅広い温度条件で運転するため、ガスタービンの全運転状態におけるダイアフラムの耐久性に影響する可能性もあった。これに対し本実施例では、ダイアフラムフック３１が静翼フック３０に引っ掛けられた構造であり、ダイアフラムフック３１にはプレストレスをかけていないため、ガスタービンの全運転状態においてダイアフラムの耐久性を維持することが可能である。

図５に示すように、段差３５及び３６により形成されるシール面の境界３７及び３８はほぼ直線状に形成されているため、ガスタービン運転時の熱変形などで下流側係合部に設けられたダイアフラムフックのシール面と静翼フックのシール面の平行度が微小な範囲で狂った場合にも対応できる。例えば、静翼フック３３がダイアフラムフック３２に対し矢印８０の向きに回転した場合、線接触シール部６３のシール面が維持される。また静翼フック３３がダイアフラムフック３２に対し矢印８１の向きに回転した場合、線接触シール部６４のシール面が維持されて隙間の発生を抑えることができる。すなわち、このようなシール方法により、燃焼ガスの圧力比を高くしたガスタービンを運転する時でも下流側係合部におけるキャビティ１１からリークする不要なシール空気を低減することができる。そして、キャビティ１１よりホイールスペース１４ａ及び１４ｂに確実にシール空気を供給することができる。さらに、シール空気量自体も必要最低限の量で済ませ、ガスタービン熱効率低下を抑制することが可能である。なお、段差３５及び３６は少なくともどちらか一方に備えていれば、タービン回転軸と交差する方向に接触面を形成することができるため、前述の効果を奏する。

また、本実施例では、従来技術のようにダイアフラムフックまたは静翼フックにパッキン等の別部材を設けていない。下流側係合部を構成する静翼フックと静翼フックがダイアフラムフックに接触する接触部、及びダイアフラムフックとダイアフラムフックが静翼フックに接触する接触部がそれぞれ一体部品で形成されているため、破損を防ぎ信頼性を向上させることが可能である。以上のように構成することで、バネやパッキン等複雑な手段を用いることなく、簡単な構造で加工も容易である。

更に、図１に示すように、コの字状に形成されたダイアフラムフック３２の上面と静翼フック３３が固定された中間部９６の下面とがタービン回転軸を中心とする円の円周方向に面接触している。この面接触により、ダイアフラム５にモーメントが作用した場合にも第２段静翼３に対するダイアフラム５の変位を制限することが可能である。なお、ダイアフラム５の変位を第２段静翼３に対して制限できれば、本実施例のように最下流側で接触させなくても良い。例えば、図９のように構成しても問題ない。いずれにしても、ダイアフラム５の変位を第２段静翼３に対して制限できる程度に下流側係合部の近傍で接触させれば、ダイアフラム５の変位を制限することが可能である。この接触により、第２段静翼３に対するダイアフラム５の変位を最小限に抑えることが可能となる。また、この接触面は、タービン組み立て時において静翼フック３３とダイアフラムフック３２とを組み立てる時の位置決めを容易にするという効果も奏する。

また、上流側係合部で第２段静翼３とダイアフラム５を固定するとともに、下流側係合部でダイアフラムフック３２の上面と静翼フック３３が固定された中間部９６の下面とを接触させることで第２段静翼３に対するダイアフラム５の最大変位が規定される。そのため、下流側係合部の静翼フック３３とダイアフラムフック３２とが極端にずれてしまうことを未然に予防することが可能である。下流側係合部にタービン回転軸と交差する方向に形成された接触面は、第２段静翼３とダイアフラム５の多少の変位には対応できても、それ以上になると効果を発揮できない可能性がある。しかし、本実施例のように、ダイアフラムに静翼と係合させる２つの係合部を上流側と下流側とに備えた２点支持とすることでダイアフラムの静翼に対する最大変位量を制限できる。また、ダイアフラムに静翼を係合させる２つの係合部を上流側と下流側とに備えた２点支持の場合に下流側の係合部をタービン回転軸方向と交差する方向に接触面を形成することでより確実なシールが可能になる。なお、この接触面は、タービン回転軸とほぼ垂直であることが望ましい。

以上、本実施例の効果を第２段静翼及びダイアフラムで説明したが、本実施例の構造は第２段にかかわらず、静翼とダイアフラムで構成されるすべての段の静翼とダイアフラムに用いることが可能であり、特に制限されるものではない。

図６において実施例２を示す。本実施例では、第２段静翼３とダイアフラム５の下流側係合部において、ダイアフラムフック３２のシール面より外周側に勾配３９を設けた。さらに静翼フック３３のシール面より内周に勾配４０を設けている。具体的には、この勾配はタービン回転軸の垂直方向から任意の角度だけ壁面が傾斜した形状である。このように形成させてもシール面６１ｂ（図６の斜線部）は実質上帯状に形成されるため、下流側係合部におけるシール空気の不要なリークを低減することができる。また、ダイアフラムフックまたは静翼フックのうちの一方に段差を形成し、もう一方に勾配を形成させても効果に変わりはない。そして、勾配の形状は直線でも曲線でも効果に変わりなく、帯状にシール面を形成させれば、特に制限されない。

図７は、ダイアフラムと静翼の段差形状の境界が折れ線となっている場合を示す。ダイアフラムと静翼との帯状シール面の境界は、できるかぎり直線状とするのが望ましい。しかし、連翼により直線状に形成させることが困難な場合、境界が折れ曲がり部４５及び
４６を有するような段差３５ｂ及び３６ｂとしてシール面６１ｃ（図７の斜線部）を形成してもよい。静翼とダイアフラムとの係合構造のように、比較的シール部の平行度が保たれる場合にはシール効果を有する。さらに、シール面の境界を緩やかな曲線または複数の折れ曲がり部をもつ直線としても、多少のシール効果を得ることができる。

以上、本実施例の静翼及びダイアフラム支持構造を用いることで、燃焼ガスの圧力比を高くしたガスタービンにおいても、静翼とダイアフラムで形成されるキャビティからリークする不要なシール空気を低減することができる。また、燃焼ガスの圧力比を高くしたことによるガスタービン熱効率の向上をダイアフラムからのリークによって低下させず、シール空気を確実に上流側へ供給して信頼性の高いガスタービンを提供することが可能である。

静翼及びダイアフラムの断面図である。静翼及びダイアフラムを搭載したガスタービンの一実施例を示す要部断面図である。図１のＡ−Ａ断面に沿う断面図である。図１のＢ−Ｂ断面に沿う断面図である。図１の静翼フック及びダイアフラムフックの係合を示す斜視図である。静翼フック及びダイアフラムフックの係合の変形例を示す斜視図である。静翼フック及びダイアフラムフックの係合の変形例を示す斜視図である。図１のＣ−Ｃ断面に沿う断面図である。ダイアフラムフックの変形例を示した図である。ダイアフラムフックの拡大図である。

符号の説明

１…第１段静翼、２…第１段動翼、３…第２段静翼、４…第２段動翼、５…ダイアフラム、６…ディスタントピース、７…第１段動翼ロータディスク、８…ディスクスペーサ、９…第２段動翼ロータディスク、１０…スタブシャフト、１１…キャビティ、１２，１３…シャンク部、１４ａ，１４ｂ…ホイールスペース、１５ａ，１５ｂ…シール空気、２０…燃焼ガス、３０，３３…静翼フック、３１，３２…ダイアフラムフック、３５，３５ｂ，３６，３６ｂ…段差、３７，３８…境界、３９，４０…勾配、４５，４６…折れ曲がり部、５０…固定ピン、５１…ピン穴、５２…ギャップ、６０，６１，６１ｂ…シール面、６３，６４…線接触シール部、７０…作用力、８０，８１，９５…矢印、９０，９１…孔、９２…冷媒流路、９３…外筒、９４…冷却媒体。

Claims

燃焼用空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスが供給されるタービンの内部であり、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたシール手段とを設置したガスタービンであって、
前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備え、
該係合部のうち下流側係合部の接触面がタービン回転軸と交差する方向に形成されることを特徴とするガスタービン。
燃焼用空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスが供給されるタービンの内部であり、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたシール手段とを設置したガスタービンであって、
前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備え、
該係合部のうち上流側係合部の接触面がタービン回転軸を中心とする円の円周方向に形成されるように設けられ、下流側係合部の接触面がタービン回転軸と交差する方向に形成されるように設けられたことを特徴とするガスタービン。
圧縮空気を生成する圧縮機、該圧縮空気と燃料とを混合燃焼させる燃焼器、該燃焼器から排出された燃焼ガスで回転駆動するタービンを備え、該タービンの内部にはケーシングと回転するタービンロータ間に該燃焼ガスが流れるガスパスが形成され、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたダイアフラムを有し、該ダイアフラムと動翼間に上流側ホイールスペース及び下流側ホイールスペースを形成し、該上流側ホイールスペース及び下流側ホイールスペースに連通し、前記ダイアフラム内の冷却媒体を前記上流側ホイールスペース及び下流側ホイールスペースに供給する孔を前記ダイアフラムの上流及び下流側の側面に備えたガスタービンであって、
前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備え、
該係合部のうち上流側係合部の接触面がタービン回転軸を中心とする円の円周方向に形成されるように設けられた静翼フック及びダイアフラムフックと、下流側係合部の接触面がタービン回転軸と交差する方向に形成されるように設けられた静翼フックとダイアフラムフックとを備え、かつ、下流側の該静翼フック下面と該ダイアフラムフック上面とが接触することを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
該静翼フックと該ダイアフラムフックのどちらか一方に、前記接触面と前記接触面からタービン回転軸方向にずれた平面とで形成された段差形状で面接触させることを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
前記下流側係合部は前記静翼フックと前記ダイアフラムフックとを固定ピンで係合し、
前記静翼フックに設けられた孔径が前記固定ピンの直径より大きいことを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
前記下流側係合部を構成する静翼フックと該静翼フックがダイアフラムフックに接触する接触部、及び該ダイアフラムフックと該ダイアフラムフックが前記静翼フックに接触する接触部がそれぞれ一体部品で形成されることを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
上流側係合部に設けられた静翼フックとダイアフラムフック間に軸方向の間隙を有することを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
該静翼フックと該ダイアフラムフックのどちらか一方に、前記タービン回転軸の垂直方向より任意の角度だけ壁面が傾斜した勾配を設けることを特徴とするガスタービン。
請求項３記載のガスタービンであって、
前記係合部を上流側及び下流側にそれぞれ１箇所ずつ設けることを特徴とするガスタービン。
燃焼用空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスが供給されるタービンの内部であり、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたシール手段とを設置し、前記静翼と前記シール手段によりキャビティを形成したガスタービンの冷却方法であって、
前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備えた係合部のうち、下流側係合部はタービン回転軸と交差する方向に面接触され、
前記静翼の内部から導かれた冷却媒体を前記キャビティに供給し、前記シール手段の上流側に流すことを特徴とするガスタービンの冷却方法。
燃焼用空気と燃料とを混合燃焼させて生成した燃焼ガスが供給されるタービンの内部であり、ガスパス出口側の下流方向に流れる該燃焼ガスの流路中に設けられた静翼と該静翼に係合されたシール手段とを設置し、前記静翼と前記シール手段によりキャビティを形成したガスタービンの冷却方法であって、
前記シール手段と前記静翼とを係合する係合部を前記燃焼ガスが流れる方向で上流側から下流側にかけて複数個備えた係合部のうち、上流側係合部はタービン回転軸を中心とする円の円周方向に面接触され、下流側係合部はタービン回転軸と交差する方向に面接触され、
前記静翼の内部から導かれた冷却媒体を前記キャビティに供給し、前記シール手段の上流側に流すことを特徴とするガスタービンの冷却方法。