JP2009257191A - タービンの冷却構造、タービンおよびタービンの組立治具 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ長や重量の増加を防止することにより、軸芯の安定を得るとともに、コスト低減や信頼性向上やタービン全体のコンパクト化を図ることができるタービンの冷却構造、タービンおよびタービンの組立治具を提供する。
【解決手段】回転軸２の端部から径方向外側に延びるとともに回転軸２と一体に形成され外周端に動翼が取り付けられる円板部３内を通過して、動翼に冷却媒体を導く冷媒流路１１，１２，１３と、円板部３における冷媒流路１１，１２，１３の一部を構成するとともに、円板部３と他の円板部とを締付ける締結部５の端部が納められる収納部１４と、収納部１４における締結部５と対向する壁部２２に形成され、円板部３および他の円板部の締付け時に締結部５と係合される治具が挿通される貫通孔２４と、貫通孔２４に着脱可能に配置される蓋部２５と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に、ガスタービンロータにおけるタービン動翼に冷却空気への冷却空気の供給に用いて好適なタービンの冷却構造、タービンおよびタービンの組立治具に関する。

従来のガスタービンにおいては、タービンの動翼を冷却する冷却媒体に蒸気を使用する技術が知られ、蒸気を動翼に供給する様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

上述の特許文献１には、複数の円板部を積み重ねて構成されるとともに、最終段円板部が軸と一体構造とされたガスタービンにおいて、軸および円板などの内部に設けられた流路を介して冷却媒体が供給される構成が開示されている。
最終段円板部と軸とを一体とした構造では、これらが分離された構造と比較して、構造の簡素化が図られることにより軸芯の保持が容易になるという利点がある。

一方、複数の円板部を積み重ねて構成されるガスタービンにおいて、最終段円板の下流側にダミーディスクを設け、最終段円板とダミーディスクとの間に冷却媒体用の流路を形成する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

一方、近年のガスタービンの高効率化の傾向から、ガスタービンを通過する燃焼ガスは高温化の方向にある。そのため、従来は無冷却であった最終段の動翼も、冷却媒体を用いて冷却する傾向にある。即ち、特許文献２に示すように、ロータにおける最終段側の軸端から冷却媒体を導入して、最終段円板部に設けた冷却媒体用冷却流路を経由して、動翼に冷却媒体を供給している。例えば、特許文献２に示すように、最終段動翼用冷却流路を最終段円板部に設けるため、円板部の外壁面に沿って円板部内部に、ロータ中心から放射状に半径方向の外方に向かって、複数の冷却流路を穿設している。

また、特許文献１及び特許文献２に示すように、複数の円板部を積み重ねて構成されたガスタービンにおいては、積層した円板部に締付けボルトを嵌挿して、積層した円板部の両側からナットで締め付けて一体のロータを構成している。
特開平１０−２０５３０２号公報 特開平１１−２２９８０４号公報

しかし、締付けボルト及びナットを締結する際は、ボルトテンショナーを用いて、予め一定の張力を締付けボルトに与える必要がある。即ち、内部に冷却流路を備えた円板部の外側からボルトテンショナーを用いてボルトに張力を与える場合、回転軸線方向に張力に見合った相当な押し付け力が、ボルトテンショナーを介して最終段円板部の外側側壁に付加されることになる。このような外部からの押し付け力に耐える円板部とするためには、ある程度の厚さが必要となる。即ち、円板部は、冷却流路の内圧に耐える厚み以上の肉厚が要求されるのが通常である。そのため、従来技術に示される締付けボルトの場合には、最終段円板の外側にボルト突出部を設けるため、円板部を積層したロータ全体の長さが長くなり、重量が増加するという問題がある。

一方、ダミーディスクを用いる方法では、ダミーディスクを追加することにより、回転軸線方向の寸法（ロータ長）が長くなり、かつ、重量が増加していた。これにより、軸芯の安定性が低下する恐れがあるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ロータ長や重量の増加を防止することにより、軸芯を安定させ、信頼性向上及びタービン全体のコンパクト化を図るとともに、コスト低減を達成することができるタービンの冷却構造、タービンおよびタービンの組立治具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のタービンの冷却構造は、回転軸線まわりに回転可能に支持された回転軸内から、該回転軸の端部から径方向外側に延びるとともに前記回転軸と一体に形成され外周端に動翼が取り付けられる円板部内を通過して、前記動翼を冷却する冷却媒体を導く冷媒流路と、前記円板部における前記冷媒流路の一部を構成するとともに、前記円板部と他の円板部とを締付ける締結部の端部が納められる収納部と、前記収納部における前記締結部と対向する壁部に形成され、前記円板部および前記他の円板部の締付け時に前記締結部と係合される治具が挿通される貫通孔と、該貫通孔に着脱可能に配置される蓋部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、締結部の端部が収納部に収められているため、ロータの全長を短くすることができ、タービン全体をコンパクトにできる。また、冷媒流路によって回転軸および円板部内を通過して冷却媒体を供給するため、ダミーディスクを設けて冷媒流路を形成する方法と比較して、ダミーディスクを設ける必要がなく、ロータ長の増加および重量の増加が防止される。

一方、円板部と他の円板部とを締結部により締付ける際には、貫通孔を介して治具が挿通されるため、締結部の端部が収納部に収められていても円板部と他の円板部との締付けができる。
貫通孔は蓋部を用いて閉じられるため、収納部は冷媒流路の一部として構成される。

上記発明においては、前記収納部には、前記壁部と前記円板部との間で前記回転軸線まわりに延びるとともに径方向外側に開口する溝部と、前記溝部の開口を塞ぐ円筒状の筒部と、が設けられていることが望ましい。

本発明によれば、溝部を形成するとともに、溝部の開口を筒部により塞ぐことにより収納部の形成がされるため、締付けボルト及びナットの着脱作業が容易となる。

本発明のタービンは、回転軸線まわりに回転可能に支持された回転軸と、該回転軸の端部から径方向外側に延びるとともに前記回転軸と一体に形成され、外周端に動翼が取り付けられる円板部と、上記本発明の冷却構造と、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上記冷却構造を備えるため、ロータの全長を短くすることができ、タービン全体をコンパクトにできる。
冷媒流路によって回転軸および円板部内を通過して冷却媒体を供給するため、ダミーディスクを設けて冷媒流路を形成する方法と比較して、ロータ長の増加および重量の増加が防止され、軸芯の安定を得るとともに、コスト低減や信頼性向上やタービン全体の体格縮小が図られる。

本発明のタービンの組立治具は、上記本発明の冷却構造を有するタービンの組立治具であって、前記円板部と他の円板部とを締結部により締付ける際に、前記溝部内に前記回転軸線に沿う方向に並んで配置され、互いに対向する面が、径方向外側に向かって前記円板部に接近または前記円板部から離間する傾斜を有する第１ブロック部および第２ブロック部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、円板部と壁部との間に第１ブロック部および第２ブロック部とが配置されるため、円板部と他の円板部とを締結部により締付ける際に、壁部に付加される押し付け力は壁部から第１および第２ブロック部を介して円板部に伝達される。そのため、壁部は上述の押し付け力による主として曲げモーメントに耐える強度を必要とせず、単に冷媒流路内を流れる冷却流体の圧力に耐える強度まで壁部の厚さを薄くできる。

第１および第２ブロック部における互いに対向する面が傾斜面であるため、壁位置の加工精度に影響されることなく、第１および第２ブロック部を径方向に相対的に移動させることにより、円板部に第１および第２ブロック部の一方を接触させ、壁部に第１および第２ブロック部の他方を接触させることができる。そのため、壁部には曲げモーメントを及ぼすことなく、締結部の締付力を単に圧縮力として受けながら、円板部本体に確実に伝達することを可能とする。

本発明のタービンの冷却構造、タービンおよびタービンの組立治具によれば、タービン全体がコンパクトになるとともに、冷媒流路によって回転軸および円板部内を通過して冷却媒体を供給するため、ダミーディスクを設けて冷媒流路を形成する方法と比較して、ロータ長の増加および重量の増加が防止され、軸芯の安定を得るとともに、コスト低減や信頼性向上を図ることができるという効果を奏する。

この発明の一実施形態に係るガスタービンについて、図１から図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るガスタービンの構成を説明する部分拡大図である。
ガスタービン（タービン）１は、図１に示すように、動翼７および静翼８との間に作動流体が供給され、作動流体から回転エネルギを抽出して外部の機器に供給するものである。

ガスタービン１には、回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持されたシャフト２と、シャフト２と一体に形成された最終段円板（円板部）３と、シャフト２とは別体に形成された中間段円板（他の円板部）４と、最終段円板３および中間段円板４を一体に締付ける締付けボルト（締結部）５およびナット（締結部）６と、最終段円板３および中間段円板４に取り付けられる動翼７と、動翼７の間に配置される静翼８と、動翼７に冷却媒体である上記を供給する冷却構造１０と、が設けられている。

ここで、シャフト２、最終段円板３および中間段円板４などを一体に構成したもので、回転可能に支持されたものをロータと表記する。具体的には、ロータは、例えば４段のディスク（円板）を積層して中間軸を介して一体に締結されている。

図１では、後方段の翼構成のみを示しており、実際には前方段の複数の静翼、動翼及びそれらの翼を備えた他の複数の円板部（図示せず）を含めて一体のロータが構成されている。従って、ロータを一体に締結する際は、図１に示す締付けボルト５及びナット６の他に、特許文献１に示すように、圧縮機とタービンの中間にある中間軸側の他方のナットが配置されて、全体として一体に締結されている。

シャフト２は、図１に示すように、動翼７により抽出された回転エネルギが最終段円板３および中間段円板４を介して伝達され、外部の機器に回転エネルギを伝達するものである。
シャフト２には、後述する冷却構造１０を構成する軸流路１１が回転軸線Ｌに沿って設けられている。

最終段円板３は、図１に示すように、シャフト２と一体に形成された径方向外側に延びる円板状の部材であって、外周端に動翼７が着脱可能に取り付けられるものである。
最終段円板３には、後述する冷却構造１０を構成する第１円板流路１２および第２円板流路１３や、収納部１４などが設けられている。

中間段円板４は、図１に示すように、シャフト２および最終段円板３とは別体に形成された径方向外側に延びる円板状の部材であって、外周端に動翼７が着脱可能に取り付けられるものである。

締付けボルト５は、図１に示すように、回転軸線Ｌに沿って延びるように配置され、ナット６とともに最終段円板３および中間段円板４を一体に締付けるものである。つまり、締付けボルト５は、同一円周上に等間隔に配置され（図３参照。）、最終段円板３および中間段円板４を周方向に均一に締付けるものである。
なお、締付けボルト５としては公知のボルトを用いることができ、とくに限定するものではない。

動翼７および静翼８は、図１に示すように、回転軸線Ｌに沿う方向に交互に並んで配置され、ガスタービン１に供給される作動流体から回転エネルギを抽出するものである。動翼７は、最終段円板３および中間段円板４の外周端から径方向外側に延び、かつ、両円板３，４に対して着脱可能に取り付けられている。静翼８は、ガスタービン１のケーシング（図示せず）の内周面から径方向内側に延び、かつ、ケーシングに対して着脱可能に取り付けられている。
なお、動翼７および静翼８としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

冷却構造１０は、図１に示すように、動翼７を冷却する冷却媒体である空気を、最終段円板３と動翼７との間の空間に供給するものである。なお、当該空間に供給された以後の冷却媒体の流れる経路は、公知の経路と同じであるため、その説明を省略する。

図２は、図１の冷却構造の構成を説明する部分拡大図である。図３は、図１の冷却構造の構成を説明するＡ−Ａ断面視図である。
冷却構造１０には、図１から図３に示すように、シャフト２内における冷却媒体の流路である軸流路（冷媒流路）１１と、最終段円板３内における冷却媒体の流路である第１円板流路（冷媒流路）１２および第２円板流路（冷媒流路）１３と、冷却媒体の流路であるとともに締付けボルト５の端部が収納される収納部１４と、が設けられている。

軸流路１１は、図１から図３に示すように、シャフト２の内部に回転軸線Ｌに沿って形成された流路である。軸流路１１における最終段円板３側の端部には、第１円板流路１２が連通されている。

第１円板流路１２は、図１から図３に示すように、最終段円板３の内部を径方向に沿って延びる流路であって、軸流路１１と収納部１４との間を連通させる流路である。
第１円板流路１２は、図３に示すように、周方向に等間隔に配置され、かつ、締付けボルト５の間に向かって開口する位置に配置されている。
第２円板流路１３は、図１から図３に示すように、最終段円板３の内部を径方向に沿って延びる流路であって、収納部１４と最終段円板３の外周端との間を連通させる流路である。

収納部１４は、図１から図３に示すように、最終段円板３の内部を周方向に延びる環状の空間であって、冷却媒体の流路を形成するとともに締付けボルト５の端部が収納される空間である。
収納部１４には、図２および図３に示すように、最終段円板３との間で径方向外側に向かって開口する溝部２１を形成する壁部２２と、溝部２１の開口を塞ぐ筒部２３と、壁部２２に形成された貫通孔２４と、貫通孔２４に着脱可能に取り付けられる蓋部２５と、が設けられている。

壁部２２は、図２および図３に示すように、径方向外側に向かって延びる円板状の部材であって、最終段円板３および筒部２３とともに収納部１４の周囲を覆う壁面を構成するものである。言い換えると、壁部２２は、最終段円板３の側面から、締付けボルト５の端部及びナット６が収納される間隔を隔てた位置に、径方向外側に向かって延びて配置されているものである。

壁部２２の板厚は、収納部１４内を流れる冷却媒体の圧力（例えば約０．６ＭＰａ）、つまり内圧に耐えうる強度を確保する厚さに設定されている。言い換えると、最終段円板３および中間段円板４の締め付け時にボルトテンショナー６１から付加されるボルト引締荷重に耐えうる板厚よりも薄い板厚に設定されている。

壁部２２における側面には、図３に示すように、最終段円板３および中間段円板４の締め付けに用いられるボルトテンショナー６１が当接されるテンショナー着座面３１が設けられている。テンショナー着座面３１は、後述する貫通孔２４と略同一の円周上であって貫通孔２４の間に設けられている。言い換えると、テンショナー着座面３１と貫通孔２４とが交互に同一円周上に並んで配置されている。

図４は、図３の壁部と筒部との間のシール構造を説明する部分拡大図である。
壁部２２の径方向外側の端面には、シールリング３５Ａ，３５Ｂが収納されるシール溝３４が設けられている。
シールリング３５Ａ，３５Ｂは、壁部２２と筒部２３との間の隙間を埋めて、収納部１４から外部への冷却媒体の漏れを防止するものである。

尚、図４において矢印方向で示すように、通常の運転時には筒部２３及び対向する壁部２２には、半径方向の外側（図４における上方向）に向かう遠心力と、収納部内を流れる冷却空気の内圧により回転軸線Ｌ方向（図４における右方向）に働く力と、を受けることになる。そのため、筒部２３と壁部２２の接触面２３Ｂからの冷却空気のリークを防止するため、以下のようなシール構造を採用している。

シールリング３５Ａおよびシールリング３５Ｂは、リング状に形成された部材であって、径方向外周側にシールリング３５Ａが配置され、径方向内周側にシールリング３５Ｂが配置されている。

シールリング３５Ａにおける内周面、つまりシールリング３５Ｂと接触する面は、径方向外側に向かって最終段円板３に近づく傾斜面とされている。一方、シールリング３５Ｂにおける外周面、つまりシールリング３５Ａと接触する面は、径方向外側に向かって最終段円板３に近づく傾斜面とされている。上述のようなシールリング３５Ａ、３５Ｂの組合せにより、接触面２３Ｂでの空気漏れを抑制できる。

溝部２１は、例えばシャフト２および最終段円板３の一体形成物を、径方向外側から切削して形成された円周状の凹部であって、筒部２３により開口が閉じられることにより収納部１４を形成するものである。
溝部２１の径方向内側の面には第１円板流路１２と連通する開口が設けられている。一方、最終段円板３側の側面には、締付けボルト５と噛み合わされるナット６が当接するナット着座面４１が設けられ、さらに、第２円板流路１３と連通する開口が設けられている。

ナット着座面４１は、締付けボルト５の中心軸線に対して垂直に形成された平面であって、例えば、溝部２１の切削加工時に同時に加工されるものである。ナット着座面４１をこのように形成することにより、締付けボルト５とナット６とを正しく噛み合わせることができる。

このように溝部２１を形成するため、ナット着座面４１の形成が容易となるとともに、溝部２１の開口を筒部２３により塞ぐことにより収納部１４の形成がされるため、収納部１４の形成が容易となる。

筒部２３は、図２および図４に示すように、回転軸線Ｌに沿って平行に延びる一体に形成された略円筒状の部材であって、回転軸線Ｌ方向（図４の右方向）から溝部２１（収納部１４）を覆うように嵌め込まれものであり、かつ、最終段円板３および壁部２２とともに収納部１４の周囲を覆う壁面を構成するものである。言い換えると、筒部２３は、溝部２１の開口を閉じることにより、収納部１４を形成するものである。このような形状にすることにより、筒部２３に回転円輪として強度を持たせることができる。

筒部２３における最終段円板３側の端部には、径方向外側に延びる取付け鍔部２３Ａが設けられている。筒部２３は、取付け鍔部２３Ａを最終段円板３に当接させて、ボルト２６により最終段円板３に固定される。
ボルト２６は、取付け鍔部２５Ａの外面に周方向に複数個配置され、ボルト２６を締め込むことにより、筒部２３を最終段円板３の外側面に固定できる。また、筒部２３は、回転軸線Ｌ方向から嵌め込みが可能な構造であるので、筒部２３の着脱は容易である。

定検時にロータを分解する手順を以下に説明する。
まず、ロータを収納するケーシング（図示せず）からロータ全体を取外し、図４に示すボルト２６を取りはずして、筒部２３を回転軸線Ｌ方向（図４の右方向）に引き抜いて取外す。その後、最終段円板３における収納部１４の壁部２２に形成された貫通孔２４に嵌合されている蓋部２５を分解して、取外す。さらに、締付けボルト５からナット６を取外すことにより、貫通孔２４を介して回転軸線Ｌ方向（図４の右方向）に締付けボルト５を引き抜くことができる。

即ち、本実施形態では、ロータ全体をコンパクトにするために、締付けボルト５及びナット６を収納部１４内に納めて、締付けボルト５の突出部も収納部１４内に納められている。このようにすることにより、最終段円板３および中間段円板４等が積層されたロータの全長が出来るだけ小さく抑えられ、ロータ全体のコンパクト化と重量軽減とが達成されている。
また、ガスタービンのメンテナンスの際の締付けボルト及びナットの着脱作業を容易にするため、筒部２３を収納部１４の蓋替りとして着脱可能な構造とした。
更に、筒部２３と壁部２２との間のシールが問題となるので、図４に示すシール構造を備えて、冷却空気が確実にシール出来るようにした。

図５は、図４のシール構造の他の実施例を説明する部分拡大図である。
なお、上述のように筒部２３を略円筒状に形成し、壁部２２と筒部２３との間をシールリング３５Ａ，３５Ｂで埋めてもよい。また、図５に示すように、筒部２３の鍔部２３Ａに対する他端には、その端部を径方向内側に環状に折り曲げた係合部２３Ｂを備え、係合部２３と壁部２２の外周端２２Ａを重ねてボルト２７で締結する構造としてもよい。このような構造とすれば、筒部２３と壁部２２の接触面２３Ｂからのリークを確実に防止できる。

壁部２２における締付けボルト５と対向する位置には、図２および図３に示すように、ボルトテンショナー６１が挿通される貫通孔２４が設けられている。貫通孔２４は、ボルト５穴と同芯に配置されている。

蓋部２５は、図２および図４に示すように、収納部１４側から貫通孔２４に着脱可能に配置され、貫通孔２４を塞ぐものである。
蓋部２５には、径方向外側に延びる鍔状の抜止め部２５Ａが設けられ、蓋部２５のスリーブ２５Ｂと貫通孔２４との間は嵌め合い構造となっている。このようにすることで、抜止め部２５Ａが壁部２２と当接し、蓋部２５は抜き止め部２５Ａ及びスリーブ２５Ｂで冷却媒体の内圧を受け止め、収納部１４内の冷却空気が外部へ洩れることを防止している。

次に、本実施形態のガスタービン１における運転について説明する。
ガスタービン１における動翼７および静翼８の間には、図１に示すように。例えば、燃焼器（図示せず）により生成された高温高圧の燃焼ガスである作動流体が供給される。作動流体は、動翼７を回転軸線Ｌまわりに回転させながら下流側（図１の右側）に向かって流れる。
動翼７の回転は、中間段円板４や最終段円板３を介してシャフト２に伝達され、回転エネルギとして外部に取り出される。

次に、本実施形態の冷却構造１０における冷却媒体の流れについて説明する。
ガスタービン１が運転されると、外部から供給された冷却媒体である空気が、冷却構造１０を介して動翼７に供給される。冷却媒体は、動翼７を冷却するために用いられる。

具体的には、図１および図２に示すように、軸流路１１に流入した冷却媒体は最終段円板３に向かって流れ、軸流路１１から第１円板流路１２に流入する。第１円板流路１２に流入した冷却媒体は、径方向外側に向かって流れて収納部１４を介して第２円板流路１３に流入する。第２円板流路１３に流入した冷却媒体は、最終段円板３と動翼７との間に流入し、そこから動翼７に供給される。

シャフト２および最終段円板３が回転すると、遠心力により筒部２３および壁部２２が変形し、筒部２３および壁部２２との間に隙間が形成される。この隙間は、図４に示すように、シールリング３５Ａ，３５Ｂにより埋められ、冷却媒体の漏れが防止される。

具体的には、シールリング３５Ａは、シールリング３５Ａ自身に働く遠心力、および、シールリング３５Ｂに働く遠心力により筒部２３の内周面に押し付けられる。さらに、シールリング３５Ａは、シールリング３５Ｂと接触する内周面が傾斜しているため、シールリング３５Ｂによりシール溝３４の側壁にも押し付けられる。
そのため、収納部１４から外部へ冷却媒体が漏れる経路が全て塞がれ、冷却媒体の漏れが防止される。

次に、本実施形態のガスタービン１における中間段円板４と最終段円板３との締め付け作業について説明する。
図６は、中間段円板と最終段円板とを締付ける際に用いられる第１および第２ブロック部の構成およびその配置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。図７は、締付けボルトにボルトテンショナーが取付けられた状態を説明する部分拡大図である。

中間段円板４と最終段円板３とを締付けボルト５により締付ける際には、図６に示すように、溝部２１に第１ブロック部５１および第２ブロック部５２が配置され、テンショナー着座面３１には、ボルトテンショナー６１の当接部６２が押し当てられる。
一方、締付けボルト５には、図７に示すように、貫通孔２４を介してボルトテンショナー６１が挿通され、ボルトテンショナー６１と締付けボルト５とが噛み合わされる。

第１ブロック部５１および第２ブロック部５２は、中間段円板４と最終段円板３とを締付ける際に、当接部６２から壁部２２に付加されるボルト引締め荷重を、壁部２２から最終段円板３に伝達するものである。

第１ブロック部５１および第２ブロック部５２における互いに対向する面は、図６に示すように、径方向外側に向かって最終段円板３側に接近する傾斜面とされ、第１ブロック部５１および第２ブロック部５２には、径方向に関する相対位置を固定する固定ボルト５３が設けられている。

このように構成することで、溝部２１の幅に関わらず、第１ブロック部５１および第２ブロック部５２を径方向に相対的に移動させて、最終段円板３に第２ブロック部５２を接触させ、壁部２２に第１ブロック部５１を接触させることができる。

ボルトテンショナー６１は、テンショナー着座面３１を最終段円板３や中間段円板４側（図６の左方向）に押し付けるとともに、締付けボルト５をシャフト２側（図７なの右方向）に引っ張ることにより、ボルト引締め荷重を付加する。これにより、最終段円板３および中間段円板４が密着し、締付けボルト５により一体とされる。

尚、締付けボルト５に張力を与える際は、締付けボルト５の両側にあるテンショナー着座面３１にボルトテンショナー６１の当接部を押し当てて、締付けボルト５を一本ずつ緊張させて、締付けボルト５に張力を与えることができる。また、全てのテンショナー着座面３１に当接する足を供えた一体の治具を製作し、全ての締付けボルト５を同時に緊張させてもよい。

このように、溝部２１を第１ブロック部５１および第２ブロック部５２で埋めることにより、ボルト引き締め荷重は、最終段円板３に壁部２２の強度を要せずに伝えられる。そのため、壁部２２の厚さは、内圧に対する強度に対してのみ定めることを可能となり、壁厚を小にとどめることができ、ロータの長さと重量増加とを最小とすることができる。

言い換えると、最終段円板３と壁部２２との間に第１ブロック部５１および第２ブロック部５２とを配置することにより、最終段円板３および中間段円板４とを締付けボルト５により締付ける際に、ボルトテンショナー６１から壁部２２に付加されるボルト引締め荷重（押し付け力）は壁部２２から第１ブロック部５１および第２ブロック部５２を介して最終段円板３に伝達される。そのため、壁部２２はボルト引締め荷重に耐える強度を必要とせず、収納部１４内を流れる冷却流体の圧力に耐える強度まで壁部２２の厚さを薄くできる。

上記の構成によれば、最終段円板３や中間段円板４などを積み重ねて締付けボルト５で一体に締付けられたロータに対して、シャフト２の軸端から最終段円板３や中間段円板４の翼溝底に冷却流体が流通する冷媒流路通路を設けるものにあって、ロータにおける回転軸線Ｌ方向の長さ、つまり軸長の増加を十分小にとどめ、かつ、最終段円板３や中間段円板４などとシャフト２とを一体としたロータにすることができる。

締付けボルト５の端部やナット６が収納部１４に収められているため、最終段円板３等が回転した際の締付けボルト５の端部やナット６による空気の攪拌がなくなり、この空気撹拌による軸受油箱内の潤滑油ミストの吸引及び吸引されたミストによるロータ周辺の汚染を回避できる。
冷媒流路によってシャフト２および最終段円板３内を通過して冷却媒体を供給するため、ダミーディスクを設けて冷媒流路を形成する方法と比較して、ダミーディスクを設ける必要がなく、ロータ長、つまり最終段円板３や中間段円板４などの回転軸線Ｌ方向の長さの増加、および、重量の増加を防止できる。そのため、軸芯の安定が得られ信頼性の向上が図られるとともに、ガスタービン１の製造コスト低減およびガスタービン全体のコンパクト化を図ることができる。

一方、最終段円板３と中間段円板４とを締付けボルト５により締付ける際には、貫通孔２４を介してボルトテンショナー６１が挿通されるため、締付けボルト５の端部やナット６が収納部１４に収められていても最終段円板３と中間段円板４との締付けができる。
貫通孔２４は蓋部２５を用いて閉じられるため、収納部１４は冷却媒体が流れる流路の一部として構成される。

図８は、図２の蓋部の他の実施例を説明する正面視図である。図９および図１０は、図８の蓋部の取り付け方法を説明する断面視図である。
なお、上述の実施形態のように略円板状の蓋部２５を用いて貫通孔２４を塞いでもよいし、図８に示すように、切欠き部１２６を設けた蓋部１２５を用いてもよく、特に限定するものではない。
このように蓋部１２５に切欠き部１２６を設けることにより、締付けボルト５の端部と壁部２２との隙間が、蓋部２５の厚さよりも狭い場合であっても、貫通孔２４に蓋部１２５を配置することができる。

蓋部１２５を貫通孔２４に配置する場合には、まず図９に示すように、切欠き部１２６を下方にして、貫通孔２４に対向する位置まで蓋部１２５を挿入する。このとき、締付けボルト５の端部は切欠き部１２６を通るため、締付けボルト５の端部と壁部２２との隙間が蓋部１２５の厚さよりも狭くても、蓋部１２５を貫通孔２４に対向する位置まで挿入できる。その後、蓋部１２５は、図１０に示すように、貫通孔２４に嵌め込まれる。尚、本実施例においても、図２及び図４に示す実施例と同様に、蓋部１２５と貫通孔２４との間は嵌め合い構造となっており、冷却空気は蓋部１２５のスリーブ１２５Ｂと貫通孔２４の間でシールされる。

本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を説明する部分拡大図である。 図１の冷却構造の構成を説明する部分拡大図である。 図１の冷却構造の構成を説明するＡ−Ａ断面視図である。 図３のシールリングの構成を説明する部分拡大図である。 図４のシール構造の他の実施例を説明する部分拡大図である。 中間段円板と最終段円板とを締付ける際に用いられる第１および第２ブロック部の構成およびその配置を説明するＢ−Ｂ断面視図である。 締付けボルトにボルトテンショナーが取付けられた状態を説明する部分拡大図である。 図２の蓋部の他の実施例を説明する正面視図である。 図８の蓋部の取り付け方法を説明する断面視図である。 図８の蓋部の取り付け方法を説明する断面視図である。

符号の説明

１ ガスタービン（タービン）
２ シャフト（回転軸）
３ 最終段円板（円板部）
４ 中間段円板（他の円板部）
５ 締付けボルト（締結部）
６ ナット（締結部）
７ 動翼
１０ 冷却構造
１１ 軸流路（冷媒流路）
１２ 第１円板流路（冷媒流路）
１３ 第２円板流路（冷媒流路）
１４ 収納部
２１ 溝部
２２ 壁部
２３ 筒部
２４ 貫通孔
２５，１２５ 蓋部
５１ 第１ブロック部
５２ 第２ブロック部
Ｌ 回転軸線

Claims (4)

1. 回転軸線まわりに回転可能に支持された回転軸内から、該回転軸の端部から径方向外側に延びるとともに前記回転軸と一体に形成され外周端に動翼が取り付けられる円板部内を通過して、前記動翼を冷却する冷却媒体を導く冷媒流路と、
   前記円板部における前記冷媒流路の一部を構成するとともに、前記円板部と他の円板部とを締付ける締結部の端部が納められる収納部と、
   前記収納部における前記締結部と対向する壁部に形成され、前記円板部および前記他の円板部の締付け時に前記締結部と係合される治具が挿通される貫通孔と、
   該貫通孔に着脱可能に配置される蓋部と、
   が設けられていることを特徴とするタービンの冷却構造。
2. 前記収納部には、
   前記壁部と前記円板部との間で前記回転軸線まわりに延びるとともに径方向外側に開口する溝部と、
   前記溝部の開口を塞ぐ円筒状の筒部と、
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載のタービンの冷却構造。
3. 回転軸線まわりに回転可能に支持された回転軸と、
   該回転軸の端部から径方向外側に延びるとともに前記回転軸と一体に形成され、外周端に動翼が取り付けられる円板部と、
   請求項１または請求項２に記載の冷却構造と、
   が設けられていることを特徴とするタービン。
4. 請求項２記載の冷却構造を有するタービンの組立治具であって、
   前記円板部と他の円板部とを締結部により締付ける際に、前記溝部内に前記回転軸線に沿う方向に並んで配置され、
   互いに対向する面が、径方向外側に向かって前記円板部に接近または前記円板部から離間する傾斜を有する第１ブロック部および第２ブロック部が設けられていることを特徴とするタービンの組立治具。

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