JP2011012568A - シール構造及びこれを備えたガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】良好なシール性とメンテナンス性とを有するシール構造を提供する。また、攪拌による損失の増大を抑制することができるシール構造を提供する。
【解決手段】回転軸に設けられ、外周部に軸方向に沿って翼溝が形成されたディスクと、前記翼溝に嵌合された翼根を有する動翼とを備えた構造を対象として、前記ディスクと前記動翼との径方向の隙間Ｓｋを封止するシール構造５０であって、ディスク２０の翼溝において前記径方向に窪んでいると共に前記翼溝の延在方向に交差する方向に延びたポケット部５１と、長尺状に形成され、ポケット部５１に前記径方向に移動可能に収容されたシール部材５５とを備えることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、シール構造及びこれを備えたガスタービンに関するものである。

周知のように、ガスタービンに用いられるローターとしては、回転軸と、この回転軸の外周部に設けられたディスクと、このディスクの外周部に複数設けられた動翼とを備えたものがある。この種のローターにおける動翼の取り付け構造として、ディスクの外周部において軸方向に沿って形成された翼溝に動翼の翼根を嵌合させたものがある。

このようなローターにおいては、回転時に動翼に作用する遠心力により、翼根が径方向外方に向けて移動するため、翼根底部と翼溝底部とに径方向の隙間が生じる（あるいは隙間が大きくなる）。ここで、動翼の前後においては、作動流体の圧力が変化しているために、高圧側の作動流体が上記径方向の隙間を介して低圧側へと漏れてしまう。このような現象は、作動流体が径方向の隙間を流れることに伴って圧力損失を生じさせ、また、低圧側に流れた作動流体が主流を乱すように噴出するために、ガスタービンの性能を低下させてしまう原因となる。

下記特許文献１に記載のガスタービンにおいては、ディスク端面において翼溝よりも径方向の内方側に設けられ、軸方向及び径方向外方側に延びた第一の軒樋状部と、翼根の端面において軸方向及び径方向内方側に延びた第二の軒樋状部とを備えており、第一の軒樋状部と第二の軒樋状部とが合わさってピン孔が形成される構成とされ、このピン孔にロックピンが挿入固定されている。すなわち、ロックピンと、第一の軒樋状部又は第二の軒樋状部とが係合して動翼の軸方向の離脱が防止されていると共に、径方向の隙間をロックピンが閉塞することで、高圧側の作動流体が上記径方向の隙間を介して低圧側へと漏れてしまうことを抑止している。

特開平２−４０８４１号公報

しかしながら、従来の技術においては、動翼とディスクとを分解する際にロックピンを引き抜く必要があるために、メンテナンス性が悪いという問題がある。
また、従来の技術においては、翼根の第二の軒樋状部周辺やロックピンが軸方向に突出すると共に、周方向に断続的に連続するために、ディスク端面に周方向の凹凸部が形成される。このため、ローターが回転する際に周囲の作動流体を攪拌し、損失が発生してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、良好なシール性とメンテナンス性とを有するシール構造を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、攪拌による損失の増大を抑制することができるシール構造を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、高性能のガスタービンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るシール構造は、回転軸に設けられ、外周部に軸方向に沿って翼溝が形成されたディスクと、前記翼溝に嵌合された翼根を有する動翼とを備えた構造を対象として、前記ディスクと前記動翼との径方向の隙間を封止するシール構造であって、前記ディスクの翼溝において前記径方向に窪んでいると共に前記翼溝の延在方向に交差する方向に延びたポケット部と、長尺状に形成され、前記ポケット部に前記径方向に移動可能に収容されたシール部材とを備えることを特徴とする。
なお、上記の「軸方向に沿って」とは、回転軸に対して必ずしも平行となる必要はなく、外周部の接線方向や径方向に傾きを有しているものを含む意味で用いている。

この構成によれば、ディスクの翼溝において翼溝の延在方向に交差する方向に延びたポケット部と、長尺状に形成され、ポケット部に径方向に移動可能に収容されたシール部材とを備えているので、ディスクが回転すると遠心力によってシール部材が径方向外方へと移動し、動翼の翼根に密着する。これにより、シール部材が、ディスクと動翼との径方向の隙間に位置して、この径方向の隙間における作動流体の流れを妨げる。
一方、ディスクが停止すると遠心力が作用せず、シール部材が径方向に容易に移動するようになる。これにより、ディスクから動翼を分離する際に、シール部材が動翼及びディスクに干渉しないので、分解作業を容易に行うことができる。
従って、良好なシール性とメンテナンス性とを得ることができる。

また、シール部材が、翼溝において翼溝の延在方向に交差する方向に延びたポケット部に収容されているので、シール部材が軸方向に突出して位置することがない。これにより、ディスクが回転した際に、シール部材が周囲の流体を攪拌せず、損失の増大を抑制することができる。

また、前記シール部材は、前記軸方向に移動可能であることを特徴とする。
この構成によれば、シール部材が、軸方向に移動可能であるので、径方向の隙間を流れる作動流体から圧力を受けて主流低圧側に移動し、主流低圧側においてポケット部を構成する壁面に密着する。これにより、シール部材が、ディスクと動翼との径方向の隙間を確実に封止して更に良好なシール性を得ることができる。また、シール部材やディスクの熱変形によって、シール部材の移動が制限されないので、良好なシール性を確保しつつ、様々な温度に対応することができる。

また、前記ポケット部は、作動流体の主流低圧側において、前記径方向内方から外方に進むに従って次第に前記主流低圧側に向かう傾斜ガイド面を備えることを特徴とする。
この構成によれば、主流低圧側において、前記径方向内方から外方に進むに従って次第に主流低圧側に向かう傾斜ガイド面を備えるので、遠心力及び作動流体の圧力を受けたシール部材が主流低圧側に移動し易くなる。これにより、遠心力及び作動流体の圧力が作用した際のシール部材の位置を定め易くなり、さらに良好なシール性を得ることができる。

また、前記シール部材は、円柱状であることを特徴とする。
この構成によれば、シール部材が、円柱状であるので、径方向にシール部材が移動し易くなる。

また、前記ポケット部は、前記翼溝の軸方向における両縁部のうち、作動流体の主流高圧側の縁部に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ポケット部が、主流高圧側の縁部に形成されているので、ポケット部を主流低圧側に配置した場合と比較して、シール部材に作用する圧力が大きくなる。すなわち、作動流体が径方向の隙間を流れる際には圧力損失を伴うのが通常であるが、作動流体が径方向の隙間を殆ど流れずにシール部材に到達するので、シール部材に作用する圧力が大きくなる。これにより、シール部材に作用する圧力が大きくなり、シール部材が動翼の翼根及び主流低圧側においてポケット部を構成する壁面により強く押し付けられるので、更に良好なシール性を得ることができる。

また、前記ポケット部は、前記翼溝の前記主流高圧側の縁部に形成された切欠と、前記動翼と前記ディスクとのうち少なくとも一方に設けられ、前記一方から他方に向けて延出して、軸方向において前記切欠を覆う脱落阻止爪とから構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、ポケット部が、翼溝の主流高圧側の縁部に形成された切欠と、軸方向において切欠を覆う脱落阻止爪とから構成されているので、ポケット部に収容されたシール部材が脱落することを防止することができる。また、組み立てや組み付け後の調整を容易に行うことができる。

また、前記脱落阻止爪は、前記動翼と前記ディスクとは別部材であることを特徴とする。
この構成によれば、脱落阻止爪は、動翼とディスクと別部材であるので、既存の動翼やディスクを用いて容易に本発明のシール構造を実現することが可能となる。

また、前記翼溝が周方向に断続して複数設けられていると共に、これら翼溝にそれぞれ前記切欠が設けられ、前記脱落阻止爪が、環状に形成されて、軸方向において前記複数の切欠を覆っていることを特徴とする。
この構成によれば、脱落阻止爪が環状に形成され、軸方向において複数の切欠を覆っているので、脱落阻止爪に周方向における凸凹が生じない。これにより、ディスクが回転した際に周囲の作動流体を攪拌しないので、乱れによる損失の増大を抑止することができる。

また、本発明に係るがスタービンは、上記のうちいずれかに記載のシール構造を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、ガスタービンに上記のうちいずれか一つのシール構造を備えるので、主流高圧側の作動流体が径方向の隙間を介して主流低圧側へと漏れてしまうことを良好に抑止する。これにより、作動流体の圧力損失を抑止すると共に、主流の流れを乱さないので、ガスタービンの性能を高めることができる。
また、メンテナンス性が高いシール構造を有するので、これに伴ってガスタービンのメンテナンス性を向上させることができる。

本発明によれば、良好なシール性とメンテナンス性とを有するシール構造を提供することができる。
また、本発明によれば、攪拌による損失の増大を抑制することができる。
また、本発明によれば、高性能のガスタービンを提供することができる。

本発明の実施形態に係るガスタービン１の概略構成を示す半断面図である。 本発明の実施形態に係るガスタービン１の要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るディスク２０と動翼３０との固定構造を示す要部拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るローター１０の要部拡大断面図であって、図２におけるII−II線断面図である。 本発明の実施形態に係るローター１０の要部拡大断面図であって、図２における要部IIIの拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る要部拡大図であって、図３におけるIV矢視図である。なお、図中における左側の動翼３０は、ローター１０が回転停止状態の場合においてディスク２０の外周部２０ａに放射状に固定された複数の動翼３０のうちの上方に位置した動翼３０を示しており、右側の動翼３０は、ローター１０が回転状態の場合における各動翼３０を示している。 本発明の実施形態に係るシール構造５０の動作説明図である。 本発明の実施形態に係るシール構造５０をタービン４におけるタービンディスク２３とタービン動翼３３とに適用した場合を示した図である。 本発明の実施形態に係るシール構造５０の変形例６０を示す図である。 本発明の実施形態に係るシール構造５０の変形例７０を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスタービン１の概略構成を示す半断面図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機２と燃焼器３とタービン４とで概略構成されている。

圧縮機２は、内部に取り入れた空気（作動流体）Ａを、上流側から下流側に向けて断熱圧縮していく。この圧縮機２については、後に詳述する。

燃焼器３は、圧縮機２とタービン４との間に配設されており、圧縮機２で圧縮された高圧の空気Ａに燃料を混合して燃焼させ、タービン４に燃焼ガスＧを送っている。

タービン４は、燃焼器３で発生した燃焼ガスＧを膨張させながら下流に流すことで、燃焼ガスＧの熱エネルギーを機械仕事の回転エネルギーに変換して動力を発生させている。この動力は、発電プラントの図示しない発電機の動力として利用されている他、圧縮機２の動力としても利用されている。

図２は、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
圧縮機２は、図１及び図２に示すように、ケーシング６と、複数の静翼７と、ローター１０とを備えている。

ケーシング６は、ローター１０を収容していると共に、図２に示すように、内壁に複数の静翼７を保持している。
静翼７は、ローター１０を囲繞するように放射状に配置されて環状静翼群を構成している。このような環状静翼群が、軸方向（軸線Ｐが延在する方向）に間隔を空けて、ケーシング６の内壁に複数設けられている。

ローター１０は、回転軸１１と、複数のディスク２０と、各ディスク２０にそれぞれ複数個ずつ固定された動翼３０とを備えている。

回転軸１１は、図１に示すように、軸線Ｐを回転中心軸として、ケーシング６の内方に回転自在に設けられている。この回転軸１１は、タービン４のケーシング内方に延びてタービン４の回転軸としても機能するものであり、図示しない発電機に接続されている。

図２に示すように、ディスク２０は、外周部２０ａに複数の動翼３０を固定している。

図３は、ディスク２０と動翼３０との固定構造を示す要部拡大斜視図であり、図４は、図２におけるII−II線断面図である。
図３に示すように、ディスク２０の外周部２０ａには、軸線Ｐに沿って軸方向に延在して、一方の盤面２０ｂから他方の盤面２０ｃまで貫通している翼溝２１が複数形成されている。

図４に示すように、各翼溝２１の断面輪郭は、正面視した場合の三角フラスコのようになっている。この翼溝２１は、図４に示すように、径方向外方から内方に向けて一定の幅で延びた首部２１ａと、首部２１ａと連続して漸次溝幅を拡大する胴部２１ｂと、この胴部２１ｂと連続して漸次溝幅を縮小させて平面状の溝底面２１ｄに接続する底部２１ｃとを備えている。

このような翼溝２１は、図３に示すように、ディスク２０の外周部２０ａにおいて、周方向に等間隔に複数形成されている。
なお、図２及び図３に示すように、各翼溝２１は、溝底面２１ｄの軸方向略中央の位置に略円柱状の溝ピン孔２１ｅを備えている。

動翼３０は、図２から図４に示すように、翼根３１と、翼根３１から径方向外方に延びる翼本体３２とを有している。

翼根３１は、図４に示すように、翼溝２１に嵌合可能な断面形状となっており、翼溝２１に嵌挿されている。すなわち、この翼根３１は、径方向外方から内方に向けて一定の幅で延びた首部３１ａと、首部３１ａと連続して漸次根幅を拡大する胴部３１ｂと、この胴部３１ｂと連続して漸次根幅を縮小させて平面状の根底面３１ｄに接続する底部３１ｃとを備えている。
なお、この翼根３１は、図２に示すように、根底面３１ｄの軸方向略中央の位置に略円柱状の根ピン孔３１ｅを備えている。この根ピン孔３１ｅは、溝ピン孔２１ｅと径方向に重ねられており、根ピン孔３１ｅと溝ピン孔２１ｅとの双方に固定用ピン２２が、溝ピン孔２１ｅの径方向内方に伸縮可能なバネ２５が挿入されている。このようにして、ディスク２０と動翼３０との軸方向の位置ズレ、及び、動翼３０の脱落が防止されている。

このような動翼３０は、各ディスク２０の外周部２０ａに放射状に固定されて、環状動翼群を構成している。このような環状動翼群が、環状静翼群の下流側に隣接配置されており、上流側に隣接する環状静翼群と一組一段となっている。
このような構成により、圧縮機２に流入した空気Ａが、各段を通過する際に断熱圧縮されるようになっている。

上述したディスク２０と動翼３０との固定構造においては、嵌め合いのための微小な隙間（遊び）を有している。この微小な隙間を有するために、ディスク２０の回転中においては、翼根３１の胴部３１ｂが径方向外方に向けて翼溝２１の溝壁面（胴部２１ｂ）に押し付けられて、溝底面２１ｄと根底面３１ｄとの間に径方向の隙間Ｓｋが形成される(図６参照)。
ガスタービン１は、図２に示すように、上記のような径方向の隙間Ｓｋを封止するシール構造５０を備えている。

図５は、図２における要部IIIの拡大断面図である。
図５に示すように、シール構造５０は、ポケット部５１と、このポケット部５１に収容されたシールピン（シール部材）５５とを備えている。

ポケット部５１は、翼溝２１において径方向に窪んでいると共に、図４に示すように、翼溝２１の延在方向に交差する方向に延びている。このポケット部５１は、切欠５２と、環状溝５４に設けられた脱落阻止爪５３とで構成されている。

切欠５２は、図２に示すように、翼溝２１の延在方向における両縁部のうち、空気Ａの主流（以下、単に「主流」という。）高圧側（主流の下流側）の縁部２１ｆに形成されている。この切欠５２は、図４に示すように、溝底面２１ｄの溝幅方向の長さよりも大きく、溝底面２１ｄに沿って直線状に延びており、径方向及び軸方向に凹設されている。このような切欠５２は、図５に示すように、主流低圧側（主流の上流側）が、径方向内方から外方に進むに従って次第に主流低圧側に向かう傾斜ガイド面５２ａとなっている。

図６は、図３におけるIV矢視図である。
切欠５２は、図３に示すように、翼溝２１の形成位置に対応して、複数個が周方向に断続して円環状に設けられているが、これら複数の切欠５２上に（複数の切欠５２に跨って）一つの環状溝５４が形成されている。この環状溝５４は、図６に示すように、径方向において、溝底面２１ｄと同じ位置から切欠５２よりも内方側の位置まで形成されている。

脱落阻止爪５３は、図３，６に示すように、円環状に形成された部材である。この脱落阻止爪５３は、環状溝５４に嵌め込まれて溶接により固定されている。この状態においては、図５に示すように、軸方向において盤面２０ｃと段差が生じないように、また、図６に示すように、径方向において溝底面２１ｄと段差が生じないようにされている。
このような構成により、図５に示すように、切欠５２を脱落阻止爪５３が軸方向に覆って、溝幅方向に延在するポケット部５１が構成されている。

シールピン５５は、図４に示すように、ピン径がポケット部５１の径方向寸法及び軸方向寸法よりも小さくなっており、ポケット部５１に収容されている。なお、このシールピン５５のピン径は、図７に示すように、隙間Ｓｋの径方向の寸法よりも大きくされている。
また、図４に示すように、シールピン５５の長手方向の寸法は、切欠５２の長手方向の寸法よりも僅かに小さくされている。
このようなシールピン５５は、上記各寸法がガスタービン１の稼働時の熱伸びが考慮されて設定されており、ガスタービン１の稼働時においてポケット部５１内を軸方向及び径方向に移動可能になっている。

続いて、ディスク２０と動翼３０との組み立て方法の一例について、説明する。
まず始めに、環状溝５４に脱落阻止爪５３を嵌め込み、脱落阻止爪５３とディスク２０とを溶接し、各翼溝２１にポケット部５１を形成する。
次に、ポケット部５１にシールピン５５を収容する。次いで、翼溝２１の溝ピン孔２１ｅにバネ２５と固定用ピン２２とを、この順に挿入した後に、固定用ピン２２を径方向外方から押し付けてバネ２５を弾性変形をさせる。そして、固定用ピン２２の径方向外方側の端部を、溝底面２１ｄと径方向における同等の位置又は径方向内方側に位置させた状態で、翼溝２１に翼根３１を挿入する（図３参照）。翼根３１が所定の位置に移動すると、根ピン孔３１ｅが溝ピン孔２１ｅに径方向に重なった状態となり、弾性変形をしていたバネ２５が固定用ピン２２を径方向外方に移動させて根ピン孔３１ｅに嵌る（図２参照）。
上記工程を繰り返し、全ての翼溝２１に動翼３０を固定して、ディスク２０と動翼３０との組み立てを完了する。

続いて、ガスタービン１のシール効果について、図を用いて説明する。
まず、ガスタービン１が稼働すると、ローター１０が回転し、外部から内部に取り入れた空気Ａが下流に向かって流れる。空気Ａは、静翼７及び動翼３０からなる各段を通過する際に断熱圧縮されて圧力が上昇していく。

この際、ローター１０の回転によって各動翼３０に遠心力が作用する。この遠心力を受けた動翼３０は、径方向の外方に移動し、翼根３１の胴部３１ｂが翼溝２１の溝壁面（胴部２１ｂ）に押し付けられる。このようにして、溝底面２１ｄと根底面３１ｄとの間に、径方向の隙間Ｓｋが形成される（図６中の右側の動翼３０を参照）。

一方、シールピン５５についても、動翼３０と同様に遠心力が作用する。この遠心力を受けたシールピン５５は、ポケット部５１内を径方向外方に移動する。
ここで、圧縮機２の動翼３０の前後においては、上流側の圧力が下流側の圧力よりも相対的に低くなる。このため、シールピン５５は、下流側から上流側に向けて空気Ａから圧力を受けて、上流側に移動する。

具体的には、ローター１０の回転による遠心力と、空気Ａによる圧力を受けた複数のシールピン５５のうちの一部は、図７に示す矢印Ｙ１のように、遠心力によって径方向外方に移動して根底面３１ｄに密着した後に、空気Ａの圧力によって根底面３１ｄを転がるようにして主流低圧側（主流上流側）に移動する。
また、複数のシールピン５５のうちの他の一部は、図７に示す矢印Ｙ２のように、遠心力と空気Ａの圧力とによって傾斜ガイド面５２ａを転がって、径方向外方及び主流低圧側に移動する。
あるいは、矢印Ｙ１，矢印Ｙ２以外の経路を経て、また、経路の途中において一時的に上記挙動とは逆の挙動（径方向内方や主流高圧側への移動）をしつつ、最終的に径方向外方及び主流低圧側に移動する。

シールピン５５には、径方向外方及び主流低圧側に移動した後においても、遠心力と空気Ａの圧力とが継続して作用するために、根底面３１ｄと傾斜ガイド面５２ａとに押し付けられると共に双方に密着する。このように、シールピン５５が径方向の隙間Ｓｋに位置して、径方向の隙間Ｓｋを閉塞するために、空気Ａが主流低圧側に流れない。このようにして、径方向の隙間Ｓｋが封止され、空気Ａの圧縮が良好になされる。

この際、ローター１０の回転に伴ってシールピン５５が回転するが、このシールピン５５は、翼溝２１におけるポケット部５１に収容されており、軸方向に突出して周方向に凹凸を形成しないために、シールピン５５によって空気Ａが攪拌されることはない。
同様に、ローター１０の回転に伴って脱落阻止爪５３が回転するが、脱落阻止爪５３が円環状に形成されて周方向に凹凸を有さないために、脱落阻止爪５３によって空気Ａが攪拌されることはない。

続いて、ディスク２０と動翼３０との分解方法の一例について説明する。
まず、動翼３０に軸方向の一方から他方に向けて、比較的に強い力を作用させ、固定用ピン２２を折壊（せん断破壊）させる。そして、翼溝２１から翼根３１を軸方向に引き抜く。この際、シールピン５５は、径方向に移動可能となっているので、動翼３０に干渉しない。また、脱落阻止爪５３についても、径方向において、溝底面２１ｄよりも外方側に位置していないため、引き抜きの際に動翼３０に干渉しない。

以上説明したように、シール構造５０によれば、ディスク２０の翼溝２１において翼溝２１の延在方向に交差する方向に延びたポケット部５１と、長尺状に形成され、ポケット部５１に径方向に移動可能に収容されたシールピン５５とを備えているので、ディスク２０が回転すると遠心力によってシールピン５５が径方向外方へと移動し、動翼３０の翼根３１の根底面３１ｄに密着する。これにより、シールピン５５が、ディスク２０と動翼３０との径方向の隙間Ｓｋに位置して、この径方向の隙間Ｓｋにおける空気Ａの流れを妨げる。
一方、ディスク２０が停止すると遠心力が作用せず、シールピン５５が径方向に容易に移動するようになる。これにより、ディスク２０から動翼３０を分離する際に、シールピン５５が動翼３０及びディスク２０に干渉しないので、分解作業を容易に行うことができる。
従って、良好なシール性とメンテナンス性とを得ることができる。

また、シールピン５５が、翼溝２１において翼溝２１の延在方向に交差する方向に延びたポケット部５１に収容されているので、シールピン５５が軸方向に突出して位置することがない。これにより、ディスク２０が回転した際に、シールピン５５が周囲の空気Ａを攪拌せず、損失の増大を抑制することができる。

また、シールピン５５が、軸方向に移動可能であるので、径方向の隙間Ｓｋを流れる空気Ａから圧力を受けて主流低圧側に移動し、傾斜ガイド面５２ａに密着する。これにより、シールピン５５が、ディスク２０と動翼３０との径方向の隙間Ｓｋを確実に封止して更に良好なシール性を得ることができる。また、シールピン５５やディスク２０の熱変形によって、シールピン５５の移動が制限されない。これにより、良好なシール性を確保しつつ、様々な温度に対応することができる。
また、シールピン５５が、円柱状であるので、シールピン５５が軸方向及び径方向に移動し易くなる。

また、主流低圧側において、径方向内方から外方に進むに従って次第に主流低圧側に向かう傾斜ガイド面５２ａを備えるので、遠心力及び空気Ａの圧力を受けたシールピン５５が傾斜ガイド面５２ａを転動して主流低圧側に移動し易くなる。これにより、遠心力及び空気Ａの圧力が作用した際にシールピン５５の位置を主流低圧側に定め易くなり、さらに良好なシール性を得ることができる。

また、ポケット部５１が、主流高圧側の縁部２１ｆに形成されているので、ポケット部５１を主流低圧側に配置した場合と比較して、シールピン５５に作用する圧力が大きくなる。すなわち、空気Ａが径方向の隙間Ｓｋを流れる際には圧力損失を伴うのが通常であるが、空気Ａが径方向の隙間Ｓｋを殆ど流れずにシールピン５５に到達するので、シールピン５５に作用する圧力が大きくなり、シールピン５５が動翼３０の翼根３１及び傾斜ガイド面５２ａにより強く押し付けられるので、更に良好なシール性を得ることができる。

また、ポケット部５１が、翼溝２１の主流高圧側の縁部２１ｆに形成された切欠５２と、軸方向において切欠５２を覆う脱落阻止爪５３とから構成されているので、組み立てや組み付け後の調整を容易に行うことができる。

また、脱落阻止爪５３は、動翼３０とディスク２０と別部材であるので、既存の動翼３０やディスク２０を用いて容易にシール構造５０を実現することが可能となる。

また、脱落阻止爪５３が環状に形成され、軸方向において複数の切欠５２を覆っているので、脱落阻止爪５３に周方向における凸凹が生じない。これにより、ディスク２０が回転した際に周囲の空気Ａを攪拌しないので、乱れによる損失の増大を抑制することができる。

図８は、シール構造５０をタービン４におけるタービンディスク２３とタービン動翼３３とに適用した場合を示した図である。
図８に示すように、タービンディスク２３の翼溝２４及びタービン動翼３３の翼根３４の断面形状は、所謂クリスマスツリー形状となっており、平面状の溝底面２４ｅにシール構造５０が設けられている。

このような構成においても、上記作用と同様にして、平面状の溝底面２４ｅと平面状の翼根面３４ｅとの間に形成される径方向の隙間Ｓｋを封止することができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、本実施形態においては、翼溝２１は、軸線Ｐに沿って軸方向に延在する構成としたが、例えば、接線方向の成分を有するように、軸方向に沿って形成してもよい。より具体的には、径方向から各翼溝２１を軸線Ｐと重ねて見た場合に、軸線Ｐと約１０度の鋭角を形成するように、軸線Ｐに対して斜めになる方向に延在させてもよい。
同様に、径方向の成分を有するように、軸方向に沿って形成してもよい。

また、上述した実施の形態では、脱落阻止爪５３を円環状に構成したが、分断した構成としてもよい。
また、上述した実施の形態では、脱落阻止爪５３とディスク２０とを溶接により固定する構成としたが、他の方法、例えば、ビス止め、リベット止め等で固定してもよい。
また、上述した実施の形態では、環状溝５４を設け、この環状溝５４に脱落阻止爪５３を嵌め込む構成としたが、必ずしも環状溝５４を設ける必要はない。

また、上述した実施の形態では、脱落阻止爪５３をディスク２０及び動翼３０とは、別部材としたが、ディスク２０又は動翼３０と同一の部材としてもよい。例えば、図９に示すシール構造６０のように、動翼３０の縁部３０ｆから径方向内方側に向けて延びる脱落阻止爪６３を設け、この脱落阻止爪６３で切欠５２を覆ってポケット部６１を構成してもよい。また、ディスク２０と動翼３０との双方から脱落係止爪を設け、これら二つの脱落係止爪を径方向に突き合わせる構成としてもよい。

また、上述した実施の形態では、切欠５２と脱落阻止爪５３とでポケット部５１を構成したが、図１０に示すシール構造７０のように、溝底面２１ｄに溝を形成して、ポケット部７１としてもよい。この構成においては、図１０に示すように、翼溝２１の軸方向中央側に設けることが可能である。なお、他の位置、例えば、縁部２１ｆ側に設けてもよいのは当然である。

また、上述した実施の形態では、シール部材としてシールピン５５を用いたが、例えば、断面形状が多角形形状の長尺状部材を用いることもできる。

１…ガスタービン
１０…ローター
１１…回転軸
２０…ディスク
２０ａ…外周部
２１，２４…翼溝
２１ｆ…縁部
２３…タービンディスク（ディスク）
３０…（圧縮機の）動翼
３１，３４…翼根
３３…タービン動翼（動翼）
５０，６０，７０…シール構造
５１，６１，７１…ポケット部
５２…切欠
５２ａ…傾斜ガイド面
５３，６３…脱落阻止爪
５５…シールピン
Ｓｋ…径方向の隙間
Ａ…空気（作動流体）

Claims (9)

1. 回転軸に設けられ、外周部に軸方向に沿って翼溝が形成されたディスクと、前記翼溝に嵌合された翼根を有する動翼とを備えた構造を対象として、前記ディスクと前記動翼との径方向の隙間を封止するシール構造であって、
   前記ディスクの翼溝において前記径方向に窪んでいると共に前記翼溝の延在方向に交差する方向に延びたポケット部と、
   長尺状に形成され、前記ポケット部に前記径方向に移動可能に収容されたシール部材とを備えることを特徴とするシール構造。
2. 前記シール部材は、前記軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のシール構造。
3. 前記ポケット部は、作動流体の主流低圧側において、前記径方向内方から外方に進むに従って次第に前記主流低圧側に向かう傾斜ガイド面を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のシール構造。
4. 前記シール部材は、円柱状であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のシール構造。
5. 前記ポケット部は、前記翼溝の軸方向における両縁部のうち、作動流体の主流高圧側の縁部に形成されていることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のシール構造。
6. 前記ポケット部は、前記翼溝の前記主流高圧側の縁部に形成された切欠と、
   前記動翼と前記ディスクとのうち少なくとも一方に設けられ、前記一方から他方に向けて延出して、軸方向において前記切欠を覆う脱落阻止爪とから構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシール構造。
7. 前記脱落阻止爪は、前記動翼と前記ディスクとは別部材であることを特徴とする請求項６に記載のシール構造。
8. 前記翼溝が周方向に断続して複数設けられていると共に、これら翼溝にそれぞれ前記切欠が設けられ、
   前記脱落阻止爪が、環状に形成されて、軸方向において前記複数の切欠を覆っていることを特徴とする請求項７に記載のシール構造。
9. 請求項１から８のうちいずれか一項に記載のシール構造を備えたことを特徴とするガスタービン。

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