JP2016006299A - 封止構造体およびロータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータホイールと動翼との間の隙間を十分に覆うことによって作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制する。【解決手段】封止構造体３９は、ロータホイール３３と動翼３４との間の隙間を覆うための封止構造体に関する。封止構造体は、保持部３３１と非環状カバープレート３５２とを有する。保持部は、動翼に設けられる。非環状カバープレートは、隣り合う保持部間に跨るようにして保持される。【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、封止構造体およびロータ組立体に関する。

二酸化炭素の削減や省資源化などの要求から、発電プラントの高効率化が進められている。ガスタービン発電プラントにおいては、高効率化のために作動流体の高温化が進められている。また、ガスタービン発電プラントにおいては、動翼の冷却などに冷却媒体が使用されているが、冷却媒体が作動流体に流入すると発電効率が低下する。このため、作動流体に流入する冷却媒体の流量の低減などが進められている。

例えば、ガスタービンにおいては、ロータホイールの周囲に径方向の外側に向かって延びるように設けられたダブテールポストの間（ダブテール溝）にダブテールが嵌め込まれるようにして動翼が保持されている。通常、ロータホイールのダブテールポストと、動翼のダブテールとの間には、僅かな隙間が存在している。このような隙間が外部に露出していると、この外部に露出した部分から隙間の内部へと作動流体が流入し、これによりダブテールの温度が上昇して動翼が飛散しやすくなる。また、動翼を冷却するためにダブテールポストの間からダブテールの先端部へと冷却媒体が供給される場合、ダブテールポストとダブテールとの間の隙間が外部に露出していると、この外部に露出した部分から冷却媒体が流出しやすい。

このような作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制するために、外部に露出した隙間を覆うようにカバープレートが設けられている。具体的には、軸方向に露出した隙間を覆うように、ロータ軸を中心にして環状構造のカバープレートが設けられている。

カバープレートの保持は、ロータホイールにおける径方向の内側部分および外側部分に設けられた一対の保持部によって行われている。ここで、内側の保持部は、ダブテールポストの付け根の付近にロータ軸を中心にして環状に設けられている。一方、外側の保持部は、ダブテールポストの先端付近に設けられている。また、内側の保持部には径方向の外側に開口する溝部が設けられており、外側の保持部には径方向の内側に開口する溝部が設けられており、これらの溝部に挿入されるようにしてカバープレートが保持されている。

特許第５２３１８３０号公報

しかし、ダブテールポストの先端付近に保持部を設けた場合、この保持部に設けられた溝部の底面よりも径方向の外側の部分をカバープレートで覆うことが難しい。具体的には、ダブテールポストの先端やダブテールの付け根の付近をカバープレートで覆うことが難しい。このような問題については、溝部の底面を径方向の外側に移動させて、カバープレートによって覆われる範囲を広げることもできる。しかし、溝部の底面を径方向の外側に移動させると、保持部における溝部の底面よりも径方向の外側の部分が短くなり、保持部の強度が低下しやすく、カバープレートの遠心力により損傷しやすくなる。

また、動翼においては、使用温度が材料の許容温度に比べて十分に低い場合、プラットフォームとダブテールとの間にあるシャンクを薄くすることができる。シャンクが薄くなると、動翼が小型化され、これによりタービンが小型化される。また、シャンクが薄くなると、Ｎｉ基超合金などの高価な材料の使用が抑制され、これによりタービンの製造コストが抑制される。一方、シャンクが薄くなると、シャンクに保持部が設けられている場合、シャンクに合わせて保持部が径方向の内側へと移動するために、カバープレートによって覆われない部分が多くなる。

本発明が解決しようとする課題は、ロータホイールと動翼との間の隙間を十分に覆うことによって作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制することである。

実施形態の封止構造体は、ロータホイールと動翼との間の隙間を覆うための封止構造体に関する。実施形態の封止構造体は、保持部と非環状カバープレートとを有する。保持部は、動翼に設けられる。非環状カバープレートは、隣り合う保持部間に跨るようにして保持される。

第１の実施形態のガスタービン設備の系統図である。 第１の実施形態のガスタービンの縦断面図である。 第１の実施形態の動翼の外観図である。 第１の実施形態の一対の動翼の保持部を示す図である。 第１の実施形態の環状カバープレートの平面図である。 第１の実施形態の非環状カバープレートの外観図である。 第１の実施形態のロータ組立体を軸方向から見た平面図である。 第１の実施形態のロータ組立体を軸方向から見た断面図である。 図７のロータ組立体のＡ−Ａ矢視断面図である。 図７のロータ組立体のＢ−Ｂ矢視断面図である。 第２の実施形態のロータ組立体の断面図である。 第３の実施形態のロータ組立体の断面図である。 第３の実施形態の非環状カバープレートの平面図である。 第４の実施形態のロータ組立体の断面図である。 第４の実施形態の非環状カバープレートの平面図である。 第５の実施形態のロータ組立体の平面図である。 図１６のロータ組立体のＣ−Ｃ矢視断面図である。 第６の実施形態のロータ組立体の断面図である。 第７の実施形態の一対の動翼の保持部を示す図である。 第７の実施形態の非環状カバープレートの外観図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態のガスタービン設備１０について説明する。
図１は、ガスタービン設備１０の系統図である。

燃焼器２０には、酸素および燃料が供給されて燃焼する。また、燃焼器２０には、この燃焼以前に燃焼器２０において発生した二酸化炭素が供給され、例えば、酸素および燃料と混合されて燃焼に利用される。燃料および酸素の流量は、例えば、それぞれが完全に混合した状態において量論混合比（理論混合比）となるように調整されている。燃料としては、例えば、天然ガス、メタンなどの炭化水素や、石炭ガス化ガスなどが使用される。

燃焼器２０から排出された、二酸化炭素および水蒸気からなる燃焼ガスは、タービン２１に導入される。タービン２１において膨張仕事をした燃焼ガスは、第１の熱交換器２２を通り、さらに第２の熱交換器２３を通る。第２の熱交換器２３を通る際、水蒸気が凝縮して水となる。水は、配管２４を通り外部に排出される。なお、タービン２１には、発電機２５が連結されている。

水蒸気が分離された二酸化炭素は、圧縮機２６で昇圧されて超臨界流体となる。昇圧された二酸化炭素の一部は、第１の熱交換器２２において加熱され、燃焼器２０に供給される。燃焼器２０に供給された二酸化炭素は、例えば、燃焼器２０の上流側から燃料や酸化剤とともに燃焼領域に噴出される。

また、タービン２１の動翼などを冷却する場合には、第１の熱交換器２２における流路の途中から分岐してタービン２１に接続する配管が設けられ、この配管を通して超臨界流体の二酸化炭素の一部が冷却媒体としてタービン２１に導入される。この冷却媒体の温度は、冷却効果と冷却対象物に生じる熱応力から、例えば、３５０〜５５０℃程度であることが好ましい。

昇圧された二酸化炭素の残りは、系統の外部に排出される。外部に排出された二酸化炭素は、例えば、回収装置により回収される。また、外部に排出された二酸化炭素は、例えば、石油採掘現場で利用されているＥＯＲ（Enhanced Oil Recovery）にも利用することができる。上記した系統において、例えば、燃焼器２０において燃料と酸素を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分の二酸化炭素が系統の外部に排出される。

図２は、タービン２１の縦断面図である。
円筒形状のケーシング３０の内側には、周方向に複数の静翼３１を有する静翼翼列が設けられている。また、静翼翼列の直下流側には、タービンロータ３２のロータホイール３３に周方向に一定間隔で植設された複数の動翼３４を有する動翼翼列が設けられている。静翼翼列と動翼翼列とは、軸方向に沿って交互に配設されている。静翼翼列と、この静翼翼列の直下流側の動翼翼列とで、一つのタービン段落が構成されている。

動翼３４やロータホイール３３に対して軸方向の外側付近には、カバープレート３５が配置されている。カバープレート３５は、環状構造を有する環状カバープレート３５１と、この環状カバープレート３５１に対して径方向の外側に配置される非環状構造を有する非環状カバープレート３５２とから構成されている。また、一対の動翼３４の間には、シールピン３６が軸方向に延びるように配置されている。

ロータ組立体３８は、ロータホイール３３、動翼３４、シールピン３６、およびカバープレート３５を有している。

封止構造体３９は、ロータ組立体３８の一部を構成しており、動翼３４に設けられる保持部３４５と、この隣り合う保持部３４５の間に跨るようにして保持される非環状カバープレート３５２とを少なくとも有する。なお、環状カバープレート３５１、ロータホイール３３に設けられる保持部などについても、封止構造体３９を構成するものに含めることができる。

動翼３４の周囲には、シュラウドセグメント４１が設けられている。シュラウドセグメント４１は、燃焼ガスからケーシングへの入熱を防止するとともに、動翼３４の先端との隙間を調整し、適正な隙間を維持するためのものである。シュラウドセグメント４１は、例えば、ケーシング３０に固定された静翼３１によって支持されている。このように、ケーシング３０の内側には、静翼翼列および動翼翼列を有する円環状の燃焼ガス通路３７が形成されている。また、動翼３４が冷却される場合、タービンロータ３２の内部に設けられた冷却通路４２を通して冷却媒体が動翼３４の内部に供給される。

図３は、動翼３４の外観図である。また、図４は、図３に示される動翼３４の保持部３４５を拡大して示す図である。なお、図４には、一対の隣接する動翼３４の保持部３４５が示されている。

なお、以下の説明においては、特に断らない限り、軸方向、径方向、周方向は、タービン２１に取り付けられたときの軸方向、径方向、周方向を意味する。また、軸方向の内側とは、軸方向における動翼３４の中心側であり、軸方向の外側とは、中心側とは反対側を意味する。

動翼３４は、翼有効部３４１、プラットフォーム３４２、シャンク３４３、ダブテール３４４、および保持部３４５を有する。なお、図示しないが、翼有効部３４１に対して径方向の外側には、燃焼ガス通路の外径面を形成するシュラウドカバープレートが設けられてもよい。

プラットフォーム３４２は、翼有効部３４１の台座となり、燃焼ガス通路の内径面を形成する。ダブテール３４４は、ロータホイール３３に設けられたダブテールポストの間に嵌め込まれて、ロータホイール３３に動翼３４を保持する。シャンク３４３は、プラットフォーム３４２とダブテール３４４との間に設けられ、これらプラットフォーム３４２とダブテール３４４とを接続する。保持部３４５は、カバープレート３５を保持する部分であり、プラットフォーム３４２、シャンク３４３、およびダブテール３４４の付近から軸方向の外側に突出するように設けられている。

保持部３４５は、カバープレート３５の一部が挿入されてこれを保持する溝部３４６を有する。溝部３４６は、シャンク３４３やダブテール３４４に近接して設けられ、径方向の内側（図中、下側）に向けて開口するとともに、シャンク３４３やダブテール３４４の軸方向の表面に沿うように周方向に延びている。また、溝部３４６に対して軸方向の外側には、溝部３４６を構成する壁部３４７が設けられている。壁部３４７の軸方向から見た形状は、シャンク３４３やダブテール３４４の形状と同一の形状となっている。

溝部３４６は、底面３４６ａを有する。底面３４６ａは、径方向の位置が周方向においてほぼ一定となる第１の底面３４６ｂを有する。通常、第１の底面３４６ｂの径方向の位置は、壁部３４７の先端（径方向における内側の先端）から、シャンク３４３とダブテール３４４との間の境界までの範囲のいずれかにある。

底面３４６ａは、さらに、第１の底面３４６ｂの周方向の両側に、この第１の底面３４６ｂよりも径方向の外側となる第２の底面３４６ｃを有する。第２の底面３４６ｃは、それぞれ、第１の底面３４６ｂ側から順に、第３の底面３４６ｄ、第４の底面３４６ｅを有する。

第４の底面３４６ｅは、第１の底面３４６ｂよりも径方向の外側に設けられ、かつ径方向の位置が周方向においてほぼ一定となるように設けられている。通常、第４の底面３４６ｅの径方向の位置は、シャンク３４３とダブテール３４４との境界から、プラットフォーム３４２における径方向の外側の表面までの範囲のいずれかにある。また、第３の底面３４６ｄは、第１の底面３４６ｂと第４の底面３４６ｅとを直線的に繋ぐように周方向に対して傾斜するように設けられている。

保持部３４５は、溝部３４６にカバープレート３５を構成する環状カバープレート３５１および非環状カバープレート３５２の双方が挿入されて、これら環状カバープレート３５１および非環状カバープレート３５２を同時に保持する。

溝部３４６は、環状カバープレート３５１を保持する部分である環状カバープレート用溝部３４６ｆと、非環状カバープレート３５２を保持する部分である非環状カバープレート用溝部３４６ｇとに大別される。環状カバープレート用溝部３４６ｆは、溝部３４６のうち第１の底面３４６ｂよりも径方向の内側の部分であり、非環状カバープレート用溝部３４６ｇは、溝部３４６のうち第１の底面３４６ｂよりも径方向の外側の部分である。非環状カバープレート用溝部３４６ｇは、環状カバープレート用溝部３４６ｆを挟むようにして周方向に一対が設けられている。

図５は、環状カバープレート３５１を示す平面図である。
環状カバープレート３５１は、環状構造を有し、径方向の内側の部分にロータホイール３３に挿入されて保持される挿入部３５１ａを有し、径方向の外側の部分に動翼３４の溝部３４６（環状カバープレート用溝部３４６ｆ）に挿入されて保持される挿入部３５１ｂを有し、これらの間に軸方向の外側に突出する凸部３５１ｃを有する。

なお、通常、環状カバープレート３５１は、ロータ組立体３８に取り付けられるまでは２以上の部分に分割されており、ロータ組立体３８に取り付けられてから溶接などにより一体化される。分割方法としては、周方向に２以上の部分に分割する方法、径方向に２以上の部分に分割する方法、または周方向および径方向のそれぞれの方向に２以上の部分に分割する方法が挙げられる。これらの方法の中でも、特にロータ組立体３８への取り付けが容易となることから、周方向および径方向のそれぞれの方向に２以上の部分に分割する方法が好ましい。

図６は、非環状カバープレート３５２の外観図である。
非環状カバープレート３５２は、図４に示される一対の非環状カバープレート用溝部３４６ｇにより形成される空間、特に一対の第２の底面３４６ｃ（第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅ）により形成される空間に適合する台形状を有する。このような台形状の非環状カバープレート３５２は、短辺側が径方向の外側となるようにして使用される。

また、非環状カバープレート３５２は、環状カバープレート３５１に対して径方向の外側に配置されることから、環状カバープレート３５１に比べて高温の燃焼ガスに近い位置に配置される。このため、高温酸化を抑制するための耐酸化コーティング、遮熱性を高めるためのセラミックス材料による遮熱コーティングなどが表面に施されていることが好ましい。

図７〜図１０は、ロータ組立体３８を説明するための図である。ここで、図７は、ロータ組立体３８を軸方向から見た平面図である。図８は、図７のロータ組立体３８からカバープレート３５を覆っている壁部３４７などの部分を取り除くとともに、カバープレート３５の背面側の状態を示した断面図である。図９は、図７のＡ−Ａ矢視断面図である。図１０は、図７のＢ−Ｂ矢視断面図である。

例えば、図８に示されるように、ロータホイール３３には、径方向の外側に向かって延びるダブテールポスト３３２が周方向に複数形成されている。ダブテールポスト３３２の間には、それぞれダブテール溝３３３が形成されている。このようなダブテール溝３３３に動翼３４のダブテール３４４が軸方向から挿入されて嵌め込まれることにより、ロータホイール３３の周囲に複数の動翼３４が保持されている。また、ダブテールポスト３３２の付け根の付近には、溝部３３４と壁部３３５とを有する保持部３３１が設けられている。

なお、ダブテール３４４は、ダブテール溝３３３に嵌め込まれたときに、ダブテール溝３３３の底部に空間４３を形成するように、ダブテール溝３３３の深さよりも若干短めに構成されている。空間４３には冷却媒体が供給され、この冷却媒体は、ダブテール３４４の先端から動翼３４の内部に導入され、さらに動翼３４の内部に設けられた冷却通路を通して翼有効部３４１へと供給される。これにより、動翼３４の温度が構成材料の許容温度以下に保持される。また、一対の隣接する動翼３４の間には、冷却媒体の流出を抑制するためのシールピン３６が軸方向に延びるように配置されている。

環状カバープレート３５１は、先端付近を除いたダブテールポスト３３２の径方向の全体と、付け根の付近を除いたダブテール３４４の径方向の全体とを、軸方向の外側から覆うように配置されている。

環状カバープレート３５１は、ロータホイール３３の溝部３３４に挿入部３５１ａが挿入され、動翼３４の溝部３４６（環状カバープレート用溝部３４６ｆ）に挿入部３５１ｂが挿入され、動翼３４の壁部３４７の先端に凸部３５１ｃが係合することにより保持されている（図７、９、１０）。ここで、挿入部３５１ａについては、周方向の全体がロータホイール３３の溝部３３４に挿入されている。一方、挿入部３５１ｂについては、周方向の一部が動翼３４の溝部３４６（環状カバープレート用溝部３４６ｆ）に挿入されている。

非環状カバープレート３５２は、環状カバープレート３５１により覆われてないダブテールポスト３３２の先端付近およびダブテール３４４の付け根の付近を軸方向の外側から覆うように配置されている。また、非環状カバープレート３５２は、周方向の両側の部分および径方向の外側の部分が動翼３４の溝部３４６（非環状カバープレート用溝部３４６ｇ）に挿入されて保持されている（図７、９）。すなわち、非環状カバープレート３５２は、一対の溝部３４６（非環状カバープレート用溝部３４６ｇ）に跨るようにして保持されている。通常、非環状カバープレート３５２と第２の底面３４６ｃとは接触していることが好ましい。また、非環状カバープレート３５２は、径方向の内側に環状カバープレート用溝部３４６ｆが接触することにより保持されている。

このようなロータ組立体３８は、例えば、ロータホイール３３に動翼３４を取り付けた後、動翼３４の溝部３４６（非環状カバープレート用溝部３４６ｇ）に径方向の内側から挿入するようにして非環状カバープレート３５２を取り付け、さらにロータホイール３３の溝部３３４と動翼３４の溝部３４６（環状カバープレート用溝部３４６ｆ）との間に環状カバープレート３５１を取り付けることにより製造される。なお、環状カバープレート３５１については、通常、分割された状態で取り付けられ、その後に溶接などにより一体化される。

なお、封止構造体３９は、ロータ組立体３８を製造するときに設けられる必要はなく、既に製造されたロータ組立体に追加するようにして設けてもよい。例えば、既に製造されたロータ組立体における動翼に保持部３４５を設けるとともに、この隣り合う保持部３４５の間に跨るようにして非環状カバープレート３５２を保持させてもよい。

このようなロータ組立体３８によれば、動翼３４に設けられた保持部３４５に跨るようにして非環状カバープレート３５２が保持されていることから、径方向における広範囲の隙間を覆うことができる。具体的には、ダブテールポスト３３２の先端付近とダブテール３４４の付け根の付近との間の隙間を覆うことができ、さらには一対の動翼３４におけるシャンク３４３の間の隙間や、プラットフォーム３４２の間の一部の隙間についても覆うことができる。

特に、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とを有するとともに、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とを保持部３４５における異なる部分によって保持することで、保持部３４５の強度を確保しながら、径方向における広範囲の隙間を覆うことができる。

例えば、環状カバープレート用溝部３４６ｆ、特に壁部３４７の先端や第１の底面３４６ｂを、非環状カバープレート用溝部３４６ｇ、特に第２の底面３４６ｃよりも径方向の内側に設けることにより、保持部３４５のプラットフォーム３４２から第１の底面３４６ｂまでの部分を長くすることができ、これにより面積が大きいために遠心力も大きくなりやすい環状カバープレート３５１を適切に保持することができる。一方、非環状カバープレート用溝部３４６ｇの第４の底面３４６ｅは、プラットフォーム３４２に近づけることができ、これにより非環状カバープレート３５２によって径方向の外側を覆いやすくなる。

このように環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とによってダブテールポスト３３１とダブテール３４４との間の隙間の全体を覆うことによって、作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制することができる。

なお、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とは、運転時の遠心力によって密着させることができ、これにより環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２との間における作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制することができる。同様に、環状カバープレート３５１の凸部３５１ｃと壁部３４７、溝部３４６の第２の底面３４６ｃと非環状カバープレート３５２についても、運転時の遠心力によって密着させることができ、これによりこれらの間における作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制することができる。

さらに、動翼３４に冷却媒体を供給する場合、ダブテールポスト３３１とダブテール３４４との間の空間４３などから流出する冷却媒体の圧力によって、カバープレート３５を構成する環状カバープレート３５１および非環状カバープレート３５２を軸方向の外側に移動させて壁部３４７に密着させることができる。これにより、作動流体の流入や冷却媒体の流出をさらに抑制することができる。

また、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とに分割されていることで、高価な材料の使用も抑制することができる。一般に、高温の燃焼ガスに近い位置に配置される部材には許容温度の高い材料が使用されるが、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とから構成することで、非環状カバープレート３５２のみに許容温度の高い材料を使用して、高価な材料の使用を抑制することができる。許容温度の高い材料としては、例えば、インコネル６２５などのＮｉ基超合金が挙げられる。また、高温酸化を抑制するための耐酸化コーティング、遮熱性を高めるためのセラミックスによる遮熱コーティングなどについても、使用を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図１１は、ロータ組立体３８における一対の隣接する動翼３４の中央付近を示す断面図である。なお、第２の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

溝部３４６とこれに保持される非環状カバープレート３５２とは、遠心力により非環状カバープレート３５２が軸方向に移動するように構成されていることが好ましく、特に遠心力により非環状カバープレート３５２が軸方向の外側（図中、左側）に移動して壁部３４７と密着するように構成されていることが好ましい。非環状カバープレート３５２が壁部３４７に密着することにより、作動流体の流入や冷却媒体の流出がさらに抑制される。

遠心力により非環状カバープレート３５２を軸方向に移動させる方法としては、溝部３４６の第４の底面３４６ｅとこれに対向する非環状カバープレート３５２の表面との互いの対向面を軸方向に対して傾斜させる方法が挙げられる。例えば、遠心力により非環状カバープレート３５２を軸方向の外側に移動させる場合、軸方向の外側（図中、左側）の端部が内側（図中、右側）の端部よりも径方向の外側となるようにそれぞれの対向面を傾斜させることが好ましい。

なお、遠心力により非環状カバープレート３５２を軸方向の外側に移動させる方法としては、上記した第４の底面３４６ｅとこれに対向する非環状カバープレート３５２の表面との互いの対向面を傾斜させる方法の代わりに、第３の底面３４６ｄとこれに対向する非環状カバープレート３５２の表面との互いの対向面を傾斜させる方法でもよいし、第２の底面３４６ｃの全体（第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅ）とこれに対向する非環状カバープレート３５２の表面との互いの対向面を傾斜させる方法でもよい。

また、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２との互いの対向面についても、遠心力により非環状カバープレート３５２が軸方向の外側に移動するように、軸方向に対して傾斜していることが好ましい。この場合、軸方向の外側（図中、左側）の端部が内側（図中、右側）の端部よりも径方向の内側となるようにそれぞれの対向面を傾斜させることが好ましい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
図１２は、ロータ組立体３８における一対の隣接する動翼３４の中央付近を示す断面図である。また、図１３は、図１２に示される非環状カバープレート３５２を示す平面図である。なお、第３の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

非環状カバープレート３５２には、非環状カバープレート用溝部３４６ｇの側面と対向する表面に凸部３５２ａが設けられていることが好ましい。ここで、非環状カバープレート用溝部３４６ｇの側面とは、非環状カバープレート用溝部３４６ｇの内面のうち第２の底面３４６ｃ（第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅ）を除いた部分であり、第２の底面３４６ｃを挟んで軸方向の両側に配置される一対の表面である。凸部３５２ａは、壁部３４７側の表面に設けられていることが好ましく、このような表面の中でも壁部３４７に実際に対向している部分の外縁部に設けられていることがより好ましく、特に外縁部を一周するように設けられていることが好ましい。

凸部３５２ａが設けられている場合、非環状カバープレート３５２が壁部３４７などと面積の小さい凸部３５２ａの部分で接触することから、接触部分における押し付け力が大きくなり、作動流体の流入や冷却媒体の流出がさらに抑制される。このような凸部３５２ａは、機械加工、コーティングなどにより形成することができる。コーティングとしては、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏなどを示す）などからなるものが好ましい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図１４は、ロータ組立体３８における一対の隣接する動翼３４の中央付近を示す断面図である。また、図１５は、図１４に示される非環状カバープレート３５２を示す平面図である。なお、第４の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

非環状カバープレート３５２には、非環状カバープレート用溝部３４６ｇにおける第２の底面３４６ｃ（第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅ）と対向する表面に、第２の底面３４６ｃに向かって突出する凸部３５２ｂが設けられていることが好ましい。凸部３５２ｂが設けられている場合、第２の底面３４６ｃと非環状カバープレート３５２とが面積の小さい凸部３５２ｂの部分で接触することから、接触部分における押し付け力が大きくなり、作動流体の流入や冷却媒体の流出がさらに抑制される。このような凸部３５２ｂは、機械加工、コーティングなどにより形成することができる。コーティングとしては、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏなどを示す）などからなるものが好ましい。

また、環状カバープレート３５１には、非環状カバープレート３５２と対向する表面に、非環状カバープレート３５２に向かって突出する凸部３５１ｄが設けられていることが好ましい。凸部３５１ｄが設けられている場合、環状カバープレート３５１と非環状カバープレート３５２とが面積の小さい凸部３５１ｄの部分で接触することから、接触部分の押し付け力が大きくなり、作動流体の流入や冷却媒体の流出がさらに抑制される。このような凸部３５１ｄは、機械加工、コーティングなどにより形成することができる。コーティングとしては、ＭＣｒＡｌＹ合金（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏなどを示す）などからなるものが好ましい。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
図１６は、ロータ組立体３８における一対の隣接する動翼３４の中央付近を示す平面図である。また、図１７は、図１６に示されるＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、第５の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

非環状カバープレート用溝部３４６ｇの内部には、非環状カバープレート用溝部３４６ｇの内面と非環状カバープレート３５２とに接触するようにシール材４４が設けられていることが好ましい。シール材４４としては、スプリングシールなどが挙げられる。非環状カバープレート用溝部３４６ｇの内面と非環状カバープレート３５２との間にシール材４４が配置されることにより、作動流体の流入や冷却媒体の流出がさらに抑制される。

ここで、内面としては、第２の底面３４６ｃ（第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅ）と、この第２の底面３４６ｃを挟むようにして軸方向の両側に配置される一対の側面とが挙げられる。

シール材４４は、これらの内面から選ばれる１つの内面と接触していればよいが、２つの内面に接触していることが好ましく、特に、第２の底面３４６ｃと、一対の側面から選ばれる一方の側面とに接触していることが好ましい。

また、シール材４４は、第２の底面３４６ｃにおける第３の底面３４６ｄおよび第４の底面３４６ｅから選ばれる一方にのみ接触していてもよいが、双方に接触していることが好ましい。また、シール材４４は、一対の側面のうち軸方向の内側に配置される側面に接触していることが好ましい。

シール材４４は、非環状カバープレート３５２に設けられた切り欠き部３５２ｄに収容されていることが好ましい。切り欠き部３５２ｄは、非環状カバープレート３５２の外縁部に設けられていることが好ましく、特に軸方向の内側の外縁部に設けられていることが好ましい。切り欠き部３５２ｄの形状は、非環状カバープレート３５２の遠心力などの押し付け力によりシール材４４が必要以上に圧縮変形しない形状が好ましい。

シール材４４は、非環状カバープレート３５２の周囲の全体に配置されていることが好ましい。このようなシール材４４としては、非環状カバープレート３５２の周囲において連続しているものが好ましい。このようなシール材４４についても、非環状カバープレート３５２の外縁部に設けられた切り欠き部３５２ｄに収容されていることが好ましい。

なお、シール材４４のうち非環状カバープレート３５２に対して径方向の内側に配置される部分については、環状カバープレート３５１に切り欠き部３５１ｅを設けて一部を収容してもよい。切り欠き部３５１ｅの形状は、非環状カバープレート３５２の遠心力などの押し付け力によりシール材４４が必要以上に圧縮変形しない形状が好ましい。

また、シール材４４が配置される場合、非環状カバープレート３５２は、軸方向の外側の表面から突出して、非環状カバープレート用溝部３４６ｇを構成する壁部３４７に径方向の内側から係合する係合部３５２ｃを有することが好ましい。係合部３５２ｃは、一対の壁部３４７に跨るようにして係合することが好ましい。係合部３５２ｃを有することにより、非環状カバープレート３５２が径方向の外側に移動することによりシール材４４が過度に変形することを抑制することができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
図１８は、ロータ組立体３８における一対の隣接する動翼３４の中央付近を示す断面図である。なお、第６の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

非環状カバープレート３５２には、シールピン３６の先端部と対向する部分に、これとほぼ同一形状の凹部３５２ｅが設けられていることが好ましく、この凹部３５２ｅには、シールピン３６の先端部が嵌め込まれていることが好ましい。非環状カバープレート３５２の凹部３５２ｅにシールピン３６の先端部が嵌め込まれることで、非環状カバープレート３５２とシールピン３６との間からの作動流体の流入や冷却媒体の流出が抑制される。

なお、上記構造の場合、シールピン３６が従来よりも軸方向に長くなるために、非環状カバープレート３５２を取り付けるときにシールピン３６の先端が引っかかりやすくなる。このため、非環状カバープレート３５２の取り付けを容易にする観点から、シールピン３６としては軸方向に伸縮可能なものが好ましい。

（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
図１９は、一対の保持部３４５を示した図である。また、図２０は、図１９に示される一対の保持部３４５に使用される非環状カバープレート３５２を示した図である。なお、第７の実施形態については、以下に説明する部分を除いて第１の実施形態と同様である。

第２の底面３４６ｃとしては、円弧状などの連続した１つの曲面が設けられてもよい。なお、第２の底面３４６ｃの形状としては、例示された形状に限定されず、径方向の内側から非環状カバープレート３５２を挿入することができればよい。このような観点から、第２の底面３４６ｃの形状としては、一対の対向する第２の底面３４６ｃの間の間隔が径方向の外側から内側にかけて徐々に広くなるものであればよい。

円弧状の第２の底面３４６ｃが設けられる場合、非環状カバープレート３５２としては半円状のものが使用される。半円状の非環状カバープレート３５２についても、他の実施形態と同様の構成を採用できる。例えば、遠心力により軸方向に移動させる構成を採用することができる（第２の実施形態）。また、凸部３５２ａ（第３の実施形態）、凸部３５２ｂ（第４の実施形態）、切り欠き部３５２ｄ（第５の実施形態）、凹部３５２ｅ（第６の実施形態）などを設けることができる。

以上説明した実施形態によれば、ロータホイールと動翼との間の隙間を十分に覆うことによって作動流体の流入や冷却媒体の流出を抑制することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ガスタービン設備、２０…燃焼器、２１…タービン、２２、２３…熱交換器、２４…配管、２５…発電機、２６…圧縮機、３０…ケーシング、３１…静翼、３２…タービンロータ、３３…ロータホイール、３４…動翼、３５…カバープレート、３６…シールピン、３７…燃焼ガス通路、３８…ロータ組立体、３９…タービンシール構造、４１…シュラウドセグメント、４２…冷却通路、４３…空間、４４…シール材、３３１…保持部、３３２…ダブテールポスト、３３３…ダブテール溝、３３４…溝部、３３５…壁部、３４１…翼有効部、３４２…プラットフォーム、３４３…シャンク、３４４…ダブテール、３４５…保持部、３４６…溝部、３４６ａ…底面、３４６ｂ…第１の底面、３４６ｃ…第２の底面、３４６ｄ…第３の底面、３４６ｅ…第４の底面、３４６ｆ…環状カバープレート用溝部、３４６ｇ…非環状カバープレート用溝部、３４７…壁部、３５１…環状カバープレート、３５１ａ…挿入部、３５１ｂ…挿入部、３５１ｃ…凸部、３５２…非環状カバープレート、３５２ａ…凸部、３５２ｂ…凸部、３５２ｃ…係合部、３５２ｄ…切り欠き部、３５２ｅ…凹部。

Claims (9)

1. ロータホイールと動翼との間の隙間を覆うための封止構造体であって、
   前記動翼に設けられる保持部と、
   隣り合う前記保持部間に跨るようにして保持される非環状カバープレートと、
   を有することを特徴とする封止構造体。
2. 前記保持部は、前記非環状カバープレートを保持するための非環状カバープレート用溝部を有することを特徴とする請求項１記載の封止構造体。
3. 前記非環状カバープレートは、台形状または半円形状を有することを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
4. 前記非環状カバープレート用溝部は、遠心力により前記非環状カバープレートが軸方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
5. 前記非環状カバープレートは、前記非環状カバープレート用溝部の側面と対向する表面に凸部を有することを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
6. 前記非環状カバープレートは、前記非環状カバープレート用溝部の底面と対向する表面に凸部を有することを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
7. 前記非環状カバープレート用溝部の内部には、前記非環状カバープレート用溝部の内面と前記非環状カバープレートとに接触してシール材が設けられていることを特徴とする請求項２記載の封止構造体。
8. 前記非環状カバープレートは、隣り合う前記動翼の間に軸方向に延びるように配置されるシールピンの先端部が挿入される凹部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の封止構造体。
9. ダブテールポストが周方向に複数配置されたロータホイールと、
   前記ダブテールポストの間にダブテールが嵌め込まれることにより前記ロータホイールの周囲に複数配置される動翼と、
   前記ダブテールポストおよび前記ダブテールに対して軸方向の外側に配置され、前記ダブテールポストと前記ダブテールとの間の隙間のうち軸方向に露出する部分を覆うカバープレートと、
   前記カバープレートにおける径方向の内側の部分を保持するために前記ロータホイールに設けられる保持部と、
   前記カバープレートにおける径方向の外側の部分を保持するために前記動翼に設けられる保持部と、
   を有し、
   前記カバープレートは、前記ロータホイールの保持部と前記動翼の保持部とによって保持される環状構造を有する環状カバープレートと、前記環状カバープレートに対して径方向の外側に配置され、前記動翼の隣り合う保持部に跨るようにして保持される非環状カバープレートとを有することを特徴とするロータ組立体。

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