JP2018105302A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】タービンブレードの前面と後面で分解組み立てを容易にするために設けられたリテーナにより、タービンロータを分解しなくても点検または取り替えが容易なガスタービンを提供する。
【解決手段】タービンに設けられたタービンディスク本体の前面と後面の周縁に沿って突出した突出部と、タービンディスク本体の後面の円周方向に第１の挿入部が形成されたタービンディスクと、タービンディスク本体の円周方向に形成されたあり溝に挿入され、第１の挿入部と対向する相対面に第２の挿入部が形成された多数個のタービンブレードをタービンディスクの前面で固定するために、第１のリテーナユニットと、多数個のタービンブレードをタービンディスクの後面で固定するために、第１の挿入部に一端が挿入され、他端が第２の挿入部に挿入される第２のリテーナユニットと、第１、第２のリテーナに対する固定のために設けられた固定部材とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、タービンディスクのあり溝に挿入されたタービンブレードを安定して固定するためのリテーナに関し、より詳細には、多数個のタービンブレードに対する点検と修理が容易になるように構造を変更したガスタービンに関する。

一般的に、ガスタービンや蒸気タービンのようなターボマシン（Ｔｕｒｂｏ ｍａｃｈｉｎｅ、以下、ガスタービンと蒸気タービンをはじめ、タービンを備えた機関あるいは装置をターボマシンとする。）は、流体の熱エネルギーを機械的エネルギーである回転力に変換する動力発生装置であり、流体によって軸回転する回転体と、その回転体を支持し包む固定体とを含んでいる。

ガスタービンは、圧縮機で高圧に圧縮された空気に燃料を混合してから燃焼させて生成される高温、高圧の燃焼ガスを、タービンで膨張させることで、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する内燃機関の一種であり、圧縮機とタービンは、ロータ部から回転力を得る。

前記圧縮機ロータ部とタービンロータ部を構成するために、外周面に複数の圧縮機ブレードが配列される複数の圧縮機ロータディスクが設けられる。

また、前記ロータディスクが一体に回動するように互いに連結させ、外周面に複数のタービンブレードが配列される複数のタービンロータディスクが一体に回動するように互いに連結させるためにタイボルトが設けられる。

前記タイボルトは、圧縮機ロータディスクと、タービンロータディスクの中心部を貫通して延び、前記圧縮機ロータディスクとタービンロータディスクを締結する構成が広く知られている。

前記ロータディスクに装着されるブレードは、１次にあり溝に挿入され、リテーナ（ＲＥＴＡＩＮＥＲ）を介して前記あり溝の前方と後方の位置で固定状態が維持される。

従来のリテーナは、ブレードに対する単純固定のみが行われており、１段〜３段位置に位置したブレードに対する冷却のために、クーリングエアシール（ｃｏｏｌｉｎｇ ａｉｒ ｓｅａｌ）の機能まで行う必要がある。

また、ガスタービンは、ブレードに修理が必要な場合、ロータを包む複数個のケーシングを分解した後、別の装備を用いてあり溝に挿入されたブレードを現場で苦労して分解してから再度組み立てなければならない。また、前記ブレードに固定されたリテーナを作業者が分解するのが容易でなく、これに対する対策が必要となった。

日本登録特許第５４１４２００号

本発明の実施形態は、タービンブレードの前面と後面で分解組み立てを容易にするために設けられたリテーナにより、タービンロータを分解しなくてもタービンブレードに対する点検または取り替えが容易なガスタービンを提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、タービンに設けられたタービンディスク本体の前面と後面の周縁に沿って突出した突出部と、前記タービンディスク本体の後面の円周方向に第１の挿入部が形成されたタービンディスクと、前記タービンディスク本体の円周方向に形成されたあり溝に挿入され、前記第１の挿入部と対向する相対面に第２の挿入部が形成された多数個のタービンブレードを前記タービンディスクの前面で固定するために、前記突出部と対応する位置に開口部が形成された第１のリテーナユニットと、前記多数個のタービンブレードを前記タービンディスクの後面で固定するために、前記第１の挿入部に一端が挿入され、他端が前記第２の挿入部に挿入される第２のリテーナユニットと、前記第１、第２のリテーナに対する固定のために設けられた固定部材とを含む。

前記突出部は、前記タービンディスクの中心を同心円とし、前記タービンディスクの前面の周縁に沿って外側に突出した第１の突出部と、前記タービンディスクの中心を同心円とし、前記タービンディスクの後面の周縁に沿って外側に突出した第２の突出部とを含む。

前記第１のリテーナユニットは、前記タービンディスクの中心を同心円とする多数個の単位リテーナが円周方向に沿って互いに密着配置されていることを特徴とする。

前記単位リテーナは、同じ長さで延びていることを特徴とする。

前記単位リテーナは、一端が前記タービンディスクの前面の周縁に沿って外側に突出したディスク突出部に密着して係止保持される第１の係止部が形成され、他端はタービンブレードの前面に密着することを特徴とする。

前記開口部は、前記突出部と対応する大きさに開口されていることを特徴とする。

前記単位リテーナは、アーク状または半円状のいずれか一つの形状からなり、多数個の単位リテーナが互いに密着する場合、リング状に組み立てられることを特徴とする。

前記単位リテーナは、前記タービンディスクの前面において前記多数個のタービンブレードの前面と密着することを特徴とする。

前記第２のリテーナユニットは、前記タービンディスクの中心を同心円とする多数個の単位リテーナが円周方向に沿って配置され、プレート状からなる第２のリテーナ本体と、前記第２のリテーナ本体の左右側にそれぞれ対向して位置し、前記第２の突出部に嵌合結合する嵌合溝とを含む。

前記嵌合溝は、前記第２の突出部の幅方向の長さの１／２の長さで延びていることを特徴とする。

前記第２のリテーナ本体は、前記嵌合溝が位置した左側に形成された第１の段付き部と、前記嵌合溝が位置した右側に形成された第２の段付き部とを含む。

前記第２のリテーナ本体は、前記第２の突出部よりも突出した厚さが小さく突出している。

前記固定部材は、前記第１のリテーナユニットの単位リテーナの前面に位置し、前記突出部に嵌合結合して前記単位リテーナに対する固定を図る第１の固定部と、前記第２のリテーナユニットの単位リテーナの後面に位置し、前記突出部に嵌合結合して前記単位リテーナに対する固定を図る第２の固定部とを含む。

前記第１の固定部は、前記突出部の左右側面に密着し、上面に係止保持される第２の係止部をさらに含み、前記第２の固定部は、前記突出部の左右側面に密着し、上面に係止保持される第３の係止部をさらに含む。

本発明の実施形態によると、作業者が、現場でロータにおいてタービンブレードを取り替えまたは点検するときに作業性が向上することができる。

本発明の実施形態によると、タービンブレードに対する固定とシーリングが必要なときに、タービンブレードに対して安定してシーリングが行われることができ、冷却空気の漏れを最小化することができる。

本発明の実施形態によると、多数個のタービンブレードを安定して固定することができ、固定安全性が向上する。

本発明の一実施形態によるガスタービンに設けられたタービンディスクのタービンブレードと、前記タービンブレードを固定するリテーナを図示した図である。 本発明の一実施形態によるタービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第１のリテーナユニットを図示した図である。 本発明の一実施形態によるタービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第２のリテーナユニットを図示した図である。 タービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第１のリテーナユニットを図示した斜視図である。 タービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第２のリテーナユニットを図示した斜視図である。 本発明の一実施形態による単位リテーナがタービンブレードの前面に設置された状態を図示した図である。 本発明の一実施形態による単位リテーナがタービンブレードの後面に設置された状態を図示した図である。 図７の正面図である。

本発明の一実施形態によるガスタービンについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態によるガスタービンに設けられたタービンディスクのタービンブレードと、前記タービンブレードを固定するリテーナを図示した図であり、図２は、本発明の一実施形態によるタービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第１のリテーナユニットを図示した図であり、図３は、本発明の一実施形態によるタービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第２のリテーナユニットを図示した図であり、図４は、タービンディスクに結合したタービンブレードを固定する第１のリテーナユニットを図示した斜視図である。

添付の図１〜図４を参照すると、本実施形態は、ガスタービンに設けられ、多数個のタービンブレード５０があり溝１１２（図４参照）に挿入された後にタービンディスク１００の前面と後面に密着するリテーナに関するものである。

タービンディスク１００は、タービンディスク本体１１０の円周方向にあり溝１１２が形成され、前記あり溝１１２にそれぞれタービンブレード５０が挿入される。前記タービンブレード５０は、ホットガスによる熱膨張が防止されるように、内部に別の冷却のための冷却流路（図示せず）が形成される。

また、前記冷却流路に多数個のリブ（ｒｉｂ）が所定の間隔で配置されて、前記冷却流路に沿って移動する冷却空気の安定した移動とともに、タービンブレード５０の熱伝達効率の向上を図る。

前記タービンブレード５０は、冷却とともに固定のために上述のあり溝１１２に挿入され、より安定して前記あり溝１１２に挿入された状態が維持されるようにリテーナによる固定が行われる。

一例として、リテーナは、図４に図示されているタービンブレード５０の前面に第１のリテーナユニット２００、前記タービンブレード５０の後面に第２のリテーナユニット３００が設置されて、前記タービンブレード５０の前面と後面で安定した固定を図る。

本実施形態によるタービンディスク１００は、タービンディスク本体１１０の前面と後面の周縁に沿って突出部１２０（図４参照）が形成され、前記タービンディスク本体１１０の後面の円周方向の内側に第１の挿入部１３０（図１参照）が形成される。

前記第１の突出部１２２は、第１のリテーナユニット２００が挿入されるために設けられ、前記第１の挿入部１３０は、第２のリテーナユニット３００が挿入されるために設けられる。

前記突出部１２０は、前記タービンディスク１００の中心を同心円とし、前記タービンディスク１００の前面の周縁に沿って外側に突出した第１の突出部１２２と、前記タービンディスク１００の中心を同心円とし、前記タービンディスク１００の後面の周縁に沿って外側に突出した第２の突出部１２４とを含む。

前記第１の突出部１２２と第２の突出部１２４は、いずれも後述する固定部材４００が密着する構成で、図面に図示されている形態に限定されず変更可能である。

前記第１の挿入部１３０と対向する相対面に第２の挿入部５２が形成されることから、前記第２のリテーナユニット３００は、タービンディスク１００の後面に密着して設置され得る。

また、第１のリテーナユニット２００には開口部２０２が形成されており、前記タービンディスク１００の前面に突出した第１の突出部１２２が前記開口部２０２に挿入され、前記第１のリテーナユニット２００の前面に突出した第１の突出部１２２に第１の固定部４１０が結合することから、前記第１のリテーナユニット２００は安定して固定され得る。

前記第１のリテーナユニット２００は、前記タービンディスク１００の中心を同心円とする多数個の単位リテーナ２１０が円周方向に沿って互いに密着して配置される。

単位リテーナ２１０は、図面に図示されている個数で構成され得、同じ長さで延びる。単位リテーナ２１０は、アーク状または半円状のいずれか一つの形状からなり、多数個の単位リテーナ２１０が互いに密着した場合、リング状に組み立てられる。

単位リテーナ２１０は、同じ長さで延びることが最も好ましいが、多数個のタービンブレード５０をタービンディスク１００の円周方向に安定して固定するために、上述のように構成される。

前記単位リテーナ２１０は、前記タービンディスク１００の前面において、前記多数個のタービンブレード５０の前面と密着する。タービンブレード５０は、一例として、第１段〜第３段に位置する場合、冷却空気の漏れが防止されることが、前記タービンブレード５０の安定した冷却のために重要と言える。

本発明は、前記タービンディスク１００のうち特定の段数に位置したディスクにおいて冷却効率が低下しないように、前記タービンブレード５０の前面に多数個の単位リテーナ２１０が互いに密着している。この場合、単位リテーナ２１０は、互いに離隔したり別の空間が生成されず、密着力が向上する。

また、前記第１のリテーナユニット２００は、前記タービンブレード５０の前面に冷却空気が漏れることを防止することができ、前記タービンブレード５０の冷却効率を安定化して、高温のホットガスによる熱変形を予防し、安定した冷却を図ることができる。

前記単位リテーナ２１０は、前面を基準として下側に相当する一端が、前記タービンディスク１００の前面の周縁に沿って外側に突出したディスク突出部１１１に密着して係止保持される第１の係止部２１２が形成され、他端は、タービンブレード５０の前面に密着する。

単位リテーナ２１０は、タービンディスク１００に設置するときに、前記第１の係止部２１２を前記ディスク突出部１１１に密着して係止されるようにした後、他端をタービンブレード５０の前面に密着保持する。また、後述する固定部材４００を用いて安定して固定すると、設置が完了する。

単位リテーナ２１０には、円周方向に開口部２０２が形成され、前記開口部２０２は、突出部１１１と対応する位置に、対応する大きさに開口される。この場合、単位リテーナ２１０は、前記開口部２０２に前記突出部１１１が挿入されることから、上述のディスク突出部１１１に係止保持された第１の係止部２１２とともに前記単位リテーナ２１０が前記タービンディスク本体１１０に結合した状態が安定して維持され得る。

添付の図４〜図５、または図７を参照すると、本実施形態による第２のリテーナユニット３００は、多数個のタービンブレード５０を前記タービンディスク１００の後面で固定するために、前記第１の挿入部１３０に一端が挿入され、他端が前記第２の挿入部５２に挿入される。

前記第２のリテーナユニット３００は、多数個の単位リテーナ３１０を含み、前記単位リテーナ３１０は、図面基準でプレート状に形成され、タービンディスク１００の中心を同心円とする多数個が互いに噛み合い結合する。

前記単位リテーナ３１０は、プレート状からなる第２のリテーナ本体３１２と、前記第２のリテーナ本体３１２の左右側にそれぞれ対向して位置し、前記第２の突出部１２４に嵌合結合する嵌合溝３１４とを含む。

第２のリテーナ本体３１２は、プレート状に構成され、図面基準で横の長さよりも縦の長さが長く延びる。前記嵌合溝３１４は、互いに対向する位置に形成され、前記第２の突出部１２４の幅方向の長さの１／２の長さで延びる。

前記単位リテーナ３１０は、タービンディスク１００の後面において多数個が互いに密着して組み立てられ、前記嵌合溝３１４が位置した左側に形成された第１の段付き部３１６と、前記嵌合溝３１４が位置した右側に形成された第２の段付き部３１８とを含む。

前記第１、第２の段付き部３１６、３１８は、第２のリテーナ本体３１２の左側と右側にいずれも同じ構造に形成され、多数個の単位リテーナ３１０が互いに組み立てられる場合、前記第２の段付き部３１８に隣接する他の単位リテーナ３１０の第１の段付き部３１６が噛み合い、前記第１の段付き部３１６に隣接する他の単位リテーナ３１０の第２の段付き部３１８が噛み合って、互いに組み立てられる。

この場合、単位リテーナ３１０は、図面基準でＡ位置を基準として隣接し、他の単位リテーナ３１０が左側と右側にそれぞれ噛み合う。前記Ｂ位置とＣ位置に位置した単位リテーナ３１０は、Ａ位置に位置した単位リテーナ３１０が向いている前面ではなく、タービンディスク１００の後面に向かって位置する。また、前記Ｂ位置とＣ位置に位置した単位リテーナ３１０と噛み合う他の単位リテーナ（図示せず）は、Ａ位置に位置した単位リテーナ３１０が噛み合って組み立てられる。

簡単に説明すると、Ａ位置に位置した単位リテーナ３１０を基準として、他のリテーナが、前面と後面の位置が交差して多数個が繰り返して連結される。

このように多数個の単位リテーナ３１０が互いに噛み合う場合、面対面で密着することができ、結合安全性が向上する。

前記第２のリテーナ本体３１２は、前記第２の突出部１２４よりも突出した厚さが小さく突出する。前記第２のリテーナ本体３１２は、後述する第２の固定部４２０により固定され、前記第２の固定部４２０の厚さを考慮して、前記第２の突出部１２４の厚さよりは突出した程度が小さく突出することが好ましい。

添付の図６または図８を参照すると、本実施形態は、前記第１、第２のリテーナ２００、３００に対する固定のために設けられた固定部材４００を含む。

前記固定部材４００は、前記第１のリテーナユニット２００の単位リテーナ２１０の前面に位置し、前記第１の突出部１２２に嵌合結合して前記単位リテーナ２１０に対する固定を図る第１の固定部４１０と、前記第２のリテーナユニット３００の単位リテーナ３１０の後面に位置し、前記第２の突出部１２４に嵌合結合して前記単位リテーナ３１０に対する固定を図る第２の固定部４２０とを含む。

前記第１の固定部４１０は、上部が開口され、前記第１の突出部１２２の左右側面に密着しており、前記第１の突出部１２２の上面に係止保持される第２の係止部４１２をさらに含む。前記第１の固定部４１０は、それぞれの第１の突出部１２２に第１の固定部４１０が結合することから、単位リテーナ２１０がタービンディスク１００の前面に密着した状態が安定して維持され、密着力も向上し、タービンブレード５０に供給された冷却空気の漏れも防止することができる。

前記第２の固定部４２０は、前記第２の突出部１２４の左右側面に密着し、上面に係止保持される第３の係止部４２２をさらに含む。前記第３の係止部４２２は、前記第２の係止部４１２と類似した構成を有し、単位リテーナ３１０が互いに密着した位置に面接触して設置される。

したがって、タービンブレード５０は、第１、第２の固定部４１０、４２０により、タービンディスク１００の前面と後面において最初のあり溝１１２に挿入された位置が安定して固定され得る。

５０：タービンブレード
５２：第２の挿入部
１００：タービンディスク
１１０：タービンディスク本体
１１１：ディスク突出部
１１２：あり溝
１２０：突出部
１２２：第１の突出部
１２４：第２の突出部
１３０：第１の挿入部
２００：第１のリテーナユニット
２０２：開口部
２１０：単位リテーナ
２１２：第１の係止部
３００：第２のリテーナユニット
３１０：単位リテーナ
３１２：第２のリテーナ本体
３１４：嵌合溝
３１６：第１の段付き部
３１８：第２の段付き部
４００：固定部材
４１０：第１の固定部
４１２：第２の係止部
４２０：第２の固定部
４２２：第３の係止部

Claims (14)

1. タービンに設けられたタービンディスク本体の前面と後面の周縁に沿って突出した突出部と、前記タービンディスク本体の後面の円周方向に第１の挿入部が形成されたタービンディスクと、
   前記タービンディスク本体の円周方向に形成されたあり溝に挿入され、前記第１の挿入部と対向する相対面に第２の挿入部が形成された多数個のタービンブレードを前記タービンディスクの前面で固定するために、前記突出部と対応する位置に開口部が形成された第１のリテーナユニットと、
   前記多数個のタービンブレードを前記タービンディスクの後面で固定するために、前記第１の挿入部に一端が挿入され、他端が前記第２の挿入部に挿入される第２のリテーナユニットと、
   前記第１、第２のリテーナに対する固定のために設けられた固定部材とを含む、ガスタービン。
2. 前記突出部は、前記タービンディスクの中心を同心円とし、前記タービンディスクの前面の周縁に沿って外側に突出した第１の突出部と、
   前記タービンディスクの中心を同心円とし、前記タービンディスクの後面の周縁に沿って外側に突出した第２の突出部とを含む、請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記第１のリテーナユニットは、前記タービンディスクの中心を同心円とする多数個の単位リテーナが円周方向に沿って互いに密着配置されている、請求項１または２に記載のガスタービン。
4. 前記単位リテーナは、同じ長さで延びている、請求項３に記載のガスタービン。
5. 前記単位リテーナは、一端が前記タービンディスクの前面の周縁に沿って外側に突出したディスク突出部に密着して係止保持される第１の係止部が形成され、他端はタービンブレードの前面に密着する、請求項３または４に記載のガスタービン。
6. 前記開口部は、前記突出部と対応する大きさに開口されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のガスタービン。
7. 前記単位リテーナは、アーク状または半円状のいずれか一つの形状からなり、多数個の単位リテーナが互いに密着する場合、リング状に組み立てられる、請求項３に記載のガスタービン。
8. 前記単位リテーナは、前記タービンディスクの前面において前記多数個のタービンブレードの前面と密着する、請求項７に記載のガスタービン。
9. 前記第２のリテーナユニットは、前記タービンディスクの中心を同心円とする多数個の単位リテーナが円周方向に沿って配置され、
   プレート状からなる第２のリテーナ本体と、
   前記第２のリテーナ本体の左右側にそれぞれ対向して位置し、前記第２の突出部に嵌合結合する嵌合溝とを含む、請求項２に記載のガスタービン。
10. 前記嵌合溝は、前記第２の突出部の幅方向の長さの１／２の長さで延びている、請求項９に記載のガスタービン。
11. 前記第２のリテーナ本体は、前記嵌合溝が位置した左側に形成された第１の段付き部と、
    前記嵌合溝が位置した右側に形成された第２の段付き部とを含む、請求項９または１０に記載のガスタービン。
12. 前記第２のリテーナ本体は、前記第２の突出部よりも突出した厚さが小さく突出している、請求項９から１１のいずれか１項に記載のガスタービン。
13. 前記固定部材は、前記第１のリテーナユニットの単位リテーナの前面に位置し、前記突出部に嵌合結合して前記単位リテーナに対する固定を図る第１の固定部と、
    前記第２のリテーナユニットの単位リテーナの後面に位置し、前記突出部に嵌合結合して前記単位リテーナに対する固定を図る第２の固定部とを含む、請求項１から１2のいずれか１項に記載のガスタービン。
14. 前記第１の固定部は、前記突出部の左右側面に密着し、上面に係止保持される第２の係止部をさらに含み、
    前記第２の固定部は、前記突出部の左右側面に密着し、上面に係止保持される第３の係止部をさらに含む、請求項１３に記載のガスタービン。

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