JP3310906B2 - ガスタービンディスク間のシール構造 - Google Patents
ガスタービンディスク間のシール構造Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Description
ル発電プラント等に採用される蒸気冷却方式のガスター
ビンにおいて、冷却蒸気の漏洩を防止するべくディスク
間をシールするシール構造に関する。
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合
わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガ
スタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ
分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用す
るようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発
電システムである。
ントにおいては、トッピングサイクルのガスタービンを
冷却する手法が技術開発の一つの大きなテーマであり、
より効果的な冷却手法を求めて試行錯誤が重ねられた結
果、冷媒として圧縮空気を使用した空気冷却方式から、
ボトミングサイクルで得られる蒸気を使用する蒸気冷却
方式へと進展している状況にある。
冷却媒体である蒸気が経路の途中で漏洩するのを極力
防止することが大切であり、そのためのシール構造も種
々改良が重ねられている。
づいて説明する。ここに示すものは、冷却媒体として圧
縮空気を採用したものに対して使用が始まり、その後転
じて蒸気冷却方式に際しても一部において用いられて来
たものである。
に複数(通常4組程度)のディスク1で構成されてい
る。そしてロータ内部2の冷却媒体3がタービン部のガ
スパス4に流出するのを防ぐとともに、タービン部のガ
スパス4を流れている高温ガス5がロータ内部2に流入
するのを防ぐために、図4に示すように隣接するディス
ク1の面に回転軸を囲んで互いに向き合うように環状の
突起(ディスクランド)6を形成し、これ等突起6の突
端面に周方向に沿う溝7をそれぞれ設けて、この溝7の
周方向2分割あるいは4分割のシール板(バッフルプレ
ート)8を挿入し、回転による遠心力でこのバッフルプ
レート8を溝7の外側に押付けてシールするように構成
されている。
シール構造にあっては、回転による遠心力でディスクの
腕に設けた溝の外側にバッフルプレートを押し付けてシ
ールすることを意図しているが、ディスク間に温度差が
あるので溝の半径方向伸び差が異なっている。また、遠
心力による半径方向伸びにもディスク間で差が生じる。
っているので、前記伸び差のためにディスク間の溝の外
側にきちんと押し付けられなくなり、溝とバッフルプレ
ートとの間に微小な隙間ができる。
ン部のガスパスに流出し、更にこの流入に止まらず、こ
の微小な隙間を漏れる流れにより、バッフルプレートが
自励振動を起こしてバッフルプレート自体が摩耗減肉す
る等の不具合が目立つことになる。
圧縮空気の場合はともかく、冷却媒体として蒸気を用い
るガスタービンへの適用は、排ガスボイラ等のボトミン
グサイクルからの蒸気が大量に失われるために、効率上
の損失が大きく、併せてメイキャップ蒸気量が増加する
等のことからして、システムの成立性にかかわる大きな
問題点を含んでいるものである。
点を解消し、ロータ内部とタービン部のガスパスとの間
のシール性を向上して、蒸気冷却方式の実現性を大きく
前進させたガスタービンのシール構造を提供することを
課題とするものである。
解決するべくなされたもので、ガスタービンの隣接する
ロータディスク間で互いに向き合って張り出したディス
クランドの端面に、内側に傾斜した壁面を有して周方向
に沿って延びる溝を向き合って形成し、同溝内には、ロ
ータディスクの半径方向に延びる各溝の壁面に接触して
シール部を形成する断面が実質的にM字形状をしたシー
ル部材を配設し、同M字形状のシール部材は、M字の下
方開放端を前記溝の内側に傾斜した壁面に当接すると共
に、上方端を前記ディスクランドの下面と僅かに隙間を
おき、中間点を前記溝の空間に浮かせて配置したガスタ
ービンディスク間のシール構造を提供するものである。
ル部材を採用し、これをディスクランドの端面に周方向
に沿って延び、かつ、内側に傾斜した壁面を有する溝内
において、前記M字形状をしたシール部材の下方開放
端、上方端、及び中間点に焦点を当て、同下方開放端を
溝の内側に傾斜した壁面に当接させて配置し、上方端は
ディスクランドの下面と僅かに隙間を設けて配置し、ま
た、中間点は溝の空間に浮かせて配置しているので、シ
ール部材のM字形状が有効に機能し、タービンの回転に
際し、遠心力でシール面圧が増加するとともに、シール
部材と溝の壁面との接触点の適切な選択によりロータデ
ィスクの半径方向の伸びに無関係にシール性を確実に維
持し、シール性の向上を図るようにしたものである。
づいて説明する。なお、本実施の形態は、前記従来のも
のがバッフルプレート8を用いてシールを行っていたの
に代えて、断面が実質的にM字形状をしたシール部材を
採用し、これを以下に説明する特定の位置に配置したも
のであり、その余の部位については前記従来のものとほ
ぼ同様のものであるので、その要点に絞って図1に示
し、かつ必要に応じて前記従来のもののを援用して説明
し、重複する説明は極力省略することとした。
1の一方のみを示したため、相対峙して隣接する一対の
ディスク1の間に配設されるシール部材9は、その中心
位置で二分し、半分の一方のみを表示し、他方は省略し
た。
して反対側にシール部材9の連続する他の半片が存在
し、かつこれが前記ディスク1と相対峙する他のディス
クとの間に配置されていることになる。従ってここに示
したシール部材9は、本来はM字形状をしているのに、
ここではその半分を示すに止まる。
ようにM字形状をしており、隣接するディスク1相互間
で互いに向き合って張り出したディスクランド6の下方
に形成された周方向に延びる溝7内に配設されている。
は、M字の下方開放端9aが前記溝7の内側に傾斜した
壁面10に当接し、M字の上方端9bはディスクランド
6の下面とは僅かに隙間をおいており、また、M字の中
間点9cは溝7の空間に浮いて形成され、配置されてい
る。
ロータ部の回転とともにシール部材9も回転し、遠心力
が生じてM字の下方開放端9aが前記溝7の内側に傾斜
した壁面10に当接し、シールを行うことになる。従っ
てこのシール部材9の自重を増加させることにより、シ
ール面圧を増加させることができる。
配設した溝7の内側に傾斜した壁面10に対して同シー
ル部材9のM字の下方開放端9aが当接して定められて
いるので、ディスク1の半径方向の伸びに無関係にシー
ル性を維持することができるものである。
一体形状に構成することもできるが、いま、これを周方
向に複数の分割体で形成すれば、遠心力による周方向の
応力を緩和することもできるものである。
これを配設した溝7、および関連する周辺部分の相対的
の寸法関係の一例を示せば、その値は略次のようなもの
となる。
ド6の上面での径;φを743mmとした全体形状で、溝
7の深さ(径方向距離);l1 は24.5mm、溝7の幅
(軸方向距離)の1/2である;l2 は28.7mm、シ
ール部材9の下方開放端9aが係止される溝7の内方張
出である;l3 は7.5mm、シール部材9の上方端9b
とディスクランド6の下面との隙間;l4 は1.5mm、
ディスクランド6の厚み;l5 は5mm、そしてシール部
材9の下方開放端9aが当接する溝7の内側に傾斜した
壁面10の傾斜角;αは15°となっており、このシー
ル部材9は蒸気酸化に耐えうるニッケル基合金のハステ
ロイX等で作られるのが望ましい。
したものを示したが、図2に示す様にC字形状をしたも
のを採用し、これを横倒ししてC字の上下の曲面部分が
溝7の内側に傾斜した壁面10に当接する様にしてもよ
く、要するにシール部材9の形状は厳密にM字形状では
なく、実質的にM字形状をしたものであればよい。
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
もよいことはいうまでもない。
スク間のシール構造を、ガスタービンの隣接するロータ
ディスク間で互いに向き合って張り出したディスクラン
ドの端面に、内側に傾斜した壁面を有して周方向に沿っ
て延びる溝を向き合って形成し、同溝内には、ロータデ
ィスクの半径方向に延びる各溝の壁面に接触してシール
部を形成する断面が実質的にM字形状をしたシール部材
を配設し、同M字形状のシール部材は、M字の下方開放
端を前記溝の内側に傾斜した壁面に当接すると共に、上
方端を前記ディスクランドの下面と僅かに隙間をおき、
中間点を前記溝の空間に浮かせて配置して構成している
ので、タービンの回転に際して遠心力でシール面圧が増
加するとともに、シール部材と溝の壁面との接触点の適
切な選択によりロータディスクの半径方向の伸びに無関
係にシール性を確実に維持し、かつシール性の向上を図
り、以て蒸気冷却方式の採用の実現性を大幅に高めるこ
とができたものである。
ィスク間のシール構造を概略的に示す説明図。
を概略的に示す説明図。
ル構造を概略的に示す説明図。
Claims (1)
- 【請求項1】 ガスタービンの隣接するロータディスク
間で互いに向き合って張り出したディスクランドの端面
に、内側に傾斜した壁面を有して周方向に沿って延びる
溝を向き合って形成し、同溝内には、ロータディスクの
半径方向に延びる各溝の壁面に接触してシール部を形成
する断面が実質的にM字形状をしたシール部材を配設
し、同M字形状のシール部材は、M字の下方開放端を前
記溝の内側に傾斜した壁面に当接すると共に、上方端を
前記ディスクランドの下面と僅かに隙間をおき、中間点
を前記溝の空間に浮かせて配置したことを特徴とするガ
スタービンディスク間のシール構造。
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
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US09/230,848 US6261063B1 (en) | 1997-06-04 | 1998-06-03 | Seal structure between gas turbine discs |
PCT/JP1998/002455 WO1998055736A1 (fr) | 1997-06-04 | 1998-06-03 | Structure d'etancheite montee entre les disques d'une turbine a gaz |
EP98923105A EP0921277B1 (en) | 1997-06-04 | 1998-06-03 | Seal structure between gas turbine discs |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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JP5631182B2 (ja) * | 2010-12-03 | 2014-11-26 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンのシール構造 |
-
1997
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