JP3310907B2 - ガスタービンフランジ接合面のシール構造 - Google Patents

ガスタービンフランジ接合面のシール構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンプラ
ントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバイ
ンドサイクル発電プラント等に採用した蒸気冷却方式の
ガスタービンにおける、フランジ接合面のシール構造に
関する。
【０００２】
【従来の技術】コンバインドサイクル発電プラントは、
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。
【０００３】このようなコンバインドサイクル発電プラ
ントにおいては、ガスタービンの冷却手法が技術開発の
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。
【０００４】図６に基づいて従来の蒸気冷却方式のもの
におけるフランジ接合面の冷却蒸気の状況について説明
する。
【０００５】ガスタービンの回転部は、動翼２を翼根３
で係止したロータディスク１を通常軸方向に４組程度配
列し、下流側の最終位置のロータディスク１に続いて配
置したエンドロータ４を含めてディスク連結ボルト５に
より一体的に連結して構成されている。
【０００６】また、エンドロータ４は更にフランジ面締
付ボルト６により前記最終位置のロータディスク１に密
着するように締めつけられている。
【０００７】このガスタービンの回転部には、図示省略
の冷却蒸気供給系から冷却蒸気が供給され、図示省略の
冷却経路を経て前記翼根３から動翼２と循環して冷却を
行うが、同冷却蒸気の一部は、前記ロータディスク１と
エンドロータ４の間の空間にも充満されることになる。
【０００８】一方、ロータディスク１とエンドロータ４
の間には、フランジ部の面圧不足により、表面粗度が原
因となって形成される微小隙間から、図中に矢印を記入
して示す様に蒸気の洩れが発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この様な蒸気冷却方式
のガスタービンにおいては、冷却蒸気の漏れはそのまま
性能低下に直結するので、この冷却蒸気を漏らさない構
造が必要不可欠なものとなる。
【００１０】他方、多くの部品を組み立てて構成される
ガスタービンでは、ロータディスクの接合部のように多
くのフランジ接合面を持ち、かつ、ガスケット等の緩衝
板を挿入できない部分では、特に径の大きい部分で接触
面積が増大し、十分なシール面圧を確保できない。この
ために、これら接合面からの冷却蒸気の漏洩防止は、非
常に重要な問題である。
【００１１】本発明はこの様な点に鑑みてなされ、ガス
タービンのフランジ接合面の構成に工夫を凝らし、同フ
ランジ接合面におけるシール性の向上を図ったものを提
供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するべくなされたもので、蒸気冷却構造を有するガ
スタービンの、蒸気流路を形成する隣接するロータディ
スク間の接合面であるフランジ接合面において、少なく
ともいずれか一方のフランジ接合面にラビリンス状の複
数条の溝を設けたガスタービンフランジ接合面のシール
構造を提供するものである。
【００１３】すなわち、蒸気流路を形成する隣接するロ
ータディスク間の接合面であるフランジ接合面にラビリ
ンス状に複数条の溝を設けたことにより、フランジ接合
面の面積を減少させ、同フランジ接合面相互の締めつけ
力に対して高い面圧を確保し、ラビリンス状の凹凸溝に
よるラビリンス効果と相俟って、シール性の向上を確保
するようにしたものである。
【００１４】
【００１５】しかも前記の様に、フランジ接合面は蒸気
流路を形成する隣接するロータディスク間の接合面であ
るため、隣接するロータディスク間の接合面は接触面積
が比較的大きく、それゆえガスタービンの他の部位に比
べ冷却蒸気の漏洩が起こりがちであるが、この接合面に
ラビリンス状の複数条の溝を形成することにより、この
弱点を補い、全体のシール性を向上することができたも
のである。
【００１６】さらにまた本発明は、前記ラビリンス状の
複数条の溝はほぼ同心円状に形成されたガスタービンフ
ランジ接合面のシール構造を提供するものである。
【００１７】すなわち、ラビリンス状の複数条の溝を同
心円状に形成することにより、放射方向の如何なる断面
をとってみてもこの凹凸の溝によっていわゆるラビリン
ス効果が発生し、フランジ接合面において冷却蒸気の漏
洩は円周方向で均等に、かつ十分に抑制されることにな
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１ない
し図５に基づいて説明する。なお図中、前記した従来の
ものと同一の部分については同一の符号を図面中に付し
て示し、重複する説明は極力省略する。
【００１９】即ち、本実施の形態において、動翼２を支
持したロータディスク１を複数組（通常４組）軸方向に
配列し、最終のものに続いて配置したエンドロータ４と
ともにディスク連結ボルト５で一体的に連結した基本構
成は前記従来のものと全く同一である。
【００２０】本実施の形態では、図２、図３から明解に
理解される様に、蒸気流路を形成する隣接のロータディ
スク１のフランジ接合面７の一方に、タービンの軸心に
対して同心円状に配列されたラビリンス状の複数条の溝
８を形成したことがその特徴である。
【００２１】このように同心円状にラビリンス状の複数
条の溝８を形成することにより、放射方向の如何なる断
面をとってみてもこの凹凸の溝８によっていわゆるラビ
リンス効果が発生し、このフランジ接合面７において冷
却蒸気の漏洩は十分に抑制されることになる。
【００２２】そのうえ、このフランジ接合面７では、前
記溝８の開口面積に相当する分、互いの接合面積が減少
するので、同フランジ接合面７にかかる単位面積当たり
の締付力は大きくなり、締付力に対し高い面圧を確保
し、冷却蒸気の流量の多いこの隣接ロータディスク間と
いう位置において、冷却蒸気の漏洩はより一層確実に抑
制されることになる。
【００２３】なお、発明者等は本実施の形態における複
数条の溝を形成したフランジを用い、締付け力６１５ k
gfと３８４ kgfの２様によりリークテストを行った。ま
た、同時にこれと比較するべく従来の溝無しのものにお
いて、締付け力を６１５ kgfとしてリークテストを行
い、その結果をそれぞれが対比出来るように図４に示し
た。
【００２４】即ち、本実施の形態の様にフランジ接合面
７に溝８を形成したものにあっては、実線と破線で示す
様に締付け力を３８４ kgfからそのほぼ倍に相当する６
１５kgfに上げるとリーク流量はほぼ半減することがわ
かった。
【００２５】また、締付け力を６１５ kgfとしてフラン
ジ接合面７に溝のないいわゆる従来型のものを比較例と
して点線で示すと、実線表示の本実施の形態のものとの
間には約８倍の差があることが判明した。
【００２６】この関係を実機換算リーク量として整理す
ると、図５に示す様になる。即ちフランジ接合面７に溝
８を設けた場合とこれが無い場合とは、この部分での蒸
気リーク量に歴然とした大差があることが明らかとなっ
た。
【００２７】なお、ここでは冷却蒸気のリークを防止す
る溝８を一方のフランジ接合面７にのみ設けたものにつ
いて説明したが、この溝８は一方のみに限定せず、他方
の面にも交互に設ける等、種々の変形を含み得るもので
ある。
【００２８】以上、本発明を図示の実施の形態について
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。
【００２９】
【発明の効果】以上本発明によれば、蒸気冷却構造を有
するガスタービンの、蒸気流路を形成する隣接するロー
タディスク間の接合面であるフランジ接合面において、
少なくともいずれか一方のフランジ接合面にラビリンス
状の複数条の溝を設けてガスタービンフランジ接合面の
シール構造を構成しているので、隣接するロータディス
ク間の接合面は接触面積が比較的大きく、それゆえガス
タービンの他の部位に比べ冷却蒸気の漏洩が起こりがち
なこのロータディスク間の接合面であっても、ラビリン
ス状の凹凸溝によるラビリンス効果と、ラビリンス状に
複数条の溝を設けたことによるフランジ接合面の面積減
少に基づくフランジ接合面相互の高い面圧とが相俟っ
て、シール性の向上を確保し、信頼性の高いガスタービ
ンを得ることができ、蒸気冷却方式の実用性をより高め
ることが出来たものである。
【００３０】
【００３１】さらにまた請求項２の発明によれば、前記
ラビリンス状の複数条の溝はほぼ同心円状に形成されて
ガスタービンフランジ接合面のシール構造を構成してい
るので、このようにラビリンス状の複数条の溝を同心円
状に形成することにより、タービンの回転軸を中心に放
射方向の如何なる断面をとってみてもこの凹凸の溝によ
っていわゆるラビリンス効果が発生し、この溝を設けた
フランジ接合面において冷却蒸気の漏洩は円周方向で均
等に、かつ十分に抑制され、この種ガスタービンの信頼
性を格段に高めることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わるガスタービンの
フランジ接合面の概要を示す説明図。
【図２】図１の要部であるＡ部拡大して示す詳細図。
【図３】図２の矢視Ｂを示す詳細図。
【図４】本実施の形態におけるフランジ部シール試験結
果を示す説明図。
【図５】図４の内容を実機換算のリーク量として示す説
明図。
【図６】従来のガスタービンにおけるフランジ接合面の
概要を示す説明図。
【符号の説明】
１ ロータディスク ２ 動翼 ３ 翼根 ４ エンドロータ ５ ディスク連結ボルト ６ フランジ面締付ボルト ７ フランジ接合面 ８ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−277725（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−184393（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−46291（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/06 F01D 11/02 F02C 7/18 F02C 7/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 蒸気冷却構造を有するガスタービンの、
    蒸気流路を形成する隣接するロータディスク間の接合面
    であるフランジ接合面において、少なくともいずれか一
    方のフランジ接合面にラビリンス状の複数条の溝を設け
    たことを特徴とするガスタービンフランジ接合面のシー
    ル構造。
  2. 【請求項２】 前記ラビリンス状の複数条の溝はほぼ同
    心円状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
    ガスタービンフランジ接合面のシール構造。
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