JP3722956B2 - ガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造 - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はコンバインドサイク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、ガスタービン翼の根部とガスタービンディスクの冷却媒体通路を連通する冷却通路継ぎ手部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、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。
【0004】
一方、蒸気冷却方式を採用するに際しては 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、同蒸気経路の各所においてそれぞれの位置における固有の配列構造および機能上の特性等に応じて、種々の改良及び工夫が重ねられている。
【0005】
これら個々に特徴のある蒸気経路の内、いま、ガスタービンディスクの冷却媒体通路からガスタービン翼の根部へ連通する冷却通路の継ぎ手部についてみると、従来のこの部位における構成は一般に図2に示す様な構造になっている。
【0006】
即ち、タービンディスク2に組み込まれたタービン翼1には、タービンディスク2の内部を半径方向に延びる冷却媒体通路4から、同タービン翼1の根部を軸方向へ延びる冷却媒体通路3に供給された冷却蒸気が、図中に矢印で示すように流入してタービン翼1の根元部に設けられた通路(図示省略)に入り、更にタービン翼1内部(図示省略)に送られ、翼全体を冷却する様になっている。
【0007】
このタービンディスク2側の冷却媒体通路4とタービン翼1側の冷却媒体通路3との連結部は、継ぎ手部7で構成され、翼側は遠心力による面圧で、また、ディスク側はディスク孔と継手部の嵌め合い隙間を最小にすることによって、この部位において冷却蒸気の漏れが極力少なくなるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前記したような従来のものにおける継ぎ手部は、回転体に取りつけられているものであるために、振動の影響を直接受け、特に嵌め合いによってシールしているディスク側は振動による摩耗が懸念され、この摩耗が進行するとシール性を維持できなくなり、ガスタービンシステム自身の効果を低下させる原因にも発展するという問題点を含むものである。
【0009】
本発明はこの様な従来のものにおける問題点を解消し、タービンディスク側とタービン翼側との各冷却媒体通路の継ぎ手部のシール機能の向上を図ることにより、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冷却通路継ぎ手部のシール構造を提供することを課題とするものである。
【0010】
【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べくなされたもので、その第1の手段として、ガスタービンディスクに設けたディスク側冷却媒体通路と、翼根下部に設けた翼側冷却媒体通路との連結部に配置され、上端部で前記翼側冷却媒体通路に連絡し、下方部分で前記ディスク側冷却媒体通路に連絡する継ぎ手部において、同継ぎ手部は前記下方部分の中央部分に前記ディスク側冷却媒体通路の円筒状の内面と嵌め合いにより球面で当接するディスク側シールポイントを形成すると共に、前記上端部に前記ディスク側シールポイントより曲率半径を大きくして前記翼側冷却媒体通路と遠心力により球面同志で当接する翼側シールポイントを形成し、前記ディスク側シールポイントよりタービンの回転中心寄りには前記ディスク側冷却媒体通路と継ぎ手部の間にOリングを配設してなるガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造を提供するものである。
また、本発明は第2の手段として、前記第1の手段において、前記Oリングよりタービンの回転中心側に、同Oリングに遠心力により当接してブッシュを配設してなるガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造を提供するものである。
【0011】
即ち、前記第1の手段によれば、ディスク側冷却媒体通路の円筒状の内面と嵌め合いにより球面で当接するディスク側シールポイント、及び同球面より曲率半径の大きい球面同志で翼側冷却媒体通路と遠心力により当接する翼側シールポイントを設けるのみならず、振動により摩耗が懸念される位置にあるディスク側シールポイントよりタービンの回転中心側にOリングを配設することにより、遠心力により得られる面圧効果と、嵌め合い隙間の最小化効果に加え、前記ディスク側シールポイントの摩耗が進行した場合であってもこのOリングによりシールを受け持たせてシール性の重大な劣化を防ぎ、ディスクから動翼に至る経路の継ぎ手部におけるシール性能の安定と強化を図るようにしたものである。
また、前記第2の手段によれば、前記第1の手段に加えて、前記Oリングの回転中心側に遠心力により当接させたブッシュでOリングのシール面圧を上げ、シール性能のより一層の安定と強化を図るようにしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図1に基づいて説明する。なお、同図1は冷却通路の継ぎ手部を抜き出して示し、他の部分は従来のものと同一であるので説明の重複を避けるべく省略している。
【0013】
また前記従来のものと同一の部位については、図中、および説明文中同一の符号を用いて示すことにより、説明の重複は極力さけるようにしている。
【0014】
タービン翼1の冷却媒体通路3とタービンディスク2の冷却媒体通路4とを連絡する継ぎ手部7は、タービンディスク2と連通する下方部分でその中央部分で曲率半径の小さい球面で当接するディスク側シールポイント13を形成し、かつ、同ディスク側シールポイント13より回転中心寄りにOリング10を配置し、更に加えて前記Oリング10に当接させてOリングサポートブッシュ11を配置している。
【0015】
そして継ぎ手部7のタービン翼1と連通する上端側は、曲率半径の大きい球面で当接する翼側シールポイント12を有し、これら全体を併せて継ぎ手部7を構成している。
【0016】
このように構成された本実施の形態においては、曲率半径の大きい球面で当接することにより遠心力によるシール面圧を維持できる継ぎ手部7の翼側シールポイント12、嵌め合いによる隙間を最小にすることによってシール性を得るために遠心力によるシール面圧を得られないディスク側シールポイント13により継ぎ手部7のシールは先ず受け持たれることになる。
【0017】
その後一定期間稼働が続いて振動等によりディスク側シールポイント13の摩耗が進行したとしても同ディスク側シールポイント13より更に回転中心寄りに配置したOリング10によりシール機能が維持され、全体のシール性の重大な劣化は防ぐことができる。
【0018】
さらにこのOリング10の回転中心寄りで、同Oリング10に当接して配置されたOリングサポートブッシュ11へ作用する遠心力は、Oリング10のシール面圧を高めるので、前記シール機能はより安定して維持されるものである。
【0019】
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。
【0020】
【発明の効果】
以上本出願の請求項1に記載の発明によれば、ガスタービンディスクに設けたディスク側冷却媒体通路と、翼根下部に設けた翼側冷却媒体通路との継ぎ手部において、ディスク側冷却媒体通路の円筒状の内面と嵌め合いにより球面で当接するディスク側シールポイント、及び同球面より曲率半径の大きい球面同志で翼側冷却媒体通路と遠心力により当接する翼側シールポイントを設け、かつ、同継ぎ手部のディスク側シールポイントよりタービンの回転中心側にOリングを配設してガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造を構成しているので、前記翼側シールポイントでの遠心力により得られる面圧効果と、前記ディスク側シールポイントでの嵌め合い隙間の最小化効果に加え、振動により摩耗が懸念される位置にあるディスク側シールポイントよりタービンの回転中心側に配設したOリングにより、前記ディスク側シールポイントの摩耗が進行した場合でもシールを受け持たせてシール性の重大な劣化を防ぎ、ガスタービンのディスクから動翼に至る経路のシールを確実に維持して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促進することができたものである。
また、請求項2に記載の発明によれば、前記請求項1に記載の発明において、前記Oリングの回転中心側に遠心力により当接してブッシュを配設してガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造を構成しているので、前記請求項1に記載の発明に加えて、前記Oリングの回転中心側に遠心力により当接させたブッシュでOリングのシール面圧を上げてシール性能のより一層の安定と強化を図り、ガスタービンのディスクから動翼に至る経路のシールをより一層確実に維持してシール性を向上させ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冷却通路継ぎ手部のシール構造を概略的に示す説明図。
【図2】従来のガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造を概略的に示す説明図。
【符号の説明】
1 タービン翼
2 タービンディスク
3 冷却媒体通路
4 冷却媒体通路
7 継ぎ手部
10 Oリング
11 Oリングサポートブッシュ
12 翼側シールポイント
13 ディスク側シールポイント
Claims (2)
- ガスタービンディスクに設けたディスク側冷却媒体通路と、翼根下部に設けた翼側冷却媒体通路との連結部に配置され、上端部で前記翼側冷却媒体通路に連絡し、下方部分で前記ディスク側冷却媒体通路に連絡する継ぎ手部において、同継ぎ手部は前記下方部分の中央部分に前記ディスク側冷却媒体通路の円筒状の内面と嵌め合いにより球面で当接するディスク側シールポイントを形成すると共に、前記上端部に前記ディスク側シールポイントより曲率半径を大きくして前記翼側冷却媒体通路と遠心力により球面同志で当接する翼側シールポイントを形成し、前記ディスク側シールポイントよりタービンの回転中心寄りには前記ディスク側冷却媒体通路と継ぎ手部の間にOリングを配設してなることを特徴とするガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造。
- 前記Oリングよりタービンの回転中心側に、同Oリングに遠心力により当接してブッシュを配設してなることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン冷却通路継ぎ手部のシール構造。
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