JP3780608B2 - ガスタービン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンに係り、特に動翼冷却システムを備えたガスタービンに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のタービンの動翼冷却システムは、圧縮機の任意の段から抽気された空気をタービン内部へ導くことによりディスクの暖気もしくは冷却を行うことでディスクに発生する温度勾配を緩和した後に、その空気を動翼内部に導入して動翼メタル温度を低減し、さらにその空気をタービンガス流路中に放出するオープン冷却システムが一般的であった。
しかし近年ガスタービン設備においては省エネルギー、環境保全を目的として、システムの高効率化が、また夏場の電力需要の増大に伴い大出力化が求められるようになってきた。
【0003】
高効率化の一手段として動翼冷却用媒体を、動翼冷却後にタービンガス流路中に放出せずに回収するクローズド冷却システムが採用されつつある。また出力増大を目的とし、ガスタービンのロータ外径寸法の増加による環状流路面積の増大を図る傾向にある。
クローズド冷却システムを採用する場合には、動翼冷却後に高温となった冷却用媒体を別途回収する必要が生じる。従来のオープン冷却システムでは動翼冷却後に高温になった冷却用媒体はタービンガス流路に放出できたために、タービン冷却システム内においてこのような回収システムは特に必要にならなかった。しかしクローズド冷却システムを採用する場合には、冷却効率の面からこの冷却用媒体を冷却前と冷却後の状態で互いに触れさせる事なく動翼へ供給し、冷却後に回収するシステムが必要となる。
【0004】
このような冷却用媒体の供給−回収システムの一例として、特開平3-275946号公報に次にようなクローズド冷却システムが開示されている。図2は上記従来技術のタービン部の構造断面図である。図2は複数枚の動翼が嵌合されるディスクを、スペーサを介して多段単位で回転中心軸方向に重ね合わせるスタックドロータの断面図であり、左側が上流前段側、右側が下流後段側である。図中1はディスク、2は動翼、3はスタッキングボルト、4は静翼、5はシュラウドを示す。前記ディスク1は、スタッキングボルト3によって隣接するディスク1’との当たり面6にあけられたボルト孔7を貫通され、両端からスタックされることで締結されている。
【0005】
図2において動翼冷却前の媒体は、まず冷却媒体入出管8により外部より導入され、ディスク1の外周側ホイールスペース9、および冷却媒体用パイプ10を経由した後に動翼2の内部へ導かれている。そして動翼冷却後の媒体は、外周側ホイールスペース9’、冷却媒体用パイプ10’および1段ディスク11を経由して中心孔へ導かれた後に、冷却媒体入出管8’を用いて外部へ回収されることにより、動翼冷却前後の媒体が互いに隔離された状態でのクローズド冷却システムが実現されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、冷却用媒体をディスクのハブ部に設けた孔に流すので、冷却用媒体が有する熱量が孔の表面を介してディスクに流出して、ディスクのハブ部周辺温度がディスクの外周側温度より上昇する。
その結果、ディスクのハブ部周辺の熱膨張量がディスクの外周側の熱膨張量よりも多くなるため、ディスク内部には、ハブ部周辺の熱膨張量が外周側により拘束されることにより熱応力が発生するという問題がある。
【0007】
ガスタービンにおいては今後さらなる高効率化、およびその一手段としてのタービン入口温度の上昇が求められることが予想されており、この熱応力の問題はより重要となる。
また応力集中の要因となる動翼冷却用媒体を流すための流路を従来技術の延長により低応力部であるディスクおよびスペーサのハブ部に設けるためには、ハブ部に設けられるスタッキングボルト用の孔と流路用の孔の間隔を応力集中の干渉を避けるためにある程度大きく設定する必要があるためハブ部寸法を大きくする必要がある。しかしハブ部寸法の増大はディスク内部に発生する遠心力が増大するという問題がある。
【0008】
また今後さらなるガスタービンの大出力化が求められることが予想されるが、この要求に応えるためにロータ外径寸法を増加させることは、やはりディスク内部に発生する遠心力が増大するため、ディスクには熱応力と遠心力が重畳して発生するという問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、外周面に動翼が嵌合され両側面にハブ部が形成された複数の回転ディスクと、これらの回転ディスクを回転ディスクの軸方向に複数段スタックさせるためのスタック手段と、前記動翼を冷却するための動翼冷却手段とを備えたガスタービンにおいて、前記動翼冷却手段に、前記ガスタービンの外部から供給される冷却媒体が前記回転ディスクの内部まで導入されるように構成された第1の冷却冷媒流路と、この第1の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記回転ディスク内を前記回転ディスクの外周方向に移動して前記動翼に供給されるように構成された第2の冷却冷媒流路と、前記動翼から放出される前記冷却冷媒が前記回転ディスク内を前記回転ディスクの内周方向に移動するように構成された第3の冷却冷媒流路と、この第3の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記ガスタービンの外部に放出されるように構成された第4の冷却冷媒流路とを備えることで解決できる。
【0010】
またさらに、前記第1の冷却冷媒流路及び前記第4の冷却冷媒流路は、前記回転ディスクを前記回転ディスクの軸方向に貫通する部分と、前記タブ部の前記回転ディスク内周側の面に接する部分とを有することで解決できる。
【0011】
本願発明のガスタービンの実施形態として次のものが考えられる。
(1)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するように、ディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
(2)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスク間の前記当たり面に設けられた溝を用いて行うこと。
(3)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の前記当たり面に設けられた溝、およびディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
(4)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブの内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の前記当たり面に設けられた溝、およびディスクの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
(5)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の当たり面に設けられた溝、およびディスクの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフト、およびディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
(7)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびスペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
(8)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまであけられた孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
(9)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部からディスク中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝を介して行うこと。
(10)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部からディスク中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク,スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
(11)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびスペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
(12)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク,スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
(13)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝を介して行うこと。
(14)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
(15)冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
【0012】
本発明のタービンは上記の構成により、ディスクのハブ部と外周側での温度差が少なくなるため、ディスク内部の熱応力を低減することができ、タービンの信頼性を高めることが可能である。
本発明の場合、ディスクの板厚方向(回転中心軸方向)には温度勾配が発生するが、この温度勾配によるディスクの熱膨張は拘束されることなくディスクの変形により解放されるため、ディスク内部に熱応力が生じることはない。
【0013】
またトルクの伝達をハブ部の当たり面に設けられた溝を介して行うことにより、ハブ部の寸法低減によるディスクの発生遠心応力の低減が可能となる。したがって応力集中の要因となる回転中心軸方向の貫通孔を、従来のハブ部から応力の低減したディスク円板部に移動することができる。
【0014】
また、動翼冷却用媒体を流すパイプをこの貫通孔へ差し込み、このパイプがハブ部の内周表面に接するように配置することにより、ディスクの回転とともにパイプに発生する遠心たわみをハブ部の内周表面にて抑制することが可能である。
そしてこの場合、動翼冷却用媒体を流すパイプとハブ部の内周表面との接触部は極僅かであり、動翼冷却用媒体の有する熱量がディスクに流入出する表面積を低減できるため、ディスクの内部における温度勾配を低減することが可能である。
【0015】
このように、本発明によれば、ディスク内で発生する応力を低減することが可能であるため、信頼性の高いガスタービンを提供することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明のロータディスクは、流体から仕事を受け取る複数枚の動翼と、動翼が植え込まれる回転ディスクと、ディスクを複数段貫通して締結するためのスタッキングボルトを備えている。動翼はその根元部にディスクに植え込まれるためのファーツリーを有し、ディスクの外周表面には回転中心軸方向もしくは周方向に任意の角度をもって溝が切られ、動翼のファーツリーが植え込まれるようになっている。またディスク両側面には隣接するディスクもしくはスペーサとの当たり面として定肉厚リング状のハブ部が設けられ、ハブ部には周方向に等間隔に回転中心軸から放射状に切られた溝を有している。
【0017】
各ディスクおよびスペーサは回転中心軸からの径位置がともに等しく周方向に等間隔にあけられた孔群を有しており、複数本のスタッキングボルトにより貫通され、ハブ部を介して締結されることによって、複数段のディスクがスタックされて軸方向に固定されている。さらに各ディスクと隣接するディスクもしくはスペーサ間の径方向の固定はこの溝により行われる。
【0018】
以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図1および図3は、本発明の一実施例の特徴を最も良く表しているガスタービンの断面図である。図1はガスタ−ビンの回転中心軸方向断面図であり、図3は図1中の1段ディスク11の構造模式図である。
図1中において、2点鎖線は動翼冷却前の媒体の流れ12を示し、点線が動翼冷却後の媒体の流れ13である。
図1および図3において、動翼2と静翼4および各翼間ガス圧シール用ダイアフラム14とは、タービンの上流側から下流側へ向かって交互に配置される。動翼2は根元部に設けられたファーツリー15をディスク1の外周部にあけられたファーツリー溝16に植え込まれることによって固定される。ディスク1の外周部と、静翼4の先端に設けられるシュラウド5との間には、ダイアフラム14が設けられている。またタービン流路断面積は上流から下流へ向かって増加するように構成されている。
【0019】
ディスク1には隣接するディスク1'との当たり面6にハブ部17が設けられ、当たり面に設けられた回転中心軸18から放射状に切られた溝19を介して、隣接するディスク同士が互いに噛み合う事によって径方向に拘束される。さらにディスク1には、回転中心軸18からの半径位置が等しいボルト孔7があけられ、そこへスタッキングボルト3が貫通し、ナット20および20'によりディスタントピース21、スタブシャフト22を介して両端を締め付けることで全段が締結され、ディスク1が回転中心軸方向に拘束されている。
【0020】
実施例のタービンの冷却システムにおいては、図1に示すようにタービンの外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置された冷却媒体用パイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10'まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体はディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔23'を介して、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0021】
図4に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0022】
図5に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10'まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0023】
図6に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1および隣接するディスク1'間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0024】
図7に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、ディスク1および隣接するディスク1'間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1および隣接するディスク1'間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0025】
図8に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10'まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体はディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔23'を介して、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0026】
図9に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10'まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、スペーサ27内部にてハブ部17の外周側から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔28を介して、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0027】
図10に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、スペーサ27の外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔28を介して、ディスク1および隣接するスペーサ27間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1およびスペーサ27の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面6の内周側でのディスク1の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク1の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク1内で発生する熱応力が低減される。
【0028】
図11に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10'まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0029】
図12に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、ディスク1内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ10まで貫通した冷却媒体用縦孔23を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1および隣接するスペーサ27の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1およびスペーサ27の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0030】
図13に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、スペーサ27内部にてハブ部17の外周側から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔28を介して、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0031】
図14に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、スペーサ27内部にてパイプ10から外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔28、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1および隣接するスペーサ27間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1およびスペーサ27の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面6の内周側でのディスク1の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク1の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク1内で発生する熱応力が低減される。
【0032】
図15に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ10'と、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ10''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク1においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク1内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【0033】
図16に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19を介して、ディスク1および隣接するスペーサ27間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1およびスペーサ27の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面6の内周側でのディスク1の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク1の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク1内で発生する熱応力が低減される。
【0034】
図17に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク1およびスペーサ27のハブ部17の内周表面に接するようにディスク1およびスペーサ27を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ10と、スペーサ27内部にてパイプ10から外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔28、動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24を冷却前の状態で通り、ディスク1の外周側へ導かれることでまず動翼2を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部17の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔24'、ディスク1および隣接するスペーサ27間の当たり面6に設けられた溝19、およびスペーサ27の外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔28'を介して、ディスク1および隣接するスペーサ27間の内周側ホイールスペース25へ導かれ、ディスク1およびスペーサ27の中心孔内に配置された中空のシャフト26内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト22へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面6の内周側でのディスク1の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク1の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク1内で発生する熱応力が低減される。ここで、図18は図17で示した実施例における1、2段ディスク間スペーサに設けられた各種孔の配置図を示すものである。
【0035】
なお、以上の各実施例において、冷却用媒体の流れは図中の矢印と逆方向、すなわち動翼冷却前が点線で、動翼冷却後が2点鎖線の流れ方向でも良い。
また、ディスク1およびスペーサ27は中心孔を有する中空タイプ、もしくは中心孔を有しない中実タイプのいづれでも良い。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクの熱応力の低減、動翼冷却用媒体を流すパイプのたわみ抑制、動翼冷却用媒体を流すパイプからディスクへの放熱の低減等により信頼性の高いタービンを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図2】従来のクローズド冷却システムを採用したガスタービン構造断面図。
【図3】本発明の一実施例であるガスタ-ビンの1段ディスクの構造模式図。
【図4】本発明の他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図5】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図6】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図7】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図8】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図9】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図10】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図11】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図12】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図13】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図14】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図15】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図16】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図17】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図18】図17の1、2段ディスク間スペーサに設けられた各種孔の配置図。
【符号の説明】
1…ディスク、2…動翼、3…スタッキングボルト、4…静翼、5…シュラウド、6…当たり面、7…ボルト孔、8…冷却媒体入出管、9…外周側ホイールスペース、10…冷却媒体用パイプ、11…1段ディスク、12…動翼冷却前媒体流、13…動翼冷却後媒体流、14…ダイアフラム、15…ファーツリー、16…ファーツリー溝、17…リング状ハブ部、18…回転中心軸、19…溝、20…ナット、21…ディスタントピース、22…スタブシャフト、23…冷却媒体用縦孔、24…外周側冷却媒体用縦孔、25…内周側ホイールスペース、26…中空シャフト、27…スペーサ、28…スペーサ冷却媒体用縦孔。
Claims (1)
- 外周面に動翼が嵌合され両側面にハブ部が形成された複数の回転ディスクと、これらの回転ディスクがスペーサを介して回転ディスクの軸方向に複数段スタックさせるためのスタック手段と、前記動翼を冷却するための動翼冷却手段とを備えたガスタービンにおいて、
前記動翼冷却手段は、前記ガスタービンの外部から供給される冷却媒体が前記回転ディスクの内部または前記スペーサの内部まで導入されるように構成された第1の冷却冷媒流路と、この第1の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記回転ディスク内または前記スペーサ内を前記回転ディスクの外周方向に移動して前記動翼に供給されるように構成された第2の冷却冷媒流路と、前記動翼から放出される前記冷却冷媒が前記回転ディスク内または前記スペーサ内を前記回転ディスクの内周方向に移動するように構成された第3の冷却冷媒流路と、この第3の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記ガスタービンの外部に放出されるように構成された第4の冷却冷媒流路とを備えており、
前記第1の冷却冷媒流路及び前記第4の冷却冷媒流路は、前記回転ディスクを前記回転ディスクの軸方向に貫通する部分と、前記スペーサを前記スペーサの軸方向に貫通する部分と、前記タブ部の前記回転ディスク内周側の面に接する部分とを有していることを特徴とするガスタービン。
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