JP3952629B2 - ガスタービン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒を用いて翼を冷却するガスタービンに係り、特に動翼を支持しているディスクと動翼間の冷媒流路接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの動翼は、高温の燃焼ガスから翼を保護するために内部に冷却流路を形成して冷却されている。一般に、冷媒には燃焼用圧縮空気の一部が利用されるが、冷却した後は燃焼ガスパス中に放出されるために、燃焼ガスの温度が低下するばかりでなく、ガスパスの流れが乱されるために、ガスタービンの効率が低下する。
【０００３】
そこで、翼を冷却した後の冷媒を回収する、いわゆるクローズド冷却ガスタービンが提案されている。冷媒としては空気に限らず、例えば特開平9−13902号公報のように、蒸気を使用することもできる。
【０００４】
クローズド冷却ガスタービンでは、冷媒は動翼の根本の導入出口から供給，回収され、ロータ内の供給，回収流路を介して外部に接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
動翼は、高速回転による強大な遠心力に耐えるように、翼の根元とロータディスクの外周に形成された波状面を有するダブテールのはめ合いによって支持されている。動翼とディスクの熱膨張差を吸収するために、ダブテールはめ合い部にはすきまが形成されている。
【０００６】
動翼根本の導入出口は上記のダブテールすきまを横断してディスクの流入出口に接続されるために、同すきまを通して冷媒がロータ外部に流出し、動翼の冷却能力が低下するばかりでなく、冷媒の消費によってガスタービンの効率低下を来すことになる。特に蒸気冷却式ガスタービンでは、常時冷媒としての純水を補給することが必要になり、補給設備の拡充も必要になる。
【０００７】
この問題を解決するための一つの手段として、動翼根本の導入出口とディスクの流入出口をチューブで接続する方法が考えられるが、チューブ装着によってダブテールはめあい部のなじみや熱伸びに対する動翼の動きを拘束しない構造にする必要がある。
【０００８】
またチューブ両端の流路との接続部にシールが必要となるが、動翼とディスクが相対変位することによってシール面に隙間が発生してはならない。
【０００９】
更に、動翼をディスクに組み立てる際には、動翼根元のダブテールをディスクのダブテール溝に軸方向に挿入するが、この際、チューブが妨げになってはならない。
【００１０】
本発明は、上述した問題を解決して動翼冷媒の消費を軽減し、高効率のガスタービンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、動翼の冷媒流路とディスクの冷媒流路との間にチューブを介し、該チューブの一端に鍔を形成する。また、動翼根元のダブテール部に、前記チューブ鍔部の断面と同じ形状をした溝をタービンの軸方向に形成する。
【００１２】
組立ての際には、チューブをディスク流路に挿入した状態で、鍔部を動翼根元の溝内に含ませながら軸方向に移送させることにより、ダブテールのはめ合わせ作業が可能となり、動翼とディスクの冷媒流路が接続される。
【００１３】
また、前記動翼根元に形成した溝外側のフレームと、チューブの鍔との間にバネを装着し、チューブ端面と動翼の流路端面をバネ力によって圧接することにより、チューブと流路の接続部をシールできるほか、チューブが動翼の動きに追従して変位するようになり、動翼がディスクと相対的に変位してもシール面間にすき間が形成される心配がなくなる。
【００１４】
一方、チューブとディスク流路間には、流路内に含まれるチューブの外周部に球体の弾性変形を利用したチューブシール等を形成することにより、チューブシールが変位してもリークが極めて少ないシールができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１により本発明の一実施例を詳しく説明する。
【００１６】
図１は本発明による鍔付のチューブを装着したクローズド冷却ガスタービンロータの部分断面を示しており、ディスク１１，１２、スペーサ１３，１４及びディスタントピース１５によって構成されたロータ１０の外周に、動翼２１及び ２２が装着されている。
【００１７】
動翼の内部には冷却流路２３が形成されており、冷媒の導入口２４と導出口 ２５が動翼の根元に形成されている。一方、ロータの締結部には冷媒の供給流路３１と回収流路３２が形成され、流路端部の流出孔３３と流入孔３４がディスクの外周に開口されており、該流出口３３，流入口３４と、前記動翼根元の冷媒導入口２４，導出口２５間にチューブ４１，４２が装着されている。
【００１８】
ロータの軸端から供給された冷媒は、矢印９１で示すように供給流路３１，流出孔３３，チューブ４１，導入口２４を経て動翼の冷却流路２３に供給され、冷却後は導出口２５，チューブ４２，流入孔３４，回収流路３２を経て、軸端から機外に回収される。
【００１９】
図２は、図１のＡ部拡大図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面を示している。
【００２０】
チューブ４１と４２は全く同一形状をしており、チューブの一端に矩型状の鍔４３が形成され、他端には球状のチューブシール４４が形成されている。
【００２１】
動翼の根元側には側面が波状のダブテール２６が形成されており、端部には片側が開口された溝５１がタービンの軸方向に向けて形成されている。チューブの鍔４３の部分は同溝５１の内部に収納されており、溝外側のフレーム５２と鍔 ４３間に装着したバネ５３のバネ力によって、動翼の冷媒導入口２４が開口された溝５１の内壁に圧接されている。本実施例では、バネは鍔４３の背面に、スポット溶接等の手段により固着されている。
【００２２】
一方、チューブ他端のチューブシール４４はディスク１１外周の冷媒流出孔 ３３に、シールの外側球面が孔の内壁に接するように挿入されている。
【００２３】
動翼を組み立てる際には、先ずチューブ４１，４２をディスク外周の流入出孔３３，３４に挿入する。その後、チューブの鍔部が溝にはまるように露出高さを調整し、動翼を軸方向に移送してダブテールをかん合させる。リングワイヤ１６は、軸方向の位置決めのために装着されている。
【００２４】
動翼のダブテールとディスクのダブテール溝は、両者の熱伸び差を吸収するためにすきまが形成されており、回転で遠心力が作用したときに波の片側が接するように設計されている。このため、ガスタービンの起動，停止の過程で、動翼はディスクに対して半径方向に相対変位する。
【００２５】
しかし本構造によれば、チューブは動翼と一体になって変位するようになるため、チューブと導入出口間のシール面にすき間が形成されることはなく、またディスク孔側の中部シールはチューブが孔の軸方向に変位してもシール性能が変わることはない。
【００２６】
したがってチューブをディスク側に追従して変位する構造の場合のように、運転状況によって同シール面間に間隙が生じるようなことはなく、リークを大幅に低減できる。
【００２７】
なお、ディスクの流路孔とチューブの芯ずれによってチューブシールのシール面が片当たりしリークが発生する懸念があるが、チューブシール自身が間隙４５によって偏芯吸収機能をもっているほか、チューブの鍔外縁と溝５１の側壁との間にすきま５４が形成されているのと、溝の軸方向に段差が無いために、ロータの周方向及び軸方向の動きが拘束されないため、芯ずれが吸収され、リークが発生する心配は無い。
【００２８】
図４は、シール構造に対する他の実施例を示している。この場合、前述した鍔の背面に装着したバネの代わりにスペーサ６１を装着し、シール面にシールリング６２を装着した。
【００２９】
図５は図４のＹ−Ｙ矢視図であり、スペーサ６１はＵ字形状をしている。また溝６４の外側のフレーム６５は必ずしもディスク全幅に渡って形成する必要はなく、例えばロータの構造上、供給経路と回収経路を接続するチューブを同一形状にできない場合等のように、中央部を切除しても何ら差し支え無い。
【００３０】
組立ては、チューブ６０にシールリング６２を載せて動翼を装着した後に、スペーサ６１を軸方向に圧入し、シールリングと動翼導入口のシール面６６を密着させる。この場合、動翼をディスクに組入れる際にスペーサ部分にすきまがあるために、前実施例のようにバネ力による摩擦力が作用せず、動翼を移送し易い利点がある。スペーサ６１の厚みは、金属のシールリング６２の復元量が少ないため、チューブの鍔６３と動翼先端溝６４の内壁間に、シールリングの弾性変形を越えない範囲のわずかなすきま６６を形成するように板厚を調整すれば良い。
【００３１】
このすきま６６は、ごくわずかな熱伸びを除き、ガスタービンの運転状況によって設定値以上に開くことはなく、安定したシール効果が得られるほか、動翼がすきまによって拘束されないため、ダブテールはめ合いのなじみを良くする効果も得られる。
【００３２】
回転中にスペーサ６１が抜け出す恐れがあるが、組立て後にスペーサの端部をかしめることによってディスクを損傷することなく防止できる。また、動翼を組み替える際には、敢えて先にスペーサを抜き取る必要はなく、動翼を抜き取るだけで全体が分解できる。
【００３３】
なお、以上に示した実施例は冷媒の種類に関係なく適用でき、またクローズド冷却式のガスタービンに限らず、従来の冷媒を回収しないガスタービンに対しても適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、動翼根元の冷媒導入出口とディスクの流入出孔を鍔付のチューブで接続し、該チューブを動翼に支持する構造にすることによって接続部からの冷媒のリークを低減し、冷媒消費の少ない、高効率のガスタービンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すガスタービンロータの部分断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】図１のＸ−Ｘ矢視断面図。
【図４】他の実施例を示す図１のＡ部拡大図。
【図５】図４のＹ−Ｙ断面図。
【符号の説明】
１０…ガスタービンロータ、１１…ディスク、２１…動翼、２４…導入口、 ２５…導出口、３１…冷媒供給流路、３２…冷媒回収流路、３３…流出口、３４…流入口、４０…静翼、４１，４２…チューブ、４３…鍔、４４…チューブシール、５１，６４…溝、５２，６５…フレーム、５３…バネ、６１…スペーサ、 ６２…シールリング。

Claims (4)

1. 圧縮機，燃焼器，タービン等で構成され、タービンの少なくとも初段動翼が冷媒を用いて冷却されており、該冷媒を、動翼を支持しているディスクに形成された流路を経て供給もしくは回収するように構成されたガスタービンにおいて、
   前記ディスクに形成された流路と、前記動翼の冷媒導入口及び冷媒導出口との間にチューブを介し、該チューブの一端に鍔を形成するとともに、前記チューブの鍔と同一断面形状の動翼根元の溝に、前記チューブの鍔を挿入して動翼とディスクの冷媒流路を接続するようにしたことを特徴とするガスタービン。
2. 前記チューブの一端に形成した鍔の背面と、前記溝を形成する溝外側のフレームとの間にバネを装着したことを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
3. 前記チューブの一端に形成した鍔と前記動翼の冷媒導入出口との間にシール部材を介するとともに、該鍔の背面と前記溝を形成する溝外側のフレームとの間にスペーサを装着したことを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
4. 前記チューブとディスク流路間には、流路内に含まれるチューブの外周部に球体の弾性変形を利用したチューブシールを設けたことを特徴とする請求項 1 記載のガスタービン。

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