JP4476116B2 - ガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンに関し、特に、静翼及び動翼を冷却するための翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御技術の実用化が期待できるガスタービンに関する。

一般に、ガスタービンは、大きくは、空気圧縮部（以下「圧縮機」と記す）、燃焼部（以下「燃焼器」と記す）、及びタービン部の３要素から構成され、互いに主軸で直結された圧縮機とタービン部との間に燃焼器が配設されて成る。ここで図８に、一般的なガスタービンにおけるタービン部の縦断面図を示す。

図８に示すように、タービン部においては、外形を構成する車室１内に、これに対して軸回転可能に主軸が設けられており、この主軸には、これと同軸上で複数段、例えば４段に亘ってロータディスク２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが設けられ、各ロータディスク２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの外周からは複数の動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが放射状に延出している。このロータディスク２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄと動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄとで各段各々の動翼ロータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄが構成され、主軸と共に一体に回転する。

更に車室１内には、主軸に沿って各段の動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄと交互に配置される態様で静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄが設けられている。各段の静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、これら各々を主軸に対して同心状に取り囲む外周側シュラウド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに取り付けられている。

また車室１には、この内部で、各段の静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、及び動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ各々を主軸に対して同心状に取り囲む翼環７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが連結されている。各段の翼環７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの内側には、静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄが取り付けられた外周側シュラウド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ各々が連結されるとともに、動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ各々を主軸に対して同心状に取り囲む分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが連結されている。

このようなガスタービンのタービン部では、燃焼器の尾筒からガスパス９を通じて高温高圧の燃焼ガスが作動流体として送り込まれ、この燃焼ガスが各段の静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄと動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄとを交互に第１段目から第４段目まで順に経て流動することにより、動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄすなわち動翼ロータ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと共に主軸が回転駆動される。そして、主軸の先端に発電機が接続されていると、その主軸の回転力が発電源として活用される。一方、タービン部の先端に燃焼ガス排気用の噴射口が配設されていると、ジェットエンジンとして活用される。

なお、ガスタービンにおける圧縮機では、タービン部と同様の動翼ロータが主軸の回転によって回転し、これにより、外部から空気が作動流体として吸入され、この空気が動翼と静翼とを交互に経て圧縮されながら燃焼器へと送り込まれる。燃焼器へ導入された圧縮空気は、ここで供給された燃料と共に燃焼して高温高圧の燃焼ガスとなり、上記したタービン部へ送り込まれる。

ところで、ガスタービンのタービン部においては、作動流体として高温の燃焼ガスが流動するため、静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、及び動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの過度の温度上昇を防止する冷却構造は欠かせない。一般には、静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの冷却については、各段の翼環７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄと車室１とで形成される空間１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ各々に高圧の空気や蒸気といった冷却用流体を導いて、翼環７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び外周側シュラウド６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを冷却するとともに、これらを通じてその翼環冷却用流体を静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに導き冷却している。その翼環冷却用流体は、分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの冷却にも用いられ、以下翼環・分割環冷却用流体と称する。他方、動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの冷却については、各段のロータディスク２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ内に高圧の空気や蒸気といった冷却用流体を導いて、ロータディスク２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを冷却するとともに、これを通じてそのロータ冷却用流体を動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに導き冷却している。

更に近年では、上記した翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体について、これらの温度や圧力や流量を運転状況に合わせて制御する技術の実用化が検討されている（例えば特許文献１参照）。この技術は、ガスタービン運転中（特に起動時）の分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対する動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの熱伸縮の変動を最小限に抑えることを狙ったものであって、常時、各段の動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの外周端である先端と分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの内周面との両者が接触しないで、両者の間に適度な微小隙間を確保するように制御し、これにより、ガスタービンのより一層の性能向上を図るものである。

これを実現するために、特に高温の燃焼ガスに晒されて熱影響の強い第１段目又は第２段目の動翼３Ａ、３Ｂについて、この先端と分割環８Ａ、８Ｂの内周面との隙間を監視すべく、その隙間を検出するセンサを設ける。センサからの出力に基づいて、第１段目又は第２段目の動翼３Ａ、３Ｂの先端と分割環８Ａ、８Ｂの内周面との隙間が適正な微小隙間となるように、翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量を調整し、その結果として、各段の分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対する動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの熱伸縮の変動を最小限に抑えるわけである。

ここで図９に、そのセンサの従来の設置構造を示す。ここでは、第２段目の動翼３Ｂの先端と分割環８Ｂの内周面との隙間検出に用いるセンサの設置構造について示す。図９に示すように、センサ１２０は、ＦＭ変調静電容量型センサであって、大きくは、前方に向けて検出域を有する検出部を内蔵する前端部分１２１と、その検出部からの出力を送出するケーブル１３０を後方へ導き出すための後端部分１２２と、これら両者をつなぐ鍔状部分１２３と、より構成される。ケーブル１３０は、信号線となる銅線が絶縁材で被覆されており、後端部分１２２に形成された導出口１２４を通じてセンサ１２０から導き出される。

このようなセンサ１２０は、ステンレス等の金属製の第１案内管１４０の先端に、後端部分１２２が挿入され、その第１案内管１４０の先端と鍔状部分１２３の後面角部とが溶接にて接合される（図９中の符号「Ｗ１」参照）ことで、第１案内管１４０と一体化されている。センサ１２０が一体化されたその第１案内管１４０は、車室１（図９では上方に配置されている）の外部より車室１及び翼環７Ｂを挿通する。そして、第１案内管１４０の車室１側となる端部に配設された圧縮コイルバネ（不図示）によって分割環８Ｂへ向けて付勢され、これにより、分割環８Ｂの外周面に固定された台座１３５上に鍔状部分１２３の前面が押し付けられて保持される。この状態で、前端部分１２１が台座１３５及び分割環８Ｂを貫通する貫通孔１３６を挿通し、その前端部分１２１の前面が分割環８Ｂの内周面に表出している。また、後端部分１２２の導出口１２４からのケーブル１３０は、第１案内管１４０の内部に導き出された後、その第１案内管１４０を通じて車室１の外部へ導かれる。

第１案内管１４０の内部には、車室１側の先端から高圧の空気や蒸気といった冷却用流体が導入される。この冷却用流体は、車室１の外部に別途配設された専用のポンプから供給される。第１案内管１４０内に導入された冷却用流体は、ケーブル１３０そのものを冷却するとともに、センサ１２０における鍔状部分１２３を貫通する貫通孔１２５を通じて前端部分１２１の周囲に導かれ前端部分１２１そのものを冷却する。

なお、第１案内管１４０を圧縮コイルバネによって付勢することでセンサ１２０を分割環８Ｂへ押し付けた状態にしているが、これは、ガスタービン運転中の温度変化に伴って車室１や翼環７Ｂや分割環８Ｂ、ひいては第１案内管１４０そのものが熱伸縮した場合に、その熱伸縮差を許容するためである。
特開２００１−２４８４０６号公報（第８頁、図１７−図１８）

ところが、上記したような従来のセンサ設置構造では、ガスタービン運転中の振動を受けて以下のような問題が発生することが判明した。第１に、ケーブル１３０が第１案内管１４０内で振れ回り、これにより、ケーブル１３０が第１案内管１４０の管壁と接触を繰り返してその絶縁被覆材が磨耗し、結果としてケーブル１３０による出力信号にノイズが発生する。

第２に、ケーブル１３０が導き出されるセンサ１２０における後端部分１２２の導出口１２４が角張っているため、第１案内管１４０内でのケーブル１３０の振れ回りにより、ケーブル１３０がその導出口１２４の角部と接触を繰り返して、この接触部でケーブル１３０の断線が発生する。

第３に、構造的には第１案内管１４０と共にセンサ１２０を車室１の外部から抜き差し可能になっているにもかかわらず、第１案内管１４０とセンサ１２０との溶接接合部Ｗ１が疲労破断して両者が事実上分離し、これにより、第１案内管１４０と共にのセンサ１２０の抜き差しが不可能な事態が生じる。この事態は、センサ１２０の交換に際して、ガスタービンの運転を長期に停止させた上で、車室１や翼環７Ｂの分解を強いることになる。従って、特にその第３の問題は、ガスタービンの停機期間に直接関与してくることから、上記した翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御技術を実用化する上での大きな障害となる。

なお、センサの設置構造の別例として、図１０に示すように、第１案内管１４０とセンサ１２０を完全に別体とし、センサ１２０の鍔状部分１２３の前後面を台座１３５とホルダ１３７とで挟み込み、その台座１３５とホルダ１３７とをビス１３８にて接合することで、センサ１２０が分割環８Ｂに対して固定されたものがある。この場合、車室１の外部より挿通された第１案内管１４０は、圧縮コイルバネの付勢力を受けながらそのセンサ１２０側の先端がホルダ１３７上に押し付けられて保持される。ケーブル１３０は、図９のセンサ設置構造と同じく第１案内管１４０の内部に沿って案内される。

このようなセンサ設置構造では、上記した第１、第２の問題は依然生じる。また、センサ１２０が分割環８Ｂに対してビス止めで固定されるため、車室１や翼環７Ｂを分解しないことにはセンサ１２０の交換は不可能であり、上記の第３の問題も依然残ると言える。

また、センサの設置構造の他の別例として、図１１に示すように、図１０のセンサ設置構造と同じく第１案内管１４０とセンサ１２０を完全に別体とし、センサ１２０の鍔状部分１２３の前後面を台座１３５とホルダ１３７とで挟み込み、その台座１３５とホルダ１３７とを溶接にて接合する（図１１中の符号「Ｗ２」参照）ことで、センサ１２０が分割環８Ｂに対して固定されたものがある。この場合も、車室１の外部より挿通された第１案内管１４０は、圧縮コイルバネの付勢力を受けながらそのセンサ１２０側の先端がホルダ１３７上に押し付けられて保持される。但しこの場合は、第１案内管１４０の内側に、これに沿って延在する第２案内管１５０を備え、ケーブル１３０がその第２案内管１５０の内部に沿って案内される。第２案内管１５０は、これに沿って延在する複数枚の支持板１５５によって第１案内管１４０の管壁に支持される。

このようなセンサ設置構造では、ケーブル１３０が第２案内管１５０内にあるため、ケーブル１３０の大きな振れ回りは抑えられ、ケーブル１３０と第１案内管１４０との接触は防止できるものの、第２案内管１５０におけるセンサ１２０側の開口端１５１が角張っているため、この角部にケーブル１３０が繰り返し接触して磨耗する。従って、上記した第１の問題は依然残ると言える。また、ケーブル１３０の大きな振れ回りは抑えられるものの、センサ１２０における後端部分１２２の導出口１２４に角張りは存在するため、上記した第２の問題も依然生じる。しかも、センサ１２０が分割環８Ｂに対して溶接で固定されるため、やはり、車室１や翼環７Ｂを分解しないことにはセンサ１２０の交換は不可能であり、上記の第３の問題も依然残ると言える。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御技術の実用化が可能なガスタービンを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明によるガスタービンは、車室の内部で軸回転する動翼ロータを同心状に取り囲み内側から順に車室に対して連結された分割環及び翼環を備え、前記動翼ロータの動翼の先端と前記分割環の内周面との隙間を検出するセンサを有するガスタービンにおいて、前記センサは、内部に冷却用流体が導入される第１案内管の先端に後端部分が螺合してその第１案内管と一体化され、この第１案内管が前記車室の外部より前記翼環を挿通し前記分割環へ向けて付勢されることで、検出部を含む前端部分が前記分割環を挿通した状態で、前記分割環に押し付けられて保持されている。前記センサからのケーブルは、前記後端部分に形成された導出口を通じて前記第１案内管の内部に導き出された後、前記第１案内管を通じて前記車室の外部へ導かれており、前記センサには、前記第１案内管の内部に導入された前記冷却用流体を前記前端部分の周囲に導く貫通孔が形成されている。

このような構成にすれば、センサと第１案内管とが互いにネジの噛み合いによる螺合にて接合されて一体化されているため、ガスタービン運転中の振動を受けても、両者が分離に至ることはない。つまり、センサと第１案内管とが一体化されたままの状態で、これらを一体に車室の外部から確実に抜き差し可能になる。従って、センサの交換に際して、車室や翼環の分解は一切不要で、ガスタービンの停機期間も格段に少なくて済む。勿論、第１案内管内に導入された冷却用流体によってケーブルそのものが冷却されるし、続くセンサに形成された貫通孔を通じたその冷却用流体によってセンサの前端部分も冷却される。また、第１案内管を圧縮コイルバネによって付勢することでセンサを分割環へ押し付けた状態にしているので、ガスタービン運転中の温度変化に伴って車室や翼環や分割環、ひいては第１案内管そのものが熱伸縮した場合の熱伸縮差を十分に許容できる。

ここで、実用的には、前記センサがＦＭ変調静電容量型センサであることが好ましい。

また、ガスタービン運転中の振動によって振れ回るケーブルの不用意な断線を防止する観点から、前記導出口が口広がり状に形成されていることが好ましい。

また、ガスタービン運転中の振動によって生じるケーブルの大きな振れ回りを抑えつつ、そのケーブルの不用意な磨耗を防止する目的で、前記第１案内管の内側に、前記ケーブルを内部に沿って案内する第２案内管を備え、この第２案内管の前記センサ側の開口端が口広がり状に形成されているとよい。

また、実用的には、前記動翼ロータ、前記分割環、及び前記翼環を複数段備えており、前記センサを第２段目の前記動翼ロータの動翼の先端と第２段目の前記分割環の内周面との隙間検出のために設けることが望ましい。

この場合、第１案内管に導入する冷却用流体の供給源を簡素化する観点から、前記車室と第２段目の前記翼環とで形成される空間に、第２段目の前記翼環及び前記分割環を冷却するための翼環・分割環冷却用流体が導入されており、前記空間には前記第１案内管の一部分が表出し、この一部分の管壁に貫通孔が形成されているとよい。

本発明のガスタービンによれば、動翼の先端と分割環の内周面との隙間を検出するセンサを、車室の外部より翼環を挿通する第１案内管と一体に車室の外部から確実に抜き差し可能できるため、センサの交換に際して、ガスタービンの停機期間が格段に少なくて済み、その結果、静翼及び動翼を冷却するための翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御技術の実用化が十分に可能となる。

以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の一実施形態であるガスタービンにおけるセンサ設置構造の全体を示す縦断面図、図２はそのセンサ設置構造の要部であるセンサ付近を拡大して示す縦断面図、図３はそのセンサ設置構造の他の要部である車室から翼環付近を拡大して示す縦断面図である。図４は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図２のＢ−Ｂ断面図、図６は図２のＣ−Ｃ断面図であり、図７は図３のＤ−Ｄ断面図である。

本実施形態でのガスタービンでは、図１及び図２に示すように、静翼５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄを冷却するための翼環・分割環冷却用流体、及び動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄを冷却するためのロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御への入力要素として、第２段目の動翼３Ｂの外周端である先端と分割環８Ｂの内周面との隙間を採用し、その隙間を検出するセンサ２０を設ける。センサ２０は主軸周りの上下左右の４方の隙間を検出できるように４つ配設され、これらの各センサ２０からの出力に基づいて、第２段目の動翼３Ｂの先端と分割環８Ｂの内周面との隙間が適正な微小隙間となるように、翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量を調整し、その結果として、各段の分割環８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄに対する動翼３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの熱伸縮の変動を最小限に抑える。

続いて、本実施形態でのセンサの設置構造について説明する。センサ２０は、ＦＭ変調静電容量型センサであって、大きくは、前方に向けて検出域を有する検出部を内蔵する前端部分２１と、その検出部からの出力を送出するケーブル３０を後方へ導き出すための後端部分２２と、これら両者をつなぐ第１、第２鍔状部分２３、２４と、より構成される。これらは互いに同軸上に配置された一体のものである。その第１鍔状部分２３は、第２鍔状部分２４よりも径が大きく、前端部分２１側に配置される。ケーブル３０は、信号線となる銅線が絶縁材で被覆されており、後端部分２２に形成された導出口２５を通じてセンサ２０から導き出される。後端部分２２のその導出口２５は、内径が次第に広がる口広がり状に形成されている。

センサ２０を構成する第１、第２鍔状部分２３、２４には、第２鍔状部分２４の後端面から第１鍔状部分２３の前端面に貫通する（実際には、更に前端部分２１の外周面に形成された溝に沿う）貫通孔２６が複数個、例えば８個（図６参照）形成されている。これらの各貫通孔２６は、センサ２０の軸心に対して等角度間隔に配置される。特に本実施形態では、センサ２０を構成する後端部分２２の外周面に、後述の第１案内管４０の副管４２に形成された雌ネジ４４と噛み合う螺旋状の雄ネジ２７が形成されている。

このようなセンサ２０は第１案内管４０と一体化されるわけであるが、その第１案内管４０の具体的な構成を以下に説明する。

第１案内管４０は、ステンレス等の金属管であって、車室１の外部より車室１及び翼環７Ｂを挿通可能な程度の長さの主管４１と、この主管４１の先端に嵌め込まれて溶接にて固定された副管４２とから構成される。第１案内管４０を構成する主管４１の内側には、これに沿って延在するステンレス等の金属製の第２案内管５０を同心状に備え、この第２案内管５０は、これに沿って延在する複数枚、例えば４枚（図４又は図７参照）の支持板５５によって主管４１すなわち第１案内管４０の管壁に支持されている。第２案内管５０の副管４２側となる端部の開口５１は、内径が次第に広がる口広がり状に形成されている。ちなみに、これとは反対側の第２案内管５０の端部の開口も、同様に口広がり状に形成されている。

他方、第１案内管４０を構成する副管４２の内周面には、これと同心状の環状部４３が突出しており、この環状部４３の内周面には、上記のセンサ２０の後端部分２２に形成された雄ネジ２７と噛み合う雌ネジ４４が形成されている。また、環状部４３には、後端面から前端面に貫通する貫通孔４５が複数個、例えば８個（図５参照）形成されている。これらの各貫通孔４５は、副管４２の軸心に対して等角度間隔に配置される。

このような第１案内管４０の先端である副管４２の先端から、センサ２０が後端部分２２から挿入されてねじ込まれる。これにより、センサ２０の後端部分２２の雄ネジ２７が副管４２の環状部４３の雌ネジ４４と噛みあって螺合するとともに、センサ２０の第２鍔状部分２４が副管４２内に嵌め込まれた状態で接合されることになる。こうしてセンサ２０が第１案内管４０と一体化されている。なお、副管４２の先端とセンサ２０の第１鍔状部分２３の後面角部とが補助的に点溶接にて接合される。

センサ２０が一体化されたその第１案内管４０は、車室１の外部より車室１及び翼環７Ｂを挿通する。そして、第１案内管４０の車室１側となる端部が、バネ受け部材６０を介在して配設された圧縮コイルバネ６１によって分割環８Ｂへ向けて付勢され、これにより、分割環８Ｂの外周面に固定された台座３５に第１鍔状部分２３が嵌め込まれつつ、その台座３５上に第１鍔状部分２３の前面が押し付けられて保持される。この状態で、前端部分２１が台座３５及び分割環８Ｂを貫通する貫通孔３６を挿通し、その前端部分２１の前面が分割環８Ｂの内周面に表出している。また、後端部分２２の導出口２４からのケーブル３０は、第１案内管４０すなわち副管４２の内部に導き出された後、その第１案内管４０すなわち主管４１内の第２案内管５０の内部に沿って案内され、これを通じて車室１の外部へ導かれる。

第１案内管４０の内部には、車室１側の先端から高圧の空気や蒸気といった冷却用流体が導入される。具体的には、第１案内管４０の車室１外の先端部分は、バネ受け部材６０及び圧縮コイルバネ６１を含めてバネケース６２内に収められていて、このバネケース６２を密封するフランジ状の蓋部材６３に形成された流体導入口６４より、その冷却用流体が導入される仕組みになっている。その冷却用流体は、車室１の外部に別途配設された専用のポンプから供給される。なお、第２案内管５０から導き出されたケーブル３０は、バネケース６２内のバネ受け部材６０及び圧縮コイルバネ６１を貫通し、更に蓋部材６３を挿通して外部へ導かれる。

そして、第１案内管４０すなわち主管４１内に導入された冷却用流体は、第２案内管４０内のケーブル３０そのものを冷却するとともに、副管４２における環状部４３の貫通孔４５、更にセンサ２０における第１、第２鍔状部分２３、２４を貫通する貫通孔２６を通じて前端部分２１の周囲に導かれ前端部分２１そのものを冷却する。なお、第１案内管４０と第２案内管５０との隙間で冷却用流体が流動するに際し、支持板５５が支障になることはない。支持板５５は、第１案内管４０及び第２案内管５０に沿って延在するからである。

ここで本実施形態では、第１案内管４０である主管４１の一部分が、車室１と第２段目の翼環７Ｂとで形成される空間１０Ｂに表出しており、その空間１０Ｂ内には、第２段目の翼環７Ｂを含めて第２段目の外側シュラウド６Ｂ及び静翼５Ｂ、ひいては第２段目の分割環８Ｂを冷却するための翼環・分割環冷却用流体が導入される。この第２段目の静翼５Ｂを冷却するための翼環・分割環冷却用流体は比較的低温であることから、これを有効に活用すべく、図１、図３及び図７に示すように、空間１０Ｂに表出した主管４１の管壁に複数の貫通孔４６が形成されており、主管４１すなわち第１案内管４０内には、その貫通孔４６を通じて翼環・分割環冷却用流体が導入されるようになっている。これにより、上記したような専用のポンプからの冷却用流体の供給がなくても、翼環・分割環冷却用流体が兼用できるため、冷却用流体の供給源としての専用のポンプを排除することもできる。

このようなセンサ設置構造によれば、センサ１０と第１案内管４０とが互いにネジの噛み合いによる螺合にて接合されて一体化されているため、ガスタービン運転中の振動を受けても、両者が分離に至ることはない。更に、そのセンサ１０と第１案内管４０との螺合による接合に加えて点溶接による接合が施されているため、両者の廻り止めを確実に行え、耐振動性に優れる。つまり、センサ２０と第１案内管４０とが一体化されたままの状態で、これらを一体に車室１の外部から確実に抜き差し可能になり、着脱される。従って、センサ１０の交換に際して、車室１や翼環７Ｂの分解は一切不要で、ガスタービンの停機期間も格段に少なくて済み、メンテナンス性が格段に向上する。そうすると、翼環・分割環冷却用流体及びロータ冷却用流体の温度や圧力や流量の制御技術を採用する上での障害が解消し、その制御技術の実用化が十分に可能となる。

また、第１案内管４０を圧縮コイルバネ６１によって付勢することでセンサ２０を分割環８Ｂへ押し付けた状態にしているので、ガスタービン運転中の温度変化に伴って車室１や翼環７Ｂや分割環８Ｂ、ひいては第１案内管４０そのものが熱伸縮した場合であっても、その熱伸縮差を十分に許容できる。

また、ケーブル３０が第２案内管５０内にあるため、ガスタービン運転中の振動によって生じるケーブル３０の大きな振れ回りは抑えられる。しかも、第２案内管５０におけるセンサ２０側の開口５１が口広がり状になっているため、この部分にケーブル３０が繰り返して接触することはなく、勿論磨耗も発生しない。従って、ケーブル３０による出力信号は安定する。

更に、センサ２０における後端部分２２の導出口２４が口広がり状になっているため、この部分でのケーブル３０の繰り返しの接触は生じず、結果としてケーブル３０の断線を防止できる。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、センサ２０の検出対象が第１段目の動翼３Ａの先端と分割環８Ａの内周面との隙間となるようにしても構わない。勿論、その他後段の動翼３Ｃ、３Ｄの先端と分割環８Ｃ、８Ｄの内周面との隙間検出に適用することも可能である。

また、第１案内管４０内に導入される冷却用流体の供給をガスタービンにおける圧縮機からの圧縮空気で賄うようにすることも可能である。この場合も、その冷却用流体の供給源として専用のポンプが不要となり、信頼性が向上する。

本発明はガスタービンに有用である。

本発明のガスタービンにおけるセンサ設置構造を示す縦断面図である。 図１のガスタービンにおけるセンサ設置構造の要部を示す縦断面図である。 図１のガスタービンにおけるセンサ設置構造の他の要部を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 図３のＤ−Ｄ断面図である。 一般的なガスタービンにおけるタービン部の縦断面図である。 従来のガスタービンにおけるセンサ設置構造の要部を示す縦断面図である。 従来のガスタービンにおけるセンサ設置構造の別例の要部を示す縦断面図である。 従来のガスタービンにおけるセンサ設置構造の他の別例の要部を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 車室
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ ロータディスク
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 動翼
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 動翼ロータ
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ 静翼
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ 外周側シュラウド
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ 翼環
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 分割環
２０ センサ
２１ 前端部分
２２ 後端部分
２３ 第１鍔状部分
２４ 第２鍔状部分
２５ 導出口
２６ 貫通孔
２７ 雄ネジ
４０ 第１案内管
４１ 主管
４２ 副管
４３ 環状部
４４ 雌ネジ
４５ 貫通孔
４６ 貫通孔
５０ 第２案内管
５１ 開口
５５ 支持板
６１ 圧縮コイルバネ

Claims (10)

1. 車室の内部で軸回転する動翼ロータを同心状に取り囲み内側から順に車室に対して連結された分割環及び翼環を備え、前記動翼ロータの動翼の先端と前記分割環の内周面との隙間を検出するセンサを有するガスタービンにおいて、
   前記センサは、内部に冷却用流体が導入される第１案内管の先端に後端部分が螺合してその第１案内管と一体化され、この第１案内管が前記車室の外部より前記翼環を挿通し前記分割環へ向けて付勢されることで、検出部を含む前端部分が前記分割環を挿通した状態で、前記分割環に押し付けられて保持されていて、
   前記センサからのケーブルは、前記後端部分に形成された導出口を通じて前記第１案内管の内部に導き出された後、前記第１案内管を通じて前記車室の外部へ導かれており、
   前記センサには、前記第１案内管の内部に導入された前記冷却用流体を前記前端部分の周囲に導く貫通孔が形成されていることを特徴とするガスタービン。
2. 前記センサと前記第１案内管とが一体化されたままの状態で前記車室の外部より抜き差しされて着脱されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記センサと前記第１案内管とが互いに廻り止め溶接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン。
4. 前記第１案内管が圧縮コイルバネによって付勢されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン。
5. 前記センサがＦＭ変調静電容量型センサであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン。
6. 前記導出口が口広がり状に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガスタービン。
7. 前記第１案内管の内側に、前記ケーブルを内部に沿って案内する第２案内管を備え、この第２案内管の前記センサ側の開口端が口広がり状に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のガスタービン。
8. 前記動翼ロータ、前記分割環、及び前記翼環を複数段備えており、
   前記センサを第２段目の前記動翼ロータの動翼の先端と第２段目の前記分割環の内周面との隙間検出のために設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のガスタービン。
9. 前記車室と第２段目の前記翼環とで形成される空間に、第２段目の前記翼環及び前記分割環を冷却するための翼環・分割環冷却用流体が導入されており、前記空間には前記第１案内管の一部分が表出し、この一部分の管壁に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のガスタービン。
10. 前記第１案内管の内部に、当該ガスタービンにおける圧縮機からの圧縮空気が前記冷却用流体として導入されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のガスタービン。

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