JP5030480B2 - 車室構造 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービン、及びガスタービンとその圧縮機等における車室構造に関する。

蒸気タービン、及びガスタービンとその圧縮機等の軸流タービン機械は、作動流体が軸方向から入り軸方向に出るものであり、代表的な流体機械としてよく使用されている。そして、これらの一般的なタービン車室は、通常、ロータの中心軸回りに概ね対称的に２分割して構成され、上部車室と下部車室とをそれぞれの上下接続フランジ部でボルトによって締結した構造となっている（特許文献１参照）。

特開２００１−２７１６０６号公報

しかしながら、上述したようなタービン車室にあっては、以下のような問題点があった。即ち、タービン車室は内部高温ガスにより熱膨張するが、上下接続フランジ部は外気温により冷却されるため、車室断面はオーバル状に変形する。このオーバル変形により上下接続フランジ部のフランジ面に口開きが生じて内部の高圧ガスが車室外にリークする可能性がある。

高圧ガスのリークは、タービンの性能を低下させるので、設計上防止するべき重要なポイントとなっている。従来技術では、フランジボルトの配置を最適化して適切な初期締め付け力を付与することにより、高圧（高温）ガスのリークが生じない構造としているが、近年のタービンの大型化・高温化・高圧化により、上下接続フランジ部のフランジ面圧不足が懸念されている。この問題は、蒸気タービン、ガスタービンともに同様であり、タービン部の車室のみならず、ガスタービンにおける圧縮機側の車室においても同様である。

そこで本発明は、車室のオーバル変形抑制及び／又はフランジ面圧増加により、フランジ面からの流体のリークを抑制もしくは防止することができる車室構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る車室構造は、
内部にロータが貫挿され、上部車室と下部車室とに上下２分割され、それぞれの分割面を相互の接続フランジ部としてボルトで締結するようにした車室構造において、
前記相互の接続フランジ部におけるフランジ面の口開きにより車室内の流体が外部にリークするのを防止する流体リーク防止手段を設けると共に、
前記流体リーク防止手段として、前記相互の接続フランジ部とその近傍にフランジ面に通じる斜孔を、フランジ根元部よりも更に車室内部側において、車室内部側に向けて斜めにそれぞれ対をなして設けると共に、これら両斜孔に跨がって挿入されたワイヤにプレテンションを付与するようにしたことを特徴とする。

本発明に係る車室構造によれば、車室のオーバル変形抑制及び／又はフランジ面圧増加により、フランジ面からの流体のリークを防止することができ、タービン性能等機器の性能向上が図れる。

以下、本発明に係る車室構造を参考例と実施例により図面を用いて詳細に説明する。
[参考例１]

図１は本発明の参考例１に係る車室構造を適用したガスタービンの概略構成図、図２は同じく車室構造の説明図である。

図１に示すように、ガスタービン１においては、空気取り入れ口２から取り込まれた空気は、圧縮機３によって圧縮されて高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器４へ送り込まれる。燃焼器４では、この圧縮空気に天然ガス等のガス燃料、あるいは軽油や軽重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させ、作動流体である高温・高圧の燃焼ガスを生成させる。そして、この高温・高圧の燃焼ガスはタービン５に供給され、当該タービン５を駆動する。そしてタービン５を流れ終わった燃焼ガスは、ガスタービン１の外部へ排出される。

そこで、前記圧縮機３及び／又はタービン５に本発明に係る車室構造が適用される。

即ち、図２に示すように、本車室構造は、内部に図示しないロータが貫挿され、上部車室１１と下部車室１２とにロータの中心軸を通る面で上下方向（左右方向でも良い）に２分割され、それぞれの分割面を相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａとして図示しないボルトで締結するようになっている。

そして、前記相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａにおけるフランジ面の口開きにより車室内の流体が外部にリークするのを防止する流体リーク防止手段として、前記上，下部車室１１ａ，１２ａの外面に周方向リブ１３がロータ軸方向へ所定間隔離間して複数個付設される。

このように構成されるため、前記上，下部車室１１，１２が内部の高温ガスによる熱膨張でオーバル変形し、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａにおけるフランジ面の内部側における口開きにより、高温ガスが外部へリークする虞が生じたとしても、本参考例では、前述した流体リーク防止手段により効果的に防止される。

即ち、上，下部車室１１，１２の外面に周方向リブ１３を付設することにより、車室の周方向断面剛性を向上させると共に、フィン効果で車室シェル部を冷却して相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａとの温度差を軽減し、オーバル変形を抑制することができるのである。

これにより、口開きを抑制して、フランジ面からの高温ガスのリークを防止することができ、タービン性能等機器の性能向上が図れる。
[参考例２]

図３は本発明の参考例２に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、上，下部車室１１，１２の外面にロータの軸方向に延びるフィン１４を複数個付設すると共に、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａの検出温度データを基に、上，下部車室１１，１２（車室シェル部）をファン１７で冷却するようにした例である。

図示例では、フィン１４部と相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａに温度計１５が設置され、その検出温度がマイクロコンピュータ等からなる制御装置１６に入力される。制御装置１６はこれらの検出温度の差の絶対値が小さくなるようにファン１７を駆動制御するようになっている。

これによれば、参考例１と同様に、フィン効果で車室シェル部を冷却して相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａとの温度差を軽減し、オーバル変形を抑制することができる。
[参考例３]

図４は本発明の参考例３に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａに、当該相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａを締結する複数のボルトがそれぞれ螺合するボルト穴１１ｂ，１２ｂの間に位置して外部側から複数のスリット１８を入れた例である。

これによれば、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａの剛性を低減して車室シェル部（一般部）との剛性差を軽減し、オーバル変形を抑制することができる。
[参考例４]

図５は本発明の参考例４に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａに、当該相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａを締結する複数のボルトがそれぞれ螺合するボルト穴１１ｂ，１２ｂ以外に、フランジ側面から複数の非貫通穴１１ｃ，１２ｃを空けた例である。

これによれば、参考例３と同様に、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａの剛性を低減して車室シェル部（一般部）との剛性差を軽減し、オーバル変形を抑制することができる。
[参考例５]

図６は本発明の参考例５に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａに、当該相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａを締結する複数のボルトがそれぞれ螺合するボルト穴１１ｂ，１２ｂ以外に、フランジ面から鉛直方向に複数の非貫通穴１１ｄ，１２ｄを空けた例である。

これによれば、参考例３と同様に、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａの剛性を低減して車室シェル部（一般部）との剛性差を軽減し、オーバル変形を抑制することができる。また、本実施例では、フランジ面の接触面積を少なくすることができるため、同じボルト締め付け力でフランジ面圧を増加することが可能となり、前述したオーバル変形の抑制効果と相俟って、より一層口開きを抑制してフランジ面からの高温ガスのリークを防止することができる。
[参考例６]

図７は本発明の参考例６に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａのフランジ面に当該相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａより熱膨張率の大きいブロック状の高膨張材１９を挟持させた例である。

これによれば、運転時に高温となった場合には、高膨張材１９が相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａより大きく熱膨張するため、オーバル変形により口開きが生じたとしても、フランジ面の面圧を十分に確保してシール性を保持することができ、フランジ面からの高温ガスのリークを防止することができる。
[参考例７]

図８は本発明の参考例７に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａのフランジ面に内部側からくさび機能を有する自緊蓋２１を設置した例である。

これによれば、車室内部から圧力が作用した場合には、自緊蓋２１自らがフランジ面と積極的に接触する方向に作用するため、オーバル変形により口開きが生じたとしても、フランジ面の面圧を十分に確保してシール性を保持することができ、フランジ面からの高温ガスのリークを防止することができる。
[参考例８]

図９は本発明の参考例８に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、上，下部車室１１，１２のそれぞれの外面にワイヤ２０ａ，２０ｂをロータ軸方向の複数箇所に亙って巻回し（掛け回し）、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａの位置でテンションをかけ、たが締めするようにした例である。

これによれば、熱変形でオーバル変形しようとする車室をワイヤ２０ａ，２０ｂで強制的に真円に保持することができ、口開きを抑制して、フランジ面からの高温ガスのリークを防止することができる。

図１０は本発明の一実施例に係る車室構造の説明図である。

これは、参考例１における流体リーク防止手段として、相互の接続フランジ部１１ａ，１２ａとその近傍に亙って、フランジ面に通じる斜孔１１ｅ，１２ｅを上下方向に対をなすようにロータ軸方向の複数箇所にそれぞれ設けると共に、これら上，下両斜孔１１ｅ，１２ｅに跨がって挿入されたワイヤ２２にプレテンションを付与するようにした例である。

これによれば、斜孔１１ｅ，１２ｅのフランジ面側開口部を車室内面付近に可及的に近づけて開口することにより、従来ボルト設置が不可能であった車室内面付近にワイヤ２２により面圧を付与することが可能となり、オーバル変形による口開きを抑制して、フランジ面からの高温ガスのリークを防止することができる。

尚、本発明は上記参考例及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、幾つかの参考例及び実施例を組み合わせる等各種変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の参考例１に係る車室構造を適用したガスタービンの概略構成図である。 同じく車室構造の説明図である。 本発明の参考例２に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例３に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例４に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例５に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例６に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例７に係る車室構造の説明図である。 本発明の参考例８に係る車室構造の説明図である。 本発明の一実施例に係る車室構造の説明図である。

１ ガスタービン、２ 空気取り入れ口、３ 圧縮機、４ 燃焼器、５ タービン、１１ 上部車室、１１ａ 接続フランジ部、１１ｂ ボルト穴、１１ｃ 非貫通穴、１１ｄ 非貫通穴、１１ｅ 斜孔、１２ 下部車室、１２ａ 接続フランジ部、１２ｂ ボルト穴、１２ｃ 非貫通穴、１２ｄ 非貫通穴、１２ｅ 斜孔、１３ 周方向リブ、１４ フィン、１５ 温度計、１６ 制御装置、１７ ファン、１８ スリット、１９ 高膨張材、２０ａ，２０ｂ ワイヤ、２１ 自緊蓋、２２ ワイヤ。

Claims (1)

1. 内部にロータが貫挿され、上部車室と下部車室とに上下２分割され、それぞれの分割面を相互の接続フランジ部としてボルトで締結するようにした車室構造において、
   前記相互の接続フランジ部におけるフランジ面の口開きにより車室内の流体が外部にリークするのを防止する流体リーク防止手段を設けると共に、
   前記流体リーク防止手段として、前記相互の接続フランジ部とその近傍にフランジ面に通じる斜孔を、フランジ根元部よりも更に車室内部側において、車室内部側に向けて斜めにそれぞれ対をなして設けると共に、これら両斜孔に跨がって挿入されたワイヤにプレテンションを付与するようにしたことを特徴とする車室構造。

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