JP5881523B2

JP5881523B2 - タービンロータ、ガスタービン、及びタービンロータにおけるシールアッセンブリの組立方法

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Publication number: JP5881523B2
Application number: JP2012106697A
Authority: JP
Inventors: 恭堀尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: JP2013234588A

Description

本発明は、タービンロータに関し、特に、動翼のプラットフォームよりも径方向内側の冷却空気空間又は通路の軸方向の端部をシールするシールアッセンブリの構造、及びその組立方法に関する。

ガスタービンのタービンロータは、回転軸線を中心とするロータディスクと、回転軸線に対する周方向に並んでロータディスクに固定される複数の動翼と、を備えている。

タービンロータは、さらに、動翼のプラットフォームよりも径方向内側の領域で、周方向で隣り合う動翼相互間における空間の軸方向の端部をシールするために、シールアッセンブリを備えている。

このようなシールアッセンブリとしては、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。このシールアッセンブリは、前述の空間の軸方向の端部を塞ぐシール板と、シール板の周方向の移動を規制するためのボルト及び座金とを有している。

動翼のプラットフォームにおける軸方向の端部には、径方向内側から径方向外側に凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝が形成されている。また、ロータディスクには、動翼のシール板外側溝と径方向で対向する位置に、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向に延びているシール板内側溝が形成されている。

シール板は、その径方向外側端部がプラットフォームのシール板外側溝に嵌まり込み、その径方向内側端部がロータディスクのシール板内側溝に嵌まり込んでいる。

ボルトは、座金が装着されている状態で、ロータディスクのシール板内側溝の一面を形成する堰及びこのシール板内側溝に嵌まり込んでいるシール板に捻じ込まれている。シール板は、このボルトにより、ロータディスクに対する周方向の相対移動が規制されている。座金は舌付座金であり、ボルトが軸方向に移動して抜けないよう、ボルトの回り止めの役目を担っている。このため、ボルトを捻じ込んだ後、この座金の舌部は折り曲げられる。

また、特許文献１に記載のシール板には、軸方向に凹むチャネルが形成されている。この中間チャネル内には、シールロッドが配置されている。この特許文献１では、遠心力の作用によりシールロッドがロータディスクの軸方向の端面に押し付けられることで、ロータディスク内を流れてきた冷却空気をシールしている。

米国特許第４０２１１３８号

上記特許文献１のタービンロータでは、シール板の周方向の移動規制するためにボルト及び舌付座金を用いており、部品点数が増加する上に、修理・点検等の毎に、舌付座金を新たなものに交換する必要があり、場合によってはボルトも交換する必要がある、という問題点がある。

そこで、本発明は、メンテナンス性及びシール性を向上させることができるタービンロータ、これを備えているガスタービン、及びタービンロータにおけるシールアッセンブリの組立方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係るタービンロータは、
回転軸線を中心とするロータディスクと、前記回転軸線に対する周方向に並んで前記ロータディスクに固定される複数の動翼と、前記ロータディスクを軸方向に貫通する冷却空気通路の軸方向の端部、及び前記動翼のプラットフォームよりも径方向内側の領域で周方向で隣り合っている動翼間に形成されている冷却空気空間の軸方向の端部をシールするシールアッセンブリと、を備えているタービンロータにおいて、前記動翼の前記プラットフォームにおける軸方向の端部には、径方向内側から径方向外側に凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝が形成され、前記ロータディスクには、前記動翼の前記シール板外側溝と径方向で対向する位置に、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向に延びているシール板内側溝が形成され、該シール板内側溝の軸方向で対向する一対の面のうち、前記冷却空気通路から軸方向で外側の面を形成する堰には、該軸方向に貫通するディスクキー溝が形成され、前記シールアッセンブリは、径方向の外側端部が前記シール板外側溝に嵌まり込んで、前記冷却空気空間の軸方向の端部を塞ぐ外側シール板と、断面がクランク状を成し、径方向の外側端部が前記外側シール板の径方向の内側端部に接し、径方向の内側端部が前記シール板内側溝に入り込んで、前記冷却空気通路の軸方向の端部を塞ぐ内側シール板と、前記内側シール板の径方向の内側端部と共に、前記シール板内側溝内であって該内側シール板の軸方向の外側に配置される受け板と、前記受け板を軸方向に貫通して、該受け板に螺合可能な押付ネジと、前記内側シール板の周方向の移動を規制する規制部材と、を有し、前記内側シール板には、軸方向に貫通するシール板キー溝が形成され、前記規制部材は、軸方向の上流側及び下流側に突出する凸部を有し、一方の凸部が前記内側シール板の前記シール板キー溝に嵌め込まれ、他方の凸部が前記堰のディスクキー溝に嵌め込まれていることを特徴とする。

当該タービンロータでは、規制部材の凸部を内側シール板と堰とキー溝に嵌めこむ構造を備えるので、規制部材の着脱が簡単になり、メンテナンス性を向上させることができる。さらに、当該タービンロータでは、押付ネジを受け板に捻じ込むことにより、シール板内側溝の軸方向で対向する一対の面のうち、堰で形成される面とは反対側の面に、この押付ネジの先端部でシール板を押し付けることで、シール板とシール板内側溝との軸方向の密着性を高めることができる。この結果、当該タービンロータでは、翼間冷却空気空間のシール性を高めることができる。

ここで、前記規制部材は、前記シール板の径方向の内側端部と共に前記シール板内側溝に入り込む胴部と、該胴部から該シール板側に突出して、該シール板の前記シール板キー溝に嵌まり込むシール板係合凸部と、該胴部から前記堰側に突出して、該堰の前記ディスクキー溝に嵌まり込むディスク係合凸部と、を有し、該胴部は、軸方向に対して垂直ないずれかの方向における寸法が前記シール板の前記シール板キー溝の同方向における寸法及び前記堰の前記ディスクキー溝の同方向における寸法より大きくしてもよい。

当該タービンロータでは、規制部材のシール板係合凸部がシール板のシール板キー溝に嵌まり込み、この規制部材のディスク係合凸部がロータディスクのディスクキー溝に嵌まり込んでいるため、シール板のロータディスクに対する周方向の相対移動を規制することができる。しかも、当該タービンロータの規制部材は、この規制部材の胴部がシール板キー溝及びディスクキー溝に入り込めない寸法になっているため、この胴部の存在により、軸方向の移動がシール板内側溝内に規制される。このため、当該タービンロータでは、規制部材の軸方向の移動を規制するための部品を別途必要としない。さらに、当該タービンロータでは、シール板の周方向の移動を規制する部品として、特許文献１に記載のシールアッセンブリのように、ボルトや舌付座金等の消耗部品を用いないため、修理・点検時における交換部品の数量を少なくすることができる。

また、前記タービンロータにおいて、前記シール板の前記シール板キー溝は、径方向内側から径方向外側に向かって切り込まれて、軸方向に貫通していてもよい。

当該タービンロータでは、規制部材が所定の位置に配置されている状態でも、シール板のキー溝の径方向内側の開口から、このキー溝内に規制部材のシール板係合凸部を嵌め込むことができる。このため、当該タービンロータでは、シールアッセンブリを容易に組み立てることができる。

上記問題点を解決するためのガスタービンは、
前記タービンロータと、前記タービンロータを覆うケーシングと、を備えていることを特徴とする。

上記問題点を解決するためのタービンロータにおけるシールアッセンブリの組立方法は、
回転軸線を中心とするロータディスクと、前記回転軸線に対する周方向に並んで前記ロータディスクに固定される複数の動翼と、前記ロータディスクを軸方向に貫通する冷却空気通路の軸方向の端部、及び前記動翼のプラットフォームよりも径方向内側の領域で周方向で隣り合っている動翼間に形成されている冷却空気空間の軸方向の端部をシールするシールアッセンブリと、を備え、前記動翼の前記プラットフォームにおける軸方向の端部には、径方向内側から径方向外側に凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝が形成され、前記ロータディスクには、前記動翼の前記シール板外側溝と径方向で対向する位置に、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向に延びているシール板内側溝が形成され、該シール板内側溝の軸方向で対向する一対の面のうち、前記冷却空気通路から軸方向で外側の面を形成する堰には、該軸方向に貫通するディスクキー溝が形成され、前記シールアッセンブリは、径方向の外側端部が前記シール板外側溝に嵌まり込んで、前記冷却空気空間の軸方向の端部を塞ぐ外側シール板と、断面がクランク状を成し、径方向の外側端部が前記外側シール板の径方向の内側端部に接し、径方向の内側端部が前記シール板内側溝に入り込んで、前記冷却空気通路の軸方向の端部を塞ぐ内側シール板と、前記内側シール板の径方向の内側端部と共に、前記シール板内側溝内であって該内側シール板の軸方向の外側に配置される受け板と、前記受け板を軸方向に貫通して、該受け板に螺合可能な押付ネジと、前記内側シール板の周方向の移動を規制する規制部材と、を有し、前記内側シール板には、軸方向に貫通するシール板キー溝が形成され、前記規制部材は、前記内側シール板の径方向の内側端部と共に前記シール板内側溝に入り込む胴部と、該胴部から該内側シール板側に突出して、該内側シール板の前記シール板キー溝に嵌まり込むシール板係合凸部と、該胴部から前記堰側に突出して、該堰の前記ディスクキー溝に嵌まり込むディスク係合凸部と、を有し、該胴部は、軸方向に対して垂直ないずれかの方向における寸法が前記シール板の前記キー溝の同方向における寸法及び前記堰の前記キー溝の同方向における寸法より大きい、タービンロータにおけるシールアッセンブリの組立方法であって、
前記規制部材の前記ディスク係合凸部を前記堰の前記ディスクキー溝に嵌め込み、前記外側シール板の径方向の外側端部を前記シール板外側溝に挿入してから、前記内側シール板の径方向の外側端部を該外側シール板の内側端部と接触させ、該内側シール板の径方向の内側端部を前記シール板内側溝に挿入しつつ、該内側シール板の径方向内側から該内側シール板の前記シール板キー溝に前記規制部材のシール板係合凸部を嵌め込み、前記シール板内側溝内であって、前記内側シール板と前記堰との間の位置で、前記受け板を周方向に移動させて、該受け板を周方向の目的の位置に配置し、前記受け板を基準にして前記堰側から、前記押付ネジを該受け板のネジ孔に捻じ込み、該押付ネジで前記内側シール板を軸方向に押し付けることを特徴とする。

当該シールアッセンブリの組立方法では、規制部材のシール板係合凸部をシール板のシール板キー溝に嵌め込み、この規制部材のディスク係合凸部をロータディスクのディスクキー溝に嵌め込むことで、内側シール板のロータディスクに対する周方向の相対移動を規制することができる。しかも、規制部材は、この規制部材の胴部がシール板キー溝及びディスクキー溝に入り込めない寸法になっているため、この胴部の存在により、軸方向の移動がシール板内側溝内に規制される。このため、当該組立方法では、規制部材の軸方向の移動を規制するための部品を別途必要としない。さらに、当該組立方法では、シール板の周方向の移動を規制する部品として、特許文献１に記載のシールアッセンブリのように、ボルトや舌付座金等の消耗部品を用いないため、修理・点検時における交換部品の数量を少なくすることができる。

さらに、当該シールアッセンブリの組立方法では、規制部材が所定の位置に配置されている状態で、シール板のシール板キー溝の径方向内側の開口から、このシール板キー溝内に規制部材のシール板係合凸部を嵌め込む。このため、当該組立方法では、シールアッセンブリを容易に組み立てることができる。

本発明によれば、タービンロータにおけるシールアッセンブリのメンテナンス性及びシール性を向上させることができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部を切り欠いた全体側面図である。本発明に係る一実施形態における動翼の要部斜視図である。本発明に係る一実施形態におけるロータディスクの要部斜視図である。本発明に係る第一実施形態におけるロータディスクの径方向外側部分を下流側から見た図である。同図（Ａ）は図４におけるＶ−Ｖ線断面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ矢視図である。図４におけるＶI−ＶI線断面図である。本発明に係る第一実施形態におけるシールアッセンブリの斜視図である。本発明に係る第一実施形態における規制部材の正面図である。本発明に係る第一実施形態におけるシールアッセンブリの組立手順を示すフローチャートである。本発明に係る第一実施形態におけるシール板周りの冷却空気の流れを示す説明図を示す。本発明に係る第二実施形態における周方向から見たシールアッセンブリの断面図である。

以下、本発明に係るガスタービンの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〔第一実施形態〕
第一実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動するタービン３と、を備えている。

タービン３は、ケーシング４と、このケーシング４内で回転するタービンロータ１０とを備えている。このタービンロータ１０は、例えば、このタービンロータ１０の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。なお、以下では、タービンロータ１０の回転中心となる回転軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａとする。また、回転軸線Ａｒに対する径方向Ｄｒで、回転軸線Ａｒに近づく側を径方向内側、回転軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側とする。さらに、軸方向Ｄａにおける燃焼ガスの流れにおける上流側及び下流側を、単に、上流側、下流側ということにする。

タービンロータ１０は、軸方向Ｄａに並んでいる複数の段毎に、回転軸線Ａｒを中心とするロータディスク１１と、ロータディスク１１に固定され回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼２１とを有している。ケーシング４の内周には、複数の段毎の動翼２１の上流側に、複数の静翼５が固定されている。各段の複数の静翼５は、回転軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んで配置されている。

動翼２１は、図２に示すように、径方向Ｄｒに延びる動翼本体２２と、この動翼本体２２の径方向内側に設けられているプラットフォーム２３と、プラットフォーム２３の径方向内側に設けられているシャンク２４と、シャンク２４の径方向内側に設けられている翼根２５と、を有している。プラットフォーム２３よりも径方向外側、つまり動翼本体２２が存在する領域は、燃焼器２からの燃焼ガスＧが通過する燃焼ガス流路８を形成する。一方、動翼２１のプラットフォーム２３よりも径方向内側の領域で、周方向で隣り合っている動翼２１相互間の空間は、冷却空気Ａが流れ込む冷却空気空間９を形成している。

プラットフォーム２３の上流端部及び下流端部には、それぞれ、径方向内側から径方向外側に向かって凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝２３ｕ，２３ｄが形成されている。また、翼根２５は、動翼本体２２の上流端と下流端とを結んだ翼弦が伸びている翼弦方向に対して垂直な断面形状が径方向内側に向って拡幅部と縮幅部とが交互に繰り返されるクリスマスツリー形状を成している。

ロータディスク１１には、図３に示すように、動翼２１の翼根２５が嵌まり込む翼根溝１２が形成されている。この翼根溝１２は、ロータディスク１１を軸方向Ｄａに貫通しており、その断面形状が翼根２５のクリスマスツリー形状の断面形状に対応した形状を成している。よって、この翼根溝１２は、径方向内側に向って、翼根２５の拡幅部が収まる拡幅室と翼根２５の縮幅部が収まる縮幅室とが交互に繰り返す形状を成している。但し、本実施形態において、翼根溝１２の複数の拡幅室のうちで、最も径方向内側に位置する拡幅室は、翼根２５の複数の拡幅部のサイズよりも遥かに大きく形成されている。このため、本実施形態では、動翼２１の翼根２５をロータディスク１１の翼根溝１２に嵌め込んだ際、翼根２５で最も径方向内側の面、つまり翼根２５の底面２５ｂと、翼根溝１２で最も径方向内側に位置する拡幅室の径方向内側の面、つまり翼根溝１２の溝底面１２ｂとの間には、径方向で隙間がある。本実施形態では、翼根溝１２の溝底面１２ｂと翼根２５の底面２５ｂとの間の隙間が溝内冷却空気通路１９を成している。この溝内冷却通路１９は、ロータディスク１１を軸方向Ｄａに貫通している。

ロータディスク１１には、さらに、この翼根溝１２の上流側及び下流側のそれぞれに、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向Ｄｃに延びているシール板内側溝１３，１５が形成されている。上流側のシール板内側溝１３は、プラットフォーム２３における上流側のシール板外側溝２３ｕと径方向Ｄｒで対向している。また、下流側のシール板内側溝１５は、プラットフォーム２３における下流側のシール板外側溝２３ｄと径方向Ｄｒで対向している。上流側のシール板内側溝１３における軸方向Ｄａで対向する一対の面のうち、上流側の面は上流側堰１４で形成されている。また、下流側のシール板内側溝１５における軸方向Ｄａで対向する一対の面のうち、下流側の面は下流堰１６で形成されている。

下流堰１６には、径方向外側から径方向内側に向かって切り込まれて軸方向Ｄａに貫通している複数のネジ操作開口１７と、同じく、径方向外側から径方向内側に向かって切り込まれて軸方向Ｄａに貫通している複数のディスクキー溝１８と、が形成されている。複数のネジ操作開口１７は、いずれも、軸方向Ｄａで翼根溝１２と対向する位置、言い換えると、周方向Ｄｃにおいて翼根溝１２と同じ位置に形成されている。また、複数のディスクキー溝１８は、周方向Ｄｃにおいて、複数のネジ操作開口１７の間の位置に形成されている。

ロータディスク１１には、図４〜図６に示すように、径方向内側から径方向外側に延びて翼根溝１２の溝底面１２ｂで開口する径方向冷却空気通路１１ａが形成されている。なお、図４は、ロータディスク１１の外側部分を下流側から見た図であり、図５は図４におけるＶ−Ｖ線断面図であり、図６は図４におけるＶI−ＶI線断面図である。径方向冷却空気通路１１ａを通ってきた冷却空気Ａ（図５）は、溝内冷却空気通路１９内に流入し、一部が動翼２１の翼根２５に形成されている冷却空気通路（不図示）を通って、動翼２１を冷却し、他の一部が前述の冷却空気空間９（図２、図６）に流れ込む。

タービンロータ１０は、さらに、動翼２１のプラットフォーム２３の上流端部の位置で前述の冷却空気空間９をシールする上流側シールアッセンブリ３０と、動翼２１のプラットフォーム２３の下流端部の位置で冷却空気空間９をシールする下流側シールアッセンブリ４０を備えている。

上流側シールアッセンブリ３０は、板状を成し、その厚み方向が軸方向Ｄａを向いている上流側シール板３１を有している。この上流側シール板３１は、径方向外側端部がプラットフォーム２３における上流側のシール板外側溝２３ｕに嵌まり込む外側シール板３２と、径方向内側端部がロータディスク１１における上流側のシール板内側溝１３に嵌まり込む内側シール板３３と、を有している。外側シール板３２の径方向内側端部と内側シール板３３の径方向外側端部とは、径方向で互いにオーバーラップした状態で係合している。

下流側シールアッセンブリ４０は、図４〜図７に示すように、板状を成し、その厚み方向が軸方向Ｄａを向いている下流側シール板４１と、この下流側シール板４１を上流側に押すための受け板４８及び押付ネジ４９と、下流側シール板４１のロータディスク１１に対する周方向Ｄｃの相対移動を規制する規制部材５０と、を有している。

下流側シール板４１は、その厚み方向が軸方向Ｄａを向いている。この下流側シール板４１は、径方向外側端部がプラットフォーム２３における下流側のシール板外側溝２３ｄに嵌まり込む外側シール板４２と、径方向内側端部がロータディスク１１における下流側のシール板内側溝１５に嵌まり込む内側シール板４３と、を有している。外側シール板４２は、冷却空気空間９における軸方向Ｄａの下流端部を塞ぎ、内側シール板４３は、溝内冷却空気通路１９における軸方向Ｄａの下流側端部を塞ぐ。外側シール板４２の径方向内側端部と内側シール板４３の径方向外側端部とは、径方向Ｄｒで互いにオーバーラップした状態で係合している。内側シール板４３は、平板状を成し、周方向Ｄｃに延びて、ロータディスク１１の下流側のシール板内側溝１５に入り込むシール板本体部４４と、シール板本体部４４の径方向外側端部から下流側に延びる立上り部４５と、立上り部４５の下流端部から径方向外側に伸びるラップ部４６と、を有している。すなわち、この内側シール板４３は、その断面形状がクランク形を成している。外側シール板４２の径方向内側端部は、内側シール板４３の立上り部４５よりも径方向外側であってラップ部４６よりも上流側に位置して、このラップ部４６と径方向Ｄｒでオーバーラップしている。

内側シール板４３におけるシール板本体部４４の下流側を向く面には、押付ネジ４９の先端が当接するネジ当接部４４ａ（図５）が形成されている。また、このシール板本体部４４には、径方向内側から径方向外側に向かって切り込まれて、軸方向Ｄａに貫通しているシール板キー溝４４ｂ（図４、図６、図７）が形成されている。このシール板キー溝４４ｂは、内側シール板４３のネジ当接部４４ａが周方向Ｄｃで翼根溝１２と同じ位置に位置している際、つまり、このネジ当接部４４ａが周方向Ｄｃでネジ操作開口１７と同じ位置に位置している際、周方向Ｄｃで下流堰１６のディスクキー溝１８の位置と同じ位置になるよう形成されている。

受け板４８は、板状を成し、その厚み方向が軸方向Ｄａを向いている状態で、内側シール板４３のシール板本体部４４と共に、ロータディスク１１の下流側のシール板内側溝１５内に入れられる。この際、受け板４８は、軸方向Ｄａにおいて内側シール板４３のシール板本体部４４と下流堰１６との間に位置し、周方向Ｄｃにおいて下流堰１６のネジ操作開口１７と同じ位置に位置する。この受け板４８は、周方向Ｄｃの寸法がネジ操作開口１７の周方向Ｄｃの寸法よりも大きく、径方向Ｄｒの寸法もネジ操作開口１７の径方向Ｄｒの寸法よりも大きい。この受け板４８には、軸方向Ｄａに貫通し、押付ネジ４９が螺合可能な雌ネジ孔４８ａが形成されている。

規制部材５０は、図４、図６〜図８に示すように、軸方向Ｄａの上流側及び下流側のそれぞれ突出する凸部（以下、シール板係合凸部およびディスク係合凸部と呼ぶ）を有し、一方の凸部（シール板係合凸部）が内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂに嵌め込まれ、他方の凸部（ディスク係合凸部）は下流堰１６のディスクキー溝１８に嵌め込まれている。すなわち、内側シール板４３のシール板本体部４４と共に、ロータディスク１１の下流側のシール板内側溝１５内に入り込む胴部５１と、この胴部５１から上流側に突出して、内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂに嵌まり込むシール板係合凸部５２と、この胴部５１から下流側に突出して、ロータディスク１１のディスクキー溝１８に嵌まり込むディスク係合凸部５３と、を有している。胴部５１は、受け板４８と同様、板状を成し、その厚み方向が軸方向Ｄａを向いている状態で、軸方向Ｄａにおいて、内側シール板４３のシール板本体部４４と下流堰１６との間に配置される。但し、規制部材５０の胴部５１と受け板４８とは周方向Ｄｃにおける位置が異なっている。また、この規制部材５０の胴部５１は、周方向Ｄｃの寸法が内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂの周方向Ｄｃの寸法及びロータディスク１１のディスクキー溝１８の周方向Ｄｃの寸法よりも大きく、且つ径方向Ｄｒの寸法が内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂの径方向Ｄｒの寸法及びロータディスク１１のディスクキー溝１８の径方向Ｄｒの寸法よりも大きい。

なお、規制部材５０の胴部５１は、軸方向Ｄａに対して垂直ないずれかの方向における寸法がシール板キー溝４４ｂにおける同方向の寸法及びディスクキー溝１８における同方向の寸法よりも大きければよい。

複数の外側シール板４２は、図４に示すように、回転軸線Ａｒを中心として環状に配置され、それぞれの外側シール板４２の周方向端部４２ａは、隣接する他の外側シール板４２の周方向端部４２ａと互いに重なり合うオーバーラップ構造を成している。これにより、冷却空気空間９内の冷却空気が、隣接する外側シール板４２の周方向端部４２ａの相互間から燃焼ガス中に漏れ出すのを防止している。

また、外側シール板４２の径方向外側端部には、外側シール板４２の周方向の動きを規制する突起部４２ｂが設けられている。突起部４２ｂを備えた外側シール板４２の径方向外側端部は、シール板外側溝２３ｄ内に嵌め込まれる。この際、外側シール板４２の突起部４２ｂがシール板外側溝２３ｄ内に設けられた段差（図示せず）に突き当たり、この外側シール板４２の周方向Ｄｃの動きを規制する。

次に、以上で述べた下流側シールアッセンブリ４０の組立手順について、図９のフローチャートに従って説明する。

下流側シールアッセンブリ４０の組み立ては、ロータディスク１１の各翼根溝１２に各動翼２１の翼根２５を嵌め込んでから実行される。

まず、規制部材５０のディスク係合凸部５３を下流堰１６のディスクキー溝１８に嵌め込む（Ｓ１）

次に、下流側シール板４１を構成する外側シール板４２の径方向外側端部をプラットフォーム２３のシール板外側溝２３ｄに嵌め込む（Ｓ２）。

次に、下流側シール板４１を構成する内側シール板４３を外側シール板４２に係合させて、この内側シール板４３のシール板本体部４４をロータディスク１１のシール板内側溝１５に挿入しつつ、内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂに規制部材５０のシール板係合凸部５２を嵌め込む（Ｓ３）。この際、外側シール板４２の径方向外側端部をシール板外側溝２３ｄのさらに奥に入れることで、外側シール板４２と内側シール板４３とを一体的に径方向外側に移動させてから、内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂの径方向内側開口４４ｃ（図４、図６）から、このシール板キー溝４４ｂ内に規制部材５０のシール板係合凸部５２を嵌め込む。なお、ここでは、外側シール板４２の径方向外側端部をシール板外側溝２３ｄに挿入してから、この外側シール板４２に内側シール板４３を係合させているが、この外側シール板４２に内側シール板４３を係合させてから、この状態で外側シール板４２の径方向外側端部をシール板外側溝２３ｄに挿入してもよい。

このステップ３の完了で、規制部材５０のシール板係合凸部５２が下流側シール板４１を構成する内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂに嵌まり込み、この規制部材５０のディスク係合凸部５３がロータディスク１１のディスクキー溝１８に嵌まり込んでいるため、下流側シール板４１を構成する内側シール板４３のロータディスク１１に対する周方向Ｄｃの相対移動が規制されることになる。しかも、本実施形態において、規制部材５０は、この規制部材５０の胴部５１が内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂ及びロータディスク１１のディスクキー溝１８に入り込めない寸法になっているため、この胴部５１の存在により、軸方向Ｄａの移動がシール板内側溝１５内に規制される。このため、本実施形態では、規制部材５０の軸方向Ｄａの移動を規制するための部品を別途必要としない。

次に、この受け板４８を周方向Ｄｃの目的の位置に配置する（Ｓ４）。具体的には、受け板４８を周方向Ｄｃに移動させて、受け板４８の雌ネジ孔４８ａと内側シール板４３のネジ当接部４４ａとの周方向Ｄｃの位置を一致させる。なお、この受け板４８は予めシール板内側溝１５内に入れておくことが好ましい。具体的には、ステップ３において、内側シール板４３のシール板本体部４４をシール板内側溝１５に挿入する際に、この受け板４８もシール板内側溝１５内に入れておき、このステップ４で、受け板４８を周方向Ｄｃの目的の位置に移動させるとよい。

最後に、受け板４８の雌ネジ孔４８ａに押付ネジ４９を捻じ込み、この押付ネジ４９の先端部で内側シール板４３を上流側に押す（Ｓ５）。内側シール板４３が上流側に押されると、この内側シール板４３のシール板本体部４４がシール板内側溝１５で下流側を向く面に密着し、この内側シール板４３のラップ部４６が外側シール板４２の下流側を向く面に密着する。この結果、内側シール板４３とシール板内側溝１５との間の密着性、及び内側シール板４３と外側シール板４２との間の密着性が高まる。

図１０は、シール板４１周りから燃焼ガス中に漏洩する冷却空気Ａの流れを示している。図１０において、溝内冷却空気通路１９を流れる冷却空気Ａの一部は、溝内冷却空気通路１９の下流側端部に配置された内側シール板４３とロータディスク１１の下流側端面１１ｂの間の隙間から径方向Ｄｒの外側に向かって流れ、さらに外側シール板４２とロータディスク１１の下流側端面１１ｂの間の隙間を流れて、環状に配置された外側シール板４２の周方向端面４２ａ（図４）から、リーク空気ＲＡ１として燃焼ガス中に漏洩する。また、冷却空気Ａの他の一部は、内側シール板４３とシール板内側溝１５の上流側内面１５ａの間の隙間から下流側に流れ、受け板４８の下流側面４８ｂとシール板内側溝１５の下流側内面１５ｂの間の隙間を径方向Ｄｒの外側に向かって流れ、リーク空気ＲＡ２として燃焼ガス中に漏洩する。

本実施形態のシールアッセンブリ４０では、これらのリーク空気ＲＡ１，ＲＡ２の漏洩を低減できる。すなわち、押付ネジ４９を受け板４８から前方（上流側方向）に突き出るように受け板４８に捻じ込むことにより、押付ネジ４９の先端は下流側内側シール板４８に設けたネジ当接部４４に突き当たり、内側シール板４３は下流堰１６からの反力を受ける。内側シール板４３は、この反力により上流側に押圧されて、内側シール板４３とロータディスクの下流側端面１１ｂの間、及び内側シール板４３とシール板内側溝１５の上流側内面１５ａとの間の密着性が向上する。また、ガスタービンの通常運転の際は、タービンロータの高速回転により、タービンロータを構成する各部品は遠心力を受ける。このため、内側シール板４３も遠心力を受けて、径方向Ｄｒの外側に移動し、ロータディスク１１の下流側における径方向の内側端面１１ｃ（図１０）に当接する。つまり、内側シール板４３は、遠心力により、ロータディスク１１の内側端面１１ｃに押付けられ、この接触面での密着性が上がる。よって、シールアッセンブリ４０では、内側シール板４３とロータディスクの下流側端面１１ｂの間、内側シール板４３とシール板内側溝１５の上流側内面１５ａとの間、さらに、内側シール板４３とロータディスク１１の内側端面１１ｃとの間の密着性が向上し、前述のリーク空気ＲＡ１，ＲＡ２の漏洩を低減できる。

一方、特許文献１に示すシールアッセンブリの場合、冷却通路を流れる冷却空気の一部が、シール板の中間チャンネル内に配置されたシールロッド（特許文献１の図２）の周りを流れて燃焼ガス中に漏洩する。ガスタービンの運転時、シーリングロッドは、回転による遠心力を受けて中間チャンネルの内壁に押付けられる。従って、特許文献１のシールアッセンブリの場合、遠心力の作用のみによって、シールロッドが中間チャンネルの内壁に密着して、冷却空気がシールされる。

これに対して、本実施形態のシールアッセンブリ４０では、上述のように、押付ネジ４９の軸方向Ｄａへの押圧により、内側シール板４３とロータディスク１１の下流側端面１１ｂやシール板内側溝１５の上流側内壁１５ａとの密着性を高めることができる。さらに、遠心力の作用により、ロータディスク１１の下流側端部の径方向内側端面１１ｃの密着性も高めることができる。従って、特許文献１に記載されたシールアッセンブリより、本実施形態のシールアッセンブリ４０の方が、冷却空気のシール性が高くなり、シールの信頼性が高まる。

以上のように、本実施形態では、内側シール板４３とこれに軸方向Ｄａで対向するシール板内側溝１５の一面及び外側シール板４２との密着性を高めることができ、下流側シールアッセンブリ４０による冷却空気空間９の下流端のシール性を高めることができる。

また、本実施形態では、前述したように、規制部材５０により、下流側シール板４１を構成する内側シール板４３のロータディスク１１に対する周方向Ｄｃの移動を規制することができる。しかも、この規制部材５０は、この規制部材５０の胴部５１の存在により、軸方向Ｄａの移動がシール板内側溝１５内に規制されるため、規制部材５０の軸方向Ｄａの移動を規制するための部品を別途必要としない。さらに、本実施形態では、シール板の周方向Ｄｃの移動を規制する部品として、特許文献１に記載のシールアッセンブリのように、ボルトや舌付座金等の消耗部品を用いないため、修理・点検時における交換部品の数量を少なくすることができる。

ところで、本実施形態では、シール板内側溝１５内における規制部材５０の軸方向Ｄａの移動を規制するため、シール板内側溝１５内に入るが、内側シール板４３のシール板キー溝４４ｂにもロータディスク１１のディスクキー溝１８にも入り込まない胴部５１を規制部材５０に形成している。このため、本実施形態では、シール板内側溝１５の軸方向Ｄａの幅寸法として、シール板内側溝１５内に入り込む内側シール板４３のシール板本体部４４の寸法分の他に、規制部材５０の胴部５１が入り込める寸法が必要になる。

また、本実施形態では、前述したように、下流側シールアッセンブリ４０によるシール性を高めるために、シール板内側溝１５内に内側シール板４３のシール板本体部４４と共に受け板４８も入れる必要がある。このため、本実施形態では、シール板内側溝１５の軸方向Ｄａの幅として、シール板溝内に入り込む内側シール板４３のシール板本体部４４の寸法分の他に、受け板４８が入り込める寸法を確保している。そこで、本実施形態では、シール板内側溝１５の軸方向Ｄａの幅のうちで、この受け板４８が入り込める幅を有効利用して、ここに規制部材５０の胴部５１を入れる空間を確保している。

〔第二実施形態〕
次に、図１１を用いて、本発明に係る第二実施形態のガスタービンについて説明する。

図１１に、第二実施形態に係る周方向から見たシールアッセンブリの断面図を示す。本実施形態は、動翼用冷却空気Ａがロータディスクの下流側から径方向冷却空気通路１１ａを介して溝内冷却空気通路１９に供給される場合を示している。また、本実施形態では、上流側シールアッセンブリ３０ａ及び下流側シールアッセンブリ４０は、いずれも、第一実施形態の下流側シールアッセンブリ４０と同じ構成である点が、第一実施形態と異なる。その他の構成は、第一実施形態と基本的に同様である。

本実施形態では、上流側シールアッセンブリ３０ａが第一実施形態の下流側シールアッセンブリ４０と同じ構成である関係上、ロータディスク１１には、翼根溝１２の上流側に、下流側のシール板内側溝１５ｄと同様のシール板内側溝１５ｕが形成されている。この上流側のシール板内側溝１５ｕにおける軸方向Ｄａで対向する一対の面のうち、上流側の面は上流側堰１６ｕで形成されている。上流側堰１６ｕには、下流堰１６ｄと同様、径方向外側から径方向内側に向かって切り込まれて軸方向Ｄａに貫通している複数のネジ操作開口１７が形成されている。さらに、この上流側堰１６ｕには、下流堰１６ｄと同様、複数のディスクキー溝（図示せず）も形成されている。

本実施形態では、冷却空気空間９及び溝内冷却空気通路１９の下流側端部のみならず上流側端部においても、内側シール板４３とシール板内側溝１５ｕとの間等の密着性を高めることができる。よって、本実施形態では、冷却空気空間９及び溝内冷却空気通路１９の上流側及び下流側端部における冷却空気のシール性を高めることができる。

また、本実施形態でも、第一実施形態と同様の規制部材を用いているので、内側シール板の周方向の移動を規制でき、メンテナンスの際の規制部材の着脱も容易である上に、修理・点検時における交換部品の数量を少なくすることができる。

１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、５：静翼、９：冷却空気空間、１０：タービンロータ、１１：ロータディスク、１２：翼根溝、１３，１５：シール板内側溝、１４，１６ｕ：上流堰、１６，１６ｄ：下流堰、１７：ネジ操作開口、１８：ディスクキー溝、１９：溝内冷却空気通路、２１：動翼、２２：動翼本体、２３：プラットフォーム、２３ｕ，２３ｄ：シール板外側溝、２５：翼根、３０，３０ａ：上流側シールアッセンブリ、３１，３１ａ：上流側シール板、４０：下流側シールアッセンブリ、４１：下流側シール板、４２：外側シール板、４３：内側シール板、４４ａ：ネジ当接部、４４ｂ：シール板キー溝、４８：受け板、４９：押付ネジ、５０：規制部材、５１：胴部、５２：シール板係合凸部（凸部）、５３：ディスク係合凸部（凸部）

Claims

回転軸線を中心とするロータディスクと、
前記回転軸線に対する周方向に並んで前記ロータディスクに固定される複数の動翼と、
前記ロータディスクを軸方向に貫通する冷却空気通路の軸方向の端部、及び前記動翼のプラットフォームよりも径方向内側の領域で周方向で隣り合っている動翼間に形成されている冷却空気空間の軸方向の端部をシールするシールアッセンブリと、
を備えているタービンロータにおいて、
前記動翼の前記プラットフォームにおける軸方向の端部には、径方向内側から径方向外側に凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝が形成され、
前記ロータディスクには、前記動翼の前記シール板外側溝と径方向で対向する位置に、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向に延びているシール板内側溝が形成され、該シール板内側溝の軸方向で対向する一対の面のうち、前記冷却空気通路から軸方向で外側の面を形成する堰には、該軸方向に貫通するディスクキー溝が形成され、
前記シールアッセンブリは、
径方向の外側端部が前記シール板外側溝に嵌まり込んで、前記冷却空気空間の軸方向の端部を塞ぐ外側シール板と、
断面がクランク状を成し、径方向の外側端部が前記外側シール板の径方向の内側端部に接し、径方向の内側端部が前記シール板内側溝に入り込んで、前記冷却空気通路の軸方向の端部を塞ぐ内側シール板と、
前記内側シール板の径方向の内側端部と共に、前記シール板内側溝内であって該内側シール板の軸方向の外側に配置される受け板と、
前記受け板を軸方向に貫通して、該受け板に螺合可能な押付ネジと、
前記内側シール板の周方向の移動を規制する規制部材と、
を有し、
前記内側シール板には、軸方向に貫通するシール板キー溝が形成され、
前記規制部材は、軸方向の上流側及び下流側に突出する凸部を有し、一方の凸部が前記内側シール板の前記シール板キー溝に嵌め込まれ、他方の凸部が前記堰のディスクキー溝に嵌め込まれている、
ことを特徴とするタービンロータ。
請求項１に記載のタービンロータにおいて、
前記規制部材は、前記シール板の径方向の内側端部と共に前記シール板内側溝に入り込む胴部と、該胴部から該シール板側に突出して、該内側シール板の前記シール板キー溝に嵌まり込むシール板係合凸部と、該胴部から前記堰側に突出して、該堰の前記ディスクキー溝に嵌まり込むディスク係合凸部と、を有し、該胴部は、軸方向に対して垂直ないずれかの方向における寸法が前記シール板の前記シール板キー溝の同方向における寸法及び前記堰の前記ディスクキー溝の同方向における寸法より大きい、
ことを特徴とするタービンロータ。
請求項１に記載のタービンロータにおいて、
前記内側シール板の前記シール板キー溝は、径方向内側から径方向外側に向かって切り込まれて、軸方向に貫通している、
ことを特徴とするタービンロータ。
請求項１から３のいずれか一項に記載のタービンロータと、
前記タービンロータを覆うケーシングと
を備えていることを特徴とするガスタービン。
回転軸線を中心とするロータディスクと、
前記回転軸線に対する周方向に並んで前記ロータディスクに固定される複数の動翼と、
前記ロータディスクを軸方向に貫通する冷却空気通路の軸方向の端部、及び前記動翼のプラットフォームよりも径方向内側の領域で周方向で隣り合っている動翼間に形成されている冷却空気空間の軸方向の端部をシールするシールアッセンブリと、を備え、
前記動翼の前記プラットフォームにおける軸方向の端部には、径方向内側から径方向外側に凹み、且つ周方向に延びているシール板外側溝が形成され、
前記ロータディスクには、前記動翼の前記シール板外側溝と径方向で対向する位置に、径方向外側から径方向内側に凹み、且つ周方向に延びているシール板内側溝が形成され、該シール板内側溝の軸方向で対向する一対の面のうち、前記冷却空気通路から軸方向で外側の面を形成する堰には、該軸方向に貫通するディスクキー溝が形成され、
前記シールアッセンブリは、
径方向の外側端部が前記シール板外側溝に嵌まり込んで、前記冷却空気空間の軸方向の端部を塞ぐ外側シール板と、
断面がクランク状を成し、径方向の外側端部が前記外側シール板の径方向の内側端部に接すると共に、前記シール板内側溝に入り込んで、前記冷却空気通路の軸方向の端部を塞ぐ内側シール板と、
前記内側シール板の径方向の内側端部と共に、前記シール板内側溝内であって該内側シール板の軸方向の外側に配置される受け板と、
前記受け板を軸方向に貫通して、該受け板に螺合可能な押付ネジと、
前記内側シール板の周方向の移動を規制する規制部材と、
を有し、
前記内側シール板には、軸方向に貫通するシール板キー溝が形成され、
前記規制部材は、前記内側シール板の径方向の内側端部と共に前記シール板内側溝に入り込む胴部と、該胴部から該内側シール板側に突出して、該内側シール板の前記シール板キー溝に嵌まり込むシール板係合凸部と、該胴部から前記堰側に突出して、該堰の前記ディスクキー溝に嵌まり込むディスク係合凸部と、を有し、該胴部は、軸方向に対して垂直ないずれかの方向における寸法が前記シール板の前記キー溝の同方向における寸法及び前記堰の前記キー溝の同方向における寸法より大きい、
タービンロータにおけるシールアッセンブリの組立方法であって、
前記規制部材の前記ディスク係合凸部を前記堰の前記ディスクキー溝に嵌め込み、
前記外側シール板の径方向の外側端部を前記シール板外側溝に挿入してから、前記内側シール板の径方向の外側端部を該外側シール板の内側端部と接触させ、該内側シール板の径方向の内側端部を前記シール板内側溝に挿入しつつ、該内側シール板の径方向内側から該内側シール板の前記シール板キー溝に前記規制部材のシール板係合凸部を嵌め込み、
前記シール板内側溝内であって、前記内側シール板と前記堰との間の位置で、前記受け板を周方向に移動させて、該受け板を周方向の目的の位置に配置し、
前記受け板を基準にして前記堰側から、前記押付ネジを該受け板のネジ孔に捻じ込み、該押付ネジで前記内側シール板を軸方向に押し付ける、
ことを特徴とするシールアッセンブリの組立方法。