JP6422308B2 - シール構造を備えたガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンのロータディスク間における燃焼ガスまたは冷却媒体の漏洩を防止するシール構造を備えたガスタービンに関する。

タービンのロータは、ロータ軸廻りの複数のロータディスクで構成されている。隣接するロータディスクの対向する面に、ロータ軸を囲んで互いに向き合うように環状の張出部を設け、張出部の先端の対向面にロータ周方向に沿って溝部を設けている。溝部のロータ周方向に沿って環状のシール板を配設する。シール板は、ロータディスクの回転による遠心力によって溝部のロータ径方向外側へ押し付けられて、溝部の径方向外側面とシール板の径方向外側面とが密着し、ロータ内部に導入された冷却媒体を封止している。このようなシール構造では、シール板がロータディスクに対して固定されていないため、ロータ周方向およびロータ軸方向に溝部内での相対移動が発生する可能性がある。

この溝部内でのシール板の相対移動を抑制するシール構造の公知例として、シール板の廻り止め部材を設けたシール構造が知られている（たとえば、特許文献１）。

また、タービンのロータでは、ロータディスクが円筒状の曲面板の端末部分にそれぞれロータ軸に直交する方向に延びた円板リング状のフランジを有し、隣接するロータディスクがフランジの内側円周縁に沿って設けられた切り欠きを介してボルトで結合される。回転によりロータディスクに発生する遠心力は、フランジ結合部内に円周応力を発生させる。そのため、フランジ内の切り欠きに応力集中が発生し、部材の運用寿命を低下させる可能性がある。

この応力集中を低減させるロータの公知例として、フランジ内の切り欠きの間に孔または別の切り欠きを有するロータが知られている（たとえば、特許文献２）。

特許第４８２２７１６号 特表２００２−５１９５６４号公報

ところで、シール板の廻り止め部材を設けたシール構造を備えたガスタービンでは、シール性を維持すべく、ロータディスクの回転による遠心力によってシール板の径方向外側面を溝部の径方向外側面に密着させる必要がある。一方で、溝部内でのシール板の周方向の相対移動を抑制すべく、廻り止め部材を嵌挿するための孔または切り欠きがディスク係合部として張出部に設けられる。ロータディスクの回転により発生する遠心力によって張出部にも円周応力が発生する。そのため、張出部に設けられたディスク係合部廻りに応力集中が発生する恐れがある。一部に応力が集中すると応力が集中している位置が他の部分に対して耐久性が低くなる場合がある。このように耐久性が低い部分があると装置の寿命が短くなる恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シール構造のシール性を維持し、かつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができるシール構造を備えたガスタービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るシール構造を備えたガスタービンは、ロータ軸方向に複数に配列されたロータディスク間に配置され、隣接する前記ロータディスクから互いに対向するようにロータ軸方向に延在し、対向する端面に環状の溝部が形成された張出部と、該溝部内のロータ周方向に配置され、側縁にシール板係合部が形成された環状のシール板と、前記張出部に形成されたディスク係合部を介して前記張出部に係止され、かつ、前記シール板係合部を介して前記シール板を係止する廻り止め部材と、を有し、前記張出部は、ロータ軸方向の先端が前記溝部を挟んだ環状の突出部であり、前記突出部には前記ディスク係合部に対してロータ周方向に隣接する応力緩和部が設けられ、前記応力緩和部は、前記シール板に対してロータ径方向に重なるように配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記突出部は、前記シール板よりも径方向外側の径方向外側突出部と、前記シール板よりも径方向内側の径方向内側突出部とを有し、前記応力緩和部は、前記径方向外側突出部および前記径方向内側突出部の少なくとも一方に形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に応力集中が発生する箇所、たとえばディスク係合部の角部の近傍における応力集中を低減できる。ここで、ディスク係合部の角部とは、ディスク係合部のロータ軸方向の端部である。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記径方向外側突出部および前記径方向内側突出部をロータ径方向に貫通することを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。また、応力緩和部を一対の貫通孔とすることで、応力緩和部の加工を容易に行うことができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記突出部のうち前記径方向外側突出部あるいは前記径方向内側突出部のいずれか一方をロータ径方向に貫通することを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に応力集中が発生する箇所、たとえばディスク係合部の角部の近傍における応力集中を低減できる。また、応力緩和部を貫通孔とすることで、応力緩和部の加工を容易に行うことができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記突出部のうち径方向外側突出部のみに形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に応力集中が発生する箇所である径方向外側突出部に位置するディスク係合部の角部の近傍における応力集中を低減できる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記ディスク係合部に対してロータ周方向の前方側および後方側に形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に、ディスク係合部に対してロータ周方向の両側においてディスク係合部の近傍に生じる応力集中を低減することができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、ロータ周方向に長い長円の孔であることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を一層低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記ディスク係合部に対してロータ周方向の前方側および後方側にそれぞれ複数形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中をより一層低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、孔であり、前記孔の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち、対向する前記端面からロータ軸方向に遠い側の内壁が、孔状の前記ディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち前記端面に近い内壁と前記溝部内に配置された前記シール板の前記側縁の間に配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、応力緩和部は孔である場合に、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に応力集中が発生する箇所である孔状の前記ディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁の近傍のうち突出部のロータ軸方向に対向する端面に近い内壁近傍の応力集中を低減することができる。

また、本発明の他の態様に係るシール構造を備えたガスタービンにおいて、前記応力緩和部は、前記張出部の前記端面からロータ軸方向に形成される切り欠きであり、前記切り欠きの軸方向最深部を形成する前記端面から最も遠い内壁は、孔状の前記ディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち前記端面に近い内壁と前記溝部内に配置された前記シール板の前記側縁の間に配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、応力緩和部は張出部の端面からロータ軸方向に形成される切り欠きである場合に、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することによりシール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。特に応力集中が発生する箇所である孔状のディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち張出部の軸方向端面に近い内壁近傍の応力集中を低減することができる。

本発明のシール構造を備えたガスタービンによれば、シール構造のシール性を維持しつつ、ディスク係合部廻りの応力集中を低減することにより、シール構造の部材の運用寿命を向上させることができる。

図１は、ガスタービンの一般的構成を示す概念図である。 図２は、ガスタービンのロータディスク廻りの構造である。 図３は、シール板廻りの構造図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係わるシール板の溝部内取付図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る廻り止め部材廻りの平面図である。 図６は、本発明の第１の実施形態に係るディスク係合部の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図（図５のＡ―Ａ部）である。 図７は、本発明の第１の実施形態に係る応力緩和部の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図（図５のＢ−Ｂ部）である。 図８は、本発明の第１の実施形態の第１変形例の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。 図９は、本発明の第１の実施形態の第２変形例の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。 図１０は、本発明の第１の実施形態の第３変形例の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。 図１１は、本発明の第１の実施形態に係るディスク係合部廻りの平面図である。 図１２は、本発明の第１の実施形態の第４変形例のディスク係合部廻りの平面図である。 図１３は、本発明の第１の実施形態の第５変形例のディスク係合部廻りの平面図である。 図１４は、本発明の第１の実施形態の第６変形例のディスク係合部廻りの平面図である。 図１５は、本発明の第２の実施形態に係わるシール板の溝部内取付図である。 図１６は、本発明の第２の実施形態に係る廻り止め部材廻りの平面図である。 図１７は、本発明の第２の実施形態に係るディスク係合部の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図（図１６のＣ−Ｃ部）である。

本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１から図７を用いて、第１の実施形態に係るシール構造を備えたガスタービンについて説明する。図１は、ガスタービンの一般的構成を示す概念図である。ガスタービンは、図１に示すように、圧縮機５１で空気を圧縮後、圧縮空気を燃焼器５２に導入し燃料を投入して燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスをタービン５３に導入してタービンを回転させ、発電機５４から電力を取り出す構成となっている。ガスタービンの効率向上のためには、より高温の燃焼ガスを発生させることが必要である。そのため、タービンの動静翼部の冷却を目的として、冷却用空気や冷却用蒸気等の冷却媒体５７が使用される。

図２は、ガスタービンのロータディスク廻りの構造である。図３は、シール板廻りの構造図である。タービン５３のロータは、図２に示すように、ロータ軸５８廻りの複数のロータディスク６０で構成されている。

ロータディスク６０は、図３に示すように、隣接するロータディスク６０のロータ軸方向の対向する面から、ロータ軸５８を囲んで互いに向き合うようにロータ軸方向に延在する環状の張出部３を設け、張出部３の先端の対向面である端面１３にロータ周方向に沿って溝部４を設けている。タービン５３のロータは、その溝部４のロータ周方向に沿って環状のシール板２を配設する。シール板２は、ロータディスク６０の回転による遠心力によって溝部４のロータ径方向外側へ押し付けられて、溝部４の径方向外側面とシール板２の径方向外側面とが密着する。そうすることで、ロータ内部に導入された冷却媒体５７および燃焼器５２からの燃焼ガス５６を封止している。このように、タービンは、ロータディスク６０の張出部３に溝部４を設け、ロータディスク６０の向かい合う溝部４にシール板２を挿入するシール構造を設けることで、ロータ内部に導入された冷却媒体５７が、タービン５３のガスパス５５に流出するのを防止するとともに、ガスパス５５を流れている燃焼器からの燃焼ガス５６がロータ内部に流入するのを防いでいる。

次に、第１の実施形態のシール構造１についてより詳細に説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係わるシール板を溝部内に取付けた図である。第１の実施形態に係るシール構造１は、図４に示すように、ロータディスク６０に設けられ、環状の溝部４を備えた張出部３と、溝部４に挿入されたシール板２と、シール板２の溝部４内における周方向の移動を規制する廻り止め部材８と、を備える。

隣接するロータディスク６０のロータ軸方向に対向する面から、ロータ軸方向に対向する位置に、張出部３が張り出している。張出部３の先端、つまり張出部３と対面している先端部分が突出部５となる。溝部４は、対向する張出部３の突出部５の端面１３にロータ軸方向に環状に設けられる。溝部４は、ロータ軸方向に伸びており、ロータ軸方向の端面１３とは反対側の端部が底面１４となる。突出部５は、溝部４が形成されることで、ロータ径方向の外側に位置する径方向外側突出部１１と、ロータ径方向の内側に位置する径方向内側突出部１２とに分割される。つまり、突出部５は、溝部４よりも径方向外側の部分が径方向外側突出部１１となり、溝部４よりも径方向内側の部分が径方向内側突出部１２となる。

シール板２は、少なくとも２枚の環状の板を周方向に若干ずらして径方向に重ね、廻り止め部材８で固定した部材である。シール板２は、隣接するロータディスク６０の張出部３のロータ軸方向に対向する端面１３に設けられた溝部４内に環状に配設される。シール板２は、シール板２に設けたシール板係合部７を介して廻り止め部材８で固定される。シール板２は、ロータディスク６０が回転すると、遠心力によって径方向外側に移動し、突出部５と密着する。つまりシール板２は、タービン５３の回転中は、突出部５の径方向外側突出部１１の径方向内側面とシール板２の径方向外側面とが密着する。これにより、上述したようにタービン５３は、このシール板２の径方向外側面と径方向外側突出部１１の径方向内側面の間に形成された密着面でシールされ、燃焼ガスが張出部３（シール板２）よりも内側（冷却媒体の通路側）に流入するのを抑制する。同様の理由により、ロータ内部の冷却媒体が、シール板２からガスパス側（燃焼ガスの通路側、張出部３よりも径方向外側）へ流出するのを抑制する。

本実施形態のシール構造１は、図４に示すように、ロータ軸方向に対向して配置された張出部３に形成されたそれぞれの溝部４に対してシール板２が挿入されている。さらに、ロータ径方向内側から廻り止め部材８がディスク係合部６に挿入され、廻り止め部材８がシール板２に設けた円弧状のシール板係合部７に当接するようにシール板２が組み付けられる。このような構成により、シール板２は、径方向外側突出部１１の径方向内側面に密着すると共に、シール板係合部７、廻り止め部材８およびディスク係合部６を介して、ロータディスク６０の張出部３に対して係止され、溝部４内でロータ軸方向およびロータ周方向の動きが拘束される。

ディスク係合部６は、ロータディスク６０の張出部３（張出部３の突出部５）に設けた溝部４をロータ径方向に貫通するように形成される。つまり、ディスク係合部６は、ロータ径方向の外側から内側に向けて張出部３を貫通する孔として配設されている。また、ディスク係合部６は、ロータ周方向に対して、対応するシール板２の廻り止め部材８に合わせた位置、数だけ配設される。また、ディスク係合部６は、ロータ軸方向に対向する張出部３の両方に設けてもよく、一方のみに設けてもよい。

シール板係合部７は、図４、図５に示すように、シール板２の側縁１５に円弧状に設けられている。このシール板係合部７は、シール板の側縁１５の一方のみでもよく、両方の側縁１５に設けてもよい。

廻り止め部材８は、廻り止めピン３５と保持リング３６から構成される。廻り止め部材８は、ディスク係合部６に嵌挿され、ディスク係合部６を介して張出部３に係止される。また、シール板２は、シール板係合部７及び廻り止め部材８を介して張出部３に係止される。なお、廻り止め部材８は、ロータ周方向に複数箇所設けてもよい。

応力緩和部９は、図４、図５に示すように、ディスク係合部６とロータ周方向に隣接して設けられる。応力緩和部９がディスク係合部６とロータ周方向に隣接するとは、ディスク係合部６のロータ周方向の中心位置と応力緩和部９のロータ周方向の中心位置とが一致しない配置、つまり両者の中心位置がロータ周方向においてずれている配置であり、かつ、応力緩和部９とディスク係合部６とが近傍に配置されていることを意味する。また、応力緩和部９は、シール板２に対してロータ径方向に重なるように配置されている。このような構成により、応力緩和部９は、突出部５のディスク係合部６廻りに生ずる円周応力に伴う応力集中を低減する。また、応力緩和部９は、シール板２に対してロータ径方向に重なるように配置されていることで、ロータディスク６０の回転による遠心力によって、シール板２が突出部５と密着して回転する際に、シール板２によって塞がれた状態となる。これにより、シール構造１のシール性が維持される。

ディスク係合部６は、図６に示すように、たとえば、廻り止め部材８を嵌挿可能な貫通孔として形成される。ディスク係合部６は、ロータ径方向の外側から内側に向けて張出部３のロータ径方向の全長に渡り、溝部４を挟んで穿設されている。また貫通孔として形成されたディスク係合部６は、溝部４を形成する底面１４がほぼ貫通孔の中心となる位置に設けられる。すなわち、ディスク係合部６は、溝部４およびシール板２を部分的にロータ径方向に貫通するように張出部３に設けられている。

また、ディスク係合部６は、図６に示すように、ロータ径方向外側に面する内径の方がロータ径方向内側に面する内径よりも大きくなるように、ディスク係合部６の内周面のロータ軸方向外側寄りに段差部３７を設けている。ディスク係合部６は、段差部３７を境として、ロータ径方向内側に位置する小径側の内周面が、廻り止め部材８を構成する廻り止めピン３５に内接している。また、ディスク係合部６は、段差部３７を境として、ロータ径方向外側に位置するディスク係合部６の大径側の内周面が、廻り止め部材８を構成する保持リング３６に内接している。

上述の構成によれば、シール板２が廻り止め部材８を介してロータディスク６０に固定されるので、シール板２が溝部４内で相対移動するのを抑制する。そのため、シール板２のロータ軸方向およびロータ周方向の相対移動が抑えられ、シール板２の摩耗および交換頻度が低減する。また、第１の実施形態のシール構造１は、廻り止め部材８が、張出部３に穿設されたディスク係合部６に嵌合されて保持されるため、シール板２に廻り止め部材８の遠心力が作用することがない。そのため、廻り止め部材８の相対移動を小さく抑えることができ、溝部４およびディスク係合部６の内壁の損傷を抑えられる。

ここで、ディスク係合部６は、溝部４およびシール板２を部分的にロータ径方向に貫通するように張出部３に設けられているため、張出部３の突出部５において、ディスク係合部６廻りの応力集中が大きくなる可能性がある。これに対して第１の実施形態のシール構造１は、ディスク係合部６とロータ周方向に隣接して応力緩和部９を設けることで、突出部５におけるディスク係合部６廻りの応力集中を低減することができる。また、応力緩和部９は、シール板２に対してロータ径方向に重なるように配置されているので、ロータディスク６０の回転による遠心力によって、シール板２が突出部５と密着する。そのため、突出部５に設けられている応力緩和部９は、シール板２によって封止されるので、シール構造１のシール性は維持される。したがって、シール構造１は、シール性を維持しつつ、突出部５におけるディスク係合部６廻りの応力集中を低減することができ、突出部５の運用寿命を向上させることができる。その結果、シール構造１は、部材の運用寿命、特に低サイクル寿命を向上させる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る応力緩和部９およびその変形例として、ロータ径方向の形状、ロータ周方向の形状、数、または、配置の異なる８つの応力緩和部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈについて説明する。以下、形状、数、または、配置に関係のない点について説明する場合は、応力緩和部９として説明する。

応力緩和部９のロータ径方向の形状について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第１の実施形態に係る応力緩和部の、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図（図５に示すＢ−Ｂ部）である。応力緩和部９ａは、図７に示すように、径方向外側突出部１１および径方向内側突出部１２をロータ径方向に貫通している。応力緩和部９ａは、径方向外側突出部１１および径方向内側突出部１２をロータ径方向に貫通する一対の貫通孔として形成される。このような構成により、応力緩和部９ａは、ディスク係合部６廻りの応力集中を低減することができる。また、応力緩和部９ａを一対の貫通孔とすることで、応力緩和部９ａの加工を容易に行うことができる。なお、径方向外側突出部１１と径方向内側突出部１２とに形成される応力緩和部９ａの位置はロータ軸方向及びロータ周方向に必ずしも一致していなくともよい。

（第１変形例）
図８は、本発明の第１の実施形態の第１変形例であり、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。図８に示す図８に示す応力緩和部９ｂは、突出部５のうち径方向外側突出部１１または径方向内側突出部１２の少なくとも一方に形成されている。応力緩和部９ｂは、ディスク係合部６の角部のうち径方向外側突出部１１に位置するディスク係合部６の角部のみとロータ周方向に重なり、かつ、ロータ径方向には貫通しない孔として形成される。このような構成により、応力緩和部９ｂは、特に応力集中が発生する箇所、たとえばディスク係合部６の角部の近傍における応力集中を低減できる。ここで、ディスク係合部の角部とは、ディスク係合部のロータ軸方向の端部である。また、応力緩和部９ｂがディスク係合部６の角部とロータ軸方向に重なるとは、ロータ周方向から見た場合、応力緩和部９ｂがディスク係合部６の角部と重なっている状態である。つまり、応力緩和部９ｂをロータ周方向に移動させるとディスク係合部６の角部が形成されている位置と重なる状態である。

（第２変形例）
図９は、本発明の第１の実施形態の第２変形例であり、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。図９に示す応力緩和部９ｃは、突出部５のうち径方向外側突出部１１あるいは径方向内側突出部１２のいずれか一方をロータ径方向に貫通してもよい。応力緩和部９ｃは、ディスク係合部６の角部のうち径方向内側突出部１２に位置するディスク係合部６の角部のみとロータ周方向に重なり、かつ、ロータ径方向には貫通する孔として形成される。このような構成により、応力緩和部９ｃは、特に応力集中が発生する箇所、たとえばディスク係合部６の角部の近傍における応力集中を低減できる。また、応力緩和部９ｃを貫通孔とすることで、応力緩和部９ｃの加工を容易に行うことができる。

（第３変形例）
図１０は、本発明の第１の実施形態の第３変形例であり、シール板が溝部内に組み込まれた状態で、ロータ軸線を含む面で切った断面図である。図１０に示す応力緩和部９ｄは、突出部５のうち径方向外側突出部１１のみに形成される。応力緩和部９ｄは、ディスク係合部６の角部のうち径方向外側突出部１１に位置するディスク係合部６の角部のみとロータ周方向に重なり、かつ、ロータ径方向には貫通する孔として形成される。一般に、ロータディスク６０の回転により発生する遠心力はロータ径方向外側の方がロータ径方向内側よりも大きい。したがって、この遠心力によって生じる突出部５における円周応力は、径方向内側突出部１２においてよりも、径方向外側突出部１１において大きい。そのため、このような構成により、応力緩和部９ｄは、特に応力集中が発生する箇所である径方向外側突出部１１に位置するディスク係合部６の角部の近傍における応力集中を低減できる。また、応力緩和部９ｄを貫通孔とすることで、応力緩和部９ｄの加工を容易に行うことができる。

つぎに、図１１から図１４を用いて、応力緩和部９のロータ周方向の形状、数、または、配置について説明する。図１１から図１４において、シール構造１のシール性を維持すべく、シール板係合部７に対してロータ径方向に重なるように、応力緩和部９はいずれもディスク係合部６に対してロータ軸方向で張出部３の端面１３に近い位置に形成される。

図１１は、本発明の第１実施形態に係るディスク係合部廻りの平面図である。図１１に示す応力緩和部９ｅは、ディスク係合部６に対してロータ周方向の前方側および後方側に形成されている。図１１に示す応力緩和部９ｅは、ロータ周方向に長い長円の孔である。このような構成により、応力緩和部９ｅは、ディスク係合部６に対してロータ周方向の両側において、ディスク係合部６の近傍に生じる応力集中を低減することができる。さらに、図１１に示すように応力緩和部９ｅをロータ周方向に長い長円とすることで、たとえば応力緩和部９を正円とする場合に比べて、ディスク係合部６廻りの応力集中をより低減することができる。なお、ディスク係合部６に対してロータ周方向の前方側および後方側に形成される応力緩和部９の位置は、ロータ軸方向で必ずしも一致していなくともよい。

（第４変形例）
図１２は、本発明の第１実施形態の第４変形例のディスク係合部廻りの平面図である。図１２に示す応力緩和部９ｆは、ディスク係合部６に対してロータ周方向の前方側および後方側にそれぞれ複数形成される。このような構成により、応力緩和部９ｆは、ディスク係合部６に対してロータ周方向の両側において複数の応力緩和部９によって、ディスク係合部６の近傍に生じる応力集中をより一層低減することができる。なお、ディスク係合部６に対してロータ周方向の前方側および後方側に形成される応力緩和部９の位置は、ロータ軸方向で必ずしも一致していなくともよい。また、図１２には、ロータ周方向の前方側と後方側のそれぞれに２つの応力緩和部９ｆを配置したが、数は限定されない。ロータ周方向に前方側と後方側のそれぞれに３つ以上の応力緩和部９ｆを配置してもよい。

（第５変形例）
図１３は、本発明の第１実施形態の第５変形例のディスク係合部廻りの平面図である。図１３に示す応力緩和部９ｇは、正円の孔である。応力緩和部９ｇは、孔の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち、張出部３の対向する端面１３からロータ軸方向で遠い側の内壁が、孔状のディスク係合部６の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち張出部３の対向する端面１３からロータ軸方向で近い内壁と溝部４内に配置されたシール板２のロータ軸方向下流側の側縁１５の間に配置されているのが好ましい。

ここで、一般に、張出部３にディスク係合部６が設けられていない場合を考える。ロータディスク６０の回転による遠心力によって、張出部３においてロータ周方向に、円周応力が生じる。つぎに、張出部３にディスク係合部６が設けられている場合を考える。円周応力は、ディスク係合部６を避けるように、ディスク係合部６廻りに集中する。孔状のディスク係合部６廻りに生じる応力集中は、ディスク係合部６の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁の近傍のうち突出部５のロータ軸方向に対向する端面１３に近い内壁において最も大きいと考えられる。

そのため、このような構成により、応力緩和部９ｇは、特に応力集中が発生する箇所である孔状のディスク係合部６の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁の近傍のうち、張出部３の端面１３に近い内壁近傍の応力集中を低減できる。また、孔の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち、張出部３の端面１３から遠い一方の内壁は、溝部４内に配置されたシール板係合部７のロータ軸方向下流側の側縁１５よりも突出部５の端面１３の近くに位置することで、ロータ径方向で応力緩和部９ｇとシール板２が重なり、シール構造１のシール性は維持されている。

（第６変形例）
図１４は、本発明の第１の実施形態の第６変形例のディスク係合部廻りの平面図である。図１４に示す応力緩和部９ｈは、張出部３の端面１３からロータ軸方向に形成される円弧状の切り欠きであってもよい。この場合、さらに、この切り欠きの軸方向最深部を形成する突出部５の端面１３から最も遠い内壁は、孔状のディスク係合部６の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち突出部５の端面１３に近い内壁と溝部４内に配置されたシール板係合部７のロータ軸方向下流側の側縁１５の間に配置されているのが好ましい。

上述のように、孔状のディスク係合部６廻りに生じる応力集中は、軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁の近傍のうち突出部５のロータ軸方向に対向する端面１３に近い内壁において最も大きいと考えられる。

そのため、このような構成により、応力緩和部９ｈは、特に応力集中が発生する箇所である孔状のディスク係合部６の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち突出部５の端面１３に近い内壁近傍の応力集中を低減できる。また、孔の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち、突出部５の端面１３から遠い一方の内壁は、溝部４内に配置されたシール板２の軸方向の側縁１５よりも突出部５の端面１３に近い位置に配置することで、ロータ径方向で応力緩和部９ｈとシール板２が重なり、シール構造１のシール性は維持されている。

（第２の実施形態）
本発明に係るシール構造の第２の実施形態について図１５から図１７を用いて説明する。第２の実施形態に係わるシール構造１０１は、第１の実施形態と同様に、ロータディスク６０に設けられ、溝部４を設けられた張出部３、該溝部４に挿入されるシール板２および廻り止め部材２８を備える。

シール板２は、図１５に示すように、廻り止め部材２８で固定され、ロータディスク６０の張出部３に設けた溝部４内に配設されている。シール板２は、第１の実施形態と同様に、少なくとも２枚の環状の板を周方向に若干ずらして径方向に重ね、廻り止め部材２８で固定された部材である。シール板２は、ロータディスク６０の回転により発生する遠心力によって、突出部５と密着して回転する。そのため、燃焼ガスは、このシール板の密着面でシールされ、燃焼ガスがさらに内部に流入するのを抑制することができる。同様の理由により、ロータ内部の冷却媒体が、シール板２からガスパス側へ流出するのを抑制することができる。

ディスク係合部２６、シール板係合部２７、廻り止め部材２８の数や配置等は、第１の実施形態と同じ考え方である。ただし、第１の実施形態におけるシール板２の側縁１５に円弧状のシール板係合部７を設ける代わり、第２の実施形態では、側縁１５付近を貫通する孔としてシール板係合部２７を設けられている。

また、第１の実施形態では、ディスク係合部６は張出部３をロータ径方向に貫通する孔として配設されているが、第２の実施形態では、ディスク係合部２６は張出部３の端面１３に溝状に設けられている。

具体的には、ディスク係合部２６は、図１６、図１７に示すように、張出部３の端面１３からロータ軸方向に対して所定の長さに渡り、廻り止め部材２８を収容可能な大きさで、ロータ径方向の外側から内側に向けて張出部３を貫通する切り欠きとして形成される。

廻り止め部材２８は、把持部材、中間保持材、および固定ネジから構成されてもよい。シール板２には、固定ネジ挿入用の孔状に開口されたシール板係合部２７が穿設されている。把持部材は、コの字形状に形成され、対向する２枚の把持部でシール板２を挟み込む。上下の把持部には固定ネジを受け入れ可能なネジ孔が開口され、シール板２のシール板係合部２７に合わせて中間保持材を嵌挿する。さらに、ロータ径方向内側からネジ孔を介して固定ネジを挿入して、シール板２が固定される。さらに中間保持材を介してシール板を固定するので、シール板が固定ネジに直接接触することがなく、シール板２の相対移動が発生しても、固定ネジのネジ部を傷めるおそれがない。廻り止め部材２８をシール板２に設けた孔状のシール板係合部２７に嵌挿し、さらにロータ内部から廻り止め部材２８をディスク係合部２６に収容して、シール板２を溝部４内に挿入するようにシール板２を組み付ける。このような構成により、シール板２は、シール板係合部２７、廻り止め部材２８およびディスク係合部２６を介して、ロータディスク６０に対して固定され、溝部４内でロータ軸方向およびロータ周方向の動きが拘束される。

応力緩和部９は、図１６、図１７に示すように、シール板２に対してロータ径方向に重なるように突出部５に配置されている。このような構成により、ディスク係合部２６廻りの応力集中を低減するために、突出部５に応力緩和部９が設けられていても、シール構造１０１のシール性が維持される。

上述の構成によれば、シール板２は、シール板２に設けられたシール板係合部２７を介して、廻り止め部材２８により係止され、さらに廻り止め部材２８が、張出部３に設けられたディスク係合部２６を介して、ロータディスク６０の張出部３に係止される。したがって、シール板２がロータディスク６０に対して係止される。そのため、シール板２のロータ軸方向およびロータ周方向の相対移動が抑えられ、シール板２の摩耗および交換頻度が低減する。

さらに、ディスク係合部２６とロータ周方向に隣接し、かつ、シール板２に対してロータ径方向に重なるように応力緩和部９が配置されていることで、シール構造１０１のシール性を維持しつつディスク係合部２６廻りの応力集中を低減することができる。したがって、シール構造１０１のシール性を維持しつつ、シール構造１０１の部材の運用寿命を向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した本実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換および変更を行うことができる。

また、シール板２は、複数の板を環状に重ねて形成される。上述のシール板２は着脱可能な構造であるが、部材間のロータ周方向のずれ防止を図るべく、シール板２に溶接にて固着された固定ピンを介して互いに固定してもよい。このような構成のシール板２は、張出部３の溝部４内に挿入し、一体としてロータディスク６０に組み込まれる。

１、１０１ シール構造
２ シール板
３ 張出部
４ 溝部
５ 突出部
６、２６ ディスク係合部
７、２７ シール板係合部
８、２８ 廻り止め部材
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ 応力緩和部
１１ 径方向外側突出部
１２ 径方向内側突出部
１３ 端面
１４ 底面
１５ 側縁
３５ 廻り止めピン
３６ 保持リング
３７ 段差部
５１ 圧縮機
５２ 燃焼器
５３ タービン
５４ 発電機
５５ ガスパス
５６ 燃焼ガス
５７ 冷却媒体
５８ ロータ軸
６０ ロータディスク

Claims (10)

1. ロータ軸方向に複数に配列されたロータディスク間に配置され、隣接する前記ロータディスクから互いに対向するようにロータ軸方向に延在し、対向する端面に環状の溝部が形成された張出部と、
   該溝部内のロータ周方向に配置され、側縁にシール板係合部が形成された環状のシール板と、
   前記張出部に形成されたディスク係合部を介して前記張出部に係止され、かつ、前記シール板係合部を介して前記シール板を係止する廻り止め部材と、を有し、
   前記張出部は、ロータ軸方向の先端が前記溝部を挟んだ環状の突出部であり、
   前記突出部には前記ディスク係合部に対してロータ周方向に隣接する応力緩和部が設けられ、
   前記応力緩和部は、前記シール板に対してロータ径方向に重なるように配置されていることを特徴とするシール構造を備えたガスタービン。
2. 前記突出部は、前記シール板よりも径方向外側の径方向外側突出部と、前記シール板よりも径方向内側の径方向内側突出部とを有し、
   前記応力緩和部は、前記径方向外側突出部および前記径方向内側突出部の少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項１に記載のシール構造を備えたガスタービン。
3. 前記応力緩和部は、前記径方向外側突出部および前記径方向内側突出部をロータ径方向に貫通することを特徴とする請求項２に記載のシール構造を備えたガスタービン。
4. 前記応力緩和部は、前記突出部のうち前記径方向外側突出部あるいは前記径方向内側突出部のいずれか一方をロータ径方向に貫通することを特徴とする請求項２に記載のシール構造を備えたガスタービン。
5. 前記応力緩和部は、前記突出部のうち径方向外側突出部のみに形成されることを特徴とする請求項２に記載のシール構造を備えたガスタービン。
6. 前記応力緩和部は、前記ディスク係合部に対してロータ周方向の前方側および後方側に形成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のシール構造を備えたガスタービン。
7. 前記応力緩和部は、ロータ周方向に長い長円の孔であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシール構造を備えたガスタービン。
8. 前記応力緩和部は、前記ディスク係合部に対してロータ周方向の前方側および後方側にそれぞれ複数形成されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のシール構造を備えたガスタービン。
9. 前記応力緩和部は、孔であり、前記孔の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち、対向する前記端面からロータ軸方向に遠い側の内壁が、孔状の前記ディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち前記端面に近い内壁と前記溝部内に配置された前記シール板の前記側縁の間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシール構造を備えたガスタービン。
10. 前記応力緩和部は前記張出部の前記端面からロータ軸方向に形成される切り欠きであり、前記切り欠きの軸方向最深部を形成する前記端面から最も遠い内壁は、孔状の前記ディスク係合部の軸方向最大幅を形成する軸方向両端の内壁のうち前記端面に近い内壁と前記溝部内に配置された前記シール板の前記側縁の間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のシール構造を備えたガスタービン。
    

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