JPH029901A - ガスタービンロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン１」−夕に係り、１４に起動ＰＩ
Ｉ＋Ｌ　ｆｌｙ　Ｊｒ　Ｊ、び運転１１￥に発／：＋づ
る熱応力を軒減し、［］−タのスｆ１１〕を延伸すると
ともに、急速起動および急速停止を頻繁に１１なうこと
ができるガスタビンロータに関Ｃノる。

（従来の技術） ガスタービンは一般に圧縮機と燃焼器およびタービンと
ｈｌ　１ら（１η成される。産業用ガスタービンにａ３
いで、圧縮機は人気ｊこり空気を吸引し、バカが１’１
　・〜１４　ａｔａ　、　および温度が３５０〜４００
°Ｃはどの、３渇高１１の圧縮空気をり１成刀る。圧縮
空気は燃焼器にＪ３いて燃料とｌＩへ合された後に燃焼
され、燃焼器は渇１■がｉ　ｏｏｏ〜１３００℃の燃焼
ガスを発生さＵる１、燃焼ガスはタービンに送給され、
タービンは高温高Ｆ［の燃焼ガスのエネルギを回転動力
に変換する。

（発明が解決しようとり−る課題） このＪ、うにＬ「縮機には１２丁に１１温麿の圧縮空気
が流通Ｍる一方、タービンには高温度の燃焼ガスが流通
し熱（、〕荷が高いため、これらの機器要素は特【こｎ
１熱ｆ＋　Ｈに（号れた部祠で形成される。

しかしながらガスタービンの起ｅ　ＩＩ￥においては、
ガスタービン全体が周囲の大気温度と同一で低い温度状
態にある。この状態から、高温度の作動流体を急激に流
通させると、作動流体の流路に直接的に接触する部材お
よびその近傍の部材は急速に加熱され温度が急上昇する
。一方ケーシング外表面部やガスタービンロータ中心部
は高温度の作動流体に直接に接触していないため、温度
上昇の割合が少ない。

このときの温度の経時変化について第５図を参照してよ
り具体的に説明する。第５図はタービンロータのディス
ク外周部とディスク内周部との温度変化をガスタービン
の起動時から経時的に示ずくグラフである。

すなわら高温度の作動流体に直接接触しているディスク
外周部はガスタービンの起動直後から急速に加熱される
。しかしディスク内周部は直接的な熱の流入が少ないた
め、温度上昇の割合がディスク外周部より小さくなって
いる。

そのためディスク外周部の温度Ｔ１とディスク内周８１
１の’を品１ｔＪ　Ｔ　２との温度差Δ丁によってディ
スク内部に人さくｒ熱応力が発生りる。この熱応ツノは
運転時間の経過ととしに温度差Δ丁が次第に縮小するた
め、徐々に低減される。しかしディスク外周部の渇１〔
「　　とｆイスク内周部の温度−「２とが笠しく　％す
、熱応力の影響が少なりイ【るまでには、約２１１．’
ｉ間の長い運転時間を要している。

このＪ、う＜２熱応力の発生は構成部材の疲労を促進し
、）？命を短縮Ｊ゛ることになるため、その防止＾・ｊ
策としてガスタービンの起動停止時間を良く設定する運
＋１〃方法も採用されている。しかし上記のような運転
方法は起動停止を頻繁に行なうガスタービンには採用す
ることができない」二に、負伺変Ｏ」に対づ−る迅速な
応答が１１７られ２７いなど、機動性に欠ける問題点が
ある。

本発明（ま上記の問題点を解決するためになされＩＪも
のであり、起動停止１１５　ａ３よび運：１１７ｉ０’
、’ｊに発生する熱応力を低減し、ロータの寿命を長期
化するとともに、急速起動おＪ、び急速停止を可能とす
るガスタービンロータを１２供４ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、複数のディスクを軸方向に積層して構成した
ガスタービンロータにおいて、隣接するディスク間に形
成される空間部に作動流体の一部を案内する流通路を各
ディスク接合部の半径方向に形成するとともに、ディス
クの高圧側Ｊ５よび低圧側に形成される空間部を連通し
、上記流通路から導入される作動流体を低圧側に流通さ
せる連通路をディスク中心部の軸方向に形成したことを
特徴とする。

（作用） 上記構成のガスタービンロータによれば、高温度の作動
流体の一部が高圧側に配設された流通路を通り、隣接す
るディスクの間に形成された空間部に案内される。案内
された高温度の作動流体は、高圧側のディスクの内部Ｊ
３　Ｊ：び中心部を急速に加熱した後に、ディスク中心
部に設けた連通路を通り、低圧側に形成された空間部へ
流入する。

流入した作動流体は同様に低圧側のディスクの空間部を
加熱し／ご後に低圧側に配設された流通路を扱けて、γ
イスク外周の作動流体流路の低圧側に戻る。

このようにイ′１動流体に、１ってディスクの内部が直
接的に加熱８れるため、ディスク外周部とディスク内周
部との温度差が発生覆る割合が少なく、熱応力Ｇよ大幅
に減少する。

したがって１１−夕の熱応力に」、る疲労が少なく、ノ
ｆＱを大幅に延伸り゛ることがでさ・る。また、起動＋
１．’ｌにはディスクの内外周部が同＋１．’ｌ　＋こ
加熱され、停止１ＯＮに６デイスクの内外周部が同時に
冷甜されるｌこめ、起動口、１、停」１時のいずれの場
合す内外周部間のん１麿差が／［しることが少ない。し
たがって従来のような長い起動時間または長い停止［，
１間を必要とｕ　Ｊ”、急速起動Ｊ＞　Ｊ、び急速停止
にが可能となり、０萌変動指令に夕・１づる応答性が向
［Ｊる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
づる１゜ 第１図は本発明に係るガスタービンロータの−実施例を
示？ｌ断面図である。本実施例はガスタービン圧縮礪の
１２段部である第１１段落ないし第１５段落（図面には
Ｎ１１〜”１５の符号で示す１．）に本発明を適用した
例で示している。

本実施例に係るガスタービンロータ１は、ケーシング２
内に回転自在に配設され、複数のディスク３８〜３ｅを
軸方向に積層し、各ディスク３ａ〜３Ｃを貝通するタイ
ボルト４によって一体的に固定したディスク積Ｆ？Ｊ型
ロータである。各ディスク３８〜３ｃの外周リムの周方
向には多数の動翼５がＩＩｌ′Ｉ設される一方、動翼５
に対向して静苦６がケーシング２の内面に一体的に配設
されている。

また本実施例に係るガスタービンロータ１は、隣接覆る
ディスク３ａ〜３０間に形成される空間部７ａ〜７ｄに
作動流体の一部を案内覆る溝状の流通路８を各ディスク
接合部の半径方向に形成するとともに、ディスク３ａ〜
３ｅの高圧側および低圧側に形成される空間部７８〜７
ｄをｊ重油し、上記流通路８から導入される作動流体を
低圧側に流通させる連通路９をディスク中心部の軸方向
に形成して構成される。

各空間部７ａ〜７ｄは、タイポル１−４の外周部に形成
される外周側空間部アａ′〜７ｄ’　と、タイボルト４
の内周側に形成される内周側空間部７８″〜７ｄ″とか
ら成る。また上記流通路８は、ディスク外周部に形成さ
れる作動流体流路１０　ｂ＋ら外周側空間部７ａ’　〜
７ｄ′に作動流体を案内する溝状の流通路８ａと、外周
側空間部７ａ’〜７ｄ’　から内周側空間部７８″〜７
ｄ″に作動流体を案内する溝状の流路路８ｂとから成る
。

また連通路９は、ＩＮＪ方向に配列された各ディスク３
ａ〜３ｃの中間部に連通路９となる穴を穿設しＩこ二ｌ
：＜ｚツブ１１ａと、穴を設けないキャップ１１ｂとを
交互に配ＫＵ　Ｌで構成される。

以下上記構成のガスタービンロータの作用についてＪ１
明する。第１４段落Ｎ１４の動Ｗ５の下流側に位置する
ディスク３ｅの外周リム部に形成された流通路８ａを通
り、生母の作動流体が矢印でポリようにディスク３ｄ〜
３０間に形成された外周側空間部７ｄ’　に流入し、外
周側空間部７ｄ’内を加熱する。

流入した作動流体はさらにディスク３ｄ〜３ｅの）ａ台
面の半径方向に形成した溝状の流通路８ｂを通り、内周
側空間部７ｄ″に流入する。流入した作動流体は内周側
空間部７ｄ″を加熱した後にタービンロータの内周側に
到達する。さらにディスク中心に到達した作動流体はキ
ャップ１１ａの中心部に形成された連通路９を通って第
１／Ｉ段落Ｎ１４の上流側のディスク３ｄの喘面部に流
入する。

流入した作動流体はディスク３ｄの上流側の内周側空間
部７Ｃ″に流入し、その内周側空間部７ＣＩ＋を加熱し
た後に流路８ｂを通り外周側空間部７ｃ’　に流入する
。流入した作動流体は、その外周側空間部７ｃ’　を加
熱した後に流路８ａを通り、第１４段落Ｎ１４の動！Ｘ
Ｉ５の上流側の作動流体流路１０に流入する。このよう
にして作動流体の一部が各タービン段落間に形成された
空間部７を流れ、該部を急速に加熱したりまたは冷７Ｊ
］　する。

どころで従来のタービンの起動時においては作動流体流
路１０は高４度に加熱される一方、ローフ内周部は常温
瓜になっているため、その温度差によってディスクに大
きな熱応力が発生ずる。

しかし本実施例に係るガスタービンロータによれば作動
流体の一部が各タービン段落のディスク間に形成される
空間部を高圧側からロータディスク中心部を通り低圧側
に流れ、短時間にロータディスク内部を加熱または冷却
する機能を備える。

例えばタービン起動時におけるディスク外周部の温＋ｕ
　Ｔ　１とディスク内周部の温度Ｔ２との経時変化は第
４図に承りようになる。すなわら高温の作動流体が直接
接触ザるディスク外周部の温度Ｔ１が急上背する変化に
対応して、ディスク内周部の温度１−２も追従するよう
に変化りる。そのため両者の温度差△Ｔは小さく、従来
ど比較して熱応力の発生が大幅に低減される。

したが・）で起動停止に要する時間を短縮し、単位１１
４間当りの熱ｆ１荷渚を増大化した場合においてム、過
大な熱応力が発生することが４１いため、急速起動およ
び急速停止を６４１１度で実施覆ることがて゛　き　る
　。

また熱応力の発生レベルが低下Ｊるため、タービンロー
タの熱応力による疲労が減少し、タービンロータの寿命
を大幅に延伸することかできる。

次に本発明の他の実施例について第２図および第３図を
参照して説明する。なお第１因に示す実施例と同一要素
には同一符号を付して、その説明は省略する。

第２図に示すガスタービンロータ１は、連通路９ａとな
る中心穴を穿設したディスク３ｂ、３ｄと、中心穴を設
けていないディスク３ａ、３ｃ。

３ｅとを交互に配設し、タイボルト４で一体的に締着し
て形成される。

本実施例のガスタービンロータにおいても、作動流体の
一部が流路８ａ、８ｂを通り、ディスク内に形成される
高圧側の空間部に導入される。導入された作動流体は該
空間部を加熱した後に、連通路９ａを通り、低圧側の空
間部に流入し、腰部を加熱した後に低圧側の流通路８ａ
、８ｂを通り作動流体流路１０に流れる。

本実施例のガスタービンロータにおいても作動流体によ
ってディスク内部が急速に加熱または冷１（Ｉ　Ｊれる
ため、熱応力の発生が少なく、ターどンロータの）ｊ命
を同様に延ばすことができる。

また第３図に示づ一実施例のガスタービンロータは、中
心部に連通路９ｂを穿設したディスク３ｂの両側に、連
通路を穿設しないディスク３ａ、３Ｃを配設し、両名を
溶接接合によって一体に接合して構成される。また溶接
接合部１２に隣接して１′径り向に流通路８Ｇが穿（ｒ
Ｑされる。

本実施例のガスタービンロータに、１３いてｂ１ディス
ク３Ｃの外周リムに設けた高圧側の流通路８Ｃからｊｆ
連路９ｂを通り、低圧側の流通路８Ｃを通る作動流体の
一連の流路が形成されている。そのため、上記実施例と
同様にディスク内外周側との６１α差が小さく、熱応力
の発生が少ない。

（発明の効宋） 以上説明の通り、本発明に係るガスタービンロータによ
れば、作動流体の一部をロータディスクの内部Ｊｊ　Ｊ
、び中心部まｅ案内する流通路および連通路を設’＝Ｊ
　−ＣＪ５す、起動時またはｔ′−１時にｄ３いてロー
タディスクの内外周部ともに同時に加熱または冷却され
るため、内外周部間に温度差が発生する割合が少ない。

そのため、温度差にＪ：る熱応力を大幅に低減すること
が可能となり、また起動停止時間を短く設定することが
可能どイ１つタービンの応答性を向上させることができ
る。

さらに熱応力による疲労が少ないため、タービンロータ
の寿命を大幅に延伸することができる。

３．３；〕、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・ディスク、
４・・・タイポル１〜．５・・・動翼、６・・・静翼、
７．７ａ〜７ｄ・・・空間部、７ａ’〜７ｄ’・・・外
周側空間部、７ａ″〜７ｄ″・・・内周側空間部、８．
８ａ、８ｂ。

ε３Ｃ・・・流通路、９．９ａ、９ｂ・・・連通路、１
０・・・作動流体流路、１１　ａ、１１　ｂ−：４：　
ｐｙブ、１２・・・溶接接合部、Ｎｎ・・第ｎ段落（ｎ
＝１１〜１５）、Ｔ１・・・ノ′イスク外周部温度、−
「２・・・ディスク内周部渇１良、ΔＴ・・・温度差。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスタービンロータの一実施例を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例を示す断面図
、第３図は本発明のその他の実施例を示す断面図、第４
図は本発明に係るガスタービンロータの起動後における
ディスク内外周部温度の経時変化を承りグラフ、第５図
は従来のガスタービンロータの起動後におけるディスク
内外周部温度の経時変化を示すグラフである。 １・・・ガスタービンロータ、２・・・ケーシング、出
願入代Ｍ！人　　　波　多　１１子　　　久９ｂ 第 図 （０Ｃ） 檎 ｊ転角間□ 「ヅ １Ｈｒ−） Ｔ１　　己スフタト、閘陀ｑ：Ｌ？ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のディスクを軸方向に積層して構成したガスタービ
   ンロータにおいて、隣接するディスク間に形成される空
   間部に作動流体の一部を案内する流通路を各ディスク接
   合部の半径方向に形成するとともに、ディスクの高圧側
   および低圧側に形成される空間部を連通し、上記流通路
   から導入される作動流体を低圧側に流通させる連通路を
   ディスク中心部の軸方向に形成したことを特徴とするガ
   スタービンロータ。