JPH0635807B2 - ガスタ−ビン - Google Patents

ガスタ−ビン

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JPH0635807B2
JPH0635807B2 JP60166722A JP16672285A JPH0635807B2 JP H0635807 B2 JPH0635807 B2 JP H0635807B2 JP 60166722 A JP60166722 A JP 60166722A JP 16672285 A JP16672285 A JP 16672285A JP H0635807 B2 JPH0635807 B2 JP H0635807B2
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潤治 石井
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は二軸式のガスタービンに係り、特に高圧タービ
ンディスクと低圧タービンディスクとを冷却する冷却構
造を改良したガスタービンに関する。
〔発明の技術的背景〕
発電所等で多用する二軸式のガスタービンは、一般に第
2図に示す冷却構造を有している。即ち、高圧タービン
ディスク1と低圧タービンディスク2とノズル内輪3と
によって囲まれ空気室4を形成している。この空気室4
は高圧タービンディスク1と低圧タービンディスク2と
の中間位置に配置した仕切壁5で軸方向に二分されてい
る。また、仕切壁5と同一軸方向配置で、冷却空気供給
管6をガス通路7を貫通させて設けている。冷却空気供
給管6の供給口6aは仕切壁5の外周部に臨み、この仕
切壁5の外周部には高圧タービンディスク1側の空気室
(以下、高圧空気室という)8と、低圧タービンディス
ク2側の空気室(以下、低圧空気室という)9とに冷却
空気を吹込む吹込孔10a,10bがそれぞれ形成され
ている。なお、ガス通路7内には上流側から順次に高圧
ノズル11、高圧ブレード12、低圧ノズル13および
低圧ブレード14が配置している。
運転時には、矢印Aで示すように、タービン圧縮機から
冷却空気が冷却空気供給管6を介して高圧空気室8およ
び低圧空気室9に供給される。そして、供給された冷却
空気の接触により、高圧タービンディスク1および低圧
タービンディスク2が冷却される。また、冷却空気は高
圧タービンディスク1および低圧タービンディスク2と
ノズル内輪3との間のクリアランスを介してガス通路7
に流出し、これによりガスシールを行なう。なお、ガス
シールに必要な空気圧はガス通路7内で異なり、高圧ブ
レード12部では低圧ブレード14部に比して高圧を必
要とする。そこで各吹込孔10a,10bの開口面積に
差を設け、仕切壁5によって各空気室8,9内をそれぞ
れ独立して空気圧に保持している。
また、図示しないが、高圧タービンディスク1および低
圧タービンディスク2の空気室4と反対側部分にはロー
タ軸受が設けられ、この各ロータ軸受から吹込まれた冷
却空気によって各ディスク1,2の反空気室側の面の冷
却およびガスシールが行なわれる。
〔背景技術の問題点〕
各空気室8,9の冷却空気の吹込孔10a,10bが仕
切壁5の外周側に設けてあるため、吹込まれた冷却空気
は各空気室8,9の外周部分を流通して、ガス通路7に
流出し易い。この結果、高圧タービンディスク1および
低圧タービンディスク2の軸心側の冷却効果が減少し、
例えば第3図に示すように、ディスク両側面間の温度分
布が不均一となり、その温度差によって熱応力が発生し
易くなる。
タービンディスクは高温、高応力の条件下で作動される
ので、熱応力の発生はタービン強度に対する影響上、極
力改善すべき重要項目の一つである。
また、従来のガスタービンでは第2図に示すように、冷
却空気供給管6が低圧ノズル13と別個に設けられてい
る。このような構成によると、冷却空気供給管6と低圧
ノズル13との設置スペースが独自に必要となるから、
高圧タービンと低圧タービンとの軸方向距離を大きく設
定せざるを得ない。この結果、ガスの圧力損失が大きく
なり、タービン性能がそれだけ低下することになる。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ター
ビンディスクを軸方向全体に亘って均一に冷却して熱応
力の低減を図り、かつ高低圧タービン間の軸方向距離を
短縮してタービン性能の向上が図れるガスタービンを提
供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するため、本発明は、高圧タービンデ
ィスクと低圧タービンディスクとが分離した二軸式のガ
スタービンであって、前記高圧タービンディスクと前記
低圧タービンディスクと低圧ノズルのノズル内輪とで囲
まれた空気室を仕切板によって軸方向に区分し、その区
分された各空気室に圧力の異なる冷却空気をそれぞれ供
給するようにしたものにおいて、前記仕切板と前記低圧
ノズルとを同一軸方向位置に配置するとともに、その低
圧ノズルのノズル内輪に形成した冷却空気供給路の吹込
口を前記高圧タービンディスク側の空気室に開口させ、
かつこの高圧タービンディスク側の空気室と低圧タービ
ンディスク側の空気室とを、前記仕切板の外周側では閉
塞する一方、軸心側ではその仕切板にあけた連通孔を介
して互いに連通させ、これにより各タービンディスクの
径方向全体に亘る冷却空気通路を形成し、さらに高圧タ
ービン側の空気室内は前記連通孔よりも外径側において
ラビリンスシールを介して径方向に連通状態で区分した
ことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図を参照して説明する。
この実施例に係る二軸式ガスタービンでは、低圧ノズル
内輪21を中空で、外周部両端に環状突縁21aが突出
するものとしている。この環状突縁21aが高圧タービ
ンディスク22と低圧タービンディスク23とに隣接
し、その外周側にガス通路24が形成されるとともに、
内周側に冷却用の空気室25が形成される。
空気室25は低圧ノズル内輪21の内周部に密接固定し
た環状の仕切板26で軸方向に区分している。この仕切
板26の軸心部には、高圧タービンディスク22側の空
気室(高圧空気室)27aと低圧タービンディスク23
側の空気室(低圧空気室)27bとを連通する連通孔2
8を穿設している。
ガス通路24内に配置する低圧ノズル30は、低圧ノズ
ル内輪21とケーシング31とで固定し、仕切板26と
軸同一軸方向配置としている。この低圧ノズル30のう
ち、所定数のものに冷却空気供給管31をインサート
し、これによりノズル内に冷却空気供給路32を形成し
ている。冷却空気供給路32は、低圧ノズル内輪21内
の中空部21b内に開口し、図示しない圧縮機から送ら
れた冷却空気は矢印Bで示すように、まず中空部21b
内に導入される。ノズル内輪21の一側壁には、中空部
21bと高圧空気室27aとを連通する空気吹出孔33
を周方向に間隔的に穿設し、冷却空気を高圧タービンデ
ィスク22側に向って吹出すようにしている。
また、高圧空気室26内は、低圧ノズル内輪21と高圧
タービンディスク22との間に設けたラビリンスシール
34によって径方向に連通状態で区分している。これに
より、高圧空気室27a内では、外周側から軸心側に向
って冷却空気が減圧されて流動する。仕切板26の連通
孔28は、このラビリンスシール34よりも軸心側に配
置する。これにより、ラビリンスシール34で減圧され
た冷却空気が高圧空気室27aの軸心側まで流動した
後、さらに減圧されて低圧空気室27bの軸心側に流通
し、その後低圧空気室27bの外周側へ流動する。
なお、高圧空気室27aおよび低圧空気室27bの各外
周部分と、ガス通路24との間には、ガス逆流防止用の
フィン35a,35bを設けている。36,37は高圧
ブレードおよび低圧ブレードを示す。
次に作用を説明する。
冷却空気供給路32から供給された冷却空気は、まず低
圧ノズル内輪21の中空部21b内に導入されて低圧ノ
ズル内輪21を冷却する。この冷却空気は空気吹出孔3
3から高圧空気室27aの外周側に吹出す。この部分の
空気圧がガス通路24内の作動ガス圧よりも僅かに高く
なるように設定しておく。これにより、冷却空気の一部
はガス通路24側に流出し、高圧タービンブレード36
のシャンク部を冷却するとともに、シール空気としてガ
スシールに供される。
一方、残りの冷却空気はラビリンスシール34で減圧さ
れて高圧空気室27aの軸心側に流入する。この部分の
空気圧は、ガス通路24内の高圧ブレード36部分のガ
ス圧に比べて極めて低くなるため、高圧タービンに作用
するスラスト力は非常に低くなる。従来のガスタービン
では、高圧空気室全体圧がガス通路圧よりも高く、高圧
タービンディスクに大きいスラスト力が作用する問題が
あったが、これを解消することができる。
なお、高圧空気室27aから低圧空気室27bに空気流
通を行なわせるためには、高圧空気室27a内の空気圧
を低圧空気室27b内の空気圧pよりも大きくす
る必要がある。このp>pの関係を与えるため、ラ
ビリンスシール34ではpを所定値以上の圧力となる
ようシール間隙を設定する。しかして、冷却空気を高圧
空気室27aから低圧空気室27bに連通孔28を介し
て円滑に流通させるようにすれば、高圧タービンディス
ク22おび低圧タービンディスク23の軸心部分まで冷
却空気に接触するから、従来比較的冷却困難であったデ
ィスク軸心側まで十分に冷却することができる。
そして、仕切板26の連通孔28の開口面積は、低圧空
気室27b内の空気圧が低圧ブレード37部分のガス圧
よりも高くなる値に設定する。これにより、冷却空気が
低圧空気室27bからガス通路24に確実に流出するよ
うにする。そうすれば低圧タービンディスク23の端面
は軸心部分から外周部分までに亘って冷却空気と接触
し、均一な冷却効果が得られる。したがって、ディスク
内の熱応力は従来に比して著しく低減する。しかも、ガ
スシールは確実に行なわれる。
さらに、この実施例に係るガスタービンでは、低圧ノズ
ル30を仕切板26と同一軸方向配置とし、この低圧ノ
ズル30内にインサートした冷却空気供給管31によっ
て冷却空気供給路32を形成したので、空気供給管と低
圧ノズルとを個別に設けた従来のものに比べて高圧ター
ビンと低圧タービンとの間の軸方向長さを短縮すること
ができる。したがって、タービン損失をそれだけ低減す
ることができ、タービン性能の向上も図れるようにな
る。
なお、前記実施例では、仕切板26の軸心部に連通孔2
8を穿設したが、本発明はこのようなものに限らず、仕
切板26の軸心側に多数の小孔を穿設してもよく、また
仕切板26の材質自体が多孔室金属で両側面が連通状態
である場合には連通孔の形成を省略するようにしてもよ
い。要するに、高圧空気室27aと低圧空気室27bと
が軸心側で十分に連通し、各タービンディスクの表面に
冷却空気が接触流通し得る孔を有する仕切板構造であれ
ばよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、冷却空気を低圧ノズル
のノズル内輪から、仕切板で仕切られた高圧タービンデ
ィスク側の空間(高圧空気室)に吹出させ、さらに低圧
タービンディスク側の空間(低圧空気室)へ円滑に流通
させることができる。したがって、高低圧のタービンデ
ィスクの軸心部まで冷却空気に接するため、各タービン
ディスクは軸心部から外周部分まで充分に、かつ、均一
に冷却され、ディスク内の温度不均一が低減し、これに
より、ディスクに作用する熱応力を従来に比べて著しく
低減することが可能となる。また、低圧ノズルと仕切板
とを同一の軸方向位置に配置しているため、従来の二軸
式ガスタービンに比べて高圧タービンと低圧タービンと
の間に軸方向長さを短縮することができ、タービンの損
出が低減できるためタービン性能の向上が図れる。さら
に、高圧空気室内を連通孔よりも外径側においてラビリ
ンスシールを介し、径方向に連通状態で区分することに
より、減圧効果を得るようにしたので、高圧空気室内の
冷却空気圧を充分低くすることができ、高圧タービンデ
ィスクに大きいスラスト力が作用するのを防止すること
ができる等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るガスタービンの空気室付近を拡大
して示す断面図、第2図はこれに対応する従来例を示す
断面図、第3図は従来例に基く冷却特性を示す模式図で
ある。 21……低圧ノズル内輪、22……高圧タービンディス
ク、23……低圧タービンディスク、25……空気室、
26……仕切板、27a……高圧空気室、27b……低
圧空気室、28……連通孔、30……低圧ノズル、32
……冷却空気供給路、34……ラビリンスシール。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高圧タービンディスクと低圧タービンディ
    スクとが分離した二軸式のガスタービンであって、前記
    高圧タービンディスクと前記低圧タービンディスクと低
    圧ノズルのノズル内輪とで囲まれた空気室を仕切板によ
    って軸方向に区分し、その区分された各空気室に圧力の
    異なる冷却空気をそれぞれ供給するようにしたものにお
    いて、前記仕切板と前記低圧ノズルとを同一軸方向位置
    に配置するとともに、その低圧ノズルのノズル内輪に形
    成した冷却空気供給路の吹込口を前記高圧タービンディ
    スク側の空気室に開口させ、かつこの高圧タービンディ
    スク側の空気室と低圧タービンディスク側の空気室と
    を、前記仕切板の外周側では閉塞する一方、軸心側では
    その仕切板にあけた連通孔を介して互いに連通させ、こ
    れにより各タービンディスクの径方向全体に亘る冷却空
    気通路を形成し、さらに高圧タービン側の空気室内は前
    記連通孔よりも外径側においてラビリンスシールを介し
    て径方向に連通状態で区分したことを特徴とするガスタ
    ービン。
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