JPH09189240A

JPH09189240A - ２軸型ガスタービン

Info

Publication number: JPH09189240A
Application number: JP1843796A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Iwamoto; 敏昭岩本; Takafumi Nakagawa; 貴文中川; Mitsuru Obana; 充尾花
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-01-08
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 1997-07-22
Anticipated expiration: 2016-01-08
Also published as: JP2963385B2

Abstract

(57)【要約】【課題】タービンロータとノズル間のシール性を向上さ
せタービン効率を向上させることができる２軸型ガスタ
ービンを提供する。【解決手段】ガス発生機２からの作動ガスＧを出力ター
ビン６の軸受９を収納した軸受箱１０側から出力タービ
ン６に導入するとともに、軸受箱１０と出力タービン６
の第１段ノズル２４ａとの間に、両者間に軸方向への相
対変位を許容しながら同心を維持させる同心保持手段３
０を設ける。従って、軸受箱１０に支持されたタービン
ロータ２２とノズル２４間で同心を維持して両者間の隙
間が周上均一になることから、この間の隙間を小さくで
き、シール性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２軸型ガスタービ
ンに関し、そのタービンロータとノズル間のシール性の
向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、圧縮機、燃焼器およ
び圧縮機駆動用タービンから構成され、高温・高圧のガ
スを発生させるガス発生機２と、その高温・高圧のガス
のエネルギーを動力として取り出す出力タービン１６と
からなる２軸型ガスタービンにおいては、ガス発生機２
の回転軸と出力タービン１６の出力軸１７とは、通常同
軸（同一軸心上配置）におかれている（特開平2-286835
号公報参照）。ガス発生機２から出力タービン１６へ流
れを導くための流路１４も、ガス発生機２および出力タ
ービン１６と同様に、円筒または円錐形状であり、従っ
て、流路１４を形成する中間ダクト１５内の高温・高圧
の作動ガスＧによる変形も軸対称であるから、この変形
がガス発生機２または出力タービン１６の変形に悪影響
を与えることはない。

【０００３】これに対して、このような同軸型の２軸型
ガスタービンの出力軸方向と、発電機、圧縮機等の被駆
動機器の入力軸の方向とをある角度を持たせ、または直
交させた出力軸立型の２軸型ガスタービンの場合、別途
回転軸方向を出力タービンの出力軸方向から被駆動機器
の入力軸方向に変えるベベルギヤが必要となる。また、
これらの構成機器の据付スペースも広いものにならざる
を得ない。

【０００４】この状況を改善する手段として、ガスター
ビン内でガス発生機の回転軸方向に対して出力タービン
の出力軸方向を変えて、被駆動機器の入力軸方向と同軸
または平行となるように配置することが考えられる。こ
れにより、ベベルギヤ等の回転方向を変えるための機器
が不要となる上に、据付スペースの大幅な低減も実現す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
出力軸立型の２軸型ガスタービンの場合、ガス発生機か
らの作動ガスを出力タービンに導く中間ダクトは、作動
ガスを変向して出力タービンに向けるために、軸対称で
ないスクロール型もしくは渦巻き型の複雑な形状にな
る。そのために、高温・高圧の作動ガスにより、局部的
に不均一な変形を起こし、特に、出力タービンケーシン
グを変形させ、その結果、タービンロータとケーシング
に固定されたノズル（静翼）との間に設けられたラビリ
ンスシールに心ずれを発生させ易いという問題がある。

【０００６】他方、タービンロータとノズルのラビリン
スシール部は極力隙間を小さくした方がシール部からの
漏洩が少なくなり、出力タービンの効率を向上させるこ
とができるが、前述のとおり、タービンロータとノズル
間の心ずれが大きいと、この隙間を小さくするのが困難
となる。その隙間をタービンロータとノズルとの運転中
の相対変位量以下にすると、シール部で両者が接触し、
シール部を損傷させたり、接触に起因する振動を誘発さ
せるおそれがある。

【０００７】本発明は上記の問題点を解決して、タービ
ンロータとノズル間のシール性を向上させタービン効率
を向上させることができる２軸型ガスタービンを提供す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一構成によれば、圧縮機、燃焼器および圧
縮機駆動用タービンから構成され、高温，高圧の作動ガ
スを発生させるガス発生機と、このガス発生機の回転軸
に対して傾斜または直交した回転軸を有し、前記作動ガ
スのエネルギーを動力として取り出す出力タービンとを
備え、前記ガス発生機からの作動ガスを前記出力タービ
ンの軸受を収納した軸受箱側から出力タービンに導入す
る２軸型ガスタービンであって、前記軸受箱と出力ター
ビンの第１段ノズルとの間に、両者間に軸方向への相対
変位を許容しながら、同心を維持させる同心保持手段を
備えている。

【０００９】上記構成によれば、ガス発生機からの作動
ガスを、出力タービンの軸受を収納した軸受箱側から出
力タービンに導入するとともに、同心保持手段が、軸受
箱と出力タービンの第１段ノズルとの間に、両者間に軸
方向への相対変位を許容しながら、同心を維持させる。
従って、軸受箱に支持されたタービンロータとノズル間
で同心を維持して両者間に径方向の隙間が周上均一にな
ることから、この間の隙間を小さくでき、シール性を向
上させることができる。

【００１０】すなわち、従来の同軸型の２軸型ガスター
ビンでは、図４に示すように、出力タービン１６の軸受
箱４０と、内周部にラビリンスシール２８を備えたノズ
ル２４とは、ロータディスク２２を挟んでいたため、両
者間に同心保持機構を設けることは難しかったが、本発
明では、立型の２軸型ガスタービンにおいて、出力ター
ビンの軸受箱をガス発生機と出力タービン間をつなぐ中
間ダクト寄りに設けてやることにより、軸受箱側からタ
ービンロータへ作動ガスを流すようにして、軸受箱と出
力タービンの第１段ノズルを構造上接近させた。従っ
て、両者間に同心保持構造を装備することで、軸受箱に
支持されたタービンロータとラビリンスシールを備えた
第１段ノズル内周部との同心を常時確保でき、わずかな
ラビリングシール隙間でもシール部の接触に起因するシ
ール部の損傷を起こす可能性をなくすることができる。

【００１１】本発明の一実施態様によれば、前記同心保
持手段は、前記第１段ノズルと前記軸受箱間を連結する
リング状のダイアフラムである。リング状のダイアフラ
ムは径方向へ均等に熱膨張するので、軸受箱に支持され
たタービンロータと第１段ノズル間で心ずれによる接触
が生じないことから、この間の隙間を小さくして、シー
ル性を向上させることができる。

【００１２】好ましくは、前記第１段ノズルの内周面と
タービンロータとの間にラビリンスシールが設けられ、
前記ダイアフラムの外周部が、この第１段ノズルにおけ
るラビリンスシールよりも径方向外方に位置するノズル
側面に固定されている。

【００１３】本発明の他の実施態様によれば、前記同心
保持手段は、前記第１段ノズルと前記軸受箱とに設けら
れて互いにかみあうスプラインである。従って、軸受箱
に支持されたタービンロータとノズル間で心ずれによる
接触が生じないことから、この間の隙間を小さくして、
シール性を向上させることができる。

【００１４】好ましくは、前記第１段ノズルの内周面と
タービンロータとの間にラビリンスシールが設けられ、
さらに、この第１段ノズルの内周面に前記スプラインが
形成されている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る
２軸型ガスタービンの側面図を示す。この出力軸立型の
２軸型ガスタービン１は、高温，高圧の作動ガスＧを発
生させるガス発生機２と、ガス発生機２からの作動ガス
を出力タービン６の軸受９を収納した軸受箱１０側から
出力タービン６に導入する中間ダクト４と、ガス発生機
２の回転軸に対して直交した回転軸８を有し、中間ダク
ト４からの作動ガスＧのエネルギーを動力として取り出
す出力タービン６とを備えている。中間ダクト４は、出
力タービン６の回転軸８を囲む環状のスクロール流路２
６を形成しており、このスクロール流路２６により、ガ
ス発生機２の回転軸に沿った作動ガスの流れが出力ター
ビン６の回転軸８に沿った方向に転向される。出力ター
ビン６の上部には図示しない排気ダクトが接続される。
ガス発生機２は、図示しない空気を圧縮する圧縮機、圧
縮された空気に燃料を混入して燃焼させる燃焼器および
燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されて圧縮機を駆動す
る圧縮機駆動用タービンから構成される。なお、出力タ
ービン６の回転軸８の下部に発電機等の被駆動機器が同
軸に連結されている。

【００１６】出力タービン６は、動翼を備えたタービン
ロータ２２が回転軸８の軸受９を介して軸受箱１０に支
持され、さらに、この軸受箱１０を介して基台Ｋに支持
されている。ケーシング１８は支持脚Ｆを介して外周の
複数箇所で基台Ｋに支持され、タービンロータ２２と対
向するノズル（静翼）２４がその内側に固定されてい
る。中間ダクト４は、図示しない複数箇所で支持脚を介
して基台Ｋに支持されている。この中間ダクト４は、内
側ダクト５０と外側ダクト５２を備えた２重構造になっ
ており、薄板からなる内側ダクト５０は、第１段ノズル
２４ａに固定され、厚肉の外側ダクト５２は、金属製の
ジャバラからなる伸縮継手５６を介して、ケーシング１
８または第１段ノズル２４ａに連結されている。

【００１７】図２に示すように、タービンロータ２２と
ノズル２４間には、ラビリンスシール２８が設けられ、
軸受箱１０の上部と回転軸８との間にもラビリンスシー
ル２９が設けられている。また、このガスタービン１
は、軸受箱１０と出力タービン６の第１段ノズル２４ａ
とを連結して、両者間に軸方向への相対変位を許容しな
がら、同心を維持させるリング状のダイアフラムのよう
な同心保持手段３０を備えている。このダイアフラム３
０は、ダイアフラム３０の外周部が、第１段ノズル２４
ａの内周面とタービンロータ２２との間に設けられたラ
ビリンスシール２８よりも径方向外方に位置する第１段
ノズル２４ａ側面に、ボルトのような締結手段で固定さ
れている。

【００１８】すなわち、従来の同軸型の２軸型ガスター
ビンでは、図４の出力タービン１６の軸受箱４０と、内
周部にラビリンスシール２８を備えたノズル２４とは、
ロータディスク２２を挟んでいたため直接的に両者間の
同心保持機構を備えることは難しかったが、本発明にお
いては、図１の出力タービン６の軸受９を収納した軸受
箱１０をガス発生機２と出力タービン６間をつなぐ中間
ダクト４側に設けてやることにより、軸受箱１０側から
タービンロータ２２へ作動ガスＧを流すようにして、軸
受箱１０と出力タービン６の第１段ノズル２４ａを構造
上接近させた。従って、両者間に図２の同心保持手段３
０を設けることで、タービンロータ２２を支持する軸受
箱１０とラビリンスシール２８を備えた第１段ノズル２
４ａ内周部との同心を常時確保でき、わずかなラビリン
スシール２８隙間でもシール部の接触に起因するシール
部の損傷や振動を起こす可能性をなくすることができ
る。

【００１９】以下、この２軸型ガスタービンの動作を説
明する。図１のガス発生機２において発生する高温高圧
の作動ガスＧは、水平方向に噴出し、中間ダクト４を介
して、スクロール流路２６に流入する。スクロール流路
２６に流入した作動ガスＧは、スクロール流路２６に沿
って出力タービン６の回転軸８の周囲に環状に広がると
ともに、スクロール流路２６において、内周面形状に沿
って流れながら出力タービン６の回転軸８方向に向けて
流れ方向を転じ、流出口から出力タービン６の翼列に向
けて噴出し、出力タービン６を回して回転軸８を駆動す
る。この回転軸８の回転により、発電機等の被駆動機器
が駆動される。

【００２０】中間ダクト４は、軸対称形ではなく、スク
ロール型の複雑な形状であるから、作動ガスＧの圧力お
よび熱を受けて、局部的に不均一な変形を起こす。この
変形は、伸縮継手５６により、ある程度吸収されるが、
それでも、出力タービン６のケーシング１８に、タービ
ンロータ２２との心ずれをもたらす変形力を作用させ
る。これに対し、この実施形態では、ダイアフラム３０
により、軸受箱１０に支持されたタービンロータ２２と
出力タービン６の第１段ノズル２４ａとを連結して、同
心を維持させるので、両者間に心ずれが生じない。従っ
て、ラビリンスシール２８の隙間を小さくして、シール
性を向上させることができる。これにより、タービン効
率が向上する。なお、ダイアフラム３０は、軸方向へは
変形するので、主として熱膨張に起因する軸受箱１０と
第１段ノズル２４ａ間の軸方向のずれを吸収する。

【００２１】図３に他の実施態様を示す。同図におい
て、同心保持手段は、第１段ノズル２４ａと軸受箱１０
とに設けられて互いにかみあうスプライン３２により形
成されている。この場合、図３（ａ）の第１段ノズル２
４ａの内周面とタービンロータ２２との間にラビリンス
シール２８が設けられており、さらに、図３（ａ）のＡ
−Ａ断面図である図３（ｂ）において、第１段ノズル２
４ａの内周面に上記スプライン３２が形成されている。
これにより、軸受箱１０に支持されたタービンロータ２
２と第１段ノズル２４ａ間で心ずれが生じないことか
ら、ラビリンスシール２８の隙間を小さくして、シール
性を向上させることができる。なお、前記スプライン３
２の代わりに、軸受箱１０の上部と第１段ノズル２４ａ
の内周部とに小さな隙間で嵌まり合う円周面を形成して
も、両者の同心をある程度維持できる。

【００２２】また、前記各実施形態においては、ガス発
生機２と出力タービン６の回転軸は直交しているが、所
定角度で傾斜していてもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、同心保持手段が、軸受
箱と出力タービンの第１段ノズルとの間に、両者間に軸
方向への相対変位を許容しながら、同心を維持させる。
従って、軸受箱に支持されたタービンロータとノズル間
で同心を維持して、両者間に径方向の隙間が周上均一に
なることから、この間の隙間を小さくして、シール性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る２軸型ガスタービン
を示す側面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】（ａ）は他の実施態様を示す側面図、（ｂ）は
同断面図である。

【図４】従来の２軸型ガスタービンを示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１…２軸型ガスタービン、２…ガス発生機、６…出力タ
ービン、１０…軸受箱、２２…タービンロータ、２４ａ
…第１段ノズル、２８…ラビリンスシール、３０…同心
保持手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機、燃焼器および圧縮機駆動用ター
ビンから構成され、高温，高圧の作動ガスを発生させる
ガス発生機と、このガス発生機の回転軸に対して傾斜ま
たは直交した回転軸を有し、前記作動ガスのエネルギー
を動力として取り出す出力タービンとを備え、前記ガス
発生機からの作動ガスを前記出力タービンの軸受を収納
した軸受箱側から出力タービンに導入する２軸型ガスタ
ービンであって、前記軸受箱と出力タービンの第１段ノズルとの間に、両
者間に軸方向への相対変位を許容しながら、同心を維持
させる同心保持手段を備えている２軸型ガスタービン。
【請求項２】請求項１において、前記同心保持手段は、前記第１段ノズルと前記軸受箱間
を連結するリング状のダイアフラムである２軸型ガスタ
ービン。
【請求項３】請求項２において、前記第１段ノズルの内周面とタービンロータとの間にラ
ビリンスシールが設けられ、前記ダイアフラムの外周部
が、この第１段ノズルにおけるラビリンスシールよりも
径方向外方に位置するノズル側面に固定されている２軸
型ガスタービン。
【請求項４】請求項１において、前記同心保持手段は、前記第１段ノズルと前記軸受箱と
に設けられて互いにかみあうスプラインである２軸型ガ
スタービン。
【請求項５】請求項４において、前記第１段ノズルの内周面とタービンロータとの間にラ
ビリンスシールが設けられ、さらに、この第１段ノズル
の内周面に前記スプラインが形成されている２軸型ガス
タービン。