JPH10131767A - ガスタービンにおけるタイボルトの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作高温の燃焼ガスの輻射熱によって加熱され
るタイボルトの軸端締結部の熱伝導を向上させることに
よって温度を低下させ、締結力を保持して耐久性を高め
ることのできるガスタービンにおけるタイボルトの冷却
構造を提供する。 【解決手段】 タイボルト３０の締結端部の軸心部に、
熱伝導部材室８１がその軸端から当該タイボルト３０の
外周とタービンディスク１５の中心孔１５Ａの内周との
間に形成された冷却空気通路４０の近傍に達する深さに
形成されると共に、当該熱伝導部材室８１に金属ナトリ
ウム８２が充填されてその軸端開口部が密栓８３によっ
て密封されて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの圧
縮機翼車及びタービン翼車等の回転体の中央を貫通して
当該回転体を一体的に締結するガスタービンにおけるタ
イボルトの冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮機とタービンが直列に配設されて成
るガスタービンには、圧縮機翼車とタービン翼車等の回
転体の中央を貫通するタイボルトで一体的に締結されて
構成されるものがある。

【０００３】このようなもののうち、特にタービンの燃
焼ガス入口部位にタイボルトの軸端が位置し、この軸端
に螺合するナットによって回転体を締結するように構成
されたものでは、ナットによる締結端部が高温の燃焼ガ
スに曝されることとなるが、この熱による不具合を防ぐ
ために当該部位を覆うコーン部材が設けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近時、高効
率化のためにガスの高温化・高圧力比化が望まれ、この
ため、燃焼ガスのタービン入口温度が高温化する傾向に
ある。

【０００５】その結果、上記のごとくタイボルトの締結
端部がタービン入口に位置する構成では、輻射熱の遮断
がより困難となって従来以上に加熱されることとなり、
軸端のネジ部の強度が低下すると共に、熱膨張によって
締結力が低下するためにガタによる振動が生じて運転不
能に陥るという不具合が生ずる。

【０００６】また、運転・停止を繰り返すことによりネ
ジ部の弾性が低下して降伏することによって締結力が次
第に低下する。

【０００７】更に、熱膨張によって雄ねじと雌ねじが焼
き付いてかじりを生じ、分解不能となってナットやタイ
ボルトの切断を余儀なくされ、その結果、タイボルトを
新たなものとしなければならないために保守コストが上
昇するという問題もある。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、高温の燃焼ガスの輻射熱によって加
熱されるタイボルトの軸端締結部の熱伝導を向上させる
ことによって温度を低下させ、締結力を保持して耐久性
を高めることのできるガスタービンにおけるタイボルト
の冷却構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係るガスタービンのタイボルトは、ガスタービンの
圧縮機翼車及びタービン翼車等の回転体の中央を貫通し
て当該回転体を一体的に締結するものであって、タービ
ン側の締結端部の軸心部に、熱伝導部材室がその軸端か
ら前記回転体の内周とタイボルトの外周の間の冷却空気
通路近傍に達する深さに形成されると共に、当該熱伝導
部材室に金属ナトリウムが充填されてその軸端開口部が
閉止部材によって密封されて構成されていることを特徴
とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明に係るガスタービ
ンにおけるタイボルトの冷却構造の一構成例を適用した
ガスタービンのタービン部位の断面図，図２はそのタイ
ボルトの軸端部の拡大断面図，図３は図２のＡ−Ａ断面
図である。

【００１１】図示ガスタービンは、タービン１０の図１
中左側の省略部位に圧縮機が直列に配設されると共に、
図１中右側の端部に燃焼器２０が配設されて構成され、
圧縮機によって圧縮された空気が燃焼器２０に供給され
て燃料と混合して燃焼し、その燃焼ガスがタービン１０
に流入してそのタービン翼を回転駆動するようになって
いるものである。このように燃焼器２０とタービン１０
が直列に配置された構成では、燃焼器２０からの高温の
燃焼ガスが直接タービン１０に流入するために燃焼ガス
のタービン入口温度を高くすることができ、高効率を得
ることができる。

【００１２】タービン１０は、図示しない圧縮機部位と
一体のタービンケーシング１内に、図中右側の燃焼器２
０に近い側から高圧タービン静翼１１，高圧タービン動
翼１２，低圧タービン静翼１３及び低圧タービン動翼１
４が配設されて構成されている。

【００１３】高圧タービン静翼１１はその外周側の端部
がタービンケーシング１の内周面に固定されると共に内
周側が後述するノーズコーン６０に支持され、低圧ター
ビン静翼１３はその外周側の端部がタービンケーシング
１の内周面に固定されて設けられている。

【００１４】高圧タービン動翼１２と低圧タービン動翼
１４は、それぞれ回転体としてのタービンディスク１
５，１６の外周に固定され、タービンディスク１５，１
６の中央に形成された中心孔１５Ａ，１６Ａに挿通され
たタイボルト３０によって図１中左側に位置する図示し
ない圧縮機の動翼と一体に結合されている。

【００１５】タイボルト３０は、端部に締結用のネジ部
３１が形成されると共に、その支持するタービン動翼１
２，１４と対応する位置にそれぞれ大径の支持嵌合部３
２，３３が形成され、更に、高圧タービン動翼１２と対
応する嵌合部３２に隣接して周方向に不連続な冷却フィ
ン３４が設けられている。そのタービン側（図中右側）
の端部には、座金５１を介してナット５２が螺合してお
り、このナット５２によって前述のタービン翼１２，１
４（タービンディスク１５，１６）及び圧縮機の動翼が
締結されている。この軸端締結部は、ノーズコーン６０
によって覆われている。尚、当該タイボルト３０は、図
示しない圧縮機との間で軸受部によって回転自在に支持
されているものである。

【００１６】タイボルト３０の支持嵌合部３２，３３以
外の部位では、その外周面とタービンディスク１５，１
６の中心孔１５Ａ，１６Ａの内周面との間に隙間を有
し、また、低圧タービン翼１２と対応する嵌合突出部３
３は周方向に複数の線条３３Ａによって形成されてお
り、このタービンディスク１５，１６の中心孔１５Ａ，
１６Ａとの間の隙間が冷却空気通路４０を構成するよう
になっている。

【００１７】冷却空気通路４０は、タイボルト３０の軸
端側は高圧タービン動翼１２と対応する嵌合部３２によ
って閉塞され、高圧タービン動翼１２のタービンディス
ク１５のボスに放射状に形成された冷却空気噴出孔１５
Ｂによって外部に連通している。この冷却空気通路４０
には、図示しない圧縮機側から冷却空気が供給されるよ
うになっており、冷却空気は図２中矢印で示すようにタ
ービンディスク１５の冷却空気噴出孔１５Ｂから周方向
に噴出するようになっているものである。

【００１８】ノーズコーン６０は、外形が略半球状であ
って、内部に断熱材６１が充填されると共に内周面に遮
熱板６２が配設され、その中央先端部でステー６３によ
って燃焼器２０側から支持されると共に、外周部が高圧
タービン静翼１１の内周に固定されて設けられている。
遮熱板６２の内面とタイボルト３０の軸端締結部との間
には、所定の容積の熱遮断空間７０が形成されている。

【００１９】上記のごとき構成のガスタービンでは、タ
イボルト３０の軸端締結部が燃焼器２０からの高温の燃
焼ガスに直接曝されるのをノーズコーン６０が防ぐと共
に、冷却通路４０を介して供給される冷却空気が冷却フ
ィン３４を介してタイボルト３０の熱を奪いつつタービ
ンディスク１５の噴出孔１５Ｂから噴出し、この冷却空
気がノーズコーン６０の端面と高圧タービン動翼１２の
基部の間の隙間から外部（燃焼ガス通路）に漏出し、当
該隙間を介して高温の燃焼ガスがノーズコーン６０の熱
遮断空間７０に侵入してタイボルト３０の軸端締結部を
加熱することを防ぐ。しかしながら、本構成では前述の
ごとく燃焼器２０とタービン１０が直列に配設されて燃
焼ガスのタービン入口温度が高いため、タイボルト３０
の軸端締結部はノーズコーン６０を介した輻射熱によっ
て加熱されることとなる。

【００２０】ここで、タイボルト３０の軸端には、本発
明に係るガスタービンにおけるタイボルトの冷却構造の
一構成例としての熱伝導促進機構８０が設けられてい
る。

【００２１】熱伝導促進機構８０は、タイボルト３０の
軸端に熱伝導部材室８１が形成され、この熱伝導部材室
８１に金属ナトリウム８２が充填されると共に、その端
部開口部が閉止部材としての密栓８３によって閉止され
て構成されている。

【００２２】熱伝導部材室８１は、所定径の円柱状であ
って、タイボルト３０の端面から冷却空気通路４０の端
部（冷却フィン３４部位）近傍に達する深さに形成され
ている。

【００２３】密栓８３は、円柱状のネジプラグであっ
て、先端側は先細りのテーパー状の凹部８３Ａが形成さ
れており、熱伝導部材室８１の端部開口部のネジ部に螺
合して当該端部開口部を閉塞すると共に、その外縁部が
溶接によって接合されて熱伝導部材室８１を密閉してい
るものである。

【００２４】而して、上記のごとき構成の熱伝導促進機
構８０は、タイボルト３０の軸端締結部の熱を熱伝導部
材室８１に充填された金属ナトリウム８２を介して冷却
空気通路４０を流れる冷却空気によって冷却される部位
まで迅速に伝導し、これによってタイボルト３０の軸端
の温度を低下させることができる。

【００２５】即ち、熱伝導部材室８１に充填される金属
ナトリウム８２は、融点は約９８℃であって比較的低温
で液状化するが飽和蒸気圧及び体積膨張は小さいために
これらによって不具合を生ずることはなく、液状化する
ことによって金属面に対して極めて良好なぬれ性を示し
て熱伝導部材室８１の金属内周面に密着して良好な熱伝
導状態となると共に、タイボルト３０を形成する耐熱鋼
に比較して熱伝導率が数倍大きいために熱を冷却空気通
路４０を流れる冷却空気によって冷却される部位まで迅
速に伝達することができるものである。また、金属ナト
リウム８２の比重は１以下で小さいために軸受部からの
オーバーハング部位に配設しても軽量化に寄与すること
はあってもこれによって不具合を生ずることはないもの
である。

【００２６】また、密栓８３の凹部８３Ａは、熱伝導部
材室８１内の金属ナトリウム８２に充填隙間があった場
合、タービン１０運転中は溶融した金属ナトリウム８２
が熱伝導部材室８１の周壁に遠心力で張り付いた状態と
なって凹部８３Ａの先端に無い空間が生じ、タービン１
０の停止時に金属ナトリウム８２がそのまま固化する
（空間が中心部に位置する）ことで、金属ナトリウム８
２が遍在することによるアンバランスによって再始動が
困難となることを防ぐことができるようになっているも
のである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明に係るガス
タービンにおけるタイボルトの冷却構造によれば、ター
ビン側の締結端部の軸心部に形成された冷却空気通路近
傍に達する深さの熱伝導部材室内に充填された金属ナト
リウムが、高温の燃焼ガスの輻射熱によって加熱された
タイボルトの締結端部の熱を、冷却空気による冷却部位
まで迅速に伝導することができる。これにより、タイボ
ルトの締結端部がタービン入口に位置すると共に燃焼ガ
スのタービン入口温度が高いガスタービンであっても、
タイボルトの締結端部の温度を低下させることができ、
過熱による不具合の発生を抑え、締結力を保持して耐久
性を高めることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係るガスタービンにおけるタイ
ボルトの冷却構造の一構成例を適用したガスタービンの
タービン部位の断面図である。

【図２】タイボルトの軸端部の拡大断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１０ タービン １５，１６ タービンディスク（回転体） ２０ タイボルト ４０ 冷却空気通路 ８０ 熱伝導促進機構 ８１ 熱伝導部材室 ８２ 金属ナトリウム ８３ 密栓（閉止部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの圧縮機翼車及びタービン
   翼車等の回転体の中央を貫通して当該回転体を一体的に
   締結するものであって、 タービン側の締結端部の軸心部に、熱伝導部材室がその
   軸端から前記回転体の内周とタイボルトの外周の間の冷
   却空気通路近傍に達する深さに形成されると共に、当該
   熱伝導部材室に金属ナトリウムが充填されてその軸端開
   口部が閉止部材によって密封されて構成されていること
   を特徴とするガスタービンのタイボルトの冷却構造。