JPH11107705A - ガスタービンクリアランスのアクティブコントロール方法 - Google Patents
ガスタービンクリアランスのアクティブコントロール方法Info
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- JPH11107705A JPH11107705A JP27428897A JP27428897A JPH11107705A JP H11107705 A JPH11107705 A JP H11107705A JP 27428897 A JP27428897 A JP 27428897A JP 27428897 A JP27428897 A JP 27428897A JP H11107705 A JPH11107705 A JP H11107705A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンシールリング保持環の温度制御
方法に関し、保持環を温度制御し、ロータ側と静止側と
の定格回転時のクリアランスを小さくする。 【解決手段】 キャビティ３３内には空気管３２を通し
て温度制御した空気が供給されるが、この空気は図示省
略の熱交換器により温度制御されており、シールリング
保持環２２の熱伸びを制御する。静止側の熱伸びΔＢは
定格回転時に飽和し、ロータ側の熱伸びΔＡ1 ，ΔＡ2
も同様に伸びるがΔＢよりは小さい値で飽和する。シー
ルリング保持環２２を熱交換器で温度制御することによ
り、運転初期においては加熱空気を送り、保持環の熱伸
びを大きくして立上がり時のクリアランスを大きく取っ
て安全な運転を行い、定常運転時には冷却してクリアラ
ンスを小さくするように制御することができる。
方法に関し、保持環を温度制御し、ロータ側と静止側と
の定格回転時のクリアランスを小さくする。 【解決手段】 キャビティ３３内には空気管３２を通し
て温度制御した空気が供給されるが、この空気は図示省
略の熱交換器により温度制御されており、シールリング
保持環２２の熱伸びを制御する。静止側の熱伸びΔＢは
定格回転時に飽和し、ロータ側の熱伸びΔＡ1 ，ΔＡ2
も同様に伸びるがΔＢよりは小さい値で飽和する。シー
ルリング保持環２２を熱交換器で温度制御することによ
り、運転初期においては加熱空気を送り、保持環の熱伸
びを大きくして立上がり時のクリアランスを大きく取っ
て安全な運転を行い、定常運転時には冷却してクリアラ
ンスを小さくするように制御することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンクリア
ランスのアクティブコントロール方法に関し、定格運転
時のロータ側と静止側とのクリランスを小さくするもの
である。
ランスのアクティブコントロール方法に関し、定格運転
時のロータ側と静止側とのクリランスを小さくするもの
である。
【０００２】
【従来の技術】図４はガスタービンの一般的な構成図で
あり、ガスタービンは圧縮機５０とタービン５１、燃焼
器５２から構成されており、圧縮機５０からの空気で燃
焼器５２で燃料を燃焼させ、高温の燃焼ガスをタービン
５１へ送る。燃焼ガスはロータに取付けられた動翼と静
翼とを交互に多段配置した燃焼ガス通路に流れて動翼に
よりロータを回転させ、ロータに直結した発電機を駆動
する。一方、タービン５１は高温の燃焼ガスにさらされ
るので、圧縮機５０からの空気を一部抽気し、抽気ライ
ン５３を通してタービン５１へ供給し、静翼、動翼及び
ロータに導き、これらを冷却している。
あり、ガスタービンは圧縮機５０とタービン５１、燃焼
器５２から構成されており、圧縮機５０からの空気で燃
焼器５２で燃料を燃焼させ、高温の燃焼ガスをタービン
５１へ送る。燃焼ガスはロータに取付けられた動翼と静
翼とを交互に多段配置した燃焼ガス通路に流れて動翼に
よりロータを回転させ、ロータに直結した発電機を駆動
する。一方、タービン５１は高温の燃焼ガスにさらされ
るので、圧縮機５０からの空気を一部抽気し、抽気ライ
ン５３を通してタービン５１へ供給し、静翼、動翼及び
ロータに導き、これらを冷却している。
【０００３】図５はガスタービンの一般的な断面図であ
り、図４におけるタービン５１の構成を示す。図５にお
いて、１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ，４Ｃは静翼であり、それぞれ
ロータ周囲に放射状に複数枚が配置され、静止側に取付
けられている。１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓは動翼であり、
それぞれ翼根部を介してロータ周囲に取付けられてお
り、静翼と交互に軸方向に配置され、ロータと共に回転
する。１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ，１４Ｃはそれぞれ静翼
１Ｃ〜４Ｃの内側シュラウド、１１Ｓ，１２Ｓ，１３
Ｓ，１４Ｓはそれぞれ動翼１Ｓ〜４Ｓのプラットフォー
ムである。
り、図４におけるタービン５１の構成を示す。図５にお
いて、１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ，４Ｃは静翼であり、それぞれ
ロータ周囲に放射状に複数枚が配置され、静止側に取付
けられている。１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ，４Ｓは動翼であり、
それぞれ翼根部を介してロータ周囲に取付けられてお
り、静翼と交互に軸方向に配置され、ロータと共に回転
する。１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ，１４Ｃはそれぞれ静翼
１Ｃ〜４Ｃの内側シュラウド、１１Ｓ，１２Ｓ，１３
Ｓ，１４Ｓはそれぞれ動翼１Ｓ〜４Ｓのプラットフォー
ムである。
【０００４】２２，２３，２４はシールリング保持環で
あり、それぞれ静翼２Ｃ〜４Ｃの内側シュラウド１２Ｃ
〜１４に設置され、ロータ周囲に配置された円環形状を
しており、その内側にロータと近接するラビリンスシー
ル（シールリング）を保持している。このように図５に
示す例では静翼、動翼がそれぞれ４段から構成されたガ
スタービンであり、このような構成で燃焼器からの燃焼
ガスによりロータを回転し、発電機を駆動するものであ
る。
あり、それぞれ静翼２Ｃ〜４Ｃの内側シュラウド１２Ｃ
〜１４に設置され、ロータ周囲に配置された円環形状を
しており、その内側にロータと近接するラビリンスシー
ル（シールリング）を保持している。このように図５に
示す例では静翼、動翼がそれぞれ４段から構成されたガ
スタービンであり、このような構成で燃焼器からの燃焼
ガスによりロータを回転し、発電機を駆動するものであ
る。
【０００５】図６は図５に示すガスタービンのうち、３
段目の静翼３Ｃと動翼３Ｓを詳細に示した要部断面図で
ある。図において、圧縮機からの冷却空気１００がディ
スクキャビティ４３に導かれており、ロータディスク翼
根部４１に設けられたラジアルホール４２からプラット
フォーム１３Ｓ内側に入り、ここから動翼３Ｓ内部の穴
に導かれて動翼３Ｓを冷却している。
段目の静翼３Ｃと動翼３Ｓを詳細に示した要部断面図で
ある。図において、圧縮機からの冷却空気１００がディ
スクキャビティ４３に導かれており、ロータディスク翼
根部４１に設けられたラジアルホール４２からプラット
フォーム１３Ｓ内側に入り、ここから動翼３Ｓ内部の穴
に導かれて動翼３Ｓを冷却している。
【０００６】一方、静翼３Ｃにおいて、静翼３Ｃ内部に
は外側シュラウド３１と内側シュラウド１３Ｃを貫通し
て空気管３２が設けられており、外側シュラウド３１か
らはシール用空気１１０が空気管３２により内側シュラ
ウド１３Ｃ内部のキャビティ３３に導かれている。前述
のようにシールリング保持環２３は内側シュラウド１３
Ｃのフランジに固定され、その内側にはラビリンスシー
ル３５が保持されており、このシールリング保持環２３
でキャビティ３３を形成しており、キャビティ３３に流
入した冷却空気１１０の一部はシールリング保持環２３
の穴３４から流出し、隣接する動翼２Ｓとの間の通路３
６へ流出する。又、キャビティ３３内の冷却空気の一部
はラビリンスシール３５を通り、隣接する動翼３Ｓとの
間の通路にも流出する。このように空気管３２から空気
をキャビティ３３内に導き、キャビティ３３内を外部の
燃焼ガス通路よりも高圧にして高温の燃焼ガスが内部に
侵入しないようにシールしている。
は外側シュラウド３１と内側シュラウド１３Ｃを貫通し
て空気管３２が設けられており、外側シュラウド３１か
らはシール用空気１１０が空気管３２により内側シュラ
ウド１３Ｃ内部のキャビティ３３に導かれている。前述
のようにシールリング保持環２３は内側シュラウド１３
Ｃのフランジに固定され、その内側にはラビリンスシー
ル３５が保持されており、このシールリング保持環２３
でキャビティ３３を形成しており、キャビティ３３に流
入した冷却空気１１０の一部はシールリング保持環２３
の穴３４から流出し、隣接する動翼２Ｓとの間の通路３
６へ流出する。又、キャビティ３３内の冷却空気の一部
はラビリンスシール３５を通り、隣接する動翼３Ｓとの
間の通路にも流出する。このように空気管３２から空気
をキャビティ３３内に導き、キャビティ３３内を外部の
燃焼ガス通路よりも高圧にして高温の燃焼ガスが内部に
侵入しないようにシールしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにガスター
ビンにおいては静翼、動翼及びロータ部は、入口燃焼ガ
ス温度が８００℃〜１０００℃、あるいは近年のガスタ
ービンにおいては１５００℃クラスのものが開発されて
おり、この高温ガスにさらされるので圧縮機からの冷却
空気を抽気して導き、これらを冷却している。回転体の
ロータ側と静止側との間には一定のクリアランスが必要
であり、図６においては、シールリング保持環２３に支
持されているラビリンスシール３５の下端と対向するロ
ータ側との面にクリアランスＣＲ′を保持している。各
タービン段間部ではこのクリアランスＣＲ′がロータ側
と静止側との熱伸びの時間的な差により起動中から定格
回転数に至るまでに最小となり、その後燃焼ガスの加熱
により定格回転数に至るとクリアラスＣＲ′は最小クリ
アランスより大きくなる。このクリアランスＣＲ′はで
きるだけ小さい方がシール性能が向上し、好ましいが、
上記のような特性上、設計値としては起動後に最小値と
なるのでその値を見込み、又、運転中の振動、製作誤
差、等も見込んであまり小さくできない。従って運転後
に定格回転に至ると大きなクリアランスとなってしま
い、シール性能を劣化させる原因となっている。
ビンにおいては静翼、動翼及びロータ部は、入口燃焼ガ
ス温度が８００℃〜１０００℃、あるいは近年のガスタ
ービンにおいては１５００℃クラスのものが開発されて
おり、この高温ガスにさらされるので圧縮機からの冷却
空気を抽気して導き、これらを冷却している。回転体の
ロータ側と静止側との間には一定のクリアランスが必要
であり、図６においては、シールリング保持環２３に支
持されているラビリンスシール３５の下端と対向するロ
ータ側との面にクリアランスＣＲ′を保持している。各
タービン段間部ではこのクリアランスＣＲ′がロータ側
と静止側との熱伸びの時間的な差により起動中から定格
回転数に至るまでに最小となり、その後燃焼ガスの加熱
により定格回転数に至るとクリアラスＣＲ′は最小クリ
アランスより大きくなる。このクリアランスＣＲ′はで
きるだけ小さい方がシール性能が向上し、好ましいが、
上記のような特性上、設計値としては起動後に最小値と
なるのでその値を見込み、又、運転中の振動、製作誤
差、等も見込んであまり小さくできない。従って運転後
に定格回転に至ると大きなクリアランスとなってしま
い、シール性能を劣化させる原因となっている。
【０００８】又、運転初期においては安全性を高めるた
めにクリアランスも大きくしておき、定常時においてシ
ール性能を向上させるよう制御ができればより効果的な
クリアランスのコントロールができる。
めにクリアランスも大きくしておき、定常時においてシ
ール性能を向上させるよう制御ができればより効果的な
クリアランスのコントロールができる。
【０００９】そこで本発明はガスタービンの各段間にお
いてロータ側と静止側とのクリアランスが運転中に熱伸
びが生じて変化しても、定格回転数に至った時のクリア
ランスが従来よりも小さくなるようにシールリング保持
環を冷却するとともに、運転初期においてクリアランス
を大きくして運転時の安全性を高めるようにし、定常運
転時にはシール性能を向上するシールリング保持環熱伸
び量の制御方法を提供することを課題としてなされたも
のである。
いてロータ側と静止側とのクリアランスが運転中に熱伸
びが生じて変化しても、定格回転数に至った時のクリア
ランスが従来よりも小さくなるようにシールリング保持
環を冷却するとともに、運転初期においてクリアランス
を大きくして運転時の安全性を高めるようにし、定常運
転時にはシール性能を向上するシールリング保持環熱伸
び量の制御方法を提供することを課題としてなされたも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の手段を提供する。
決するために、次の手段を提供する。
【００１１】圧縮機からの空気を一部抽気して熱交換器
を通して静翼内に導き、同静翼内を通り、内側シュラウ
ドとシールリング保持環とで形成されるキャビティ内に
導き、同熱交換器により温度制御した空気により前記シ
ールリング保持環を変形し、同シールリング保持環とガ
スタービンロータとのクリアランスのアクティブコント
ロールを行う方法において、前記熱交換器により空気温
度を変化させ、運転初期には前記シールリング保持環の
熱伸びをロータ側の伸びよりも大きくするように制御す
ることを特徴とするガスタービンクリアランスアクティ
ブコントロール方法。
を通して静翼内に導き、同静翼内を通り、内側シュラウ
ドとシールリング保持環とで形成されるキャビティ内に
導き、同熱交換器により温度制御した空気により前記シ
ールリング保持環を変形し、同シールリング保持環とガ
スタービンロータとのクリアランスのアクティブコント
ロールを行う方法において、前記熱交換器により空気温
度を変化させ、運転初期には前記シールリング保持環の
熱伸びをロータ側の伸びよりも大きくするように制御す
ることを特徴とするガスタービンクリアランスアクティ
ブコントロール方法。
【００１２】ガスタービンのシールリング保持環は静翼
の内側シュラウドに取付けられた円環状であり、その内
側にシールリングを保持している。このシールリング、
即ち静止側とロータ側との間には所定のクリアランスを
保ってロータが回転しており、このクリアランスが小さ
い程シール性能が向上するが、運転中の熱伸びにより定
格運転に至ると初期の設定クリアランスよりもかなり大
きくなり、シール性能が低下してしまう。即ち、このク
リアランスは静止側とロータ側の熱伸びした寸法の差で
決まり、静止側とロータ側とでは熱伸びの特性が違い、
静止側の方がロータ側よりも大きく、定格回転数での運
転時にはその差は初期の設定クリアランスよりも大きく
なってしまう。
の内側シュラウドに取付けられた円環状であり、その内
側にシールリングを保持している。このシールリング、
即ち静止側とロータ側との間には所定のクリアランスを
保ってロータが回転しており、このクリアランスが小さ
い程シール性能が向上するが、運転中の熱伸びにより定
格運転に至ると初期の設定クリアランスよりもかなり大
きくなり、シール性能が低下してしまう。即ち、このク
リアランスは静止側とロータ側の熱伸びした寸法の差で
決まり、静止側とロータ側とでは熱伸びの特性が違い、
静止側の方がロータ側よりも大きく、定格回転数での運
転時にはその差は初期の設定クリアランスよりも大きく
なってしまう。
【００１３】そこで本発明ではシール用空気を熱交換器
により温度制御し、この空気でシールリング保持環の熱
変形を制御するので、シールリング保持環、即ち静止側
は起動時（コールド時）と運転時（ホット時）との温度
差を制御しない従来よりも小さくできる。その結果、定
格運転時での静止側の熱伸びも従来より小さくなり、定
格回転数に至った時のクリアランス、即ち静止側とロー
タ側との熱伸びの差も従来より小さくなり、その分シー
ル性能が向上する。
により温度制御し、この空気でシールリング保持環の熱
変形を制御するので、シールリング保持環、即ち静止側
は起動時（コールド時）と運転時（ホット時）との温度
差を制御しない従来よりも小さくできる。その結果、定
格運転時での静止側の熱伸びも従来より小さくなり、定
格回転数に至った時のクリアランス、即ち静止側とロー
タ側との熱伸びの差も従来より小さくなり、その分シー
ル性能が向上する。
【００１４】上記のシールリング保持環の冷却におい
て、起動初期には静止側とロータ側には所定のクリアラ
ンスを保って運転開始するが、起動初期には、ロータに
遠心力が作用してクリアランスが小さくなり、接触する
ことを防止するために、起動初期には熱交換器によりシ
ール用空気を加熱し、逆に従来よりもクリアランスを大
きくするようにしてシールリングとロータとの接触を避
ける。この状態で所定の時間運転後安全性を確認し、今
度はシール空気を冷却し、シールリング保持環の半径方
向の伸びを小さくし、定常運転時にはこのクリアランス
を従来より小さくして最小に保つように制御する。
て、起動初期には静止側とロータ側には所定のクリアラ
ンスを保って運転開始するが、起動初期には、ロータに
遠心力が作用してクリアランスが小さくなり、接触する
ことを防止するために、起動初期には熱交換器によりシ
ール用空気を加熱し、逆に従来よりもクリアランスを大
きくするようにしてシールリングとロータとの接触を避
ける。この状態で所定の時間運転後安全性を確認し、今
度はシール空気を冷却し、シールリング保持環の半径方
向の伸びを小さくし、定常運転時にはこのクリアランス
を従来より小さくして最小に保つように制御する。
【００１５】上記のように本発明ではシールリング保持
環がシール用空気の温度制御により制御されるので、従
来と比べシールリング保持環、即ち静止側の熱伸びはロ
ータ側熱伸びよりも大きくできる。また、初期設定クリ
アランスを従来よりも大きく設定でき、又運転初期には
クリアランスが大きくなるように制御できるので設計
上、製作上有利となるものである。
環がシール用空気の温度制御により制御されるので、従
来と比べシールリング保持環、即ち静止側の熱伸びはロ
ータ側熱伸びよりも大きくできる。また、初期設定クリ
アランスを従来よりも大きく設定でき、又運転初期には
クリアランスが大きくなるように制御できるので設計
上、製作上有利となるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンシールリング保持環の温
度制御方法を実施するガスタービンの構成図である。図
において、ガスタービンは圧縮機５０とタービン５１、
燃焼器５２からなり、圧縮機５０からの空気で燃焼器５
２において燃料を燃焼して高温の燃焼ガスを発生させ、
タービン５１へ送る。又、抽気ライン５３により圧縮機
５０からの空気を抽気し、タービン５１へ送り、ロー
タ、動翼、静翼内へ導き、これらを冷却する構成は図４
に示す従来例と同じであるが、本発明の実施の形態にお
いては抽気ライン５３の途中に熱交換器５４を設けて圧
縮機５０からのシール用空気の温度制御をし、この熱交
換器５４は制御装置６０によりシール空気温度を制御で
きるようにした点にある。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンシールリング保持環の温
度制御方法を実施するガスタービンの構成図である。図
において、ガスタービンは圧縮機５０とタービン５１、
燃焼器５２からなり、圧縮機５０からの空気で燃焼器５
２において燃料を燃焼して高温の燃焼ガスを発生させ、
タービン５１へ送る。又、抽気ライン５３により圧縮機
５０からの空気を抽気し、タービン５１へ送り、ロー
タ、動翼、静翼内へ導き、これらを冷却する構成は図４
に示す従来例と同じであるが、本発明の実施の形態にお
いては抽気ライン５３の途中に熱交換器５４を設けて圧
縮機５０からのシール用空気の温度制御をし、この熱交
換器５４は制御装置６０によりシール空気温度を制御で
きるようにした点にある。
【００１７】図２は本実施の形態におけるシールリング
保持環の近辺の拡大断面図であり、２段目静翼２Ｃの部
分を示している。静翼２Ｃの空気管３２からは熱交換器
５４で温度制御されたシール用空気がキャビティ３３内
に導かれ、シールリング保持環２２の温度を制御しなが
ら従来と同様にキャビティを高圧に保持する。
保持環の近辺の拡大断面図であり、２段目静翼２Ｃの部
分を示している。静翼２Ｃの空気管３２からは熱交換器
５４で温度制御されたシール用空気がキャビティ３３内
に導かれ、シールリング保持環２２の温度を制御しなが
ら従来と同様にキャビティを高圧に保持する。
【００１８】図中ΔＡ1 ，ΔＡ2 は、それぞれシールリ
ング保持環２２に取付けられたシールリングと対向する
前段、後段のロータ側の半径方向の熱伸び、ΔＢはシー
ルリング保持環２２に保持された静止側のシールリング
端面の熱伸びを示している。これらのうちΔＡ1 とΔＡ
2 とはほぼ同じ熱伸びであるが、ΔＢは後述するように
ΔＡ1 ，及びΔＡ2 とは異なった熱伸びの特性を有して
いる。
ング保持環２２に取付けられたシールリングと対向する
前段、後段のロータ側の半径方向の熱伸び、ΔＢはシー
ルリング保持環２２に保持された静止側のシールリング
端面の熱伸びを示している。これらのうちΔＡ1 とΔＡ
2 とはほぼ同じ熱伸びであるが、ΔＢは後述するように
ΔＡ1 ，及びΔＡ2 とは異なった熱伸びの特性を有して
いる。
【００１９】図３は静止側とロータ側との半径方向の熱
伸びを示し、シールリング保持環２２に対して、シール
用空気を温度制御しない従来のものと、制御を行った本
発明のものとを比較して示した図である。図において、
ΔＢ′はシールリング保持環２２に支持されたラビリン
スシール３５（シールリング）端面の熱伸びで、シール
リング保持環２２の温度制御していない従来の特性であ
り、初期のクリアランスのＳ1 から運転後に徐々に熱伸
びが生じ、定格回転時には４ｍｍ以上でほぼ一定となっ
て飽和している特性を示す。
伸びを示し、シールリング保持環２２に対して、シール
用空気を温度制御しない従来のものと、制御を行った本
発明のものとを比較して示した図である。図において、
ΔＢ′はシールリング保持環２２に支持されたラビリン
スシール３５（シールリング）端面の熱伸びで、シール
リング保持環２２の温度制御していない従来の特性であ
り、初期のクリアランスのＳ1 から運転後に徐々に熱伸
びが生じ、定格回転時には４ｍｍ以上でほぼ一定となっ
て飽和している特性を示す。
【００２０】ΔＡ1 ，ΔＡ2 はロータ側のシールリング
と対向する面の熱伸びであり、運転後から１０分位まで
の間にはΔＢよりは急激に熱伸びが生じ、その後少しづ
つ増加し、定格回転時にはΔＢよりも低い熱伸びで飽和
している。ΔＡ1 ，ΔＡ2 はほぼ同じ熱伸びを示すがΔ
Ａ1 の方が前段側であり、多少熱伸びが上まわっている
が、両者はほぼ同じ熱伸びの特性である。
と対向する面の熱伸びであり、運転後から１０分位まで
の間にはΔＢよりは急激に熱伸びが生じ、その後少しづ
つ増加し、定格回転時にはΔＢよりも低い熱伸びで飽和
している。ΔＡ1 ，ΔＡ2 はほぼ同じ熱伸びを示すがΔ
Ａ1 の方が前段側であり、多少熱伸びが上まわっている
が、両者はほぼ同じ熱伸びの特性である。
【００２１】ΔＢの実線は熱交換器５４によりシールリ
ング保持環２２へのシール用空気の温度制御をした場合
であるが、シール用空気の温度は熱交換器の制御により
変化させている。この変化は図３に示すように運転初期
においてはクリアランスの初期値Ｓ2 からクリアランス
をあまり小さくしないように大きくしておき、例えば図
示のように運転初期にはシール用空気温度を上げてシー
ルリング保持環２２の熱伸びを大きくし、２０分位から
ΔＢの特性と一致するように制御する。
ング保持環２２へのシール用空気の温度制御をした場合
であるが、シール用空気の温度は熱交換器の制御により
変化させている。この変化は図３に示すように運転初期
においてはクリアランスの初期値Ｓ2 からクリアランス
をあまり小さくしないように大きくしておき、例えば図
示のように運転初期にはシール用空気温度を上げてシー
ルリング保持環２２の熱伸びを大きくし、２０分位から
ΔＢの特性と一致するように制御する。
【００２２】一般に、物体の熱伸びΔＬは、ΔＬ＝α・
Ｌ・ΔＴで表わされ、αは線膨張係数、Ｌは物体の長
さ、ΔＴは温度差である。この式において、ΔＴを小さ
くすれば熱伸びΔＬは小さくすることができるので、組
立時（コールド時）と運転時（ホット時）との温度差
は、熱交換器５４により空気温度を制御し、この空気で
シールリング保持環２２の熱伸びを制御することがで
き、これによりシールリング保持環２２の熱伸びが小さ
くなり、前述のようにΔＢをΔＢ′よりも小さくするこ
とができる。
Ｌ・ΔＴで表わされ、αは線膨張係数、Ｌは物体の長
さ、ΔＴは温度差である。この式において、ΔＴを小さ
くすれば熱伸びΔＬは小さくすることができるので、組
立時（コールド時）と運転時（ホット時）との温度差
は、熱交換器５４により空気温度を制御し、この空気で
シールリング保持環２２の熱伸びを制御することがで
き、これによりシールリング保持環２２の熱伸びが小さ
くなり、前述のようにΔＢをΔＢ′よりも小さくするこ
とができる。
【００２３】図３に戻り、ΔＡ1 ，ΔＡ2 の熱伸びは実
際には起動時の振動や製作、組立誤差等により変動する
のでその誤差をＴＬとすると、初期クリアランスＳ1 で
運転を開始した従来の熱伸びΔＢ′はＭＣＲ′の最小ク
リアランスに達し、その後は３０分位まで徐々に大きく
なり、定格回転数に至ると４ｍｍ以上で飽和する。一方
ロータ側のΔＡ1 ，ΔＡ2 は、ΔＢ′よりも起動時には
急激に増加するが、低い熱伸びで飽和し、定格回転数に
おいてΔＢ′との差、即ちホット時のクリアランスＣ
Ｒ′で示すように大きくなってしまう。
際には起動時の振動や製作、組立誤差等により変動する
のでその誤差をＴＬとすると、初期クリアランスＳ1 で
運転を開始した従来の熱伸びΔＢ′はＭＣＲ′の最小ク
リアランスに達し、その後は３０分位まで徐々に大きく
なり、定格回転数に至ると４ｍｍ以上で飽和する。一方
ロータ側のΔＡ1 ，ΔＡ2 は、ΔＢ′よりも起動時には
急激に増加するが、低い熱伸びで飽和し、定格回転数に
おいてΔＢ′との差、即ちホット時のクリアランスＣ
Ｒ′で示すように大きくなってしまう。
【００２４】一方、本発明の熱伸びΔＢは、初期のクリ
アランスはＳ2 であって、従来のＳ 1 よりも大きく設定
してあり、前述のように熱交換器５４によりシール用空
気を温度制御し、シールリング保持環２２を起動時（コ
ールド時）は大きくし、また、運転時（ホット時）には
従来よりも保持環の温度を低くしてクリアランスＣを小
さくする。
アランスはＳ2 であって、従来のＳ 1 よりも大きく設定
してあり、前述のように熱交換器５４によりシール用空
気を温度制御し、シールリング保持環２２を起動時（コ
ールド時）は大きくし、また、運転時（ホット時）には
従来よりも保持環の温度を低くしてクリアランスＣを小
さくする。
【００２５】このような制御装置６０による熱交換器５
４の制御により、ガスタービンクリアランスのアクティ
ブクリアランスの制御方法において、運転初期における
クリアランスは大きくして安全性を高め、定常運転時に
は静止側と固定側とのクリアランスを最小にするように
制御することができる。
４の制御により、ガスタービンクリアランスのアクティ
ブクリアランスの制御方法において、運転初期における
クリアランスは大きくして安全性を高め、定常運転時に
は静止側と固定側とのクリアランスを最小にするように
制御することができる。
【００２６】以上説明のように、本発明の実施の形態に
おいては、各段の静翼へのシール用空気温度を熱交換器
５４により制御し、キャビティ３３へ供給し、シールリ
ング保持環の熱伸びを制御し、起動時と運転時との温度
差を従来のようにシール用空気温度を制御しないものよ
りも小さくし、定格回転数時におけるロータ側と静止側
のシール部とのクリアランスを小さくすることができ
る。
おいては、各段の静翼へのシール用空気温度を熱交換器
５４により制御し、キャビティ３３へ供給し、シールリ
ング保持環の熱伸びを制御し、起動時と運転時との温度
差を従来のようにシール用空気温度を制御しないものよ
りも小さくし、定格回転数時におけるロータ側と静止側
のシール部とのクリアランスを小さくすることができ
る。
【００２７】更に、上記の場合には初期のクリアランス
をＳ1 からＳ2 のように大きく設定し、かつ、熱交換器
により温度を制御して運転初期のクリアランスを大きく
するように保持環を熱変形させ、安全性を高め、定格運
転時でのクリアランスを従来よりも小さくすることがで
きるので、設計、製作上有利となり、シール性能が向上
するものである。
をＳ1 からＳ2 のように大きく設定し、かつ、熱交換器
により温度を制御して運転初期のクリアランスを大きく
するように保持環を熱変形させ、安全性を高め、定格運
転時でのクリアランスを従来よりも小さくすることがで
きるので、設計、製作上有利となり、シール性能が向上
するものである。
【００２８】
【発明の効果】本発明のガスタービンシールリング保持
環の温度制御方法は、圧縮機からの空気を一部抽気して
熱交換器を通して静翼内に導き、同静翼内を通り、内側
シュラウドとシールリング保持環とで形成されるキャビ
ティ内に導き、同熱交換器により温度制御した空気によ
り前記シールリング保持環を変形し、同シールリング保
持環とガスタービンロータとのクリアランスのアクティ
ブコントロールを行う方法において、前記熱交換器によ
り空気温度を変化させ、運転初期には前記シールリング
保持環の熱伸びをロータ側の伸びよりも大きくするよう
に制御することを特徴としている。このような方法によ
り、運転初期においては、立上り時にクリアランスを大
きくして安全な運転を行い、定常運転時には従来よりも
小さくするように制御することができるのでガスタービ
ンの安全運転と共にシール性能を向上させることができ
る。
環の温度制御方法は、圧縮機からの空気を一部抽気して
熱交換器を通して静翼内に導き、同静翼内を通り、内側
シュラウドとシールリング保持環とで形成されるキャビ
ティ内に導き、同熱交換器により温度制御した空気によ
り前記シールリング保持環を変形し、同シールリング保
持環とガスタービンロータとのクリアランスのアクティ
ブコントロールを行う方法において、前記熱交換器によ
り空気温度を変化させ、運転初期には前記シールリング
保持環の熱伸びをロータ側の伸びよりも大きくするよう
に制御することを特徴としている。このような方法によ
り、運転初期においては、立上り時にクリアランスを大
きくして安全な運転を行い、定常運転時には従来よりも
小さくするように制御することができるのでガスタービ
ンの安全運転と共にシール性能を向上させることができ
る。
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービンシー
ルリング保持環の温度制御方法を実施するガスタービン
の構成図である。
ルリング保持環の温度制御方法を実施するガスタービン
の構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るガスタービンシー
ルリング保持環の温度制御方法を説明する図で、シール
リング保持環の近辺を示す拡大断面図である。
ルリング保持環の温度制御方法を説明する図で、シール
リング保持環の近辺を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るガスタービンシー
ルリング保持環の温度制御方法によるロータ側と静止側
との熱伸びの従来例との比較を示す特性図である。
ルリング保持環の温度制御方法によるロータ側と静止側
との熱伸びの従来例との比較を示す特性図である。
【図４】従来のガスタービンの一般的な構成図である。
【図５】従来のガスタービンの断面図である。
【図６】従来のガスタービンの静翼と動翼を示す詳細な
要部断面図である。
要部断面図である。
１Ｃ〜４Ｃ 静翼 １１Ｃ〜１４Ｃ 内側シュラウド ２２〜２４ シールリング保持環 ３２ 空気管 ３３ キャビティ ５０ 圧縮機 ５１ タービン ５２ 燃焼器 ５３ 抽気ライン ５４ 熱交換器 ６０ 制御装置 ＣＲ クリアランス ＭＣＲ 最小クリアランス ΔＢ1 ，ΔＡ1 ，ΔＡ2 半径方向熱伸び ＴＬ 起動時の振動、製作、組立誤
差等
差等
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 圧縮機からの空気を一部抽気して熱交換
器を通して静翼内に導き、同静翼内を通り、内側シュラ
ウドとシールリング保持環とで形成されるキャビティ内
に導き、同熱交換器により温度制御した空気により前記
シールリング保持環を変形し、同シールリング保持環と
ガスタービンロータとのクリアランスのアクティブコン
トロールを行う方法において、前記熱交換器により空気
温度を変化させ、運転初期には前記シールリング保持環
の熱伸びをロータ側の伸びよりも大きくするように制御
することを特徴とするガスタービンクリアランスのアク
ティブコントロール方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27428897A JPH11107705A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | ガスタービンクリアランスのアクティブコントロール方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27428897A JPH11107705A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | ガスタービンクリアランスのアクティブコントロール方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11107705A true JPH11107705A (ja) | 1999-04-20 |
Family
ID=17539567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27428897A Pending JPH11107705A (ja) | 1997-10-07 | 1997-10-07 | ガスタービンクリアランスのアクティブコントロール方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11107705A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011231880A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ドライガスシール構造 |
| US9145786B2 (en) | 2012-04-17 | 2015-09-29 | General Electric Company | Method and apparatus for turbine clearance flow reduction |
| US9791046B2 (en) | 2011-10-27 | 2017-10-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Rotary machine |
| US11913341B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Clearance control system for gas turbine |
-
1997
- 1997-10-07 JP JP27428897A patent/JPH11107705A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011231880A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ドライガスシール構造 |
| US9791046B2 (en) | 2011-10-27 | 2017-10-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Rotary machine |
| US9145786B2 (en) | 2012-04-17 | 2015-09-29 | General Electric Company | Method and apparatus for turbine clearance flow reduction |
| US11913341B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Clearance control system for gas turbine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040120 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040309 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040622 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |