JPS6148612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はロータに関する。特に、ホイールの外
周部にバケツトを植込んで構成したデスク複数枚
と、該デスク間に設置したスペーサと、シヤフト
とを組合わせて一本のロータとするとともに、ロ
ータ内部より空気を流してバケツトを冷却する構
成のものであつて、そのスペーサの先端空気の漏
洩を防止したロータに関する。

一般に、複数枚のデスクとシヤフトとを組合わ
せて成るロータは、これらを積重ねて構成する。
通常ボルト等を用いて、スタツキングしてロータ
として形成する。

ところが従来のこの種のものは、スペーサ先端
からの空気漏洩量が大きいという問題を有する。
これにつき従来例の、特にその冷却空気系統を示
す第１図を参照して説明する。

第１図の従来例は、一般のこの種のものにおけ
ると同様、複数枚のホイール１，３の外周にバケ
ツト４，５を植込んでデスク１ａ，３ａとし、該
デスク１ａ，１ｂと、該デスク１ａ，１ｂ間に位
置するスペーサ２と、シヤフトS₁，S₂とをスタツ
キングして成るものであり、矢印Ａで示す噴出燃
焼ガスがデスク１ａ，３ａに衝突することによ
り、ロータ全体が回転するようになつている。各
ホイール１，３はシヤフトS₁，S₂と同軸の円盤
（デスク）状となつており、その中央部には空気
流通孔１ｂ，３ｂが形成されている。この場合、
バケツト４，５を冷却するための冷却空気９は、
導入穴１０より内部に導かれて該ロータ中心部の
空気流通孔１ｂ，３ｂを通つて第１段ホイール１
と第２段ホイール３との間に設けられているスペ
ーサ２の内孔部２１に到達する。このスペーサ２
には、その第１段ホイール１とのタツチ面の面上
に複数個のスリツト８を形成しておき、このスリ
ツト８によつて前記内孔部２１と、外周がわの冷
却空気溜６とを連通させてある。従つて冷却空気
９は、導入穴１０→ロータ中央部（空気流通孔１
ｂ，３ｂ）→スペーサ内孔部２１→スリツト８→
冷却空気溜６という径路で、冷却空気溜６まで到
達する。

次に、周部の部分拡大図である第２図を参照し
て、冷却空気溜６からバケツト４への冷却空気９
の通路について説明する。この図の断面の切り方
は第１図と僅かに異なつた位置におけるもので、
丁度スリツト８や、バケツト４からの空気抜き構
造の場所に沿つている。図において冷却空気９
は、スリツト８を通つて冷却空気溜６に入つた
後、第１段ホイール１と第１段バケツト４との間
に設けられた底部溝７に入り、更に第１段バケツ
ト４に半径方向にあけられたバケツト冷却孔１２
に導かれて該第１段バケツト４を冷却し、頂部４
１より排出される。

冷却空気９が有効に第１段バケツト４の冷却に
使用されるためには、冷却空気溜６から冷却空気
９が漏洩することなく、そのすべてが底部溝７に
入るようにすればよい。このため第１段バケツト
４の下部（中心方向部）に突起４２を設け、スペ
ーサ２の外周と重ね合せてこれによりスペーサ２
の外周方向先端部からの冷却空気９の漏洩を防止
する策をとつている。しかし、この第１段バケツ
ト４とスペーサ２とを密着させて、その間隙１１
を運転中にゼロにしようとしても、これは不可能
である。それは、第１段バケツト４、第１段ホイ
ール１、スペーサ２は単品加工時の各々の公差の
集積により、第１段バケツト４突起部４２がスペ
ーサ２外周部に当らぬように予め、集積公差分だ
け間隙をあけておく必要があり、また第１段ホイ
ール４とスペーサ２の運転時の遠心力及び熱応力
による各々の変形量を考慮した間隙設定をしてお
く必要があるからである。

第３図に、この間隙１１の長さ１１′と、ガス
タービン起動後の運転経過時間との関係をグラフ
にて示す。当初の間隙長さ１１′は0.24mmである
が、運転中は、第１段バケツト４の遠心力も加わ
るため、第１段ホイール１の変形量はスペーサ２
の変形量より大きく、従つて間隙長さ１１′は停
止時よりも0.05mm長くなる。これに停止時の間隙
長さ0.24mmを加えると、運転時の間隙長さ１１′
は0.29mmとなる。図示のとおりである。なお図
中、１３は回転数上昇線であり、１４は負荷上昇
線である。間隙長さ１１′は回転数が上昇する
間、大きくなり、回転数が一定になつた後も負荷
が上昇してほぼ一定に達する迄の間増大を続け
て、その後フラツトになることがわかる。

第４図には、このような間隙長さ１１′と、間
隙１１からの漏洩量１７との関係を示す。漏洩量
はほぼ間隙長さ１１′に比例しており、かつこの
漏洩量１７は、小量の間隙１１からも大量に流出
するものであることがわかる。これは、スペーサ
２の外周径が大きく、また冷却空気溜６における
冷却空気９の圧力が高いためである。このような
漏洩量１７は、第１段バケツト４の冷却空気量の
40％に相当し、主流ガスの0.5％に当たる。

かかる漏洩量１７が及ぼす熱効率の変化量を、
第５図に示す。たて軸に熱効率減少量を％単位で
示すが、これからもわかるように0.25％の熱効率
の低下となり、非常に大きな損失となるものであ
る。（漏洩量は第４図、第５図とも、１秒当たり
のキログラム数で表している）。

従来技術は、間隙１１からの漏洩により上記の
ような熱効率減少を来たすものであり、かつロー
タ運転中にホイールやスペーサの変形に伴つてこ
の間隙１１が変化し、冷却空気の不静定を発生さ
せるという問題も蔵している。

本発明の目的は、上述したような間隙の問題を
解消して、間隙変化による冷却空気の不静定をな
くし、スペーサ先端部からの漏洩量を減少させ、
これによりバケツトの冷却効率を高めるととも
に、ロータの熱効率を向上させることにある。

本発明においては、ホイールの外周部にバケツ
トを植込んで成る複数のデスクと、該デスク間に
設置するスペーサとの、両者の間の隙間に、ロー
タ回転時に遠心力によつてデスクとスペーサとの
間をシールするシール物体として可撓性のワイヤ
を入れて構成する。

このように構成する結果、運転時にはシール物
体によりスペーサ先端部からの漏洩が防止され
て、従つてロータの熱効率が向上するのである。

以下、第６図を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。

このロータは、第１段、第２段ホイール１，３
の外周に、各々第１段、第２段バケツト４，５を
植込んでデスク１ａ，３ａを形成し、各デスク１
ａ，３ａの間にスペーサ２を配置し、これらデス
ク１ａ，３ａ、スペーサ２及びシヤフトS₁，S₂
（本第６図において省略、第１図参照）を組合わ
せて１本のロータとしたものである。このロータ
は、その内部より空気を流してバケツト４，５を
冷却する構造になつている。このようなロータに
おいて、デスク１ａと、スペーサ２との間にシー
ル物体１６を入れ、これによりスペーサ２先端
（外周がわ端）からの漏洩を防止する。

第６図は、従来例の第２図と同様な切断面で本
例を示した断面図である。

更に詳しくは、本実施例は下記のような構造に
なつている。第１段バケツト４には、そのスペー
サ２の方向に突起部４２を形成し、該突起部４２
の内がわ面がスペーサ２の外がわ面と重なるよう
にする。このスペーサ２の外周部の、突起４２と
重なる部分に、シール溝１５を形成する。このシ
ール溝１５は、スペーサ２の全周に設ける。スペ
ーサ２はロータの周に沿つて円周形成をなしてい
るので、その全周に設けるのである。この溝１５
は、バケツト４の突起部４２の真下（すぐ内が
わ）に位置するようにし、その幅は該突起部４２
の突出長さよりも小さくする。溝１５の深さは、
溝１５の幅と同一とする。かつ、この深さ（幅）
は、バケツト４とスペーサ２との間隙ｌの、10倍
以上を目標とする。タービン運転時には前記第３
図を用いて説明したように間隙ｌが広がることが
あるので、溝１５が浅すぎたり狭すぎると、シー
ル物体としてのワイヤ１６（後記）が間隙ｌから
飛び出したり、噛み込むなどのトラブルが生じる
可能性があるため、ある程度以上の大きさがあつ
た方がよいからである。10倍以上であれば、この
ようなトラブルの虞れは殆どないと考えられる。

この溝１５の中に、シール物体として溝１５の
幅と同径のシールワイヤ１６を入れて、丁度適合
させる。実際上はシールワイヤ１６は、溝１５の
幅よりきわめて僅かながら小さい径のものを用い
てよい。後記する如く、ロータ回転時の遠心力に
より、このシールワイヤ１６が溝１５中を外周方
向（第６図の上方向）に移動して、バケツト４の
突起部４２の内がわ面（図の下がわ面）に圧接す
ることを可能ならしめるためである。

このシールワイヤ１６は、スペーサ２の形状に
沿つて、ロータの外周をめぐるように全周に配置
する。この例では、第７図に略示するとおり、こ
のシールワイヤ１６はスペーサ２の周上で複数個
（４個など）に分割して配備する。遠心力によつ
て外方に圧接される際、連続して一体になつてい
ると外方への変形移動が容易でないが、このよう
に分断すると全体として図示矢印Ｂの如く外方に
変形し易くなるからである。（変形後の状態を破
線にて極端に示しておく）。

このシールワイヤ１６は、スタツキングする際
に予め、スペーサ２の溝１５の中に埋め込んでお
き、その状態で第１段ホイール１と接合して構成
する。

上記のような構成であるから、組込み時にはス
ペーサ２の外周面と、シールワイヤ１６の最外周
部とが同一面上に位置することになり、それは第
８図ａに示すとおりである。ところがロータの回
転上昇と共に、シールワイヤ１６はそれ自身の遠
心力により外側に押され、つまり第６図〜第８図
の矢印Ｂ方向の力が加えられて、これにより溝１
５の中より矢印方向にせり出し、バケツト４の突
起部４２の下端面（内がわ面）に突き当たる。更
に回転が上昇すると、シールワイヤ１６自身の遠
心力がその弾性に打ち勝ち、シールワイヤ１６が
変形して、該ワイヤ１６の外周径がバケツト４の
突起部４２の内径（突起部４２の内がわ面が構成
する周面の径）と同径になる。つまり周上すべて
において、第８図ｂの如くシールワイヤ１６とバ
ケツト４とがしつかりと密着するのである。この
ような作用により、間隙１１はシールワイヤ１６
に完全に閉ざされ、この部分からの空気の漏洩は
全く無くなる。ロータ運転中にホイール１，３や
スペーサ４が変形して間隙１１が変化するような
場合があつても、ワイヤ１６はそのようなことに
拘らずシール性を果たすので、全く問題は生じな
い。

本例ではシールワイヤ１６を周に沿つて分断す
る構成にしてあるので、遠心力により該ワイヤ１
６が変形して、外がわつまりバケツト４の突起部
４２方向に押されてこれに密着し、シール作用を
呈するようになるので容易であり、従つて確実に
シール性を発揮できる。ワイヤ１６の変形に伴
い、分断位置ですきまｄ（第７図参照）が開くこ
とになるが、このすきまｄからの漏洩は全体から
考えると微々たるもので、実際上の問題はない。

分断しない周全体で一体のワイヤを用いると、
このようなすきまの発生の虞れはない。但し、弾
性力に打ち勝つためにかなり大きな遠心力を要す
ることになる。

シールワイヤ１６の材質としては、上記のよう
な作用を呈してシール性を発揮できる可撓性のも
のであれば、どのようなものをも使用できる。例
えばピアノ線や、SUS製の線材などである。使用
温度や、使用状況（遠心力の大きさ・もともとの
漏洩の状態・分断して使うか否かなど）に応じ
て、各種の材質のものを用い得るのである。むし
ろ、シール性を発揮する為の可撓性を持たせる為
には、材質の問題は特に制限はなく、ワイヤの太
さ（径）でそのシール性能を発揮する為の可撓性
を規定できるものである。

上述の如く、本発明のロータは、ホイールにバ
ケツトを植込んで成るデスクとスペーサとの隙間
に、ロータ回転時に遠心力により該デスクとスペ
ーサとの間をシールするシール物体として可撓性
のワイヤを入れて構成したので、間隙からの空気
の漏洩が確実に防止され、ロータ内部の冷却空気
はすべて、バケツトの冷却用として有効に利用で
き、効率が良い。しかも、当初からの間隙は勿
論、運転中のホイール、スペーサの変形に伴う間
隙変化にも対応してこれをシールすることができ
る。よつて、間隙変化による冷却空気の不静定も
なくなり、確実な冷却効果が期待される。かつ、
冷却空気が無為に漏洩することがなくなるため、
熱効率の改善が可能となり、ロータの効率を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロータ構造を示し、特にその冷
却空気系統を示す断面図である。第２図は第１図
の部分拡大図である。第３図乃至第５図は従来例
の作用を説明するためのもので、運転経過時間と
間隙との関係、間隙と漏洩量との関係、漏洩量と
熱効率との関係をそれぞれ表すグラフである。第
６図は本発明の一実施例の要部断面図である。第
７図は該例のシールワイヤの平面略示図、第８図
ａ，ｂは該シールワイヤの変形を示す断面図であ
る。 １，３……ホイール、１ａ，３ａ……デスク、
２……スペーサ、４，５……バケツト、１６……
シール物体（シールワイヤ）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホイールの外周部にバケツトを植込んで成る
   複数のデスクと、該デスク間に設置するスペーサ
   と、シヤフトとを組合わせて一本のロータを形成
   し、そのロータの内部より空気を流して前記バケ
   ツトを冷却する構造のロータにおいて、前記デス
   クの側面にロータ軸と同心の円形突条を設けてそ
   の内周面をスペーサの外周面に対向せしめると共
   に、該スペーサが前記の突条に対向している面に
   リング状の溝を設け、上記リング状溝内にシール
   特体としてリング状に成形した可撓性のワイヤを
   嵌合し、ロータの回転に伴つて上記シール部材が
   回転して遠心力により前記の突条に密着すべく為
   したることを特徴とするスペーサ先端空気漏洩防
   止ロータ。 ２ 前記シール物体としてのリング状ワイヤを複
   数に分割して、リング状溝内に配置したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスペーサ
   先端空気漏洩防止ロータ。