JPS6229701A

JPS6229701A - ガスタ−ビン

Info

Publication number: JPS6229701A
Application number: JP16672285A
Authority: JP
Inventors: Junji Ishii; 潤治石井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1987-02-07
Anticipated expiration: 2009-05-11
Also published as: JPH0635807B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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ｑ〕

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−軸方自記ｔで、冷却空気供給
１６をガス通路７をＵ１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
部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で示ずように、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Ｗ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１４８Ｉｌに比して高圧
を必要とする。そこで各吹込孔１０ａ、１０ｂの同口面
積に差を設け、仕切壁５によって各空気室８．９内をそ
れぞれ独立した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。

〔背狽技術の問題点〕

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【ノであるため、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、その湿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Ｊ［要〕

上記の目的を達成するために、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ぞれぞれ供給す
るようにした二軸式のガスタービンにおいて、前記仕切
板と同一軸方向位置に低圧ノズルを配置するとともに、
その低圧ノズル内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軸心側にあ（）た連
通孔を介して互いに連通させたことを特徴としている。

〔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とを連通ずる連通孔２
８を穿設している。

低圧ノズル内輪２１とケーシング３１とで固定し、仕切
板２６と略同−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７Ｊ１空気供給路３
２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！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［［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ｍに流通し、その接
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１ＩＱＧ）でいる。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、＾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３６ＦＩＳ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、ｎ圧空気室２７ａ内の空気圧
ｐ１を低圧空気室２７ｂ内の空気圧ｐ２よりも大きくす
る必要がある。このｐｔ＞ｐ２の関係を与えるため、ラ
ビリンスシール３４ではｐｌ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ずれば、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。

イして、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
ば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内にインサートシた冷却空気供給管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ざを短縮するこ
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、タービン性能め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の材質自体が多孔質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２７
ｂ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ｕ１空気が接触流通し得る孔を右する仕切板構造
であればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、二軸式のガスタービン
において、高圧タービンディスクと低圧タービンディス
クの対向面の空気冷却構造を改良し、冷却空気供給路を
空気室の仕切板と同一軸方向配置の低圧ノズル内に設け
ることにより、高圧タービンと低圧タービンとの間の軸
方向距離を短縮してタービン効率の向上を図り、また仕
切板の軸心側にあけた連通孔を介して、高圧タービンデ
ィスク側の空気室に供給した冷却空気を低圧タービンデ
ィスク側の空気室へ軸心側に口って十分に流動できるよ
うにし、これによりディスクを径方向に均一に冷却して
熱応力の発止を抑制できる。

°したがって、タービン効率および強度等を従来に比し
て向上することができるという作用効果が奏される。

【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。出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図第　２　図軸方向第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、高圧タービンディスクと低圧タービンディスクとノ
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二軸式のガスタービン
において、前記仕切板と同一軸方向位置に低圧ノズルを
配置するとともに、その低圧ノズル内に形成した冷却空
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
軸心側にあけた連通孔を介して互いに連通させたことを
特徴とするガスタービン。２、高圧タービン側の空気室はラビリンスシールを介し
て径方向に連通状態で区分されている特許請求の範囲第
１項記載のガスタービン。