JPS6237202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は開路液冷タービンに関し、特にその改
良トラツプシールに関する。

この種の冷却系では、冷却流体（通常は水）を
タービン動翼の翼形部の表面に形成された多数の
冷却流路に通すことによつて冷却が達成される。
冷却流体は一般に翼根部に近接する箇所から射出
され、そしてタービン動翼の高速回転の結果生ず
る遠心力によつて翼形部の先端に向かつて半径方
向外方に流れる。

翼形部に作用する極めて高い温度により、冷却
流路内の冷却流体のかなりの部分が蒸気の状態に
なつている。この蒸気流は下流方向（すなわち、
液状冷却流体の流れの方向）にのみ流れることが
望ましい。そうなれば、逆流と燃焼ガス流路から
冷却流路への燃焼生成物の流入を防ぐことがで
き、従つて、その流入に伴う腐食問題が生じな
い。また、インライン形トラツプが管入口の圧力
を配水装置から隔離する。管内の圧力は翼形部の
前縁から後縁まで20psiも多く変化する。もし、
トラツプが介在しなければ、この圧力差は諸管へ
の均等な配水に悪影響を及ぼすことになる。従つ
て、液状冷却媒体は通すが蒸気状冷却媒体は通さ
ないトラツプシールを、冷却媒体を冷却流路に供
給する導流路内に設けることがしばしば望まし
い。

このため、米国特許第3844679号（以下、679特
許と呼ぶ）はＳ形トラツプシール（以下Ｓトラツ
プ）を利用する。Ｓトラツプは冷却媒体を冷却流
路に供給する導流路の各々に設けた１対の隣合う
Ｕ形ベントからなる。これらのベントは有効なト
ラツプシールとなるが、Ｓトラツプの各Ｕ形ベン
トは管径の約２倍の最小わん曲半径を必要とす
る。その結果、各Ｓトラツプの２重ベントはトラ
ツプ出口をその供給源から管径の約８倍だけずら
すことになる。タービン動翼のスペース上の制限
により、上記の技術では多数の供給用導流路の漏
止めをなすことは不可能である。

本発明の主目的は各冷却流路の供給導流路内に
挿入し得る比較的コンパクトなシールを提供する
ことによつて679特許の上記の欠点を克服するこ
とである。この目的を達成するため、本発明のト
ラツプシールは下記の要素から構成される。

(1) 各冷却流路の供給導流路内に形成された環状
凹み。

(2) 上記環状凹み内に配置された筒形挿入体。こ
の筒形挿入体はその外周に沿つて形成された複
数の軸方向溝と、その一端に形成された中央凹
みとを有する。前記軸方向溝と前記中央凹みは
前記環状凹みと共に、液状冷却媒体は通すがガ
ス状冷却媒体は通さない複数のＳ形トラツプシ
ールを画成する。

次に、添付の図面を参照して本発明を説明す
る。全図にわたつて同符号は同要素を表す。第１
図には本発明の原理による構造のタービン動翼を
総体的に１０で示す。動翼１０は翼根部１２とシ
ヤンク部１４と翼台部１６と翼形部１８とを有す
る。翼根部１２はタービンのロータデイスク２０
に埋込まれており、このデイスクはケーシング
（図示せず）に回転自在に支持された軸（図示せ
ず）に装着されている。当業者に明らかなよう
に、実際のタービンはロータデイスク２０の全周
に配設された複数の動翼１０を有する。第２図は
数枚の動翼１０の相対的な配置を示す。

前述のごとく、本発明は第１図に示した一般型
のガスタービン動翼に用いる改良トラツプシール
に関する。しかし、本発明のトラツプシールは多
数の動翼構造体と関連して利用し得るものであ
り、例示した特定の動翼構造体に限定されるもの
ではないことを認知されたい。例えば、本発明の
トラツプシールは、第１図に示す半径方向延在冷
却流路ではなくほぼ軸方向に延在する冷却流路を
利用する679特許の動翼構造体と関連して利用さ
れ得る。

本発明の冷却系は、タービン系に冷却液を供給
する冷却液噴射口２２と、冷却液捕集流路２４と
を含む。この流路は、翼根支承ダブテール溝２８
相互間においてロータデイスク２０に設けられた
個々の冷却液溜め２６（第２図）に冷却液を分配
する。各冷却液溜め２６はそれと関連する動翼１
０のシヤンク部１４に形成された複数の冷却媒体
供給導流路３０と連通する。供給路３０は、翼形
部１８の外周に沿つて形成された複数の冷却流路
３２を介して翼台部１６の表面部と翼形部１８の
表面部全体に冷却流体を分配する。

冷却液捕集流路２４は360゜のリング３４に形
成されている。このリングは好ましくは複数の締
結部材３６によつてロータデイスク２０に連結さ
れる。リング３４の位置は通路３８がそれぞれの
冷却液溜め２６と整合するように選定される。通
路３８は、各溜め２６に等しい流量の冷却液が入
るように、捕集流路２４全体にわたつて均等に分
布することが好ましい。こうすると、等しい流量
の冷却液が各動翼１０に供給される。第１図に明
示のように、動翼１０の両側にそれぞれ１個のリ
ング３４が配設され各リングは各溜め２６の隣接
開口に冷却液を供給する。代替的に、内孔給水配
送系、例えば、アンダーソン（Anderson）等の
1977年10月17日付の同時系属米国特許出願第
842407号に記載のものを所望に応じて用い得る。

各冷却媒体供給路３０は冷却流路３２の一つと
関連し、その関連冷却流路に溜め２６から冷却流
体を供給する。各冷却流体供給路３０内には１個
のトラツプシールが、好ましくは、供給路３０と
溜め２６との間の境界域に形成されている。トラ
ツプシール４０の構造は第５〜７図に明示してあ
り、次にその詳細を説明する。ここでは、各シー
ル４０が溜め２６から冷却流路３２への液状冷却
媒体の通過は許すが冷却流路３２から溜め２６へ
の冷却媒体蒸気の通過は妨げるように働くという
ことに留意すれば十分である。

第３図に明示のように、冷却流路３２は冷却流
体供給路３０から翼台部１６を横切つて翼形部１
８の外周部内に延びている。図示の実施例では、
冷却流路３２は銅合金マトリツクス４２に形成さ
れており、このマトリツクスは翼形部１８の冷却
流路３２の周囲で密度が高くなつている。冷却流
路３２は翼形部の外皮４４の冷却に役立つ。第１
図に明示のごとく、冷却流路３２の末端にはマニ
ホルド４６が存し、蒸気と水を遠心的に分離す
る。水は動翼から翼端シユラウド噴射口４７を通
つて放出される。蒸気は図示のように通路４８を
通つて動翼のシヤンク部１４へ還流する。

次に、第５，６図を参照してトラツプシール４
０の詳細な構造を説明する。第５図に明示のよう
に、各トラツプシール４０は筒形挿入体５０を含
み、この挿入体は関連する冷却流体供給路３０と
同軸的に形成された環状凹みまたは空洞５２内に
挿入されている。挿入体５０は外径が環状空洞５
２の内径にほぼ等しく、ステイキング
（Staking）のような適当な手段によつて図示の位
置に機械的に固定される。第６図に示すように、
筒形挿入体５０はその外周に沿つて形成された複
数の軸方向溝５４とその頂部に形成された中央凹
み５６とを有する。軸方向溝５４と中央凹み５６
は環状空洞５２内に形成された環状延長体５８と
共に、第５図に矢印で示すように溜め２６から冷
却流体供給路３０へ流れる冷却流体用の複数のＳ
形通路を画成する。この構造体は’679特許の先
行技術によるトラツプシールを改良したものとな
る。なぜなら、入口（溝５４）はトラツプシール
４０の出口（冷却流体供給路３０）に比較的近接
し得るからである。その結果、単一の動翼内に比
較的多数のトラツプシールを設けることができ、
そして各供給路３０にそれ自体のシール４０を設
け得る。

トラツプシール４０作用は第７図を参照すれば
最も良く理解し得る。トラツプシール４０の上方
（すなわち、冷却流体供給路３０内）と下方（す
なわち、溜め２６内）の蒸気圧が等しい時、通路
６０内の水位は軸方向延長体５８の底部６２に対
応するレベルにある。冷却流体供給路３０内の圧
力が溜め２６内の圧力より高くなると、水位はそ
の圧力差に打勝つに十分な距離Ｈだけ（例えば、
破線６４で示すレベルまで）増す。その結果、供
給路３０内の冷却媒体蒸気は溜め２６に入ること
ができない。

前述の実施例では、冷却流体供給路３０は動翼
１０のシヤンク部１４に直接形成されている。場
合によつては、シヤンク部１４の両側に形成され
た凹みに着座するがそれから離れているような個
別の管を利用することが好ましい。このような実
施例を第８図に示す。図示のように、各冷却流体
供給導管３０の一端は、シヤンク部１４に形成さ
れた凹み６６内にはまり込み、そしてシヤンク部
１４に形成された通路６８と連通して環状空洞５
２に開口している。代替的に、凹み６６は環状空
洞５２に通ずるように延在し得、また冷却流体供
給導管３０もそれと同様に延在し得る。いずれの
場合も、シヤンク部１４内に翼台部１６に隣接す
る同様の凹みを形成することによつて導管３０の
他端がそれと関連する冷却流路３２と連通し得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良冷却系の部分斜視図、第
２図は本発明の冷却系によつて冷却され得る型の
ガスタービンにおける複数のタービン動翼の相対
的な配置を示す平面図、第３図は第１図に示した
タービン動翼の上面図、第４図は第１図のタービ
ン動翼の側面図、第５図は第４図の動翼の部分Ａ
の拡大断面図、第６図は本発明のトラツプシール
の一部をなす挿入体の斜視図、第７図は本発明の
トラツプシールの拡大図、第８図は第７図のトラ
ツプシールの変形例の拡大図である。 １０…タービン動翼、１８…翼形部、２０…ロ
ータデイスク、２４…冷却液捕集流路、２６…冷
却液溜め、３０…冷却流体供給路、３２…冷却流
路、３４…リング、３８…通路、４０…トラツプ
シール、４６…マニホルド、４７…翼端シユラウ
ド噴射口、５０…筒形挿入体、５２…環状凹み、
５４…軸方向溝、５６…中央凹み、５８…延長
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシング内に回転自在に支持された軸に装
   着されたタービンデイスクと、このデイスクから
   半径方向外方に延在する複数のタービン動翼とを
   備え、各タービン動翼は前記デイスクに取付けら
   れた翼根部と、この翼根部から翼台部まで半径方
   向外方に延在するシヤンク部と、前記翼台部から
   半径方向外方に延在する翼形部とを有するような
   ガスタービンの冷却系であつて、(a)冷却媒体を前
   記翼形部を貫流するように分配するために各動翼
   の翼形部に形成された複数の冷却流路と、(b)複数
   のトラツプシールを含み、各冷却流路に液状冷却
   媒体を供給する手段を有し、各トラツプシール
   が、(1)前記動翼に形成された環状凹みと、(2)この
   凹み内に配置された筒形挿入体とから成り、この
   筒形挿入体が、その外周に沿つて形成された複数
   の軸方向溝と、その一端に形成された中央凹みと
   を有し、前記軸方向溝と前記中央凹みは、前記環
   状凹みと共に、液状冷却媒体を通すがガス状冷却
   媒体を通さない複数のＳ形トラツプシールを画成
   するようになつている冷却系。 ２ 液状冷却媒体を前記冷却流路に供給する前記
   手段が、各動翼と関連する複数の冷却媒体導流路
   から成り、そしてこれらの冷却媒体導流路がそれ
   ぞれ冷却媒体を前記冷却流路に個別に導くように
   なつている、特許請求の範囲第１項記載の冷却
   系。 ３ 前記トラツプシールが前記冷却媒体導流路と
   同数でありそして１個ずつ各冷却媒体導流路と関
   連し、従つて、前記動翼の１個と関連する、特許
   請求の範囲第２項記載の冷却系。 ４ 各トラツプシールの前記環状凹みが該トラツ
   プシールと関連する動翼に形成されている、特許
   請求の範囲第３項記載の冷却系。 ５ 前記環状凹みが、概して筒形の部分と、この
   筒形部に向かつて延在する中央延長体を有する環
   状部分とを有し、そして前記延長体が前記筒形挿
   入体の前記中央凹み内に突入している、特許請求
   の範囲第１，３，４項のいずれか１項に記載の冷
   却系。 ６ 各冷却媒体導流路がそれと関連するトラツプ
   シールの前記環状凹みと同軸である、特許請求の
   範囲第４項記載の冷却系。 ７ 各冷却媒体導流路がそれと関連するトラツプ
   シールの前記環状凹みと同軸である、特許請求の
   範囲第５項記載の冷却系。 ８ 液状冷却媒体を前記冷却液導流路に供給する
   前記手段が前記タービンデイスクに形成された複
   数の冷却液溜めをさらに含み、各トラツプシール
   がそれと関連する冷却液導流路と前記溜めの一つ
   との間の境界域に配置されている、特許請求の範
   囲第４項記載の冷却系。 ９ 前記液状冷却媒体供給手段がａ前記タービン
   デイスクに連結されそして360゜の冷却媒体捕集
   流路が形成された360゜のリングと、ｂ前記冷却
   媒体捕集流路に形成された、前記溜めと同数の通
   路とをさらに含み、各通路は前記溜めの対応する
   一つに開口して前記冷却媒体捕集流路からの冷却
   媒体をその溜めに導くようになつている、特許請
   求の範囲第８項記載の冷却系。 １０ 各通路が前記冷却媒体捕集流路に沿つて等
   間隔で形成されている、特許請求の範囲第９項記
   載の冷却系。 １１ 前記冷却流路から出た冷却媒体を捕集する
   ように各翼形部に形成されたマニホルドをさらに
   含む、特許請求の範囲第９項記載の冷却系。 １２ 前記マニホルドから冷却媒体を流出させる
   ように各動翼に形成された翼端シユラウド噴射口
   をさらに含む、特許請求の範囲第１１項記載の冷
   却系。 １３ 前記マニホルド内の冷却媒体をそこから排
   除し且つ前記動翼の外側に放出するように各動翼
   に形成された複数の蒸気戻り流路をさらに含む、
   特許請求の範囲第１１項記載の冷却系。