JPS6343361Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、軸流流体機械即ち燃焼タービンのロ
ータ羽根に関し、更に詳細には、非冷却式タービ
ンロータ羽根用として最初に作られたロータデイ
スクに後から嵌着しうる燃焼タービンの冷却式ロ
ータ羽根に関するものである。

燃焼タービンのより大きな運転効率と電力出力
は入口の作動温度をより高くすることによつて得
られることが知られている。しかし、入口作動温
度は回転するタービン羽根が耐えうる最高温度に
よつて制限を受ける。更に、タービン羽根温度が
入口ガス温度の上昇につれて高くなると、羽根の
回転に通常伴う応力および張力によつて羽根が損
傷を受ける危険性も高くなる。タービン羽根を冷
却するか、羽根を耐熱材料から作るか、あるいは
その両方により、羽根材料のために特定された最
高作動温度以下にタービン羽根温度を保ちなが
ら、入口作動温度を上昇させることができる。

現在、非冷却式ロータ羽根を有する燃焼タービ
ンが数多く存在している。ある型式のものでは、
第１段羽根は冷却されるが、後続段の羽根は冷却
されない。一般的に、非冷却式ロータ羽根を有す
る燃焼タービンは、米国特許第3501249号および
第3572966号明細書に開示されているような羽根
根部を冷却する何らかの装置を備えている。羽根
根部の冷却は、羽根翼部の部分的冷却を施すため
の簡単な方法である。米国特許第3572966号明細
書に開示された構造では、コンプレツサからの冷
却空気が各デイスク内の個々の通路を通つて、羽
根根部とデイスクとの間の通路に導かれる。そし
て、羽根根部およびデイスク間を通過後、冷却空
気はタービンを駆動する高温動力ガスの排気路内
へ排出されるようになつている。

燃焼タービンの運転効率および電力出力を向上
させるためには、タービン羽根自体を通る冷却空
気の流れを可能ならしめる装置を設けて、羽根表
面がタービン入口温度以下の温度を保つべく確実
に冷却されるようにするのが望ましい。かような
問題解決のための従来のアプローチは米国特許第
3853425号明細書に開示されている。同特許明細
書には、羽根根部とデイスクとの間の冷却路の排
出端を封止して、冷却空気を羽根根部内で上方へ
通しタービン羽根の翼部に入れる封止組体が記載
されている。しかる後、この冷却空気は翼部から
出て高温動力ガス排出路に入る。かような封止組
体は、羽根根部およびデイスク内の溝と係合し
て、羽根根部とデイスクとの間の冷却路の排出端
を閉鎖するシール構造から成る。ところが、同米
国特許明細書に開示された装置の利用は、特別に
構成したタービン羽根のみならず、ロータデイス
クの特別な加工も必要とする。

前述した封止組体は冷却空気をタービン羽根に
向けて流すための有効且つ効率的な方法を提供す
るものであるが、現存の燃焼タービンに容易に適
用することはできない。その構造を適用するに
は、タービン羽根根部およびロータデイスクの両
方の構造的改良を必要とする。ロータデイスクの
改良は、タービンケーシングの下半部からのロー
タ軸の取外しを必要とする。米国特許第3493212
号明細書に説明されているように、ロータの位置
決めは極めて重要なことであつて、いつたん適正
に配置したら、できる限り狂わないようにするべ
きである。ロータ軸の取外しも、燃焼タービンに
変更を施すのに必要な時間および費用を増加す
る。

従つて、本考案は、現存のロータデイスクに後
から装着し得て、ロータ軸の取外しを必要とする
欠点なしに冷却式タービン羽根の利点をもたらす
ような封止構造体を具備した冷却式燃焼タービン
羽根を提供することを目的とするものである。

簡略に述べると、本考案によれば、冷却装置お
よび封止装置を具備してロータデイスク上に支持
されるのに適した燃焼タービンロータ羽根が現存
の燃焼タービンにおける非冷却式タービン羽根に
代わりうるものとして提供される。冷却装置およ
び封止装置を具備したこのタービン羽根は、ロー
タデイスクと協働して、非冷却式羽根を有する現
存のデイスクにおける羽根冷却構造を提供する。
冷却装置は、羽根翼部および根部の中に設けられ
て、それらを通る冷却流体を案内する装置から成
る。封止装置は羽根根部に固定されて、羽根根部
の半径方向で最内側の部分とロータデイスクとの
間に形成された軸線方向に伸びるスペースを封止
するように構成される。それにより、封止装置は
冷却流体用の排出路を閉じ、冷却流体をタービン
羽根内へ導く。かような冷却式タービン羽根を使
用すれば、タービンロータ組立体の変更または取
外しを必要としない。

現存する燃焼タービンでは作動温度が高いの
で、従来では羽根が冷却されていなかつたところ
に、冷却式タービン羽根を設けることが必要にな
つてきた。本考案によれば、冷却装置と封止装置
を具備した燃焼タービン羽根が提供される。本考
案のタービン羽根は、従来のタービンロータデイ
スク上に支持されて該デイスクと協働して作動す
るのに適したものであつて、非冷却式羽根付きの
デイスクを有する現存タービンに対する羽根冷却
構造を与える。この冷却式タービン羽根は、冷却
流体を案内するように特に構成された冷却装置
と、羽根根部及び従来構造のデイスクの間のスペ
ース又は流体通路を閉鎖し、それにより冷却流体
を改良したタービン羽根構造内に流動させるため
の封止装置とを備える。

添付図面を参照するに、第１図は、軸流タービ
ン用の典型的な従来のロータ１０の一部分を軸方
向断面で示している。ロータ１０はロータデイス
ク集合体から成るものであり、図面では、２つだ
けのロータデイスク１２，１４が該デイスクを貫
通して伸びるべく周囲に配置された結合具即ち控
えボルト１５によつて一緒に固定されて示されて
いる。それら控えボルトの１本のみが第１図に示
してある。

デイスク１２，１４はそこから半径方向外向き
に伸びるロータ羽根１６，１８をそれぞれ支持
し、該羽根は、軸線方向に離隔して半径方向内向
きに伸びる固定のステータ羽根、即ちノズル羽根
２０，２１，２２の間に配置される。各ロータ羽
根には横入口式の根部２６，２８が設けられ、該
根部は、デイスク周囲に設けられている歯形くぼ
み（第５図参照）内に配置されるのに適当な歯形
または“フアー・ツリー（fur tree）”形のもの
でよい。

ロータデイスク１２，１４には更に、軸線方向
に伸びた孔または通路３０，３２がそれぞれ設け
られている。これ等の通路は、中央のトルク管構
造体３５を包囲する関係で配置された管状の覆い
部材３４によつて形成される通路３３と流体連通
している。

デイスク１２，１４の上流側およびその周辺近
傍には、半径方向に伸びた開口４０が円周方向に
離隔して設けられている。開口４０はデイスク内
に形成されて、通路３３と流体連通する。

更に、デイスク１２，１４の上流側には、半径
方向外向きに面した環状の連続溝または通路４２
が設けられている。その溝は半径方向に伸びた開
口４０と流体連通するするように形成される。こ
の典型的な従来構造の詳細については、米国特許
第3572966号明細書に開示されている。

第２図は、本考案に従つて構造されたタービン
羽根および封止装置を具備した従来のデイスク１
２の一部分を示す。本考案の目的のために、デイ
スク１２と１４の構造は実質的に同一にしてあ
る。タービン羽根１６は翼部４６と根部２６とか
らなり、タービン羽根の根部は、米国特許第
3572966号明細書に開示されているような慣用の
側板４８，５０と、羽根及びデイスクの接合部に
おける歯形構造とによつてデイスクに固定されて
いる。環状に配置された上流側の側板５０は、デ
イスクおよび羽根にそれぞれ形成された溝５２，
５４内に固定されると、タービン羽根の根部２６
の隣接端部と協働して、円周方向に連続する冷却
流体室４４を画定する。室４４は、連続通路４２
および半径方向の開口４０と流体連通状態に構成
される。

ロータの作動にあたつて、燃焼タービンのコン
プレツサ部からの空気等の加圧冷却流体が通路３
３を流れて、第１のデイスク１２へ送られる（第
１図参照）。この第１デイスク１２において、空
気流は分かれ、一部分はデイスク１２内の軸線方
向の通路３０を通つて第２のデイスク１４へ流れ
る。残りの空気流は、環状溝４２下方の開口４０
へ向かつて半径方向外向き（第１図に矢印で示し
たように上方）に流れる。次いで、空気は環状溝
４２から、上流側の側板および羽根根部の端部に
よつて形成された環状室４４内へ向かう。次に、
空気は羽根根部とデイスクのくぼみとの間の間隙
を通り、特に、羽根根部の基部とタービンデイス
クとの間に形成されたスペース、即ちプレナム室
５６内へ流れる。

第１図に示した従来の典型的な構造では、冷却
空気はプレナム室５６から側板４８の排気孔を通
つて、タービン駆動用の高温動力ガスの排気路内
へ流される。しかるに本考案による冷却装置で
は、第３，第４および第５図に詳細に示す封止装
置５８がプレナム室５６の排出端（下流端）を閉
鎖して、冷却空気をタービン羽根内で半径方向に
伸びた通路６０（案内装置）内へ流入させる。タ
ービン羽根の根部および翼部内における冷却流体
の流れに対する正確な構成は、本考案の原理を理
解するうえで重大なものではなく、公知の様々な
構成のどれでも利用しうる。

封止装置５８は、その適用のためにロータデイ
スク１２の構造の改良を何ら必要としないように
構成されている。第３図は、封止装置５８を上流
側に向かつてみた斜視図であり、第４図は同封止
装置の側面図である。封止装置上部６２は、ター
ビン羽根根部の半径方向で最も内側の歯６４（第
５図参照）内に連続した状態で嵌合しうる形状に
なつている。更に、封止装置上部６２は長方形の
切欠き６６を画定し、この切欠き６６はタービン
羽根の根部内への封止装置の固定係合を可能にす
る。

封止装置５８の下部６８はプレナム室５６の周
辺部７０（第５図参照）と近密に嵌合して、該プ
レナム室の下流側端部を封止する形状に作られて
いる。下部６８の厚さはプレナム室の適正な密封
を保証するのに十分な大きさとすべきであるが、
下部の半径方向寸法以下であるのが好ましい。適
当な形状のくぼみ７２が、側板４８に隣接する面
で、封止装置下部に設けられている。このくぼみ
７２は羽根ロータおよびプレナム室内における封
止装置の組付けおよび取外しを容易にする。

羽根根部における底歯の排出端は第２図に数字
７４で示してあるように切り欠かれていて、封止
装置上部９２がデイスク歯内に緊密に嵌合するの
を許容している。羽根根部と一体のタブ７６は封
止装置上部における長方形の切欠き６６と係合し
て、封止装置の軸線方向の運動を制限する。デイ
スク歯およびプレナム室内への封止装置の緊密嵌
合は封止装置の半径方向の運動を制限する。

かようにして、本考案に従つて協働する冷却式
タービン羽根と封止装置の結合は、非冷却式羽根
付きの現存燃焼タービンに後から装着できる簡単
かつ効果的な構造体を提供する。以上述べた本考
案によるタービン羽根およびその冷却装置は、非
冷却式タービン羽根を、タービンロータの妨害な
しにまたは構造的改良を行なわずに、冷却式ター
ビン羽根と交換することを可能にするものであ
る。

また、本考案の封止装置はその下部が単にロー
タデイスクのくぼみに配置可能になつている、ロ
ータデイスクとは実質的に別体のものであるか
ら、例えば起動運転の際に羽根に加わる揺動運動
は封止装置により好適に吸収され、信頼性の高い
封止を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の典型的な燃焼タービンにおけ
るタービン部の一部分を示す断面図、第２図は、
本考案に従つて構成した封止装置および冷却装置
を具備するタービン羽根の一部分を示す断面図、
第３図は、本考案による封止装置の正面斜視図、
第４図は、本考案による封止装置の側面図、第５
図は、第２図のＶ−Ｖ線断面図であつて、タービ
ンデイスク内の所定位置に置かれた本考案の冷却
式タービン羽根の根部と封止装置とを上流方向に
向かつて見た図である。 １０……ロータ、１２，１４……ロータデイス
ク、１６，１８……ロータ羽根、２０，２１，２
２……ノズル羽根、２６，２８……根部、３０，
３２……通路、３３……通路、３４……管状覆い
部材、３５……トルク管構造、４０……半径方向
の開口（案内装置）、４２……通路（案内装置）、
４４……冷却材室、４６……翼部、４８……側
板、５０……側板、５２，５４……溝、５６……
プレナム室（スペース）、５８……封止装置、６
０……通路（案内装置）、６２……上部（第１部
分）、６４……歯６６……切欠き、６８……封止
装置下部（第２部分）、７０……周辺部、７２…
…くぼみ、７４……排出端、７６……タブ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 流体のエネルギをロータの回転に変換する軸流
   流体機械において、 ロータデイスクの周囲に設けられ軸方向に延び
   る歯形のくぼみに、同様の歯形を有する羽根根部
   が係合して前記ロータデイスクに取着されるター
   ビン羽根と、該羽根根部及びロータデイスクの間
   のプレナム室に冷却空気の流れを案内する案内装
   置とを有する非冷却式羽根組体に代えて用いられ
   る冷却式羽根組体であつて、 翼部、及び前記ロータデイスクにその歯形のく
   ぼみ内で係合する根部を有する羽根と、 該根部下方のプレナム室からの冷却空気を前記
   根部及び翼部内に通し、該翼部を囲む動力流体へ
   の排出路に入れるように案内する案内装置と、 前記プレナム室の下流端に配置され、下流側に
   おいてプレナム室を封止するために、根部に係合
   可能な第１部分と、前記ロータデイスクの歯形の
   くぼみに配置しうる第２部分とを有する別体の封
   止装置と、 前記羽根及び封止装置を所定位置にロツクする
   側板と、 を有する軸流流体機械用の冷却式羽根組体。