JP2007032282A - タービンロータのシールリング - Google Patents
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Abstract
【課題】 タービンロータに対する脱着を容易に行うことができ、かつ、加工性を向上させてコストの低減が可能なシールリングとその取り付け方法を提供する。
【解決手段】 シールリング6は、スリット60を介して周方向の両端部が対向するC形に形成され、ロータディスク1の内径側係止部13に径方向内方から係止される内径側被係止部61と、動翼セグメント2Sの外径側係止部24に径方向内側から係止される外径側被係止部62とを備えている。また、シールリング6は、脱着用治具8A,8Bが引っ掛けられる第1の引掛け部63と第2の引掛け部64とを備え、前記第1の引掛け部63が第2の引掛け部64よりも径方向外方に離れて位置している。
【選択図】 図1
【解決手段】 シールリング6は、スリット60を介して周方向の両端部が対向するC形に形成され、ロータディスク1の内径側係止部13に径方向内方から係止される内径側被係止部61と、動翼セグメント2Sの外径側係止部24に径方向内側から係止される外径側被係止部62とを備えている。また、シールリング6は、脱着用治具8A,8Bが引っ掛けられる第1の引掛け部63と第2の引掛け部64とを備え、前記第1の引掛け部63が第2の引掛け部64よりも径方向外方に離れて位置している。
【選択図】 図1
Description
本発明は、タービンロータへの脱着を容易に行えるようにしたシールリングに関するものである。
従来、タービンロータにおける動翼セグメントの装着部分の側部にシールリングを取り付けて、このシールリングにより動翼セグメントのロータディスクからの脱落を阻止し、かつ、燃焼ガスが流れるガス通路からの漏れを阻止して高効率化を図り、また、冷却用空気の漏れを阻止して動翼セグメントの熱劣化の防止を図っている(特許文献1)。
特開平11―141305号公報
このようなシールリングとして、図10の正面図で示すように、全体がスリットSを介して周方向の両端部が対向するCのシールリングRが使用され、シールリングRの内周面側で前記スリットSの近くの両側に2つの突部P,Pが設けられて、これら突部Pに着脱用治具を係止させるための係止孔Hが形成されている。そして、着脱用治具を係止孔Hに係止させて、シールリングRの全体を拡径または縮径させながら、動翼セグメントの装着部分の側部に組付ける。
しかし、以上のシールリングRでは、その内周の一部に係止孔Hを有する2つの突部Pを設ける必要があるので、加工性が低くてコスト高となり、また、着脱用治具を係止孔Hに係止させてシールリングRの全体を拡径または縮径させながら動翼セグメントの装着部分に組付けるには大きな力を必要とし、その上、着脱用治具を係止孔Hに係止させて拡径ないし縮径させるとき、係止孔Hの部分に大きな力がかかるので、突部Pの変形を招き易い。さらに、回転時の突部Pのポンプ効果により燃焼ガスを巻き込んだり、また、前記突部Pの回転により、動翼と靜翼間のキャビティ内を撹拌してキャビティ内温度を上昇させたりする。
そこで、本発明は、加工性を向上させてコストの低減が可能で、しかも、従来のようにキャビティ内温度の上昇を招くことなく高効率化を図ることができ、さらに、動翼セグメントの装着部分に対する脱着を容易に行うことができるシールリングとその取り付け方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ロータディスクの外周に周方向に複数の動翼セグメントを装着したタービンロータに取り付けられて、前記動翼セグメントの装着部分をシールするシールリングであって、スリットを介して周方向の両端部が対向するC形に形成され、内周部におけるロータディスク寄りの内側面側に設けられてロータディスクの内径側係止部に径方向内方から係止される内径側被係止部と、外周側に設けられて動翼セグメントの外径側係止部に径方向内側から係止される外径側被係止部と、外側方から着脱用治具が引っ掛けられる第1および第2の引っ掛け部とを備え、前記第1の引掛け部が第2の引掛け部よりも径方向外方に離れて位置している。
動翼セグメントの装着部分にシールリングを取り付けるにあたっては、まず、シールリングの第1および第2の引掛け部にそれぞれ着脱用治具を引っ掛けて、前記シールリングをそのスリットが小さくなる方向にねじることにより縮径させて、前記内径側および外径側の被係止部をロータディスクの内径側係止部と外径側係止部にそれぞれ係止させる。これにより、シールリングは、動翼セグメントの装着部分に小さな力でもって容易に取り付けられ、また、同様にしてシールリングの装着部分からの取り外しも容易に行える。さらに、前記シールリングには、従来のように、内周の一部に、係止孔を有する突部を設ける必要がなく、シールリングには第1および第2の引掛け部を形成するだけで良く、つまり、切削機のみによる機械加工が行えるので、加工性が向上してコストの低減が可能となる。しかも、従来のように、シールリングに突部を設けることがないので、この突部のポンプ効果により燃焼ガスを巻き込んだりすることがなく、また、前記突部の回転時に動翼と靜翼間のキャビティ内を撹拌してキャビティ内温度を上昇させたりすることもなく、少ない冷却空気で冷却が可能となって性能アップが図れる。さらに、従来のように、着脱用治具を係止孔に係止させることがないので、着脱用治具の変形を招くこともない。
本発明の好ましい実施形態では、前記第1の引掛け部が環状とされている。この構成によれば、シールリングの回転時の抵抗が小となり、また、シールリングによるキャビティ内の撹拌作用も少なくなる。
また、本発明の好ましい実施形態では、前記動翼セグメントが、燃焼ガスの通路に位置する動翼部と、ロータディスクの係合凹所に係合する係合部とを有し、さらに、前記ロータディスクの外周面と動翼セグメントとで形成されている空間内に突出して前記スリットの周方向位置を動翼セグメントの係合部に合致させる位置決め部材を備えている。この構成によれば、位置決め部材によりスリットの周方向位置が動翼セグメントの係合部に合致するから、ガス通路を通る燃焼ガスがスリットを通って漏れるのが阻止される。また、タービンロータを冷却空気で冷却する場合、その冷却用空気がスリットから吹き抜けるのも阻止される。
さらに、本発明の好ましい実施形態では、前記スリットのリング外側面への開口方向が回転方向と鈍角をなしている。この構成によれば、シールリングの回転時における前記スリットによる抵抗が小となり、しかも、シールリングによるキャビティ内の撹拌作用も少なくなる。
本発明にかかるシールリングのロータディスクへの取り付け方法は、第1および第2の掛け爪を有する着脱用治具を2つ用い、前記第1および第2の掛け爪を前記シールリングの周方向における前記スリットの両側で、第1および第2の引掛け部にそれぞれ引っ掛けて、シールリングを前記スリットが小さくなる方向にねじることにより縮径させて、前記内径側および外径側の被係止部をロータディスクの内径側係止部と外径側係止部に係止させる。
この方法によれば、2つの装着治具により、シールリングのスリット近傍部分を捩って、シールリングを縮径させることができるので、シールリングのロータディスクへの脱着を小さな力で容易に行うことができる。
本発明によれば、シールリングの動翼セグメントの装着部分に対する脱着を小さな力でもって容易に行うことができる。また、シールリングは切削のみによる加工が可能となるので、加工性が向上してコスト低減が可能となる。しかも、従来の燃焼ガスの巻き込みや回転時におけるキャビティ内の撹拌によるキャビティ内温度の上昇を避けることができる。
本発明のタービンロータは、例えばガスタービンに用いられる。ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機、圧縮機からの圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器、燃焼器からの高温、高圧の燃焼ガスにより駆動されるタービンとを備えている。以下,本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の一実施形態であるタービンロータを備えたタービンの要部を示す縦断面図である。このタービンロータTは、ロータディスク1の外周に動翼2を装着したものである、第1段静翼3の下流に、第1段のタービンロータT、第2段静翼3および第2段タービンロータTが順次配置されている。ガスタービンの燃焼室からの高温高圧の燃焼ガスGを動翼2および靜翼3が配置された燃焼ガス通路4に供給して、この燃焼ガスGによりタービンロータTを回転させて動力を得る。前記動翼2は、その径方向外方側が、ハウジングに支持されたシユラウド5により覆われている。
動翼2は、図2の正面図に示すように、複数の動翼セグメント2Sをロータディスク1の周方向に並べたものである。動翼セグメント2Sは、前記燃焼ガスGの通路4に配置される動翼部21と、これの基部側に台座部22を介して一体に設けられた係合部23とを有する。係合部23は、その周方向両側に膨出する膨出部23aを有するダブテール型である。一方、前記ロータディスク1の外周部分には、外周面10から凹入して前記係前記係合部23を受け入れる係合凹所11が、軸方向に貫通して形成されており、この係合凹所11に係合部23を軸方向にスライドさせて嵌め込むことにより、前記動翼セグメント2Sをロータディスク1の外周に周方向に等間隔に並べて取り付けている。前記ロータディスク1には、図1のように、前記係合凹所11に通じる空気通路12が形成され、圧縮機から抽出された冷却空気を前記空気通路12から係合凹所11に吹き出して動翼セグメント2Sを冷却するようにしている。
図3は前記ロータディスク1へのシールリングの取り付け部分を拡大して示す縦断面図である。同図のように、前記ロータディスク1の係合凹所11の軸方向両外側部には、前記動翼セグメント2Sの係合凹所11からの脱落を阻止し、かつ、前記燃焼ガス通路4を通る燃焼ガスGの係合凹所11への漏れなどを防止するために、シールリング6が取り付けられている。
このシールリング6は、前記ロータディスク1に次のようにして取り付けられている。前記ロータディスク1の外周部で軸方向外側部に、軸心方向に向けて突出状に形成された環状の内径側係止部13が設けられ、また、前記動翼セグメント2Sにおける台座部22の軸方向外側位置の内面側には、径方向内方に開口した溝状の外径側係止部24が形成されている。この外径側係止部24は、動翼セグメント2Sをロータディスク1の周方向に並べたとき、径方向内方に向いた環状の溝を形状する。一方、前記シールリング6には、内周面側でそのロータディスク1寄りの内側面位置に、ロータディスク1の内径側係止部13に径方向内方から係止される、環状凹所からなる内径側被係止部61が形成されている。また、前記シールリング6の外周側には、前記外径側係止部24に径方向内側から係止される外径側被係止部62が形成されている。この外径側被係止部62がシールリング6の外周端部を形成している。シールリング6の内径側被係止部61と外径側被係止部62をロータディスク1の内径側係止部13と外径側係止部24のそれぞれに、径方向内側から係止させることにより、前記シールリング6をロータディスク1の係合凹所11の軸方向(前後方向)両側部に取り付ける。なお、このシールリング6は係合凹所11の軸方向の一方側だけに取り付けてもよい。
さらに、シールリング6の内周側位置で外側面側には、径方向外方に斜め状に突出する先鋭で環状の第1の引掛け部63が、また、シールリング6の内周面側には、径方向内方に向かって突出状の第2の引掛け部64が形成され、この第2の引掛け部64に対し前記第1の引掛け部63は径方向外方に互いに離れて配置されている。第2の引っ掛け部64はシールリング6の内周面により形成されている。
図4はシールリング6の一部の正面図、図5はその側面図である。図4のように、シールリング6は、スリット60を介して周方向の両端部が対向するC形に形成されており、前記スリット60のリング外側面への開口方向が回転方向に対して鈍角とされている。つまり、図5のように、シールリング6の回転方向をX、スリット60のリング外側面への開口方向をYとしたとき、XとYとがなす角度θは90°を越えるように、すなわち、回転方向Xに対して開口方向Yが後ろ向きとなるように設定されている。このようにすれば、前記シールリング6のX方向への回転時にスリット60による空気抵抗が小となる。また、前記動翼および靜翼2,3間に形成されるキャビティS1(図1参照)のシールリング6による撹拌作用も少なくなる。
シールリング6は、図2のように、そのスリット60の周方向位置が動翼セグメント2Sの係合部23の位置に合致するように位置決めして取り付けられる。このシールリング6を位置決めするに際しては、図6に示すように、位置決め部材であるリベット7を用い、このリベット7の2本をシールリング6のスリット60を挟んだ所定間隔離れた2箇所から、ロータディスク1の外周面10と、動翼セグメント2Sに設けた係合部23の係合凹所11から外周に突出する側方部分との間に形成される空間S2内に、各リベット7を前記係合部23の周方向側部に当接するように突入させて、ポンチのような固定用具具により、リベット7をかしめて固定する。このように各リベット7でシールリング6の移動を規制して、シールリング6のスリット60を動翼セグメント2Sの係合部23と合致させて取り付ける。
図7は前記シールリング6をロータディスク1に脱着するために用いられる左右一対の2つの着脱用治具8A,8Bを示す斜視図である。これらの着脱用治具8A,8Bは、操作時に把持する握り部81と、この握り部81の先端に設けられ、図6のシールリング6の第1および第2の引掛け部63,64にそれぞれ引っ掛けられる第1および第2の掛け爪82,83とを備えている。図の実施形態では、前記握り部81の先端に取り付け部81aを設けて、この取り付け部81aに、前記掛け爪82,83が形成された爪部材84を、複数の締結具85により固定している。この爪部材84には、その基端側で幅方向一側に第1の引掛け部63(図6)に引っ掛けられる断面V字状の溝が形成され、この溝の部分が前記第1の掛け爪82とされ、また、前記爪部材84の先端側で溝の形成側とは反対側に断面概略L形状の突部が一体に形成され、この突部が前記第2の掛け爪83とされている。両掛け爪82,83は、各着脱治具8A,8Bの握り部18の長手方向Pに沿ってずれて位置している。前記着脱用治具8A,8Bは、第1および第2の掛け爪82,83がそれぞれ左右対称に設けられている。
図8は前記シールリング6のロータディスク1への取り付け方法を説明する一部省略した正面図、図9はその要部の縦断面図である。図9のように、前記シールリング6をロータディスク1の係合凹所11の軸方向両外側部に取り付ける場合は、まず、図8のように、各着脱用治具8A,8Bをシールリング6のスリット60を挟んだ左右両側に位置させて、図9に示す各着脱用治具8A,8Bの第1の掛け爪82をシールリング6の第1の引掛け部63に、また、第2の掛け爪83をシールリング6の第2の引掛け部64に引っ掛ける。続いて、図8に示す各着脱用治具8A,8Bの握り部81を把持して、Z−Z線方向に力を加えることにより、前記シールリング6のスリット60が小さくなるようにシールリング6をねじって縮径させる。この状態で、図9に示すシールリング6の内径および外径側の被係止部61,62を前記ロータディスク1および動翼セグメント2Sに設けた内径および外径側係止部13,24にそれぞれ径方向内方側から係止させる。この後、各着脱用治具8A,8Bによるシールリング6のねじり力を解除して、シールリング6を復元力により前記内径および外径側係止部13,24の間に支持させる。また、前記と同様にしてシールリング6のロータディスク1からの取り外しを行う。
上記構成により、シールリング6のロータディスク1に対する脱着が小さな力でもって容易に行える。つまり、シールリング6の脱着時には、図8の着脱用治具8A,8Bに設けた第1および第2の掛け爪82,83が、図9のシールリング6に形成した第1および第2の引掛け部63,64に係止されて、シールリング6に縮径方向にねじり力が付与されるから、図10に示す従来のように係止孔Hに着脱用治具を差し込んでシールリング6の縮径を行う場合のように大きな力を必要としないで、小さな力で容易にシールリング6を縮径させて、その脱着を行うことができる。また、シールリング6には、切削により図9の第1および第2の引掛け部63,64を形成するだけで良いので、加工性が向上してコストの低減が可能となる。さらに、前記シールリング6の第1の引掛け部63は環状とされ、第2の引掛け部64はシールリング6の内周面により形成されているので、回転時の抵抗の増大が抑制される。しかも、シールリング6が図1の通路4を通る燃焼ガスGを巻き込んだり、動翼および靜翼2,3間のキャビティS1内を撹拌してキャビティ内の温度を上昇させたりすることもなく、少ない冷却空気で冷却が可能となる。
また、図2のように、前記シールリング6は、そのスリット60が前記動翼セグメント2Sの係合部23の位置に合致するように位置決め部材(リベット)7を用いて取り付けられているので、通路4を通る燃焼ガスGがスリット60から空間S2内に漏れるのが阻止され、また、図1のロータディスク1に設けた空気通路12から空間S2内に入った冷却用空気が、スリット60からキャビティS1側に吹き抜けるのも阻止される。このとき、図1の仮想線で示すように、靜翼3を支持する支持リング30にけるシールリング6と対向する側面に、シールリング6に設けた第1の引掛け部63と径方向に所定の隙間をあけて径方向から対向するように、軸方向に突出したシール壁31を形成して、動翼セグメント2Sの回転時におけるシール壁31によるラビリンス効果で、冷却空気の燃焼ガス通路4への漏れを阻止することもできる。
1 ロータディスク
10 外周面
11 係合凹所
13 内径側係止部
2 動翼
2S 動翼セグメント
21 動翼部
23 係合部
24 外径側係止部
4 燃焼ガス通路
6 シールリング
60 スリット
61 内径側被係止部
62 外径側被係止部
63 第1の引掛け部
64 第2の引掛け部
8A,8B 着脱用治具
T タービンロータ
X 回転方向
Y 開口方向
10 外周面
11 係合凹所
13 内径側係止部
2 動翼
2S 動翼セグメント
21 動翼部
23 係合部
24 外径側係止部
4 燃焼ガス通路
6 シールリング
60 スリット
61 内径側被係止部
62 外径側被係止部
63 第1の引掛け部
64 第2の引掛け部
8A,8B 着脱用治具
T タービンロータ
X 回転方向
Y 開口方向
Claims (5)
- ロータディスクの外周に周方向に複数の動翼セグメントを装着したタービンロータに同心状に取り付けられて、前記動翼セグメントの装着部分をシールするシールリングであって、
スリットを介して周方向の両端部が対向するC形に形成され、
内周部におけるロータディスク寄りの内側面側に設けられてロータディスクの内径側係止部に径方向内方から係止される内径側被係止部と、外周側に設けられて動翼セグメントの外径側係止部に径方向内側から係止される外径側被係止部と、外側方から着脱用治具が引っ掛けられる第1および第2の引っ掛け部とを備え、
前記第1の引掛け部が第2の引掛け部よりも径方向外方に離れて位置しているタービンロータのシールリング。 - 請求項1において、前記第1の引掛け部は、環状であるタービンロータのシールリング。
- 請求項1または2において、前記動翼セグメントは、燃焼ガスの通路に位置する動翼部と、ロータディスクの係合凹所に係合する係合部とを有し、さらに、前記ロータディスクの外周面と動翼セグメントとで形成されている空間内に突出して前記スリットの周方向位置を動翼セグメントの係合部に合致させる位置決め部材を備えたタービンロータのシールリング。
- 請求項1,2または3において、前記スリットのリング外側面への開口方向が回転方向と鈍角をなしているタービンロータのシールリング。
- 請求項1から4のいずれか一項記載のシールリングをロータディスクに取り付ける方法であって、第1および第2の掛け爪を有する着脱用治具を2つ用い、前記第1および第2の掛け爪を前記シールリングの周方向における前記スリットの両側で第1および第2の引掛け部にそれぞれ引っ掛けて、シールリングを前記スリットが小さくなる方向にねじることにより縮径させて、前記内径側および外径側の被係止部をロータディスクの内径側係止部と外径側係止部に係止させるシールリングの取り付け方法。
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