JPH112104A - ガスタービンフランジ接合面のシール構造 - Google Patents
ガスタービンフランジ接合面のシール構造Info
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Abstract
タディスクの接合部のようなフランジ接合面ではガスケ
ット等の緩衝板を挿入することも出来ず、しかも接触面
積が大きく十分なシール面圧を確保できないので、これ
ら接合面からの冷却蒸気の漏洩防止は、非常に重要な問
題であるが、この様な部位におけるシール性の向上を図
ったものを提供することを課題とする。 【解決手段】 蒸気冷却構造を有するガスタービンのフ
ランジ接合面において、少なくともいずれか一方のフラ
ンジ接合面にラビリンス状の複数条の溝を設けてガスタ
ービンフランジ接合面のシール構造を構成することによ
り、ラビリンス効果と、フランジ接合面の面積減少によ
り得られる高い面圧とが相俟って、シール性の向上を図
り、信頼性の高いガスタービンを得るようにした。
Description
ントと蒸気タービンプラントとを組み合わせたコンバイ
ンドサイクル発電プラント等に採用した蒸気冷却方式の
ガスタービンにおける、フランジ接合面のシール構造に
関する。
ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントを組み合
わせた発電システムであり、熱エネルギーの高温域をガ
スタービンで、また、低温域を蒸気タービンでそれぞれ
分担して受持ち、熱エネルギーを有効に回収し、利用す
るようにしたものであり、近年特に脚光を浴びている発
電システムである。
ントにおいては、ガスタービンの冷却手法が技術開発の
一つの大きなテーマであり、より効果的な冷却手法を求
めて試行錯誤が重ねられた結果、冷媒として圧縮空気を
使用した空気冷却方式から、ボトミングサイクルで得ら
れる蒸気を使用する蒸気冷却方式へと進展している状況
にある。
におけるフランジ接合面の冷却蒸気の状況について説明
する。
で係止したロータディスク1を通常軸方向に4組程度配
列し、下流側の最終位置のロータディスク1に続いて配
置したエンドロータ4を含めてディスク連結ボルト5に
より一体的に連結して構成されている。
付ボルト6により前記最終位置のロータディスク1に密
着するように締めつけられている。
の冷却蒸気供給系から冷却蒸気が供給され、図示省略の
冷却経路を経て前記翼根3から動翼2と循環して冷却を
行うが、同冷却蒸気の一部は、前記ロータディスク1と
エンドロータ4の間の空間にも充満されることになる。
の間には、フランジ部の面圧不足により、表面粗度が原
因となって形成される微小隙間から、図中に矢印を記入
して示す様に蒸気の洩れが発生する。
のガスタービンにおいては、冷却蒸気の漏れはそのまま
性能低下に直結するので、この冷却蒸気を漏らさない構
造が必要不可欠なものとなる。
ガスタービンでは、ロータディスクの接合部のように多
くのフランジ接合面を持ち、かつ、ガスケット等の緩衝
板を挿入できない部分では、特に径の大きい部分で接触
面積が増大し、十分なシール面圧を確保できない。この
ために、これら接合面からの冷却蒸気の漏洩防止は、非
常に重要な問題である。
タービンのフランジ接合面の構成に工夫を凝らし、同フ
ランジ接合面におけるシール性の向上を図ったものを提
供することを課題とするものである。
解決するべくなされたもので、蒸気冷却構造を有するガ
スタービンのフランジ接合面において、少なくともいず
れか一方のフランジ接合面にラビリンス状の複数条の溝
を設けたガスタービンフランジ接合面のシール構造を提
供するものである。
に複数条の溝を設けたことにより、フランジ接合面の面
積を減少させ、同フランジ接合面相互の締めつけ力に対
して高い面圧を確保し、ラビリンス状の凹凸溝によるラ
ビリンス効果と相俟って、シール性の向上を確保するよ
うにしたものである。
流路を形成する隣接するロータディスク間の接合面とし
たガスタービンフランジ接合面のシール構造を提供する
ものである。
合面は接触面積が比較的大きく、それゆえガスタービン
の他の部位に比べ冷却蒸気の漏洩が起こりがちである
が、この接合面にラビリンス状の複数条の溝を形成する
ことにより、この弱点を補い、全体のシール性を向上す
ることができたものである。
複数条の溝はほぼ同心円状に形成されたガスタービンフ
ランジ接合面のシール構造を提供するものである。
心円状に形成することにより、放射方向の如何なる断面
をとってみてもこの凹凸の溝によっていわゆるラビリン
ス効果が発生し、フランジ接合面において冷却蒸気の漏
洩は円周方向で均等に、かつ十分に抑制されることにな
る。
し図5に基づいて説明する。なお図中、前記した従来の
ものと同一の部分については同一の符号を図面中に付し
て示し、重複する説明は極力省略する。
持したロータディスク1を複数組(通常4組)軸方向に
配列し、最終のものに続いて配置したエンドロータ4と
ともにディスク連結ボルト5で一体的に連結した基本構
成は前記従来のものと全く同一である。
理解される様に、蒸気流路を形成する隣接のロータディ
スク1のフランジ接合面7の一方に、タービンの軸心に
対して同心円状に配列されたラビリンス状の複数条の溝
8を形成したことがその特徴である。
条の溝8を形成することにより、放射方向の如何なる断
面をとってみてもこの凹凸の溝8によっていわゆるラビ
リンス効果が発生し、このフランジ接合面7において冷
却蒸気の漏洩は十分に抑制されることになる。
記溝8の開口面積に相当する分、互いの接合面積が減少
するので、同フランジ接合面7にかかる単位面積当たり
の締付力は大きくなり、締付力に対し高い面圧を確保
し、冷却蒸気の流量の多いこの隣接ロータディスク間と
いう位置において、冷却蒸気の漏洩はより一層確実に抑
制されることになる。
数条の溝を形成したフランジを用い、締付け力615 k
gfと384 kgfの2様によりリークテストを行った。ま
た、同時にこれと比較するべく従来の溝無しのものにお
いて、締付け力を615 kgfとしてリークテストを行
い、その結果をそれぞれが対比出来るように図4に示し
た。
7に溝8を形成したものにあっては、実線と破線で示す
様に締付け力を384 kgfからそのほぼ倍に相当する6
15kgfに上げるとリーク流量はほぼ半減することがわ
かった。
ジ接合面7に溝のないいわゆる従来型のものを比較例と
して点線で示すと、実線表示の本実施の形態のものとの
間には約8倍の差があることが判明した。
ると、図5に示す様になる。即ちフランジ接合面7に溝
8を設けた場合とこれが無い場合とは、この部分での蒸
気リーク量に歴然とした大差があることが明らかとなっ
た。
る溝8を一方のフランジ接合面7にのみ設けたものにつ
いて説明したが、この溝8は一方のみに限定せず、他方
の面にも交互に設ける等、種々の変形を含み得るもので
ある。
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
もよいことはいうまでもない。
するガスタービンのフランジ接合面において、少なくと
もいずれか一方のフランジ接合面にラビリンス状の複数
条の溝を設けてガスタービンフランジ接合面のシール構
造を構成しているので、ラビリンス状の凹凸溝によるラ
ビリンス効果と、ラビリンス状に複数条の溝を設けたこ
とによるフランジ接合面の面積減少に基づくフランジ接
合面相互の高い面圧とが相俟って、シール性の向上を確
保し、信頼性の高いガスタービンを得ることができ、蒸
気冷却方式の実用性をより高めることが出来たものであ
る。
ジ接合面は蒸気流路を形成する隣接するロータディスク
間の接合面としてガスタービンフランジ接合面のシール
構造を構成しているので、隣接するロータディスク間の
接合面は接触面積が比較的大きく、それゆえガスタービ
ンの他の部位に比べ冷却蒸気の漏洩が起こりがちなこの
ロータディスク間の接合面であってもこの弱点を補い、
全体のシール性を大幅に向上し、信頼性を一段と高める
ことができたものである。
ラビリンス状の複数条の溝はほぼ同心円状に形成されて
ガスタービンフランジ接合面のシール構造を構成してい
るので、このようにラビリンス状の複数条の溝を同心円
状に形成することにより、タービンの回転軸を中心に放
射方向の如何なる断面をとってみてもこの凹凸の溝によ
っていわゆるラビリンス効果が発生し、この溝を設けた
フランジ接合面において冷却蒸気の漏洩は円周方向で均
等に、かつ十分に抑制され、この種ガスタービンの信頼
性を格段に高めることができたものである。
フランジ接合面の概要を示す説明図。
果を示す説明図。
明図。
概要を示す説明図。
Claims (3)
- 【請求項1】 蒸気冷却構造を有するガスタービンのフ
ランジ接合面において、少なくともいずれか一方のフラ
ンジ接合面にラビリンス状の複数条の溝を設けたことを
特徴とするガスタービンフランジ接合面のシール構造。 - 【請求項2】 前記フランジ接合面は蒸気流路を形成す
る隣接するロータディスク間の接合面であることを特徴
とする請求項1に記載のガスタービンフランジ接合面の
シール構造。 - 【請求項3】 前記ラビリンス状の複数条の溝はほぼ同
心円状に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の
ガスタービンフランジ接合面のシール構造。
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