JPH1181910A - ガスタービンディスク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置 - Google Patents
ガスタービンディスク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置Info
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Abstract
ト間のシール装置に関し、ボルト孔とボルト間の隙間か
ら洩れる冷却用蒸気の洩れ量を低減する。 【解決手段】 ディスク31の低圧部38側には1段〜
4段動翼を支持するディスク31を固定する締結ボルト
33がボルト孔32に挿通しており、ディスク31の低
圧側にはボルト孔32の径d2 より大きいボルト孔拡大
部39を設ける。締結ボルト33は軸拡大部33aが設
けられ、シールピース1がそのテーパ部に挿嵌され、シ
ールピース1の他端は拡大部39の段部39aに係止し
ている。ボルト33は回転時の遠心力により外側に移動
し、ボルト孔32とボルト33の隙間がの形状が変化し
てもシールピース1は可撓性の材料からなり曲げ部
R1 ,R 2 が変形し、密着性を保つので高圧側から洩れ
ようとする蒸気43が低圧部38へ洩れることを防止
し、シール性を保持する。
Description
ク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置に関し、特
に蒸気冷却方式のガスタービンに適用され、ディスク内
の締結ボルト孔とボルト間の隙間をシールし、冷却媒体
の外部への洩れを軽減するものである。
が主流であり、圧縮機からの空気を一部抽気して静翼、
動翼及びロータに導いて冷却し、冷却後の空気は燃焼ガ
ス通路へ放出している。近年、発電プラントの効率化が
進み、ガスタービンと蒸気タービンとを組合せたコンバ
インドプラントが開発されており、コンバインドプラン
トにおいては、ガスタービンの静翼、動翼及びロータの
冷却を蒸気タービンで発生した蒸気の一部を抽気して冷
却し、冷却後の蒸気は回収して蒸気タービン側に戻し、
有効活用する蒸気冷却方式が研究されており、開発の途
上にある。
たガスタービンの一例を示す断面図で、本出願人が開発
を進めている動翼の冷却を行うシステムの一例である。
図において、21、22、23、24はそれぞれ1段〜
4段動翼であり、51、52、53、54はそれぞれ1
段〜4段静翼である。31はロータ側のディスクで、3
2はディスク31に設けられたボルト孔であり、各段の
動翼21〜24を支持しているディスク部分を軸方向に
貫通し、円周方向に複数個設けられている。33は締結
ボルトであり、軸方向にボルト孔32に貫通して挿入さ
れ、各段の動翼を支持しているディスクを固定するよう
に締結している。34は蒸気導入通路であり、ディスク
端部より蒸気タービン側から抽気した適温の蒸気が導入
される。35は蒸気回収通路であり、蒸気導入通路34
とは円周方向に位相をずらして配置しており、動翼を冷
却した後の蒸気を回収するものである。36、37はデ
ィスク31のキャビティである。
段動翼22を蒸気で冷却し、3段動翼23と4段動翼2
4は前段に比べて熱負荷が小さいので蒸気で冷却するメ
リットが少いため空気冷却方式を採用している例であ
る。図6においてディスク31の端部には取り出した蒸
気が導かれ、蒸気導入通路34に供給される。供給され
た蒸気41はキャビティ36内に入り、キャビティ36
からは図示省略の蒸気通路を通り、2段動翼22の翼内
部に設けられた蒸気冷却通路の導入側を通って動翼22
を冷却し、冷却後の蒸気は蒸気冷却通路の回収側から図
示省略の蒸気通路を通り、キャビティ37に回収され
る。同様に、冷却蒸気41は1段動翼21に入り、翼内
部を冷却し、冷却後の蒸気はキャビティ37に回収され
る。
収された蒸気はキャビティ37に集まり、ここから蒸気
回収通路35に入り、温度が上昇した回収蒸気42とな
ってディスク31端部より回収され、蒸気タービン側に
戻されて有効活用される。
図ではロータが回転している時の状態を示している。締
結ボルト33はボルト孔32に挿入されるためボルト孔
32よりはやや小さな径を有しており、図示のようにデ
ィスク31が回転している状態では締結ボルト33は遠
心力により外側に移動し、ボルト孔32内には隙間Sが
内側に生ずる。この隙間Sを通り、キャビティ36又は
37からの蒸気の一部が図6の43で示すように低圧部
38へ洩れてしまう。この洩れ量が多くなると回収蒸気
量の損失となり、効率に影響し、効率低下の原因とな
る。
スタービンは冷却媒体に空気を使用し、静翼、動翼、ロ
ータを冷却し、冷却後の空気は燃焼ガス通路に放出して
おり、回収を必要としなかったが、蒸気冷却方式を採用
するガスタービンにおいては冷却後の蒸気を回収し、蒸
気タービン側に戻して冷却で温度が上昇した蒸気を有効
利用している。従って、蒸気が外部に洩れると、その分
熱エネルギーの損失となり、効率の低下につながること
になる。従来のガスタービンにおいては、ボルトが遠心
力によりボルト孔内で移動すると、ボルトとボルト孔間
で隙間ができ、同心円形状の隙間をシールするのに従来
よく用いられているリング状のシール部品を挿入するこ
とができない。
ビンにおいて蒸気の洩れ量の多いディスク内の締結ボル
ト孔とボルトとの隙間をシールする装置を設け、ボルト
が遠心力によりボルト孔内で移動し、隙間形状が変わっ
てもシール装置により洩れ蒸気を防止し、蒸気の外部へ
の洩れを大幅に低減することのできるガスタービンディ
スク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置を提供す
ることを課題としてなされたものである。
決するために次の手段を提供する。
ィスクの軸方向にボルト孔を貫通して設け、同ボルト孔
に締結ボルトを挿通して前記ディスクを固定すると共
に、前記ディスクに前記締結ボルトと平行に動翼冷却用
の蒸気導入通路と蒸気回収通路とを設け、同蒸気導入通
路と蒸気回収通路とはそれぞれ独立のキャビティに連通
し、同キャビティを介して各動翼内に設けられた冷却用
蒸気通路の導入側と回収側にそれそれ連通し、前記蒸気
導入通路から蒸気回収通路へ蒸気を流して翼を冷却し、
冷却後の蒸気を回収するように構成したガスタービンの
ディスクにおいて、前記ボルト孔のディスク低圧側の一
部に拡大径部を設けると共に、同拡大径部内で前記締結
ボルトの一部周囲に同拡大径部内壁周囲と接する可撓性
材料からなるシールピースを設けたことを特徴とするガ
スタービンディスク内の締結ボルト孔とボルト間のシー
ル装置。
ト孔よりわずかに小さな径を有し、ボルト孔に挿通され
てディスクを固定しているが、ロータが回転している時
にはディスク内の締結ボルトは、回転の遠心力によりボ
ルト孔内で外側に移動し、ボルト孔とボルトとの間の隙
間は内側において大きくなっている。動翼を冷却するた
めに蒸気導入通路に導入されて供給される蒸気、又、蒸
気回収通路から回収される蒸気はそれそれキャビティに
流入し、キャビティから動翼の冷却用蒸気通路の導入側
及び回収側にそれぞれ接続して流入、流出するが、この
蒸気の一部はキャビティから締結ボルトとボルト孔間の
隙間を通って低圧部に流出しようとし、この隙間の形状
が前述のように遠心力によって締結ボルトが移動して変
化するため従来同心円形状の隙間をシールするのによく
用いられるリング状シール部品を挿入できない。
囲に設けられ、拡大径部の周囲内壁面に接し、高圧側か
ら低圧部へ流出しようとする蒸気を防止することができ
る。このシールピースは可撓性材料、例えば弾力性があ
り、耐熱性にすぐれている高張力鋼等が用いられ、前述
のように締結ボルトがボルト孔内で遠心力により移動し
てもその移動変位分は可撓性材料の変化で吸収され、拡
大径部の内壁およびボルト外径面に密着している部分は
離れることがなく、シール性を確保することができ、流
出しようとする蒸気の流出を防止する。よって蒸気流出
による熱エネルギーの損失が防止される。
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の第1形態に係るガスタービンディスク内の締結ボル
ト孔とボルト間のシール装置の取付状態を示す全体の断
面図である。図において、ガスタービン全体の構造は図
6に示す従来例と同じであるので、これらの符号は同一
の符号を使用し、そのまま引用して説明するが、本発明
はシールピース1を設けたことを特徴とするものであ
り、以下に詳しく説明する。
断面図であり、ディスク31のボルト孔32の低圧側に
はボルト孔拡大部39が設けられており、ボルト33の
低圧側でボルト孔拡大部39には径をテーパ状に拡大し
た軸拡大部33aが設けられている。1はシールピース
であり、ボルト孔拡大部39の段部39aに一端が係止
し、軸拡大部33a周囲に他端が挿嵌されている。
32の径d2 よりも大きいボルト孔拡大部39が明けら
れており、ボルト孔径拡大部39の終端部にはボルト孔
32と接続する段部39aが形成されている。
ト孔32の径d2 よりも小さな径d 1 を有して挿入され
ており、ボルト孔拡大部39内ではテーパ部を有して径
d1よりも大きな径の軸拡大部33aが設けられてい
る。シールピース1は一端がボルト孔拡大部39内の段
部39aにおいて円周方向に接すると共にボルト孔拡大
部39の周囲壁面に密着し、他端は軸拡大部33aのテ
ーパ状の面に密着して挿嵌されている。
高圧側から低圧側への圧力差およびボルトの長手方向の
ディスクとボルトの相対変化を吸収するシールピース自
身の弾性力によって軸拡大部33aの周面に押付けら
れ、シール面3においてはボルト孔拡大部39の周囲壁
面に押付けられてシールを構成し、その材料は高張力鋼
等の高温に耐え、弾力性を有する材料が使用される。
ボルト33が遠心力により外側へ移動した時のシールピ
ース1の状態を示しており、締結ボルト33は遠心力に
よりボルト孔32内で外側に移動し、ボルト中心O1 が
ボルト孔中心O2 からズレを生じ、遠心力によるズレΔ
Lを生じた状態を示している。この時にもシールピース
1は外側の曲げ部R1 が弾性力により縮み、内側の曲げ
部R2 は弾性力により伸びてシール面2、3はそれぞれ
軸拡大部33a周囲、ボルト孔拡大部39周囲壁面に密
着してシール機能を保持している。
いてもボルト孔32の隙間を通って流出しようとする洩
れ蒸気43は、ボルト孔32の隙間よりボルト孔拡大部
39内に流入してもシールピース1のシール面2、3に
より高圧側から低圧側への流出が防止され、蒸気が低圧
部38へ洩れるのが防止される。
ル装置の拡大断面であり、ボルト孔拡大部39は段部3
9bを有し、段部39bは図2、図3に示す実施の第1
形態の段部39aとは逆に拡大し、この段部39bに取
付用ネジ部14の外周が締りバメで挿入して取付けられ
ている。11はシールピースであり、一端が拡大してそ
の端部は垂直面となっており、Oリング13との接触線
15を形成し、他端が締結ボルト33の軸拡大部33a
のテーパ部周囲に密着している。
部12aを有し、このネジ部12aが取付用ネジ部14
に螺合して固定されており、シールピース11の垂直面
とシールピース12のテーパ面との間にはOリング13
が挟み込まれて装着されている。シールピース11は実
施の第1形態のシールピース1と同様に曲げ部R1 ,R
2 において変形自在であり、図3と同じく締結ボルト3
3の移動により、その移動量を吸収するが、シールピー
ス11とOリング13、シールピース12とOリング1
3およびOリング13とボルト孔拡大部39内壁との接
触線によりシール面を確保している。
拡大図であり、図示のようにOリング13とシールピー
ス11との接触線15、Oリング13とボルト径拡大部
39内壁面との接触線16、Oリング13とシールリン
グ14のテーパ面との接触線17の3接触線によりシー
ル機能が確保され、高圧側から低圧側へボルト孔32を
通り、流出しようとする蒸気の洩れを防止している。
ボルト孔とボルト間のシール装置は、ガスタービンの前
段から後段にわたってディスクの軸方向にボルト孔を貫
通して設け、同ボルト孔に締結ボルトを挿通して前記デ
ィスクを固定すると共に、前記ディスクに前記締結ボル
トと平行に動翼冷却用の蒸気導入通路と蒸気回収通路と
を設け、同蒸気導入通路と蒸気回収通路とはそれぞれ独
立のキャビティに連通し、同キャビティを介して各動翼
内に設けられた冷却用蒸気通路の導入側と回収側にそれ
ぞれ連通し、前記蒸気導入通路から蒸気回収通路へ蒸気
を流して翼を冷却し、冷却後の蒸気を回収するように構
成したガスタービンのディスクにおいて、前記ボルト孔
のディスク低圧側の一部に拡大径部を設けると共に、同
拡大径部内で前記締結ボルトの一部周囲に同拡大径部内
壁周囲と接する可撓性材料からなるシールピースを設け
たことを特徴としている。このような構成により、シー
ルピースが締結ボルト孔とボルトとの間の隙間より低圧
部へ流出しようとする洩れ蒸気を防止でき、更に締結ボ
ルトが遠心力によりボルト孔内で移動し、隙間にかたよ
りが生じたとしてもシールピースが可撓性を有するので
蒸気の洩れを防止することができる。
ィスク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置の取付
状態を示す断面図である。
ールピース取付状態を示す断面図である。
面図である。
ィスク内の締結ボルト孔とボルト間のシール装置のシー
ルピース取付状態を示す断面図である。
状態を示す拡大図である。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 ガスタービンの前段から後段にわたって
ディスクの軸方向にボルト孔を貫通して設け、同ボルト
孔に締結ボルトを挿通して前記ディスクを固定すると共
に、前記ディスクに前記締結ボルトと平行に動翼冷却用
の蒸気導入通路と蒸気回収通路とを設け、同蒸気導入通
路と蒸気回収通路とはそれぞれ独立のキャビティに連通
し、同キャビティを介して各動翼内に設けられた冷却用
蒸気通路の導入側と回収側にそれぞれ連通し、前記蒸気
導入通路から蒸気回収通路へ蒸気を流して翼を冷却し、
冷却後の蒸気を回収するように構成したガスタービンの
ディスクにおいて、前記ボルト孔のディスク低圧側の一
部に拡大径部を設けると共に、同拡大径部内で前記締結
ボルトの一部周囲に同拡大径部内壁周囲と接する可撓性
材料からなるシールピースを設けたことを特徴とするガ
スタービンディスク内の締結ボルト孔とボルト間のシー
ル装置。
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