ガスタービンおよびその改造方法
【課題】キャビティへ供給される圧縮空気の量を簡単に調整できるガスタービンおよびその改造方法を提供すること。
【解決手段】内部を気体が流れるタービン車室空間３５を有する静止部と、静止部に対して回転するロータ７に接続され、ロータ７と共に回転し、静止部との間に、タービン車室空間３５の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティ５１が形成される回転部と、タービン車室空間３５とキャビティ５１とを連通するように静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数のパージボルト５５とを備え、パージボルト５５には、タービン車室空間３５側からキャビティ５１側へ貫通するパージ孔５６が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】内部を気体が流れるタービン車室空間３５を有する静止部と、静止部に対して回転するロータ７に接続され、ロータ７と共に回転し、静止部との間に、タービン車室空間３５の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティ５１が形成される回転部と、タービン車室空間３５とキャビティ５１とを連通するように静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数のパージボルト５５とを備え、パージボルト５５には、タービン車室空間３５側からキャビティ５１側へ貫通するパージ孔５６が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンおよびその改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザを通って大気に放出される。
【０００３】
このように構成されるガスタービンでは、高温・高圧の燃焼ガスをタービンのタービン流路に供給することで、複数のタービン動翼を介してタービン軸を駆動回転している。この場合、複数のタービン動翼に作用する燃焼ガスは１５００℃にも達し、このタービン動翼を加熱して破損させてしまうおそれがあることから、冷却空気を各タービン動翼に供給して冷却している。
【０００４】
図５は、従来のガスタービンの要部を表す概略断面図である。従来のガスタービンにおいて、図５に示すように、タービン軸としてのロータ００１は、中間軸００２に複数のタービンディスク００３などが連結ボルト００４により一体に連結されてなり、図示しない軸受によりケーシングに回転自在に支持されている。そして、タービンディスク００３の外周部に複数のタービン動翼００５が周方向に均等間隔で取付けられている。
【０００５】
ロータ００１の外周辺には、リング形状をなす中間軸カバー００６が装着され、リング形状に沿って並設された複数の燃焼器００７との間にタービン車室００８を区画している。燃焼器００８はタービン流路００９に連通しており、このタービン流路００９に複数のタービン静翼０１０と複数のタービン動翼００５が長手方向に沿って交互に配設されている。
【０００６】
また、ロータ００１には、冷却空気を各タービン動翼００５に供給して冷却する冷却空気供給孔０１１が形成され、この冷却空気供給孔０１１の入口部の周辺には、リング形状をなすシールリング保持環０１２が中間軸カバー００６の内周部に密着して装着されている。このシールリング保持環０１２には、複数のラビリンスシール０１４が装着され、他端部に複数のラビリンスシール０１４が装着されており、各シール０１４は中間軸００２の外周面に密着している。そして、中間軸カバー００６とシールリング保持環０１２との間に空間部０１５が区画され、この空間部０１５はシールリング保持環０１２の貫通孔０１６を介して冷却空気供給孔０１１に連通している。
【０００７】
そして、タービン車室００８から外部に設けられたＴＣＡクーラ０１７に至る排出配管０１８が設けられると共に、このＴＣＡクーラ０１７から空間部０１５に至る供給配管０１９が設けられている。
【０００８】
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気がタービン車室００８に供給されると、その一部が排出配管０１８を通してＴＣＡクーラ０１７に送られ、所定温度まで冷却されてから供給配管０１９を通して空間部０１５に送られる。すると、空間部０１５に送られた冷却空気は、貫通孔０１６を通して冷却空気供給孔０１１に供給され、各タービン動翼００５に循環して冷却することができる。
【０００９】
上述した従来のガスタービンでは、ＴＣＡクーラ０１７で冷却した冷却空気を供給配管０１９により空間部０１５に送り、この空間部０１５から貫通孔０１６を通して冷却空気供給孔０１１に供給することで、各タービン動翼００５に循環して冷却している。このとき、空間部０１５に送られた冷却空気の一部をシールリング保持環０１２の他端部に設けられたラビリンスシール０１４を通してタービン動翼０１５における上流側のキャビティに供給し、タービン流路００９に排出することで、タービン流路００９からこのキャビティへの圧縮空気の逆流を阻止している。
【００１０】
また、このようなガスタービンの例として、特許文献１には、圧縮機で圧縮された圧縮空気が送られるタービン車室と、第一段タービン動翼における上流側のキャビティとが形成され、タービン車室とキャビティとを連通するパージ孔が設けられたガスタービンが記載されている。特許文献１に記載のガスタービンによれば、圧縮機によって圧縮された圧縮空気の一部をパージ孔を通じてキャビティへ供給することができる。これにより、キャビティに高温ガスが進入することを防ぎ、キャビティ近傍の部品が高温に晒されることを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に記載のガスタービンにおけるパージ孔は、タービン軸の外周を被覆する軸カバーに形成された貫通孔である。このため、タービン動翼の仕様変更などによりキャビティへ供給される圧縮空気の量を調整するためガスタービンを改造する必要が生じた場合に、ガスタービンを長期間停止させてパージ孔を再加工したりタービン軸カバーを付け替えたりする必要があり、作業が大掛かりになるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、キャビティへ供給される圧縮空気の量を簡単に調整できるガスタービンおよびその改造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のガスタービンは、内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数の軸状体と、を備え、前記複数の軸状体のうち少なくとも１つの軸状体には、前記静止部空間側から前記キャビティ側へ貫通するパージ孔が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記複数の軸状体は、前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材であることが好ましい。
【００１６】
また、前記静止部空間には、前記静止部空間の内部を流れる気体が流れ込むとともに流れ込んだ気体に燃料を供給する燃焼器が配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記キャビティは、前記静止部を構成する部品の一つであるタービン静翼段と、回転部を構成する部品の一つであって前記軸体の径方向外側へ向かって前記軸体から延びるタービン動翼段との間に設けられていることが好ましい。
【００１８】
また、前記タービン静翼段および前記タービン動翼段はそれぞれ第一段目であることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
【００１９】
また、前記複数の軸状体は、前記パージ孔が形成された筒状軸状体と、中実の中実軸状体と、で構成されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の改造方法は、内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられ前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材と、を備えるガスタービンを改造する改造方法であって、前記複数の固定部材のうち少なくとも１つ以上の前記固定部材を前記静止部から取り外し、前記固定部材が取り外されて生じた孔に、前記孔に固定されたときに前記静止部空間と前記キャビティとを連通するパージ孔を構成する孔を有する筒状固定部材を挿入して前記静止部に固定する交換工程を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、前記交換工程の前に、タービン静翼段およびタービン動翼段の形状によって定まる前記キャビティの内部における前記気体の流れに基づいて交換すべき前記筒状固定部材の数量と前記パージ孔の内径とを設定する準備工程をさらに備え、前記交換工程では、前記準備工程において設定された前記数量および前記内径にしたがって前記固定部材を交換することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のガスタービンおよびガスタービンの改造方法によれば、パージ孔を有する軸状体を備え、静止部品に形成された貫通孔にこの軸状体が着脱可能に設けられているので、静止部品に取り付けられた軸状体を他の軸状体と容易に交換できる。その結果、キャビティへ供給される圧縮空気の量を簡単に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態のガスタービンを示す半断面図である。
【図２】同ガスタービンの一部の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２における一部の構成を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】同ガスタービンにおけるサポートリングの一部の構成を示す正面図である。
【図５】従来のガスタービンの一部の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態のガスタービンについて説明する。
図１は、本実施形態のガスタービン１を示す半断面図である。また、図２はガスタービン１の一部の構成を示す概略断面図である。図３は、図２における一部の構成を拡大して示す拡大断面図である。また、図４は、ガスタービン１におけるサポートリング５３の一部の構成を示す正面図である。
【００２５】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して作動流体である燃焼ガスを生成する複数の燃焼器３と、燃焼器３から供給される燃焼ガスにより回転動力を発生させるタービン４と、を備えている。
【００２６】
また、ガスタービン１には、ガスタービン１の設置面と略平行な一方向（図１においては軸線方向Ｄ）に延びるロータ（軸体）７が、圧縮機２からタービン４まで一体的に取り付けられている。ロータ７の一端は、圧縮機２内に設けられた軸受部７ａによって、軸線Ｏ回りであるタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持される。ロータ７の他端は、タービン４に設けられた軸受部７ｂによってタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持される。
以下、ロータ７の軸線方向Ｄに沿って圧縮機２側を前側とし、タービン４側を後側とする。
【００２７】
圧縮機２は、空気を取り込む空気取入口２ａを前側に向けて配設された圧縮機ケーシング２ｂと、この圧縮機ケーシング２ｂ内に配設された複数の圧縮機静翼２ｃおよび複数の圧縮機動翼２ｄとを備えている。
圧縮機静翼２ｃは、それぞれ圧縮機ケーシング２ｂの内周面に固定されると共にロータ７側に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。
圧縮機動翼２ｄは、ロータ７の外周面に固定されている。また、圧縮機動翼２ｄは、圧縮機ケーシング２ｂの内周面へ向けて延設されている。さらに、圧縮機動翼２ｄは、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。
圧縮機静翼２ｃと圧縮機動翼２ｄとは、軸線方向Ｄに沿って交互になるように多段配置されている。
【００２８】
燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３ａと、圧縮機２から供給される圧縮空気を内筒３ａに導く外筒３ｂと、内筒３ａに燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３ａからの燃焼ガスをタービン４に導く尾筒３ｃとを備えている。このように構成された燃焼器３によれば、内筒３ａ内において、外筒３ｂから導かれる圧縮空気と燃料噴射機から供給される燃料とを混合し、混合された流体をバーナにより燃焼させることで燃焼ガスを生成することが可能となり、この燃焼ガスを尾筒３ｃを通してタービン４に導くことができる。複数の燃焼器３は、タービン４の周方向Ｒに並べて配置されると共に、前端部が圧縮機ケーシング２ｂの後端部に連結された燃焼器ケーシング３ｄの内部に配設されている。
【００２９】
タービン４は、前端部が燃焼器ケーシング３ｄの後端部に連結されたタービンケーシング５と、このタービンケーシング５内に軸方向に交互に多段に配設されたタービン静翼１０およびタービン動翼６とを備えている。各段のタービン静翼１０は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、それぞれタービンケーシング５側に固定されると共にロータ７側に向けて放射状に複数延設されている。各段のタービン動翼６は、タービン静翼１０と同様に周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、ロータ７側に固定されると共にタービンケーシング５側に向けて放射状に延設されている。このため、タービン動翼６は、ロータ７と共に回転する。
【００３０】
図２に示すように、タービン４には、燃焼器３から流れ込む燃焼ガスが流れるタービン流路３６が設けられている。タービン流路３６は、タービン静翼１０およびタービン動翼６に対して燃焼ガスを吹き付けるための通路である。
また、タービン４には、圧縮機２（図１参照）から送られた空気の一部が流れる抽気配管４６と、抽気配管４６の内部に連通されたＴＣＡクーラ４５と、ＴＣＡクーラ４５の内部とタービン４の内部とを連通する供給管路４７とが設けられている。
【００３１】
ＴＣＡクーラ４５は、図１に示す圧縮機２によって圧縮されることによって温度上昇した空気を冷却するものである。ＴＣＡクーラ４５によって冷却された空気は供給管路４７の内部を通じてＴＣＡクーラ４５からタービン４へ流れてタービン４に供給される。ＴＣＡクーラ４５によって冷却されタービン４に供給された空気は、冷却用流体である冷却ガスとしてタービン動翼６それぞれの内部を流通するようになっている。
【００３２】
図１に示すように、タービンケーシング５の後端部には、後側に向けて開口した排気室８が連結されている。この排気室８には、タービン静翼１０およびタービン動翼６を通過した燃焼ガスの動圧を静圧に変換する排気ディフューザ８ａが備えられている。
【００３３】
次に、本実施形態のガスタービン１の構成の詳細について説明する。
図２に示すように、燃焼器３とロータ７との間には、ロータ７の外周辺をすき間を有して囲むリング形状の軸カバー３４が設けられている。このため、軸カバー３４に対してロータ７は軸回りに相対回転自在である。また、軸カバー３４とロータ７との間には、シール部材３８が設けられている。シール部材３８は、例えば、曲折された流路を有するラビリンスシールであり、シール部３８は上流側から下流側への気体の流通を規制するとともに、一定以下の圧力を与えることで、上述のＴＣＡクーラ４５から送られた空気を後述するキャビティ５１へ送ることができるようになっている。ＴＣＡクーラ４５から送られた空気は、シール部３８で圧力損失を生じ、上流側よりも低い圧力でキャビティ５１へ送られる。
軸カバー３４のフランジ部３４ａには、雌ねじ部５２が複数形成されている。複数の雌ねじ部５２は、軸カバー３４の外周に沿って所定間隔おきに配置されている。本実施形態では、雌ねじ部５２は７２箇所に形成されている。
【００３４】
図２及び図４に示すように、サポートリング５３は、環状の部材であり、その内径はフランジ部３４ａの外径と略等しい。サポートリング５３には、ガスタービン１を前側から後側へ軸線方向Ｄに沿って見たときに雌ねじ部５２と重なる位置に貫通孔５４が形成されている。
貫通孔５４は、サポートリング５３を貫通して形成されている。具体的には、本実施形態では、貫通孔５４は、その中心軸線が軸線方向Ｄと平行である。
貫通孔５４および雌ねじ部５４には、パージボルト（筒状軸状体、筒状固定部材）５５が挿入され、軸カバー３４とサポートリング５３とはパージボルト５５によって締め付け固定されている。
【００３５】
図３に示すように、パージボルト５５は、ねじ山が形成された軸状の部材であり、その中心軸と略同軸をなすパージ孔５６となる孔が形成されたものである。パージ孔５６は、パージボルト５５の両端に開口されている。また、パージボルト５５の軸方向の一端は中間部よりも大径に形成されている。本実施形態では、パージボルト５５はガスタービン１の前側から後側へ向けて、貫通孔５４を貫通すると共に雌ねじ部５２にねじ込まれている。
また、パージボルト５５は、雌ねじ部５４に対して着脱可能であり、例えばガスタービン１の点検や修理などの理由で燃焼器３（図２参照）をガスタービン１から取り外したときに、作業者の手や工具が届く位置に設けられている。このため、軸カバー３４およびサポートリング５３に対してパージボルト５５を容易に着脱できるようになっている。
【００３６】
本実施形態では、タービン静翼１０と軸カバー３４との間にサポートリング５３が設けられており、タービン動翼６へ向けて延びタービン動翼６との間にわずかな隙間を開けて設けられた流通規制部材５７と、タービン静翼１０の一段目を固定するための固定ねじ５８とが設けられている。
【００３７】
流通規制部材５７によって、サポートリング５３とタービン動翼６との間には、屈曲された流路が形成されている。このため、流通規制部材５７によって、サポートリング５３とタービン動翼６との間を通過する空気の量が制限されている。
【００３８】
図１及び図２に示すように、圧縮機２によって圧縮された空気は、軸カバー３４と、タービン静翼１０と、圧縮機ケーシング２ｂと、燃焼器３および燃焼器ケーシング３ｄによって区画分けされて設けられたタービン車室空間（静止部空間）３５の内部を流れるようになっている。
【００３９】
軸カバー３４と、タービン静翼１０と、圧縮機ケーシング２ｂと、燃焼器３とは、いずれもロータ７の軸線Ｏ回りにロータ７が相対回転する静止部品であり、このような静止部品によって、ガスタービン１において相対的に回転するロータ７に対して静止する静止部が構成されている。
【００４０】
また、上述した静止部に対して軸線Ｏ回りに回転するロータ７に接続されたタービン動翼６は、本実施形態における回転部品であり、このような回転部品によって、ガスタービン１においてロータ７とともに回転する回転部が構成されている。軸カバー３４とタービン動翼６との間には、キャビティ５１が形成されている。
【００４１】
キャビティ５１は、タービン車室空間３５に流れ込んだ圧縮空気が、ＴＣＡクーラ４５を通じて、及びパージボルト５５のパージ孔５６を通じて内部に送り込まれる空間である。ＴＣＡクーラ４５を通じてキャビティ５１に送り込まれる空気は、シール部材３８とロータ７の外面との隙間に設けられたラビリンスシール内を通じてキャビティ５１の内部へ送り込まれる。したがって、キャビティ５１の内部の圧力はタービン車室空間３５の内部の圧力よりも低い。
【００４２】
図２および図３に示すように、パージボルト５５に形成されたパージ孔５６は、タービン車室空間３５とキャビティ５１とのそれぞれに開口されている。
【００４３】
以上に説明した構成の、本実施形態のガスタービン１の使用時の動作について説明する。
まず、図示しない始動装置等によってロータ７を周方向Ｒへ回転させる。すると、圧縮機２においてロータ７に固定された圧縮機動翼２ｄが周方向Ｒへ回転し、圧縮機２の空気取入口２ａから空気が取り込まれる。さらに、空気取入口２ａから取り込まれた空気は多段に配置された圧縮機静翼２ｃおよび圧縮機動翼２ｄを通過して圧縮されて圧縮空気となる。
【００４４】
圧縮機２によって圧縮された圧縮空気は、タービン車室空間３５内へ流入する。タービン車室空間３５内の圧縮空気は、一部はＴＣＡクーラ４５へ送られ、また一部はパージボルト５５のパージ孔５６へ流れ込み、その他は燃焼器３へ送られる。
【００４５】
パージ孔５６へ流れ込んだ圧縮空気は、パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ流れ込む。パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ流れ込んだ圧縮空気によって、キャビティ５１内の圧力は上昇する。キャビティ５１の内部の圧力は、タービン流路３６の内部の圧力よりも高くなり、これにより、キャビティ５１内の圧縮空気は流通規制部材５７とタービン動翼６との隙間を通じてタービン流路３６へ押し出される。これにより、タービン流路３６内を流れる燃焼ガスがキャビティ５１に逆流することを抑制できる。
【００４６】
次いで、燃焼器３において、圧縮空気に燃料を混合して圧縮空気から燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン４へ送られる。そして、タービン静翼１０およびタービン動翼６が配列された範囲を燃焼ガスが通過することでロータ７が回転駆動される。これにより、ガスタービン１は、回転動力を出力することができる。そして、ロータ７を回転駆動した後の燃焼ガス（排気ガス）は、排気室８の排気ディフューザ８ａで静圧回復した後、大気に放出される。
【００４７】
次に、本実施形態の改造方法について図１ないし図４を参照して説明する。
以下では、ガスタービン１の点検時において、タービン動翼６の状態に応じてキャビティ５１内の気流を調整する場合を例に説明する。
【００４８】
まず、キャビティ５１の内部における気体の流れに基づいて、ガスタービン１に予め取り付けられたパージボルト５５から交換すべきパージボルト５５を選択し、新たに取り付けるべきパージボルト５５の数量および内径を定める（準備工程Ｓ１）。具体的には、パージ孔５６よるパージ量を増やすには、パージ孔５６を有するパージボルト５５の数量を増大させる方法と、各パージボルト５５のパージ孔５６の径を大きくする方法とがある。なお、パージ孔５６を有するパージボルト５５と一般的な中実のボルト（中実軸状体）とを混在させて使用することもできる。
ボルトにあけられる孔の径は、加工限界やボルトの強度により制限されている。しかし、パージボルト５５と中実のボルトとを混在させて使用することで、これらの制限によらず、キャビティ５１へ流れ込む圧縮空気の流量や流速などをより細かく制御することができる。
続いて、ガスタービンの運転を停止し、パージボルト５５を雌ねじ穴５２から取り外す。さらに、パージボルト５５が取り外されて生じた貫通孔５４および雌ねじ孔５２に、準備工程Ｓ１において定められた内径を有するパージボルト５５を挿入して軸カバー３４とサポートリング５３とを締め付け固定する（交換工程Ｓ２）。これにより、新たなパージ孔５６によって、タービン車室空間３５とキャビティ５１とが連通される。
交換工程Ｓ２が終了したら、ガスタービン１を元通り組み立てて運転を再開する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態のガスタービン１およびその改造方法によれば、タービン車室空間３５とキャビティ５１とを仕切る壁に形成された雌ねじ孔５２にパージボルト５５を取り付けることでパージ孔５６を有するガスタービン１が構成されているので、異なる内径のパージ孔５６が形成されたパージボルト３３に交換することによってパージ孔５６の形状を容易に変更できる。これにより、タービン翼仕様が変更された場合であっても、ロータ系の冷却空気バランスの調整を容易に実施でき、翼仕様に見合ったパージ空気を供給できる。
【００５０】
また、パージボルト５５が、ボルトにパージ孔５６が形成されたものであるので、パージ孔を有していないガスタービンであっても、一般的なボルトをパージボルト５５に置き換えることで容易にパージ孔を設けることができる。したがって、新たにパージ孔を開ける作業や、大掛かりな部品交換などをせずにガスタービンに容易にパージ孔を設けることができる。
特に、パージ孔５６がボルトに形成されているので、ガスタービンの点検や部品交換時のボルト着脱作業と同時にパージ孔の設置を行うことができる。また、パージ孔５６がボルトに形成されているので、パージボルト５５から一般的な中実のボルトに交換することでパージ孔を容易に塞ぐことができる。
【００５１】
また、パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ圧縮空気を送るタービン車室空間３５に、燃焼器３が設けられているので、燃焼器３を開けてガスタービン１を点検する作業においてパージボルト５５の取り付けおよび交換ができる。したがって、パージボルト５５を取り付けおよび交換するときにガスタービン１を分解する作業を最小限に抑えることができ、工期を短縮することができる。
【００５２】
また、キャビティ５１がタービン静翼１０とタービン動翼６との間に設けられているので、パージ孔５６を通じて空気を効率よくキャビティ５１に送り込むことができる。
【００５３】
また、キャビティ５１が、タービン静翼１０とタービン動翼６とのそれぞれ一段目の間に設けられているので、燃焼ガスの温度が最も高い領域においてキャビティ５１へ燃焼ガスが逆流することを抑制することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、タービン静翼１０およびタービン動翼６の形状に応じて、キャビティ５１内における空気の流れが変化する場合がある。本実施形態における改造方法は、タービン静翼１０やタービン動翼６を仕様変更する場合に、キャビティ５１内の空気の流れを調整する場合にも好適に適用できる。
【００５５】
また、本実施形態の改造方法は、パージボルト５５が取り付けられて建造された本実施形態のガスタービン１以外であっても、軸カバー３４とタービン静翼１０の一段目とを固定するボルトを通すための貫通された雌ねじ孔が設けられていれば、雌ねじ孔からボルトを取り外してこの雌ねじ孔に上述のパージボルト５５を取り付ける交換工程を行うことで、パージボルト５５を有するガスタービンへと容易に改造することができる。
【００５６】
また、例えば上述の実施形態において、サポートリング５３に流通規制部材５７を固定するためのボルトや、サポートリング５３にタービン静翼１０の第一段目を固定するためのボルトにも、上述のパージ孔５６と同様のパージ孔が形成されたものを採用することもできる。
【００５７】
また、本発明のガスタービン及び改造方法は、既設のガスタービンを改造する場合だけではなく、ガスタービンを新たに製造する場合にも好適に適用できるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
２ｂ 圧縮機ケーシング（静止部品）
３ 燃焼器（静止部品）
３ｄ 燃焼器ケーシング（静止部品）
４ タービン
６ タービン動翼（回転部品）
７ ロータ（軸体）
１０ タービン静翼（静止部品）
３４ 軸カバー（静止部品）
３５ タービン車室空間（静止部空間）
５１ キャビティ
５５ パージボルト（軸状体、筒状軸状体、固定部材）
５６ パージ孔
５７ 流通規制部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンおよびその改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザを通って大気に放出される。
【０００３】
このように構成されるガスタービンでは、高温・高圧の燃焼ガスをタービンのタービン流路に供給することで、複数のタービン動翼を介してタービン軸を駆動回転している。この場合、複数のタービン動翼に作用する燃焼ガスは１５００℃にも達し、このタービン動翼を加熱して破損させてしまうおそれがあることから、冷却空気を各タービン動翼に供給して冷却している。
【０００４】
図５は、従来のガスタービンの要部を表す概略断面図である。従来のガスタービンにおいて、図５に示すように、タービン軸としてのロータ００１は、中間軸００２に複数のタービンディスク００３などが連結ボルト００４により一体に連結されてなり、図示しない軸受によりケーシングに回転自在に支持されている。そして、タービンディスク００３の外周部に複数のタービン動翼００５が周方向に均等間隔で取付けられている。
【０００５】
ロータ００１の外周辺には、リング形状をなす中間軸カバー００６が装着され、リング形状に沿って並設された複数の燃焼器００７との間にタービン車室００８を区画している。燃焼器００８はタービン流路００９に連通しており、このタービン流路００９に複数のタービン静翼０１０と複数のタービン動翼００５が長手方向に沿って交互に配設されている。
【０００６】
また、ロータ００１には、冷却空気を各タービン動翼００５に供給して冷却する冷却空気供給孔０１１が形成され、この冷却空気供給孔０１１の入口部の周辺には、リング形状をなすシールリング保持環０１２が中間軸カバー００６の内周部に密着して装着されている。このシールリング保持環０１２には、複数のラビリンスシール０１４が装着され、他端部に複数のラビリンスシール０１４が装着されており、各シール０１４は中間軸００２の外周面に密着している。そして、中間軸カバー００６とシールリング保持環０１２との間に空間部０１５が区画され、この空間部０１５はシールリング保持環０１２の貫通孔０１６を介して冷却空気供給孔０１１に連通している。
【０００７】
そして、タービン車室００８から外部に設けられたＴＣＡクーラ０１７に至る排出配管０１８が設けられると共に、このＴＣＡクーラ０１７から空間部０１５に至る供給配管０１９が設けられている。
【０００８】
従って、圧縮機で圧縮された圧縮空気がタービン車室００８に供給されると、その一部が排出配管０１８を通してＴＣＡクーラ０１７に送られ、所定温度まで冷却されてから供給配管０１９を通して空間部０１５に送られる。すると、空間部０１５に送られた冷却空気は、貫通孔０１６を通して冷却空気供給孔０１１に供給され、各タービン動翼００５に循環して冷却することができる。
【０００９】
上述した従来のガスタービンでは、ＴＣＡクーラ０１７で冷却した冷却空気を供給配管０１９により空間部０１５に送り、この空間部０１５から貫通孔０１６を通して冷却空気供給孔０１１に供給することで、各タービン動翼００５に循環して冷却している。このとき、空間部０１５に送られた冷却空気の一部をシールリング保持環０１２の他端部に設けられたラビリンスシール０１４を通してタービン動翼０１５における上流側のキャビティに供給し、タービン流路００９に排出することで、タービン流路００９からこのキャビティへの圧縮空気の逆流を阻止している。
【００１０】
また、このようなガスタービンの例として、特許文献１には、圧縮機で圧縮された圧縮空気が送られるタービン車室と、第一段タービン動翼における上流側のキャビティとが形成され、タービン車室とキャビティとを連通するパージ孔が設けられたガスタービンが記載されている。特許文献１に記載のガスタービンによれば、圧縮機によって圧縮された圧縮空気の一部をパージ孔を通じてキャビティへ供給することができる。これにより、キャビティに高温ガスが進入することを防ぎ、キャビティ近傍の部品が高温に晒されることを防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に記載のガスタービンにおけるパージ孔は、タービン軸の外周を被覆する軸カバーに形成された貫通孔である。このため、タービン動翼の仕様変更などによりキャビティへ供給される圧縮空気の量を調整するためガスタービンを改造する必要が生じた場合に、ガスタービンを長期間停止させてパージ孔を再加工したりタービン軸カバーを付け替えたりする必要があり、作業が大掛かりになるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、キャビティへ供給される圧縮空気の量を簡単に調整できるガスタービンおよびその改造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のガスタービンは、内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数の軸状体と、を備え、前記複数の軸状体のうち少なくとも１つの軸状体には、前記静止部空間側から前記キャビティ側へ貫通するパージ孔が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記複数の軸状体は、前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材であることが好ましい。
【００１６】
また、前記静止部空間には、前記静止部空間の内部を流れる気体が流れ込むとともに流れ込んだ気体に燃料を供給する燃焼器が配置されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記キャビティは、前記静止部を構成する部品の一つであるタービン静翼段と、回転部を構成する部品の一つであって前記軸体の径方向外側へ向かって前記軸体から延びるタービン動翼段との間に設けられていることが好ましい。
【００１８】
また、前記タービン静翼段および前記タービン動翼段はそれぞれ第一段目であることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
【００１９】
また、前記複数の軸状体は、前記パージ孔が形成された筒状軸状体と、中実の中実軸状体と、で構成されていることが好ましい。
【００２０】
本発明の改造方法は、内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられ前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材と、を備えるガスタービンを改造する改造方法であって、前記複数の固定部材のうち少なくとも１つ以上の前記固定部材を前記静止部から取り外し、前記固定部材が取り外されて生じた孔に、前記孔に固定されたときに前記静止部空間と前記キャビティとを連通するパージ孔を構成する孔を有する筒状固定部材を挿入して前記静止部に固定する交換工程を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、前記交換工程の前に、タービン静翼段およびタービン動翼段の形状によって定まる前記キャビティの内部における前記気体の流れに基づいて交換すべき前記筒状固定部材の数量と前記パージ孔の内径とを設定する準備工程をさらに備え、前記交換工程では、前記準備工程において設定された前記数量および前記内径にしたがって前記固定部材を交換することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のガスタービンおよびガスタービンの改造方法によれば、パージ孔を有する軸状体を備え、静止部品に形成された貫通孔にこの軸状体が着脱可能に設けられているので、静止部品に取り付けられた軸状体を他の軸状体と容易に交換できる。その結果、キャビティへ供給される圧縮空気の量を簡単に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態のガスタービンを示す半断面図である。
【図２】同ガスタービンの一部の構成を示す概略断面図である。
【図３】図２における一部の構成を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】同ガスタービンにおけるサポートリングの一部の構成を示す正面図である。
【図５】従来のガスタービンの一部の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態のガスタービンについて説明する。
図１は、本実施形態のガスタービン１を示す半断面図である。また、図２はガスタービン１の一部の構成を示す概略断面図である。図３は、図２における一部の構成を拡大して示す拡大断面図である。また、図４は、ガスタービン１におけるサポートリング５３の一部の構成を示す正面図である。
【００２５】
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して作動流体である燃焼ガスを生成する複数の燃焼器３と、燃焼器３から供給される燃焼ガスにより回転動力を発生させるタービン４と、を備えている。
【００２６】
また、ガスタービン１には、ガスタービン１の設置面と略平行な一方向（図１においては軸線方向Ｄ）に延びるロータ（軸体）７が、圧縮機２からタービン４まで一体的に取り付けられている。ロータ７の一端は、圧縮機２内に設けられた軸受部７ａによって、軸線Ｏ回りであるタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持される。ロータ７の他端は、タービン４に設けられた軸受部７ｂによってタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持される。
以下、ロータ７の軸線方向Ｄに沿って圧縮機２側を前側とし、タービン４側を後側とする。
【００２７】
圧縮機２は、空気を取り込む空気取入口２ａを前側に向けて配設された圧縮機ケーシング２ｂと、この圧縮機ケーシング２ｂ内に配設された複数の圧縮機静翼２ｃおよび複数の圧縮機動翼２ｄとを備えている。
圧縮機静翼２ｃは、それぞれ圧縮機ケーシング２ｂの内周面に固定されると共にロータ７側に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。
圧縮機動翼２ｄは、ロータ７の外周面に固定されている。また、圧縮機動翼２ｄは、圧縮機ケーシング２ｂの内周面へ向けて延設されている。さらに、圧縮機動翼２ｄは、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。
圧縮機静翼２ｃと圧縮機動翼２ｄとは、軸線方向Ｄに沿って交互になるように多段配置されている。
【００２８】
燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３ａと、圧縮機２から供給される圧縮空気を内筒３ａに導く外筒３ｂと、内筒３ａに燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３ａからの燃焼ガスをタービン４に導く尾筒３ｃとを備えている。このように構成された燃焼器３によれば、内筒３ａ内において、外筒３ｂから導かれる圧縮空気と燃料噴射機から供給される燃料とを混合し、混合された流体をバーナにより燃焼させることで燃焼ガスを生成することが可能となり、この燃焼ガスを尾筒３ｃを通してタービン４に導くことができる。複数の燃焼器３は、タービン４の周方向Ｒに並べて配置されると共に、前端部が圧縮機ケーシング２ｂの後端部に連結された燃焼器ケーシング３ｄの内部に配設されている。
【００２９】
タービン４は、前端部が燃焼器ケーシング３ｄの後端部に連結されたタービンケーシング５と、このタービンケーシング５内に軸方向に交互に多段に配設されたタービン静翼１０およびタービン動翼６とを備えている。各段のタービン静翼１０は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、それぞれタービンケーシング５側に固定されると共にロータ７側に向けて放射状に複数延設されている。各段のタービン動翼６は、タービン静翼１０と同様に周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、ロータ７側に固定されると共にタービンケーシング５側に向けて放射状に延設されている。このため、タービン動翼６は、ロータ７と共に回転する。
【００３０】
図２に示すように、タービン４には、燃焼器３から流れ込む燃焼ガスが流れるタービン流路３６が設けられている。タービン流路３６は、タービン静翼１０およびタービン動翼６に対して燃焼ガスを吹き付けるための通路である。
また、タービン４には、圧縮機２（図１参照）から送られた空気の一部が流れる抽気配管４６と、抽気配管４６の内部に連通されたＴＣＡクーラ４５と、ＴＣＡクーラ４５の内部とタービン４の内部とを連通する供給管路４７とが設けられている。
【００３１】
ＴＣＡクーラ４５は、図１に示す圧縮機２によって圧縮されることによって温度上昇した空気を冷却するものである。ＴＣＡクーラ４５によって冷却された空気は供給管路４７の内部を通じてＴＣＡクーラ４５からタービン４へ流れてタービン４に供給される。ＴＣＡクーラ４５によって冷却されタービン４に供給された空気は、冷却用流体である冷却ガスとしてタービン動翼６それぞれの内部を流通するようになっている。
【００３２】
図１に示すように、タービンケーシング５の後端部には、後側に向けて開口した排気室８が連結されている。この排気室８には、タービン静翼１０およびタービン動翼６を通過した燃焼ガスの動圧を静圧に変換する排気ディフューザ８ａが備えられている。
【００３３】
次に、本実施形態のガスタービン１の構成の詳細について説明する。
図２に示すように、燃焼器３とロータ７との間には、ロータ７の外周辺をすき間を有して囲むリング形状の軸カバー３４が設けられている。このため、軸カバー３４に対してロータ７は軸回りに相対回転自在である。また、軸カバー３４とロータ７との間には、シール部材３８が設けられている。シール部材３８は、例えば、曲折された流路を有するラビリンスシールであり、シール部３８は上流側から下流側への気体の流通を規制するとともに、一定以下の圧力を与えることで、上述のＴＣＡクーラ４５から送られた空気を後述するキャビティ５１へ送ることができるようになっている。ＴＣＡクーラ４５から送られた空気は、シール部３８で圧力損失を生じ、上流側よりも低い圧力でキャビティ５１へ送られる。
軸カバー３４のフランジ部３４ａには、雌ねじ部５２が複数形成されている。複数の雌ねじ部５２は、軸カバー３４の外周に沿って所定間隔おきに配置されている。本実施形態では、雌ねじ部５２は７２箇所に形成されている。
【００３４】
図２及び図４に示すように、サポートリング５３は、環状の部材であり、その内径はフランジ部３４ａの外径と略等しい。サポートリング５３には、ガスタービン１を前側から後側へ軸線方向Ｄに沿って見たときに雌ねじ部５２と重なる位置に貫通孔５４が形成されている。
貫通孔５４は、サポートリング５３を貫通して形成されている。具体的には、本実施形態では、貫通孔５４は、その中心軸線が軸線方向Ｄと平行である。
貫通孔５４および雌ねじ部５４には、パージボルト（筒状軸状体、筒状固定部材）５５が挿入され、軸カバー３４とサポートリング５３とはパージボルト５５によって締め付け固定されている。
【００３５】
図３に示すように、パージボルト５５は、ねじ山が形成された軸状の部材であり、その中心軸と略同軸をなすパージ孔５６となる孔が形成されたものである。パージ孔５６は、パージボルト５５の両端に開口されている。また、パージボルト５５の軸方向の一端は中間部よりも大径に形成されている。本実施形態では、パージボルト５５はガスタービン１の前側から後側へ向けて、貫通孔５４を貫通すると共に雌ねじ部５２にねじ込まれている。
また、パージボルト５５は、雌ねじ部５４に対して着脱可能であり、例えばガスタービン１の点検や修理などの理由で燃焼器３（図２参照）をガスタービン１から取り外したときに、作業者の手や工具が届く位置に設けられている。このため、軸カバー３４およびサポートリング５３に対してパージボルト５５を容易に着脱できるようになっている。
【００３６】
本実施形態では、タービン静翼１０と軸カバー３４との間にサポートリング５３が設けられており、タービン動翼６へ向けて延びタービン動翼６との間にわずかな隙間を開けて設けられた流通規制部材５７と、タービン静翼１０の一段目を固定するための固定ねじ５８とが設けられている。
【００３７】
流通規制部材５７によって、サポートリング５３とタービン動翼６との間には、屈曲された流路が形成されている。このため、流通規制部材５７によって、サポートリング５３とタービン動翼６との間を通過する空気の量が制限されている。
【００３８】
図１及び図２に示すように、圧縮機２によって圧縮された空気は、軸カバー３４と、タービン静翼１０と、圧縮機ケーシング２ｂと、燃焼器３および燃焼器ケーシング３ｄによって区画分けされて設けられたタービン車室空間（静止部空間）３５の内部を流れるようになっている。
【００３９】
軸カバー３４と、タービン静翼１０と、圧縮機ケーシング２ｂと、燃焼器３とは、いずれもロータ７の軸線Ｏ回りにロータ７が相対回転する静止部品であり、このような静止部品によって、ガスタービン１において相対的に回転するロータ７に対して静止する静止部が構成されている。
【００４０】
また、上述した静止部に対して軸線Ｏ回りに回転するロータ７に接続されたタービン動翼６は、本実施形態における回転部品であり、このような回転部品によって、ガスタービン１においてロータ７とともに回転する回転部が構成されている。軸カバー３４とタービン動翼６との間には、キャビティ５１が形成されている。
【００４１】
キャビティ５１は、タービン車室空間３５に流れ込んだ圧縮空気が、ＴＣＡクーラ４５を通じて、及びパージボルト５５のパージ孔５６を通じて内部に送り込まれる空間である。ＴＣＡクーラ４５を通じてキャビティ５１に送り込まれる空気は、シール部材３８とロータ７の外面との隙間に設けられたラビリンスシール内を通じてキャビティ５１の内部へ送り込まれる。したがって、キャビティ５１の内部の圧力はタービン車室空間３５の内部の圧力よりも低い。
【００４２】
図２および図３に示すように、パージボルト５５に形成されたパージ孔５６は、タービン車室空間３５とキャビティ５１とのそれぞれに開口されている。
【００４３】
以上に説明した構成の、本実施形態のガスタービン１の使用時の動作について説明する。
まず、図示しない始動装置等によってロータ７を周方向Ｒへ回転させる。すると、圧縮機２においてロータ７に固定された圧縮機動翼２ｄが周方向Ｒへ回転し、圧縮機２の空気取入口２ａから空気が取り込まれる。さらに、空気取入口２ａから取り込まれた空気は多段に配置された圧縮機静翼２ｃおよび圧縮機動翼２ｄを通過して圧縮されて圧縮空気となる。
【００４４】
圧縮機２によって圧縮された圧縮空気は、タービン車室空間３５内へ流入する。タービン車室空間３５内の圧縮空気は、一部はＴＣＡクーラ４５へ送られ、また一部はパージボルト５５のパージ孔５６へ流れ込み、その他は燃焼器３へ送られる。
【００４５】
パージ孔５６へ流れ込んだ圧縮空気は、パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ流れ込む。パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ流れ込んだ圧縮空気によって、キャビティ５１内の圧力は上昇する。キャビティ５１の内部の圧力は、タービン流路３６の内部の圧力よりも高くなり、これにより、キャビティ５１内の圧縮空気は流通規制部材５７とタービン動翼６との隙間を通じてタービン流路３６へ押し出される。これにより、タービン流路３６内を流れる燃焼ガスがキャビティ５１に逆流することを抑制できる。
【００４６】
次いで、燃焼器３において、圧縮空気に燃料を混合して圧縮空気から燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン４へ送られる。そして、タービン静翼１０およびタービン動翼６が配列された範囲を燃焼ガスが通過することでロータ７が回転駆動される。これにより、ガスタービン１は、回転動力を出力することができる。そして、ロータ７を回転駆動した後の燃焼ガス（排気ガス）は、排気室８の排気ディフューザ８ａで静圧回復した後、大気に放出される。
【００４７】
次に、本実施形態の改造方法について図１ないし図４を参照して説明する。
以下では、ガスタービン１の点検時において、タービン動翼６の状態に応じてキャビティ５１内の気流を調整する場合を例に説明する。
【００４８】
まず、キャビティ５１の内部における気体の流れに基づいて、ガスタービン１に予め取り付けられたパージボルト５５から交換すべきパージボルト５５を選択し、新たに取り付けるべきパージボルト５５の数量および内径を定める（準備工程Ｓ１）。具体的には、パージ孔５６よるパージ量を増やすには、パージ孔５６を有するパージボルト５５の数量を増大させる方法と、各パージボルト５５のパージ孔５６の径を大きくする方法とがある。なお、パージ孔５６を有するパージボルト５５と一般的な中実のボルト（中実軸状体）とを混在させて使用することもできる。
ボルトにあけられる孔の径は、加工限界やボルトの強度により制限されている。しかし、パージボルト５５と中実のボルトとを混在させて使用することで、これらの制限によらず、キャビティ５１へ流れ込む圧縮空気の流量や流速などをより細かく制御することができる。
続いて、ガスタービンの運転を停止し、パージボルト５５を雌ねじ穴５２から取り外す。さらに、パージボルト５５が取り外されて生じた貫通孔５４および雌ねじ孔５２に、準備工程Ｓ１において定められた内径を有するパージボルト５５を挿入して軸カバー３４とサポートリング５３とを締め付け固定する（交換工程Ｓ２）。これにより、新たなパージ孔５６によって、タービン車室空間３５とキャビティ５１とが連通される。
交換工程Ｓ２が終了したら、ガスタービン１を元通り組み立てて運転を再開する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態のガスタービン１およびその改造方法によれば、タービン車室空間３５とキャビティ５１とを仕切る壁に形成された雌ねじ孔５２にパージボルト５５を取り付けることでパージ孔５６を有するガスタービン１が構成されているので、異なる内径のパージ孔５６が形成されたパージボルト３３に交換することによってパージ孔５６の形状を容易に変更できる。これにより、タービン翼仕様が変更された場合であっても、ロータ系の冷却空気バランスの調整を容易に実施でき、翼仕様に見合ったパージ空気を供給できる。
【００５０】
また、パージボルト５５が、ボルトにパージ孔５６が形成されたものであるので、パージ孔を有していないガスタービンであっても、一般的なボルトをパージボルト５５に置き換えることで容易にパージ孔を設けることができる。したがって、新たにパージ孔を開ける作業や、大掛かりな部品交換などをせずにガスタービンに容易にパージ孔を設けることができる。
特に、パージ孔５６がボルトに形成されているので、ガスタービンの点検や部品交換時のボルト着脱作業と同時にパージ孔の設置を行うことができる。また、パージ孔５６がボルトに形成されているので、パージボルト５５から一般的な中実のボルトに交換することでパージ孔を容易に塞ぐことができる。
【００５１】
また、パージ孔５６を通じてキャビティ５１へ圧縮空気を送るタービン車室空間３５に、燃焼器３が設けられているので、燃焼器３を開けてガスタービン１を点検する作業においてパージボルト５５の取り付けおよび交換ができる。したがって、パージボルト５５を取り付けおよび交換するときにガスタービン１を分解する作業を最小限に抑えることができ、工期を短縮することができる。
【００５２】
また、キャビティ５１がタービン静翼１０とタービン動翼６との間に設けられているので、パージ孔５６を通じて空気を効率よくキャビティ５１に送り込むことができる。
【００５３】
また、キャビティ５１が、タービン静翼１０とタービン動翼６とのそれぞれ一段目の間に設けられているので、燃焼ガスの温度が最も高い領域においてキャビティ５１へ燃焼ガスが逆流することを抑制することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、タービン静翼１０およびタービン動翼６の形状に応じて、キャビティ５１内における空気の流れが変化する場合がある。本実施形態における改造方法は、タービン静翼１０やタービン動翼６を仕様変更する場合に、キャビティ５１内の空気の流れを調整する場合にも好適に適用できる。
【００５５】
また、本実施形態の改造方法は、パージボルト５５が取り付けられて建造された本実施形態のガスタービン１以外であっても、軸カバー３４とタービン静翼１０の一段目とを固定するボルトを通すための貫通された雌ねじ孔が設けられていれば、雌ねじ孔からボルトを取り外してこの雌ねじ孔に上述のパージボルト５５を取り付ける交換工程を行うことで、パージボルト５５を有するガスタービンへと容易に改造することができる。
【００５６】
また、例えば上述の実施形態において、サポートリング５３に流通規制部材５７を固定するためのボルトや、サポートリング５３にタービン静翼１０の第一段目を固定するためのボルトにも、上述のパージ孔５６と同様のパージ孔が形成されたものを採用することもできる。
【００５７】
また、本発明のガスタービン及び改造方法は、既設のガスタービンを改造する場合だけではなく、ガスタービンを新たに製造する場合にも好適に適用できるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
２ｂ 圧縮機ケーシング（静止部品）
３ 燃焼器（静止部品）
３ｄ 燃焼器ケーシング（静止部品）
４ タービン
６ タービン動翼（回転部品）
７ ロータ（軸体）
１０ タービン静翼（静止部品）
３４ 軸カバー（静止部品）
３５ タービン車室空間（静止部空間）
５１ キャビティ
５５ パージボルト（軸状体、筒状軸状体、固定部材）
５６ パージ孔
５７ 流通規制部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、
前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、
前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数の軸状体と、
を備え、
前記複数の軸状体のうち少なくとも１つの軸状体には、前記静止部空間側から前記キャビティ側へ貫通するパージ孔が形成されている
ことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記複数の軸状体は、前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材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。
【請求項３】
前記静止部空間には、前記静止部空間の内部を流れる気体が流れ込むとともに流れ込んだ気体に燃料を供給する燃焼器が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記キャビティは、
前記静止部を構成する部品の一つであるタービン静翼段と、回転部を構成する部品の一つであって前記軸体の径方向外側へ向かって前記軸体から延びるタービン動翼段との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記タービン静翼段および前記タービン動翼段はそれぞれ第一段目であることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記複数の軸状体は、前記パージ孔が形成された筒状軸状体と、中実の中実軸状体と、で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項７】
内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられ前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材と、を備えるガスタービンを改造する改造方法であって、
前記複数の固定部材のうち少なくとも１つ以上の前記固定部材を前記静止部から取り外し、前記固定部材が取り外されて生じた孔に、前記孔に固定されたときに前記静止部空間と前記キャビティとを連通するパージ孔を構成する孔を有する筒状固定部材を挿入して前記静止部に固定する交換工程を備えることを特徴とする改造方法。
【請求項８】
前記交換工程の前に、タービン静翼段およびタービン動翼段の形状によって定まる前記キャビティの内部における前記気体の流れに基づいて交換すべき前記筒状固定部材の数量と前記パージ孔の内径とを設定する準備工程をさらに備え、
前記交換工程では、前記準備工程において設定された前記数量および前記内径にしたがって前記固定部材を交換する
ことを特徴とする請求項７に記載の改造方法。
【請求項１】
内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、
前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、
前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられた複数の軸状体と、
を備え、
前記複数の軸状体のうち少なくとも１つの軸状体には、前記静止部空間側から前記キャビティ側へ貫通するパージ孔が形成されている
ことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記複数の軸状体は、前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材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。
【請求項３】
前記静止部空間には、前記静止部空間の内部を流れる気体が流れ込むとともに流れ込んだ気体に燃料を供給する燃焼器が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記キャビティは、
前記静止部を構成する部品の一つであるタービン静翼段と、回転部を構成する部品の一つであって前記軸体の径方向外側へ向かって前記軸体から延びるタービン動翼段との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記タービン静翼段および前記タービン動翼段はそれぞれ第一段目であることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記複数の軸状体は、前記パージ孔が形成された筒状軸状体と、中実の中実軸状体と、で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項７】
内部を気体が流れる静止部空間を有する静止部と、前記静止部に対して回転し、前記静止部との間に、前記静止部空間の内部を流れる気体より低圧の気体が流れるキャビティが形成される回転部と、前記静止部空間と前記キャビティとを連通するように前記静止部を貫通して形成された複数の貫通孔にそれぞれ着脱可能に取り付けられ前記静止部を構成する静止部品同士を固定するための固定部材と、を備えるガスタービンを改造する改造方法であって、
前記複数の固定部材のうち少なくとも１つ以上の前記固定部材を前記静止部から取り外し、前記固定部材が取り外されて生じた孔に、前記孔に固定されたときに前記静止部空間と前記キャビティとを連通するパージ孔を構成する孔を有する筒状固定部材を挿入して前記静止部に固定する交換工程を備えることを特徴とする改造方法。
【請求項８】
前記交換工程の前に、タービン静翼段およびタービン動翼段の形状によって定まる前記キャビティの内部における前記気体の流れに基づいて交換すべき前記筒状固定部材の数量と前記パージ孔の内径とを設定する準備工程をさらに備え、
前記交換工程では、前記準備工程において設定された前記数量および前記内径にしたがって前記固定部材を交換する
ことを特徴とする請求項７に記載の改造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０８５６１（Ｐ２０１１−２０８５６１Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６４７９（Ｐ２０１０−７６４７９）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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