ガスタービン
【課題】ガスタービンにおいて回り止め部材による局所的な面圧の増加を抑えたシール構造を提供する。
【解決手段】タービン４のロータディスク１１に形成された張出部１００の外周側リング状部１３０にディスク係合穴１３１を形成し、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０から成るシール板組物２１０を周方向に沿って複数配列して環状に構成されたシール部材２００の外周側シール板片２３０に外周側シール係合突起２３１と外周側シール係合穴２３２を形成し、内周側シール板片２２０に内周側シール係合突起２２１を形成する。ディスク係合穴１３１と外周側シール係合突起２３１、外周側シール係合穴２３２と内周側シール係合突起２２１がそれぞれ係合することによって、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０がそれぞれ周方向に移動を拘束されてなる。
【解決手段】タービン４のロータディスク１１に形成された張出部１００の外周側リング状部１３０にディスク係合穴１３１を形成し、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０から成るシール板組物２１０を周方向に沿って複数配列して環状に構成されたシール部材２００の外周側シール板片２３０に外周側シール係合突起２３１と外周側シール係合穴２３２を形成し、内周側シール板片２２０に内周側シール係合突起２２１を形成する。ディスク係合穴１３１と外周側シール係合突起２３１、外周側シール係合穴２３２と内周側シール係合突起２２１がそれぞれ係合することによって、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０がそれぞれ周方向に移動を拘束されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータディスク間における冷却媒体の漏洩を防止するシール構造を備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機で圧縮した気体を燃焼器で燃料と共に燃焼し、そこで生じた高温高圧の燃焼ガスをタービンで膨張させることによって、外部へ出力を取り出す気体原動機である。たとえば、ガスタービンと発電機を組み合わせることで、ガスタービンから取り出した動力は発電機によって電気エネルギーに変換される。
【０００３】
ガスタービンの性能は、タービンへ送られる燃焼ガスの温度が高いほど向上する。よって、より高温の燃焼ガスをタービンへ送るため、タービンは耐熱性の優れた材料で形成される。また、タービンを構成する部材を冷却することによって、部材の使用温度よりも高温の燃焼ガスを採用することが可能となる。このように、高温の燃焼ガスは熱効率の向上および比出力の上昇に不可欠であり、そのための材料および冷却方法の開発はガスタービン技術の中核を成す。
【０００４】
タービンは、静翼とそれを保持するケーシング、動翼とそれを保持するロータディスクなどから成る。これらタービンを構成する部品の多くには、上記の理由により様々な冷却技術が駆使されており、燃焼ガスを直接吹き付けられる静翼や動翼だけでなく、ロータディスクも冷却されている。
【０００５】
ロータディスクの冷却として、隣接するロータディスク間に設けた空間およびロータディスク内に設けた冷却孔に冷却空気等の冷却媒体を流す方法がある。冷却媒体の漏洩を防ぐため、ロータディスク間にシール部材を設ける。
【０００６】
このシール部材は、二枚重ねたシール板片を周方向に沿って複数配列して環状に構成されている。つまり、周方向に複数分割される構造である。このような構造としているのは、環境変化によるシール部材の変形やズレ等の対策、シール性能の安定化、取付け・取外し作業の効率化などの理由による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６‐２１４４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シール部材の一例として、特許文献１のようなものがある。特許文献１では、回り止め部材によって、シール部材を構成する複数のシール板片が結合され、シール部材のロータディスクに対する周方向の移動が拘束されている。よって、ロータディスクが回転すると、シール部材も回り止め部材と共に回転し、シール部材および回り止め部材には遠心力が働く。この回り止め部材に発生する遠心力は、回り止め部材付近のシール板片およびロータディスクに掛かる面圧を局所的に増大させ、シール部材の摩耗に繋がる虞となる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を鑑みなされたもので、ガスタービンにおいて回り止め部材による局所的な面圧の増加を抑えたシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第一の発明に係るガスタービンは、タービンの動翼を保持する軸方向に並んだ複数のロータディスクと、隣接する前記ロータディスクに軸方向へ向き合うように突出して形成された環状の張出部と、対向する前記張出部の向かい合う面に周方向へ沿って形成された環状溝と、対向する前記環状溝に挿入された環状のシール部材とを備えたガスタービンにおいて、前記シール部材は、弧状の外周側シール板片と当該外周側シール板片の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片とから成るシール板組物を周方向に沿って複数配列して環状に構成され、前記外周側シール板片の外周面に外周側シール係合突起が形成され、前記張出部のうち前記環状溝より外周側である外周側リング状部の内周面にディスク係合穴が形成され、前記外周側シール係合突起が前記ディスク係合穴に係合されることにより、前記外周側シール板片の前記ロータディスクに対する周方向の移動が拘束されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第二の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束されることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第三の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に前記内周側シール係合突起よりも周方向に長い形状の外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第四の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片に内周側シールねじ係合穴が形成され、前記外周側シール板片に外周側シールねじ係合穴が形成され、前記張出部の前記外周側リング状部にディスクねじ係合穴が形成され、前記内周側シール板片と前記外周側シール板片および前記外周側リング状部が、前記内周側シールねじ係合穴と前記外周側シールねじ係合穴および前記ディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定されることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第五の発明に係るガスタービンは、第一乃至第四のいずれかの発明に係るガスタービンにおいて、前記シール部材が四組以上八組以下のシール板組物から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第一の発明に係るガスタービンによれば、外周側シール係合突起がディスク係合穴に係合されることによって、外周側シール板片のロータディスクに対する周方向の移動が拘束されるので、ロータ回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１６】
第二の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール係合突起が外周側シール係合穴に係合されることによって、内周側シール板片の外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束されるので、ロータ回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１７】
第三の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール係合突起が外周側シール係合穴に係合されることによって、内周側のシール板片の外周側のシール板片に対する周方向の移動が拘束されるので、回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、内周側シール板片の外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能であるので、内周側シール板片の一端が組立用切欠き部ではなく、環状溝の内周側リング状部に掛かる状態にすることができる。よって、内周側シール板片２２０の内周側へ変形・湾曲する虞がなくなり、シール性能を安定化できる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１８】
第四の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール板片と外周側シール板片および外周側リング状部が、内周側シールねじ係合穴と外周側シールねじ係合穴およびディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定されるので、遠心力などによる摩耗の虞がなく、ロータの低回転時においてもシール効果が低減することがない。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１９】
第五の発明に係るガスタービンによれば、周方向に三以下の少数分割構造としたシール部材に比べ一部品が小さくなるので、環境変化などによる一部品当たりの変形量が少なくなり、シール不良の虞がなくなる、つまり、シール性能を安定化できる。また、周方向に九以上の多数分割構造としたシール部材に比べ部品数が少ないので、取付け・取外し作業が減り、ガスタービンの製作および補修コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ方向矢視図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ方向矢視図である。
【図２】ガスタービンの一例の概念図である。
【図３】ガスタービンのロータディスク周りの構造図である。
【図４】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付ける取付図である。
【図５】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付けた状態の周方向部分横断面図である。
【図６】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材の斜視図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール板組物の斜視図であり、図７（ｂ）は内周側シール板片の斜視図であり、図７（ｃ）は外周側シール板片の斜視図である。
【図８】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付けた状態の軸方向横断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール板組物を取外す際の軸方向部分横断面図であり、図９（ｂ）はシール板組物を環状溝から取外す際の軸方向部分横断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施例２に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ方向矢視図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施例３に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ方向矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例は、ガスタービンを発電機と組み合わせたものである。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１について、図１から図９を参照して説明する。
【００２３】
ガスタービン１の一例の概念図である図２に示すように、ガスタービン１は圧縮機２と燃焼器３およびタービン４から成り、発電機５と組み合わせることで電気エネルギーを得ることができる。
【００２４】
タービン４のロータディスク１１周りの構造図である図３に示すように、タービン４は、図示しない静翼とそれを保持する図示しないケーシング、動翼１３とそれを保持するロータディスク１１などから成る。複数のロータディスク１１は軸方向に間隔を空けて配置され、周方向に一定間隔で設置された複数のスピンドルボルト１２によって、ロータディスク１１同士が結合されている。また、各ロータディスク１１の外周には周方向に沿って複数の動翼１３が一定間隔で設置されている。燃焼器３から排出された燃焼ガス２０はガスパス２１を流れ、その圧力は動翼１３によって周方向の力に変換され、ロータディスク１１を回転させる。
【００２５】
図４に示すように、ロータディスク１１には軸方向に突出した張出部１００が設けられており、ロータディスク１１と同軸心の環状を成している。隣接するロータディスク１１の張出部１００は同径であり、互いに向き合っている。また、隣接するロータディスク１１の対向する張出部１００における向き合う面には、それぞれ周方向に沿った環状溝１１０が形成されている。
【００２６】
図５に示すように、隣接するロータディスク１１の対向する環状溝１１０に、環状のシール部材２００（図６）が収納されている。シール部材２００によって、隣接するロータディスク１１間の空間は、シール部材２００より内周側にある内周側空間３２とシール部材より外周側にある外周側空間３３に分けられている（図３）。内周側空間３２と外周側空間３３は、それぞれ温度および圧力の異なった第一の冷却媒体３０と図示しない第二の冷却媒体で満たされている。また、ロータディスク１１には冷却孔３１が形成されており、第一の冷却媒体３０が冷却孔３１を流れることでロータディスク１１内部からの冷却を行っている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、張出部１００のうち環状溝１１０より内周側である内周側リング状部１２０には、シール部材２００を取付けるための組立用切欠き部１２１が周方向に沿う複数個所に形成されている。なお、シール部材２００の取付け・取外しを容易にするために、組立用切欠き部１２１のある内周側リング状部１２０には、一端部の内周側を面取り加工した内周側ガイド面１２２および他端部の外周側を面取り加工した外周側ガイド面１２３が形成されている。また、張出部１００のうち環状溝１１０より外周側である外周側リング状部１３０の内周面側には、シール部材２００を周方向に拘束するための四角形状に切欠いたディスク係合穴１３１が形成されている。
【００２８】
組立用切欠き部１２１およびディスク係合穴１３１は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したものに限定されない。内周側ガイド面１２２および外周側ガイド面１２３が形成されていない組立用切欠き部１２１、あるいは内周側ガイド面１２２および外周側ガイド面１２３が両端に形成された組立用切欠き部１２１でも良く、周方向だけでなく軸方向の移動や回転が拘束されるような長丸形状の浅孔をディスク係合穴１３１としても良い。
【００２９】
なお、組立用切欠き部１２１とディスク係合穴１３１の相対位置に制限はないが、ディスク係合穴１３１の加工やシール部材２００の取付け作業を容易にするため、ディスク係合穴１３１は組立用切欠き部１２１に対応した位置とすることが好ましい。
【００３０】
図６に示すように、本実施例のシール部材２００は、四組のシール板組物２１０を周方向に沿って配列して環状に構成されている。つまり、周方向に四分割される構造である。もちろん、シール部材２００の分割数は本実施例に限定されるものではなく、複数のシール板組物２１０から構成されていれば良い。
【００３１】
なお、シール部材２００の周方向の分割数が少ない場合には、使用環境の変化に伴うシール板組物２１０の一組当たりの変形量が増大し、シール性能に影響が出る虞がある。また、シール部材２００の周方向の分割数が多い場合には、シール部材２００の取付け・取外し作業に掛かる時間が増大する。よって、シール性能の安定化およびシール部材２００の取付け・取外し作業の簡易化を考慮すると、シール部材２００は四組以上八組以下のシール板組物２１０に分割されることが好ましい。
【００３２】
図７（ａ）に示すように、シール板組物２１０は、弧状の外周側シール板片２３０と当該外周側シール板片２３０の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片２２０とから成る。つまり、シール板組物２１０は、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０から成り、外周側シール板片２３０の内周面に内周側シール板片２２０の外周面が接して構成され、内周側シール板片２２０は外周側シール板片２３０に対して周方向にずれて配置されている。
【００３３】
図７（ｂ）に示すように、内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０の外周面には、長丸形状の内周側シール係合突起２２１が形成されている。
【００３４】
図７（ｃ）に示すように、外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には、四角形状の外周側シール係合突起２３１が形成されている。そして、外周側シール係合突起２３１とは異なる箇所に、長丸形状の外周側シール係合穴２３２が形成されている。
【００３５】
図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合されることにより、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する周方向の移動が拘束され、シール板組物２１０が構成される。
【００３６】
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、外周側シール係合突起２３１がディスク係合穴１３１に係合されることにより、外周側シール板片２３０の外周側リング状部１３０に対する周方向の移動が拘束される。つまり、シール部材２００を構成している複数の外周側シール板片２３０の外周側シール係合突起２３１がロータディスク１１の外周側リング状部１３０の複数のディスク係合穴１３１にそれぞれ係合されることで、シール部材２００のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束される。
【００３７】
もちろん、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２および外周側シール係合突起２３１とディスク係合穴１３１の形状は本実施例に限定されず、長丸や四角以外の形状で形成されても良い。また、周方向の移動を拘束することができれば、互いに異なる形状で形成されても良く、周方向だけでなく軸方向の移動や回転が拘束されるような形状で形成されても良い。
【００３８】
シール部材２００は図６に示すように、対向する環状溝１１０に挿入され、隣接するロータディスク１１の張出部１００にシール部材２００の両端が支持される。シール部材２００のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束されているので、ロータディスク１１と共にシール部材２００が回転する。そのとき、シール部材２００は遠心力によって外周側リング状部１３０に押し当てられる。よって、隣接するロータディスク１１間の内周側空間３２と外周側空間３３とがシールされる。
【００３９】
シール部材２００は周方向に分割する構造となっているので、隣接する外周側シール板片２３０および隣接する内周側シール板片２２０の間には、使用環境の変化に対応するためや取付けるための隙間ができる。外周側シール板片２３０の内周面と内周側シール板片２２０の外周面が接し、且つ外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０の取付け位相は周方向にずれているので、遠心力によって内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０が密着し、隣接する外周側シール板片２３０間の隙間は内周側シール板片２２０によってシールされ、隣接する内周側シール板片２２０間の隙間は外周側シール板片２３０によってシールされる。よって、シール部材２００として内周側空間３２と外周側空間３３とのシール性能を損なうことはない。
【００４０】
また、対向する環状溝１１０に収められた内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０には、弓状態から真直ぐに変形しようとするバネのような力が弧状の外周側へ働く。このバネ力によって、内周側シール係合突起２２１は外周側シール係合穴２３２に、外周側シール係合突起２３１はディスク係合穴１３１に押し付けられる。つまり、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０はそれぞれ強固に係合される。よって、外周側シール板片２３０および内周側シール板片２２０は、環状溝１１０の環状径よりも僅かに大きい径の弧状で形成されることが好ましい。すなわち、シール部材２００あるいはシール板組物２１０は、常態よりも周方向に収縮されて取付けられることが好ましい。
【００４１】
なお、内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０は、一組のシール板組物２１０として一体で使用されるので、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２との係合によって周方向の移動が拘束された状態で、溶接等により固定しても良い。
【００４２】
次に、新規のガスタービン１を製作する際のシール部材２００を取付ける手順について図３を参照して説明する。
【００４３】
新規のガスタービン１の製作時、タービン４ではロータディスク１１を複数のスピンドルボルト１２に通して設置する。次に、設置した一方のロータディスク１１に形成された張出部１００の環状溝１１０に、環状に構成したシール部材２００の一端側を挿し入れるように取付ける。次いで、一方のロータディスク１１に取付けられているシール部材２００の他端側に、他方のロータディスク１１に形成された張出部１００の環状溝１１０を被せるように取付ける。以後同様に、ロータディスク１１とシール部材２００を交互に設置していくことで、新規のガスタービン１が製作される。
【００４４】
次に、既設のガスタービン１を補修する際のシール部材２００を交換する手順について説明する。
【００４５】
環状溝１１０にシール部材２００が取付けられた状態を図８に示す。シール板組物２１０の内周側シール板片２２０の一端部を内周側空間３２へ引っ張ることで、外周側シール係合突起２３１をディスク係合穴１３１から取外す（図９（ａ））。そして、内周側シール板片２２０の一端側を引っ張ることで、シール板組物２１０を対向する環状溝１１０から取外す（図９（ｂ））。なお、第一のシール板組物２１０ａは第一の組立用切欠き部１２１ａから、第二のシール板組物２１０ｂは第二の組立用切欠き部１２１ｂから、第三のシール板組物２１０ｃは第三の組立用切欠き部１２１ｃから、第四のシール板組物２１０ｄは第四の組立用切欠き部１２１ｄから取外す。取外されたシール板組物２１０は一組ごとに対向する張出部１００の間から外周側空間３３へ取り除かれる。
【００４６】
次いで、新しいシール板組物２１０を一組ごとに対向する張出部１００の間から内周側空間３２へ挿入する。内周側空間３２から組立用切欠き部１２１を通して対向する環状溝１１０に、第一のシール板組物２１０ａを第一の組立用切欠き部１２１ａから、第二のシール板組物２１０ｂを第二の組立用切欠き部１２１ｂから、第三のシール板組物２１０ｃを第三の組立用切欠き部１２１ｃから、第四のシール板組物２１０ｄを第四の組立用切欠き部１２１ｄから挿入していく。外周側シール係合突起２３１をディスク係合穴１３１に係合させるときは、取外し作業と同様に内周側シール板片２２０の一端を内周側空間３２へ引っ張ることで取付けることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２について、図１０を参照して説明する。
【００４８】
なお、本実施例のガスタービン１は、シール部材２００およびシール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の係合部の構造を除いて、実施例１と同様な構造を有するので、同様な構造に対する重複説明は省略する。
【００４９】
内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０の外周面には長丸形状の内周側シール係合突起２２１が形成されている。
【００５０】
外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には四角形状の外周側シール係合突起２３１が形成されている。そして外周側シール係合突起２３１とは異なる箇所に、内周側シール係合突起２２１に比べ周方向に長い長丸形状の外周側シール係合穴２３２が形成されている。
【００５１】
シール板組物２１０は、外周側シール板片２３０と当該外周側シール板片２３０の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた内周側シール板片２２０とから成り、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合することによって、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する周方向の移動が調整可能である。つまり、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２の形状における周方向の距離差分だけ、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０は周方向にスライド可能に係合される。
【００５２】
なお、シール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０は周方向に可動であるので、シール板組物２１０の常態が定まり難い。よって、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合されることにより、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する軸方向の移動および回転が拘束されることが好ましい。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、シール部材２００を取付けた後に内周側シール板片２２０を周方向へ移動することにより、内周側シール板片２２０の一端が組立用切欠き部１２１ではなく、環状溝１１０の内周側リング状部１２０に掛かる状態にすることができる。つまり、内周側リング状部１２０に設けられた組立用切欠き部１２１の両端によって内周側シール板片２２０が支持される状態にすることができる。よって、内周側シール板片２２０の内周側へ変形・湾曲する虞がなくなり、シール性能をより安定化することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３について、図１１を参照して説明する。
【００５５】
なお、本実施例のガスタービン１は、シール部材２００およびシール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の係合部の構造を除いて、実施例１と同様な構造を有するので、同様な構造に対する重複説明は省略する。
【００５６】
外周側リング状部１３０には、四角形状に切欠いたディスク係合穴１３１が形成されている。また、ねじ４０の逃がし穴となるディスクねじ係合穴１３３が形成されている。
【００５７】
内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０には、ねじ切りされた内周側シールねじ係合穴２２３が形成されている。
【００５８】
外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には四角形状の外周側シール係合突起２３１とねじ４０の逃がし穴となる外周側シールねじ係合穴２３３が形成されている。
【００５９】
内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０および外周側リング状部１３０が、内周側シールねじ係合穴２２３と外周側シールねじ係合穴２３３およびディスクねじ係合穴１３３に通したネジ４０により固定されている。
【００６０】
張出部１００の環状溝１１０に外周側シール板片２３０を挿入し、外周側シール係合突起２３１がディスク係合穴１３１に係合されることによって、外周側シール板片２３０のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束される。
【００６１】
次に、外周側シール板片２３０の内周面に内周側シール板片２２０の外周面が接するように、張出部１００の環状溝１１０に内周側シール板片２３０を挿入する。次いで、ディスクねじ係合穴１３３と外周側シールねじ係合穴２３３および内周側シールねじ係合穴２２３の位置を合わせ、外周側リング状部１３０の外周面側からネジ４０をディスクねじ係合穴１３３に挿入し、外周側シールねじ係合穴２３３を通し、内周側シールねじ係合穴２２３にねじ込む。内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０は、共に外周側リング状部１３０に固着される。
【００６２】
もちろん、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の機械的締着手段は本実施例に限定されない。たとえば、内周側シールねじ係合穴２２３をねじの逃がし穴とすることで、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０をボルトおよびナットによって固定させても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 発電機
１１ ロータディスク
１２ スピンドルボルト
１３ 動翼
２０ 燃焼ガス
２１ ガスパス
３０ 第一の冷却媒体
３１ 冷却孔
３２ 内周側空間
３３ 外周側空間
４０ ネジ
１００ 張出部
１１０ 環状溝
１２０ 内周側リング状部
１２１ 組立用切欠き部
１２１ａ 第一の組立用切欠き部
１２１ｂ 第二の組立用切欠き部
１２１ｃ 第三の組立用切欠き部
１２１ｄ 第四の組立用切欠き部
１２２ 内周側ガイド面
１２３ 外周側ガイド面
１３０ 外周側リング状部
１３１ ディスク係合穴
１３３ ディスクねじ係合穴
２００ シール部材
２１０ シール板組物
２１０ａ 第一のシール板組物
２１０ｂ 第二のシール板組物
２１０ｃ 第三のシール板組物
２１０ｄ 第四のシール板組物
２２０ 内周側シール板片
２２１ 内周側シール係合突起
２２３ 内周側シールねじ係合穴
２３０ 外周側シール板片
２３１ 外周側シール係合突起
２３２ 外周側シール係合穴
２３３ 外周側シールねじ係合穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータディスク間における冷却媒体の漏洩を防止するシール構造を備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機で圧縮した気体を燃焼器で燃料と共に燃焼し、そこで生じた高温高圧の燃焼ガスをタービンで膨張させることによって、外部へ出力を取り出す気体原動機である。たとえば、ガスタービンと発電機を組み合わせることで、ガスタービンから取り出した動力は発電機によって電気エネルギーに変換される。
【０００３】
ガスタービンの性能は、タービンへ送られる燃焼ガスの温度が高いほど向上する。よって、より高温の燃焼ガスをタービンへ送るため、タービンは耐熱性の優れた材料で形成される。また、タービンを構成する部材を冷却することによって、部材の使用温度よりも高温の燃焼ガスを採用することが可能となる。このように、高温の燃焼ガスは熱効率の向上および比出力の上昇に不可欠であり、そのための材料および冷却方法の開発はガスタービン技術の中核を成す。
【０００４】
タービンは、静翼とそれを保持するケーシング、動翼とそれを保持するロータディスクなどから成る。これらタービンを構成する部品の多くには、上記の理由により様々な冷却技術が駆使されており、燃焼ガスを直接吹き付けられる静翼や動翼だけでなく、ロータディスクも冷却されている。
【０００５】
ロータディスクの冷却として、隣接するロータディスク間に設けた空間およびロータディスク内に設けた冷却孔に冷却空気等の冷却媒体を流す方法がある。冷却媒体の漏洩を防ぐため、ロータディスク間にシール部材を設ける。
【０００６】
このシール部材は、二枚重ねたシール板片を周方向に沿って複数配列して環状に構成されている。つまり、周方向に複数分割される構造である。このような構造としているのは、環境変化によるシール部材の変形やズレ等の対策、シール性能の安定化、取付け・取外し作業の効率化などの理由による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６‐２１４４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
シール部材の一例として、特許文献１のようなものがある。特許文献１では、回り止め部材によって、シール部材を構成する複数のシール板片が結合され、シール部材のロータディスクに対する周方向の移動が拘束されている。よって、ロータディスクが回転すると、シール部材も回り止め部材と共に回転し、シール部材および回り止め部材には遠心力が働く。この回り止め部材に発生する遠心力は、回り止め部材付近のシール板片およびロータディスクに掛かる面圧を局所的に増大させ、シール部材の摩耗に繋がる虞となる。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を鑑みなされたもので、ガスタービンにおいて回り止め部材による局所的な面圧の増加を抑えたシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第一の発明に係るガスタービンは、タービンの動翼を保持する軸方向に並んだ複数のロータディスクと、隣接する前記ロータディスクに軸方向へ向き合うように突出して形成された環状の張出部と、対向する前記張出部の向かい合う面に周方向へ沿って形成された環状溝と、対向する前記環状溝に挿入された環状のシール部材とを備えたガスタービンにおいて、前記シール部材は、弧状の外周側シール板片と当該外周側シール板片の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片とから成るシール板組物を周方向に沿って複数配列して環状に構成され、前記外周側シール板片の外周面に外周側シール係合突起が形成され、前記張出部のうち前記環状溝より外周側である外周側リング状部の内周面にディスク係合穴が形成され、前記外周側シール係合突起が前記ディスク係合穴に係合されることにより、前記外周側シール板片の前記ロータディスクに対する周方向の移動が拘束されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第二の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束されることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第三の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に前記内周側シール係合突起よりも周方向に長い形状の外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第四の発明に係るガスタービンは、第一の発明に係るガスタービンにおいて、前記内周側シール板片に内周側シールねじ係合穴が形成され、前記外周側シール板片に外周側シールねじ係合穴が形成され、前記張出部の前記外周側リング状部にディスクねじ係合穴が形成され、前記内周側シール板片と前記外周側シール板片および前記外周側リング状部が、前記内周側シールねじ係合穴と前記外周側シールねじ係合穴および前記ディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定されることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第五の発明に係るガスタービンは、第一乃至第四のいずれかの発明に係るガスタービンにおいて、前記シール部材が四組以上八組以下のシール板組物から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第一の発明に係るガスタービンによれば、外周側シール係合突起がディスク係合穴に係合されることによって、外周側シール板片のロータディスクに対する周方向の移動が拘束されるので、ロータ回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１６】
第二の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール係合突起が外周側シール係合穴に係合されることによって、内周側シール板片の外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束されるので、ロータ回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１７】
第三の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール係合突起が外周側シール係合穴に係合されることによって、内周側のシール板片の外周側のシール板片に対する周方向の移動が拘束されるので、回転時のシール部材およびロータディスクには、各々の自重以外の余分な遠心力がかからず、シール部材およびロータディスクの張出部に局所的な面圧が掛かることを抑えることができる。また、内周側シール板片の外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能であるので、内周側シール板片の一端が組立用切欠き部ではなく、環状溝の内周側リング状部に掛かる状態にすることができる。よって、内周側シール板片２２０の内周側へ変形・湾曲する虞がなくなり、シール性能を安定化できる。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１８】
第四の発明に係るガスタービンによれば、内周側シール板片と外周側シール板片および外周側リング状部が、内周側シールねじ係合穴と外周側シールねじ係合穴およびディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定されるので、遠心力などによる摩耗の虞がなく、ロータの低回転時においてもシール効果が低減することがない。また、部品点数を削減できるので、製造コストの削減に繋がる。
【００１９】
第五の発明に係るガスタービンによれば、周方向に三以下の少数分割構造としたシール部材に比べ一部品が小さくなるので、環境変化などによる一部品当たりの変形量が少なくなり、シール不良の虞がなくなる、つまり、シール性能を安定化できる。また、周方向に九以上の多数分割構造としたシール部材に比べ部品数が少ないので、取付け・取外し作業が減り、ガスタービンの製作および補修コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ方向矢視図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ方向矢視図である。
【図２】ガスタービンの一例の概念図である。
【図３】ガスタービンのロータディスク周りの構造図である。
【図４】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付ける取付図である。
【図５】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付けた状態の周方向部分横断面図である。
【図６】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材の斜視図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール板組物の斜視図であり、図７（ｂ）は内周側シール板片の斜視図であり、図７（ｃ）は外周側シール板片の斜視図である。
【図８】本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール部材をロータディスクの環状溝に取付けた状態の軸方向横断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるシール板組物を取外す際の軸方向部分横断面図であり、図９（ｂ）はシール板組物を環状溝から取外す際の軸方向部分横断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は本発明の実施例２に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ方向矢視図である。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の実施例３に係るガスタービンにおけるシール部材付近の軸方向部分横断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ方向矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例は、ガスタービンを発電機と組み合わせたものである。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１について、図１から図９を参照して説明する。
【００２３】
ガスタービン１の一例の概念図である図２に示すように、ガスタービン１は圧縮機２と燃焼器３およびタービン４から成り、発電機５と組み合わせることで電気エネルギーを得ることができる。
【００２４】
タービン４のロータディスク１１周りの構造図である図３に示すように、タービン４は、図示しない静翼とそれを保持する図示しないケーシング、動翼１３とそれを保持するロータディスク１１などから成る。複数のロータディスク１１は軸方向に間隔を空けて配置され、周方向に一定間隔で設置された複数のスピンドルボルト１２によって、ロータディスク１１同士が結合されている。また、各ロータディスク１１の外周には周方向に沿って複数の動翼１３が一定間隔で設置されている。燃焼器３から排出された燃焼ガス２０はガスパス２１を流れ、その圧力は動翼１３によって周方向の力に変換され、ロータディスク１１を回転させる。
【００２５】
図４に示すように、ロータディスク１１には軸方向に突出した張出部１００が設けられており、ロータディスク１１と同軸心の環状を成している。隣接するロータディスク１１の張出部１００は同径であり、互いに向き合っている。また、隣接するロータディスク１１の対向する張出部１００における向き合う面には、それぞれ周方向に沿った環状溝１１０が形成されている。
【００２６】
図５に示すように、隣接するロータディスク１１の対向する環状溝１１０に、環状のシール部材２００（図６）が収納されている。シール部材２００によって、隣接するロータディスク１１間の空間は、シール部材２００より内周側にある内周側空間３２とシール部材より外周側にある外周側空間３３に分けられている（図３）。内周側空間３２と外周側空間３３は、それぞれ温度および圧力の異なった第一の冷却媒体３０と図示しない第二の冷却媒体で満たされている。また、ロータディスク１１には冷却孔３１が形成されており、第一の冷却媒体３０が冷却孔３１を流れることでロータディスク１１内部からの冷却を行っている。
【００２７】
図１（ａ）に示すように、張出部１００のうち環状溝１１０より内周側である内周側リング状部１２０には、シール部材２００を取付けるための組立用切欠き部１２１が周方向に沿う複数個所に形成されている。なお、シール部材２００の取付け・取外しを容易にするために、組立用切欠き部１２１のある内周側リング状部１２０には、一端部の内周側を面取り加工した内周側ガイド面１２２および他端部の外周側を面取り加工した外周側ガイド面１２３が形成されている。また、張出部１００のうち環状溝１１０より外周側である外周側リング状部１３０の内周面側には、シール部材２００を周方向に拘束するための四角形状に切欠いたディスク係合穴１３１が形成されている。
【００２８】
組立用切欠き部１２１およびディスク係合穴１３１は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したものに限定されない。内周側ガイド面１２２および外周側ガイド面１２３が形成されていない組立用切欠き部１２１、あるいは内周側ガイド面１２２および外周側ガイド面１２３が両端に形成された組立用切欠き部１２１でも良く、周方向だけでなく軸方向の移動や回転が拘束されるような長丸形状の浅孔をディスク係合穴１３１としても良い。
【００２９】
なお、組立用切欠き部１２１とディスク係合穴１３１の相対位置に制限はないが、ディスク係合穴１３１の加工やシール部材２００の取付け作業を容易にするため、ディスク係合穴１３１は組立用切欠き部１２１に対応した位置とすることが好ましい。
【００３０】
図６に示すように、本実施例のシール部材２００は、四組のシール板組物２１０を周方向に沿って配列して環状に構成されている。つまり、周方向に四分割される構造である。もちろん、シール部材２００の分割数は本実施例に限定されるものではなく、複数のシール板組物２１０から構成されていれば良い。
【００３１】
なお、シール部材２００の周方向の分割数が少ない場合には、使用環境の変化に伴うシール板組物２１０の一組当たりの変形量が増大し、シール性能に影響が出る虞がある。また、シール部材２００の周方向の分割数が多い場合には、シール部材２００の取付け・取外し作業に掛かる時間が増大する。よって、シール性能の安定化およびシール部材２００の取付け・取外し作業の簡易化を考慮すると、シール部材２００は四組以上八組以下のシール板組物２１０に分割されることが好ましい。
【００３２】
図７（ａ）に示すように、シール板組物２１０は、弧状の外周側シール板片２３０と当該外周側シール板片２３０の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片２２０とから成る。つまり、シール板組物２１０は、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０から成り、外周側シール板片２３０の内周面に内周側シール板片２２０の外周面が接して構成され、内周側シール板片２２０は外周側シール板片２３０に対して周方向にずれて配置されている。
【００３３】
図７（ｂ）に示すように、内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０の外周面には、長丸形状の内周側シール係合突起２２１が形成されている。
【００３４】
図７（ｃ）に示すように、外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には、四角形状の外周側シール係合突起２３１が形成されている。そして、外周側シール係合突起２３１とは異なる箇所に、長丸形状の外周側シール係合穴２３２が形成されている。
【００３５】
図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合されることにより、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する周方向の移動が拘束され、シール板組物２１０が構成される。
【００３６】
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、外周側シール係合突起２３１がディスク係合穴１３１に係合されることにより、外周側シール板片２３０の外周側リング状部１３０に対する周方向の移動が拘束される。つまり、シール部材２００を構成している複数の外周側シール板片２３０の外周側シール係合突起２３１がロータディスク１１の外周側リング状部１３０の複数のディスク係合穴１３１にそれぞれ係合されることで、シール部材２００のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束される。
【００３７】
もちろん、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２および外周側シール係合突起２３１とディスク係合穴１３１の形状は本実施例に限定されず、長丸や四角以外の形状で形成されても良い。また、周方向の移動を拘束することができれば、互いに異なる形状で形成されても良く、周方向だけでなく軸方向の移動や回転が拘束されるような形状で形成されても良い。
【００３８】
シール部材２００は図６に示すように、対向する環状溝１１０に挿入され、隣接するロータディスク１１の張出部１００にシール部材２００の両端が支持される。シール部材２００のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束されているので、ロータディスク１１と共にシール部材２００が回転する。そのとき、シール部材２００は遠心力によって外周側リング状部１３０に押し当てられる。よって、隣接するロータディスク１１間の内周側空間３２と外周側空間３３とがシールされる。
【００３９】
シール部材２００は周方向に分割する構造となっているので、隣接する外周側シール板片２３０および隣接する内周側シール板片２２０の間には、使用環境の変化に対応するためや取付けるための隙間ができる。外周側シール板片２３０の内周面と内周側シール板片２２０の外周面が接し、且つ外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０の取付け位相は周方向にずれているので、遠心力によって内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０が密着し、隣接する外周側シール板片２３０間の隙間は内周側シール板片２２０によってシールされ、隣接する内周側シール板片２２０間の隙間は外周側シール板片２３０によってシールされる。よって、シール部材２００として内周側空間３２と外周側空間３３とのシール性能を損なうことはない。
【００４０】
また、対向する環状溝１１０に収められた内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０には、弓状態から真直ぐに変形しようとするバネのような力が弧状の外周側へ働く。このバネ力によって、内周側シール係合突起２２１は外周側シール係合穴２３２に、外周側シール係合突起２３１はディスク係合穴１３１に押し付けられる。つまり、外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０はそれぞれ強固に係合される。よって、外周側シール板片２３０および内周側シール板片２２０は、環状溝１１０の環状径よりも僅かに大きい径の弧状で形成されることが好ましい。すなわち、シール部材２００あるいはシール板組物２１０は、常態よりも周方向に収縮されて取付けられることが好ましい。
【００４１】
なお、内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０は、一組のシール板組物２１０として一体で使用されるので、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２との係合によって周方向の移動が拘束された状態で、溶接等により固定しても良い。
【００４２】
次に、新規のガスタービン１を製作する際のシール部材２００を取付ける手順について図３を参照して説明する。
【００４３】
新規のガスタービン１の製作時、タービン４ではロータディスク１１を複数のスピンドルボルト１２に通して設置する。次に、設置した一方のロータディスク１１に形成された張出部１００の環状溝１１０に、環状に構成したシール部材２００の一端側を挿し入れるように取付ける。次いで、一方のロータディスク１１に取付けられているシール部材２００の他端側に、他方のロータディスク１１に形成された張出部１００の環状溝１１０を被せるように取付ける。以後同様に、ロータディスク１１とシール部材２００を交互に設置していくことで、新規のガスタービン１が製作される。
【００４４】
次に、既設のガスタービン１を補修する際のシール部材２００を交換する手順について説明する。
【００４５】
環状溝１１０にシール部材２００が取付けられた状態を図８に示す。シール板組物２１０の内周側シール板片２２０の一端部を内周側空間３２へ引っ張ることで、外周側シール係合突起２３１をディスク係合穴１３１から取外す（図９（ａ））。そして、内周側シール板片２２０の一端側を引っ張ることで、シール板組物２１０を対向する環状溝１１０から取外す（図９（ｂ））。なお、第一のシール板組物２１０ａは第一の組立用切欠き部１２１ａから、第二のシール板組物２１０ｂは第二の組立用切欠き部１２１ｂから、第三のシール板組物２１０ｃは第三の組立用切欠き部１２１ｃから、第四のシール板組物２１０ｄは第四の組立用切欠き部１２１ｄから取外す。取外されたシール板組物２１０は一組ごとに対向する張出部１００の間から外周側空間３３へ取り除かれる。
【００４６】
次いで、新しいシール板組物２１０を一組ごとに対向する張出部１００の間から内周側空間３２へ挿入する。内周側空間３２から組立用切欠き部１２１を通して対向する環状溝１１０に、第一のシール板組物２１０ａを第一の組立用切欠き部１２１ａから、第二のシール板組物２１０ｂを第二の組立用切欠き部１２１ｂから、第三のシール板組物２１０ｃを第三の組立用切欠き部１２１ｃから、第四のシール板組物２１０ｄを第四の組立用切欠き部１２１ｄから挿入していく。外周側シール係合突起２３１をディスク係合穴１３１に係合させるときは、取外し作業と同様に内周側シール板片２２０の一端を内周側空間３２へ引っ張ることで取付けることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２について、図１０を参照して説明する。
【００４８】
なお、本実施例のガスタービン１は、シール部材２００およびシール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の係合部の構造を除いて、実施例１と同様な構造を有するので、同様な構造に対する重複説明は省略する。
【００４９】
内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０の外周面には長丸形状の内周側シール係合突起２２１が形成されている。
【００５０】
外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には四角形状の外周側シール係合突起２３１が形成されている。そして外周側シール係合突起２３１とは異なる箇所に、内周側シール係合突起２２１に比べ周方向に長い長丸形状の外周側シール係合穴２３２が形成されている。
【００５１】
シール板組物２１０は、外周側シール板片２３０と当該外周側シール板片２３０の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた内周側シール板片２２０とから成り、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合することによって、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する周方向の移動が調整可能である。つまり、内周側シール係合突起２２１と外周側シール係合穴２３２の形状における周方向の距離差分だけ、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０は周方向にスライド可能に係合される。
【００５２】
なお、シール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０は周方向に可動であるので、シール板組物２１０の常態が定まり難い。よって、内周側シール係合突起２２１が外周側シール係合穴２３２に係合されることにより、内周側シール板片２２０の外周側シール板片２３０に対する軸方向の移動および回転が拘束されることが好ましい。
【００５３】
図１０（ａ）に示すように、シール部材２００を取付けた後に内周側シール板片２２０を周方向へ移動することにより、内周側シール板片２２０の一端が組立用切欠き部１２１ではなく、環状溝１１０の内周側リング状部１２０に掛かる状態にすることができる。つまり、内周側リング状部１２０に設けられた組立用切欠き部１２１の両端によって内周側シール板片２２０が支持される状態にすることができる。よって、内周側シール板片２２０の内周側へ変形・湾曲する虞がなくなり、シール性能をより安定化することができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３について、図１１を参照して説明する。
【００５５】
なお、本実施例のガスタービン１は、シール部材２００およびシール板組物２１０を構成する内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の係合部の構造を除いて、実施例１と同様な構造を有するので、同様な構造に対する重複説明は省略する。
【００５６】
外周側リング状部１３０には、四角形状に切欠いたディスク係合穴１３１が形成されている。また、ねじ４０の逃がし穴となるディスクねじ係合穴１３３が形成されている。
【００５７】
内周側シール板片２２０は、弧状に湾曲した板材から成る。内周側シール板片２２０には、ねじ切りされた内周側シールねじ係合穴２２３が形成されている。
【００５８】
外周側シール板片２３０は、弧状に湾曲した板材から成る。外周側シール板片２３０の外周面には四角形状の外周側シール係合突起２３１とねじ４０の逃がし穴となる外周側シールねじ係合穴２３３が形成されている。
【００５９】
内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０および外周側リング状部１３０が、内周側シールねじ係合穴２２３と外周側シールねじ係合穴２３３およびディスクねじ係合穴１３３に通したネジ４０により固定されている。
【００６０】
張出部１００の環状溝１１０に外周側シール板片２３０を挿入し、外周側シール係合突起２３１がディスク係合穴１３１に係合されることによって、外周側シール板片２３０のロータディスク１１に対する周方向の移動が拘束される。
【００６１】
次に、外周側シール板片２３０の内周面に内周側シール板片２２０の外周面が接するように、張出部１００の環状溝１１０に内周側シール板片２３０を挿入する。次いで、ディスクねじ係合穴１３３と外周側シールねじ係合穴２３３および内周側シールねじ係合穴２２３の位置を合わせ、外周側リング状部１３０の外周面側からネジ４０をディスクねじ係合穴１３３に挿入し、外周側シールねじ係合穴２３３を通し、内周側シールねじ係合穴２２３にねじ込む。内周側シール板片２２０および外周側シール板片２３０は、共に外周側リング状部１３０に固着される。
【００６２】
もちろん、内周側シール板片２２０と外周側シール板片２３０の機械的締着手段は本実施例に限定されない。たとえば、内周側シールねじ係合穴２２３をねじの逃がし穴とすることで、外周側リング状部１３０と外周側シール板片２３０と内周側シール板片２２０をボルトおよびナットによって固定させても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 発電機
１１ ロータディスク
１２ スピンドルボルト
１３ 動翼
２０ 燃焼ガス
２１ ガスパス
３０ 第一の冷却媒体
３１ 冷却孔
３２ 内周側空間
３３ 外周側空間
４０ ネジ
１００ 張出部
１１０ 環状溝
１２０ 内周側リング状部
１２１ 組立用切欠き部
１２１ａ 第一の組立用切欠き部
１２１ｂ 第二の組立用切欠き部
１２１ｃ 第三の組立用切欠き部
１２１ｄ 第四の組立用切欠き部
１２２ 内周側ガイド面
１２３ 外周側ガイド面
１３０ 外周側リング状部
１３１ ディスク係合穴
１３３ ディスクねじ係合穴
２００ シール部材
２１０ シール板組物
２１０ａ 第一のシール板組物
２１０ｂ 第二のシール板組物
２１０ｃ 第三のシール板組物
２１０ｄ 第四のシール板組物
２２０ 内周側シール板片
２２１ 内周側シール係合突起
２２３ 内周側シールねじ係合穴
２３０ 外周側シール板片
２３１ 外周側シール係合突起
２３２ 外周側シール係合穴
２３３ 外周側シールねじ係合穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの動翼を保持する軸方向に並んだ複数のロータディスクと、
隣接する前記ロータディスクに軸方向へ向き合うように突出して形成された環状の張出部と、
対向する前記張出部の向かい合う面に周方向へ沿って形成された環状溝と、
対向する前記環状溝に挿入された環状のシール部材と
を備えたガスタービンにおいて、
前記シール部材は、弧状の外周側シール板片と当該外周側シール板片の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片とから成るシール板組物を周方向に沿って複数配列して環状に構成され、
前記外周側シール板片の外周面に外周側シール係合突起が形成され、
前記張出部のうち前記環状溝より外周側である外周側リング状部の内周面にディスク係合穴が形成され、
前記外周側シール係合突起が前記ディスク係合穴に係合されることにより、前記外周側シール板片の前記ロータディスクに対する周方向の移動が拘束されることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束され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】
前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に前記内周側シール係合突起よりも周方向に長い形状の外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能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４】
前記内周側シール板片に内周側シールねじ係合穴が形成され、前記外周側シール板片に外周側シールねじ係合穴が形成され、前記張出部の前記外周側リング状部にディスクねじ係合穴が形成され、前記内周側シール板片と前記外周側シール板片および前記外周側リング状部が、前記内周側シールねじ係合穴と前記外周側シールねじ係合穴および前記ディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定され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５】
前記シール部材が四組以上八組以下のシール板組物から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項１】
タービンの動翼を保持する軸方向に並んだ複数のロータディスクと、
隣接する前記ロータディスクに軸方向へ向き合うように突出して形成された環状の張出部と、
対向する前記張出部の向かい合う面に周方向へ沿って形成された環状溝と、
対向する前記環状溝に挿入された環状のシール部材と
を備えたガスタービンにおいて、
前記シール部材は、弧状の外周側シール板片と当該外周側シール板片の内周面に外周面が接し且つ周方向に位相がずれた弧状の内周側シール板片とから成るシール板組物を周方向に沿って複数配列して環状に構成され、
前記外周側シール板片の外周面に外周側シール係合突起が形成され、
前記張出部のうち前記環状溝より外周側である外周側リング状部の内周面にディスク係合穴が形成され、
前記外周側シール係合突起が前記ディスク係合穴に係合されることにより、前記外周側シール板片の前記ロータディスクに対する周方向の移動が拘束されることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が拘束され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】
前記内周側シール板片の外周面に内周側シール係合突起が形成され、前記外周側シール板片に前記内周側シール係合突起よりも周方向に長い形状の外周側シール係合穴が形成され、前記内周側シール係合突起が前記外周側シール係合穴に係合されることによって、前記内周側シール板片の前記外周側シール板片に対する周方向の移動が調整可能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４】
前記内周側シール板片に内周側シールねじ係合穴が形成され、前記外周側シール板片に外周側シールねじ係合穴が形成され、前記張出部の前記外周側リング状部にディスクねじ係合穴が形成され、前記内周側シール板片と前記外周側シール板片および前記外周側リング状部が、前記内周側シールねじ係合穴と前記外周側シールねじ係合穴および前記ディスクねじ係合穴に通した機械的締着部品により固定され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５】
前記シール部材が四組以上八組以下のシール板組物から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１００７４７（Ｐ２０１３−１００７４７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４０６０（Ｐ２０１１−２４４０６０）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【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２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【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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