(57)【要約】【課題】ガスタービンロータ内部に異物回収装置を設置することなく、冷却空気中に含まれる異物をタービン動翼の冷却通路の前で強制的に排出させ、タービン動翼に形成された冷却通路に異物の流入を防ぐようにした。【解決手段】外周部にタービン動翼を植設したタービンホイールと、ホイールスペーサとを燃焼ガスの流下方向に順次配列して一体化するとともに、軸方向に形成した冷却通路およびこれに連通するように放射方向に形成した冷却通路を経てタービン動翼の冷却通路に冷却空気を導入してタービン動翼を冷却するようにしたガスタービンロータにおいて、タービン静翼と対向する前記ホイールスペーサ外周鍔部の内側に前記放射方向の冷却通路および前記タービン動翼の冷却通路を連通させる環状連通路を形成し、前記環状連通路に運ばれた異物をタービン動翼の冷却系外に排出する異物排出孔を前記ホイールスペーサ外周鍔部に穿設した。【選択図】　図１
2004011580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部にタービン動翼を植設したタービンホイールと、ホイールスペーサとを燃焼ガスの流下方向に順次配列して一体化するとともに、軸方向に形成した冷却通路およびこれに連通するように放射方向に形成した冷却通路を経てタービン動翼の冷却通路に冷却空気を導入してタービン動翼を冷却するようにしたガスタービンロータにおいて、
タービン静翼と対向する前記ホイールスペーサ外周鍔部の内側に前記放射方向の冷却通路および前記タービン動翼側の冷却通路間を連通させる環状連通路を形成し、前記環状連通路に運ばれた異物をタービン動翼の冷却系外に排出する異物排出孔を前記ホイールスペーサ外周鍔部に穿設したことを特徴とするガスタービンロータ。
【請求項２】
外周部にタービン動翼を植設したタービンホイールと、ホイールスペーサとを燃焼ガスの流下方向に順次配列して一体化するとともに、軸方向に形成した冷却通路およびこれに連通するように放射方向に形成した冷却通路を経てタービン動翼の冷却通路に冷却空気を導入してタービン動翼を冷却するようにしたガスタービンロータにおいて、
タービン静翼と対向する前記ホイールスペーサ外周鍔部の内側に前記放射方向の冷却通路および前記タービン動翼側の冷却通路間を連通させる環状連通路を形成し、前記環状連通路に運ばれた異物をタービン動翼の冷却系外に排出する異物排出孔を前記ホイールスペーサ外周鍔部に穿設し、
前記タービンホイールの前記環状連通路に接する部分に冷却空気を案内する案内フィンを形成したことを特徴とするガスタービンロータ。
【請求項３】
前記案内フィンの下流側に隣接するように前記ホイールスペーサ外周鍔部から異物滞留フィンを突出して形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のガスタービンロータ。
【請求項４】
前記案内フィンに対して異物を案内するための案内溝を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービンロータ。
【請求項５】
前記ホイール外周鍔部に異物排出孔と連通する案内溝を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のガスタービンロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧縮機からの圧縮空気を冷却媒体としてガスタービン動翼の冷却通路に供給するようにしたガスタービンロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンロータは、回転軸の長手方向に沿って燃焼ガス流の上流側から下流側に向けて、円盤状の第１段ホイール、同じく円盤状のホイールスペーサ、円盤状の第２段ホイール…の順に配列し、これらホイールおよびホイールスペーサを貫通するボルトにより相互に連結して一体化されている。なお、前記円盤状のホイールスペーサの外周部は、ラビリンスを介してタービン静翼と対向するような位置に配置されている。
【０００３】
上記構成のガスタービンロータにおいて、タービン動翼を冷却するには、空気圧縮機の段落から抽気した圧縮空気を、ガスタービンロータの内部に形成した冷却通路から軸方向に流し、さらにタービンホイールとホイールスペーサとの間に形成した放射方向の冷却通路に流し、最終的にこのホイールスペーサの外周鍔部によって偏向し、タービン動翼に形成した冷却通路に流すようにしていた。
【０００４】
しかしながら、この空気圧縮機から抽気された冷却空気には、圧縮機段落を出た後、ガスタービンロータ内部を通過する際、異物を一緒に運んでくるため、この異物がタービン動翼の冷却通路内に堆積し、タービン動翼の冷却性能を低下させることが懸念されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のタービン動翼の冷却方式は、ガスタービンロータ内部に形成した冷却通路を通って直接供給する構成を採用しているため、構造上ロータ内部にフィルタ等の異物回収装置を設置することは困難である。また、ロータ内部にフィルタ等を設置したとしてもそのメンテナンスが非常に困難である。
【０００６】
そこで、本発明は冷却空気中に含まれる異物をタービン動翼の冷却通路の前で強制的に排出させることにより、タービン動翼に形成された冷却通路に異物の流入を防ぐようにしたガスタービンロータを得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係わるガスタービンロータの発明は、外周部にタービン動翼を植設したタービンホイールと、ホイールスペーサとを燃焼ガスの流下方向に順次配列して一体化するとともに、軸方向に形成した冷却通路およびこれに連通するように放射方向に形成した冷却通路を経てタービン動翼の冷却通路に冷却空気を導入してタービン動翼を冷却するようにしたガスタービンロータにおいて、タービン静翼と対向する前記ホイールスペーサ外周鍔部の内側に前記放射方向の冷却通路および前記タービン動翼の冷却通路間を連通させる環状連通路を形成し、前記環状連通路に運ばれた異物をタービン動翼の冷却系外に排出する異物排出孔を前記ホイールスペーサ外周鍔部に穿設したことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係わるガスタービンロータの発明は、外周部にタービン動翼を植設したタービンホイールと、ホイールスペーサとを燃焼ガスの流下方向に順次配列して一体化するとともに、軸方向に形成した冷却通路およびこれに連通するように放射方向に形成した冷却通路を経てタービン動翼の冷却通路に冷却空気を導入してタービン動翼を冷却するようにしたガスタービンロータにおいて、タービン静翼と対向する前記ホイールスペーサ外周鍔部の内側に前記放射方向の冷却通路および前記タービン動翼の冷却通路間を連通させる環状連通路を形成し、前記環状連通路に運ばれた異物をタービン動翼の冷却系外に排出する異物排出孔を前記ホイールスペーサ外周鍔部に穿設し、前記タービンホイールの前記環状連通路に接する部分に冷却空気を案内する案内フィンを形成したことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明によれば、空気圧縮機から抽気され、ガスタービンロータ内部を通過して環状連通路に流入した冷却空気に含まれる異物は、ガスタービンの回転による遠心力で冷却空気の一部と一緒に異物排出孔からタービン静翼側に排出されるので、タービン動翼の冷却通路に堆積し冷却空気の流通を阻害するようなことはない。
【００１０】
また、請求項３に係わるガスタービンロータの発明は、請求項１または２において、前記案内フィンの下流側に隣接するように前記ホイールスペーサ外周鍔部から異物滞留フィンを突出して形成したことを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項４に係わるガスタービンロータの発明は、請求項１または２において、前記案内フィンに対して異物を案内するための案内溝を形成したことを特徴とする。
【００１２】
また更に、請求項５に係わるガスタービンロータの発明は、請求項１または２において、前記ホイール外周鍔部に異物排出孔と連通する案内溝を形成したことを特徴とする。
これら請求項３ないし請求項５の発明によれば、冷却空気に含まれる異物は環状連通路からより効果的に排出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンロータの一部断面図である。図１において、ガスタービンロータは、回転軸の長手方向に燃焼ガスＧの上流側より下流側に向けて、円盤状の第１段タービンホイール１、同じく円盤状のホイールスペーサ２、円盤状の第２段タービンホイール３…の順に配列し、これら第１段タービンホイール１、ホイールスペーサ２および第２段タービンホイール３…を貫通する通しボルト４により相互に連結して一体化されている。なお５はタービン静翼であり、ラビリンスを介して前記ホイールスペーサ２の外周鍔部２ａと対向するように配置されている。
【００１４】
前記第１段タービンホイール１のホイールスペーサ２に隣接する側面には、冷却空気を案内するための案内フィン１ａを環状連通路９側に若干傾斜し、しかも前記環状連通路９の出口側を絞るような形状をした案内フィン１ａを突出して設けている。
【００１５】
さらに、前記ホイールスペーサ２の外周鍔部２ａには、前記環状連通路９まで運ばれた異物をタービン動翼冷却系外に排出させるための異物排出孔２ａ−１を穿設している。
【００１６】
なお、前記環状連通路９はホイールスペーサ１に形成した冷却通路１ｂを経てガスタービン動翼１０に形成した冷却通路１０ａと連通するように構成されている。
【００１７】
このように構成されたガスタービンロータにおいて、図示しない空気圧縮機の段落から抽気されてタービンロータ内部の冷却通路６に送り込まれた冷却空気７は、隣接する第１段タービンホイール１とホイールスペーサ２との間に形成された放射方向の冷却通路８を通り、ホイールスペーサ２の外周鍔部２ａによって形成された環状連通路９内に送られる。このとき冷却空気７は前記案内フィン１ａにより多少偏向されて外周鍔部２ａの内周面に衝突し、運んできた異物を異物排出孔２ａ−１から冷却系外に排出した後、軸方向に向きを変え、ホイールスペーサ外周鍔部の内周面と前記案内フィン１ａとの隙間を通り、ホイールスペーサ１に形成した冷却通路１ｂを経てガスタービン動翼１０に形成した冷却通路１０ａへ流入し、当該ガスタービン動翼１０の冷却を行う。
【００１８】
本実施の形態は、以上述べたようにタービンホイール１の外周鍔部２ａの内側に形成した環状連通路９の一部を絞るようにしかも冷却空気を案内する案内フィン１ａを設けるとともに、環状連通路９を異物排出孔２ａ−１を介してタービン静翼５側に連通させるように構成したので、空気圧縮機あるいはガスタービンロータ内部から環状連通路９まで運び込まれた異物は、冷却空気の一部と一緒に案内フィン１ａにより異物排出孔２ａー１の方に案内され、遠心力により異物排出孔２ａー１から排出される。
この結果、ガスタービン動翼の冷却通路内に異物が堆積し、タービン動翼の冷却性能を低下させる事態になることを防ぐことができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態によるガスタービンロータの要部拡大断面図である。
図２において、異物排出孔２ａ−１の下流側にしかも案内フィン１ａの外側側面に隣接するように、ホイールスペーサ２から異物滞留フィン２ａ−２を突出して設けたものである。
この実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べ、異物排出孔２ａ−１から異物の排出する機能を一層向上させることができる。
【００２０】
（第３実施の形態）
図３はおよび図４は本発明の第３の実施の形態によるガスタービンロータの要部拡大断面図であり、特に、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
図３および図４において、前記環状連通路９の出口側を絞るようにタービンホイール１の側面から突出して設けた案内フィン１ａ´は、図１および図２に記載の案内フィン１ａよりも厚みがあり、しかも前記環状連通孔９に開口する前記放射状冷却通路８を囲むように案内溝１ａ−１を形成している。さらにこの案内溝１ａ−１に対峙して異物排出孔２ａ−１の入口側にオリフィス状の排出孔案内溝２ａ−３を設置している。
【００２１】
この実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態に比べ、案内溝１ａ−１の機能により異物の排出機能をより一層向上させることができる。
なお、以上述べた実施の形態では、タービン第１段ホイールの側面から案内フィン１ａを突出して設けたが、案内フィンを突設する代わりにホイールの側面自体をホイールスペーサの外周鍔部の内周部付近まで延長させて案内フィンの機能を持たせるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればホイールスペーサの外周鍔部の内側に環状連通路を形成するとともに、異物排出孔を穿設するようにしたので、冷却空気に含まれる異物は、異物排出孔から遠心力によりタービン動翼冷却系外へ排出されるので、タービン第１段動翼冷却通路部に流入する冷却空気中の異物を低減することができ、この結果、タービン動翼冷却通路での異物の堆積や閉塞による動翼冷却性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービンロータの一部断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わるガスタービンロータの要部断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わるガスタービンロータの要部断面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図。
【符号の説明】
１…タービンホイール、１ａ，１ａ´…案内フィン、１ｂ…冷却通路、１ａ−１…案内溝、２…ホイールスペーサ、２ａ…スペーサ外周鍔部、２ａ−１…異物排出孔、２ａ−２…異物滞留フィン、２ａ−３…排出孔案内溝、３…タービンホイール、４…通しボルト、５…タービン静翼、６…軸方向冷却通路、７…冷却空気、８…放射状冷却通路、９…環状連通路、１０…タービン動翼、１０ａ…動翼冷却通路、Ｇ…燃焼ガスの流れ。
【図１】
2004011580.tif 000003
【図２】
2004011580.tif 000004
【図３】
2004011580.tif 000005
【図４】
2004011580.tif 000006