(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁し、且つ、
前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部に溶接されており、かつ、前記サーマルスリーブは前記ロータ尾端部の軸部に溶接されている端部近傍に湾曲部を有しており、前記湾曲部が前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項２】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁し、且つ、
前記サーマルスリーブを前記エンド・ディスクまたは軸部に取付ける際、前記サーマルスリーブには、予張力が印加されていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項３】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁し、
前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部に溶接されており、かつ、前記サーマルスリーブは前記ロータ尾端部の軸部に溶接されている端部近傍に湾曲部を有しており、前記湾曲部が前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっており、且つ、
前記サーマルスリーブを前記エンド・ディスクまたは軸部に取付ける際、前記サーマルスリーブには、予張力が印加されていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項４】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の軸部外表面との間に複数の軸部冷却用空気通路が形成されていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項５】
前記軸部冷却用空気通路が、少なくとも部分的に前記軸部に直接的に穿孔されていることを特徴とする請求項４に記載のガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項６】
前記軸部が、前記蒸気通路を包囲する軸部本体と、前記軸部本体の外表面に嵌合されたスリーブとを具備して成り、前記軸部冷却用空気通路が少なくとも部分的に前記軸部本体と前記スリーブとの間に形成された主空気通路を含んで成ることを特徴とする請求項４または５に記載のガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項７】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁し、且つ、
前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部にベローズを介して溶接されており、該ベローズが前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【請求項８】
ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、
前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層に外部から冷却空気を循環させ、且つ、
前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部にベローズを介して溶接されており、該ベローズが前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気冷却ガスタービンのロータ尾端部の熱変形の防止または低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンの高効率化のために、ガスタービン入口の燃焼ガスの温度は年々上昇を続けており、近時この温度を１５００℃としたガスタービンが提案されている。こうした高温の燃焼ガスからガスタービンの静翼および動翼を保護するために、従来の空気冷却に代えて比較的低温の蒸気にて冷却する所謂蒸気冷却ガスタービンの開発が行われている。ガスタービンの動翼を蒸気にて冷却するためには、タービン動翼の冷却用蒸気の供給／回収用の蒸気通路をガスタービンのロータの中心軸に沿って形成しなければならない。
【０００３】
従来一般に採用されているガスタービン動翼の冷却用蒸気の供給／回収構成を図１２により示す。
ガスタービンロータのタービン側構成はロータ尾端部および複数のタービンディスクをスピンドルボルトにより締結して組み立てられる。
タービンディスクに埋め込まれたブレードに冷却用蒸気を供給／回収するにはロータ尾端部に中心孔を設け同軸蒸気管とする方式となる。
【０００４】
ロータ尾端部１００は、エンド・ディスクを形成する略円板状のディスク部１２０と、中空の略円筒形状の軸部１４０とを具備して成り、中心軸に沿ってディスク中心孔１３０およびロータ尾端部中心孔１５０が形成されている。ディスク部１２０には、複数の通孔（図示しない）が中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、ディスク部１２０の前面に複数のタービン動翼ディスク（図示しない）が配置された状態で、前記通孔にタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼ディスク（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。
【０００５】
ロータのディスク中心孔１３０にはタービン動翼冷却用の蒸気を供給するための蒸気通路２００が溶接されている。ロータのエンド・ディスクの後部からロータの軸部１４０内に延びるロータ尾端部中心孔１５０の内表面と蒸気通路との間はタービン動翼冷却用の蒸気を回収するための通路となって、適切な冷却装置（図示しない）により動翼を冷却した蒸気を回収する。
回転するロータ尾端部１００と静止部との接続は、先ず内筒は蒸気通路２００と静止蒸気管内筒２９０とをシールフィン２３０（ラビリンスシール）を介して接続する。次いでロータ尾端部１００の端部に静止蒸気短管２７０と静止蒸気管外筒２８０をシールフィン２２０（ラビリンスシール）を介して接続する。シールフィン２２０および２３０には漏れ蒸気回収設備が接続されているが図示を省略する。
【０００６】
こうして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１００において軸受２４０により回転自在に支持される。このタービン動翼冷却用蒸気は飽和温度が約１４０℃の圧力の蒸気を４００℃以上に加熱して供給し、ロータの中心孔を流路として供給するのでロータを冷却蒸気の飽和温度まで昇温する。ところが、軸受のある尾端部は潤滑油によって通常１００℃以下に冷却されており、前記中心孔との温度差により熱変形することとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、複数のロータディスクを一体的に回転できるようにスピンドルボルトにて互いに締結、形成したガスタービンのロータ集成体は、所謂ジャーナル軸受と称される軸受にて回転自在に支持されている。ガスタービンのロータ集成体は非常に重量大であるために、ロータ集成体の軸部とジャーナル軸受との間の間隙は高精度に管理されている。ところが、蒸気冷却ガスタービンでは、ロータ集成体の中心部を蒸気が流通するために、ロータ集成体、特にその軸部が熱変形し、ジャーナル軸受を損傷する等の問題を生じる。
【０００８】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、蒸気冷却ガスタービンのロータ尾端部の熱変形の防止または低減したロータ尾端部の軸構造および軸受構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁したことを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造を要旨とする。
【００１０】
本発明によれば、蒸気通路とロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成したために、蒸気通路内をタービン動翼冷却用の蒸気が流通したときに、軸部の表面近傍領域への伝熱が抑制され、軸部の熱変形が低減、抑制される。更に、断熱気体層は外部から気密、液密に絶縁されているために、外部から蒸気が進入することがなく、ガスタービンの休止中に温度が低下しても蒸気の凝縮によるドレンは発生することがない。これにより、ドレンを原因とする異常振動の発生が防止される。
【００１１】
前記サーマルスリーブを略円筒状の部材から形成し、該円筒部材をその一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接し、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部に溶接し、かつ、前記サーマルスリーブにおいて前記ロータ尾端部の軸部に溶接されている端部近傍に湾曲部を設けるようにしてもよい。前記蒸気通路を流通する蒸気により前記サーマルスリーブと前記軸部との間に温度差を生じても、前記湾曲部が、両者間の温度差による軸方向の熱膨張差を吸収してサーマルスリーブの損傷または破損を防止できる。
【００１２】
更に、前記サーマルスリーブを前記エンド・ディスクまたは軸部に溶接する際、好ましくはサーマルスリーブに予張力が印加される。サーマルスリーブに予張力を印加した状態で前記軸部に溶接することにより、前記サーマルスリーブの変形が低減される。更に、前記湾曲部と予張力とを組み合わせることにより、更に一層サーマルスリーブの変形を低減すると供に、その損傷または破損を防止できる。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の軸部外表面との間に複数の軸部冷却用空気通路が形成されていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造を要旨とする。
【００１４】
本発明によれば、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の軸部外表面との間に複数の軸部冷却用空気通路を形成して、該軸部冷却用空気通路に冷却空気を流通させることにより、蒸気通路をタービン動翼冷却用蒸気が流通したときに、前記複数の軸部冷却用空気通路を流通する冷却空気により前記軸部が冷却され、該軸部の熱変形が低減、抑制される。
【００１５】
前記軸部冷却用空気通路を、少なくとも部分的に前記軸部に直接的に穿孔することができる。また、前記軸部を前記蒸気通路を包囲する軸部本体と、前記軸部本体の外表面に嵌合されたスリーブとから形成し、前記軸部本体と前記スリーブとの間に前記軸部冷却用空気通路を少なくとも部分的に形成するようにしてもよい。
【００１９】
請求項７に記載の本発明は、ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層を外部から気密かつ液密に絶縁し、且つ、前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部にベローズを介して溶接されており、該ベローズが前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造を要旨とする。
請求項８に記載の本発明は、ガスタービンのロータ集成体の中心軸線に沿って、ガスタービンの動翼冷却用蒸気を供給／回収するための蒸気通路を具備するガスタービンのロータ尾端部の軸構造において、前記ロータ尾端部内に前記蒸気通路の中心軸線と同軸のロータ尾端部の中心孔が設けられており、前記蒸気通路と前記ロータ尾端部の中心孔内表面との間にサーマルスリーブを設け、前記ロータ尾端部の中心孔内表面と前記サーマルスリーブとの間に断熱気体層を形成すると共に、前記断熱気体層に外部から冷却空気を循環させ、且つ、前記サーマルスリーブは、略円筒状の部材であり、一方の端部において前記ガスタービンのエンド・ディスクに溶接され、他方の端部において前記ロータ尾端部の軸部にベローズを介して溶接されており、該ベローズが前記サーマルスリーブの熱膨張による熱応力を低減するようになっていることを特徴とするガスタービンのロータ尾端部の軸構造を要旨とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図１を参照すると、本発明第一の実施形態によるガスタービンのロータ集成体の尾端部（以下、単にロータ尾端部と記載する）１０の半断面図が示されている。本明細書では、ガスタービンの圧縮機側を前方（図１で左側）、膨張機側を後方（図１で右側）として説明する。
【００２２】
ロータ尾端部１０は、ディスク中心孔１３を有する略円板状のエンド・ディスク１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備して成る。ディスク中心孔１３には冷却蒸気管供給用蒸気通路２０が溶接されている。更に、エンド・ディスク１２には、複数の通孔１２ｂ（図示しない）がロータ集成体の長手方向の中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、エンド・ディスク１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、通孔１２ｂにタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。
【００２３】
前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において軸受２４により回転自在に支持される。軸受２４は、軸受パッド２４ａと、該軸受パッド２４ａの両側部に設けられたシール部２６とを具備し、ガスタービンの分野において周知となっているように、軸受２４はジャーナル軸受を形成している。シール部２６は、シール部材２６ｃを軸受パッド２４ａに取付けるためのブラケット２６ａを含んでいる。
【００２４】
ロータ尾端部１０はロータ尾端部中心孔１５を有している。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であってロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。ロータ尾端部中心孔１５には円筒状サーマルスリーブ１６が挿入されている。サーマルスリーブ１６の先端（図１では左端）はロータ尾端部中心孔１５に溶接されており、後端（図１で右端）は軸部１４の後端に溶接されている。サーマルスリーブ１６の外径は、軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内径よりも小さく、両者間に断熱気体層１８が形成される。好ましくは、断熱気体層１８には乾燥気体、例えば空気またはアルゴン等の不活性気体が充填される。
【００２５】
サーマルスリーブ１６の後端部には湾曲部１６ａが形成されており、ガスタービンが作動して、サーマルスリーブ１６の温度が上昇し、軸部１４との間に温度差が生じたときの熱応力、特に圧縮応力を逃がすようになっている。更に好ましくは、軸方向に牽引して予張力を印加した状態でサーマルスリーブ１６を軸部１４に溶接し、ガスタービンが作動して、サーマルスリーブ１６と軸部１４との間に温度差が生じたときの圧縮応力を低減できるようにする。
【００２６】
本実施形態では、蒸気通路２０と軸部１４との間にサーマルスリーブ１６を挿入し、サーマルスリーブ１６と軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内表面との間に断熱気体層１８を形成したために、ガスタービンが作動してタービン動翼冷却用蒸気が流通したときに、軸部１４への伝熱が抑制され、軸部１４の熱変形が低減、抑制される。
【００２７】
また、ガスタービンの作動中に蒸気通路２０を流通する蒸気によりサーマルスリーブ１６と軸部１４との間に温度差による熱膨張差を生じても、サーマルスリーブ１６は予張力を印加した状態で軸部１４に溶接されているので、サーマルスリーブ１６に生じる熱応力が低減され、サーマルスリーブ１６の変形が防止される。更に、サーマルスリーブ１６は、その後端部に湾曲部１６ａを有しているために前記予張力で吸収しきれない熱応力を湾曲部１６ａの変形により逃がすことができ、サーマルスリーブ１６の円筒部分が変形するのが防止される。更に、断熱気体層１８は外部から気密、液密に絶縁されており外部から蒸気が進入することがなく、かつ、断熱気体層１８には乾燥気体が充填されているために、ガスタービンの休止中に温度が低下しても蒸気の凝縮によるドレンは発生することがない。
【００２８】
次に図２、図３を参照して本発明の第二の実施形態を説明する。
本発明第二の実施形態によるロータ尾端部１０は、エンド・ディスクを形成する略円板状のディスク部１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備して成り、長手の中心軸線Ｏに沿ってロータのディスク中心孔１３およびロータ尾端部中心孔１５が形成されている。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であり、ロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。第一の実施形態のエンド・ディスク１２と同様に、ディスク部１２には、複数の通孔（図示しない）が中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、ディスク部１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、前記通孔にタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。ロータのディスク中心孔１３にタービン動翼冷却用の蒸気を流通させるための蒸気通路２０が設けられる。ロータの軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内表面と蒸気通路２０との間はタービン動翼冷却用の蒸気を回収するための通路となる。前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において第一の実施形態と同様の軸受２４により回転自在に支持される。
【００２９】
軸部１４には、半径方向に延びる冷却空気入口通路３１ａ、軸方向に延びる主空気通路３１ｂ、および半径方向に延びる冷却空気出口通路３１ｃから成る複数の軸部冷却用空気通路が穿孔されている。前記複数の軸部冷却用空気通路は、中心軸線Ｏに関して周方向に等間隔に設けられている。また、主空気通路３１ｂは、一例として、ロータ端部からドリルにより軸方向に盲孔を穿孔した後に、その一端を溶接部３１ｄにより閉塞することにより形成することができる。
【００３０】
冷却空気入口通路３１ａに対面して冷却空気導入装置３２が設けられている。冷却空気導入装置３２は、該ガスタービンのケーシング（図示しない）等の固定部に設けられた空気導入部３２ａと、該空気導入部３２ａの内周面に設けられたシール部材３２ｂとを具備している。空気導入部３２ａおよびシール部材３２ｂには、前記冷却空気入口通路３１ａに連通する複数の空気通路３２ｃ、３２ｄが周方向に等間隔に形成されており、冷却空気供給源（図示しない）からの空気を冷却空気入口通路３１ａまで導くようになっている。
【００３１】
同様に、冷却空気出口通路３１ｃに対面して冷却空気排出装置３３が設けられている。冷却空気排出装置３３は、該ガスタービンのケーシング（図示しない）等の固定部に設けられた空気排出部３３ａと、該空気排出部３３ａの内周面に設けられたシール部材３３ｂとを具備している。空気排出部３３ａおよびシール部材３３ｂには、前記冷却空気出口通路３１ｃに連通する複数の空気通路３３ｃ、３３ｄが周方向に等間隔に形成されている。冷却空気導入装置３２からの空気は、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃを流通してロータ尾端部１０を冷却した後にガスタービン外部へ排出される。
【００３２】
本実施形態では、軸部１４に複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃを設け、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに冷却空気を流通させたので、ガスタービンが作動してタービン動翼冷却用蒸気が蒸気通路２０を流通したときに、軸部１４が複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃを流通する冷却空気により軸部１４の表面近傍領域が冷却され、軸部１４の熱変形が低減、抑制される。
【００３３】
次に、図４、図５を参照して本発明の第三の実施形態を説明する。
上述した本発明第二の実施形態では、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、軸部１４を直接的に穿孔することにより形成されていたが、第三の実施形態の軸部冷却用空気通路は、ロータ尾端部の軸部本体の外表面にスリーブを嵌合することにより、軸部本体の外表面とスリーブとの間に形成されている。
【００３４】
図４、図５を参照すると、本発明第三の実施形態によるロータ尾端部１０は、エンド・ディスクを形成する略円板状のディスク部１２と、中空の略円筒形状の軸部本体１４と、軸部本体１４に嵌合されたスリーブ１７とを具備し、長手の中心軸線Ｏに沿ってロータのロータ尾端部中心孔１５が形成されている。前述した実施形態と同様にロータ集成体が形成され、該ロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において前述の実施形態と同様の軸受２４により回転自在に支持される。つまり、軸部本体１４と該軸部本体に嵌合されたスリーブ１７とにより、前述した実施形態の軸部が形成されるのである。
【００３５】
スリーブ１７は、軸部１４に等しい内径を有する内周面１７ａと、軸受２４により支持されるロータ集成体の軸部に等しい外径を有する外周面１７ｂとを有する略円筒状の部材であり、内周面１７ａには、軸方向に延びる複数の半円形の凹溝１７ｃが形成されている。スリーブ１７を軸部本体１４の外周面に嵌合させた後に環状のエンドプレート１７ｄが、ボルト１７ｅにより軸部本体１４の軸端に固定される。エンドプレート１７ｄには、図４に示すように組み立てたときに、軸部本体１４の外周面とスリーブ１７の凹溝１７ｃとの間に形成される主空気通路（以下、単に主空気通路１７ｆと記載する）に連通可能な複数の冷却空気出口通路３１ｃが形成されている。一方、軸部本体１４の基端部近傍には、主空気通路１７ｆに連通可能な複数の冷却空気入口通路３１ａが形成されており、冷却空気入口通路３１ａ、主空気通路１７ｆおよび冷却空気出口通路３１ｃにより複数の軸部冷却用空気通路が形成される。軸部冷却用空気通路３１ａ、１７ｆ、３１ｃは、中心軸線Ｏに関して周方向に等間隔に設けられている。
【００３６】
第二の実施形態と同様に冷却空気入口通路３１ａに対面して冷却空気導入装置３２が設けられており、冷却空気出口通路３１ｃに対面して冷却空気排出装置３３が設けられている。冷却空気導入装置３２からの空気は、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１７ｆ、３１ｃを流通してロータ尾端部１０を冷却した後にガスタービン外部へ排出される。
【００３７】
本実施形態では、軸部本体１４とスリーブ１７との間に軸部冷却用空気通路３１ａ、１７ｆ、３１ｃを形成し、該複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１７ｆ、３１ｃに冷却空気を流通させたので、ガスタービンが作動してタービン動翼冷却用蒸気が蒸気通路２０を流通したときに、ロータ尾端部の軸部の一部を形成するスリーブ１７が冷却され、軸部の熱変形が低減、抑制される。
【００３８】
次に、図６から図８を参照して本発明第四の実施形態を説明する。
図６において、本発明第四の実施形態によるロータ尾端部１０は、エンド・ディスクを形成する略円板状のディスク部１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備し、長手の中心軸線Ｏに沿ってロータのディスク中心孔１３およびロータ尾端部中心孔１５が形成されている。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であり、ロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。第一の実施形態のエンド・ディスク１２と同様に、ディスク部１２には、複数の通孔（図示しない）が中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、ディスク部１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、通孔にタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。ロータのディスク中心孔１３にはタービン動翼冷却用の蒸気を流通させるための蒸気通路２０が設けられる。ロータの軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内表面と蒸気通路との間はタービン動翼冷却用の蒸気を回収するための通路となる。前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において軸受２４により回転自在に支持される。
【００３９】
本実施形態による軸受２４は、軸受パッド２４ａと、該軸受パッド２４ａの両側部に設けられたシール部２６とを具備している。シール部２６はシール部材２６ｃと、該シール部材２６ｃを軸受パッド２４ａに取付けるためのブラケットとを含む。前記ブラケットは、軸受パッド２４ａに取付けられる半径方向固定部２６ａと、該半径方向固定部に連結された張出部２６ｂとを有して断面がＬ字状に形成されている。本実施形態おいて、シール部材２６ｃは、図１から図５に示した実施形態のシール部材と比較して、その幅、つまり軸方向の寸法が大きくなっており、これに対応して、軸受２４のブラケットは、図１から図５に示した実施形態のブラケットと比較して、軸方向に延びる張出部２６ｂを具備している。
【００４０】
前述したように、ガスタービンにおいて一般的に用いられるジャーナル軸受では、軸受パッドを半径方向に貫通する油路（図示しない）が形成されており、該油路から潤滑油を供給することにより、ロータ集成体の軸部と軸受との間の潤滑を促進すると共に、軸部と軸受パッドとの間を冷却している。そして、シール部材は軸部と軸受パッドとの間から漏出する潤滑油を低減し、以て軸部と軸受パッドとの間の潤滑を促進している。然しながら、従来技術のジャーナル軸受では、シール部の軸方向の幅寸法が充分でないために、図７に示すように、軸部の外表面温度Ｔの軸方向の温度分布は、軸受パッドの中心ａの領域で潤滑油により冷却された一定の低温ＴLとなり、中心ａから軸方向に離れるにつれ左右対称に一定の高温ＴHに漸近する。このために、軸部もまた、図７の温度分布と相似形に熱変形し、軸受パッドの軸方向両側部近傍において、軸部と軸受パッドとの間の間隙が過度に小さくなり、或いは、軸部と軸受パッドとが干渉またはメタルタッチする。
【００４１】
本発明第四の実施形態では、図８に示すように、シール部材として軸方向に従来技術のシール部材よりも幅の広いシール部材２６ｃを用いて上述した従来技術の問題を解決している。すなわち、シール部材２６ｃを、軸部１４の外表面温度が軸受パッド２４ａの軸方向長さＬ0の範囲、つまり、前記軸部の外表面の前記軸受パッドに対面する領域において一定の低温ＴLに維持されうる長さにする必要がある。シール部材の軸方向の幅寸法をそのような値にして軸部１４を従来技術よりも軸方向に広範囲にわたって冷却することにより、軸部１４と軸受パッド２４ａとの間の間隙が過度に小さくなることを防止し、或いは、軸部１４の熱変形を低減し、以て、軸受パッド２４ａとの干渉またはメタルタッチを防止可能となる。
【００４２】
図９により本発明第五の実施形態を説明する。
ロータ尾端部１０は、ディスク中心孔１３を有する略円板状のエンド・ディスク１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備して成る。ディスク中心孔１３には冷却蒸気管供給用蒸気通路２０が溶接されている。更に、エンド・ディスク１２には、複数の通孔１２ｂ（図示しない）がロータ集成体の長手方向の中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、エンド・ディスク１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、通孔１２ｂにタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。
【００４３】
前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において軸受２４により回転自在に支持される。軸受２４は、軸受パッド２４ａと、該軸受パッド２４ａの両側部に設けられたシール部２６とを具備し、ガスタービンの分野において周知となっているように、軸受２４はジャーナル軸受を形成している。シール部２６は、シール部材２６ｃを軸受パッド２４ａに取付けるためのブラケット２６ａを含んでいる。
【００４４】
ロータ尾端部１０のロータ尾端部中心孔１５に円筒状サーマルスリーブ１６が挿入されている。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であり、ロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。サーマルスリーブ１６の先端（図１では左端）はロータ尾端部中心孔１５に溶接されており、後端（図１で右端）は軸部１４の後端に溶接されている。サーマルスリーブ１６の外径は、軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内径よりも小さく、両者間に断熱気体層１８が形成される。
【００４５】
サーマルスリーブ１６の後端部には湾曲部１６ａが形成されており、ガスタービンが作動して、サーマルスリーブ１６の温度が上昇し、軸部１４との間に温度差が生じたときの熱応力、特に圧縮応力を逃がすようになっている。更に好ましくは、軸方向に牽引して予張力を印加した状態でサーマルスリーブ１６を軸部１４に溶接し、ガスタービンが作動して、サーマルスリーブ１６と軸部１４との間に温度差が生じたときの圧縮応力を低減するようにできる。
【００４６】
軸部１４には、半径方向に延びる冷却空気入口通路３１ａと冷却空気出口通路３１ｃとから成る複数の軸部冷却用空気通路が穿孔されて前記断熱気体層１８に通じており、冷却用空気通路が形成されている。
【００４７】
冷却空気入口通路３１ａに対面して冷却空気導入装置３２が設けられている。冷却空気導入装置３２は、該ガスタービンのケーシング（図示しない）等の固定部に設けられた空気導入部３２ａと、該空気導入部３２ａの内周面に設けられたシール部材３２ｂとを具備している。空気導入部３２ａおよびシール部材３２ｂには、前記冷却空気入口通路３１ａに連通する複数の空気通路３２ｃ、３２ｄが周方向に等間隔に形成されており、冷却空気供給源（図示しない）からの空気を冷却空気入口通路３１ａへ導くようになっている。
【００４８】
同様に、冷却空気出口通路３１ｃに対面して冷却空気排出装置３３が設けられている。冷却空気排出装置３３は、該ガスタービンのケーシング（図示しない）等の固定部に設けられた空気排出部３３ａと、該空気排出部３３ａの内周面に設けられたシール部材３３ｂとを具備している。空気排出部３３ａおよびシール部材３３ｂには、前記冷却空気出口通路３１ｃに連通する複数の空気通路３３ｃ、３３ｄが周方向に等間隔に形成されている。冷却空気導入装置３２からの空気は、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１８、３１ｃを流通してロータ尾端部１０を冷却した後にガスタービン外部へ排出される。
【００４９】
本実施形態では、軸部１４に複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１８、３１ｃを設け、複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１８、３１ｃに冷却空気を流通させたので、ガスタービンが作動して蒸気通路２０をタービン動翼冷却用蒸気が流通したときに、軸部１４が複数の軸部冷却用空気通路３１ａ、１８、３１ｃを流通する冷却空気により軸部１４の軸受領域が冷却され、軸部１４の熱変形が低減、抑制される。
【００５０】
図１０により本発明第六の実施形態を説明する。
ロータ尾端部１０は、ディスク中心孔１３を有する略円板状のエンド・ディスク１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備して成る。ディスク中心孔１３には冷却蒸気管供給用蒸気通路２０が溶接されている。更に、エンド・ディスク１２には、複数の通孔１２ｂ（図示しない）がロータ集成体の長手方向の中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、エンド・ディスク１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、通孔１２ｂにタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。
【００５１】
前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において軸受２４により回転自在に支持される。軸受２４は、軸受パッド２４ａと、該軸受パッド２４ａの両側部に設けられたシール部２６とを具備し、ガスタービンの分野において周知となっているように、軸受２４はジャーナル軸受を形成している。シール部２６は、シール部材２６ｃを軸受パッド２４ａに取付けるためのブラケット２６ａを含んでいる。
【００５２】
ロータ尾端部１０のロータ尾端部中心孔１５に円筒状サーマルスリーブ１６が挿入されている。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であり、ロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。サーマルスリーブ１６の先端（図１では左端）はロータ尾端部中心孔１５に溶接されており、後端（図１で右端）は軸部１４の後端に溶接されている。サーマルスリーブ１６の外径は、軸部１４のロータ尾端部中心孔１５の内径よりも小さく、両者間に断熱気体層１８が形成される。
【００５３】
本実施形態では、サーマルスリーブ１６の後端部にベローズ１６ｂが設けられており、ガスタービンが作動して、サーマルスリーブ１６の温度が上昇し、軸部１４との間に温度差による伸びが生じたときの熱応力、特に圧縮応力を逃がすようになっている。ベローズ１６ｂはベローズ１６ｂの両端部にフランジを有しており、これらフランジ内に予め設けられた穴を介する取付用ボルトによって、ベローズ１６ｂはサーマルスリーブ１６および軸にそれぞれ取付けられている。これによりベローズを製造するのが容易になると共にベローズのメンテナンス性が高まる。さらに、図示されるようにベローズのフランジと、サーマルスリーブ１６および軸との間にシール部、例えばＯリングまたはＣシール（図示しない）が設けられており、断熱気体層１８を液密かつ気密に絶縁している。
【００５４】
図１１により本発明第七の実施形態を説明する。
ロータ尾端部１０は、ディスク中心孔１３を有する略円板状のエンド・ディスク１２と、中空の略円筒形状の軸部１４とを具備して成る。ディスク中心孔１３には冷却蒸気管供給用蒸気通路２０が溶接されている。更に、エンド・ディスク１２には、複数の通孔１２ｂ（図示しない）がロータ集成体の長手方向の中心軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されており、エンド・ディスク１２の前面１２ａに他のディスク（図示しない）を接触させた状態で、通孔１２ｂにタービンスピンドルボルト（図示しない）を挿入し、ナット（図示しない）により締め付けることにより、タービン動翼（図示しない）を支持しながら一体的に回転するロータ集成体が形成される。
【００５５】
前述のようにして組み立てられたロータ集成体は、そのロータ尾端部１０において軸受２４により回転自在に支持される。軸受２４は、軸受パッド２４ａと、該軸受パッド２４ａの両側部に設けられたシール部２６とを具備し、ガスタービンの分野において周知となっているように、軸受２４はジャーナル軸受を形成している。シール部２６は、シール部材２６ｃを軸受パッド２４ａに取付けるためのブラケット２６ａを含んでいる。
【００５６】
ロータ尾端部１０のロータ尾端部中心孔１５に蒸気管外筒１９が挿入されている。ロータ尾端部中心孔１５はディスク中心孔１３と同軸であり、ロータ尾端部中心孔１５の直径はディスク中心孔１３の直径よりも大きい。蒸気管外筒１９の先端（図１では左端）はロータ尾端部中心孔１５に溶接されており、後端（図１で右端）は静止蒸気管２８（外筒）に設けられたシールフィン（外筒）２２に挿入されている。従来構成（図１２）と同様、蒸気通路２０の左端はエンド・ディスク１２のディスク中心孔１３に溶接され、右端は静止蒸気管内筒２９にシールフィン（内筒）２３を介して挿入される。シールフィン２２、２３により蒸気通路２０および蒸気管外筒１９は回転と自由な伸縮とが可能である。シールフィン２２、２３からの漏れ蒸気は回収設備により回収されるが図示を省略する。本発明の実施の形態では蒸気管外筒１９がロータの軸部１４の過熱を抑制するサーマルスリーブの役割を果たし、さらに蒸気管の温度差による伸び縮みがシールフィンにより吸収される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図２】本発明第二の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図３】図２において矢視線III-III の方向に見た軸に対して垂直な断面図である。
【図４】本発明第三の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図５】図４において矢視線V-V の方向に見たスリーブの軸に対して垂直な断面図である。
【図６】本発明第四の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図７】従来技術において問題となるロータ尾端部の軸部の熱変形の模式図である。
【図８】本発明第四の実施形態を適用した場合のロータ尾端部の軸部の熱変形の模式図である。
【図９】本発明第五の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図１０】本発明第六の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図１１】本発明第七の実施形態によるロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【図１２】従来技術のロータ尾端部の軸部の軸方向半断面図である。
【符号の説明】
１０…ロータ尾端部
１２…エンド・ディスク
１３…ディスク中心孔（蒸気供給）
１４…軸部
１５…ロータ尾端部中心孔（蒸気回収）
１６…サーマルスリーブ
１６ａ…湾曲部
１６ｂ…ベローズ
１７…スリーブ
１８…断熱気体層
１９…蒸気管外筒
２０…蒸気通路
２２…シールフィン
２３…シールフィン
２４…軸受
２６…シール部
２７…蒸気短管
２８…静止蒸気管外筒
２９…静止蒸気管内筒
３１ａ…冷却空気入口通路
３１ｂ…主空気通路
３１ｃ…冷却空気出口通路
３１ｄ…溶接部
３２…冷却空気導入装置
３３…冷却空気排出装置
【図１】
0004690531.tif 000002
【図２】
0004690531.tif 000003
【図３】
0004690531.tif 000004
【図４】
0004690531.tif 000005
【図５】
0004690531.tif 000006
【図６】
0004690531.tif 000007
【図７】
0004690531.tif 000008
【図８】
0004690531.tif 000009
【図９】
0004690531.tif 000010
【図１０】
0004690531.tif 000011
【図１１】
0004690531.tif 000012
【図１２】
0004690531.tif 000013