(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、
前記動翼の付け根に設けられたもう一つの冷却媒体通過口と、
管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部を球面状に形成し、高い遠心力が作用しても、シール効果を維持でき、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する別部材となる球面状の耐熱合金のバネを前記胴部に取り付けたチューブシールと、
を備え、前記冷却媒体通過口の内壁面と前記管状の胴部の球面状に形成された端部とが線接触するとともに、前記バネのダンピング作用によって振動を吸収でき、前記チューブシールが傾いて前記動翼のずれを吸収しつつシール効果を発揮できることを特徴とするガスタービンにおける冷却媒体通路の継手構造。
【請求項２】
外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、
前記動翼の付け根に設けられ、且つ内壁面が前記動翼の先端に向かって小さくなる円錐状に形成されたもう一つの冷却媒体通過口と、
管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部を球面状に形成し、高い遠心力が作用しても、シール効果を維持でき、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する別部材となる球面状の耐熱合金のバネを前記胴部に取り付けたチューブシールと、
を備えたことを特徴とするガスタービンにおける冷却媒体通路の継手構造。
【請求項３】
さらに、上記チューブシールは、ローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面に、外径がこの胴部の外径よりも大きく且つ前記弾性部材の外径よりも小さく形成された凸状部分を備えた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における冷却媒体通路の継手構造。
【請求項４】
外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、
前記動翼の付け根に設けられ、且つ内壁面が前記動翼の先端に向かって小さくなる円錐状に形成されたもう一つの冷却媒体通過口と、
管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部外周に当たり面を形成し、高い遠心力が作用しても、シール効果を維持でき、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して前記胴部に取り付けた弾性変形する別部材となる球面状の耐熱合金のバネを設け、さらに前記動翼の付け根またはローターディスクに設けられた冷却媒体通過口のうちいずれか一方の内壁面と当接することで、前記胴部の径方向に対する動きを規制する凸状部分を前記胴部の側面に設けたチューブシールと、
を備えたことを特徴とするガスタービンにおける冷却媒体通路の継手構造。
【請求項５】
端部が球面状に形成された管状の胴部を有し、且つ連結対象である冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する別部材となる球面状の耐熱合金のバネが取り付けられたことを特徴とするチューブシール。
【請求項６】
さらに、上記チューブシールは、連結対象である冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面に、外径がこの胴部の外径よりも大きく且つ前記弾性部材の外径よりも小さく形成された凸状部分が設けられたことを特徴とする請求項５に記載のチューブシール。
【請求項７】
空気を圧縮して燃焼用空気を作る圧縮機と、
当該圧縮機によって作られた燃焼用空気に燃料を供給して燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
請求項１〜４のいずれか一つに記載した冷却媒体通路の継手構造によって冷却媒体が供給される動翼と、軸方向に貫通する前記動翼に冷却媒体を供給または回収するための冷却媒体流路を備えたローターディスクとを有し、前記動翼に前記燃焼ガスが噴射されることで駆動されるタービンと、
を備えたことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、動翼の冷却に空気や蒸気等の冷却媒体を使用するガスタービンに関し、更に詳しくは、ローターディスクから動翼に冷却用媒体を供給する流路を連結するためのガスタービンにおける冷却流路の継手構造及びチューブシール、並びにガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ガスタービンにおいては熱効率を高めるため、空気の代わりに蒸気を冷却媒体として使用して、ガスタービンの動翼やローターディスク、あるいは静翼といった高温部材を冷却する技術が使用されつつある。これは次の理由による。乾き蒸気の定圧比熱は基準状態の下でｃｐ＝１．８６ｋJ／ｋｇＫであり、空気の定圧比熱ｃｐ＝１．００ｋJ／ｋｇＫの２倍近い値を持っている。このため、蒸気は同じ質量の空気と比較して熱容量が大きく吸熱効果も高くなる。また、湿り蒸気を冷却媒体として利用すれば湿り分の蒸発潜熱も冷却に利用できるので、さらに吸熱効果が高くなる。したがって、冷却媒体に蒸気を使用すると、空気を使用した場合よりも冷却効率が高くできるので、燃焼ガスのタービン入口温度も高くでき、その結果熱効率を向上させることができる。
【０００３】
また、従来の空気冷却においては、圧縮機からの空気をタービン動静翼の冷却媒体として使用していたが、この圧縮空気が冷却に使用されるとタービンから取り出すことのできる仕事が少なくなってしまう。ここで、空気の代わりに蒸気を使用すれば、動静翼の冷却空気を省略できるので、この分タービンで回収できる仕事が多くなってタービンから取り出すことのできる仕事を大きくできる。
【０００４】
図８は、タービン動翼に冷却蒸気を供給する蒸気流路を示した断面図である。蒸気は中空のタービン主軸８００に供給された後、半径方向外側に向かう蒸気供給管８０１に導かれる。その後、この蒸気はローターディスク８０３の外周付近を軸方向に貫く蒸気供給管８０４に流れ込んで、動翼８０５内部に設けられた冷却流路（図示せず）に供給される。
【０００５】
図９は、従来ローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収するために用いられてきた冷却通路の継手構造を示す断面図である。この図に示すように、継手部１２０の端部１２１は球面状に形成されており、これとはまり合う球面状に形成された動翼８０５の冷却媒体通路入り口８０５ａにはめ込まれる。また、継手部１２０のもう一方の端部側には周状に凸部１２０ａが設けられており、継手部１２０のもう一端がローターディスク８０３側の冷却媒体通路出口８０３ａに挿入されると凸部１２０ａの頂部と冷却媒体通路出口８０３ａとが接し、ここがシールポイント１２５となって冷却媒体の漏れを防止する。
【０００６】
また、特開平２０００−２７４２６１号公報には、継手部の一端に鍔を形成するとともに、動翼根元に設けられたこの鍔と同一断面形状の溝に挿入して冷却媒体流路を接続する冷却通路の継手構造が開示されている。そして、この継手部の、ローターディスクに形成された冷却流路出口に挿入される部分には球面状のバネが設けられており、このバネの弾性力によって蒸気漏れを防止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、継手部１２０の端部１２１は球面状であり、これとはまり合う球面状に形成された動翼８０５の冷却媒体入り口８０５ａと面接触することで、蒸気漏れを防止していた。しかし、面の加工精度を高くすることは困難であり、この部分からわずかながら蒸気が漏れていた。また、ガスタービンの運転中には上記冷却流路の継手構造部分は４００℃程度に昇温する。このため、継手部１２０は金属材料で製造されおり、同じく金属材料で製造されているローターディスク８０３の冷却媒体通路出口８０３ａに挿入される。したがって、シールポイント１２５には必ず隙間ができてしまい、この隙間から蒸気が漏れるという問題があった。これらの蒸気の漏れ量はあまり多くなかったために、これまではそれ程問題にはならなかったが、さらに蒸気の使用効率を高くするためには、これらのシール部分における蒸気漏れも極小にする必要があった。
【０００８】
また、特開平２０００−２７４２６１号公報に開示された冷却通路の継手構造は、ローターディスクの径方向に対する動きには対応できる。しかしながら、この径方向に対して垂直な方向に対する動きが発生した場合には、その動きが微小であれば対応できるが、動きが大きい場合には鍔部と動翼付け根との間に隙間が生じ、この隙間から蒸気が漏れるという問題があった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気の漏れを少なくして蒸気の無駄を抑え、また動翼とローターディスクが相対的に移動してもシール性を維持できるガスタービンにおける冷却流路の継手構造及びチューブシール、並びにガスタービンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に係るガスタービンにおける冷却媒体通路の継手構造は、外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、前記動翼の付け根に設けられたもう一つの冷却媒体通過口と、管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部を球面状に形成し、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する弾性部材を設けたチューブシールと、を備え、前記冷却媒体通過口の内壁面と前記管状の胴部の球面状に形成された端部とが線接触することを特徴とする。
【００１０】
このガスタービンにおける冷却媒体通路の継手構造は、球面状に形成したチューブシールの端部と、動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口の内壁面と線接触させて、この部分における冷却媒体の漏れを抑える。そして、ローターディスク側の冷却媒体通過口においては、チューブシール胴部に設けた球面状のバネ等の弾性部材によって蒸気の漏れを抑える。動翼に設けられた冷却媒体通過口とチューブシール胴部の端部とは線接触するので、この部分における加工精度がそれ程高くなくとも、冷却媒体の漏れを抑えることができる。また、ローターディスク側の冷却媒体通路では弾性部材によってシール性を維持するが、この弾性部材のダンピング作用によって振動を吸収できる。このため、ローターディスク側のみならず、動翼側の冷却媒体通路でも安定したシール効果を維持できる。
【００１１】
また、チューブシール胴部の端部は球面状に形成されているので、ローターディスクの回転によって作用する大きな遠心力に耐えて、この部分のシール性を維持できる。さらに、動翼とローターディスクとがずれて、チューブシールが傾いた場合であっても、球面状に形成されたチューブシール胴部の端部と、チューブシール胴部に設けられた弾性部材によってシール性を維持できる。このときにはチューブシールが傾くことで、動翼のずれを吸収するので、チューブシールがその径方向に水平移動するよりも大きなずれを吸収できる。これらの作用により、この継手構造では、運転状態に関わらずシール性を維持して冷却流路の継手部分で漏れる蒸気や空気等の冷却媒体量を抑えることができるので、冷却媒体を有効に利用してガスタービンの熱効率も向上させることができる。なお、この冷却流路の継手構造は、冷却媒体に蒸気を使用するガスタービンおよび空気を使用するガスタービンいずれにも適用できる。
【００１２】
線接触の手段としては、動翼付け根に設けられた冷却媒体通過口内壁面に、球面状のチューブシール端部よりも曲率の大きい球面を凹状に形成したり、前記冷却媒体通過口の内壁面を凸状の球面状に形成したりして、球面状のチューブシール端部と当接させるものがある。また、球面状のチューブシール端部の外径よりも小さい内径を持つリングを、チューブシール端部と動翼の付け根に設けられた冷却媒体通路内部との間に設け、このリングの端部内周と球面状のチューブシール端部とを線接触させてもよい。さらに、動翼の付け根に設けられた冷却媒体通路内部を階段状に形成し、その小径部を球面状のチューブシール端部の外径よりも小さくして、チューブシール端部と冷却媒体通路の小径部とを線接触させてもよい。
【００１３】
また、請求項２に係るガスタービンにおける冷却流路の継手構造は、外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、前記動翼の付け根に設けられ、且つ内壁面が前記動翼の先端に向かって小さくなる円錐状に形成されたもう一つの冷却媒体通過口と、管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部を球面状に形成し、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する弾性部材を設けたチューブシールと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この冷却流路の継手構造は、球面状に形成したチューブシール胴部の端部を、動翼に設けられた内面が円錐状に形成された冷却媒体通過口に当接させてこの部分における冷却媒体の漏れを抑える。そして、ローターディスク側の冷却媒体通過口においては、チューブシール胴部に設けた球面状のバネ等の弾性部材によって蒸気の漏れを抑える。動翼に設けられた冷却媒体通過口とチューブシール胴部の端部とは線接触するので、この部分における加工精度がそれ程高くなくとも、冷却媒体の漏れを抑えることができる。また、動翼付け根に設けられた冷却媒体通過口は、円錐状に形成されているので、加工が容易で製造に手間を要さない。
【００１５】
また、請求項３に係るガスタービンにおける冷却流路の継手構造は、上記ガスタービンにおける冷却流路の継手構造において、さらに、上記チューブシールは、ローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面に、外径がこの胴部の外径よりも大きく且つ前記弾性部材の外径よりも小さく形成された凸状部分を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この冷却流路の継手構造は、さらにチューブシール胴部の側面に凸状部分を設けて、この凸状部分がローターディスクに設けられた冷却媒体通過口と当接することで、チューブシールの径方向における動きを規制する。この作用によって、チューブシール胴部に設けられた弾性部材はある大きさ以上に変形しないので、この弾性部材が破損する危険性を小さくできる。特に、この弾性部材を薄い金属板で製造した場合には破損の危険性が高くなるので、上記凸状部分を設けると効果的である。この継手構造ではより確実に冷却媒体の漏れを抑えることができるので、信頼性が高くなる。また、チューブシールの耐久性も高くなるので、保守・点検の手間を軽減できる。
【００１７】
また、請求項４に係るガスタービンにおける冷却流路の継手構造は、外周部に取り付けられたガスタービンの動翼に冷却媒体を供給または回収する冷却媒体通過口を有するローターディスクと、前記動翼の付け根に設けられ、且つ内壁面が前記動翼の先端に向かって小さくなる円錐状に形成されたもう一つの冷却媒体通過口と、管状の胴部を有し、前記動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の端部外周に当たり面を形成し、且つローターディスクに設けられた冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する弾性部材を設け、さらに前記動翼の付け根またはローターディスクに設けられた冷却媒体通過口のうちいずれか一方の内壁面と当接することで、前記胴部の径方向に対する動きを規制する凸状部分を前記胴部の側面に設けたチューブシールと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この冷却流路の継手構造は、チューブシール胴部の端部外周に形成した当たり面を、動翼に設けられた内面が円錐状に形成された冷却媒体通過口の内壁面に当接させて、これによって冷却媒体の漏れを抑える。また、弾性部材によって、ローターディスクに設けられた冷却媒体通過口における冷却媒体の漏れを抑える。さらに、チューブシール胴部に設けた凸状部分によってチューブシールの径方向における動きを規制して、弾性部材の破損を防止する。この継手構造は、動翼とローターディスクとのずれが小さい場合には有効に機能し、これらの作用を発揮する。しかしながら、動翼のずれが大きい場合にはチューブシールの傾きが大きくなるので、当たり面を形成した端部で冷却媒体の漏れが生ずるので、動翼のずれが小さい場合に適用することが望ましい。このチューブシールは端部を球面状に形成する必要がないので製造が容易であり、製造コストを低減できる。
【００１９】
ここで、チューブシール胴部の端部外周に形成した当たり面には、曲面を形成したものの他、曲面の代わりにカットを設けたものも含まれる。また、この部分を動翼に設けられた冷却媒体通過口における内壁面の形状に合わせた円錐状に形成してもよい。しかしながら、曲面以外の形状は、動翼に設けられた冷却媒体通過口の内壁面と面接触することになるので、シール性という観点からは、曲面に形成することが望ましい。
【００２０】
また、請求項５に係るチューブシールは、端部が球面状に形成された管状の胴部を有し、且つ連結対象である冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面にはこの胴部の径方向に対して弾性変形する弾性部材が設けられたことを特徴とする。このチューブシールは、端部が球面状に形成されているので、チューブシールの軸方向に大きな力が作用しても、これに耐えてシール性を維持できる。また、チューブシール胴部の径方向に対して変形する弾性部材によって、シール性を確保できる。そして、このチューブシールが傾いた場合であっても、球面状の端部と弾性部材とによってシール性を維持できるので、このチューブシールの径方向に対するずれが大きい部分であっても、シール効果を発揮できる。
【００２１】
また、請求項６に係るチューブシールは、上記チューブシールにおいて、さらに、連結対象である冷却媒体通過口に挿入される前記胴部の側面に、外径がこの胴部の外径よりも大きく且つ前記弾性部材の外径よりも小さく形成された凸状部分が設けられたことを特徴とする。このチューブシールは、胴部に設けられた凸状部分によって弾性部材の変形を一定値以下に抑えることができるので、弾性部材の破損を抑えて、確実にシール効果を発揮できる。また、弾性部材の寿命が長くなるので、長期間にわたってシール効果を維持でき、また保守・点検の手間も軽減できる。このため、組み立て後には容易に分解できない構造物に対しても使用できる。
【００２２】
また、請求項７に係るガスタービンは、空気を圧縮して燃焼用空気を作る圧縮機と、当該圧縮機によって作られた燃焼用空気に燃料を供給して燃焼ガスを発生させる燃焼器と、上記冷却媒体通路の継手構造によって冷却媒体が供給される動翼と、軸方向に貫通する前記動翼に冷却媒体を供給または回収するための冷却媒体流路を備えたローターディスクとを有し、前記動翼に前記燃焼ガスが噴射されることで駆動されるタービンと、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
このガスタービンは、ローターディスクと動翼との間を上記冷却流路の継手構造によってつなぎ、冷却媒体を動翼に供給し回収している。ガスタービンの動翼およびローターディスクは高温で、且つ高い遠心力にさらされるため、熱変形によって動翼とローターディスクがずれたり、シール構造には大きな力が作用したりする。このガスタービンに適用している継手構造は、端部が球面状に形成されたチューブシールを冷却媒体通路の内面と線接触させてシールするので、高い遠心力が作用しても、シール効果を維持できる。また、動翼がずれた場合であっても、前記球面状の端部とチューブシールの胴部に設けた弾性部材によって、チューブシールが傾いて動翼のずれを吸収しつつ、シール効果を発揮できる。このように、高温下で高い遠心力の作用する環境下であっても安定したシール効果によって冷却媒体の無駄を極小にして、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものが含まれるものとする。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るガスタービンを示す説明図である。このガスタービン９００は、動翼やローターディスクあるいは静翼といったガスタービンの高温部材を蒸気によって冷却する。空気取り入れ口９５１から取り込まれた空気は、圧縮機９５２によって圧縮されて高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器９５３へ送り込まれる。燃焼器９５３では、この圧縮空気に天然ガス等のガス燃料、あるいは軽油や軽重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを生成させる。この高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼器尾筒９５４へ導かれた後、タービン９５５に噴射される。
【００２６】
タービン９５５の静翼と動翼とは蒸気によって冷却されるが、このうち動翼１を冷却する蒸気は、タービン主軸９５６内に設けられた蒸気供給流路（図示せず）を通って供給される。この蒸気供給流路から供給された蒸気は、ローターディスク５０１の手前で９０度向きを変え、ローターディスク５０の周方向に複数設けられた外側の蒸気供給管６０に導かれて、動翼１に供給される。なお、ローターディスク５０に設けられた蒸気供給管６０と動翼１内部に設けられた冷却流路とは、つぎに説明するチューブシールによって連結されている。
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態１に係るローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収する冷却通路の継手構造を示す断面図である。なお、説明の便宜上、蒸気供給側の構造について説明するが、蒸気回収側についても同様である。図２に示すように、チューブシール１００は、管状の胴部１０の一端に弾性部材である球面状のバネ２０が取り付けてある。ここで、蒸気供給管６０から供給される蒸気温度は４００℃程度であるので、球面状のバネ２０は耐熱性のある材料で製造することが望ましく、材料としては例えばインコネル等の耐熱合金が使用できる。そして、管状の胴部１０にバネ２０が取り付けてある端部が、ローターディスク５０に設けられている冷却媒体通路である蒸気供給管出口６１に挿入される。ここで、球面状のバネ２０の外径は蒸気供給管出口６１の内径よりも小さいので、球面状のバネ２０が蒸気供給管出口６１に挿入されると、球面状のバネ２０はその弾性力によって蒸気供給管出口６１の内壁面に押し付けられる。これによって、蒸気供給管出口６１の内壁面と球面状のバネ２０との間を通過する蒸気の漏れを抑えることができる。
【００２８】
胴部１０のもう一方の端部１０aは球面状に形成されており、この端部１０ａが、もう一つの冷却媒体通過口である動翼１の蒸気供給口１ａに挿入されて、当該蒸気供給口１ａの内壁面と当接する。ここで、蒸気供給口１ａは、胴部１０の端部１０ａと当接する部分が動翼１の先端に向かって内径が小さくなる円錐状に形成されており、球面状に形成されたチューブシール１００の端部１０ａと線接触するようになっている。ガスタービンの運転中はローターディスク５０およびこれに取り付けられた動翼１が高速回転し、チューブシール１００には２０００〜３０００ｇの遠心化速度が作用する。この遠心化速度に基づく遠心力Ｆによって、球面状に形成されたチューブシール１００の端部１０ａが円錐状に形成された蒸気供給口１ａの内壁面に押し付けられる。これによって、チューブシール１００の端部１０ａと蒸気供給口１ａとの間における蒸気漏れを抑えることができる。また、チューブシール１００の端部１０ａは半球面状に形成されているので強度が高く、高い遠心化速度による大きな遠心力にも耐えることができる。
【００２９】
ここで、従来の継手構造では、チューブシールの端部と蒸気供給口の内壁面とは面接触していたので（図９参照）、一定のシール効果を得るためには高い加工精度が必要であった。しかし、このチューブシール１００の端部１０ａと蒸気供給口１ａの内壁面とは線接触するので、加工精度を高くしなくとも十分なシール効果を発揮できる。また、蒸気供給口の内面を球面状に加工することは難しいが、この蒸気供給口１ａは円錐状に加工すればよいため、加工が容易で製造コストもそれだけ下げることができる。
【００３０】
なお、蒸気供給口１ａがチューブシール１００の端部１０ａと接触する部分や、蒸気供給管出口６１が球面状のバネ２０と接触する部分には、表面硬化コーティングを施しておくとよい。このようにすると、フレッティング摩耗を低減できるので、長期にわたりシール性を維持できるからである。表面硬化コーティングとしては、例えばクロムメッキやＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）によってＴｉＣやＴｉＮ層等を物理的に形成させるものがある。また、Ｈａｒｄ  ｆａｃｉｎｇ処理によって高炭素高クロム鋼や、高マンガン鋼、あるいはＣｏ−Ｃｒ−Ｗ合金（ステライト）等を溶着させて表面硬化コーティングとしてもよい。
【００３１】
図３は、ディスクローターと動翼とがずれた場合におけるチューブシールの状態を示した説明図である。ガスタービンの運転中は、高温の燃焼ガス等の影響によって、動翼１やローターディスク５０が熱膨張するが、材料の違いに起因する膨張係数の相違によって、図３に示すようなずれが生ずる場合がある。
【００３２】
ここで、実施の形態１に係るチューブシール１００の端部１０ａは球面状に形成されている。このため、図３に示すように動翼１がチューブシール１００の軸方向に対して垂直な方向にずれた場合でも、チューブシール１００の端部１０ａは蒸気供給口１ａの内壁面に当接したまま動くことができる。これによって、動翼１とローターディスク５０との間にずれが生じても、チューブシール１００の端部１０ａと蒸気供給口１ａとの間における蒸気漏れを抑えることができる。一方、チューブシール１００のもう一方の端部には球面状のバネ２０が取り付けられているため、動翼１とローターディスク５０とがずれた場合であっても、球面状のバネ２０が弾性変形してこの部分における蒸気漏れを抑えることができる。
【００３３】
また、動翼１とローターディスク５０とがずれた場合には、チューブシール１００が、点Ａを中心として回転してこのずれを吸収する。このため、チューブシール１００とローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１の内壁面との間に生ずる隙間以上のずれも吸収できる。このように、この発明の実施の形態１に係る継手構造では、動翼１とローターディスク５０とが大きくずれた場合であっても、蒸気の漏れを抑えて無駄な蒸気の消費を抑えることができる。
【００３４】
（変形例）
図４は、実施の形態１に係る冷却通路の継手構造の変形例を示す断面図である。この継手構造は、チューブシールに球面状の弾性体が設けてある側における端部に、チューブシールの径方向に対する動きを規制するための凸状部分を設けた点に特徴がある。図４（ａ）に示すように、胴部１０の球面状のバネ２０が取り付けてある方の端部には凸状部分３０が形成されている。なお、図４（ａ）からは明らかではないが、この凸状部分３０は環状の部材を胴部１０の外周にはめ込んだ後、これを溶接で固定することで形成されている。そして、この凸状部分３０の外径はローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１の内径よりも小さくなっており、この部分が当該蒸気供給管出口６１に挿入できるようになっている。
【００３５】
動翼１とローターディスク５０とがずれた場合には、球面状のバネ２０が弾性変形することで、このずれを吸収しつつシール性を確保するが、大きい変形が長い時間続くと、球面状のバネ２０が破損する場合がある。このチューブシール１０１は、胴部１０の端部に設けられた凸状部分３０によって、チューブシール１０１の軸方向に対して垂直な方向に対する動きが規制される。これによって、球面状のバネ２０の変形量はある一定値以内に抑えることができるので、球面状のバネ２０の負担を軽減でき、その破損も最小限に抑えることができる。
【００３６】
上記説明においては、チューブシール１０１の胴部１０に環状部材を取り付けることで凸状部分３０を形成していたが、図４（ｂ）に示すように、胴部１１の端部１１ａをラッパ状に成型して凸状部分としてもよい。このようにすると、凸状部分として新たな部品を設ける必要がないので部品点数が削減でき、製造コストを低減できる。また、胴部１０と一体で凸状部分を形成するので耐久性を高くでき、また脱落の心配もないのでガスタービン等に組み込んだときにはガスタービン自体の信頼性が向上して安定した運転ができる。
【００３７】
さらに、図４（ｃ）に示すように、胴部１０の外周面であって球面状のバネ２０の内側に、環状の部材を溶接等によって取り付けて凸状部分３１を形成してもよい。このようにすると、凸状部分３１が球面状のバネ２０内部に形成されるため、上記のチューブシール１０１や１０３と比較して、ローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１に挿入する部分の長さを短くできる。図３に示すように、動翼１がずれた場合にはチューブシールが点Ａを中心に回転することでこのずれを吸収する。このとき、蒸気供給管出口６１に挿入される部分が長いと、回転角度が小さい状態でチューブシールの端部が蒸気供給管出口６１の内壁面に接してしまい、これ以上回転できなくなる。しかし、図４（ｃ）に示したチューブシール１０２のようにこの部分の長さが短いと、動翼１がずれた場合には、より大きな回転角度までチューブシール１０２が回転できる。このため、動翼１とローターディスク５０とのずれが大きい場合であってもこのずれを吸収できる。その結果、蒸気の漏れを極小にして、無駄な蒸気の消費を抑えることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に係るローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収する冷却通路の継手構造を示す断面図である。この継手構造は、動翼１とローターディスク５０とのずれが小さい場合に適用するものである。動翼１がずれた場合には、チューブシール１０１の胴部１２に備えた凸状部分３２がローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１の開口端６１ａと当接することで、このずれを規制する。
【００３９】
この継手構造においては、管状の胴部１２を備えたチューブシール１０４を使用し、この胴部１２における端部１２ａの外周に曲面を設け、この曲面を動翼１の蒸気供給口１ａ内壁面と当接させる。そして、胴部１２の側面であって、ローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１の開口端６１ａの位置に、チューブシール１０４の径方向に対する動きを規制する凸状部分３２が取り付けてある。
【００４０】
胴部１２の端部１２ａは、曲面の代わりにカットを設けてもよい。あるいは、この部分を動翼１に設けられた蒸気供給口１ａにおける内壁面の形状に合わせた円錐状に形成してもよい。しかしながら、いずれの形状も、動翼１に設けられた蒸気供給口１ａの内壁面と面接触することになるので、シール性という観点からは、胴部１２の端部１２ａには曲面を形成することが望ましい。
【００４１】
ここで、実施の形態２に係る継手構造は動翼１のずれがあまり大きくならない場合に適用するので、実施の形態１に係るチューブシール（図２〜４参照）と比較して、動翼１がずれたときの傾きは小さくなる。このため、実施の形態１に係るチューブシールのように、動翼１に設けられた蒸気供給口１ａと当接する部分を球面状に形成する必要はなく、端部１２ａの外周に曲面を設ける程度でも、十分動翼１のずれを吸収できる。
【００４２】
動翼１がずれた場合には、チューブシール１０４の胴部１２に形成された凸状部分３２がローターディスク５０に設けられた蒸気供給管出口６１の開口端６１ａと当接する。これによって、チューブシール１０４の径方向に対する動きが規制されるので、球面状のバネ２０の破損も防止できる。また、胴部１２の端部１２ａに設けられた曲面が、動翼１に設けられた蒸気供給口１ａの内壁面と線接触するので、この部分における蒸気の漏れを抑えることができる。
【００４３】
このチューブシール１０４は、動翼１のずれが小さい場合に適用するという制限はあるものの、チューブシール１０４の構造が簡単であり、管を加工するだけで製造できるので、実施の形態１に係るチューブシールと比較して製造が極めて容易になるという利点がある。このため、予め動翼１のずれが小さいことが判明している場合には、このチューブシール１０４を適用すると、ガスタービン等の製造コストが低減できる。
【００４４】
図６は、実施の形態２に係る継手構造の他の例を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、胴部１３の側面であって、動翼１に設けられた蒸気供給口１ａの内部の位置に、環状の部材を取り付けて凸状部分３４を形成し、この部分が蒸気供給口１ａの内壁面と当接させて、チューブシール１０６の径方向に対する動きを規制するようにしてもよい。また、図６（ｂ）に示すように、胴部１３の先端に管状の部材３３を設け、これを動翼１に設けられた蒸気供給口１ａの内部に挿入する。そして、この管状の部材３３が蒸気供給口１ａの内部と接することで、チューブシール１０５の軸方向に対する動きを規制するようにしてもよい。
【００４５】
（実施の形態３）
図７は、高温部に蒸気冷却を採用したガスタービン複合発電プラントを示す概略図である。このガスタービン複合発電プラントでは、ＨＲＳＧ（Heat Recovery Steam Generator：排熱回収ボイラー）によって、ガスタービンの排気ガスが持っている熱エネルギーを回収する。回収されたガスタービン排気ガスの熱エネルギーによって蒸気が作られて、この高温・高圧の蒸気によって蒸気タービンを駆動して、これに連結された発電機によって電力を発生する。このように、ガスタービン複合発電プラントでは、ガスタービンの排熱を有効に利用できるので、プラント全体としての熱効率を高くできる。
【００４６】
このガスタービン９００は動静翼やローターディスクといった高温部材の冷却に蒸気を使用するものである。そして、図７からは明らかではないが、ローターディスクに設けられた蒸気供給経路には、実施の形態１〜３で説明した冷却蒸気のシール構造が適用されている。また、ガスタービン９００は第一の発電機９０１に連結されており、ガスタービン９００がこの第一の発電機９０１を駆動して電力を発生させる。ガスタービン９００の排ガスは、まだ数百度の温度を持っているため、この排ガスをＨＲＳＧ９０２に導いて蒸気を発生させる。
【００４７】
ＨＲＳＧ９０２で発生した蒸気は、まず高圧蒸気タービン９０３に導かれ、これを駆動する。高圧蒸気タービン９０３の排気蒸気はガスタービン９００に導かれ、動翼や静翼といった高温部材の冷却に使用される。ガスタービン９００の高温部材を冷却した蒸気は、混合器９０４に導かれた後、中圧蒸気タービン９０５に供給される。中圧蒸気タービン９０５を駆動した蒸気は低圧蒸気タービン９０６に供給されてこれを駆動する。高圧蒸気タービン９０３、中圧蒸気タービン９０５および低圧蒸気タービン９０６は直列に連結されており、これらの出力軸と連結された第二の発電機９０７を回転させて電力を発生させる。
【００４８】
中圧蒸気タービン９０５や低圧蒸気タービン９０６を駆動した蒸気は、復水器９０８によって水に戻った後、ポンプ９０９によってＨＲＳＧ９０２へ供給される。そして、ＨＲＳＧ９０２中に設けられた蒸発器（図示せず）によって再び蒸気になった後、過熱器（図示せず）で過熱され再び高圧蒸気タービン９０３に供給されて上記の過程を繰り返す。
【００４９】
このガスタービン複合発電プラントでは、実施の形態１〜３で説明したチューブシールやローターディスクによって構成される冷却蒸気のシール構造を備えたガスタービン９００を使用している。このため、動翼へ確実に冷却用の蒸気を供給できるので、ガスタービン９００のトリップを抑えて安定した運転ができる。その結果、発電プラントの信頼性も高くなる。また、確実にシールできる結果、蒸気漏れも少なくなるので、貴重な蒸気を有効に活用でき、複合プラント全体の熱効率もその分向上させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のガスタービンにおける冷却流路の継手構造（請求項１）は、球面状に形成したチューブシールの端部と、動翼の付け根に設けられた冷却媒体通過口の内壁面と線接触させ、この部分における冷却媒体の漏れを抑えるるようにした。また、ローターディスク側の冷却媒体通過口においては、チューブシール胴部に設けた球面状のバネによって蒸気の漏れを抑えるようにした。このように、動翼に設けられた冷却媒体通過口とチューブシール胴部の端部とは線接触するので、この部分における加工精度がそれ程高くなくとも、冷却媒体の漏れを抑えることができる。また、チューブシール端部が球面状に形成されているので、動翼がずれてチューブシールが傾いても、この傾きに追従して線接触を維持できる。これによって、動翼がずれてもシール効果を維持できる。
【００５１】
また、この発明のガスタービンにおける冷却流路の継手構造（請求項２）は、球面状に形成したチューブシール胴部の端部を、動翼に設けられた内面が円錐状に形成された冷却媒体通過口に当接させてこの部分における冷却媒体の漏れを抑えるようにした。そして、ローターディスク側の冷却媒体通過口においては、チューブシール胴部に設けた球面状のバネによって蒸気の漏れを抑えるようにした。このため、運転状態に関わらずシール性を維持して冷却流路の継手部分で漏れる蒸気や空気等の冷却媒体量を抑えることができるので、冷却媒体を有効に利用してガスタービンの熱効率も向上させることができる。また、動翼付け根に設けられた冷却媒体通路は円錐状に形成されているので加工が容易であり、製造に手間を要さない。
【００５２】
また、この発明のガスタービンにおける冷却流路の継手構造（請求項３）は、上記チューブシールにおいて、さらにチューブシール胴部の側面に凸状部分を設けて、この凸状部分がローターディスクに設けられた冷却媒体通過口と当接することで、チューブシールの径方向における動きを規制するようにした。この作用によって、チューブシール胴部に設けられた弾性部材の変形が規制されるので、この弾性部材の破損を抑えることができる。これによって、この継手構造ではより確実に冷却媒体の漏れを抑えることができるので、信頼性が高くなる。また、チューブシールの耐久性も高くなるので、保守・点検の手間を軽減できる。
【００５３】
また、この発明のガスタービンにおける冷却流路の継手構造（請求項４）は、チューブシール胴部の端部外周に形成した当たり面を、動翼に設けられた内面が円錐状に形成された冷却媒体通過口の内壁面に当接させて、これによって冷却媒体の漏れを抑えるようにした。また、弾性部材によって、ローターディスクに設けられた冷却媒体通過口における冷却媒体の漏れを抑えるようにした。さらに、チューブシール胴部に設けた凸状部分によってチューブシールの径方向における動きを規制して、弾性部材の破損を防止するようにした。この継手構造は、動翼とローターディスクとのずれが小さい場合には有効に機能するものであり、また、この継手構造に使用するチューブシールは端部を球面状に形成する必要がないので製造が容易であり、製造コストを低減できる。
【００５４】
また、この発明のチューブシール（請求項５）は、端部を球面状に形成したので、チューブシールの軸方向に大きな力が作用しても、これに耐えてシール性を維持できる。また、チューブシール胴部の径方向に対して変形する弾性部材を設けたので、これによってシール性を確保できる。そして、このチューブシールが傾いた場合であっても、球面状の端部と弾性部材とによってシール性を維持できる。このため、このチューブシールの径方向に対するずれが大きい部分であっても、シール効果を発揮できる。
【００５５】
また、この発明のチューブシール（請求項６）は、胴部に設けられた凸状部分によって弾性部材の変形を一定値以下に抑えるようにしたので、弾性部材の破損を抑えて、確実にシール効果を発揮できる。また、弾性部材の寿命が長くなるので、組み立て後には容易に分解できない構造物に対しても使用できる。
【００５６】
また、この発明のガスタービン（請求項７）は、ローターディスクと動翼との間を上記冷却流路の継手構造によってつなぎ、冷却媒体を動翼に供給し回収するようにした。このため、高温下で高い遠心力の作用する環境下であっても安定したシール効果を発揮できるので、このような環境下であっても冷却媒体の無駄を極小にして、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るガスタービンを示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収する冷却通路の継手構造を示す断面図である。
【図３】ディスクローターと動翼とがずれた場合におけるチューブシールの状態を示した説明図である。
【図４】実施の形態１に係る冷却通路の継手構造の変形例を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収する冷却通路の継手構造を示す断面図である。
【図６】実施の形態２に係る継手構造の他の例を示す断面図である。
【図７】高温部に蒸気冷却を採用したガスタービン複合発電プラントを示す概略図である。
【図８】タービン動翼に冷却蒸気を供給する蒸気流路を示した断面図である。
【図９】従来ローターディスク側から動翼側へ冷却用の蒸気を供給または回収するために用いられてきた冷却通路の継手構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１  動翼
１ａ  蒸気供給口
１０、１１、１２、１３  胴部
１０a、１１ａ、１２ａ  端部
２０  バネ
３０、３１、３２、３４  凸状部分
３３  管状の部材
５０、５０１  ローターディスク
６０  蒸気供給管
６１  蒸気供給管出口
６１ａ  開口端
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６  チューブシール
９００  ガスタービン
９０１  発電機
９０３  高圧蒸気タービン
９０４  混合器
９０５  中圧蒸気タービン
９０６  低圧蒸気タービン
９０７  発電機
９０８  復水器
９０９  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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