(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイール（１２，１４，１６，１８）とスペーサ（２０，２２，２４）とを交互配置した構成のガスタービンロータ（１０）であって、
前記ロータは前記各ホイールのバケット（１２）とマニホールド（４２，４０）との間で熱媒体を搬送するための複数の管（５０）を有し、前記管は、ロータのリムに隣接してスペーサ（２０）に貫通する開口（５４）内をほぼ軸線方向に延在して半径方向外向きのフランジ（６２）を有し、
更に、前記ガスタービンロータ（１０）における前記管の軸線方向移動を制限するための保持スリーブ（８６）を有し、該保持スリーブ（８６）はその第１端（９０）がロータホイール（１２）の端面に向かい合って両者間に軸線方向間隙（ａ）を画定し、その第２端が前記フランジ（６２）に当接し、こうして前記管の軸線方向移動により前記間隙をつめて第１軸線方向における前記管のそれ以上の軸線方向移動を防止する、ガスタービンロータ（１０）。
【請求項２】
前記保持スリーブの第１端が半径方向外方向に広がっている、請求項１に記載のガスタービンロータ（１０）。
【請求項３】
前記フランジが前記スペーサに当接して、前記第１軸線方向とは反対の第２軸線方向への前記管の軸線方向移動を防止する、請求項１又は２に記載の保持スリーブ。
【請求項４】
前記各管が複数の軸線方向に互いに離間したフランジ（６３、６５）を含み、これらフランジが前記保持スリーブ用の隔離部材を形成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保持ガスタービンロータ（１０）。
【請求項５】
前記各管の片端部分が前記スペーサから片持ち支持され、前記保持スリーブが前記管の片持ち部分のまわりに同心的に位置し、かつ前記管の片持ち部分により完全に支持されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンロータ（１０）。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービンロータであって、
前記ロータは、使用済みの熱媒体を第２ロータホイール（１４）のバケットから戻す複数の第２管（５２）を更に有し、前記管は、ロータのリムに隣接して、前記第１および第２ロータホイール間のスペーサ（２０）に貫通する開口内をほぼ軸線方向に延在し、前記管は複数の半径方向外向きのフランジ（７６）を有し、
それぞれ第１および第２軸線方向における前記第２管の軸線方向移動を防止するための第２保持スリーブ（９４）を備え、
前記第２保持スリーブはその第１端（９６）が前記第２ロータホイール（１４）の端面（９７）に向かい合って両者間に軸線方向間隙（ｂ）を画定し、前記第２保持スリーブの第２端がそれぞれのフランジ（７６）に当接し、こうして熱膨張に応答した前記管の軸線方向移動により前記間隙をつめてそれぞれ前記第１および第２軸線方向における前記第２管のそれ以上の軸線方向移動を防止する、ガスタービンロータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、ガスタービンのバケットに対して冷却媒体を送り込み、また送り帰すための冷却媒体供給および戻り管に関し、特にたとえば熱応答による熱媒体供給および戻り管の拘束されない軸線方向移動を防止する保持スリーブに関する。
【０００２】
【発明の背景】
工業的発電用の最新のガスタービン設計では、タービンロータ上の回転バケットを、そこに熱媒体、たとえば蒸気を供給することにより、冷却するのが好ましい。通常、軸線方向ボア管アセンブリおよび半径方向管を通して、ロータのリムに隣接して軸線方向に延在する複数の円周方向に離間した供給管に蒸気を供給する。供給管は、ロータのホイールとスペーサとを交互配置した配列体内の開口中に延在し、ロータの前方部分に隣接する供給マニホールドと連通している。一方、マニホールドは複数のクロス管を含み、それらを通して蒸気を最前部のホイールおよびそれに取り付けられたバケットに供給する。冷却用蒸気を供給マニホールドから第２段ホイールのバケットにも供給する。使用済み冷却蒸気は第１段ホイールのバケットから戻りマニホールドに流れる。使用済み冷却蒸気は、第２段ホイールのバケットから複数のクロス管を経て戻りマニホールドにも流れる。使用済み冷却蒸気を戻りマニホールドから、ロータのリムのまわりに円周方向に離間された戻り管を経て、ロータの後端に搬送する。戻り管は半径方向に延在する管と連通関係にあり、これにより使用済み冷却媒体をボア管アセンブリを通して軸線方向に帰還させ、蒸気供給源に戻すか、複合サイクルシステムの蒸気タービンで用いる。
【０００３】
従来、供給および戻りクロス管には、軸線方向移動に対して管を保持するために、自己ロック式ねじ切りインサートが設けられている。しかし、スペーサホイールにねじを切削加工しなければならず、またねじ切りインサートが破損した場合には取り外したねじ切りインサートへのアクセスを制限しなければならないので、このような設計は採用できない。しかし、クロス管は、軸線方向移動、たとえば熱応答による移動を阻止しなければならない。タービンの始動および停止の際、クロス管は熱的拘束を受けたり、拘束を解かれたりし、このためこのような熱的ラチェット作用により管が軸線方向に移動する。このため、蒸気シールがはずれ、その結果バケットへの冷却作用が低減する。したがって、高い作動温度と大きな加速に耐え、大きなサイクル疲労耐久性を有し、熱的ラチェット作用による荷重下で座屈せず、スペーサホイールの設計に悪影響を与えない、取り外し可能なメンテナンスの容易な装置が必要とされている。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の好適な実施態様によれば、熱媒体クロス管の、たとえば熱的ラチェット作用による軸線方向移動を防止するためのクロス管保持スリーブが提供され、これはスペーサホイールの性能に悪影響を与えない。クロス管はスペーサ内の開口を貫通し、スペーサの軸線方向端面から片持ち支持されている。スプールがクロス管の端部をバケットを装着したホイール内の別の通路と相互連結する。スプールは、互いに隣り合うが、間隔をあけて配置された２つの管の円筒形端部内に係合する球形端部分を両端に有するスリーブからなる。スプールからはずれたりスプールでの漏れの原因となるクロス管の軸線方向移動を防止するために、本発明は、クロス管を装着するスペーサと隣接するホイールの端面との間で各クロス管の片持ち支持端部にかぶさる、軸線方向保持スリーブを提供する。特に、各クロス管は半径方向フランジを有し、保持スリーブの片端がこのフランジに当接する。保持スリーブの反対端は隣接するホイールの端面から軸線方向に離間しており、保持スリーブの限定された軸線方向移動を許容する軸線方向間隙を形成する。この限定された軸線方向移動は、たとえばクロス管の熱膨張に起因する移動を許容するが、その移動を制限して管のかみつきやシールの破壊を防止する。
【０００５】
本発明の好適な実施態様によれば、ホイールとスペーサとを交互配置した構成のガスタービンロータであって、前記ロータは前記各ホイールのバケットとマニホールドとの間で熱媒体を搬送するための複数の管を有し、前記管は、ロータのリムに隣接してスペーサに貫通する開口内をほぼ軸線方向に延在して半径方向外向きのフランジを有する、構成のガスタービンロータにおいて、第１軸線方向における前記管の軸線方向移動を制限するための保持スリーブが提供される。各保持スリーブはその第１端がロータホイールの端面に向かい合って両者間に軸線方向間隙を画定し、その第２端が前記フランジに当接する。こうして前記管の軸線方向移動により前記間隙をつめて前記第１軸線方向における前記管のそれ以上の軸線方向移動を防止する。
【０００６】
本発明の別な好適な実施態様によれば、ホイールとスペーサとを交互配置した構成のガスタービンロータであって、前記ロータは、冷却用蒸気を第１ロータホイールのバケットに供給する複数の第１管と、使用済みの冷却用蒸気を第２ロータホイールのバケットから戻す複数の第２管とを有し、前記管は、ロータのリムに隣接して、前記第１および第２ロータホイール間のスペーサに貫通する開口内をほぼ軸線方向に延在し、前記各管は複数の半径方向外向きのフランジを有する、構成のガスタービンロータにおいて、それぞれ第１および第２軸線方向における前記第１および第２管の軸線方向移動を防止するための第１および第２保持スリーブが提供される。前記第１保持スリーブはその第１端が前記第１ロータホイールの端面に向かい合って両者間に軸線方向間隙を画定し、前記第２保持スリーブはその第１端が前記第２ロータホイールの端面に向かい合って両者間に軸線方向間隙を画定する。前記第１および第２保持スリーブそれぞれの第２端が前記第１および第２管のそれぞれのフランジに当接する。こうして熱膨張に応答した前記管の軸線方向移動により前記間隙をつめてそれぞれ前記第１および第２軸線方向における前記第１および第２管のそれ以上の軸線方向移動を防止する。
【０００７】
【発明の詳細な記述】
図１に、ガスタービン用のロータ（１０で総称する）の一部を示す。図示のロータは、複数のホイール１２，１４，１６，１８と、スペーサ２０，２２，２４とを交互に配置した構成である。ホイール１２，１４，１６，１８にはバケット（図示せず）が装着され、一方ノズル（図示せず）がガスタービンの高熱ガス通路内でバケット配列とバケット配列の間に配置されている。このように積み重ねたホイールおよびスペーサは、複数の軸線方向に延在する細長いボルト（図示せず）により一体的に保持されている。さらに、ロータは、後方軸受け（図示せず）を貫通する後方ボア管アセンブリ（２６で総称する）を含み、また相互間に環状空間３４を画定する内側スリーブ３０および外側スリーブ３２を含む。環状空間３４は、冷却媒体、たとえば蒸気を供給するプレナムと連通しており、冷却媒体は環状空間３４内を軸線方向に、複数の円周方向に離間した半径方向管３６に流れ、これらの管３６はそれぞれ供給管３８と連通している。供給管３８は、円周方向に互いに離間され、ロータのホイールおよびスペーサに設けた心合わせされた開口を通してかつロータリムに隣接して軸線方向に延在する管の配列からなる。供給管３８は、冷却媒体を第１マニホールド４０に供給し、一方第１マニホールド４０は冷却媒体をタービンバケットに、好ましくは第１段ホイール１２および第２段ホイール１４にそれぞれ固定されたバケットに分配する。戻りマニホールド４２が第１および第２段ホイールのバケットに連通しており、使用済みの冷却媒体を受け取り、前記と同様に交互配置ホイールおよびスペーサに設けた心合わせされた開口を通してかつロータリムに隣接して軸線方向に延在する複数の円周方向に離間した戻り管４４を通して使用済みの冷却媒体を戻す。管４４は半径方向管４６と連通しており、これにより蒸気を内側スリーブ３０内のボア管アセンブリ２６に沿って軸線方向に戻し、かくして蒸気供給部に戻すか、複合サイクルシステムの一部を構成する蒸気タービンで使用する。
【０００８】
さらに詳しくは、図２に、供給クロス管５０および戻りクロス管５２が、ホイール１２と１４間のスペーサ２０にあけたボア５４および５６に配置された状態を示す。クロス管５０および５２はそれぞれ供給マニホールド４０および戻りマニホールド４２と連通している。クロス管５０は冷却用蒸気を供給マニホールド４０から第１段ホイールのバケットに供給し、クロス管５２は使用済みの冷却用蒸気を第２段バケットから戻りマニホールド４２に戻す。各クロス管５０は、後端に隣接する拡径部分５８および両端の中間に位置する拡径部分６０を有する円筒形管からなる。そのほかに、クロス管５０は、拡径部分６０の前端に拡径フランジ６２を有し、このフランジ６２は面取りされ、スペーサ２０に貫通する開口５４の前端で対応する面取り部６４に着座する。クロス管５０は第１段ホイール１２に向かう方向に前向きに延在し、１対の軸線方向に離間したフランジ６３および６５を有し、これらフランジが管５０の片持ち前端部分上に保持スリーブ隔離部材を形成する。図２に破線で示すように、クロス管５０の前端はスプール６６と連通し、一方スプール６６は短い管６８と連通している。短い管６８は、第１段ホイール１２のひとつのバケットに開口する通路（図示せず）と連通している。図２から明らかなように、クロス管５０は、スペーサ２０の面取り面６４に対してフランジ６２が係合することにより、後方への、すなわち図２の左から右への軸線方向移動に対して固定されている。しかし、それ以外には、後述する保持スリーブがなければ、管５０は反対方向への軸線方向移動が自由である。
【０００９】
同様に、クロス管５２は、その一端に隣接する拡径部分７０、中間の拡径部分７２および後端に隣接する拡径部分７４を含む。これらの拡径部分７０，７２，７４は管５２をスペーサ２０の開口５６に着座させる。管５２にその後端に隣接して設けられた拡径フランジ７６は、スペーサ２０の後面に位置する開口５６のまわりの面取り表面７８に係合する。管５２は後方に延在するが、第２段ホイール１４の前面には達せず、スプール８２を介して短い管８０と連通している。その結果、供給管５０と同様、戻り管５２は、フランジ７６の面取り部７８との係合により、一方向の軸線方向移動、この場合軸線方向前方への移動に対して固定されている。しかし、後述する保持スリーブがなければ、クロス管５２は反対方向への軸線方向移動が自由である。
【００１０】
図３に移ると、各クロス管５０の片持ち前方端に円筒形保持スリーブ８６が設けられている。スリーブ８６はその両端が開口しており、クロス管５０のフランジ６３および６５のまわりに入れ子式に係合する内径を有する。保持スリーブ８６の後端は拡径フランジ６２に当接する。保持スリーブ８６の反対端は９０で外向きに広がり（フレア）、第１段ホイール１２の後端面８９から軸線方向に離間しており、両者間に軸線方向間隙ａを画定する。図２および図３から明らかなように、クロス管５０は、フランジ６２がスペーサ２０の面取り面６４に係合することにより、後方への軸線方向移動を阻止されている。クロス管５０は、フランジ６２と保持スリーブ８６の後端との係合および保持スリーブ８６のフレア前端９０のホイール１２後端面８９に対する係合により、その軸線方向前方移動を制限されている。フレア前端９０とホイール１２の端面８９との間の軸線方向間隙ａにより、管５０の軸線方向熱膨張を許容（吸収）する。この軸線方向間隙ａはきわめて限定された範囲の軸線方向移動を可能にし、これにより受け入れ難い大きな熱的座屈応力が発生するのを防止し、またクロス管５０およびスリーブ８６の取り付けを容易にする。フレア前端９０は、ホイール面８９での摩耗や、（クロス管に大きな曲げ応力をもたらすおそれのある）始動時の保持スリーブ８６の噛みつきを防ぐ。また、スリーブ８６の内径はスプールの管６８および管５０とのシール直径より大きく、これによりシールを破損するおそれのあるシールとの接触を防止する。図示のように、保持スリーブ８６は、クロス管５０の突出する同様に片持ちされた前方端部上に片持ち支持されている。
【００１１】
同様に、戻り管５２はその後端に、保持スリーブ９４の前端を受け入れる片持ち拡径部分８８を有する。図２および図４に示すように、保持スリーブ９４の前端はフランジ７６の後端に当接し、一方スリーブ９４の後端は９６で広がり（フレア）、第２段ホイール１４の前向き面９７から軸線方向に離間して、両者間に軸線方向間隙ｂを画定する。その結果、管５２は、そのフランジ７６がスペーサ２０の後面に係合することにより、前方への軸線方向移動に対して固定されている。クロス管５２は、たとえば管の軸線方向熱膨張時に、フレア端９６がホイール１４の前向き端面９７と係合することにより、軸線方向後方への移動を制限されている。したがって、保持スリーブ９４は保持スリーブ８６と同様の目的に役立つが、ロータに関して反対向きに作用する。
【００１２】
図２から分かるように、供給管３８を通して供給された冷却用蒸気はマニホールド４０に入り、ここで複数のクロス管５０に分配される。各供給管３８からの熱媒体を６本のクロス管に供給するのが好ましい。蒸気は供給マニホールド４０からクロス管５０を通って管６８に流れ、ここで第１段ホイールの関連するバケットに分配される。供給蒸気は第２段のバケットにも、供給マニホールド４０と連通しているスプール１００およびスリーブ１０２を経て供給される。使用済みの冷却用蒸気は、第２段バケットからスリーブ８０およびスプール８２を経てクロス管５２に戻り、戻りマニホールド４２に流れる。第１段バケットからの使用済み冷却用蒸気は、第１段ホイール１２に連結された管１０４およびスプール１０６を介してマニホールド４２に送られる。使用済み冷却用蒸気は、マニホールド４２から戻り管４４、半径方向管４６を経て、内側スリーブ３０の軸線に沿って蒸気供給部へ戻されるか、複合サイクルシステムの蒸気タービンに送られる。
【００１３】
以上、本発明を現在のところもっとも実用的かつ好適な実施例と考えられるものについて説明したが、本発明は例示の実施例に限定されない。本発明は、その要旨の範囲内に含まれる種々の変更例や等価な配置を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンロータの一部の斜視図で、一部を破断し、冷却媒体供給および戻り管およびクロス管を示す。
【図２】第１段および第２段ホイールおよび両者間に介在するスペーサの一部の拡大断面図で、本発明にしたがって構成されたクロス管および保持スリーブを示す。
【図３】供給クロス管およびその端部上の保持スリーブの長さ方向断面図である。
【図４】戻りクロス管およびその端部上の保持スリーブの図３と同様の長さ方向断面図である。
【符号の説明】
１０  タービンロータ
１２，１４，１６，１８  ホイール
２０，２２，２４  スペーサ
４０，４２  マニホールド
５０  第１管
５２  第２管
６２，７６  拡径フランジ
８６，９４  保持スリーブ
８９，９７  端面
９０，９６  フレア端
ａ，ｂ  軸線方向間隙
【図１】
0004431715.tif 000002
【図２】
0004431715.tif 000003
【図３】
0004431715.tif 000004
【図４】
0004431715.tif 000005