(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンロータを囲んで設けられた車室の一端に固定された本体ケースと、前記ロータに対し同軸的に延びる蒸気導入外管の端部外面に形成されたラビリンスシール用第１凹凸面と、前記蒸気導入外管の内部を延びる導入内管の端部外面に形成されたラビリンスシール用第２凹凸面と、前記第１及び第２凹凸面をそれぞれ取り囲む第１及び第２ラビリンスリングと、同第１及び第２ラビリンスリングを保持し前記本体ケースに摺動自在に設けられたシールリテーナとを有するガスタービン冷却用蒸気給排部構造のシール装置において、ガスタービン車室の支持基礎と該ガスタービン車室とに介装されたレバー及び同レバーに連接された回動アームとを有する熱伸補償リンク機構を付設し、前記本体ケースに軸支されると共に前記シールリテーナに連接した駆動アームを前記熱伸補償リンク機構の前記回動アームに連接し、前記ガスタービンの車室の軸方向熱伸量に対応して前記シールリテーナを軸方向に駆動して位置調整し、前記ラビリンスシールの有効シール長を維持することを特徴とするガスタービン冷却用蒸気給排部構造のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの構造に関し、特に詳しくは動翼冷却用蒸気の給排部構造のシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガスタービンの効率向上のためタービン入口ガス温度が上昇しつつあり、高温となるタービン動翼を蒸気によって冷却することが提案されている。タービン動翼への蒸気の給排は、動翼が固定されるロータ軸を介して行うのが一般である。而して、動翼を有するタービンロータのロータ軸は、出力端部でスラスト軸受により軸方向位置が固定されるから、前述の冷却用蒸気のロータ軸への蒸気の給排は、ロータ軸の他端側で行われる。然るにスラスト軸受の無いロータ軸の他端では車室とロータ間の相対熱膨張差、車室の内圧による変形、ロータの遠心力による軸方向縮み等を逃すようにしているから、ロータ軸端と車室等の静止部との間の相対変位は大きくなっている。このような蒸気給排部において、蒸気の漏れを少なくするにはラビリンスシールの使用が効果的であるが、多数のフィンを使用すると軸方向スペースが大きくなる。本出願人は先にそのようなラビリンスシール取り付け用スペースを最小にするような提案を行った（特願平８−１５８０８６号）。
【０００３】
前記提案においては、図３に示すように、ガスタービンのロータ１の端部を取り囲む車室３の端面にシールケース５が固定されていて、この端部にロータ１の端面に臨んで伸差センサ７が設けられている。この伸差センサ７は電気的にサーボモータ９に連絡し、伸差センサ７が感知した伸差の量に対応してサーボモータ９によりシールリテーナ１１を軸方向に動かす。シールリテーナ１１は、ラビリンスシールのラビリンスリング１３を保持しており、伸差の量に拘わらずラビリンスシールの接触長さを保ち好適なシールを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような提案では、高速で回転するロータの位置を計測することになるので、伸差センサとしては電気式乃至油圧式のものを使用することとなる。而してラビリンスリングを保持するシールリテーナを動かすのに可成大きい力を必要とするから、伸差センサの信号を大きい力に変換するのに特別の装置を必要とする。このような装置は、伸差センサの関係から電気式或いは油圧式のものとならざるを得ないが、例えば、電源遮断等の事故があると誤作動をすることがあり、信頼性に欠ける嫌いがある。
従って、本発明は、コンパクトで且つシール性能が良く、更には作動信頼性の高いガスタービン冷却用蒸気給排部構造のシール装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
如上の課題を解決するため、本発明によれば、ガスタービン冷却用蒸気給排部構造のシール装置は、ガスタービンロータを囲んで設けられた車室の一端に固定された本体ケースと、ロータに対し同軸的に延びる蒸気導入外管の端部外面に形成されたラビリンスシール用第１凹凸面と、その蒸気導入外管の内部を延びる導入内管の端部外面に形成されたラビリンスシール用第２凹凸面と、第１及び第２凹凸面をそれぞれ取り囲む第１及び第２ラビリンスリングと、これら第１及び第２ラビリンスリングを保持し前記本体ケースに摺動自在に設けられたシールリテーナとから構成され、ガスタービン車室の支持基礎と前記ガスタービン車室とに介装されたレバー及びこのレバーに連接された回動アームとを有する熱伸補償リンク機構が付設され、本体ケースに軸支されると共にシールリテーナに連接された駆動アームを熱伸補償リンク機構の回動アームに連接し、ガスタービンの車室の軸方向熱伸量に対応して前記シールリテーナを軸方向に駆動して位置調整し、ラビリンスシールの有効シール長を維持することとしている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１を参照するに、ガスタービンのロータの端部を取り囲む車室２１の端面に本体ケース２３が固定されていて、これは冷却用蒸気の入口２５及び内部通路２７を画成している。図示しないロータに端部が取り付けられて延出した蒸気導入外管２９の端部２９ａの外面には、ラビリンスシール用凹凸面が形成されている。同様に図示しないロータに端部が取り付けられた蒸気導入内管３１が蒸気導入外管２９の内部を同軸状に延びていて、その端部２９ａより外側へ延出した端部３１ａの外面にラビリンスシール用凹凸面が形成されている。ラビリンスシール用凹凸面は、通常のものである。ロータと共に回転する蒸気導入内管１５及び蒸気導入外管１１の凹凸面をそれぞれ取り囲み、協働してラビリンスシールを形成するラビリンスリング３３が可動のシールリテーナ３５に保持されている。このシールリテーナ３５は、本体ケース２３の内面に軸方向に摺動可能に支持されている。本体ケース２３には、リンクアーム３７が軸支されていてその先端がシールリテーナ３５に連接されている。従って、リンクアーム３７が枢動すれば、シールリテーナ３５が本体ケース２３の摺動案内面に沿って軸方向に移動する。
【０００７】
次に図２を参照して、熱伸補償リンク機構５０を説明する。その前にガスタービン全体の支持を説明すると、コンクリート基礎３９の上に固定された支持架台４１及び支持リンク４３によりガスタービン２０が支持されている。支持リンク４３は、ガスタービン２０の側部に設けられたトラニオン４５と、コンクリート基礎３９上の支持軸４７に両端が嵌合していて、コンクリート基礎３９に対するガスタービン２０の熱膨張変位を逃している。
熱伸補償リンク機構５０の構造を説明すると、コンクリート基礎３９に固定されたベース５１にブラケット５３が取り付けられている。車室２１の外面にもブラケット５５が固定されていて、そのブラケット５５と前述のブラケット５３の間に長尺のレバー５７がピン軸を介して介装されている。このようなレバー５７は、前述の支持リンク４３と同様に熱膨張による車室２１の水平方向相対変位を許容する。レバー５７の上端寄りに回動リンク５９が連接され、これは前述のリンクアーム３７と同軸のリンクアーム３８の先端に連接している。従ってガスタービン２０の車室２１が、温度上昇によりコンクリート基礎３９に対し右方（図において）に相対変位（熱伸び）すると、レバー５７は右方に傾く。ブラケット５５との連接点を中心に見ると、レバー５７は矢印Ａに示すように回動し、この動きは回動リンク５９を介してリンクアーム３８に伝えられて矢印Ｂに示す回動となる。リンクアーム３８の矢印Ｂに示す回動は、図１に概念的に示すようにリンクアーム３７に伝えられ、シールリテーナ３５を動かすことになる。
【０００８】
以上の構成において、冷却用蒸気は、本体ケース２３の入口２５及び内部通路２７、シールリテーナ３５の通し穴及び蒸気導入外管２９と蒸気導入内管３１の間の環状通路を通して図示しない動翼へ供給され、これを内部から冷却する。冷却使用後の蒸気は、蒸気導入内管３１の内部を流れて、本体ケース２３の中心部の出口から出て回収される。そして熱伸補償リンク機構５０は、前述したリンク運動により車室２１の軸方向熱膨張（熱伸び）の量に応じてシールリテーナ３５の位置を動かし、有効なラビリンスシール長さを確保する。この有効なラビリンスシール長さが確保できる原理は次のように説明される。
【０００９】
ロータの軸端と車室との軸方向伸差は、熱伸びと遠心応力のポアソン効果による軸方向縮みの和であるロータ伸縮量と、熱伸び及び内圧による変形の軸方向成分の和である車室伸縮量との差であり、［（ロータの熱膨張量＋ロータの回転による軸方向縮み量）−（車室の熱膨張量＋車室の内圧による伸縮量）］の式で表される。このうちロータの熱膨張量と車室の熱膨張量についてみると、車室とロータは各々熱容量が異なり、温度上昇速度に差があるのでガスタービンの起動時における両者の熱伸量と伸差は比例してはいないが、定常状態ではある程度それに近い関係にある。一方ロータの軸方向縮みは回転速度の２乗に比例するが、定常状態では大凡一定値になる。車室の内圧による伸縮量は、内圧が無負荷時の内圧と全負荷時の内圧とでは変化が比較的小である。即ちロータの軸端における車室との軸方向伸差は、車室の熱膨張量に比例するとして取り扱うことは実用上許容される。尚、ロータの軸端の熱膨張変位は、蒸気導入外管２９及び蒸気導入内管３１の端部に表れる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればガスタービンの車室の熱伸びに応じて機械的構造体である熱伸補償リンク機構によりシールリテーナの位置を調整するので、電源遮断等の影響を受けずに冷却用蒸気給排部の有効ラビリンスシール長を確保することができる。しかも、熱膨張差を考慮してシールリテーナの位置を調整するので、冷却用蒸気給排部のシール形成部材の長さを最小にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す内部の縦断面図である。
【図２】前記実施形態の要部を示す位置部切欠き側面図である。
【図３】従来提案の概念的構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２１  車室
２３  本体ケース
２５  入口
２７  内部通路
２９  蒸気導入外管
２９ａ  端部
３１  蒸気導入内管
３１ａ  端部
３３  ラビリンスリング
３５  シールリテーナ
３７，３８  リンクアーム
５０  熱伸補償リンク機構
５１  ベース
５３，５５  ブラケット
５７  レバー
５９  回動リンク
【図１】
0003854341.tif 000002
【図２】
0003854341.tif 000003
【図３】
0003854341.tif 000004