JPS5896105A

JPS5896105A - スペ−サ先端空気漏洩防止ロ−タ

Info

Publication number: JPS5896105A
Application number: JP56193696A
Authority: JP
Inventors: Soichi Kurosawa; 黒沢　宗一; Katsuo Wada; 和田　克夫; Mitsuo Teranishi; 寺西　光夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1983-06-08
Also published as: JPS6148612B2; US4484858A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明はロータに関する。特に、ホイールの外周部にパ
ケットを植込んで構成したデスク複数枚と、該デスク間
に設置したスペーサと、シャフトとを組合わせて一本の
ロータとするとともに、ロータ内部よシ空気を流してパ
ケットを冷却する構成のものであって、そのスペーサの
先端空気の漏洩を防止し九ロータに関する。

一般に、ＩＩ数枚のデスクとシャフトとを組合わせて成
るロータは、これらを積重ねて構成する。

通ｔボルト等を用いて、スタッキングしてロータとして
形成する。

とζろが従来のむの種のものは、スペーサ先端からの空
気漏洩量が大きいという問題を有する。

これにつき従来例の、特にその冷却空気系統を示す第１
図を参照して説明する。

第１ＷＪの従来例は、一般のこの極のものにおけると同
様、＊数枚のホイール１．３の外周にパケット４．５を
植込んでデスク１１３畠とし、該デスク１ａｓｌｂと、
皺デスク１暑、ｌｂ間に位置するスペーサ２と、シャフ
トａｔ　＝　８禦とをスタッキングして成るものでアシ
、矢印人で示す噴高燃焼ガスがデスクｌａ、３ａに衝突
することにより、ロータ全体が回転するよう罠なってい
る。

各ホイール１．３はシャフトＳｓ　＝　８１　と同軸の
円盤（デスク）状となっておシ、その中央部には空気流
通孔１ｂ、３ｂが形成されている。この場合、パケット
４．５を冷却するための冷却空気９は、導入穴１０よシ
内部に導かれて該ロータ中心部の空気流通孔１ｂ、３ｂ
を通って第１段ホイール１と第２段ホイール３との間に
設けられているスペーサ２の内孔部２１に到達する。こ
のスペーサ２には、その第１段ホイール１とのタッチ面
の面上に複数個のスリット８を形成しておき、このスリ
ン）８によって前記内孔部２１と、外周がわの冷却空気
溜６とを連通させである。従って冷却空気９は、導入穴
１０→ロータ中央部（空気流通孔１ｂ、３ｂ）→スペー
サ内孔部２１→スリット８→冷却空気溜６という径路で
、冷却空気溜６まで到達する。

次に１局部の部分拡大図である第２図を参照して、冷却
空気溜６からパケット４への冷却空気９の通路について
説明する。この図の断面の切り方は第１図と僅かに異な
った位置におけるもので。

丁度スリット８や、パケット４からの空気抜き構造の場
所に沿っている。図において冷却空気９は。

スリット８を通って冷却空気溜６に入った後、第１段ホ
イール１と第１段パケット４との関に設けられた底部溝
７に入シ、更に第１段バケツ）４に、半径方向にあけら
れたパケット冷却孔１２に導かれて該第１段パケット４
を冷却し、頂部４１よシ排出される。

冷却空気９が有効に第１段パケット４の冷却に使用され
るためには、冷却空気溜６から冷却空気９が漏洩するこ
となく、そのすべてが底部＃１７に入るようにすればよ
い。このため第１段パケット４の下部（中心方向部）に
突起４２を設け、スペーサ２の外周と重ね合せてこれＫ
よシスペーサ２の外周方向先端部からの冷却空気９の漏
洩を防止する策をとっている。しかし、この第１段パケ
ット４とスペーサ２とを密着させて、その間隙１１を運
転中にゼロにしようとして４．これは不可能で゛ある。

それは、第１段パケット４．第１段ホイール１．スペー
サ２は単品加工時の各々の公差の集積により、第１段パ
ケット４突起部４２がスペーサ２外周部に当らぬように
予め、集積公差分だけ間隙をあけておく必要があり、ま
九第１段ホイール４とスペーサ２の運転時の遠心力及び
熱応力による各々の変形量を考慮し九間隙設定をしてお
く必要があるからである。

第３図に、この間ＦＪｌｉｌｌの長さ１１′と、カスタ
ービン起動後の運転経過時間との関係をグラフにて示す
。当初の間隙長さ１１′は０．２４−であるが、運転中
は、第１段パケット４の遠心力も加わるため、第１段ホ
イール１の変形量はスペーサ２の変形量より大きく、従
って間隙長さ１１′は停止時よシも０．０５■長くなる
。これに停止時の間隙長さα２４■を加えると、運転時
の間隙長さ１１′は０．２９■となる。図示のとおりで
ある。

なお図中、１３は回転数上昇線であシ、１４は負荷上昇
線である。間隙長さ１１′は回転数が上昇する間、大き
くな９１回転数が一定になった後も負荷が上昇してほぼ
一定に達する迄の間増大を続けて、その後フラットにな
ることがわかる。

第４図には、このような間隙長さ１１’と、関１１１１
からの漏洩量１７との関係を示す。漏洩量はほぼ間隙長
さ１１’に比例しておシ、かつこの漏洩量１７は、小量
の間隙１１からも大量に流出するものであることがわか
る。これは、スペーサ２の外周径が太きく、また冷却空
気溜６における冷却空気９の圧力が高いためである。こ
のような漏洩量１７は、第１段パケット４の冷却空気量
の４０％に相当し、主流ガスの０．５％に当たる。

かかる漏洩量１７が及ぼす熱効率の変化量を。

第５図に示す。九て軸に熱効率減少量を％単位で示すが
、？：、れからもわかるように０．２５％の熱効率の低
下となシ、非常に大きな損失となるものである。（漏洩
量は第４図、第５図とも、１秒車たシのキログラム数で
表している）。

従来技術は１間隙１１からの漏洩によシ上記のような熱
効率減少を来九すものであシ、かつロータ運転中にホイ
ールやスペーサの変形に伴ってこの間隙１１が変化し、
冷却空気の不静定を発生させるという問題も蔵している
。

本発明の目的は、上述したような間隙の問題を解消して
１間隙変化による冷却空気の不静定をなくシスペーサ２
端部からの漏洩量を減少させ。

これによシパケットの冷却効率を高めるとともＫ。

ロータの熱効率を向上させることにある。

本発明においては、ホイールの外周部にパケットを植込
んで成る複数のデスクと、骸デスク間に設置するスペー
サとの１両者の間の隙間に、ロータ回転時に遠心力によ
ってデスクとスペーサとの間をシールするシール物体を
入れて構成する。

このように構成する結果、運転時にはシール物体によシ
スペーサ先端部からの漏洩が防止されて。

従ってロータの熱効率が向上するのである。

以下、第６図を参照して１本発明の一実施例について説
明する。

このロータは、第１段、第２段ホイール１，３の外周に
、各々第１段、第２段パケット４．５を植込んでデスク
ｌａ、３ｍを形成し、各デスク１ａ、ａｍの間にスペー
サ２を配置し、これらデスク１ｍ、３ｍ、スペーサ２及
びシャフト５ｔ−ａ合わせて１本のロータとじ九もので
ある。このロータは、その内部より空気を流してパケッ
ト４゜５を冷却する構造になっている。このようなロー
タにおいて、デスク１ｍと、スペーサ２との間にシール
物体１６を入れ、これによシスペーサ２先端（外周がわ
端）からの漏洩を防止する。

第６図は、従来例の第２図と同様な切断面で本例を示し
た断面図である。

更に詳しくは１本実施例は下記のような構造罠なってい
る。第１段パケット４には、そのスペーサ２の方向に突
起部４２を形成し、該突起部４２の内がわ面がスペーサ
２の外がわ面と重なるようＫする。このスペーサ２の外
周部の、突起４２と重なる部分に、シール溝１５を形成
する。このシール溝１５は、スペーサ２の全局に設ける
。スペーサ２はロータの局に沿って円周形成をなしてい
るので、その全周に設けるのである。この溝１５は、パ
ケット４の突起部４２の真下（すぐ内がわ）に位置する
ようにし、その幅は該突起部４２の突出長さよシも小さ
くする。溝１５の深さは、溝１５の幅と同一とする。か
つ、この深さく幅）は。

パケット４とスペーサ２との間隙１０．１０倍以上を目
標とする。タービン運転時には前記第３図を用いて説明
したように間！Ｉ！が広がることがあるので、＄１５が
浅すぎたシ狭すぎると、シール物体としてのワイヤ１６
（後記）が間隙Ｊから飛び出したり、噛み込むなどのト
ラブルが生じる可能性があるため、ある程度以上の大き
さがあった方がよいからである。１０倍以上であれば、
このようなトラブルの虞れは殆どないと考えられる。

ごの溝１５の中に、シール物体として溝１５の幅と同径
のシールワイヤ１６を入れて１丁度適合させる。実際上
はシールワイヤ１６は、溝１５の幅よシきわめて僅かな
がら小さい径のものを用いてよい。後記する如＜ａ”−
一回転時の遠心力により、このシールワイヤ１６が溝１
５中を外周方向（第６図の上方向）Ｋ移動して、パケッ
ト４の突起部４２の内がわ面（図の下がわ面）に圧接す
ることを可能ならしめるためである。

このシールワイヤ１６は、スペーサ２の形状に沿って、
ロータの外周をめぐるように全周に配置する。この例で
は、第７図に略示するとおり、このシールワイヤ１６は
スペーサ２の周上で複数個（４個など）に分割して配備
する。遠心力によって外方に圧接される際、連続して一
体になっていると外方への変形移動が容易でないが、こ
のように分断すると全体として図示矢印Ｂの如く外方に
変形し易くなるからである。（変形後の状態を破線にて
極端に示しておく）。

このシールワイヤ１６は、スタッキングする際に予め、
スペーサ２の溝１５の中に埋め込んでおき、その状態で
第１段ホイール１と接合して構成する。

上記のような構成であるから１組込み時にはスペーサ２
の外周面と、シールワイヤ１６の最外周部とが同一面上
に位置することになシ、それは第８図（ａ）に示すとお
シである。ところがロータの回転上昇と共に、シールワ
イヤ１６はそれ自身の遠心力により外側に押され、つま
シ第６図〜第８図の矢印Ｂ方向の力が加えられて、これ
によＨ１１５の中より矢印方向にせυ出し、パケット４
の突起部４２の下端面（内がわ面）Ｋ突き当たる。

更に回転が上昇すると、シールワイヤ１６自身の遠心力
がその弾性に打ち勝ち、シールワイヤ１６が変形して、
該ワイヤ１６の外周径がパケット４の突起部４２の内径
（突起部４２の内がわ面が構成する局面の径）と同径に
なる。つまり周上すべてにおいて、第８図（ｂ）の如く
シールワイヤ１６とパケット４とがしっかりと密着する
のである。このような作用により、間隙１１はシールワ
イヤ１６に完全に閉ざされ、この部分からの空気の漏洩
は全く無くなる。ロータ運転中にホイール１゜３やスペ
ーサ４が変形して間隙１１が変化するような場合があっ
ても、ワイヤ１６はそのようなことに拘らずシール性を
果たすので、全く問題は生じない。

本例ではシールワイヤ１６を周に沿って分断する構成に
しであるので、遠心力により該ワイヤ１６が変形して、
外がわつｔｂパケット４の突起部４２方向に押されてこ
れに密着し、シール作用を呈するようになるので容易で
あり、従って確実にシール性を発揮できる。ワイヤ１６
の変形に伴い、分断位置ですきｔｄ（第７図参照）が開
くことになるが、このすきまｄからの漏洩は全体から考
えると微々たるもので、実際上の問題はない。

分断しない周全体で一体のワイヤを用いると。

このようなすきまの発生の虞れはない。但し１弾性力に
打ち勝つためＫかなシ大きな遠心力を要することになる
。

シールワイヤ１６の材質としては、上記のような作用を
呈してシール性を発揮できるものであれば、どのような
ものをも使用できる。例えばピアノ線や、８Ｕ８製の線
材などである。使用温度や。

使用状況（遠心力の大きさ・もともとの漏洩の状態・分
断して使うか否かなど）に応じて、各種の材質のものを
用い得るのである。むしろ、シール性にとっては、材質
の問題は特に制限はなく、ワイヤの太さく径）でそのシ
ール性能を規定できるものである。

また、ワイヤに限らず、上記のようなり−ル効果をなし
得るシール部材であれば、当然本発明の実施に用い得る
ことは言うまでもない。

上述の如く１本発明のロータは、ホイールにパケットを
槓込んで成るデスクとスペーサとの隙間に、ロータ回転
時に遠心力によシ該デスクとスペーサとの間をシールす
るシール物体を入れて構成したので１間隙からの空気の
漏洩が確実に防止され、ロータ内部の冷却空気はすべて
、パケットの冷却用として有効に利用でき、効率が良い
。しかも、当初からの間隙は勿論、運転中ゝのホイール
。

スペーサの変形に伴う間隙変化にも対応してこれをシー
ルすることができる。よって１間隙変化による冷却空気
の不静定もなくなシ、確実な冷却効果が期待される。か
つ、冷却空気が無為に漏洩することがなくなるため、熱
効率の改善が可能となり、ロータの効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のロータ構造を示し、％にその冷却空気系
統を示す断面図である。第２図は第１図の部分拡大図で
ある。第３図乃至第Ｓ図は従来例の作用を説明する九め
のもので、運転経過時間と間隙との関係１間隙と漏洩量
との関係、漏洩量と熱効率との関係をそれぞれ表すグラ
フである。第６図は本発明の一実施例の要部断面図であ
る。第７図は該例のシールワイヤの千面略示図、第８図
（ａ）、（ｂ）は核シールワイヤの変形を示す断面図で
ある。１．３・・・ホイール、ｌａ、３ｍ・・・デスク、２・
・・スペーサ、４．５・・・パケット、１６・・・シー
ル物体（シールワイヤ）。代理人　弁理士　秋本正実Ｉ　ｌ　圏、り第２図第　３　図軽遍叶間朋ｒ東　（ｚｘ）禰機°量　（す１５）茅〆図

Claims

【特許請求の範囲】１、　ホイールの外周部にパケットを植込んで成る複数
のデスクと、該デスク間に設置するスペーサと、シャフ
トとを組合わせて一本の一一タを形成し、そのロータの
内部よシ空気を流して前記パケットを冷却する構造のロ
ータにおいて、前記デスクとスペーサとの隙間に、ロー
タ回転時の遠心力によシブスフとスペーサとの間をシー
ルするシール物体を入れる構成としたことを％黴とする
スペーサ先端空気漏洩防止ロータ。２　シール物体がシールワイヤであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載のスペーサ先端空気漏洩防
止ロータ。３、　シール物体を複数に分割して１周上に配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
載のスペーサ先端空気漏洩防止ロータ。