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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlstruktur für eine Turbine und eine Gasturbine, die die Kühlstruktur verwendet. In der Kühlstruktur sind Scheiben, die sich einstückig mit Flügeln drehen, wie Dichtungsscheiben oder Rotorscheiben, in einer Mehrzahl von Stufen entlang einer Rotationsachse angeordnet. Gleichzeitig sind Scheibenlöcher, die den Scheiben auf der stromabwärtigen Seite Kühlluft zum Kühlen der Flügel zuführen, in den Scheiben gebildet.
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In der Gasturbine wird Druckluft von einem Kompressor in eine Brennkammer gespeist, und Hochtemperatur-Gas, das durch das Verbrennen von Brennstoff mit der Druckluft erzeugt wird, wird in einen Turbinenabschnitt gespeist, wodurch der Turbinenabschnitt angetrieben wird. Schaufeln und Flügel sind abwechselnd entlang der Rotationsachse des Turbinenabschnitts in einer Mehrzahl von Stufen vorgesehen. Ein Teil der Druckluft wird angesaugt und die angesaugte Druckluft wird den Schaufeln und Flügeln des Turbinenabschnitts als Kühlluft zugeführt.
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Um das Kühlen der Flügel zu beschreiben, werden eine Mehrzahl von Scheibenlöchern in einer Rotorscheibe gebildet, mit denen die Flügel in Abständen auf einem Umfang der Rotorscheibe um die Rotationsachse verbunden sind (beispielsweise in gleichen Winkelabständen; allerdings gibt es Fälle, in denen es keine gleichen Winkelabstände gibt). Die angesaugte Luft, die gekühlt wurde, indem sie durch einen Kühler strömte, wird als die Kühlluft verwendet (oder die angesaugte Luft wird wie sie ist als Kühlluft verwendet, ohne den Kühler zu verwenden). Es wird bewirkt, dass die Kühlluft durch die Scheibenlöcher strömt, wodurch die Kühlluft jeder der Rotorscheiben, die in der Mehrzahl von Stufen entlang der Rotationsachse vorgesehen sind, zugeführt wird. Die den Rotorscheiben zugeführte Kühlluft wird durch Strömungskanäle in den Rotorscheiben in das Innere der Flügel gespeist und kühlt die Flügel von innen.
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Als Technologie zum Kühlen der Flügel wird eine Technologie vorgeschlagen, die die Kühlluft zu den Scheibenlöchern des Rotors über eine sogenannte Tangentiale On-Bordinjektion (TOBI)-Düse zuführt (siehe
JP 4 146 257 B2 ). Die TOBI-Düse hat die Kühlluft den Scheibenlöchern als eine Umlaufströmung entlang der Drehrichtung des Rotors zuzuführen und folglich kann ein Pumpverlust reduziert werden.
Wenn insbesondere die Kühlluft, die keine Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Drehrichtung der Scheibe hat, den Scheibenlöchern zugeführt wird, wenn die Kühlluft in das Innere der Scheibe strömt, tritt ein Energieverlust (Pumpverlust) auf, was zu einer verminderten Leistung der Gasturbine führt. Indem der Kühlluft die Strömungsgeschwindigkeitskomponenten in der Drehrichtung des Rotors verliehen wird und dadurch die Umlaufströmung erzeugt wird, wird ein Unterschied zwischen der Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Drehrichtung der Kühlluft und einer Drehgeschwindigkeit der Rotors verkleinert, und das Auftreten eines Pumpverlusts wird unterdrückt.
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In der oben beschriebenen Technologie wird aber ein Teil der Druckluft, die der Brennkammer als Verbrennungsluft zugeführt wird, angesaugt, und die angesaugte Druckluft wird als Kühlluft verwendet. Daher wird die Menge der Druckluft, die der Brennkammer zugeführt wird, und eine Verbrennungsmenge der Brennkammer um eine Menge verringert, die der Luft entspricht, die als die Kühlluft angesaugt wurde, und die Turbinenleistung verschlechtert sich daher. Wenn die angesaugte Luft durch den Kühler gelassen wird und gekühlt wird, bevor sie als Kühlluft verwendet wird, wird Strom benötigt, um das Kühlen durch den Kühler durchzuführen und das führt zu einem Energieverlust.
Wenn die TOBI-Düse verwendet wird, kann ein Pumpverlust unterdrückt werden und die Turbinenleistung kann verbessert werden. Aber es ist wünschenswert, die Turbinenleistung weiter zu verbessern.
Angesichts des Vorstehenden ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlstruktur für eine Turbine und eine Gasturbine bereitzustellen, die die Turbinenleistung verbessern können.
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Aus der US 2014 / 0 056 686 A1 ist eine Kühlstruktur in einer Gasturbine bekannt, bei der Kühlluft von einer Kühlluftquelle durch einen Kühlluftkreislauf in einem Turbinenteil der Gasturbine bereitgestellt wird. Ein erster Teil der Kühlluft wird von der Kühlluftquelle entlang eines ersten Weges des Kreislaufs zu einer Vielzahl von Schaufeln geleitet, die zu einer Stufe des Turbinenabschnitts gehören. Ein zweiter Teil der Kühlluft wird von der Kühlluftquelle entlang eines zweiten Weges des Kreislaufs bereitgestellt. Der zweite Weg umfasst eine Turbinenscheibenbohrung, in der die Kühlluft einen radial innersten Abschnitt von mindestens einer Turbinenscheibe kühlt, die einen Teil eines Rotors der Gasturbine bildet. Der zweite Weg ist unabhängig von dem ersten Weg, so dass der zweite Teil der Kühlluft die Stufe umgeht und nicht mit dem ersten Teil der Kühlluft in dem Kreislauf gemischt wird, nachdem er die Kühlluftquelle verlassen hat.
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Aus der
DE 10 2007 007 090 A1 ist eine Gasturbine mit einem Kühlluft-Übertragungssystem bekannt, das einen Teil von aus einem Kompressor ausgetragener Luft zu einer Kammer extrahiert und den Teil der Luft als Kühlluft zu einer Rotorscheibe überträgt. Das Kühlluft-Übertragungssystem umfasst mehrere rohrförmige Düsen, die unabhängig in einem Kreis innerhalb der Kammer angeordnet sind und einen Rotor umgeben, und eine Dichtungsscheibe mit Dichtungsscheiben-Kühlleitungen, die in einem Kreis um die Achse des Rotors angeordnet sind, um aus den rohrförmigen Düsen ausgestoßene Kühlluft aufzunehmen. Das Kühlluft-Übertragungssystem verwirbelt die aus den rohrförmigen Düsen ausgestoßene Kühlluft.
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Aus der
JP 2006 -
125 348 A ist ein Scheibenloch in einer Rotorscheibe einer Dampfturbine bekannt, dessen Öffnungsfläche sich von einer Einlassöffnung zu einer Auslassöffnung verkleinert und das zusätzlich in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Drehrichtung des Rotor geneigt oder gekrümmt ist.
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Aus der
JP 2000 -
297 607 A ist eine Kühlstruktur für einen Gasturbinenrotor bekannt, bei der ein Kühlluft-Zuführkanal stromauf einer ersten Rotorscheibe mit einer Düse versehen ist, die eine Andrehung des Kühlluftstroms bewirkt und deren Düsenloch im Querschnitt in Strömungsrichtung konisch verengt ist.Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, ist eine Kühlstruktur für eine Turbine der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgestattet und ist unter anderem derart konfiguriert, dass Scheiben, die sich mit Flügel um eine Rotationsachse in einer vorher festgelegten Drehrichtung einstückig drehen, in einer Mehrzahl von Stufen entlang der Rotationsachse vorgesehen sind, und die Scheiben darin Scheibenlöcher gebildet haben, die in einer Mehrzahl entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind, die Scheiben auf einer stromabwärtigen Seite Kühlluft zum Kühlen der Flügel zuführen. Zumindest eine der Scheiben ist eine antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe, in der zumindest eines der Scheibenlöcher derart eingestellt ist, dass ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor, der eine Komponente in der Drehrichtung eines Geschwindigkeitsvektors der Kühlluft an einem Auslass des Scheibenlochs ist, kleiner als ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor ist, welcher eine Komponente in der Drehrichtung eines Geschwindigkeitsvektors der Kühlluft an einem Einlass des Scheibenlochs ist, wobei die Drehrichtung der Scheibe als eine positive Richtung definiert ist und die Richtung gegenüber der Drehrichtung als eine negative Richtung definiert ist.
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In Bezug auf das Scheibenloch der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe ist es bevorzugt, dass der Auslass der Kühlluft weiter zu einer stromaufwärtigen Seite in der Drehrichtung als der Einlass der Kühlluft angeordnet ist.
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In einem Querschnitt entlang der Umfangsrichtung ist es bevorzugt, dass das Scheibenloch der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe eine Tragflächenform aufweist, die sich in der der Drehrichtung der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe entgegengesetzten Richtung in Richtung einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung der Kühlluft krümmt.
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Es ist bevorzugt, dass das Scheibenloch der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Kühlluft verengt ist.
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Erfindungsgemäß ist eine TOBI-Düse vorgesehen, die eine Umlaufströmung von Kühlluft bildet, die sich in derselben Richtung wie die Drehrichtung der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe dreht, wobei die Kühlluft der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe von der TOBI-Düse zugeführt wird.
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Erfindungsgemäß ist die TOBI-Düse in einem Raum zwischen der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe und der Scheibe, die weiter in Richtung einer stromabwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung der Kühlluft vorgesehen ist, vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist zumindest eine der Scheiben, von den Scheiben ab der zweiten Scheibe von der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Kühlluft, als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert, und die Kühlluft von der Scheibe, die weiter auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Kühlluft als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe angeordnet ist, wird der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe direkt zugeführt.
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Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, umfasst eine Gasturbine der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 5 einschließlich einen Kompressorabschnitt, der konfiguriert ist, um Luft anzusaugen und zu verdichten, einen Verbrennungsabschnitt, der konfiguriert ist, um Verbrennungsgas durch Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemisches zu erzeugen, das durch Druckluft und einen Brennstoff gebildet wird, der von außen zugeführt wird, und einen Turbinenabschnitt, der konfiguriert ist, um eine Drehantriebskraft vom erzeugten Verbrennungsgas zu gewinnen. Der Turbinenabschnitt ist mit der erfindungsgemäßen Kühlstruktur für die Turbine vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Menge, um die ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor von Kühlluft an einem Auslass eines Scheibenlochs kleiner als ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft an einem Einlass des Scheibenlochs ist, als eine Antriebskraft (Antriebskraftenergie) gewonnen, die eine Rotorscheibe antreibt und folglich kann die Zirkulation der Kühlluft verwendet werden, um die Turbinenleistung zu verbessern.
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Außerdem arbeitet die Kühlluft zum Zeitpunkt dieser Rückgewinnung und eine Temperatur davon sinkt. Folglich kann eine Menge der Kühlluft um eine Menge reduziert werden, die dem Abfall der Temperatur entspricht und die Turbineneffizienz kann verbessert werden.
- 1 ist eine schematische Darstellung, die eine gesamte Struktur einer Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ersten bis dritten Beispielen zur Erläuterung von Merkmalen darstellt.
- 2 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Turbinenabschnitts und einer Kühlstruktur des Turbinenabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur einer TOBI-Düse und Scheibenlöcher gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist ein Diagramm, in dem ein Geschwindigkeitsvektor von Kühlluft und ein Drehgeschwindigkeitsvektor einer Rotorscheibe in einer Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheibe, geschnitten entlang der Umfangsrichtung, dargestellt werden.
- 4 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der TOBI-Düse und der Scheibenlöcher gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft und der Drehgeschwindigkeitsvektor der Rotorscheibe in der Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheibe, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist, dargestellt werden.
- 5 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur einer TOBI-Düse und Scheibenlöcher gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft und der Drehgeschwindigkeitsvektor einer Rotorscheibe in einer Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheibe, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist, dargestellt werden.
- 6 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der TOBI-Düse und der Scheibenlöcher gemäß einer Weiterbildung des ersten Beispiels darstellt, und ist ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft und der Drehgeschwindigkeitsvektor der Rotorscheibe in der Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheibe, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist, dargestellt werden.
- 7 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Turbine und einer Kühlstruktur der Turbine gemäß dem zweiten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der TOBI-Düse und der Scheibenlöcher gemäß dem zweiten Beispiel darstellt, und ist ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft und Drehgeschwindigkeitsvektoren von Rotorscheiben in einer Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheiben, geschnitten entlang der Umfangsrichtung, dargestellt werden.
- 9 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht des Turbinenabschnitts und einer Kühlstruktur des Turbinenabschnitts gemäß dem dritten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
- 10 ist eine schematische Ansicht, die die Struktur der TOBI-Düse und Scheibenlöcher gemäß dem dritten Beispiel darstellt, und ist ein Diagramm, in dem ein Geschwindigkeitsvektor von Kühlluft und Drehgeschwindigkeitsvektoren von Rotorscheiben in einer
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Querschnittsansicht der TOBI-Düse und der Rotorscheiben, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist, dargestellt werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen unten beschrieben.
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Eine Gasturbine und eine Kühlstruktur für eine Turbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, wird eine Gasturbine 1 der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise verwendet, um Maschinen anzutreiben, wie einen Stromgenerator (nicht dargestellt), und wird mit einem Kompressor (einem Kompressorabschnitt) 2, einer Brennkammer (einem Brennkammerabschnitt) 3, einem Turbinenabschnitt (einer Turbine) 4, einer Drehwelle 5, und einer Kühlzufuhrleitung 6 zum Zuführen von Kühlluft zum Turbinenabschnitt 4 vorgesehen.
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Der Kompressor 2 saugt Atmosphärenluft, die Außenluft ist, an und verdichtet sie, und führt die Druckluft der Brennkammer 3 zu. Die Brennkammer 3 erzeugt Hochtemperatur-Gas (Verbrennungsgas), indem Luft, die vom Kompressor 2 verdichtet wird, mit Brennstoff, der von außen zugeführt wird, gemischt wird, und das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Die Drehwelle 5 ist ein kreisförmiges, säulenförmiges Element, das um eine Rotationsachse (Achsenlinie) L drehend getragen wird. Die Drehwelle 5 überträgt eine Drehantriebskraft, die vom Turbinenabschnitt 4 erzeugt wird, zum Kompressor 2 und zur Maschine, wie zum Stromgenerator.
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Beachten Sie, dass die Umfangsrichtung, die Radialrichtung, eine Innenumfangsseite und eine Außenumfangsseite in Bezug auf die Rotationsachse L als eine Mitte nachstehend einfach als die Umfangsrichtung, die Radialrichtung, die Innenumfangsseite und die Außenumfangsseite bezeichnet werden.
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Der Turbinenabschnitt 4 erzeugt die Drehantriebskraft, indem die Zufuhr von Hochtemperatur-Gas, das von der Brennkammer 3 erzeugt wird, erhalten wird, und überträgt die erzeugte Drehantriebskraft zur Drehwelle 5.
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Die Kühlzufuhrleitung 6, die für das Kühlen des Turbinenabschnitts 4 vorgesehen ist, saugt einen Teil der Druckluft vom Kompressor 2 an und leitet die angesaugte Luft als Kühlluft zu den Flügeln des Turbinenabschnitts 4. Die Kühlzufuhrleitung 6 ist mit einer Leitung 61 vorgesehen, die die oben beschriebene angesaugte Luft, welche von einem Kühler 7 gekühlt wird, dem Turbinenabschnitt 4 als die Kühlluft zuführt, und eine Leitung 62, die bewirkt, dass die oben beschriebene angesaugte Luft den Kühler 7 umgeht und führt diese angesaugte Luft dem Turbinenabschnitt 4 zu. Beachten Sie, dass die Kühlzufuhrleitung 6 nur durch jeweils eine der Leitung 61, die mit dem Kühler 7 vorgesehen ist, oder der Leitung 62, die nicht mit dem Kühler 7 vorgesehen ist, gebildet werden kann.
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Der Turbinenabschnitt 4 und die Kühlstruktur davon werden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Im Turbinenabschnitt 4 sind Schaufeln der ersten Stufe 20, Flügel der ersten Stufe 30, Schaufeln der zweiten Stufe 40 und Flügel der zweiten Stufe 50 in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Verbrennungsgases G in einem Strömungsweg (nachstehend als ein Gasströmungsweg bezeichnet) des Verbrennungsgases G, das von der Brennkammer 3 erzeugt wird, installiert (siehe 1). Insbesondere sind die Schaufeln und Flügel abwechselnd in einer Mehrzahl entlang des Gasströmungsweges installiert.
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Beachten Sie, dass die Schaufeln der ersten Stufe 20 die Schaufeln sind, die der Brennkammer 3 am nächsten sind, und die Flügel der ersten Stufe 30 die Flügel sind, die der Brennkammer 3 am nächsten sind. 2 ist ein Diagramm, das einen Teil eines Turbinenabschnitts 4 darstellt, und nur die Schaufeln und Flügel 20 bis 50, die in der Nähe der Brennkammer 3 angeordnet sind, sind dargestellt. Aber die Schaufeln und Flügel sind ebenfalls abwechselnd entlang des Strömungsweges des Verbrennungsgases G weiter auf der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung (nachstehend auch als spätere Stufen bezeichnet) als die Schaufeln und Flügel 20 bis 50 angeordnet.
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Jede der Schaufeln 20 und 40 sind Schaufeln, die derart vorgesehen sind, dass sie von der Innenumfangsseite eines Gehäuses 10, das in einer zylindrischen Form um die Rotationsachse L gebildet ist, herabhängen, und sie sind Seite an Seite in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung im Gasströmungsweg angeordnet.
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Eine Innenhülle 21 ist an einem Endabschnitt an der Innenumfangsseite von jeder der Schaufeln der ersten Stufe 20 vorgesehen.
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Die Innenhülle 21 ist ein ebenflächiges Element, das sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einen Teil des Gasströmungsweges bildet. Hier ist die Innenhülle 21 als ein einzelnes Element konfiguriert, das nicht unterteilt ist, und sie ist an einem Mantelabschnitt 22 befestigt. Ein Hohlraum (nicht dargestellt), durch den die Kühlluft zugeführt wird, ist im Inneren des Mantelabschnitts 22 gebildet. Aber die Innenhülle 21 kann durch eine Mehrzahl von Elementen gebildet werden, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind, und ein Befestigungsverfahren beschränkt sich nicht auf den oben beschriebenen Modus (Befestigung an dem Mantelabschnitt 22).
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Ferner ist ein Kühlströmungsweg 23, der mit dem oben beschriebenen Hohlraum, durch den die Kühlluft zugeführt wird, in Verbindung steht und verbunden ist, im Mantelabschnitt 22 vorgesehen, und eine Tangentiale On-Bordinjektion (TOBI)-Düse 24, die später beschrieben wird, ist an einem Auslass des Kühlströmungsweges 23 installiert.
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Eine Innenhülle 41 ist an einem Endabschnitt an der Innenumfangsseite von jeder der Schaufeln der zweiten Stufe 40 vorgesehen. Ähnlich wie die Innenhülle 21 ist die Innenhülle 41 ein ebenflächiges Element, das sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einen Teil des Gasströmungsweges bildet. Ein Knotenpunkt 43 ist an der Innenumfangsseite der Innenhülle 41 über Stützelemente 42, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung in gleichen Abständen vorgesehen sind, angebracht. Hier ist die Innenhülle 41 als ein einzelnes Element konfiguriert, das nicht unterteilt ist, aber das aus einer Mehrzahl von Elementen, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind, bestehen kann. Ferner muss die Mehrzahl von Stützelementen 42, die den Knotenpunkt 43 tragen, nicht in gleichen Abständen angeordnet sein, und das Verfahren zum Tragen des Knotenpunkts 43 beschränkt sich nicht auf den oben beschriebenen Modus.
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Der Knotenpunkt 43 ist als ein zweischichtiges, ringförmiges Element konfiguriert, das einen ringförmigen Raum in einem Inneren davon aufweist. Insbesondere besteht der Knotenpunkt 43 aus einem ebenflächigen, ringförmigen Element der Außenumfangsseite 43a, das sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einem ebenflächigen, ringförmigen Element der Innenumfangsseite 43b, das sich in der Umfangsrichtung erstreckt, die auf der gleichen Achse (die Rotationsachse L) vorgesehen sind und die in der Radialrichtung beabstandet sind. Eine TOBI-Düse 44, die später beschrieben wird, wird im ringförmigen Raum zwischen dem ringförmigen Element der Außenumfangsseite 43a und dem ringförmigen Element der Innenumfangsseite 43b installiert.
Hier sind das ringförmige Element der Außenumfangsseite 43a und das ringförmige Element der Innenumfangsseite 43b jeweils durch ein einziges Element, das nicht unterteilt ist, konfiguriert, aber jedes kann durch eine Mehrzahl von Elementen, die in der Umfangsrichtung unterteilt sind, konfiguriert sein.
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Alle Flügel der ersten Stufe 30 sind Flügel, die derart vorgesehen sind, um auf der Außenumfangsfläche einer Rotorscheibe der ersten Stufe 31, die in einer Scheibenform gebildet ist, hochzustehen und die Flügel der ersten Stufe 30 sind in der Umfangsrichtung im Gasströmungsweg Seite an Seite in Abständen angeordnet. Die Flügel der ersten Stufe 30 sind an die Rotorscheibe der ersten Stufe 31 über eine Plattform 34 und Flügelfüße (nicht dargestellt) angebracht. Die Plattform 34 erstreckt sich in der Umfangsrichtung und bildet einen Teil eines Gasströmungskanals.
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Die Rotorscheibe der ersten Stufe 31 ist ein scheibenartiges Element mit der Rotationsachse L als ihre Mitte und sie ist derart an der Drehwelle 5 (siehe 1) angebracht, dass sie eine Drehantriebskraft übertragen kann. Die Rotorscheibe der ersten Stufe 31 wird von den Flügeln der ersten Stufe 30 zum Drehen angetrieben, sie erhält das Verbrennungsgas G und die Drehwelle 5 wird daher zum Drehen angetrieben.
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Scheibenlöcher 32 und Kühlströmungskanäle 33 sind in der Rotorscheibe der ersten Stufe 31 gebildet.
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Die Scheibenlöcher 32 sind gebildet, um durch die Rotorscheibe der ersten Stufe 31 in der Richtung der Rotationsachse L einzudringen, und sie sind in einer Mehrzahl in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen. Die Position in der Radialrichtung von jedem der Scheibenlöcher 32 ist auf die gleiche Position in der Radialrichtung wie die TOBI-Düsen 24 und 44 eingestellt und jedes der Scheibenlöcher 32 bildet einen Strömungskanal zum Zuführen eines Teils der Kühlluft, die von der TOBI-Düse 24 ausgelassen wird, zu den Flügeln der zweiten Stufe 50, die weiter zur stromabwärtigen Seite (nachstehend als die spätere Stufe bezeichnet) als die Flügel der ersten Stufe 30 vorgesehen sind. Beachten Sie, dass die Mehrzahl von Scheibenlöchern 32 nicht in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen sein müssen, sie sie müssen nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein und ferner müssen sie nicht in der gleichen Position wie die TOBI-Düsen 24 und 44 in der Radialrichtung vorgesehen sein.
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Jeder der Kühlströmungskanäle 33 dringt durch das Innere der Rotorscheibe der ersten Stufe 31, den Flügelfuß und die Plattform 34 ein und ist ein Strömungskanal, der einen Teil der Kühlluft, die von der TOBI-Düse 24 ausgelassen wird, dem Inneren von jedem der Flügel der ersten Stufe 30, durch einen Pfeil a1 dargestellt, zuführt. Die Kühlströmungskanäle 33 sind in einer Mehrzahl in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet, und jeder der Kühlströmungskanäle 33 ist in der gleichen Position in der Umfangsrichtung wie jeder der Flügel der ersten Stufe 30 angeordnet. Beachten Sie, dass die Kühlströmungskanäle 33 nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein müssen, und müssen nicht in der gleichen Position in der Umfangsrichtung wie die Flügel der ersten Stufe 30 vorgesehen sein (müssen nicht entsprechend jedem der Flügel der ersten Stufe 30 vorgesehen sein). Ferner kann sich eine Anzahl von vorgesehenen Kühlströmungskanälen 33 von einer Anzahl von Flügeln der ersten Stufe 30 unterscheiden.
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Die Flügel der zweiten Stufe 50 und eine Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 sind auf eine ähnliche Weise wie die Flügel der ersten Stufe 30 und die Rotorscheibe der ersten Stufe 31 konfiguriert.
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Insbesondere die Flügel der zweiten Stufe 50 sind Flügel, die derart vorgesehen sind, um auf der Außenumfangsfläche der scheibenförmigen Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 hochzustehen, sie sind Seite an Seite in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung im Gasströmungsweg vorgesehen und sie sind über eine Plattform 54, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einen Flügelfuß (nicht dargestellt) an der Rotorscheibe 51 der zweiten Stufe angebracht.
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Die Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 ist ein scheibenartiges Element mit der Rotationsachse L als ihre Mitte und sie ist derart an die Drehwelle 5 angebracht, dass sie eine Drehantriebskraft übertragen kann. Scheibenlöcher 52 und Kühlströmungskanäle 53 sind in der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 gebildet.
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Die Scheibenlöcher 52 sind gebildet, um durch die Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 in der Richtung der Rotationsachse L einzudringen, und sie sind in einer Mehrzahl in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen. Die Position in der Radialrichtung von jedem der Scheibenlöcher 52 ist auf die gleiche Position in der Radialrichtung wie die TOBI-Düse 44 eingestellt und jedes der Scheibenlöcher 52 bildet einen Strömungskanal, der einen Teil der Kühlluft, die von der TOBI-Düse 44 ausgelassen wird, Flügeln (nicht dargestellt) zuführt, die weiter zur stromabwärtigen Seite vorgesehen sind. Beachten Sie, dass die Mehrzahl von Scheibenlöchern 52 nicht in dergleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen sein müssen, sie müssen nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein und ferner müssen sie nicht in der gleichen Position wie die TOBI-Düse 44 in der Radialrichtung vorgesehen sein.
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Jeder der Kühlströmungskanäle 53 dringt durch das Innere der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51, den Rotorfuß und die Plattform 54 ein und ist ein Strömungskanal, der einen Teil der Kühlluft, die von der TOBI-Düse 44 ausgelassen wird, dem Inneren des Flügels der zweiten Stufe 50, durch einen Pfeil a2 dargestellt, zuführt. Jeder der Kühlströmungskanäle 53 ist in der gleichen Position in der Umfangsrichtung wie die Flügel der zweiten Stufe 50 angeordnet. Die Kühlströmungskanäle 53 müssen nicht notwendigerweise in gleichen Abständen vorgesehen sein, und müssen nicht in der gleichen Position in der Umfangsrichtung wie die Flügel der zweiten Stufe 50 vorgesehen sein (müssen nicht für jeden der Flügel der zweiten Stufe 50 vorgesehen sein). Ferner kann sich eine Anzahl von vorgesehenen Kühlströmungskanälen 53 von einer Anzahl von Flügeln der zweiten Stufe 50 unterscheiden.
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Beachten Sie, dass ein Dichtungselement 35, das an der Rotorscheibe 31 angebracht ist, und Dichtungselemente 55 und 56, die an der Rotorscheibe 51 angebracht sind, Elemente sind, die zwischen dem ringförmigen Element der Innenumfangsseite 43b, das an den Schaufeln 40 angebracht ist, und einem ringförmigen Element der Innenumfangsseite, das an den Schaufeln (nicht dargestellt) der späteren Stufe angebracht ist, mit kleinen Freiräumen dazwischen vorgesehen sind, und Dichtungselemente sind, um den Austritt der Kühlluft zu verhindern.
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Die TOBI-Düsen 24 und 44 und die Scheibenlöcher 32 und 52 werden detailliert beschrieben. Die TOBI-Düse 24 und die TOBI-Düse 44 haben im Wesentlichen dieselbe Konfiguration, und die Scheibenlöcher 32 und die Scheibenlöcher 52 haben im Wesentlichen dieselbe Konfiguration.
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Daher werden die TOBI-Düse 24 und die Scheibenlöcher 32 als Beispiele herangezogen und die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf 2 und 3. Beachten Sie, dass 3 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Umfangsrichtung der TOBI-Düse 24 und der Rotorscheibe 31 ist (beachten Sie, dass nur ein Teil davon dargestellt wird), und ein Diagramm ist, für das ein Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft und ein Drehgeschwindigkeitsvektor der Rotorscheibe 31 dargestellt werden.
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Die TOBI-Düse 24 verleiht der Kühlluft, die durch den Kühlströmungsweg 23 strömt, eine zirkulierende Strömungskomponente in der gleichen Richtung wie eine Drehrichtung U der Rotorscheibe 31 (nachstehend auch als eine Scheibendrehrichtung bezeichnet).
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Um dies spezifisch zu beschreiben, ist die TOBI-Düse 24 mit einem Außenringabschnitt 24a, der in einer Ringform mit der Rotationsachse L als ihre Mitte gebildet ist, einem Innenringelement 24b, das in einer Ringform mit der Rotationsachse L als ihre Mitte gebildet ist und das auf der Innenseite in der Radialrichtung vom Außenringelement 24a beabstandet vorgesehen ist (siehe 2), und einer Mehrzahl von Strömungsprofilabschnitten 24c vorgesehen, die in gleichen Abständen angeordnet sind und zwischen dem Außenringabschnitt 24a und dem Innenringabschnitt 25b vorgesehen sind. Der Außenringabschnitt 24a und der Innenringabschnitt 24b sind über die Strömungsprofilabschnitte 24c einstückig miteinander verbunden.
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Die Düsenabschnitte 24d sind dann zwischen den Strömungsprofilabschnitten 24c in der Umfangsrichtung angrenzend zueinander gebildet. Wie in 3 dargestellt, ist eine Querschnittsform von jedem der Düsenabschnitte 24d, wenn entlang der Umfangsrichtung geschnitten, eine Form, die sich allmählich zur Scheibendrehrichtung U-Seite in einer Strömungsrichtung A1 der Kühlluft neigt, und eine Strömungskanalbreite davon wird allmählich kleiner. Die Querschnittsform hat eine konstante Querschnittsform in Bezug auf die Radialrichtung (die Vertikalrichtung auf der Papieroberfläche in 3). Der Düsenabschnitt 24d ist insbesondere derart gebildet, dass er eine gekrümmte Form, in der er in Richtung der Scheibendrehrichtung U ausgerichtet ist, und eine verengende Form hat, in der ein Querschnittsbereich eines Strömungskanals davon kleiner wird, je weiter er zur stromabwärtigen Seite in der oben beschriebenen Strömungsrichtung A1 liegt.
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Durch die Konfiguration der TOBI-Düse 24 mit dieser Art von Konfiguration wird die Kühlluft beschleunigt und von der TOBI-Düse 24 als eine zirkulierende Strömung, die in der Scheibendrehrichtung U zirkuliert, ausgelassen.
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Wie ferner in 3 dargestellt, hat eine Querschnittsform von jedem der Scheibenlöcher 32, wenn entlang der Umfangsrichtung davon geschnitten, eine Form, die im Wesentlichen einer Richtung senkrecht zur Scheibendrehrichtung U an einem Einlassabschnitt (eines stromaufwärtigen Abschnitts einer Strömungsrichtung A2 der Kühlluft) folgt, aber hat eine Form, die sich allmählich in einer gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Richtung zur Scheibendrehrichtung U neigt, je näher sie bei einem Auslassabschnitt liegt (eines stromabwärtigen Abschnitts der Strömungsrichtung A2 der Kühlluft). Die Querschnittsform hat eine konstante Querschnittsform in Bezug auf die Radialrichtung (die Vertikalrichtung auf der Papieroberfläche in 3). Jedes der Scheibenlöcher 32 ist insbesondere derart gebildet, um eine Tragflächenform mit einer umgekehrten Ausrichtung zu jener von jedem der Düsenabschnitte 24d der TOBI-Düse 24 aufzuweisen, und hat eine gekrümmte Form, die in Richtung der entgegengesetzten Richtung zur Scheibendrehrichtung U ausgerichtet ist, und eine verengende Form, in der ein Querschnittsbereich des Strömungskanals davon enger wird, je weiter sie zur stromabwärtigen Seite in der oben beschriebenen Strömungsrichtung A2 liegt.
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Unter Bezugnahme auf 3 und die TOBI-Düse 24 und das Scheibenloch 32 als Beispiel heranziehend, wird hier als ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung eine Lösung zum Einstellen eines Querschnittsbereichs eines Strömungskanals und eines Ausströmwinkels an einem Kühlluftauslass (nachstehend auch als ein Düsenauslass bezeichnet) 24e des Düsenabschnitts 24d der TOBI-Düse 24, und eines Querschnittsbereichs eines Strömungskanals und eines Ausströmwinkels eines Kühlluftauslasses (nachstehend auch als ein Lochauslass bezeichnet) 32a des Scheibenlochs 32 beschrieben.
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In 3 stellt das Referenzzeichen C1 einen Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft beim Düsenauslass 24e (mit anderen Worten, ein Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft bei einem Kühllufteinlass (nachstehend auch als ein Locheinlass bezeichnet) 32b des Scheibenlochs 32) dar, und das Referenzzeichen C2 stellt einen Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft beim Lochauslass 32a dar.
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Der Geschwindigkeitsvektor C1 des Düsenauslasses 24e ist ein Geschwindigkeitsvektor, der basierend auf der Volumenströmung pro Zeiteinheit der Kühlluft, die in den Düsenabschnitt 24d strömt, und dem Querschnittsbereich des Strömungskanals und einem Ausströmwinkel beim Düsenauslass 24e berechnet wird.
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Nachdem der Mantelabschnitt 22, in dem die TOBI-Düse 24 vorgesehen ist (nämlich, in dem der Düsenauslass 24e vorgesehen ist), in einem feststehenden Zustand ist, ist der Geschwindigkeitsvektor C1 ein absoluter Geschwindigkeitsvektor, und eine Komponente in der Scheibendrehrichtung U dieses absoluten Geschwindigkeitsvektors C1 ist ein absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt beim Düsenauslass 24e (nämlich, ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor beim Locheinlass 32b, nachstehend auch als ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor bezeichnet).
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Der Geschwindigkeitsvektor C2 des Lochauslasses 32a ist ein Geschwindigkeitsvektor, der basierend auf der Volumenströmung pro Zeiteinheit der Kühlluft, die in das Scheibenloch 32 strömt, und einem Querschnittsbereich des Strömungskanals und einem Ausströmwinkel bei einem Lochauslass 32a berechnet wird und ist ein relativer Geschwindigkeitsvektor, der die Rotorscheibe 31 als eine Referenz heranzieht. Wie in 3 dargestellt, wird ein absoluter Geschwindigkeitsvektor C_D der Kühlluft beim Lochauslass 32a erhalten, indem der relative Geschwindigkeitsvektor C2 und ein Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vu der Rotorscheibe 31 bei einem Lochauslass 32a vereint werden, und die Komponente in der Scheibendrehrichtung U des absoluten Geschwindigkeitsvektors C_D ist ein absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor (nachstehend auch als ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor bezeichnet) Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass 32a.
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Wenn die Scheibendrehgeschwindigkeit U ferner als die positive Richtung (die Plus-Richtung) definiert wird, werden der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmungswinkel beim Düsenauslass 24e, und auch der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmungswinkel beim Lochauslass 32a derart eingestellt, dass der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass 32a kleiner als der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft beim Düsenauslass 24e ist.
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Der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft beim Düsenauslass 24e ist der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft, die in den Locheinlass 32 strömt, wie oben beschrieben wird. Beim Strömen der Kühlluft durch das Scheibenloch 32, wie durch einen Pfeil A2 dargestellt, wird eine Differenz ΔVt (=Vt - Vt_D) zwischen dem eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt und dem ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt-D als Antriebskraft (Antriebskraftenergie) gewonnen, die beim Antreiben der Rotorscheibe 31, welche durch das Verbrennungsgas G angetrieben wird, in der Scheibendrehrichtung U hilft. Insbesondere ist die Rotorscheibe 31 als eine antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Hier bezieht sich „absolut“ in Bezug auf den eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt und den ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt_D auf die Tatsache, dass diese Umfangsgeschwindigkeitsvektoren eines absoluten Systems sind, das ein feststehendes System als Referenz heranzieht, und keine relativen Umfangsgeschwindigkeitsvektoren sind, die die Rotorscheibe 31 als Referenz heranziehen, und bezieht sich nicht auf absolute Werte (Größe). Um ferner zu erklären, drückt die Tatsache, dass der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt-D kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt ist, keinen Vergleich von skalaren Beträgen der Größe (absolute Werte) von beiden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektoren Vt und Vt-D aus, sondern bezieht sich auf einen Vergleich von Vektorenmengen, wenn die Scheibendrehrichtung U als die positive Richtung (die Plus-Richtung) und die gegenüberliegende Richtung zur Scheibendrehrichtung U als eine negative Richtung (die Minus-Richtung) definiert wird. Wenn daher zum Beispiel die Richtung des eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt die gleiche Richtung (die Plus-Richtung) wie die Scheibendrehrichtung U ist und die Richtung des ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt_D die gegenüberliegende Richtung (die Minus-Richtung) zur Scheibendrehrichtung U ist, ist, unabhängig von den Größen (absolute Werte) der absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektoren Vt und Vt-D, der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt.
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Auf ähnliche Weise sind der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel des Düsenauslasses der TOBI-Düse 44, die an den Schaufeln 40 angebracht ist, und der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel des Auslasses des Scheibenlochs 52 in der Rotorscheibe 51 ebenfalls derart eingestellt, dass ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor des Scheibenlochs 52 kleiner als ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor des Scheibenlochs 52 ist. Wie in 2 dargestellt, wird daher bewirkt, dass die Kühlluft, die durch die TOBI-Düse 44 strömt und noch einmal ihre Richtung zur Scheibendrehrichtungs U-Seite ändert, wie durch einen Pfeil A3 dargestellt, ihre Richtung zur entgegengesetzten Seite zur Scheibendrehrichtung U-Seite beim Strömen durch das Scheibenloch 52 ändert, wie durch einen Pfeil A4 dargestellt wird, und zu diesem Zeitpunkt dabei hilft, die Rotorscheibe 51 in Richtung der Scheibendrehrichtung U anzutreiben. Insbesondere ist die Rotorscheibe 51 auch als eine antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Beachten Sie, dass es hinlänglich ist, dass der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor ist, und der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel des Auslasses des Scheibenlochs 52 in der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 sind möglicherweise nicht gleich wie der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel des Auslasses des Scheibenlochs 32 in der Rotorscheibe der ersten Stufe 31.
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Gemäß der Gasturbine und der Kühlstruktur für die Turbine der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Rotorscheiben 31 und 51 wie oben beschrieben als die antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheiben konfiguriert, in denen, für jedes der Scheibenlöcher 32 und 52, der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor eingestellt ist, dass er kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor ist. Beim Strömen durch die Scheibenlöcher 32 und 52 hilft die Kühlluft daher, die Rotorscheiben 31 und 51 anzutreiben, die vom Verbrennungsgas G angetrieben werden.
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Ferner werden in der vorliegenden Ausführungsform die TOBI-Düsen 24 und 44 verwendet und die Verengung davon kann bewirken, dass die Kühlluft auf der Scheibendrehrichtungs U-Seite beschleunigt wird. Daher kann der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor von jedem der Scheibenlöcher 32 und 52 der Rotorscheiben 31 und 51 vergrößert werden. Andererseits wird bewirkt, dass eine Auslassrichtung der Kühlluft von den Scheibenlöchern 32 und 52 die der Scheibendrehrichtung U gegenüberliegende Richtung ist, und der Auslass von jedem der Scheibenlöcher 32 und 52 wird verengt. Daher kann der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor, welcher die Komponente in der Scheibendrehrichtung U ist, verkleinert werden. Folglich kann die Differenz zwischen dem eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektor und dem ausgehenden absoluten Geschwindigkeitsvektor (= eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor - ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor) wesentlich vergrößert werden, und eine größer Menge Antriebskraft kann von der Kühlluft gewonnen werden.
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Ferner ist die TOBI-Düse 44 auch zwischen der Rotorscheibe der ersten Stufe 31 und der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 vorgesehen (insbesondere auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Kühlluft der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51), und daher kann die TOBI-Düse 44 der Kühlluft, die den Umfangsgeschwindigkeitsvektor in der entgegengesetzten Richtung zur Scheibendrehrichtung U hat, nachdem sie durch das Scheibenloch 31 strömt, den Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Scheibendrehrichtung U-Seite verleihen. Daher kann der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor des Scheibenlochs 52 in der Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 vergrößert werden, und folglich kann neben der Rotorscheibe der ersten Stufe 31 die Rotorscheibe der zweiten Stufe 51 ebenfalls die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe sein, und die Antriebskraft kann von der Kühlluft über eine Mehrzahl von Stufen gewonnen werden.
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Außerdem haben die Scheibenlöcher 32 und 52 der vorliegenden Ausführungsform die Tragflächenform, die gleichmäßig gekrümmt ist, damit sie in Richtung der Richtung zur Scheibendrehrichtung U ausgerichtet ist, je näher sie beim Auslassabschnitt ist. Folglich kann die Strömung der Kühlluft, die in Richtung der Scheibendrehrichtung U von den TOBI-Düsen 24 und 44 ausgelassen wird, effizient als die Antriebskraft gewonnen werden, die die Rotorscheiben 31 und 51 antreibt, und gleichzeitig wird die Ausrichtung der Kühlluft gleichmäßig geändert, während sie sich in Richtung des Auslasses bewegt, wodurch ein Druckverlust verringert werden kann.
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Wenn die Antriebskraft ferner von der Kühlluft gewonnen wird, arbeitet die Kühlluft und die Temperatur davon nimmt ab. Daher kann die Last auf den Kühler 7 (siehe 1) durch eine Menge reduziert werden, die dieser Temperaturabnahme entspricht, und die Antriebskraft, die zum Kühlen der Kühlluft verwendet wird, kann reduziert werden. Nachdem die Temperatur der Kühlluft abnimmt, kann die angesaugte Menge der Kühlluft, nämlich die Kühlluft, ferner durch eine Menge, die der Temperaturabnahme entspricht, reduziert werden. Die Menge Druckluft, welche die Verbrennungsluft ist, die der Brennkammer zugeführt wird, kann um eine Menge erhöht werden, die der Reduktion der angesaugten Menge Luft entspricht, und daher kann die Verbrennungsmenge der Brennkammer erhöht werden und die Turbinenleistung kann verbessert werden.
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Die Gasturbine und die Kühlstruktur für die Turbine einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Beachten Sie, dass die gleichen Elemente in der oben beschriebenen Ausführungsform den gleichen Referenzzeichen zugewiesen werden, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen.
Die Kühlstruktur für die Turbine der vorliegenden Weiterbildung ist die gleiche wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass der Geschwindigkeitsvektor C1 der Kühlluft beim Locheinlass 32b kleiner eingestellt ist und der Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vu der Rotorscheibe 31 kleiner als in der oben beschriebenen Ausführungsform eingestellt ist.
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Obwohl folglich die Größe (absoluter Wert) des ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt_D größer als die Größe (absoluter Wert) des eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt ist, ist die Richtung des ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt_D die der Drehscheibenrichtung U gegenüberliegende Richtung (die Minus-Richtung), während die Richtung des eingehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt die gleiche Richtung (die Plus-Richtung) wie die Scheibendrehrichtung U ist. Wenn die Scheibendrehrichtung U folglich als die positive (Plus-) Richtung definiert wird, und die der Drehscheibenrichtung U gegenüberliegende Richtung als die negative (Minus-) Richtung definiert ist, ist der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt eingestellt und die Rotorscheibe 31 ist auf ähnliche Weise wie in der oben beschriebenen Ausführungsform als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Kühlluft, die durch das Scheibenloch 32 der vorhergehenden Stufe der Rotorscheibe der ersten Stufe 31 geströmt ist, der TOBI-Düse 44 zugeführt, die an den Schaufeln 40 angebracht ist, aber wie durch eine lange doppelt-kurzgestrichelte Linie in 2 dargestellt wird, kann die Kühlluft von einer Leitung 45 zugeführt werden, die von außerhalb des Gehäuses 10 in das Innere der Schaufel 40 eingeführt wird.
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Die Gasturbine und die Kühlstruktur für die Turbine eines ersten Beispiels zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 1, 2 und 5 beschrieben. Beachten Sie, dass die gleichen Elemente in der Ausführungsform den gleichen Referenzzeichen zugewiesen werden, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen.
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In Bezug auf die Konfiguration der Ausführungsform, die in 2 und 3 dargestellt wurde, verwenden der Turbinenabschnitt 4 des vorliegenden Beispiels (siehe 1) und die Kühlstruktur davon eine TOBI-Düse 124 und eine Rotorscheibe 131, die in 5 dargestellt ist, anstelle der TOBI-Düsen 24 und 44, und jeweils die Rotorscheiben 31 und 51.
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Die TOBI-Düse 124 ist mit einer Mehrzahl von säulenförmigen Elementen 124c vorgesehen, die in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind und zwischen einem Außenringabschnitt und einem Innenringabschnitt vorgesehen sind, und Düsenabschnitte 124d sind zwischen den säulenförmigen Elementen 124c aneinander in der Umfangsrichtung angrenzend gebildet. Wie in 5 dargestellt, ist eine Querschnittsform von jedem der Düsenabschnitte 124d, wenn entlang der Umfangsrichtung geschnitten, eine konische Trapezform, die sich zur Scheibendrehrichtungs U-Seite in einer Strömungsrichtung A5 der Kühlluft neigt und diese Querschnittsform hat eine konstante Querschnittsform in Bezug auf die Radialrichtung (die Vertikalrichtung auf der Papieroberfläche in 5). Insbesondere sind in einem Querschnitt, geschnitten entlang der Umfangsrichtung, Wände, die jeden der Düsenabschnitte 124d definieren, als gerade Linien gebildet, und die Düsenabschnitte 124d sind als eine sich verengende Form gebildet, deren Querschnittsbereich des Strömungskanals kleiner wird, je weiter sie zur stromabwärtigen Seite in der oben beschriebenen Strömungsrichtung A5 liegt.
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Da in Bezug auf die Rotorscheibe 31 der Ausführungsform, die Rotorscheibe 131 sich lediglich darin unterscheidet, dass die Form der Scheibenlöcher 132 davon unterschiedlich sind, werden lediglich die Scheibenlöcher 132 beschrieben.
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Wie in 5 dargestellt, ist eine Querschnittsform von jedem der Scheibenlöcher 132, wenn entlang der Umfangsrichtung geschnitten, eine konische Trapezform, die sich zu der der Scheibendrehrichtungs U-Seite entgegengesetzten Seite in einer Strömungsrichtung A6 der Kühlluft neigt und diese Querschnittsform hat eine konstante Querschnittsform in Bezug auf die Radialrichtung. Insbesondere sind in einem Querschnitt, geschnitten entlang der Umfangsrichtung, Wände, die jedes der Scheibenlöcher 132 definieren, als gerade Linien gebildet, und die Scheibenlöcher 132 sind in einer sich verengenden Form gebildet, deren Querschnittsbereich des Strömungskanals kleiner wird, je weiter sie zur stromabwärtigen Seite in der oben beschriebenen Strömungsrichtung A6 liegt.
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Ferner sind der Querschnittsbereich und der Ausströmwinkel beim Düsenauslass 124e, und der Querschnittsbereich und der Ausströmwinkel bei einem Lochauslass 132a derart eingestellt, dass der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass 132a kleiner als der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft bei einem Locheinlass 132b ist (der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft beim Düsenauslass 124e). Insbesondere ist die Rotorscheibe 131 als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Beachten Sie, dass der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel der Auslässe der Scheibenlöcher in der Rotorscheibe der zweiten Stufe möglicherweise nicht gleich wie der Querschnittsbereich des Strömungskanals und der Ausströmwinkel der Auslässe der Scheibenlöcher in einer Rotorscheibe der zweiten Stufe sind.
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Da die Gasturbine und die Kühlstruktur davon gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Weise konfiguriert sind, wird neben dem Erhalt der gleichen Wirkungen wie in der Ausführungsform, da der Düsenabschnitt 124d und das Scheibenloch 132 die Form haben, in der die Wände, die die Düsenabschnitte 124d und die Scheibenlöcher 132 definieren, gerade Linien in einem Querschnitt sind, der entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist, die Bearbeitung, um die Düsenabschnitte 124d und die Scheibenlöcher 132 zu bilden, einfacher, wodurch die Herstellungskosten reduziert und die Herstellungsdauer verkürzt werden kann.
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In dem oben beschriebenen ersten Beispiel hat das Scheibenloch 132 die verengende Form, in der der Querschnittsbereich des Strömungskanals näher an der Lochauslass 132a-Seite ist, aber das Scheibenloch 132 kann eine Form aufweisen, in der der Querschnittsbereich des Strömungskanals in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft konstant ist, wie durch lange doppelt-kurzgestrichelte Linien in 5 dargestellt wird, so lange der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D beim Lochauslass 132a kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft beim Locheinlass 132b eingestellt wird. In diesem Fall wird die Bearbeitung zum Bilden der Scheibenlöcher 132 noch einfacher.
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Ferner sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die Scheibenlöcher 132 konfiguriert, um sich in der der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Richtung in Richtung der Strömungsrichtung A6 der Kühlluft zu neigen, aber anstelle der Scheibenlöcher 132, die auf diese Weise geneigt sind, können Scheibenlöcher 232 angenommen werden, die sich zur Scheibendrehrichtungs U-Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung A6 der Kühlluft neigen, wie in 6 dargestellt wird. Wenn die Scheibendrehgeschwindigkeit relativ langsam ist, auch dann, wenn die Scheibenlöcher auf diese Weise geneigt sind, kann der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft gemacht werden. Beachten Sie, dass wenn bewirkt wird, dass sich die Scheibenlöcher in der Scheibendrehrichtung U-Seite auf diese Weise neigen, wenn ein Lochauslass 232a verengt wird, der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D größer wird, und obwohl das Scheibenloch 232 hier die verengende Form, wie in 6 dargestellt, aufweist, kann das Scheibenloch 232 eine Form haben, in der bewirkt wird, dass sich der Querschnittsbereich des Strömungskanals davon von einem Locheinlass 232b in Richtung des Lochauslasses 232a erstreckt.
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Die Gasturbine und die Kühlstruktur für die Turbine gemäß einem zweiten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 1, 7 und 8 beschrieben. Beachten Sie, dass die gleichen Elemente in der oben beschriebenen Ausführungsform und dem ersten Beispiel den gleichen Referenzzeichen zugewiesen werden, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen. Beachten Sie, dass 8 eine schematische Querschnittsansicht der TOBI-Düse 24, einer Rotorscheibe der ersten Stufe 331 und einer Rotorscheibe 351 der zweiten Stufe ist, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist (beachten Sie, dass nur ein Teil davon dargestellt wird), und Geschwindigkeitsvektoren der Kühlluft und der Rotorscheiben 331 und 351 werden im Diagramm dargestellt.
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Der Turbinenabschnitt 4 (siehe 1) und die Kühlstruktur davon des vorliegenden Beispiels sind wie in 7 dargestellt konfiguriert. Im Vergleich zur Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich diese Kühlstruktur insofern, als dass die TOBI-Düse 44 (genauer gesagt, die Elemente 42 und 43 zum Anbringen der TOBI-Düse 44 und die Dichtungselemente 35, 55 und 56) nicht auf den Schaufeln 40 vorgesehen sind, die zwischen den Flügeln 30 und 50 vorgesehen sind, und eine Konfiguration der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 und die Rotorscheibe der zweiten Stufe 351 (insbesondere eine Konfiguration der Scheibenlöcher in jeder der Scheiben 331 und 351) unterscheiden sich.
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Nachstehend werden die Rotorscheibe der ersten Stufe 331 und die Rotorscheibe der zweiten Stufe 351 beschrieben.
Scheibenlöcher 332 sind in der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 vorgesehen. Die Scheibenlöcher 332 sind gebildet, um durch die Rotorscheibe der ersten Stufe 331 in der Richtung der Rotationsachse L einzudringen, und sie sind in einer Mehrzahl in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen. Ferner ist für jedes der Scheibenlöcher 332 ein Querschnitt eines Strömungskanals (ein Querschnitt, der vertikal in Bezug auf die Strömungsrichtung A2 der Kühlluft geschnitten ist) eine konstante Form in Bezug auf die Strömungsrichtung A2 der Kühlluft (zum Beispiel, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine kreisförmige Form, eine elliptische Form und dergleichen).
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Ähnlich dazu sind Scheibenlöcher 352 in der Rotorscheibe der zweiten Stufe 351 vorgesehen. Die Scheibenlöcher 352 sind gebildet, um durch die Rotorscheibe der zweiten Stufe 351 in der Richtung der Rotationsachse L einzudringen, und sie sind in einer Mehrzahl in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen. Ferner ist für jedes der Scheibenlöcher 352 ein Querschnitt eines Strömungskanals eine konstante Form in Bezug auf die Strömungsrichtung A4 der Kühlluft (zum Beispiel, eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine kreisförmige Form, eine elliptische Form und dergleichen).
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Wie in 7 dargestellt, ist jedes der Scheibenlöcher 332 und jedes der Scheibenlöcher 352 in der gleichen Position wie die TOBI-Düse 24 in der Radialrichtung vorgesehen, eine Anzahl von jedem ist die gleiche, und der Querschnittsbereich des Strömungskanals eines Lochauslasses 332a und eines Lochauslasses 352a sind gleich eingestellt. Ferner kann eine Querschnittsform in der Umfangsrichtung der Scheibenlöcher 332 und 352 in der Radialrichtung konstant sein (die Vertikalrichtung auf der Papieroberfläche in 8), oder kann nicht konstant sein.
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Beachten Sie, dass die Mehrzahl von Scheibenlöchern 332 nicht in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen sein müssen, sie müssen nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein und ferner müssen sie nicht in der gleichen Position wie die TOBI-Düse 24 in der Radialrichtung vorgesehen sein. Ähnlich dazu müssen die Mehrzahl von Scheibenlöchern 352 nicht in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen sein, sie müssen nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein und ferner müssen sie nicht in der gleichen Position wie die TOBI-Düse 24 in der Radialrichtung vorgesehen sein. Weiters kann sich die Anzahl der Scheibenlöcher 332 von der Anzahl der Scheibenlöcher 352 unterscheiden, und die Querschnittsform des Strömungskanals und der Querschnittsbereich des Strömungskanals des Scheibenlochs 332 können sich von jeden von Scheibenloch 352 unterscheiden. Ferner müssen die jeweiligen Querschnittsformen des Strömungskanals der Scheibenlöcher 332 und 352 nicht die konstante Querschnittsform in Bezug auf die Strömungsrichtung sein.
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Wie in 8 dargestellt, sind der Querschnittsbereich und der Ausströmwinkel beim Düsenauslass 24e, und der Querschnittsbereich und der Ausströmwinkel beim Lochauslass 332a für jedes der Scheibenlöcher 332 in der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 derart eingestellt, dass der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass 332a kleiner als der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt der Kühlluft bei einem Locheinlass 332b ist (insbesondere der absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft beim Düsenauslass 24e der TOBI-Düse 24). Insbesondere ist die Rotorscheibe 331 als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Außerdem ist ein Merkmal des vorliegenden Beispiels, dass jedes der Scheibenlöcher 352 der Rotorscheibe 351 des ersten Beispiels konfiguriert ist, damit die Kühlluft ausgelassen wird, um noch weiter zur der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Seite als die Scheibenlöcher 332 der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 geneigt zu sein.
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Mit anderen Worten ist ein Neigungswinkel θ2 in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Kühlluft für jedes der Scheibenlöcher 352 derart eingestellt, um auf eine der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Seite geneigt zu sein, derart, dass der Neigungswinkel θ2 größer als der gleiche Neigungswinkel θ1 des Scheibenlochs 331 ist.
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Daher kann, wie in 8 dargestellt, die Antriebskraft von der Kühlluft bei Scheibenlöchern der späteren Stufe 352 ebenfalls gewonnen werden.
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Insbesondere durch Auslassen der Kühlluft, die wesentlicher zu der der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Seite geneigt ist als die Kühlluft von den Scheibenlöchern der vorhergehenden Stufen 332, von den Scheibenlöchern der späteren Stufe 352, wenn die Scheibendrehrichtung U als die positive Richtung definiert ist und die der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Richtung als die negative Richtung definiert ist, ist ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D', der eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente eines absoluten Geschwindigkeitsvektors C_D' der Kühlluft bei einem Lochauslass 352a (ein Geschwindigkeitsvektor, der durch die Kombination eines Geschwindigkeitsvektors C3 der Kühlluft und des Scheibenumfangsgeschwindigkeitsvektors Vu erhalten wird) um ΔVt' kleiner als der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass der vorhergehenden Stufe 332a (insbesondere der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D beim Locheinlass 352b). Daher kann die Antriebskraft von der Kühlluft bei Scheibenlöchern der späteren Stufe 352 ebenfalls gewonnen werden. Insbesondere ist neben der Rotorscheibe der vorhergehenden Stufe 331 die Rotorscheibe 351 der späteren Stufe ebenfalls als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Beachten Sie, dass hier das Beispiel angeführt wird, in dem der Querschnittsbereich beim Lochauslass von jedem der Scheibenlöcher 332 und der Scheibenlöcher 352 der gleiche ist, und die Anzahl der Scheibenlöcher 332 und jene der Scheibenlöcher 352 ist gleich, aber, wie oben beschrieben, können sich der Querschnittsbereich des Strömungskanals beim Lochauslass und die Anzahl der Scheibenlöcher 332 und der Scheibenlöcher 352 voneinander unterscheiden. In diesem Fall ist es ebenfalls selbstverständlich, dass durch Auslassen der Kühlluft, die wesentlicher zu der der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Seite geneigt ist als die Kühlluft von den Scheibenlöchern der vorhergehenden Stufe 332, von den Scheibenlöchern der späteren Stufe 352, der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' des Scheibenlochs 352 verkleinert werden kann.
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Ähnlich wie der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt und der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D ist der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' ein Geschwindigkeitsvektor eines absoluten Systems, das ein feststehendes System als Referenz heranzieht, und die Tatsache, dass der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D ist, bedeutet einen Vergleich von Vektorbeträgen, wenn die Scheibendrehrichtung U als die positive (Plus-) Richtung und die der Scheibendrehrichtung U gegenüberliegende Richtung als die negative (Minus-) Richtung definiert wird.
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Gemäß der Gasturbine und der Kühlstruktur davon gemäß dem zweiten Beispiel zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist die Rotorscheibe der späteren Stufe 351 ebenfalls als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert, und daher kann die Verbesserung der Leistung der Gasturbine und das Senken der Temperatur der Kühlluft aufgrund der Antriebskraftgewinnung effizienter umgesetzt werden.
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In dem oben beschriebenen zweiten Beispiel ist jede der Querschnittsformen des Strömungskanals der Scheibenlöcher 332 und 352 die konstante Form in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlluft, aber die Scheibenlöcher mit der verengenden Form, wie jene der Ausführungsform (siehe 3) oder dem ersten Beispiel (siehe 5), können als die Scheibenlöcher 332 und 352 verwendet werden.
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Die Gasturbine und die Kühlstruktur für die Turbine eines dritten Beispiels zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 1,9 und 10 beschrieben. Beachten Sie, dass den gleichen Elementen der oben beschriebenen Ausführungsform und Beispielen die gleichen Referenzzeichen zugewiesen werden, und eine Beschreibung davon wird ausgelassen. Beachten Sie, dass 10 eine schematische Querschnittsansicht der TOBI-Düse 24, der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 und einer Rotorscheibe 451 der zweiten Stufe ist, die entlang der Umfangsrichtung geschnitten ist (beachten Sie, dass nur ein Teil davon dargestellt wird), und Geschwindigkeitsvektoren der Kühlluft und der Rotorscheiben 331 und 451 werden im Diagramm dargestellt.
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Der Turbinenabschnitt 4 (siehe 1) des vorliegenden Beispiels und die Kühlstruktur davon sind wie in 9 und 10 konfiguriert, und die Konfiguration der Rotorscheibe der zweiten Stufe (insbesondere die Anordnung der Scheibenlöcher) unterscheidet sich in Bezug auf die Konfiguration des zweiten Beispiels in 7 und 8.
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Nachstehend wird die Rotorscheibe der zweiten Stufe 451 beschrieben.
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Scheibenlöcher 452 sind in der Rotorscheibe der zweiten Stufe 451 in einer Mehrzahl in der gleichen Position in der Radialrichtung in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen. Jedes der Scheibenlöcher 452 ist gebildet, um durch die Rotorscheibe der zweiten Stufe 451 in der Richtung der Rotationsachse L einzudringen.
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Ferner ist jedes der Scheibenlöcher 452 konfiguriert, dass es die gleiche Form hat und in der gleichen Anzahl an Scheibenlöchern 332 der Rotorscheibe der ersten Stufe 331 vorgesehen ist, und der Neigungswinkel (Ausströmwinkel) θ1 davon, die Anzahl davon und der Querschnittsbereich des Strömungskanals eines Lochauslasses 452a davon sind gleich wie jene der Scheibenlöcher 332. Aber wie in 9 dargestellt, ist jedes der Scheibenlöcher 452 in einer Position (eine Innenumfangsseite) vorgesehen, die näher zur Rotationsachse L ist als jedes der Scheibenlöcher 332 und ein Gyrationsradius davon ist klein eingestellt. Beachten Sie, dass es ausreicht, dass die Mehrzahl von Scheibenlöchern 452 weiter zur Innenumfangsseite als die Scheibenlöcher 332 vorgesehen sind, und sie müssen nicht in der gleichen Position in der Radialrichtung vorgesehen sein, und sie müssen nicht in gleichen Abständen vorgesehen sein. Ferner müssen die Form von jedem der Scheibenlöcher 452 (der Neigungswinkel, der Querschnittsbereich des Strömungswinkels des Lochauslasses 452a und dergleichen) und eine Anzahl der Scheibenlöcher 452 nicht gleich wie jene der Scheibenlöcher 332 sein.
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Auf diese Weise kann, wie in 10 dargestellt, durch Vorsehen der Scheibenlöcher 452 weiter zur Innenumfangsseite als die Scheibenlöcher 332 die Antriebskraft von der Kühlluft ebenfalls bei den Scheibenlöchern der späteren Stufe 452 gewonnen werden.
Insbesondere da der Gyrationsradius von jedem der Scheibenlöcher 452 klein eingestellt ist, ist ein Scheibenumfangsgeschwindigkeitsvektor Vu' an einer Position in der Radialrichtung der Scheibenlöcher 452 kleiner als der Scheibenumfangsgeschwindigkeitsvektor Vu an der Position in der Radialrichtung der Scheibenlöcher 332. Entsprechend einem Betrag, um den der Scheibenumfangsgeschwindigkeitsvektor Vu' kleiner wird, wird der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D', der eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente eines absoluten Geschwindigkeitsvektors C_D' der Kühlluft beim Lochauslass 452a (ein Geschwindigkeitsvektor, der durch Kombination des Geschwindigkeitsvektors C2 und des Scheibenumfangsgeschwindigkeitsvektors Vu') ist, um ΔVt' kleiner als der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektors Vt_D der Kühlluft beim Lochauslass der vorhergehenden Stufe 332a (insbesondere, der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft beim Locheinlass 452b) und die Antriebskraft wird von der Kühlluft gewonnen. Insbesondere ist neben der Rotorscheibe der vorhergehenden Stufe 331 die Rotorscheibe 451 der späteren Stufe ebenfalls als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert.
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Beachten Sie, dass hier das Beispiel angeführt wird, in dem der Neigungswinkel, der Querschnittsbereich des Lochauslasses von jedem der Scheibenlöcher 332 und der Scheibenlöcher 452, und die Anzahl der Scheibenlöcher 332 und jene der Scheibenlöcher 452 gleich sind, aber, wie oben beschrieben, können sich der Neigungswinkel, der Querschnittsbereich des Strömungskanals des Lochauslasses und die Anzahl der Scheibenlöcher 332 von jenen der Scheibenlöcher 452 unterscheiden. In diesem Fall ist es ebenfalls selbstverständlich, dass durch Vorsehen der Scheibenlöcher der späteren Stufe 452 weiter zur Innenumfangsseite als die Scheibenlöcher 332, der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' der Scheibenlöcher 452 verkleinert werden kann.
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Gemäß der Gasturbine und der Kühlstruktur für die Turbine des dritten Beispiels zur Erläuterung von Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist die Rotorscheibe der späteren Stufe 451 ebenfalls als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe auf ähnliche Weise wie jene des zweiten Beispiels konfiguriert, und daher kann die Verbesserung der Leistung der Gasturbine und das Senken der Temperatur der Kühlluft aufgrund der Antriebskraftgewinnung effizienter umgesetzt werden.
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In dem oben beschriebenen dritten Beispiel haben die Scheibenlöcher 332 auf der Außenumfangsseite und die Scheibenlöcher 452 auf der Innenumfangsseite die gleiche Form, aber sie können unterschiedliche Formen aufweisen. Zum Beispiel kann bewirkt werden, dass die Scheibenlöcher 452 auf der Innenumfangsseite die Kühlluft weiter in Richtung der der Scheibendrehrichtung U entgegengesetzten Seite als die Scheibenlöcher 332 auslassen, wie mit den Scheibenlöchern 352 (siehe 8) des oben beschriebenen zweiten Beispiels. Auf diese Weise kann der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' der Kühlluft beim Scheibenloch 452 noch kleiner gemacht werden, und noch mehr Antriebskraft kann von der Kühlluft gewonnen werden.
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- (1) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in jedem Beispiel ist die Rotorscheibe als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert, aber die Annahme der antriebskraftrückgewinnungsartigen Scheibe beschränkt sich nicht auf die Rotorscheibe. Wenn zum Beispiel eine Dichtungsscheibe vorgesehen ist, die sich einstückig mit dieser Rotorscheibe auf der vorhergehenden Stufe zur Rotorscheibe dreht (insbesondere dreht sie sich einstückig mit den Flügeln), können Scheibenlöcher der Dichtungsscheibe die Konfiguration der Scheibenlöcher der oben in der Ausführungsform und jedem Beispiel und deren Weiterbildungen beschriebenen Rotorscheiben annehmen (die Konfiguration dieser Scheibenlöcher mit der verengenden Form wie in der Ausführungsform und dem ersten Beispiel zum Beispiel), und sie können derart eingestellt sein, dass ein ausgehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft kleiner als ein eingehender absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft ist. Auf diese Weise kann die Dichtungsscheibe auch als die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe konfiguriert sein.
- (2) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in jedem Beispiel ist die TOBI-Düse 24 in der Stufe vor der Rotorscheibe der ersten Stufe vorgesehen und die Kühlluft wird der Rotorscheibe der ersten Stufe vom Hohlraum im Mantelabschnitt 22 durch die TOBI-Düse 24 als zirkulierende Strömung zugeführt. Aber eine Konfiguration ist möglich, in der die Kühlluft vom Hohlraum zur Rotorscheibe der ersten Stufe ohne Vorsehen derTOBI-Düse 24 (ohne die zirkulierende Strömung zu erzeugen) zugeführt wird.
- (3) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in jedem Beispiel wird, wie in 3 dargestellt, die strömungsprofilartige Düse als die TOBI-Düse verwendet, in der die Mehrzahl von Strömungsprofilabschnitten 24c Seite an Seite in der Umfangsrichtung angeordnet sind und die Düsenabschnitte 24d sind zwischen jedem der Strömungsprofilabschnitte 24c gebildet. Aber an Stelle der strömungsprofilartigen Düse kann eine rohrförmige Düsenart verwendet werden, in der eine Mehrzahl von rohrförmigen Düsen, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, die zirkulierende Strömung der Kühlluft bewirken und die Kühlluft zuführen.
- (4) In der oben beschriebenen Ausführungsform wird, wie in 2 dargestellt, die TOBI-Düse 44, die zwischen den Rotorscheiben 31 und 51 vorgesehen ist, von den Schaufeln 40 getragen, aber eine TOBI-Düse, die zwischen Rotorscheiben vorgesehen ist, muss nicht von Schaufeln getragen werden und die TOBI-Düse kann beispielsweise als die rohrförmige Düsenart konfiguriert sein und die rohrförmige Düse kann vom Gehäuse 10 getragen werden.
- (5) Ein Verfahren zum Einstellen der ausgehenden absoluten Umfangsgeschwindigkeit auf langsamer als die eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeit beim Scheibenloch beschränkt sich nicht auf das Einstellungsverfahren, das in der oben beschriebenen Ausführungsform und den Beispielen beschrieben wird.
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Zum Beispiel können in Bezug auf die oben beschriebene Ausführungsform und das erste Beispiel die jeweils verwendeten Verfahren ggf. kombiniert werden, wie beispielsweise den Radius des Gyrationsradius des Scheibenlochs kleiner als jenen der TOBI-Düse machen, indem das Scheibenloch weiter zur Rotationsachse L-Seite als die TOBI-Düse vorgesehen wird, und dergleichen.
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Ferner in Bezug auf das oben beschriebene zweite Beispiel kann, wie in 8 dargestellt, an Stelle der Einstellung der Neigungswinkel der Scheibenlöcher der vorhergehenden Stufe 332 und die Scheibenlöcher der späteren Stufe 352 auf unterschiedliche Winkel, Folgendes umgesetzt werden.
Insbesondere der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor Vt_D' kann verkleinert werden, indem eine Verengung des Auslasses des Scheibenlochs der späteren Stufe 352 vorgesehen wird, wodurch der Geschwindigkeitsvektor der Kühlluft davon größer wird.
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- (6) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in den Beispielen ist die Querschnittsform des Düsenabschnitts und des Scheibenlochs, wenn entlang der Umfangsrichtung geschnitten, in Bezug auf die Radialrichtung konstant, aber die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf dieses Beispiel, und die Querschnittsform davon entlang der Radialrichtung kann eine Querschnittsform sein, die in der Radialrichtung nicht konstant ist, wie eine Kreisform (ein kreisförmiges Loch) oder eine elliptische Form (ein konisches Loch). Wie mit den Scheibenlöchern 32 und 52, die durch die langen doppelt-kurzgestrichelten Linien in 2 dargestellt sind, können ferner die Scheibenlöcher konfiguriert sein, um in der Radialrichtung derart geneigt zu sein, dass der Einlass und der Auslass davon eine unterschiedliche Position in der Radialrichtung haben, oder er kann eine Form aufweisen, die sich in der Radialrichtung verengt, während die Querschnittsform entlang der Umfangsrichtung in Bezug auf die Radialrichtung konstant gehalten wird (oder die Querschnittsform entlang der Umfangsrichtung ändert sich in Bezug auf die Radialrichtung). Ferner können die Positionen in der Radialrichtung der Scheibenlöcher und die TOBI-Düse unterschiedliche Positionen sein, innerhalb eines Bereichs, über den die Antriebskraftgewinnung durch die Scheibenlöcher möglich ist.
- (7) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in den Beispielen ist jedes der Scheibenlöcher einander gleich in der Scheibe einschließlich die Scheibenlöcher, und die Form (der Neigungswinkel und der Querschnittsbereich des Strömungskanals) davon und die Position in der Radialrichtung sind gleich, aber die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf dieses Beispiel, und es kann bewirkt werden, dass einige der Scheibenlöcher eine andere Form oder eine andere Position in der Radialrichtung aufweisen.
- (8) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in den Beispielen ist der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft für jedes der Mehrzahl von Scheibenlöchern eingestellt, die in der Rotorscheibe vorgesehen sind, aber es reicht aus, dass der ausgehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor kleiner als der eingehende absolute Umfangsgeschwindigkeitsvektor der Kühlluft für zumindest ein Scheibenloch unter der Mehrzahl von Scheibenlöchern ist, die in der Rotorscheibe vorgesehen sind. Ferner reicht es aus, dass unter der Mehrzahl von Scheiben, zumindest eine von der Rotorscheibe, der Dichtungsscheibe oder dergleichen konfiguriert ist, um die antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe zu sein.
- (9) In der oben beschriebenen Ausführungsform und in den Beispielen wird das Beispiel angeführt, in dem die Gasturbine der vorliegenden Erfindung an eine Stromerzeugungsgasturbine angewendet wird. Aber die Gasturbine der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die Anwendung bei der Stromerzeugungsgasturbine und kann beispielsweise für eine Gasturbine für die Luftfahrt verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbine
- 2
- Kompressor (Kompressorabschnitt)
- 3
- Brennkammer (Brennkammerabschnitt)
- 4
- Turbinenabschnitt (Turbine)
- 5
- Drehwelle
- 20, 40
- Schaufel
- 24, 44, 124
- TOBI-Düse
- 30, 50
- Flügel
- 31, 51, 131, 331, 351, 451
- Rotorscheibe (antriebskraftrückgewinnungsartige Scheibe)
- 32, 52, 132, 232, 332, 352, 452
- Scheibenloch
- 32a, 132a, 232a, 332a, 352a, 452a
- Lochauslass
- 32b, 132b, 232b, 332b, 352b, 452b
- Locheinlass
- C1, C2, C3
- Geschwindigkeitsvektor von Kühlluft
- L
- Rotationsachse
- U
- Scheibendrehrichtung
- Vt, Vt_D, Vt_D'
- Absoluter Umfangsgeschwindigkeitsvektor
- θ1, θ2
- Scheibenloch-Neigungswinkel (Ausströmwinkel)
