JP2000356104A - ガスタービン静翼 - Google Patents

ガスタービン静翼

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JP2000356104A JP11168492A JP16849299A JP2000356104A JP 2000356104 A JP2000356104 A JP 2000356104A JP 11168492 A JP11168492 A JP 11168492A JP 16849299 A JP16849299 A JP 16849299A JP 2000356104 A JP2000356104 A JP 2000356104A
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栄作 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン静翼に関し、翼前縁部、フィレ
ットの形状を改良し、インサートの取付を2点支持と
し、かつ前縁部の冷却空気中のゴミによる空気吹出し、
冷却穴の目詰を防止し、静翼の信頼性を向上する。 【解決手段】 静翼10内には通路23,24が設けら
れ、23には前部インサート3a,24には後部インサ
ート5が挿入され、それぞれインサート支持部3aと3
b、6aと6bとで2点で支持される。前縁には突起部
1が設けられ、熱負荷の高い部分を小さくしてこの部分
の冷却穴11aの列を従来より少くする。前部インサー
ト2の背側には他よりも径の大きい空気吹出し穴4b、
翼にも径の大きいフィルム冷却穴12を設け、空気中に
含まれるゴミを流出させて穴の目詰りを防止する。又、
前縁部の曲面は楕円曲面として冷却空気の流れをスムー
ズにする。更に図示してないがフィレットの曲面も楕円
とし、熱応力の集中を避ける。これら改善により一段静
翼の信頼性が向上する。

Description

【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静翼に
関し、翼の冷却空気の吹出しを効率良くするように前縁
部の形状に改良を加えると共に熱応力の集中を避ける形
状とし、更に翼の組立も容易にする構造にしたものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図6はガスタービンの代表的な一段静翼
を示す断面図である。図において、20は一段静翼を示
し、21は外側シュラウド、22は内側シュラウドであ
る。20aは静翼の前縁部、20bは後縁部、20c,
20d,20eは翼中央部、後縁にそれぞれ設けられた
空気冷却穴である。静翼20の内部には前縁側の通路2
3、中央部の通路24、後縁部の通路25が設けられて
おり、通路23内にはインサート25が挿入され、通路
24にはインサート26が挿入されている。これらイン
サート25,26はそれぞれ通路23,24の内壁に所
定の隙間を保って挿入され、多点で支持されている。イ
ンサート25,26は中空の筒状体であり、周囲にはそ
れぞれ多数の空気吹出し穴27,28が明けられてい
る。
【0003】上記の一段静翼において、冷却用空気3
0,31,32は図示省略の車室空間より外側シュラウ
ド21を通り、静翼20内へ導かれるが、冷却空気30
は前縁側のインサート25に流入し、インサート25周
囲の空気吹出し穴27より通路23とインサート25と
で形成する隙間に流出し、通路23の周囲をインピンジ
冷却した後翼に穿設されている冷却穴20cより翼表面
に流出し、翼表面をシャワーヘッド及びフィルム冷却す
る。
【0004】同様に冷却空気31もインサート26内に
流入し、インサート26の空気吹出し穴28よりインサ
ート26と通路24とで形成される隙間に流出し、通路
24内周囲をインピンジ冷却し、同様に翼に設けられた
フィルム冷却穴20dより翼表面に流出し翼表面をフィ
ルム冷却する。又、冷却空気32は後縁の通路25に入
り、後翼部を冷却し、後縁のフィルム冷却穴20eより
外部へ流出する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の一段静翼におい
ては、翼の前縁部において流出する空気の流出が不均一
となり流速の乱れが生じて圧力損失が大きくなったり、
場合によっては冷却空気が逆流することが起り得る。
又、内部のインサートの空気吹出し穴が空気中のゴミに
より目詰りが生じ、圧損が大きくなる不具合が発生す
る。又、インサートの組立時においては、インサートを
通路内に多点で固定するために組立誤差が大きく、又隙
間も小さく、組立に多くの時間を要している。更に熱応
力の面では翼の外側、内側シュラウドとの付根部のフィ
レットの曲率が小さく、熱応力が集中してクラックが発
生しやすい構造であり、近年のガスタービンの高温化に
伴い、これら不具合を解消し、静翼の信頼性向上を図る
必要がある。
【0006】そこで本発明は、静翼の前縁部の曲面から
流出する空気の流れをスムーズにし、又空気の流出する
フィルム冷却穴の目詰りを防止する構造とすると共に、
インサートの支持も簡素な支持構造とし、更に翼付根部
のフィレット曲面も熱応力が集中しないような曲面に改
良し、これらの改良により、静翼の冷却効率を高めると
共に製造時の組立も良好な構造とし、静翼の信頼性を向
上することを課題としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の(1)乃至(7)の手段を提供する。
【0008】(1)外側、内側シュラウドに固定された
翼の内部に冷却空気を流し同翼を冷却するガスタービン
静翼において、前記翼の前縁の一部に滑らかな曲面の突
起部を形成すると共に、同突起部には冷却空気が吹き出
す複数の冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービン
静翼。
【0009】(2)前記突起部の曲面は楕円長軸曲面で
形成されることを特徴とする(1)記載のガスタービン
静翼。
【0010】(3)前記翼の前縁部は楕円長軸の曲面で
形成されることを特徴とする(1)記載のガスタービン
静翼。
【0011】(4)外側、内側シュラウドに固定された
翼内部に複数の通路を有し、同各通路内には多数の空気
吹出し穴を有する筒状のインサートを所定隙間を保って
挿入、固定されてなるガスタービン静翼において、前記
翼の前縁側の前記インサートには、その背側後部に他の
穴よりも径の大きい空気吹出し穴を設けると共に、前記
翼の背側には前記空気吹出し穴近辺に他の穴よりも径の
大きい冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービン静
翼。
【0012】(5)前記翼の前記内側、外側シュラウド
への付根部のフィレットは楕円短軸の曲面形状で形成さ
れていることを特徴とする(1)から(4)のいずれか
に記載のガスタービン静翼。
【0013】(6)前記インサートは各通路内において
それぞれ2個所で支持されていることを特徴とする
(4)又は(5)記載のガスタービン静翼。
【0014】(7)外側、内側シュラウドに固定された
翼内部に複数の通路を有し、同各通路内には多数の空気
吹出し穴を有する筒状のインサートを所定隙間を保って
挿入、固定されてなるガスタービン静翼において、前記
翼の前縁部は楕円長軸の曲面で形成されると共に、前記
翼の前縁の腹側の一部に楕円長軸曲面で形成される突起
部を設け、同突起部には冷却空気が吹き出す複数の冷却
穴を設け、前記翼の前記内側、外側シュラウドへの付根
部のフィレットは楕円短軸の曲面形状で形成され、前記
インサートは各通路内においてそれぞれ2個所で支持さ
れ前記翼の前縁側の前記インサートにはその背側後部に
他の穴よりも径の大きい空気吹出し穴を設けると共に、
前記翼の背側には前記空気吹出し穴近辺に他の穴よりも
径の大きい冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービ
ン静翼。
【0015】本発明の(1)においては、前縁部には突
起部が形成されており、この突起部により特に熱負荷の
大きい前縁部を小さくすることができる。従来の前縁部
はほぼ円形状であり、この部分に冷却空気が吹き出す冷
却穴が複数列配置されていたが、本発明の(1)では、
前縁部の熱負荷の高い部分を滑らかな曲面で突出させ、
この部分を小形にしているので冷却穴の列も従来より少
くすることができる。又、(2)においては突起部の曲
面を楕円長軸側の曲面で形成しているので、冷却空気の
流出を小さな形状の突起部で効果的に流出させ、この部
分を集中的に冷却することができる。
【0016】本発明の(3)では前縁部が楕円曲面で形
成されているので、冷却穴より流出する空気が、特に背
側において乱れることがなく曲面に沿って背側へ流れや
すくなるので効果的なフィルム冷却が可能となる。
【0017】本発明の(4)では、冷却空気にはゴミが
含まれていることがあり、この微細なゴミがインサート
内の空気吹出し穴から流出しようとして目詰りを起す可
能性がある。そこでインサートの空気吹出し穴のうち、
ゴミが比較的滞留しやすい前縁部の背側後部の空気吹出
し穴の径を他の穴よりも大きくしておき、又この空気吹
出し穴の近辺の翼の冷却穴も他の冷却穴よりも大きくし
ておくことにより、インサート内のゴミがこれら径の大
きい空気吹出し穴と冷却穴を通って空気と共に流出させ
るようにする。従ってゴミによるインサートの空気吹出
し穴や冷却穴の目詰りがなくなり、冷却の信頼性が著し
く向上するものである。
【0018】本発明の(5)では、翼のフィレットが楕
円曲面であり、従来の小さな曲率が解消されるので、熱
応力の翼付根部分での応力集中がなくなり、クラックの
発生を防ぐことができる。又(6)においては、各通路
内のインサートがそれぞれ2個所で支持されるので従来
の多点支持と比べて組立時の位置合せが容易となり、翼
組立時の工数が低減されると共に、取付精度も向上し、
翼の信頼性が向上する。
【0019】更に、本発明の(7)においては、上記
(1)〜(6)の各特徴をすべて備えた構成の静翼であ
るので、上記の効果をすべて備え、冷却効果が一段と向
上し、穴の目詰まりによる冷却効果の低下も防止され、
熱応力の影響も小さくし、更に組立精度も増して従来の
静翼の構造と比べ信頼性が格段に向上する静翼を実現す
ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の一形態に係るガスタービン静翼の断面図であり、特
に一段静翼の例を示している。図において、10は静翼
全体であり、1は前縁の突起部で前縁の一部を滑かな曲
面で突出させている。静翼10の内部には従来と同じく
通路23,24が設けられており、通路23内には中空
状の前部インサート2が、通路24内には後部インサー
ト5がそれぞれ挿入され、後述するように2個所で固定
されている。
【0021】前部インサート2は筒状であり、多数の空
気吹出し穴4a,4bが設けられており、空気吹出し穴
4aは図示していないが、上下に15個が直線状に配列
され、その径は 0.5mmとしている。又、空気吹出し穴4
bは4aよりは径をやや大きくして 0.6mmとして上下に
16個が一列に配列している。
【0022】通路23の内壁には突起状のインサート支
持部3a,3bが2個所形成されている。前部インサー
ト2は、この2個所のインサート支持部3a,3bで2
点支持され、通路23周囲に所定の隙間を保持して固定
されている。
【0023】後部インサート5も筒状であり、周囲に多
数の空気吹出し穴7が設けられており、空気吹出し穴7
は上下に背側が20個、腹側の前部2列が10個、後部
3列が15個とそれぞれ直線状に配置されており、その
径は 0.5mmである。又、後部インサート5は前方がリブ
のインサート支持部6a、後部が突起状のインサート支
持部6bにそれぞれ支持され、通路24の周囲と所定の
隙間を保って2個所で固定されている。
【0024】静翼10には、突起部1に4列のシャワー
ヘッド冷却穴11aが設けられている。シャワーヘッド
冷却穴11aのは上下に21個、は20個、は2
1個、は20個がそれぞれ直線状に配置され、その径
は 0.5mmである。又その他前縁部にはフィルム冷却穴1
1b、11cが設けられ、これらは上下に19個が配列
され、同じく径は 0.5mmである。又、後縁部にもフィル
ム冷却穴11d,11eが設けられており、11dは上
下に19個、11eは上下に20個がそれぞれ配列して
いる。
【0025】更に背側にはフィルム冷却穴12が設けら
れ、この穴の径は 0.6mmと他の冷却穴よりは径を大きく
し、その代り上下の数を16個とし少なくし、空気の流
出量が他と比較して過大とならないように設定してい
る。このフィルム冷却穴12の位置は通路23内のうち
で圧力が比較的低い領域Wに設けられており、この領域
Wに空気中に含まれるゴミが滞留しやすい所であり、後
述するようにゴミを空気と一緒に流出させるためのフィ
ルム冷却穴である。
【0026】上記構成の一段静翼において、突起部1は
後述するように楕円形状の曲面を有しており、この部分
にフィルム冷却穴11aを〜の4列を配置してい
る。従来はこの部分に5列のフィルム冷却穴が配置され
ているが、本発明では楕円形状の曲面にすることにより
熱応力の大きい部分を突起部として小さくし、かつ空気
の流出が良好となり、その分穴の配列数を少くして空気
量も少くすることができる。
【0027】又、従来は前部インサート2内の空気中に
含まれるゴミが比較的圧力の低い領域Wに滞留し、前部
インサート2の背側の空気吹出し穴4a,4bに侵入
し、目詰まりを起し、冷却不足を起すことがあったが、
本発明では、前部インサート2の領域W近辺の空気吹出
し穴4b及び翼のフィルム冷却穴12の径を他の穴より
大きくし、空気中に含まれるゴミ50は点線で示すよう
に空気吹出し穴4bより前部インサート2と通路23と
の隙間に流出し、更に、フィルム冷却穴12より外部へ
流出するようにしている。これにより他の空気冷却穴や
フィルム冷却穴が目詰りを起すことがない。
【0028】更に、前部インサート2は、前述のように
翼10の内壁に突起状に形成された2個所のインサート
支持部3a,3bにより2個所で支持されており、又、
後部インサート5も通路23と24との間のリブのイン
サート支持部6a、後縁側に突出して形成されたインサ
ート支持部6bとの2個所で支持されている。従って組
立時にインサート2,5の通路23,24への挿入、位
置合せが容易となり、組立が簡素化されるものである。
又、組立精度も向上する。
【0029】図2は上記に説明の実施の一形態に係る静
翼のフィレットの形状を示す図であり、翼10の外側シ
ュラウド21との付根の前縁部、後縁部のフィレット2
0a,20bはそれぞれ楕円形40の曲面を有し、同様
に内側シュラウド22の付根部の前縁、後縁部のフィレ
ット20c,20dも楕円形状の曲面を有している。こ
のようにフィレットを楕円曲面にすると、従来のように
フィレットの曲率が小さくて熱応力が集中するようなこ
とがなく、熱応力によるクラックの発生が抑えられる。
【0030】図3は翼の前縁部の形状を示す図であり、
(a)は本発明の形状、(b)は従来の形状である。
(b)に示す従来の形状は、前縁部が円42の曲面を有
しており、流出する冷却空気34は前縁の曲面に沿って
流れるが、一部が曲面に沿って流れず、乱れが生じてい
たが、(a)に示す本発明では前縁部が楕円41の曲面
形状としている。この場合には流出する空気は楕円の滑
らかな曲面に沿ってスムーズに背側に沿って流れ、乱れ
が生ずることなく冷却効果が増すものである。
【0031】上記の円形状の従来の前縁形状と、本発明
の楕円の前縁形状とを比較して冷却空気の流速を図5に
示すが、Xが翼の背側、Yが腹側の流速を示し、実線が
本発明の楕円形状の翼、点線が従来の円形状の翼の流速
のパターンである。図示のように背側においては、Lで
示す位置において流速が変動する速度スパイクが発生
し、冷却空気がスムーズに流れないが、本発明の楕円曲
面の前縁では、このような速度スパイクは発生しない。
【0032】図4は図1における前縁の突起部1の形状
の詳細を示し、突起部1も円形もしくは楕円形の曲面で
あるが、楕円形状が好ましく、図では楕円43の長軸の
曲面に沿った形状をしている。このような楕円形状とす
ることにより熱負荷の高い前縁部を小形化することがで
き、これによりシャワーヘッド冷却穴11aの数を従来
より列数を減らすことができる。従来の円形状の前縁部
では5列のシャワーヘッド冷却穴が設けられていたが、
本実施の形態のように、熱負荷の大きい領域を小さくす
るので4列とすることができる。
【0033】以上説明のように、本実施の形態のガスタ
ービン静翼においては、〈1〉通路23,24内の前
部、後部インサート2,5を2点支持として、組立を容
易な構造とする。〈2〉前部インサート2に径が他のも
のより大きい空気吹出し穴4b、及び穴4bの近傍の翼
背側に他のものよりも径の大きいフィルム冷却穴12を
設け、空気中に含まれるゴミを流出させ、空気吹出し穴
やシャワーヘッド及びフィルム冷却穴の目詰りを防止す
る。〈3〉又、翼の前縁部を楕円形状の曲面として冷却
空気の流れをスムーズにして乱れをなくする。〈4〉
又、前縁部に突起部1を設け、熱負荷の大きい前縁部を
小形にし、シャワーヘッド冷却穴11aの列を減少させ
ることができる。〈5〉更に、翼の外側、内側シュラウ
ドとの付根部のフィレットを楕円形状として熱応力の集
中を避ける構造とする。このような〈1〉〜〈5〉の各
部分の改良によりガスタービンの一段静翼の信頼性が著
しく向上するものである。
【0034】なお上記の〈1〉から〈5〉の構成は、こ
れらをそれぞれ単独で適用しても良いし、又これらを部
分的に組合せて構成しても良いし、これら〈1〉〜
〈5〉を全部適用すれば静翼の信頼性が一段と向上し、
信頼性が増すものである。
【0035】
【発明の効果】本発明のガスタービン静翼は、(1)外
側、内側シュラウドに固定された翼の内部に冷却空気を
流し同翼を冷却するガスタービン静翼において、前記翼
の前縁の一部に滑らかな曲面の突起部を形成すると共
に、同突起部には冷却空気が吹き出す複数の冷却穴を設
けたことを特徴としている。又、(2)上記(1)にお
いて、前記突起部の曲面は楕円長軸曲面で形成されるこ
とを特徴としている。このような構成により、前縁部の
熱負荷の高い部分を滑らかな曲面で突出させ、この部分
を小形にしているので冷却穴の列も従来より少くするこ
とができる。又、(2)においては突起部の曲面を楕円
長軸側の曲面で形成しているので、冷却空気の流出を小
さな形状の突起部で効果的に流出させ、この部分を冷却
することができる。
【0036】本発明の(3)では前縁部が楕円曲面で形
成されているので、冷却穴より流出する空気が、特に背
側において乱れることがなく曲面に沿って流れやすくな
るので効果的なフィルム冷却が可能となる。
【0037】本発明の(4)は、外側、内側シュラウド
に固定された翼内部に複数の通路を有し、同各通路内に
は多数の空気吹出し穴を有する筒状のインサートを所定
隙間を保って挿入、固定されてなるガスタービン静翼に
おいて、前記翼の前縁側の前記インサートにはその背側
後部に他の穴よりも径の大きい空気吹出し穴を設けると
共に、前記翼の背側には前記空気吹出し穴近辺に他の穴
よりも径の大きい冷却穴を設けたことを特徴としてい
る。このような構成により、インサート内のゴミがこれ
ら径の大きい空気吹出し穴と冷却穴を通って空気と共に
流出させるようにする。従ってゴミによるインサートの
空気吹出し穴や冷却穴の目詰りがなくなり、冷却の信頼
性が著しく向上するものである。
【0038】本発明の(7)は、ガスタービン静翼にお
いて、前記翼の前縁部は楕円長軸の曲面で形成されると
共に、前記翼の前縁の腹側の一部に楕円長軸曲面で形成
される突起部を設け、同突起部には冷却空気が吹き出す
複数の冷却穴を設け、前記翼の前記内側、外側シュラウ
ドへの付根部のフィレットは楕円短軸の曲面形状で形成
され、前記インサートは各通路内においてそれぞれ2個
所で支持され前記翼の前縁側の前記インサートにはその
背側後部に他の穴よりも径の大きい空気吹出し穴を設け
ると共に、前記翼の背側には前記空気吹出し穴近辺に他
の穴よりも径の大きい冷却穴を設けたことを特徴として
いる。このような構成により、上記(1)〜(6)の各
特徴をすべて備えた静翼であるので、上記の効果をすべ
て備え、冷却効果が一段と向上し、穴の目詰まりによる
冷却効果の低下も防止され、熱応力の影響も小さくし、
更に組立精度も増して従来の静翼と比べ信頼性が格段に
向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るガスタービン静翼
の断面図である。
【図2】本発明の実施の一形態に係るガスタービン静翼
の翼のフィレットの形状を示す図である。
【図3】本発明の実施の一形態に係るガスタービン静翼
の前縁部形状を示し、(a)は本発明、(b)は従来の
形状をそれぞれ示す。
【図4】図1におけるガスタービン静翼の前縁の突起部
形状を示す図である。
【図5】本発明の実施の一形態に係るガスタービン静翼
における冷却空気の流速を示す図である。
【図6】ガスタービンの一段静翼の代表的な断面図であ
る。
【符号の説明】
1 突起部 2 前部インサート 3a,3b,6a,6b インサート支持部 4a,4b,7 空気吹出し穴 5 後部インサート 10 静翼 11a シャワーヘッド冷却
穴 11b,11c,11d,11e フィルム冷却穴 12 フィルム冷却穴
フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Fターム(参考) 3G002 GA08 GB00 GB01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外側、内側シュラウドに固定された翼の
    内部に冷却空気を流し同翼を冷却するガスタービン静翼
    において、前記翼の前縁の一部に滑らかな曲面の突起部
    を形成すると共に、同突起部には冷却空気が吹き出す複
    数の冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービン静
    翼。
  2. 【請求項2】 前記突起部の曲面は楕円長軸曲面で形成
    されることを特徴とする請求項1記載のガスタービン静
    翼。
  3. 【請求項3】 前記翼の前縁部は楕円長軸の曲面で形成
    されることを特徴とする請求項1記載のガスタービン静
    翼。
  4. 【請求項4】 外側、内側シュラウドに固定された翼内
    部に複数の通路を有し、同各通路内には多数の空気吹出
    し穴を有する筒状のインサートを所定隙間を保って挿
    入、固定されてなるガスタービン静翼において、前記翼
    の前縁側の前記インサートには、その背側後部に他の穴
    よりも径の大きい空気吹出し穴を設けると共に、前記翼
    の背側には前記空気吹出し穴近辺に他の穴よりも径の大
    きい冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービン静
    翼。
  5. 【請求項5】 前記翼の前記内側、外側シュラウドへの
    付根部のフィレットは楕円短軸の曲面形状で形成されて
    いることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載
    のガスタービン静翼。
  6. 【請求項6】 前記インサートは各通路内においてそれ
    ぞれ2個所で支持されていることを特徴とする請求項4
    又は5記載のガスタービン静翼。
  7. 【請求項7】 外側、内側シュラウドに固定された翼内
    部に複数の通路を有し、同各通路内には多数の空気吹出
    し穴を有する筒状のインサートを所定隙間を保って挿
    入、固定されてなるガスタービン静翼において、前記翼
    の前縁部は楕円長軸の曲面で形成されると共に、前記翼
    の前縁の腹側の一部に楕円長軸曲面で形成される突起部
    を設け、同突起部には冷却空気が吹き出す複数の冷却穴
    を設け、前記翼の前記内側、外側シュラウドへの付根部
    のフィレットは楕円短軸の曲面形状で形成され、前記イ
    ンサートは各通路内においてそれぞれ2個所で支持され
    前記翼の前縁側の前記インサートにはその背側後部に他
    の穴よりも径の大きい空気吹出し穴を設けると共に、前
    記翼の背側には前記空気吹出し穴近辺に他の穴よりも径
    の大きい冷却穴を設けたことを特徴とするガスタービン
    静翼。
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