JP2002106303A - ３段目バケットシャンク部のバイパス孔及び関連する方法 - Google Patents

３段目バケットシャンク部のバイパス孔及び関連する方法

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サル・アルバート・レオン
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サシェヴェレル・クエンティン・エルドリド
Douglas Arthur Lupe
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３段目バケットシャンク部のバイパス孔及び
関連する方法。 【解決手段】 少なくとも１つのタービンホイールが回
転用のバケット列を支持し、タービンホイールが第１及
び第２のノズルの固定環状配列の間に軸方向に配置され
る多段タービンにおいて、タービンホイールと第２のノ
ズルの固定環状配列の間にあるホイールスペースをパー
ジするための冷却空気回路は、タービンホイールと第１
のノズルの固定環状配列との間にあるホイールスペース
を、タービンホイールと第２のノズルの固定環状配列と
の間にあるホイールスペースに接続する、１つ又はそれ
以上のバケットのシャンク部を貫通する、流路を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はターボ機械用の冷却
回路に関し、具体的には、ガスタービンの４段目ノズル
ホイールスペースへ冷却空気を供給する冷却回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多段タービンは、一般的に、ロータと共
に回転するホイールハブの回りに支持されるバケット又
はブレードを備える、タービンロータに固定された軸方
向に間隔を置いて配置された回転可能な複数のホイール
を有する。これらのホイールは、複数のスペーサホイー
ルによってロータ上で軸方向に分離されており、スペー
サホイールは静止ノズルの固定された環状配列と半径方
向に位置合わせされている。バケット又はブレードの各
列はタービンの「段」を形成し、例えば４段タービンで
は、１段目がタービンの燃焼器に最も近く、また４段目
が燃焼器から最も離れている。
【０００３】改良型多段ガスタービンのあるものは、空
気冷却、蒸気冷却、又は、空気及び蒸気冷却される。１
つの実施例では、１段目と2段目は蒸気冷却され、３段
目は空気冷却され、４段目は冷却されないままである。
この構造では、４段目ノズルホイールスペース、すなわ
ち４段目ノズルの両側に位置するスペースを、ノズルブ
レードの半径方向内側の領域においてパージする必要が
ある。従って、これらの４段目ノズルホイールスペース
は、３段目後方ホイールスペース（３ＡＷＳ）及び４段
目前方ホイールスペース（４ＦＷＳ）として知られてい
る。
【０００４】４段目ノズルホイールスペースの十分な冷
却又はパージには、パージエアの十分な流出を保証する
ためにより高い圧力源からの空気が要求され、そのよう
にして、高温燃焼ガスがホイールスペースに入り込むの
を防止する。高いホイールスペース温度は、タービンホ
イール及びスペーサの寿命を縮める可能性があり、従っ
て高温燃焼ガスがこれらの領域へ入り込まないようにす
るための方策が取られる必要がある。
【０００５】解決されるべき具体的な問題は、サイクル
性能の犠牲を最小限に抑えた、４段目ノズルホイールス
ペースへの冷却又はパージ空気の供給である。一般に、
空気はノズルを通ってノズル前方ホイールスペースの中
に出るように供給される。この空気の一部は、段間のシ
ールを通り抜けて流れ、ノズル後方ホイールスペースを
パージする。この構造に対する他の解決策は、これらの
ホイールスペースにロータの空気の一部を供給すること
であった。しかしながら、タービンロータによって使用
される空気は、ホイールスペースをパージするのに必要
とする以上の高い圧縮段から取り出され、このことはか
なり性能を犠牲にすることになる。
【０００６】３段目バケットは、改良型機械ロータ蒸気
供給装置の複雑さのため、３段目ノズルを通って供給さ
れる圧縮機の中段抽気空気を使用して冷却される。この
供給装置の性質により、３段目前方ホイールスペース
（３ＦＷＳ）は過剰な流量を有することになる。それは
また、ガスタービンの流路の性質によって３段目ＡＷＳ
よりも高圧になる。従って、３段目ＦＷＳの上流、又は
３段目ＦＷＳで利用できる付加的な流量及び圧力を使用
し、４段目ノズルホイールスペース（３ＡＷＳ及び４Ｆ
ＷＳ）をパージ又は冷却するのが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、タービンロ
ータホイールスペースをパージし、タービンバケットを
冷却するのに必要な２次流量の総量を減少させ、これに
よりガスタービンの効率を向上させる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このことは、３段目ＦＷ
Ｓからのシール漏れ空気を使用し、３段目ＡＷＳと４段
目ＦＷＳを冷却及びパージするために３段目バケットを
通してシール漏れ空気を導くことによりなされる。本装
置は、隣接する４段目ホイールスペースをパージするた
めにノズルを通して空気を通す必要がないので、４段目
ノズルとそれを取り囲むステータの設計を簡易化できる
という付加的なメリットをもたらす。
【０００９】例示的な実施形態において、本発明は、３
段目バケット前方及び後方カバープレート（スカート）
を貫通する孔を設け、流量調節された量の空気がバケッ
トシャンク部を通ってバケット後方ホイールスペース
（３ＡＷＳ）へ流れ、それによって３ＡＷＳホイールス
ペースの冷却をもたらすことを可能にする。次いで、こ
の空気は４段目ノズルの段間シールを通り抜けて流れ、
４ＦＷＳをパージする。バケットシャンク部にあるバイ
パス孔は、３ＦＷＳから３ＡＷＳに入る正確で制御可能
な空気流を可能にする。バイパス孔を設けられた３段目
バケットの数は、冷却要求条件に左右されることは解る
であろう。
【００１０】従って、より広範な様態において、本発明
は、少なくとも１つのタービンホイールが回転用のバケ
ット列を支持し、タービンホイールが第１及び第２のノ
ズルの固定環状配列の間に軸方向に配置される多段ター
ビンであって、タービンホイールと第１のノズルの固定
環状配列との間にあるホイールスペースを、タービンホ
イールと第２のノズルの固定環状配列との間にあるホイ
ールスペースに接続する、１つ又はそれ以上のバケット
のシャンク部を貫通する、流路を含んだ、タービンホイ
ールと第２のノズルの固定環状配列の間にあるホイール
スペースをパージするための冷却空気回路を含む、多段
タービンに関する。
【００１１】もう１つの様態において、本発明は、ター
ビンロータ中に支持された前方及び後方タービンホイー
ルの間で軸方向に配置されるダイアフラム上に固定さ
れ、前方及び後方タービンホイールの間にあるスペーサ
ホイールと半径方向に位置合わせされた第１のシールセ
グメントを備えるダイアフラムで支持されたノズルの固
定配列の両側にある、前方と後方のホイールスペースを
パージする方法であって、（ａ） 前方タービンホイー
ルの前方にあるホイールスペースに圧力のかかった空気
を供給する段階と、（ｂ） 圧力のかかった空気の一部
を前方タービンホイールを通して、ノズルの固定配列の
一方の側にある前方ホイールスペースへ抽出する段階
と、（ｃ） 前方ホイールスペースの空気が、ダイアフ
ラムと前記タービンロータの間を通り抜け後方ホイール
スペースへ入ることを可能にする段階と、を含む方法に
関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１には、タービンロータ組立品
１０の一部が示され、タービンロータ組立品１０はバケ
ット１４の列を支持する３段目タービンホイール１２と
別のバケット１８の列を支持する４段目タービンホイー
ル１６を含む。タービンホイール１２及び１６は、スペ
ーサホイール２０によって分離されており、また同様の
スペーサホイール２２が３段目タービンホイールの前方
に示され、３段目ホイール１２を２段目ホイール（図示
せず）から分離している。
【００１３】スペーサホイール２２及び２０は、３段目
及び４段目ダイアフラム３２及び３４上にそれぞれ支持
されるシール構成要素３０及び２８と協働するシール構
成要素２６及び２４をそれぞれ備えて構成される。ダイ
アフラムはまた、３段目バケット１４の両側にある３段
目ノズル３６及び４段目ノズル３８を支持する。３段目
前方ホイールスペース（又は３ＦＷＳ）４０は、ダイア
フラム３２とバケット列１４を持つ３段目ホイール１２
との間に位置し、一方、３段目後方ホイールスペース
（又は３ＡＷＳ）４２は、バケット列１４を持つ３段目
ホイール１２と４段目ダイアフラム３４との間に位置す
る。４段目前方ホイールスペース（又は４ＦＷＳ）４４
は、４段目ダイアフラム３４と４段目ホイール１６及び
そのバケット列１８との間に位置する。３ＡＷＳ及び４
ＦＷＳは４段目ホイールスペースを構成する点に注目さ
れたい。
【００１４】本発明において特に注目するのは、３段目
タービンホイール１２とそのバケット列１４である。各
々のバケットは、そのバケット又はエーロフォイル１４
の前方及び後方側それぞれに１対の「エンジェルウイン
グ」４６及び４８を有する点に注目されたい。これらの
エンジェルウイングはバケットの半径方向の内部端に位
置し、バケットとノズルとの間の、ホイールスペースと
高温ガス通路の間の少なくとも部分的シールを行なう役
目をする。
【００１５】上記の通り、ホイールスペース４０（又は
３ＦＷＳ）には過剰の空気流量があり、その過剰流量
は、ここではホイールスペース４２へパージエアを供給
するために使用され、図２にも関連する。詳細に述べる
と、３段目タービンホイール１２の各々のバケット１４
は、それによってバケットがホイールに固定されるダブ
テール５２のすぐ上（又は半径方向の外側）にある１対
のエンジェルウィングの間に、シャンク部５０を有す
る。バイパス孔５４、５６は、１つ又はそれ以上のバケ
ット（バケットの数は冷却要求条件によって決定され
る）のダブテールとエンジェルウイング４６、４８との
半径方向の間で、シャンク部５０に形成される。従っ
て、バイパス孔５４は、ホイールスペース４０の空気が
シャンク部５０の中空室５８へ流れ込むのを可能にし、
一方、孔５６は中空室５８からホイールスペース４２へ
空気を供給する。したがって、ホイールスペース４０の
過剰３ＦＷＳ空気は、３ＡＷＳ４２（４段目ノズルホイ
ールスペースの１つ）へ抽気され、次いで、シール部材
２４、２８に沿い、それら部材２４、２８を通り抜ける
漏洩によって４ＦＷＳ即ち４段目ホイールスペース４４
へ流れる。
【００１６】本発明を、現在最も実用的で好ましい実施
形態であると考えられるものと関連して述べたが、本発
明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆
に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲に含まれ
る多様な変形形態及び均等構造を保護することを意図す
ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の例示的な実施形態によるホイールス
ペース冷却構造を組み込んだガスタービンロータ組立体
の部分断面図。
【図２】 本発明の例示的な実施形態によるバケットシ
ャンク部の部分斜視図。
【符号の説明】
１０ タービンロータ組立体 １２ ３段目タービンホイール １４ バケット列 １６ ４段目タービンホイール １８ 別のバケット列 ２０、２２ スペーサホイール ３２ ３段目ダイアフラム ３４ ４段目ダイアフラム ３６ ３段目ノズル ３８ ４段目ノズル ４０ ３段目前方ホイールスペース（３ＦＷＳ） ４２ ３段目後方ホイールスペース（３ＡＷＳ） ４４ ４段目前方ホイールスペース（４ＦＷＳ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サシェヴェレル・クエンティン・エルドリ ド アメリカ合衆国、ニューヨーク州、サラト ガ・スプリングス、コンバー・ドライブ、 ７番 (72)発明者 ダグラス・アーサー・ルペ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール ストン・レイク、ウエストサイド・ドライ ブ、55番 Ｆターム(参考） 3G002 AA06 AB01 GA05 GB01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つのタービンホイールが回
    転用のバケット列を支持し、前記タービンホイールが第
    １及び第２のノズルの固定環状配列の間に軸方向に配置
    される多段タービンであって、前記タービンホイールと
    前記第２のノズルの固定環状配列の間にあるホイールス
    ペースをパージするための冷却空気回路は、前記タービ
    ンホイールと前記第１のノズルの固定環状配列との間に
    あるホイールスペースを、前記タービンホイールと前記
    第２のノズルの固定環状配列との間にある前記ホイール
    スペースに接続する、１つ又はそれ以上のバケットのシ
    ャンク部を貫通する、流路を含む、ことを特徴とする多
    段タービン。
  2. 【請求項２】 前記１つ又はそれ以上のバケットの前記
    シャンク部は、前記シャンク部中の中空室の一部を構成
    する前方壁及び後方壁を含み、前記流路は、前記前方壁
    の少なくとも１つの孔、前記中空室、及び前記後方壁の
    少なくとも１つの孔によって構成されることを特徴とす
    る請求項１に記載の多段タービン。
  3. 【請求項３】 ４段を含み、前記少なくとも１つのター
    ビンホイールが、３段目タービンホイールを含むことを
    特徴とする請求項１に記載の多段タービン。
  4. 【請求項４】 タービンロータ中に支持された前方及び
    後方タービンホイールの間で軸方向に配置されるダイア
    フラム上に固定され、前記前方及び後方タービンホイー
    ルの間にあるスペーサホイールと半径方向に位置合わせ
    された第１のシールセグメントを備えるダイアフラムで
    支持されたノズルの固定配列の両側にある、前方と後方
    のホイールスペースをパージする方法であって、 （ａ) 前記前方タービンホイールの前方にあるホイー
    ルスペースに圧力のかかった空気を供給する段階と、 （ｂ) 前記圧力のかかった空気の一部を前記前方ター
    ビンホイールを通して、前記ノズルの固定配列の一方の
    側にある前記前方ホイールスペースへ抽出する段階と、 （ｃ）前記前方ホイールスペースの空気が、前記ダイア
    フラムと前記タービンロータの間を通り抜け前記後方ホ
    イールスペースへ入ることを可能にする段階と、を含む
    ことを特徴とする方法。
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