JP3337393B2 - ガスタービン冷却動翼 - Google Patents

ガスタービン冷却動翼

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JP3337393B2 JP10592897A JP10592897A JP3337393B2 JP 3337393 B2 JP3337393 B2 JP 3337393B2 JP 10592897 A JP10592897 A JP 10592897A JP 10592897 A JP10592897 A JP 10592897A JP 3337393 B2 JP3337393 B2 JP 3337393B2
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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冷却動
翼に関し、動翼への冷却空気供給経路を改良し、動翼へ
供給するまでの経路での冷却空気のヒートアップ、圧力
降下を抑制するようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来のガスタービン動翼と静翼を
示し、ガスタービン入口部の断面図である。図におい
て、２１は１段目の動翼、２２はそのプラットフォー
ム、２３は翼根部、２４はプラットフォーム２２下部の
シャンク部である。３１は動翼２１に隣接する静翼であ
り、３２はその内側シュラウド、３３は内側シュラウド
３３下部のキャビティ、３４は外側シュラウドである。
４０はロータディスクであり、４１はディスクキャビテ
ィ、４２はロータディスク４０に穿設されたラジアルホ
ールであり、冷却空気を通すものである。
【０００３】上記のように動翼２１は静翼３１とロータ
軸方向には交互に配置され、ロータディスク４０を介し
てロータ周方向に複数枚取付けられており、燃焼器から
の燃焼ガス６０によりロータを回転駆動する。
【０００４】上記のような構成のガスタービン動翼の冷
却は、冷却空気によって行なわれているが、ロータ冷却
用の空気の一部を動翼用に用いている。即ち、冷却空気
５０はディスクキャビティ４１に流入し、ロータディス
ク４０に設けられたラジアルホール４２を通って翼根部
２３に導かれ、シャンク部２４に流入し、ここからプラ
ットフォーム２２を通り、図示していない翼内部の空気
通路に流入し、翼を冷却して翼表面あるいは後縁部より
燃焼ガス通路へ放出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来のガ
スタービン動翼の冷却はロータ冷却系の冷却空気をディ
スクキャビティ４１からラジアルホール４２を経由して
翼根部２３よりシャンク部２４に導き、プラットフォー
ム２２下部の空気通路に流入して動翼を冷却している。
【０００６】しかしながら、このような冷却空気５０を
動翼２１内部へ導く過程において、冷却空気温度がロー
タディスク等の熱を吸収して温度が上昇し、その圧力も
降下して動翼２１内へ供給する空気通路へ導くまでに損
失が生ずる。従って、このような冷却空気の温度上昇や
圧力損失をできるだけ少くすることが冷却性能を高める
ために要求されている。
【０００７】そこで本発明は、冷却空気を動翼まで導
き、動翼内部へ供給する経路に工夫をし、短い経路で静
翼下部から動翼プラットフォーム下部へ噴出させるよう
にして温度上昇をなるたけ少くし、かつ圧力損失も小さ
くするようにして冷却性能を高めるようにしたガスター
ビン冷却動翼を提供することを第１の課題としている。
【０００８】更に、上記のガスタービン冷却動翼の冷却
空気供給通路の向きを、回転する動翼に対して最適な向
きとし、適正な速度で冷却空気を噴出させ、動翼に効果
的に供給することのできるように配設することを第２の
課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の第１、第
２の課題を解決するために、次の手段を提供する。
【００１０】１段動翼のプラットフォーム下部から冷却
空気を翼内へ導入し、翼を冷却するガスタービン冷却動
翼であって、前記１段動翼のプラットフォーム下部のシ
ャンク部に空気流入穴を設け、更に隣接する前方の１段
静翼下部の車室壁に貫通する冷却空気通路を設け、同冷
却空気通路の一端は車室へ連通し、他端は前記隣接する
１段動翼との空間に開放すると共に、前記一端より冷却
空気を導入し、前記他端より前記空気流入穴へ向けて冷
却空気を噴出し、同空気流入穴へ流入させる構成とし、
前記冷却空気通路は斜め上向き直線状で、同冷却空気通
路から吹出す冷却空気の向きは前記１段動翼が静止して
いる時に冷却空気が前記空気流入穴に入る適正な向きに
対して前記１段動翼の回転速度から定まる角度だけ回転
円周方向にずらした向きとしたことを特徴とするガスタ
ービン冷却動翼。
【００１１】
【００１２】本発明においては、車室からの冷却空気が
冷却空気通路の一端から流入し、他端から静翼と動翼間
の空間に噴出されるが、その他端は動翼のシャンク部に
設けた空気流入穴へ向けて噴出し、その噴出の勢いで空
気流入穴へ到達し、この穴からシャンク部、プラットフ
ォーム下部を通り動翼へ導かれ、動翼を冷却する。
【００１３】従って、本発明においては、従来のように
動翼のロータディスクのラジアルホールを通ることなく
静翼の下部から最短距離で、動翼の空気流入穴へ向って
冷却空気を噴出させるので、冷却空気が動翼へ供給され
るまでの温度上昇を最小限に抑え、圧力損失を少くする
ことができ、動翼の冷却性能が向上する。
【００１４】更に、本発明においては、上記の冷却空気
通路の向きを、動翼静止時の空気流入穴の回転方向に所
定の角度だけずれた位置としているので、動翼回転時に
空気流入穴も回転しており、空気流入穴の移動する速度
に合わせて冷却空気の噴出速度を定めて噴出させ、これ
により冷却空気の空気流入穴への到達のタイミングが一
致するようになり、動翼回転時に最適の向きで冷却空気
を供給することができる。これにより上記の冷却性能の
効果が一層増すものである。
【００１５】
【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冷却動翼の翼根部の断面
図である。図１において、１は１段目の動翼を示し、２
はそのプラットフォーム、３はシールピンであり、ロー
タ周方向の隣接するプラットフォーム間をシールするも
のである。４はプラットフォーム２下部のシャンク部、
５は翼根部、６はシャンク部４の側面に設けられた空気
流入穴である。
【００１６】１１は動翼１に隣接する１段目の静翼であ
り、１２はその内側シュラウドである。１３は静翼１１
と動翼１間の空間、１４は車室、１５は車室壁である。
１６は車室壁１５に貫通して設けられた冷却空気通路で
あり、その端部１６ａは車室に連通し、他端部１６ｂは
空間１３にそれぞれ連通している。
【００１７】上記の冷却空気通路１６は１段目静翼１１
の下部車室壁１５から斜め上向きに直線で穿設されてお
り、その軸線１７は隣接する動翼１のシャンク部４の空
気流入穴６の方向を向いており、後述するように冷却空
気通路１６から吹出す冷却空気を動翼回転時に動翼１の
空気流入穴６へタイミング良く到達するようにして効果
的に流入させるものである。
【００１８】図２は冷却空気通路１６の方向と動翼１の
空気流入穴６との関係を示し、（ａ）は動翼１が静止
し、静翼と軸方向に並んでいる時の冷却空気通路１６と
空気流入穴６との関係を、（ｂ）は動翼１が回転方向Ｒ
に角速度ωで回転している時の冷却空気穴１６と空気流
入穴６との相対関係をそれぞれ示している。
【００１９】図２において、動翼１が静止している状態
では（ａ）に示すように冷却空気通路１６の軸線１７は
その空気のジェットスピードを考慮して空気流入穴６の
方向（線分Ａ）とは周方向で角度θだけ回転方向へずれ
て設定する。実際はＡ方向に向けて空気を吹出せば最短
の距離で空気流入穴６に空気が到達し、空気がプラット
フォーム２下部のシャンク部４に流入するが、動翼１が
回転しているのでその回転速度で移動する分だけ軸線１
７をずらせている。
【００２０】この状態の速度の相対関係を示したのが図
２（ｂ）であり、動翼が静止している時に冷却空気が空
気流入穴６に入る適正な向きをＡとすると、空気流入穴
６は角速度ωで回転するので速度γωだけ回転して６′
の位置となる。一方冷却空気通路１６から軸線１７の方
向へ吹出す冷却空気のジェットスピードｖを図示のよう
に６′で一致するように設定し、その時の冷却空気通路
１６の軸線１７と空気流入穴６の方向とのなす角度をθ
となるように設定すれば、動翼１の回転を考慮した最適
な冷却空気穴１６の方向を定めることができる。
【００２１】上記に説明のような構成のガスタービン動
翼において、１段目静翼１１下部の車室壁１５に設けた
冷却空気通路１６の端部１６ａから冷却空気２０を導入
し、先端部１６ｂから空間１３に噴出させる。この冷却
空気のジェットスピードは動翼１の回転速度と、図２
（ｂ）に示すように、所定の速度ｖで噴出させる。この
時の噴出圧力は空間１３の圧力と同じ位の圧力とし、シ
ャンク部４の圧力はこの空間１３の圧力よりも低いので
噴出した冷却空気は空間１３より容易に空気流入穴６へ
向って流れる。
【００２２】冷却空気通路１６の軸線１７は前述のよう
に空気流入穴６の回転方向に適正な距離だけずらせてあ
るので、動翼１が回転した時には冷却空気は空気流入穴
の回転速度γωに見合ったジェットスピードｖで噴射さ
せると、空間１３から回転時の空気流入穴６へ適正な距
離とタイミングで到達し、空気流入穴６からシャンク部
４へ流入する。
【００２３】シャンク部４へ流入した冷却空気は図示し
ていないプラットフォーム２下部の空気通路から動翼１
内に導かれ、翼内の空気通路を通って翼を冷却し、翼表
面あるいは後縁部から外部へ放出し、シャワーヘッド冷
却、フィルム冷却、スロット冷却を行う。
【００２４】上記の実施の形態のガスタービン冷却動翼
によれば、１段目静翼１１下部の車室壁１５に動翼１の
空気流入穴６へ向け、動翼１の回転速度を考慮して最適
な方向に向いた冷却空気通路１６を設け、冷却空気を動
翼１の回転速度に見合ったジェットスピードで空間１３
を介して噴射し、空気流入穴６へ流入させるような構成
としたので、冷却空気の動翼１への経路が最短となり、
かつ従来のように動翼１のラジアルホール等を通ること
がなくなり、そのために冷却空気の温度上昇を最小限に
抑えると共にその圧力降下も抑えることができ、結果と
して冷却性能が向上するものである。
【００２５】本発明の冷却動翼の構造は、特に、図１で
説明したように、１段目の動翼１に適用されるもので、
１段目の静翼１１の車室壁１５のように冷却空気穴１６
が直線状で最短距離で設けることができるような構造
で、かつ冷却効果を高める必要のある動翼に適用される
とより効果的となるものである。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、１段動翼のプラットフォーム
下部から冷却空気を翼内へ導入し、翼を冷却するガスタ
ービン冷却動翼であって、前記１段動翼のプラットフォ
ーム下部のシャンク部に空気流入穴を設け、更に隣接す
る前方の１段静翼下部の車室壁に貫通する冷却空気通路
を設け、同冷却空気通路の一端は車室へ連通し、他端は
前記隣接する１段動翼との空間に開放すると共に、前記
一端より冷却空気を導入し、前記他端より前記空気流入
穴へ向けて冷却空気を噴出し、同空気流入穴へ流入させ
る構成とし、前記冷却空気通路は斜め上向き直線状で、
同冷却空気通路から吹出す冷却空気の向きは前記１段動
翼が静止している時に冷却空気が前記空気流入穴に入る
適正な向きに対して前記１段動翼の回転速度から定まる
角度だけ回転円周方向にずらした向きとしたことを特徴
としているので、冷却空気通路が最短となり、従来のよ
うに動翼下部のラジアルホールを通ることがなく、冷却
空気が動翼へ供給されるまでの経路での温度上昇が最小
限に抑えられ、圧力損失も少なくすることができる。
【００２７】更に、本発明においては、冷却空気通路か
らの冷却空気が回転中の動翼の空気流入穴へタイミング
良く供給することができ、上記の効果が一層高まるもの
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冷却
動翼の翼根部の断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るガスタービン冷却
動翼の冷却空気穴の説明図で、（ａ）はその状態を示す
斜視図、（ｂ）は動翼の回転速度と空気のジェットスピ
ードとの相対関係を示す図である。
【図３】従来のガスタービン動翼の空気冷却系統を示す
断面図である。
【符号の説明】 １ 動翼 ２ プラットフォーム ４ シャンク部 ５ 翼根部 ６ 空気流入穴 １１ 静翼 １２ 内側シュラウド １３ 空間 １４ 車室 １５ 車室壁 １６ 冷却空気通路 １７ 軸線
フロントページの続き (72)発明者 末永 潔 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研究所内 (56)参考文献 特開 平８−177526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−10704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−86706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−79610（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/08 F01D 5/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １段動翼のプラットフォーム下部から冷
    却空気を翼内へ導入し、翼を冷却するガスタービン冷却
    動翼であって、前記１段動翼のプラットフォーム下部の
    シャンク部に空気流入穴を設け、更に隣接する前方の１
    段静翼下部の車室壁に貫通する冷却空気通路を設け、同
    冷却空気通路の一端は車室へ連通し、他端は前記隣接す
    る１段動翼との空間に開放すると共に、前記一端より冷
    却空気を導入し、前記他端より前記空気流入穴へ向けて
    冷却空気を噴出し、同空気流入穴へ流入させる構成と
    し、前記冷却空気通路は斜め上向き直線状で、同冷却空
    気通路から吹出す冷却空気の向きは前記１段動翼が静止
    している時に冷却空気が前記空気流入穴に入る適正な向
    きに対して前記１段動翼の回転速度から定まる角度だけ
    回転円周方向にずらした向きとしたことを特徴とするガ
    スタービン冷却動翼。
JP10592897A 1997-04-23 1997-04-23 ガスタービン冷却動翼 Expired - Lifetime JP3337393B2 (ja)

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