JP3448145B2 - 熱回収式ガスタービンロータ - Google Patents

熱回収式ガスタービンロータ

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はコンバインドプラン
ト等の産業用高温ガスタービンの翼冷却に適用される熱
回収式ガスタービンロータに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のガスタービン動翼の冷却は熱回収
型を用いておらず、図４に示すように、各ディスク１２
間にキャビティ８ａが設けられる。またキャビティ８ａ
間および第１段ディスク前方をつなぐキャビティつなぎ
路２０が設けられる。 【０００３】そして冷却空気１４が各段動翼１〜４の前
縁部から供給され、動翼を冷却後、後縁部からタービン
内に放出されていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記従来のガスタービ
ン冷却翼では、圧縮機吐出空気を用いて冷却を行ってお
り、冷却媒体（空気）は、タービン内に放出されてい
た。しかし、産業用の大容量ガスタービンでは、蒸気タ
ービンとのコンバインドサイクルが主流であり、この蒸
気を利用して冷却を行い、かつ冷却で奪った熱量を蒸気
のサイクルで活用することによりコンバインドプラント
の効率を図ることが要求されていた。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。 【０００６】各ディスクに取付けられる多段動翼を有す
る熱回収式ガスタービンロータにおいて、上記各ディス
ク間に設けられる内側キャビティおよび外側キャビティ
と、最後段以外の上記各動翼の根本からでて先端部でＵ
ターンする翼冷却路と、上記ガスタービンロータの最後
段動翼後方から最前段動翼前縁部間に設けられる冷却蒸
気供給路と、最前段の上記ディスク部に設けられ基端が
上記冷却蒸気供給路に連通するとともに先端部が分岐し
その一分岐が上記翼冷却路の一方に他分岐が隣接の上記
外側キャビティに連通する分岐路と、最前段の上記ディ
スク部に設けられ基端が上記翼冷却路の他方に連通し先
端が隣接の上記内側キャビティに連通する翼帰路と、上
記各内側キャビティ間をつなぐキャビティつなぎ路と、
上記最後段動翼の内側キャビティから上記冷却蒸気供給
路に沿って設けられるリターン路と、上記最前段および
最後端段ディスク以外の各ディスク部に設けられ上記翼
冷却路および隣接の外側キャビティ間をつなぐ翼つなぎ
路と、上記最後段の隣接する外側キャビティおよび内側
キャビティ間をつなぐキャビティ間路とを設ける。 【０００７】以上において、冷却蒸気供給路から供給さ
れた蒸気は分岐路の１つを経て最前段動翼の翼冷却路を
通りその翼を冷却後、翼帰路、内側キャビティとキャビ
ティつなぎ路、およびリターン路を経てリターンする。
従って、熱負荷の最も大きい最前段動翼は十分冷却され
る。 【０００８】一方、第２段動翼以後は、分岐路の他の１
つ、外側キャビティおよび翼つなぎ路を経て各動翼の翼
冷却路を通り各動翼を順次冷却後、最後段動翼の外側キ
ャビティ、内側キャビティおよびリターン路を経てリタ
ーンする。 【０００９】このようにして熱負荷のやや少ない第２段
動翼以後は、前者と別系統の冷却蒸気で冷却される。従
って分岐路の分流比を最適にとることによって、最前段
および最後段の１つ前の動翼温度をほぼ同一に設定維持
できる。なおリターンした蒸気は熱回収のため他に利用
される。 【００１０】 【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１〜図
３により説明する。 【００１１】図１にて、高温ガスタービンロータ５の各
ディスク１２に取付けられた第１段動翼〜第４段動翼４
がある。 【００１２】各ディスク１２間に、内側キャビティ９と
外側キャビティ８が設けられる。 【００１３】第４段動翼４以外の各動翼１〜３には根本
からでて先端部でＵターンする翼冷却路６が設けられ
る。 【００１４】ロータ５の第４段動翼４の後方から第１段
動翼１の前縁部間に冷却蒸気供給路１３が設けられる。 【００１５】分岐路１６は第１段動翼１のディスク１２
部に設けられ基端が冷却蒸気供給路１３の先端部に連通
するとともに先端部が分岐しその１つ１６ａが翼冷却路
６の１つに連通し他の１つ１６ｂが隣接の外側キャビテ
ィ８に連通する。また翼帰路１７は第１段動翼１のディ
スク１２部に設けられ、基端は翼冷却路６の他の１つに
連通するとともに先端が隣接の内側キャビティ９に連通
する。 【００１６】キャビティつなぎ路２０は軸方向に並ぶ内
側キャビティ９間をつなぐ。またリターン路１１は第４
段動翼４（前方）の内側キャビティ９から冷却蒸気供給
路１３に沿って後方に向け設けられる。 【００１７】翼つなぎ路１８は第１段動翼１および第４
段動翼４のディスク１２以外の各ディスク部に設けら
れ、翼冷却路６および隣接の外側キャビティ８間をつな
ぐ。またキャビティ間路１９は第４段動翼４（前方）
の、隣接する外側キャビティ８と内側キャビティ９間を
つなぐ。 【００１８】以上において、冷却蒸気供給路１３から供
給された蒸気は分岐路１６の１つ１６ａを経て最前段動
翼１の翼冷却路６を通りその翼を冷却後、翼帰路１７、
内側キャビティ８とキャビティつなぎ路２０、およびリ
ターン路１１を経てリターンする。従って、熱負荷の最
も大きい最前段動翼１は十分冷却される。 【００１９】一方、第２段動翼と第３段動翼３は、分岐
路１６の他の１つ１６ｂ、外側キャビティ８および翼つ
なぎ路１８を経て各動翼の翼冷却路６を通り、各動翼を
順次冷却後、最後段動翼４（前方）の外側キャビティ
８、内側キャビティ９およびリターン路１１を経てリタ
ーンする。 【００２０】このようにして熱負荷のやや少ない第２段
動翼以後は、前者と別系統の冷却蒸気で冷却される。従
って分岐路の分流比を最適にとることによって、最前段
および最後段の１つ前の動翼温度をほぼ同一に設定維持
できる。 【００２１】各段部の冷却蒸気温度の関係を図２の実線
と１点サ線で示す。図中実線は分岐１６ａを通る系統、
一点サ線は１６ｂを通る系統を示す。また点線は図３に
示すように一系統とした場合を示す。この図より分るよ
うに、二系統にした本形態の場合は、各動翼１〜３およ
び４の蒸気温度をディスク寿命限界温度以下に維持でき
る。 【００２２】 【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば２
系統の蒸気冷却経路を設けたので、多段動翼及び各ディ
スク部の効果的な蒸気冷却が可能となり、ディスク材の
クリープ破損等の危険性を回避でき、信頼性の高い熱回
収式蒸気冷却が実現できる。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の一形態の断面図である。 【図２】同一形態の作用説明図である。 【図３】同一形態の作用説明図である。 【図４】従来例の断面図である。 【符号の説明】 １ 第１段動翼 ２ 第２段動翼 ３ 第３段動翼 ４ 第４段動翼 ５ ロータ ６ 翼冷却路 ８ 外側キャビティ ８ａ キャビティ ９ 内側キャビティ １１ リターン路 １２ ディスク １３ 冷却蒸気供給路 １４ 冷却空気 １５ 翼後縁部 １６ 分岐路 １７ 翼帰路 １８ 翼つなぎ路 １９ キャビティ間路 ２０ キャビティつなぎ路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−277725（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−317562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−140502（ＪＰ，Ａ) 米国特許5558496（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/08 - 5/18 F02C 7/16,7/18

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 各ディスクに取付けられる多段動翼を有
    する熱回収式ガスタービンロータにおいて、上記各ディ
    スク間に設けられる内側キャビティおよび外側キャビテ
    ィと、最後段以外の上記各動翼の根本からでて先端部で
    Ｕターンする翼冷却路と、上記ガスタービンロータの最
    後段動翼後方から最前段動翼前縁部間に設けられる冷却
    蒸気供給路と、最前段の上記ディスク部に設けられ基端
    が上記冷却蒸気供給路に連通するとともに先端部が分岐
    しその一分岐が上記翼冷却路の一方に他分岐が隣接の上
    記外側キャビティに連通する分岐路と、最前段の上記デ
    ィスク部に設けられ基端が上記翼冷却路の他方に連通し
    先端が隣接の上記内側キャビティに連通する翼帰路と、
    上記各内側キャビティ間をつなぐキャビティつなぎ路
    と、上記最後段動翼の内側キャビティから上記冷却蒸気
    供給路に沿って設けられるリターン路と、上記最前段お
    よび最後端段ディスク以外の各ディスク部に設けられ上
    記翼冷却路および隣接の外側キャビティ間をつなぐ翼つ
    なぎ路と、上記最後段の隣接する外側キャビティおよび
    内側キャビティ間をつなぐキャビティ間路とを備えてな
    ることを特徴とする熱回収式ガスタービンロータ。
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