JP3978143B2 - 静翼の冷却構造及びガスタービン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン(gas turbin)の静翼(stationary blade)の冷却構造に係り、特に、冷却効率に優れた優れた静翼の冷却構造及びガスタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すものは、発電機等に用いられるガスタービンある。
図において、符号１は圧縮機、２は燃焼器、３はタービンであり、これら圧縮機１からタービン３にわたってロータ４が軸方向に伸びている。
符号６は内部のハウジング、７，８は圧縮機１側の円筒で、圧縮機１の外側を囲っている。符号９はチャンバ１４を形成する円筒形シェル、１０も同じくタービン３の外側シェル、１１は内側シェルである。
【０００３】
圧縮機１内部の円筒８の内周側には、円周方向に均一に静翼１２が配置されており、これら静翼１２の間には、ロータ４の周囲に均等に配置された動翼１３が配置されている。
円筒形シェル９によって囲まれたチャンバ１４内には、燃焼器１５が配置されており、燃料供給管３５から供給された燃料が燃料ノズル３４から燃焼器１５内に噴射されて燃焼されるようになっている。
【０００４】
燃焼器１５にて発生した高温燃焼ガスは、ダクト１６を通り、タービン３へ導かれるようになっている。
タービン３は、内側シェル１１に周方向へ均一に配置された２段形の静翼１７と、ロータ４に周方向へ均一に配置された動翼１８とが、軸方向に沿って交互に設けられており、このタービン３に送り込まれて膨張ガスとして放出される高温燃焼ガスによって動翼１８が固定されたロータ４が回転されるようになっている。
圧縮機１及びタービン３には、マニホールド２１、２２が設けられており、これらマニホールド２１、２２は、空気配管３２によって連結され、圧縮機１側から空気配管３２を介してタービン３側へ冷却空気が供給されるようになっている。
【０００５】
一方、圧縮機１からの冷却空気の一部は動翼１８を冷却するためにロータディスクから動翼１８に供給されるが、図示のように圧縮機１のマニホールド２１からその空気の一部が空気配管３２を通り、タービン３のマニホールド２２に導かれ、静翼１７を冷却すると共にシール用空気として供給されるようになっている。
【０００６】
次に、静翼１７の構造について説明する。
図５において、符号２５は、翼部であり、この翼部２５の内側及び外側には、それぞれ内側シュラウド２６、外側シュラウド２７が設けられている。
翼部２５は、その内部に、リブ４０によって前縁通路４２及び後縁通路４４が形成されており、これら前縁通路４２及び後縁通路４４には、周面及び底面に複数の冷却空気穴７０、７１、７２、７３が形成された有底筒状のインサート４６、４７が外側シュラウド２７側から挿入されている。
翼部２５は、その後縁側に複数のピン６２が設けられた流路からなるピンフィン冷却部２９を備えている。
そして、これらインサート４６、４７にマニホールド２２から冷却空気が送り込まれると、この冷却空気は、冷却空気穴７０、７１、７２、７３から噴出し、前縁通路４２及び後縁通路４４の内壁に衝突し、いわゆるインピンジメント冷却が行われ、また、翼部２５の後縁側のピン６２間の流路からなるピンフィン冷却部２９を流れ、ピンフィン冷却が行われるようになっている。
【０００７】
内側シュラウド２６には、前縁側及び後縁側に、前方フランジ８１及び後方フランジ８２が形成されており、ロータ４のアーム部４８との間をシールするシール３３が支持されたシール支持部６６に連結されている。そして、このシール支持部６６と内側シュラウド２６との間にキャビティ４５が形成されており、このキャビティ４５にも、インサート４６、４７の冷却空気穴７０、７１、７２、７３から流出した冷却空気が送り込まれるようになっている。
シール支持部６６には、前方側に流路８５が形成されており、この流路８５を介してキャビティ４５から前段の動翼１８側及びシール３３の隙間を通って後段の動翼側へ空気が送り込まれ、内部を高温燃焼ガスの通路よりも高圧に保持して高温燃焼ガスの内部への浸入が防止されるようになっている。
【０００８】
図６及び図７に示すように、内側シュラウド２６には、その前縁側に、多数の針状フィン８９を備えた前縁流路８８が形成されており、流路９０を介してキャビティ４５内と連通されている。また、内側シュラウド２６の両側部には、前後に沿ってレール９６が形成されており、これらレール９６には、一端が前縁流路８８と連通し、他端が内側シュラウド２６の後縁にて開口した流路９３が形成されている。
内側シュラウド２６の底面には、複数の***１０１を有する衝突板８４が底面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板８４によって内側シュラウド２６の底面側に、チャンバ７８が形成されている。
また、内側シュラウド２６の後縁側には、内側シュラウド２６の後縁とチャンバ７８とに連通する複数の流路９２が形成されている。
【０００９】
そして、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、内側シュラウド２６の前縁流路８８に、流路９０を介して送り込まれ、針状フィン８９間を通過することにより内側シュラウド２６の前縁側を冷却し、その後、側部流路９３を通り、内側シュラウド２６の後縁から放出されるようになっている。
また、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、衝突板８４の***１０１からチャンバ７８内にも流入し、流路９２を介して内側シュラウド２６の後縁から放出されるようになっている。そして、冷却空気が衝突板８４の***１０１からチャンバ７８へ流入した際に、内側シュラウド２６の底面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われ、また、複数の流路９２を流れる際に、内側シュラウド２６の後縁側が冷却されるようになっている。（たとえば、特許文献１参照）
【００１０】
図８に示すように、外側シュラウド２７には、その上面に、複数の***１００を有する衝突板１０２が上面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板１０２によって外側シュラウド２７の上面側に、チャンバ１０４が形成されている。
また、外側シュラウド２７には、前縁流路１０５が形成され、両側部に、前方側の前縁流路１０５と連通しかつ外側シュラウド２７の後縁にて開口した側部流路１０６が形成されており、前縁流路１０５が一方のチャンバ１０４と連通されている。
また、外側シュラウド２７の後縁側には、外側シュラウド２７の後縁とチャンバ１０４とに連通する複数の流路１０７が形成されている。
【００１１】
そして、マニホールド２２内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１０２の***１００からチャンバ１０４内に流入し、後縁流路１０７を介して外側シュラウド２７の後縁から放出されるようになっている。そして、冷却空気が衝突板１０２の***１００からチャンバ１０４へ流入した際に、外側シュラウド２７の上面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
また、チャンバ１０４内に流入した冷却空気は、前縁流路１０５にも流入し、この前縁流路１０５及び側部流路１０６を通過することにより、外側シュラウド２７の前縁及び両側部を冷却し、その後、外側シュラウド２７の後縁から放出されるようになっている。（たとえば、特許文献２参照）
【００１２】
【特許文献１】
特開１１−１３２００５号公報（第２−３頁、第６−８図）
【特許文献２】
特開１０−２２０２０３号公報（第３頁、第２図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、この種のガスタービンにおける静翼には、圧縮空気の一部を導入して、インピンジメント冷却、ピンフィン冷却などの各種の冷却技術によって翼メタル温度が許容温度以下に保たれるようにしているが、内側シュラウドや外側シュラウド２７においては、後縁側の冷却に多量の空気を過剰に要しており、さらなる冷却効率の向上が要求されているのが現状であった。
【００１４】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、静翼における冷却効率を大幅に向上させて冷却空気の使用量を抑えることが可能な静翼の冷却構造及びガスタービンを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の冷却静翼は、翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、前記内側シュラウドの内面側には、前記翼部内を通過した冷却空気が送り込まれるキャビティが形成され、前記内側シュラウドには、複数の***を有し、前記内側シュラウドの底面に間隔をあけて配設されて前記底面との間にチャンバを形成し、前記キャビティ内に送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁近傍にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、後縁側にて幅方向に沿って間隔をあけて複数形成され、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
請求項２記載の静翼の冷却構造は、請求項１記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドに、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項３記載の静翼の冷却構造は、請求項２記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項４記載の静翼の冷却構造は、翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、前記外側シュラウドには、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１９】
請求項５記載の静翼の冷却構造は、請求項４記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴としている。
【００２０】
そして、上記請求項１ないし５記載の静翼の冷却構造によれば、衝突板の***からチャンバへ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量が大幅に低減され、これにより、冷却効率の大幅な向上が図られる。
【００２１】
請求項６記載のガスタービンは、燃焼器からの燃焼ガスによってロータを回転させるタービンを構成する静翼に、請求項１〜５のいずれかの静翼の冷却構造が施されていることを特徴としている。
【００２２】
このように、冷却効率に優れた静翼を有するので、静翼を冷却するための冷却空気の使用量が低減され、性能の向上が図られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例の静翼の冷却構造及びガスタービンを図面を参照して説明する。なお、従来技術と同一構造部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図１において、符号１１１は、本実施形態例の静翼である。この静翼１１１の内側シュラウド(inner shroud)２６には、図２に示すように、その底面に、複数の***１１２を有する衝突板１１３が底面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板１１３によって内側シュラウド２６の底面側に、チャンバ(chamber)１１４が形成されている。
【００２４】
このチャンバ１１４は、内側シュラウド２６の前縁(leading edge)側に形成された前縁流路８８に流路１１５によって連通されている。
内側シュラウド２６の後縁(trailing edge)側には、内側シュラウド２６の幅方向に沿ってヘッダ１１６が形成されており、このヘッダ１１６には、内側シュラウド２６の両側部のレール９６に形成されて前縁流路８８に連通した側部流路１１７が連通されている。
さらに、内側シュラウド２６の後縁側には、内側シュラウド２６の後縁にて開口する複数の後縁流路１１８が幅方向に間隔をあけて形成されており、これら複数の後縁流路１１８がそれぞれヘッダ１１６に連通されている。
【００２５】
図３に示すように、外側シュラウド(outer shroud)２７には、その上面に、複数の***１２１を有する衝突板１２２が上面に対して間隔をあけて設けられており、この衝突板１２２によって外側シュラウド(outer shroud)２７の上面側に、チャンバ１２３が形成されている。
【００２６】
このチャンバ１２３は、外側シュラウド２７の前縁側に形成された前縁流路１０５に流路１２４によって連通されている。
外側シュラウド２７の後縁側には、外側シュラウド２７の幅方向に沿ってヘッダ１２５が形成されており、このヘッダ１２５には、外側シュラウド２７の両側部に形成されて前縁流路１０５に連通した側部流路１２６がそれぞれ連通されている。
【００２７】
また、外側シュラウド２７の後縁側には、その略中央部分に、外側シュラウド２７の後縁にて開口した後縁流路１２７が形成されており、この後縁流路１２７は、ヘッダ１２５に連通されている。
【００２８】
上記構造の内側シュラウド２６及び外側シュラウド２７を有する静翼１１１によれば、インサート４６、４７にマニホールド２２から冷却空気が送り込まれると、この冷却空気は、冷却空気穴７０、７１、７２、７３から噴出し、前縁通路４２及び後縁通路４４の内壁に衝突してインピンジメント冷却(impingement cooling)が行われ、また、翼部(blade)２５の後縁側のピン６２間の流路からなるピンフィン冷却部２９を流れ、ピンフィン冷却が行われる。
【００２９】
また、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１１３の***１１２からチャンバ１１４内に流入し、内側シュラウド２６の底面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
さらに、チャンバ１１４内に流入した冷却空気は、流路１１５から前縁流路８８へ送り込まれ、針状フィン８９間を通過することにより内側シュラウド２６の前縁側を冷却し、その後、側部流路１１７を通り、ヘッダ１１６へ送り込まれ、このヘッダ１１６から内側シュラウド２６の後縁に形成された複数の後縁流路１１８を通り、後縁から放出され、内側シュラウド２６の後縁側が冷却される。
【００３０】
また、マニホールド２２内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１２２の***１２１からチャンバ１２３内に流入し、外側シュラウド２７の上面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
その後、この冷却空気は、流路１２４を介して前縁流路１０５へ送り込まれ、さらに、両側部の側部流路１２６を介してヘッダ１２５へ送り込まれ、後縁流路１２７を通り後縁から放出され、これにより、外側シュラウド２７の周囲が冷却される。
なお、中央部分にてインピンジメント冷却を行った冷却空気は、そのまま、翼部２５のインサート４２、４４へ送り込まれる。
【００３１】
このように、上記の静翼の冷却構造によれば、内側シュラウド２６及び外側シュラウド２７において、衝突板１１３、１２２の***１１２、１２１からチャンバ１１４、１２３へ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量を大幅に低減させることができ、これにより、冷却効率の大幅な向上を図ることができる。
そして、この冷却構造が施された静翼１１１を備えたガスタービンによれば、静翼１１１を冷却するための冷却空気の使用量を低減させることができるので、性能の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、上記の例では、２段形の静翼を例にとって説明したが、静翼の形式は上記の例に限定されない。
また、外側シュラウド２７においては、一つの後縁流路１２７を設けたが、この後縁流路１２７を、外側シュラウド２７の幅方向に沿って間隔をあけて複数設けても良く、このようにすると外側シュラウド２７の後縁での冷却をヘッダ１２５における冷却とともに幅方向にわたって均一に行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の静翼の冷却構造及びガスタービンによれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１ないし５記載の静翼の冷却構造によれば、衝突板の***からチャンバへ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量を大幅に低減させることができ、これにより、冷却効率の大幅な向上を図ることができる。
【００３４】
請求項６記載のガスタービンによれば、冷却効率に優れた静翼を有するので、静翼を冷却するための冷却空気の使用量を低減させることができ、性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態例の静翼の冷却構造を説明する静翼の断面図である。
【図２】 本発明の実施形態例の静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの底面側から視た斜視図である。
【図３】 本発明の実施形態例の静翼の外側シュラウドの構造を説明する外側シュラウドの上面側から視た斜視図である。
【図４】 静翼を備えたガスタービンの構造を説明するガスタービンの断面図である。
【図５】 従来の静翼の冷却構造を説明する静翼の断面図である。
【図６】 静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの底面側から視た斜視図である。
【図７】 静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの断面図である。
【図８】 静翼の外側シュラウドの構造を説明する外側シュラウドの上面側から視た斜視図である。
【符号の説明】
３ タービン
４ ロータ
１５ 燃焼器
２５ 翼部
２６ 内側シュラウド
２７ 外側シュラウド
４５ キャビティ
８８ 前縁流路
１１１ 静翼
１１２、１２１ ***
１１３、１２２ 衝突板
１１４、１２３ チャンバ
１１６、１２５ ヘッダ
１１７、１２６ 側部流路
１１８、１２７ 後縁流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン(gas turbin)の静翼(stationary blade)の冷却構造に係り、特に、冷却効率に優れた優れた静翼の冷却構造及びガスタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すものは、発電機等に用いられるガスタービンある。
図において、符号１は圧縮機、２は燃焼器、３はタービンであり、これら圧縮機１からタービン３にわたってロータ４が軸方向に伸びている。
符号６は内部のハウジング、７，８は圧縮機１側の円筒で、圧縮機１の外側を囲っている。符号９はチャンバ１４を形成する円筒形シェル、１０も同じくタービン３の外側シェル、１１は内側シェルである。
【０００３】
圧縮機１内部の円筒８の内周側には、円周方向に均一に静翼１２が配置されており、これら静翼１２の間には、ロータ４の周囲に均等に配置された動翼１３が配置されている。
円筒形シェル９によって囲まれたチャンバ１４内には、燃焼器１５が配置されており、燃料供給管３５から供給された燃料が燃料ノズル３４から燃焼器１５内に噴射されて燃焼されるようになっている。
【０００４】
燃焼器１５にて発生した高温燃焼ガスは、ダクト１６を通り、タービン３へ導かれるようになっている。
タービン３は、内側シェル１１に周方向へ均一に配置された２段形の静翼１７と、ロータ４に周方向へ均一に配置された動翼１８とが、軸方向に沿って交互に設けられており、このタービン３に送り込まれて膨張ガスとして放出される高温燃焼ガスによって動翼１８が固定されたロータ４が回転されるようになっている。
圧縮機１及びタービン３には、マニホールド２１、２２が設けられており、これらマニホールド２１、２２は、空気配管３２によって連結され、圧縮機１側から空気配管３２を介してタービン３側へ冷却空気が供給されるようになっている。
【０００５】
一方、圧縮機１からの冷却空気の一部は動翼１８を冷却するためにロータディスクから動翼１８に供給されるが、図示のように圧縮機１のマニホールド２１からその空気の一部が空気配管３２を通り、タービン３のマニホールド２２に導かれ、静翼１７を冷却すると共にシール用空気として供給されるようになっている。
【０００６】
次に、静翼１７の構造について説明する。
図５において、符号２５は、翼部であり、この翼部２５の内側及び外側には、それぞれ内側シュラウド２６、外側シュラウド２７が設けられている。
翼部２５は、その内部に、リブ４０によって前縁通路４２及び後縁通路４４が形成されており、これら前縁通路４２及び後縁通路４４には、周面及び底面に複数の冷却空気穴７０、７１、７２、７３が形成された有底筒状のインサート４６、４７が外側シュラウド２７側から挿入されている。
翼部２５は、その後縁側に複数のピン６２が設けられた流路からなるピンフィン冷却部２９を備えている。
そして、これらインサート４６、４７にマニホールド２２から冷却空気が送り込まれると、この冷却空気は、冷却空気穴７０、７１、７２、７３から噴出し、前縁通路４２及び後縁通路４４の内壁に衝突し、いわゆるインピンジメント冷却が行われ、また、翼部２５の後縁側のピン６２間の流路からなるピンフィン冷却部２９を流れ、ピンフィン冷却が行われるようになっている。
【０００７】
内側シュラウド２６には、前縁側及び後縁側に、前方フランジ８１及び後方フランジ８２が形成されており、ロータ４のアーム部４８との間をシールするシール３３が支持されたシール支持部６６に連結されている。そして、このシール支持部６６と内側シュラウド２６との間にキャビティ４５が形成されており、このキャビティ４５にも、インサート４６、４７の冷却空気穴７０、７１、７２、７３から流出した冷却空気が送り込まれるようになっている。
シール支持部６６には、前方側に流路８５が形成されており、この流路８５を介してキャビティ４５から前段の動翼１８側及びシール３３の隙間を通って後段の動翼側へ空気が送り込まれ、内部を高温燃焼ガスの通路よりも高圧に保持して高温燃焼ガスの内部への浸入が防止されるようになっている。
【０００８】
図６及び図７に示すように、内側シュラウド２６には、その前縁側に、多数の針状フィン８９を備えた前縁流路８８が形成されており、流路９０を介してキャビティ４５内と連通されている。また、内側シュラウド２６の両側部には、前後に沿ってレール９６が形成されており、これらレール９６には、一端が前縁流路８８と連通し、他端が内側シュラウド２６の後縁にて開口した流路９３が形成されている。
内側シュラウド２６の底面には、複数の***１０１を有する衝突板８４が底面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板８４によって内側シュラウド２６の底面側に、チャンバ７８が形成されている。
また、内側シュラウド２６の後縁側には、内側シュラウド２６の後縁とチャンバ７８とに連通する複数の流路９２が形成されている。
【０００９】
そして、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、内側シュラウド２６の前縁流路８８に、流路９０を介して送り込まれ、針状フィン８９間を通過することにより内側シュラウド２６の前縁側を冷却し、その後、側部流路９３を通り、内側シュラウド２６の後縁から放出されるようになっている。
また、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、衝突板８４の***１０１からチャンバ７８内にも流入し、流路９２を介して内側シュラウド２６の後縁から放出されるようになっている。そして、冷却空気が衝突板８４の***１０１からチャンバ７８へ流入した際に、内側シュラウド２６の底面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われ、また、複数の流路９２を流れる際に、内側シュラウド２６の後縁側が冷却されるようになっている。（たとえば、特許文献１参照）
【００１０】
図８に示すように、外側シュラウド２７には、その上面に、複数の***１００を有する衝突板１０２が上面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板１０２によって外側シュラウド２７の上面側に、チャンバ１０４が形成されている。
また、外側シュラウド２７には、前縁流路１０５が形成され、両側部に、前方側の前縁流路１０５と連通しかつ外側シュラウド２７の後縁にて開口した側部流路１０６が形成されており、前縁流路１０５が一方のチャンバ１０４と連通されている。
また、外側シュラウド２７の後縁側には、外側シュラウド２７の後縁とチャンバ１０４とに連通する複数の流路１０７が形成されている。
【００１１】
そして、マニホールド２２内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１０２の***１００からチャンバ１０４内に流入し、後縁流路１０７を介して外側シュラウド２７の後縁から放出されるようになっている。そして、冷却空気が衝突板１０２の***１００からチャンバ１０４へ流入した際に、外側シュラウド２７の上面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
また、チャンバ１０４内に流入した冷却空気は、前縁流路１０５にも流入し、この前縁流路１０５及び側部流路１０６を通過することにより、外側シュラウド２７の前縁及び両側部を冷却し、その後、外側シュラウド２７の後縁から放出されるようになっている。（たとえば、特許文献２参照）
【００１２】
【特許文献１】
特開１１−１３２００５号公報（第２−３頁、第６−８図）
【特許文献２】
特開１０−２２０２０３号公報（第３頁、第２図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、この種のガスタービンにおける静翼には、圧縮空気の一部を導入して、インピンジメント冷却、ピンフィン冷却などの各種の冷却技術によって翼メタル温度が許容温度以下に保たれるようにしているが、内側シュラウドや外側シュラウド２７においては、後縁側の冷却に多量の空気を過剰に要しており、さらなる冷却効率の向上が要求されているのが現状であった。
【００１４】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、静翼における冷却効率を大幅に向上させて冷却空気の使用量を抑えることが可能な静翼の冷却構造及びガスタービンを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の冷却静翼は、翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、前記内側シュラウドの内面側には、前記翼部内を通過した冷却空気が送り込まれるキャビティが形成され、前記内側シュラウドには、複数の***を有し、前記内側シュラウドの底面に間隔をあけて配設されて前記底面との間にチャンバを形成し、前記キャビティ内に送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁近傍にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、後縁側にて幅方向に沿って間隔をあけて複数形成され、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１６】
請求項２記載の静翼の冷却構造は、請求項１記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドに、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項３記載の静翼の冷却構造は、請求項２記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項４記載の静翼の冷却構造は、翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、前記外側シュラウドには、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴としている。
【００１９】
請求項５記載の静翼の冷却構造は、請求項４記載の静翼の冷却構造において、前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴としている。
【００２０】
そして、上記請求項１ないし５記載の静翼の冷却構造によれば、衝突板の***からチャンバへ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量が大幅に低減され、これにより、冷却効率の大幅な向上が図られる。
【００２１】
請求項６記載のガスタービンは、燃焼器からの燃焼ガスによってロータを回転させるタービンを構成する静翼に、請求項１〜５のいずれかの静翼の冷却構造が施されていることを特徴としている。
【００２２】
このように、冷却効率に優れた静翼を有するので、静翼を冷却するための冷却空気の使用量が低減され、性能の向上が図られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例の静翼の冷却構造及びガスタービンを図面を参照して説明する。なお、従来技術と同一構造部分には、同一符号を付して説明を省略する。
図１において、符号１１１は、本実施形態例の静翼である。この静翼１１１の内側シュラウド(inner shroud)２６には、図２に示すように、その底面に、複数の***１１２を有する衝突板１１３が底面に対して間隔をあけて設けられており、これら衝突板１１３によって内側シュラウド２６の底面側に、チャンバ(chamber)１１４が形成されている。
【００２４】
このチャンバ１１４は、内側シュラウド２６の前縁(leading edge)側に形成された前縁流路８８に流路１１５によって連通されている。
内側シュラウド２６の後縁(trailing edge)側には、内側シュラウド２６の幅方向に沿ってヘッダ１１６が形成されており、このヘッダ１１６には、内側シュラウド２６の両側部のレール９６に形成されて前縁流路８８に連通した側部流路１１７が連通されている。
さらに、内側シュラウド２６の後縁側には、内側シュラウド２６の後縁にて開口する複数の後縁流路１１８が幅方向に間隔をあけて形成されており、これら複数の後縁流路１１８がそれぞれヘッダ１１６に連通されている。
【００２５】
図３に示すように、外側シュラウド(outer shroud)２７には、その上面に、複数の***１２１を有する衝突板１２２が上面に対して間隔をあけて設けられており、この衝突板１２２によって外側シュラウド(outer shroud)２７の上面側に、チャンバ１２３が形成されている。
【００２６】
このチャンバ１２３は、外側シュラウド２７の前縁側に形成された前縁流路１０５に流路１２４によって連通されている。
外側シュラウド２７の後縁側には、外側シュラウド２７の幅方向に沿ってヘッダ１２５が形成されており、このヘッダ１２５には、外側シュラウド２７の両側部に形成されて前縁流路１０５に連通した側部流路１２６がそれぞれ連通されている。
【００２７】
また、外側シュラウド２７の後縁側には、その略中央部分に、外側シュラウド２７の後縁にて開口した後縁流路１２７が形成されており、この後縁流路１２７は、ヘッダ１２５に連通されている。
【００２８】
上記構造の内側シュラウド２６及び外側シュラウド２７を有する静翼１１１によれば、インサート４６、４７にマニホールド２２から冷却空気が送り込まれると、この冷却空気は、冷却空気穴７０、７１、７２、７３から噴出し、前縁通路４２及び後縁通路４４の内壁に衝突してインピンジメント冷却(impingement cooling)が行われ、また、翼部(blade)２５の後縁側のピン６２間の流路からなるピンフィン冷却部２９を流れ、ピンフィン冷却が行われる。
【００２９】
また、キャビティ４５内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１１３の***１１２からチャンバ１１４内に流入し、内側シュラウド２６の底面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
さらに、チャンバ１１４内に流入した冷却空気は、流路１１５から前縁流路８８へ送り込まれ、針状フィン８９間を通過することにより内側シュラウド２６の前縁側を冷却し、その後、側部流路１１７を通り、ヘッダ１１６へ送り込まれ、このヘッダ１１６から内側シュラウド２６の後縁に形成された複数の後縁流路１１８を通り、後縁から放出され、内側シュラウド２６の後縁側が冷却される。
【００３０】
また、マニホールド２２内に送り込まれた冷却空気は、衝突板１２２の***１２１からチャンバ１２３内に流入し、外側シュラウド２７の上面に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
その後、この冷却空気は、流路１２４を介して前縁流路１０５へ送り込まれ、さらに、両側部の側部流路１２６を介してヘッダ１２５へ送り込まれ、後縁流路１２７を通り後縁から放出され、これにより、外側シュラウド２７の周囲が冷却される。
なお、中央部分にてインピンジメント冷却を行った冷却空気は、そのまま、翼部２５のインサート４２、４４へ送り込まれる。
【００３１】
このように、上記の静翼の冷却構造によれば、内側シュラウド２６及び外側シュラウド２７において、衝突板１１３、１２２の***１１２、１２１からチャンバ１１４、１２３へ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量を大幅に低減させることができ、これにより、冷却効率の大幅な向上を図ることができる。
そして、この冷却構造が施された静翼１１１を備えたガスタービンによれば、静翼１１１を冷却するための冷却空気の使用量を低減させることができるので、性能の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、上記の例では、２段形の静翼を例にとって説明したが、静翼の形式は上記の例に限定されない。
また、外側シュラウド２７においては、一つの後縁流路１２７を設けたが、この後縁流路１２７を、外側シュラウド２７の幅方向に沿って間隔をあけて複数設けても良く、このようにすると外側シュラウド２７の後縁での冷却をヘッダ１２５における冷却とともに幅方向にわたって均一に行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の静翼の冷却構造及びガスタービンによれば、下記の効果を得ることができる。
請求項１ないし５記載の静翼の冷却構造によれば、衝突板の***からチャンバへ流入することによりインピンジメント冷却を行った冷却空気を前縁側、両側部へ通して後縁側へ送り込んで冷却させるものであるので、従来のように、インピンジメント冷却に用いた冷却空気をそのまま後縁側へ送り込んで放出させる冷却構造と比較して、冷却空気の使用量を大幅に低減させることができ、これにより、冷却効率の大幅な向上を図ることができる。
【００３４】
請求項６記載のガスタービンによれば、冷却効率に優れた静翼を有するので、静翼を冷却するための冷却空気の使用量を低減させることができ、性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態例の静翼の冷却構造を説明する静翼の断面図である。
【図２】 本発明の実施形態例の静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの底面側から視た斜視図である。
【図３】 本発明の実施形態例の静翼の外側シュラウドの構造を説明する外側シュラウドの上面側から視た斜視図である。
【図４】 静翼を備えたガスタービンの構造を説明するガスタービンの断面図である。
【図５】 従来の静翼の冷却構造を説明する静翼の断面図である。
【図６】 静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの底面側から視た斜視図である。
【図７】 静翼の内側シュラウドの構造を説明する内側シュラウドの断面図である。
【図８】 静翼の外側シュラウドの構造を説明する外側シュラウドの上面側から視た斜視図である。
【符号の説明】
３ タービン
４ ロータ
１５ 燃焼器
２５ 翼部
２６ 内側シュラウド
２７ 外側シュラウド
４５ キャビティ
８８ 前縁流路
１１１ 静翼
１１２、１２１ ***
１１３、１２２ 衝突板
１１４、１２３ チャンバ
１１６、１２５ ヘッダ
１１７、１２６ 側部流路
１１８、１２７ 後縁流路
Claims (6)
- 翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、
前記内側シュラウドの内面側には、前記翼部内を通過した冷却空気が送り込まれるキャビティが形成され、
前記内側シュラウドには、複数の***を有し、前記内側シュラウドの底面に間隔をあけて配設されて前記底面との間にチャンバを形成し、前記キャビティ内に送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁近傍にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、後縁側にて幅方向に沿って間隔をあけて複数形成され、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴とする静翼の冷却構造。 - 前記外側シュラウドには、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の静翼の冷却構造。
- 前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする請求項２記載の静翼の冷却構造。
- 翼部の内側及び外側にそれぞれ内側シュラウド及び外側シュラウドを有し、前記外側シュラウド側に送り込まれる冷却空気によって前記外側シュラウド、前記翼部及び前記内側シュラウドの冷却が行われる静翼の冷却構造であって、
前記外側シュラウドには、複数の***を有し、前記外側シュラウドの上面に間隔をあけて配設されて前記上面との間にチャンバを形成し、送り込まれた冷却空気を前記***から前記チャンバ内へ流入させる衝突板と、前縁側にて幅方向に沿って形成され、前記チャンバ内へ送り込まれた冷却空気が導かれる前縁流路と、両側部に沿って形成され、前記前縁流路内へ送り込まれた冷却空気を後縁側へ導く側部流路と、後縁にて幅方向に沿って形成され、前記側部流路から冷却空気が送り込まれるヘッダと、一端側が前記ヘッダに連通され他端側が後縁にて開口されて前記ヘッダに送り込まれた冷却空気を後縁から放出する後縁流路とが設けられていることを特徴とする静翼の冷却構造。 - 前記外側シュラウドの後縁流路が、幅方向に沿って間隔をあけて複数形成されていることを特徴とする請求項４記載の静翼の冷却構造。
- 燃焼器からの燃焼ガスによってロータを回転させるタービンを構成する静翼に、請求項１〜５のいずれかの静翼の冷却構造が施されていることを特徴とするガスタービン。
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