JP4508482B2 - ガスタービン静翼 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービン静翼に関し、更に詳しくは、主として2段静翼以降に用いられるガスタービン静翼の冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
発電用途などに用いられるガスタービンの静翼は約1300度もの燃焼ガスの流路となる。従って、燃焼ガスによる溶融や破損を防止するため、ガスタービン静翼には種々の冷却構造が設けられている。このような冷却構造に関する技術としては、ガスタービン静翼内部に冷却空気の通路を設け、この通路に冷却空気を送り込むことでガスタービン静翼を内部から冷却する技術が広く知られている(例えば特開11−132005号公報参照)。
【0003】
ここで、ガスタービン静翼は、事後的なメンテナンスの容易性等を考慮し、組立および分解が可能な分割式の構造を有している。図14は、ガスタービン2段静翼の単位構成要素であるセグメント1を示す斜視図である。このセグメント1を構成する単位ユニットは、略平行四辺形の内側シュラウド2と、これに一端部を固定され柱状に設置された1枚の静翼部3と、前記内側シュラウド2に対して略平行に配置されると共に前記静翼部3の他端部に固定された略平行四辺形の外側シュラウド4とからなる。セグメント1は、この単位ユニット一対を、溶接によって並列に結合して構成される。そして、ガスタービン静翼は、このセグメント1をボルト等の脱着可能な結合部材(図示省略)によって並列に結合し、全体としては環状構造となるように形成される。なお、ガスタービン静翼は、外側シュラウド4の外周側面に設けた足5において、ガスタービン車室(図示省略)に片持ち構造で固定設置される。
【0004】
なお、前記セグメント1のボルト結合部7は、ガスタービンの運転時におけるガスタービン静翼の膨張を吸収するため、一定の間隔をあけて結合されている。この間隔は、ガスタービン運転時におけるガスタービン静翼の膨張により塞がるように設計されている。しかし、現実には製造段階での許容誤差等により、このボルト結合部7には約0.5mm〜1mmほどの隙間7aが生じる。
【0005】
図15は、図14に記載した内側シュラウド2付近の拡大斜視図であり、図16は、図15に記載した内側シュラウド2の平面断面図である。また、図17は、図16に記載した内側シュラウド2のI−I方向の側面断面図であり、図18はそのII−II方向の側面断面図である。図15〜図18において、ガスタービン静翼は、静翼部3内部に、リブ8によって隔てられた静翼部前縁通路9と静翼部後縁通路10とを有している。この静翼部前縁通路9は内側シュラウド2内部に設けられた開口室11に通じており、また、静翼部後縁通路10は内側シュラウド2を貫通し、その底面部側に形成されたキャビティ12に通じている。この開口室11とキャビティ12とは、内側シュラウド2の底面部に配置された底板13によって隔てられている。なお、図17に記載した静翼部3内部の部材14は、静翼部3をインピンジ冷却(衝突冷却)するために、静翼部前縁通路9ならびに静翼部後縁通路10に差し込まれた金属部材からなる管状のインピンジ管14である。
【0006】
また、内側シュラウド2において、燃焼ガス6流路の上流側である前縁15内部には、その前縁15に沿って前縁流路16が設けられている。この前縁流路16と前記開口室11とは、その中間に設けられた中間流路17によって通じている。この前縁流路16の床部には、その流路断面積を狭めるための調整板18が敷かれており、また、その調整板18上および前縁流路16の天井部には、冷却空気19を攪拌するためのタービュレーター20が複数段設置されている。
【0007】
前縁流路16の出口付近からは、この前縁流路16よりも狭い断面積である中央流路21が引き出されている。この中央流路21は、内側シュラウド2の接合面22に沿って、燃焼ガス流路の下流側である内側シュラウド2の後縁23に抜けている。また、前縁流路16の入り口付近からも、前縁流路16よりも狭い断面積である側縁流路24が引き出されている。この側縁流路24は、内側シュラウド2の側縁25に沿って、後縁23に抜けている(図16、図18参照)。なお、上記冷却構造は、セグメント1を構成する一対の単位ユニットごとにそれぞれ設けられ、左右一対として内側シュラウド2の冷却構造を構成している。
【0008】
ガスタービンの稼働時において、内側シュラウド2を冷却するときには、冷却空気19を、外側シュラウド4から静翼部3内部のインピンジ管14に送り込む。すると、この冷却空気19は静翼部3をインピンジ冷却しつつ、一部は、静翼部前縁通路9を経て内側シュラウド2内の開口室11に流入し、一部は、静翼部後縁通路10を経て内側シュラウド2を貫通してキャビティ12に供給される(図17参照)。開口室11に流入した冷却空気19は、中間流路17を通って前縁流路16に流入し、内側シュラウド2の前縁をコンベクション冷却(対流冷却)する。そして、その一部は前縁流路16入り口付近から側縁流路24に流入し、内側シュラウド2の側縁25をコンベクション冷却しつつ、後縁23から排出される。また、残りの冷却空気19は、前縁流路16の出口付近から中央流路21に流入し、内側シュラウドの溶接接合面22付近をコンベクション冷却しつつ、後縁23から排出される。
【0009】
ここで、調整板18は、前縁流路16の断面積を狭めることによって、そこを通る冷却空気19の流速の低下を防ぎ、前縁15の冷却効率を高めるように作用する。さらに、タービュレーター20は、前縁流路16内の冷却空気19を攪拌し、前縁15の冷却効率を高めるように作用する。また、中央流路21ならびに側縁流路24は、前縁流路16よりも断面積が小さいので、これらの流路21、24を通過する冷却空気19の流速は、前縁流路16よりも速い。したがって、このような流路を狭めた構造は、内側シュラウド2の溶接接合面22付近ならびに側縁25の冷却効率を高めるように作用する。
【0010】
なお、キャビティ12に供給された冷却空気19は、ガスタービン静翼とガスタービン動翼との隙間(図示省略)を封止するシール用空気として用いられる。また、シール用空気の一部は、前縁15下面付近から吹き出され、内側シュラウド2を前縁15側からフィルム冷却(膜冷却)する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者らの研究によれば、上記従来のガスタービン静翼では、内側シュラウド2の前縁15隅部が焼損26、26し、その表面に施された断熱被覆(TBC:Thermal Barrier Coating)が剥離する現象が認められている(図15参照)。これは、従来技術における冷却空気19の流路16、24が、いずれも前縁15隅部までは通っておらず、十分な冷却が行われていなかったためと考えられる。また、従来技術においては、一つの前縁流路16から中央流路21および側縁流路24の両方の流路を引いていたため、これらの流路21,24内を通る冷却空気19の流速が低下し、冷却効率が低下していたためとも考えられる。
【0012】
また、従来技術のように、調整板18やタービュレーター20を設置し、冷却効率を維持する方法は、前縁15隅部の冷却効率が悪い割にガスタービン構造が複雑化し、製造コストが増加するという問題点がある。また、冷却効率を上げるため、内側シュラウド2内部の冷却空気19の流量を大幅に増加する方法は、ガスタービン運転コストを増加させるという問題点がある。また、中央流路21ならびに側縁流路24の断面積を狭めることで冷却空気19の流速を増加させる方法もあるが、あまりに流路断面積を狭めると冷却可能な範囲も狭まるので、前縁15隅部の冷却効率がさらに低下してしまう。
【0013】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造により効果的に内側シュラウド2を冷却するガスタービン静翼を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
発明者らの研究によれば、前記焼損26は、ガスタービンの運転時において前記内側シュラウド2の隙間7に燃焼ガス6が巻き込まれ、その前縁15隅部30,32の断熱被覆を壊食することによって発生する。そこで、この発明では、焼損26を防止するため、内側シュラウド2の前縁15隅部に冷却構造を設けるか、前記燃焼ガス6の巻き込み自体を抑制するようにした。
【0015】
そして、上記の目的を達成するために、請求項1にかかるガスタービン静翼は、内部に冷却空気の通路を有する静翼部と、当該静翼部を前記冷却空気の排出口側において支持する内側シュラウドとを含んでセグメントを構成し、このセグメントを複数環状に結合してなるガスタービン静翼において、前記静翼部の冷却空気の排出口から少なくとも1本の流路を引き出すと共に、当該流路を前記内側シュラウドの前縁側隅部に導き、さらに、当該流路を前記内側シュラウドの側縁に沿って後方に延出したことを特徴とする。
【0016】
ここで、1本の流路とは、当該静翼部の排出口から引き出された流路は、少なくとも前記内側シュラウドの前縁隅部を通過するまでは、分流を有さないことを意味する。ただし、前記分流には、微細孔であるフィルム冷却孔は含まないものとする。
【0017】
また、内側シュラウドの隅部とは、一般には、内側シュラウド上に設置された静翼部よりも前縁側であってその両端部を含む部分をいうが、本発明においては、特に前記焼損26が生ずる範囲を含む部分をいうものとする。また、内側シュラウドの隅部は、内側シュラウドの表面上の隅部を意味するものではなく、その前縁側面側ならびに側縁側面側の隅部をも含むものとする。
【0018】
この発明において、静翼部の排出口から排出した冷却空気は、その排出口から引き出された1本の流路に流入する。そして、当該1本の流路を通って、内側シュラウドの前縁隅部を冷却し、さらに側縁を冷却しつつ内側シュラウドの後方へ流れる。
【0019】
請求項2にかかるガスタービン静翼は、請求項1に記載のガスタービン静翼において、前記セグメントは、その内側シュラウドの側端面を隣接するセグメントの内側シュラウドにボルト結合にて結合して構成されたことを特徴とする。この発明において、セグメントの内側シュラウド同士は、ボルトにより結合されているため、溶接等により一体形成されている場合と比較して、熱応力による歪みを分散しやすい。したがって、この発明によれば、特に静翼体の端部や内側シュラウドに生じる局部的な集中応力は緩和され、クラック等の発生が抑止される。
【0020】
請求項3にかかるガスタービン静翼は、請求項1または2にかかるガスタービン静翼において、前記1本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部において蛇行していることを特徴とする。この発明において、冷却空気は、前記静翼部の排出口から前記1本の流路に流入し、前記内側シュラウドの前縁隅部を蛇行しつつ当該隅部を冷却する。
【0021】
請求項4にかかるガスタービン静翼は、請求項1または2にかかるガスタービン静翼において、前記1本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部においてその流路幅を広げると共に、当該広げた流路の床部に調整板を設置したことを特徴とする。
【0022】
この発明において、冷却空気は、前記静翼部の排出口から前記1本の流路に流入し、前記内側シュラウドの前縁隅部において広げた流路を通って前記隅部を冷却する。このとき、前記広げた流路の床部に設置された調整板は、当該広げた流路の断面積を狭め、ここを通過する冷却空気の流速の低下を抑制する。
【0023】
請求項5にかかるガスタービン静翼は、請求項4にかかるガスタービン静翼において、さらに、前記広げた流路の床部または天井部に、タービュレーターを設置したことを特徴とする。この発明において、冷却空気は、前記広げた流路を通過するときに流路内に設置されたタービュレーターにぶつかって攪拌され、その温度が均一化される。
【0024】
請求項6にかかるガスタービン静翼は、請求項4にかかるガスタービン静翼において、さらに、前記広げた流路に、床部から天井部に渡って形成した針状のフィンを設置したことを特徴とする。この発明において、冷却空気は、前記広げた流路を通過するとき、この流路内に形成された針状のフィンに衝突して攪拌される。また、冷却空気は、針状フィンとの衝突によって、この針状フィンを介して前記内側シュラウドの前縁隅部と熱交換を行い、当該隅部を冷却する。
【0025】
請求項7にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜6のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、前記1本の流路から引き出したフィルム冷却孔を前記内側シュラウドの前縁隅部に設けたことを特徴とする。この発明において、前記一本の流路を通る冷却空気の一部は、前記フィルム冷却孔から噴出し、内側シュラウドの前縁隅部に冷却空気の薄膜をつくることによって当該隅部をフィルム冷却する。
【0026】
請求項8にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜7のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、板状部材その他の被覆部材を、前記内側シュラウドの前縁隅部から隣接する内側シュラウドの前縁隅部に渡して設置したことを特徴とする。この発明において、前記被覆部材は、前記内側シュラウドの隙間をその前縁側から覆い、燃焼ガスの前記隙間への巻き込みを抑制する。
【0027】
請求項9にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜8のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、前記内側シュラウドの前縁角部に面取りを施すと共に、当該部分及び側縁端部に断熱被覆を施したことを特徴とする。この発明において、前記前縁角部の面取りは、燃焼ガスの衝突による当該角部の壊食を緩和し、断熱被覆の剥離を抑制する。なお、前記面取りには、前記前縁角部に丸みをつけ円滑化することも含まれる。
【0028】
請求項10にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜9のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、前記内側シュラウドの側縁端部に面取りを施すと共に、当該前縁角部に断熱被覆を施したことを特徴とする。この発明において、前記側縁端部の面取りは、燃焼ガスの衝突による当該端部の壊食を緩和し、断熱被覆の剥離を抑制する。なお、前記面取りには、前記側縁端部を曲面形状にして円滑化することも含まれる。
【0029】
請求項11に記載のガスタービン静翼は、請求項1〜10のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、面板その他のシール部材を、隣接する前記内側シュラウドにおける接合面間に渡して介在させたことを特徴とする。この発明において、前記シール部材は、前記内側シュラウドの隙間を通ってその裏面側に抜ける燃焼ガスの流路を阻み、燃焼ガスの流れを抑止する。
【0030】
請求項12にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜11のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、前記シール部材は、前記内側シュラウドの隙間を埋める凸部を備えた凸型断面形状を有すると共に、当該凸部を内側シュラウドの表面側に向けて配置されたことを特徴とする。この発明において、前記シール部材は、その凸部を前記内側シュラウドの接合面間に差し込んでその隙間を埋める。すると、当該隙間を通る燃焼ガスは、前記凸部によってその流路を阻まれ、流れが抑止される。
【0031】
請求項13にかかるガスタービン静翼は、請求項1〜12のいずれか一つにかかるガスタービン静翼において、さらに、前記内側シュラウドにおける接合面を、シップラップ形式の接合面としたことを特徴とする。この発明において、前記シップラップ形式の接合面は、前記内側シュラウドの隙間を通って前縁から後方に抜ける燃焼ガスの流路を阻み、燃焼ガスの流れを抑止する。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できるものが含まれるものとする。
(実施の形態)
【0033】
図1は、この発明の実施の形態であるガスタービン静翼を構成するセグメントの内側シュラウドを示す平面断面図であり、(a)は一の実施例を、(b)は他の実施例を示している。同図において、上記従来のガスタービン静翼と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0034】
図1(a)において、内側シュラウド2の鈍角隅部30側(燃焼ガス6の流入方向から見て右側)の単位ユニットは、静翼部前縁通路9に通じる開口室11を有している。この開口室11からは、内側シュラウド2の前縁15方向に、1本の冷却空気19の流路31が引き出されている。この鈍角隅部30側の流路31(以下「鈍角隅部流路31」という。)は、ほぼ一様に長方形の断面形状を有している。
【0035】
また、この鈍角隅部流路31はワの字状に屈折しており、その第1の屈折部31aは前縁15の中間付近に位置している。そして、その中間直線部31bは前縁15に沿って通り、第2の屈折部31cにおいて鈍角隅部30に位置している。そして、その最終直線部31dは、前記鈍角隅部30から側縁25に沿って後方に延び、後縁23から抜けている。
【0036】
また、内側シュラウド2の鋭角隅部32側(燃焼ガス6の流入方向から見て左側)の単位ユニットは、前記鈍角隅部30側の単位ユニットと同様に、開口室11と、1本の冷却空気19の流路33とを有している。この鋭角隅部32側の流路33(以下「鋭角隅部流路33」という。)は、その屈折形状がクの字型である点を除き、前記鈍角隅部流路31と同様に配置されている。
【0037】
なお、鈍角隅部30側の単位ユニットと鋭角隅部32側の単位ユニットとは、接合面22を形成する各ユニットの内側シュラウド2の外部に座金を設け、ボルト・ナットで締結固定されている(図示省略)。こうして成る一対のユニット体は、セグメントに取り付けられ、圧接狭持される。
【0038】
ガスタービンの稼働時において、冷却空気19は、外側シュラウド4から静翼部3を通って開口室11に送り込まれ、この開口室11から前縁15方向に引き出された1本の流路31、33に流入する。そして、冷却空気19は、前縁15の肩口、前縁15の隅部、さらには側縁25をコンベクション冷却し、後縁23から排出される。なお、図1(b)は、内側シュラウド2のボルト・ナット接合面側にも冷却通路21,21を設けた他の実施例である。
【0039】
なお、本実施の形態において、前記1本の流路31,33の断面形状は長方形であるが、この形状に限定されず、円、三角形等であってもよい。また、前記1本の流路31,33の断面積は、小さいほどこれを通る冷却空気の流速を速め、冷却効率を向上させるが、流路断面積があまりに小さい場合には、冷却空気による冷却範囲は狭くなる。したがって、前記1本の流路31,33の断面積は、ガスタービンの仕様等に応じて適宜変更することが好ましい。
【0040】
また、本実施の形態において、鈍角隅部流路31の形状はワの字状であるが、これに限定されず、レの字状やクの字状でもよい。鈍角隅部流路31が、内側シュラウド2の前縁15隅部ならびに側縁25を通過する限り、前記内側シュラウド2の焼損26は防止できるからである。この点は、鋭角隅部流路33についても同様である。
【0041】
また、前記鋭角隅部流路33は、特に焼損26が顕著な鋭角隅部32において、蛇行させた形状としてもよい(図2参照)。この構成において、冷却空気19は、内側シュラウド2の鋭角隅部32を、1本の流路33を通って蛇行する。そして前記鋭角隅部32をコンベクション冷却し、側縁流路24を通って後縁23から排出される。この構成によれば、冷却空気19の流路33は1本であるので、焼損26が相当範囲を有する場合であっても、冷却空気19の流速はさほど低下しない。この構成によれば、前記蛇行した流路34により、焼損26が著しい鋭角隅部32を効率的に冷却することができる。
【0042】
また、前記鋭角隅部流路33は、前記鋭角隅部32を通過するにあたり、その流路幅を焼損26の範囲と略同一幅に広げ、さらにその床部に調整板18を設置した構成としてもよい。この構成において、前記調整板18は、鋭角隅部流路33の断面積を略一定に保つように作用する。したがって、冷却空気19は、前記広げた流路35においても流速を落とすことなく通過し、この鋭角隅部32をコンベクション冷却する。この構成によれば、前記広げた流路35によって広範囲の冷却が可能となるので、焼損26が著しい鋭角隅部32を効率的に冷却することができる。
【0043】
なお、前記構成において、前記広げた流路35上に、さらにタービュレーター20を設置してもよい(図3参照)。この構成において、タービュレーター20は、前記鋭角隅部流路33を通過する冷却空気19を攪拌し、その設置範囲内の冷却効率を高める。この構成によれば、前記鋭角隅部32の冷却効率をより一層向上させることができる。
【0044】
また、本実施の形態において、さらに前記鋭角隅部流路33から引き出されると共にその鋭角隅部32に吹き出し孔を有するフィルム冷却孔36を設けてもよい(図4参照)。この構成において、前記鋭角隅部流路33を通る冷却空気の一部は、前記フィルム冷却孔から吹き出して内側シュラウド2の鋭角隅部32に冷却空気19の薄膜をつくる。そして、この冷却空気19の薄膜は、内側シュラウド2への燃焼ガス6の熱量流入を抑制する。この構成によれば、冷却空気19は、内側シュラウド2の鋭角隅部32を内部および表面の双方から冷却するため、前記フィルム冷却孔36を設けない場合と比較して、前記鋭角隅部32をより一層効果的に冷却することができる。
【0045】
また、特に本実施の態様では、前記鋭角隅部流路33は、1本の流路によって開口室11から引き出され、途中に分流を有しない。したがって、微細なフィルム冷却孔36を多少設けたとしても、冷却空気19の流速はさほど低下せず、その下流にある内側シュラウド2の側縁25を十分に冷却することができる。なお、前記微細なフィルム冷却孔36は、近年、YAGレーザーによって、安価かつ高速に容易に加工することができる。
【0046】
なお、前記フィルム冷却孔は、前記内側シュラウド2の鋭角隅部32の焼損26を効果的に防止できる位置に設けることが望ましい。したがって、その位置は、内側シュラウド2の焼損26範囲ならびに燃焼ガス6の流路特性に応じて適宜変更することが好ましい。例えば、前記フィルム冷却孔36を、前記焼損26が生じる範囲全体に渡って広く設けた場合(図4参照)には、トランスピレーション冷却効果(侵出冷却効果)により、前記焼損26部を効果的に冷却することができる。
【0047】
また、上記内側シュラウド2の鋭角隅部32の冷却構造は、前記鈍角隅部30についても同様に設けることができる。例えば、前記フィルム冷却孔36を、鈍角隅部30に設けるがごとくである(図5参照)。なお、その具体的な構造は、当業者自明の範囲で適宜変更することが好ましい。
【0048】
また、本実施の形態において、さらに、被覆部材37を、前記内側シュラウド2の前縁15側面の端部から隣接する内側シュラウド2の前縁15側面の端部に渡して設けた構成としてもよい(図6参照)。ここで、前記被覆部材37は、金属材料からなる長方形状の板状部材37であり、その高さは、内側シュラウド2の前縁15側面の高さと略同一である。この構成において、前記被覆部材37は、内側シュラウド2のボルト接合面間に生ずる隙間7aを覆い、燃焼ガス6の前記隙間7aへの巻き込みを防止する。この構成によれば、燃焼ガス6による前縁15隅部の壊食を防止することができるので、当該前縁15隅部の焼損26を抑制することができる。
【0049】
なお、前記被覆部材37の形状は、前記長方形に限られず、L字型断面の板状部材としてもよい(図示省略)。被覆部材37をこのような形状とすれば、前記焼損26が生ずる付近の隙間7aまで当該被覆部材37によって覆うことができるので、より効果的に前記焼損26を抑制することができる。また、前記被覆部材37は、接合面間に生ずる隙間7aと略同一幅および略同一高さの凸部を有するT字型断面形状としてもよい(図示省略)。この凸部を前記隙間7aに、内側シュラウド2の前縁15側の側面から差し込みつつ前記被覆部材37を設置すれば、前記焼損26が生ずる付近まで、前記隙間7aを埋めることができる。
【0050】
また、本実施の形態において、さらに、内側シュラウド2の前縁15角部をアール形状とすることによって丸み38をつけ、この前縁15角部に断熱被覆を施した構成としてもよい(図7参照)。なお、断熱被覆の方法としては、断熱材である部分安定化Zr2O3をプラズマ被覆する方法や、ジルコニアの断熱被覆を施す方法が公知となっている。この構成において、丸み38をつけて円滑化された前縁15角部は、燃焼ガス6の当該前縁15角部への衝突を緩和する。この構成によれば、燃焼ガス6により浸食され易い前記前縁15角部の断熱被覆の剥離を抑制することができるので、前記焼損26を効果的に抑制することができる。なお、前縁15角部につけた丸み38は、単に角部を切り取った面取りであってもよい(図示省略)。
【0051】
また、本実施の形態において、さらに、前記内側シュラウド2の側縁25端部にも面取り39を施し、この側縁25端部に断熱被覆を施した構成としてもよい(図8参照)。この構成において、前記側縁25端部に施した面取り39は、前記内側シュラウド2の隙間7aに巻き込む燃焼ガス6の前記側縁25端部の浸食を抑制する。この構成によれば、前記側縁25端部における断熱被覆の剥離が防止されるので、前記焼損26が抑制される。
【0052】
また、本実施の形態において、さらに、隣接する内側シュラウド2のボルト接合面に、前縁15から後縁23に渡って溝40,40を形成し、この溝40,40に長方形の面板41を嵌め込んだ構造としてもよい(図9および図10参照)。この構造において、前記面板41は、内側シュラウド2のボルト接合面間の隙間7aを封止し、この隙間7aを通って内側シュラウド2裏面側に抜ける燃焼ガス6の流路を阻む。この構成によれば、燃焼ガス6の前記隙間7aにおける流路が封止されるので、燃焼ガス6の前記隙間7aへの巻き込みが抑制される。したがって、特に内側シュラウド2の側縁端部の焼損26が抑制される。なお、この面板41は、板状体でなくともよく、柱状体であってもよい(図示省略)。また、この面板41は、内側シュラウド2の1前縁15から後縁23に渡るほどの長さである必要はなく、前縁15から前記焼損26が認められる範囲に届くほどの長さがあればよい。
【0053】
また、さらに、前記面板41の中央部に、その長手方向に渡ってセグメント1の隙間7を埋める凸部42を形成し、この凸部42を内側シュラウド2の表面側に向けて配置した構造としてもよい(図12および図12参照)。この構成において、前記凸部42は、内側シュラウド2の接合面に挟まれ、その隙間7を埋める。この構成によれば、この凸部42によって内側シュラウド2の表面が平坦化されるので、前記凸部42を設けない場合と比較して、より効果的に燃焼ガス6の前記隙間7への巻き込みを抑制することができる。
【0054】
また、本実施の形態において、さらに、前記内側シュラウド2のボルト接合面43,43を、相互に噛み合わさるシップラップ形式の接合面としてもよい(図13参照)。この構成において、前記階段状のボルト接合面42,42は、その段差部において、前記内側シュラウド2の隙間7を通って前縁15から後縁23に抜ける燃焼ガス6の流れを阻む。この構成によれば、前記隙間7を通る燃焼ガス6の流路が封止されるので、燃焼ガス6の前記隙間7への巻き込みが抑制される。したがって、特に内側シュラウド2の前縁15角部における焼損26が有効に防止される。なお、前記噛み合わさるボルト接合面43、43の形状は、階段状でなくともよい。例えば、鋸状や波状の接合面であってもよい。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明であるガスタービン静翼(請求項1)によれば、冷却空気の流路は、前記内側シュラウドの隅部を通る。したがって、冷却空気は、当該隅部を冷却し、前記焼損を抑制する。また、前記冷却空気の流路は、静翼部の排出口から引き出されてから、少なくとも内側シュラウドの前縁隅部を通過するまで1本である。
【0056】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項2)によれば、セグメントの内側シュラウド同士は、ボルトにより結合されているため、溶接等により一体形成されている場合と比較して、熱応力による歪みを分散しやすい。したがって、特に静翼体の端部や内側シュラウドに生じる局部的な集中応力は緩和され、クラック等の発生が抑止される。
【0057】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項3)によれば、前記1本の流路は前記内側シュラウドの前縁隅部において蛇行しているため、焼損部が相当幅を有する場合であっても効果的に冷却することができる。
【0058】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項4)によれば、前記1本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部において広がっているので、流路が広がっていない場合よりも効果的に前記前縁隅部を冷却することができる。さらに、当該広げた流路の床部には調整板が設置されているので、当該流路を広げたことによって流速が著しく低下することはない。
【0059】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項5)によれば、前記広げた流路に流入した冷却空気はタービュレーターによって攪拌されるので、前記内側シュラウドの前縁隅部を効率的に冷却することができる。
【0060】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項6)によれば、前記広げた流路に流入した冷却空気は針状フィンに衝突して攪拌されるので、前記内側シュラウドの前縁隅部を効率的に冷却することができる。さらに、冷却空気は、針状フィンを介して前記内側シュラウドの前縁隅部と熱交換を行うので、この針状フィンを設けない場合と比較して、より効率的に前記内側シュラウド隅部の冷却を行うことができる。
【0061】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項7)によれば、前記フィルム冷却孔から噴出した冷却空気は、内側シュラウド隅部をその表面からフィルム冷却するので、内側シュラウド内部からの冷却とあわせて、当該隅部を効率的に冷却することができる。さらに、この冷却空気の流路は1本であるので、微細なフィルム冷却孔を設けても相当の流速を維持しつつ下流の内側シュラウド側縁を冷却することができる。
【0062】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項8)によれば、燃焼ガスの前記内側シュラウドの隙間への巻き込みを抑止できるので、効果的に前記前縁隅部の焼損を抑制することができる。
【0063】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項9)によれば、前記前縁角部に施された面取りは、その断熱被覆の剥離を抑制するので、効果的に前記前縁隅部の焼損を抑制することができる。
【0064】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項10)によれば、前記側縁端部に施された面取りは、その断熱被覆の剥離を抑制するので、効果的に前記側縁端部の焼損を抑制することができる。
【0065】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項11)によれば、前記内側シュラウドの接合面間に渡して設置されたシール部材は、前記接合面間の隙間を封止し、この隙間を抜ける燃焼ガスの流路を阻むので、燃焼ガスの前記隙間への巻き込みが抑制される。したがって、主として前記内側シュラウドの側縁端部の焼損を抑制することができる。
【0066】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項12)によれば、前記シール部材が備える凸部は、セグメントの間に生ずる隙間を埋めて内側シュラウドの表面を平坦化するので、凸部を設けない場合と比較して、より効果的に燃焼ガスの前記隙間への巻き込みを抑制することができる。
【0067】
また、この発明であるガスタービン静翼(請求項13)によれば、前記内側シュラウドに形成されたシップラップ形式の接合面は、前記内側シュラウドの隙間を通る燃焼ガスの流路を封止するので、燃焼ガスの前記隙間への巻き込みを抑制し、特に内側シュラウドの前縁角部における焼損を有効に防止する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態にかかる内側シュラウドを示す平面断面図である。
【図2】蛇行する冷却空気の流路を示す平面断面図である。
【図3】広げた冷却空気の流路を示す平面断面図である。
【図4】フィルム冷却孔を設けた前縁鋭角隅部を示す斜視図である。
【図5】フィルム冷却孔を設けた前縁鈍角隅部を示す斜視図である。
【図6】被覆部材を設けた前縁隅部を示す斜視図である。
【図7】角部を丸めた前縁隅部を示す斜視図である。
【図8】端部を面取りした側縁を示す斜視図である。
【図9】面板を設けたボルト接合面を示す組立斜視図である。
【図10】図9の正面断面図である。
【図11】凸型の面板を設けたボルト接合面を示す組立斜視図である。
【図12】図11の正面断面図である。
【図13】シップラップ形式のボルト接合面を示す斜視図である。
【図14】ガスタービン静翼の翼列を示す斜視図である。
【図15】ガスタービン静翼の内側シュラウド付近を示す斜視図である。
【図16】従来の内側シュラウドの平面断面図である。
【図17】図16のI−I断面図である。
【図18】図16のII−II断面図である。
【符号の説明】
7 接合面
7a 隙間
11 開口室
18 調整板
20 タービュレーター
22 溶接接合面
24 側縁流路
26 焼損
31 鈍角隅部流路
33 鋭角隅部流路
36 フィルム冷却孔
37 被覆部材
38 丸み
39 面取り
40 溝
41 面板
42 凸部
43,43 階段状のボルト接合面
Claims (13)
- 内部に冷却空気の通路を有する静翼部と、当該静翼部を前記冷却空気の排出口側において支持する内側シュラウドとを含んでセグメントを構成し、このセグメントを複数環状に結合してなるガスタービン静翼において、
前記静翼部の冷却空気の排出口から少なくとも1本の流路を引き出すと共に、当該流路を前記内側シュラウドの前縁側隅部に導き、さらに、当該流路を前記内側シュラウドの側縁に沿って後方に延出したことを特徴とするガスタービン静翼。 - 前記セグメントは、その内側シュラウドの側端面を隣接するセグメントの内側シュラウドにボルト結合にて結合して構成されたことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン静翼。
- 前記1本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部において蛇行していることを特徴とする請求項1または2に記載のガスタービン静翼。
- 前記1本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部においてその流路幅を広げると共に、当該広げた流路の床部に調整板を設置したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記広げた流路の床部または天井部に、タービュレーターを設置したことを特徴とする請求項4に記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記広げた流路に、床部から天井部に渡って形成した針状のフィンを設置したことを特徴とする請求項4に記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記1本の流路から引き出したフィルム冷却孔を前記内側シュラウドの前縁隅部に設けたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、板状部材その他の被覆部材を、前記内側シュラウドの前縁隅部から隣接する内側シュラウドの前縁隅部に渡して設置したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記内側シュラウドの前縁角部を面取りしまたはアール形状とすると共に、当該前縁角部に断熱被覆を施したことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記内側シュラウドの側縁端部に面取りしまたはアール形状とすると共に、当該部分及び側縁端部に断熱被覆を施したことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、面板その他のシール部材を、隣接する前記内側シュラウドにおける接合面間に渡して介在させたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- 前記シール部材は、前記内側シュラウドの隙間を埋める凸部を備えた凸型断面形状を有すると共に、当該凸部を内側シュラウドの表面側に向けて配置されたことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
- さらに、前記内側シュラウドにおける接合面を、シップラップ形式の接合面としたことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
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