JP5281245B2 - ガスタービン動翼のプラットフォーム冷却構造 - Google Patents
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Description
また、プラットフォーム5の下面とガスタービン動翼1のシャンク部7の側面とによって空洞13が形成され、この空洞13内にはロータ側からシール空気が供給されて、シール空気によって高温燃焼ガスが隣り合うプラットフォーム5、5間の隙間15からロータ側に漏れるのを防止している。
また、冷却空気の一部は翼部3の後縁から噴出され翼部3の後縁をさらに冷却するようになっている。
この動翼冷却通路17に供給される冷却空気は、翼部3の冷却に使用されるため前記シール空気とは別に高圧にコントロールされ必要な場合には冷却されて供給されるようになっている。
例えば、特許文献1(特開平10−238302号公報)に示されるガスタービン動翼のプラットフォーム010を、図5に示す。図5の(a)はガスタービン動翼の縦断面図を示し、図5の(b)は(a)のE−E線断面図である。この特許文献1にはプラットフォーム010の下面を流れるシール空気012を利用してプラットフォーム010の上面を冷却する発明が示されており、翼腹013側のプラットフォーム010の内部にタービン軸心から相対的に半径方向に向けて貫通する複数のシール空気流路孔015が穿設されている。
特に、翼の付根部分から離れたプラットフォームの側縁部付近においては、翼内部を冷却する動翼冷却通路019から離れており、冷却がされにくく熱的に厳しい状況にあるため、翼の付根部分から離れたプラットフォームの側縁部付近、特に高温燃焼ガスに曝される表面における効果的な冷却構造が望まれている。
しかし、特許文献2においては、プラットフォーム020の内部を貫通し、一端が動翼022の内部を冷却する冷却通路024に連結し、他端がプラットフォーム020の両側の側端面に開放する冷却通路026によって冷却空気をプラットフォーム020の端面、すなわち隣り合うプラットフォーム間の隙間に向かって噴出するものである。このため、プラットフォーム020の端面の冷却およびシール作用はなすが、高温燃焼ガスに曝される側端近傍のプラットフォームの上面を効果的に冷却することができない問題がある。
ガスタービン動翼の翼部の内部に形成され冷却空気を流通する複数の動翼冷却通路と、該動翼冷却通路に一端が連通し他端がプラットフォームの側縁近傍のプラットフォーム上面に複数設けられた噴出開口に連通する冷却連通穴とを備え、該冷却連通穴が前記動翼冷却通路からプラットフォームとシャンク部の内部を通って形成されて、プラットフォームの側縁近傍の上面まで動翼冷却通路を流れる冷却空気を導くように構成すると共に、前記プラットフォームの下面側のシャンク部の前記複数の動翼冷却通路のそれぞれの壁面のうち前記プラットフォームの前記側縁に近い側の領域を該側縁に向かって外側に膨出させて、前記複数の動翼冷却通路のそれぞれに対して冷却通路膨出部を形成し、前記冷却連通穴は、前記プラットフォームの下面よりも下方に位置する前記冷却通路膨出部から延び、前記シャンク部およびプラットフォームの内部を直線状に貫通して形成され、前記プラットフォームの前記上面の前記噴出開口に連通していることを特徴とする。
この結果、高温の燃焼ガスによって熱応力の影響を受けやすいプラットフォームの側縁近傍、特に側縁の上面を効果的に冷却して、プラットフォームの冷却性を向上すとともに、高速回転する動翼にカバープレートのような付加物が取付けられることがないため動翼としての信頼性を向上することができる。
その結果、動翼冷却通路から離れたプラットフォームの部位まで、プラットフォームにカバープレート等の特別な付加物を取付けずに冷却連通穴を形成でき、プラットフォームの側縁近傍、特に側縁の上面に動翼冷却通路を流れる高圧の冷却空気を導くことができるとともに、動翼としての信頼性を向上することができる。
参照する図面において、図1は第1の参考例にかかるガスタービン動翼のプラットフォーム冷却構造を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図である。図2は本発明の実施形態を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B線断面図である。図3は第2の参考例を示し、(a)は平面図であり、(b)は(a)のC−C線断面図であり、(c)は(b)のD−D線断面図である。
また、プラットフォーム5の下面とガスタービン動翼1のシャンク部7の側面とによって空洞13が形成され、この空洞13内にはロータ側からシール空気が供給されて、シール空気によって高温燃焼ガスが隣り合うプラットフォーム5、5間の隙間15からロータ側に漏れるのを防止している。
また、冷却空気の一部は翼部3の後縁から噴出され翼部3の後縁をさらに冷却するようになっている。
この動翼冷却通路17に供給される冷却空気は、翼部3の冷却に使用されるため前記シール空気とは別に高圧にコントロールされ必要な場合には冷却されて供給されるようになっている。
以上のガスタービン動翼の構造は、背景技術で説明したものと同様であり、次に本願発明の特徴であるプラットフォーム5の冷却構造について図1〜3を参照して説明する。
プラットフォーム5は図1に示すように平面視においてほぼ長方形状をし、翼部3が鋳造によってプラットフォーム5と一体に成形され、翼部3の内部には動翼冷却通路17が前縁側17a、中央部17b、17c、後縁側17dのそれぞれに設けられている。そしてこれら通路には、翼根部9から冷却空気を導入して、図示は省略しているが翼内部でこれら通路の一部、もしくは全部が連通してサーペンタイン冷却通路を形成し、翼部3全体を冷却している。
腹側20のプラットフォーム通路30と背側26のプラットフォーム通路31とは、互いに反対向きで直線状に形成されている。また、噴出通路32、33は、プラットフォーム5の側端に向けて傾斜させることで、プラットフォーム5の表面を広くフイルム冷却することができる。
さらにそのプラットフォーム通路30、31に対して、傾斜して交差するように噴出通路32、33を機械加工によって形成することで、冷却連通穴24a、24bを加工することができる。
この結果、動翼冷却通路17から離れて高温の燃焼ガスによって熱応力の影響を受けやすいプラットフォーム5の側縁近傍、特に側縁の上面を効果的に冷却して、プラットフォーム5の冷却性を向上することができるとともに、高速回転するタービン翼部1に付加物を取付けられることがないため、動翼としての信頼性も向上し、さらに付加物の溶接作業等の組立て作業工数の増加も伴わないため組立て加工性も向上する。
次に、本発明の実施形態について図2を参照して説明する。
第1の参考例と同一構成要素については同一符号を付して説明を省略する。本実施形態は、シャンク部7の動翼冷却通路17a、17b、17c、17dをそれぞれプラットフォーム5の側縁方向に膨出して、冷却通路膨出部36a、36b、36c、36dを形成する。
腹側20のプラットフォーム5には、外側の冷却連通穴39と内側の冷却連通穴40との2本が形成され、背側26のプラットフォーム5には、1本の冷却連通穴41が形成されている。
なお、冷却連通穴39、40、41は翼部3とプラットフォーム5との鋳造時に一体に成形しても、鋳造後に機械加工しても良い。
なお、冷却通路穴24aおよび24bは、プラットフォームの冷却を最適化するために、適宜相互に角度を設けて配置してもよい。
次に、第2の参考例について図3を参照して説明する。
第1の参考例と同一構成要素については同一符号を付して説明を省略する。第2の参考例は、図3(b)に示すように、プラットフォーム5の下面とシャンク部7の外面との交差部分に余肉部43を形成し、冷却連通穴45、46、47が、余肉部43とプラットフォーム5とシャンク部7の内部を直線状に貫通して形成されている。
さらに、図3(c)に示すように、余肉部43は冷却連通穴45を内部に形成して凸状に***し、余肉部43および冷却連通穴45がプラットフォーム5およびシャンク部7の鋳造成形時に同時に成形される。また余肉部43は、冷却連通穴45を通すだけのためにその冷却連通穴45に必要な余肉だけが形成されている。
なお、冷却連通穴45、46、47は翼部3とプラットフォーム5と、さらに余肉部43の鋳造後に機械加工しても良い。
また、冷却通路穴24aおよび24bは、プラットフォームの冷却を最適化するために、適宜相互に角度を設けて配置してもよい。
3 翼部
5 プラットフォーム
7 シャンク部
9 翼根部
17、17a、17b、17c 動翼冷却通路
22 噴出開口
24、24a、24b 冷却連通穴
28 プラグ
30、31 プラットフォーム通路
32、33 噴出通路
38 膨出シャンク部
39、40、41、45、46、47 冷却連通穴
43 余肉部
Claims (2)
- ガスタービン動翼のプラットフォームを冷却する冷却構造において、
ガスタービン動翼の翼部の内部に形成され冷却空気を流通する複数の動翼冷却通路と、該動翼冷却通路に一端が連通し他端がプラットフォームの側縁近傍のプラットフォーム上面に複数設けられた噴出開口に連通する冷却連通穴とを備え、該冷却連通穴が前記動翼冷却通路からプラットフォームとシャンク部の内部を通って形成されて、プラットフォームの側縁近傍の上面まで動翼冷却通路を流れる冷却空気を導くように構成すると共に、前記プラットフォームの下面側のシャンク部の前記複数の動翼冷却通路のそれぞれの壁面のうち前記プラットフォームの前記側縁に近い側の領域を該側縁に向かって外側に膨出させて、前記複数の動翼冷却通路のそれぞれに対して冷却通路膨出部を形成し、前記冷却連通穴は、前記プラットフォームの下面よりも下方に位置する前記冷却通路膨出部から延び、前記シャンク部およびプラットフォームの内部を直線状に貫通して形成され、前記プラットフォームの前記上面の前記噴出開口に連通していることを特徴とするガスタービン動翼のプラットフォーム冷却構造。 - 前記噴出開口がプラットフォームの側縁近傍の上面に側縁に沿って複数列設けられていることを特徴とする請求項1記載のガスタービン動翼のプラットフォーム冷却構造。
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