JP5502340B2 - タービンの冷却構造およびガスタービン - Google Patents
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Description
そのため、タービン静翼およびタービン動翼における耐熱性を確保することを目的として、空気や蒸気などの冷却媒体がタービン静翼およびタービン動翼の内部の冷却流路に供給されている。
さらに、シールディスク構造などが複雑であるため、製作性が低下するおそれがあるという問題が合った。
すると、冷却流体におけるドラッグ(せん断)による摩擦ロスが発生し、ガスタービンにおける性能損失を生じるという問題があった。
本発明のタービンの冷却構造は、外周部に複数の動翼が周方向に並んで取り付けられるとともに、軸線まわりに回転自在に支持されたタービンディスクと、該タービンディスクの内部を内側から外側に向かって延びるとともに周方向に並んで配置され、前記動翼内部の冷却流路に冷却媒体を供給する複数の冷却孔と、前記冷却媒体が外部から供給されるとともに、前記複数の冷却孔と連通された入口空間と、が設けられ、一の動翼における前記冷却流路に対して、前記複数の冷却孔が連通されていることを特徴とする。
例えば、一の動翼における冷却流路に対して、一つの冷却孔が連通されている場合と比較して、冷却媒体が流れる流路面積を大きくすることができる。そのため、冷却孔を冷却媒体が流れる際の圧力損失を低減することができ、冷却孔を介して動翼の冷却流路に冷却媒体を供給する際に必要な圧力差を低減することができる。言い換えると、入口空間に供給される冷却媒体の圧力を低下させることができる。
そのため、例えば、シールディスク構造などを設ける必要がなくなり、冷却媒体を供給する際の圧損の発生を抑制することができ、かつ、製作性の悪化を防止することができる。
本発明のタービンの冷却構造は、隔壁流路を介して第1入口空間に接続された空間をリムシール空間に繋ぐジャンパチューブがさらに設けられている。
本発明のタービンの冷却構造は、ジャンパチューブを流れる冷却媒体の流量を調整するプラグ部がさらに設けられている。プラグ部は、前記ジャンパチューブに着脱可能に取り付けられている。
図1は、本実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本願のガスタービン1を、発電機を駆動する用途に用いられるものに適用して説明するが、他の用途に用いるものであってもよく、特に限定するものではない。
ガスタービン1には、圧縮機(圧縮部)2と、燃焼器(燃焼部)3と、タービン部4と、回転軸5と、が主に設けられている。
なお、圧縮機2としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
なお、燃焼器3としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
1段静翼11Sは、円筒状に形成されたケーシング13Sから、回転軸5を中心とした径方向内側(図2の下側)、言い換えると、燃焼ガスが流れる流路側に延びて配置されるとともに、周方向に等間隔に並んで配置された翼である。
さらに、1段静翼11Sは、1段動翼21Rよりも燃焼器3側(図2の左側)、言い換えると、燃焼ガス流れの上流側に配置されている。
内側シュラウド12Sは、1段静翼11Sの端部から周方向に延びる板状の部材であり、燃焼ガスが流れる流路の一部を形成するものである。さらに、内側シュラウド12Sは、外側隔壁部51Sに固定されている。
1段動翼21Rは、円板状に形成された1段タービンディスク31Rにおける外周面から、径方向外側(図2の上側)、言い換えると、燃焼ガスが流れる流路側に延びて配置されるとともに、周方向に等間隔に並んで配置された翼である。
さらに、1段動翼21Rは、1段静翼11Sよりも燃焼ガス流れの下流側(図2の右側)に配置されている。
その一方で、翼取付部24Rにおける径方向内側の端部は、後述する軸方向連通路36Rの壁面の一部を構成している。
なお、翼部22Rの内部における冷却流路25Rの構成は、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
その一方で、1段タービンディスク31Rは、外側隔壁部51Sおよび内側隔壁部61Sとともにリムシールキャビティ43Cの壁面の一部を構成するものでもある。
さらに、嵌合溝32Rは、1段タービンディスク31Rの外周面に等間隔に並んで形成されているとともに、回転軸5に沿って延びるように形成されている。
その一方で、嵌合溝32Rにおける径方向内側の端部は、軸方向連通路36Rを構成する溝と繋がっている。
第1冷却孔33Rは、1段タービンディスク31Rの内部を径方向に沿って延びる孔であって、1段動翼21Rと同様に、周方向に等間隔に配置されている。言い換えると、第1冷却孔33Rは、周方向において、1段動翼21Rと同じ位置に配置されている。
さらに、第1冷却孔33Rにおける一方の端部は、1段タービンディスク31Rにおける出口キャビティ42Cの壁面を構成する面に開口され、他方の端部は、1段タービンディスク31Rにおける軸方向連通路36Rの壁面を構成する面に開口されている。
第2冷却孔34Rは、1段タービンディスク31Rの内部を径方向に沿って延びる孔であって、第1冷却孔33Rの間に配置されている。
さらに、第2冷却孔34Rにおける一方の端部は、1段タービンディスク31Rにおける出口キャビティ42Cの壁面を構成する面に開口され、他方の端部は、1段タービンディスク31Rにおける周方向連通路35Rの壁面を構成する面に開口されている。
周方向連通路35Rは、1段タービンディスク31Rにおける径方向外側の位置に、周方向に延びて環状に形成された流路であって、第1冷却孔33Rおよび第2冷却孔34Rを繋ぐ流路である。
軸方向連通路36Rは、1段タービンディスク31Rにおける径方向外側の位置に配置された通路であって、1段タービンディスク31Rに形成された溝部と、1段動翼21Rの翼取付部24Rとに囲まれた通路である。
さらに、シールアーム37Rは、出口キャビティ42Cの壁面の一部を構成するものでもある。
その一方で、入口キャビティ41Cは、冷却空気を供給する供給流路52Sと接続されているとともに、後述するTOBIノズル62Sおよび隔壁流路63Sとも接続されている。
プラグ部65Sには、冷却空気が流れる絞りが形成されており、この絞りによりジャンパチューブ64Sを流れる冷却空気の流量が調整される。
さらに、突出部68Sには、シールアーム37Rとの間にシール構造を形成する第3シール部69Sが設けられている。
なお、回転軸5としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
ジャンパチューブ64Sに流入した冷却空気は、プラグ部65Sの絞りを通過してリムシールキャビティ43Cに流入する。
リムシールキャビティ43C内の圧力P4は、燃焼ガスが流れる流路内の圧力P2よりも高いため、その差圧(P4−P2)に応じて、リムシールキャビティ43C内の冷却空気は1段静翼11Sおよび1段動翼21Rの隙間から燃焼ガスの流路に流出する。
そのため、燃焼ガスはリムシールキャビティ43Cの内部に流入することがない。
そのため、1つの1段動翼21Rにおける冷却流路25Rに対して、1つの冷却孔が連通されている場合と比較して、冷却空気が流れる流路面積を大きくすることができる。その結果、冷却空気が第1冷却孔33Rおよび第2冷却孔34Rを流れる際の圧力損失を低減することができ、第1冷却孔33Rおよび第2冷却孔34Rを介して動翼の冷却流路25Rに冷却空気を供給する際に必要な圧力差を低減することができる。言い換えると、出口キャビティ42Cに供給される冷却媒体の圧力を低下させることができる。
そのため、例えば、シールディスク構造などを設ける必要がなくなり、冷却空気を供給する際の圧損の発生を抑制することができることから、ガスタービン1の性能の低下を抑制することができる。さらに、ガスタービン1の構造を簡略化して、製作性の悪化を防止することができる。
2 圧縮機(圧縮部)
3 燃焼器(燃焼部)
4 タービン部
11S 1段静翼(静翼)
13S ケーシング
21R 1段動翼(動翼)
25R 冷却流路
31R 1段タービンディスク(タービンディスク)
33R 第1冷却孔(冷却孔)
34R 第2冷却孔(冷却孔)
37R シールアーム(規制部)
41C 入口キャビティ(第1入口空間)
42C 出口キャビティ(第2入口空間)
43C リムシールキャビティ(リムシール空間)
61S 内側隔壁部(仕切り部)
62S TOBIノズル(ノズル部)
L 回転軸線(軸線)
Claims (3)
- 外周部に複数の動翼が周方向に並んで取り付けられるとともに、軸線まわりに回転自在に支持されたタービンディスクと、
該タービンディスクの内部を内側から外側に向かって延びるとともに周方向に並んで配置され、前記動翼内部の冷却流路に冷却媒体を供給する複数の冷却孔と、
前記冷却媒体が外部から供給されるとともに、前記複数の冷却孔と連通された入口空間と、
前記入口空間を、外部から前記冷却媒体が供給される第1入口空間、および、前記複数の冷却孔と連通された第2入口空間に分割する仕切り部と、
該仕切り部に配置され、前記第1入口空間から前記第2入口空間に向かって、前記タービンディスクの回転方向に傾斜して延びる流路を有するノズル部と、
前記複数の動翼を内部に収納するケーシングの内周面に周方向に並んで取り付けられるとともに、前記軸線方向に沿って前記複数の動翼と交互に並んで取り付けられる静翼および前記動翼の隙間と、前記第2入口空間と連通されるとともに、前記タービンディスクに隣接されたリムシール空間と、
前記タービンディスクから前記仕切り部に向かって円筒状に延び、前記第2入口空間と前記リムシール空間との間の前記冷却媒体の流れを規制するシール構造を構成する規制部と、
隔壁流路を介して前記第1入口空間に接続された空間を前記リムシール空間に繋ぐジャンパチューブとが設けられ、
一の動翼における前記冷却流路に対して、前記複数の冷却孔が連通されていることを特徴とするタービンの冷却構造。 - 前記ジャンパチューブを流れる冷却媒体の流量を調整するプラグ部が設けられ、
前記プラグ部は、前記ジャンパチューブに着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項1記載のタービンの冷却構造。 - 空気を吸入して圧縮する圧縮部と、
圧縮された空気および外部から供給された燃料からなる混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、
生成された燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、
が設けられ、
前記タービン部には請求項1から請求項2のいずれかに記載のタービンの冷却構造が設けられていることを特徴とするガスタービン。
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