JP6745012B1 - タービン翼及びこれを備えたガスタービン - Google Patents
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Description
前縁と後縁との間に延在する圧力面及び負圧面と、
前記後縁及び前記後縁に開口する後縁通路を含む後縁部と、
を含む翼形部を備えるタービン翼であって、
前記後縁部は、
前記圧力面の後縁側領域を形成する外表面を有する圧力面側壁と、
前記後縁通路を挟んで前記圧力面側壁と対向するように配置され、前記負圧面の後縁側領域を形成する外表面を有する負圧面側壁と、を含み、
前記後縁部は、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の一方である第1壁の厚さ、及び、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の他方である第2壁の厚さが後縁に向かって漸減する壁厚減少部を有し、
前記壁厚減少部では、前記翼形部のキャンバラインに沿った座標軸における任意の位置において、前記第1壁の厚さが前記第2壁の厚さよりも小さく、
前記後縁部は、
前記後縁通路内にそれぞれ延びるとともに、一端側にて前記圧力面側壁に接続され他端側にて前記負圧面側壁にそれぞれ接続される複数の接続部が設けられる接続領域と、
前記接続領域よりも後方の後方領域と、を含み、
前記壁厚減少部は、少なくとも部分的に前記接続領域内に存在し、
前記第1壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さは、前記第2壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さよりも小さい。
上述したタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備える。
まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
図1は、一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。図1に示すように、ガスタービン1は、圧縮空気を生成するための圧縮機2と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器4と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン6と、を備える。発電用のガスタービン1の場合、タービン6には不図示の発電機が連結される。
以下、幾つかの実施形態に係るタービン翼30についてより詳細に説明する。図2及び図9は、それぞれ、一実施形態に係るタービン翼30を、圧力面から負圧面に向かう方向(ロータ周方向に沿った方向)に見た概略図である。このうち図2は、タービン翼30としての動翼26を示す図であり、図9は、タービン翼30としての静翼24を示す図である。図3及び図4は、それぞれ、一実施形態に係るタービン翼30の翼高さ方向に直交する概略断面図であり、図2のA−A矢視断面図に相当する。図5は、図3に示すタービン翼30の後縁部近傍を示す拡大断面図である。図6は、一実施形態に係るタービン翼30の翼高さ方向に直交する概略断面図であり、タービン翼の後縁部近傍を示す拡大断面図である。図7は、図4に示すタービン翼30の後縁部近傍を示す拡大断面図である。
なお、図3及び図4に示す例示的な実施形態では、翼形部34の内部に3本のキャビティ60が設けられているが、翼形部34に設けられるキャビティの本数は限定されない。
なお、図8において、圧力面側壁54と負圧面側壁56との厚さを同じであると仮定した場合の負圧面側壁56の外表面を破線及び符号56b’で示す。また図中の鎖線で示される温度TAは、タービン翼30の許容メタル温度である。
この点、上述の実施形態では、後縁通路52よりも前方に位置するキャビティ60に接続されるとともに負圧面48に開口するフィルム孔が設けられていない。このため、通常、タービン翼30の加熱条件がより厳しい負圧面48側において、このようなフィルム孔の設置による加熱条件の緩和効果は得られない。このような状況下において、上述の実施形態では、既に述べたように、負圧面48側の翼壁である負圧面側壁56(第1壁101)を、圧力面側壁54(第2壁102)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される負圧面側壁56(第1壁101)と圧力面側壁54(第2壁102)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼30への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部50を適切に冷却することができ、このため、タービン翼30を効率的に冷却することができる。
この点、上述の実施形態では、既に述べたように、負圧面48側の翼壁である負圧面側壁56(第1壁101)を、圧力面側壁54(第2壁102)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される負圧面側壁56(第1壁101)と圧力面側壁54(第2壁102)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼30への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部50を適切に冷却することができ、このため、タービン翼30を効率的に冷却することができる。
この点、上述の実施形態では、圧力面46側の翼壁である圧力面側壁54(第1壁101)を、負圧面側壁56(第2壁102)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される圧力面側壁54(第1壁101)と負圧面側壁56(第2壁102)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼30への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部50を適切に冷却することができ、このため、タービン翼30を効率的に冷却することができる。
このような状況下において、上述の実施形態では、圧力面46側の翼壁である圧力面側壁54(第1壁101)を、負圧面側壁56(第2壁102)よりも薄くしたので、例えば負圧面48側にフィルム孔が設けられている等の理由で、後縁部50における負圧面48側の加熱条件が相対的に緩やかになっている場合において、冷却流体により冷却される圧力面側壁54(第1壁101)と負圧面側壁56(第2壁102)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼30への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部50を適切に冷却することができ、このため、タービン翼30を効率的に冷却することができる。
なお、図5〜図7において、接続領域70は、キャンバラインLcに沿った方向において、複数の接続部72のうち最も前縁42側に位置する接続部72の位置を示す直線L1と、最も後縁44側に位置する接続部72の位置を示す直線L2との間に延在する。
例えば、図3に示す例示的な実施形態では、第1壁101である圧力面側壁54に接続される圧力面側キャビティ壁74の厚さt1Aは、第2壁102である負圧面側壁56に接続される負圧面側キャビティ壁76の厚さt2Aよりも小さい(図5及び図6参照)。
例えば、図4に示す例示的な実施形態では、第1壁101である負圧面側壁56に接続される負圧面側キャビティ壁76の厚さt1Aは、第2壁102である圧力面側壁54に接続される圧力面側キャビティ壁74の厚さt2Aよりも大きい(図7参照)。
前縁(42)と後縁(44)との間に延在する圧力面(46)及び負圧面(48)と、
前記後縁及び前記後縁に開口する後縁通路(52)を含む後縁部(50)と、
を含む翼形部(34)を備えるタービン翼であって、
前記後縁部は、
前記圧力面の後縁側領域を形成する外表面(54b)を有する圧力面側壁(54)と、
前記後縁通路を挟んで前記圧力面側壁と対向するように配置され、前記負圧面の後縁側領域を形成する外表面(56b)を有する負圧面側壁(56)と、を含み、
前記後縁部は、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の一方である第1壁(101)の厚さ(t1)、及び、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の他方である第2壁(102)の厚さ(t2)が後縁に向かって漸減する壁厚減少部(104)を有し、
前記壁厚減少部では、前記翼形部のキャンバライン(Lc)に沿った座標軸における任意の位置において、前記第1壁の厚さが前記第2壁の厚さよりも小さい。
前記第1壁は前記負圧面側壁である。
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティ(60a,60b,60c)を備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記負圧面に開口するフィルム孔が設けられていない。
この点、上記(3)の構成では、後縁通路よりも前方に位置するキャビティに接続されるとともに負圧面に開口するフィルム孔が設けられていない。このため、通常、タービン翼の加熱条件がより厳しい負圧面側において、このようなフィルム孔の設置による加熱条件の緩和効果は得られない。このような状況下において、上記(3)の構成では、上記(2)で述べたように、負圧面側の翼壁である負圧面側壁(第1壁)を、圧力面側壁(第2壁)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される負圧面側壁(第1壁)と圧力面側壁(第2壁)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部を適切に冷却することができ、このため、タービン翼を効率的に冷却することができる。
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティ(60a,60b,60c)を備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記圧力面に開口するフィルム孔(64)が設けられている。
この点、上記(4)の構成では、上記(2)で述べたように、負圧面側の翼壁である負圧面側壁(第1壁)を、圧力面側壁(第2壁)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される負圧面側壁(第1壁)と圧力面側壁(第2壁)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部を適切に冷却することができ、このため、タービン翼を効率的に冷却することができる。
前記第1壁は前記圧力面側壁であり、
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティ(60a,60b,60c)を備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記負圧面に開口するフィルム孔(62)が設けられている。
この点、上記(5)の構成では、圧力面側の翼壁である圧力面側壁(第1壁)を、負圧面側壁(第2壁)よりも薄くしたので、冷却流体により冷却される圧力面側壁(第1壁)と負圧面側壁(第2壁)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部を適切に冷却することができ、このため、タービン翼を効率的に冷却することができる。
前記第1壁は前記圧力面側壁であり、
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティ(60a,60b,60c)を備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記圧力面に開口するフィルム孔が設けられていない。
このような状況下において、上記(6)の構成では、圧力面側の翼壁である圧力面側壁(第1壁)を、負圧面側壁(第2壁)よりも薄くしたので、例えば負圧面側にフィルム孔が設けられている等の理由で、後縁部における負圧面側の加熱条件が相対的に緩やかになっている場合において、冷却流体により冷却される圧力面側壁(第1壁)と負圧面側壁(第2壁)の表面メタル温度の差を小さくすることができる。よって、タービン翼への冷却流体の供給量を効果的に抑制しながら後縁部を適切に冷却することができ、このため、タービン翼を効率的に冷却することができる。
前記後縁部は、前記後縁通路内にそれぞれ延びるとともに、一端側にて前記圧力面側壁に接続され他端側にて前記負圧面側壁にそれぞれ接続される複数の接続部(72)が設けられる接続領域(70)を含み、
前記壁厚減少部は、少なくとも部分的に前記接続領域内に存在する。
前記後縁部は、前記接続領域よりも後方の後方領域(78)を含み、
前記第1壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さ(t1B)は、前記第2壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さ(t2B)よりも小さい。
前記壁厚減少部において、前記後縁通路は、キャンバライン直交方向の幅が前記後縁に向かって漸減するとともに、翼高さ方向に直交する断面内にて湾曲した形状を有する。
前記壁厚減少部において、前記第1壁の厚さt1と前記第2壁の厚さt2との比t1/t2は、0.5以上1未満である。
前記壁厚減少部において、前記第2壁のキャンバラインに沿った位置変化に対する壁厚減少率は、前記第1壁の前記壁厚減少率よりも大きい。
前記翼形部の内部において、前記翼形部のコード方向にて前記後縁通路よりも前記前縁側にて翼高さ方向に沿って延在し、前記後縁通路に接続されるキャビティ(60c)と、
前記圧力面側壁に接続されるとともに、前記圧力面を形成する外表面(74b)、及び、前記キャビティを形成する内表面(74a)を有する圧力面側キャビティ壁(74)と、
前記負圧面側壁に接続されるとともに、前記負圧面を形成する外表面(76b)、及び、前記キャビティを形成する内表面(76a)を有する負圧面側キャビティ壁(76)と、を備え、
前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち、前記第1壁に接続される一方の厚さ(t1A)は、前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち前記第2壁に接続される一方の厚さ(t2A)よりも小さい。
前記翼形部の内部において、前記翼形部のコード方向にて前記後縁通路よりも前記前縁側にて翼高さ方向に沿って延在し、前記後縁通路に接続されるキャビティ(60c)と、
前記圧力面側壁に接続されるとともに、前記圧力面を形成する外表面(74b)、及び、前記キャビティを形成する内表面(74a)を有する圧力面側キャビティ壁(74)と、
前記負圧面側壁に接続されるとともに、前記負圧面を形成する外表面(76b)、及び、前記キャビティを形成する内表面(76a)を有する負圧面側キャビティ壁(76)と、を備え、
前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち、前記第1壁に接続される一方の厚さ(t1A)は、前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち前記第2壁に接続される一方の厚さ(t2A)よりも大きい。
上記(1)乃至(13)の何れか一項に記載のタービン翼(30)と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路(28)を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器(4)と、
を備える。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
2 圧縮機
4 燃焼器
6 タービン
8 ロータ
10 圧縮機車室
12 空気取入口
16 静翼
18 動翼
20 ケーシング
22 タービン車室
24 静翼
26 動翼
28 燃焼ガス流路
28P 圧力面側領域
28S 負圧面側領域
29 排気室
30 タービン翼
32 プラットフォーム
34 翼形部
36 翼根部
37 係合部
38 基端
40 先端
42 前縁
44 後縁
46 圧力面
48 負圧面
50 後縁部
52 後縁通路
54 圧力面側壁
54a 内表面
54b 外表面
56 負圧面側壁
56a 内表面
56b,56b’ 外表面
58 リブ
60,60a〜60c キャビティ
62 フィルム孔
64 フィルム孔
70 接続領域
72 接続部
72a 圧力面側部分
72b 負圧面側部分
73 中州部
74 圧力面側キャビティ壁
74a 内表面
74b 外表面
76 負圧面側キャビティ壁
76a 内表面
76b 外表面
78 後方領域
80 内側端
82 外側端
84 内側シュラウド
86 外側シュラウド
101 第1壁
102 第2壁
104 壁厚減少部
Lc キャンバライン
Claims (12)
- 前縁と後縁との間に延在する圧力面及び負圧面と、
前記後縁及び前記後縁に開口する後縁通路を含む後縁部と、
を含む翼形部を備えるタービン翼であって、
前記後縁部は、
前記圧力面の後縁側領域を形成する外表面を有する圧力面側壁と、
前記後縁通路を挟んで前記圧力面側壁と対向するように配置され、前記負圧面の後縁側領域を形成する外表面を有する負圧面側壁と、を含み、
前記後縁部は、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の一方である第1壁の厚さ、及び、前記圧力面側壁又は前記負圧面側壁の他方である第2壁の厚さが後縁に向かって漸減する壁厚減少部を有し、
前記壁厚減少部では、前記翼形部のキャンバラインに沿った座標軸における任意の位置において、前記第1壁の厚さが前記第2壁の厚さよりも小さく、
前記後縁部は、
前記後縁通路内にそれぞれ延びるとともに、一端側にて前記圧力面側壁に接続され他端側にて前記負圧面側壁にそれぞれ接続される複数の接続部が設けられる接続領域と、
前記接続領域よりも後方の後方領域と、を含み、
前記壁厚減少部は、少なくとも部分的に前記接続領域内に存在し、
前記第1壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さは、前記第2壁のうち、前記後方領域内に位置する部分の厚さよりも小さい
タービン翼。 - 前記第1壁は前記負圧面側壁である
請求項1に記載のタービン翼。 - 前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティを備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記負圧面に開口するフィルム孔が設けられていない
請求項2に記載のタービン翼。 - 前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティを備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記圧力面に開口するフィルム孔が設けられている
請求項2又は3に記載のタービン翼。 - 前記第1壁は前記圧力面側壁であり、
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティを備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記負圧面に開口するフィルム孔が設けられている
請求項1に記載のタービン翼。 - 前記第1壁は前記圧力面側壁であり、
前記翼形部の内部において、前記後縁通路よりも前方にて翼高さ方向に沿って延在するキャビティを備え、
前記翼形部には、前記キャビティに接続され、前記圧力面に開口するフィルム孔が設けられていない
請求項1又は5に記載のタービン翼。 - 前記壁厚減少部において、前記後縁通路は、キャンバライン直交方向の幅が前記後縁に向かって漸減するとともに、翼高さ方向に直交する断面内にて湾曲した形状を有する
請求項1乃至6の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記壁厚減少部において、前記第1壁の厚さt1と前記第2壁の厚さt2との比t1/t2は、0.5以上1未満である
請求項1乃至7の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記壁厚減少部において、前記第2壁のキャンバラインに沿った位置変化に対する壁厚減少率は、前記第1壁の前記壁厚減少率よりも大きい
請求項1乃至8の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記翼形部の内部において、前記翼形部のコード方向にて前記後縁通路よりも前記前縁側にて翼高さ方向に沿って延在し、前記後縁通路に接続されるキャビティと、
前記圧力面側壁に接続されるとともに、前記圧力面を形成する外表面、及び、前記キャビティを形成する内表面を有する圧力面側キャビティ壁と、
前記負圧面側壁に接続されるとともに、前記負圧面を形成する外表面、及び、前記キャビティを形成する内表面を有する負圧面側キャビティ壁と、を備え、
前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち、前記第1壁に接続される一方の厚さは、前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち前記第2壁に接続される一方の厚さよりも小さい
請求項1乃至9の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記翼形部の内部において、前記翼形部のコード方向にて前記後縁通路よりも前記前縁側にて翼高さ方向に沿って延在し、前記後縁通路に接続されるキャビティと、
前記圧力面側壁に接続されるとともに、前記圧力面を形成する外表面、及び、前記キャビティを形成する内表面を有する圧力面側キャビティ壁と、
前記負圧面側壁に接続されるとともに、前記負圧面を形成する外表面、及び、前記キャビティを形成する内表面を有する負圧面側キャビティ壁と、を備え、
前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち、前記第1壁に接続される一方の厚さは、前記圧力面側キャビティ壁及び前記負圧面側キャビティ壁のうち前記第2壁に接続される一方の厚さよりも大きい
請求項1乃至9の何れか一項に記載のタービン翼。 - 請求項1乃至11の何れか一項に記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備えるガスタービン。
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