JPS58206803A

JPS58206803A - ガスタ−ビンのノズルセグメント

Info

Publication number: JPS58206803A
Application number: JP8878682A
Authority: JP
Inventors: Sadao Umezawa; 梅沢　貞夫; Hiroshi Miyata; 寛宮田; Kensho Matsuda; 松田　憲昭; Masayuki Nakamura; 中村　真行; Fukuju Terunuma; 照沼　福寿
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1982-05-27
Publication date: 1983-12-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガスタービンのノズルセグメントの改良に係
り、ガスタービンの起動停止が頻繁に行なわれる際に発
生するくり返し熱応力及び肉厚不連続部に発生する熱応
力を解消すると共に、ガス流によって受ける風圧力に対
し充分な強度を保持するようにした、ガスタービンのノ
ズルセグメントに関うる。

高温度の熱媒体に接触する金属材料において、起動停止
又は負荷変動等によって、熱媒体の温度が変動すると、
金属材料の内部にくり返し熱応力が発生する。

又薄肉部から急に肉厚部に連らなるいわゆる肉厚不連続
部に熱がかかると、薄肉部の方が早く昇温されるので、
肉厚部との間に温度差を生じ、その結果薄肉部と肉厚部
との間の温度勾配が急になって、この部分に熱応力が発
生する。

殊にガスタービンの翼にあっては、高温のガスにさらさ
れると共に、ガスタービンの起動停止や負荷変動によっ
て、翼にくり返し熱応力が発生し、又翼部の構造上の面
から肉厚不連続部分があシ、この部分にも熱応力が発生
する苛酷な状態にある。

ところが従来のガスタービンのノズルセグメントは、内
壁、外壁と翼部とが一体に作られており、又翼部にはガ
ス流による風圧力がかかるのでこの風圧力による曲げ力
に対して強度を保持するために、翼部を厚肉にしていた
。

その結果、起動停止などの条件で、ガスの温匿が急変し
たような場合、厚肉の翼部にあっては、熱容量が太きい
ため、翼部の温度はガスの温度変化に追従できず、翼部
が急漱に冷却されたり、加熱されたりすることとなり、
くり返し熱応力がかかるという欠点があった。

又内壁と外壁は、取付フックを介して内外ケーシングに
取付け、翼部を内外ケーシングに固定するため、翼部よ
りもさらに厚肉構造になっており、翼部と内壁、外壁と
の間に肉厚不連続部ができ、この部分に大きな熱応力が
発生するという欠点があった。

さらに、内壁と外壁は、内外ケーシングに固定されるの
で、熱の伝Ｃ導は内壁、外壁を通して内外ケーシングに
伝わるので、翼部と内壁、外壁との間の温度差がさらに
大きくなり、前記肉厚不連続部の温度勾配をさらに大き
くシ、この部分に大きな熱応力が発生するという欠点が
あった。

このような熱応力に起因して、翼部或は翼部と内外壁と
の間の肉厚不連続部に亀裂が生じ、信頼性を低下させる
と共に、不慮の事故を誘発させる原因とヶ、。　　　　
　　　・パ１本発明は、上記の熱応力をすべて解消し、且つガス流に
よって受ける風圧力に対しても充分な強度を保持するガ
スタービンのノズルセグメントヲ提供せんとするもので
ある。

即ち本発明は、従来のように、翼部を厚肉にするのでは
なく、薄肉にしたものであって、中空翼形に成形したノ
ズル支持体の上下端に外壁と内壁とを一体に設け、核ノ
ズル支持体をっつむように薄肉の翼外皮を被装して実質
的には翼部を薄肉構造とし、厚肉による翼部の熱応力を
解消すると共に、ノズル支持体によって風圧力に対する
強度を保持させ、一方において内外壁をノズル支持体に
一体的に設けて、凧外皮と切り離し、翼外皮の熱が直接
内外壁に影響を与えないようにして従来の熱応力を解消
し、さらに、ノズル支持体と翼外皮との間に多数の冷却
媒体流路を形成して構成する。

この構成により、ノズル支持体と翼外皮を均一に冷却す
ることができる。

以下本＠明の一実施例について詳細に説明する。

先ず第１図及び第２図゛を用いて、本実施例の概略を説
明する。

第１図において、ノズル支持体２と、外壁１５及び内壁
１４とは一体に成形されている。このノズル支持体２は
第２図に示すように、中空翼形になっている。このノズ
ル支持体２゛の外側を被覆するように、翼外皮１が被装
され、この翼外皮１とノズル支持体２との間には、漬２
図に示すように、冷却媒体通路を構成するための冷却孔
３ａ、３ｂ。

３Ｃ，３ｄと、冷却溝３ｅ、Ｉｓが設けられている。

このように構成することによって、燃焼器１２（第１図
）からの高温のガスは、翼外皮１に接触して流れ、ノズ
ル支持体２には接触しない。

従って高温ガスによって直接熱影響を受けるのは、薄肉
の翼外皮１であり、ガス温度の変化に対し、薄肉である
ので充分追従し、熱応力は発生しない。又ガス流によっ
て受ける風圧力に対する強度は、ノズル支持体２によっ
て保持される。

又第２図に示すように、翼部の先端、背側、腹側及びガ
ス出口側において、翼部全体の温度分布が均一になるよ
うに、冷却媒体を通し、翼部内での熱応力や熱歪をなく
してい込。

さらに又内外ケーシングへの取付けは、ノズル支持体２
と一体的に成形された内外壁１４．１５と取伺フック５
．７を介して行なうので、翼外皮１とはまったく切離さ
れた形になっており、翼外皮１と内外壁１４．１５との
間にはまったく熱的な関係はなく、従って、この部分に
は熱応力は発生しない。

これについて、以下さらに詳しく説明する。

ノズルセグメントをたて断面して示した第１図において
、ノズル支持体２と、内壁１４．外壁１５及び取付フッ
ク５．７は一体に成形されている。このノズル支持体２
は、第２図に示すように中空翼形に成形されている。１
は翼外皮であって、薄肉材でわり１ノズル支持体２をっ
つむように被装されている（第２図）。

このようにして、翼外皮１を被装したノズル支持体２は
、取付フック５．７を介して、外側固定環４と内側澁１
定猿８に嵌着され、外ケーシング（図示省略）と内ケー
シング１０にボルト９で固定される。３は、ノズル支持
体２の内側１で貫通された冷却媒体孔６ａは、ノズル支
持体２と無外皮１との間に設けられた冷却溝１８（第２
図）に連通ずる冷却媒体供給孔であり、燃焼器１２側（
ガス入口側）で且つノズル支持体２に設けた外曖１５と
内壁１４に穿設されている。１６は止め板であって、無
外皮１に固着され、ボルト１７によって、ノズル支持体
２と無外皮１とを締結している。このボルト１７による
締結は、無外皮１とノズル支持体２との相対的な熱膨張
差を許容するように、止め板１６には長孔が設けられて
いる。

なお１１．１３はシール板でるる。

ノズルセグメントを横＠面して示した第２図において、
冷却媒体流路につきさらに詳しく説明する。図において
、冷却孔と＼して、ノズル支持体２を貫通している冷却
孔３　ａ、３ｂ、３Ｃ，３ｄと翼のたて方向に設けりれ
ている冷却＃ＩＪ１８とがある。この翼のたて方向に設
ｉ゛られた冷却溝１８は、第１図に示した冷却媒体供給
孔６ａと無外皮１の上部又は下部で連通している。

これら冷却孔及び冷却溝は、翼全体の温度分布が均一に
なるように配設されている。

例えば、熱負荷の大きい前縁部や背側の一部分には、冷
却孔３Ｇ、３ｄによる噴流衝突冷却を用いて冷却を強化
し、又冷却溝１８の太きさや数を翼の熱負荷に応じて設
定し設けられている。

第３図、第４図及び第２図において、本実施例の場合、
無外皮１を、翼の背側と腹側で二分割しくＡ−Ａ’　、
　Ｂ−８’及びＢ部−Ｂ“）、第２図に示すようにＡ、
Ｂ部で溶接し、無外皮１をノズル支持体２に被装する。

なお１６は、止め板である。

以上のように構成した本実施例の作用を説明する。

先ず、燃焼器１２からの高温ガスは、翼部の前縁部（第
２図に符号１ｃで示す）から背側、腹側及び翼部に沿っ
て流れる。燃焼器１２がらの高温ガスは９００Ｃとか１
・ｏｏｏｃという高温であり、そのガス流は矢印Ｇで示
した。

一方冷却媒体、例えば圧縮機（図示省略）から吐出され
た空気の一部が、冷却空気として冷却媒体供給孔６ａか
ら流入し、各冷却溝１８に分流し、無外皮１を冷却した
後冷却媒体出口孔６ｂからガス流中に流出する。又冷却
溝１８を経て冷却孔３Ｃ，３ｄからノズル支持体２の前
縁部と背部を冷却し、ノズル支持体２の内部に流出した
冷却空気は、冷却孔３ａ、３ｂから冷却＄３ｅに流出し
、吹出し孔１９からガス流中に流出する。

この冷却空気の流れによって、無外皮１は、全体にわた
って温度分布が一様になる。又ノズル支持体２は、その
中空部に冷却空気が充満していること及び、無外皮ｌか
らの均一な熱伝導により、全体にわたって温度分布が一
様になり、又ノズル支持体２の内外面の温度差も小さく
なる。

又高温のガスに直接接触する無外皮１は、薄肉で且つ厚
さが均一であり、ガスの温度変化に対し無外皮１は、そ
のガス温度に追従して昇温又は降温される。この無外皮
１の熱は、冷却空気層を介して、ノズル支持体２に伝導
される。

このノズル支持体２から外側固定環４．内側固定環８を
介して内外ケーシングへの熱伝導は、内外壁１４．１５
と取付フック５．７を介して熱伝導される。

以上詳述［７た通り、本発明のガスタービンのノズルセ
グメントによれば、ノズル支持体に薄肉の無外皮を被装
し、この無外皮とノズル支持体を冷却するようにしたの
で、ガスタービンの起動停止等によってガス温度が変動
しても、無外皮の温度もそのガス温度に追従して変化し
、くり返し熱応力が無外皮に発生しない。又冷却によっ
て、無外皮の全体の温度分布が一様になると共に無外皮
の肉厚が一様であるので、たとえガス温度が変動しても
、無外皮全体にわたっての温度勾配が緩やかになり、熱
応力は発生しない。

さらに、無外皮と内外壁とが分離−サれているので、無
外皮から内外壁への熱の伝導は、冷却ノーを介して行な
われ、無外皮と内外壁との間の温度差による熱応力は発
生しない。又ノズル支持体と内外壁又は取付フックとは
、急激な肉厚変化はなく徐々に肉厚を変化させているの
で、この間の温度勾配は緩やかとなり、熱応力は発生し
ない。

一方ガス流によって起る風圧力に対する強度は、ノズル
支持体によって保持される。

このようにして、熱応力に対する問題をことごとく解消
し、且つガス流によって起る風圧力に対し充分強度をも
ったガスタービンのノズルセグメントを得ることができ
、信頼性を向上させる等、多大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本願実施例であり、第１図はノズル
セグメントの縦断面図、第２図は第１図の翼部中央の横
断面図、第３図は翼外皮の平面図、第４図は翼外皮の側
面図である。１・・・翼外皮、２・・・ノズル支持体、３・・・冷却
媒体孔、６ａ・・・冷却媒体供給孔、５，７・・・取付
フック、１２・・・燃焼器、１４・・・内壁、１５・・
・外壁、１８・・・冷却−０代理人□（弁理士　秋本正実第１已第３目

Claims

【特許請求の範囲】

１、ガスタービンのノズルセグメントにおいて、中空翼
形に成形したノズル支持体の上下端に外壁と内壁とを一
体に設け、該ノズル支持体をつつむように翼外皮を被装
し、該翼外皮と前記ノズル支持体との間に多数の冷却媒
体流路を形成したととヲ％徴とするガスタービンのノズ
ルセグメント。