JPH0110401Y2

JPH0110401Y2 -

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Publication number: JPH0110401Y2
Application number: JP1986122995U
Authority: JP
Priority date: 1981-12-09
Filing date: 1986-08-12
Publication date: 1989-03-24
Also published as: MX157531A; AR228927A1; IT8224620A0; IT8224620A1; JPS58106102A; JPS6278302U; GB2111604A; BE895285A; IT1153370B

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、一般に陸用燃焼タービンの固定子又
は回転子羽根に関し、特に、改良された流体冷却
構造を有する固定子又は回転子羽根の対流冷却式
翼部材に関するものである。

燃焼タービンの出力及び運転効率がその入口運
転温度を高くすることにより改善されることはよ
く知られている。しかし、入口運転温度はタービ
ンの固定子及び回転子羽根の最大許容温度により
制限される。また、入口運転温度即ち、入口のガ
ス温度の上昇に伴つて固定子及び回転子羽根の温
度が上昇するので、タービンの運転に通常付随す
る張力及び応力によつて回転子羽根が損傷を受け
易くなる。固定子及び回転子羽根を適切に冷却す
ることにより、該固定子及び回転子羽根を構成す
る材料の特定の最大作動温度以下に該固定子及び
回転子羽根の温度を保ちながら入口運転温度を上
昇させることができる。

現存する多くの冷却構造では、タービンの固定
子又は回転子羽根を冷却するのに、対流式、境膜
式及びしみ出し式等の方法が用いられている。翼
部材の表面に通孔を形成する必要がないため、多
くのタービンの用途において、境膜冷却式及びし
み出し冷却式のものよりも対流冷却式翼部材の方
が有利である。何故なら、重油燃料で運転してい
るタービンの翼部材の表面にある通孔は沈着物に
よつて塞がれることがあるため、翼冷却系統が働
かなくなるからである。多くの翼冷却構造におい
ては、冷却空気は、タービンの圧縮機部から吸引
され、タービン内部の別々の流路を通過して、固
定子又は回転子羽根に到達する。回転子羽根の場
合、圧縮機部から引き込まれた冷却空気は、典型
的には、タービン回転子に沿つた流路を通過し、
幾つかのタービン回転子円板の各々に達する。各
回転子円板は、回転子円板の周部分に固定された
複数の羽根付け根に冷却空気を連通させる複数の
冷却空気通路を画成していてもよい。各回転子羽
根中の冷却空気通路は、羽根の翼部材全体に羽根
付け根からの冷却空気を連通させる。タービンの
固定子羽根には同種の専用冷却構造によつて冷却
空気を連通させるのが一般的である。

タービン固定子又は回転子羽根の冷却構造は、
翼部材の効果的な冷却に必要な冷却空気の流量を
最小にしながら、この冷却を行うことを目的とし
ている。何故なら、冷却のために圧縮機部から吸
引される空気は、タービンの回転子羽根を最終的
に駆動する空気の量を減少させ、それにより燃焼
タービンの総効率を低下させるからである。

冷却空気の流量を最小にする一つの方法は、冷
却空気通路中の冷却空気速度を高くすることであ
る。しかし、冷却空気速度を高くすると冷却空気
通路の単位長さ当たりの圧力損失が高くなる。従
来技術による典型的な対流冷却式翼部材は、冷却
空気通路が長いことを特徴としているため、ま
た、冷却空気通路に対するタービン供給圧力は、
タービンの空力設計によつて制限されているた
め、従来の対流冷却式翼部材の冷却空気通路は、
典型的には、冷却空気速度が低く制限されてい
る。制限された供給圧力下での適切な冷却は、冷
却空気通路の断面積及び冷却空気流量の増大によ
つて達成される。

燃焼タービンの入口運転温度を高くする最近の
傾向によつて、タービン固定子又は回転子羽根の
対流冷却式翼部材の冷却効率を改善することが必
要になつてきた。しかし、従来技術によるタービ
ン固定子又は回転子羽根の対流式冷却構造は、上
述した理由により、翼冷却系統の効率を有効に増
大させる適切な手段を与えないと考えられる。

従つて、本考案の目的は、従来技術による対流
冷却式翼部材に関連した冷却空気速度の制限を克
服して、冷却空気流量を増大することなく冷却効
率を改善した対流冷却式翼部材を提供することで
ある。

この目的から、本考案は、前縁、後縁及び先端
部を有する、燃焼タービンの固定子又は回転子羽
根の対流冷却式翼部材であつて、該翼部材は、前
記前縁から前記後縁に向かつて順番に配列され区
画化されたスパン方向の、供給空所である第１空
所、排出空所である第２空所及び供給空所である
第３空所を有すると共に、離間された凹側面及び
凸側面を画定する中空の翼桁と、該翼桁の前記離
間された凹側面及び凸側面に接合され該凹側面及
び凸側面を実質的に包む金属シエルとを備え、該
金属シエルには、該金属シエルと前記中空の翼桁
との間を実質的に翼弦方向に延びる複数の対流冷
却通路が形成されており、更に、冷却空気を少な
くとも前記第１、第３空所内に運ぶ装置と、前記
第１、第３空所及び前記対流冷却通路を流体連通
して、前記冷却空気を前記第１、第３空所から前
記対流冷却通路内に供給する通孔と、前記対流冷
却通路及び前記第２空所を流体連通して、前記翼
部材を冷却するのに使用された前記冷却空気の排
気を前記対流冷却通路から前記第２空所に排出す
る通孔と、前記翼部材を冷却するのに使用された
前記冷却空気の排気を前記第２空所から排出する
装置とを備える、ものである。

このように、本考案における対流冷却式翼部材
においては、翼桁内に冷却空気の供給空所及び排
出空所を交互に設けることにより、結果的に、隣
接空所間の冷却空気通路の長さが比較的に短くな
るので、翼部材の冷却系統に利用される空気流量
を最小にしながら翼部材の効果的な高速対流冷却
が可能になる。そのため、燃焼タービンの総運転
効率に悪影響を及ぼすことなくタービン固定子又
は回転子羽根の翼部材が効果的に対流冷却され
る。

本考案をより詳細に理解するには、一例として
だけで示した好適な実施例に関する下記の説明を
添付図面を参照して読むとよい。

第１図は、本考案の原理に従つて構成した陸用
燃焼タービンの翼（翼部材）１０を断面により示
している。翼１０は、フレーム状の翼形支柱即ち
翼桁１２を備え、この翼桁１２に、金属シエル１
４を形成する１層以上の金属シートが翼桁１２を
包むように接着されている。後から説明するよう
に配列された冷却空気通路（対流冷却通路）１６
は翼桁１２と金属シエル１４との接続により形成
される。即ち冷却空気通路１６は、第２図に示す
ような金属シエル１４中の流路、翼桁１２中の流
路（図示せず）又は両流路の組み合わせ（図示せ
ず）により画定することができる。

翼桁１２は複数の空所１８を画定している。第
１図には前縁から後縁に向かつて順番に配列され
区画化された第１、第２及び第３空所１８ａ，１
８ｂ，１８ｃを有する本考案の好ましい実施例が
示されている。前方の空所１８ａ及び後方の空所
１８ｃは冷却空気の供給空所として使用される。
これ等の供給空所は、タービンの圧縮機部（図示
せず）からの冷却空気流で与圧されている。従つ
て、図示しない圧縮機部とこれ等の供給空所との
間には、冷却空気を供給空所に運ぶ図示しない装
置がある。供給空所１８ａ，１８ｃ内の冷却空気
は、翼桁１２にある複数の通孔を経て、ほぼ翼弦
方向の複数の冷却空気通路１６に供給される。こ
れ等の通孔は、翼１０の全長に亙つている一つ又
はそれ以上の二重の通孔列３０，３６，３８にな
つて配設されている。

供給空所１８ａ，１８ｃについては、翼桁１２
にある各通孔が一つ以上の冷却空気通路１６に冷
却空気流を供給し、これ等の冷却空気通路１６
が、排出空所１８ｂ内の翼桁１２にある通孔で又
は翼１０の後縁２４で終端する。従つて、排出空
所１８ｂは供給空所１８ａ，１８ｃから冷却空気
流を受け、翼端の通孔（排出装置）を経てその冷
却空気を排出する。

第１図に示した実施例では、冷却空気通路１６
を通る冷却空気が取り得る６つの別々の経路があ
る。例えば、通孔列３０のうち符号３０ａで示す
１つの通孔に入つた冷却空気は、翼１０の前縁を
翼弦方向に通過する冷却空気通路を通り、通孔列
３２のうちの対応する通孔３２ａを経て排出空所
１８ｂに排出される。同様に、供給空所１８ａの
通孔列３０のうちの通孔３０ｂに入つた冷却空気
は、翼１０の凸側に沿つて冷却空気通路１６を翼
弦方向に通過し、対応する通孔３４ａを通つて排
出空所１８ｂ内に排出される。他の４つの可能な
冷却空気流の経路は、後方の供給空所１８ｃ中の
４つの通孔列３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂの
うちの各一つから出発し、排出空所１８ｂ中の通
孔３４ｂ、翼１０の後縁２４、排出空所１８ｂの
通孔３２ｂ、翼１０の後縁２４で各々終わつてい
る。第３図は本考案に従つて構成された燃焼ター
ビン回転子羽根における空所及び空気流の状態を
表している。

翼１０の多量空所構造は、典型的な従来技術の
対流冷却式翼部材の長い冷却空気通路に関連して
説明したような苛酷な冷却速度制限を受けない対
流冷却式翼部材を提供する。本考案によれば、翼
１０の実質的に全外面を対流冷却するために、冷
却空気流を複数の短い冷却空気通路を高速で通る
ように導く複数の空所が用いられている。利用さ
れる空気量はそれにより減少し、タービン総効率
が改善される。

上述した実施例では、翼桁１２の上記通孔間に
ある大体において翼弦方向の冷却空気通路を用い
ているが、翼１０の効果的な対流冷却を最大にす
るようにどんな翼弦方向及びスパン方向のパター
ンの組み合わせに従つて冷却空気通路を配設して
もよい。また、明らかなように、第１図に示した
３個よりも多いどんな奇数の空所を持つように翼
１０の構造を定めてもよい。使用する空所の数を
大きくすると、一つの空所から隣接する空所に冷
却空気を伝達する冷却空気通路の長さがそれに対
応して減少する。従つて、高温の用途には３個以
上の空所を用いることが適切である。５個、７個
又はそれ以上の空所を用いた実施例の場合には、
前方及び後方の空所を好ましくは供給空所とし、
その間の互いに隣接する空所は交互に排出空所及
び供給空所として機能させるようにする。

第４図には本考案の原理に従つて構成された回
転子羽根と協働する構造の燃焼タービンの固定子
羽根もしくはベーン５０が断面で示されている。
固定子羽根５０は、典型的には内側の円弧状シユ
ラウド５２と外側の円弧状シユラウド５４との間
において、図示しないタービンケーシング中に支
持されている。この実施例では、冷却空気５１
は、燃焼タービンの図示しない圧縮機部と流体連
通された外側シユラウド５４の冷却材供給流路
（図示せず）によつて、前方及び後方の供給空所
１８ａ，１８ｃに供給される。冷却空気は下流側
の低圧点に接続された排出装置即ち排出ポート５
８を経て排出空所１８ｂから排出される。第４図
には図示していないが、第１図について上述した
構造同様に固定子羽根５０の後縁を経て冷却空気
を排出してもよい。

第５図には、第４図の実施例と同一方針で構成
した燃焼タービン固定子羽根７０の変形実施例が
立面画により図示されている。この変形実施例に
よれば、冷却空気７１は、第４図の固定子羽根５
０と同様の方法で、固定子羽根７０の前方の供給
空所１８ａ及び後方の供給空所１８ｃに供給され
る。しかし、冷却空気の排出は内側シユラウド５
２の排出装置即ち排出通孔７２を経て行なわれ
る。排出通孔７２は固定シール７４の下流側にあ
り、このシール７４は、固定子羽根７０の上流側
スペースを下流側のスペースに対し封止している
ため、排出された冷却空気は、タービンを駆動す
る高圧ガスの排出経路中に流入する。

第６図には、本考案の原理に従つた構造の燃焼
タービン固定子羽根８０の別の変形実施例が断面
で示されている。固定子羽根８０は、排出空所１
８ｂから排出冷却空気を排出する仕方において、
上述したいずれの実施例とも相違している。固定
子羽根８０は、その凸面側に冷却空気を排出させ
るようにした、翼桁１２及び金属シエル１４を通
る冷却空気排出通孔８２を備えている。重油燃料
による運転の際にも羽根の凸面側の表面通孔が塞
がる傾向が殆どないことが、実験により判明して
いる。通孔８２は第６図に示すように二重の列状
に配設するのが好ましいが、適切な排出流を与え
るどんな配設の仕方を利用してもよい。

尚、第４図〜第６図の実施例も前述した冷却空
気通路１６（空間）を有するが、該冷却空気通路
１６は第２図に示したように設けられるのが普通
であるので、図の切断の仕方によつて第４図〜第
６図のように表れない場合がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例による燃焼タービ
ンの固定子又は回転子羽根の翼部材の断面図、第
２図は、第１図に示す翼部材の壁部を示す断面
図、第３図は、燃焼タービン回転子羽根及びその
内部の空気流パターンを示す説明図、第４図は、
本考案の一実施例による燃焼タービン固定子羽根
の立面図、第５図は、第４図に示す固定子羽根の
変形実施例を示す断面図、第６図は、第４図に示
す固定子羽根の別の変形実施例を示す断面図であ
る。１０……翼（翼部材）、１２……翼桁、１４…
…金属シエル、２４……後縁、１６……冷却空気
通路（対流冷却通路）、１８ａ，１８ｃ……冷却
空所（第１、第３空所）、１８ｂ……排出空所
（第２空所）、３０ａ，３０ｂ，３６ａ，３６ｂ，
３８ａ，３８ｂ……冷却空気を第１、第３空所か
ら対流冷却通路に供給する通孔、３２ａ，３２
ｂ，３４ａ，３４ｂ……冷却に使用された冷却空
気を対流冷却通路から排出空所に排出する通孔、
５０，７０，８２……固定子羽根、５８……排出
ポート（排出空所からの排出装置）、７２……排
出通孔（排出空所からの排出装置）、８２……排
出通孔（排出空所からの排出装置）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

前縁、後縁及び先端部を有する、燃焼タービン
の固定子又は回転子羽根の対流冷却式翼部材であ
つて、該翼部材は、前記前縁から前記後縁に向か
つて順番に配列され区画化されたスパン方向の、
供給空所である第１空所、排出空所である第２空
所及び供給空所である第３空所を有すると共に、
離間された凹側面及び凸側面を画定する中空の翼
桁と、該翼桁の前記離間された凹側面及び凸側面
に接合され該凹側面及び凸側面を実質的に包む金
属シエルとを備え、該金属シエルには、該金属シ
エルと前記中空の翼桁との間を実質的に翼弦方向
に延びる複数の対流冷却通路が形成されており、
更に、冷却空気を少なくとも前記第１、第３空所
内に運ぶ装置と、前記第１、第３空所及び前記対
流冷却通路を流体連通して、前記冷却空気を前記
第１、第３空所から前記対流冷却通路内に供給す
る通孔と、前記対流冷却通路及び前記第２空所を
流体連通して、前記翼部材を冷却するのに使用さ
れた前記冷却空気の排気を前記対流冷却通路から
前記第２空所に排出する通孔と、前記翼部材を冷
却するのに使用された前記冷却空気の排気を前記
第２空所から排出する装置とを備える、燃焼ター
ビン羽根の対流冷却式翼部材。