JP2000230404A - ガスタービン静翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの２段，３段静翼に関し、冷却
性能を向上させ、翼の信頼性を増す。 【解決手段】 静翼１０内には通路１，２，３，４，５
が設けられ、冷却空気３０はインピンジ板５３より通路
２に流入し、通路を冷却すると共に、一部は３０ｂのよ
うにリブの穴５６を通り、通路１に流入し、シャワーヘ
ッド冷却穴５７より３０ｃのように流出し、前縁をシャ
ワーヘッド冷却する。残りは内側端部の吹出し口７０よ
り３０ｅのようにシール用空気として流出する。冷却空
気３１は通路３に入り、３１ｂのように内側折り返し流
路Ａで折り返し通路４に入り、更に外側折り返し流路Ｂ
で３１Ｃのように折り返して通路５に入り、後縁より３
１ｄのように流出する。Ａ，Ｂはそれぞれ流路が内側、
外側シュラウド１２，１１の表面よりも更に内側、外側
へ突出しているので翼付根部分の冷却の不確実性が解消
され、冷却性能が確実に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン静翼に
関し、主に２段，３段静翼に適用され、翼の冷却効率を
高める構造としたものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のガスタービンの２段静翼を
示す断面図である。図において４０は静翼、８１は外側
シュラウド、４２は内側シュラウド、４３は外側シュラ
ウドの外周囲に設けられたインピンジ板であり、冷却空
気が流入する多数の小孔が穿設されている。静翼４０の
内部には前縁側の通路５１、通路５２、通路５３に連通
する通路５４及び後縁側の通路５５がそれぞれ設けられ
ている。通路５２の内側下端には内側シュラウド４２で
形成されるキャビティ内に空気を流出させるための吹出
し口７０が開口している。５６は空気の流出する穴であ
り、通路５１と５２とを仕切るリブに多数設けられてい
る。５７はシャワーヘッド冷却穴であり、前縁部に多数
設けられている。５８は外側シュラウド８１とインピン
ジ板４３との間の空間、５９はタービュレータであり、
通路内で空気の流れを攪拌し、熱伝達を向上させるもの
である。又、７０は前述の空気の吹出し口である。

【０００３】上記構成の２段静翼において、冷却空気６
０はインピンジ板４３の多数の穴から空間５８内に入
り、外側シュラウド４１を冷却すると共に通路５２に流
入し、６０ａのように内側へ流れて通路５２を冷却し、
一部はリブに設けられた多数の穴５６を通り、６０ｂの
ように前縁側の通路５１内へ流入し、前縁の通路５１を
冷却しながら６０ｃのように前縁のシャワーヘッド冷却
穴５７より流出し、前縁部をシャワーヘッド冷却する。
通路５２を流れる残りの空気は６０ｄのように内側へ直
進し、吹出し口７０から６０ｅのようにキャビティ内に
流出し、シール用空気となる。なお冷却空気６０は通路
を流れる過程においてタービュレータ５９により流れが
攪拌され、熱伝達率が向上するようになっている。

【０００４】又、冷却空気６１は同じくインピンジ板４
３の多数の穴から空間５８内に流入し、通路５３に流入
し、６１ａのように流れて通路５３内を冷却する。通路
５３からの冷却空気は６１ｂのように流れて隣接する通
路５４に流入し、通路５４内を同様に冷却し、６１ｃの
ように後縁側の通路５５に入り、後縁側通路５５を冷却
しながら、６０ｄのように後縁に設けられた多数の穴よ
り外部へ流出する。なお、冷却空気６１も通路内を流れ
る過程において、同様に各通路に設けられたタービュレ
ータ５９により流れが攪拌されて熱伝達率を向上するよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の２段静翼におい
ては、翼内部の前縁側は通路５１，５２に冷却空気を流
し、中央部から後縁部には通路５３，５４，５５のサー
ペンタイン通路を形成して冷却空気を流し、翼全体を冷
却する構造であるが、図４に示す翼内部のサーペンタイ
ン流路において内側シュラウド４２で折り返す部分Ｅ、
及び外側シュラウド８１で折り返す部分Ｆでは冷却空気
の流れに不確定要素が多く、冷却性能が充分になされて
おらず、これら領域の冷却を確実に行うような対策が望
まれていた。特に近年のガスタービンの高温化に伴い静
翼の冷却も更に確実になされることが要求されており、
これら不確定要素の多い領域の冷却を確実に行う構造の
実現が必要となってきた。

【０００６】そこで本発明は、ガスタービン静翼におい
て、冷却性能に不確定要素の多い領域を改善し、このよ
うな領域においても確実に冷却がなされ、冷却性能が向
上することができる構造を実現することを課題としてな
されたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）及び（２）の手段を提供する。

【０００８】（１）内側、外側シュラウド間に立設され
た翼内部に連通する通路を設け、同通路は前記外側シュ
ラウド側から流入した冷却空気を内側で折り返し、更に
外側で折り返して後縁側の流路へ連通させるように構成
されたガスタービン静翼において、前記内側で折り返す
部分の流路は前記内側シュラウドのガスパス表面よりも
更に内側に入り込む流路とし、前記外側で折り返す部分
の流路は前記外側シュラウドのガスパス表面よりも更に
外側へ入り込む流路とすることを特徴とするガスタービ
ン静翼。

【０００９】（２）前記通路は、冷却空気が前記外側シ
ュラウドより流入し、前縁部を冷却して前縁の冷却穴よ
り流出すると共に、前記内側シュラウド内部へシール用
空気として流出する第１の通路と、冷却空気が前記外側
シュラウドから流入し、後縁へ流出するサーペンタイン
冷却流路を形成し、同サーペンタイン冷却流路の途中に
は前記内側、外側で折り返す流路を設けた第２の通路と
から構成されることを特徴とする（１）記載のガスター
ビン静翼。

【００１０】本発明の（１）においては、冷却空気は外
側シュラウドから翼内に流入し、内側に流れて通路を冷
却し、内側において折り返し、再び翼の外側に向って流
れる。この内側折り返し部分の流路は従来では内側シュ
ラウドのガスパス表面の内側の翼内部で折り返す構造で
あり、冷却空気の流れが充分に隅々まで流入するとは限
らず、翼の付根部の冷却不充分であり、そのため冷却性
能において不確定な要素があった。又、同様に外側折り
返し部分の流路においても翼付根部において冷却の不確
定な要素があり改善が望まれていたが、本発明の（１）
では、内側折り返し部分の流路をそれぞれ内側シュラウ
ドのガスパス表面より更に内側へ、又、外側折り返し部
分の流路を更に外側へ配置する構成とし、それぞれ翼の
付根部の冷却が冷却空気の直線状の流れによって確実に
冷却されるようになるものである。

【００１１】又、本発明の（２）においても第１の通路
からの冷却空気で前縁部が冷却され、第２の通路に流れ
る冷却空気により上記（１）と同様に内側、外側折り返
し部分の流路が構成されているので、翼の付根部が直線
状の冷却空気の流れにより確実に冷却されるものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係るガスタービン静翼を示し、特に２段
静翼の例を示し、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は翼
の断面図である。図において、１０は静翼、１１は外側
シュラウド、１２は内側シュラウドである。

【００１３】静翼１０の内部には前縁側の通路１，通路
２，通路３，通路３に連通する通路４及び後縁側通路５
が設けられている。１３はリブ先端であり、後縁側の通
路５と通路４とを区分するリブの外側先端を外側シュラ
ウド１１のガスパス表面より外側へ突出させている。１
４は外側リブであり、通路３と４とを区分するリブを延
長し、外側シュラウド１１の外側へ突出させると共に、
インピンジ板５３に当接させて通路４からの空気を通路
５へ流入させる折り返し流路を形成させるためのもので
ある。

【００１４】１５はリブ先端であり、通路３と４とを区
分するリブの内側先端を内側シュラウドのガスパス表面
より内側に突出させている。１６は内側リブであり、通
路３と４との内側底部を形成し、通路３からの空気を通
路４へ折り返し、流す流路を形成するためのものであ
る。１７は空間であり、インピンジ板５３と外側シュラ
ウド間に形成されている。

【００１５】なお５３，５６，５７，５９，７０は図４
に示す従来例と同じものであり、５３はインピンジ板、
５６は通路１と２とを区分するリブに設けられた多数の
穴、５７は前縁のシャワーヘッド冷却穴、５９はタービ
ュレータ、７０はシール用空気の吹出し口である。

【００１６】上記構成の２段静翼において、冷却空気３
０はインピンジ板５３の多数の穴より空間１７内に流入
し、外側シュラウド１１を冷却すると共に、通路２に流
入する。通路２では、一部の空気は３０ａのように通路
内を冷却し、３０ｂで示すように多数の穴５６より前縁
側の通路１内へ流入して、通路１内を冷却した後、３０
ｃで示すようにシャワーヘッド冷却穴５７より流出し、
前縁をシャワーヘッド冷却する。一方、通路２の残り冷
却空気は３０ｄのように内側へ直進し、吹出し口７０よ
り３０ｅのようにキャビティ内に流出し、シール用空気
となる。

【００１７】冷却空気３１は同様にインピンジ板５３の
多数の穴から空間１７内に流入し、外側シュラウド１１
を冷却すると共に、通路３に流入する。通路３では、空
気は３１ａのように通路内を流れて冷却し、内側へ流れ
て内側折り返し端部Ａを３１ｂのように流れて冷却し、
通路４に入る。

【００１８】この内側折り返し流路Ａについては、従来
は内側シュラウド１２の外側で翼１０の内部で折り返し
てこの部分の冷却が確実になさずに冷却性能が不確実で
あったが、本発明では、流路が内側シュラウド１２のガ
スパス表面より更に内側に入り込んでいるので、翼の内
側シュラウド１２への付根部では冷却空気が直線状に流
れ、冷却が通路３の途中と同じように確実になされ、そ
の後次の通路４へ流入し、この過程でも付根部を再度冷
却し、冷却効果が増すものである。

【００１９】通路４では冷却空気は外側に流れて通路内
を冷却し、３１ｃで示すように外側シュラウド１１の表
面を越えて形成される外側折り返し流路Ｂより後縁側の
通路５へ流入する。この外側折り返し流路Ｂについて
は、従来は外側シュラウド１１の内側で翼１０の内部で
折り返しており、この部分が前記と同様に冷却が不確定
であって充分になされなかったが、本発明では流路が外
側シュラウド１１の表面より更に外側に入り込んでいる
ので、翼の外側シュラウド１１の付根部では冷却空気が
直線状に流れ、冷却が通路４の途中と同じように確実に
なされ、その後、後縁側の通路５へ流入し、この過程で
も付根部を再度冷却し、冷却効果が増すものである。

【００２０】後縁の通路５へ流した冷却空気は通路５を
冷却すると共に、順次後縁に設けられた穴より３１ｄで
示すように外部へ流出する。なお、冷却空気３０，３１
は各通路内を流れる過程においては従来と同様にタービ
ュレータ５９で流れが攪拌されて熱伝達率が向上するも
のである。

【００２１】上記に説明の実施の第１形態においては、
内側折り返し流路Ａと外側折り返し流路Ｂとをサーペン
タイン冷却流路に設けたので、翼の外側、内側シュラウ
ド１１，１２との翼の付根部の冷却が確実になされ、翼
の信頼性が著しく向上するものである。

【００２２】図２は本発明の実施の第２形態に係るガス
タービン静翼を示し、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）
は翼の断面図であり、３段静翼の例である。図におい
て、２０は静翼であり、内部には前縁側の通路６、通路
６に連通する通路７、通路７に連通する後縁側の通路８
が設けられている。２１は外側シュラウド、２２は内側
シュラウドである。２３はリブで先端であり、通路７と
後縁側の通路８とを区分するリブの外側先端を外側シュ
ラウドのガスパス表面より更に外側へ突出させている。
２４は外側リブであり、通路６と７とを区分するリブを
外側シュラウド２１表面より更に外側へ延長させると共
に、インピンジ板２８に当接させて通路７からの冷却空
気を折り返して後縁側の通路８へ流入させるためのもの
である。

【００２３】２５はリブ先端であり、通路６と７とを区
分するリブの内側先端を内側シュラウド２２の表面より
更に内側へ突出させている。２６は内側リブであり、内
側シュラウド２２の表面よりも更に内側で折り返し流路
の底部を形成し、通路６からの冷却空気を通路７へ流入
させる流路を形成している。２７は空間であり、２８は
インピンジ板、２９はシールチューブであり、通路７内
を貫通して挿入され、下端の吹出し口７１に連通してい
る。

【００２４】上記構成の実施の第２形態の静翼におい
て、冷却空気４０はインピンジ板２８の多数の穴より空
間２７へ流入し外側シュラウド２１を冷却すると共に、
通路６内へ流入する。通路６内では４０ａのように流れ
て通路内を冷却し、内側へ流れて内側折り返し流路Ｃを
４０ｂのように流れて通路７に流入する。

【００２５】通路７では４０ｃのように外側へ流れて通
路内を冷却し、外側折り返し流路Ｄで４０ｄのように流
れ後縁側の通路８へ流入し、通路内を冷却しながら後縁
の多数の穴より４０ｅのように流出する。なお、冷却空
気４０は通路６，７，８を流れる過程においてタービュ
レータ３９により流れが攪拌されて熱伝達率が向上する
ようになっている。

【００２６】又、シール用空気４１はシールチューブ２
９に流入し、内側端部の吹出し口７１より内側シュラウ
ド２２の内側に形成されているキャビティに流出し、キ
ャビティ内をシール空気により外部の燃焼ガス通路より
も高圧に保持し、高温ガスの内側への侵入を防止してい
る。

【００２７】以上説明の実施の第２形態においては、第
１形態と同様に、内側折り返し流路Ｃと外側折り返し流
路Ｄとを通路６，７，８で形成するサーペンタイン冷却
通路に設けたので、翼２０の外側、内側シュラウド２
１，２２との翼の付根部の冷却が確実になされ、翼の信
頼性が向上するものである。

【００２８】図３は本発明の実施の第２形態の静翼２０
を２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ３枚一組として外側シュラウ
ド１２１、内側シュラウド１２２に組込んで一体化した
例である。このように３枚の静翼を一体化し、これらを
ガスタービンユニットの３段静翼全体として組立てると
外側、内側シュラウド１２１，１２２の数が従来のシュ
ラウドの数より減少するので、それらの接続部の個所が
減少して空気のもれ個所が減少し、シール性能が良好と
なり、その分冷却空気量が削減され、効率が向上する。

【００２９】

【発明の効果】本発明のガスタービン静翼は、（１）内
側、外側シュラウド間に立設された翼内部に連通する通
路を設け、同通路は前記外側シュラウド側から流入した
冷却空気を内側で折り返し、更に外側で折り返して後縁
側の流路へ連通させるように構成されたガスタービン静
翼において、前記内側で折り返す部分の流路は前記内側
シュラウドのガスパス表面よりも更に内側に入り込む流
路とし、前記外側で折り返す部分の流路は前記外側シュ
ラウドのガスパス表面よりも更に外側へ入り込む流路と
することを特徴としている。このような構成により、内
側、外側折り返し部分においては翼の付根部が直線状に
流れる冷却空気により確実に冷却され、従来のような冷
却空気の折り返し部分での冷却の不確定の部分がなくな
り、翼付根部が確実に冷却され、静翼の信頼性が向上す
るものである。

【００３０】本発明の（２）では、上記（１）の発明に
おいて、前記通路は、冷却空気が前記外側シュラウドよ
り流入し、前縁部を冷却して前縁の冷却穴より流出する
と共に、前記内側シュラウド内部へシール用空気として
流出する第１の通路と、冷却空気が前記外側シュラウド
から流入し、後縁へ流出するサーペンタイン冷却流路を
形成し、同サーペンタイン冷却流路の途中には前記内
側、外側で折り返す流路を設けた第２の通路とから構成
されることを特徴としている。このような構成において
も、第１の通路からの冷却空気で前縁部が冷却され、第
２の通路に流れる冷却空気により上記（１）と同様に内
側、外側折り返し部分の流路が構成されているので、翼
の付根部が直線状の冷却空気の流れにより確実に冷却さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン静
翼を示し、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は翼の断面
図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン静
翼を示し、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は翼の断面
図である。

【図３】本発明の実施の第２形態の応用例を示す斜視図
である。

【図４】従来のガスタービン静翼を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１，２，３，４，５，６，７，８ 通路 １０，２０ 静翼 １１，２１ 外側シュラウド １２，２２ 内側シュラウド １３，１５，２３，２５ リブ先端 １４，２４ 外側リブ １６，２６ 内側リブ １７，２７ 空間 ２８ インピンジ板 ２９ シールチューブ ３９，５９ タービュレータ ５６ 穴 ５７ シャワーヘッド冷却穴 ７０，７１ 吹出し口 ３０，３１，４０，４１ 冷却空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 康司 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 石黒 達男 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GB01 HA09 HA18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側、外側シュラウド間に立設された翼
   内部に連通する通路を設け、同通路は前記外側シュラウ
   ド側から流入した冷却空気を内側で折り返し、更に外側
   で折り返して後縁側の流路へ連通させるように構成され
   たガスタービン静翼において、前記内側で折り返す部分
   の流路は前記内側シュラウドのガスパス表面よりも更に
   内側に入り込む流路とし、前記外側で折り返す部分の流
   路は前記外側シュラウドのガスパス表面よりも更に外側
   へ入り込む流路とすることを特徴とするガスタービン静
   翼。
2. 【請求項２】 前記通路は、冷却空気が前記外側シュラ
   ウドより流入し、前縁部を冷却して前縁の冷却穴より流
   出すると共に、前記内側シュラウド内部へシール用空気
   として流出する第１の通路と、冷却空気が前記外側シュ
   ラウドから流入し、後縁へ流出するサーペンタイン冷却
   流路を形成し、同サーペンタイン冷却流路の途中には前
   記内側、外側で折り返す流路を設けた第２の通路とから
   構成されることを特徴とする請求項１記載のガスタービ
   ン静翼。