JP2000310127A - ガスタービンの第３段バケット用の冷媒供給系 - Google Patents
ガスタービンの第３段バケット用の冷媒供給系Info
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/06—Moles; Piers; Quays; Quay walls; Groynes; Breakwaters ; Wave dissipating walls; Quay equipment
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
- F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
-
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- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
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- E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
- E02B3/12—Revetment of banks, dams, watercourses, or the like, e.g. the sea-floor
- E02B3/14—Preformed blocks or slabs for forming essentially continuous surfaces; Arrangements thereof
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- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
- E02D17/20—Securing of slopes or inclines
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンにおいて、第３段バケットの冷
却に使用するため、圧縮機低圧抽気をロータよりも低い
温度でタービンロータに導入する。 【解決手段】 圧縮機（５５）と燃焼器（１１）と３段
以上のタービン部（１０）とを含む陸用ガスタービンに
おいて、圧縮機（５５）からの冷却空気を第３段ノズル
（Ｎ３）に供給するための圧縮機（５５）から第３段ノ
ズル（Ｎ３）への導入口（５６）と、第３段ノズル（Ｎ
３）の各翼形部（５０，５２）及び付随ダイアフラム
（６４）を実質的に半径方向に通ってロータとダイアフ
ラム（６４）の間の環状空間（７４）に入る１以上の通
路（６０，６２，６４，７０）と、環状空間（７４）と
第３段の個々のバケット（Ｂ３）とを連絡する通路（７
６，８２）とを含んでなる冷却回路を設ける。
却に使用するため、圧縮機低圧抽気をロータよりも低い
温度でタービンロータに導入する。 【解決手段】 圧縮機（５５）と燃焼器（１１）と３段
以上のタービン部（１０）とを含む陸用ガスタービンに
おいて、圧縮機（５５）からの冷却空気を第３段ノズル
（Ｎ３）に供給するための圧縮機（５５）から第３段ノ
ズル（Ｎ３）への導入口（５６）と、第３段ノズル（Ｎ
３）の各翼形部（５０，５２）及び付随ダイアフラム
（６４）を実質的に半径方向に通ってロータとダイアフ
ラム（６４）の間の環状空間（７４）に入る１以上の通
路（６０，６２，６４，７０）と、環状空間（７４）と
第３段の個々のバケット（Ｂ３）とを連絡する通路（７
６，８２）とを含んでなる冷却回路を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は全般的にタービン
に関するものであり、具体的にはタービンの第３段バケ
ットを冷却するのに圧縮機空気を用いた発電用陸用ガス
タービンに関する。
に関するものであり、具体的にはタービンの第３段バケ
ットを冷却するのに圧縮機空気を用いた発電用陸用ガス
タービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの高温ガス経路部品（例え
ばバケット）の蒸気冷却は従来から提案されており、陸
用発電プラントで実施できることが分かっている。ガス
タービンは空気冷却されるのが典型的である（例えばジ
ェットタービンでは高温ガス経路部品の冷却に圧縮機か
ら排出された空気が用いられる）が、蒸気を冷却媒質と
して用いたときの損失は冷却のため圧縮機抽出空気の抽
出で生じる損失ほど大きくないので、蒸気冷却の方が効
率に優れる。陸用ガスタービン、特にコンバインドサイ
クルシステムで用いられるガスタービンでは、蒸気冷却
が特に有利である。その理由は、ガスタービン部品を冷
却するときに蒸気に与えられる熱エネルギがコンバイン
ドサイクル運転で蒸気タービンを駆動するための有効な
仕事として回収されるからである。ただし、タービンの
第１段及び第２段の冷却には蒸気が好ましいものの、第
３段バケットを冷却しかつ（適宜）タービンロータの後
方部分をパージするには空気が必要とされる。
ばバケット）の蒸気冷却は従来から提案されており、陸
用発電プラントで実施できることが分かっている。ガス
タービンは空気冷却されるのが典型的である（例えばジ
ェットタービンでは高温ガス経路部品の冷却に圧縮機か
ら排出された空気が用いられる）が、蒸気を冷却媒質と
して用いたときの損失は冷却のため圧縮機抽出空気の抽
出で生じる損失ほど大きくないので、蒸気冷却の方が効
率に優れる。陸用ガスタービン、特にコンバインドサイ
クルシステムで用いられるガスタービンでは、蒸気冷却
が特に有利である。その理由は、ガスタービン部品を冷
却するときに蒸気に与えられる熱エネルギがコンバイン
ドサイクル運転で蒸気タービンを駆動するための有効な
仕事として回収されるからである。ただし、タービンの
第１段及び第２段の冷却には蒸気が好ましいものの、第
３段バケットを冷却しかつ（適宜）タービンロータの後
方部分をパージするには空気が必要とされる。
【０００３】
【発明の概要】本発明では、空気は圧縮機の第１２段か
ら抽出され、ガスタービンの外側の抽出配管を通して運
ばれ、次いでタービンケーシングを通して第３段ノズル
に供給される。第３段バケットの冷却に伴うサイクル性
能の低下を軽減するため、圧力の比較的低い第１２段空
気が使われる。本発明の承継人によって実施されている
ような機械の中心線から空気流を取出す従来の方法は、
前方ホイールキャビティがそれらのパージ回路の駆動に
高圧空気を必要とするので採用できない。最初の２つの
バケット段の蒸気冷却を用いても、過渡状態及び始動運
転の際、それらの温度を制御するためにタービンホイー
ルに浴びせる空気が必要である。換言すれば、前方ロー
タキャビティは高圧空気で満たされているので、低圧圧
縮機抽気を第３段の空気冷却のために供給するための新
技術を開発しなければならない。その結果、バケット冷
却空気を隣接ステータ構造（つまり第３段ノズル）を通
して半径方向内向きに供給し、次いで第３段バケットに
送る。さらに、比較的低圧の空気が利用できれば、サイ
クル性能の犠牲の少ない、タービンロータの後方部分で
のパージ流用の選択可能な空気源も提供される。そこ
で、本発明は、第３段バケットの冷却に使用するため、
低圧抽気をロータよりも低い温度でタービンロータに導
入しようというものである。本発明は、タービンロータ
の後方部分のパージに上述の空気流を利用することも少
なくとも選択肢の一つとして提供するが、これは好まし
い構成ではない。
ら抽出され、ガスタービンの外側の抽出配管を通して運
ばれ、次いでタービンケーシングを通して第３段ノズル
に供給される。第３段バケットの冷却に伴うサイクル性
能の低下を軽減するため、圧力の比較的低い第１２段空
気が使われる。本発明の承継人によって実施されている
ような機械の中心線から空気流を取出す従来の方法は、
前方ホイールキャビティがそれらのパージ回路の駆動に
高圧空気を必要とするので採用できない。最初の２つの
バケット段の蒸気冷却を用いても、過渡状態及び始動運
転の際、それらの温度を制御するためにタービンホイー
ルに浴びせる空気が必要である。換言すれば、前方ロー
タキャビティは高圧空気で満たされているので、低圧圧
縮機抽気を第３段の空気冷却のために供給するための新
技術を開発しなければならない。その結果、バケット冷
却空気を隣接ステータ構造（つまり第３段ノズル）を通
して半径方向内向きに供給し、次いで第３段バケットに
送る。さらに、比較的低圧の空気が利用できれば、サイ
クル性能の犠牲の少ない、タービンロータの後方部分で
のパージ流用の選択可能な空気源も提供される。そこ
で、本発明は、第３段バケットの冷却に使用するため、
低圧抽気をロータよりも低い温度でタービンロータに導
入しようというものである。本発明は、タービンロータ
の後方部分のパージに上述の空気流を利用することも少
なくとも選択肢の一つとして提供するが、これは好まし
い構成ではない。
【０００４】本発明では、ノズルインデューサ系は、圧
縮機抽気をタービンケーシングからノズル翼形部を通し
てノズルダイアフラムへと運ぶ管系を有する。この管系
は、その外側端において、例示的実施形態では２２箇所
の円周方向位置でタービンケーシングを貫通している。
いったんタービンケーシングの内側に入ると、配管は２
つの導管に分岐し、空気を４４個のノズル静翼つまり翼
形部に導く。各ノズル静翼の半径方向内端において、空
気はダイアフラムシールセグメント内の通路に入り、通
路は冷却空気をロータ周囲のキャビティ内に接線方向に
導く。この通路は、空気をホイールの回転方向に加速し
てこの円周方向空洞部に導き、ノズルの半径方向内側に
位置するロータスペーサホイールの接線方向速度とほぼ
釣合うようにする。空気は、次いで別々の組の軸方向パ
イプに供給され、これらのパイプを通して空気は第３段
バケットのシャンク通路へと送られる。しかる後、空気
はバケット内の内部通路を半径方向外向きに流れ、バケ
ット先端から高温燃焼ガス経路へと排出される。
縮機抽気をタービンケーシングからノズル翼形部を通し
てノズルダイアフラムへと運ぶ管系を有する。この管系
は、その外側端において、例示的実施形態では２２箇所
の円周方向位置でタービンケーシングを貫通している。
いったんタービンケーシングの内側に入ると、配管は２
つの導管に分岐し、空気を４４個のノズル静翼つまり翼
形部に導く。各ノズル静翼の半径方向内端において、空
気はダイアフラムシールセグメント内の通路に入り、通
路は冷却空気をロータ周囲のキャビティ内に接線方向に
導く。この通路は、空気をホイールの回転方向に加速し
てこの円周方向空洞部に導き、ノズルの半径方向内側に
位置するロータスペーサホイールの接線方向速度とほぼ
釣合うようにする。空気は、次いで別々の組の軸方向パ
イプに供給され、これらのパイプを通して空気は第３段
バケットのシャンク通路へと送られる。しかる後、空気
はバケット内の内部通路を半径方向外向きに流れ、バケ
ット先端から高温燃焼ガス経路へと排出される。
【０００５】本発明の空気送出系は幾つかの利点を有す
る。例えば、ロータ送出空気に別々の管を使うことで、
高温ノズル翼形部から空気への熱伝達が最小限になる。
これにより、外側側壁キャビティ及びノズル冷却回路の
加圧に低圧空気を使用することができるようにもなり、
寄生洩れが減り、機械効率が向上する。さらに、ロータ
スペーサホイールと空気の間の相対速度が減少し、接線
方向の加速によって空気静温度が下がるため、空気が単
に半径方向にロータ部に供給されるような設計と比べ
て、バケット冷却に格段に低い温度を利用することがで
きる。
る。例えば、ロータ送出空気に別々の管を使うことで、
高温ノズル翼形部から空気への熱伝達が最小限になる。
これにより、外側側壁キャビティ及びノズル冷却回路の
加圧に低圧空気を使用することができるようにもなり、
寄生洩れが減り、機械効率が向上する。さらに、ロータ
スペーサホイールと空気の間の相対速度が減少し、接線
方向の加速によって空気静温度が下がるため、空気が単
に半径方向にロータ部に供給されるような設計と比べ
て、バケット冷却に格段に低い温度を利用することがで
きる。
【０００６】従って、本発明は、広義には、圧縮機と燃
焼器とロータに固定された３段以上のタービン段とを有
する陸用ガスタービンに関するものであり、特に、圧縮
機からの冷却空気を第３段ノズルに供給するための圧縮
機から第３段ノズルへの導入口と、第３段ノズルの各翼
形部及び付随ダイアフラムを実質的に半径方向に通って
ロータとダイアフラムの間の環状空間に入る１以上の通
路と、環状空間と第３段の個々のバケットとを連絡する
通路とを含んでなる、タービン第３段用の空気冷却回路
を始めとする改良に関する。
焼器とロータに固定された３段以上のタービン段とを有
する陸用ガスタービンに関するものであり、特に、圧縮
機からの冷却空気を第３段ノズルに供給するための圧縮
機から第３段ノズルへの導入口と、第３段ノズルの各翼
形部及び付随ダイアフラムを実質的に半径方向に通って
ロータとダイアフラムの間の環状空間に入る１以上の通
路と、環状空間と第３段の個々のバケットとを連絡する
通路とを含んでなる、タービン第３段用の空気冷却回路
を始めとする改良に関する。
【０００７】本発明は、ガスタービンの１つの段を冷却
する方法であって、当該方法が、ａ）タービン圧縮機か
ら冷却空気を抽出し、ｂ）ガスタービンの上記段に隣接
した静止ノズルに冷却空気を供給し、ｃ）静止ノズルか
ら上記タービン段の複数のバケットへの冷却空気用通路
を設定し、ｄ）上記複数のバケットを通して冷却空気を
半径方向外向きに流して、バケットの半径方向外側先端
から冷却空気を排出することを含んでなる方法にも関す
る。
する方法であって、当該方法が、ａ）タービン圧縮機か
ら冷却空気を抽出し、ｂ）ガスタービンの上記段に隣接
した静止ノズルに冷却空気を供給し、ｃ）静止ノズルか
ら上記タービン段の複数のバケットへの冷却空気用通路
を設定し、ｄ）上記複数のバケットを通して冷却空気を
半径方向外向きに流して、バケットの半径方向外側先端
から冷却空気を排出することを含んでなる方法にも関す
る。
【０００８】本発明のその他の特徴は、以下の詳細な説
明から明らかになろう。
明から明らかになろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、ガスタービン
のタービン部１０が部分的に示してある。最初に、本発
明のガスタービンはコンバインドサイクルシステムに有
益に利用されることを承知されたい。コンバインドサイ
クルシステムでは、ガスタービンを出た排ガスは排熱回
収ボイラに入り、そこでボイラと同様に水は蒸気に変換
される。こうして発生した蒸気は１以上の蒸気タービン
を駆動し、そこで付加的な仕事を抽出して、第２発電機
のような追加の負荷を駆動して付加的な電力を発生す
る。
のタービン部１０が部分的に示してある。最初に、本発
明のガスタービンはコンバインドサイクルシステムに有
益に利用されることを承知されたい。コンバインドサイ
クルシステムでは、ガスタービンを出た排ガスは排熱回
収ボイラに入り、そこでボイラと同様に水は蒸気に変換
される。こうして発生した蒸気は１以上の蒸気タービン
を駆動し、そこで付加的な仕事を抽出して、第２発電機
のような追加の負荷を駆動して付加的な電力を発生す
る。
【００１０】ガスタービンのタービン部１０はタービン
燃焼器１１の下流にあり、全体をＲで示すロータを含ん
でいて、タービンホイール１２，１４，１６及び１８で
構成される一連の４段がロータシャフトアセンブリに取
付けられていてその一部をなし、それと一緒に回転す
る。各ホイールは１列のバケットＢ１，Ｂ２，Ｂ３及び
Ｂ４を支持しており、動翼がタービンの高温燃焼ガス経
路の中に半径方向外向きに突き出ている。バケットは固
定ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３及びＮ４の間に交互に配置さ
れている。タービンホイール間には交互に前方から後方
に順にスペーサ２０，２２及び２４があり、各々それぞ
れのノズルの半径方向内側に配置されている。後方ディ
スク２６は、最終段タービンホイール１８の後方で後方
シャフト２８と一体部分を形成している。従来のガスタ
ービン構造と同様に、ホイールとスペーサは円周方向に
離隔した複数の軸方向延在ボルト３０（１個だけを示
す）によって互いに固定されていることが理解されよ
う。
燃焼器１１の下流にあり、全体をＲで示すロータを含ん
でいて、タービンホイール１２，１４，１６及び１８で
構成される一連の４段がロータシャフトアセンブリに取
付けられていてその一部をなし、それと一緒に回転す
る。各ホイールは１列のバケットＢ１，Ｂ２，Ｂ３及び
Ｂ４を支持しており、動翼がタービンの高温燃焼ガス経
路の中に半径方向外向きに突き出ている。バケットは固
定ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３及びＮ４の間に交互に配置さ
れている。タービンホイール間には交互に前方から後方
に順にスペーサ２０，２２及び２４があり、各々それぞ
れのノズルの半径方向内側に配置されている。後方ディ
スク２６は、最終段タービンホイール１８の後方で後方
シャフト２８と一体部分を形成している。従来のガスタ
ービン構造と同様に、ホイールとスペーサは円周方向に
離隔した複数の軸方向延在ボルト３０（１個だけを示
す）によって互いに固定されていることが理解されよ
う。
【００１１】それ自体は本発明の一部を構成するもので
はないが、中孔管アセンブリ３２がロータＲの一部をな
していて、ロータ軸線Ａの周りをロータと共に回転す
る。中孔管アセンブリは、環状の蒸気冷却供給通路３８
及び使用済み蒸気戻り通路４０を画定する外管３４及び
内管３６を含んでいる。これらの通路は、数組の半径方
向導管４２，４４とロータのリムに沿って円周方向に離
隔した軸方向導管（その１つを４６に示す）を通じて、
ロータの外側リムとの間で蒸気を連通させ、冷却蒸気を
第１段バケットＢ１及び第２段バケットＢ２に供給す
る。戻り蒸気つまり使用済み冷却蒸気は同様の軸方向及
び半径方向に延在する導管をそれぞれ流れて、ロータ中
孔から戻り通路４０を介して同軸に流れる。ただし、蒸
気冷却回路そのものは本発明の一部をなすものではな
い。
はないが、中孔管アセンブリ３２がロータＲの一部をな
していて、ロータ軸線Ａの周りをロータと共に回転す
る。中孔管アセンブリは、環状の蒸気冷却供給通路３８
及び使用済み蒸気戻り通路４０を画定する外管３４及び
内管３６を含んでいる。これらの通路は、数組の半径方
向導管４２，４４とロータのリムに沿って円周方向に離
隔した軸方向導管（その１つを４６に示す）を通じて、
ロータの外側リムとの間で蒸気を連通させ、冷却蒸気を
第１段バケットＢ１及び第２段バケットＢ２に供給す
る。戻り蒸気つまり使用済み冷却蒸気は同様の軸方向及
び半径方向に延在する導管をそれぞれ流れて、ロータ中
孔から戻り通路４０を介して同軸に流れる。ただし、蒸
気冷却回路そのものは本発明の一部をなすものではな
い。
【００１２】本発明の例示的実施形態では、第３段ノズ
ルＮ３は２２個の部分環状セグメント４８（図６参照）
を含んでいて、その各々は２つの静翼つまり翼形部５
０，５２を有している。タービンケーシングの外側にあ
る空気マニホルド５４は、圧縮機５５からの空気を２２
個の別々のパイプ（その１つを５６に示す）に供給する
ように設計されていて、これらのパイプはタービンケー
シングを貫通してそれぞれの２２個のセグメントに接続
される。簡単のため、図２では圧縮機５５とマニホルド
５４は略図で示した。ケーシングの内側では、パイプ５
６が、４４枚の静翼つまり翼形部（図６参照）の各々に
ついて２つの供給パイプ５８，５８ａ等を供給する。パ
イプ５８，５８ａは符号５９で示す可撓性コネクタ継手
で接続されている。便宜上、１つの流れの回路について
詳細に説明すればよい。
ルＮ３は２２個の部分環状セグメント４８（図６参照）
を含んでいて、その各々は２つの静翼つまり翼形部５
０，５２を有している。タービンケーシングの外側にあ
る空気マニホルド５４は、圧縮機５５からの空気を２２
個の別々のパイプ（その１つを５６に示す）に供給する
ように設計されていて、これらのパイプはタービンケー
シングを貫通してそれぞれの２２個のセグメントに接続
される。簡単のため、図２では圧縮機５５とマニホルド
５４は略図で示した。ケーシングの内側では、パイプ５
６が、４４枚の静翼つまり翼形部（図６参照）の各々に
ついて２つの供給パイプ５８，５８ａ等を供給する。パ
イプ５８，５８ａは符号５９で示す可撓性コネクタ継手
で接続されている。便宜上、１つの流れの回路について
詳細に説明すればよい。
【００１３】特に図２、図３及び図６を参照すると、通
路つまり導管６０は静翼つまり翼形部５０の内部を半径
方向に延在していることが示してあり、概して半径方向
に延在する可撓性継手つまりコネクタ６２（図示してい
ないが、カーボンブッシングを用いている）がダイアフ
ラム６４内に空気を運ぶ。コネクタはその半径方向内端
で、スプーリ装置６８によってダイアフラムインサート
６６に作動的に接続されている。スプーリ装置は両端が
略球形で、可撓性継手６２と結合して、インサート６６
とダイアフラム６４の間に相対的な動きがあってもそれ
に順応する。周知の通り、ダイアフラムインサート６６
は、ロータの周囲に円周方向に延在する複数の部分環状
セグメントで構成され、ラビリンスシール７０がロータ
スペーサホイール２２上の協働シール７２と係合して、
ロータ沿いに空気が洩れるのを防止する。
路つまり導管６０は静翼つまり翼形部５０の内部を半径
方向に延在していることが示してあり、概して半径方向
に延在する可撓性継手つまりコネクタ６２（図示してい
ないが、カーボンブッシングを用いている）がダイアフ
ラム６４内に空気を運ぶ。コネクタはその半径方向内端
で、スプーリ装置６８によってダイアフラムインサート
６６に作動的に接続されている。スプーリ装置は両端が
略球形で、可撓性継手６２と結合して、インサート６６
とダイアフラム６４の間に相対的な動きがあってもそれ
に順応する。周知の通り、ダイアフラムインサート６６
は、ロータの周囲に円周方向に延在する複数の部分環状
セグメントで構成され、ラビリンスシール７０がロータ
スペーサホイール２２上の協働シール７２と係合して、
ロータ沿いに空気が洩れるのを防止する。
【００１４】インサート６６内部で、空気通路はエルボ
通路７０及び略真っ直ぐな通路７２を通じて方向転換
し、図６及び図７に最も明瞭に示されている通り、空気
を環状ロータキャビティ７４内に接線方向に（約２２〜
２３Ｅの角度αで）空気を送り込む。通路７０はエルボ
部の中で流れ方向に先細となって通路７２で径が細くな
り、かくして環状キャビティ７４に送り込まれる冷却空
気を加速する。こうしたインデューサ構成の結果、キャ
ビティ７４に供給される空気はロータに対して相対的に
「静止」している。換言すれば、空気は、ロータの回転
速度と略同じ速度で接線方向に供給される。その結果、
ロータスペーサホイールと空気の間の相対速度が減少す
るとともに接線方向の加速によって空気の静温度が下が
るために、第３段バケットに低い温度の空気が利用でき
るようになる。
通路７０及び略真っ直ぐな通路７２を通じて方向転換
し、図６及び図７に最も明瞭に示されている通り、空気
を環状ロータキャビティ７４内に接線方向に（約２２〜
２３Ｅの角度αで）空気を送り込む。通路７０はエルボ
部の中で流れ方向に先細となって通路７２で径が細くな
り、かくして環状キャビティ７４に送り込まれる冷却空
気を加速する。こうしたインデューサ構成の結果、キャ
ビティ７４に供給される空気はロータに対して相対的に
「静止」している。換言すれば、空気は、ロータの回転
速度と略同じ速度で接線方向に供給される。その結果、
ロータスペーサホイールと空気の間の相対速度が減少す
るとともに接線方向の加速によって空気の静温度が下が
るために、第３段バケットに低い温度の空気が利用でき
るようになる。
【００１５】冷却空気は環状ロータキャビティ７４から
複数組の３つの通路７６（図３、図４及び特に図５参
照）を通って軸方向に移動するが、図５に最も明瞭に示
されている通り、スペーサホイール２２の周辺にスカラ
ップ域７８を形成することでこれらの通路への出入りが
可能になる。
複数組の３つの通路７６（図３、図４及び特に図５参
照）を通って軸方向に移動するが、図５に最も明瞭に示
されている通り、スペーサホイール２２の周辺にスカラ
ップ域７８を形成することでこれらの通路への出入りが
可能になる。
【００１６】これに関して、３つの通路７６からなる各
々の組は、円周方向には軸方向蒸気供給通路と戻り通路
４６の間に、そして半径方向にはボルト３０に対する中
孔８０（１つだけ示す）の外側に配置される。
々の組は、円周方向には軸方向蒸気供給通路と戻り通路
４６の間に、そして半径方向にはボルト３０に対する中
孔８０（１つだけ示す）の外側に配置される。
【００１７】空気は次いでスペーサ２２と第３段ホイー
ル１６との境界で半径方向外向きに、ホイールリム及び
バケットシャンクの間の軸方向供給通路８２へ通る。そ
こから空気は１以上の半径方向通路８６を半径方向外向
きに移動し、その後バケット先端で高温ガス経路に放出
される（図１及び図２の流れを示す矢印を参照された
い）。スペーサ２２とホイール１６の間での冷却空気の
洩れを防止するため、スペーサ２２の半径方向の最も外
側の縁に形成された溝の中に環状ワイヤシール８６が設
けられる。ホイール１６及びスペーサ２２はロータと一
緒に回転するので、シール８６とホイール１６の間に相
対的な摩擦運動はない。
ル１６との境界で半径方向外向きに、ホイールリム及び
バケットシャンクの間の軸方向供給通路８２へ通る。そ
こから空気は１以上の半径方向通路８６を半径方向外向
きに移動し、その後バケット先端で高温ガス経路に放出
される（図１及び図２の流れを示す矢印を参照された
い）。スペーサ２２とホイール１６の間での冷却空気の
洩れを防止するため、スペーサ２２の半径方向の最も外
側の縁に形成された溝の中に環状ワイヤシール８６が設
けられる。ホイール１６及びスペーサ２２はロータと一
緒に回転するので、シール８６とホイール１６の間に相
対的な摩擦運動はない。
【００１８】以上説明してきた本発明は、陸用タービン
における空気冷却に関するものであるが、本発明は航空
機用タービンにも適用し得る。
における空気冷却に関するものであるが、本発明は航空
機用タービンにも適用し得る。
【００１９】以上、現時点で最も実用的で好ましいと思
料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本
発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、請
求項に規定される技術的思想及び技術的範囲に属する様
々な変更及び均等な構成を包含するものである。
料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本
発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、請
求項に規定される技術的思想及び技術的範囲に属する様
々な変更及び均等な構成を包含するものである。
【図１】 ガスタービンのタービン部の部分縦断面図で
あり、本発明が用いられる環境を例示する。
あり、本発明が用いられる環境を例示する。
【図２】 本発明による第３段ノズルへの空気流の入口
及び第３段バケットからの空気流の出口を示す拡大詳細
図。
及び第３段バケットからの空気流の出口を示す拡大詳細
図。
【図３】 本発明による第３段ノズルから第３段バケッ
トのシャンク部への冷却空気の流路を示す簡略断面図。
トのシャンク部への冷却空気の流路を示す簡略断面図。
【図４】 段２‐３スペーサの軸方向冷却通路を示す断
面図。
面図。
【図５】 図４の矢視５‐５断面図。
【図６】 第３段ノズル及びダイアフラムの簡略端面図
であり、１対の隣接ノズル翼形部における冷却空気の流
路を示す。
であり、１対の隣接ノズル翼形部における冷却空気の流
路を示す。
【図７】 第３段ノズルダイアフラムに取付けられたシ
ールセグメントの基部における接線方向冷却空気流通路
の拡大詳細図。 １０ タービン部１０ １１ タービン燃焼器 １２，１４，１６，１８ タービンホイール ２０，２２，２４ スペーサ ２８ シャフト ３０ ボルト ３４ 外管 ３６ 内管 ３８ 蒸気冷却供給通路 ４０ 蒸気戻り通路 ４２，４４ 半径方向導管 ４６ 軸方向導管 ４８ 部分環状セグメント ５０，５２ ノズル静翼 ５４ 空気マニホルド ５５ 圧縮機 ５６ 導入パイプ ５８，５８ａ 供給パイプ ５９ 可撓性コネクタ継手 ６０ 導管 ６２ 可撓性継手 ６４ ダイアフラム ６６ ダイアフラムインサート ６８ スプーリ装置 ７４ 環状ロータキャビティ Ａ ロータ軸線 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ バケット Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４ ノズル Ｒ ロータ
ールセグメントの基部における接線方向冷却空気流通路
の拡大詳細図。 １０ タービン部１０ １１ タービン燃焼器 １２，１４，１６，１８ タービンホイール ２０，２２，２４ スペーサ ２８ シャフト ３０ ボルト ３４ 外管 ３６ 内管 ３８ 蒸気冷却供給通路 ４０ 蒸気戻り通路 ４２，４４ 半径方向導管 ４６ 軸方向導管 ４８ 部分環状セグメント ５０，５２ ノズル静翼 ５４ 空気マニホルド ５５ 圧縮機 ５６ 導入パイプ ５８，５８ａ 供給パイプ ５９ 可撓性コネクタ継手 ６０ 導管 ６２ 可撓性継手 ６４ ダイアフラム ６６ ダイアフラムインサート ６８ スプーリ装置 ７４ 環状ロータキャビティ Ａ ロータ軸線 Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ バケット Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４ ノズル Ｒ ロータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・リー・バーンズ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ウェイヴァーリー・プレイス、 1134番 (72)発明者 ジーン・デビッド・パルマー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、ギンガム・アベニュー、87 番 (72)発明者 サル・アルバート・レオネ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スコッ ティア、レッドウッド・ドライブ、13番 (72)発明者 ゲーリー・ジョセフ・ドリリク アメリカ合衆国、オハイオ州、フェアフィ ールド、ウッドストック・ドライブ、122 番 (72)発明者 エドワード・エウジーン・ギブラー アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、カールスバッド・ロード、677番
Claims (4)
- 【請求項１】 圧縮機（５５）と燃焼器（１１）と３段
以上のタービン部（１０）とを含む陸用ガスタービンに
おいて、圧縮機（５５）からの冷却空気を第３段ノズル
（Ｎ３）に供給するための圧縮機（５５）から第３段ノ
ズル（Ｎ３）への導入口（５６）と、第３段ノズル（Ｎ
３）の各翼形部（５０，５２）及び付随ダイアフラム
（６４）を実質的に半径方向に通ってロータとダイアフ
ラム（６４）の間の環状空間（７４）に入る１以上の通
路（６０，６２，６４，７０）と、環状空間（７４）と
第３段の個々のバケット（Ｂ３）とを連絡する通路（７
６，８２）とを含んでなる冷却回路を有するガスタービ
ン。 - 【請求項２】 第３段ノズル（Ｎ３）が複数の部分環状
セグメント（４８）を含んでいて、各セグメントは２つ
のノズル翼形部（５０，５２）を有しており、導入口
（５６）が各セグメントに冷却空気を供給するパイプ
（５８，５８’）を含んでいて、該パイプが前記２つの
ノズル翼形部（５０，５２）の各々に冷却空気を供給す
る、請求項１記載のガスタービン。 - 【請求項３】 ガスタービン（１０）の１つの段（１
６）を冷却する方法であって、当該方法が、 ａ）タービン圧縮機（５５）から冷却空気を抽出し、 ｂ）ガスタービンの上記段に隣接した静止ノズル（Ｎ
３）に冷却空気を供給し、 ｃ）静止ノズル（Ｎ３）から上記タービン段（７４，７
６，８２，８６）の複数のバケット（Ｂ３）への冷却空
気用通路（５６，５８，６０，６２，６８，７０，７
２，７４，７６，８２，８６）を設定し、 ｄ）上記複数のバケット（Ｂ３）を通して冷却空気を半
径方向外向きに流して、バケットの半径方向外側先端か
ら冷却空気を排出することを含んでなる方法。 - 【請求項４】 圧縮機（５５）と燃焼器（１１）と３段
（１２，１４，１６）以上のタービン部とを含む陸用ガ
スタービン（１０）において、ガスタービン圧縮機（５
５）から冷却空気を静止ノズル（Ｎ３）に供給する手段
と、上記ノズルから静止ノズルの下流側に隣接したター
ビン段の個々のバケットへの冷却空気流路を設定する手
段（５６，５８，６０，６２，６８，７０，７２，７
４，７６，８２，８６）とを含んでなる冷却回路を有す
るガスタービン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US29244599A | 1999-04-15 | 1999-04-15 | |
| US09/292445 | 1999-04-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000310127A true JP2000310127A (ja) | 2000-11-07 |
| JP4778603B2 JP4778603B2 (ja) | 2011-09-21 |
Family
ID=23124703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000112824A Expired - Lifetime JP4778603B2 (ja) | 1999-04-15 | 2000-04-14 | ガスタービンの第３段バケット用の冷媒供給系 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6397604B2 (ja) |
| EP (1) | EP1045114B1 (ja) |
| JP (1) | JP4778603B2 (ja) |
| KR (1) | KR20000071653A (ja) |
| DE (1) | DE60043131D1 (ja) |
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