JP2000337102A - 蒸気・空気冷却タービンノズル段用の冷却回路 - Google Patents
蒸気・空気冷却タービンノズル段用の冷却回路Info
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 タービンノズルの冷却と関連した問題を緩和
するタービンノズル冷却システム。 【解決手段】 タービン静翼セグメント１０は、内壁１
６、外壁１４および両者間に延在する静翼１２を備え
る。冷却空気を、前縁空洞内の開口６４付きインサート
スリーブ６２に供給し、前縁をインピンジメント冷却す
る。前縁にあけた穴６６を通して前縁のまわりの薄膜冷
却を行う。冷却空気を後縁空洞３６に供給し、静翼の側
壁の孔６８に通過させ、後縁の薄膜冷却を行う。蒸気は
１対の中間空洞３２，３４に流れ、その側壁をインピン
ジメント冷却する。衝突後の蒸気は内壁に流れ、内壁の
インピンジメント冷却を行い、ついで他の中間空洞２
４，２６，２８，３０内のインサート９０，９２，９
４，９６を通って戻り、静翼の側壁をインピンジメント
冷却する。
するタービンノズル冷却システム。 【解決手段】 タービン静翼セグメント１０は、内壁１
６、外壁１４および両者間に延在する静翼１２を備え
る。冷却空気を、前縁空洞内の開口６４付きインサート
スリーブ６２に供給し、前縁をインピンジメント冷却す
る。前縁にあけた穴６６を通して前縁のまわりの薄膜冷
却を行う。冷却空気を後縁空洞３６に供給し、静翼の側
壁の孔６８に通過させ、後縁の薄膜冷却を行う。蒸気は
１対の中間空洞３２，３４に流れ、その側壁をインピン
ジメント冷却する。衝突後の蒸気は内壁に流れ、内壁の
インピンジメント冷却を行い、ついで他の中間空洞２
４，２６，２８，３０内のインサート９０，９２，９
４，９６を通って戻り、静翼の側壁をインピンジメント
冷却する。
Description
【０００１】
【技術分野】この発明は、たとえば発電用の据置型また
は工業用ガスタービンに関し、特にガスタービンのノズ
ル段用の冷却回路に関する。
は工業用ガスタービンに関し、特にガスタービンのノズ
ル段用の冷却回路に関する。
【０００２】
【発明の背景】通常、タービン動翼およびノズルを冷却
するために、タービンの圧縮機から吐出し空気を抽出す
る。また、冷却用蒸気を冷却すべき表面と熱交換関係で
流すことにより、ガスタービンの高熱ガス流路部品を冷
却できることも認識されている。ガスタービンのノズル
の蒸気・空気併合冷却が、たとえば本出願人に譲渡され
た米国特許第５，６３４，７６６号に提案されている。
この特許では、蒸気を、開口の設けられたインピンジメ
ント板が収容された外壁のプレナムに供給し、こうして
蒸気をインピンジメント板の開口を通過して外壁の内部
壁面に当てて、外壁内部壁面を冷却する。蒸気はつぎに
静翼内の１対の空洞に流入し、具体的には空洞内の孔の
設けられたインサートに流入し、インサートを包囲する
静翼の内部壁をインピンジメント（衝突）冷却する。使
用済みのインピンジメント冷却蒸気は内壁のプレナムに
流入し、別のインピンジメント板の開口を通過し、内壁
をインピンジメント冷却する。戻り蒸気は開口の設けら
れたインサートスリーブが収容された空洞に流れ、静翼
の隣接壁をインピンジメント冷却する。冷却空気を後縁
空洞に供給し、後縁の開口を通して高熱ガス流中に流
す。
するために、タービンの圧縮機から吐出し空気を抽出す
る。また、冷却用蒸気を冷却すべき表面と熱交換関係で
流すことにより、ガスタービンの高熱ガス流路部品を冷
却できることも認識されている。ガスタービンのノズル
の蒸気・空気併合冷却が、たとえば本出願人に譲渡され
た米国特許第５，６３４，７６６号に提案されている。
この特許では、蒸気を、開口の設けられたインピンジメ
ント板が収容された外壁のプレナムに供給し、こうして
蒸気をインピンジメント板の開口を通過して外壁の内部
壁面に当てて、外壁内部壁面を冷却する。蒸気はつぎに
静翼内の１対の空洞に流入し、具体的には空洞内の孔の
設けられたインサートに流入し、インサートを包囲する
静翼の内部壁をインピンジメント（衝突）冷却する。使
用済みのインピンジメント冷却蒸気は内壁のプレナムに
流入し、別のインピンジメント板の開口を通過し、内壁
をインピンジメント冷却する。戻り蒸気は開口の設けら
れたインサートスリーブが収容された空洞に流れ、静翼
の隣接壁をインピンジメント冷却する。冷却空気を後縁
空洞に供給し、後縁の開口を通して高熱ガス流中に流
す。
【０００３】上記冷却システムは良好であるが、経験
上、静翼の前縁上の断熱皮膜（ＴＢＣ）が侵食を受けや
すいことが分かった。ノズル前縁に沿った外部断熱なし
に、ノズル前縁を裏側から冷却すると、きわめて大きな
熱勾配が生じる。その結果生じる熱応力のため、低サイ
クル疲労寿命が短くなる。また、前縁の侵食区域での熱
勾配が急なので、ノズルには壁厚のばらつき公差を厳密
に保った前縁金属厚さを実現する必要がある。このた
め、製造コストが著しく増大し、スクラップ率も高くな
る。さらに、米国特許第５，６３４，７６６号の冷却シ
ステムの内壁および外壁には、ノズルに供給される蒸気
のマニホールドとして部分的に機能するカバーを設ける
必要がある。カバーはバンドに溶接されるが、ノズルバ
ンドの温度と比べて蒸気温度に保たれるカバーの温度差
のため、溶接部は大きな熱応力を受ける。したがって、
タービンノズルの冷却と関連した上述した問題などを緩
和するタービンノズル冷却システムが必要とされてい
る。
上、静翼の前縁上の断熱皮膜（ＴＢＣ）が侵食を受けや
すいことが分かった。ノズル前縁に沿った外部断熱なし
に、ノズル前縁を裏側から冷却すると、きわめて大きな
熱勾配が生じる。その結果生じる熱応力のため、低サイ
クル疲労寿命が短くなる。また、前縁の侵食区域での熱
勾配が急なので、ノズルには壁厚のばらつき公差を厳密
に保った前縁金属厚さを実現する必要がある。このた
め、製造コストが著しく増大し、スクラップ率も高くな
る。さらに、米国特許第５，６３４，７６６号の冷却シ
ステムの内壁および外壁には、ノズルに供給される蒸気
のマニホールドとして部分的に機能するカバーを設ける
必要がある。カバーはバンドに溶接されるが、ノズルバ
ンドの温度と比べて蒸気温度に保たれるカバーの温度差
のため、溶接部は大きな熱応力を受ける。したがって、
タービンノズルの冷却と関連した上述した問題などを緩
和するタービンノズル冷却システムが必要とされてい
る。
【０００４】
【発明の概要】この発明の好適な実施態様によれば、ノ
ズルの蒸気・空気併用冷却が提供され、空気冷却の一部
を高熱ガス流路での膜冷却により行う。このことを達成
するために、各ノズル静翼は、静翼の前縁と後縁間の静
翼の長さに延在する複数の空洞を備える。圧縮機吐出し
空気をインピンジメント（衝突）板に通し、外壁の外部
壁面に当て、その外壁を冷却する。衝突後の空気は外壁
にあけた冷却孔を通過して静翼のまわりに流れ、外壁の
半径方向内側壁面に冷却空気の層または膜を形成する、
すなわち、高熱ガス流路内の外側バンド壁に沿って膜を
形成する。冷却空気を、静翼の前縁空洞内に長さ方向に
延在するインサートスリーブにも差し向ける。インサー
トスリーブには開口が設けられ、前縁のインピンジメン
ト冷却を行う。衝突後の冷却空気は前縁の孔を通して外
向きに流れ、高熱ガス流路の内の静翼の前縁のまわりに
膜流れを形成する。空気は後縁空洞にも流入し、後縁の
側壁にあけた開口を通過し、後縁の側壁に沿って冷却膜
流れを形成する。空洞内の空気は後縁先端にあけた穴も
通過し、外向きに高熱ガス流路中に直接流入する。
ズルの蒸気・空気併用冷却が提供され、空気冷却の一部
を高熱ガス流路での膜冷却により行う。このことを達成
するために、各ノズル静翼は、静翼の前縁と後縁間の静
翼の長さに延在する複数の空洞を備える。圧縮機吐出し
空気をインピンジメント（衝突）板に通し、外壁の外部
壁面に当て、その外壁を冷却する。衝突後の空気は外壁
にあけた冷却孔を通過して静翼のまわりに流れ、外壁の
半径方向内側壁面に冷却空気の層または膜を形成する、
すなわち、高熱ガス流路内の外側バンド壁に沿って膜を
形成する。冷却空気を、静翼の前縁空洞内に長さ方向に
延在するインサートスリーブにも差し向ける。インサー
トスリーブには開口が設けられ、前縁のインピンジメン
ト冷却を行う。衝突後の冷却空気は前縁の孔を通して外
向きに流れ、高熱ガス流路の内の静翼の前縁のまわりに
膜流れを形成する。空気は後縁空洞にも流入し、後縁の
側壁にあけた開口を通過し、後縁の側壁に沿って冷却膜
流れを形成する。空洞内の空気は後縁先端にあけた穴も
通過し、外向きに高熱ガス流路中に直接流入する。
【０００５】前縁空洞と後縁空洞の中間の空洞には蒸気
を供給し、外壁と内壁間の静翼の側面を冷却する。具体
的には、蒸気入口から蒸気を開口の設けられたインサー
トスリーブに供給し、静翼の側壁をインピンジメント冷
却する。衝突後の蒸気は内側バンドのプレナムに流入
し、その内部のインピンジメント板を通過して流れて内
壁を冷却する。冷却蒸気はつぎに静翼の残りの中間空洞
内のインサートスリーブ内を外向きに流れ、開口を通過
して静翼の側面をインピンジメント冷却する。これら残
りの空洞用の出口から使用済み冷却蒸気を運び出す。こ
の結果、ノズルの薄膜冷却が蒸気冷却と組み合わせて行
われる。
を供給し、外壁と内壁間の静翼の側面を冷却する。具体
的には、蒸気入口から蒸気を開口の設けられたインサー
トスリーブに供給し、静翼の側壁をインピンジメント冷
却する。衝突後の蒸気は内側バンドのプレナムに流入
し、その内部のインピンジメント板を通過して流れて内
壁を冷却する。冷却蒸気はつぎに静翼の残りの中間空洞
内のインサートスリーブ内を外向きに流れ、開口を通過
して静翼の側面をインピンジメント冷却する。これら残
りの空洞用の出口から使用済み冷却蒸気を運び出す。こ
の結果、ノズルの薄膜冷却が蒸気冷却と組み合わせて行
われる。
【０００６】本発明の好適な実施態様においては、内壁
および外壁が互いに離間され、静翼が前記内壁および外
壁間に延在して前縁および後縁を有し、前記静翼が、前
縁および後縁間に配置され静翼の長さ方向に延在して冷
却媒体を流す複数の個別の空洞を含み、インピンジメン
ト板が貫通する開口を有し前記外壁から外方に離間して
外壁とチャンバを画定して冷却空気を前記インピンジメ
ント板開口を通して受けて外壁をインピンジメント冷却
し、前記外壁が複数の孔を有して衝突後の空気をチャン
バから孔を流してタービンの高熱ガス流路に沿った外壁
を膜冷却し、前記前縁および後縁にそれぞれ隣接する空
洞からなる１対の空洞に冷却空気が流れて前縁および後
縁をそれぞれ冷却し、前記前縁および後縁空洞間に配置
された前記複数の空洞のうち少なくとも２個の空洞が内
部にインサートスリーブを有し、前記スリーブが実質的
に前記内壁および外壁間に延在して貫通する開口を有
し、前記内壁がプレナムを画成し、前記２個の空洞がこ
のプレナムを通して相互連通関係にあり、前記外壁が、
蒸気を前記２個の空洞の片方に流入させる入口および使
用済み冷却蒸気を前記２個の空洞の他方から流出させる
出口を有し、前記２個の空洞内の蒸気は前記インサート
スリーブの開口に流通して前記静翼の側壁をインピンジ
メント冷却する、構成のタービン静翼セグメントが提供
される。
および外壁が互いに離間され、静翼が前記内壁および外
壁間に延在して前縁および後縁を有し、前記静翼が、前
縁および後縁間に配置され静翼の長さ方向に延在して冷
却媒体を流す複数の個別の空洞を含み、インピンジメン
ト板が貫通する開口を有し前記外壁から外方に離間して
外壁とチャンバを画定して冷却空気を前記インピンジメ
ント板開口を通して受けて外壁をインピンジメント冷却
し、前記外壁が複数の孔を有して衝突後の空気をチャン
バから孔を流してタービンの高熱ガス流路に沿った外壁
を膜冷却し、前記前縁および後縁にそれぞれ隣接する空
洞からなる１対の空洞に冷却空気が流れて前縁および後
縁をそれぞれ冷却し、前記前縁および後縁空洞間に配置
された前記複数の空洞のうち少なくとも２個の空洞が内
部にインサートスリーブを有し、前記スリーブが実質的
に前記内壁および外壁間に延在して貫通する開口を有
し、前記内壁がプレナムを画成し、前記２個の空洞がこ
のプレナムを通して相互連通関係にあり、前記外壁が、
蒸気を前記２個の空洞の片方に流入させる入口および使
用済み冷却蒸気を前記２個の空洞の他方から流出させる
出口を有し、前記２個の空洞内の蒸気は前記インサート
スリーブの開口に流通して前記静翼の側壁をインピンジ
メント冷却する、構成のタービン静翼セグメントが提供
される。
【０００７】本発明の別の好適な実施態様によれば、内
壁および外壁が互いに離間され、静翼が前記内壁および
外壁間に延在して前縁および後縁を有し、前記静翼が、
前縁および後縁間に配置され静翼の長さ方向に延在して
冷却媒体を流す複数の個別の空洞を含み、前記前縁およ
び後縁にそれぞれ隣接する空洞からなる１対の空洞に冷
却空気が流れて前縁および後縁をそれぞれ冷却し、前記
前縁および後縁空洞間に配置された前記複数の空洞のう
ち少なくとも２個の空洞が内部にインサートスリーブを
有し、前記スリーブが実質的に前記内壁および外壁間に
延在して貫通する開口を有し、前記内壁がプレナムを画
成し、前記２個の空洞がこのプレナムを通して相互連通
関係にあり、前記外壁が、蒸気を前記２個の空洞の片方
に流入させる入口および使用済み冷却蒸気を前記２個の
空洞の他方から流出させる出口を有し、前記２個の空洞
内の蒸気は前記インサートスリーブの開口に流通して前
記静翼の側壁をインピンジメント冷却し、前記前縁空洞
が空気入口を含み、前記前縁に多数の孔が設けられて前
記前縁空洞からの冷却空気を前記孔に流して前記静翼の
前縁の外部表面を膜冷却する、構成のタービン静翼セグ
メンが提供される。
壁および外壁が互いに離間され、静翼が前記内壁および
外壁間に延在して前縁および後縁を有し、前記静翼が、
前縁および後縁間に配置され静翼の長さ方向に延在して
冷却媒体を流す複数の個別の空洞を含み、前記前縁およ
び後縁にそれぞれ隣接する空洞からなる１対の空洞に冷
却空気が流れて前縁および後縁をそれぞれ冷却し、前記
前縁および後縁空洞間に配置された前記複数の空洞のう
ち少なくとも２個の空洞が内部にインサートスリーブを
有し、前記スリーブが実質的に前記内壁および外壁間に
延在して貫通する開口を有し、前記内壁がプレナムを画
成し、前記２個の空洞がこのプレナムを通して相互連通
関係にあり、前記外壁が、蒸気を前記２個の空洞の片方
に流入させる入口および使用済み冷却蒸気を前記２個の
空洞の他方から流出させる出口を有し、前記２個の空洞
内の蒸気は前記インサートスリーブの開口に流通して前
記静翼の側壁をインピンジメント冷却し、前記前縁空洞
が空気入口を含み、前記前縁に多数の孔が設けられて前
記前縁空洞からの冷却空気を前記孔に流して前記静翼の
前縁の外部表面を膜冷却する、構成のタービン静翼セグ
メンが提供される。
【０００８】
【発明の詳細な記述】図１を参照すると、円周方向に間
隔をあけた配列体として配列された、タービン段を形成
する複数のノズルセグメントの一つである、ノズルセグ
メントが断面にて、１０で総称して、示されている。各
セグメント１０は、静翼１２ならびに半径方向に互いに
離間した外壁１４および内壁１６を含む。外壁および内
壁は円周方向に延在する複数のバンドを形成し、静翼１
２とともに、タービン段のノズルを通る環状の高熱ガス
流路を画定する。ノズルセグメント１０の特定配置で
は、外壁１４が、静翼および内壁を構造的に支持するタ
ービンのシェルにより支持され、セグメント１０はノズ
ル段のまわりで互いにシールされている。静翼１２は、
外壁１４および内壁１６間の静翼の長さに延在する複数
の空洞を含む。これらの空洞は前縁１８から後縁２０ま
で順次前後に離間されている。前縁から後縁までの空洞
として、前縁空洞２２、４つの順次の中間空洞２４，２
６，２８，３０、１対の中間空洞３２および３４および
後縁空洞３６が含まれる。断面で示す空洞を画定する壁
は静翼１２の加圧側壁と吸引側壁との間に延在する。こ
のうち前縁空洞２２とつぎの隣接する空洞２４との間に
延在する壁３８を図２に示す。後縁空洞３６と一つ前の
空洞３４との間に延在する壁４０を図３に示す。蒸気入
口４２が外壁１４に貫通し、冷却蒸気を１対の中間空洞
３２および３４に供給する。蒸気出口４４が外壁１４に
貫通して設けられ、中間空洞２４，２６，２８および３
０から使用済みの冷却蒸気を受けとる。前縁空洞２２お
よび後縁空洞３６はそれぞれ別々の空気入口４６および
４８を有する。
隔をあけた配列体として配列された、タービン段を形成
する複数のノズルセグメントの一つである、ノズルセグ
メントが断面にて、１０で総称して、示されている。各
セグメント１０は、静翼１２ならびに半径方向に互いに
離間した外壁１４および内壁１６を含む。外壁および内
壁は円周方向に延在する複数のバンドを形成し、静翼１
２とともに、タービン段のノズルを通る環状の高熱ガス
流路を画定する。ノズルセグメント１０の特定配置で
は、外壁１４が、静翼および内壁を構造的に支持するタ
ービンのシェルにより支持され、セグメント１０はノズ
ル段のまわりで互いにシールされている。静翼１２は、
外壁１４および内壁１６間の静翼の長さに延在する複数
の空洞を含む。これらの空洞は前縁１８から後縁２０ま
で順次前後に離間されている。前縁から後縁までの空洞
として、前縁空洞２２、４つの順次の中間空洞２４，２
６，２８，３０、１対の中間空洞３２および３４および
後縁空洞３６が含まれる。断面で示す空洞を画定する壁
は静翼１２の加圧側壁と吸引側壁との間に延在する。こ
のうち前縁空洞２２とつぎの隣接する空洞２４との間に
延在する壁３８を図２に示す。後縁空洞３６と一つ前の
空洞３４との間に延在する壁４０を図３に示す。蒸気入
口４２が外壁１４に貫通し、冷却蒸気を１対の中間空洞
３２および３４に供給する。蒸気出口４４が外壁１４に
貫通して設けられ、中間空洞２４，２６，２８および３
０から使用済みの冷却蒸気を受けとる。前縁空洞２２お
よび後縁空洞３６はそれぞれ別々の空気入口４６および
４８を有する。
【０００９】インピンジメント（衝突）板５０が外壁１
４上にそれから間隔をあけてあって、インピンジメント
板５０と外壁１４の間にチャンバ５２を画定する。イン
ピンジメント板５０には複数の開口５４があけられてい
る。圧縮機吐出し空気をインピンジメント板５０の外側
に沿って供給し、開口５４に流入させて、外壁１４のイ
ンピンジメント冷却を行う。すなわち、空気は開口５４
を通過し、外壁１４の外面に当たるように流れ、外壁を
冷却する。ついで、使用済み冷却空気は静翼１２の周り
の位置で外壁１４に貫通させた複数の孔６０を通過す
る。孔６０は、図４に示すようなパターンにて外壁１４
に貫通して形成される。したがって、使用済みインピン
ジメント冷却空気流は孔６０を通過し、外壁１４の内面
に沿って薄い空気膜を形成し、外壁１４を静翼および外
壁１４に沿って流れる高熱ガスから断熱する。インピン
ジメント板５０に供給される圧縮機吐出し空気を、それ
ぞれ前縁空洞２２および後縁空洞３６用の空気入口４６
および４８にも供給する。好適な実施例では、空洞２２
および３６の内端を内壁１６で閉じる。
４上にそれから間隔をあけてあって、インピンジメント
板５０と外壁１４の間にチャンバ５２を画定する。イン
ピンジメント板５０には複数の開口５４があけられてい
る。圧縮機吐出し空気をインピンジメント板５０の外側
に沿って供給し、開口５４に流入させて、外壁１４のイ
ンピンジメント冷却を行う。すなわち、空気は開口５４
を通過し、外壁１４の外面に当たるように流れ、外壁を
冷却する。ついで、使用済み冷却空気は静翼１２の周り
の位置で外壁１４に貫通させた複数の孔６０を通過す
る。孔６０は、図４に示すようなパターンにて外壁１４
に貫通して形成される。したがって、使用済みインピン
ジメント冷却空気流は孔６０を通過し、外壁１４の内面
に沿って薄い空気膜を形成し、外壁１４を静翼および外
壁１４に沿って流れる高熱ガスから断熱する。インピン
ジメント板５０に供給される圧縮機吐出し空気を、それ
ぞれ前縁空洞２２および後縁空洞３６用の空気入口４６
および４８にも供給する。好適な実施例では、空洞２２
および３６の内端を内壁１６で閉じる。
【００１０】図１および図２に示すように、多数の貫通
開口６４が設けられたインサートスリーブ６２が前縁空
洞２２に設けられ、その内部壁から離間されている。入
口４６に流れる空気はスリーブ６２に流入し、開口６４
を通して横方向外向きに流れ、前縁１８のインピンジメ
ント冷却を行う。衝突後の冷却空気は、次いで前縁１８
の長さに沿って互いに離間され、かつ図２に示すよう
に、横方向にも互いに離間された孔６６を通して外向き
に流れる。その結果、孔６６を通って流れる衝突後の冷
却空気は前縁のまわりに流れる薄い空気膜を形成し、タ
ービンの高熱ガス流路において静翼に沿って流れる高熱
の燃焼ガスから前縁を断熱する。
開口６４が設けられたインサートスリーブ６２が前縁空
洞２２に設けられ、その内部壁から離間されている。入
口４６に流れる空気はスリーブ６２に流入し、開口６４
を通して横方向外向きに流れ、前縁１８のインピンジメ
ント冷却を行う。衝突後の冷却空気は、次いで前縁１８
の長さに沿って互いに離間され、かつ図２に示すよう
に、横方向にも互いに離間された孔６６を通して外向き
に流れる。その結果、孔６６を通って流れる衝突後の冷
却空気は前縁のまわりに流れる薄い空気膜を形成し、タ
ービンの高熱ガス流路において静翼に沿って流れる高熱
の燃焼ガスから前縁を断熱する。
【００１１】後縁空洞３６（図１および図３）には、静
翼の互いに反対側の側壁に横方向に貫通する多数の孔６
８が静翼の長さに沿って設けられている。後縁の冷却の
ために、孔７０も後縁先端７１を直接貫通している。後
縁空洞３６にはタービュレータ（乱流手段）７２が設け
られ、空洞内の空気に乱流を生じさせ、冷却効果を増大
する。タービュレータは、静翼の反対側側壁から横方向
内向きに空洞中に突出するピンの形態とすることができ
る。タービュレータはピン以外の形態、たとえば横方向
に突出するバーまたはリブの形態としてもよい。したが
って、インピンジメント板５０およびチャンバ５２を通
過する冷却空気は空気入口４８を通過し、後縁空洞３６
に入る。後縁空洞３６ではタービュレータ７２により乱
流を生じさせ、空洞の側壁を効率よく冷却する。さら
に、空気は横方向孔６８を通過して、高熱ガス流路内に
ある後縁の側壁の外側に薄い断熱空気膜を形成する。さ
らに、孔７０は空気を空洞３６から直接高熱ガス流路中
に通し、かくして空気が孔７０を通過するにつれて後縁
が冷却される。
翼の互いに反対側の側壁に横方向に貫通する多数の孔６
８が静翼の長さに沿って設けられている。後縁の冷却の
ために、孔７０も後縁先端７１を直接貫通している。後
縁空洞３６にはタービュレータ（乱流手段）７２が設け
られ、空洞内の空気に乱流を生じさせ、冷却効果を増大
する。タービュレータは、静翼の反対側側壁から横方向
内向きに空洞中に突出するピンの形態とすることができ
る。タービュレータはピン以外の形態、たとえば横方向
に突出するバーまたはリブの形態としてもよい。したが
って、インピンジメント板５０およびチャンバ５２を通
過する冷却空気は空気入口４８を通過し、後縁空洞３６
に入る。後縁空洞３６ではタービュレータ７２により乱
流を生じさせ、空洞の側壁を効率よく冷却する。さら
に、空気は横方向孔６８を通過して、高熱ガス流路内に
ある後縁の側壁の外側に薄い断熱空気膜を形成する。さ
らに、孔７０は空気を空洞３６から直接高熱ガス流路中
に通し、かくして空気が孔７０を通過するにつれて後縁
が冷却される。
【００１２】内壁１６はプレナム８０を画定し、このプ
レナム８０はインピンジメント板８２により第１チャン
バ８４および第２チャンバ８６に分割されている。イン
ピンジメント板５０と同様に、インピンジメント板８２
には多数の開口８８が設けられている。インピンジメン
ト板５０と違って、インピンジメント板８２は蒸気を第
１チャンバ８４から第２チャンバ８６に移送し、蒸気を
冷却媒体として使用して内壁１６のインピンジメント冷
却を行う。図１にもどると、空洞２４，２６，２８，３
０，３２および３４のそれぞれにインサートスリーブ９
０，９２，９４，９６，９８および１００が設けられて
いる。各スリーブには図示の通り多数の開口が設けられ
ている。これらのスリーブは空洞内に適切に固定され、
空洞の壁から離間されている。冷却蒸気は蒸気入口４２
に入り、１対の空洞３２および３４内のそれぞれのイン
サートスリーブ９８および１００内を内向きに流れる。
蒸気はインサートスリーブ９８および１００の横方向開
口を通過し、静翼の側壁に衝突してその側壁を冷却す
る。衝突後の冷却蒸気は内壁のプレナム８０中に流れ直
接チャンバ８４中に流入する。蒸気はつぎにインピンジ
メント板の開口８８を通過し、静翼を取り囲む内壁１６
の壁部分を冷却する。衝突後の冷却蒸気はつぎに、空洞
２４，２６，２８および３０のスリーブ９０，９２，９
４および９６内を外向きに流れ、またこれらのスリーブ
の開口を通過して、内壁および外壁間の静翼１０の側壁
をインピンジメント冷却する。使用済み冷却蒸気はスリ
ーブの外端から蒸気出口４４を通して流出し、蒸気供給
部に向かうか、複合サイクルシステムでタービンを駆動
するのに用いられる。
レナム８０はインピンジメント板８２により第１チャン
バ８４および第２チャンバ８６に分割されている。イン
ピンジメント板５０と同様に、インピンジメント板８２
には多数の開口８８が設けられている。インピンジメン
ト板５０と違って、インピンジメント板８２は蒸気を第
１チャンバ８４から第２チャンバ８６に移送し、蒸気を
冷却媒体として使用して内壁１６のインピンジメント冷
却を行う。図１にもどると、空洞２４，２６，２８，３
０，３２および３４のそれぞれにインサートスリーブ９
０，９２，９４，９６，９８および１００が設けられて
いる。各スリーブには図示の通り多数の開口が設けられ
ている。これらのスリーブは空洞内に適切に固定され、
空洞の壁から離間されている。冷却蒸気は蒸気入口４２
に入り、１対の空洞３２および３４内のそれぞれのイン
サートスリーブ９８および１００内を内向きに流れる。
蒸気はインサートスリーブ９８および１００の横方向開
口を通過し、静翼の側壁に衝突してその側壁を冷却す
る。衝突後の冷却蒸気は内壁のプレナム８０中に流れ直
接チャンバ８４中に流入する。蒸気はつぎにインピンジ
メント板の開口８８を通過し、静翼を取り囲む内壁１６
の壁部分を冷却する。衝突後の冷却蒸気はつぎに、空洞
２４，２６，２８および３０のスリーブ９０，９２，９
４および９６内を外向きに流れ、またこれらのスリーブ
の開口を通過して、内壁および外壁間の静翼１０の側壁
をインピンジメント冷却する。使用済み冷却蒸気はスリ
ーブの外端から蒸気出口４４を通して流出し、蒸気供給
部に向かうか、複合サイクルシステムでタービンを駆動
するのに用いられる。
【００１３】ここで図５を参照すると、本発明の別の形
態が示されている。図１〜図４の実施例と同じ部材は同
じ符号で、添字ａを付けて示す。この実施例において、
ノズルの外側部分は図１のノズルと同様である。しか
し、この実施例では、内壁１６ａを蒸気冷却ではなく、
空気冷却し、内壁に沿って膜冷却を行う。本発明のこの
実施態様では、蒸気冷却回路は、１対の空洞３２ａおよ
び３４ａと蒸気戻り空洞２４ａ，２６ａ，２８ａおよび
３０ａとの間の直結通路を含む。具体的には、直結通路
は、空洞３２ａおよび３４ａからの出口および空洞２４
ａ，２６ａ，２８ａおよび３０ａへの入口と連通したチ
ャンバ１１２を画定する底壁１１０を含む。このように
すれば、冷却蒸気は内壁プレナム８０ａ、特にそのチャ
ンバ１１２中に流入し、内壁を冷却することなく、静翼
を通って直接戻る。
態が示されている。図１〜図４の実施例と同じ部材は同
じ符号で、添字ａを付けて示す。この実施例において、
ノズルの外側部分は図１のノズルと同様である。しか
し、この実施例では、内壁１６ａを蒸気冷却ではなく、
空気冷却し、内壁に沿って膜冷却を行う。本発明のこの
実施態様では、蒸気冷却回路は、１対の空洞３２ａおよ
び３４ａと蒸気戻り空洞２４ａ，２６ａ，２８ａおよび
３０ａとの間の直結通路を含む。具体的には、直結通路
は、空洞３２ａおよび３４ａからの出口および空洞２４
ａ，２６ａ，２８ａおよび３０ａへの入口と連通したチ
ャンバ１１２を画定する底壁１１０を含む。このように
すれば、冷却蒸気は内壁プレナム８０ａ、特にそのチャ
ンバ１１２中に流入し、内壁を冷却することなく、静翼
を通って直接戻る。
【００１４】内壁を冷却するために、前縁空洞２２ａに
供給された冷却空気が内壁１６ａのプレナム８０ａ内の
第１チャンバ１１４に流入し、インピンジメント板１１
６の開口を通過する。インピンジメント板１１６はプレ
ナム８０ａを内側チャンバ１１４と外側チャンバ１１８
とに分割している。こうして空気が内壁１６ａをインピ
ンジメント冷却する作用をなす。衝突後の冷却空気は内
壁に形成された孔１２０（図６）を通過し、高熱ガス流
路にさらされた内壁表面に沿って膜冷却用の薄い空気膜
を形成する。
供給された冷却空気が内壁１６ａのプレナム８０ａ内の
第１チャンバ１１４に流入し、インピンジメント板１１
６の開口を通過する。インピンジメント板１１６はプレ
ナム８０ａを内側チャンバ１１４と外側チャンバ１１８
とに分割している。こうして空気が内壁１６ａをインピ
ンジメント冷却する作用をなす。衝突後の冷却空気は内
壁に形成された孔１２０（図６）を通過し、高熱ガス流
路にさらされた内壁表面に沿って膜冷却用の薄い空気膜
を形成する。
【００１５】以上、本発明を現在のところもっとも実用
的かつ好適な実施例と考えられるものについて説明した
が、本発明は例示の実施例に限定されない。本発明は、
その要旨の範囲内に含まれる種々の変更例や等価な配置
を包含するものである。
的かつ好適な実施例と考えられるものについて説明した
が、本発明は例示の実施例に限定されない。本発明は、
その要旨の範囲内に含まれる種々の変更例や等価な配置
を包含するものである。
【図１】ノズル静翼の部分的断面図で、本発明の好適な
実施例によるガスタービン用の冷却回路を示す。
実施例によるガスタービン用の冷却回路を示す。
【図２】静翼の前縁空洞および隣接する空洞を示す部分
的拡大断面図である。
的拡大断面図である。
【図３】静翼の後縁空洞および隣接する空洞を示す拡大
断面図である。
断面図である。
【図４】外壁の斜視図で、外壁の空気膜冷却を行うため
に外壁に設けた孔を示す。
に外壁に設けた孔を示す。
【図５】本発明の別の実施例を示す、図１と同様の断面
図である。
図である。
【図６】図５の実施例の内壁の斜視図で、内壁の空気膜
冷却を行うために内壁に設けた孔を示す。
冷却を行うために内壁に設けた孔を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユーフェン・フィリップ・ユー アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 グリーンビル、アパートメント・イー− 49、イースト・ノース・ストリート、3900 番
Claims (18)
- 【請求項１】 内壁（１６）および外壁（１４）が互い
に離間され、 静翼（１２）が前記内壁および外壁間に延在し、そして
前縁（１８）および後縁（２０）を有し、前記静翼が、
前縁および後縁間に配置されそして静翼の長さ方向に延
在して冷却媒体を流す複数の個別の空洞（２２，２４，
２６，２８，３０，３２，３４，３６）を含み、 インピンジメント板（５０）が貫通する開口（５４）を
有し、そして前記外壁から外方に離間して外壁とチャン
バ（５２）を画定し、冷却空気を前記インピンジメント
板開口を通して受容して外壁をインピンジメント冷却
し、 前記外壁が複数の孔（６０）を有し、衝突後の空気を前
記チャンバから孔を通して流してタービンの高熱ガス流
路に沿った外壁を膜冷却し、 前記前縁および後縁にそれぞれ隣接する空洞からなる１
対の空洞（２２，３６）が冷却空気を流して前縁および
後縁をそれぞれ冷却し、 前記前縁および後縁空洞間に配置された前記複数の空洞
のうち少なくとも２個の空洞（３２，２４）が内部にイ
ンサートスリーブ（９８，９０）を有し、前記スリーブ
が実質的に前記内壁および外壁間に延在して貫通する開
口を有し、前記内壁がプレナム（８０）を画成し、前記
２個の空洞（３２，２４）がこのプレナムを通して相互
連通関係にあり、 前記外壁が、蒸気を前記２個の空洞の片方（３２）に流
入させる入口（４２）および使用済み冷却蒸気を前記２
個の空洞の他方（２４）から流出させる出口（４４）を
有し、前記２個の空洞内の蒸気が前記インサートスリー
ブの開口に流通して前記静翼の側壁をインピンジメント
冷却する、構成のタービン静翼セグメント（１０）。 - 【請求項２】 前記前縁空洞が空気入口（４６）を含
み、前記前縁に多数の孔（６６）が設けられ、前記前縁
空洞からの冷却空気を前記孔に流して前記静翼の前縁の
外部表面を膜冷却する、請求項１に記載のセグメント。 - 【請求項３】 前記孔が前記静翼の長さに対して傾斜し
ている、請求項２に記載のセグメント。 - 【請求項４】 インサートスリーブが前記前縁空洞内
に、前縁の内部壁表面から離間してかつ前記空気入口と
連通して設けられ、前記インサートスリーブに多数の開
口が貫通して設けられ、かくして前記前縁空洞入口から
受け取った空気を前記スリーブ開口を通過して前記スリ
ーブおよび内部壁表面間の空間に流して、前記前縁の内
部壁表面をインピンジメント冷却し、その後冷却空気を
前記前縁の孔を通過して流して静翼の前縁の外部表面を
膜冷却する、請求項２に記載のセグメント。 - 【請求項５】 前記後縁空洞への空気入口（４８）が設
けられて、冷却空気を前記後縁空洞内に流し、前記後縁
に多数の孔（６８）が後縁の長さに沿って互いに離間し
てかつ前記後縁空洞内の空気と連通関係で設けられて、
前記静翼の後縁の外部表面を膜冷却する、請求項１に記
載のセグメント。 - 【請求項６】 前記後縁が前記静翼の長さに沿って先端
（７１）を有し、多数の孔（７０）が前記先端に沿って
互いに離間してかつ前記後縁空洞内の空気と連通関係で
設けられ、前記後縁先端を冷却するとともに、空気をタ
ービンの高熱ガス流路内に直接流す請求項１に記載のセ
グメント。 - 【請求項７】 前記内壁内のプレナムが、プレナム内に
配置された多数の開口（８２）が貫通したインピンジメ
ント板の両側に第１チャンバ（８４）および第２チャン
バ（８６）を含み、前記片方の空洞が前記第１チャンバ
と連通していて、蒸気を前記インピンジメント板の開口
を通して前記第２チャンバ中に流して、前記内壁をイン
ピンジメント冷却し、前記他方の空洞が前記第２チャン
バと連通しており、使用済みのインピンジメント冷却蒸
気を前記他方の空洞を通して前記出口に戻す、請求項１
に記載のセグメント。 - 【請求項８】 前記プレナム（８０ａ）が、前記前縁空
洞から空気を受け取るチャンバ（１１４）を含み、前記
プレナム内に開口が貫通したインピンジメント板（１１
６）が配置されて、前記チャンバに供給された冷却空気
を前記インピンジメント板の開口を通過して流して前記
内壁をインピンジメント冷却する、請求項１に記載のセ
グメント。 - 【請求項９】 前記内壁に多数の孔（１２０）が貫通し
て設けられて、衝突後の冷却空気を前記プレナムから前
記孔を通過して流して前記高熱ガス流路に沿って前記内
壁を膜冷却する、請求項８に記載のセグメント。 - 【請求項１０】 前記前縁空洞が空気入口（４６）を含
み、前記前縁に多数の孔（６６）が設けられて、前記前
縁空洞からの冷却空気を前記孔に流して前記静翼の前縁
の外部表面を膜冷却し、前記後縁空洞への空気入口（４
８）が設けらて、冷却空気を前記後縁空洞に流し、前記
後縁に多数の孔（６８）が後縁の長さに沿って互いに離
間してかつ前記後縁空洞内の空気と連通関係で設けられ
て、前記静翼の後縁の外部表面を膜冷却し、さらに前記
後縁空洞にタービュレータ（７２）が設けられて後縁空
洞内に乱流を生成する、請求項１に記載のセグメント。 - 【請求項１１】 内壁（１６）および外壁（１４）が互
いに離間され、静翼（１２）が前記内壁および外壁間に
延在し、そして前縁（１８）および後縁（２０）を有
し、前記静翼が、前縁および後縁間に配置されそして静
翼の長さ方向に延在して冷却媒体を流す複数の個別の空
洞（２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３
６）を含み、 前記前縁および後縁にそれぞれ隣接する空洞からなる１
対の空洞（２２，３６）が冷却空気を流して前縁および
後縁をそれぞれ冷却し、 前記前縁および後縁空洞間に配置された前記複数の空洞
のうち少なくとも２個の空洞（３２，２４）が内部にイ
ンサートスリーブ（９８，９０）を有し、前記スリーブ
が実質的に前記内壁および外壁間に延在して貫通する開
口を有し、前記内壁がプレナム（８０）を画成し、前記
２個の空洞（３２，２４）がこのプレナムを通して相互
連通関係にあり、 前記外壁が、蒸気を前記２個の空洞の片方（３２）に流
入させる入口（４２）および使用済み冷却蒸気を前記２
個の空洞の他方（２４）から流出させる出口（４４）を
有し、前記２個の空洞内の蒸気が前記インサートスリー
ブの開口に流通して前記静翼の側壁をインピンジメント
冷却し、 前記前縁空洞が空気入口（４６）を含み、前記前縁に多
数の孔（６６）が設けられて、前記前縁空洞から冷却空
気を前記孔に流して前記静翼の前縁の外部表面を膜冷却
する、構成のタービン静翼セグメント。 - 【請求項１２】 前記孔が前記静翼の長さに対して傾斜
している、請求項１１に記載のセグメント。 - 【請求項１３】 インサートスリーブ（６４）が前記前
縁空洞内に、前縁の内部壁表面から離間してかつ前記空
気入口と連通して設けられ、前記インサートスリーブに
多数の開口が貫通して設けられ、かくして前記前縁空洞
入口から受け取った空気を前記スリーブ開口を通過して
前記スリーブおよび内部壁表面間の空間に流して、前記
前縁の内部壁表面をインピンジメント冷却し、その後冷
却空気を前記前縁の孔を通過して流して静翼の前縁の外
部表面を膜冷却する、請求項１１に記載のセグメント。 - 【請求項１４】 前記後縁空洞への空気入口（４８）が
設けられて、冷却空気を前記後縁空洞内に流し、前記後
縁に多数の孔（６８）が後縁の長さに沿って互いに離間
してかつ前記後縁空洞内の空気と連通関係で設けられ
て、前記静翼の後縁の外部表面を膜冷却する、請求項１
１に記載のセグメント。 - 【請求項１５】 前記後縁が前記静翼の長さに沿って先
端を有し、多数の孔が前記先端に沿って互いに離間して
かつ前記後縁空洞内の空気と連通関係で設けられ、前記
後縁先端を冷却するとともに、空気をタービンの高熱ガ
ス流路内に直接流す請求項１４に記載のセグメント。 - 【請求項１６】 前記内壁（１６）内のプレナムが、プ
レナム内に配置された多数の開口（８２）が貫通したイ
ンピンジメント板の両側に第１チャンバ（８４）および
第２チャンバ（８６）を含み、前記片方の空洞が前記第
１チャンバと連通していて、蒸気を前記インピンジメン
ト板の開口を通して前記第２チャンバ中に流して、前記
内壁をインピンジメント冷却し、前記他方の空洞が前記
第２チャンバと連通しており、使用済みのインピンジメ
ント冷却蒸気を前記他方の空洞を通して前記出口に戻
す、請求項１０に記載のセグメント。 - 【請求項１７】 前記プレナム（８０ａ）が、前記前縁
空洞から空気を受け取るチャンバ（１１４）を含み、前
記プレナム内に開口が貫通したインピンジメント板（１
１６）が配置されて、前記チャンバに供給された冷却空
気を前記インピンジメント板の開口を通過して流して前
記内壁をインピンジメント冷却する、請求項１１に記載
のセグメント。 - 【請求項１８】 前記内壁に多数の孔（１２０）が貫通
して設けられて、衝突後の冷却空気を前記プレナムから
前記孔を通過して流して前記高熱ガス流路に沿って前記
内壁を膜冷却する、請求項１７に記載のセグメント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/307,719 US6406254B1 (en) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | Cooling circuit for steam and air-cooled turbine nozzle stage |
| US09/307719 | 1999-05-10 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337102A true JP2000337102A (ja) | 2000-12-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000134111A Expired - Fee Related JP4393667B2 (ja) | 1999-05-10 | 2000-05-08 | 蒸気・空気冷却タービンノズル段用の冷却回路 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6406254B1 (ja) |
| EP (1) | EP1052374B1 (ja) |
| JP (1) | JP4393667B2 (ja) |
| KR (1) | KR20010007041A (ja) |
| DE (1) | DE60030030T2 (ja) |
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| CN111691926B (zh) * | 2020-06-24 | 2021-09-14 | 中船重工龙江广瀚燃气轮机有限公司 | 一种带空气流道的动力涡轮导叶组 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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