JP2001527178A - タービンロータのための冷却装置 - Google Patents
タービンロータのための冷却装置Info
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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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
-
- 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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
- F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
ガスタービンエンジンに使用するブレードロータのための冷却装置であって、ブレードのそれぞれは、冷却空気通路を備え、冷却流体のための通路を形成するように、湾曲したフィンを備えるカバーが、ロータに隣接して取り付けてあるが、ロータに結合しており、ロータディスクから少し間隔をとってある。冷却装置は、冷却通路に形成したテーパ付きの円錐形の入口を備え。この入口は、通路の外側端部の近くにおいてディフューザを形成するように、分岐している。カバーは、広がった内側部と、自由リング直径を超えた薄い外側壁部と、を備える。つち形部が、カバーの外周部に形成してあり、これによって、つち形部は、遠心力に応答して、移動してディスクに近づき、従って、通路をシールすることができる。
Description
【０００１】
【０００２】
本発明は、ガスタービンのための改良を施したロータアッセンブリを目的とす
る。本発明は、さらに詳しくは、ガスタービンに使用するロータアッセンブリの
ための改良を施した冷却装置を目的とする。
る。本発明は、さらに詳しくは、ガスタービンに使用するロータアッセンブリの
ための改良を施した冷却装置を目的とする。
【０００３】
ガスタービンエンジンに使用するロータアッセンブリのための冷却装置は、知
られている。しかしながら、常に、ガスタービンが高温で、より効率よく動作す
るように冷却装置を改良する余地がある。既知の冷却装置は、ロータアッセンブ
リのロータにロータカバーを備える。このカバーは、ディスク状の冷却通路を形
成するために、ロータの上流側から少し間隔をとってある。このディスク状の冷
却通路が、冷却空気を、ロータとカバーの回転軸の近くのリング状エリアから、
ロータカバーの周縁部に導く。このロータカバーの周縁部から、冷却空気は、ロ
ータ上に取り付けてあるブレードのルートへと導かれる。そのような冷却装置の
例は、ハウによる１９８７年６月２３日に発行された米国特許第４，６７４，９
５５号、ホヴァンによる１９８９年４月１１日に発行された米国特許第４，８２
０，１１６号に、実施例として示されている。しかしながら、冷却通路は、冷却
空気を最大圧力でブレードに伝えるようには、うまく形成されていない。
られている。しかしながら、常に、ガスタービンが高温で、より効率よく動作す
るように冷却装置を改良する余地がある。既知の冷却装置は、ロータアッセンブ
リのロータにロータカバーを備える。このカバーは、ディスク状の冷却通路を形
成するために、ロータの上流側から少し間隔をとってある。このディスク状の冷
却通路が、冷却空気を、ロータとカバーの回転軸の近くのリング状エリアから、
ロータカバーの周縁部に導く。このロータカバーの周縁部から、冷却空気は、ロ
ータ上に取り付けてあるブレードのルートへと導かれる。そのような冷却装置の
例は、ハウによる１９８７年６月２３日に発行された米国特許第４，６７４，９
５５号、ホヴァンによる１９８９年４月１１日に発行された米国特許第４，８２
０，１１６号に、実施例として示されている。しかしながら、冷却通路は、冷却
空気を最大圧力でブレードに伝えるようには、うまく形成されていない。
【０００４】
本発明の目的は、ガスタービンに使用するロータのための冷却装置を提供する
ことである。
ことである。
【０００５】 本発明のさらなる目的は、最適化したディスクとカバープレートの組み合わせ
を提供することである。この組み合わせにおいて、タービンがより高温で、より
効率よく動作できるように、カバープレートの形状とし、湾曲したフィンをカバ
ープレートに設けてある。
を提供することである。この組み合わせにおいて、タービンがより高温で、より
効率よく動作できるように、カバープレートの形状とし、湾曲したフィンをカバ
ープレートに設けてある。
【０００６】 この冷却装置は、冷却空気をブレード冷却通路に供給する際に、冷却空気の圧
力を最大限に上げる新しい設計原理を備えている。従って、空気は効率よくブレ
ードに送られる。空気は、より低温のままであり、この空気によってブレード金
属の温度が効率的に下げられる。これにより、エンジンはより高温で動作するこ
とができる。
力を最大限に上げる新しい設計原理を備えている。従って、空気は効率よくブレ
ードに送られる。空気は、より低温のままであり、この空気によってブレード金
属の温度が効率的に下げられる。これにより、エンジンはより高温で動作するこ
とができる。
【０００７】 さらに、改良を施した冷却装置によって、より軽量で、より強度のあるロータ
アッセンブリが得られ、より効率的なタービンとなる。
アッセンブリが得られ、より効率的なタービンとなる。
【０００８】 本発明によれば、ガスタービンに使用するブレードロータのための改良を施し
た冷却装置は、冷却空気入口を形成するために、ロータに隣接させるがロータか
ら間隔をとって、ロータとともに回転するように取り付けたカバーを備える。こ
こでは、ブレードは冷却空気通路を備えている。本発明は、カバーとロータの間
に形成した冷却通路に、テーパ付きの入口を備える。この入口は、通路を通して
ブレードに到達する。本発明は、カバーに半径方向のフィンを備える。このフィ
ンは、入り口の空気の相対速度に適合し、冷却流の圧力が効率よく上がるように
、周囲を湾曲させてある。テーパ付きの入口によって、フィン前縁に付随する損
失を抑えるように、通路を通して冷却空気の速度を上げる。
た冷却装置は、冷却空気入口を形成するために、ロータに隣接させるがロータか
ら間隔をとって、ロータとともに回転するように取り付けたカバーを備える。こ
こでは、ブレードは冷却空気通路を備えている。本発明は、カバーとロータの間
に形成した冷却通路に、テーパ付きの入口を備える。この入口は、通路を通して
ブレードに到達する。本発明は、カバーに半径方向のフィンを備える。このフィ
ンは、入り口の空気の相対速度に適合し、冷却流の圧力が効率よく上がるように
、周囲を湾曲させてある。テーパ付きの入口によって、フィン前縁に付随する損
失を抑えるように、通路を通して冷却空気の速度を上げる。
【０００９】 本発明は、さらに、カバーに半径方向外側部を備える。この半径方向外側部は
、カバーが回転する際、遠心力によって直線状になりやすい形状にする。直線状
になる作用により、カバーの外縁部は、しっかりとロータに当ることができる。
これにより、冷却通路から冷却空気が漏れるのを抑え、ブレードへの冷却空気流
を確実に増やし、ブレードをよりいっそう冷却することができる。
、カバーが回転する際、遠心力によって直線状になりやすい形状にする。直線状
になる作用により、カバーの外縁部は、しっかりとロータに当ることができる。
これにより、冷却通路から冷却空気が漏れるのを抑え、ブレードへの冷却空気流
を確実に増やし、ブレードをよりいっそう冷却することができる。
【００１０】 一実施態様において、本発明は、特にガスタービンのためのロータ装置を目的
とする。このロータ装置は、ロータと一組のタービンブレードとを備える。この
タービンブレードは、タービンブレードのルートによりロータのリムに取り付け
てある。さらにこのロータ装置は、ロータ冷却通路を備える。このロータ冷却通
路は、ロータの穴からブレードのルートに通じる。ロータカバーが、ロータの上
流側にロータに隣接してロータとともに回転するように取り付けてある。このカ
バーは、冷却空気を半径方向外向きにロータ冷却通路に導くためのメイン冷却通
路を画定するように、ロータから間隔をとってある。メイン冷却通路の半径方向
内側部は、半径方向内側部の入口からその幅が先細りになっている。
とする。このロータ装置は、ロータと一組のタービンブレードとを備える。この
タービンブレードは、タービンブレードのルートによりロータのリムに取り付け
てある。さらにこのロータ装置は、ロータ冷却通路を備える。このロータ冷却通
路は、ロータの穴からブレードのルートに通じる。ロータカバーが、ロータの上
流側にロータに隣接してロータとともに回転するように取り付けてある。このカ
バーは、冷却空気を半径方向外向きにロータ冷却通路に導くためのメイン冷却通
路を画定するように、ロータから間隔をとってある。メイン冷却通路の半径方向
内側部は、半径方向内側部の入口からその幅が先細りになっている。
【００１１】 別の実施態様において、本発明は、特にガスタービンのためのロータ装置を目
的とする。このロータ装置は、ロータと一組のタービンブレードとを備える。こ
のタービンブレードは、タービンブレードのルートによりロータのリムに取り付
けてある。さらにこのロータ装置は、ロータ冷却通路を備える。このロータ冷却
通路は、ロータの穴からブレードのルートに通じる。ロータカバーが、ロータの
上流側にロータに隣接してロータとともに回転するように取り付けてある。この
カバーは、冷却空気を半径方向外向きにロータ冷却通路に導くためのメイン冷却
通路を画定するように、ロータから間隔をとってある。カバーの半径方向外側部
は、少し湾曲させてある。カバーの半径方向外側部は、カバーの半径方向外側部
がカバーの残りの部分に結合している位置から上流側にカバーの半径方向外側部
の重心が位置するように、つち形上流部を備える。半径方向外側部の最外側部は
、リップを備える。このリップは、ロータに隣接するように下流側に向きを変え
てある。これによって、カバーがロータとともに回転する際、遠心力によりカバ
ーの外側部が直線状になりやすく、これによって、メイン冷却通路をシールする
ように、リップは、しっかりとロータに当ることができる。
的とする。このロータ装置は、ロータと一組のタービンブレードとを備える。こ
のタービンブレードは、タービンブレードのルートによりロータのリムに取り付
けてある。さらにこのロータ装置は、ロータ冷却通路を備える。このロータ冷却
通路は、ロータの穴からブレードのルートに通じる。ロータカバーが、ロータの
上流側にロータに隣接してロータとともに回転するように取り付けてある。この
カバーは、冷却空気を半径方向外向きにロータ冷却通路に導くためのメイン冷却
通路を画定するように、ロータから間隔をとってある。カバーの半径方向外側部
は、少し湾曲させてある。カバーの半径方向外側部は、カバーの半径方向外側部
がカバーの残りの部分に結合している位置から上流側にカバーの半径方向外側部
の重心が位置するように、つち形上流部を備える。半径方向外側部の最外側部は
、リップを備える。このリップは、ロータに隣接するように下流側に向きを変え
てある。これによって、カバーがロータとともに回転する際、遠心力によりカバ
ーの外側部が直線状になりやすく、これによって、メイン冷却通路をシールする
ように、リップは、しっかりとロータに当ることができる。
【００１２】 以上のように本発明の性質を一般的に説明したので、次に本発明の好ましい実
施態様を図によって示している添付図面を参照する。
施態様を図によって示している添付図面を参照する。
【００１３】
【発明を実施するための最良の形態】 図１と図3に示すように、ロータ装置１は、ロータ３を備える。このロータ３ は、半径方向に延びる上流面７と下流面９との間に画定されたメインボディ５を
備える。一組のタービンブレード１１（１つだけ示す）が、ロータ３のリム１３
の周囲から半径方向外向きに延びるように、ロータ３のリム１３の周囲に取り付
けてある。それぞれのブレード１１のルート１５が、よく知られるように、ロー
タ２のリムにあるスロット１７に取り付けてある。ルート１５は、ブレードプラ
ットホーム１６で終わっている。
備える。一組のタービンブレード１１（１つだけ示す）が、ロータ３のリム１３
の周囲から半径方向外向きに延びるように、ロータ３のリム１３の周囲に取り付
けてある。それぞれのブレード１１のルート１５が、よく知られるように、ロー
タ２のリムにあるスロット１７に取り付けてある。ルート１５は、ブレードプラ
ットホーム１６で終わっている。
【００１４】 ロータ３のリム１３に隣接してロータ３の中にあるロータ冷却通路２１が、冷
却空気を、それぞれのタービンブレード１１に導く。それぞれのブレードに対し
て、１つのロータ冷却通路２１がある。この通路２１は、スロット１７の底部に
位置する。ロータ３の中にある通路２１は、ロータ３の回転軸からの半径線に対
して垂直方向に、ロータ３の上流面７と下流面９との間に、延びている。ブレー
ド冷却通路２３が、ブレードを冷却するために、冷却空気をロータ冷却通路２１
からブレードの中に導くように、ブレードルート１５のルートエンド２５からブ
レードの中に半径方向に延びる。フランジ２６が、ロータ３の下流面９付近でロ
ータ冷却通路２１をシールするために、ブレードルート１５から延びる。
却空気を、それぞれのタービンブレード１１に導く。それぞれのブレードに対し
て、１つのロータ冷却通路２１がある。この通路２１は、スロット１７の底部に
位置する。ロータ３の中にある通路２１は、ロータ３の回転軸からの半径線に対
して垂直方向に、ロータ３の上流面７と下流面９との間に、延びている。ブレー
ド冷却通路２３が、ブレードを冷却するために、冷却空気をロータ冷却通路２１
からブレードの中に導くように、ブレードルート１５のルートエンド２５からブ
レードの中に半径方向に延びる。フランジ２６が、ロータ３の下流面９付近でロ
ータ冷却通路２１をシールするために、ブレードルート１５から延びる。
【００１５】 ロータカバー３１が、ロータ３とともに回転するように、ロータ３の上流に取
り付けてある。カバー３１は、ロータ３の上流に延びる円筒部３３に取り付けて
ある。この円筒部３３は、ロータのメインボディ５の半径に比較して小さい半径
を有する。カバー３１は、比較的薄い内側壁部３５を備える。この内側壁部３５
は、ロータの上流面７から上流方向に間隔をとって、円筒部３３から半径方向に
延びている。
り付けてある。カバー３１は、ロータ３の上流に延びる円筒部３３に取り付けて
ある。この円筒部３３は、ロータのメインボディ５の半径に比較して小さい半径
を有する。カバー３１は、比較的薄い内側壁部３５を備える。この内側壁部３５
は、ロータの上流面７から上流方向に間隔をとって、円筒部３３から半径方向に
延びている。
【００１６】 カバー３１は、半径方向に２つの領域Ａ、Ｂに分かれる。下部エリアは、半径
方向の強度が大きくなるように、まわりのハードウェアが許す限り大きな形状と
する。上部エリアは、遠心力による負荷と熱的な負荷ができる限り小さくなるよ
うに薄く作製する。２つのエリアの境界は、直径位置でのカバープレート内の周
応力が同じ直径の薄い自由リングの周応力と同じになる、直径に選択する。従っ
て、この自由リングの自然直径は、ディスク状のカバーの半径方向の膨張が、同
一の直径、温度、回転速度において同等の材料特性を有する自由リングの膨張と
同じになる、直径である。
方向の強度が大きくなるように、まわりのハードウェアが許す限り大きな形状と
する。上部エリアは、遠心力による負荷と熱的な負荷ができる限り小さくなるよ
うに薄く作製する。２つのエリアの境界は、直径位置でのカバープレート内の周
応力が同じ直径の薄い自由リングの周応力と同じになる、直径に選択する。従っ
て、この自由リングの自然直径は、ディスク状のカバーの半径方向の膨張が、同
一の直径、温度、回転速度において同等の材料特性を有する自由リングの膨張と
同じになる、直径である。
【００１７】 カバーのこの第１の部分Ａは、カバーの内側壁部３５と中間壁部３７とを備え
る。穴の応力を小さくするように、遠心応力によるカバー内部の曲げが小さくな
るように、半径方向の強度が大きくなるように、第１の領域Ａの中間壁部３７は
、できる限り厚くなるように形成し、ガスタービンの中のまわりのハードウェア
だけが制約となる。
る。穴の応力を小さくするように、遠心応力によるカバー内部の曲げが小さくな
るように、半径方向の強度が大きくなるように、第１の領域Ａの中間壁部３７は
、できる限り厚くなるように形成し、ガスタービンの中のまわりのハードウェア
だけが制約となる。
【００１８】 カバーの第２の部分Ｂは、外側壁部３９を備える。この外側壁部は、外側壁部
の長さの主要部分に亘り、できる限り薄く形成する。これによって、通路をシー
ルするように、遠心力による負荷と熱的な負荷が小さくなるように、この外側壁
部３９は、遠心力のもとで曲がることができる。外側壁部３９の重量の減少量は
、中間壁部３７の重量の増加量より、かなり大きい。これにより、カバーの全体
重量が減少する。外側壁部の曲げによっても、確実に湾曲したフィン６１（以下
に詳述する）が通路内にしっかりと適合する。これによって、ブレードへの冷却
空気の供給圧力を高めることができる。
の長さの主要部分に亘り、できる限り薄く形成する。これによって、通路をシー
ルするように、遠心力による負荷と熱的な負荷が小さくなるように、この外側壁
部３９は、遠心力のもとで曲がることができる。外側壁部３９の重量の減少量は
、中間壁部３７の重量の増加量より、かなり大きい。これにより、カバーの全体
重量が減少する。外側壁部の曲げによっても、確実に湾曲したフィン６１（以下
に詳述する）が通路内にしっかりと適合する。これによって、ブレードへの冷却
空気の供給圧力を高めることができる。
【００１９】 自由リング直径５８ａ、５８ｂ、５８ｃに対応する自立半径を決定するために
、まず、以下の式を使って、自由リングについて、半径に対する半径方向の膨張
のプロットを得る必要がある。
、まず、以下の式を使って、自由リングについて、半径に対する半径方向の膨張
のプロットを得る必要がある。
【００２０】 δrad ＝ ρｒ3ω2／（Ｅｇ） ＋ ｒαΔＴ ここで、 δrad ＝ 半径方向の膨張 （インチ） ρ ＝ 密度 （ポンド／インチ3） ｒ ＝ 半径 （インチ） ω ＝ 回転速度 （ラジアン／秒） Ｅ ＝ 弾性率 （ポンド／インチ2） ｇ ＝ 重力定数 （インチ／秒2） α ＝ 熱膨張係数 （°F-1） Ｔ ＝ 温度 （°F） である。
【００２１】 それぞれの半径において温度に対応する半径方向の熱による膨張を、自由リン
グ膨張等式に加える必要がある。外部から掛けられた負荷の存在または半径方向
の熱勾配による負荷の存在が、自由リング膨張等式に影響しないことも留意され
る。自由リングについての、半径に対する半径方向の膨張のプロットは、解析さ
れるディスクについての、半径に対する半径方向の膨張のプロットと、比較する
必要がある。これらの２つの曲線が交わる半径（すなわち、半径方向の膨張が等
しくなる半径）が、自立半径すなわち自由リング直径５８ａ、５８ｂ、５８ｃで
ある。自立半径は、カバー部分の回転軸に沿って一定ではない。第１と第２の部
分ＡとＢは、全ての局部的な自立半径を合計した曲線によって分かれる。
グ膨張等式に加える必要がある。外部から掛けられた負荷の存在または半径方向
の熱勾配による負荷の存在が、自由リング膨張等式に影響しないことも留意され
る。自由リングについての、半径に対する半径方向の膨張のプロットは、解析さ
れるディスクについての、半径に対する半径方向の膨張のプロットと、比較する
必要がある。これらの２つの曲線が交わる半径（すなわち、半径方向の膨張が等
しくなる半径）が、自立半径すなわち自由リング直径５８ａ、５８ｂ、５８ｃで
ある。自立半径は、カバー部分の回転軸に沿って一定ではない。第１と第２の部
分ＡとＢは、全ての局部的な自立半径を合計した曲線によって分かれる。
【００２２】 先に述べたように、カバー３１は、比較的厚い、中間壁部３７を備える。この
中間壁部３７は、軸方向にロータのメインボディに、内側壁部３５の外側端部か
ら半径方向外向きに、自由リング直径の内側に、延びている。さらに、カバーは
、比較的薄い外側壁部３９を備える。この外側壁部は、中間壁部３７の上部下流
側部から、半径方向に延びている。薄い部分３９は、自由リング直径５８ｃの外
側寄りにある。リップを有するつち形部４０を、外側壁部３９の外縁部に設ける
。つち形部４０は、４３に示すように、上流方向に大きくなっている。リップ４
１は、ロータ３の上流面７の近くに隣接して、ロータ冷却通路２１のちょうど上
方に位置するようにおおよそ軸方向、下流方向に延びている。
中間壁部３７は、軸方向にロータのメインボディに、内側壁部３５の外側端部か
ら半径方向外向きに、自由リング直径の内側に、延びている。さらに、カバーは
、比較的薄い外側壁部３９を備える。この外側壁部は、中間壁部３７の上部下流
側部から、半径方向に延びている。薄い部分３９は、自由リング直径５８ｃの外
側寄りにある。リップを有するつち形部４０を、外側壁部３９の外縁部に設ける
。つち形部４０は、４３に示すように、上流方向に大きくなっている。リップ４
１は、ロータ３の上流面７の近くに隣接して、ロータ冷却通路２１のちょうど上
方に位置するようにおおよそ軸方向、下流方向に延びている。
【００２３】 ロータカバー３１は、円周方向に間隔をとった円形の冷却空気入口穴４５を、
内側壁部３５に備える。入口穴４５は、冷却空気を、リング状の穴つまりチャン
バ４７に導く。このチャンバ４７は、ロータ３の円筒部の一部、内側壁部３５の
下流面、中間壁部３７の内面、ロータ３の上流面７によって画定される。チャン
バ４７は、カバー３１の中間壁部３７、外側壁部３９と、ロータ３の上流面の主
要部とにより画定されたメイン冷却通路５５に通じる。このメイン冷却通路５５
は、内側部５７を備える。この内側部５７は、少し下流方向に、半径方向外向き
に、延びている。この内側部５７は、通路の長さのおおよそ半分である。さらに
、このメイン冷却通路５５は、外側部５９を備える。この外側部５９は、少し上
流方向に湾曲し、さらに逆に下流方向に湾曲し、ロータ冷却通路２１に通じてい
る。
内側壁部３５に備える。入口穴４５は、冷却空気を、リング状の穴つまりチャン
バ４７に導く。このチャンバ４７は、ロータ３の円筒部の一部、内側壁部３５の
下流面、中間壁部３７の内面、ロータ３の上流面７によって画定される。チャン
バ４７は、カバー３１の中間壁部３７、外側壁部３９と、ロータ３の上流面の主
要部とにより画定されたメイン冷却通路５５に通じる。このメイン冷却通路５５
は、内側部５７を備える。この内側部５７は、少し下流方向に、半径方向外向き
に、延びている。この内側部５７は、通路の長さのおおよそ半分である。さらに
、このメイン冷却通路５５は、外側部５９を備える。この外側部５９は、少し上
流方向に湾曲し、さらに逆に下流方向に湾曲し、ロータ冷却通路２１に通じてい
る。
【００２４】 湾曲したフィン６１が、中間壁部３７と外側壁部３９との間の部分に亘るロー
タカバー３１の下流面に、設けてある。この湾曲したフィンは、主に、冷却通路
５５の外側部５９に位置する。湾曲したフィン６１は、円周方向に間隔をとって
ある。より小さいリブ６３が、湾曲したフィン６１の隣接したそれぞれの対の間
に、設けられる。湾曲したフィン６１とリブ６３により、メイン冷却通路５５を
流れる空気に、ポンプ作用が生じる。
タカバー３１の下流面に、設けてある。この湾曲したフィンは、主に、冷却通路
５５の外側部５９に位置する。湾曲したフィン６１は、円周方向に間隔をとって
ある。より小さいリブ６３が、湾曲したフィン６１の隣接したそれぞれの対の間
に、設けられる。湾曲したフィン６１とリブ６３により、メイン冷却通路５５を
流れる空気に、ポンプ作用が生じる。
【００２５】 本発明によれば、冷却通路５５の内側部５７は、リング状チャンバ４７から 外側部５９に、徐々に内側にテーパが付いている。この構成により、冷却空気の
ための通路を通るエリアが減少する。これによって、冷却空気の速度が増加し、
従って、結局、確実にブレード５をよりよく冷却することができる。
ための通路を通るエリアが減少する。これによって、冷却空気の速度が増加し、
従って、結局、確実にブレード５をよりよく冷却することができる。
【００２６】 図４は、円錐状の通路５５に垂直な断面積を、チャンバ４７からの半径方向の
距離に対してプロットしたグラフである。理解されるように、通路は、半径が大
きくなるにつれ、より細くなっているが、それから、湾曲したフィン６１の端部
に向かってディフューザを形成している。
距離に対してプロットしたグラフである。理解されるように、通路は、半径が大
きくなるにつれ、より細くなっているが、それから、湾曲したフィン６１の端部
に向かってディフューザを形成している。
【００２７】 さらに、本発明によれば、カバー３１の外側壁部３９は、自由リング直径５８
ｃから上流方向に湾曲している。従って、外側壁部３９が中間壁部３７に結合し
ている位置から少し下流側に重心が位置する。この構成によって、遠心力により
外側壁部３９が直線上になりやすくなり、外側壁部３９はロータの方に曲がる。
従って、メイン冷却通路５５の上端部をシールするように、リップの自由端部は
、ロータ冷却通路の上において、しっかりとロータに当たることができる。これ
を、より明確に、しかし誇張して、図５に示す。つち形部４０とリップ４１がロ
ータの方に曲がっているのを、点線で示してある。従って、冷却空気の漏れるの
が抑えられ、圧力が維持される。
ｃから上流方向に湾曲している。従って、外側壁部３９が中間壁部３７に結合し
ている位置から少し下流側に重心が位置する。この構成によって、遠心力により
外側壁部３９が直線上になりやすくなり、外側壁部３９はロータの方に曲がる。
従って、メイン冷却通路５５の上端部をシールするように、リップの自由端部は
、ロータ冷却通路の上において、しっかりとロータに当たることができる。これ
を、より明確に、しかし誇張して、図５に示す。つち形部４０とリップ４１がロ
ータの方に曲がっているのを、点線で示してある。従って、冷却空気の漏れるの
が抑えられ、圧力が維持される。
【００２８】 運転中は、冷却空気は、ロータ３の方に入口穴４５を通り、リング状チャンバ
つまり穴４７の中に導かれ、それから、メイン冷却通路５５の内側部５７の中に
導かれる。ここで、冷却空気は圧縮され、圧力が上がる。冷却空気は、メイン冷
却通路５５を通り、ロータ冷却通路２１に流れる。湾曲したフィン６１とリブ６
３が、空気が通路を移動するのに役立つ。ロータと取り付けてあるカバーが回転
する際、遠心力により、カバー３１の外側壁部３９が直線状になる。これにより
、メイン冷却通路５５の上端部をシールするように、冷却空気の漏れを抑えるよ
うに、ロータ冷却通路２１の上において、つち形部４０のリップ４１がロータと
接触するようになる。冷却空気の圧力は、維持され、より効率よく冷却するよう
に、冷却空気は、ロータ冷却通路２１の中を、さらにブレード１１の冷却通路２
３の中を通過する。
つまり穴４７の中に導かれ、それから、メイン冷却通路５５の内側部５７の中に
導かれる。ここで、冷却空気は圧縮され、圧力が上がる。冷却空気は、メイン冷
却通路５５を通り、ロータ冷却通路２１に流れる。湾曲したフィン６１とリブ６
３が、空気が通路を移動するのに役立つ。ロータと取り付けてあるカバーが回転
する際、遠心力により、カバー３１の外側壁部３９が直線状になる。これにより
、メイン冷却通路５５の上端部をシールするように、冷却空気の漏れを抑えるよ
うに、ロータ冷却通路２１の上において、つち形部４０のリップ４１がロータと
接触するようになる。冷却空気の圧力は、維持され、より効率よく冷却するよう
に、冷却空気は、ロータ冷却通路２１の中を、さらにブレード１１の冷却通路２
３の中を通過する。
【００２９】 カバーの構成により、応力を抑え、重量を減少させて、高いポンプ効果が得ら
れる。これは、カバー３１を半径方向に第１の部分と第２の部分とに分けること
により達成される。ここで、第１の部分は、カバーの自由リング自然直径の内側
に位置し、第２の部分は、カバーの自由リング自然直径の外側に位置する。
れる。これは、カバー３１を半径方向に第１の部分と第２の部分とに分けること
により達成される。ここで、第１の部分は、カバーの自由リング自然直径の内側
に位置し、第２の部分は、カバーの自由リング自然直径の外側に位置する。
【図１】 空気冷却流路を示す、カバーを取り付けたガスタービンロータの軸方向の一部
断面図。
断面図。
【図２】 ロータカバーの下流側部の詳細斜視図。
【図３】 ブレード装置の詳細の、一部拡大した半径方向の断面図。
【図４】 通路の断面積を、通路の半径方向の距離に対してプロットした線図。
【図５】 ディスクと関連してカバープレートを示す、図１と同様の断面図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１月３１日（２０００．１．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】 要素の半径方向の膨張が、同一の材料特性、温度、回転速度を備える薄い自由
リングの自然膨張と等しくなる場合の直径を、自由リング直径と呼ぶ。カバー３
１は、この自由リング直径により、半径方向に２つの領域Ａ、Ｂに分かれる。下
部領域Ａは、半径方向の強度が大きくなるように、まわりのハードウェアが許す
限り大きな形状とする。上部領域Ｂは、遠心力による負荷と熱的な負荷ができる
限り小さくなるように薄く作製する。
リングの自然膨張と等しくなる場合の直径を、自由リング直径と呼ぶ。カバー３
１は、この自由リング直径により、半径方向に２つの領域Ａ、Ｂに分かれる。下
部領域Ａは、半径方向の強度が大きくなるように、まわりのハードウェアが許す
限り大きな形状とする。上部領域Ｂは、遠心力による負荷と熱的な負荷ができる
限り小さくなるように薄く作製する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】 カバーのこの第１の領域Ａは、カバーの内側壁部３５と中間壁部３７とを備え
る。穴の応力を小さくするように、遠心応力によるカバー内部の曲げが小さくな
るように、半径方向の強度が大きくなるように、第１の領域Ａの中間壁部３７は
、できる限り厚くなるように形成し、ガスタービンの中のまわりのハードウェア
だけが制約となる。
る。穴の応力を小さくするように、遠心応力によるカバー内部の曲げが小さくな
るように、半径方向の強度が大きくなるように、第１の領域Ａの中間壁部３７は
、できる限り厚くなるように形成し、ガスタービンの中のまわりのハードウェア
だけが制約となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】 カバーの第２の領域Ｂは、外側壁部３９を備える。この外側壁部は、外側壁部
の長さの主要部分に亘り、できる限り薄く形成する。これによって、通路をシー
ルするように、遠心力による負荷と熱的な負荷が小さくなるように、この外側壁
部３９は、遠心力のもとで曲がることができる。外側壁部３９の重量の減少量は
、中間壁部３７の重量の増加量より、かなり大きい。これにより、カバーの全体
重量が減少する。外側壁部３９の曲げによっても、確実に湾曲したフィン６１（
以下に詳述する）が通路内にしっかりと適合する。これによって、ブレードへの
冷却空気の供給圧力を高めることができる。
の長さの主要部分に亘り、できる限り薄く形成する。これによって、通路をシー
ルするように、遠心力による負荷と熱的な負荷が小さくなるように、この外側壁
部３９は、遠心力のもとで曲がることができる。外側壁部３９の重量の減少量は
、中間壁部３７の重量の増加量より、かなり大きい。これにより、カバーの全体
重量が減少する。外側壁部３９の曲げによっても、確実に湾曲したフィン６１（
以下に詳述する）が通路内にしっかりと適合する。これによって、ブレードへの
冷却空気の供給圧力を高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プリジビーコウスキー，スタニスロウ エ ム． カナダ，ケベック，ロンギュイル，ノイア ン 900 (72)発明者 アジズラー カナダ，ケベック，ロンギュイル，バリ ナンバー 908 デ ラ 70 Ｆターム(参考） 3G002 AA03 AB01 FA04 FB04
Claims (7)
- 【請求項１】 ガスタービンのためのロータ装置であって、前記ロータ装置は
、ロータと一組のタービンブレードとを備え、前記タービンブレードは、前記タ
ービンブレードのルートにより前記ロータの周囲に取り付けてあり、さらに前記
ロータ装置は、ロータ冷却通路を備え、前記ロータ冷却通路は、前記ロータの穴
から前記ブレードのルートに通じ、さらに前記ロータ装置はロータカバーを備え
、前記ロータカバーは、前記ロータに隣接して前記ロータとともに回転するよう
に取り付けてあり、前記カバーは、冷却空気を半径方向外向きに前記ロータ冷却
通路に導くためのメイン冷却通路を画定するように、前記ロータから間隔をとっ
てあり、前記メイン冷却通路の半径方向内側部は、その幅が前記半径方向内側部
の入口から先細りになっていること特徴とするガスタービンのためのロータ装置
。 - 【請求項２】 前記メイン冷却通路の前記半径方向内側部は、前記通路の長さ
の約半分であることを特徴とする請求項１記載のロータ装置。 - 【請求項３】 前記ロータカバーは、自由リング直径の内側に、比較的薄い内
側壁部と比較的厚い中間壁部とを備え、さらに前記ロータカバーは、自由リング
直径の外側寄りに、比較的薄い外側壁部を備え、前記ロータから、また前記外側
壁部が前記中間壁部に結合している位置から、前記外側壁部の重心が離れて位置
するように、前記外側壁部は、前記ロータから、また前記前記外側壁部が前記中
間壁部に結合している位置から、離れて曲がっており、これによって、前記ロー
タと前記カバーが回転する際、遠心力により前記外側壁部が直線状になりやすく
なることを特徴とする請求項１記載のロータ装置。 - 【請求項４】 前記外側壁部の自由端部は、前記ロータの方に延びるリップを
備え、前記リップは、前記ロータ冷却通路から半径方向外向きに位置し、前記リ
ップは、前記ロータとカバーが回転する際、前記メイン冷却通路の外側端部をシ
ールするように、前記ロータに接触することを特徴とする請求項３記載のロータ
装置。 - 【請求項５】 前記ロータ装置は、前記ロータカバーのロータ側に、おおよそ
半径方向に延びるフィンを備え、前記フィンは、前記中間壁部の部分と前記外側
壁部の部分とに亘って延びており、前記外側壁部が回転中に直線上になることに
より、前記フィンによる前記メイン冷却通路を通る前記冷却空気のポンプ作用を
高めることを特徴とする請求項３記載のロータ装置。 - 【請求項６】 ガスタービンのためのロータ装置であって、前記ロータ装置は
、ロータと一組のタービンブレードとを備え、前記タービンブレードは、前記タ
ービンブレードのルートにより前記ロータのリムに取り付けてあり、さらに前記
ロータ装置は、ロータ冷却通路を備え、前記ロータ冷却通路は、前記ロータのリ
ムから前記ブレードのルートに通じ、さらに前記ロータ装置はロータカバーを備
え、前記ロータカバーは、前記ロータに前記ロータの上流側に隣接して前記ロー
タとともに回転するように取り付けてあり、前記カバーは、冷却空気を半径方向
外向きに前記ロータ冷却通路に導くためのメイン冷却通路を画定するように、前
記ロータから間隔をとってあり、前記カバーの半径方向外側部は、前記カバーの
自由リング直径の外側寄りにあり、前記カバーの半径方向外側部は、前記カバー
の半径方向外側部が前記カバーの残りの部分に結合している位置から上流側に前
記カバーの半径方向外側部の重心が位置するように、少し上流側に湾曲させてあ
り、前記半径方向外側部の最外側部は、リップを備え、前記リップは、前記ロー
タに隣接するように下流側に向きを変えてあり、これによって、前記カバーが前
記ロータとともに回転する際、遠心力により前記カバーの前記外側部が直線状に
なりやすく、これによって、前記メイン冷却通路をシールするように、前記リッ
プは、しっかりと前記ロータに当ることができること特徴とするガスタービンの
ためのロータ装置。 - 【請求項７】 前記ロータ装置は、前記ロータカバーの下流側に、半径方向に
延びるフィンを備え、前記外側壁部が回転中に直線上になることにより、前記フ
ィンによる前記メイン冷却通路を通る前記冷却空気のポンプ作用を高めることを
特徴とする請求項６記載のロータ装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/994,013 US5984636A (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Cooling arrangement for turbine rotor |
| US08/994,013 | 1997-12-18 | ||
| PCT/CA1998/001183 WO1999032761A1 (en) | 1997-12-17 | 1998-12-17 | Cooling arrangement for turbine rotor |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| EP (1) | EP1040253B1 (ja) |
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