JP2002327627A - ガスタービン - Google Patents
ガスタービンInfo
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- JP2002327627A JP2002327627A JP2002085581A JP2002085581A JP2002327627A JP 2002327627 A JP2002327627 A JP 2002327627A JP 2002085581 A JP2002085581 A JP 2002085581A JP 2002085581 A JP2002085581 A JP 2002085581A JP 2002327627 A JP2002327627 A JP 2002327627A
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- turbine
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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
- F01D5/12—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
- F01D5/187—Convection cooling
-
- 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
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン翼が確実に冷却されて、特に高い設
計出力用に適するようにする。 【解決手段】 タービン車室と静翼列とを備え、静翼列
の静翼１４に冷却材通路が一体形成され、その冷却材通
路に、冷却材Ｋが流れる冷却回路が接続されているガス
タービンにおいて、冷却材通路が第１部分流矢印３６で
示された第１部分路と第２部分流矢印３８で示された第
２部分路とに、その第１部分路を流れる冷却材Ｋの第１
部分流がその静翼１４を十分冷却するために使用され、
第２部分路を流れる冷却材Ｋの第２部分流がほぼ損失な
しに継送されるように、分割されている
計出力用に適するようにする。 【解決手段】 タービン車室と静翼列とを備え、静翼列
の静翼１４に冷却材通路が一体形成され、その冷却材通
路に、冷却材Ｋが流れる冷却回路が接続されているガス
タービンにおいて、冷却材通路が第１部分流矢印３６で
示された第１部分路と第２部分流矢印３８で示された第
２部分路とに、その第１部分路を流れる冷却材Ｋの第１
部分流がその静翼１４を十分冷却するために使用され、
第２部分路を流れる冷却材Ｋの第２部分流がほぼ損失な
しに継送されるように、分割されている
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン軸に配置
され動翼列の形にまとめられた多数の動翼と、タービン
車室に配置され静翼列の形にまとめられた多数の静翼と
を備えたガスタービンに関する。
され動翼列の形にまとめられた多数の動翼と、タービン
車室に配置され静翼列の形にまとめられた多数の静翼と
を備えたガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンは多くの分野で、発電機あ
るいは作業機械を駆動するために使用されている。その
場合、燃料に含まれるエネルギは、タービン軸を回転駆
動するために利用される。そのために燃料は、空気圧縮
機で圧縮された圧縮空気が供給される燃焼室において燃
焼される。燃焼室において燃料の燃焼によって発生され
た高温高圧の作動媒体は、燃焼室に後置接続されたター
ビン装置を通して導かれ、そこで仕事をしながら膨張す
る。
るいは作業機械を駆動するために使用されている。その
場合、燃料に含まれるエネルギは、タービン軸を回転駆
動するために利用される。そのために燃料は、空気圧縮
機で圧縮された圧縮空気が供給される燃焼室において燃
焼される。燃焼室において燃料の燃焼によって発生され
た高温高圧の作動媒体は、燃焼室に後置接続されたター
ビン装置を通して導かれ、そこで仕事をしながら膨張す
る。
【０００３】タービン軸の回転運動を発生するために、
タービン軸に、通常、翼群あるいは翼列の形にまとめら
れた多数の動翼が配置されている。その動翼は、作動媒
体から衝撃力を伝達されて、タービン軸を駆動する。タ
ービン装置内で作動媒体を案内するために、通常、隣接
する動翼列間に静翼列が配置され、この静翼列はタービ
ン車室に固定されている。
タービン軸に、通常、翼群あるいは翼列の形にまとめら
れた多数の動翼が配置されている。その動翼は、作動媒
体から衝撃力を伝達されて、タービン軸を駆動する。タ
ービン装置内で作動媒体を案内するために、通常、隣接
する動翼列間に静翼列が配置され、この静翼列はタービ
ン車室に固定されている。
【０００４】そのようなガスタービンを設計する際、発
生する出力に加えて、通常、特に高い効率を得ることが
設計目標とされる。効率の向上は熱力学的理由から基本
的には燃焼室の出口温度の増大によって達成させられ
る。作動媒体はその出口温度で燃焼室から出てタービン
装置に流入する。従って、そのようなガスタービンに対
して、作業媒体の温度は約１２００℃〜１３００℃にす
ることが望まれ、また達成されている。
生する出力に加えて、通常、特に高い効率を得ることが
設計目標とされる。効率の向上は熱力学的理由から基本
的には燃焼室の出口温度の増大によって達成させられ
る。作動媒体はその出口温度で燃焼室から出てタービン
装置に流入する。従って、そのようなガスタービンに対
して、作業媒体の温度は約１２００℃〜１３００℃にす
ることが望まれ、また達成されている。
【０００５】しかし作動媒体がそのような高温である場
合、作動媒体に曝される構成要素および部品は大きな熱
負荷を受ける。それにもかかわらず、その構成要素の比
較的長い寿命を高い信頼性で保証するために、通常、そ
の構成要素（特にタービン装置の動翼及び／又は静翼）
を冷却することが考慮されている。従って、タービン翼
は一般に冷却可能に設計され、特に、作動媒体の流れ方
向に見て最初の翼列を、効果的に確実に冷却することを
保証しなければならない。それぞれのタービン翼はその
冷却のために、通常、羽根あるいは翼形部に一体形成さ
れた冷却材通路を有している。冷却材は、その冷却材通
路から、特にタービン翼の熱的に大きく負荷される部位
に的確に導かれる。
合、作動媒体に曝される構成要素および部品は大きな熱
負荷を受ける。それにもかかわらず、その構成要素の比
較的長い寿命を高い信頼性で保証するために、通常、そ
の構成要素（特にタービン装置の動翼及び／又は静翼）
を冷却することが考慮されている。従って、タービン翼
は一般に冷却可能に設計され、特に、作動媒体の流れ方
向に見て最初の翼列を、効果的に確実に冷却することを
保証しなければならない。それぞれのタービン翼はその
冷却のために、通常、羽根あるいは翼形部に一体形成さ
れた冷却材通路を有している。冷却材は、その冷却材通
路から、特にタービン翼の熱的に大きく負荷される部位
に的確に導かれる。
【０００６】その冷却材として一般に冷却空気が使用さ
れる。その冷却空気はそれぞれのタービン翼に、通常、
一体形成形の冷却材通路を開放冷却方式で導かれる。そ
の冷却空気は、タービン翼から流出した後、タービン装
置内を導かれた作動媒体と混合される。しかしそのよう
な開放冷却形ガスタービンの設計出力は低く制限され
る。これは、ガスタービンにおける個々の構成要素の限
られた機械的負荷容量に関係して、一般に、燃料の供給
量の増加によってしか出力増大が達成されないからであ
る。燃料供給量の増加はそれ自体、タービン翼を冷却す
るために必要な冷却材量がかなり増大することを意味
し、これはまた有用な圧縮機質量流量の損失を意味す
る。その損失は限られた大きさでしか容認できない。
れる。その冷却空気はそれぞれのタービン翼に、通常、
一体形成形の冷却材通路を開放冷却方式で導かれる。そ
の冷却空気は、タービン翼から流出した後、タービン装
置内を導かれた作動媒体と混合される。しかしそのよう
な開放冷却形ガスタービンの設計出力は低く制限され
る。これは、ガスタービンにおける個々の構成要素の限
られた機械的負荷容量に関係して、一般に、燃料の供給
量の増加によってしか出力増大が達成されないからであ
る。燃料供給量の増加はそれ自体、タービン翼を冷却す
るために必要な冷却材量がかなり増大することを意味
し、これはまた有用な圧縮機質量流量の損失を意味す
る。その損失は限られた大きさでしか容認できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ター
ビン翼が確実に冷却されて、特に高い設計出力用に適す
るガスタービンを提供することにある。
ビン翼が確実に冷却されて、特に高い設計出力用に適す
るガスタービンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、冒頭に述べ
た形式のガスタービンにおいて、冷却材通路が第１部分
路と第２部分路とに、その第１部分路を流れる冷却材の
第１部分流がその静翼を十分冷却するために利用され、
第２部分路を流れる冷却材の第２部分流がほぼ損失なし
に継送されるように、分割されていることによって解決
される。
た形式のガスタービンにおいて、冷却材通路が第１部分
路と第２部分路とに、その第１部分路を流れる冷却材の
第１部分流がその静翼を十分冷却するために利用され、
第２部分路を流れる冷却材の第２部分流がほぼ損失なし
に継送されるように、分割されていることによって解決
される。
【０００９】本発明は、ガスタービンにおいて、有用な
圧縮機質量流量における損失が特に小さく抑えられるこ
とによって、高い効率で特に大きな設計出力が得られる
という考えから出発している。その損失を特に小さく抑
えるために、ガスタービンは冷却材（特に冷却空気）の
必要量を特に少なく設計しなければならない。これは、
開放冷却方式を放棄して、閉回路冷却方式が利用される
ことによって達成される。この閉回路冷却方式におい
て、冷却材は被冷却タービン翼の貫流後に燃焼過程に導
入される。もっともそのような閉回路冷却方式の場合、
冷却材回路内において圧力損失が生じ、その圧力損失は
おそらく、タービン翼から流出する冷却材がガスタービ
ンの燃焼室に供給されることを阻害してしまうほどにな
る。
圧縮機質量流量における損失が特に小さく抑えられるこ
とによって、高い効率で特に大きな設計出力が得られる
という考えから出発している。その損失を特に小さく抑
えるために、ガスタービンは冷却材（特に冷却空気）の
必要量を特に少なく設計しなければならない。これは、
開放冷却方式を放棄して、閉回路冷却方式が利用される
ことによって達成される。この閉回路冷却方式におい
て、冷却材は被冷却タービン翼の貫流後に燃焼過程に導
入される。もっともそのような閉回路冷却方式の場合、
冷却材回路内において圧力損失が生じ、その圧力損失は
おそらく、タービン翼から流出する冷却材がガスタービ
ンの燃焼室に供給されることを阻害してしまうほどにな
る。
【００１０】一方では、その圧力損失を特に小さく抑
え、従ってタービン翼の原理的に閉じられた閉回路冷却
方式をともかくはじめて可能にするために、静翼の内部
において冷却材の分割が行われ、その冷却材の第１部分
流がその静翼を十分に冷却し、冷却材の第２部分流がほ
ぼ損失なしに静翼を貫通して導かれる。これによって、
一方では静翼自体が十分な冷却材を供給され、他方では
別の被冷却静翼にほぼ圧力損失なしに同様に十分な冷却
材が提供される。冷却材を２つの部分流へ分割すること
は、冷却材の圧力に関して、本来の静翼と次のタービン
段の静翼との並行冷却を意味する。隣接するタービン段
の静翼とこれらの両静翼を連結する案内輪とに冷却材を
連続して流す構想を断念することによって、冷却材にお
ける圧力損失を減少させるように、冷却材通路を案内す
ることが可能となる。追加的に、静翼内において冷却材
通路の分割が行われるので、冷却材の案内は単純化され
る。更に、圧力損失上重要な流れ経路は短くされ、従っ
て冷却材における圧力損失も小さくなり、これによって
冷却材量が減少する。
え、従ってタービン翼の原理的に閉じられた閉回路冷却
方式をともかくはじめて可能にするために、静翼の内部
において冷却材の分割が行われ、その冷却材の第１部分
流がその静翼を十分に冷却し、冷却材の第２部分流がほ
ぼ損失なしに静翼を貫通して導かれる。これによって、
一方では静翼自体が十分な冷却材を供給され、他方では
別の被冷却静翼にほぼ圧力損失なしに同様に十分な冷却
材が提供される。冷却材を２つの部分流へ分割すること
は、冷却材の圧力に関して、本来の静翼と次のタービン
段の静翼との並行冷却を意味する。隣接するタービン段
の静翼とこれらの両静翼を連結する案内輪とに冷却材を
連続して流す構想を断念することによって、冷却材にお
ける圧力損失を減少させるように、冷却材通路を案内す
ることが可能となる。追加的に、静翼内において冷却材
通路の分割が行われるので、冷却材の案内は単純化され
る。更に、圧力損失上重要な流れ経路は短くされ、従っ
て冷却材における圧力損失も小さくなり、これによって
冷却材量が減少する。
【００１１】その場合、好適には、それぞれの静翼の翼
形部に、十分な冷却材量が的確に供給される。つまり正
に、第１静翼列を形成する静翼の翼形部は特に大きな熱
負荷を受けるので、ここでは十分に冷却するために必要
な冷却材量は特に多い。従ってこの部位に冷却材が的確
に供給され、その冷却材流に対する流れ経路はまた特に
短くできる。翼形部に比較的多量の冷却材を供給する場
合でも、圧力損失は小さく抑えられるので、翼形部から
流出する冷却材をガスタービンの燃焼過程に帰還するこ
とができる。
形部に、十分な冷却材量が的確に供給される。つまり正
に、第１静翼列を形成する静翼の翼形部は特に大きな熱
負荷を受けるので、ここでは十分に冷却するために必要
な冷却材量は特に多い。従ってこの部位に冷却材が的確
に供給され、その冷却材流に対する流れ経路はまた特に
短くできる。翼形部に比較的多量の冷却材を供給する場
合でも、圧力損失は小さく抑えられるので、翼形部から
流出する冷却材をガスタービンの燃焼過程に帰還するこ
とができる。
【００１２】本発明の有利な実施態様において、第２部
分路内を導かれる冷却材は、第２静翼列の静翼における
冷却に利用される。そのために、第２部分路は出口側が
有利に、冷却材を充分損失なしに第２静翼列の静翼に案
内する冷却通路系に接続されている。第２部分路を通っ
て流れる冷却材は、第２静翼列の静翼を冷却するために
十分に利用される。第１静翼列および第２静翼列の静翼
に対する「使用済み」冷却材は、続いて、ガスタービン
の燃焼室の別の冷却材通路に導かれる。これによって、
冷却材の第２部分流は第２静翼列の静翼だけしか貫流し
ないので、冷却材における圧力降下はほんの僅かであ
る。
分路内を導かれる冷却材は、第２静翼列の静翼における
冷却に利用される。そのために、第２部分路は出口側が
有利に、冷却材を充分損失なしに第２静翼列の静翼に案
内する冷却通路系に接続されている。第２部分路を通っ
て流れる冷却材は、第２静翼列の静翼を冷却するために
十分に利用される。第１静翼列および第２静翼列の静翼
に対する「使用済み」冷却材は、続いて、ガスタービン
の燃焼室の別の冷却材通路に導かれる。これによって、
冷却材の第２部分流は第２静翼列の静翼だけしか貫流し
ないので、冷却材における圧力降下はほんの僅かであ
る。
【００１３】正に、この第２部分路を通して、第２静翼
列を形成する静翼に、必要な冷却材量を的確に供給する
ことができる。特に、第２静翼列は第１静翼列に比べて
低い温度に曝されるので、この第２静翼列を形成する静
翼を冷却するために利用される冷却材量は比較的少なく
済み、従って、第２部分路における冷却材の流れ経路が
比較的長いにも拘らず、圧力損失は小さく抑えられる。
列を形成する静翼に、必要な冷却材量を的確に供給する
ことができる。特に、第２静翼列は第１静翼列に比べて
低い温度に曝されるので、この第２静翼列を形成する静
翼を冷却するために利用される冷却材量は比較的少なく
済み、従って、第２部分路における冷却材の流れ経路が
比較的長いにも拘らず、圧力損失は小さく抑えられる。
【００１４】本発明の有利な実施態様において、燃焼室
を包囲する流れ室に帰還する前の「使用済み」冷却材の
圧力が、流れ室にかかっている圧力とほぼ同じとなるよ
うに、前置接続された冷却材圧縮機を設計することが提
案される。そのような配置によって、静翼に利用された
冷却材が十分大きな圧力レベルを有し、必要とされる冷
却材の大部分がガスタービンの燃焼過程に帰還されるこ
とが保証される。正に、必要な冷却空気を燃焼過程に帰
還することによって、特に高い出力増大及び／又は有害
物質発生量の大きな減少が達成される。
を包囲する流れ室に帰還する前の「使用済み」冷却材の
圧力が、流れ室にかかっている圧力とほぼ同じとなるよ
うに、前置接続された冷却材圧縮機を設計することが提
案される。そのような配置によって、静翼に利用された
冷却材が十分大きな圧力レベルを有し、必要とされる冷
却材の大部分がガスタービンの燃焼過程に帰還されるこ
とが保証される。正に、必要な冷却空気を燃焼過程に帰
還することによって、特に高い出力増大及び／又は有害
物質発生量の大きな減少が達成される。
【００１５】本発明によって得られる利点は特に、第１
静翼列を形成する静翼内で冷却空気の流れ経路を分岐す
ることによって、被冷却構成要素に、比較的小さな圧力
損失で的確に冷却材を供給することができることにあ
る。これによって限られた範囲で生ずる圧力損失は、特
に冷却材側において前置接続された冷却材圧縮機によっ
て補償される。これによって、それぞれの静翼を閉回路
冷却方式で冷却し、高い効率を維持し、出力を増大し、
有害物の発生量を減少して、冷却材（冷却空気）を燃焼
過程で再利用することができる。その冷却空気流は、第
１静翼列を形成する静翼において必要に合わせて分割さ
れ、その第１部分流が是認できる圧力損失で、その静翼
の翼形部の冷却に利用され、第２部分流がこの静翼をほ
ぼ圧力損失なしに貫流する。その結果、第２部分流は、
全体として是認できる圧力損失で、第２静翼列を形成す
る静翼を冷却するために利用される。冷却材の圧力状態
に関して、前置接続された冷却材圧縮機と、隣接するタ
ービン段の静翼を並行冷却するために冷却材通路を分割
して配置することとの全般的な調和によって、閉回路冷
却方式を利用して、必要な冷却を維持して、必要な冷却
材の量を減少させることができる。
静翼列を形成する静翼内で冷却空気の流れ経路を分岐す
ることによって、被冷却構成要素に、比較的小さな圧力
損失で的確に冷却材を供給することができることにあ
る。これによって限られた範囲で生ずる圧力損失は、特
に冷却材側において前置接続された冷却材圧縮機によっ
て補償される。これによって、それぞれの静翼を閉回路
冷却方式で冷却し、高い効率を維持し、出力を増大し、
有害物の発生量を減少して、冷却材（冷却空気）を燃焼
過程で再利用することができる。その冷却空気流は、第
１静翼列を形成する静翼において必要に合わせて分割さ
れ、その第１部分流が是認できる圧力損失で、その静翼
の翼形部の冷却に利用され、第２部分流がこの静翼をほ
ぼ圧力損失なしに貫流する。その結果、第２部分流は、
全体として是認できる圧力損失で、第２静翼列を形成す
る静翼を冷却するために利用される。冷却材の圧力状態
に関して、前置接続された冷却材圧縮機と、隣接するタ
ービン段の静翼を並行冷却するために冷却材通路を分割
して配置することとの全般的な調和によって、閉回路冷
却方式を利用して、必要な冷却を維持して、必要な冷却
材の量を減少させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下において図を参照して本発明
の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には
同一符号が付されている。
の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には
同一符号が付されている。
【００１７】図１におけるガスタービン１は、燃焼空気
用の圧縮機２と、燃焼室４と、圧縮機２および発電機あ
るいは作業機械（図示せず）を駆動するためのタービン
６とを有している。そのために、タービン６および圧縮
機２はタービンロータとも呼ばれる共通のタービン軸８
上に配置されている。このタービン軸８はその中心軸線
９を中心として回転可能に支持され、発電機ないしは作
業機械に結合されている。
用の圧縮機２と、燃焼室４と、圧縮機２および発電機あ
るいは作業機械（図示せず）を駆動するためのタービン
６とを有している。そのために、タービン６および圧縮
機２はタービンロータとも呼ばれる共通のタービン軸８
上に配置されている。このタービン軸８はその中心軸線
９を中心として回転可能に支持され、発電機ないしは作
業機械に結合されている。
【００１８】燃焼室４に、液体燃料あるいは気体燃料を
燃焼するための多数のバーナ１０が装備されている。更
に燃焼室４はその内側壁に熱遮蔽要素（図示せず）が設
けられている。
燃焼するための多数のバーナ１０が装備されている。更
に燃焼室４はその内側壁に熱遮蔽要素（図示せず）が設
けられている。
【００１９】タービン６はタービン軸８に結合された多
数の動翼１２を有している。これらの動翼１２はタービ
ン軸８に環状に配置され、これによって複数の動翼列を
形成している。またタービン６は多数の静翼１４を有し
ている。これらの静翼１４も同様に環状に配置され、静
翼列を形成し、タービン６の内部車室１６に固定されて
いる。動翼１２はタービン６を貫流する作動媒体Ｍの衝
撃力を受けてタービン軸８を駆動するために使われる。
これに対して静翼１４は、作動媒体Ｍの流れ方向に見て
連続する２つの動翼列間あるいは動翼環間で作動媒体Ｍ
を案内するために使われる。静翼１４の環（静翼環）ま
たは静翼列と、動翼１２の環（動翼環）または動翼列と
から成る隣り合う一つの対はタービン段とも呼ばれる。
数の動翼１２を有している。これらの動翼１２はタービ
ン軸８に環状に配置され、これによって複数の動翼列を
形成している。またタービン６は多数の静翼１４を有し
ている。これらの静翼１４も同様に環状に配置され、静
翼列を形成し、タービン６の内部車室１６に固定されて
いる。動翼１２はタービン６を貫流する作動媒体Ｍの衝
撃力を受けてタービン軸８を駆動するために使われる。
これに対して静翼１４は、作動媒体Ｍの流れ方向に見て
連続する２つの動翼列間あるいは動翼環間で作動媒体Ｍ
を案内するために使われる。静翼１４の環（静翼環）ま
たは静翼列と、動翼１２の環（動翼環）または動翼列と
から成る隣り合う一つの対はタービン段とも呼ばれる。
【００２０】各静翼１４は翼根元部とも呼ばれる翼台座
１８を有している。この翼台座１８は、タービン６の内
部車室１６に静翼１４を固定するために使われ、また壁
要素として配置されている。翼台座１８は、タービン６
を貫流する作動媒体Ｍに対する高温ガス通路の外側境界
部を形成し熱的に大きく負荷される部品である。各動翼
１２も同じように、翼根元部とも呼ばれる翼台座２０を
介してタービン軸８に固定されている。
１８を有している。この翼台座１８は、タービン６の内
部車室１６に静翼１４を固定するために使われ、また壁
要素として配置されている。翼台座１８は、タービン６
を貫流する作動媒体Ｍに対する高温ガス通路の外側境界
部を形成し熱的に大きく負荷される部品である。各動翼
１２も同じように、翼根元部とも呼ばれる翼台座２０を
介してタービン軸８に固定されている。
【００２１】互いに間隔を隔てて隣接する２つの静翼列
の静翼１４における翼台座１８間に、それぞれ案内輪２
１が配置され、タービン６の内部車室１６に固定されて
いる。各案内輪２１の内側面も同様に、タービン６を貫
流する高温作動媒体Ｍに曝される。この案内輪２１の内
側面はそれに対向して位置する動翼１２の外側端２２か
ら半径方向に間隔を隔てられ、両者間に隙間が存在して
いる。隣接する２つの静翼列間に配置された案内輪２１
は、特に、内部車室１６あるいは別の車室組込み物を、
タービン６を貫流する高温作動媒体Ｍによる熱的過負荷
から保護する覆い要素として使われる。
の静翼１４における翼台座１８間に、それぞれ案内輪２
１が配置され、タービン６の内部車室１６に固定されて
いる。各案内輪２１の内側面も同様に、タービン６を貫
流する高温作動媒体Ｍに曝される。この案内輪２１の内
側面はそれに対向して位置する動翼１２の外側端２２か
ら半径方向に間隔を隔てられ、両者間に隙間が存在して
いる。隣接する２つの静翼列間に配置された案内輪２１
は、特に、内部車室１６あるいは別の車室組込み物を、
タービン６を貫流する高温作動媒体Ｍによる熱的過負荷
から保護する覆い要素として使われる。
【００２２】ガスタービン１は、比較的高い効率を得る
ために、燃焼室４から流出する作動媒体Ｍの比較的高い
約１２００℃〜１３００℃の出口温度に対して設計され
ている。これを可能にするために、少なくとも幾つかの
動翼１２および静翼１４は、冷却媒体としての冷却空気
によって冷却可能に設計されている。冷却空気の流れ経
路を明らかにするために、ガスタービン１の燃焼室４の
直ぐ後ろに続く部位が、図２に拡大して示されている。
そこから理解できるように、燃焼室４から流出する作動
媒体Ｍはまずいわゆる第１静翼列を形成する多数の静翼
１４に流入する。それらの静翼１４はそれぞれの翼台座
１８を介して燃焼室４内に吊り下げられている。作動媒
体Ｍの流れ方向に見て、第１静翼列を形成する静翼１４
に、第１動翼列を形成する動翼１２と、第２静翼列を形
成する静翼１４と、第２動翼列を形成する動翼１２とが
続いている。
ために、燃焼室４から流出する作動媒体Ｍの比較的高い
約１２００℃〜１３００℃の出口温度に対して設計され
ている。これを可能にするために、少なくとも幾つかの
動翼１２および静翼１４は、冷却媒体としての冷却空気
によって冷却可能に設計されている。冷却空気の流れ経
路を明らかにするために、ガスタービン１の燃焼室４の
直ぐ後ろに続く部位が、図２に拡大して示されている。
そこから理解できるように、燃焼室４から流出する作動
媒体Ｍはまずいわゆる第１静翼列を形成する多数の静翼
１４に流入する。それらの静翼１４はそれぞれの翼台座
１８を介して燃焼室４内に吊り下げられている。作動媒
体Ｍの流れ方向に見て、第１静翼列を形成する静翼１４
に、第１動翼列を形成する動翼１２と、第２静翼列を形
成する静翼１４と、第２動翼列を形成する動翼１２とが
続いている。
【００２３】特に高い効率のガスタービン１において高
い設計出力を可能にするために、ガスタービン１は、第
１静翼列および第２静翼列をそれぞれ形成する静翼１４
の閉回路冷却方式に対して設計されている。その場合、
上述の静翼１４から流出する「使用済み」冷却空気がガ
スタービン１の燃焼室４に帰還されるように考慮されて
いる。そのような冷却方式で生ずる冷却空気の圧力損失
を十分に小さく抑えて、燃焼室４に冷却空気が帰還でき
るようにするために、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１
静翼列を形成する静翼１４は、それぞれ矢印３０で記号
的に示された一体形成形の冷却材通路を有している。そ
の冷却材通路の入口３２はそれぞれの静翼１４の自由端
３４に配置されている。これによって、静翼１４に一体
形成された冷却材通路に冷却材Ｋを供給した際、冷却材
はそれぞれの静翼１４をその自由端３４から翼根元部つ
まり翼台座１８に向かって貫流する。
い設計出力を可能にするために、ガスタービン１は、第
１静翼列および第２静翼列をそれぞれ形成する静翼１４
の閉回路冷却方式に対して設計されている。その場合、
上述の静翼１４から流出する「使用済み」冷却空気がガ
スタービン１の燃焼室４に帰還されるように考慮されて
いる。そのような冷却方式で生ずる冷却空気の圧力損失
を十分に小さく抑えて、燃焼室４に冷却空気が帰還でき
るようにするために、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１
静翼列を形成する静翼１４は、それぞれ矢印３０で記号
的に示された一体形成形の冷却材通路を有している。そ
の冷却材通路の入口３２はそれぞれの静翼１４の自由端
３４に配置されている。これによって、静翼１４に一体
形成された冷却材通路に冷却材Ｋを供給した際、冷却材
はそれぞれの静翼１４をその自由端３４から翼根元部つ
まり翼台座１８に向かって貫流する。
【００２４】各静翼１４の翼本体の内部において、冷却
材通路は、矢印３０の分割によって示されているよう
に、第１部分流矢印３６で記号的に示された第１部分路
と、第２部分流矢印３８で記号的に示された第２部分路
とに分岐している。それらの部分流は、それらを通して
ガスタービン１の特に重要な個所に冷却材Ｋを、比較的
小さな圧力損失で的確に供給することができるように形
成されている。第１部分流矢印３６で記号的に示された
第１部分路は、各静翼１４の翼形部を冷却するために形
成されている。そのために、静翼１４は例えば冷却材Ｋ
の部分流が導入される空洞を有している。その第１部分
路は出口側が、流れ矢印４０で記号的に示されているよ
うに、燃焼室４を包囲する流れ室４２に連通している通
路系に接続されている。流れ室４２はガスタービン１の
圧縮機２から流出する圧縮機質量流量が供給される。従
って、第１部分路を通して導かれる冷却材Ｋの部分流が
流れ室４２に帰還形式で供給される際、その部分流と圧
縮機質量流量との混合が生ずる。流れ室４２内に存在す
るその混合ガスは、引き続いてガスタービン１の燃焼過
程に供給される。
材通路は、矢印３０の分割によって示されているよう
に、第１部分流矢印３６で記号的に示された第１部分路
と、第２部分流矢印３８で記号的に示された第２部分路
とに分岐している。それらの部分流は、それらを通して
ガスタービン１の特に重要な個所に冷却材Ｋを、比較的
小さな圧力損失で的確に供給することができるように形
成されている。第１部分流矢印３６で記号的に示された
第１部分路は、各静翼１４の翼形部を冷却するために形
成されている。そのために、静翼１４は例えば冷却材Ｋ
の部分流が導入される空洞を有している。その第１部分
路は出口側が、流れ矢印４０で記号的に示されているよ
うに、燃焼室４を包囲する流れ室４２に連通している通
路系に接続されている。流れ室４２はガスタービン１の
圧縮機２から流出する圧縮機質量流量が供給される。従
って、第１部分路を通して導かれる冷却材Ｋの部分流が
流れ室４２に帰還形式で供給される際、その部分流と圧
縮機質量流量との混合が生ずる。流れ室４２内に存在す
るその混合ガスは、引き続いてガスタービン１の燃焼過
程に供給される。
【００２５】各静翼１４の翼本体内部における第２部分
流矢印３８で記号的に示された第２部分路は、出口側
が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て後続の案内輪２１を貫
通して導かれている冷却通路系に接続されている。この
冷却通路系は出口側が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第
２静翼列を形成する静翼１４に一体形成された冷却材通
路に連通している。これによって、第２部分路内を導か
れる冷却材Ｋに対する流れ経路が生ずる。この流れ経路
は、まず第２部分流矢印３８に応じて、本来の静翼内を
延び、そこから、流れ矢印４４で示されているように、
案内輪２１を貫通し、そして、流れ矢印４６によって示
されているように、第２静翼列に属する他の静翼１４内
を蛇行して延びている。その流れ経路の出口から、冷却
材Ｋの部分流が、流れ矢印４８で示されているように、
同様に流れ室４２に帰還される。
流矢印３８で記号的に示された第２部分路は、出口側
が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て後続の案内輪２１を貫
通して導かれている冷却通路系に接続されている。この
冷却通路系は出口側が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第
２静翼列を形成する静翼１４に一体形成された冷却材通
路に連通している。これによって、第２部分路内を導か
れる冷却材Ｋに対する流れ経路が生ずる。この流れ経路
は、まず第２部分流矢印３８に応じて、本来の静翼内を
延び、そこから、流れ矢印４４で示されているように、
案内輪２１を貫通し、そして、流れ矢印４６によって示
されているように、第２静翼列に属する他の静翼１４内
を蛇行して延びている。その流れ経路の出口から、冷却
材Ｋの部分流が、流れ矢印４８で示されているように、
同様に流れ室４２に帰還される。
【００２６】静翼１４用の冷却材Ｋをそのように導くこ
とによって、特に必要に合わされた冷却材Ｋの供給が行
われる。作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１静翼列を形成
する静翼１４は、比較的大きな熱負荷を受ける。従って
特にこの第１静翼列の静翼１４に、比較的多量の冷却材
Ｋが供給される。流れ室４２に帰還するまでの流れ経路
は特に短くされているので、比較的多量の冷却材Ｋを使
用する場合でも、圧力損失は小さく抑えられる。他方で
は、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第２静翼列を形成する
静翼１４にも、冷却材Ｋの供給が行われる。その場合、
比較的長い流れ経路が存在するにもかかわらず、ここで
も圧力損失は小さく抑えられる。これは特に、その冷却
材Ｋの部分流が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１静翼
列に対する冷却に関与されず、従ってその第１静翼列の
静翼１４をほぼ圧力損失なしに貫流するからである。こ
れによって、冷却材Ｋの圧力損失は全体として特に小さ
く抑えられるので、静翼１４が閉回路冷却方式で冷却さ
れることによってはじめて、冷却材Ｋの流れ室４２への
帰還、従ってガスタービン１の燃焼過程への帰還が可能
とされる。
とによって、特に必要に合わされた冷却材Ｋの供給が行
われる。作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１静翼列を形成
する静翼１４は、比較的大きな熱負荷を受ける。従って
特にこの第１静翼列の静翼１４に、比較的多量の冷却材
Ｋが供給される。流れ室４２に帰還するまでの流れ経路
は特に短くされているので、比較的多量の冷却材Ｋを使
用する場合でも、圧力損失は小さく抑えられる。他方で
は、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第２静翼列を形成する
静翼１４にも、冷却材Ｋの供給が行われる。その場合、
比較的長い流れ経路が存在するにもかかわらず、ここで
も圧力損失は小さく抑えられる。これは特に、その冷却
材Ｋの部分流が、作動媒体Ｍの流れ方向に見て第１静翼
列に対する冷却に関与されず、従ってその第１静翼列の
静翼１４をほぼ圧力損失なしに貫流するからである。こ
れによって、冷却材Ｋの圧力損失は全体として特に小さ
く抑えられるので、静翼１４が閉回路冷却方式で冷却さ
れることによってはじめて、冷却材Ｋの流れ室４２への
帰還、従ってガスタービン１の燃焼過程への帰還が可能
とされる。
【００２７】冷却材Ｋのそのような帰還にとって必要な
圧力レベルを特に確実に維持するために、作動媒体Ｍの
流れ方向に見て第１静翼列を形成する静翼１４に、冷却
材側において、冷却材圧縮機５０が前置接続されてい
る。この実施例の場合、その冷却材圧縮機５０は軸流圧
縮機として形成され、タービン軸８に固く結合された多
数の圧縮機要素５２と、タービン車室６に固く結合され
た多数の圧縮機要素５４とを有している。冷却材圧縮機
５０は入口側に冷却材Ｋを供給され、出口側が、タービ
ン軸８および車室側圧縮機要素５６によって画成された
冷却材通路５８を介して、静翼１４の冷却材Ｋの入口３
２に連通している。冷却材圧縮機５０は、冷却材Ｋを供
給するために、入口側が圧縮機２に接続されている。こ
れによって、圧縮機２から流出する圧縮機質量流量の一
部が、静翼１４に対する冷却材Ｋとして分岐される。
圧力レベルを特に確実に維持するために、作動媒体Ｍの
流れ方向に見て第１静翼列を形成する静翼１４に、冷却
材側において、冷却材圧縮機５０が前置接続されてい
る。この実施例の場合、その冷却材圧縮機５０は軸流圧
縮機として形成され、タービン軸８に固く結合された多
数の圧縮機要素５２と、タービン車室６に固く結合され
た多数の圧縮機要素５４とを有している。冷却材圧縮機
５０は入口側に冷却材Ｋを供給され、出口側が、タービ
ン軸８および車室側圧縮機要素５６によって画成された
冷却材通路５８を介して、静翼１４の冷却材Ｋの入口３
２に連通している。冷却材圧縮機５０は、冷却材Ｋを供
給するために、入口側が圧縮機２に接続されている。こ
れによって、圧縮機２から流出する圧縮機質量流量の一
部が、静翼１４に対する冷却材Ｋとして分岐される。
【００２８】冷却材圧縮機５０は、静翼１４用の冷却材
Ｋをガスタービン１の燃焼過程に帰還する所定の運転状
態に合わせて設計されている。そのために、冷却材圧縮
機５０は、冷却材Ｋが、第１部分路あるいは第２部分路
および後続の流れ経路の貫流後においておよび流れ室４
２に帰還する際、その流れ室３２にかかる圧力をほぼ有
するように、その設計運転条件において冷却材Ｋの圧力
を上昇させるように、設計されている。
Ｋをガスタービン１の燃焼過程に帰還する所定の運転状
態に合わせて設計されている。そのために、冷却材圧縮
機５０は、冷却材Ｋが、第１部分路あるいは第２部分路
および後続の流れ経路の貫流後においておよび流れ室４
２に帰還する際、その流れ室３２にかかる圧力をほぼ有
するように、その設計運転条件において冷却材Ｋの圧力
を上昇させるように、設計されている。
【図１】ガスタービンの概略縦断面図。
【図２】図１のガスタービンにおける本発明に基づく冷
却通路系統の概略説明図。
却通路系統の概略説明図。
１ ガスタービン ８ タービン軸 １２ 動翼 １４ 静翼
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター ティーマン ドイツ連邦共和国 58452 ヴィッテン ゲリヒトシュトラーセ ４ Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GB01
Claims (4)
- 【請求項１】 タービン車室と静翼列とを備え、静翼列
の静翼に冷却材通路が一体形成され、その冷却材通路に
冷却材が流れる冷却回路が接続されているガスタービン
において、冷却材通路が第１部分路と第２部分路とに、
その第１部分路を流れる冷却材の第１部分流がその静翼
を十分冷却するために使用され、第２部分路を流れる冷
却材の第２部分流がほぼ損失なしに継送されるように、
分割されていることを特徴とするガスタービン。 - 【請求項２】 作動媒体の流れ方向に見て第１静翼列
が、第１部分路と第２部分路とに分けられた冷却材通路
を備えた静翼を有していることを特徴とする請求項１記
載のガスタービン。 - 【請求項３】 冷却材の第２部分流が、ほぼ損失なし
に、作動媒体の流れ方向に見て次の静翼列の静翼まで継
送されることを特徴とする請求項１又は２記載のガスタ
ービン。 - 【請求項４】 冷却回路に前置接続された冷却材圧縮機
が、冷却材がガスタービンの燃焼室を包囲する流れ室に
帰還する際にその流れ室にかかる圧力をほぼ有するよう
に、冷却材の圧力を上昇させるように設計されているこ
とを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のガスター
ビン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP01108173.4 | 2001-03-30 | ||
| EP01108173A EP1245806B1 (de) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | Gekühlte Gasturbinenschaufel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002327627A true JP2002327627A (ja) | 2002-11-15 |
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|---|---|---|---|
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| EP (1) | EP1245806B1 (ja) |
| JP (1) | JP4150199B2 (ja) |
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| JP2008274818A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Hitachi Ltd | ガスタービン |
| JP2016194295A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | タービンエンジンを冷却するためのシステム |
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| RU2547351C2 (ru) * | 2010-11-29 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Осевая газовая турбина |
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| EP3023582A1 (de) * | 2014-11-18 | 2016-05-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenanlage |
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| US10876407B2 (en) * | 2017-02-16 | 2020-12-29 | General Electric Company | Thermal structure for outer diameter mounted turbine blades |
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| US11492914B1 (en) * | 2019-11-08 | 2022-11-08 | Raytheon Technologies Corporation | Engine with cooling passage circuit for air prior to ceramic component |
| EP3835657A1 (en) * | 2019-12-10 | 2021-06-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Combustion chamber with wall cooling |
| US11428160B2 (en) | 2020-12-31 | 2022-08-30 | General Electric Company | Gas turbine engine with interdigitated turbine and gear assembly |
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| US4901520A (en) * | 1988-08-12 | 1990-02-20 | Avco Corporation | Gas turbine pressurized cooling system |
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| DE19629191C2 (de) * | 1996-07-19 | 1998-05-14 | Siemens Ag | Verfahren zur Kühlung einer Gasturbine |
| EP0928364A1 (de) * | 1996-09-26 | 1999-07-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Kompensation des druckverlustes einer kühlluftführung in einer gasturbinenanlage |
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-
2001
- 2001-03-30 EP EP01108173A patent/EP1245806B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-03-30 DE DE50106969T patent/DE50106969D1/de not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-03-21 US US10/104,627 patent/US6672074B2/en not_active Expired - Fee Related
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- 2002-03-30 CN CN02118689A patent/CN1379170A/zh active Pending
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