JP2002523676A - タービン静翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱的負荷を吸収する平台部（９）を備え、これに機械的負荷を吸収する固定部（１１）が接しているタービン静翼（１）において、この固定部（１１）が、平台部（９）の低温側（９Ａ）に良好に接近できるように、スリムに構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は、羽根部、平台部及び固定部を備え、軸線に沿って向いているター
ビン静翼に関する。

【０００２】 ドイツ特許出願公開第２６２８８０７号明細書にはガスタービン翼の衝突冷却
システムが記載されている。このガスタービン翼は翼軸線に沿って向いており、
翼軸線に沿って羽根板及び平台部を備えている。この平台部の範囲において平台
部は翼軸線に対して直角方向に羽根板から半径方向に外に向かって延びている。
このような平台部はタービン翼が設置されているガスタービンを貫流する作動流
体の流路の一部を形成している。ガスタービンにおいてはこの流路に非常に高い
温度が発生する。これにより高温ガスにさらされる平台部の表面が強い熱的負荷
を受ける。平台部を冷却するために、平台部の高温ガスとは反対側の面の前に穴
開き壁部材が配置されている。この壁部材の穴を介して冷却空気が進入し、平台
部の高温ガスとは反対側の面に当る。これにより効率的な冷却が達成される。

【０００３】 この発明の課題は、簡単にかつ効果的な方法で冷却可能なタービン静翼を提供
することにある。

【０００４】 この課題は、この発明によれば、軸線方向に順番に ・翼輪郭を有する羽根部と、 ・タービンの高温ガス流路を区画する高温ガス側及びこの高温ガス側に対向する
低温側を備えた平台部と、 ・羽根部を洗流する作動媒体による機械的負荷の大部分を吸収する固定部と を備え、平台部はせいぜいこの機械的負荷の僅かな部分を吸収し、固定部は投影
図において軸線に沿って固定部から羽根部の方向にこの低温側を部分的にのみ覆
っている、軸線に沿って向いているタービン静翼によって解決される。

【０００５】 このようなタービン静翼は、一方では熱的負荷に対応するように、他方では機
械的負荷に対応するように機能分離をしている。即ち、熱的負荷は固定部の前で
殆ど平台部によって吸収される。この平台部は、羽根部を洗流する作動媒体を固
定部から遮蔽し、タービン静翼を設置しているタービンの流路の一部を形成する
。平台部は、効果的に冷却されるように、比較的薄く構成されている。このよう
な薄形構成は、作動媒体によってタービン翼に作用する機械的負荷の大部分が固
定部によって吸収されることにより可能になる。タービン静翼は固定部を介して
タービンケーシングに固定可能である。羽根部に作用し作動媒体によって起こさ
れる力は固定部を介してタービンケーシングに伝達される。平台部は、それ故、
せいぜいこの力の僅かな部分を吸収すればよく、それ故比較的薄く構成される。
この固定部によって、平台部の低温側の接近性は、例えば固定部が平台部状に構
成される場合には制約される。この発明はこの欠点を固定部をスリムに構成する
ことによって除いている。従って、固定部は低温側を部分的にのみ覆っている。
低温側はそれ故例えば衝突冷却板の取付けのために良好に接近可能な状態にある
。

【０００６】 特に、固定部は投影図において低温側の４分の３以下を覆っているのがよい。
特に、固定部は、 ・翼輪郭に対して平行に延びる輪郭を持ち低温側に接続されているコアと、 ・軸線に沿って延びタービンケーシングに固定するのに役立つ面状のステイと を備えているのがよい。

【０００７】 特に、その場合、コアは補強している結合領域を介してステイに結合されるの
がよい。さらに、垂直リブがコアとステイとを軸線に沿って補強して結合するの
がよい。また、水平リブがコアとステイとを軸線に対して垂直に補強して結合す
るのがよい。さらに４つの垂直リブ及び／又は４つの水平リブが設けられるのが
よい。

【０００８】 ステイには例えば突起或いは鉤部が配置され、これによりタービン静翼がター
ビンケーシングに固定される。コアと、このコアとステイとの間に補強した結合
領域とを備えた固定部を形成することにより、固定部の安定した、それでもなお
スリムな構成が得られる。特に垂直及び／又は水平リブを設けることにより、こ
の固定部はタービン静翼に使用するのに充分な剛性を持つ。

【０００９】 特に１つの垂直リブもしくは複数の垂直リブ及び／又は１つの水平リブもしく
は複数の水平リブはコア及びステイと一体に形成されるのがよい。特にタービン
静翼は鋳造され、特に方向性凝固が行われ或いは単結晶に構成されているのがよ
い。

【００１０】 さらに、タービン静翼は低温側の前に配置された衝突冷却板を備え、この冷却
板は低温側に向いた多数の開口を備えるのがよい。このような衝突冷却板により
冷却流体がこの開口を介して低温側に垂直に導かれる。このような衝突冷却によ
り平台部は特に効率的に冷却される。低温側の良好な接近性により、衝突冷却板
は非常に容易に設置することができる。この低温側の良好な接近性により、さら
に複雑な冷却システムの設置も可能になる。

【００１１】 特にこのタービン静翼はガスタービン静翼として設計されている。特に定置形
のガスタービンにおいては、ガスタービンを貫流するガスが非常に高い温度に達
する。これによりガスタービン静翼の平台部は非常に効果的に冷却する必要があ
る。低温側からの接近性が良く、比較的薄い平台部の構想により、非常に有効な
冷却が、同時にガスタービン静翼の製作が非常に容易に行われる。

【００１２】 この発明を図面を参照して実施例において部分的に概略化して詳しく説明する
。なお、図面において同一部分には同一符号が付されている。

【００１３】 図１はガスタービン静翼を示す。軸線３に沿って頭部５、翼輪郭８を持った羽
根部７、平台部９及び固定部１１が延びている。頭部５は、静翼を取付けるガス
タービンの図示されていない高温ガス流路の軸側の区画と密封とを行っている。
取付けられた状態において羽根部７はこの高温ガス流路に配置されている。平台
部９は高温ガス流路のケーシング側の区画と密封に役立っている。平台部９は羽
根部７に向いた高温ガス側９Ｂ及びこの高温ガス側９Ｂに対向する低温側９Ａを
備えている。平台部９はこれを取り囲む補強材１０で補強されている。固定部１
１はガスタービン静翼１をタービンケーシングに固定するためのものである。こ
の固定部１１は輪郭１４を備えたコア１３を持っている。このコア１３は低温側
９Ａに配置され、その輪郭１４とで羽根部７の延長部を形成している。このコア
１３には空洞１５が貫通しており、この空洞はまた羽根部７をも貫通している。
この空洞１５にはガスタービン静翼１を冷却するための冷却空気が通る。低温側
９Ａには軸線３に沿って向いている面状の２つのステイ１７が配置されている。
流入側のステイ１７Ａは羽根部７の前縁７Ａ側に配置されている。流出側ステイ
１７Ｂは羽根部７の後縁７Ｂ側に配置されている。これらのステイ１７Ａ，１７
Ｂの間にコア１３がある。流入側のステイ１７Ａはその端部にＬ字形の突起１９
Ａを備えている。流出側のステイ１７Ｂはその端部に直方体状の突起１９Ｂを備
えている。これらの突起１９Ａ，１９Ｂによりガスタービン静翼１はタービンケ
ーシングに固定される。コア１３はこのステイ１７Ａ及び１７Ｂと結合領域１８
において補強的にかつ角を落とされて結合されている。さらに、固定部１１を軸
線３に対して垂直方向に補強する４つの水平リブ２１が設けられている。ステイ
１７Ａ及び１７Ｂとコア１３との間にはそれぞれ２つの水平リブ２１が配置され
ている。平台部９と水平リブ２１との間には、さらに、４つの垂直リブ２３が、
即ち各１つの水平リブ２１につき各１つの垂直リブ２３が設けられている。これ
らの垂直リブ２３はコア１３を補強してステイ１７Ａ，１７Ｂに結合している。
これにより軸線３に沿った補強が達成される。固定部１１がコア１３、ステイ１
７Ａ，１７Ｂ及び水平及び垂直リブ２１，２３を備える構成により、固定部１１
は非常に安定した構成となる。しかし、同時に固定部１１は低温側９Ａを部分的
にしか覆っていない（図３参照）。低温側９Ａはこれにより接近し易い状態にあ
る。これにより製造技術的に簡単な方法で平台部９の冷却のための構造的対策を
とることができる。特に簡単に低温側９Ａの前に衝突冷却板（図３参照）を取付
けることができる。さらに、タービン静翼に対して大きな重量の節約ができる。
このことは特に航空機の駆動機構に対して重要である。

【００１４】 図２は図１のガスタービン静翼１を後縁７Ｂの方向から見て示す。この方向に
おいて、垂直リブ２３による流入側の垂直リブ補強に対応した固定部１１の流入
側における垂直リブ補強を見ることができる。

【００１５】 図３は、図１のガスタービン静翼１を軸線３に沿って固定部１１から羽根部７
に向かう方向に見た投影図を示す。この図からはっきり分かるように、固定部１
１は低温側９Ａを部分的にしか覆っていない。特に、低温側９Ａの４分の１以上
が見える状態に、即ち接近性が良い状態にある。コア１３の部分がない低温側９
Ａの範囲のうち６０％以上が見える状態にあるのがよい。低温側９Ａの前に衝突
冷却板３１が配置されている。この衝突冷却板３１には多数の開口３３が設けら
れている。これらの開口３３を通して冷却空気が低温側９Ａに垂直に達する。こ
れによって低温側９Ａは衝突冷却により効率的に冷却される。衝突冷却板３１の
設置或いはまた他の、時として複雑な冷却装置の設置も低温側９Ａの接近性が良
いので非常に容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ガスタービン静翼を第１の方向から見た斜視図を示す。

【図２】 図１のガスタービン静翼を第２の方向から見た斜視図を示す。

【図３】 ガスタービン静翼の固定部の上面図を示す。

【符号の説明】

１ ガスタービン静翼 ３ 翼軸線 ５ 頭部 ７ 羽根部 ８ 翼輪郭 ９ 平台部 １０ 補強部 １１ 固定部 １３ コア １５ 空洞 １７ ステイ １８ 結合領域 １９ 突起部 ２１ 水平リブ ２３ 垂直リブ ３１ 衝突冷却板 ３３ 開口

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向に順番に ・翼輪郭（８）を有する羽根部（７）と、 ・タービンの高温ガス流路を区画する高温ガス側（９Ｂ）及びこの高温ガス側（
   ９Ｂ）に対向する低温側（９Ａ）を備えた平台部（９）と、 ・羽根部（７）を洗流する作動媒体による機械的負荷の大部分を吸収する固定部
   （１１）と を備え、平台部（９）がせいぜいこの機械的負荷の僅かな部分を吸収し、固定部
   （１１）が投影図において軸線（３）に沿って固定部（１１）から羽根部（７）
   の方向にこの低温側（９Ａ）を部分的にのみ覆っている、 軸線（３）に沿って向いているタービン静翼。
2. 【請求項２】固定部が投影図において低温側（９Ａ）の４分の３以下を覆っ
   ている請求項１に記載のタービン静翼。
3. 【請求項３】固定部（１１）が、翼輪郭（８）に対して平行に延びる輪郭（
   １４）を持ち低温側（９Ａ）に接続されているコア（１３）と、軸線（３）に沿
   って延びタービンケーシングに固定するのに役立つ面状ステイ（１７）とを備え
   ている請求項１又は２に記載のタービン静翼。
4. 【請求項４】コア（１３）が、補強している結合部分（１８）を介してステ
   イ（１７）に結合されている請求項３に記載のタービン静翼。
5. 【請求項５】垂直リブ（２３）がコア（１３）とステイ（１７）とを軸線（
   ３）に沿って補強して結合している請求項３又は４に記載のタービン静翼。
6. 【請求項６】水平リブ（２１）がコア（１３）とステイ（１７）とを軸線（
   ３）に対して垂直に補強して結合している請求項３，４又は５に記載のタービン
   静翼。
7. 【請求項７】４つの垂直リブ（２３）が設けられている請求項５に記載のタ
   ービン静翼。
8. 【請求項８】４つの水平リブ（２１）が設けられている請求項６に記載のタ
   ービン静翼。
9. 【請求項９】１つの垂直リブ（２３）もしくは複数の垂直リブ（２３）及び
   ／又は１つの水平リブ（２１）もしくは複数の水平リブ（２１）がコア（１３）
   及びステイ（１７）と一体に形成されている請求項５乃至８の１つに記載のター
   ビン静翼。
10. 【請求項１０】鋳造されている請求項８に記載のタービン静翼。
11. 【請求項１１】単結晶に構成されている請求項９に記載のタービン静翼。
12. 【請求項１２】方向性凝固が行われている請求項９に記載のタービン静翼。
13. 【請求項１３】低温側（９Ａ）の前に配置された衝突冷却板（３１）が低温
    側（９Ａ）に向いた多数の開口（３３）を備えている請求項１乃至１２の１つに
    記載のタービン静翼。
14. 【請求項１４】ガスタービン、特に定置形ガスタービン用のタービン静翼。