JP2004522049A - 冷却空気の偏向装置を含むタービン用ブレード - Google Patents

Abstract

本発明は、タービンディスク１２の窪み１４に嵌め込み可能な基部１３を備えた、タービン用のブレード１１に関し、このブレードは、ブレードの基部で窪みに面して配置される空気取り入れ手段１５と、空気排出手段とを含む内部空冷循環路を有する。ブレードの基部１３は、空気取り入れ手段に入る冷却空気の圧力および温度の均等化手段２０を備える。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレードがタービンディスクに嵌め込まれて空気の内部循環により冷却される、タービン用のブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流タービン段は、ディストリビュータと呼ばれる固定翼列と、ホイールと呼ばれる可動翼列とから構成される。ブレードおよびディスクが一体成形部品をなすモノブロックホイールが存在する。また、ブレードおよびディスクが、一般にはモミの木の根形の基部（ｐｔｅｄｓ ｄｅ ｓａｐｉｎ）によって機械的に組み立てられる嵌め込みブレードを備えたホイールが存在する。
【０００３】
ホイールが高温で作動する場合、ブレードを冷却することが必要である。こうした冷却は、たとえばコンプレッサの出口で取り出されて、ディスクへのブレードの固定部を介してブレードの内部に送られる空気により実施可能である。冷却空気は、ブレードの基部から入り、たとえば対向端と、その片面とから再び排出される。
【０００４】
図１Ａは、ディスク２に取り付けられたブレード１の一部を、タービン軸の垂直面で示す部分図である。この図は、ディスク２の窪み４の所定の位置にあるブレード１の基部３を詳しく示している。基部は、窪み４の底からブレードの内部冷却循環路（図示せず）まで、冷却空気を導く管路５の軸に沿って断面で示されている。冷却空気は、窪み４内で図の面に垂直な方向に循環する。図示された例では、空気は、ディスクの一方の面、いわゆる上流側の面に対応して窪みの一端から導入され、管路（または複数の管路）５内を上昇し、ディスクの他方の面、すなわち下流側の面に対応する窪みの他端は、塞がれている。
【０００５】
コンプレッサの出口で取り出される冷却空気は、空気循環路のシール性を保証するために、ディスクの上流側の面に押し付けられる側板を介して送り込まれる。このため、側板は、しばしば、つめと呼ばれるタイプのフック機構によりディスクに保持される。
【０００６】
フックは、また、他の機能も果たす。フックは、窪みの方に向かう冷却空気に、タービンのロータの回転速度に等しい回転速度を与える。冷却空気は、窪みと同じ速度で回りながら窪みの前に到達し、二次的な影響なく窪みの内部に入る。
【０００７】
しかしながら、これらのフックは、価格が高く、比較的寿命が短いという欠点を有する。従って、フックをなくすことができればよい。だが、数々の試験によれば、これらのフックをなくすと、タービンブレードが冷却されにくい。
【０００８】
ＷＯ−Ａ−９９４７７９２が開示するタービンブレードでは、ブレードが、タービンディスクの窪みに嵌め込み可能にする基部を備える。ブレードは、ブレードの基部で窪みに面して配置される空気取り入れ手段と、空気排出手段とを備えた、内部空冷循環路を有する。ブレードの基部は、ブレードの冷却空気を誘導可能にする装置を備える。この装置は、また、ブレード内部への冷却空気の流入後、この冷却空気を排出できる。装置は、ブレードに入ってブレードから出る冷却空気の循環路を分離する。
【０００９】
ＧＢ−Ａ−１６０５２８２が開示するタービンブレードでは、ブレードが、タービンディスクの窪みに嵌め込み可能にする基部を備える。ブレードは、ブレードの基部で窪みに面して配置される空気取り入れ手段と、ブレード端に配置される空気排出手段とを含む管路から構成された、内部空冷循環路を有する。ブレードの基部は、吸気マニホルドから空気の入口まで冷却空気を導くことができる冷却管を備える。
【００１０】
ＵＳ−Ａ−４３４８１５７が開示するタービンブレードは、基部によりディスクに嵌め込まれている。ブレードは、空気取り入れ穴を備えた内部空冷循環路を有する。空気取り入れ穴は、ブレードの基部でこの基部の収容穴に面するのではなく、基部とブレードとの間の接続部、すなわち脚部に配置される。また、冷却空気をブレードの空気取り入れ口まで導く通路が設けられている。これらの通路が、偏向装置を含むことができる。
【００１１】
ＵＳ−Ａ−４１７８１２９は、空気循環によるタービンブレードの冷却システムを開示している。各ブレードは、タービンディスクの窪みに嵌め込み可能にする基部を備える。ブレードは、ブレードの基部に配置された空気取り入れ手段を含む内部空冷循環路を有する。冷却空気は、冷却管が内部に通じている冷却空気供給チャンバか、あるいはピトー管を介して前縁の管に直接送られる。
【００１２】
上記ＷＯ−Ａ−９９４７７９２に関して、到着する冷却空気は、冷却管の穴と連通する筒状の装置によって導かれる。筒状の装置は、管路の穴または実際には窪みの幅に対応する穴に合わせられる寸法の穴を有する。いずれの場合にも、渦の形成が避けられない。
【００１３】
上記ＧＢ−Ａ−１６０５２８２に関しては、窪みの幅に合わせた空気冷却管が設けられている。従って、渦の形成を避けられない。
【００１４】
上記ＵＳ−Ａ−４３４８１５７に関しては、穴を開けた面に空気が直接到達するので、同じ結論になる。
【００１５】
上記ＵＳ−Ａ−４１７８１２９に関しては、空気が（ピトー管によって）穴に直接到達するか、あるいは穴を開けた面に直接到達するので、同じ結論になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、フックまたはつめをなくした場合の冷却効率が落ちる原因を見い出し、この問題への解決方法をもたらすことを目的とする。
【００１７】
図１Ｂは、ブレードの冷却効率の損失を引き起こす現象を示すことができる。この図は、図１Ａの参照符号６で示した基部３の下面図である。管路（または複数の管路）５は、図示されていない。ディスクの上流側の面に押し当てられる側板を、参照符号７で示した。ディスクの下流側の面の側で窪みを塞ぐ側板を、参照符号８で示した。
【００１８】
発明者は、空気が窪みまで誘導されなくなる場合、冷却空気が窪みに到達するときの回転速度が、誘導時の速度よりも遅くなるという結論に至っている。その場合、空気は、図１Ｂに示したような渦を形成しながら取り出され、窪み内で旋回する。この渦（または渦巻き）の中心は、ブレードへの冷却空気の供給にとって有害な、非常に強い圧力低下である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、タービンで発生する都度、この問題を解決することができる。
【００２０】
本発明は、タービンディスクの窪みに嵌め込み可能な基部を備えるタービン用のブレードに関し、このブレードが、ブレードの基部の一方の面で前記窪みに面して配置される空気取り入れ手段と、空気排出手段とを含む、内部空冷循環路を有し、ブレードの基部の前記面が、偏向装置を備え、該偏向装置が、窪みの底で循環する冷却空気を誘導することにより、空気取り入れ手段の方に空気の流れを調整可能にする少なくとも一つのフィンを含むことを特徴とする。
【００２１】
空気取り入れ手段を配置するブレードの基部の面に、このような偏向装置が存在することにより、渦の形成を回避できる。
【００２２】
偏向装置は、ブレードと一体の部品を形成することができる。
【００２３】
偏向装置は、ブレードの基部に追加される要素であり、空気取り入れ手段へのアクセス手段を備える。アクセス手段は、少なくとも一つの較正された穴を含む。
【００２４】
フィンは、ブレードの主軸に対してまっすぐであるか、または傾斜している。
【００２５】
有効な実施形態によれば、偏向装置は、窪みに入る冷却空気を誘導可能にする少なくとも一つのフィンと、はね返された空気を窪みの中心の方に誘導可能にする少なくとも一つのフィンとを含む。
【００２６】
本発明は、添付図面に関して限定的ではなく例として挙げられた以下の説明を読めば、いっそう理解され、他の特徴および長所が明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図２Ａは、ディスク１２に取り付けられた本発明によるブレード１１の図であり、図は、図１Ａと同様にタービンの軸の垂直面で示されている。ブレード１１の基部１３は、ディスク１２の窪み１４の所定の位置に置かれる。基部は、窪み１４の底からブレードの内部冷却循環路（図示せず）まで、冷却空気を導く管路１５の軸に沿って、断面で示されている。窪みにおける空気の循環は、図１Ａに関して先に説明した通りに行われる。
【００２８】
図１Ａで説明したブレードとは異なり、図２Ａのブレードは、ブレードの基部の下面１６に結合されている偏向装置２０を備える。偏向装置２０は、窪み１４の底で循環する冷却空気を誘導可能にするフィンを備える。図２Ａは、偏向装置が、管路１５と対応する穴１８を有することを示しており、この穴は、冷却空気のための管路へのアクセス手段の役割をする。穴は、追加された偏向装置等の部品で構成するのが容易な較正された穴とすることができる。
【００２９】
従来技術の図１Ｂに対応する図２Ｂは、ディスク１２の側板１７、１８の間で、冷却空気が窪みの底でどのように誘導されるかを矢印で示している。この図では、偏向装置が、穴２１のアラインメント軸の両側に配置される２個のフィン２２、２３を備える。フィンは、整流スペースを形成するように構成される。また、図示された偏向装置が、冷却空気を通過させる４個の穴を備えていることに気づく。
【００３０】
ブレードの基部の下面に偏向装置が存在することにより、渦が形成されないようにし、また圧力低下が現われないようにすることができる。
【００３１】
偏向装置は、ブレードの基部に溶接または蝋付けにより嵌め込まれる部品とすることができる。変形実施形態では、偏向装置が、ブレードと一体の部品を形成することができる。
【００３２】
図３は、上記の偏向装置２０の斜視図である。この図により、フィン２２、２３ならびに穴２１がよく分かる。
【００３３】
図４は、本発明によるブレードを備えたタービンの部分断面図である。図４は、偏向装置２０を備えたブレード１１を示しており、ブレードは、ディスク１２の窪み１４に取り付けられる。この図からはまた、ディスク１２の上流側の面に押し当てられる側板１７と、窪みを塞ぐ側板１８とが分かる。
【００３４】
冷却空気は、チャンバの底で取り出され、ノズル３１等の一連のノズルを介して加速される。その後、冷却空気は、側板１７にあけられた孔３２等の穴を通り、図４に矢印で示したように窪みの底に向かって上昇する。本発明によりなくすことができるフックまたはつめを破線で示した。
【００３５】
図５および図６は、ブレードの基部の下面の位置で、本発明により使用可能な偏向装置の他の形態を示している。
【００３６】
図５では、偏向装置４０が、偏向装置の全長に沿って存在する２個のフィン４１、４２を含む。同様に、ブレードの管路へのアクセス穴４３が示されている。
【００３７】
図６では、偏向装置５０が、偏向装置の片側に配置された第一群のフィン５１、５３と、偏向装置の反対側に配置された第二群のフィン５２、５４とを含む。フィンは、整流板を形成するように構成される。同様に、ブレードの管路へのアクセス穴５５が示されている。
【００３８】
偏向装置は、また、もっと変化する行程に沿って冷却空気の誘導を可能にする、湾曲状の一つまたは複数のフィンを含むことができる。
【００３９】
図７から１０は、例として、本発明により使用可能な他の形状の偏向装置を示している。これらの図は、すべて、冷却空気の通過孔に沿って切られた横断面図である。
【００４０】
図７の偏向装置６０は、レール状である。この偏向装置は、ブレードの基部における偏向装置の支持面６３に対して直角に配置されるフィン６１、６２を含む。フィン６１、６２は、偏向装置の全長に及んでもよいし、あるいは、整流板を形成するように中断されてもよい。
【００４１】
図８、９、１０にそれぞれ示した偏向装置７０、８０、９０に対しても同様である。偏向装置７０は、ブレードの基部における偏向装置の支持面７３に対して広がっていくフィン７１、７２を含む。偏向装置８０は、ブレードの基部における偏向装置の支持面８３に対して狭まっていくフィン８１、８２を含む。偏向装置９０は、ブレードの基部における偏向装置の支持面９５に対して直角に配置された４個の並列フィン９１、９２、９３、９４を含む。
【００４２】
本発明は、窪み中心における静圧の利得により、修正を行わなくても既存の圧力低下を約７５％まで補うことができる。ブレードへのこうした冷却空気供給の改善により、動作条件に応じてブレードの平均温度を低下させ、その結果、ブレードの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】ディスクに取り付けられた従来技術によるタービンブレードの部分図である。
【図１Ｂ】従来技術によるタービンブレードの基部の下面の図である。
【図２Ａ】ディスクに取り付けられた本発明によるタービンブレードの部分図である。
【図２Ｂ】本発明によるタービンブレードの基部の下面の図である。
【図３】本発明で使用される偏向装置の斜視図である。
【図４】本発明によるブレードを備えたタービンの部分断面図である。
【図５】本発明で使用可能な偏向装置の下面図である。
【図６】本発明で使用可能な偏向装置の下面図である。
【図７】本発明により使用可能な様々な偏向装置の横断面図である。
【図８】本発明により使用可能な様々な偏向装置の横断面図である。
【図９】本発明により使用可能な様々な偏向装置の横断面図である。
【図１０】本発明により使用可能な様々な偏向装置の横断面図である。

Claims (7)

1. タービンディスク（１２）の窪み（１４）に嵌め込み可能な基部（１３）を備えた、タービン用のブレード（１１）であって、該ブレードが、ブレードの基部の一方の面で前記窪みに面して配置される空気取り入れ手段（１５）と、空気排出手段とを含む、内部空冷循環路を有し、ブレードの基部の前記面が、偏向装置（２０）を備え、該偏向装置（２０）が、窪みの底で循環する冷却空気を誘導することにより、空気取り入れ手段（１５）の方に空気の流れを調整可能にする少なくとも一つのフィン（２２、２３）を含むことを特徴とする、タービン用のブレード。
2. 偏向装置が、ブレードと一体の部品を形成することを特徴とする、請求項１に記載のタービン用のブレード。
3. 偏向装置（２０）が、ブレード（１１）の基部（１３）に追加される要素であり、空気取り入れ手段（１５）へのアクセス手段（２１）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のタービン用のブレード。
4. アクセス手段（２１）が、少なくとも一つの較正された穴を含むことを特徴とする、請求項３に記載のタービン用のブレード。
5. 前記フィン（２２、２３）が、ブレードの主軸に対してまっすぐであるか、または傾斜していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン用のブレード。
6. 偏向装置（２０）が、窪みに入る冷却空気を誘導可能にする少なくとも一つのフィン（２２）と、はね返された空気を窪みの中心の方に誘導可能にする少なくとも一つのフィン（２３）とを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のタービン用のブレード。
7. 偏向装置が、少なくとも一つの湾曲したフィンを含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のタービン用のブレード。

Images