JP2011069366A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンの案内静翼ボックスには接続部を介して冷却空気が供給されるが、圧縮装置から進路変更した圧縮空気は漏出し、封止部材を通過し、第二の間隙内に噴射された冷却空気と混合する。このため、ロータエアフォイルの寿命を保証するための適正温度を有するように、冷却空気の流量は極めて多く、ガスタービンの効率は低減する。
【解決手段】案内静翼ボックス１７が複数の通路３０を備えており、これらの通路が案内静翼ボックス１７の作業上流側の領域３１を案内静翼ボックス１７の作業下流側の間隙７の領域３２へ接続していること、および圧縮空気の圧力が高いために、圧縮空気（パージ空気）は開口部３８を通って通路３０に入り、通路３０を通過し、圧縮空気がロータエアフォイル入口２３には入ることができない領域内の第二の間隙７に入る開口部３４を通って出て行く。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンに関する。特に本発明は、燃焼室内で流れている高温ガスのありうる漏出物および／または燃焼室とステータエアフォイル列の間の領域を封止するために使用される圧縮空気が、ロータエアフォイル冷却回路に入らないように、燃焼室と固定されたフレームのすぐ運転下流側の高圧タービンの案内静翼ボックス間の領域を封止することに関する。

以下に関連があるガスタービンの部材を説明するための図１に対して言及する。詳しくは、二段燃焼ガスタービンに対して言及する。本発明による構造が、二段燃焼ガスタービンではないどのガスタービンにおいても実現されることがいずれにせよ明らかである。

二段燃焼ガスタービン１は（図示していない）圧縮装置を備えており、この圧縮装置は、空気を圧縮し、かつ燃料が噴射され、燃焼されるべき混合物が生成される（図示していない）第一のバーナーに空気を供給する。

第一のバーナーの運転下流側には、第一の燃焼室２が設けられており、混合物は燃焼して、高圧膨張段に供給される高温高圧ガスＦを生成する。

高圧膨張段は、第一の間隙５の分だけ燃焼室２から隔てられたステータエアフォイル列４と、第二の間隙７の分だけステータエアフォイル列４から隔てられたロータエアフォイル列６を備えている。第三の間隙８はロータエアフォイル列６と複数の並列した第二のバーナー１０を供給している環状ダクト９の間に設けられている。それ以外の燃料は、点火可能な混合物が生成されるように、高圧膨張段においてすでにその一部が膨張した高温ガス内に噴射される。この点火可能な混合物は（図示していない）第二の燃焼室内に噴射され、生じるべき高温ガスはさらに（図示していない）低圧タービン内で膨張する。

ステータエアフォイル列４は、他の案内静翼の各々の間で規定しており、かつ案内静翼ボックス１７に接続された端部壁１６を備えているステータエアフォイル１５でできている。

案内静翼ボックス１７はボックス構造を有しており、かつ図を明瞭にするために図示していない接続部を介して案内静翼ボックス１７に冷却空気Ａが供給される。

特に冷却空気Ａは、約４５０〜５５０℃の温度で圧縮装置から来る空気Ａであり、かつ外部の冷却装置により通常２００〜４００℃の温度まで冷却される。

さらに案内静翼ボックス１７は、冷却空気Ａを第二の間隙７内に噴射するノズル２０も備えている。

ロータエアフォイル列６は複数のロータエアフォイル２２を備えており、これらのロータエアフォイルはノズル２０から噴射される冷却空気Ａを捕集するために配置された入口２３を備えた中空体を有している。

運転時、第一の燃焼室２内で生成される高温ガスＦは、ロータエアフォイル列６が高温ガスから機械的力を取出すために、ステータエアフォイル列およびロータエアフォイル列４，６を通過する。

さらに案内静翼ボックス１７から来る空気Ａは、ロータエアフォイル入口２３に向かってノズル２０を通って第二の間隙７内に噴射される。

ロータエアフォイル列６が高速で回転した場合、ロータエアフォイル列はノズル２０から噴射された冷却空気Ａを引寄せ、冷却空気はロータエアフォイル入口２３を介してロータエアフォイル２２に入る。

ロータエアフォイル２２に入る冷却空気Ａは、ロータエアフォイル２２を冷却し、次いで（通常、各ロータエアフォイル列の前縁および後縁における）孔を通って噴射される。すなわち、ロータエアフォイル２２の前縁および後縁を通って噴射される冷却空気は、Ａ２により示してある。

高温ガスＦが第一の間隙５に入るのを防ぐために、（高温ガスが約１２００〜１５００℃の温度を有しており、かつ第一の間隙５に近い部材を損傷する）、圧縮空気（いわゆるパージ空気）は、圧縮装置から進路変更し、第一の間隙内に噴射される。この圧縮空気は約４５０〜５５０℃の温度を有しており、したがって第一の間隙５に近い部材にとって危険ではない。

さらに、圧縮空気（パージ空気）がロータエアフォイル入口２３に達するのを防ぐために、封止部材２５がステータエアフォイル端部壁１６と固定されたフレーム２６の間、及び案内静翼ボックス１７と固定されたフレーム２６の間に設けられている。

それにもかかわらず、圧縮装置から進路変更した圧縮空気は漏出し、封止部材２５を通過し、第二の間隙内に噴射された冷却空気Ａと混合する。

この理由で、運転条件全てにおいて、ロータエアフォイル２２に入る空気がロータエアフォイルの無損傷状態を保護し、かつその寿命を保証するための適正温度を有するように、冷却空気Ａの流量は極めて多い。

それにもかかわらず、圧縮装置から案内静翼ボックス内に進路変更した冷却空気Ａの流量が極めて多いので、ガスタービンの効率は低減する。

特許文献１には、圧縮空気が噴射されて、ロータエアフォイルの冷却導管に入る開口部を備えた案内静翼ボックスが開示されている。

特許文献２には、第一および第二の通路を備えた案内静翼が開示されており、これらの通路から冷却空気がロータエアフォイルの冷却通路内に噴射される。

特許文献３には、空気流がロータ冷却回路のロータエアフォイル入口内に噴射される通路を備えた案内静翼ボックスが開示されている。

仏国特許第１３５１２６８号明細書 英国特許第２２４６８３６号明細書 欧州特許第０６３６７６５号明細書

従って本発明の技術的目的は、前記従来技術の問題がなくなるガスタービンを提供することである。

この技術的目的の範囲内において、本発明の課題は、従来のガスタービンに比べて効率が増大したガスタービンを提供することである。

技術的な目的は、これらのおよび他の課題と共に、添付した請求項によるガスタービンを提供することにより、本発明に従い達せられる。

本発明の他の特徴と長所は、添付した図において、限定していない実例により図示した、本発明によるガスタービンの、好ましいが通常の実施例の説明から明瞭である。

従来技術によるガスタービンの部分の概略横断面図である。 本発明によるガスタービンの部分の概略横断面図である。 本発明の第一の実施例による案内静翼ボックスの詳細を示す図である。 本発明の第二の実施例による案内静翼ボックスの詳細を示す図である。

図１から３を見ると、ガスタービン１はステータエアフォイル列４とロータエアフォイル列６に続いて燃焼室２を備えている。

ガスタービンの構造は、既に説明したものと同じである。したがって再度説明はせず、そして同じ参照符号に関しては同じ部材を示してある。

特に案内静翼ボックス１７は、複数の通路３０を備えており、これらの通路は案内静翼ボックス１７の運転上流側の領域３１を案内静翼ボックス１７の運転下流側の第二の間隙７の領域３２へ接続している。

さらにロータエアフォイル列６に面した、通路３０の開口部３４は、ノズル２０に比べて高温ガス通路３５に近い。

ロータエアフォイル列６に面した、通路３０の開口部３４は、ロータエアフォイル入口２３に比べて、高温ガス通路３５にほぼ同じく近いか、あるいはロータエアフォイル入口２３に比べて、高温ガス通路３５に近い。これにより図示していない開口部３４から出る流れは入口２３に入る。

第一の実施例（図４）において、通路３０は案内静翼ボックス１７の側壁３６でスロットにより規定されている。

この実施例において、通路３４が二つの対向したスロットの間で規定されるように、二つの隣接した案内静翼ボックスの二つの接触している側はスロットを備えている。

代替え的に、隣接した案内静翼ボックス１７の二つの接触している側壁３６の一つだけが、スロットを備えていてもよく、この場合、通路３０は案内静翼ボックス１７のスロットと隣接した案内静翼ボックス１７の平坦面により規定されている。

異なる実施例（図３）において、通路３０は案内静翼ボックス１７の内部で延びており、かつ導管により規定されている。

さらに別の実施例において、案内静翼ボックスはスロットと導管を備えていてもよいのは当然である。

さらに封止部材３７は、案内静翼ボックス１７と固定されたフレーム２６の間で、ロータエアフォイル列６と対向した通路３０の開口部３８の運転下流側に設けられている。これにより、封止部材２５を越えた漏出物はロータエアフォイル列６から隔てられた領域内に保留される。

本発明のガスタービンの運転は、説明および図示したものから明らかであり、かつ基本的に以下の通りである。

高温ガスは高温ガス通路３５を通過し、従って燃焼室２、ステータエアフォイル列４およびロータエアフォイル列６を通過する。

第一の間隙５を通って、圧縮空気（パージ空気）は燃焼室２に供給される。

圧縮空気（パージ空気）の一部は漏出して、封止部材２５を越えて案内静翼ボックス１７の上流の領域３１に入る。

（第二のスロット７の内部の圧力よりも大きい）圧縮空気の圧力が高いために、圧縮空気（パージ空気）は開口部３８を通って通路３０に入り、通路３０を通過し、圧縮空気がロータエアフォイル入口２３には入ることができない領域内の第二の間隙７に入る開口部３４を通って出て行く。

別の封止部材３７は通路３０の開口部３８に隣接した領域内でこの圧縮空気（パージ空気）を保管し、かつ高温圧縮空気が高速で回転するロータエアフォイル列６から引き寄せられるのを防ぐ。

このようにして想到されるガスタービンは、数多くの変更と変形を受入れる余地があり、これらはすべて本発明の構想の範囲内にある。さらにこれらの詳細はすべて、技術的に同等な部材で置き換えることができる。

実際、使用されるべき材料および寸法は、要求と従来技術に応じて自由に選択できる。

１ ガスタービン
２ 燃焼室
４ ステータエアフォイル列
５ 第一の間隙
６ ロータエアフォイル列
７ 第二の間隙
８ 第三の間隙
９ 環状の間隙
１０ 第二のバーナー
１５ ステータエアフォイル
１６ １５の端部壁
１７ 案内静翼ボックス
２０ ノズル
２２ ロータエアフォイル
２３ ロータエアフォイル入口
２５ 封止部材
２６ 固定されたフレーム
３０ 通路
３１ 案内静翼ボックスの運転上流側の領域
３２ 案内静翼ボックスの運転下流側の領域
３４ ３０の開口部
３５ 高温ガス通路
３６ １７の側壁
３７ 封止部材
３８ ３０の開口部
Ａ 冷却空気
Ａ２ ２２を通って排出される空気
Ｆ 高温ガス流

Claims (9)

1. 複数の案内静翼を規定しているステータエアフォイル列（４）と、少なくとも一つの間隙（７）分だけステータエアフォイル列（４）から隔てられたロータエアフォイル列（６）を備えたガスタービン（１）であって、
   ステータエアフォイル列（４）のステータエアフォイル（１５）が、案内静翼ボックス（１７）に接続されており、この案内静翼ボックスが、冷却流体（Ａ）を捕集し、かつこの冷却流体をノズル（２０）を通して前記間隙（７）内に排出して、冷却流体をロータエアフォイル入口（２３）に入り込ませる様式のガスタービン（１）において、
   前記案内静翼ボックス（１７）が複数の通路（３０）を備えており、これらの通路が案内静翼ボックス（１７）の運転上流側の領域（３１）を前記案内静翼ボックス（１７）の運転下流側の前記間隙（７）の領域（３２）へ接続していること、および
   圧縮空気が通路（３０）から、圧縮空気がロータエアフォイル入口（２３）に入ることができない領域内の間隙（７）に入る開口部（３４）を通って出ていくことを特徴とするガスタービン（１）。
2. ロータエアフォイル列（６）に面した通路（３０）の前記開口部（３４）が、
   ロータエアフォイル入口（２３）に比べて、高温ガス通路（３５）にほぼ同じく近いか、あるいはロータエアフォイル入口（２３）に比べて、高温ガス通路（３５）に近いことを特徴とする請求項１記載のガスタービン（１）。
3. 前記通路（３０）が案内静翼ボックス（１７）の側壁においてスロットにより規定されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。
4. 前記通路（３０）が案内静翼ボックス（１７）の内部で延びていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。
5. 前記通路（３０）が導管により規定されていることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン（１）。
6. 封止部材（３７）が、案内静翼ボックス（１７）と固定されたフレーム（２６）の間で、ロータエアフォイル列（６）と対向した通路（３０）の開口部（３８）の運転下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。
7. ステータエアフォイル列（４）の運転上流側には別の間隙（５）が設けられており、通路が間隙（７）と別の間隙（５）に隣接した領域の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。
8. ステータエアフォイル列（４）の運転上流側には燃焼室（２）が設けられており、ステータエアフォイル列（４）が別の間隙（５）の分だけ燃焼室（２）から隔てられていることを特徴とする請求項７に記載のガスタービン（１）。
9. ロータエアフォイル列（６）に面した通路（３０）の前記開口部（３４）が、前記ノズル（２０）に比べて高温ガス通路（３０）に近いことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン（１）。

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