JP2011515618A - ガスタービン用静翼並びにこのような静翼を備えたガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
11 圧縮機
12、16 燃料供給部
13 EVバーナ
14、17 燃焼室
15 高圧タービン
18 低圧タービン
19 軸線
20、20′ 静翼
21 被覆板
22 翼本体
23 翼頭部
24、25 固定要素(フック状)
26 シール溝
27 前縁
28 後縁
29 冷却スリット
30、31、32 冷却通路
33、34 方向変換領域
35、36 方向変換要素
37 冷却空気流入部
38 絞り要素(板状)
39 絞り装置(リブ状)
40 閉塞要素および/または制御要素
41、42、43 乱流発生用リブ
44 突起
45 高温ガス流
46 圧力側(翼本体)
Am1、Am2、Am3 横断面積(翼中央)
Ab1〜Am5 横断面積(方向変換領域)
Claims (23)
- ガスタービン(10)用の静翼(20)であって、この静翼(20)が翼頭部(23)と被覆板(21)との間で半径方向に延在する翼本体(22)を備え、この翼本体の内部に冷却通路(30、31、32)が延在し、冷却媒体、特に冷却空気が前記静翼(20)を冷却するために前記冷却通路を通って流れ、続いて前記静翼(20)から前記タービンを通って流れる高温ガス流(45)に流出可能である、静翼において、
前記翼本体(22)が半径方向において三次元的に強く曲がった形を有することと、前記翼本体(22)の内部に、半径方向に延在するある数の冷却通路(30、31、32)が前記高温ガス流(45)の方向に相前後して配置され、かつ前記翼本体(22)の端部に配置された方向変換領域(33、34)によって、前記冷却媒体が方向を変えて前記冷却通路(30、31、32)を順々に流通するように互いに接続されていることと、
前記冷却通路(30、31、32)が半径方向において前記翼本体(22)の曲率に三次元的に追従していることを特徴とする静翼(20)。 - 前記翼本体(22)の内部に、半径方向に延在する少なくとも2つの冷却通路が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の静翼。
- 第1冷却通路(30)の入口が前記被覆板(21)を通って到達する冷却空気流入部(37)を介して、前記被覆板(21)の上方にある外室に接続されていることと、前記冷却空気流入部(37)を通って流れる冷却媒体流れを絞るための絞り要素(38)が前記冷却空気流入部(37)の領域内に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の静翼。
- 前記絞り要素(38)が1つまたは複数の穴を有する板の形をしていることと、前記絞り要素が前記冷却空気流入部(37)の入口を閉鎖し、前記絞り要素(38)が前記被覆板(21)にろう付けされていることを特徴とする請求項3に記載の静翼。
- 前記第1冷却通路(30)の終端が第1方向変換領域(33)によって第2冷却通路(31)の始端に接続されていることと、この第2冷却通路(31)の入口の横断面積(Ab2)が前記第1冷却通路(30)の出口の横断面積(Ab1)よりも大きいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記第1冷却通路(30)の出口の横断面積(Ab1)に対する第2冷却通路(31)の入口の横断面積(Ab2)の比が約1.6であることを特徴とする請求項5に記載の静翼。
- 前記第2冷却通路(31)の終端が第2方向変換領域(34)によって第3冷却通路(32)の始端に接続されていることと、外側のプラットホーム(21)と後縁(28)の一部を冷却するために、冷却媒体を制御して取り出すための絞り装置(39)が前記第2方向変換領域(34)に設けられていることと、前記第3冷却通路(32)の入口の横断面積(Ab4)が前記第2冷却通路(31)の出口の横断面積(Ab3)よりも小さいことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記第2冷却通路(31)の出口の横断面積(Ab3)に対する前記第3冷却通路(32)の入口の横断面積(Ab4)の比が約0.9であることを特徴とする請求項7に記載の静翼。
- 前記絞り装置(39)が流通方向に対して横向きに配向された多数のリブを備えていることを特徴とする請求項7または8に記載の静翼。
- 流れを案内するために、前記第1冷却通路(30)の終端から前記第2冷却通路(31)の始端まで延在する弧状の方向変換要素(35)が前記第1方向変換領域(33)内に配置されていることと、この方向変換要素(35)が前記第1冷却通路(30)の出口の横断面積(Ab1)と前記第2冷却通路(31)の入口の横断面積(Ab2)をそれぞれ、全体面積の約33%と約66%の2つの部分面積に分割していることを特徴とする請求項5に記載の静翼。
- 流れを案内するために、前記第2方向変換領域(34)の中央と前記第3冷却通路(32)の始端との間に延在する弧状の2つの方向変換要素(36)が前記第2方向変換領域(34)内に配置されていることと、この方向変換要素(36)が前記第2方向変換領域(34)の中央の横断面積(Ab5)をそれぞれ全体面積の約33%の3つの部分面積に分割し、かつ前記第3冷却通路(32)の入口の横断面積(Ab4)を全体面積の約36%、約36%および約28%の3つの部分面積に分割していることを特徴とする請求項6に記載の静翼。
- 前記静翼(20)の半分の高さ位置における、前記の3つの冷却通路(30、31、32)の横断面積(Am1〜Am3)が、1:2:1の比であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記翼本体(22)が高温ガス流(45)の流れ方向において前縁(27)から後縁(28)まで延在していることと、前記翼本体(22)が圧力側と吸い込み側を有していることと、この圧力側(46)において前記後縁(28)の手前に、前記後縁(28)に対して平行に延在する冷却スリット(29)が設けられ、前記冷却媒体が前記静翼(20)の全長にわたって前記冷却スリットを通って前記第3冷却通路(32)から流出し、前記静翼(20)の後縁(28)を冷却することができることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記冷却スリット(29)を通る冷却流を調節するために、縦方向に分割された制御要素(40)が前記冷却スリット(29)内に設けられていることを特徴とする請求項13に記載の静翼。
- 前記制御要素(40)が少なくとも2つの異なる形、特に円形と滴形を有し、縦方向に1つだけ配置されているかまたは交互に複数個配置されていることを特徴とする請求項14に記載の静翼。
- 前記第3冷却通路(32)が半径方向において外側から内側へ縮小する横断面積を有していることと、通路長さの最初の70%における、外側から内側へのこの横断面積の縮小率が、通路長さの最後の30%における縮小率よりも小さいことを特徴とする請求項1〜15のいずれか一つに記載の静翼。
- 冷却作用を改善するために、乱流発生用リブ(41、42、43)が前記冷却通路(30、31、32)内に配置されていることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記乱流発生用リブ(41、42、43)が流れ方向に対して斜めに前記冷却通路(30、31、32)内に配置されていることを特徴とする請求項17に記載の静翼。
- 前記第1冷却通路(30)が前記前縁(27)の方へ先が尖った三角形の横断面を有し、前記第2冷却通路(31)が長方形の横断面を有し、前記第3冷却通路が前記後縁(28)の方へ先が尖った三角形の横断面を有することと、前記第1と第3の冷却通路(30、32)内の前記乱流発生用リブ(41、43)の高さが前記前縁(27)または前記後縁(28)の方へ低くなっていることと、前記第2冷却通路(31)内の前記乱流発生用リブ(42)が一定の高さを有することを特徴とする請求項17または18に記載の静翼。
- 熱伝達を改善するために、面に分割した突起(44)が前記冷却スリット(29)内に設けられていることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一つに記載の静翼。
- 前記静翼(20)がガスタービンのためのものであることを特徴とする請求項1〜20のいずれか一つに記載の静翼。
- 請求項1〜21のいずれか一つに記載の静翼(20)を備えたガスタービンにおいて、
前記ガスタービンが連続燃焼によって動作し、流れ方向において相前後して2つの燃焼室(14、17)を備え、この燃焼室の後にそれぞれタービン(15、16)が配置されていることと、前記静翼(20)が第2タービン(18)内に配置されていることを特徴とするガスタービン。 - 複数列の静翼と動翼が流れ方向において相前後して前記第2タービン(18)内に配置されていることと、前記静翼(20)が2つの動翼の間の中間の静翼列に配置されていることを特徴とする請求項22に記載のガスタービン。
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