JP2011516269A - ガスタービン用ブレード - Google Patents

Abstract

ガスタービン、特に、順次燃焼式ガスタービンの低圧タービン用のブレード（２０）が、鋳造方法により製作されて、半径方向に対して内側のプラットフォームと外側のプラットフォーム（２１）の間に延びるブレード板を有し、そのブレード板の内部には、プラットフォーム（２１）に通じる冷却通路が延びており、その冷却通路には、ブレード（２０）を冷却するための冷媒、特に、冷気が流れ、外側及び／又は内側のプラットフォーム（２１）には、鋳造用中子を使用したために生じた中子出口部分（４０）が有り、その中子出口部分が、冷却通路を外部空間と繋いでいるために、閉鎖部品（３２）によって閉鎖されている。そのようなブレード（２０）において、閉鎖部品（３２）は、それが冷却通路の壁面と同一平面で連続するように構成されて、中子出口部分（４０）内に差し込まれていることによって、最適な冷却を保証している。

Description

本発明は、ガスタービンの技術分野に属する。本発明は、請求項１の上位概念に基づくガスタービン用ブレードに関する。

順次燃焼式ガスタービンが周知であり、産業用途において実績を有する。当業者の間でＧＴ２４／２６として知られている、そのようなガスタービンは、例えば、非特許文献１の論文に記載されている。その論文の図１は、そのようなガスタービンの基本的な構造を図示しており、その論文の図１は、本明細書の図１として掲載されている。更に、そのようなガスタービンは、特許文献１に記載されている。

図１は、順次燃焼式ガスタービン１０を図示しており、シャフト１９に沿って、圧縮機１１、第一燃焼室１４、高圧タービン（ＨＤＴ）１５、第二燃焼室１７及び低圧タービン（ＮＤＴ）１８が配置されている。圧縮機１１と二つのタービン１５，１８は、シャフト１９の周りを回転するローターの一部となっている。圧縮機１１は、空気を吸い込んで、それを圧縮している。圧縮された空気は、プレナムチェンバーに流入して、そこから前混合バーナーに流れ、そこで、この空気は、少なくとも一つの燃料、少なくとも燃料供給部１２を介して供給される燃料と混合される。そのような前混合バーナーは、基本的に特許文献２又は３に記載されている。

圧縮された空気は、前混合バーナーに流入して、そこで、前述した通り、少なくとも一つの燃料との混合が行われる。次に、その燃料と空気の混合気は、第一燃焼室１４に流入して、そこで、その混合気は、安定した火炎面を形成して燃焼する。そのようにして生成された高温ガスは、次の高圧タービン１５内で出力を発生して部分的に減圧され、そして、第二燃焼室１７に流入して、そこで、更に別の燃料供給１６が行われる。高圧タービン１５内で部分的に減圧された高温ガスが依然として保持する高温によって、第二燃焼室１７内では、自己点火に基づく燃焼が起こる。次に、第二燃焼室１７内で再加熱された高温ガスは、複数段の低圧タービン１８内で減圧される。

低圧タービン１８は、フロー方向に対して順番に配置された、動翼と案内翼から成る複数の配列を備えており、動翼と案内翼は、交互に配置されている。例えば、フロー方向に対して三番目の案内翼配列の案内翼は、図１では符号２０’を付与されている。

案内翼は、その内部に、ブレード板の両端の間を往復する大抵は曲がりくねった冷却通路を備えており、その冷却通路には、冷媒、大抵は冷気が流れる。それは、大きな熱負荷に晒される全ての動翼にも当てはまる。

そのようなブレードを製造するために、主に、冷却通路の形成に鋳造用中子を使用する鋳造方法が用いられている。そのような鋳造用中子は、製造上の理由からブレードの片端又は両端から突き出るために、鋳造プロセスの終了後には、それに対応して一つ以上の中子出口部分が残ってしまい、それらの出口部分は、後で閉鎖しなければならない。そのような開口部の閉鎖方法は、例えば、特許文献４に記載されている。その方法では、ブレードの開口部は、焼結させた蓋で閉鎖されており、その蓋は、内側も外側も各壁面と同一平面で連続するようになっていない。そのようになっていると、不均一な階段状の表面が生じて、冷却に用いられる媒体の流れが妨げられてしまい、そのため、冷却効率を劣化させ、部分的に問題を起こすことさえ有る。

欧州特許第０６２０３６２号明細書 欧州特許公開第０３２１８０９号明細書 欧州特許公開第０７０４６５７号明細書 米国特許第６，８３７，４１７号明細書 国際特許公開第２００６／０２９９８３号明細書

Joos, F. et al., "Field Experience of the Sequential Combustion System for the ABB GT24/GT26 Gasturbine Family", IG-TI/ASME 98-GT-220, 1998 Stockholm

そこで、本発明は、そのような問題を解決するものである。以上のことから、本発明の課題は、周知のブレードの欠点を防止するとともに、ブレード内での冷媒の妨害されない最適な流れを特徴とする冒頭に述べた形式のブレードを実現することである。

本課題は、請求項１の特徴全体によって解決される。本発明では、閉鎖部品が冷却通路の壁面と同一平面で連続するように、閉鎖部品を構成して、それを中子出口部分に差し込むことが重要である。そのように構成した閉鎖部品によって、冷媒の流れに対して不利な影響が確実に防止される。

本発明の一つの実施形態は、閉鎖部品が、事前に製作された閉鎖栓として構成されていることを特徴とする。そのような栓は、中子出口部分に簡単に差し込むことができるとともに、そこに速く確実に固定することができる。有利には、それは、閉鎖部品又は閉鎖栓を中子出口部分に堅く鑞接することによって実現される。

中子出口部分内に当接面を形成して、その面上に閉鎖部品又は閉鎖栓を載せるようにすると、閉鎖部品又は閉鎖栓を特に簡単に位置決めすることができる。

本発明の別の実施形態では、閉鎖部品又は閉鎖栓がプラットフォームの外面と同一平面で連続するように、閉鎖部品又は閉鎖栓を中子出口部分に差し込むものとする。そうすることによって、ブレードの外側空間においても、流体力学的な利点が得られる。

本発明によるブレードは、有利には、ガスタービンに用いられる。その場合、ガスタービンは、高圧タービンを後続する第一燃焼室と、低圧タービンを後続する第二燃焼室とを備えた順次燃焼式ガスタービンとすることができ、このブレードは、低圧タービンにも高圧タービンにも用いられる。特に、そのようなガスタービンの低圧タービンは、フロー方向に並んだ、動翼と案内翼から成る複数の配列を備えている。

従来技術による順次燃焼式ガスタービンの基本構造図 案内翼の側面の模式図 第一の中子出口部分を備えた外側のプラットフォームを上から見た平面図 本発明の実施例により閉鎖された中子出口部分の図３のＩＶ−ＩＶの面における断面図 第二の中子出口部分を備えた内側のプラットフォームを下から見た平面図 本発明の別の実施例により閉鎖された中子出口部分の図５のＶＩ−ＶＩの面における断面図

以下において、図面と関連した実施例に基づき、本発明を詳しく説明する。本発明の理解と直接関係しない重要でない全ての構成要素を省略している。異なる図面内の同じ構成要素には、同じ符号を付与している。媒体のフロー方向は、矢印で示している。

図２には、例えば、図１による順次燃焼式ガスタービンの低圧タービンに用いることがができる、本発明の実施に適した案内翼が、側面の模式図で図示されている。しかし、本発明による対象の適用は、前述した形式のガスタービンにも、特殊な案内翼又は動翼にも、所定のブレード配列にも限定されない。ここでベースとする案内翼２０は、長手方向（ガスタービンの半径方向）に対してブレードヘッド２３とデッキプレート２１の間に延びるとともに、高温ガスフロー３０の方向に対して前端２７から後端２８にまで達する、空間内で湾曲したブレード板２２を有する。両端２７と２８の間において、ブレード板２２は、外部に対して（図２で観察者の方を向いた）圧力側３１と（その反対側の）吸気側とによって画定されている。

案内翼２０は、デッキプレート２１の上側に形成されたフック形状の固定部品２４と２５を用いて、タービンの筐体と固定される一方、ブレードヘッド２３をローターと密着させている。

ブレード板２２の内部には、ブレード２０を冷却するために、例えば、特許文献５に記載されている通りの、プラットフォーム２１，２３の間を往復する曲がりくねった冷却通路（図４と６の符号３９）が設けられている。そのような冷却通路を鋳造技術で製作するためには、中子が必要であり、その中子は、この例では、プラットフォーム２１と２３において、（図３と４の）デッキプレートでの中子出口部分４０又は（図５と６の）ブレードヘッドでの中子出口部分４１として残ってしまっている。

図４と６では、中子出口部分４０，４１は、それに対応する閉鎖栓３２又は３６で閉鎖されて、少なくともその部分において、閉鎖栓３２，３６の外側に有る面が周囲の壁面と同一平面で連続して、流れる冷媒が壁面に当たるように構成されている。それは、特に、ブレードの内部に冷媒を通すための冷却通路３９に関して言えることである。

デッキプレート２１に生じた中子出口部分４０が円形である場合、中子出口部分内に、直径方向の段差を付けることによって、リング形状の当接面３３を設け、その面上に、閉鎖栓３２の対応する段差部分を載せるようにする（図４）。その場合、閉鎖栓３２は、それを差し込んだ後に、中子出口部分４０内において、デッキプレート２１の外面も冷却通路３９の内壁の表面３５も同一平面で連続するようなサイズ及び形状となっている。閉鎖栓３２は、有利には、硬鑞接部３４によって、中子出口部分４０内に固定されている。

ブレードヘッド２３の中子出口部分４１が四角形の場合、同様の措置が用いられ、中子出口部分４１では、対向する側面に所定の深さの当接面３７が設けられて、その面上には、中子出口部分４１に差し込まれて周縁の輪郭と適合する閉鎖栓３６が載せられる（図６）。この場合も、閉鎖栓３６は、硬鑞接部３８によって中子出口部分４１内に固定されて、周囲の表面と同一平面で連続するようになっている。

基本的にタービンの冷却される全てのブレードに適用することができる本発明によって、閉鎖部品が冷媒の流れを妨げる影響が最小限となる。それによって、ブレードの壁面が最適に冷却され、そのことは、ブレードの寿命を延ばすこととなる。本発明によるブレードの有利な適用は、大規模な据置型ガスタービン、例えば、当業者の間でＧＴ２４／２６の名称で知られている順次燃焼式ガスタービンに対して行われる。後者のガスタービンでは、有利には、そのようなブレードを低圧タービンに適用することができる。別の形式のガスタービンでも、そのようなブレードを同様に用いることができる。

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２，１６ 燃料供給部
１３ ＥＶバーナー
１４，１７ 燃焼室
１５ 高圧タービン
１８ 低圧タービン
１９ シャフト
２０，２０’ ブレード
２１ デッキプレート
２２ ブレード板
２３ ブレードヘッド
２４，２５ （フック形状の）固定部品
２７ 前端
２８ 後端
２９ スロットル部品
３０ 高温ガスフロー
３１ 圧力側
３２，３６ 閉鎖栓
３３，３７ 当接面
３４，３８ 硬鑞接部
３５ （冷却通路の）表面
３９ 冷却通路
４０，４１ 中子出口部分

Claims (9)

1. 鋳造方法により製作されたブレード（２０）が、半径方向に対してブレードヘッド（２３）とデッキプレート（２１）の間に延びるブレード板（２２）を有し、そのブレード板の内部には、プラットフォーム（２１，２３）に通じる冷却通路（３９）が延びており、その冷却通路には、ブレード（２０）を冷却するための冷媒が流れ、ブレード（２０）の終端側の端部（２１，２３）には、鋳造用中子を使用したために生じた中子出口部分（４０，４１）が有り、その中子出口部分が、冷却通路（３９）を外部空間と繋いでいるために、閉鎖部品（３２，３６）によって閉鎖されている、ガスタービン（１０）用のブレード（２０）において、
   閉鎖部品（３２，３６）は、それが冷却通路（３９）の壁面と同一平面で連続するように構成されて、中子出口部分（４０，４１）内に差し込まれていることを特徴とするブレード。
2. 当該の閉鎖部品が、事前に製作された閉鎖栓（３２，３６）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のブレード。
3. 閉鎖部品又は閉鎖栓（３２，３６）が、中子出口部分（４０，４１）内で硬鑞接されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブレード。
4. 閉鎖部品又は閉鎖栓（３２，３６）を載せるための当接面（３３，３７）が、中子出口部分（４０，４１）内に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のブレード。
5. 閉鎖部品又は閉鎖栓（３２，３６）は、それがプラットフォーム（２１，２３）の外面と同一平面で連続するように、中子出口部分（４０，４１）内に差し込まれていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のブレード。
6. 請求項１から５までのいずれか一つに記載のブレード（２０）を備えたガスタービンにおいて、
   ブレード（２０）が、ガスタービン（１０）のタービン（１５，１８）内に配置されていることを特徴とするガスタービン。
7. ガスタービン（１０）が、高圧タービン（１５）を後続する第一燃焼室（１４）と、低圧タービン（１８）を後続する第二燃焼室（１７）とを備えた順次燃焼式ガスタービンであることと、
   ブレード（２０）が、低圧タービン（１８）内に配置された案内翼であることと、
   を特徴とする請求項６に記載のガスタービン。
8. 当該の低圧タービンが、フロー方向に並んだ、案内翼から成る複数の配列を備えていることと、
   この案内翼（２０）が、中央の案内翼配列に配置されていることと、
   を特徴とする請求項７に記載のガスタービン。
9. ブレード（２０）が、動翼であることを特徴とする請求項６に記載のガスタービン。

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