JP2012163053A - Gas turbine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine capable of further improving efficiency by suppressing a rise in the temperature of internal air in a stationary blade outer cavity.SOLUTION: In order to solve the problem, the gas turbine includes stationary blades held directly or indirectly via other stationary members on a casing, and the cavity communicating in a circumferential direction between the inner circumferential face of the casing and the outer circumferential faces of the stationary blades and shut off by the stationary blades and the other stationary members from a gas path in which fuel gas flows. In the gas turbine, a heat shield with a plurality of metal plates piled in a radial direction and air layers formed between the metal plates is installed near surfaces of the stationary blade outer circumferential faces in the cavity.

Description

本発明はガスタービンに係り、特に、ロータと静止部材との間の空間へ燃焼ガスが流れるのを防止するシール構造を有するものに好適なガスタービンに関する。   The present invention relates to a gas turbine, and more particularly to a gas turbine suitable for one having a sealing structure that prevents combustion gas from flowing into a space between a rotor and a stationary member.

図2に、一般的な発電用ガスタービンシステムの構成例を示す。該図に示す如く、ガスタービンシステム1は、圧縮機2により圧縮された作動流体に燃焼器3において燃料を加えて燃焼し、燃焼器3で発生した高温高圧の燃焼ガス6によりタービン4を駆動し、例えば発電機5で電力等のエネルギーに変換するものである。   FIG. 2 shows a configuration example of a general power generation gas turbine system. As shown in the figure, the gas turbine system 1 is combusted by adding fuel to the working fluid compressed by the compressor 2 in the combustor 3 and driving the turbine 4 by the high-temperature and high-pressure combustion gas 6 generated in the combustor 3. For example, the generator 5 converts it into energy such as electric power.

消費された燃料に対して得られる電気エネルギーは、できるだけ多い方が望ましく、周知の如く、ガスタービンシステム1においては、タービン4の入口における燃焼ガス6の高温化、高圧力化による性能向上が期待されている。   It is desirable that the electric energy obtained for the consumed fuel is as much as possible. As is well known, the gas turbine system 1 is expected to improve performance by increasing the temperature and pressure of the combustion gas 6 at the inlet of the turbine 4. Has been.

図3は、上述したタービン4の部分的な概略構成を示すものである。該図に示す如く、回転体であるタービンホイール9には、動翼8が取り付けられており、動翼8の径方向先端と静止シュラウド11との間には、半径方向の微小な隙間、所謂動翼先端間隙18が形成されている。   FIG. 3 shows a partial schematic configuration of the turbine 4 described above. As shown in the drawing, a moving blade 8 is attached to a turbine wheel 9 which is a rotating body, and a small radial gap between the radial tip of the moving blade 8 and the stationary shroud 11, so-called A blade tip gap 18 is formed.

この動翼先端間隙18は、タービンホイール9と動翼8の熱膨張及び遠心力による半径方向への伸びと静止部材(ケーシング10、静止シュラウド11、静翼12等)の熱変形との差異により、ガスタービンシステム1の運転状態によって大きさが変化する。そして、動翼先端間隙18の大きさは、大きすぎるとここを通る空気が増え動翼8の先端漏れ損失の原因となるため、ガスタービン1の高効率化に対しては、動翼先端間隙18は、極力小さいほうが望ましい。   The blade tip clearance 18 is caused by the difference between the thermal expansion of the turbine wheel 9 and the blade 8 due to thermal expansion and centrifugal force and the thermal deformation of the stationary member (the casing 10, the stationary shroud 11, the stationary blade 12, etc.). The size changes depending on the operating state of the gas turbine system 1. When the size of the rotor blade tip gap 18 is too large, air passing therethrough increases the tip leakage loss of the rotor blade 8. 18 is preferably as small as possible.

一方で、この動翼先端間隙18が小さすぎて動翼8の先端が静止部材に接触すると破壊の原因となるため、一般には、接触を避けるように、設計最小間隙値を下回らない初期の動翼先端間隙18が決められている。   On the other hand, if the blade tip clearance 18 is too small and the tip of the blade 8 comes into contact with a stationary member, it will cause destruction. Therefore, in general, an initial motion that does not fall below the design minimum gap value to avoid contact. A blade tip clearance 18 is determined.

静止部材の熱変形に大きく影響を及ぼすものの一つは、静止シュラウド11や静翼12の高温部材を保持しているケーシング10の熱膨張である。ケーシング10は、ケーシング10自身の内部の熱伝導、高温部材と接触している保持部(例えば、静止シュラウド11と静翼12の係合部)からの接触熱伝導、高温部材とケーシング10間の静翼外キャビティ20に存在するシール空気17との熱伝達、静翼12からの熱放射及びケーシング10の外周面から外周方向への熱放射、熱伝達など複雑に入熱若しくは放熱しており、軸方向及び円周方向の位置によって温度分布が変化し、過度な熱変形や不均一な変形等望ましくない変形を発生する場合がある。   One of the factors that greatly affects the thermal deformation of the stationary member is the thermal expansion of the casing 10 holding the high temperature members of the stationary shroud 11 and the stationary blade 12. The casing 10 has heat conduction inside the casing 10 itself, contact heat conduction from a holding portion (for example, an engaging portion between the stationary shroud 11 and the stationary blade 12) in contact with the high temperature member, and between the high temperature member and the casing 10. The heat transfer with the sealing air 17 existing in the stationary blade outer cavity 20, the heat radiation from the stationary blade 12, the heat radiation from the outer circumferential surface of the casing 10 to the outer circumferential direction, the heat transmission, etc. The temperature distribution changes depending on the position in the axial direction and the circumferential direction, and undesirable deformation such as excessive thermal deformation and non-uniform deformation may occur.

そこで、ガスタービン運転中におけるケーシング10への入熱及びケーシング10からの放熱を制限して、熱変形をより均一にする技術が特許文献1及び2に開示されている。   In view of this, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for restricting heat input to the casing 10 and heat radiation from the casing 10 during gas turbine operation to make the thermal deformation more uniform.

特許文献1には、タービンの静翼からケーシングの熱放射の遮熱に着目し、ケーシングに保持された密封リングとの間に熱保護シートを備えることにより、ケーシングの断熱を向上させる技術が開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for improving heat insulation of a casing by providing a thermal protection sheet between a stationary ring of a turbine and a sealing ring held by the casing, paying attention to heat insulation from the casing's thermal radiation. Has been.

また、特許文献2には、ケーシングと静翼の間の空間において、ケーシングの内周面にヒートシールドを設置して、ノズルからの熱放射による入熱を防ぐ技術が開示されている。   Patent Document 2 discloses a technique for preventing heat input due to heat radiation from the nozzle by installing a heat shield on the inner peripheral surface of the casing in the space between the casing and the stationary blade.

特開2009-103129号公報JP 2009-103129 A 米国特許第5201846号明細書US Pat. No. 5,2018,846

ガスタービンの高効率化を図るには、動翼先端間隙18の縮小の他にも、燃焼ガス6がロータと静止部材の間の空間(以降、ホイールスペース22という)へ流れ込む、漏れ込み防止のためのシール空気17の流量削減が重要である。   In order to increase the efficiency of the gas turbine, in addition to reducing the rotor blade tip gap 18, the combustion gas 6 flows into the space between the rotor and the stationary member (hereinafter referred to as the wheel space 22). Therefore, it is important to reduce the flow rate of the seal air 17.

燃料ガス6が通るガスパス内周側においては、ホイールスペース22へ漏れ込む現象に対応して、様々なシール構造がとられている。更に、タービンホイール9の寿命を考慮した許容温度の概念を導入し、シール空気17をホイールスペース22に供給することにより、漏れ空気の温度がホイールスペース22の許容温度より低くなるようにして、ホイールスペース22の長期信頼性(長寿命)を確保している。   Various seal structures are employed on the inner peripheral side of the gas path through which the fuel gas 6 passes in response to the phenomenon of leaking into the wheel space 22. Furthermore, by introducing the concept of allowable temperature in consideration of the life of the turbine wheel 9 and supplying the seal air 17 to the wheel space 22, the temperature of the leakage air becomes lower than the allowable temperature of the wheel space 22. The long-term reliability (long life) of the space 22 is ensured.

かかるシール空気17は、一般に、圧縮機抽気空気7(図2参照)の一部を利用するため、シール空気17の多量の消費は、ガスタービンの効率の低下をまねく。   Since the sealing air 17 generally uses a part of the compressor bleed air 7 (see FIG. 2), a large amount of consumption of the sealing air 17 leads to a decrease in efficiency of the gas turbine.

従って、ガスタービンの高効率化に際しては、より少ないシール空気17で燃焼ガス6の漏れ込みを防止することが重要なので、シール空気17の温度は、できるかぎり低い状態で該当部に供給するのが望ましい。そのためには、シール空気17の供給経路での入熱を抑える必要がある。   Therefore, in order to increase the efficiency of the gas turbine, it is important to prevent the combustion gas 6 from leaking with less sealing air 17, so that the temperature of the sealing air 17 should be supplied to the relevant part in the lowest possible state. desirable. For this purpose, it is necessary to suppress heat input in the supply path of the seal air 17.

一方、ケーシング10の内周面と静翼12の外周面、場合によってはその他の静止部材の側面とによって形成される空間の静翼外キャビティ20は、シール空気17の供給経路の一つであるが、特に、静翼12が冷却構造を持たない無冷却部材であった場合、静翼12のメタル温度は、ガスの温度に依存して高温化するため、シール空気17への入熱が大きくなると考えられる部分である。従来の技術では、高温部材から静翼外キャビティ20の内部空気への入熱は考慮されていない。   On the other hand, the stationary vane outer cavity 20 formed by the inner circumferential surface of the casing 10 and the outer circumferential surface of the stationary blade 12 and, in some cases, the side surfaces of other stationary members, is one of the supply paths of the seal air 17. However, in particular, when the stationary blade 12 is an uncooled member having no cooling structure, the metal temperature of the stationary blade 12 is increased depending on the temperature of the gas, so that the heat input to the seal air 17 is large. It is a part that is considered to be. In the conventional technology, heat input from the high temperature member to the internal air of the stationary blade outer cavity 20 is not considered.

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、静翼外キャビティ内における内部空気の温度上昇を抑え、更なる効率化が可能なガスタービンを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a gas turbine capable of further increasing efficiency by suppressing the temperature rise of internal air in the vane outer cavity.

本発明のガスタービンは、上記目的を達成するために、ケーシングに直接的若しくは他の静止部材を介して間接的に保持された静翼を有し、前記ケーシングの内周面と静翼外周面との間に円周方向に連通し、かつ、前記静翼及び他の静止部材によって、燃料ガスが通るガスパスとは遮られたキャビティを有するガスタービンにおいて、前記キャビティの静翼外周面の表面付近に、金属板が径方向に複数重ねられ、該金属板の間で空気層が形成される遮熱シールドが設置されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a gas turbine according to the present invention has a stationary blade directly held by a casing or indirectly through another stationary member, and has an inner circumferential surface and a stationary blade outer circumferential surface of the casing. In a gas turbine having a cavity that communicates in a circumferential direction and is blocked from a gas path through which fuel gas passes by the stationary blade and other stationary members, in the vicinity of the surface of the outer surface of the stationary blade of the cavity In addition, a plurality of metal plates are stacked in the radial direction, and a heat shield is provided to form an air layer between the metal plates.

本発明によれば、静翼外キャビティ内における内部空気の温度上昇を抑えることができるので、動翼先端間隙が縮小され、かつ、シール空気の温度上昇が抑えられシール空気流量を削減することが可能となり、ガスタービンの更なる高効率化を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the temperature rise of the internal air inside the stationary blade outer cavity, so that the rotor blade tip gap can be reduced, and the temperature rise of the seal air can be suppressed to reduce the seal air flow rate. This makes it possible to further increase the efficiency of the gas turbine.

本発明のガスタービンの一実施例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing one example of a gas turbine of the present invention. 一般的なガスタービンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a general gas turbine system. 従来のガスタービンの例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the example of the conventional gas turbine. 本発明のガスタービンに採用される遮熱シールドを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat shielding shield employ | adopted as the gas turbine of this invention. 図4に示した遮熱シールドを下方から見た状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which looked at the heat shield shown in FIG. 4 from the downward direction. 本発明のガスタービンに採用される遮熱シールドの設置例を示す図である。It is a figure which shows the example of installation of the heat shield shield employ | adopted as the gas turbine of this invention. 本発明のガスタービンに採用される遮熱シールドの他の設置例を示す図である。It is a figure which shows the other example of installation of the heat-shielding shield employ | adopted as the gas turbine of this invention. 本発明のガスタービンに採用される遮熱シールドの他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the heat-shielding shield employ | adopted as the gas turbine of this invention. 図8に示した遮熱シールドを下方から見た状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which looked at the heat shield shown in FIG. 8 from the downward direction.

以下、図示した実施例に基づき本発明のガスタービンについて説明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を説明し、その詳細説明は省略する。   Hereinafter, the gas turbine of the present invention will be described based on the illustrated embodiments. Incidentally, the same reference numerals are used for the same reference numerals as in the prior art, and the detailed description thereof is omitted.

図1は、本発明のガスタービンの一実施例を示すものである。該図に示す如く、本実施例では、静翼外キャビティ20内において、静翼12の外周面付近に遮熱シールド30が設置されている。他の構成は、図3に示した従来例の構成と略同様である。   FIG. 1 shows an embodiment of a gas turbine according to the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, a heat shield 30 is installed in the vicinity of the outer peripheral surface of the stationary blade 12 in the outer cavity 20 of the stationary blade. Other configurations are substantially the same as those of the conventional example shown in FIG.

上述した静翼外キャビティ20内の、静翼12の外周面付近に設置された遮熱シールド30の詳細について、図4を用いて説明する。   Details of the heat shield 30 installed near the outer peripheral surface of the stationary blade 12 in the above-described stationary blade outer cavity 20 will be described with reference to FIG.

図4に示す如く、本実施例の遮熱シールド30は、薄い金属板33の両端に曲面が形成されるように折り曲げ、更に、径方向に金属板33を重ね、この金属板33の間の空間で空気層34が形成される構造となっている。   As shown in FIG. 4, the heat shield 30 of the present embodiment is bent so that curved surfaces are formed at both ends of the thin metal plate 33, and further, the metal plates 33 are overlapped in the radial direction, and the space between the metal plates 33 is increased. The air layer 34 is formed in the space.

このような本実施例の構成によれば、静翼外キャビティ20内の、静翼12の外周面付近に遮熱シールド30が設置されているので、シール空気17が静翼外キャビティ20の内部を移動するときに、燃焼ガス6によって高温に加熱されている静翼12と直接接触を避けることが可能となる。   According to the configuration of this embodiment, since the heat shield 30 is installed in the vicinity of the outer peripheral surface of the stationary blade 12 in the stationary blade outer cavity 20, the sealing air 17 is generated inside the stationary blade outer cavity 20. It is possible to avoid direct contact with the stationary blade 12 heated to a high temperature by the combustion gas 6 when moving.

また、遮熱シールド30は、金属板33の径方向間の空間で空気層34が形成されるため、空気の熱伝達による径方向の熱移動を抑えることができる。更に、熱放射の観点からも、放射面(金属板33の表面及び裏面)が径方向に複数形成されるので、放射面間の温度差を小さくでき、遮熱シールド30の外周面からケーシング10への熱放射量を小さくすることができる。   Moreover, since the air layer 34 is formed in the space between the radial directions of the metal plate 33, the heat shield 30 can suppress heat transfer in the radial direction due to heat transfer of air. Furthermore, also from the viewpoint of heat radiation, since a plurality of radiation surfaces (the front surface and the back surface of the metal plate 33) are formed in the radial direction, the temperature difference between the radiation surfaces can be reduced, and the casing 10 The amount of heat radiation to can be reduced.

よって、ケーシング10の温度上昇を抑えることができ、ひいては、ケーシング10からシール空気17への熱伝達による入熱を抑えることができる。望ましくは、金属板33の一面を研磨し、研磨した面が遮熱シールド30の外表面となるように折り曲げるのがよい。遮熱シールド30の外表面が研磨されていることで、表面の熱伝達率及び放射率が低下するため、対流及び放射による熱移動をさらに抑えることができる。   Therefore, the temperature rise of the casing 10 can be suppressed, and as a result, heat input due to heat transfer from the casing 10 to the seal air 17 can be suppressed. Desirably, one surface of the metal plate 33 is polished and bent so that the polished surface becomes the outer surface of the heat shield 30. Since the outer surface of the heat shield 30 is polished, the heat transfer coefficient and emissivity of the surface are lowered, and thus heat transfer due to convection and radiation can be further suppressed.

また、遮熱シールド30には、径方向に連通したシール空気通過孔31が形成されている。このシール空気通過孔31は、静翼中空部15へシール空気17を供給するものであり、静翼中空部15の外周側に一つ又は複数個形成されている。   Further, the heat shield 30 is formed with a seal air passage hole 31 communicating in the radial direction. The sealing air passage hole 31 supplies the sealing air 17 to the stationary blade hollow portion 15, and one or more sealing air passage holes 31 are formed on the outer peripheral side of the stationary blade hollow portion 15.

図5は、図4に示した遮熱シールド30を下から見た内周面を示すものである。   FIG. 5 shows an inner peripheral surface when the heat shield 30 shown in FIG. 4 is viewed from below.

該図に示す如く、遮熱シールド30の内周面側には、突起32が任意の場所、例えば2つのシール空気通過孔31の周囲を囲むように、その周囲が囲まれたシール空気通過孔31間、或いは内周面の端部に設けられている。   As shown in the figure, on the inner peripheral surface side of the heat shield shield 30, a seal air passage hole whose periphery is surrounded so that a protrusion 32 surrounds the periphery of an arbitrary place, for example, two seal air passage holes 31. 31 or at the end of the inner peripheral surface.

この突起32は、静翼12との間に、およそ突起32の高さの空間を静翼12の表面に形成させることができる。即ち、遮熱シールド30が有する突起32の高さは、遮熱シールド30と静翼12の外周面との空間の径方向距離に略等しい。更に、突起32は、その空間におけるシール空気17の流れを積極的に留める働きをする。この突起32により、遮熱シールド30と静翼12との間にできる空間で、空気の流れの緩慢な空気層34が形成されるため、静翼12の表面での空気の熱伝達率を低下させて、静翼外キャビティ20の内部空気への熱伝達による入熱量をさらに低下させることができる。   A space having a height approximately equal to the height of the protrusion 32 can be formed between the protrusion 32 and the stationary blade 12 on the surface of the stationary blade 12. That is, the height of the protrusion 32 of the heat shield 30 is substantially equal to the radial distance of the space between the heat shield 30 and the outer peripheral surface of the stationary blade 12. Further, the protrusion 32 serves to positively stop the flow of the sealing air 17 in the space. The protrusion 32 forms an air layer 34 with a slow air flow in a space formed between the heat shield 30 and the stationary blade 12, thereby reducing the heat transfer coefficient of air on the surface of the stationary blade 12. Thus, the amount of heat input by heat transfer to the internal air of the stationary vane outer cavity 20 can be further reduced.

上述した突起32の配置は、望ましくは図5に示すように、静翼中空部15へと流れ込むシール空気17と、遮熱シールド30と静翼17の間に位置するシール空気17とを隔てるように、シール空気通過孔31の周囲に突起32を配置するのがよい。また、突起32は、金属板33をプレス加工することによって、容易に形成することができる。また、金属板33とは別の部材を突起32として取り付けてもよく、その場合にはセラミック等の低熱伝導材であるのがよい。   The arrangement of the protrusions 32 described above preferably separates the sealing air 17 flowing into the stationary blade hollow portion 15 from the sealing air 17 positioned between the heat shield 30 and the stationary blade 17 as shown in FIG. In addition, it is preferable to arrange the protrusion 32 around the sealing air passage hole 31. The protrusion 32 can be easily formed by pressing the metal plate 33. In addition, a member other than the metal plate 33 may be attached as the protrusion 32, and in that case, a low heat conductive material such as ceramic may be used.

次に、上述した遮熱シールド30の設置の仕方について説明する。図6は、遮熱シールド30の設置例の一例である。   Next, how to install the above-described heat shield 30 will be described. FIG. 6 is an example of an installation example of the heat shield 30.

該図に示す如く、本例では、遮熱シールド30を、複数のピン40によって静翼12、若しくは静止シュラウド11に固定している。尚、ピン40は、遮熱シールド30の熱変形を許容できる構造、即ち、遮熱シールド30を完全に固定するのではなく、熱変形した際に多少動ける構造としている。また、ピン40は、複数である必要はなく、1本で固定しても構わない。   As shown in the figure, in this example, the heat shield 30 is fixed to the stationary blade 12 or the stationary shroud 11 by a plurality of pins 40. The pin 40 has a structure that allows thermal deformation of the heat shield 30, that is, a structure that does not completely fix the heat shield 30, but moves somewhat when it is thermally deformed. Moreover, the pin 40 does not need to be plural and may be fixed by one.

図7に、遮熱シールド30の設置の仕方の他の例を示す。図7に示す例は、遮熱シールド30を静翼12に溶接部41にて固定している。   FIG. 7 shows another example of how to install the heat shield 30. In the example shown in FIG. 7, the heat shield 30 is fixed to the stationary blade 12 with a welded portion 41.

上述した遮熱シールド30の構造、及びその設置の仕方によって、ケーシング10の温度上昇を抑えて動翼先端間隙18を縮小し、かつ、シール空気17の温度上昇を抑えることが可能となり、シール空気17の流量を削減することでガスタービンの更なる高効率化を図ることが可能となる。   Depending on the structure of the heat shield 30 described above and the installation method, it is possible to suppress the temperature rise of the casing 10 to reduce the rotor blade tip gap 18 and to suppress the temperature rise of the seal air 17. It is possible to further increase the efficiency of the gas turbine by reducing the flow rate of 17.

次に、遮熱シールドの他の例を図8を用いて説明する。該図に示す如く、本例の遮熱シールド35は、外周側金属板36と内周側金属板37を径方向に重ねた構造となっており、その間にはスペーサー38を備えている。   Next, another example of the heat shield will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the heat shield 35 of this example has a structure in which an outer peripheral side metal plate 36 and an inner peripheral side metal plate 37 are stacked in the radial direction, and a spacer 38 is provided between them.

図9は、図8に示した遮熱シールド35を下から見た内周面を示すものである。   FIG. 9 shows an inner peripheral surface of the heat shield 35 shown in FIG. 8 as viewed from below.

該図に示す如く、遮熱シールド35の内周面側には、突起32が任意の場所、例えば2つのシール空気通過孔31の周囲を囲むように、その周囲が囲まれたシール空気通過孔31間、或いは内周面の端部に設けられている。   As shown in the drawing, on the inner peripheral surface side of the heat shield shield 35, a seal air passage hole whose periphery is surrounded so that a protrusion 32 surrounds the periphery of two seal air passage holes 31, for example. 31 or at the end of the inner peripheral surface.

この構造により、外周側金属板36と内周側金属板37の間の径方向の空間で空気層34が形成されるため、図4に示した実施例の遮熱シールド35とほぼ同じ効果を得ることが可能である。   With this structure, the air layer 34 is formed in the radial space between the outer peripheral side metal plate 36 and the inner peripheral side metal plate 37, so that the effect is almost the same as that of the heat shield 35 of the embodiment shown in FIG. 4. It is possible to obtain.

尚、スペーサー38は、外周側金属板36若しくは内周側金属板37をプレス加工することによって容易に形成することができる。また、外周側金属板36、内周側金属板37とは別の部材をスペーサー38として取り付けてもよく、その場合には、セラミック等の低熱伝導材であるのがよい。   The spacer 38 can be easily formed by pressing the outer peripheral side metal plate 36 or the inner peripheral side metal plate 37. Further, a member other than the outer peripheral side metal plate 36 and the inner peripheral side metal plate 37 may be attached as the spacer 38, and in that case, a low heat conductive material such as ceramic may be used.

以上説明した本実施例によれば、下記の3つの効果によって、ホイールスペース22に供給するシール空気17となる静翼外キャビティ20の内部空気の温度上昇を抑えることが可能となる。   According to the present embodiment described above, it is possible to suppress an increase in the temperature of the internal air of the stationary blade outer cavity 20 that becomes the seal air 17 supplied to the wheel space 22 by the following three effects.

まず、一つ目に、遮熱シールド30、35を静翼外キャビティ22の内周側(静翼12側)に配置することによって、静翼外キャビティ22の内部空気が供給先へと移動する時に、高温の静翼12と直接に接触して熱伝達により入熱することを防ぐことができる。   First, by disposing the heat shields 30 and 35 on the inner peripheral side (the stationary blade 12 side) of the stationary blade outer cavity 22, the internal air of the stationary blade outer cavity 22 moves to the supply destination. Sometimes, it is possible to prevent direct contact with the high temperature stationary blade 12 and heat input by heat transfer.

次に、遮熱シールド30、35を複数枚の薄い金属板33、外周側金属板36、内周側金属板37を径方向に重ねた構造とすることにより、金属板33間、外周側金属板36の内周側金属板37の間の空間で空気層34が形成されるため、遮熱シールド30、35自身の断熱効率を高めることができる。   Next, the heat shielding shields 30 and 35 have a structure in which a plurality of thin metal plates 33, an outer peripheral side metal plate 36, and an inner peripheral side metal plate 37 are stacked in the radial direction. Since the air layer 34 is formed in the space between the inner peripheral side metal plates 37 of the plate 36, the heat insulation efficiency of the heat shields 30 and 35 themselves can be increased.

次に、遮熱シールド30、35の内周面側に任意に設けた突起32で、遮熱シールド30、35と静翼12との間にできる空間で空気の流れを積極的に留めることにより、静翼12の表面での空気の熱伝達率を低下させて、静翼外キャビティ20の内部空気への熱伝達による入熱量をさらに低下させることができる。   Next, with the protrusion 32 arbitrarily provided on the inner peripheral surface side of the heat shields 30 and 35, the air flow is positively stopped in the space formed between the heat shields 30 and 35 and the stationary blade 12. The heat transfer rate of air on the surface of the stationary blade 12 can be reduced, and the amount of heat input by heat transfer to the internal air of the stationary blade outer cavity 20 can be further reduced.

最後に、高温の静翼12からケーシング10への熱放射が遮熱シールド30、35によって大きく抑えられるため、ケーシング10の内周面の温度も低下させることができ、ケーシング10の内周面から静翼外キャビティ20の内部空気への入熱も抑えることができる。   Finally, since heat radiation from the high-temperature stationary blade 12 to the casing 10 is largely suppressed by the heat shield shields 30 and 35, the temperature of the inner peripheral surface of the casing 10 can also be reduced, and from the inner peripheral surface of the casing 10 Heat input to the internal air of the stationary vane outer cavity 20 can also be suppressed.

これらの効果によって、ケーシング10の温度上昇を抑えて動翼先端間隙18を縮小し、かつ、シール空気17の温度上昇を抑えてシール空気17の流量を削減することが可能となり、ガスタービンの更なる高効率化を図ることが可能となる。   By these effects, it becomes possible to reduce the temperature of the casing 10 by reducing the temperature rise of the casing 10 and to reduce the flow rate of the seal air 17 by suppressing the temperature rise of the seal air 17. It is possible to achieve higher efficiency.

1…ガスタービンシステム、2…圧縮機、3…燃焼器、4…タービン、5…発電機、6…燃焼ガス、7…圧縮機抽気空気、8…動翼、9…タービンホイール、10…ケーシング、11…静止シュラウド、12…静翼、13…ダイアフラム、15…静翼中空部、16…静翼内周孔、17…シール空気、20…静翼外キャビティ、21…ダイアフラムキャビティ、22…ホイルスペース、23…ダイアフラムシール空気供給孔、30、35…遮熱シールド、31…シール空気通過孔、32…突起、33…金属板、34…空気層、36…外周側金属板、37…内周側金属板、38…スペーサー、40…ピン、41…溶接部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine system, 2 ... Compressor, 3 ... Combustor, 4 ... Turbine, 5 ... Generator, 6 ... Combustion gas, 7 ... Compressor extraction air, 8 ... Rotor blade, 9 ... Turbine wheel, 10 ... Casing 11 ... Static shroud, 12 ... Static blade, 13 ... Diaphragm, 15 ... Static blade hollow portion, 16 ... Static blade inner peripheral hole, 17 ... Sealed air, 20 ... Static blade outer cavity, 21 ... Diaphragm cavity, 22 ... Foil Space, 23 ... Diaphragm seal air supply hole, 30, 35 ... Heat shield, 31 ... Seal air passage hole, 32 ... Projection, 33 ... Metal plate, 34 ... Air layer, 36 ... Outer metal plate, 37 ... Inner circumference Side metal plate, 38 ... spacer, 40 ... pin, 41 ... weld.

Claims (12)

ケーシングに直接的若しくは他の静止部材を介して間接的に保持された静翼を有し、前記ケーシングの内周面と静翼外周面との間に円周方向に連通し、かつ、前記静翼及び他の静止部材によって、燃料ガスが通るガスパスとは遮られたキャビティを有するガスタービンにおいて、
前記キャビティの静翼外周面の表面付近に、金属板が径方向に複数重ねられ、該金属板の間で空気層が形成される遮熱シールドが設置されていることを特徴とするガスタービン。
A stationary blade held directly on the casing or indirectly through another stationary member, communicated in a circumferential direction between an inner peripheral surface of the casing and an outer peripheral surface of the stationary blade, and the stationary blade In a gas turbine having a cavity that is interrupted by a gas path through which fuel gas passes by blades and other stationary members,
A gas turbine characterized in that a plurality of metal plates are stacked in the radial direction near the surface of the outer peripheral surface of the stationary blade of the cavity, and a heat shield is formed to form an air layer between the metal plates.
請求項1に記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、薄い金属板を折り曲げて二重とし、内部の空間を前記空気層とすることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 1, wherein
The heat shield shield is a gas turbine characterized in that a thin metal plate is bent to be double, and an internal space is used as the air layer.
請求項2に記載のガスタービンにおいて、
前記金属板の内周表面に、任意の方向に伸びる複数の突起を有することを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 2, wherein
A gas turbine comprising a plurality of protrusions extending in an arbitrary direction on an inner peripheral surface of the metal plate.
請求項3に記載のガスタービンにおいて、
前記突起の高さが、前記遮熱シールドと静翼外周面との空間の径方向距離にほぼ等しいことを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 3, wherein
The gas turbine according to claim 1, wherein a height of the protrusion is substantially equal to a radial distance of a space between the heat shield shield and the outer peripheral surface of the stationary blade.
請求項3又は4に記載のガスタービンにおいて、
前記突起は、前記金属板をプレス加工することによって形成されることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 3 or 4,
The projection is formed by pressing the metal plate.
請求項3乃至5のいずれかに記載のガスタービンにおいて、
前記突起の材料は、低熱伝導体であることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to any one of claims 3 to 5,
The gas turbine is characterized in that the material of the protrusion is a low thermal conductor.
請求項1乃至6のいずれかに記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、前記キャビティを通るシール空気を静翼内部へ供給する孔を有していることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to any one of claims 1 to 6,
The gas turbine according to claim 1, wherein the heat shield has a hole for supplying seal air passing through the cavity to the inside of the stationary blade.
請求項7に記載のガスタービンにおいて、
前記キャビティを通るシール空気を静翼内部へ供給する孔を囲むように、前記突起が設置されていることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 7, wherein
The gas turbine according to claim 1, wherein the protrusion is disposed so as to surround a hole for supplying seal air passing through the cavity to the inside of the stationary blade.
請求項1に記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、2枚の金属板が径方向にある距離を隔てて重ねた構造で、かつ、その間には空気層が形成されていることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 1, wherein
2. The gas turbine according to claim 1, wherein the heat shield has a structure in which two metal plates are stacked with a certain distance in the radial direction, and an air layer is formed therebetween.
請求項9に記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、外周側若しくは内周側金属板の少なくともどちらか一方がプレス加工された2枚の金属板を径方向に隔てた構造であることを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 9, wherein
The gas turbine according to claim 1, wherein the heat shield has a structure in which at least one of an outer peripheral side metal plate and an inner peripheral side metal plate is pressed in a radial direction.
請求項9又は10に記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、外周側金属板と内周側金属板の間にスペーサーを配置し、その両者の径方向に隔てる空間を前記空気層としたことを特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to claim 9 or 10,
In the gas turbine, the heat shield includes a spacer disposed between an outer peripheral side metal plate and an inner peripheral side metal plate, and a space that is separated in the radial direction of the spacer is used as the air layer.
請求項1乃至11のいずれかに記載のガスタービンにおいて、
前記遮熱シールドは、外表面が表面仕上げされた金属板である特徴とするガスタービン。
The gas turbine according to any one of claims 1 to 11,
The gas turbine according to claim 1, wherein the heat shield is a metal plate having an outer surface finished.
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