JP2013221455A - ガスタービン、及びその高温部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンで、燃焼ガスと接する高温部品の耐久性を高める。
【解決手段】燃焼器２０の出口フランジ２３と静翼４１ａの内側シュラウド４５との間をシールするシール部材８０には、燃焼ガス流路Ｐｇに沿って下流側に隣接する内側シュラウド４５と対向する下流側端面８５から内側シュラウド４５に対して遠ざかる向きに凹み、且つ下流側端面８５の延在方向である周方向に延びる係合溝８６と、係合溝８６と燃焼ガス流路Ｐｇとに挟まれた領域中で、周方向に延びる冷却通路８７と、係合溝８６と冷却通路８７とを接続する導入通路８８と、冷却通路８７と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する排出通路８９と、が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスタービン、及びこのガスタービンで燃焼ガスが接する高温部品に関する。

ガスタービンは、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料に圧縮空気を混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより回転するロータと、ロータを回転可能に覆うケーシングと、を備えている。

ロータは、ロータ軸を中心としてこのロータ軸に平行な軸方向に延びるロータ本体と、軸方向に並んでロータ本体に設けられている複数の動翼段と、を有している。各動翼段は、いずれも、ロータ軸に対する周方向に並んでロータ本体に設けられている複数の動翼を有している。各動翼段の上流側には、静翼段が配置されている。各静翼段は、ロータ軸に対する周方向に並んでケーシングの内側に固定されている複数の静翼を有している。静翼は、ロータ軸に対して径方向に延びる静翼本体と、この静翼本体の径方向外側に設けられている外側シュラウドと、静翼本体の径方向内側に設けられている内側シュラウドとを有している。燃焼器からの燃焼ガスは、静翼の外側シュラウドと内側シュラウドとの間を通って、下流側の動翼に導かれる。軸方向で互いに隣接する静翼段相互間には、周方向に並んだ複数の分割環が配置されている。この分割環は、この分割環の上流側及び下流側の静翼段を構成する静翼の外側シュラウドと共同して、環状の燃焼ガス流路の外周側を画定する。

ガスタービンの構成部品のうち、燃焼器、動翼、静翼、及び分割環は、いずれも、高温の燃焼ガスに接する高温部品である。これらの高温部品は、いずれも、その耐久性等を確保するために、空気等で冷却されている。

ガスタービンの高温部品を空気で冷却する構造としては、例えば、以下の特許文献１に開示されている冷却構造がある。この特許文献１に開示されているガスタービンでは、燃焼器の尾筒の出口フランジと第一段静翼の外側シュラウド及び内側シュラウドとの間をシール部材でシールしている。外側シュラウド及び内側シュラウドには、その上流側端面から下流側に向かって凹むシール溝が形成されており、ここにシール部材が差し込まれている。

この特許文献１に開示されている冷却構造では、シール溝の溝底から燃焼ガス流路に連通する空気通路が形成されている。この空気通路は、燃焼ガス流路に近づくに連れて次第に下流側に向かって傾斜している。このため、シール溝内に入ってきた高圧の空気は、この空気通路を通って燃焼ガス流路内に流れ込み、外側シュラウド又は内側シュラウドの燃焼ガス流路側の面をフィルム冷却する。

特開２０１０−２４２７５０号公報

上記特許文献１に記載の冷却構造では、外側シュラウド又は内側シュラウドの燃焼ガス流路側の面であって、空気通路の燃焼ガス流路側の開口よりも下流側の部分を冷却することができる。しかしながら、上記特許文献１に記載の構造では、外側シュラウド又は内側シュラウドで、空気通路の燃焼ガス流路側の開口よりも上流側の部分、つまり、シール溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができず、係る部分の耐久性を高めることができないという問題点がある。

そこで、本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、耐久性を向上させることができる高温部品、この高温部品を備えているガスタービンを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係るガスタービンの高温部品は、
燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品において、前記燃焼ガス流路に沿って隣接する他の高温部品と対向する端面から該他の高温部品に対して遠ざかる向きに凹み、且つ該端面の延在方向に延びる溝と、前記溝と前記燃焼ガス流路とに挟まれた領域中で、前記延在方向に延びる冷却通路と、前記溝と前記冷却通路とを接続する導入通路と、前記冷却通路と前記燃焼ガス流路とを接続する排出通路と、が形成されていることを特徴とする。

ガスタービンの高温部品には、高温部品を基準にして燃焼ガス流路と反対側部分に冷却用の圧縮空気が供給される。当該高温部品では、溝から燃焼ガス流路につながる通路が形成されているため、溝内に圧縮空気が入り込み易くなり、この溝を冷却することができる。さらに、当該高温部品では、溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域に冷却通路が形成されており、この冷却通路内に圧縮空気が流れ込むので、溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができる。

ここで、前ガスタービンの高温部品において、前記排出通路における前記冷却通路側の開口は、該冷却通路における前記燃焼ガスの流れの上流側の部分に形成されていてもよい。

当該高温部品では、冷却通路よりもさらに上流側部分を冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、前記排出通路は、前記燃焼ガス流路に近づくに連れて、次第に前記燃焼ガスの流れの下流側に向かう方向に傾斜していてもよい。

当該高温部品では、燃焼ガス流路側の面に沿って排出通路からの圧縮空気が流れるので、この燃焼ガス流路側の面をフィルム冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、前記排出通路における前記燃焼ガス流路側の開口は、前記他の高温部品を臨める位置に形成されていてもよい。

高温部品と他の高温部品の間に生じる隙間には、燃焼ガスの巻き込みが生じ、これにより高温部品に損傷を生じることがある。当該高温部品では、この隙間へ圧縮空気を噴出してパージすることにより、他の高温部品との間への燃焼ガスの巻き込みを防ぐことができ、効果的に高温部品の損傷をして耐久性を高めることができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、前記冷却通路である第一冷却通路の前記延在方向における端部で、該第一冷却通路と連通し、前記燃焼ガス流路に沿って前記他の高温部品から遠ざかる向きに延びる第二冷却通路が形成され、前記排出通路は、前記第二冷却通路を介して、前記第一冷却通路と前記燃焼ガス流路とを接続してもよい。

当該高温部品では、第二冷却通路が形成されることで、第一冷却通路内の一方の端部から他方の端部にかけての流れがスムーズになるため、第一冷却通路に沿った部分の全体を効率よく冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、前記溝は、前記他の高温部品との間をシールするシール部材が入り込むシール溝であってもよい。

当該高温部品では、前述したように、シール溝内に圧縮空気が流れ込み易くなるため、シール溝内のシール部材を冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、当該高温部品が、前記ガスタービンの静翼であり、前記溝と前記冷却通路と前記導入通路と前記排出通路とは、前記静翼の外側シュラウド及び／又は内側シュラウドに形成されていてもよい。

当該高温部品、つまり静翼では、静翼の外側シュラウド及び／又は内側シュラウド中で、溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品である前記静翼において、前記他の高温部品は、前記外側シュラウド又は前記内側シュラウドに対して、前記燃焼ガスの流れの上流側又は下流側に隣接する部品であり、前記延在方向は、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向であってもよい。

また、前記ガスタービンの高温部品において、当該高温部品が、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向に複数並んで環状を成す分割環であり、前記他の高温部品は、前記分割環に前記周方向で隣接する他の分割環であり、前記延在方向は、前記ロータ軸に平行な軸方向であってもよい。

当該高温部品、つまり分割環では、分割環中で、溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができる。

また、前記ガスタービンの高温部品において、当該高温部品が、前記ガスタービンの燃焼器と静翼の外側シュラウド及び／又は内側シュラウドとの間をシールするシール部品であり、前記他の高温部品は、前記静翼であり、前記延在方向は、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向であり、前記溝は、前記静翼の前記外側シュラウド又は前記内側シュラウドの一部である係合凸部が入り込む係合溝であってもよい。

当該高温部品、つまりシール部材では、他の高温部品である静翼の外側シュラウド又は内側シュラウドの係合凸部を冷却することができる。さらに、当該シール部材では、シール部材中で、溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができる。

上記問題点を解決するための発明に係るガスタービンは、前記高温部品と、前記燃焼ガスにより回転するロータと、を備えていることを特徴とする。

本発明では、高温部品の溝と燃焼ガス流路とに挟まれた領域を冷却することができ、この高温部品の耐久性を高めることができる。

本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面である。 本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ａであるシール部材の断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ａであるシール部材の要部拡大断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ａの変形例としてのシール部材の要部拡大断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ｂである静翼の要部拡大断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ｂの第一変形例としての静翼の要部拡大断面図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ｂの第二変形例としての静翼の要部拡大断面図である。 図８におけるIＸ矢視図である。 本発明に係る一実施形態における高温部品ｃである分割環の断面図である。 図１０におけるＸI−ＸI断面図である。

以下、本発明に係る各種実施形態及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「ガスタービン」
まず、図１及び図２を用いて、ガスタービンの基本構成について説明する。

ガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１０と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する複数の燃焼器２０と、燃焼ガスにより駆動するタービン３０と、を備えている。

タービン３０は、ケーシング３１と、このケーシング３１内でロータ軸Ａｒを中心として回転するタービンロータ３３とを備えている。このタービンロータ３３は、例えば、このタービンロータ３３の回転で発電する発電機（図示されていない。）と接続されている。圧縮機１０は、タービン３０に対して、ロータ軸Ａｒに平行な軸方向Ｄａの一方側に配置されている。タービン３０のケーシング３１は、ロータ軸Ａｒを中心として円筒状を成している。複数の燃焼器２０は、ロータ軸Ａｒに対する周方向Ｄｃに互いの間隔をあけて、このケーシング３１に取り付けられている。なお、以下では、軸方向Ｄａで圧縮機１０が配置されている側を上流側、その反対側を下流側とする。また、ロータ軸Ａｒに対する径方向Ｄｒで、ロータ軸Ａｒから遠ざかる側を径方向外側、ロータ軸Ａｒに近づく側を径方向内側とする。

タービンロータ３３は、図２に示すように、ロータ軸Ａｒを中心として、軸方向Ｄａに延びているロータ本体３４と、軸方向Ｄａに並んでロータ本体３４に取り付けられている複数の動翼段３５と、を有している。各動翼段３５は、いずれも、ロータ軸Ａｒに対して周方向Ｄｃに並んでロータ軸Ａｒに取り付けられている複数の動翼３６を有している。動翼３６は、径方向Ｄｒに延びる動翼本体３７と、この動翼本体３７の径方向内側に設けられているプラットホーム３８と、このプラットホーム３８の径方向内側に設けられている翼根３９とを有している。動翼３６は、この翼根３９がロータ本体３４に埋め込まれることで、ロータ本体３４に固定されている。

複数の動翼段３５の各上流側には、静翼段４０が配置されている。各静翼段４０は、いずれも、複数の静翼４１が周方向Ｄｃに並んで構成されている。各静翼４１は、いずれも、径方向Ｄｒに延びる静翼本体４２と、静翼本体４２の径方向外側に設けられている外側シュラウド４３と、静翼本体４２の径方向内側に設けられている内側シュラウド４５と、を有している。

動翼段３５及び静翼段４０の径方向外側であって、ケーシング３１の径方向内側には、ロータ軸Ａｒを中心として円筒状の翼環５０が配置されている。この翼環５０は、ケーシング３１に固定されている。静翼４１の外側シュラウド４３と翼環５０とは、遮熱環５２により連結されている。

軸方向Ｄａで隣接する静翼段４０の外側シュラウド４３相互間には、ロータ軸Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１が配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１は環状を成し、その径方向内側には、動翼段３５が配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１は、いずれも、遮熱環５２により翼環５０に連結されている。

燃焼器２０は、高温高圧の燃焼ガスＧをタービン３０に送る尾筒２２と、この尾筒２２内に燃料及び圧縮空気を供給する燃料供給器２１と、を備えている。尾筒２２の下流側のフランジ、つまり出口フランジ２３には、第一静翼段４０ａを構成する静翼４１ａの内側シュラウド４５及び外側シュラウド４３が接続されている。

圧縮機１０からの圧縮空気Ａは、タービン３０のケーシング３１内に入り、燃焼器２０の周りから燃焼器２０の燃料供給器２１内に流れ込む。燃料供給器２１はこの圧縮空気Ａと共に外部からの燃料を尾筒２２内に供給する。尾筒２２内では、燃料が燃焼して、燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、静翼段４０を構成する複数の静翼４１の内側シュラウド４５と外側シュラウド４３との間、その下流側の動翼段３５を構成する複数の動翼３６のプラットホーム３８とこの動翼３６の径方向外側に配置されている分割環６１との間を通る過程で、動翼本体３７に接して、タービンロータ３３をロータ軸Ａｒ回りに回転させる。

すなわち、燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路Ｐｇは、静翼４１の内側シュラウド４５及び外側シュラウド４３と、動翼３６のプラットホーム３８及びこれに対向する分割環６１とで画定されている。すなわち、静翼４１、動翼３６及び分割環６１は、いずれも、高温高圧の燃焼ガスＧに接する高温部品である。

圧縮機１０からの圧縮空気Ａの一部、又は圧縮機１０から抽気された圧縮空気Ａは、静翼４１の外側シュラウド４３及び内側シュラウド４５を冷却するために、この外側シュラウド４３の径方向外側や内側シュラウド４５の径方向内側の領域にも流れ込む。また、ケーシング３１の径方向内側であって翼環５０の径方向外側に領域にも、圧縮機１０からケーシング３１内に流れ込んだ前述の圧縮空気Ａの一部、又は圧縮機１０から抽気した圧縮空気Ａが供給される。この圧縮空気Ａは、分割環６１を冷却するために、翼環５０を介して、その径方向内側に配置されている分割環６１の径方向外側に流れ込む。

「高温部品ａ」
次に、図３及び図４を用いて、本発明に係る高温部品ａの一実施形態について説明する。

本実施形態の高温部品ａは、図３に示すように、燃焼器２０の尾筒２２における出口フランジ２３と、第一静翼段４０ａの静翼４１ａにおける内側シュラウド４５及び外側シュラウド４３との間をシールするシール部材８０である。

静翼４１ａの外側シュラウド４３及び内側シュラウド４５には、それぞれその上流側端面から上流側に突出する係合凸部４４が形成されている。

尾筒２２の出口開口は、ほぼ四角形状を成しており、尾筒２２の出口フランジ２３は、この尾筒２２の出口開口の周りに四角環状に形成されている。前述のシール部材８０は、四角環状の出口フランジ２３で、周方向Ｄｃに延び且つ径方向Ｄｒで互いに対向する一対の周方向延在部に沿って配置されている。一方、四角環状の出口フランジ２３で、径方向Ｄｒに延び且つ周方向Ｄｃで互いに対向する一対の径方向延在部には、周方向で隣接する他の尾筒２２の出口フランジ２３における径方向延存部との間をシールする他のシール部材が配置されている。

四角環状の出口フランジ２３の径方向外側の周方向延在部に沿って配置されているシール部材８０は、この出口フランジ２３の周方向延在部に係合すると共に静翼４１ａの外側シュラウド４３に係合する。また、四角環状の出口フランジ２３の径方向内側の周方向延在部に沿って配置されているシール部材８０は、この出口フランジ２３の周方向延在部に係合すると共に静翼４１ａの内側シュラウド４５に係合する。径方向内側のシール部材８０の径方向外側、径方向外側のシール部材８０の径方向内側には、尾筒２２からの燃焼ガスＧが通る。よって、これらシール部材８０は、燃焼ガス流路Ｐｇにおける軸方向Ｄａの一部を画定する。なお、径方向内側のシール部材８０と径方向外側のシール部材８０とは、尾筒２２の中心軸を基準にしてほぼ対象な形状を成しているため、以下では、主として、径方向内側のシール部材８０について説明する。

シール部材８０の上流側部分には、図４に示すように、径方向内側に向かって凹み且つ周方向Ｄｃに延びているフランジ溝８４が形成されている。このフランジ溝８４には、尾筒２２の出口フランジ２３が嵌まり込む。なお、径方向外側のシール部材８０におけるフランジ溝８４は、径方向外側に向かって凹んでいる。

また、シール部材８０の下流側部分には、周方向Ｄｃに延びて静翼４１ａの内側シュラウド４５と対向する下流側端面８５と、この下流側端面８５に対して凹んでいる係合溝８６とが形成されている。この係合溝８６は、下流側端面８５から上流側に向かって、言い換えると静翼４１ａから遠ざかる向きに凹み、且つ下流側端面８５の延在方向である周方向Ｄｃに延びている。この係合溝８６には、静翼４１ａにおける内側シュラウド４５の係合凸部４４が嵌まり込む。

このシール部材８０の係合溝８６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域には、下流側端面８５の延在方向、つまり周方向Ｄｃに延びる冷却通路８７が形成されている。さらに、シール部材８０には、冷却通路８７と係合溝８６とを接続する導入通路８８と、冷却通路８７と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する排出通路８９とが形成されている。

導入通路８８における係合溝８６側の開口８８ｉは、係合溝８６の溝側面であって係合溝８６の溝底側に形成されている。また、排出通路８９の冷却通路８７側の開口８９ｉは、冷却通路８７の下流側に形成され、排出通路８９の燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口８９ｏは、下流側端面８５の燃焼ガス流路Ｐｇ側に形成されている。

圧縮機１０からケーシング３１内に入ってきた圧縮空気Ａの一部は、燃焼器２０の尾筒２２、シール部材８０、第一静翼段４０ａのまわりを通る。この圧縮空気Ａのさらに一部は、シール部材８０と静翼４１ａの内側シュラウド４５との間の隙間を経て、シール部材８０の係合溝８６内に流れ込む。このため、この係合溝８６に嵌まり込んでいる内側シュラウド４５の係合凸部４４は、この圧縮空気Ａにより冷却される。

係合溝８６内に流れ込んだ圧縮空気Ａの一部は、導入通路８８を経て、冷却通路８７内に流れ込む。この冷却通路８７は、前述したように、係合溝８６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域中に形成されているため、この冷却通路８７内を流れる圧縮空気Ａにより、シール部材８０中で冷却通路８７よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を冷却することができる。

冷却通路８７内の圧縮空気Ａは、排出通路８９を経て燃焼ガス流路Ｐｇ内に排出される。排出通路８９の燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口８９ｏは、前述したように、シール部材８０における下流側端面８５の燃焼ガス流路Ｐｇ側に形成されている。このため、この排出通路８９から排出された圧縮空気Ａにより、シール部材８０の下流側端面８５と内側シュラウド４５の上流側端面との間への燃焼ガスＧの巻き込みを防ぐことができる。

以上のように、本実施形態では、高温部品ａであるシール部材８０の係合溝８６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域内に冷却通路８７を形成し、ここに圧縮空気Ａを導入しているため、シール部材８０における係合溝８６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を冷却することができる。よって、本実施形態では、シール部材８０を高温の燃焼ガスＧから保護することができ、このシール部材８０の耐久性を高めることができる。

「高温部品ａの変形例」
次に、高温部品ａであるシール部材の変形例について、図５を用いて説明する。

本変形例のシール部材８０ａは、上記実施形態のシール部材８０に、冷却通路８７と係合溝８６とを接続する導入通路としての第二導入通路８８の他に、係合溝８６内への圧縮空気Ａを積極的に導入するために、第一導入通路８８ａをさらに形成したものである。

第一導入通路８８ａの一方の開口８８ａｉは、ケーシング３１内で圧縮空気Ａが漂う側に開口し、他方の開口８８ａｏは、係合溝８６の底面側に形成されている。このように、本実施形態では、係合溝８６内に圧縮空気Ａを導入するための第一導入通路８８ａが形成されているので、この係合溝８６内に内側シュラウド４５の係合凸部４４が嵌まり込んでいても、この係合溝８６内に圧縮空気Ａが入り易くなる。このため、本変形例では、内側シュラウド４５の係合凸部４４を上記実施形態よりも冷却することができる。さらに、本変形例では、冷却通路８７内に流入する圧縮空気Ａの流量が増加するため、シール部材８０ａにおける係合溝８６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を上記実施形態より冷却することができる。

また、本変形例では、排出通路８９ａが冷却通路８７の上流側部分に形成されている。具体的に、この排出通路８９ａの冷却通路８７側の開口８９ａｉは、冷却通路８７の上流側に形成され、排出通路８９の燃焼ガスＧ側の開口８９ａｏは、シール部材８０の内周面８２、つまり燃焼ガス流路Ｐｇ側の面に形成されている。この排出通路８９ａは、燃焼ガス流路Ｐｇ側に近づくに連れて下流側に向かう側に傾斜している。このため、この排出通路８９ａから排出された圧縮空気Ａは、シール部材８０ａの内周面８２に沿って流れ、この内周面８２をフィルム冷却することができる。よって、本変形例では、この観点からも、シール部材８０ａにおける係合溝８６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を上記実施形態より冷却することができる。

「高温部品ｂ」
次に、図６を用いて、本発明に係る高温部品ｂの一実施形態について説明する。

本実施形態の高温部品ｂは、第一静翼段４０ｂを構成する静翼４１ｂである。この静翼４１ｂの内側シュラウド４５は、燃焼器２０の尾筒２２における出口フランジ２３ｂと対向している。尾筒２２の出口フランジ２３ｂと静翼４１ｂの内側シュラウド４５ｂとの間は、シール部材９０によりシールされる。

内側シュラウド４５ｂの端面で、尾筒２２の出口フランジ２３ｂと対向する上流側端面４４ｂには、シール溝４６が形成されている。このシール溝４６は、この上流側端面４４ｂから下流側に向かって、言い換えると尾筒２２から遠ざかる向きに凹み、且つ上流側端面４４ｂの延在方向である周方向Ｄｃに延びている。このシール溝４６には、前述のシール部材９０の一方の端部側が嵌まり込む。

この内側シュラウド４５ｂで、このシール溝４６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域には、上流側端面４４ｂの延在方向、つまり周方向Ｄｃに延びる冷却通路４７が形成されている。さらに、この内側シュラウド４５ｂには、冷却通路４７とシール溝４６とを接続する導入通路４８と、冷却通路４７と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する排出通路４９とが形成されている。

導入通路４８におけるシール溝４６側の開口４８ｉは、シール溝４６の溝側面であってシール溝４６の溝底側に形成されている。また、排出通路４９の冷却通路４７側の開口４９ｉは、冷却通路４７の上流側に形成され、排出通路４９の燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口４９ｏは、内側シュラウド４５ｂの径方向外側面４２ｂ、つまり燃焼ガス流路Ｐｇ側の面に形成されている。この排出通路４９は、燃焼ガス流路Ｐｇ側に近づくに連れて下流側に向かう側に傾斜している。

圧縮機１０からケーシング３１内に入ってきた圧縮空気Ａの一部は、前述したように、燃焼器２０の尾筒２２、シール部材９０、第一静翼段４０ａの周りを通る。この圧縮空気Ａのさらに一部は、尾筒２２の出口フランジ２３ｂと静翼４１ｂの内側シュラウド４５ｂとの間の隙間を経て、内側シュラウド４５ｂのシール溝４６内に流れ込む。このため、このシール溝４６に嵌まり込んでいるシール部材９０は、この圧縮空気Ａにより冷却される。

シール溝４６内に流れ込んだ圧縮空気Ａの一部は、導入通路４８を経て、冷却通路４７内に流れ込む。この冷却通路４７は、前述したように、シール溝４６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域中に形成されているため、この冷却通路４７内を流れる圧縮空気Ａにより、内側シュラウド４５ｂ中でシール溝４６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側であって、このシール溝４６の溝底面よりも上流側の部分を冷却することができる。

冷却通路４７内の圧縮空気Ａは、排出通路４９を経て燃焼ガス流路Ｐｇ内に排出される。排出通路４９は、前述したように、燃焼ガス流路Ｐｇ側に近づくに連れて下流側に向かう側に傾斜している。このため、この排出通路４９から排出された圧縮空気Ａは、内側シュラウド４５ｂの径方向外側面４２ｂに沿って流れ、この径方向外側面４２ｂをフィルム冷却する。よって、本実施形態では、この観点からも、内側シュラウド４５ｂにおけるシール溝４６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を冷却することができる。

よって、本実施形態では、静翼４１ｂの内側シュラウド４５ｂの上流側部分を高温の燃焼ガスＧから保護することができ、この静翼４１ｂの耐久性を高めることができる。

なお、以上では、静翼４１ｂの内側シュラウド４５ｂの構成について詳細に説明したが、この静翼４１ｂの外側シュラウドも基本的に内側シュラウド４５ｂと同様に、シール溝、導入通路、冷却通路、排出通路が形成されている。また、以下で説明する高温部品ｂの各変形例でも、静翼の内側シュラウドと外側シュラウドとは、基本的に同様に形成されているため、静翼の内側シュラウドの構成について詳細に説明し、この静翼の外側シュラウドの構成に関する説明を省略する。

「高温部品ｂの第一変形例」
次に、高温部品ｂである静翼の第一変形例について、図７を用いて説明する。

本変形例における静翼４１ｃの内側シュラウド４５ｃにも、上記実施形態と同様、上流側端面４４ｂから凹むシール溝４６と、シール溝４６と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域内の冷却通路４７と、シール溝４６と冷却通路４７とを接続する導入通路４８と、冷却通路４７と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する排出通路４９ｃとが形成されている。但し、本変形例の排出通路４９ｃは、上記実施形態の排出通路４９に対して、その配置及び向きが異なっている。

本変形例の排出通路４９ｃの冷却通路４７側の開口４９ｃｉは、冷却通路４７の上流側に形成されている。また、この排出通路４９ｃの燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口４９ｃｏは、内側シュラウド４５ｃの上流側端面４４ｂと径方向外側面４２ｂとの角部に形成されている。

このように、排出通路４９ｃの燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口４９ｃｏが、内側シュラウド４５ｃの上流側端面４４ｂと径方向外側面４２ｂとの角部に形成されていると、尾筒２２の出口フランジ２３ｂと内側シュラウド４５ｃの上流側端面４４ｂとの間への燃焼ガスＧの巻き込みを防ぐことができる。このため、本変形例では、内側シュラウド４５ｃ中で冷却通路４７よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を冷却することができると共に、内側シュラウド４５ｃ中で冷却通路４７よりも上流側の部分や、シール部材９０中で燃焼ガス流路Ｐｇと対向する部分も冷却することができる。

「高温部品ｂの第二変形例」
次に、高温部品ｂである静翼の第二変形例について、図８及び図９を用いて説明する。

本変形例の静翼４１ｄは、上記実施形態の静翼４１ｂにおける内側シュラウド４５ｂに、冷却通路４７ｄをさらに追加形成したものである。

本変形例では、上記実施形態の冷却通路である第一冷却通路４７の延在方向である周方向Ｄｃとつながる第二冷却通路４７ｄを追加形成している。この第二冷却通路４７ｄは、本変形例の静翼４１ｄにおける内側シュラウド４５ｄの一対の周方向端面４４ｃに沿って、第一冷却通路４７の周方向Ｄｃにおける端部から尾筒２２に対して遠ざかる向きである下流側に延びている。この第二冷却通路４７ｄは、内側シュラウド４５ｄの下流側端面４４ｄと径方向外側面４２ｂとの角部で開口している。

本変形例の内側シュラウド４５ｄには、第一冷却通路４７と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する排出通路４９が形成されている。この排出通路４９は、上記実施形態の内側シュラウド４５ｂに形成されている排出通路４９と同様の位置に同様の向きに形成されている。

本変形例において、第一冷却通路４７内に入った圧縮空気Ａの一部は、排出通路４９から燃焼ガス流路Ｐｇ内に排出される。また、第一冷却通路４７内に入った圧縮空気Ａの他の一部は、この第一冷却通路４７の端部から第二冷却通路４７ｄ内に流れ込み、この第二冷却通路４７ｄの下流側の開口から燃焼ガス流路Ｐｇ内に排出される。

以上のように、本変形例では、第二冷却通路４７ｄを形成したことにより、第一冷却通路４７の延在方向への圧縮空気Ａの流動が生じる。このため、第一冷却通路４７に沿った部分の熱伝達率が向上して、内側シュラウド４５ｄ中で第一冷却通路４７に沿った部分の全体を効率よく冷却することができる。つまり、本変形例では、内側シュラウド４５ｄ中でシール溝４６よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側であって、このシール溝４６の溝底よりも上流側の部分における周方向Ｄｃの全体を効率よく冷却することができる。

さらに、本変形例では、第二冷却通路４７ｄを形成したことにより、内側シュラウド４５ｄの一対の周方向端面４４ｃ側の部分を冷却することができる。

以上、高温部品ｂ及びその変形例について説明してきたが、これらはいずれも尾筒２２の出口フランジ２３ｂと対向する上流側端面４４ｂに、シール溝４６が形成されている。しかし、本発明の技術思想はこれに限られるものではなく、シール溝４６が静翼４１ｂのシュラウドの側面の端面に形成されていてもよい。この場合、周方向Ｄｃで隣接する他の静翼４１ｂとの間に設けられたシール溝４６の近傍を効果的に冷却することができる。

「高温部品ｃ」

次に、本発明に係る高温部品ｃの一実施形態について、図１０及び図１１を用いて説明する。

本実施形態の高温部品ｃは、周方向Ｄｃに並ぶ分割環６１である。この分割環６１には、図１０に示すように、その上流側に部分に、下流側に向かって凹む上流側係合溝６２ａが形成され、その下流側部分に、上流側に向かって凹む下流側係合溝６２ｂが形成されている。この分割環６１は、上流側係合溝６２ａに、この分割環６１の上流側に位置している遮熱環５２ａの係合凸部５３ａが嵌まり込み、下流側係合溝６２ｂに、この分割環６１の下流側に位置している遮熱環５２ｂの係合凸部５３ｂが嵌まり込むことで、これら遮熱環５２ａ，５２ｂを介して翼環５０に取り付けられている。

分割環６１と翼環５０との間には、遮蔽板５６が配置されている。この遮蔽板５６の上流側部分は、この遮蔽板５６の上流側に位置している遮熱環５２ａに係合している。また、この遮蔽板５６の下流側部分は、この遮蔽板５６の下流側に位置している遮熱環５２ｂに係合している。この遮蔽板５６には、その径方向外側から径方向内側に貫通する複数の貫通孔５７が形成されている。

翼環５０には、その径方向外側から径方向内側に貫通する貫通孔５１が形成されている。

図２を用いて前述したように、ケーシング３１の径方向内側であって翼環５０の径方向外側に領域には、圧縮機１０からケーシング３１内に流れ込んだ圧縮空気Ａの一部、又は圧縮機１０から抽気した圧縮空気Ａが供給される。この圧縮空気Ａは、翼環５０の貫通孔５１を通って、翼環５０と遮蔽板５６との間に流れ込む。さらに、この圧縮空気Ａは、遮蔽板５６の多数の貫通孔５７を通って、遮蔽板５６と分割環６１との間に流れ込み、分割環６１を冷却する。

また、図１０及び図１１に示すように、この分割環６１で、周方向Ｄｃで隣接する他の分割環６１と対向する一対の周方向端面６３には、それぞれシール溝６４が形成されている。このシール溝６４は、周方向端面６３から周方向Ｄｃで隣接する他の分割環６１に対して遠ざかる向きに凹み、且つ周方向端面６３の延在方向である軸方向Ｄａに延びている。このシール溝６４には、周方向Ｄｃで隣接する他の分割環６１との間をシールするシール部材９５が嵌まり込む。

分割環６１で、シール溝６４と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域には、周方向端面６３の延在方向、つまり軸方向Ｄａに延びる冷却通路６５が形成されている。さらに、この分割環６１には、シール溝６４と冷却通路６５とを接続する複数の導入通路６７と、冷却通路６５と燃焼ガス流路Ｐｇとを接続する複数の排出通路６８とが形成されている。

複数の導入通路６７は、シール溝６４の延在方向である軸方向Ｄａに並んでいる。これら第二導入通路６７のシール溝６４側の開口６７ｉは、シール溝６４の溝側面であって溝底面側に形成されている。また、複数の排出通路６８も、シール溝６４の延在方向である軸方向Ｄａに並んでいる。これら排出通路６８の冷却通路６５側の開口６８ｉは、冷却通路６５の周方向端面６３側に形成されている。なお、この周方向端面６３は、分割環６１の一対の周方向端面６３のうち、この冷却通路６５に近い周方向端面６３である。また、排出通路６８の燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口６８ｏは、この周方向端面６３に形成されている。

遮蔽板５６と分割環６１との間の圧縮空気領域Ｒａに流れ込んだ圧縮空気Ａは、周方向Ｄｃで隣接する分割環６１の相互間を経てシール溝６４内に流れ込む。そして、この圧縮空気Ａは、第二導入通路６７を経て、冷却通路６５内に流れ込む。このように、本実施形態では、シール溝６４内に圧縮空気Ａの流れが形成されるため、シール溝６４内のシール部材９５を冷却することができる。このため、このシール部材９５の耐久性を高めることができる。

冷却通路６５は、前述したように、シール溝６４と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域中に形成されているため、この冷却通路６５内を流れる圧縮空気Ａにより、分割環６１中で冷却通路６５よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分であって、シール溝６４の溝底面よりもシール溝６４の開口側の部分も冷却することができる。

冷却通路６５内の圧縮空気Ａは、排出通路６８を経て燃焼ガス流路Ｐｇ内に排出される。排出通路６８の燃焼ガス流路Ｐｇ側の開口６８ｏは、前述したように、分割環６１の周方向端面６３に形成されている。このため、この排出通路６８から排出された圧縮空気Ａにより、分割環６１の周方向端面６３と、この分割環６１に周方向Ｄｃで隣接する他の分割環６１の周方向端面６３との間への燃焼ガスＧの巻き込みを防ぐことができる。

以上のように、本実施形態では、高温部品ｃである分割環６１のシール溝６４と燃焼ガス流路Ｐｇとで挟まれた領域内に冷却通路６５を形成し、ここに圧縮空気Ａを導入しているため、分割環６１におけるシール溝６４よりも燃焼ガス流路Ｐｇ側の部分を冷却することができる。よって、本実施形態では、分割環６１を高温の燃焼ガスＧから保護することができ、この分割環６１の耐久性を高めることができる。

１０：圧縮機、２０：燃焼器、２２：尾筒、２３，２３ｂ：出口フランジ、３０：タービン、３１：ケーシング、３３：タービンロータ、３４：ロータ本体、３５：動翼段、３６：動翼、４０：静翼段、４０ａ：第一静翼段、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ：静翼、４３：外側シュラウド、４４：係合凸部、４４ｂ：上流側端面、４５：内側シュラウド、４６：シール溝、４７：冷却通路（第一冷却通路）、４７ｄ：第二冷却通路、４８：導入通路、４９，４９ｃ：排出通路、５０：翼環、５２，５２ａ，５２ｂ：遮熱環、５６：遮蔽板、６１：分割環、６４：シール溝、６５：冷却通路、６７：導入通路、６８：排出通路、８０，８０ａ，９０，９５：シール部材、８５：下流側端面、８６：係合溝、８７：冷却通路、８８ａ：第一導入通路、８８：導入通路（第二導入通路）、８９，８９ａ：排出通路

Claims (11)

1. 燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品において、
   前記燃焼ガス流路に沿って隣接する他の高温部品と対向する端面から該他の高温部品に対して遠ざかる向きに凹み、且つ該端面の延在方向に延びる溝と、
   前記溝と前記燃焼ガス流路とに挟まれた領域中で、前記延在方向に延びる冷却通路と、
   前記溝と前記冷却通路とを接続する導入通路と、
   前記冷却通路と前記燃焼ガス流路とを接続する排出通路と、
   が形成されていることを特徴とするガスタービンの高温部品。
2. 請求項１に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記排出通路における前記冷却通路側の開口は、該冷却通路における前記燃焼ガスの流れの上流側の部分に形成されている、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
3. 請求項１又は２に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記排出通路は、前記燃焼ガス流路に近づくに連れて、次第に前記燃焼ガスの流れの下流側に向かう方向に傾斜している、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
4. 請求項１又は２に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記排出通路における前記燃焼ガス流路側の開口は、前記他の高温部品を臨める位置に形成されている、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記冷却通路である第一冷却通路の前記延在方向における端部で、該第一冷却通路と連通し、前記燃焼ガス流路に沿って前記他の高温部品から遠ざかる向きに延びる第二冷却通路が形成され、
   前記排出通路は、前記第二冷却通路を介して、前記第一冷却通路と前記燃焼ガス流路とを接続する、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記溝は、前記他の高温部品との間をシールするシール部材が入り込むシール溝である、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品において、
   当該高温部品が、前記ガスタービンの静翼であり、
   前記溝と前記冷却通路と前記導入通路と前記排出通路とは、前記静翼の外側シュラウド及び／又は内側シュラウドに形成されている、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
8. 請求項７に記載のガスタービンの高温部品において、
   前記他の高温部品は、前記外側シュラウド又は前記内側シュラウドに対して、前記燃焼ガスの流れの上流側又は下流側に隣接する部品であり、
   前記延在方向は、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向である、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
9. 請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品において、
   当該高温部品が、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向に複数並んで環状を成す分割環であり、
   前記他の高温部品は、前記分割環に前記周方向で隣接する他の分割環であり、
   前記延在方向は、前記ロータ軸に平行な軸方向である、
   ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
10. 請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品において、
    当該高温部品が、前記ガスタービンの燃焼器と静翼の外側シュラウド及び／又は内側シュラウドとの間をシールするシール部品であり、
    前記他の高温部品は、前記静翼であり、
    前記延在方向は、前記ガスタービンのロータ軸に対する周方向であり、
    前記溝は、前記静翼の前記外側シュラウド又は前記内側シュラウドの一部である係合凸部が入り込む係合溝である、
    ことを特徴とするガスタービンの高温部品。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の高温部品と、
    前記燃焼ガスにより回転するロータと、
    を備えていることを特徴とするガスタービン。

Images