JP2014202090A - Cooling structure in turbine - Google Patents

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亮 ▲高▼田
亮 ▲高▼田
Akira Takada
大武 茂樹
Shigeki Otake
茂樹 大武
晃 三上
Akira Mikami
晃 三上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling structure in a turbine, which requires a limited space and can effectively cool a turbine without using cooling methods such as film cooling and hollow cooling.SOLUTION: A cooling structure of a turbine requires a limited space, and can effectively cool the turbine without film cooling or hollow cooling with cooling air. That is, a high temperature vaporizing object injection part provided on a stationary part side can cool a turbine rotation part by jetting and applying a high temperature vaporizing object to turbine rotation parts, such as a moving blade, a rotation shaft or a turbine disk, and vaporizing it at a predetermined high temperature or higher. As the high temperature vaporizing object, for example, an ablation material can be used.

Description

本発明はタービンにおける冷却構造に関し、特には高温環境下で使用されるタービン動翼に関して、冷却によりタービン動翼の強度の維持を図った、タービンにおける冷却構造に関するものである。   The present invention relates to a cooling structure in a turbine, and more particularly to a cooling structure in a turbine in which the strength of the turbine blade is maintained by cooling with respect to a turbine blade used in a high temperature environment.

例えば、ガスタービンなどの軸流タービンでは、高効率化のために、いわゆる部分送入タービンが主流となっている。
部分送入タービンとは、周方向に作動流体の送入部と非送入部を設けて、作動流体を部分送入する初段ノズルと、該ノズルの下流側に配設したキャビティと、高圧第1段ノズルとを具備するものである。
このような構造において、作動流体は送入部を介して導入され、作動流体の増減にかかわらず、稼働可能な効率を確保するようにしている。
また、タービンでは、例えば水中機械等、高温環境下で使用されるタービンの耐熱性、強度を確保することは、タービンの高効率化と同様、重要な課題となっている。すなわち、タービンは、タービン入口温度の高温化は熱効率の向上に寄与するため、タービン翼、燃焼器など高温部材の冷却は、性能向上の観点から、必要不可欠の技術的課題となっている。
ここで、タービン翼の冷却手段として、冷却効率を高めるために、対流冷却から、インピンジ冷却、ピンフィン冷却、全面フィルム冷却等が提案され、構造を微細化して、トランスピレーション冷却構造という、高い冷却性能を目指している。
For example, in axial flow turbines such as gas turbines, so-called partial feed turbines are the mainstream for higher efficiency.
The partial feeding turbine is a first stage nozzle that partially feeds the working fluid by providing a working fluid feeding part and a non-feeding part in the circumferential direction, a cavity disposed downstream of the nozzle, And a one-stage nozzle.
In such a structure, the working fluid is introduced through the feeding section, so that the operable efficiency is ensured regardless of the increase or decrease of the working fluid.
Further, in the turbine, for example, ensuring the heat resistance and strength of the turbine used in a high temperature environment such as an underwater machine is an important issue as well as increasing the efficiency of the turbine. That is, in the turbine, since the high temperature of the turbine inlet contributes to the improvement of thermal efficiency, cooling of high-temperature members such as turbine blades and combustors has become an indispensable technical issue from the viewpoint of improving performance.
Here, as cooling means for turbine blades, in order to increase cooling efficiency, convection cooling, impingement cooling, pin fin cooling, full surface film cooling, etc. have been proposed, and the structure is refined and a high cooling called a transpiration cooling structure. Aiming for performance.

例えば、特許文献1では、ガスタービンの冷却手法として、空気冷却式のガスタービンタービン翼を開示している。すなわち、特許文献1では、タービン翼内にロータの中心部から冷却空気を送入する冷却流路を形成し、この流路を流れて温度上昇した冷却空気の一部を中間室へ導入する流出口を設けるようにしている。   For example, Patent Document 1 discloses an air-cooled gas turbine turbine blade as a gas turbine cooling technique. That is, in Patent Document 1, a cooling flow path that feeds cooling air from the center of the rotor is formed in the turbine blades, and a flow of introducing a part of the cooling air that has flowed through the flow path and increased in temperature into the intermediate chamber. An exit is provided.

一方、本出願人は、特許文献2のように、エアセパレータとロータの間、及びエアセパレータとディスクの間に形成された一連の円筒状空気流路を備え、同空気流路を経由してタービン翼冷却用の空気を導入するガスタービンタービン翼の冷却装置において、流路の内壁を構成するロータ又はディスクの外面に半径方向外方に突出して設けられた環状凸部、流路の外壁を構成するエアセパレータの内面の環状凸部に向き合う位置において空気流路となる隙間を介して環状凸部を覆うように設けられた環状凹部、及び一端が同環状凹部の奥底部に連なり他端が同エアセパレータ外周側空間に連なる複数個の貫通孔を備えた構成としている。   On the other hand, the applicant has a series of cylindrical air passages formed between the air separator and the rotor, and between the air separator and the disk, as in Patent Document 2, via the air passage. In a cooling apparatus for gas turbine turbine blades for introducing air for cooling turbine blades, an annular convex portion provided on the outer surface of a rotor or a disk constituting the inner wall of the flow path so as to protrude radially outward, and an outer wall of the flow path An annular recess provided so as to cover the annular projection via a gap serving as an air flow path at a position facing the annular projection on the inner surface of the air separator, and one end connected to the bottom of the annular recess and the other end It is set as the structure provided with the several through-hole connected with the air separator outer peripheral side space.

特公昭63−64601号公報Japanese Patent Publication No. 63-64601 特許第3160484号公報Japanese Patent No. 3160484

上記特許文献1、2はいずれも冷却空気が自由に取り込める環境にあることが前提にあるものであるから、これが、例えば、水中を航走する水中航走体においては、設置スペースも限られていることから上述のガスタービンのような、冷却空気を用いたフィルム冷却、中空冷却といった冷却手法は適用できない。
本発明は以上のような背景から提案されたものであって、限られたスペースで、フィルム冷却、中空冷却といった冷却手法を使用することなく、効果的にタービンを冷却することができる、タービンにおける冷却構造を提供することを目的とする。
Since both of the above Patent Documents 1 and 2 are based on the premise that the cooling air can be freely taken in, for example, in an underwater vehicle that travels underwater, the installation space is limited. Therefore, a cooling technique such as film cooling using cooling air and hollow cooling, such as the above-described gas turbine, cannot be applied.
The present invention has been proposed from the background as described above, and in a turbine capable of effectively cooling a turbine in a limited space without using cooling methods such as film cooling and hollow cooling. An object is to provide a cooling structure.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の本発明では、作動流体により稼働するタービンに対し、タービン回転部を冷却するタービンにおける冷却構造であって、タービン回転部に対して、高温気化物を噴射することで該高温気化物を気化させてタービン回転部を冷却する高温気化物噴射部を具備することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a cooling structure in a turbine that cools a turbine rotating part with respect to a turbine that is operated by a working fluid, It is characterized by comprising a high-temperature vapor injection unit that vaporizes the high-temperature vaporized product by injecting the vapor and cools the turbine rotating unit.

これにより、高温化したタービン回転部に対し、高温気化物噴射部から高温気化物を噴射すると、高温のタービン回転部表面に噴射された高温気化物は、高温で気化し、気化することで気化熱により、タービン回転部を冷却することができる。   As a result, when high-temperature vaporized material is injected from the high-temperature vaporized material injection unit to the high-temperature turbine rotating unit, the high-temperature vaporized material injected on the surface of the high-temperature turbine rotating unit is vaporized at high temperature and vaporized. The turbine rotating part can be cooled by heat.

また、請求項2に記載の本発明では、タービン回転部は、回転軸とタービンディスクと動翼とを含む、ことを特徴とする。   Further, in the present invention described in claim 2, the turbine rotating part includes a rotating shaft, a turbine disk, and a moving blade.

これにより、回転軸とタービンディスクと動翼とは、作動流体を送入することで直接接触して、高温化するので、回転軸とタービンディスクおよび動翼表面に、高温気化物を噴射することで、噴射された高温気化物が気化して、回転軸とタービンディスクと動翼とを冷却することができる。   As a result, the rotating shaft, the turbine disk, and the moving blades are brought into direct contact with each other by feeding a working fluid to increase the temperature, so that high temperature vaporized material is injected onto the rotating shaft, the turbine disk, and the moving blade surfaces. Thus, the injected high-temperature vaporized material is vaporized, and the rotating shaft, the turbine disk, and the rotor blade can be cooled.

また、請求項3に記載の本発明では、タービンは回転部の周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有する部分送入タービンである、ことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the turbine is a partial feed turbine having a working fluid feed portion and a non-feed portion in the circumferential direction of the rotating portion.

これにより、送入部から作動流体が送入されることで、送入部における段ノズルと段動翼とが高温化する。ここに高温気化物噴射部から高温気化物を噴射することで、効果的に冷却を行うことができる。   Thereby, the working fluid is fed from the feeding section, so that the stage nozzle and the stage blade in the feeding section are heated. Cooling can be effectively performed by injecting a high temperature vaporized material from a high temperature vaporized material injection part here.

また、請求項4に記載の本発明では、高温気化物噴射部は、非送入部に配置したことを特徴とする。   Moreover, in this invention of Claim 4, the high temperature vaporized material injection part has been arrange | positioned in the non-feeding part, It is characterized by the above-mentioned.

これにより、送入部における段ノズルと段動翼との組合せ群に対し、非送入部に移行した段ノズルと段動翼とに対し、非送入部に配置した高温気化物噴射部から高温気化物を噴射して、効果的に冷却を行うことができる。   As a result, for the combination group of stage nozzles and stage blades in the infeed section, the high temperature vaporizer injection section arranged in the non-infeed section with respect to the stage nozzle and stage rotor blades that have moved to the non-infeed section. Cooling can be performed effectively by injecting high-temperature vaporized material.

また、請求項5に記載の本発明では、高温気化物噴射部は、タービン回転部の回転方向下流側の送入部近傍の非送入部に設けられることを特徴とする。   Further, in the present invention described in claim 5, the high-temperature vaporized substance injecting section is provided in a non-feeding section near the feeding section on the downstream side in the rotation direction of the turbine rotating section.

これにより、送入部における段ノズルと段動翼との組合せ群が、タービン回転部の回転によって、送入部から非送入部に移動した直後に、高温気化物噴射部から高温気化物を噴射して、段ノズルと段動翼との組合せ群を効果的に冷却することができる。   Thereby, immediately after the combination group of the stage nozzle and the stage rotor blade in the feeding part moves from the feeding part to the non-feeding part by the rotation of the turbine rotating part, the high-temperature vaporized substance is discharged from the high-temperature vaporized substance injection part. The combination group of the stage nozzle and the stage rotor blade can be effectively cooled by spraying.

また、請求項6に記載の本発明では、高温気化物噴射部は、動翼、回転軸またはタービンディスクに対応して、高温気化物が噴射されるように、噴射方向を定めた配置構成となっている、ことを特徴とする。   Further, in the present invention according to claim 6, the high temperature vaporized product injecting section has an arrangement configuration in which an injection direction is determined so as to inject high temperature vaporized material corresponding to the moving blade, the rotating shaft or the turbine disk. It is characterized by that.

これにより、動翼ばかりでなく、高温に晒される回転軸やタービンディスクに対して噴射することで、全体として効果的に冷却を行うことができる。   Thereby, it can cool effectively as a whole by injecting with respect to not only a moving blade but a rotating shaft and a turbine disk exposed to high temperature.

また、請求項7に記載の本発明では、高温気化物噴射部における高温気化物は、アブレーション材である、ことを特徴とする。   Moreover, in this invention of Claim 7, the high temperature vaporized material in a high temperature vaporized material injection part is an ablation material, It is characterized by the above-mentioned.

これにより、タービン入口温度が限界を越えるような使用状況であっても、効果的に冷却することができる。   Thereby, even if it is a use condition that turbine inlet temperature exceeds a limit, it can cool effectively.

さらに、請求項8に記載の本発明では、高温気化物噴射部における高温気化物は、海水である、ことを特徴とする。   Further, the present invention according to claim 8 is characterized in that the high-temperature vaporized substance in the high-temperature vaporized product injecting section is seawater.

これにより、海水であっても、短時間使用を前提したものの冷却用であれば、十分に冷却用として使用し得る。   Thereby, even if it is seawater, if it is for cooling of what presupposes use for a short time, it can fully be used for cooling.

本発明によれば、高温気化物噴射部から高温気化物をタービン回転部に対し噴射することで、限られたスペースで、フィルム冷却、中空冷却といった冷却手法によらずに、効果的にタービンを冷却することができる、タービンにおける冷却構造を提供することができる。   According to the present invention, by injecting the high temperature vaporized material from the high temperature vaporized material injection unit to the turbine rotating unit, the turbine can be effectively operated in a limited space without using a cooling method such as film cooling or hollow cooling. A cooling structure in the turbine that can be cooled can be provided.

本発明にかかる冷却構造を具備するタービンの一例を示す、要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing which shows an example of the turbine which comprises the cooling structure concerning this invention. 本発明にかかるタービンの冷却構造の第1実施形態の模式的な要部説明図である。It is a typical principal part explanatory drawing of 1st Embodiment of the cooling structure of the turbine concerning this invention. (a)本発明にかかるタービンの冷却構造の第2実施形態の模式的な要部説明図、(b)第2実施形態におけるタービン回転部の中心軸方向に入口側から見たときの、非送入部および送入部を模式的に示した図である。(A) Schematic principal part explanatory drawing of 2nd Embodiment of the cooling structure of the turbine concerning this invention, (b) When it sees from the inlet side in the central axis direction of the turbine rotation part in 2nd Embodiment, It is the figure which showed the sending-in part and the sending-in part typically. 本発明にかかるタービンの冷却構造の第3実施形態におけるタービン回転部の中心軸方向に入口側から見たときの、非送入部および送入部を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the non-feeding part and the feeding part when it sees from the entrance side in the center axis direction of the turbine rotation part in 3rd Embodiment of the cooling structure of the turbine concerning this invention. 第4実施形態の模式的な要部説明図である。It is a typical principal part explanatory drawing of 4th Embodiment. (a)本発明にかかるタービンの冷却構造の第4実施形態におけるタービン回転部の中心軸方向に入口側から見たときの、非送入部および送入部において、高温気化物噴射部の配置パターンの一例を示した模式図、(b)高温気化物噴射部の配置パターンの別例を示した模式図、(c)高温気化物噴射部の配置パターンの別例を示した模式図である。(A) Arrangement of high-temperature vaporized substance injection section in the non-feed section and the feed section when viewed from the inlet side in the central axis direction of the turbine rotating section in the fourth embodiment of the turbine cooling structure according to the present invention Schematic diagram showing an example of the pattern, (b) a schematic diagram showing another example of the arrangement pattern of the high-temperature vaporized substance injection unit, (c) a schematic diagram showing another example of the arrangement pattern of the high-temperature vaporized substance injection unit. .

以下、本発明にかかるタービンの冷却構造についての実施形態を挙げ、添付図に基づいて説明する。   Embodiments of a turbine cooling structure according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1に、本発明にかかるタービンの冷却構造の第1実施形態を、模式的に示す。
ここでのタービン1は、いわゆる軸流タービンであって、回転軸2外側の静止部3と一体的に固定された作動流体供給管4の供給口4aに支持され、作動流体(蒸気、燃焼ガス)を送入する初段ノズル5n1と、初段ノズル5n1の直下流側に配置して回転軸2側にタービンディスク2d1を介して固定した初段動翼6b1と、初段ノズル5n1および初段動翼6b1の回転軸2の軸方向下流側に順次列設した、複数の段ノズル5nとタービンディスク2dを介して回転軸2に支持された段動翼6bとの組合せ群を具備する構成となっている。
なお、タービン1は、詳細は後述するが、回転軸2の周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有する部分送入タービンである。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a turbine cooling structure according to the present invention.
The turbine 1 here is a so-called axial turbine, which is supported by a supply port 4a of a working fluid supply pipe 4 fixed integrally with a stationary portion 3 outside the rotating shaft 2, and a working fluid (steam, combustion gas). ), The first stage moving blade 6b1 arranged immediately downstream of the first stage nozzle 5n1 and fixed to the rotating shaft 2 via the turbine disk 2d1, and the rotation of the first stage nozzle 5n1 and the first stage moving blade 6b1 The configuration includes a combination group of a plurality of stage nozzles 5n and stage rotor blades 6b supported by the rotary shaft 2 via a turbine disk 2d, which are sequentially arranged on the downstream side in the axial direction of the shaft 2.
Although the details will be described later, the turbine 1 is a partial feeding turbine having a working fluid feeding portion and a non-feeding portion in the circumferential direction of the rotating shaft 2.

かかるタービン1においては、静止部3側に固定支持された作動流体供給管4を経て、供給口4a内に流入した作動流体は、初段ノズル5n1および初段動翼6b1へ流入し、膨張仕事を行う。次いで作動流体は下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bへ流入し、膨張仕事を行い、回転軸2を回転させる機能を有する。   In the turbine 1, the working fluid that has flowed into the supply port 4 a through the working fluid supply pipe 4 fixedly supported on the stationary part 3 side flows into the first stage nozzle 5 n 1 and the first stage rotor blade 6 b 1 and performs expansion work. . Next, the working fluid flows into the downstream stage nozzle 5n and the stage rotor blade 6b, performs expansion work, and has a function of rotating the rotating shaft 2.

以上、構成されるタービン1において、本実施形態を説明するためにタービン1を図2に模式化して示す。図2では、静止部3側に固定支持された作動流体供給管4の供給口4aの下流側先端に支持された初段ノズル5n1とタービン回転部としての回転軸2および回転軸2側に支持された初段動翼6b1とを示している。
すなわち、図2は、タービン1を、作動流体の送入部における模式図として示している。
そして、かかる静止部3の適所には、回転軸2側に支持された初段動翼6b1に向けて、高温気化物を噴射することで該高温気化物を気化させて初段動翼6b1を冷却する高温気化物噴射部10を設けている。
In the turbine 1 configured as described above, the turbine 1 is schematically shown in FIG. 2 in order to explain the present embodiment. In FIG. 2, the first stage nozzle 5n1 supported at the downstream end of the supply port 4a of the working fluid supply pipe 4 fixedly supported on the stationary part 3 side, the rotary shaft 2 as the turbine rotary part, and the rotary shaft 2 side are supported. The first stage rotor blade 6b1 is shown.
That is, FIG. 2 shows the turbine 1 as a schematic diagram in the working fluid feeding section.
Then, at a suitable position of the stationary part 3, the high-temperature vaporized material is vaporized by injecting the high-temperature vaporized material toward the first-stage moving blade 6b1 supported on the rotating shaft 2 side, thereby cooling the first-stage moving blade 6b1. A high temperature vaporized substance injection unit 10 is provided.

高温気化物噴射部10は、高温気化物を噴射するための噴射ヘッド10hを静止部3に搭載している。噴射ヘッド10hは、詳細な構成は示さないが、使用される高温気化物の物性(粘性)に対応し、且つタービン回転部(ここでは初段動翼6b1)に噴射できるように、噴射口の形状、噴射方向が設定されている。   The high-temperature vaporized substance injection unit 10 has an injection head 10 h for injecting a high-temperature vaporized substance mounted on the stationary part 3. Although the detailed configuration is not shown, the injection head 10h corresponds to the physical properties (viscosity) of the high-temperature vaporized material used, and the shape of the injection port so that it can be injected to the turbine rotating part (here, the first stage blade 6b1). The injection direction is set.

高温気化物としては、高温(ここでは800℃以上を想定している)で気化する物質で、固体(粒状物)、固液二相流、もしくは液体の状態でタービン回転部に噴射、塗布、または噴霧可能なものであればその組成は適宜である。
例えば、高温気化物としてはアブレータを挙げることができる。アブレータは、例えば炭素繊維やガラス繊維などに合成樹脂を含侵させて作られた繊維強化プラスチック製耐熱材で、300℃を越えるところで熱分解を始め、熱分解する際に母材から反応熱を奪う。これにより、高温気化物噴射部10の噴射ヘッド10hから噴射してタービン回転部の初段動翼6b1表面が噴射によって高温気化物の噴射膜が形成され、この噴射膜が、高温時に熱分解を起こさせてタービン回転部から熱を奪い、タービン回転部を冷却するという機能のものである。
High-temperature vaporized material is a substance that vaporizes at a high temperature (assuming 800 ° C. or higher here), and is injected, applied to the turbine rotating part in a solid (granular material), solid-liquid two-phase flow, or liquid state, Or if it can spray, the composition is appropriate.
For example, an ablator can be used as the high-temperature vaporized material. The ablator is a fiber reinforced plastic heat-resistant material made by impregnating synthetic resin into carbon fiber or glass fiber, for example. It begins to decompose at temperatures above 300 ° C, and the reaction heat is generated from the base material when pyrolyzing. Take away. As a result, an injection film of high temperature vaporized material is formed by injection from the injection head 10h of the high temperature vaporized material injection unit 10 and the surface of the first stage rotor blade 6b1 of the turbine rotating unit is formed by injection, and this injection film undergoes thermal decomposition at high temperatures. The function is to take heat from the turbine rotating part and cool the turbine rotating part.

以上のような第1実施形態のタービンの冷却構造において、回転軸2、タービンディスク2dおよび動翼6bは、作動流体を送入することで直接接触して、高温化する。
ここに、静止部3に搭載した高温気化物噴射部10の噴射ヘッド10hから高温気化物(アブレータ)を噴射することで、高温化した動翼6bに噴射膜として形成される。かかる動翼6bが800℃を越えていれば、動翼6b上のアブレータの噴射膜が熱分解して、動翼6bの表面から気化して熱を奪い、特に動翼6bを含むタービン回転部を冷却することができる。
In the turbine cooling structure of the first embodiment as described above, the rotating shaft 2, the turbine disk 2d, and the rotor blade 6b are brought into direct contact with each other by feeding a working fluid, and the temperature thereof is increased.
Here, high temperature vaporized material (ablator) is ejected from the ejection head 10h of the high temperature vaporized material ejecting unit 10 mounted on the stationary part 3, thereby forming a spray film on the heated blade 6b. If the moving blade 6b exceeds 800 ° C., the spray film of the ablator on the moving blade 6b is thermally decomposed and vaporizes from the surface of the moving blade 6b to take heat away. In particular, the turbine rotating part including the moving blade 6b Can be cooled.

本発明にかかるタービンの冷却構造は、以下の第2実施形態によっても実施することができる。なお、本実施形態において、前述の第1実施形態と実質的に同一の構成要素については、同符号を付して、その説明は省略する。
(第2実施形態)
図3aに第2実施形態におけるタービンの冷却構造を実施するためのタービン1の模式的に示す。なお、タービン1自体の構造は、第1実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
また、第2実施形態のタービン1では、タービン回転部の作動流体導入側に、作動流体を導入可能なエリアである送入部3aと、作動流体を導入しないように仕切壁が設けられた非送入部3bが設けられている(図3b参照)。送入部3aは、タービン回転部の作動流体導入側の略1/3エリアに、一方、非送入部3bは、残りの略2/3のエリアに設定されている。
そして、タービン回転部の作動流体導入側の非送入部3bには、複数の高温気化物噴射部10が非送入部3b全面に亘り、適宜間隔をあけて設けられている。
The turbine cooling structure according to the present invention can also be implemented by the following second embodiment. In the present embodiment, components that are substantially the same as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(Second Embodiment)
FIG. 3 a schematically shows a turbine 1 for implementing the turbine cooling structure in the second embodiment. In addition, since the structure of turbine 1 itself is the same as that of 1st Embodiment, detailed description is abbreviate | omitted.
Further, in the turbine 1 of the second embodiment, on the working fluid introduction side of the turbine rotating portion, the feeding portion 3a that is an area where the working fluid can be introduced, and the partition wall provided so as not to introduce the working fluid are provided. A feeding section 3b is provided (see FIG. 3b). The infeed portion 3a is set in the approximately 1/3 area on the working fluid introduction side of the turbine rotating portion, while the non-inlet portion 3b is set in the remaining approximately 2/3 area.
A plurality of high-temperature vaporized substance injection units 10 are provided over the entire surface of the non-feeding part 3b at appropriate intervals in the non-feeding part 3b on the working fluid introduction side of the turbine rotating part.

以上のような第2実施形態において、送入部3aのエリアから作動流体が送入され、初段ノズル5n1および初段動翼6b1へ流入し、次いで下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bへ流入して膨張仕事を行い、タービン1の回転軸2が回転する。
タービン1の回転軸2が回転して、初段ノズル5n1および初段動翼6b1、並びに下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bが非送入部3bに持ち来たされると、複数の高温気化物噴射部10から高温気化物が、初段ノズル5n1および初段動翼6b1に向けて噴射され、これら表面が高温気化物によって覆われる。
この際、初段動翼6b1は作動流体によって晒されて特に高温化されているので、高温気化物が初段動翼6b1の表面に噴射されると、高温気化物は気化し、吸熱反応により初段動翼6b1を冷却することができる。
タービン1は非送入部3bである略2/3のエリアを回転する間、高温気化物噴射部10から高温気化物が、万遍なく動翼6bに対して噴射される。
In the second embodiment as described above, the working fluid is fed from the area of the feeding section 3a, flows into the first stage nozzle 5n1 and the first stage blade 6b1, and then flows into the downstream stage nozzle 5n and the stage blade 6b. Thus, expansion work is performed, and the rotating shaft 2 of the turbine 1 rotates.
When the rotating shaft 2 of the turbine 1 rotates and the first stage nozzle 5n1 and the first stage rotor blade 6b1, and the downstream stage nozzle 5n and the stage rotor blade 6b are brought to the non-feeding portion 3b, a plurality of high temperature air High-temperature vaporized material is injected from the vapor injection unit 10 toward the first-stage nozzle 5n1 and the first-stage moving blade 6b1, and these surfaces are covered with the high-temperature vaporized material.
At this time, the first stage rotor blade 6b1 is exposed to the working fluid and is particularly heated. Therefore, when the high-temperature vaporized material is injected onto the surface of the first stage rotor blade 6b1, the high-temperature vaporized substance is vaporized, and the first stage rotor is moved by the endothermic reaction. The blade 6b1 can be cooled.
While the turbine 1 rotates in an area of approximately 2/3 that is the non-feeding portion 3b, the high-temperature vaporized material is uniformly injected from the high-temperature vaporized material injection unit 10 onto the moving blade 6b.

本発明にかかるタービンの冷却構造は、以下の第3実施形態によっても実施することができる。なお、本実施形態において、前述の第1実施形態と実質的に同一の構成要素については、同符号を付して、その説明は省略する。
(第3実施形態)
図4に第3実施形態におけるタービン1のタービン回転部の作動流体導入側を示す。かかる第3実施形態では、高温気化物噴射部10は、非送入部3bに、部分送入終了直後の位置に設けられる。すなわち高温気化物噴射部10は、回転部の回転方向下流側の送入部3a近傍の非送入部3bに設けられる。
The turbine cooling structure according to the present invention can also be implemented by the following third embodiment. In the present embodiment, components that are substantially the same as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(Third embodiment)
FIG. 4 shows the working fluid introduction side of the turbine rotating part of the turbine 1 in the third embodiment. In such 3rd Embodiment, the high temperature vaporization injection | pouring part 10 is provided in the position immediately after completion | finish of partial feeding in the non-feeding part 3b. That is, the high temperature vaporized substance injection part 10 is provided in the non-feeding part 3b in the vicinity of the feeding part 3a on the downstream side in the rotation direction of the rotating part.

以上のような第3実施形態において、タービン1の回転動作時、作動流体が送入される送入部3aにおいて、送入部3aから非送入部3bに移行する位置において、初段ノズル5n1および初段動翼6b1、並びに下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bは、作動流体によって最も高温化している。
したがって、回転部の回転方向下流側の送入部3a近傍の非送入部3bに設けた高温気化物噴射部10から高温気化物を、非送入部3bに移行直後の初段ノズル5n1および初段動翼6b1、並びに下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bに対し、噴射すれば、初段ノズル5n1および初段動翼6b1、並びに下流側の段ノズル5nおよび段動翼6bの効果的な冷却が期待できる。
In the third embodiment as described above, when the turbine 1 rotates, the first stage nozzle 5n1 and the first stage nozzle 5n1 at the position where the working fluid is fed from the feeding part 3a to the non-feeding part 3b. The first stage rotor blade 6b1, and the downstream stage nozzle 5n and the stage rotor blade 6b are heated to the highest temperature by the working fluid.
Accordingly, the first-stage nozzle 5n1 and the first-stage nozzle immediately after the transition from the high-temperature vaporized material injection section 10 provided in the non-infeed section 3b in the vicinity of the infeed section 3a on the downstream side of the rotation section to the non-infeed section 3b. By injecting the moving blade 6b1 and the downstream stage nozzle 5n and the stage moving blade 6b, effective cooling of the first stage nozzle 5n1 and the first stage moving blade 6b1, and the downstream stage nozzle 5n and the stage moving blade 6b is achieved. I can expect.

本発明にかかるタービンの冷却構造は、以下の第4実施形態によっても実施することができる。なお、本実施形態において、前述の第1実施形態と実質的に同一の構成要素については、同符号を付して、その説明は省略する。
(第4実施形態)
図5、図6に第4実施形態にかかるタービンの冷却構造を示す。
第4実施形態では、動翼6b、回転軸2またはタービンディスク2dに対し、高温気化物噴射部10の配置構成に応じて噴射塗布するようにしている。
ここでは、タービン回転部の作動流体導入側の非送入部3bには、複数の高温気化物噴射部10が適宜間隔をあけて設けられているが、図6a、図6b、図6cに示すように、さまざまな配置パターン(噴射方向)で配設することができる。
The turbine cooling structure according to the present invention can also be implemented by the following fourth embodiment. In the present embodiment, components that are substantially the same as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(Fourth embodiment)
5 and 6 show a turbine cooling structure according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, spray application is performed on the moving blade 6b, the rotary shaft 2 or the turbine disk 2d in accordance with the arrangement configuration of the high-temperature vaporized substance injection unit 10.
Here, a plurality of high-temperature vaporized substance injection sections 10 are provided at appropriate intervals in the non-infeed section 3b on the working fluid introduction side of the turbine rotating section, as shown in FIGS. 6a, 6b, and 6c. Thus, it can arrange | position with various arrangement | positioning patterns (injection direction).

先ず、図6aでは、高温気化物噴射部10は、高温気化物の噴射方向が、回転部のうち、回転軸2のタービンディスク2dに取り付けられた動翼6bに、高温気化物が噴射されるように、噴射方向が回転軸2を中心とする動翼6b先端までの届く半径の方向に設定している。
これにより、動翼6bに対し、高温気化物を重点的に噴射することができ、動翼6bの冷却に効果的である。
First, in FIG. 6 a, the high-temperature vaporized material injection unit 10 injects the high-temperature vaporized material into the rotor blade 6 b attached to the turbine disk 2 d of the rotating shaft 2 in the rotating unit. In this way, the injection direction is set in the direction of the radius reaching the tip of the moving blade 6b with the rotary shaft 2 as the center.
Thereby, a high temperature vaporized material can be preferentially injected with respect to the moving blade 6b, and it is effective for cooling of the moving blade 6b.

また、図6bでは、高温気化物噴射部10は、高温気化物の噴射方向が、回転軸2に対して、高温気化物が噴射されるように配置している。
これにより、高温気化物は回転軸2に対し、重点的に噴射され、回転軸2を効果的に冷却することができる。
In FIG. 6 b, the high-temperature vaporized substance injection unit 10 is arranged such that the high-temperature vaporized substance is injected with respect to the rotating shaft 2 in the injection direction of the high-temperature vaporized substance.
As a result, the high-temperature vaporized material is injected intensively with respect to the rotating shaft 2, and the rotating shaft 2 can be effectively cooled.

さらに、図6cでは、高温気化物噴射部10は、高温気化物の噴射方向が、動翼6b、回転軸2またはタービンディスク2dに対し、万遍なく届くように、分散させて配置している。
これにより、高温気化物は、回転部である、動翼6b、回転軸2またはタービンディスク2dに対し、万遍なく噴射され、回転部全体を効果的に冷却することができる。
Furthermore, in FIG. 6c, the high temperature vaporized substance injection | pouring part 10 is distributed and arrange | positioned so that the injection direction of a high temperature vaporized substance may reach | attain uniformly with respect to the moving blade 6b, the rotating shaft 2, or the turbine disk 2d. .
Thereby, the high-temperature vaporized material is uniformly injected to the rotor blade 6b, the rotating shaft 2 or the turbine disk 2d, which is the rotating part, and the entire rotating part can be effectively cooled.

以上、本発明にかかるタービンの冷却構造について、第1〜第4実施形態を挙げ、添付図に基づいて説明した。
本発明は、これら第1〜第4実施形態に限られないのは勿論である。例えば、第1〜第4実施形態では、部分送入式のタービンのうち、送入部3aが、タービン回転部の作動流体導入側の略1/3のエリアに、非送入部3bが、残りの略2/3のエリアに設定されている構成のものを挙げたが、送入部と非送入部の配置パターンを変えたものでもよい。
送入部3aと非送入部3bとの配置パターンを変えることで、高温気化物噴射部10の配置の仕方も変わり、冷却の効率も変わる。
The turbine cooling structure according to the present invention has been described with reference to the accompanying drawings by giving the first to fourth embodiments.
Of course, the present invention is not limited to these first to fourth embodiments. For example, in the first to fourth embodiments, among the partial-feed turbines, the feed-in part 3a is in an approximately 1/3 area on the working fluid introduction side of the turbine rotating part, and the non-feed-in part 3b is Although the configuration in which the remaining approximately 2/3 of the area is set has been described, the arrangement pattern of the feeding portion and the non-feeding portion may be changed.
By changing the arrangement pattern of the feeding part 3a and the non-feeding part 3b, the way of arranging the high-temperature vaporized substance injection part 10 also changes and the cooling efficiency also changes.

また、高温気化物噴射部10の高温気化物も、アブレーション材を挙げて説明したが、必要最小限の冷却度で足りる場合には、海水を用いることも可能である。
海水は、特に、タービン1が水中航走体で用いられるものにあっては、海水は入手しやすく、製造コストも抑制することができる。
Moreover, although the high-temperature vaporized material of the high-temperature vaporized material injection part 10 was also demonstrated using the ablation material, seawater can also be used when the necessary minimum cooling degree is sufficient.
Seawater is particularly readily available when the turbine 1 is used in an underwater vehicle, and manufacturing costs can be reduced.

本発明は、空気冷却が不可能な環境での使用が前提のタービンであれば、例えば水中の他、地中などで用いられる地熱式発電装置のタービン用として汎用性が高い。   The present invention is highly versatile for a turbine of a geothermal power generation device used in the ground, in addition to underwater, for example, if it is a turbine premised on use in an environment where air cooling is impossible.

1 タービン
2 回転軸
2d、2d1 タービンディスク
3 静止部
3a 送入部
3b 非送入部
4 作動流体供給管
4a 供給口
5n1 初段ノズル
6b1 初段動翼
10 高温気化物噴射部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Rotating shaft 2d, 2d1 Turbine disk 3 Stationary part 3a Inlet part 3b Non-inlet part 4 Working fluid supply pipe 4a Supply port 5n1 First stage nozzle 6b1 First stage moving blade 10 High temperature vaporized substance injection part

Claims (8)

作動流体により稼働するタービンに対し、タービン回転部を冷却するタービンにおける冷却構造であって、
前記タービン回転部に対して、高温気化物を噴射することで該高温気化物を気化させて前記タービン回転部を冷却する高温気化物噴射部を具備することを特徴とするタービンにおける冷却構造。
A cooling structure in a turbine that cools a turbine rotating part with respect to a turbine operated by a working fluid,
A cooling structure in a turbine, comprising: a high-temperature vaporized material injection unit that injects high-temperature vaporized material into the turbine rotating unit to vaporize the high-temperature vaporized material and cool the turbine rotating unit.
前記タービン回転部は、回転軸とタービンディスクと動翼とを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のタービンにおける冷却構造。
The turbine rotating unit includes a rotating shaft, a turbine disk, and a moving blade.
The cooling structure in a turbine according to claim 1, wherein
前記タービンは前記タービン回転部の周方向に作動流体の送入部と非送入部とを有する部分送入タービンである、ことを特徴とする請求項1に記載のタービンにおける冷却構造。   2. The cooling structure for a turbine according to claim 1, wherein the turbine is a partial feed turbine having a working fluid feeding portion and a non-feeding portion in a circumferential direction of the turbine rotating portion. 前記高温気化物噴射部は、前記非送入部に配置したことを特徴とする請求項3に記載のタービンにおける冷却構造。   The cooling structure for a turbine according to claim 3, wherein the high-temperature vaporized substance injection part is disposed in the non-feed-in part. 前記高温気化物噴射部は、前記タービン回転部の回転方向下流側の送入部近傍の前記非送入部に設けられることを特徴とする請求項4に記載のタービンにおける冷却構造。   The cooling structure for a turbine according to claim 4, wherein the high-temperature vaporized substance injection section is provided in the non-feed section in the vicinity of the feed section on the downstream side in the rotation direction of the turbine rotating section. 前記高温気化物噴射部は、前記動翼、回転軸またはタービンディスクに対応して、前記高温気化物が噴射されるように、噴射方向を定めた配置構成となっている、ことを特徴とする請求項2に記載のタービンにおける冷却構造。   The high-temperature vaporized substance injecting section has an arrangement configuration in which an injection direction is determined so as to inject the high-temperature vaporized substance corresponding to the moving blade, the rotating shaft, or the turbine disk. The cooling structure in the turbine according to claim 2. 前記高温気化物噴射部における高温気化物は、アブレーション材である、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のタービンにおける冷却構造。   The cooling structure for a turbine according to any one of claims 1 to 6, wherein the high-temperature vaporized substance in the high-temperature vaporized substance injection section is an ablation material. 前記高温気化物噴射部における高温気化物は、海水である、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のタービンにおける冷却構造。
The cooling structure in a turbine according to any one of claims 1 to 6, wherein the high-temperature vaporized substance in the high-temperature vaporized substance injection unit is seawater.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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