JP2016121682A - 回転ガスタービンブレードおよびそのようなブレードを備えるガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】内部翼冷却通路を通る冷却材の流れの不良化を防ぐ回転ガスタービンブレードを提供する。
【解決手段】回転ガスタービンブレードは、吸込側と圧力側１２とを有する翼１４を備え、翼１４は半径方向でブレード根元からブレードチップまで延在しており、ブレードチップ１５はチップシュラウド１６を含み、翼１４は冷却材用の内部冷却通路２７，２８を含み、内部冷却通路２７，２８はチップシュラウド１６を通って延在しており、排出口２５が冷却材がブレードの圧力側１２の方向でチップシュラウド１６の上方に排出されるように、内部翼冷却通路２７の上方に設けられている。ブレード寿命は、内部冷却通路２７のチップ端部において、埃堆積を回避する手段２６が設けられていることにより改善される。
【選択図】図４

Description

発明の背景
本発明は、ガスタービンの技術に関する。本発明は、請求項１の上位概念による回転ガスタービンブレードに関する。

さらに、本発明は、そのような回転ガスタービンブレードを備えるガスタービンに関する。

従来技術
図１は、部分断面斜視図で、型式ＧＴ２６ガスタービンとして知られた、例示的な連続燃焼式のガスタービンを示している。図１のガスタービン３０は、ロータ３１を含む。ロータ３１は、様々な機能を有する複数の回転ガスタービンブレードを支持していて、中心機械軸線を中心に回転する。ロータ３１は、ケーシング３２により包囲されている。ガスタービン３０は、一方の端部に空気入口３３を備える。この空気入口３３を通って、空気が圧縮機３４に進入して、圧縮される。圧縮された空気は、燃料を燃焼させるのに使用され、そしてガスタービン３０の、高温に曝される様々な部分のための冷却材として使用される。例示的なガスタービン３０が連続燃焼式の再熱タービンとして設計されているので、機械軸線に沿って配置された２つの燃焼器３５，３７が存在する。第１の燃焼器３５において生成される高温ガスが、高圧（ＨＰ）タービン３６を駆動する。高圧タービン３６から退出し、依然として酸素を含んでいる高温ガスは、第２の燃焼器３７において燃料を燃焼させるのに使用される。第２の燃焼器３７から到来する再熱ガスは、低圧（ＬＰ）タービン３８を駆動する。

特に、低圧タービン３８に、チップシュラウド（主にチップを越える漏れ流を低減するために使用され、ブレードの間を連結している）を有する回転ガスタービンブレードが装着されている。チップシュラウドは、たいてい、翼内で１つまたは複数の内部通路をもって冷却される。しかし、遠心力による、流れる冷却材に対するポンピング動作は、ブレード回転方向とは逆向きの冷却材の排出により、ロータ３１のための追加的な駆動力を提供するためには使用されないか、または十分な程度には使用されない。

欧州特許出願公開第２６０７６２９号明細書は、効率／能力を増大させるための改良された冷却空気排出口を有する回転ガスタービンブレードが開示されている。この回転ガスタービンブレードは、改良された排出口を用いている。この排出口は、ポンピング能力の回復のために回転方向に対して平行の接線方向成分を有する冷却材の方向を規定している。

しかし、冷却材内に存在するかまたは供給システムから到来する埃が、チップ端部において堆積し、冷却材流に悪影響を及ぼし、ならびにチップ端部における質量を増加させ得る。質量の増加は、ブレードの寿命に悪影響を及ぼし得る。欧州特許出願公開第２６０７６２９号明細書は、埃堆積問題に関して記載がない。

欧州特許出願公開第２６０７６２９号明細書

本発明の目的は、特に内部翼冷却通路を通る冷却材の流れの不良化に関して、従来技術のブレードよりも有利である回転ガスタービンブレードを提供することである。

この目的は、請求項１による回転ガスタービンブレードにより達成される。

本発明による回転ガスタービンブレードは、吸込側と圧力側とを有する翼を備え、前記翼は、半径方向でブレード根元からブレードチップまで延在しており、前記ブレードチップは、チップシュラウドを有し、前記翼は、冷却材用の内部冷却通路を含み、内部通路は、前記チップシュラウドを通って延在しており、排出口が、冷却材がブレード回転の方向とは逆向きに前記チップシュラウドの上方に排出されるように、選択された内部翼冷却通路の上方に設けられている。

この回転ガスタービンブレードは、前記選択された内部冷却通路のチップ端部において、埃堆積を回避する手段が設けられていることを特徴としている。

本発明の１つの実施の形態によれば、前記埃堆積を回避する手段は、半径方向で前記選択された内部冷却通路から前記チップシュラウドを越えて外側まで延在する埃孔を含む。

特に、前記内部冷却通路は、中子を使用する鋳造工程により製作されており、中子は、いわゆる中子出口により位置保持されており、前記中子出口により形成される孔が、埃孔として使用される。

本発明の別の実施の形態によれば、 前記排出口は、前記チップシュラウド内へ機械加工されている。

特に、前記排出口は、前記冷却材がブレードの回転方向とは逆向きに排出されるように、向けられている。

特に、前記排出口において、ブレードの長手方向に沿って上向きからの内部流の変向が、湾曲した形状と、所望の方向に向かう最小ガイド長さとによって提供されている。

さらに、特に、前記ガイド長さは、管を機械加工された開口へ挿入すること、および、管を接合、特にろう付けまたは溶接および／または機械的インタロックにより位置保持することによって増加されている。

本発明の別の実施の形態によれば、前記チップシュラウドに、周方向で前記チップシュラウドの上側で互いに平行に延在している２つまたは３つ以上のフィンが設けられており、隣り合う前記フィンの間に中間空間が形成されており、高められた領域が、前記中間空間に設けられており、前記排出口および前記埃堆積を回避する手段が、内部冷却通路の上方で前記高められた領域に配置されている。

本発明に係るガスタービンは、複数の回転ガスタービンブレードを有するロータを備える。このガスタービンは、これらの回転ガスタービンブレードのうちの少なくとも幾つかが本発明に係る回転ガスタービンブレードであることを特徴としている。

図面の簡単な説明
以下に、添付の図面に関して、様々な実施の形態を用いて本発明をより詳しく説明する。

本発明に係るブレードを装着することができる、連続燃焼式の型式ＧＴ２４／２６のガスタービンの斜視図を示す。 圧力側で、本発明の１つの実施の形態による回転ガスタービンブレードの側面図を示す。 図２によるブレードのチップおよびチップシュラウドの拡大図を示す。 ブレードの前縁における図３のチップシュラウドの部分断面を示す。

発明の様々な実施の形態の詳細な説明
図２は、本発明の１つの実施の形態による回転ガスタービンブレードを側面図で示している。図２のタービンブレード１０は、翼１４を含む。翼１４は、半径方向（ガスタービンの機械軸線に関して）で、ブレード根元１１（ファーツリー構造を有する）からシュラウド付きブレードチップ１５まで延在している。プラットフォーム１３は、ロータ３１とケーシング３２との間の環状の高温ガス経路の内壁を形成している。翼１４は、前縁および後縁（高温ガス流に関して；図２の矢印参照）ならびに吸込側および圧力側を有する。この場合、圧力側１２は、図面の手前を向いている。

図３において看取されるように、ブレードチップ１５は、チップシュラウド１６を含む。このチップシュラウド１６は、同一のタービン段の全てのブレードがロータ３１に取り付けられている状態で、部分的に閉じたまたは閉じたリングの一部である。チップシュラウド１６は、その上側（外側）の３つの平行なフィン１７，１８，１９を含む。これらのフィン１７，１８，１９は、周方向に沿って延在している。隣り合うフィン１７，１８およびフィン１８，１９は、それぞれ中間空間２０，２１を画定している。冷却材（たとえば圧縮空気）は、排出口２４，２５を通ってこれらの中間空間２０，２１に排出される。冷却材は、内部冷却通路２７，２８（図４参照）によって、翼１４の内部を通って供給される。追加的な冷却通路（図示してない）が、排出口２４に供給を行う。

したがって、チップシュラウド１６と、翼１４内に１つまたは複数の内部冷却通路２７，２８とを有する回転ガスタービンブレード１０に関して、前述のシュラウド１６の上方に、ロータ（これは図４において右向きの矢印の方向で回転する）のための追加的な駆動力を結果として生み出すことによりガスタービン効率および能力を増大させるために、冷却材（たとえば空気）が機械加工された開口を通ってブレードの圧力側１２の方向に大きな速度成分をもって排出されるための、１つまたは複数の排出口２４，２５が設けられている。

排出口部分２４，２５の位置は、任意の可能な中実のウェブの上方ではなく内部翼冷却通路２７の上方に選択されている。この選択は、チップシュラウド１６を貫通した中子出口を、内部冷却通路２７のチップ端部における埃堆積を回避するための埃孔２６として利用できるという利点を有する。埃堆積は、冷却材の流れに悪影響を及ぼして、チップシュラウドにおける質量を増大させ得る。チップシュラウドの質量増大は、ブレードに悪影響を及ぼし得る（中子は、鋳造工程中に内部通路を製作するために使用され、中子を鋳型に接続するいわゆる中子出口により位置保持する必要がある）。

理想的には、冷却材は、ブレードの回転方向と整合した排出口２４，２５を通って排出され、そこで、ブレードの長手方向に沿った上向きからの内部流の変向（主に遠心力による外部高温ガス圧力を超える十分な圧力マージンによる）が、湾曲した形状（変向ロスを減らすため）と、所望の方向に向かう最小ガイド長さ（所望の方向と整合する流れの成分を増やすため）とにより提供される。

ガイド長さは、機械加工された開口へ管を挿入し、当該管を接合、たとえばろう付けまたは溶接、および／または機械的インタロックにより位置保持することにより、増加させることができる。

排出口２４，２５および埃孔２６は、好適には、中間空間２０，２１内の高められた領域２２，２３に配置されている。

１０ タービンブレード
１１ ブレード根元
１２ 圧力側
１３ プラットフォーム
１４ 翼
１５ ブレードチップ
１６ チップシュラウド
１７，１８，１９ フィン
２０，２１ シュラウドキャビティ
２２，２３ 高められた領域
２４，２５ 排出口
２６ 埃孔
２７，２８ 冷却通路
３０ ガスタービン
３１ ロータ
３２ ケーシング
３３ 空気入口
３４ 圧縮機
３５，３７ 燃焼器
３６ 高圧（ＨＰ）タービン
３８ 低圧（ＬＰ）タービン

Claims (9)

1. 回転ガスタービンブレード（１０）であって、
   吸込側と圧力側（１２）とを有する翼（１４）を備え、該翼（１４）は、半径方向でブレード根元（１１）からブレードチップ（１５）まで延在しており、該ブレードチップ（１５）は、チップシュラウド（１６）を有し、前記翼（１４）は、冷却材用の内部冷却通路（２７，２８）を含み、該内部冷却通路（２７，２８）は、前記チップシュラウド（１６）を通って延在しており、排出口（２４，２５）が、前記冷却材がブレードの圧力側（１２）の方向で前記チップシュラウド（１６）の上方に排出されるように、選択された内部翼冷却通路（２７）の上方に設けられている、回転ガスタービンブレード（１０）において、
   前記選択された内部冷却通路（２７）のチップ端部において、埃堆積を回避する手段（２６）が設けられていることを特徴とする、回転ガスタービンブレード。
2. 前記埃堆積を回避する手段（２６）は、半径方向で前記選択された内部冷却通路（２７）から前記チップシュラウド（１６）を越えて外側まで延在する埃孔（２６）を含む、請求項１記載の回転ガスタービンブレード。
3. 前記内部冷却通路（２７，２８）は、中子を使用する鋳造工程により製作されており、該中子は、前記チップシュラウド（１６）を通って前記中子を鋳型に接続するいわゆる中子出口により位置保持されており、前記中子出口により形成される孔が、前記埃孔（２６）として使用される、請求項２記載の回転ガスタービンブレード。
4. 前記排出口（２４，２５）は、前記チップシュラウド（１６）内へ機械加工されている、請求項１記載の回転ガスタービンブレード。
5. 前記排出口（２４，２５）は、前記冷却材がブレード（１０）の回転方向に沿って大きな速度成分をもって排出されるように、方向付けられている、請求項４記載の回転ガスタービンブレード。
6. 前記排出口（２４，２５）において、ブレードの長手方向に沿った上向きからの内部流の変向が、湾曲した形状と、所望の方向に向かう最小ガイド長さとにより提供されている、請求項５記載の回転ガスタービンブレード。
7. 前記ガイド長さは、管を前記機械加工された開口へ挿入し、前記管を接合、特にろう付けまたは溶接、および／または機械的インタロックにより位置保持することによって増加されている、請求項６記載の回転ガスタービンブレード。
8. 前記チップシュラウド（１６）に、周方向で前記チップシュラウド（１６）の上側で互いに平行に延在している２つまたは３つ以上のフィン（１７，１８，１９）が設けられており、隣り合う前記フィン（１７，１８，１９）の間に中間空間（２０，２１）が形成されており、高められた領域（２２，２３）が、前記中間空間（２０，２１）に設けられており、前記排出口（２４，２５）および前記埃堆積を回避する手段（２６）が、前記高められた領域（２２，２３）に配置されている、請求項１記載の回転ガスタービンブレード。
9. 複数の回転ガスタービンブレードを有するロータ（３１）を備えるガスタービン（１０）であって、前記回転ガスタービンブレードのうちの少なくとも幾つかは、請求項１から８までのいずれか１項記載の回転ガスタービンブレード（１０）であることを特徴とする、ガスタービン。