JP2020094508A - Turbine stationary blade and gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、タービン静翼及びガスタービン The present disclosure relates to a turbine vane and a gas turbine
複数の燃焼器を備えるガスタービンでは、燃焼器の出口部近傍において、燃焼器間での音響的な伝搬により燃焼振動が発生することがある。このような燃焼振動は、ガスタービンの安定運転を阻害する要因となり得るため、燃焼器の出口部近傍で生じる燃焼振動を抑制するための工夫が検討されている。 In a gas turbine including a plurality of combustors, combustion vibration may occur near the outlet of the combustor due to acoustic propagation between the combustors. Since such combustion vibration can be a factor that hinders stable operation of the gas turbine, measures for suppressing combustion vibration that occurs near the outlet of the combustor are being studied.
例えば、特許文献1に記載のガスタービンでは、燃焼器移行部(尾筒)が、軸方向において燃焼器出口部を超えてタービン側の空間内に延びる側壁延長部を有している。側壁延長部は、タービンの最上流側に配置されるタービン静翼の上流側にて該タービン静翼の近傍まで延びており、燃焼器出口部とタービン静翼との間の環状空間を周方向において部分的に仕切っている。これにより、隣接する燃焼器の出口部間における熱音響的な接続に起因する熱音響的脈動を抑制している。
For example, in the gas turbine described in
特許文献1に記載のガスタービンでは、燃焼器の尾筒とタービン静翼との間には、仕切りが存在しない軸方向位置が存在し、該軸方向位置では燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されるため、隣接する燃焼器間における音響的伝搬の抑制効果が限定的となりうる。
In the gas turbine described in
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼器とタービン静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する燃焼器の出口部間における燃焼振動を抑制可能なタービン静翼及びガスタービンを提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned circumstances, at least one embodiment of the present invention provides a turbine vane capable of suppressing combustion vibration between the outlets of the combustor due to acoustic propagation through a gap between the combustor and the turbine vane. And to provide a gas turbine.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン静翼は、
中空の翼体を備えるタービン静翼であって、
前記翼体は、
圧力面、負圧面及び後縁を含む翼型を部分的に形成する第1部分と、
前記第1部分に対して前記翼型の前縁側に位置し、凸部を有する第2部分と、
を含み、
前記第2部分の外面又は内面は、凹部を含む。
(1) A turbine vane according to at least one embodiment of the present invention comprises:
A turbine stationary blade having a hollow blade body,
The wing body is
A first portion partially forming an airfoil including a pressure surface, a suction surface and a trailing edge;
A second portion located on the leading edge side of the airfoil with respect to the first portion and having a convex portion;
Including,
The outer or inner surface of the second portion includes a recess.
上記(1)に記載のタービン静翼によれば、タービン静翼の第2部分が有する凸部を、燃焼器の径方向壁部に嵌合させたときに、タービン静翼の凸部と燃焼器の径方向壁部とを軸方向においてオーバーラップさせることができる。これにより、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができる。したがって、燃焼器とタービン静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する、燃焼器の出口部間における燃焼振動を低減することができる。 According to the turbine vane described in (1) above, when the convex portion of the second portion of the turbine vane is fitted to the radial wall of the combustor, the convex portion of the turbine vane and combustion The radial wall of the container can be axially overlapped. As a result, it is possible to prevent the gap between the combustor and the turbine vane from being linearly formed in the circumferential direction. Therefore, it is possible to reduce the combustion vibration between the outlets of the combustor due to the acoustic propagation through the gap between the combustor and the turbine vane.
一方、タービン静翼のうちタービンの燃焼ガスの流れに晒されない部分の温度は、タービン静翼のうち燃焼ガスの流れに晒される部分と比較して低くなりやすい。このため、タービン静翼における燃焼ガスの流れに晒される部分の熱伸びは、燃焼ガスの流れに晒されない部分(相対的に温度が低い部分)に拘束され、翼体の翼面(特に圧力面側)に大きな圧縮応力が発生しやすい。 On the other hand, the temperature of the portion of the turbine vane that is not exposed to the flow of the combustion gas of the turbine tends to be lower than the temperature of the portion of the turbine vane that is exposed to the flow of the combustion gas. Therefore, the thermal expansion of the portion of the turbine vane that is exposed to the flow of combustion gas is restricted to the portion that is not exposed to the flow of combustion gas (the portion where the temperature is relatively low), and the blade surface of the blade body (particularly the pressure surface). Large compressive stress is likely to occur on the side).
この点、上記(1)に記載のタービン静翼によれば、凸部を含む第2部分の外面又は内面が凹部を含むことにより、凸部を含む第2部分の剛性を低くすることができる。これにより、上記熱伸びに対する拘束を弱めて翼面に生じる圧縮応力を低減し、翼体を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼の破損を抑制することができる。 In this regard, according to the turbine vane described in (1) above, since the outer surface or the inner surface of the second portion including the convex portion includes the concave portion, the rigidity of the second portion including the convex portion can be reduced. .. As a result, the constraint on the thermal expansion is weakened, the compressive stress generated on the blade surface is reduced, and the damage of the turbine vane can be suppressed without increasing the cooling air for cooling the blade body.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載のタービン静翼において、
前記凹部は、翼高さ方向における中央位置を含む範囲に形成される。
(2) In some embodiments, in the turbine vane described in (1) above,
The recess is formed in a range including the central position in the blade height direction.
上記(2)に記載のタービン静翼によれば、凹部を形成することによるフィレット部の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面に生じる圧縮応力を低減することができる。 According to the turbine vane described in (2) above, it is possible to reduce the compressive stress generated on the blade surface while suppressing the influence of forming the recess on the rigidity of the fillet portion.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載のタービン静翼において、
前記翼体の端部に接続し流路壁を形成するシュラウド壁部と、
前記翼体の翼面と前記シュラウド壁部の壁面とによって形成された角部に設けられたフィレット部と、
を備え、
前記翼高さ方向において、前記凹部の存在範囲をS1、前記フィレット部の上流側端面の存在範囲をS2とすると、前記範囲S1は前記範囲S2の少なくとも一部とオーバーラップしない。
(3) In some embodiments, in the turbine vane described in (1) or (2) above,
A shroud wall portion which is connected to an end portion of the wing body to form a flow path wall,
A fillet portion provided at a corner formed by the wing surface of the wing body and the wall surface of the shroud wall portion,
Equipped with
In the blade height direction, the range S1 does not overlap with at least a part of the range S2, where S1 is the range of the recess and S2 is the range of the upstream end surface of the fillet portion.
仮に、凹部を翼高さ方向における翼体の全範囲に亘って形成した場合、圧縮応力が高くなりやすいフィレット部の剛性が低下して、フィレット部の応力が増大してしまう場合がある。そこで、上記(3)のように範囲S1が範囲S2の少なくとも一部とオーバーラップしないように凹部を形成することにより、フィレット部の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
なお、上記(3)における「シュラウド壁部」は、例えば、後述の「外側シュラウド壁部60」であってもよいし、「内側シュラウド壁部62」であってもよい。
If the concave portion is formed over the entire range of the blade body in the blade height direction, the rigidity of the fillet portion, where the compressive stress is likely to increase, may decrease, and the stress of the fillet portion may increase. Therefore, by forming a recess so that the range S1 does not overlap at least a part of the range S2 as in the above (3), the compressive stress generated on the blade surface is suppressed while suppressing the influence on the rigidity of the fillet part. Therefore, the turbine vane can be prevented from being damaged.
The "shroud wall portion" in (3) above may be, for example, an "outer
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第2部分のうち前記タービンの燃焼ガスの流れに晒されない部分の外面又は内面に形成される。
(4) In some embodiments, in the turbine vane according to any one of (1) to (3) above,
The recess is formed on an outer surface or an inner surface of a portion of the second portion that is not exposed to the flow of the combustion gas of the turbine.
上記(4)に記載のタービン静翼によれば、第2部分のうち燃焼ガスの流れに晒されない部分の剛性を低下させることができるため、燃焼ガスの流れに晒される部分の熱伸びに対する、燃焼ガスの流れに晒されない部分(相対的に温度が低い部分)による拘束を弱めることができる。これにより、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 According to the turbine vane described in (4) above, the rigidity of the portion of the second portion that is not exposed to the flow of combustion gas can be reduced, so that the thermal expansion of the portion that is exposed to the flow of combustion gas is It is possible to weaken the restraint by the portion not exposed to the flow of the combustion gas (the portion having a relatively low temperature). As a result, the compressive stress generated on the blade surface can be reduced, and damage to the turbine vane can be suppressed.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第2部分の内面のうち前記凸部に対応する部分(凸部の裏側部分)に形成される。
(5) In some embodiments, in the turbine stationary blade according to any one of (1) to (4) above,
The concave portion is formed in a portion of the inner surface of the second portion that corresponds to the convex portion (a portion behind the convex portion).
凸部は、燃焼器の径方向壁部に嵌合させることにより、燃焼ガスの流れの影響を特に受けにくくなり、凸部の周囲よりも低温となりやすい。この点、上記(5)に記載のタービン静翼によれば、第2部分の内面のうち凸部に対応する部分に凹部が形成されるため、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 By fitting the convex portion to the radial wall portion of the combustor, the convex portion is particularly unlikely to be affected by the flow of the combustion gas, and the temperature tends to be lower than that around the convex portion. In this regard, according to the turbine vane described in (5) above, since the concave portion is formed in the portion corresponding to the convex portion on the inner surface of the second portion, the convex portion against the thermal expansion of the portion around the convex portion is formed. Can restrain the restraint by. As a result, the compressive stress generated around the convex portion can be effectively reduced, and the turbine vane can be prevented from being damaged.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れか1項に記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第2部分の内面に形成されており、
ロータの周方向において、前記凹部の存在範囲をS3、前記凸部の存在範囲をS4とすると、前記範囲S3は、前記範囲S4の内側に位置する。
(6) In some embodiments, in the turbine stationary blade according to any one of (1) to (5) above,
The recess is formed on the inner surface of the second portion,
In the circumferential direction of the rotor, the range S3 is located inside the range S4, where S3 is the range of the recesses and S4 is the range of the protrusions.
上記(6)に記載のタービン静翼によれば、範囲S3が範囲S4の内側に位置するため、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 According to the turbine vane described in (6) above, since the range S3 is located inside the range S4, it is possible to weaken the restraint by the convex portion on the thermal expansion of the portion around the convex portion. As a result, the compressive stress generated around the convex portion can be effectively reduced, and the turbine vane can be prevented from being damaged.
(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)に記載のタービン静翼において、
前記凹部の深さをd、前記第2部分のうち前記凸部に隣接する部分の肉厚をtとすると、d>tを満たす。
(7) In some embodiments, in the turbine vane according to (5) or (6) above,
When the depth of the concave portion is d and the thickness of the portion of the second portion adjacent to the convex portion is t, d>t is satisfied.
上記(7)に記載のタービン静翼によれば、凸部及び凸部の周囲の剛性を効果的に低減することができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 According to the turbine vane described in (7) above, the rigidity around the convex portion and the convex portion can be effectively reduced. As a result, the compressive stress generated around the convex portion can be effectively reduced, and the turbine vane can be prevented from being damaged.
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記凸部の外面に形成される。
(8) In some embodiments, in the turbine vane according to any one of (1) to (4) above,
The concave portion is formed on the outer surface of the convex portion.
上記(8)に記載のタービン静翼によれば、凹部が凸部の外面に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部の剛性を低くすることができ、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼Aの破損を抑制することができる。 According to the turbine vane described in (8) above, since the concave portion is formed on the outer surface of the convex portion, it is possible to reduce the rigidity of the convex portion in which the temperature tends to be relatively low, and the circumference of the convex portion can be reduced. It is possible to weaken the restraint of the convex portion on the thermal expansion of the portion. Thereby, the compressive stress generated around the convex portion can be effectively reduced, and the damage of the turbine vane A can be suppressed.
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかに記載のタービン静翼において、
前記第2部分は、前記凸部に隣接する平坦面が外面に形成された平坦部を含み、
前記凹部の少なくとも一部は、前記平坦部の内面に形成される。
(9) In some embodiments, in the turbine vane according to any one of (1) to (4) above,
The second portion includes a flat portion in which a flat surface adjacent to the convex portion is formed on an outer surface,
At least a part of the concave portion is formed on the inner surface of the flat portion.
上記(9)に記載のタービン静翼によれば、凸部に隣接する平坦部の内面に凹部の少なくとも一部を形成することにより、平坦部を含む第2部分の剛性を低くすることができる。これにより、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 According to the turbine vane described in (9) above, the rigidity of the second portion including the flat portion can be reduced by forming at least a part of the concave portion on the inner surface of the flat portion adjacent to the convex portion. .. As a result, the compressive stress generated on the blade surface can be reduced, and damage to the turbine vane can be suppressed.
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
ロータの径方向に沿った径方向壁部を有する出口部を含むとともに、前記ロータの周方向に配置される複数の燃焼器と、
前記周方向に隣り合う前記燃焼器の前記出口部のうち互いに対向する一対の前記径方向壁部の下流側に位置する、上記(1)乃至(9)の何れかに記載のタービン静翼と、
を備える。
(10) A gas turbine according to at least one embodiment of the present invention is
A plurality of combustors arranged in the circumferential direction of the rotor, including an outlet portion having a radial wall portion along the radial direction of the rotor;
The turbine stationary blade according to any one of (1) to (9), which is located on a downstream side of a pair of the radial wall portions facing each other of the outlet portions of the combustors adjacent to each other in the circumferential direction. ,
Equipped with.
上記(10)に記載のガスタービンによれば、上記(1)乃至(9)の何れかに記載のタービン静翼を備えるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。また、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。 According to the gas turbine described in (10) above, since the turbine vane described in any one of (1) to (9) is provided, the combustion vibration caused by the acoustic propagation between the outlets of the plurality of combustors. Can be reduced. Further, it is possible to reduce the compressive stress generated on the blade surface and suppress the damage of the turbine vane.
(11)幾つかの実施形態では、上記(10)に記載のガスタービンにおいて、
前記径方向壁部は前記凸部と嵌合されている。
(11) In some embodiments, in the gas turbine according to (10) above,
The radial wall portion is fitted with the convex portion.
上記(11)に記載のガスタービンによれば、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。 According to the gas turbine described in (11) above, it is possible to prevent the gap between the combustor and the turbine stationary blade from being linearly formed in the circumferential direction, and therefore, between the outlet portions of the plurality of combustors. It is possible to reduce combustion vibration due to sound propagation.
(12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)に記載のガスタービンにおいて、
前記径方向壁部の下流側の端面に前記ロータの径方向に沿った凸部受入溝を含み、前記凸部受入溝と前記凸部の少なくとも一部は前記ロータの軸方向において一部オーバーラップしている。
(12) In some embodiments, in the gas turbine according to (10) or (11) above,
The downstream end surface of the radial wall portion includes a convex portion receiving groove along the radial direction of the rotor, and the convex portion receiving groove and at least a part of the convex portion partially overlap in the axial direction of the rotor. doing.
上記(12)に記載のガスタービンによれば、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。 According to the gas turbine described in (12) above, it is possible to prevent the gap between the combustor and the turbine vane from being linearly formed in the circumferential direction, and therefore, between the outlet portions of the plurality of combustors. It is possible to reduce combustion vibration due to sound propagation.
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、燃焼器と静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する燃焼器の出口部間における燃焼振動を抑制可能なタービン静翼及びガスタービンが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, there is provided a turbine vane and a gas turbine capable of suppressing combustion vibration between the outlets of the combustor due to acoustic propagation through a gap between the combustor and the vane. To be done.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention thereto, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, the expressions representing relative or absolute arrangements such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "orthogonal", "center", "concentric", or "coaxial" are strict. In addition to representing such an arrangement, it also represents a tolerance, or a state in which the components are relatively displaced at an angle or distance such that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous" that indicate that they are in the same state are not limited to a state in which they are exactly equal to each other. It also represents the existing state.
For example, the representation of a shape such as a quadrangle or a cylinder does not only represent a shape such as a quadrangle or a cylinder in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfer within a range in which the same effect can be obtained. The shape including parts and the like is also shown.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one element are not exclusive expressions excluding the existence of other elements.
図1は、一実施形態に係るガスタービン1の概略構成図である。
図1に示すように、ガスタービン1は、圧縮空気を生成するための圧縮機2と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器4と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン6と、を備える。発電用のガスタービン1の場合、タービン6には不図示の発電機が連結される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
As shown in FIG. 1, a
燃焼器4には、燃料と、圧縮機2で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器4において燃料が燃焼され、タービン6の作動流体である燃焼ガスが生成される。図1に示すように、ガスタービン1は、ケーシング20内にロータ8を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器4を有する。
Fuel and compressed air generated by the
タービン6は、タービン車室22によって形成される燃焼ガス流路28を有し、該燃焼ガス流路28に設けられる複数のタービン静翼24及びタービン動翼26を含む。タービン静翼24はタービン車室22側から支持されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数のタービン静翼24が静翼列を構成している。また、タービン動翼26はロータ8に植設されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数のタービン動翼26が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ8の軸線方向において交互に配列されている。
The
タービン6では、燃焼ガス流路28に流れ込んだ燃焼器4からの燃焼ガスが複数のタービン静翼24及び複数のタービン動翼26を通過することでロータ8が回転駆動され、ロータ8に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン6を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室30を介して外部へ排出される。
In the
以下では、ガスタービン1の軸方向(ロータ8の軸方向)を単に「軸方向」と記載し、ガスタービン1の径方向(ロータ8の径方向)を単に「径方向」と記載し、ガスタービン1の周方向(ロータ8の周方向)を単に「周方向」と記載することとする。また、燃焼ガス流路28における燃焼ガスの流れ方向について、軸方向における上流側を単に「上流側」と記載し、軸方向における下流側を単に「下流側」と記載することとする。
Hereinafter, the axial direction of the gas turbine 1 (axial direction of the rotor 8) is simply referred to as “axial direction”, and the radial direction of the gas turbine 1 (radial direction of the rotor 8) is simply described as “radial direction”. The circumferential direction of the turbine 1 (the circumferential direction of the rotor 8) will be simply referred to as the “circumferential direction”. Regarding the flow direction of the combustion gas in the
図2は、一実施形態に係るガスタービン1の燃焼器4及びタービン6の入口部分を示す概略図である。
図2に示すように、ロータ8を中心として環状に複数配置される燃焼器4(図1参照)の各々は、ケーシング20により画定される燃焼器車室32に設けられた燃焼器ライナ36と、燃焼器ライナ36内にそれぞれ配置された第1燃焼バーナ38及び第1燃焼バーナ38を囲うように配置された複数の第2燃焼バーナ40と、を含む。なお、燃焼器4は、燃焼ガスをバイパスさせるためのバイパス管(不図示)等の他の構成要素を備えていてもよい。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an inlet portion of the
As shown in FIG. 2, each of the plurality of combustors 4 (see FIG. 1) arranged annularly around the
燃焼器ライナ36は、第1燃焼バーナ38及び複数の第2燃焼バーナ40の周囲に配置される内筒48と、内筒48の先端部に連結された尾筒50と、を有している。なお、内筒48と尾筒50とが一体的な燃焼筒を構成していてもよい。
The
第1燃焼バーナ38及び第2燃焼バーナ40は、それぞれ、燃料を噴射するための燃料ノズル(不図示)と、該燃料ノズルを囲むように配置されたバーナ筒(不図示)と、を含む。各々の燃料ノズルには、燃料ポート42,44をそれぞれ介して燃料が供給されるようになっている。また、圧縮機2(図1参照)で生成された圧縮空気が、車室入口41を介して燃焼器車室32内に供給され、該圧縮空気が燃焼器車室32から各々のバーナ筒に流入するようになっている。そして、各バーナ筒では、燃料ノズルから噴射される燃料と圧縮空気とが混合され、この混合気が燃焼器ライナ36に流れ込み、着火されて燃焼することにより、燃焼ガスが発生するようになっている。
Each of the
なお、第1燃焼バーナ38は拡散燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよく、第2燃焼バーナ40は予混合気を燃焼させ予混合燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよい。すなわち、第2燃焼バーナ40において、燃料ポート44からの燃料と圧縮空気とが予混合されて、該予混合気がスワラ(不図示)によって主として旋回流を形成し、燃焼器ライナ36に流れ込む。
The
また、圧縮空気と、燃料ポート42を介して第1燃焼バーナ38から噴射された燃料とが燃焼器ライナ36内で混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各第2燃焼バーナ40から燃焼器ライナ36内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、第1燃焼バーナ38から噴射された拡散燃焼用燃料による拡散燃焼火炎によって、第2燃焼バーナ40からの予混合気(予混合燃料)の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。その際、燃焼領域は例えば内筒48に形成され、尾筒50には形成されなくてもよい。
Further, the compressed air and the fuel injected from the
上述のようにして燃焼器4において燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、尾筒50の下流端部(燃焼器4の下流端部)に位置する燃焼器4の出口部52を介して、1段目のタービン静翼24に流入する。
The combustion gas generated by the combustion of the fuel in the
図3は、一実施形態に係る燃焼器4(燃焼器アセンブリ10)の出口部52の構成を示す図であり、周方向に配置される複数の燃焼器4のうち、隣り合う2つの燃焼器を示している。図4及び図5は、それぞれ、一実施形態に係るガスタービン1の燃焼器4の出口部52及びタービン6の入口部の構成を示す概略図である。このうち図4は周方向に沿った断面図であり、図5は径方向に沿った断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
例えば図3に示すように、各燃焼器4の出口部52は、径方向に沿って延在する径方向壁部54a,54bと、周方向に沿って延在する周方向壁部56a,56bと、を含む。ここで、周方向に隣り合う燃焼器4の出口部52のうち、一方の燃焼器4の径方向壁部54aと、他方の燃焼器4の径方向壁部54bとは、互いに対向する一対の径方向壁部54a,54bである。各燃焼器4の出口部52において、径方向壁部54a,54bと周方向壁部56a,56bとの各角部132は丸みを帯びている。
For example, as shown in FIG. 3, the
例えば図4に示すように、ガスタービン1は、周方向に配置される複数の燃焼器4と、燃焼器4の出口部52よりも下流側に位置する第1段のタービン静翼24(1段静翼)と、を備える。すなわち、燃焼器4と、タービン静翼24とは別々に設けられている。周方向に配置される複数の燃焼器4は、燃焼器アセンブリ10を構成する。
For example, as shown in FIG. 4, the
周方向に沿って配列される第1段の複数のタービン静翼24は、上述の一対の径方向壁部54a,54bの下流側に位置するタービン静翼24Aを含む。また、第1段の複数のタービン静翼24は、周方向に隣り合う一対のタービン静翼24A,24Aの間の周方向位置に設けられる他のタービン静翼24Bをさらに含む。第1段のタービン静翼24Aは、第1段の他のタービン静翼24Bの前縁よりも上流側まで延在している。図4における一点鎖線L1は、他の第1段のタービン静翼24Bの軸方向における前縁の位置を示している。図示する例示的形態では、タービン静翼24A及び他のタービン静翼24Bは、周方向において交互に配置される。
The first-stage plurality of
例えば図5に示すように、タービン静翼24Aは、翼体70と、径方向における翼体70の外側端部80に接続して径方向における外側の流路壁面81を形成する外側シュラウド壁部60と、径方向における翼体70の内側端部82に接続して径方向における内側の流路壁面83を形成する内側シュラウド壁部62と、を含む。タービン静翼24は外側シュラウド壁部60を介してタービン車室22(図1参照)に支持される。
For example, as shown in FIG. 5, the
翼体70の翼面71(翼体70の表面)と外側シュラウド壁部60の流路壁面81とによって形成された角部102には、外側フィレット部103が設けられている。翼面71と内側シュラウド壁部62の流路壁面83とによって形成された角部106には、内側フィレット部107が設けられている。外側フィレット部103は、燃焼器4の出口部52における対応する角部132(図3参照)との段差を無くす又は小さくするように、上流側に向かうにつれてフィレット半径が大きくなるフィレット半径拡大部104を含む。内側フィレット部107は、燃焼器4の出口部52における対応する角部132との段差を無くす又は小さくするように、上流側に向かうにつれてフィレット半径が大きくなるフィレット半径拡大部108を含む。
An
図4に示すように、翼体70は中空に形成されており、翼体70を冷却するための冷却空気が内部に流れるように構成されている。翼体70は、圧力面72、負圧面74及び後縁76を含む翼型78を部分的に形成する第1部分12と、第1部分12に対して翼型78の前縁側に位置し、凸部14を有する第2部分16と、を含む。
As shown in FIG. 4, the
図示する例示的形態では、第2部分16は、軸方向における翼体70の上流側端部であり、凸部14に隣接する平坦面64が外面にそれぞれ形成された一対の平坦部66を含む。凸部14は周方向において一対の平坦部66の間に位置し、凸部14は、平坦面64に対して軸方向における上流側に突出している。凸部14は、軸方向と略直交する頂面88と、周方向と略直交し互いに略平行な一対の側面90とを含み、一対の側面90は、一対の平坦面64にそれぞれ接続している。凸部14は、図5に示すように、外側シュラウド壁部60から内側シュラウド壁部まで径方向に沿って直線状に延在しており、燃焼器4の出口部52の径方向壁部54a,54bの下流側の端面に径方向に沿って形成された凸部受入溝58に嵌合する。これにより、凸部14および平坦面64の一部は燃焼ガスFに晒されない部分86となる。また、燃焼ガスF(軸方向の流れ)に晒されない部分86とは、翼体70において相対的に温度が低い部分を指す。
In the illustrated exemplary embodiment, the
図4に示すように、上記タービン静翼24Aによれば、タービン静翼24Aの第2部分16が有する凸部14を、燃焼器4の径方向壁部54a,54bに嵌合させたときに、タービン静翼24Aの凸部14と燃焼器4の径方向壁部54a,54bの凸部受入溝58とを軸方向において一部オーバーラップさせることができる。これにより、燃焼器4とタービン静翼24Aとの隙間が周方向に直線的に(厳密には円弧状に)形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器4の出口部52間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。
As shown in FIG. 4, according to the
図6は、図4に示したタービン静翼24Aの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図6に示すように、タービン静翼24Aの第2部分16の内面84は、凹部18を含む。図示する形態では、凹部18は、第2部分16のうちタービン6の燃焼ガスの流れF(軸方向の流れ)に晒されない部分86の内面84に形成されている。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a specific configuration example of the
In some embodiments, for example, as shown in FIG. 6, the
図6に示す例示的形態では、周方向において、凹部18の存在範囲をS3、凸部14の存在範囲をS4とすると、範囲S3は、範囲S4の内側に位置する。すなわち、凹部18は、第2部分16の内面84のうち凸部14に対応する部分92(凸部14の裏側部分)に形成されている。また、凹部18の深さをd、第2部分16のうち凸部14に隣接する平坦部66の肉厚をtとすると、d>tを満たす。また、凹部18は、翼体70の内部に形成された冷却空気が通るための冷却流路19と連通している。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, when the existence range of the
タービン静翼24Aのうち、凸部14および平坦部66の凸部14近接側は、タービン6の燃焼ガスの流れFに晒されない部分86となり、圧力面72、負圧面74、後縁76および平坦部66の凸部14遠隔側は、タービン6の燃焼ガスの流れFに晒される部分87となる。タービン静翼24Aのうちタービン6の燃焼ガスの流れFに晒されない部分86の温度は、タービン静翼24Aのうち燃焼ガスの流れFに晒される部分87と比較して低くなりやすい。このため、タービン静翼24Aにおける燃焼ガスの流れFに晒される部分87の熱伸びは、燃焼ガスの流れFに晒されない部分86(相対的に温度が低い部分)に拘束され、翼体70の翼面71における特に圧力面72側に大きな圧縮応力が発生しやすい。
In the
この点、図6に示す形態では、凸部14を含む第2部分16の内面84に凹部18を形成することにより、凸部14を含む第2部分16の剛性を低くすることができる。これにより、上記熱伸びに対する拘束を弱めて翼面71に生じる圧縮応力を低減することができるため、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
In this regard, in the embodiment shown in FIG. 6, by forming the
また、凸部14は、燃焼器4の径方向壁部54a,54bに嵌合することにより、燃焼ガスの流れFの影響を特に受けにくく、凸部14の周囲よりも低温となりやすい。このため、上記のように範囲S3が、範囲S4の内側に位置するように凹部18を形成することにより、凸部14の周りの部分の熱伸びに対する凸部14による拘束を弱めることができる。これにより、凸部14の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Further, since the
また、d>tを満たすように凹部18が形成されているため、凸部14及び凸部14の周囲の剛性を効果的に低減することができる。これにより、凸部14の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Further, since the
図7は、図6に示した形態における凹部18が形成される翼高さ方向の範囲の一例を示す図である。
図7に示す形態では、凹部18は翼高さ方向に沿って直線状に延在している。翼高さ方向において、凹部18の存在範囲をS1、外側フィレット部103の上流側端面105の存在範囲をS2a、内側フィレット部107の上流側端面109の存在範囲をS2bとすると、範囲S1は、範囲S2a及び範囲S2bの各々に対してオーバーラップしていない。また、範囲S1は、翼高さ方向における中央位置Mを含んでいる。ここで、翼高さ方向における中央位置Mとは、内側シュラウド壁部62の流路壁面83と外側シュラウド壁部60の流路壁面81との中点である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a range in the blade height direction in which the
In the form shown in FIG. 7, the
仮に、凹部18を翼高さ方向において内側シュラウド壁部62から外側シュラウド壁部60に亘って形成した場合、圧縮応力が高くなりやすいフィレット部103,107の剛性が低下して、フィレット部103,107の応力が増大してしまう場合がある。そこで、上記のように範囲S1が範囲S2a及び範囲S2bの各々とオーバーラップしないように凹部18を形成することにより、フィレット部103,107の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼24Aの破損を抑制することができる。また、範囲S1が翼高さ方向における中央位置Mを含むことにより、凹部18を形成することによるフィレット部103,107の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
If the
図8は、図4に示したタービン静翼24Aの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図8に示す形態では、図6に示す形態とは凹部18の配置が異なる。
幾つかの実施形態では、例えば図8に示すように、タービン静翼24Aの第2部分16の外面96は、凹部18を含む。図示する形態では、凹部18は、第2部分16のうちタービン6の燃焼ガスの軸方向の流れFに晒されない部分86の外面96に形成されている。凹部18は、具体的には、凸部14の頂面88に形成されている。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a specific configuration example of the
In some embodiments, for example, as shown in FIG. 8, the outer surface 96 of the
このように、凸部14を含む第2部分16の外面96に凹部18を形成することにより、凸部14を含む第2部分16の剛性を低くすることができる。これにより、図6及び図7に示した形態と同様に、翼面71に生じる圧縮応力を低減し、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Thus, by forming the
また、凹部18が凸部14の頂面88に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部14の剛性を低くすることができ、凸部14の周りの部分の熱伸びに対する凸部14による拘束を弱めることができる。これにより、凸部14の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Further, since the
また、図6及び図7に示した形態と同様に、凹部18の存在範囲をS1、外側フィレット部103の上流側端面105の存在範囲をS2a、内側フィレット部107の上流側端面109の存在範囲をS2bとすると、範囲S1が範囲S2a及び範囲S2bの各々とオーバーラップしないように凹部18を形成してもよく、範囲S1が翼高さ方向における中央位置Mを含んでもよい。これにより、凹部18を形成することによるフィレット部103,107の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
Further, as in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the existence range of the
図9は、図4に示したタービン静翼24Aの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図9に示す形態では、図6及び図8に示す形態とは凹部18の配置が異なる。
幾つかの実施形態では、例えば図9に示すように、タービン静翼24Aの第2部分16の外面96は、凹部18を含む。図示する形態では、凹部18は、第2部分16のうちタービン6の燃焼ガスの軸方向の流れFに晒されない部分86の外面96に形成されている。凹部18は、具体的には、凸部14の一対の側面90の各々に形成されている。
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a specific configuration example of the
In some embodiments, for example, as shown in FIG. 9, the outer surface 96 of the
このように、凸部14を含む第2部分16の外面96に凹部18を形成することにより、凸部14を含む第2部分16の剛性を低くすることができる。これにより、図6及び図7に示した形態と同様に、翼面71に生じる圧縮応力を低減し、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Thus, by forming the
また、凹部18が凸部14の一対の側面90の各々に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部14の剛性を低くすることができ、凸部14の周りの部分の熱伸びに対する凸部14による拘束を弱めることができる。これにより、凸部14の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
Further, since the
また、図6及び図7に示した形態と同様に、凹部18の存在範囲をS1、外側フィレット部103の上流側端面105の存在範囲をS2a、内側フィレット部107の上流側端面109の存在範囲をS2bとすると、範囲S1が範囲S2a及び範囲S2bの各々とオーバーラップしないように凹部18を形成してもよく、範囲S1が翼高さ方向における中央位置Mを含んでもよい。これにより、凹部18を形成することによるフィレット部103,107の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
Further, as in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the existence range of the
図10は、図4に示したタービン静翼24Aの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図11は、図10に示した形態における凹部18が形成される径方向範囲の一例を示す図である。図10及び図11に示す形態では、図6、図8及び図9の各々に示す形態とは凹部18の配置が異なる。
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view showing a specific configuration example of the
幾つかの実施形態では、例えば図10及び図11に示すように、凹部18の少なくとも一部は、平坦部66の内面84に形成される。図11に示すように、凹部18は、平坦部66の内面84のうち、翼高さ方向における一部の範囲に形成されており、このため、平坦部66は、翼高さ方向において部分的に薄くなっている。また、図10に示すように、凹部18は、一対の平坦部66のうち一方の平坦部66の内面84から凸部14の裏側を通って他方の平坦部66の内面84に至るように形成されている。
In some embodiments, at least a portion of the
このように、凹部18の少なくとも一部を凸部14に隣接する平坦部66の内面84に形成することにより、平坦部66を含む第2部分16の剛性を低くすることができる。これにより、図6及び図7に示した形態と同様に、翼面71に生じる圧縮応力を低減し、翼体70を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼24Aの破損を抑制することができる。
As described above, by forming at least a part of the
また、図11に示すように、凹部18の存在範囲をS1、外側フィレット部103の上流側端面105の存在範囲をS2a、内側フィレット部107の上流側端面109の存在範囲をS2bとすると、範囲S1が範囲S2a及び範囲S2bとオーバーラップしないように凹部18は形成されてもよく、範囲S1が翼高さ方向における中央位置Mを含んでもよい。これにより、凹部18を形成することによるフィレット部103,107の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 11, assuming that the existing range of the
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these forms as appropriate.
例えば、図6、図8、図9及び図10に示した幾つかの実施形態では、範囲S1と範囲S2aとがオーバーラップしないように凹部18が形成された形態を例示したが、範囲S1は範囲S2aの一部とオーバーラップしてもよいし、範囲S1は範囲S2aの全部とオーバーラップしてもよい。ただし、範囲S1が範囲S2aの少なくとも一部とオーバーラップしないことにより、凹部18を形成することによるフィレット部103の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
For example, in some of the embodiments shown in FIGS. 6, 8, 9, and 10, the
また、図6、図8、図9及び図10に示した幾つかの実施形態では、範囲S1と範囲S2bとがオーバーラップしないように凹部18が形成された形態を例示したが、範囲S1は範囲S2bの一部とオーバーラップしてもよいし、範囲S1は範囲S2bの全部とオーバーラップしてもよい。ただし、範囲S1が範囲S2bの少なくとも一部とオーバーラップしないことにより、凹部18を形成することによるフィレット部103の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面71に生じる圧縮応力を低減することができる。
In addition, in some of the embodiments shown in FIGS. 6, 8, 9 and 10, the
また、幾つかの実施形態では、例えば図12示すように、内側シュラウド壁部62の流路壁面83は、下流側に向かうにつれて径方向における外側に向かうように傾斜する傾斜面85を含んでいてもよい。これにより、傾斜面85に沿った流れの速度を落として周方向の圧力分布を均一化し、燃焼器4の出口部52の周方向壁部56bと内側シュラウド壁部62との隙間からの径方向内側への燃焼ガスの巻き込みfを抑制することができる。
Further, in some embodiments, for example, as shown in FIG. 12, the flow
1 ガスタービン
2 圧縮機
4 燃焼器
6 タービン
8 ロータ
10 燃焼器アセンブリ
12 第1部分
14 凸部
16 第2部分
18 凹部
19 冷却流路
20 ケーシング
22 タービン車室
24,24A,24B タービン静翼
26 タービン動翼
28 燃焼ガス流路
30 排気車室
32 燃焼器車室
38 第1燃焼バーナ
40 第2燃焼バーナ
41 車室入口
42,44 燃料ポート
48 内筒
50 尾筒
52 出口部
54a,54b 径方向壁部
56a,56b 周方向壁部
60 外側シュラウド壁部
62 内側シュラウド壁部
64 平坦面
66 平坦部
70 翼体
71 翼面
72 圧力面
74 負圧面
76 後縁
78 翼型
80 外側端部
81,83 流路壁面
82 内側端部
84 内面
85 傾斜面
86,87,92,94 部分
88 頂面
90 側面
96 外面
102,106,132 角部
103 外側フィレット部
104,108 フィレット半径拡大部
105,109 上流側端面
107 内側フィレット部
1
Claims (12)
前記翼体は、
圧力面、負圧面及び後縁を含む翼型を部分的に形成する第1部分と、
前記第1部分に対して前記翼型の前縁側に位置し、凸部を有する第2部分と、
を含み、
前記第2部分の外面又は内面は、凹部を含む、タービン静翼。 A turbine stationary blade having a hollow blade body,
The wing body is
A first portion partially forming an airfoil including a pressure surface, a suction surface and a trailing edge;
A second portion located on the leading edge side of the airfoil with respect to the first portion and having a convex portion;
Including,
A turbine vane, wherein the outer or inner surface of the second portion includes a recess.
前記翼体の翼面と前記シュラウド壁部の壁面とによって形成された角部に設けられたフィレット部と、
を備え、
前記翼高さ方向において、前記凹部の存在範囲をS1、前記フィレット部の上流側端面の存在範囲をS2とすると、前記範囲S1は前記範囲S2の少なくとも一部とオーバーラップしない、請求項1又は2に記載のタービン静翼。 A shroud wall portion which is connected to an end portion of the wing body to form a flow path wall,
A fillet portion provided at a corner formed by the wing surface of the wing body and the wall surface of the shroud wall portion,
Equipped with
The range S1 does not overlap with at least a part of the range S2, where S1 is the range in which the recess is present and S2 is the range in which the upstream end face of the fillet portion is located in the blade height direction. The turbine stationary blade according to 2.
ロータの周方向において、前記凹部の存在範囲をS3、前記凸部の存在範囲をS4とすると、前記範囲S3は、前記範囲S4の内側に位置する、請求項1乃至5の何れか1項に記載のタービン静翼。 The recess is formed on the inner surface of the second portion,
The range S3 is located inside the range S4, where S3 is the range in which the recess is present and S4 is the range in which the protrusion is located in the circumferential direction of the rotor. The turbine vane described.
前記凹部の少なくとも一部は、前記平坦部の内面に形成された、請求項1乃至4の何れか1項に記載のタービン静翼。 The second portion includes a flat portion in which a flat surface adjacent to the convex portion is formed on an outer surface,
The turbine vane according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the recess is formed on an inner surface of the flat portion.
前記周方向に隣り合う前記燃焼器の前記出口部のうち互いに対向する一対の前記径方向壁部の下流側に位置する、請求項1乃至9の何れか1項に記載のタービン静翼と、
を備えるガスタービン。 A plurality of combustors arranged in the circumferential direction of the rotor, including an outlet portion having a radial wall portion along the radial direction of the rotor;
The turbine stationary blade according to any one of claims 1 to 9, which is located on a downstream side of a pair of the radial wall portions facing each other of the outlet portions of the combustors adjacent to each other in the circumferential direction.
Gas turbine equipped with.
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