JP2020097907A - ガスタービンの静翼及びガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
ガスタービンの静翼であって、
中空の翼体を備え、
前記ガスタービンの軸方向における前記翼体の上流側端部は、前記軸方向における上流側に突出する凸部又は前記軸方向における下流側に凹む凹部を含み、
前記凹部又は前記凸部は、前記翼体の外部空間と内部空間とを連通する少なくとも一つのパージ孔を含む。
前記凸部又は前記凹部は、翼高さ方向に沿って前記翼体の先端側から基端側にかけて延在し、
前記パージ孔は、前記先端側から前記基端側にかけて前記翼高さ方向に沿って配列された複数のパージ孔を含む。
前記翼体は、前記ガスタービンの周方向において前記パージ孔に隣接する少なくとも一つのサイドパージ孔を含む。
前記翼体は、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し、翼面が凸面を形成する負圧面側の負圧面壁部と、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し、前記翼面が凹面を形成する圧力面側の圧力面壁部と、を備え、
前記上流側端部の外壁面は、前記凸部又は前記凹部を周方向に挟んで前記負圧面壁部及び前記圧力面壁部に延在する一対の平板部を含む。
前記翼体の前記内部空間に翼高さ方向に沿って延設された筒状の第1インサートを更に備え、
前記第1インサートは、前記翼高さ方向に沿って延在する開口が形成された開口形成部を含み、
前記開口は、前記少なくとも一つのパージ孔に対向して配置されている。
前記第1インサートは、筒状に形成された筒体と、前記筒体の一端部に鍔状に設けられたインサートカラーと、を含み、
前記インサートカラーは、前記開口形成部の位置に対応して配置された切欠き部を有する。
前記翼体の内壁面と前記第1インサートの外周面との間には第1インピンジメント空間が形成され、
前記第1インサートのうち前記開口形成部を除いた部分は、前記第1インサートの内部空間と前記第1インピンジメント空間とを連通する複数のインピンジメント孔が形成されたインピンジメント壁部を含む。
前記翼体における前記上流側端部の内壁面には、前記第1インサートとの間で前記第1インピンジメント空間を仕切るように前記翼高さ方向に延在する一対の第1シールダムが形成され、
前記一対の第1シールダムは、前記パージ孔を前記ガスタービンの周方向に挟んで配置される。
前記上流側端部は、前記ガスタービンの周方向に延在する平板部を含み、
前記凸部又は前記凹部は、前記平板部に形成されており、
前記一対の第1シールダムは、前記平板部の内壁面に形成されている。
前記第1インサートは、前記開口を前記周方向に挟んで配置された一対のリブを前記第1インサートの外周面に備え、
前記一対のリブは、前記翼高さ方向に沿って延在するとともに前記一対の第1シールダムにそれぞれ嵌合する。
前記第1インサートの前記開口形成部と前記インピンジメント壁部とは、前記リブを間に挟んで隣接して設けられる。
前記ガスタービンの軸方向において前記第1インサートの下流側に隣接して設けられるとともに前記翼高さ方向に沿って延在する筒状の第2インサートを更に備え、
前記翼体は、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し翼面が凸面を形成する負圧面側の負圧面壁部と、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し前記翼面が凹面を形成する圧力面側の圧力面壁部と、前記翼体の内側において前記負圧面壁部と前記圧力面壁部とを接続するように延在するn個(nは1以上の整数)の仕切壁とを含み、
前記第1インサート及び前記第2インサートは、前記n個の仕切壁のうち後縁から最も遠い仕切壁である前側仕切壁と、前記翼体の外壁のうち前記前側仕切壁を挟んで前記後縁と反対側の部分である前側外壁部と、によって画定される前側空間に設けられ、
前記翼体の内壁面と前記第2インサートの外周面との間には第2インピンジメント空間が形成され、
前記静翼は、前記第1インピンジメント空間と前記第2インピンジメント空間とを仕切る仕切部を備え、
前記第1インサートとの間で前記第1インピンジメント空間を仕切るシールダムの数は一対であり、前記第2インサートとの間で前記第2インピンジメント空間を仕切るシールダムの数は一対以下である。
前記仕切部は、前記第1インサートと前記第2インサートとの間を前記前側外壁部から前記前側仕切壁に亘って仕切る仕切壁を含む。
前記仕切部は、前記第2インサートとの間で前記第2インピンジメント空間を仕切るように前記翼高さ方向に延在する一対の第2シールダムを含む。
前記一対の第2シールダムは、前記前側仕切壁の内壁面及び前記前側外壁部の内壁面に形成される。
前記第2インサートは前記第2インサートの外周面に一対のリブを備え、
前記第2インサートの前記一対のリブは、前記翼高さ方向に沿って延在するとともに前記一対の第2シールダムにそれぞれ嵌合する。
径方向に沿った径方向壁部を含む出口部を有するとともに、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(16)の何れかに記載の静翼と、
を備える。
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。
圧縮機2には、空気取入口12から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼16及び複数の動翼18を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。
幾つかの実施形態では、図2に示すように、複数の静翼23は、周方向に隣り合う一対の静翼23A,23Aの間の周方向位置に設けられる他の静翼23Bをさらに含む。図2に示すように、静翼23Aは、他の静翼23Bの前縁よりも上流側まで延在している。なお、図2において、他の静翼23Bの軸方向における前縁の位置を、一点鎖線L1で示す。図2に示す例示的な実施形態では、周方向に沿って配列される複数の静翼23は、周方向において交互に配置される静翼23A及び他の静翼23Bを含む。
幾つかの実施形態では、例えば図5に示すように、軸方向における翼体70の上流側端部82は、軸方向における下流側に凹む凹部84を含む。翼体70は、凹部84と後縁76とを接続し、翼面が凸面を形成する負圧面側の負圧面壁部75と、凹部84と後縁76とを接続し、翼面が凹面を形成する圧力面側の圧力面壁部73と、を備える。凹部84は、翼体70の外部空間94と内部空間109とを連通する少なくとも一つのパージ孔87を含む。
上記静翼23Aによれば、静翼23Aの上流側端部82に位置する凹部84を、燃焼器4側の相手側部材55と嵌合させたときに、1段静翼23Aの凹部84の一対の側壁面88と、相手側部材55とを、軸方向及び周方向においてオーバーラップさせることができる。
図4及び図5に示すように、幾つかの実施形態に共通する翼構造は、翼体70の上流側端部82から後縁76まで間の翼体70の内部空間が、仕切壁150によって複数の空間に仕切られ、空間に供給された冷却媒体は、翼面67、69に形成された複数の冷却孔136を介して、燃焼ガス中に排出する過程で、翼体70を冷却している。特に、上流側端部82に最も近い前側空間160を形成する前側外壁部158は、翼面の中でも燃焼ガスの流れ方向の最も上流側に配置されているため、インピンジメント冷却やフィルム冷却等の適切な冷却構造が要求される。
図10は、一実施形態に係る第1インサート114の概略構成の一例を示す図である。図11は、他の実施形態に係る第1インサート114の概略構成の一例を示す図である。図12は、図11に示した第1インサート114におけるインサートカラー124が設けられる範囲の一例を示す断面図である。図12では、インサートカラー124のみが実線で表示され、翼体70及び第1インサート114、第2インサート152は仮想線で表示されている。
図13に示すように、第1インサート114は、開口116を周方向に挟んで配置された一対のリブ178を第1インサート114の外周面132に備え、一対のリブ178は、翼高さ方向に沿って延在するとともに一対の第1シールダム142にそれぞれ嵌合する。図示する例示的形態では、一対の第1シールダム142のうち一方は、翼体70の上流側端部82の内壁面130に形成された翼高さ方向に延在する突出部200であり、突出部200の頂面には翼高さ方向に延在する溝部202が形成されており、溝部202にリブ178の先端が係合する。一対の第1シールダム142のうち他方は、翼体70の上流側端部82の内壁面130に形成された翼高さ方向に延在する突出部200であり、突出部200の頂面には翼高さ方向に延在する溝部202が形成されており、溝部202にリブ178の先端が係合する。なお、一対のシールダム142は、図13に示すように、パージ孔87を中心に、周方向の両側に対称的に配置されている。
図14は、図4に示した静翼23Aの具体的構成の他の態様の一例を示す拡大断面図である。図15は、図14におけるB−B断面を示す図である。図16は、図5に示した静翼23Aの具体的構成の他の態様の一例を示す拡大断面図である。図17は、図16におけるD−D断面を示す図である。図18は、第1インサート114及び第2インサート152並びに共有インサートカラー125を組み合わせたインサートの実施態様の一例を示す斜視図である。図19は、共有インサートカラー125を取付ける範囲を示す共有インサートカラーの取付図であり、共有インサートカラー125のみが実線で表示され、翼体及びインサート等の他の構成は、仮想線で表示されている。
図23に示すように、外側シュラウド62は、流路壁を構成する板状部208と、板状部208における前縁側にて板状部208から径方向外側に突出するとともにガスタービン1の静止壁部(不図示)に固定される前縁外側フック部210とを含む。前縁外側フック部210は、周方向に延設されている。前縁外側フック部210には、上流側に向けて凹となる肉抜き部212が形成されており、肉抜き部212の底面214は、翼体70における上流側端部82の内壁面130に接続するとともに内壁面130と同一平面上に形成されている。
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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
2 圧縮機
4 燃焼器
4a 下流側端
6 タービン
8 ロータ
10 圧縮機車室
12 入口
16 静翼
16,24 静翼
18,26 動翼
20 ケーシング
22 タービン車室
23(23A,23B) 静翼(1段静翼)
28 燃焼ガス流路
30 排気室
50 尾筒
52 出口部
54 径方向壁部
54a 下流側端
55 相手側部材
56 周方向壁部
56a 下流側端
60 内側シュラウド
62 外側シュラウド
67,69 翼面
70 翼体
73 圧力面壁部
75 負圧面壁部
76 後縁
82 上流側端部
84 凹部
86 凸部
87 パージ孔
88 側壁面
89 サイドパージ孔
94 外部空間
95 隙間
200,204 突出部
100 燃焼器アセンブリ
105 基端部
107 先端部
109,196、197 内部空間
112 外壁面
114 第1インサート
116、122 開口
118 開口形成部
120 筒体
121 蓋部
121a ガイド
123 補強材
124、167 インサートカラー
124a、167a 外周端
125 共有インサートカラー
125a 外周端
126 切欠き部
130 内壁面
132 外周面
133 内周面
134 高圧インピンジメント空間
136 冷却孔
138,194、195a、195b インピンジメント孔
140,198、199 インピンジメント壁部
142 第1シールダム
148 平板部
150 仕切壁
152 第2インサート
154 前側仕切壁
156 外壁
158 前側外壁部
160 前側空間
160a 空間隙間
162 仕切部
164 第3インサート
166 第2シールダム
168 第3シールダム
170 前側空間仕切壁
178,182 リブ
172 連通空間
176 低圧インピンジメント空間
190 壁面
202,206 溝部
208 板状部
210 前縁外側フック部
212 肉抜き部
214 底面
Claims (17)
- ガスタービンの静翼であって、
中空の翼体を備え、
前記ガスタービンの軸方向における前記翼体の上流側端部は、前記軸方向における上流側に突出する凸部又は前記軸方向における下流側に凹む凹部を含み、
前記凹部又は前記凸部は、前記翼体の外部空間と内部空間とを連通する少なくとも一つのパージ孔を含む、ガスタービンの静翼。 - 前記凸部又は前記凹部は、翼高さ方向に沿って前記翼体の先端側から基端側にかけて延在し、
前記パージ孔は、前記先端側から前記基端側にかけて前記翼高さ方向に沿って配列された複数のパージ孔を含む、請求項1に記載のガスタービンの静翼。 - 前記翼体は、前記ガスタービンの周方向において前記パージ孔に隣接する少なくとも一つのサイドパージ孔を含む、請求項1又は2に記載のガスタービンの静翼。
- 前記翼体は、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し翼面が凸面を形成する負圧面側の負圧面壁部と、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し前記翼面が凹面を形成する圧力面側の圧力面壁部と、を備え、
前記上流側端部の外壁面は、前記凸部又は前記凹部を周方向に挟んで前記負圧面壁部及び前記圧力面壁部に延在する一対の平板部を含む、請求項1乃至3の何れか1項に記載のガスタービンの静翼。 - 前記翼体の前記内部空間に翼高さ方向に沿って延設された筒状の第1インサートを更に備え、
前記第1インサートは、前記翼高さ方向に沿って延在する開口が形成された開口形成部を含み、
前記開口は、前記少なくとも一つのパージ孔に対向して配置されている、請求項1乃至4の何れか1項に記載のガスタービンの静翼。 - 前記第1インサートは、筒状に形成された筒体と、前記筒体の一端部に鍔状に設けられたインサートカラーと、を含み、
前記インサートカラーは、前記開口形成部の位置に対応して配置された切欠き部を有する、請求項5に記載のガスタービンの静翼。 - 前記翼体の内壁面と前記第1インサートの外周面との間には第1インピンジメント空間が形成され、
前記第1インサートのうち前記開口形成部を除いた部分は、前記第1インサートの内部空間と前記第1インピンジメント空間とを連通する複数のインピンジメント孔が形成されたインピンジメント壁部を含む、請求項5又は6に記載のガスタービンの静翼。 - 前記翼体における前記上流側端部の内壁面には、前記第1インサートとの間で前記第1インピンジメント空間を仕切るように前記翼高さ方向に延在する一対の第1シールダムが形成され、
前記一対の第1シールダムは、前記パージ孔を前記ガスタービンの周方向に挟んで配置される、請求項7に記載のガスタービンの静翼。 - 前記上流側端部は、前記ガスタービンの周方向に延在する平板部を含み、
前記凸部又は前記凹部は、前記平板部に形成されており、
前記一対の第1シールダムは、前記平板部の内壁面に形成されている、請求項8に記載のガスタービンの静翼。 - 前記第1インサートは、前記開口を前記周方向に挟んで配置された一対のリブを前記第1インサートの外周面に備え、
前記一対のリブは、前記翼高さ方向に沿って延在するとともに前記一対の第1シールダムにそれぞれ嵌合する、請求項8又は9に記載のガスタービンの静翼。 - 前記第1インサートの前記開口形成部と前記インピンジメント壁部とは、前記リブを間に挟んで隣接して設けられた、請求項10に記載のガスタービンの静翼。
- 前記ガスタービンの軸方向において前記第1インサートの下流側に隣接して設けられるとともに前記翼高さ方向に沿って延在する筒状の第2インサートを更に備え、
前記翼体は、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し翼面が凸面を形成する負圧面側の負圧面壁部と、前記凸部又は前記凹部と後縁とを接続し前記翼面が凹面を形成する圧力面側の圧力面壁部と、前記翼体の内側において前記負圧面壁部と前記圧力面壁部とを接続するように直線状に延在するn個(nは1以上の整数)の仕切壁と、を含み、
前記第1インサート及び前記第2インサートは、前記n個の仕切壁のうち後縁から最も遠い仕切壁である前側仕切壁と、前記翼体の外壁のうち前記前側仕切壁を挟んで前記後縁と反対側の部分である前側外壁部と、によって画定される前側空間に設けられ、
前記翼体の内壁面と前記第2インサートの外周面との間には第2インピンジメント空間が形成され、
前記静翼は、前記第1インピンジメント空間と前記第2インピンジメント空間とを仕切る仕切部を備え、
前記第1インサートとの間で前記第1インピンジメント空間を仕切るシールダムの数は一対であり、前記第2インサートとの間で前記第2インピンジメント空間を仕切るシールダムの数は一対以下である、請求項8乃至11の何れか1項に記載のガスタービンの静翼。 - 前記仕切部は、前記第1インサートと前記第2インサートとの間を前記前側外壁部から前記前側仕切壁に亘って仕切る仕切壁を含む、請求項12に記載のガスタービンの静翼。
- 前記仕切部は、前記第2インサートとの間で前記第2インピンジメント空間を仕切るように前記翼高さ方向に延在する一対の第2シールダムを含む、請求項12に記載のガスタービンの静翼。
- 前記一対の第2シールダムは、前記前側仕切壁の内壁面及び前記前側外壁部の内壁面に形成された、請求項14に記載のガスタービンの静翼。
- 前記第2インサートは前記第2インサートの外周面に一対のリブを備え、
前記第2インサートの前記一対のリブは、前記翼高さ方向に沿って延在するとともに前記一対の第2シールダムにそれぞれ嵌合する、請求項14又は15に記載のガスタービンの静翼。 - 径方向に沿った径方向壁部を含む出口部を有するとともに、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、請求項1乃至16の何れか1項に記載の静翼と、
を備えるガスタービン。
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