JP2021080831A - タービン翼及びガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、
前記翼形部よりも翼先端側に位置するシュラウド部と、
湾曲面により形成され、前記シュラウド部の前記翼形部側の端部に接続されるフィレット部と、
前記翼形部の内部において翼高さ方向に延在する少なくとも1つの第1冷却孔と、
前記シュラウド部の内部に少なくとも部分的に設けられ、前記少なくとも1つの第1冷却孔と連通する少なくとも1つの冷却キャビティと、
前記少なくとも1つの冷却キャビティに接続されるとともに前記シュラウド部の表面に開口する第2冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記翼形部は、前記翼高さ方向における基準位置において最大翼厚が最小となる基準翼形を有し、
前記少なくとも1つの冷却キャビティは、前記翼高さ方向において前記フィレット部と重なるように延在するキャビティを含み、
前記キャビティは、該キャビティを含む前記翼高さ方向に直交する断面において、前記基準翼形の輪郭を前記断面に前記翼高さ方向に投影した領域の内側及び外側に亘って延在する。
上述のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備える。
まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
図1は、一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービン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。
以下、幾つかの実施形態に係るタービン翼30についてより詳細に説明する。図2は、一実施形態に係るタービン翼30(動翼26)を、負圧面から圧力面に向かう方向(ロータ周方向に沿った方向)に見た概略図である。図3は、図2に示すタービン翼30を翼高さ方向から視た図であり、図2のA−A矢視図である。図4は、図3のB−B矢視概略断面図である。また、図10は、図4とは別の実施形態に係るタービン翼30を示す図であり、図3のB−B矢視概略断面に相当する図である。なお、図2において、キャビティの開口を塞ぐためのプラグ(後述;図4参照)の図示を省略している。
翼高さ方向に延在し、前縁(42)と後縁(44)との間において延在する圧力面(46)及び負圧面(48)を有する翼形部(34)と、
前記翼形部よりも翼先端側に位置するシュラウド部(52)と、
湾曲面(40a)により形成され、前記シュラウド部の前記翼形部側の端部に接続されるフィレット部(40)と、
前記翼形部の内部において翼高さ方向に沿って延在する少なくとも1つの第1冷却孔(60)と、
前記シュラウド部の内部に少なくとも部分的に設けられ、前記少なくとも1つの第1冷却孔と連通する少なくとも1つの冷却キャビティ(70)と、
前記少なくとも1つの冷却キャビティに接続されるとともに前記シュラウド部の表面に開口する第2冷却孔(62)と、
を備えるタービン翼であって、
前記翼形部は、前記翼高さ方向における基準位置(PA)において最大翼厚が最小となる基準翼形(34A)を有し、
前記少なくとも1つの冷却キャビティ(70)は、前記翼高さ方向において前記フィレット部と重なるように延在するキャビティ(72)を含み、
前記キャビティ(72)は、該キャビティを含む前記翼高さ方向に直交する断面において、前記基準翼形の輪郭を前記断面に前記翼高さ方向に投影した領域の内側及び外側に亘って延在する。
前記少なくとも1つの冷却キャビティは、
前記キャビティ(72)としての前縁側キャビティ(70A)と、
前記基準位置(PA)における前記翼形部のコード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置する後縁側キャビティ(70B)と、を含み、
前記断面において、前記前縁側キャビティは、前記領域から前記翼形部の負圧面側にはみ出ている。
前記少なくとも1つの冷却キャビティは、
前縁側キャビティ(70A)と、
前記基準位置における前記翼形部のコード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置する、前記キャビティ(72)としての後縁側キャビティ(70B)と、を含み、
前記断面において、前記後縁側キャビティは、前記領域から前記翼形部の圧力面側にはみ出ている。
前記少なくとも1つの第1冷却孔(60)は、前記翼形部(34)のキャンバラインに沿って配列され、前記キャビティの底面(76)に開口する前記複数の第1冷却孔を含み、
前記キャビティは、翼高さ方向視において、前記複数の第1冷却孔のうち前記キャンバラインに沿った方向にて両端に位置する2つの第1冷却孔(例えば第1冷却孔60f,60i)の開口の中心同士を結ぶ直線(L1)上において、前記2つの第1冷却孔の少なくとも一方の開口と、前記キャビティの内壁面(78)との間の距離(WL又はWT)は、前記2つの第1冷却孔の中心間距離(W1)の0.8倍以上である。
前記少なくとも1つの第1冷却孔(60)は、前記翼形部(34)のキャンバラインに沿って配列され、前記キャビティの底面(76)に開口する複数の第1冷却孔を含み、
前記キャビティは、翼高さ方向視において、前記複数の第1冷却孔のうち、前記基準位置における前記前縁又は前記後縁(例えば後縁44)に最も近い2つの第1冷却孔(例えば第1冷却孔60h,60i)の開口の中心同士を結ぶ直線(L2)上において、前記複数の第1冷却孔のうち、前記基準位置における前記前縁又は前記後縁に最も近い第1冷却孔(例えば第1冷却孔60i)の開口の中心と、前記キャビティの内壁面との間の距離(WL又はWT)は、前記2つの第1冷却孔の開口の中心間距離(例えばW3)の1.5倍以上である。
前記キャビティの前記翼高さ方向における深さ(D)は、前記基準位置における前記翼形部のコード方向において前記前縁(42)から前記後縁(44)に向かうに従い大きくなる。
前記シュラウド部(52)は、前記翼高さ方向に沿って延在し、前記タービン翼に隣接するタービン翼のシュラウド部に対向するコンタクト面(例えば第1当接面68又は第2当接面69)を有し、
翼高さ方向視において、前記コンタクト面の延長線(L4又はL5)が前記キャビティを通過する。
前記第2冷却孔(62)は、前記キャビティ(72)のうち、翼高さ方向視において前記領域の外側に位置する部分(例えば負圧面側外側部分102又は圧力面側外側部分104)に接続される。
前記シュラウド部から前記翼先端側に突出し、周方向に沿って延在するフィン(54)をさらに備え、
前記第2冷却孔(62)は、翼高さ方向視において、前記フィンを跨いで前記フィンの両側に延在する。
前記第2冷却孔(62)は、前記翼高さ方向において、前記フィレット部(40)と少なくとも部分的に重なるように延びる。
上記(1)乃至(10)の何れか一項に記載のタービン翼(24,26,30)と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路(28)を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器(4)と、
を備える。
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
6 タービン
8 ロータ
10 圧縮機車室
12 空気取入口
16 静翼
18 動翼
20 ケーシング
22 タービン車室
24 静翼
26 動翼
28 燃焼ガス流路
29 排気室
30 タービン翼
32 プラットフォーム
34 翼形部
34A 基準翼形
36 翼根部
38 基端部
39 先端部
40 フィレット部
40a 湾曲面
42 前縁
42A 前縁
44 後縁
44A 後縁
46 圧力面
46A 圧力面
48 負圧面
48A 負圧面
52 シュラウド部
52a 平坦面
52b 翼先端側端面
54 フィン
58 入口開口
60,60a〜60i 第1冷却孔
62 第2冷却孔
63 開口
66 上流側端面
67 下流側端面
68 第1当接面
69 第2当接面
70 冷却キャビティ
70A 前縁側キャビティ
70B 後縁側キャビティ
72 キャビティ
74 プラグ
76 底面
78 内壁面
102 負圧面側外側部分
104 圧力面側外側部分
LcA キャンバライン
PA 基準位置
Ra1 延在領域
Rb1 延在領域
Claims (11)
- 翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、
前記翼形部よりも翼先端側に位置するシュラウド部と、
湾曲面により形成され、前記シュラウド部の前記翼形部側の端部に接続されるフィレット部と、
前記翼形部の内部において翼高さ方向に沿って延在する少なくとも1つの第1冷却孔と、
前記シュラウド部の内部に少なくとも部分的に設けられ、前記少なくとも1つの第1冷却孔と連通する少なくとも1つの冷却キャビティと、
前記少なくとも1つの冷却キャビティに接続されるとともに前記シュラウド部の表面に開口する第2冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記翼形部は、前記翼高さ方向における基準位置において最大翼厚が最小となる基準翼形を有し、
前記少なくとも1つの冷却キャビティは、前記翼高さ方向において前記フィレット部と重なるように延在するキャビティを含み、
前記キャビティは、該キャビティを含む前記翼高さ方向に直交する断面において、前記基準翼形の輪郭を前記断面に前記翼高さ方向に投影した領域の内側及び外側に亘って延在する
タービン翼。 - 前記少なくとも1つの冷却キャビティは、
前記キャビティとしての前縁側キャビティと、
前記基準位置における前記翼形部のコード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置する後縁側キャビティと、を含み、
前記断面において、前記前縁側キャビティは、前記領域から前記翼形部の負圧面側にはみ出ている
請求項1に記載のタービン翼。 - 前記少なくとも1つの冷却キャビティは、
前縁側キャビティと、
前記基準位置における前記翼形部のコード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置する、前記キャビティとしての後縁側キャビティと、を含み、
前記断面において、前記後縁側キャビティは、前記領域から前記翼形部の圧力面側にはみ出ている
請求項1又は2に記載のタービン翼。 - 前記少なくとも1つの第1冷却孔は、前記翼形部のキャンバラインに沿って配列され、前記キャビティの底面に開口する複数の前記第1冷却孔を含み、
前記キャビティは、翼高さ方向視において、前記複数の第1冷却孔のうち前記キャンバラインに沿った方向にて両端に位置する2つの第1冷却孔の開口の中心同士を結ぶ直線上において、前記2つの第1冷却孔の少なくとも一方の開口の中心と、前記キャビティの内壁面との間の距離は、前記2つの第1冷却孔の中心間距離の0.8倍以上である
請求項1乃至3の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記少なくとも1つの第1冷却孔は、前記翼形部のキャンバラインに沿って配列され、前記キャビティの底面に開口する複数の第1冷却孔を含み、
前記キャビティは、翼高さ方向視において、前記複数の第1冷却孔のうち、前記基準位置における前記前縁又は前記後縁に最も近い2つの第1冷却孔の開口の中心同士を結ぶ直線上において、前記複数の第1冷却孔のうち、前記基準位置における前記前縁又は前記後縁に最も近い第1冷却孔の開口の中心と、前記キャビティの内壁面との間の距離は、前記2つの第1冷却孔の開口の中心間距離の1.5倍以上である
請求項1乃至4の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記キャビティの前記翼高さ方向における深さは、前記基準位置における前記翼形部のコード方向において前記前縁から前記後縁に向かうに従い大きくなる
請求項1乃至5の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記シュラウド部は、前記翼高さ方向に沿って延在し、前記タービン翼に隣接するタービン翼のシュラウド部に対向するコンタクト面を有し、
翼高さ方向視において、前記コンタクト面の延長線が前記キャビティを通過する
請求項1乃至6の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記第2冷却孔は、前記キャビティのうち、翼高さ方向視において前記領域の外側に位置する部分に接続された
請求項1乃至7の何れか一項に記載のタービン翼。 - 前記シュラウド部から前記翼先端側に突出し、周方向に沿って延在するフィンをさらに備え、
前記第2冷却孔は、翼高さ方向視において、前記フィンを跨いで前記フィンの両側に延在する
請求項1乃至8の何れか一項記載のタービン翼。 - 前記第2冷却孔は、前記翼高さ方向において、前記フィレット部と少なくとも部分的に重なるように延びる
請求項1乃至9の何れか一項に記載のタービン翼。 - 請求項1乃至10の何れか一項に記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備えるガスタービン。
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