JP2953842B2 - タービン静翼 - Google Patents
タービン静翼Info
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- JP2953842B2 JP2953842B2 JP3332239A JP33223991A JP2953842B2 JP 2953842 B2 JP2953842 B2 JP 2953842B2 JP 3332239 A JP3332239 A JP 3332239A JP 33223991 A JP33223991 A JP 33223991A JP 2953842 B2 JP2953842 B2 JP 2953842B2
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- cooling
- blade
- end wall
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温タービンの冷却翼
に冷却媒体として少なくとも蒸気を用いたタービン静翼
に関する。
に冷却媒体として少なくとも蒸気を用いたタービン静翼
に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電プラントに利用するガスタービン
は、一般に図８に示すように構成されており、ガスター
ビン１と同軸に設けられた圧縮機２の駆動によって圧縮
された圧縮空気を燃焼器３に供給し、燃焼器３のライナ
部分３ａで燃料を燃焼させ、その燃焼による高温の燃焼
ガスをトランジションピース４からガスタービン１の静
翼５を経て動翼６に案内し、この動翼６を回転駆動させ
てガスタービン１の仕事をさせるように構成している。
は、一般に図８に示すように構成されており、ガスター
ビン１と同軸に設けられた圧縮機２の駆動によって圧縮
された圧縮空気を燃焼器３に供給し、燃焼器３のライナ
部分３ａで燃料を燃焼させ、その燃焼による高温の燃焼
ガスをトランジションピース４からガスタービン１の静
翼５を経て動翼６に案内し、この動翼６を回転駆動させ
てガスタービン１の仕事をさせるように構成している。
【０００３】ガスタービンの熱効率を向上させるために
は、タービン入口温度を高温にするとよいことは周知の
事実であり、実際熱効率を向上させるために、タービン
入口温度の上昇が図られている。タービン入口温度の上
昇に伴い、ガスタービン１の燃焼器３や静翼５、動翼６
にも高温に耐え得る材料を使用する必要性が高まり耐熱
性超合金材料がガスタービン部品として用いられるよう
になっている。
は、タービン入口温度を高温にするとよいことは周知の
事実であり、実際熱効率を向上させるために、タービン
入口温度の上昇が図られている。タービン入口温度の上
昇に伴い、ガスタービン１の燃焼器３や静翼５、動翼６
にも高温に耐え得る材料を使用する必要性が高まり耐熱
性超合金材料がガスタービン部品として用いられるよう
になっている。
【０００４】ところが、現在タービンの高温部材として
使用している耐熱性超合金材料の限界温度は、８００〜
９００℃である。一方、タービン入口温度は約１３００
℃程度に達し耐熱性超合金材料の限界温度を遥かに超え
ている。したがって、タービン翼を耐熱性超合金材料の
限界温度まで冷却しガスタービンの信頼性を維持するた
めに、冷却構造を採用した冷却翼の使用が必須となって
いる。
使用している耐熱性超合金材料の限界温度は、８００〜
９００℃である。一方、タービン入口温度は約１３００
℃程度に達し耐熱性超合金材料の限界温度を遥かに超え
ている。したがって、タービン翼を耐熱性超合金材料の
限界温度まで冷却しガスタービンの信頼性を維持するた
めに、冷却構造を採用した冷却翼の使用が必須となって
いる。
【０００５】そして、現状では図９および図１０に示す
ように冷却媒体として冷却空気を用いた空冷翼がタービ
ン入口温度１３００℃級のガスタービンに採用されてい
る。空冷翼の構造は、タービン静翼である中空翼５にイ
ンピンジメント冷却用のインサート７を収容して冷却空
気８ａ，８ｂにより対流・インピンジメント冷却をする
とともに、翼有効部の翼表面に多数の小孔９を開け、相
当量のフィルム冷却用空気８ｃを吹き出してタービン静
翼５の材料温度を限界温度以下に下げるべく冷却を行な
っている。この冷却により、タービン静翼５の翼部に発
生する熱応力の低減も図っている。
ように冷却媒体として冷却空気を用いた空冷翼がタービ
ン入口温度１３００℃級のガスタービンに採用されてい
る。空冷翼の構造は、タービン静翼である中空翼５にイ
ンピンジメント冷却用のインサート７を収容して冷却空
気８ａ，８ｂにより対流・インピンジメント冷却をする
とともに、翼有効部の翼表面に多数の小孔９を開け、相
当量のフィルム冷却用空気８ｃを吹き出してタービン静
翼５の材料温度を限界温度以下に下げるべく冷却を行な
っている。この冷却により、タービン静翼５の翼部に発
生する熱応力の低減も図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気冷
却翼では空気の冷却特性が低いため、ガスタービン入口
温度が１３００℃を超えると必要な冷却空気量が著しく
増大し、しかも翼内部の対流冷却だけでは充分な冷却に
対応できなくなり、翼有効部の翼表面に形成した小孔９
から翼外に冷却空気を吹き出すフィルム冷却方式に頼ら
ざるを得ない。その結果生じる冷却空気量の増大、高温
ガス中への低温空気の吹出は、いずれもガスタービンの
熱効率を低減させ、さらに、ガスタービンを用いた発電
プラントの熱効率の低下をも招く。
却翼では空気の冷却特性が低いため、ガスタービン入口
温度が１３００℃を超えると必要な冷却空気量が著しく
増大し、しかも翼内部の対流冷却だけでは充分な冷却に
対応できなくなり、翼有効部の翼表面に形成した小孔９
から翼外に冷却空気を吹き出すフィルム冷却方式に頼ら
ざるを得ない。その結果生じる冷却空気量の増大、高温
ガス中への低温空気の吹出は、いずれもガスタービンの
熱効率を低減させ、さらに、ガスタービンを用いた発電
プラントの熱効率の低下をも招く。
【０００７】また、不純物が混在するような粗悪燃料に
対しては、翼表面に形成した小孔９に目詰りが生じるお
それがあり、適用できない。
対しては、翼表面に形成した小孔９に目詰りが生じるお
それがあり、適用できない。
【０００８】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、ガスタービン冷却翼の冷却効率を増大せし
め、高いガス温度においても良好な冷却を行ない、熱効
率の向上を図る一方、粗悪燃料に対しても適用可能なタ
ービン静翼を提供することを目的とする。
たもので、ガスタービン冷却翼の冷却効率を増大せし
め、高いガス温度においても良好な冷却を行ない、熱効
率の向上を図る一方、粗悪燃料に対しても適用可能なタ
ービン静翼を提供することを目的とする。
【０００９】本発明の他の目的は、ガスタービン冷却翼
の冷却空気量を減少させても良好な冷却を行ない、熱効
率を向上させるとともに、翼部に発生する熱応力を低減
可能なタービン静翼を提供することを目的とする。
の冷却空気量を減少させても良好な冷却を行ない、熱効
率を向上させるとともに、翼部に発生する熱応力を低減
可能なタービン静翼を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るタービン静
翼は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、外径側エンドウォールと内径側エンドウォ
ールとを翼有効部に一体に備えたタービン静翼におい
て、前記外径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通
する供給側冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷
却通路とを設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷
却蒸気の冷却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外
径側エンドウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウ
ォールの冷却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却
孔を翼前縁から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部に
は前記冷却・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側
冷却通路に連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から
翼腹側および翼後縁側に形成したものである。
翼は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載
したように、外径側エンドウォールと内径側エンドウォ
ールとを翼有効部に一体に備えたタービン静翼におい
て、前記外径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通
する供給側冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷
却通路とを設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷
却蒸気の冷却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外
径側エンドウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウ
ォールの冷却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却
孔を翼前縁から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部に
は前記冷却・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側
冷却通路に連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から
翼腹側および翼後縁側に形成したものである。
【００１１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係るタービン静翼は、請求項２に記載したよう
に、外径側エンドウォールと内径側エンドウォールとを
翼有効部に一体に備えたタービン静翼において、前記外
径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通する供給側
冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷却通路とを
設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷却蒸気の冷
却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外径側エンド
ウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウォールの冷
却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却孔を翼前縁
から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部には前記冷却
・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側冷却通路に
連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から翼腹側およ
び翼後縁側に形成するとともに翼有効部には冷却空気が
案内される中央キャビティを備え、この中央キャビティ
から翼有効部表面に開口するフィルム冷却孔を形成した
ものである。
発明に係るタービン静翼は、請求項２に記載したよう
に、外径側エンドウォールと内径側エンドウォールとを
翼有効部に一体に備えたタービン静翼において、前記外
径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通する供給側
冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷却通路とを
設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷却蒸気の冷
却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外径側エンド
ウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウォールの冷
却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却孔を翼前縁
から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部には前記冷却
・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側冷却通路に
連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から翼腹側およ
び翼後縁側に形成するとともに翼有効部には冷却空気が
案内される中央キャビティを備え、この中央キャビティ
から翼有効部表面に開口するフィルム冷却孔を形成した
ものである。
【００１２】
【作用】このタービン静翼は、請求項１および２に記載
したように構成したから、冷却媒体を従来用いられてい
る空気から比熱が約２倍で冷却特性の優れた蒸気に変え
ることにより、空気より少ない量の冷却蒸気で、翼有効
部のみならず内外径側エンドウォールを同時に冷却でき
る。タービン静翼の冷却に供された冷却蒸気は高温ガス
中に吹き出されることなく全量回収することが可能とな
る。したがって、高温ガスの冷却媒体の混入による温度
低下が防止でき、さらに回収した蒸気は、発電プラント
の蒸気タービンにて再利用可能となる。
したように構成したから、冷却媒体を従来用いられてい
る空気から比熱が約２倍で冷却特性の優れた蒸気に変え
ることにより、空気より少ない量の冷却蒸気で、翼有効
部のみならず内外径側エンドウォールを同時に冷却でき
る。タービン静翼の冷却に供された冷却蒸気は高温ガス
中に吹き出されることなく全量回収することが可能とな
る。したがって、高温ガスの冷却媒体の混入による温度
低下が防止でき、さらに回収した蒸気は、発電プラント
の蒸気タービンにて再利用可能となる。
【００１３】また、直接高温ガスに晒される翼表面に
は、請求項２に記載したように、冷却空気によるフィル
ム冷却を利用することで、タービン静翼の翼表面温度が
低減でき、翼部に発生する熱応力を緩和できる。
は、請求項２に記載したように、冷却空気によるフィル
ム冷却を利用することで、タービン静翼の翼表面温度が
低減でき、翼部に発生する熱応力を緩和できる。
【００１４】こうすることで、タービン入口温度が１３
００℃以上の高温においても充分な冷却性能が得られ、
結果的にガスタービンを用いた発電プラントの熱効率を
向上させることができる。
００℃以上の高温においても充分な冷却性能が得られ、
結果的にガスタービンを用いた発電プラントの熱効率を
向上させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係るタービン静翼の一実施例
について添付図面を参照して説明する。
について添付図面を参照して説明する。
【００１６】図１は、コンバインドサイクル発電プラン
トや火力発電プラントのガスタービンに備えられる本発
明のタービン静翼１０の一例を示す全体斜視図であり、
図２は上記タービン静翼１０の縦断面を示すものであ
る。
トや火力発電プラントのガスタービンに備えられる本発
明のタービン静翼１０の一例を示す全体斜視図であり、
図２は上記タービン静翼１０の縦断面を示すものであ
る。
【００１７】タービン静翼１０は外径側エンドウォール
１１と内径側エンドウォール１２と翼有効部１３とを一
体に備え、外径側エンドウォール１１に冷却蒸気供給管
１４および回収管１５がそれぞれ接続される。
１１と内径側エンドウォール１２と翼有効部１３とを一
体に備え、外径側エンドウォール１１に冷却蒸気供給管
１４および回収管１５がそれぞれ接続される。
【００１８】外径側エンドウォール１１には図２および
図３に示すように冷却蒸気供給管１４が接続される冷却
蒸気供給口１７および回収管１５が接続される冷却蒸気
回収口１８がそれぞれ形成され、冷却蒸気供給口１７は
供給側冷却流路である分配キャビティ１９に連通され
る。冷却蒸気回収口１８は回収側冷却流路２０に連通し
ている。回収側冷却流路２０は第１および第２の収集キ
ャビティ２１，２２からエンドウォール冷却孔２３を経
てあるいは直接冷却ダクト２４に通じるようになってお
り、この冷却ダクト２４が冷却蒸気回収口１８に連通し
ている。供給側冷却流路１９と回収側冷却流路２０とは
相互しに独立して形成される。
図３に示すように冷却蒸気供給管１４が接続される冷却
蒸気供給口１７および回収管１５が接続される冷却蒸気
回収口１８がそれぞれ形成され、冷却蒸気供給口１７は
供給側冷却流路である分配キャビティ１９に連通され
る。冷却蒸気回収口１８は回収側冷却流路２０に連通し
ている。回収側冷却流路２０は第１および第２の収集キ
ャビティ２１，２２からエンドウォール冷却孔２３を経
てあるいは直接冷却ダクト２４に通じるようになってお
り、この冷却ダクト２４が冷却蒸気回収口１８に連通し
ている。供給側冷却流路１９と回収側冷却流路２０とは
相互しに独立して形成される。
【００１９】一方、タービン静翼１０の翼有効部１３に
は、中央に中央キャビティ２６が翼の軸方向に形成され
る一方、中央キャビティ２６を囲む翼周辺部に多数の冷
却孔２８，２９が供給側および戻り側に分かれて形成さ
れる。このうち、翼有効部１３の前縁から背側にかけて
形成される複数の冷却孔２８は、外径側エンドウォール
１１の分配キャビティ１９から内径側エンドウォール１
２に向って延びる供給側冷却孔である。
は、中央に中央キャビティ２６が翼の軸方向に形成され
る一方、中央キャビティ２６を囲む翼周辺部に多数の冷
却孔２８，２９が供給側および戻り側に分かれて形成さ
れる。このうち、翼有効部１３の前縁から背側にかけて
形成される複数の冷却孔２８は、外径側エンドウォール
１１の分配キャビティ１９から内径側エンドウォール１
２に向って延びる供給側冷却孔である。
【００２０】翼有効部１３の前縁、腹側および後縁側に
形成される冷却孔２９は、内径側エンドウォール１２か
ら外径側エンドウォール１１の第１収集キャビティ２１
および第２収集キャビティ２２にそれぞれ連通される複
数の戻り側冷却孔である。外径側エンドウォール１１の
前縁、腹側に形成される第１収集キャビティ２１と後縁
側の第２収集キャビティ２２は、図３に示すように相互
に独立していることが好ましいが、互いに連通する構造
であってもよい。
形成される冷却孔２９は、内径側エンドウォール１２か
ら外径側エンドウォール１１の第１収集キャビティ２１
および第２収集キャビティ２２にそれぞれ連通される複
数の戻り側冷却孔である。外径側エンドウォール１１の
前縁、腹側に形成される第１収集キャビティ２１と後縁
側の第２収集キャビティ２２は、図３に示すように相互
に独立していることが好ましいが、互いに連通する構造
であってもよい。
【００２１】また、内径側エンドウォール１２には、図
２および図４に示すように、冷却・連絡流路３０が形成
され、この流路３０は翼有効部１３に形成された供給側
冷却孔２８を戻り側冷却孔２９に連通させている。冷却
・連絡流路３０は複数の供給側冷却孔２８に連通される
中間収集キャビティ３１と、この収集キャビティ３１か
ら内径側エンドウォール１２の周辺に沿って延びる冷却
ダクト３２と、この冷却ダクト３２から分岐された複数
のエンドウォール冷却孔３３と、このエンドウォール冷
却孔３３に連通される腹側の第１リターンキャビティ３
４と、冷却ダクト３２に連通される後縁側の第２リター
ンキャビティ３５とを有し、各リターンキャビティ３
４，３５は戻り側冷却孔２９にそれぞれ通じている。
２および図４に示すように、冷却・連絡流路３０が形成
され、この流路３０は翼有効部１３に形成された供給側
冷却孔２８を戻り側冷却孔２９に連通させている。冷却
・連絡流路３０は複数の供給側冷却孔２８に連通される
中間収集キャビティ３１と、この収集キャビティ３１か
ら内径側エンドウォール１２の周辺に沿って延びる冷却
ダクト３２と、この冷却ダクト３２から分岐された複数
のエンドウォール冷却孔３３と、このエンドウォール冷
却孔３３に連通される腹側の第１リターンキャビティ３
４と、冷却ダクト３２に連通される後縁側の第２リター
ンキャビティ３５とを有し、各リターンキャビティ３
４，３５は戻り側冷却孔２９にそれぞれ通じている。
【００２２】次に、このタービン静翼１０の冷却作用に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００２３】冷却蒸気供給管１４よりタービン静翼１０
の外径側エンドウォール１１の冷却蒸気供給口１７に供
給された冷却蒸気は、供給側冷却流路の分配キャビティ
１９に導かれ、翼有効部１３の腹側に形成された複数の
供給側冷却孔２８に供給され、各供給側冷却孔２８を内
径側エンドウォール１２に向って案内される。冷却蒸気
が供給側冷却孔２８を流れる間に、高温になり易い翼有
効部１３の前縁および背側を積極的に冷却し、この冷却
後に内径側エンドウォール１２の中間収集キャビティ３
１に集められる。
の外径側エンドウォール１１の冷却蒸気供給口１７に供
給された冷却蒸気は、供給側冷却流路の分配キャビティ
１９に導かれ、翼有効部１３の腹側に形成された複数の
供給側冷却孔２８に供給され、各供給側冷却孔２８を内
径側エンドウォール１２に向って案内される。冷却蒸気
が供給側冷却孔２８を流れる間に、高温になり易い翼有
効部１３の前縁および背側を積極的に冷却し、この冷却
後に内径側エンドウォール１２の中間収集キャビティ３
１に集められる。
【００２４】内径側エンドウォール１２の中間収集キャ
ビティ３１に集められた冷却蒸気は、冷却・連絡流路３
０である冷却ダクト３２およびエンドウォール冷却孔３
３を流れて内径側エンドウォール１２を冷却し、２カ所
のリターンキャビティ３４，３５に導かれ、戻り冷却蒸
気となる。
ビティ３１に集められた冷却蒸気は、冷却・連絡流路３
０である冷却ダクト３２およびエンドウォール冷却孔３
３を流れて内径側エンドウォール１２を冷却し、２カ所
のリターンキャビティ３４，３５に導かれ、戻り冷却蒸
気となる。
【００２５】戻り冷却蒸気は、翼有効部１３の前縁、腹
側および後縁の各戻り側冷却孔２９を外径側エンドウォ
ール１１に向って流れ、外径側エンドウォール１１の第
１および第２の収集キャビティ２１，２２に案内され
る。その間に翼有効部１３の前縁、腹側および後縁部を
冷却する。
側および後縁の各戻り側冷却孔２９を外径側エンドウォ
ール１１に向って流れ、外径側エンドウォール１１の第
１および第２の収集キャビティ２１，２２に案内され
る。その間に翼有効部１３の前縁、腹側および後縁部を
冷却する。
【００２６】第１および第２収集キャビティ２１，２２
に集められた戻り冷却蒸気は回収側冷却流路２０である
エンドウォール冷却孔２３および冷却ダクト２４に導か
れて外径側エンドウォール１１を冷却した後、冷却蒸気
回収口１８で合流し、回収管１５により全量回収され
る。
に集められた戻り冷却蒸気は回収側冷却流路２０である
エンドウォール冷却孔２３および冷却ダクト２４に導か
れて外径側エンドウォール１１を冷却した後、冷却蒸気
回収口１８で合流し、回収管１５により全量回収され
る。
【００２７】したがって、タービン静翼１０を冷却する
冷却蒸気は、回収され、高温燃焼ガス中に混入すること
がないので、燃焼ガス（作動ガス）の温度低下を防止で
きる。また、回収した蒸気は、発電プラントの蒸気ター
ビンにて再利用可能となる。タービン静翼１０の冷却媒
体を空気から比熱が約２倍で冷却特性の優れた蒸気に換
えることにより、空気量より少ない蒸気量で翼有効部１
３のみならず、内外径エンドウォール１１，１２を同時
に有効的に冷却することができる。
冷却蒸気は、回収され、高温燃焼ガス中に混入すること
がないので、燃焼ガス（作動ガス）の温度低下を防止で
きる。また、回収した蒸気は、発電プラントの蒸気ター
ビンにて再利用可能となる。タービン静翼１０の冷却媒
体を空気から比熱が約２倍で冷却特性の優れた蒸気に換
えることにより、空気量より少ない蒸気量で翼有効部１
３のみならず、内外径エンドウォール１１，１２を同時
に有効的に冷却することができる。
【００２８】タービン静翼１０の冷却構造に、冷却媒体
としては蒸気を用いることにより、タービン入口温度が
１３００℃以上の高温においても、充分な冷却性能が得
られ、このタービン静翼１０を組み込んだガスタービン
を用いたコンバインドサイクル発電プラントにおいて
は、図５に示すようにプラント熱効率を向上させること
ができる。
としては蒸気を用いることにより、タービン入口温度が
１３００℃以上の高温においても、充分な冷却性能が得
られ、このタービン静翼１０を組み込んだガスタービン
を用いたコンバインドサイクル発電プラントにおいて
は、図５に示すようにプラント熱効率を向上させること
ができる。
【００２９】また、このタービン静翼１０においては、
翼面のメタル温度を均一にかつ効率良く冷却するために
は、冷却蒸気の流量配分が重要となり本実施例において
は、翼有効部１３の冷却蒸気を供給側（往）１系統、戻
り側（復）２系統に分けて冷却蒸気の流量配分を好適に
している。冷却蒸気は往復２回翼有効部を冷却するため
同一冷却孔を１回で通過する場合に比べると流速が約２
倍となって冷却効果が増加する。
翼面のメタル温度を均一にかつ効率良く冷却するために
は、冷却蒸気の流量配分が重要となり本実施例において
は、翼有効部１３の冷却蒸気を供給側（往）１系統、戻
り側（復）２系統に分けて冷却蒸気の流量配分を好適に
している。冷却蒸気は往復２回翼有効部を冷却するため
同一冷却孔を１回で通過する場合に比べると流速が約２
倍となって冷却効果が増加する。
【００３０】主流燃焼ガスに晒される面に耐熱性を有す
る断熱性セラミックス（ＺｒＯ2 ）を溶射することがよ
り冷却効果を高めることができる。
る断熱性セラミックス（ＺｒＯ2 ）を溶射することがよ
り冷却効果を高めることができる。
【００３１】図６および図７は本発明に係るタービン静
翼の他の実施例を示すものである。この実施例に示され
たタービン静翼１０Ａは、翼有効部１３の中央キャビテ
ィ２６を形成するとともに、この中央キャビティ２６を
外径側エンドウォール１１に形成された冷却空気供給口
３９を介して冷却空気供給側に連通させるとともに、中
央キャビティ２６から翼有効部１３の翼表面まで延びて
開口する複数のフィルム冷却孔４０を形成したものであ
る。
翼の他の実施例を示すものである。この実施例に示され
たタービン静翼１０Ａは、翼有効部１３の中央キャビテ
ィ２６を形成するとともに、この中央キャビティ２６を
外径側エンドウォール１１に形成された冷却空気供給口
３９を介して冷却空気供給側に連通させるとともに、中
央キャビティ２６から翼有効部１３の翼表面まで延びて
開口する複数のフィルム冷却孔４０を形成したものであ
る。
【００３２】フィルム冷却孔４０は大きな熱を受け易い
翼有効部１３の前縁および背側に例えば複数列ずつ多数
形成し、腹側には例えば１列のフィルム冷却孔４０を穿
設する。フィルム冷却孔４０は小孔であっても、スリッ
ト孔であってもよい。
翼有効部１３の前縁および背側に例えば複数列ずつ多数
形成し、腹側には例えば１列のフィルム冷却孔４０を穿
設する。フィルム冷却孔４０は小孔であっても、スリッ
ト孔であってもよい。
【００３３】このタービン静翼１０Ａの蒸気冷却構造は
図１〜図４に示す実施例と異ならないので同一符号を用
いて説明を省略する。外径側エンドウォール１１や内径
側エンドウォール１２の構造も図３および図４に示すも
のと異ならないので説明を省略する。
図１〜図４に示す実施例と異ならないので同一符号を用
いて説明を省略する。外径側エンドウォール１１や内径
側エンドウォール１２の構造も図３および図４に示すも
のと異ならないので説明を省略する。
【００３４】しかして、このタービン静翼１０Ａにおい
ては、蒸気冷却構造により、一実施例に示すものと同様
の冷却効果が得られる。
ては、蒸気冷却構造により、一実施例に示すものと同様
の冷却効果が得られる。
【００３５】さらに、冷却空気供給口３９から供給され
たフィルム冷却用の空気は、中央キャビティ２６に導か
れ、翼有効部１３のフィルム冷却孔４０から吹き出さ
れ、その後翼表面をフィルム冷却し、高温燃焼ガスと混
合する。
たフィルム冷却用の空気は、中央キャビティ２６に導か
れ、翼有効部１３のフィルム冷却孔４０から吹き出さ
れ、その後翼表面をフィルム冷却し、高温燃焼ガスと混
合する。
【００３６】このタービン静翼１０Ａでは一実施例で示
すものと同様、翼面のメタル温度を均一かつ効率良く冷
却するためには、冷却蒸気の流量配分およびフィルム冷
却用空気の吹出位置が重要となる。本実施例において
は、翼有効部１３の冷却蒸気を供給側（往）１系統、戻
り側（復）２系統に分けて冷却蒸気の流量配分を好適に
している。また、フィルム冷却孔は、翼表面の熱伝達率
が大きく、温度が高くなる位置に有効的に分散配置する
ことで熱応力を約１／２に低減している。
すものと同様、翼面のメタル温度を均一かつ効率良く冷
却するためには、冷却蒸気の流量配分およびフィルム冷
却用空気の吹出位置が重要となる。本実施例において
は、翼有効部１３の冷却蒸気を供給側（往）１系統、戻
り側（復）２系統に分けて冷却蒸気の流量配分を好適に
している。また、フィルム冷却孔は、翼表面の熱伝達率
が大きく、温度が高くなる位置に有効的に分散配置する
ことで熱応力を約１／２に低減している。
【００３７】この場合にも、主流燃焼ガスに晒される面
に断熱性セラミックス（ＺｒＯ2 ）を溶射することが冷
却効果を一層高めることができる。
に断熱性セラミックス（ＺｒＯ2 ）を溶射することが冷
却効果を一層高めることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係るター
ビン静翼においては、冷却蒸気を用いた翼冷却構造を採
用することにより、タービン入口温度が高いガス温度に
おいても、翼を充分冷却することができ、高温で作動す
る高効率のガスタービンの製造が可能になり、このガス
タービンを用いた発電プラントの熱効率も向上する。ま
た、高温ガスに晒されるタービン静翼は、外径側エンド
ウォールに冷却蒸気の供給側冷却流路と回収側冷却流路
を、内径側エンドウォールに冷却蒸気の冷却・連絡流路
をそれぞれ設け、冷却蒸気を案内する冷却流路で両エン
ドウォールを効果的に冷却する一方、ガス側熱伝達率が
大きく高温化し易い翼有効部の翼前縁および翼背側に形
成される複数の供給側冷却孔に冷却蒸気を供給し、ガス
側熱伝達率が低い翼有効部の翼腹側および翼後縁側に形
成される複数の戻り側冷却孔に内径側エンドウォールを
冷却して温度上昇した冷却蒸気を案内して冷却し、冷却
効率の大きな高圧の冷却蒸気の使用が可能となり、バラ
ンスのとれた冷却を効率よく行ない、熱応力の低減を図
ることができる。さらには、翼表面に冷却媒体を吹き出
す小孔が無いため、不純物が混在する粗悪燃料に対して
も使用可能となる。
ビン静翼においては、冷却蒸気を用いた翼冷却構造を採
用することにより、タービン入口温度が高いガス温度に
おいても、翼を充分冷却することができ、高温で作動す
る高効率のガスタービンの製造が可能になり、このガス
タービンを用いた発電プラントの熱効率も向上する。ま
た、高温ガスに晒されるタービン静翼は、外径側エンド
ウォールに冷却蒸気の供給側冷却流路と回収側冷却流路
を、内径側エンドウォールに冷却蒸気の冷却・連絡流路
をそれぞれ設け、冷却蒸気を案内する冷却流路で両エン
ドウォールを効果的に冷却する一方、ガス側熱伝達率が
大きく高温化し易い翼有効部の翼前縁および翼背側に形
成される複数の供給側冷却孔に冷却蒸気を供給し、ガス
側熱伝達率が低い翼有効部の翼腹側および翼後縁側に形
成される複数の戻り側冷却孔に内径側エンドウォールを
冷却して温度上昇した冷却蒸気を案内して冷却し、冷却
効率の大きな高圧の冷却蒸気の使用が可能となり、バラ
ンスのとれた冷却を効率よく行ない、熱応力の低減を図
ることができる。さらには、翼表面に冷却媒体を吹き出
す小孔が無いため、不純物が混在する粗悪燃料に対して
も使用可能となる。
【００３９】また、冷却蒸気を用いた翼冷却構造に加え
て、翼表面を空気によりフィルム冷却を併用することに
より、翼内部を冷却蒸気で冷却し、冷却された翼内部に
対応する部位の翼外面に冷却空気の膜を形成して熱遮断
を行なうことにより、翼有効部のメタルに生じる温度勾
配を低減して翼有効部に発生する熱応力を低減させ、翼
の長寿命化が可能となる。
て、翼表面を空気によりフィルム冷却を併用することに
より、翼内部を冷却蒸気で冷却し、冷却された翼内部に
対応する部位の翼外面に冷却空気の膜を形成して熱遮断
を行なうことにより、翼有効部のメタルに生じる温度勾
配を低減して翼有効部に発生する熱応力を低減させ、翼
の長寿命化が可能となる。
【図１】本発明に係るタービン静翼の一実施例を示す斜
視図。
視図。
【図２】上記タービン静翼の縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】本発明を適用したコンバインドサイクルのター
ビン入口温度とコンバインドサイクル発電プラントのプ
ラント効率との関係を、従来の空気冷却と比較して示す
図。
ビン入口温度とコンバインドサイクル発電プラントのプ
ラント効率との関係を、従来の空気冷却と比較して示す
図。
【図６】本発明に係るタービン静翼の他の実施例を示す
斜視図。
斜視図。
【図７】図６に示すタービン静翼の縦断面図。
【図８】一般的なガスタービンの概略構成図。
【図９】従来のタービン静翼を示す断面図。
【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
１０ タービン静翼 １１ 外径側エンドウォール １２ 内径側エンドウォール １３ 翼有効部 １４ 冷却蒸気供給管 １５ 回収管 １７ 冷却蒸気供給口 １８ 冷却蒸気回収口 １９ 分配キャビティ（供給側冷却流路） ２０ 回収側冷却流路 ２１，２２ 収集キャビティ ２３ エンドウォール冷却孔 ２４ 冷却ダクト ２６ 中央キャビティ ２８ 供給側冷却孔 ２９ 戻り側冷却孔 ３０ 冷却・連絡流路 ３１ 中間収集キャビティ ３２ 冷却ダクト ３３ エンドウォール冷却孔 ３４，３５ リターンキャビティ ４０ フィルム冷却孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古閑 昭紀 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 勝康 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 松浦 麻子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 大友 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 福山 佳孝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平３−264706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79803（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−122704（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 7/16 F02C 7/18 F01D 9/02 102 F02C 3/30
Claims (2)
- 【請求項１】 外径側エンドウォールと内径側エンドウ
ォールとを翼有効部に一体に備えたタービン静翼におい
て、前記外径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通
する供給側冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷
却通路とを設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷
却蒸気の冷却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外
径側エンドウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウ
ォールの冷却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却
孔を翼前縁から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部に
は前記冷却・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側
冷却通路に連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から
翼腹側および翼後縁側に形成したことを特徴とするター
ビン静翼。 - 【請求項２】 外径側エンドウォールと内径側エンドウ
ォールとを翼有効部に一体に備えたタービン静翼におい
て、前記外径側エンドウォールに冷却蒸気供給口に連通
する供給側冷却流路と冷却蒸気回収口に通じる回収側冷
却通路とを設ける一方、前記内径側エンドウォールに冷
却蒸気の冷却・連絡流路を設け、前記翼有効部には、外
径側エンドウォールの供給側冷却流路を内径側エンドウ
ォールの冷却・連絡流路に連通させる複数の供給側冷却
孔を翼前縁から翼背側に形成し、さらに前記翼有効部に
は前記冷却・連絡流路を外径側エンドウォールの回収側
冷却通路に連通させる複数の戻り側冷却孔を翼前縁から
翼腹側および翼後縁側に形成するとともに翼有効部には
冷却空気が案内される中央キャビティを備え、この中央
キャビティから翼有効部表面に開口するフィルム冷却孔
を形成したことを特徴とするタービン静翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3332239A JP2953842B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | タービン静翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3332239A JP2953842B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | タービン静翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05163959A JPH05163959A (ja) | 1993-06-29 |
| JP2953842B2 true JP2953842B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=18252736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3332239A Expired - Fee Related JP2953842B2 (ja) | 1991-12-16 | 1991-12-16 | タービン静翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953842B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3276305B2 (ja) * | 1997-05-01 | 2002-04-22 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの冷却静翼 |
| US6257830B1 (en) | 1997-06-06 | 2001-07-10 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine blade |
| JP3495579B2 (ja) * | 1997-10-28 | 2004-02-09 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン静翼 |
| US6453557B1 (en) * | 2000-04-11 | 2002-09-24 | General Electric Company | Method of joining a vane cavity insert to a nozzle segment of a gas turbine |
| US7309212B2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-12-18 | General Electric Company | Gas turbine bucket with cooled platform leading edge and method of cooling platform leading edge |
| JP4801618B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2011-10-26 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの静翼およびこれを備えたガスタービン |
| US8281604B2 (en) * | 2007-12-17 | 2012-10-09 | General Electric Company | Divergent turbine nozzle |
| JP2009221995A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Ihi Corp | 高温部品の内面冷却構造 |
| JP5180653B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-04-10 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン翼およびこれを備えたガスタービン |
| JP4634528B1 (ja) * | 2010-01-26 | 2011-02-23 | 三菱重工業株式会社 | 分割環冷却構造およびガスタービン |
| JP5575279B2 (ja) * | 2013-01-11 | 2014-08-20 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン翼およびこれを備えたガスタービン |
| WO2024048211A1 (ja) * | 2022-09-01 | 2024-03-07 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン静翼及びガスタービン |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6179803A (ja) * | 1984-09-28 | 1986-04-23 | Toshiba Corp | ガスタ−ビンの静翼 |
| JP3142850B2 (ja) * | 1989-03-13 | 2001-03-07 | 株式会社東芝 | タービンの冷却翼および複合発電プラント |
| JP2938506B2 (ja) * | 1990-03-14 | 1999-08-23 | 株式会社東芝 | タービン静翼 |
-
1991
- 1991-12-16 JP JP3332239A patent/JP2953842B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05163959A (ja) | 1993-06-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |