JP3234793B2

JP3234793B2 - ガスタービン静翼

Info

Publication number: JP3234793B2
Application number: JP07483197A
Authority: JP
Inventors: 勝康伊藤; 昭紀古閑; 敏和鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2001-12-04
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10266805A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン静翼
に係り、特に翼内部を冷却した冷却媒体の一部を回収す
る冷却媒体回収方式と、その冷却媒体の残りを翼外の燃
焼ガスに流出させる冷却媒体放出方式を組み合せたガス
タービン静翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のシングルサイクルやコンバインド
サイクルに適用されるガスタービンプラントは、高出力
化、高熱効率化の研究開発が進められており、これに伴
って燃焼ガス（駆動流体としての主流）の高温化が図ら
れている。

【０００３】また、燃焼ガスの高温化に伴ってガスター
ビンプラントは、適用する燃料を、例えば灯油等の液体
燃料から、例えばＬＮＧ等の気体燃料に移行させてお
り、その燃焼ガス温度も１０００℃から１３００℃を経
て１５００℃になりつつある。

【０００４】また、最近のガスタービンプラントでは、
さらに高温化を求めて水素に純酸素を燃焼促進剤として
加える水素燃焼ガス方式が発表されており、水素燃焼ガ
ス温度を１７００℃にする計画が進められている。

【０００５】このように高温化の一途を辿るガスタービ
ンプラントは、図８に示すように、空気圧縮機１の駆動
により吐出された高圧空気をガスタービン燃焼器２に案
内し、このガスタービン燃焼器２の燃焼器ランナ３内に
形成される燃焼室４で燃料と共に燃焼させ、その燃焼ガ
スをトランジションピース５を経てガスタービン６に案
内し、ここで静翼７で高めた燃焼ガスの速度エネルギを
利用して動翼８を回転させ、その回転トルクにより発電
機（図示せず）を駆動するようになっている。

【０００６】一方、燃焼ガスの熱エネルギを速度エネル
ギに変える静翼７は、耐熱性超合金鋼を使用している
が、何分にも許容限界温度が８００℃〜９００℃程度の
低いものであり、高温化に対処するため必然的に翼内に
空気を供給して材料強度の維持を図る冷却構造のものを
採用している。

【０００７】冷却構造を備える静翼７は、図９に示すよ
うに、凹状の外輪側エンドウォール部９と平板状の内輪
側エンドウォール部１０の間に、翼有効部１１を一体形
成させ、この翼有効部１１の前縁１２に吹出口１４を、
またその後縁１３にピンフィン１６を設けた吹出口１５
をそれぞれ備えた構成になっている。

【０００８】また、翼有効部１１の内部は、図９および
図１０に示すように、腹側１７と背側１８とを接続する
内部仕切壁１９で区画される空間部２０ａ，２０ｂに多
数の噴出口２１を備えたインサートコア２２ａ，２２ｂ
を収容し、インサートコア２２ａ，２２ｂを翼内壁隆起
部２３で支持して通路２４を形成するようになってい
る。なお、内部仕切壁１９は、連絡口２５を備え、空間
部２０ａ，２０ｂを互いに連通させている。

【０００９】また、外輪側エンドウォール部９は、その
頂部に冷却空気を翼内に案内する入口２７ａ，２７ｂ，
２７ｃを備えた仕切板２６ａで覆設されている。

【００１０】また、内輪側エンドウォール部１０は、そ
の下部を仕切板２６ｂで覆設しており、仕切板２６ｂの
入口３０およびケーシング支持部２９の入口３０から案
内された冷却空気でその内部を冷却した後、出口３１か
ら翼外の燃焼ガスに流出させている。

【００１１】このような冷却構造を備えた静翼７におい
て、冷却空気は、図９および図１０に示すように、外輪
側エンドウォール部９の仕切板２６ａを介して流入口２
７ａ，２７ｂ，２７ｃのそれぞれからエンドウォール支
持片２８およびインサートコア２２ａ，２２ｂを収容す
る空間部２０ａ，２０ｂに供給される。

【００１２】エンドウォール支持片２８に供給されて冷
却空気は、その内部を冷却した後、翼外の燃焼ガスに流
出する。

【００１３】一方、空間部２０ａに供給された冷却空気
は、図１０に示すように、一部を内部仕切壁１９の連絡
口２５を介して隣りの空間部２０ｂに案内されると共
に、その残りをインサートコア２２ａの噴出口２１から
翼内壁に向って噴流衝突させる、いわゆるインピンジ冷
却を行った後、通路２４を流れる間に翼内壁の対流冷却
を行って、燃焼ガスに合流させている。特に、前縁１２
は、燃焼ガスの高熱負荷を受けているので、インピンジ
冷却後の冷却空気を燃焼ガスに流出させる際、前縁１２
の吹出口１４を小口径かつ密に配置してシャワー状に流
出させる、いわゆるシャワーヘッド冷却を行っている。

【００１４】また、隣りの空間部２０ｂに供給された冷
却空気は、上述と同様に、インサートコア２２ｂの噴出
口２１から翼内壁に向って噴流衝突させた後、通路２４
を介して後縁１３のピンフィン１６に案内され、ここで
その流れを乱して熱伝達を高めることにより後縁１３を
冷却し、冷却後、吹出口１５から燃焼ガスに流出させて
いる。

【００１５】このように、従来のガスタービンプラント
は、冷却媒体として空気圧縮機からの高圧空気を用い、
対流冷却、インピンジ冷却、シャワーヘッド冷却を巧み
に組み合せて静翼７の冷却を行っていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンプラント
は、高出力化、高熱効率化を求めて燃焼ガス温度を、現
状の１３００℃から例えば１５００℃あるいは１７００
℃まで上昇させると、冷却空気の消費量も比例して増加
する。冷却空気の消費量が増加すると、本来、燃焼ガス
用に供していた空気量がその分だけ減少し、ヒートバラ
ンスを考察すると、プラント熱効率が従来よりも低下す
る不具合・不都合がある。

【００１７】また、静翼７の冷却後の冷却空気を、燃焼
ガスに流出させる、いわゆる燃焼ガスへの冷却空気放出
方式では、冷却空気が量的に多いため、燃焼ガスに合流
させるとき、その流れを乱すと共に、燃焼ガス温度を低
下させ、翼効率の低下と相俟って本来、燃焼ガスの高温
化に伴って向上させるべきプラント熱効率が設計値より
も低下する不具合、不都合がある。

【００１８】さらにまた、燃焼ガスへの冷却空気放出方
式だと、以下の課題がある。

【００１９】（１）静翼７の前縁１２と後縁１３とは、
燃焼ガスによる過酷な熱負荷を受けている割合には構造
上の制約があって翼内冷却面積を増加させることができ
ず、比較的冷却面積を高く採れる翼内中間部分に較べ相
対的にメタル温度が高い。特に、後縁１３では、図１１
に示すように、冷却空気がチップ部（翼頂部）からルー
ト部（翼根元部）に流れる際、その圧力が翼内中間部分
に較べ著しく低下すると共に、その温度が図１２に示す
ように翼内中間部分に較べ著しく増加し、結局、設計値
どおりの冷却性能が出ていない不具合、不都合がある。

【００２０】（２）また、静翼７の前縁１２から後縁１
３までの腹側１７の翼壁熱伝達率と、前縁１２から後縁
１３までの背側１８の翼壁熱伝達率とを比較すると、腹
側１７と背側１８は、図１３に示すように、前縁１２で
熱伝達率がほぼ一致しているのに対し、翼内中間部分で
背側１８のそれが著しく高くなっている。

【００２１】このように、腹側１７と背側１８との翼壁
熱伝達率の著しい相違に基づいて、従来は背側１８に対
流冷却とフィルム冷却とを巧みに組み合せて翼内中間部
分における背側１８のチップ部からルート部にかけてほ
ぼ均一に冷却していた。

【００２２】しかし、翼内中間部分は、フィルム冷却の
ように、燃焼ガスへの冷却空気放出方式を採っている
と、上述のような課題が発生する。このため、翼内中間
部分の冷却は、冷却空気放出方式を廃止し、対流冷却だ
けに止めた場合、燃焼ガスの高温化に従って冷却空気を
より多くして背側１８のメタル許容温度以下に維持させ
ようとすると、腹側１７が過冷却になる虞があり、結
局、冷却空気の無駄な消費に繋る。

【００２３】このように、従来の冷却技術では、冷却媒
体としての冷却空気が限界に達しており、また、燃焼ガ
スへの冷却媒体放出方式を完全に廃止すること自体、上
述の課題があり、現在模索中である。

【００２４】最近、冷却媒体として比熱の高い蒸気また
は水蒸気を対象とし、燃焼ガスへの冷却媒体放出方式
と、冷却媒体回収方式とを組み合せた冷却技術を、１７
００℃の超高温の水素燃焼ガスタービンに適用する検討
が進められており、実機の実現化が注目されている。

【００２５】本発明は、このような背景技術の下になさ
れたもので、冷却媒体として蒸気または水蒸気を用いる
と共に、燃焼ガスへの冷却媒体放出方式と冷却媒体回収
方式とを組み合せ、最小必要限度の冷却媒体で翼内を効
果的に冷却し、プラント熱効率の飛躍的な向上を図るガ
スタービン静翼を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン静翼は、上述の目的を達成するために、請求項１に記
載したように、外輪側エンドウォール部と内輪側エンド
ウォール部との間に一体形成する翼有効部を備えたガス
タービン静翼において、上記翼有効部の前縁側に、上記
外輪側エンドウォール部から供給された冷却媒体で冷却
後、その冷却媒体を上記前縁から翼外の燃焼ガスに流出
させる翼内通路と、上記翼有効部の中間部分の互いを三
つに独立した翼内通路に区画し、区画した三つの独立し
た翼内通路のそれぞれに、上記内輪側エンドウォール部
から供給された冷却媒体で冷却後、その冷却媒体を転向
させ、上記外輪側エンドウォール部側に回収させるとと
もに、上記翼有効部の後縁側に、上記外輪側エンドウォ
ール部から供給された冷却媒体で冷却後、その冷却媒体
を上記後縁から翼外の燃焼ガスに流出させる翼内通路と
を備えたものである。

【００２７】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項２に記載したよう
に、翼有効部の中間部分の互いを三つに独立させて区画
した翼内通路のそれぞれにインサートコアを収容すると
ともに、そのうちの中間の翼内通路に収容される上記イ
ンサートコアは、冷却媒体の一部を翼外の燃焼ガスに流
出させる吹出口を備えたものである。

【００２８】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項３に記載したよう
に、翼有効部の中間部分の互いを三つに独立させて区画
した翼内通路のそれぞれにインサートコアを収容すると
ともに、そのうちの後縁側に位置する翼内通路は、上記
インサートコアを収容した下流側に、冷却媒体を翼外の
燃焼ガスを流出させる吹出口を備えた仕切板を設けたも
のである。

【００２９】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項４に記載したよう
に、内輪側エンドウォール部は、翼有効部の中間部分に
設けられた三つの独立した翼内通路のそれぞれに収容す
るインサートコアと上記翼有効部の背側との間に形成す
る冷却媒体供給側通路からの冷却媒体を反転させて上記
インサートコアと上記翼有効部の腹側との間に形成する
冷却媒体回収側通路に案内する案内通路を形成するとと
もに、上記冷却媒体供給通路からの冷却媒体と上記翼有
効部の後縁からの冷却媒体とを区画する仕切壁を備え、
上記後縁からの冷却媒体を通路を介して翼外の燃焼ガス
に流出させるプレート板を備えたものである。

【００３０】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項５に記載したよう
に、案内通路は、仕切板で形成したものである。

【００３１】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項６に記載したよう
に、プレート板は、小孔を備えたものである。

【００３２】また、本発明に係るガスタービン静翼は、
上述の目的を達成するために、請求項７に記載したよう
に、外輪側エンドウォール部は、翼有効部の中間部分に
設けられた三つの独立した翼内通路のそれぞれに収容す
るインサートコアと上記翼有効部の腹側との間に形成す
る冷却媒体回収側通路からの冷却媒体を冷却媒体回収口
に案内する案内通路を形成するとともに、上記翼有効部
の背側から供給した冷却媒体を翼外の燃焼ガスに流出さ
せる多段状に配置するプレート板とを備えたものであ
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
静翼の一実施の形態を図面を参照して説明する。

【００３４】図１は、本発明に係るガスタービン静翼の
実施形態を示す概略斜視図である。なお、図１は、ガス
タービン静翼の背側から観察して模式的に表わしてい
る。

【００３５】ガスタービン静翼３３は、凹状の外輪側エ
ンドウォール部３４と平板状の内輪側エンドウォール部
３５との間に一体形成する翼有効部３６を備えた構成に
なっている。

【００３６】また、ガスタービン静翼３３は、破線で示
すプロファイルの前縁３７と後縁３８とのそれぞれに供
給される、例えば水蒸気等の冷却媒体Ａ，Ｃで翼有効部
３６の冷却後、燃焼ガス（ガスタービン駆動流体として
の主流）に放出する方式と、翼内中間部分３９に供給さ
れる水蒸気等の冷却媒体Ｂ_１を、翼有効部３６の冷却
後、回収冷却媒体Ｂ_２として回収する方式とを組み合せ
た構成になっている。

【００３７】また、ガスタービン静翼３３は、図２に示
すように、その翼内の前縁３７、翼内中間部分３９、後
縁３８のそれぞれに翼内通路４０ａ，４０ｂ，４０ｃを
備え、各翼内通路４０ａ，４０ｂ，４０ｃを腹側４１と
背側４２とを互いに接続する仕切壁４３ａ，４３ｄによ
り区画している。さらに、翼内中間部分３９は、仕切壁
４３ｂ，４３ｃにより区画される翼内第１通路４０
ｂ_１、翼内第２通路４０ｂ_２、翼内第３通路４０ｂ_３を
それぞれ形成している。

【００３８】一方、前縁４７の翼内通路４０ａおよび翼
内中間部分３９の翼内第１通路４０ｂ_１、翼内第２通路
４０ｂ_２、翼内第３通路４０ｂ_３のそれぞれには、イン
サートコア４４が収容されている。特に、翼内第１通路
４０ｂ_１、翼内第２通路４０ｂ_２、翼内第３通路４０ｂ
_３のそれぞれに収容されるインサートコア４４は、腹側
４１の隆起部４５ａおよび背側４２の隆起部４５ｂで支
持され、冷却媒体供給側通路４６ｂと冷却媒体回収側通
路４６ａとをそれぞれ形成するようになっている。

【００３９】また、翼内第２通路４０ｂ_２は、腹側４１
の隆起部４５ａ，４５ａに噴出口４７ａ，４７ｂを穿設
し、インサートコア４４の吹出口５０ａからの冷却媒体
を翼外に放出し、燃焼ガスに合流させるようになってい
る。

【００４０】また、翼内第３通路４０ｂ_３は、インサー
トコア４４の下流側に仕切板４８を設け、翼内冷却後の
冷却媒体を隆起部４５ａの噴出口４８ａおよび仕切壁４
３ｄの噴出口４８ｂを介して翼外に流出させ、燃焼ガス
に合流させるようになっている。

【００４１】図３は、外輪側エンドウォール部３４、翼
有効部３６、内輪側エンドウォール部３５から構成され
るガスタービン静翼３３を腹側に向って観察した概略縦
断面図である。

【００４２】外輪側エンドウォール部３４は、前縁３７
側に翼有効部３６を冷却した冷却媒体を回収する冷却媒
体回収口５１および前縁３７の翼内通路４０ａに冷却媒
体を供給する冷却媒体入口５２を備えている。

【００４３】また、外輪側エンドウォール部３４は、背
側４２側に冷却媒体の圧力を調整する小口径のオリフィ
ス５３を穿設したプレート板５４ａと小孔５５を碁盤目
状に穿設したプレート板５４ｂとを多段状に備え、オリ
フィス５３で冷却媒体の圧力を調整後、小孔５５を介し
て外輪側エンドウォール部３４の壁面に冷却媒体を噴流
衝突させて冷却した後、エンドウォール吹出口５６から
燃焼ガスに流出させるようになっている。

【００４４】一方、翼有効部３６のうち、前縁３７は、
仕切壁４３ａと内輪側エンドウォール部３５を塞ぐ仕切
４３ａ_１とにより区画される翼内通路４０ａを備え、こ
の翼内通路４０ａに多数の吹出口５７を備えたインサー
トコア４４を収容し、インサートコア４４を、隆起部５
８で支持して冷却媒体通路５９を形成している。

【００４５】また、前縁３７は、冷却媒体を冷却媒体通
路５９から燃焼ガスに吹き出す際、シャワーヘッド冷却
ができるように吹出口６０を備えている。

【００４６】また、翼有効部３６のうち、翼内中間部分
３９は、仕切壁４３ｂ，４３ｃ，４３ｄのそれぞれによ
り区画される翼内第１通路４０ｂ_１、翼内第２通路４０
ｂ_２、翼内第３通路４０ｂ_３を形成しており、各翼内通
路４０ｂ_１，４０ｂ_２，４０ｂ_３のルート部（根元部）
を内輪側エンドウォール部３５に連通させる構成になっ
ている。

【００４７】翼内第１通路４０ｂ_１は、隆起部４５ａに
より支持されるインサートコア４４を収容し、インサー
トコア４４と翼壁との間に冷却媒体回収側通路４６ａを
形成すると共に、その翼壁にルート部からチップ（翼頂
部）部の翼高方向に向って突起状に形成するタービュレ
ンスプロモータ６１を設けている。

【００４８】また、翼内第２通路４０ｂ_２も、上述翼内
第１通路４０ｂ_１と同様に、隆起部４５ａにより支持さ
れるインサートコア４４を収容し、インサートコア４４
と翼壁との間に冷却媒体回収側通路４６ａを形成すると
共に、その翼壁にタービュレンスプロモータ（図示せ
ず）を設けている。さらに、インサートコア４４は、そ
の上流側に吹出口５０ａを備え、冷却媒体を図２に示す
噴出口４７ａ，４７ｂを介して翼外に放出させるように
なっている。

【００４９】また、翼内第３通路４０ｂ_３も、上述翼内
第１空間部と同様に、隆起部４５ａにより支持されるイ
ンサートコア４４を収容し、インサートコア４４と翼壁
との間に冷却媒体回収側通路４６ａを形成すると共に、
その翼壁にタービュレンスプロモータ（図示せず）を設
けている。さらに、インサートコア４４は、その下流側
に吹出口５０ｂを備えた仕切板４８を設け、冷却媒体を
図２に示す噴出口４８ａ，４８ｂを介して翼外に流出さ
せるようになっている。

【００５０】後縁３８は、そのチップ部に冷却媒体入口
６２を備えると共に、そのルート部を仕切壁６３により
区画した内輪側エンドウォール部３５に連通させてい
る。さらに、後縁３８の翼内通路４０ｃは、タービュレ
ンスプロモータ６４を翼高方向に沿って設けると共に、
仕切６５で形成される吹出口６５ａにタービュレンスプ
ロモータ６４を備えている。なお、符号６５ｂは、内輪
側エンドウォール部３５をケーシング（図示せず）に係
合させるケーシング支持部である。

【００５１】ガスタービン静翼３３の翼有効部３６に一
体形成する外輪側エンドウォール部３４は、図４に示す
ように、腹側４１に、案内通路６６ａ，６６ｂ，６６
ｃ，６６ｄを形成する仕切６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６
７ｄを設け、翼内第１通路４０ｂ_１，翼内第２通路４０
ｂ_２，翼内第３通路４０ｂ_３のそれぞれの冷却媒体回収
側通路４６ａから流出する冷却媒体を冷却媒体回収口５
１で回収するようになっている。

【００５２】また、外輪側エンドウォール部３４は、背
側４２に、小孔５５を備えたプレート板５４ｂを設け、
冷却媒体を小孔５５を介してその内部に噴流衝突させて
インピンジ冷却を行い、冷却後の冷却媒体をエンドウォ
ール吹出口５６を介して燃焼ガスに流出させる。

【００５３】一方、翼有効部３６と内輪側エンドウォー
ル部３５との接続部分には、図５に示すように、翼内中
間部３９の翼内第１通路４０ｂ_１，翼内第２通路４０ｂ
_２，翼内第３通路４０ｂ_３のそれぞれに流速調整部、例
えば絞り通路６８が設けられ、また、冷却媒体回収側通
路４６ａにタービュレンスプロモータ６１が設けられ、
冷却媒体の流速を調整しつつ、乱れを与えて熱伝達率を
高めるように図られている。

【００５４】内輪側エンドウォール部３５は、図６に示
すように、腹側４１に、案内通路６９ａ，６９ｂ，６９
ｃ，６９ｄを形成する仕切７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７
０ｄを設け、背側４２の冷却媒体供給側通路４６ｂから
流出する冷却媒体を反転させて腹側４１の冷却媒体回収
側通路４６ａに案内するようになっている。

【００５５】また、内輪側エンドウォール部３５には、
背側４２に設けた仕切６３により通路７１が形成され、
この通路７１に小孔７２を備えたプレート板７３が設け
られている。

【００５６】次に作用を説明する。

【００５７】冷却媒体Ａは、図３に示すように、冷却媒
体入口５２を介して前縁３７の翼内通路４０ａに供給さ
れる。また、冷却媒体Ｂは、図２に示すように、冷却媒
体分配口（図示せず）を介して翼内第１通路４０ｂ_１，
翼内第２通路４０ｂ_２，翼内第３通路４０ｂ_３のそれぞ
れに供給される。また、冷却媒体Ｃは、図３に示すよう
に、冷却媒体入口６２を介して空間部４０ｃに供給され
る。

【００５８】前縁３７の翼内通路４０ａに供給された冷
却媒体Ａは、図３に示すように、インサートコア４４の
吹出口５７から冷却媒体通路５９を介して前縁３７に噴
流衝突してインピンジ冷却を行い、冷却後、吹出口６０
から翼外に流出する際、シャワー状に流出して前縁３７
をシャワー冷却するようになっている。

【００５９】このように、本実施形態では、前縁３７を
冷却する際、インピンジ冷却とシャワー冷却を同時に併
用しているので、超高温燃焼ガスによる熱負荷にも充分
に対処することができる。

【００６０】一方、翼有効部３６の翼内第１通路４０ｂ
_１，翼内第２通路４０ｂ_２，翼内第３通路４０ｂ_３のそ
れぞれに供給された冷却媒体Ｂ_１は、図２に示すよう
に、インサートコア４４から背側４２に向って噴流衝突
してインピンジ冷却を行い、冷却後、冷却媒体供給側通
路４６ｂを経て図６に示す内輪側エンドウォール部３５
に集められる。

【００６１】内輪側エンドウォール部３５に集められた
冷却媒体Ｂ_１は、転向しながら仕切７０ａ，７０ｂ，…
で形成された案内通路６９ａ，６９ｂ，…を経て回収冷
却媒体Ｂ_２として腹側４１ａの冷却媒体回収側通路４６
ａに案内される。

【００６２】内輪側エンドウォール部３５から冷却媒体
回収側通路４６ａに案内された回収冷却媒体Ｂ_２は、図
５に示すように、絞り通路６８で適正流速に調整された
後、図３に示すように、タービュレンスプロモータ６１
によりその流れに乱れを与えて熱伝達率を高め、腹側４
１の翼壁を冷却した後、図４に示すように、外輪側エン
ドウォール部３４の案内通路６６ａ，６６ｂ，…を介し
て冷却媒体回収口５１に回収される。

【００６３】このように、本実施形態では、背側４２の
冷却媒体供給側通路４６ｂでインピンジ冷却を行うと共
に、腹側４１の冷却媒体回収側通路４６ａで回収冷却媒
体Ｂ_２の流速を調整しつつ、タービュレンスプロモー
タ６１の乱流促進効果による熱伝達率を高めて回収する
ので、限られた冷却媒体でも腹側４１および背側４２の
それぞれを効果的に冷却することができ、プラント熱効
率を飛躍的に向上させることができる。

【００６４】一方、後縁３８の冷却媒体入口６２から翼
内通路４０ｃに案内された冷却媒体Ｃは、図３に示すよ
うに、後縁３８をタービュレンスプロモータ６４の乱流
促進効果による対流冷却を行った後、さらに吹出口６５
ａのタービュレンスプロモータ６４の再度の乱流促進効
果による対流冷却を行って燃焼ガスに流出する。また、
後縁３８の対流冷却を行った冷却媒体Ｃは、内輪側エン
ドウォール部３５の通路７１にも集められ、ここから図
６に示すように、プレート板７３の小孔７２を介してそ
の内部を噴流衝突によるインピンジ冷却を行った後、エ
ンドウォール吹出口７４から燃焼ガスに流出する。

【００６５】したがって、本実施形態では、冷却媒体Ｃ
に対流冷却を行わせて後縁３８を冷却すると共に、イン
ピンジ冷却を行わせて内輪側エンドウォール部３５を冷
却するので、超高温の燃焼ガスによる熱負荷にも充分に
対処することができる。

【００６６】図７は、ガスタービン燃焼器から生成され
た燃焼ガスがガスタービン静翼およびガスタービン動翼
のそれぞれを通過後、その温度低下を従来と本実施形態
とを比較した線図である。

【００６７】本実施形態は、燃焼ガスへの冷却媒体放出
方式と冷却媒体回収方式とを組み合せているので、従来
の燃焼ガスへの完全冷却媒体放出方式に較べて燃焼ガス
温度を低下させていない。

【００６８】したがって、本実施形態では、燃焼ガスの
温度を、従来に較べて著しく低下させていないので、ガ
スタービン静翼、ガスタービン動翼の翼効率および翼効
率に伴うプラント熱効率を相対的に高く維持することが
できる。

【００６９】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るガス
タービン静翼は、燃焼ガスへの冷却媒体放出方式と冷却
媒体回収方式とを組み合せて限られた冷却媒体を有効に
活用して回収すると共に、冷却媒体に乱流促進効果によ
る熱伝達率を高めた対流冷却、噴流衝突によるインピン
ジ冷却、シャワー状によるシャワー冷却を巧みに組み合
せ、細かく区分けする前縁、翼内中間部、後縁、外輪側
エンドウォール部および内輪側エンドウォール部のそれ
ぞれに冷却媒体を、いわゆるワン・スルーにして流して
冷却を行っているので、前縁、翼内中間部、後縁、外輪
側エンドウォール部および内輪側エンドウォール部のそ
れぞれのメタル温度をより確実に、かつ過不足なく均一
に冷却することができ、信頼性の高い運転を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン静翼の第１実施形態
を示す概略斜視図。

【図２】図１のＶ−Ｖ矢視方向から切断した断面図。

【図３】図２のＷ−Ｗ矢視方向から切断した縦断面図。

【図４】図３のＸ−Ｘ矢視方向から切断した断面図。

【図５】図３のＹ−Ｙ矢視方向から切断した断面斜視
図。

【図６】図３のＺ−Ｚ矢視方向から切断した断面図。

【図７】ガスタービン静翼、ガスタービン動翼を通過す
る燃焼ガス温度の低下を、従来と本発明とで比較した線
図。

【図８】従来のガスタービンプラントの実施形態を示す
一部切欠断面図。

【図９】従来のガスタービン静翼の実施形態を示す縦断
面図。

【図１０】図９のＵ−Ｕ矢視方向から切断した断面図。

【図１１】翼内中間部分および後縁のそれぞれを通過す
る冷却媒体の圧力低下変化を示す線図。

【図１２】翼内中間部分および後縁のそれぞれを通過す
る冷却媒体の温度上昇変化を示す線図。

【図１３】前縁から後縁に沿って背側および腹側のそれ
ぞれの翼壁熱伝達率の変化を示す線図。

【符号の説明】

１空気圧縮機２ガスタービン燃焼器３燃焼器ライナ４燃焼室５トランジションピース６ガスタービン７静翼８動翼９外輪側エンドウォール部１０内輪側エンドウォール部１１翼有効部１２前縁１３後縁１４，１５吹出口１６ピンフィン１７腹側１８背側１９内部仕切壁２０ａ，２０ｂ空間部２１噴出口２２ａ，２２ｂインサートコア２３翼内壁隆起部２４通路２５連絡口２６ａ，２６ｂ仕切板２７ａ，２７ｂ，２７ｃ入口２８エンドウォール支持片２９ケーシング支持部３０入口３１出口３２入口３３ガスタービン静翼３４外輪側エンドウォール部３５内輪側エンドウォール部３６翼有効部３７前縁３８後縁３９翼内中間部分４０ａ，４０ｂ，４０ｃ翼内通路４０ｂ_１翼内第１通路４０ｂ_２翼内第２通路４０ｂ_３翼内第３通路４１腹側４２背側４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ仕切壁４３ａ_１仕切４４インサートコア４５ａ，４５ｂ隆起部４６ａ冷却媒体回収側通路４６ｂ冷却媒体供給側通路４７ａ，４７ｂ噴出口４８ａ，４８ｂ仕切板５０ａ，５０ｂ吹出口５１冷却媒体回収口５２冷却媒体入口５３オリフィス５４ａ，５４ｂプレート板５５小孔５６エンドウォール吹出口５７吹出口５８隆起部５９冷却媒体通路６０吹出口６１タービュレンスプロモータ６２冷却媒体入口６３仕切壁６４タービュレンスプロモータ６５仕切６５ａ吹出口６５ｂケーシング支持部６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ案内通路６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄ仕切６８絞り通路６９ａ，６９ｂ，６９ｃ，６９ｄ案内通路７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ仕切７１通路７２小孔７３プレート板７４エンドウォール吹出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−179802（ＪＰ，Ａ) 特開平３−264706（ＪＰ，Ａ) 特開平２−241902（ＪＰ，Ａ) 米国特許5397217（ＵＳ，Ａ) 国際公開95／30069（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01D 9/00 F01D 5/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪側エンドウォール部と内輪側エンドウ
ォール部との間に一体形成する翼有効部を備えたガスタ
ービン静翼において、上記翼有効部の前縁側に、上記外
輪側エンドウォール部から供給された冷却媒体で冷却
後、その冷却媒体を上記前縁から翼外の燃焼ガスに流出
させる翼内通路と、上記翼有効部の中間部分の互いを三
つに独立した翼内通路に区画し、区画した三つの独立し
た翼内通路のそれぞれに、上記内輪側エンドウォール部
から供給された冷却媒体で冷却後、その冷却媒体を転向
させ、上記外輪側エンドウォール部側に回収させるとと
もに、上記翼有効部の後縁側に、上記外輪側エンドウォ
ール部から供給された冷却媒体で冷却後、その冷却媒体
を上記後縁から翼外の燃焼ガスに流出させる翼内通路と
を備えたことを特徴とするガスタービン静翼。
【請求項２】翼有効部の中間部分の互いを三つに独立
させて区画した翼内通路のそれぞれにインサートコアを
収容するとともに、そのうちの中間の翼内通路に収容さ
れる上記インサートコアは、冷却媒体の一部を翼外の燃
焼ガスに流出させる吹出口を備えたことを特徴とする請
求項１記載のガスタービン静翼。
【請求項３】翼有効部の中間部分の互いを三つに独立
させて区画した翼内通路のそれぞれにインサートコアを
収容するとともに、そのうちの後縁側に位置する翼内通
路は、上記インサートコアを収容した下流側に、冷却媒
体を翼外の燃焼ガスを流出させる吹出口を備えた仕切板
を設けたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン
静翼。
【請求項４】内輪側エンドウォール部は、翼有効部の
中間部分に設けられた三つの独立した翼内通路のそれぞ
れに収容するインサートコアと上記翼有効部の背側との
間に形成する冷却媒体供給側通路からの冷却媒体を反転
させて上記インサートコアと上記翼有効部の腹側との間
に形成する冷却媒体回収側通路に案内する案内通路を形
成するとともに、上記冷却媒体供給通路からの冷却媒体
と上記翼有効部の後縁からの冷却媒体とを区画する仕切
壁を備え、上記後縁からの冷却媒体を通路を介して翼外
の燃焼ガスに流出させるプレート板を備えたことを特徴
とする請求項１記載のガスタービン静翼。
【請求項５】案内通路は、仕切板で形成したことを特
徴とする請求項４記載のガスタービン静翼。
【請求項６】プレート板は、小孔を備えたことを特徴
とする請求項４記載のガスタービン静翼。
【請求項７】外輪側エンドウォール部は、翼有効部の
中間部分に設けられた三つの独立した翼内通路のそれぞ
れに収容するインサートコアと上記翼有効部の腹側との
間に形成する冷却媒体回収側通路からの冷却媒体を冷却
媒体回収口に案内する案内通路を形成するとともに、上
記翼有効部の背側から供給した冷却媒体を翼外の燃焼ガ
スに流出させる多段状に配置するプレート板とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のガスタービン静翼。