JP3779517B2

JP3779517B2 - ガスタービン

Info

Publication number: JP3779517B2
Application number: JP2000017753A
Authority: JP
Inventors: 英俊黒木; 竹原　　勲; 修作田; 泰行渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: JP2001207863A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンに係わり、特にタービンケーシングの内側で、かつ動翼に対向配置されているシュラウドを備え、このシュラウドが内部から冷媒により冷却されるように形成されているガスタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に採用されているガスタービンは、静翼と動翼が交互に配置された翼段落を備え、そして動翼の外周側にはシュラウドを有している。このシュラウドは、ガス温度が高い場合には冷却を行って、材料の許容温度以下に保つようにしている。このシュラウドの冷却構造は種々あるが、通常は、その内部が中空に形成され、この中空部に冷媒（冷却空気）が流通されて内部から冷却されるように形成されている。
【０００３】
また、内部から冷却する場合であっても、その冷却手段は種々考えられ、例えば、特開平０５−１４１２７０号公報に開示されているように、シュラウドを中空体に形成するとともに、その中空内部に多数の孔の開いた板を配置し、孔から吹出した冷却空気をシュラウドの中空内壁面に衝突させ冷却を行い、冷却後の空気はガスパス部（作動ガス流通路）に排出するようにしたものが一般に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように形成されているガスタービンであると、シュラウドは内部から有効に冷却され、冷却の点からは特に問題になることはないのであるが、しかしながらこのものでは、シュラウドの冷却に使用された空気が、シュラウドのガス流れ方向の任意の場所からガスパス部に排出しているため、動翼により仕事に寄与しない冷却空気が生じ熱効率が低い嫌いがあった。
【０００５】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、構造簡単にしてシュラウドの冷却が充分行なわれ、かつ熱効率の向上を図ることが可能なこの種のガスタービンを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、作動ガスが流通するガスパス部に配置された静翼および動翼と、これら翼を覆うタービンケーシングと、このタービンケーシングの内側で、かつ前記動翼の先端に対向して配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドの内部が中空に形成されるとともに、この中空部に冷媒が流通するように形成されているガスタービンにおいて、前記シュラウドの動翼に対向した側の壁に、シュラウドの中空部と前記ガスパス部を連通する冷媒路を設けるとともに、この冷媒路の一方端を、前記シュラウド中空部の最下流部に位置させ、かつ冷媒路の他方端を、前記ガスパス部の動翼上流側に位置させ、前記シュラウド中空部を流通する全ての冷媒をこの冷媒路を介してガスパス部の動翼上流側に排出させるようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
【０００７】
また本発明は、静翼と動翼とを交互に備え、かつガスパス部に配置された翼段落と、この翼段落を覆うタービンケーシングと、このタービンケーシングの内側で、かつ前記動翼の先端に対向して配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドの内部が中空に形成されるとともに、この中空部に冷媒が流通しシュラウドが冷却されるように形成されているガスタービンにおいて、前記シュラウドの動翼に対向した側の壁に、シュラウドの中空部とガスパス部を連通する冷媒路を設けるとともに、この冷媒路の一方端を、前記シュラウド中空部の最下流部に位置させ、かつ冷媒路の他方端を、前記ガスパス部の動翼上流側で、かつ前方にある静翼とケーシングとの取合部，あるいは前方にある静翼との段差部を向くように形成し、前記中空部の全ての冷媒をこの冷媒路を介して静翼とケーシングとの取合部に衝突噴出させるようにしたものである。
【０００８】
また、この場合、前記冷媒路を、周方向に等間隔に複数個設けるようにしたものである。また、前記シュラウドの動翼に対向した側の壁で、かつ中空部側に面した最下流側の部分に、周方向にのびた凹溝を設け、この凹溝内に前記冷媒路の一方端が連通するように形成したものである。
【０００９】
すなわちこのように形成されたガスタービンであると、シュラウドの動翼に対向した側の壁の全域（下流側から上流側全域）に、シュラウドの中空部とガスパス部を連通する冷媒路、それも全冷媒が流通する冷媒路が設けられていることから、最も高温となる部分が有効に冷却され、また、シュラウド中空部の全ての冷媒がガスパス部の動翼上流側に排出されるので、シュラウドの冷却に用いられた冷媒を無駄なく動翼にて仕事を行わせることができ、熱効率を向上させることができるのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはそのガスタービンの要部が断面で示されている。１７が燃焼器であり、１６が圧縮機、７および８が、ガスパス部に配置されている動翼および静翼、２がケーシング、１が、このケーシングの内側に取付けられたシュラウドである。なお、動翼７および静翼８により翼段落２０が形成され、翼段落２０によりタービン１８が構成されている。
【００１１】
このように構成されているガスタービンにおいて、圧縮機１６で圧縮された空気は、大部分が燃焼器１７に入り燃料とともに燃焼する。この燃焼ガスはタービン１８に送られ、タービン１８を駆動する。また、圧縮機１６で圧縮された空気の一部は、実線矢印で示すように、冷却のためシュラウド１に導入される。
【００１２】
図２は、このシュラウド１の周辺を拡大して示す断面図で、シュラウド１はケーシング２の内側に、動翼７の先端に対向するように取付けられ、ガスパス部を通る主流ガスの温度が高い場合、シュラウド１の温度を材料許容温度以下となるように冷却される。シュラウド１への冷媒，すなわち冷却空気の給排は、冷却空気の導入通路３より供給され、内部を冷却した後、冷媒路，すなわち冷却空気通路４よりガスパス部に排出される。冷却空気の流量は、冷却空気導入通路３の大きさを変えることにより調整される。
【００１３】
この場合、特に冷却空気通路４は次のように形成されている。すなわち冷却空気通路４の一方端（入口５）は、前記シュラウド中空部の最下流部，すなわち作動流体の流通方向最下流側に位置し、かつ他方端（出口６）は、ガスパス部の動翼上流側に位置するように形成されている。シュラウド中空部に供給された全ての冷却空気は、この冷却空気通路４を介してガスパス部の動翼上流側に排出される。
【００１４】
冷却空気は、冷却空気通路４を通る間、対流冷却により周りの熱を吸収しシュラウド１を冷却する。この実施例では、冷却空気導入通路３によりシュラウド内部に導入される冷却空気は、圧縮機吐出空気等の高圧の空気を用い、冷却通路出口部との圧力差を大きくし、冷却空気を流れやすくしている。
【００１５】
図３は、シュラウド１を主流ガスの上流側から見た側面図で、冷却空気通路４は周方向に等間隔に複数本設けられ、シュラウド１全体が一様に冷却される。なお、最も効率の良い冷却とするために、冷却空気通路４の大きさやその数を変えることにより、冷却空気の流量や速度を変化させ、種々調整するようにするとよい。例えば、主流ガスの温度が高い、あるいは主流ガスの流速が大きく、シュラウド表面の熱伝達率が大きいような場合には、図４のように冷却空気通路４を径方向に複数列，それも千鳥状にならべることにより、冷却を強化することが可能である。
【００１６】
このように冷却空気通路４を通った冷却空気は、動翼７の上流側に噴出されるため、他の作動流体とともに動翼で仕事を行い熱効率が向上する。また、冷却空気は冷却空気通路４を通る間、主流ガスからケーシング２へ逃げていく熱を回収し、動翼７の上流に噴出するため、熱を再利用することができる。机上実験の結果では、動翼７入口部のガス温度が１２００℃の場合、冷却空気通路４の直径を１．０ｍｍ、周方向のピッチを５．０ｍｍとした場合、シュラウド１の表面温度は８００℃以下となる。この冷却空気すべてを動翼７の上流に吹出し、動翼７が仕事をすることによる熱効率向上量は約０．５％であった。
【００１７】
なお、以上の説明では、シュラウド１冷却後の冷却空気，すなわち冷却空気通路４を通った冷却空気をガスパス部に排出するに際し、動翼７の上流側に排出するように説明してきたが、この場合、この冷却空気通路４を通った冷却空気を動翼７の前段の静翼８とリテーナリング９との取合部１０に向けて噴出するようにすると取合部１０を冷却することができ、取合部１０の温度を下げることができさらに有効である。すなわち、取合部１０が高温となると取合部の強度面の問題が生じるが、冷却を行い温度を下げることによりこの強度上の問題点を改善することができる。
【００１８】
勿論、動翼前段側の静翼８がリテーナリング９に取付けられている場合だけでなく、シュラウド１やケーシング２に取付けられている場合であっても、同様に、取合部に向けて冷却空気を噴出することにより、取合部の冷却を行うことができる。また、動翼７の前段の静翼８と動翼７の間に段差が生じるような場合には、段差部１１で流れが乱れ、渦が発生することになるが、この段差部１１にシュラウド１の冷却空気通路４を通った冷却空気を噴出させることにより渦の発生を抑え、流れを整えるようにすることもできる。
【００１９】
以上説明してきたように、このように形成されたガスタービンであると、シュラウドの動翼に対向した側の壁に、一方端がシュラウド中空部の最下流部に位置し、かつ他方端が、ガスパス部の前記動翼上流側に位置する冷却空気通路４が設けられ、中空部の全ての冷媒がこの冷媒路を介してガスパス部の動翼上流側に排出されることから、最も高温となる部分が有効に冷却され、また、中空部の全ての冷媒がガスパス部の動翼上流側に排出されるので、シュラウドの冷却に用いた冷媒を無駄なく動翼にて仕事を行わせることができ、熱効率を向上させることができるのである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、構造簡単にしてシュラウドの冷却が充分に行なわれ、かつ熱効率の向上を図ることが可能なこの種のガスタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービンの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明のガスタービンのシュラウド部周辺を示す断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う他の実施例の側面図である。
【符号の説明】
１…シュラウド、２…ケーシング、３…冷却空気導入通路、４…冷却空気通路、５…冷却通路入口、６…冷却通路出口、７…動翼、８…動翼前段側静翼、９…リテーナリング、１０…取合部、１１…段差部、１２…動翼後段側静翼、１３…取合部、１４…段差部、１５…冷却空気通路、１６…圧縮機、１７…燃焼器、１８…タービン、２０…翼段落。

Claims

作動ガスが流通するガスパス部に配置された静翼および動翼と、これら翼を覆うタービンケーシングと、該タービンケーシングの内側で、かつ前記動翼の先端に対向して配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドの内部が中空に形成されるとともに、この中空部に冷媒が流通するように形成されているガスタービンにおいて、
前記シュラウドの動翼に対向した側の壁に、シュラウドの中空部と前記ガスパス部を連通する冷媒路を設けるとともに、この冷媒路の一方端を、前記シュラウド中空部の最下流部に位置させ、かつ冷媒路の他方端を、前記ガスパス部の動翼上流側で、かつに前方にある静翼の取合部に向くように位置させ、前記シュラウド中空部を流通する全ての冷媒をこの冷媒路を介して前記静翼の取合部に排出させるようにしたことを特徴とするガスタービン。
静翼と動翼とを交互に備え、かつガスパス部に配置された翼段落と、該翼段落を覆うタービンケーシングと、該タービンケーシングの内側で、かつ前記動翼の先端に対向して配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドの内部が中空に形成されるとともに、この中空部に冷媒が流通しシュラウドが冷却されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記シュラウドの動翼に対向した側の壁に、シュラウドの中空部とガスパス部を連通する冷媒路を設けるとともに、この冷媒路の一方端を、前記シュラウド中空部の最下流部に位置させ、かつ冷媒路の他方端を、前記ガスパス部の動翼上流側で、かつに前方にある静翼とケーシングとの取合部に向くように形成し、前記中空部の全ての冷媒をこの冷媒路を介して静翼とケーシングとの取合部に衝突噴出させるようにしたことを特徴とするガスタービン。
静翼と動翼とを交互に備え、かつガスパス部に配置された翼段落と、該翼段落を覆うタービンケーシングと、該タービンケーシングの内側で、かつ前記動翼の先端に対向して配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドの内部が中空に形成されるとともに、この中空部に冷媒が流通しシュラウドが冷却されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記シュラウドの動翼に対向した側の壁に、シュラウドの中空部とガスパス部を連通する冷媒路を設けるとともに、この冷媒路の一方端を、前記シュラウド中空部の最下流部に位置させ、かつ他方端を、前記ガスパス部の動翼上流側で、動翼の前方にある静翼との段差部を向くように形成し、前記中空部の全ての冷媒をこの冷媒路を介して静翼との段差部に衝突噴出させるようにしたことを特徴とするガスタービン。
前記冷媒路が、周方向に等間隔に複数個設けられたものである請求項１〜３いずれかに記載のガスタービン。
前記シュラウドの動翼に対向した側の壁で、かつ中空部側に面した最下流側の部分に、周方向にのびた凹溝を設け、該凹溝内に前記冷媒路の一方端が連通するように形成されてなる請求項１〜４いずれかに記載のガスタービン。