JP4446150B2 - Gas turbine purge air blowing method and blowing structure - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンパージエアの吹き出し方法及び吹き出し構造に関する。 The present invention relates to a gas turbine purge air blowing method and a blowing structure.
図3はターボジェットエンジンの模式的構成図であり、空気取入口101、圧縮機102、燃焼器103、ガスタービン104、アフターバーナ105、ジェットノズル106、等を備えている。かかるターボジェットエンジンでは、空気を空気取入口101から導入し、圧縮機102でこの空気を圧縮し、燃焼器103内で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させ、発生した燃焼ガスでガスタービン104を駆動し、このガスタービン104で圧縮機102を駆動し、アフターバーナ105でタービンを出た排ガスにより燃料を再度燃焼させ、高温の燃焼排ガスをジェットノズル106で膨張させて後方に噴き出し、推力を発生するようになっている。この構成は、ターボジェットエンジン以外のジェットエンジンでも同様である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a turbojet engine, which includes an
図4は、図3のガスタービン104の部分拡大図である。この図に示すように、ジェットエンジンのガスタービンは、静翼1を周方向に複数配置してなる静翼列と、軸107と共に回転する動翼3を周方向に複数配置してなる動翼列とからなる。静翼1と動翼3の径方向内方端には、それぞれ静翼インナーバンド2、動翼インナーバンド4が接続されており、この静翼インナーバンド2と動翼インナーバンド4との間には、パージエアを吹き出すための隙間10が全周にわたり形成されている。また、動翼インナーバンド4は、燃焼ガス流路に面するプラットフォーム4aと、該プラットフォーム4a先端部の径方向内側に位置し軸方向に延びる突出部4cと、前記プラットフォーム4a先端部と前記突出部4cの後端部とを連結する連結部4bと有している。
FIG. 4 is a partially enlarged view of the
このように構成されたガスタービンでは、燃焼器103で発生した燃焼ガスの流れ方向を静翼1で動翼3に適した方向に向け、この燃焼ガスで動翼3を回転駆動する。また、燃焼ガスの主流9aに対して、タービンディスクフロント等を冷却する冷却空気9b(パージエア)が径方向内方から供給され流路21を通過して隙間10から吹き出し、主流9aと混合して下流側の動翼3に流入する。なお、この図では、静翼1と動翼3を一列ずつ示しているが、通常最上段を含めて2列以上の静翼と動翼を備える。なお、上述したようなガスタービンパージエアの吹き出し技術については、例えば下記特許文献1に開示されている。
In the gas turbine configured as described above, the flow direction of the combustion gas generated in the
近年、タービン入口の高温化・高負荷化に伴い、冷却空気量(パージエア9b)が増大する傾向にある。しかし、パージエア9bは図4に示すように軸方向に対して比較的大きな角度φをもって主流と混合するため、この混合によりミキシングロスと呼ばれるエネルギー損失が生じ、タービンの空力性能が低下する。
In recent years, the amount of cooling air (
すなわち、冷却空気の一部であるタービンディスクフロントのパージエア9bは、主流9aの流れが超音速(マッハ数1以上)であるタービン静翼出口に主流9aの流れ方向に対して比較的大きな角度で吹き出しているため、他の部分の冷却空気と比べて流量あたりのミキシングロスが大きく、タービンの空力性能への悪影響も大きい問題点があった。このような問題を解決する手段として、パージエア9bの供給量を少なくすることにより、ミキシングロスを低減させることが可能となるが、上述したようにパージエア9bの必要性は大きいため、その供給量を少なくすることは困難である。
That is, the
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、静翼インナーバンドと動翼インナーバンドの間(タービンディスクフロント)から吹き出し、主流と混合するパージエアによるミキシングロスをパージエアの供給量を少なくすることなく低減し、タービンの空力性能を向上させることができるガスタービンパージエアの吹き出し方法及び吹き出し構造を提供することにある。 The present invention has been developed to solve such problems. That is, an object of the present invention is to reduce mixing loss caused by purge air blown out from between the stationary blade inner band and the moving blade inner band (turbine disk front) and mixed with the main flow without reducing the supply amount of the purge air. An object of the present invention is to provide a gas turbine purge air blowing method and a blowing structure capable of improving aerodynamic performance.
上記目的を達成するため、本発明によれば、静翼インナーバンドと動翼インナーバンドの間からパージエアを吹き出して燃焼ガス流路の主流と混合させるガスタービンパージエアの吹き出し方法であって、前記動翼インナーバンドは、燃焼ガス流路に面するプラットフォームと、該プラットフォームの先端から半径方向内側に延びるフロント部と、前記プラットフォーム先端部の径方向内側であって前記フロント部の半径方向内側端よりも径方向外側に位置し前記フロント部から軸方向前方に突出する突出部とを有し、前記フロント部は、前記プラットフォームの先端から前記突出部の付け根部までの部分を構成する連結部と、前記突出部の付け根部から当該フロント部の径方向内側端部までの部分を構成する内方形成部とからなり、前記プラットフォームと前記連結部との接続部表面を曲面形状とし、前記突出部の付け根部に径方向内方から供給されるパージエアを通過させる貫通孔を設け、該貫通孔の全体が前記突出部の付け根部に位置するとともに、該貫通孔を区画する該貫通孔の外周面が閉じており、かつ、該貫通孔は、前記付け根部において、径方向内方側から径方向外方側へ、前記内方形成部の表面および前記連結部の表面に沿う方向に前記付け根部を貫通しており、前記内方形成部の表面に沿って径方向内方から流れてくるパージエアを前記貫通孔を通して半径方向外方に吹き出させて前記連結部の表面に沿って流し、吹き出したパージエアをコアンダ効果により前記接続部表面に沿って燃焼ガス流路の主流と混合させる、ことを特徴とするガスタービンパージエアの吹き出し方法が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a gas turbine purge air blowing method in which purge air is blown from between a stationary blade inner band and a moving blade inner band and mixed with a main flow of a combustion gas flow path. The blade inner band includes a platform facing the combustion gas flow path, a front portion extending radially inward from the tip of the platform, and a radially inner side of the platform tip than the radially inner end of the front portion. A projecting portion that is located radially outward and projects forward in the axial direction from the front portion, and the front portion includes a connecting portion that forms a portion from a tip of the platform to a base portion of the projecting portion, and An inward forming portion that constitutes a portion from the base portion of the projecting portion to the radially inner end portion of the front portion. -Platform and the connection portion surface between the connecting portion and a curved shape, a through hole for passing the purge air supplied from the radially inward root portion of the protruding portion is provided, the base entirety of the projecting portion of the through hole And the outer peripheral surface of the through hole that defines the through hole is closed, and the through hole extends from the radially inner side to the radially outer side in the root portion. A purge air that passes through the base portion in a direction along the surface of the rectangular forming portion and the surface of the connecting portion, and that flows radially inward along the surface of the inner forming portion, passes through the through hole in the radial direction. A gas turbine purge air characterized in that it is blown outward and flows along the surface of the connecting portion, and the blown purge air is mixed with the main flow of the combustion gas flow path along the connection portion surface by the Coanda effect. Balloon method is provided.
また、本発明によれば、静翼インナーバンドと動翼インナーバンドの間からパージエアを吹き出して燃焼ガス流路の主流と混合させるガスタービンパージエアの吹き出し構造であって、前記動翼インナーバンドは、燃焼ガス流路に面するプラットフォームと、該プラットフォームの先端から半径方向内側に延びるフロント部と、前記プラットフォーム先端部の径方向内側であって前記フロント部の半径方向内側端よりも径方向外側に位置し前記フロント部から軸方向前方に突出する突出部とを有し、前記フロント部は、前記プラットフォームの先端から前記突出部の付け根部までの部分を構成する連結部と、前記突出部の付け根部から当該フロント部の径方向内側端部までの部分を構成する内方形成部とからなり、前記プラットフォームと前記連結部との接続部表面は曲面形状をなし、前記突出部の付け根部は、前記内方形成部の表面に沿って径方向内方から供給されるパージエアを通過させ前記連結部の表面に沿って流す貫通孔を有し、該貫通孔の全体が前記突出部の付け根部に位置するとともに、該貫通孔を区画する該貫通孔の外周面が閉じており、かつ、該貫通孔は、前記付け根部において、径方向内方側から径方向外方側へ、前記内方形成部の表面および前記連結部の表面に沿う方向に前記付け根部を貫通している、ことを特徴とするガスタービンパージエアの吹き出し構造が提供される。 Further, according to the present invention, there is a gas turbine purge air blowing structure in which purge air is blown out from between the stationary blade inner band and the moving blade inner band and mixed with the main flow of the combustion gas flow path, and the moving blade inner band includes: A platform facing the combustion gas flow path, a front portion extending radially inward from the tip of the platform, and positioned radially inward of the platform tip and radially outward of the radially inner end of the front portion And a projecting portion projecting forward in the axial direction from the front portion, wherein the front portion comprises a connecting portion constituting a portion from a tip of the platform to a base portion of the projecting portion, and a base portion of the projecting portion And an inwardly forming portion constituting a portion from the front portion to the radially inner end of the front portion. The surface of the connecting portion with the connecting portion has a curved surface shape, and the base portion of the protruding portion passes along the surface of the inner forming portion and allows the purge air supplied from radially inward to pass along the surface of the connecting portion. And the entire through hole is located at the base of the protruding portion, the outer peripheral surface of the through hole defining the through hole is closed, and the through hole is A gas turbine characterized in that, at the base portion, the base portion is penetrated from the radially inward side to the radially outward side in a direction along the surface of the inner forming portion and the surface of the connecting portion. A purge air blowing structure is provided.
このような本発明によれば、プラットフォームと連結部との接続部表面を曲面形状とし、突出部の付け根部に径方向内方から供給されるパージエアを通過させる貫通孔を設け、貫通孔から連結部の表面に沿ってパージエアを吹き出すようにしたので、吹き出したパージエアは、コアンダ効果により接続部表面に沿って燃焼ガス流路の主流と混合される。すなわち、パージエアはプラットフォームに沿う方向に吹き出され、パージエアと主流の混合角度を小さくすることができる。したがって、主流と混合するパージエアによるミキシングロスを低減し、タービン空力性能を改善することができる。 According to the present invention, the surface of the connecting portion between the platform and the connecting portion has a curved surface shape, and the through hole through which purge air supplied from the radially inner side passes is provided at the base portion of the protruding portion, and the connecting portion is connected to the through hole. Since the purge air is blown out along the surface of the part, the blown out purge air is mixed with the main flow of the combustion gas flow path along the surface of the connecting part by the Coanda effect. That is, the purge air is blown out in the direction along the platform, and the mixing angle of the purge air and the main flow can be reduced. Therefore, mixing loss due to purge air mixed with the main stream can be reduced, and turbine aerodynamic performance can be improved.
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
主流9aとパージエア9bとが混合する際に生じるミキシングロスは、(数1)で表わすことができる。この式で添字gは主流、添字cは冷却空気(パージエア)、添字tはミキシングロスであり、P,M,W,T,Vは、それぞれ圧力、マッハ数、質量流量、絶対温度、流速である。また、κは比熱比、φは吹き出し角度を示している。吹き出し角度φは、図4に示すようにガスタービンの回転軸とパージエア吹き出し方向とのなす角である。
The mixing loss that occurs when the
(数1)から吹き出し角度φが0度に近いほど、ミキシングロスΔPtは小さくなり、吹き出し角度φが大きい(90度に近い)ほど、ミキシングロスΔPtは大きくなることが分かる。すなわち、パージエア全体の質量流量Wc、絶対温度Tc、流速Vcが同一である限り、吹き出し角度φを小さくすることができればミキシングロスを低減することができる。 From (Equation 1), it can be seen that the mixing loss ΔPt decreases as the blowing angle φ approaches 0 degrees, and the mixing loss ΔPt increases as the blowing angle φ increases (closer to 90 degrees). That is, as long as the mass flow rate Wc, the absolute temperature Tc, and the flow velocity Vc of the entire purge air are the same, the mixing loss can be reduced if the blowing angle φ can be reduced.
一方、図4に示した従来のガスタービンパージエアの吹き出し手段では、バージエアを主流に対して大きな角度で吹き出していたため、大きなミキシングロスが発生することが(数1)からも明らかである。 On the other hand, in the conventional gas turbine purge air blowing means shown in FIG. 4, since the barge air is blown at a large angle with respect to the main flow, it is clear from (Equation 1) that a large mixing loss occurs.
図1及び図2は、本発明によるガスタービンパージエアの吹き出し方法およびその構造の実施形態を説明する図である。図1に示すように、燃焼ガス(主流9a)の流れ方向に静翼1と動翼3が配置され、静翼1と動翼3の径方向内方端にそれぞれ接続される静翼インナーバンド2と動翼インナーバンド4との間には、パージエアを吹き出すための隙間10が全周にわたり形成されている。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams for explaining an embodiment of a gas turbine purge air blowing method and its structure according to the present invention. As shown in FIG. 1, a stationary blade inner band in which the stationary blade 1 and the moving
図2は動翼3及び動翼インナーバンド4の斜視図であり、以下、図1と併せて図2も参照して説明する。動翼インナーバンド4は、燃焼ガス流路に面するプラットフォーム4aと、該プラットフォーム4a先端部の径方向内側に位置し軸方向に延びる突出部4cと、前記プラットフォーム4a先端部と前記突出部4cの後端部とを連結する連結部4bとを備えている。この点については、図4と同様である。
FIG. 2 is a perspective view of the
また、図1及び図2に示すように、プラットフォーム4aと連結部4bとの接続部表面は曲面形状をなしており、この曲面形状の部分は少なくともその表面上を流体が流れたときにコアンダ効果を生じさせるに足る曲率を有している。また、突出部4cの付け根部(後端部)には径方向内方から供給されるパージエア9bを通過させる貫通孔11が2つ設けられており、この貫通孔11は、その通過したパージエア9bが連結部4bの表面を沿って流れるように形成される。なお、本実施形態では貫通孔11は2つ設けられているが、特に2つに限定されるものではない。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the surface of the connecting portion between the
ガスタービン運転時には、図1に示すように、径方向内方からパージエアが供給される。供給されたパージエアは、貫通孔11を通過するものと流路21を通過するものとに分かれる。このうち、貫通孔11を通過したパージエア9bは、連結部9bの表面に沿って流れ、プラットフォーム9aと連結部9bとの接続部まで到達すると、コアンダ効果により接続部の表面に沿って曲げられる。すなわち、パージエア9bはプラットフォーム4aに沿う方向に吹き出される。したがって、本発明によれば、燃焼ガス流路20を流れる主流9aとバージエア9bの混合角度が小さくなり、主流と混合するパージエアによるミキシングロスを低減し、タービン空力性能を改善することができる。なお、貫通孔11を通過せず流路21を通過したパージエア9bは、図4における吹き出し角度と同じ角度で隙間10から吹き出されることになるが、貫通孔11の大きさや数、及び流路21の流路面積を調整して貫通孔11を通過するパージエアの流量をできるだけ多くするように設計することで、全体としてミキシングロスを低減させることができる。
During operation of the gas turbine, purge air is supplied from the inside in the radial direction as shown in FIG. The supplied purge air is divided into one that passes through the through
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 静翼
2 静翼インナーバンド
3 動翼
4 動翼インナーバンド
4a プラットフォーム
4b 連結部
4c 突出部
9a 主流(燃焼ガス)
9b パージエア
11 貫通孔
20 燃焼ガス流路
21 流路
101 空気取入口
102 圧縮機
103 燃焼器
104 ガスタービン
105 アフターバーナ
107 軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記動翼インナーバンドは、燃焼ガス流路に面するプラットフォームと、該プラットフォームの先端から半径方向内側に延びるフロント部と、前記プラットフォーム先端部の径方向内側であって前記フロント部の半径方向内側端よりも径方向外側に位置し前記フロント部から軸方向前方に突出する突出部とを有し、前記フロント部は、前記プラットフォームの先端から前記突出部の付け根部までの部分を構成する連結部と、前記突出部の付け根部から当該フロント部の径方向内側端部までの部分を構成する内方形成部とからなり、
前記プラットフォームと前記連結部との接続部表面を曲面形状とし、前記突出部の付け根部に径方向内方から供給されるパージエアを通過させる貫通孔を設け、該貫通孔の全体が前記突出部の付け根部に位置するとともに、該貫通孔を区画する該貫通孔の外周面が閉じており、かつ、該貫通孔は、前記付け根部において、径方向内方側から径方向外方側へ、前記内方形成部の表面および前記連結部の表面に沿う方向に前記付け根部を貫通しており、
前記内方形成部の表面に沿って径方向内方から流れてくるパージエアを前記貫通孔を通して半径方向外方に吹き出させて前記連結部の表面に沿って流し、吹き出したパージエアをコアンダ効果により前記接続部表面に沿って燃焼ガス流路の主流と混合させる、ことを特徴とするガスタービンパージエアの吹き出し方法。 A gas turbine purge air blowing method in which purge air is blown out from between a stationary blade inner band and a moving blade inner band and mixed with the main flow of the combustion gas flow path,
The blade inner band includes a platform that faces the combustion gas flow path, a front portion that extends radially inward from a tip of the platform, a radially inner end of the front portion that is radially inward of the platform tip. A projecting portion that is located radially outside and projects axially forward from the front portion, and the front portion includes a connecting portion that forms a portion from the tip of the platform to the base of the projecting portion. The inner forming portion constituting a portion from the base portion of the projecting portion to the radially inner end portion of the front portion,
The surface of the connecting portion between the platform and the connecting portion is curved, and a through hole is provided at the base of the protruding portion to allow purge air supplied from the radially inner side to pass . The outer peripheral surface of the through hole that is located at the root portion and that defines the through hole is closed, and the through hole is formed in the root portion from the radially inward side to the radially outward side. Penetrating the root portion in a direction along the surface of the inner forming portion and the surface of the connecting portion,
Purge air that flows from the radially inner side along the surface of the inner forming portion is blown radially outward through the through hole and flows along the surface of the connecting portion. A gas turbine purge air blowing method, characterized in that the gas turbine purge air is mixed with a main flow of a combustion gas flow path along a connection portion surface.
前記動翼インナーバンドは、燃焼ガス流路に面するプラットフォームと、該プラットフォームの先端から半径方向内側に延びるフロント部と、前記プラットフォーム先端部の径方向内側であって前記フロント部の半径方向内側端よりも径方向外側に位置し前記フロント部から軸方向前方に突出する突出部とを有し、
前記フロント部は、前記プラットフォームの先端から前記突出部の付け根部までの部分を構成する連結部と、前記突出部の付け根部から当該フロント部の径方向内側端部までの部分を構成する内方形成部とからなり、
前記プラットフォームと前記連結部との接続部表面は曲面形状をなし、前記突出部の付け根部は、前記内方形成部の表面に沿って径方向内方から供給されるパージエアを通過させ前記連結部の表面に沿って流す貫通孔を有し、該貫通孔の全体が前記突出部の付け根部に位置するとともに、該貫通孔を区画する該貫通孔の外周面が閉じており、かつ、該貫通孔は、前記付け根部において、径方向内方側から径方向外方側へ、前記内方形成部の表面および前記連結部の表面に沿う方向に前記付け根部を貫通している、ことを特徴とするガスタービンパージエアの吹き出し構造。 A gas turbine purge air blowing structure for blowing purge air from between a stationary blade inner band and a moving blade inner band and mixing it with the main flow of the combustion gas flow path,
The blade inner band includes a platform that faces the combustion gas flow path, a front portion that extends radially inward from a tip of the platform, a radially inner end of the front portion that is radially inward of the platform tip. A projecting portion that is located on the radially outer side and projects forward in the axial direction from the front portion,
The front portion includes a connecting portion that forms a portion from a tip of the platform to a base portion of the protruding portion, and an inner portion that forms a portion from the base portion of the protruding portion to a radially inner end portion of the front portion. Consisting of a forming part,
The connecting portion surface of the platform and the connecting portion has a curved surface shape, and the base portion of the protruding portion allows purge air supplied from the radially inner side along the surface of the inner forming portion to pass through the connecting portion. A through hole that flows along the surface of the through hole, the entire through hole is located at the base of the protruding portion, and the outer peripheral surface of the through hole that defines the through hole is closed, and the through hole The hole penetrates the base portion in the direction along the surface of the inner forming portion and the surface of the connecting portion from the radially inner side to the radially outer side in the root portion. Gas turbine purge air blowing structure.
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