JP4649763B2

JP4649763B2 - タービン翼の冷却空気調整構造

Info

Publication number: JP4649763B2
Application number: JP2001107397A
Authority: JP
Inventors: 仁一宮田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: JP2002303101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン翼の冷却空気調整構造に関し、特に、空冷動翼等のように内部に冷却用流体が流通するタービン翼の冷却空気調整構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービンの高効率化と高出力化を図るためにタービン入口の燃焼ガス温度は高温化する傾向にある。このため、動翼等のタービン翼においても翼材料の耐熱性向上ととともに、空気等の冷却用流体を用いて翼を冷却する構成が採用されている。
【０００３】
タービン翼の空気冷却方法としては、例えば翼内部に冷却空気流路を形成し、ガスタービン圧縮機等の吐出または途中段の抽気をこの冷却空気流路に供給する方法が採用されている。従来、この冷却方法において空気の流量を調整するには、翼内部の流路形状の一部を絞ることで実施されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のタービン翼の冷却空気調整には、以下のような問題が存在する。
流体研磨等で流量を多少増加させることは可能であるものの、タービン翼の素材形状により冷却空気の流量がほぼ決まってしまうので、素材完成後に流量を変更・調整することができないという問題があった。また、タービン翼の素材は主に鋳造で製作され、上記流路はコア（中子）を用いて形成されるが、空気流量調整で翼内部の流路を絞るためにこの部分のコアが細くなり、素材製造時に折れやすいという問題もあった。しかも、鋳物の場合、鋳物面の形状公差を大きく受けるため、流量の管理が困難であった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、空気流量の調整・管理が容易であり、また素材製造時の不良発生を抑制できるタービン翼の冷却空気調整構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
請求項１記載のタービン翼の冷却空気調整構造は、内部に冷却空気の流路を有するタービン翼に対して前記冷却空気の流量を調整する構造であって、前記流路の開口部に、貫通孔を有する流量調整板が設置されることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、本発明のタービン翼の冷却空気調整構造では、素材完成後であっても、貫通孔の大きさを変えることで流路に流入する冷却空気の流量を容易に調整することができる。また、貫通孔の大きさで流量を調整できるので、流路を絞る必要がなくなり、素材製造時に用いられるコアが細くなることを防止でき、製造時の不良発生を抑制することができる。
【０００８】
また、請求項２記載のタービン翼の冷却空気調整構造は、請求項１記載のタービン翼の冷却空気調整構造において、前記流量調整板は、前記タービン翼の回転中心側の底部側に配置されることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、本発明のタービン翼の冷却空気調整構造では、タービン翼が回転することによる遠心力で流量調整板がタービン翼の底部に当接するため、流量調整板をタービン翼に固定するための手段を別途設ける必要がなくなる。
【００１０】
そして、請求項３記載のタービン翼の冷却空気調整構造は、請求項２記載のタービン翼の冷却空気調整構造において、前記流量調整板は、前記貫通孔が形成され前記タービン翼の底部に沿う方向に延びる平板部と、該平板部の端縁から屈曲して前記タービン翼の底部の側面に係合する係合部とを有し、前記タービン翼の底部には、前記流量調整板の平板部を回転半径方向に保持するとともに、前記底部に沿う方向に挿抜自在とする保持溝が形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
従って、本発明のタービン翼の冷却空気調整構造では、平板部を保持溝に挿入して係合部を底部の側面に係合させることで流量調整板をタービン翼に装着することができる。また、平板部を保持溝に沿って引き抜くことで流量調整板をタービン翼から離脱させることができる。従って、貫通孔の大きさを変えた流量調整板を容易に交換することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のタービン翼の冷却空気調整構造の実施の形態を、図１ないし図３を参照して説明する。
ここではタービン翼として、動翼に対する冷却空気の流量を調整する場合の例を用いて説明する。また、ここでは、複数の冷却空気流路のうち、一部の流路の流量を調整する例を用いる。
【００１３】
図１は動翼１が、回転中心側に設けられたダブテール２においてディスク３に空間４をあけて嵌合して植え込まれ、これら動翼１およびディスク３が側面９、９において両側から挟持部材５、５に挟持された図である。ディスク３と挟持部材５、５との間には、空間４と連通する冷却空気室６が形成されている。
【００１４】
この動翼１は中空構造とされ、内部に図示しない仕切が設けられることで、複数の互いに独立した冷却空気流路（流路）が形成されている。各冷却空気流路は、それぞれ動翼表面または先端に開口する冷却空気出口（図示せず）を備えており、またダブテール２の底部側の下面２ａに開口する複数の開口部７（図２参照）を備えている。
【００１５】
図２に示すように、ダブテール２の底部には、動翼１の回転中心側に向けて開口する保持溝８が底部に沿って形成されるとともに、回転方向後側の側面９には保持溝１０が回転半径方向に沿って形成されている。そして、本実施形態では、動翼１に流量調整板１１がこれら保持溝８、１０に保持されて設置される。
【００１６】
流量調整板１１は、冷却空気流路に流入する冷却空気の流量を調整するものであって、ダブテール２の底部に沿って延びる平板部１１ａと、平板部１１ａの端縁からほぼ直角に屈曲して底部の側面９に沿って延びる係合部１１ｂとから構成されるＬ字形状を呈している。
【００１７】
平板部１１ａは、保持溝８に幅方向を保持されて底部に沿って移動自在とされ、係合部１１ｂは、保持溝１０に幅方向を保持されて回転半径方向に沿って移動自在とされている。そして、平板部１１ａには、係合部１１ｂが保持溝１０に保持されて側面９に係合したときに、後側（図２中、右上側）に位置する開口部７と連通する貫通孔１２が機械加工により形成されている。この貫通孔１２の大きさは、動翼１の回転速度や使用環境温度等により適宜設定されている。
【００１８】
上記の構成の冷却空気調整構造作用について以下に説明する。
まず、ディスク３に動翼１が植え込まれた状態で、挟持部材５、５で動翼１、ディスク３を挟持する前に保持溝１０側から流量調整板１１を動翼１とディスク３との間に装着する。具体的には、保持溝８に沿って流量調整板１１の平板部１１ａを挿入し、係合部１１ｂを側面９に係合させる。このとき、動翼１が回転していないため、ディスク３の上方に位置する流量調整板１１は図１中、二点鎖線で示すように、自重により動翼１から離間してディスク３上に位置することになる。
【００１９】
動翼１が回転すると、流量調整板１１は図１中、実線で示すように、遠心力によりダブテール２の底部に当接する。そして、例えばガスタービン圧縮機から供給される冷却空気は、冷却空気室６へ流入し、空間４、貫通孔１２、開口部７を通って冷却空気流路を流動することで動翼１を冷却した後にそれぞれの冷却空気出口から動翼１の外に排出される。従って、貫通孔１２を通って開口部７に流入した冷却空気は、貫通孔１２の大きさで規定される流量で、すなわち規定の冷却特性で動翼１を冷却する。なお、流量調整板１１が設置されていない個所は、空間４から開口部７に冷却空気が直接流入する。
【００２０】
また、異なる冷却特性で動翼１を冷却する場合には、動翼１から流量調整板１１を引き抜き、冷却特性に応じた大きさの貫通孔が形成された流量調整板１１を装着すればよい。
【００２１】
以上のように、本実施の形態のタービン翼の冷却空気調整構造では、流量調整板１１を挿抜して、所望の大きさを有する貫通孔が形成された流量調整板に交換することで冷却空気の流量を調整できるので、動翼１の製造後であっても動翼１に対する冷却特性を容易に変更することができる。そして、本実施の形態では、貫通孔１２を機械加工で形成できるので、従来に比べて精度良く流量を管理することが可能になる。また、このように、流量調整板１１で冷却空気の流量を調整するので、冷却空気流路を絞る必要がなくなる。そのため、鋳造等により動翼１を製造する際にも、流路形成用のコアを部分的に細くする必要がなくなり、素材製造時の不良発生を抑制することができるようになっている。
【００２２】
しかも、本実施の形態では、流量調整板１１を動翼１の底部側に配置しているので、遠心力により動翼１に当接することになり、動翼１へ保持させるための部材を別途設ける必要がなくなりコスト低減に寄与することができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態においては、流量調整板１１を遠心力で動翼１へ保持させる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、動翼１（ダブテール２）の底部に、平板部１１ａを底部に沿う方向に挿抜自在、且つ回転半径方向に保持する保持溝１３を設ける構成としてもよい。この場合、ディスク３に対する動翼１の位置に拘わらず流量調整板１１の位置が安定するため、交換が容易になり、作業効率を向上させることができる。
【００２４】
さらに、流量調整板１１を安定して固定する方法としては、接着剤や溶接を用いてもよい。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、複数の開口部７のうち、一部の開口部７に対して流量調整板を設置する構成としたが、全ての開口部７に対応するように貫通孔が形成された流量調整板を設置する構成としてもよい。また、上記実施の形態では、動翼に対して冷却空気の流量を調整するものとしたが、静翼（ステータ）に対して適用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るタービン翼の冷却空気調整構造は、流路の開口部に貫通孔を有する流量調整板が設置される構成となっている。
これにより、このタービン翼の冷却空気調整構造では、製造後であってもタービン翼に対する冷却特性を容易に、且つ精度良く変更できるとともに、素材製造時の不良発生を抑制できるという優れた効果を奏する。
【００２７】
請求項２に係るタービン翼の冷却空気調整構造は、流量調整板がタービン翼の回転中心側の底部側に配置される構成となっている。
これにより、このタービン翼の冷却空気調整構造では、流量調整板をタービン翼へ保持させるための部材を別途設ける必要がなくなりコスト低減に寄与できるという効果を奏する。
【００２８】
請求項３に係るタービン翼の冷却空気調整構造は、タービン翼の底部に、流量調整板の平板部を底部に沿う方向に挿抜自在で、回転半径方向に保持する保持溝が形成される構成となっている。
これにより、このタービン翼の冷却空気調整構造では、流量調整板の位置が安定するため、交換が容易になり、作業効率が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、動翼とディスクとの間に流量調整板が設置された概略構成図である。
【図２】同動翼と流量調整板の外観斜視図である。
【図３】保持溝に流量調整板が回転半径方向に保持された部分断面図である。
【符号の説明】
１動翼（タービン翼）
７開口部
９側面
１１流量調整板
１１ａ平板部
１１ｂ係合部
１２貫通孔
１３保持溝

Claims

内部に冷却空気の流路を有するタービン翼に対して前記冷却空気の流量を調整する構造であって、
前記流路の開口部に、貫通孔を有する流量調整板が設置され、
前記流量調整板は、前記タービン翼の回転中心側の底部側に配置され、
前記流量調整板は、前記貫通孔が形成され前記タービン翼の底部に沿う方向に延びる平板部と、該平板部の端縁から屈曲して前記タービン翼の底部の側面に係合する係合部とを有し、
前記タービン翼の底部の側面には、前記流量調整板を前記係合部の幅方向を保持して前記タービン翼の回転半径方向に沿って移動自在とさせる保持溝を有し、
前記係合部は、前記タービン翼の回転半径方向において、前記タービン翼の底部と、該タービン翼の底部と空間をあけて配置されたディスクと、の間の距離よりも長く形成されていることを特徴とするタービン翼の冷却空気調整構造。
請求項１記載のタービン翼の冷却空気調整構造において、
前記タービン翼の底部には、前記タービン翼の回転中心側に開口するとともに、前記流量調整板を平板部の幅方向を保持して前記底部に沿う方向に移動自在とする第２の保持溝が形成されていることを特徴とするタービン翼の冷却空気調整構造。