JP5039657B2 - タービン分割環およびその冷却方法 - Google Patents
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Description
本発明に係るタービン分割環は、複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより側面間の隙間を封止すると共に、分割体の半径方向内側をタービン動翼が回転するタービン分割環であって、分割体はそれぞれ、冷却媒体により分割体を冷却するための冷却手段を備え、冷却手段は、その冷却効果が、各々の分割体における動翼の回転方向後方側に位置する端部において最大となるような分布を有するように配置されている。
以下、本発明の第1実施形態に係るタービン分割環について、図1から図3を参照しながら説明する。
図1は本発明に係るタービン分割環を備えたガスタービンの要部断面図、図2は本実施形態に係るタービン分割環の断面図、図3は本実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図である。
タービン動翼3,4は、回転軸の周囲に取り付けられたプラットフォーム5に固定されている。これらタービン動翼3、4は、ガスタービン1の回転軸の周方向に沿って複数枚設けられており、ガスタービン1の軸方向上流側(図1において左側)から下流側(図1において右側)に流れる高温ガスを受けて、プラットフォーム5とともに回転する。タービン動翼3,4の上流側には、タービン静翼6,7が配置されている。これらタービン静翼6,7は、タービン動翼3,4と同様、回転軸の周方向に沿って複数枚設けられている。また、タービン動翼3,4の半径方向外側には、タービン動翼3,4の先端(チップ)から略一定の隙間f(図2参照)を空けてタービン分割環(以下「分割環」という。)8が設けられている。分割環8は、例えば、コバルト合金からなり、複数の分割体8a(図3参照)で構成されている。
また、これにより、他の領域よりも熱影響度の大きい後方側端部19の酸化減肉の進行を遅らせることができ、補修を必要とする酸化減肉深さに達するまでの期間を長期化させることができて、更には保守点検間隔を長期化させることができると共に、保守点検費用を低減させることができる。また、ガスタービン全体の信頼性の向上を図ることができる。
更に、隙間26にタービン動翼3の回転によって巻き込まれる高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を最も受け易い、各分割体8aにおける回転方向27の後方側に位置する端部19の冷却手段の密度を優先的に増加させて、結果的に端部19を冷却する空気量を増加させても、これに比較して高温ガスによる熱伝達率の上昇の影響を受け難い、各分割体8aの周方向中央部28及び回転方向27の前方側に位置する端部22の冷却手段の密度、すなわち、冷却空気量を削減することにより、全体として流路10を介して供給される冷却空気量を低減させることができ、ガスタービン全体の効率や性能、出力の向上を図ることができる。
本発明の第2実施形態に係るタービン分割環について、図4を参照しながら説明する。図4は本実施形態に係るタービン分割環を回転軸の軸方向から見た断面図である。
図4に示すように、本実施形態に係るタービン分割環8は、複数本の冷却通路18及び/又は複数個の冷却孔14が、漸次的に配設されている。すなわち、各分割体8aに配設される対流冷却通路18及び/又はインピンジメント冷却孔14の密度、言い換えると、間隔を段階的にではなく漸次的に変化させるような分布を与えているという点で上述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については、熱影響度の最も大きい後方側端部19が優先冷却されるように配設されているという点を含めて、上述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
3 タービン動翼
8 タービン分割環
8a 分割体
13 インピンジメント板
14 冷却孔(冷却手段)
15 外周面
17 端面
18 冷却通路(冷却手段)
19 端部
20 側面
21 溝
22 端部
23 側面
24 溝
25 シール板(シール部材)
26 隙間
27 タービン動翼回転方向
28 中央部
29 端部
30 中央部
31 端部
Claims (9)
- 複数の分割体を環状に配設して形成され、隣り合う前記分割体の対向する側面に形成された溝内にシール部材を挿入することにより前記側面間の隙間を封止すると共に、前記分割体の半径方向内側をタービン動翼が回転するタービン分割環であって、
前記分割体はそれぞれ、冷却媒体により前記分割体を冷却するための冷却手段を備え、
前記冷却手段は、その冷却効果が、各々の前記分割体における前記動翼の回転方向後方側に位置する端部において最大となるような分布を有するように配置されていることを特徴とするタービン分割環。 - 前記冷却手段は、その冷却効果が、前記動翼の回転方向後方側に位置する端部、前記動翼の回転方向前方側に位置する端部、前記分割体の周方向中央部の順に大きく、かつ、前記分割体の周方向中央部において最小となるように段階的又は漸次的に変化する分布を有するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のタービン分割環。
- 前記冷却手段は、前記分割体の内部に形成された複数の冷却通路であることを特徴とする請求項1又は2に記載のタービン分割環。
- 前記冷却手段は、前記分割体の半径方向外側に隔設されたインピンジメント板に穿設された複数の冷却孔であることを特徴とする請求項1又は2に記載のタービン分割環。
- 請求項1から4のいずれかに記載のタービン分割環を備えてなることを特徴とするガスタービン。
- 複数の分割体を環状に配設して形成され、前記分割体の半径方向内側をタービン動翼が回転するタービン分割環を冷却するタービン分割環の冷却方法であって、
前記分割体における前記動翼の回転方向後方側に位置する端部において、その冷却効果が最大となるように冷却媒体を導くことを特徴とするタービン分割環の冷却方法。 - 前記冷却効果が、前記動翼の回転方向後方側に位置する端部、前記動翼の回転方向前方側に位置する端部、前記分割体の周方向中央部の順に大きく、かつ、前記分割体の周方向中央部において最小となるように段階的又は漸次的に変化させて冷却媒体を導くことを特徴とする請求項6に記載のタービン分割環の冷却方法。
- 前記冷却媒体は、前記分割体の内部に形成された複数の冷却通路を用いて導かれることを特徴とする請求項6又は7に記載のタービン分割環の冷却方法。
- 前記冷却媒体は、前記分割体の半径方向外側に隔設されたインピンジメント板に穿設された複数の冷却孔を用いて導かれることを特徴とする請求項6又は7に記載のタービン分割環の冷却方法。
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