JP5180653B2 - Gas turbine blade and gas turbine provided with the same - Google Patents
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本発明は、冷却構造を備えたタービン翼およびこれを備えたガスタービンに関するものである。 The present invention relates to a turbine blade having a cooling structure and a gas turbine having the same.
圧縮機により空気を圧縮し、圧縮された空気を用いて燃焼器にて燃料を燃焼させ、得られた燃焼ガスをタービンに導入してタービンを回転させるガスタービンが知られている。そして、産業用のガスタービンでは、タービンにて得られる回転出力を発電機により電気エネルギーに変換することによって電力を得ている。
このようなガスタービンの効率は、燃焼ガスのタービン入口温度を上昇させることによって向上させることができる。現在では、1700℃程度のタービン入口温度を実現できるガスタービンが鋭意検討されている。
しかし、タービン入口温度が上昇すると、タービン翼の熱的環境が厳しくなり、特に燃焼ガスが最初に流入する第1段のガスタービン静翼では最も過酷な状況となる。
A gas turbine is known in which air is compressed by a compressor, fuel is combusted in a combustor using the compressed air, and the obtained combustion gas is introduced into the turbine to rotate the turbine. And in the industrial gas turbine, electric power is obtained by converting the rotation output obtained in a turbine into electrical energy with a generator.
The efficiency of such a gas turbine can be improved by increasing the turbine inlet temperature of the combustion gas. At present, a gas turbine capable of realizing a turbine inlet temperature of about 1700 ° C. has been intensively studied.
However, when the turbine inlet temperature rises, the thermal environment of the turbine blades becomes severe, and is particularly severe in the first stage gas turbine stationary blade where the combustion gas first flows.
そこで、ガスタービン静翼の冷却方法が種々提案されており、例えば特許文献1では、ガスタービン静翼のシュラウド端部に沿って冷却蒸気が流通する蒸気通路を形成し、シュラウド端部を冷却する技術が開示されている。 Thus, various cooling methods for gas turbine stationary blades have been proposed. For example, in Patent Document 1, a steam passage through which cooling steam flows is formed along the shroud end portion of the gas turbine stationary blade, and the shroud end portion is cooled. Technology is disclosed.
しかし、シュラウドの角部では蒸気通路が屈曲するため、冷却蒸気の死水域が生じるおそれがあり、この領域での冷却性能が低下するおそれがある。 However, since the steam passage is bent at the corner portion of the shroud, there is a possibility that a dead water area of the cooling steam may be generated, and the cooling performance in this area may be lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シュラウドの冷却性能を向上させたガスタービン翼およびこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the gas turbine blade which improved the cooling performance of the shroud, and the gas turbine provided with the same.
上記課題を解決するために、本発明のガスタービン翼およびこれを備えたガスタービンは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガスタービン翼は、燃焼ガスに接する冷却壁部を備えたシュラウド部と、該シュラウド部に接続された翼部とを備え、前記シュラウド部には、前記冷却壁部を冷却するように、該シュラウド部の端部に沿って冷却流体が流れる端部冷却流路が形成されているガスタービン翼において、前記端部冷却流路が屈曲する角部に位置する前記冷却壁部に対して、前記端部冷却流路とは別に、冷却流体を吹き付ける細孔とされた角部冷却流路が設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the gas turbine blade of the present invention and the gas turbine provided with the same employ the following means.
That is, a gas turbine blade according to the present invention includes a shroud portion provided with a cooling wall portion in contact with combustion gas, and a blade portion connected to the shroud portion, and the shroud portion cools the cooling wall portion. As described above, in the gas turbine blade in which an end cooling passage through which a cooling fluid flows along the end of the shroud portion is formed, the cooling wall portion located at a corner where the end cooling passage is bent. On the other hand, in addition to the end cooling flow path, corner cooling flow paths that are pores for blowing a cooling fluid are provided.
角部冷却流路によって、冷却流体が角部の冷却壁部に吹き付けられるので、死水域となるおそれがある角部の冷却を促進させることができる。
なお、冷却流体としては、例えば排ガスボイラから得られる蒸気が好ましい。
Since the cooling fluid is sprayed onto the cooling wall portion of the corner portion by the corner cooling flow path, cooling of the corner portion that may become a dead water area can be promoted.
As the cooling fluid, for example, steam obtained from an exhaust gas boiler is preferable.
また、本発明のガスタービン翼は、燃焼ガスに接する冷却壁部を備えたシュラウド部と、該シュラウド部に接続された翼部とを備え、前記シュラウド部には、前記冷却壁部を冷却するように、該シュラウド部の端部に沿って冷却流体が流れる端部冷却流路が形成されているガスタービン翼において、前記端部冷却流路が屈曲する角部の上流側には、冷却流体が該角部の先端側へと向かうように絞る第1絞り部が設けられていることを特徴とする。 The gas turbine blade according to the present invention includes a shroud portion having a cooling wall portion in contact with the combustion gas, and a blade portion connected to the shroud portion, and the shroud portion cools the cooling wall portion. As described above, in the gas turbine blade in which the end cooling passage through which the cooling fluid flows along the end portion of the shroud portion is formed, the cooling fluid is disposed upstream of the corner portion where the end cooling passage is bent. Is provided with a first restricting portion that restricts the tip of the corner portion toward the front end side of the corner portion.
第1絞り部によって冷却流体が角部へと加速されつつ導かれるので、死水域となるおそれがある角部の先端の冷却を促進させることができる。 Since the cooling fluid is guided to the corner portion while being accelerated by the first throttle portion, it is possible to promote the cooling of the tip portion of the corner portion that may become a dead water area.
さらに、本発明のガスタービン翼では、前記第1絞り部によって前記冷却流体の流れが阻害される領域を冷却する第2の冷却流路が設けられていることを特徴とする。 Furthermore, the gas turbine blade according to the present invention is characterized in that a second cooling flow path for cooling a region where the flow of the cooling fluid is inhibited by the first throttle portion is provided.
第1絞り部によって流れが阻害されて冷却流体が淀む領域(死水域)が形成されることがある。そこで、本発明では、第1絞り部によって前記冷却流体の流れが阻害される領域(死水域)を冷却する第2の冷却流路を設けることとし、冷却性能の低下を防止することとした。
第2の冷却流路としては、例えば、圧縮機から得られる空気を冷却流体として流し、冷却壁部から燃焼ガス流路へと流出してフィルム冷却を行わせるフィルム冷却用流路とすることが好ましい。
An area (dead water area) in which the flow is hindered by the first throttle and the cooling fluid stagnates may be formed. Therefore, in the present invention, a second cooling flow path for cooling a region (dead water region) where the flow of the cooling fluid is inhibited by the first throttle portion is provided to prevent a decrease in cooling performance.
As the second cooling flow path, for example, a film cooling flow path that causes the air obtained from the compressor to flow as a cooling fluid and flows out from the cooling wall portion to the combustion gas flow path to perform film cooling may be used. preferable.
また、本発明のガスタービン翼は、燃焼ガスに接する冷却壁部を備えたシュラウド部と、該シュラウド部に接続された翼部とを備え、前記シュラウド部には、前記冷却壁部を冷却するように、該シュラウド部の端部に沿って冷却流体が流れる端部冷却流路が形成されているガスタービン翼において、前記冷却流体の流れ方向に傾斜する前記端部冷却流路の下流側に、前記冷却壁部側へと冷却流体を導くように絞る第2絞り部が設けられていることを特徴とする。 The gas turbine blade according to the present invention includes a shroud portion having a cooling wall portion in contact with the combustion gas, and a blade portion connected to the shroud portion, and the shroud portion cools the cooling wall portion. As described above, in the gas turbine blade in which the end cooling passage through which the cooling fluid flows along the end of the shroud portion is formed, on the downstream side of the end cooling passage inclined in the cooling fluid flow direction. A second restricting portion is provided for restricting the cooling fluid so as to guide the cooling fluid to the cooling wall portion side.
端部冷却流路が冷却流体の流れ方向に傾斜している場合には、冷却流体が偏流して冷却流体の主流が冷却壁部から遠ざかり、冷却性能が低下するおそれがある。これに対して、第2絞り部によって冷却流体を冷却壁部側へと絞り加速することにより、冷却壁部での必要流速を確保して冷却性能の低下を防止する。
特に、冷却壁部の表面に冷却流体の境界層を破壊するためのタービュレータが設けられている場合には、冷却流体の主流が冷却壁部から遠ざかる傾向が強いので、第2絞り部は有効である。
In the case where the end cooling flow path is inclined in the flow direction of the cooling fluid, the cooling fluid drifts and the main flow of the cooling fluid moves away from the cooling wall, which may reduce the cooling performance. On the other hand, by squeezing and accelerating the cooling fluid to the cooling wall portion side by the second restricting portion, a necessary flow velocity in the cooling wall portion is ensured to prevent a decrease in cooling performance.
In particular, when a turbulator for breaking the boundary layer of the cooling fluid is provided on the surface of the cooling wall, the second throttle is effective because the main flow of the cooling fluid tends to move away from the cooling wall. is there.
さらに、本発明のガスタービン翼では、前記端部冷却流路の内側には、冷却流体を吹き付けて前記冷却壁部をインピンジメント冷却するインピンジメント冷却部が設けられ、該インピンジメント冷却部は、上流側領域と下流側領域に分けられ、冷却流体は、前記上流側領域へ導かれた後に前記下流側領域へと導かれることを特徴とする。 Furthermore, in the gas turbine blade of the present invention, an impingement cooling unit that impinges and cools the cooling wall by spraying a cooling fluid is provided inside the end cooling channel, and the impingement cooling unit includes: The cooling fluid is divided into an upstream region and a downstream region, and the cooling fluid is guided to the upstream region and then guided to the downstream region.
端部冷却流路の内側に、インピンジメント冷却を行うインピンジメント冷却部を設ける。インピンジメント冷却を行う冷却流体としては、例えば排ガスボイラから得られる蒸気が好ましい。このインピンジメント冷却部を上流側領域と下流側領域に分けることにより、インピンジメント冷却を行う噴流に対して直交する方向に流れるクロスフローが流れる領域を限定して、インピンジメント冷却を行う噴流の流れを阻害するクロスフローを低減させることができる。また、上流側領域に冷却流体を導いた後に下流側領域へと流すこととしたので、熱負荷に応じて冷却流体の流れを適宜設定することができる。
なお、上流側領域と下流側領域とは、シュラウド部の背面(燃焼ガスの主流とは反対側)に設けた配管によって接続することが好ましい。
An impingement cooling section that performs impingement cooling is provided inside the end cooling flow path. As a cooling fluid for impingement cooling, for example, steam obtained from an exhaust gas boiler is preferable. By dividing the impingement cooling section into an upstream region and a downstream region, the flow of the jet flow for impingement cooling is limited by limiting the region in which the cross flow flowing in the direction orthogonal to the jet flow for impingement cooling flows. The cross flow that inhibits can be reduced. In addition, since the cooling fluid is guided to the upstream region and then flows to the downstream region, the flow of the cooling fluid can be appropriately set according to the heat load.
The upstream region and the downstream region are preferably connected by a pipe provided on the back surface of the shroud portion (the side opposite to the main flow of the combustion gas).
また、本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスが導かれるガスタービン翼とを備え、該ガスタービン翼は、上記のいずれかに記載されたガスタービン翼とされていることを特徴とする。 A gas turbine according to the present invention includes a compressor that compresses air, a combustor that burns fuel using the air compressed by the compressor, and a gas turbine blade that receives combustion gas from the combustor. The gas turbine blade is any one of the gas turbine blades described above.
上述した冷却性能に優れたガスタービン翼を備えていることにより、タービンに流入する燃焼ガス温度を上げることができ、高効率のガスタービンを提供することができる。 By providing the gas turbine blade excellent in the cooling performance described above, the temperature of the combustion gas flowing into the turbine can be increased, and a highly efficient gas turbine can be provided.
本発明によれば、シュラウド部に設けた端部冷却流路の死水域を減少させることによって、冷却性能を向上させたガスタービン翼およびこれを備えたガスタービンを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas turbine blade which improved cooling performance by reducing the dead water area of the edge part cooling flow path provided in the shroud part, and a gas turbine provided with the same can be provided.
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態にかかるガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスが導かれるタービンとを備えている。タービンは、静翼と動翼が回転軸方向に交互に設けられた軸流タービンとなっている。
図1には静翼(ガスタービン翼)1のシュラウド部3を示した縦断面図が示されている。この静翼1は、最も上流側に設けられた第1段静翼となっている。ただし、同図に示された静翼1は、第2段以降の静翼に用いることもできる。
同図に示されたシュラウド部3は、静翼1の外周側に設けられた外側シュラウドであり、翼部5の外周端が接続されている。なお、図示されていないが、翼部5の内周端には内側シュラウドが接続されている。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
The gas turbine according to the present embodiment includes a compressor that compresses air, a combustor that combusts fuel using the air compressed by the compressor, and a turbine that guides combustion gas from the combustor. . The turbine is an axial turbine in which stationary blades and moving blades are alternately provided in the rotation axis direction.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a
The
シュラウド部3は、燃焼ガスに接する冷却壁部7を備えている。冷却壁部7は、燃焼ガスの上流側から下流側に向かってタービンの回転軸側に縮径するように傾斜している。冷却壁部7の背面(燃焼ガスの主流とは反対側の面)には、所定距離離間した位置にて冷却壁部7と略平行に延在する蓋体9が設けられている。この蓋体9と冷却壁部7によって、蒸気冷却空間11が形成される。蒸気冷却空間11には、冷却流体としての冷却蒸気Sが導入される。
なお、符号6は、燃焼器の尾筒と接続するためのフランジを示す。
The
In addition, the code |
冷却蒸気空間11は、図2に示されているように、複数の部屋11a,11b,11c,11dに分割されている。第1部屋11aは、翼部5の腹側下流に接して形成されており、第2部屋11bは翼部5の背側下流に接して形成されており、第3部屋11cは翼部5の背側上流に接して形成されており、第4部屋11dは翼部5の前縁および腹側上流に接して形成されている。第1部屋11aと第4部屋11dとは、第1区画壁部15aによって区画され、第2部屋11bと第3部屋11cとは第2区画壁部15bによって区画されている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示されているように、各部屋11a,11b,11c,11dには、例えば直径が1.5mm程度とされた複数の小孔が形成されたインピンジメント板13a,13b,13c,13dが配置されている。インピンジメント板13は、図1に示されているように、冷却蒸気空間11内に、冷却壁部7に対して略平行に配置されている。インピンジメント板13とその下方に形成される冷却蒸気空間によってインピンジメント冷却部が構成される。すなわち、インピンジメント板13の小孔から噴出される冷却蒸気の噴流Jが冷却壁部7の背面に衝突することによってインピンジメント冷却が行われる。
As shown in FIG. 3, in each of the
図1に示されているように、第3部屋11cに設けられた第3インピンジメント板13cには、第1配管17の上流端が接続されている。第1配管17は、シュラウド部3の背面側にて屈曲するように設けられており、その下流端は、第4部屋11d内に開口するように蓋体9に接続されている。図3には、第1配管17の第3インピンジメント板13cに対する接続位置が示されている。
As shown in FIG. 1, the upstream end of the
また、図4に示されているように、第1部屋11aに設けられた第1インピンジメント板13aには、第2配管18の上流端が接続されている。第2配管18は、シュラウド部3の背面側にて屈曲するように設けられており、その下流端は、第4部屋11d内に開口するように蓋体9に接続されている。図3には、第2配管18の第1インピンジメント板13aに対する接続位置が示されている。
なお、第4インピンジメント板13dには、シュラウド部3の冷却を終えた冷却蒸気を回収する冷却蒸気回収管19が接続される。ただし、これら冷却蒸気回収管19については、図1及び図4には示されていない。
Further, as shown in FIG. 4, the upstream end of the
The
図2に示されているように、各部屋11a,11b,11c,11dを囲むように、端部冷却流路20が形成されている。端部冷却流路20は、平面視した場合に略菱形形状となるシュラウド部3の4辺に沿って設けられており、シュラウド部3の端部を冷却する。したがって、端部冷却流路20の内側に、各部屋11a,11b,11c,11dが位置することになる。
端部冷却流路20を構成する冷却壁部7の背面には、伝熱を促進するためのタービュレータ22が設けられている。
端部冷却流路20は、第1端部冷却流路20aと、該第1端部冷却流路20aに対して第1角部21aにて接続された第2端部冷却流路20bと、該第2端部冷却流路20bに対して第2角部21bにて接続された第3端部冷却流路20cと、該第3端部冷却流路20cに対して第3角部21cにて接続された第4端部冷却流路20dとから構成されている。また、第4端部冷却流路20dと第1端部冷却流路20aとは第4角部21dにて接続されている。
As shown in FIG. 2, an end
A
The
第1端部冷却流路20aは、翼部5の背側に位置するとともに、第2部屋11b及び第3部屋11cに接して設けられている。第2端部冷却流路20bは、翼部5の腹側に位置するとともに、第1部屋11a及び第4部屋11dに接して設けられている。第3端部冷却流路20cは、翼部5の前縁側に位置するとともに、第4部屋11dに接して設けられている。第4端部冷却流路20dは、翼部5の前縁側および背側に位置するとともに、第4部屋11d及び第3部屋11cに接して設けられている。
The first
第1角部21a及び第3角部21cでは、流路が鋭角(例えば50°程度)に交差するように接続されている。第2角部21b及び第4角部21dでは、流路が鈍角(例えば130°程度)に交差するように接続されている。
第1端部冷却流路20aの流路幅は、他の端部冷却流路20b,20c,20dよりも広くなっている。
In the
The channel width of the first
第1冷却流路20aの第4角部21d近傍には、冷却蒸気を導入する冷却蒸気導入口24が設けられている。第4冷却流路20dの第3角部21c近傍には、冷却蒸気が第4部屋11d側へ流出する冷却蒸気出口25が設けられている。
冷却蒸気導入口24から第1冷却流路20aへと供給された冷却蒸気は、二方向に分かれ、一方は第1角部21aへと、他方は第4角部21dへと流れる。第1角部21aへと流れた冷却蒸気は、この第1角部21aにて流れ方向を変えて第2流路20bを流れ、さらに第2角部21bにて流れ方向を変えて第3流路20cを流れ、続いて第3角部21cにて流れ方向を変えて第4流路20dへと流入した後、冷却蒸気出口25から第4部屋11dへと流れる。第4角部21dへと流れた冷却蒸気は、この第4角部21dにて流れ方向を変えて第4流路20dを流れ、第3角部21cに到達する前に冷却蒸気出口25から第4部屋11dへと流れる。
In the vicinity of the
The cooling steam supplied from the cooling
図4に示されているように、第1角部21aの上方(すなわち背面側)には、第1角部冷却導入路27が設けられている。この第1角部冷却導入路27は、図5に示されているように、第1端部冷却流路20aの第1角部21aを含む領域にわたって形成され、第2部屋11bから冷却蒸気が導かれるようになっている。第1角部冷却導入路27の下流端、すなわち第1角部21aの先端に対応する位置には、この第1角部21aの先端の冷却壁部3の背面に向けて吹き出す第1角部冷却孔(角部冷却流路)29が形成されている。この第1角部冷却孔29の数は、冷却する領域に応じて適宜設定され、本実施形態では2つとされている。第1角部冷却孔29の直径は、例えば1mm程度とされる。第1角部冷却孔29は、図4及び図6に示されているように、第1角部冷却導入路27と第1端部冷却流路20aとを連通するように板厚方向に形成された細孔となっている。
As shown in FIG. 4, a first corner
図2に示されているように、第1端部冷却流路20aの第4角部21dに流入する直前の位置には、第1絞り部31が設けられている。第1絞り部31は、第4端部冷却流路20dの内側壁部20d1から延長するように形成された壁部によって構成されている。したがって、第1絞り部31は、第1端部冷却流路20aの流路方向に略直交するように延在している。第1絞り部31の内側端部31aは第1端部冷却流路20aの内側壁部20a1に接続されている。一方、第1絞り部31の外側端部31bは第1端部冷却流路20aの外側壁部20a2から離間しており、冷却蒸気が流れる隙間33が形成されている。図6に示されているように、第1絞り壁部31の高さは、第1端部冷却流路20aを塞ぐ程度の寸法となっている。
このように、第1端部冷却流路20aを流れ、第4角部21dへと向かう冷却蒸気は、隙間33で絞られて加速することとなる。
As shown in FIG. 2, a
In this way, the cooling steam that flows through the first
図2に示されているように、第3端部冷却流路20cの第2角部21b直近には、第2絞り部35が設けられている。第2絞り部35は、第3端部冷却流路20cの流路幅にわたって設けられている。ただし、図7に示すように、第3端部冷却流路20cの上部にのみ設けられており、下部には隙間37が形成されている。したがって、第2絞り部35を通過する冷却蒸気は、下方(冷却壁部7側)へと流れるように絞られて加速する。
As shown in FIG. 2, a
図2に示されているように、第4端部冷却流路20dの内側でかつ翼部5の背側には、この第4端部冷却流路20dに隣接して略平行に設けられたフィルム冷却部(第2の冷却流路)39が設けられている。フィルム冷却部39は、第1絞り部31によって形成される冷却蒸気の死水域となる領域Aの燃焼ガス上流側に設けられている。フィルム冷却部39には冷却空気が導入され、この冷却空気としてはガスタービンの圧縮機から得られる圧縮空気が用いられる。図8及び図9に示されているように、フィルム冷却部39は、複数のフィルム冷却孔41を備えている。フィルム冷却孔41は、上流側に形成された小孔42と、この小孔42に接続され下流に行くに従い流路断面積が増大し、冷却壁部7の表面(燃焼ガスと接する表面)に沿って流出するように形成されたラッパ形状流路43とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the inner side of the fourth
次に、上記構成の静翼の冷却方法について説明する。
排ガスボイラから導かれた冷却蒸気は、上流側領域となる第1部屋11a、第2部屋11b及び第3部屋11cへと導かれる。各部屋11a,11b,11cへと導かれた冷却蒸気は、それぞれのインピンジメント板13a,13b,13cを通過した後、冷却壁部7の背面へと衝突し、冷却壁部7のインピンジメント冷却を行う。インピンジメント冷却を行った後の蒸気は、図1及び図4に示されているように、第1配管17及び第2配管18によって回収され、第4部屋11dへと導かれる。なお、第2部屋11bにてインピンジメント冷却を行った冷却蒸気は、図5に示されているように、第1角部冷却導入路27へと導かれる。
第4部屋11dへと導かれた冷却蒸気は、第4インピンジメント板13dを通過して冷却壁部7のインピンジメント冷却を行った後、冷却蒸気回収管19(図3参照)によって回収され、排ガスボイラへと返送される。
Next, a cooling method for the stationary blade having the above configuration will be described.
The cooling steam guided from the exhaust gas boiler is guided to the
The cooling steam guided to the
シュラウド部3の端部の冷却については以下のように行われる。
冷却蒸気は、図2に示されているように、冷却蒸気導入口24から供給され第1端部冷却流路20aへと流れ込む。第1端部冷却流路20aを流れ、第1角部21aへと向かう冷却蒸気は、第1角部21aにて向きを変更する。このときに、第1角部21aでは曲がり角が鋭角とされているとともに、流路幅が広い第1端部冷却流路20aから流路幅が狭い第2端部冷却流路20bへと流れ込むので、第1角部21aの先端に死水域が生じるおそれがある。本実施形態では、この位置に対して第1角部冷却孔29から別の冷却蒸気を冷却壁部7に向けて噴出させ、冷却を促進することとした。第1角部冷却孔29へ供給される冷却蒸気は、図5に示されているように、第2部屋11から第1角部冷却導入路27を介して導かれる。
The cooling of the end portion of the
As shown in FIG. 2, the cooling steam is supplied from the cooling
そして、冷却蒸気は、第2端部冷却流路20bを流れ、第2角部21bにて流れ方向を変更して第3端部冷却流路20cへと流れ込む。冷却蒸気は、第3端部冷却流路20cへと流れ込んだ直後に、第2絞り部35(図2及び図7参照)によって絞られ、冷却壁部7の背面へと下方に向かうように絞られ、加速する。この第2絞り部35の作用効果は以下の通りである。図1や図4に示されているように、第2端部冷却流路20bは、冷却蒸気の流れ方向に傾斜するようになっている。そして、第2端部冷却流路20bには、冷却壁部7側にタービュレータ22が形成されている。したがって、冷却蒸気の主流は、冷却壁部7から離間するように流れる傾向となる。これでは、冷却壁部7近傍の必要流速が確保できず冷却性能が低下してしまう。そこで、本実施形態では、第2絞り部35を設けることにより、第2端部冷却流路20bを通過した後の流れを冷却壁部7側へと向かうように絞ることとした。これにより、第3端部冷却流路20cを流れる冷却蒸気は冷却壁部7側を流れるようになり、冷却性能が向上する。
Then, the cooling steam flows through the second
そして、冷却蒸気は、第3端部冷却流路20cを流れ、第3角部21cにて流れ方向を変更して第4端部冷却流路20dへと流れ込む。第4端部冷却流路20dへと流れ込んだ冷却蒸気は、冷却蒸気出口25を通り第4部屋11dへと流れ込み、冷却蒸気回収管19(図3参照)によって回収される。
Then, the cooling steam flows through the third
一方、冷却蒸気導入口24から供給され、第1端部冷却流路20aを第4角部21dへと流れる冷却蒸気は、第4角部21dへ流れ込む直前で、第1絞り部31によって絞られて加速される。このように絞られる際に、第4角部21dの先端側に設けられた隙間33を冷却蒸気が通過するので、死水域となるおそれがある第4角部21dの先端を効果的に冷却する。
そして、冷却蒸気は、第4端部冷却流路20dを第3角部21cへと向かって流れ、この第3角部21cの上流側に設けられた冷却蒸気出口25を通り第4部屋11dへと流れ込み、冷却蒸気回収管19(図3参照)によって回収される。
On the other hand, the cooling steam supplied from the cooling
Then, the cooling steam flows through the fourth end cooling
フィルム冷却部39では、以下のようにフィルム冷却が行われる。
ガスタービンの圧縮機から得られた冷却空気がフィルム冷却部39へと導かれ、冷却壁部7を貫通するように形成されたフィルム冷却孔41を通って冷却壁部7の表面(燃焼ガスと接する表面)へと流出する。冷却壁部7の表面に流出した冷却空気は、冷却壁部7の表面に沿って膜状に流れ、冷却壁部7を冷却する。特に、流出したフィルム空気は、第1絞り部31によって冷却蒸気の流れが阻害されて死水域となる領域A(図2参照)に対応する冷却壁部7の表面を流れる。
In the
Cooling air obtained from the compressor of the gas turbine is guided to the
上述した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
第1角部21aの死水域となるおそれがある先端部を、第1角部冷却孔29から吹き出す冷却蒸気によって別途冷却することとしたので、第1角部21aにおける冷却不足を解消することができる。
According to this embodiment mentioned above, there exist the following effects.
Since the tip portion that may become the dead water area of the
第1絞り部31によって冷却蒸気を絞り、第4角部21dの先端部へと強制的に流すこととしたので、死水域となるおそれがある領域の冷却を向上させることができる。
Since the cooling steam is throttled by the
フィルム冷却部39からのフィルム空気によって、第1絞り部31によって形成された冷却蒸気の死水域領域Aに対応する冷却壁部7の表面を冷却することとしたので、第1絞り部31によって形成される死水域となる領域Aでの冷却性能が損なわれることがない。さらに、フィルム冷却部39は、翼部5の背側に設けられているので、冷却が必要とされる領域を重点的に冷却することができる。
Since the surface of the
第2絞り部35を設けることにより、流れ方向に傾斜する第2冷却流路20bを流れて冷却壁部7から遠ざかった冷却蒸気の流れを冷却壁部7へと向かわせることとした。これにより、第3端部冷却流路20cの冷却性能を向上させることができる。
By providing the
端部冷却流路20の内側に、インピンジメント冷却を行う各部屋11a,11b,11c,11dを設け、第1乃至第3部屋11a,11b,11cからなる上流側領域と第4部屋11dからなる下流側領域に分けることとした。これにより、インピンジメント冷却を行う噴流に対して直交する方向に流れるクロスフローが流れる領域を限定して、インピンジメント冷却を行う噴流の流れを阻害するクロスフローを低減させることができる。また、上流側領域に冷却流体を導いた後に下流側領域へと流すこととしたので、熱負荷に応じて冷却流体の流れを適宜設定することができる。
The
1 静翼(ガスタービン翼)
3 シュラウド部
5 翼部
7 冷却壁部
9 蓋体
11 冷却蒸気空間
13 インピンジメント板
17 第1配管
18 第2配管
20 端部冷却流路
20a 第1端部冷却流路
20b 第2端部冷却流路
20c 第3端部冷却流路
20d 第4端部冷却流路
21a 第1角部
21b 第2角部
21c 第3角部
21d 第4角部
29 第1角部冷却孔(角部冷却流路)
31 第1絞り部
33 隙間
35 第2絞り部
37 隙間
39 フィルム冷却部(第2の冷却流路)
1 Static blade (gas turbine blade)
3
31
Claims (6)
前記シュラウド部には、前記冷却壁部を冷却するように、該シュラウド部の端部に沿って冷却流体が流れる端部冷却流路が形成されているガスタービン翼において、
前記端部冷却流路が屈曲する角部に位置する前記冷却壁部に対して、前記端部冷却流路とは別に、冷却流体を吹き付ける細孔とされた角部冷却流路が設けられていることを特徴とするガスタービン翼。 A shroud portion having a cooling wall portion in contact with the combustion gas, and a wing portion connected to the shroud portion,
In the gas turbine blade, in the shroud portion, an end cooling flow path in which a cooling fluid flows along an end portion of the shroud portion so as to cool the cooling wall portion,
In addition to the end cooling flow path, a corner cooling flow path that is a pore for blowing cooling fluid is provided on the cooling wall portion positioned at the corner where the end cooling flow path is bent. A gas turbine blade characterized by comprising:
該インピンジメント冷却部は、上流側領域と下流側領域に分けられ、
冷却流体は、前記上流側領域へ導かれた後に前記下流側領域へと導かれることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のガスタービン翼。 An impingement cooling part that impinges and cools the cooling wall part by spraying a cooling fluid is provided inside the end cooling channel,
The impingement cooling part is divided into an upstream region and a downstream region,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein the cooling fluid is guided to the downstream region after being guided to the upstream region.
該圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、
該燃焼器からの燃焼ガスが導かれるガスタービン翼とを備え、
該ガスタービン翼は、請求項1から5のいずれかに記載されたガスタービン翼とされていることを特徴とするガスタービン。 A compressor for compressing air;
A combustor that burns fuel using air compressed by the compressor;
A gas turbine blade to which combustion gas from the combustor is guided,
The gas turbine blade is a gas turbine blade according to any one of claims 1 to 5, wherein the gas turbine blade is a gas turbine blade.
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