JP5281166B2 - Gas turbine with cooling insert - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンにに関するものである。ガスタービンは、各場合において複数のロータブレード列を形成するようにして組み立てられて、タービンシャフト上に配置される複数のロータブレードを備えている。さらに、ガスタービンは、各場合において複数のロータブレード列を形成するようにして組み立てられて、ステータブレードキャリアによってタービンケーシング上に固定される複数のロータブレードを備えており、ステータブレードキャリアは、複数の空冷穴を有している。 The present invention relates to a gas turbine. The gas turbine includes a plurality of rotor blades that are assembled in each case to form a plurality of rotor blade rows and disposed on a turbine shaft. The gas turbine further includes a plurality of rotor blades assembled in each case to form a plurality of rotor blade rows and secured on the turbine casing by a stator blade carrier. Air cooling holes.
ガスタービンは、発電機を駆動するためにまたは機械を駆動するために、多くの分野で使用されている。この場合、燃料のエネルギー含有量が、タービンシャフトの回転移動を生成するために使用される。このために、燃料が、燃焼チャンバ内で燃焼され、燃焼チャンバに対しては、エアコンプレッサから圧縮空気が供給される。燃料の燃焼の結果として燃焼チャンバ内に生成される高温高圧の動作媒体は、この場合には、燃焼チャンバの下流側に連結されたタービンユニットへと案内され、タービンユニット内で膨張することによって仕事を実行する。 Gas turbines are used in many fields to drive generators or to drive machines. In this case, the energy content of the fuel is used to generate the rotational movement of the turbine shaft. For this purpose, the fuel is burned in the combustion chamber, and compressed air is supplied from the air compressor to the combustion chamber. The high-temperature and high-pressure working medium produced in the combustion chamber as a result of the combustion of the fuel is in this case guided to a turbine unit connected downstream of the combustion chamber and expanded by expansion in the turbine unit. Execute.
タービンシャフトの回転移動を生成させるために、複数のロータブレードが、このタービンシャフト上に配置されている。複数のロータブレードは、慣習的に、複数のブレードグループまたは複数のブレード列を形成するように組み立てられるものであって、動作媒体から移送される衝撃によってタービンシャフトを駆動する。さらに、タービンユニットを通しての動作媒体の流通案内のために、慣習的に、複数のステータブレードが、互いに隣接したロータブレード列の間に配置される。複数のステータブレードは、タービンケーシングに対して連結されたものであって、複数のステータブレード列を形成するようにして組み立てられている。 A plurality of rotor blades are disposed on the turbine shaft to produce a rotational movement of the turbine shaft. The plurality of rotor blades are conventionally assembled to form a plurality of blade groups or a plurality of blade rows, and drive the turbine shaft by impact transferred from the working medium. Furthermore, a plurality of stator blades are conventionally arranged between adjacent rows of rotor blades for guiding the flow of the working medium through the turbine unit. The plurality of stator blades are connected to the turbine casing and are assembled so as to form a plurality of stator blade rows.
ガスタービンの燃焼チャンバは、いわゆる環状燃焼チャンバとして構成することができる。タービンシャフトの周方向においてタービンシャフトまわりに配置された多数のバーナーが、共通の燃焼チャンバスペースへと導入されている。共通の燃焼チャンバスペースは、高温耐性を有した周囲壁によって囲まれている。このために、燃焼チャンバは、その全体が、環状構造として構成されている。また、単一の燃焼チャンバに加えて、多数の燃焼チャンバを設けることもできる。 The combustion chamber of the gas turbine can be configured as a so-called annular combustion chamber. A number of burners arranged around the turbine shaft in the circumferential direction of the turbine shaft are introduced into a common combustion chamber space. The common combustion chamber space is surrounded by a surrounding wall that is resistant to high temperatures. For this reason, the combustion chamber as a whole is configured as an annular structure. A number of combustion chambers can also be provided in addition to a single combustion chamber.
タービンユニットの第1ステータブレード列は、一般に、燃焼チャンバに対して直接的に隣接しており、なおかつ、動作媒体の流れ方向から見て後段のロータブレード列に対して直接的に隣接している。タービンユニットの第1ステータブレード列は、タービンユニットの第1タービンステージを形成しており、慣習的には、この第1タービンステージに対して、さらなる複数のタービンステージが接続されている。 The first stator blade row of the turbine unit is generally directly adjacent to the combustion chamber, and is directly adjacent to the subsequent rotor blade row as viewed from the flow direction of the working medium. . The first stator blade row of the turbine unit forms a first turbine stage of the turbine unit, and conventionally a plurality of further turbine stages are connected to the first turbine stage.
この場合、ステータブレードは、各場合において、プラットホームとも称されるブレード基部(あるいは、ブレード根)を介して、タービンユニットのステータブレードキャリア上に固定されている。この場合、ステータブレードキャリアは、ステータブレードのプラットホームを固定するための絶縁セグメントを備えることができる。互いに隣接する2つのステータブレード列のステータブレードのプラットホームの間には、すなわち、ガスタービンの軸線方向において互いに間隔を設けて配置されたプラットホームの間には、各場合において、タービンユニットのステータブレードキャリア上に、ガイドリングが配置されている。そのようなガイドリングは、径方向ギャップにより、関連するロータブレード列を構成するとともに同じ軸線方向位置においてタービンシャフト上に固定された複数のロータブレードの各ブレード先端から、所定距離だけ離間している。その結果、ステータブレードのプラットホームと、ガスタービンの周方向においてセグメント化され得る複数のガイドリングとは、タービンユニットの複数の壁部材を形成し、動作媒体の流通通路の外側限界を構成している。 In this case, the stator blades are fixed on the stator blade carrier of the turbine unit via blade bases (or blade roots), also called platforms, in each case. In this case, the stator blade carrier may comprise an insulating segment for securing the stator blade platform. In each case between the stator blade platforms of two adjacent stator blade rows, i.e. between the platforms spaced apart in the axial direction of the gas turbine, in each case the stator blade carrier of the turbine unit A guide ring is arranged on the top. Such a guide ring forms a related rotor blade row by a radial gap and is spaced a predetermined distance from each blade tip of a plurality of rotor blades fixed on the turbine shaft at the same axial position. . As a result, the stator blade platform and the plurality of guide rings that can be segmented in the circumferential direction of the gas turbine form a plurality of wall members of the turbine unit and constitute the outer limit of the working medium flow passage. .
例えば、この場合、特許文献1により公知であるような、上記のガイドリングは、冷却された構成のものとすることができる。特許文献1においては、複数のガイドリングセグメントは、ステータブレードキャリアに対して引っ掛けられる(フック止めされる)。ガイドリングセグメントの壁の内部には、ガイドリングに対して冷却エアを供給するための貫通穴が設けられている。ガイドリングセグメントをフックに対して押圧するプレテンションスリーブが、その貫通穴に螺着されている。スリーブの内部を流通する冷却エアは、ガイドリングセグメントの冷却ガスサイドのリアスペース内へと開口を介して流通することができ、ガイドリングセグメントの冷却のために使用される。特許文献2は、代替的な構成として、ガイドリングセグメントの固定および冷却を示している。 For example, in this case, the guide ring as known from US Pat. In Patent Document 1, the plurality of guide ring segments are hooked (hooked) to the stator blade carrier. A through hole for supplying cooling air to the guide ring is provided inside the wall of the guide ring segment. A pretension sleeve that presses the guide ring segment against the hook is screwed into the through hole. Cooling air flowing through the inside of the sleeve can flow through the opening into the rear space on the cooling gas side of the guide ring segment, and is used for cooling the guide ring segment. Patent document 2 has shown fixation and cooling of a guide ring segment as an alternative structure.
さらに、ステータブレードキャリア内に、穴を設けることができ、この穴を通して、測定ランスが案内される。測定ランスにより、ガイドリングセグメントとロータブレード先端との間の径方向ギャップが記録される。冷却された測定ランスは、特許文献3により、公知である。 Furthermore, a hole can be provided in the stator blade carrier, through which the measuring lance is guided. The measuring lance records the radial gap between the guide ring segment and the rotor blade tip. A cooled measuring lance is known from US Pat.
そのようなガスタービンの構成においては、達成可能な出力に加えて、特に高い効率が、慣習的に、構成上の目標である。この場合、効率の上昇は、熱力学理由のために、動作媒体が燃焼チャンバから導出されてタービンユニット内に流入する出口温度を増大させることによって、基本的に得ることができる。したがって、およそ1200℃〜1500℃という温度が、目標とされ、そのようなガスタービンに関しても得られる。 In such a gas turbine configuration, in addition to the achievable power, a particularly high efficiency is customarily a configuration goal. In this case, an increase in efficiency can basically be obtained by increasing the outlet temperature at which the working medium is derived from the combustion chamber and flows into the turbine unit for thermodynamic reasons. Thus, temperatures of approximately 1200 ° C. to 1500 ° C. are targeted and are also obtained for such gas turbines.
しかしながら、動作媒体がそのような高温である場合には、そのような高温の動作媒体に曝される構成部材やパーツは、大きな熱負荷を受ける。したがって、とりわけ、ガスタービンのステータブレードキャリアは、慣習的に、鋳鋼から作製される。なぜなら、ガスタービンの内部の高温に耐えることに適しているからである。さらに、慣習的に、ステータブレードキャリア内に、冷却エア穴が設けられる。冷却エア穴を通して、ガスタービンの外部からの冷却エアが、内部へと流入し、プロセス時のステータブレードキャリアを冷却する。この場合、慣習的に、タービンケーシングとステータブレードキャリアとの間に、互いに異なる温度および互いに異なる圧力とされた複数の冷却エアリザーバが設けられる。 However, when the operating medium is at such a high temperature, components and parts that are exposed to such a high temperature operating medium are subject to a large heat load. Thus, among other things, gas turbine stator blade carriers are customarily made from cast steel. This is because it is suitable for withstanding the high temperature inside the gas turbine. Further, conventionally, cooling air holes are provided in the stator blade carrier. Through the cooling air holes, cooling air from the outside of the gas turbine flows into the inside to cool the stator blade carrier during the process. In this case, a plurality of cooling air reservoirs having different temperatures and different pressures are conventionally provided between the turbine casing and the stator blade carrier.
したがって、とりわけステータブレードキャリアの十分な冷却が、要求される。なぜなら、極端な高温により、その結果としての異なる状態間での極端に大きな温度差により、ステータブレードキャリアの熱変形が引き起こされる。このことは、ガスタービンの設計において考慮されなければならない。この場合、特にロータブレード先端と内壁との間の径方向ギャップのギャップ寸法は、ステータブレードキャリアの変形の結果として誘起される変動分を補償し得るよう、そして、ガスタービンの損傷を防止し得るよう、相応して大きなものであるように選択しなければならない。しかしながら、ギャップを大きくすることは、ガスタービンの効率の低下につながる。その結果、したがって、ステータブレードキャリアの変形量を低減させ得るよう、十分な冷却が、常に確保されなければならない。 Thus, among other things, sufficient cooling of the stator blade carrier is required. Because of the extremely high temperature, the resulting extremely large temperature difference between the different states causes a thermal deformation of the stator blade carrier. This must be taken into account in the design of the gas turbine. In this case, in particular, the gap size of the radial gap between the rotor blade tip and the inner wall can compensate for variations induced as a result of the deformation of the stator blade carrier and can prevent damage to the gas turbine. Therefore, it must be chosen to be correspondingly large. However, increasing the gap leads to a reduction in gas turbine efficiency. As a result, sufficient cooling must therefore always be ensured so that the amount of deformation of the stator blade carrier can be reduced.
他方、ステータブレードキャリアの強力な冷却は、また、ガスタービンの内部内へと流入する冷却エアの大きな消費を意味する。これは、ガスタービンの内部の温度を低下させ、その結果、ガスタービンの効率を低下させてしまうこととなる。 On the other hand, strong cooling of the stator blade carrier also means a large consumption of cooling air flowing into the interior of the gas turbine. This lowers the temperature inside the gas turbine and, as a result, reduces the efficiency of the gas turbine.
したがって、本発明は、動作の信頼性をできる限り最高に維持しつつ、特に高効率を有したガスタービンを開示することを目的とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to disclose a gas turbine having particularly high efficiency while maintaining the reliability of operation as high as possible.
上記の目的は、本発明に基づき、冷却用インサートが、空冷穴の壁の冷却のために、少なくとも1つの空冷穴の中に設けられているという特徴点のよって、達成される。 The above object is achieved according to the invention by the feature that the cooling insert is provided in at least one air cooling hole for cooling the wall of the air cooling hole.
本発明は、この場合、特に高効率が、ガスタービンの内部の温度を増大させることによって達成され得るという観点に基づいている。このことは、冷却エアの消費を低減させることによって、すなわち、ガスタービンの内部に導入される冷却エアの量を低減させることによって、実施することができる。しかしながら、冷却エアの量の低減は、ステータブレードキャリアの温度上昇を引き起こしてしまう。なぜなら、より少ない量のエアが、ステータブレードキャリアの空冷穴の中を流れるからであり、そしてその結果、より少ない量の熱しか、ステータブレードキャリアから奪えないからである。しかしながら、このことは、ガスタービンの製造において考慮に入れられなければならないステータブレードキャリアの変形を引き起こすこととなり得る。したがって、利用可能な冷却エアは、冷却のために特に効果的に使用されるべきである。すなわち、できる限り最少量の冷却エアでもって、できる限り最大量の熱量を奪うべきである。したがって、乱流が層流よりも良好に熱伝導を行い得るという知見に基づき、より効果的な壁の冷却のために、空冷穴内において渦流を形成することを考慮することができる。このことは、空冷穴内に冷却用インサートを設けることによって、達成することができる。より効果的な壁冷却により、冷却エアの流速の低減化に基づく空冷穴のところにおけるステータブレードキャリアの冷却の低減化を補償することができる。 The present invention is based on the viewpoint that in this case, particularly high efficiency can be achieved by increasing the temperature inside the gas turbine. This can be done by reducing the consumption of cooling air, ie by reducing the amount of cooling air introduced into the gas turbine. However, a reduction in the amount of cooling air causes an increase in the temperature of the stator blade carrier. This is because a smaller amount of air flows through the air cooling holes of the stator blade carrier and, as a result, a smaller amount of heat can be removed from the stator blade carrier. However, this can cause deformation of the stator blade carrier that must be taken into account in the manufacture of the gas turbine. Therefore, available cooling air should be used particularly effectively for cooling. That is, the maximum amount of heat should be taken away with the least amount of cooling air possible. Therefore, based on the knowledge that turbulent flow can conduct heat better than laminar flow, it can be considered to form a vortex in the air cooling hole for more effective wall cooling. This can be achieved by providing cooling inserts in the air cooling holes. More effective wall cooling can compensate for the reduced cooling of the stator blade carrier at the air cooling holes based on the reduced flow velocity of the cooling air.
冷却用インサートは、チューブ状の構造のものとされ、そのチューブ壁に、ウィンドウ状の壁開口を備えている。この結果、冷却用インサートを通って流れる冷却エアを、ステータブレードキャリアの空冷穴の壁に対して接触させることができ、これにより、ステータブレードキャリアの空冷穴から熱エネルギーを奪うことができる。 The cooling insert has a tube-like structure, and has a window-like wall opening on the tube wall. As a result, the cooling air flowing through the cooling insert can be brought into contact with the air cooling hole wall of the stator blade carrier, and heat energy can be taken from the air cooling hole of the stator blade carrier.
特に好ましい実施形態においては、壁開口は、大きな面積にわたって、リブによって互いに離間される。この結果、冷却エアは、大きな面積にわたって、空冷穴の壁に対して接触することができる。 In a particularly preferred embodiment, the wall openings are separated from each other by ribs over a large area. As a result, the cooling air can contact the wall of the air cooling hole over a large area.
有利な実施形態においては、それぞれの冷却用インサートは、少なくとも1つの攪拌器を備えている。攪拌器は、小さな突起とされる。すなわち、層流を乱流へと変換し得るような全体的表面を有した障害物とされる。攪拌器は、例えば、複数のリブによって形成することができる、あるいは、隆起したワイヤという態様で、あるいは、シート状金属からなるコーナーという態様で、あるいは、同様の態様で、形成することができる。空冷穴内の流れが既に乱流であったとしても、これらの攪拌器により、さらに良好な熱伝導を実行することができ、したがって、冷却エアの低減させた消費量でもって、ステータブレードキャリアの全体的により良好な冷却を実施することができる。 In an advantageous embodiment, each cooling insert comprises at least one stirrer. The stirrer is a small protrusion. That is, the obstacle has an overall surface that can convert laminar flow into turbulent flow. For example, the stirrer can be formed by a plurality of ribs, or can be formed in the form of a raised wire, in the form of a corner made of sheet metal, or in a similar manner. Even if the flow in the air cooling holes is already turbulent, these stirrers can carry out better heat transfer and thus the entire stator blade carrier with reduced consumption of cooling air. A better cooling can be achieved.
冷却用インサートは、有利には、また、衝突によって冷却を行うタイプの挿入部材として形成することもできる。この場合、例えば、壁開口が、格子状でもって分散配置された衝突型の冷却穴として形成される。冷却用インサートを通って流れる冷却エアは、衝突型の冷却穴を通して径方向に排出することができ、そうすることによって、冷却エアは、ステータブレードキャリアの空冷穴の壁に対して横方向に衝突することができる。この結果、ブレードキャリアの特に効率的な冷却を得ることができる。 The cooling insert can advantageously also be formed as an insert of the type that cools by impact. In this case, for example, the wall openings are formed as collision-type cooling holes distributed in a lattice shape. The cooling air flowing through the cooling insert can be discharged radially through the impingement type cooling holes, so that the cooling air impinges laterally against the wall of the stator blade carrier air cooling holes. can do. As a result, particularly efficient cooling of the blade carrier can be obtained.
それぞれの冷却用インサートは、有利には、ネジ山のような構造を有している。ネジ山のような構造の結果として、空冷穴の内部における冷却エアの流通時に、渦流を誘起することができる。これにより、一方においては、渦流度合いを確実に増大させることができ、他方においては、空冷穴内における冷却エアの滞留時間を長くすることができる。その結果、ステータブレードキャリアをなす材料から、流れる冷却エアに向けての、より良好な熱伝導をも、確実に実施することができる。 Each cooling insert advantageously has a thread-like structure. As a result of the screw-like structure, a vortex can be induced during the flow of cooling air inside the air cooling holes. Thereby, on the one hand, the degree of vortex flow can be reliably increased, and on the other hand, the residence time of the cooling air in the air cooling hole can be increased. As a result, better heat conduction from the material forming the stator blade carrier toward the flowing cooling air can be reliably performed.
それぞれの冷却用インサートは、有利には、ステータブレードキャリアと同じ材料から形成される。その結果、冷却用インサートとステータブレードキャリアとの異なる材料選択の結果として生じる困難さを、例えば熱膨張度合いの相違といったような困難さを、回避することができ、全体として、かなり単純な構成を可能とする。 Each cooling insert is advantageously formed from the same material as the stator blade carrier. As a result, difficulties resulting from the selection of different materials for the cooling insert and the stator blade carrier can be avoided, for example difficulties such as differences in the degree of thermal expansion, and overall a fairly simple construction. Make it possible.
冷却用インサートをステータブレードキャリアの空冷穴内に設けることによって、空冷穴による冷却特性が、変更される。同じ冷却効果を得るに際しては、より少量の冷却エアしか、必要としない。したがって、空冷穴に対して供給された冷却エアは、有利には、それぞれの冷却用インサートの冷却特性に対して適合しているべきである。このことは、導入される冷却エアの温度および圧力が、冷却用インサートによって新規に変更されたな冷却特性に対して最適化されることを意味する。 By providing the cooling insert in the air cooling hole of the stator blade carrier, the cooling characteristics by the air cooling hole are changed. Only a smaller amount of cooling air is required to achieve the same cooling effect. Therefore, the cooling air supplied to the air cooling holes should advantageously be adapted to the cooling characteristics of the respective cooling insert. This means that the temperature and pressure of the introduced cooling air is optimized for the newly modified cooling characteristics by the cooling insert.
そのようなガスタービンは、有利には、ガスとスチームとを使用したタービンプラントにおいて使用される。 Such a gas turbine is advantageously used in a turbine plant using gas and steam.
本発明に関連する利点は、特に、冷却用インサートをステータブレードキャリアの空冷穴内に設けることによって、同時的に低減された冷却エア量でもって冷却特性を改良することの結果として、ガスタービンのより良好な効率を達成し得ることである。さらに、そのようなインサートは、極めて容易に設置し得るものであって、旧型のガスタービンを改造するようにして、比較的容易に設置し得るものである。冷却用インサートは、また、冷却に関する各要求や冷却エアの消費量に関する各要求に対して、フレキシブルに適合することができる。 An advantage associated with the present invention is that, in particular, by providing cooling inserts in the air cooling holes of the stator blade carrier, as a result of improving the cooling characteristics with a simultaneously reduced amount of cooling air, the advantages of the gas turbine. It is possible to achieve good efficiency. Furthermore, such inserts can be installed very easily, and can be installed relatively easily as a modification of an older gas turbine. The cooling insert can also be flexibly adapted to each requirement relating to cooling and each requirement relating to consumption of cooling air.
本発明の例示としての実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
すべての図面にわたっては、同じ部材については、同じ符号が付されている。 Throughout the drawings, the same members are denoted by the same reference numerals.
図1に示すように、ガスタービン1は、燃焼エアのためのコンプレッサ2と、燃焼チャンバ4と、コンプレッサ2を駆動するためのタービンユニット6と、図示されていない発電機または駆動機械と、を備えている。加えて、タービンユニット6およびコンプレッサ2は、共通のタービンシャフト8上に設置されている。共通のタービンシャフト8は、タービンロータとも称されるものであって、発電機または駆動機械も連結されており、さらに、中心軸線9まわりに回転可能とされている。環状燃焼チャンバという態様として構成された燃焼チャンバ4には、液体状のまたはガス状の燃料を燃焼させるための複数のバーナー10が設けられている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine 1 includes a compressor 2 for combustion air, a
タービンユニット6は、タービンシャフト8に対して連結された回転可能な複数のロータブレード12を備えている。ロータブレード12は、リングのような態様でタービンシャフト8上に設置されており、したがって、複数のロータブレード列を形成している。さらに、タービンユニット6は、固定された複数のステータブレード14を備えている。複数のステータブレード14も、また、タービンユニット6のステータブレードキャリア16上においてリングの態様で固定されており、ステータブレード列を形成している。この場合、複数のロータブレード12は、タービンユニット6の中を通して流れる動作媒体Mからの衝撃力変換の結果として、タービンシャフト8を駆動させるように機能する。他方、複数のステータブレード14は、動作媒体Mの流れ方向に沿って見たときに、2つの隣接するロータブレード列の間にわたって、あるいは、2つの隣接するロータブレードリングの間にわたって、動作媒体Mの流通を案内するように機能する。この場合、2つのステータブレード14のリングすなわちステータブレード列と2つのロータブレード12のリングすなわちロータブレード列とからなる隣接対は、タービンステージとも称される。
The
各々のステータブレード14は、プラットホーム18を有している。プラットホーム18は、壁部材として設置されており、それぞれのステータブレード14を、タービンユニット6のステータブレードキャリア16上に固定するように、機能する。プラットホーム18は、この場合、熱的にかなり大きな負荷を受ける構成部材であって、タービンユニット6の中を通して流れる動作媒体Mに関しての高温ガス通路の外側限界を形成する。各々のロータブレード12は、同様にして、ブレード根とも称されるプラットホーム19を介して、タービンシャフト8上に固定される。
Each
2つの隣接したステータブレード列のステータブレードの互いに離間した2つのプラットホーム18の間には、ガイドリング21が、タービンユニット6のステータブレードキャリア16上に設置されている。この場合、各々のガイドリング21の外表面も、また、対向しているロータブレード12の外側端部から離間したギャップの結果として、径方向において、タービンユニット6の中を通して流れる高温動作媒体Mに曝されている。この場合、隣接したステータブレード列の間に設置されているガイドリング21は、特に、ステータブレードキャリア内の内側ケーシング16をあるいはケーシングの他の構成部材を、タービン6の中を通して流れる高温動作媒体Mの結果としての過度の熱応力から保護するためのカバー部材として機能する。
A
典型的な実施形態においては、燃焼チャンバ4は、いわゆる環状燃焼チャンバとして構成されている。この構成においては、周縁方向においてタービンシャフト8まわりに設置された多数のバーナー10が、共通の燃焼チャンバスペース内へと接続されている。これのために、燃焼チャンバ4は、全体として、タービンシャフト8まわりに配置された環状構造として構成されている。
In a typical embodiment, the
ステータブレードキャリア16も、また、動作媒体Mの高温の結果としても加熱されることのために、複数の空冷穴が、ステータブレードキャリア16に形成されている。空冷穴を通して、異なる温度および異なる圧力の冷却エアが、ステータブレードキャリア16の領域の外部の様々なチャンバから、ステータブレードキャリア16を通して、ガスタービン1の内部へと、案内される。この冷却エアにより、ステータブレードキャリア16の冷却を確実に行うことができる。これにより、ステータブレードキャリア16の熱変形を低減することができる。
Because the
しかしながら、大量の冷却エアが、ガスタービン1の内部の温度を低減させることのために、そしてその結果として、ガスタービン1の効率を低減させることのために、使用される冷却エアの量は、できるだけ最小とされるべきである。しかしながら、ステータブレードキャリア16の十分な冷却を確実なものとし得るよう、冷却用インサート22が、空冷穴の中に挿入される。冷却用インサート22が、衝突によって冷却を行う挿入部材として形成されている場合には、冷却用インサート22の外径は、空冷穴の直径と比較して、わずかに小さなものとされる。
However, because a large amount of cooling air reduces the temperature inside the gas turbine 1 and, as a result, reduces the efficiency of the gas turbine 1, the amount of cooling air used is: Should be as minimal as possible. However, in order to ensure sufficient cooling of the
そのような冷却用インサート22の半分の横断面が、図2に図示されている。冷却用インサート22は、実質的に円筒形状を有している。これにより、既存の空冷穴の中に挿入することができる。このようにして、既存のガスタービンを、そのような冷却用インサート22を有したものへと改造することもできる。さらに、冷却用インサートは、チューブ状の形状のものとすることができる。言い換えれば、冷却用インサートは、軸線方向の全体に沿って、軸流に対して曝されることができる。一方、冷却用インサート22は、この場合、固定のためにフランジ23を備えている。
A half cross section of such a
円形という横断面形状とされたチューブ壁上において、冷却用インサート22は、複数のウィンドウ状ののような壁開口25を有している。壁開口25は、軸線方向に沿っておよび周縁方向に沿って、分散配置することができる。壁開口は、かなり大きな面積のものとされ、リブ26によって互いに離間されている。そのような冷却用インサート22は、衝突によって冷却を行う冷却用インサートとは異なり、空冷穴の直径と一致する外径を有している。
On the tube wall having a circular cross-sectional shape, the
冷却用インサート22の周縁方向に延在するリブ26は、攪拌器24として構成されている。攪拌器24上においてエア流が分解され、層流が乱流へと変換される。この場合、攪拌器を、他の形状および配置とすることも可能である。乱流は、壁開口25の領域内において、ステータブレードキャリアの空冷穴の壁と接触し、これにより、ステータブレードキャリアの壁を冷却することができる。その結果、ステータブレードキャリア16をなす材料から冷却エアに向けてのより良好な熱伝導を、確実に行うことができる。リブ26や攪拌器24は、また、ネジ山という態様で設置することもできる。これにより、追加的な旋回流を冷却エアに対して衝撃させることができ、これにより、空冷穴における滞留時間および渦流度合いを、より増大させることができる。
The
図3は、エア冷却用インサート22を、再度、平面図によって示している。ステータブレードキャリア16の空冷穴内における固定のためのフランジ23は、ここで再び図示されている。冷却用インサート22の結果として、ステータブレードキャリア16をなす材料から空冷穴内の冷却エアに向けての熱伝導が改良されていることのために、ステータブレードキャリア16へと供給される冷却エアは、新規な冷却エア特性に対して適合性を有しているべきである。その結果、ステータブレードキャリア16のさらに良好ななおかつより効果的な冷却を、少ない冷却エア消費量でもって、同時的に達成することができる。したがって、ガスタービン1の効率を、全体的に向上させることができる。
FIG. 3 shows the
1 ガスタービン
2 コンプレッサ
4 燃焼チャンバ
6 タービンユニット
8 タービンシャフト
12 ロータブレード
14 ステータブレード
16 ステータブレードキャリア
22 冷却用インサート
24 攪拌器
26 リブ
M 動作媒体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine 2
Claims (8)
このガスタービン(1)が、
複数のロータブレード列を形成するようにしてタービンシャフト(8)上に配置された複数のロータブレード(12)と、
複数のステータブレード列を形成するようにしてステータブレードキャリア(16)によってタービンケーシングに固定された複数のステータブレード(14)と、
を具備し、
前記ステータブレードキャリア(16)が、複数の空冷穴を有し、
このようなガスタービン(1)において、
冷却用インサート(22)が、前記空冷穴の壁の冷却のために、少なくとも1つの前記空冷穴の中に設けられ、
前記冷却用インサート(22)が、チューブ状の構成とされ、
前記冷却用インサート(22)が、前記冷却用インサート(22)のチューブ状壁に設けられた壁開口(25)を有していることを特徴とするガスタービン。 A gas turbine (1),
This gas turbine (1)
A plurality of rotor blades (12) disposed on the turbine shaft (8) so as to form a plurality of rotor blade rows;
A plurality of stator blades (14) secured to the turbine casing by a stator blade carrier (16) so as to form a plurality of stator blade rows;
Comprising
The stator blade carrier (16) has a plurality of air cooling holes;
In such a gas turbine (1),
A cooling insert (22) is provided in the at least one air cooling hole for cooling the wall of the air cooling hole;
Said cooling insert (22) is a tube-like configuration,
The gas turbine according to claim 1, wherein the cooling insert (22) has a wall opening (25) provided in a tubular wall of the cooling insert (22).
前記壁開口が、リブ(26)によって互いに離間されていることを特徴とするガスタービン。 The gas turbine (1) according to claim 1, wherein
A gas turbine characterized in that the wall openings are separated from each other by ribs (26).
前記冷却用インサート(22)の各々が、少なくとも1つの攪拌器(24)を有していることを特徴とするガスタービン。 Gas turbine (1) according to claim 1 or 2,
Each of the cooling inserts (22) has at least one stirrer (24).
前記壁開口が、衝突によって冷却を行う孔として形成されていることを特徴とするガスタービン。 Gas turbine (1) according to claim 1 or 2 or 3,
The gas turbine according to claim 1, wherein the wall opening is formed as a hole for cooling by collision.
前記冷却用インサート(22)の各々が、ネジ山のような構造を有していることを特徴とするガスタービン。 In the gas turbine (1) according to any one of claims 1 to 4,
Each of the cooling inserts (22) has a screw-like structure.
前記冷却用インサート(22)の各々が、前記ステータブレードキャリア(16)と同じ材料から形成されていることを特徴とするガスタービン。 In the gas turbine (1) according to any one of claims 1 to 5,
Each of the cooling inserts (22) is made of the same material as the stator blade carrier (16).
前記空冷穴に対して供給された冷却エアが、前記冷却用インサート(22)の冷却特性に対して適合されていることを特徴とするガスタービン。 In the gas turbine (1) according to any one of claims 1 to 6,
A gas turbine characterized in that the cooling air supplied to the air cooling hole is adapted to the cooling characteristics of the cooling insert (22).
請求項1〜7のいずれか1項に記載されたガスタービン(1)を具備していることを特徴とするタービンプラント。 A turbine plant using gas and steam,
A turbine plant comprising the gas turbine (1) according to any one of claims 1 to 7.
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