JP5931351B2 - タービン静翼 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、タービンに設けられるタービン静翼に関するものである。
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。
また、タービン静翼は、翼本体における長手方向の端部にシュラウドが固定されて構成され、冷却空気を各シュラウドから翼本体内に導入することで、この翼本体の内壁面を冷却し、その後、この冷却空気を翼本体に形成された冷却孔から外部に排出し、翼本体の外壁面に沿って流すことで、この翼本体の外壁面を冷却している。
このようなタービン静翼としては、例えば、下記特許文献1、2に記載されたものがある。特許文献1に記載された翼形部の後部空洞用の蒸気出口流設計は、外壁に流入する蒸気が、インピンジメント板を通して外壁面をインピンジメント冷却した後に静翼の空洞に流入して冷却し、内壁に流入してからインピンジメント板を通して内壁面をインピンジメント冷却し、戻り空洞を通して戻すものである。また、特許文献2に記載されたタービン静翼は、冷却空気を各シュラウド側のインピンジメント板からシュラウドのキャビティに流入して冷却し、更に、翼本体のインピンジメント板から翼本体のキャビティに流入して冷却し、フィルム冷却孔から外部に排出するものである。
特開2002−004803号公報 特開2008−286157号公報
タービン静翼は、上述したように、翼本体とその端部に固定された各シュラウドとにより構成されており、燃焼ガスによりタービン静翼が高温となることから、内部に冷却空気を導入して冷却する必要がある。各引用文献では、翼本体の内壁面側をインピンジメント板により被覆することで、キャビティを区画すると共に、各シュラウドの内壁面側をインピンジメント板により被覆することで、別のキャビティを区画し、各キャビティに順に冷却空気を導入することで、シュラウドや翼本体を冷却している。
ところが、翼本体の内壁面側と各シュラウドの内壁面側をそれぞれ別のインピンジメント板により被覆してキャビティを区画すると、このインピンジメント板を固定するために、翼本体や各シュラウドの内壁面側にフランジ部を形成する必要がある。すると、このフランジ部が形成された翼本体またはシュラウドの部分を十分に冷却することができず、高い熱応力が作用して変形や損傷を招くおそれがある。
図10は、従来のタービン静翼を表す縦断面図である。即ち、従来のタービン静翼は、図10に示すように、翼本体001とシュラウド002を接続し、その内側にインピンジメント板003を配置することでキャビティ004を区画して構成している。そして、翼本体001とシュラウド002の接続部の近傍にフランジ部005を形成し、インピンジメント板003をこのフランジ部005に固定している。このようにフランジ部005を形成する必要があることから、翼本体001とシュラウド002とが連続する湾曲した接続部006は、燃焼ガス側の壁面がインピンジメント板003の貫通孔007からの冷却空気が衝突して冷却されるキャビティ004側の壁面から離れることとなり、冷却が不十分となる。このため、翼本体001とシュラウド002とが連続する湾曲した接続部006の燃焼ガス側の壁面に局所的な高温部が発生すると共に、高い熱応力が発生し、酸化減肉、熱応力による損傷が発生しやすい。
本発明は上述した課題を解決するものであり、翼構造部や端壁構造部を均一に冷却することで変形や損傷の発生を抑制可能とするタービン静翼を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明のタービン静翼は、中空形状をなす翼構造部と、前記翼構造部の端部に設けられる端壁構造部と、前記翼構造部及び前記端壁構造部の内側に連続するキャビティを形成するように設けられると共に多数の貫通孔が形成される仕切板と、を備えることを特徴とするものである。
従って、多数の貫通孔を有する仕切板により翼構造部と端壁構造部の内側に両者を連続するキャビティが形成されることで、内部に導入された冷却媒体は、仕切板に形成された各貫通孔からキャビティへ直接一様に導入されるため、この冷却媒体により翼構造部及び端壁構造部を均一に冷却することができ、この翼構造部及び端壁構造部の変形や損傷の発生を抑制することができる。
本発明のタービン静翼では、前記仕切板は、筒形状をなし、前記端壁構造部側の端部が拡径して前記端壁構造部に固定されることを特徴としている。
従って、仕切板を適正形状とすることで、翼構造部の内側から端壁構造部の内側まで連続するキャビティを容易に区画することができる。
本発明のタービン静翼では、前記翼構造部と前記仕切板との間または前記端壁構造部と前記仕切板との間に両者の間隔が狭くなるのを抑制する突起部が設けられることを特徴としている。
従って、翼構造部、端壁構造部、仕切板が熱変形しても、突起部により翼構造部及び端壁構造部と仕切板との間隔、つまり、キャビティの幅が狭くなることが抑制され、常時、冷却媒体により翼構造部及び端壁構造部を均一に冷却することができる。
本発明のタービン静翼では、前記端壁構造部は、前記翼構造部の一端部に接続される外側端壁構造部と、前記翼構造部の他端部に接続される内側端壁構造部とを有し、前記仕切板は、前記外側端壁構造部側から挿入される外側仕切板と、前記内側端壁構造部側から挿入される内側仕切板とを有することを特徴としている。
従って、仕切板を外側仕切板と内側仕切板とに分割することで、内部に容易に挿入して配置することができ、組付性を向上することができる。
本発明のタービン静翼では、前記外側仕切板と前記内側仕切板は、基端部が前記外側端壁構造部と前記内側端壁構造部に固定され、先端部同士が接合されることを特徴としている。
従って、内部に挿入された外側仕切板と内側仕切板の先端部同士を接合することで、高い気密性を確保することができ、安定した冷却性能を維持することができると共に、接合部を接合作業が容易な位置に配置することができる。
本発明のタービン静翼では、前記外側仕切板と前記内側仕切板は、基端部が前記外側端壁構造部と前記内側端壁構造部に固定され、先端部が閉塞されて互いに所定間隔をもって前記翼構造部の内部に配置されることを特徴としている。
従って、内部に挿入された外側仕切板と内側仕切板の先端部同士を所定間隔をもって配置することで、接合箇所を減少して組付コストを低減することができると共に、組付性を向上することができる。
本発明のタービン静翼では、前記翼構造部及び前記端壁構造部の外側に燃焼ガス通路が設けられ、前記外側仕切板と前記内側仕切板は、先端部が前記翼本体における長手方向に燃焼ガス温度が最も高い部位を避けて配置されることを特徴としている。
従って、外側仕切板及び内側仕切板の先端部は、冷却のための貫通孔を形成しにくいことから、この位置を燃焼ガス温度が最も高い部位を避けて配置することで、局所的な高温部位の発生を抑制することができる。
本発明のタービン静翼によれば、翼構造部及び端壁構造部の内側に連続するキャビティを形成するように多数の貫通孔が形成される仕切板を固定するので、内部に導入された冷却媒体は、仕切板の各貫通孔からキャビティへ直接一様に導入されるため、この冷却媒体により翼構造部及び端壁構造部を均一に冷却することができ、この翼構造部及び端壁構造部の変形や損傷の発生を抑制することができる。
図1は、本発明の実施例1に係るタービン静翼を表す縦断面図である。 図2は、実施例1のタービン静翼を表す横断面図である。 図3は、実施例1のタービン静翼における翼本体と内側シュラウドとの連結部を表す断面図である。 図4は、実施例1のガスタービンを表す概略図である。 図5は、実施例1のタービンを表す概略図である。 図6は、本発明の実施例2に係るタービン静翼を表す縦断面図である。 図7は、実施例2のタービン静翼における翼本体と外側シュラウドとの連結部を表す断面図である。 図8は、本発明の実施例3に係るタービン静翼を表す縦断面図である。 図9は、本発明の実施例4に係るタービン静翼を表す縦断面図である。 図10は、従来のタービン静翼を表す縦断面図である。
以下に添付図面を参照して、本発明に係るタービン静翼の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図1は、本発明の実施例1に係るタービン静翼を表す縦断面図、図2は、実施例1のタービン静翼を表す横断面図、図3は、実施例1のタービン静翼における翼本体と内側シュラウドとの連結部を表す断面図、図4は、実施例1のガスタービンを表す概略図、図5は、実施例1のタービンを表す概略図である。
実施例1のガスタービンは、図4に示すように、圧縮機11と燃焼器12とタービン13により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口21を有し、圧縮機車室22内に複数の静翼体23と動翼体24が前後方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されてなり、その外側に抽気室25が設けられている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室(ケーシング)26内に複数の静翼体27と動翼体28が前後方向(後述するロータ32の軸方向)に交互に配設されている。このタービン車室26の下流側には、排気車室29を介して排気室30が配設されており、排気室30は、タービン13に連続する排気ディフューザ31を有している。
また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室30の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)32が位置している。ロータ32は、圧縮機11側の端部が軸受部33により回転自在に支持される一方、排気室30側の端部が軸受部34により回転自在に支持されている。そして、このロータ32は、圧縮機11にて、各動翼体24が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン13にて、各動翼体28が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、圧縮機11側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
そして、このガスタービンは、圧縮機11の圧縮機車室22が脚部35に支持され、タービン13のタービン車室26が脚部36により支持され、排気室30が脚部37により支持されている。
従って、圧縮機11の空気取入口21から取り込まれた空気が、複数の静翼体23と動翼体24を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼体27と動翼体28を通過することでロータ32を駆動回転し、このロータ32に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス(燃焼ガス)のエネルギは、排気室30の排気ディフューザ31により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
上述したタービン13において、図5に示すように、円筒形状をなすタービン車室26は、その内側にリング形状をなす燃焼ガス通路40が形成され、この燃焼ガス通路40に複数の静翼体27と動翼体28が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配設されている。即ち、各段の静翼体27は、複数の静翼41が周方向に均等間隔で配置され、タービン車室26に固定されている。また、動翼体28は、動翼42が周方向に均等間隔で配置され、基端部がロータ32に固定されるロータディスク43に固定されている。
この静翼41は、翼本体(翼構造部)44の長手方向(ロータ32の径方向)における一端部(径方向の外側)に外側シュラウド(端壁構造部)45が固定され、他端部(径方向の内側)に内側シュラウド(端壁構造部)46が固定されて構成されている。そして、この外側シュラウド45がタービン車室26に固定されている。一方、動翼42は、翼本体47の長手方向(ロータ32の径方向)における基端部(径方向の内側)にプラットフォーム48が固定されて構成されている。そして、このプラットフォーム48がロータディスク43に固定され、先端部(径方向の外側)がタービン車室26の内壁面の近傍まで延出されている。
このように構成された静翼41にて、図1乃至図3に示すように、翼本体44は、中空形状をなし、燃焼ガスの流動方向の上流側(図2にて、左側)が湾曲断面形状をなし、燃焼ガスの流動方向の下流側(図2にて、右側)が先細断面形状をなしている。そして、翼本体44は、内部が2つの隔壁51により3つの空間部に区画されている。また、翼本体44は、所定の位置にそれぞれ内部と外部を貫通する冷却孔52が複数形成されている。
外側シュラウド45は、ほぼ四角い平板形状をなし、中央部に翼形状をなす開口が形成されており、翼本体44の一端部がこの開口と一致するように固定されている。内側シュラウド46は、外側シュラウド45と同様に、ほぼ四角い平板形状をなし、中央部に翼形状をなす開口が形成されており、翼本体44の他端部がこの開口と一致するように固定されている。この場合、翼本体44と外側シュラウド45とは、ラッパ形状の湾曲部53を介して接続し、翼本体44と内側シュラウド46とは、ラッパ形状の湾曲部54を介して接続されている。また、各シュラウド45、46は、所定の位置にそれぞれ内部と外部を貫通する冷却孔52が複数形成されている。
翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、その内側に仕切板55が固定されている。この仕切板55は、筒形状をなし、各シュラウド45,46側の端部が拡径してこの各シュラウド45,46に固定されている。即ち、仕切板55は、翼本体44に対応する本体部56と、外側シュラウド45に対応する外側部57と、内側シュラウド46に対応する内側部58とを有し、本体部56と外側部57と内側部58の間には、各湾曲部53,54に対応する湾曲部59,60が設けられている。
そして、翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、内側にこの仕切板55が固定されることで、キャビティ61が区画形成されている。このキャビティ61は、翼本体44と仕切板55の本体部56とで区画される第1キャビティ62と、外側シュラウド45と仕切板55の外側部57とで区画される第2キャビティ63と、内側シュラウド46と仕切板55の内側部58とで区画される第3キャビティ64とが連続して構成されている。この場合、仕切板55は、ほぼ全域にわたって、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面との間隔がほぼ一定間隔となるように配置されている。
つまり、仕切板55は、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面に一定間隔をもって沿うように配置されている。一方、各シュラウド45,46は、外周部に段付部45a,46aが形成されており、仕切板55は、各端部がこの段付部45a,46aに密着して固定(溶接)されている。また、仕切板55は、その全域にわたってほぼ均等間隔で多数の貫通孔65が形成されている。
なお、翼本体44は、上述したように、内部が2つの隔壁51により3つの空間部に区画されていることから、実際には、各空間部にそれぞれ筒形状をなす仕切板55(55a,55b,55c)が配置されており、各仕切板55a,55b,55cが各シュラウド45,46側で連結されることで、空間部が連通している。
また、翼本体44及び各シュラウド45,46と仕切板55との間には、両者の間隔が狭くなるのを抑制する複数の突起部66が設けられている。この突起部66は、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面から仕切板55側に突出するような円柱または角柱形状をなし、先端部が仕切板55から離間している。この場合、複数の突起部66は、キャビティ61内で、ほぼ均等間隔で配置されている。
従って、図示しない冷却通路からの冷却空気(冷却媒体)が、静翼41に対して外側シュラウド45側及び内側シュラウド46側から供給されると、この冷却空気は、まず、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側、つまり、仕切板55の内側に導入される。そして、仕切板55内の冷却空気は、次に、この仕切板55に形成された多数の貫通孔65を通してキャビティ61に噴射され、ここで、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内壁面をインピンジメント冷却する。このとき、仕切板55内の冷却空気は、各貫通孔65を通して3つのキャビティ62,63,64へ並列的に導入されることから、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46が均一に冷却される。その後、キャビティ61の冷却空気は、多数の冷却孔52を通して外部(燃焼ガス通路40)へ排出され、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の外壁面に沿って流れることで、この外壁面を膜冷却する。
このように実施例1のタービン静翼にあっては、中空形状をなす翼本体44における一端部に外側シュラウド45を固定し、他端部に内側シュラウド46を固定し、この翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に仕切板55を固定することで、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46と仕切板55との間に連続するキャビティ61を形成し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に多数の冷却孔52を形成すると共に、仕切板55に多数の貫通孔65を形成している。
従って、冷却空気が外側シュラウド45側及び内側シュラウド46側から供給されると、この冷却空気は仕切板55の内側に導入され、仕切板55に形成された多数の貫通孔65を通してキャビティ61に噴射されることで、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内壁面をインピンジメント冷却し、多数の冷却孔52を通して外部へ排出され、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の外壁面に沿って流れることで、この外壁面を膜冷却する。
このとき、多数の貫通孔65を有する仕切板55により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に連続するキャビティ61(62,63,64)が形成されているため、仕切板55内の冷却空気は、各貫通孔65を通して3つのキャビティ62,63,64へ直接一様に並列的に導入されることから、この冷却空気により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46を均一に冷却することができ、この翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46における局所的に高い温度及び熱応力の発生を防止し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の変形、熱応力や酸化減肉による損傷の発生を抑制することができる。
特に翼本体44のキャビティ62と各シュラウド45,46のキャビティ63,64を連続させることにより、翼本体44、シュラウド45,46の接続部付近にフランジを設ける必要がないため、翼本体44、シュラウド45,46を接続する湾曲部53,54の燃焼ガス側壁面が、冷却空気によりインピンジメント冷却される壁面から離れることがなく、十分に冷却することができる。
また、実施例1のタービン静翼では、翼本体44の仕切板55(56)の内側からキャビティ62に噴出される冷却空気の回路と、各シュラウド45,46の仕切板55(57,58)内側からキャビティ63,64に噴出される冷却空気の回路とは、並列に構成されている。従来のタービン静翼(例えば、特許文献1)では、翼本体の仕切板内側、翼本体のキャビティ、シュラウドの仕切板内側、シュラウドのキャビティの順に冷却空気を直列に流すために、翼本体の冷却空気回路とシュラウド部の冷却空気回路を区分する効果を有する前縁空洞挿入スリーブのような部材を設けており、回路を区分する部材の存在によりインピンジメント冷却を施すことができない部分が発生してしまう。実施例1のタービン静翼では、前縁空洞挿入スリーブのような部材を設ける必要はなく、インピンジメント冷却を施すことができない部分ができることを避けることができ、翼本体44及び各シュラウド45,46を均一に冷却することが可能となる。
また、実施例1のタービン静翼では、燃焼ガス力に対して静翼41を支持する翼本体44及び各シュラウド45,46が燃焼ガスに曝されるように構成されている。従って、燃焼ガスに曝される部材は、静翼41を支持する必要上、比較的厚く作られているので、高温の燃焼ガスによる酸化減肉で燃焼ガス通路40とキャビティ61の間を貫通する損傷が発生して冷却空気が漏れることを防止し、設計意図通りの冷却空気流量配分及びキャビティ圧力が得られ、各部材を確実に冷却することができる。
また、実施例1のタービン静翼では、仕切板55を筒形状とし、翼本体44から各シュラウド45,46側に至る端部をラッパ状に拡径して各シュラウド45,46の外周部に固定している。従って、仕切板55を適正形状とすることで、翼本体44の内側から各シュラウド45,46の内側まで連続するキャビティ61を容易に構成し、このキャビティ61の全域をほぼ均等に冷却することができる。
また、実施例1のタービン静翼では、翼本体44及び各シュラウド45,46から仕切板55に向けて、両者の間隔が狭くなるのを抑制する複数の突起部66を設けている。従って、翼本体44、各シュラウド45,46、仕切板55が熱変形しても、突起部66により翼本体44及び各シュラウド45,46と仕切板55との間隔、つまり、キャビティ61の幅が狭くなることが抑制され、常時、キャビティ61内に適量の冷却空気を供給することができ、翼本体44及び各シュラウド45,46を均一に冷却することができる。
なお、この実施例1では、翼本体44及び各シュラウド45,46と仕切板55との間隔が狭くなるのを抑制する複数の突起部66を翼本体44と各シュラウド45,46から仕切板55側へ突出して設けたが、仕切板55から翼本体44及び各シュラウド45,46側へ突出して設けてもよい。また、突起部66の形状も円柱形や角柱形に限らず、いずれの形状であってもよく、翼本体44及び各シュラウド45,46に多大な熱応力が作用しないような形状にすることが好ましい。そして、実施例1では、翼本体44及び各シュラウド45,46と仕切板55との間に複数の突起部66を設けたが、翼本体44と仕切板55との間にだけ、または、少なくとも一方のシュラウド45,46と仕切板55との間にだけ、複数の突起部66を設けてもよい。
図6は、本発明の実施例2に係るタービン静翼を表す縦断面図、図7は、実施例2のタービン静翼における翼本体と外側シュラウドとの連結部を表す断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施例2において、図6及び図7に示すように、静翼41は、中空形状をなす翼本体44の一端部に外側シュラウド45が固定され、他端部に内側シュラウド46が固定されて構成されている。そして、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に複数の冷却孔52が形成されている。
翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、その内側に仕切板71が固定されている。この仕切板71は、筒形状をなし、各シュラウド45,46側の端部が拡径してこの各シュラウド45,46に固定されている。この実施例2にて、仕切板71は、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板72と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板73とから構成されている。外側仕切板72は、基端部が外側シュラウド45の外周部(段付部45a)に固定され、先端部72aが翼本体44の内部に位置している。一方、内側仕切板73は、基端部が内側シュラウド46の外周部(段付部46a)に固定され、先端部73aが翼本体44の内部に位置している。
この場合、外側仕切板72に対して内側仕切板73の方が長く形成されることで、各仕切板72,73の先端部72a,73aは、外側シュラウド45側に配置されている。そして、外側仕切板72は、先端部72aが折り返され、その内側に内側シュラウド46の先端部73aが重なり、両者が溶接により接合されている。
そして、翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、内側にこの仕切板71が固定されることで、キャビティ61が区画形成されている。このキャビティ61は、翼本体44に対応する第1キャビティ62と、外側シュラウド45に対応する第2キャビティ63と、内側シュラウド46に対応する第3キャビティ64とが連続して構成されている。この場合、仕切板71は、ほぼ全域にわたって、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面との間隔がほぼ一定間隔となるように配置されている。そして、この仕切板71は、その全域にわたってほぼ均等間隔で多数の貫通孔74が形成されている。
なお、実施例2の作用は、前述した実施例1と同様であることから、説明は省略する。
このように実施例2のタービン静翼にあっては、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に仕切板71を固定することでキャビティ61を形成し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に多数の冷却孔52を形成すると共に、仕切板71に多数の貫通孔74を形成している。
従って、多数の貫通孔74を有する仕切板71により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に連続するキャビティ61(62,63,64)が形成されているため、仕切板71内の冷却空気は、各貫通孔74を通して3つのキャビティ62,63,64へ直接一様に並列的に導入されることから、この冷却空気により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46を均一に冷却することができ、局所的に高い熱応力の発生を防止し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の変形や損傷の発生を抑制することができる。
また、実施例2のタービン静翼では、仕切板71を、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板72と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板73とで構成している。従って、仕切板71を外側仕切板72と内側仕切板73とに分割することで、内部に容易に挿入して配置することができ、組付性を向上することができる。
また、実施例2のタービン静翼では、外側仕切板72と内側仕切板73は、基端部を外側シュラウド45と内側シュラウド46の外周部に固定し、先端部72a,73a同士を翼本体44の内部で接合している。従って、内部に挿入された外側仕切板72と内側仕切板73の先端部72a,73a同士を翼本体44の内部で接合することで、高い気密性を確保することができ、安定した冷却性能を維持することができると共に、接合部を接合作業が容易な位置に配置することができる。
また、実施例2のタービン静翼では、外側仕切板72と内側仕切板73の先端部72a,73aを外側シュラウド45側に配置して接合している。従って、外側仕切板72と内側仕切板73の接合部が外側シュラウド45側に配置されることで、両者を溶接などにより外部から接合しやすく、組付性を向上することができる。また、外側仕切板72や内側仕切板73の先端部は、冷却のための貫通孔74を形成しにくいことから、各仕切板72,73の先端部72a,73aの位置を燃焼ガス温度が高い部位を避けて外側シュラウド45側に配置することで、局所的な高温部位の発生を抑制することができる。
なお、この実施例2では、外側仕切板72と内側仕切板73の先端部72a,73aを外側シュラウド45側に配置して接合したが、外側仕切板72と内側仕切板73の先端部72a,73aを内側シュラウド46側に配置して接合してもよく、この場合であっても、上述したものと同様の作用効果を奏することができる。
図8は、本発明の実施例3に係るタービン静翼を表す縦断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施例3において、図8に示すように、静翼41は、中空形状をなす翼本体44の一端部に外側シュラウド45が固定され、他端部に内側シュラウド46が固定されて構成されている。そして、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に複数の冷却孔52が形成されている。
翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、その内側に仕切板81が固定されている。この仕切板81は、筒形状をなし、各シュラウド45,46側の端部が拡径してこの各シュラウド45,46に固定されている。この実施例3にて、仕切板81は、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板82と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板83とから構成されている。外側仕切板82は、基端部が外側シュラウド45の外周部に固定され、先端部82aが翼本体44の内部に位置している。一方、内側仕切板83は、基端部が内側シュラウド46の外周部に固定され、先端部83aが翼本体44の内部に位置している。
この場合、外側仕切板82と内側仕切板83は、ほぼ同じ長さに形成されることで、各仕切板82,83の先端部82a,83aは、翼本体44における長手方向の中間部に配置されている。そして、外側仕切板82と内側仕切板83は、先端部82a,83aが閉塞されて互いに所定間隔をもって離間している。
そして、翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、内側にこの仕切板81が固定されることで、キャビティ61が区画形成されている。このキャビティ61は、翼本体44に対応する第1キャビティ62と、外側シュラウド45に対応する第2キャビティ63と、内側シュラウド46に対応する第3キャビティ64とが連続して構成されている。この場合、仕切板81は、ほぼ全域にわたって、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面との間隔がほぼ一定間隔となるように配置されている。そして、この仕切板81は、その全域にわたってほぼ均等間隔で多数の貫通孔84が形成されている。
なお、実施例3の作用は、前述した実施例1と同様であることから、説明は省略する。
このように実施例3のタービン静翼にあっては、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に仕切板81を固定することでキャビティ61を形成し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に多数の冷却孔52を形成すると共に、仕切板81に多数の貫通孔84を形成している。
従って、多数の貫通孔84を有する仕切板81により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に連続するキャビティ61(62,63,64)が形成されているため、仕切板81内の冷却空気は、各貫通孔84を通して3つのキャビティ62,63,64へ直接一様に並列的に導入されることから、この冷却空気により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46を均一に冷却することができ、局所的に高い熱応力の発生を防止し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の変形や損傷の発生を抑制することができる。
また、実施例3のタービン静翼では、仕切板81を、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板82と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板83とで構成し、外側仕切板82と内側仕切板83の先端部82a,83aを閉塞し、翼本体44の中間部で互いに所定間隔をもって配置している。従って、内部に挿入された外側仕切板82と内側仕切板83の先端部82a,83a同士を所定間隔で配置することで、仕切板81における接合箇所を減少して組付コストを低減することができると共に、組付性を向上することができる。
図9は、本発明の実施例4に係るタービン静翼を表す縦断面図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
実施例4において、図9に示すように、静翼41は、中空形状をなす翼本体44の一端部に外側シュラウド45が固定され、他端部に内側シュラウド46が固定されて構成されている。そして、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に複数の冷却孔52が形成されている。
翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、その内側に仕切板91が固定されている。この仕切板91は、筒形状をなし、各シュラウド45,46側の端部が拡径してこの各シュラウド45,46に固定されている。この実施例4にて、仕切板91は、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板92と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板93とから構成されている。外側仕切板92は、基端部が外側シュラウド45の外周部に固定され、先端部92aが翼本体44の内部に位置している。一方、内側仕切板93は、基端部が内側シュラウド46の外周部に固定され、先端部93aが翼本体44の内部に位置している。
この場合、外側仕切板92に対して内側仕切板93の方が長く形成されることで、各仕切板92,93の先端部92a,93aは、翼本体44における長手方向に燃焼ガス温度が高い部位を避けて、外側シュラウド側45側に配置されている。そして、外側仕切板92と内側仕切板93は、先端部92a,93aが閉塞されて互いに所定間隔をもって離間している。
そして、翼本体44と外側シュラウド45と内側シュラウド46とは、内側にこの仕切板91が固定されることで、キャビティ61が区画形成されている。このキャビティ61は、翼本体44に対応する第1キャビティ62と、外側シュラウド45に対応する第2キャビティ63と、内側シュラウド46に対応する第3キャビティ64とが連続して構成されている。この場合、仕切板91は、ほぼ全域にわたって、翼本体44及び各シュラウド45,46の内壁面との間隔がほぼ一定間隔となるように配置されている。そして、この仕切板91は、その全域にわたってほぼ均等間隔で多数の貫通孔94が形成されている。
なお、実施例4の作用は、前述した実施例1と同様であることから、説明は省略する。
このように実施例4のタービン静翼にあっては、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に仕切板91を固定することでキャビティ61を形成し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46に多数の冷却孔52を形成すると共に、仕切板91に多数の貫通孔94を形成している。
従って、多数の貫通孔94を有する仕切板91により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に連続するキャビティ61(62,63,64)が形成されているため、仕切板91内の冷却空気は、各貫通孔94を通して3つのキャビティ62,63,64へ直接一様に並列的に導入されることから、この冷却空気により翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46を均一に冷却することができ、局所的に高い熱応力の発生を防止し、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の変形や損傷の発生を抑制することができる。
また、実施例4のタービン静翼では、仕切板91を、外側シュラウド45側から挿入される外側仕切板92と、内側シュラウド46側から挿入される内側仕切板93とで構成し、外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93aを閉塞し、翼本体44における外側シュラウド45側で互いに所定間隔をもって配置している。従って、内部に挿入された外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93a同士を所定間隔で配置することで、仕切板91における接合箇所を減少して組付コストを低減することができると共に、組付性を向上することができる。
また、実施例4のタービン静翼では、外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93aを外側シュラウド45側に配置している。即ち、外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93aを燃焼ガス温度が最も高い部位を避けて配置している。従って、外側仕切板92や内側仕切板93の先端部は、冷却のための貫通孔94を形成しにくいことから、各仕切板92,93の先端部92a,93aの位置を翼本体44における長手方向に燃焼ガス温度が高い部位を避けて外側シュラウド45側に配置することで、貫通孔94を形成しにくい部位と燃焼ガス温度が高い部位が重なることを防止し、局所的な高温部の発生を抑制することができる。
この場合、静翼41にて、燃焼ガス温度が最も高い部位は、燃焼ガス通路40を流れる燃焼ガスの様相により相違するものである。実施例4では、燃焼ガス温度が最も高い部位が、静翼41の長手方向における中間部より内側シュラウド46側にあることから、外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93aを外側シュラウド45側に配置している。但し、燃焼ガス温度が最も高い部位は、燃焼ガス通路40を流れる燃焼ガスの様相により相違するものである。そのため、燃焼ガス温度が最も高い部位が、静翼41の長手方向における中間部より外側シュラウド45側にあるときには、外側仕切板92と内側仕切板93の先端部92a,93aを内側シュラウド46側に配置すればよい。
なお、上述した各実施例では、翼本体44、外側シュラウド45、内側シュラウド46の内側に仕切板55,71,81,91を固定することでキャビティ61を形成したが、翼本体44と外側シュラウド45、または、翼本体44と内側シュラウド46だけに仕切板を固定することでキャビティを形成してもよい。
また、上述した各実施例では、冷却空気(冷却媒体)を静翼41に対して外側シュラウド45側及び内側シュラウド46側から供給するようにしたが、外側シュラウド45側または内側シュラウド46側のいずれか一方から供給するようにしてもよい。
また、上述した実施例2から4では、外側仕切板72,82,92と内側仕切板73,83,93は、先端部同士を翼本体44の内部で接合したが、外側シュラウド45や内側シュラウド46の内部で接合してもよい。
また、上述した各実施例では、本発明のタービン静翼をガスタービンに適用して説明したが、蒸気タービンに適用してもよく、この場合、冷却媒体は蒸気であり、キャビティを冷却した後、外部に排出せずにシュラウド側に回収すればよい。
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
26 タービン車室
27 静翼体
28 動翼体
32 ロータ
40 燃焼ガス通路
41 静翼
42 動翼
43 ロータディスク
44 翼本体(翼構造部)
45 外側シュラウド(端壁構造部)
46 内側シュラウド(端壁構造部)
52 冷却孔
55,71,81,91 仕切板
61,62,63,64 キャビティ
65,74,84,94 貫通孔
66 突起部

Claims (8)

  1. 中空形状をなす翼構造部と、
    前記翼構造部の端部に設けられる端壁構造部と、
    前記翼構造部に対応する本体部前記端壁構造部に対応する側部、前記本体部と前記側部との間に設けられる湾曲部を有して前記翼構造部及び前記端壁構造部の内側に連続するキャビティを形成するように設けられると共に前記本体部と前記側部と前記湾曲部の全域にわたって多数の貫通孔が形成される仕切板と、
    を備えることを特徴とするタービン静翼。
  2. 前記仕切板は、前記翼構造部及び前記端壁構造部の内壁面に一定間隔をもって沿うように配置されることを特徴とする請求項1に記載のタービン静翼。
  3. 前記仕切板は、筒形状をなし、前記端壁構造部側の端部が拡径して前記端壁構造部に固定されることを特徴とする請求項1または2に記載のタービン静翼。
  4. 前記翼構造部と前記仕切板との間または前記端壁構造部と前記仕切板との間に両者の間隔が狭くなるのを抑制する突起部が設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のタービン静翼。
  5. 前記端壁構造部は、前記翼構造部の一端部に接続される外側端壁構造部と、前記翼構造部の他端部に接続される内側端壁構造部とを有し、前記仕切板は、前記外側端壁構造部側から挿入される外側仕切板と、前記内側端壁構造部側から挿入される内側仕切板とを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のタービン静翼。
  6. 前記外側仕切板と前記内側仕切板は、基端部が前記外側端壁構造部と前記内側端壁構造部に固定され、先端部同士が接合されることを特徴とする請求項5に記載のタービン静翼。
  7. 前記外側仕切板と前記内側仕切板は、基端部が前記外側端壁構造部と前記内側端壁構造部に固定され、先端部が閉塞されて互いに所定間隔をもって前記翼構造部の内部に配置されることを特徴とする請求項5に記載のタービン静翼。
  8. 前記翼構造部及び前記端壁構造部の外側に燃焼ガス通路が設けられ、前記外側仕切板と前記内側仕切板は、先端部が前記翼本体における長手方向に燃焼ガス温度が最も高い部位を避けて配置されることを特徴とする請求項6または7に記載のタービン静翼。
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