JP6746486B2 - 分割環及びガスタービン - Google Patents
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Description
本発明に係る態様の分割環は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であって、前記分割体における前記分割環の径方向の外側に設けられて外部から冷却空気を受入れるメインキャビティと、前記分割体におけるロータの軸方向に沿うと共に周方向に並列されて一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通すると共に他端が前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流側に開口する複数の第1冷却流路と、前記分割体における前記ロータの回転方向の上流側に前記第1冷却流路に隣接して配置されて前記ロータの軸方向に沿うと共に一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通する第2冷却流路と、前記分割体の前記ロータの回転方向の上流側の側端部の一部であって、燃焼ガスの流れ方向の下流端から上流側に向かう所定の領域に前記分割環の周方向に沿って設けられて、一端が前記第2冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部に開口する複数の側部流路と、を備え、前記側部流路の開口密度は、軸方向下流側の前記側部流路より軸方向上流側の前記側部流路の方が小さくなることを特徴とする。
従って、上記の構成によれば、回転方向の上流側の側端部に配置された複数の側部流路であって、軸方向下流側の所定領域に配置された第3冷却流路より軸方向上流側において、第3冷却流路より配列ピッチが大きく、従って第3冷却流路より開口密度が小さい第5冷却流路が配置されているので、回転方向の上流側の側端部に配置された側部流路の開口密度は、軸方向下流側の前記側部流路より軸方向上流側の前記側部流路の方が小さくなる。その結果、高温化され易い領域を効果的に冷却するとともに、冷却空気量の適正化が図られる。
本発明に係る態様の分割環は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であって、前記分割体における前記分割環の径方向の外側に設けられて外部から冷却空気を受入れるメインキャビティと、前記分割体におけるロータの軸方向に沿うと共に周方向に並列されて一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通すると共に他端が前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流側に開口する複数の流路であって、前記ロータの回転方向の上流側の第2領域に設けられた前記流路は、前記ロータの回転方向の下流側の第1領域に設けられた前記流路より開口密度が大きく設定された複数の第1冷却流路と、前記分割体における前記ロータの回転方向の上流側に前記第1冷却流路に隣接して配置されて前記ロータの軸方向に沿うと共に一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通する第2冷却流路と、前記分割体の前記ロータの回転方向の上流側の側端部の一部であって、燃焼ガスの流れ方向の下流端から上流側に向かう所定の領域に前記分割環の周方向に沿って設けられて一端が前記第2冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部に開口する複数の第3冷却流路と、を備え、前記第3冷却流路が配置された前記所定の領域は、前記ロータの回転方向において前記第2冷却流路を間に挟んで、前記第2領域に配置された前記第1冷却流路に隣接して配置されていることを特徴とする。
従って、上記の構成によれば、回転方向の上流側の側端部に配置された複数の側部流路であって、軸方向下流側の所定領域に配置された第3冷却流路に対して、回転方向に第2冷却流路を間に挟んで、第1冷却流路の中でも開口密度が高い第2領域に配置された第1冷却流路が隣接して配置されている。その結果、分割体の回転方向の上流側であって、軸方向の下流側の領域は、開口密度が高い第3冷却流路と第2領域の第1冷却流路が集合して、分割体の他の領域より冷却能力が強化される。従って、高温化され易い回転方向上流側で軸方向下流側の側端部を効果的に冷却するとともに、冷却空気量の適正化が図られる。
図7は、ガスタービンの全体構成を表す概略図、図8は、タービンのガス流路を表す断面図である。
次に、前述した回転方向上流側第1側部流路を備えた分割環の第1実施形態の変形例を、図9−1及び図9−2を用いて説明する。図9−1は、本変形例に係る回転方向上流側第1側部流路を備えた分割環を径方向Drの外側から見た部分断面図であり、図9−2は、本変形例の分割環を周方向Dcから見た断面図である。
図10は、第2実施形態のガスタービンにおける分割環と遮熱環と車室の連結状態を表す断面図、図11は、径方向外側から見た分割環の断面(図10のIX−IX断面)図、図12は、分割環の径方向内面近傍の断面(図10のX−X断面)図である。なお、上述した実施形態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。
図13は、第3実施形態のガスタービンにおける分割環を径方向Drの外側から見た部分断面図を示し、図14は分割環を周方向Dcから見た断面図を示す。なお、第3実施形態の分割環の冷却構造は、第1実施形態の分割環の冷却構造に対して、回転方向上流側の側端部35に設けられた側部流路として、回転方向上流側第2側部流路(第5冷却流路)を追加した態様である。冷却構造の詳細は、後述する。上述した各実施形態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。
図15は、第3実施形態のガスタービンにおける分割環の回転方向上流側第2側部流路の変形例を示し、分割環の径方向Drの外側から見た部分断面図を示す。本変形例に示す分割環の冷却構造は、第2実施形態の分割環の冷却構造に対して、回転方向上流側の側端部35に設けられた側部流路として、回転方向上流側第2側部流路48(第5冷却流路)を追加した態様である。上述した各実施形態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。
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 ロータ
15 発電機
21 燃焼ガス流路
22 静翼
25 動翼
27 分割環
28 遮熱環
29 車室
31 分割体
32 本体
32c、32d 内壁面
33 フック(支持部材)
34 衝突板(多孔板)
35,36 側端部
37 メイン冷却空間(メインキャビティ)
38 小孔
39 受入空間
40 供給孔
41 上流側端部
42 上流側冷却空間(上流側キャビティ)
43 上流側流路
44 軸方向流路(第1冷却流路)
45 回転方向上流側軸方向流路(第2冷却流路)
46 回転方向上流側第1側部流路(第3冷却流路)
47 下流側端部
48 回転方向上流側第2側部流路(第5冷却流路)
51 下流側冷却空間(下流側キャビティ)
52 下流側連結流路
53 回転方向下流側側部流路(第4冷却流路)
61 シール部材
A 空気
AC 圧縮空気
CA 冷却空気
FL 燃料
FG 燃焼ガス
Claims (13)
- 複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であって、
前記分割体における前記分割環の径方向の外側に設けられ、前記分割体の外表面側の凹部に衝突板が固定されることで区画され、外部から冷却空気を受入れるメインキャビティと、
前記分割体におけるロータの軸方向に沿うと共に周方向に並列されて一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通すると共に他端が前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流側に開口する複数の第1冷却流路と、
前記分割体における前記ロータの回転方向の上流側の前記第1冷却流路に隣接し、前記分割体の径方向の内側の内表面に接近して配置されて前記ロータの軸方向に沿うと共に、一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流端に形成された開口に連通し、前記開口の位置から燃焼ガスの流れ方向の下流側に延伸して、他端が前記分割体の軸方向の下流側端部まで延在する第2冷却流路と、
前記ロータの回転方向の上流側の側端部の一部であって、前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の全長の中間位置から、前記分割体の燃焼ガスの流れ方向の下流端までの所定の領域に前記分割環の周方向に沿って設けられて一端が前記第2冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部に開口する複数の第3冷却流路と、
を備え、
前記中間位置は、前記メインキャビティの前記上流端に形成された前記開口の位置より燃焼ガスの流れ方向の下流側に配置される、
ことを特徴とする分割環。 - 前記分割体は、前記メインキャビティより燃焼ガスの流れ方向の上流側に上流側キャビティが設けられ、前記メインキャビティと前記上流側キャビティが上流側流路により連通し、前記上流側キャビティに前記第1冷却流路及び前記第2冷却流路が連通することを特徴とする請求項1に記載の分割環。
- 前記第2冷却流路は、他端が閉塞されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分割環。
- 前記第2冷却流路は、他端が前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流側に開口すると共に、絞り部が設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分割環。
- 前記第1冷却流路は、前記分割体における前記分割環の周方向に複数並列され、複数の前記第1冷却流路のうちの前記ロータの回転方向の上流側に設けられた流路は、前記ロータの回転方向の下流側に設けられた流路より、開口密度が大きく設定されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記分割体における前記分割環の周方向に沿って一端が前記第1冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の下流側に開口する複数の第4冷却流路が設けられることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記複数の第3冷却流路は、前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流端から上流側に向けて前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の全長の50%から25%の位置から、燃焼ガスの流れ方向の下流端までの領域に設けられることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記第3冷却流路は、前記メインキャビティが形成された領域より燃焼ガスの流れ方向の下流側に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記分割体は、本体の軸方向上流端部及び下流端部から径方向外側に延在し、前記分割体を車室に支持する複数の支持部材を備え、前記第3冷却流路は、軸方向下流側に配置された前記支持部材の内壁面より燃焼ガスの流れ方向の下流側に配置されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部であって、前記第3冷却流路の燃焼ガスの流れ方向の上流側に配置され、一端が前記第2冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部に開口する第5冷却流路を備えることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の分割環。
- 前記第5冷却流路の開口密度が、前記第3冷却流路の開口密度より小さく設定されていることを特徴とする請求項10に記載の分割環。
- 空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記タービンにおける動翼の外周側に配置される請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の分割環と、
を備えることを特徴とするガスタービン。 - 複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であって、
前記分割体における前記分割環の径方向の外側に設けられて外部から冷却空気を受入れるメインキャビティと、
前記分割体におけるロータの軸方向に沿うと共に周方向に並列されて一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流側に連通すると共に他端が前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の下流側に開口する複数の第1冷却流路と、
前記分割体における前記ロータの回転方向の上流側の前記第1冷却流路に隣接し、前記分割体の径方向の内側の内表面に接近して配置されて前記ロータの軸方向に沿うと共に、一端が前記メインキャビティにおける燃焼ガスの流れ方向の上流端に形成された開口に連通し、前記開口の位置から燃焼ガスの流れ方向の下流側に延伸して、他端が前記分割体の軸方向の下流側端部まで延在する第2冷却流路と、
前記ロータの回転方向の上流側の側端部の一部であって、前記分割体における燃焼ガスの流れ方向の全長の中間位置から、前記分割体の燃焼ガスの流れ方向の下流端までの所定の領域に前記分割環の周方向に沿って設けられて、一端が前記第2冷却流路に連通すると共に他端が前記ロータの回転方向の上流側の前記側端部に開口する複数の第3冷却流路と、
前記第2冷却流路の前記開口の位置から燃焼ガスの流れ方向の前記中間位置までの間に配置された第5冷却流路と、
を備え、
前記第5冷却流路の開口密度は、前記第3冷却流路の開口密度より小さくなることを特徴とする分割環。
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