JP7284737B2 - ガスタービン静翼 - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン静翼、特に、内周側エンドウォールと外周側エンドウォールとにより２つの静翼が一体に形成される連翼構造のガスタービン静翼に関する。
こうした本技術分野における背景技術には、特開２００７－１５４８８９号公報（特許文献１）がある。
この特許文献１には、連翼構造のガスタービン静翼が記載されている（図２参照）。そして、特許文献１には、内側バンドは、内側バンドから半径方向内向きに延びる後方フランジを含み、後方フランジは、内側バンドの半径方向内面に対して内側バンドから半径方向内向きに延び、また、内側バンドは、内側バンドから半径方向内向きに延びた前方フランジを含み、前方フランジは、内側バンドの上流端縁部と後方フランジとの間に設置され、内側バンドの半径方向内面に対して内側バンドから半径方向内向きに延びることが記載されている。（段落０００９参照）。
特開２００７－１５４８８９号公報
特許文献１には、連翼構造のガスタービン静翼が記載されている。
今後、ガスタービン静翼は、ガスタービンの運転時に、増々、ガスタービン静翼の温度が上昇し、ガスタービン静翼は、ガスタービン静翼の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力が増加する。
そして、ガスタービン静翼は、ガスタービン静翼の熱変形時に、ガスタービン静翼に発生する応力が増加することにより、ガスタービン静翼には、クラックが発生する恐れがある。
しかし、特許文献１には、こうしたクラックの発生を防止するガスタービン静翼は記載されていない。つまり、特許文献１には、ガスタービン静翼の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力を低減し、ガスタービン静翼の熱変形時に発生する応力を低減するガスタービン静翼は記載されていない。
そこで、本発明は、ガスタービン静翼の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力を低減し、ガスタービン静翼の熱変形時に発生する応力を低減するガスタービン静翼を提供する。
上記した課題を解決するため、本発明のガスタービン静翼は、内周側エンドウォールと外周側エンドウォールとにより２つの静翼が一体に形成される連翼構造を有する。そして、内周側エンドウォールは、半径方向内側に伸び、内周ダイヤフラムと接続する上流側接続部と、上流側接続部よりも下流側に設置され、半径方向内側に伸び、内周ダイヤフラムと接続する下流側接続部と、を有し、内周側エンドウォールの後縁部に、内周側エンドウォールの後縁部の肉厚を薄くした部分である薄肉部を有し、薄肉部は、軸方向に、下流側接続部と内周側エンドウォールとの接触部から内周側エンドウォールの最後縁端部までの半径方向内側に形成され、円周方向に、内周側エンドウォールの後縁部の中央部に形成されることを特徴とする。
本発明によれば、ガスタービン静翼の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力を低減し、ガスタービン静翼の熱変形時に発生する応力を低減するガスタービン静翼を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。
本実施例に記載するガスタービン１００を説明する概略説明図である。 本実施例に記載するガスタービン静翼１０を説明する斜視説明図である。 本実施例に記載するガスタービン静翼１０を説明する断面説明図である。 本実施例に記載する薄肉部３３を説明する斜視説明図である。
以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
≪ガスタービン１００≫
先ず、本実施例に記載するガスタービン１００を説明する。
図１は、本実施例に記載するガスタービン１００を説明する概略説明図である。
ガスタービン１００は、ガスタービン静翼１０とガスタービン動翼２０とを有し、燃焼ガスを導入する。
燃焼ガスは、圧縮機（図示なし）にて圧縮される空気と、燃焼器（図示なし）に供給される燃料とが、燃焼器にて、燃焼され、生成される。
そして、ガスタービン１００は、燃焼器にて生成される燃焼ガスを、ガスタービン静翼１０に導入し、ガスタービン静翼１０を流通した燃焼ガスを、ガスタービン動翼２０に導入する。
ガスタービン動翼２０は、導入される燃焼ガスにより回転し、ガスタービン動翼２０が回転することにより、ガスタービン動翼２０と同軸に連結する発電機（図示なし）が発電する。
このように、ガスタービン静翼１０には、燃焼器にて生成される高温の燃焼ガスが導入される。
そして、今後、ガスタービン静翼１０は、ガスタービン１００の運転時に、増々、ガスタービン静翼１０の温度が上昇し、ガスタービン静翼１０は、ガスタービン静翼１０の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力が増加する。そして、ガスタービン静翼１０は、ガスタービン静翼１０の熱変形時に発生する応力が増加する恐れがある。
なお、ガスタービン静翼１０は、その内周側が内周ダイヤフラム３０に接続され、その外周側が外周ダイヤフラム４０に接続される。
≪ガスタービン静翼１０≫
次に、本実施例に記載するガスタービン静翼１０を説明する。
図２は、本実施例に記載するガスタービン静翼１０を説明する斜視説明図である。
本実施例に記載するガスタービン静翼１０は、特に、連翼構造のガスタービン静翼１０である。
つまり、本実施例に記載する連翼構造のガスタービン静翼１０は、内周側エンドウォール３と外周側エンドウォール２とにより２つの静翼１が一体に形成される。
また、ガスタービン静翼１０に形成される２つの静翼１は、静翼１の後縁部を、静翼１の前縁部に対して、円周方向にずらして、形成される。これにより、ガスタービン静翼１０を流通した燃焼ガスを、効率よく、ガスタービン動翼２０に導入することができる。
図３は、本実施例に記載するガスタービン静翼１０を説明する断面説明図である。
ガスタービン静翼１０は、静翼１と、外周側エンドウォール２と、内周側エンドウォール３と、を有する。
外周側エンドウォール２は、外周ダイヤフラム４０と接続する、半径方向外側に伸びる前方フランジ２１と、外周ダイヤフラム４０と接続する、前方フランジ２１よりも下流側に設置され、半径方向外側に伸びる後方フランジ２２と、を有する。
内周側エンドウォール３は、内周ダイヤフラム３０と接続する、半径方向内側に伸びる上流側接続部３１と、内周ダイヤフラム３０と接続する、上流側接続部３１よりも下流側に設置され、半径方向内側に伸びる下流側接続部３２と、を有する。
静翼１は、外周側エンドウォール２と内周側エンドウォール３との間に形成され、前縁部（燃焼ガスの導入方向に対して上流側：図３上左側端部）の翼長が、後縁部（燃焼ガスの導入方向に対して下流側：図３上右側端部）の翼長よりも、短い。このため、静翼１は、後縁部の熱伸びが、前縁部の熱伸びよりも、大きい。
そして、静翼１の後縁部の熱伸びは、静翼１と内周側エンドウォール３との接触部で作用する。つまり、熱伸びに対する応力（静翼１の熱変形時に発生する応力）は、静翼１の後縁部と内周側エンドウォール３との接触部で増加する。
この熱伸びに対する応力は、内周側エンドウォール３の後縁部（下流側接続部３２よりも下流側の部分）で発生する。そして、内周側エンドウォール３の後縁部で発生する応力は、内周側エンドウォール３の後縁部における剛性を低減することにより、低減することができる。
そして、連翼構造のガスタービン静翼１０は、内周側エンドウォール３の後縁部における剛性が大きいため、内周側エンドウォール３の後縁部で発生する応力も大きい。
そこで、本実施例では、内周側エンドウォール３の後縁部で発生する応力を低減するため、内周側エンドウォール３の後縁部に薄肉部３３を形成する。特に、本実施例では、内周側エンドウォール３と外周側エンドウォール２とにより２つの静翼１が一体に形成される連翼構造のガスタービン静翼１０の内周側エンドウォール３の後縁部に薄肉部３３を形成する。
≪薄肉部３３≫
次に、本実施例に記載する薄肉部３３を説明する。
図４は、本実施例に記載する薄肉部３３を説明する斜視説明図である。
薄肉部３３は、内周側エンドウォール３の後縁部に形成され、薄肉部３３は、内周側エンドウォール３の後縁部の肉厚（半径方向の厚み）を薄くした部分である。
薄肉部３３を、内周側エンドウォール３の後縁部に形成することにより、内周側エンドウォール３の後縁部における剛性を低減することができ、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
なお、薄肉部３３は、内周側エンドウォール３の後縁部を切削して形成してもよいし、内周側エンドウォール３と共に、鋳造して形成してもよい。
そして、薄肉部３３（薄肉部３３の半径方向の形成領域）は、内周側エンドウォール３の後縁部の半径方向内側に形成される。
薄肉部３３を、内周側エンドウォール３の後縁部の半径方向内側に形成することにより、内周側エンドウォール３の後縁部の強度を確保しつつ、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
つまり、内周側エンドウォール３の後縁部には、薄肉部３３と空間部とが形成される。この空間部は、例えば、内周側エンドウォール３の後縁部を内周側から半径方向に切削して形成される。
また、空間部の半径方向の厚みは、薄肉部３３が形成される内周側エンドウォール３の後縁部の半径方向の厚み（薄肉部３３の半径方向の厚み）よりも、厚いことが好ましい。つまり、薄肉部３３の半径方向の厚みは、空間部の半径方向の厚みよりも、薄いことが好ましい。通常、内周側エンドウォール３の後縁部の半径方向の厚みは、９～１０ｍｍであり、空間部の半径方向の厚みは、５～６ｍｍである。つまり、この場合、薄肉部３３の厚みは３～４ｍｍ程度となる。
これにより、バランスよく、内周側エンドウォール３の後縁部の強度を確保しつつ、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
また、空間部は、軸方向に、下流側接続部３２と内周側エンドウォール３との接触部から内周側エンドウォール３の最後縁端部まで、形成されることが好ましい。つまり、薄肉部３３（薄肉部３３の軸方向の形成領域）は、軸方向に、下流側接続部３２と内周側エンドウォール３との接触部から内周側エンドウォール３の最後縁端部まで、形成されることが好ましい。
これにより、有効に、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
また、空間部は、円周方向に、内周側エンドウォール３の後縁部の中央部に形成されることが好ましい。つまり、薄肉部３３（薄肉部３３の円周方向の形成領域）は、円周方向に、内周側エンドウォール３の後縁部の中央部に形成され、薄肉部３３の両側には、厚肉部３４（例えば、切削されていない部分）が形成されることが好ましい。このように、内周側エンドウォール３の後縁部を、軸方向から見た場合、薄肉部３３の両側に厚肉部３４が形成されることが好ましい。また、両側の厚肉部３４の円周方向の長さは、等しいことが好ましい。
これにより、内周側エンドウォール３の後縁部の強度を確保しつつ、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
また、本実施例に記載するガスタービン静翼１０は、２つの静翼１の後縁部が、軸方に対して、円周方向にずれて、形成される。つまり、２つの静翼１の後縁部は、内周側エンドウォール３の後縁部に対して、円周方向に偏って、形成される。
このため、一つの静翼１の後縁部は、薄肉部３３が形成される内周側エンドウォール３の後縁部に形成され、他の静翼１の後縁部は、厚肉部３４が形成される内周側エンドウォール３の後縁部に形成される。
これにより、内周側エンドウォール３の後縁部の強度を確保すると共に、有効に、内周側エンドウォール３の後縁部に発生する応力を低減することができる。
このように、本実施例に記載するガスタービン静翼１０は、内周側エンドウォール３と外周側エンドウォール２とにより２つの静翼１が一体に形成される。そして、内周側エンドウォール２は、半径方向内側に伸び、内周ダイヤフラム３０と接続する上流側接続部３１と、上流側接続部３１よりも下流側に設置され、半径方向内側に伸び、内周ダイヤフラム３０と接続する下流側接続部３２と、を有し、内周側エンドウォール３の後縁部に、内周側エンドウォール３の後縁部の肉厚を薄くした部分である薄肉部３３を有する。
本実施例によれば、ガスタービン静翼１０の温度が上昇することにより発生する熱伸びに対する応力を低減し、ガスタービン静翼１０の熱変形時に発生する応力を低減することができる。
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。
１・・・静翼
２・・・外周側エンドウォール
３・・・内周側エンドウォール
１０・・・ガスタービン静翼
２０・・・ガスタービン動翼
２１・・・前方フランジ
２２・・・後方フランジ
３０・・・内周ダイヤフラム
３１・・・上流側接続部
３２・・・下流側接続部
３３・・・薄肉部
３４・・・厚肉部
４０・・・外周ダイヤフラム
１００・・・ガスタービン

Claims (3)

  1. 内周側エンドウォールと外周側エンドウォールとにより２つの静翼が一体に形成される連翼構造を有するガスタービン静翼であって、
    前記内周側エンドウォールは、半径方向内側に伸び、内周ダイヤフラムと接続する上流側接続部と、前記上流側接続部よりも下流側に設置され、半径方向内側に伸び、前記内周ダイヤフラムと接続する下流側接続部と、を有し、
    前記内周側エンドウォールの後縁部に、前記内周側エンドウォールの後縁部の肉厚を薄くした部分である薄肉部を有し、
    前記薄肉部は、軸方向に、前記下流側接続部と前記内周側エンドウォールとの接触部から前記内周側エンドウォールの最後縁端部までの半径方向内側に形成され、円周方向に、前記内周側エンドウォールの後縁部の中央部に形成されることを特徴とするガスタービン静翼。
  2. 請求項１に記載するガスタービン静翼であって、
    前記薄肉部の半径方向の厚みは、空間部の半径方向の厚みよりも、薄いことを特徴とするガスタービン静翼。
  3. 請求項１に記載するガスタービン静翼であって、
    前記連翼構造を有する２つの静翼は、前記２つの静翼の後縁部が、軸方向に対して、円周方向にずれて形成され、
    一つの静翼の後縁部が、前記薄肉部が形成される前記内周側エンドウォールの後縁部に形成され、他の静翼の後縁部が、厚肉部が形成される前記内周側エンドウォールの後縁部に形成されることを特徴とするガスタービン静翼。
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