JPH01151725A - 軸流ガスタービン - Google Patents
軸流ガスタービンInfo
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- JPH01151725A JPH01151725A JP63273388A JP27338888A JPH01151725A JP H01151725 A JPH01151725 A JP H01151725A JP 63273388 A JP63273388 A JP 63273388A JP 27338888 A JP27338888 A JP 27338888A JP H01151725 A JPH01151725 A JP H01151725A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
手段を備える軸流ガスタービンであつで、冷却空気が、
圧縮機から分岐され、そして公知のようにねじり手段に
よって周方向に加速され、それにより、冷却空気用翼格
子に該冷却空気が流入するところの前記タービンロータ
の冷−加窒気孔に対して、該冷却空気の周方向の相対速
度がゼロになるものに関する。
わけ高温度及びガス圧力の他に遠心力の負荷をも受ける
動翼、並びにロータといった高温にさらされる構成要素
の冷却は特に重装である。これは、例えば効率を考えれ
ば、駆動ガスの導入温度に依存する。最大許容導入温度
は、熱負荷を受ける構成要素の達成すべき寿命によって
制限される。これらの構成要素を冷却しないガスタービ
ンに比べて、同要素を冷却するガスタービンにおいては
、ガス導入温度をより高くすることが許されるのであっ
て、これは、効率及び出力を増大せしめる。
却空気の流れ、そしてタービンロータの長さに沿った冷
却空気の配分は、タービンの個々の段において支配的な
ガス温度に左右される。最も高温にさらされる第1段に
対しては、ロータ本体の周囲を流れる冷却空気から1部
金、当該動翼内にその縦方向に沿って設けられたところ
の冷却通路内へ、分岐させることによって、同動翼全内
側から冷却することが必要になろう。
ス流内へ流出てる。この冷却された翼のあとに続く段に
おいて、ガス瀧度は丁でに、動翼の内部冷却金省略し得
る1でに低下している。それらの動翼は、ロータ本体の
周囲を同ロータ本体の端部へ向けて流れる空気によって
、翼基部の範囲の冷却だけ紫受ける。この空気は、最後
段の動・風列の基部領域の前後付近で、丁でに十分に減
圧した駆動ガス流内に流出し、同ガス流とともに排気ガ
スデイフユーザ内に到達する。
出され、そして、同圧縮機とタービン間の軸又はドラム
の1部の外表面に沿って、ねじられることなく、一連の
軸方向の孔内に達する。この孔は、タービンの第1段の
前方において、ロータの平らな環状面の周囲に配分され
ている。これらの孔を経て、冷却空気流は、ロータの冷
却通路内に到達し、そして、同ロータの端部において、
最も熱い動翼を冷却するために分岐された分量だけ減じ
られて、駆動ガス流内に流出し、同ガス流とともにデイ
フユーヂ内に到達する〇 既に述べたように、ロータへの冷却空気の流入は、本質
的に、ドラムの回転方向へのねじれなしに、つlり円周
成分を持たずに行われるために、同冷却空気は、ロータ
への途中で、ドラムの外表面における摩擦により、ドラ
ムの円周方向に加速てれる。それでも、周速度との関係
でCの加速は十分ではなく、そのため前記孔及びロータ
冷却通路への入口において、それらと比べてなお大きな
速度差が存在する。それゆえ、冷却空気は、ロータの周
速度に加速されなければならない。したがって、ドラム
及びロータは、ポンプ作用を実行しなければならない。
え大部分が冷却通路を貫流しようとも、このことは損失
要因となる。
空気流に関係している。冷却空気流は、半径方向、接線
方向及び軸方向の速度成分をもって、駆動ガス流内に流
入し、そして同ガス流全半径方向に押しのける。その結
果、デイフユーザ入口部のボス境界層は、損失の回復に
とって有害な増厚化を被る。
許出願公告第34 24 139号明細書において、圧
縮機の出口を出た後のロータ用の冷却空気に、本質的に
半径方向に沿った翼ヲ持つ不動のねじシ格子によって、
ロータの冷却通路の周速度と同じ大きはで、かつ同ロー
タの回転方向と同方向の周速度成分全付与することが提
案されている。その結果、冷却空気全ロータの冷却通路
において初めて加速するようなことはない。それによっ
て、前述のポンプ作用及びそれに関係する損失はなくな
る。
他に1.、周囲において互いに溶接された一列のディス
クから構成されているロータにおいては、所望の寿命を
得るために最後段のロータディスクを別に冷却すること
も必要である。
かつ低温度の状態で取り出され、そして、軸受ブラケッ
トヲ介して最終段のロータディスクに回かつてロータケ
ーシング内に導入せしめられる。そこから、その冷却空
気の大部分は、半径方向外側へ流れ、そして、最後段の
ロータディスクの周縁と排気ガスデイフユーザの同周縁
に隣接する内表面とにより限定される狭い環状隙間を通
過して、同デイフユーヂ内に流入する。それも、半径方
向外向きの速度成分と、ロータディスクにおける冷却空
気の摩擦に基因する、ロータ回転方向の一周速度成分と
をもって、デイフユーザ内に流入するのである。冷却空
気の内の小量は、軸受ブラケットにおける軸貫通案内部
のラビリンスを封鎖する。
ータディスク用の冷却空気も共に適切に案内することに
よって、ロータ端の流出領域内の同冷却空気を、その速
度ベクトルが、同領域における平均的排気ガス流の速度
ベクトルと、大きさ及び方向に関して本質的に一致する
ように、デイフユーザ内へ誘導することにある。その上
、ロータ用冷却空気の仕事能力は、十分に活用されるこ
とになっている。このような案内によって、最後段の範
囲のロータ外被も、同一のロータ用冷却空気量において
、公知の溝造の場合よりも強力に冷却されるはずである
。したがって、ディスク用冷却空気の世上減少させるこ
とができる。これは、ロータ内部の温度差、したがって
熱応力の減少を意味し、タービンロータの寿命を延長せ
しめる。
却空気を案内するべく、通路が設けられておシ、該通路
は、ロータ外被における最後段の静翼リムの範囲と、最
後段の動g IJムの翼基部の範囲とにおいて延びてお
り、その場合、前記最後段の動翼リムの少なくとも端部
において、タービンロータに固定の冷却空気用K IJ
ム内に冷却空気用彌格子が存在しており、該!異格子の
通路の方向づけは、デイフユーザ内に流出する冷却空気
の速度ベクトルが、本質的に、排気ガス流の平均的速度
ベクトルと一致するように為されており、そしてこの場
合、前記デイフユーザ内への冷却空気の吹き出し方につ
いての具体的な制限は、該冷却空気の剥離が回避され、
かつ前記最後段の動翼リムのボス領域において駆動ガス
流が均質化されるように為されていることを特徴として
いる。
の実施例に基づいてより詳細に説明される。
ンロータは、鍛造さ孔たロータディスク2,3.4から
構成されており、同ロータテイスクは、その端面におい
て共に鍛造されたリングに沿って相互に溶接されている
。動M IJムの動翼5〜9は、公知の方法で、その二
重ハンマーヘッド形の基部をもって、対応して成形され
た羽根固定溝内に取り付けられている。2つの隣接する
動’X IJム゛の間において、静翼支持体10内に、
ロータの動翼と類似の方法で、静翼リムの静翼11〜1
4が固着されている。この点は重要でないので、静翼の
固定に概略的に示唆するに止める。
外域であると考えられるロータ外被の冷却、並びに駆動
ガス温度によって最大の負荷を受ける動Aの冷却全目的
として、図示されない圧縮機の最終段−ターじンの第1
の動翼リム5の右に存在している。□から、必要な冷却
空気流が取り出される。その後、同冷却空気流には、圧
縮機と第1のタービン段との間に配設された、冒頭に記
載の西独特許出願公告第34 24 j39号明細書
で説明されたねじり翼格子によって、接線方向の速度成
分が与えられる。同速度成分は、ロータの冷却通路の周
速度に等しい。したがって、冷却空気は、タービンロー
タに対して周方向において相対速度0で、速度矢印16
で示唆されるように本質的に刺1方回に、一連の冷却空
気孔15を通って、タービンの冷却通路系に流入する。
して設けられた多数の冷却空気孔15を経て、冷却空気
は、周面に回かつて横断面がくさび状に拡大する環状溝
18内に達し、そしてそこから、第1の動■リム5の前
方及び後続の各々2つの動翼リムの中間にある一連の断
続的な環状間隙19と、・に基部の通路20とを通って
、最終的に最後の動翼リム9の翼基部の通路21内に達
する。
グメント22.23によって区画されており、この熱吸
収セグメントは、各々の2つの動’X IJム間に位置
していて、ロータ外被と動翼の基部全駆動ガス流による
過熱から保護している。両弁対称熱吸収セグメントの内
の長い方のセグメントの、駆動ガス流にさらされるシリ
ンダ状の外面は、ガス流の損失全最小限に抑えるために
、静翼11〜14のカバーバンドの2つのシール縁と共
に、絞り部ケ構成する。はぼ軸方向に整合された鋸歯状
の基部を有する最終段の動翼に対してハ、翼の前後に配
設された熱吸収セグメン)22,230代わシに、環状
の複数の対称的な熱吸収セグメント24が、同(の基8
全受容するためのロータ外被内の特有の固定溝と共に用
意されている。この場合、このセグメントのウェブ25
には、冷却空気用の何らかの通孔26が設けられるべき
である。
のそれぞれ2つの周方向で隣り合う側面に設けられた2
つの溝から構成され得るもので、それらは接合されて閉
じた通路を形成する。しかしながら、はぼ軸方向に整列
された憾基部の場合には、前記通路は、最終段の動翼リ
ム9の翼の場合のように、翼の溝そのものに設けること
もできる。
温度負荷を受ける段、例えば最初の2段の静翼及び動翼
は、空気冷却装置を有する中空翼として構成されている
。動翼に供給する冷却空気は、翼基部に鉛いて前述の冷
却空気流から分岐される。本発明にとって本質ではない
ために、翼冷却装置の要素は、第1図において示されて
いない。
も出て、冷却空気用尺リム27内に達する。この翼リム
は、ロータ本体に固着されるとともに、かろうじてその
周囲の内側に、円錐台形状の動翼格子28全有する。こ
の動翼格子は、その周囲に一様に配分された冷却空気用
鷺31全有しており、その冷却空気用翼には、全流通横
断面にわたって配分された、はちの巣状の通路30から
成るところの整流りング29が直列的に配設されている
。
し、第3図は、第2図に書き込lれた通路中心を通る円
錐殻状の切断面1−111の展開図金示す。整流リング
29の役割は、娼31によって区画された通路において
可能な限り剥離のない流れ金得るために、最後段の動翼
9の翼基部の通路21から出る冷却空気の噴流を均質化
することにある。
に転換することによって、前書きに示された本発明の課
題の1部金果たすものであって、この方向転換により、
デイフユーザボスの全周囲における流線の速度ベクトル
が、排気ガス流の平均的速度ベクトルと本質的に一致し
て、ディフユーデボスにおけるエネルギの乏しい境界層
にエネルギを供給しその剥離位置を下流へ移動せしめる
ことにより冒頭に記載の損失低減効果を奏する。同時に
ロータ用冷却空気のエネルギは、ロータへのエネルギ放
出のために部分的に消費される。
支援される。この措置とは、最後段のロータディスク4
の冷却に使用される、圧縮機から分岐した冷却空気もま
た、4冷却空気と同様に、ディフユーデ内に導入されて
流出することにある。ディスク用冷却空気は、外側のタ
ービンケーシング底板32に設けられた2つのディスク
空気通路33全通して、同底板32と内側のタービンケ
ーシング底板34によって限定された円盤状の中室室3
5内に流入し、速度矢印によって示唆されるように、同
中空室内においてロータ軸線に向けて半径方向内側へ転
向せしめられて、軸線付近に設けられた一連の内側のデ
ィスク空気通路36全通ってロータディスク4の前方に
到達する。そこにおいて冷却空気の大部分は、上方へ転
向せしめられて、環状間隙37と環状室38を経て環状
スリット39を通ってボス境界層内に吐き出される。本
発明が意図するボス境界層への流入作用には、冷却空気
側翼リム27の内側の形状の他に、デイ7ユーデポス4
1の凸状に湾曲された流入領域40も寄与している。こ
の流入領域は、流出するディスク用冷却空気全、反動体
の冷却空気と一緒に、その湾曲面によって吸い込むもの
である。冷却空気側翼リム27の円錐台形状の外表面6
4は、排気ガス流が最後段の動翼リム9の後方で均等に
分散されるように、ロータ軸に対して傾斜され、かつ長
さが定められている。
小量は、軸受プラ欠ットのラビリンス41を封鎖する。
実施形態會示す。冷却空気は、最後から2番目の勤il
l IJム43の後方で、ロータに固定の中間通路44
を経て、ロータに固定の異格子リム46の人格子45内
に流入し、そしてそこから流出して、静翼に固定の・人
格リム48の人格子47内に流入し、更にそこから流出
して、最終通路49へと方向転換せしめられる。
における人格子の前部半体50、即ち断面鼻形部から成
り、流出領域は冷却空気側翼リム53における人格子の
後部半体51から成る。
行に延びたように示されているが、通例では、ロータ軸
に対して斜めに、例えば5〜7°の角度に設定されるで
あろう。次いでロータ端部に流出する冷却空気は、その
ほかに必要なディスク用冷却空気と合流して、ロータ端
部の環状室52を経て、デイ7ユーデポスの流入領域4
0の表面に沿って排気ガス流内に進入する。
空気は、本質的には、動翼リム9の端部1で軸方向に案
内され、そしてそこにおいて初めて、冷却空気側翼リム
63によって、所望の方向をもって排気ガス流内に吐き
出される。最後から2番目の動翼リム43の後方で、冷
却空気は〜 −第4図に記載の構成と同様に、ロータに
固定の人格子リム56内の中間通路54と人格子55を
通り、静翼に固定の異格子リム58内の人格子57t−
通り、次いで最後段の動翼リム9に固定された異格子リ
ム59を通り抜ける。この異格子リムの人格子60は、
前部、翼半体により構成され、それに対し後部翼半体は
、冷却空気側翼リム63における人格子62を構成して
いる。
間で、最終通路61が、それも好1しくに軸に対しであ
る角度傾斜して、延びている。
ロータの縦断面図、第2図及び第3図は、第1図の詳細
図、第4図は、別の実施例を示す図、第5図は、同実施
例の詳細図、第6図は、本発明の第3の実施例を示す。 1・・・タービンロータ、5〜9・・・動IE’Jム、
14・・・静翼リム、15・・・冷却空気孔、21・・
・翼基部の通路、24・・・対称熱吸収セグメント、2
5・・・ウェブ、26・・・通孔、27・・・冷却空気
側翼リム、28・・・冷却空気用翼格子、29・・・整
流り/グ、39・・・環状スリット、40・・・流入領
域、42・・・デイ7ユーデポス、44・・・ロータに
固定の中間通路、45・・・ロータに固定の人格子、4
6・・・ロータに固定の異格子リム、47・・・静翼に
固定の粱格子、48・・・静翼に固定の憾格子リム、4
9・・・最終通路、50・・・人格子の前部半休、50
′・・・ロータに固定の異格子リム、51・・・殻格子
の後部半休、52・・・環状室、53・・・冷却空気側
翼リム、54・・・中間通路、55・・・ロータに固定
の人格子、56・・・ロータに固定の異格子リム、57
・・・静翼に固定の人格子、58・・・静翼に固定の異
格子リム、59・・・ロータに固定の異格子リム、60
・・・ロータに固定の人格子、61・・・最終通路、6
2・・・ロータに固定の冷却空気用翼格子、63・・・
冷却空気用翼リム、64・・・冷却空気用翼リムの外表
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Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、タービンロータ(1)とその動翼リム(5〜9)の
ための冷却手段を備える軸流ガスタービンであつて、冷
却空気が、圧縮機から分岐され、そして公知のようにね
じり手段によつて周方向に加速され、それにより、冷却
空気案内系内に該冷却空気が流入するところの前記ター
ビンロータ(1)の冷却空気孔 (15)に対して、該冷却空気の周方向の相対速度がゼ
ロになるものにおいて、最後段 (9+14)の範囲において前記冷却空気を案内するべ
く、通路(26、21、28; 44、45、47、50、49、51、52、39;5
4、55、57、60、61、62)が設けられており
、該通路は、ロータ外被における前記最後段の静翼リム
(14)の範囲と、同最後段の動翼リム(9)の該翼基
部の範囲とにおいて延びており、その場合、前記最後段
の動翼リム(9)の少なくとも端部において、前記ター
ビンロータ(1)に固定の冷却空気用翼リム(27;5
3;63)内に冷却空気用翼格子(28;51;62)
が存在しており、該翼格子の通路の方向づけは、デイフ
ユーザ内に流出する冷却空気の速度ベクトルが、本質的
に、排気ガス流の平均的速度ベクトルと一致するように
為されており、そしてこの場合、前記デイフユーザ内へ
の冷却空気の吹き出し方についての具体的な制限は、該
冷却空気の剥離が回避され、かつ前記最後段の動翼リム
(9)のボス領域において駆動ガス流が均質化されるよ
うに為されていることを特徴とする軸流ガスタービン。 2、前記最後段の静翼リム(14)の範囲内の冷却空気
の通路は、対称の熱吸収セグメント(24)によつて覆
われた、ロータ本体の環状溝と、該熱吸収セグメント(
24)のウェブ(25)の通孔(26)とにより構成さ
れること、前記最後段の動翼リム(9)の範囲内で冷却
空気を案内するために、翼基部の通路(21)が設けら
れていること、そして、前記冷却空気用翼リム(27)
内の前記冷却空気用翼格子(28)の、流通方向におい
て上流側に、整流リング(29)が配置されていること
を特徴とする請求項1に記載の軸流ガスタービン。 3、前記最後段の静翼リム(14)の範囲内の冷却空気
の案内部は、ロータ外被内の中間通路(54)と、該中
間通路の端部のロータに固定の翼格子(55)と、該静
翼に固定の翼格子リム(58)内の翼格子(57)とか
ら成ること、前記最後段の動翼リム(9)の範囲内の冷
却空気の案内部は、ロータに固定の翼格子リム(59)
内の翼格子(60)と、該最後段の動翼リム(9)の翼
基部内の最終通路(61)と、冷却空気用翼格子(62
)を持つロータに固定の冷却空気用翼リム (63)とを有しており、前記翼格子リム (59)の翼格子(60)は、翼鼻端を構成する前部翼
半体から成り、前記冷却空気用翼格子は、後部翼半体か
ら成ることを特徴とする請求項1に記載の軸通ガスター
ビン。 4、前記最後段の静翼リム(14)の範囲内の冷却空気
案内部は、ロータに固定の中間通路(44)と、ロータ
軸線を指向して湾曲した翼格子(45)を持つロータに
固定の翼格子リム(46)と、静翼に固定の翼格子リム (48)内のロータ軸線を指向する翼格子 (47)とを有すること、そして前記最後段の動翼リム
(9)の範囲内の冷却空気案内部は、ロータに固定の翼
格子リム(50′)内の翼格子(50)と、該最後段の
動翼リム(9)の翼基部の範囲内の最終通路(49)と
、冷却空気用具格子(51)を持つロータに固定の冷却
空気用翼リム(53)とを有しており、前記翼格子リム
(50′)の翼格子(50)は、翼鼻端を構成する前部
翼半体から成り、前記冷却空気用翼格子は、後部翼半体
から成ること、そしてさらに前記冷却空気用翼リム (53)とデイフユーザボス(42)との間の環状室(
52)及び環状スリット(39)、により特徴づけられ
る請求項1に記載の軸流ガスタービン。 5、前記デイフユーザボス(42)の流入領域(40)
は、軸方向断面において、流線形に成形されていること
を特徴とする請求項2又は3又は4に記載の軸流ガスタ
ービン。 6、前記冷却空気用翼リム(27;53;63)の円錐
台形状の外表面(64)は、前記排気ガス流が前記最後
段の動翼リム(9)の後方で均質化されるように、前記
ロータ軸線に対して斜めに形成され、かつ限定されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の軸流ガスタービン
。
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