JPH02104902A - ガスタービン - Google Patents

ガスタービン

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JPH02104902A
JPH02104902A JP1227281A JP22728189A JPH02104902A JP H02104902 A JPH02104902 A JP H02104902A JP 1227281 A JP1227281 A JP 1227281A JP 22728189 A JP22728189 A JP 22728189A JP H02104902 A JPH02104902 A JP H02104902A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にガスタービンに関する。より詳細には、
本発明は、タービン静翼の内側シュラウドを境膜冷却す
る装置及び方法に関する。
タービンの最大動力出力を得るためには、タービンを出
来るだけ高温のガス温度で動作させることが望ましい、
最新式のガスタービンのガス温度では、充分な冷却を行
わなければ、流入部の構成要素の金ｉ温度は、構成要素
のそれ相応の耐久性が＆１保される許容温度よりも高く
なってしまう。
それ故、かかる構成要素に適量の冷却用空気を送ること
が極めて重要である。かかる冷却を行うためには空気を
加圧する必要があるので、通常は、圧縮機の排出空気流
から抽気して燃焼プロセスをバイパスさせ、これを冷却
用空気として用いる。
その結果、かかる冷却用空気の圧縮に費やされる仕事は
、燃焼プロセス及び膨張プロセスから回収されない、し
たがって、最大の熱力学的効率を得るため冷却用空気の
使用量を最少限に抑えることが望ましいという観点から
、冷却用空気の有効利用がガスタービンの技術的発展に
おいて重要な課題になっている０本発明は、タービン静
翼の内側ンユラウドへの境膜冷却用空気の供給及び制御
に関する。
ガスタービンのタービン部の高温ガス流路は、中央に位
置した回転シャフトを包囲した状態でシリンダ内部に形
成される環状室によって画定され、環状室の内部には、
静翼列と回転翼列が交互に並んで配置されている。各列
の静翼及び回転翼は環状体の周りに円周方向に並んで配
置されている。
各静翼は翼形部と内側シュラウドと外側シュラウドとで
構成される。翼形部は、ガス流を下流側の回転翼に正し
く差し向けるよう働く、各静翼の内側シュラウド及び外
側シュラウドは、隣の静翼の内側シュラウド及び外側シ
ュラウドに密接しているので結合して列全体を構成する
とシュラウドはガス流路を構成する環状体の短い軸方向
部分を形成する。しかしながら、シュラウドとシュラウ
ドとの間には狭い円周方向間隙が存在する。
一般に、内側シュラウドの内面によって画定される環状
の空洞内には高圧の空気が存在する。これは一番目の静
翼列についてもそうである。というのは、この静翼列は
、タービン部への入口として働き、それ故に、燃焼装置
への導入待機状態にある圧ｌ１ｉＩ４ｉ！の排出空気を
収容したブレナム室に直結されているからである。この
ような構成のため、圧ｍａからの高圧状態の排出空気が
、第１列の静翼の内側シュラウドと、この付近でシャフ
トを包囲しているハウジングの外面との間に形成された
、　空洞に充満する。第１静翼列の下流側の静翼列では
事情は幾分異なる。静翼列のすぐ上流側及び下流側の回
転翼列の回転ディスクの冷却のため、内側シュラウド及
び隣合うディスクの表面で形成される空洞に冷却用空気
が供給される。
これらの空洞内の高圧空気が高温ガス流中へ漏洩混入す
ると熱力学的性能が下落することになる。
このため、かかる漏洩混入を制限する手段が用いられる
。高温ガス流の圧力はタービンの翼列を次々に下流側へ
横切って通過するにつれ低下してゆくので、当然のこと
ながら、これら空洞内部の高圧空気は、内側シュラウド
の後縁と、隣接の１転デイスクのリムとの間の軸方向間
隙を通って下流側へ流れて空洞から漏れ出る傾向がある
。これを防止するため、半径方向バリヤが環状の空洞の
周りに円周方向に延びている。第１静翼列では、このバ
リヤは内側シュラウドの内面から半径方向内方へ突出し
た支持レールから成り、この支持レールはシャフトを包
囲しているハウジングに当接した状態で静翼を支持する
よう働く。高圧空気が支持レールを横切って流れるよう
にするための穴を支持レールに設けても、内側ンユラウ
ドの内面に取付けられた封じ込めカバーが在るため高圧
空気はバリヤの下流側のシュラウド空洞には流入しない
、第１静翼列の下流側の列では、バリヤは中間段シール
が取付けられる類似の支持レールから成る。
シュラウド空洞内の高圧空気の漏洩路としてもう一つ考
えられる流路ば、隣合う内側シュラウドの間の円ｒｉ１
方向間隙である。従来、かかる漏洩は、間隙を形成する
内側シュラウドの縁部に形成したスロット内にストリッ
プ状シールを配設することにより阻止されている。初期
設計のタービンでは、これらシールから漏洩が生じると
、薄膜状の冷却用空気が内側シュラウドの外面上を流れ
ていた。
このようなＦＪＩｔ！ｉ状の空気による冷却、即ち、境
膜冷却は内側シュラウドの過熱の防止に充分である。
しかしながら、ガスタービンの技術的進歩によって益々
高いガス温度の使用が可能になるにつれ、特に空気の存
在曾が少なく、それ故に漏Ｐ！１．蟹が少ない、半径方
向バリヤの下流側のシュラウドの部分においてシールか
らの漏洩が不十分になる傾向のあることが予測できる。
このようなｔｆｒ型のタービンでは、適当な冷却が行わ
れなければ、半径方向バリヤの下流側に位置した内側シ
ュラウドの部分における第１の静大列が過熱状態になる
場合がある。シュラウドは過熟状態になると腐食及び亀
裂発生により性能が劣化することになるので、静翼を頻
繁に交換する必要が生じるが、この様なすＳ態が生じる
と費用がかかるし、タービンが長期間にわたって稼働で
きない状態になる。
したがって、空気がシュラウド空洞内に僅かしか存在し
ていないｔＩＨ域、例えば半径方向バリヤの下流側の内
側シュラウドを適度に境膜冷却する装置及び方法を提供
することが望ましい。
本発明の主目的は、高圧の冷却用空気が調節された態様
では供給されない内側シュラウドの部分を充分に境膜冷
却する装置を提供することにある。
この目的に鑑みて、本発明の要旨は、タービンシリンダ
が環状の流路中に交互に配置された静翼列と回転翼列を
収納し、静翼がそれぞれ半径方向内端を有し、該半径方
向内端には内側シュラウド部分が設けられ、内側シュラ
ウドがそれぞれ、その円周方向端部に第１及び第２の縁
を有し、隣合った状態で対をなす内側シュラウド部分の
それぞれの第１の縁及び第２の縁が円周方向間隙を画定
し、ストリップ状のシールが第１の縁と第２の縁との間
に配設されると共に半径方向バリヤがシュラウドの周り
に円周方向に延びた状態でシュラウドから内方へ突出し
、それによりシュラウド空洞が画定され、半径方向バリ
ヤがシュラウド空洞に供給される高圧空気の流れを制限
するよう構成して成るガスタービンにおいて、前記スト
リップ状シールはそれぞれ２つの長さ方向縁部を有し、
封止面が長さ方向縁部に沿って形成され、前記長さ方向
縁部は、ストリップ状シールが前記円周方向間隙を跨ぐ
よう、隣合う前記内側シュラウドに形成されたスロット
内に位置し、複数の逃げ部が前記封止面に沿って断続的
に形成され、逃げ部のサイズ及び数は所望の漏洩流量に
応じて選択されることを特徴とするガスタービンにある
。
本発明の内容は、添付の図面に例示的に示すに過ぎない
好ましい実施例の詳綱な説明を読むと一層容易に明らか
になろう。
図面を参照すると（なお、図中、同一の参照番号は同一
の構成要素を示している）、第１図には、ガスタービン
のタービン部の長さ方向部分が示され、図示のタービン
シリンダ４８内には静翼列と回転翼列が交互に並んだ状
態で配置されている。
矢印はタービンを通る高温ガスの流れを示している０図
示のように、一番目、即ち第１列の静翼１０はタービン
への入口を構成している。また、燃焼装置及び高温ガス
の流れを燃焼装置からタービン入口へ差し向けるダクト
２２を収納した環状室３２の部分が示されている。第２
図は、第１列の静翼ｌＯの近傍のタービン部の一部分の
拡大図である０図示のように、本発明は、第１の静翼列
の冷却に利用されるのが好ましいが、他の列にも通用で
きる。各静翼の半径方向外端部には外側シュラウド１１
、半径方向内端部には内側シュラウド１２が位置してい
る。内側シュラウドばそれぞれ、２つのほぼ軸方向に向
いた縁部５０と、円周方向に向いた前方及び後方の縁部
とを有する。複数枚の静翼１０がタービンの環状流入部
の周りに円周方向に並んで配置されている。各静翼の内
側シュラウド及び外側シーラウドは、隣の静Ｘの内側シ
ュラウド及び外側シュラウドと密接した位置に在るので
結合して列全体を構成するとシュラウドはガス流路を構
成する環状体の短い軸方向部分を形成するようになる。
しかしながら、第４図で分かるように、各内側シュラウ
ドのほぼ軸方向に向いた縁部５０と、隣接のシュラウド
との間には狭い円周方向の間隙４４が存在している。ハ
ウジング２０が第１列の静翼の付近で回転シャフトを包
囲している。各内側シャフトから半径方向内方へ突出し
た支持レール１６がハウジング２０に当接した状態で静
翼を支持している。
圧縮機の排出部からの高圧空気は燃焼装置への導入に先
立って室３２内を流れる。この高圧空気は、内側シュラ
ウド１２の内面とシャフトのハウジング２０との間に形
成されたシュラウド空洞２４内へ自由に流入する０回転
翼２８が静翼に隣接した回転ディスク３０に取付けられ
ている。内側シュラウド１２の下流側の縁部と、隣接の
ディスク３０の表面との間には間隙４Ｇが生じている。
支持レール１６は、高圧空気の下流への漏洩を明１卜す
る半径方向バリヤとして、高圧空気がシュラウド空洞２
４を通り間隙４６を通って高温ガス流中に混入しないよ
うにする。
第２図〜第５図を参照すると、燃焼装置からの高温ガス
２６は内側シュラウドの外面上を流れることが分かる。
間隙４６を通る、高温ガス流中への高圧空気の混入は、
第４図及び第５図に示す横断面が唖鈴状のストリップ状
シール３４によって阻止される。各間隙につき一つのス
トリップ状シールが設けられ、このシールは、間隙４６
を跨ぐと共に、間隙を形成する隣合うシュラウドの縁部
に沿って延びる２つのスロット内に嵌入した状態で保持
されている。唖鈴形状のシールの円筒形部分４０はスロ
ット３８内に位置した状態でシュラウドの２つの長さ方
向縁部に沿って延びている。
円筒形部分の直径はスロットの幅よりもほんの僅か小さ
いに過ぎないので、これらによって封止面が形成される
。
支持レール１６には、各内側シュラウドにつき一つずつ
穴１８が設けられている。これらの穴１８は、レールの
前方面から後方面へ延びると共にレールの周りに円周方
向に等間隔に設けられている。内側シュラウドの内面に
取付けられた封じ込めカバー１４により、高圧空気は支
持レールのこれらの穴１８を通り、内側シュラウドに設
けられた開口１５を通って静翼の翼形部に流入できる。
封じ込めカバーは、第３図に示すように、支持レールの
後方面からシュラウドの円周方向に向いた後方縁部の近
傍まで軸方向に延びており、また、間隙４４を形成する
２つの縁部を円周方向にほぼ跨いでいる。
支持レール１６の下流側のシュラウド空洞２５の部分は
、支持レール１６によって室３２から封止されているの
で圧縮機からの高圧空気の供給を受けない、それ故、従
来方式では、ストリップ状シール３４から漏洩して支持
レールの下流側の内側シュラウドの部分を冷却する冷却
用空気の量は非常に僅かしか見込めない０本発明によれ
ば、第４図に示すように、スロット３８から、封じ込め
カバー１４により包囲されている内側シュラウドの内面
まで延びる複数の穴３６を設けることによって高圧空気
を支持レールの下流側の間隙に分配するようになってい
る。これらの穴３６により、封じ込めカバーはマニホル
ドとして働き、支持レール１６の穴１８が高圧空気を、
シール３４が嵌大しているスロット３日に供給できるよ
うにする。
本発明のもう一つの特徴によれば、第５図に示すように
、半径方向バリヤの下流側のストリップ状シール３４の
円筒形部分４０に逃げ部４２を断続的に設けることによ
って、シールからの漏洩が調節した状態で分配されるよ
うになっており、逃げ部のサイズ及び数によって漏洩緊
が決まる。このようにして得られる漏洩流量は、支持レ
ール１６に設ける穴１８のサイズを変えることによって
も調節できる。シールを通り過ぎて内側シュラウド間の
円周方向間隙に流入する高圧空気の漏洩により、内側シ
ュラウドの外面上を流れてこれを冷却する薄膜状の空気
が得られる。　　　′
【図面の簡単な説明】
第１図は、ガスタービンのタービン部の縦断面図である
。 第２図は、第１列の静翼の近傍の第１図の縦断面部の一
部である。 第３図は、２枚の隣合う静翼の内側シュラウドを示す第
２図の３−３線における横断面図である。 第４図は、第２図の４−４線における内側シュラウドの
横断面図である。 第５図は、ストリップ状シールの斜視図である。 〔主要な参照番号の説明〕 １０・・・第１列の静翼、１１・・・外側シュラウド、
１２・・・内側シュラウド、１４・・・カバー、１５・
・・開口、１６・−・支持レール、１８・・・穴、２０
・・・ハウジング、２４．２５・・・シュラウド空洞、
２日・・・回転翼、３０・・・回転ディスク、３４・・
・ストリップ状シール、３６・・・穴、３８・・−スロ
ット、４２−・・逃げ部、４４・・・円周方向間隙、５
０・・・内側シュラウドの軸方向に向いた縁。 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代　理　人：加藤　紘一部（外１名）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）タービンシリンダが環状の流路中に交互に配置さ
    れた静翼列と回転翼列を収納し、静翼がそれぞれ半径方
    向内端を有し、該半径方向内端には内側シュラウド部分
    が設けられ、内側シュラウドがそれぞれ、その円周方向
    端部に第１及び第２の縁を有し、隣合った状態で対をな
    す内側シュラウド部分のそれぞれの第１の縁及び第２の
    縁が円周方向間隙を画定し、ストリップ状のシールが第
    １の縁と第２の縁との間に配設されると共に半径方向バ
    リヤがシュラウドの周りに円周方向に延びた状態でシュ
    ラウドから内方へ突出し、それによりシュラウド空洞が
    画定され、半径方向バリヤがシュラウド空洞に供給され
    る高圧空気の流れを制限するよう構成して成るガスター
    ビンにおいて、前記ストリップ状シールはそれぞれ２つ
    の長さ方向縁部を有し、封止面が長さ方向縁部に沿って
    形成され、前記長さ方向縁部は、ストリップ状シールが
    前記円周方向間隙を跨ぐよう、隣合う前記内側シュラウ
    ドに形成されたスロット内に位置し、複数の逃げ部が前
    記封止面に沿って断続的に形成され、逃げ部のサイズ及
    び数は所望の漏洩流量に応じて選択されることを特徴と
    するガスタービン。
  2. （２）各ストリップ状シールの横断面は円筒形部分を備
    えた唖鈴形状であり、各円筒形部分は各ストリップ状シ
    ールの長さ方向に延び、円筒形部分の直径は前記スロッ
    トの幅とほぼ等しく、それにより前記封止面が形成され
    ていることを特徴とする請求項第（１）項記載のガスタ
    ービン。
  3. （３）内側シュラウドの内面から前記第１の縁の前記ス
    ロットまで延びる穴及び内側シュラウドの内面から第２
    の縁の前記スロットまで延びる穴が内側シュラウドのそ
    れぞれに形成され、前記半径方向バリヤに設けられた穴
    がバリヤの前方面から後方面まで延び、各内側シュラウ
    ドは、半径方向バリヤの前記穴とそれぞれの内側シュラ
    ウドの前記穴とを互いに連通させるマニホルドを有する
    ことを特徴とする請求項第（１）項又は第（２）項記載
    のガスタービン。
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