JPH0291402A - ガスタービンシュラウドの冷却構造 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスタービンのシュラウドの冷却構造に係り特
にシュラウドの冷却に必要な冷却空気をより有効に利用
するシュラウド冷却構造に関する。

［従来の技術］ 第３図は従来のガスタービンのシュラウド冷却構造を示
す。タービン動翼（不図示）との間にガス通路を形成す
るシュラウド１１はシュラウドリングの形をしており、
静止部材１４（ガスタービンケーシングの一部）に取付
けられている。シュラウドリングの冷却は、シュラウド
リングを成す各シュラウド（シュラウドセグメントとい
う）１１に夫々取付けられたインピンジカバー１２の多
数個の孔にキャビティ１６内に送入された冷却空気１３
を通過させてその流速を増加させ、シュラウドセグメン
ト１１のガス通路面の反対側に冷却空気を吹き付けるこ
とにより行なわれる。該冷却に使用された空気は、シュ
ラウドセグメン１−１１自体にあけられた対流冷却孔１
５を通り、ガス通路に排出される。かかるシュラウド冷
却構造は例えば、Ｕ、Ｓ、ＤＥＰＡＲＴＭＥＮＴ　ＯＦ
　ＥＮＥＲＧＹ、　ＨＩＧＨＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ　
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＰＲＯＧＲＡＭ、５−３４頁に
示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の構造において、インピンジカバー１２の孔を通過
する際の冷却空気の差圧は通常の０．３〜０−５　（ｋ
ｇ　／　ｃｓ　”　）とらなければならない。このため
キャビティ１６の内圧は必然的に高めなければならない
。しかし、シュラウドリングは周方向に分割配置された
シュラウドセグメントより構成されているため、シュラ
ウンドセグメント間のギャップから一部の冷却空気が、
インピンジカバーを通過せずに、ガス通路内に漏洩して
しまうことになる。このリーク空気流量は、ガス通路内
の温度を下げ、タービン性能を低下させる。このリーク
空気流量はシュラウドリングの分割数に比例して増加す
るものである。また、このリーク面積（シュラウドセグ
メント間ギャップの面積）が増大すると、キャビティ１
６の内圧を下げることになり、この圧力減少が進むと、
キャビティ１６内の内圧がガス通路内圧力以下となる。

そのときは、ガス通路内よりシュラウドのキャビティ１
６に高温ガスが流入する不都合が生じることとなる。こ
のように従来技術によるシュラウド冷却は、そのシュラ
ウドセグメント間のギャップ等に強く依存した構造とな
っている。

更に、上記従来技術は、ガスタービンの燃焼温度がさら
に高くなった場合に、ガス通路を構成するシュドラウド
リンクのメタル温度が上昇するのを防ぐため冷却を強化
する必要があるときには、冷却強化のため、インピンジ
カバーの孔を通る冷却空気の流量を増加させること、引
いては冷却空気流量を増加させることとなるが、そうす
ると、インピンジカバー前圧が上昇し、より一層冷却空
気のリーク流量が増し、シュラウド冷却のため流してい
る冷却空気の大半がリークしてしまい、シュラウド冷却
不足の状態となるという問題がある。

また従来技術においては始めからシュラウドセグメント
間ギャップからのリーク空気流量を見込んで冷却空気流
量を設定していたが、より高温のガスタービンの場合に
おいては、性能を確保するために、限られた冷却空気流
量の中でガスタービンロータ、パケット（動翼）、ノズ
ル（静翼）等の主要部材をも冷却しなければならないこ
となり、運転中の熱伸び、摩耗によるギャップの拡大等
によりリーク空気流量が予測し難くなって、シュラウド
リングの冷却空気流量を把握できず、信頼性のある冷却
設計を実施し得ないという問題があった。

本発明の目的は、リーク空気流量を少なくシ。

ガスタービンシュラウドを最小の供給冷却空気流量で有
効に冷却し得るガスタービンシュラウドの冷却構造を提
供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のガスタービンシュラウドの冷却構造は、ガスタ
ービン回転動翼の外周に位置してそれとの間にガス通路
を形成するシュラウドリングが周方向に分割されたシュ
ラウドセグメントより構成され、各シュラウドセグメン
トがガスタービンケーシングの部分を成す静止部材に取
付けられており、各シュラウドセグメントに対する該静
止部材内のキャビティの開口を覆う箱状の且つ多数の孔
を有するインピンジカバーが該静止部材に封着されてお
り、該静止部材内のキャビティに導入された冷却空気の
全てが上記インピンジカバーの多数の孔を通ってシュラ
ウドセグメントに吹き付けられるようにしたことを特徴
とする。

［作　　　用コ シュラウド冷却空気はガスタービンケーシングの部分を
なす静止部材内に設けられたキャビティ内に導かれる。

そのキャビティは、箱形のインピンジカバーにより完全
に封鎖されているため、冷却空気は他の部所にリークす
ることはなくインピンジカバーの多数の孔を通過してシ
ュラウドセグメントに吹き付けられる。これにより、シ
ュラウドセグメントのメタル温度を許容温度に下げるよ
うにシュラウドセグメントを有効に冷却することが可能
となる６本発明の構成により、シュラウド冷却に必要な
冷却空気流量が従来の約半分となり、最小の冷却空気流
量にて最大の冷却効果を生ずることができる。

Ｃ実　施　例コ 以下、本発明の実施例を第１図、第２図により説明する
。

第１図において、ガスタービンの各シュラウドセグメン
ト４は、外側の静止部材（ガスタービンケーシングの一
部）１０のフック部１０′に該シュラウドセグメント４
のフック部４′により取付けられている。各シュラウド
セグメント４はガスタービンの軸心の周りに環状配列さ
れていてシュラウドリングを構成している。各シュラウ
ドセグメント４の相互の隣接する側面に設けられた溝５
には、隣接シュラウドセグメント４間に架は渡されたシ
ールプレート（不図示）が溝５全体に亘って嵌着されて
おり、これによりシュラウドセグメント４同志が互いに
シール状態で連結されている。

６はガスタービンの動翼であり、これとシュラウド４と
の間隙がガス通路をなす。上記シールプレートは、この
ガス通路からシュラウドリング内へのホットガスの侵入
および後記冷却空気のシュラウドセグメント間からガス
通路へのリークを防ぐ役をしている。

シュラウドを冷却するための冷却空気ａは、外側の静止
部材１０に設けられたオリフィス１にて流量を調整され
た後、通気孔２を通り、静止部材１内の空気キャビティ
３に導かれる。そして冷却空気は、空気キャビティ３を
密閉するように取付けられた弁当箱状のインピンジカバ
ー９の多数の孔を通り、被冷却体であるシュラウドセグ
メント４に吹き付けられる。尚１個々のシュラウドセグ
メント４に対して個々の箱状インピンジカバー９が設け
である。この冷却空気吹付けの効果によりシュラウドセ
グメントのメタル温度を設計メタル温度にすることがで
き、これにより、ガスタービン動翼６とシュラウド４と
の間隙を所定の値にする事ができ、動翼先端からのガス
リークを最小にし、タービン性能の低下を抑えることが
可能となる。

このようにしてシュラウドセグメント４の冷却に寄与し
た冷却空気は、相隣るシュラウドセグメント４と外側静
止部材１０とシールプレートとで形成されたリーク間隙
を矢印のように通ってガス通路へリークするものと、シ
ュラウドセグメント４に設けられたシュラウド後縁部冷
却用対流冷却孔７を通ってガス通路に排出されるものと
に別れる。このように、シュラウドの冷却空気流量は。

シュラウドセラメン１−間の上記リーク間隙を通るリー
ク流量に左右されることなく、オリフィス１にて調整す
ることができ、かつ、シュラウドの冷却空気の熱伝達率
は、冷却空気流量の調整により調整することが可能であ
る。

第２図は外側静止部材１０に設けられたオリフィス１の
径により、シュラウドを冷却するインピンジカバー通過
空気流量（Ｇ１．、）と、冷却に寄与した空気がシュラ
ウド４と外側静止部材１０との間の前記リーク間隙から
排出されるリーク流量Ｇ、と、シュラウド４の後縁部の
冷却のため設けられた対流冷却孔７を通る冷却空気流量
Ｇ６゜が如何に変化するかを示している。本発明では、
外側静止部材１０内の空気キャビティ３のシュラウド側
開口を覆うように箱状のインピンジカバー９が該静止部
材１０に気密に取付けられているため。

シュラウド４と外側静止部材１０との間の前記リーク間
隙８からのリーク空気流量Ｇ、をも、シュラウド冷却用
のインピンジカバー通過空気流量Ｇｔｌｌｌに含ましめ
ることが可能となる。さらにオリフィス１の径を変える
ことにより、対流冷却孔７に流れることなく、前記リー
ク間隙から無駄に捨てられるリーク空気流量Ｇ、を最小
にするようにコントロールすることができ、リーク空気
流量の増加によるガスタービンの性能の低下を防止する
ことが可能となる。さらに、インピンジカバー９と対流
冷却孔７の孔径及び孔数を適宜に設計・選択することに
より、シュラウド冷却空気の熱伝達率を調整することが
できる。

［発明の効果コ 本発明によれば、ガスタービンのガス通路構成部品であ
るシュラウドを従来より少ない冷却空気流量にて効果的
に冷却することが可能であり、かつ、従来無駄に排出さ
れていたシュラウドと静止部材の間のｒｖＪ隙からのリ
ーク空気流量をもシュラウド冷却に有効に活用でき、よ
り高温、高性能のガスタービンシュラウドの製作が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図はオリ
フィス径と各部の冷却空気流量の変化の関係を示すグラ
フ、第３図は従来技術を示す断面図である。 １・・・オリフィス　　　２・・・通気孔３・・・キャ
ビティ　　　４・・・シュラウドセグメント５・・・シ
ールプレート溝　６・・・タービン動翼７・・・対流冷
却孔　　　９・・・インピンジカバー１０・・・外側静
止部材 第１図 ３−キヤとティ ６゛°タービン７１２１１ １０−・・外側静止部材 第３図 １３・−・）８却空気 １６−・脅！じティ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガスタービン回転動翼の外周に位置してそれとの間
   にガス通路を形成するシュラウドリングが周方向に分割
   されたシュラウドセグメントより構成され、各シュラウ
   ドセグメントがガスタービンケーシングの部分を成す静
   止部材に取付けられており、各シュラウドセグメントに
   対する該静止部材内のキャビティの開口を覆う箱状の且
   つ多数の孔を有するインピンジカバーが該静止部材に封
   着されており、該静止部材内のキャビティに導入された
   冷却空気の全てが上記インピンジカバーの多数の孔を通
   ってシュラウドセグメントに吹き付けられるようにした
   ことを特徴とするガスタービンシュラウドの冷却構造。 ２、上記冷却空気を上記キャビティに導入する静止部材
   側に冷却空気流量調整手段を設けた請求項１記載のガス
   タービンシュラウドの冷却構造。