JPH07189739A - 空気冷却式ガスタービン - Google Patents
空気冷却式ガスタービンInfo
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- JPH07189739A JPH07189739A JP33489793A JP33489793A JPH07189739A JP H07189739 A JPH07189739 A JP H07189739A JP 33489793 A JP33489793 A JP 33489793A JP 33489793 A JP33489793 A JP 33489793A JP H07189739 A JPH07189739 A JP H07189739A
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- rotor
- cooling
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Abstract
(57)【要約】
【目的】燃焼ガス用圧縮空気の一部をロータの内部を経
て動翼に供給し、該ロータおよび動翼を冷却した後に冷
却空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却式のガス
タービンにおいて、動翼を冷却した後の高温空気回収に
伴うロータの温度上昇を防止して熱応力を低減し、且つ
冷却空気のポンピング動力を回収して高効率のガスター
ビンを得る。 【構成】動翼冷却空気の供給経路をロータ中心部のキャ
ビティ１７を経て構成する一方、動翼を冷却した後の高
温空気を該キャビティ１７より外周側に配置し、ロータ
外に流出する経路をスペーサ４０に形成した内部流路４
０ａ及びディスク４１を貫通して装着した回収管４７等
によって構成する。また、内部流路４０ａや回収管４７
には遮熱手段を施す。 【効果】ロータの温度を高めることなく動翼を冷却した
後の高温空気及びポンピング動力を回収でき、ガスター
ビン効率が向上する。
て動翼に供給し、該ロータおよび動翼を冷却した後に冷
却空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却式のガス
タービンにおいて、動翼を冷却した後の高温空気回収に
伴うロータの温度上昇を防止して熱応力を低減し、且つ
冷却空気のポンピング動力を回収して高効率のガスター
ビンを得る。 【構成】動翼冷却空気の供給経路をロータ中心部のキャ
ビティ１７を経て構成する一方、動翼を冷却した後の高
温空気を該キャビティ１７より外周側に配置し、ロータ
外に流出する経路をスペーサ４０に形成した内部流路４
０ａ及びディスク４１を貫通して装着した回収管４７等
によって構成する。また、内部流路４０ａや回収管４７
には遮熱手段を施す。 【効果】ロータの温度を高めることなく動翼を冷却した
後の高温空気及びポンピング動力を回収でき、ガスター
ビン効率が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃焼ガス用圧縮空気の一
部を用いてロータおよび動翼を冷却する空気冷却式ガス
タービンに関し、特に冷却に供した空気を燃焼室に回収
してタービン効率の向上を意図するクローズド空気冷却
式ガスタービンの冷却空気流路の構成に関する。
部を用いてロータおよび動翼を冷却する空気冷却式ガス
タービンに関し、特に冷却に供した空気を燃焼室に回収
してタービン効率の向上を意図するクローズド空気冷却
式ガスタービンの冷却空気流路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンでは作動ガスの温度を高め
てタービン効率の向上を図るために翼を冷却している。
従来この種のガスタービンでは、冷却に供した空気の大
部分を翼から作動ガス中へ排出している。このために低
温の冷却空気希釈による作動ガスの温度低下や混入に伴
う翼間流れの乱れによる圧力損失、冷却空気のポンピン
グ動力損失などによってタービンの出力が低下し、作動
ガス高温化による効果を充分に発揮し得ない欠点があっ
た。このため最近は、例えば特開昭58−43575 号公報に
示されているように、冷却空気を作動ガス中に排出せず
に回収するクローズド空気冷却方式のガスタービンが提
案されている。しかし、具体的な回収方法及び構造につ
いては示されていない。
てタービン効率の向上を図るために翼を冷却している。
従来この種のガスタービンでは、冷却に供した空気の大
部分を翼から作動ガス中へ排出している。このために低
温の冷却空気希釈による作動ガスの温度低下や混入に伴
う翼間流れの乱れによる圧力損失、冷却空気のポンピン
グ動力損失などによってタービンの出力が低下し、作動
ガス高温化による効果を充分に発揮し得ない欠点があっ
た。このため最近は、例えば特開昭58−43575 号公報に
示されているように、冷却空気を作動ガス中に排出せず
に回収するクローズド空気冷却方式のガスタービンが提
案されている。しかし、具体的な回収方法及び構造につ
いては示されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】クローズド空気冷却方
式のガスタービンを目的に沿って効率的に実現するため
には、比較的構成の容易な静翼の冷却空気の回収ばかり
でなく、冷却空気のポンピング動力を軽減するために動
翼の冷却空気をも回収する必要がある。そのためには、
冷却空気のロータ外への排出口をできるだけ回転中心近
くに配置することと、動翼を冷却した後の高温空気によ
るロータ部材の温度上昇を如何に低減して、熱応力の発
生及び変形によるロータのアンバランス振動等を軽減す
るかが大きな課題となる。これらはロータ内での冷却空
気の供給経路と回収経路の構成によって大きく左右さ
れ、また高速回転体であることを考慮してできるだけ単
純な構造にする必要がある。
式のガスタービンを目的に沿って効率的に実現するため
には、比較的構成の容易な静翼の冷却空気の回収ばかり
でなく、冷却空気のポンピング動力を軽減するために動
翼の冷却空気をも回収する必要がある。そのためには、
冷却空気のロータ外への排出口をできるだけ回転中心近
くに配置することと、動翼を冷却した後の高温空気によ
るロータ部材の温度上昇を如何に低減して、熱応力の発
生及び変形によるロータのアンバランス振動等を軽減す
るかが大きな課題となる。これらはロータ内での冷却空
気の供給経路と回収経路の構成によって大きく左右さ
れ、また高速回転体であることを考慮してできるだけ単
純な構造にする必要がある。
【０００４】本発明は以上に述べた課題を克服して、効
率向上の目的に沿った好適なクローズド空気冷却方式の
ガスタービンを提供することにある。
率向上の目的に沿った好適なクローズド空気冷却方式の
ガスタービンを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、クローズド
空気冷却式ガスタービンの、外周に動翼を植設した複数
のディスク，ディスク間に介在したスペーサ及び回転支
持軸等によって構成されたロータにおいて、動翼への冷
却空気供給経路をロータ中心部のキャビティを経て構成
する一方、動翼を冷却した後の高温空気の回収経路を前
記中心部キャビティよりも外周側、すなわちディスク外
周部とスペーサ間に形成されるキャビティもしくは該ス
ペーサに形成した内部流路とディスクに穿けた貫通流路
によって構成し、出口をロータと燃焼室間のホィールス
ペースに開口することによって達成される。
空気冷却式ガスタービンの、外周に動翼を植設した複数
のディスク，ディスク間に介在したスペーサ及び回転支
持軸等によって構成されたロータにおいて、動翼への冷
却空気供給経路をロータ中心部のキャビティを経て構成
する一方、動翼を冷却した後の高温空気の回収経路を前
記中心部キャビティよりも外周側、すなわちディスク外
周部とスペーサ間に形成されるキャビティもしくは該ス
ペーサに形成した内部流路とディスクに穿けた貫通流路
によって構成し、出口をロータと燃焼室間のホィールス
ペースに開口することによって達成される。
【０００６】供給経路と回収経路が交差する場合は、供
給経路を貫通する回収管を設置して両者の連通を遮断す
るものとする。また、ディスク貫通流路として、ディス
ク，スペーサ及び軸を締結しているスタッキングボルト
穴を利用しても良い。
給経路を貫通する回収管を設置して両者の連通を遮断す
るものとする。また、ディスク貫通流路として、ディス
ク，スペーサ及び軸を締結しているスタッキングボルト
穴を利用しても良い。
【０００７】さらに前記スペーサ内部流路やディスク貫
通流路には、必要に応じて遮熱管を装着もしくは遮熱コ
ーティングを施すものとする。
通流路には、必要に応じて遮熱管を装着もしくは遮熱コ
ーティングを施すものとする。
【０００８】本発明は、燃焼用圧縮空気の一部をロータ
の内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷却し
た後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却
式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロータ中
心部のキャビティを経て構成することによってロータ中
心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後の高
温空気の回収経路を前記中心部キャビティよりも外周側
に配置し且つ供給経路と連通させることなくロータの高
圧側ホイールスペースに開口するように形成することに
よって、冷却空気回収に伴うロータの温度上昇を軽減し
且つ空気輸送配管を介することなく燃焼室に直接回収す
るようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却式ガ
スタービンである。
の内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷却し
た後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却
式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロータ中
心部のキャビティを経て構成することによってロータ中
心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後の高
温空気の回収経路を前記中心部キャビティよりも外周側
に配置し且つ供給経路と連通させることなくロータの高
圧側ホイールスペースに開口するように形成することに
よって、冷却空気回収に伴うロータの温度上昇を軽減し
且つ空気輸送配管を介することなく燃焼室に直接回収す
るようにしたことを特徴とするクローズド空気冷却式ガ
スタービンである。
【０００９】又、本発明は、燃焼用圧縮空気の一部をロ
ータの内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷
却した後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気
冷却式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロー
タ中心部のキャビティを経て構成することによってロー
タ中心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後
の高温空気の回収経路をディスク外周部とスペーサ間に
形成されるキャビティとディスクに穿けた貫通流路によ
って構成し、高温空気を該キャビティ，ディスク貫通流
路及びロータの高圧側ホイールスペースを経て燃焼室に
回収するようにしたことを特徴とする。
ータの内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷
却した後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気
冷却式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロー
タ中心部のキャビティを経て構成することによってロー
タ中心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後
の高温空気の回収経路をディスク外周部とスペーサ間に
形成されるキャビティとディスクに穿けた貫通流路によ
って構成し、高温空気を該キャビティ，ディスク貫通流
路及びロータの高圧側ホイールスペースを経て燃焼室に
回収するようにしたことを特徴とする。
【００１０】又、本発明は、燃焼用圧縮空気の一部をロ
ータの内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷
却した後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気
冷却式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロー
タ中心部のキャビティを経て構成することによってロー
タ中心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後
の高温空気の回収経路をスペーサに形成した内部流路と
ディスクに穿けた貫通流路によって構成し、高温空気を
該スペーサ内部流路，ディスク貫通流路及びロータの高
圧側ホイールスペースを経て燃焼室に回収するようにし
たことを特徴とする。
ータの内部を経て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷
却した後に冷却空気を燃焼室に回収するクローズド空気
冷却式ガスタービンであって、動翼への供給経路をロー
タ中心部のキャビティを経て構成することによってロー
タ中心部を低温の空気で満たす一方、動翼を冷却した後
の高温空気の回収経路をスペーサに形成した内部流路と
ディスクに穿けた貫通流路によって構成し、高温空気を
該スペーサ内部流路，ディスク貫通流路及びロータの高
圧側ホイールスペースを経て燃焼室に回収するようにし
たことを特徴とする。
【００１１】更に、経路の途中で供給経路と回収経路が
交差する場合、供給経路を貫通する回収管を設置して両
者の連通を遮断する用にしたが好ましい。
交差する場合、供給経路を貫通する回収管を設置して両
者の連通を遮断する用にしたが好ましい。
【００１２】更に、ディスク貫通流路としてロータを締
結しているスタッキングボルトの穴を利用し、所要の空
気流量を流すためにボルトの一部を切り欠いて流路断面
積を拡張したことが好ましい。
結しているスタッキングボルトの穴を利用し、所要の空
気流量を流すためにボルトの一部を切り欠いて流路断面
積を拡張したことが好ましい。
【００１３】更に、ディスク貫通流路もしくはスペーサ
内部流路に、外壁にリブを有する遮熱管を設置したこと
が好ましい。
内部流路に、外壁にリブを有する遮熱管を設置したこと
が好ましい。
【００１４】更に、動翼を冷却した後の高温空気が通る
流路壁面の一部もしくは全域に遮熱コーティングを施し
たことが好ましい。
流路壁面の一部もしくは全域に遮熱コーティングを施し
たことが好ましい。
【００１５】
【作用】ロータ内に上述した冷却空気の供給経路と回収
回路を構成することによって、ロータの中心部キャビテ
ィには低温の空気が充満するために、強大な遠心力によ
って大きな応力が発生するディスク中心部は一様に冷却
されて熱応力の発生や変形が少ない。
回路を構成することによって、ロータの中心部キャビテ
ィには低温の空気が充満するために、強大な遠心力によ
って大きな応力が発生するディスク中心部は一様に冷却
されて熱応力の発生や変形が少ない。
【００１６】一方ディスク外周側壁の一部やスペーサは
動翼冷却後の高温空気によって加熱されるが、動翼が植
設されているためにスペーサよりも大きな遠心力が作用
するディスク外周の片面は供給経路を流れる低温の空気
によって冷却されるために温度上昇が半減するほか、外
周部は中心部に比べて遠心応力が小さいために熱応力に
対する制限が緩和され、加熱による影響が少ない。特に
スペーサ内部流路からディスク貫通流路を経て回収する
場合には、ディスクは側面からは加熱されずに貫通流路
のみが加熱源となり、該貫通流路及びスぺーサの内部流
路に遮熱管を装着もしくは遮熱コーティングを施すこと
によって高温空気からディスクやスぺーサへの伝熱が遮
断され、ロータ全体の温度上昇を大幅に軽減できる。
動翼冷却後の高温空気によって加熱されるが、動翼が植
設されているためにスペーサよりも大きな遠心力が作用
するディスク外周の片面は供給経路を流れる低温の空気
によって冷却されるために温度上昇が半減するほか、外
周部は中心部に比べて遠心応力が小さいために熱応力に
対する制限が緩和され、加熱による影響が少ない。特に
スペーサ内部流路からディスク貫通流路を経て回収する
場合には、ディスクは側面からは加熱されずに貫通流路
のみが加熱源となり、該貫通流路及びスぺーサの内部流
路に遮熱管を装着もしくは遮熱コーティングを施すこと
によって高温空気からディスクやスぺーサへの伝熱が遮
断され、ロータ全体の温度上昇を大幅に軽減できる。
【００１７】またディスク貫通流路としてスタッキング
ボルト穴を利用した場合には、回収経路をより簡単に構
成できるほか、貫通流路形成に伴うディスクの強度低下
を軽減できる利点がある。
ボルト穴を利用した場合には、回収経路をより簡単に構
成できるほか、貫通流路形成に伴うディスクの強度低下
を軽減できる利点がある。
【００１８】しかるに、冷却空気のポンピング動力は冷
却空気流出口の回転半径位置の２乗に比例するが、本発
明では冷却空気をロータ側面から放出するために、従来
動翼から排出していた場合に比べて流出回転半径を約２
分の１にでき、ポンピング動力を４分の１程度に低減で
きる。
却空気流出口の回転半径位置の２乗に比例するが、本発
明では冷却空気をロータ側面から放出するために、従来
動翼から排出していた場合に比べて流出回転半径を約２
分の１にでき、ポンピング動力を４分の１程度に低減で
きる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳しく説
明する。
明する。
【００２０】図１は本発明の一実施例によるクローズド
空気冷却式ガスタービンの断面を示しており、理解し易
くするため２段タービンに適用した場合について示し
た。
空気冷却式ガスタービンの断面を示しており、理解し易
くするため２段タービンに適用した場合について示し
た。
【００２１】ロータ１０は軸１１，軸１２，ディスク１
３，ディスク１４及びスペーサ１５によって構成され、
スタッキングボルト１６によって一体に締結されてい
る。各ディスク１３，１４の外周には、内部に冷却流路
２１ｂ及び２２ｂを形成した動翼２１及び２２がダブテ
ール２１ａ及び２２ａを介して植設されている。
３，ディスク１４及びスペーサ１５によって構成され、
スタッキングボルト１６によって一体に締結されてい
る。各ディスク１３，１４の外周には、内部に冷却流路
２１ｂ及び２２ｂを形成した動翼２１及び２２がダブテ
ール２１ａ及び２２ａを介して植設されている。
【００２２】ロータ中心部にはディスク中心孔１３ａ及
び１４ａやディスク間スペース等を含む広域のキャビテ
ィ１７が形成されており、該キャビティ１７からスタッ
キング半径位置のディスク側面に形成された複数個のス
リット１３ｂ及び１４ｂ、及び軸端とディスク間に形成
されたキャビティ２３，２４を経て動翼内の冷却流路２
１ｂ及び２２ｂに通じる冷却空気供給経路が構成されて
いる。
び１４ａやディスク間スペース等を含む広域のキャビテ
ィ１７が形成されており、該キャビティ１７からスタッ
キング半径位置のディスク側面に形成された複数個のス
リット１３ｂ及び１４ｂ、及び軸端とディスク間に形成
されたキャビティ２３，２４を経て動翼内の冷却流路２
１ｂ及び２２ｂに通じる冷却空気供給経路が構成されて
いる。
【００２３】一方、動翼冷却流路２１ｂ及び２２ｂの出
口はディスク外周側壁とスペーサ間に形成されたキャビ
ティ１９及びキャビティ２０に開放されており、スペー
サに形成された孔１５ｂ，溝１５ａ及びディスクに穿け
た貫通流路１８を経て、ロータ１０と燃焼室５０間のホ
ィールスペース５１に開口する回収経路が構成されてい
る。
口はディスク外周側壁とスペーサ間に形成されたキャビ
ティ１９及びキャビティ２０に開放されており、スペー
サに形成された孔１５ｂ，溝１５ａ及びディスクに穿け
た貫通流路１８を経て、ロータ１０と燃焼室５０間のホ
ィールスペース５１に開口する回収経路が構成されてい
る。
【００２４】そこで、圧縮機から抽気されブースト圧縮
された後に軸１２の中心孔を経てロータ１０内に流入し
冷却空気は、矢印２５で示したようにロータ中心部のキ
ャビティ１７からスリット１３ｂとスリット１４ｂの経
路に分かれて動翼２１及び動翼２２内の冷却流路２１ｂ
及び２２ｂに流入し、それぞれの翼を冷却する。
された後に軸１２の中心孔を経てロータ１０内に流入し
冷却空気は、矢印２５で示したようにロータ中心部のキ
ャビティ１７からスリット１３ｂとスリット１４ｂの経
路に分かれて動翼２１及び動翼２２内の冷却流路２１ｂ
及び２２ｂに流入し、それぞれの翼を冷却する。
【００２５】翼を冷却して加熱された空気の内、動翼２
１からキャビティ１９に流出した空気は溝１５ａ及びデ
ィスク貫通流路１８を経、動翼２２からキャビティ２０
に流出した空気は溝１５ｂ，キャビティ１９及びディス
ク貫通流路１８を経てホィールスペース５１に放出さ
れ、連通孔５０ａから燃焼室５０内に回収される。
１からキャビティ１９に流出した空気は溝１５ａ及びデ
ィスク貫通流路１８を経、動翼２２からキャビティ２０
に流出した空気は溝１５ｂ，キャビティ１９及びディス
ク貫通流路１８を経てホィールスペース５１に放出さ
れ、連通孔５０ａから燃焼室５０内に回収される。
【００２６】以上に示した冷却空気の供給，回収過程に
おいて、ロータの中心部キャビティ１７内は低温の空気
によって満たされるために、スタッキング位置より小径
側のディスク中心部は一様に冷却され、ほぼ冷却空気と
同程度の低い温度に維持される。一方ディスク外周部の
キャビティ１９及び２０側の壁面と貫通流路１８周辺は
翼冷却後の高温空気によって加熱されるが、反対側のキ
ャビティ２３及び２４を形成している壁面やダブテール
が形成されている外周壁からは低温の冷却空気によって
冷却されるために、ディスクの温度上昇が半減する。し
たがって、特別な輸送配管を必要とすることなく、簡単
な構造で冷却空気の回収が可能となる。また、冷却空気
がロータ中心から外周側に流れる過程で旋回速度が増大
する分、いわゆるポンピング動力が必要となるが、この
動力は逆に動翼から中心側に流れる過程で回転力として
吸収される。動力は回転半径位置の２乗に比例するた
め、冷却空気はロータのほぼ２分の１の半径位置からロ
ータ外に放出されることから、ポンピング動力のほぼ４
分の３が回収される。
おいて、ロータの中心部キャビティ１７内は低温の空気
によって満たされるために、スタッキング位置より小径
側のディスク中心部は一様に冷却され、ほぼ冷却空気と
同程度の低い温度に維持される。一方ディスク外周部の
キャビティ１９及び２０側の壁面と貫通流路１８周辺は
翼冷却後の高温空気によって加熱されるが、反対側のキ
ャビティ２３及び２４を形成している壁面やダブテール
が形成されている外周壁からは低温の冷却空気によって
冷却されるために、ディスクの温度上昇が半減する。し
たがって、特別な輸送配管を必要とすることなく、簡単
な構造で冷却空気の回収が可能となる。また、冷却空気
がロータ中心から外周側に流れる過程で旋回速度が増大
する分、いわゆるポンピング動力が必要となるが、この
動力は逆に動翼から中心側に流れる過程で回転力として
吸収される。動力は回転半径位置の２乗に比例するた
め、冷却空気はロータのほぼ２分の１の半径位置からロ
ータ外に放出されることから、ポンピング動力のほぼ４
分の３が回収される。
【００２７】図２は本発明による他の実施例を示してい
る。この場合はロータ外周部のキャビティからホィール
スペースに通じるディスク貫通孔を新たに穿孔せず、ス
タッキングボルト穴を兼用した。即ち動翼を冷却した後
にキャビティ１９及び２０内に導入された高温の冷却空
気は、矢印２６で示したように、スペーサ１５に形成さ
れた溝１５ｃ及びディスク１３に既設されたスタッキン
グボルト２７を挿入するボルト穴２８を経てホィールス
ペース５１に流出し、燃焼室５０に回収される。但しボ
ルトと穴の間隙だけでは所定の冷却空気を流すことがで
きないために、図３に図２のＸ−Ｘ断面を示すように、
スタッキングボルト２７の一部を削除して流路断面を拡
張している。この場合スタッキングボルトが高温が直接
高温の空気にさらされて加熱されるため、翼の熱負荷す
なわちタービンの作動ガス温度に制限があるが、回収経
路をより簡単に構成できるほか、ディスクに穿孔しない
分だけ強度を高く維持できる利点がある。
る。この場合はロータ外周部のキャビティからホィール
スペースに通じるディスク貫通孔を新たに穿孔せず、ス
タッキングボルト穴を兼用した。即ち動翼を冷却した後
にキャビティ１９及び２０内に導入された高温の冷却空
気は、矢印２６で示したように、スペーサ１５に形成さ
れた溝１５ｃ及びディスク１３に既設されたスタッキン
グボルト２７を挿入するボルト穴２８を経てホィールス
ペース５１に流出し、燃焼室５０に回収される。但しボ
ルトと穴の間隙だけでは所定の冷却空気を流すことがで
きないために、図３に図２のＸ−Ｘ断面を示すように、
スタッキングボルト２７の一部を削除して流路断面を拡
張している。この場合スタッキングボルトが高温が直接
高温の空気にさらされて加熱されるため、翼の熱負荷す
なわちタービンの作動ガス温度に制限があるが、回収経
路をより簡単に構成できるほか、ディスクに穿孔しない
分だけ強度を高く維持できる利点がある。
【００２８】図４はスペーサの冷却強化を意図して冷却
空気の供給，回収経路を変えた場合の実施例を示してい
る。すなわちデイスク３０の外周に植設された初段動翼
３１への冷却空気は、スペーサ３２に形成された複数個
のスリット３２ａ及び該ディスクとスペーサ間のキャビ
ティ３３を経て供給され、前述の実施例とは逆にキャビ
ティ３３が供給経路の構成要素となっている。これに伴
い初段動翼から流出した冷却空気は、デイスク３０と軸
３７間のキャビティ３５を経て軸端に穿けた孔３７ａか
らホィールスペース５１に放出され、燃焼室５０に回収
される。また２段動翼２２からキャビティ３４に流出し
た空気は、供給経路であるキャビティ３３を貫通してス
ペーサ３２とディスク３０間に渡した回収管３６を通
り、キャビティ３５内で初段動翼からの冷却空気と合流
し回収される。
空気の供給，回収経路を変えた場合の実施例を示してい
る。すなわちデイスク３０の外周に植設された初段動翼
３１への冷却空気は、スペーサ３２に形成された複数個
のスリット３２ａ及び該ディスクとスペーサ間のキャビ
ティ３３を経て供給され、前述の実施例とは逆にキャビ
ティ３３が供給経路の構成要素となっている。これに伴
い初段動翼から流出した冷却空気は、デイスク３０と軸
３７間のキャビティ３５を経て軸端に穿けた孔３７ａか
らホィールスペース５１に放出され、燃焼室５０に回収
される。また２段動翼２２からキャビティ３４に流出し
た空気は、供給経路であるキャビティ３３を貫通してス
ペーサ３２とディスク３０間に渡した回収管３６を通
り、キャビティ３５内で初段動翼からの冷却空気と合流
し回収される。
【００２９】この実施例の場合、回収空気出口の回転半
径位置が前実施例に比べて多少大きい位置に推移するす
るためにポンピング動力の回収率はやや低下するが、回
収経路をより簡単に構成できるほか、スペーサの片面が
低温の空気によって冷却されるためにスペーサとディス
クの熱膨張差によって発生する応力を低減できる利点が
ある。
径位置が前実施例に比べて多少大きい位置に推移するす
るためにポンピング動力の回収率はやや低下するが、回
収経路をより簡単に構成できるほか、スペーサの片面が
低温の空気によって冷却されるためにスペーサとディス
クの熱膨張差によって発生する応力を低減できる利点が
ある。
【００３０】図５はさらに他の実施例を示している。こ
の実施例では動翼冷却流路の出口にスペーサ４０の外周
部をえぐって回収室４４及び４５が形成されている。ま
た同スペーサの半径方向には遮熱管４６を内接した複数
個の内部流路４０ａが形成されており、その一端は前述
の回収室４４及び４５に、他端はディスク４１を貫通し
てスペーサ４０と軸４３に支持装着された回収管４７を
通じてホイールスペース５１に連通されている。さら
に、スペーサの両側面には複数のスリット流路４０ｂ及
び４０ｃが内部流路４０ａと同一位相上に形成され、該
スリットによってロータ中心部のキャビティ１７と外周
側のキャビティ４８及び４９が連通されている。一方デ
ィスク４１及び４２の側面には、図１の実施例と同様に
スリット流路４１ａ及び４２ａが形成されているほか、
外周部には前記キャビティ４８及び４９と動翼根本の冷
却空気供給口を連通する孔４１ｂ及び４２ｂが形成され
ている。
の実施例では動翼冷却流路の出口にスペーサ４０の外周
部をえぐって回収室４４及び４５が形成されている。ま
た同スペーサの半径方向には遮熱管４６を内接した複数
個の内部流路４０ａが形成されており、その一端は前述
の回収室４４及び４５に、他端はディスク４１を貫通し
てスペーサ４０と軸４３に支持装着された回収管４７を
通じてホイールスペース５１に連通されている。さら
に、スペーサの両側面には複数のスリット流路４０ｂ及
び４０ｃが内部流路４０ａと同一位相上に形成され、該
スリットによってロータ中心部のキャビティ１７と外周
側のキャビティ４８及び４９が連通されている。一方デ
ィスク４１及び４２の側面には、図１の実施例と同様に
スリット流路４１ａ及び４２ａが形成されているほか、
外周部には前記キャビティ４８及び４９と動翼根本の冷
却空気供給口を連通する孔４１ｂ及び４２ｂが形成され
ている。
【００３１】図６は遮熱管４６及び回収管４７の断面形
状を示しており、管の外壁にはスペーサやディスクとの
接触面積を少なくするためにリブが突出している。
状を示しており、管の外壁にはスペーサやディスクとの
接触面積を少なくするためにリブが突出している。
【００３２】そこでロータ中心部のキャビティ１７内に
導入された空気の一部は、スリット４１ａを通る経路と
スリット４０ｂ及び孔４１ｂを通る経路の２つの経路か
ら動翼２１に供給され、残りの空気はスリット４２ａを
通る経路とスリット４０ｃ及び孔４２ｂを通る経路の２
経路から動翼２２に供給される。したがってディスク及
びスペーサ中心部は低温の冷却空気によって両側面から
冷却される。
導入された空気の一部は、スリット４１ａを通る経路と
スリット４０ｂ及び孔４１ｂを通る経路の２つの経路か
ら動翼２１に供給され、残りの空気はスリット４２ａを
通る経路とスリット４０ｃ及び孔４２ｂを通る経路の２
経路から動翼２２に供給される。したがってディスク及
びスペーサ中心部は低温の冷却空気によって両側面から
冷却される。
【００３３】一方動翼を冷却した後の高温空気は、スペ
ーサ外周部の回収室４４及び４５からスペーサ内部流路
４０ａ及び回収管４７を経てホイールスペース５１に放
出され、燃焼室５０に回収される。この際回収経路は高
温の冷却空気によって加熱されるが、スペーサの外周部
を除けば遮熱管４６や回収管４７によって断熱されてお
り、また周辺は低温の冷却空気によって冷却されている
ために、温度上昇は極めて少ない。スペーサの外周部に
おいても、回収室４４及び４５を形成している壁の背面
は低温空気によって冷却されているために温度上昇は半
減する。
ーサ外周部の回収室４４及び４５からスペーサ内部流路
４０ａ及び回収管４７を経てホイールスペース５１に放
出され、燃焼室５０に回収される。この際回収経路は高
温の冷却空気によって加熱されるが、スペーサの外周部
を除けば遮熱管４６や回収管４７によって断熱されてお
り、また周辺は低温の冷却空気によって冷却されている
ために、温度上昇は極めて少ない。スペーサの外周部に
おいても、回収室４４及び４５を形成している壁の背面
は低温空気によって冷却されているために温度上昇は半
減する。
【００３４】なお、本実施例では遮熱手段として外壁に
リブが突出した遮熱管を用いたが、スペーサ内部流路４
０ａの内壁に遮熱コーティングを施してもほぼ同様の断
熱効果が得られる。
リブが突出した遮熱管を用いたが、スペーサ内部流路４
０ａの内壁に遮熱コーティングを施してもほぼ同様の断
熱効果が得られる。
【００３５】ポンピング動力回収の観点においても、本
実施例では冷却空気放出口の回転半径位置を軸４３の外
径程度に小さくできるため、ポンピング動力の大部分を
回収することが可能となる。
実施例では冷却空気放出口の回転半径位置を軸４３の外
径程度に小さくできるため、ポンピング動力の大部分を
回収することが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】以上に説明したように、燃焼ガス用圧縮
空気の一部をロータの内部を経て動翼に供給し、該ロー
タおよび動翼を冷却した後に冷却空気を燃焼室に回収す
るクローズド空気冷却式のガスタービンにおいて、本発
明により供給経路をロータ中心部のキャビティを利用し
て構成する一方、回収経路を該キャビティより外周側に
スペーサ内部流路やディスク貫通流路を形成して配置し
且つ流路内には遮熱手段を施すことによって、ロータの
温度上昇をきたすことなく動翼を冷却した後の高温空気
を燃焼室に回収することができるほか、冷却空気のポン
ピング動力の大部分を回収することが可能となり、ひい
てはタービン作動ガスへの冷却空気の混入による温度低
下及び流れの乱れによる損失の少ない好適な空気冷却式
のガスタービンが得られる。
空気の一部をロータの内部を経て動翼に供給し、該ロー
タおよび動翼を冷却した後に冷却空気を燃焼室に回収す
るクローズド空気冷却式のガスタービンにおいて、本発
明により供給経路をロータ中心部のキャビティを利用し
て構成する一方、回収経路を該キャビティより外周側に
スペーサ内部流路やディスク貫通流路を形成して配置し
且つ流路内には遮熱手段を施すことによって、ロータの
温度上昇をきたすことなく動翼を冷却した後の高温空気
を燃焼室に回収することができるほか、冷却空気のポン
ピング動力の大部分を回収することが可能となり、ひい
てはタービン作動ガスへの冷却空気の混入による温度低
下及び流れの乱れによる損失の少ない好適な空気冷却式
のガスタービンが得られる。
【図１】本発明によるロータ内部冷却流路の構成図。
【図２】本発明によるロータ内部冷却流路の他の実施例
図。
図。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図。
【図４】本発明によるロータ内の冷却流路の他の実施例
図。
図。
【図５】本発明によるロータ内の冷却流路の他の実施例
図。
図。
【図６】遮熱管及び回収管の断面図。
１０…ロータ、１３，１４…ディスク、１５…スペー
サ、１７…中心部キャビティ、１８…ディスク貫通流
路、１９，２０…外周部キャビティ、２１，２２…動
翼、２７…スタッキングボルト、２８…スタッキングボ
ルト穴、３６…回収管、４０ａ…スペーサ内部流路、４
４，４５…回収室、４６…遮熱管、４７…回収管、５０
…燃焼室、５１…ホィールスペース。
サ、１７…中心部キャビティ、１８…ディスク貫通流
路、１９，２０…外周部キャビティ、２１，２２…動
翼、２７…スタッキングボルト、２８…スタッキングボ
ルト穴、３６…回収管、４０ａ…スペーサ内部流路、４
４，４５…回収室、４６…遮熱管、４７…回収管、５０
…燃焼室、５１…ホィールスペース。
フロントページの続き (72)発明者 野田 雅美 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鳥谷 初 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (7)
- 【請求項１】燃焼用圧縮空気の一部をロータの内部を経
て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷却した後に冷却
空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却式ガスター
ビンにおいて、 動翼への供給経路をロータ中心部のキャビティを経て構
成することによってロータ中心部を低温の空気で満たす
一方、動翼を冷却した後の高温空気の回収経路を前記中
心部キャビティよりも外周側に配置し且つ供給経路と連
通させることなくロータの高圧側ホイールスペースに開
口するように形成することによって、冷却空気回収に伴
うロータの温度上昇を軽減し且つ空気輸送配管を介する
ことなく燃焼室に直接回収するようにしたことを特徴と
するクローズド空気冷却式ガスタービン。 - 【請求項２】燃焼用圧縮空気の一部をロータの内部を経
て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷却した後に冷却
空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却式ガスター
ビンにおいて、 動翼への供給経路をロータ中心部のキャビティを経て構
成することによってロータ中心部を低温の空気で満たす
一方、動翼を冷却した後の高温空気の回収経路をディス
ク外周部とスペーサ間に形成されるキャビティとディス
クに穿けた貫通流路によって構成し、高温空気を該キャ
ビティ，ディスク貫通流路及びロータの高圧側ホイール
スペースを経て燃焼室に回収するようにしたことを特徴
とするクローズド空気冷却式ガスタービン。 - 【請求項３】燃焼用圧縮空気の一部をロータの内部を経
て動翼に供給し、該ロータ及び動翼を冷却した後に冷却
空気を燃焼室に回収するクローズド空気冷却式ガスター
ビンにおいて、 動翼への供給経路をロータ中心部のキャビティを経て構
成することによってロータ中心部を低温の空気で満たす
一方、動翼を冷却した後の高温空気の回収経路をスペー
サに形成した内部流路とディスクに穿けた貫通流路によ
って構成し、高温空気を該スペーサ内部流路、ディスク
貫通流路及びロータの高圧側ホイールスペースを経て燃
焼室に回収するようにしたことを特徴とするクローズド
空気冷却式ガスタービン。 - 【請求項４】請求項１に記載した冷却空気経路の構成に
おいて、経路の途中で供給経路と回収経路が交差する場
合、供給経路を貫通する回収管を設置して両者の連通を
遮断する用にしたことを特徴とするクローズド空気冷却
式ガスタービン。 - 【請求項５】請求項２に記載した冷却空気経路の構成に
おいて、ディスク貫通流路としてロータを締結している
スタッキングボルトの穴を利用し、所要の空気流量を流
すためにボルトの一部を切り欠いて流路断面積を拡張し
たことを特徴とするクローズド空気冷却式ガスタービ
ン。 - 【請求項６】請求項２に記載した冷却空気経路の構成に
おいて、ディスク貫通流路もしくはスペーサ内部流路
に、外壁にリブを有する遮熱管を設置したことを特徴と
するクローズド空気冷却式ガスタービン。 - 【請求項７】請求項１に記載した冷却空気の回収経路に
おいて、動翼を冷却した後の高温空気が通る流路壁面の
一部もしくは全域に遮熱コーティングを施したことを特
徴とするクローズド空気冷却式ガスタービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334897A JP3044996B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 空気冷却式ガスタービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334897A JP3044996B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 空気冷却式ガスタービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07189739A true JPH07189739A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3044996B2 JP3044996B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=18282462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5334897A Expired - Lifetime JP3044996B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 空気冷却式ガスタービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3044996B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997019256A1 (fr) * | 1995-11-24 | 1997-05-29 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Rotor de turbine a gas a recuperation de chaleur |
| WO1998032953A1 (fr) * | 1997-01-23 | 1998-07-30 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Rotor turbine a gaz pour refroidissement par vapeur |
| EP0909878A2 (en) | 1997-10-17 | 1999-04-21 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine |
| EP0936350A3 (en) * | 1998-02-17 | 2000-12-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam cooled gas turbine |
| US6405538B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine, gas turbine apparatus, and refrigerant collection method for gas turbine moving blades |
| EP1233147A2 (en) | 2001-02-14 | 2002-08-21 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine with cooling arrangement |
| WO2003033879A1 (fr) * | 2001-10-10 | 2003-04-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Structure d'etancheite du goujon d'un axe et turbine a gaz |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5334897A patent/JP3044996B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5795130A (en) * | 1995-11-24 | 1998-08-18 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Heat recovery type gas turbine rotor |
| WO1997019256A1 (fr) * | 1995-11-24 | 1997-05-29 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Rotor de turbine a gas a recuperation de chaleur |
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| US6053701A (en) * | 1997-01-23 | 2000-04-25 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine rotor for steam cooling |
| EP1329590A2 (en) * | 1997-10-17 | 2003-07-23 | Hitachi, Ltd. | Coolant recirculation type gas turbine |
| EP0909878A2 (en) | 1997-10-17 | 1999-04-21 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine |
| EP0909878A3 (en) * | 1997-10-17 | 2000-07-19 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine |
| EP1428984A3 (en) * | 1997-10-17 | 2004-06-23 | Hitachi, Ltd. | Air-cooled gas turbine |
| US6185924B1 (en) | 1997-10-17 | 2001-02-13 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine with turbine blade cooling |
| EP1428984A2 (en) * | 1997-10-17 | 2004-06-16 | Hitachi, Ltd. | Air-cooled gas turbine |
| EP1329590A3 (en) * | 1997-10-17 | 2003-07-30 | Hitachi, Ltd. | Coolant recirculation type gas turbine |
| US6224327B1 (en) | 1998-02-17 | 2001-05-01 | Mitsubishi Heavy Idustries, Ltd. | Steam-cooling type gas turbine |
| EP0936350A3 (en) * | 1998-02-17 | 2000-12-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Steam cooled gas turbine |
| US6568192B2 (en) | 1999-11-05 | 2003-05-27 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine, gas turbine apparatus, and refrigerant collection method for gas turbine moving blades |
| US6877324B2 (en) | 1999-11-05 | 2005-04-12 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine, gas turbine apparatus, and refrigerant collection method for gas turbine moving blades |
| US6405538B1 (en) * | 1999-11-05 | 2002-06-18 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine, gas turbine apparatus, and refrigerant collection method for gas turbine moving blades |
| EP1233147A2 (en) | 2001-02-14 | 2002-08-21 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine with cooling arrangement |
| US6655153B2 (en) | 2001-02-14 | 2003-12-02 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine shaft and heat shield cooling arrangement |
| US6860110B2 (en) | 2001-02-14 | 2005-03-01 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine shaft and heat shield cooling arrangement |
| WO2003033879A1 (fr) * | 2001-10-10 | 2003-04-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Structure d'etancheite du goujon d'un axe et turbine a gaz |
| US6991429B2 (en) | 2001-10-10 | 2006-01-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Sealing structure of spindle bolt, and gas turbine |
| CN1322225C (zh) * | 2001-10-10 | 2007-06-20 | 三菱重工业株式会社 | 转向关节栓的密封结构及燃气轮机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3044996B2 (ja) | 2000-05-22 |
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Legal Events
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