JPH0797929A - 排気ガスタービン過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は翼内部に冷却通気路を設けることな
くタービン動翼等の冷却を行なうことのできる排気ガス
タービン過給機を提供することを目的とする。 【構成】 本発明はタービン動翼を外周に植設されて回
転するタービンディスクを備え、主機関に圧縮空気を送
給する排気ガスタービン過給機において、上記タービン
ディスクに近接して設けられた冷却空気室と、同冷却空
気室へ冷却空気を送給可能に主機関掃気室より連通され
た冷却管と、上記冷却空気室より上記タービン動翼近傍
へ冷却排気可能に設けられた冷却流路とを具備してなる
ことを特徴とする排気ガスタービン過給機を構成とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスタービン過給
機、詳しくはそのタービンディスク等の冷却手段に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスタービンの動翼，静翼の冷却
手段としては空気を用いる手段と液体を用いる手段とが
あり、空気を用いる手段として、翼内部に冷却空気を通
過させる内部冷却方式，翼表面に設けた穴から冷却空気
を外側へ吹き出す冷却方式等がある。図７は上記従来の
内部冷却方式を示す縦断面図で、翼０１に穿設した空気
穴０２に矢印で示すように冷却空気を通して冷却する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のガスタービ
ン翼等の冷却手段には解決すべき次の課題があった。即
ち、最近の４サイクル機関は、高出力化の傾向がある
為、タービン入口温度として、約６５０℃前後（従来約
５８０℃）の高温化要求があり、現用のタービン翼材
（１２Ｃｒ系耐熱鋼）及びタービンディスク材（クロム
ニッケルバナジウム鋼）をこの様な機関に用いた場合、
タービン動翼及びタービンディスクの温度上昇の為、タ
ービン動翼、タービンディスクの強度確保が極めて困難
になるという問題があった。

【０００４】一方、ガスタービンに適用されている従来
の冷却方式のうち、排気ガスタービン過給機の場合はタ
ービン動翼、タービンディスクの寸法はガスタービンの
タービン動翼、タービンディスクの寸法に比べて小さい
為、翼内部に冷却空気を通過させる冷却通路を設けるこ
とは、構造上難しいという問題があった。

【０００５】又、材料仕様を変更して高温適用化した場
合、材料コスト及び製作・加工コストが現状のコストよ
り大幅にアップするという問題があった。

【０００６】本発明は上記課題解決のため、翼内部に冷
却通気路を設けることなく十分に冷却目的を達すること
のできる排気ガスタービン過給機を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、タービン動翼を外周に植設されて回転する
タービンディスクを備え、主機関に圧縮空気を送給する
排気ガスタービン過給機において、上記タービンディス
クに近接して設けられた冷却空気室と、同冷却空気室へ
冷却空気を送給可能に主機関掃気室より連通された冷却
管と、上記冷却空気室より上記タービン動翼近傍へ冷却
排気可能に設けられた冷却流路とを具備してなることを
特徴とする排気ガスタービン過給機、を提供しようとす
るものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。

【０００９】即ち、タービンディスクに近接して設けら
れた冷却空気室と主機関掃気室とを冷却管で連通し、か
つ、冷却空気室よりタービン動翼近傍へ冷却排気可能に
冷却流路を設けるため、主機関掃気室から冷却管を通じ
て冷却空気室へ流入した冷却空気はタービンディスク近
傍を冷却した後、冷却流路を流れてタービン動翼近傍を
冷却しながら冷却排気として排出されてゆく。

【００１０】ここに主機関掃気室より冷却空気室へ導び
かれた冷却空気の温度は約４０℃〜５０℃で、タービン
ディスク温度（約４００℃前後）よりも十分に低い。従
ってタービンディスクを効果的に冷却する。

【００１１】タービン動翼は、タービンディスクに植め
込まれているため、タービンディスクを冷却することに
よりタービン動翼の熱がタービンディスクに流れ、ター
ビン動翼が冷却される。

【００１２】即ち、小型のタービンディスク内に冷却流
路を設けることなくタービンディスク及びタービン動翼
を冷却できる。

【００１３】

【実施例】本発明の第１，第２実施例を図１〜図６によ
り説明する。なお、第２実施例については第１実施例と
同様の構成部材は同符号を付して必要ある場合を除き説
明を省略する。即ち、基本的に第１実施例と相違する点
を説明する。

【００１４】（第１実施例）第１実施例を図１〜図３及
び図５，図６により説明する。

【００１５】図１は本実施例の過給機を備えた主機関の
模式的側面図、図２は本実施例の過給機の縦断面図、図
３は図２の要部、即ち、冷却空気室近傍の拡大図、図５
は本実施例によって冷却されたタービンディスク及びタ
ービン動翼の温度分布を示す模式図、図６は図５と比較
のために示された、本実施例の装置に冷却空気を送給し
ない場合、即ち、従来例と同等の温度分布を示す模式図
である。

【００１６】図１〜図３において、１は過給機２１の構
成部材をなすコンプレッサ羽根車、２は同じくタービン
ディスク３の外周に植設されたタービン動翼、３はター
ビン動翼２が排気ガスから得たエネルギを回転エネルギ
に変えてコンプレッサ羽根車１側に伝達するためのター
ビンディスク、４はコンプレッサ羽根車１とタービンデ
ィスク３とを連結するロータ軸、５はタービンディスク
３が一方の壁となり、室壁８が他方の壁となって、外周
をガスラビリンス７とガス入口ケーシング６とによって
囲み設けられた冷却空気室、６は冷却空気室５の外周の
上流側半分を囲うガス入口ケーシング、７は冷却空気室
５の外周の下流側半分を囲うと共に、その下流端部周縁
が多段膨張によって加圧気体をシールする一方、冷却流
路１０を形成するよう適量の漏洩を許容するガスラビリ
ンス、８は冷却空気室５の上流端を仕切る円板状の室
壁、９は一端が室壁８の中心部を貫通固定されて冷却空
気室５へ連通すると共に他端が主機関２２の掃気室２３
に連通した冷却管、１０は冷却空気室５からラビリンス
７とタービンディスク３との間隙を通して冷却空気が排
気される円板状空間の冷却流路、２１は以上説明した構
成部材を構成の一部としてなりたち、主機関２２に圧縮
空気を送給する過給機、２２は主機関、２３は主機関２
２の掃気室、２４は過給機２１から主機関２２へ送られ
てくる圧縮空気を冷却し吸気効率を高めるためのクーラ
ーである。

【００１７】次に上記構成の作用について説明する。た
とえば図３において、掃気室２３より冷却管９を経て冷
却空気室５へ送り込まれた冷却空気は、既述の通り、温
度、約４０℃〜５０℃でタービンディスク３の温度、約
４００℃より遙かに低いため、冷却空気室５の下流側の
壁に相当するタービンディスク３は冷却空気に曝露され
て十分に冷却される。

【００１８】タービンディスク３を冷却した冷却空気は
ガスラビリンス７とタービンディスク３との微細な間隙
を幾重にも潜り抜け、冷却流路１０を通りながら比較低
圧側の排気ガス流路へ排気され、直接にタービン動翼２
をも冷却する。

【００１９】タービン動翼２はタービンディスク３に植
設されているので、タービンディスク３が冷却されると
熱伝導によってタービン動翼２も冷却される。この結
果、本実施例によればタービンディスク３とタービン動
翼２とが効率的に冷却される。

【００２０】本実施例によってタービン動翼２とタービ
ンディスク３とを冷却した場合と冷却しない場合とを因
みに図５（冷却有）と図６（冷却無）で比較すると、排
気ガスの流れが支配的なタービン動翼２の先端には特に
有意な温度差は生じないものの、ロータ軸４に近づくに
従って、図６（冷却無）より図５（冷却有）の方が温度
が加速度的に低くなっているのが分る。

【００２１】即ち、軸心側のタービンディスク３が十分
に冷却され、タービンディスク３自身は勿論、タービン
動翼２の根部近傍にもその冷却効果が及んでいるのがよ
く分る。

【００２２】（第２実施例）第２実施例を図４により説
明する。図４は図３に相当する本実施例の冷却空気室近
傍の拡大図で、冷却空気室５の内部は、軸心に垂直方向
にディスク状の遮板１１で仕切られ、上流側となった区
画からタービン動翼２とタービンディスク３との境界部
近傍にむかって、ガス入口ケーシング６内に冷却流路１
２が連通されている。その他の構成は第１実施例と特段
の相違がないので説明を省略する。

【００２３】次に上記構成の作用について説明する。

【００２４】図４において、連通管９を経て冷却空気室
５に入った冷却空気は遮板１１に当り、冷却流路１２を
経てタービン動翼２とタービンディスク３の境界部近傍
に噴出し、タービン動翼２及びタービンディスク３を冷
却する。

【００２５】タービンディスク３と遮板１１は近接して
いるので冷却空気によって冷却された遮板１１がタービ
ンディスク３の輻射熱を吸熱することによって、また、
遮板１１とタービンディスク３との間の空気等が遮板１
１によって冷却され、熱伝導と対流等によってタービン
ディスク３を冷却することによってタービンディスク３
は冷却される以外に、タービン動翼２との境界近傍、即
ち、外周部に直接、冷却空気を吹きつけられるので、排
気ガスからの加熱度の最も高い外周が冷却される効果は
著しく高い。

【００２６】また、タービン動翼２もその根部を直接、
冷却されるので、熱伝動によってタービンディスク３側
へ吸熱される第１実施例の場合に比し、一層、高い冷却
効果が得られる。

【００２７】即ち、本実施例によれば、排気ガスによる
加熱影響を最も受けやすい、タービンディスク３の外周
近傍及びタービン動翼２が効果的に冷却されるという利
点がある。

【００２８】以上の通り、第１，第２実施例によれば、
タービンディスク３に近接して冷却空気室５を設け、主
機関２２の掃気室２３から冷却管９を経て低温の冷却空
気を導き、タービンディスク３に冷却空気を当接させな
がら外周へ導くことによって、或いは冷却流路１２を通
じてタービン動翼２とタービンディスク３との境界部近
傍に冷却空気を吹きつけることによって、タービンディ
スク３及びタービン動翼２を冷却するので、タービンデ
ィスク３及びタービン動翼２の各材質の熱による強度劣
化を防止できるという利点がある。

【００２９】また、タービンディスク３に近接して設け
た冷却空気室５に冷却空気を導き、その冷却空気によっ
てタービンディスク３を直接、冷却し、植設されるター
ビン動翼２を熱伝導によって吸熱冷却する手段、或いは
タービンディスク３とタービン動翼２との境界部近傍を
直接、冷却する手段によって各々冷却を果たすので、小
型のタービンディスク３の内部に冷却空気の通る通気孔
を設ける必要がなく、小型の過給機にあっても簡便に冷
却目的を達することができるという利点がある。

【００３０】また、以上のような冷却効果を得られる結
果、要部が設計値以上に加熱されて強度低下を生じる懸
念がないので、材料も従来同様でよく、仕様変更の必要
がないため、製作，加工等を含め、格別のコストアップ
が生じないという利点がある。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００３２】即ち、本発明によれば、タービンディスク
に近接して冷却空気室を設け、同冷却空気室へ主機関の
掃気室から導いた低温の冷却空気を、タービン動翼近傍
へ冷却排気可能に設けた冷却流路を通じて排気するの
で、タービンディスク、タービン動翼が効果的に冷却さ
れ、それら材質が熱強度劣化を生じることがない。

【００３３】また、タービンディスク等の内部に冷却空
気用の通気孔を設ける必要がないので、過給機等の小型
部材に対しても簡便に実施できる。

【００３４】タービンディスクやタービン動翼が設計値
以上に高温になる懸念がないので、従来通りの材料を用
いることができ、材料費，加工費等に格別のコストアッ
プが生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の排気ガスタービン過給機
を備えた主機関の側面図、

【図２】図１の過給機２１の拡大詳細図、

【図３】図２の冷却空気室５近傍の拡大図、

【図４】本発明の第２実施例の冷却空気室５近傍の拡大
図、

【図５】第１実施例に冷却空気を通気した場合のタービ
ン動翼２、タービンディスク３の温度分布図、

【図６】図５に対応させて示した、冷却空気を通気しな
い場合（従来例相当）のタービン動翼２、タービンディ
スク３の温度分布図、

【図７】従来の排気ガスタービン過給機の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ コンプレッサ羽根車 ２ タービン動翼 ３ タービンディスク ４ ロータ軸 ５ 冷却空気室 ６ ガス入口ケーシング ７ ガスラビリンス ８ 室壁 ９ 冷却管 １０ 冷却流路 １１ 遮板 １２ 冷却流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン動翼を外周に植設されて回転す
   るタービンディスクを備え、主機関に圧縮空気を送給す
   る排気ガスタービン過給機において、上記タービンディ
   スクに近接して設けられた冷却空気室と、同冷却空気室
   へ冷却空気を送給可能に主機関掃気室より連通された冷
   却管と、上記冷却空気室より上記タービン動翼近傍へ冷
   却排気可能に設けられた冷却流路とを具備してなること
   を特徴とする排気ガスタービン過給機。