JPH08210152A

JPH08210152A - ガスタービン冷却空気導入装置

Info

Publication number: JPH08210152A
Application number: JP1908495A
Authority: JP
Inventors: Tadao Yashiki; 忠雄屋敷; Eiji Akita; 栄司秋田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20
Anticipated expiration: 2016-05-14
Also published as: JP3165611B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ガスタービンロータ等の要の冷却個所に外部
から冷却空気を導入する冷却空気導入装置に関し、流れ
を乱すことなく、配管作業がし易く、又冷却空気の通路
確保が容易な装置を提供する。【構成】冷却空気入口管５の出口が開口し、圧縮機１
５後流側に設けたディフューザ１６の外周に設けた冷却
空気導入室４と、ディフューザの出口側に設け、内部に
冷却空気導入室からの冷却空気を通過させる中空を設け
たラジアルストラット２と、ガスタービンロータ２０の
外周に設けた中間軸カバー６の内部に画成し、ラジアル
ストラットの中空及びタービンの冷却個所に通じる冷却
空気通路２５に連通する空気室９で構成する装置とし
た。又、燃焼器室１０から冷却空気入口管を排除し、燃
焼器１２，同尾筒１３より内周側を広くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温になり偏心する恐
れのあるガスタービンロータ等、ガスタービンにおい
て、冷却の必要がある冷却個所へ、外部からの冷却空気
を導入して、供給するためのガスタービン冷却空気導入
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のガスタービンの燃焼器付
近の部分断面図である。ガスタービンの駆動源となる燃
焼ガスを発生するための燃料は、図の白抜き矢印で示す
ように、外部からノズル１１に導入され、燃焼器（内
筒）１２で空気と混合し、燃焼し、燃焼ガスとなり、燃
焼器尾筒１３を通って、第１段静翼１４から動翼１９内
に入り、ガスタービンロータ２０に回転動力を発生させ
る。

【０００３】また、前記燃焼器１２で燃料と混合される
空気等、ガスタービンに必要とされる空気は、圧縮機１
５で圧縮され、４００〜４５０℃の高温になって、圧縮
機１５の後流側に設けられた静翼１５’を通り、静止翼
の後流側の外側、及び内側ディフューザ１６，１７で整
流され、細線（点線）の矢印で示すように、外側ケーシ
ング１８内の燃焼器室１０に拡散され、燃焼器１２に供
給される等、それぞれの用途に供せられる。

【０００４】さらに、高温による強度の低下を防止する
ため、ガスタービンロータ２０、又は動翼１９等の冷却
を必要とする、冷却個所を冷却するための冷却空気は、
圧縮機１５で圧縮された空気を、一旦、圧縮機１５の外
部に抽気し、外部に設けられた、図示しないクーラで約
２００℃に冷却した後、外側ケーシング１８を貫通して
設けた冷却空気入口管２６で、ケーシング１８の内部に
戻され、冷却空気入口管２６に連結したフレキシブル管
２１で、中間軸２３の外周を包囲した中間軸カバー２２
で形成された空気室２４に導入され、太矢印に示すよう
に、ガスタービンロータ２０の外周と中間軸２３の間に
形成された冷却空気通路２５に流出させ、ガスタービン
ロータ２０を冷却するとともに、動翼１９等、ガスター
ビンにおいて冷却を必要とする冷却個所に供給され、冷
却を行う。

【０００５】上述したガスタービンにおいて、ガスター
ビンロータ２０等、冷却を必要とする冷却個所に、外部
のクーラからガスタービン内部に冷却空気を供給するた
めに、外側ケーシング１８の内部に設ける導入構造にお
いては、外側ケーシング１８を貫通して設ける冷却空気
入口管２６、および、これに連結したフレキシブル管２
１が、圧縮機１５の出口側に設けられるディフューザ１
６，１７の直ぐ後方を横切るため、ディフューザ１６，
１７で整流された、圧縮機１５から吐出される空気束を
ブロックし、ディフューザ１６，１７で整流された流れ
が乱され、タービン性能の低下をきたす不具合がある。

【０００６】また、燃焼器１２と外側ディフューザ１６
との間に冷却空気入口管２６を設けるようにしているた
め、この間の隙間が小さくなり、冷却空気入口管２６の
配管作業が非常に困難となる不具合がある。さらに、燃
焼器１２、および燃焼器尾筒１３より内径側の燃焼器室
１０の空間確保が難しく、これらの燃焼器１２，１３の
外側に廻り込む、ディフューザ１６，１７から出た空気
の通路面積が確保し難く、これらの燃焼器１２，１３の
外側に供給される圧縮空気に、圧力損失が生じる等の不
具合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のガスタービン冷却空気導入装置の不具合を解消する
ため、（１）ディフューザの出口側に配置される、フレ
キシブル管を含む冷却空気入口管による、ディフューザ
で整流された空気流れの乱れを引き起こすことなく、冷
却空気入口管で燃焼器室に導入される冷却空気を圧力室
に供給でき、（２）燃焼器と外側ディフューザとの間の
隙間に設けられ、配管作業が困難である、フレキシブル
管を含む冷却空気入口管の設置が不要になり、ガスター
ビンの組立、分解作業が容易になるとともに、部品点数
を少なくし、コスト低減ができ、（３）燃焼器尾筒を含
む燃焼器より内径側の燃焼器室内の空間を大きくでき、
内径側から外径側に向かう空間を充分確保でき、この空
間を通過する圧縮機から吐出される圧縮空気の圧力損失
を小さくできる、ガスタービン冷却空気導入装置を提供
することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のガス
タービン冷却空気導入装置は、次の手段とした。

【０００９】（１）細長比の大きい断面形状の中空構造
にされ、内部に冷却空気の通過する通路を設けたラジア
ルストラットを、圧縮機の後流側に設置したディフュー
ザの出口側に設けた。

【００１０】（２）外部から冷却空気を外側ケーシング
の内部に導入するため、外側ケーシングに開口させた冷
却空気入口管に一端を連通させ、ラジアルストラットの
中空部の一方に他端を連通させた冷却空気導入室をディ
フューザの外周に設けた。

【００１１】（３）ラジアルストラットの中空部の他方
に一端を連通し、ガスタービンの冷却を必要とする、ガ
スタービンロータの外周面等に設けた冷却空気通路に他
端を連通させた空気室を、ガスタービンロータ外周面を
包囲して設けた、中間軸カバーの内部に画成した。

【００１２】また、他の本発明のガスタービン冷却空気
導入構造は、上記（１）〜（３）の手段に加え、次の手
段とした。

【００１３】（４）ラジアルストラットの強度を保持す
るためのインサートを、前記ラジアルストラットの内部
に設けた。

【００１４】

【作用】本発明のガスタービン冷却空気導入装置は、上
述（１）〜（３）の手段により、（１）冷却空気入口管の外側ケーシングへの開口と連通
させた冷却空気導入室と、中間軸カバーの内部に画成し
た空気室を、細長比の大きい外形形状にされ、その外周
部を流れる空気流れを乱さないようにしたラジアルスト
ラットの内部に設けた中空構造で連通して、外部からの
冷却空気をガスタービンの冷却個所へ送り込む空気室へ
導入するようにしたことにより、ディフューザ出口の圧
縮機から吐出された空気の流れを乱していた、冷却空気
を送るための配管が不要となる。これにより、従来、こ
の配管でブロックされ、生じていた、ディフューザ出口
側の、整流された空気束の乱れを少なくすることがで
き、ガスタービンの性能を大幅に向上させることができ
る。

【００１５】（２）また、燃焼器と外側ディフューザの
間に、冷却空気導入室を設けたことにより、隙間の小さ
い、この部分に配設していた、配管作業が困難で、しか
も、ガスタービンの組立、分解を困難にしていた冷却空
気入口管、およびこれに連結するフレキシブル管の設置
が不要になり、これらの困難さが解消されるとともに、
ガスタービンの部品点数を大幅に削減できる。

【００１６】（３）さらに、冷却空気導入室、およびラ
ジアルストラットの設置により、燃焼器より内径側の空
間が充分確保できるようになり、燃焼器尾筒を含む燃焼
器の内径側と外径側の間に形成される空間を大きくで
き、内径側から外径側に廻り込む空気流れの抵抗を少な
くでき、圧縮機から供給される圧縮空気の圧力損失を小
さくできるとともに、流量を充分確保できる。

【００１７】さらに、他の本発明のガスタービン冷却空
気装置は、上記（１）〜（３）の手段に加え、上記
（４）の手段としたので、上記（１）〜（３）に加え、（４）ラジアルストラット内に挿入したインサートによ
り、中空構造のラジアルストラットにおける熱伝達が向
上し、２００℃程度の冷却空気が内部を流れるラジアル
ストラットが、４００〜４５０℃の圧縮空気の流れの中
におかれても内，外面に生じる温度差は緩和され、温度
差による熱応力は小さくできる。これにより、細長比の
大きい、中空構造のラジアルストラットにおいても、強
度を充分保持することができ、熱応力による変形等の不
具合発生を防止することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明のガスタービン冷却空気導入装
置の実施例を、図面にもとづき説明する。図１は、本発
明のガスタービン冷却空気導入装置の一実施例を具え
る、ガスタービンの燃焼器付近の縦断面図、図２は、図
１に示す矢視Ａ−Ａにおけるラジアルストラットの断面
図である。なお、図１において、図３に示した符号と同
一符号のものは、図３において説明したものと同一のも
のであり、詳細説明は省略する。

【００１９】図１において、外部から冷却空気を導入す
る冷却空気入口管５は、その出口を、燃焼器室１０を画
成する外側ケーシング３に設けた開口に連通させて、外
側ケーシング３に固着されている。

【００２０】また、外側ケーシング３から燃焼器室１０
内へ突出させて、外側ディフューザ１６の外周を包囲し
た、外側ケーシング３の突起部３’の上方には、冷却空
気導入室４が設けられている。この冷却空気導入室４
は、前記の開口を設けた、外側ケーシング３で形成され
た前端壁４ａに、燃焼器室１０との間を仕切る隔壁７で
形成された外周壁４ｂ、突起部３’で形成された内周壁
４ｃ、および突起部３’の先端部で形成され、流出口４
ｆを設けた後端壁４ｄで画成されている。従って、冷却
空気導入室４は、前端壁４ａを構成する外側ケーシング
３に設けた開口を流入口４ｅとして、冷却空気入口管５
から供給される外部からの冷却空気をその内部に導入で
きる。

【００２１】また、圧縮機１５の後流側に設置されてい
る、内側ディフューザ１出口端に連結された延長材８上
には、ラジアルストラット２が設けられている。このラ
ジアルストラット２は、その断面形状が図２に示すよう
に、細長比の大きい外形形状にされて、その内部を冷却
空気が通過する中空２ａ構造にされている。そして、外
側ディフューザ１６、および内側ディフューザ１によ
り、整流されて流出する、圧縮機１５からの空気束の流
線方向に、細くされた断面部を対向させて、延長材８上
に立設されている。また、ラジアルストラット２の上部
前方には、流入口２ｂが設けられており、上記冷却空気
導入室４の後端壁４ｄに設けた流出口４ｆからの冷却空
気を、その内部に流入させるようにしている。さらに、
ラジアルストラット２の下部後方には、流出口２ｃが設
けられている。

【００２２】また、ラジアルストラット２の内部に形成
される中空２ａ構造は、図２（Ａ）に示すように、内面
を平滑にして、通過する冷却空気の抵抗を少なくするこ
ともできるが、図２（Ｂ）に示すように中空２ａ構造の
内面にディンプルを形成し、または、内面に固着したリ
ブからなるインサート２ｄを設けて、４００〜４５０℃
の圧縮空気にさらされる外周面と、２００℃程度の冷却
空気が通過する内周面との間に生じる温度差を低減し
て、ラジアルストラット２に生じる熱応力を小さくする
こともできる。なお、インサート２ｄを中空２ａ内面に
設ける場合は、ラジアルストラット２を、予め半割れ状
に形成して、中空２ａ内面にインサート２ｄを設けた
後、溶接２ｅにより接合して、一体に成形するようにす
れば良い。

【００２３】また、ガスタービンロータ２０の外周面
と、その内周面との間に間隙を設けて、ガスタービンロ
ータ２０の外周面を冷却するとともに、動翼１９等のガ
スタービンで冷却を必要とする冷却個所に連通する、冷
却空気通路２５を形成する中間軸２３の外周には、中間
軸カバー２２が設けられている。中間軸２３の外周を包
囲して設けられた、この中間軸カバー２２の内部には、
空気室９が設けられている。空気室９は、ラジアルスト
ラット２の流出口２ｃと連通する流入口６ａによって、
ラジアルストラット２の中空２ａと連通するとともに、
中間軸２３にあけられた開口２３ａと連通する流出口６
ｂによって、冷却空気通路２５とも連通している。

【００２４】本実施例は、上述したように構成されてい
るので、外部から供給される冷却空気は、冷却空気入口
管５から冷却空気導入室４の内部に入り、次いでラジア
ルストラット２の中空２ａを通って、中間軸カバー６内
の空気室９に入り、空気室６から太線矢印の方向に流出
して、ガスタービンロータ２０外周面、およびガスター
ビンにおいて冷却を要する冷却個所を冷却する。

【００２５】また、内側ディフューザ１、および外側デ
ィフューザ１６に整流されて、その出口から流出する圧
縮空気は、細線矢印、点付矢印で示すように、燃焼器室
１０内に拡散され、圧縮機１５から吐出された４００〜
４５０℃の圧縮空気は、ラジアルストラット２にブロッ
クされることなく、空気束の整流が確保される。

【００２６】また、ディフューザ１，１６の出口から流
出する圧縮空気の流線との対向幅が狭くされた、ラジア
ルストラット２の採用によって、ディフューザ１，１６
出口側の空間が広くなり、燃焼器１２，１３の内径側よ
り外径側に廻り込む面積が、充分確保できるので、この
ときに生じる圧力損失を小さくできる。

【００２７】さらに、外側ケーシング３の内部、すなわ
ち、燃焼器室１０内に冷却空気入口管５を設置する必要
がなく、作業が困難な配管作業が不要になるとともに、
燃焼器１２，１３と外側ディフューザ１６の外周面との
間のスペースに余裕が生じ、ガスタービンの組立、分解
が容易になるとともに、部品点数も減らすことができ
る。

【００２８】さらに、ラジアルストラット２の中空２ａ
にインサートを設けることにより、ラジアルストラット
２に生じる熱応力を低減でき、強度が保持されて変形等
を防ぐことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビン冷却空気導入装置によれば、請求項１に示す構成に
より（１）ディフューザ後流側での冷却空気入口管によるブ
ロックを無くし、ディフューザで整流された流れの乱れ
がなくなり、また、圧力損失を少なくすることができ
る。

【００３０】（２）燃焼器内径側より外径側に廻り込む
面積が、充分に確保できて、圧力損失を少なくすること
ができる。

【００３１】（３）組立、分解が容易になるとともに、
部品点数も少なくできて、コスト低減となる。

【００３２】さらに、本発明のガスタービン冷却空気導
入装置によれば、請求項２に示す構成により、ラジアル
ストラットに発生する熱応力を低減でき、ラジアルスト
ラットの変形、又は破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン冷却空気導入装置の一実
施例を具える、ガスタービンの燃焼器廻りの縦断面図、

【図２】図１で示す矢視Ａ−Ａにおけるラジアルストラ
ットの横断面図、

【図３】従来のガスタービンの燃焼器廻りの縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１内側ディフューザ２ラジアルストラット２ａ中空２ｂ流入口２ｃ流出口２ｄインサート３外側ケーシング３’ 外側ケーシング突起部４冷却空気導入室４ａ前端壁４ｂ外周壁４ｃ内周壁４ｄ後端壁４ｅ流入口４ｆ流出口５冷却空気入口管６中間軸カバー６ａ流入口６ｂ流出口７隔壁８延長材９空気室１０燃焼器室１１ノズル１２燃焼器（内筒）１３燃焼器尾筒１４第１段静翼１５圧縮機１５’ 圧縮機の静翼１６外側ディフューザ１７内側ディフューザ１８外側ケーシング（燃焼器室）１９動翼２０ガスタービンロータ２１フレキシブル管２２中間軸カバー２３中間軸２３ａ開口２４空気室２５冷却空気通路２６冷却空気入口管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機を具えたガスタービンの冷却個所
へ、外部から導入された冷却空気を供給するため、ガス
タービンに設ける冷却空気導入装置において、前記圧縮
機の後流側に設置したディフューザの出口側に設けら
れ、細長比の大きい断面形状の中空構造にしたラジアル
ストラットと、前記ディフューザの外周側に設けられ、
外側ケーシングに開口して、外部からの前記冷却空気を
外側ケーシング内に導入する冷却空気入口管に一端を連
通し、他端を前記ラジアルストラットの内部に連通した
冷却空気導入室と、ガスタービンロータの外周を包囲し
て設けた中間軸カバーで画成され、一端を前記ラジアル
ストラットの内部に連通し、他端を前記冷却個所に連通
した空気室を設けたことを特徴とするガスタービン冷却
空気導入装置。
【請求項２】前記ラジアルストラットの内部にインサ
ートを設けたことを特徴とする請求項１のガスタービン
冷却空気導入装置。