JPH11182205A - 蒸気冷却型ガスタービン - Google Patents

蒸気冷却型ガスタービン

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JPH11182205A
JPH11182205A JP9354953A JP35495397A JPH11182205A JP H11182205 A JPH11182205 A JP H11182205A JP 9354953 A JP9354953 A JP 9354953A JP 35495397 A JP35495397 A JP 35495397A JP H11182205 A JPH11182205 A JP H11182205A
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淑郎 佐近
Tadayoshi Endo
忠良 遠藤
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン等の冷却媒体として蒸気を用い
る様にした蒸気冷却型ガスタービンにおいて、冷却蒸気
の供給、冷却、回収の過程をコンパクトな構造の下で適
切に実行し得るようにした蒸気室を備えた蒸気冷却型ガ
スタービンを提供することを課題とする。 【解決手段】 冷却蒸気を導入する蒸気供給通路と先行
段落を冷却した蒸気を次位段落へ案内する蒸気連絡通路
と複数段落を冷却済の蒸気を回収する蒸気回収通路を有
すると共に、動翼に対する遮熱構造部材及び静翼の保持
部を内面に有して一体的に形成された蒸気室を設けて蒸
気冷却型ガスタービンを構成し、ガスタービン静翼の冷
却部に対する冷却蒸気の供給、冷却、回収の過程をコン
パクトな構造により適切に実行して静翼の効果的な冷却
をなす様にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン等の
冷却媒体として蒸気を用いる様にした蒸気冷却型ガスタ
ービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のガスタービンにおける冷却構造の
一例として、空気冷却型ガスタービンによる静翼の冷却
概要について図４に基づいて説明する。
【０００３】空気を冷却媒体として採用して冷却する方
式のガスタービンにあっては、矢印ａで示す様に冷却空
気は静翼の外側シュラウド側から導入され、この導入さ
れた空気の一部は翼内を流れてその内面を冷却し、その
後翼に設けた孔から流出させて矢印ｂの様に翼表面に沿
って流れながら同翼表面を冷却し、矢印ｅで示す様に燃
焼ガスの流路中へ放出される。
【０００４】また、残りの空気は前記翼に設けた孔から
流出せずに静翼の内側シュラウドに導かれ、同内側シュ
ラウド及び静翼の内側を冷却した後、矢印ｃの様に流れ
て前記燃焼ガスの流路中へ放出され合流する。
【０００５】なお、矢印ａで導入された空気が、本来の
使命である翼部や翼下部の冷却を行うより前に前記燃焼
ガスの流路中へ直接漏出するのを防止すべく、翼と外側
シュラウドおよび翼と内側シュラウドとの接触面には、
それぞれシールｄが配設されている。
【０００６】この様に空気冷却型のガスタービンにおい
ては、冷却媒体である空気は静翼およびシュラウド等の
構造体を冷却した後は回収することなく燃焼ガス流路中
へ放出されので、このプロセスは熱効率は良いものでは
ない。
【０００７】そこで昨今では、熱効率的により優れたも
のが求められ、他の従来の例として挙げられる様に、冷
却媒体を空気から蒸気に変えた蒸気冷却型のガスタービ
ンが提案されるに至っている。
【０００８】同他の従来例については、改めて図示は省
略するが、前記静翼およびシュラウド等の構造体をはじ
めとして、ガスタービンの冷却部に向けて冷却媒体の蒸
気を供給し、同構造体の冷却を行って自身加熱された蒸
気を回収し、その熱分を有効に活用することにより熱効
率の向上を図る様にしたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの蒸気
冷却型のものにあっては、前記冷却部において得た熱分
を確実に回収するためには、蒸気のガス流路への放出は
もとより、流通経路の途中で漏洩することもない精密、
堅牢な冷却経路を構成しなければならないという命題が
ある。
【００１０】そのために同蒸気冷却型のものにおいて
は、蒸気の供給入口、及び回収口の数を極力少なくし、
かつ、１段静翼、２段静翼またはそれ以降の静翼等を単
一の蒸気流路で構成して蒸気を供給し、冷却し、そして
回収することが望ましい。
【００１１】本発明はかかる観点に基づき、冷却蒸気の
前記した供給、冷却、回収の過程をコンパクトな構造の
下で適切に実行し得るようにした蒸気室を備えた蒸気冷
却型ガスタービンを提供することを課題とするものであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決すべくなされたもので、冷却蒸気を導入する蒸気
供給通路と先行段落を冷却した蒸気を次位段落へ案内す
る蒸気連絡通路と複数段落を冷却済の蒸気を回収する蒸
気回収通路を有すると共に、動翼に対する遮熱構造部材
及び静翼の保持部を内面に有して一体的に形成された蒸
気室を設けた蒸気冷却型ガスタービンを提供するもので
ある。
【００１３】すなわち、本発明によれば、前記した蒸気
供給通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路の三者を有
し、かつ動翼に対する遮熱構造部材と静翼の保持部とを
その内面に有して一体的に形成された蒸気室を設けてい
るので、ガスタービン静翼の冷却部に対する冷却蒸気の
供給、冷却、回収の過程をコンパクトな構造により適切
に実行し、静翼の効果的な冷却をなすものである。
【００１４】また本発明は、前記蒸気供給通路、蒸気連
絡通路及び蒸気回収通路は、各通路に開口した分岐管に
より静翼の冷却通路と連通して連続する冷却経路を構成
した蒸気冷却型ガスタービンを提供するものである。
【００１５】すなわち、本発明によれば、冷却蒸気を案
内する蒸気供給通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路
と、冷却対象部に当たる静翼の冷却通路とは分岐管によ
り連通されてコンパクトな構造による冷却蒸気の供給、
冷却、回収の経路が完成され、この経路により冷却蒸気
を案内して適切な蒸気冷却を実行するものである。
【００１６】また本発明は、前記分岐管は蒸気室との接
合部にねじ部を有する中空のボルト状部材で構成され、
同ねじ部により蒸気室に固着された蒸気冷却型ガスター
ビンを提供するものである。
【００１７】すなわち、本発明によれば、前記蒸気供給
通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路を静翼の冷却通路
と連通する分岐管をボルト状部材で構成し、同ボルト状
部材はそのねじ部により蒸気室に対して固着して全体の
構成を一段とコンパクト化している。
【００１８】また本発明は、前記分岐管は蒸気室上面と
接合位置にフランジを有する中空のパイプ状部材で構成
され、同フランジで蒸気室に固着された蒸気冷却型ガス
タービンを提供するものである。
【００１９】すなわち、本発明によれば、前記蒸気供給
通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路を静翼の冷却通路
と連通する分岐管を、ボルト状部材に換えてフランジを
有する中空のパイプ状部材で構成し、同フランジで蒸気
室に固着することにより構成全体のコンパクト化を図っ
ている。
【００２０】更にまた本発明は、前記蒸気供給通路に燃
焼器の冷却部へ冷却蒸気を供給する蒸気供給配管を連通
すると共に、前記蒸気連絡通路には燃焼器の冷却部から
冷却蒸気を回収する蒸気回収配管を連通した蒸気冷却型
ガスタービンを提供するものである。
【００２１】すなわち、本発明によれば、ガスタービン
の冷却部が静翼から燃焼器に及んだ場合、同燃焼器の冷
却部を前記蒸気供給通路に連通する蒸気供給配管及び前
記蒸気連絡通路に連通する蒸気回収配管で結び、静翼部
と共に燃焼器を併せ冷却する様にして構成全体のコンパ
クト化を図ったものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態を図１に
基づいて説明する。
【００２３】１は蒸気室で、その内部に蒸気供給通路３
１、蒸気連絡通路３２及び蒸気回収通路３３を形成し、
かつ内面には後述する動翼９の外周位置でこれに対向
し、同動翼９の遮熱を行う遮熱構造部材８及び前、後段
静翼５、６それぞれの保持部７等を備えた一体的な構造
物であり、同蒸気室１は通常、鋳物又は溶接構造で作ら
れている。
【００２４】２は冷却蒸気の入口管、３は出口管で、入
口管２は前記蒸気室１の蒸気供給通路３１の上流端に、
また出口管３は同蒸気室１の蒸気回収通路３３の下流端
にそれぞれ連絡されており、入口管２は図示省略の蒸気
タービンの高圧排気またはボイラ等の高圧蒸気を冷却蒸
気として供給され、また、出口管３は同様図示省略した
ボイラの再熱部または下流の中圧蒸気タービン等に回収
した冷却蒸気を供給する。
【００２５】４はいわゆる分岐管に相当するボルト状部
材で、同ボルト状部材４が挿通される前記蒸気室１の接
合部の上方側には、段付き部を跨いで全長のほぼ半分に
亘ってねじ部４１を形成し、また内部には下方側から全
長のほぼ半分に及ぶ中空孔４２を設け、かつ同中空孔４
２の上端部には外方へ開口する開口窓１３を有してい
る。
【００２６】そしてこのボルト状部材４は、前段静翼５
及び後段静翼６に対して各２本宛配置されており、前段
静翼５に対応して設けた２本のうち一方は、その開口窓
１３を蒸気供給通路３１に開口すると共に中空孔４２を
前段静翼５内に形成した冷却蒸気通路１７の上流端に当
たる蒸気入口ノズル１５に連通し、同２本のうち他方
は、その開口窓１３を蒸気連絡通路３２に開口すると共
に中空孔４２を前段静翼５内に形成した冷却蒸気通路１
７の下流端に当たる蒸気出口ノズル１６に連通してい
る。
【００２７】同様に後段静翼６に対応する２本のボルト
状部材４については、一方がその開口窓１３を蒸気連絡
通路３２に開口すると共に中空孔４２を後段静翼６内に
形成した冷却蒸気通路１７の上流端に当たる蒸気入口ノ
ズル１５に連通し、他方がその開口窓１３を蒸気回収通
路３３に開口すると共に中空孔４２を後段静翼６内に形
成した冷却蒸気通路１７の下流端に当たる蒸気出口ノズ
ル１６に連通している。
【００２８】かくして入口管２から出口管３までの間に
は、細部を省略して大まかに述べれば、蒸気供給通路３
１、ボルト状部材４、冷却蒸気通路１７、ボルト状部材
４、蒸気連絡通路３２、ボルト状部材４、冷却蒸気通路
１７、ボルト状部材４そして蒸気回収通路３３と連続す
る冷却経路が形成される。
【００２９】なお、１０はシールで、図中に黒く塗りつ
ぶして表示した部分、例えばボルト状部材４と蒸気室１
との接合部でねじ部４１が形成されていない部分、ボル
ト状部材４と蒸気入口ノズル１５、蒸気出口ノズル１６
との接続部分、または入口管２及び出口管３が蒸気室１
と連絡する部分等に介装されており、前記入口管２から
出口管３に至る冷却経路から冷却蒸気の漏洩がない様に
構成している。
【００３０】すなわち本実施の形態においては、内部に
蒸気供給通路３１、蒸気連絡通路３２及び蒸気回収通路
３３を形成し、また内面に遮熱構造部材８及び前、後段
静翼５、６の保持部７等を備えた一体構造の蒸気室１に
対して前段静翼５及び後段静翼６を円周方向に個々に挿
入して所定位置に設置した後、シール１０を装着しつつ
蒸気室１の外周側から複数のボルト状部材４をねじ部４
１により半径方向に挿入し、同ボルト状部材４の下端を
蒸気入口ノズル１５および蒸気出口ノズル１６に結合さ
せている。
【００３１】これにより本実施の形態では前記一体構造
の蒸気室１と、これに挿入されたボルト状部材４と、
前、後段静翼５、６の冷却蒸気通路１７等により冷却蒸
気の一貫した蒸気流路が形成され、ガスタービン静翼の
円滑、かつ、確実な冷却がなされるものである。
【００３２】要するに本実施の形態においては、蒸気室
１を一体物として鋳造等で製作し、更に前、後段静翼
５、６等を周方向に組立、配置後分岐管に当たるボルト
状部材４を外周から半径方向に挿入して、前、後段静翼
５、６等の個々に対する蒸気の入口と出口を形成してい
るので、各種蒸気通路の簡素化が図られ、かつ、蒸気の
入口管２から前記前、後段静翼５、６等個々への蒸気流
入、排出を確実にし、また全ての静翼を冷却した後の蒸
気を一箇所にまとめ、これを蒸気の出口管３から確実に
回収する。
【００３３】この様に本実施の形態によれば、燃焼ガス
流路への蒸気放出のおそれは無いし、漏洩も極少に防ぐ
ことができるものである。
【００３４】なお、本実施の形態において、前記した分
岐管に当たるボルト状部材４は、蒸気室１内において、
対応する蒸気通路と静翼との間で蒸気の流通経路を形成
するが、蒸気の流入、排出の位置に応じて中空孔４２の
長さと、同中空孔４２を蒸気通路とつなぐ開口窓１３の
位置を変更、調整することで流入、排出の役割を変える
ことも出来るものである。
【００３５】次に本発明の実施の第２形態を図２に基づ
いて説明する。なお、前記した実施の第１形態のものと
同一の部分については、図中に同一の符号を付して示し
重複する説明は省略する。
【００３６】すなわち本実施の形態では、前記実施の第
１形態において用いたボルト状部材４に換えて、頂部に
フランジ３４を有するパイプ状部材１８を用いて冷却蒸
気を所定の経路に案内する分岐管機能を持たせたもので
ある。
【００３７】なお、前記実施の第１形態におけるボルト
状部材４は自身のねじ部４１により蒸気室１に固着した
のに対し、本実施の形態におけるパイプ状部材１８は、
フランジ３４を固着ボルト１９により蒸気室１に止める
ことにより、同蒸気室１に対して固着されるものであ
る。
【００３８】すなわち本実施の形態では、この構成によ
り蒸気室１に対するパイプ状部材１８の組み込み、取り
付けが容易化され、設計製作、組立、そして保守点検等
の面に亘って、コンパクト化によるメリットを十分に享
受することができるものである。
【００３９】次に本発明の実施の第３形態について、図
３に基づいて説明する。本実施の形態は、前記実施の第
１形態及び実施の第２形態を基本とし、これに一部の構
造を組み込み、基本形態の機能を更に発展させたもので
ある。
【００４０】図３は実施の第２形態を基本としたものと
して示しているが、要するに蒸気室１における蒸気供給
通路３１の下流に、図示省略の燃焼器へ冷却蒸気を供給
する燃焼器供給管１１を接続し、また同燃焼器から冷却
蒸気を回収する燃焼器回収管１２を蒸気連絡通路３２に
接続して構成したものである。
【００４１】従って本実施の形態によれば、ガスタービ
ンの被冷却部として、静翼部に止まらず燃焼器の必要部
分、例えば燃焼器尾筒部分等を含めて一挙に冷却を可能
とし、しかもその冷却構造をより一層コンパクト化した
ものである。
【００４２】なお、その余の構成、作用、効果は、前記
各実施の形態、特に前記実施の第２形態と同一であるの
で、同実施の第２形態と同一な部分に同一の符号を付し
て示し、重複する説明は省略する。
【００４３】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
却蒸気を導入する蒸気供給通路と先行段落を冷却した蒸
気を次位段落へ案内する蒸気連絡通路と複数段落を冷却
済の蒸気を回収する蒸気回収通路を有すると共に、動翼
に対する遮熱構造部材及び静翼の保持部を内面に有して
一体的に形成された蒸気室を設けて蒸気冷却型ガスター
ビンを構成しているので、前記した蒸気供給通路、蒸気
連絡通路及び蒸気回収通路の三者を有すると共に動翼に
対する遮熱構造部材と静翼の保持部とをその内面に有し
て一体的に形成したコンパクトな構造の蒸気室により、
ガスタービン静翼の冷却部に対する冷却蒸気の供給、冷
却、回収の過程をより適切に実行して静翼の効果的な冷
却をなし、以て経済性および信頼性の高いガスタービン
を得ることができたものである。
【００４５】また請求項２に記載の発明によれば、前記
蒸気供給通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路は、各通
路に開口した分岐管により静翼の冷却通路と連通して連
続する冷却経路を構成して蒸気冷却型ガスタービンを構
成しているので、冷却蒸気を案内する蒸気供給通路、蒸
気連絡通路及び蒸気回収通路と、冷却対象部に当たる静
翼の冷却通路とは分岐管により連通されてコンパクトな
構造による冷却蒸気の供給、冷却、回収の経路が完成さ
れ、この経路により冷却蒸気を案内して適切な蒸気冷却
を実行し、以て経済性および信頼性の高いガスタービン
を得ることができたものである。
【００４６】また請求項３に記載の発明によれば、前記
分岐管は蒸気室との接合部にねじ部を有する中空のボル
ト状部材で構成され、同ねじ部により蒸気室に固着され
て蒸気冷却型ガスタービンを構成しているので、前記蒸
気供給通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路を静翼の冷
却通路とそれぞれ連通する前記ボルト状部材は、そのね
じ部により蒸気室に対して固着して全体の構成を一段と
コンパクト化し、適切な蒸気経路を形成し、以て経済性
および信頼性に富んだガスタービンを得ることができた
ものである。
【００４７】また請求項４に記載の発明によれば、前記
分岐管は蒸気室上面と接合位置にフランジを有する中空
のパイプ状部材で構成され、同フランジで蒸気室に固着
されて蒸気冷却型ガスタービンを構成しているので、前
記蒸気供給通路、蒸気連絡通路及び蒸気回収通路を静翼
の冷却通路と連通すべくボルト状部材に換えてフランジ
を有する中空のパイプ状部材で構成した分岐管を、同フ
ランジで蒸気室に固着することにより構成全体のコンパ
クト化を図り、以て経済性および信頼性に富んだガスタ
ービンを得ることができたものである。
【００４８】更にまた請求項５に記載の発明によれば、
前記蒸気供給通路に燃焼器の冷却部へ冷却蒸気を供給す
る蒸気供給配管を連通すると共に、前記蒸気連絡通路に
は燃焼器の冷却部から冷却蒸気を回収する蒸気回収配管
を連通して蒸気冷却型ガスタービンを構成しているの
で、ガスタービンの冷却部が静翼から燃焼器に及んだ場
合、同燃焼器の冷却部を前記蒸気供給通路に連通する蒸
気供給配管及び前記蒸気連絡通路に連通する蒸気回収配
管で結び、静翼部と共に燃焼器を併せ冷却するようにし
て構成のコンパクト化を図り、以て経済性および信頼性
に富んだガスタービンを得ることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る蒸気冷却型ガス
タービンの要部を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る蒸気冷却型ガス
タービンの要部を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係る蒸気冷却型ガス
タービンの要部を概略的に示す説明図である。
【図４】従来のガスタービンの冷却構造の一例を示す説
明図である。
【符号の説明】
１ 蒸気室 ２ 入口管 ３ 出口管 ４ ボルト状部材 ５ 前段静翼 ６ 後段静翼 ７ 保持部 ８ 遮熱構造部材 ９ 動翼 １０ シール １１ 燃焼器供給管 １２ 燃焼器回収管 １３ 開口窓 １５ 蒸気入口ノズル １６ 蒸気出口ノズル １７ 冷却蒸気通路 １８ パイプ状部材 １９ 固着ボルト ３１ 蒸気供給通路 ３２ 蒸気連絡通路 ３３ 蒸気回収通路 ３４ フランジ ４１ ねじ部 ４２ 中空孔

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷却蒸気を導入する蒸気供給通路と先行
    段落を冷却した蒸気を次位段落へ案内する蒸気連絡通路
    と複数段落を冷却済の蒸気を回収する蒸気回収通路を有
    すると共に、動翼に対する遮熱構造部材及び静翼の保持
    部を内面に有して一体的に形成された蒸気室を設けたこ
    とを特徴とする蒸気冷却型ガスタービン。
  2. 【請求項２】 前記蒸気供給通路、蒸気連絡通路及び蒸
    気回収通路は、各通路に開口した分岐管により静翼の冷
    却通路と連通して連続する冷却経路を構成したことを特
    徴とする請求項１に記載の蒸気冷却型ガスタービン。
  3. 【請求項３】前記分岐管は蒸気室との接合部にねじ部を
    有する中空のボルト状部材で構成され、同ねじ部により
    蒸気室に固着されたことを特徴とする請求項２に記載の
    蒸気冷却型ガスタービン。
  4. 【請求項４】 前記分岐管は蒸気室上面と接合位置にフ
    ランジを有する中空のパイプ状部材で構成され、同フラ
    ンジで蒸気室に固着されたことを特徴とする請求項２に
    記載の蒸気冷却型ガスタービン。
  5. 【請求項５】 前記蒸気供給通路に燃焼器の冷却部へ冷
    却蒸気を供給する蒸気供給配管を連通すると共に、前記
    蒸気連絡通路には燃焼器の冷却部から冷却蒸気を回収す
    る蒸気回収配管を連通したことを特徴とする請求項１な
    いし４のいずれかに記載の蒸気冷却型ガスタービン。
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