JPS58104303A - タ−ビンロ−タ羽根 - 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】 本発明は、燃焼タービン四−タ羽＊Ｋｍｌ、、、％に、
冷却式タービンロータ羽根の改良されえ先端構造に関す
るものである。

燃焼タービンのよル大きな運転効率及び電力出力はより
高い入口運転温１１：によ）達成されることはすでに確
証されている。しかし、入口運転温度は回転するタービ
ン羽根が耐え得る最大温度によシ限られている。を九、
入ロガス温直を上昇するにつれてタービン羽根の温度が
上昇するので、羽根の回転に通常付随する張力及び応力
で損傷を受けやすい羽根の弱点が増大する。

タービンロータ羽根を冷却すること、又はタービンロー
タ羽根を耐熱材料から形成すること、あるいはそれらの
両方によ〕、羽根材料の特定の最大運転温度以下にター
ビン羽根温度を維持しながら入口運転温度を増大できる
。一般に、従来の典型的な燃焼タービンはその入口運転
揶度が高かったので、羽根がこの高温度に耐ｔ４るよう
に、タービン羽根の＠ｉ列又は蛾初の１列の構造を変え
てこれらの２羽根の冷却を可能にしていた。

また、従来の典型的な燃焼タービンにおいては、タービ
ンの圧縮機部分から吸い込まれた冷却空気はタービンロ
ータにある通路を通っていくつかのロータディスクの夫
々へ向かう。上流ロータディスク内の通路は、タービン
ロータからの冷却空気を各２−ピン羽根の基部にある機
部まで連通させる。一般に１冷却空気は羽根の根部から
冷却羽根の翼部を貫流しそして少なくとも一部は羽根の
先端部を通って出て行く。

従来の典型的な冷却タービン羽根先端構造は、羽根先端
の外面を取シ囲む羽根壁の（タービンロータ軸に関して
）半径方向外向き延長部によ〕形成され九外向きに面し
た空胴な含んでいる。

冷却空気は羽根先端の外面にある開口から出て空胴内に
入る。もつともこの先端窒胴栴造は、羽根先端とこれを
取カ囲むタービンケーシング材料との間の接触によ）個
々の排出開口が閉烏されるのを防止する。このような閉
塵又は羽根先端の汚れは羽根を貫流する冷却空気流の減
少による゛タービン羽根損傷という結果Ｋｔｅｌｌる。

入口設計運転温度はタービン運転効率のさらに一層の向
上を行なう九めに上昇し続けるので、下流羽根列にある
タービン羽根を冷却することも必要Ｋする。しかし上流
タービン羽根を冷却するのに使用される羽根先端構造は
羽根構造の差Ｊ４によｐ下流羽根に直接適用できない、
ｔた、空気力学的な理由のため、タービン羽根の厚さは
羽根の下流列毎に減少する。

上流タービン羽根列においては、タービン羽根自身は十
分に厚いので、羽根筒端全外面にわたって広がる゛羽根
先端空胴を形成するべく羽根全体の關りにある羽根壁の
延長部を支持することができる０羽根先端外面にあるす
べての開口殺 は冷却空気を空胴内に吐き出す０羽懺の凸状側部の後１
ｍＫ向かう羽根壁の一部分は羽根先端空胴からの冷却空
気の出口経路を与える丸め除去され得る。このような構
造は米国特許第２４３１１１１号明細書にさらに詳細に
記載されている。

タービン羽根の厚さが減少している下流タービン羽根列
においては、羽根先端空胴を形成する羽根ｗ！延長部を
支持するには、前縁にある冷却開口と前縁にある羽根壁
との間の間隙が不十分である。より薄い下流タービン羽
根に公知の単羽根先端空胴構造を適用するには、前縁冷
却通路の配置変え又はこれら通路の排除が必要となシ、
それによ〉タービン羽根に過熱による損傷の危険性を増
大させる。

従って、従来のタービン羽根先端冷却装置は下流タービ
ン羽根の冷却を十分に与えていない。

本発明のタービンロータ羽根は、ロータディスクに羽根
を同定するための根部と、使用している高温動力ガスの
流れをさえぎるための凹状＠部及び凸状匈部を画定する
輪郭を有する−及び半極方向の長さを備えた翼部と、機
部及び翼部内にあ〕、それらを通る冷却流体の流れを可
能にする丸めの空気連絡と、翼部からの冷却流体に排出
経路を与える構成を有し、主表面を有する一一タ羽根の
先端部とを備え、前記先端部は翼部の壁の半径方向外向
きの延長部によ〕部分的にのみ画定された外向きに面し
九空胴な有して訃や、前記延長部は前記先ｌ１１ｍの前
記主表面をＭＰ径方向に越えて設けられてお〕、前記主
表面は翼部からの冷却空気を前記！２！胴内に吐自出す
九めのいくつかの開口を有し、前記延長部は先端部表面
の前縁にある少なくとも１つの開口を除く実質的にすべ
ての前記開口を周囲からほぼ取ａＳんでいることを特徴
とするものである。

ここに記載され九好適１ｋｌ！施例においては、冷却タ
ービンロータ葛根は翼部、根部、そして改嵐され喪先端
構造を備えてお〕、この先端構造は、羽根先端部とこれ
を取勤囲むタービンローシンダとの間の接触の結果とし
て生ずる閉塵から、羽根先端の主表面、即ち外面にある
冷却空気排出開口を保躾する０羽根先端構造は羽根先端
部の外面の和尚な部分を取１１１１１む羽根壁の半径方
向外向１ｍ長部を備えてお都、この延長部は羽根先端空
胴を形成し、該空綱内に冷却材が外面にある開口を通っ
て排出される。翼部の前轍は羽根先端空胴の前縁外側に
先端開部を備えてお〕、この先端凹部は、興前瞭近くで
必要な冷却材通路と接続した開口からの冷却材の流れを
遮断しないで羽根ｌｌｌ最長部支持するには翼部が狭過
ぎる廟根先端の一部分に沿っている。

この配置は狭い翼幅を４するタービン四−タ羽根に一般
的に適用可能な羽根先端構造を与える。

−１１１よ）下流羽根が冷却され、タービンがよプ高い
入口温度で運転されることができ、それｋよりタービン
の総合効率及び性能を増大できる。

本発明は添付ＦＩｇ面と一連して例としてのみ示された
以下の好適な笑ｍ伺の説明からさらに明らかとなろう。

菖／図は根部ｌコと翼部ｌダとから構成されえ燃焼ター
ビンレータ羽根７０の略図である。

羽根１０の翼部／蓼は凹状側部／１、凸状側部／？、そ
して先端部／ｌを有している。ＪｌｉＬ＠ｚ＊によ〉さ
えぎられる高１１１ｍカガスのエボルギーをタービンデ
ィスタ（図示せず）とそれＫ１１ｌｌに取付けられた夕
〜ビンロータ（ＷＪ示せず）との回転運動に変換する丸
め、羽＠１０の根部／ＪＦｉタービンディスタと組み合
う。

本発明の原理に従うと、下流タービンロータ羽＠／（Ｉ
は羽根先端部／ｌを有しており、この羽根先端部はその
外面ＪＪＫある冷却空気開口−〇が羽根先端の汚れによ
シ閉塵されないようｋする構造を備えている。タービン
ロータ羽根１０の羽根先端部／ｌは羽根先端空胴コ参と
、羽根の具部ｌダの前縁にある先端凹部コ４とを含んで
いる。

羽根先端空胴コダは羽根先端部／’ｆの外面ＪＪを取シ
囲むタービン羽根壁の（タービンロータ軸ＫＩＩＩして
）半径方向延長部から形成されている０羽根先端空胴コ
ーは実質的に一定圧力の開放空間を画定してお〕、冷却
空気は羽根外ｌｌ１−一にある開口−〇から出てこの開
放空間内に入る。タービンを駆動する高温ガスの排出経
路内に冷却空気を排出できるようにするため、羽根先端
空胴コ参を画定する羽根壁延長部の一部が後縁近くの翼
部の凸状側部Ｉ！から除去されている。従って、万一羽
根先端ｓｌｌとこれを取り囲むタービンケーシング材料
（図示打）との閲Ｋｍ触があつ九場合、劇機先端空胴Ｊ
事は羽根ＩＯを通る冷却空気の連続した流れを確保する
九めの手段を与える。

さらに羽根先端部／ｇはＸ部／参の前轍に先端凹部コ轟
を含んでいる。先端口９２４の詳細は＃１コ図及び第３
図に示されている。先端凹部コ１は萬＠／＃の前縁に沿
った冷却空気通路Ｊ０からの冷却空気の出口手段を与え
る。羽根先端！２Ｉｌ１４コ参と先端口ｓＪ１との組合
せは、下流タービンロータ羽根のよ）狭い幅の翼部を冷
却可能にするのに必要な冷却空気出口手段を与える。翼
部／４１１の前縁は、翼前縁辺くで必要な冷却空気通路
Ｊ０と接続し九−口からの冷却材の流れを遮断しないで
羽根壁の延長部を支持するには狭過ぎる。

羽根先端空胴Ｊ＃は羽根先端の全外画を職）囲んでいる
わけではなく、狭１羽根−を必要とする前縁外面の一部
を含んでｈない、少なくと４１つの冷却空気−開口ＪＪ
を有する先端凹部Ｊ４は、羽根先端の汚れによる冷却空
気ａｍ断の危険を最小にして、翼ｓｌ参の前縁を通る冷
却空気の十分な流れを確保する。

翼部／ｌの作動表面積の若干の減少から生ずる何らかの
有害な影響は先端口１１ＪＡの上流位置によ）最小化さ
れる。有害な影響は、喪とえあるＫして奄、羽横先潮空
Ｊｉ４Ｊ＃内の外画ＪＪを中径方向に越えた中間の高さ
に先端凹Ｓコ１の外面Ｊ＃を構成することによ〕さらに
最小化される０羽根嫌上の中径方向最外点と先端凹部コ
４の外面上の中径方向最内点との間の距−によ）定めら
れた先端凹部Ｊ６の深さは、除去畜れる真作動面の量を
最小にし且つ開口Ｊ１を偶発的に閉塵する羽根先端の汚
れに対する保証を最大にするよう、設計段階で必ｌ！に
応じて選定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のｌ実施例に従って構成されたタービン
ロータ羽根の図、第１図は第１図で示されたタービンロ
ータ羽根の翼部の上面図、第３図は第１図で示された翼
の一部を第一図のｍ−ｍ線に沿って示す断面図である。 １０・・田−夕羽根、ｌコ・・機部、ｌダ・・翼部、ｌ
ム・・凹状側部、／１・・凸状側部、／ｌ・・先端部、
−〇・・冷却空気開口、ココン ・・外面、コ参・・羽根先端−胴、ＪＪ・・先端凹部、
ＪＯ・・冷却空気通路、ＪＪ−−開口、Ｊ参・ｅ外面。 狩軒出−人　　ウェスチンダハウス０エレクトリツタ・
コーポレーシ■ン 第１１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロータディスクに羽根を画定するための機部と、 半径方向の長さと、使用している高温動力ガスの流れを
   さえざる丸めの凹状側部及び凸状側部を一定する輪郭を
   有する壁とを備え九翼部と、根部及び翼部内にあ夛、そ
   れらを通る冷却流体の流れを可能にする丸めの空気通路
   と、翼部からの冷却流体に排出経路な与える構成を鳴し
   、主表面を有するロータ羽根の先端部と、を備え、前記
   先端部は翼部の壁の半径方向外向きの蝙長部によ〕部分
   的にのみ画定された外向きに面した空胴な有してお〕、
   前記残長部は前記先端部の前記主表面を半価方向に越え
   て設けられておシ、前記主表面は翼部からの冷却空気を
   前記空胴内に吐き出すためのいくつかの開口を有し、前
   記延兼部は先端部表面の前縁にある少なくと４１つの開
   口を除（実質的にすべての前記開口を周囲からほぼ職９
   囲んでいるタービンルータ羽根。