JPS58119902A - 燃焼タ−ビン用の強制冷却式流体指向翼状部材 - 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の動翼および静翼に関し、Ｉに詳
細には１強制流体冷却のための改良された構造を有する
燃焼タービン動翼または静翼用の翼状部材に関するもの
である。

燃焼タービンの作動効率を高くすると共に動力出力を改
良することは高い入口作動温度によって達成されること
が確征されている。しかし。

入口作動温度は１回転するタービン動翼と、静翼に対す
る最大許容温度によって制限される。

また、タービン動翼および静翼の温度は入口ガスの温度
と共に上昇するので、タービンの運転に通常伴なう張力
および応力によって動翼および静翼が損傷を受ける危険
も増大する。動翼および静翼の冷却によって、動翼およ
び静翼の温度を興形成材料に対する最大限界作動温度以
下に保ちながら、入口作動温度を上昇させることができ
る。

現在では、動翼又は静翼を冷却するための構造は多数存
在する。既知構造の一つで拡、冷却空気がタービンの圧
縮機部からタービン内の通路を通って流され、動翼また
紘静翼に到る。タービン動翼の場合では、圧縮機部から
の冷却空気はタービンロータに沿った通路を通過して。

数枚のタービンロータ円板の各々へ到るのが一般的であ
る。各ロータ円板は、その周辺部内に固定された複数の
属性根部へ冷却空気を送る複数の通路を一定する。各動
員内の冷却通路（搬送装置）紘、属性根部からの冷却空
気を動翼の翼状部全体にわたりて送る。タービン静翼の
翼状部へは同様の構造で冷却空気を送るのが一般的であ
る。

典型的な従来の翼状部冷却構造はしみ出し冷却、境膜冷
却および対流冷却のものを會む・しみ出し冷却および境
膜冷却の翼状部状幾つかの利点を有するが、多くのター
ビン用途において対流冷却翼状部が好ましい０例えば、
対流冷却翼状部は１重油燃料を用いるタービンの場合。

しみ出し冷却および境膜冷却翼状部の作動表面ＫｓＰけ
る通孔が沈着−によって塞がれ翼状部冷却系統を無効に
することがありうるので、かかるタービンに用いるのが
好ましい、対流冷却翼状部状閉塞される可能性のある通
孔を作動ＩＩ藺に有しないが、冷却流体通路を内部に有
しており、該冷却流体通路が別の問題を提起する。

対流冷却翼状部は一般に複数の冷却流体通路を有し、該
通路は、そこを貫流する冷却流体によって翼状部外面の
対流冷却を促すように配設されて−る。冷却流体は前記
通路に沿って流動するにつれて徐々に温度上昇するので
１通路の出口で最も高温であり冷却効果が最小になる。

その結果、冷却流体の流量および通路横断面積の眼界仕
様は通路出口における最悪東件によって管理するのが一
般的である。かような方法は冷却流体通路の出口におけ
る適轟な冷却を保証するが１通常は１通路上流部の過冷
却を生起する。その結果による冷却効果の差が冷却流体
通路に沿って温度勾配をもたらす。この温度勾配は翼状
部内の熱応力を増大させ、翼状部の寿命を縮める。その
ために、増大された冷却流体流量を補償することが要求
される。

従来の対流冷却翼状部は、上述したような不均等な冷却
効果を有効ＫＪ６１１Ｌうるものではない、従来技術の
不適切さは、タービンの出力および効率を教員すべ（燃
焼タービンの入口作動温度を上昇させる最近の傾向によ
って］［Ｋ増大される。

広い概念での本発明紘、内部に冷却通路を有する型式の
、燃焼タービン用の強制冷却式流体指向翼状部材であっ
て、離隔したＳ形および凸形の側部を有する翼状のけた
材と、冷却流体を該けた材へ送る搬送装置と、翼状部材
を対流冷却するために用いた後の冷却流体の謁見を前記
けた材から排出するため骸けた材中にある真気排出装置
と、けた材を包囲し該けた材に接合された金属製殻材と
、この殻材とけた材との間に画定された複数の通路とを
有し、骸複数の通路は前記翼状部材を対流冷却するため
に前記搬送装置からの冷却流体を前記真気排出装置へ送
ると共に、骸複数の通路の各々は、下流側へ向かつて次
第に減少する非一様な横断面積を有し。

該複数の通路を流れる冷却流体が、該通路の横断面積の
減少とともに次第に単位面積当りの流量を増すようｋな
っている燃焼タービン用の強制冷却式流体指向翼状部材
、に存する。

本発明の好適な実施例では、Ｓ焼タービンの動翼または
静翼のための翼状部（翼状部材）は良好な作動を可能な
らしめる改良された冷却効果を有する構造を備えるもの
で、該翼状部は、翼状のけた材と、そのけた材を包囲し
誼けた材に接合された一つまたは複数の金属シート層か
ら成る金属製殻材とを備える。該殻材とけた材は相互間
に複数の冷却流体通路を画定し、腋通路は翼状部の対流
冷却用の冷却空気を案内する。

前記通路は下流１１に向かつて減少する横断面積を有し
て配設されているので、冷却空気が通路を通って流動す
る際に、単位面積当りの冷却空気の流量が次第に増す、
その結果、冷却空気が通路に沿って進む時に冷却空気が
次第に加熱されるが、これは単位菖積通りの流量の増大
によって補償され１通路に隣接する外偶表１１に沿って
均等化した冷却効果を与えうる。

本発明は、添付図面に示す好適な実施例に関する以下の
説明から一段と曳く理解されるはずである。

第１図には、燃焼タービンの動員または静翼用の翼状部
又は翼状部材１０の断面を示しである。翼状部１０は枠
状の翼形支材あるいはけた材１２を含み、このけた材ｌ
コには７層または複数層の金属シートが接合されて、け
た材／１を包囲する殻材／４１を形成している。後述す
るように配設された冷却流体通路／４がけた材ｌコと殻
材／４１との結合によって形成されて。

翼状部ノ０の対流冷却を促すようになっている。

通路１６は第２図、第３ＷＡおよび第参図に示すような
けた＃／Ｊ内のチャンネル、ｙａｗｒｔａ内のチャンネ
ル（図示せず）、あるいは殻材ｌ亭およびけた餐ｌＪ内
の両チャンネルの組合せ（図示せず）Ｋよって一定し得
る。

けた＠／コは複数の空所／ｌを画定する。第１閤は、３
つの空所７１＊、／１ｂｌｌよび１ｔｅ１を有する異状
部ノ０の好適な実施例を示す、前方の空所／１亀と後方
の空所ｉｔ・は供給空所として用いられる。供給空所は
、タービンの圧縮機部からの冷却空気［Ｋよって加圧さ
れる。供給空所ｌ＃亀および／ｌｅ内の冷却空気は、け
た材１ＪＫＴｏる複数の孔Ｊ０を過ってほぼ倣形の複数
の通路１４へ送られる。孔ＪＯは、翼状部１０の全長に
亘って伸びるスパン方向の一つもしくは複数の柱になっ
て配設されている。

供給空所ｚｔａ　、ｔｔｏＫついて、けた材ｌコＫＴｏ
る合孔ａ０は、排出空所ｉｔｓ内のけた櫨ｌＪＫ′ｓＰ
ける孔ＪＪ＄、６！いｄｊＥ状１１ｚ　Ｏ（Ｄ後縁Ｊｌ
ｌのいずれかで終端するークもしく拡壷数の通路１６へ
冷却空気流を導く、従って、排出空所ｚｔｂは、供給空
所ｉｔｓ、ｉｔｓを出て通路／基から指向される冷却空
気流を受けいれ。

そして１例えば動員の場金には、翼状部１０の半働方向
外儒の先端Ｋ）ける開口部（ＩＩ気排出装置・・・・・
図示せず）を通じて前記冷却空気を排気する。第１ＩＩ
Ｋ示した翼状部の構造をよび空気ｆｉ特性は、排出空所
ｔｚｂからの排気のための代替手段を含めて、適ｍＫ選
択できる。

第２図は、第１図に示した翼状部１０の冷却流体通路１
４を簡略して示す、第２図に示した通路／４はスケール
通りの図を示すためではなくて、好適な構造を一層明ら
かにするために示されたものである０本発明の原理によ
れば、翼状ｓｌＱの一段と均等化した冷却効果が冷却通
路１６の不拘−又は非一様な横断面積によって得られる
。供給空所入口の孔１０近傍で、一段と大きい冷却流体
通路の横断面積が用いられる。

このように横断面積が大きいと、冷却流体温度位面積轟
りの冷却流体流量を増加するととにより、均等化した冷
却効果が得られる。このことは、冷却流体通路上流部積
の噺滅によって達成される。従って、比駿的に一定した
表面一度が翼状部Ｋ１１ｌ持され、軸方向の温度勾配お
よびそれによって生じる諸量■を回避できる。

冷却流体通路上流部の横断両横増大の結果。

皺上流部での圧力降下を減少させ、従って冷却流体流量
の要求量を減少させ、燃焼タービンの作動効率を改良で
きる。冷却流体の供給圧はタービンの空力設計によって
決定される・冷却流体通路の上流部ＫｓＰける圧力降下
を小さくすることｋより、冷却流体通路の下流部におい
ては。

刹用可能な供給圧を越えることなく、単位藺積尚りの冷
却流体の流量を増加させ、その結果。

一段と高い冷却流体の熱伝達率を利用することがで龜る
。冷却流体の熱伝達率が高いこと杜。

使用する冷却流体温度の上昇が一段と高くなることを許
容し、その結果、冷却流体流量の一層の減少になる。

第１１ｍ１は、単一の冷却流体通路に沿った高温ガス、
真壁および冷却流体間の三種の温度関係を示す、第７図
のグラフは、一定の横断面積を有する従来の典麿的な冷
却流体通路と１本発明の原１１に従って構成された可変
の横断面積を有する冷却流体通路とくついての三種の温
度間の質的関係を示す。高温ガスの温ｗｓｏａ、一定横
断面積および可変横断面積の各冷却流体通路について一
定として図示しである。参照数字３−で示す真壁の温度
は、奥部的な一定横断面７積の冷却流体通路にりいて不
均等な冷却効果を証明している。参照数字Ｊ４１ｔで示
す冷却流体温度は、冷却流体が一定横断面積の冷却流体
通路を進むにりれて１次菖に上昇する。

参照数字Ｊ４で示すブレード壁の温度は、参照数字Ｊｔ
で示す冷却流体温度の上昇時に、冷却流体通路の横断面
積を減少させる効果を明示する。その結果、翼−に均等
化した冷却効果を生じ、軸方向の温度勾配を減少また鉱
除去し。

それにより翼状部Ｋかかる熱応力を減少する。

１１１ＪＩＩは、第Ｊｌ＠Ｉの冷却流体通路１６の下流
点における断面を示す、第亭園は腋冷却流体通路の上流
点における断面を示す、第１ＩＩＫ示よび第参図は、可
変横断面積の通路１４を得るためにけたＮ／ＪＫあるＳ
＊可賓の溝の好適な配列を示す０図示してはいないが、
殻材ｌ＃内の可変深さの溝を使用するか、あるいは殻材
ｌ亭およびけた材ｌコの両方の可変深さの溝を使用する
ことにより、同じ効果を得ることが考えられる。

第！＠および第４図は１本発明の原理を用いて構成され
た翼状部！０の別の！Ｊ施例を示す。

この実施例による翼状部は爵ましくはタービンの下流部
に用いられる。真状部ＳＯの殻ｊ／ｌ／亭およびけた材
ｌコは、翼状部ｉｏの弦方向冷却流体通路１４とは対照
的にスパン方向の冷却流体通路！１を画定する。この翼
状部！ｒｏの奥部的な適用例では、冷却空気は属性根部
！ｒ４内の一つもしくは複数の冷却流体用チャンネルｊ
ダを通って、翼状部３０の加圧中空内部ｊｌＫ遍するよ
うＫｆＩＬされる。属性根部ｊ４の近傍で翼状部！０の
基部に沿ってけた＃ｌコを貫通する孔４０は冷却空気を
値数のスパン方向冷却流体通路ｊＪへ導く、このスパン
方向冷却流体通路ｊコは入口孔４０から冷却空気を半径
方向外向へ送って翼先端（ＩＩ気排出俟装）４Ｊで排出
させる。

本発明の原１１によれば１通路！−の横断面積は半径方
向外向きの下流方向で次１１に減少する。

それＫより１通路ｊＪを通る冷却空気流は、その温度上
昇と共に単位ｗｌＩ轟りの流量を増し。

その結果、はぼ均等化した冷却効果を達成する。

けた材／Ｊの後縁Ａｌｌは複数の弦方向通路６４を画定
する。これらの弦方向通路４４は冷却空気流を翼状部３
０の加圧中空内部２ｇから外部へ送り、翼状部！０の後
縁１ダを冷却する機構となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、燃焼タービン動翼または静翼の異状部の横断
面図、第Ｊｌｌｌは、第１ＩＩＫ示した異状部の壁体内
の冷却流体通路を簡略化して示す横断面図、第３図は、
第１図に示した翼状部壁体の璽−■纏断藺図、第参■は
、第１図に示した翼状部壁体の夏−■線断面図、第ｊｓ
は、燃焼タービン動翼または静翼の異状部の別の実施例
の横断面図、ｔｌＥ４ｍは、第ｊｌｌＫ示した異状部を
タービン翼に適用した場合に見えるように示す立面図で
ある。を閏＋ｚ４橢＠ｔ＊１４＾ゲう几え１鳴。 ＩＯ，！０・・真状部材Ｃａ１ｌ状部）　　　／Ｊ・・
けた＠　　／ｌｉ＄−殻材　／４．ｊコ・・けた材と殻
材との関ＫＴｏる通路　ｓｏ、ＪＪ拳・孔　ｊ参・・チ
ャンネル（搬送゛装置）　　４コ・・翼先端（真気排出
装置） 特許出願人　　ウエスチングハウス・エレクトリック・
コーポレーシ璽ン ＠　　　訓　　發 縦票

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に冷却通路を有する層成の、燃焼タービン用の強制
   冷却式流体指向翼状部材であって　＊隔した凹形および
   凸形の側部を有する真状のけた材と、冷却流体を該けた
   材へ送る搬送装置と、翼状部材を対流冷却するために用
   いた後の冷却流体の謁見を前記けた材から排出するため
   該けた材中にある真気排出装置と、けた材を包囲し該け
   た材に接合された金属製殻材と、この殻材とけた材との
   間に画定された複数の通路とを有し、鋏複数の通路は前
   記翼状部材を対流冷却するために前記搬送装置からの冷
   却流体を前記真気排出装置へ送ると共に、咳複数の通路
   の各々は、下流側へ向かって次第に減少する非一様な横
   断面積を有し、該複数の通路を流れる冷却流体が、鉄通
   路の横断面積の減少とともに次第に単位面積当りの流量
   を増すようになっている燃焼タービン用の強制冷却式流
   体指向翼状部材・