JPS58167806A - ガスタ−ビンのロ−タ翼 - 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】 〔発明の技術分針〕 本発明は、少ない冷却流体で夷好な冷却特性を発揮させ
ることができるようにし九ガスタービンのロータ翼に関
する。、 〔発明の技術的背景〕 一般的に、ガスタービンは往復晴間に比較して小櫃軽緻
で大馬力が得られるなどの多くの利点を何している。こ
のようなガスタービンは、通常、鴫１図に示すように、
筒状のケーシング１内に軸２を軸受を介して設け、との
軸２の両端部とケーシンク１との関に１それぞれ圧縮機
ｌとノ（ワータービン東とを構成し、圧縮［１１３で圧
縮され九高圧空気で燃焼器５内の圧力を＾め、この状態
で燃料を噴射させ、この燃焼によって生じた痛温、＾圧
ｏガｘｔパワータービン４に導いて膨張させることＫよ
抄、軸２の回転力を得るようＫ１１ｄされている。そし
て圧縮機３は図の場合では案内＠６と回転翼７とを軸方
向へ配列して軸流櫃とし、を九パワータービン４は軸３
に固定され九ロータ翼８と、ケーンングＩＫ固定され九
ノズル属９とを軸方向に交互に配列して構成されている
。

上聞のようなガスタービンに＆いて、出力効率を高める
九めＫはパワータービン４の入日に２ける燃焼ガス温１
を高め為ことが喰屯有劾な方法である。しかし、パワー
タービン４の入ロガス橿複を嵩めていくと燃焼ガスが嶌
速でノズル寓９や、ロータ翼＄の回りを流れる九め萬温
疲が上昇する。

翼を構成している魂用Ｏ耐熱金属では９００’Ｏを頓え
ゐと一時間運転が不能である。えとえば、代表的な耐熱
金属であるインコネル７３８に２３−／−の応力を加え
て張力を加えた時の温室とクリープ破断時１−との１′
４係は°第２図に示すようにな抄、この図からも判るよ
うに遠心力の作用するロータ誠の運Ｉｋｘ寿命を長くす
るＫは興金属温健を低下させるより外ない。

〔背景技術の間哩点〕

と述した理由から冷却手段を施し九ロータ翼が種々提案
されている。ガスタービンの翼表面の熱伝達率の分布は
通常、第３図に示すように前縁部人と後縁ｅｓＢとで太
き７ＩｋＩＩＩｌｌ向を示している。貝形状のうえで前
縁部Ａと後縁部Ｂとは挾いため、これらは幼果的な冷却
手段を採りにいく所である。

また、冷却流体の量を増加させれば翼温賓は低下するが
ガスタービンの出力効率や、翼の空力損失が増大してし
まい、むやみに増加することはできず峡少のｆｌｌｔで
所要の関温［Ｋなるような冷却鴎嘴造が要求される。

このような点を考慮して、従来のガスタービンのロータ
翼は第４図および［５ｅｌＫ示す４造を採用しているも
のが多い、すなわち、支持ｍ１ｌｌ内に設けられた部＠
１２に導かれた冷却流体をロータ翼本体１３０表面近傍
に設けられ九複数の長孔１４に導いて表面を冷却させ、
これら長孔１４を通過し要冷却流体をａ−夕風本体１３
内に構成され丸部！１５を経由させてロータ翼本体１３
０凌縁Ｗ６１６に設けられ九冷却孔を兼ねる排出口１７
から排出させるようにしている。このロータ翼は主とし
て精密鋳造法によって製作される。但し、長孔１４は電
解加工法で形成される場合もある。

この構造のロータ寓は、薄肉にできるので熱や遠心力に
よる応力をＴｏ６ｍ変低下させることができ、しかも、
ロータ翼の後縁部から冷却流体を４外へ排出するように
しているので、風ＩＩＩ嫌部や蝿中間部で排出する構造
のロータ翼よ抄、運転中冷却流体の流量変化が少なく、
ガスタービンの運転状ｌＩ！に左右されずに安定し九冷
却性能をＱ憚する。

第６図は＠４＠に示し九ロータ員と同じ考えを採用し、
かつ冷却性能の向上を図−）丸もので％鴎の前縁から後
縁に！って耐熱、金属板を槽−し拡散接合法によって一
体とし、放電加工または電解加工等によって楓外形を成
形したものである。このロータ翼は、前轍部の近傍に比
較的径の長孔１４ａを役け、この長孔１４ａの内部に８
７図に示すようにタービンレンスプロモータ１８を配置
するととくよって冷却流体を積極的に攪拌し、これによ
って前縁部側の冷却性能を鳥めてｉる。また、４中関部
の１Ｌ８Ｅ側に位置する長孔１４の長を、第８図に示す
ようＫｉｔ高さの４０優付近より小径にして冷却ｔｌｔ
体の速度を増加さぜ、これによって冷却性能４）１４！
ｉさ方間の均一化を（閃っている。

このように、従来のロータ拭は上述した手段で冷却性！
ＩＩ！を高めているが、特に前峨部の冷却性能がまだ不
足しており、このｌＩＩ果多量の冷却流体を必要とし、
出力効率や空力損失が多いといの間昭があっ九。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に謹みてなされ九もので、そ
の目的とするところは、特く、真のｆＩＩ縁部を少な一
冷却流体で良好に冷却でき、もって効率の同上化と観の
長寿命化とを閥れるガスタービンのｐ−夕風を提供する
ことにある。

〔発１！０４１Ｅｌ！　） 本発明は、翼の前縁部から後翼部に亘って複数の部材を
積層接合してロータ翼本体および上記ロータ翼本体を支
持する支持部を形成し丸ものでろりて、上記支持部内お
よびロータ翼本体内に冷却流体通路を備えたガスタービ
ンの四−夕風において、前駅ロータ翼本体は翼根部より
興先端部の前記積一方向の眞巾が狭く形成され、かつ前
記ロータ翼本体の内部に上記ロータ翼本体の前轍部に沼
う冷却面を形成するとともに、この冷却面（対向させて
前記ロータ翼本体の内部に第１の冷却流体案内路を形成
し、この第１の冷却流体案内路の前記冷却面に対向する
一部に上記冷却面に沿って上記第１の冷却流体案内路に
導かれ九冷却流体を上記冷却面に向けて吹き付ける複数
の細孔を設け。

さらに前記冷却１ｊｆに吹き付けられえ冷却流体を前記
ロータ翼本体内でかつ後縁ｌ１５．．；導いえ後、上記
後縁部から外部へ向けて排出させる＠２０ｓ＃却流体案
内路を設叶たことを特徴としていゐ。

上記のように、ロータ翼本体の前縁部近傍に設けられた
冷却ｒｊｊＪＫ対向させて第１の冷却流体案内路を設け
、この案内路の上記冷却面に対間する壁部に設けられ九
ａａの細孔から上記冷却面全体に同けて冷却流体を高速
で吹き付けているので、従来例のように単に長孔を通し
て冷却流体を通流させて前嫁部を冷却し九場合に較べて
少ない冷却流体で冷却面全体を均一に冷却でき、しかも
大きな冷却９９Ｊ釆を発揮させることができ、さらに鴫
外面の伝熱面積が先端部鴫巾が狭い為に楓中一定のもの
より少く出来る。し九がって、従来のように多酸の冷却
流体を必要とすることなく良好に冷却で趣るので、効率
の向上化ならびに空力損失の低減化を図ることができる
。また、ロータ萬全体を鴫の前縁部側から後縁＠Ｉ！に
：Ｉｉって複数の部材を積１−接合する方式で形成して
おり、さらに先端部の間中が基端根部より侠〈先４１１
部ｉｔが軽くなるので耐遠心力性に富み、長寿命なもの
を得ることができる。

〔発明の実施例〕

第９図は、本発明をロータｆＩＬＫ適用した例を示すも
ので最終仕上りの状態を示している。すなわち、図中２
１は誠の基端部より先端部の巾が狭く形成された高温の
燃焼ガスに触れるロータ翼本体であり、このロータ翼本
体２１は支持部である減根部２２およびクリスマス部２
３を経てロータと連結される。また、上記クリスマス部
２３を介してロータよ抄冷却流体、つまり冷却空気が供
給されるようになっている。クリスマス部２３およびｇ
根部２２の内部〈は、＠１０図に示すようにロータよ抄
導かれた冷却空気を東向する＠ＩＩ　２４が設けてあり
、この部４２４を通過した冷却空気はロータ翼本体２１
の表面で後縁部Ｙを除く表面内側に沿りてロータ翼本体
２１の基端部から先端部にかけて複数形成された長孔２
５と、ロータ翼本体２１の内部で前縁部Ｘに浴りて＠或
された第１の冷却体案内路２６とへ導かれる。第１の冷
却流体案内路２６とロータ翼本体２１の前縁部Ｘとの間
には半径方向に延びる空［２７が形成されてお抄、この
空＃２７の存在によって形成された前記第１の冷却流体
案内路２６の−２８には中径方向Ｋｌりて複数の細孔２
９が形成されている。そして、＄１の冷却流体案内路２
６内に導かれた冷却空気は皇紀細孔２９を介して前記中
［２７によって形成された前縁部Ｘの内ｔＪ（冷却面）
に吹き付けられる。吹き付けられた後の冷却空気は、第
１の冷却流体案内路２６の両側に形成された流路３０を
経てロータ関本体２１内の後縁側に形成された部屋３１
　Ｋｍめられた後、後醸部に役けられた複数の翼厚方向
に植立した円柱３３の間の排出路３４から排出される。

ｔた。＠紀要孔２５の先端部側は鍵記部朧３１に通じて
いる。すなわち、前記流路３０、部［１３１および排出
路３４はｔ４２の冷却流体案内路を形成している。

しかして、上記ロータ戚は第１１ＰＩＡＫ示すように複
ａｉｍのプＯｙりＨ，Ｉ、Ｊ、に、Ｌが各ｍ合ｗ−ｔ’
ｓ合された後、第９図に示す所定形状に加工して形成さ
れる。加工後の第９図のＱ面断ｍｌは第１２図示す構成
となる。複数のブロックのうちプロックのうちブロック
Ｉ、Ｊ、には接合面に平行ｋ例えば第１３図（ａＬ　（
ｂＬ　（Ｃ）Ｋ一部斜視図を示す板を順に接合して構成
したものとなっている。ブロックＩ、にの間に接合され
るブロックＪは横状となっており、この為ブロックＩ、
には傾斜して接合されることとなり、第９図に示す形状
に加工した際、ロータ真の先端部の嘱巾を基端部より狭
くすることが出来る。なおブロックＨは加工後翼根部２
２を、ブロックしはロータ眞の後縁部Ｙ及び関根部２２
を形成する−のである。さらにブロックＬは第１４図に
示すように１賦厚方向に植立し九複数の円柱３３を有す
る排出路３４が形成される小ブロックＬ１とこの排出路
３４の片面を形成する小ブロックＬ、が接合されて構成
されて−る。

以下に工程順に加工法を説明すると％まず、第１１図に
示す各ブロックＨ，Ｌを満足する板と小ブロックを作成
する。九とえば、第１１図中の各ブロックを構成する板
の場−″には第１３１１（ｍ）Ｋ示すように両面に長孔
２Ｓを形成する丸め６　＠　２２！ａを有し、上記溝２
５１より内側に通路３０を構成する要＊　３０ａと細孔
２９とを有し九ものを放電加工や電解加工、７ｔトエツ
チングで作成する。ｔた、同様に第１３図（ｂ）に示す
よう両面に前記同様の４２５１を有し、上記＠２５ａよ
シ内＠に通路３０を形成するための要素３０ａと第１の
冷却流体通路２６を形成するための要素２６ａを有し、
かつ下方に部１１１２４の構成要素２４１を有し九もの
を前記加工方法で作成する。ｆ九更に第１３図１ｃ）に
示すように前記同様の溝２５１および部！１３１．２４
を構成する要；＄　３１２　、２４ｍを有し丸ものを作
成する。ｉ丸薬１１図のブロックＬに相当する部分は、
第１４図に示すように排出路３４を構成するための小ブ
ロックを一対作成する。このように形成された板材およ
び小ブロックを第１１図に示すように前醸部−から後縁
部側ＫＩ！って各ブロック毎に横１し、横１し九プａツ
クを、まずブロックＨとブロック■を拡散接合により一
体化し、次にブロックにとブロックＬを同様接合によ抄
一体化し、この後先にそれぞれ接合し九ブロックＩとプ
ロッタにの間に嘴状ブロックＪを拡散接合するととＫよ
って一体化させる。その後放電加工、電等加工等によっ
て第９図に示す外形形状に加工し丸ものとなっている。

このように構成されたガスタービンのロータ萬は前縁部
Ｘの内側が細孔２９よ抄高速で噴出する冷却空気によ抄
、冷却されるためターピエレンスプロモータを設けた通
路で冷却する場合より２〜３倍に冷却性能が向上する。

し九がって、同一冷却空気量であれば燃焼ガス１賓をよ
り嶌温化でき、また同一燃焼ガス温度の場合は少い冷却
空気で翼金属温度を同根［Ｋ保つことができ、ガスター
ビンの効率を向上させることができる。まえ拡散接合方
式を採用しているので翼間９に設叶られか長孔２５を積
置鋳造また唸電解加工法で設けられ丸孔より小径にする
ことができ石、一般に１本発明のような構成の長孔にな
ると電解加工等の加工法では直掻０．Ｓ騙Ｓ寂が限界で
、それも細心Ｏ注意を払って可能となるので、ガスター
ビンロータ翼のように数の多ｖｈ４のｋは適さない、し
かし。

本発明四−タ翼の構成であると、板材の接合前Ｏ板の状
轢のときに細溝をフォトエツチング等によ抄設け、板の
接合によって細い長孔にできるので十分細径の長孔２５
を形成することができる。ｉ丸孔径は７ｔトエツチング
によって比較的自由で、しかも接合後の断面形状を角孔
丸孔楕円孔等にすることも可能である。そして、細長い
長孔２５とし、翼外面より長孔２５までの距離を短くす
れば冷却性能を同上させることができる。さらに孔数を
増やすととＫよっても冷却性能を同上させることができ
る。また、後罐部Ｙは第３図に承したように４温の燃焼
ガスからの伝熱量が多く冷却が１醗で、しかも眞の空力
損失が増加しないように厚みを薄くする必要があるが、
一本発明のように後諷部を２分鋼され九ブロックを藁に
して構成することによって排出路３４の細径化を図れば
冷却性能の向上化を図れるばか〉か、接合後の、放電加
工や電解加工によ抄この後縁ｓＹを極＠Ｋまで薄くする
ことが可能とな抄、空力損失の増加を最少限に抑えるこ
とができる。

また謔の先端部の巾が狭い為、翼外面の伝熱画積が減少
し冷却空気量を滅らすことが出来、さらに全体の冷却性
能が向上したことＫよ抄、同一のガスａ変ならば冷却空
気量を減らすことができ、しかも冷却空気−が減ったこ
とによって関の空力損失を零にすることも可能である。

また鴫を構成するための板やブロックを遠心力方間とは
Ｉ１交する貝前後方向に積み上げたのち接合する方式を
採っており、さらに先端部ｔｔを減少させることができ
るので、耐遠心力性に富み、牟とえ接合部に不完全部分
がちった場合でも運転中に亀裂が成長してロータ翼が飛
散すると−う重大事故の発生する虞れがなく、非常に信
頼性の為いものを得ることができる。

なお、後縁部の構造は＠１４　ｆＡＫ示し丸ものに隈ら
ず内面央起付きの溝を有したブロックを一対作成したも
のを２つ突き合わせ九構造でもよく、を九放電加工や電
解加工、７ｔトエツチングによ１ 抄作成されたものを接合して突起を形成してもよい。

壕丸さらに、第１５図のようＫｌｌ状プロッタＪ′をブ
ロック■の積一方向に合わせて積層し、傾斜面にブロッ
クＫを接合しても良く、第１６図のようＫｌｌ状ブロッ
クに′を後縁部Ｙを形成するブロックＬと前縁部側ブロ
ック１．Ｊ／’との閾に接合しても良い、これらの接合
にも横状ブロックへの他のプロッタの接合は竣後に行う
。

【図面の簡単な説明】

第１ｄ！ＩＩはガスターピ／を一部切欠して示す＠−図
％第２図は耐熱金属の高儀クリープ特性の一例を示す１
、第３図はガスタービン誠表面熱伝達率分布の一例を説
明する丸めの図、第４図は精密−造で作られ九ガスター
ピ／のロータ翼の縦断面図、第５図は同ロータ處を第４
図中にｇ−Ｉｆ纏Ｋａって切断し矢印方向く見九図、＃
Ｉ６図は接合法で制作され九ガスタービンのロータ隠の
真横断面図、８７図は第６１５１ＫＴｈけるＰ−Ｆ線切
断矢視図、第８１１Ｑは１Ｘ６１におけ畢Ｇ−Ｇ線切断
矢視図、第９図は本発明の一実施例に係るガスタービン
のロータ減の斜視図、第１０１ａは第９因におけるＰ−
Ｐ線切断矢視図、８１１図は＠９図のロータ真の加工工
程を説明する為に示す平面図、第１２図は第９図におけ
る２点鎖線で示すＱ−で切断し九断面図、第１３図＋８
）〜（Ｃ）は＃紀ロータ翼を構成するため各種板材の斜
視図、第１４図は前記ロータ威を構成するためのブロッ
クの斜視図、第１５図、４１６図は本発明の他の実施例
の加工工程を説明するために示す平面図である。 ２１・・・ロータ翼本体、２３・・・クリスマス部、２
６・・・第１の冷却流体案内路、 ２７・・・冷細面を形成するための空咳、２９・・・細
孔。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （ほか１名） 第１図 ５ 第２図 是　長−（ど） １３図 ｊ１６図 第７図　　第８図 第９図 第１３図 （ａ）（ム）（ｔ） 第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔｌ）ガスタービン内を流れるガスの通流方向を基準に
   して、翼の前縁部側から後縁部側に匿って複数の部材を
   積１接合して一一タ眞本体および上記ロータ輯本体を支
   持する支持部を形成したものであって、上記支持部内シ
   よびａ−夕翼本体内に冷却流体通路を備えたガスタービ
   ンのロータ賦において、前記ロータ関本体は基端部よ抄
   先端部の前記横１方回の眞巾が快く形成され、かつｌＩ
   Ｉ紀ロータ関本体の内部に上記ロータ関本体の前碌部Ｋ
   ａりて形成され九冷却面と、この冷却面に対向して前記
   ロータ本体の内部に形成された＠１の冷却流体案内路と
   、この第１の冷却流体案内路の前記冷却面に対向するａ
   ｍに上記冷却面にθって複数設けられ上記＃Ｘｌの冷却
   流体案内路に導かれた冷却流体を上記冷却面に向けて吹
   き付ける細孔と、前記冷却向に吹き付けられた冷却流体
   をｍ配ロータ翼本体内でかつ後縁部側へ導い友後、上記
   後縁部ふら外部へ同けて排出させる。Ｊ２の冷却流体案
   内路とを＾備してなることを特徴とするがスターピンの
   ロータ属。 （２）ロータ諷本体が複数の部材が積−接合されて成る
   複数個のブロックを接合して形成され、かつ前記ブロッ
   クの少くとも１つは横状であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のガスタービンのロータ翼。