JPS5877127A - 回転体の流体導入装置 - 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】 本発明は中空の回転体の中へ流体を導入する装置に係り
、４１にガスタービンの動翼冷却空気を中空のロータ内
へ供給するに好適な回転体０＠体導入装置Ｋｍｆｈもｏ
”ｔ”ｉる。

第１図は従来一般に用いられているガスタービンの動翼
冷却空気ＯＲ路を示す丸めの断面図である。

空気圧縮機から抽気され九冷却空気６０は、タービンケ
ーシンダＩＫ設けられた！！空気入孔５からロータ１０
とケーシング１との間に形成されたヘッダ１４へ供給さ
れる。

ヘッダ１４に供給された冷却空気はロータ１０に設けら
れた冷却空気導入孔１！Ｓからｑ−夕１００内郁に導か
れ、■−タ１０の回転軸心Ａに向かう冷却空気流６８を
生じる。

上記の冷却空気流６ｓはタービンディスク２０゜２００
間に設けられたス二−サ３０の冷却空気用スリン）２８
を通り、各冷却動翼４５．４５’に供給される。

前記の冷却空気の流量はスリット２！！で制御される。

従って、上記冷却空気の流路である冷却空気導入孔１！
！においては冷却空気６０をなるぺ〈少ない圧力損失で
流通させることが望ましい。

上記の空気導入孔１ｓを過るｌｌ−１［断面を第２図に
示す。

矢印ωはロータｌＯの回転方向を示す、前記の冷却空気
導入孔１５はロータＩＱＯ牛径方向ＢＢ’よりもロータ
回転方向に角０だけ傾け、冷却空気がロータ１０ｔＣ対
して矢印Ｗ方向に流動するように工夫されている。しか
し、上記Ｏ角−は導入孔１５の加工技術並びに強度上の
制約により余９大きくできず、従来においては多くの場
合、−：０になっている。

第３図は前記の導入孔１５からロータ内に流入する冷却
空気の速度ベクトルｌ１ＩＯ−例である１本例は前記の
角−を零としていない場合である。

冷却空気は導入孔ＩＳＫ対して矢印Ｗの速度で流入する
。然しロータ１０が回転しているＯで、導入孔１５＃ｉ
矢印Ｕの周速を有している。その結果、冷却空気のめ対
速度は矢印Ｗと矢印Ｕとｔべ１ クトル合成し九矢印Ｖとなｐ％は一夕１００ｇ１転方向
の周速成分Ｖ＃を有している。

これを第２図について見れば、冷却空気は四−タ１０に
対して前述のように矢印Ｗ方向に流入するが、ロータ１
０が矢印ω方向に回転して矢印Ｕ方向の周速を有してい
るため、ガスタービンの固定部分を基準にすると冷却空
気は矢印ＶＯように半価方向ＢＢ’に対して斜に流入す
る。

斜に流入し九冷却空気はロータ１００回転中心軸に向か
って矢印ＣＯごと＜　　ｒｖθ＝一定　・の自由渦流れ
となる。但し、ｒｔｉロータ軸心からの半径、ｖＩは前
記の周速成分である。

この丸め、冷却空気流が回転中心軸に近づいてｒが小さ
くなると周速成分Ｖθが非常に大きくなる。

一方、タービンディスク２０の中心部に設けられ九冷却
空気通路である内孔２２の壁面は半径ｒとロータ角速度
ωとで決まる周速ｒωで回転しているので、前述のよう
に冷却空気流の周速成分Ｖθが大きくなって内、孔２２
０周速ｒωとの間に大きい速度差を生じると、冷却空気
流は内孔２２との相対的な＊ｌＥ！流動の摩擦により大
きい圧力損失を生じる。

ディスク内孔２２において大きい圧力損失を生じると動
翼４５．４５’Ｏ入口における冷却空気圧力が低くなり
、主流ガスＦｈＯとの圧力差が小さくなるので、冷却空
気流量が所要量よｐも小さくなって充分の冷却効果を生
じない、従って動翼の過熱および過熱による損傷を生じ
る虞れがある。

本発明は上述の事情に鍾みて為され、前記のロータ軸の
ように中空の回転体の中へ、そＯ外周壁に穿たれた導入
孔から流体全導入する場合、導入孔付近において流体に
与える周速成分（１例ＫかけるＶθ　）をなるべく小さ
くして而も導入孔付近での圧力損失が小さい流体導入装
置を提供しようとするものである。

上記の目的を達成する丸め、本発明は、中空回転体の外
周壁に設けえ導入孔の内壁面に流体の流動を回転方向と
反対Ｋｌｌ導するように流出角偏向板を取りつけること
を特徴とする。

次に本発明の一実施例を第４図について説明する。

１０はロータ、１Ｂは冷却空気導入孔である。

本実施例における上記の冷却空気導入孔は、ロータ１０
０外周面Ｋ１１ｉ［Ｋ穿った円形の透孔である。

７ランジを備え九円筒状の支持部材４を冷却空気導入孔
１５に嵌合し、適宜の固定手段（例えば取付ボルトなど
・図示せず）を用いて固定する。

上記支持部材の図示上端はロータ１０の外部の側であり
冷却空気の流入側である。また図示下端はロータ１０の
内側であり、導入孔ｔｓｔ通過する冷却空気Ｏ流出側で
ある。

前記支持部材４０ロ一タ外部側Ｋ、その回転方向後側に
掻き込み板２の一端を固着し、その自由端を回転方向前
方に向けて斜に開いた喪勢とする。

また、＊持部材４のロータ内部側に、その回転方向前側
に流出角偏向板３の一端を固着し、その自由端を回転方
向後方に向けて斜に開い九姿勢とする。

第５ＷＪは前記の支持部材４と、これに固着した掻き込
み板２及び流出角偏向板３とを抽出して描いえ斜視図で
ある。′ 支持部材４と掻き込み板２の側縁とＯ１％ｆｉＫ金属製
の扇形波板６．６′に固着し、上記扇形波板６゜６の弾
力によって掻き込み板２が開閉方向に動自得るようにす
る。ｔた。Ｒ体偏向板３Ｆ１弾性を有する金属板で形成
して開閉方向に撓み変形ができるようにする。

上記の掻書込み板２および流出角偏向板３は四−夕１０
０回転に伴って遠心力を受けるので１回転速度の変化に
応じて遠心力と弾性的復元力とのバランスにより開閉角
度が変わる。即ち、低速回転時には掻自込み板２は実線
で示し九２ｍ位置とな９．この時ＯＵｍ角はαａである
。ロータｌＯが高速で回転すると開自角がαｂＫ増加し
、掻き込み板２は破線で示した２ｂ位置となる。

同様に、低速回転時は流出角偏向板３は開自角β、の実
線位置３畠、高速回転時は開き角βｂの破線位置３ｂと
なる。

本実施例は以上のように構成しであるので、ロータ１０
が回転しているとき、ロータ１０？基準にとして見ると
冷却空気流６ｓは掻自込み板２及び流出角偏向板３によ
って形成される流路に従つて、ロータ１００回転方向矢
印ωと反対方向の周速成分を与えられる。

ｓｊ！線で示し九矢印６５畠はロータ１０が低速で回転
し、掻龜込み板３が実線位置２ａ、Ｉｌ出角偏向板３が
実線位置３畠のと倉の冷却空気ＲＩｍである。

破線で示した矢印６５ｂはロータｌＯが高速で回転し、
掻暑込み板２が破線位置２ｂ、流出角偏向板３が破線位
置３ｂのときの冷却空気流線である。

上述のように、高速回転時は掻き込み板２の開曹角が大
暑〈なって冷却空気を有効に導入孔１５内に導くととも
に、ａ出向偏向板３０Ｈ自角が小さくなって冷却空気流
６５に大きい周速方向成分（ロータ回転の反対方向）を
与える。＃Ｉ６図は上記実施例の速度ベクトルを示す、
実線矢印Ｕ、は低速時の、破線矢印Ｕｂは高速時の導入
孔１５の周速である。実線矢印Ｗ、　＃ｉ低速時の、破
線矢印Ｗｂ　ｒｉ高速時の導入孔に対する冷却空気の流
速である。実線矢印Ｖ、は低速時の、破線矢印は高速時
の冷却空気の絶対流速である。

上記ベクトル図により、導入孔周速Ｕの増減に応じて冷
却空気の流出速度Ｗ（ロータに関する相対速度）の反ロ
ータ回転方向の周速成分が増加し。

矢印Ｕと矢印Ｗとの合成である冷却空気絶対速度Ｖの周
速成分がほとんど零であること、即ち、導入孔１５ｔ−
通過した冷却空気が半径方向ＢＢ’に。

渦巻き流とならずに導入されることが理解される。

上述のように、導入孔１５から流出する冷却空気に反ロ
ータ回転方向の周速を与えて冷却空気流を半径方向ＢＢ
’に沿って導入するという効果は。

導入孔１５のロータ内部側に流出角偏向板３門設けるこ
とＫよって得られる。

そして、導入孔１５のロータ外部側Ｋｊ＆自込み板２ｔ
−設けることによって冷却空気流Ｏ″ＩＰ径方向流速成
分を増加せしめることができる。

更に、前記の掻き込み板２及び流出角偏向板３の取付角
度（上記実施例における開き装置）をロー２回転速［Ｋ
応じて変化させるととＫより、広い範囲の回転速度にお
いてロータの周速と冷却空気流に与えた周速成分を相殺
せしめてその絶対速度ｔロータ半径方向とはぼ等しい方
向に維持させることがで盲る。

第７図は前記と真意る実施例を示す。前記実施例におい
ては冷却空気導入孔１５を円形透孔とし。

支持部材４ｔ−これに嵌合する円筒状（７ランジ付ｌり
としたが、前記の冷却空気導入孔１５１一方形透孔（図
示せず）とし、支持部材を第７図の４′のように四角筒
状（７ランジ付き）とすることもできる。この場合、掻
き込み板２′および流出角偏向板３′の形状は任意に設
定することができるが１本ＷＪＫ示すように支持部材４
′に適合する方形とすることも一案である。

第８図は縞６図に示した速度ベクトルを分解して模式的
にロータ１０Ｋｍてはめた説明図で、従来装置における
第２図に対応する図であり、ロータ１０の低速回転の場
合を例示している。

導入孔１５を基準として見ると、冷却空気は矢印Ｗ、の
ようにロータ１００回転方向（矢印ω）と反対の周速を
与えられる。ところが導入孔１５は矢印ω方向に回転し
ていて矢印Ｕ、の周速を有しているので流入空気の絶対
速度は矢印Ｖ、のようにロータ１０の回転中心軸に向か
うものとなる。

矢印Ｖ、のように半径ＢＢ’に：はぼ沿つ九方向に流入
し九空気は自由渦流れを生じない。このため。

＃Ｉ１図において冷却空気ｆｆ１６５がタービンディス
ク２０の内孔２２ｔ−通過する際に大きい圧力損失を生
じる虞れが無く、動翼４５．４５’に所要量の冷却空気
を供給することができる。

以上説明し友ように２本発明は、中空Ｏ回転体の外局壁
に設けた導入孔の回転体の内側に流体の流動を回転方向
と反対に誘導する流出角偏向板上取付けることくより、
導入流体に対し導入孔に関して回転方向と反対の周速を
与え、導入流体の絶対速度の周速成分を著しく小ならし
めることができ、その上、導入孔付近においては別Ｒｅ
圧力損失を生じる虞れが無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却動翼を備えたガスタービンの冷却空気流路
を説明するための断面図、第２図は従来形の流体導入装
置の断面ＷＪ％第３ｗＪは同ベクトル図、第４図は本発
明に係る流体導入装置の一実施例におけるタービンロー
タの断面図、第５図は同要部を抽出し九斜視図、第６図
は上記実施例におけるベクトル図、第７図は上記と異な
る実施例を示し上記実施例におけるｍｓ図に対応するｉ
ｇ＋、第８図は第６図のベクトル図を分解して模式的に
ロータ断面１１１に轟ではめた説明図である。 ２・・・掻き込み板、２ｍ・・・同低速回転時位置、２
ｂ・・・同高速回転時位置、３・・・流出角偏向板、３
ｍ・・・同低速回転時位置、３ｂ・・・同高速回転時位
置、５゜１５・・・冷却空気の導入孔、６・・・層形波
板、１０・・・ロータ、２０・・・タービンディスク、
２２・・・ディスク内孔、４５．４５’・・・冷却動翼
、６０・・・冷却空気。 ６５・・・冷却空気流。 代理人　弁理士　秋本正実 ＄　１　図 算２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中空の回転体の外周壁に導入孔を設けて回転体の外
   部の流体を回転体内部に導入する装置において、上記導
   入孔の回転体の内側に流体の流動を回転方向と反対Ｋｌ
   ｌ導する流出角偏向板を取付は九ことｔ４Ｉ徴とする回
   転体ＯＲ体導入装置。 ２　上記の導入孔は、その回転体の外側ＫＲ体の流動を
   回転方向と反対Ｋｌｌ導する掻璽込み板を龜付けたもの
   であることｔＩＩＩ＃黴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の流体導入装置。 龜　上記の流出角偏向板および掻き込み板は１回転体の
   速度に応じて回転体に対する取付角変が自動的に変化す
   るものであることを特徴とする特許帽求ｏｉｍｓｓｚ項
   に記載の回転体の流体導入装置。