JPS59101504A - ガスタ−ビン羽根装置 - Google Patents

ガスタ−ビン羽根装置

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JPS59101504A
JPS59101504A JP58214247A JP21424783A JPS59101504A JP S59101504 A JPS59101504 A JP S59101504A JP 58214247 A JP58214247 A JP 58214247A JP 21424783 A JP21424783 A JP 21424783A JP S59101504 A JPS59101504 A JP S59101504A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
gas turbine
vane
turbine blade
openings
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP58214247A
Other languages
English (en)
Inventor
デイリプ・ムケルジ−
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Germany
BBC Brown Boveri France SA
Original Assignee
Brown Boveri und Cie AG Germany
BBC Brown Boveri France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brown Boveri und Cie AG Germany, BBC Brown Boveri France SA filed Critical Brown Boveri und Cie AG Germany
Publication of JPS59101504A publication Critical patent/JPS59101504A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186Film cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/06Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

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、ガスタービン羽根装置であって、単段又は多
段の案内羽根及び回転羽根が中空に構成されていて、羽
根前縁部及び羽根後縁部に複数の吹出し開口を有してお
1ハこれらの吹出し開1コを貫いてガス状の媒体が中空
の羽根内室からガスタービンの流れ通路に流出する形式
のもの(1関する。
ガスタービンの運転中c冒ま比較的きれいな液状又はガ
ス状の燃料の燃焼時においても、重油又は原油の燃焼時
(二おいてもタービン羽根に、結果的にひどい機械損傷
を惹起する局部的な浸食が生じることがある。
タービン羽根の浸食は、ガス流のなか(二固体又は液体
の粒子がある場合に生じる。例えばオイル@焼弐又はガ
ス燃焼式のガスタービンでは不完全燃焼に基づいてこの
ような硬いコークス粒子が発生する。これに加えて液体
燃料はしばしば燃焼不能な粒子の形の汚染物質及び添加
物を含有している。特に、渦層燃焼型の石炭燃焼式の組
み合わされたガスタービン・蒸気タービン燃焼機関では
浸食は大きな問題を惹起することがある。このような燃
焼機関では極めて高い除去率を有する吸塵装置及びエレ
クトロフィルタがガスタービン(二装置されているが、
しかしながら小さな粒子の除去にはあまり効果がない。
通常、5μm以下の粒子は沈着しかつ10μm以上の粒
子は浸食を惹起する。燃焼ガスがこれら2つの値の間の
粒子を有している場合には、羽根装置は問題にするほど
の浸食による損傷又は沈着による汚染を被らないという
ことが経験かられかっている。しかしながら上述の限界
値はその他多数のパラメータに関連している。
浸食防止手段として、浸食を被る羽根の前縁部及び後縁
部に硬質合金被覆を取り叶けることが知られている。し
かしながらこのような浸食防出手段は高幅ガスタービン
ではあまり有効ではない。それというのは、取り(71
けられた被覆の硬度は湯度の上昇につれて極めて早く低
下してしまうからである。さらに浸食防止のためにロー
タ及びステークに段部ないしは曲設縁部を設けることも
公知である。この構成は[T17an−saction
s of the ASMB Jの第104号、198
2年4月、322ページ、第6図に示されている。この
よう(二構成されていると、燃焼不能な燃料粒子は曲設
縁部C二衝突した後で再び流れ領域に戻され、この際に
その運動エイ・ルギの一部を失う。
冒頭に述べた形式のガスタービン羽根装置は例えばドイ
ツ連邦共和国特許第2555049号明細書に基づいて
公知である。この場合羽根の中空室には、U字形横ii
r iTuを有している可撓性の挿入体が配置されてい
て、このU字形挿入体の開いている側は羽根縁部(二お
ける冷却孔に向けられている。この公知の羽根装置は冷
却されるタービン羽根であり、この鴨合冷却空気は羽根
高さに沿ってほぼ均等に配置された冷却孔を貫いて流出
する。作楽媒体の畠度は第2段又は第3段以後では既(
二かなり低くなるので、冷却孔はガスタービンの前側の
段にのみ設けられている。
しかしながら遠心効果及び渦流形成に基づいて第3段及
びそれ以後の段(二おいて初めて、以下に述べるような
局部的な浸食を被る臨界面n丁が発生する: (イ)羽根前縁部における浸食は尚エイ・ルギの恢い粒
子が金属表面に直接衝突することによって生じる。
(UJ)羽根流出縁部の背側では、隣接する2つの羽根
列の間の軸方向遊びが比較的重かな場合に著しい浸食が
生じる。この浸食は燃料粒子のはね返りか又は乱流によ
る逆流が原因である。さらに回転羽根の背側(冒は、金
属表面に比較的重い粒子が擦過することによって浸食が
生じる。
(ハ)案内羽根緊締箇所のmJ祿郡部範囲おける浸食は
、縁部区域(−おけるよどみ点の周囲(二it’s成さ
れる周知の馬蹄形渦流によって生ぜしめられる。縁部区
域(:おけるエイ・ルギの僅かな限界層とよど公魚の周
囲における大きな圧力勾配とが渦流発生の原因である。
渦流は高い速度を有しかつよどみ量はこの範囲(二乗中
している。馬蹄形渦流発生の別の原因としては次のこと
が挙げられる。すなわち、縁部区域における比較的ゆっ
くりとした流れは、羽根前縁部の曲率半径よりも大きな
曲率半径を有する軌跡を描き、粒子はこの軌跡(二追従
することができず(二真直ぐ前縁部に同かつて運動する
。上述のことずべて(二よって、後方の段の案内羽根は
極めて大きく傷損せしめられ、基部の近くでは鋸びきさ
れたよう(二なってしまう。
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式のガスタービ
ン羽根装置を改良して、局部的な浸食を可能な限り防止
することのできるガスタービン羽根装置を提供すること
である。
この課題を解決するために本発明の構成では、回転羽根
に設けられた吹出し開口が羽根先端部の範囲(二装置さ
れており、案内羽根に設けられた吹出し開口が基部の範
囲(二装置されており、案内羽根の基部が羽根前縁部の
範囲と羽根後縁部の両側と(二、流れ通路に通じる吹出
し開口を有しており、第3のタービン段及びこれに続く
タービン段の回転羽根及び案内羽根だけが吹出し開口を
有している。
吹出し開口を貫いて圧力空気が流出することによって、
浸食されるおそれのある箇所には保護膜が形成され、こ
れによって羽根表面に燃焼不能な燃料粒子が直接衝突す
ることは著しく回避される。また同時に羽根流出縁部へ
のはね返り並びに羽根側部(二おける重い粒子の擦過も
回避される。
案内羽根の基部に吹出し開口を配置することは既にFイ
ッ連邦共和国特許出願公開第3033770号明細書に
開示されているが、しかしながらこれは基部自体を冷却
することだけを目的としており、これらの冷却孔は案内
羽根の基部(二もカバープレートにも均−C二配置され
ていて、特に羽根前縁部及び羽根後縁部における流れに
対して認識できるほどの影響を与えることができない。
本発明の有利な実施態様によれば、基部近くの案内羽根
前縁部にカラーが配置されており、このようC二なって
いると、損傷を被る可能性のある箇所をさらに良好に保
護することができる。この場合カラーに前縁部同様吹出
し開口が設けられていてもよい。
羽根(ニカラーを取り付けること自体は例えばドイツ連
邦共和国特許第1108374号明細書に基づいて既(
二公知ではあるが、この公知の場合ではカラーは羽根の
前縁部を取り囲んで配置されているのではなく、羽根側
部に配置されており、かつ周方向で隣接している2つの
羽根の間において2次流の負圧を生ぜしめるために働く
。ゆえにこの公知の場合のカラーは既述の馬蹄形渦流に
影響を与えることはできない。
次に図面(二つき本発明の詳細な説明する。
第1図〜第8図においては、同一部分には同一符号がつ
けられており、作業媒体の流れ方向は矢印で示されてい
る。また、本発明にとって重要でない部分、例えば羽根
緩衝部材又は羽根緩衝部材は除去されている。
第1図にはガスタービンの羽根装置の上半部が示されて
おり、この場合案内羽根1は植込み部である基部2で案
内羽根保持体3(二、かつ回転羽根4は植込み部である
基部5でタービンのロータ6にそれぞれ周知の形式で固
定されている。図面には一部しか示されていない高熱ガ
スケーシングは符号7で示されている。破線8は流れ通
路における燃焼不能な燃料粒子の軌道を示している。タ
ービンへの入口(二おいてはガス流内の燃焼不能な燃料
粒子はある程度均一(二分配きれているので、前方の案
内羽根において危険な局部的な浸食が生じることはない
。第1段及び第2段の案内羽根(二おいて燃料粒子は遠
心力によって外方に変向され、第3段及びこれに続く段
において集結して流へ通路の外壁に治って流れる。この
ことに基づいて後方の羽根列の案内羽根は緊締箇所のす
ぐ外側においてかつ同列の回転羽根は自由な羽根端部に
おいて強く浸食される。著しく浸食された場合には案内
羽根は緊締箇所において、羽根破損及びひどい羽根損傷
のおそれが生じるほどに弱められてしまうことがある。
また回転羽根の自由端部は、同端部が丸くなるほど浸食
されてしまう。回転羽根端部の浸食C二よってさらC二
手径方向の羽根遊びが増大せしめられ、この結果タービ
ンの効率が減じられる。しかしながら回転羽根が破損す
るという直接的な危険は存在しない。
第2図(二は、燃料粒子が軸平行に衝突する対称的な羽
根形状の前縁部が示されている。また、十分C1離れた
箇所から前縁部10(二接近する燃料粒子Xの軌道が符
号11.12.13によって示されている。燃料粒子X
の質量及び速度(1応じて燃料粒子は軌道13で示され
ているような衝突しない流れ軌道を生ぜしめるか、又は
羽根形状の対称軸線から所定の間隔Y/2をおいて軌道
12のように羽根表面に接線方向で衝突するか、又は軌
道11が示すように極限の角度で衝突区域Yの内部で羽
根表面に衝突する。
この場合衝突区域Yの内部においては直接的な浸食のお
それが生じる。
第3図において縦断面図で示されている案内羽根1(二
は本発明による吹出し開口14の配置形式が略示されて
いる。吹出し開口14は案内羽根1の基部2の近くに集
中している。さらl二また基部2自体にも吹出し開口1
4が設けられている。案内羽根1の中空室16は羽根高
さの、吹出し開口14を備えた部分においてのみ延びて
いる。
吹出し開口14は、燃焼不能な燃料粒子が)2根表面か
ら離されるように配置てれねばなら乃い。吹出し開口1
4の位置、吹出し角度及び個個の箇所(二おける圧力空
気速度は、吹出し開口の閉塞が生じないようにつまり保
護膜が維持されるよう(二選択されねばならない。
案内羽根ICC膜設られた吹出し開口14は羽根前縁部
の回りと羽根後縁部の両側に集中している。吹出し開口
14を有する区分りは羽根高−JHの5%〜最高でも1
5%である。
吹出しのために用いられる圧縮された空気は、例えばガ
スタービン・コンプレッサから分岐されて案内羽根1の
中空室16に送られる。
第4図かられかるように、吹出し開口は羽根前縁部にお
いては衝突区域Y内C二均−C二配置されかつ、羽根流
出縁部の近くでは羽根弦Sの約1/3の範囲C二おいて
両側(二装置されている。
第5図及び第6図(二足されている実施例では基部2近
(の案内羽根前縁部C二は、吹出し開口14を備えた成
形されたカラー15が配置されている。このカラー15
の高さEは有利には羽根弦Sの3%〜10%である。ま
た案内羽根1の基部2からのカラー15の距離Tは有利
には弦長さの10%〜20%であり、カラー15の厚さ
Fは有利には距離Tの15%〜25%であける限界層の
エネルギはもはや僅かではない。
さら(ニカラ−15と基部2との間における渦流の衝突
は低い速度に基づいて比較的弱い。カラー15と基部2
との間の空間に案内羽根1の前縁部と基部2とから圧力
空気が吹き出されることによって、この区域においても
極めて有効な保護膜が生じる。1つのカラー15を設け
る代わりに場合(二よっては2つ又はそれ以上のカラー
が互い(二上下(二装置されていてもよい。
回転羽根4における吹出し開口14の配置形式は第7図
及び第8図(二足嘔れている。回転羽根4においては燃
焼不能な燃料粒子は流れ通路の外縁区域にのみ、つまり
羽根先端部の近くじだけ集中するので、吹出し開口14
は羽根先端部の前縁部及び後縁部において有利には羽根
高さHの5%〜最高でも15%の範囲にのみ配置されて
いる。この場合(二おいても吹出し開口14は羽根前縁
部(:おいては衝突区域Yの内部に均等に配置されかつ
、羽根後縁部の近くでは羽根弦Sの約1/3の範囲C二
おいて両岬に配置されている。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービン羽根装置6の縦断面図、第2図は
羽根前縁部(二おける流れの状態を示す図、第3図は案
内羽根の縦断面図、第4図は第3図のA−A線に沿った
横断面図、第5図は第3図(−示された案内羽根の変化
実施例を示す縦断面図、第6図は第5図のB 、−B線
に沿った横断面図、第7図は回転羽根の先端部の縦断面
図、第8図は第7図のO−、C線C二沿った横断面図で
ある。 1・・案内羽根、2・・・案内羽根の基部、3・・案内
羽根保持体、4・・・回転羽根、5・・・回転羽根の基
部、6・・ロータ、7・・・高熱ガスケーシング、8.
11,12.13・・・軌−道、9・・・タービン軸線
、10・・前縁部、14・・吹出し開口、15・・カラ
ー、16・・中空室、D・・・区分、E・・カラーの高
さ、F・・カラーの厚さ、H・・羽根高さ、S・・羽根
弦、T・・距離、X・・・燃料粒子、Y・・・衝突区域 FIG 1 1 FIG、2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 ガスタービン羽根装置であって、単段又は多段の
    案内羽根及び回転羽根が中空に構成されていて、羽根前
    縁部及び羽根後縁部に複数の吹出し開口を有しており、
    これらの吹出し開口を貫いてガス状の媒体が中空の羽根
    内室からガスタービンの流れ通路に流出する形式%式% (イ) 回転羽根に設けられた吹出し開口が羽根先端部
    の範囲に配量されており、 (ロ)案内羽根(二設けられた吹出し開口が基部の範囲
    に配置されており、 e−t  案内羽根の基部が羽根前縁部の範囲と羽根後
    縁部の両側とに、流れ通路(二連じる吹出し開口を有し
    ており、 に)第3のタービン段及びこれに続(タービン段の回転
    羽根及び案内羽根だけが吹出し開口を有している ことを特徴とするガスタービン羽根装置。 2、 吹出し開口(14)が羽根高さく)()の5%〜
    最高でも15%のところに配置されている特許請求の範
    囲第1項記載のガスタービン羽根装置。 3、基部(2)近くの、吹出し開口(14)を備えた案
    内羽根前縁部(二、成形埒れたカラー(16)が配置さ
    れている特許請求の範囲第1項記載のガスタービン羽根
    装置。 4、 カラー(15)の高さくE)が羽(艮づ玄(S)
    の3%〜10%で、基部(2)からのカラー(1s )
    の距離(T)が羽根弦(S)の10%〜20%で、かつ
    カラー(15)の厚さくF)が前記距離(T)の15%
    〜25%である特許請求の範囲第3項記載のガスタービ
    ン羽根装置。 5、 カラー(15)を二吹出し開口(14)が設けら
    れている特許請求の範囲第3項記載のガスタービン羽根
    装置。
JP58214247A 1982-11-18 1983-11-16 ガスタ−ビン羽根装置 Pending JPS59101504A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH6719/820 1982-11-18
CH671982 1982-11-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59101504A true JPS59101504A (ja) 1984-06-12

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ID=4313968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58214247A Pending JPS59101504A (ja) 1982-11-18 1983-11-16 ガスタ−ビン羽根装置

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JP (1) JPS59101504A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005220909A (ja) * 2004-02-03 2005-08-18 United Technol Corp <Utc> 微細回路付きプラットフォームを備えたガスタービンエンジン部品
JP2006170198A (ja) * 2004-12-13 2006-06-29 General Electric Co <Ge> タービン段
JP2007154902A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 General Electric Co <Ge> タービンエンジンノズルアセンブリ及びガスタービンエンジン
JP2015528876A (ja) * 2012-07-25 2015-10-01 シーメンス アクティエンゲゼルシャフト 案内翼を製造するための方法および案内翼

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