JPS59173502A - ガスタ−ビンの静翼 - 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】 本発明は、主として高温ガスタービン等に使用される静
翼に関するものである。

近年ガスタービンは、そのタービンの性能向上及び出力
上昇のために、ますます高温化する傾向にある。

従って、このようなガスの高温のもと番とおＱ）で、ガ
スタービンの静翼の強度をし）力）ζこして保持させる
かということが大きな技術課題となっている。

このような課題を解決するため、静翼を冷却する方法と
して、静翼を中空ｔこ形成し、その中空部を冷却空気供
給源に連通させて冷却空気を導き、内部を対流冷却する
方法、静翼の中空部内に中子、を設け、その中子内ζこ
冷却空気を導き、中子先端の吹出用孔より静翼内面ζこ
吹Ｕ桟、局ｉｉｉ；に熱伝達率を高め、強制冷却する方
法、翼采１中空部内に冷却空気を導き、前縁部の吹出用
孔１１から冷却空気を吹き出し、表面を冷却空気でＴお
おい、高温の燃焼ガスから熱を遮断するフイ゛ヘム冷却
の方法等が採用され、ガスタービンカ（１卒温化するに
つれてこれらの冷却方法を組合わせて使用するに至って
いる。

ここで静翼の前縁部は、高温力゛スカくせき止められる
部分であり、静翼のうちで最も高温となるところである
ため、この部分の冷開１カ（重要であり、ガスタービン
の高温化に伴ってフィルム冷却を併用し、また、この部
分を冷却するに必要な冷却空気量も多くなっている。

しかしながら、この冷却空気は、一般にガスタービンの
タービン部により駆動される圧縮機より抽気して供給す
るため、上述のように冷却！紙の供給量が増加すること
は、それだけ圧縮・ｊ機°ＩＦ圧縮するための所要動力
が大きくなり、そ慢４Ｆ、ガスタービンの効率低下を招
くことにな°〆。

ｆｉｒｉ−・更には、上記のように冷却空気の供給量が
増加−・することは、それだけ主流ガスに混合する冷癲
゛ユ気の量が増し、主流ガスの平均ガス温度が低下する
ことにもなり、ガスタービンのサイクル効率が低下して
しまうことになる。

また、静翼の前縁部は、主流ガスをせき止めるため、そ
の動圧・が加わるが、冷却空気の吹出を完全にするため
には、冷却空気の圧力が主流ガスの動圧分を含む圧力よ
り大きい必要があり、このため主流ガス側の流路に絞り
抵抗等を設けて主流ガス圧力を低下する場合もある。

しかし、この場合は、このように圧力を下げた分だけガ
スタービンの仕事に関与しないこと詔なるので、結局こ
の場合もガスタービンの出、功・、低下を招くことは避
けられないことになる。

そこで本発明は、前記従来の問題を解消し、膳スタービ
ンの効率向上を可能とするガスター１ｒ、　、’＞の静
翼を提供することを目的としたもので−づる。

−即ち、上記目的を達成する本発明のガスタービンの静
翼は、ガスタービンの静翼の頭部を、その本体部とに分
け、かつセラミックで形成し、該頭部と本体部との境界
面を該本体部側が凸状であり、かつその境界面の延長線
が本体部の側面の接線に対し鋭角をなすように形成する
と共に、該境界面に沿って冷却空気の吹出通路を設け、
更に、該吹出通路を翼本体内に形成され、かつ冷却空気
供給源に連通ずる中空部に吹出用孔をもって連通させ、
該吹出用孔の上記境界面側に空気室を設けることにより
構成される。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第１
図は、本発明の実施例によるガスタービンの静翼の断面
図である。

槽１図において、１は静翼であり、複数個が惰ｉ状に配
列されており、このように配列された靜！翼群に対し、
高温ガスは矢印で示すように供給されるようになってい
る。

この静翼１は、耐熱合金ｉらなる本体部２と、高温ガス
をせき止める前縁側のセラミックで形成された頭部６と
から構成されている。

この本体部２と頭部６とは、本体部２側が凸状となるよ
うな形状で境界面を形成しており、この凸状の境界面を
形成する断面の線は曲線でも良く、また本実施例のごと
く折線でも良い。

更に、両側の翼側面に延長する境界面の延長線は、それ
ぞれ翼側面の接線に対し、鋭角α。

α′をなすようになっている。

ごこで頭部乙の範囲は、主流ガスがせき止められる範囲
、あるいはそれ以上とし、具体的にｊｋキャンバ−ライ
ン長さの約１０襲以内とするのが適当である。

一方、本体部２の内部には、図示されていない冷却空気
供給源、即ちガスタービンのターヒ゛ン部により駆動さ
れる圧縮機に連通した２つの中空部４，５が仕切壁６に
区切られて形成されている。

一方の中空部４は、冷却空気の吹出用孔７を介して吹出
用孔７の境界面側に設けた空気室８に連通し、更にこの
空気室８を介して、本体部２と頭部６との間の境界面に
沿って設けた冷却空気の吹出通路９，９に連通し、それ
ぞれ静翼１の両ｆＪＩＪ面側に開口するようになってい
る。

従って、中空部４に供給さｉた冷却空気は、吹出用孔７
より頭部６の後面に向けて吹き出され、頭部３を強制冷
却し、空気室８に一時とど≦た後、吹出通路９から本体
部２の両側面に吹」開田され、その本体部２をフィルム
冷却する池：′］とになる。

また、他方の中空部５は冷却空気の吹出用孔ｉ＆ＩＯを
介して翼後縁に開口するようになっており、従って、こ
の中空部５に供給された冷却空気は内部を対流冷却し、
しかる後、吹出用孔１０がら本体部２の翼後縁側に吹き
出されるようになっている。

ここで空気室８には、第２図に示すように吹出用孔７の
１個または複数個ごとに仕切１４を設けておくが、本体
部２を鋳造でつくるときは、仕切１４付の空気室８を一
体成形すると良い。

また、吹出通路９には、第３図に示すように本体部２に
多数の溝１５を刻設して形成しであるが、第４図の態様
例に示すように、本体部２に仕切板１８を突設して形成
しても良い。

１由１なお、吹出通路９から本体部２の両側面に吹；」
出ｊ１祭れる冷却空気の量は、吹出用孔７の総面積ｌに
規定されるようにする。

第５図は本発明の他の実施例からなる静翼１１を示すも
ので、第１図とほぼ同様の構成及び機能゛を有し、同じ
部品は同じ部品番号で示している°。

この実施例では、本体部２の先端側の中空部４の中に中
子１１を設けたもので、この中子１１の内部を冷却空気
源に連通させると共に、中子１１の先端に多数の吹出用
孔１２を設けるようにしている。

従って、この静翼１では、中子１１の先端の吹出用孔１
２から冷却空気を中空部４の内面に向けて吹きつけるこ
とにより、局所的に熱伝達を高めるようにして強制冷却
を行なうようにしてい、ゑ−。

４１尋の静翼１では、中空部４から翼側面に冷却：空ｌ
を吹出すための吹出用孔１６が、さらに下方３４）開口
するように設けられ、吹出通路９から辺・：冷却空気と
共に、本体部２を十分にフィルム４−却することになる
。

第６図は、本発明の更に他の実施例を示すものであり、
第５図と同様に、第１図とほぼ同様の構成及び機能を有
し、同じ部品は同じ部品番号で示しているが、この実施
例では本体部２の後縁側の中空部５内に冷却空気供給源
に連通す吹出用孔１７を穿設するようにしたものである
。

この静翼１の場合も、上記第５図の実施例の場合と同様
に、中子１６の吹出用孔１７から中空部５の内面に対し
局所的に冷却空気を吹き付は熱伝達を高めるようにして
いる。

７１１述した各実施例の静翼１は、主流ガスをせ直進［
める静翼１のうちで最も高温となる前縁部−Ｊ’ｌ’ｔ
Ｄｉ”＋！金金属りも耐熱性の高いセラミックからな、
る、頭部６により形成されているため、この前縁ｑｑｒ
ｔｉは、従来の静翼の前縁部のように冷却空気璧灰出用
孔を設け、フィルム冷却する必要がな公−１主流ガス温
度が特に高い場合でも、その後面を冷却する程度で足り
ることになる。

一方、本体部２は前縁部はど高温とはならず、その先端
はセラミック製の頭部６により、主流ガスの熱を遮断さ
れると共に、両者の境界面に設けた吹出通路９によって
熱伝達を防止されるため、この本体部２自身の冷却のた
めに、従来の機構の静翼はとに多量の冷却空気を必要と
しなくなる。

その結果、主流ガス中に混合する冷却空気量が減少して
平均ガス温度の低下は抑制され、ガスタービンの効率は
向上すると共に、圧縮機を駆動するための所要動力も少
なくなるため、ガ′ス′、り・−ビンの効率を一層向上
することになる。

１’＋４、ｌＦｌ　、た、吹出通路９は従来の静翼のよ
うに前縁塀；子開口するのではなく、翼側面に開口させ
る絶ワであるので、従来の静翼の場合のように主Ｅガス
の動圧が作用することがなく、逆に主流ガスの速度が増
し、圧力が下がっているため、冷却空気の吹出しを可能
にするために主流ガスとの圧力差を考慮して、主流ガス
圧力をわざわざ下げるというような処置も必要でなくな
るので、この面からもガスタービン効率の向上に寄与す
ることになる。

また、吹出用孔７の境界面側に設けた空気室８は頭部６
の後面の冷却効果を高める効果をもつが、ここに仕切１
４を設けることにより、主流ガスの半径方向圧力分布の
ために冷却空気が片寄って吹出用孔７から吹出すこと、
あるいは、片寄って吹出通路９を流れることを防止し、
本゛　　　体部２の側面の空気フィルム層の形式を完全
な動ｒ’ｌｌ　点し、また、この吹出通路９の延長線は
翼雫薯、ρ接線に対しα、α′の鋭角となっているため
、刃窒；え冷却空気の圧力が主流ガスの圧力よりも’Ａ
Ｉ’Ｔ−−− 大きくなって勢よく吹出すようなことがあっても、翼側
面には良好な冷却空気のフィルム層が形成されることに
なり、冷却性能や空力性能が損なわれるようなことはな
い。

また、前記の静翼１では、主流ガスの動圧を受ける前縁
部に冷却空気の吹出用孔を設けていないため、主流ガス
の圧力分布に応じて冷却空気を吹き出すための翼構造を
、従来の前縁部から吹出すようにした静翼に比べ簡単に
することができる。

更に、セラミックは金属に比べて構造強度が劣るため、
従来はガスタービンの静翼に利用することは難しいとさ
れていたが、上記のようにこのセラミックを頭部６のみ
にし、その構造強＄３．を金属の本体部２でもつように
構成し、かっ頭部６にかかる空気力も本体部で支えるよ
うにしたことにより、セラミックの利用を可能にしてい
る。

これに伴い、上記のようにガスタービン効率の一層の向
上を可能にしている。

しかも、セラミックの頭部６と本体部２とは、本体部２
側が凸となるような形状で境界面を形成しているので頭
部６に作用する主流ガスの力の方向が変化しても、この
力を本体部２で支えることができる。

また、頭部６と本体部２とは凹凸の組合せであるので、
両者の間のずれにより段差ができ、ガス流れが翼面から
剥離して空力性能を低下するようなことも防止すること
ができる。

また、何らかの原因によりセラミックの頭部６二−カ破
損したとしても、本体部２の先端が凸状刃−あるため、
ある程度の空力性能は維持するこｊｉｅｉｓ：でき、ま
た、簡単に交換ができる。

前記のごとく、本発明のガスタービンの静翼主流ガスを
せき止める頭部を本体部と分け、かつセラミックで形成
し、この頭部と本体部との境界面を、本体部側が凸状で
あり、かつその境界面の延長線が翼側面の接、線に対し
鋭角をなすように形成すると共に、その境界線に沿って
冷却空気の吹出通路を設け、この吹出通路を本体部内の
中空部に吹出用孔をもって連通し、この吹出用孔の前記
境界面側には空気室を設け、また、上記中空部を冷却空
気供給源に連通させた構成としたので、冷却空気量を低
減でき、また冷却空気の吹出路を翼前縁部に設けない構
成にしたので、主流ガスの圧力を下げる必要がなくなり
、ガスタービンの効率向上をはかること’ｙｔ１）きる
。

”−ｊ；’、：ｔｉ’ｉで、セラミックは金属より高い
温度に耐（”ｍｌ　Ｓ−・ハるので、冷却空気を増加さ
せないで主流、）♂ｖ７温度を上げることができ、この
面からも効〃廟向上をはかることができると共に、主流
ガス謂度上昇と、冷却空気減少の相乗効果によるガスタ
ービン効率の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるガスタービンの静翼を示
す縦断面図、第２図は第１図の静翼の本体部の要部拡大
斜視図、第３図は第１図のＡ−Ａ方向の要部拡大断面図
、第４図は第３図−に対応する他の態様例の断面図、第
５図及び第６図はそれぞれ本発明の他の実施例による静
翼の縦断面図である。 １・・・静翼、２・・・本体部、６・・・頭部、４，５
・・・中１空：賄、７・・・吹出用孔、８・・空気室、
９・・吹出通潰１〆１（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンの静翼の頭部を、その本体部とに分け、か
   つセラミックで形成し、該頭部と本体部との境界面を該
   本体部側が凸状であり、かつその境界面の延長線が本体
   部の側面の接線に対し鋭角をなすように形成すると共に
   、該境界面に沿って冷却空気の吹出通路を設け、更に、
   該吹出通路を翼本体内に形成され、かつ冷却空気供給源
   に連通ずる中空部に吹出用孔をもって連通させ、該吹出
   用孔の上記境界面側に空気室を設けたことを特徴とする
   ガスタービンの静翼。