JPS6011210B2 - 軸分割型タービン内軸分割区域内の部材冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスタービンの軸分割区域の冷却装置に関す
るものである。

必要な冷却を行なうために、ガスタービン内の種々の高
熱部分に．タービンの圧縮機の中間圧縮段からの冷却空
気を供給するのが一般の方法である。

これは従来中空な柱又は中空な翼内に冷却空気を通すこ
とによって行われていた。これらの方法は中空の柱は高
熱ガスの流れを邪魔する傾向があり、一般にタービンの
効率を低下させるので双方とも欠点があった。また翼の
振動を起し翼の寿命を短くする乱流が起り易くなる。中
空な固定翼内を通って冷却空気を送ることはタービンの
構造体内に熱応力を生じ、そして機械の熱応力を受けて
いる部材に早期の故障を生ずるようなよじれ、やゆがみ
を起こす。

特に、タービンの燃焼区域にあるいかなる軸受も過熱を
受けるものであるから、燃焼区域内の軸受を冷却する何
等かの方法を見出す必要がある。同様に今問題にしてい
るタービンにおいても、軸分割区域又は厳しい過熱が起
るであろう区域において、タービンの部材を冷却するた
めの装置を見出さなければならない。この発明において
はタービン圧縮機の中間圧縮段から空気の一部を取出す
装置が設けられ、この空気は多岐管装置に供給される。

多岐管装置はガスタービン内で軸分割区域に空気を送る
のに役立ち、この区域内の種々の異った部分がこの圧縮
空気によって冷却される。特にこの分割された２つの軸
の端面が、この区域に現われている回転翼車の円板も共
に中間段からの圧縮空気で冷却される。この冷却はダイ
ヤフラム部材によって効率よく行われるものでダイヤフ
ラムは軸及び円板の表面を通って予定した態様で冷却空
気を流すようになつている。以下に図示する実施例に関
してこの発明を説明する。

第１図に“複藤”すなわち“軸分割型”タービン１０が
出力軸１２及び圧縮機軸１４を具えているのが示されて
いる。

出力軸１２は軸受１６，蔓８で、圧縮機軸１４は軸受２
０，２２で支持されている。圧縮機タービンの圧縮磯部
分を駆動する動力は翼２４によって供給される。動力翼
２６が出力軸１２を駆動するように設けられて、負荷に
動力を与える。全タービン装置の操作は当業者には正し
く理解されているから、全タービンについては簡単な記
戦に止める。

空気は取入室３０１こ供給され、次いで圧縮段３２に導
かれ圧縮される。

空気が圧縮段の最終翼を通る時、それは６．５〜７ｋ９
／ｃ瀞（９０〜１０倣ｓｉ）の圧力に達している。この
時、圧縮空気は出口３４を通ってタービンの燃焼室３６
に導かれる。タービンの燃料はバスケット３８の入口３
７に入り、圧縮空気はバスケット３８の通路４０を通る
ように通過し、そこで微粒化された燃料と混合された後
に燃焼される。高熱の燃焼ガスはバスケット出口４２を
通り、かつ１組の案内翼４４を通過する。ガスは次いで
動力翼２４を通り圧縮磯部分を駆動し、次いでガスは翼
固定部４６の他の絹内に吐出される。１組の可動翼後端
部４８が翼固定部４６と共働するように示されているの
が見られるであろう。可動翼後端部４８は作動装置５０
を具え、作動機は可動翼を通過するガスの方向を変える
ように小角度可動翼が枢動するのを許す。向け直された
高熱ガスは次いで翼２６を通過し、この翼はタービンか
らの出力動力を与えるように出力軸１２を駆動する。高
熱の吐出ガスは次いで吐出デフューザ５２を通過し、吐
出室５３に入り、そこで大気に導かれるか又は再生のた
めに熱交換器を通る。この発明は機関の２つの回転して
いる軸１２，１４間の区域の冷却に関するものであるか
ら、以後この区域を“鞠分割”区域と称し、冷却装置を
論ずるに先立って、この区域におけるガスタービンの構
造を詳細に記載する。

第２及び４図は今問題にしている区域の機械的構造の詳
細を示している。外図８４が以下に論ずる都村の支持を
与えている。

内側ケース部材１０２が突出部１０３によって外園８４
のスロット内に緊密に保持され、外図８４に設けられた
スロット１０５でそれ自体が保持されている部村１００
もこ固着されている。ケース部材１０２と部材１０４と
がボルト２０７でボルト結合されて全翼組立体２００を
形成している。翼組立体は高温ガスの閉じ込めのために
設けられると同時に高温ガス混合物に予定した速度を与
える。翼組立体はスロット１１０，１１２に固着される
掛止部材１０８によって堅固に外函８４に取付けられて
いる。翼組立体はそれと一体に形成された翼固定部４６
を具え、この構造の故に、内側翼支持部材１１４がガス
流内の所定位置に堅固に保持される。

支持部材１１４はいま記載しているタービンの各部材の
全部を過度の運動をしないように保持する。大体環状の
部材１２０がスロット１１５で部材１１４に固定されて
いる。大体の形状が環状である都材１２２がまたスロッ
ト１２３で部材１１４に固定されている。円板状のダイ
ヤフラム９６が鞠分割区域において部材１２０，１２２
間に固着される。

都材１２０，１２２上の突起１２４，１２５がダイヤフ
ラム９６を所定位置に保持する。環状の空間９２，９３
が種々のタービン要素によって形成される。鞠分割区域
の冷却はタービンの圧縮磯部分の中間段から取出し、そ
して多岐管によって軸分割区域内の種々の空間に送られ
る空気によって与えられる。第１図において、圧縮空気
は圧縮機ケーシングの１群の孔５９によって取出され「
ハウジング６０１こ集められる。

適宜な管が圧縮空気をハウジング６０から多岐管装置６
１（第３図）の管寄せに送る。管寄せ６２は１群の管６
４−８２を具え、管はタービンの外函８４を通っての種
々の内部部材に圧縮空気を送るように可変長さである。
管６４及び８０のような最も短い管は封塞された態様で
（符号６５で示すような部村が必要な封塞を良えるよう
に配置されている）外図８４を通り、符号８７で示す空
間に終っている。空気は大体部材１０２，１０４のまわ
りを動き、翼後端部４８の上部３７２をめぐって通り、
小孔２７５を通って部材１００内に入り、高熱のガス流
に接触しうる。その１つを示す孔２７５のような孔がタ
ービン外因をめぐって一定間隔で設けられて松支軸受及
びタービンの部材１０２，１０４の区域から加熱された
空気を取出す。管６６，７２，７８，８０のような管が
外図８４を通過し、次いで、翼固定部４６の開孔９０（
第４図）を通って箱１５０内に送られる。

互に連結する管１５２が環状部材１２２及び部材１６０
を通って導かれる。１群の小孔が圧縮空気を孔１６２に
よって都材１６５を通って取出し翼の根元区域１３８に
当てる。

空間１４２を通って空気は高熱ガス流内に入る。タービ
ン装置を冷却するこの方法はダイヤフラム９６の周をめ
ぐって４個所（第３図で正しく等間隔の管６６，７２，
７８，８２の位置）で起る。管１５２のような適宜な配
管が圧縮空気を区域１３８に運ぶように各個所に設けら
れているのが見られる。管６６，７８及び８２のような
管が外函８４を通り、翼固定部４６の関孔９０を通って
ダイヤフラム９６の丁度内側の点で空間９４内で終って
いる。

ダイヤフラム９６は円板８１を具え、この円板に定間隔
で位置するピン９９によって環状部材９７が堅固に結合
されている。

偏向板１９２が空間１９０を通って空気を第２図で見て
左方へ偏向するように円板８１に取付けられている。

管６６，７２，７８，８２は次いで実質的にダイヤフラ
ム９６内に空けられる。

この圧縮空気の大部分は環状空間９２がそれからの漏洩
が非常に少であるが故にダイヤフラム９６内に内向きに
押やられ、それでダイヤフラム９６に送られた空気の大
部分は偏向板１９２を通って、タービン翼円板１１９の
表面１２６に当たる。円板１１９の突出部１２８と環状
部材１２０との間を通る空気は空間１３０１こ入る。こ
の加熱された空気は隙間１３２を通って高温ガス流内に
入る。空間１９０を通って導かれる圧縮空気のある部分
は内向きに押やられ円板８１の孔１３４を通ってのがれ
、出力円板１３６の表面を通る。

空気は次いで動力段の翼２６の根元区域１３８を外向き
に通り、空間１４２を通って高温ガス流内に入る。冷却
空気は軸分割区域のタービンの各部材に注意深く量を定
めて供給されることがわかったであろう。

特に、タービンの最も内部にある各部分に空気を供給す
る種々の管が翼固定部４６の開孔９０を通っていること
に留意すべきである。その理由は次の２点である。【１
｝ 開孔９０内に管を用いることは翼固定部と導管との
間にある程度の絶縁を与える。

これは冷却空気が翼固定部４６を通る時に不当に加熱さ
れるのを防止する。これは圧縮空気がタービンの最内部
の部分を効果的に冷却するのを許す。‘２１ もし管６
６のような導管がなかった場合より翼固定部４６から抽
出される熱は少であるから、部材１０４の熱応力による
ねじれ、ゆがみ等の傾向が少し、。当業者にとって、ガ
スタービンの最内部のあるものが冷却されなければなら
ないことは公知である。

この発明は熱応力の結果がタービンの寿命すなわち作用
を重大に妨げることのない程度に冷却空気の通過する区
域の夕−ビン部材を歪ませる態様でこれらの部材に冷却
空気を供給することを解決したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を用いたガスタービンの一部を
縦断面図で示した側面図、第２図は軸分割区域の部分断
面図、第３図は下流に見たタービンの多岐管装置の正面
図、第４図は導管がこの区域を通過する態様を示すター
ビン外函及び翼組立体区域の一部を破断して示す部分斜
視図である。 １１０・・・・・・軸分割型タービン、１２…・・・出
力軸、１４・・・…圧縮機軸、２６・・…・動力翼、４
６・・・・・・翼固定部、４８・・…・翼後端部、５９
・・・…孔、６０・・・・・・ハウジング、６１…・・
・多岐管装置、６２・・・・・・管寄せ、６４，６６，
６８，７０，７２，７４，７６，７８，８０，８２……
管、８１……円板、８７・・・・・・空間、９０・・・
・・・関孔、９２，９３・・・・・・環状空間、９４…
…空間、９６……ダイヤフラム、１００・・・・・・部
材、１０２・・・・・・内側ケース部材、１０３……突
出部、１０５……スロット、１０８・・・…掛止部材、
１１４・・・・・・支持部村、１１９・・・・・・ター
ビン翼円板、１２０，１２２・・・・・・環状部材、１
２４，１２５・・…・突起、１２６・・・・・・表面、
１２８…・・・突出部、１３０・・・・・・空間、１３
２・・・・・・隙間、１３６・・・…出力円板、１３８
・・…・翼の根元区域、１５０…・・・箱、１５２……
管、１９０……空間、１９２・・・・・・偏向板、２０
０・・・・・・翼組立体、２０７・・・…ボルト、２７
５・・・・・・小孔。 ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機部分と動力部分とを収容するタービン外函を
   備えて、前記各部分は各部分内で軸を回転するための適
   宜な軸受内に装架された別個の軸を有し、前記動力部分
   の内部に装架されて高温ガス流を予定した方向に偏向す
   る固定翼組立体２００を備えて、この翼組立体２００は
   円周方向に等間隔に装架された一群の中空翼４６を有し
   かつ翼組立体と外函との間に第１空間を形成しまた軸分
   割区域内に第２空間を囲むように役立ち、前記第２空間
   はタービンの内部に形成されかつ圧縮機部分の軸１４と
   この軸端に装架された圧縮機タービン翼円板１１９によ
   りまた動力部分の軸１２と軸分割区域内でこの軸端に装
   架されている動力翼円板１３６により区画されており、
   前記第２空間において前記翼組立体によって装架され支
   持されているダイヤフラム９６を備えて、このダイヤフ
   ラムが前記第２空間を２つの空間に分けるのに役立ち、
   前記圧縮機タービン翼円板１１９及び前記翼組立体１２
   ０，１３８間に制御された空気出口を持つ前方圧縮機部
   分空間と、前記動力部分の軸上の動力翼円板の翼根元区
   域内の空間を通る出口１３８を持つ後方動力部分空間と
   、前記圧縮機部分の中間段の取出装置５９と、前記圧縮
   機部分に装架され前記取出装置を囲む圧縮空気ハウジン
   グ６０と、軸分割区域におて前記タービン外函を取巻く
   多岐管装置６１と、この多岐管装置に連結され円周方向
   に間隔を保った関係で封塞されて前記外函を貫通する多
   数の管６４−８２とを備えて、前記多岐管装置６１はそ
   れから圧縮空気を受けるように前記圧縮空気ハウジング
   と接続され、前記多岐管装置は前記第１空間内に終わる
   多数の管の第１群（６４および８０）、及び前記第１空
   間を通過しかつ前記中空翼４６の予定数を通って前記第
   ２空間内に入る多数の管の第２（６６および７２）及び
   第３群（７８および８２）を有し、前記第２群（６６お
   よび７２）の管が前記動力部分の軸上の動力翼円板の翼
   根元区域に空気を導く空気分布導管装置を接続され、前
   記第３群の管が圧縮機タービン翼円板を冷却するために
   冷却空気を与えるように前記前方圧縮機部分空間と連通
   している軸分割型タービン内軸分割区域内の部材冷却装
   置。