JPS6349522Y2

JPS6349522Y2 -

Info

Publication number: JPS6349522Y2
Application number: JP1985189184U
Authority: JP
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1988-12-20
Also published as: MX158716A; CA1187811A; BE895210A; GB2111131B; US4424001A; JPS58104303A; GB2111131A; IT1154377B; BR8206920A; IT8224532A0; JPS61114005U; AR229376A1

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、燃焼タービンロータ羽根に関し、特
に、冷却式タービンロータ羽根の改良された先端
構造に関するものである。

燃焼タービンのより大きな運転効率及び電力出
力はより高い入口運転温度により達成されること
はすでに確証されている。しかし、入口運転温度
は回転するタービン羽根が耐え得る最大温度によ
り限られている。また、入口ガス温度を上昇する
につれてタービン羽根の温度が上昇するので、羽
根の回転に通常付随する張力及び応力で損傷を受
けやすい羽根の弱点が増大する。タービンロータ
羽根を冷却すること、又はタービンロータ羽根を
耐熱材料から形成すること、あるいはそれらの両
方により、羽根材料に特定の最大運転温度以下に
タービン羽根温度を維持しながら入口運転温度を
増大できる。一般に、従来の典型的な燃焼タービ
ンはその入口運転温度が高かつたので、羽根がこ
の高温度に耐え得るように、タービン羽根の第１
列又は最初の２列の構造を変えてこれらの羽根の
冷却を可能にしていた。

また、従来の典型的な燃焼タービンにおいて
は、タービンの圧縮機部分から吸い込まれた冷却
空気はタービンロータにある通路を通つていくつ
かのロータデイスクの夫々へ向かう。上流ロータ
デイスク内の通路は、タービンロータからの冷却
空気を各タービン羽根の基部にある根部まで連通
させる。一般に、冷却空気は羽根の根部から冷却
羽根の翼部を貫流しそして少なくとも一部は羽根
の先端部を通つて出て行く。

従来の典型的な冷却タービン羽根先端構造は、
羽根先端の外面を取り囲む羽根壁の（タービンロ
ータ軸に関して）半径方向外向き延長部により形
成された外向きに面した空胴を含んでいる。冷却
空気は羽根先端の外面にある開口から出て空胴内
に入る。もつともこの先端空胴構造は、羽根先端
とこれを取り囲むタービンケーシング材料との間
の接触により個々の排出開口が閉塞されるのを防
止する。このような閉塞又は羽根先端の汚れは羽
根を貫流する冷却空気流の減少によるタービン羽
根損傷という結果になり得る。

入口設計運転温度はタービン運転効率のさらに
一層の向上を行なうために上昇し続けるので、下
流羽根列にあるタービン羽根を冷却することも必
要になる。しかし上流タービン羽根を冷却するの
に使用される羽根先端構造は羽根構造の差異によ
り下流羽根に直接適用できない。また、空気力学
的な理由のため、タービン羽根の厚さは羽根の下
流列毎に減少する。

上流タービン羽根列においては、タービン羽根
自身は十分に厚いので、羽根先端全外面にわたつ
て広がる羽根先端空胴を形成するべく羽根全体の
回りにある羽根壁の延長部を支持することができ
る。羽根先端外面にあるすべての開口は冷却空気
を空胴内に吐き出す。羽根の凸状側部の後縁に向
かう羽根壁の一部分は羽根先端空胴からの冷却空
気の出口経路を与えるため除去され得る。このよ
うな構造は米国特許第3635585号明細書にさらに
詳細に記載されている。

タービン羽根の厚さが減少している下流タービ
ン羽根列においては、羽根先端空胴を形成する羽
根壁延長部を支持するには、前縁にある冷却開口
と前縁にある羽根壁との間の間隙が不十分であ
る。より薄い下流タービン羽根に公知の単羽根先
端空胴構造を適用するには、前縁冷却通路の配置
変え又はこれら通路の排除が必要となり、それに
よりタービン羽根に過熱による損傷の危険性を増
大させる。

従つて、従来のタービン羽根先端冷却装置は下
流タービン羽根の冷却を十分に与えていない。

また特開昭54−65209号公報においては、シユ
ラウドに設けられた冷却穴を通じてシユラウド外
表面上に翼形部内の冷却空気を排出しており、該
冷却空気の流れがシユラウド外面上に配設された
フインにより軸方向にさえぎられるのを防止する
ために、中空軸がタービンの軸方向（燃焼ガス流
の方向）にフインに対して傾斜し該フインを貫通
してシユラウド外面に取り付けられており、それ
により冷却穴を通つた冷却空気を軸方向に関して
フインの後方に排出するようにしている。しか
し、こうした中空管を単動翼の先端部に取り付け
るのは構造的に困難であり、またたとえ何らかの
手段により単動翼の先端部に取り付けられたとし
ても、単動翼が燃焼ガスの作動域に配設されねば
ならないため中空管が動翼の流体力学的性能を著
しく阻害し動翼としての使用を不可能にする。

本考案のタービンロータ羽根は、ロータデイス
クに羽根を固定するための羽根と、高温流体動力
ガスの流れをさえぎるための凹状側部及び凸状側
部を画定する輪郭を有する壁を備えた翼部と、根
部及び翼部内にあり、それらを通る冷却空気の流
れを維持するための冷却空気と、翼部からの冷却
空気に排出経路を与える構成を有する先端部と、
を備えたタービンロータ羽根であつて、前記先端
部は、半径方向外向きに面した先端空胴に境界を
付けるため、実質的に前記翼部から半径方向外向
きに伸びた先端側壁部を有しており、前記先端側
壁部は翼後縁の回りに伸びた縁部と、該縁部から
前記翼凹状側部及び凸状側部に沿い翼前縁に向か
つて実質的に伸びた夫々の部分とを実質的に有し
ており、前記タービンロータ羽根は、翼前縁に達
しない位置にあり、前記凸状側部と凹状側部との
間の前記翼部を横切つて伸びた閉塞した側壁部分
を備えており、羽根先端表面により形成された前
記先端空胴の基部は翼部から前記先端空胴内に冷
却空気を吐き出すための開口を有しており、前記
タービンロータ羽根は、前記先端空胴側壁の最外
区域から半径方向内向きに位置し、前記閉塞した
側壁部分から翼前縁まで伸びた前縁先端表面をさ
らに備えており、該前縁先端表面は翼前縁近くの
少なくとも１つの羽根冷却通路を排出するための
開口装置を有しており、前記前縁先端表面は翼前
縁近くの冷却材流をさえぎらないで側壁で囲まれ
た先端吐き出し空胴を与えるには狭過ぎることを
特徴とするものである。

ここに記憶された好適な実施例においては、冷
却タービンロータ羽根は翼部、根部、そして改良
された先端構造を備えており、この先端構造は、
羽根先端部とこれを取り囲むタービンケーシング
との間の接触の結果として生じる閉塞から、羽根
先端の主表面、即ち外面にある冷却空気排出開口
を保護する。羽根先端構造は羽根先端部の外面の
相当な部分を取り囲む羽根壁の半径方向外向き延
長部を備えており、この延長部は羽根先端空胴を
形成し、該空胴内に冷却材が外面にある開口を通
つて排出される。翼部の前縁は羽根先端空胴の前
縁外側に先端凹部を備えており、この先端凹部
は、翼前縁近くで必要な冷却材通路と接続した開
口からの冷却材の流れを遮断しないで羽根壁延長
部を支持するには翼部が狭過ぎる羽根先端の一部
分に沿つている。この配置は狭い翼幅を有するタ
ービンロータ羽根に一般的に適用可能な羽根先端
構造を与える。それにより下流羽根が冷却され、
タービンがより高い入口温度で運転されることが
でき、それによりタービンの総合効率及び性能を
増大できる。

本考案は添付図面と関連して例としてのみ示さ
れた以下の好適な実施例の説明からさらに明らか
となろう。

第１図は根部１２と翼部１４とから構成された
燃焼タービンロータ羽根１０の略図である。羽根
１０の翼部１４は凹状側部１６、凸状側部１７、
そして先端部１８を有している。翼部１４により
さえぎられる高温動力ガスのエネルギーをタービ
ンデイスク（図示せず）とそれに堅固に取付けら
れたタービンロータ（図示せず）との回転運動に
変換するため、羽根１０の根部１２はタービンデ
イスクと組み合う。

本考案の原理に従うと、下流タービンロータ羽
根１０は羽根先端部１８を有しており、この羽根
先端部はその外面、即ち、羽根先端表面２２にあ
る冷却空気開口２０が羽根先端の汚れにより閉塞
されないようにする構造を備えている。タービン
ロータ羽根１０の羽根先端部１８は羽根先端空胴
２４と、羽根の翼部１４の前縁にある先端凹部２
６とを含んでいる。

羽根先端空胴２４は羽根先端部１８の外面２２
を取り囲むタービン羽根壁の（タービンロータ軸
に関して）半径方向延長部から形成されている。
羽根先端空胴２４は実質的に一定圧力の開放空間
を画定しており、冷却空気は羽根外面２２にある
開口２０から出てこの開放空間内に入る。タービ
ンを駆動する高温ガスの排出経路内に冷却空気を
排出できるようにするため、羽根先端空胴２４を
画定する羽根壁延長部の一部が後縁近くの翼部の
凸状側部１７から除去されている。従つて、万一
羽根先端部１８とこれを取り囲むタービンケーシ
ング材料（図示せず）との間に接触があつた場
合、羽根先端空胴２４は羽根１０を通る冷却空気
の連続した流れを確保するための手段を与える。

さらに羽根先端部１９は翼部１４の前縁に先端
凹部２６を含んでいる。先端凹部２６の詳細は第
２図及び第３図に示されている。先端凹部２６は
翼部１４の前縁に沿つた冷却空気通路３０からの
冷却空気の出口手段を与える。羽根先端空胴２４
と先端凹部２６との組合せは、下流タービンロー
タ羽根のより狭い幅の翼部を冷却可能にするのに
必要な冷却空気出口手段を与える。翼部１４の前
縁は、翼前縁近くで必要な冷却空気通路３０と接
続した開口からの冷却材の流れを遮断しないで羽
根壁の延長部を支持するには狭過ぎる。

羽根先端空胴２４は羽根先端の全外面を取り囲
んでいるわけではなく、狭い羽根幅を必要とする
前縁外面の一部を含んでいない。少なくとも１つ
の冷却空気開口３２を有する先端凹部２６は、羽
根先端の汚れによる冷却空気流遮断の危険を最小
にして、翼部１４の前縁を通る冷却空気の十分な
流れを確保する。

翼部１４の作動表面積の若干の減少から生ずる
何らかの有害な影響は先端凹部２６の上流位置に
より最小化される。有害な影響は、たとえあるに
しても、羽根先端空胴２４内の外面２２を半径方
向に越えた中間の高さに先端凹部２６の外面、即
ち、前縁先端表面３４を構成することによりさら
に最小化される。羽根壁上の半径方向最外点と先
端凹部２６の外面上の半径方向最内点との間の距
離により定められた先端凹部２６の深さは、除去
される翼作動面の量を最小にし且つ開口３２を偶
発的に閉塞する羽根先端の汚れに対する保証を最
大にくるよう、設計段階で必要に応じて選定する
ことができる。

従つて、本考案では、たとえ羽根の幅がその前
縁近くの先端空胴側壁のためには狭過ぎたとして
も、羽根汚れが先端の冷却材開口をさえぎるのを
防護する、下流羽根上に使用され得る先端壁構造
体が提供され、また、下流羽根が冷却され、ター
ビンをより高い入口温度で運転することができ、
それによりタービンの総合効率及び性能を増大で
きる。また本考案によれば、冷却空気開口は単動
翼先端部の最外部分上にではなく、該最外部分の
半径方向内側に位置する外面上に配設されるの
で、単動翼先端部が固定羽根に近接したときでも
前記冷却空気開口が損傷を受けることが防止され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例に従つて構成された
タービンロータ羽根の図、第２図は第１図で示さ
れたタービンロータ羽根の翼部の上面図、第３図
は第２図で示された翼の一部を第２図の−線
に沿つて示す断面図である。１０……ロータ羽根、１２……根部、１４……
翼部、１６……凹状側部、１７……凸状側部、１
８……先端部、２０……冷却空気開口、２２……
外面（羽根先端表面）、２４……羽根先端空胴、
２６……先端凹部、３０……冷却空気通路、３２
……開口、３４……外面（前縁先端表面）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

ロータデイスクに羽根を固定するための根部
と、高温流体動力ガスの流れをさえぎるための凹
状側部及び凸状側部を画定する輪郭を有する壁を
備えた翼部と、根部及び翼部内にあり、それらを
通る冷却空気の流れを維持するための空気通路
と、翼部からの冷却空気に排出経路を与える構成
を有する先端部と、を備えたタービンロータ羽根
であつて、前記先端部は、半径方向外向きに面し
た先端空胴に境界を付けるため、実質的に前記翼
部から半径方向外向きに伸びた先端側壁部を有し
ており、前記先端側壁部は翼後縁の回りに伸びた
縁部と、該縁部から前記翼凹状側部及び凸状側部
に沿い翼前縁に向かつて実質的に伸びた夫々の部
分とを実質的に有しており、前記タービンロータ
羽根は、翼前縁に達しない位置にあり、前記凸状
側部と凹状側部との間の前記翼部を横切つて伸び
た閉塞した側壁部分を備えており、羽根先端表面
により形成された前記先端空胴の基部は翼部から
前記先端空胴内に冷却空気を吐き出すための開口
を有しており、前記タービンロータ羽根は、前記
先端空胴側壁の最外区域から半径方向内向きに位
置し、前記閉塞した側壁部分から翼前縁まで伸び
た前縁先端表面をさらに備えており、該前縁先端
表面は翼前縁近くの少なくとも１つの羽根冷却通
路を排気するための開口装置を有しており、前記
前縁先端表面は翼前縁近くの冷却材流をさえぎら
ないで側壁で囲まれた先端吐き出し空胴を与える
には狭過ぎるタービンロータ羽根。