WO2011092917A1 - 分割環冷却構造およびガスタービン - Google Patents

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WO2011092917A1 PCT/JP2010/069054 JP2010069054W WO2011092917A1 WO 2011092917 A1 WO2011092917 A1 WO 2011092917A1 JP 2010069054 W JP2010069054 W JP 2010069054W WO 2011092917 A1 WO2011092917 A1 WO 2011092917A1
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cooling
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divided body
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豪通 小薮
羽田　哲
正田　淳一郎
敬三 塚越
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure for a split ring applied to a gas turbine and a gas turbine.
  • FIG. 6 shows an overall configuration diagram of the gas turbine.
  • the gas turbine 1 includes a compressor 2 that compresses combustion air, a combustor 3 that injects and burns fuel FL into the compressed air sent from the compressor 2, and generates combustion gas.
  • the turbine unit 4, the generator 6, the compressor 2, the turbine unit 4, and the generator 6, which are provided downstream of the combustion gas flow direction and are driven by the combustion gas FG exiting the combustor 3, are integrated. It is comprised with the rotating shaft 5 to fasten.
  • FIG. 7 is a diagram showing an internal structure relating to the turbine section 4 of the gas turbine 1.
  • the gas turbine 1 supplies the combustion gas FG generated by the combustor 3 to the turbine stationary blade 7 and the turbine rotor blade 8, and rotates the turbine rotor blade 8 around the rotating shaft 5 to convert the rotational energy into electric power. is doing.
  • the turbine stationary blades 7 and the turbine rotor blades 8 are alternately arranged from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the combustion gas FG.
  • a plurality of turbine rotor blades 8 are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft 5 and rotate integrally with the rotating shaft 5.
  • FIG. 8 shows a cross section of the main part of a conventional split ring.
  • the split ring 40 is composed of a plurality of split bodies 41 and is formed in an annular shape around the rotation shaft 5.
  • the divided body 41 is supported in the vehicle compartment 47 via the hook 42 and the heat shield ring 46.
  • the collision plate 44 supported from the heat shield ring 46 includes a plurality of small holes 45, and the cooling air CA supplied to the passenger compartment blows downward from the small holes 45, so that the main body (bottom surface) of the divided body 41 is formed. Cool impingement on top surface.
  • the divided body 41 is provided with a plurality of cooling passages 57 and 58 in the axial direction of the rotary shaft 5 toward the upstream end face and the downstream end face in the flow direction of the combustion gas FG.
  • the cooling air CA after impingement cooling flows to the upstream side and the downstream side in the axial direction of the rotary shaft 5 through the cooling flow paths 57 and 58 in the main body of the divided body 41, and the upstream end portion of the divided body 41. And the convection cooling is performed on the downstream end.
  • a split ring 40 is disposed on the outer peripheral side of the turbine rotor blade 8, and a certain gap is provided between the split ring 40 and the tip of the turbine rotor blade 8 in order to avoid mutual interference.
  • the divided bodies 41 adjacent to each other are arranged so that the side end portions 51 and 52 face each other. Further, the turbine rotor blade 8 rotates from the right direction to the left direction on the paper surface of FIG. 9 about the rotation shaft 5 (rotation direction R). Further, in order to prevent the combustion gas FG from leaking from the gap G between the side end portions 51 and 52 to the vehicle compartment side, a seal plate 53 is inserted in the side end portions 51 and 52 in the axial direction of the rotary shaft 5. .
  • the high-temperature combustion gas entrained by the rotation of the turbine rotor blade 8 stays on the inner peripheral side of the seal plate 53, the outer surface temperature of the divided body 41 rises, and oxidation is reduced at the corners of the divided body 41. Meat is easy to advance.
  • the cooling flow paths 55 and 56 are arranged on both sides of the side end portions 51 and 52 of the adjacent divided bodies 41 so that the cooling air CA hits the side end portions 51 and 52 facing each other. is doing.
  • the cooling air CA after impingement cooling the main body of the divided body is supplied to the side end portion 51 on the front side in the rotation direction of the rotating shaft 5, and the gap between the side end portions 51 and 52 via the cavity 54.
  • a cooling flow passage 55 for blowing out into the G combustion gas is provided.
  • a cooling flow path 56 for blowing cooling air CA after impingement cooling into the gap between the side end portions 51 and 52 is also provided at the side end portion 52 on the rear side in the rotation direction of the adjacent divided body 41. .
  • the cooling flow paths 55 and 56 of the side end portions 51 and 52 on both sides are arranged so as to blow out toward the lower corners of the side end portions 51 and 52 of the adjacent divided bodies 41.
  • the combination of the cooling flow channel 55 of the front side end 51 and the cooling flow channel 56 of the rear side end 52 allows the side ends 51 and 52 to be convectively cooled and the side ends 51 and 52 to be cooled.
  • the staying gas in the gap portion is purged into the combustion gas FG, and the atmospheric gas is cooled, so that the corners of the side end portions 51 and 52 of the divided body 41 are prevented from being oxidized and thinned.
  • Patent Document 1 shows an example of the above-described split ring cooling structure.
  • the cooling structure of the gap G of the divided body 41 described above the atmospheric gas staying in the gap G between the side end portions 51 and 52 of the divided body 41 is cooled, and oxidation and thinning of the corners of the divided body 41 are performed.
  • the amount of cooling air for purge is increased and the thermal efficiency of the gas turbine is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and prevents oxidation and thinning of the divided body 41 and reduces the amount of cooling air that cools the side end portions 51 and 52 of the divided body 41.
  • An object of the present invention is to provide a split ring cooling structure and a gas turbine that improve the thermal efficiency of the entire turbine.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the divided ring cooling structure of the present invention includes a plurality of divided bodies arranged in an annular shape around a rotation axis, and a seal plate that seals a gap between opposing side end portions along the rotation axis direction of the adjacent divided bodies.
  • the divided body is disposed in the axial direction of the rotation shaft of the main body of the divided body, and is disposed close to the side end portion on the rear side in the rotation direction.
  • the first region cooling channel and the second region cooling channel disposed forward of the first region in the rotational direction and having a smaller channel cross-sectional area than the first region cooling channel.
  • a first cooling flow path formed from the flow path and one side end in a direction substantially orthogonal to the first cooling flow path, and cooling air toward the side end of the adjacent divided body And a second cooling channel that blows out the air, and an axial direction of the rotary shaft outside the first cooling channel at the upstream end of the divided body in the radial direction.
  • a cooling space surrounded by a collision plate having a plurality of small holes and a main body of the divided body and a first cavity disposed substantially orthogonal to the axial direction of the rotating shaft at the upstream end.
  • a cooling passage in the first region, the cooling passage in the first region being disposed adjacent to the second cooling passage of the adjacent divided body.
  • the cooling capacity of the cooling channel in the first region is increased and the rear in the rotation direction is increased.
  • the cooling of the side end portion on the side is strengthened, and the cooling air blown out from the rear side end portion into the combustion gas in the gap portion can be omitted.
  • the convection cooling of the side end portion is performed by bringing the cooling channel of the first region close to the side end portion, the film cooling by the cooling air blown out from the side end portion of the adjacent divided body is reinforced, The cooling performance in the vicinity of the corner of the part is further enhanced.
  • the cooling of the divided body is further strengthened by providing the third cooling channel on the radially outer side of the upstream end portion of the divided body. Therefore, oxidation and thinning of the divided body, in particular, the corners of the side end portions are prevented, the amount of cooling air in the entire divided body is reduced, and the thermal efficiency of the gas turbine is improved.
  • the present invention relates to a gas turbine formed from a plurality of divided members arranged annularly around a rotating shaft, and a seal plate that seals a gap between opposing side end portions along the rotating shaft direction of the adjacent divided members.
  • the divided ring cooling structure according to claim 1 wherein the divided body is disposed in an axial direction of a rotation shaft of a main body of the divided body, and is disposed in the vicinity of a side end portion on a rear side in the rotation direction. And a cooling channel in a second region that is disposed forward of the cooling channel in the first region in the rotational direction and has a larger arrangement pitch than the cooling channel in the first region.
  • a first cooling flow path and a second cooling flow path that is disposed at one side end in a direction substantially orthogonal to the first cooling flow path and blows cooling air toward the side end of the adjacent divided body And provided in the axial direction of the rotary shaft outside the first cooling channel at the upstream end of the divided body in the radial direction, A third cooling flow that connects a cooling space surrounded by a body body and a collision plate having a large number of small holes and a first cavity disposed substantially orthogonal to the axial direction of the rotation shaft at the upstream end.
  • a cooling channel in the first region is disposed adjacent to the second cooling channel of the adjacent divided body.
  • the cooling capacity of the cooling passages in the first region is increased and rotated.
  • the cooling of the side end on the rear side in the direction is strengthened, and the cooling air blown out from the side end on the rear side into the combustion gas in the gap portion can be omitted.
  • the convection cooling of the side end portion is performed by bringing the cooling channel of the first region close to the side end portion, the film cooling by the cooling air blown out from the side end portion of the adjacent divided body is reinforced, The cooling performance in the vicinity of the corner of the part is further enhanced.
  • the cooling of the divided body is further strengthened by providing the third cooling flow path above the upstream end portion of the divided body. Therefore, oxidation and thinning of the divided body, in particular, the corners of the side end portions are prevented, the amount of cooling air in the entire divided body is reduced, and the thermal efficiency of the gas turbine is improved.
  • the second cooling channel of the present invention may be disposed at least at a side end portion on the front side in the rotation direction of the rotation shaft.
  • the side end portion on the front side in the rotational direction which is likely to become high temperature, is cooled, and oxidation and thinning in the vicinity of the side end portion on the front side can be prevented.
  • the second cooling flow path of the present invention may be provided with an inclination that blows out toward the lower corner of the side end of the adjacent divided body.
  • the second cooling flow path has a downward inclination
  • the blown out cooling air hits the lower corner of the adjacent side end, and the vicinity of the corner of the divided body is film-cooled. Oxidation and thinning of exposed corners can be prevented.
  • the present invention may include a structure in which the first cooling channel and the third cooling channel are folded back in the axial direction of the rotating shaft via the first cavity, and the first cooling channel is connected to the first cavity. You may arrange
  • the first cooling channel and the third cooling channel have a structure in which the first cooling channel and the third cooling channel are folded back in the axial direction of the rotating shaft, and the third cooling channel passes through the split body main body in the axial direction. Since the end is open to the downstream end, a long cooling channel is formed in the axial direction of the rotating shaft, the divided body is efficiently cooled, and the amount of cooling air can be further reduced.
  • the present invention may be a gas turbine provided with the above-described split ring cooling structure.
  • the cooling air amount of the split ring is reduced and the air amount can be optimized, so that the thermal efficiency of the entire gas turbine is improved.
  • oxidation and thinning of the side end of the main body of the divided body can be prevented, and the amount of cooling air at the side end can be reduced.
  • segmentation ring is reduced, and the thermal efficiency of the whole gas turbine improves.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a split ring according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan sectional view of the divided body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the divided body according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the divided body according to the second embodiment.
  • FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the side end portion of the divided body (detailed portion A of FIG. 3).
  • FIG. 6 shows the overall configuration of the gas turbine.
  • FIG. 7 shows the internal structure of the turbine section.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a conventional split ring.
  • FIG. 9 shows an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a side end portion of a conventional divided body.
  • Example 1 will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 and FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 1 shows a cross section of the main part of a split ring of a gas turbine.
  • the split ring 10 is a constituent member of the turbine unit 4 supported by the casing 47 and includes a plurality of split bodies 11 that are arranged in the circumferential direction of the rotating shaft 5 and have an annular shape.
  • the divided body 11 is arranged such that a certain gap is secured between the inner peripheral surface 12 b of the main body (bottom plate) 12 of the divided body 11 and the tip 8 a of the turbine rotor blade 8. Yes.
  • the divided body 11 is made of, for example, a heat resistant nickel alloy.
  • the main body 12, the hook 42, and the collision plate 44 are the main components of the divided body 11.
  • the divided body 11 is attached to the heat shield ring 46 via hooks 42 provided on the upstream side and the downstream side in the flow direction of the combustion gas FG, and is supported in the vehicle compartment 47 via the heat shield ring 46.
  • the divided body 11 includes a main body 12, a collision plate 44, a hook 42, and side end portions 18 and 19 provided on the front side and the rear side in a direction substantially orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 5 (see FIG. 2).
  • the cooling space 32 is a space formed in the divided body 11 and in contact with the upper surface 12 a side of the main body of the divided body 11.
  • the upper part of the cooling space 32 is partitioned by a collision plate 44, and the collision plate 44 is provided with a large number of small holes 45 through which the cooling air CA passes.
  • a receiving space 31 into which the cooling air CA in the passenger compartment 47 is introduced through the supply hole 48 is disposed outside the collision plate 44 in the radial direction.
  • the cooling air CA supplied into the receiving space 31 is blown into the cooling space 32 from the small holes 45 in a state where the pressure is uniformly equalized to substantially the same pressure, and impinges the upper surface 12a of the main body 12 of the divided body 11. Cooling.
  • FIG. 2 is a plan cross-sectional view of the divided body 11 when the direction of the rotation axis is viewed from the outside of the vehicle compartment 47.
  • the cooling structure of the main body of the divided body 11 will be described with reference to FIG.
  • a first cavity 20 is disposed in the upstream end portion 16 on the upstream side in the flow direction of the combustion gas FG and in a direction substantially orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 5.
  • a plurality of main body cooling channels 21 penetrates the main body 12 of the divided body 11 from the first cavity 20 in the axial direction of the rotating shaft 5, and is downstream on the downstream side in the flow direction of the combustion gas FG. It opens to the end surface 17a.
  • an upstream end cooling channel 26 (third cooling channel) that connects the cooling space 32 and the first cavity 20 is disposed at the upstream end portion 16 of the divided body 11.
  • the main body cooling channel 21 (first cooling channel) communicates with the first cavity 20.
  • an upstream end cooling channel 26 (third cooling channel) is disposed outside the main body 12 of the divided body 11 in the radial direction, and the upstream end cooling channel 26 (third cooling channel) is arranged.
  • a main body cooling channel 21 (first cooling channel) is arranged inside in the radial direction.
  • main body cooling flow path 21 first cooling flow path
  • upstream end cooling flow path 26 third cooling flow path
  • main body cooling flow path 21 first cooling flow path
  • upstream end cooling flow path 26 third cooling flow path
  • the first cavity 20 serves as a manifold that connects the main body cooling channel 21 (first cooling channel) and the upstream end cooling channel 26 (third cooling channel).
  • FIG. 3 shows a cross section of the divided body 11 as viewed from the direction of the rotation axis 5.
  • the main body cooling channel 21 (first cooling channel) is formed of a plurality of multi-hole type cooling channels, and the first region cooling channel 24 having a large channel cross-sectional area and the first region cooling channel.
  • the cooling channel 25 is formed in the second region having a channel cross-sectional area smaller than 24.
  • the main body cooling channel 21 (first cooling channel) includes a cooling channel 25 in the second region and a cooling channel in the first region from the side end 18 on the front side in the rotational direction to the side end 19 on the rear side. Arranged in the order of 24.
  • the number of cooling channels 24 in the first region may be one or more.
  • the range of the cooling flow path 24 arranged in the first area is indicated by area Z1, and the range of the cooling flow path 25 arranged in the second area is indicated by area Z2.
  • the cooling flow path 24 in the first region is arranged in parallel with the side end portion 19 in the vicinity of the side end portion 19 on the rear side in the rotational direction, in particular, the lower corner portion 19a of the side end portion 19.
  • the cooling flow path 24 in the first region is the axial direction of the rotating shaft 5, like the cooling flow path 25 in the second region, and one end communicates with the first cavity 20, and the other end is the downstream end surface 17 a. Open in the combustion gas.
  • the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path) has a circular flow path, and has the same arrangement from the upstream side (upstream side end) to the downstream side (downstream side end) in the flow direction of the combustion gas. It is desirable to arrange at a pitch.
  • the channel shape may be an elliptical shape, a rectangular shape, or a slit-like long hole shape. Except for the cooling channel 24 in the first region, the opening area of each channel has the same cross-sectional area.
  • the side end 18 of the divided body 11 on the front side in the rotation direction R of the rotating shaft 5 is connected to the second cavity 22 from the cooling space 32 through the communication path 27, and the second cavity
  • a side end cooling flow path 23 (second cooling flow path) communicating from 22 to the combustion gas FG is disposed.
  • the side end cooling channel 23 (second cooling channel) is arranged in a direction substantially orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 5, but the cooling channel (inclined with respect to the axial direction of the rotating shaft 5) ( (Slope channel).
  • the side end cooling flow path 23 (second cooling flow path) has a circular flow path, has the same hole diameter, and the same arrangement pitch from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the combustion gas FG. It is desirable to arrange.
  • the channel shape may be an elliptical shape, a rectangular shape, or a slit-like long hole shape.
  • FIG. 5 shows an enlarged cross section near the side end portion of the adjacent divided body 11.
  • the side ends 18 and 19 of the divided body 11 arranged so as to face each other rotate so that the combustion gas does not leak from the gap G formed between the side ends 18 and 19 to the vehicle compartment 47 side.
  • a seal plate 53 is disposed in the axial direction of the shaft 5.
  • the cooling air CA after impingement cooling is supplied from the cooling space 32 to the second cavity 22 through the communication path 27 to the side end 18 on the front side in the rotation direction of the rotating shaft 5.
  • a side end cooling channel 23 (second cooling channel) that is blown out into the combustion gas in the gap G portion between the side ends 18 and 19 is provided.
  • the side end cooling flow path 23 (second cooling flow path) has a downward inclination toward the front side in the rotational direction so that the blown out cooling air CA hits the corner 19a of the side end 19 of the adjacent divided body 11. I have.
  • the cooling air CA blown to the corner 19a of the side end 19 flows along the lower surface of the divided body 11 from the vicinity of the corner 19a of the side end in the direction indicated by the arrow in FIG. Playing a role.
  • the side edge portion 19 on the rear side in the rotation direction of the adjacent divided body 11 does not include a cooling channel that blows out directly to the gap G portion as shown in Patent Document 1 described above, and the cooling channel in the first region. 24 is disposed in the vicinity of the lower corner 19a of the side end 19 on the rear side. That is, the outer surface in the vicinity of the corner 19a of the side end 19 on the rear side in the rotation direction of the divided body is the side end cooling channel 23 (second cooling channel) of the side end 18 of the adjacent divided body 11.
  • the film is cooled by the cooling air CA blown from the side, and the side end 19 itself is convectively cooled by the cooling channel 24 in the first region.
  • the cooling method of the split ring and the cooling air supply method in the present embodiment will be described below.
  • the cooling air CA from the passenger compartment 47 is supplied to each divided body through the supply hole 48.
  • the cooling air is blown into the cooling space 32 from the small holes 45 of the collision plate 44 arranged in the divided body, and impingement cools the upper surface of the divided body 12.
  • the cooling air CA after impingement cooling is supplied from the upstream end cooling channel 26 (third cooling channel) to the first cavity 20
  • the upper part of the upstream end 16 is convectively cooled.
  • the cooling air CA supplied to the first cavity 20 flows through the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path) penetrating the main body 12 of the divided body 11 in the axial direction of the rotating shaft 5, and reaches the downstream end face.
  • the main body 12 is convectively cooled when discharged into the combustion gas from 17a. Since the cooling flow path 24 in the first region is closer to the side end portion 19 on the rear side in the rotation direction of the rotary shaft 5 than the cooling flow path 25 in the second region, and the flow passage cross-sectional area is large, The cooling capacity is larger than that of the cooling channel 25. Therefore, the cooling effect in the vicinity of the corner portion 19a of the side end portion 19 on the rear side is great.
  • the cooling air CA supplied from the cooling space 32 to the second cavity 22 is supplied to the side end cooling channel 23 (second cooling channel) and discharged to the gap portion G of the divided body 11,
  • the side end 22 on the front side is convectively cooled, and the combustion gas in the gap G is purged to cool the ambient gas.
  • the cooling air CA is discharged from the side end cooling flow path 23 (second cooling flow path) having a downward inclination, and blown to the corner 19a of the side end 19 on the rear side of the adjacent divided body 11. Then, the vicinity of the corner 19a and the inner peripheral surface of the downstream divided body 11 are film-cooled.
  • the side end 18 on the front side in the rotational direction is convectively cooled by the cooling air CA from the side end cooling flow path 23 (second cooling flow path).
  • the side end 19 on the opposite rear side of the adjacent divided body 11 is divided into the film cooling effect and the division in the vicinity of the corner 19a by the cooling air CA blown out from the side end cooling channel 23 (second cooling channel).
  • the convection cooling effect by the cooling flow path 24 in the first region disposed in the side end portion 19 on the rear side of the body 11 is combined in a superimposed manner, so that the vicinity of the rear side end portion 19 is efficiently cooled. .
  • the side edge cooling channel 23 (second cooling channel) of the gap G portion of the divided body 11 and the cooling channel 24 of the first region of the adjacent divided body 11 are combined on both sides of the gap G portion.
  • the cooling performance of the end portions 18 and 19 is improved, and the amount of cooling air is reduced.
  • the divided body 11 has a folded back structure in the axial direction of the rotary shaft 5 by a combination of the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path) and the upstream end cooling flow path 26 (third cooling flow path).
  • the cooling performance of the divided body 11 is further improved. That is, the combustion gas FG flowing around the divided body 11 has the highest combustion gas pressure in the vicinity of the upstream end on the upstream side in the flow direction of the combustion gas FG, and the combustion gas pressure in the vicinity of the downstream end face on the downstream side. The lowest. Therefore, in the axial direction of the rotating shaft 5, the cooling space 32 flows through the upstream end cooling flow path 26 (third cooling flow path) and is supplied to the first cavity 20, and further the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path).
  • the cooling air CA discharged from the downstream end surface 17a through the air) makes maximum use of the differential pressure between the cooling air CA supplied from the vehicle compartment 47 side and the cooling air discharged from the downstream end surface.
  • the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path) arranged in the axial direction of the rotating shaft 5 uses the maximum differential pressure and the cooling flow path is longest in the axial direction of the rotating shaft 5. Since it can be formed, the cooling performance is high and the amount of cooling air can be reduced as compared with the prior art. That is, the amount of cooling air flowing through the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path) is axial in comparison with the cooling flow paths 57 and 58 arranged in the axial direction within the main body of the divided body 11 shown in FIG. The amount of cooling air is reduced by extending the length of the flow path and using the maximum differential pressure.
  • the cooling air CA flowing through the main body cooling channel 21 cools the upstream end 16 and the main body 12 by convection after the main body 12 of the divided body 11 is impingement cooled, and the rear side. Since the vicinity of the side end 19 on the side is convectively cooled, the cooling air is reused as much as possible, and the main body of the divided body 11 is efficiently cooled.
  • the cooling channel 57 at the upstream end is opened at the upstream end surface where the combustion gas pressure is the highest, so that the differential pressure from the cooling air CA is sufficiently high. Since the cooling air CA is discharged into the combustion gas FG without being usable, the amount of cooling air increases, and the cooling performance is reduced as compared with the present invention.
  • the cooling flow path 24 in the first region constitutes a part of the main body cooling flow path 21 (first cooling flow path), and the cooling capacity is enhanced by increasing the cross-sectional area of the flow path, and the side end on the rear side.
  • the cooling capacity 19 close to the side end 19 is enhanced. That is, it is equivalent to the prior art by eliminating the blown air to the gap G portion of the rear side end portions 18 and 19 and using the air used for the cooling air CA flowing through the cooling passage 24 in the first region.
  • the cooling air amount of the divided body can be reduced while having the cooling capacity of.
  • the cooling air which blows out directly from the cooling flow path 56 of the side end portion 19 on the rear side in the rotational direction shown in Patent Document 1 to the gap between the side end portions 18 and 19 is in a direction opposite to the rotational direction of the turbine blade 8.
  • the loss of the turbine rotor blade 8 is eliminated by eliminating the cooling passage 56, and the thermal efficiency of the turbine is improved. There is.
  • the atmospheric gas in the gap G portion between the side end portions 18 and 19 is purged, and the temperature of the atmospheric gas decreases. Further, as described above, the cooling capacity of the gap G portion between the side end portions 18 and 19 of the divided body 11 is enhanced, and the amount of cooling air is reduced. As a result, oxidation and thinning in the vicinity of the side end portions 18 and 19 of the divided body 11 are prevented, the amount of cooling air in the entire divided body 11 is reduced, and the thermal efficiency of the gas turbine is improved.
  • Example 2 will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the configuration of the cooling channel 24 in the first region is different. That is, the cooling channel 24 in the first region is circular in shape and arranged with the same hole diameter as the cooling channel 25 in the second region. The difference is that the cooling capacity is increased by making it smaller than the flow path 25.
  • the cooling channel may have an elliptical shape, a rectangular shape, or a slit-like long hole shape. Except for the channel 24 in the first region, the opening area of each channel has the same cross-sectional area.
  • the cooling structure shown in FIG. 5 can be applied except for the configuration of the cooling flow path 24 in the first region of the divided body 11.
  • the present embodiment is the same as the first embodiment in that the cooling capacity of the cooling flow path 24 in the first region is larger than that of the cooling flow path 25 in the second region. Same as 1.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
  • the split ring cooling structure and gas turbine of the present invention it is possible to prevent oxidation and thinning of the side end of the main body of the split body, and to reduce the amount of cooling air at the side end. Thereby, the cooling air quantity of the whole division

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Abstract

　ガスタービンの分割環冷却構造であって、分割体の回転軸の軸方向に配設された第１冷却流路と、該第１冷却流路に略直交する方向の一方の側端部に配設され、隣接する分割体の側端部に向かって冷却空気を吹き出す第２冷却流路と、前記分割体と多数の小孔を備えた衝突板に囲まれた冷却空間と前記上流側端部において回転軸の軸方向に略直交して配設された第１キャビティとを連結する第３冷却流路とを備え、前記第１冷却流路は、回転方向の後方側の側端部に近接して配設された第１領域の冷却流路と、該第１領域の冷却流路より回転方向の前方側に配設された第２領域の冷却流路とを有し、前記第２領域の冷却流路は、前記第１領域の冷却流路より流路断面積が小さく、または配列ピッチが大きく形成され、前記第１領域の冷却流路は、隣接する分割体の第２冷却流路に近接して配設されている。

Description

分割環冷却構造およびガスタービン
　本発明は、ガスタービンに適用される分割環の冷却構造およびガスタービンに関する。
　従来、発電等に用いられるガスタービンは、タービン部を高温高圧の燃焼ガスが通過するため、安定した運転を継続するためには分割環等の冷却が重要となる。特に、近年はガスタービンの熱効率の向上のため、更なる燃焼ガスの高温化が進みつつあり、一段の冷却能力の強化が必要とされている。
　図６は、ガスタービンの全体構成図を示す。ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２から送られてきた圧縮空気に燃料ＦＬを噴射させて燃焼させ、燃焼ガスを発生させる燃焼器３と、燃焼器３の燃焼ガスの流れ方向の下流側に設けられ、燃焼器３を出た燃焼ガスＦＧにより駆動されるタービン部４と、発電機６と、圧縮機２とタービン部４と発電機６とを一体に締結する回転軸５とで構成されている。
　図７は、ガスタービン１のタービン部４に関する内部構造を示す図である。
　ガスタービン１は、燃焼器３で発生させた燃焼ガスＦＧをタービン静翼７及びタービン動翼８に供給し、タービン動翼８を回転軸５の廻りに回転させて、回転エネルギーを電力に変換している。タービン静翼７およびタービン動翼８は、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側から下流側に向かって交互に配置されている。また、タービン動翼８は、回転軸５の周方向に複数配置され、回転軸５と一体となって回転している。
　図８は、従来の分割環の要部断面を示す。分割環４０は、複数の分割体４１で構成され、回転軸５の廻りに環状に形成されている。分割体４１は、フック４２および遮熱環４６を介して車室４７に支持されている。また遮熱環４６から支持される衝突板４４は、複数の小孔４５を備え、車室へ供給された冷却空気ＣＡが小孔４５から下方に吹き出して、分割体４１の本体（底面）の上面をインピンジメント冷却する。また分割体４１には、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側端面及び下流側端面に向かって回転軸５の軸方向に複数の冷却流路５７、５８が設けられている。インピンジメント冷却後の冷却空気ＣＡは、分割体４１の本体内で冷却流路５７、５８を介して回転軸５の軸方向の上流側及び下流側に流れて、分割体４１の上流側端部及び下流側端部を対流冷却している。また、タービン動翼８の外周側には分割環４０が配置され、分割環４０とタービン動翼８の先端との間には、相互の干渉を避けるため、一定の隙間が設けられている。
　図９に示すように、互いに隣接する分割体４１は、側端部５１、５２同士が互いに対向するように配置されている。また、タービン動翼８は、回転軸５を中心に図９の紙面上で右方向から左方向に向かって回転している（回転方向Ｒ）。更に、燃焼ガスＦＧが側端部５１、５２の隙間Ｇから車室側に漏れ出すのを防止するため、側端部５１、５２にシール板５３が回転軸５の軸方向に挿入されている。
　そのため、シール板５３の内周側には、タービン動翼８の回転により巻き込まれた高温燃焼ガスが滞留して、分割体４１の外表面温度が上昇し、分割体４１の角部で酸化減肉が進みやすい。これを回避するため、隣り合う分割体４１の側端部５１、５２の両側に冷却流路５５、５６を配置して、互いに冷却空気ＣＡが対向する側端部５１、５２に当るように配置している。
　すなわち、回転軸５の回転方向の前方側の側端部５１には、分割体の本体をインピンジメント冷却した後の冷却空気ＣＡが供給され、キャビティ５４を介して側端部５１、５２の隙間Ｇの燃焼ガス中に吹き出す冷却流路５５が配設されている。一方、隣接する分割体４１の回転方向の後方側の側端部５２にも、インピンジメント冷却後の冷却空気ＣＡを側端部５１、５２の隙間に吹き出す冷却流路５６が配設されている。両側の側端部５１、５２の冷却流路５５、５６は、互いに隣接する分割体４１の側端部５１、５２の下側の角部に向けて吹き出すように配設されている。前方側の側端部５１の冷却流路５５と後方側の側端部５２の冷却流路５６の組み合わせにより、それぞれの側端部５１、５２が対流冷却されるとともに、側端部５１、５２の隙間部分の滞留ガスが燃焼ガスＦＧ中にパージされ、雰囲気ガスを冷却して、分割体４１の側端部５１、５２の角部の酸化、減肉が防止される。
　特許文献１には、前述した分割環冷却構造の一例が示されている。
特開２００４－１００６８２号公報
　しかし、前述した分割体４１の隙間Ｇの冷却構造によれば、分割体４１の側端部５１、５２の隙間Ｇに滞留した雰囲気ガスが冷却され、分割体４１の角部の酸化、減肉を防止できるが、パージ用の冷却空気量が増加して、ガスタービンの熱効率を低下させるという問題点があった。
　本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので、分割体４１の酸化、減肉を防止するとともに、分割体４１の側端部５１、５２を冷却する冷却空気量の低減を図り、ガスタービン全体の熱効率を向上させる分割環冷却構造およびガスタービンを提供することを目的としている。
　本発明は、上記の問題点を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の分割環冷却構造は、回転軸廻りに環状に配設された複数の分割体と、隣接する該分割体の回転軸方向に沿う対向する側端部の隙間をシールするシール板とから形成されるガスタービンの分割環冷却構造であって、前記分割体は、該分割体の本体の回転軸の軸方向に配設され、回転方向の後方側の側端部に近接して配設された第１領域の冷却流路と、該第１領域の冷却流路より回転方向の前方側に配設され、前記第１領域の冷却流路より流路断面積が小さい第２領域の冷却流路と、から形成される第１冷却流路と、該第１冷却流路に略直交する方向の一方の側端部に配設され、隣接する分割体の側端部に向かって冷却空気を吹き出す第２冷却流路と、前記分割体の上流側端部の前記第１冷却流路より径方向の外側で回転軸の軸方向に設けられ、前記分割体の本体と多数の小孔を備えた衝突板に囲まれた冷却空間と前記上流側端部において回転軸の軸方向に略直交して配設された第１キャビティを連結する第３冷却流路と、を備え、前記第１領域の冷却流路は、隣接する分割体の第２冷却流路に近接して配設されている。
　本発明によれば、第１領域の冷却流路の断面積を第２領域の冷却流路より大きくしているので、第１領域の冷却流路の冷却能力が増加して、回転方向の後方側の側端部の冷却が強化され、後方側の側端部から隙間部分の燃焼ガス中に吹き出す冷却空気を省略できる。また、第1領域の冷却流路を側端部に近接させて側端部を対流冷却しているので、隣接する分割体の側端部から吹き出す冷却空気によるフィルム冷却を補強して、側端部の角部近傍の冷却性能が一層強化される。また、分割体の上流側端部の径方向の外側に第３冷却流路を備えることにより分割体の冷却が一層強化される。そのため、分割体、特に側端部の角部の酸化、減肉を防止されるとともに、分割体全体の冷却空気量が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。
　本発明は、回転軸廻りに環状に配設された複数の分割体と、隣接する該分割体の回転軸方向に沿う対向する側端部の隙間をシールするシール板とから形成されるガスタービンの分割環冷却構造であって、前記分割体は、該分割体の本体の回転軸の軸方向に配設され、回転方向の後方側の側端部に近接して配設された第１領域の冷却流路と、該第１領域の冷却流路より回転方向の前方側に配設され、前記第１領域の冷却流路より配列ピッチが大きい第２領域の冷却流路と、から形成される第１冷却流路と、該第１冷却流路に略直交する方向の一方の側端部に配設され、隣接する分割体の側端部に向かって冷却空気を吹き出す第２冷却流路と、前記分割体の上流側端部の前記第１冷却流路より径方向の外側で回転軸の軸方向に設けられ、前記分割体の本体と多数の小孔を備えた衝突板に囲まれた冷却空間と前記上流側端部において回転軸の軸方向に略直交して配設された第１キャビティを連結する第３冷却流路と、を備え、前記第１領域の冷却流路は、隣接する分割体の第２冷却流路に近接して配設されている。
　本発明によれば、第１領域の冷却流路の配列ピッチを第２領域の冷却流路の配列ピッチより小さくしているので、第１領域の冷却流路の冷却能力が増加して、回転方向の後方側の側端部の冷却が強化され、後方側の側端部から隙間部分の燃焼ガス中に吹き出す冷却空気を省略できる。また、第1領域の冷却流路を側端部に近接させて側端部を対流冷却しているので、隣接する分割体の側端部から吹き出す冷却空気によるフィルム冷却を補強して、側端部の角部近傍の冷却性能が一層強化される。また、分割体の上流側端部の上方側に第３冷却流路を備えることにより分割体の冷却が一層強化される。そのため、分割体、特に側端部の角部の酸化、減肉を防止されるとともに、分割体全体の冷却空気量が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。
　本発明の第２冷却流路は、少なくとも回転軸の回転方向の前方側の側端部に配設されていてもよい。
　この場合、高温に成り易い回転方向の前方側の側端部が冷却され、前方側の側端部近傍の酸化、減肉が防止できる。
　本発明の第２冷却流路は、隣接する分割体の側端部の下側角部に向かって吹き出すような傾きを備えていてもよい。
　この場合、第２冷却流路に下向きの傾きを持たせたので、吹き出した冷却空気が隣接する側端部の下側の角部にあたり、分割体の角部近傍をフィルム冷却するので、高温に曝される角部の酸化、減肉が防止できる。
　本発明は、第１冷却流路と第３冷却流路が、第１キャビティを介して回転軸の軸方向に折り返した構造を備えていてもよく、第１冷却流路は、第１キャビティから分割体の本体を回転軸の軸方向に貫通して、下流側端面に開口するように配置されていてもよい。
　この場合、第１冷却流路と第３冷却流路が、第１キャビティを介して回転軸の軸方向に折り返した構造を備え、第３冷却流路は分割体本体を軸方向に貫通して末端が下流側端部に開口しているので、回転軸の軸方向に長い冷却流路が形成され、分割体本体が効率よく冷却され、冷却空気量が一層低減できる。
　本発明は、前述の分割環冷却構造を備えたガスタービンであってもよい。
　この場合、分割環の冷却空気量が減少し、空気量の適正化が図れるので、ガスタービン全体の熱効率が向上する。
　本発明によれば、分割体の本体の側端部の酸化、減肉を防止でき、側端部の冷却空気量が減少できる。これにより、分割環全体の冷却空気量が低減され、ガスタービン全体の熱効率が向上する。
図１は、実施例１に係わる分割環の要部断面図を示す。 図２は、実施例１に係わる分割体の平面断面図を示す。 図３は、実施例１に係わる分割体の断面図を示す。 図４は、実施例２に係わる分割体の断面図を示す。 図５は、分割体の側端部近傍の拡大断面図を示す（図３のＡ部詳細）。 図６は、ガスタービンの全体構成を示す。 図７は、タービン部の内部構造を示す。 図８は、従来の分割環の要部断面図を示す。 図９は、従来の分割体の側端部近傍の拡大断面図を示す。
　本発明に係る分割環冷却構造およびガスタービンについて、その実施例を図１～図７に基づいて以下に説明する。
　実施例１について、図１～図３、および図５～図７に基づき以下に説明する。タービン部は、背景技術の図６および図７で説明した内容と同一の構成であるので、詳細な説明は省略する。共通する部品名称および符号は、同一の名称および符号を使用する。
　図１は、ガスタービンの分割環の要部断面を示している。
　分割環１０は、車室４７に支持されたタービン部４の構成部材であって、回転軸５の周方向に配設されて環状をなす複数の分割体１１で構成される。分割体１１は、背景技術で説明したように、分割体１１の本体（底板）１２の内周面１２ｂとタービン動翼８の先端８ａの間に一定の隙間が確保されるように配置されている。分割体１１は、たとえば耐熱性ニッケル合金等から形成されている。
　分割体１１は、本体１２と、フック４２と、衝突板４４が、主要な構成要素である。分割体１１は、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側および下流側に設けられたフック４２を介して遮熱環４６に取り付けられ、遮熱環４６を介して車室４７に支持されている。分割体１１は、本体１２と、衝突板４４と、フック４２と、回転軸５の軸方向に略直交する方向の前方側及び後方側に設けられた側端部１８、１９（図２参照）により囲まれた冷却空間（以下、「冷却空間」と呼ぶ）３２を備える。冷却空間３２は、分割体１１内に形成され、分割体１１の本体の上面１２ａ側に接する空間である。
　冷却空間３２の上部は、衝突板４４で仕切られ、衝突板４４には、冷却空気ＣＡが通過する多数の小孔４５が設けられている。衝突板４４の径方向の外側には、車室４７内の冷却空気ＣＡが供給孔４８を介して導入される受入空間３１が配置されている。受入空間３１内に供給された冷却空気ＣＡは、全体が略同一の圧力に均圧化された状態で小孔４５から冷却空間３２内に吹き出し、分割体１１の本体１２の上面１２ａをインピンジメント冷却する。
　図２は、車室４７の外方側から回転軸方向を見た場合の分割体１１の平面断面図である。図２を参照して分割体１１の本体の冷却構造を説明する。分割体１１には、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側の上流側端部１６であって、回転軸５の軸方向に略直交する方向に第1キャビティ２０が配置されている。複数の本体冷却流路２１（第１冷却流路）が、第1キャビティ２０から分割体１１の本体１２を回転軸５の軸方向に貫通し、燃焼ガスＦＧの流れ方向の下流側の下流側端面１７ａに開口している。
　また、図１に示すように、分割体１１の上流側端部１６には、冷却空間３２と第１キャビティ２０を連結する上流端冷却流路２６（第３冷却流路）が配置され、第１キャビティ２０を介して本体冷却流路２１（第１冷却流路）に連通している。上流側端部１６では、分割体１１の本体１２の径方向の外側に上流端冷却流路２６（第３冷却流路）を配置し、上流端冷却流路２６（第３冷却流路）の径方向の内側には本体冷却流路２１（第１冷却流路）を配置している。更に、本体冷却流路２１（第１冷却流路）と上流端冷却流路２６（第３冷却流路）とは、第１キャビティ２０を介して折り返す構造となり、全体として回転軸５の軸方向に直列に繋がった冷却流路が形成されている。本体冷却流路２１（第１冷却流路）と上流端冷却流路２６（第３冷却流路）とにより、回転軸５の軸方向に冷却流路長が最も長くなるように流路が形成される。第１キャビティ２０は、本体冷却流路２１（第１冷却流路）と上流端冷却流路２６（第３冷却流路）とを繋ぐマニホールドの役割を果たしている。
　図３は、回転軸５方向から見た分割体１１の断面を示す。本体冷却流路２１（第１冷却流路）は、複数のマルチホール式の冷却流路で形成され、流路断面積が大きい第１領域の冷却流路２４と、第１領域の冷却流路２４より流路断面積が小さい第２領域の冷却流路２５で形成されている。本体冷却流路２１（第１冷却流路）は、回転方向の前方側の側端部１８から後方側の側端部１９にかけて、第２領域の冷却流路２５、第１領域の冷却流路２４の順に配列される。第１領域の冷却流路２４は、一本でもよいし、複数本でもよい。第１領域に配列される冷却流路２４の範囲を領域Ｚ１で表示し、第２領域に配列される冷却流路２５の範囲を領域Ｚ２で表示する。
　第１領域の冷却流路２４は、回転方向の後方側の側端部１９、特に側端部１９の下側の角部１９ａに近接させて、側端部１９に平行に配置されている。第１領域の冷却流路２４は、第２領域の冷却流路２５と同様に、回転軸５の軸方向であって、一端は第１キャビティ２０に連通し、他端は下流側端面１７ａで燃焼ガス中に開口している。
　本体冷却流路２１（第１冷却流路）は、円形状の流路を備え、燃焼ガスの流れ方向の上流側（上流側端部）から下流側（下流側端部）に向かって同じ配列ピッチで配置するのが望ましい。なお、流路形状は、円形状の他に、楕円形状でもよく、矩形形状でもよく、スリット状の長孔形状でもよい。第１領域の冷却流路２４を除き、各流路の開口面積は同じ断面積である。
　次に、分割体の側端部の冷却構造について以下に説明する。
　図２に示すように、回転軸５の回転方向Ｒの前方側の分割体１１の側端部１８には、冷却空間３２から連絡路２７を介して第２キャビティ２２に接続され、第２キャビティ２２から燃焼ガスＦＧ中に連通する側端部冷却流路２３（第２冷却流路）が配置されている。側端部冷却流路２３（第２冷却流路）は回転軸５の軸方向に略直交する方向に配置されているが、回転軸５の軸方向に対して傾きを備えた冷却流路（傾斜流路）であってもよい。
　また、側端部冷却流路２３（第２冷却流路）は、円形状の流路を備え、同一の孔径で、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側から下流側に向かって同じ配列ピッチで配置するのが望ましい。また、流路形状は、円形状の他に楕円形状でもよく、矩形形状でもよく、スリット状の長孔形状でもよい。
　次に、図５を用いて分割体の隙間部分の冷却構造を説明する。
　図５は、隣接する分割体１１の側端部近傍の拡大断面を示している。互いに対向するように配置された分割体１１の側端部１８、１９には、側端部１８、１９の間に形成される隙間Ｇから燃焼ガスが車室４７側に漏れないように、回転軸５の軸方向にシール板５３が配置されている。また、回転軸５の回転方向の前方側の側端部１８には、インピンジメント冷却後の冷却空気ＣＡが冷却空間３２から連絡路２７を介して第２キャビティ２２に供給され、第２キャビティ２２から側端部１８、１９の隙間Ｇ部分の燃焼ガス中に吹き出す側端部冷却流路２３（第２冷却流路）が配設されている。側端部冷却流路２３（第２冷却流路）は、吹き出した冷却空気ＣＡが隣接する分割体１１の側端部１９の角部１９ａにあたるように、回転方向の前方側に下向きの傾きを備えている。側端部１９の角部１９ａに吹き付けられた冷却空気ＣＡは、図５の矢印で示す方向に側端部の角部１９ａ近傍から分割体１１の下面に沿って流れ、角部近傍をフィルム冷却する役割を果たしている。
　一方、隣接する分割体１１の回転方向の後方側の側端部１９には、前述の特許文献１に示すような隙間Ｇ部分に直接吹き出す冷却流路は備えず、第１領域の冷却流路２４が後方側の側端部１９の下側の角部１９ａに近接させて配置されている。すなわち、分割体の回転方向の後方側の側端部１９の角部１９ａ近傍の外表面は、隣接する分割体１１の側端部１８の側端部冷却流路２３（第２冷却流路）から吹き出す冷却空気ＣＡによりフィルム冷却されるとともに、側端部１９自体は第１領域の冷却流路２４により対流冷却される。
　なお、図８及び図９に示す特許文献１の冷却構造では、分割体１１の側端部１９の全長に渡って配置される本発明の本体冷却流路２１（第１冷却流路）に相当する冷却流路が存在せず、部分的に冷却流路５７及び冷却流路５８が上流側端部及び下流側端部に配置されているにすぎない。また、特許文献１に示す分割体４１の回転方向の後方側の側端部には、前述のようにインピンジメント冷却後の冷却空気を側端部の隙間Ｇに直接吹き出す冷却流路５６を備え、側端部を対流冷却している。しかし、冷却流路５６を流れる冷却空気は、燃焼ガス中に直接排出されるため、冷却空気量の増加の原因になる。
　本実施例における分割環の冷却方法および冷却空気の供給方法を以下に説明する。車室４７からの冷却空気ＣＡは、供給孔４８を介して各分割体に供給される。冷却空気は、分割体内に配置された衝突板４４の小孔４５から冷却空間３２に吹き出し、分割体本体１２の上面をインピンジメント冷却する。インピンジメント冷却後の冷却空気ＣＡは、上流端冷却流路２６（第３冷却流路）から第１キャビティ２０に供給される際、上流側端部１６の上部を対流冷却する。更に、第１キャビティ２０に供給された冷却空気ＣＡは、分割体１１の本体１２を回転軸５の軸方向に貫通した本体冷却流路２１（第１冷却流路）を流れて、下流側端面１７ａから燃焼ガス中に排出される際、本体１２を対流冷却する。第１領域の冷却流路２４は、第２領域の冷却流路２５より回転軸５の回転方向の後方側の側端部１９に近接し、且つ流路断面積が大きいので、第２領域の冷却流路２５より冷却能力が大きい。従って、後方側の側端部１９の角部１９ａ近傍の冷却効果が大きい。
　一方、冷却空間３２より第２キャビティ２２に供給された冷却空気ＣＡは、側端部冷却流路２３（第２冷却流路）に供給され、分割体１１の隙間部分Ｇに排出される際、前方側の側端部２２を対流冷却するとともに、隙間Ｇ部分の燃焼ガスをパージして雰囲気ガスを冷却する。また、冷却空気ＣＡは、下向きの傾きを備えた側端部冷却流路２３（第２冷却流路）から排出され、隣接する分割体１１の後方側の側端部１９の角部１９ａに吹き付けられ、角部１９ａ近傍および下流側の分割体１１の内周面をフィルム冷却する。
　分割体１１の隙間Ｇ部分を構成する冷却構造のうち、回転方向の前方側の側端部１８は、側端部冷却流路２３（第２冷却流路）からの冷却空気ＣＡにより対流冷却される。また、隣接する分割体１１の対向する後方側の側端部１９は、側端部冷却流路２３（第２冷却流路）から吹き出した冷却空気ＣＡによる角部１９ａ近傍のフィルム冷却効果と分割体１１の後方側の側端部１９内に配設された第１領域の冷却流路２４による対流冷却効果が重畳的に組み合わされて、後方側の側端部１９近傍が効率よく冷却される。すなわち、特許文献１に示すような後方側の側端部１９から隙間Ｇに向けて冷却空気ＣＡが吹き出す冷却流路を廃止する代わりに、第１領域の冷却流路２４を側端部１９に近接させて配置することにより、側端部１９の対流冷却が強化され、特許文献１に示す従来の冷却方法と同程度の冷却能力を維持できる。
　すなわち、分割体１１の隙間Ｇ部分の側端部冷却流路２３（第２冷却流路）と隣接する分割体１１の第１領域の冷却流路２４の組合せにより、隙間Ｇ部分の両側の側端部１８、１９の冷却性能が改善され、冷却空気量が低減される。
　更に、分割体１１が、本体冷却流路２１（第１冷却流路）と上流端冷却流路２６（第３冷却流路）の組合せによる回転軸５の軸方向に折り返し構造を有する冷却流路を備えた場合には、分割体１１の冷却性能が更に改善される。すなわち、分割体１１の周辺を流れる燃焼ガスＦＧは、燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側にある上流側端部近傍では燃焼ガス圧が最も高く、下流側の下流側端面近傍では燃焼ガス圧が最も低くなる。従って、回転軸５の軸方向に、冷却空間３２から上流端冷却流路２６（第３冷却流路）を流れて第１キャビティ２０に供給され、更に本体冷却流路２１（第１冷却流路）を流れて下流側端面１７ａから排出される冷却空気ＣＡは、車室４７側から供給される冷却空気ＣＡと下流側端面から排出する冷却空気の差圧を最大限に利用している。
　すなわち、回転軸５の軸方向に配列された本体冷却流路２１（第１冷却流路）は、最大差圧を利用し、且つ回転軸５の軸方向に最長となるように冷却流路を形成できるので、冷却性能が高く、従来技術より冷却空気量を低減できる。つまり、本体冷却流路２１（第１冷却流路）を流れる冷却空気量は、図８に示す分割体１１の本体内で軸方向に配列した冷却流路５７、５８に比較して、軸方向の流路長を長くして最大限の差圧を利用している分、冷却空気量が低減されている。つまり、本体冷却流路２１（第１冷却流路）を流れる冷却空気ＣＡは、分割体１１の本体１２をインピンジメント冷却した後、上流側端部１６および本体１２を対流冷却し、併せて後方側の側端部１９近傍を対流冷却するので、限度一杯に冷却空気が使いまわしされ、効率よく分割体１１の本体を冷却している。
　一方、特許文献１に示す冷却流路の場合、上流側端部の冷却流路５７は、燃焼ガス圧の最も高い上流側端面に開口しているため、冷却空気ＣＡとの差圧を十分に利用出来ないまま冷却空気ＣＡを燃焼ガスＦＧ中に放出しているため、冷却空気量が増加し、本発明に比較して冷却性能が低下する。
　第１領域の冷却流路２４は、本体冷却流路２１（第１冷却流路）の一部を構成しており、流路断面積の拡大による冷却能力の強化と、後方側の側端部１９の冷却能力を補うための使い廻した冷却空気ＣＡを側端部１９に近接させて使用することにより、側端部１９の冷却が強化される。すなわち、後方側の側端部１８、１９の隙間Ｇ部分への吹き出し空気の廃止と第１領域の冷却流路２４を流れる冷却空気ＣＡに使いまわした空気を使用することで、従来技術と同等の冷却能力を備えながら、分割体の冷却空気量を削減できる。
　なお、特許文献１に示す回転方向の後方側の側端部１９の冷却流路５６から側端部１８、１９の隙間に直接吹き出す冷却空気は、タービン動翼８の回転方向とは逆方向に吹き出すため、タービン動翼８上の損失の原因になっていたが、本発明では、冷却流路５６を廃止することによりタービン動翼８のロスがなくなり、タービンの熱効率が向上するという有利な点がある。
　本実施例の構成によれば、側端部１８、１９の隙間Ｇ部分の雰囲気ガスがパージされ、雰囲気ガスの温度が低下する。また、前述のように、分割体１１の側端部１８、１９の隙間Ｇ部分の冷却能力が強化され、冷却空気量が低減される。その結果、分割体１１の側端部１８、１９近傍の酸化、減肉が防止されるとともに、分割体１１全体の冷却空気量が減少し、ガスタービンの熱効率が向上する。
　実施例２について、図４、図５を参照して以下に説明する。本実施例は、図４に示すように、第１領域の冷却流路２４の構成が異なる点を除き、実施例１と同じ構成である。すなわち、第１領域の冷却流路２４は、第２領域の冷却流路２５と比較して、流路形状は円形状で同一の孔径で配列しているが、配列ピッチを第２領域の冷却流路２５より小さくして冷却能力を上げている点が異なっている。
　第１領域の冷却流路２４は、複数本であることが望ましい。また、冷却流路の流路形状は、円形状の他に、楕円形状でもよく、矩形形状でもよく、スリット状の長孔形状でもよい。第１領域の流路２４を除き、各流路の開口面積は同じ断面積である。
　本実施例では、分割体１１の第１領域の冷却流路２４の構成を除き、図５に示す冷却構造を適用できる。
　また、第１領域の冷却流路２４の冷却能力を第２領域の冷却流路２５より大きくしている点では実施例１と同様であり、本実施例の構成による作用、効果は、実施例１と同様である。
　本発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
　本発明の分割環冷却構造およびガスタービンによれば、分割体の本体の側端部の酸化、減肉を防止でき、側端部の冷却空気量が減少できる。これにより、分割環全体の冷却空気量が低減され、ガスタービン全体の熱効率が向上する。
１　　ガスタービン
２　　圧縮機
３　　燃焼器
４　　タービン部
５　　回転軸
６　　発電機
７　　タービン静翼
８　　タービン動翼
１０、４０　分割環
１１、４１　分割体
１２　本体
１６　上流側端部
１７　下流側端部
１７ａ下流側端面
１８、１９、５１、５２　側端部
２０　第１キャビティ
２１　本体冷却流路（第１冷却流路）
２２　第２キャビティ
２３　側端部冷却流路（第２冷却流路）
２４　第１領域の冷却流路
２５　第２領域の冷却流路
２６　上流端冷却流路（第３冷却流路）
２７　連絡路
３１　受入空間
３２　冷却空間
４２　フック
４４　衝突板
４５　小孔
４６　遮熱環
４７　車室
４８　供給孔
５３　シール板
５４　キャビティ
５５、５６、５７、５８　冷却流路

Claims (9)

  1. 　回転軸廻りに環状に配設された複数の分割体と、隣接する該分割体の回転軸方向に沿う対向する側端部の隙間をシールするシール板とから形成されるガスタービンの分割環冷却構造であって、
    　前記分割体は、
    　該分割体の本体の回転軸の軸方向に配設され、回転方向の後方側の側端部に近接して配設された第１領域の冷却流路と、該第１領域の冷却流路より回転方向の前方側に配設され、前記第１領域の冷却流路より流路断面積が小さい第２領域の冷却流路と、から形成される第１冷却流路と、
    　該第１冷却流路に略直交する方向の一方の側端部に配設され、隣接する分割体の側端部に向かって冷却空気を吹き出す第２冷却流路と、
    　前記分割体の上流側端部の前記第１冷却流路より径方向の外側で回転軸の軸方向に設けられ、前記分割体の本体と多数の小孔を備えた衝突板に囲まれた冷却空間と前記上流側端部において回転軸の軸方向に略直交して配設された第１キャビティを連結する第３冷却流路と、
    を備え、
    　前記第１領域の冷却流路は、隣接する分割体の第２冷却流路に近接して配設されている分割環冷却構造。
  2. 　前記第２冷却流路は、少なくとも回転軸の回転方向の前方側の側端部に配設される請求項１に記載の分割環冷却構造。
  3. 　前記第２冷却流路は、隣接する分割体の側端部の下側の角部に向かって吹き出すような傾きを備える請求項１に記載の分割環冷却構造。
  4. 　前記第１冷却流路と前記第３冷却流路は、前記第１キャビティを介して回転軸の軸方向に折り返した構造を備え、前記第１冷却流路は、前記第１キャビティから前記分割体の本体を回転軸の軸方向に貫通して、下流側端面に開口するように配置されている請求項１に記載の分割環冷却構造。
  5. 　回転軸廻りに環状に配設された複数の分割体と、隣接する該分割体の回転軸方向に沿う対向する側端部の隙間をシールするシール板とから形成されるガスタービンの分割環冷却構造であって、
    　前記分割体は、
    　該分割体の本体の回転軸の軸方向に配設され、回転方向の後方側の側端部に近接して配設された第１領域の冷却流路と、該第１領域の冷却流路より回転方向の前方側に配設され、前記第１領域の冷却流路より配列ピッチが大きい第２領域の冷却流路と、から形成される第１冷却流路と、
    　該第１冷却流路に略直交する方向の一方の側端部に配設され、隣接する分割体の側端部に向かって冷却空気を吹き出す第２冷却流路と、
    　前記分割体の上流側端部の前記第１冷却流路より径方向の外側で回転軸の軸方向に設けられ、前記分割体の本体と多数の小孔を備えた衝突板に囲まれた冷却空間と前記上流側端部において回転軸の軸方向に略直交して配設された第１キャビティを連結する第３冷却流路と、
    を備え、
    　前記第１領域の冷却流路は、隣接する分割体の第２冷却流路に近接して配設されている分割環冷却構造。
  6. 　前記第２冷却流路は、少なくとも回転軸の回転方向の前方側の側端部に配設される請求項５に記載の分割環冷却構造。
  7. 　前記第２冷却流路は、隣接する分割体の側端部の下側の角部に向かって吹き出すような傾きを備える請求項５に記載の分割環冷却構造。
  8. 　前記第１冷却流路と前記第３冷却流路は、前記第１キャビティを介して回転軸の軸方向に折り返した構造を備え、前記第１冷却流路は、前記第１キャビティから前記分割体の本体を回転軸の軸方向に貫通して、下流側端面に開口するように配置されている請求項５に記載の分割環冷却構造。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の分割環冷却構造を備えたガスタービン。
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