JPH01501648A - タービンロータの冷却 - 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】 タービンロータの冷却 光」１Ω」Ｌ万一 この発明はガスタービン、特にロータの寿命を延長すると共に高いタービン入口 温度での作動を許すよう為すタービンロータの冷却に関するものである。

光ｊヱと！遣− 概して言えば、総ての他の条件が同じならば、ガスタービンの作動効率はタービ ン入口温度すなわちタービン羽根に作用されるガスの温度が高くなる時に良くな る。しかし、実際には高温作動により得られるべき幾らかの効率は、失敗なく道 理に遭った有効な寿命をタービンロータが保つことが出来るよう十分低いタービ ン入口温度の使用によって与えられる。

手短に言えば、タービン効率を高める際の比較的高いタービン入口温度はタービ ンの有効寿命を縮めるが、比較的低いタービン入口温度は長く作動したタービン を設け、このタービン入口温度は低下された作動効率に基いている。

タービン寿命を高めたり或は有効寿命を犠牲にすることなく高いタービン入口温 度におけるタービン作動を許すために、タービンロータを冷却するために種々の 計画が提案されている。提案された多数のタービンロータ冷却計画は実行し難く 高価に付き、従って十分でない。

この発明はこの困難を解決することに向けられる。

１１へ１１ この発明の主な目的は新規で改良されたガスタービンを提供することにある。特 に、この発明の目的はガスタービンに使用する新規で改良された冷却されたロー タを提供することにあり、従って高いタービン入口温度は有効方向を犠牲にする ことなく使用できるし、同様なタービン入口温度が使用される場合に、タービン は高い有効寿命が設けられる。

この発明の実施例は、燃焼ガス入口と、燃焼ガス入口の下流の環状ディフューザ と、高圧タービン駆動ガスを生じるよう燃焼支持ガスを受けて燃料を一緒に燃焼 する燃焼器とを有するガスタービンにおける上述の目的を達成する。環状ノズル がディフューザに隣接して設けられており、タービン駆動ガスを受けてこのター ビン駆動ガスをはゾ放射方向内方に向ける９回転軸を有するロータは環状ディフ ューザおよびノズルを通って延び且つ中心位置決めされている。ロータは、燃焼 ガス入口とディフューザの間に配置される圧縮機羽根が一側に、タービン羽根が 他側に夫々設けられたディスクを有している。ディスクの一側からディスクとタ ービン羽根とを少なくとも通って複数個の通路が延びている。

この構成の結果、圧縮機羽根によって圧縮される燃焼支持ガスはディスクとター ビン羽根の通路を通って流れる。この圧縮ガスはタービン駆動ガスよりも相当に 冷たく、従ってロータの有効寿命を長くしたり或は高いタービン入口温度でのロ ータの作動を許すようロータを冷却すべく作用する。

推奨実施例にては、各タービン羽根に複数個の通路があり、これら通路はほり軸 方向に延びている。

この発明の一実施例にて、通路はディスクの一方の側に入口端部を有し、且つ圧 Ｉｗ機羽根間に配置されている。

この発明は、タービン羽根がディスクに対向した縁部を有し、通路がこの縁部に 出口端部を有することを意図している。

推奨実施例にては、ディスクと圧縮機羽根とタービン羽根が一体的なロータ本体 すなわち所謂単一ロータを構成している。

この発明の他の目的や利点は添付図面に関連した以下の説明から明らかになろう 。

区１と１朋− 第１図はこの発明に従って遣られたガスタービンの幾分概略的な概要断面図、 第２図はロータの１つのタービン羽根を示すロータの概略端面図、 第３図はこの発明の関連しないタービンロータの種々な場所の温度を示す温度分 布図、　第４図はこの発明に従って遣られたロータにおける温度分布を示す第３ 図と同様な図である。

の この発明に従って遣られたガスタービンの一実施例が図面に示されており、第１ 図を参照するに半径流タービンの形にて示されている。ガスタービンは、圧ｍ機 羽根シュラウド１２が設けられた空気入口１０の端部を有する０通常の構成の環 状ディフューザ１４はシュラウド１２により支持され、ロータ２０に支持された 湾曲した圧１ａ機羽根１８の放射方向外端部１６から受ける圧縮ガスにて通常の 拡散作用を行うよう作動される。また、圧縮機羽根１８は入口１０に隣接した軸 方向の端部２２を有する。

ディフューザ１４からの燃焼を支持する圧縮ガスは、管路２６から燃料を受ける 概略図示される環状燃焼器２４に向けられる。燃料は環状燃焼器２４内で燃焼さ れて、次いで環状ノズル２８に向けられる。環状ノズル２８からの高温燃焼ガス は通常の状態で放射方向内方に向けられて、ロータ２０の複数個のタービン羽根 ３２の放射方向外端部３０に対して当たるようなる。

ロータ２０はディフューザ１４とノズル２８内に中心法めされるよう軸３４に取 付できる。軸３４は適宜な軸受（図示しない）により支承されており、従ってタ ービン羽根３２に当たるノズル２８からの高温燃焼ガスはロータ２０、従って軸 ３４を回転するようになす６回転運動は周知の様な具合に有効な作動を行うよう 利用されると共に、燃焼工程にて使用すべく入口１０から受ける空気を圧縮する よう圧縮羽根１８を駆動する。ノズル２８からのガスは、タービン羽根３２の自 由縁部３８付近にて閉じている通常のタービン羽根シュラウド３６によってター ビン羽根３２に対して制限されている。

タービン羽根３２は圧縮機羽根１８と同様に湾曲していて、軸方向の端部４０に 終わっている。

タービン羽根３２は、この発明の実施例に従って全く縁部のない第２の縁部４２ を有する。好適には、ロータ２０は単一ロータで、圧ｓ機羽根１８とタービン羽 根３２とロータボス４４と、圧縮機羽根１８とタービン羽根３２を隔てる中央デ ィスク４６が一体構造として鋳造されて一体になっていることを意味している。

従って、説明された様に、ロータ２０は一般的と考えることが出来る。

第３図は、２８６０°ランキンのタービン入口温度における上述した如く構成さ れた通常のタービンロータの種々な部分の温度分布を示す、従って、第３図は冷 却されないタービンロータにおける温度分布を示す。

同一タービン入口温度で作動するがロータ寿命を延ばすようタービンロータ２０ に応力を生じる温度を低下するために、タービンロータ２０を冷却するようにこ の発明の冷却装置が用いられる。

第１．２図に戻って、この発明の冷却装置が説明されよう。

冷却装置は複数個のはゾ軸方向に延びる孔すなわち通路５０を有しており、これ ら通路５０は圧縮機羽根１８に隣接したディスク４６の一方の側からディスク４ ６の反対の側にディスク４６とタービン羽根３２を通ってタービン羽根３２の自 由縁部３８に出るよう延びている。従って、タービン羽根３２の自由縁部３８の 孔、すなわち通１？８５０の端部５２は冷却ガスの出口をなし、圧縮機羽根１８ 間の通路内に位置される通路５０の端部５４は入口をなし、これによって入口１ ０からの圧Ｉ！！ｉ機羽根１８により圧縮されたガスは通路５０に入って通路５ ０を通って流れる。

従って、この発明は、タービンロータの圧１１１！側から通路５０を通って流れ る空気によるタービン羽根３２の冷却を達成する。推奨実施例にては、入口１０ に入る空気の約５％が通路５０を通って流れるようになる。従って、第４図は、 冷却の目的で通路５０を通る入口ガスの５％の流れによるロータにおける温度分 布を示す、同一タービン入口温度すなわち２８６０°ランキンの温度が用いられ 、温度分布が第３図に示される冷却されないロータからの実質的な温度減少が達 成されることが注意されよう。

通路５０の形成は、軸３４により決められる軸心と平行な孔を穿孔する簡単な手 段によって達成できる。従って、冷却されるロータの製造は複雑でなく、ロータ は高温のタービン入口温度を使用できるし、ロータの寿命を延長できる。この発 明の利用により有効寿命を犠牲にすることなくタービン入口温度を約２００°ラ ンキン増大できることが期待される。

更に、タービン入口温度を高めることなく、この発明の利用にてロータの寿命が 約２倍なることが確信される。

内部冷却　０％ タービン入口温度２８６０”Ｒ 補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）昭和６３年　８月　４日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼を支持するガスの入口と、 該入口の下流の環状ディフユーザと、 高圧タービン駆動ガスを生じるよう燃焼支持ガスを受け且つ一緒に燃料を燃焼す る燃焼器と、 ディフユーザと隣接し該タービン駆動ガスを受けてこのタービン駆動ガスをほゞ 放射方向内方に向ける環状ノズルと、回転軸を有し環状ディフユーザおよびノズ ルを通って延び且つ該環状ディフユーザおよびノズル内に中心位置決めされディ スクを有していて燃焼ガス入口とディフユーザの間に配置される圧縮機羽根が一 側に且つタービン羽根がノズルに隣接したディスクの他側に夫々設けられたロー タと、ディスクの一側からディスクとタービン羽根とを少なくとも通って延びる 複数個の通路と、 を備えたガスタービン。
2. ２．複数個の通路が各タービン羽根にある請求の範囲第１項記載のガスタービン 。
3. ３．通路がほゞ軸方向に延びている請求の範囲第２項記載のガスタービン。
4. ４．通路はディスクの一方の側の圧縮機羽根間に入口端を有する請求の範囲第１ 項記載のガスタービン。
5. ５．タービン羽根はディスクに対向した縁部を有し、通路は該縁部に出口端を有 する請求の範囲第１項記載のガスタービン。
6. ６．ディスクと圧縮機羽根とターピン羽根は一体的なロータ本体を形成している 請求の範囲第１項記載のガスタービン。
7. ７．燃焼を支持するガスの入口と、 該入口の下流の環状ディフユーザと、 高圧ターピン駆動ガスを生じるよう燃焼支持ガスを受け且つ一緒に燃料を燃焼す る燃焼器と、 ディフユーザと隣接し該タービン駆動ガスを受けてこのタービン駆動ガスをほゞ 放射方向内方に向ける環状ノズルと、圧縮機羽根を一方の側に且つタービン羽根 を他方の側に分ける中央のディスクを有するボスを有し、該入口に隣接した軸方 向端部から該ディフユーザに隣接した放射方向端部に湾曲し、縁部がボスおよび ディスクと一体になり、タービン羽根が該ノズルに隣接した放射方向端部から軸 方向両端部に湾曲し、且つ該ディスクおよびボスと一体の第１の縁部並びに反対 側の第２の自由な個縁部とを有するロータと、第２の自由な縁端部に出口端を有 し、第１の縁部を通ってディスク内に延び、一方の側のディスクに入口端が終わ っていて圧縮機羽根により圧縮されるべき入口に入るガスが通路を通ってこれに より該ロータを冷却する各タービン羽根における複数個のほゞ軸方向の通路と、 を備えたガスタービン。