JPH03264702A

JPH03264702A - ガスタービン冷却動翼

Info

Publication number: JPH03264702A
Application number: JP6106390A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sasaki; 隆佐々木; Takanari Okamura; 岡村　隆成
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1991-11-26

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高温タービンの冷却翼に冷却媒体として蒸気を
用いたガスタービン冷却動翼に関する。

（従来の技術）一般に、発電プラントに利用するガスタービンは第７図
に示すように構成されている。このガスタービンは、空
気吸込路７から吸込まれた空気は圧縮機１で圧縮され、
その圧縮空気は燃焼器２に供給される。この燃焼器２で
は燃料供給路８から流量制御装置６を経て供給された燃
料と圧縮空気が混合して燃焼に供される。燃焼器２内で
の燃焼によって発生した高温・高圧の燃焼ガスはタービ
ン３に送られ、タービン３内を通る際に膨張しながら仕
事をした後、排気流路９、煙突５を通って外部へ放出さ
れる。なお、タービン３の回転軸は発電機等の被駆動機
４の負荷に接続される。

この種のガスタービンではタービン入口温度を上昇させ
ると、ガスタービンの熱効率が上昇することが知られて
いる。タービン入口温度を上昇させるためにはタービン
の構成部品が高温の燃焼ガスに耐え得る設計とすること
が必要である。

このため、ガスタービンには従来より耐熱材料や冷却技
術の開発に多大な労力が払われてきた。

タービン動翼の冷却は空気冷却の他、液体冷却や蒸気冷
却およびそれらの組み合わせが従来より案出されている
が、現在実用化されているのは空気冷却翼のみである。

しかし、近年ガスタービンと蒸気タービンによるコンバ
インドサイクル発電やコジェネレーションが効率が良い
ために実用化されてくると、蒸気冷却方式のガスタービ
ンの開発に期待が寄せられている。蒸気は空気に比べて
比熱が大きく冷却媒体として優れてはいるものの、蒸気
発生のために多くの付帯設備を必要とすることもあって
、現在まで実用化の研究が遅れていた。

ところが、コンバインドサイクル発電やコジェネレーシ
ョンの出現により事情が一変した。これはコンバインド
サイクル発電やコジェネレーションのプラントは、既に
蒸気発生設備を有しているばかりでなく、冷却に使用し
た蒸気を回収すればプラント効率を一段と高くすること
ができるからである。第６図にコンバインドサイクル発
電における空気冷却と蒸気冷却（蒸気は回収）の場合の
発電効率を示す。

一方、従来より提案されている蒸気冷却動翼のうち蒸気
回収機能を有するものは例えば米国特許第３．４４３．
７９０号明細書、（１９６９年）に開示されており、こ
れを第８図に示す。この蒸気冷却動翼１０はチップ部１
１にチャンバー１２を有する多孔翼であり、ルート部１
３に導入された蒸気は細孔１４を通過してチップ部１１
のチャンバー１２に導かれ、再び細孔１５を通ってルー
ト部１６に戻り回収される。ここで、蒸気は細孔１５を
通過する際に動翼１０を冷却するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）従来の蒸気冷却動翼の問題点としては、冷却効率の悪さ
に加え、製作上の困難さを挙げることができる。まず、
冷却効率の悪さについては第一にチップ部のチャンバー
内の流速が低く、チップ部を十分冷却できない。第二に
前縁部が細孔のみの対流冷却では高温化に十分対応でき
ない。第三に多孔翼による対流冷却自体がもともと冷却
性能が低く、高温化に対応するためには孔数を増加する
必要があるが、強度上、孔数の増加には制限がある等の
理由による。

また、製作上の困難さについては、第一に蒸気の供給・
回収のための翼植込みのキリ穴と冷却用の細孔を繋げる
ために、高度の精鋳技術や加工技術を要する。第二に蒸
気の供給・回収のためにロータや翼植込みに多くのキリ
穴加工が必要で製作コストが高い。第三に冷却強化のた
めの孔数を増加することは精鋳技術や加工技術の面から
制限かある。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、冷却効率か高く、蒸気の回収
が可能であって、製作の容易なガスタービン冷却動翼を
提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明のガスタービン冷却
動翼にあっては、高温タービンの冷却翼に冷却媒体とし
て蒸気を用いたガスタービン冷却動翼であって、上記冷
却媒体の供給流路および回収流路の少なくとも一方を備
えたインサートを有することを特徴とする。

（作用）上記の構成を有する本発明において、インサートは翼本
体と別に製作できるので、インサートに蒸気の供給およ
び回収機能の少なくとも一方を有するものを容易に製作
でき、しかもそれらの機能によって蒸気冷却による高温
・高効率化、蒸気回収による高効率化も可能となる。

（実施例）以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るガスタービン冷却動翼の第１実施
例を示す。このガスタービン冷却動翼として用いられる
蒸気冷却動翼２０はロータ２１に植設され、内部に所定
間隔をおいてインサート２２を有している。このインサ
ート２２は底部フランジ２３、蒸気供給チャンバー２４
、蒸気回収チャンバー２５およびインピ゛・、レジ冷却
用チャンバー２６より構成されている。

底部フランジ２３には冷却用蒸気を蒸気供給チャンバー
２４に導くための蒸気供給孔２３ａと、蒸気回収チャン
バー２５の蒸気を翼底部に導く蒸気回収孔２３ｂとが穿
設されており、これら蒸気供給孔２３ａと蒸気回収孔２
３ｂとはシール用突起２３ｃによって仕切られ、遮断さ
れている。

また、蒸気回収チャンバー２５には動翼２０とインサー
ト２２との間に流出した蒸気を回収するための蒸気回収
孔２５ａが、インピンジ冷却用チャンバー２６には側面
および上面に動翼２０をインピンジメント冷却するため
の多数の細かい孔２６ａが各々穿設されている。そして
、翼後縁部にはビンフィン冷却するビンフィン２７が設
けられている。

さらに、インサート２２は溶接等により容易に製作でき
、蒸気冷却動翼２０の植込部２８底面より差込むため、
第４図（Ａ）および（Ｂ）に示すように植込底部より幅
が狭くなくてはならない。

したがって、蒸気冷却動翼２０のキャンバ−やスタガー
が大きい時等は植込部２８を斜めや円弧とするなどの考
慮が必要である。

次に、本実施例の作用を説明する。

冷却用蒸気は、通常の空気冷却翼で行われているように
蒸気冷却動翼２０の底部から供給される。

この蒸気は底部フランジ２３に穿設した蒸気供給孔２３
ａを通過して蒸気供給チャンバー２４に流入し、次いで
インピンジ冷却用チャンバー２６へと流れる。インピン
ジ冷却用チャンバー２６は第１図および第２図に示すよ
うにその側面と上面に多数の細かい孔２６ａを有してい
る。蒸気はこの細かい孔２６ａを通過して動翼２０の内
壁面に衝突し、動翼２０をインピンジメント冷却する。

また、−旦インサート２２の外側に流出した蒸気は蒸気
回収孔２５ａに流入して蒸気回収チャンバー２５を通過
し、さらに底部フランジ２３の蒸気回収孔２３ｂを経て
翼底部に導かれる。この底部フランジ２３はシール用突
起２３ｃを有しており、第１図に示すように供給側と回
収側とを遮断している。シール用突起２３ｃはロータ２
１側に設けることもできるが、加工性を考慮すると動翼
２０側に設けたほうが得策である。また、本実施例では
上流側底部より蒸気を供給し、下流側底部より回収した
が、その逆でもよい。

インピンジメント冷却は冷却効率が高く、翼の前縁部も
含めて効率よく動翼２ｏを冷却するものの、翼後縁部は
翼の流体性能上の要求から薄（形成しているので、第２
図に示すようにインサート２２が入らない。このため、
本実施例では第１図および第２図に示すように後縁部に
ビンフィン２７を設けてビンフィン冷却する。但し、厚
内の翼では後縁部までインサート２２が入る場合や、後
縁部の冷却が不要の場合はビンフィン冷却の必要はなく
、後縁から蒸気を主流中に捨てないで、蒸気の全てを底
部より回収して効率の向上を図ることが望ましい。

第５図は本発明に係るガスタービン冷却動翼の第２実施
例を示し、前記第１実施例と同一の部分には同一の符号
を付して説明する。

この実施例ではインサート２２の内部に仕切りを設けず
、蒸気供給チャンバー２４とインピンジ冷却用チャンバ
ー２６を共用して１つのチャンバーとしている。そして
、蒸気の回収は動翼２ｏに穿設された蒸気回収孔３１に
よって行われる。

本実施例のガスタービン冷却動翼によれば、蒸気供給チ
ャンバー２４とインピンジ冷却用チャンバー２６を共用
したにも拘らず、前記第１実施例と同様の効果が得られ
る。その他の構成および作用は前記第１実施例と同一で
あるのでその説明を省略する。

［発明の効果〕以上説明した通り本発明に係るガスタービン冷却動翼に
よれば、インサートが蒸気の供給および回収機能の少な
（とも一方を有しているので、蒸気冷却による高温・高
効率化、蒸気回収による高効率化を達成できるだけでな
く、インサート方式の採用によりその製作が著しく容易
になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガスタービン冷却動翼の第１実施
例を示す縦断面図、第２図は第１図の■−■線断面図、
第３図は第１図の■方向矢視図、第４回生Ｍ≠耕蚕せ咲
噌ヂは植込み部とインサ−トとの位置関係をそれぞれ示
す平面図および側断面図、第５図は本発明に係るガスタ
ービン冷却動翼の第２実施例を示す縦断面図、第６図は
タービンの入口温度とコンバインド発電プラント効率と
の関係を示すグラフ図、第７図はガスタービンの概略構
成を示す模式図、第８図は従来の蒸気冷却動翼を示す斜
視図である。２０・・・蒸気冷却動翼、２１・・・ロータ、２２・・
・インサート、２３・・・底部フランジ、２３ａ・・・
蒸気供給孔、２３ｂ・・・蒸気回収孔、２３ｃ・・・シ
ール用突起、２４・・・蒸気供給チャンバー、２５・・
・蒸気回収チャンバー、２６・・・インピンジ冷却用チ
ャンバ、２７・・・ビンフィン、３１・・・蒸気回収孔
。

Claims

【特許請求の範囲】

高温タービンの冷却翼に冷却媒体として蒸気を用いたガ
スタービン冷却動翼であって、上記冷却媒体の供給流路
および回収流路の少なくとも一方を備えたインサートを
有することを特徴とするガスタービン冷却動翼。