JPH0337302A

JPH0337302A - ガスタービン装置

Info

Publication number: JPH0337302A
Application number: JP17266889A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kawaike; 川池　和彦; Takashi Ikeguchi; 池口　隆; Masami Noda; 雅美野田; Shunichi Anzai; 安斉　俊一; Tetsuo Sasada; 哲男笹田; Haruo Urushiya; 漆谷　春雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1991-02-18
Also published as: JPH0454041B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、静翼及び動翼を備えている軸流タービンと、
圧縮機と、燃焼器と、圧縮機からの空気を予冷する予冷
器等とから成るガスタービンに係り、更に詳しくは該軸
流タービンの第１段静翼の冷却構造に関するものである
。

【従来の技術］ガスタービンにおいては、熱効率特性或は出力特性を向
上させるためにタービン入口ガス温度の高温化、例えば
入口ガス温度を１４００℃にする努力が払われている。

このようにタービンの入口ガス温度が高められると、翼
はその材料の許容温度まで下げる必要があり、そのため
に冷却構造の改良や冷却用の空気の増大が図られている
。

しかしながら、これらの冷却法には限界があり。

特に冷却用空気量を増大しすぎると、性能の大幅な低下
をもたらし、入口温度を高温化するメリットがなくなる
。そこで、冷却空気量を過大に消費せずに実質的に真面
温度を下げる方法として圧縮機吐出空気を一度冷却して
翼の内部に導くようにした冷却方法が、工、ニス、エム
、イー　トランズアクション、　１０６．４　（１９８
４年）ｐ７５６〜７６４（ＡＳＭＨＴｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎ、Ｖｏｌ、１０６．＆４，１９８４．ｐ７５６〜７
６４）で論じられている。その概略を模式的に示す第３
図によって説明すると、ガスタービン装置は圧縮機Ｃ１
燃焼器ｎ、タービンＴ及び予冷器Ａから構成されている
。圧縮機Ｃの出口または燃焼器Ｂのプレナム室から抽気
される空気は圧縮機Ｃによって圧縮されているため高温
、高圧となっている。

この高温・高圧の空気を予冷器Ａで一旦温度を下げてか
ら、特に高温ガス中で作動するタービンＴの燃焼器下流
位置にある第１段静翼内の空洞内に送り、該静翼に設け
られた孔から主流ガス中に流出させて、第１段静翼と回
転する動翼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］しかしながら、このような冷却系統の場合、圧縮機Ｃよ
り抽気した全圧Ｐ２の空気は、配管類や予冷器を通過す
る際に生ずる圧力損失のため全圧Ｐ２よりも低い全圧Ｐ
、になる。この圧力損失は、配管と予冷器の大きさにも
よるが、全圧損失率（（ｐ、　−ｐ、　）／Ｐ、　）に
して５ヌ程度となる。一方、圧縮機Ｃの吐出空気の大部
分は燃焼器Ｂを通ってタービンＴに全圧Ｐ４の高温高圧
ガスとして流入する。燃焼器Ｂでも圧損が生じるがその
全圧損失率（ｐ２−ｐ＊）／Ｐ、は２．５〜５ｚ程度で
ある。従って、第１段静翼の内部に供給される冷却空気
の圧力Ｐ３は第１段静翼２口の全圧Ｐ４よりも小さいこ
とになり、長期間使用後に第１段静翼にクラックが生じ
ると、このクラックを通して圧力の高いガスすなわち燃
焼器Ｂからの主流ガスが静翼の内部へ逆流する可能性が
ある。逆流が生じると静翼の温度が上がり寿命が極端に
短くなるため、ガスタービンの信頼性が低下することに
なる。

上記問題点の解決策として、圧縮機を更に別に設け、配
管、予冷器等を通過して低下した圧力を再び別置の圧縮
機で高めることも考えられるが、圧縮機を更に別に設け
ると、この圧縮機を駆動する動力損失も大きくなって性
能上の利点がなくなり、またタービンシステムも複雑に
なってしまうという別の問題が生じる。

したがって、本発明は予冷された冷却空気を用い、しか
も第１段静翼内に主流ガスが逆流しない様にするガスタ
ービン静翼冷却装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記課題を解決するために、第工段静翼の内
部を少なくとも二室に分割し、該静翼の前縁側寄りに位
置する室には圧縮機からの吐出空気を導き、後縁側寄り
に位置する室には予冷器を通った空気を導く構成を採る
。

［作用・効果］本発明においては、第１段静翼はその内部の各室に導か
れる上記夫々の空気で冷却される。ところで、第１段静
翼の表面圧力分布は前縁部で最も高く、後縁部に向って
低くなっている。該静翼内の前縁部寄りの室に直接導入
する圧縮機吐出空気の圧力は上記前縁部表面圧力より高
く、また、後縁部寄りの室に導入する空気の圧力は、予
冷器を経ているため下っているが、後縁部表面圧力より
は高いので、したがって、第１段静翼にクラックが発生
しても、主流ガスがこのクラックを介して該静翼内に逆
流するようなことはない。

したがって、前縁部にフィルム冷却孔を設ける冷却方式
を採用し、かつ翼の中央部や後縁部には予冷器で冷却空
気の温度を減温して冷却を強化する方法にも適用できる
。

［実　施　例］以下本発明の１実施例を第１図、第２図によって説明す
る。

第１図は、ガスタービンの第１段静翼近傍を示す断面図
である。なお、図示はされていないが、第３図と同様に
、圧縮機、燃焼器及び予冷器が備えられている。

第１段静翼２は、タービンケーシング５に嵌合されてい
るリテイナリング３と回転軸側に位置するサポートリン
グ４とにより固定されている。、燃焼器のトランジン１
ンピース１から燃焼ガスが流入し、第１段静翼２により
流出方向を変え加速され、動翼６に当って回転力を発生
する。この静翼２の内部には二室２０．２１が形成され
、これらの室に夫々コアプラグ８１１ｏが挿入されてい
る。

圧縮機から予冷器を経て該予冷器で降温された空気は、
タービンケーシング５の開口２２、リテイナリング３の
孔２３及び環状の空気室２４を通り。

そして、静翼２のエンドウオール２５を冷却するために
設けられているインピンジメント力バー９を通過してコ
アプラグ１０の内部へ導かれ、コアプラグ１０に設けら
れた多数の小孔（図の簡略化のため１図示は省略）から
吹出して静翼２の室２０の内壁を冷却した後、静翼２に
設けられた多数のフィルム孔（静翼表面に空気膜を作る
ために空気を流出させる孔）１４および静翼後縁に通ず
る流出孔１５から主流ガス中に流出する。一方、予冷器
を経由しない圧縮機吐出空気は燃焼器室１１を通ってサ
ポートリング４に案内され、エンドウオール２６を冷却
するためのインピージメント力バー７を通過してコアプ
ラグ傭８の内部に導かれ、コアプラグ８に設けた多数の
小孔（不図示）から吹出して静翼２の室２１の内壁を冷
却した後、静Ｒ２の室２０に設けた多数のフィルム孔１
３から主流ガス中へ流出するようになっている。

第１段静翼２の真面圧力分布は、第２１！Ｉに示されて
いるように、前縁側３０で最も高く、後縁側３１に向か
って低くなっている。この事に鑑み本実施例では、冷却
空気として、前縁側寄りの室２０には圧縮機吐出圧にほ
ぼ等しい圧力の高い圧縮機吐出空気を、また後縁側寄り
の室２１には予冷器を経由することによって減圧され、
かつ圧力に関しては予冷器とその管路系の圧損分だけ圧
力が低下した空気を導入する。室２０に供給される圧縮
機吐出空気圧Ｐ２は、第２図に示されているように、第
１段静翼２のどの部分の表面圧力よりも高いので、フィ
ルム孔１３から空気は流出し。

また、もし室２０の部分にて静翼２にクラックが生じて
も主流ガスが静翼内へ逆流するようなことはない、一方
、室２１に対する静翼表面の表面圧力は前縁部よりも低
くなっており、予冷器がら該室２１に導入される空気の
圧力Ｐ、は該表面圧力よりも高い、したがって、室２１
に導入された空気はフィルム孔１４および後縁流出孔１
５がら流出し、また、もし室２１の部分にて静翼２にク
ラックが生じても、主流ガスが静翼内に逆流することは
ない。

なお、以上の実施例では静翼２内に前後の位置ｒｙｊ係
にて器室を設けたが、静翼前縁寄りの室（第１室）、後
縁よりの室（第３室）およびその間の室（第２室）とい
うように三室設けてもよい、この場合、第１室、第２室
に圧縮機吐出空気、第３室に予冷器からの空気を導入す
るか、又は、第１室に圧縮機吐出゛空気、第２室、第３
室に予冷器からの空気を導入することによって、同様の
作用効果を収めるようになし得る。＆！ｇ室設ける場合
も。

これに準じてなし得る。また、静翼２の前縁部にフィル
ム冷却孔を設け、翼前縁側の室に圧縮機吐出空気、後縁
側の室に予冷器からの空気を導入する場合にも本発明を
適用できる。

［９！明の効果］以上のように、本発明によると、最も高温雰囲気中に置
かれる第１段静翼に対し、該翼の前縁寄りの室には圧力
の高い圧縮機吐出空気を導入して翼前縁側を冷却し、そ
して熱負荷が大きく翼の構造上冷却しにくい後縁側は後
縁側寄りの室に予冷器を通った温度の低い空気を導くこ
とによって冷却するので冷却効果がよい、また該静翼に
クラックが生じても、高温の主流ガスが該静翼内部へ逆
流することが防止され、信頼性の高いガスタービンが得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の１実施例を示すガスタービンの第１
段静翼近傍の断面図、第２図は第１段静翼の断面と翼面
圧力分布とを示す図、第３図は予冷器を持つガスタービ
ン装置を示す模式的全体図である。１・・・燃焼器トランジションピース２・・・第１段静翼　　　３・・・リテイナリング４・
・・サポートリング　５・・・タービンケーシング６・
・・動翼　　　　　　７・・・インビンジメントカパ８
・・・コアプラグ　　　９・・・インビンジメントカバ
１０・・・コアプラグ　　１１・・・燃焼器室１２・・
・静翼断面　　　１３・・・フィルム孔１４・・・フィ
ルム孔　　１５・・・後縁流出孔２０．２１・・・室　
　　３０・・・前録３１・・・後縁第図予冷器からの冷却空気ｌ：燃焼器トランジションピース２：第１段静翼３：リテーナリング４：サポートリング５、タービンケーシング６：第１段動翼７．９：インピンジメント力バー８、ＩＱ：コアプラグ第図８．１０：コアプラグ１２：静翼断面１３、１４：フィルム孔１５：後縁流出孔第図

Claims

【特許請求の範囲】

１　圧縮機と、燃焼器と、燃焼器からの主流ガスで作動
する軸流タービンと、圧縮機で圧縮された空気の一部を
予冷する予冷器とから成るガスタービン装置において、
該軸流タービンの第１段静翼の内部の翼前縁と後縁の間
を少なくとも２室に分割し、該静翼の前縁側寄りに位置
する室内には圧縮機吐出空気を冷却空気として直接導き
、該静翼の後縁側寄りに位置する室には圧縮機吐出空気
を予冷器を通し減温した空気を冷却空気として導くよう
に構成したことを特徴とするガスタービン静翼冷却装置
。