JPH0791203A - ガスタービン - Google Patents

ガスタービン

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JPH0791203A
JPH0791203A JP23639493A JP23639493A JPH0791203A JP H0791203 A JPH0791203 A JP H0791203A JP 23639493 A JP23639493 A JP 23639493A JP 23639493 A JP23639493 A JP 23639493A JP H0791203 A JPH0791203 A JP H0791203A
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JP
Japan
Prior art keywords
rotor disk
wall surface
rotor
side wall
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP23639493A
Other languages
English (en)
Inventor
Eitaro Murata
英太郎 村田
Isao Takehara
竹原  勲
Hajime Toritani
初 鳥谷
Tetsuo Sasada
哲男 笹田
Takashi Ikeguchi
隆 池口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】動翼冷却用の冷却媒体がロータディスクに沿っ
て回収されるガスタービンであっても、ロータディスク
にかかる熱応力を低減させることのできるガスタービン
を提供する。 【構成】ロータディスク8の側壁面に、冷却媒体を放射
方向に案内する案内手段10を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの改良に係
り、特にタービン翼を冷却した冷却媒体がロータディス
クの側壁面に沿って回収されるように形成されているガ
スタービンの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンにおいては、燃焼ガスの温
度を上昇させればさせるほど性能が向上することは良く
知られている。しかし、燃焼ガスが流動するガスパス路
の材料やガスパス路中に配置される各部品の耐熱性には
限界があり、むやみに燃焼ガスの温度を上昇させるわけ
にはいかない。
【0003】現状のガスタービンにおいては、少しでも
燃焼ガスの温度を上げるために、各部品を冷却媒体にて
冷却し、燃焼ガス温度が各部品材料の耐熱温度よりも高
い温度でも採用できるようにしている。
【0004】ガスパス路中に配置され、最も高温衝撃を
受けるものとしてはタービン翼(静翼、動翼)があり、
この翼の冷却は、一般には冷却媒体である空気を外部よ
り翼内部の冷却通路に供給し、そして翼部を冷却した後
の空気を翼表面からガスパス路に放出するようにしてい
る。
【0005】この構成で翼は充分冷却され、耐熱性の点
では問題は解決されるわけであるが、しかし、この構成
では冷却後の空気が翼表面から高温の作動ガス中に放出
されるため、翼表面で混合損失が生じ、翼の空力性能が
低下する嫌いがある。
【0006】この点を解決するため最近においては、翼
を冷却した後の冷却媒体を作動ガス中に放出せず、回収
することが行われている。
【0007】この冷却媒体を回収する構成としては、静
翼の場合には、静翼が固定側に設けられているので簡単
に回収可能であるが、動翼の場合には、動翼が回転側に
配置されており、回転側より固定側に冷却媒体を回収す
ることになりその構成は複雑なものとなる。
【0008】従来一般に採用されている動翼側の冷却媒
体の回収は次のように行われている。すなわち動翼を支
持しているロータディスクの一側壁面に沿って回転軸側
から冷却空気が供給され、動翼を冷却した後は、ロータ
ディスクの反対側壁面に沿って回転軸側の冷媒路に回収
されるように形成されている。
【0009】尚、これに関連するものとしては、特開昭
54−82518号公報が挙げられる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように形成された
冷却媒体を回収する構成のガスタービンであると、空気
を冷却媒体とした場合、供給空気と回収空気の温度差は
約400℃ともなることから、この供給冷却媒体と回収
冷却媒体の温度差により、ロータディスクの両側壁面間
に熱歪、すなわち熱応力が発生しロータディスクが変形
したり、また破壊したりする恐れがある。
【0011】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、動翼冷却用の冷却媒体をロータデ
ィスクに沿って回収するガスタービンであっても、ロー
タディスクの変形が少ない、すなわちロータディスクに
かかる熱応力を低減させることのできるこの種ガスター
ビンを提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ロー
タディスクの側壁面に、冷却媒体を放射方向に案内する
案内手段を設けるようになし所期の目的を達成するよう
にしたものである。
【0013】
【作用】すなわちこのように形成されたタービンである
と、冷却媒体とロータディスクとの相対速度の内、周方
向の成分がこの案内手段のためにゼロとなり、すなわち
冷却媒体の大部分は半径方向の成分だけとなって冷却媒
体とロータディスクとの相対速度は小さくなる。この結
果、冷却媒体とロータディスク間の熱伝達率は下がり、
ロータディスクの両壁面間の温度差は小さくなり、ロー
タディスクにかかる熱応力を低減させることができるの
である。
【0014】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図12には本発明のガスタービンの概要が
示されている。
【0015】ガスタービンは主として、静翼1および動
翼2より形成されているタービン3と、このタービン3
に連結され、燃焼用および冷却媒体用の圧縮空気を得る
圧縮機4と、高温高圧燃焼ガスを発生する燃焼器5とよ
り形成されている。
【0016】圧縮機4より吐出された圧縮空気は、燃焼
器5に導かれ、燃焼器の燃焼室6で燃料とともに燃焼す
る。また圧縮機4より吐出された圧縮空気の一部は、燃
焼器5のライナや翼(1、2)の冷却用空気として用い
られる。
【0017】燃焼室6にて発生した高温高圧の燃焼ガス
Hは、静翼1を経て動翼2に噴射されタービン3を駆動
する。そして図示はしていないが、一般には回転軸7に
結合されている発電機により発電するように構成されて
いる。
【0018】タービン3は、図13にその要部が拡大し
て示されているように、回転軸7にロータディスク8が
鍔状に設けられており、このロータディスク8の外周部
に動翼2が固定保持されている。
【0019】そして動翼2の冷却は、動翼内部に形成さ
れている冷却通路に冷却媒体(圧縮機からの空気)が流
通されて行われるわけであるが、この動翼冷却用の冷却
媒体の概略的な流通経路は次のようになる。
【0020】すなわち図中に点線矢印で示されているよ
うに、圧縮機からの圧縮空気A1が、軸内を流通し、軸
部からロータディスク8の一方壁面(図中左側壁面)を
強制対流冷却しながら径方向外側へ流れ(A2)、動翼
2の内部を流通した後ロータディスク8の他方側の壁面
に沿って径方向内側に向かって流れ(A3)、そして軸
中空路7aを介して回収される。
【0021】ここで重要なことは、冷却媒体がロータデ
ィスク8の側壁面に沿って径方向に流れ動翼2内に流入
する場合、冷却媒体は、ロータディスク8の回転により
ロータディスクに対しては周方向にも流動することにな
るが、本発明ではこれを放射方向にのみ流動するように
形成すると云うことである。
【0022】すなわち図1から図3に示されているよう
に、ロータディスク8の側壁面には、ロータディスクと
一体的に形成され、かつ放射方向に伸びた突堤10aか
らなる案内手段10が複数設けられており、ロータディ
スク8の回転中心側から供給された冷却媒体はこの突堤
10aに沿って半径方向に送られ冷媒導入口12から動
翼2に供給されるのである。
【0023】動翼2を冷却した冷却媒体はもう一方の側
面に設けられた冷媒導出口13からロータディスク8外
へ導かれ、再びロータディスク側面を案内手段に案内さ
れて回転中心に向かって流れ、ロータディスクの回転中
心側に回収される。
【0024】この構成であると、冷却媒体とロータディ
スクとの相対速度の内、周方向の成分がこの案内手段の
ためにゼロとなり、すなわち冷却媒体は半径方向の成分
だけとなって冷却媒体とロータディスクとの相対速度は
実質上小さくなる。この結果、冷却媒体とロータディス
ク間の熱伝達率は下がり、ロータディスクの両壁面間の
温度差は小さくなり、ロータディスクにかかる熱応力を
低減させることができるのである。
【0025】すなわち冷却媒体からロータディスク側面
への入熱量Qは、一般に次式で与えられる。
【0026】
【数1】Q=h(T1−Tm)…………(1) ここでh=熱伝達率 T1=冷却媒体(空気)温度 Tm=メタル温度 また熱伝達率hは、次の式で与えられる。
【0027】
【数2】h=A Re Pr…………(2) ここでV=冷却媒体の流速 Re=レイノルズ数 Pr=プラントル数 この(1)(2)式から明らかなように、入熱量Qは冷
却媒体の流速Vに比例した形となり、冷却媒体の流速小
さい本発明では入熱量は小さくなる。ちなみにもし前述
した案内手段が無い場合は、図4に矢印で示すように冷
却媒体はロータディスク8と周方向に滑りながら半径方
向に流れていく。半径方向の流れの流速に対して周方向
の流れの流速は約10倍程度あり、案内手段を有するロ
ータディスク両側面の温度差は半分以下となる。よって
ディスク内部の熱応力発生を抑制することが可能とな
る。
【0028】尚、以上の説明では案内手段10を形成す
るにあたり、放射方向にのびた突堤10aのみで形成す
るように説明してきたが、この案内手段は常にこのよう
に形成しなければならないわけではなく、要はロータデ
ィスクの側壁面に沿う冷却媒体が周方向に流動しなけれ
ば良く、他の形状あるいは他の構成であっても何等差し
支えないことは勿論である。
【0029】図5にはそのもう一つの例が示されてい
る。この例はロータディスク8と一体に形成された突堤
10aの頂部にカバー10bを設けるようにしたもので
ある。この場合には、冷却媒体が突堤外部に流出するこ
とがないのでさらに有効であろう。
【0030】図6から図10にはさらに他の実施例が示
されている。これらの例もカバー10bを備えた案内手
段の例であるが、カバー10bと突堤10a、あるいは
突堤10aとロータディスク8の結合面の種々の構成を
示したものであり、このらの変形はこれ以外にも種々考
えられるであろう。
【0031】図11には、さらに他の実施例が示されて
いる。この例においては、案内手段10をロータディス
ク8の回転方向に対して後方に所定の角度θ傾斜させる
ようにしたもので、この構成であると、前述した作用効
果を達成することは勿論のこと、さらに案内手段内部で
の圧力損失を極力最小とすることが可能である。
【0032】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、ロー
タディスクの側壁面に、冷却媒体を放射方向に案内する
案内手段を設けるようになしたから、ロータディスクの
側壁面を流動する冷却媒体の大部分は半径方向の成分だ
けとなり、したがって冷却媒体とロータディスクとの相
対速度は小さく、冷却媒体とロータディスク間の熱伝達
率は下がり、したがって動翼冷却用の冷却媒体をロータ
ディスクに沿って回収するガスタービンであっても、ロ
ータディスクにかかる熱応力を低減させることのできる
この種ガスタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービンのロータディスク部のー
実施例を示す正面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】本発明のガスタービンのロータディスク部の一
実施例を示す縦断側面図である。
【図4】従来のガスタービンのロータディスク部の一実
施例を示す正面図である。
【図5】本発明のガスタービンのディスク部の他の実施
例を示す縦断側面図である。
【図6】本発明のガスタービンのディスク部の他の実施
例を示す縦断側面図である。
【図7】本発明のガスタービンのディスク部の他の実施
例を示す縦断側面図である。
【図8】本発明のガスタービンのディスク部の他の実施
例を示す縦断側面図である。
【図9】本発明のガスタービンのディスク部の他の実施
例を示す縦断側面図である。
【図10】本発明のガスタービンのディスク部の他の実
施例を示す縦断側面図である。
【図11】本発明のガスタービンのロータディスク部の
他の実施例を示す正面図である。
【図12】本発明のガスタービンを一部断面して示す側
面図である。
【図13】本発明のガスタービンのタービン部を示す縦
断側面図である。
【符号の説明】
1…静翼、2…動翼、3…タービン、4…圧縮機、5…
燃焼器、8…ロータディスク、10…案内手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 池口 隆 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転軸の外周に配置され、回転軸ととも
    に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周
    に固定配置され、内部に冷却通路を有する動翼とを備
    え、 前記動翼の冷却通路を流通する冷却媒体が、前記ロータ
    ディスクの一方側の側壁面を流通して動翼の冷却通路に
    入り、冷却通路をでた冷却媒体媒が、ディスクの反対側
    の側壁面を流通して回収されるように形成されているガ
    スタービンにおいて、 前記ロータディスクの側壁面に、冷却媒体を放射方向に
    案内する案内手段を設けたことを特徴とするガスタービ
    ン。
  2. 【請求項2】 回転軸の外周に配置され、回転軸ととも
    に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周
    に固定配置され、内部に冷却通路を有する動翼とを備
    え、 前記動翼内を流通する冷却媒体が、前記ロータディスク
    の一方側の側壁面を流通して動翼の冷却通路に入り、冷
    却通路をでた冷却媒体が、前記ディスクの反対側の側壁
    面を流通して回収されるように形成されているガスター
    ビンにおいて、 前記ロータディスクの両側壁面に、該壁面から突出し、
    かつ放射方向に伸びた突堤を設けたことを特徴とするガ
    スタービン。
  3. 【請求項3】 前記突堤が、ロータディスクの回転方向
    に対し後方へ所定の角度傾斜してなる請求項2記載のガ
    スタービン。
  4. 【請求項4】 回転軸の外周に配置され、回転軸ととも
    に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周
    に固定配置され、内部に冷却通路を有する動翼とを備
    え、 前記動翼内を流通する冷却媒体が、前記ロータディスク
    の一方側の側壁面を流通して動翼の冷却通路に入り、冷
    却通路をでた冷却媒体が、前記ディスクの反対側の側壁
    面を流通して回収されるように形成されているガスター
    ビンにおいて、 前記ロータディスクの両側壁面に、該壁面から突出し、
    かつ放射方向に伸びた突堤を設けるとともに、該突堤の
    頂部にカバーを設けたたことを特徴とするガスタービ
    ン。
  5. 【請求項5】 前記突堤と前記カバーとを一体的に形成
    してなる請求項4記載のガスタービン。
  6. 【請求項6】 回転軸の外周に配置され、回転軸ととも
    に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周
    に固定配置され、内部に冷却通路を有する動翼とを備
    え、 前記動翼内を流通する冷却媒体が、前記ロータディスク
    の一方側壁面を流通して動翼の冷却通路に入り、冷却通
    路をでた冷媒が、前記ロータディスクの反対側壁面を流
    通して回収されるように形成されているガスタービンに
    おいて、 前記ロータディスクの側壁面を流通する冷却媒体を、放
    射方向にのみ流通させるようにしたことを特徴とするガ
    スタービン。
  7. 【請求項7】 回転軸の外周に配置され、回転軸ととも
    に回転するロータディスクと、該ロータディスクの外周
    に結合され、内部に冷却通路を有する動翼とを備え、 前記動翼の冷却通路を流通する冷却媒体が、前記ディス
    クの一方側壁面を流通して動翼の冷却通路に入り、ディ
    スクの反対側側壁面を流通して回収されるように形成さ
    れているガスタービンにおいて、 前記ロータディスクの側壁面に、放射方向に伸びた動翼
    冷却用の冷媒流通路を設けたことを特徴とするガスター
    ビン。
JP23639493A 1993-09-22 1993-09-22 ガスタービン Pending JPH0791203A (ja)

Priority Applications (1)

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JP23639493A JPH0791203A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 ガスタービン

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JP23639493A JPH0791203A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 ガスタービン

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Publication Number Publication Date
JPH0791203A true JPH0791203A (ja) 1995-04-04

Family

ID=17000119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23639493A Pending JPH0791203A (ja) 1993-09-22 1993-09-22 ガスタービン

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JP (1) JPH0791203A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6351937B1 (en) 1998-12-01 2002-03-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6351937B1 (en) 1998-12-01 2002-03-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine plant

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