JPH0828205A - ガスタービン静翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、長期的信頼性の高いタービン静翼で
あって冷却媒体回収型ガスタービンに適したタービン静
翼を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、冷却流路を形成するための鍔６およ
び冷却媒体の乱流促進を図り冷却効果を向上させるため
の突堤７をインサート３に設けて翼本体２壁厚みをほぼ
一様厚みとすることを可能とし、高い冷却効果を得たう
えに発明の目的を達成したものである。 【効果】本発明によるタービン静翼の冷却構造は、翼本
体壁厚みをほぼ一様厚みとすることによって翼の温度
差，温度むらを小さくできる。

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におけるタ
ービンの静翼に係り、特に、その冷却構造を改良したガ
スタービンにおけるタービンの静翼に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンのタービン静翼の従来の構
造としては、特開平4−179802 号公報及び特開平4−259
603 号公報に記載されている。比較的作動ガス温度の低
いガスタービンのタービン静翼の冷却構造は、翼本体内
に複数の孔を加工し、かかる孔に冷却媒体を供給して冷
却する。

【０００３】しかし、タービン作動ガス温度の高いガス
タービンでは十分な冷却性能が得られない。タービン静
翼は、翼本体，インサートから構成されている。翼本体
は内部空洞を有し、その内部空洞壁面には翼スパン方向
の複数の鍔が設けられ、さらに鍔と鍔との間の表面壁に
は複数の突起が設けられている。翼本体内部空洞壁とイ
ンサート壁及び鍔により形成される複数の流路に冷却媒
体を供給し、タービン静翼を冷却する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
構造にあってもガスタービンの長期運転において、信頼
性に欠ける欠点が有った。すなわち、従来のガスタービ
ン静翼冷却構造では、翼本体の壁厚みが鍔の形成により
翼コード方向に凹凸を連続的に繰り返して変化するため
翼本体に温度差，温度むらが生じる。その結果、長期使
用において翼に亀裂が発生し破損したり、温度むらによ
る翼の変形の累積にとるタービン性能の低下さらには冷
却性能の低下の原因になった。すなわち従来の冷却構造
ではガスタービンの長期的信頼性に欠けると考えられ
る。

【０００５】本発明は、従来の構造的欠点を解決するこ
とにより長期的信頼性の高いタービン静翼、あわせて冷
却媒体回収型ガスタービンに適したタービン静翼を提供
することを目的とする。しいてはこのガスタービン静翼
を用いたガスタービンおよびコンバインド発電プラント
の効率を向上させるものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来のガスタービン静翼
の欠点は、翼本体の壁厚みが翼コード方向に凹凸を連続
的に繰り返して変化し、翼本体の温度差，温度むらが大
きくなることに起因している。

【０００７】本発明は、インサートにインサートと一体
構造で翼スパン方向に延びる複数の鍔を翼コード方向に
間隔を開けて設け、さらにインサートと一体構造で、か
かる鍔と鍔との間に翼スパン方向に間隙を開けて複数の
突堤を設け、かかるインサートを中空翼に挿入した構造
にしたものである。

【０００８】冷却媒体は、翼本体内部壁とインサートに
よって形成される流路に供給し、インサート表面に設け
られた突堤による冷却媒体の乱流促進効果により翼本体
を効果的に冷却する。翼本体の冷却効果を保ったうえで
翼本体壁厚みをほぼ一様厚みとすることを可能とし、発
明の目的を達成したものである。

【０００９】ここで、鍔又は突堤はインサートと必ずし
も一体構造である必要はなく、溶接等で別途形成された
ものであっても良い。これらは、いずれもインサートの
外側面に所定の間隔をもって形成され、翼本体の内部壁
には形成されない。

【００１０】また、鍔又は突堤は所定の間隔を開けて形
成されるが、特に、燃焼ガスの翼への衝突度合いの違い
によって、それぞれの翼表面における熱流束が異なるた
め、鍔又は突堤を形成するピッチを考える必要がある。
例えば、静翼の前頭部，背側前部及び腹側後部の順番に
熱流束が高くなるので、この部分のピッチを多くする必
要がある。

【００１１】また、突堤の形状を考慮することにより冷
却面の熱伝達率を向上させることができる。例えば、鍔
と鍔との間に形成される突堤をそのほぼ中央部分で分割
させ、冷却媒体が流れる方向に対して斜めに形成すると
良い。

【００１２】そこで本発明のガスタービン静翼は、内部
に空洞を有する翼本体と、前記空洞内に設置されるイン
サートと、翼本体の内部空洞壁とインサートの外側面と
により形成される隙間に冷却媒体を供給するものであっ
て、前記インサートの外側面に形成され、前記冷却媒体
の流れに抵抗を与えるようなリブを有する。

【００１３】本発明は、このような体流冷却構造の構成
を取ることにより、例えば、翼頭部部分では翼本体がほ
ぼ均一な厚さで形成され、翼表面における温度差が小さ
く、その温度分布がほぼ一様になる。

【００１４】更に本発明は、前記インサートの外側面
に、翼スパン方向に複数個の突堤を設けて、翼スパン方
向の一方端から他方端へ前記隙間に供給した冷却媒体を
導くことを特徴とする。

【００１５】本発明は空気又は蒸気による、いわゆるク
ロ−ズド冷却構造を取るシステムであって、静翼を冷却
した媒体を燃焼器又は蒸気タービンに回収して、再利用
するものである。従って冷却媒体の回収経路は重要であ
り、翼スパン方向の一方端から他方端へ冷却媒体を導く
ことにより効率良い回収が図れる。

【００１６】本発明のガスタービン静翼は、前記インサ
ートの外側面に翼スパン方向に延びる複数の鍔を有し、
前記鍔と鍔との間であって、翼スパン方向に複数個の突
堤を設けたことを特徴とする。ここで、翼スパン方向と
は、翼長方向であって、半径方向である。また、間隙を
鍔によって仕切ることによって、冷却媒体の流速を高め
冷却効率を向上させることができる。

【００１７】なお、鍔の高さと突堤の高さとの関係は、
鍔の高さに対して突堤の高さを低く形成することが好ま
しい。これによって、適正な冷却媒体の流路を確保する
ことができる。

【００１８】また、冷却媒体の回収方法としては、翼ス
パン方向の一方端から前記隙間に供給した冷却媒体を、
前記インサート内部の空気流路を介して回収することも
でき、翼スパン方向の一方端から前記隙間の一部に供給
した冷却媒体を、他方端を介して残る隙間に導入し、前
記冷却媒体の供給側より翼外に排出し回収することもで
きる。

【００１９】更に、本発明のガスタービン静翼は、内部
に空洞を有する翼本体と、前記空洞内に設置されるイン
サートと、翼本体の内部空洞壁とインサートの外側面と
により形成される隙間に冷却媒体を供給するものであっ
て、前記翼本体の温度分布がほぼ一様であることを特徴
とする。

【００２０】これら突堤は、翼スパン方向に間隔を開け
て複数個形成させるが、その数はタービンの仕様等が考
慮され、適宜選択される。また、インサート外側面に形
成されるインサートは翼本体の空洞内に設置されるが、
この空洞は、複数に仕切られていても良い。

【００２１】又、本発明のガスタービンは、空気を吸い
込み圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気と
燃料とを燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガ
スにより駆動し、動翼と静翼との段落構造を有するター
ビンとを具備する。そして、タービンの静翼内に形成さ
れるインサートに、冷却媒体に乱流を促進するリブを有
することを特徴とする。

【００２２】更に、本発明のガスタービンは、前記静翼
内部のインサートに形成されたリブで、前記圧縮機から
の空気を乱流させ、静翼を冷却した後、前記燃焼器に使
用する空気として回収することを特徴とする。

【００２３】更に、特に、本発明のガスタービンは、内
部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内に設置されるイ
ンサートと、翼本体の内部空洞壁とインサートの外側面
とにより形成される隙間に冷却媒体を供給するガスター
ビン静翼と、内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
に冷却媒体を供給するガスタービン動翼とを組み合わせ
たタービンであって、前記静翼はインサートの外側面に
形成されたリブを、前記動翼は翼本体の内側面に形成さ
れたリブを有することを特徴とする。このようにリブを
有する動翼と静翼とを組み合わせることによって更に冷
却効率の高いガスタービンを達成することができる。特
に、動翼のリブ形状を、冷却面上でそのほぼ中央部分で
分割し、冷却媒体が流れる方向に対して斜めに、いわゆ
るＶ型に形成し、静翼と組み合わせることによって、投
入した燃料エネルギーに対して得られる電気出力として
表される熱効率を３３〜３５％程度に向上させることが
できる。投入燃料としては、通常１００００〜１１００
０kcal／kg程度のものを使用する。尚、１ｋＷは８６０
kcalと換算する。

【００２４】更に、本発明のコンバインドサイクルプラ
ントは、空気を吸い込み圧縮する圧縮機と、前記圧縮機
で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、前記
燃焼器からの燃焼ガスにより駆動し、動翼と静翼との段
落構造を有するタービンとを具備するガスタービンと、
前記タービンからの排気ガスと熱交換して蒸気を発生す
るボイラと、前記ボイラで発生した蒸気により駆動する
蒸気タービンとを具備する。そして、前記静翼内部のイ
ンサートに形成されたリブで、前記ボイラからの蒸気を
乱流させ、静翼を冷却した後、前記蒸気タービンに使用
する蒸気として回収することを特徴とする。

【００２５】以上のように、空気を回収して再利用する
ことにより、燃焼空気量の増大に伴い燃焼燃料量も増や
すことができる。これによって出力の向上を図ることが
できると共に、ガスタービンの効率向上をも図ることが
できる。又、出力や効率をほぼ従来と一定のまま運転す
るとすれば、空気量を増加させることができるため低Ｎ
Ｏｘを達成することができる。

【００２６】

【作用】このようにすることにより翼本体の温度差，温
度むらを小さく出来、翼の変形を無くすることによって
従来のような亀裂の発生を防止出来る。すなわち、本構
造により長期的信頼性の高いタービン静翼を提供出来
る。

【００２７】また、蒸気タービンシステムを有するコン
バインド発電プラントでは、タービン翼の冷却媒体に蒸
気を利用する。その場合比熱の大きな冷却蒸気を主流ガ
ス中に放出すると主流ガス温度の低下となるため、蒸気
をガスタービン外部に回収し蒸気タービンの作動蒸気の
一部として利用する方法が好ましい。

【００２８】ガスタービンシステムは圧縮機により圧縮
された高圧力の空気を酸化剤として燃料を燃焼させ、発
生した高温高圧ガスによりタービンを駆動し、例えば電
力等のエネルギーに変換するものである。消費された燃
料に対して得られる電気エネルギーは出来るだけ多い方
が望ましく、すなわちガスタービンの性能向上が期待さ
れており、その手段の一つとして作動ガスの高温高圧化
が考えられる。

【００２９】一方、ガスタービン作動ガスの高温化を図
り、高温排気ガスを利用した蒸気タービンシステムとの
コンバインド発電プラントによって、ガスタービンと蒸
気タービンとを含めた総合エネルギー変換効率向上方法
も考えられる。

【００３０】ガスタービンの作動ガス温度はタービン翼
材が主にガス温度に起因する熱応力に耐え得る能力によ
って制限される。作動ガス温度の高温化に際し、タービ
ン翼の耐用温度を満足させるため、タービン翼の内部に
通路を形成させ、冷却空気を通過させることによってタ
ービン翼を内部から冷却する方法が考えられる。

【００３１】かかる冷却空気は圧縮機から抽気した空気
の一部を利用するため、冷却空気の多量の消費はガスタ
ービン効率の低下をきたし、より少ない空気により効率
良く冷却することが重要である。

【００３２】一方、ガスタービン排気ガスの低ＮＯｘ化
も要望され、低ＮＯｘ化を図る手段の一つとしてガスタ
ービン燃焼器の希薄混合燃焼技術が考えられる。

【００３３】このような問題点を同時に解決するため、
タービン翼を冷却した空気を燃焼器に回収し燃焼空気の
一部として利用する方法が考えられ、本発明に起因して
いる。すなわち、タービン翼の冷却空気を燃焼空気とし
て利用することによりタービン冷却熱の回収を図り、さ
らに燃焼空気が増え、より希薄燃焼をさせることにより
低ＮＯｘ化を図ることが可能である。また必要とあれば
燃料を増やしガスタービン出力を増やすことも出来る。
かかる構造が採用されている主な理由は、タービン翼を
効果的に冷却するために翼表面近傍に冷却伝熱促進を図
った突堤を配置した冷却流路を形成することである。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を、図１，図２
及び図３により説明する。

【００３５】図１は本発明を実施したガスタービン静翼
１の横断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、すな
わちガスタービン静翼１の縦断面図である。図１，図２
において２は少なくとも１個以上の内部空洞のあるター
ビン静翼本体であり、３は静翼本体２の内部空洞に挿入
したインサートである。図３は、インサート３の外側構
造を分かりやすく示した部分的斜視図である。

【００３６】本発明の実施例をより詳しく説明する。図
１，図２及び図３において、２は少なくとも１個の空洞
を有し、また必要に応じて仕切壁４により複数の空洞を
有したタービン静翼本体である。かかる空洞には流速を
向上させ、冷却空気を低減させるインサート３を挿入す
る。尚、翼本体及びインサート共にクロムベ−スの材料
で構成されるが、翼本体材料の方が耐熱性の高いものが
要求される。例えば、翼本体は９００℃程度に対してイ
ンサートは６００℃程度である。インサート３の外側壁
面には、インサートと一体構造で翼スパン方向に延びた
複数の鍔６（仕切リブ）を翼コード方向に間隙を開けて
設けられ、かつ鍔６との間隙にはインサートと一体構造
の翼スパン方向に間隔をもって複数の突堤７（乱流促進
リブ）を設ける。インサート３における鍔６の高さと突
堤７の高さは、突堤７の高さの方が低いことが必要であ
るが、それらの高さ，設置間隙，間隔は、タービンの冷
却目標により決定されるものである。尚、２４は１８
と、２５は１９と、２６は１７とほぼ同様な作用機能を
有する。

【００３７】しかして、タービン静翼１には翼本体内部
壁１０とインサート外面１１、さらに鍔６とにより翼ス
パン方向の冷却媒体流路１２が形成される。冷却媒体流
路１２の一方は、静翼上部エンドウォール１３に設けら
れた冷却媒体溜１４に連なり、他の一方は下部エンドウ
ォール１５の冷却媒体溜１６に連通する。

【００３８】翼厚みの薄い翼後縁部には、上部冷却媒体
溜１４と下部冷却媒体溜１６に連通した前記空洞と連な
る後縁冷却流路２７が形成され、その通路には伝熱促進
のためのピンフィン２８が設けられる。

【００３９】本願発明の作動を説明する。静翼上部より
供給された冷却媒体（冷却媒体供給流１７）は、上部イ
ンピンジカバー１８のインピンジ孔１９より噴射され、
上部エンドウォール１３を冷却するとともに冷却媒体溜
１４に供給し、その一部は冷却媒体流路１２に導かれ、
冷却媒体流路１２を通過する過程において翼本体内部壁
１０よりタービン静翼１を冷却する。

【００４０】さらに他の一部は上部冷却媒体溜１４より
翼後縁流路に供給され、翼後縁部を冷却する。静翼の冷
却に寄与した冷却媒体は、下部エンドウォール１５の冷
却媒体溜１６に集められ、さらに排出口２１より翼外に
回収（冷却媒体回収流２２）する。翼外に回収された冷
却媒体は、ガスタービンのシステム構成と設置目的など
により利用形態が異なり、本願発明の適用冷却媒体には
とくに制限を与えるものではないが、例えば冷却媒体に
空気を用いた場合にはガスタービン燃焼器に供給して燃
焼空気として利用することによってガスタービン排気ガ
スの低ＮＯｘ化を図ること、またはガスタービン出力の
増加に寄与出来る。さらにコンバインド発電プラントガ
スタービンに利用した場合には蒸気タービンシステム系
より蒸気の一部を冷却媒体に利用し、回収蒸気を蒸気タ
ービン系に戻すことによってコンバインド発電プラント
性能向上に寄与出来る。

【００４１】本発明の特徴の一つは、従来にはタービン
静翼の内壁面に設けた冷却媒体の乱流促進を目的とした
突堤を、インサート側に設けたことである。すなわち、
冷却媒体流路において乱流促進体を設けた面に対向する
平滑面を冷却することにある。かかる乱流促進体を設け
た面に対向する面の伝熱促進効果を、モデル実験により
確認した。モデル実験は一辺が１０mm，他の一辺が５mm
の矩形流路を有し、長辺１０mmの対向する二面の一方を
否加熱面としてその表面には高さ０.７mm ，幅０.７mm
の冷却媒体流に直交した突堤を設け、他の一方の平滑面
を加熱面（本願発明の乱流促進突堤を設けたインサート
に対向する平滑な翼冷却面を模擬）として、冷却媒体に
は空気を使用して実験した。図４は実験結果を示した特
性図である。図４において横軸は、冷却媒体の流動状態
を表した無次元値レイノルズ数Ｒｅを示し、縦軸は伝熱
特性を表す無次元値ヌセルト数Ｎｕを示した。

【００４２】

【数１】

【００４３】Ｄ：冷却媒体流路の等価直径 υ：冷却媒体流速 α：熱伝達率 ν：冷却媒体の動粘性係数 λ：冷却媒体の熱伝導率 乱流促進突堤付面に対向した平滑面においても、対向す
る４面が平滑な平滑流路の約２倍の伝熱特性を示し、乱
流促進突堤が冷却媒体に与える乱流効果が、対向する平
滑面に影響を与えて伝熱特性の向上効果が現われること
を示している。なお乱流促進突堤の形状によりその効果
は異なるが、突堤の乱流促進効果に見合った伝熱促進効
果が対向する平滑面に現われる。つまり、突堤を形成す
ることにより二次流れを発生させ、冷却面の熱伝達率を
向上させる。

【００４４】以上のように構成された本願発明のガスタ
ービン静翼には次の効果が得られる。本発明によるター
ビン静翼の構造では、高い冷却効果を得るための乱流促
進突堤および冷却流路を形成するための鍔をインサート
側に設け、翼本体壁厚みをほぼ一様厚みとすることによ
って翼の温度差，温度むらを小さくでき、翼の変形を無
くすることによって従来にような翼の亀裂破損の発生を
防止出来る。すなわち、翼冷却性能を従来と同等に保持
したうえで、長期的信頼性の高い冷却媒体回収型のガス
タービン静翼を提供することが出来る。

【００４５】つまり本発明は、インサートに凹凸を形成
することによって、翼本体には凹凸を形成せず、熱応力
に強く信頼性の高いタービン翼を達成するものである。

【００４６】以上は本願発明の基本部分について説明し
た。以下、図５から図１２により本発明の他の実施例を
説明する。冷却媒体の回収系路は、ガスタービンのシス
テム構成，構造にたいして適正なものとする必要があ
る。以下の応用例は、種々のシステムに対応して適切な
実施例を示すものである。

【００４７】前記図１の実施例は、冷却媒体を上部エン
ドウォールに供給し下部エンドウォールから回収する構
造について示したが、ガスタービン構造によっては供給
側と同一方向から冷却媒体を回収した方が良い場合があ
る。

【００４８】図５及び図６はかかる場合にたいする本願
発明の第２の実施例を示すものであり。図５は、本願発
明の他の実施例示したガスタービン静翼の横断面図であ
り、図６は図５のＡ−Ａ断面図、すなわちガスタービン
静翼の縦断面図である。図５及び図６において前記第１
の実施例と同一部品は同一番号で示している。図５及び
図６において３０は静翼本体２に挿入した内部空間３１
を有するインサートであり、翼本体２の内部壁構造，イ
ンサート３０の外側壁構造，冷却媒体流路１２は、前記
第１の実施例と同一構造である。上部エンドウォール１
３の冷却媒体溜１４に供給された冷却媒体は、冷却媒体
流路１２に導かれ、タービン静翼を冷却する。静翼を冷
却した冷却媒体は下部エンドウォール１５の冷却媒体溜
１６に集められ、インサート３０、の内部空間３１を通
り、排出管３２より翼外に回収する。

【００４９】しかして本実施例の翼冷却の作用，効果は
前記例と同じであるが、タービン静翼に対し冷却媒体の
供給と回収とを同一方向に適した構造として提供出来
る。

【００５０】図７は、冷却媒体の供給と回収とを同一方
向にする静翼に本願発明を応用したガスタービン静翼の
他の実施例を示す縦断面図である（横断面図は前記図１
と同一）。前記図２及び図７と同一部品は同一番号で示
してあり、下部エンドウォールの冷却媒体溜１６で翼前
部冷却媒体流路と翼後部冷却媒体流路とが連通し、さら
に翼後部冷却媒体流路の上方端には冷却媒体排出管３３
に連なる。しかして上部エンドウォールの冷却媒体溜１
４に供給された冷却媒体は、翼前部冷却媒体流路に導か
れて静翼前部を冷却し、下部エンドウォール１５の冷却
媒体溜１６に集められ、さらに翼後部冷却媒体流路に導
かれて静翼後部を冷却し、排出管３３より翼外に回収す
る。なお図示説明を省略するが、本実施例の変形として
翼後部側に冷却空気を供給し、翼前部より回収する系路
も考えられる。

【００５１】高圧ガスタービンでは、翼の機械的強度を
得るため、翼内部を複数の仕切壁で区切り、冷却空気の
流路を細分化する方法がとられている。図８及び図９は
かかるガスタービン静翼に本願発明を適用した実施例を
示すものである。図８はガスタービン静翼の構断面図を
示し、図９は図８におけるＡ−Ａ断面視図を示す。図８
および図９において前記実施例と同一部品は同一番号で
示してあり、３５はタービン翼本体、３６は仕切壁、３
７はインサート、３８は翼内部壁と仕切壁およびインサ
ートによって形成される冷却媒体流路であり、３９はイ
ンサート３７の外側面にインサートと一体構造で設けた
突堤である。

【００５２】タービン静翼上部側より冷却空気溜１５に
供給された冷却空気は、翼本体内部壁とインサート３７
および翼仕切壁３６により形成されて冷却媒体流路３８
を通過する際に翼本体を冷却し、翼下側端に設けられた
冷却媒体溜１６，冷却媒体排出管２１を経て翼外に回収
される。

【００５３】以上のその他の実施例は、翼本体の内部壁
構造，インサートの外側面構造，冷却媒体流路は、前記
第１の実施例と基本的に同一構造であり、翼冷却の作
用，効果は前記例と同じである。すなわち本実施例によ
るタービン静翼の構造では、翼本体壁厚みをほぼ一様厚
みとすることによって翼の温度差，温度むらを小さくで
き、翼の変形を無くすることによって従来のような翼の
亀裂破損の発生を防止出来る。

【００５４】しかして本実施例により、いかなるガスタ
ービンのシステム構成，規模，構造にたいしても冷却促
進を保持したうえで長期的信頼性の高い冷却媒体回収型
のガスタービン静翼を提供することが出来る。

【００５５】なお、前記本願発明の実施例では図３に示
したようにインサートの乱流促進突堤の形状を、冷却媒
体の流れ方向に直行した形状で記述した。これら突堤の
形状には傾斜形，山形，ピンフィン形などの形状が考え
られ、ガスタービン静翼の設計思想により適した構造に
することができ、本願発明を制限するものでない。

【００５６】さらに本文では冷却媒体に空気を用いた例
を記述したが蒸気など他の冷却媒体でも良いことは無論
であり、冷却媒体の種類に制限を与えるものではない。

【００５７】また、タービン静翼では上記説明以外に冷
却を必要とする種々な部所がある。例えば、前記図２に
示したように、上下部のエンドウォール，比較的翼厚み
の薄い翼後縁などである。これらの部所の冷却には、従
来方式、たとえば本文で示したインピンジメント冷却構
造，フィルム冷却構造，ピンフィン対流冷却構造，乱流
促進突堤冷却構造などをそのまま実施することも可能で
あり、本願発明を制限するものでない。

【００５８】本願発明の翼本体およびインサートは、精
密鋳造，放電加工，機械加工などにより製作可能であ
る。

【００５９】本願発明のガスタービン静翼の使用法及び
使用効果を記述する。図１０は本発明のガスタービン静
翼１を搭載したガスタービン４５を示す例である。図１
０において４６は圧縮機、４７は圧縮空気室、４８は燃
焼器、４９はタービン、５０はブースト圧縮機、５１は
冷却空気回収流路、５２は発電機である。圧縮機４６に
より圧縮された高圧空気は圧縮空気室４７に導入し、さ
らに燃焼器４８に供給して燃料を燃焼させて高温高圧ガ
スを発生させる。高温高圧ガスはタービン４９を回転駆
動し、その動力により圧縮機４６を回転させているとと
もに発電機５２により電気出力を得る。

【００６０】本発明のタービン静翼１はタービン４９の
第１段静翼として搭載される。圧縮空気室４７より圧縮
空気の一部を抽気し、ブースト圧縮機５０により更に昇
圧してタービン静翼１に供給し、タービン静翼を冷却す
る。かかる冷却空気は翼下端より翼外に回収され、冷却
空気回収流路５１を通って圧縮空気室４７に導かれ、前
記燃焼空気として利用される。

【００６１】しかして本発明のガスタービン静翼１を搭
載したガスタービン４５は、前記述のごとく長期的信頼
性の高いタービン静翼によってガスタービンそのものの
信頼性を確保し、さらに冷却空気を燃焼空気として回収
することにより、ガスタービンの出力，熱効率を向上さ
せ、または排気ガスの低ＮＯｘ化を図るなど、冒頭に記
述したエネルギー変換機器に対する要求に合致したガス
タービンを提供出来る。

【００６２】かかるガスタービン４５を蒸気タービン５
７と組み合わせたコンバインド発電プラント５３の構成
を図１１に示す。図１１において５６はガスタービンの
排ガスを利用して蒸気を発生させる排熱回収ボイラーで
あり、５７はかかる蒸気により駆動する蒸気タービンで
ある。５４は復水器であり、５５は復水を排熱回収ボイ
ラー５６に供給するための給水ポンプである。かかるコ
ンバインド発電プラントでは、ガスタービンの比較的高
温の排気ガスを排熱回収ボイラー５６に導き、発生蒸気
により蒸気タービン５７を駆動するが、ガスタービン４
５と蒸気タービン５７の出力により、投入燃料に対して
熱利用効率が高くなる。本願発明のタービン静翼１を搭
載したガスタービン４５を組み合わせることにより、前
述と同様に長期的信頼性が高く、かつ熱効率の高い、お
よび排気ガスの低ＮＯｘ化を達成出来るコンバインド発
電プラントを提供出来る。

【００６３】さらにコンバインド発電プラントではター
ビン翼の冷却に蒸気タービン系の蒸気を利用する方法も
考えられる。図１２は本願発明のタービン静翼１を搭載
したガスタービン４５を組み込んだコンバインド発電プ
ラント５９のタービン冷却媒体に、蒸気を利用したとき
のプラント構成図を示すものである。排熱回収ボイラー
５６で発生した蒸気の一部をガスタービン４５の本願発
明のタービン静翼１に導き、タービン静翼を冷却した後
回収して蒸気タービンに供給する。しかして本コンバイ
ンド発電プラントでは、前述の効果とともに、タービン
静翼を冷却することにより得た熱エネルギーを蒸気ター
ビンで動力として回収出来る効果がさらに得られる。

【００６４】つまり、本発明は、長期的信頼性の高いタ
ービン静翼、あわせて冷却媒体回収型ガスタービンに適
したタービン静翼を提供することを目的とし、しいては
このガスタービン静翼を用いたガスタービンおよび発電
プラントの効率を向上させるものであって、従来のガス
タービン静翼の欠点であった翼本体の温度差，温度むら
を、翼本体の壁厚みの翼コード方向の凹凸を解消して、
連続的な繰り返し変化を解消した。冷却流路を形成する
ための鍔および冷却媒体の乱流促進を図り冷却効果を向
上させるための突堤をインサートに設けて翼本体壁厚み
をほぼ一様厚みとすることを可能とし、高い冷却効果を
得たうえに発明の目的を達成したものである。タービン
静翼の冷却構造は、翼本体壁厚みをほぼ一様厚みとする
ことによって翼の温度差，温度むらを小さくでき、翼の
変形を無くすることによって従来のような翼の亀裂破損
の発生を防止出来る。従って、本発明により長期的信頼
性の高い冷却媒体回収型のガスタービン静翼を提供する
ことが出来、しいては高温高効率ガスタービンおよびそ
のガスタービンを利用した効率の高い発電プラントの実
現に寄与できる。尚、インサート側に乱流促進突堤を付
けたときの相対向する平滑面に対する伝熱促進効果は、
モデル実験により確認した。

【００６５】

【発明の効果】以上説明のごとく本発明によるタービン
静翼の冷却構造は、高い翼冷却性能を得たうえに翼の温
度差，温度むらを小さくでき、翼の変形を無くすること
によって従来のような翼の亀裂破損の発生を防止出来
る。

【００６６】従って、本願発明により高冷却性能，高信
頼性の冷却媒体回収型のガスタービン静翼を提供するこ
とが出来、しいては高温高効率ガスタービンおよびその
ガスタービンを利用した効率の高い発電プラントの実現
に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービン静翼の横断面構造図。

【図２】ガスタービン静翼の縦断面構造図（図１のＡ−
Ａ断面視図）。

【図３】インサート３の部分的斜視図。

【図４】伝熱特性実験結果図。

【図５】ガスタービン静翼の横断面構造図。

【図６】ガスタービン静翼の縦断面構造図（図５のＡ−
Ａ断面視図）。

【図７】ガスタービン静翼の縦断面構造図。

【図８】ガスタービン静翼の横断面構造図。

【図９】ガスタービン静翼の縦断面構造図（図８のＡ−
Ａ断面視図）。

【図１０】ガスタービン。

【図１１】コンバインド発電プラント。

【図１２】コンバインド発電プラント。

【符号の説明】

１…ガスタービン静翼、２…翼本体、３…インサート、
４…仕切壁、６…鍔、７…突堤、１０…静翼本体内部壁
面、１１…インサート外側壁面、１２…冷却媒体流路、
１３…上部エンドウォール、１４…冷却媒体溜、１５…
下部エンドウォール、１６…冷却媒体溜、１７…冷却媒
体供給流、１８…上部インピンジカバー、１９…インピ
ンジ孔、２１…冷却媒体排出管、２２…冷却媒体回収
流、２４…下部インピンジカバー、２５…インピンジ
孔、２６…冷却媒体供給流、２７…後縁冷却流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 学 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 (72)発明者 木塚 宣明 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 (72)発明者 樋口 眞一 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 (72)発明者 竹原 勲 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

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
   に設置されるインサートと、翼本体の内部空洞壁とイン
   サートの外側面とにより形成される隙間に冷却媒体を供
   給するガスタービン静翼において、 前記インサートの外側面に形成され、前記冷却媒体の流
   れに抵抗を与えるようなリブを有することを特徴とする
   ガスタービン静翼。
2. 【請求項２】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
   に設置されるインサートと、翼本体の内部空洞壁とイン
   サートの外側面とにより形成される隙間に冷却媒体を供
   給するガスタービン静翼において、 前記インサートの外側面に、翼スパン方向に複数個の突
   堤を設けて、 翼スパン方向の一方端から他方端へ前記隙間に供給した
   冷却媒体を導くことを特徴とするガスタービン静翼。
3. 【請求項３】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
   に設置されるインサートと、翼本体の内部空洞壁とイン
   サートの外側面とにより形成される隙間に冷却媒体を供
   給するガスタービン静翼において、 前記インサートの外側面に翼スパン方向に延びる複数の
   鍔を有し、前記鍔と鍔との間であって、翼スパン方向に
   複数個の突堤を設けたことを特徴とするガスタービン静
   翼。
4. 【請求項４】請求項３記載のガスタービン静翼におい
   て、 前記鍔の高さよりも前記突堤の高さを低く形成したこと
   を特徴とするガスタービン静翼。
5. 【請求項５】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
   に設置され内部に空気流路を有するインサートと、翼本
   体の内部空洞壁とインサートの外側面とにより形成され
   る隙間に冷却媒体を供給するガスタービン静翼におい
   て、 前記インサートの外側面に翼スパン方向に延びる複数の
   鍔を有し、前記鍔と鍔との間であって、翼スパン方向に
   複数個の突堤を設けて、 翼スパン方向の一方端から前記隙間に供給した冷却媒体
   を、前記インサート内部の空気流路を介して回収するこ
   とを特徴とするガスタービン静翼。
6. 【請求項６】内部に複数の空洞を有する翼本体と、前記
   複数の空洞内にそれぞれ設置されるインサートと、翼本
   体の内部空洞壁とインサートの外側面とにより形成され
   る隙間に冷却媒体を供給するガスタービン静翼におい
   て、 前記インサートの外側面に翼スパン方向に延びる複数の
   鍔を有し、前記鍔と鍔との間であって、インサートの外
   側面に翼スパン方向に所定の間隔を有する複数個の突堤
   を設けて、 翼スパン方向の一方端から前記隙間の一部に供給した冷
   却媒体を、他方端を介して残る隙間に導入し、前記冷却
   媒体の供給側より翼外に排出することを特徴とするガス
   タービン静翼。
7. 【請求項７】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞内
   に設置されるインサートと、翼本体の内部空洞壁とイン
   サートの外側面とにより形成される隙間に冷却媒体を供
   給するガスタービン静翼において、 前記翼本体の温度分布がほぼ一様であることを特徴とす
   るガスタービン静翼。
8. 【請求項８】空気を吸い込み圧縮する圧縮機と、前記圧
   縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、
   前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動し、動翼と静翼と
   の段落構造を有するタービンとを具備するガスタービン
   において、 前記タービンの静翼内に形成されるインサートに、冷却
   媒体に乱流を促進するリブを有することを特徴とするガ
   スタービン。
9. 【請求項９】空気を吸い込み圧縮する圧縮機と、前記圧
   縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、
   前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動し、動翼と静翼と
   の段落構造を有するタービンとを具備するガスタービン
   において、 前記静翼内部のインサートに形成されたリブで、前記圧
   縮機からの空気を乱流させ、静翼を冷却した後、前記燃
   焼器に使用する空気として回収することを特徴とするガ
   スタービン。
10. 【請求項１０】内部に空洞を有する翼本体と、前記空洞
    内に設置されるインサートと、翼本体の内部空洞壁とイ
    ンサートの外側面とにより形成される隙間に冷却媒体を
    供給するガスタービン静翼と、内部に空洞を有する翼本
    体と、前記空洞内に冷却媒体を供給するガスタービン動
    翼とを組み合わせたタービンを有するガスタービンにお
    いて、 前記静翼はインサートの外側面に形成されたリブを、前
    記動翼は翼本体の内側面に形成されたリブを有すること
    を特徴とするガスタービン。
11. 【請求項１１】空気を吸い込み圧縮する圧縮機と、前記
    圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器
    と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動し、動翼と静
    翼との段落構造を有するタービンとを具備するガスター
    ビンと、前記タービンからの排気ガスと熱交換して蒸気
    を発生するボイラと、前記ボイラで発生した蒸気により
    駆動する蒸気タービンとを具備するコンバインドサイク
    ルプラントにおいて、 前記静翼内部のインサートに形成されたリブで、前記ボ
    イラからの蒸気を乱流させ、静翼を冷却した後、前記蒸
    気タービンに使用する蒸気として回収することを特徴と
    するコンバインドサイクルプラント。