JPH10184310A - ガスタービン静翼 - Google Patents
ガスタービン静翼Info
- Publication number
- JPH10184310A JPH10184310A JP8343053A JP34305396A JPH10184310A JP H10184310 A JPH10184310 A JP H10184310A JP 8343053 A JP8343053 A JP 8343053A JP 34305396 A JP34305396 A JP 34305396A JP H10184310 A JPH10184310 A JP H10184310A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal plate
- cooling
- end wall
- gas turbine
- cascade
- Prior art date
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高効率化を目指してガスタービン作動ガス温度
がより高温化されても、静翼エンドウォール額縁部が溶
けたり、酸化あるいは熱応力によるクラックが入ること
のない、信頼性が高くかつ耐久性のあるガスタービン静
翼を提供する。 【解決手段】環状翼列を形成する静翼セグメント同士を
エンドウォール部４でシールプレート５２を用いて結合
する際に、シールプレート５２とエンドウォール部４に
設けられたシールプレート溝５３との間に冷却媒体が、
静翼セグメント分割面に並行に上流から下流に流れるよ
うな冷却流路を形成した。さらに、伝熱を促進させるた
めに冷却流路内に伝熱促進体を配置する。
がより高温化されても、静翼エンドウォール額縁部が溶
けたり、酸化あるいは熱応力によるクラックが入ること
のない、信頼性が高くかつ耐久性のあるガスタービン静
翼を提供する。 【解決手段】環状翼列を形成する静翼セグメント同士を
エンドウォール部４でシールプレート５２を用いて結合
する際に、シールプレート５２とエンドウォール部４に
設けられたシールプレート溝５３との間に冷却媒体が、
静翼セグメント分割面に並行に上流から下流に流れるよ
うな冷却流路を形成した。さらに、伝熱を促進させるた
めに冷却流路内に伝熱促進体を配置する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン静翼に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンは、一般にガスタービンに
直結された圧縮機により高圧力に圧縮された作動流体を
発生させ、そしてこの作動流体に燃料を加え燃焼させ、
高温高圧の作動流体を得てタービンを駆動するように構
成されている。このタービンの回転エネルギは、例えば
タービンに結合されている発電機により電気エネルギに
変換される。
直結された圧縮機により高圧力に圧縮された作動流体を
発生させ、そしてこの作動流体に燃料を加え燃焼させ、
高温高圧の作動流体を得てタービンを駆動するように構
成されている。このタービンの回転エネルギは、例えば
タービンに結合されている発電機により電気エネルギに
変換される。
【０００３】現在は、ガスタービンと蒸気タービンを組
み合わせたコンバインドサイクルの性能及び効率向上に
大きな期待が寄せられている。そのコンバインドサイク
ルの性能及び効率向上を図るには、ガスタービン作動流
体のより一層の高温高圧化が必要である。そこで、ガス
タービンの作動流体の温度をこれまで以上に一層高温と
しても、高温ガスにさらされる部材が溶けたり、酸化あ
るいは熱応力によるクラックの入ることのないよう高性
能かつ確実な冷却技術が必要となる。
み合わせたコンバインドサイクルの性能及び効率向上に
大きな期待が寄せられている。そのコンバインドサイク
ルの性能及び効率向上を図るには、ガスタービン作動流
体のより一層の高温高圧化が必要である。そこで、ガス
タービンの作動流体の温度をこれまで以上に一層高温と
しても、高温ガスにさらされる部材が溶けたり、酸化あ
るいは熱応力によるクラックの入ることのないよう高性
能かつ確実な冷却技術が必要となる。
【０００４】ガスタービンの作動流体を高温化した場
合、最も熱負荷が大きく冷却が難しいのは第１段静翼で
あり、翼部だけでなく円周方向にガスパス流路を構成す
るエンドウォール部も翼部と同様積極的な冷却が必要で
ある。ガスタービンで静翼は円周方向にいくつかのセグ
メントに分割されて配置され、各々の静翼同士はシール
プレートを用いて連結されている。大抵の場合、静翼エ
ンドウォールは、内面側からインピンジメント冷却され
インピンジメント冷却を終えた冷却空気はフィルム孔か
ら主流ガス側に吹き出されエンドウォール表面をフィル
ム冷却する。しかし、静翼エンドウォール額縁部のシー
ルプレートが挿入される部分はインピンジメント冷却を
することができなく、冷却を施すことが非常に困難な部
分である。作動ガス温度がそれほど高くないガスタービ
ンでは、この部分は積極的な冷却が施されてはなく、シ
ールプレートからの冷却空気の微少な漏れによる冷却を
当てにして設計及び運転されてきた。しかし、今後の作
動ガス高温化に際し、このような不確実な冷却方法では
高信頼性かつ耐久性のあるガスタービン静翼を提供する
ことはできない。事実、これまで、近年の高温化された
ガスタービンで静翼エンドウォールのシールプレート挿
入溝付近にクラックが入った静翼がいくつか観察されて
いる。
合、最も熱負荷が大きく冷却が難しいのは第１段静翼で
あり、翼部だけでなく円周方向にガスパス流路を構成す
るエンドウォール部も翼部と同様積極的な冷却が必要で
ある。ガスタービンで静翼は円周方向にいくつかのセグ
メントに分割されて配置され、各々の静翼同士はシール
プレートを用いて連結されている。大抵の場合、静翼エ
ンドウォールは、内面側からインピンジメント冷却され
インピンジメント冷却を終えた冷却空気はフィルム孔か
ら主流ガス側に吹き出されエンドウォール表面をフィル
ム冷却する。しかし、静翼エンドウォール額縁部のシー
ルプレートが挿入される部分はインピンジメント冷却を
することができなく、冷却を施すことが非常に困難な部
分である。作動ガス温度がそれほど高くないガスタービ
ンでは、この部分は積極的な冷却が施されてはなく、シ
ールプレートからの冷却空気の微少な漏れによる冷却を
当てにして設計及び運転されてきた。しかし、今後の作
動ガス高温化に際し、このような不確実な冷却方法では
高信頼性かつ耐久性のあるガスタービン静翼を提供する
ことはできない。事実、これまで、近年の高温化された
ガスタービンで静翼エンドウォールのシールプレート挿
入溝付近にクラックが入った静翼がいくつか観察されて
いる。
【０００５】静翼エンドウォールシールプレート挿入溝
付近の冷却構造に関して、特開平3−213602号がある。
図１１にそのシールプレート挿入部の断面形状を示す。
これによれば、シールプレート溝３０内に小さな溝３８
を施し、冷却空気がシール部材４０を外側表面４４から
内側表面４２に回り込むような流れを形成し内壁３２を
冷却しようとするものである。尚、内壁３２を冷却した
冷却空気は主流ガス中に吹き出される。
付近の冷却構造に関して、特開平3−213602号がある。
図１１にそのシールプレート挿入部の断面形状を示す。
これによれば、シールプレート溝３０内に小さな溝３８
を施し、冷却空気がシール部材４０を外側表面４４から
内側表面４２に回り込むような流れを形成し内壁３２を
冷却しようとするものである。尚、内壁３２を冷却した
冷却空気は主流ガス中に吹き出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の冷却構造の場
合、冷却空気は内壁３２を対流冷却することになるが、
高温ガスタービン第１段静翼の熱負荷を考えた場合、こ
の部分の冷却に要求される冷却空気流の速度は毎秒数百
メートル程度である。すなわち、多量の冷却空気をこの
部分から主流ガス中へ放出することとなる。また、その
冷却空気の熱交換の距離はシールプレート溝の深さ程度
の非常に短い距離であり、冷却空気は自身の持っている
冷却ポテンシャルをほとんど使うことなく主流ガス中へ
放出されることになる。すなわち、冷却による熱交換を
あまり行えず温度の低いまま主流ガス中に放出される。
そして温度の低い冷却空気が多量に主流ガス中に放出さ
れると主流ガスの流れを乱すだけでなく主流ガス温度を
下げてしまい、ひいてはガスタービン全体の効率低下に
つながりかねない。
合、冷却空気は内壁３２を対流冷却することになるが、
高温ガスタービン第１段静翼の熱負荷を考えた場合、こ
の部分の冷却に要求される冷却空気流の速度は毎秒数百
メートル程度である。すなわち、多量の冷却空気をこの
部分から主流ガス中へ放出することとなる。また、その
冷却空気の熱交換の距離はシールプレート溝の深さ程度
の非常に短い距離であり、冷却空気は自身の持っている
冷却ポテンシャルをほとんど使うことなく主流ガス中へ
放出されることになる。すなわち、冷却による熱交換を
あまり行えず温度の低いまま主流ガス中に放出される。
そして温度の低い冷却空気が多量に主流ガス中に放出さ
れると主流ガスの流れを乱すだけでなく主流ガス温度を
下げてしまい、ひいてはガスタービン全体の効率低下に
つながりかねない。
【０００７】高効率化のためにガスタービン作動ガス温
度を高温化しても、冷却空気流量が多くなりすぎては効
率低下につながるだけであり、冷却効率を上げ冷却空気
流量はできる限り少なく抑え、しかも主流ガス中に放出
される冷却空気は、できる限りその冷却ポテンシャルを
使いきり、すなわち熱交換させて高温にして放出するの
が高効率化の鍵なのである。
度を高温化しても、冷却空気流量が多くなりすぎては効
率低下につながるだけであり、冷却効率を上げ冷却空気
流量はできる限り少なく抑え、しかも主流ガス中に放出
される冷却空気は、できる限りその冷却ポテンシャルを
使いきり、すなわち熱交換させて高温にして放出するの
が高効率化の鍵なのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、環状
に形成された静止翼列で、前記翼列は外周側と内周側に
それぞれガス流路を形成するエンドウォールを持ち、か
つ前記翼列は円周方向にいくつかのセグメントに分割さ
れており、互いに隣接する静翼セグメントはエンドウォ
ール分割面で互いに設けられたシールプレート溝にシー
ルプレートを差し込むようにして連結されているガスタ
ービン静翼で、前記シールプレート溝と前記シールプレ
ートとの間に、エンドウォール分割面に並行に冷却媒体
を流す冷却流路が形成することにより所期の目的を達成
するようにしたものである。
に形成された静止翼列で、前記翼列は外周側と内周側に
それぞれガス流路を形成するエンドウォールを持ち、か
つ前記翼列は円周方向にいくつかのセグメントに分割さ
れており、互いに隣接する静翼セグメントはエンドウォ
ール分割面で互いに設けられたシールプレート溝にシー
ルプレートを差し込むようにして連結されているガスタ
ービン静翼で、前記シールプレート溝と前記シールプレ
ートとの間に、エンドウォール分割面に並行に冷却媒体
を流す冷却流路が形成することにより所期の目的を達成
するようにしたものである。
【０００９】また、環状に形成された静止翼列で、前記
翼列は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエ
ンドウォールを持ち、かつ前記翼列は円周方向にいくつ
かのセグメントに分割されており、互いに隣接する静翼
セグメントはエンドウォール分割面で互いに設けられた
シールプレート溝にシールプレートを差し込むようにし
て連結されているガスタービン静翼で、前記シールプレ
ートの断面形状を凸型とすることにより、前記シールプ
レート溝と前記シールプレートとの間に、エンドウォー
ル分割面に並行に冷却媒体を流す冷却流路が形成するよ
うにしたものである。
翼列は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエ
ンドウォールを持ち、かつ前記翼列は円周方向にいくつ
かのセグメントに分割されており、互いに隣接する静翼
セグメントはエンドウォール分割面で互いに設けられた
シールプレート溝にシールプレートを差し込むようにし
て連結されているガスタービン静翼で、前記シールプレ
ートの断面形状を凸型とすることにより、前記シールプ
レート溝と前記シールプレートとの間に、エンドウォー
ル分割面に並行に冷却媒体を流す冷却流路が形成するよ
うにしたものである。
【００１０】また、前記冷却流路内に乱流促進体を配置
するようにしたものである。
するようにしたものである。
【００１１】また、前記シールプレートの断面形状を凸
型とすることにより前記シールプレート溝と前記シール
プレートとの間に、エンドウォール分割面に並行に冷却
媒体を流す冷却流路を形成し、前記シールプレートの前
記冷却流路を形成する谷面に乱流促進体を配置するよう
にしたものである。
型とすることにより前記シールプレート溝と前記シール
プレートとの間に、エンドウォール分割面に並行に冷却
媒体を流す冷却流路を形成し、前記シールプレートの前
記冷却流路を形成する谷面に乱流促進体を配置するよう
にしたものである。
【００１２】また、環状に形成された静止翼列で、前記
翼列は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエ
ンドウォールを持ち、かつ前記翼列は円周方向にいくつ
かのセグメントに分割されており、互いに隣接する静翼
セグメントはエンドウォール分割面で互いに設けられた
シールプレート溝にシールプレートを差し込むようにし
て連結されているガスタービン静翼で、隣接する前記静
翼エンドウォール分割面間に存在する間隙の前記シール
プレートのガス流路への露出部にフィルム冷却孔を配設
するようにした。
翼列は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエ
ンドウォールを持ち、かつ前記翼列は円周方向にいくつ
かのセグメントに分割されており、互いに隣接する静翼
セグメントはエンドウォール分割面で互いに設けられた
シールプレート溝にシールプレートを差し込むようにし
て連結されているガスタービン静翼で、隣接する前記静
翼エンドウォール分割面間に存在する間隙の前記シール
プレートのガス流路への露出部にフィルム冷却孔を配設
するようにした。
【００１３】すなわち、このように形成されているガス
タービン静翼であると、冷却が難しいシールプレート溝
が形成されるエンドウォール額縁部を内部から対流冷
却、外部からはフィルム冷却をすることができる。そし
て、対流冷却流路は比較的長く形成することができるた
め、冷却空気は熱交換を十分行ってから主流ガス中に排
出され、より少ない冷却空気量で冷却が可能となる。ま
た、フィルム孔からは管理した量の冷却空気を漏らして
フィルム冷却を行える。従って、ガスタービンの作動温
度をより高温としても、信頼性が高く、耐久性のあるガ
スタービン静翼を提供することができる。
タービン静翼であると、冷却が難しいシールプレート溝
が形成されるエンドウォール額縁部を内部から対流冷
却、外部からはフィルム冷却をすることができる。そし
て、対流冷却流路は比較的長く形成することができるた
め、冷却空気は熱交換を十分行ってから主流ガス中に排
出され、より少ない冷却空気量で冷却が可能となる。ま
た、フィルム孔からは管理した量の冷却空気を漏らして
フィルム冷却を行える。従って、ガスタービンの作動温
度をより高温としても、信頼性が高く、耐久性のあるガ
スタービン静翼を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図に示した実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。まず、図１に本発明のガス
タービン静翼を示す。静翼１は主に翼部２と外周側エン
ドウォール３，内周側エンドウォール４で構成され、主
流ガスは矢印６の方向に流れを形成する。また、静翼１
には外周側エンドウォール３及び内周側エンドウォール
４の側面にそれぞれシールプレート溝が５３ａ及び５３
ｂのように形成され、外周側シールプレート５２ａと内
周側シールプレート５２ｂを互いの隣合う静翼のエンド
ウォールの側面に形成されたシールプレート溝に挿入す
ることにより連結され、円周方向に環状翼列が形成され
る。尚シールプレートの役割は各静翼同士の連結の隙間
から冷却空気が主流ガス中に漏れるのを防止するもので
ある。
て本発明を詳細に説明する。まず、図１に本発明のガス
タービン静翼を示す。静翼１は主に翼部２と外周側エン
ドウォール３，内周側エンドウォール４で構成され、主
流ガスは矢印６の方向に流れを形成する。また、静翼１
には外周側エンドウォール３及び内周側エンドウォール
４の側面にそれぞれシールプレート溝が５３ａ及び５３
ｂのように形成され、外周側シールプレート５２ａと内
周側シールプレート５２ｂを互いの隣合う静翼のエンド
ウォールの側面に形成されたシールプレート溝に挿入す
ることにより連結され、円周方向に環状翼列が形成され
る。尚シールプレートの役割は各静翼同士の連結の隙間
から冷却空気が主流ガス中に漏れるのを防止するもので
ある。
【００１５】ここで、外周側エンドウォール３を例にと
ってエンドウォール部の冷却について説明する。一般
に、被冷却体の外表面を一定温度に保つために内側から
冷却をする場合、被冷却体の厚みは強度の許す限り薄い
方が有利である。そこで大抵のエンドウォールの場合、
シールプレート溝の形成と強度維持の役目を果たす縁部
以外は、エンドウォールの板厚は強度の許す限り薄くさ
れる。結果として９に示すインピンジメント冷却のため
のキャビティが形成され、それを額縁部１３が囲む構造
となっている。このように構成されエンドウォールで、
冷却空気２０はインピンジプレート７に設けられたイン
ピンジ孔８を通してエンドウォール冷却面１０をインピ
ンジメント冷却する。インピンジメント冷却を終え、キ
ャビティ９内にある冷却空気はエンドウォール冷却面１
０とエンドウォール主流ガス側表面１１とを貫通するフ
ィルム孔１２を通して主流ガス側に放出され、エンドウ
ォールガス側表面１１をフィルム冷却する。すなわち、
エンドウォールを冷却するのに内側からはインピンジメ
ント冷却による内部冷却、ガス側表面ではフィルム冷却
を行って複合冷却する。作動ガスを高温化したガスター
ビンでは、そのどちらの冷却も欠かすことができない。
しかし、エンドウォール額縁部１３はインピンジメント
冷却による内部冷却をすることが困難な部分である。こ
れは前に述べたように額縁部１３は強度維持のため板厚
が厚く構成されているのとガス側表面１１との間にはシ
ールプレート５２ｂが存在し、インピンジメント冷却を
有効に行うための有効なキャビティが形成できないため
である。
ってエンドウォール部の冷却について説明する。一般
に、被冷却体の外表面を一定温度に保つために内側から
冷却をする場合、被冷却体の厚みは強度の許す限り薄い
方が有利である。そこで大抵のエンドウォールの場合、
シールプレート溝の形成と強度維持の役目を果たす縁部
以外は、エンドウォールの板厚は強度の許す限り薄くさ
れる。結果として９に示すインピンジメント冷却のため
のキャビティが形成され、それを額縁部１３が囲む構造
となっている。このように構成されエンドウォールで、
冷却空気２０はインピンジプレート７に設けられたイン
ピンジ孔８を通してエンドウォール冷却面１０をインピ
ンジメント冷却する。インピンジメント冷却を終え、キ
ャビティ９内にある冷却空気はエンドウォール冷却面１
０とエンドウォール主流ガス側表面１１とを貫通するフ
ィルム孔１２を通して主流ガス側に放出され、エンドウ
ォールガス側表面１１をフィルム冷却する。すなわち、
エンドウォールを冷却するのに内側からはインピンジメ
ント冷却による内部冷却、ガス側表面ではフィルム冷却
を行って複合冷却する。作動ガスを高温化したガスター
ビンでは、そのどちらの冷却も欠かすことができない。
しかし、エンドウォール額縁部１３はインピンジメント
冷却による内部冷却をすることが困難な部分である。こ
れは前に述べたように額縁部１３は強度維持のため板厚
が厚く構成されているのとガス側表面１１との間にはシ
ールプレート５２ｂが存在し、インピンジメント冷却を
有効に行うための有効なキャビティが形成できないため
である。
【００１６】そこで、本発明の静翼では、シールプレー
ト５２ａ及び５２ｂがシールプレート溝５３ａ及び５３
ｂに挿入された状態でシールプレート５２ａとシールプ
レート溝５３ａとの間にまたシールプレート５２ｂとシ
ールプレート溝５３ｂとの間にそれぞれ冷却空気が流れ
る流路が形成されるようにシールプレート５２ａ及び５
２ｂの断面形状を従来の矩形形状から凸型形状とした。
図２は内周側エンドウォール４を例にとり、要部をより
分かりやすく示したものである。シールプレート５２ｂ
は断面形状を凸型に形成され、上流側の端には切りかき
６０がある。一方、シールプレート溝５３ｂの方には上
流端に冷却空気供給孔６１，下流端には冷却空気排出孔
６２が形成されている。このような状態でシールプレー
ト５２ｂは矢印９０の方向にシールプレート溝５３ｂに
挿入される。図３はシールプレート５２ｂがシールプレ
ート溝５３ｂに挿入されている状態を示したものであ
る。また、図４はその断面図である。このように構成さ
れた状態で、冷却空気２１は、供給孔６１から供給され
シールプレート切りかき部６０を通り、冷却流路５４へ
と導かれる。冷却流路５４内では冷却空気２１は上流側
から下流側に流れエンドウォール額縁部１３を内部から
対流冷却し、冷却を終えた空気は排出孔６２から主流ガ
ス中に排出される。ここで、一般にタービンで静翼は主
流ガスの持つ圧力を流速に変える役目をするため、主流
ガス静圧は静翼上流側から下流側にかけて急激に減少す
る。一方、冷却空気はクラックが生じた際の逆流防止や
フィルム冷却行う理由で静翼上流側の主流ガスの静圧よ
り高い圧力で供給される。そこで、本方式では冷却空気
排出孔６２を静圧の低い下流側に設けているため、この
圧力差を大いに利用することができ、５４のような流れ
の抵抗が大きい狭い冷却流路でも、冷却空気の大きな流
速を確保し熱伝達を促進することができる。また冷却空
気は、図１１に示される冷却方式とは異なり、冷却流路
５４内で十分冷却による熱交換をして高温となった後、
主流ガス中に排出されるため、冷却空気が供給過程でも
っている冷却能力を十分使用することができ、より少な
い冷却空気消費量で最大限の冷却効果を得られるもので
ある。
ト５２ａ及び５２ｂがシールプレート溝５３ａ及び５３
ｂに挿入された状態でシールプレート５２ａとシールプ
レート溝５３ａとの間にまたシールプレート５２ｂとシ
ールプレート溝５３ｂとの間にそれぞれ冷却空気が流れ
る流路が形成されるようにシールプレート５２ａ及び５
２ｂの断面形状を従来の矩形形状から凸型形状とした。
図２は内周側エンドウォール４を例にとり、要部をより
分かりやすく示したものである。シールプレート５２ｂ
は断面形状を凸型に形成され、上流側の端には切りかき
６０がある。一方、シールプレート溝５３ｂの方には上
流端に冷却空気供給孔６１，下流端には冷却空気排出孔
６２が形成されている。このような状態でシールプレー
ト５２ｂは矢印９０の方向にシールプレート溝５３ｂに
挿入される。図３はシールプレート５２ｂがシールプレ
ート溝５３ｂに挿入されている状態を示したものであ
る。また、図４はその断面図である。このように構成さ
れた状態で、冷却空気２１は、供給孔６１から供給され
シールプレート切りかき部６０を通り、冷却流路５４へ
と導かれる。冷却流路５４内では冷却空気２１は上流側
から下流側に流れエンドウォール額縁部１３を内部から
対流冷却し、冷却を終えた空気は排出孔６２から主流ガ
ス中に排出される。ここで、一般にタービンで静翼は主
流ガスの持つ圧力を流速に変える役目をするため、主流
ガス静圧は静翼上流側から下流側にかけて急激に減少す
る。一方、冷却空気はクラックが生じた際の逆流防止や
フィルム冷却行う理由で静翼上流側の主流ガスの静圧よ
り高い圧力で供給される。そこで、本方式では冷却空気
排出孔６２を静圧の低い下流側に設けているため、この
圧力差を大いに利用することができ、５４のような流れ
の抵抗が大きい狭い冷却流路でも、冷却空気の大きな流
速を確保し熱伝達を促進することができる。また冷却空
気は、図１１に示される冷却方式とは異なり、冷却流路
５４内で十分冷却による熱交換をして高温となった後、
主流ガス中に排出されるため、冷却空気が供給過程でも
っている冷却能力を十分使用することができ、より少な
い冷却空気消費量で最大限の冷却効果を得られるもので
ある。
【００１７】このように構成された静翼では、エンドウ
ォール冷却で問題となる額縁部の冷却を解決し、溶けた
り、酸化あるいは熱応力によるクラックの心配のない高
信頼性かつ耐久性のあるガスタービン静翼を提供するこ
とができる。
ォール冷却で問題となる額縁部の冷却を解決し、溶けた
り、酸化あるいは熱応力によるクラックの心配のない高
信頼性かつ耐久性のあるガスタービン静翼を提供するこ
とができる。
【００１８】尚、以上の説明ではシールプレート５１及
び５２の断面形状を凸型とすることによって冷却流路を
形成したが、図５に示すようにシールプレート断面形状
は従来の矩形とし、エンドウォールシールプレート溝側
を加工して、冷却流路５５が形成されるようにしても得
られる効果は同様であり、特に限定されるものではな
い。
び５２の断面形状を凸型とすることによって冷却流路を
形成したが、図５に示すようにシールプレート断面形状
は従来の矩形とし、エンドウォールシールプレート溝側
を加工して、冷却流路５５が形成されるようにしても得
られる効果は同様であり、特に限定されるものではな
い。
【００１９】次に本発明の他の実施例を示す。図６は、
シールプレート５２ｂの断面形状を凸型とし、冷却流路
を構成する谷面に伝熱促進効果を狙って乱流促進体５６
ａを設けたものである。また、図７はその断面図であ
る。冷却空気の供給，冷却及び排出機構は図３に示した
ものと同様である。一般に乱流促進体は、冷却面に設け
たほうが高い伝熱促進効果が得られるが、反対側の対抗
面に設けてもやや性能は低下するが冷却面の伝熱を促進
する効果がモデル実験で確認されている。モデル実験は
一辺が１０mm、他の辺が１.５mm の矩形流路を有し、長
辺１０mmに対抗する二面の一方を否過熱面としてその表
面には高さが０.３mm，幅０.３mmの乱流促進体を設け、
他の一方の平滑面を過熱面として、冷却媒体には空気を
使用して実験した。図８は実験結果を示した特性図であ
る。図８で横軸は、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
元ヌセルト数Ｎｕを示した。
シールプレート５２ｂの断面形状を凸型とし、冷却流路
を構成する谷面に伝熱促進効果を狙って乱流促進体５６
ａを設けたものである。また、図７はその断面図であ
る。冷却空気の供給，冷却及び排出機構は図３に示した
ものと同様である。一般に乱流促進体は、冷却面に設け
たほうが高い伝熱促進効果が得られるが、反対側の対抗
面に設けてもやや性能は低下するが冷却面の伝熱を促進
する効果がモデル実験で確認されている。モデル実験は
一辺が１０mm、他の辺が１.５mm の矩形流路を有し、長
辺１０mmに対抗する二面の一方を否過熱面としてその表
面には高さが０.３mm，幅０.３mmの乱流促進体を設け、
他の一方の平滑面を過熱面として、冷却媒体には空気を
使用して実験した。図８は実験結果を示した特性図であ
る。図８で横軸は、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
元ヌセルト数Ｎｕを示した。
【００２０】
【数１】
【００２１】Ｄ：冷却媒体流路の等価直径 ｖ：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 冷却面に対向する面に乱流促進体を設けた場合でも、平
滑流路に対し約１.８倍の伝熱特性を示した。尚、冷却
面に乱流促進体を設けた場合では、平滑流路に対し約
４.４ 倍の伝熱特性が得られている。そこで、本発明例
では、乱流促進体５６ａを加工がより容易なシールプレ
ート５２ｂ側に設けたものである。このような構造にす
ることによって、前に示したものに比べさらに冷却空気
の伝熱を促進し、冷却効果を増すことができる。尚、図
９に示すように乱流促進体５６ｂを冷却面であるシール
プレート溝５３ｂ側に設ければ一層高い冷却効果が期待
されるものである。
滑流路に対し約１.８倍の伝熱特性を示した。尚、冷却
面に乱流促進体を設けた場合では、平滑流路に対し約
４.４ 倍の伝熱特性が得られている。そこで、本発明例
では、乱流促進体５６ａを加工がより容易なシールプレ
ート５２ｂ側に設けたものである。このような構造にす
ることによって、前に示したものに比べさらに冷却空気
の伝熱を促進し、冷却効果を増すことができる。尚、図
９に示すように乱流促進体５６ｂを冷却面であるシール
プレート溝５３ｂ側に設ければ一層高い冷却効果が期待
されるものである。
【００２２】また、図６に示されるシールプレート５２
ｂには冷却空気２２を管理して漏らしフィルム冷却を行
うためのフィルム冷却孔５７が設けられている。これに
より、今まで困難であったエンドウォール分割面付近に
もフィルム冷却を行うことが可能となり、エンドウォー
ル額縁部の冷却を助けるものである。また、エンドウォ
ール面上全体におけるフィルム冷却むらを低減すること
ができる。
ｂには冷却空気２２を管理して漏らしフィルム冷却を行
うためのフィルム冷却孔５７が設けられている。これに
より、今まで困難であったエンドウォール分割面付近に
もフィルム冷却を行うことが可能となり、エンドウォー
ル額縁部の冷却を助けるものである。また、エンドウォ
ール面上全体におけるフィルム冷却むらを低減すること
ができる。
【００２３】本発明の全ての実施例で、冷却空気の排出
孔６２は冷却空気流を形成させる圧力差が満たされれば
エンドウォールのどこでもよく、特に制限されるもので
はない。冷却空気がシールプレート溝の下流側端に達し
た段階でまだ冷却能力が残っていれば、すなわち圧力と
温度に余裕があれば、図９に示すように、シールプレー
ト溝５３の下流側に通じる冷却孔６５を形成し冷却空気
２１を導き、さらに冷却孔６５からエンドウォール主流
ガス側表面１１に通じるフィルム冷却孔５８を通して主
流ガス中に放出することも可能である。このようにすれ
ば、エンドウォール下流側額縁部１４の冷却もでき、さ
らにフィルム冷却孔５８から放出されるフィルム空気
は、静翼エンドウォールのフィルム冷却は役立たなくて
も、静翼のすぐ後ろに位置する動翼のプラットフォーム
のフィルム冷却に役立てることができる。
孔６２は冷却空気流を形成させる圧力差が満たされれば
エンドウォールのどこでもよく、特に制限されるもので
はない。冷却空気がシールプレート溝の下流側端に達し
た段階でまだ冷却能力が残っていれば、すなわち圧力と
温度に余裕があれば、図９に示すように、シールプレー
ト溝５３の下流側に通じる冷却孔６５を形成し冷却空気
２１を導き、さらに冷却孔６５からエンドウォール主流
ガス側表面１１に通じるフィルム冷却孔５８を通して主
流ガス中に放出することも可能である。このようにすれ
ば、エンドウォール下流側額縁部１４の冷却もでき、さ
らにフィルム冷却孔５８から放出されるフィルム空気
は、静翼エンドウォールのフィルム冷却は役立たなくて
も、静翼のすぐ後ろに位置する動翼のプラットフォーム
のフィルム冷却に役立てることができる。
【００２４】以上本発明の実施例を説明してきたが、本
発明の構造は冷却媒体が空気にかかわらず、蒸気，窒素
などの様々な冷却媒体にも適用可能かつ適用効果があ
り、いずれの場合でも、本発明の構造を用いれば、信頼
性が高く、耐久性のある静翼が提供でき、ひいては信頼
性の高いガスタービンを提供することができる。
発明の構造は冷却媒体が空気にかかわらず、蒸気，窒素
などの様々な冷却媒体にも適用可能かつ適用効果があ
り、いずれの場合でも、本発明の構造を用いれば、信頼
性が高く、耐久性のある静翼が提供でき、ひいては信頼
性の高いガスタービンを提供することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、静翼のシールプレートとシー
ルプレート溝との間に冷却流路を形成し、エンドウォー
ル額縁部の効果的な冷却を可能とし、ガスタービン作動
温度が高温化されても信頼性が高く、耐久性のある静翼
を得ることができる。
ルプレート溝との間に冷却流路を形成し、エンドウォー
ル額縁部の効果的な冷却を可能とし、ガスタービン作動
温度が高温化されても信頼性が高く、耐久性のある静翼
を得ることができる。
【図１】本発明のガスタービン静翼の一実施例を示す斜
視図。
視図。
【図２】図１の要部の斜視図。
【図３】図１の要部の斜視図。
【図４】図３の冷却流路の断面図。
【図５】本発明の他の実施例を示す冷却流路の断面図。
【図６】本発明の他の実施例を示す要部の斜視図。
【図７】図６の冷却流路の断面図。
【図８】伝熱モデル実験の結果の説明図。
【図９】本発明の他の実施例を示す冷却流路の断面図。
【図１０】本発明の変形例を示す要部の斜視図。
【図１１】従来のガスタービン静翼のエンドウォール額
縁部冷却流路の断面図。
縁部冷却流路の断面図。
１…ガスタービン静翼、２…翼部、３…外周側エンドウ
ォール、４…内周側エンドウォール、６…主流ガスの流
れ方向、７…インピンジプレート、８…インピンジ孔、
９…冷却キャビティ、１０…エンドウォール冷却面、１
１…エンドウォール主流ガス側面、１２…フィルム冷却
孔、１３…エンドウォール額縁部、２０…冷却空気、５
２ａ，５２ｂ…シールプレート、５３ａ，５３ｂ…シー
ルプレート溝。
ォール、４…内周側エンドウォール、６…主流ガスの流
れ方向、７…インピンジプレート、８…インピンジ孔、
９…冷却キャビティ、１０…エンドウォール冷却面、１
１…エンドウォール主流ガス側面、１２…フィルム冷却
孔、１３…エンドウォール額縁部、２０…冷却空気、５
２ａ，５２ｂ…シールプレート、５３ａ，５３ｂ…シー
ルプレート溝。
Claims (5)
- 【請求項１】環状に形成された翼列であって、前記翼列
は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエンド
ウォールを持ち、前記翼列は円周方向にいくつかのセグ
メントに分割されており、互いに隣接する静翼セグメン
トはエンドウォール分割面において互いに設けられたシ
ールプレート溝にシールプレートを差し込むようにして
連結され、前記シールプレート溝と前記シールプレート
との間に、エンドウォール分割面に並行に冷却媒体を流
す冷却流路が形成されていることを特徴とするガスター
ビン静翼。 - 【請求項２】環状に形成された翼列であって、前記翼列
は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエンド
ウォールを持ち、前記翼列は円周方向にいくつかのセグ
メントに分割されており、互いに隣接する静翼セグメン
トはエンドウォール分割面において互いに設けられたシ
ールプレート溝にシールプレートを差し込むようにして
連結され、前記シールプレートの断面形状を凸型とする
ことにより前記シールプレート溝と前記シールプレート
との間に、エンドウォール分割面に並行に冷却媒体を流
す冷却流路を形成したことを特徴とするガスタービン静
翼。 - 【請求項３】前記冷却流路内に乱流促進体を配置した請
求項１に記載のガスタービン静翼。 - 【請求項４】前記シールプレートの断面形状を凸型とす
ることにより前記シールプレート溝と前記シールプレー
トとの間に、エンドウォール分割面に並行に冷却媒体を
流す冷却流路を形成し、前記シールプレートの前記冷却
流路を形成する谷面に乱流促進体を配置した請求項２に
記載のガスタービン静翼。 - 【請求項５】環状に形成された翼列であって、前記翼列
は外周側と内周側にそれぞれガス流路を形成するエンド
ウォールを持ち、前記翼列は円周方向にいくつかのセグ
メントに分割されており、互いに隣接する静翼セグメン
トはエンドウォール分割面において互いに設けられたシ
ールプレート溝にシールプレートを差し込むようにして
連結され、隣接する前記静翼エンドウォール分割面間に
存在する間隙の前記シールプレートのガス流路への露出
部にフィルム冷却孔を設けたことを特徴とするガスター
ビン静翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343053A JPH10184310A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | ガスタービン静翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343053A JPH10184310A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | ガスタービン静翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10184310A true JPH10184310A (ja) | 1998-07-14 |
Family
ID=18358579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8343053A Pending JPH10184310A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | ガスタービン静翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10184310A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003035105A (ja) * | 2001-07-19 | 2003-02-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン分割壁 |
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| WO2008046684A1 (en) | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine blade assembly |
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| CN119754868A (zh) * | 2025-02-19 | 2025-04-04 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 | 透平静叶、透平静叶环和燃气轮机 |
| WO2025115446A1 (ja) * | 2023-11-30 | 2025-06-05 | 三菱重工業株式会社 | 翼セグメント及びガスタービン |
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-
1996
- 1996-12-24 JP JP8343053A patent/JPH10184310A/ja active Pending
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