JPH10231703A - ガスタービンの翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない冷却媒体量で翼を効率よく冷却でき、シ
ステム全体の熱効率の向上に寄与できるガスタービンの
翼を提供する。 【解決手段】 翼本体４２内に蛇行型冷却流路４５を設
け、この蛇行型冷却流路４５に冷却媒体を通流させて翼
本体４２を冷却するようにしたガスタービンの翼におい
て、蛇行型冷却流路のうちの少なくとも一つが途中４８
で分岐して２つの蛇行型冷却流路５０ａ，５０ｂを構成
する途中分岐流路構成および上記蛇行型冷却流路のうち
の少なくとも二つが途中で合流して一つの蛇行型冷却流
路を構成する途中合流流路構成の少なくとも一方の流路
構成に形成されるとともに、これら冷却流路４５を通流
した冷却媒体の一部または全部を回収する冷却媒体回収
手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの翼
に係り、特に少ない冷却媒体で効率良く冷却できるよう
にしたガスタービンの翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンでは、燃焼ガスに
よって駆動されるタービン自身が燃焼器へ空気を供給す
るための送風機または圧縮機を駆動する自立的駆動方式
を採用している。このため、ガスタービンの出力効率を
高める最も有効な方法は、タ一ビン入口における燃焼ガ
ス温度を高めることである。

【０００３】しかし、この燃焼ガス温度の上限は、タ一
ビンの翼、特に第一段の動翼や静翼を構成している材料
の耐熱応力性や高温下での酸化、腐食等の耐性によって
制限される。

【０００４】そこで従来は、図１０および図１１に示す
ように、翼本体を内側から空気で強制的に冷却するよう
にした翼、つまり翼本体内に蛇行型冷却流路の形成され
た翼を用いるようにしている。なお、これらの図は動翼
の一例を示すもので、図１０は翼の縦断面図を示し、図
１１は同じく翼の横断面図を示している。

【０００５】この動翼は、翼本体１と、この翼本体１を
支持する翼根部２と、プラットホーム部３とから構成さ
れている。翼根部２内と翼本体１内には、翼本体１の高
さ方向に延びる２つの冷却流路１１，１２が仕切壁１３
によって形成されており、これら冷却流路１１，１２の
翼根部２内に位置する端部は図示しない回転軸に設けら
れた冷却空気供給路に接続されている。

【０００６】冷却流路１１は、翼根部２から翼本体１の
先端部近傍まで延びるように仕切壁１３と前縁部１４側
に設けられた仕切壁１５とによって形成された流路１６
と、仕切壁１５と前縁部１４との間に形成された空洞１
７と、仕切壁１５に複数設けられた小孔１８と、空洞１
７と前縁部１４との間に存在する前縁壁１９に複数設け
られたフィルム冷却用の噴出し孔２０と、流路１６を構
成する壁で腹側および背側の壁２１，２２に複数設けら
れたフィルム冷却用の噴出し孔２３で構成されている。

【０００７】したがって、この冷却流路１１に供給され
た冷却空気は、翼根部２から流入し、流路１６を翼の高
さ方向に流れて先端壁付近に達し、その間に、一部が噴
出し孔２３から翼外に噴き出して翼本体１における前縁
部の腹側表面および背側表面をフィルム冷却する。ま
た、残りの冷却空気が仕切壁１５に設けられた複数の小
孔１８から空洞１７内に噴射流入して前縁壁１９に衝突
し、この前縁壁１９の内面をインピンジメント冷却し、
さらに前縁壁１９に設けられた複数の噴出し孔２０を通
過して、翼外部に流出して前縁部１４の表面をフィルム
冷却する。

【０００８】この冷却流路１１の冷却性能は、主に、流
路１６における対流冷却効果と、流路１６から小孔１８
を通過して前縁壁１９の内面に噴流として衝突すること
によるインピンジメント冷却効果と、噴出し孔２０を介
して翼外に噴き出した冷却空気が翼本体１の前縁部１４
ならびに前縁部の背側，腹側に沿って流れることによる
フィルム冷却効果と、噴出し孔２３を介して翼外に噴き
出した冷却空気が翼本体１の背側，腹側に沿って流れる
ことによるフィルム冷却効果との相乗効果で与えられ
る。

【０００９】一方、冷却流路１２は、仕切壁１３と仕切
壁２４との間に形成されて翼本体１の先端壁近傍まで延
びた流路２５と、この流路２５に続いて一旦、後縁部２
６側回りにリターンしてプラットホーム部３の近くまで
延びた後に再び後縁部２６側回りにリターンして先端壁
の近傍まで延びる蛇行流路２７と、この蛇行流路２７の
最終流路部分の壁２８に複数設けられた噴出し孔２９
と、この噴出し孔２９から噴き出された冷却空気と接触
する複数のピンフィン３０を備えた冷却路３１と、蛇行
流路２７を構成する腹側の壁２１に複数設けられた噴出
し孔３２（図１１参照）とを主体にして構成されてい
る。

【００１０】したがって、この冷却流路１２に導かれた
冷却空気は、流路２５内を翼根部２から翼本体１の先端
部へ向けて流れた後、後縁部２６側回りにリターンして
蛇行流路２７を流れ、壁２８に設けられた噴出し孔２９
から冷却路３１へと流れる。また、蛇行流路２７を流れ
る間に、一部が蛇行流路２７を構成する腹側の壁２１に
設けられた噴出し孔３２から翼外へと流れる。なお、図
１０中、３３は乱流促進リブを示している。

【００１１】この冷却流路１２の冷却性能は、蛇行流路
２７での対流冷却効果と、噴出し孔２９，３２内での対
流冷却効果と、噴出し孔３２から吹出した冷却空気が翼
の腹側外面に沿って流れることによるフィルム冷却効果
と、ピンフィン３０による対流冷却効果との相乗作用と
して与えられる。

【００１２】このような冷却構造であると、主流ガス温
度（燃焼ガス温度）が1200℃級のガスタービンの場合、
主流ガス流量の数パーセントの冷却空気量でタービン翼
の表面平均温度を850 ℃程度に保つことが可能である。

【００１３】しかしながら、最近では出力効率を一層向
上させるために、主流ガス温度を1300℃〜1500℃級、も
しくはそれ以上に高めることが望まれている。このよう
な高温条件、たとえば主流ガス温度が1300℃級の条件で
従来のタービン翼を用いた場合、翼の温度を設計条件に
抑え込むことはできるが、抑え込むためには多量の冷却
空気が必要となる。すなわち、タービン用部材として使
用できる耐熱性超合金材料の限界温度は、現在のところ
800 〜900 ℃程度である。したがって、ガスタービンに
おけるタービン入り口温度を1300℃にしようとすると、
この温度は耐熱性超合金材料の限界温度を遥かに超えて
いるので、翼を強制冷却する必要がある。

【００１４】このような場合、圧縮機から吐出された空
気の一部で翼を冷却する空冷方式を採用するのが通例で
あるが、冷却媒体として空気を使う空冷方式は本質的に
冷却特性が低いので、ガスタービン入り口温度が1300℃
を超えるものでは、翼の冷却に必要な冷却空気流量が著
しく増大する。しかも、翼内部での対流冷却だけでは十
分な冷却効果が得られず、翼本体の表面に形成した小孔
から翼外に向けて冷却用空気を噴き出すフイルム冷却方
式を採用せざるを得ない。このフイルム冷却方式を採用
すると、噴き出された冷却空気と主流ガスとが混合する
ため、主流ガスの温度が低下する。このため、システム
全体の出力効率を著しく低下させてしまい、主流ガス温
度を上昇させた意味がなくなる。しかも、燃焼器の出口
温度をより高い温度にするための設計を余儀なくされる
ばかりか、高温度場でも低ＮＯｘ型の新たな燃焼器の開
発も要求され、そのうえ燃焼器で燃焼される空気と燃料
の増大は免れ得ない。

【００１５】このように、従来の冷却構造を採用したガ
スタービンの翼では十分な熱伝達が得られず、有効な対
流冷却や冷却媒体噴き出しによる冷却ができないという
問題があった。

【００１６】特に、最近では、特公昭63-40244号公報や
特開平4-124414号公報に示されているように、蒸気ター
ビンとガスタービンとを併用したいわゆる複合発電シス
テムにおいて、空気に比べて比熱が約２倍と大きい蒸
気、つまり蒸気タービンで用いる蒸気の一部を冷却媒体
としてガスタービンの翼に設けられた冷却流路に通流さ
せて翼を冷却することも考えられているが、従来の冷却
構造を採用したガスタービンの翼では、効率よく翼を冷
却できないためにガスタービンの熱効率低下を招き、こ
れが原因して複合発電システム全体の熱効率の低下を招
く問題もあった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のガ
スタービンの翼では、効率良く翼を冷却できないため、
ガスタービンの入口温度を上げてガスタービンシステム
全体の出力効率を向上させようとすると、翼の冷却に必
要な冷却媒体量の著しい増加を招き、かえって効率の低
下を招くという問題があった。また、複合発電システム
において、蒸気タービンで用いる蒸気の一部を冷却媒体
としてガスタービンの翼に設けられた冷却流路に通流さ
せて翼を冷却しようとしても、効率良く翼を冷却できな
いために複合発電システムの効率を低下させる問題もあ
った。

【００１８】そこで本発明は、翼内部を対流冷却するに
際して、冷却媒体の温度上昇や冷却媒体の流量不足によ
って引き起こされる冷却不足を解消することができ、冷
却媒体の通過で局所的対流冷却効果を大きくして翼冷却
効率を高めたり、あるいは局所的冷却効果をあまり大き
くとる必要のない部分では対流冷却効果を分散させるこ
と等により、翼本体を良好に冷却でき、もってシステム
全体の熱効率の向上に寄与できるとともに、多様化する
冷却媒体やガスタービン燃料の違いにも対応でき、しか
も翼面温度均一化による翼本体の長寿命化にも寄与でき
るガスタービンの翼を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、 翼本体内に蛇行型冷却流路を設け、該
蛇行型冷却流路に冷却媒体を通流させて上記翼本体を冷
却するようにしたガスタービンの翼において、前記蛇行
型冷却流路のうちの少なくとも一つが途中で分岐して２
つ以上の蛇行型冷却流路を構成する途中分岐流路構成お
よび上記蛇行型冷却流路のうちの少なくとも二つが途中
で合流して一つの蛇行型冷却流路を構成する途中合流流
路構成の少なくとも一方の流路構成に形成されるととも
に、これら冷却流路を通流した冷却媒体の一部または全
部を回収する冷却媒体回収手段を備えていることを特徴
としている。

【００２０】なお、前記蛇行型冷却流路に供給された前
記冷却媒体の一部を、翼面膜冷却媒体、翼先端冷却媒
体、翼後縁冷却媒体、翼プラットホーム冷却媒体、翼エ
ンドウオール冷却媒体、翼列段間シール媒体の少なくと
も一つとして用いる噴き出し手段を備えていてもよい。

【００２１】また、前記翼本体内には、前記蛇行型冷却
流路の途中に通じて新たな冷却媒体の供給に用いられる
通路および冷却媒体の抽気に用いられる通路の少なくと
も一方が設けられていてもよい。

【００２２】また、ガスタービンケーシングに冷却媒体
捕集手段を設けた場合には、前記翼本体の先端部に前記
蛇行型冷却流路を通過した後の前記冷却媒体を上記冷却
媒体捕集手段に向けて噴き出す噴出口を設けてもよい。

【００２３】また、前記翼が動翼の場合において、翼本
体の先端部近傍または翼本体の根元部近傍に形成された
前記途中分岐流路または前記途中合流流路は、冷却媒体
が半径方向外向きに流れる冷却流路では翼腹側対流伝熱
面積が翼背側対流伝熱面積より大に、冷却媒体が半径方
向内向きに流れる冷却流路では翼背側対流伝熱面積が翼
腹側対流伝熱面積より大に設定されていることが好まし
い。

【００２４】また、前記翼本体の外面および上記翼本体
の内面の少なくとも一方に熱遮蔽膜または耐食膜が施さ
れていてもよい。さらに、前記冷却媒体は、空気、不活
性ガス、水蒸気、水、水と水蒸気との気液混合流体、異
種ガスの混合流体またはこれらの混合流体のうちから選
ばれた少なくとも一種であることが好ましい。

【００２５】本発明に係るガスタービンの翼では、翼本
体内に設けられた蛇行型冷却流路のうちの少なくとも一
つが途中で分岐して２つ以上の蛇行型冷却流路を構成す
る途中分岐流路構成および上記蛇行型冷却流路のうちの
少なくとも二つが途中で合流して一つの蛇行型冷却流路
を構成する途中合流流路構成の少なくとも一方の流路構
成に形成されている。

【００２６】したがって、途中で分岐して２つ以上の蛇
行型冷却流路を構成する蛇行型冷却流路では、分岐点よ
り上流側においては、単位流路を流れる冷却媒体の質量
流量が大きく、伝熱性能が高いが、分岐点より下流側に
おいては、逆に質量流量が小さく、伝熱性能が低い。ま
た、途中で合流して一つの蛇行型冷却流路を構成する流
路では、合流点より上流側においては、単位流路を流れ
る冷却媒体の質量流量が小さく、伝熱性能が低いが、合
流点より下流側においては、逆に質量流量が大きく、伝
熱性能が高い。したがって、翼の冷却設計条件に対応さ
せて分岐点や合流点の位置を設定することによって、翼
本体内部での対流冷却効果を適正に配分することが可能
となる。この結果として、少ない冷却媒体流量で高い冷
却性能が得られることになる。

【００２７】また、本発明に係るガスタービンの翼で
は、基本的には冷却に用いた媒体を回収する方式を採用
しているので、冷却媒体と主流ガスとが混合することに
よって生じる弊害、すなわち主流ガスの温度が低下する
のを抑制することができ、この面からもシステム全体の
効率低下を抑制することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図１(a) には本発明の第１の実施
形態に係るガスタービンの翼、ここには本発明を動翼に
適用した例の模式的構成図が示されている。

【００２９】動翼４１は、翼本体４２と、この翼本体４
２を支持する翼根部４３と、プラットホーム部４４とか
ら構成されている。翼根部４３内と翼本体４２内には、
蛇行型冷却流路４５が形成されている。この蛇行型冷却
流路４５は、翼根部４３の図中下端面中央部に位置して
いる冷却媒体供給口４６から翼本体４２の先端部近傍ま
で延びた冷却流路４７と、この冷却流路４７の翼先端部
近傍位置を分岐点４８として図１(b) にも示すように翼
本体４２の前縁側および後縁側に向けて分岐した後、翼
本体４２の先端部からプラットホーム部４４に近い位置
まで延び、再び翼本体４２の先端部近くまで延び、その
後に翼根部４３の図中下端面に位置している冷却媒体回
収口４９ａ、４９ｂまで延びた冷却流路５０ａ、５０ｂ
とで構成されている。

【００３０】なお、冷却媒体供給口４６および冷却媒体
回収口４９ａ、４９ｂは、図示しない回転軸に設けられ
た冷却媒体空気供給路および冷却媒体回収路に接続され
ている。

【００３１】そして、この例では冷却媒体として空気が
用いられている。勿論、空気に代えて不活性ガス、水蒸
気、水、水と水蒸気との気液混合流体、異種ガスの混合
流体またはこれらの混合流体のうちから選ばれた少なく
とも一種を冷却媒体として用いてもよい。

【００３２】このような構成であると、蛇行型冷却流路
４５において、分岐点４８より上流側では単位流路を流
れる質量流量が大きく、このため伝熱性能が高い。一
方、分岐点４８より下流側では逆に質量流量が小さく、
伝熱性能が低い。したがって、冷却設計条件に合わせて
分岐点４８の位置を設定することによって、翼内部での
対流冷却効果を適正に配分することが可能となる。この
結果、少ない冷却媒体流量で高い冷却性能を発揮させる
ことができる。

【００３３】なお、図１(a) に示す例において、冷却媒
体の通流方向を逆関係、つまり冷却媒体供給口４６を冷
却媒体回収口に変更して冷却媒体回収路に接続し、冷却
媒体回収口４９ａ、４９ｂを冷却媒体供給口に変更して
冷却媒体供給路に接続すると、今までの分岐点４８は合
流点となる。なお、図中白丸印が冷却媒体供給口を表
し、白四角印が冷却媒体回収口を表している。この場
合、合流点より上流側では単位流路を流れる質量流量が
小さいため、伝熱性能が低く、また合流点より下流側で
は逆に質量流量が大きくなって伝熱特性が高くなる。

【００３４】したがって、分岐点や合流点の位置を設定
することによって、翼内部での対流冷却効果を冷却設計
条件に合わせて適正に配分することができ、少ない冷却
媒体流量で高い冷却性能を発揮させることができる。ま
た、図１に示す例では、動翼４１の冷却に用いた冷却媒
体の全量を回収しているので、主流ガスの温度が低下す
るのを抑制することができ、システム全体の効率向上を
図ることができる。

【００３５】図２(a) には本発明の第２の実施形態に係
るガスタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ａに適
用した例の模式的構成図が示されている。この図では、
図１と同一機能部分が同一符号で示されている。したが
って、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００３６】翼根部４３内と翼本体４２内とには、蛇行
型冷却流路４５ａが形成されている。この蛇行型冷却流
路４５ａは、翼根部４３の図中下端面で前縁側に位置し
ている冷却媒体供給口４６から翼本体４２の先端部近傍
まで延び、その後に折り返してプラットホーム部４４の
近くまで延びた冷却流路５１と、この冷却流路５１の終
端部を分岐点５２として図２(b) にも示すように翼本体
４２の腹側および背側に向けて２つに分岐した後、翼本
体４２の先端部に近い位置まで延び、再び折り返してプ
ラットホーム部４４の近くまで延び、その後に翼本体４
２の先端部に近い位置まで延び、再び折り返して翼根部
４３の図中下端面で後縁部に位置している冷却媒体回収
口４９ａ、４９ｂまで延びた冷却流路５３ａ、５３ｂと
で構成されている。

【００３７】なお、冷却媒体供給口４６および冷却媒体
回収口４９ａ、４９ｂは、図示しない回転軸に設けられ
た冷却媒体空気供給路および冷却媒体回収路に接続され
ている。そして、この例では冷却媒体として空気が用い
られている。勿論、空気に代えて不活性ガス、水蒸気、
水、水と水蒸気との気液混合流体、異種ガスの混合流体
またはこれらの混合流体のうちから選ばれた少なくとも
一種を冷却媒体として用いてもよい。

【００３８】この例に係る動翼４１ａにおいても、冷却
流路５１が途中の分岐点５２において２つの蛇行型冷却
流路５３ａ、５３ｂに分岐している。すなわち、途中分
岐流路構成を採用している。このため、図１に示した例
と同様に、分岐点５２より上流側においては、単位流路
を流れる冷却媒体の質量流量が大きく、伝熱性能が高
く、分岐点５２より下流側においては、単位流路を流れ
る冷却媒体の質量流量が小さく、伝熱性能が低い。した
がって、図１に示した例と同様に、冷却設計条件に対応
させて分岐点５２の位置を設定することによって、翼本
体内部での対流冷却効果を適正に配分することができ、
この結果として少ない冷却媒体量で翼本体４２を良好に
冷却することができる。また、この例においても冷却に
用いた冷却媒体の全量を回収しているので、冷却媒体と
主流ガスとの混合によって起こるシステム全体の効率低
下を防止することができる。

【００３９】図３(a) には本発明の第３の実施形態に係
るガスタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ｂに適
用した例の模式的構成図が示されている。この図では、
図１および図２と同一機能部分が同一符号で示されてい
る。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略す
る。

【００４０】先に説明した各例では、翼本体４２内に途
中分岐流路構成または途中合流流路構成の冷却流路を設
けているが、この例では翼本体４２内に両方の流路構成
を採用した蛇行型冷却流路４５ｂを設けている。

【００４１】すなわち、蛇行型冷却流路４５ｂは、翼根
部４３の図中下端面で前縁側に位置している冷却媒体供
給口４６からプラットホーム部４４のやや上方位置まで
延びた冷却流路５４と、この冷却流路５４の終端部を分
岐点５５として分岐し、翼本体４２の上端部近傍まで延
びた後に折り返してプラットホーム部４４の近くまで延
びた冷却流路５６と、上述した分岐点５５から分岐し、
図３(b) に示すように一旦、翼本体４２の後縁側まで延
びた後に翼本体４２の上端部近傍まで延び、その後にプ
ラットホーム部４４の近くまで延びて合流点５７で冷却
流路５６に合流する冷却流路５８と、合流点５７から翼
本体４２の上端部近傍まで延びた後に折り返して翼根部
４３の図中下端面中央部近傍に位置している冷却媒体回
収口４９まで延びた冷却流路５９とで構成されている。

【００４２】なお、冷却媒体供給口４６および冷却媒体
回収口４９は、図示しない回転軸に設けられた冷却媒体
空気供給路および冷却媒体回収路に接続されている。そ
して、この例では冷却媒体として空気が用いられてい
る。勿論、空気に代えて不活性ガス、水蒸気、水、水と
水蒸気との気液混合流体、異種ガスの混合流体またはこ
れらの混合流体のうちから選ばれた少なくとも一種を冷
却媒体として用いてもよい。

【００４３】このように、この例に係る動翼４１ｂで
は、翼本体４２内に途中分岐流路構成の冷却流路と、途
中合流流路構成の冷却流路との両方を設けている。先に
説明したように、途中分岐流路構成の冷却流路では、分
岐点５５より上流側においては単位流路を流れる冷却媒
体の質量流量が大きく、伝熱性能が高いが、分岐点５５
より下流側においては単位流路を流れる冷却媒体の質量
流量が小さく、伝熱性能が低い。一方、途中合流流路構
成の冷却流路では、合流点５７より上流側においては単
位流路を流れる冷却媒体の質量流量が小さく、伝熱性能
が低いが、合流点５７より下流側においては単位流路を
流れる冷却媒体の質量流量が大きく、伝熱性能が高い。
したがって、冷却設計条件に合わせて、分岐点５５およ
び合流点５７の位置を設定することによって、翼本体内
部での対流冷却効果を適正に配分することができ、この
結果として少ない冷却媒体量で翼本体４２を良好に冷却
することができる。また、この例においても冷却に用い
た冷却媒体の全量を回収しているので、冷却媒体と主流
ガスとの混合によって起こるシステム全体の効率低下を
防止することができる。

【００４４】なお、この例において、冷却媒体供給口４
６を冷却媒体回収路に、また冷却媒体回収口４９を冷却
媒体供給路に切り換え接続、すなわち冷却媒体供給口４
６を冷却媒体回収口に、冷却媒体回収口４９を冷却媒体
供給口に変更することによって、分岐点と合流点とを前
述した関係とは逆関係に設定することができる。すなわ
ち、翼本体内部の冷却設計条件に合わせて冷却媒体の通
流方向を選択し、これによって翼本体内部での対流冷却
効果を適正に配分することができる。

【００４５】図４には本発明の第４の実施形態に係るガ
スタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ｃに適用し
た例の模式的構成図が示されている。この図では、図３
と同一機能部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００４６】この例に係る動翼４１ｃでは、一端側が冷
却流路５８の途中位置に通じ、他端側が翼根部４３の図
中下端面に設けられた黒丸印で示す補助供給口６１およ
び黒四角印で示す補助回収口６２に通じる関係に補助冷
却媒体供給路６３と補助冷却媒体回収路６４とを設けて
いる。なお、補助供給口６１および補助回収口６２は、
図示しない回転軸内に設けられた補助冷却媒体供給系お
よび補助冷却媒体回収系に通じている。

【００４７】したがって、この例に係る動翼４１ｃで
は、少ない冷却媒体で翼を良好に冷却することができる
とともに、冷却媒体の流量不足防止および冷却媒体の過
剰供給防止等の制御が可能となり、翼冷却をバックアッ
プすることができる。勿論、上記手法を発展させ、冷却
効果を高めるために、冷却流路内の冷却媒体を抽気する
経路を設けてもよい。

【００４８】図５には本発明の第５の実施形態に係るガ
スタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ｄに適用し
た例の模式的構成図が示されている。この図では、図３
と同一機能部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００４９】この例に係る動翼４１ｄでは、非常時等に
おいて、冷却媒体供給口４６に冷却媒体を供給するため
の非常時冷却媒体供給管６５が接続されている。この非
常時冷却媒体供給管６５は、通常供給されている冷却媒
体がストップしたときの代替冷却媒体供給に供される。
勿論、冷却媒体を置換する場合の置換媒体供給通路とし
ても使用できる。

【００５０】なお、この例では非常時冷却媒体供給管６
５を冷却媒体供給口４６に近接させて設けているが、こ
の位置は任意であり、タービンディスク内部でも外部で
もどこに設けても同様の効果が得られる。冷却に使用さ
れる冷却媒体の種類、供給法等によって適宜選択すれば
よい。さらに、コンバインドサイクル発電システム用ガ
スタービン翼の冷却に、蒸気サイクルで得られた蒸気を
主冷却媒体として使用する場合において、起動・停止
時、部分負荷時、緊急時等で冷却用蒸気供給が著しく困
難なときには蒸気に代えて、たとえばえば空気、水、不
活性ガス、他の蒸気機関からの蒸気、水、あるいは水と
水蒸気の気液混合媒体または異種ガスの混合媒体または
これらの混合媒体を非常時冷却媒体供給管６５を介して
供給するようにしてもよい。

【００５１】図６には本発明の第６の実施形態に係るガ
スタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ｅに適用し
た例の模式的構成図が示されている。この図では、図３
と同一機能部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００５２】この例に係る動翼４１ｅには、冷却流路内
を通流する冷却媒体に含まれる塵埃を除去する機能が付
加されている。すなわち、冷却媒体供給口４６の上流に
脱塵装置６６が設置されている。また、蛇行型冷却流路
４５ｂで分岐点５５より上流側に位置している冷却流路
５４は、翼本体４２の先端部まで延伸し、先端部に開口
６７を有した延伸通路６８に通じている。なお、延伸通
路６８の開口６７に近い部分には絞り６９が設けられて
いる。

【００５３】このような構造であると、蛇行型冷却流路
４５ｂを途中分岐流路構成の冷却流路と途中合流流路構
成の冷却流路との組み合わせで構成しているので、前記
各例と同様に少ない冷却媒体流量で翼本体を良好に冷却
できる。また、この例の場合には、冷却媒体中に含まれ
る介在物やスケール等を脱塵装置６６で除去できる。さ
らに、延伸通路６８内の冷却媒体に作用する遠心力で蛇
行型冷却流路４５ｂに侵入した介在物やスケール等を翼
外部の主流ガス中へ噴出させることができる。この場
合、絞り６９は噴き出し流量を調整する。このような構
成であると、冷却媒体中の介在物、スケール等が翼内部
に堆積するのを抑制することができるため長期間に亘っ
て良好な冷却性能を発揮させることができる。

【００５４】図７には本発明の第７の実施形態に係るガ
スタービンの翼、ここにも本発明を動翼４１ｆに適用し
た例の模式的構成図が示されている。この図では、図１
と同一機能部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。

【００５５】この例に係る動翼４１ｆが図１に示される
ものと異なる点は、冷却媒体の回収手段にある。すなわ
ち、この例に係る動翼４１ｆでは、途中分岐流路構成や
途中合流流路構成を組み合わせて形成された蛇行型冷却
流路４５ｃの終端部（最下流端）を翼本体４２の先端部
に設けられた噴出口７０、７１に通じさせ、これら噴出
口７０、７１を通して冷却媒体をタービンケーシング７
２側に向けて噴射させるようにしている。そして、ター
ビンケーシング７２の壁で翼本体４２の先端部に対向す
る部分に噴出口７０，７１を通して噴射された冷却媒体
を回収するための冷却媒体回収機構７３が設けられてい
る。

【００５６】このような構成であると、前記各例と同様
に翼を良好に冷却できることは勿論のこと、翼内部に回
収通路を設けなくて済むため、冷却構造を簡素化でき
る。上述した各例から判るように、本発明では、翼内部
に途中分岐流路構成や途中合流流路構成を組み合わせた
蛇行型冷却流路を設けることを必須要件としている。こ
のような途中分岐流路構成の冷却流路や途中合流流路構
成の冷却流路を翼内に設ける場合、特に動翼内で翼先端
部や翼根元部に分岐点や合流点が位置するように設ける
場合には、遠心力によるコリオリ力を考慮に入れて図８
および図９に示すように流路を設けることが好ましい。

【００５７】すなわち、図８(a) は動翼４１の先端部に
合流点７４が位置するように蛇行型冷却流路４５を設け
た場合の例を示し、図８( ｂ) は動翼４１の先端部に分
岐点７５が位置するように蛇行型冷却流路４５を設けた
場合の例を示している。また、図９(a) は動翼４１の根
元部側に合流点７４が位置するように蛇行型冷却流路４
５を設けた場合の例を示し、図９( ｂ) は動翼４１の根
元部側に分岐点７５が位置するように蛇行型冷却流路４
５を設けた場合の例を示している。

【００５８】このように、動翼４１の先端部や根元部側
に合流点７４や分岐点７５が位置するように蛇行型冷却
流路４５を設ける場合、半径方向外向きに冷却媒体が流
れる冷却流路では、翼腹側７６の対流伝熱面積を翼背側
７７のそれより大きくし、また半径方向内向きに冷却媒
体が流れる冷却通路では翼背側７７の対流伝熱面積を翼
腹側７６のそれより大きくすることによって、遠心力場
でのコリオリ力によって半径方向外向きに冷却媒体が流
れる冷却通路では翼腹側７６に、また半径方向内向きに
冷却媒体が流れる冷却通路では翼背側７７に偏って冷却
媒体が流れるため、この部分での衝突による強制対流熱
伝達率を大きくすることができる。このため、冷却性能
を一層向上させることができる。

【００５９】なお、本発明は上述した各例に限定される
ものではなく、種々変形して実施できる。すなわち、上
述した各例では、単調な分岐および合流をなす蛇行型冷
却流路を設けているが、これは図面上での理解を容易に
するためのものであって、設計冷却条件に対応させて各
冷却流路の途中に補助分岐点や補助合流点等をきめ細か
く設けることによって、翼メタル温度の均一化と冷却流
量低減化を図ることができる。要は、蛇行型冷却流路の
うちの少なくとも一つが途中で分岐して２つ以上の蛇行
型冷却流路を構成する途中分岐流路構成および上記蛇行
型冷却流路のうちの少なくとも二つが途中で合流して一
つの蛇行型冷却流路を構成する途中合流流路構成の少な
くとも一方の流路構成に形成されていればよい。

【００６０】また、上述した各例では冷却に用いた冷却
媒体のほぼ全部を回収しているが、前記蛇行型冷却流路
に供給された冷却媒体の一部を、翼面膜冷却媒体、翼先
端冷却媒体、翼後縁冷却媒体、翼プラットホーム冷却媒
体、翼エンドウオール冷却媒体、翼列段間シール媒体の
少なくとも一つとして用いる噴き出し手段を設けてもよ
い。

【００６１】また、翼本体の外面および翼本体の内面の
少なくとも一方に熱遮蔽膜または耐食膜を施してもよ
い。翼外面に熱遮蔽膜を設けると、主流ガス側から翼メ
タルへの流人熱量低減による翼メタル温度低減化および
耐腐食酸化性を向上させることができる。また、翼本体
の内面に設けると、翼メタルから冷却媒体への流人熱量
低減による冷却媒体温度上昇抑制および耐腐食・酸化性
を向上させることができる。また、上述した各例では本
発明を動翼に適用しているが、本発明は静翼にも適用で
きることは勿論である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、翼内部
の冷却流路を分岐・合流通路で構成している。合流流路
部では単位流路を流れる質量流量が大きいので伝熱性能
が高く、また分岐流路部では逆に質量流量が小さいので
伝熱性能が低い。したがって、冷却設計条件に合わせて
合流点位置および分岐点位置を設定することにより、翼
内部での対流冷却効果を適正に配分することができる。
この結果、少ない冷却媒体流量で高い冷却性能が得られ
る。

【００６３】また、本発明に係るガスタービンの翼で
は、基本的には冷却に用いた媒体を回収する方式を採用
しているので、冷却媒体と主流ガスとが混合することに
よって生じる弊害、すなわち主流ガスの温度が低下する
のを抑制することができ、この面からもシステム全体の
効率低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は本発明の第１の実施形態に係るガスター
ビンの翼の模式的構成図で、(b) は同翼内に形成された
蛇行型冷却流路を局部的に示す図

【図２】(a) は本発明の第２の実施形態に係るガスター
ビンの翼の模式的構成図で、(b)は同翼内に形成された
蛇行型冷却流路を局部的に示す図

【図３】(a) は本発明の第３の実施形態に係るガスター
ビンの翼の模式的構成図で、(b) は同翼内に形成された
蛇行型冷却流路を局部的に示す図

【図４】本発明の第４の実施形態に係るガスタービンの
翼の模式的構成図

【図５】本発明の第５の実施形態に係るガスタービンの
翼の模式的構成図

【図６】本発明の第６の実施形態に係るガスタービンの
翼の模式的構成図

【図７】本発明の第７の実施形態に係るガスタービンの
翼の模式的構成図

【図８】動翼の先端部に分岐点または合流点を位置させ
たときの好ましい冷却流路構成を説明するための図

【図９】動翼の翼根元側に分岐点または合流点を位置さ
せたときの好ましい冷却流路構成を説明するための図

【図１０】蛇行型冷却流路を持つ従来のガスタービンの
翼の縦断面図

【図１１】同翼の横断面図

【符号の説明】

４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１
ｆ…動翼 ４２…翼本体 ４３…翼根部 ４４…プラットホーム部 ４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…蛇行型冷却流路 ４６…冷却媒体供給口 ４７，５０ａ，５０ｂ，５１，５３ａ，５３ｂ，５４，
５６，５８，５９…冷却流路 ４８，５２，５５，７５…分岐点 ４９，４９ａ，４９ｂ…冷却媒体回収口 ５７，７４…合流点 ６１…補助供給口 ６２…補助回収口 ６３…補助冷却媒体供給路 ６４…補助冷却媒体回収路 ６５…非常時冷却媒体供給管 ６６…脱塵装置 ６８…延伸通路 ７０，７１…噴出口 ７２…タービンケーシング ７３…冷却媒体回収機構 ７６…翼腹側 ７７…翼背側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 勝康 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 三角 滋 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】翼本体内に蛇行型冷却流路を設け、該蛇行
   型冷却流路に冷却媒体を通流させて上記翼本体を冷却す
   るようにしたガスタービンの翼において、前記蛇行型冷
   却流路のうちの少なくとも一つが途中で分岐して２つ以
   上の蛇行型冷却流路を構成する途中分岐流路構成および
   上記蛇行型冷却流路のうちの少なくとも二つが途中で合
   流して一つの蛇行型冷却流路を構成する途中合流流路構
   成の少なくとも一方の流路構成に形成されるとともに、
   これら冷却流路を通流した冷却媒体の一部または全部を
   回収する冷却媒体回収手段を備えていることを特徴とす
   るガスタービンの翼。
2. 【請求項２】前記蛇行型冷却流路に供給された前記冷却
   媒体の一部を、翼面膜冷却媒体、翼先端冷却媒体、翼後
   縁冷却媒体、翼プラットホーム冷却媒体、翼エンドウオ
   ール冷却媒体、翼列段間シール媒体の少なくとも一つと
   して用いる噴き出し手段を備えていることを特徴とする
   請求項１に記載のガスタービンの翼。
3. 【請求項３】前記翼本体内には、前記蛇行型冷却流路の
   途中に通じて新たな冷却媒体の供給に用いられる通路お
   よび冷却媒体の抽気に用いられる通路の少なくとも一方
   が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガ
   スタービンの翼。
4. 【請求項４】前記翼本体の先端部には、前記蛇行型冷却
   流路を通過した後の前記冷却媒体をガスタービンケーシ
   ングに設けられた冷却媒体捕集手段に向けて噴き出す噴
   出口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載
   のガスタービンの翼。
5. 【請求項５】前記翼が動翼の場合において、翼本体の先
   端部近傍または翼本体の根元部近傍に形成された前記途
   中分岐流路または前記途中合流流路は、冷却媒体が半径
   方向外向きに流れる冷却流路では翼腹側対流伝熱面積が
   翼背側対流伝熱面積より大に、冷却媒体が半径方向内向
   きに流れる冷却流路では翼背側対流伝熱面積が翼腹側対
   流伝熱面積より大に設定されていることを特徴とする請
   求項１に記載のガスタービンの翼。
6. 【請求項６】前記翼本体の外面および上記翼本体の内面
   の少なくとも一方に熱遮蔽膜または耐食膜が施されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの
   翼。
7. 【請求項７】前記冷却媒体は、空気、不活性ガス、水蒸
   気、水、水と水蒸気との気液混合流体、異種ガスの混合
   流体またはこれらの混合流体のうちから選ばれた少なく
   とも一種であることを特徴とする請求項１に記載のガス
   タービンの翼。