JPH11247621A - ガスタービンにおける分割環の冷却構造 - Google Patents
ガスタービンにおける分割環の冷却構造Info
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- JPH11247621A JPH11247621A JP5044298A JP5044298A JPH11247621A JP H11247621 A JPH11247621 A JP H11247621A JP 5044298 A JP5044298 A JP 5044298A JP 5044298 A JP5044298 A JP 5044298A JP H11247621 A JPH11247621 A JP H11247621A
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンにおける動翼の半径方向外周側
に配置された分割環の冷却構造において、冷却効率を一
段と向上するようにした冷却構造を提供することを課題
とする。 【解決手段】 分割環とその外周に配置したインピンジ
メント冷却板との間を周方向に延びる圧力隔板により軸
方向で区画し、それぞれ異なる圧力に調整した複数のキ
ャビティを設けてガスタービンにおける分割環の冷却構
造を構成し、それぞれ異なる圧力に調整された複数のキ
ャビティで軸方向上流と下流で圧力の異なる主流ガスに
対して個々に対応し、上流側における主流ガスの逆流防
止と、下流側における隙間からのもれ空気の最小化によ
り効率の向上を図る様にした。
に配置された分割環の冷却構造において、冷却効率を一
段と向上するようにした冷却構造を提供することを課題
とする。 【解決手段】 分割環とその外周に配置したインピンジ
メント冷却板との間を周方向に延びる圧力隔板により軸
方向で区画し、それぞれ異なる圧力に調整した複数のキ
ャビティを設けてガスタービンにおける分割環の冷却構
造を構成し、それぞれ異なる圧力に調整された複数のキ
ャビティで軸方向上流と下流で圧力の異なる主流ガスに
対して個々に対応し、上流側における主流ガスの逆流防
止と、下流側における隙間からのもれ空気の最小化によ
り効率の向上を図る様にした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンにお
いて動翼の半径方向外周側に配置された分割環の冷却構
造に関するものである。
いて動翼の半径方向外周側に配置された分割環の冷却構
造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの全体的な構成は、図７に
概略的に示すように、圧縮機１で空気を圧縮し、燃焼器
２に燃料を投入して燃焼ガスを生成し、同燃焼ガスを主
流ガスとしてタービン３に導入し、発電機４を回転させ
るようになっている。
概略的に示すように、圧縮機１で空気を圧縮し、燃焼器
２に燃料を投入して燃焼ガスを生成し、同燃焼ガスを主
流ガスとしてタービン３に導入し、発電機４を回転させ
るようになっている。
【０００３】この中タービン３は図８に一般的構成を示
すように、交互に配列されたそれぞれ複数列の静翼５と
動翼６とから成り立っており、動翼６の半径方向外周側
は、高温ガスを動翼６と適正な隙間をもって下流側に送
るために周方向に複数の分割数をもった分割環（リング
セグメント又はチィプシールセグメント）１０で囲われ
た構造となっている。
すように、交互に配列されたそれぞれ複数列の静翼５と
動翼６とから成り立っており、動翼６の半径方向外周側
は、高温ガスを動翼６と適正な隙間をもって下流側に送
るために周方向に複数の分割数をもった分割環（リング
セグメント又はチィプシールセグメント）１０で囲われ
た構造となっている。
【０００４】そしてこの分割環１０は、燃焼器２から出
る高温の主流ガス１５に耐え得る様な冷却構造となって
いるが、従来のガスタービンにおけるこの冷却構造を有
した分割環１０の一例を図３及び図４により説明する。
る高温の主流ガス１５に耐え得る様な冷却構造となって
いるが、従来のガスタービンにおけるこの冷却構造を有
した分割環１０の一例を図３及び図４により説明する。
【０００５】圧縮機１から抽気した冷却媒体９、もしく
は外部に設けた適宜の供給源から供給された冷却媒体９
をインピンジメント冷却口１１を形成したインピンジメ
ント冷却板１２を経てキャビティ１６に供給し、分割環
１０に当接させて強制冷却した後、同分割環１０内に設
けられた冷却通路１３を通して再度分割環１０を冷却
し、分割環後部１４より主流ガス１５中に放出する様に
なっている。
は外部に設けた適宜の供給源から供給された冷却媒体９
をインピンジメント冷却口１１を形成したインピンジメ
ント冷却板１２を経てキャビティ１６に供給し、分割環
１０に当接させて強制冷却した後、同分割環１０内に設
けられた冷却通路１３を通して再度分割環１０を冷却
し、分割環後部１４より主流ガス１５中に放出する様に
なっている。
【０００６】なおここで冷却通路１３は、断面が円形、
矩形、又は波状等の形状を選択してよく、同冷却通路１
３は軸方向に伸びた複数の孔を周方向略平行に配列して
構成されている。
矩形、又は波状等の形状を選択してよく、同冷却通路１
３は軸方向に伸びた複数の孔を周方向略平行に配列して
構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記した
従来のものにあっては、冷却媒体９は高温の主流ガス１
５の逆流を防ぐため、キャビティ１６を主流ガス１５の
圧力よりも高く保持する必要があり、そのために分割環
外周側のキャビティ１６を軸方向上流側の主流ガス１５
より相対的に高い圧力にして冷却媒体９を供給してい
る。
従来のものにあっては、冷却媒体９は高温の主流ガス１
５の逆流を防ぐため、キャビティ１６を主流ガス１５の
圧力よりも高く保持する必要があり、そのために分割環
外周側のキャビティ１６を軸方向上流側の主流ガス１５
より相対的に高い圧力にして冷却媒体９を供給してい
る。
【０００８】他方、主流ガス１５は軸方向下流側では、
前記軸方向上流側に比べて圧力が低下しているので、前
記のように軸方向上流側の主流ガス１５との関連で圧力
調整されたキャビティ１６内の冷却媒体９では過大な漏
れを消費してしまい、タービン効率の低下を招くことに
なる。
前記軸方向上流側に比べて圧力が低下しているので、前
記のように軸方向上流側の主流ガス１５との関連で圧力
調整されたキャビティ１６内の冷却媒体９では過大な漏
れを消費してしまい、タービン効率の低下を招くことに
なる。
【０００９】さらには、冷却通路１３内の冷却媒体９
は、冷却による熱交換により軸方向下流側に進むにつれ
自身が昇温されてゆき、分割環下流側では相当な温度上
昇をするため、冷却性能が低下する。
は、冷却による熱交換により軸方向下流側に進むにつれ
自身が昇温されてゆき、分割環下流側では相当な温度上
昇をするため、冷却性能が低下する。
【００１０】本発明は従来のものにおける前記した不具
合点を解消し、ガスタービンの分割環における冷却効率
の向上を図るようにした冷却構造を提供することを課題
とするものである。
合点を解消し、ガスタービンの分割環における冷却効率
の向上を図るようにした冷却構造を提供することを課題
とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、分割環とその外周に配置し
たインピンジメント冷却板との間を周方向に延びる圧力
隔板により軸方向で区画し、それぞれ異なる圧力に調整
した複数のキャビティを設けたガスタービンにおける分
割環の冷却構造を提供するものである。
解決すべくなされたもので、分割環とその外周に配置し
たインピンジメント冷却板との間を周方向に延びる圧力
隔板により軸方向で区画し、それぞれ異なる圧力に調整
した複数のキャビティを設けたガスタービンにおける分
割環の冷却構造を提供するものである。
【００１２】即ち本発明によれば、圧力隔板により軸方
向で区画した複数のキャビティは、それぞれ異なる圧力
に調整されるので、軸方向上流と下流で圧力の異なる主
流ガスに対して個々に、かつ適切に対応し、上流側では
主流ガスの逆流防止を行い、また下流側では隙間からの
もれ空気を最小として効率の向上を図る様にしたもので
ある。
向で区画した複数のキャビティは、それぞれ異なる圧力
に調整されるので、軸方向上流と下流で圧力の異なる主
流ガスに対して個々に、かつ適切に対応し、上流側では
主流ガスの逆流防止を行い、また下流側では隙間からの
もれ空気を最小として効率の向上を図る様にしたもので
ある。
【００１３】また本発明は、前記複数のキャビティのそ
れぞれは、分割環を下流に向かって外周側から内周側に
貫通する分割環冷却孔を通して軸方向に異なる位置で動
翼先端側に開放したガスタービンにおける分割環の冷却
構造を提供するものである。
れぞれは、分割環を下流に向かって外周側から内周側に
貫通する分割環冷却孔を通して軸方向に異なる位置で動
翼先端側に開放したガスタービンにおける分割環の冷却
構造を提供するものである。
【００１４】即ち本発明によれば、各キャビティはそれ
ぞれ下流に向かって外周側から内周側に貫通する分割環
冷却孔により軸方向に異なる位置で動翼先端側に開放し
ているので、各キャビティを出てから動翼先端側に向け
て開放されるまでの分割環冷却孔の距離は短縮され、冷
却媒体が温まらないうちに動翼先端に開放されるので、
動翼の冷却効果を高めるものである。
ぞれ下流に向かって外周側から内周側に貫通する分割環
冷却孔により軸方向に異なる位置で動翼先端側に開放し
ているので、各キャビティを出てから動翼先端側に向け
て開放されるまでの分割環冷却孔の距離は短縮され、冷
却媒体が温まらないうちに動翼先端に開放されるので、
動翼の冷却効果を高めるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１、図２に基づいて説明する。なお前記した従来のもの
と同一の部分については図面中に同一の符号を付して示
し、重複する説明は出来るだけ省略して本実施の形態に
固有の点について重点的に説明する。
１、図２に基づいて説明する。なお前記した従来のもの
と同一の部分については図面中に同一の符号を付して示
し、重複する説明は出来るだけ省略して本実施の形態に
固有の点について重点的に説明する。
【００１６】１０は分割環で、動翼先端との隙間をシー
ルするように動翼先端に近接して配置されており、図１
および図２では周方向で複数に分割されたものの中一つ
を代表として抜き出して示している。
ルするように動翼先端に近接して配置されており、図１
および図２では周方向で複数に分割されたものの中一つ
を代表として抜き出して示している。
【００１７】１２はインピンジメント冷却板で、分割環
１０に対して適当な間隔を離して分割環１０の外周側に
同心状に配列される様に遮熱環１９で支持されており、
板面に多数設けられたインピンジメント冷却口１１を経
て前記分割環１０との間冷却媒体を受け入れるキャビテ
ィを形成している。
１０に対して適当な間隔を離して分割環１０の外周側に
同心状に配列される様に遮熱環１９で支持されており、
板面に多数設けられたインピンジメント冷却口１１を経
て前記分割環１０との間冷却媒体を受け入れるキャビテ
ィを形成している。
【００１８】１８は前記分割環１０の表面に周方向に延
びて設けられた溝で、同溝１８には頂面をインピンジメ
ント冷却板１２と当接した圧力隔板１７が嵌められ、前
記分割環１０とインピンジメント冷却板１２との間に形
成されるキャビティを上流側キャビティ１６ａと下流側
キャビティ１６ｂとに区画している。
びて設けられた溝で、同溝１８には頂面をインピンジメ
ント冷却板１２と当接した圧力隔板１７が嵌められ、前
記分割環１０とインピンジメント冷却板１２との間に形
成されるキャビティを上流側キャビティ１６ａと下流側
キャビティ１６ｂとに区画している。
【００１９】なお、圧力隔板１７は前記分割環１０及び
インピンジメント冷却板１２と同様に、円周方向で複数
に分割して構成されてもよく、その場合には周方向の接
合部は微小の隙間を残して端面を接合し、微小の漏れが
有ってもよいが、図４に示す様に端部接合面を互いに断
面方向に切り込んで重ね接合し、密封度を向上すること
もできる。
インピンジメント冷却板１２と同様に、円周方向で複数
に分割して構成されてもよく、その場合には周方向の接
合部は微小の隙間を残して端面を接合し、微小の漏れが
有ってもよいが、図４に示す様に端部接合面を互いに断
面方向に切り込んで重ね接合し、密封度を向上すること
もできる。
【００２０】また、圧力隔板１７の内周側は前記したよ
うに溝１８と嵌合し、これに対向する外周側は図３に示
すように逆Ｌ字型としているが、同圧力隔板１７はこの
形状に限定されるものではなく、Ｔ字型等その他の形状
を選択してもよいことは勿論である。
うに溝１８と嵌合し、これに対向する外周側は図３に示
すように逆Ｌ字型としているが、同圧力隔板１７はこの
形状に限定されるものではなく、Ｔ字型等その他の形状
を選択してもよいことは勿論である。
【００２１】前記上流側キャビティ１６ａの内部は、冷
却通路１３ａを経て動翼６先端部の上流側半分の範囲に
開口し、また、下流側キャビティ１６ｂの内部は冷却通
路１３ｂを経て軸方向とほぼ平行に延びて動翼６の後流
に開口しているので、冷却通路１３ａ及び１３ｂそれぞ
れの距離は分割環１０及び動翼６先端の軸方向長さに対
して十分に短いものとなる。
却通路１３ａを経て動翼６先端部の上流側半分の範囲に
開口し、また、下流側キャビティ１６ｂの内部は冷却通
路１３ｂを経て軸方向とほぼ平行に延びて動翼６の後流
に開口しているので、冷却通路１３ａ及び１３ｂそれぞ
れの距離は分割環１０及び動翼６先端の軸方向長さに対
して十分に短いものとなる。
【００２２】なおここで後方の冷却通路１３ｂは、前方
の冷却通路１３ａに対して平行状に延ばして設けること
により、動翼６先端後流側部分をめがけて開口し、前方
の冷却通路１３ａと同様に動翼６先端面を直接的にフィ
ルム冷却する構造とすることもできる。
の冷却通路１３ａに対して平行状に延ばして設けること
により、動翼６先端後流側部分をめがけて開口し、前方
の冷却通路１３ａと同様に動翼６先端面を直接的にフィ
ルム冷却する構造とすることもできる。
【００２３】また、上流側キャビティ１６ａと下流側キ
ャビティ１６ｂそれぞれのインピンジメント冷却板１２
には、多数のインピンジメント冷却口１１が設けられて
いるが、前記上流側キャビティ１６ａに開口するインピ
ンジメント冷却口１１と下流側キャビティ１６ｂに開口
するインピンジメント冷却口１１とは、その開口径の大
きさ、形状、開口数を互いに相違しており、上流側キャ
ビティ１６ａ内は下流側キャビティ１６ｂより高い圧力
であり、かつ同上流側キャビティ１６ａ内圧力は上流側
主流ガス１５ａを上回り、また下流側キャビティ１６ｂ
内圧力は下流側主流ガス１５ｂを上回るように調整され
ている。
ャビティ１６ｂそれぞれのインピンジメント冷却板１２
には、多数のインピンジメント冷却口１１が設けられて
いるが、前記上流側キャビティ１６ａに開口するインピ
ンジメント冷却口１１と下流側キャビティ１６ｂに開口
するインピンジメント冷却口１１とは、その開口径の大
きさ、形状、開口数を互いに相違しており、上流側キャ
ビティ１６ａ内は下流側キャビティ１６ｂより高い圧力
であり、かつ同上流側キャビティ１６ａ内圧力は上流側
主流ガス１５ａを上回り、また下流側キャビティ１６ｂ
内圧力は下流側主流ガス１５ｂを上回るように調整され
ている。
【００２４】本実施の形態は前記の様に構成されている
ので、冷却媒体９はインピンジメント冷却板１２のイン
ピンジメント穴１１を通過し、上流側キャビティ１６ａ
及び下流側キャビティ１６ｂを形成する分割環１０をイ
ンピンジメント冷却したのち軸方向に延びた複数列の分
割環冷却通路１３ａ及び１３ｂを通過することにより、
分割環１０を再度冷却し、最終的に主流ガス１５中に放
出される。
ので、冷却媒体９はインピンジメント冷却板１２のイン
ピンジメント穴１１を通過し、上流側キャビティ１６ａ
及び下流側キャビティ１６ｂを形成する分割環１０をイ
ンピンジメント冷却したのち軸方向に延びた複数列の分
割環冷却通路１３ａ及び１３ｂを通過することにより、
分割環１０を再度冷却し、最終的に主流ガス１５中に放
出される。
【００２５】そしてこの分割環冷却構造を構成した上流
側キャビティ１６ａ及び下流側キャビティ１６ｂ内に供
給される冷却媒体９の圧力が、インピンジメント冷却口
１１の開口径の大きさ、形状、開口数等を調整すること
により、前記した様に上流側キャビティ１６ａでは上流
側燃焼ガス１５ａの圧力より相対的に若干高くし、また
下流側キャビティ１６ｂでは、圧力の低下した下流側燃
焼ガス１５ｂ圧力よりわずかに高く維持した状態で設定
することが可能となったことにより、分割環１０の上流
側キャビティ１６ａでは主流燃焼ガス１５ａの逆流の懸
念がなく、また、下流側キャビティ１６ｂでは各部隙間
からのもれ空気を最小限にとどめることができる。
側キャビティ１６ａ及び下流側キャビティ１６ｂ内に供
給される冷却媒体９の圧力が、インピンジメント冷却口
１１の開口径の大きさ、形状、開口数等を調整すること
により、前記した様に上流側キャビティ１６ａでは上流
側燃焼ガス１５ａの圧力より相対的に若干高くし、また
下流側キャビティ１６ｂでは、圧力の低下した下流側燃
焼ガス１５ｂ圧力よりわずかに高く維持した状態で設定
することが可能となったことにより、分割環１０の上流
側キャビティ１６ａでは主流燃焼ガス１５ａの逆流の懸
念がなく、また、下流側キャビティ１６ｂでは各部隙間
からのもれ空気を最小限にとどめることができる。
【００２６】なお、上流側キャビティ１６ａ及び下流側
キャビティ１６ｂ内から、分割環１０の板厚を貫通して
設けられた冷却通路１３ａ及び１３ｂを通して冷却媒体
９を案内することにより、分割環１０を冷却し、かつ、
この冷却媒体９をタービン動翼６先端に向けて吹き出す
ことによってタービン動翼６の冷却効果も望めるもので
ある。
キャビティ１６ｂ内から、分割環１０の板厚を貫通して
設けられた冷却通路１３ａ及び１３ｂを通して冷却媒体
９を案内することにより、分割環１０を冷却し、かつ、
この冷却媒体９をタービン動翼６先端に向けて吹き出す
ことによってタービン動翼６の冷却効果も望めるもので
ある。
【００２７】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００２８】たとえば、前記実施の形態においては、イ
ンピンジメント冷却板１２と分割環１０との間には、単
数の隔壁１７を配設し、上流側キャビティ１６ａと下流
側キャビティ１６ｂに区画したものを示したが、複数の
隔壁１７で区画して多数のキャビティを形成してよいこ
とは勿論である。
ンピンジメント冷却板１２と分割環１０との間には、単
数の隔壁１７を配設し、上流側キャビティ１６ａと下流
側キャビティ１６ｂに区画したものを示したが、複数の
隔壁１７で区画して多数のキャビティを形成してよいこ
とは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】以上本発明によれば、分割環とその外周
に配置したインピンジメント冷却板との間を周方向に延
びる圧力隔板により軸方向で区画し、それぞれ異なる圧
力に調整した複数のキャビティを設けてガスタービンに
おける分割環の冷却構造を構成しているので、圧力隔板
により軸方向上流と下流で区画された各キャビティは、
それぞれ異なる圧力に調整されて圧力の異なる主流ガス
に対して個々に、かつ適切に対応可能となり、上流側で
は主流ガスの逆流防止を行い、また下流側では隙間から
のもれ空気を最小としてガスタービンの効率を一段と向
上することができたものである。
に配置したインピンジメント冷却板との間を周方向に延
びる圧力隔板により軸方向で区画し、それぞれ異なる圧
力に調整した複数のキャビティを設けてガスタービンに
おける分割環の冷却構造を構成しているので、圧力隔板
により軸方向上流と下流で区画された各キャビティは、
それぞれ異なる圧力に調整されて圧力の異なる主流ガス
に対して個々に、かつ適切に対応可能となり、上流側で
は主流ガスの逆流防止を行い、また下流側では隙間から
のもれ空気を最小としてガスタービンの効率を一段と向
上することができたものである。
【００３０】また請求項２に記載の発明によれば、前記
複数のキャビティのそれぞれは、分割環を下流に向かっ
て外周側から内周側に貫通する分割環冷却孔を通して軸
方向に異なる位置で動翼先端側に開放してガスタービン
における分割環の冷却構造を構成しているので、上流側
及び下流側の各キャビティから軸方向に異なる位置で動
翼先端側に開放する分割環冷却孔は、各キャビティを出
てから動翼先端側に向けて開放されるまでの分割環冷却
孔の距離は短縮されて冷却媒体が温まらないうちに動翼
先端側に開放されるので、動翼先端部をフィルム冷却
し、ガスタービン冷却効率を一段と向上することができ
たものである。
複数のキャビティのそれぞれは、分割環を下流に向かっ
て外周側から内周側に貫通する分割環冷却孔を通して軸
方向に異なる位置で動翼先端側に開放してガスタービン
における分割環の冷却構造を構成しているので、上流側
及び下流側の各キャビティから軸方向に異なる位置で動
翼先端側に開放する分割環冷却孔は、各キャビティを出
てから動翼先端側に向けて開放されるまでの分割環冷却
孔の距離は短縮されて冷却媒体が温まらないうちに動翼
先端側に開放されるので、動翼先端部をフィルム冷却
し、ガスタービン冷却効率を一段と向上することができ
たものである。
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービンにお
ける分割環の冷却構造を一部破断して示す斜視図であ
る。
ける分割環の冷却構造を一部破断して示す斜視図であ
る。
【図２】本実施形態の分割環の冷却構造の側面断面図で
ある。
ある。
【図３】本実施形態の分割環の冷却構造の要部である圧
力隔板によるキャビティ分割を示す説明図である。
力隔板によるキャビティ分割を示す説明図である。
【図４】図３に示す圧力隔板の分割部の接合状態を示す
説明図である。
説明図である。
【図５】従来のガスタービンにおける分割環の冷却構造
を一部破断して示す斜視図である。
を一部破断して示す斜視図である。
【図６】従来の分割環の冷却構造の側面断面図である。
【図７】ガスタービンの全体的な構成を概略的に示す説
明図である。
明図である。
【図８】タービン部の一般的構成を概略的に示す説明図
である。
である。
１ 圧縮機 ２ 燃焼器 ３ タービン ４ 発電機 ５ 静翼 ６ 動翼 ９ 冷却媒体 １０ 分割環 １１ インピンジメント冷却口 １２ インピンジメント冷却板 １３ 冷却通路 １４ 分割環後部 １３ａ 冷却通路 １３ｂ 冷却通路 １５ 主流ガス １５ａ 上流側主流ガス １５ｂ 下流側主流ガス １６ キャビティ １６ａ 上流側キャビティ １６ｂ 下流側キャビティ １７ 圧力隔板 １８ 溝 １９ 遮熱環
Claims (2)
- 【請求項１】 分割環とその外周に配置したインピンジ
メント冷却板との間を周方向に延びる圧力隔板により軸
方向で区画し、それぞれ異なる圧力に調整した複数のキ
ャビティを設けたことを特徴とするガスタービンにおけ
る分割環の冷却構造。 - 【請求項２】 前記複数のキャビティのそれぞれは、分
割環を下流に向かって外周側から内周側に貫通する分割
環冷却孔を通して軸方向に異なる位置で動翼先端側に開
放したことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン
における分割環の冷却構造。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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