JPS5872603A - 空冷式ガスタ−ビンロ−タ - Google Patents
空冷式ガスタ−ビンロ−タInfo
- Publication number
- JPS5872603A JPS5872603A JP17006281A JP17006281A JPS5872603A JP S5872603 A JPS5872603 A JP S5872603A JP 17006281 A JP17006281 A JP 17006281A JP 17006281 A JP17006281 A JP 17006281A JP S5872603 A JPS5872603 A JP S5872603A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- air
- flow path
- cooling air
- gas turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は空気冷却方式のガスタービ／に係り。
特に、動翼用冷却空気をロータ外部から導入するタイプ
のガスタービンロータ内における好適な冷却空気流路構
成に関する。
のガスタービンロータ内における好適な冷却空気流路構
成に関する。
タービンの入口温度を高めて熱効率の向上を促進するた
めに、材料の耐熱温度を越えた高温の燃焼ガスを作動流
体とする。いわゆる高温ガスタービンにおいては、燃焼
ガスの加熱によってタービン構成部材の損傷を防止し信
頼性を得るために熱負荷に相応して適切な冷却を施す必
要があり、一般には、部材の内部を冷却構造としその冷
媒として燃焼用圧縮機をコンプレッサから抽気する空気
冷却方式が採られている。ロータ側に要する冷却空気に
着目すれば、コンプレッサからロータ内に空気を導入す
る経路には２系統あり、その１つはコンプレッサとロー
タが直結されている場合に有効で、連結軸に内孔を設け
て回転体内だけで輸送経路を構成する方法である。また
、他の１つは連結軸のない２軸型式のガスタービンに適
用され。
めに、材料の耐熱温度を越えた高温の燃焼ガスを作動流
体とする。いわゆる高温ガスタービンにおいては、燃焼
ガスの加熱によってタービン構成部材の損傷を防止し信
頼性を得るために熱負荷に相応して適切な冷却を施す必
要があり、一般には、部材の内部を冷却構造としその冷
媒として燃焼用圧縮機をコンプレッサから抽気する空気
冷却方式が採られている。ロータ側に要する冷却空気に
着目すれば、コンプレッサからロータ内に空気を導入す
る経路には２系統あり、その１つはコンプレッサとロー
タが直結されている場合に有効で、連結軸に内孔を設け
て回転体内だけで輸送経路を構成する方法である。また
、他の１つは連結軸のない２軸型式のガスタービンに適
用され。
コンプレッサから抽気した後、静止側からシールを介し
てロータ内に導入する方法であり、ロータ内での冷却効
果を促進するためにコンプレッサからの吐出空気を外部
冷却した後、導入する場合にも有効である。
てロータ内に導入する方法であり、ロータ内での冷却効
果を促進するためにコンプレッサからの吐出空気を外部
冷却した後、導入する場合にも有効である。
本発明は後者の場合に適用し得るものであり、第１図の
従来の実施例によりこの糧ガスタービンのロータ側冷却
構造について説明する。
従来の実施例によりこの糧ガスタービンのロータ側冷却
構造について説明する。
ロータ１は動翼２を外周上に固着したディスク３と、デ
ィ優り間に介在させたスペーサ４を交互に重ね合わせ、
両側面から端部をコーン状に拡げたスタブシャフト５に
よって締結一体化したものであり、両端を軸受６によっ
て支持されている。
ィ優り間に介在させたスペーサ４を交互に重ね合わせ、
両側面から端部をコーン状に拡げたスタブシャフト５に
よって締結一体化したものであり、両端を軸受６によっ
て支持されている。
ここで燃焼ガスはロータ１の外周を矢印７の方向に流れ
る過程で膨張を繰り返して動力を発生するが、同時に動
翼２を加勢し固着部分の熱伝導によってディスク３をも
加熱される。これによる温度上昇度合は、燃焼ガスの熱
落差によって１段落′どとに異なった傾向を示す。この
ために、動翼２の内部には熱負荷に相当する複雑な冷却
流路が設けられており、その流入口はディスク３の側面
流路に間口されている。か、かる冷却構造を内装したロ
ータ１に対し、冷却空気はシール８を介してスタブシャ
フト５ｂのコーン部に穿けた流入孔５Ｃからロータ１内
に流入し、スタブシャフト５とディスク３Ｃ間に形成さ
れた放射状流路９を経てディスク３の内孔３ｄに導入さ
れ、ここで段落ごとに異なる所要量に配分されてディス
ク間流路を外周方向に流れ、動翼に導かれている。
る過程で膨張を繰り返して動力を発生するが、同時に動
翼２を加勢し固着部分の熱伝導によってディスク３をも
加熱される。これによる温度上昇度合は、燃焼ガスの熱
落差によって１段落′どとに異なった傾向を示す。この
ために、動翼２の内部には熱負荷に相当する複雑な冷却
流路が設けられており、その流入口はディスク３の側面
流路に間口されている。か、かる冷却構造を内装したロ
ータ１に対し、冷却空気はシール８を介してスタブシャ
フト５ｂのコーン部に穿けた流入孔５Ｃからロータ１内
に流入し、スタブシャフト５とディスク３Ｃ間に形成さ
れた放射状流路９を経てディスク３の内孔３ｄに導入さ
れ、ここで段落ごとに異なる所要量に配分されてディス
ク間流路を外周方向に流れ、動翼に導かれている。
しかるに冷却効果は、冷却構造と共に冷却空気の流量に
顕著に影響されるが、必要量以上の冷却空気を抽気する
ことはコンプレッサの吐出空気を浪費することになり、
更に、放出された冷却空気によって燃焼ガスが希釈され
て熱効率が低下し。
顕著に影響されるが、必要量以上の冷却空気を抽気する
ことはコンプレッサの吐出空気を浪費することになり、
更に、放出された冷却空気によって燃焼ガスが希釈され
て熱効率が低下し。
ガスタービンの総合効率を低下させる。
しかしながら、前述のロータ内の冷却流路構成にした場
合、実験結果によればディスク内孔３ｄの流入抵抗が大
きく、所要量の冷却空気が流れないために、充分な冷却
効果が得られないことが判明した。これを改善する手段
゛として冷却空気の流入圧力を高める方法はあるが、燃
焼用の空気を流用する場合には最高圧に限度があり、ま
桝機外から導入する場合においてもシール８から漏洩す
る空気量が増大して、効果的な対策にはなシ得ない。
合、実験結果によればディスク内孔３ｄの流入抵抗が大
きく、所要量の冷却空気が流れないために、充分な冷却
効果が得られないことが判明した。これを改善する手段
゛として冷却空気の流入圧力を高める方法はあるが、燃
焼用の空気を流用する場合には最高圧に限度があり、ま
桝機外から導入する場合においてもシール８から漏洩す
る空気量が増大して、効果的な対策にはなシ得ない。
このようにディスク内孔の流入抵抗が増大する理由は、
゛スタブシャフト５ｂのコーン部とディスク３Ｃの側壁
間に形成された放射状の流路９における冷却空気の半径
方向内向きの流れにある。すなわち、流入口５Ｃから流
入した冷却空気は、上記放射状の流路９をほぼ自由渦流
に近い流れでロータの中心側に流れると考えられるが、
このような自１由渦の流れ特性として、第２図に示すよ
うに旋回速度成分Ｕが半径位置ＲＫ反比例する。すなわ
′ち、 ｌ（、ｌＪ＝：Ｃｏｎ５ｔという関係があり、
この関係により旋回速度成分が加速されるために、内孔
３ｄの入口部の冷却空気の速度は極めて速く、非常に強
い渦状の流れで流入するので流入損失が増大したものと
考えられる。
゛スタブシャフト５ｂのコーン部とディスク３Ｃの側壁
間に形成された放射状の流路９における冷却空気の半径
方向内向きの流れにある。すなわち、流入口５Ｃから流
入した冷却空気は、上記放射状の流路９をほぼ自由渦流
に近い流れでロータの中心側に流れると考えられるが、
このような自１由渦の流れ特性として、第２図に示すよ
うに旋回速度成分Ｕが半径位置ＲＫ反比例する。すなわ
′ち、 ｌ（、ｌＪ＝：Ｃｏｎ５ｔという関係があり、
この関係により旋回速度成分が加速されるために、内孔
３ｄの入口部の冷却空気の速度は極めて速く、非常に強
い渦状の流れで流入するので流入損失が増大したものと
考えられる。
すなわち、従来のロータ内流路構成によれば、所望の冷
却効果が得られない欠点がある。
却効果が得られない欠点がある。
本発明の目的は、ロータ内冷却空気の流れのパターンを
変えることにより、流動損失を軽減し。
変えることにより、流動損失を軽減し。
冷却効果の優れたガスタービンロータを提供するにある
。
。
すなわち、本発明の骨子は、ディスクとスタブシャフト
間の放射状流路内で冷却空気がロータ中心部に向って流
れる部分に、ガイドベー、ンを設けたことにあり、これ
によって回部に形成されていた自由渦巻き状の流れを半
径方向の１次元流れに変えたものである。
間の放射状流路内で冷却空気がロータ中心部に向って流
れる部分に、ガイドベー、ンを設けたことにあり、これ
によって回部に形成されていた自由渦巻き状の流れを半
径方向の１次元流れに変えたものである。
以下１本発明の一実施例を第３図によシ説明する。
図において、ディスク３Ｃとスタブシャフト５ｂ間の放
射状流路９内に本発明の主要素であるガイドベーン体１
０が装置されておシ、ボルト１１によってスタプシャフ
）５ｂの端面に固定しである。
射状流路９内に本発明の主要素であるガイドベーン体１
０が装置されておシ、ボルト１１によってスタプシャフ
）５ｂの端面に固定しである。
ガイドベーン体１０は、第３図の■−■矢視図に示すよ
うに、複数個の平板状ガイドベーン１０ａを半径方向を
長手にして周方向に規則的に配列し、基板１０ｂに一着
しである。
うに、複数個の平板状ガイドベーン１０ａを半径方向を
長手にして周方向に規則的に配列し、基板１０ｂに一着
しである。
このようなガイドベーン体１０を内設した場合の流れに
ついて考察すると、ガイドペーツ１０ａによって旋回速
度成分が制動されるために、第２図に示す冷却空気とロ
ータとの相対旋回速度は零となり、ガイドイー／１０ａ
間の冷却空気流れは。
ついて考察すると、ガイドペーツ１０ａによって旋回速
度成分が制動されるために、第２図に示す冷却空気とロ
ータとの相対旋回速度は零となり、ガイドイー／１０ａ
間の冷却空気流れは。
はぼ、半径内向き方向の１次元流となる。これによって
、ディスク内孔３ｄの入口部における流入口と冷却空気
の相対旋回速度差が無くなり、回転しない穴とほぼ同程
度の流入損失値に低減される。
、ディスク内孔３ｄの入口部における流入口と冷却空気
の相対旋回速度差が無くなり、回転しない穴とほぼ同程
度の流入損失値に低減される。
また、減速した旋回速度外のエネルギの大部分け。
角運動量の変化分としてロータの回転トルクに寄与する
。更に、本発明によればディスク内孔流入後の冷却空気
流れについても圧力損失を低減し得る。すなわち、１次
元流れの場合と、従来例に見られる自由渦流れの場合と
では、半径方向の静圧分布が大巾に異なり、第２図の右
側に示すように。
。更に、本発明によればディスク内孔流入後の冷却空気
流れについても圧力損失を低減し得る。すなわち、１次
元流れの場合と、従来例に見られる自由渦流れの場合と
では、半径方向の静圧分布が大巾に異なり、第２図の右
側に示すように。
曲線１３で示した１次元流の静圧分布に比べて。
自由渦巻き流れの場合の静圧分布面１！１２は圧力勾配
が急であり、特に半径の小さい側で顕著に変化する。こ
れが本発明の冷却空気の速度が減速し。
が急であり、特に半径の小さい側で顕著に変化する。こ
れが本発明の冷却空気の速度が減速し。
圧力損失が軽減する理由である。
強いていえば、ガイドベーンの制動によって回転管路に
相当する２次流れが発生すると考えられるが、これに基
づく冷却空気の圧力損失はディスク内孔の流入損失に比
べて、はるかに小さく、また、ガイドベー：／９形状９
枚数等の適切な選定により対処しうる。
相当する２次流れが発生すると考えられるが、これに基
づく冷却空気の圧力損失はディスク内孔の流入損失に比
べて、はるかに小さく、また、ガイドベー：／９形状９
枚数等の適切な選定により対処しうる。
なお５ガイドベ−７は放射状流路全域に拡げる必要はな
く、最大外径はほぼスタブシャフトに穿けた流入孔半径
位置、またディスク側面とガイドベーン間の間隙につい
ては、極力、小さいほうが最大限の効果を発揮し得ると
考えられるが、特に。
く、最大外径はほぼスタブシャフトに穿けた流入孔半径
位置、またディスク側面とガイドベーン間の間隙につい
ては、極力、小さいほうが最大限の効果を発揮し得ると
考えられるが、特に。
同寸法等あるいは図示しだ形状を限定するものではない
。
。
本発明によれば最適量の冷却空気を流しうるロータ内の
冷却流路が得られ、これによってガスタービ／の信頼性
が向上する。
冷却流路が得られ、これによってガスタービ／の信頼性
が向上する。
なお、第３図の実施例では低圧側のスタブシャフトから
冷却空気を導入する場合について示したが、高圧側のス
タブシャフトコーン部から導入する場合も全く同様に適
用でき、且つ、同等の効果が得られる。
冷却空気を導入する場合について示したが、高圧側のス
タブシャフトコーン部から導入する場合も全く同様に適
用でき、且つ、同等の効果が得られる。
第１図は従来の冷却構造を有すネガスタービン −ロー
タの断面図、第２図は′冷却空気の半径方向旋回速度線
図および圧力分布線図、第３図は本発明の１実施例を示
す部分断面図、第４図′は第３図の■−Ｗ矢視図である
。 １・・・ロータ、２・・・動翼、３・・・ディスク、３
ｄ・・・ディ哀り内孔、５・・・スターブシャフト、５
Ｃ・・・冷却空気流入口、９・・・放射状訛路、１０ａ
・・・ガイドベーン。 ｊｖ）１０ ￥ ２ ロ ー流漣 圧力− ８３の
タの断面図、第２図は′冷却空気の半径方向旋回速度線
図および圧力分布線図、第３図は本発明の１実施例を示
す部分断面図、第４図′は第３図の■−Ｗ矢視図である
。 １・・・ロータ、２・・・動翼、３・・・ディスク、３
ｄ・・・ディ哀り内孔、５・・・スターブシャフト、５
Ｃ・・・冷却空気流入口、９・・・放射状訛路、１０ａ
・・・ガイドベーン。 ｊｖ）１０ ￥ ２ ロ ー流漣 圧力− ８３の
Claims (1)
- １、高温の燃焼ガスから部材を保護するだめの空気冷却
機構を内装し、且つ、冷媒としての空気をロータラ支持
しているスタブシャフトのコーン部を貫通して前記ロー
タ内に導く、流路と、この空気を前記コーン部とディス
クの側面間に形成される放射状流路を経て、前記ロータ
中心部のディスク内孔に導く流路と、前記ロータ外周に
固定した動翼に導く流路とからなる空気導入方式のター
ビンロータにおいて、前記放射状流路の周方向に、半径
方向にのびる複数個の平板状ガイドベーンを配列したこ
とを特徴とする空冷式ガスタービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17006281A JPS5872603A (ja) | 1981-10-26 | 1981-10-26 | 空冷式ガスタ−ビンロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17006281A JPS5872603A (ja) | 1981-10-26 | 1981-10-26 | 空冷式ガスタ−ビンロ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5872603A true JPS5872603A (ja) | 1983-04-30 |
Family
ID=15897917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17006281A Pending JPS5872603A (ja) | 1981-10-26 | 1981-10-26 | 空冷式ガスタ−ビンロ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5872603A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388205A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-19 | Mitsuhiro Kanao | 空冷装置を持つガスタ−ビン軸 |
| US4793772A (en) * | 1986-11-14 | 1988-12-27 | Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Munchen Gmbh | Method and apparatus for cooling a high pressure compressor of a gas turbine engine |
| US4808073A (en) * | 1986-11-14 | 1989-02-28 | Mtu Motoren- Und Turbinen- Union Munchen Gmbh | Method and apparatus for cooling a high pressure compressor of a gas turbine engine |
-
1981
- 1981-10-26 JP JP17006281A patent/JPS5872603A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6388205A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-19 | Mitsuhiro Kanao | 空冷装置を持つガスタ−ビン軸 |
| US4793772A (en) * | 1986-11-14 | 1988-12-27 | Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Munchen Gmbh | Method and apparatus for cooling a high pressure compressor of a gas turbine engine |
| US4808073A (en) * | 1986-11-14 | 1989-02-28 | Mtu Motoren- Und Turbinen- Union Munchen Gmbh | Method and apparatus for cooling a high pressure compressor of a gas turbine engine |
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