JPS6360202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として高温ガスタービン等に使用さ
れる静翼に関するものである。

近年ガスタービンは、そのタービンの性能向上
および出力上昇のためにますます高温化する傾向
にある。したがつて、このようなガスの高温下に
おいて、タービン翼の強度を如何にして保持させ
るようにするかということが大きな技術課題とな
つている。このような課題を解決するため翼を冷
却する方法が採用され、また静翼において主流ガ
スをせき止めるため最も高温となる翼頭部を翼本
体と分け、かつ耐熱性の高い材料で構成し、この
頭部を翼本体あるいは翼の他の構成要素により支
持するように構成することが考えられる。しか
し、この構成の静翼では、部材が異なることによ
る熱膨張率のちがいにより頭部の支持部に間隙が
発生したり、製作誤差により翼頭部が翼本体とず
れる可能性があるが、翼頭部が翼本体と僅かでも
ずれ、翼本体側が外側に突出して段差を形成する
ようなことがあると、この段差により翼面を流れ
る主流ガスが剥離して空力性能を低下させ、延い
てはガスタービンの性能を低下させてしまうとい
う問題を発生することになる。

本発明の目的は、上述のような問題を解消し、
翼を別部材の組合せにより構成する場合において
主流ガスの剥離現象を起すようなことがなく、翼
構造として有効に使用できそれによりガスタービ
ンの性能を向上するようにしたガスタービンの静
翼を堤供せんとするものである。

上記目的を達成する本発明によるガスタービン
の静翼は、互いに別部材で構成した翼頭部と翼本
体とにより構成され、その境界面に沿つて冷却空
気の吹出通路を設けると共に、翼本体側の境界面
に切欠きを設け翼本体側の翼幅を翼頭部側の翼幅
よりも小さくしたことを特徴とするものである。

以下、図に示す本発明の実施例により説明す
る。

第１図は、本発明の実施例によるガスタービン
の静翼を示すものである。この図において、１は
静翼であり、この複数個が環状に配列されてい
る。このように配列された静翼群に対し、高温ガ
スは矢印で示すように供給されるようになつてい
る。

この静翼１は、耐熱合金からなる翼本体２と主
流ガスをせき止める前縁側のセラミツクからなる
翼頭部３とから構成されている。この翼本体２と
翼頭部３との境界面は、翼本体２側が凸状となる
ようになつている。この凸面の境界面を形成する
断面の線は曲線でもよく、あるいは折線でもよ
い。さらに、両側の翼側面に延長する境界面の延
長線は、それぞれ翼側面の接線に対し鋭角α，
α′をなすようになつている。

一方、翼本体２の内部には、図示しない冷却空
気供給源（ガスタービンのタービン部により駆動
される圧縮機）に連通した二つの中空部４，５が
仕切壁６により区切られて形成されている。一方
の中空部４は冷却空気の吹出用孔７，７に連通
し、さらにこの吹出用孔７，７を介して、翼本体
２と翼頭部３との間の境界面に沿つて設けた冷却
空気の吹出通路８，８に連通し、それぞれ翼の両
側両側に開口するようになつている。前記境界面
において、第２図に示すように翼本体側の翼幅ｌ
が、切欠部１０の分だけ翼頭部側の翼幅Ｌよりも
小さくなるように構成されている。

ここで翼本体側の翼幅ｌは、第２図のように境
界面が直線の時は翼本体側の境界面の切欠きの始
まる折れた所であり、また第３図のように境界面
が曲線や多数の折線の時は、翼本体側の境界面の
切欠きの始まる吹出通路８の広くなり始める所で
ある。この中空部４に供給された冷却空気は吹出
用孔７，７を介し、上記吹出通路８，８から翼の
外側へ吹出すようになつている。また、他方の中
空部５は冷却空気の吹出用孔９を介して翼後縁に
開口するようになつている。したがつて、この中
空部５に供給された冷却空気は内部を対流冷却
し、しかる後、吹出用孔９から翼後縁側へ吹き出
されるようになつている。

上述した静翼によると、翼頭部と翼本体との境
界面において、翼本体側の翼幅が翼頭部の翼幅よ
りも小さくなるように形成されているため、翼頭
部３がずれても翼本体２が主流ガス通路に突出し
凸状の段差を形成するようなことがなく、そのた
め主流ガスが剥離するようなことは起らない。こ
こで、上記構成により境界面には凹状の段差が形
成されることになるが、この凹状の段差部分から
は冷却空気が吹出しているため、この段差に基づ
く主流ガスの剥離現象は起らない。したがつて、
この静翼を装備したガスタービンでは、主流ガス
の剥離による空力性能の低下ということはない。

また、上述した実施例の構成の静翼では、主流
ガスをせき止める静翼のうちでも最も高温となる
前縁部が、金属よりも耐熱性の高いセラミツクか
らなる頭部３により形成されているため、この前
縁部には従来の静翼の前縁部のように冷却空気の
吹出用孔を設けフイルム冷却する必要がないこと
になる。一方、翼本体２は前縁部ほど高温とはな
らずその先端はセラミツク製の翼頭部３により、
主流ガスの熱を遮断されると共に、両者の境界面
に設けた吹出通路８によつて熱伝達を防止される
ため、この翼本体２自身の冷却のために、従来の
機構の静翼ほどに多量の冷却空気を必要としなく
なる。その結果、主流ガス中に混合する冷却空気
量が減少して平均ガス温度の低下は抑制されガス
タービンの効率は向上し、また圧縮機を駆動する
ための所要動力も少なくなるためガスタービンの
効率を一層向上することになる。また、吹出通路
８は従来の静翼のように前縁部に開口するのでは
なく、翼側面に開口させたものであるので、従来
の静翼の場合のように主流ガスの動圧が直接作用
するようなことがなく、逆に主流ガスの速度が増
し圧力が下がつているため、冷却空気の吹出しを
可能にするために高温ガスとの圧力差を考虜し
て、高温ガス圧力をわざわざ下げるというような
処置も必要でなくなるので、この面からもガスタ
ービン効率の向上に寄与することになる。

また、上記実施例では、吹出通路８の延長線が
翼側面の接線に対し鋭角となつているため、たと
え冷却空気の圧力が主流ガスの圧力よりも大きく
なつて勢いよく吹出すようなことがあつても、翼
側面には良好な冷却空気のフイルム層が形成され
ることになり、冷却性能や空力性能が損なわれる
ようなことはない。

また、上記実施例の静翼では、主流ガスの動圧
を受ける前縁部に冷却空気の吹出用孔を設けてい
ないため、主流ガスの圧力分布に応じて冷却空気
を吹出すための翼構造を、従来の前縁部から吹出
すようにした静翼に比べ簡単にすることができ
る。

さらに、セラミツクは金属に比べて構造強度が
劣るため、従来はガスタービンの静翼に利用する
ことは難しいとされていたが、上述の実施例で
は、このセラミツクを頭部３のみにし、その翼の
構造強度は金属の翼本体２でもつように構成し、
かつ頭部３にかかる空気力も翼本体２で支えるよ
うにしたことにより、セラミツクの利用を可能に
している。これに伴い、ガスタービン効率の一層
の向上を可能にする。しかも、実施例のようにセ
ラミツクの翼頭部３を翼本体２側が凸となるよう
にすれば、翼頭部３に作用する主流ガスの力の方
向が変化しても、この力を本体２で支えることが
できる。また、翼頭部３と翼本体２とが凹凸の組
合せであれば、何んらかの原因によりセラミツク
の頭部が破損したとしても、翼本体２との接合面
が凸であるため、ある程度の空力性能は維持する
ことができ、また簡単に交換ができる。

上述したように、本発明によるガスタービンの
静翼は、互いに別部材で翼頭部と翼本体とを構成
し、その境界面に沿つて冷却空気の吹出通路を設
けると共に、その境界面における翼本体側の翼幅
を翼頭部側の翼幅よりも小さくしたので、翼頭部
が翼本体とずれても翼面に段差ができ主流ガスの
剥離減少を起すようなことがなくなり、それによ
りガスタービンの性能が低下することを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるガスタービンの
静翼を示す縦断面図、第２図および第３図は、同
静翼の要部の断面図である。 １…静翼、２…翼本体、３…翼頭部、４，５…
中空部、７，９…吹出用孔、８…吹出通路、１０
…切欠部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに別部材で翼頭部と翼本体とを構成し、
   その境界面に沿つて冷却空気の吹出通路を設ける
   と共に、翼本体側の境界面に切欠きを設け翼本体
   側の翼幅を翼頭部側の翼幅よりも小さくしたこと
   を特徴とするガスタービンの静翼。