(57)【特許請求の範囲】
【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上流側キャビティと下流側キャビティを設け、前記上流側キャビティの内部は冷却通路を経て動翼先端部の上流側半分の範囲に開口し、下流側キャビティの内部は他の冷却通路を経て軸方向と平行状に延びて動翼の後流に開口し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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１３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１５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。
【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。
【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。
【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上流側キャビティと下流側キャビティを設け、前記上流側キャビティの内部は冷却通路を経て動翼先端部の上流側半分の範囲に開口し、下流側キャビティの内部は他の冷却通路を経て軸方向と平行状に延びて動翼の後流に開口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。
【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上流側キャビティと下流側キャビティは、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。
【００１４】
しかも前記上流側キャビティの内部は冷却通路を経て動翼先端部の上流側半分の範囲に開口し、下流側キャビティの内部は他の冷却通路を経て軸方向と平行状に延びて動翼の後流に開口すること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、特に前記上流側キャビティからの冷却通路では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、また、下流側キャビティからの他の冷却通路では軸方向に平行状に延びて冷却媒体を案内することにより分割環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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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上流側キャビティと下流側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】
しかも本発明によれば、前記上流側キャビティの内部は冷却通路を経て動翼先端部の上流側半分の範囲に開口し、下流側キャビティの内部は他の冷却通路を経て軸方向と平行状に延びて動翼の後流に開口することにより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、特に前記上流側キャビティからの冷却通路では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、また、下流側キャビティからの他の冷却通路では軸方向に平行状に延びて冷却媒体を案内することにより分割環を十分に冷却して、併せて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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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