(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼先端にシュラウドを有し、同翼内部に基部から先端に向けて冷却通路を設けて冷却空気を流して前記シュラウド内に導き、同シュラウドの周囲より流出させるガスタービン動翼において、前記シュラウド内部には２つのキャビティをそれぞれ独立に形成し、同２つのキャビティはそれぞれ前記動翼の冷却通路に連通すると共に、前記シュラウド内で対向する両側に向かって冷却空気を流す複数の冷却穴に連通し、同冷却穴は同シュラウドの周辺に向けて斜め下方へ向かって直線状に傾斜し同シュラウドの周辺部に伸び、同シュラウドの周辺下面に開口することを特徴とするガスタービン動翼。
【請求項２】
前記動翼の冷却通路は翼全長にわたって一体の空洞からなり、同空洞内壁には多数のピンフィンを設けたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン動翼。
【請求項３】
前記動翼の冷却通路は翼の基部側が一体の空洞と同空洞に設けた多数のピンフィン、先端側が先端に向かう多数の細穴からなることを特徴とする請求項１記載のガスタービン動翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火力発電などに使用されるガスタービン動翼に関し、特にシュラウドの冷却構造を簡素化し、冷却性能を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の代表的なガスタービン動翼を示し、（ａ）は動翼の縦断面図、（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面図である。図において、２１は動翼であり、２２はその先端のシュラウド、２３はシュラウド２２に設けられたフィンである。２４は動翼２２内に穿設されたマルチホール、即ち細穴である。２５は動翼２１内壁に設けられたピンフィン、２６はリブであり空胴２９を支持するものである。２７はハブ部、２８は翼根部であり、２９は前述の空胴である。
【０００３】
図８は図７におけるＦ−Ｆ断面図、図９は図８におけるＧ−Ｇ断面図であり、両図において、シュラウド２２内部には２つのキャビティ３０，３１が独立に形成されており、キャビティ３０，３１にはそれぞれプラグ３２，３３が上面より挿入されて内部を密閉し、動翼２１のマルチホール２４がキャビティ３０，３１にそれぞれ連通し、冷却空気を供給している。キャビティ３０，３１にはそれぞれ両側に向かって複数の冷却穴３４が連通し、冷却穴３４はそれぞれ両端面で開口し、冷却空気を流出する構成である。
【０００４】
上記構成の動翼においては、冷却空気は矢印で図示するように翼根部２８より空洞２９に流入し、ピンフィン２５により熱伝達率を向上させて基部を冷却してマルチホール２４を流れて先端部へ導かれる。先端部からはシュラウド２２のキャビティ３０，３１に流入し、キャビティ３０，３１から各冷却穴３４を通り、互に対向するシュラウド２２の両端面へ流出し、シュラウド全面を冷却している。
【０００５】
上記に説明の動翼においては、前述のように、動翼２１の先端にはインテグラル状をなすシュラウド２２が動翼２１と一体に形成されている。シュラウド２２は動翼２１の先端から漏洩するガスを減少させるとともに、シュラウド２２の端面を隣接するシュラウド２２の端面に圧接させて一連のグループ翼を形成させることにより動翼２１の耐振動強度を向上させている。動翼２１には回転軸方向と円周方向との２方向の振動が発生するが、シュラウド２２の端面を斜めに形成することにより両方向の振動が抑制される。また、シュラウド２２には動翼２１の先端部から漏洩するガスを減少させるためとケーシング側との接触を防止するため、フィン２３が削り出して設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来のガスタービン動翼においては、シュラウド２２の対向する両側の冷却穴３４より冷却空気が流出し、シュラウド２２全体を冷却して温度を低下させるが、冷却空気の消費の面からは、冷却空気が動翼２１のマルチホール２４からキャビティ３０，３１に合流し、キャビティ３０，３１から両側に分かれ互に対向する冷却穴３４に流れ、それぞれ両側に流れる。従って、各キャビティから両側へ複数の冷却穴３４が配置されており、各冷却穴３４の抵抗のちがいにより、各冷却穴によって流量が異なり、冷却空気が均等に流れず、均等な冷却空気の分配調整がむずかしく、均一な冷却ができない状況にある。
【０００７】
そこで本発明はガスタービン動翼のシュラウドにおいて、シュラウドに設けた冷却穴に流入する冷却空気の流量調整を容易とし、冷却効果が均一になるような冷却構造とし、シュラウドの温度が均等に低下するようなガスタービン動翼を提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）乃至（３）の手段を提供する。
【０００９】
（１）翼先端にシュラウドを有し、同翼内部に基部から先端に向けて冷却通路を設けて冷却空気を流して前記シュラウド内に導き、同シュラウドの周囲より流出させるガスタービン動翼において、前記シュラウド内部には２つのキャビティをそれぞれ独立に形成し、同２つのキャビティはそれぞれ前記動翼の冷却通路に連通すると共に、前記シュラウド内で対向する両側に向かって冷却空気を流す複数の冷却穴に連通し、同冷却穴は同シュラウドの周辺に向けて斜め下方へ向かって直線状に傾斜し同シュラウドの周辺部に伸び、同シュラウドの周辺下面に開口することを特徴とするガスタービン動翼。
【００１０】
（２）上記（１）の発明において、前記動翼の冷却通路は翼全長にわたった一体の空洞からなり、同空胴内壁には多数のピンフィンを設けたことを特徴とするガスタービン動翼。
【００１１】
（３）上記（１）の発明において、前記動翼の冷却通路は翼の基部側が一体の空洞と同空洞に設けた多数のピンフィン、先端側が先端に向かう多数の細穴からなることを特徴とするガスタービン動翼。
【００１２】
本発明の（１）においては、シュラウド内に２つのキャビティを設け、各キャビティに連通する冷却穴は、シュラウドの周辺に向けて斜め下方に向かって直線状に傾斜し同シュラウドの周辺部に伸び、周辺においてシュラウド下面に開口して冷却空気を斜めに流出するのでシュラウドの厚さ方向には傾斜した冷却穴により上下にわたり冷却され、又、周辺部では主流ガスにさらされ、熱的に厳しい環境にあるシュラウドの下面が効果的に冷却され、シュラウド全面が均一に冷却される。
【００１３】
本発明の（２）の上記（１）のシュラウドが、動翼内部が全長にわたって一体の空洞と同空洞に設けられたピンフィンで構成された翼先端部に設けられ、又、（３）の発明は上記（１）のシュラウドが、動翼内部が従来例のように基部側が空洞とピンフィン、先端側が多数の細穴からなる翼先端に設けられるので、どのような形式の冷却構造を有する動翼にも適用でき、動翼の熱伝達率向上による冷却効果とシュラウド全体の均一な冷却効果とにより翼全体の冷却効果が高まるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るガスタービン動翼の縦断面図である。図において１は動翼であり、２はその先端のシュラウド、３は翼根部である。４はリブであり、内部空洞６内を製造時に形成し、この空洞を支持するためのものであり、本発明にとっては特に必要としないものである。５は内部空洞６内の両壁面に固定されて形成された多数のピンフィンである。６は前述の動翼１内に形成された内部空洞である。
【００１５】
このように本実施の第１形態の動翼は内部を全長にわたり内部空洞６とし、多数のピンフィン５を設けた構造として内部の冷却空気の流通と対流を良くし、冷却効果を高めるようにし、更に次に述べるように先端のシュラウドの冷却にも特徴を持たせたものである。
【００１６】
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図である。両図において、シュラウド２内にはキャビティ１９，２０がそれぞれ独立して形成され、その上部には従来と同様にプラグ３２，３３が装着されており、動翼の空洞６から冷却空気がそれぞれ分かれて導入される。キャビティ１９には両側に対向する方向に冷却通路７〜１２が連通し、冷却通路７，８，９は一方の側へ、冷却通路１０，１１，１２はそれらと対向する反対側にそれぞれ冷却空気を流出させる構造である。
【００１７】
キャビティ２０にも同様に両側に冷却通路１３〜１８が連通し、冷却通路１３，１４，１５は一方の側に、冷却通路１６，１７，１８はそれらと対向する反対側にそれぞれ冷却空気を流出させる構造となっている。
【００１８】
図４は図３におけるＣ−Ｃ断面図であり、キャビティ２０は動翼１の内部空洞６に連通しており、冷却通路１２，１６がそれぞれシュラウドの厚さ方向の上から下に向かって傾斜しており、キャビティ２０の冷却空気をシュラウド２の下面へ斜めに流出させている。又、キャビティ２０の上部にはプラグ３３が設けられている。
【００１９】
上記構成の実施の第１形態の動翼において、冷却空気３０は翼の基部より翼内部へ流入し、ピンフィン５により対流が促進されて基部を冷却し、先端部へ流れ、翼を冷却後シュラウド２内に流入する。
【００２０】
シュラウド２では、内部空洞６からの冷却空気はキャビティ１９，２０にそれぞれ流入し、キャビティ１９からは冷却通路７，８，９から一方の側へ、冷却通路１０，１１，１２からはこれらに対向する反対側へそれぞれ流れ、シュラウド２外部へ流出するが、各冷却通路７〜１２はそれぞれ図４に示すようにシュラウド２内で傾斜して穿設されているので冷却空気は下部から斜め方向に流出する。
【００２１】
同様に、キャビティ２０からは冷却通路１３，１４，１５から一方の側へ、冷却通路１６，１７，１８からは対向する他方の側へそれぞれ流れ、シュラウド２の下面から斜め方向に流出する。このようにして冷却空気はシュラウド２の一方の側からは冷却通路７〜９，１２〜１５を通って斜め下方に、他方の側からは冷却通路１０〜１２，１６〜１８を通って周辺に向け、斜め下方にそれぞれ流出するのでシュラウド２の中央部から周辺へ向けて全面を均一に冷却できる。
【００２２】
更に、各冷却通路はシュラウド２の下方斜め方向に向かってシュラウド周辺部に伸びているので、冷却空気はシュラウド２の厚さ方向の上から下へ、又、周辺部へは斜め方向に熱的影響の大きい方向に向かって流れるので、シュラウドの周辺部を効果的に冷却することができる。
【００２３】
図５は本発明の実施の第２形態に係るガスタービン動翼の断面図であり、その動翼部分は図７で説明した従来例のものと同じ構成であり、翼の基部側が空洞２９とピンフィン２５からなり、基部から先端側が多数の細穴からなるマルチホール２４で構成される動翼である。従って図５は図７に示すＦ−Ｆ断面に相当する断面図であり、動翼の構成は図７に示す従来例と同じであるので同じ部分については説明を省略し、符号はそのまま引用して説明し、本発明の特徴部分であるシュラウドについて以下に詳しく説明する。
【００２４】
図５において、２はシュラウドであり、１９，２０はキャビティで、それぞれ独立にシュラウド２内に形成されている。キャビティ１９には一方の側に向けて冷却通路７，８，９が、反対側に向けて冷却通路１０，１１，１２がそれぞれ連通している。
【００２５】
又、キャビティ２０には一方の側に向けて冷却通路１３，１４，１５が、その対向する反対側に向けて冷却通路１６，１７，１８がそれぞれ連通している。又、図６で説明するように実施の第１形態と同じくキャビティ１９，２０の上部はプラグ３２，３３で密閉されている。これらの構造は図３に示す実施の第２形態と同じである。
【００２６】
動翼２１には、図７の従来例で説明したように多数のマルチホール２４が基部途中より先端に向けて穿設されており、それぞれ２群に区分され、一方はキャビティ１９へ、他方はキャビティ２０へ連通して冷却空気３０をそれぞれ導いている。
【００２７】
図６は図５におけるＤ−Ｄ断面図であり、シュラウド２にはキャビティ２０が形成され、動翼２１のマルチホール２４がシュラウド２内のキャビティ２０に連通し、冷却空気を動翼２１からキャビティ２に導いている。キャビティ２０には両側に冷却通路１２，１６が連通し、冷却通路１２，１６はそれぞれ下方に向かって傾斜して設けられ、シュラウド２の下面で斜めに冷却空気を流出する構造である。又、キャビティ２０の上部は従来例と同じくプラグ３３で密閉されている。
【００２８】
上記構成の実施の第２形態において、従来例でも説明したように冷却空気は動翼の基部より翼内部に流入し、ピンフィン２５により対流を促進して基部側を冷却し、マルチホール２４、即ち多数の細穴を通って先端部を冷却し、その後シュラウド２内に流入する。
【００２９】
シュラウド２には多数のマルチホール２４がそれぞれキャビティ１９，２０に連通しているので、冷却空気はキャビティ１９，２０内を満たし、それぞれ冷却通路７〜９，１３〜１５によりシュラウド２の一方の側へ、冷却通路１０〜１２，１６〜１８により対向する反対側へ流出し、しかもシュラウド２の下方へ斜めに流出するので実施の第１形態と同様にシュラウド２の中央部から周辺にわたり、均一に冷却することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の（１）のガスタービン動翼は、翼先端にシュラウドを有し、同翼内部に基部から先端に向けて冷却通路を設けて冷却空気を流して前記シュラウド内に導き、同シュラウドの周囲より流出させるガスタービン動翼において、前記シュラウド内部には２つのキャビティをそれぞれ独立に形成し、同２つのキャビティはそれぞれ前記動翼の冷却通路に連通すると共に、前記シュラウド内で対向する両側に向かって冷却空気を流す複数の冷却穴に連通し、同冷却穴は同シュラウドの周辺に向けて斜め下方へ向かって直線状に傾斜し同シュラウドの周辺部に伸び、同シュラウドの周辺下面に開口することを特徴としている。このような構成により、シュラウド内に２つのキャビティを設け、各キャビティに連通する冷却穴は、シュラウドの周辺に向けて斜め下方に向かって直線状に傾斜し同シュラウドの周辺部に伸び、周辺においてシュラウド下面に開口して冷却空気を斜めに流出するため、シュラウドの厚さ方向には傾斜した冷却穴により上下にわたり冷却され、又、周辺部では主流ガスにさらされ、熱的に厳しい環境にあるシュラウドの下面が効果的に冷却され、シュラウド全面が均一に冷却される。
【００３１】
本発明の（２）は、上記（１）の発明において、前記動翼の冷却通路は翼全長にわたって一体の空洞からなり、同空洞内壁には多数のピンフィンを設けたことを特徴とし、又、本発明の（３）は、上記（１）の発明において、前記動翼の冷却通路は翼の基部側が一体の空洞と同空洞に設けた多数のピンフィン、先端側が先端に向かう多数の細穴からなることを特徴としている。このような構成により、どのような形式の冷却構造を有する動翼にも適用でき、動翼の熱伝達率向上による冷却効果とシュラウド全体の均一な冷却効果とにより翼全体の冷却効果が高まるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン動翼の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン動翼のシュラウドの断面図である。
【図６】図５におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図７】従来のガスタービン動翼を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図８】図７におけるＦ−Ｆ断面図である。
【図９】図８におけるＧ−Ｇ断面図である。
【符号の説明】
１，２１      動翼
２            シュラウド
３            翼根部
５，２５      ピンフィン
６            内部空洞
７〜１８      冷却通路
１９，２０    キャビティ
【図１】
0003546134.tif 000002
【図２】
0003546134.tif 000003
【図３】
0003546134.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003546134.tif 000006
【図６】
0003546134.tif 000007
【図７】
0003546134.tif 000008
【図８】
0003546134.tif 000009
【図９】
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