(57)【要約】【課題】ガスタービンの高温化対処。【解決手段】動翼列環（２）は、円周方向に並んで配列される複数のプラットフォーム（６）と、その複数のプラットフォーム（６）にそれぞれに固着される動翼（４）とか形成されている。プラットフォーム（６）の上流側部位は、静翼列環（１）と動翼列環（２）との間の隙間（９）から遠心方向に流れ出る冷却空気（２５）が動翼（４）の回転方向後方側（８）に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位（１１）を形成している。流れ偏向部位（１１）は、プラットフォーム（６）の基準面（１２）より遠心方向に膨らんでいる。冷却空気（２５）は、流れ偏向部位から抵抗を受けてその速度を落とし、動翼（４）に対して回転方向に相対的に後退し、動翼（４）の回転方向後方側（８）に流れ込む割合が増大する。このような増大は、冷却空気の圧力分布を適正化し、プラットフォームの表面の熱変化による劣化を抑制する。【選択図】      図１
2006002609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼列環と、
前記静翼列環に対向し前記静翼列環より下流側に配置される動翼列環とを具え、
前記動翼列環は、
円周方向に並んで配列される複数のプラットフォームと、
前記複数のプラットフォームにそれぞれに固着される動翼とを備え、
前記プラットフォームの上流側部位は、前記静翼列環と前記動翼列環との間の隙間から遠心方向に流れ出る冷却空気が前記動翼の回転方向後方側に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位を備え、
前記流れ偏向部位は、前記プラットフォームの基準面より遠心方向に膨らんでいる
タービンの翼列構造。
【請求項２】
前記プラットフォームの下流側部位は他の流れ偏向部位を備え、
前記他の流れ偏向部位は、前記プラットフォームの前記基準面より遠心方向に膨らんでいる
請求項１のタービンの翼列構造。
【請求項３】
静翼列環と、
前記静翼列環に対向し前記静翼列環より下流側に配置される動翼列環とを具え、
前記動翼列環は、
円周方向に並んで配列される複数のプラットフォームと、
前記複数のプラットフォームにそれぞれに固着される動翼とを備え、
前記プラットフォームの上流側部位は、前記静翼列環と前記動翼列環との間の隙間から遠心方向に流れ出る冷却空気が前記動翼の回転方向後方側に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位を備え、
前記流れ偏向部位は、前記冷却空気の流れを下流側に円滑に誘導する曲面部位として形成され、前記曲面部位のうち回転方向後方部位の曲率が前記曲面部位のうち回転方向前方部位の曲率より大きい
タービンの翼列構造。
【請求項４】
前記プラットフォームの下流側部位は他の流れ偏向部位を備え、
前記他の流れ偏向部位は、前記冷却空気の流れを更に下流側に円滑に誘導する他の曲面部位として形成され、前記他の曲面部位のうち回転方向前方部位の曲率が前記他の曲面部位のうち回転方向後方部位の曲率より大きい
請求項３のタービンの翼列構造。
【請求項５】
静翼列環と、
前記静翼列環に対向し前記静翼列環より下流側に配置される動翼列環とを具え、
前記動翼列環は、
円周方向に並んで配列される複数のプラットフォームと、
前記複数のプラットフォームにそれぞれに固着される動翼とを備え、
前記プラットフォームの上流側部位は、前記静翼列環と前記動翼列環との間の隙間から遠心方向に流れ出る冷却空気が前記動翼の回転方向後方側に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位を備え、
前記流れ偏向部位のうち回転方向後方部位に対応する前記隙間の幅が前記流れ偏向部位のうち回転方向前方部位に対応する前記隙間の幅より広い
タービンの翼列構造。
【請求項６】
前記プラットフォームの下流側部位は他の流れ偏向部位を備え、
前記他の流れ偏向部位のうち回転方向前方部位に対応する前記隙間の幅が前記他の流れ偏向部位のうち回転方向後方部位に対応する前記隙間の幅より広い
タービンの翼列構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンの翼列構造に関し、特に、冷却空気流れを形成するタービンの翼列構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の需要量の増大の要請を受けて、ガスタービンの高温化が求められている。燃焼ガスの高温化は、タービンの動翼と静翼を支持するシュラウドのような支持構造環を劣化させその寿命を短くする恐れがある。タービン構造は、複数の静翼列環と、その静翼列環を支持する静翼側支持環と、静翼列環の間で回転軸方向に挟まれる動翼列環と、その同翼列環を支持する動翼側支持環（ハブに同体化されている。）と、その他の構造体とから形成されている。
【０００３】
回転する動翼列環と固定されている静翼列環との間には、隙間が必然的に与えられている。その隙間から侵入する高温ガス流は、動翼列環より半径方向内側に存在する支持構造の部位を劣化させることが知られている。そのような劣化を防止するために、特許文献１で知られているように、内側に向かう高温ガス流の侵入を防止するためにラビリンスシールのようなシール機構が配置されている。
【０００４】
ガスタービンの高温化は、今後は更に促進されることが必定である。今後に予想される高温化ガスタービンでは、動的な高温熱応力を受ける動翼又は静翼の品質劣化に対する事前の対策が必要であると考えられる。翼列環を冷却する技術は、知られていない。
【０００５】
今後の高温化に対処する翼列冷却の技術を確立することが求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６４４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、将来の高温化に対処する翼列冷却の技術を確立するタービンの翼列構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるタービンの翼列構造は、静翼列環（１）と、静翼列環（１）に対向し静翼列環（１）より下流側に配置される動翼列環（２）と、その他の構成要素とから構成されている。動翼列環（２）は、円周方向に並んで配列される複数のプラットフォーム（６）と、その複数のプラットフォーム（６）にそれぞれに固着される動翼（４）とか形成されている。プラットフォーム（６）の上流側部位は、静翼列環（１）と動翼列環（２）との間の隙間（９）から遠心方向に流れ出る冷却空気（２５）が動翼（４）の回転方向後方側（８）に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位（１１）を形成している。流れ偏向部位（１１）は、プラットフォーム（６）の基準面（１２）より遠心方向に膨らんでいる。
【０００９】
冷却空気（２５）は、流れ偏向部位から抵抗を受けてその速度を落とし、動翼（４）に対して回転方向に相対的に後退し、動翼（４）の回転方向後方側（８）に流れ込む割合が増大する。このような増大は、冷却空気の圧力分布を適正化し、プラットフォームの表面の熱変化による劣化を抑制する。プラットフォーム（６）の下流側部位に他の流れ偏向部位（２６）を与えることは更に効果的である。他の流れ偏向部位（２６）は、プラットフォーム（６）の基準面（１２）より遠心方向に膨らんでいる。冷却空気の流れが対称的に偏向され、流れが遠隔であり、その冷却性が上流側から下流側に均一化される。
【００１０】
本発明によるタービンの翼列構造は、静翼列環（１）と、静翼列環（１）に対向し静翼列環（１）より下流側に配置される動翼列環（２）とから構成されている。動翼列環（２）は、円周方向に並んで配列される複数のプラットフォーム（６）と、複数のプラットフォーム（６）にそれぞれに固着される動翼（４）とから形成されている。プラットフォーム（６）の上流側部位は、静翼列環（１）と動翼列環（２）との間の隙間（９）から遠心方向に流れ出る冷却空気（２５）が動翼（４）の回転方向後方側に流れ込む割合を多くするための流れ偏向部位を形成している。流れ偏向部位は、冷却空気の流れを下流側に円滑に誘導する曲面部位（２８）として形成されている。曲面部位（２８）のうち回転方向後方部位の曲率が曲面部位（２８）のうち回転方向前方部位の曲率より大きい。
【００１１】
冷却空気が抵抗を受けることにより、冷却空気の圧力分布が適正化されることは既述の通りである。そのような曲面部位（３１）が下流側に与えられることにより流れが対称的に円滑化されることは既述の通りである。
【００１２】
本発明によるタービンの翼列構造では、流れ偏向部位のうち回転方向後方部位に対応する隙間（９”）の幅が流れ偏向部位のうち回転方向前方部位に対応する隙間（９’）の幅より広いこととして実施可能である。そのような隙間関係が下流側に与えられることは有効である。既述の効果に変わりはない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるタービンの翼列構造は、公知のシール効果に冷却空気流の圧力分布の調整による冷却効果が付加される。特に、その冷却効果は、冷却の均一性を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によるタービンの翼列構造の実施の最良の形態は、図に対応して、詳細に記述される。展開図として表される図１に示されるように、静翼列環１は、動翼列環２に回転軸
方向Ａに対向している。静翼列環１の多数の静翼ブレード（図示されず）は、静翼側基体環３に嵌め込まれ又は植え付けられている。動翼列環２の多数の動翼ブレード４は、動翼側基体環５に対して嵌め込まれ又は植え付けられている。多数の動翼ブレード４は、より具体的には、動翼側基体環５に嵌め込まれている多数のプラットフォーム６にそれぞれに嵌め込まれている。多数の静翼ブレードと多数の動翼ブレード４は、円周方向（回転方向）Ｂにそれぞれに並んで配列されている。動翼ブレード４の回転方向前方面７は、動翼ブレード４の回転方向後方面８に対して回転方向に膨らんでいて、動翼ブレード４は回転方向Ｂに回転力（航空力学では揚力）を受ける。回転方向前方面７と回転方向後方面８は、３次元的に捻れる曲面として形成されている。静翼側基体環３と動翼側基体環５との間には輪板状の隙間９が与えられ、その隙間は静翼側基体環３とプラットフォーム６との間で遠心方向に延びている。
【００１５】
プラットフォーム６の上流側縁領域は、半径方向外側に（遠心方向に）膨らむ膨らみ１１を形成している。膨らみ１１は、プラットフォーム６に一体であり、単一金属を削り出し又は電解加工を行う際に、プラットフォーム６に一体化されて成形されている。膨らみ１１は、図２に示されるように、プラットフォーム６の基準面１２から遠心方向に膨らんでいる。図２に示される膨らみ１１の膨らみ形状曲線１３は、基準面１２に対する膨らみ１１の遠心方向距離の最大を辿る線として示されている。膨らみ形状線１３の最大値に対応する膨らみ形状線１３の回転方向位置は、膨らみピーク点１４又は膨らみピーク領域１４として位置的に定義される。
【００１６】
静翼列環１により方向づけられる高温ガス流の斜流ベクトル１５は、規定回転速度の動翼に対して定まった方向と流速を有している。斜流ベクトル１５は、定格運転速度で回転する動翼ブレード４に対して相対的に表されている。斜流ベクトル１５は、動翼ブレード４の形状、回転速度に対応して、タービン効率の向上のために設計的に規定され、その斜流角度は主として静翼の翼面形状に対応している。
【００１７】
膨らみ形状線１３は、膨らみピーク領域１４を通り回転軸心線を含む平面に対して非対称である。膨らみピーク領域１４は、斜流ベクトル１５に平行であり基準面（基準回転面）１２に直交する平面のうち動翼ブレード４の基低面（基準面１２に一致）の形状である基底面形状（図１の斜線入り形状）に外接する２つの接平面１６，１７から等距離にある中心面１８に対して、回転方向後方側に位置づけられている。膨らみ形状線１３は滑らかであることが好ましく、図３に示されるように、回転方向により局所的に形成されることが可能である。
【００１８】
高圧化されている冷却空気は、隙間９から高温ガス流路に流れ込む。隙間９に内側から供給される空気は、公知の技術では、高温ガス流が隙間９から内側に（半径方向内側に）漏れ入って内部の構造部材を劣化させないために用いられている。従って、公知技術の空気は、シール空気として用いられ、その圧力は高温ガスが漏れ入ることを有効に防止することができる程度の圧力に高められている。本発明による冷却空気は、シール空気の機能を有しているが、高温ガス流路に溢れてプラットフォーム６の表面部位と動翼ブレード４の基低部位を冷却する冷却機能が更に付加されている。
【００１９】
図４は、隙間９から供給される本発明の冷却空気と公知のシール空気の流れの相違を示している。隙間９に属するある吹出し点２１から遠心方向に流れ出すシール空気流２２は、膨らみ１１が存在しないので、高温ガス流２３，２４に誘導され回転方向前方側に回り込む低圧側高温ガス流２３に吸い込まれるが、その同じ吹出し点２１から遠心方向に流れ出す冷却空気の冷却空気流２５は、膨らみ１１から抵抗を受け速度が低下し、相対的にプラットフォーム６より後退する側に流れ方向がずれ、回転方向後方側に回り込む高圧側高温ガス流２４に吸い込まれる。このように、本発明の冷却空気流は膨らみ１１から抵抗を受けるために、回転方向後方側に流れの向きを変える傾向が強く、冷却空気流の流れの偏りが修正され、プラットフォーム６と動翼ブレード４の基底部位の冷却を均一化することができる。冷却空気流はプラットフォーム６の面上で薄い層流を形成し、高温ガス流の大半は高さが低い膨らみ１１の影響を受けないので、タービン効率の実質的な悪化はない。プラットフォーム６が均一に冷却されプラットフォーム６の歪みが小さく、プラットフォーム６の歪みによる動翼ブレード４の曲がりが抑えられる。プラットフォーム６の温度分布に対応して膨らみ１１の配置の位置を調整することは有意義である。その分布に対応して、膨らみピーク領域１４を単一でなく複数に形成することは有意義である。
【００２０】
冷却空気流の圧力分布の調整のために、図１に示されるように、プラットフォーム６に下流側で下流側膨らみ２６を形成することは有意義である。下流側膨らみ２６の下流側膨らみピーク領域２７は、中心面１８より回転方向前方側に存在している。膨らみピーク領域１４と下流側膨らみピーク領域２７は、中心面１８に対して反対側に配置されている。
【００２１】
図５は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい他のプラットフォーム形状を示している。既述の形態では、プラットフォームの上流側で遠心方向に膨らみが与えられているが、本形態では、プラットフォームの上流側で遠心方向に逆膨らみ２８が与えられている。逆膨らみは、実際には、矩形体の上流側でありその矩形体の遠心方向側（上流側遠心方向側部位といわれる）が削り取られていることを意味し、いわゆる面取り処理が施されている。特には、プラットフォーム６の上流側遠心方向側部位の曲面は、回転方向後方側の曲率（曲率半径の逆数）が大きく回転方向後方側の曲率が小さい。ここで曲率は、局所的曲率の平均であり、その曲がり方は円弧でなく楕円弧その他の曲線を含む。図４で示される点２１で溢れ出す冷却用空気は、逆膨らみ２８が与えられていない場合には、１点鎖線で表されるように回転方向前方面７の側に流れるが、逆膨らみ２８が与えられている場合には、図４の冷却空気流２５に等価である冷却空気流２９として回転方向後方面８の側に流れる。プラットフォーム６の下流側に下流側逆膨らみ３１を与えることは有意義である。プラットフォーム６の下流側遠心方向側部位の曲面は、回転方向後方側の曲率が小さく回転方向前方側の曲率が大きい。
【００２２】
図６は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい更に他のプラットフォーム形状を示している。本形態では、図１のプラットフォーム６の上流側遠心方向側部位のうち回転方向後方部位が削り取られて、プラットフォーム６と静翼側基体環３の間の隙間９のうち回転方向後方部位の隙間９”が広く形成されている。プラットフォーム６と静翼側基体環３の間の隙間９のうち回転方向前方部位の隙間９’は、プラットフォーム６と静翼側基体環３の間の隙間のうち回転方向後方部位の隙間９”より狭い。隙間９から溢れ出る冷却空気のうち断面積が大きい隙間９”の側で溢れ出る空気の量は、隙間９から溢れ出る冷却空気のうち断面積が小さい隙間９’の側で溢れ出る空気の量より多い。その結果として、冷却空気の量は、回転方向後方面８の側でより多く回転方向前方面７の側でより少ない。このように、冷却空気圧の分布が調整される。更には、プラットフォーム６の下流側遠心方向側部位のうち回転方向前方部位が削り取られて、プラットフォーム６と静翼側基体環３の間の隙間９のうち回転方向前方部位の隙間９”が広く形成されている。
【００２３】
図５の形態で、曲率が大きい逆膨らみ部を曲率が大きい膨らみ部に形成することは、既述の圧力分布を更に有意義に調整することができる。図６の形態で、隙間が広い領域で膨らみ又は曲率が大きい逆膨らみを形成することは、既述の圧力分布を更に有意義に調整することができる。図１の形態で、膨らみ１１のうち回転方向後方部位で大きい曲率を与えることは有意義である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい形態を示す展開平面図である。
【図２】図２は、図１の左側面断面図である。
【図３】図３は、膨らみの他の形態を示す側面断面図である。
【図４】図４は、流れ解析図である。
【図５】図５は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい他の形態を示す斜軸投影図である。
【図６】図６は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい更に他の形態を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…静翼列環
２…動翼列環
４…動翼
６…プラットフォーム
７…回転方向前方面
８…回転方向後方側
９…隙間
９’…隙間
９”…隙間
１１…流れ偏向部位
１２…基準面
２５…冷却空気
２６…他の流れ偏向部位
２８…曲面部位
３１…曲面部位
【図１】
2006002609.tif 000003
【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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