(57)【要約】【課題】静翼の内側シュラウド後縁近傍に発生する熱応力を低減させることを目的とする。【解決手段】外側シュラウド、静翼ブレード本体１３３ｂ、および内側シュラウド１３３ｃを具備し、かつ複数枚の動翼ブレード本体３４ｂが設けられた動翼ディスクに対し軸方向に隣接して配置されるとともに後段に位置する前記動翼ブレード本体３４ｂに燃焼ガスを導くガスタービンの静翼１３３において、前記内側シュラウド１３３ｃの後縁近傍１３３ｆでかつ冷却用空気Ｃが通過するとともに前記動翼ディスクの回転軸と対向する内周面１３３ｇには、前記内側シュラウドの後縁に前記動翼ディスクの回転軸の側へ突出する突出部１３３ｉを残した状態で形成された凹部４０が設けられていることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004044573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側シュラウド、静翼ブレード本体、および内側シュラウドを具備し、かつ複数枚の動翼ブレード本体が設けられた動翼ディスクに対し軸方向に隣接して配置されるとともに後段に位置する前記動翼ブレード本体に燃焼ガスを導くガスタービンの静翼において、
前記内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに前記動翼ディスクの回転軸と対向する内周面には、前記内側シュラウドの後縁に前記動翼ディスクの回転軸の側へ突出する突出部を残した状態で形成された凹部が設けられていることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンの静翼において、
前記凹部は、該凹部の両側壁が前記動翼ディスクの回転面と略平行になるように、前記内周面全体にわたって連続して形成されていることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンの静翼において、
前記凹部の底面には、前記動翼ディスクの回転軸の方向に突出した、複数枚からなる放熱用のフィンが設けられていることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンの静翼において、
前記複数枚からなる放熱用のフィンは、前記冷却用空気の流れを妨げる方向に、前記動翼ディスクの回転方向に対して傾斜角を有して延設されていることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項５】
請求項１または２に記載のガスタービンの静翼において、
前記内周面のうち、前記凹部が形成された領域よりも後縁側に位置する領域には、断熱部材が設けられていることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービンの静翼において、
前記断熱部材の前記軸方向における長さは、約１０ｍｍであることを特徴とするガスタービンの静翼。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンの静翼を備えるタービン部と、燃焼用空気を圧縮して燃焼器に送る圧縮機と、前記燃焼用空気に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させる燃焼器と、を備えてなることを特徴とするガスタービン。
【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（ｇａｓ　ｔｕｒｂｉｎｅ）の静翼（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｂｌａｄｅ）およびその静翼を備えたガスタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すように、ガスタービン１０は、燃焼用空気を圧縮して燃焼器（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）２０に送る圧縮機（図示せず）と、この圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）から送られてきた燃焼用空気に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスＧを発生させる燃焼器２０と、この燃焼器２０の下流側に位置し、燃焼器２０を出た燃焼ガスＧにより駆動されるタービン部３０とを主たる要素として構成されたものである。
【０００３】
タービン部３０はたとえば、上流側から１段（ｒｏｗ１）静翼３１、１段動翼３２、２段（ｒｏｗ２）静翼３３、２段動翼３４、３段（ｒｏｗ３）静翼３５、３段動翼３６、４段（ｒｏｗ４）静翼３７、４段動翼３８が順に配置されたものである。
１段静翼３１、２段静翼３３、３段静翼３５、および４段静翼３７はそれぞれ、外側シュラウド（ｏｕｔｅｒ　ｓｈｒｏｕｄ）３１ａ，３３ａ，３５ａ，３７ａ、断面翼型を有する静翼ブレード本体３１ｂ，３３ｂ，３５ｂ，３７ｂ、および内側シュラウド（ｉｎｎｅｒ　ｓｈｒｏｕｄ）３１ｃ，３３ｃ，３５ｃ，３７ｃを具備するものであり、外側シュラウド３１ａ，３３ａ，３５ａ，３７ａを介して静止側の車室（図示せず）に固定されている。
これら１段静翼３１、２段静翼３３、３段静翼３５、および４段静翼３７は、燃焼ガスＧを膨張・減圧させるほか、これら静翼３１，３３，３５，３７からの流出ガスが、下流側に位置する動翼（ｍｏｖｉｎｇ　ｂｌａｄｅ）３２，３４，３６，３８に対して最適な角度で衝突するよう流れの方向を与える働きをするものである。
【０００４】
１段動翼３２、２段動翼３４、３段動翼３６、および４段動翼３８はそれぞれ、動翼ブレード本体３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂを具備するものであり、その基端部に固定されたプラットフォーム３２ｄ，３４ｄ，３６ｄ，３８ｄを介して動翼ディスク３２ｅ，３４ｅ，３６ｅ，３８ｅに取り付けられている。
【０００５】
ここで、燃焼ガスＧの流れについて説明すると、燃焼器２０で燃焼して高温となった燃焼ガスＧは１段静翼３１から流入し、２段〜４段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ動翼３２，３４，３６，３８を回転させ、タービンロータ（ｔｕｒｂｉｎｅ　ｒｏｔｏｒ）に回転動力を与えて排出される。
【０００６】
つぎに、図４において円Ａ’で囲んだ部分を拡大して詳細に示したものを図５に示す。図５において、内側シュラウド３３ｃの後縁近傍３３ｆでかつ冷却用空気Ｃが通過するとともに動翼ディスクの回転軸Ｒ（図４参照）と対向する内周面３３ｇには、断熱部材（たとえば、多孔質のセラミックからなるハニカムシールなど）３９が設けられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２５２４１０号公報（図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように内側シュラウド３３ｃの後縁近傍３３ｆに断熱部材３９が設けられていると、内周面３３ｇと冷却用空気Ｃとの間が断熱されてしまい、内側シュラウド３３ｃの後縁近傍３３ｆの熱が冷却用空気Ｃによって十分に奪われず、この部分に熱応力が発生してしまうという問題点があった。
【０００９】
また従来、このような断熱部材３９が設けられていないものもあるが、その場合にも、内側シュラウド３３ｃの後縁近傍３３ｆの肉厚が大きいために、冷却用空気Ｃが内周面３３ｇに沿って通過したとしても後縁近傍３３ｆの熱が十分に放熱されず、この部分に熱応力が発生してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、内側シュラウド後縁近傍に発生する熱応力を低減させることのできるガスタービンの静翼およびその静翼を備えたガスタービンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスタービンの静翼およびその静翼を備えたガスタービンでは、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載のガスタービンの静翼によれば、外側シュラウド、静翼ブレード本体、および内側シュラウドを具備し、かつ複数枚の動翼ブレード本体が設けられた動翼ディスクに対し軸方向に隣接して配置されるとともに後段に位置する前記動翼ブレード本体に燃焼ガスを導くガスタービンの静翼において、前記内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに前記動翼ディスクの回転軸と対向する内周面には、前記内側シュラウドの後縁に前記動翼ディスクの回転軸の側へ突出する突出部を残した状態で形成された凹部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このガスタービンの静翼においては、内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに動翼ディスクの回転軸と対向する内周面に、内側シュラウドの後縁までには至らないように凹部が形成されており、これによりこの凹部が形成された後縁近傍部分の肉厚が減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなる。
【００１３】
請求項２記載のガスタービンの静翼によれば、請求項１に記載のガスタービンの静翼において、前記凹部は、該凹部の両側壁が前記動翼ディスクの回転面と略平行になるように、前記内周面全体にわたって連続して形成されていることを特徴とする。
【００１４】
このガスタービンの静翼においては、凹部の両側壁が動翼ディスクの回転面と略平行になるように、内周面全体にわたって連続して形成されており、これによりこの凹部が形成された後縁近傍部分の肉厚が内周面全体にわたって減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなる。
【００１５】
請求項３記載のガスタービンの静翼によれば、請求項２に記載のガスタービンの静翼において、前記凹部の底面には、前記動翼ディスクの回転軸の方向に突出した、複数枚からなる放熱用のフィンが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このガスタービンの静翼においては、これら放熱用のフィンによりさらに放熱効果が高められることとなる。
【００１７】
請求項４記載のガスタービンの静翼によれば、請求項３に記載のガスタービンの静翼において、前記複数枚からなる放熱用のフィンは、前記冷却用空気の流れを妨げる方向に、前記動翼ディスクの回転方向に対して傾斜角を有して延設されていることを特徴とする。
【００１８】
このガスタービンの静翼においては、これら放熱フィンが冷却用空気の流れを妨げる方向に、動翼ディスクの回転方向に対して傾斜角を有して延設されているので、冷却用空気が放熱フィンに衝突して、放熱フィン上に形成された温度境界層を破壊するようになる。
【００１９】
請求項５記載のガスタービンの静翼によれば、請求項１または２に記載のガスタービンの静翼において、前記内周面のうち、前記凹部が形成された領域よりも後縁側に位置する領域には、断熱部材が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
このガスタービンの静翼においては、このような断熱部材が設けられることにより、たとえば図１に示すように静翼の内側シュラウド後縁近傍と動翼のプラットフォームとの間を通過して静翼ブレード本体・動翼ブレード本体の側に出ていく冷却用空気の量が抑制されることとなる。
【００２１】
請求項６記載のガスタービンの静翼によれば、請求項５に記載のガスタービンの静翼において、前記断熱部材の前記軸方向における長さは約１０ｍｍであることを特徴とする。
【００２２】
このガスタービンの静翼においては、断熱部材の軸方向における長さが約１０ｍｍとされている。この１０ｍｍという長さは、動翼のプラットフォームに形成されたアーム部の、冷態時の長さと温態時の長さとの差、すなわち熱膨張差に相当する長さである。
【００２３】
請求項７記載のガスタービンによれば、請求項１から６のいずれか一項に記載のガスタービンの静翼を備えるタービン部と、燃焼用空気を圧縮して燃焼器に送る圧縮機と、前記燃焼用空気に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させる燃焼器と、を備えてなることを特徴とする。
【００２４】
このガスタービンにおいては、内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに動翼ディスクの回転軸と対向する内周面に、内側シュラウドの後縁までには至らないように凹部が形成されており、これによりこの凹部の部分の肉厚が減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、ガスタービン１０（図４参照）を構成する主な構成要素の説明、およびタービン部３０の詳細な説明は、前述した内容と同一であるので、ここではその説明を省略する。よって、ここでは本発明の特徴部についてのみ説明することにする。また、従来と同一の部材には同一の符号を付している。
【００２６】
図１は図５と同様の図であって、本発明によるガスタービンの静翼（ここでは２段静翼）１３３の、内側シュラウド１３３ｃの後縁近傍１３３ｆについての一部拡大図である。
図１に示すように、内側シュラウド１３３ｃの後縁近傍１３３ｆでかつ冷却用空気Ｃが通過するとともに動翼ディスクの回転軸Ｒ（図４参照）と対向する内周面１３３ｇには、内側シュラウド１３３ｃの後縁１３３ｈに動翼ディスクの回転軸Ｒの側に突出する突出部１３３ｉを残した状態で形成された半径方向に凹となる凹部４０が設けられている。
この凹部４０の両側壁４１，４２は、動翼ディスクの回転面（すなわち図４において動翼ディスクの回転軸Ｒと直交する面）と略平行になるように、その内周面１３３ｇ全体にわたって連続して形成されている。
【００２７】
すなわち、凹部４０の底面４３が、内周面１３３ｇよりも図１において上方に形成されることにより、後縁近傍１３３ｆが薄肉化されるので、冷却用空気Ｃにより効率的に冷却されて、この部分における熱応力の発生を低減させることができる。
また、この薄肉化については後縁近傍１３３ｆにおける熱応力の発生が十分に低減されるよう、その深さおよび側壁４１，４２間の長さを適宜決定する。
なお、冷却用空気Ｃは動翼ディスク３２ｅ，３４ｅ，３６ｅ，３８ｅ（図４参照）の周速のおよそ半分の速度で移動している。
【００２８】
また、図２に示すように、凹部４０の底面４３に、動翼ディスクの回転軸Ｒ（図４参照）の方向に突出した複数枚からなる放熱用のフィン４４を設けることもできる。
【００２９】
この構成により、後縁近傍３３ｆの放熱効率が良好となり、この部分の熱応力の発生をさらに低減させることができる。
【００３０】
これら放熱用のフィン４４は、図２における矢印Ａの側から見た図３に示すように、冷却用空気Ｃの流れＦを妨げる方向に、動翼ディスクの回転方向Ｄに対して傾斜角αを有して延設されていれば有利である。
【００３１】
これにより、冷却用空気Ｃが放熱用のフィン４４に衝突して境界層を破壊するようになるので、この部分における放熱効率がより一層良好となって、熱応力の発生をより一層低減させることができるようになる。
【００３２】
さらに、傾斜角αを４５度とし、フィン４４とフィン４４との間のピッチＰを１０ｍｍ、これら放熱用のフィン４４の（突出）高さを１ｍｍとしておくとさらに好適である。
【００３３】
なお、上記１０ｍｍという長さは、動翼のプラットフォーム３４ｄに形成されたアーム部３４ｆの、冷態時の長さと温態時の長さとの差、すなわち熱膨張差に相当する長さである。したがって、たとえば図１において冷態時のアーム部３４ｆが後縁近傍３３ｆの後端１３３ｈの真下に位置し、温態時のアーム部３４ｆが凹部４０の側壁４２の真下に位置するようにしておけばさらに有利である。
【００３４】
また、図１から図３に示すように、内周面１３３ｇのうち、凹部４０が形成された領域よりも後縁側に位置する領域に断熱部材（たとえば、多孔質のセラミックからなるハニカムシールなど）３９を設けることもできる。
【００３５】
このようなハニカムシール３９を好ましくは約１０ｍｍ設けることにより、内側シュラウド１３３ｃとプラットフォーム３４ｄの間から静翼ブレード本体１３３ｂ、動翼ブレード本体３４ｂの側に抜け出る冷却用空気Ｃの量を抑制することができる。
【００３６】
以上説明してきた内側シュラウド１３３ｃの凹部４０は、鋳造あるいはＥＤＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）によって製作することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、タービン部の静翼および動翼がそれぞれ４段で構成されたガスタービンの、２段静翼について説明してきた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、２段以外の静翼、あるいは５段以上の静翼および動翼を具備するものの静翼にも適用することができるものである。
【００３８】
また、放熱用のフィン４４の延設方向は、図３に示すように冷却用空気Ｃの流れＦを妨げる方向に限定されるものではなく、必要であればこの冷却用空気Ｃの流れＦと略平行になるように設けることもできる。
【００３９】
さらに、ハニカムシール３９（断熱部材）の軸方向における長さは１０ｍｍに限定されるものではなく、動翼のプラットフォーム３４ｄに形成されたアーム部３４ｆあるいはハニカムシール３９が取り付けられている内側シュラウド１３３ｃの、冷態時の長さと温態時の長さとの差（熱膨張差）に基づいて適宜決定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のガスタービンの静翼およびその静翼を備えたガスタービンによれば、以下の効果が得られる。
すなわち、請求項１に記載のガスタービンの静翼によれば、内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに動翼ディスクの回転軸と対向する内周面に、内側シュラウドの後縁までには至らないように凹部が形成されており、これによりこの凹部の部分の肉厚が減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなるので、この部分における熱応力の発生を低減させることができるという効果を奏する。
【００４１】
請求項２に記載のガスタービンの静翼によれば、凹部の両側壁が動翼ディスクの回転面と略平行になるように、内周面全体にわたって連続して形成されており、これによりこの凹部の部分の肉厚が内周面全体にわたって減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなるので、この部分における熱応力の発生をより低減させることができるという効果を奏する。
【００４２】
請求項３に記載のガスタービンの静翼によれば、複数枚からなる放熱用のフィンによりさらに放熱効果が高められることとなるので、この部分における熱応力の発生をさらに低減させることができるという効果を奏する。
【００４３】
請求項４に記載のガスタービンの静翼によれば、複数枚からなる放熱フィンが冷却用空気の流れを妨げる方向に、動翼ディスクの回転方向に対して傾斜角を有して延設されており、冷却用空気が放熱フィンに衝突して、放熱フィン上に形成された境界層を破壊するようになるので、この部分における熱応力の発生をさらに低減させることができるという効果を奏する。
【００４４】
請求項５に記載のガスタービンの静翼によれば、静翼の内側シュラウド後縁近傍と動翼のプラットフォームとの隙間が狭められることとなるので、この隙間を通過してブレード本体の側に出ていく冷却用空気の量を抑制することができるという効果を奏する。
【００４５】
請求項６に記載のガスタービンの静翼によれば、断熱部材の軸方向における長さが、動翼のプラットフォームに形成されたアーム部の、冷態時の長さと温態時の長さとの差、すなわち熱膨張差に相当する長さとされているので、断熱部材の設置領域を最小にするとともに凹部形成領域を最大にすることができ、この部分における熱応力の発生をより一層低減させることができるという効果を奏する。
【００４６】
請求項７に記載のガスタービンによれば、内側シュラウドの後縁近傍でかつ冷却用空気が通過するとともに動翼ディスクの回転軸と対向する内周面に、内側シュラウドの後縁までには至らないように凹部が形成されており、これによりこの凹部の部分の肉厚が減少され、かつこの凹部内を冷却用空気が通過することとなるので、この部分における熱応力の発生を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンの静翼の一実施形態を示す図であって、特徴部を詳細に示す一部拡大図である。
【図２】図１と同様の図であって、凹部内にフィンが設けられたものを示す一部拡大図である。
【図３】図２において凹部を矢印Ａのように見た底面図である。
【図４】従来のガスタービンのタービン部の断面図である
【図５】図４において円で囲んだ部分を拡大して詳細に示した一部拡大図である。
【符号の説明】
１０　　ガスタービン
２０　　燃焼器
３０　　タービン部
３１　　静翼
３１ａ　外側シュラウド
３１ｂ　静翼ブレード本体
３１ｃ　内側シュラウド
３２ｂ　動翼ブレード本体
３２ｅ　動翼ディスク
３３　　静翼
３３ａ　外側シュラウド
３３ｂ　静翼ブレード本体
３３ｃ　内側シュラウド
３４ｂ　動翼ブレード本体
３４ｅ　動翼ディスク
３５　　静翼
３５ａ　外側シュラウド
３５ｂ　静翼ブレード本体
３５ｃ　内側シュラウド
３６ｂ　動翼ブレード本体
３６ｅ　動翼ディスク
３７　　静翼
３７ａ　外側シュラウド
３７ｂ　静翼ブレード本体
３７ｃ　内側シュラウド
３８ｂ　動翼ブレード本体
３８ｅ　動翼ディスク
３９　　断熱部材
４０　　凹部
４１　　側壁
４２　　側壁
４３　　底面
４４　　フィン
１３３ｆ　後縁近傍
１３３ｇ　内周面
１３３ｈ　後縁
１３３ｉ　突出部
Ｃ　　冷却用空気
Ｄ　　動翼ディスクの回転方向
Ｇ　　燃焼ガス
Ｒ　　動翼ディスクの回転軸
α　　傾斜角
【図１】
2004044573.tif 000003
【図２】
2004044573.tif 000004
【図３】
2004044573.tif 000005
【図４】
2004044573.tif 000006
【図５】
2004044573.tif 000007