(57)【要約】【課題】タービン（１）の静翼（１２）であって、ロータ（３）に向けて半径方向に延びる中空翼形体（２２）を備え、該翼形体の両側端に翼台座（２３）が存在し、翼形体の内部に中空挿入物（２０）が配置され、該挿入物が翼形体の内側面（２８）から間隔を隔てて配置され、挿入物が片側翼台座の側に底（３５）を有し、冷却材（Ｋ）が挿入物の中空室（２１）内に流入し、挿入物に設けられた衝突冷却開口（２９）を経て流出し、挿入物の底に直接対向して位置する翼台座に、切欠き開口（２４）が設けられたタービンの静翼に関し、この静翼をタービン運転中に機械的損傷が避けられるように形成する。【解決手段】挿入物が翼台座の切欠き開口内に延び、これによって、挿入物の底部（３０）に、粒子落下部を形成すべく低い流速範囲が存在する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　タービン（１）、特に電気エネルギ発生用ガスタービンの静翼（１２）であって、ロータ（３）に向けて半径方向に延びる中空翼形体（２２）を備え、該翼形体（２２）の両側端に各々それに対し直角に延びる翼台座（２３）が存在し、翼形体（２２）が高温作動媒体（１１）で洗流され、翼形体（２２）の内部に中空挿入物（２０）が配置され、この挿入物（２０）が両翼台座（２３）間にわたって延び、翼形体（２２）の内側面（２８）から間隔を隔てて配置され、挿入物（２０）が片側翼台座（２３）の側に底（３５）を有し、冷却材（Ｋ）が反対側翼台座（２３）を通して挿入物（２０）の中空室（２１）の中に半径方向に流入し、その冷却材（Ｋ）の少なくとも一部が、翼形体（２２）の内側面（２８）に向けて挿入物（２０）に設けられた衝突冷却開口（２９）を通して流出し、挿入物（２０）の底（３５）に直接対向して位置する翼台座（２３）に、切欠き開口（２４）が設けられているタービン（１）の静翼（１２）において、挿入物（２０）が翼台座（２３）の切欠き開口（２４）の中に迄延び、これによって、粒子落下部を形成するために、挿入物（２０）の底部（３０）に所定の低い流速範囲が存在することを特徴とする静翼。
【請求項２】
　底（３５）が、底部（３０）における所定の圧力勾配を形成すべく、冷却材（Ｋ）の少なくとも１つの流出開口（３１）を備えることを特徴とする請求項１記載の静翼。
【請求項３】
　挿入物（２０）が底部（３０）において切欠き開口（２４）に対し間隔を隔てられ、この結果、冷却材（Ｋ）の流れ開口断面部分（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が存在することを特徴とする請求項１又は２記載の静翼。
【請求項４】
　切欠き開口（２０）が、外側から閉鎖蓋（３２）で閉鎖される翼台座貫通開口（３９）として形成されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の静翼。
【請求項５】
　閉鎖蓋（３２）が翼台座（２３）に外側から溶接されたことを特徴とする請求項４記載の静翼。
【請求項６】
　流出開口（３１）が孔であることを特徴とする請求項２から５の１つに記載の静翼。
【請求項７】
　流出開口（３１）が衝突冷却開口（２９）より大きな孔径を有することを特徴とする請求項６記載の静翼。
【請求項８】
　流出開口（３１）の孔径が１〜３ｍｍであることを特徴とする請求項６記載の静翼。
【請求項９】
　請求項１から８の１つに記載の静翼（１２）を備えることを特徴とするタービン（８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、請求項１の前文に記載のタービンの静翼と、請求項９の前文に記載のタービンとに関する。
【背景技術】
【０００２】
　タービンの冷却形静翼は一般に公知である。該静翼は中空翼形体（羽根）を有し、その両側端に各々それに対して直角に延びる翼台座を備えている。翼形体の中空室内に、衝突冷却板として用いる挿入物を、翼形体外側壁の内側面に対し間隔を隔てて配置している。この挿入物は多数の衝突冷却孔を有し、冷却材が該孔を経て流れ、翼形体外側壁の内側面に衝突し、翼形体外側壁を冷却する。
【０００３】
　冷却材として、通常圧縮機からの圧縮空気を利用する。該空気は圧縮機への流入前に既に空気フィルタにより浄化しているが、なお１０μｍより小さな微粒子を含んでいる。微粒子は、ほこり、粒子および例えば硫黄化合物のような接着性化合物であり、通常、衝突冷却板の内部に付着する。また、その微粒子から成る凝集物および腐食生成物は、挿入物の衝突冷却開口に堆積し、衝突冷却開口の開口断面を減少することがある。このため、流れ損失が生じ、冷却作用がかなり害される。その結果、翼形体外側壁が熱負荷を受け、亀裂が生じ、防食膜付き静翼の場合、防食膜が剥がれてしまうことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　本発明の課題は、タービン運転中の機械的損傷が回避可能な静翼を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　この静翼についての課題は、請求項１に記載の特徴事項によって解決され、タービンについての課題は、請求項９に記載の特徴事項によって解決される。それらの有利な実施態様は従属請求項に記載してある。
【０００６】
　本発明は、冷却材内に含まれる粒子が、冷却材の流速が大きく低下した範囲および冷却材の流速が小さい場所である挿入物の内側表面に特に付着するという知見から出発する。それに対応した静翼外側壁の箇所は、そのためにあまり冷却されない領域となり、機械的損傷を生ずる。挿入物を冷却材の流れ方向に延長すること、即ち挿入物の底を翼台座貫通開口に置くことにより、流速の小さな範囲を切欠き開口内に置く。これに伴い、冷却材の所定の流速により、挿入物の底部に粒子落下部を形成できる。加えて、挿入物の幾何学的構造の変更により、小さな流速の領域を、強く冷却すべき翼形体範囲から、局所的に弱く冷却される範囲に、即ち翼台座貫通開口の範囲に移せる。かくして、高温ガスに曝される翼形体をその全長にわたり十分に冷却できる。
【０００７】
　本発明の有利な実施態様では、挿入物の底は、底部に所定の圧力勾配を形成すべく、冷却材の少なくとも１つの流出開口を備える。この結果、挿入物の底部で、流速を低いレベルに的確に下げ、従って、そこに特に粒子を堆積させ得る。
【０００８】
　挿入物が底部で切欠き開口に対し間隔を隔てていることで、冷却材に対し必要な流れ開口断面が生ずる。
【０００９】
　切欠き開口を外側から閉鎖蓋で閉鎖される翼台座貫通開口として形成すると、該開口を静翼の鋳造製造時に特に簡単に形成できる。閉鎖蓋は翼台座に外側から溶接する。
【００１０】
　閉鎖蓋を翼台座に安全上確実に固定すべく、これらを相互に気密溶接するとよい。
【００１１】
　流出開口が衝突冷却開口より大きな孔径を有することで、流出開口の範囲に小さな圧力勾配が存在するようにできる。
【００１２】
　流出開口が１〜３ｍｍの孔径を有すると有利である。
【００１３】
　好適には、この静翼はタービンに採用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
　以下図示の実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
　図１は、ガスタービン１を概略縦断面図で示す。タービン１は、内部に回転中心軸線２を中心として回転可能に支持されたタービンロータとも称するロータ３を備える。該ロータ３に沿い、吸込み室４と、圧縮機５と、トーラス状環状燃焼器６と、タービン８と、排気室９が直列に存在する。環状燃焼器６には、複数のバーナ７が同軸配置されている。該燃焼器６は燃焼室１７を形成し、燃焼室１７は環状高温ガス通路１８に連通している。直列配置された４つのタービン段１０はタービン８を形成し、各タービン段１０は各々２つの翼輪で形成されている。高温ガス通路１８内で、作動媒体１１の流れ方向に見て、静翼列１３に動翼１５から成る動翼輪（動翼列）１４が続いている。静翼１２はステータ（静翼ホルダ）１３に、そして動翼列１４の動翼１５はタービン円板１９でロータ３に各々取り付けられている。ロータ３に発電機又は作動機械（図示せず）が連結されている。
【００１６】
　ガスタービン１の運転中、圧縮機５により吸込み室４を経て空気が吸い込まれ、圧縮される。圧縮機５のタービン側端に用意された圧縮空気は、バーナ７に導かれ、そこで燃料と混合される。その混合気は燃焼室１７内で燃焼し、作動媒体１１を発生する。該動媒体１１はそこから高温ガス通路１８に沿って静翼１２と動翼１５を通過する。作動媒体１１は膨張して動翼１５に衝撃力を伝え、これに伴い、動翼１５がロータ３を駆動し、このロータ３はそれに連結された作動機械を駆動する。
【００１７】
　ガスタービン１の運転中、高温作動媒体１１に曝される部品は、極めて大きな熱負荷を受ける。環状燃焼器６を内張りする耐火煉瓦の他に、通常作動媒体１１の流れ方向に見て最初のタービン段１０の静翼１２と動翼１５が大きな熱負荷を受ける。それら動翼１２と静翼１５は、その温度状態に耐えるために、冷却材Ｋで冷却される。
【実施例１】
【００１８】
　図２は、タービン８の静翼１２の一部を断面図で示す。静翼１２は翼形体（羽根）２２を有し、その頭部側端に翼台座２３を配置している。静翼２３の取付け脚側端は図示しないが、その取付け脚側端にも翼台座を形成している。翼形体２２はその両翼台座間に配置している。翼形体２２は作動媒体１１の流れ方向に見て球面状前縁２５から尖った後縁２６迄延びている。静翼１２は後縁２６の箇所に、取付け脚側端から頭部側端迄延びるスリット４１を備える。該スリット４１内に円形突起状の乱流発生体２７を配置している。
【００１９】
　翼形体２２は、前縁２５と後縁２６の間に中空室２１を備える。中空室２１は翼形体２２の外側壁４０で封じ込まれている。中空室２１は翼形体２２の長手方向に頭部側翼台座２３を貫通して延びる。このため、翼台座２３は、腎臓形貫通開口３９として形成された切欠き開口２４を持つ。中空室２１は翼台座貫通開口３９において閉鎖蓋３２で気密閉鎖している。そのため、翼台座貫通開口３９と閉鎖蓋３２の縁を互いに溶接している。
【００２０】
　中空室２１内に存在する挿入物２０は衝突冷却板として使われる。従って、挿入物２０は、翼形体外側壁４０の内側面２８に対し間隔を隔てている。また、挿入物２０は静翼１２の前縁２５側に複数の衝突冷却開口２９を有している。これら衝突冷却開口２９は、直径０．７ｍｍの丸孔として形成されている。
【００２１】
　挿入物２０の頭部側翼台座２３側の端部は、翼台座貫通開口３９内に入り込んでいる。挿入物２０は、その端面が板状の底３５によって閉じられている。
【００２２】
　挿入物２０は長さＶだけ切欠き開口２４内に延び、挿入物２０の底３５は、翼台座貫通開口３９内に置かれている。
【００２３】
　挿入物２０の底部３０に、孔状の冷却材Ｋの出口開口３１が存在する。該開口３１は、衝突冷却開口２９の２〜５倍の開口断面積にされ、１〜４ｍｍの直径を有している。或いは又、ほぼ同じ断面積の複数の出口開口３１を設けることもできる。
【００２４】
　翼台座２３の範囲の、挿入物２０と中空室２１を包囲する壁３３、３４との間に、隙間状流れ開口断面Ｓ２、Ｓ３がある。底３５と蓋板３２の間にも流れ開口断面Ｓ１がある。
【００２５】
　ガスタービン１の運転中、作動媒体１１が前縁２５から、翼形体２２の外側壁４０の周りに沿って後縁２６迄流れる。その場合、前縁２５は特に大きな熱的負荷を受ける。
【００２６】
　静翼１２に取付け脚側端を経て冷却材Ｋとして冷却空気を導入し、挿入物２０の内部空間に送る。冷却空気はそこから高速で挿入物２０の衝突冷却開口２９を経て流出し、外側壁４０の内側面２８に衝突する。その際、静翼１２の前縁２５と後縁２６の間を延びる外側壁４０が、挿入物２０の範囲で衝突冷却される。冷却空気は、その後、作動媒体１１の流れ方向に略平行に後縁２６に向けて流れる。乱流発生体２７により冷却材Ｋの流れが乱れ、この結果、冷却材Ｋの対流冷却作用が強化される。その後、冷却材Ｋはスリット４１を経て流出する。
【００２７】
　底部３０の大きな流出開口３１に基づき、底部３０に挿入物２０の翼形体部３７内より小さな圧力勾配がかかる。これは、底部３０内で翼形体部３７におけるより冷却空気の流速を低下させる。挿入物２０の延長部の縁部３８に、静止渦や、流速が略零の所謂死水域が生ずる。低い流速範囲を変位して設置することで、粒子の流れ軌道も変化し、この結果冷却空気内に存在する粒子と接着性化合物は、特に挿入物２０の底部３０に堆積する。
【００２８】
　流出開口３１を比較的低速で貫流する冷却空気の量は、底３５のすぐ下流における対抗圧力としての冷却空気圧力により定まる。従って、翼台座貫通開口３９は、冷却空気流れ領域を圧力的に分離すべく、閉鎖蓋３２で閉じている。冷却空気は流れ開口断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を貫流し、続いてスリット４１を経て高温ガス通路１８に流出する。
【００２９】
　切欠き開口２４は、翼台座２３の挿入物２０の底部３０に、高温作動媒体１１に対し保護された範囲に存在する。従って該範囲は、翼形体２２よりも低い温度を受け、この結果冷却空気の低い流速による小さな冷却作用でも、そこでは十分である。前縁２５から翼台座２３への移行部３６に、静翼１２の翼形体部３７におけるよりも冷却空気の大きな流速が生ずる。これに伴い、移行部３６でも、十分な冷却作用を保証できる。
【００３０】
　死水域と低い流速の流れ範囲を底部３０に的確に設置することで粒子の堆積が起り、挿入物２０の別の領域、特に衝突冷却開口２９の汚れ、閉塞および閉鎖を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ガスタービンの縦断面図。
【図２】本発明に基づく静翼の一部断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１　ガスタービン、８　タービン、１２　静翼、２０　挿入物、２１　中空室、２２　翼形体、２３　翼台座、２４　切欠き開口、２９　翼台座貫通開口、３０　底部、３１　流出開口、３５　底
【図１】
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【図２】
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