(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記静翼に複数の冷却媒体流通パスを翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設け、前記翼の最前縁および最後縁の冷却媒体流通パスを除く冷却媒体流通パスに、前記主流ガス中に放出される冷却媒体を流通させるように形成するとともに、該冷却媒体流通パスの内少なくとも一つの冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後は再び外部に回収され、かつ他の冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後はその一部の冷却媒体が前記主流ガス中に放出され、かつ残部の冷却媒体は静翼の内周側に配置されている回転部にシール媒体として供給するように形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記静翼に複数の冷却媒体流通パスを翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設け、前記翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスに、前記主流ガス中に放出される冷却媒体を流通させるように形成するとともに、該冷却媒体流通パスの内少なくとも一つの冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後は再び外部に回収され、かつ他の冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後はその一部の冷却媒体が前記主流ガス中に放出され、かつ残部の冷却媒体は静翼の内周側に配置されている回転部にシール媒体として供給するように形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記静翼に複数の冷却媒体流通パスを翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設け、前記翼の最前縁側の冷却媒体流通パスおよび翼の前縁側から第三番目およびそれ以降の冷却媒体流通パスを、前記冷却後に回収される冷却媒体の流通路となし、かつ翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスを、前記主流ガス中に放出される冷却媒体の流通路となし、かつ前記それぞれの冷却媒体流通パス部にインピンジメント冷却手段を設けるとともに、該冷却媒体流通パスの内少なくとも一つの冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後は再び外部に回収され、かつ他の冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後はその一部の冷却媒体が前記主流ガス中に放出され、かつ残部の冷却媒体は静翼の内周側に配置されている回転部にシール媒体として供給するように形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、
前記静翼に、翼の前縁から後縁にかけて順次並設されている複数の冷却媒体流通パスを設けるとともに、前記回収される冷却媒体が、翼の前縁側から第一番目の冷却媒体流通パスに供給され、翼前縁部をインピンジメント冷却した後翼の内周側エンドウォール部で、第二番目の冷却流路をバイパスして、第三番目の冷却流路へと導かれ、第三番目以降の冷却流路を通った後後縁冷却流路より翼外部に回収され、かつ前記主流ガス中に放出される冷却媒体が翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスに供給され、翼部をインピンジメント冷却し、かつ一部を前記第二番目の冷却流路の冷却に使用せずに、静翼内周部のシール部に直接導くように形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
前記静翼冷却後回収される冷却媒体が流通する冷却媒体流通パスの回収口が、静翼の外周側に設けられている外周側エンドウォール上の翼プロファイル外周側延長中央付近に設けられ、かつ前記外周側エンドウォール上に、後縁冷却流路から前記回収口までを接続する流路が設けられたものである請求項１，２，３または４記載のガスタービン。
【請求項６】
前記外周側エンドウォールをカバーで密閉するとともに、前記回収される冷却媒体が流通する冷却媒体流通パスの供給口を、前記カバー上に設け、かつ供給された冷却媒体で外周側エンドウォールをインピンジメント冷却した後に翼部前縁冷却流路に供給するようにしたものである請求項３，４または５記載のガスタービン。
【請求項７】
前記翼の内周側に設けられている内周側エンドウォールに導かれたオープン冷却媒体で、前記内周側エンドウォールの一部をインピンジメント冷却し、さらに前記内周側エンドウォールの上流側と下流側に配置された対流冷却孔を通して主流ガス中に放出することにより、前記内周側エンドウォールを冷却するようにしたものである請求項３，４，５または６記載のガスタービン。
【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に係わり、特に圧縮機吐出流体を冷却器とブースト圧縮機によりそれぞれ冷却および昇圧して冷媒とし、エンドウォール部も含め静翼を冷却し、冷却後の冷媒を燃焼器に回収するように形成されているガスタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に採用されているこの種のガスタービンは、圧縮機で圧縮した作動流体に燃料を加えて燃焼し、高温高圧の作動流体を得てタービンを駆動するように構成されている。駆動されたタービンの回転エネルギーは、通常、タービンに結合されている発電機により電気エネルギーに変換される。
【０００３】
最近においては、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクルの効率向上に大きな期待が寄せられており、その一手段として作動流体の温度のより高温および高圧力比化が図られている。また、高温化と併せてこれまで主流ガス中に放出してきたガスタービン高温部の冷却媒体を，例えば燃焼器入口等に回収することにより、熱エネルギーを有効に利用してさらに効率向上を図るクローズド冷却方式を採用したガスタービンの開発も進んでいる。
【０００４】
一般に、冷媒の回収を前提とするクローズド冷却方式を採用するガスタービンの場合、その静翼および静翼周辺の構造は、クローズド冷却媒体を外部に漏らさないようシール性を上げなければならない。このシール構成の点で、冷媒を主流ガス中に放出するオープン冷却方式の構造とは大きく異なってくる。
【０００５】
例えば、第２段静翼のように内周側のディスクロータスペーサとの間にダイヤフラムを配置するような構造では、ガスタービンの運転上、静翼より内周側に位置する回転体であるディスクホイールに主流ガス，すなわち高温のガスが進入しないようシール媒体を供給する必要があるため、翼内にはクローズド冷却媒体による冷却流路の他にシール媒体となるオープン冷却媒体の供給通路も必要となり、クローズド冷却流路とオープン冷却流路が交錯して複雑な構造となる。
【０００６】
例えば、特開平１０−３１７９０８号公報には、翼内のクローズド冷却流路内にベロー構造を有して熱伸びを吸収するオープン空気用チューブを通した構造が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第２段静翼内に供給される冷媒としては、圧縮機から吐出された流体を冷却器とブースト圧縮機により冷却かつ昇圧した冷媒と、圧縮機から吐出あるいは圧縮機から抽気した流体を用いる冷媒との２つの冷媒があり、通常、前者はクローズド冷却媒体として、また後者はオープン冷却媒体として用いられている。
【０００８】
前者のクローズド冷却媒体は、第２段静翼の冷却を終えた後にガスタービンケーシング内の配管を通して燃焼器入口に供給され、最終的には圧縮機吐出流体に合流する。一方、後者のオープン冷却媒体は、静翼の一部を冷却し、最終的には主流ガス中に放出される。なお、このオープン冷却媒体の場合、そのオープン冷却媒体の一部は、静翼の内周側に配置されるダイヤフラムへ導かれ、ホイールスペース用シール媒体として用いられる。すなわち、このシール媒体がダイヤフラム周囲に主流ガスが進入して雰囲気温度が上昇するのを防ぐ役割を果たす。
【０００９】
オープン冷却媒体の供給流路は、ホイールスペースシール媒体供給圧力を維持するために流路面積をある程度大きくとり、流路内での圧力損失を抑えなければならない。また同時に、ホイールスペースシール媒体供給温度は、ディスクロータを許容温度以上に上昇させないために、ある一定温度以下でなければならなく、すなわち比較的熱負荷の小さい流路を選択し、温度上昇を抑えなくてはならない。これらの制約から流路面積を大きくとれない翼後縁冷却流路や熱負荷の比較的高い前縁冷却流路を除いた翼プロファイル中央の流路を通す必要がある。
【００１０】
オープン冷却媒体供給流路を確保する方法としては、翼部冷却流路の一部をオープン冷却媒体専用流路としてクローズド冷却媒体流路と分けて設けるか、あるいはクローズド冷却媒体流路の中にオープン冷却媒体を通すチューブ等を挿入するなどがある。ここで、クローズド冷却媒体は、前にも述べたように昇圧されて翼に供給されるため、オープン冷却媒体に比べ高圧であり、クローズド冷却媒体の流路とオープン冷却媒体の流路は完全に分離かつそれぞれシールされていなければ、クローズド冷却媒体がオープン冷却媒体の流路に進入し漏れ出す。
【００１１】
クローズド冷却媒体は、たとえ微量であっても本来の経路より漏れ出すと冷却器とブースト圧縮機に消費した仕事を損失してしまうため、クローズド冷却による効果を損ない、プラント効率の低下につながる等の問題がある。クローズド冷却媒体流路にオープン冷却媒体用のチューブ通す方法では、それぞれの流路の分離とシールのために溶接箇所が多くなる傾向があり、工数が増えるとともに溶接の不具合発生の確率も高くなり、信頼性を損なう可能性がある。
【００１２】
また、クローズド冷却を採用する際に留意しなければならないこととして、過冷却の防止がある。クローズド冷却媒体は、冷却器により冷却されて供給され、オープン冷却媒体に比べ供給温度が一段と低く冷却能力が高いため、翼外表面をある一定温度以下に冷却しようとしたとき、翼外表面と冷却面との間に大きな温度差すなわち大きな熱勾配が生じる。
【００１３】
ここで、例えば翼冷却流路間パーティションのような両面からのクローズド冷却媒体により冷却されるような箇所では翼の他の部分と比べ一層温度が低くなり過冷却が発生し易くなる。過冷却が発生するとその大きな熱勾配のために過大な熱応力が発生し、特に熱応力緩和のための冷却媒体流路の分離部の構成が複雑となりがちであり、溶接部においては亀裂や破損が生じ易く翼の寿命を下げガスタービンの信頼性を損なう可能性がある。
【００１４】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、クローズド冷却媒体流路とオープン冷却媒体流路の分離部の構成簡単にして、冷媒のリークおよび翼部の過冷却を充分防止することが可能なこの種のガスタービンを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、前記静翼に複数の冷却媒体流通パスを設けるとともに、この冷却媒体流通パスの内少なくとも一つの冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後は再び外部に回収され、かつ他の冷却媒体流通パスは、外部より供給された冷却媒体が流通して静翼を冷却し、冷却後はその一部の冷却媒体が前記主流ガス中に放出され、かつ残部の冷却媒体は静翼の内周側に配置されている回転部にシール媒体として供給するように形成し所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１６】
また、この場合、前記静翼に設けられた複数の冷却媒体流通パスを、翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設けるとともに、前記翼の最前縁および最後縁の冷却媒体流通パスを除く冷却媒体流通パスに、前記主流ガス中に放出される冷却媒体を流通させるように形成したものである。また、前記静翼に設けられた複数の冷却媒体流通パスを、翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設けるとともに、前記翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスに、前記主流ガス中に放出される冷却媒体を流通させるように形成したものである。
【００１７】
また、前記静翼に設けられた複数の冷却媒体流通パスを、翼の前縁から後縁にかけて順次並設して設けるとともに、前記翼の最前縁側の冷却媒体流通パスおよび翼の前縁側から第三番目およびそれ以降の冷却媒体流通パスを、前記冷却後に回収される冷却媒体の流通路となし、かつ翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスを、前記主流ガス中に放出される冷却媒体の流通路となし、かつ前記それぞれの冷却媒体流通パス部にインピンジメント冷却手段を設けるようにしたものである。
【００１８】
また本発明は、タービン静翼の内部に冷却媒体流通パスを有するとともに、この冷却媒体流通パスに冷却媒体が流通されて静翼が冷却され、かつ静翼冷却後の冷却媒体が、一部は回収され、かつ一部は主流ガス中に放出されるように形成されているガスタービンにおいて、前記静翼に、翼の前縁から後縁にかけて順次並設されている複数の冷却媒体流通パスを設けるとともに、前記回収される冷却媒体が、翼の前縁側から第一番目の冷却媒体流通パスに供給され、翼前縁部をインピンジメント冷却した後翼の内周側エンドウォール部で、第二番目の冷却流路をバイパスして、第三番目の冷却流路へと導かれ、第三番目以降の冷却流路を通った後後縁冷却流路より翼外部に回収され、かつ前記主流ガス中に放出される冷却媒体が翼の前縁側から第二番目の冷却媒体流通パスに供給され、翼部をインピンジメント冷却し、かつ一部を前記二番目の冷却流路の冷却に使用せずに、静翼内周側のシール部に直接導くように形成したものである。
【００１９】
また、この場合、前記静翼冷却後回収される冷却媒体が流通する冷却媒体流通パスの回収口を、静翼の外周側に設けられている外周側エンドウォール上の翼プロファイル外周側延長中央付近に設け、かつ前記外周側エンドウォール上に、後縁冷却流路から前記回収口までを接続する流路を設けるようにしたものである。また、前記外周側エンドウォールをカバーで密閉するとともに、前記回収される冷却媒体が流通する冷却媒体流通パスの供給口を、前記カバー上に設け、かつ供給された冷却媒体で外周側エンドウォールをインピンジメント冷却した後に翼部前縁冷却流路に供給するようにしたものである。また、前記翼の内周側に設けられている内周側エンドウォールに導かれたオープン冷却媒体で、前記内周側エンドウォールの一部をインピンジメント冷却し、さらに前記内周側エンドウォールの上流側と下流側に配置された対流冷却孔を通して主流ガス中に放出することにより、前記内周側エンドウォールを冷却するようにしたものである。
【００２０】
すなわちこのように形成されたガスタービンであると、主流ガス中に放出する冷却媒体流路，すなわちオープン冷却媒体供給流路が、外部熱負荷が低く、翼形状上流路断面積が比較的大きくとれる位置に配置されているため、冷却流路内におけるオープン冷却媒体の温度上昇と圧力損失が抑えられ、良好なシール冷却媒体としてダイヤフラムに供給されるのである。
【００２１】
また、熱負荷の比較的高い前縁冷却流路に冷却能力の高いクローズド冷却媒体が供給され、前縁より第二番目の冷却流路には冷却能力の低いオープン冷却媒体が供給され、さらに第三番目の冷却流路には前縁冷却流路から第二冷却流路をバイパスしてきたクローズド冷却媒体が供給されることにより、冷却流路間パーティションのような両側から冷却されるような部分の過冷却を低減することが可能となるのである。
【００２２】
さらに、特に過冷却の程度が大きい前縁冷却流路と第二番目の冷却流路間パーティションの過冷却を低減するために、前縁冷却流路と前縁から第二番目の冷却流路に熱負荷の調節が可能なインピンジメント冷却を採用することにより過冷却の低減効果をさらに上げることができるのである。また、前縁冷却流路および前縁より第三番目の冷却流路から後縁冷却流路までをクローズド冷却媒体流通パスに、前縁より第二番目の冷却流路をオープン冷却媒体流通パスとしているため、クローズド冷却媒体流路内にチューブを介してオープン冷却媒体を通すような場合と比べて、溶接箇所を削減でき、さらにガスタービン運転時のチューブや溶接部の破損によりクローズド冷却媒体がオープン冷却媒体流路にリークするようなことも防止できるのである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１には、そのガスタービンの要部（翼段落部）が断面で示されている。図中矢印２０が、主流ガスの流れ方向を示しており、１が第１段静翼、３が第２段静翼、また２が第１段動翼、４が第２段動翼、５が第２段静翼ダイヤフラム、６がディスタントピース、７が第１段動翼ロータディスク、８がディスクスペーサ、９が第２段動翼ロータディスクである。
【００２４】
第１段動翼２はロータディスク７に、また第２段動翼４はロータディスク９にそれぞれ固定され、ディスタントピース６とロータディスク７，ディスクスペーサ８，ロータディスク９は、スタブシャフト１０により一体に固定され回転体を形成している。
【００２５】
このように構成されたガスタービンの作動原理について簡単に説明すると、圧縮機と燃焼器により高温・高圧となった作動流体，すなわち主流ガス２０は、静翼１および２によりその高圧のエネルギーを流速のエネルギーに変換し、動翼２および３を回転させる。その回転エネルギーで発電機を回して電気を得るが、一部の回転エネルギーは圧縮機駆動にも用いられる。主流ガス温度は、翼材の許容温度以上であるから高温のガスにさらされる翼部は冷却されなければならない。
【００２６】
ここで、第２段静翼３を例に取ってみると、第２段静翼の冷却媒体には、圧縮機吐出流体を冷却器とブースト圧縮機によりそれぞれ冷却および昇圧された冷媒と圧縮途中段抽気流体の２つがあり、前者がクローズド冷却媒体、後者がオープン冷却媒体である。前者のクローズド冷却媒体２２は、第２段静翼３の外周側に配置された配管３０により供給され、第２段静翼３の冷却を終えた後、外周側の配管３１に回収され、ガスタービンケーシング１１内を通して最終的には燃焼器入口に供給され圧縮機吐出流体に合流する。
【００２７】
一方、後者のオープン冷却媒体２３は、外部配管により第２段静翼３の外周とケーシング１１で形成されるキャビティ１２に供給され、さらにキャビティ１２より静翼３の冷却流路に供給され、静翼３の一部を冷却した後、最終的には主流ガス中に放出されるが、そのオープン冷却媒体２３の一部は、静翼３の内周側に配置されるダイヤフラム５へ導かれ、第１段動翼２のシャンク部１３とダイヤフラム５との隙間１４に放出される。
【００２８】
すなわち、ホイールスペース用シール媒体２３ｂとして用いられ、この隙間１４に主流ガス２０が進入してくるのを防ぐ。万が一、この隙間１４に高温の主流ガス２０が進入して雰囲気温度を上昇させるようなことがあると動翼シャンク部１３やダイヤフラム５が高温ガスにより損傷を受けるばかりでなく、ロータディスク７および９やディスクスペーサ８に過剰な熱負荷がかかり、それによる熱応力で寿命の低下を招き、さらには熱変形の発生によりガスタービンの運転を妨げる可能性がある。
【００２９】
図２に静翼３を外周側から見た斜視図が示されている。本実施例の静翼は、外周エンドウォール４１と内周側エンドウォール４８の間に２枚の翼部９０ａおよび９０ｂを配置する２連翼を採用し、ケーシング内配管本数を削減するために、各翼セグメント当りクローズド冷却媒体供給配管３０は１本、クローズド冷却媒体回収配管３１は２本で構成される。
【００３０】
図３に静翼３の軸方向断面図を示し、さらに詳細な構造が示されている。静翼３の外周側エンドウォール４０の部分には、このエンドウォール４０とカバー４１とでキャビティ４２が形成され、そのキャビティ４２内には複数のインピンジメント冷却孔を有するインピンジプレート５８が外周側エンドウォール冷却面４０ａとの間に一定の距離を保って配置されている。
【００３１】
一方、内周側エンドウォール４８の部分には、このエンドウォール４８とカバー４９とでキャビティ５０が形成され、そのキャビティ５０内には複数のインピンジメント冷却孔を有するインピンジプレート５１が内周側エンドウォール冷却面４８ａとの間に一定の距離を保って配置されている。
【００３２】
また、内周側エンドウォールの部分には、キャビティ５０と主流ガスパスとを連通する対流冷却孔５２および５３が設けられている。第二冷却流路４４は外周側エンドウォールカバー４１の外側と内周側エンドウォールキャビティ５０とを連通するように形成されており、第五流路４７の出口９１は外周側エンドウォールカバー４１の外側まで延長流路５６により延長され、冷却媒体回収配管３１にスムーズに接続できるよう翼プロファイル外周側延長中央付近おいてクローズド冷却媒体回収配管３１に接続されている。
【００３３】
さらに、第一冷却流路４３と第三冷却流路４５は、内周側斜視の図４に示されているように内周側エンドウォール４８で、第二冷却流路４４には接続しないで、第二冷却流路４４を飛び越す様に形成されたバイパス流路５４により互いに接続されている。内周側エンドウォールカバー４９には、ホイールスペースシール媒体供給接続配管５５と接続するベンド９５が設けられている。
【００３４】
また、第一冷却流路４３と第二冷却流路４４には、複数のインピンジメント冷却孔を有するコアプラグ６０および６１が挿入され、第三冷却流路４５と第四冷却流路４６の冷却面には乱流促進リブ６２が、第五冷却流路４７にはピンフィン６３がそれぞれ配置される。
【００３５】
次に、このように構成された第２段静翼３の作動原理を説明すると、クローズド冷却媒体２２は、供給配管３０により外周側エンドウォールキャビティ４２に供給され、インピンジプレート５８により外周側エンドウォールをインピンジメント冷却する。外周側エンドウォール冷却の後、クローズド冷却媒体２２ａは、翼部第一冷却流路４３内に配置されたコアプラグ６０に導かれ、第一冷却流路４３をインピンジメント冷却する。
【００３６】
第一冷却流路４３を冷却し終えたクローズド冷却媒体２２ｂは、内周側エンドウォール４８に設けられたバイパス流路５４を通り第三冷却流路４５へと導かれる。第三冷却流路４５と第四冷却流路４６を乱流促進リブ６２により対流冷却し、第五冷却流路をピンフィン６３により対流冷却した後、クローズド冷却媒体２２ｃは延長流路５６を通り、回収配管３１に回収される。
【００３７】
一方、オープン冷却媒体２３は、第二冷却流路４４に挿入されているコアプラグ内に供給され、第二冷却流路４４をインピンジメント冷却する。第二冷却流路４４を冷却し終えた冷却媒体２３ａは、内周側エンドウォールキャビティ５０に導かれる。内周側エンドウォールキャビティ内の一部の冷却媒体２３ｂは、インピンジプレート５１により、内周側エンドウォール４８をインピンジメント冷却し、さらには内周側エンドウォール４８の対流冷却孔５２および５３により内周側エンドウォール４８を冷却し、最終的には主流ガス中に放出される。また、内周側エンドウォールキャビティ内の一部の冷却媒体２３ｃはシール媒体として、ベンド９５およびホイールスペースシール媒体供給接続配管５５を通り、ダイヤフラム５の上流側に供給される。
【００３８】
以上本発明のガスタービン静翼の冷却動作原理について説明してきた。ここで、翼をクローズド冷却する際に留意しなければならないこととして、過冷却の防止がある。クローズド冷却媒体は、翼冷却後に回収配管を通して燃焼器入口に供給され圧縮機吐出媒体と合流するため、ガスタービン効率向上のために翼冷却後の回収温度は圧縮機吐出媒体温度以上、回収配管許容温度以下にする必要があり、その回収温度は一般にオープン冷却媒体の翼冷却後の温度に比べて低い。そのため、前にも述べたように、クローズド冷却媒体は冷却器により冷却されて翼に供給されるため、オープン冷却媒体に比べ供給温度が一段と低く冷却能力が高い。それゆえ、翼外表面をある一定温度以下に冷却しようとした時、翼外表面と冷却面との間に大きな温度差すなわち大きな熱勾配が生じやすくなり、例えば翼冷却流路間パーティションのような両側からクローズド冷却媒体により冷却されてしまうような箇所では翼の他の部分と比べ一層温度が低くなり過冷却が発生しやすくなる。
【００３９】
過冷却が発生するとその大きな熱勾配のため過大な熱応力が発生し翼全体の寿命を下げ信頼性を損ないかねない。そこで、本発明では、図５に翼断面構造を示すように、前縁側の熱負荷の高い第一冷却流路４３を冷却能力の高いクローズド冷却媒体２２により冷却し、冷却方法は冷却したい部分のみインピンジ孔を密に配置して集中的に冷却が可能で、かつ冷却したくない部分にはインピンジ孔を設けないことで冷却能力の調整が可能なインピンジメント冷却を採用している。
【００４０】
一方、熱負荷が比較的低く、さらにシール媒体を通すのに温度上昇を抑えることが可能かつ冷却流路面積を比較的大きく確保して圧力損失を小さくできる第二冷却流路４４には、オープン冷却媒体２３を用いて前記同様の理由で冷却能力の調整が可能なインピンジメント冷却を採用している。ここで、タービン翼の断面は一般に円弧状の前縁から後縁にいくにしたがって翼の厚みは減少する形状を持つ。したがって、各翼冷却流路間を仕切るパーティションは前縁側では長く、後縁側では短くなる。そのため、第一冷却流路４３と第二冷却流路４４とを仕切るパーティション９３や、第二冷却流路４４と第三冷却流路４５を仕切るパーティション９４は細長い形状を持ち、パーティション部は両側に冷却媒体が通り過熱面すなわち翼表面からは遠いためにこの種のパーティション中央部９３ａや９４ｂでは他の翼部と比べ特に温度が低くなる傾向があるが、本構造では前にも述べたように第一冷却流路４３と第二冷却流路４４にインピンジメント冷却を採用し、コアプラグ６０および６１にはこの部分を冷却するようなインピンジメント孔は配置されないため、過冷却が防げられる。
【００４１】
また、冷媒供給温度に関して、前にも述べたようにクローズド冷却媒体２２の供給温度はオープン冷却媒体２３の供給温度に比べ低い。本構造の場合、パーティション９３については、第一冷却流路４３側はクローズド冷却媒体２２が通り、第二冷却流路４４側はオープン冷却媒体２３が通るように冷却パスが構成されているため、両側を冷却能力が高いクローズド冷却媒体が通る場合に比べさらに過冷却を防止することができる。また、パーティション９４についても同様で、第二冷却流路４４側はオープン冷却媒体、第三冷却流路側４５側はクローズド冷却媒体のため、パーティション９３同様に過冷却は防止される。
【００４２】
以上説明してきたようにこのようなガスタービンであると、クローズド冷却媒体流路とオープン冷却媒体流路を翼冷却要求に合わせて合理的に形成することが可能で、安定してダイヤフラムにシール媒体を供給できるとともに、翼冷却流路間パーティション部に発生する過冷却防止ができるため翼の温度をより均一にでき、すなわち熱応力の低減が可能で、延いては翼の寿命低下を防止することができる。また、クローズド冷却媒体流路中にオープン冷却媒体を通すチューブ等を挿入するような方式はとらずに済むため、チューブ周りの溶接が無くなり工数が減るとともにクローズド冷却媒体とオープン冷却媒体はそれぞれ冷却流路で完全に分離されているため、クローズド冷却媒体がオープン冷却媒体流路に進入したりしてクローズド冷却の効果を損なうことを防止できる。
【００４３】
なお、本発明の構造は２連翼に限らず、単翼、３連翼、４連翼等外周および内周エンドウォール内に翼をいくつ配置するものでも効果に変わりは無く、特に制限されるものではない。
【００４４】
次に図６に示した本発明の変形例について説明する。この図は、静翼の要部を断面した図で、第二冷却流路４４冷却後の冷却媒体２３ｃの温度がシール媒体として供給するには温度が高すぎる場合には、第二冷却流路４４内のコアプラグ６１の下端にシール媒体供給孔９６を設け、供給孔９６を内周側エンドウォールカバー４９を超えてベンド９５内に差し込むように延長して構成する。
【００４５】
このように構成された構造においては、第二冷却流路４４冷却後の冷却媒体２３ｃは内周側エンドウォール４８のみに使用され、シール媒体としては、コアプラグ６１内の翼のインピンジ冷却に使用されなかったすなわち翼冷却により温度上昇していないオープン冷却媒体２３ｄが供給孔９６からベンド９５に供給され、問題を解決することができる。
【００４６】
以上本発明の実施例を説明してきたが、本発明の構造は第２段静翼にかかわらず、他の段の静翼にも適用可能かつ適用効果があり、いずれの場合においても、本発明の構造を用いれば、クローズド冷却媒体冷却流路とオープン冷却媒体冷却流路のパスを複雑な手段を用いず、かつ多くの溶接個所を施すことなく分離でき、適切なパス構成および冷却方法により翼の過冷却を防止してクローズド冷却を実施した利点を損なうことが無い信頼性の高いガスタービンとすることができるのである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、クローズド冷却媒体流路とオープン冷却媒体流路の分離部の構成が簡単で、冷媒のリークおよび翼部の過冷却を充分防止することが可能なこの種のガスタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静翼を搭載したガスタービンの一実施例を示す要部断面図である。
【図２】本発明のガスタービン静翼の外周側から見た斜視図である。
【図３】本発明のガスタービン静翼の断面図である。
【図４】本発明のガスタービン静翼を内周側から見た斜視図である。
【図５】本発明のガスタービン静翼の断面図である。
【図６】本発明のガスタービン静翼の変形例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１…第１段静翼、２…第１段動翼、３…第２段静翼、４…第２段動翼、５…第２段静翼ダイヤフラム、６…ディスタントピース、７…第１段動翼ロータディスク、８…ディスクスペーサ、９…第２段動翼ロータディスク、１０…スタブシャフト、１１…ガスタービンケーシング、１２…キャビティ、１３…第１段動翼シャンク部、１４…隙間、２０…主流ガス、２２…クローズド冷却媒体、２３…オープン冷却媒体、２３ｂ…ホイールスペース用シール媒体、３０…クローズ冷却媒体供給配管、３１…クローズド冷却媒体回収配管、４０…外周側エンドウォール、４０ａ…外周側エンドウォール冷却面、４１…外周側エンドウォールカバー、４２…外周側キャビティ、４３…第一冷却流路、４４…第二冷却流路、４５…第三冷却流路、４６…第四冷却流路、４７…第五冷却流路、４８…内周エンドウォール、４９…内周側エンドウォールカバー、５０…内周側キャビティ、５１…内周側インピンジプレート、５２，５３…内周側エンドウォール対流冷却孔、５４…バイパス流路、５５…接続配管、５６…延長流路、５８…外周側インピンジプレート、６０…第一流路コアプラグ、６１…第二流路コアプラグ、６２…乱流促進リブ、６３…ピンフィン、９０ａ，９０ｂ…翼部、９１…第五流路出口、９３，９３ａ…第一冷却流路と第二冷却流路間のパーティション、９４，９４ｂ…第二冷却流路と第三冷却流路間のパーティション、９５…ベンド、９６…第二流路コアプラグ下端のシール媒体供給孔。
【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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