(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼軸（４）に沿って延びる翼形部（２）を備えたタービン翼（１）において、翼形部（２）の先端部（８）に、翼軸（４）に対し直角に延びる高温ガス側翼台座板（１２）およびその上側に位置する負荷支持台座（１４）が一体形成され、負荷支持台座（１４）と高温ガス側翼台座板（１２）との機械的結合が翼形部（２）を介して行われることを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
負荷支持台座（１４）が、翼形部（２）を洗流する作動媒体により惹起される力を受けることを特徴とする請求項１記載のタービン翼。
【請求項３】
負荷支持台座（１４）が、作動媒体に関し翼形部（２）の出口側縁に一体形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のタービン翼。
【請求項４】
負荷支持台座（１４）が、半径方向に掛け止めするためのリブ（２２）と、該リブ（２２）に付けられ軸方向に掛け止めするためのリブ（２４）とを有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のタービン翼。
【請求項５】
ガスタービンの静翼として形成されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載のタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、翼軸に沿って延びる翼形部を備えたタービン翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの分野で、発電機や作業機械を駆動すべくガスタービンを用いている。その際、燃料に含まれるエネルギを、タービン軸を回転駆動するために利用する。そのため、燃料を空気圧縮機で発生した圧縮空気が供給される燃焼器で燃焼させる。燃焼器での燃料の燃焼により発生した高温高圧の作動媒体を、燃焼器に後置接続したタービン装置を通して導き、そこで仕事をしながら膨張させる。
【０００３】
タービン軸の回転運動を発生するため、タービン軸に、通常翼群或いは翼列の形にまとめた多数の動翼を配置する。該動翼は、作動媒体から衝撃力を伝達されて、タービン軸を駆動する。タービン装置で作動媒体を案内するため、通常隣接する動翼列間に静翼列を配置し、この列をタービン車室に固定する。その際、タービン翼、特に静翼は通常、作動媒体を適切に案内すべく、翼軸に沿って延びる翼形部（羽根）を持つ。タービン翼を各々支持体に固定するために、その翼形部の先端に、翼軸に対し直角に延びる翼台座を一体形成し、その翼台座の少なくとも終端部を、かみ合わせ台座として形成する。
【０００４】
この種ガスタービンは、特に良好な効率を得るため、熱力学的理由から、通常燃焼器から出てタービン装置に流入する作動媒体の約１２００〜１３００℃の特に高い出口温度に対し設計する。かかる高温で、ガスタービンの構成要素、特にタービン翼は、非常に大きな熱負荷を受ける。この運転条件下でも、各構成要素の高い信頼性と長い寿命を保障すべく、通常関連部品を冷却可能とする。
【０００５】
そのために近年のガスタービンでは、タービン翼を、通常所謂中空翼として形成する。そのため、翼形部はその内部範囲に、冷却材を導く翼コアとも呼ばれる空洞を持つ。従って、翼形部の熱的に大きく負荷される部位に、そのように形成した冷却材通路を通して、冷却材を供給する。冷却材通路が各翼形部の内部における比較的大きな空間範囲を占め、高温ガスに曝される表面のできるだけ近くに冷却材を導くので、特に良好な冷却作用、従って高い運転安全性が得られる。そのように設計する際、他方で十分な機械的強度と負荷容量を保障すべく、各タービン翼を多重通路で貫流させる。その際、中空翼の内部に多数の冷却材通路を設け、該通路を、非常に薄い隔壁で互いに分離し、各々冷却材を供給する。
【０００６】
この種タービン翼は、効率上の観点から、非常に少ない冷却材使用量に対し設計することが望まれる。冷却材使用量を減らした場合、タービン翼が非常に高い温度の作動媒体を受ける場合には、タービン翼の個々の構成要素は、通常その個々の構成要素を非常に僅かな所要材料で非常に薄肉に形成することでのみ、確実に冷却できる。ガスタービンの運転中、タービン翼の個々の構成要素で生ずる熱的負荷および場合により生ずる大きな機械的負荷によって、材料疲労や材料破壊が生ずる。このため、本来は好ましくない非常に厚肉の構造部品を利用せねばならず、その厚肉の構造部品の冷却に、それに応じて多量の冷却材が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のタービン翼を、一方では熱的・機械的に大きく負荷でき、他方では、非常に少ない冷却材使用量を保障できるように、形成することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に基づき、翼軸に沿って延びる翼形部を備えたタービン翼において、翼形部の先端部に、翼軸に対し直角に延びる高温ガス側翼台座板およびその上側に位置する負荷支持台座を一体形成し、負荷支持台座と高温ガス側翼台座板との機械的結合を翼形部を介して行うことにより解決される。
【０００９】
本発明は、熱的に大きく負荷されるタービン翼の場合でも、確実な冷却に必要な冷却材使用量を、構造部品を非常に薄肉に形成することで非常に少量にできるという考えから出発する。これをタービン翼が非常に大きな機械的負荷を受ける場合でも、殆ど材料を損傷する恐れなしに可能にすべく、タービン翼における熱的負荷の受容部を、機械的負荷の受容部から徹底して分離せねばならない。そのため、翼形部に２つの翼台座部分を一体形成する。その一方の翼台座部分、即ち高温ガス側翼台座板を、専ら熱的負荷を受容すべく設計し、他方の翼台座部分、即ち負荷支持台座は、専ら機械的負荷を受容すべく設計する。
【００１０】
前記高温ガス側翼台座板は、それが設計上殆ど機械的負荷を受けないので、特に薄肉にされる。これに対し、機械的負荷を受けるべく十分厚肉に形成せねばならない負荷支持台座は、高温ガス側翼台座板により、作動媒体による直接の熱的負荷から遮蔽され、従って、かなり厚肉の中実形態でも、多量の冷却材を使用することなく、安全な運転温度に保たれる。かかる配置構造で、比較的薄肉に形成した高温ガス側翼台座板が、殆ど熱応力を発生しないので、高い運転安全性が達成される。高温ガス側翼台座板は、熱応力の発生を防止すべく、熱的な交番荷重時でも熱的にひき起こされる熱膨張・収縮により応力が生じないよう、自由に熱膨張できねばならない。高温ガス側翼台座板のそのように自由に熱膨張できる形状は、負荷支持台座から機械的に完全に切り離すことで達成できる。
【００１１】
その場合、設計上、高温ガス側翼台座板は、機械的負荷から殆ど解放される。これを可能にすべく、負荷支持台座は特にその寸法に関し、翼形部を洗流する作動媒体にてひき起こされる力を完全に受けるのに適するよう設計する。
【００１２】
本発明の有利な実施態様では、負荷支持台座の形状づけに関し、所定の周辺条件に適した機械的固定にとり必要な構造要素に限定することで、タービン翼を特に安価な製造・材料費で用意できる。かくして最小化した形態は、負荷支持台座を作動媒体に関し翼形部の出口側縁（後縁）に一体形成することで助長できる。その際、作動媒体の流れ方向に見て翼形部の後縁を、掛け止め範囲で負荷支持台座の形に広げる。その際、作動媒体の流れ方向に見て翼形部の前縁において、負荷支持台座に属すべき構造要素を大きく省き、材料を節約できる。
【００１３】
本発明の特に有利な実施態様では、負荷支持台座を介してのタービン翼の機械的固定を、静的精度にとり必要な最少固定点に限定する。そのため、負荷支持台座が、半径方向に掛け止めするリブと、該リブに付けた、軸方向に掛け止めするリブとを持つようにするとよい。かかる形態で、静的精度を完全にすべく、タービン翼の内側端面に軸方向における唯一の接触支持点があれば足りる。なお必要なら、半径方向における周り止めおよび／又はタービン翼の外側面における円周方向固定を行う。これは、各リブに一体形成した、例えば溝や突起のような適当な手段により実現する。
【００１４】
タービン翼は、ガスタービン、特に定置ガスタービンの静翼として形成する。
【００１５】
本発明の利点は、特に負荷支持台座と高温ガス側翼台座板との機械的結合を専ら翼形部による結合に限定したことに伴い、熱的負荷を受けるべく用意した構造部品を、機械的負荷を受けるべく用意した構造部品から徹底して分離可能な点にある。各構造部品、即ち一方では高温ガス側翼台座板、他方では負荷支持台座を、特にそれら本来の利用目的に合わせて形成し、特に高温ガス側翼台座板は、自由に熱膨張可能に非常に薄肉に形成する。また一方では高温ガス側翼台座板、他方では負荷支持台座を、その形状も互いに完全に無関係に定め、その際、特に高温ガス側翼台座板を、負荷支持台座と異なる幅と形とにする。該台座は、その形状に関し最小化方式で、力伝達の要求に完全に合わせ、この意味で余分な構造部位は省ける。この結果、熱的負荷容量が高温ガス側翼台座板により助長されて大きくなる他に、材料使用量が非常に少なく、特に安価に製造できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１７】
図１のタービン翼１は、翼軸４に沿って延びる翼形部（羽根）２を持つ。この翼形部２は、タービン装置内を流れる流れ媒体から最適に作用されるように、湾曲および／又は曲げられている。
【００１８】
タービン翼１を、ガスタービンの静翼として形成した。該翼１は、約１２００〜１３００℃の非常に高温の作動媒体ででも採用可能とすべく、冷却可能に形成した。そのため、翼形部２は内部に空洞６を備えた形に形成した。
【００１９】
翼形部２の先端部８に、これと一体に翼台座装置１０を形成してある。該装置１０は、作動媒体による熱的負荷を受け、更に作動媒体による機械的負荷を受ける働きをする。その際、高熱的負荷時にも非常に少ない冷却材の使用で全体装置の大きな機械的信頼性を得るべく、翼台座装置１０は、熱的に負荷される構造部分を、機械的に負荷される構造部分から構造的に徹底して分離して形成した。
【００２０】
そのため翼台座装置１０は、一方では高温ガス側翼台座板１２を、他方ではこの高温ガス側翼台座板１２と殆ど無関係にされた負荷支持台座１４を有する。その高温ガス側翼台座板１２は、熱的負荷を受けるよう考慮した。負荷支持台座１４は高温ガス側翼台座板１２の作動媒体用の流れ空間と反対側に、従って高温ガス側翼台座板１２上に置いて配置した。従って、高温ガス側翼台座板１２は、負荷支持台座１４に対する熱遮蔽体の如く作用する。この結果、負荷支持台座１４は、作動媒体により熱的に負荷されることはない。
【００２１】
高温ガス側翼台座板１２と負荷支持台座１４を各々、機械的に専ら翼形部２に結合し、負荷支持台座１４と高温ガス側翼台座板１２は、例えば横支えや支え板により機械的に直結していない。従って、高温ガス側翼台座板１２の環状縁１６は、負荷支持台座１４により制限されることなく自由に膨張できるように形成した。この結果、高温ガス側翼台座板１２が熱的な交番負荷を受け、それに伴い横方向に熱膨張・収縮する際、それにより生ずる熱応力は非常に小さい。なお高温ガス側翼台座板１２の環状縁１６は、自己支持構造とすべく厚肉に形成した。
【００２２】
負荷支持台座１４は、高温ガス側翼台座板１２による熱遮蔽で熱的にごく僅かしか負荷されず、従って非常に簡単に確実な運転温度に冷却できる。この負荷支持台座１４は、作動媒体から翼形部２に作用する力を完全に受けるべく設計し、その結果比較的厚肉に形成した。しかし負荷支持台座１４は、その形状に関し最小具現化方式で、非常に少数の機械的固定点に設計し、それ以上の構造要素は省いた。そのため、負荷支持台座１４は、そのタービン装置における作動媒体の流れ方向に関し翼形部２の出口側縁（後縁）１８だけに一体形成した。これに反し作動媒体の流れ方向に関し翼形部２の前縁２０で翼形部上端８に、負荷支持台座１４に属する構成要素を形成する通し延長部は設けていない。
【００２３】
半径方向掛け止めを形成すべく、負荷支持台座１４からリブ２２を引き出し、該リブ２２に軸方向掛け止め用のリブ２４を付けた。軸方向での掛け止めを完全にするため、タービン翼１の内側端面に、軸方向における別の接触支持点を与える固定ピン２６を付けた。軸方向掛け止めのために設けたリブ２４に溝２８を設けている。円周方向に固定すべく、タービン車室に一体形成した構造要素をその溝２８に係合させてある。また半径方向での掛け止めを完全にすべく、この実施例では概略的に示す半径方向リブ３０を設けている。
【００２４】
本発明に基づき、タービン翼１は機械的に互いに切り離した高温ガス側翼台座板１２と負荷支持台座１４とを持つ。この結果、負荷支持台座１４はその形状に関し、熱的欠点を甘受することなしに、所定の要件に細かく合される。これに対し、熱的負荷は高温ガス側翼台座板１２により完全に受けられる。その高温ガス側翼台座板１２は、負荷支持台座１４と全く無関係にその形状が定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくタービン翼の斜視図。
【符号の説明】
１        タービン翼
２        翼形部（羽根）
４        翼軸
６        空洞
８        先端部
１０、１２  台座部分
１４        負荷支持台座
１６        環状縁
１８        後縁
２０        前縁
２２、２４  リブ
２６        固定ピン
２８        溝
３０        半径方向リブ
【図１】
0004249990.tif 000002