(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けたガスタービンであって、前記冷却翼は、
所定の定格差圧における冷却空気流量が所定の閾値内の多数の冷却翼を、流量計測値の大小の順に配列し、かつその順に、前記閾値よりも狭い冷却空気流量のばらつきをもつ２以上のグループにグループ分けし、そのうちの１つのグループに含まれる冷却翼からなる、ことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記ガスタービンは、２以上のタービンディスクを有し、各タービンディスクの冷却翼は、
各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、流量計測値の大小の順に、グループ分けし、
２以上のタービンディスクに対するグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せ、
組合せた各グループに含まれるそれぞれの冷却翼からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けるガスタービンの組立方法であって、
前記所定数の２倍以上の冷却翼を準備し、
前記各冷却翼の所定の定格差圧における冷却空気流量をそれぞれ計測し、
計測した流量計測値が所定の許容範囲にある冷却翼を選別し、
選別した冷却翼を流量計測値の大小の順に配列し、
配列した冷却翼を流量計測値の大小の順に、前記所定数を超える冷却翼を含む２以上のグループにグループ分けし、
グループ分けした各グループに含まれる冷却翼を単一のタービンディスクの外周部に組み付ける、ことを特徴とするガスタービンの組立方法。
【請求項４】
前記ガスタービンは２以上のタービンディスクを有し、
各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、流量計測値の大小の順に、グループ分けし、
２以上のタービンディスクに対するグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せ、
組合せた各グループに含まれる冷却翼を２以上のタービンディスクの外周部にそれぞれ組み付ける、ことを特徴とする請求項３に記載のガスタービンの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空用または産業用の冷却翼を有するガスタービンとその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空用または産業用のガスタービンにおける動翼や静翼のような高温部品は、運転中に外面が高温ガス（例えば１０００℃以上）に曝されるため、高温部品の過熱を防ぐため、冷却ガス（例えば冷却空気）を用いてその表面を冷却する必要がある。
そのため、ガスタービンの動翼や静翼を冷却空気で冷却する冷却翼が、従来から提案され用いられている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１は、ジェットエンジンの稼働中にアーム５９の先端縁とフロントストッパ５１の内縁近傍部分との間に隙間が生じることなく、複数のタービン動翼５２の内部に所定流量の冷却空気を供給して、複数のタービン動翼５２を十分な冷却を継続して行うことを目的とする。
そのため、この発明は、図５に示すように、ウェブ５４の一部分であって、ガスタービンエンジンの稼働中におけるアーム５９とタービンディスク５３との間の経時的な温度差によって高い熱応力が生じる傾向にある高応力部分ＰＡ以外の選択した選択部分ＰＢの肉厚中心が、ボア５７の肉厚中心に対してロータ軸方向へオフセットするように構成されたものである。
【０００４】
特許文献２は、冷却翼６０の部品点数を減らして、冷却翼６０の構成を簡略することができると共に、ジェットエンジンの軽量化を図ることを目的とする。
そのため、この発明は、図６に示すように、主流路に中空翼形状のアウター翼部材６２が配設され、アウター翼部材６２の後部に冷却空気を吹き出す吹出口６７が形成され、アウター翼部材６２の内側にインナー翼部材６４が配設され、インナー翼部材６４の裏面にアウター翼部材６２側へ窪んだディンプル６１がプレス加工によって一体形成され、アウター翼部材６２の裏面とインナー翼部材６４の表面との間に冷却通路６３が区画形成され、冷却翼６０は、ディンプル６１とアウター翼部材６２の裏面との接触によって冷却通路６３の通路幅Ｍが確定するように構成されたものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９３８３号公報、「タービンロータ、シールディスク、及びタービン」
【特許文献２】特開２００６−１０５０７１号公報、「冷却翼及び冷却構造」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、冷却翼１を有するガスタービンの部分断面図であり、図２は、冷却翼における冷却空気量の従来のばらつきを示す図である。この図において、３は静止系、４は回転系、５はフロントシール、６は二次空気（冷却空気）の流れ、７は静翼である。
ガスタービンの冷却翼１は、図１に示すように、タービンディスク２の外周部に周方向に間隔を隔てて多数（例えば６０〜７０枚）取り付けられ、これにより１段分の翼列を構成する。
この１段分の翼列に用いられる多数（例えば６０〜７０枚）の冷却翼１は、鋳造やレーザ加工によりその冷却孔が製造されるため、ある程度の製造公差の発生は避けられない。
そのため製造公差の影響により、所定の圧力をかけた場合の各冷却翼に流れる冷却空気量は、図２に例示するように翼ごとにばらつきがある。
【０００７】
従来、コスト及び歩留まりの観点から、ガスタービンが許容できる所定の閾値（例えば公称値に対して±１０％以内）を設けてそのばらつきを許容し、この閾値内の冷却翼を同一のタービンディスクに組み込んでいた。
その場合、ある段の全周の翼（１段分の翼列）に、同一条件において冷却流量が多い翼と冷却流量が少ない翼が混在して組み込まれた状態でエンジンが作動している。
【０００８】
このような状態で作動すると、冷却流量が少ない翼は、冷却性能が低く、他の翼よりも寿命が短くなる。エンジンのＴＢＯ（メンテナンス間隔）は組込まれた翼の平均的な寿命ではなく、冷却性能が最も低い翼の寿命で決まってしまう。そのため、従来は、冷却流量が多い翼は、寿命に余裕があるにもかかわらず、冷却流量が最も低い翼の寿命にあわせるため、メンテナンス間隔が短くなる問題点があった。
【０００９】
一方、メンテナンス間隔を延ばすために、冷却流量のばらつきの閾値を厳しくすれば（例えば公称値に対して±２％以内）、寿命の短い翼を排除することができるが、歩留まりが大幅に低下し大量の不良品が発生することになる。また、仮に歩留まりが高くても、著しく加工精度を上げる必要が生じるため、いずれにしろ大幅なコストアップを招く問題点があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、歩留まりの大幅な低下、或いは製造コストの大幅上昇を回避して、翼列を構成する多数の動翼に流れる冷却流量のばらつきを低減することができ、これによりエンジンのメンテナンス間隔を延ばすことができるガスタービンとその組立方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けたガスタービンであって、前記冷却翼は、
所定の定格差圧における冷却空気流量が所定の閾値内の多数の冷却翼を、流量計測値の大小の順に配列し、かつその順に、前記閾値よりも狭い冷却空気流量のばらつきをもつ２以上のグループにグループ分けし、そのうちの１つのグループに含まれる冷却翼からなる、ことを特徴とするガスタービンが提供される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ガスタービンは、２以上のタービンディスクを有し、各タービンディスクの冷却翼は、
各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、流量計測値の大小の順に、グループ分けし、
２以上のタービンディスクに対するグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せ、
組合せた各グループに含まれるそれぞれの冷却翼からなる。
【００１３】
また本発明によれば、タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けるガスタービンの組立方法であって、
前記所定数の２倍以上の冷却翼を準備し、
前記各冷却翼の所定の定格差圧における冷却空気流量をそれぞれ計測し、
計測した流量計測値が所定の許容範囲にある冷却翼を選別し、
選別した冷却翼を流量計測値の大小の順に配列し、
配列した冷却翼を流量計測値の大小の順に、前記所定数以上の冷却翼を含む２以上のグループにグループ分けし、
グループ分けした各グループに含まれる冷却翼を単一のタービンディスクの外周部に組み付ける、ことを特徴とするガスタービンの組立方法が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ガスタービンは２以上のタービンディスクを有し、
各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、流量計測値の大小の順に、グループ分けし、
２以上のタービンディスクに対するグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せ、
組合せた各グループに含まれる冷却翼を２以上のタービンディスクの外周部にそれぞれ組み付ける。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明の装置および方法によれば、タービンディスクの外周部に組み付ける各冷却翼に対して、所定の定格差圧における冷却空気流量をそれぞれ計測し、計測した流量計測値が所定の許容範囲（所定の閾値内）にある冷却翼を選別する。この際の許容範囲は、従来の閾値（例えば公称値に対して±１０％以内）と実質的に同一であり、歩留まりの低下や製造コストの上昇は生じない。
【００１６】
本発明では、所定数の２倍以上の冷却翼を準備し、所定の許容範囲（所定の閾値）を超えるものを除外した後に、選別した冷却翼を流量計測値の大小の順に配列し、配列した冷却翼を流量計測値の大小の順に、前記所定数を超える冷却翼を含む２以上のグループにグループ分けする。
従って、グループ分けした各グループの流量計測値のばらつきは、従来の閾値よりは狭くなっている（例えば公称値に対して±５％以内）。
【００１７】
本発明では、このグループ分けした各グループに含まれる冷却翼を単一のタービンディスクの外周部に組み付けるので、同一のタービンディスクに組み付けられた冷却翼の流量計測値のばらつきは、所定の定格差圧において従来の閾値より狭くなる（例えば公称値に対して±５％以内）。
【００１８】
さらにこの場合、流量の多いグループを組込んだエンジンでは、全体の２次空気経路において、公称値（設計値）よりも翼部の絞りが緩いエンジンとなるため、翼上流の供給圧が下がり、各冷却翼に供給される流量が公称値よりも減るので、結果として計測時の流量より公称値に近い流量しか翼には流れず、冷却性能も公称値と同等となる。
【００１９】
逆に流量の少ないグループを組込んだエンジンでは、全体の２次空気経路において、公称値（設計値）よりも翼部が絞られたエンジンとなるため、翼上流の供給圧が上がり、各冷却翼に供給される流量が公称値よりも増すので、結果として計測時の流量より公称値に近い流量が翼に流れ、冷却性能即ち翼寿命も公称値と同等となる。
【００２０】
従って、本発明によれば、エンジンの中で特定の翼が冷却性能の悪い状態で作動するようなことが起きず、全ての翼がほぼ同じ条件で作動し、かつ公称値（設計値）の冷却性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図３は、本発明の方法を示すフロー図である。
本発明の方法は、タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けるガスタービンの組立方法であり、この図において、Ｓ１〜Ｓ６の各ステップからなる。
【００２３】
ステップＳ１では、タービンディスクの必要な所定数の２倍以上の冷却翼を準備する。
対象とするガスタービンにおいて、冷却翼１を有するタービンディスク２が１つである場合には、そのタービンディスクの冷却翼の必要数（例えばＮ１＝６０枚）の２倍以上（例えば１３０枚）を準備する。
対象とするガスタービンにおいて、冷却翼１を有するタービンディスクが２以上ある場合には、それぞれのタービンディスクの冷却翼の必要数（例えばＮ１＝６０枚、Ｎ２＝７０枚）の２倍以上（例えば１３０枚と１５０枚）を準備する。
【００２４】
ステップＳ２では、各冷却翼１の所定の定格差圧における冷却空気流量をそれぞれ計測する。
すなわち、冷却翼１を有するタービンディスク２が１つである場合に、ステップＳ１で準備したすべての冷却翼（例えば１３０枚）の冷却空気流量をそれぞれ計測する。
冷却翼１を有するタービンディスク２が２以上ある場合も、それぞれ準備したすべての冷却翼（例えば１３０枚と１５０枚）を計測する。
各冷却翼１の所定の定格差圧は、公称値（設計値）であるのがよい。タービンディスクが２以上ある場合には、それぞれの公称値（設計値）を用いる。冷却空気流量の計測手段は、従来と同様であり、周知の方法を用いる。
【００２５】
ステップＳ３では、計測した流量計測値が所定の許容範囲にある冷却翼１を選別する。所定の許容範囲は、従来の閾値（例えば公称値に対して±１０％以内）と好ましくは同一に設定する。
この許容範囲に入らない冷却翼は、選別から外し、不良品として、処理する。冷却翼を有するタービンディスクが１つである場合も２以上ある場合も、同様である。
なお、この時点で、所定の許容範囲に入る冷却翼が、タービンディスクの必要数の２倍以上であるように、ステップＳ１において充分な数量の冷却翼を準備する。
【００２６】
ステップＳ４では、選別した冷却翼１を流量計測値の大小の順に配列する。この配列は、流量計測値の多い順又は少ない順に各冷却翼に番号を付してもよく、或いは単にコンピュータにより並び替えて記憶してもよい。
【００２７】
ステップＳ５では、配列した冷却翼１を流量計測値の大小の順に、タービンディスク２に必要な所定数以上の冷却翼を含む２以上のグループにグループ分けする。
２以上のグループは、それぞれタービンディスクに必要な所定数（上述したＮ１、又はＮ１とＮ２）と同一かこれより多く設定するのがよい。
【００２８】
図４は、本発明の方法で得られた各グループにおける冷却空気量のばらつきを示す図である。この例では、グループ数は２であり、（Ａ）は流量の多いグループ、（Ｂ）は流量の少ないグループを模式的に示している。
なおグループ数は２に限定されず、３以上であるのが好ましく、グループ数は多いほどよい。
【００２９】
ステップＳ５では、グループ分けした各グループ（例えば図４のＡ，Ｂ）に含まれる冷却翼１を単一のタービンディスク２の外周部に組み付ける。
【００３０】
また、特に、ガスタービンが２以上のタービンディスク２を有する場合には、各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、上述したように、流量計測値の大小の順に、グループ分けする。
【００３１】
次いで、２以上のタービンディスク２に対するグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せる。
この組合せは、例えば、流量の多いグループ同士、流量の少ないグループ同士で組合せる。或いは公称値に対する同一又は近似した流量比率同士（例えば１０３〜１０５％以内）でもよい。
【００３２】
組合せた各グループに含まれる冷却翼１を２以上のタービンディスク２の外周部にそれぞれ組み付ける。
【００３３】
本発明のガスタービンは、タービンディスクの外周部に所定数の冷却翼を組み付けたガスタービンであって、前記冷却翼１は、所定の定格差圧における冷却空気流量が所定の閾値内の多数の冷却翼を、流量計測値の大小の順に配列し、かつその順に、前記閾値よりも狭い冷却空気流量のばらつきをもつ２以上のグループにグループ分けし、そのうちの１つのグループに含まれる冷却翼からなる。
【００３４】
また、本発明のガスタービンが、２以上のタービンディスクを有する場合に、各タービンディスクの冷却翼は、上述した方法によりグループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せ、組合せた各グループに含まれるそれぞれの冷却翼からなる。
【００３５】
上記本発明の装置および方法によれば、タービンディスク２の外周部に組み付ける各冷却翼１に対して、所定の定格差圧における冷却空気流量をそれぞれ計測し、計測した流量計測値が所定の許容範囲（所定の閾値内）にある冷却翼を選別する。この際の許容範囲は、従来の閾値（例えば公称値に対して±１０％以内）と実質的に同一であり、歩留まりの低下や製造コストの上昇は生じない。
【００３６】
本発明では、所定数の２倍以上の冷却翼を準備し、所定の許容範囲（所定の閾値）を超えるものを除外した後に、選別した冷却翼を流量計測値の大小の順に配列し、配列した冷却翼を流量計測値の大小の順に、前記所定数を超える冷却翼を含む２以上のグループにグループ分けする。
従って、グループ分けした各グループの流量計測値のばらつきは、従来の閾値よりは狭くなっている（例えば公称値に対して±５％以内）。
【００３７】
本発明では、このグループ分けした各グループに含まれる冷却翼を単一のタービンディスクの外周部に組み付けるので、同一のタービンディスクに組み付けられた冷却翼の流量計測値のばらつきは、所定の定格差圧において従来の閾値よりは狭くなる（例えば公称値に対して±５％以内）。
【００３８】
さらにこの場合、流量の多いグループを組込んだエンジンでは、全体の２次空気経路において、公称値（設計値）よりも翼部の絞りが緩いエンジンとなるため、翼上流の供給圧が下がり、各冷却翼に供給される流量が公称値よりも減るので、結果として計測時の流量より公称値に近い流量しか翼には流れず、冷却性能も公称値と同等となる。
【００３９】
逆に流量の少ないグループを組込んだエンジンでは、全体の２次空気経路において、公称値（設計値）よりも翼部が絞られたエンジンとなるため、翼上流の供給圧が上がり、各冷却翼に供給される流量が公称値よりも増すので、結果として計測時の流量より公称値に近い流量が翼に流れ、冷却性能即ち翼寿命も公称値と同等となる。
【００４０】
従って、本発明によれば、エンジンの中で特定の翼が冷却性能の悪い状態で作動するようなことが起きず、全ての翼がほぼ同じ条件で作動し、かつ公称値（設計値）の冷却性能を維持することができる。
【００４１】
また、特に、ガスタービンが２以上のタービンディスクを有する場合に、各タービンディスクに対して、それぞれの冷却翼を、上述したように、流量計測値の大小の順に、グループ分けし、グループ分けした各グループを、流量計測値の大きいグループから順に組合せるので、２以上のタービンディスクに組み付けられた冷却翼の流量計測値のばらつきは、それぞれ従来の閾値よりは狭くなる（例えば公称値に対して±５％以内）。
【００４２】
さらにこの場合、グループ分けした各グループを、流量計測値の大小の順に組合せるので、共通する２次空気経路の圧力（翼上流の供給圧）もタービンディスクが１枚の場合と同様に、低下または増加するので、結果として計測時の流量より公称値に近い流量が翼には流れ、冷却性能も公称値と同等となる。
従って、本発明によれば、エンジンの中で特定の翼が冷却性能の悪い状態で作動するようなことが起きず、全ての翼がほぼ同じ条件で作動し、かつ公称値（設計値）の冷却性能を維持することができる。
【００４３】
上述した例では、説明を簡単にするため、２つのグループに分ける仮定としたが、本発明の具体的な適用法としては、同等の流量を有する３以上のグループに分けることが好ましい。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】冷却翼を有するガスタービンの部分断面図である。
【図２】冷却翼における冷却空気量の従来のばらつきを示す図である。
【図３】本発明の方法を示すフロー図である。
【図４】本発明の方法で得られた各グループにおける冷却空気量のばらつきを示す図である。
【図５】特許文献１の発明の模式図である。
【図６】特許文献２の発明の模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  冷却翼、２  タービンディスク
３  静止系、４  回転系、
５  フロントシール、
６  二次空気（冷却空気）の流れ、
７  静翼
【図１】
0004900834.tif 000002
【図２】
0004900834.tif 000003
【図３】
0004900834.tif 000004
【図４】
0004900834.tif 000005
【図５】
0004900834.tif 000006
【図６】
0004900834.tif 000007