JPS5844201A - タ−ビンロ−タ羽根 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明紘、燃焼タービンロータ羽ＩＮＫ：閤し、特に、
冷却式タービンロータ羽根の改良された先端構造に関す
るものである。

燃焼タービンのより大暑な運転効率及び電力出力眸より
高い入口運転温度により達成されること紘すでに確証さ
れている。しかし、入口運転温度は陽転するタービン羽
根が耐え得る最大温度によ〉限られている。また、入口
ガス温度を上昇するにりれてタービン羽根の温度が上昇
するので、羽根のｌｉ１転に通常付随する張力及び応力
で損傷を受けｆｔｈ羽根の弱点が増大する。

タービン羽根を冷却すること、又はタービン羽根を耐電
材料から形成すること、あるいはそれらＯ両方によ）、
１１１１Ｉ材料に対する特定の最大運転温度以下にター
ビン羽機温直を維持しながら入口運転温度を増大で魯る
。

ｌＩ！未Ｏ典腫的な燃焼タービンにお−では、タービン
の圧縮機部分からｌ１ｖｈ込塘れ大檜却空気はタービン
ロータにある通路を通っていくつかのロータディスクの
夫々へ向かう、各ロータディスク内Ｏ通路は、タービン
ロータからの冷却空気を各タービン羽根の基部にある根
部まで連通させる。一般に、冷却空気開口根の根部から
羽根の翼部を賞流しそして少なくとも一部は羽根の先端
を通って出て行く。

従来の典型的な羽根先端構造は、羽根先端の外画を取シ
囲む羽根壁の半径方向外向き延長部によシ形成される外
向きに面し九空胴を画定している。冷却空気は羽根先端
の外画にある開口から出て空胴に入る。この羽根先端構
造は、羽根先端とこれを取シ囲むタービンケーシングと
の間の若干の接触によシ個々の排出開口が烏がれること
を防止する。このような閉塞又は羽根先端の汚れは羽根
を貫流する冷却空気流の減少によるタービン羽根の焼け
という結果になり得る。従来技術はλつの異なり九羽根
先端空胴構造を含んでおり、構造の選択は羽根が位置決
めされている羽根列ＫｇＲ存する。一般に、羽根の寸法
形状は各タービ／：ｌ１１ｍ１列と共に変わる。

ｌりの寸法形状変数はタービン羽根後縁の厚味で、あ）
、この厚味は典型的には下流方向に羽根列毎に減少する
。初めのタービン羽根列においては、後縁社羽根壁の爾
長部を支持するのに十分な厚味があるので、羽根先端空
胴は全羽根先端外函をおおうよう後縁０上に伸び得る。

この形状では、羽根先端外函にあるすべての開口は空胴
に冷却空気を吐き出す。羽根の凸状側部の後縁に向かう
羽根壁の一部は羽根先端空胴かもの冷却空気出口経路を
与えゐため除去される。

この構造はスイス特許第ＪＪｊ、ＪＪ／号明細書及び米
国ＩＩＩＩ＃！Ｆ第３，４　Ｊ　ｔ、ｔ　ｔ　１号明細
書に詳細に記載されている。

後縁の厚味が羽根壁の延長部を支持するには薄過ぎるよ
うになる下流羽根列においては、羽根先端空胴妹羽１１
０後縁０手前０ある点で終わらねばならない、後縁で０
羽根先端ＩＮにある開口を保■する空胴ｏｈ−場金、空
胴外の開口が羽根先端の汚れによ如畠がれるのを防止す
るため、傭の手段が案出されねばならない。

典型的な従来技術においては、窓又は切欠きが羽根後縁
の凹状側部に設けられているので、冷却空気は、羽根先
端面上の半径方向最外点から引っ込んだ開口から出て行
く。後縁にある窓は該後縁にある排出開口が羽根先端の
汚れにより閉塞されるＯを効果的Ｋｖ！止するが、ター
ビン羽根Ｑ効率を犠牲にしている。窓は羽根の凹状側部
上の作動面の一部を除去し、これＫより羽根の効率を減
少する。

従って、羽根先端の汚れＫよる先端空胴外の冷却空気開
口の閉塞を効果的に防止し且つ羽根壁〇一部の除去によ
ジタービン羽根効率を減少させることのない先端構造を
後、縁に備えたタービン羽根を構成するのは有益である
。

従って、本発明の目的は従来技術の欠点を克服する丸め
の燃焼タービン用の改良されたロータ羽根を提供するこ
とである。

本発明は、ロータディスクに羽根を固定する丸めの根部
と、高温動力ガスの流れをさえぎる凹状側部及び凸状側
部を一定する輪郭を有する翼部と、機部及び翼部内にあ
夛それらを通る冷却空気の流れを維持する丸めの空気通
路と、翼部からの冷却空気の丸めの排出経路を与える構
造を有する先端部と會有し、前記先端部は、羽根壁の半
径方向外向龜蔦長部によシ実質的に画定され九外向きに
面し九空胴と、前記空胴内の前記先端部の外面にア〉、
翼部からの冷却空気を前記空胴に吐き出す丸めの開口と
を備え九タービンロータ羽機において、前記先端部は、
前記空胴外の前記先端部Ｏ外函にある少なくと４１りの
外側開口と、外側開口が羽根先端の汚れによ）塞がれな
いように、前記各外側開口を前記先端部の外函から引っ
込ませる装置とをさらに含むことを特徴とするものであ
る。

簡単に上述したように１羽根先端一とタービンケーシン
グの外環状部との間の接触の結果として生ずる閉塞から
、羽根先端の後縁端部にあゐ冷却空気排出開口を保■す
る、改良された羽根先端構造を有する冷却式タービン四
−タ羽機が提供される。羽根先端の汚れからＯ排出開口
の保護社タービン羽根の性能効率を減することなく行な
われる。改良され九羽機先端構造は、羽根先端の後縁端
部にある、軸方向に伸び外向きに面した溝を備えている
。先端の後縁端部にある各開口は隣接して―て溝と流体
連通している。

もう一方の改良された羽根先端構造は羽根先端の後縁端
部にある開口を取シ囲み且つこれに結合し九外向きに面
した開放部を備えている。開放部の幅と深さは羽根先端
の汚れによる開口閉塞の危険を最小にするように選択さ
れる。

本発明は添付図面に関連した以下の好適な実・膣例の説
明からさらに明らかとなろう。

第１ｉｌｌａ従来の典臘的なタービンロータ羽根を示し
ている。タービンロータ羽ａｍ、タービンディスタ（図
示せず）に組み合う根部／Ｊと、凹状側部及び凸状側部
を有する翼部／ｊとを含み、該翼部は高温ガスをさえＩ
ｒ′Ｄ１諌ガスの動力エネルギーをタービンディスタの
回転に変換すゐ、ａ−夕羽根はさらに羽根先端部１０を
會んで％／％ゐ。

羽根先端＠１０は１つの別個の構造、即ち、羽根先端空
胴／Ｊと後縁窓／ＩＩとを會んでいゐ。

羽根先端空胴ｌコは羽根先端の外ＴＩＪ／１（ＤｒｊＡ
ｌ）の羽根壁１６の外向１１孤長部によシ形成され、（
タービンロータ軸ＫＩＩして）外向きに藺した空胴であ
る。空胴／Ｊは、符号／基で示されえような羽根壁の嬌
長部を支持するに社羽根が薄遇き°る、羽根先端の後縁
端部の手前で終っている。根部／Ｊの基部におｉで羽根
に八り要冷却空気は腋機部と翼部ｌｊとＫｈｈ冷却通路
を貫流し、そして開口ＪＯを通って羽根先端空胴内に入
る。羽根先端空胴／ＪＫある冷却空気は空胴を］１１ｔ
シ囲む弧長され九羽根壁１４と（図示しな−）タービン
ケーシングの外積状部との間の隙間（図示せず）を通過
してタービンを駆動するガスの排出経路内、に入る。

タービン羽根の凹状側部にある後縁窓／＃は、峡窓の基
部にある外向ｔ＆Ｏ面Ｊ参に配置され九ｌり又はそれ以
上の開口−−からの冷却空気の吐出を可能にする切欠き
Ｏよう１凹部である。

この愈構造は、後縁先端Ｊ１とタービンケーシング（図
示せず）の外積状部とＯ間Ｏ！Ｉ干Ｏ接触による閉塞か
ら後縁−ロー−を保−する。後縁窓／Ｉｔは保−機能を
自わめて良く果すが、羽＊１ｉｏ一部分を除去すること
ｋよ〉羽根の性能が低下する。

本発＠Ｏ原１ｌＫｌｌ！うと、羽ｌＮ５１端空胴を画定
すゐには薄遇ぎゐ後縁を有するタービンロータ羽根は、
羽根先端Ｏ汚れによる冷却空気排出開口ｏｙｓ塞を騎止
するよう構成されている。この改良は羽ａｍｉｏｍ函積
Ｏ減少盈びそＯ結果として生ずる羽根効率の減少なしに
行なわれる。特に第一図は本発−の好適な羽部先端ｓｅ
ｔ開示してシ〉、そζでは、羽根先端Ｏ後縁ＪＪＫＴ。

ゐｉくりかＯ外側−口Ｊコの夫々は、外向きに面した、
軸方向に伸びる噛ｌりの溝又線通路Ｊ参によ〉連絡され
ている。第３図は第１図に抽かれた羽根先端ＳＯＯ後録
の断面図である。

そこに示されているように１壽Ｊダは結合しえ冷却空気
排出通路ｓＡＯ’１１ｍよ）着干大きい溝径を有するυ
状又は円ＳＯ断爾を有している。

第２図及び第ＪＩＩＫ描かれた本発明のｌＩ論例によ〉
、羽根先端表＊０後縁ＪＪＩＩＣｈる小さな障害が外側
の冷却空気排出開口ＪＪを閉塞しないことが保証され為
、万−羽根先端の一部が外側−口ＪＪを横断して汚染さ
れえならば、＃ＩＫよ）画定され九岡部は外側−ｑＪＪ
から汚れのすぐ下を過って１４１１Ｏ外部へ向かう流路
な与える。このようにして冷却空気の連続的′＆流れが
確保され、またタービン＊＊を破壊するかも知れないタ
ービン羽根風部内の熱の蓄積が鴎避される。

本発明の壽杜第Ｊ　ＩＩＫＩＩＩかれ九υ状＃１ｆＩｆ
Ｆに限定されな一０壽は種々ｏｖｗｉ形状の−ずれかで
形成されてよく、好適な善徴祉万−羽機先端が汚れ良場
舎１１ｃｔりＯＳ路を与えることにある。

を九、溝Ｏ＠員びＳさは、羽根先端の汚染によシ沈積す
る物質の量に対して１ｌＩ１１できるようにするため、
第３図で被かれえものから変更してもよい。

本発明の第コの実施例である羽根先端部〇は第参図及び
第１ｗＡに開示されている０羽根先端の後縁にある外側
開ロダコは、本発明の前の実施例におけるような手段に
よって接続されていない。むしろ、個々の開口参１の夫
々は羽根先端の汚染による閉塞の危険を最小にするよう
構成されている。保Ｓ＊能は開放Ｉｇ４１４１を口広げ
加工して第１図に示され良ようなさら穴形状にするとと
により達成される。各開放部亭亭の最大の幅及び櫟さは
羽根先端の後縁上の外側開口の位置に応じて及びタービ
ンケーシングとの有〉得ゐ接触の稠度に応じて必要なよ
うに変更してよい。

本発明の実施によシ、タービンロータ羽根の性能が、羽
根Ｏ凹状側部上の作動表頁積を増大することにより向上
する。その向上及び性能効率はｌ−のオーダーにあると
期待され、これはタービン羽根構造におけるただｌりの
改真に対して紘非常に大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は羽根先端空胴及び後縁窓を有する従来の奥部的
なロータ羽根の上翼部を示した図、第２図は羽根先端の
後縁に沿った溝を有する本発明の好適な実施例に従って
構成されたタービンロータ羽根の先端の一部分を示す図
、第３図は第一図に描かれ九羽根の後縁のｍ−■線断面
図、第４ＩｗＡは羽根先端の後縁にある開口の回りに口
広げ加工された縁を備えた、他の実施例において構成さ
れた羽根先端の一部を示す図、第１図は第ダ図に描かれ
たタービン羽根の後縁のＶ−Ｖ線断面図である。 １０・・羽根先端部、ｌＪ・・羽根先端空胴、／Ｊ・・
根部、ｌダ・・後縁窓、ｌｊ・・潰部、１４・・羽根壁
、／Ｉ・・外面、−〇、−コ・・溝、Ｊ４・・通路、−
１・・外側開口、ダダ・・開放部。 １１！２図 第４図 ５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータディスタに羽根をｉｉｉ＊するための根部と、高
   温動力ガスの流れをさえぎる凹状側部及び凸状側部を画
   定する輪郭を有する翼部と、根部及び翼部内にあシそれ
   らを過る１空気の流れを維持する丸めの９！気通路と、
   翼部からの冷却空気Ｏ九めの排出経路を与える構造を有
   する先端部とを有し、前記先端部唸、羽根壁の半径方向
   外肉龜蔦長部により実質的Ｋ１１ｌ定され九外向自ＷＩ
   ｃｍシ九空胴と、前記空胴内Ｏ前記先端部の外画にＩｌ
   ｌ、翼部からの冷却空気を前記空胴に吐き出す丸めの一
   ローとを備え九タービンロータ羽根にお−で、前記先端
   Ｓ紘、前記空胴外の前記先端部Ｏ外画ＶＣ＆る少なくと
   も／）０外側間口と、外側−ａが羽根先端Ｏ汚れにより
   塞がれな−ように、前記番外側開口を前記先端部の外画
   から引っ込ませゐ装置とをさらに會むことを特徴とする
   タービンロータ羽根。