JPS6349521Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、燃焼タービンロータ羽根に関し、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きな運転効率及び電力出
力はより高い入口運転温度により達成されること
はすでに確証されている。しかし、入口運転温度
は回転するタービン羽根が耐え得る最大温度によ
り限られている。また、入口ガス温度を上昇する
につれてタービン羽根の温度が上昇するので、羽
根の回転に通常付随する張力及び応力で損傷を受
けゃすい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熱材料から
形成すること、あるいはそれらの両方により、羽
根材料に対する特定の最大運転温度以下にタービ
ン羽根温度を維持しながら入口運転温度を増大で
きる。

従来の典型的な燃焼タービンにおいては、ター
ビンの圧縮機部分から吸い込まれた冷却空気はタ
ービンロータにある通路を通つていくつかのロー
タデイスクの夫々へ向かう。各ロータデイスク内
の通路は、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、冷却空気は羽根の根部から羽根の翼部を貫
流しそして少なくとも一部は羽根の先端を通つて
出て行く。

従来の典型的な羽根先端構造は、羽根先端の外
面を取り囲む羽根壁の半径方向外向き延長部によ
り形成される外向きに面した空胴を画定してい
る。冷却空気は羽根先端の外面にある開口から出
て空胴に入る。この羽根先端構造は、羽根先端と
これを取り囲むタービンケーシングとの間の若干
の接触により個々の排出開口が塞がれることを防
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２つ
の異なつた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に依存
する。一般に、羽根の寸法形状は各タービン羽根
列と共に変わる。

１つの寸法形状変数はタービン羽根後縁の厚味
であり、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、後縁は羽根壁の延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面
をおおうよう後縁の上に伸び得る。この形状で
は、羽根先端外面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らの冷却空気出
口経路を与えるため除去される。この構造はスイ
ス特許第225231号明細書及び米国特許第3635585
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
端空胴は羽根の後縁の手前のある点で終わらねば
ならない。後縁での羽根先端面にある開口を保護
する空胴のない場合、空胴外の開口が羽根先端の
汚れにより塞がれるのを防止するため、他の手段
が案出されねばならない。

典型的は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つ
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
るのを効果的に防止するが、タービン羽根の効率
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、これにより羽根の効率を減少
する。

従つて、羽根先端の汚れに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の
一部の除去により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。

従つて、本考案の目的は従来技術の欠点を克服
するた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。

本考案は、ロータデイスクに羽根を固定するた
めの羽根と、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りそれらを通る冷却空気
の流れを維持するための空気通路と、根部からの
冷却空気のための排出経路を与える構造を有する
先端部とを有し、前記先端部は、前記翼部から半
径方向外向きに伸び構造的に十分な所定の厚さを
有する壁により実質的に画定された外向きに面し
た先端空胴と、前記空胴画定壁に連続する半径方
向に伸びた翼部により形成され、羽根後縁に向か
つて伸びそれにより羽根後縁を相対的に薄くでき
る前記先端部の後縁端部と、冷却通路から前記空
胴内に冷却空気を吐き出すため前記空胴内の前記
先端部の外面にある開口と、前記空胴外の前記先
端部の前記後縁端部の外面において外向きに面し
た少なくとも１つの凹部を画成する手段と、冷却
通路からの冷却空気を吐き出すため前記少なくと
も１つの凹部に流体連絡関係に接続された少なく
とも１つの開口とを備えており、先端部の構造的
健全性を維持できるように、前記凹部はその頂部
及び底部を除いて閉じており且つ前記少なくとも
１つの開口は前記空胴の深さより浅い深さまで前
記先端端部の外面から内側にあり、それにより羽
根先端部の汚れによる前記少なくとも１つの開口
の閉塞が回避されることを特徴とするものであ
る。

簡単に上述したように、羽根先端とタービンケ
ーシングの外環状部との間の接触の結果として生
じる閉塞から、羽根先端の後縁端部にある冷却空
気排出開口を保護する、改良された羽根先端構造
を有する冷却式タービンロータ羽根が提供され
る。羽根先端の汚れからの排出開口の保護はター
ビン羽根の性能効率を減ずることなく行なわれ
る。改良された羽根先端構造は、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
てい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
口を取り囲み且つこれに結合した外向きに面した
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。

本考案は添付図面に関連した以下の好適な実施
例の説明からさらに明らかとなろう。

第１図は従来の典型的はタービンロータ羽根を
示している。タービンロータ羽根は、タービンデ
イスク（図示せず）に組み合う羽根１３と、凹状
側部及び凸状側部を有する翼部１５とを含み、該
翼部は高温ガスをさえぎり、該ガスの動力エネル
ギーをタービンデイスクの回転に変換する。ロー
タ羽根はさらに羽根先端部１０を含んでいる。

羽根先端部１０は２つの別個の構造、即ち、羽
根先端空胴１２と後縁窓１４とを含んでいる。羽
根先端空胴１２は羽根先端の外面１８の回りの羽
根壁１６の外向き延長部により形成され、（ター
ビンロータ軸に関して）外向きに面した空胴であ
る。空胴１２は、符号１６で示されたような羽根
壁の延長部を支持するには羽根が薄過ぎる、羽根
先端の後縁端部の手前で終つている。羽根１３の
基部において羽根に入つた冷却空気は該根部と翼
部１５とにある冷却通路を貫流し、そして開口２
０を通つて羽根先端空胴内に入る。羽根先端空胴
１２にある冷却空気は空胴を取り囲む延長された
羽根壁１６と（図示しない）タービンケーシング
の外環状部との間の隙間（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１４は、
該窓の基部にある外向きの面２４に配置された１
つ又はこれ以上の開口２２からの冷却空気の吐出
を可能にする切欠きのような凹部である。この窓
構造は、後縁先端２６とタービンケーシング（図
示せず）の外環状部との間の若干の接触による閉
塞から後縁開口２２を保護する。後縁窓１４は保
護機能をきわめて良く果すが、羽根壁の一部分を
除去することにより羽根の性能が低下する。

本考案の原理に従うと、羽根先端空胴を画定す
るには薄過ぎる後縁を有するタービンロータ羽根
は、羽根先端の汚れによる冷却空気排出開口の閉
塞を防止するよう構成されている。この改良は羽
根壁の表面積の減少及びその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２図は本
考案の好適な羽根先端３０を開示しており、そこ
では、羽根先端の後縁３３にあるいくつかの外側
開口３２の夫々は、外向きに面した、軸方向に伸
びる唯１つの溝又は通路（凹部を画定する手段）
３４により連絡されている。第３図は第２図に描
かれた羽根先端３０の後縁の断面図である。そこ
に示されているように、溝３４は第３図において
見てその頂部及び底部以外は閉じられており、ま
た、溝３４は結合した冷却空気排出通路３６の直
径より若干大きい溝径を有するＵ状又は円形の断
面を有している。

第２図及び第３図に描かれた本考案の実施例に
より、羽根先端表面の後縁３３にある小さな障害
が外側の冷却空気排出開口３２を閉塞しないこと
が保証される。万一羽根先端の一部が外側開口３
２を横断して汚染されたならば、溝により画定さ
れた凹部は外側開口３２から汚れのすぐ下を通つ
て羽根の外部へ向かう流路を与える。このように
して冷却空気の連続的な流れが確保され、またタ
ービン羽根を破壊するかも知れないタービン羽根
翼部内の熱の蓄積が回避される。

本考案の溝は第３図に描かれたＵ字断面に限定
されない。溝は種々の断面形状のいずれかで形成
されてよく、好適な特徴は万一羽根先端が汚れた
場合に１つの流路を与えることにある。また、溝
の幅及び深さは、羽根先端の汚染により沈積する
物質の量に対して調整できるようにするため、第
３図で描かれたものから変更してもよい。

本考案の第２の実施例である羽根先端４０は第
４図及び第５図に開示されている。羽根先端の後
縁にある外側開口４２は、本考案の前の実施例に
おけるような手段によつて接続されていない。む
しろ、個々の開口４２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。保護機能は開放部（凹部を画定する手段）４
４を口広げ加工して第５図に示されたようなさら
穴形状にすることにより達成される。各開放部４
４の最大の幅及び深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
有り得る接触の程度に応じて必要ないように変更
してよい。

以上のように本考案は、予期される羽根先端の
汚れの結果として生じるタービン効率の低下なし
に且つ羽根冷却性能の低下なしに実質的に強度、
冷却及び空気力学構造の諸要件を満たすタービン
羽根構造を提供する。

公知の羽根構造においては、こうした２つの効
果を得るため、羽根構造体が、単一の羽根先端空
胴を囲うように羽根の全周の回りに伸びた羽根壁
を支持する寸法を有しているが、本考案は、羽根
の後縁部が冷却材通路を備え、しかも該後縁部が
薄過ぎて、先端空胴の羽根凹状側部及び羽根凸状
側部の両側部にある十分に厚い境界壁で羽根後縁
にまで先端空胴を延長できない狭い場合に向けら
れている。

特に、本考案では、羽根翼の後縁部が羽根先端
部の最外端部に伸びており、その結果、羽根先端
空胴が後縁部に達するちようど手前で終わる。

後縁部を貫通する冷却材開口の上の羽根先端汚
れの結果として生じる羽根冷却性能の低下を避け
るため、冷却材開口が、羽根先端空胴の深さより
浅い深さまで内向きに引つ込んでいる。このよう
にして、羽根先端の後縁は構造的健全性を備えな
がら同時に、さもなければ従来の側壁排出方法に
より持たらされるような、羽根先端汚れによる冷
却性能の低下とタービン効率の低下との両方を回
避できる。従つて、後縁付近が薄い輪郭を有して
いる羽根に本考案を実際に使用できる。

本考案の実施により、タービンロータ羽根の性
能が、羽根の凹状側部上の作動表面積を増大する
ことにより向上する。その向上及び性能効率は１
％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１つの改良に対しては非常
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
の典型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つた溝を有する本考案の
好適な実施例に従つ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２図に
描かれた羽根の後縁の−線断面図、第４図は
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５図は第４図に描か
れたタービン羽根の後縁の−線断面図であ
る。 １０……羽根先端部、１２……羽根先端空胴、
１３……羽根、１４……後縁窓、１５……翼部、
１６……羽根壁、１８……外面、２０，２２……
開口、２４……外向きの面、２６……後縁先端、
３０……羽根先端、３２……外側開口、３３……
後縁、３４……溝（凹部を画成する手段）、３６
……通路、４２……外側開口、４４……開放部
（凹部を画成する手段）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ロータデイスクに羽根を固定するための根部
   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、該根部
   及び翼部内にありそれらを通る冷却空気の流れを
   維持するための冷却通路と、前記翼部からの冷却
   空気のための排出経路を与える構造を有する先端
   部とを有し、該先端部は、前記翼部から半径方向
   外向きに伸び構造的に十分な所定の厚さを有する
   壁により実質的に画定された外向きに面した先端
   空胴と、前記空胴画定壁に連続する半径方向に伸
   びた翼部により形成され、羽根後縁に向かつて伸
   びそれにより羽根後縁を相対的に薄くできる前記
   先端部の後縁端部と、前記冷却通路から前記空胴
   内に冷却空気を吐き出すため前記空胴内の前記先
   端部の外面にある開口と、前記空胴外の前記先端
   部の前記後縁端部の外面に、外向きに面した少な
   くとも１つの凹部を画成する手段と、前記冷却通
   路からの冷却空気を吐き出すため前記少なくとも
   １つの凹部に流体連絡関係に接続された少なくと
   も１つの開口とを備えており、前記先端部の構造
   的健全性を維持できるように、前記凹部はその頂
   部及び底部を除いて閉じており且つ前記少なくと
   も１つの開口は前記空胴の深さより浅い深さまで
   前記先端部の外面から内側にあり、それにより前
   記先端部の汚れによる前記少なくとも１つの開口
   の閉塞が回避されるタービンロータ羽根。