タービン静翼の流体供給構造
【課題】タービン静翼の焼損を抑制することを課題とする。
【解決手段】ロータ１の周囲を囲うケーシング２１とタービン静翼２４の基端部３１との間にキャビティ４０が形成され、ロータ１側に向けて延びる静翼本体３２の内部Ｓに、キャビティ４０を介して外部から流体Ａが供給されるタービン静翼２４の流体供給構造であって、静翼本体３２は、キャビティ４０に開口する冷却流路入口５２ａから静翼本体３２の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路３５と、キャビティ４０に開口するシール流路入口３６ａからロータ１の外周に区画されたシール空間Ｍまで連通するシール流路３６とを有し、キャビティ４０には、外部からキャビティ４０に供給された流体Ａをシール流路３６のシール流路入口３６ａに案内する案内筒５１が設けられ、キャビティ４０に供給された流体Ａの冷却流路入口５２ａまでの流入経路が折り曲げられて形成されている。
【解決手段】ロータ１の周囲を囲うケーシング２１とタービン静翼２４の基端部３１との間にキャビティ４０が形成され、ロータ１側に向けて延びる静翼本体３２の内部Ｓに、キャビティ４０を介して外部から流体Ａが供給されるタービン静翼２４の流体供給構造であって、静翼本体３２は、キャビティ４０に開口する冷却流路入口５２ａから静翼本体３２の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路３５と、キャビティ４０に開口するシール流路入口３６ａからロータ１の外周に区画されたシール空間Ｍまで連通するシール流路３６とを有し、キャビティ４０には、外部からキャビティ４０に供給された流体Ａをシール流路３６のシール流路入口３６ａに案内する案内筒５１が設けられ、キャビティ４０に供給された流体Ａの冷却流路入口５２ａまでの流入経路が折り曲げられて形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン静翼の流体供給構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、各種産業や航空機に用いられているガスタービンにおいては、タービンを構成する各構成部材が高温の燃焼ガスに曝されることとなる。このため、タービンの構成部材の焼損を防ぐために、種々の技術が用いられている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１のタービン静翼は、ケーシングに支持されると共にケーシングとの間にキャビティを形成する基端部と、この基端部からロータに向けて延びると共に、その内部に冷却流路が形成された静翼本体とを備えている。この冷却流路は、キャビティに開口する冷却流路入口から静翼本体の後縁表面に開口するフィルム冷却口まで連通しており、上述したキャビティを介して、圧縮機から抽気した高圧空気が導入されるようになっている。そして、冷却流路入口からフィルム冷却口まで流れる高圧空気で静翼本体を冷却させると共に、この高圧空気をフィルム冷却口から排出して後縁表面をフィルム冷却することで、静翼本体の焼損を防止している。
【０００４】
また、下記特許文献１のタービン静翼は、キャビティからロータ近傍までシールチューブが延びており、このシールチューブを介してキャビティの高圧空気をロータ外周に区画されたシール空間に導いている。すなわち、シール空間に高圧空気を絶えず供給することで、シール空間に燃焼ガスが侵入することを防止して、ロータ外周に設けられた部材の焼損を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の構成においては、圧縮機から抽気した高圧空気をタービン静翼に供給するために、圧縮機とタービンとの間を配管で接続し、場合によっては抽気した高圧空気を冷却するためのクーラ等を配設して冷却系を構成している。しかしながら、この冷却系の流路壁面に生じた錆びや塗装膜が配管内に脱落することがあり、この脱段したダストが翼内部の冷却流路に流入してしまうことがある。そして、このダストが冷却通路を閉塞することで高圧空気の流通を阻害し、タービン静翼の冷却不足を招いて焼損させてしまう恐れがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、タービン静翼の焼損を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るタービン静翼の流体供給構造は、ロータの周囲を囲うケーシングと前記ケーシングに支持されたタービン静翼の基端部との間にキャビティが形成され、前記タービン静翼の基端部から前記ロータ側に向けて延びる静翼本体の内部に、前記キャビティを介して外部から流体が供給されるタービン静翼の流体供給構造であって、前記静翼本体は、前記キャビティに開口する冷却流路入口から前記静翼本体の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路と、前記キャビティに開口するシール流路入口から前記ロータの外周に区画されたシール空間まで連通するシール流路とを有し、前記キャビティには、外部から前記キャビティに供給された前記流体を前記シール流路のシール流路入口に案内する案内筒が設けられ、前記キャビティに供給された前記流体の前記冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、キャビティに案内筒が設けられ、冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されているので、流体にダストが含まれていた場合に、ダストが流体に随伴してシール流路入口に案内される。そして、流体に対して相対的に質量が大きくなるダストは、流体と比較して大きい慣性力が作用するので、流れ方向を殆ど変化させずにシール流路入口に流入する。換言すれば、流入経路の折曲部において、ダストが流入経路外に流れていくので、冷却流路入口にダストが到達し難くなる。これにより、冷却流路がダストで閉塞され難くなるので、タービン静翼を長期間安定して継続的に冷却することができる。よって、タービン静翼の焼損を抑制することができる。
【０００９】
また、前記流入経路は、複数回折り曲げられていることを特徴とする。
この構成によれば、流入経路が複数回折り曲げられているので、ダストが更に冷却流路入口に到達し難くなる、
【００１０】
また、前記シール流路入口は、前記キャビティと前記静翼本体とを区画する区画壁に形成され、前記案内筒は、前記ケーシングに形成されていると共に前記流体を前記キャビティに供給する流体供給口から前記シール流路入口に向けて延びていることを特徴とする。
この構成によれば、流体供給口から供給される流体に混入するダストを、シール流路入口に案内することができる。
【００１１】
また、前記冷却流路入口は、前記案内筒の先端開口に比べて前記ケーシング側に開口していることを特徴とする。
この構成によれば、冷却流路入口が案内筒の先端開口に比べてケーシング側に開口しているので、冷却流路入口までの流入経路を簡素な構成で複数回折り曲げることができる。
【００１２】
また、前記シール流路入口の周囲から前記ケーシング側に向けて延び、延在方向の先端開口と前記案内筒の先端開口とを前記主半径方向に重ねて見た場合に、前記延在方向の先端開口が前記案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えることを特徴とする。
この構成によれば、主半径方向に重ねて見た場合に、延在方向の先端開口が案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えるので、案内筒の先端開口から流出したダストがシール流路入口に直接流入しなかったとしても、ダストが拡散することを邪魔して、再度ダストをシール流路入口に案内することができる。
【００１３】
また、前記案内筒は、前記ケーシング側から前記静翼本体側に向かうに従って、前記案内筒の外周側から内周側に向かうスリットが形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、スリットが形成されているので、案内筒を流れる流体が案内筒の内部において開口するスリットの開口部で折れ曲がった後にスリットを通過してキャビティ内に流出することができるのに対して、流体に含まれるダストがスリットの流入部で折れ曲がれずにシール流路入口まで案内される。これにより、シール流路入口にダストを案内しつつ、案内筒の流体流出部を大きく確保することができる。
【００１４】
また、前記案内筒の先端開口は、前記シール流路入口に対向していることを特徴とする。
この構成によれば、案内筒の先端開口が、シール流路入口に対向しているので、流体に含まれるダストをシール流路入口まで、より確実に導くことができる。
【００１５】
また、前記案内筒の先端開口は、その開口面積が前記シール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、案内筒の先端開口が、その開口面積がシール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されているので、案内筒の先端開口まで導いたダストをシール流路入口から外さずに容易に流入させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るタービン静翼の流体供給構造によれば、焼損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの全体構成を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の要部拡大断面図ある。
【図３】本発明の第一実施形態に係る静翼本体３２の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の第一の作用説明図であって、外側キャビティ４０近傍を拡大して示した断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の第二の作用説明図であって、外側キャビティ４０近傍を拡大して示した断面図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る第一変形例のタービンＴ１ａの要部拡大断面図ある。
【図７】本発明の第一実施形態に係る第二変形例のタービンＴ１ｂの要部拡大断面図ある。
【図８】本発明の第二実施形態に係るタービンＴ２の要部拡大断面図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る静翼本体６０の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
＜第一実施形態＞
図１は本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの全体構成を示す概略構成断面図である。
図１に示すように、このガスタービンＧＴは、圧縮機Ｃと複数の燃焼器ＢとタービンＴ１とで概略構成されている。
【００１９】
圧縮機Ｃは、空気を作動流体として取り込んで高圧空気（流体）Ａを生成する。
複数の燃焼器Ｂは、圧縮機Ｃの出口に連通しており、圧縮機Ｃから供給された高圧空気Ａに燃料を混合すると共に燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスＧを発生させる。
タービンＴ１は、燃焼器Ｂから送り出された燃焼ガスＧの熱エネルギ・圧力エネルギをロータ１の回転エネルギに変換する。そして、この回転エネルギをロータ１に連結された発電機（不図示）に伝達する。なお、以下の説明においては、ロータ１の主軸Ｐの延在方向を「主軸方向」、ロータ１の半径方向を「主半径方向」、ロータ１の円周方向を単に「円周方向」と称する。
【００２０】
図２はタービンＴ１の要部拡大断面図ある。
図２に示すように、タービンＴ１は、ロータ１とステータ２とで概略構成されている。
ロータ１は、それぞれの軸方向を主軸方向に向けた状態で重ねられて全体として軸状になった複数のロータディスク１１と、各ロータディスク１１の外周において放射状となるように複数個ずつ配設されたタービン動翼１２とで概略構成されている。複数個のタービン動翼１２は、ロータディスク１１毎に、円周方向に配列されてなる環状動翼列を構成している。
なお、このロータ１は、主軸方向の一端側が圧縮機Ｃのロータと連続している（図１参照）。
【００２１】
ステータ２は、ロータ１の周囲を囲むケーシング２１と、複数のタービン静翼２４とで概略構成されている。
ケーシング２１は、タービンＴ１の内部を外部から区画するケーシング本体２２と、ケーシング本体２２の内周部２２ａに支持された翼環２３とを有している。
【００２２】
翼環２３は、ケーシング本体２２の内周部２２ａにおいて円周方向に延びており、その翼環内周部２３ａにタービン静翼２４を支持していると共に、翼環外周部２３ｂがケーシング本体２２の内周部２２ａとの間に円周方向に延びる翼環フィードホール３を形成している。
この翼環フィードホール３には、圧縮機Ｃの中段とケーシング本体２２とを接続する配管４と、この配管４の途中に配設されたクーラ５（図１参照）とを介して、圧縮機Ｃから抽気した高圧空気Ａが供給されるようになっている。
【００２３】
タービン静翼２４は、各環状動翼列の上流において複数個ずつ放射状に配設されている。この複数個ずつ配設されたタービン静翼２４は、それぞれ下流に隣接する環状動翼列と組（段）をなすように、環状静翼列を構成している。
【００２４】
タービン静翼２４は、主半径方向の外周側においてケーシング２１の翼環２３に支持された外側シュラウド（基端部）３１と、この外側シュラウド３１からロータ１に向けて延びている静翼本体３２と、この静翼本体３２に連続して形成された内側シュラウド３３とを有している。
【００２５】
各タービン静翼２４の外側シュラウド３１は、それぞれ、周方向に向けて延びており、翼環２３との間に外側キャビティ４０を形成している。各外側キャビティ４０は、円周方向に連通することによって全体として環状に連続しており、翼環２３に形成された流体供給口２３ｃを介して翼環フィードホール３に連通している。すなわち、この外側キャビティ４０には、翼環フィードホール３を介して、圧縮機Ｃから抽気した高圧空気Ａが供給されるようになっている。
【００２６】
図３は、静翼本体３２の主半径方向に交差する断面図である。
図３に示すように、各タービン静翼２４は、それぞれの静翼本体３２の内部に、所謂サーペンタイン方式の冷却流路３５と、シールチューブ（シール流路）３６とを有している。
冷却流路３５は、静翼本体３２の内部に形成された内側空間Ｓが、外側シュラウド３１から内側シュラウド３３に向けて延びる前縁側リブ３７と、内側シュラウド３３から外側シュラウド３１に向けて延びる後縁側リブ３８とによって、三つに仕切られることで構成されている。具体的には、冷却流路３５は、静翼本体３２の内壁面と前縁側リブ３７とによって画定された上流流路３５Ａと、静翼本体３２の内壁面と前縁側リブ３７と後縁側リブ３８とによって画定された中流流路３５Ｂと、静翼本体３２の内壁面と後縁側リブ３８とで形成された下流流路３５Ｃとで構成されており、上流流路３５Ａの主半径方向の内周端と中流流路３５Ｂの主半径方向の内周端とが断面視Ｕ字状に転回するようにして連通しており、中流流路３５Ｂの主半径方向の外周端と下流流路３５Ｃの主半径方向の外周端とが断面視Ｕ字状に転回するようにして連通している。
この冷却流路３５は、図２に示すように、外側区画壁（区画壁）３１ａによって外側キャビティ（キャビティ）４０と区画され、内側区画壁３３ｄによって内側キャビティ４５（後述する。）と区画されている。
【００２７】
また、外側区画壁３１ａにおける静翼本体３２の前縁側には、主半径方向に延在して上流流路３５Ａと外側キャビティ４０とを連通させる入口孔３５ａが形成されている。また、図３に示すように、静翼本体３２の後縁側の表面には、主半径方向に亘って複数個のフィルム冷却孔（冷却流路排出口）２５ａが形成されており（図３参照）、外部（ガスパス）と下流流路３５Ｃとを連通させている。このフィルム冷却孔２５ａは、孔径が略１ｍｍ程度と微小に形成されており、シールチューブ３６の管内径よりも小さく形成されている。
【００２８】
このような構成により、図２及び図３において白抜きの矢印で図示するように、入口孔３５ａから冷却流路３５に流入した高圧空気Ａは、上流流路３５Ａを主半径方向の内周側に向けて流れた後にＵ字状（略１８０°）に転回して、中流流路３５Ｂに流入して主半径方向の外周側に向けて流れ、再びＵ字状（略１８０°）に転回して下流流路３５Ｃに流入して主半径方向の内周側に向けて流れ、この下流流路３５Ｃを流れる過程において複数のフィルム冷却孔２５ａから排出される。
【００２９】
各タービン静翼２４の内側シュラウド３３は、それぞれ、周方向に向けて延びており、図２に示すように、主軸方向における端部は、主軸方向において互いに隣接するタービン動翼１２のプラットホーム１２ａの端部との間でシールされている。各内側シュラウド３３は、主軸方向に間隔を空けて二つのフランジ３３ａ，３３ｂが延出しており、一方のフランジ３３ａがシールリング保持環４１に嵌合されている共に、他方のフランジ３３ｂがリテーナ部材４２を介してシールリング保持環４１に係止されている。なお、シールリング保持環４１は、円周方向に連続して環状に形成されており、内周部にシール機構（ラビリンスシール）４１ｂを保持している。
【００３０】
各内側シュラウド３３の内側区画壁３３ｄとシールリング保持環４１とリテーナ部材４２とは、内側キャビティ４５を区画しており、各内側キャビティ４５が円周方向に連続することで全体として環状の空間を形成している。
【００３１】
シールチューブ３６は、外側シュラウド３１と静翼本体３２と内側シュラウド３３とを主半径方向に貫通して、外側キャビティ４０と内側キャビティ４５とを連通させている。
シールチューブ３６のシール流路入口３６ａは、外側キャビティ４０において外側区画壁３１ａに開口し、シール流路出口３６ｂが内側キャビティ４５に開口しており、外側キャビティ４０に流入した高圧空気Ａが内側キャビティ４５に供給されるようになっている。
【００３２】
内側キャビティ４５に供給された高圧空気Ａは、シールリング保持環４１に形成された流出孔４１ａを介して、内側キャビティ４５の外側に区画されたシール空間Ｍに流出するようになっており、ロータ１の周囲の空間を所定の圧力に保つことで燃焼ガスＧがシール空間Ｍに侵入することを防止している。
【００３３】
このタービンＴ１においては、翼環２３に形成された流体供給口２３ｃに接続されると共に、主半径方向の内方側に向けて延びる案内筒５１と、外側シュラウド３１の入口孔３５ａに接合されたガード筒５２とを備えている。
【００３４】
案内筒５１は、漏斗状に形成されており、翼環２３に固定された基端開口５１ａから主半径方向に延在して、その先端開口５１ｂをシールチューブ３６のシール流路入口３６ａに近接対向させている。この案内筒５１の内径は、基端開口５１ａが流体供給口２３ｃと同径に設定される一方で、先端開口５１ｂがシールチューブ３６の管径と同径に設定されており、基端開口５１ａから先端開口５１ｂに向かうに従って漸次縮径されるようになっている。
【００３５】
ガード筒５２は、図２に示すように、その筒軸方向の一端側を、外側シュラウド３１を貫通する入口孔３５ａに挿し込まれた状態で外側シュラウド３１に接合されている。すなわち、ガード筒５２は、外周側の開口が冷却流路入口５２ａとされている。この冷却流路入口５２ａは、外側シュラウド３１の外側区画壁３１ａよりも翼環２３側に突出して開口しており、外側キャビティ４０と冷却流路３５とを連通させている。
【００３６】
なお、図４に示すように、ガード筒５２の冷却流路入口５２ａの端面は、案内筒５１の先端開口５１ｂの端面よりも、主半径方向のより外側に位置させることが望ましい。すなわち、冷却流路入口５２ａの端面の主半径方向の位置が、先端開口５１ｂの端面の主半径方向の位置よりロータ１の主軸Ｐから離れている場合、ガード筒５２に流入する圧縮空気Ａ中のダストＤをより多く除去できる。
【００３７】
次に、上述した構成からなるタービン静翼２４に流通する高圧空気Ａの防塵作用について主に図４及び図５を用いて説明する。
まず、圧縮機Ｃの中段から抽気された高圧空気Ａは、図１及び図２に示すように、配管４及びクーラ５を介して、翼環フィードホール３に流入する。この際、配管４及びクーラ５を介した高圧空気Ａには、配管４表面の結露によって発生していた錆びや流路表面の塗装膜が脱落してダストＤが混入する場合がある。
【００３８】
この高圧空気ＡとダストＤとは、流体供給口２３ｃを通過し、案内筒５１に流入した後に先端開口５１ｂまで案内されて、この先端開口５１ｂから外側キャビティ４０に流出する。
【００３９】
案内筒５１の先端開口５１ｂから流出した高圧空気Ａは、図４に示すように、その一部が外側キャビティ４０を介してシール流路入口３６ａに流入すると共に、図５に示すように、他の一部がシール流路入口３６ａの径方向外方側に拡径するようにして外側キャビティ４０に流出する。
そして、シール流路入口３６ａの径方向外方側に拡径するようにして流出した高圧空気Ａは、案内筒５１の先端開口５１ｂから折れ曲がって主半径方向を外方側に向かった後に、再度ガード筒５２の冷却流路入口５２ａに対して折れ曲がってガード筒５２の内部に流入し、冷却流路３５を下流側に向けて流れていく。
【００４０】
一方、高圧空気Ａに随伴して案内筒５１の先端開口５１ｂから流出したダストＤは、高圧空気Ａに比べて質量が大きいことから、比較的に大きな慣性力が作用する。すなわち、図４に示すように、ダストＤは、案内筒５１によって案内された流れ方向が変わり難く、案内筒５１の先端開口５１ｂに対向するシール流路入口３６ａから殆ど外れずに、シール流路入口３６ａに流入していく。
また、図５に示すように、仮にガード筒５２の冷却流路入口５２ａに向かう高圧空気ＡにダストＤが混入していたとしても、冷却流路入口５２ａに向かう流れ方向が変わり難いことから、冷却流路入口５２ａの上流において冷却流路入口５２ａに対して折れ曲がらずに、冷却流路入口５２ａを通過する、そして、最終的に外側キャビティ４０の内壁（例えば、外側シュラウド３１の外側区画壁３１ａ）に落下する。
このようにして、ダストＤが高圧空気Ａに混入していたとしても、冷却流路３５に流入するダストＤが殆どなくなる。そして、冷却流路３５は、ダストＤによってフィルム冷却孔２５ａが閉塞することなく、高圧空気Ａを安定して流通させ、タービン静翼２５を継続して冷却する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の第一実施形態によれば、外側キャビティ４０に案内筒５１が設けられているので、高圧空気ＡにダストＤが含まれていた場合に、ダストＤが高圧空気Ａに随伴してシール流路入口３６ａに案内される。そして、高圧空気Ａに対して相対的に質量が大きくなるダストＤは、高圧空気Ａと比較して大きい慣性力が作用するので、流れ方向を殆ど変化させずにシール流路入口３６ａに流入する。
換言すれば、案内筒５１の先端開口５１ｂの下流（流入経路の折曲部）において、ダストＤが流入経路外に流れていくので、冷却流路入口５２ａにダストＤが到達し難くなる。これにより、冷却流路３５がダストＤで閉塞され難くなるので、タービン静翼２４を長期間安定して継続的に冷却することができる。よって、タービン静翼２４の焼損を抑制することができる。
【００４２】
また、流入経路が案内筒５１の先端開口５１ｂの下流と冷却流路入口５２ａの上流とで二回折り曲げられているので、冷却流路入口５２ａにダストＤが更に到達し難くなる。
また、冷却流路入口５２ａが案内筒５１の先端開口５１ｂに比べてケーシング２１側に開口しているので、冷却流路入口５２ａまでの流入経路を簡素な構成で複数回折り曲げることができる。さらに、先端開口５１ｂを通過して外側区画壁３１ａに落下したダストＤから先端開口５１ｂが離間するので、外側区画壁３１ａに落下したダストＤが冷却流路入口５２ａに流入するのを十全に防止することができる。
【００４３】
また、案内筒５１の先端開口５１ｂが、シール流路入口３６ａに対向しているので、高圧空気Ａに含まれるダストＤをシール流路入口３６ａに確実に導くことができる。
【００４４】
また、案内筒５１の先端開口５１ｂがシールチューブ３６の管径と同径に設定されており、先端開口５１ｂの開口面積がシール流路入口３６ａの開口面積の大きさと同じ大きさに形成されているので、案内筒５１の先端開口５１ｂまで導いたダストＤをシール流路入口３６ａから外さずにシール流路入口３６ａに流入させることができる。
なお、案内筒５１の先端開口５１ｂの開口面積を、シール流路入口３６ａの開口面積よりも小さく形成すれば、案内筒５１の先端開口５１ｂまで導いたダストＤがシール流路入口３６ａから更に外れ難くなり、ダストＤをシール流路入口３６ａにより確実に流入させることができる。
【００４５】
＜第一実施形態の第一変形例＞
図６は、上述した第一実施形態の第一変形例であるタービンＴ１ａの要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図６に示すように、このタービンＴ１ａは、シール流路入口３６ａの周囲から翼環２３側に向けて延び、延在方向の先端開口５３ｂと案内筒５１の先端開口５１ｂとを主半径方向に重ねて見た場合に、案内筒５１の先端開口５１ｂの周囲を囲うサポート筒５３を備えている。
サポート筒５３は、漏斗状に形成されており、先細りになった基端開口５３ａをシール流路入口３６ａに接続させている一方、拡径された先端開口５３ｂ側で案内筒５１の周囲を覆っている。
【００４７】
この変形例によれば、案内筒５１の先端開口５１ｂ側の周囲を囲うサポート筒５３を備えるので、案内筒５１の先端開口５１ｂから流出したダストＤがシール流路入口３６ａから外れたとしても、シール流路入口３６ａの径方向に拡散することを邪魔して、再度シール流路入口３６ａにダストＤを導くことができる。
【００４８】
＜第一実施形態の第二変形例＞
図７は、上述した第一実施形態の第二変形例であるタービンＴ１ｂの要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図７に示すように、このタービンＴ１ｂは、ガード筒５２が省略されていると共に、案内筒５１に代えてシール流路入口３６ａの周囲から翼環２３側に向けて筒状に延びる慣性フィルタ（案内筒）５４を備えている。
この慣性フィルタ５４は、その軸方向を主半径方向に向けた状態で、相対的に大径に形成されたフィルタ基端開口５４ａが流体供給口２３ｃの周囲に固定されていると共に、相対的に小径に形成されたフィルタ先端開口（先端開口）５４ｂがシール流路入口３６ａに対向配置されている。
【００５０】
この慣性フィルタ５４は、基端開口から先端開口に向けて漸次縮径する傘部材５４ｃが、それぞれの先端開口をシール流路入口３６ａに向けた状態で四つ重ねられて構成されている。そして、相互に隣接する二つの傘部材５４ｃのうちシール流路入口３６ａ側に位置する一方の傘部材５４ｃの先端開口が、他方の傘部材５４ｃの基端開口の内部に位置させることで、これら二つの傘部材５４ｃの間にスリット５４ｄが構成されている。すなわち、このスリット５４ｄは、フィルタ基端開口５４ａ側からフィルタ先端開口５４ｂ側に向かうに従って、慣性フィルタ５４の外周側から内周側に向かうように形成されている。
なお、慣性フィルタ５４は、主半径方向の内周端における傘部材５４ｃの先端開口がフィルタ先端開口５４ｂとなっており、主半径方向の外周端における傘部材５４ｃの基端開口がフィルタ基端開口５４ａとなっている。
変形例においては、ガード筒５２が省略されていることから、入口孔３５ａが冷却流路３５の冷却流路入口として機能することとなる。
【００５１】
この変形例によれば、案内筒５１（慣性フィルタ５４）にスリット５４ｄが形成されているので、フィルタ基端開口５４ａにおいて折り曲げられた流入経路の他に、案内筒５１の内部に開口するスリット５４ｄの開口部において折り曲げられた流入経路が加わることとなる。これにより、案内筒５１を流れる高圧空気Ａが、案内筒５１のスリット５４ｄの開口部で折れ曲がった後にスリット５４ｄを通過して外側キャビティ４０内に流出することができるのに対して、高圧空気Ａに含まれるダストＤがスリット５４ｄの開口部で折れ曲がれずにシール流路入口３６ａまで順次案内される。これにより、シール流路入口３６ａにダストＤを案内しつつ、案内筒５１の高圧空気Ａの流出部を大きく確保することができる。
なお、本変形例においても、サポート筒５３を用いてもよい。
【００５２】
＜第二実施形態＞
図８は、本発明の第二実施形態に係るタービンＴ２の要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
上述したタービンＴ１が所謂サーペンタイン方式の冷却構造を採用したタービン静翼２４を備えていたのに対し、本実施形態に係るタービンＴ２は、図８に示すように、所謂インピンジメント冷却構造を採用したタービン静翼２５を有している。
タービン静翼２５は、図８に示すように、外側シュラウド３１と静翼本体６０と内側シュラウド３３とを有している。
【００５４】
図９は、静翼本体６０の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
各タービン静翼２５は、図９に示すように、翼表面にインピンジ孔（冷却流路排出口）２５ａが多数形成されている。各タービン静翼２５は、内側空間Ｓがリブ６１によって前縁側空間６２と後縁側空間６３とに区画されている。
これら前縁側空間６２と後縁側空間６３とには、それぞれ、インサート部材７２，７３が挿入されている。
【００５５】
インサート部材７２，７３は、それぞれ中空状に形成されており、それぞれの表面に多数のインピンジメント孔７２ａ，７３ａが形成されている。
【００５６】
インサート部材７２は、外側シュラウド３１に接合されたガード筒５２に連通しており、外側キャビティ４０に供給された高圧空気Ａがガード筒５２を介して供給されるようになっている。つまり、外側区画壁３１ａに開口する冷却流路入口５２ａから静翼本体６０の表面に開口するフィルム冷却孔２５ａまで連通する冷却流路７５が形成されている。具体的には、冷却流路７５の高圧空気Ａは、ガード筒５２を介してインサート部材７２に流入した後にインピンジメント孔７２ａから噴出し、前縁側空間６２の内面に衝突して静翼本体６０を冷却する。そして、フィルム冷却孔２５ａから静翼本体６０の外部に流出した後に表面に沿って流れることにより、静翼本体６０をフィルム冷却する。
【００５７】
同様に、インサート部材７３は、外側キャビティ４０の高圧空気Ａがガード筒５５を介して供給されるようになっている。ガード筒５５は、その筒軸方向の一端側が外側区画壁３１ａを貫通する入口孔３５ｃに挿し込まれた状態で外側区画壁３１ａに接合されている。
すなわち、外側キャビティ４０に開口する冷却流路入口５５ａから静翼本体６０の表面に開口するフィルム冷却孔２５ａまで連通する冷却流路７６が形成されている。具体的には、冷却流路７６の高圧空気Ａは、ガード筒５５を介してインサート部材７３に流入した後にインピンジメント孔７３ａから噴出し、後縁側空間６３の内面に衝突して静翼本体６０を冷却する。そして、フィルム冷却孔２５ａから静翼本体６０の外部に流出した後に表面に沿って流れることにより、静翼本体６０をフィルム冷却する。
【００５８】
この構成によれば、外側キャビティ４０に供給された高圧空気Ａの冷却流路入口５２ａ，５５ａまでの各流入経路が、案内筒５１の先端開口５１ｂと、冷却流路入口５２ａ，５５ａとの二箇所でそれぞれ折り曲げられているので、上述した第一実施形態の主要な効果と同様の効果を得ることができる。
特に、インピンジメント孔７２ａ，７３ａが閉塞すると、前縁側空間６２と後縁側空間６３との圧力が低下して、燃焼ガスＧが前縁側空間６２と後縁側空間６３とに逆流する恐れがあるが、本実施形態によって有効に阻止することが可能である。
【００５９】
本実施形態においても、上述した第一実施形態と同様に、サポート筒５３を用いてもよいし、案内筒５１に代えて慣性フィルタ５４を用いてもよい。
また、静翼本体６０の内側空間Ｓは、三つ以上に仕切ってもよく、必ずしも仕切る必要はない。
【００６０】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、外側キャビティ４０を円周方向に連通させる構成としたが、必ずしも連通させる必要はなく仕切ってもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、案内筒５１を漏斗状に形成したが、真直筒状に形成してもよい。
また、上述した実施の形態では、案内筒５１，慣性フィルタ５４を翼環２３から独立した部材として構成したが、翼環２３と一体的に形成してもよい。同様に、シールチューブ３６，サポート筒５３をタービン静翼２４，２５と一体的に形成してもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、産業用（より詳しくは発電用）のガスタービンＧＴに本発明を適用したが、航空機のガスタービンに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…ロータ
２１…ケーシング
２３ｃ…流体供給口
２４，２５…タービン静翼
２５ａ…フィルム冷却孔（冷却流路排出口）
３１…外側シュラウド（基端部）
３１ａ…外側区画壁（区画壁）
３２…静翼本体
３５…冷却流路
３５ａ…入口孔（冷却流路入口）
３６…シールチューブ（シール流路）
３６ａ…シール流路入口
４０…外側キャビティ（キャビティ）
５１…案内筒
５１ｂ…先端開口
５２ａ…冷却流路入口
５３…サポート筒
５４…慣性フィルタ（案内筒）
５４ｂ…フィルタ先端開口（先端開口）
５４ｄ…スリット
５５ａ…冷却流路入口
６０…静翼本体
７５，７６…冷却流路
ＧＴ…ガスタービン
Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２…タービン
Ａ…圧縮空気（流体）
Ｄ…ダスト
Ｍ…シール空間
Ｐ…主軸
Ｓ…内側空間（内側）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン静翼の流体供給構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、各種産業や航空機に用いられているガスタービンにおいては、タービンを構成する各構成部材が高温の燃焼ガスに曝されることとなる。このため、タービンの構成部材の焼損を防ぐために、種々の技術が用いられている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１のタービン静翼は、ケーシングに支持されると共にケーシングとの間にキャビティを形成する基端部と、この基端部からロータに向けて延びると共に、その内部に冷却流路が形成された静翼本体とを備えている。この冷却流路は、キャビティに開口する冷却流路入口から静翼本体の後縁表面に開口するフィルム冷却口まで連通しており、上述したキャビティを介して、圧縮機から抽気した高圧空気が導入されるようになっている。そして、冷却流路入口からフィルム冷却口まで流れる高圧空気で静翼本体を冷却させると共に、この高圧空気をフィルム冷却口から排出して後縁表面をフィルム冷却することで、静翼本体の焼損を防止している。
【０００４】
また、下記特許文献１のタービン静翼は、キャビティからロータ近傍までシールチューブが延びており、このシールチューブを介してキャビティの高圧空気をロータ外周に区画されたシール空間に導いている。すなわち、シール空間に高圧空気を絶えず供給することで、シール空間に燃焼ガスが侵入することを防止して、ロータ外周に設けられた部材の焼損を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の構成においては、圧縮機から抽気した高圧空気をタービン静翼に供給するために、圧縮機とタービンとの間を配管で接続し、場合によっては抽気した高圧空気を冷却するためのクーラ等を配設して冷却系を構成している。しかしながら、この冷却系の流路壁面に生じた錆びや塗装膜が配管内に脱落することがあり、この脱段したダストが翼内部の冷却流路に流入してしまうことがある。そして、このダストが冷却通路を閉塞することで高圧空気の流通を阻害し、タービン静翼の冷却不足を招いて焼損させてしまう恐れがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、タービン静翼の焼損を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るタービン静翼の流体供給構造は、ロータの周囲を囲うケーシングと前記ケーシングに支持されたタービン静翼の基端部との間にキャビティが形成され、前記タービン静翼の基端部から前記ロータ側に向けて延びる静翼本体の内部に、前記キャビティを介して外部から流体が供給されるタービン静翼の流体供給構造であって、前記静翼本体は、前記キャビティに開口する冷却流路入口から前記静翼本体の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路と、前記キャビティに開口するシール流路入口から前記ロータの外周に区画されたシール空間まで連通するシール流路とを有し、前記キャビティには、外部から前記キャビティに供給された前記流体を前記シール流路のシール流路入口に案内する案内筒が設けられ、前記キャビティに供給された前記流体の前記冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、キャビティに案内筒が設けられ、冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されているので、流体にダストが含まれていた場合に、ダストが流体に随伴してシール流路入口に案内される。そして、流体に対して相対的に質量が大きくなるダストは、流体と比較して大きい慣性力が作用するので、流れ方向を殆ど変化させずにシール流路入口に流入する。換言すれば、流入経路の折曲部において、ダストが流入経路外に流れていくので、冷却流路入口にダストが到達し難くなる。これにより、冷却流路がダストで閉塞され難くなるので、タービン静翼を長期間安定して継続的に冷却することができる。よって、タービン静翼の焼損を抑制することができる。
【０００９】
また、前記流入経路は、複数回折り曲げられていることを特徴とする。
この構成によれば、流入経路が複数回折り曲げられているので、ダストが更に冷却流路入口に到達し難くなる、
【００１０】
また、前記シール流路入口は、前記キャビティと前記静翼本体とを区画する区画壁に形成され、前記案内筒は、前記ケーシングに形成されていると共に前記流体を前記キャビティに供給する流体供給口から前記シール流路入口に向けて延びていることを特徴とする。
この構成によれば、流体供給口から供給される流体に混入するダストを、シール流路入口に案内することができる。
【００１１】
また、前記冷却流路入口は、前記案内筒の先端開口に比べて前記ケーシング側に開口していることを特徴とする。
この構成によれば、冷却流路入口が案内筒の先端開口に比べてケーシング側に開口しているので、冷却流路入口までの流入経路を簡素な構成で複数回折り曲げることができる。
【００１２】
また、前記シール流路入口の周囲から前記ケーシング側に向けて延び、延在方向の先端開口と前記案内筒の先端開口とを前記主半径方向に重ねて見た場合に、前記延在方向の先端開口が前記案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えることを特徴とする。
この構成によれば、主半径方向に重ねて見た場合に、延在方向の先端開口が案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えるので、案内筒の先端開口から流出したダストがシール流路入口に直接流入しなかったとしても、ダストが拡散することを邪魔して、再度ダストをシール流路入口に案内することができる。
【００１３】
また、前記案内筒は、前記ケーシング側から前記静翼本体側に向かうに従って、前記案内筒の外周側から内周側に向かうスリットが形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、スリットが形成されているので、案内筒を流れる流体が案内筒の内部において開口するスリットの開口部で折れ曲がった後にスリットを通過してキャビティ内に流出することができるのに対して、流体に含まれるダストがスリットの流入部で折れ曲がれずにシール流路入口まで案内される。これにより、シール流路入口にダストを案内しつつ、案内筒の流体流出部を大きく確保することができる。
【００１４】
また、前記案内筒の先端開口は、前記シール流路入口に対向していることを特徴とする。
この構成によれば、案内筒の先端開口が、シール流路入口に対向しているので、流体に含まれるダストをシール流路入口まで、より確実に導くことができる。
【００１５】
また、前記案内筒の先端開口は、その開口面積が前記シール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、案内筒の先端開口が、その開口面積がシール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されているので、案内筒の先端開口まで導いたダストをシール流路入口から外さずに容易に流入させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るタービン静翼の流体供給構造によれば、焼損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの全体構成を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の要部拡大断面図ある。
【図３】本発明の第一実施形態に係る静翼本体３２の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の第一の作用説明図であって、外側キャビティ４０近傍を拡大して示した断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係るタービンＴ１の第二の作用説明図であって、外側キャビティ４０近傍を拡大して示した断面図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る第一変形例のタービンＴ１ａの要部拡大断面図ある。
【図７】本発明の第一実施形態に係る第二変形例のタービンＴ１ｂの要部拡大断面図ある。
【図８】本発明の第二実施形態に係るタービンＴ２の要部拡大断面図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る静翼本体６０の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
＜第一実施形態＞
図１は本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの全体構成を示す概略構成断面図である。
図１に示すように、このガスタービンＧＴは、圧縮機Ｃと複数の燃焼器ＢとタービンＴ１とで概略構成されている。
【００１９】
圧縮機Ｃは、空気を作動流体として取り込んで高圧空気（流体）Ａを生成する。
複数の燃焼器Ｂは、圧縮機Ｃの出口に連通しており、圧縮機Ｃから供給された高圧空気Ａに燃料を混合すると共に燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスＧを発生させる。
タービンＴ１は、燃焼器Ｂから送り出された燃焼ガスＧの熱エネルギ・圧力エネルギをロータ１の回転エネルギに変換する。そして、この回転エネルギをロータ１に連結された発電機（不図示）に伝達する。なお、以下の説明においては、ロータ１の主軸Ｐの延在方向を「主軸方向」、ロータ１の半径方向を「主半径方向」、ロータ１の円周方向を単に「円周方向」と称する。
【００２０】
図２はタービンＴ１の要部拡大断面図ある。
図２に示すように、タービンＴ１は、ロータ１とステータ２とで概略構成されている。
ロータ１は、それぞれの軸方向を主軸方向に向けた状態で重ねられて全体として軸状になった複数のロータディスク１１と、各ロータディスク１１の外周において放射状となるように複数個ずつ配設されたタービン動翼１２とで概略構成されている。複数個のタービン動翼１２は、ロータディスク１１毎に、円周方向に配列されてなる環状動翼列を構成している。
なお、このロータ１は、主軸方向の一端側が圧縮機Ｃのロータと連続している（図１参照）。
【００２１】
ステータ２は、ロータ１の周囲を囲むケーシング２１と、複数のタービン静翼２４とで概略構成されている。
ケーシング２１は、タービンＴ１の内部を外部から区画するケーシング本体２２と、ケーシング本体２２の内周部２２ａに支持された翼環２３とを有している。
【００２２】
翼環２３は、ケーシング本体２２の内周部２２ａにおいて円周方向に延びており、その翼環内周部２３ａにタービン静翼２４を支持していると共に、翼環外周部２３ｂがケーシング本体２２の内周部２２ａとの間に円周方向に延びる翼環フィードホール３を形成している。
この翼環フィードホール３には、圧縮機Ｃの中段とケーシング本体２２とを接続する配管４と、この配管４の途中に配設されたクーラ５（図１参照）とを介して、圧縮機Ｃから抽気した高圧空気Ａが供給されるようになっている。
【００２３】
タービン静翼２４は、各環状動翼列の上流において複数個ずつ放射状に配設されている。この複数個ずつ配設されたタービン静翼２４は、それぞれ下流に隣接する環状動翼列と組（段）をなすように、環状静翼列を構成している。
【００２４】
タービン静翼２４は、主半径方向の外周側においてケーシング２１の翼環２３に支持された外側シュラウド（基端部）３１と、この外側シュラウド３１からロータ１に向けて延びている静翼本体３２と、この静翼本体３２に連続して形成された内側シュラウド３３とを有している。
【００２５】
各タービン静翼２４の外側シュラウド３１は、それぞれ、周方向に向けて延びており、翼環２３との間に外側キャビティ４０を形成している。各外側キャビティ４０は、円周方向に連通することによって全体として環状に連続しており、翼環２３に形成された流体供給口２３ｃを介して翼環フィードホール３に連通している。すなわち、この外側キャビティ４０には、翼環フィードホール３を介して、圧縮機Ｃから抽気した高圧空気Ａが供給されるようになっている。
【００２６】
図３は、静翼本体３２の主半径方向に交差する断面図である。
図３に示すように、各タービン静翼２４は、それぞれの静翼本体３２の内部に、所謂サーペンタイン方式の冷却流路３５と、シールチューブ（シール流路）３６とを有している。
冷却流路３５は、静翼本体３２の内部に形成された内側空間Ｓが、外側シュラウド３１から内側シュラウド３３に向けて延びる前縁側リブ３７と、内側シュラウド３３から外側シュラウド３１に向けて延びる後縁側リブ３８とによって、三つに仕切られることで構成されている。具体的には、冷却流路３５は、静翼本体３２の内壁面と前縁側リブ３７とによって画定された上流流路３５Ａと、静翼本体３２の内壁面と前縁側リブ３７と後縁側リブ３８とによって画定された中流流路３５Ｂと、静翼本体３２の内壁面と後縁側リブ３８とで形成された下流流路３５Ｃとで構成されており、上流流路３５Ａの主半径方向の内周端と中流流路３５Ｂの主半径方向の内周端とが断面視Ｕ字状に転回するようにして連通しており、中流流路３５Ｂの主半径方向の外周端と下流流路３５Ｃの主半径方向の外周端とが断面視Ｕ字状に転回するようにして連通している。
この冷却流路３５は、図２に示すように、外側区画壁（区画壁）３１ａによって外側キャビティ（キャビティ）４０と区画され、内側区画壁３３ｄによって内側キャビティ４５（後述する。）と区画されている。
【００２７】
また、外側区画壁３１ａにおける静翼本体３２の前縁側には、主半径方向に延在して上流流路３５Ａと外側キャビティ４０とを連通させる入口孔３５ａが形成されている。また、図３に示すように、静翼本体３２の後縁側の表面には、主半径方向に亘って複数個のフィルム冷却孔（冷却流路排出口）２５ａが形成されており（図３参照）、外部（ガスパス）と下流流路３５Ｃとを連通させている。このフィルム冷却孔２５ａは、孔径が略１ｍｍ程度と微小に形成されており、シールチューブ３６の管内径よりも小さく形成されている。
【００２８】
このような構成により、図２及び図３において白抜きの矢印で図示するように、入口孔３５ａから冷却流路３５に流入した高圧空気Ａは、上流流路３５Ａを主半径方向の内周側に向けて流れた後にＵ字状（略１８０°）に転回して、中流流路３５Ｂに流入して主半径方向の外周側に向けて流れ、再びＵ字状（略１８０°）に転回して下流流路３５Ｃに流入して主半径方向の内周側に向けて流れ、この下流流路３５Ｃを流れる過程において複数のフィルム冷却孔２５ａから排出される。
【００２９】
各タービン静翼２４の内側シュラウド３３は、それぞれ、周方向に向けて延びており、図２に示すように、主軸方向における端部は、主軸方向において互いに隣接するタービン動翼１２のプラットホーム１２ａの端部との間でシールされている。各内側シュラウド３３は、主軸方向に間隔を空けて二つのフランジ３３ａ，３３ｂが延出しており、一方のフランジ３３ａがシールリング保持環４１に嵌合されている共に、他方のフランジ３３ｂがリテーナ部材４２を介してシールリング保持環４１に係止されている。なお、シールリング保持環４１は、円周方向に連続して環状に形成されており、内周部にシール機構（ラビリンスシール）４１ｂを保持している。
【００３０】
各内側シュラウド３３の内側区画壁３３ｄとシールリング保持環４１とリテーナ部材４２とは、内側キャビティ４５を区画しており、各内側キャビティ４５が円周方向に連続することで全体として環状の空間を形成している。
【００３１】
シールチューブ３６は、外側シュラウド３１と静翼本体３２と内側シュラウド３３とを主半径方向に貫通して、外側キャビティ４０と内側キャビティ４５とを連通させている。
シールチューブ３６のシール流路入口３６ａは、外側キャビティ４０において外側区画壁３１ａに開口し、シール流路出口３６ｂが内側キャビティ４５に開口しており、外側キャビティ４０に流入した高圧空気Ａが内側キャビティ４５に供給されるようになっている。
【００３２】
内側キャビティ４５に供給された高圧空気Ａは、シールリング保持環４１に形成された流出孔４１ａを介して、内側キャビティ４５の外側に区画されたシール空間Ｍに流出するようになっており、ロータ１の周囲の空間を所定の圧力に保つことで燃焼ガスＧがシール空間Ｍに侵入することを防止している。
【００３３】
このタービンＴ１においては、翼環２３に形成された流体供給口２３ｃに接続されると共に、主半径方向の内方側に向けて延びる案内筒５１と、外側シュラウド３１の入口孔３５ａに接合されたガード筒５２とを備えている。
【００３４】
案内筒５１は、漏斗状に形成されており、翼環２３に固定された基端開口５１ａから主半径方向に延在して、その先端開口５１ｂをシールチューブ３６のシール流路入口３６ａに近接対向させている。この案内筒５１の内径は、基端開口５１ａが流体供給口２３ｃと同径に設定される一方で、先端開口５１ｂがシールチューブ３６の管径と同径に設定されており、基端開口５１ａから先端開口５１ｂに向かうに従って漸次縮径されるようになっている。
【００３５】
ガード筒５２は、図２に示すように、その筒軸方向の一端側を、外側シュラウド３１を貫通する入口孔３５ａに挿し込まれた状態で外側シュラウド３１に接合されている。すなわち、ガード筒５２は、外周側の開口が冷却流路入口５２ａとされている。この冷却流路入口５２ａは、外側シュラウド３１の外側区画壁３１ａよりも翼環２３側に突出して開口しており、外側キャビティ４０と冷却流路３５とを連通させている。
【００３６】
なお、図４に示すように、ガード筒５２の冷却流路入口５２ａの端面は、案内筒５１の先端開口５１ｂの端面よりも、主半径方向のより外側に位置させることが望ましい。すなわち、冷却流路入口５２ａの端面の主半径方向の位置が、先端開口５１ｂの端面の主半径方向の位置よりロータ１の主軸Ｐから離れている場合、ガード筒５２に流入する圧縮空気Ａ中のダストＤをより多く除去できる。
【００３７】
次に、上述した構成からなるタービン静翼２４に流通する高圧空気Ａの防塵作用について主に図４及び図５を用いて説明する。
まず、圧縮機Ｃの中段から抽気された高圧空気Ａは、図１及び図２に示すように、配管４及びクーラ５を介して、翼環フィードホール３に流入する。この際、配管４及びクーラ５を介した高圧空気Ａには、配管４表面の結露によって発生していた錆びや流路表面の塗装膜が脱落してダストＤが混入する場合がある。
【００３８】
この高圧空気ＡとダストＤとは、流体供給口２３ｃを通過し、案内筒５１に流入した後に先端開口５１ｂまで案内されて、この先端開口５１ｂから外側キャビティ４０に流出する。
【００３９】
案内筒５１の先端開口５１ｂから流出した高圧空気Ａは、図４に示すように、その一部が外側キャビティ４０を介してシール流路入口３６ａに流入すると共に、図５に示すように、他の一部がシール流路入口３６ａの径方向外方側に拡径するようにして外側キャビティ４０に流出する。
そして、シール流路入口３６ａの径方向外方側に拡径するようにして流出した高圧空気Ａは、案内筒５１の先端開口５１ｂから折れ曲がって主半径方向を外方側に向かった後に、再度ガード筒５２の冷却流路入口５２ａに対して折れ曲がってガード筒５２の内部に流入し、冷却流路３５を下流側に向けて流れていく。
【００４０】
一方、高圧空気Ａに随伴して案内筒５１の先端開口５１ｂから流出したダストＤは、高圧空気Ａに比べて質量が大きいことから、比較的に大きな慣性力が作用する。すなわち、図４に示すように、ダストＤは、案内筒５１によって案内された流れ方向が変わり難く、案内筒５１の先端開口５１ｂに対向するシール流路入口３６ａから殆ど外れずに、シール流路入口３６ａに流入していく。
また、図５に示すように、仮にガード筒５２の冷却流路入口５２ａに向かう高圧空気ＡにダストＤが混入していたとしても、冷却流路入口５２ａに向かう流れ方向が変わり難いことから、冷却流路入口５２ａの上流において冷却流路入口５２ａに対して折れ曲がらずに、冷却流路入口５２ａを通過する、そして、最終的に外側キャビティ４０の内壁（例えば、外側シュラウド３１の外側区画壁３１ａ）に落下する。
このようにして、ダストＤが高圧空気Ａに混入していたとしても、冷却流路３５に流入するダストＤが殆どなくなる。そして、冷却流路３５は、ダストＤによってフィルム冷却孔２５ａが閉塞することなく、高圧空気Ａを安定して流通させ、タービン静翼２５を継続して冷却する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の第一実施形態によれば、外側キャビティ４０に案内筒５１が設けられているので、高圧空気ＡにダストＤが含まれていた場合に、ダストＤが高圧空気Ａに随伴してシール流路入口３６ａに案内される。そして、高圧空気Ａに対して相対的に質量が大きくなるダストＤは、高圧空気Ａと比較して大きい慣性力が作用するので、流れ方向を殆ど変化させずにシール流路入口３６ａに流入する。
換言すれば、案内筒５１の先端開口５１ｂの下流（流入経路の折曲部）において、ダストＤが流入経路外に流れていくので、冷却流路入口５２ａにダストＤが到達し難くなる。これにより、冷却流路３５がダストＤで閉塞され難くなるので、タービン静翼２４を長期間安定して継続的に冷却することができる。よって、タービン静翼２４の焼損を抑制することができる。
【００４２】
また、流入経路が案内筒５１の先端開口５１ｂの下流と冷却流路入口５２ａの上流とで二回折り曲げられているので、冷却流路入口５２ａにダストＤが更に到達し難くなる。
また、冷却流路入口５２ａが案内筒５１の先端開口５１ｂに比べてケーシング２１側に開口しているので、冷却流路入口５２ａまでの流入経路を簡素な構成で複数回折り曲げることができる。さらに、先端開口５１ｂを通過して外側区画壁３１ａに落下したダストＤから先端開口５１ｂが離間するので、外側区画壁３１ａに落下したダストＤが冷却流路入口５２ａに流入するのを十全に防止することができる。
【００４３】
また、案内筒５１の先端開口５１ｂが、シール流路入口３６ａに対向しているので、高圧空気Ａに含まれるダストＤをシール流路入口３６ａに確実に導くことができる。
【００４４】
また、案内筒５１の先端開口５１ｂがシールチューブ３６の管径と同径に設定されており、先端開口５１ｂの開口面積がシール流路入口３６ａの開口面積の大きさと同じ大きさに形成されているので、案内筒５１の先端開口５１ｂまで導いたダストＤをシール流路入口３６ａから外さずにシール流路入口３６ａに流入させることができる。
なお、案内筒５１の先端開口５１ｂの開口面積を、シール流路入口３６ａの開口面積よりも小さく形成すれば、案内筒５１の先端開口５１ｂまで導いたダストＤがシール流路入口３６ａから更に外れ難くなり、ダストＤをシール流路入口３６ａにより確実に流入させることができる。
【００４５】
＜第一実施形態の第一変形例＞
図６は、上述した第一実施形態の第一変形例であるタービンＴ１ａの要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図６に示すように、このタービンＴ１ａは、シール流路入口３６ａの周囲から翼環２３側に向けて延び、延在方向の先端開口５３ｂと案内筒５１の先端開口５１ｂとを主半径方向に重ねて見た場合に、案内筒５１の先端開口５１ｂの周囲を囲うサポート筒５３を備えている。
サポート筒５３は、漏斗状に形成されており、先細りになった基端開口５３ａをシール流路入口３６ａに接続させている一方、拡径された先端開口５３ｂ側で案内筒５１の周囲を覆っている。
【００４７】
この変形例によれば、案内筒５１の先端開口５１ｂ側の周囲を囲うサポート筒５３を備えるので、案内筒５１の先端開口５１ｂから流出したダストＤがシール流路入口３６ａから外れたとしても、シール流路入口３６ａの径方向に拡散することを邪魔して、再度シール流路入口３６ａにダストＤを導くことができる。
【００４８】
＜第一実施形態の第二変形例＞
図７は、上述した第一実施形態の第二変形例であるタービンＴ１ｂの要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図７に示すように、このタービンＴ１ｂは、ガード筒５２が省略されていると共に、案内筒５１に代えてシール流路入口３６ａの周囲から翼環２３側に向けて筒状に延びる慣性フィルタ（案内筒）５４を備えている。
この慣性フィルタ５４は、その軸方向を主半径方向に向けた状態で、相対的に大径に形成されたフィルタ基端開口５４ａが流体供給口２３ｃの周囲に固定されていると共に、相対的に小径に形成されたフィルタ先端開口（先端開口）５４ｂがシール流路入口３６ａに対向配置されている。
【００５０】
この慣性フィルタ５４は、基端開口から先端開口に向けて漸次縮径する傘部材５４ｃが、それぞれの先端開口をシール流路入口３６ａに向けた状態で四つ重ねられて構成されている。そして、相互に隣接する二つの傘部材５４ｃのうちシール流路入口３６ａ側に位置する一方の傘部材５４ｃの先端開口が、他方の傘部材５４ｃの基端開口の内部に位置させることで、これら二つの傘部材５４ｃの間にスリット５４ｄが構成されている。すなわち、このスリット５４ｄは、フィルタ基端開口５４ａ側からフィルタ先端開口５４ｂ側に向かうに従って、慣性フィルタ５４の外周側から内周側に向かうように形成されている。
なお、慣性フィルタ５４は、主半径方向の内周端における傘部材５４ｃの先端開口がフィルタ先端開口５４ｂとなっており、主半径方向の外周端における傘部材５４ｃの基端開口がフィルタ基端開口５４ａとなっている。
変形例においては、ガード筒５２が省略されていることから、入口孔３５ａが冷却流路３５の冷却流路入口として機能することとなる。
【００５１】
この変形例によれば、案内筒５１（慣性フィルタ５４）にスリット５４ｄが形成されているので、フィルタ基端開口５４ａにおいて折り曲げられた流入経路の他に、案内筒５１の内部に開口するスリット５４ｄの開口部において折り曲げられた流入経路が加わることとなる。これにより、案内筒５１を流れる高圧空気Ａが、案内筒５１のスリット５４ｄの開口部で折れ曲がった後にスリット５４ｄを通過して外側キャビティ４０内に流出することができるのに対して、高圧空気Ａに含まれるダストＤがスリット５４ｄの開口部で折れ曲がれずにシール流路入口３６ａまで順次案内される。これにより、シール流路入口３６ａにダストＤを案内しつつ、案内筒５１の高圧空気Ａの流出部を大きく確保することができる。
なお、本変形例においても、サポート筒５３を用いてもよい。
【００５２】
＜第二実施形態＞
図８は、本発明の第二実施形態に係るタービンＴ２の要部拡大断面図である。なお、以下の説明及びこの説明に用いる図面において、上述した構成と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
上述したタービンＴ１が所謂サーペンタイン方式の冷却構造を採用したタービン静翼２４を備えていたのに対し、本実施形態に係るタービンＴ２は、図８に示すように、所謂インピンジメント冷却構造を採用したタービン静翼２５を有している。
タービン静翼２５は、図８に示すように、外側シュラウド３１と静翼本体６０と内側シュラウド３３とを有している。
【００５４】
図９は、静翼本体６０の要部断面図であって、主半径方向に交差する断面図である。
各タービン静翼２５は、図９に示すように、翼表面にインピンジ孔（冷却流路排出口）２５ａが多数形成されている。各タービン静翼２５は、内側空間Ｓがリブ６１によって前縁側空間６２と後縁側空間６３とに区画されている。
これら前縁側空間６２と後縁側空間６３とには、それぞれ、インサート部材７２，７３が挿入されている。
【００５５】
インサート部材７２，７３は、それぞれ中空状に形成されており、それぞれの表面に多数のインピンジメント孔７２ａ，７３ａが形成されている。
【００５６】
インサート部材７２は、外側シュラウド３１に接合されたガード筒５２に連通しており、外側キャビティ４０に供給された高圧空気Ａがガード筒５２を介して供給されるようになっている。つまり、外側区画壁３１ａに開口する冷却流路入口５２ａから静翼本体６０の表面に開口するフィルム冷却孔２５ａまで連通する冷却流路７５が形成されている。具体的には、冷却流路７５の高圧空気Ａは、ガード筒５２を介してインサート部材７２に流入した後にインピンジメント孔７２ａから噴出し、前縁側空間６２の内面に衝突して静翼本体６０を冷却する。そして、フィルム冷却孔２５ａから静翼本体６０の外部に流出した後に表面に沿って流れることにより、静翼本体６０をフィルム冷却する。
【００５７】
同様に、インサート部材７３は、外側キャビティ４０の高圧空気Ａがガード筒５５を介して供給されるようになっている。ガード筒５５は、その筒軸方向の一端側が外側区画壁３１ａを貫通する入口孔３５ｃに挿し込まれた状態で外側区画壁３１ａに接合されている。
すなわち、外側キャビティ４０に開口する冷却流路入口５５ａから静翼本体６０の表面に開口するフィルム冷却孔２５ａまで連通する冷却流路７６が形成されている。具体的には、冷却流路７６の高圧空気Ａは、ガード筒５５を介してインサート部材７３に流入した後にインピンジメント孔７３ａから噴出し、後縁側空間６３の内面に衝突して静翼本体６０を冷却する。そして、フィルム冷却孔２５ａから静翼本体６０の外部に流出した後に表面に沿って流れることにより、静翼本体６０をフィルム冷却する。
【００５８】
この構成によれば、外側キャビティ４０に供給された高圧空気Ａの冷却流路入口５２ａ，５５ａまでの各流入経路が、案内筒５１の先端開口５１ｂと、冷却流路入口５２ａ，５５ａとの二箇所でそれぞれ折り曲げられているので、上述した第一実施形態の主要な効果と同様の効果を得ることができる。
特に、インピンジメント孔７２ａ，７３ａが閉塞すると、前縁側空間６２と後縁側空間６３との圧力が低下して、燃焼ガスＧが前縁側空間６２と後縁側空間６３とに逆流する恐れがあるが、本実施形態によって有効に阻止することが可能である。
【００５９】
本実施形態においても、上述した第一実施形態と同様に、サポート筒５３を用いてもよいし、案内筒５１に代えて慣性フィルタ５４を用いてもよい。
また、静翼本体６０の内側空間Ｓは、三つ以上に仕切ってもよく、必ずしも仕切る必要はない。
【００６０】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、外側キャビティ４０を円周方向に連通させる構成としたが、必ずしも連通させる必要はなく仕切ってもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態では、案内筒５１を漏斗状に形成したが、真直筒状に形成してもよい。
また、上述した実施の形態では、案内筒５１，慣性フィルタ５４を翼環２３から独立した部材として構成したが、翼環２３と一体的に形成してもよい。同様に、シールチューブ３６，サポート筒５３をタービン静翼２４，２５と一体的に形成してもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態では、産業用（より詳しくは発電用）のガスタービンＧＴに本発明を適用したが、航空機のガスタービンに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…ロータ
２１…ケーシング
２３ｃ…流体供給口
２４，２５…タービン静翼
２５ａ…フィルム冷却孔（冷却流路排出口）
３１…外側シュラウド（基端部）
３１ａ…外側区画壁（区画壁）
３２…静翼本体
３５…冷却流路
３５ａ…入口孔（冷却流路入口）
３６…シールチューブ（シール流路）
３６ａ…シール流路入口
４０…外側キャビティ（キャビティ）
５１…案内筒
５１ｂ…先端開口
５２ａ…冷却流路入口
５３…サポート筒
５４…慣性フィルタ（案内筒）
５４ｂ…フィルタ先端開口（先端開口）
５４ｄ…スリット
５５ａ…冷却流路入口
６０…静翼本体
７５，７６…冷却流路
ＧＴ…ガスタービン
Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２…タービン
Ａ…圧縮空気（流体）
Ｄ…ダスト
Ｍ…シール空間
Ｐ…主軸
Ｓ…内側空間（内側）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの周囲を囲うケーシングと前記ケーシングに支持されたタービン静翼の基端部との間にキャビティが形成され、前記タービン静翼の基端部から前記ロータ側に向けて延びる静翼本体の内部に、前記キャビティを介して外部から流体が供給されるタービン静翼の流体供給構造であって、
前記静翼本体は、前記キャビティに開口する冷却流路入口から前記静翼本体の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路と、
前記キャビティに開口するシール流路入口から前記ロータの外周に区画されたシール空間まで連通するシール流路とを有し、
前記キャビティには、外部から前記キャビティに供給された前記流体を前記シール流路のシール流路入口に案内する案内筒が設けられ、前記キャビティに供給された前記流体の前記冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されていることを特徴とするタービン静翼の流体供給構造。
【請求項２】
前記流入経路は、複数回折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項３】
前記シール流路入口は、前記キャビティと前記静翼本体とを区画する区画壁に形成され、
前記案内筒は、前記ケーシングに形成されていると共に前記流体を前記キャビティに供給する流体供給口から前記シール流路入口に向けて延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項４】
前記冷却流路入口は、前記案内筒の先端開口に比べて前記ケーシング側に開口していることを特徴とする請求項３に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項５】
前記シール流路入口の周囲から前記ケーシング側に向けて延び、延在方向の先端開口と前記案内筒の先端開口とを前記主半径方向に重ねて見た場合に、前記延在方向の先端開口が前記案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項６】
前記案内筒は、前記ケーシング側から前記静翼本体側に向かうに従って、前記案内筒の外周側から内周側に向かうスリットが形成されていることを特徴とする請求項３から５のうちいずれか一項に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項７】
前記案内筒の先端開口は、前記シール流路入口に対向していることを特徴とする請求項３から６のうちいずれか一項に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項８】
前記案内筒の先端開口は、その開口面積が前記シール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項１】
ロータの周囲を囲うケーシングと前記ケーシングに支持されたタービン静翼の基端部との間にキャビティが形成され、前記タービン静翼の基端部から前記ロータ側に向けて延びる静翼本体の内部に、前記キャビティを介して外部から流体が供給されるタービン静翼の流体供給構造であって、
前記静翼本体は、前記キャビティに開口する冷却流路入口から前記静翼本体の表面に開口する冷却流路排出口まで連通する冷却流路と、
前記キャビティに開口するシール流路入口から前記ロータの外周に区画されたシール空間まで連通するシール流路とを有し、
前記キャビティには、外部から前記キャビティに供給された前記流体を前記シール流路のシール流路入口に案内する案内筒が設けられ、前記キャビティに供給された前記流体の前記冷却流路入口までの流入経路が折り曲げられて形成されていることを特徴とするタービン静翼の流体供給構造。
【請求項２】
前記流入経路は、複数回折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項３】
前記シール流路入口は、前記キャビティと前記静翼本体とを区画する区画壁に形成され、
前記案内筒は、前記ケーシングに形成されていると共に前記流体を前記キャビティに供給する流体供給口から前記シール流路入口に向けて延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項４】
前記冷却流路入口は、前記案内筒の先端開口に比べて前記ケーシング側に開口していることを特徴とする請求項３に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項５】
前記シール流路入口の周囲から前記ケーシング側に向けて延び、延在方向の先端開口と前記案内筒の先端開口とを前記主半径方向に重ねて見た場合に、前記延在方向の先端開口が前記案内筒の先端開口を囲うサポート筒を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項６】
前記案内筒は、前記ケーシング側から前記静翼本体側に向かうに従って、前記案内筒の外周側から内周側に向かうスリットが形成されていることを特徴とする請求項３から５のうちいずれか一項に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項７】
前記案内筒の先端開口は、前記シール流路入口に対向していることを特徴とする請求項３から６のうちいずれか一項に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【請求項８】
前記案内筒の先端開口は、その開口面積が前記シール流路入口の開口面積の大きさ以下に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のタービン静翼の流体供給構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５９０５６（Ｐ２０１２−１５９０５６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６３８（Ｐ２０１１−２０６３８）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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