温度検出装置、タービン静翼、および、ガスタービン
【課題】高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンを提供する。
【解決手段】タービン静翼６における径方向内側のシュラウド部６２を、タービン静翼６における前縁ＬＥ側から後縁ＴＥ側に向かって貫通するバイパス流路１０３と、タービン静翼６の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部１０１と、ガイド部１０１の内部を径方向内側に向かって延び、バイパス流路１０３を流れる流体の温度を測定する温度測定部１０２と、が設けられ、バイパス流路１０３における前縁ＬＥ側の開口端は、少なくとも前縁ＬＥ側のタービン動翼７Ｌにおける取付部７４と、シュラウド部６２との間に形成された前縁側空間ＬＳ１に開口されていることを特徴とする。
【解決手段】タービン静翼６における径方向内側のシュラウド部６２を、タービン静翼６における前縁ＬＥ側から後縁ＴＥ側に向かって貫通するバイパス流路１０３と、タービン静翼６の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部１０１と、ガイド部１０１の内部を径方向内側に向かって延び、バイパス流路１０３を流れる流体の温度を測定する温度測定部１０２と、が設けられ、バイパス流路１０３における前縁ＬＥ側の開口端は、少なくとも前縁ＬＥ側のタービン動翼７Ｌにおける取付部７４と、シュラウド部６２との間に形成された前縁側空間ＬＳ１に開口されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、タービン動翼が配置されたタービンディスクと、タービン静翼との間の空間における温度を検出する温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスタービンのタービン部では、タービン動翼が配置されたタービンディスクの強度低下の防止などを目的として、ガスタービンの圧縮機から抽気された圧縮空気（パージ空気）により冷却や、シールが行われている。
【０００３】
パージ空気の流量が少ないと、タービン部を流れる高温の燃焼ガスが、タービンディスクが面するディスクキャビティ（ディスク空間）に侵入するため、タービンディスクの温度が上昇し、強度が低下するという問題があった。
【０００４】
上述の問題を解決するために、タービンディスクの温度や、ディスク空間内の流体温度を計測することにより、タービンディスクの強度低下を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１から４参照。）。
【０００５】
例えば、ディスク空間が、シール部などにより径方向の外側のディスク空間と、内側のディスク空間とに分割されている場合、内側のディスク空間内の流体温度を計測する検出部が設けられている技術を例示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２００４３７号公報
【特許文献２】特開平６−２７２５７１号公報
【特許文献３】特開２００２−３２２９１８号公報
【特許文献４】特開２００４−２８０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、パージ空気を供給する外部冷却系統におけるパージ空気の流量を調節するバルブの開度設定を誤った場合や、シールの経年劣化した場合であって、供給されるパージ空気の流量が不足すると、高温の燃焼ガスが、１段動翼（１Ｓ）と２段静翼（２Ｃ）との間のリム部から巻き込まれることがある。
このように、高温ガスがリム部から巻き込まれると、外側のキャビティ空間における流体温度が上昇する。
【０００８】
上述のように、検出部が配置された内側のキャビティ空間には、外側のキャビティ空間において、パージ空気と高温ガスとが混合して温度が低下した流体が流入している。そのため、検出部では、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することが難しく、外側のキャビティ空間まわりの部品が、巻き込まれた高温ガスにより損傷を受けるおそれがあるという問題があった。
【０００９】
その一方で、タービン静翼の内部を径方向内側に延び、上述の外側のキャビティ空間に向かって曲がる筒状のガイドを設け、当該ガイドを介して熱電対などの温度センサを外側のキャビティ空間に突出させ、当該空間の流体温度を検出する方法も知られている。
【００１０】
しかしながら、このように曲がったガイドを介して熱電対をキャビティ空間に突出させる方法では、ガイドと熱電対とが接触し、磨耗により計測不良が発生するおそれがあるという問題があった。
具体的には、外側のキャビティ空間に突出した熱電対が、当該空間の内部における流体の流れにより振られるため、ガイドと熱電対とが接触して、計測不良が発生するおそれがあった。
【００１１】
さらに、曲がったガイドの内部に熱電対を通す際に、熱電対がガイドに引っ掛かりやすいため、熱電対の配置が難しく、外側のキャビティ空間における流体温度の計測が難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の温度検出装置は、タービン静翼における径方向内側のシュラウド部を、前記タービン静翼における前縁側から後縁側に向かって貫通するバイパス流路と、前記タービン静翼の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部と、該ガイド部の内部を径方向内側に向かって延び、前記バイパス流路を流れる流体の温度を測定する温度測定部と、が設けられ、前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、少なくとも前記前縁側のタービン動翼における取付部と、前記シュラウド部との間に形成された前縁側空間に開口されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、温度測定部は、バイパス流路の内部を流れる流体温度を測定するため、タービン静翼に隣接するタービン動翼やタービンディスクと、シュラウド部との間の空間に温度測定部を突出させる場合と比較して、計測不良の発生を防止することができる。
【００１５】
温度測定部を上述の空間に突出させた場合、当該空間内における渦などの流体流れにより温度測定部が振られることで、温度測定部とガイド部等とが接触し、温度測定部が損傷するおそれがある。それに対して、バイパス流路を流れる流体温度を測定することにより、温度測定部が渦などの流体流れにより振られることが防止される。
【００１６】
さらに、上述の空間に向かって曲がり、温度測定部を当該空間に導くガイド部を用いた場合、ガイド部の内部に温度測定部を通す際に引っ掛かりが起きるおそれがある。それに対して、略直線状に延びるガイド部の内部に温度測定部を通すことにより、引っ掛かりの発生を防止することができる。
【００１７】
前縁側のタービン動翼における取付部、およびシュラウド部の間に形成された前縁側空間に対して、バイパス流路の前縁側の開口端が開口しているため、温度測定部は、前縁側空間に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００１８】
高温ガスが前縁側空間に巻き込まれると、高温ガスの一部は、前縁側空間に供給されたパージ流体の一部とともに、前縁側の開口端からバイパス流路に流入する。温度測定部は、バイパス流路を流れる流体温度の上昇を検出することにより、前縁側空間に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００１９】
上記発明においては、前記バイパス流路における前記後縁側の開口端は、少なくとも前記後縁側のタービン動翼の取付部と、前記シュラウド部との間に形成された後縁側空間に開口されていることが望ましい。
【００２０】
本発明によれば、バイパス流路における後縁側の開口端を、後縁側のタービン動翼における取付部、およびシュラウド部の間に形成された後縁側空間に開口させることにより、バイパス流路における流体の流れを確保することができる。
【００２１】
後縁側空間の内部における流体圧力は、前縁側空間の内部における流体圧力よりも低い。そのため、前縁側空間と後縁側空間とを繋ぐバイパス流路を形成することにより、前縁側空間から後縁側空間に向かう流体流れが発生する。例えば、前縁側空間へ高温ガスの巻き込みが発生した場合、高温ガスと混合して高温となった流体の一部が、比較的早い段階でバイパス流路に流入する。これにより、温度測定部は、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００２２】
本発明のタービン静翼は、前縁および後縁を有するとともに、スパン方向に延びる翼形部と、該翼形部における径方向内側の端部に配置されたシュラウド部と、上記本発明の温度検出装置と、が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、上記本発明の温度検出装置が設けられているため、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる。
【００２４】
上記発明においては、前記シュラウド部における、前記前縁側のタービン動翼が取り付けられるタービンディスクと対向する領域には、前記前縁から前記後縁に向かって順に、第１シール部および第２シール部が設けられ、前記第１シール部および前記第２シール部の間には、パージ流体が供給され、前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、前記シュラウド部における前記前縁側空間の壁面を構成する領域であって、前記第１シール部の近傍に開口されていることが望ましい。
【００２５】
本発明によれば、第１シール部および第２シール部の間に供給されたパージ流体の一部は、第１シール部とタービンディスクとの間を通過して前縁側空間に流入する。このとき、回転するタービンディスクによりパージ流体には、周方向の流速が与えられる。
【００２６】
そのため、前縁側空間における第１シール部の近傍には、周方向の流速成分を有する流体の流れが存在することになる。すると、前縁側空間の内部の流体において周方向の温度分布にムラが生じる場合、つまり、前縁側空間への高温ガスの巻き込みが発生する箇所、発生しない箇所がある場合であっても、上述の周方向の流速成分による混合が発生する。
【００２７】
これにより、温度検出装置は、バイパス流路の開口端が設けられている周方向に関する位置に影響を受けることなく、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００２８】
本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、上記本発明のタービン静翼を有し、前記燃焼ガスから回転駆動力を発生させるタービン部と、が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、上記本発明のタービン静翼を有するため、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンによれば、温度測定部は、バイパス流路の内部を流れる流体温度を測定するため、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
【図２】図１のタービン部における構成を説明する部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
この発明の一実施形態に係るガスタービンについて、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態では、発電機Ｇを回転駆動することにより発電を行うガスタービン１に、本発明を適用して説明するが、発電に用いられるガスタービン１に限られることなく、他の用途に用いられるガスタービンに適用してもよく、特に限定するものではない。
【００３３】
図１は、本実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
ガスタービン１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、回転軸５と、が設けられている。
【００３４】
圧縮機２は、図１に示すように、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
なお、圧縮機２としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００３５】
燃焼器３は、図１に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。
なお、燃焼器３としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００３６】
図２は、図１のタービン部における構成を説明する部分拡大断面図である。
タービン部４は、図１に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。
タービン部４には、複数のタービン静翼６と、複数のタービン動翼７およびタービンディスク８とが、主に設けられている。
【００３７】
なお、本実施形態では理解を容易にするために、タービン静翼６の前縁ＬＥ側に配置されたタービン動翼７およびタービンディスク８をタービン動翼７Ｌおよびタービンディスク８Ｌとし、後縁ＴＥ側に配置されたタービン動翼７およびタービンディスク８をタービン動翼７Ｔおよびタービンディスク８Ｔとして説明する。
【００３８】
タービン動翼７Ｌ，７Ｔは、タービンディスク８Ｌ，８Ｔの外周面に取り付けられ、タービン静翼６とともに高温ガスから回転駆動力を発生させるものである。
タービン動翼７Ｌ，７Ｔには、図２に示すように、翼形部７１と、プラットフォーム部７２と、動翼シール部７３と、取付部７４と、が設けられている。
【００３９】
翼形部７１は、図２に示すように、周囲を高温ガスが流れる部分であって、凹状に湾曲した正圧面と、凸状に湾曲した負圧面と、が設けられた部分である。
翼形部７１はスパン方向（図２の上下方向）に延びる部分であり、径方向内側（図２の下側）には、プラットフォーム部７２、動翼シール部７３、および、取付部７４が設けられている。
【００４０】
プラットフォーム部７２は、図２に示すように、翼形部７１の端部に設けられ、高温ガスの流路を構成する壁面の一部を構成するものである。プラットフォーム部７２は、回転軸５に沿う方向（図２の左右方向）、および、周方向（紙面に垂直方向）に延びる板状のものである。
【００４１】
動翼シール部７３は、図２に示すように、タービン静翼６のシュラウド部６２とともに、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを抑制するものである。動翼シール部７３は、回転軸５に沿う方向、および、周方向に延びる板状の部分であり、シュラウド部６２よりも径方向内側に配置されたものである。
動翼シール部７３におけるタービン静翼６側の端部には、径方向外側、言い換えると、シュラウド部６２に向かって突出する突起部が設けられている。
【００４２】
取付部７４は、図２に示すように、タービン動翼７Ｌ，７Ｔをタービンディスク８Ｌ，８Ｔに取り付ける部分である。取付部７４は、翼形部７１の端部から、径方向内側に向かって延びる部分であり、クリスマスツリー形状などの公知の取り付け形状に形成された部分である。
【００４３】
タービンディスク８Ｌ，８Ｔは、図２に示すように、それぞれタービン動翼７Ｌ，７Ｔが取り付けられる略円板状のものであって、回転軸５に対して回転伝達力が伝達可能に取り付けられるものである。
タービンディスク８Ｌ，８Ｔには、第１リム部８１および第２リム部８２が設けられている。
【００４４】
第１リム部８１は、図２に示すように、タービンディスク８Ｌ，８Ｔから高温ガス流れの下流側（図２の右側）に向かって延びるとともに、周方向（図２の紙面に対して垂直方向）に延びる板状のものである。
さらに、第１リム部８１は、第２リム部８２よりも径方向外側（図２の上側）に配置され、シュラウド部６２における第１シール部６３とともに、第１前縁側空間ＬＳ１と第２前縁側空間ＬＳ２とを仕切るものである。
【００４５】
第２リム部８２は、図２に示すように、タービンディスク８Ｌ，８Ｔから高温ガス流れの上流側（図２の左側）および下流側に向かって延びるとともに、周方向に延びる板状のものである。
【００４６】
高温ガス流れの下流側に向かって延びる第２リム部８２は、第１リム部８１よりも径方向内側（図２の下側）に配置され、シュラウド部６２における第２シール部６６とともに、第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切るものである。
その一方で、高温ガス流れの上流側に向かって延びる第２リム部８２は、第１リム部８１よりも径方向内側（図２の下側）に配置され、第２リム部８２およびシュラウド部６２の間には、第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切る第３シール部６７が設けられている。
【００４７】
タービン静翼６は、タービン動翼７Ｌ，７Ｔとともに高温ガスから回転駆動力を発生させるものである。
タービン静翼６には、図２に示すように、翼形部６１と、シュラウド部６２と、温度検出装置１００と、が設けられている。
【００４８】
翼形部６１は、図２に示すように、周囲を高温ガスが流れる部分であって、凹状に湾曲した正圧面と、凸状に湾曲した負圧面と、正圧面および負圧面が繋がる部分である前縁ＬＥおよび後縁ＴＥと、が設けられた部分である。
翼形部６１はスパン方向（図２の上下方向）に延びる部分であり、径方向内側（図２の下側）には、シュラウド部６２が設けられている。
【００４９】
シュラウド部６２は、図２に示すように、翼形部６１の端部に設けられ、高温ガスの流路を構成する壁面の一部を構成するものである。さらに、タービン動翼７Ｌ，７Ｔの取付部７４、および、タービンディスク８Ｌ，８Ｔとの間に、第１前縁側空間ＬＳ１、第２前縁側空間ＬＳ２、および、後縁側空間ＴＳを形成するものである。
【００５０】
シュラウド部６２には、第１シール部６３と、パージ空気空間６４および連通孔６５と、第２シール部６６と、が主に設けられている。
【００５１】
第１シール部６３は、図２に示すように、第１リム部８１とともに、第１前縁側空間ＬＳ１と第２前縁側空間ＬＳ２とを仕切るものである。第１シール部６３は、シュラウド部６２から第１リム部８１に向かって延びるものである。
【００５２】
第２シール部６６は、第２リム部８２とともに第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切るものである。第２シール部６６は、シュラウド部６２から第２リム部８２に向かって延びるものである。
【００５３】
第１シール部６３および第２シール部６６としては、公知のシール部材を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５４】
パージ空気空間６４および連通孔６５は、図２に示すように、第２前縁側空間ＬＳ２にパージ空気（パージ流体）を供給するものである。ここで、パージ空気とは、第１前縁側空間ＬＳ１、第２前縁側空間ＬＳ２および後縁側空間ＴＳに高温ガスが巻き込まれることを防止するために供給されるものである。
【００５５】
パージ空気空間６４は、シュラウド部６２の内部に形成された空間であり、外部からパージ空気空間６４が供給される空間である。連通孔６５は、パージ空気空間６４と第２前縁側空間ＬＳ２とを繋ぐ貫通孔である。
【００５６】
第１前縁側空間（前縁側空間）ＬＳ１は、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービン動翼７Ｌの取付部７４と、タービンディスク８Ｌとにより周囲を囲まれた空間であり、高温ガスが流れる流路、および、第２前縁側空間ＬＳ２と連通する空間である。第１前縁側空間ＬＳ１および第２前縁側空間の間は、第１シール部６３により仕切られている。
さらに、第１前縁側空間ＬＳ１は、パージ空気空間６４からパージ空気が供給されているとともに、タービン動翼７Ｌに供給されたパージ空気の一部が供給されている。
【００５７】
第２前縁側空間ＬＳ２は、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービンディスク８Ｌとにより周囲を囲まれた空間であり、第１前縁側空間ＬＳ１、および、後縁側空間ＴＳと連通する空間である。第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとの間は、第２シール部６６および第３シール部６７により仕切られている。
さらに、第２前縁側空間ＬＳ２は、パージ空気を供給する連通孔６５と連通している。
【００５８】
後縁側空間ＴＳは、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービンディスク８Ｔと、タービン動翼７Ｔの取付部７４とにより周囲を囲まれた空間であり、第２前縁側空間ＬＳ２、および、高温ガスが流れる流路と連通する空間である。
【００５９】
温度検出装置１００は、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出するものである。
温度検出装置１００には、図２に示すように、ガイド部１０１と、温度センサ（温度測定部）１０２と、バイパス流路１０３と、が設けられている。
【００６０】
ガイド部１０１は、図２に示すように、タービン静翼６における翼形部６１およびシュラウド部６２に配置された略直線状に延びる筒状に形成された部材であり、温度センサ１０２をバイパス流路１０３まで導くものである。
理解を容易にするために、図２ではガイド部１０１におけるバイパス流路１０３側の端部のみを示している。
【００６１】
温度センサ１０２は、図２に示すように、バイパス流路１０３を流れる流体の温度を測定するセンサであって、ガイド部１０１の内部を径方向内側に向かって延びて配置されるものである。
本実施形態では、温度センサ１０２として熱電対を用いる例に適用して説明するが、熱電対以外の他の公知の温度センサを用いてもよく、特に限定するものではない。
【００６２】
バイパス流路１０３は、図２に示すように、シュラウド部６２を前縁ＬＥ側から、後縁ＴＥ側に向かって貫通する孔であって、第１前縁側空間ＬＳ１および後縁側空間ＴＳを連通させる貫通孔である。
バイパス流路１０３における前縁ＬＥ側の開口部は、第１シール部６３と隣接する位置であって、第１シール部６３よりも径方向外側（図２の上側）、言い換えると、高温ガスの流路側に設けられている。
【００６３】
さらに、バイパス流路１０３には、前縁ＬＥ側の開口部から直線状に延びる部分と、後縁ＴＥ側の開口部から直線状に延びる部分と、径方向に沿って延びて両者を繋ぐとともに、温度センサ１０２が配置される部分とが設けられている。
【００６４】
回転軸５は、図１に示すように、タービン部４で発生した回転駆動力を、圧縮機２および発電機Ｇに伝達するものであり、圧縮機２および発電機Ｇを回転駆動するものである。
【００６５】
次に、上記の構成からなるガスタービン１における運転について、図１を参照しながら説明する。
【００６６】
ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。
【００６７】
燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温ガスが生成される。
【００６８】
燃焼器３において生成された高温ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸５に伝達される。回転軸５は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２や発電機Ｇに伝達する。
【００６９】
次に、本実施形態の特徴である温度検出装置１００による温度の検出方法について、図２を参照しながら説明する。
【００７０】
ガスタービン１が運転されている場合には、図２に示すように、パージ空気が第１前縁側空間ＬＳ１および第２前縁側空間ＬＳ２に供給される。
【００７１】
具体的には、第２前縁側空間ＬＳ２には、パージ空気空間６４および連通孔６５を介してパージ空気が第２前縁側空間ＬＳ２に供給される。
第２前縁側空間に供給されたパージ空気の一部は、第２シール部６６および第３シール部６７を介して後縁側空間ＴＳに流入する。その一方で、第２前縁側空間に供給されたパージ空気の別の一部は、第１シール部６３を介して第１前縁側空間ＬＳ１に流入する。
【００７２】
第１前縁側空間ＬＳ１には、パージ空気空間６４、タービン動翼７Ｌの取付部７４、および、第１シール部６３からパージ空気が流入する。パージ空気は、第１前縁側空間ＬＳ１から高温ガスが流れる流路に流出し、高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれることを防止している。
【００７３】
ここで、第１前縁側空間ＬＳ１に供給されるパージ空気の流量などが減少などすると、高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれる。第１前縁側空間ＬＳ１の内部では、高温ガスを巻き込んだことにより、内部のパージ空気および高温ガスの混合流体の温度が上昇する。
【００７４】
上述の混合流体は、第１前縁側空間ＬＳ１および後縁側空間ＴＳの間の圧力差により、第１前縁側空間ＬＳ１からバイパス流路１０３に流入し、温度検出装置１００の温度センサ１０２の周囲を流れたのち、後縁側空間ＴＳに向かって流れる。
温度センサ１０２は、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度を測定する。
【００７５】
混合流体は、第１前縁側空間ＬＳ１からバイパス流路１０３に流入する際に、第１シール部６３を通過したパージ空気により攪拌される。
【００７６】
つまり、第１シール部６３は、回転するタービンディスク８Ｌの第１リム部８１との間でシール構造を構成するものである。そのため、第１シール部６３を通過するパージ空気には、タービンディスク８Ｌの回転に引きずられて径方向の流速成分が加えられる。
径方向の流速成分が加えられたパージ空気は、バイパス流路１０３の開口部の近傍において、混合流体の周方向の流れを形成する。そのため、混合流体は、周方向に流れることにより攪拌され、周方向にわたる温度分布が均一化される。
【００７７】
温度センサ１０２は、バイパス流路１０３における径方向に延びる部分、つまり、温度センサ１０２が延びる方向に沿って延びる部分に配置されているため、混合流体と温度センサ１０２との接触領域を確保することができる。さらに、温度センサ１０２をバイパス流路１０３の内部に配置することが容易になる。
【００７８】
温度センサ１０２により測定された混合流体の温度は、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたか否かの判定に用いられる。つまり、混合流体の測定温度が上昇した場合には、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みが発生したと判断される。
【００７９】
上記の構成によれば、温度センサ１０２は、バイパス流路１０３の内部を流れる混合流体の温度を測定するため、タービン静翼６に隣接するタービン動翼７Ｌ，７Ｔやタービンディスク８Ｌ，８Ｔと、シュラウド部６２との間の空間である第１前縁側空間ＬＳ１に温度センサ１０２を突出させる場合と比較して、計測不良の発生を防止できる。そのため、高温ガスの巻き込みを高い信頼性をもって出することができる。
【００８０】
温度センサ１０２を第１前縁側空間ＬＳ１に突出させた場合、第１前縁側空間ＬＳ１内における渦などの混合流体の流れにより温度センサ１０２が振られることで、温度センサ１０２とガイド部１０１等とが接触し、温度センサ１０２が損傷するおそれがある。それに対して、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度を測定することにより、温度センサ１０２が渦などの混合流体の流れにより振られることが防止される。
【００８１】
さらに、第１前縁側空間ＬＳ１に向かって曲がり、温度センサ１０２を第１前縁側空間ＬＳ１に導くタービン動翼７Ｌを用いた場合、ガイド部の内部に温度センサ１０２を通す際に引っ掛かりが起きるおそれがある。それに対して、略直線状に延びるガイド部１０１の内部に温度センサ１０２を通すことにより、引っ掛かりの発生を防止することができる。
【００８２】
タービン動翼７Ｌにおける取付部７４、およびシュラウド部６２の間に形成された第１前縁側空間ＬＳ１に対して、バイパス流路１０３の前縁ＬＥ側の開口端が開口しているため、温度センサ１０２は、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００８３】
高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれると、高温ガスの一部は、第１前縁側空間ＬＳ１に供給されたパージ空気の一部とともに、前縁ＬＥ側の開口端からバイパス流路１０３に流入する。温度センサ１０２は、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度上昇を検出することにより、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００８４】
バイパス流路１０３における後縁ＴＥ側の開口端を、タービン動翼７Ｔにおける取付部７４、およびシュラウド部６２の間に形成された後縁側空間ＴＳに開口させることにより、バイパス流路１０３における混合流体の流れを確保することができる。
【００８５】
後縁側空間ＴＳの内部における混合流体の圧力は、第１前縁側空間ＬＳ１の内部における混合流体の圧力よりも低い。そのため、第１前縁側空間ＬＳ１と後縁側空間ＴＳとを繋ぐバイパス流路１０３を形成することにより、第１前縁側空間ＬＳ１から後縁側空間ＴＳに向かう混合流体の流れが発生する。例えば、第１前縁側空間ＬＳ１へ高温ガスの巻き込みが発生した場合、高温ガスと混合して高温となった混合流体の一部が、比較的早い段階でバイパス流路１０３に流入する。これにより、温度センサ１０２は、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００８６】
第１シール部６３および第２シール部６６の間に供給されたパージ空気の一部は、第１シール部６３と第１リム部８１との間を通過して第１前縁側空間ＬＳ１に流入する。このとき、回転する第１リム部８１によりパージ空気には、周方向の流速が与えられる。
【００８７】
そのため、第１前縁側空間ＬＳ１における第１シール部６３の近傍には、周方向の流速成分を有する混合流体の流れが存在することになる。すると、第１前縁側空間ＬＳ１の内部の混合流体における周方向の温度分布にムラが生じる場合、つまり、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みが発生する箇所、発生しない箇所がある場合であっても、上述の周方向の流速成分による混合が発生する。
【００８８】
これにより、温度検出装置１００は、バイパス流路１０３の開口端が設けられている周方向に関する位置に影響を受けることなく、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン部
６ タービン静翼
７，７Ｌ，７Ｔ タービン動翼
８，８Ｌ，８Ｔ タービンディスク
６１ 翼形部
６２ シュラウド部
７４ 取付部
１００ 温度検出装置
１０１ ガイド部
１０２ 温度センサ（温度測定部）
１０３ バイパス流路
ＬＥ 前縁
ＴＥ 後縁
ＬＳ１ 第１前縁側空間（前縁側空間）
ＴＳ 後縁側空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、タービン動翼が配置されたタービンディスクと、タービン静翼との間の空間における温度を検出する温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にガスタービンのタービン部では、タービン動翼が配置されたタービンディスクの強度低下の防止などを目的として、ガスタービンの圧縮機から抽気された圧縮空気（パージ空気）により冷却や、シールが行われている。
【０００３】
パージ空気の流量が少ないと、タービン部を流れる高温の燃焼ガスが、タービンディスクが面するディスクキャビティ（ディスク空間）に侵入するため、タービンディスクの温度が上昇し、強度が低下するという問題があった。
【０００４】
上述の問題を解決するために、タービンディスクの温度や、ディスク空間内の流体温度を計測することにより、タービンディスクの強度低下を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１から４参照。）。
【０００５】
例えば、ディスク空間が、シール部などにより径方向の外側のディスク空間と、内側のディスク空間とに分割されている場合、内側のディスク空間内の流体温度を計測する検出部が設けられている技術を例示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２００４３７号公報
【特許文献２】特開平６−２７２５７１号公報
【特許文献３】特開２００２−３２２９１８号公報
【特許文献４】特開２００４−２８０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、パージ空気を供給する外部冷却系統におけるパージ空気の流量を調節するバルブの開度設定を誤った場合や、シールの経年劣化した場合であって、供給されるパージ空気の流量が不足すると、高温の燃焼ガスが、１段動翼（１Ｓ）と２段静翼（２Ｃ）との間のリム部から巻き込まれることがある。
このように、高温ガスがリム部から巻き込まれると、外側のキャビティ空間における流体温度が上昇する。
【０００８】
上述のように、検出部が配置された内側のキャビティ空間には、外側のキャビティ空間において、パージ空気と高温ガスとが混合して温度が低下した流体が流入している。そのため、検出部では、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することが難しく、外側のキャビティ空間まわりの部品が、巻き込まれた高温ガスにより損傷を受けるおそれがあるという問題があった。
【０００９】
その一方で、タービン静翼の内部を径方向内側に延び、上述の外側のキャビティ空間に向かって曲がる筒状のガイドを設け、当該ガイドを介して熱電対などの温度センサを外側のキャビティ空間に突出させ、当該空間の流体温度を検出する方法も知られている。
【００１０】
しかしながら、このように曲がったガイドを介して熱電対をキャビティ空間に突出させる方法では、ガイドと熱電対とが接触し、磨耗により計測不良が発生するおそれがあるという問題があった。
具体的には、外側のキャビティ空間に突出した熱電対が、当該空間の内部における流体の流れにより振られるため、ガイドと熱電対とが接触して、計測不良が発生するおそれがあった。
【００１１】
さらに、曲がったガイドの内部に熱電対を通す際に、熱電対がガイドに引っ掛かりやすいため、熱電対の配置が難しく、外側のキャビティ空間における流体温度の計測が難しいという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の温度検出装置は、タービン静翼における径方向内側のシュラウド部を、前記タービン静翼における前縁側から後縁側に向かって貫通するバイパス流路と、前記タービン静翼の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部と、該ガイド部の内部を径方向内側に向かって延び、前記バイパス流路を流れる流体の温度を測定する温度測定部と、が設けられ、前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、少なくとも前記前縁側のタービン動翼における取付部と、前記シュラウド部との間に形成された前縁側空間に開口されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、温度測定部は、バイパス流路の内部を流れる流体温度を測定するため、タービン静翼に隣接するタービン動翼やタービンディスクと、シュラウド部との間の空間に温度測定部を突出させる場合と比較して、計測不良の発生を防止することができる。
【００１５】
温度測定部を上述の空間に突出させた場合、当該空間内における渦などの流体流れにより温度測定部が振られることで、温度測定部とガイド部等とが接触し、温度測定部が損傷するおそれがある。それに対して、バイパス流路を流れる流体温度を測定することにより、温度測定部が渦などの流体流れにより振られることが防止される。
【００１６】
さらに、上述の空間に向かって曲がり、温度測定部を当該空間に導くガイド部を用いた場合、ガイド部の内部に温度測定部を通す際に引っ掛かりが起きるおそれがある。それに対して、略直線状に延びるガイド部の内部に温度測定部を通すことにより、引っ掛かりの発生を防止することができる。
【００１７】
前縁側のタービン動翼における取付部、およびシュラウド部の間に形成された前縁側空間に対して、バイパス流路の前縁側の開口端が開口しているため、温度測定部は、前縁側空間に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００１８】
高温ガスが前縁側空間に巻き込まれると、高温ガスの一部は、前縁側空間に供給されたパージ流体の一部とともに、前縁側の開口端からバイパス流路に流入する。温度測定部は、バイパス流路を流れる流体温度の上昇を検出することにより、前縁側空間に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００１９】
上記発明においては、前記バイパス流路における前記後縁側の開口端は、少なくとも前記後縁側のタービン動翼の取付部と、前記シュラウド部との間に形成された後縁側空間に開口されていることが望ましい。
【００２０】
本発明によれば、バイパス流路における後縁側の開口端を、後縁側のタービン動翼における取付部、およびシュラウド部の間に形成された後縁側空間に開口させることにより、バイパス流路における流体の流れを確保することができる。
【００２１】
後縁側空間の内部における流体圧力は、前縁側空間の内部における流体圧力よりも低い。そのため、前縁側空間と後縁側空間とを繋ぐバイパス流路を形成することにより、前縁側空間から後縁側空間に向かう流体流れが発生する。例えば、前縁側空間へ高温ガスの巻き込みが発生した場合、高温ガスと混合して高温となった流体の一部が、比較的早い段階でバイパス流路に流入する。これにより、温度測定部は、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００２２】
本発明のタービン静翼は、前縁および後縁を有するとともに、スパン方向に延びる翼形部と、該翼形部における径方向内側の端部に配置されたシュラウド部と、上記本発明の温度検出装置と、が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、上記本発明の温度検出装置が設けられているため、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる。
【００２４】
上記発明においては、前記シュラウド部における、前記前縁側のタービン動翼が取り付けられるタービンディスクと対向する領域には、前記前縁から前記後縁に向かって順に、第１シール部および第２シール部が設けられ、前記第１シール部および前記第２シール部の間には、パージ流体が供給され、前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、前記シュラウド部における前記前縁側空間の壁面を構成する領域であって、前記第１シール部の近傍に開口されていることが望ましい。
【００２５】
本発明によれば、第１シール部および第２シール部の間に供給されたパージ流体の一部は、第１シール部とタービンディスクとの間を通過して前縁側空間に流入する。このとき、回転するタービンディスクによりパージ流体には、周方向の流速が与えられる。
【００２６】
そのため、前縁側空間における第１シール部の近傍には、周方向の流速成分を有する流体の流れが存在することになる。すると、前縁側空間の内部の流体において周方向の温度分布にムラが生じる場合、つまり、前縁側空間への高温ガスの巻き込みが発生する箇所、発生しない箇所がある場合であっても、上述の周方向の流速成分による混合が発生する。
【００２７】
これにより、温度検出装置は、バイパス流路の開口端が設けられている周方向に関する位置に影響を受けることなく、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００２８】
本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、上記本発明のタービン静翼を有し、前記燃焼ガスから回転駆動力を発生させるタービン部と、が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、上記本発明のタービン静翼を有するため、前縁側空間への高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の温度検出装置、それを備えたタービン静翼およびガスタービンによれば、温度測定部は、バイパス流路の内部を流れる流体温度を測定するため、高温ガスの巻き込みを高い感度で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
【図２】図１のタービン部における構成を説明する部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
この発明の一実施形態に係るガスタービンについて、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態では、発電機Ｇを回転駆動することにより発電を行うガスタービン１に、本発明を適用して説明するが、発電に用いられるガスタービン１に限られることなく、他の用途に用いられるガスタービンに適用してもよく、特に限定するものではない。
【００３３】
図１は、本実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。
ガスタービン１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、回転軸５と、が設けられている。
【００３４】
圧縮機２は、図１に示すように、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
なお、圧縮機２としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００３５】
燃焼器３は、図１に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。
なお、燃焼器３としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
【００３６】
図２は、図１のタービン部における構成を説明する部分拡大断面図である。
タービン部４は、図１に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。
タービン部４には、複数のタービン静翼６と、複数のタービン動翼７およびタービンディスク８とが、主に設けられている。
【００３７】
なお、本実施形態では理解を容易にするために、タービン静翼６の前縁ＬＥ側に配置されたタービン動翼７およびタービンディスク８をタービン動翼７Ｌおよびタービンディスク８Ｌとし、後縁ＴＥ側に配置されたタービン動翼７およびタービンディスク８をタービン動翼７Ｔおよびタービンディスク８Ｔとして説明する。
【００３８】
タービン動翼７Ｌ，７Ｔは、タービンディスク８Ｌ，８Ｔの外周面に取り付けられ、タービン静翼６とともに高温ガスから回転駆動力を発生させるものである。
タービン動翼７Ｌ，７Ｔには、図２に示すように、翼形部７１と、プラットフォーム部７２と、動翼シール部７３と、取付部７４と、が設けられている。
【００３９】
翼形部７１は、図２に示すように、周囲を高温ガスが流れる部分であって、凹状に湾曲した正圧面と、凸状に湾曲した負圧面と、が設けられた部分である。
翼形部７１はスパン方向（図２の上下方向）に延びる部分であり、径方向内側（図２の下側）には、プラットフォーム部７２、動翼シール部７３、および、取付部７４が設けられている。
【００４０】
プラットフォーム部７２は、図２に示すように、翼形部７１の端部に設けられ、高温ガスの流路を構成する壁面の一部を構成するものである。プラットフォーム部７２は、回転軸５に沿う方向（図２の左右方向）、および、周方向（紙面に垂直方向）に延びる板状のものである。
【００４１】
動翼シール部７３は、図２に示すように、タービン静翼６のシュラウド部６２とともに、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを抑制するものである。動翼シール部７３は、回転軸５に沿う方向、および、周方向に延びる板状の部分であり、シュラウド部６２よりも径方向内側に配置されたものである。
動翼シール部７３におけるタービン静翼６側の端部には、径方向外側、言い換えると、シュラウド部６２に向かって突出する突起部が設けられている。
【００４２】
取付部７４は、図２に示すように、タービン動翼７Ｌ，７Ｔをタービンディスク８Ｌ，８Ｔに取り付ける部分である。取付部７４は、翼形部７１の端部から、径方向内側に向かって延びる部分であり、クリスマスツリー形状などの公知の取り付け形状に形成された部分である。
【００４３】
タービンディスク８Ｌ，８Ｔは、図２に示すように、それぞれタービン動翼７Ｌ，７Ｔが取り付けられる略円板状のものであって、回転軸５に対して回転伝達力が伝達可能に取り付けられるものである。
タービンディスク８Ｌ，８Ｔには、第１リム部８１および第２リム部８２が設けられている。
【００４４】
第１リム部８１は、図２に示すように、タービンディスク８Ｌ，８Ｔから高温ガス流れの下流側（図２の右側）に向かって延びるとともに、周方向（図２の紙面に対して垂直方向）に延びる板状のものである。
さらに、第１リム部８１は、第２リム部８２よりも径方向外側（図２の上側）に配置され、シュラウド部６２における第１シール部６３とともに、第１前縁側空間ＬＳ１と第２前縁側空間ＬＳ２とを仕切るものである。
【００４５】
第２リム部８２は、図２に示すように、タービンディスク８Ｌ，８Ｔから高温ガス流れの上流側（図２の左側）および下流側に向かって延びるとともに、周方向に延びる板状のものである。
【００４６】
高温ガス流れの下流側に向かって延びる第２リム部８２は、第１リム部８１よりも径方向内側（図２の下側）に配置され、シュラウド部６２における第２シール部６６とともに、第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切るものである。
その一方で、高温ガス流れの上流側に向かって延びる第２リム部８２は、第１リム部８１よりも径方向内側（図２の下側）に配置され、第２リム部８２およびシュラウド部６２の間には、第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切る第３シール部６７が設けられている。
【００４７】
タービン静翼６は、タービン動翼７Ｌ，７Ｔとともに高温ガスから回転駆動力を発生させるものである。
タービン静翼６には、図２に示すように、翼形部６１と、シュラウド部６２と、温度検出装置１００と、が設けられている。
【００４８】
翼形部６１は、図２に示すように、周囲を高温ガスが流れる部分であって、凹状に湾曲した正圧面と、凸状に湾曲した負圧面と、正圧面および負圧面が繋がる部分である前縁ＬＥおよび後縁ＴＥと、が設けられた部分である。
翼形部６１はスパン方向（図２の上下方向）に延びる部分であり、径方向内側（図２の下側）には、シュラウド部６２が設けられている。
【００４９】
シュラウド部６２は、図２に示すように、翼形部６１の端部に設けられ、高温ガスの流路を構成する壁面の一部を構成するものである。さらに、タービン動翼７Ｌ，７Ｔの取付部７４、および、タービンディスク８Ｌ，８Ｔとの間に、第１前縁側空間ＬＳ１、第２前縁側空間ＬＳ２、および、後縁側空間ＴＳを形成するものである。
【００５０】
シュラウド部６２には、第１シール部６３と、パージ空気空間６４および連通孔６５と、第２シール部６６と、が主に設けられている。
【００５１】
第１シール部６３は、図２に示すように、第１リム部８１とともに、第１前縁側空間ＬＳ１と第２前縁側空間ＬＳ２とを仕切るものである。第１シール部６３は、シュラウド部６２から第１リム部８１に向かって延びるものである。
【００５２】
第２シール部６６は、第２リム部８２とともに第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとを仕切るものである。第２シール部６６は、シュラウド部６２から第２リム部８２に向かって延びるものである。
【００５３】
第１シール部６３および第２シール部６６としては、公知のシール部材を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５４】
パージ空気空間６４および連通孔６５は、図２に示すように、第２前縁側空間ＬＳ２にパージ空気（パージ流体）を供給するものである。ここで、パージ空気とは、第１前縁側空間ＬＳ１、第２前縁側空間ＬＳ２および後縁側空間ＴＳに高温ガスが巻き込まれることを防止するために供給されるものである。
【００５５】
パージ空気空間６４は、シュラウド部６２の内部に形成された空間であり、外部からパージ空気空間６４が供給される空間である。連通孔６５は、パージ空気空間６４と第２前縁側空間ＬＳ２とを繋ぐ貫通孔である。
【００５６】
第１前縁側空間（前縁側空間）ＬＳ１は、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービン動翼７Ｌの取付部７４と、タービンディスク８Ｌとにより周囲を囲まれた空間であり、高温ガスが流れる流路、および、第２前縁側空間ＬＳ２と連通する空間である。第１前縁側空間ＬＳ１および第２前縁側空間の間は、第１シール部６３により仕切られている。
さらに、第１前縁側空間ＬＳ１は、パージ空気空間６４からパージ空気が供給されているとともに、タービン動翼７Ｌに供給されたパージ空気の一部が供給されている。
【００５７】
第２前縁側空間ＬＳ２は、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービンディスク８Ｌとにより周囲を囲まれた空間であり、第１前縁側空間ＬＳ１、および、後縁側空間ＴＳと連通する空間である。第２前縁側空間ＬＳ２と後縁側空間ＴＳとの間は、第２シール部６６および第３シール部６７により仕切られている。
さらに、第２前縁側空間ＬＳ２は、パージ空気を供給する連通孔６５と連通している。
【００５８】
後縁側空間ＴＳは、図２に示すように、シュラウド部６２と、タービンディスク８Ｔと、タービン動翼７Ｔの取付部７４とにより周囲を囲まれた空間であり、第２前縁側空間ＬＳ２、および、高温ガスが流れる流路と連通する空間である。
【００５９】
温度検出装置１００は、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出するものである。
温度検出装置１００には、図２に示すように、ガイド部１０１と、温度センサ（温度測定部）１０２と、バイパス流路１０３と、が設けられている。
【００６０】
ガイド部１０１は、図２に示すように、タービン静翼６における翼形部６１およびシュラウド部６２に配置された略直線状に延びる筒状に形成された部材であり、温度センサ１０２をバイパス流路１０３まで導くものである。
理解を容易にするために、図２ではガイド部１０１におけるバイパス流路１０３側の端部のみを示している。
【００６１】
温度センサ１０２は、図２に示すように、バイパス流路１０３を流れる流体の温度を測定するセンサであって、ガイド部１０１の内部を径方向内側に向かって延びて配置されるものである。
本実施形態では、温度センサ１０２として熱電対を用いる例に適用して説明するが、熱電対以外の他の公知の温度センサを用いてもよく、特に限定するものではない。
【００６２】
バイパス流路１０３は、図２に示すように、シュラウド部６２を前縁ＬＥ側から、後縁ＴＥ側に向かって貫通する孔であって、第１前縁側空間ＬＳ１および後縁側空間ＴＳを連通させる貫通孔である。
バイパス流路１０３における前縁ＬＥ側の開口部は、第１シール部６３と隣接する位置であって、第１シール部６３よりも径方向外側（図２の上側）、言い換えると、高温ガスの流路側に設けられている。
【００６３】
さらに、バイパス流路１０３には、前縁ＬＥ側の開口部から直線状に延びる部分と、後縁ＴＥ側の開口部から直線状に延びる部分と、径方向に沿って延びて両者を繋ぐとともに、温度センサ１０２が配置される部分とが設けられている。
【００６４】
回転軸５は、図１に示すように、タービン部４で発生した回転駆動力を、圧縮機２および発電機Ｇに伝達するものであり、圧縮機２および発電機Ｇを回転駆動するものである。
【００６５】
次に、上記の構成からなるガスタービン１における運転について、図１を参照しながら説明する。
【００６６】
ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。
【００６７】
燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温ガスが生成される。
【００６８】
燃焼器３において生成された高温ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸５に伝達される。回転軸５は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２や発電機Ｇに伝達する。
【００６９】
次に、本実施形態の特徴である温度検出装置１００による温度の検出方法について、図２を参照しながら説明する。
【００７０】
ガスタービン１が運転されている場合には、図２に示すように、パージ空気が第１前縁側空間ＬＳ１および第２前縁側空間ＬＳ２に供給される。
【００７１】
具体的には、第２前縁側空間ＬＳ２には、パージ空気空間６４および連通孔６５を介してパージ空気が第２前縁側空間ＬＳ２に供給される。
第２前縁側空間に供給されたパージ空気の一部は、第２シール部６６および第３シール部６７を介して後縁側空間ＴＳに流入する。その一方で、第２前縁側空間に供給されたパージ空気の別の一部は、第１シール部６３を介して第１前縁側空間ＬＳ１に流入する。
【００７２】
第１前縁側空間ＬＳ１には、パージ空気空間６４、タービン動翼７Ｌの取付部７４、および、第１シール部６３からパージ空気が流入する。パージ空気は、第１前縁側空間ＬＳ１から高温ガスが流れる流路に流出し、高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれることを防止している。
【００７３】
ここで、第１前縁側空間ＬＳ１に供給されるパージ空気の流量などが減少などすると、高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれる。第１前縁側空間ＬＳ１の内部では、高温ガスを巻き込んだことにより、内部のパージ空気および高温ガスの混合流体の温度が上昇する。
【００７４】
上述の混合流体は、第１前縁側空間ＬＳ１および後縁側空間ＴＳの間の圧力差により、第１前縁側空間ＬＳ１からバイパス流路１０３に流入し、温度検出装置１００の温度センサ１０２の周囲を流れたのち、後縁側空間ＴＳに向かって流れる。
温度センサ１０２は、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度を測定する。
【００７５】
混合流体は、第１前縁側空間ＬＳ１からバイパス流路１０３に流入する際に、第１シール部６３を通過したパージ空気により攪拌される。
【００７６】
つまり、第１シール部６３は、回転するタービンディスク８Ｌの第１リム部８１との間でシール構造を構成するものである。そのため、第１シール部６３を通過するパージ空気には、タービンディスク８Ｌの回転に引きずられて径方向の流速成分が加えられる。
径方向の流速成分が加えられたパージ空気は、バイパス流路１０３の開口部の近傍において、混合流体の周方向の流れを形成する。そのため、混合流体は、周方向に流れることにより攪拌され、周方向にわたる温度分布が均一化される。
【００７７】
温度センサ１０２は、バイパス流路１０３における径方向に延びる部分、つまり、温度センサ１０２が延びる方向に沿って延びる部分に配置されているため、混合流体と温度センサ１０２との接触領域を確保することができる。さらに、温度センサ１０２をバイパス流路１０３の内部に配置することが容易になる。
【００７８】
温度センサ１０２により測定された混合流体の温度は、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたか否かの判定に用いられる。つまり、混合流体の測定温度が上昇した場合には、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みが発生したと判断される。
【００７９】
上記の構成によれば、温度センサ１０２は、バイパス流路１０３の内部を流れる混合流体の温度を測定するため、タービン静翼６に隣接するタービン動翼７Ｌ，７Ｔやタービンディスク８Ｌ，８Ｔと、シュラウド部６２との間の空間である第１前縁側空間ＬＳ１に温度センサ１０２を突出させる場合と比較して、計測不良の発生を防止できる。そのため、高温ガスの巻き込みを高い信頼性をもって出することができる。
【００８０】
温度センサ１０２を第１前縁側空間ＬＳ１に突出させた場合、第１前縁側空間ＬＳ１内における渦などの混合流体の流れにより温度センサ１０２が振られることで、温度センサ１０２とガイド部１０１等とが接触し、温度センサ１０２が損傷するおそれがある。それに対して、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度を測定することにより、温度センサ１０２が渦などの混合流体の流れにより振られることが防止される。
【００８１】
さらに、第１前縁側空間ＬＳ１に向かって曲がり、温度センサ１０２を第１前縁側空間ＬＳ１に導くタービン動翼７Ｌを用いた場合、ガイド部の内部に温度センサ１０２を通す際に引っ掛かりが起きるおそれがある。それに対して、略直線状に延びるガイド部１０１の内部に温度センサ１０２を通すことにより、引っ掛かりの発生を防止することができる。
【００８２】
タービン動翼７Ｌにおける取付部７４、およびシュラウド部６２の間に形成された第１前縁側空間ＬＳ１に対して、バイパス流路１０３の前縁ＬＥ側の開口端が開口しているため、温度センサ１０２は、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００８３】
高温ガスが第１前縁側空間ＬＳ１に巻き込まれると、高温ガスの一部は、第１前縁側空間ＬＳ１に供給されたパージ空気の一部とともに、前縁ＬＥ側の開口端からバイパス流路１０３に流入する。温度センサ１０２は、バイパス流路１０３を流れる混合流体の温度上昇を検出することにより、第１前縁側空間ＬＳ１に高温ガスが巻き込まれたことを検出できる。
【００８４】
バイパス流路１０３における後縁ＴＥ側の開口端を、タービン動翼７Ｔにおける取付部７４、およびシュラウド部６２の間に形成された後縁側空間ＴＳに開口させることにより、バイパス流路１０３における混合流体の流れを確保することができる。
【００８５】
後縁側空間ＴＳの内部における混合流体の圧力は、第１前縁側空間ＬＳ１の内部における混合流体の圧力よりも低い。そのため、第１前縁側空間ＬＳ１と後縁側空間ＴＳとを繋ぐバイパス流路１０３を形成することにより、第１前縁側空間ＬＳ１から後縁側空間ＴＳに向かう混合流体の流れが発生する。例えば、第１前縁側空間ＬＳ１へ高温ガスの巻き込みが発生した場合、高温ガスと混合して高温となった混合流体の一部が、比較的早い段階でバイパス流路１０３に流入する。これにより、温度センサ１０２は、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【００８６】
第１シール部６３および第２シール部６６の間に供給されたパージ空気の一部は、第１シール部６３と第１リム部８１との間を通過して第１前縁側空間ＬＳ１に流入する。このとき、回転する第１リム部８１によりパージ空気には、周方向の流速が与えられる。
【００８７】
そのため、第１前縁側空間ＬＳ１における第１シール部６３の近傍には、周方向の流速成分を有する混合流体の流れが存在することになる。すると、第１前縁側空間ＬＳ１の内部の混合流体における周方向の温度分布にムラが生じる場合、つまり、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みが発生する箇所、発生しない箇所がある場合であっても、上述の周方向の流速成分による混合が発生する。
【００８８】
これにより、温度検出装置１００は、バイパス流路１０３の開口端が設けられている周方向に関する位置に影響を受けることなく、第１前縁側空間ＬＳ１への高温ガスの巻き込みを検出することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン部
６ タービン静翼
７，７Ｌ，７Ｔ タービン動翼
８，８Ｌ，８Ｔ タービンディスク
６１ 翼形部
６２ シュラウド部
７４ 取付部
１００ 温度検出装置
１０１ ガイド部
１０２ 温度センサ（温度測定部）
１０３ バイパス流路
ＬＥ 前縁
ＴＥ 後縁
ＬＳ１ 第１前縁側空間（前縁側空間）
ＴＳ 後縁側空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン静翼における径方向内側のシュラウド部を、前記タービン静翼における前縁側から後縁側に向かって貫通するバイパス流路と、
前記タービン静翼の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部と、
該ガイド部の内部を径方向内側に向かって延び、前記バイパス流路を流れる流体の温度を測定する温度測定部と、
が設けられ、
前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、少なくとも前記前縁側のタービン動翼における取付部と、前記シュラウド部との間に形成された前縁側空間に開口されていることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
前記バイパス流路における前記後縁側の開口端は、少なくとも前記後縁側のタービン動翼の取付部と、前記シュラウド部との間に形成された後縁側空間に開口されていることを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
【請求項３】
前縁および後縁を有するとともに、スパン方向に延びる翼形部と、
該翼形部における径方向内側の端部に配置されたシュラウド部と、
請求項１または請求項２に記載の温度検出装置と、
が設けられていることを特徴とするタービン静翼。
【請求項４】
前記シュラウド部における、前記前縁側のタービン動翼が取り付けられるタービンディスクと対向する領域には、前記前縁から前記後縁に向かって順に、第１シール部および第２シール部が設けられ、
前記第１シール部および前記第２シール部の間には、パージ流体が供給され、
前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、前記シュラウド部における前記前縁側空間の壁面を構成する領域であって、前記第１シール部の近傍に開口されていることを特徴とする請求項３記載のタービン静翼。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
請求項３または請求項４に記載のタービン静翼を有し、前記燃焼ガスから回転駆動力を発生させるタービン部と、
が設けられていることを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
タービン静翼における径方向内側のシュラウド部を、前記タービン静翼における前縁側から後縁側に向かって貫通するバイパス流路と、
前記タービン静翼の内部を径方向内側に向かって直線状に延びる筒状のガイド部と、
該ガイド部の内部を径方向内側に向かって延び、前記バイパス流路を流れる流体の温度を測定する温度測定部と、
が設けられ、
前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、少なくとも前記前縁側のタービン動翼における取付部と、前記シュラウド部との間に形成された前縁側空間に開口されていることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
前記バイパス流路における前記後縁側の開口端は、少なくとも前記後縁側のタービン動翼の取付部と、前記シュラウド部との間に形成された後縁側空間に開口されていることを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
【請求項３】
前縁および後縁を有するとともに、スパン方向に延びる翼形部と、
該翼形部における径方向内側の端部に配置されたシュラウド部と、
請求項１または請求項２に記載の温度検出装置と、
が設けられていることを特徴とするタービン静翼。
【請求項４】
前記シュラウド部における、前記前縁側のタービン動翼が取り付けられるタービンディスクと対向する領域には、前記前縁から前記後縁に向かって順に、第１シール部および第２シール部が設けられ、
前記第１シール部および前記第２シール部の間には、パージ流体が供給され、
前記バイパス流路における前記前縁側の開口端は、前記シュラウド部における前記前縁側空間の壁面を構成する領域であって、前記第１シール部の近傍に開口されていることを特徴とする請求項３記載のタービン静翼。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機と、
圧縮された空気および燃料の混合気を燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
請求項３または請求項４に記載のタービン静翼を有し、前記燃焼ガスから回転駆動力を発生させるタービン部と、
が設けられていることを特徴とするガスタービン。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１９６６６４（Ｐ２０１０−１９６６６４Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４９０７（Ｐ２００９−４４９０７）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【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２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【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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