JP3546135B2

JP3546135B2 - ガスタービン動翼のプラットフォーム

Info

Publication number: JP3546135B2
Application number: JP04010698A
Authority: JP
Inventors: 一郎福江; 栄司秋田; 潔末永; 康意富田; 康司渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-02-23
Also published as: JPH11236805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン動翼のプラットフォームに関し、冷却性能を向上させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はガスタービン動翼の代表的なプラットフォームの内部断面図であり、主に一段動翼に用いられている例である。図において、５０はプラットフォーム全体であり、５１は一段動翼である。５２は動翼５１の前縁の通路であり、この通路５２にはそれぞれ両側に伸びる冷却通路５３，５４が連通して設けられている。冷却通路５３，５４はそれぞれ両側の冷却通路５５，５６に接続し、通路５５，５６はそれぞれプラットフォーム５０の後方端で開口している。
【０００３】
プラットフォーム５０の前方端には両側にそれぞれ冷却通路５７，５８及び５９，６０が設けられており、これら冷却通路５７〜６０はプラットフォーム５０の下面から上面に向って傾斜して穿設されており上面で開口し、冷却空気を吹き出すようになっている。又、プラットフォーム５０の後方には冷却通路６１，６２，６３が穿設されており、同じくプラットフォーム５０の下面より上面に向って傾斜して設けられ、後方端において開口し、冷却空気を吹き出すようになっている。
【０００４】
更に、プラットフォームの中央部には冷却通路６４，６５，６６，６７，６８が設けられ、これらも同様にプラットフォーム下面より上面へ向って斜めに設けられ、冷却空気を上面に吹き出すようになっており、上面において冷却空気を拡散させるために出口端が末広がり状に加工されている。
【０００５】
図６は図５におけるＦ−Ｆ断面部分縮小図であり、プラットフォーム５０の両端内部には冷却通路５５，５６が設けられており、冷却通路６７がプラットフォーム５０の下面より上面へ向って斜めに穿設されている状態を示している。
【０００６】
図７は図５におけるＧ−Ｇ断面部分縮小図であり、プラットフォーム５０の前方から後方に向い、開口する冷却通路５５と斜めに設けられた冷却通路５７、６４〜６８が設けられ、それぞれ冷却空気を後方、上面へと吹き出す状態を示している。
【０００７】
上記構成のプラットフォーム５０においては、前縁の通路５２から動翼５１内に供給される冷却空気の一部を冷却通路５５，５６に流してプラットフォーム５０両側を冷却し、プラットフォーム５０の後方へ流出させ、又プラットフォーム５０の前後には冷却通路５７〜６０、及び６１〜６３をそれぞれ斜めに設けてプラットフォーム５０の下部より冷却空気を導き、前後の端部周辺の上面に流出し、更に中央部では冷却通路６４〜６８を斜めに設け、プラットフォーム５０の下部より上面に流出させるようにしている。このような冷却空気の流れと流出によりプラットフォーム５０の全体を冷却している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の代表的なガスタービン動翼のプラットフォームにおいては、冷却通路５５，５６の直線状の主冷却通路に加え、斜めにプラットフォーム５０を貫通し、しかも比較的傾斜ルートの長い冷却通路５７〜６０、６１〜６３、等が多数設けられており、冷却空気の供給径路が多く、プラットフォーム自体の加工も複雑となり、加工を容易にし、かつ冷却効果もプラットフォーム全体を均一に冷却できる形状が望まれていた。
【０００９】
そこで本発明はプラットフォームの冷却空気の径路を簡素化し、冷却空気の供給径路も単純化して加工を容易にすると共に、プラットフォーム全体を均一に冷却して冷却効果を高めることのできるガスタービン動翼のプラットフォームを提供することを課題としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の手段を提供する。
【００１１】
プラットフォーム内の動翼の両側に設けられ、一端を同動翼の前縁通路に連通し、他端がプラットフォーム周側面に開口する２本の冷却通路と、同２本の冷却通路の各開口をふさぐ蓋と、前記２本の冷却通路のいずれかに一端が連通し、他端がプラットフォーム後方端面に開口する少なくとも３本の直線状冷却通路とを備えたことを特徴とするガスタービン動翼のプラットフォーム。
【００１２】
本発明の手段においては、プラットフォームの冷却構造を簡素化するために直線状の冷却通路の本数を増加し、従来よりも多い３本以上設けてその代り周辺部の冷却穴や径路の長い冷却通路を省略し、この直線状の冷却通路の増加分で前述の空胴や冷却穴による冷却の役目をになうようにする。更に、動翼に連通する冷却通路はプラットフォーム両側に貫通させ、開口部を蓋でふさぐ構成であり加工作業が容易となるものである。このような構成によりプラットフォームの加工が容易な構造で、かつ冷却性能も確保されるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の形態の参考として検討した参考例１に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）がプラットフォームの平面図、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１４】
図１（ａ）において、１はプラットフォームであり、５１は動翼である。２はプラットフォーム１内の空洞で一方の側に形成されている。３，４は同じく空洞であり、プラットフォーム１の他方の側に形成されている。５，６，７，８はそれぞれ複数列の冷却穴であり、５は空洞２に連通し、プラットフォーム１の一方の側の周辺に後述するように斜めに穿設され、斜め上方に冷却空気を吹き出し、６は空洞３に連通し、同様にプラットフォーム１の他方の側に斜め上方に冷却空気を吹き出し、７及び８は空洞４に連通し、それぞれプラットフォーム１の他方の側及び後方の斜め上方に冷却空気を吹き出すように構成される。
【００１５】
９，１０も冷却穴であり、それぞれ動翼５１の両側のプラットフォーム１の中央部に設けられ、同じく傾斜して上面に冷却空気を斜めに吹き出し、上面においては９ａ，１０ａで示すように表面に冷却空気を拡散するように末広がりの拡大部を設けている。
【００１６】
図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、プラットフォーム１には空洞２，４が形成されており、その下部にはインピンジ板１１が取付けられて空洞３，４をふさぎ、インピンジ板１１の多数の穴１２より冷却空気７０が導かれ、空洞２，４内をインピンジ冷却する。
【００１７】
プラットフォーム１の一方の側には空洞２に連通し、上方に傾斜して端部に開口し、斜め上方に冷却空気を吹き出す冷却穴５と、中央部で同じく上面へ斜めに冷却空気を吹き出す冷却穴９が設けられている。
【００１８】
又、プラットフォーム１の他方の側にも同様に周辺において斜めに設けられ、斜め上方に冷却空気を吹き出す冷却穴７及び中央部で斜め上方に冷却空気を吹き出す冷却穴１０が設けられている。
【００１９】
上記構成の参考例１において、冷却空気７０は動翼の翼根部よりインピンジ板１１の穴１２より空洞２，３，４に流入し、これら空洞の部分をインピンジ冷却し、プラットフォーム１の翼周囲の主要部が均一に冷却される。冷却空気はこれら空洞２，３，４よりそれぞれ複数の冷却穴５，６，７，８より斜めに流れてプラットフォーム１の両側及び後方の斜め上方に流出し、それぞれプラットフォーム１の周辺部を下から上へ冷却する。
【００２０】
上記のように本参考例１のプラットフォーム１では、従来のような複雑な通路をなくして主要部は空洞２，３，４とインピンジ板１１とで全面を均一に冷却するようにし、周辺部は斜め方向で上向きの短い冷却穴５〜１０を多数配列して空洞２，３，４よりそれぞれ冷却空気を流出して冷却するような構成としたので、プラットフォーム１の加工が容易になると共に、複雑で、長い冷却通路なしでプラットフォーム１の全面及び周辺を均一に冷却することができるものである。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態の参考として検討した参考例２に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図２（ａ）において、２１はプラットフォームであり、２２，２３，２４はプラットフォーム内の空洞、２５は一方の側の冷却穴で、後述するように空洞２２に連通し、端部において斜め上方に冷却空気を吹き出す。２６，２７も冷却穴でありプラットフォームの他方においてそれぞれ空洞２３，２４に連通し、同様に冷却空気を斜め上方に吹き出す。
【００２２】
２８も冷却穴であり、一本のみから構成され、空洞２２に連通し、プラットフォーム２１の後方で斜め上方に冷却空気を吹き出すもので後方においては他の冷却穴を省略し、加工を容易とするように考慮されている。
【００２３】
図２（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、プラットフォーム２１には空洞２２，２４が形成され、これら空洞２２，２４にそれぞれ連通し、プラットフォームの両側端部において斜め上向きに穿設されて端面で開口し、冷却空気を斜め上方に吹き出す構成である。
【００２４】
上記参考例２においては、参考例１のようなインピンジ板１１を設けずに、更に冷却穴もプラットフォーム後方において１本のみとし、加工面を考慮して簡素化した構成である。冷却空気７０はそれぞれ空洞２２，２３，２４に直接流入し、空洞内に充満してこの部分を一様に冷却し、それぞれ周辺部の両側に冷却穴２５，２６，２７により斜め上向きに流出し、更に後方においては冷却穴２８のみで動翼５１の後縁部を冷却するものである。
【００２５】
このような参考例２においては、ガスタービンの主流ガスが比較的低い場合には有効なものであり、後方側は空洞２４での冷却効果のみで後方側の冷却穴を必要最小限の数とし、加工性を良好とするものであるが、空洞２２，２３，２４の効果により参考例１と同様に均一な冷却がなされるものである。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態の参考として検討した参考例３に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図である。図３（ａ）において、３１はプラットフォーム、５１は動翼、３２，３３，３４はプラットフォーム３１内に形成された空洞である。３８はプラットフォーム後方で空洞３４に連通し、参考例１、参考例２の冷却穴８，２８と同様にプラットフォームの後方において斜め上向きに穿設され、端面において開口する冷却穴、３９も同様に空洞３２に連通し、斜め上向きに穿設された冷却穴である。
【００２７】
図３（ｂ）はＣ−Ｃ断面図であり、プラットフォーム３１内で空洞３２，３４が設けられており、図３（ｃ）はＤ−Ｄ断面図であり、プラットフォーム３１の後方断面で、それぞれ冷却穴３８，３９が穿設されている。この参考例３においては、参考例２よりも更に加工性を考慮し、両側の冷却穴をすべて省略し、後方側のみに冷却穴３８，３９を設けたものである。
【００２８】
上記の参考例３においては、冷却空気７０はそれぞれ空洞３２，３３，３４内に流入し、ほぼプラットフォーム全域を均一に冷却するもので、プラットフォーム３１の冷却はこれら空洞３２，３３，３４でほぼ冷却の要求を満し、特にプラットフォームの後方周辺の冷却を強化したい場合に適用される例である。
【００２９】
このような参考例３によれば、空洞３２，３３，３４によりプラットフォーム３１の全域が均一に冷却され、特に後方周辺の冷却が必要な場合にのみ適用されるのでプラットフォームの均一な冷却を可能とすると共に、その加工面でも参考例２のものより更に優利となるものである。
【００３０】
図４は本発明の実施の形態に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。図４（ａ）において、４１はプラットフォーム、５１は動翼であり、４２，４３は冷却通路で、動翼５１の前縁の通路５２に連通して設けられている。冷却通路４２，４３は、加工を容易とするためにそれぞれ端面に貫通して穿設され、その開口部にはそれぞれ蓋４２ａ，４３ａが挿入されて端部をふさぐようにしている。
【００３１】
冷却通路４３は冷却通路４４へ、又、冷却通路４２は２本の冷却通路４５，４６にそれぞれ連通し、通路４４，４５，４６はプラットフォーム４１の後方端で開口し、冷却空気を流出する構成である。図４（ｂ）はこれら冷却通路４４，４５，４６の配置を示し、プラットフォーム４１の冷却は参考例１〜３の空洞の代りに冷却通路４４，４５，４６で行うものである。
【００３２】
上記の実施の形態においては、動翼５１の前縁の通路５２から動翼５１を冷却するための冷却空気を一部冷却通路４２，４３に導き、直線状の冷却通路４４，４５，４６に流してプラットフォームの全体を冷却するもので、従来例のような傾斜した冷却通路や、又、参考例１〜３のような周辺部の冷却穴をすべて省略し、加工性を最も良好にしたものである。
【００３３】
本実施の形態においては両側周辺部は冷却通路４４，４５で冷却を行い、中央部では冷却通路４６で冷却を行うもので参考例１〜３と比べると全体の冷却性能の点では劣るが、加工性を考えると最良の形態となるものである。なお、冷却通路４６は中央部で１本の例で示したが、設計上許容できれば２本もしくはそれ以上あればより好ましいものである。
【００３４】
以上説明の参考例１〜３においてはプラットフォームに空洞を、その周辺に空洞と連通する冷却穴を設けることによりプラットフォーム全体を均一に冷却できると共に、冷却の径路やプラットフォーム内での冷却空気の供給系統も簡素化され、プラットフォームの加工が容易となるものであるが、本実施の形態においては従来のプラットフォームと比べて複雑な斜めの冷却通路を省略し、その代りに直線状の冷却通路を設けるようにしたものでその加工性が一段と良好になるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のガスタービン動翼のプラットフォームは、プラットフォーム内の動翼の両側に設けられ、一端を同動翼の前縁通路に連通し、他端がプラットフォーム周側面に開口する２本の冷却通路と、同２本の冷却通路の各開口をふさぐ蓋と、前記２本の冷却通路のいずれかに一端が連通し、他端がプラットフォーム後方端面に開口する少なくとも３本の直線状冷却通路とを備えたことを特徴としている。このような構成により、従来のような周辺部の冷却穴や径路の長い冷却通路を省略し、この直線状の冷却通路の増加分で前述の空洞や冷却穴による冷却の役目をになうようにする。更に、動翼に連通する冷却通路はすべて直線状であり、加工が容易となり、プラットフォームの加工が容易な構造で、かつ冷却性能も確保できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の参考として検討した参考例１に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の参考として検討した参考例２に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の参考として検討した参考例３に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るガスタービン動翼のプラットフォームを示し、（ａ）はプラットフォームの平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図５】従来のガスタービン動翼の代表的な内部断面図である。
【図６】図５におけるＦ−Ｆ断面部分縮小図である。
【図７】図５におけるＧ−Ｇ断面部分縮小図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１プラットフォーム
２，３，４空洞
５，６，７，８，９，１０冷却穴
１１インピンジ板
１２穴
２２，２３，２４空洞
２５，２６，２７，２８冷却穴
３２，３３，３４空洞
３８，３９冷却穴
４２，４３，４４，４５，４６冷却通路
４２ａ，４３ａ蓋
５１動翼
５２通路

Claims

プラットフォーム内の動翼の両側に設けられ、一端を同動翼の前縁通路に連通し、他端がプラットフォーム周側面に開口する２本の冷却通路と、同２本の冷却通路の各開口をふさぐ蓋と、前記２本の冷却通路のいずれかに一端が連通し、他端がプラットフォーム後方端面に開口する少なくとも３本の直線状冷却通路とを備えたことを特徴とするガスタービン動翼のプラットフォーム。