燃气轮机制造技术

本发明专利技术提供一种能够有效地进行静叶片与动叶片之间的轴向间隙及叶片端面的冷却的燃气轮机。在第2段静叶片与第3段静叶片的叶片部(17)的张数差为0的燃气轮机中，通过时序，将第2段静叶片与第3段静叶片的周向上的相对位置决定为，在第3段静叶片的静叶片部(17)的距轮毂侧的跨距方向的长度的0％以上且15％以下的范围内，将由第2段静叶片的静叶片部形成的尾流导向第3段静叶片的静叶片部(17)的前缘。

【技术实现步骤摘要】
燃气轮机本申请是申请日为2010年3月16日、申请号为201080002931.5、专利技术名称为“燃气轮机”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及燃气轮机。
技术介绍
燃气轮机的课题在于，通过燃气轮机的入口气体温度的高温化，例如，通过更少的密封空气量(从空腔深处朝向主流漏出的比主流温度低的空气)确保动叶片旋转盘与其上游或下游静叶片环之间形成的轴向空腔(轴向的间隙)的内部或接近主流部的部位的可靠性、耐久性。通常，为了提高叶片列间的轴向空腔部位的可靠性，而需要增加插入到轴向空腔内的密封空气量并防止主流的高温气体进入。然而，增加密封空气会导致燃气轮机的性能下降。另外，从叶片列间的轴向空腔向主流漏出的密封空气是比主流低温的气体，具有对叶片面(包含壳体和平台面)进行冷却的能力，但通常在叶片面等主流部中，由于通过叶片产生的流动的模式是统治性的，因此难以通过该漏出的密封空气进行有效的冷却。就燃气轮机的运转成效或装备试验而言，根据非专利文献1可知，在轴向空腔的内部，对放置在主流中的静叶片或动叶片等的每隔一张叶片施加小的周向间隔的压力、气体温度分布，而整周(360deg)在流动的性质方面容易产生多个或跨多张叶片周向范围的大的周向间隔的漩涡、压力分布或温度分布。而且，在实际的燃气轮机发动机中，难以满足结构上完全的周向的对称性，而结构上的周向的非对称性也成为在轴向空腔内整周产生一至几个周期的压力分布的主要原因。因此，在设计时，也需要考虑此种周向的不均匀性，而进行富余量较多的密封空气量的设定。另一方面，从数值流体(CFD)解析或非专利文献2等可知，例如图9所示，对应于静叶片彼此或动叶片彼此的张数差，不仅在空腔侧而且在主流侧也产生整周的压力及温度的分布。这种情况下成为问题的是张数差为1张～4张左右的少的张数差的情况下整周产生的1～4波节(周期)的间隔的大分布。此种跨多张叶片周向范围的分布与每隔一张叶片的压力及温度分布的分布相比难以均匀化。密封空气从叶片列间的轴向空腔向主流漏出需要空腔内的压力高于主流，但如上所述在轴向空腔侧和主流侧分别产生大间隔的(1～4左右的小波节的)压力分布时，若轴向空腔侧的压力分布的波谷与主流侧的压力分布的波峰重合，则主流的气体跨多张叶片周向范围进入叶片列间的轴向空腔内的风险升高，在此种方式下，部件的耐久性显著下降。另外，在专利文献1中公开有使前后的静叶片部分的周向的相对位置变化(所谓时序)，使由上游侧的静叶片的叶片面形成的冲流(尾流)到达下游侧的静叶片而提高性能的方法。在专利文献2中公开有使前后的静叶片部分的周向的相对位置变化，通过利用上游侧的静叶片形成的冲流(尾流)或从上游侧的静叶片吹出的冷却空气来对下游叶片进行冷却的方法。非专利文献1：JournalofEngineeringforGasTurbinesandPower，October2004，Vol.126，No.4，pp.786-793非专利文献2：ASMEpaperGT2004-53829(pp.1-10)专利文献1：日本特表平9-512320号公报专利文献2：日本特开2002-155701号公报然而，专利文献1只不过以性能提高为目的，因此主要对燃气流的主流进行了考虑，但对静叶片和动叶片的轴向空腔的存在或从这里漏出的密封空气的存在、以及受到高温气体的部件的耐久性等未作考虑。另外，专利文献2虽然考虑了受到高温气体的部件的耐久性，但未考虑静叶片和动叶片的轴向空腔的存在和从这里漏出的密封空气的存在。而且，在专利文献2中，例如，在静叶片、动叶片、静叶片这三个连续的叶片列配置中，为了对下游侧的静叶片进行冷却，而利用来自上游侧配置的静叶片的冲流(尾流)或从上游侧配置的静叶片面吹出的低温的空气。从上游侧的静叶片吹出的低温的气体在到达下游侧的静叶片之前，由于通过中间的旋转中的动叶片，因此在到达下游静叶片之前，在中途被搅拌，促进了与主流的高温气体的混合，而冷却能力下降。
技术实现思路
相对于此，本专利技术者着眼于叶片的位于最接近的上游的轮毂侧或尖端侧的轴向空腔的存在，并着眼于轴向空腔部位的耐久性的课题和从轴向空腔向主流漏出的比主流温度低的密封空气有效地使用于最接近的下游叶片的冷却的情况。本专利技术鉴于此种情况而作出，其目的在于提供一种能够以更少的密封空气确保轴向空腔部位的耐久性，并能够利用从轴向空腔漏出的密封空气对最接近的下游的叶片进行有效冷却的燃气轮机。为了解决上述课题，本专利技术的燃气轮机采用以下的方法。即，本专利技术的第一方式的燃气轮机具备：将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n段静叶片(n为自然数)；配置在该第n段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n段动叶片；配置在该第n段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+1段静叶片；配置在该第n+1段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+1段动叶片，其中，所述第n段静叶片与所述第n+1段静叶片的所述静叶片部的张数之差为0或5以上，及/或，所述第n段动叶片与所述第n+1段动叶片的所述动叶片部的张数之差为0或5以上，所述第n段静叶片与所述第n+1段静叶片的周向上的相对位置被决定为，在所述第n+1段静叶片的所述静叶片部的距轮毂侧的跨距方向的长度的0％以上且15％以下的范围，及/或，85％以上且100％以下的范围内，将由所述第n段静叶片的所述静叶片部形成的尾流导向以所述第n+1段静叶片的所述静叶片部的前缘为中心在周向上±1/4间距(1间距为相邻的所述静叶片部的周向间隔)的范围。由于第n段静叶片与第n+1段静叶片的静叶片部的张数差，及/或，第n段动叶片与第n+1段动叶片的动叶片部的张数差为0或5以上，因此能够避免由于张数差成为1～4而在整周产生1～4波节(周期)的比较低周期的压力分布或温度分布的情况。而且，通过调整第n段静叶片和第n+1段静叶片的周向上的相对位置，而在静叶片部的跨距的0％以上且15％以下的轮毂附近的范围，及/或，85％以上且100％以下的尖端附近的范围内，将由第n段静叶片的静叶片部形成的尾流导向以第n+1段静叶片的静叶片部的前缘为中心在周向上±1/4的范围。由此，促进第n+1段静叶片的轮毂附近或尖端附近的冷却，而改善以往困难的轮毂附近或尖端附近的冷却。尤其是通过轮毂附近的流动的改善，能够有效地利用从第n段动叶片与第n+1段静叶片之间的轮毂侧形成的空腔导出的密封空气流，因此能够不导致燃气轮机效率下降地进行冷却。另外，本专利技术的第二方式的燃气轮机具备：将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n段静叶片(n为自然数)；配置在该第n段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n段动叶片；配置在该第n段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+1段静叶片；配置在该第n+1段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+1段动叶片，其中，所述第n段静叶片与所述第n+1段静叶片的所述静叶片部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机，具备：将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n段静叶片，n为自然数；配置在该第n段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n段动叶片；配置在该第n段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+1段静叶片；配置在该第n+1段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+1段动叶片；配置在该第n+1段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+2段静叶片；配置在该第n+2段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+2段动叶片，其中，所述静叶片部及所述动叶片部的张数为20张以上，所述第n段静叶片与所述第n+1段静叶片的所述静叶片部的张数之差及所述第n+1段静叶片与所述第n+2段静叶片的所述静叶片部的张数之差为0或5以上，及/或，所述第n段动叶片与所述第n+1段动叶片的所述动叶片部的张数之差及所述第n+1段动叶片与所述第n+2段动叶片的所述动叶片部的张数之差为0或5以上，第n段静叶片、第n+1段静叶片及第n+2段静叶片的所述静叶片部的张数比、或第n段动叶片、第n+1段动叶片及第n+2段动叶片的所述动叶片部的张数比为1～4以下的整数比，其中，1：1：1除外。...

【技术特征摘要】
2009.03.19 JP 2009-0687161.一种燃气轮机，具备：将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n段静叶片，n为自然数；配置在该第n段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n段动叶片；配置在该第n段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+1段静叶片；配置在该第n+1段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+1段动叶片；配置在该第n+1段动叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n+2段静叶片；配置在该第n+2段静叶片的燃气流下游侧，并将沿径向延伸的动叶片部在周向上以规定间隔在转子的外周上设置多个而成的第n+2段动叶片，其中，所述静叶片部及所述动叶片部的张数为20张以上，所述第n段静叶片与所述第n+1段静叶片的所述静叶片部的张数之差及所述第n+1段静叶片与所述第n+2段静叶片的所述静叶片部的张数之差为0或5以上，及/或，所述第n段动叶片与所述第n+1段动叶片的所述动叶片部的张数之差及所述第n+1段动叶片与所述第n+2段动叶片的所述动叶片部的张数之差为0或5以上，第n段静叶片、第n+1段静叶片及第n+2段静叶片的所述静叶片部的张数比、或第n段动叶片、第n+1段动叶片及第n+2段动叶片的所述动叶片部的张数比为A∶B∶C，且A、B、C约分之后的值为1～4的整数，其中，1∶1∶1除外。2.一种燃气轮机，具备：将沿径向延伸的静叶片部在周向上以规定间隔设置多个而成的第n段静叶片，n为自然数；配置在该第n段静叶片的燃气流下游侧，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：饭田耕一郎，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
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