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JP7558128B2 - Two-shaft gas turbine - Google Patents
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Description

本開示は、2軸式ガスタービンに関する。 This disclosure relates to a two-shaft gas turbine.

従来から、高圧タービンと低圧タービンとを別軸で設け、高圧タービンを通過後の燃焼ガスを中間ダクトを介して低圧タービンに供給するようにした2軸式ガスタービンが知られている。 Two-shaft gas turbines have been known in the past, in which the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are arranged on separate shafts, and the combustion gas that has passed through the high-pressure turbine is supplied to the low-pressure turbine through an intermediate duct.

近年、この種の2軸式ガスタービンの高出力化に対する要請が高まっている。ここで、特に発電用に2軸式ガスタービンを用いる場合、低圧タービン側の回転数は一定に保たれている必要がある(一例として3000rpm)。回転数を変化させずに出力を向上させるためには、低圧タービンの動翼(初段動翼)の平均径を増加することが考えられる。低圧タービンの平均径を増加した場合、低圧タービンの流路断面積も拡大することから、燃焼ガスの流速が小さくなる。一方で、高温であることによって設計変更の難易度が高い高圧タービンの改良をしなかった場合、高圧タービンと低圧タービンの径差が拡大し、両者を接続する中間流路が湾曲する。このため、動翼の径方向における流速分布が不均一化することから、流れの損失も同時に大きくなってしまう。また、平均径を増加するほど、動翼にかかる遠心応力も大きくなってしまう。このような遠心応力を減少させるための構成として、例えば下記特許文献1に記載されたものが知られている。 In recent years, there has been an increasing demand for higher output from this type of two-shaft gas turbine. Here, when using a two-shaft gas turbine, especially for power generation, the rotation speed of the low-pressure turbine side needs to be kept constant (3000 rpm as an example). In order to improve the output without changing the rotation speed, it is possible to increase the average diameter of the moving blades (first stage moving blades) of the low-pressure turbine. If the average diameter of the low-pressure turbine is increased, the flow path cross-sectional area of the low-pressure turbine also increases, so the flow velocity of the combustion gas decreases. On the other hand, if the high-pressure turbine, which is difficult to change in design due to its high temperature, is not improved, the diameter difference between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine increases, and the intermediate flow path connecting the two becomes curved. As a result, the flow velocity distribution in the radial direction of the moving blade becomes non-uniform, and the flow loss also increases at the same time. In addition, the centrifugal stress on the moving blade increases as the average diameter increases. As a configuration for reducing such centrifugal stress, for example, the one described in the following Patent Document 1 is known.

下記特許文献1に係る動翼では、動翼のスタッキングラインの延びる方向を、径方向外側の部分と径方向内側の部分とで違える構成が採られている。 The rotor blade described in the following Patent Document 1 is configured so that the direction in which the stacking lines of the rotor blade extend is different between the radially outer portion and the radially inner portion.

国際公開第2020/095470号International Publication No. 2020/095470

しかしながら、上記のように動翼の形状を変化させた場合であっても、ハブ側における遠心応力の低減は困難である。その結果、低圧タービンのさらなる高周速化を達成できないという課題があった。 However, even if the shape of the rotor blades is changed as described above, it is difficult to reduce the centrifugal stress on the hub side. As a result, there is a problem in that it is not possible to achieve a higher peripheral speed of the low-pressure turbine.

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、さらなる高周速化を実現することが可能な2軸式ガスタービンを提供することを目的とする。 This disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a two-shaft gas turbine that can achieve even higher peripheral speeds.

上記課題を解決するために、本開示に係る2軸式ガスタービンは、軸線回りに回転可能な回転軸を有する圧縮機と、前記回転軸と連結される第1軸を有する高圧タービンと、前記第1軸とは異なる第2軸を有し、前記高圧タービンに対して前記軸線方向に間隔をあけて配置された低圧タービンと、前記高圧タービンの最終段動翼と前記低圧タービンの初段動翼との間に設けられ、前記高圧タービンから前記低圧タービンに燃焼ガスを導く中間流路と、を備え、前記軸線に対する径方向における前記初段動翼の内径は、前記径方向における前記最終段動翼の内径の1.2倍以上1.4倍以下であり、前記径方向における前記初段動翼の長さは、前記径方向における前記最終段動翼の長さの1.0倍以上1.6倍以下であり、前記初段動翼の前記径方向内側の端部であるハブ側端部の最大厚さは、前記径方向外側の端部であるチップ側端部の最大厚さの4倍以上8倍以下であり、前記初段動翼の前記ハブ側端部におけるコード長は、前記チップ側端部におけるコード長の1.0倍以上1.3倍以下であり、前記初段動翼の翼根の前記軸線方向における長さは、前記ハブ側端部におけるコード長の1.2倍以上1.5倍以下であり、前記初段動翼の前記ハブ側端部を基準として前記初段動翼の前記チップ側端部の前記径方向の位置を100%とした場合に、前記初段動翼の前記径方向における75%の位置の最大厚さが、前記初段動翼の前記径方向における25%の位置の最大厚さの2倍以上4倍以下であり、前記中間流路は、前記低圧タービンと前記高圧タービンとの径差によって湾曲している。 In order to solve the above problems, a two-shaft gas turbine according to the present disclosure includes a compressor having a rotating shaft rotatable about an axis, a high-pressure turbine having a first shaft connected to the rotating shaft, a low-pressure turbine having a second shaft different from the first shaft and disposed at a distance from the high-pressure turbine in the axial direction, and an intermediate flow passage provided between a final stage rotor blade of the high-pressure turbine and a first stage rotor blade of the low-pressure turbine, for guiding combustion gas from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine, wherein an inner diameter of the first stage rotor blade in a radial direction relative to the axis is 1.2 to 1.4 times the inner diameter of the final stage rotor blade in the radial direction, a length of the first stage rotor blade in the radial direction is 1.0 to 1.6 times the length of the final stage rotor blade in the radial direction, and the radial length of the first stage rotor blade is 1.2 to 1.6 times the length of the final stage rotor blade in the radial direction . a maximum thickness at a hub side end which is an end on the radially inner side is 4 to 8 times the maximum thickness at a tip side end which is an end on the radially outer side, a chord length at the hub side end of the first stage blade is 1.0 to 1.3 times the chord length at the tip side end, a length in the axial direction of a blade root of the first stage blade is 1.2 to 1.5 times the chord length at the hub side end, a maximum thickness at a 75% position in the radial direction of the first stage blade is 2 to 4 times the maximum thickness at a 25% position in the radial direction of the first stage blade, when the radial position of the tip side end of the first stage blade is taken as 100% with respect to the hub side end of the first stage blade , and the intermediate flow passage is curved due to a diameter difference between the low-pressure turbine and the high-pressure turbine.

本開示によれば、さらなる高周速化を実現することが可能な2軸式ガスタービンを提供することができる。 This disclosure makes it possible to provide a two-shaft gas turbine that can achieve even higher peripheral speeds.

本開示の実施形態に係る2軸式ガスタービンの構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a two-shaft gas turbine according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る2軸式ガスタービンの要部拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a two-shaft gas turbine according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る低圧タービンの初段動翼を径方向から見た図である。FIG. 2 is a radial view of a first stage rotor blade of a low-pressure turbine according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る低圧タービンの初段動翼を周方向から見た図である。FIG. 2 is a circumferential view of a first stage rotor blade of a low-pressure turbine according to an embodiment of the present disclosure.

(2軸式ガスタービンの構成)
以下、本開示の第一実施形態に係る2軸式ガスタービン1について、図1から図4を参照して説明する。本実施形態の2軸式ガスタービンは、各種産業機械、発電装置などの重構造型のガスタービンとして好適に用いられる。なお、本実施形態に係る2軸式ガスタービンは、航空機用(航空エンジン用)など、他の用途のガスタービンとして用いることも可能である。
(Configuration of two-shaft gas turbine)
A two-shaft gas turbine 1 according to a first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to Fig. 1 to Fig. 4. The two-shaft gas turbine according to this embodiment is suitable for use as a heavy-structure gas turbine for various industrial machines, power generation devices, etc. The two-shaft gas turbine according to this embodiment can also be used as a gas turbine for other applications, such as an aircraft (aircraft engine).

2軸式ガスタービン1は、図1に示すように、圧縮機駆動側タービン部(ガスジェネレータ部)2と、出力側タービン部(パワータービン部)3と、を備える。2軸式ガスタービン1は、出力側タービン部3によって、産業機械、発電電動機などの負荷機器10を駆動するように構成される。また、2軸式ガスタービン1は、不図示の制御装置、圧縮機駆動側タービン部2及び出力側タービン部3を内包するタービンケーシングなどを備えている。 As shown in FIG. 1, the two-shaft gas turbine 1 includes a compressor drive turbine section (gas generator section) 2 and an output turbine section (power turbine section) 3. The two-shaft gas turbine 1 is configured to drive a load device 10 such as an industrial machine or a generator motor using the output turbine section 3. The two-shaft gas turbine 1 also includes a control device (not shown), a turbine casing that contains the compressor drive turbine section 2 and the output turbine section 3, and the like.

圧縮機駆動側タービン部2は、大気中から取り込んだ空気R1を圧縮して圧縮空気R2を生成する圧縮機4と、圧縮機4から送られた圧縮空気R2に燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスR3を生成する燃焼器5と、高圧タービン6のロータを兼ねた第1軸(ガスジェネレータ軸)7を介して圧縮機4に同軸接続される高圧タービン6と、を備える。圧縮機駆動側タービン部2では、燃焼器5から送られた高温・高圧の燃焼ガスR3によって高圧タービン6が回転し、第1軸7を通じて高圧タービン6の回転動力が圧縮機4に伝達され、圧縮機4が駆動される。なお、第1軸7は、高圧タービン6のロータを兼ねている。 The compressor drive turbine section 2 includes a compressor 4 that compresses air R1 taken in from the atmosphere to generate compressed air R2, a combustor 5 that mixes fuel with the compressed air R2 sent from the compressor 4 and burns it to generate combustion gas R3, and a high-pressure turbine 6 that is coaxially connected to the compressor 4 via a first shaft (gas generator shaft) 7 that also serves as the rotor of the high-pressure turbine 6. In the compressor drive turbine section 2, the high-pressure turbine 6 is rotated by the high-temperature, high-pressure combustion gas R3 sent from the combustor 5, and the rotational power of the high-pressure turbine 6 is transmitted to the compressor 4 via the first shaft 7 to drive the compressor 4. The first shaft 7 also serves as the rotor of the high-pressure turbine 6.

圧縮機4の空気取込み口には、不図示のIGV(入口案内翼)が設けられている。IGVはIGV駆動装置により駆動し、IGVの開度を調整することによって圧縮機の空気取込み量を調整可能とされている。 An IGV (inlet guide vane) (not shown) is provided at the air intake of the compressor 4. The IGV is driven by an IGV drive device, and the amount of air intake by the compressor can be adjusted by adjusting the opening of the IGV.

出力側タービン部3は、低圧タービン8を有している。低圧タービン8と負荷機器10は、低圧タービン8のロータを兼ねた第2軸(パワータービン軸)9を介して接続されている。低圧タービン8は、高圧タービン6を駆動して圧力が低下した燃焼ガスR4が高圧タービン6から送られ、この燃焼ガスR4によって回転駆動する。低圧タービン8で得られた回転動力は負荷機器10に伝達され、この負荷機器10を駆動する。なお、低圧タービン8を駆動した燃焼ガスR5は排気ガスとして排出される。 The output turbine section 3 has a low-pressure turbine 8. The low-pressure turbine 8 and the load equipment 10 are connected via a second shaft (power turbine shaft) 9, which also serves as the rotor of the low-pressure turbine 8. The low-pressure turbine 8 is driven to rotate by the combustion gas R4 sent from the high-pressure turbine 6, whose pressure has been reduced by driving the high-pressure turbine 6. The rotational power obtained by the low-pressure turbine 8 is transmitted to the load equipment 10, which drives the load equipment 10. The combustion gas R5 that drives the low-pressure turbine 8 is discharged as exhaust gas.

図1と図2に示すように、圧縮機駆動側タービン部2と出力側タービン部3の間、すなわち、高圧タービン6と低圧タービン8の軸線O1方向の間には、高圧タービン6から低圧タービン8に燃焼ガスR4を給送するための中間ダクト11(中間流路13)を備えた中間流路区間部(中間流路区間)12が設けられている。中間ダクト11は、軸線O1に沿って同軸上に配置された内管11aと外管11bを備える円環状の二重管構造とされている。中間ダクト11は、内管11aと外管11bの間の空間は、燃焼ガスR4を流通させる中間流路13とされている。 As shown in Figures 1 and 2, between the compressor drive turbine section 2 and the output turbine section 3, i.e., between the high-pressure turbine 6 and the low-pressure turbine 8 in the direction of the axis O1, there is provided an intermediate flow passage section (intermediate flow passage section) 12 equipped with an intermediate duct 11 (intermediate flow passage 13) for feeding combustion gas R4 from the high-pressure turbine 6 to the low-pressure turbine 8. The intermediate duct 11 has a circular double-pipe structure equipped with an inner pipe 11a and an outer pipe 11b arranged coaxially along the axis O1. The space between the inner pipe 11a and the outer pipe 11b of the intermediate duct 11 is the intermediate flow passage 13 for circulating the combustion gas R4.

中間流路13(中間ダクト11)は、高圧タービン6の最終段動翼14と低圧タービン8の初段動翼15の軸線O1方向の間に設けられ、高圧タービン6から低圧タービン8に燃焼ガスR4を供給する。また、本実施形態の2軸式ガスタービン1では、中間流路13内に配置されたストラット16が低圧タービン8の初段静翼を兼ねるように構成されている。ストラット16は中間流路13内で軸線O1の周方向に間隔をあけて放射状に複数配置されている。 The intermediate flow passage 13 (intermediate duct 11) is provided between the final stage moving blades 14 of the high-pressure turbine 6 and the first stage moving blades 15 of the low-pressure turbine 8 in the direction of the axis O1, and supplies combustion gas R4 from the high-pressure turbine 6 to the low-pressure turbine 8. In addition, in the two-shaft gas turbine 1 of this embodiment, the struts 16 arranged in the intermediate flow passage 13 are configured to also serve as the first stage stator blades of the low-pressure turbine 8. Multiple struts 16 are arranged radially at intervals in the circumferential direction of the axis O1 within the intermediate flow passage 13.

(低圧タービンの初段動翼の構成)
次いで、図2から図4を参照して、低圧タービン8の初段動翼15の構成について詳述する。図4に示すように、初段動翼15は、翼本体15hと、プラットフォーム15cと、翼根15dと、を有している。
(Configuration of first stage rotor blades of low pressure turbine)
Next, the configuration of the first stage rotor blade 15 of the low-pressure turbine 8 will be described in detail with reference to Figures 2 to 4. As shown in Figure 4, the first stage rotor blade 15 has a blade body 15h, a platform 15c, and a blade root 15d.

翼本体15hは、軸線O1に対する径方向に延びるとともに、径方向から見て翼型の断面形状を有している。図3に示すように、翼本体15hの径方向外側の端部はチップ側端部15bとされ、径方向内側の端部はハブ側端部15aとされている。また、翼型断面を有する翼本体15hの周方向を向く両面のうち、周方向一方側に凹む面は圧力面15pとされ、その反対側を向く面は周方向一方側に凸状に湾曲することで負圧面15nとされている。 The blade body 15h extends radially relative to the axis O1 and has an airfoil-shaped cross-sectional shape when viewed from the radial direction. As shown in FIG. 3, the radially outer end of the blade body 15h is the tip end 15b, and the radially inner end is the hub end 15a. Of the two circumferential surfaces of the blade body 15h with an airfoil-shaped cross section, the surface that is concave toward one circumferential side is the pressure surface 15p, and the surface facing the opposite side is curved convexly toward one circumferential side to form the negative pressure surface 15n.

プラットフォーム15cは、翼本体15hの径方向内側の端部に設けられている。プラットフォーム15cの軸線O1方向における寸法は、翼本体15hの軸線O1方向における寸法よりも大きい。翼根15dは、不図示のディスクに形成された翼溝に初段動翼15を固定するための部分であり、セレーション状の凹凸が複数形成されている。ここで、図4に示すように、ハブ側端部15aにおけるコード長をC2とし、翼根15dの軸線O1方向の寸法をL1としたとき、L1の値は、C2の1.2倍以上1.5倍以下である。 The platform 15c is provided at the radially inner end of the blade body 15h. The dimension of the platform 15c in the axis O1 direction is larger than the dimension of the blade body 15h in the axis O1 direction. The blade root 15d is a portion for fixing the first stage rotor blade 15 to a blade groove formed in a disk (not shown), and has multiple serration-like projections and recesses. Here, as shown in FIG. 4, when the chord length at the hub side end 15a is C2 and the dimension of the blade root 15d in the axis O1 direction is L1, the value of L1 is 1.2 times or more and 1.5 times or less of C2.

また、図2に示すように、高圧タービン6の最終段動翼14の翼長(長さ)をw1とし、低圧タービン8の初段動翼15の翼長(長さ)をw2としたとき、w2の値は、w1の1.0倍以上1.6倍以下とされている。さらに、最終段動翼14の内径(軸線O1を基準とした径方向の寸法)をd1とし、初段動翼15の内径をd2としたとき、d2の値は、d1の1.2倍以上1.4倍以下とされている。 As shown in FIG. 2, when the blade length (length) of the final stage rotor blade 14 of the high pressure turbine 6 is w1 and the blade length (length) of the first stage rotor blade 15 of the low pressure turbine 8 is w2, the value of w2 is set to be 1.0 to 1.6 times w1. Furthermore, when the inner diameter (radial dimension based on the axis O1) of the final stage rotor blade 14 is d1 and the inner diameter of the first stage rotor blade 15 is d2, the value of d2 is set to be 1.2 to 1.4 times d1.

加えて、図3に示すように、ハブ側端部15aにおける翼本体15hのコード長C2は、チップ側端部15bにおけるコード長の1.0倍以上1.3倍以下である。さらに、ハブ側端部15aにおける翼本体15hの最大厚さをD2とし、チップ側端部15bにおける最大厚さをD1としたとき、D2の値は、D1の4倍以上8倍以下とされる。また、ハブ側端部15aを基準として径方向における75%の位置では、25%の位置に比べて、翼本体15hの最大厚さの2倍以上4倍以下とされている。 In addition, as shown in FIG. 3, the chord length C2 of the blade body 15h at the hub end 15a is 1.0 to 1.3 times the chord length at the tip end 15b. Furthermore, when the maximum thickness of the blade body 15h at the hub end 15a is D2 and the maximum thickness at the tip end 15b is D1, the value of D2 is 4 to 8 times D1. Furthermore, at the 75% position in the radial direction based on the hub end 15a, the maximum thickness of the blade body 15h is 2 to 4 times the maximum thickness at the 25% position.

(作用効果)
近年、上記のような2軸式ガスタービン1の高出力化に対する要請が高まっている。ここで、特に発電用に2軸式ガスタービン1を用いる場合、低圧タービン8側の回転数は一定に保たれている必要がある(一例として3000rpm)。回転数を変化させずに出力を向上させるためには、低圧タービン8の動翼(初段動翼15)の平均径を増加することが考えられる。平均径を増加した場合、低圧タービン8の流路断面積も拡大することから、燃焼ガスの流速が小さくなる。一方で、高圧タービン6との径差が拡大し、図3に示すように流路が湾曲する。このため、初段動翼15の径方向における流速分布が不均一化し、流れの損失が増加してしまう。また、平均径が増加するほど、動翼にかかる遠心応力も大きくなってしまう。
(Action and Effect)
In recent years, there has been an increasing demand for a two-shaft gas turbine 1 with higher output. Here, when the two-shaft gas turbine 1 is used for power generation, the rotation speed of the low-pressure turbine 8 must be kept constant (for example, 3000 rpm). In order to improve the output without changing the rotation speed, it is possible to increase the average diameter of the moving blades (first-stage moving blades 15) of the low-pressure turbine 8. When the average diameter is increased, the flow path cross-sectional area of the low-pressure turbine 8 also increases, so the flow velocity of the combustion gas decreases. On the other hand, the diameter difference with the high-pressure turbine 6 increases, and the flow path curves as shown in FIG. 3. As a result, the flow velocity distribution in the radial direction of the first-stage moving blades 15 becomes non-uniform, and the flow loss increases. In addition, the centrifugal stress acting on the moving blades increases as the average diameter increases.

そこで、本実施形態に係る2軸式ガスタービン1は、上記のような初段動翼15に関する寸法条件を有している。上記構成によれば、初段動翼15の内径d2が、高圧タービン6の最終段動翼14の内径d1の1.2倍以上1.4倍以下とされている。さらに、初段動翼15の長さw2は、最終段動翼14の長さw1の1.0倍以上1.6倍以下とされる。初段動翼15の長さを1.6倍以下に留めると、中間流路13における燃焼ガスの流れの分布の偏りがあまり生じないため、それ以上翼長を大きくした場合と比べて、圧力損失の増加を緩和できる。 The two-shaft gas turbine 1 according to this embodiment has the above-mentioned dimensional conditions for the first stage rotor blade 15. According to the above-mentioned configuration, the inner diameter d2 of the first stage rotor blade 15 is set to be 1.2 to 1.4 times the inner diameter d1 of the final stage rotor blade 14 of the high-pressure turbine 6. Furthermore, the length w2 of the first stage rotor blade 15 is set to be 1.0 to 1.6 times the length w1 of the final stage rotor blade 14. If the length of the first stage rotor blade 15 is kept at 1.6 times or less, there is little bias in the distribution of the combustion gas flow in the intermediate flow passage 13, and therefore the increase in pressure loss can be mitigated compared to when the blade length is increased further.

さらに、この構成を採ることにより、初段動翼15の長さが過度に大きくならず、固有振動数についての制約が緩和される。一般に、遠心応力の増加に対しては、ハブ側のコード長を拡大することで断面積を増加させ、応力を低減する手段を取る場合が多い。これは、多くの場合、固有1次モードがコード方向の振動モードとなり、それと低次の励起源との共振が問題となるために、極力、固有振動数を確保する必要性が生じるためである。一方、本実施形態では初段動翼15の長さの上限が制約されることで、固有振動数はすでに十分に高く、コード長の拡大は不要となる。コード長の拡大に代えて、初段動翼15のハブ側端部15aの最大厚さD2を、チップ側端部15bの最大厚さD1の4倍以上8倍以下とすることでハブ側の断面積を確保する手段を取る。これにより、翼重量を抑えつつもハブ側端部15aにおける断面積を拡大することができ、初段動翼15のハブ断面に働く遠心応力を低減することが可能となる。 Furthermore, by adopting this configuration, the length of the first stage moving blade 15 does not become excessively large, and the constraints on the natural frequency are relaxed. In general, in order to deal with an increase in centrifugal stress, measures are often taken to increase the cross-sectional area by expanding the chord length on the hub side, thereby reducing stress. This is because in many cases, the natural first mode becomes a vibration mode in the chord direction, and resonance with a low-order excitation source becomes a problem, so it is necessary to ensure the natural frequency as much as possible. On the other hand, in this embodiment, the upper limit of the length of the first stage moving blade 15 is restricted, so that the natural frequency is already sufficiently high, and it is not necessary to expand the chord length. Instead of expanding the chord length, a measure is taken to ensure the cross-sectional area on the hub side by making the maximum thickness D2 of the hub side end 15a of the first stage moving blade 15 4 to 8 times the maximum thickness D1 of the tip side end 15b. This makes it possible to expand the cross-sectional area at the hub side end 15a while suppressing the blade weight, and to reduce the centrifugal stress acting on the hub cross section of the first stage moving blade 15.

また、ハブ側端部15aの最大厚さを大きくすることにより、圧力面15pの曲率が小さくなる。これにより、燃焼ガスが当該圧力面15pで剥離する可能性が低減され、低圧タービン8の効率をさらに向上させることができる。 In addition, by increasing the maximum thickness of the hub-side end 15a, the curvature of the pressure surface 15p is reduced. This reduces the possibility of the combustion gas separating from the pressure surface 15p, further improving the efficiency of the low-pressure turbine 8.

さらに、初段動翼15のハブ側端部15aにおけるコード長C2は、チップ側端部15bにおけるコード長C1の1.0倍以上1.3倍以下である。この構成によれば、ハブ側端部15aとチップ側端部15bとの間でコード長に大きな差異がないことに加えて、翼長が上述のように制限されていることから、初段動翼15の固有振動数を適切な値にコントロールすることが可能となる。 Furthermore, the chord length C2 at the hub end 15a of the first stage rotor blade 15 is 1.0 to 1.3 times the chord length C1 at the tip end 15b. With this configuration, there is no significant difference in chord length between the hub end 15a and the tip end 15b, and since the blade length is limited as described above, it is possible to control the natural frequency of the first stage rotor blade 15 to an appropriate value.

また、初段動翼15の翼根15dの軸線O1方向における長さL1は、ハブ側端部15aにおけるコード長C2の1.2倍以上1.5倍以下である。この構成によれば、翼根15dを比較的に大きく形成することが可能となるため、当該翼根15dにおける遠心応力を下げることができる。その結果、翼根15dやタービンディスクの寿命を延ばすことが可能となる。 The length L1 of the blade root 15d of the first stage rotor blade 15 in the direction of the axis O1 is 1.2 to 1.5 times the chord length C2 at the hub-side end 15a. With this configuration, the blade root 15d can be formed relatively large, which reduces the centrifugal stress in the blade root 15d. As a result, it is possible to extend the life of the blade root 15d and the turbine disk.

(その他の実施形態)
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
Other Embodiments
Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes and the like that do not deviate from the gist of the present disclosure are also included.

<付記>
各実施形態に記載の2軸式ガスタービンは、例えば以下のように把握される。
<Additional Notes>
The two-shaft gas turbine described in each embodiment can be understood, for example, as follows.

(1)第1の態様に係る2軸式ガスタービン1は、軸線O1回りに回転可能な回転軸を有する圧縮機4と、前記回転軸と連結される第1軸7を有する高圧タービン6と、前記第1軸7とは異なる第2軸9を有し、前記高圧タービン6に対して前記軸線O1方向に間隔をあけて配置された低圧タービン8と、前記高圧タービン6の最終段動翼14と前記低圧タービン8の初段動翼15との間に設けられ、前記高圧タービン6から前記低圧タービン8に燃焼ガスを導く中間流路13と、を備え、前記軸線O1に対する径方向における前記初段動翼15の内径は、前記最終段動翼14の1.2倍以上1.4倍以下であり、前記径方向における前記初段動翼15の長さは、1.0倍以上1.6倍以下であり、前記初段動翼15の前記径方向内側の端部であるハブ側端部15aの最大厚さは、前記径方向外側の端部であるチップ側端部15bの最大厚さの4倍以上8倍以下である。 (1) The two-shaft gas turbine 1 according to the first aspect includes a compressor 4 having a rotating shaft rotatable around an axis O1, a high-pressure turbine 6 having a first shaft 7 connected to the rotating shaft, a low-pressure turbine 8 having a second shaft 9 different from the first shaft 7 and arranged at a distance from the high-pressure turbine 6 in the direction of the axis O1, and a rotor blade 14 of the high-pressure turbine 6 and a rotor blade 15 of the low-pressure turbine 8 arranged between the final stage rotor blade 14 of the high-pressure turbine 6 and the first stage rotor blade 15 of the low-pressure turbine 8, and a rotor blade 16 of the high-pressure turbine 6 and a rotor blade 17 of the low-pressure turbine 8. and an intermediate flow passage 13 that guides the combustion gas to the turbine 8. The inner diameter of the first stage rotor blade 15 in the radial direction relative to the axis O1 is 1.2 to 1.4 times that of the final stage rotor blade 14, the length of the first stage rotor blade 15 in the radial direction is 1.0 to 1.6 times, and the maximum thickness of the hub side end 15a, which is the radially inner end of the first stage rotor blade 15, is 4 to 8 times the maximum thickness of the tip side end 15b, which is the radially outer end.

上記構成によれば、低圧タービン8の初段動翼15の内径が、高圧タービン6の最終段動翼14の1.2倍以上1.4倍以下とされ、初段動翼15の長さは、1.0倍以上1.6倍以下とされる。翼高さが1.6倍以下であれば、中間流路13における燃焼ガスの流れの分布の偏りは大きくならず、圧力損失の増加を回避することができる。さらに、この構成を採ることにより、コード方向の振動モードの共振回避のためにハブ側のコード長増加が不要となる。さらに、初段動翼15のハブ側端部15aの最大厚さを、チップ側端部15bの最大厚さの4倍以上8倍以下として、ハブ側端部15aにおける断面積を増加させ、初段動翼15に働く遠心応力を低減することが可能となる。また、ハブ側端部15aの最大厚さを大きくすることにより、圧力面15pの曲率が小さくなる。これにより、燃焼ガスが当該圧力面15pで剥離する可能性が低減され、低圧タービン8の効率をさらに向上させることができる。 According to the above configuration, the inner diameter of the first stage moving blade 15 of the low pressure turbine 8 is 1.2 to 1.4 times that of the final stage moving blade 14 of the high pressure turbine 6, and the length of the first stage moving blade 15 is 1.0 to 1.6 times. If the blade height is 1.6 times or less, the distribution of the combustion gas flow in the intermediate flow passage 13 does not become biased, and an increase in pressure loss can be avoided. Furthermore, by adopting this configuration, it is not necessary to increase the chord length on the hub side to avoid resonance of the vibration mode in the chord direction. Furthermore, the maximum thickness of the hub side end 15a of the first stage moving blade 15 is set to 4 to 8 times the maximum thickness of the tip side end 15b, and the cross-sectional area at the hub side end 15a is increased, thereby reducing the centrifugal stress acting on the first stage moving blade 15. In addition, by increasing the maximum thickness of the hub side end 15a, the curvature of the pressure surface 15p is reduced. This reduces the possibility of the combustion gas separating from the pressure surface 15p, further improving the efficiency of the low-pressure turbine 8.

(2)第2の態様に係る2軸式ガスタービン1では、前記初段動翼15の前記ハブ側端部15aにおけるコード長は、前記チップ側端部15bにおけるコード長の1.0倍以上1.3倍以下である。 (2) In the two-shaft gas turbine 1 according to the second aspect, the chord length at the hub end 15a of the first stage rotor blade 15 is 1.0 to 1.3 times the chord length at the tip end 15b.

上記構成によれば、ハブ側端部15aとチップ側端部15bとの間でコード長に大きな差異がないことに加えて、翼長が上述のように制限されていることから、初段動翼15の固有振動数を適切な値にコントロールすることが可能となる。 With the above configuration, there is no significant difference in chord length between the hub end 15a and the tip end 15b, and the blade length is limited as described above, making it possible to control the natural frequency of the first stage rotor blade 15 to an appropriate value.

(3)第3の態様に係る2軸式ガスタービン1では、前記初段動翼15の翼根15dの前記軸線O1方向における長さは、前記ハブ側端部15aにおけるコード長の1.2倍以上1.5倍以下である。 (3) In the two-shaft gas turbine 1 according to the third aspect, the length of the blade root 15d of the first stage rotor blade 15 in the direction of the axis O1 is 1.2 to 1.5 times the chord length at the hub side end 15a.

上記構成によれば、翼根15dを比較的に大きく形成することが可能となるため、当該翼根15dにおける遠心応力を下げることができる。その結果、翼根15dやタービンディスクの寿命を延ばすことが可能となる。 The above configuration allows the blade root 15d to be formed relatively large, which reduces the centrifugal stress in the blade root 15d. As a result, it is possible to extend the life of the blade root 15d and the turbine disk.

(4)第4の態様に係る2軸式ガスタービン1では、前記ハブ側端部を基準として径方向における75%の位置では、25%の位置に比べて、前記初段動翼の最大厚さが2倍以上4倍以下である。 (4) In the two-shaft gas turbine 1 according to the fourth aspect, the maximum thickness of the first stage rotor blade is between two and four times as large at a 75% position in the radial direction based on the hub end compared to a 25% position.

上記構成によれば、ハブ側端部15aの最大厚さを大きくすることにより、初段動翼15の断面積を大きく確保することができる。これにより、遠心応力をさらに低減することが可能となる。 According to the above configuration, by increasing the maximum thickness of the hub-side end 15a, it is possible to ensure a large cross-sectional area of the first stage rotor blade 15. This makes it possible to further reduce centrifugal stress.

1 2軸式ガスタービン
2 圧縮機駆動側タービン部(ガスジェネレータ部)
3 出力側タービン部(パワータービン部)
4 圧縮機
5 燃焼器
6 高圧タービン
7 第1軸
7a 一端部
8 低圧タービン
9 第2軸
10 負荷機器
11 中間ダクト
11a 内管
11b 外管
12 中間流路区間部(中間流路区間)
13 中間流路
14 最終段動翼
15 初段動翼
15a ハブ側端部
15b チップ側端部
15c プラットフォーム
15d 翼根
15h 翼本体
16 ストラット
17,18 軸受
O1 軸線
1 Two-shaft gas turbine 2 Compressor drive turbine section (gas generator section)
3. Output turbine section (power turbine section)
Reference Signs List 4 Compressor 5 Combustor 6 High-pressure turbine 7 First shaft 7a One end 8 Low-pressure turbine 9 Second shaft 10 Load device 11 Intermediate duct 11a Inner pipe 11b Outer pipe 12 Intermediate flow passage section (Intermediate flow passage section)
13 Intermediate flow passage 14 Last stage rotor blade 15 First stage rotor blade 15a Hub side end 15b Tip side end 15c Platform 15d Blade root 15h Blade body 16 Strut 17, 18 Bearing O1 Axis

Claims (1)

軸線回りに回転可能な回転軸を有する圧縮機と、
前記回転軸と連結される第1軸を有する高圧タービンと、
前記第1軸とは異なる第2軸を有し、前記高圧タービンに対して前記軸線方向に間隔をあけて配置された低圧タービンと、
前記高圧タービンの最終段動翼と前記低圧タービンの初段動翼との間に設けられ、前記高圧タービンから前記低圧タービンに燃焼ガスを導く中間流路と、
を備え、
前記軸線に対する径方向における前記初段動翼の内径は、前記径方向における前記最終段動翼の内径の1.2倍以上1.4倍以下であり、
前記径方向における前記初段動翼の長さは、前記径方向における前記最終段動翼の長さの1.0倍以上1.6倍以下であり、
前記初段動翼の前記径方向内側の端部であるハブ側端部の最大厚さは、前記径方向外側の端部であるチップ側端部の最大厚さの4倍以上8倍以下であり、
前記初段動翼の前記ハブ側端部におけるコード長は、前記チップ側端部におけるコード長の1.0倍以上1.3倍以下であり、
前記初段動翼の翼根の前記軸線方向における長さは、前記ハブ側端部におけるコード長の1.2倍以上1.5倍以下であり、
前記初段動翼の前記ハブ側端部を基準として前記初段動翼の前記チップ側端部の前記径方向の位置を100%とした場合に、前記初段動翼の前記径方向における75%の位置の最大厚さが、前記初段動翼の前記径方向における25%の位置の最大厚さの2倍以上4倍以下であり、
前記中間流路は、前記低圧タービンと前記高圧タービンとの径差によって湾曲している2軸式ガスタービン。
A compressor having a rotating shaft that is rotatable around an axis line;
a high-pressure turbine having a first shaft connected to the rotating shaft;
a low pressure turbine having a second shaft different from the first shaft and spaced apart from the high pressure turbine in the axial direction;
an intermediate flow passage provided between a final stage rotor blade of the high-pressure turbine and a first stage rotor blade of the low-pressure turbine, for guiding combustion gas from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine;
Equipped with
an inner diameter of the first stage rotor blade in a radial direction relative to the axis is 1.2 times or more and 1.4 times or less an inner diameter of the final stage rotor blade in the radial direction ;
a length of the first stage rotor blade in the radial direction is 1.0 times or more and 1.6 times or less of a length of the final stage rotor blade in the radial direction ,
a maximum thickness of a hub side end portion, which is an end portion on the radial inner side of the first stage blade, is 4 to 8 times a maximum thickness of a tip side end portion, which is an end portion on the radial outer side,
a chord length at the hub side end of the first stage blade is 1.0 times or more and 1.3 times or less than a chord length at the tip side end,
a length of the blade root of the first stage blade in the axial direction is 1.2 times or more and 1.5 times or less of a chord length at the hub side end,
when the radial position of the tip side end of the first stage rotor blade is taken as 100% with respect to the hub side end of the first stage rotor blade, a maximum thickness at a 75% position in the radial direction of the first stage rotor blade is between two and four times a maximum thickness at a 25% position in the radial direction of the first stage rotor blade ,
A two-shaft gas turbine , wherein the intermediate flow passage is curved due to a difference in diameter between the low-pressure turbine and the high-pressure turbine .
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