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JPS6360202B2 - - Google Patents
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JPS6360202B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6360202B2
JPS6360202B2 JP3270283A JP3270283A JPS6360202B2 JP S6360202 B2 JPS6360202 B2 JP S6360202B2 JP 3270283 A JP3270283 A JP 3270283A JP 3270283 A JP3270283 A JP 3270283A JP S6360202 B2 JPS6360202 B2 JP S6360202B2
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JP
Japan
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wing
blade
head
gas
cooling air
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Application number
JP3270283A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として高温ガスタービン等に使用さ
れる静翼に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates primarily to stator blades used in high-temperature gas turbines and the like.

近年ガスタービンは、そのタービンの性能向上
および出力上昇のためにますます高温化する傾向
にある。したがつて、このようなガスの高温下に
おいて、タービン翼の強度を如何にして保持させ
るようにするかということが大きな技術課題とな
つている。このような課題を解決するため翼を冷
却する方法が採用され、また静翼において主流ガ
スをせき止めるため最も高温となる翼頭部を翼本
体と分け、かつ耐熱性の高い材料で構成し、この
頭部を翼本体あるいは翼の他の構成要素により支
持するように構成することが考えられる。しか
し、この構成の静翼では、部材が異なることによ
る熱膨張率のちがいにより頭部の支持部に間隙が
発生したり、製作誤差により翼頭部が翼本体とず
れる可能性があるが、翼頭部が翼本体と僅かでも
ずれ、翼本体側が外側に突出して段差を形成する
ようなことがあると、この段差により翼面を流れ
る主流ガスが剥離して空力性能を低下させ、延い
てはガスタービンの性能を低下させてしまうとい
う問題を発生することになる。
In recent years, gas turbines have tended to become increasingly hotter in order to improve their performance and increase their output. Therefore, a major technical issue is how to maintain the strength of turbine blades under such high temperature gas conditions. In order to solve these problems, a method of cooling the blades has been adopted, and in order to dam up the mainstream gas in the stator blades, the blade head, which is the hottest part, is separated from the blade body, and it is made of a material with high heat resistance. It is conceivable that the head is supported by the wing body or other components of the wing. However, with stator blades of this configuration, gaps may occur in the head support due to differences in thermal expansion coefficients due to different members, and the blade head may be misaligned with the blade body due to manufacturing errors. If the head is even slightly misaligned with the wing body, causing the wing body side to protrude outward and forming a step, this step will cause the mainstream gas flowing on the wing surface to separate, reducing aerodynamic performance, and eventually This results in the problem of deteriorating the performance of the gas turbine.

本発明の目的は、上述のような問題を解消し、
翼を別部材の組合せにより構成する場合において
主流ガスの剥離現象を起すようなことがなく、翼
構造として有効に使用できそれによりガスタービ
ンの性能を向上するようにしたガスタービンの静
翼を堤供せんとするものである。
The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems,
When the blade is constructed from a combination of different parts, the stator blade of the gas turbine can be effectively used as a blade structure without causing the separation phenomenon of the mainstream gas, thereby improving the performance of the gas turbine. This is what we intend to offer.

上記目的を達成する本発明によるガスタービン
の静翼は、互いに別部材で構成した翼頭部と翼本
体とにより構成され、その境界面に沿つて冷却空
気の吹出通路を設けると共に、翼本体側の境界面
に切欠きを設け翼本体側の翼幅を翼頭部側の翼幅
よりも小さくしたことを特徴とするものである。
A stator vane for a gas turbine according to the present invention that achieves the above object is composed of a blade head and a blade main body, which are constructed as separate members from each other. A notch is provided on the boundary surface of the wing to make the wing span on the wing body side smaller than the wing span on the wing head side.

以下、図に示す本発明の実施例により説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained below with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図は、本発明の実施例によるガスタービン
の静翼を示すものである。この図において、1は
静翼であり、この複数個が環状に配列されてい
る。このように配列された静翼群に対し、高温ガ
スは矢印で示すように供給されるようになつてい
る。
FIG. 1 shows a stator blade of a gas turbine according to an embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 indicates stationary blades, and a plurality of these vanes are arranged in a ring shape. High-temperature gas is supplied to the stator vanes arranged in this manner as shown by the arrows.

この静翼1は、耐熱合金からなる翼本体2と主
流ガスをせき止める前縁側のセラミツクからなる
翼頭部3とから構成されている。この翼本体2と
翼頭部3との境界面は、翼本体2側が凸状となる
ようになつている。この凸面の境界面を形成する
断面の線は曲線でもよく、あるいは折線でもよ
い。さらに、両側の翼側面に延長する境界面の延
長線は、それぞれ翼側面の接線に対し鋭角α,
α′をなすようになつている。
The stationary blade 1 is composed of a blade body 2 made of a heat-resistant alloy and a blade head 3 made of ceramic on the leading edge side that dams up mainstream gas. The boundary surface between the wing body 2 and the wing head 3 has a convex shape on the wing body 2 side. The cross-sectional line forming the boundary surface of this convex surface may be a curved line or a broken line. Furthermore, the extension lines of the boundary surfaces extending to the wing sides on both sides are at acute angles α and
It is shaped like α′.

一方、翼本体2の内部には、図示しない冷却空
気供給源(ガスタービンのタービン部により駆動
される圧縮機)に連通した二つの中空部4,5が
仕切壁6により区切られて形成されている。一方
の中空部4は冷却空気の吹出用孔7,7に連通
し、さらにこの吹出用孔7,7を介して、翼本体
2と翼頭部3との間の境界面に沿つて設けた冷却
空気の吹出通路8,8に連通し、それぞれ翼の両
側両側に開口するようになつている。前記境界面
において、第2図に示すように翼本体側の翼幅l
が、切欠部10の分だけ翼頭部側の翼幅Lよりも
小さくなるように構成されている。
On the other hand, inside the blade body 2, two hollow parts 4 and 5 are formed separated by a partition wall 6 and communicated with a cooling air supply source (not shown) (a compressor driven by a turbine section of a gas turbine). There is. One hollow part 4 communicates with cooling air blow-off holes 7, 7, and is further provided along the boundary surface between the blade body 2 and the blade head 3 via the blow-off holes 7, 7. It communicates with the cooling air blowing passages 8, 8, and opens on both sides of the blade, respectively. At the boundary surface, as shown in FIG. 2, the wing width l on the wing body side
is configured to be smaller than the wing width L on the wing head side by the notch 10.

ここで翼本体側の翼幅lは、第2図のように境
界面が直線の時は翼本体側の境界面の切欠きの始
まる折れた所であり、また第3図のように境界面
が曲線や多数の折線の時は、翼本体側の境界面の
切欠きの始まる吹出通路8の広くなり始める所で
ある。この中空部4に供給された冷却空気は吹出
用孔7,7を介し、上記吹出通路8,8から翼の
外側へ吹出すようになつている。また、他方の中
空部5は冷却空気の吹出用孔9を介して翼後縁に
開口するようになつている。したがつて、この中
空部5に供給された冷却空気は内部を対流冷却
し、しかる後、吹出用孔9から翼後縁側へ吹き出
されるようになつている。
Here, the wing span l on the wing body side is the bending point where the notch starts on the boundary surface on the wing body side when the boundary surface is a straight line as shown in Figure 2; When is a curved line or has many broken lines, this is the point where the blowout passage 8 begins to widen, where the notch on the boundary surface on the blade body side begins. The cooling air supplied to the hollow portion 4 is blown out from the blow-off passages 8, 8 to the outside of the blade through the blow-off holes 7, 7. The other hollow portion 5 opens at the trailing edge of the blade through a cooling air blowout hole 9. Therefore, the cooling air supplied to the hollow portion 5 convects the inside and is then blown out from the blow-off holes 9 toward the trailing edge of the blade.

上述した静翼によると、翼頭部と翼本体との境
界面において、翼本体側の翼幅が翼頭部の翼幅よ
りも小さくなるように形成されているため、翼頭
部3がずれても翼本体2が主流ガス通路に突出し
凸状の段差を形成するようなことがなく、そのた
め主流ガスが剥離するようなことは起らない。こ
こで、上記構成により境界面には凹状の段差が形
成されることになるが、この凹状の段差部分から
は冷却空気が吹出しているため、この段差に基づ
く主流ガスの剥離現象は起らない。したがつて、
この静翼を装備したガスタービンでは、主流ガス
の剥離による空力性能の低下ということはない。
According to the stationary blade described above, at the interface between the wing head and the wing main body, the wing span on the wing main body side is formed to be smaller than the wing span of the wing head, so the wing head 3 is misaligned. Even if the blade main body 2 does not protrude into the mainstream gas passage to form a convex step, the mainstream gas will not separate. Here, due to the above configuration, a concave step is formed on the boundary surface, but since cooling air is blown out from this concave step, separation of the mainstream gas due to this step does not occur. . Therefore,
In gas turbines equipped with these stationary blades, aerodynamic performance does not deteriorate due to separation of mainstream gas.

また、上述した実施例の構成の静翼では、主流
ガスをせき止める静翼のうちでも最も高温となる
前縁部が、金属よりも耐熱性の高いセラミツクか
らなる頭部3により形成されているため、この前
縁部には従来の静翼の前縁部のように冷却空気の
吹出用孔を設けフイルム冷却する必要がないこと
になる。一方、翼本体2は前縁部ほど高温とはな
らずその先端はセラミツク製の翼頭部3により、
主流ガスの熱を遮断されると共に、両者の境界面
に設けた吹出通路8によつて熱伝達を防止される
ため、この翼本体2自身の冷却のために、従来の
機構の静翼ほどに多量の冷却空気を必要としなく
なる。その結果、主流ガス中に混合する冷却空気
量が減少して平均ガス温度の低下は抑制されガス
タービンの効率は向上し、また圧縮機を駆動する
ための所要動力も少なくなるためガスタービンの
効率を一層向上することになる。また、吹出通路
8は従来の静翼のように前縁部に開口するのでは
なく、翼側面に開口させたものであるので、従来
の静翼の場合のように主流ガスの動圧が直接作用
するようなことがなく、逆に主流ガスの速度が増
し圧力が下がつているため、冷却空気の吹出しを
可能にするために高温ガスとの圧力差を考虜し
て、高温ガス圧力をわざわざ下げるというような
処置も必要でなくなるので、この面からもガスタ
ービン効率の向上に寄与することになる。
Furthermore, in the stator vane configured in the above-described embodiment, the leading edge of the stator vane that holds back the mainstream gas, which is at the highest temperature, is formed by the head 3 made of ceramic, which has higher heat resistance than metal. Unlike the leading edge of conventional stator vanes, there is no need to provide cooling air blowing holes on this leading edge to cool the film. On the other hand, the wing body 2 does not reach as high a temperature as the leading edge, and the tip is made of ceramic wing head 3.
Since the heat of the mainstream gas is cut off and heat transfer is prevented by the blowout passage 8 provided at the interface between the two, the blade main body 2 itself can be cooled as much as the stationary blade of the conventional mechanism. Eliminates the need for large amounts of cooling air. As a result, the amount of cooling air mixed into the mainstream gas is reduced, suppressing the drop in average gas temperature, and improving the efficiency of the gas turbine.In addition, the power required to drive the compressor is also reduced, making the gas turbine more efficient. This will further improve the results. In addition, the blowout passage 8 is not opened at the leading edge like in conventional stator vanes, but is opened at the side of the blade, so the dynamic pressure of the mainstream gas is directly applied to it as in the case of conventional stator vanes. On the contrary, the speed of the mainstream gas is increasing and the pressure is decreasing, so in order to make it possible to blow out the cooling air, the pressure difference between the high temperature gas and the high temperature gas is taken into account and the high temperature gas pressure is increased. Since there is no need to take measures to lower the power, this also contributes to improving gas turbine efficiency.

また、上記実施例では、吹出通路8の延長線が
翼側面の接線に対し鋭角となつているため、たと
え冷却空気の圧力が主流ガスの圧力よりも大きく
なつて勢いよく吹出すようなことがあつても、翼
側面には良好な冷却空気のフイルム層が形成され
ることになり、冷却性能や空力性能が損なわれる
ようなことはない。
Furthermore, in the embodiment described above, since the extension line of the blowout passage 8 is at an acute angle with respect to the tangent to the side surface of the blade, even if the pressure of the cooling air becomes higher than the pressure of the mainstream gas, there is no possibility that it will be blown out forcefully. Even if this occurs, a good film layer of cooling air will be formed on the side surface of the wing, and cooling performance and aerodynamic performance will not be impaired.

また、上記実施例の静翼では、主流ガスの動圧
を受ける前縁部に冷却空気の吹出用孔を設けてい
ないため、主流ガスの圧力分布に応じて冷却空気
を吹出すための翼構造を、従来の前縁部から吹出
すようにした静翼に比べ簡単にすることができ
る。
In addition, in the stator vanes of the above embodiments, no holes for blowing out cooling air are provided at the leading edge that receives the dynamic pressure of the mainstream gas, so the blade structure is designed to blow out the cooling air according to the pressure distribution of the mainstream gas. can be made simpler than a conventional stator vane in which air is blown from the leading edge.

さらに、セラミツクは金属に比べて構造強度が
劣るため、従来はガスタービンの静翼に利用する
ことは難しいとされていたが、上述の実施例で
は、このセラミツクを頭部3のみにし、その翼の
構造強度は金属の翼本体2でもつように構成し、
かつ頭部3にかかる空気力も翼本体2で支えるよ
うにしたことにより、セラミツクの利用を可能に
している。これに伴い、ガスタービン効率の一層
の向上を可能にする。しかも、実施例のようにセ
ラミツクの翼頭部3を翼本体2側が凸となるよう
にすれば、翼頭部3に作用する主流ガスの力の方
向が変化しても、この力を本体2で支えることが
できる。また、翼頭部3と翼本体2とが凹凸の組
合せであれば、何んらかの原因によりセラミツク
の頭部が破損したとしても、翼本体2との接合面
が凸であるため、ある程度の空力性能は維持する
ことができ、また簡単に交換ができる。
Furthermore, ceramic has inferior structural strength compared to metal, so it was previously considered difficult to use it for the stationary blades of gas turbines, but in the above embodiment, only the head 3 was made of ceramic, and the blade The structure is such that the metal wing body 2 has the structural strength,
In addition, the aerodynamic force applied to the head 3 is also supported by the wing body 2, making it possible to use ceramics. Accordingly, it is possible to further improve gas turbine efficiency. Moreover, if the ceramic wing head 3 is made to have a convex surface on the wing body 2 side as in the embodiment, even if the direction of the force of the mainstream gas acting on the wing head 3 changes, this force will be transferred to the main body 2. It can be supported by In addition, if the wing head 3 and the wing body 2 are a combination of unevenness, even if the ceramic head is damaged for some reason, it will be damaged to some extent because the joint surface with the wing body 2 is convex. Its aerodynamic performance can be maintained and it can be easily replaced.

上述したように、本発明によるガスタービンの
静翼は、互いに別部材で翼頭部と翼本体とを構成
し、その境界面に沿つて冷却空気の吹出通路を設
けると共に、その境界面における翼本体側の翼幅
を翼頭部側の翼幅よりも小さくしたので、翼頭部
が翼本体とずれても翼面に段差ができ主流ガスの
剥離減少を起すようなことがなくなり、それによ
りガスタービンの性能が低下することを防止する
ことができる。
As described above, the stator vane of the gas turbine according to the present invention includes a blade head and a blade main body that are made of separate members, a cooling air blowing passage is provided along the boundary surface, and a blade at the boundary surface is provided with a blowout passage for cooling air. Since the wing span on the main body side is made smaller than the wing span on the wing head side, even if the wing head deviates from the wing body, there will be no difference in the wing surface and a reduction in mainstream gas separation. It is possible to prevent the performance of the gas turbine from deteriorating.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例によるガスタービンの
静翼を示す縦断面図、第2図および第3図は、同
静翼の要部の断面図である。 1…静翼、2…翼本体、3…翼頭部、4,5…
中空部、7,9…吹出用孔、8…吹出通路、10
…切欠部。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a stator blade of a gas turbine according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are sectional views of essential parts of the stator blade. 1... Stationary blade, 2... Wing body, 3... Wing head, 4, 5...
Hollow part, 7, 9...Blowout hole, 8...Blowout passage, 10
...Notch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互いに別部材で翼頭部と翼本体とを構成し、
その境界面に沿つて冷却空気の吹出通路を設ける
と共に、翼本体側の境界面に切欠きを設け翼本体
側の翼幅を翼頭部側の翼幅よりも小さくしたこと
を特徴とするガスタービンの静翼。
1 The wing head and the wing body are constructed from separate members,
A cooling air blowout passage is provided along the boundary surface, and a notch is provided in the boundary surface on the side of the wing body, so that the span of the wing on the side of the wing body is made smaller than the span of the wing on the head side. Stator blade of turbine.
JP3270283A 1983-03-01 1983-03-01 Stationary blade for gas turbine Granted JPS59160007A (en)

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JPS59160007A JPS59160007A (en) 1984-09-10
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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