专利名称：分割环冷却结构和燃气轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气轮机的分割环冷却结构和燃气轮机。本申请根据2009年8月M日在美国申请的美国专利申请号61/236310而主张优先权，其内容在此被引用。
背景技术：
现有被发电等使用的燃气轮机由于使高温高压的燃烧气体通过叶轮机部，所以为了持续稳定的运转而分割环等的冷却是重要的。特别是近年来为了提高燃气轮机的热效率，进一步使燃烧气体高温化正在进展。图11是表示关于燃气轮机叶轮机部内部结构的剖视图。燃气轮机把在燃烧器3 产生的燃烧气体re向叶轮机静翼7和叶轮机动翼8供给，使叶轮机动翼8围绕旋转轴5旋转，把旋转能变换成电力。叶轮机静翼7和叶轮机动翼8从燃烧气体re流动方向的上游侧向下游侧交替配置。叶轮机动翼8在旋转轴5的周向被配置有多个，并与旋转轴5成一体地旋转。在叶轮机动翼8的燃烧气体re流动方向上游侧配置有叶轮机静翼7，与叶轮机动翼8同样地在旋转轴5的周向被配置有多个。在叶轮机动翼8的外周面环状地配置有分割环60，为了相互不产生干涉而在分割环60与叶轮机动翼8之间设置有一定的间隙。图12是现有分割环周围的剖视图。分割环60由多个分割体61形成，在旋转轴5 的周向环状配置。分割体61经由分割体61的钩63和隔热环66而被支承在外壳67。被隔热环66支承的冲撞板64具备有多个小孔65。在分割体61沿旋转轴5的轴向配置有多个冷却流路63。为了冷却分割环60，把压缩机抽出空气的一部分即冷却空气CA从外壳67的供给孔68向分割环60的各分割体61供给。冷却空气CA经由在冲撞板64开口的小孔65而向被冲撞板64和分割体61包围的空间喷出，对分割体61的上面进行冲击冷却。且冲击冷却后的冷却空气CA经由冷却流路63而从分割体61的燃烧气体流动方向(在图11的纸面上从左侧向右侧的方向)下游侧向燃烧气体空间喷出时，利用在冷却流路63流动的冷却空气 CA来对分割体61进行对流冷却。专利文献1公开了如下的例子具备上述冲撞板的分割环，进行了冲击冷却的冷却空气被向配置在分割环(分割体)上面的开口部供给，经由冷却流路(冷却空气孔)而从分割环的燃烧气体re流动方向下游端向燃烧气体空间排出时冷却分割环。专利文献2是改善专利文献2的结构，公开有使进行了冲击冷却的冷却空气的一部分从分割环(分割体)的燃烧气体流动方向上游端向燃烧气体空间喷出的冷却流路(第一流路)，且公开有使其他大部分进行了冲击冷却后的冷却空气从燃烧气体流动方向的下游端向燃烧气体空间喷出的冷却流路(第二流路)。由此，来强化分割环的冷却。
现有技术
专利文献1 特开平11-2M11号公报专利文献2 特开2004-100682号公报
发明内容
但专利文献1记载的发明中，在分割环的燃烧气体流动方向的上游侧端部有没被配置冷却流路的区域，在燃烧气体高温化进展的情况下，有分割环的上游侧端部被高温燃烧气体烧损的问题点。专利文献2记载的发明中，使冲击冷却后的冷却空气的一部分经由冷却流路(冷却空气孔)而从分割环的燃烧气体流动方向上游侧端部向燃烧气体空间排出时来强化分割环的上游侧端部的冷却。但向分割环的燃烧气体流动方向上游端侧排出的冷却空气仅是为了冷却上游侧端部而向燃烧气体空间排出，所以原封不动地成为冷却空气量的损失，有冷却空气量增加而燃气轮机的热效率降低的问题点。本发明是鉴于上述问题点而开发的，目的在于提供一种分割环的冷却结构和燃气轮机，防止随着燃烧气体的高温化而分割环被烧损和减少冷却空气量而提高热效率。本发明为了解决上述问题点而采用了下面的机构。S卩，本发明的分割环冷却结构由在周向配置并呈环状的多个分割体形成，使内周面与叶轮机动翼的前端保持一定距离地来冷却设置在外壳内的燃气轮机的分割环，其中， 包括具备有多个小孔的冲撞板、被该冲撞板和所述分割体本体包围的冷却空间、在所述分割体的燃烧气体流动方向的上游侧端部且与旋转轴的轴向正交配置的第一腔室、从所述冷却空间与所述第一腔室连通的第一冷却流路、在所述分割体的燃烧气体流动方向的下游侧端部从所述第一腔室与燃烧气体空间连通的第二冷却流路。根据本发明，由于在分割环的燃烧气体流动方向的上游侧端部设置第一腔室，把冷却空间的冷却空气经由第一冷却流路向第一腔室供给，且经由第二冷却流路从燃烧气体流动方向的下游侧端部向燃烧气体空间排出，所以冷却流路整体的长度变长，使热负载严格的分割体上游侧端部的对流冷却被强化。因此，能够避免由高温燃烧气体引起的分割体上游侧端部被烧损。本发明的分割环冷却结构优选第一冷却流路和第二冷却流路在第一腔室具备有向旋转轴的轴向折返的结构。根据本发明，由于第一冷却流路和第二冷却流路在第一腔室具备有向燃烧气体流动方向折返的结构，所以能够把流路长度长的整个冷却流路紧凑地收容在分割体的本体内，能够谋求分割环的小型化。本发明的分割环冷却结构优选第一冷却流路和第二冷却流路分别相对旋转轴的旋转方向而成环状地被排列多个，且在旋转轴的径向相互平行地排列。根据本发明，由于第一冷却流路和第二冷却流路被相互平行地排列，所以能够均勻地维持邻接的冷却流路之间的距离，使上游侧端部的温度分布小，提高分割体上游侧端部的冷却性能。本发明的分割环冷却结构优选把第一冷却流路配置成相对第二冷却流路而向旋转轴的轴向倾斜。根据本发明，由于经由第一冷却流路而向第一腔室供给的冷却空气朝向第一腔室的底面喷出，把第一腔室的底面进行冲击冷却，所以对于热负载严格的分割体上游侧端部的冷却是有效的。本发明的分割环冷却结构优选第一冷却流路比第二冷却流路而长度短，且被配置在比第二冷却流路更靠向分割体的上面侧。根据本发明，由于把第一冷却流路配置在上游侧端部的上面侧，把第二冷却流路配置在上游侧端部的下面侧，所以能够把分割体的上游侧端部的上面侧和下面侧同时冷却，提高分割体的上游侧端部的冷却性能。本发明的分割环冷却结构优选第二冷却流路的孔径比第一冷却流路孔径小。根据本发明，由于能够把第一腔室内的压力维持高，所以能够提高在第二冷却流路流动的冷却空气的速度，提高分割体下面侧的冷却性能。本发明的分割环冷却结构优选第二冷却流路的旋转轴旋转方向的孔间距比第一冷却流路的旋转轴旋转方向的孔间距小。根据本发明，由于第二冷却流路与第一冷却流路相比而旋转轴旋转方向的孔间距小，所以第二冷却流路的冷却效果高，提高分割体的冷却性能。本发明的分割环冷却结构优选把第三冷却流路配置在分割体的旋转轴旋转方向上游侧的侧端部，且在分割体的旋转轴旋转方向上游侧的侧端部从所述冷却空间与燃烧气体空间连通。根据本发明，使分割体的旋转轴旋转方向上游侧的侧端部的对流冷却被强化。本发明的分割环冷却结构优选把第四冷却流路配置在分割体的旋转轴旋转方向下游侧的侧端部，且在分割体的旋转轴旋转方向下游侧的侧端部从所述冷却空间与燃烧气体空间连通。根据本发明，由于通过设置第四冷却流路，把分割体的旋转轴旋转方向的上游侧和下游侧这两侧的侧端部进行冷却，所以能够强化分割体的冷却性能。本发明的分割环冷却结构优选把第三冷却流路或第四冷却流路经由第二腔室或
第三腔室而与第一腔室连通。根据本发明，由于向第一腔室供给的高压冷却空气的一部分经由第二腔室或第三腔室而被向第三冷却流路或第四冷却流路供给，所以能够强化上游侧端部近旁的第三冷却流路或第四冷却流路的冷却性能。本发明的燃气轮机优选具备有上述的分割环冷却结构。根据本发明，能够减少燃气轮机的冷却空气量，提高燃气轮机的热效率。根据上述的本发明，分割环上游侧端部的冷却被强化，能够避免分割环被烧损。能够提供把冷却空气的使用量抑制到最小限度，且使分割环的冷却效率和冷却能力更加提高的燃气轮机。因此，能够提高燃气轮机的可靠性和运转效率。
图1表示本发明燃气轮机的整体结构；图2表示第一实施例分割环的主要部分剖视图；图3表示第一实施例分割体的立体图；图4表示第一实施例所示的分割体的俯视图5表示图4所示分割体的A-A剖视图；图6表示图4所示分割体的B-B侧视图；图7表示图4所示分割体的C-C剖视图；图8表示第一变形例所示分割体的C-C剖视图；图9表示第二实施例所示分割体的上游侧端部的局部剖视图；图10是第三实施例所示分割体的俯视图；图11表示叶轮机部的剖面结构；图12表示现有例所示分割环的主要部分剖视图。
具体实施例方式以下，关于本发明的分割环冷却结构和燃气轮机则按照图1 图11来说明其实施例。[第一实施例]以下按照图1到图7和图11来说明第一实施例。图1是燃气轮机的整体结构图。燃气轮机1主要具有下面的结构要素压缩燃烧用空气的压缩机2、向从压缩机2送来的压缩空气喷射燃料FL而进行燃烧以产生燃烧气体的燃烧器3、位于该燃烧器3的下游侧而被从燃烧器3出来的燃烧气体驱动的叶轮机部4、 发电机6和把压缩机2、叶轮机部4与发电机6连接成一体的旋转轴5。叶轮机部4由于与背景技术的图11所说明的内容是相同结构，所以省略详细说明。共通的零件名称和符号则使用相同的名称和符号。图2表示燃气轮机的分割环主要部分剖面。分割环10是被支承在外壳67的叶轮机部4的结构部件，由配置在旋转轴5周向呈环状的多个分割体11构成。分割体11被配置成使分割体的内周面Ila与动翼8的前端 8a之间确保一定的间隙。分割环10例如由耐热性镍合金等形成。图中的符号7是叶轮机部4的叶轮机静翼。分割体11中，本体(底板)12、钩13、冲撞板14是主要结构要素。分割体11经由设置在燃烧气体re流动方向上游侧和下游侧的钩13而被安装在隔热环观，经由隔热环观而被外壳67支承。分割体11具备有被本体12、冲撞板14、配置在燃烧气体re流动方向上游侧和下游侧的钩13、设置在与旋转轴5的轴向大致正交的方向(旋转轴5的旋转方向) 上游侧和下游侧的侧端部18、19(参照图4)所包围的冷却空间(以下叫做“冷却空间”)29。 冷却空间四被形成在分割体11内，是从分割体11的内周面Ila看时与位于背面(外周面)的本体12的上面1 侧相接的空间。在冷却空间四的上部设置有冲撞板14。在冲撞板14穿透设置有使冲击冷却用的冷却空气CA通过的多个小孔15。在冲撞板14的上方配置有经由供给孔68而把外壳67 内的冷却空气CA导入的接受空间30。向接受空间30内供给的冷却空气CA以整体均勻化成大致相同压力的状态从小孔15喷出，对冷却空间四的下面(本体12的上面12a)进行冲击冷却。图3表示分割体11的立体图。燃烧气体re在纸面上从左侧向右侧方向流动，旋转轴5的旋转方向(叶轮机动翼的旋转方向)R是与旋转轴的轴向正交的方向。如上所述，分割体11经由钩13而被隔热环观所支承。冲撞板14相对分割体11的本体12内壁12b 而被固定在分割体11的中央。冲撞板14的中央部14a具备有比周边部14b成凹状凹下的形状。即，分割体11 的本体12由于被放置在比冲撞板14高温的状态下，所以在旋转轴的轴向和旋转轴的旋转方向R中比冲撞板14的热伸展大。因此，冲撞板14从本体12的内壁12b侧被牵拉，冲撞板14产生热应力。但通过在冲撞板14的中央部1 设置凹状的凹部，使冲撞板整体的柔软性增加，有缓和产生的热应力的效果。把冲撞板14的中央部Ha形成凸状时也有同样的效果。为了使冲击冷却在遍及本体12的上面1 整个面均勻有效，优选不仅在冲撞板14 的中央部14a，而且在周边部14b也设置有小孔15。图4是从分割体11的冲撞板侧看旋转轴方向的分割体的俯视图。本实施例的分割体11在燃烧气体re流动方向上游侧的上游侧端部16且是与旋转轴5的轴向大致正交的方向配置有第一腔室20。把连结冷却空间四与第一腔室20的冷却流路(第一冷却流路)21设置在旋转轴5的轴向，把从第一腔室20朝向燃烧气体re流动方向下游侧的下游侧端部17开口的冷却流路(第二冷却流路)22配置在旋转轴的轴向。 第一腔室20具有把第一冷却流路21和第二冷却流路22相互连结的集流腔作用。图5表示图4所示分割体的截面(截面A-A)，图6表示侧视图(截面B_B)。图7 表示从旋转轴5的轴向看分割体11的截面(截面C-C)。通过图4到图7来说明第一冷却流路21和第二冷却流路22的结构。相对分割体 11而在燃烧气体re流动方向(图4的纸面上从左侧向右侧的方向)上游侧的上游侧端部 16，第一冷却流路21和第二冷却流路22都是在旋转轴5的轴向贯通分割体11的本体12 截面地被穿透设置。如图7所示，在从旋转轴5的轴向看的剖视图中，第一冷却流路21和第二冷却流路22在上下方向(旋转轴5的径向)并列成一列地以一定间隔相互平行地配置。第一冷却流路21和第二冷却流路22都相对旋转轴5的旋转方向R而以规定的孔间距环状地配置有多个冷却流路21、22。即，在分割体11的上游侧端部16，从分割体11的旋转方向R上游侧的侧端部18到下游侧的侧端部19，把第一冷却流路21和第二冷却流路22在上下方向配置成两列重叠。且第一冷却流路21和第二冷却流路22的邻接冷却流路彼此之间，在旋转轴5的旋转方向R成为相互平行地以规定的孔间距来配置。且第一冷却流路21和第二冷却流路22被配置成在旋转轴5的轴向相互平行。分割体11的本体12中，在除了上游侧端部16和侧端部18、19外的部分，从第一腔室20到下游侧端部17，沿分割体11的下面Ila设置有在旋转轴5的轴向配置的冷却流路(第二冷却流路2 。从旋转轴5的轴向看的剖视图中，第二冷却流路22在上游侧端部 16与第一冷却流路21上下方向重叠地排列，原封不动地延伸设置到燃烧气体re流动方向下游侧的下游侧端部17，在下游侧端面17a设置有朝向燃烧气体空间W的开口。所说的分割体11的上游侧端部16，是指分割体11中被上游侧端面16a和本体12上游侧的内壁12b 所夹住且比冲撞板14的安装高度靠下方的部分。所说的分割体11的下游侧端部17，是指分割体11中被下游侧端面17a和本体12下游侧的内壁12b所夹住且比冲撞板14的安装高度靠下方的部分。按照上述的第一冷却流路21和第二冷却流路22的结构，由于第一冷却流路21具备在第一腔室20折返并与第二冷却流路22连结的折返结构，所以相对旋转轴5的轴向而能够选定流路长度长的冷却流路。即，第一冷却流路21被配置在靠近分割体11的上游侧端部16上面侧的分割体11内。另一方面，第一冷却流路21在第一腔室20折返并与第二冷却流路22连接，且被配置在比上游侧端部16的第一冷却流路21靠近下面侧的分割体11 内，并延伸设置到下游侧端面17a。其结果是本实施例的冷却流路与专利文献1和专利文献2比较，在旋转轴5的轴向能够选定最长的流路长度，对于提高分割体的冷却性能是有效的。由于是经由第一腔室20而第一冷却流路21和第二冷却流路22向旋转轴5的轴向折返的结构，所以能够把流路长度长的冷却流路紧凑地收容在分割体的本体内，能够高效率地冷却分割体。下面说明设置在分割体11的侧端部18、19的冷却流路结构。如图4所示，在分割体11的旋转轴旋转方向R上游侧的侧端部18，从冷却空间四连通到燃烧气体空间W的第三冷却流路25被排列在与旋转轴大致正交的方向。第三冷却流路25的一侧与冷却空间四连通，另一侧向燃烧气体空间W开口。在上游侧端部16和下游侧端部17形成有第二腔室M，其一侧与冷却空间四连通，另一侧向旋转轴的轴向延伸设置且末端被封闭，第三冷却流路25的一部分经由第二腔室M而与冷却空间四连通。本实施例中，在分割体11的旋转方向R下游侧的侧端部19的第四冷却流路27也能够具有与第三冷却流路25同样的结构。即，第四冷却流路27的一侧与冷却空间四连通， 另一侧向燃烧气体空间W开口。在上游侧端部16和下游侧端部17形成有第三腔室沈，其一侧与冷却空间四连通，另一侧向旋转轴的轴向延伸设置且末端被封闭，第三冷却流路25 的一部分经由第三腔室沈而与冷却空间四连通。且根据燃气轮机的运转条件，也可以在上述分割体11的旋转方向R下游侧的侧端部19不设置冷却流路而把侧端部19的对流冷却省略。所说的侧端部18是指被本体12的旋转方向R上游侧的内壁12c和上游侧端面18a 夹住且比冲撞板14的安装高度靠下方的部分。所说的侧端部19是指被本体12的旋转方向R下游侧的内壁12c和下游侧端面19a夹住且比冲撞板14的安装高度靠下方的部分。以下说明本实施例中冷却空气的流动。如图2所示，向叶轮机部4供给的冷却空气CA的一部分经由供给孔68而向接受空间30供给。冷却空气CA经由设置在冲撞板14 的小孔15而向冷却空间四喷出，对分割体11的本体12的上面1 进行冲击冷却。进行了冲击冷却后的大半冷却空气CA向设置在上游侧端部16且在分割体11的本体12的燃烧气体re流动方向上游侧的内壁1 开口的第一冷却流路21供给，向燃烧气体re流动方向相反的方向流动，主要对上游侧端部16的上面侧进行对流冷却，暂时向第一腔室20吹出。第一腔室20内的冷却空气CA在第一腔室20折返，在从旋转轴5的轴向看的剖视图中向配置在第一冷却流路21下方的第二冷却流路22供给。且冷却空气CA沿分割体11 的下面Ila向分割体11的下游侧端部17流动，主要对分割体11的下面侧进行对流冷却， 并从下游侧端部17向燃烧气体空间W排出。即，由于具备有上述的折返结构，所以能够选定流路长度长的冷却流路，对于分割体的冷却是有效的。另一方面，分割体11周围的燃烧气体re沿流动方向而压力有变化。在燃烧气体 re流动方向上游侧的上游侧端面16a附近压力最高，在下游侧的下游侧端面17a附近压力最低。即，在专利文献2所示的例中，来自冷却空间四的冷却空气CA在上游侧端部16内朝向燃烧气体TO流动方向的上游侧流动，并从上游侧端面16a向燃烧气体空间W排出，因此，冷却空间四内冷却空气CA的压力与上游侧端面16a附近燃烧气体的压力的压差不能取得大。因此，为了充分冷却上游侧端部16，就需要使在第一冷却流路21内流动的冷却空气多多地流动，仅此就成为冷却空气量增加的原因。另一方面，本实施例的情况是，为了冷却上游侧端部16而冷却空间四的冷却空气 CA经由第一冷却流路21向第一腔室20供给，并原封不动地不从上游侧端面16a向燃烧气体空间W排出，而是在第一腔室20折返并经由第二冷却流路22向下游侧端面17a排出。 即，由于冷却空气CA在燃烧气体压力最低的下游侧端面17a向燃烧气体空间W排出，所以能够最大限度地利用冷却空间四内的冷却空气与下游侧端面17a附近的燃烧气体的压力差，所以与专利文献1和专利文献2的例比较，能够提高冷却流路内的流速，能够大幅度减少冷却空气量。另一方面，在分割体11的侧端部18、19，在冷却空间四内进行了冲击冷却的冷却空气CA的一部分经由第三冷却流路25和第四冷却流路27而向燃烧气体空间W排出时，对侧端部18、19进行对流冷却。且侧端部18、19的一部分把从冷却空间四导入的冷却空气 CA 一次向第二腔室MJ6供给，并经由第二腔室M、26向第三冷却流路25、27供给。在冷却空气CA从第三冷却流路25向燃烧气体空间W排出时，对侧端部18、19进行对流冷却。在图4所示的实施例中，从冷却空间四向第二腔室M供给的冷却空气是经由连结路31进行供给，但与第三腔室沈同样地也可以是从冷却空间四直接导入的方法。把侧端部18、19的对流冷却作为目的的冷却空气由于是把冲击冷却后的高压冷却空气向第三冷却流路25和第四冷却流路27供给，所以能够利用冷却空间四的冷却空气与侧端部端面18a、19a近旁的燃烧气体的压差，对于侧端部的冷却是有效的。根据本实施例，由于相对旋转轴的轴向而能够采用最长的冷却流路长度，且能够最大限度地利用冷却空气的压差，所以对于分割体的冷却最有效。在上游侧端部把第一冷却流路和第二冷却流路上下方向地重叠配置，在上面侧配置第一冷却流路，在下面侧排列第二冷却流路，因此，在上游侧端部的冷却性能被提高。把第一冷却流路和第二冷却流路相对上下方向(旋转轴的径向)相互平行地配置，且相对旋转轴的旋转方向R以相同的孔间距平行地排列有多根，所以冷却流路彼此之间被以相同的间隔配置，能够使上游侧端部内的温度分布变小，进行均勻的冷却。[第一变形例]图8表示关于第一冷却流路和第二冷却流路而与第一实施例不同的配置例。第一变形例与第一实施例比较，在相对旋转轴5的旋转方向R而以相同的孔间距环状地配置冷却流路的点是相同的，但第二冷却流路22采用比第一冷却流路21小的孔径的点不同。且第二冷却流路22的旋转轴5旋转方向R的孔间距比第二冷却流路22的旋转方向R的孔间距大的点不同。只要采用这种第一冷却流路21和第二冷却流路22的孔径和孔间距，就能够使向第二冷却流路22供给的冷却空气确保对于冷却足够的量，与第一实施例比较，分割体的本体(底面)侧的冷却性能被提高。S卩，分割体的本体，特别是本体12的上游侧端部16的冷却最有问题，而对于本体的冷却最起作用的是第二冷却流路22。为了使分割环的冷却性能变好，优选作为冷却流路而采用小口径的孔径，且把孔间距变狭窄。本变形例的情况是第一冷却流路21比第二冷却流路22而相对地设定成大孔径，减少在第一冷却流路的压力损失，把在第一腔室20内的冷却空气压力极力变成高压。另一方面，把第二冷却流路22设定成比第一冷却流路21 口径小，且缩小孔间距。其结果是在第二冷却流路22由于口径小而冷却空气的压力损失增大， 而把第一腔室20内的压力维持成高压，能够最大限度地利用与燃烧气体侧的压差，因此， 第二冷却流路整体的冷却效率被提高，与第一实施例比较，分割体的本体(底面)12的冷却被强化。[第二实施例]图9表示第二实施例分割体的上游侧端部的局部剖面。本实施例与第一实施例比较，第一冷却流路相对第二冷却流路而向旋转轴的轴向具有倾斜的点不同，其他的结构则与第一实施例相同。与第一实施例共通的结构要素则使用与第一实施例相同的零件名称和符号，省略详细说明。图9中，第二冷却流路45相对旋转轴5的轴向而沿分割体11的下面Ila被配置到下游侧端面17a，相对旋转轴的旋转方向R而以相同孔间距配置成环状的点与第一实施例相同。但与第一腔室43连通的第一冷却流路44具备有朝向上游侧端面16a，在旋转轴5 的轴向倾斜，在第一腔室43的底面43a以角度α交叉的点不同。第一冷却流路44和第二冷却流路45都相对旋转轴的旋转方向R而沿分割体11的下面Ila成环状配置有多个冷却流路的点与第一实施例相同。根据上述结构，从冷却空间四经由第一冷却流路44而向第一腔室43的底面43a 吹出的冷却空气CA对于第一腔室43的底面43a有作为冲击冷却空气的作用，所以与第一实施例比较，上游侧端部16的冷却被强化。S卩，从冷却空间四导入的冷却空气CA在具备朝向上游侧端面16a且向下倾斜的第一冷却流路44流下并到达第一腔室43，在该期间，上游侧端部16的上面侧被对流冷却。 且冷却空气CA与第一腔室43的底面43a冲撞，对于底面43a而给予冲击冷却效果，把上游侧端部16的冷却强化。从第一腔室43折返的冷却空气CA经由第二冷却流路45而向燃烧气体TO流动方向的下游侧流动，并从下游侧端部17向燃烧气体空间W排出。即，本实施例的情况如图9所示，由于第一冷却流路44相对第二冷却流路45而在旋转轴5的轴向具备朝向第一腔室43 的底面43a而向下倾斜，所以与第一实施例比较，在第一冷却流路44内流动的冷却空气CA 在第一腔室43内给予冲击冷却的效果。其结果是在分割体11的旋转方向R整个幅度而上游侧端部16的冷却被强化，能够更加减少分割环的冷却空气量。本实施例还能够采用与第一变形例相同的结构。即，能够使第二冷却流路45的孔径比第一冷却流路44的孔径小，使第二冷却流路45旋转方向R的孔间距比第一冷却流路 44旋转方向R的孔间距小。为了使在第一冷却流路和第二冷却流路流动的冷却空气量取得平衡，通过选定各自冷却流路的孔径和孔间距则能够提高分割体本体的冷却效果。其结果是与第一实施例比较，能够减少冷却空气量，所以燃气轮机的热效率被更加提高。[第三实施例]图10表示第三实施例分割体的俯视图。
本实施例与第一实施例比较，是分割环的分割体侧端部的冷却结构不同，其他的结构则与第一实施例相同。与第一实施例共通的结构要素则使用与第一实施例相同的零件名称和符号，省略详细说明。本实施例中，第二腔室M和第三腔室沈在燃烧气体流动方向的上游侧与第一腔室20连通，下游侧与第三冷却流路25或第四冷却流路27连通。即，本实施例中，第三冷却流路25和第四冷却流路27不与冷却空间四直接连结，而是经由第一腔室20、第二腔室M 和第三腔室26而与冷却空间四连接的点与第一实施例不同。根据本实施例的结构，与第一实施例比较，第三冷却流路25和第四冷却流路27的上游侧端部16近旁的冷却能力被强化。即，冷却空气CA从冷却空间四向第一腔室20供给，并从第一腔室20被向第二腔室M和第三腔室沈导入。且冷却空气CA从第二腔室M 或第三腔室26经由第三冷却流路25或第四冷却流路27而向燃烧气体空间W排出时把侧端部18、19进行对流冷却。特别是位于燃烧气体流动方向上游侧的上游侧端部16容易暴露在高温燃烧气体下。为了强化侧端部18、19的冷却能力，优选提高在侧端部18、19的上游侧端部16近旁的第三冷却流路25和第四冷却流路27流动的冷却空气压力，加快流速。但第一实施例的情况是，朝向上游侧端面16a延伸设置的第二腔室M或第三腔室 26其末端被封闭，所以腔室内的末端压力难于上升。因此，在与第二腔室M或第三腔室沈连通的第三冷却流路25或第四冷却流路27流动的冷却空气，提高其流速也有界限。另一方面，本实施例的情况是，第二腔室M和第三腔室沈与保持高压的第一腔室 20直接连结，所以在上游侧端部16近旁把冷却空气的压力保持在高压。因此，使在与它们连通的上游侧端部16近旁的第三冷却流路25或第四冷却流路27流动的冷却空气被维持有高的流速，对流冷却被强化。且根据燃气轮机的运转条件，对于侧端部的冷却也可以仅设置经由第二腔室而与第一腔室连接的第三冷却流路，不设置第四冷却流路。根据上述本发明的分割环冷却结构，能够把冷却空气的使用量抑制到最小限度， 且能够更加提高分割体11和把它作为结构要素的分割环10的冷却效果和冷却能力。本发明并不限定于上述的实施例，在不脱离本发明要旨的范围内能够适当变更。产业上利用的可能性根据本发明的分割环冷却结构，能够强化分割环上游侧端部的冷却，避免分割环被烧损。能够提供把冷却空气的使用量抑制到最小限度，且更加提高分割环的冷却效果和冷却能力的燃气轮机。因此，能够提高燃气轮机的可靠性和运转效率。符号说明1燃气轮机 2压缩机 3燃烧器 4叶轮机部 5旋转轴6发电机 7叶轮机静翼 8叶轮机动翼10、40、50、60 分割环 11、41、51、61 分割体12、42本体 13钩 14、64冲撞板 15、65小孔16上游侧端部(燃烧气体流动方向的上游侧)16a上游侧端面(燃烧气体流动方向的上游侧)17下游侧端部(燃烧气体流动方向的下游侧)
17a下游侧端面(燃烧气体流动方向的下游侧)18侧端部(旋转方向的上游侧)l&i侧部端面(旋转方向的上游侧)19侧端部(旋转方向的下游侧)19a侧部端面(旋转方向的下游侧)20、43腔室(第一腔室)21,44冷却流路(第一冷却流路)22、45冷却流路(第二冷却流路)M腔室(第二腔室)25冷却流路(第三冷却流路)沈腔室(第三腔室)27冷却流路(第四冷却流路)观隔热环四冷却空间 30接受空间 31连结路66隔热环 67外壳 68供给孔R旋转轴的旋转方向W燃烧气体空间CA冷却空气re燃烧气体FL 燃料
权利要求
1.一种分割环冷却结构，由在周向配置并呈环状的多个分割体形成，使内周面与叶轮机动翼的前端保持一定距离地来冷却设置在外壳内的燃气轮机的分割环，其特征在于，包括具备有多个小孔的冲撞板；被该冲撞板和所述分割体本体包围的冷却空间；在所述分割体的燃烧气体流动方向的上游侧端部且与旋转轴的轴向正交配置的第一腔室；从所述冷却空间与所述第一腔室连通的第一冷却流路；在所述分割体的燃烧气体流动方向的下游侧端部从所述第一腔室与燃烧气体空间连通的第二冷却流路。
2.如权利要求1所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第一冷却流路和所述第二冷却流路在所述第一腔室具备有向旋转轴的轴向折返的结构。
3.如权利要求1或权利要求2所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第一冷却流路和所述第二冷却流路分别相对旋转轴的旋转方向而成环状地被排列多个，且在径向相互平行地排列。
4.如权利要求1或权利要求2所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第一冷却流路和所述第二冷却流路分别相对旋转轴的旋转方向而成环状地被排列多个，且把所述第一冷却流路配置成相对所述第二冷却流路而向旋转轴的轴向倾斜。
5.如权利要求1到权利要求4中任一项所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第一冷却流路比所述第二冷却流路而长度短，在所述分割体的燃烧气体流动方向的上游侧端部，被配置在比所述第二冷却流路更靠向所述分割体本体的上面侧。
6.如权利要求1到权利要求4中任一项所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第二冷却流路的孔径比所述第一冷却流路孔径小。
7.如权利要求1到权利要求6中任一项所述的分割环冷却结构，其特征在于，所述第二冷却流路的旋转轴旋转方向的孔间距比所述第一冷却流路的旋转轴旋转方向的孔间距小。
8.如权利要求1到权利要求4中任一项所述的分割环冷却结构，其特征在于，包含有第三冷却流路，其被配置在所述分割体的旋转轴旋转方向上游侧的侧端部，且在该侧端部从所述冷却空间与燃烧气体空间连通。
9.如权利要求1到权利要求4和权利要求8中任一项所述的分割环冷却结构，其特征在于，包含有第四冷却流路，其被配置在所述分割体的旋转轴旋转方向下游侧的侧端部，且在该侧端部从所述冷却空间与燃烧气体空间连通。
10.如权利要求8或权利要求9所述的分割环冷却结构，其特征在于，把所述第三冷却流路或所述第四冷却流路经由第二腔室或第三腔室而与所述第一腔室连通。
11.一种燃气轮机，具备有权利要求1到权利要求4中任一项所述的分割环冷却结构。
全文摘要
一种分割环冷却结构和燃气轮机，所述分割环冷却结构由在周向配置并呈环状的多个分割体形成，使内周面与叶轮机动翼的前端保持一定距离地来冷却设置在外壳内的燃气轮机的分割环，其中，包括具备有多个小孔的冲撞板、被该冲撞板和所述分割体本体包围的冷却空间、在所述分割体的燃烧气体流动方向的上游侧端部与旋转轴的轴向正交配置的第一腔室、从所述冷却空间与所述第一腔室连通的第一冷却流路、在所述分割体的燃烧气体流动方向的下游侧端部从所述第一腔室与燃烧气体空间连通的第二冷却流路。
文档编号F01D11/00GK102414398SQ200980158960
公开日2012年4月11日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年8月24日
发明者小薮豪通, 羽田哲 申请人:三菱重工业株式会社