JP3592744B2 - ガスタービン空冷翼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は翼内部に対流冷却を適用したガスタービン空冷翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービン空冷翼について図５乃至図８により説明する。図５は空冷翼の断面図、図６はそのＢ−Ｂ断面図、図７は翼内面局所熱伝達率分布図、図８は他の形式の翼内面の局所熱伝達分布の説明図である。図５、図６において、ガスタービンの空冷翼１の内部は第１冷却通路６、第２冷却通路７、第３冷却通路８が設けられ、これらは連通し、冷却空気２０はこれら通路を通り、空冷翼１の後方へ出るようになっている。これら通路内には、斜めフィン２が複数本、空冷翼１の腹側２１に取付けられ、斜めフィン３はフィン２の傾斜とは逆方向の傾斜を有して空冷翼１の背側２２に取付けられている。４、５は内部のリブで、内部を区分し、それぞれ、第１〜第３冷却通路を形成するものである。このような構成により翼は冷却空気がこれら第１〜第３通路６、７、８を通ることにより、冷却される。
【０００３】
斜めフィン２、３は空冷翼１の内部の空気流れに乱れを生じさせて、フィンに沿った旋回流が発生し、冷却通路の熱伝達率を向上させて、冷却性能を向上させるものである。また、フィン２、３を流れに斜めにすることによって直交の場合より平均熱伝達率が向上することは従来周知のことである。
【０００４】
しかし、従来の冷却翼１では図５に示すように斜めフィン２、３の傾斜の向きは、腹側２１では斜めフィン２が第１、第２、第３冷却通路６、７、８と共に同じ向きに傾斜しており、背側２２も斜めフィン３が第１、第２、第３冷却通路６、７、８共フィン２とは逆方向の同じ向きに傾斜している。このフィン２、３を共に同じ方向に傾斜させてもよいが、この場合には、図８に示すように局所熱伝達率の高い領域１０、１１が図示のようにリブ４に集中するようになり、全体を一様に冷却する観点からは好ましくない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４は斜めフィンを互に逆方向に傾斜させた翼の局所熱伝達率の分布の説明図であり、図に示すように、片寄った分布となり、背側２２の内面では局所熱伝達率の高い領域１１が、腹側２１の内面では同じく高い領域１０が片寄って発生する。この理由は、斜めフィンを用いた場合にはフィンに沿った２次流れが生じ、この２次流れは伝熱面に向う流れでは局所熱伝達率が大きくなり、伝熱面から離れる流れでは局所熱伝達率が小さくなるため片寄った分布となる。
【０００６】
このため、空冷翼１の内面の局所熱伝達率の高い領域は図７に１０、１１で示すように分布する。この図において、特に、リブ４の背側２２には、内面冷却不足領域１２ａが、又、リブ５の腹側２１には、同じく不足領域１２ｂが生じ、この部分は冷却不足となる。従って、このような冷却不足の領域が片寄って発生しないような斜めフィンの配置が必要となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために、空冷翼内の冷却通路の内面の腹側、背側に設けられた斜めフィンを各通路の同じ側の斜めフィンの傾きは同じとし、隣接する通路の同じ側のフィンとは交互に逆の傾きとして、かつ同一通路内では腹側と背側とでは互に逆の傾斜とするような構成とする。
【０００８】
即ち、本発明は、ガスタービン空冷翼の内部をリブにより区切り、通路を複数列設け、かつ同複数列の通路は連通して冷却空気を流す冷却通路とし、同冷却通路の腹側と背側の両内面には熱伝達率を向上させるための前記冷却空気の流れ方向に対して腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜している斜めフィンを複数段設けたガスタービン空冷翼において、前記冷却通路内面の同じ側の各斜めフィンの傾斜方向は同一通路内では同じ方向にすると共に隣接する通路の同じ側の斜めフィンとは交互に逆の傾斜として、かつ、各冷却通路の前記背側、腹側の各斜めフィンとは互に逆方向の傾斜としたことを特徴とするガスタービン空冷翼を提供する。
【０００９】
【作用】
本発明は前述の手段により、冷却空気は連通する冷却通路内を流れ、腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜すると共に同一通路内では腹側と背側とでは斜めフィンは互に逆方向に交差するように配置されているので、斜めフィンに沿った２次流れが生じ、この２次流れは伝熱面に向う流れでは局所熱伝達率が大きく、伝熱面から離れる流れでは小さくなる。従って、腹側と背側にそれぞれ局所熱伝達率の高い領域が片寄って生じ、各通路にも同様な高い領域が生じ、斜めフィンによる局所熱伝達率の高い領域が翼の腹側と背側の全面では一様な分布となるので従来の例に比べて均一になっており、従来発生した前縁側のリブの背側及び後縁側リブの腹側の冷却不足が解決される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に係るガスタービン空冷翼の断面図、図２はそのＡ−Ａ断面図、図３は本発明に係る翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。図１において、空冷翼１には従来と同じく、リブ４、５で第１、第２、第３冷却通路６、７、８が設けられ、冷却空気２０は翼の下部より連通する第１、第２、第３冷却通路６、７、８を通り、後縁フィン９より流出する構成である。
【００１１】
２３（１）は第１冷却通路６の腹側２１に設けられた斜めフィン（１）、２３（２）は第２冷却通路７の同じく腹側２１に設けられ、フィン２３（１）とは逆向きの傾斜を有した斜めフィン（２）、２３（３）は第３冷却通路８の腹側２１に設けられ、先のフィン２３（２）とは逆向きでフィン２３（１）と同じ傾斜となる斜めフィン（３）である。同様に２４（１）は、第１冷却室６の背後２２に設けられ、腹側２１のフィン２３（１）とは互に逆方向に傾斜した斜めフィン（１）、２４（２）は、第２冷却室７の背側２２に設けられ、同様にフィン２４（１）及び同じ通路７内のフィン２３（２）とも逆向きの斜めフィン（２）、２４（３）は第３冷却室８の背側２２に設けられ、フィン２４（２）及び同じ通路８内のフィン２３（３）とも互に逆向きの傾斜を有する斜めフィン（３）で、これらは複数配置されている。
【００１２】
このように斜めフィン２３（１）、２３（２）、２３（３）を腹側２１において第１、第２、第３冷却通路６、７、８で交互に傾きを変えて各冷却通路に複数段配置し、又、斜めフィン２４（１）、２４（２）、２４（３）を背側２２において同じく第１、第２、第３冷却通路６、７、８で交互に傾きを逆にして各冷却通路で複数段配置し、かつ、腹側２１と背側２２のフィン２３、２４は互に傾きを逆にする配置としている。
【００１３】
このような斜めフィンの配置とすることにより、図３に示すように、第１冷却通路６においては、局所熱伝達率の高い領域１０は腹側２１のリブ４側に、１１は背側２２のリブ４から離れた所に生ずる。同じく、第２冷却通路７では冷却空気２０は第１冷却通路６とは逆向きの流入となり、かつ斜めフィン（２）も通路７とは逆の傾斜となっており、図示の如く腹側２１では１０はリブ５の近くに、背側２２では高い領域１１がリブ５より離れ、リブ４の近くに生ずる。同様に第３冷却通路８では図示のように腹側２１の１０はリブ５より離れ、背側２２では１１がリブ５の近くに生ずることになる。
【００１４】
従って、本実施例での局所熱伝達率の高い領域の分布は図７の従来の例と比較すると、一様な分布となっており、図７の従来の分布で内面冷却不足領域が背側２２では１２ａ、腹側２１では１２ｂのように生じているが、このような片寄りがなく均一な分布となり、腹側２１、背側２２共一様に冷却されるようになるものである。
【００１５】
【発明の効果】
以上、具体的に説明したように、本発明によれば、ガスタービン空冷翼の冷却通路内の斜めフィンの傾きを従来のものと異なり、ガスタービン空冷翼の内部をリブにより区切り、通路を複数列設け、かつ同複数列の通路は連通して冷却空気を流す冷却通路とし、同冷却通路の腹側と背側の両内面には熱伝達率を向上させるための前記冷却空気の流れ方向に対して腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜している斜めフィンを複数段設けたガスタービン空冷翼において、前記冷却通路内面の同じ側の各斜めフィンの傾斜方向は同一通路内では同じ方向にすると共に隣接する通路の同じ側の斜めフィンとは交互に逆の傾斜として、かつ、各冷却通路の前記背側、腹側の各斜めフィンとは互に逆方向の傾斜としたため、ガスタービン空冷翼の冷却空気による内部の局所熱伝達率分布が一様になり、結果として翼のメタル温度分布が従来より一様になり、熱応力が低減し、翼寿命が増加するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン空冷翼の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【図４】従来の斜めフィンによる局所熱伝達率分布の説明図である。
【図５】従来のガスタービン空冷翼の断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】従来の翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【図８】従来の他の形式の空冷翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【符号の説明】
１ 空冷翼
４ リブ
５ リブ
６ 第１冷却通路
７ 第２冷却通路
８ 第３冷却通路
２０ 冷却空気
２１ 腹側
２２ 背側
２３ 斜めフィン
２４ 斜めフィン
【産業上の利用分野】
本発明は翼内部に対流冷却を適用したガスタービン空冷翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービン空冷翼について図５乃至図８により説明する。図５は空冷翼の断面図、図６はそのＢ−Ｂ断面図、図７は翼内面局所熱伝達率分布図、図８は他の形式の翼内面の局所熱伝達分布の説明図である。図５、図６において、ガスタービンの空冷翼１の内部は第１冷却通路６、第２冷却通路７、第３冷却通路８が設けられ、これらは連通し、冷却空気２０はこれら通路を通り、空冷翼１の後方へ出るようになっている。これら通路内には、斜めフィン２が複数本、空冷翼１の腹側２１に取付けられ、斜めフィン３はフィン２の傾斜とは逆方向の傾斜を有して空冷翼１の背側２２に取付けられている。４、５は内部のリブで、内部を区分し、それぞれ、第１〜第３冷却通路を形成するものである。このような構成により翼は冷却空気がこれら第１〜第３通路６、７、８を通ることにより、冷却される。
【０００３】
斜めフィン２、３は空冷翼１の内部の空気流れに乱れを生じさせて、フィンに沿った旋回流が発生し、冷却通路の熱伝達率を向上させて、冷却性能を向上させるものである。また、フィン２、３を流れに斜めにすることによって直交の場合より平均熱伝達率が向上することは従来周知のことである。
【０００４】
しかし、従来の冷却翼１では図５に示すように斜めフィン２、３の傾斜の向きは、腹側２１では斜めフィン２が第１、第２、第３冷却通路６、７、８と共に同じ向きに傾斜しており、背側２２も斜めフィン３が第１、第２、第３冷却通路６、７、８共フィン２とは逆方向の同じ向きに傾斜している。このフィン２、３を共に同じ方向に傾斜させてもよいが、この場合には、図８に示すように局所熱伝達率の高い領域１０、１１が図示のようにリブ４に集中するようになり、全体を一様に冷却する観点からは好ましくない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４は斜めフィンを互に逆方向に傾斜させた翼の局所熱伝達率の分布の説明図であり、図に示すように、片寄った分布となり、背側２２の内面では局所熱伝達率の高い領域１１が、腹側２１の内面では同じく高い領域１０が片寄って発生する。この理由は、斜めフィンを用いた場合にはフィンに沿った２次流れが生じ、この２次流れは伝熱面に向う流れでは局所熱伝達率が大きくなり、伝熱面から離れる流れでは局所熱伝達率が小さくなるため片寄った分布となる。
【０００６】
このため、空冷翼１の内面の局所熱伝達率の高い領域は図７に１０、１１で示すように分布する。この図において、特に、リブ４の背側２２には、内面冷却不足領域１２ａが、又、リブ５の腹側２１には、同じく不足領域１２ｂが生じ、この部分は冷却不足となる。従って、このような冷却不足の領域が片寄って発生しないような斜めフィンの配置が必要となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために、空冷翼内の冷却通路の内面の腹側、背側に設けられた斜めフィンを各通路の同じ側の斜めフィンの傾きは同じとし、隣接する通路の同じ側のフィンとは交互に逆の傾きとして、かつ同一通路内では腹側と背側とでは互に逆の傾斜とするような構成とする。
【０００８】
即ち、本発明は、ガスタービン空冷翼の内部をリブにより区切り、通路を複数列設け、かつ同複数列の通路は連通して冷却空気を流す冷却通路とし、同冷却通路の腹側と背側の両内面には熱伝達率を向上させるための前記冷却空気の流れ方向に対して腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜している斜めフィンを複数段設けたガスタービン空冷翼において、前記冷却通路内面の同じ側の各斜めフィンの傾斜方向は同一通路内では同じ方向にすると共に隣接する通路の同じ側の斜めフィンとは交互に逆の傾斜として、かつ、各冷却通路の前記背側、腹側の各斜めフィンとは互に逆方向の傾斜としたことを特徴とするガスタービン空冷翼を提供する。
【０００９】
【作用】
本発明は前述の手段により、冷却空気は連通する冷却通路内を流れ、腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜すると共に同一通路内では腹側と背側とでは斜めフィンは互に逆方向に交差するように配置されているので、斜めフィンに沿った２次流れが生じ、この２次流れは伝熱面に向う流れでは局所熱伝達率が大きく、伝熱面から離れる流れでは小さくなる。従って、腹側と背側にそれぞれ局所熱伝達率の高い領域が片寄って生じ、各通路にも同様な高い領域が生じ、斜めフィンによる局所熱伝達率の高い領域が翼の腹側と背側の全面では一様な分布となるので従来の例に比べて均一になっており、従来発生した前縁側のリブの背側及び後縁側リブの腹側の冷却不足が解決される。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の一実施例に係るガスタービン空冷翼の断面図、図２はそのＡ−Ａ断面図、図３は本発明に係る翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。図１において、空冷翼１には従来と同じく、リブ４、５で第１、第２、第３冷却通路６、７、８が設けられ、冷却空気２０は翼の下部より連通する第１、第２、第３冷却通路６、７、８を通り、後縁フィン９より流出する構成である。
【００１１】
２３（１）は第１冷却通路６の腹側２１に設けられた斜めフィン（１）、２３（２）は第２冷却通路７の同じく腹側２１に設けられ、フィン２３（１）とは逆向きの傾斜を有した斜めフィン（２）、２３（３）は第３冷却通路８の腹側２１に設けられ、先のフィン２３（２）とは逆向きでフィン２３（１）と同じ傾斜となる斜めフィン（３）である。同様に２４（１）は、第１冷却室６の背後２２に設けられ、腹側２１のフィン２３（１）とは互に逆方向に傾斜した斜めフィン（１）、２４（２）は、第２冷却室７の背側２２に設けられ、同様にフィン２４（１）及び同じ通路７内のフィン２３（２）とも逆向きの斜めフィン（２）、２４（３）は第３冷却室８の背側２２に設けられ、フィン２４（２）及び同じ通路８内のフィン２３（３）とも互に逆向きの傾斜を有する斜めフィン（３）で、これらは複数配置されている。
【００１２】
このように斜めフィン２３（１）、２３（２）、２３（３）を腹側２１において第１、第２、第３冷却通路６、７、８で交互に傾きを変えて各冷却通路に複数段配置し、又、斜めフィン２４（１）、２４（２）、２４（３）を背側２２において同じく第１、第２、第３冷却通路６、７、８で交互に傾きを逆にして各冷却通路で複数段配置し、かつ、腹側２１と背側２２のフィン２３、２４は互に傾きを逆にする配置としている。
【００１３】
このような斜めフィンの配置とすることにより、図３に示すように、第１冷却通路６においては、局所熱伝達率の高い領域１０は腹側２１のリブ４側に、１１は背側２２のリブ４から離れた所に生ずる。同じく、第２冷却通路７では冷却空気２０は第１冷却通路６とは逆向きの流入となり、かつ斜めフィン（２）も通路７とは逆の傾斜となっており、図示の如く腹側２１では１０はリブ５の近くに、背側２２では高い領域１１がリブ５より離れ、リブ４の近くに生ずる。同様に第３冷却通路８では図示のように腹側２１の１０はリブ５より離れ、背側２２では１１がリブ５の近くに生ずることになる。
【００１４】
従って、本実施例での局所熱伝達率の高い領域の分布は図７の従来の例と比較すると、一様な分布となっており、図７の従来の分布で内面冷却不足領域が背側２２では１２ａ、腹側２１では１２ｂのように生じているが、このような片寄りがなく均一な分布となり、腹側２１、背側２２共一様に冷却されるようになるものである。
【００１５】
【発明の効果】
以上、具体的に説明したように、本発明によれば、ガスタービン空冷翼の冷却通路内の斜めフィンの傾きを従来のものと異なり、ガスタービン空冷翼の内部をリブにより区切り、通路を複数列設け、かつ同複数列の通路は連通して冷却空気を流す冷却通路とし、同冷却通路の腹側と背側の両内面には熱伝達率を向上させるための前記冷却空気の流れ方向に対して腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜している斜めフィンを複数段設けたガスタービン空冷翼において、前記冷却通路内面の同じ側の各斜めフィンの傾斜方向は同一通路内では同じ方向にすると共に隣接する通路の同じ側の斜めフィンとは交互に逆の傾斜として、かつ、各冷却通路の前記背側、腹側の各斜めフィンとは互に逆方向の傾斜としたため、ガスタービン空冷翼の冷却空気による内部の局所熱伝達率分布が一様になり、結果として翼のメタル温度分布が従来より一様になり、熱応力が低減し、翼寿命が増加するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン空冷翼の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【図４】従来の斜めフィンによる局所熱伝達率分布の説明図である。
【図５】従来のガスタービン空冷翼の断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】従来の翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【図８】従来の他の形式の空冷翼内面の局所熱伝達率分布の説明図である。
【符号の説明】
１ 空冷翼
４ リブ
５ リブ
６ 第１冷却通路
７ 第２冷却通路
８ 第３冷却通路
２０ 冷却空気
２１ 腹側
２２ 背側
２３ 斜めフィン
２４ 斜めフィン
Claims (1)
- ガスタービン空冷翼の内部をリブにより区切り、通路を複数列設け、かつ同複数列の通路は連通して冷却空気を流す冷却通路とし、同冷却通路の腹側と背側の両内面には熱伝達率を向上させるための前記冷却空気の流れ方向に対して腹側及び背側は同一通路内では各々同一方向に傾斜している斜めフィンを複数段設けたガスタービン空冷翼において、前記冷却通路内面の同じ側の各斜めフィンの傾斜方向は同一通路内では同じ方向にすると共に隣接する通路の同じ側の斜めフィンとは交互に逆の傾斜として、かつ、各冷却通路の前記背側、腹側の各斜めフィンとは互に逆方向の傾斜としたことを特徴とするガスタービン空冷翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08448694A JP3592744B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | ガスタービン空冷翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08448694A JP3592744B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | ガスタービン空冷翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07293203A JPH07293203A (ja) | 1995-11-07 |
| JP3592744B2 true JP3592744B2 (ja) | 2004-11-24 |
Family
ID=13831988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08448694A Expired - Fee Related JP3592744B2 (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | ガスタービン空冷翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3592744B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| EP2182169B1 (en) | 2007-08-30 | 2015-11-18 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Blade cooling structure of gas turbine |
| EP2378073A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Blade or vane for a turbomachine |
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1994
- 1994-04-22 JP JP08448694A patent/JP3592744B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07293203A (ja) | 1995-11-07 |
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