JP4739509B2 - コリオリ・タービュレータ動翼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概してガスタービンエンジンに関し、さらに詳細には、かかるエンジンに使用されるタービン動動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンにおいて、空気は圧縮機で加圧された後に燃焼器で燃料と混合され点火されて高温燃焼ガスを発生する。ガスはタービンに導かれてエネルギが抽出され、圧縮機に動力を供給し飛行中の航空機を推進するためファンに動力を供給する等の有用な仕事を生成する。
【０００３】
高圧タービンは最初に燃焼器から燃焼ガスを受取り、また支持用ディスクから半径方向外側へ延びるタービン動動翼列に続く固定タービンノズルを含んでいる。このノズルはエーロフォイル・静翼を含み、これは協働するエーロフォイル動翼に燃焼ガスを向ける。
【０００４】
静翼と動翼とは中空でありその中に様々な冷却回路を含んでおり、そこでは空気が圧縮機から分流されて冷却媒体として使用されて静翼および動翼を熱的に保護する。静翼と動翼との冷却方法は、根元部から先端部、および前縁と後縁との間のエーロフォイル周りの様々な冷却要求に起因して極めて複雑である。
【０００５】
典型的にエーロフォイルは、該エーロフォイルの前縁、中央翼弦および後縁領域を別々に冷却するようエーロフォイルの翼幅に沿って半径方向に延びる軸方向に間隔をおいて配置された幾つかの冷却回路を含んでいる。
【０００６】
冷却回路を通って導かれる冷却媒体は、熱伝達対流によってエーロフォイル内の熱を除去し、典型的に冷却媒体は、エーロフォイルの正圧側壁および負圧側壁を通り、エーロフォイル外側面を流れる高温燃焼ガスに対して該外側面を断熱する膜冷却孔を通って吐出される。
【０００７】
内部熱伝達は、冷却媒体流を乱して局所的に熱伝達を高めるタービュレータを形成する、ピンまたは直線的なリブをエーロフォイルの側壁に沿って設けることで高めることができる。タービュレータとしては、冷媒流れ方向に直交する種々の形状と方向性とがあり、さらに異なる回路の個々の冷却媒体通路に対する要求に応じて傾いている。
【０００８】
タービン動動翼は運転中に回転するので、この冷却は冷却媒体に加わる回転力に起因して更に複雑になる。例えば、コリオリの力は動翼を通って流れる冷却媒体に作用してその冷却能力に影響を与える。典型的な半径方向に延びる冷却通路において、そこを通る主冷却媒体の主要方向は、典型的な多流波状冷却回路に見られるように、動翼の根元部から先端部へ半径方向外側へ向くか、または動翼の先端部から根元部へ半径方向内側へ向くかのいずれかである。
【０００９】
典型的な直線状のタービュレータは、エーロフォイルの翼弦に沿って指向し、冷却媒体流の半径方向に対して略直交していてもよく、またはそれに対して傾いていてもよく、それ相応に異なる性能を果たす。しかし、どちらの場合もタービュレータは有効でありエーロフォイル内面に沿って冷却媒体を局所的に移動させて熱伝達を高める。
【００１０】
しかし、コリオリの力はタービュレータの冷却性能に影響を与える。コリオリの力は、各々の半径方向流路を通る外側方向または内側方向に向く冷媒流れの半径方向速度と、ロータディスクの軸方向の中心線軸周りの翼回転速度とのベクトル積に基づいて、冷却媒体に該冷媒の半径方向流れに直交する方向へ作用する。従って、冷却媒体に作用するコリオリの力は、内側方向の流路と外側方向の流路とではそれぞれ反対方向に作用する。
【００１１】
しかし、両方の例において、コリオリの力は一対のコリオリ渦を発生させるのに有効であり、渦は各々の半径方向流路において、半径方向に指向する冷却媒体の一次流れ場に対する二次流れ場として、逆回転している。従って、各々の通路は、対応する軸方向前方のコリオリ渦と軸方向後方のコリオリ渦とを成長させ、流路の内側通路と外側通路中とで異なる回転方向に互いに逆回転する。
【００１２】
Ｌｅｅによる米国特許第５，７９７，７２６号において、コリオリ渦と協働してタービン動動翼内部の熱伝達冷却を高めるための、シェブロン（ｃｈｅｖｒｏｎ）とも呼ばれるタービュレータ対が開示されている。シェブロンは、動動翼の正圧側壁および負圧側壁に沿って異なって指向され、各々の冷却通路における対のコリオリの渦と協働し、それと反対方向ではなく隣接するコリオリ渦と同じ方向に冷却媒体をシェブロンに沿って局所的に指向する。このようにして、シェブロン自身における局所的な三次流れの影響は二次のコリオリの渦から減じられるのではなく付加され、流れのよどみを防いで動翼内部の熱伝達冷却を高める。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
タービン・エーロフォイルの複雑さとコリオリの力の方向的な影響からみて、タービン動動翼タービュレータ設計の一層の改善が望まれる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
タービン動動翼にタービュレータを配置する方法は、動翼前縁から円周方向にオフセットした半径方向流路に傾斜タービュレータを配置することを含む。全ての傾斜タービュレータは、動翼の後縁に向かって半径方向内側に傾斜し、冷却媒体をタービュレータに沿ってオフセットした通路内部のコリオリ流れと同じ方向に指向する。特定の実施形態において、タービュレータ・シェブロンはまた、動翼前縁に対して軸方向に整列された半径方向流路内に配置され、その中でコリオリ流れに合致する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適かつ例示的な実施形態と他の目的および利点は、添付の図面との関連でなされる以下の詳細な説明で、更に具体的に説明されている。
【００１６】
図１の軸方向の側面図には複数の例示的タービン動動翼１０の１つが示されており、支持用回転ディスク１２から半径方向外側に延びている。ディスクは部分的に示されており、軸方向の中心線つまり回転軸１４を含み、運転中ディスクと動翼とが軸周りに回転する。
【００１７】
動翼の外側部分は、一体のダブテール１０ｂから半径方向外側に延びるエーロフォイルを形成し、ダブテールは動翼をディスク周囲の相補的な軸方向ダブテール・スロット内で半径方向に保持するよう従来の方法で形成されている。
【００１８】
図１および図２に示すように、動翼エーロフォイルは、全体的に凹形の正圧側壁１６と、円周方向または横方向に対向する全体的に凸形の負圧側壁１８とを含む。図１に示すように、２つの側壁は、対応する一体プラットフォームにおいてエーロフォイルの内側境界を画定する根元部２２から半径方向外側の先端部２４まで、放射軸２０に沿って長手方向に延びる。側壁は、エーロフォイル全長に沿って半径方向に延び、対応する前縁と後縁２６、２８との間で軸方向に翼弦方向に延びる。
【００１９】
また、側壁は、前縁と後縁との間で円周方向または横方向に隔てて配置され、翼弦方向に離間して配置される複数の一体的な壁つまり隔壁３０によって相互に連結されており、隔壁は、根元部と先端部との間で翼幅方向へ長手方向に延び、一般的にそこを通って流れる冷却媒体３４に関する接頭記号３２により識別される、対応する半径方向流路を形成する。冷却媒体は、運転中に動翼を冷却するよう従来の方法で圧縮機（図示せず）から分流される加圧空気の一部である。
【００２０】
流路３２は、内部対流によって動翼を冷却するために冷却媒体を流すように、あらゆる従来的な方法を用いて１つまたはそれ以上の冷却回路に形成できる。図１および図２に示す例示的な実施形態において、流路３２は、翼弦中央領域の５つの通路の波状冷却回路であり、半径方向流路３２ａ−３２ｅの順次連続する形態で従来同様に配置されている。第１通路３２ａにおいて、冷却媒体は動翼の根元部から先端部へ半径方向外側へ流れ、第２通路３２ｂにおいて、冷却媒体は翼先端部の下方で反転して先端部から根元部へ半径方向内側に流れる。この順序は第３通路３２ｃ、第４通路３２ｄおよび第５通路３２ｅにおいて、冷却媒体の方向で外側および内側方向へ交互に繰り返される。
【００２１】
前縁冷却回路は、隣接の供給通路３２ｇによる衝突冷却で供給される前縁流路３２ｆを含む。また、後縁冷却回路は、隣接する供給チャネル３２ｋによる衝突冷却で供給される後縁チャネル３２ｈを含む。
【００２２】
種々の冷却回路は如何なる従来構造でもよく、動翼は典型的に対応する流路から正圧側壁と負圧側壁とを通って延びる数列の膜冷却孔３６を含み、冷却媒体はここを通って動翼の外部表面に沿って吐出され膜冷却をもたらす。
【００２３】
図２に示すように、この例示的な実施形態において、動翼は相当量の捩れを有し、後縁２８は、前縁２６から円周方向または横方向にオフセットしており、動翼の円周方向の回転の際に前縁に先行する。図２に示すように上から見た場合、動翼の捩れは負圧側壁１８と回転軸１４との間の捩れ角Ａで表すことができる。動翼の捩れは、従来の方法で空気力学的な理由で設けられ、ある設計において制限してもよく、図２の実施形態のような他の設計においては極めて重要である。
【００２４】
動翼捩れの１つの影響は、前縁から後縁に向かって１つまたはそれ以上の流路が円周方向または横方向にオフセットされることである。図２に示す例示的な実施形態において、流路３２ｂは僅かな部分が前縁２６からオフセットし；流路３２ａは大部分が前縁からオフセットし；後縁チャネル３２ｋと３２ｈとは前縁から完全にオフセットし、この順にオフセット量が大きくなっている。
【００２５】
対応して、残りの５つの通路３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｇ、３２ｆは、相互に且つ前縁とほぼ軸方向へ整列している。
【００２６】
それぞれの流路３２は、正圧側壁および負圧側壁１６、１８によって円周方向に境界が定められ、その間を延びる隔壁３０によって軸方向または翼弦方向に境界が定められているが、動翼の捩れを被る流路は、回転軸１４に対して斜めの方向性をもっている。オフセットした４つの通路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋの斜めの方向性は、軸方向に整列された５つの通路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ、ｆとは対照的に内部対流冷却に著しく影響を及ぼす。
【００２７】
図１に示すように、冷却媒体３４はまず最初に、各々の流路を通って半径方向外側または半径方向内側のいずれかに流される。運転中に動翼１０は回転軸１４の周りを回転し、流路はそこを通る冷却媒体の一次流れの境界を定め、閉じこめるので、半径方向の流れは、冷却媒体流の半径方向速度と動翼の回転速度とのベクトル積の方向のコリオリの力を受ける。コリオリの力の方向は、冷却媒体の速度ベクトルに対して直交する。外側に向かう流路における冷却媒体速度ベクトルは、内側に向かう流路における速度ベクトルとは逆なので、対応するコリオリの力の方向も逆である。
【００２８】
コリオリの力の影響は、上流へ流れる流路と下流に流れる流路とでは異なる各々の流路の二次の流れ場を持ち込むことである。図２に示す実質的に閉じられた流路内のコリオリの二次流れは、一対の逆回転の渦３４ａとして観察される。各々の流路の対のコリオリ渦は、典型的に軸方向前方と軸方向後方の渦として互いに軸方向に整列している。
【００２９】
二次流れの渦は逆回転し、その回転の方向は上流への流路と下流への流路で異なる。例えば、図２に示す下流への流路３２ｂにおいて、後方の渦は時計方向に回転し、前方の渦は反時計方向に回転する。上流への流路３２ｃにおいて、後方の渦は反時計方向に回転し、前方の渦は時計方向に回転する。
【００３０】
本発明によれば、タービュレータの性能と内部冷却とを高めてそこでの性能低下を回避するよう従来のタービュレータを別の方法で選択的に導入して、捩れた構造の動翼を補うようコリオリ渦の性質を利用できる
より詳細には、図１および図２に示すタービン動動翼中にタービュレータが配置される改良された方法は、１つまたはそれ以上の対応する列の傾斜タービュレータ３８を、円周方向にオフセットした通路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋの少なくとも１つに配置することを含み、通路内の全ての傾斜タービュレータは、根元部２２および後縁２８に向けて半径方向内側に傾き、つまり傾斜しており、各々のオフセットした通路内の渦３４ａからのコリオリの流れと同方向にタービュレータに沿って冷却媒体を導く。
【００３１】
１つの例示的なオフセットした通路３２ａは、図３により詳細に示されている。例示的な流路における動翼の捩れＡは、前縁近傍で軸方向に整列された通路に対して流路を時計方向に捩りまたは斜めに方向づけする。図３には対のコリオリ渦３４ａが示されており、それらの相対位置は軸方向に前後している。上流への流路３２ａで反時計方向に回転する後方コリオリ渦は、図示のように右から左への流れ方向において負圧側壁１８上の傾斜タービュレータと局所的に交わることに留意されたい。同様に前方コリオリ渦は、上流への流路３２ａで時計方向に回転して、右から左への流れ方向において正圧側壁１６上の傾斜タービュレータ３８と局所的に交わる。
【００３２】
従って、傾斜タービュレータ３８は、対応するコリオリ渦を補うよう特別に構成され傾斜されており、傾斜タービュレータはコリオリ渦の性能に直接影響を与え、一次冷却媒体流が外向きか内向きのいずれかであるオフセットした通路内の二次コリオリ流れと同じ方向であり、対応するタービュレータに沿う三次の局所的冷却媒体流３４ｂを助長して導くようになっている。
【００３３】
傾斜タービュレータ３８の例示的な実施形態は、負圧側壁１８に関する図４と、協働する正圧側壁１６に関する図５の側面図に示されている。各々のタービュレータ３８は直線状であり、軸方向に対応する前方隔壁と後方隔壁３０との間を延びることが好ましく、隔壁は軸方向に流路３２ａの境界を定める。各々のタービュレータは、鋭角な傾斜角Ｂで傾斜もしくは傾いており、動翼後縁に向かうタービュレータの軸方向後方端部は、前縁に向かうタービュレータの軸方向前方端部に対して半径方向内側に位置している。各々のタービュレータ３８は２つの隔壁３０の間で連続していることが好ましい。別の実施形態（図示せず）において、所望のタービュレータ構造と傾斜に全体的に影響を与えるよう配列しつつ、個々のタービュレータを軸方向にセグメント化してもよい。
【００３４】
図４は、負圧側壁１８内の上流への冷却媒体３４を示し、冷却媒体は反時計方向に回転する後方コリオリ渦をもたらし、渦は本質的に傾いたタービュータ３８と協働して冷却媒体を乱し、局所的にタービュレータの流れ３４ｂを負圧側に沿って後方コリオリ渦と略同一方向に指向する。
【００３５】
同様に図５は正圧側壁１６内の上流への冷却媒体３４を示し、対応するコリオリ渦は時計方向に回転する。傾斜タービュレータ３８は、選択的に傾いており、タービュレータの流れ３４ｂを正圧側壁に沿って前方コリオリ渦と同方向に局所的に乱して指向する。
【００３６】
図４および図５に示すように、上流への流路３２ａ内の対向する正圧側壁および負圧側壁上の傾斜タービュレータ３８の２つの列は、約３０度から約６０度であってもよい同じ傾斜角Ｂをもつことが好ましい。対向するタービュレータは、所望であれば互いに半径方向に整列していてもよく、半径方向にオフセットしていてもよい。
【００３７】
また、傾斜タービュレータ３８は、境界を定める隔壁３０の間の流路内の対応する側壁の軸方向の範囲全体に亘って同一の傾斜をもつことが重要である。流路３２ａでの動翼の相当大きな捩れ角Ａに起因して、後方コリオリ渦は主として負圧側壁１８にのみ隣接し、前方コリオリ渦は主として正圧側壁１６にのみ隣接する。
【００３８】
図２に示すように、捩れ角Ａは流路から流路へ動翼後縁２８に向かって大きくなるので、後方コリオリ渦は負圧側壁でその影響が大きくなり、正圧側壁でその影響が小さくなり、同様に前方コリオリ渦は正圧側壁でその影響が大きくなり、負圧側壁でその影響が小さくなる。
【００３９】
オフセットした流路内部の傾斜タービュレータ３８と、その中で発達したコリオリ渦との好ましい配列の重要性は、図４を参照して更に明らかにできる。図示の傾斜タービュレータ３８が、１２０−１５０度の傾斜角Ｂで反対に傾斜する場合、局所的なコリオリ渦の方向は、図示のように左側に向かわず図４の右側に向かう冷却媒体のタービュレータに沿った局所的な乱れと反対方向になる。その後、傾斜タービュレータによってもたらされる局所的な流れは、局所的なコリオリ渦の流れと反対になり、局所的な冷却媒体の速度が遅くなり、それに応じて局所的に熱伝達率が小さくなる。
【００４０】
しかし、図４に示す好適な実施形態において、傾斜タービュレータは冷却媒体を局所的にコリオリ渦と同じ方向に指向し、その速度は付加的で熱伝達率が局所的に大きくなる。
【００４１】
図１に示される例示的な上流への流路３２ａは、翼根元部２２近傍の下側入口４０を含み、従来の方法でダブテール１０ｂを通して冷却媒体３４を受取る。その後冷却媒体は、流路３２ａを通って翼先端部２４に向かって外側へ導かれる。傾斜タービュレータ３８は、後縁に向かって半径方向内側に傾斜しており、前述のようにコリオリ渦と選択的に協働する。
【００４２】
また、図１に示される第２流蛇行流路３２ｂは、図２に示すように大きな捩れを受けるので、そこにも傾いた傾斜タービュレータ３８を備えることが好ましい。しかし、本実施形態において、流路３２ｂは、第１通路流路３２ａからの冷却媒体３４を半径方向内側方向に再指向する、逆曲げ形状の上側入口４２を含む。上側入口４２は、翼先端部２４近傍に配置されており、冷却媒体を翼根元部２２に向けて半径方向内側に流す。図４および図５に示すように、２つの通路３２ａおよび３２ｂの同様に傾いた傾斜タービュレータ３８は、この通路中に発生する対応するコリオリ渦と協働して、同様の方法で運転中の熱伝達冷却を高める。
【００４３】
大きな捩れを有する最初の２つの蛇行流路３２ａ、ｂを形成する対応する隔壁３０には孔がないことが好ましく、これにより強力なコリオリ渦が発生し、協働する傾斜タービュレータによって補われる。また、後縁供給通路３２ｋは大きな捩れを受け、同様に傾斜タービュレータ３８を含むことができる。
【００４４】
供給通路３２ｋの後方隔壁は、小さな衝突ホールの列を含み冷却媒体を後縁流路３２ｈにある正圧側壁内部に吐出する。隔壁孔は比較的小さく相当な圧力降下をもたらすので、供給通路３２k内にコリオリ渦をそれでも発生させることができ、その中の熱伝達冷却を高めるために傾斜タービュレータを導入することができる。
【００４５】
図２に示すように、後縁流路３２ｈは、動翼の最も狭い部分に配置されるでの最も大きな動翼の捩れを受ける。制限された空間に照らして、傾斜タービュレータ３８の列は、その正圧側壁内部にのみ組み込まれてもよく、その中に形成される各々のコリオリ渦と協働して冷却性を高める。通路の負圧側は、タービュレータがない平滑のままであってもよい。従って、傾斜タービュレータ３８は、正圧側壁１６等の後縁流路３２ｈの動翼側壁の少なくとも１つに好都合に組み込むことができる。
【００４６】
また、オフセットした流路のいずれか１つで空間的に都合がつく場所では、タービュレータ３８は、正圧側壁および負圧側壁沿って同一のまたは類似の後縁に向かう半径方向内側の傾斜を有する対向する列の形態で配置されるのが好ましい。
【００４７】
前述のように、傾斜タービュレータ３８を、動翼の捩れに起因して動翼前縁から横方向または円周方向のオフセットを受ける流路にのみ導入するのが好ましい。例えば、動翼捩れ角Ａが約４５度を超え、対応するオフセットした流路の正圧側壁１６と該壁上のタービュレータの大部分を同一通路の対向する負圧側壁１８よりも動翼前縁２６に近づけて配置する場合に傾斜タービュレータ３８は好適である。このことは、図２において４つのオフセットした流路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋに関して示されており、ここでは正圧側壁は、この通路の対応する負圧側壁の位置から様々な大きさだけ軸方向の前方に位置している。
【００４８】
図２において３つの流路３２ａ、ｂ、ｋに示すように、そこにおける対向する正圧側壁および負圧側壁内側の対応する傾斜タービュレータ３８は、軸方向に中央で互いにオーバーラップし、負圧側壁上のタービュレータは中央のオーバーラップから後縁２８に向かって後方へ延び、正圧側壁上のタービュレータは中央のオーバーラップから前縁２６に向かって前方に延びる。図示の例示的な実施形態において、各々のオフセットした流路の対向するタービュレータの軸方向のオーバーラップ量は、動翼の捩れ角が最大捩れ角約７０度まで大きくなるにつれて減少する。
【００４９】
図２は、それ相応に大きな動翼の捩れに起因して大きくなった最も後方の流路の歪みまたは曲がりを明確に示している。それでもやはり対応する流路の半径方向の断面は略四辺形であり、対応する対のコリオリ渦は運転中にそこに形成され、その中で軸方向で前後方向に位置する。動翼の捩れと、このことがコリオリ渦と協働することの重要性は、目に見えるほどの横方向オフセットまたは捩れをもたない軸方向に整列された最も前方の流路を調べると更に明らかになる。
【００５０】
図２に示すオフセットした流路については傾斜タービュレータ３８のみが望ましいが、顕著な動翼の捩れなく動翼前縁２６と軸方向へ整列される１つまたはそれ以上の流路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ中には、タービュレータ・シェブロン４４のみの対応する列を配置することが更に望ましい。軸方向へ整列される流路は、前縁と整列してオフセットした流路の前方に配置され、これは各々の正圧側壁および負圧側壁を、配列された各々の通路内のコリオリ渦にさらす。
【００５１】
図４および図５には、第３の蛇行通路、上流への流路３２ｃに関する、例示的なタービュレータ・シェブロン４４の列がより詳細に示されている。各々のタービュレータ・シェブロン４４は、対向する障壁から、冷却媒体が流れることができる各リブの共通の尾筒部の形態の頂点へ収束しまたは向かう一対のリブを含んでいる。このタービュレータ・シェブロンは、従来と同様のものであり、Ｌｅｅによる米国特許第５，７９７，７２６号に詳細に説明されており、その全ては本明細書に参照文献として組み込まれている。
【００５２】
シェブロン４４は、正圧側壁および負圧側壁１６，１８に沿って、通路３２ｃ等の軸方向に整列された１つまたはそれ以上の流路内に配置され、冷却媒体をシェブロンに沿って流路内のコリオリ渦と同じ方向に局所的に指向する。
【００５３】
図２に示すように、タービュレータ・シェブロン４４は、流路３２ｃ内で両側壁に配置され、負圧側壁１８上のシェブロンは、図４に示すように先端部に向かって半径方向外側方向に先細になり；正圧側壁１６上のシェブロンは、図５に示すように根元部に向かって半径方向内側方向に先細になる。
【００５４】
最初に図２に示したように、両側壁のタービュレータ・シェブロンは、流路３２c中の発達した前方および後方のコリオリ渦の一方と相応に協働する。反時計方向の後方渦は、同じ方向の流れ成分を得るために負圧側シェブロンの右半分と協働し、同様に、正圧側シェブロンの右半分と協働する。同様に、時計方向前部コリオリ渦は、同じ方向の冷却媒体の流れ成分を得るために正圧側壁および負圧側壁上の左半分のシェブロンと協働する。
【００５５】
軸方向に整列される前方流路３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇの方向が、横方向にオフセットした後部流路３２ａ、ｂ、ｈ、ｋに対して異なることに照らして、そこではタービュレータ・シェブロンまたは傾斜タービュレータのいずれかが使用されるが、その逆はない。軸方向に整列した前方流路の前方および後方コリオリ渦は、動翼の正圧側壁および負圧側壁に同様に影響を及ぼすので、タービュレータ・シェブロン４４は単独で、タービュレータとコリオリ渦との間で不都合な流れのよどみを生じることなく熱伝達を最大にするのに好適である。
【００５６】
従って、オフセットした流路の傾斜タービュレータは、その共通の傾斜が後方コリオリ渦で流れを助長するが、前方コリオリ渦で流れを弱めるので、軸方向に整列された前方通路においては特に使用しない。２つのコリオリ渦は、前方通路では正圧側壁および負圧側壁の各々の異なる局所的方向に作用するので、単一に傾斜した傾斜タービュレータは、前方通路のコリオリ渦を補わず、熱伝達冷却能力を最大にできない。
これに対応して、前方流路のタービュレータ・シェブロン４４は、同じ理由から、後方、横方向にオフセットした流路で使用しないことが好ましい。後方コリオリ渦は、負圧側壁に最大の影響を与えるが正圧側壁には殆ど影響を与えず、前方コリオリ渦は、正圧側壁に最大の影響を与えるが負圧側壁には殆ど影響を与えないので、後方通路においては単一に傾斜した傾斜タービュレータ３８のみが好ましい。オフセットした後方通路にタービュレータ・シェブロンを使用してもコリオリ渦の熱伝達性能を最大にできない。
【００５７】
例えば、後方コリオリ渦が負圧側シェブロンの右半分を補っても、シェブロンの左半分の部分の性能が低下する。同様に、前方コリオリ渦が正圧側シェブロンの左半分を補っても、その右半分の部分の性能が低下することになる。
【００５８】
【発明の効果】
従って、円周方向にオフセットした流路の傾斜タービュレータと、軸方向に整列された流路のタービュレータ・シェブロンとを選択的に使用することによって、そこで発生する対応するコリオリ渦の最大性能の利点を得ることができる。つまり、傾斜タービュレータとシェブロンは、コリオリの力が引き起こす二次的な流れ循環を有する、上流への流路と下流への流路を通る冷却媒体の主流れ方向に合致する構成に特に調整される。
【００５９】
運転中に発生するコリオリ渦は、各々のタービュレータと協働して局所的な冷却媒体を通路の内壁に沿って連続的に循環させ、そこでの熱伝達を高める。各々のタービュレータに沿ってコリオリ渦を確実に局所的な流れと同じ方向に流すこによって、流れのよどみが低減し除去されて熱伝達冷却能力が最大になり、個々の流路の捩れや湾曲と無関係にコリオリ渦を局所的に補うことができる。
【００６０】
本発明の好適かつ例示的な実施形態であると考えられるものを説明したが、当業者には、以上の説明から本発明の他の変更を容易に考えることができる。従って、本発明の真の精神と範囲内にあるこのような全ての変更は特許請求の範囲において保護されることを求めるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的実施形態による、支持用ロータディスク中に取り付けられたタービン動動翼の軸方向の部分断面側面図である。
【図２】図１に示す動翼の線２−２に沿う半径方向の断面図である。
【図３】図２の標示３の一点鎖線円内に示す円周方向にオフセットした半径方向流路の拡大図である。
【図４】図２に示す動翼の線４−４に沿う負圧側壁内部の拡大断面側面図である。
【図５】図２に示す動翼の正圧側壁内部の線５−５に沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 動翼
１２ ディスク
１４ 軸線
１６ 正圧側壁
１８ 負圧側壁
２０ 半径方向軸
２２ 根元部
２４ 先端部
２６ 前縁
２８ 後縁
３０ 隔壁
３２ 流路
３４ 冷却媒体
３６ 孔
３８ 傾斜タービュレータ
４０ 入口
４２ 入口
４４ シェブロン

Claims (5)

1. タービン動翼（１０）であって、
   根元部（２２）から先端部（２４）へ翼長方向へ延び、前縁および後縁（２６、２８）の間で翼弦方向へ延びる正圧側壁および負圧側壁（１６、１８）；
   を備え、
   前記側壁は、前記前縁および後縁の間で翼幅方向に離間して配置され、冷却媒体（３４）を流すために流路（３２）を形成するよう、前記根元部と先端部との間で翼長方向に延び且つ翼弦方向に離間する複数の隔壁（３０）により相互に連結され；
   前記動翼の前記流路は、前記正圧側壁（１６）が、前記流路における対向する負圧側壁（１８）よりも前記前縁（２６）に軸方向において近い部分を多く有し、前記流路が前記前縁（２６）から前記後縁（２８）に向かって翼幅方向にオフセットするよう捩れを有するオフセット流路（３２ａ、ｂ、ｈ、ｋ）を含み、前記オフセット流路の少なくとも１つは、翼長方向に離間し、冷却媒体をタービュレータに沿って前記オフセット流路内のコリオリの流れと同一方向に指向させるために、全て前記後縁（２８）に向かって前記根元部（２２）の方向へ傾いており且つ前記隔壁（３０）間で連続している傾斜タービュレータ（３８）の列を有し；
   前記タービュレータ（３８）は、前記隔壁（３０）間で直線状に延び、
   前記タービュレータ（３８）は、前記正圧側壁および負圧側壁（１６、１８）の両方に沿って前記オフセット流路（３２ａ、ｂ、ｋ）の内側に配置され、
   前記流路（３２）は、前記オフセット流路の前方に配置され、前記前縁（２６）に整列された別の流路（３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ）を更に備え、
   前記整列された流路（３２ｃ、ｄ、ｅ、ｇ）は、前記正圧側壁および負圧側壁（１６、１８）に沿って前記整列された流路内に配置された、前記タービュレータの対からなるシェブロン（４４）の列を備え、
   前記タービュレータの対からなるシェブロン（４４）の列は、前記先端部（２４）に向かって半径方向外側へ先細となる正圧側シェブロンの列と、前記根元部（２２）に向かって半径方向内側へ先細となる負圧側シェブロンの列と含む
   ことを特徴とするタービン動翼（１０）。
2. 前記オフセット流路（３２ａ）は、前記冷却媒体を前記先端部（２４）に向けて上側へ流すために、前記根元部（２２）近傍に下部入口（４０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の動翼。
3. 前記オフセット流路（３２ｂ）は、前記冷却媒体を前記根元部（２２に向けて内側へ流すために、前記先端部（２４）近傍に上部入口（４２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の動翼。
4. 前記先端部から見て、前記タービン動翼（１０）の回転軸（１４）と前記負圧側壁（１８）がなす角として定められる前記動翼の捩れ角（Ａ）が、４５度より大きいことを特徴とする請求項１に記載の動翼。
5. 前記オフセット流路における前記動翼の捩れ角（Ａ）は、約７０度であることを特徴とする請求項４に記載の動翼。

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