JPH04358701A - ガスタービン冷却翼 - Google Patents
ガスタービン冷却翼Info
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- JPH04358701A JPH04358701A JP13106591A JP13106591A JPH04358701A JP H04358701 A JPH04358701 A JP H04358701A JP 13106591 A JP13106591 A JP 13106591A JP 13106591 A JP13106591 A JP 13106591A JP H04358701 A JPH04358701 A JP H04358701A
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】[発明の目的]
【0002】
【産業上の利用分野】この発明はガスタービン冷却翼に
関し、詳しくはより少ない冷却媒体により効率的に冷却
をおこなうことができるガスタービン冷却翼に関する。
関し、詳しくはより少ない冷却媒体により効率的に冷却
をおこなうことができるガスタービン冷却翼に関する。
【0003】
【従来の技術】一般に、タービンエンジンでは、燃焼ガ
スにより駆動されるタービン自体が燃焼器へ空気を供給
する送風機または圧縮機を駆動する自力的駆動方式が採
用されている。そのためこの方式のタービンの出力効率
を高める最も有効な方法は、タービン入口における燃焼
ガス温度を高めることである。しかしこの燃焼ガス温度
は、タービンの翼、特に第一段の動翼および静翼を構成
する材料の耐熱応力性、あるいは高温下での酸化、腐食
等の耐性により上限が制限される。
スにより駆動されるタービン自体が燃焼器へ空気を供給
する送風機または圧縮機を駆動する自力的駆動方式が採
用されている。そのためこの方式のタービンの出力効率
を高める最も有効な方法は、タービン入口における燃焼
ガス温度を高めることである。しかしこの燃焼ガス温度
は、タービンの翼、特に第一段の動翼および静翼を構成
する材料の耐熱応力性、あるいは高温下での酸化、腐食
等の耐性により上限が制限される。
【0004】そこで従来は、図11、図12に示すよう
に、翼内部を冷却媒体で強制的に冷却するリターンフロ
ータイプの冷却翼が用いられている。図11は動翼の横
断面を、図12は同じく動翼の縦断面をそれぞれ示して
いる。図示するように、翼前縁部では、翼根本から供給
される冷却媒体が翼スパン方向にのびる冷却通路9に導
かれ、インピンジメント孔11から噴出されて翼前縁1
内壁面をインピンジメント冷却するとともに、冷却通路
9の翼背、腹側の翼面に形成されたフィルム孔5から放
出されてフィルム冷却をおこなう。また翼の前縁にもシ
ャワーヘッド6が形成されてフィルム冷却をおこなう。
に、翼内部を冷却媒体で強制的に冷却するリターンフロ
ータイプの冷却翼が用いられている。図11は動翼の横
断面を、図12は同じく動翼の縦断面をそれぞれ示して
いる。図示するように、翼前縁部では、翼根本から供給
される冷却媒体が翼スパン方向にのびる冷却通路9に導
かれ、インピンジメント孔11から噴出されて翼前縁1
内壁面をインピンジメント冷却するとともに、冷却通路
9の翼背、腹側の翼面に形成されたフィルム孔5から放
出されてフィルム冷却をおこなう。また翼の前縁にもシ
ャワーヘッド6が形成されてフィルム冷却をおこなう。
【0005】同様に翼の中間から後縁にかけては、リタ
ーンフロー流路、ピンフィン7による強制対流冷却がお
こなわれる。つまり冷却媒体が翼スパン方向にのびる冷
却通路10に導かれ、さらに冷却通路10と平行して後
縁側に形成されたリターンフロー流路を順次通過し、最
終流路の壁面に形成されているオリフィス孔12を通過
して、ピンフィン7からなる冷却要素に流入する。冷却
媒体はさらにピンフィン7において対流冷却をした後、
翼後縁部4から吹き出される。
ーンフロー流路、ピンフィン7による強制対流冷却がお
こなわれる。つまり冷却媒体が翼スパン方向にのびる冷
却通路10に導かれ、さらに冷却通路10と平行して後
縁側に形成されたリターンフロー流路を順次通過し、最
終流路の壁面に形成されているオリフィス孔12を通過
して、ピンフィン7からなる冷却要素に流入する。冷却
媒体はさらにピンフィン7において対流冷却をした後、
翼後縁部4から吹き出される。
【0006】このような冷却構造であると、主流ガス温
度が1000〜1200℃級程度のガスタービン冷却翼
の場合、主流ガス流量の数パーセントの冷却空気量によ
り翼表面平均温度を850℃に保つことが可能である。
度が1000〜1200℃級程度のガスタービン冷却翼
の場合、主流ガス流量の数パーセントの冷却空気量によ
り翼表面平均温度を850℃に保つことが可能である。
【0007】ところが近年は熱効率をより大きくするた
め主流ガス温度が1200℃を越えた1300〜150
0℃の雰囲気で動作させることが考えられてきた。そこ
で従来の冷却構造をした冷却翼を、主流ガス温度が14
00℃級のガスタービンに用い、例え翼メタル温度が設
計条件を満たすことができたにしても、冷却空気量が多
大になり、システム全体の熱効率を著しく低下させてし
まい、主流ガス温度を上昇させた意味がなくなってしま
う。
め主流ガス温度が1200℃を越えた1300〜150
0℃の雰囲気で動作させることが考えられてきた。そこ
で従来の冷却構造をした冷却翼を、主流ガス温度が14
00℃級のガスタービンに用い、例え翼メタル温度が設
計条件を満たすことができたにしても、冷却空気量が多
大になり、システム全体の熱効率を著しく低下させてし
まい、主流ガス温度を上昇させた意味がなくなってしま
う。
【0008】また、最近では冷却空気量を従来よりも少
なくするために、圧縮機から冷却空気を抽気して強制冷
却させることが考えられている。
なくするために、圧縮機から冷却空気を抽気して強制冷
却させることが考えられている。
【0009】いずれにしても従来の冷却構造をしたター
ビン冷却翼では、冷却媒体が通過する翼内部の流路が短
い等のために充分に熱交換されないまま冷却空気が翼外
に排出されるので、所期の強制対流冷却効果が得られな
いという問題があった。
ビン冷却翼では、冷却媒体が通過する翼内部の流路が短
い等のために充分に熱交換されないまま冷却空気が翼外
に排出されるので、所期の強制対流冷却効果が得られな
いという問題があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のガス
タービン冷却翼は冷却媒体が通過する翼内部の流路が短
かかったり、局所冷却が不十分である等のために所期の
冷却効果が得られないという問題があった。
タービン冷却翼は冷却媒体が通過する翼内部の流路が短
かかったり、局所冷却が不十分である等のために所期の
冷却効果が得られないという問題があった。
【0011】そこでこの発明は、上記の問題を解決する
ために、冷却空気等の冷却媒体による冷却効率を高めて
システム全体の熱効率の向上を可能にしたガスタービン
冷却翼を提供することを目的とする。
ために、冷却空気等の冷却媒体による冷却効率を高めて
システム全体の熱効率の向上を可能にしたガスタービン
冷却翼を提供することを目的とする。
【0012】[発明の構成]
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、次のように構成する。
成するため、次のように構成する。
【0014】(1) 翼前縁部冷却用の冷却媒体を供給
するために翼腹側の翼スパン方向に形成した冷却通路と
、この冷却通路と翼前縁部とを仕切るとともに翼スパン
方向に複数のインピンジメント孔を穿設した前縁側隔壁
と、前記冷却通路と翼背側部とを仕切るとともに翼スパ
ン方向に複数のインピンジメント孔を穿設した翼背側隔
壁と、前記前縁側隔壁に仕切られた前縁部側の翼壁面に
形成したシャワーヘッドと、前記翼背側隔壁に仕切られ
た背側の翼壁面および前記冷却通路の腹側の翼壁面それ
ぞれに形成したフィルム孔とを有することを特徴とする
。
するために翼腹側の翼スパン方向に形成した冷却通路と
、この冷却通路と翼前縁部とを仕切るとともに翼スパン
方向に複数のインピンジメント孔を穿設した前縁側隔壁
と、前記冷却通路と翼背側部とを仕切るとともに翼スパ
ン方向に複数のインピンジメント孔を穿設した翼背側隔
壁と、前記前縁側隔壁に仕切られた前縁部側の翼壁面に
形成したシャワーヘッドと、前記翼背側隔壁に仕切られ
た背側の翼壁面および前記冷却通路の腹側の翼壁面それ
ぞれに形成したフィルム孔とを有することを特徴とする
。
【0015】(2) 翼コード方向中間部および翼後縁
部冷却用の冷却媒体を供給するために翼腹側の翼スパン
方向に形成した冷却通路と、この冷却通路を形成する腹
側の翼壁面の翼スパン方向に形成したフィルム孔と、前
記冷却通路の末端部に接続するとともに冷却通路と平行
でかつ前縁側に順次屈曲して形成した複数のリターンフ
ロー流路と、前記冷却通路およびリターンフロー流路と
翼背側間を仕切るとともに翼背側の壁面とほぼ平行でか
つ所定間隙を介して形成した翼背側隔壁と、前記最終リ
ターンフロー流路部を形成する翼背側隔壁の翼スパン方
向に穿設した複数のインピンジメント孔と、最終リター
ンフロー流路を除くリターンフロー流路部および冷却通
路部の翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁内面に形成し
た翼背側冷却要素と、前記冷却通路および翼背側冷却要
素の後端と翼後縁との間に形成した翼後縁側冷却要素と
を有することを特徴とする。
部冷却用の冷却媒体を供給するために翼腹側の翼スパン
方向に形成した冷却通路と、この冷却通路を形成する腹
側の翼壁面の翼スパン方向に形成したフィルム孔と、前
記冷却通路の末端部に接続するとともに冷却通路と平行
でかつ前縁側に順次屈曲して形成した複数のリターンフ
ロー流路と、前記冷却通路およびリターンフロー流路と
翼背側間を仕切るとともに翼背側の壁面とほぼ平行でか
つ所定間隙を介して形成した翼背側隔壁と、前記最終リ
ターンフロー流路部を形成する翼背側隔壁の翼スパン方
向に穿設した複数のインピンジメント孔と、最終リター
ンフロー流路を除くリターンフロー流路部および冷却通
路部の翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁内面に形成し
た翼背側冷却要素と、前記冷却通路および翼背側冷却要
素の後端と翼後縁との間に形成した翼後縁側冷却要素と
を有することを特徴とする。
【0016】(3) 翼内部冷却用の冷却媒体を供給す
るために翼コード方向の中間よりも前方の位置に形成し
た翼スパン方向の冷却通路と、この冷却通路と翼前縁部
とを仕切るとともに翼スパン方向に複数のインピンジメ
ント孔を穿設した前縁側隔壁と、前記冷却通路と翼背側
部とを仕切るとともに翼スパン方向に複数のインピンジ
メント孔を穿設した翼背側隔壁と、前記前縁側隔壁に仕
切られた前縁部側の翼壁面に形成したシャワーヘッドと
、前記翼背側隔壁に仕切られた背側の翼壁面および前記
冷却通路の腹側の翼壁面それぞれに形成したフィルム孔
と、前記冷却通路の末端部に接続するとともに冷却通路
と平行でかつ後縁側に順次屈曲して形成した複数のリタ
ーンフロー流路と、このリターンフロー流路と翼背側と
の間を仕切るとともに背側翼壁面とほぼ平行に形成した
翼背側隔壁と、この翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁
内面に形成した翼背側冷却要素と、この翼背側冷却要素
および前記最終リターンフロー流路の後端と翼後縁との
間に形成した翼後縁側冷却要素と、前記最終リターンフ
ロー流路部と翼後縁側冷却要素間を仕切る後縁側隔壁の
翼スパン方向に形成した複数のオリフィス孔とを有する
ことを特徴とする。
るために翼コード方向の中間よりも前方の位置に形成し
た翼スパン方向の冷却通路と、この冷却通路と翼前縁部
とを仕切るとともに翼スパン方向に複数のインピンジメ
ント孔を穿設した前縁側隔壁と、前記冷却通路と翼背側
部とを仕切るとともに翼スパン方向に複数のインピンジ
メント孔を穿設した翼背側隔壁と、前記前縁側隔壁に仕
切られた前縁部側の翼壁面に形成したシャワーヘッドと
、前記翼背側隔壁に仕切られた背側の翼壁面および前記
冷却通路の腹側の翼壁面それぞれに形成したフィルム孔
と、前記冷却通路の末端部に接続するとともに冷却通路
と平行でかつ後縁側に順次屈曲して形成した複数のリタ
ーンフロー流路と、このリターンフロー流路と翼背側と
の間を仕切るとともに背側翼壁面とほぼ平行に形成した
翼背側隔壁と、この翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁
内面に形成した翼背側冷却要素と、この翼背側冷却要素
および前記最終リターンフロー流路の後端と翼後縁との
間に形成した翼後縁側冷却要素と、前記最終リターンフ
ロー流路部と翼後縁側冷却要素間を仕切る後縁側隔壁の
翼スパン方向に形成した複数のオリフィス孔とを有する
ことを特徴とする。
【0017】(4) 前記(1) または(2) に記
載のガスタービン冷却翼において、翼後縁側冷却要素と
冷却通路との間を仕切る後縁側隔壁の翼スパン方向に複
数のオリフィス孔を穿設したことを特徴とする。
載のガスタービン冷却翼において、翼後縁側冷却要素と
冷却通路との間を仕切る後縁側隔壁の翼スパン方向に複
数のオリフィス孔を穿設したことを特徴とする。
【0018】(5) 前記(2) または(3) しく
は(4)記載のガスタービン冷却翼において、翼背側の
翼壁内面に翼コード方向と平行のフィンを翼スパン方向
に所定間隔で配設して形成した複数のチャネル部により
翼背側冷却要素を構成したことを特徴とする。
は(4)記載のガスタービン冷却翼において、翼背側の
翼壁内面に翼コード方向と平行のフィンを翼スパン方向
に所定間隔で配設して形成した複数のチャネル部により
翼背側冷却要素を構成したことを特徴とする。
【0019】(6) 前記(2) たは(3) しくは
(4) 記載のガスタービン冷却翼において、翼背側の
翼壁内面翼スパン方向に形成したタービュレンスプロモ
ータ突起壁により翼背側冷却要素を構成したことを特徴
とする。
(4) 記載のガスタービン冷却翼において、翼背側の
翼壁内面翼スパン方向に形成したタービュレンスプロモ
ータ突起壁により翼背側冷却要素を構成したことを特徴
とする。
【0020】
【作用】この発明は上記のように構成したことにより、
翼前縁部を冷却するために翼腹側の翼スパン方向に形成
した冷却通路に供給された冷却媒体は、その一部が前縁
側隔壁に穿設されたインピンジメント孔から噴出して前
縁部側の翼壁面をインピンジメント冷却した後、前縁部
側翼壁面のシャワーヘッドから翼前方に放出されて翼前
面を冷却する。冷却媒体の他の一部は、前背側隔壁に穿
設されたインピンジメント孔から噴出して背側の翼壁面
をインピンジメント冷却した後、背側の翼壁面のフィル
ム孔から翼背側外方に放出されて翼背面をフィルム冷却
する。冷却媒体の残りは、腹側の翼壁面のフィルム孔か
ら翼腹側外方に放出されて翼腹面をフィルム冷却する。
翼前縁部を冷却するために翼腹側の翼スパン方向に形成
した冷却通路に供給された冷却媒体は、その一部が前縁
側隔壁に穿設されたインピンジメント孔から噴出して前
縁部側の翼壁面をインピンジメント冷却した後、前縁部
側翼壁面のシャワーヘッドから翼前方に放出されて翼前
面を冷却する。冷却媒体の他の一部は、前背側隔壁に穿
設されたインピンジメント孔から噴出して背側の翼壁面
をインピンジメント冷却した後、背側の翼壁面のフィル
ム孔から翼背側外方に放出されて翼背面をフィルム冷却
する。冷却媒体の残りは、腹側の翼壁面のフィルム孔か
ら翼腹側外方に放出されて翼腹面をフィルム冷却する。
【0021】またこの発明では、翼コード方向の中間部
および翼後縁部を冷却するために翼腹側の翼スパン方向
に形成した冷却通路に供給された冷却媒体は、その一部
が後縁側隔壁に穿設されたオリフィス孔を通過して翼後
縁側冷却要素に流入する。冷却媒体の他の一部は、腹側
の翼壁面のフィルム孔から翼腹側外方に放出されて翼腹
面をフィルム冷却する。冷却媒体の残りは、リターンフ
ロー流路を順次通過し腹側の翼壁面を強制対流冷却し、
最終リターンフロー流路の翼背側隔壁に穿設されたイン
ピンジメント孔から噴出して背側の翼壁面をインピンジ
メント冷却した後、翼背側冷却要素および翼後縁側冷却
要素を順次冷却してから翼後縁より排出される。
および翼後縁部を冷却するために翼腹側の翼スパン方向
に形成した冷却通路に供給された冷却媒体は、その一部
が後縁側隔壁に穿設されたオリフィス孔を通過して翼後
縁側冷却要素に流入する。冷却媒体の他の一部は、腹側
の翼壁面のフィルム孔から翼腹側外方に放出されて翼腹
面をフィルム冷却する。冷却媒体の残りは、リターンフ
ロー流路を順次通過し腹側の翼壁面を強制対流冷却し、
最終リターンフロー流路の翼背側隔壁に穿設されたイン
ピンジメント孔から噴出して背側の翼壁面をインピンジ
メント冷却した後、翼背側冷却要素および翼後縁側冷却
要素を順次冷却してから翼後縁より排出される。
【0022】またこの発明では、翼内部冷却用の冷却媒
体を供給するために翼コード方向の中間よりも前方の位
置に形成した翼スパン方向の冷却通路に供給された冷却
媒体は、その一部が前縁側隔壁に穿設されたインピンジ
メント孔から噴出して前縁部側の翼壁面をインピンジメ
ント冷却した後、前縁部側翼壁面のシャワーヘッドから
翼前方に放出されて翼前面を冷却する。冷却媒体の他の
一部は、腹側の翼壁面のフィルム孔から翼腹側外方に放
出されて翼腹面をフィルム冷却する。冷却媒体の他の一
部は、翼背側隔壁に穿設されたインピンジメント孔から
噴出して背側の翼壁面をインピンジメント冷却した後、
その一部は背側の翼壁面のフィルム孔から翼背側外方に
放出されて翼背面をフィルム冷却し、その残りは翼背側
冷却要素および翼後縁側冷却要素を通過しそれぞれ熱交
換して翼後縁より排出される。冷却媒体の残りは、リタ
ーンフロー流路を順次通過して腹側の翼壁面を強制対流
冷却し、最終リターンフロー流路の後縁側隔壁に形成さ
れた複数のオリフィス孔から噴出して翼後縁側冷却要素
を通過しながら熱交換し翼後縁より排出される。
体を供給するために翼コード方向の中間よりも前方の位
置に形成した翼スパン方向の冷却通路に供給された冷却
媒体は、その一部が前縁側隔壁に穿設されたインピンジ
メント孔から噴出して前縁部側の翼壁面をインピンジメ
ント冷却した後、前縁部側翼壁面のシャワーヘッドから
翼前方に放出されて翼前面を冷却する。冷却媒体の他の
一部は、腹側の翼壁面のフィルム孔から翼腹側外方に放
出されて翼腹面をフィルム冷却する。冷却媒体の他の一
部は、翼背側隔壁に穿設されたインピンジメント孔から
噴出して背側の翼壁面をインピンジメント冷却した後、
その一部は背側の翼壁面のフィルム孔から翼背側外方に
放出されて翼背面をフィルム冷却し、その残りは翼背側
冷却要素および翼後縁側冷却要素を通過しそれぞれ熱交
換して翼後縁より排出される。冷却媒体の残りは、リタ
ーンフロー流路を順次通過して腹側の翼壁面を強制対流
冷却し、最終リターンフロー流路の後縁側隔壁に形成さ
れた複数のオリフィス孔から噴出して翼後縁側冷却要素
を通過しながら熱交換し翼後縁より排出される。
【0023】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。
明する。
【0024】図1〜図3は、この発明に係るガスタービ
ン冷却翼の一例としてガスタービン冷却動翼の第1の実
施例を示す。
ン冷却翼の一例としてガスタービン冷却動翼の第1の実
施例を示す。
【0025】図に示すように、この動翼は隔壁21によ
り、翼コード方向の前部と、中間および後部に区画され
、前部が第1の冷却通路9に供給された冷却空気により
冷却される。中間および後部が第2の冷却通路10に供
給された冷却空気により冷却される。つまりこの実施例
では、冷却媒体である冷却空気の流路が2系統形成され
ている。
り、翼コード方向の前部と、中間および後部に区画され
、前部が第1の冷却通路9に供給された冷却空気により
冷却される。中間および後部が第2の冷却通路10に供
給された冷却空気により冷却される。つまりこの実施例
では、冷却媒体である冷却空気の流路が2系統形成され
ている。
【0026】前部を冷却する第1の冷却通路9は、隔壁
21、翼前縁壁1側に形成された前縁側隔壁22、背側
翼壁2に平行して形成された翼背側隔壁23、腹側翼壁
3により形成されている。前縁側隔壁22には翼スパン
方向に1列のインピンジメント孔11が穿設され、翼背
側隔壁23には複数列のインピンジメント孔13が穿設
され、腹側翼壁面24には翼スパン方向に2列のフィル
ム孔5が穿設されている。冷却通路9に供給された冷却
空気は、これらインピンジメント孔11、13から噴出
して、翼前縁壁1および背側翼壁2をインピンジメント
冷却する。インピンジメント孔11から噴出した冷却空
気は、さらに翼前縁壁1に形成された多数の孔からなる
シャワーヘッド6から外部に放出される。インピンジメ
ント孔13から噴出した冷却空気は、さらに背側翼壁2
に形成された2列フィルム孔5から外部に放出されて、
背側翼壁2の後方をフィルム冷却する。同様に腹側翼壁
3からも冷却空気の一部がフィルム孔5から外部に放出
されて、腹側翼壁3の後方をフィルム冷却する。
21、翼前縁壁1側に形成された前縁側隔壁22、背側
翼壁2に平行して形成された翼背側隔壁23、腹側翼壁
3により形成されている。前縁側隔壁22には翼スパン
方向に1列のインピンジメント孔11が穿設され、翼背
側隔壁23には複数列のインピンジメント孔13が穿設
され、腹側翼壁面24には翼スパン方向に2列のフィル
ム孔5が穿設されている。冷却通路9に供給された冷却
空気は、これらインピンジメント孔11、13から噴出
して、翼前縁壁1および背側翼壁2をインピンジメント
冷却する。インピンジメント孔11から噴出した冷却空
気は、さらに翼前縁壁1に形成された多数の孔からなる
シャワーヘッド6から外部に放出される。インピンジメ
ント孔13から噴出した冷却空気は、さらに背側翼壁2
に形成された2列フィルム孔5から外部に放出されて、
背側翼壁2の後方をフィルム冷却する。同様に腹側翼壁
3からも冷却空気の一部がフィルム孔5から外部に放出
されて、腹側翼壁3の後方をフィルム冷却する。
【0027】中間および後部を冷却する第2の冷却通路
10は、腹側翼壁3、背側翼壁2と平行に形成された翼
背側隔壁23、隔壁25により形成されている。冷却通
路10の末端は、冷却通路10と平行して翼背側隔壁2
3、腹側翼壁3、隔壁25、隔壁26により形成された
リターンフロー流路27に接続され、さらにリターンフ
ロー流路27は翼背側隔壁23、腹側翼壁3、隔壁26
、隔壁21により形成されたリターンフロー流路28に
接続されている。冷却通路10に面した腹側翼壁3には
翼スパン方向に2列のフィルム孔5が穿設され、翼背側
隔壁23の後端が腹側翼壁3と接合する部分には翼スパ
ン方向に1列のオリフィス孔12が穿設されており、冷
却通路10に供給された冷却空気の一部は、フィルム孔
5から外部に放出されて、腹側翼壁3の後方をフィルム
冷却する。オリフィス孔12からも冷却空気の一部が翼
後縁4側に流出する。冷却通路10に供給された冷却空
気の大部分は、リターンフロー流路27、28を順次通
過し、流路28部の翼背側隔壁23に穿設され複数列の
インピンジメント孔14から噴出して、背側翼壁2をイ
ンピンジメント冷却する。インピンジメント孔14から
噴出した冷却空気は、翼コード方向の後方に移動し、背
側翼壁2の内面に突設したリブ16により形成されたチ
ャネル流路15を通過した後、オリフィス孔12から流
出した冷却空気と合流し、翼後縁4側の背側翼壁2と腹
側翼壁3間に形成されたピンフィン7からなる冷却要素
を通過して翼後縁4より外部に排出される。 なお、
第1の冷却通路9、第2の冷却通路10、リターンフロ
ー流路27、28を形成する腹側翼壁3の内面には、タ
ービュレンスプロモータ突起8が形成されている。
10は、腹側翼壁3、背側翼壁2と平行に形成された翼
背側隔壁23、隔壁25により形成されている。冷却通
路10の末端は、冷却通路10と平行して翼背側隔壁2
3、腹側翼壁3、隔壁25、隔壁26により形成された
リターンフロー流路27に接続され、さらにリターンフ
ロー流路27は翼背側隔壁23、腹側翼壁3、隔壁26
、隔壁21により形成されたリターンフロー流路28に
接続されている。冷却通路10に面した腹側翼壁3には
翼スパン方向に2列のフィルム孔5が穿設され、翼背側
隔壁23の後端が腹側翼壁3と接合する部分には翼スパ
ン方向に1列のオリフィス孔12が穿設されており、冷
却通路10に供給された冷却空気の一部は、フィルム孔
5から外部に放出されて、腹側翼壁3の後方をフィルム
冷却する。オリフィス孔12からも冷却空気の一部が翼
後縁4側に流出する。冷却通路10に供給された冷却空
気の大部分は、リターンフロー流路27、28を順次通
過し、流路28部の翼背側隔壁23に穿設され複数列の
インピンジメント孔14から噴出して、背側翼壁2をイ
ンピンジメント冷却する。インピンジメント孔14から
噴出した冷却空気は、翼コード方向の後方に移動し、背
側翼壁2の内面に突設したリブ16により形成されたチ
ャネル流路15を通過した後、オリフィス孔12から流
出した冷却空気と合流し、翼後縁4側の背側翼壁2と腹
側翼壁3間に形成されたピンフィン7からなる冷却要素
を通過して翼後縁4より外部に排出される。 なお、
第1の冷却通路9、第2の冷却通路10、リターンフロ
ー流路27、28を形成する腹側翼壁3の内面には、タ
ービュレンスプロモータ突起8が形成されている。
【0028】このように第1の実施例は、2系統の冷却
通路によりガスタービン冷却翼を冷却する場合に、翼を
厚み方向に二分し、それぞれ異なる冷却要素を組み合わ
せて一連の冷却通路を構成したことにより、対流冷却の
効率が向上するとともに翼の構造的な剛性も増すことが
できる。
通路によりガスタービン冷却翼を冷却する場合に、翼を
厚み方向に二分し、それぞれ異なる冷却要素を組み合わ
せて一連の冷却通路を構成したことにより、対流冷却の
効率が向上するとともに翼の構造的な剛性も増すことが
できる。
【0029】また、冷却空気がインピンジメント孔13
、14を通過する際は、クロスフローが発生しないため
に、インピンジメント冷却効果が著しく向上する。特に
第1の冷却通路9では、冷却空気がインピンジメント孔
13、フィルム孔5を通過して異なる位置で外部に排出
されるが、それぞれの流路の流量配分がインピンジメン
ト孔13、14、フィルム孔5の通過抵抗により容易に
調整することができる。
、14を通過する際は、クロスフローが発生しないため
に、インピンジメント冷却効果が著しく向上する。特に
第1の冷却通路9では、冷却空気がインピンジメント孔
13、フィルム孔5を通過して異なる位置で外部に排出
されるが、それぞれの流路の流量配分がインピンジメン
ト孔13、14、フィルム孔5の通過抵抗により容易に
調整することができる。
【0030】さらに、第2の冷却通路10では、リター
ンフロー流路27、28、インピンジメント孔14、チ
ャネル流路15を通過した冷却空気が温度上昇しても、
冷却通路10に穿設されているオリフィス孔12から低
温の冷却空気が供給、混合されることにより、冷却能力
が回復する。
ンフロー流路27、28、インピンジメント孔14、チ
ャネル流路15を通過した冷却空気が温度上昇しても、
冷却通路10に穿設されているオリフィス孔12から低
温の冷却空気が供給、混合されることにより、冷却能力
が回復する。
【0031】また、流路長が長くなる第2の冷却通路1
0側では、静圧がまだ充分に高い冷却通路10にフィル
ム孔5を形成したことで、主流高温ガスの逆流を防止す
ることができる。
0側では、静圧がまだ充分に高い冷却通路10にフィル
ム孔5を形成したことで、主流高温ガスの逆流を防止す
ることができる。
【0032】図4は、第2の実施例を示す断面図である
。
。
【0033】この実施例は、第2の冷却通路10に接続
するリターンフロー流路のパス数を増やすために、隔壁
29、30を形成してあらたに流路31、32を増設し
たものであり、リターンフロー流路が延長された分、対
流冷却効果が向上させることができ、又翼剛性もさらに
向上する。他の第1実施例と同一の部分については共通
の番号を付している。 なお、冷却通路10も含めて
形成されるリターンフロー流路のパス数は、一般に動翼
の場合、遠心力を考慮して奇数であることが望ましい。
するリターンフロー流路のパス数を増やすために、隔壁
29、30を形成してあらたに流路31、32を増設し
たものであり、リターンフロー流路が延長された分、対
流冷却効果が向上させることができ、又翼剛性もさらに
向上する。他の第1実施例と同一の部分については共通
の番号を付している。 なお、冷却通路10も含めて
形成されるリターンフロー流路のパス数は、一般に動翼
の場合、遠心力を考慮して奇数であることが望ましい。
【0034】図5は、第3の実施例を示す断面図である
。
。
【0035】この実施例は、第1の冷却通路9に冷却さ
れる翼の前縁部を従来の構造として、中間および後部に
ついてのみ第1の実施例と同一に構成したものである。
れる翼の前縁部を従来の構造として、中間および後部に
ついてのみ第1の実施例と同一に構成したものである。
【0036】図6は、第4の実施例を示す断面図である
。
。
【0037】この実施例も同様に、第1の冷却通路9に
冷却される翼の前縁部を従来の構造として、中間および
後部についてのみ第1の実施例と同一に構成したもので
ある。
冷却される翼の前縁部を従来の構造として、中間および
後部についてのみ第1の実施例と同一に構成したもので
ある。
【0038】図7は、第5の実施例を示す断面図である
。
。
【0039】この実施例は、第1実施例において、第2
の冷却通路10上の背側翼壁2にタービュレンスプロモ
ータ突起17を形成したことにより、対流冷却効果を向
上させることができる。他の第1実施例と同一の部分に
ついては共通の番号を付している。
の冷却通路10上の背側翼壁2にタービュレンスプロモ
ータ突起17を形成したことにより、対流冷却効果を向
上させることができる。他の第1実施例と同一の部分に
ついては共通の番号を付している。
【0040】図8〜図10は、この発明に係るガスター
ビン冷却動翼の第6の実施例を示す。
ビン冷却動翼の第6の実施例を示す。
【0041】図に示すようにこの実施例は、冷却通路9
に供給された冷却空気を3系統に分けて動翼の各部を冷
却する構成としている。
に供給された冷却空気を3系統に分けて動翼の各部を冷
却する構成としている。
【0042】冷却通路9に供給された冷却空気の一部は
、腹側翼壁3に穿設されたフィルム孔5から外部に放出
されて、腹側翼壁3の外面後方をフィルム冷却する。 さらに冷却空気の一部は、前縁側隔壁22、翼背側隔壁
23にそれぞれ穿設されたインピンジメント孔11、1
3から噴出して、翼前縁壁1および背側翼壁2をインピ
ンジメント冷却する。インピンジメント孔11から噴出
した冷却空気は、さらに翼前縁壁1に形成された多数の
孔からなるシャワーヘッド6から外部に放出される。イ
ンピンジメント孔13から噴出した冷却空気の一部は、
さらに背側翼壁2に形成された2列のフィルム孔5から
外部に放出されて、背側翼壁2の後方をフィルム冷却す
る。インピンジメント孔13から噴出した冷却空気の残
りは、オリフィス孔19を通過した後、背側翼壁2の内
面に突設したリブ16により形成されたチャネル流路1
5を通過して対流冷却をした後、オリフィス孔12から
流出した冷却空気と合流し、翼後縁4側の背側翼壁2と
腹側翼壁3間に形成されたピンフィン7からなる冷却要
素を通過して背側翼壁2および腹側翼壁3を対流冷却し
てから翼後縁4より外部に排出される。ピンフィン7か
らなる冷却要素が形成された腹側翼壁3のフィルム孔5
からも、冷却空気の一部が外部に放出されて腹側翼壁3
の外表面をフィルム冷却する。
、腹側翼壁3に穿設されたフィルム孔5から外部に放出
されて、腹側翼壁3の外面後方をフィルム冷却する。 さらに冷却空気の一部は、前縁側隔壁22、翼背側隔壁
23にそれぞれ穿設されたインピンジメント孔11、1
3から噴出して、翼前縁壁1および背側翼壁2をインピ
ンジメント冷却する。インピンジメント孔11から噴出
した冷却空気は、さらに翼前縁壁1に形成された多数の
孔からなるシャワーヘッド6から外部に放出される。イ
ンピンジメント孔13から噴出した冷却空気の一部は、
さらに背側翼壁2に形成された2列のフィルム孔5から
外部に放出されて、背側翼壁2の後方をフィルム冷却す
る。インピンジメント孔13から噴出した冷却空気の残
りは、オリフィス孔19を通過した後、背側翼壁2の内
面に突設したリブ16により形成されたチャネル流路1
5を通過して対流冷却をした後、オリフィス孔12から
流出した冷却空気と合流し、翼後縁4側の背側翼壁2と
腹側翼壁3間に形成されたピンフィン7からなる冷却要
素を通過して背側翼壁2および腹側翼壁3を対流冷却し
てから翼後縁4より外部に排出される。ピンフィン7か
らなる冷却要素が形成された腹側翼壁3のフィルム孔5
からも、冷却空気の一部が外部に放出されて腹側翼壁3
の外表面をフィルム冷却する。
【0043】冷却通路9の末端は、冷却通路9と平行し
て翼背側隔壁23、腹側翼壁3、隔壁41、42、43
、44により形成されたリターンフロー流路45〜48
と接続している。最終のリターンフロー流路48には、
オリフィス孔12が穿設されている。冷却通路9に供給
された冷却空気の残りは、リターンフロー流路45〜4
8を通過し対流冷却をした後、オリフィス孔12からピ
ンフィン7からなる冷却要素側に流出する。
て翼背側隔壁23、腹側翼壁3、隔壁41、42、43
、44により形成されたリターンフロー流路45〜48
と接続している。最終のリターンフロー流路48には、
オリフィス孔12が穿設されている。冷却通路9に供給
された冷却空気の残りは、リターンフロー流路45〜4
8を通過し対流冷却をした後、オリフィス孔12からピ
ンフィン7からなる冷却要素側に流出する。
【0044】この第6の実施例は、第1の実施例とほぼ
同様な冷却効果を得られるとともに、冷却空気を供給す
るための冷却通路を1個にすることができる。
同様な冷却効果を得られるとともに、冷却空気を供給す
るための冷却通路を1個にすることができる。
【0045】以上のように構成された各実施例では、い
ずれも冷却効率が向上したことで、冷却空気量を少なく
することが可能となる。出願人の実験によれば、実施例
のガスタービン冷却翼を用いて、主流ガス温度を140
0℃にし、冷却空気温度を300℃とすると、冷却に必
要な空気量は主流ガス流量の約5%以下であることが確
認できた。
ずれも冷却効率が向上したことで、冷却空気量を少なく
することが可能となる。出願人の実験によれば、実施例
のガスタービン冷却翼を用いて、主流ガス温度を140
0℃にし、冷却空気温度を300℃とすると、冷却に必
要な空気量は主流ガス流量の約5%以下であることが確
認できた。
【0046】なお、上記各実施例では翼後縁部の冷却要
素をピンフィン7により構成しているが、タービュレン
スプロモータ壁を有する狭路により構成することも、ま
たはコード方向に伸びる多数の細孔により構成すること
も可能である。
素をピンフィン7により構成しているが、タービュレン
スプロモータ壁を有する狭路により構成することも、ま
たはコード方向に伸びる多数の細孔により構成すること
も可能である。
【0047】また実施例はいずれも動翼について示した
が、静翼についても同様に適用できるものであり、冷却
媒体についても空気以外の水蒸気、その他の媒体であっ
てもよい。
が、静翼についても同様に適用できるものであり、冷却
媒体についても空気以外の水蒸気、その他の媒体であっ
てもよい。
【0048】さらには、上記各実施例を組合せることで
、他の各種ガスタービン冷却翼を構成することもできる
。
、他の各種ガスタービン冷却翼を構成することもできる
。
【0049】
【発明の効果】以上の実施例でもあきらかなようにこの
発明は、ガスタービン冷却翼の主要部を厚み方向に2層
構造にし、翼の背側、腹側のそれぞれに冷却媒体の流路
を形成し、しかもその流路中にインピンジメント孔、オ
リフィス孔を設けたことにより、背側、腹側の熱負荷の
割合に応じて冷却媒体の供給量を調整することができる
。
発明は、ガスタービン冷却翼の主要部を厚み方向に2層
構造にし、翼の背側、腹側のそれぞれに冷却媒体の流路
を形成し、しかもその流路中にインピンジメント孔、オ
リフィス孔を設けたことにより、背側、腹側の熱負荷の
割合に応じて冷却媒体の供給量を調整することができる
。
【0050】また、冷却媒体の背側の流路中にインピン
ジメント孔を設けたことにより、熱負荷の大きい背側が
より多く冷却される。
ジメント孔を設けたことにより、熱負荷の大きい背側が
より多く冷却される。
【0051】さらには、ガスタービン冷却翼の内部を2
層構造にしたことにより、剛性が増し、稼働中の熱応力
や遠心力に対する耐性が増す。
層構造にしたことにより、剛性が増し、稼働中の熱応力
や遠心力に対する耐性が増す。
【0052】このようにして、この発明ではガスタービ
ン冷却翼の冷却効率が向上したため、より少ない冷却媒
体でガスタービン冷却翼の冷却が可能になる。その結果
、近年待望されていたガスタービンにおける主流ガス温
度をより高温の1300〜1500℃にして稼働させた
場合でも冷却空気を必要最小限に抑えて、熱効率を改善
することが可能になる。
ン冷却翼の冷却効率が向上したため、より少ない冷却媒
体でガスタービン冷却翼の冷却が可能になる。その結果
、近年待望されていたガスタービンにおける主流ガス温
度をより高温の1300〜1500℃にして稼働させた
場合でも冷却空気を必要最小限に抑えて、熱効率を改善
することが可能になる。
【図1】この発明にかかるガスタービン冷却翼の第1の
実施例を示す横断面図である。
実施例を示す横断面図である。
【図2】図1A−A線断面図である。
【図3】図1B−B線断面図である。
【図4】第2の実施例の横断面図である。
【図5】第3の実施例を示す横断面図である。
【図6】第4の実施例を示す横断面図である。
【図7】第5の実施例を示す横断面図である。
【図8】第6の実施例の横断面図である。
【図9】図8C−C線断面図である。
【図10】図8D−D線断面図である。
【図11】従来例を示す断面図である。
【図12】従来例の断面図である。
1 翼前縁壁
2 背側翼壁
3 腹側翼壁
4 翼後縁
5 フィルム孔
6 シャワーヘッド
8、17 タービュレンスプロモータ突起9、10
冷却通路 11、13、14 インピンジメント孔12、19
オリフィス孔 22 前縁側隔壁 23 翼背側隔壁 24 腹側翼壁面
冷却通路 11、13、14 インピンジメント孔12、19
オリフィス孔 22 前縁側隔壁 23 翼背側隔壁 24 腹側翼壁面
Claims (6)
- 【請求項1】 翼前縁部冷却用の冷却媒体を供給する
ために翼腹側の翼スパン方向に形成した冷却通路と、こ
の冷却通路と翼前縁部とを仕切るとともに翼スパン方向
に複数のインピンジメント孔を穿設した前縁側隔壁と、
前記冷却通路と翼背側部とを仕切るとともに翼スパン方
向に複数のインピンジメント孔を穿設した翼背側隔壁と
、前記前縁側隔壁に仕切られた前縁部側の翼壁面に形成
したシャワーヘッドと、前記翼背側隔壁に仕切られた背
側の翼壁面および前記冷却通路の腹側の翼壁面それぞれ
に形成したフィルム孔とを有することを特徴とするガス
タービン冷却翼。 - 【請求項2】 翼コード方向中間部および翼後縁部冷
却用の冷却媒体を供給するために翼腹側の翼スパン方向
に形成した冷却通路と、この冷却通路を形成する腹側の
翼壁面の翼スパン方向に形成したフィルム孔と、前記冷
却通路の末端部に接続するとともに冷却通路と平行でか
つ前縁側に順次屈曲して形成した複数のリターンフロー
流路と、前記冷却通路およびリターンフロー流路と翼背
側間を仕切るとともに翼背側の壁面とほぼ平行でかつ所
定間隙を介して形成した翼背側隔壁と、前記最終リター
ンフロー流路部を形成する翼背側隔壁の翼スパン方向に
穿設した複数のインピンジメント孔と、最終リターンフ
ロー流路を除くリターンフロー流路部および冷却通路部
の翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁内面に形成した翼
背側冷却要素と、前記冷却通路および翼背側冷却要素の
後端と翼後縁との間に形成した翼後縁側冷却要素とを有
することを特徴とするガスタービン冷却翼。 - 【請求項3】 の冷却媒体を供給するために翼コード
方向の中間よりも前方の位置に形成した翼スパン方向の
冷却通路と、この冷却通路と翼前縁部とを仕切るととも
に翼スパン方向に複数のインピンジメント孔を穿設した
前縁側隔壁と、前記冷却通路と翼背側部とを仕切るとと
もに翼スパン方向に複数のインピンジメント孔を穿設し
た翼背側隔壁と、前記前縁側隔壁に仕切られた前縁部側
の翼壁面に形成したシャワーヘッドと、前記翼背側隔壁
に仕切られた背側の翼壁面および前記冷却通路の腹側の
翼壁面それぞれに形成したフィルム孔と、前記冷却通路
の末端部に接続するとともに冷却通路と平行でかつ後縁
側に順次屈曲して形成した複数のリターンフロー流路と
、このリターンフロー流路と翼背側との間を仕切るとと
もに背側翼壁面とほぼ平行に形成した翼背側隔壁と、こ
の翼背側隔壁に対向する翼背側の翼壁内面に形成した翼
背側冷却要素と、この翼背側冷却要素および前記最終リ
ターンフロー流路の後端と翼後縁との間に形成した翼後
縁側冷却要素と、前記最終リターンフロー流路部と翼後
縁側冷却要素間を仕切る後縁側隔壁の翼スパン方向に形
成した複数のオリフィス孔とを有することを特徴とする
ガスタービン冷却翼。 - 【請求項4】 請求項2または3記載のガスタービン
冷却翼において、翼後縁側冷却要素と冷却通路との間を
仕切る後縁側隔壁の翼スパン方向に複数のオリフィス孔
を穿設したことを特徴とするガスタービン冷却翼。 - 【請求項5】 求項2または3若しくは4記載のガス
タービン冷却翼において、翼背側の翼壁内面に翼コード
方向と平行のフィンを翼スパン方向に所定間隔で配設し
て形成した複数のチャネル部により翼背側冷却要素を構
成したことを特徴とするガスタービン冷却翼。 - 【請求項6】 は3若しくは4記載のガスタービン冷
却翼において、翼背側の翼壁内面の翼スパン方向に形成
したタービュレンスプロモータ突起壁により翼背側冷却
要素を構成したことを特徴とするガスタービン冷却翼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03131065A JP3101342B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | ガスタービン冷却翼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03131065A JP3101342B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | ガスタービン冷却翼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04358701A true JPH04358701A (ja) | 1992-12-11 |
JP3101342B2 JP3101342B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=15049188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03131065A Expired - Fee Related JP3101342B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | ガスタービン冷却翼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3101342B2 (ja) |
Cited By (13)
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---|---|---|---|---|
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-
1991
- 1991-06-03 JP JP03131065A patent/JP3101342B2/ja not_active Expired - Fee Related
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