JP2000034901A - ガスタービン動翼の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン動翼を冷却する冷却構造におい
て、応力集中の発生のない、強度的に安定したシャワー
ヘッド機構を備えたものを提供することを課題とする。 【解決手段】 ガスタービン動翼前縁に動翼の長手方向
に沿ってスリット状の冷却空気溝を設け、翼根側で半径
方向に形成した冷却空気流路を前記冷却空気溝に開口し
てガスタービン動翼の冷却構造を構成し、冷却空気は翼
根側で半径方向に形成した冷却空気流路を経て冷却空気
溝に的確に供給されて冷却空気溝から翼表面に流すよう
にしているので、動翼には小孔は不要となって応力集中
の問題をなくし、強度的に安定した有益なガスタービン
動翼の冷却構造を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン動翼を
冷却する冷却構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンの出力向上は、同ガスター
ビンに供給する燃焼ガスの高温化と密接な関係がある。
他方、この燃焼ガスの高温化は、ガスタービンを構成す
る機器の材質の選定、ひいては製作コストに大きく影響
することになる。

【０００３】そのため、ガスタービンの開発、製作に際
しては、高温の燃焼ガスに晒される動翼、静翼等の冷却
に関する事項について、多くの時間と労力が注がれてい
るのが実情である。

【０００４】この結果、例えば動翼の冷却については、
高温部に対して冷却媒体を衝撃的に噴射して冷却するイ
ンピンジメント冷却、冷却部位に沿って冷却媒体を流し
て行う対流冷却、冷却面に対して薄幕状に冷却媒体を流
す様にしたフィルム冷却等々種々の形態が工夫され採用
されている。

【０００５】これらのうち、翼の前縁部分を冷却する代
表的なものとして、翼の前縁に多数の吹出孔を有するシ
ャワーヘッド機構を採用し、内部から前縁に吹き出した
冷却媒体で高温の燃焼ガスと翼との間に冷却媒体の層を
形成し、翼の過熱を防止するものがある。

【０００６】従来のこの種冷却構造のものについて図４
（ａ）、（ｂ）及び図５に基づいて説明する。１はガス
タービンの動翼を示し、その前縁には翼の長手方向に沿
って多数の小孔３が穿設され、動翼１の内部に形成され
た中空部２は同小孔３を経て翼表面に連通している。

【０００７】従って動翼１の内部に図示省略の経路で冷
却空気を供給すると、この冷却空気は、中空部２、小孔
３を経て動翼１の表面に吹き出し、冷却空気４で示す様
に翼面に沿って下流に流れ、動翼１の周囲を流れる高温
ガス５と動翼１との間に空気層を形成して動翼１が過熱
することを防止するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記した
従来のシャワーヘッド機構は、動翼１内から冷却空気を
吹き出す小孔３が円孔であるために重大な問題事項を伴
うものである。

【０００９】すなわち、回転する動翼は遠心力により高
い応力を発生し、図５に代表的に小孔３を一つ示し、か
つ、その小孔３に符号１０で応力を示すように、小孔３
が円孔であるためにその周りに応力集中が起こり、これ
が許容強度を越える場合には、該小孔３は設置できない
という問題がある。

【００１０】本発明は、この様な従来のものに於ける問
題点を解消し、応力集中の発生のない、強度的に安定し
たシャワーヘッド機構を備えたガスタービン動翼の冷却
構造を提供することを課題とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決すべくなされたもので、ガスタービン動翼前縁に
動翼の長手方向に沿ってスリット状の冷却空気溝を設
け、翼根側で半径方向に形成した冷却空気流路を前記冷
却空気溝に開口したガスタービン動翼の冷却構造を提供
するものである。

【００１２】すなわち、本発明によれば、スリット状の
冷却空気溝をガスタービン動翼前縁でその長手方向に沿
って設け、この冷却空気溝から冷却空気を翼表面に流す
ようにしているので、動翼には小孔は不要となり、応力
集中の問題をなくして、動翼の堅牢化を図る様にしたも
のである。

【００１３】そしてこの冷却空気溝に供給され冷却空気
は翼根側で半径方向に形成した冷却空気流路を経て同冷
却空気溝に開口しているので、同冷却空気流路の入口か
ら冷却空気溝に対する開口位置までの半径方向の距離の
差に基づく遠心力の差により、冷却空気は力を強められ
て的確に冷却空気溝に供給され、適切な冷却空気層の形
成を図る様にしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１乃至図３に基づいて説明する。なお、前記した従来の
ものと同一の部位については、図中同一の符号を付して
示し、重複して冗長となる説明を省略して本実施の形態
に特有の点に注力して説明する。

【００１５】図１には（ａ）に本実施の形態に係るガス
タービン動翼の冷却構造の全貌を示し、また（ｂ）には
翼の断面方向での流れの状況を示している。

【００１６】すなわち、本実施の形態では、動翼１の前
縁に翼根から翼中央部にかけて延びる冷却空気噴出スリ
ット６を形成し、かつ、中央側から半径方向外方に延び
る冷却空気流路７を前記冷却空気噴出スリット６に開口
している。

【００１７】従って本実施の形態によれば、冷却空気流
路７を流れる冷却空気は、図示省略の中心寄りのに形成
される入口部と、冷却空気噴出スリット６に対する開口
位置との半径方向の距離の差に基づき異なる遠心力の差
により、半径方向外方に流す力が増強され、冷却空気
は、強い流れとして冷却空気噴出スリット６に供給さ
れ、次いでこの冷却空気噴出スリット６から外に溢れ
出、動翼１の表面に沿って冷却空気８の流れを形成す
る。

【００１８】そしてこの冷却空気８の流れが高温ガス５
を動翼１の表面から遮ることになり、動翼１は高温ガス
５から直接的に加熱されないので、熱的に安定を保たれ
ることになる。

【００１９】なお、図１（ａ）に示した動翼１は、冷却
空気噴出スリット６を途中まで設け、その先端側は小孔
３を配して同小孔３から冷却空気４を吹き出す構成を併
せ備えたものとしているが、これは動翼１が大きい翼で
あり、冷却空気噴出スリット６が長すぎて先端まで冷却
空気が行き渡らない場合を想定したものである。

【００２０】従って冷却空気が十分行き渡る程度の動翼
の場合には、図２に示す様に冷却空気噴出スリット６ａ
を動翼１の先端まで形成すればよい。そしてまた、図３
に示す様に平行に延びる２条のスリットで冷却空気噴出
スリット６ｂを形成すれば、１条当たりのスリット幅を
狭めて、より長い距離に亘って冷却空気を確実に供給す
ることができる。

【００２１】そして、冷却空気の供給がスリットに依存
する範囲内においては、動翼１に小孔３の穿設は不要と
なるので、同小孔３の存在により生じる応力集中の問題
はなくなり、強度的に安定した動翼１が得られるもので
ある。

【００２２】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ガ
スタービン動翼前縁に動翼の長手方向に沿ってスリット
状の冷却空気溝を設け、翼根側で半径方向に形成した冷
却空気流路を前記冷却空気溝に開口してガスタービン動
翼の冷却構造を構成したので、冷却空気は翼根側で半径
方向に形成した冷却空気流路を経て力を強められて冷却
空気溝に的確に供給され、冷却空気溝から翼表面に流す
ようにしているので、動翼には小孔は不要となり、応力
集中の問題をなくして、動翼の堅牢化を図り、以て強度
的に安定し、有益なガスタービン動翼の冷却構造を得る
ことが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービン動翼
の冷却構造を示し、（ａ）は全貌を示す斜視図、（ｂ）
は（ａ）の断面方向の空気及び高温ガス等の流れを示す
説明図である。

【図２】図１のものの一部の変形を示す説明図である。

【図３】図１のものの他の変形を示す説明図である。

【図４】従来のガスタービン動翼の冷却構造を示し、
（ａ）は全貌を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の断面方向
の空気及び高温ガス等の流れを示す説明図である。

【図５】図４のものにおける応力集中の状況を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ 動翼 ２ 中空部 ３ 小孔 ４ 冷却空気 ５ 高温ガス ６ 冷却空気噴出スリット ６ａ 冷却空気噴出スリット ６ｂ 冷却空気噴出スリット ７ 冷却空気流路 ８ 冷却空気 １０ 応力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービン動翼前縁に動翼の長手方向
   に沿ってスリット状の冷却空気溝を設け、翼根側で半径
   方向に形成した冷却空気流路を前記冷却空気溝に開口し
   たことを特徴とするガスタービン動翼の冷却構造。