JP2001020702A - 翼形部の隔離前縁冷却 - Google Patents
翼形部の隔離前縁冷却Info
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 前縁冷却の改善されたガスタービンエンジン
タービン動翼の提供。 【解決手段】 タービン動翼１０は前縁２８の背後に前
縁フローチャンバ３６が配設された翼形部１４を含んで
なり、前縁フローチャンバはその背後に配設された隔離
流路３８と連通している。隔離流路はその両側で１対の
側面流路４０，４２と境界を接している。
タービン動翼の提供。 【解決手段】 タービン動翼１０は前縁２８の背後に前
縁フローチャンバ３６が配設された翼形部１４を含んで
なり、前縁フローチャンバはその背後に配設された隔離
流路３８と連通している。隔離流路はその両側で１対の
側面流路４０，４２と境界を接している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は総括的にはガスタ
ービンエンジンに関し、具体的にはタービン動翼の冷却
に関する。
ービンエンジンに関し、具体的にはタービン動翼の冷却
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジンでは、空気を圧縮
機で圧縮し、燃焼器内で燃料と混合し点火して高温燃焼
ガスを発生させる。燃焼ガスは下流に流れて複数のター
ビン段を通過し、そこで燃焼ガスからエネルギーが抽出
され、圧縮機を駆動するとともに、飛行中の航空機に推
力を与えるファンを駆動するなど、有効な仕事を行う。
機で圧縮し、燃焼器内で燃料と混合し点火して高温燃焼
ガスを発生させる。燃焼ガスは下流に流れて複数のター
ビン段を通過し、そこで燃焼ガスからエネルギーが抽出
され、圧縮機を駆動するとともに、飛行中の航空機に推
力を与えるファンを駆動するなど、有効な仕事を行う。
【０００３】高圧タービンは燃焼器のすぐ下流に配置さ
れ、燃焼器から最高温度の燃焼ガスを受入れる。第１段
タービン動翼は中空翼形部を有し、かかる中空翼形部に
は圧縮機から抽出された空気の一部が供給され、作動中
動翼から熱を除去するための冷却媒体として使用され
る。
れ、燃焼器から最高温度の燃焼ガスを受入れる。第１段
タービン動翼は中空翼形部を有し、かかる中空翼形部に
は圧縮機から抽出された空気の一部が供給され、作動中
動翼から熱を除去するための冷却媒体として使用され
る。
【０００４】各翼形部には、両端の前縁と後縁で一つに
つながり根元から先端まで延在する正圧側壁と負圧側壁
が含まれている。プラットフォームが翼形部根元に位置
しており、燃焼ガスの半径方向内側流路の一部を画成し
ている。また、個々の動翼をロータディスク外周の対応
ダブテールスロットに装着するためのダブテールがプラ
ットフォームと一体に連結している。
つながり根元から先端まで延在する正圧側壁と負圧側壁
が含まれている。プラットフォームが翼形部根元に位置
しており、燃焼ガスの半径方向内側流路の一部を画成し
ている。また、個々の動翼をロータディスク外周の対応
ダブテールスロットに装着するためのダブテールがプラ
ットフォームと一体に連結している。
【０００５】翼形部の前縁が高温燃焼ガスと最初に接す
るので、有用な動翼寿命を得るためにかなりの冷却を必
要とする。燃焼ガスからの熱負荷は翼形部の外面で前縁
から後縁にかけて変化するとともに、正圧側壁と負圧側
壁とで異なる。翼形部の様々な部分を冷却するため、翼
形部内部に種々の冷却回路が設けられる。翼形部の種々
の部分が異なる温度で作動するので、そこに熱応力が発
生して動翼の低サイクル疲労寿命に影響を与える。
るので、有用な動翼寿命を得るためにかなりの冷却を必
要とする。燃焼ガスからの熱負荷は翼形部の外面で前縁
から後縁にかけて変化するとともに、正圧側壁と負圧側
壁とで異なる。翼形部の様々な部分を冷却するため、翼
形部内部に種々の冷却回路が設けられる。翼形部の種々
の部分が異なる温度で作動するので、そこに熱応力が発
生して動翼の低サイクル疲労寿命に影響を与える。
【０００６】翼形部冷却は、対流冷却、フィルム冷却又
はインピンジメント冷却又はそれらの組合せを用いて行
うことができる。第１段タービン翼形部の前縁は、通
例、共通の前縁フローチャンバ又は流路によって冷却媒
体を供給される数列のフィルム冷却孔を有する。他のフ
ィルム冷却孔及び後縁孔への供給は、マルチパス蛇行冷
却流路のような対応内部流路によってなし得る。
はインピンジメント冷却又はそれらの組合せを用いて行
うことができる。第１段タービン翼形部の前縁は、通
例、共通の前縁フローチャンバ又は流路によって冷却媒
体を供給される数列のフィルム冷却孔を有する。他のフ
ィルム冷却孔及び後縁孔への供給は、マルチパス蛇行冷
却流路のような対応内部流路によってなし得る。
【０００７】従来の一つの形態では、前縁チャンバに
は、その背後に設けられ前縁チャンバから介在低温リブ
又はブリッジで分離された単一流路によって冷却媒体を
供給し得る。低温ブリッジには１列のインピンジメント
孔が含まれ、冷却空気を前縁の背面に向けて衝突させて
その冷却を促進する。しかし、インピンジメント供給流
路を流れる空気はそこを通過する際に加熱されるので、
その分前縁でのインピンジメント冷却効果が落ちる。
は、その背後に設けられ前縁チャンバから介在低温リブ
又はブリッジで分離された単一流路によって冷却媒体を
供給し得る。低温ブリッジには１列のインピンジメント
孔が含まれ、冷却空気を前縁の背面に向けて衝突させて
その冷却を促進する。しかし、インピンジメント供給流
路を流れる空気はそこを通過する際に加熱されるので、
その分前縁でのインピンジメント冷却効果が落ちる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】低温ブリッジは翼形部
内部に配設され、それ自体は内部冷却媒体で冷却される
ので、その温度は前縁周囲の翼形部側壁温度よりもかな
り低い。そのため、側壁と低温ブリッジの間にかなりの
熱膨張差が発生し、それにより大きな熱応力が生じて疲
労寿命に悪影響を与える。
内部に配設され、それ自体は内部冷却媒体で冷却される
ので、その温度は前縁周囲の翼形部側壁温度よりもかな
り低い。そのため、側壁と低温ブリッジの間にかなりの
熱膨張差が発生し、それにより大きな熱応力が生じて疲
労寿命に悪影響を与える。
【０００９】翼形部は、前縁下流のいずれかの側壁に設
けられた追加フィルム冷却孔を有する。かかる冷却孔は
通例ギルホールと呼ばれる。ギルホールは通例翼形部内
部の共通の冷却媒体源と共に配設され、しかも翼形部外
面で燃焼ガスの圧力が変化するので、ギルホールでの逆
流マージンは翼形部の両面で異なることがある。
けられた追加フィルム冷却孔を有する。かかる冷却孔は
通例ギルホールと呼ばれる。ギルホールは通例翼形部内
部の共通の冷却媒体源と共に配設され、しかも翼形部外
面で燃焼ガスの圧力が変化するので、ギルホールでの逆
流マージンは翼形部の両面で異なることがある。
【００１０】逆流マージンは、翼形部内部の冷却媒体の
圧力を、各ギルホールが受ける翼形部外面の燃焼ガスの
局所圧力で割ったものとして定義される。翼形部内部へ
の高温燃焼ガスの吸入を防止するとともにギルホールを
通しての冷却媒体の連続的な排出を確保するための十分
な逆流マージンを維持しなければならない。
圧力を、各ギルホールが受ける翼形部外面の燃焼ガスの
局所圧力で割ったものとして定義される。翼形部内部へ
の高温燃焼ガスの吸入を防止するとともにギルホールを
通しての冷却媒体の連続的な排出を確保するための十分
な逆流マージンを維持しなければならない。
【００１１】翼形部前縁では必要最小限の逆流マージン
に設定しなければならないので、翼形部の相対的に低圧
の負圧側壁での逆流マージンは不都合なほど高くなるお
それがある。
に設定しなければならないので、翼形部の相対的に低圧
の負圧側壁での逆流マージンは不都合なほど高くなるお
それがある。
【００１２】従って、これら１以上の典型的な設計上の
課題を解決した前縁冷却の改善されたガスタービンエン
ジンタービン動翼を提供することが望ましい。
課題を解決した前縁冷却の改善されたガスタービンエン
ジンタービン動翼を提供することが望ましい。
【００１３】
【課題を解決するための手段】タービン動翼は前縁の背
後に前縁フローチャンバが配設された翼形部を含んでな
り、前縁フローチャンバはその背後に配設された隔離流
路と連通している。隔離流路はその両側で１対の側面流
路と境界を接している。
後に前縁フローチャンバが配設された翼形部を含んでな
り、前縁フローチャンバはその背後に配設された隔離流
路と連通している。隔離流路はその両側で１対の側面流
路と境界を接している。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい例示的な実施形
態を、その他の目的及び利点と併せて、添付図面を参照
しながら以下の詳細な説明において具体的に説明する。
態を、その他の目的及び利点と併せて、添付図面を参照
しながら以下の詳細な説明において具体的に説明する。
【００１５】図１に、ガスタービンエンジン（例えば飛
行中の航空機に動力を与えるターボファンエンジン）の
例示的な高圧タービン第１段動翼１０を示す。同一の数
枚の動翼の一つを従来のロータディスク１２（一部のみ
を示す）の外周に装着した状態で示す。
行中の航空機に動力を与えるターボファンエンジン）の
例示的な高圧タービン第１段動翼１０を示す。同一の数
枚の動翼の一つを従来のロータディスク１２（一部のみ
を示す）の外周に装着した状態で示す。
【００１６】各動翼は翼形部１４とプラットフォーム１
６とダブテール１８を含んでおり、鋳造等で一体部品と
して形成される。翼形部１４は適宜好適な輪郭を有し、
作動時に高温燃焼ガス２０からエネルギーを抽出してデ
ィスク１２を中心軸線の周りに回転させる。プラットフ
ォーム１６は燃焼ガス２０の内側流路の一部を画成す
る。また、ダブテール１８は、ロータディスクの外周に
形成された相補形ダブテールスロットとマッチした適当
な形状を有していて、スロット内に保持される。
６とダブテール１８を含んでおり、鋳造等で一体部品と
して形成される。翼形部１４は適宜好適な輪郭を有し、
作動時に高温燃焼ガス２０からエネルギーを抽出してデ
ィスク１２を中心軸線の周りに回転させる。プラットフ
ォーム１６は燃焼ガス２０の内側流路の一部を画成す
る。また、ダブテール１８は、ロータディスクの外周に
形成された相補形ダブテールスロットとマッチした適当
な形状を有していて、スロット内に保持される。
【００１７】翼形部１４は中空であり、慣用手段によっ
て圧縮機（図示せず）から抽出され動翼ダブテール１８
を通して翼形部内部に導入された空気２２を受入れる。
て圧縮機（図示せず）から抽出され動翼ダブテール１８
を通して翼形部内部に導入された空気２２を受入れる。
【００１８】翼形部１４は、略凹形の第１側壁すなわち
正圧側壁２４と、その周方向反対側の略凸形の第２側壁
すなわち負圧側壁２６とを含んでいる。上記２つの側壁
は適当な空力的鎌形輪郭を有していて、軸方向つまり翼
弦方向に相対した前縁２８と後縁３０で一つにつながっ
ており、前縁と後縁の間では互いに離隔している。上記
２つの側壁は、半径方向つまり縦方向に、翼形部の根元
３２から半径方向外側の先端３４まで延在している。
正圧側壁２４と、その周方向反対側の略凸形の第２側壁
すなわち負圧側壁２６とを含んでいる。上記２つの側壁
は適当な空力的鎌形輪郭を有していて、軸方向つまり翼
弦方向に相対した前縁２８と後縁３０で一つにつながっ
ており、前縁と後縁の間では互いに離隔している。上記
２つの側壁は、半径方向つまり縦方向に、翼形部の根元
３２から半径方向外側の先端３４まで延在している。
【００１９】翼形部は図２及び図３にさらに詳細に示し
てあり、前縁のすぐ背後の上記２つの側壁の間に前縁フ
ローチャンバ３６配設されている。本発明では、翼形部
は前縁フローチャンバ３６のすぐ背後に設けられた隔離
流路３８を含んでおり、隔離流路３８は翼形部の正圧側
壁２４及び負圧側壁２６から隔絶されている。隔絶は、
流路３８はその翼形部周方向両側に１対の正圧側面流路
４０と負圧側面流路４２との境界を画成する（つまりこ
れら２つの側面流路４０及び４２で挟み込む）ことによ
って達成される。
てあり、前縁のすぐ背後の上記２つの側壁の間に前縁フ
ローチャンバ３６配設されている。本発明では、翼形部
は前縁フローチャンバ３６のすぐ背後に設けられた隔離
流路３８を含んでおり、隔離流路３８は翼形部の正圧側
壁２４及び負圧側壁２６から隔絶されている。隔絶は、
流路３８はその翼形部周方向両側に１対の正圧側面流路
４０と負圧側面流路４２との境界を画成する（つまりこ
れら２つの側面流路４０及び４２で挟み込む）ことによ
って達成される。
【００２０】翼形部は、縦方向に延在する前方及び後方
リブ（ブリッジともいう）４４，４６を含んでおり、そ
の翼弦方向両端は隔離流路３８及び上記２つの側面流路
４０，４２との翼弦方向境界を画成する。前方ブリッジ
４４は３つの横方向に並んだ流路３８，４０，４２を前
縁チャンバ３６から分離しており、後方ブリッジ４６は
これら３つの流路を翼形部後部から分離している。
リブ（ブリッジともいう）４４，４６を含んでおり、そ
の翼弦方向両端は隔離流路３８及び上記２つの側面流路
４０，４２との翼弦方向境界を画成する。前方ブリッジ
４４は３つの横方向に並んだ流路３８，４０，４２を前
縁チャンバ３６から分離しており、後方ブリッジ４６は
これら３つの流路を翼形部後部から分離している。
【００２１】前方ブリッジ４４は、前方ブリッジ４４を
翼弦方向に貫通し、縦方向に列をなして配設された複数
の供給孔４８を含んでいる。供給孔４８はこのようにし
て隔離流路３８と前縁チャンバ３６を連通し、それらの
間に冷却空気２２の一部を流す。
翼弦方向に貫通し、縦方向に列をなして配設された複数
の供給孔４８を含んでいる。供給孔４８はこのようにし
て隔離流路３８と前縁チャンバ３６を連通し、それらの
間に冷却空気２２の一部を流す。
【００２２】図３に最も明瞭に示されている通り、前後
端のブリッジ４４，４６は、上記２つの側壁２４，２６
の間にそれらと一体の鋳造品として横方向つまり周方向
に延在している。前方ブリッジ４４の片側は前縁チャン
バ３６の後端を画成する。前方ブリッジ４４の反対側は
３つの流路３８，４０，４２の各々の形成に部分的に関
与している。
端のブリッジ４４，４６は、上記２つの側壁２４，２６
の間にそれらと一体の鋳造品として横方向つまり周方向
に延在している。前方ブリッジ４４の片側は前縁チャン
バ３６の後端を画成する。前方ブリッジ４４の反対側は
３つの流路３８，４０，４２の各々の形成に部分的に関
与している。
【００２３】同様に、後方ブリッジ４６の片側は後縁に
面しており、後方ブリッジの反対側は３つの流路３８，
４０，４２の各々の後方端の形成に部分的に関与してい
る。１対の内部半径方向サイドリブつまりブリッジ５０
が隔離流路３８の正圧側と負圧側の境界を画成してお
り、それに対応して側面流路４０，４２の間の中央隔離
流路３８に隣接したそれらの内側境界を画成している。
面しており、後方ブリッジの反対側は３つの流路３８，
４０，４２の各々の後方端の形成に部分的に関与してい
る。１対の内部半径方向サイドリブつまりブリッジ５０
が隔離流路３８の正圧側と負圧側の境界を画成してお
り、それに対応して側面流路４０，４２の間の中央隔離
流路３８に隣接したそれらの内側境界を画成している。
【００２４】従って、隔離流路３８は４面で数個のブリ
ッジ４４，４６，５０によって境界を画成され、翼形部
中央付近に隔絶されている。側面流路４０，４２は隔離
流路の全翼弦方向長さにわたって延在し、隔離流路を正
圧側壁と負圧側壁から分離して隔離流路を遮熱し隔離す
る。
ッジ４４，４６，５０によって境界を画成され、翼形部
中央付近に隔絶されている。側面流路４０，４２は隔離
流路の全翼弦方向長さにわたって延在し、隔離流路を正
圧側壁と負圧側壁から分離して隔離流路を遮熱し隔離す
る。
【００２５】図４及び図５に示す通り、隔離流路３８は
動翼の縦方向高さ全長にわたって延在し、ダブテール１
８への入口にある底部に第１入口５２を有する。正圧側
面流路４０は縦方向に翼形部の半径方向高さ（つまり翼
幅）全長にわたって延在し、その底部に第２入口５４を
有しており、第２入口は好ましくはプラットフォーム付
近に設けられる。また、負圧側面流路４２も翼形部の縦
方向高さ全長にわたって延在し、その底部に第３入口５
６を有しており、この第３入口もプラットフォーム付近
に設けられる。
動翼の縦方向高さ全長にわたって延在し、ダブテール１
８への入口にある底部に第１入口５２を有する。正圧側
面流路４０は縦方向に翼形部の半径方向高さ（つまり翼
幅）全長にわたって延在し、その底部に第２入口５４を
有しており、第２入口は好ましくはプラットフォーム付
近に設けられる。また、負圧側面流路４２も翼形部の縦
方向高さ全長にわたって延在し、その底部に第３入口５
６を有しており、この第３入口もプラットフォーム付近
に設けられる。
【００２６】３つの入口５２，５４，５６は好ましくは
互いに独立していて、冷却媒体２２の対応部分を平行な
流れとして別々に受入れる。
互いに独立していて、冷却媒体２２の対応部分を平行な
流れとして別々に受入れる。
【００２７】図３に示す通り、冷却媒体２２は３つの流
路３８，４０，４２を通って半径方向外向きに流れ、そ
こから適当に排出される。供給孔４８の列はそれぞれ隔
離流路３８の出口を提供し、翼形部の根元から先端まで
前縁チャンバの縦方向高さ全長ににわたって前縁チャン
バ３６内に冷却媒体を供給する。
路３８，４０，４２を通って半径方向外向きに流れ、そ
こから適当に排出される。供給孔４８の列はそれぞれ隔
離流路３８の出口を提供し、翼形部の根元から先端まで
前縁チャンバの縦方向高さ全長ににわたって前縁チャン
バ３６内に冷却媒体を供給する。
【００２８】図３に示す通り、前縁２８の近傍又はその
周囲に複数のフィルム冷却孔５８が１以上の縦方向列
（例えば、図示した通り５列）をなして側壁２４，２６
の一方又は両方を貫通している。フィルム冷却孔５８は
慣用の形態を有していればよく、前縁チャンバ３６と連
通して配設され、冷却空気を同チャンバから排出して翼
形部の外面にそれぞれ冷却空気膜を形成し、作動時に外
面を流れる高温燃焼ガス２０から翼形部を保護する。
周囲に複数のフィルム冷却孔５８が１以上の縦方向列
（例えば、図示した通り５列）をなして側壁２４，２６
の一方又は両方を貫通している。フィルム冷却孔５８は
慣用の形態を有していればよく、前縁チャンバ３６と連
通して配設され、冷却空気を同チャンバから排出して翼
形部の外面にそれぞれ冷却空気膜を形成し、作動時に外
面を流れる高温燃焼ガス２０から翼形部を保護する。
【００２９】翼形部前縁の後方に適当な追加フィルム冷
却を提供するための追加フィルム冷却孔を設けてもよ
い。例えば、正圧側面流路４０から冷却媒体を排出して
翼形部外面に冷却空気膜を形成するように、正圧側壁２
４を貫通して正圧側面流路４０と連通した１列の正圧側
面フィルム冷却ギルホール６０を配設してもよい。
却を提供するための追加フィルム冷却孔を設けてもよ
い。例えば、正圧側面流路４０から冷却媒体を排出して
翼形部外面に冷却空気膜を形成するように、正圧側壁２
４を貫通して正圧側面流路４０と連通した１列の正圧側
面フィルム冷却ギルホール６０を配設してもよい。
【００３０】同様に、負圧側面流路４２から冷却媒体を
排出して翼形部負圧面に冷却空気膜を形成するように、
負圧側壁２６を貫通して負圧側面流路４２と連通した１
列の負圧側面フィルム冷却ギルホール６２を配設しても
よい。
排出して翼形部負圧面に冷却空気膜を形成するように、
負圧側壁２６を貫通して負圧側面流路４２と連通した１
列の負圧側面フィルム冷却ギルホール６２を配設しても
よい。
【００３１】図２及び図３に示す好ましい実施形態で
は、供給孔４８は前縁２８の背面つまり内面に略垂直に
面しており、前縁の背面に向けて冷却媒体を衝突させ
る。前縁のインピンジメント冷却及びフィルム冷却を伴
う前縁チャンバ３６の構成は適宜慣用の形態を取り得
る。ただし、隔離流路３８及びその遮熱用側面流路４
０，４２を設けることによって、従来のインピンジメン
ト冷却よりも性能が格段に改善される。
は、供給孔４８は前縁２８の背面つまり内面に略垂直に
面しており、前縁の背面に向けて冷却媒体を衝突させ
る。前縁のインピンジメント冷却及びフィルム冷却を伴
う前縁チャンバ３６の構成は適宜慣用の形態を取り得
る。ただし、隔離流路３８及びその遮熱用側面流路４
０，４２を設けることによって、従来のインピンジメン
ト冷却よりも性能が格段に改善される。
【００３２】最も重要な点は、隔離流路３８内部を流れ
る冷却媒体は翼形部の正圧側面及び負圧側面からの加熱
から保護されているので、前縁のインピンジメント用に
低温の冷却空気が供給され、前縁の冷却が改善されるこ
とである。
る冷却媒体は翼形部の正圧側面及び負圧側面からの加熱
から保護されているので、前縁のインピンジメント用に
低温の冷却空気が供給され、前縁の冷却が改善されるこ
とである。
【００３３】側面流路４０，４２を流れる冷却媒体は、
作動中、それぞれ正圧側壁及び負圧側壁からの熱伝達に
より加熱されるので、側面流路内の冷却媒体の温度はそ
れらの間の中央隔離流路３８内の冷却媒体の温度よりも
高い。
作動中、それぞれ正圧側壁及び負圧側壁からの熱伝達に
より加熱されるので、側面流路内の冷却媒体の温度はそ
れらの間の中央隔離流路３８内の冷却媒体の温度よりも
高い。
【００３４】従って、側面流路４０，４２内の相対的に
高温の冷却媒体は、供給孔４８を流れる冷却媒体が相対
的に低温であるにもかかわらず、作動時に前方ブリッジ
４４の加熱に使用できるという利点も有している。側面
流路４０，４２はそれらの前方端で前方ブリッジ４４と
直接接しているので、これらの側面流路を流れる加熱さ
れた冷却媒体で前方ブリッジを加熱するのに有効であ
る。これは前方ブリッジ４４を効果的に温めて翼形部前
縁付近との温度差を減らし、それに応じて熱応力を低減
して動翼の疲労寿命を延ばす。
高温の冷却媒体は、供給孔４８を流れる冷却媒体が相対
的に低温であるにもかかわらず、作動時に前方ブリッジ
４４の加熱に使用できるという利点も有している。側面
流路４０，４２はそれらの前方端で前方ブリッジ４４と
直接接しているので、これらの側面流路を流れる加熱さ
れた冷却媒体で前方ブリッジを加熱するのに有効であ
る。これは前方ブリッジ４４を効果的に温めて翼形部前
縁付近との温度差を減らし、それに応じて熱応力を低減
して動翼の疲労寿命を延ばす。
【００３５】前方ブリッジ４４の追加加熱を、初めに図
２及び図３に示した本発明の好ましい実施形態によって
行うことができる。この実施形態では、蛇行式中間流路
６４が後方ブリッジ４６と後縁３０の間に配設され、流
路６４の終端は第２入口５４及び第３入口５６と連通し
ていて、作動時に翼形部の後方部から熱を抽出すること
で予熱された冷却媒体をそれぞれ正圧側面流路４０及び
負圧側面流路４２に排出する。
２及び図３に示した本発明の好ましい実施形態によって
行うことができる。この実施形態では、蛇行式中間流路
６４が後方ブリッジ４６と後縁３０の間に配設され、流
路６４の終端は第２入口５４及び第３入口５６と連通し
ていて、作動時に翼形部の後方部から熱を抽出すること
で予熱された冷却媒体をそれぞれ正圧側面流路４０及び
負圧側面流路４２に排出する。
【００３６】中間流路６４は、好ましくは、適宜慣用の
形態のマルチパス蛇行流路である。例えば、中間流路６
４には第１パス（レッグともいう）が含まれていて、第
１パスはダブテール１８の底部から縦方向に翼形部先端
に向かって延在し、次いで半径方向内側へと反転して第
２パス（レッグ）となり、この第２パスは翼形部根元の
下方でプラットフォーム付近を終端とする。
形態のマルチパス蛇行流路である。例えば、中間流路６
４には第１パス（レッグともいう）が含まれていて、第
１パスはダブテール１８の底部から縦方向に翼形部先端
に向かって延在し、次いで半径方向内側へと反転して第
２パス（レッグ）となり、この第２パスは翼形部根元の
下方でプラットフォーム付近を終端とする。
【００３７】中間流路の第２パスの終端は、図４及び図
５にさらに詳細に示した通り、後方ブリッジ４６の底部
で２つの入口５４，５６と連通している。このようにし
て、冷却媒体は翼形部内部を蛇行流路の初めの２つのパ
スを通して流れる際に予熱されるので、側面流路４０，
４２に予熱冷却媒体を提供する。
５にさらに詳細に示した通り、後方ブリッジ４６の底部
で２つの入口５４，５６と連通している。このようにし
て、冷却媒体は翼形部内部を蛇行流路の初めの２つのパ
スを通して流れる際に予熱されるので、側面流路４０，
４２に予熱冷却媒体を提供する。
【００３８】上記の２つの側面流路は蛇行流路の１対の
平行な第３パス（つまりレッグ）をなし、半径方向外側
に向かって翼形部先端まで延在する。従って、蛇行流路
の第２パスからの冷却媒体は２つの平行部分へと分割さ
れ、蛇行回路の最終パスとしての側面流路４０，４２を
流れる。
平行な第３パス（つまりレッグ）をなし、半径方向外側
に向かって翼形部先端まで延在する。従って、蛇行流路
の第２パスからの冷却媒体は２つの平行部分へと分割さ
れ、蛇行回路の最終パスとしての側面流路４０，４２を
流れる。
【００３９】従って、側面流路４０，４２内の冷却媒体
流は、蛇行流路内でさらに予熱され、前方ブリッジ４４
をさらに加熱して前縁との温度差を減らし、それに応じ
て熱応力を低減する。翼形部前縁の後方の翼形部正圧側
面及び負圧側面が燃焼ガスから受ける熱負荷は小さいの
で、翼形部のこれらの領域の適当な冷却には、２つの側
面流路４０，４２を通った加温冷却媒体でも十分であ
る。
流は、蛇行流路内でさらに予熱され、前方ブリッジ４４
をさらに加熱して前縁との温度差を減らし、それに応じ
て熱応力を低減する。翼形部前縁の後方の翼形部正圧側
面及び負圧側面が燃焼ガスから受ける熱負荷は小さいの
で、翼形部のこれらの領域の適当な冷却には、２つの側
面流路４０，４２を通った加温冷却媒体でも十分であ
る。
【００４０】また、最も重要な点は、隔離中央流路３８
は、前縁のインピンジメント冷却用に低温の空気を提供
するため、その中を流れる冷却媒体の加熱を制限するこ
とである。隔離流路３８は、好ましくは、供給孔４８を
通して排出され前縁の背面に衝突する際の冷却媒体の冷
却能力が最大限に発揮されるように、図２及び図４に示
す通りダブテール１８の入口から冷却媒体２２を直接受
入れる独立流路である。
は、前縁のインピンジメント冷却用に低温の空気を提供
するため、その中を流れる冷却媒体の加熱を制限するこ
とである。隔離流路３８は、好ましくは、供給孔４８を
通して排出され前縁の背面に衝突する際の冷却媒体の冷
却能力が最大限に発揮されるように、図２及び図４に示
す通りダブテール１８の入口から冷却媒体２２を直接受
入れる独立流路である。
【００４１】側面流路４０，４２を中央流路３８から切
り離すもう一つの利点は、側面流路への冷却媒体の流れ
を種々の条件に合致するように調整し得ることである。
隔離流路３８及び予熱前方ブリッジ４４による冷却の改
善については既に説明した。燃焼ガスの圧力は翼形部の
正圧側壁２４と負圧側壁２６とで異なるので、それぞれ
対応する側面流路４０，４２の第２及び第３入口５４，
５６を有効に活用し得る。
り離すもう一つの利点は、側面流路への冷却媒体の流れ
を種々の条件に合致するように調整し得ることである。
隔離流路３８及び予熱前方ブリッジ４４による冷却の改
善については既に説明した。燃焼ガスの圧力は翼形部の
正圧側壁２４と負圧側壁２６とで異なるので、それぞれ
対応する側面流路４０，４２の第２及び第３入口５４，
５６を有効に活用し得る。
【００４２】さらに具体的に説明すると、正圧側壁に加
わる燃焼ガスの圧力は負圧側壁に加わる燃焼ガスの圧力
よりも高いので、図５に示す第３入口５６は好ましくは
流れ面積が第２入口５４よりも小さく、負圧側面流路４
０への冷却媒体の供給を低い圧力に調量してそれに応じ
て負圧側面ギルホール６２での逆流マージンを低減す
る。
わる燃焼ガスの圧力は負圧側壁に加わる燃焼ガスの圧力
よりも高いので、図５に示す第３入口５６は好ましくは
流れ面積が第２入口５４よりも小さく、負圧側面流路４
０への冷却媒体の供給を低い圧力に調量してそれに応じ
て負圧側面ギルホール６２での逆流マージンを低減す
る。
【００４３】仮に正圧側面ギルホール６０と負圧側面の
ギルホール６２が共通の流路から供給されるとすれば、
正圧側面ギルホールに必要な逆流マージンに応じて負圧
側面ギルホールの逆流マージンは必要以上に大きくなっ
てしまう。しかし、第３入口５６を調量孔として適当な
寸法にすれば、負圧側面流路４２内の冷却媒体の圧力を
下げて負圧側面ギルホール６２での圧力降下及び逆流マ
ージンを低減し、性能を向上させることができる。それ
に応じて、第２入口５４は、正圧側面ギルホール６０で
の逆流マージンを最大限にして入口５４での圧力損失を
最小限にすべくできるだけ大きくするのが好ましい。
ギルホール６２が共通の流路から供給されるとすれば、
正圧側面ギルホールに必要な逆流マージンに応じて負圧
側面ギルホールの逆流マージンは必要以上に大きくなっ
てしまう。しかし、第３入口５６を調量孔として適当な
寸法にすれば、負圧側面流路４２内の冷却媒体の圧力を
下げて負圧側面ギルホール６２での圧力降下及び逆流マ
ージンを低減し、性能を向上させることができる。それ
に応じて、第２入口５４は、正圧側面ギルホール６０で
の逆流マージンを最大限にして入口５４での圧力損失を
最小限にすべくできるだけ大きくするのが好ましい。
【００４４】初めに図２に示した通り、隔離流路３８を
用いることで追加の利点が得られる。翼形部先端３４
も、作動時に先端表面を流れる高温燃焼ガスに暴露され
る。動翼寿命の終わりに近づくと、翼先端３４に亀裂が
発生して半径方向内側に向かって進展することがある。
このような亀裂の成長は、翼形部の頂部を封鎖するキャ
ップを画成する翼先端３４の真下に位置していて翼弦方
向に延在する先端チャンバ６６を導入することによって
阻止もしくは最小限に抑制することができる。先端チャ
ンバ６６の下面は、後方ブリッジ４６から後縁３０まで
延在する軸方向リブによって画成される。
用いることで追加の利点が得られる。翼形部先端３４
も、作動時に先端表面を流れる高温燃焼ガスに暴露され
る。動翼寿命の終わりに近づくと、翼先端３４に亀裂が
発生して半径方向内側に向かって進展することがある。
このような亀裂の成長は、翼形部の頂部を封鎖するキャ
ップを画成する翼先端３４の真下に位置していて翼弦方
向に延在する先端チャンバ６６を導入することによって
阻止もしくは最小限に抑制することができる。先端チャ
ンバ６６の下面は、後方ブリッジ４６から後縁３０まで
延在する軸方向リブによって画成される。
【００４５】後方ブリッジはその半径方向外端に、先端
チャンバ６６に冷却媒体を導くため隔離流路３８と先端
チャンバ６６とを連通する出口孔６８を含んでいる。
チャンバ６６に冷却媒体を導くため隔離流路３８と先端
チャンバ６６とを連通する出口孔６８を含んでいる。
【００４６】翼先端３４は好ましくは複数の先端孔７０
を含んでいて、そこから冷却媒体の一部が先端チャンバ
６６から半径方向外向きに翼先端の上方へと排出され
る。
を含んでいて、そこから冷却媒体の一部が先端チャンバ
６６から半径方向外向きに翼先端の上方へと排出され
る。
【００４７】図４及び図５に示す通り、出口孔６８は比
較的低温の冷却媒体を隔離流路３８から先端チャンバ６
６へと供給してその部分の冷却作用を高める。先端チャ
ンバ６６及びその改善された冷却作用は、作動時に翼先
端から半径方向内側に向かって進展する亀裂の成長を阻
止するのに有効である。また、先端チャンバ６６は翼形
部の幾つかの冷却流路又は回路を先端から隔離し、翼先
端部分で先端亀裂が合ったとしても、冷却媒体供給の短
絡を防いで翼の効果的な冷却を保つ。
較的低温の冷却媒体を隔離流路３８から先端チャンバ６
６へと供給してその部分の冷却作用を高める。先端チャ
ンバ６６及びその改善された冷却作用は、作動時に翼先
端から半径方向内側に向かって進展する亀裂の成長を阻
止するのに有効である。また、先端チャンバ６６は翼形
部の幾つかの冷却流路又は回路を先端から隔離し、翼先
端部分で先端亀裂が合ったとしても、冷却媒体供給の短
絡を防いで翼の効果的な冷却を保つ。
【００４８】図２に示す通り、翼形部は、ダブテール基
部における入口から先端チャンバ６６の下の半径方向外
端まで半径方向に延在する独立した後縁流路７２を含ん
でいてもよい。流路７２と連通して１列の慣用の後縁排
出孔７４が配設され、それらを通して冷却媒体が排出さ
れ翼形部の後縁部を冷却する。
部における入口から先端チャンバ６６の下の半径方向外
端まで半径方向に延在する独立した後縁流路７２を含ん
でいてもよい。流路７２と連通して１列の慣用の後縁排
出孔７４が配設され、それらを通して冷却媒体が排出さ
れ翼形部の後縁部を冷却する。
【００４９】隔離流路３８及びその遮熱用側面流路４
０，４２は、ガスタービンエンジンのタービン動翼の性
能改善に多数の利点を提供する。これらの流路は、該流
路以外は従来形のタービン動翼に導入することができ、
それらに起因する多数の利点を享有し得る。これらの流
路は、前縁チャンバ３６と協働させると、翼形部前縁の
インピンジメント冷却に特に有用である。翼形部冷却の
改善によって動翼の寿命が延び、所望とあれば動翼を従
来よりも高い燃焼ガス温度で作動させることができるよ
うになる。
０，４２は、ガスタービンエンジンのタービン動翼の性
能改善に多数の利点を提供する。これらの流路は、該流
路以外は従来形のタービン動翼に導入することができ、
それらに起因する多数の利点を享有し得る。これらの流
路は、前縁チャンバ３６と協働させると、翼形部前縁の
インピンジメント冷却に特に有用である。翼形部冷却の
改善によって動翼の寿命が延び、所望とあれば動翼を従
来よりも高い燃焼ガス温度で作動させることができるよ
うになる。
【００５０】以上本発明の例示的で好ましいと考えられ
る実施形態について記載してきたが、本発明についての
その他様々な修正は本明細書の教示内容から当業者には
自明であり、添付の特許請求の範囲においてかかる修正
のすべてが本発明の真の技術的思想及び技術的範囲に属
するものとして保護されることを望むものである。
る実施形態について記載してきたが、本発明についての
その他様々な修正は本明細書の教示内容から当業者には
自明であり、添付の特許請求の範囲においてかかる修正
のすべてが本発明の真の技術的思想及び技術的範囲に属
するものとして保護されることを望むものである。
【図１】 ロータディスク外周に装着された幾つかのタ
ービン動翼の一つであって、本発明の一実施形態により
前縁冷却の改良されたタービン動翼の等角図である。
ービン動翼の一つであって、本発明の一実施形態により
前縁冷却の改良されたタービン動翼の等角図である。
【図２】 図１に示すタービン動翼の矢視２−２部分断
面立面図であり、本発明の一実施形態による隔離流路で
供給される前縁インピンジメント冷却を示す。
面立面図であり、本発明の一実施形態による隔離流路で
供給される前縁インピンジメント冷却を示す。
【図３】 図２に示す翼形部の矢視３−３半径方向断面
図である。
図である。
【図４】 図２に示すタービン動翼の矢視４−４断面立
面図である。
面図である。
【図５】 図２に示すタービン動翼の前縁部分の略矢視
５−５部分断面等角立面図である。
５−５部分断面等角立面図である。
１０ タービン動翼 １４ 翼形部 ２４ 正圧側壁 ２６ 負圧側壁 ２８ 前縁 ３０ 後縁 ３２ 根元 ３４ 先端 ３６ 前縁フローチャンバ ３８ 隔離流路 ４０ 正圧側面流路 ４２ 負圧側面流路 ４４ 前方ブリッジ ４６ 後方ブリッジ ４８ 供給孔 ５２ 第１入口 ５４ 第２入口 ５６ 第３入口 ５８ フィルム冷却孔 ６０ 正圧側面フィルム冷却ギルホール ６２ 負圧側面フィルム冷却ギルホール ６４ 中間流路 ６６ 先端チャンバ ６８ 出口孔
Claims (16)
- 【請求項１】 前縁２８と後縁３０で一つにつながり根
元３２から先端３４まで延在する翼形部正圧側壁２４及
び負圧側壁２６、 前縁の背後の上記２つの側壁間に配設された前縁フロー
チャンバ３６、 正圧側流路４０及び負圧側流路４２であって、それらの
間に隔離流路３８との境界を画成し、かつ前方ブリッジ
４４で前縁チャンバから分離されている正圧側面流路４
０及び負圧側面流路４２、及び前方ブリッジを貫通して
隔離流路３８と前縁チャンバ３６とを連通しそれらの間
に冷却媒体を通す１列の供給孔４８を含んでなるタービ
ン動翼１０。 - 【請求項２】 前方ブリッジ４４が隔離流路３８及び上
記２つの側面流路４０，４２の各々に部分的に関与して
いる、請求項１記載の動翼。 - 【請求項３】 圧力側壁２４と負圧側壁２６の間に延在
していて隔離流路３８及び上記２つの側面流路４０，４
２の各々に部分的に関与している後方ブリッジ４６をさ
らに含んでなる、請求項２記載の動翼。 - 【請求項４】 供給孔が、前縁２８の背面に冷却媒体を
衝突させる向きに面している、請求項３記載の動翼。 - 【請求項５】 前縁２８近くで上記２つの側壁２４，２
６の一方を貫通していて、前縁チャンバ３６から冷却媒
体を排出するため前縁チャンバ３６と連通している１列
のフィルム冷却孔５８をさらに含んでなる、請求項４記
載の動翼。 - 【請求項６】 隔離流路３８及び上記２つの側面流路４
０，４２が冷却媒体を平行に受入れるためそれぞれ独立
した第１、第２及び第３入口５２，５４，５６を有す
る、請求項５記載の動翼。 - 【請求項７】 後方ブリッジ４６と後縁３０の間に配設
された中間流路６４であって、その終端が第２及び第３
入口５４，５６に冷却媒体を排出すべくそれらと連通し
ている中間流路６４をさらに含んでなる、請求項６記載
の動翼。 - 【請求項８】 中間流路６４が蛇行流路であって、上記
２つの側面流路４０，４２がその平行最終パスをなす、
請求項７記載の動翼。 - 【請求項９】 負圧側壁２６を貫通して負圧側面流路４
２と連通した１列のフィルム冷却ギルホール６２をさら
に含んでなり、 負圧側面流路４０への冷却媒体の供給を低い圧力に調量
してギルホール６２での逆流マージンを低減するため第
３入口５６が第２入口５４よりも小さい、請求項７記載
の動翼。 - 【請求項１０】 翼形部先端３４の下に配設されていて
後方ブリッジ４６から後縁３０まで延在する先端チャン
バ６６をさらに含んでなり、かつ後方ブリッジが、冷却
媒体を先端チャンバ６６に導くため隔離流路３８と先端
チャンバ６６とを連通する出口孔６８を有している、請
求項５記載の動翼。 - 【請求項１１】 前縁２８の背後に配設された前縁フロ
ーチャンバ３６を有する翼形部１４を含んでいて、前縁
フローチャンバがその背後に設けた隔離流路３８と連通
しており、隔離流路がその両側で１対の側面流路４０，
４２との境界を画成している、タービン動翼１０。 - 【請求項１２】 隔離流路３８及び上記２つの側面流路
４０，４２と前後両端で境界を画成している前方及び後
方ブリッジ４４，４６をさらに含んでなり、前方ブリッ
ジが前縁チャンバ３６と隔離流路３８とを連通する１列
の供給孔４８を有する、請求項１１記載の動翼。 - 【請求項１３】 供給孔４８が前縁２８の背面に冷却媒
体を衝突させる向きに面しており、 前縁２８が冷却媒体を前縁チャンバ３６から排出するた
めの１列のフィルム冷却孔５８を有する、請求項１２記
載の動翼。 - 【請求項１４】 隔離流路３８と上記２つの側面流路４
０，４２はそれぞれ、冷却媒体を平行に受入れるための
独立入口５２，５４，５６を有する、請求項１３記載の
動翼。 - 【請求項１５】 後方ブリッジ４６を終端とし、冷却媒
体を上記２つの側面流路４０，４２の入口５４，５６に
平行に供給する蛇行中間流路６４をさらに含んでなる、
請求項１４記載の動翼。 - 【請求項１６】 翼形部の負圧側壁２６を貫通して上記
２つの側面流路の一方４２と連通している１列のフィル
ム冷却ギルホール６２をさらに含んでなり、該流路の入
口５６がギルホールでの逆流マージンを低減すべく他方
の側面流路４０の入口５４よりも小さい、請求項１５記
載の動翼。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/342822 | 1999-06-29 | ||
| US09/342,822 US6168381B1 (en) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | Airfoil isolated leading edge cooling |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001020702A true JP2001020702A (ja) | 2001-01-23 |
| JP2001020702A5 JP2001020702A5 (ja) | 2007-06-14 |
| JP4486216B2 JP4486216B2 (ja) | 2010-06-23 |
Family
ID=23343419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000131061A Expired - Fee Related JP4486216B2 (ja) | 1999-06-29 | 2000-04-28 | 翼形部の隔離前縁冷却 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6168381B1 (ja) |
| EP (1) | EP1065343B1 (ja) |
| JP (1) | JP4486216B2 (ja) |
| DE (1) | DE60015862T2 (ja) |
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