JP2001090501A - インピンジメント冷却プラットホームを有するガスタービン動翼 - Google Patents
インピンジメント冷却プラットホームを有するガスタービン動翼Info
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Abstract
ームを効果的にインピンジメント冷却する。 【解決手段】 翼形部と根元部とを有するタービン動翼
において、翼形部と根元部との境界に実質的に平坦なプ
ラットホームを備えているとともに、根元部に1以上の
穴と、その穴に装着された1以上のインピンジメント冷
却管とを含み、管が穴を通り越して出口がプラットホー
ム下面の目標領域に近接しているプラットホーム冷却構
造を備えているタービン動翼。
Description
却に関するものであり、具体的には、翼形部基部の動翼
プラットホーム領域の冷却に関する。
高い温度及び応力を受け、殊に翼形部がその正圧側前方
部分でプラットホームとつながる前縁フィレットで、低
サイクル疲労寿命の問題を生じる。
ては、動翼プラットホームはプラットホーム下方の空洞
に導入される空気で冷却されるが、この構成は、とりわ
け前縁フィレットに関しては、十分に満足できるものと
はいえない。
ト下方の局所領域でプラットホームが効果的にインピン
ジメント冷却されるようにプラットホームの下面近傍に
前端が配置された管を通して冷却空気を翼形部の正圧側
前方部分の下方に導くことによって、上記の問題に対す
るユニークな解決策を提供するものである。
空洞内に導入された空気が空洞から逃れてプラットホー
ムの上面に沿って翼形部の正圧側輪郭に沿って翼形部の
後縁に向かって流れるように、プラットホーム自体にフ
ィルム冷却孔が形成される。
と根元部とを有するタービン動翼であって、翼形部と根
元部との境界に実質的に平坦なプラットホームを備えて
いるとともに、根元部に1以上の穴と、その穴に装着さ
れた1以上のインピンジメント冷却管とを含み、管が穴
を通り越して出口がプラットホーム下面の目標領域に近
接しているプラットホーム冷却構造を備えているタービ
ン動翼に関する。
翼形部が根元部の上方に延在するプラットホームとつな
がっているタービン動翼の前縁フィレット領域を冷却す
る方法であって、a)翼形部の下方に位置する根元部の
凹部と連通した貫通孔を、根元部のカバープレートの前
縁側に設け、b)管の先端が上記穴を通り越してプラッ
トホーム下面の目標領域に近接するように、管を上記穴
に挿入し、かつc)上記管を通して流れる冷却空気によ
って上記目標領域がインピンジメント冷却されるよう
に、上記管を通して上記凹部に冷却空気を供給すること
を含んでなる方法に関する。
ン動翼10は、水平で実質的に平坦なプラットホーム1
4から垂直に上方へと延びる翼形部12を含んでいる。
翼形部は前縁15と後縁17とを有する。プラットホー
ム14の下方には、動翼の根元部のカバープレート24
の前縁側及び後縁側20、22から反対方向に延びる二
対のいわゆる「エンジェルウィング」16、18があ
る。プラットホーム14はカバープレート24とつなが
っている。根元部の下方にはダブテールがあり、このダ
ブテールで動翼をタービンホイール(好ましい実行形態
では、ガスタービンの第1段又は第2段ホイール)に固
定する。
経路において半径方向外方及び内方に延在しており、該
蛇行経路はダブテール内の供給通路28及び戻り通路3
0と連通した通路を根元部内に有している。しかし、翼
形部内部冷却回路は本発明の一部を構成するものではな
く、詳細は示していない。ここで重要なのは根元部の実
質的に中空の空間つまり凹部32であり、凹部32は、
ダブテール26の上方しかもプラットホーム14の下方
にあって、カバープレートの側面20、22によってさ
らに画成されている。この凹部は概して翼形部の正圧側
34にあり、図3から分かる通り翼形部正圧側34のプ
ラットホーム14の比較的大部分が中空空間つまり凹部
32の上にある。
20に穿孔されていて、根元部の下端の外面から上方
(つまり、実質的に半径方向)に延びて凹部32へと通
じている。穴36は、斜めに向いているため、根元部壁
38の内面での出口形状は図2に示す通り楕円形をして
いる。インピンジメント冷却管40は根元部の下から穴
36の中に押し込まれ、管の上端つまり先端42の出口
がプラットホーム下面近傍の、翼形部とプラットホーム
がつながった前縁フィレット44に沿った目標領域に近
接するように配置される。
46で示す箇所でフレア形をしており、管が穴の中で組
立方向と逆方向に滑るのを防ぐため管を符号47で示す
箇所でスポット溶接して所定位置に固定してもよい。好
ましくは、管先端42はプラットホームの下面から約
0.5インチ以内にある。
配置され穴36を塞ぐので、二つ目の穴48をカバープ
レート24の前縁側20から穿孔して、管40の下端の
真下で穴36と交差するようにする。このようにして、
ロータ又はホイールスペースパージ空気を穴36を通し
て管40に導入することができる。
32からプラットホームの外面までプラットホームを貫
通している。
スからのパージ空気は穴48に入って管40を通して流
れ、前縁フィレット44の下方近傍でプラットホーム1
4の下面に直接衝突する。プラットホーム14の下面は
こうして前縁フィレット領域でインピンジメント冷却さ
れ、応力が減少するとともに低サイクル疲労マージンが
改善される。無論、この特定の領域での熱伝達の向上
は、プラットホーム及び少なくとも部分的に翼形部自体
にも引き継がれる。
ンジメント冷却とプラットホームの上面でのフィルム冷
却との組合せにある。これは、中空空間32の冷却空気
がプラットホームの上面に抜け出るようにプラットホー
ムに複数のフィルム冷却孔50の配列することによって
達成される。フィルム冷却孔50は、冷却空気がガス流
路空気と合流して翼形部の正圧側に沿って後縁17へと
流れる方向に向いている。フィルム冷却空気の流路は、
隣の動翼のプラットホームの負圧側まで続くようにする
ことができ、システムの全体的効率が増大する。
ホーム14の下面に適当な粗面被膜を施して、熱伝達の
ための有効表面積を増大させてもよい。さらに、プラッ
トホームの下面の目標場所での熱伝達を向上させるた
め、管40と併せて1以上の追加インピンジメント冷却
管を用いてもよい。
る実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は
開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、特
許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲に属する様々
な修正及び均等な構成を包含するものである。
ダブテール部の(前側縁の)部分端面図。
Claims (16)
- 【請求項1】 翼形部と根元部とを有するタービン動翼
において、翼形部と根元部との境界に実質的に平坦なプ
ラットホームを備えているとともに、 根元部に1以上の穴と、その1以上の穴に装着された1
以上のインピンジメント冷却管とを含み、管が穴を通り
越して出口がプラットホーム下面の目標領域に近接して
いるプラットホーム冷却構造を備えているタービン動
翼。 - 【請求項2】 前記目標領域がプラットホーム下方の凹
部内にあって、翼形部の前縁フィレットに近接してい
る、請求項1記載の動翼。 - 【請求項3】 プラットホームに、前記凹部と連通した
複数のフィルム冷却孔が設けられている、請求項2記載
の動翼。 - 【請求項4】 前記複数のフィルム冷却孔が、翼形部の
前縁よりも翼形部の後縁に近い位置にある、請求項3記
載の動翼。 - 【請求項5】 プラットホームの下面が粗面被膜材で被
覆されている、請求項1記載の動翼。 - 【請求項6】 前記インピンジメント冷却管及び前記複
数のフィルム冷却孔が翼形部の正圧側に位置している、
請求項4記載の動翼。 - 【請求項7】 冷却空気が概して翼形部の後縁に向かっ
て流れる方向に前記フィルム冷却孔が向いている、請求
項3記載の動翼。 - 【請求項8】 前記インピンジメント冷却管が、前記穴
への前方への挿入を制限するためにその後端部がフレア
形をしている、請求項1記載の動翼。 - 【請求項9】 前記インピンジメント冷却管が、プラッ
トホームから離脱する方向への移動を防ぐため前記穴の
中に固定されている、請求項1記載の動翼。 - 【請求項10】 翼形部と根元部とを有するタービン動
翼において、翼形部と根元部との境界に実質的に平坦な
プラットホームを備えているとともに、 プラットホーム下面の目標領域をインピンジメント冷却
する手段を含んでなるプラットホーム冷却構造を備えて
いるタービン動翼。 - 【請求項11】 翼形部と根元部とを有し、翼形部が根
元部の上方に延在するプラットホームとつながっている
タービン動翼の前縁フィレット領域を冷却する方法であ
って、 a)翼形部の下方に位置する根元部の凹部と連通した貫
通孔を、根元部のカバープレートの前縁側に設け、 b)管の先端が上記穴を通り越してプラットホーム下面
の目標領域に近接するように、管を上記穴に挿入し、か
つ c)上記管を通して流れる冷却空気によって上記目標領
域がインピンジメント冷却されるように、上記管を通し
て上記凹部に冷却空気を供給することを含んでなる方
法。 - 【請求項12】 前記目標領域が前記凹部内における、
翼形部の前縁フィレットの実質的に直下の領域である、
請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前記凹部から冷却空気が逃散できるフ
ィルム冷却孔を設けることを含む、請求項11記載の方
法。 - 【請求項14】 前記フィルム冷却孔がプラットホーム
に設けられる、請求項11記載の方法。 - 【請求項15】 前記インピンジメント冷却管及び前記
フィルム冷却孔が翼形部の正圧側にある、請求項14記
載の方法。 - 【請求項16】 冷却空気が概して翼形部の後縁に向か
って流れる方向に前記フィルム冷却孔が向いている、請
求項15記載の方法。
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