JP2001107701A - Gas turbine moving blade - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却媒体を流すた
めの冷却通路が内部に形成されたガスタービン動翼に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine rotor blade in which a cooling passage for flowing a cooling medium is formed.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6に従来のガスタービンにおけるター
ビン部の構造と冷却空気系統を示してなる。図に見られ
るように、タービン部は、ロータ本体1とタービン動翼
2からなる回転部とケーシング3、静翼4と保持部品5
などを有する静止部から構成されている。6は燃焼器を
示し、燃焼器6からの高温、高圧な燃焼ガスは静翼4に
よって高速流に変換され、この高速流により動翼2が回
転され動力を発生する。2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a structure of a turbine section and a cooling air system in a conventional gas turbine. As can be seen in the figure, the turbine section includes a rotating section composed of a rotor body 1 and a turbine rotor blade 2, a casing 3, a stationary blade 4 and a holding component 5.
And the like. Reference numeral 6 denotes a combustor. The high-temperature, high-pressure combustion gas from the combustor 6 is converted into a high-speed flow by the stationary blade 4, and the high-speed flow rotates the moving blade 2 to generate power.
【0003】燃焼ガスに近接する回転部と静止部の各構
成部材は、燃焼ガスからの入熱により、許容温度以上に
温度が上がらないように冷却する必要があり、このうち
回転部へは図中に矢印で示される冷却媒体7を流すこと
が多い。この冷却媒体7としては、圧縮機からの抽気空
気、または吐出空気が利用されることが多い。時によっ
ては、それら流体を一旦クーラに投入し適当な温度に冷
却して使う場合もある。さらに、流体には系外からの蒸
気などが適用される場合もある。[0003] Each component of the rotating part and the stationary part close to the combustion gas must be cooled by heat input from the combustion gas so that the temperature does not rise above an allowable temperature. In many cases, a cooling medium 7 indicated by an arrow flows therein. As the cooling medium 7, air extracted from a compressor or discharged air is often used. In some cases, the fluid may be once introduced into a cooler and cooled to an appropriate temperature before use. Further, steam or the like from outside the system may be applied to the fluid.
【0004】回転体に流れる冷却媒体7は、ロータ本体
1の内面を通りタービン動翼2の内部を冷却後、高温ガ
ス通路に合流する経路で流れる。場合によっては、ター
ビン動翼2などによって熱交換された冷却媒体7を回収
し、その熱エネルギを系外で利用する場合もある。[0004] The cooling medium 7 flowing through the rotating body passes through the inner surface of the rotor main body 1, cools the inside of the turbine blade 2, and then flows along a path joining the high-temperature gas passage. In some cases, the cooling medium 7 that has been heat-exchanged by the turbine blades 2 or the like may be recovered, and the heat energy may be used outside the system.
【0005】図7は従来のタービン動翼2の冷却構造の
要部を示す切断図で、タービン動翼2のうち特に高温ガ
スに曝される前方段については、高熱負荷に耐えるよう
に冷却媒体7を通す冷却通路8を設けて内部を対流冷却
している場合が多い。この冷却通路8は設計要求から数
回にわたって往復を繰り返す蛇状流路で構成されること
が多く、タービン動翼先端部9、及びタービン動翼付け
根部10付近に設けられる反転部11で流路を反転させ
ている。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional cooling structure of the turbine moving blade 2. In the front stage of the turbine moving blade 2 which is particularly exposed to a high-temperature gas, a cooling medium is required to withstand a high heat load. In many cases, a cooling passage 8 is provided to pass through the inside 7 to cool the inside by convection. The cooling passage 8 is often formed of a serpentine flow path that repeats reciprocating several times from the design request, and the flow path is formed by a reversing portion 11 provided near the turbine blade tip 9 and the turbine blade root 10. Is inverted.
【0006】冷却媒体7は冷却通路8内を通過しながら
タービン動翼2を内面から冷却する。この際、更に熱負
荷の高いタービン動翼の場合には、翼面にフィルム冷却
孔12を設け、冷却媒体の一部をガス流路側に翼面に沿
うように吹き出し、あたかも低温度のカーテンで翼面を
覆うようにして外面からも熱負荷を低減するフィルム冷
却を行うこともある。The cooling medium 7 cools the turbine blade 2 from the inner surface while passing through the cooling passage 8. At this time, in the case of a turbine blade having a higher heat load, a film cooling hole 12 is provided on the blade surface, and a part of the cooling medium is blown out to the gas flow path side along the blade surface, as if by a low-temperature curtain. In some cases, film cooling is performed so as to cover the wing surface and reduce the heat load from the outer surface.
【0007】タービン動翼先端部9は冷却をおこないに
くい領域であり、主に、反転部11で内面冷却による熱
伝達率を稼いで冷却するか、もしくはフィルム冷却孔1
2によってフィルム冷却空気13を吹き出しタービン動
翼2の周囲に相対的に温度の低い領域を作り熱負荷を低
減する手法がとられてきている。しかしながら、タービ
ン動翼先端部9のガス面の熱負荷はきわめて高く、設計
許容温度を超過しタービン動翼の信頼性を損なう懸念が
あった。The turbine rotor blade tip 9 is a region where cooling is difficult to be performed. The cooling is mainly performed by increasing the heat transfer coefficient by the inner surface cooling in the reversing portion 11 or the film cooling hole 1.
2, a method of blowing out the film cooling air 13 to form a region having a relatively low temperature around the turbine blade 2 to reduce the heat load has been adopted. However, the heat load on the gas surface of the turbine rotor blade tip 9 is extremely high, exceeding the allowable design temperature, and there is a concern that the reliability of the turbine rotor blade may be impaired.
【0008】また、図8及び図9に示すように、タービ
ン動翼先端部9は、ガスタービンの性能確保のため静止
系18の部品との隙間からの漏れを低減するようその間
隙19を低減したり、タービン動翼先端部9の形状を工
夫して漏れ空気を低減していることが多い。漏れ空気を
形状的に低減するやり方として、タービン動翼先端部9
の両端面もしくは片端面に枠状の突起20を持たせ、圧
力損失を稼いで漏れ空気を低減しつつ、動翼が万一静止
系18と接触したときに動翼のダメージを低減する構造
にすることもある(図9)。しかしながらこの冷却手段
では、この先端の突起20を対流冷却する手段がない。
また高度な冷却手法としてフィルム冷却があげられる
が、フィルム冷却を動翼先端に適用してもフィルム冷却
媒体21が急縮小、急拡大を繰り返し、フィルム冷却媒
体21がすぐに拡散してしまい、フィルム冷却が有効に
働かない。これらの理由により、前記した先端突起部位
が高温ガスで焼損に至ることが間々あり高温ガスタービ
ンの動翼冷却技術の問題点の一つである。Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the tip end portion 9 of the turbine rotor blade has a reduced gap 19 so as to reduce leakage from the gap with the components of the stationary system 18 in order to ensure the performance of the gas turbine. In many cases, leakage air is reduced by devising the shape of the turbine blade tip 9. As a method of reducing the leakage air in terms of shape, a turbine blade tip 9
Has a frame-shaped protrusion 20 on both end surfaces or one end surface to reduce pressure leak and reduce leaked air, while reducing the damage to the moving blade when the moving blade comes into contact with the stationary system 18. (Figure 9). However, in this cooling means, there is no means for convection cooling the projection 20 at the tip.
As an advanced cooling method, there is film cooling. However, even if the film cooling is applied to the blade tip, the film cooling medium 21 repeats rapid contraction and rapid expansion, and the film cooling medium 21 is immediately diffused. Cooling does not work effectively. For these reasons, the above-mentioned protruding tip portion is often burned by the high-temperature gas, which is one of the problems of the blade cooling technology of the high-temperature gas turbine.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来のガスタービン動
翼が前記した問題点を有していたことに鑑み、本発明
は、内部に冷却通路が形成されたガスタービン動翼にお
いてガス面の熱負荷が極めて高く、かつ、冷却を行いに
くい先端部における冷却性能を向上させ、信頼性を高め
たガスタービン動翼を提供することを課題としている。In view of the above-mentioned problems of the conventional gas turbine rotor blade, the present invention provides a gas turbine rotor blade having a cooling passage formed therein. It is an object of the present invention to provide a gas turbine rotor blade with an extremely high load, improved cooling performance at a tip portion where cooling is difficult to perform, and improved reliability.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、内部に冷却通路が形成されたガスタービ
ン動翼において、同ガスタービン動翼の先端部における
冷却通路の反転部の冷却面に伝熱促進用の突起を形成し
たガスタービン動翼を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a gas turbine rotor blade having a cooling passage formed therein. Provided is a gas turbine rotor blade having a surface formed with a projection for promoting heat transfer.
【0011】本発明のガスタービン動翼において、その
冷却通路の反転部の冷却面に形成する伝熱促進用の突起
としては、直交フィン、ピン状突起、ディンプル形状な
ど適宜の形状のものを採用することができる。In the gas turbine rotor blade of the present invention, as the projection for promoting heat transfer formed on the cooling surface of the inverted portion of the cooling passage, one having an appropriate shape such as an orthogonal fin, a pin-shaped projection, or a dimple is employed. can do.
【0012】本発明のガスタービン動翼によれば、ター
ビン動翼先端部における冷却通路の反転部の冷却面は、
そこに設けられた伝熱促進用の突起が放熱フィンとして
働いて吸熱量を増加し、動翼先端部にガス側から入って
来る熱に対し十分な冷却を行うことができる。According to the gas turbine rotor blade of the present invention, the cooling surface of the reversal part of the cooling passage at the tip of the turbine rotor blade is:
The protrusion for promoting heat transfer provided thereon acts as a radiating fin to increase the amount of heat absorption, thereby sufficiently cooling the heat entering the blade tip from the gas side.
【0013】本発明のガスタービン動翼において、動翼
先端部における冷却通路の反転部の冷却面に対し前記し
た伝熱促進用の突起を形成するには、ガスタービン動翼
の鋳造時にコアの支持に使用されたガスタービン動翼先
端部の孔を塞ぐのに用いるプラグの内面に対しその突起
を形成することで容易に製造することができる。このよ
うにプラグの内面に突起を形成すると、プラグ自体のメ
タル温度を低下させるので、そのロー付けや溶接による
接合部を高温から良好に保護することになる。In the gas turbine rotor blade of the present invention, in order to form the above-mentioned heat transfer promoting projection on the cooling surface of the inverted portion of the cooling passage at the tip of the rotor blade, the core of the gas turbine rotor blade is cast at the time of casting. The plug can be easily manufactured by forming a projection on the inner surface of the plug used to close the hole at the tip of the gas turbine rotor blade used for support. When the projections are formed on the inner surface of the plug in this manner, the metal temperature of the plug itself is reduced, so that the joint formed by brazing or welding is well protected from high temperatures.
【0014】本発明はまた、前記した本発明の課題を解
決するため、ガスタービン動翼先端部の少なくとも片側
に動翼先端部の翼厚みをtとしたとき、0.2〜2tの
R又は多重円弧(曲線部)をつけ、同動翼先端部におけ
る高温ガスの剥離、高乱れを抑制したガスタービン動翼
を提供する。In order to solve the above-mentioned problems of the present invention, the present invention further provides a gas turbine blade having a radius R of 0.2 to 2t, where t is a blade thickness at at least one side of the blade tip. Provided is a gas turbine rotor blade having a multiple arc (curved portion) and suppressing high temperature gas separation and high turbulence at the tip of the rotor blade.
【0015】このように動翼先端部に上記曲線部を形成
することによって、動翼先端部のチップクリアランスの
大小に関わらず、動翼腹側から背側にかけて生じている
圧力差による高温ガスのリーケージの剥離を防ぐことが
できるので、高温ガス側から動翼先端部への熱伝達を抑
制できる。By forming the curved portion at the blade tip in this way, regardless of the magnitude of the tip clearance at the blade tip, the high-temperature gas due to the pressure difference generated from the blade abdominal side to the back side is obtained. Since the leakage of the leakage can be prevented, the heat transfer from the high-temperature gas side to the blade tip can be suppressed.
【0016】この曲線部(R又は多重円弧)を動翼の腹
側に設けた場合には、動翼腹側先端近傍に生ずるガス流
路の急縮小による高熱伝達を抑制し、また、この円弧部
を動翼の背側に設けた場合には、動翼背側先端近傍に生
ずるガス流路の急拡大による高温ガスの剥離渦のために
生ずる高熱伝達を抑制することができる。When this curved portion (R or multiple arcs) is provided on the ventral side of the rotor blade, high heat transfer due to the rapid contraction of the gas flow path generated near the tip of the rotor blade ventral side is suppressed. When the portion is provided on the back side of the moving blade, it is possible to suppress the high heat transfer generated due to the separation vortex of the high-temperature gas due to the rapid expansion of the gas flow path generated near the front end of the moving blade.
【0017】以上のように、動翼先端部の少くとも片側
に動翼先端部の翼厚みtの0.2〜2倍のR又は多重円
弧(曲線部)をつけた本発明によれば動翼先端部におけ
る高温ガスの剥離と乱れを抑制し高温ガスから動翼先端
部への伝熱を抑え、ガスタービン動翼の信頼性を高める
ことができる。As described above, according to the present invention, at least one side of the blade tip is provided with an R or multiple arc (curved portion) of 0.2 to 2 times the blade thickness t of the blade tip. Separation and turbulence of the high-temperature gas at the blade tip can be suppressed, heat transfer from the high-temperature gas to the blade tip can be suppressed, and the reliability of the gas turbine blade can be increased.
【0018】なお、この本発明のガスタービン動翼にお
いて、そのガスタービン動翼先端部にフィルム冷却孔を
形成して動翼先端部又は動翼頂部に冷却空気を吹き出さ
せると、前記したようにリーケージ流の剥離が防止され
ているので、そのフィルム冷却媒体の拡散を防いで、よ
り効果的にフィルム冷却を行わせることができるので好
ましい。In the gas turbine rotor blade of the present invention, when a film cooling hole is formed at the tip of the gas turbine rotor blade and cooling air is blown at the tip of the rotor blade or the top of the rotor blade, as described above, Since the separation of the leakage flow is prevented, the diffusion of the film cooling medium can be prevented, and the film can be cooled more effectively, which is preferable.
【0019】また、本発明によるガスタービン動翼で
は、前記した冷却通路反転部の冷却面に対する伝熱促進
用の突起の設置と、前記した曲線部の形成を併せ行う
と、高温ガスから動翼先端部への伝熱を抑制する一方、
動翼先端内部からの冷却が促進され、より一層、信頼性
を高めたガスタービン動翼が提供することが可能とな
る。Further, in the gas turbine rotor blade according to the present invention, when the protrusion for promoting heat transfer on the cooling surface of the cooling passage reversal portion and the formation of the curved portion are performed together, the rotor blade is removed from the high-temperature gas. While suppressing heat transfer to the tip,
Cooling from the inside of the moving blade tip is promoted, and a more reliable gas turbine moving blade can be provided.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明によるガスタービン
動翼を図1〜図5に示した実施の形態に基づいて具体的
に説明する。なお、以下の実施の形態において、図6〜
図9に示した従来のタービン動翼と実質同じ部分には説
明を簡単にするため同じ符号を付してあり、それらにつ
いての重複する説明は省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a gas turbine rotor blade according to the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. In the following embodiment, FIGS.
Parts that are substantially the same as those of the conventional turbine blade shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals for simplicity of description, and redundant description thereof will be omitted.
【0021】(第1実施形態)まず、図1に示す第1実
施形態によるガスタービン動翼について説明する。図1
において、17は、冷却通路の反転部11における冷却
面に故意に形成された伝熱促進用の突起である。この突
起17は、高温ガスの流れと面が直交するように並列し
て設けられた直交フィン、多数個の断面円形のピン状突
起やディンプル形状の突起など適宜の形状のものであっ
てよいが、冷却通路を流れる冷却媒体に対する乱流を促
進させる形状のものとするのが好ましい。(First Embodiment) First, a gas turbine blade according to a first embodiment shown in FIG. 1 will be described. FIG.
In the figure, reference numeral 17 denotes a heat transfer promoting projection formed intentionally on the cooling surface of the reversing portion 11 of the cooling passage. The projections 17 may have an appropriate shape, such as orthogonal fins provided in parallel with the surface of the high-temperature gas flow so as to be orthogonal to the surface, a large number of pin-shaped projections having a circular cross section, and dimple-shaped projections. It is preferable to adopt a shape that promotes turbulence with respect to the cooling medium flowing through the cooling passage.
【0022】以上のように、タービン動翼先端部9にお
ける冷却通路8の反転部11の冷却面に伝熱促進用の突
起17を形成した本第1実施形態のガスタービン動翼に
おいては、反転部11の冷却面が冷却媒体7と強制対流
熱伝達を行い反転部11はガス側からの入熱に対して冷
却されるのであるが、反転部11の冷却面に前述の突起
17を形成されているので、突起17は放熱フィンとし
て作用し、吸熱量を増加させる。As described above, in the gas turbine blade of the first embodiment, in which the projection 17 for promoting heat transfer is formed on the cooling surface of the reversing portion 11 of the cooling passage 8 at the turbine blade tip 9, The cooling surface of the portion 11 performs forced convection heat transfer with the cooling medium 7 and the reversing portion 11 is cooled by heat input from the gas side. As a result, the projections 17 act as radiation fins, and increase the amount of heat absorbed.
【0023】(第2実施形態)次に、図2及び図3に示
す第2実施形態によるガスタービン動翼について説明す
る。図2,図3において、14は、動翼鋳造時にコアを
サポートするのに使用した孔である。実際のタービン動
翼2の冷却通路は精密鋳造などの手法で成型されること
が多く、成型後には鋳造時にコアをサポートする孔14
が図2に示すように冷却通路反転部11近傍に存在する
ことが多い。(Second Embodiment) Next, a gas turbine blade according to a second embodiment shown in FIGS. 2 and 3 will be described. 2 and 3, reference numeral 14 denotes a hole used to support the core during blade casting. The actual cooling passage of the turbine blade 2 is often molded by a technique such as precision casting, and after the molding, the holes 14 supporting the core at the time of casting are formed.
Are often present in the vicinity of the cooling passage reversal portion 11 as shown in FIG.
【0024】このサポート孔14は、動翼を加工してゆ
く過程でタービン動翼2にプラグ15を溶接や、ロー付
けなどの手段で接合して閉塞することが多い。この第2
実施形態によるガスタービン動翼では、このプラグ15
の冷却面16に突起17を設け伝熱促進を図り、動翼先
端部9の冷却強化を図るようにしている。The support hole 14 is often closed by joining a plug 15 to the turbine blade 2 by welding, brazing, or the like in the process of processing the blade. This second
In the gas turbine blade according to the embodiment, the plug 15
A projection 17 is provided on the cooling surface 16 to promote heat transfer to enhance the cooling of the blade tip 9.
【0025】図3には、プラグ15の冷却面16側に形
成する突起17の例を示してある。図3の(a)は、冷
却媒体の流れに直交する方向に多数のフィンを並置した
直交フィン17−1を設けたもの、(b)は断面円形の
ピン状突起17−2を多数形成したもの、(c)は多数
のディンプル形状の突起17−3を形成したものをそれ
ぞれ示し、(a)〜(c)各図において、上方が側面
図、下方が平面図である。FIG. 3 shows an example of the projection 17 formed on the cooling surface 16 side of the plug 15. FIG. 3A shows a configuration in which a number of fins 17-1 in which a number of fins are juxtaposed in a direction perpendicular to the flow of the cooling medium are provided, and FIG. 3B shows a number of pin-shaped projections 17-2 having a circular cross section. (C) shows a plurality of dimple-shaped projections 17-3 formed therein. In each of (a) to (c), the upper part is a side view and the lower part is a plan view.
【0026】図3には、(a)〜(c)の3種の突起を
示してあるが、突起17の形状に関しては、放熱効率を
向上可能な単純なフィン群から乱流の促進が期待できる
形状など、種々のものを適宜採用してよい。FIG. 3 shows three types of projections (a) to (c). Regarding the shape of the projections 17, it is expected that a simple fin group capable of improving the heat radiation efficiency will promote turbulence. Various shapes such as possible shapes may be appropriately adopted.
【0027】この第2実施形態のガスタービン動翼にお
いては、鋳造時にコア支持に使用されたタービン動翼先
端部の孔14を塞ぐプラグ15の冷却面に突起17を取
り付けることで、突起17を放熱フィンとして作用させ
て吸熱量を増加させ、これによってプラグ15自体のメ
タル温度を低減することが可能となるほか、プラグ15
を取り付けるロー付けや溶接接合部など、その近傍も熱
伝導効果による冷却が期待できる。In the gas turbine rotor blade of the second embodiment, the projection 17 is attached to the cooling surface of the plug 15 that closes the hole 14 at the tip of the turbine rotor blade used for supporting the core during casting. By acting as a radiation fin to increase the amount of heat absorbed, it is possible to reduce the metal temperature of the plug 15 itself,
Cooling due to the heat conduction effect can also be expected in the vicinity such as brazing and welding joints for attaching the solder.
【0028】(第3実施形態)次に、図4,図5に示す
第3実施形態によるガスタービン動翼について説明す
る。図4,図5において、22は動翼翼根部、23は動
翼のプラットフォームである。24は動翼先端部に形成
されたフィルム冷却孔を示している。(Third Embodiment) Next, a gas turbine rotor blade according to a third embodiment shown in FIGS. 4 and 5 will be described. 4 and 5, reference numeral 22 denotes a rotor blade root, and reference numeral 23 denotes a blade platform. Reference numeral 24 denotes a film cooling hole formed at the tip of the blade.
【0029】このタービン動翼を冷却する冷却媒体7は
ガスタービン圧縮機や、外部より供給され、様々な方法
でタービン動翼翼根部22等より供給される。タービン
動翼の内、各種設計条件により冷却を行う必要があるタ
ービン翼には冷却媒体7の冷却通路8を内部に設けてあ
る。冷却媒体7によってタービン動翼の翼面や、場合に
よってはプラットフォーム23を冷却し、その一部の冷
却媒体を動翼先端部9の冷却に使用する。動翼先端部9
の熱負荷などによって時には図示したフィルム冷却孔2
4などが適用される場合がある。The cooling medium 7 for cooling the turbine blade is supplied from a gas turbine compressor or from the outside, and is supplied from the turbine blade root portion 22 or the like by various methods. Among the turbine rotor blades, a cooling passage 8 for a cooling medium 7 is provided inside a turbine blade that needs to be cooled according to various design conditions. The cooling medium 7 cools the blade surface of the turbine blade and, in some cases, the platform 23, and uses a part of the cooling medium for cooling the blade tip 9. Blade tip 9
Film cooling holes 2 as shown
4 or the like may be applied.
【0030】熱負荷が高いタービン動翼先端部9の内、
両端部もしくはその片方に、図中符号30で示すように
動翼先端部の翼厚みtに対し0.2〜2tのRもしくは
多重円弧(曲線部)をつける。このように曲線部を形成
することにより、間隙(チップクリアランス)19の大
小によらず、動翼2の腹側26から背側27にかけて生
じている圧力差による高温ガス28のリーケージ流29
の剥離を防ぐことが可能となる。その結果として、ガス
側からの翼頂部の熱伝達を抑制する事になり、動翼先端
部9の過熱を防止する事ができる。Among the turbine blade tips 9 having a high heat load,
As shown by reference numeral 30 in the drawing, R or multiple arcs (curved portions) of 0.2 to 2 t with respect to the blade thickness t of the blade tip are provided at both ends or one of them. By forming the curved portion in this way, regardless of the size of the gap (tip clearance) 19, the leakage flow 29 of the high-temperature gas 28 due to the pressure difference generated from the ventral side 26 to the dorsal side 27 of the moving blade 2
Can be prevented from peeling off. As a result, heat transfer from the gas side to the tip of the blade is suppressed, and overheating of the blade tip 9 can be prevented.
【0031】また、動翼の腹側26に曲線部30を適用
した場合は腹側26の動翼先端部9近傍に生じる急縮小
による高熱伝達を、動翼の背側27に曲線部30を適用
した場合は急拡大により起こる剥離渦による高温ガスか
らの高熱伝達を抑制する事が可能である。また、同時に
リーケージ流29の剥離を防ぐことは動翼先端部近傍も
しくは動翼頂部に吹き出させたフィルム冷却空気孔24
からのフィルム冷却媒体21の拡散を防ぐことになり、
より効率の高いフィルム冷却効率が期待できる。When the curved portion 30 is applied to the abdominal side 26 of the moving blade, high heat transfer due to rapid contraction occurring near the moving blade tip 9 on the abdominal side 26 is provided. When applied, it is possible to suppress the high heat transfer from the high-temperature gas due to the separation vortex caused by the rapid expansion. Simultaneously, the separation of the leakage flow 29 is prevented by the film cooling air holes 24 blown out near the blade tip or at the blade top.
Diffusion of the film cooling medium 21 from the
Higher film cooling efficiency can be expected.
【0032】本第3実施形態によるガスタービン動翼に
おいて、冷却の目的で与えられる冷却媒体7(冷却空
気)は動翼内部の冷却通路8を様々な方法(サーペンタ
イン対流冷却、インピンジメント冷却、マルチホール冷
却、ピンフィン冷却など)で冷却し、その一部、もしく
はそのすべての冷却媒体7をタービン動翼先端部9に供
給する。In the gas turbine rotor blade according to the third embodiment, a cooling medium 7 (cooling air) provided for the purpose of cooling cools the cooling passage 8 inside the rotor blade by various methods (serpentine convection cooling, impingement cooling, multi-cooling). The cooling medium 7 is cooled by hole cooling, pin fin cooling, or the like, and a part or all of the cooling medium 7 is supplied to the turbine blade tip 9.
【0033】一方、ガス側面は動翼の頂部近傍における
動翼翼面の腹側26、背側27間に生じる圧力差を主な
原因として生ずるリーケージ流29の高温ガスの剥離、
高乱れを抑制するために動翼先端部9の翼厚みtの0.
2〜2倍の半径もしくは同程度の多重円弧からなる曲線
部30を動翼先端の腹側26、背側27の面のいずれか
もしくは両方に形成する。On the other hand, the gas side surface separates high temperature gas from the leakage flow 29 mainly due to the pressure difference between the ventral side 26 and the back side 27 of the blade surface near the top of the blade.
In order to suppress high turbulence, the blade thickness t of the blade tip 9 is set to 0.
A curved portion 30 having a radius of 2 to 2 times or a multiple arc of the same degree is formed on one or both of the abdominal surface 26 and the dorsal surface 27 of the blade tip.
【0034】この曲線部30は高温ガスのリーケージ流
29の剥離を抑制する事が可能であり、高温ガス流の剥
離防止により動翼先端部9の近傍(腹側近傍、翼頂部、
背側近傍)の高温ガスから動翼先端への熱伝達を抑制
し、動翼の冷却設計を容易なものとし、これによって必
要最小限の冷却空気量で動翼先端部の温度を適正なメタ
ル温度まで低減することが可能となる。The curved portion 30 can suppress separation of the leakage flow 29 of the high-temperature gas, and can prevent separation of the high-temperature gas flow in the vicinity of the blade tip 9 (in the vicinity of the abdomen, at the blade tip,
The heat transfer from the high-temperature gas (near the back side) to the blade tip is suppressed, making it easier to design the blade cooling. It is possible to reduce the temperature up to.
【0035】以上、本発明を図示した実施形態に基づい
て具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限
定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その
具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいう
までもない。As described above, the present invention has been specifically described based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and specific structures within the scope of the present invention shown in the claims are set forth. Needless to say, various changes may be made to the configuration.
【0036】例えば、上記実施形態では、動翼先端部に
おける冷却通路の反転部の冷却面に対する伝熱促進用の
突起の形成、動翼先端部の孔を塞ぐプラグの両面に対す
る突起の形成、及び動翼先端部に対するR又は多重円弧
の形成をそれぞれ別々に行っているが、これらの2つ以
上を組合せて形成することによって動翼先端部における
冷却性能の向上をはかり信頼性をより高めたガスタービ
ン動翼とすることができる。For example, in the above-described embodiment, the formation of the protrusion for promoting heat transfer on the cooling surface of the inverted portion of the cooling passage at the tip of the blade, the formation of the protrusion on both surfaces of the plug closing the hole at the tip of the blade, and R or multiple arcs are separately formed on the tip of the moving blade, but by combining and forming two or more of these, the cooling performance at the tip of the moving blade is improved to improve the reliability. It can be a turbine blade.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、内部に
冷却通路が形成されたガスタービン動翼において、同ガ
スタービン動翼の先端部における冷却通路の反転部の冷
却面に伝熱促進用の直交フィン、ピン状突起、ディンプ
ル形状など適宜の形状の突起を形成したガスタービン動
翼を提供する。As described above, according to the present invention, in a gas turbine rotor blade having a cooling passage formed therein, heat transfer is promoted to a cooling surface of a reversal portion of the cooling passage at a tip end portion of the gas turbine rotor blade. And a gas turbine rotor blade provided with a projection having an appropriate shape such as an orthogonal fin, a pin-shaped projection, and a dimple shape.
【0038】本発明のガスタービン動翼によれば、ター
ビン動翼先端部における冷却通路の反転部の冷却面は、
そこに設けられた伝熱促進用の突起が放熱フィンとして
働いて吸熱量を増加し、動翼先端部にガス側から入って
来る熱に対し十分な冷却を行うことができる。According to the gas turbine rotor blade of the present invention, the cooling surface of the reversal portion of the cooling passage at the tip of the turbine rotor blade is:
The protrusion for promoting heat transfer provided thereon acts as a radiating fin to increase the amount of heat absorption, thereby sufficiently cooling the heat entering the blade tip from the gas side.
【0039】本発明のガスタービン動翼において、ガス
タービン動翼の鋳造時にコアの支持に使用されたガスタ
ービン動翼先端部の孔を塞ぐのに用いるプラグの内面に
対し前記突起を形成させたものでは、プラグ自体のメタ
ル温度を低下させるので、そのロー付けや溶接による接
合部を高温から良好に保護することになる。In the gas turbine rotor blade of the present invention, the projection is formed on the inner surface of a plug used to close the hole at the tip of the gas turbine rotor blade used for supporting the core during casting of the gas turbine rotor blade. In such a case, the metal temperature of the plug itself is reduced, so that the joint by brazing or welding is well protected from high temperatures.
【0040】本発明はまた、ガスタービン動翼先端部の
少なくとも片側に動翼先端部の翼厚みtの0.2〜2t
のR又は多重円弧(曲線部)をつけ、同動翼先端部にお
ける高温ガスの剥離、高乱れを抑制したガスタービン動
翼を提供する。According to the present invention, the blade thickness t of the blade tip is preferably 0.2 to 2 t on at least one side of the blade tip of the gas turbine.
R or multiple arcs (curved portions) are provided to provide a gas turbine blade in which high temperature gas separation and high turbulence at the tip of the blade are suppressed.
【0041】このように、動翼先端部の少くとも片側に
動翼先端部の翼厚みtの0.2〜2tのR又は多重円弧
(曲線部)をつけた本発明によれば動翼先端部における
高温ガスの剥離と乱れを抑制し高温ガスから動翼先端部
への伝熱を抑え、ガスタービン動翼の信頼性を高めるこ
とができる。As described above, according to the present invention, at least one side of the blade tip is provided with an R or multiple arc (curved portion) having a blade thickness t of 0.2 to 2 t at the blade tip. It is possible to suppress the separation and turbulence of the high-temperature gas in the section, suppress the heat transfer from the high-temperature gas to the tip of the blade, and improve the reliability of the gas turbine blade.
【0042】また、このように構成したガスタービン動
翼において、そのガスタービン動翼先端部にフィルム冷
却孔を形成して動翼先端部又は動翼頂部に冷却空気を吹
き出させるようにしたものでは、前記したようにリーケ
ージ流の剥離が防止されていて、そのフィルム冷却媒体
の拡散が防止されるので、より効果的にフィルム冷却を
行わせることができる。Further, in the gas turbine rotor blade configured as described above, a film cooling hole is formed at the tip of the gas turbine rotor blade so that cooling air is blown to the rotor blade tip or the rotor blade top. As described above, since the leakage flow is prevented from being separated and the diffusion of the film cooling medium is prevented, the film can be cooled more effectively.
【0043】また、本発明は、前記した冷却通路反転部
の冷却面に対する伝熱促進用の突起の設置と、前記した
曲線部の形成とを併せ行ったガスタービン動翼を提供し
ており、これによると高温ガスから動翼先端部への伝熱
を抑制する一方、動翼先端内部からの冷却が促進され、
より一層、信頼性を高めたガスタービン動翼が提供され
る。Further, the present invention provides a gas turbine blade in which the provision of the protrusion for promoting heat transfer on the cooling surface of the cooling passage reversal portion and the formation of the curved portion are performed. According to this, while suppressing the heat transfer from the high-temperature gas to the blade tip, cooling from inside the blade tip is promoted,
A gas turbine blade with even higher reliability is provided.
【図1】本発明の第1実施形態によるガスタービン動翼
の先端部における冷却通路の反転部を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a reversal portion of a cooling passage at a tip portion of a gas turbine blade according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施形態によるガスタービン動翼
における冷却通路の反転部とプラグを示す図面で、
(a)は断面図、(b)はそのプラグの斜視図、(c)
は(a)図のa−a線に沿う断面図。FIG. 2 is a view showing a reversal part and a plug of a cooling passage in a gas turbine blade according to a second embodiment of the present invention;
(A) is a sectional view, (b) is a perspective view of the plug, (c)
FIG. 2A is a cross-sectional view along the line aa in FIG.
【図3】本発明の第2実施形態によるガスタービン動翼
に用いるプラグの例(a)〜(c)を示す図面。FIG. 3 is a view showing examples (a) to (c) of plugs used for a gas turbine blade according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施形態によるガスタービン動翼
の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a gas turbine bucket according to a third embodiment of the present invention.
【図5】図4のB−B線に沿う拡大断面図。FIG. 5 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 4;
【図6】従来のガスタービンにおける動翼部分の構造と
冷却媒体の流れを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a structure of a rotor blade portion and a flow of a cooling medium in a conventional gas turbine.
【図7】従来のガスタービン動翼の冷却通路の構造を一
部破断して示す側面図。FIG. 7 is a partially cutaway side view showing a structure of a conventional cooling passage of a gas turbine rotor blade.
【図8】従来のガスタービン動翼の他の構造例を示す斜
視図。FIG. 8 is a perspective view showing another example of the structure of a conventional gas turbine blade.
【図9】図8のA−A線に沿う断面図。FIG. 9 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 8;
1 ロータ本体 2 タービン動翼 3 ケーシング 4 静翼 5 保持部品 6 燃焼器 7 冷却媒体 8 冷却通路 9 タービン動翼先端部 10 タービン動翼付け根部 11 反転部 12 フィルム冷却孔 13 フィルム冷却空気 14 コアサポート用の孔 15 プラグ 16 プラグの冷却面 17 伝熱促進用の突起 18 静止系 19 間隙 20 突起 21 フィルム冷却媒体 22 動翼翼根部 23 プラットフォーム 24 フィルム冷却孔 26 腹側 27 背側 28 高温ガス 29 リーケージ流 30 曲線部(R又は多重円弧) t 先端部の翼厚み DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor main body 2 Turbine rotor blade 3 Casing 4 Stator blade 5 Holding component 6 Combustor 7 Cooling medium 8 Cooling passage 9 Turbine rotor blade tip part 10 Turbine rotor blade root part 11 Inversion part 12 Film cooling hole 13 Film cooling air 14 Core support Hole 15 Plug 16 Cooling surface of plug 17 Projection for promoting heat transfer 18 Stationary system 19 Gap 20 Projection 21 Film cooling medium 22 Root of blade 23 Platform 24 Film cooling hole 26 Ventral side 27 Back side 28 Hot gas 29 Leakage flow 30 Curve (R or multiple arcs) t Blade thickness at tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武石 賢一郎 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 末永 潔 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Fターム(参考) 3G002 CA05 CA06 CA08 CB05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenichiro Takeishi 2-1-1 Shinama, Araimachi, Takasago City, Hyogo Prefecture Inside the Takasago Research Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Yasushi Tomita 2-1, Shinama, Araimachi, Takasago City, Hyogo Prefecture No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Works (72) Inventor Kiyoshi Suenaga 2-1-1, Araimachi Shinhama, Takasago City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Works F-term (reference) 3G002 CA05 CA06 CA08 CB05
Claims (6)
ン動翼において、同ガスタービン動翼の先端部における
冷却通路の反転部の冷却面に伝熱促進用の突起を形成し
たことを特徴とするガスタービン動翼。1. A gas turbine rotor blade having a cooling passage formed therein, wherein a projection for promoting heat transfer is formed on a cooling surface of a reversal portion of the cooling passage at a tip end portion of the gas turbine rotor blade. Gas turbine blades.
支持に使用されたガスタービン動翼先端部の孔を塞ぐプ
ラグの内面に前記突起を形成したことを特徴とする請求
項1に記載のガスタービン動翼。2. The gas turbine rotor blade according to claim 1, wherein the projection is formed on an inner surface of a plug used to support a core at the time of casting of the gas turbine rotor blade, the plug closing a hole at a tip end portion of the gas turbine rotor blade. Gas turbine blades.
側に動翼先端部の翼厚みtの0.2〜2倍の径の曲線部
を設け、同動翼先端部における高温ガスの剥離、高乱れ
を抑制したことを特徴とするガスタービン動翼。3. A curved portion having a diameter of 0.2 to 2 times the blade thickness t of the moving blade tip portion is provided on at least one side of the tip portion of the gas turbine moving blade, so that the high temperature gas is separated at the moving blade tip portion. A gas turbine rotor blade characterized by suppressing turbulence.
冷却孔を形成したことを特徴とする請求項3に記載のガ
スタービン動翼。4. The gas turbine moving blade according to claim 3, wherein a film cooling hole is formed at a tip portion of the gas turbine moving blade.
翼において、その先端部に請求項3又は4に記載の曲線
部を設けたことを特徴とするガスタービン動翼。5. The gas turbine moving blade according to claim 1 or 2, wherein the curved portion according to claim 3 is provided at a tip end thereof.
ィンプル形状の少なくともいずれか1つとしたことを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のガスタービン
動翼。6. The gas turbine blade according to claim 1, wherein the projection is at least one of an orthogonal fin, a pin-shaped projection, and a dimple shape.
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1999
- 1999-10-08 JP JP28882599A patent/JP2001107701A/en active Pending
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