JP2007211670A - 内部に冷却通路を有する部材、及び内部に冷却通路を有する部材の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】剥離循環領域を減らすことで効率よく冷却できる内部に冷却通路を有する部材を提供する。
【解決手段】冷却リブ２５ａ，２５ｂが設けられた壁面２３を有する冷却通路を内部に備え、壁面２３を這うように冷却媒体を流通させて冷却を行う、内部に冷却通路を有する部材において、冷却リブ２５ａ，２５ｂは、冷却流路の壁面２３の中央付近５１を流れる冷却媒体の一部を壁面２３の両側端６ｂ，６ｃ側へ流動するように配置されるとともに、冷却リブ２５ａ，２５ｂの表面上を流れる冷却媒体の一部５８は冷却リブ２５ａ，２５ｂの表面上を這って２３壁面へと流動するように設置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部に冷却通路を有する部材、及び内部に冷却通路を有する部材の冷却方法に係り、特にその冷却通路の壁面に冷却用のリブを有する部材に関するものである。

内部に冷却通路を有する部材に関しては、例えば特許文献１に記載のように、冷却通路の壁面を這う冷却媒体に対して、乱流の発生と壁面の中央から壁面の側端への流動を促すために、冷却媒体流れ方向に対して傾斜配置した冷却リブを備える技術などが提唱されている。

特許第３００６１７４号

特許文献１に開示されたリブを有する冷却通路では、リブの冷却媒体流れ方向下流側に比較的伝熱に寄与しない大きな剥離循環領域が存在し、この領域が冷却通路全体としての熱伝達性能を下げている。

本発明の目的は、部材の冷却に効果的な流れを作り出して剥離循環領域を減らし、少ない冷却媒体量で効率よく冷却できる内部に冷却通路を有する部材を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、冷却リブが設けられた壁面を有する冷却通路を内部に備え、前記壁面を這うように冷却媒体を流通させて冷却を行う、内部に冷却通路を有する部材において、前記冷却リブは、前記冷却通路の中央付近を流れる前記冷却媒体の一部を前記壁面両側端側へ流動するように配置されるとともに、前記冷却リブ表面上を流れる前記冷却媒体の一部は前記冷却リブ表面上を這って前記壁面へと流動するように設置されたことを特徴とする。

本発明によれば、部材内部の冷却流路中の冷却媒体流れに効果的な乱流を発生させ、高い冷却熱伝達率を得て少ない冷却媒体量で部材を効率よく冷却できるという効果を奏する。

内部に冷却通路を有する部材の一例であるガスタービンの翼を例にとって述べる。

ガスタービン設備は、圧縮機で圧縮された圧縮空気と燃料とを燃焼器で混合燃焼させ、発生した高温高圧の作動ガスによりタービンを駆動し、例えば電力等のエネルギーに変換するものである。

ガスタービンの作動ガス温度は、タービン翼材がガス温度に起因する熱応力に耐え得る能力によって制限される。タービン翼の耐用温度を満足させるため、タービン翼に中空部、すなわち冷却通路を設け、この通路内に空気や蒸気などの冷却媒体を流通させて翼を冷却する。具体的には、タービン翼の内部に一つあるいはそれ以上の通路を形成させ、冷却媒体を通過させることによってタービン翼を内部から冷却する。さらにタービン翼の表面，先端あるいは後縁に設けられた冷却孔から冷却媒体を翼外に排出して、冷却する方法もある。

本実施例では、冷却媒体として空気を用いる場合で説明する。冷却空気としては、例えば圧縮機中段または出口から抽気した空気の一部を利用する。このとき冷却空気を多量に消費すると燃焼用空気が少なくなり、ガスタービンの出力低下をまねく。また、冷却後の冷却空気を主流ガス中に排出する、オープンサイクルと呼ばれる冷却方式もある。この冷却方式を採用したガスタービンでは、冷却空気量の増加は主流ガス温度の低下につながり、ガスタービンの熱効率を低下させてしまう。したがって、より少ない冷却空気量で効率的に冷却することが望まれる。

ガスタービンでは消費された燃料に対して得られる電力エネルギーはできるだけ多い方が望ましい。この点からガスタービンの効率向上が期待されている。この一つの手段として、作動ガスの高温化が進められている。一方、ガスタービンの排気ガスを利用する蒸気システムとのコンバインドプラントにおいて、ガスタービンと蒸気タービンとを含めた総合エネルギー変換効率の向上に大きな期待がよせられている。この効率の向上には、ガスタービンの作動ガスの高温化が大変有効である。作動ガスがより高温であるガスタービンを実現するためには、翼内部の伝熱性能を改善し、供給する冷却空気量に対する冷却効果、すなわち冷却効率を向上させることが効果的である。そのため、冷却面に対して様々な伝熱促進対策が施されている。

翼内部通路内における伝熱促進には、伝熱面表面の空気の流れを効果的な乱流とし、境界層の発達を抑制する方法などがある。これには翼内部の被冷却面に多数の突起を設けることが有効である。例えば、冷却リブを冷却空気の流れ方向に対して逆ハの字で互い違い、すなわち千鳥状に配置することで伝熱改善する方法がある。

図９に冷却リブを有する冷却通路の一例を示す。内部に冷却流路を有する部材６の内部冷却通路７ｃの壁面であるリブ設置面２３に、冷却空気の流れ方向１５に対して傾斜配置した冷却リブ６０ａ，６０ｂが設けられている。本明細書中では、冷却リブの前面と仕切り壁との成す角６６が０°より大きく９０°より小さい冷却リブを、傾斜配置した冷却リブとよぶ。ただし、冷却リブの前面とは冷却リブの冷却媒体の流れ方向上流側の面であるとする。また、成す角６６とは、リブ設置面と平行な面における冷却リブの前面と仕切り板との成す角のうち冷却媒体の流れ方向上流側の角であるとする。例えば、冷却リブ60ａの前面と仕切り壁６ｃとの成す角６６ａが、０°より大きく９０°より小さければ、冷却リブ６０ａは傾斜配置されているといえる。

冷却リブ６０ａ，６０ｂ周りの冷却媒体の流れを図１０に示す。簡単のため、ここで冷却通路７ｃは４面に囲まれた略柱状であるとする。側壁である仕切り壁６ｂ付近ではリブ設置面２３から離れる方向に、冷却媒体の流路中央５１付近ではリブ設置面２３に向かう方向に二対の二次流れ５２及び５３が形成される。冷却媒体の流路中央５１とは、冷却通路の、冷却媒体流れ方向に垂直な断面における中心点をつないだ線上の点を示している。リブ設置面２３近傍では、リブの隙間であるリブ開放部８０を這うような蛇行流れ５５，リブに沿って側壁である仕切り壁６ｂに向かう流れ５６とが形成される。ただし、リブの背後には伝熱に寄与しない比較的大きな剥離循環領域５７が存在し、冷却通路全体としての熱伝達性能を下げている。

なお、冷却リブを傾斜配置する目的は、冷却媒体の蛇行流れ５５の一部をリブによって冷却通路側壁方向に導くことである。この、リブ設置面側端側に向かう流れ５６は効果的な乱流であり、冷却効率の向上に貢献する。したがって、上記目的を達成できるものであれば、傾斜配置された冷却リブの前面は必ずしも平面である必要はない。冷却リブの前面の一部もしくは全部が曲面や凹面，凸面であっても、さらには冷却リブの前面が複数の面から成るものであっても、流れ５６を促進する効果を得ることができる面を有する冷却リブであれば、上述の傾斜配置された冷却リブと同種の効果を得ることができる。また、冷却リブの前面と仕切り壁との成す角が９０°以上の部分があっても、それが局地的なものであれば上述の傾斜配置された冷却リブと同種の効果を得ることができる。このような理由により、本明細書で、傾斜配置された冷却リブとは、前述の冷却リブの前面と仕切り壁との成す角６６が０°より大きく９０°より小さい冷却リブだけでなく、流れ５６を促進する効果を得ることができる冷却リブ全てをさすこととする。

本発明の各実施例では、冷却リブ表面上を流れる冷却媒体が冷却リブ表面上を這ってリブ設置面へと流動するようにリブを設置する、もしくは／かつ冷却リブにて剥離した冷却空気のリブ設置面への再付着までの距離を縮めるようにリブを設置する。再付着とは、リブから剥離した媒体が再びリブまたはリブ設置面上を這うように流動することを示している。これと、リブ設置面の中央付近を流れる冷却媒体の一部をリブ設置面の両側端へ流動させることを同時に行うことで、剥離循環領域を減らすことができる。これにより高い冷却熱伝達率を得て少ない冷却媒体量で部材を効率よく冷却することが可能となる。なお、リブ設置面の側端とは、リブが設置された壁面上における仕切り板方向の端のことである。

本発明の実施例１を具体的に図２により説明する。図２は、本発明を実施したガスタービン翼の断面構造を示す図である。

図２に記載のガスタービン翼１において、シャンク部２，翼部３の内部に内部通路４および５が設けられている。内部通路４および５は、翼部３において仕切り壁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅにより仕切られ、冷却通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを形成している。そして、先端曲部８ａ，８ｂ，下部曲部９ａ，９ｂとともに折流通路を形成する。すなわち本実施例では、第一の通路４は冷却通路７ａ，先端曲部８ａ，冷却通路７ｂ，下部曲部９ａ，冷却通路７ｃ，吹出し孔１１により構成されているリターンフロー型冷却通路である。第二の通路である内部通路５は、冷却通路７ｄ，先端曲部８ｂ，冷却通路７ｅ，下部曲部９ｂ，冷却通路７ｆ、及び翼後縁１２に設けられた吹出し部１３から構成されているリターンフロー型冷却通路である。

冷却媒体としての空気は、例えばタービン翼１を保持するロータディスク等から供給部１４に供給され、サーペンタイン通路である通路４及び５を通過する過程で翼を内部から冷却する。翼から熱を奪った空気は翼先先端壁１０に設けた吹出し孔１１および翼後縁
１２の吹出し部１３から作動ガス中に吹出される。

冷却通路７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅの冷却壁面には乱流を促進する冷却リブが傾斜配置されている。この配置により、効果的な乱流を発生させて伝熱を促進し、翼の冷却効果を高めることができる。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿うタービン翼１の断面を示している。図３において、２０及び２１はタービン翼１の翼部を構成する翼背側壁及び翼腹側壁を示し、冷却通路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆはこの翼背側壁２０，翼腹側壁２１および仕切り壁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅにより形成される。たとえば冷却通路７ｃは、翼背側壁２０，翼腹側壁２１および仕切り壁６ｂ，６ｃから構成される。冷却通路７ｃの背側冷却面であるリブ設置面２３には翼背側壁２０と一体構造の冷却リブ２５ａ，２５ｂが設けられ、その対向する腹側冷却面であるリブ設置面２４には翼腹側壁２１と一体構造の冷却リブ２６ａ，２６ｂが設けられている。なお、冷却通路７ｂ，７ｄ，７ｅに関しても７ｃと同様に、翼腹側壁２１の腹側冷却面と翼背側壁２０の背側冷却面にそれぞれ伝熱を促進する冷却リブが設けられている。

図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿う冷却通路７ｃの断面を示している。図４は冷却通路の縦断面図であり、ここでは、翼背側壁２０側を例にとって説明する。翼背側壁２０の背側冷却面であるリブ設置面２３に一体に設置された冷却リブは、対向する仕切り壁の６ｂと
６ｃの中間付近から一方の仕切り壁６ｃ側へのびつつ仕切り壁６ｃ側の端の方がもう一方の端よりも冷却媒体の流れ方向下流側に位置する冷却リブ２５ａと、対向する仕切り壁の６ｂと６ｃの中間付近からもう一方の仕切り壁６ｂ側へのびつつ仕切り壁６ｂ側の端の方がもう一方の端よりも冷却媒体の流れ方向下流側に位置する冷却リブ２５ｂが互い違いに複数配置されている。すなわち冷却リブは、背側冷却面であるリブ設置面２３のほぼ中央から左右交互に、かつ冷却空気流れ方向に対して逆ハの字に千鳥状に配置されている。これらの冷却通路の平面形状は略矩形，台形，菱形などである。

本実施例の冷却リブ２５ａ，２５ｂは、それぞれ仕切り壁６ｃ，６ｂとの境目での冷却リブの断面形状が、冷却通路形成方向に対して前面は壁面に対して垂直な直線であり、直線部最高位置から後方でリブ設置面２３に到達する位置、つまり冷却リブの上面および背面は流線形状である。ここで流線形状とは、リブの、冷却空気流れ方向と垂直な面で切った断面形状が、複数の直線および／または関数等によって定義される曲線によって連続した傾きを有するものをいう。なお冷却リブの前面とは、主として流れ５６の形成を促進させる効果を持った部分であり、背面とは冷却媒体の流れ方向下流側で、冷却媒体の流れに対して陰になっている部分である。上面とは、リブ設置面と平行か平行に近い面を含み、前面と背面をつなぐ面である。冷却リブの形状によっては、上面を有しないものもある。

図４には、図２において冷却媒体流れが上昇流となる冷却通路７ｃについて示す。例えば７ｂや７ｄのように冷却媒体の流れが下降流となる冷却通路の場合でも、冷却空気流れ方向に対して逆ハの字に互い違いに冷却リブを配置して、冷却リブの上面および背面を流線形状にすることは冷却通路７ｃの場合と同様である。

次に、図１を用いて冷却通路７ｃ内における冷却リブ２５ａ，２５ｂ周辺の冷却空気の流れについて説明する。なお、図１では、冷却リブ２５ａ，２５ｂを有するリブ設置面
２３に対向する壁面であるリブ設置面２４と、ここに存在する冷却リブ２６ａ，２６ｂ、さらには仕切り壁６ｃの図示を省略している。

冷却通路７ｃ内には、流路側壁に相当する仕切り壁６ｂ及び６ｃ付近では冷却面から離れる方向に、流路中央５１付近ではリブ設置面に向かうように二対の二次流れ５２及び
５３が形成される。また、伝熱を促進する冷却リブ２５ａ，２５ｂの近傍では、リブ設置面２３のうちの冷却リブが設置されていない部分であるリブ開放部８０を這うような蛇行流れ５５と、蛇行流れ５５から分岐しリブに沿って仕切り壁６ｂ，６ｃに向かう流れ５６とが形成される。

冷却空気は流路中央５１付近を流れているときには部材の冷却にあまり貢献しない。一方、背側冷却面であるリブ設置面２３及び腹側冷却面であるリブ設置面２４近傍を流れる冷却媒体は高温の部材と熱交換し、部材を冷却する。したがって、流路中央５１付近の冷却媒体は、冷却通路７ｃ内の外側の冷却媒体よりも比較的温度が低い。

本実施例では、リブ設置面２３の中央から、リブ設置面２３の側端である仕切り壁６ｃ，６ｂとの境界に向かう流れ５６を引き起こすように伝熱促進する冷却リブ２５ａおよび２５ｂを配置する。さらに、腹側冷却面であるリブ設置面２４上にも同様の流れを引き起こすような冷却リブを配置する。その結果、二対の二次流れ５２，５３の形成が促進される。この二対の二次流れ５２，５３により、流路中央５１付近の低温の冷却媒体と、リブ設置面２３及び２４付近の高温の冷却媒体を循環させることができる。そのため、低温の冷却媒体が必要な背側冷却面であるリブ設置面２３近傍及び腹側冷却面であるリブ設置面２４近傍に、より温度が低い冷却媒体を供給することが可能になる。

上記理由から蛇行流れ５５は、二次流れ５２により流路中央５１の温度の低い冷たい空気１５ｂがもたらされるような乱流構造となる。そのためリブ設置面２３上の特に流路中央部、さらには冷却リブ２５ａおよび２５ｂの流路中央側部分の冷却効果を高める。

一方、冷却媒体の流れ方向に対する冷却リブ２５ａおよび２５ｂの背後には、伝熱にはほとんど寄与しない剥離循環領域５７が形成される可能性がある。流体はリブ上を通過する際、その流れはリブから剥離しやすく、流体の流れに対して陰になる部分、すなわちリブの背後にあたる領域には流体が届きにくくなる。この領域は剥離循環領域と呼ばれる。剥離循環領域では領域外からの流体の流入はほとんどなく、領域内の流体の大部分は領域内で循環を続ける。なお、流体がリブ設置面から剥離する際には大きな圧力損失が発生する。

本実施例では、冷却リブの上面および背面を流線形状としている。そのため、リブに導かれ仕切り板へ向かう流れ５６の一部を含む、冷却リブを超えようとする流れ５８は、リブ上面および背面を這ってリブ後方へと流れる。これにより、リブ上での冷却媒体の剥離を抑制でき、冷却空気の圧力損失を減少させると同時に剥離循環領域５７を縮小することができる。

剥離循環領域５７では、部材の熱を奪って昇温した空気が循環しているため、この領域を減らすことは、部材の冷却効率を高めることに大きく貢献する。さらに、従来よりも循環領域が減少した部分には、二次流れ５２にのって流路中央５１の温度の低い空気１５ｂが蛇行流れ５５，仕切り板へ向かう流れ５６として供給され、部材を冷却する。

つまり本実施例では、冷却リブ２５ａ及び２５ｂの上面および背面を滑らかにしたことによる剥離循環領域５７の削減と、二次流れ５２により流路中央５１の低温空気を蛇行流れ５５に導く、さらには剥離による冷却媒体の圧力損失を削減するという三つの効果を得ることができる。これらの相乗効果によって、本実施例のガスタービン翼は、効率的に冷却することができる。

なお本実施例中で、冷却リブ２６ａおよび２６ｂの説明を一部省略したが、冷却リブ
２６ａおよび２６ｂは、背側冷却面であるリブ設置面２３に設置された伝熱促進リブ25ａおよび２５ｂと同様に、腹側冷却面であるリブ設置面２４に設置され同様の効果を奏することはいうまでもない。

また本実施例では、冷却媒体のリブ上での剥離を抑えるためにリブの上面および背面の形状を流線形状とする例を示したが、本実施例で得られる効果は流線形状に限定されたものではない。従来の直方体状のリブなどと比べ、冷却媒体がリブの上面および背面を這う距離をのばせるもの、冷却媒体の剥離の程度を軽くさせるものであれば同種の効果を得ることができる。すなわち、冷却リブの表面上を流れる冷却媒体がリブ表面上を這ってリブ設置面へと流動するように促進する形状であればよい。このような、流線形状に準ずる形状には、短冊状の平面を何枚も組み合わせたものを流線形状に沿って設置したもの等がある。

図５に、本実施例における伝熱特性の傾向を示す。図５では、縦軸を、熱の流れ状況を示す無次元値平均ヌッセルト数と、比較例として用いた図９及び図１０のリブを用いたリブ設置面のヌッセルト数との比とし、横軸を冷却空気の流れ状況を示す無次元レイノルズ数とした。この図において縦軸の値が大きいほど冷却性能が良いことを示す。図に示されるように、比較例の構造よりも本実施例構造の伝熱性能の方が高い傾向にある。

続いて本発明の実施例２を、図６および図７を用いて説明する。図６，図７において、それぞれ図３，図４と共通の部分については同じ記号を付し、説明を省略する。

図６は冷却通路の縦断面図である。ここでは、翼背側壁２０側を例にとって説明する。背側冷却面であるリブ設置面２３の伝熱促進リブ３０ａ，３０ｂは、リブ設置面２３上のリブ未設置面である仕切り壁６ｂ，６ｃとの境界からの等距離線付近から左右交互に、かつ冷却空気流れ方向に対して異なる角度で配置されている。すなわち、乱流を促進する冷却リブ３０ａ及び３０ｂは、流れに対し逆ハの字にかつ互い違いの千鳥に配置されている。従来の乱流促進リブにおいては、どの冷却空気流れ方向断面においても冷却リブの断面は同じ形状であることが多かった。しかしながら、本実施例における冷却リブ３０ａにおいては、リブ３０ａの背面７０ｂは、流路中央から側壁である仕切り壁６ｃに向かうに従ってリブの流れ方向長さが徐々に長くなり、また冷却空気流れ方向に向かうに従ってリブ高さが低くなり、後方の仕切り壁６ｂ手前でリブ高さがゼロとなっている。

図７に冷却リブを配置した冷却通路７ｃにおけるリブまわりの流れの様子を示す。本実施例では、冷却空気流れに直交する方向にリブの断面を変化させ、リブの下流側であるリブ背面７０ｂに斜面を形成させている。これによって、リブに沿って仕切り壁６ｂおよび６ｃに向かう流れ５６の一部でありリブを超える流れ５８の伝熱面への再付着が早まる。つまり、冷却空気がリブから剥離している距離を短くすることができる。したがって循環領域５７を縮小することができる。

つまり本実施例では、冷却リブ３０ａおよび３０ｂの背面を、リブの上面を通過した冷却空気がリブ設置面２３に再付着しやすい形状として、再付着するまでの距離を短縮したことによる剥離循環領域５７の削減という効果が得られる。また、二次流れ５２により流路中央５１の低温空気を蛇行流れ５５に導くという効果も得ることができる。これらの相乗効果によって、本実施例のガスタービン翼も実施例１のものと同様、従来のものと比べてより効率的な冷却を施すことができる。

本実施例の特徴的な構成は、リブ背面を斜面とすることで、剥離した冷却媒体のリブへの再付着を促進し、剥離循環領域５７を小さくできる点である。したがって、冷却媒体の再付着を促進させる形状の冷却リブであれば、本実施例で示したものでなくても構わない。

図８には、本発明の実施例３を示す。図８は図１，図７と同様、冷却促進リブ構造を配置した冷却通路７ｃにおけるリブまわりの流れの様子である。ここでも翼背側壁２０側を例にとって説明する。リブ設置面２３の冷却リブ３１ａ，３１ｂはリブ設置面２３の中央辺りから左右交互に、かつ冷却空気流れ方向に対して異なる角度で配置されている。すなわち、冷却リブ３１ａ及び３１ｂは、流れに対し逆ハの字にかつ互い違いに配置されている。しかしながら、本実施例における冷却リブ３１ａはリブの前面が冷却通路形成方向断面に流線形状であると同時に、リブ３１ａのリブ背面７１ｂは、流路中央から側壁である仕切り壁６ｃに向かうに従ってリブの流れ方向長さが徐々に長くなり、また冷却空気流れ方向に向かうに従ってリブ高さが低くなり、後方のリブ手前でリブ高さがゼロとなっている。すなわち本実施例の冷却リブは、実施例１の流線型のリブに実施例２のリブの形を適用したものといえる。

このように冷却促進リブを形成することで、実施例１の効果、すなわちリブ上面での剥離を抑制することにより循環領域を縮小させる効果，圧力損失を低減する効果と、実施例２の効果、すなわち再付着を早めて循環領域を縮小させる効果とを相乗させることが可能となる。これが、二次流れ５２により流路中央５１の低温空気を蛇行流れ５５に導く構成とあいまって、循環領域を更に縮小もしくは無くすことができ、高い熱伝達効果を得ることができる。

なお、本実施例では冷却リブを、仕切り板表面と平行な面で切ったリブの断面を流線型としつつ、背面になだらかな傾斜を持たせたものとしている。しかし、この他にも、冷却リブでの冷却媒体の剥離を抑制するとともに、リブで剥離した冷却媒体の再付着を促進させる効果を持つ形状であればかまわない。このような形状の冷却リブは、本実施例の冷却リブと同種の効果を得ることができるためである。

各実施例は、本発明の基本構成を説明したものであるが、このほかにも種々の実施例，変形例，応用例が考えられることはいうまでもない。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、リブの形状は各リブに対し一つに限定されるものではなく、複数としても同様の効果があり、特に限定されるものではない。なお、冷却リブの設置位置について、リブ設置面の中央付近から側端に向かってのびるように設置するとした。しかし、リブ設置面上で蛇行流が形成される程度であれば、冷却媒体の流れに対して垂直な方向において、本実施例のものより長くても短くても構わない。

また、ガスタービン翼は翼を出来るだけ一様温度にすることが強度上望ましい。一方、タービン翼の外部熱的条件は翼周囲で異なる。従って翼を一様温度に冷却するには、翼の背側，腹側および仕切り壁の冷却リブ構造を外部熱的条件に合致した構造にすることが適切である。具体的には前記各実施例に示した、あるいは他に考えられる冷却リブの構造，形状，配置仕様を各冷却面の要求に合わせて採用する。

以上の説明ではガスタービンを例にとって説明してきたが、前述したように本発明はガスタービンに限らず、内部に冷却通路を有する部材であれば適用可能である。また実施例中では２本の内部構造を有したリターンフロー型構造を例にとって示したが、本発明の適用に冷却通路数の限定を与えるものではない。また、冷却媒体を空気として説明したが蒸気等他の媒体でも良い。なお、本発明構造を採用したガスタービン翼は、構成簡単であり現状の精密鋳造方法にても製作可能である。

本発明の実施形態の一つである冷却構造の斜視図を示す。 ガスタービン翼の縦断面図を示す。 ガスタービン翼の横断面図を示す。 本発明の実施形態の一つである冷却通路の断面拡大図を示す。 本発明の実施形態と比較例のヌセルト数の比較図を示す。 本発明の実施形態の一つである冷却通路の断面拡大図を示す。 本発明の実施形態の一つである冷却構造の斜視図を示す。 本発明の実施形態の一つである冷却構造の斜視図を示す。 比較例の冷却通路の断面拡大図を示す。 比較例の冷却構造の斜視図を示す。

符号の説明

１…ガスタービン翼、２…シャンク部、３…翼部、４，５…通路、６…部材、６ａ，
６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ…仕切り壁、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…冷却通路、８ａ，８ｂ…先端曲部、９ａ，９ｂ…下部曲部、１０…先端壁、１１…吹出し孔、１２…翼後縁、１３…吹出し部、１４…供給部、１５…冷却空気の流れ方向、１５ｂ…空気、
２０…翼背側壁、２１…翼腹側壁、２３，２４…リブ設置面、２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３２ｂ，６０ａ，６０ｂ…リブ、５１…流路中央、
５２，５３…二次流れ、５５…蛇行流れ、５６，５８…流れ、５７…循環領域、６６…角、７０ａ，７１ａ…リブ前面、７０ｂ，７１ｂ…リブ背面、８０…リブ開放部。

Claims (9)

1. 冷却リブが設けられた壁面を有する冷却通路を内部に備え、前記壁面を這うように冷却媒体を流通させて冷却を行う、内部に冷却通路を有する部材において、
   前記冷却リブは、前記冷却流路の前記壁面の中央付近を流れる前記冷却媒体の一部を前記壁面両側端側へ流動するように配置されるとともに、前記冷却リブ表面上を流れる前記冷却媒体の一部は前記冷却リブ表面上を這って前記壁面へと流動するように設置されたことを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
2. 請求項１において、
   前記冷却リブは、前記壁面における一方の側端と他方の側端との中間線付近から前記冷却媒体の下流方向にのびつつ一方の側端方向へ長さを持って設けられた第一のリブと、前記中間線付近から前記冷却媒体の下流方向にのびつつ他方の側端方向へ長さを持って設けられた第二のリブとを備え、前記第一のリブと第二のリブは前記冷却媒体の流れ方向に互い違いに複数配置されていることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
3. 冷却リブが設置された対向する壁面を有し、その間を媒体が流通して部材を冷却する冷却通路を備えた内部に冷却通路を有する部材において、
   前記冷却リブは、前記壁面近傍で対向する二面のリブ未設置面の中間付近から前記壁面の側端方向へのび、前記媒体の流れ方向に対して傾斜して配置された第一の冷却リブと、前記壁面近傍で対向する二面のリブ未設置面の中間付近から前記壁面の他方側端方向へのび、前記媒体流れ方向に対して傾斜して配置された第二の冷却リブとを備え、
   前記冷却リブは前記媒体の流れ方向に対して千鳥状となるように配置され、前記冷却リブの上面および背面は前記媒体の一部が前記冷却リブ表面上を這って前記壁面へと流動するように促進する形状であることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
4. 内部に、冷却リブが設置された壁面を有する内部冷却通路を備え、前記壁面を這うように前記内部冷却通路内に冷却媒体を流通させて冷却するようになした内部に冷却通路を有する部材において、
   前記冷却リブの前面は、前記冷却媒体が前記冷却通路中央付近から前記壁面両側端側へ流動するように冷却媒体流れ方向に対して傾斜配置し、
   前記冷却リブの上面および背面は、前記冷却媒体の前記壁面または前記冷却リブへの再付着を促進させる形状であることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
5. 内部に中空の通路を有し、該通路の対向する壁面に冷却リブを備え、該通路に媒体を流すことで冷却される内部に冷却通路を有する部材において、
   前記冷却リブの前記媒体の流れ方向に対する前面は、前記壁面付近の前記媒体の一部を該通路の側端方向へ導くように配置され、
   前記冷却リブの前記媒体の流れ方向に対する上面および背面は、前記冷却リブの前面の表面付近を通過した前記媒体の一部が前記上面及び背面を這うようにすることで部材からの剥離を抑える形状であるとともに、剥離した前記媒体の再付着までの距離を短くする形状であることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
6. 内部に、リブが設けられた壁面を有する冷却通路を備え、前記壁面を這うように前記冷却通路内に媒体を流通させることにより部材を冷却するようになした内部に冷却通路を有する部材において、
   前記リブは、前記冷却通路の中央付近の前記媒体を前記壁面に流動させ、前記壁面上で蛇行流を形成させつつ、その一部を前記壁面の両側端方向へ導くとともに、前記リブの表面上を流れる前記媒体の一部が前記リブから剥離することを抑制するように設置されていることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
7. 内部に中空の冷却通路を有し、該冷却通路の対向する壁面に冷却リブを備えた内部に冷却流路を有する部材において、
   前記冷却リブは、その前面が前記壁面における一方の側端と他方の側端との中間線付近から前記冷却媒体の下流方向にのびつつ一方の側端方向へ長さを持って設けられた第一のリブと、前記中間線付近から前記冷却媒体の下流方向にのびつつ他方の側端方向へ長さを持って設けられた第二のリブからなり、前記第一のリブと第二のリブは前記冷却媒体の流れ方向に互い違いに複数配置されており、
   前記冷却リブの上面および背面は、流線形状またはそれに準ずる形状であることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
8. 請求項１から７に記載の内部に冷却通路を有する部材において、
   前記部材はガスタービン翼であることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材。
9. 内部流路に冷却媒体を流通させて母体を冷却する内部に冷却通路を有する部材の冷却方法であって
   前記内部流路の壁面に設置したリブによって、前記内部流路の中央付近を流れる前記冷却媒体の一部を前記壁面両側端側へ流動させるとともに、前記リブ表面上を流れる前記冷却媒体の一部を前記リブ表面上に這って前記壁面へと流動させることを特徴とする内部に冷却通路を有する部材の冷却方法。
   

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