JP2013100786A - フィルム冷却構造及びタービン翼 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱媒体が流通する壁面2と、該壁面2に開口して冷却媒体を噴出する複数のフィルム冷却孔3と、を有するフィルム冷却構造1であって、熱媒体の主流方向(X軸方向)において隣り合うフィルム冷却孔3a,3bの各開口方向は、上記噴出によって形成される冷却媒体の渦の向きが互いに逆方向で、且つ、主流方向の下流側の符号B2で示す冷却媒体の渦が、主流方向の上流側の符号A2で示す冷却媒体の渦に巻き込まれて合流し、該合流した冷却媒体が壁面2に沿って主流方向と交差する同一方向に流通するように設定されているという構成を採用する。
【選択図】図4
Description
しかしながら、上記従来技術では、冷却媒体の押し付け作用が得られるのが冷却媒体の渦と渦との間の範囲であり、高いフィルム効率が得られる範囲が狭いという問題がある。
したがって、本発明では、高いフィルム効率が広範囲で得られる。
図1に示すように、タービン翼100の前縁部101には、本実施形態におけるフィルム冷却構造1が設けられている。フィルム冷却構造1は、熱媒体が流通する壁面2と、壁面2に開口して冷却媒体を噴出する複数のフィルム冷却孔3と、を有する構成となっている。
冷却媒体は、タービン翼100が複数取り付けられる不図示の翼サポート部品等から供給される低温の圧縮空気である。タービン翼100の内部は中空となって不図示の流路が形成されており、供給された冷却媒体は、フィルム冷却孔3から噴出する。
図において、X軸方向は熱媒体の主流方向を、Y軸方向は熱媒体の主流方向と直交する方向(スパン(翼幅)方向)を、Z軸方向はX−Y平面(壁面2)に対して垂直な方向を、それぞれ示す。
Δ = |γ1−γ2| (但し、100<Δ<120)
ケース1… 135<γ1<150 且つ 30<γ2<40
ケース2… 30<γ1<40 且つ 135<γ2<150
図4は、本発明の実施形態におけるフィルム冷却構造1による作用を説明するための図である。なお、図4(a)は図2における矢視A−A断面における冷却媒体の流れを示し、図4(b)は図2における矢視B−B断面における冷却媒体の流れを示し、図4(c)は図2における矢視C−C断面における冷却媒体の流れを示す。
図5に示すように、本実施形態のフィルム冷却構造1によれば、上流側のフィルム冷却孔3aから噴出した冷却媒体の流れと下流側のフィルム冷却孔3bから噴出した冷却媒体の流れとが干渉し合って、壁面2において高いフィルム効率が広範囲で得られていることが分かる。
また、本実施形態のフィルム冷却構造1を有するタービン翼100によれば、熱耐久性が向上するため、高性能化、長寿命化を図ることができる。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかにする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
図6に示すように、本多次元解析においては、タービン翼100の前縁部101を想定したモデルを用いた。本多次元解析においては、平断面視で略U字形状のモデルを半分にしたものを用いた。なお、図6において、上流側のフィルム冷却孔3aの基準面110に対する角度はαで示し、下流側のフィルム冷却孔3bの基準面110に対する角度はβで示している。
BR … 0.5≦BR≦2.0
[形状条件]
h/d(図2及び図3参照) … 3.5≦h/d<10.5 (ベース条件:h/d=3.5)
β(図6参照) … 39≦β≦90 (ベース条件:β=55°)
γ1(図3参照)… 10≦γ1 (ベース条件:γ1=45°)
γ2(図3参照)… γ2≦170 (ベース条件:γ2=45°)
また、図8に示すように、γ1<γ2の場合(逆の関係)においても同様に、形状条件(abs(γ1−γ2))が100°〜120°の範囲内にあれば、他の条件(BR、h/d、β)の値をある程度振ったとしても、高い冷却効率が得られることが分かる。
Claims (7)
- 熱媒体が流通する壁面と、該壁面に開口して冷却媒体を噴出する複数のフィルム冷却孔と、を有するフィルム冷却構造であって、
前記熱媒体の主流方向において隣り合う前記フィルム冷却孔の各開口方向は、前記噴出によって形成される前記冷却媒体の渦の向きが互いに逆方向で、且つ、前記主流方向の下流側の前記冷却媒体の渦が、前記主流方向の上流側の前記冷却媒体の渦に巻き込まれて合流し、該合流した前記冷却媒体が前記壁面に沿って前記主流方向と交差する同一方向に流通するように設定されていることを特徴とするフィルム冷却構造。 - 前記熱媒体の主流方向において隣り合う前記フィルム冷却孔の各開口方向は、前記主流方向と直交する平面内においてそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項1に記載のフィルム冷却構造。
- 前記熱媒体の主流方向において隣り合う前記フィルム冷却孔に係る、前記主流方向の上流側の前記開口方向の前記平面内における前記壁面に対する第1角度と、前記主流方向の下流側の前記開口方向の前記平面内における前記壁面に対する第2角度とは、互いに異なる角度に設定されていることを特徴とする請求項2に記載のフィルム冷却構造。
- 前記第1角度と前記第2角度との差は、100度よりも大きく、且つ、120度よりも小さい範囲内に設定されていることを特徴とする請求項3に記載のフィルム冷却構造。
- 前記第1角度及び前記第2角度のうちいずれか一方が、135度よりも大きく、且つ、150度よりも小さい範囲内に設定されている場合に、他方が、30度よりも大きく、且つ、40度よりも小さい範囲内に設定されていることを特徴とする請求項4に記載のフィルム冷却構造。
- 前記熱媒体の主流方向において隣り合う前記フィルム冷却孔は、前記主流方向と直交し、且つ、前記壁面に沿う方向において、互いに異なった位置に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のフィルム冷却構造。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のフィルム冷却構造を有するタービン翼。
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