JP2019078224A - Pin fin, pin fin group and turbine blade - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼に関する。 The present disclosure relates to pin fins, pin fins, and a turbine blade.
例えば、ガスタービンなどに用いられるタービン翼は、冷却のための冷却通路を内部に備えており、冷却通路に冷却空気を流通させることで翼メタルの温度上昇を抑制している(特許文献1参照)。例えば特許文献1に記載のタービン翼では、タービン翼の熱を冷却空気へ効率的に伝達させるために、冷却通路内に円柱状のピンフィンを複数設けている。
For example, a turbine blade used for a gas turbine or the like is internally provided with a cooling passage for cooling, and cooling metal is circulated through the cooling passage to suppress the temperature rise of the blade metal (see Patent Document 1). ). For example, in the turbine blade described in
例えば、発電用のガスタービンコンバインドサイクルにおいて、熱効率を向上させるためには、燃焼温度を上昇させることが有効である。しかし、翼メタルの温度上昇を抑制するために冷却空気をより多く流通させることは、熱効率の観点から好ましくない。そのため、タービン翼の熱をより効率的に冷却空気に伝達させてタービン翼を冷却することが望まれている。 For example, in a gas turbine combined cycle for power generation, it is effective to raise a combustion temperature in order to improve the thermal efficiency. However, it is not preferable from the viewpoint of thermal efficiency to circulate more cooling air in order to suppress the temperature rise of the wing metal. Therefore, it is desirable to transfer the heat of the turbine blade to the cooling air more efficiently to cool the turbine blade.
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、熱をより効率的に冷却媒体に伝達できるピンフィン、ピンフィン群及びタービン翼を提供することを目的とする。 In view of the above-described circumstances, at least one embodiment of the present invention aims to provide a pin fin, a pin fin group, and a turbine blade capable of transferring heat to a cooling medium more efficiently.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るピンフィンは、
対向する第1及び第2壁面の間を流れる冷却媒体に前記第1及び第2壁面からの熱を伝えるピンフィンであって、
前記第1壁面から前記第2壁面に向かって突出する第1突部と、前記第2壁面から前記第1壁面に向かって突出する第2突部とを備え、
前記冷却媒体の流れ方向に沿った方向であって、前記第1及び第2突部のそれぞれの先端面における最大寸法を規定する方向を第1方向、前記第1壁面及び前記第2壁面に沿った方向であって、前記第1方向と直交する方向を第2方向と定義し、
前記第1及び第2突部のそれぞれにおいて、前記第1方向における寸法を長さ寸法、前記第2方向における寸法を幅寸法と定義した場合に、
前記第1及び第2突部のそれぞれは、
長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの上流側の第1位置において、幅寸法が最大となる基端部、及び
前記基端部よりも前記先端面側に位置する中間部であって、前記第1位置において、前記基端部よりも小さい幅寸法を有し、且つ、前記第1位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において、幅寸法が最大となる中間部、
を含む。
(1) A pin fin according to at least one embodiment of the present invention,
A pin fin for transferring heat from the first and second walls to a cooling medium flowing between the opposing first and second walls,
And a second protrusion projecting from the second wall surface toward the first wall surface.
A direction along the flow direction of the cooling medium, the direction defining the maximum dimension of the tip end face of each of the first and second protrusions along the first direction, the first wall surface and the second wall surface Defined as a second direction, which is perpendicular to the first direction,
In each of the first and second protrusions, the dimension in the first direction is defined as the length dimension, and the dimension in the second direction is defined as the width dimension.
Each of the first and second protrusions is
A proximal end at which the width dimension is maximized at a first position upstream of the flow of the cooling medium than an intermediate position of the length dimension, and an intermediate portion positioned closer to the distal end surface than the proximal end. An intermediate portion having a width smaller than the base end at the first position and having a maximum width at the downstream side of the flow of the cooling medium than the first position;
including.
上記(1)の構成では、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
すなわち、上記(1)の構成では、基端部の幅寸法が、長さ寸法の中間位置よりも冷却媒体の流れの上流側の第1位置において最大となるので、第1及び第2壁面に沿って流れる冷却媒体が第1位置に向かうにつれてそれぞれ第1及び第2壁面から第1及び第2突部の先端面側に向かうように誘導される。第1位置よりも下流側では基端部の幅寸法が小さくなるので、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体は、第1位置を通過すると、先端面側から第1及び第2壁面側に向かうように流れの向きが変化する。このとき、上記(1)の構成では、中間部の幅寸法が第1位置よりも冷却媒体の流れの下流側において最大となるので、第1位置を通過した冷却媒体の上述した流れの向きの変化を促進する。
したがって、上記(1)の構成により、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進される。
In the configuration of the above (1), the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
That is, in the configuration of the above (1), the width dimension of the base end portion is largest at the first position on the upstream side of the flow of the cooling medium than the middle position of the length dimension. The cooling medium flowing along is guided from the first and second wall surfaces toward the leading end surface side of the first and second protrusions as it goes to the first position. Since the width dimension of the base end portion is smaller on the downstream side than the first position, the cooling medium guided toward the distal end surface side as described above passes the first position, and the first and The flow direction changes so as to be directed to the second wall side. At this time, in the configuration of the above (1), since the width dimension of the intermediate portion is maximum on the downstream side of the flow of the cooling medium than the first position, the direction of the above-mentioned flow of the cooling medium having passed the first position Promote change.
Therefore, according to the configuration of the above (1), the mixing of the cooling medium is promoted by the movement of the cooling medium in the direction orthogonal to the flow direction of the cooling medium.
冷却媒体の混合が促進されず、冷却媒体が第1及び第2壁面に沿って層流を形成するように流れていった場合、第1及び第2壁面から冷却媒体への熱伝達が下流側で低下するおそれがある。
しかし、上述したように、上記(1)の構成によれば、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進されるので、第1及び第2壁面から冷却媒体への熱伝達が下流側で低下するおそれがなく、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
If the mixing of the cooling medium is not promoted and the cooling medium flows to form a laminar flow along the first and second walls, heat transfer from the first and second walls to the cooling medium is downstream. There is a risk of
However, as described above, according to the configuration of the above (1), the mixing of the cooling medium is promoted by the movement of the cooling medium in the direction orthogonal to the flow direction of the cooling medium, so the first and second wall surfaces There is no possibility that the heat transfer to the cooling medium from the downstream decreases, and the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
また、上記(1)の構成では、第1及び第2突部から冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
すなわち、一般的に、冷却媒体の流れに対して直交する方向に延在する柱状部材では、冷却媒体の流れの上流側では柱状部材の表面における冷却媒体の流速が速いため冷却媒体への熱伝達が良好であるが、冷却媒体の流れの下流側では柱状部材の表面から冷却媒体の流れが剥離して冷却媒体の流速が低下するため冷却媒体への熱伝達が良好ではない。
しかし、上記(1)の構成では、中間部の幅寸法が第1位置よりも冷却媒体の流れの下流側において最大となるので、中間部において冷却媒体の流速が低下する領域を縮小できる。換言すると、上記(1)の構成では、中間部の上流側の表面において冷却媒体の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を拡大できる。
したがって、上記(1)の構成によれば、中間部において冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
Further, in the configuration of the above (1), heat is efficiently transferred from the first and second protrusions to the cooling medium, so that the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
That is, in general, in the columnar member extending in the direction orthogonal to the flow of the cooling medium, the heat transfer to the cooling medium occurs because the flow velocity of the cooling medium on the surface of the columnar member is high upstream of the flow of the cooling medium However, on the downstream side of the flow of the cooling medium, the flow of the cooling medium separates from the surface of the columnar member and the flow velocity of the cooling medium decreases, so that the heat transfer to the cooling medium is not good.
However, in the configuration of the above (1), since the width dimension of the middle portion is the largest downstream of the flow of the cooling medium than the first position, the region where the flow velocity of the cooling medium decreases in the middle portion can be reduced. In other words, in the configuration of the above (1), it is possible to expand the region where the flow velocity of the cooling medium is high, that is, the region where the heat transfer is good, on the upstream surface of the middle portion.
Therefore, according to the configuration of the above (1), since the heat is efficiently transferred to the cooling medium in the middle portion, the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
さらに、上記(1)の構成では、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体は、第1位置を通過すると、先端面側から第1及び第2壁面側に向かうように流れの向きが変化する。そのため、先端面側から第1及び第2壁面側に向かう冷却媒体が基端部の第1位置よりも下流側の表面に沿って流れることで、基端部の第1位置よりも下流側の表面における冷却媒体の流速低下を抑制できる。
したがって、上記(1)の構成によれば、基端部において冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
Furthermore, in the configuration of the above (1), as described above, the cooling medium guided toward the tip end face flows from the tip end face toward the first and second wall faces when passing the first position. Change in direction. Therefore, the cooling medium directed from the distal end surface toward the first and second wall surfaces flows along the surface downstream of the first position of the proximal end, whereby the cooling medium downstream of the first position of the proximal end It is possible to suppress the decrease in the flow velocity of the cooling medium on the surface.
Therefore, according to the configuration of the above (1), since the heat is efficiently transferred to the cooling medium at the proximal end portion, the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記中間部の幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において最大となる。
上記(2)の構成によれば、中間部において上述したような冷却媒体の流速が低下する領域をさらに縮小できるので、熱伝達が良好となる領域をさらに拡大できる。
したがって、上記(2)の構成によれば、中間部において冷却媒体へより効率的に熱が伝達されるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
(2) In some embodiments, in the configuration of the above (1), the width dimension of the middle portion is the largest downstream of the flow of the cooling medium than the middle position of the length dimension.
According to the configuration of the above (2), the region where the flow velocity of the cooling medium decreases as described above can be further reduced in the middle portion, so the region where the heat transfer becomes good can be further expanded.
Therefore, according to the configuration of the above (2), the heat is more efficiently transferred to the cooling medium in the intermediate portion, so that the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記中間部の幅寸法は、前記第1方向の任意の位置において、前記基端部の幅寸法と同じか、前記基端部の幅寸法よりも小さい。
上記(3)の構成では、中間部の近傍で冷却媒体が下流側に向かって流れやすくなるので、上述したように先端面側に向かって誘導された冷却媒体が下流に向かって流れやすくなり、冷却媒体の圧力損失を低減できる。これにより、冷却媒体の流量低下を抑制できるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
(3) In some embodiments, in the configuration of the above (1) or (2), is the width dimension of the middle part the same as the width dimension of the base end part at any position in the first direction? , Smaller than the width dimension of the proximal end.
In the configuration of the above (3), since the cooling medium tends to flow toward the downstream side near the middle portion, the cooling medium guided to the tip surface side tends to flow toward the downstream side as described above, The pressure loss of the cooling medium can be reduced. Thereby, since the flow rate reduction of the cooling medium can be suppressed, the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
また、上記(3)の構成では、ピンフィンを鋳造によって安価に製造できる。
すなわち、例えば、対向する第1及び第2壁面とピンフィンとをロストワックス精密鋳造によって一体的に形成する場合、対向する第1壁面と第2壁面とで挟まれた空間のうち、ピンフィンを除いた空間と同形状の中子を用いてろう型を成型する。一般的に、中子を製造する場合には、半割れの型を用いて製造するので、中子を半割れの型から抜くことができるようにしなければならず、中子の形状が制約を受ける。
Further, in the configuration of the above (3), the pin fins can be manufactured inexpensively by casting.
That is, for example, in the case where the opposing first and second wall surfaces and the pin fins are integrally formed by lost wax precision casting, the pin fins are excluded from the space sandwiched between the opposing first wall surface and the second wall surface. A wax mold is molded using a core having the same shape as the space. Generally, when manufacturing a core, since the core is manufactured using a half mold, the core must be able to be removed from the half mold, and the shape of the core is restricted. receive.
上記(3)の構成によれば、中間部の幅寸法が第1方向の任意の位置において、基端部の幅寸法と同じか、基端部の幅寸法よりも小さいので、半割れの型における、第1及び第2突部に相当する部位から中子を抜くことができ、上記(3)の構成のピンフィンの鋳造に用いる中子を容易に製造できる。したがって、上記(3)の構成のピンフィンを鋳造によって安価に製造できる。 According to the configuration of the above (3), since the width dimension of the middle portion is equal to or smaller than the width dimension of the base end at any position in the first direction, the half mold is The core can be removed from the portions corresponding to the first and second projections in the above, and the core used for casting the pin fin of the configuration of the above (3) can be easily manufactured. Therefore, the pin fins of the above configuration (3) can be manufactured inexpensively by casting.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、前記第1突部と前記第2突部とは、前記第1壁面と前記第2壁面との中間面に関して対称である。
上記(4)の構成によれば、第1及び第2壁面の間を流れる冷却媒体の流れも中間面に関して対称となるので、第1及び第2壁面の双方を効率的に冷却できる。
(4) In some embodiments, in the configuration according to any one of the above (1) to (3), the first protrusion and the second protrusion correspond to the first wall surface and the second wall surface. It is symmetrical about the interface.
According to the configuration of (4), the flow of the cooling medium flowing between the first and second wall surfaces is also symmetrical with respect to the intermediate surface, so that both of the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、前記第1突部と前記第2突部とは、前記先端面同士で接続されている。
上記(5)の構成によれば、先端面同士が接続された第1及び第2突部が第1及び第2壁面の補強部材としての役割を果たすので、第1及び第2壁面の強度を向上できる。
(5) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (4), the first protrusion and the second protrusion are connected to each other at the tip surfaces.
According to the configuration of the above (5), since the first and second protrusions whose tip surfaces are connected to each other play a role as a reinforcing member for the first and second wall surfaces, the strength of the first and second wall surfaces can be increased. It can improve.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、前記第1突部と前記第2突部とは、前記先端面同士が離間している。
上記(6)の構成によれば、第1及び第2突部におけるそれぞれの先端面が冷却媒体と接触するので、第1及び第2突部における冷却媒体との接触面積を増やすことができる。これにより、第1及び第2突部から冷却媒体へ効率的に熱が伝達されるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
(6) In some embodiments, in the configuration of any one of (1) to (4), the tip surfaces of the first protrusion and the second protrusion are separated from each other.
According to the configuration of the above (6), the tip end surfaces of the first and second protrusions contact the cooling medium, so the contact area of the first and second protrusions with the cooling medium can be increased. Thus, heat is efficiently transferred from the first and second protrusions to the cooling medium, so that the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の構成において、
前記第1及び前記第2突部は、前記冷却媒体の流れの上流側において前記第1方向に沿った少なくとも1つの切れ込み部を有し、
前記切れ込み部は、前記第1及び第2壁面から離れるにつれて前記第2方向の寸法が大きくなる。
上記(7)の構成によれば、第1及び第2突部が冷却媒体の流れの上流側において第1方向に沿った少なくとも1つの切れ込み部を有しているので、冷却媒体は、切れ込み部へ誘導される。また、第1及び第2壁面から離れるにつれて切れ込み部の第2方向の寸法が大きくなるので、切れ込み部へ誘導された冷却媒体は、第1及び第2壁面から離れるように誘導される。これにより、冷却媒体の流れ方向と直交する方向へ冷却媒体が移動することで冷却媒体の混合が促進されるので、第1及び第2壁面から冷却媒体への熱伝達が促進され、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
(7) In some embodiments, in the configuration of (6) above,
The first and second protrusions have at least one notch along the first direction on the upstream side of the flow of the cooling medium,
The dimension of the said 2nd direction becomes large as the said notch part leaves | separates from the said, 1st and 2nd wall surface.
According to the configuration of (7), since the first and second protrusions have at least one notch along the first direction on the upstream side of the flow of the coolant, the coolant is a notch It is induced to. In addition, since the dimension of the notch in the second direction increases with distance from the first and second wall surfaces, the cooling medium guided to the notch is guided away from the first and second wall surfaces. This promotes mixing of the cooling medium by moving the cooling medium in a direction orthogonal to the flow direction of the cooling medium, thereby promoting heat transfer from the first and second wall surfaces to the cooling medium. The second wall can be cooled efficiently.
(8)本発明の少なくとも一実施形態に係るピンフィン群は、
上記(1)乃至(7)の何れかの構成の複数のピンフィンを備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、
前記第2方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第1ピンフィン列と、
前記第1ピンフィン列に対して前記第1方向における前記冷却媒体の流れの下流側において、前記第2方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第2ピンフィン列と、含む。
(8) A pin fin group according to at least one embodiment of the present invention is
A pin fin group comprising a plurality of pin fins according to any one of the above (1) to (7), wherein
The plurality of pin fins are
A first pin fin row including a plurality of the pin fins arranged at intervals in the second direction;
A second pin fin row including a plurality of the pin fins arranged at intervals in the second direction on the downstream side of the flow of the cooling medium in the first direction with respect to the first pin fin row.
上記(8)の構成では、第2方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィンを含むピンフィン列が第1方向に2列存在するので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。 In the configuration of the above (8), since two pin fin rows including a plurality of pin fins arranged at intervals in the second direction exist in the first direction, the first and second wall surfaces can be efficiently cooled.
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、
前記第1突部と前記第2突部とは、前記先端面同士で接続されており、
前記第1ピンフィン列における任意のピンフィンを第1ピンフィン、
前記第2ピンフィン列における前記第1ピンフィンと最も近接するピンフィンを第2ピンフィン、
前記第1ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の1/2をR1、
前記第2ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の1/2をR2、
前記第1ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置と、前記第2ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置との前記第2方向における離間距離をDa、と定義した場合に、Da−R1−R2>0の関係を満たす。
(9) In some embodiments, in the configuration of (8) above,
The first protrusion and the second protrusion are connected by the tip surfaces,
Any pin fin in the first pin fin row is a first pin fin,
A second pin fin that is closest to the first pin fin in the second pin fin row;
One half of the maximum value of the width dimension at the tip end face of the first pin fin is R1,
One half of the maximum value of the width dimension in the tip end face of the second pin fin is R2,
When the separation distance in the second direction between the middle position of the width dimension of the first pin fin at the tip end surface and the middle position of the width dimension of the second pin fin at the tip end surface is defined as Da The relationship of R1-R2> 0 is satisfied.
上記(9)の構成によれば、第1ピンフィン列及び第2ピンフィン列を第1方向に投影した場合に、少なくとも中間部の近傍において第1ピンフィン列と第2ピンフィン列とがオーバーラップしない領域が形成されるので、冷却媒体の圧力損失を低減できる。これにより、冷却媒体の流量低下を抑制できるので、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。 According to the configuration of (9), when the first pin fin row and the second pin fin row are projected in the first direction, a region in which the first pin fin row and the second pin fin row do not overlap at least in the vicinity of the middle portion. The pressure loss of the cooling medium can be reduced. Thereby, since the flow rate reduction of the cooling medium can be suppressed, the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
(10)幾つかの実施形態では、上記(8)または(9)の構成において、
前記第1ピンフィン列における任意のピンフィンを第1ピンフィン、
前記第2ピンフィン列における前記第1ピンフィンと最も近接するピンフィンを第2ピンフィン、
前記第1ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の1/2をR3、
前記第2ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の1/2をR4、
前記第1ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置と、前記第2ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置との前記第2方向における離間距離をDb、と定義した場合に、Db−R3−R4<0の関係を満たす。
(10) In some embodiments, in the configuration of (8) or (9) above,
Any pin fin in the first pin fin row is a first pin fin,
A second pin fin that is closest to the first pin fin in the second pin fin row;
1/2 of the maximum value of the width at the base end of the first pin fin is R3,
One half of the maximum value of the width at the base end of the second pin fin is R4,
When the separation distance in the second direction between the middle position of the width at the base end of the first pin fin and the middle of the width at the base of the second pin fin is defined as Db, The relationship of Db-R3-R4 <0 is satisfied.
上述したように、冷却媒体は、第1及び第2突部の基端部近傍を通過する際に、第1及び第2壁面から先端面側に向かうように誘導され、その後、先端面側から第1及び第2壁面側に向かうように誘導されることで混合が促進される。
上記(10)の構成によれば、第1ピンフィン列及び第2ピンフィン列を第1方向に投影した場合に、基端部の少なくとも一部において第1ピンフィン列と第2ピンフィン列とがオーバーラップする領域が形成されるので、上述したような冷却媒体の混合がピンフィン列を通過するたびに繰り返される。したがって、第1及び第2壁面から冷却媒体への熱伝達が良好となり、第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
As described above, the cooling medium is guided from the first and second wall surfaces toward the distal end surface side when passing near the proximal end portions of the first and second protrusions, and then from the distal end surface side The mixing is promoted by being induced toward the first and second wall surfaces.
According to the configuration of the above (10), when the first pin fin row and the second pin fin row are projected in the first direction, the first pin fin row and the second pin fin row overlap at least a part of the base end portion. An area of mixing is formed, and the mixing of the cooling medium as described above is repeated each time it passes through the pin fin row. Therefore, heat transfer from the first and second wall surfaces to the cooling medium is improved, and the first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
(11)本発明の少なくとも一実施形態に係るピンフィン群は、
上記構成(1)乃至(7)の何れかの構成の複数のピンフィンと、
前記ピンフィンとは異なる形状を有する複数の通常ピンフィンと、を備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、前記複数の通常ピンフィンよりも、前記冷却媒体の流れの下流側に設けられる。
(11) A pin fin group according to at least one embodiment of the present invention is
A plurality of pin fins according to any one of the configurations (1) to (7);
A pin fin group comprising a plurality of normal pin fins having a shape different from that of the pin fin;
The plurality of pin fins are provided downstream of the flow of the cooling medium than the plurality of normal pin fins.
冷却媒体は、被冷却部材から奪った熱によって温度が上昇するため、下流側に向かうにつれて被冷却部材との温度差が小さくなり、冷却効率が低下する。
上記(11)の構成では、冷却媒体に熱を効率的に伝達できる複数のピンフィンが複数の通常ピンフィンよりも、冷却媒体の流れの下流側に設けられるので、冷却媒体の流れの下流側においても第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
The temperature of the cooling medium rises due to the heat taken from the member to be cooled, so the temperature difference with the member to be cooled becomes smaller toward the downstream side, and the cooling efficiency decreases.
In the configuration of the above (11), the plurality of pin fins capable of efficiently transferring heat to the cooling medium are provided downstream of the flow of the cooling medium than the plurality of normal pin fins. The first and second wall surfaces can be cooled efficiently.
(12)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
前記第1及び第2壁面との間に形成される冷却通路を内部に有するタービン翼であって、
前記冷却通路には、上記構成(8)乃至(11)の何れかの構成のピンフィン群が設けられる。
上記(12)の構成によれば、タービン翼の第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。
(12) A turbine blade according to at least one embodiment of the present invention,
A turbine blade internally having a cooling passage formed between the first and second wall surfaces, wherein
In the cooling passage, a pin fin group having any one of the configurations (8) to (11) is provided.
According to the configuration of the above (12), the first and second wall surfaces of the turbine blade can be cooled efficiently.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、対向する第1及び第2壁面の間を流れる冷却媒体によって第1及び第2壁面を効率的に冷却できる。 According to at least one embodiment of the present invention, the cooling medium flowing between the opposing first and second wall surfaces can efficiently cool the first and second wall surfaces.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely illustrative. Absent.
For example, a representation representing a relative or absolute arrangement such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” is strictly Not only does it represent such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions that indicate that things such as "identical", "equal" and "homogeneous" are equal states not only represent strictly equal states, but also have tolerances or differences with which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrilateral shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as rectangular shapes and cylindrical shapes in a geometrically strict sense, but also uneven portions and chamfers within the range where the same effect can be obtained. The shape including a part etc. shall also be expressed.
On the other hand, the expressions "comprising", "having", "having", "including" or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
最初に、一実施形態に係るガスタービン100について、図1を参照して説明する。なお、図1は、一実施形態に係るガスタービン100を示す概略構成図である。
First, a
図1に示すように、一実施形態に係るガスタービン100は、圧縮空気を生成するための圧縮機102と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器104と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン106と、を備える。発電用のガスタービン100の場合、タービン106には不図示の発電機が連結され、タービン106の回転エネルギーによって発電が行われるようになっている。
As shown in FIG. 1, a
ガスタービン100における各部位の具体的な構成例について説明する。
圧縮機102は、圧縮機車室110と、圧縮機車室110の入口側に設けられ、空気を取り込むための空気取入口112と、圧縮機車室110及び後述するタービン車室122を共に貫通するように設けられたロータシャフト108と、圧縮機車室110内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、空気取入口112側に設けられた入口案内翼114と、圧縮機車室110側に固定された複数の圧縮機静翼116と、圧縮機静翼116に対して交互に配列されるようにロータシャフト108に植設された複数の圧縮機動翼118と、を含む。なお、圧縮機102は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機102において、空気取入口112から取り込まれた空気は、複数の圧縮機静翼116及び複数の圧縮機動翼118を通過して圧縮されることで圧縮空気が生成される。そして、圧縮空気は圧縮機102から後段の燃焼器104に送られる。
A specific configuration example of each part in the
The
燃焼器104は、ケーシング(燃焼器車室)120内に配置される。図1に示すように、燃焼器104は、ケーシング120内にロータシャフト108を中心として環状に複数配置されていてもよい。燃焼器104には燃料と圧縮機102で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン106の作動流体である高温高圧の燃焼ガスを発生させる。そして、燃焼ガスは燃焼器104から後段のタービン106に送られる。
The
タービン106は、タービン車室(ケーシング)122と、タービン車室122内に配置された各種のタービン翼と、を備える。各種のタービン翼は、タービン車室122側に固定された複数のタービン静翼124と、タービン静翼124に対して交互に配列されるようにロータシャフト108に植設された複数のタービン動翼1と、を含む。タービン動翼1は、タービン静翼124とともにタービン車室122内を流れる高温高圧の燃焼ガスから回転駆動力を発生させるように構成される。この回転駆動力はロータシャフト108に伝達される。なお、タービン動翼1の具体的な構成例については後述する。また、タービン106は、出口案内翼等の他の構成要素を備えていてもよい。上記構成を有するタービン106においては、燃焼ガスが複数のタービン静翼124及び複数のタービン動翼1を通過することでロータシャフト108が回転駆動する。これにより、ロータシャフト108に連結された発電機が駆動されるようになっている。
The
タービン車室122の下流側には、排気車室128を介して排気室129が連結されている。タービン106を駆動した後の燃焼ガスは、排気車室128及び排気室129を通って外部へ排出される。
An
図2は、一実施形態のタービン動翼1の内部断面図であり、図3は、一実施形態のタービン動翼1を図2のA方向、すなわちロータシャフト108の径方向外側から見た断面図である。一実施形態のタービン動翼1はシャンク部2と翼部3とを備えており、翼部3が高温高圧の燃焼ガスに曝される。
FIG. 2 is an internal cross-sectional view of the
翼部3は、腹側の壁部(腹側壁)13と、背側の壁部(背側壁)14とを有する。図3に示すように、ロータシャフト108の径方向から見たときに、腹側壁13と背側壁14とは、前縁18において接続されており、後縁19において離間している。
The
翼部3には、対向する腹側壁13の内壁面13aと背側壁14の内壁面14aとの間に冷却媒体としての冷却空気を流す前縁側蛇行型冷却通路6と後縁側蛇行型冷却通路7が形成されている。
具体的には、翼部3の内部には隔壁10a,10b,10c,10d,10eが設けられており、隔壁10a,10b,10c,10d,10eと腹側壁13と背側壁14とによって囲まれた冷却通路4a,4b,4c,4d,4e,4f,4gが形成される。
In the
Specifically,
前縁側蛇行型冷却通路6は、後縁側蛇行型冷却通路7よりも前縁18側に設けられた冷却通路であり、冷却通路4a,4b,4cを含む。冷却通路4aと冷却通路4bとは転向部5aによって接続され、冷却通路4bと冷却通路4cとは転向部5bによって接続されている。
前縁側蛇行型冷却通路6の冷却空気の入口6aはタービン動翼1の根元側に設けられ、冷却空気の出口6bは翼部3の外周側(先端側)の端部に設けられている。
The leading edge
The cooling
後縁側蛇行型冷却通路7は、前縁側蛇行型冷却通路6よりも後縁19側に設けられた冷却通路であり、冷却通路4d,4e,4f,4gを含む。冷却通路4dと冷却通路4eとは転向部5cによって接続され、冷却通路4eと冷却通路4fとは転向部5dによって接続されている。冷却通路4gは、冷却通路4fの後縁19側に接続されている。
後縁側蛇行型冷却通路7の冷却空気の入口7aはタービン動翼1の根元側に設けられ、冷却空気の出口7bは翼部3の後縁19に設けられている。冷却空気の出口7bは、冷却通路4gにおける冷却空気の流れに対する下流側の端部である。
The trailing edge
The cooling
各蛇行型冷却通路6,7内には、冷却空気への熱伝達を促進するための堰状のリブ12が複数設けられている。また、後縁側蛇行型冷却通路7において冷却空気の流れに対して最も下流側の冷却通路4gには、後で詳述する、冷却空気への熱伝達を促進するためのピンフィン201を複数有するピンフィン群200が設けられている。
In each of the
タービン動翼1に供給される冷却空気には、例えば、圧縮機102から抽気した圧縮空気が利用される。
前縁側蛇行型冷却通路6では、入口6aから流入した冷却空気は、冷却通路4a,4b,4cを順に流れることで翼部3の先端側と根元側との間で蛇行し、出口6bからタービン動翼1の外部に流出する。
後縁側蛇行型冷却通路7では、入口7aから流入した冷却空気は、冷却通路4d,4e,4fを順に流れることで翼部3の先端側と根元側との間で蛇行し、冷却通路4gを後縁19側に向かって流れ、出口7bからタービン動翼1の外部に流出する。
For example, compressed air extracted from the
In the leading edge side
In the trailing edge side
(ピンフィン群200について)
図4は、一実施形態の冷却通路4gを冷却空気の流れの上流側から下流側に向かって見たときの翼部3の断面の一部を示す図であり、図5は、一実施形態の冷却通路4g内に設けられているピンフィン群200の一部についての斜視図である。なお、ピンフィン群200を構成する各ピンフィン201の形状の理解を容易にするために、図4及び後で説明する各図において、実際には表れないワイヤーフレームの線を併用してピンフィン201の外形を表すことがある。
一実施形態のピンフィン201は、腹側壁13の内壁面13aから背側壁14の内壁面14aに向かって突出する第1突部210と、背側壁14の内壁面14aから腹側壁13の内壁面13aに向かって突出する第2突部220とを備える。一実施形態では、第1突部210及び第2突部220は、腹側壁13の内壁面13aと背側壁14の内壁面14aとの中間面31、すなわち、内壁面13aと内壁面14aとの中間に位置する仮想の面までそれぞれ延在し、第1突部210の先端面211と、第2突部220の先端面221とが中間面31において接続されている。すなわち、一実施形態では、第1突部210と第2突部220とによってピンフィン201が一体的に形成されている。
一実施形態では、ピンフィン201は、中間面31に関して第1突部210と第2突部220とが対称である。
(About pin fin group 200)
FIG. 4 is a view showing a part of a cross section of the
The
In one embodiment, the
図6は、第1突部210の斜視図である。
説明の便宜上、冷却空気の流れ方向に沿った方向であって、第1及び第2突部210,220のそれぞれの先端面211,221における最大寸法LCmax(図6参照)を規定する方向をx方向とし、内壁面13a,14a(図4参照)に沿った方向であってx方向と直交する方向をy方向とする。また、中間面31に直交する方向をz方向とする。
上述のように定めたx、y、z方向を図4以降の各図において方向を表す際に用いることとする。
また、第1及び第2突部210,220のそれぞれにおいて、x方向における寸法を長さ寸法又は単に長さと呼び、y方向における寸法を幅寸法又は単に幅と呼び、z方向における寸法を高さ寸法又は単に高さと呼ぶ。また、以下の説明では、x方向を長さ方向とも呼び、y方向を幅方向とも呼び、z方向を高さ方向とも呼ぶ。
FIG. 6 is a perspective view of the
For convenience of explanation, the direction along the flow direction of the cooling air, which defines the maximum dimension LCmax (see FIG. 6) at the
The x, y, and z directions determined as described above are used to indicate directions in each of FIG. 4 and subsequent figures.
Also, in each of the first and
一実施形態では、中間面31に関して第1突部210と第2突部220とが対称であるので、第1突部210の先端面211における最大寸法LCmaxを規定する方向と、第2突部220の先端面221における最大寸法LCmaxを規定する方向とが一致している。しかし、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、第1突部210の先端面211における最大寸法LCmaxを規定する方向と、第2突部220の先端面221における最大寸法LCmaxを規定する方向とがずれていてもよい。
また、一実施形態では、第1突部210と第2突部220とが中間面31を境にx方向及びy方向にずれていないが、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、第1突部210と第2突部220とが中間面31を境にx方向やy方向にずれていてもよい。
In one embodiment, since the
In one embodiment, the
一実施形態では、第1突部210は、内壁面13aから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部212と、中間面31から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部213とを備える(図4,6参照)。以下の説明では、基端部212が内壁面13aから立ち上がる部分、すなわち基端部212の最も内壁面13a側の位置における第1突部210の断面を基端面214と呼ぶ。また、以下の説明では、第1突部210の先端面211の外縁と基端面214の外縁とを接続する面を側面215と呼ぶ。
同様に、第2突部220は、内壁面14aから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部222と、中間面31から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部223とを備える。以下の説明では、基端部222が内壁面14aから立ち上がる部分、すなわち基端部222の最も内壁面14a側の位置における第2突部220の断面を基端面224と呼ぶ。また、以下の説明では、第2突部220の先端面221の外縁と基端面224の外縁とを接続する面を側面225と呼ぶ。
In one embodiment, the
Similarly, the
(第1及び第2突部210,220の形状について)
以下、主に図6,7,8を参照して、一実施形態の第1突部210の形状について説明する。なお、上述したように、一実施形態の第2突部220が一実施形態の第1突部210と中間面31に関して対称であるので、第2突部220の形状の説明については省略する。
図7は、一実施形態の第1突部210をz方向から見たときの断面を表す図であり、図7(a)は、先端面211の形状を表し、図7(b)は、基端面214の形状を表す。図8は、第1突部210をz方向から見た図である。
(About the shape of the first and
Hereinafter, the shape of the
FIG. 7 is a view showing a cross section when the
(1)先端面211
図7(a)に示すように、一実施形態の先端面211は、冷却空気の流れの上流側の上流部211f及び下流側の下流部211rが外側に向かって凸となる、丸みを帯びた形状を呈する。なお、上流部211f及び下流部211rが外側に向かって凸となる、角張った形状を呈していてもよい。
上述したように、一実施形態の第1突部210では、先端面211における長さ寸法のうち、幅方向の中間位置における長さ寸法が最大寸法LCmaxとなる。
なお、先端面211の形状の理解を容易にするために、図7(a)において、最大寸法LCmaxを直径とする仮想の円C1を2点鎖線で表す。
一実施形態では、先端面211における幅寸法は、最大寸法LCmaxよりも小さく、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置OCよりも冷却空気の流れの下流側、すなわち、図7(a)の右側において最大値WCmaxをとる。
一実施形態では、先端面211は、中間位置OCを含みx方向に延在する線分CLcを対称軸として線対称である。
(1)
As shown to Fig.7 (a), the
As described above, in the
In order to facilitate understanding of the shape of the
In one embodiment, the width dimension at the
In one embodiment, the
(2)基端面214
図7(b)に示すように、一実施形態の基端面214は、冷却空気の流れの上流側の上流部214f及び下流側の下流部214rが外側に向かって凸となる、丸みを帯びた形状を呈する。なお、上流部214f及び下流部214rが外側に向かって凸となる、角張った形状を呈していてもよい。
なお、基端面214の形状の理解を容易にするために、図7(b)において、長さ方向の最大寸法LBmaxを直径とする仮想の円C2を2点鎖線で表す。なお、一実施形態では、基端面214の長さ方向の最大寸法LBmaxは、先端面211における長さ方向の最大寸法LCmaxと等しい。したがって、円C2と図7(a)における円C1とは、直径が等しい。
一実施形態では、基端面214における幅寸法は、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置OBよりも冷却空気の流れの上流側、すなわち、図7(b)の左側において最大値WBmaxをとる。
一実施形態では、基端面214は、中間位置OBを含みx方向に延在する線分CLbを対称軸として線対称である。
(2)
As shown in FIG. 7B, the
In addition, in order to facilitate understanding of the shape of the
In one embodiment, the width dimension at the
In one embodiment, the
一実施形態の第1突部210の形状についてさらに説明する。
一実施形態では、図8に示すように、先端面211の中間位置OCと基端面214の中間位置OBとは、z方向から見たときの位置が一致する。
例えば図6に示すように、一実施形態の第1突部210の側面215は、先端面211及び基端面214の外縁同士をなだらかに接続する面で形成されている。なお、後述する作用効果を奏する範囲内であれば、側面215に角張った領域が存在してもよい。
The shape of the
In one embodiment, as shown in FIG. 8, the middle position OC of the
For example, as shown in FIG. 6, the
一実施形態の基端部212では、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの上流側の第1位置において、幅寸法が最大となる。なお、図7(b)、図8において符号P1を付して表したx方向の位置は、基端面214における第1位置である。
なお、一実施形態では、上述したように、側面215が形状の異なる先端面211と基端面214との外縁同士をなだらかに接続する面で形成されていることから、基端部212におけるxy平面と平行な面で切断した断面の形状は、z方向の位置によって異なる。また、一実施形態では、基端部212における第1位置は、z方向の位置によって異なる。
なお、z方向の位置にかかわらず、基端部212におけるxy平面と平行な面で切断した断面の形状が同じであってもよい。この場合、基端部212における第1位置は、z方向の位置にかかわらず1か所に定まる。
At the
In one embodiment, as described above, since the
Note that regardless of the position in the z direction, the shape of the cross section of the
一実施形態の中間部213は、上記第1位置において、基端部212よりも小さい幅寸法を有する。また、中間部213では、上記第1位置よりも冷却空気の流れの下流側の第2位置において、幅寸法が最大となる。また、中間部213の幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。
なお、図7(a)、図8において符号P2を付して表したx方向の位置は、先端面211における第2位置である。一実施形態では、上述したように、側面215が形状の異なる先端面211と基端面214との外縁同士をなだらかに接続する面で形成されていることから、中間部213におけるxy平面と平行な面で切断した断面の形状は、z方向の位置によって異なる。また、一実施形態では、中間部213における第2位置は、z方向の位置によって異なる。
なお、z方向の位置にかかわらず、中間部213におけるxy平面と平行な面で切断した断面の形状が同じであってもよい。この場合、中間部213における第2位置は、z方向の位置にかかわらず1か所に定まる。
The
Note that the position in the x direction indicated with a symbol P2 in FIG. 7A and FIG. 8 is the second position on the
Note that regardless of the position in the z direction, the shape of the cross section of the
図6,8に示すように、中間部213の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部212の幅寸法と同じか、基端部212の幅寸法よりも小さい。より具体的には、中間部213の幅寸法は、冷却空気の流れに沿ったある位置よりも上流側では、基端部212の幅寸法よりも小さく、該位置よりも下流側では、基端部212の幅寸法と略等しい。
As shown in FIGS. 6 and 8, the width dimension of the
図9は、ピンフィン群200における複数のピンフィン201の配置について説明する図であり、中間面31で切断したピンフィン群200を背側壁14側から見た図である。
一実施形態のピンフィン群200では、複数のピンフィン201が、規則的に配置されている。具体的には、ピンフィン群200は、ピンフィン201、すなわち第1突部210及び図9において不図示の第2突部220がy方向に沿って所定のピッチPyで配置された第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203を備える。
第1ピンフィン列202と第2ピンフィン列203とは、x方向に所定のピッチPxで繰り返し配置されている(図5,9参照)。第1ピンフィン列202の各ピンフィン201と第2ピンフィン列203の各ピンフィン201とは、所定のずれ量D=0.5Pyでy方向にずれて配置されている。
FIG. 9 is a view for explaining the arrangement of the plurality of
In the
The first
一実施形態のピンフィン群200では、各ピンフィン201の先端面211における幅寸法の最大値(最大寸法LCmax)の1/2をRcとすると、D−2Rc>0の関係を満たす(図9参照)。そのため、一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、少なくとも中間面31において第1ピンフィン列202と第2ピンフィン列203とがオーバーラップしない非オーバーラップ領域32が形成される。
In the
また、一実施形態のピンフィン群200では、各ピンフィン201の基端部212における幅寸法の最大値(最大値WBmax)の1/2をRbとすると、D−2Rb<0の関係を満たす(図9参照)。そのため、一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、基端部212,222の少なくとも一部において第1ピンフィン列202と第2ピンフィン列203とがオーバーラップするオーバーラップ領域33が形成される。
Further, in the
次に、上述した一実施形態のピンフィン群200が設けられた冷却通路4g内での冷却空気の流れと、一実施形態のピンフィン群200によって冷却空気による冷却効果が向上する理由について、図8,10,11を参照して説明する。
図10は、一実施形態の冷却通路4gをy方向に沿って見たときの翼部3の断面の一部を模式的に示す図である。図11は、ピンフィン201の近傍における冷却空気の流れを表す図であり、図11(a)は、先端面211の近傍、すなわち中間面31の近傍における冷却空気の流れを矢印45,46によって表す図であり、図11(b)は、基端面214の近傍、すなわち、内壁面13aの近傍における冷却空気の流れを矢印47,48によって表す図である。
Next, the flow of the cooling air in the
FIG. 10 is a view schematically showing a part of a cross section of the
図8に示すように、一実施形態のピンフィン群200では、各ピンフィン201の基端部212,222の幅寸法が、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置OBよりも冷却空気の流れの上流側の第1位置において最大となる。したがって、図10の矢印41で示すように、内壁面13a,14aに沿って流れる冷却空気が第1位置に向かうにつれて、矢印42で示すように、それぞれ内壁面13a,14aから中間面31側に向かうように誘導される。なお、図10では、第1位置として基端面214,224における第1位置P1を図示している。
As shown in FIG. 8, in the
一実施形態では、上述したように、第1位置よりも下流側では基端部212,222の幅寸法が小さくなるので、上述したように先端面211,221側(中間面31側)に向かって誘導された冷却空気は、第1位置を通過すると、矢印43で示すように、中間面31側から内壁面13a,14a側に向かうように流れの向きが変化し、矢印44で示すように、内壁面13a,14a側に向かって流れる。
一実施形態では、上述したように、中間部213,223の幅寸法が第1位置よりも冷却空気の流れの下流側の第2位置において最大となる。したがって、第1位置を通過した冷却空気の上述した流れの向きの変化を促進する。なお、図10では、第2位置として先端面211,221における第2位置P2を図示している。
このようにして、一実施形態では、冷却空気の流れ方向と直交する方向、すなわちz方向へ冷却空気が移動することで冷却空気の混合が促進される。
In one embodiment, as described above, since the width dimensions of the
In one embodiment, as described above, the width dimension of the
Thus, in one embodiment, the movement of the cooling air in a direction perpendicular to the flow direction of the cooling air, that is, the z direction promotes mixing of the cooling air.
仮に、冷却空気の混合が促進されず、冷却空気が内壁面13a,14aに沿って層流を形成するように流れていった場合、内壁面13a,14aの表面近傍を流れる冷却空気の温度が上昇することで内壁面13a,14aから冷却空気への熱伝達が下流側で低下するおそれがある。
しかし、一実施形態のピンフィン群200によれば、上述したように、冷却空気の流れ方向と直交する高さ方向へ冷却空気が移動することで冷却空気の混合が促進されるので、内壁面13a,14aの表面近傍を流れる冷却空気の温度上昇を抑制できる。これにより、内壁面13a,14aから冷却空気への熱伝達が下流側で低下することを抑制できるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
If the mixing of the cooling air is not promoted and the cooling air flows to form a laminar flow along the inner wall surfaces 13a and 14a, the temperature of the cooling air flowing near the surface of the inner wall surfaces 13a and 14a is By rising, there is a possibility that heat transfer from the
However, according to the
また、一実施形態のピンフィン群200では、第1及び第2突部210,220から冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
すなわち、一般的に、冷却媒体の流れに対して直交する方向に延在する柱状部材では、冷却媒体の流れの上流側では柱状部材の表面における冷却媒体の流速が速いため冷却媒体への熱伝達が良好であるが、冷却媒体の流れの下流側では柱状部材の表面から冷却媒体の流れが剥離して冷却媒体の流速が低下するため冷却媒体への熱伝達が良好ではない。
しかし、一実施形態のピンフィン201では、中間部213,223の幅寸法が第1位置よりも冷却空気の流れの下流側の第2位置において最大となる。これにより、中間部213,223において冷却空気の流速が低下する領域を縮小できる。換言すると、図11(a)の矢印51で示すように、中間部213,223の上流側の表面において冷却空気の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を相対的に拡大できる。
特に、一実施形態では、中間部213,223の幅寸法は、長さ寸法の中間位置OB,OCよりも冷却空気の流れの下流側において最大となるので、中間部213,223において上述したような冷却空気の流速が低下する領域をさらに縮小でき、熱伝達が良好となる領域をさらに拡大できる。
したがって、一実施形態のピンフィン群200では、ピンフィン201の中間部213,223において冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
Moreover, in the
That is, in general, in the columnar member extending in the direction orthogonal to the flow of the cooling medium, the heat transfer to the cooling medium occurs because the flow velocity of the cooling medium on the surface of the columnar member is high upstream of the flow of the cooling medium However, on the downstream side of the flow of the cooling medium, the flow of the cooling medium separates from the surface of the columnar member and the flow velocity of the cooling medium decreases, so that the heat transfer to the cooling medium is not good.
However, in the
In particular, in one embodiment, the width dimension of the
Therefore, in the
さらに、一実施形態のピンフィン群200では、図10の矢印42で示すように中間面31側に向かって誘導された冷却空気は、第1位置を通過すると、図10の矢印43で示すように中間面31側から内壁面13a,14a側に向かうように流れの向きが変化する。そのため、中間面31側から内壁面13a,14a側に向かう冷却空気が、図10の矢印44及び図11(b)の矢印48で示すように基端部212,222の第1位置よりも下流側の表面に沿って流れる。これにより、図11(b)の矢印53で示した領域、すなわち、基端部212,222の第1位置よりも下流側の表面において、冷却空気の流速低下を抑制でき、冷却空気へ熱を良好に伝達できる。
したがって、一実施形態のピンフィン群200では、ピンフィン201の基端部212,222において冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
なお、図11(b)の矢印52で示した領域は、基端部212,222の上流側の表面において矢印47で示した冷却空気の流速が速く、熱伝達が良好な領域である。
Furthermore, in the
Therefore, in the
The region indicated by the
一実施形態のピンフィン群200では、中間部213,223の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部212,222の幅寸法と同じか、基端部212,222の幅寸法よりも小さい。これにより、中間部213,223の近傍で冷却空気が下流側に向かって流れやすくなるので、上述したように中間面31側に向かって誘導された冷却空気が下流に向かって流れやすくなり、冷却空気の圧力損失を低減できる。これにより、冷却空気の流量低下を抑制できるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
In the
一実施形態のピンフィン群200では、第1突部210と第2突部220とは、中間面31に関して対称である。これにより、冷却通路4gを流れる冷却空気の流れも中間面31に関して対称となるので、腹側壁13及び背側壁14の双方を効率的に冷却できる。
In the
一実施形態のピンフィン群200では、第1突部210と第2突部220とは、先端面211,221同士で接続されている。これにより、先端面211,221同士が接続された第1及び第2突部210,220が腹側壁13及び背側壁14の補強部材としての役割を果たすので、腹側壁13及び背側壁14の強度を向上できる。
In the
一実施形態のピンフィン群200は、y方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン201を含む第1ピンフィン列202と、第1ピンフィン列202に対してx方向における冷却空気の流れの下流側において、y方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン201を含む第2ピンフィン列203と含む。
すなわち、一実施形態のピンフィン群200では、y方向に間隔をあけて配列される複数のピンフィン201を含むピンフィン列がx方向に複数列存在するので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
In one embodiment, the
That is, in the
一実施形態のピンフィン群200では、上述したように、図9を用いて説明した各寸法がD−2Rc>0の関係を満たす。そのため、一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、非オーバーラップ領域32が形成される。これにより、冷却空気の圧力損失を低減できるので、冷却空気の流量低下を抑制でき、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
In the
一実施形態のピンフィン群200では、上述したように、図9を用いて説明した各寸法がD−2Rb<0の関係を満たす。そのため、一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、オーバーラップ領域33が形成される。
上述したように、冷却空気は、第1及び第2突部210,220の基端部212,222の近傍を通過する際に、図10の矢印42で示すように、内壁面13a,14aから中間面31側に向かうように誘導され、その後、矢印43,44で示すように、中間面31側から内壁面13a,14a側に向かうように誘導されることで混合が促進される。
一実施形態のピンフィン群200では、上述したオーバーラップ領域33が存在することで、上述したような冷却空気の混合が第1及び第2ピンフィン列202,203を通過するたびに繰り返される。したがって、内壁面13a,14aの表面近傍を流れる冷却空気の温度を下げることができるので、内壁面13a,14aから冷却空気への熱伝達が良好となり、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
In the
As described above, when the cooling air passes near the
In the
一実施形態に係るタービン動翼1は、内壁面13a,14aの間に形成される冷却通路4gを内部に有するタービン翼であって、冷却通路4gには、一実施形態のピンフィン群200が設けられる。これにより、タービン動翼1の腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
The
なお、一実施形態のタービン動翼1は、例えばロストワックス精密鋳造によって安価に製造できる。
すなわち、例えば、タービン動翼1をロストワックス精密鋳造によって製造する場合、ピンフィン群200については、対向する腹側壁13と背側壁14とで挟まれた空間のうち、ピンフィン群200を除いた空間、すなわち冷却空気が流れる領域と同形状の中子を用いてろう型を成型する。
一般的に、中子を製造する場合には、半割れの型を用いて製造するので、中子を半割れの型から抜くことができるようにしなければならず、中子の形状が制約を受ける。
The
That is, for example, in the case of manufacturing the
Generally, when manufacturing a core, since the core is manufactured using a half mold, the core must be able to be removed from the half mold, and the shape of the core is restricted. receive.
図12は、一実施形態のタービン動翼1の鋳造に用いるろう型を成型するための中子300のうち、ピンフィン群200に係る部分についての斜視図である。中子300は、ろう型のろうが満たされる開口301を複数有する。この開口301の形状は、ピンフィン201の形状と同形状である。
図13は、中子300の製造に用いる半割れの型350の一部についての斜視図である。半割れの型350は、中子300の開口301に対応する突部351を複数有する。半割れの型350の突部351の形状は、一実施形態の第1及び第2突部210,220の形状と同形状である。
FIG. 12 is a perspective view of a portion related to the
FIG. 13 is a perspective view of a portion of a
一実施形態では、第1及び第2突部210,220は、中間部213,223の幅寸法が長さ方向の任意の位置において、基端部212,222の幅寸法と同じか、基端部212,222の幅寸法よりも小さい。したがって、半割れの型350の突部351は、第1及び第2突部210,220と同様に突出方向の先端側に向かうにつれて径が小さくなる。したがって、半割れの型350の突部351を中子300の開口301から抜くことができるので、中子300を容易に製造できる。したがって、一実施形態のタービン動翼1を鋳造によって安価に製造できる。
In one embodiment, the first and
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
(1)例えば、上述した一実施形態のピンフィン201の形状は一例であり、様々なバリエーションが存在する。そのバリエーションの一つを図14に示す。図14は、上述した一実施形態の第1突部210に対応する他の実施形態の第1突部210Aの斜視図である。
第1突部210Aは、一実施形態の第1突部210の先端面211、基端部212、中間部213、基端面214、及び側面215にそれぞれ対応する、先端面211A、基端部212A、中間部213A、基端面214A、及び側面215Aを備える。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes the embodiments in which the above-described embodiments are modified, and the embodiments in which these embodiments are appropriately combined.
(1) For example, the shape of the
The
第1突部210Aの基端部212Aでは、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの上流側となる、ある位置において、幅寸法が最大となる。中間部213Aは、該位置において、基端部212Aよりも小さい幅寸法を有する。また、中間部213Aでは、該位置よりも冷却空気の流れの下流側において、幅寸法が最大となる。また、中間部213Aの幅寸法は、長さ寸法の中間位置よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。中間部213Aの幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部212Aの幅寸法と同じか、基端部212Aの幅寸法よりも小さい。
側面215Aは、形状の異なる先端面211Aと基端面214Aとの外縁同士をなだらかに接続する面で形成されている。
At the
The
第1突部210Aでは、中間部213Aにおいて、冷却空気の流れの上流側端から下流側に向かうにつれて、幅方向の長さ寸法は徐々に大きくなった後、徐々に小さくなり、再び大きくなって最大寸法をとる。換言すると、第1突部210Aでは、中間部213A近傍の側面215Aにおいて、凹状となる凹状部216Aが存在する。このように、第1突部210Aに凹状部216Aが存在していてもよく、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。
In the
(2)上述した一実施形態では、第1突部210の先端面211と、第2突部220の先端面221とが中間面31において接続されているが、第1突部210の先端面211と、第2突部220の先端面221とは離間していてもよい。第1突部210の先端面211と、第2突部220の先端面221とが離間している場合、各先端面211,221も冷却空気に接触するので、第1及び第2突部210,220における冷却空気との接触面積を増やすことができる。これにより、第1及び第2突部210,220から冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
なお、第1突部210の先端面211と、第2突部220の先端面221とが離間している場合、各先端面211,221は平面であってもよく、曲面であってもよい。
(2) In the embodiment described above, the
When the
さらに、第1突部及び第2突部は、以下で説明するように上流側が幅方向に分岐していていてもよい。
図15は、他の実施形態に係る第1突部210Bの斜視図である。
他の実施形態の第1突部210Bと不図示の第2突部とは、互いに対向した状態で、離間して配置されている。なお、他の実施形態に係る第2突部は、図15に示した他の実施形態の第1突部210Bと中間面31(図4参照)に関して対称であるので、第2突部の形状についての説明は省略する。
Furthermore, the first protrusion and the second protrusion may be branched in the width direction on the upstream side as described below.
FIG. 15 is a perspective view of a
The
第1突部210Bは、冷却空気の流れ方向に沿ってそれぞれ延在する、中央側突部261と、一方側突部262と、他方側突部263とを有する。
説明の便宜上、冷却空気の流れ方向に沿った方向であって、中央側突部261が延在する方向をx方向とし、内壁面13a,14a(図4参照)に沿った方向であってx方向と直交する方向をy方向とし、x方向及びy方向のそれぞれに対して直交する方向をz方向とする。以下の説明では、上述した一実施形態の場合と同様に、x方向における寸法を長さ寸法又は単に長さと呼び、y方向における寸法を幅寸法又は単に幅と呼び、z方向における寸法を高さ寸法又は単に高さと呼ぶ。また、以下の説明では、x方向を長さ方向とも呼び、y方向を幅方向とも呼び、z方向を高さ方向とも呼ぶ。
The
For convenience of explanation, the direction along the flow direction of the cooling air, in which the
図16は、図15における第1突部210Bの矢視断面図であり、図16(a)は、図15のx方向のa位置における矢視断面図であり、図16(b)は、図15のx方向のb位置における矢視断面図であり、図16(c)は、図15のx方向のc位置における矢視断面図である。
図15,16に示すように、中央側突部261は、冷却空気の流れの上流側となる上流部261aにおいて、x方向と直交する方向の断面の断面積、すなわちyz平面に平行な断面の断面積が、x方向に沿って冷却空気の流れの下流側に向かうにつれて増加するように形成されている。また、中央側突部261の上流部261aのy方向及びz方向の寸法は、冷却空気の流れの下流側となる下流部261bのy方向及びz方向の寸法よりも小さい。
中央側突部261は、x方向に沿った寸法がy方向に沿った寸法よりも大きい。
16 is an arrow sectional view of the
As shown in FIGS. 15 and 16, in the
The
一方側突部262は、中央側突部261の延在方向と交差する方向、すなわちy方向の一方側において中央側突部261と離間している。
また、他方側突部263は、y方向の一方側とは反対側の他方側において中央側突部261と離間している。
The one
The
冷却空気の流れの上流側となる、一方側突部262の上流部262a及び他方側突部263の上流部263aは、x方向に沿って延在する。冷却空気の流れの下流側となる、一方側突部262の下流部262b及び他方側突部263の下流部263bは、それぞれ中央側突部261側に向かって延在していて、中央側突部261に接続している。
中央側突部261と、一方側突部262及び他方側突部263とが接続する接続範囲において、中央側突部261の延在方向と直交する方向の断面、すなわち、例えば図16(b)に示す断面において、中央側突部261は、一方側突部262及び他方側突部263よりも大きい高さ寸法を有する。
The
In a connection range where the
図15に示すように、他の実施形態に係る第1突部210Bは、冷却空気の流れの上流側においてx方向に沿った少なくとも2つの切れ込み部267,268を有する。切れ込み部267は、一方側突部262と中央側突部261とによって挟まれた部分であり、冷却空気の流路となる。切れ込み部268は、他方側突部263と中央側突部261とによって挟まれた部分であり、冷却空気の流路となる。切れ込み部267,268の幅寸法は、高さ方向に向かって内壁面13a(図16参照)から離れるにつれて大きくなる。
As shown in FIG. 15, the
他の実施形態に係る第1突部210Bは、内壁面13aから所定の高さ寸法の範囲内の部位である基端部272と、中央側突部261において高さ方向に最も高い高さ位置から所定の高さ寸法の範囲内の部位である中間部273とを備える。なお、他の実施形態に係る第1突部210Bにおいて、例えば基端部272は、内壁面13aから、一方側突部262及び他方側突部263における高さ方向に最も高い高さ位置までの部位である。また、他の実施形態に係る第1突部210Bにおいて、例えば、中間部273は、中央側突部261において高さ方向に最も高い高さ位置から、一方側突部262及び他方側突部263における高さ方向に最も高い高さ位置までの部位である。
The
図17は、図16(b)のC−C矢視断面図である。
以下の説明では、基端部272が内壁面13aから立ち上がる部分、すなわち基端部272の最も内壁面13a側の位置における第1突部210Bの断面を基端面274と呼ぶ。基端面274は、図16(b)のB−B矢視断面である。
図17においてハッチングを施した領域は中間部断面277であり、図16(b)のC−C矢視断面、すなわち、中間部273の所定の高さ位置における第1突部210Bの断面である。
FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
In the following description, a section of the
The hatched area in FIG. 17 is the
例えば図15及び図17に示すように、基端部272は、長さ寸法Lの中間位置P10(図17参照)よりも冷却空気の流れの上流側の第1位置において、幅寸法が最大となる。なお、図17において符号P11を付して表したx方向の位置は、基端面274における第1位置である。
中間部273は、上記第1位置において、基端部272よりも小さい幅寸法を有する。また、中間部273では、上記第1位置よりも冷却空気の流れの下流側の第2位置において、幅寸法が最大となる。また、中間部273の幅寸法は、長さ寸法Lの中間位置P10よりも冷却空気の流れの下流側において最大となる。
なお、図17において符号P12を付して表したx方向の位置は、中間部断面277における第2位置である。
For example, as shown in FIGS. 15 and 17, the
The
Note that the position in the x direction indicated with reference numeral P12 in FIG. 17 is the second position in the
このように構成される他の実施形態の第1突部210Bの近傍を流れる冷却空気の流れについて、図15を参照して説明する。
内壁面13a(図4,16参照)に沿って流れてきた冷却空気は、第1突部210Bに到達すると、矢印71で示すように、中央側突部261と一方側突部262との間、及び中央側突部261と他方側突部263との間、すなわち、切れ込み部267,268に誘導される。
The flow of the cooling air flowing in the vicinity of the
When the cooling air having flowed along the
切れ込み部267,268の幅は、内壁面13aから離れるにつれて大きくなるので、切れ込み部267,268へ誘導された冷却空気は、内壁面13aから離れるように誘導される。
また、上述したように、一方側突部262の下流部262b及び他方側突部263の下流部263bは、それぞれ中央側突部261側に向かって延在していて、中央側突部261に接続している。そのため、切れ込み部267,268に誘導された冷却空気は、矢印72で示すように、内壁面13aから離れ、一方側突部262の下流部262b及び他方側突部263の下流部263bに乗り上がる。
Since the width of the
Further, as described above, the
上述したように、中央側突部261と、一方側突部262及び他方側突部263とが接続する接続範囲において中央側突部261が一方側突部262及び他方側突部263よりも大きい高さ寸法を有する。また、中間部273は、上記第1位置において、基端部272よりも小さい幅寸法を有し、上記第1位置よりも冷却空気の流れの下流側の第2位置において、幅寸法が最大となる。
そのため、一方側突部262の下流部262b及び他方側突部263の下流部263bに乗り上がった冷却空気は、矢印73で示すように、各下流部262b,263bをそれぞれ乗り越えて下流側へ流れる。
このように、冷却空気は、第1突部210Bの各下流部262b,263b、及び不図示の第2突部における、上記下流部262b,263bに相当する部分を乗り越える際に冷却空気の流れ方向と直交する方向、すなわちz方向へ移動する。これにより、冷却空気の混合が促進されるので、内壁面13a,14aから冷却空気へ効率的に熱が伝達され、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
また、中央側突部261のx方向に沿った寸法がy方向に沿った寸法よりも大きいので、上述した一実施形態における図11(a)の矢印51で示した領域と同様に、冷却空気の流速が速い領域、すなわち熱伝達が良好となる領域を、単なる円柱形状の突部と比較して相対的に拡大できる。これにより、冷却空気へ効率的に熱が伝達されるので、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
As described above, the
Therefore, as indicated by the
Thus, the cooling air flows in the flow direction of the cooling air when it passes over portions corresponding to the
Further, since the dimension along the x direction of the
なお、上述した他の実施形態に係る第1突部210B及び不図示の第2突部では、上流側において幅方向に分岐した3つの部位である中央側突部261と、一方側突部262と、他方側突部263とを有している。しかし、第1突部及び第2突部の上流側における幅方向に分岐した部位の数は2つでもよく、4つ以上でもよい。
In the
(3)上述した一実施形態では、ピンフィン201は、中間面31に関して第1突部210と第2突部220とが対称である。すなわち、上述した一実施形態では、第1突部210と第2突部220とが同一形状である。しかし、上述した作用効果を奏する範囲内であれば、第1突部210と第2突部220とで形状が異なっていてもよい。
(3) In the embodiment described above, in the
(4)上述した一実施形態では、ピンフィン群200のすべてのピンフィンが上述した形状を呈するピンフィン201である。しかし、ピンフィン群200の一部のピンフィンだけが上述した形状を呈するピンフィン201であってもよい。例えば、従来のピンフィンと同様に断面が円形である円柱上のピンフィン(通常ピンフィン)を冷却空気の流れの上流側に複数配置し、通常ピンフィンの下流側に上述した一実施形態のピンフィン201を複数配置してもよい。
冷却空気の流れの上流側では、冷却空気と腹側壁13及び背側壁14との温度差が大きいので、通常ピンフィンであっても腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。しかし、冷却空気の流れの下流側では、腹側壁13及び背側壁14から奪った熱によって冷却空気の温度が上昇するため、下流側に向かうにつれて腹側壁13及び背側壁14との温度差が小さくなり、冷却効率は低下する。しかし、冷却空気に熱を効率的に伝達できる複数のピンフィン201を複数の通常ピンフィンよりも、冷却空気の流れの下流側に設けることで、冷却空気の流れの下流側においても腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
(4) In one embodiment mentioned above, it is
On the upstream side of the flow of the cooling air, the temperature difference between the cooling air and the
(5)一実施形態では、先端面211における幅寸法は、図7(a)に示すように、幅方向の中間位置における長さ方向の中間位置OCよりも冷却空気の流れの下流側において最大値WCmaxをとる。しかし、先端面211における幅寸法が最大寸法となる位置は、図7(b)に示した上述した第1位置P1よりも下流側であれば、中間位置OCよりも冷却空気の流れの上流側であってもよい。この場合であっても、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
(5) In one embodiment, as shown in FIG. 7A, the width dimension at the
(6)上述した一実施形態では、図6,8に示すように、中間部213の幅寸法は、長さ方向の任意の位置において、基端部212の幅寸法と同じか、基端部212の幅寸法よりも小さい。しかし、中間部213の幅寸法は、長さ方向の一部の位置において、基端部212の幅寸法よりも大きくてもよい。中間部213の幅寸法が、長さ方向の一部の位置において、基端部212の幅寸法よりも大きくても、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
なお、この場合には、図13に示した半割れの型350の突部351を図12に示した中子300の開口301から抜くことが難しい。しかし、図13に示した半割れの型350を用いるのではなく、たとえば、3Dプリンターのような製造装置を用いて中子300を製造してもよい。したがって、中間部213の幅寸法が、長さ方向の一部の位置において、基端部212の幅寸法よりも大きくても、上述した一実施形態と同様に、タービン動翼1を鋳造によって安価に製造できる。
(6) In the embodiment described above, as shown in FIGS. 6 and 8, the width dimension of the
In this case, it is difficult to remove the
(7)上述した一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、非オーバーラップ領域32が形成される。しかし、非オーバーラップ領域32が形成されなくてもよい。非オーバーラップ領域32が形成されない場合であっても、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
(7) In the
(8)上述した一実施形態のピンフィン群200では、第1ピンフィン列202及び第2ピンフィン列203をx方向に投影した場合に、図4に示すように、オーバーラップ領域33が形成される。しかし、オーバーラップ領域33が形成されなくてもよい。オーバーラップ領域33が形成されない場合であっても、腹側壁13及び背側壁14を効率的に冷却できる。
(8) In the
(9)上述した一実施形態では、タービン動翼1が一実施形態のピンフィン群200を備えている。しかし、タービン静翼124が一実施形態のピンフィン群200と同様のピンフィン群を備えていてもよい。
また、タービン動翼1やタービン静翼124以外の冷却対象物が一実施形態のピンフィン群200と同様のピンフィン群を備えていてもよい。すなわち、例えば柱状のピンフィンを用いて気体や液体と熱の伝達を行っている従来の装置において、該ピンフィンに代えて一実施形態のピンフィン201を適用してもよい。
なお、冷却媒体は空気に限らず、各種の気体や液体を用いてもよい。
(9) In one embodiment mentioned above,
Further, objects to be cooled other than the
The cooling medium is not limited to air, and various gases and liquids may be used.
1 タービン動翼
3 翼部
4 冷却通路
4a,4b,4c,4d,4e,4f,4g 冷却通路
6 前縁側蛇行型冷却通路
7 後縁側蛇行型冷却通路
13 腹側の壁部(腹側壁)
13a 内壁面
14 背側の壁部(背側壁)
14a 内壁面
31 中間面
100 ガスタービン
200 ピンフィン群
201 ピンフィン
202 第1ピンフィン列
203 第2ピンフィン列
210,210A,210B 第1突部
211 先端面
212 基端部
213 中間部
214 基端面
211A 先端面
212A 基端部
213A 中間部
214A 基端面
220 第2突部
221 先端面
222 基端部
223 中間部
224 基端面
261 中央側突部
262 一方側突部
263 他方側突部
267,268 切れ込み部
DESCRIPTION OF
14a
Claims (12)
前記第1壁面から前記第2壁面に向かって突出する第1突部と、前記第2壁面から前記第1壁面に向かって突出する第2突部とを備え、
前記冷却媒体の流れ方向に沿った方向であって、前記第1及び第2突部のそれぞれの先端面における最大寸法を規定する方向を第1方向、前記第1壁面及び前記第2壁面に沿った方向であって、前記第1方向と直交する方向を第2方向と定義し、
前記第1及び第2突部のそれぞれにおいて、前記第1方向における寸法を長さ寸法、前記第2方向における寸法を幅寸法と定義した場合に、
前記第1及び第2突部のそれぞれは、
長さ寸法の中間位置よりも前記冷却媒体の流れの上流側の第1位置において、幅寸法が最大となる基端部、及び
前記基端部よりも前記先端面側に位置する中間部であって、前記第1位置において、前記基端部よりも小さい幅寸法を有し、且つ、前記第1位置よりも前記冷却媒体の流れの下流側において、幅寸法が最大となる中間部、
を含むピンフィン。 A pin fin for transferring heat from the first and second walls to a cooling medium flowing between the opposing first and second walls,
And a second protrusion projecting from the second wall surface toward the first wall surface.
A direction along the flow direction of the cooling medium, the direction defining the maximum dimension of the tip end face of each of the first and second protrusions along the first direction, the first wall surface and the second wall surface Defined as a second direction, which is perpendicular to the first direction,
In each of the first and second protrusions, the dimension in the first direction is defined as the length dimension, and the dimension in the second direction is defined as the width dimension.
Each of the first and second protrusions is
A proximal end at which the width dimension is maximized at a first position upstream of the flow of the cooling medium than an intermediate position of the length dimension, and an intermediate portion positioned closer to the distal end surface than the proximal end. An intermediate portion having a width smaller than the base end at the first position and having a maximum width at the downstream side of the flow of the cooling medium than the first position;
Including pin fins.
前記切れ込み部は、前記第1及び第2壁面から離れるにつれて前記第2方向の寸法が大きくなる請求項6に記載のピンフィン。 The first and second protrusions have at least one notch along the first direction on the upstream side of the flow of the cooling medium,
The pin fin according to claim 6, wherein the size of the second direction increases as the notches get further from the first and second wall surfaces.
前記複数のピンフィンは、
前記第2方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第1ピンフィン列と、
前記第1ピンフィン列に対して前記第1方向における前記冷却媒体の流れの下流側において、前記第2方向に間隔をあけて配列される複数の前記ピンフィンを含む第2ピンフィン列と、含むピンフィン群。 A pin fin group comprising a plurality of pin fins according to any one of claims 1 to 7, comprising:
The plurality of pin fins are
A first pin fin row including a plurality of the pin fins arranged at intervals in the second direction;
A pin fin group including a second pin fin row including a plurality of the pin fins arranged at intervals in the second direction on the downstream side of the flow of the cooling medium in the first direction with respect to the first pin fin row .
前記第1ピンフィン列における任意のピンフィンを第1ピンフィン、
前記第2ピンフィン列における前記第1ピンフィンと最も近接するピンフィンを第2ピンフィン、
前記第1ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の1/2をR1、
前記第2ピンフィンの前記先端面における幅寸法の最大値の1/2をR2、
前記第1ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置と、前記第2ピンフィンの前記先端面における幅寸法の中間位置との前記第2方向における離間距離をDa、と定義した場合に、Da−R1−R2>0の関係を満たす請求項8に記載のピンフィン群。 The first protrusion and the second protrusion are connected by the tip surfaces,
Any pin fin in the first pin fin row is a first pin fin,
A second pin fin that is closest to the first pin fin in the second pin fin row;
One half of the maximum value of the width dimension at the tip end face of the first pin fin is R1,
One half of the maximum value of the width dimension in the tip end face of the second pin fin is R2,
When the separation distance in the second direction between the middle position of the width dimension of the first pin fin at the tip end surface and the middle position of the width dimension of the second pin fin at the tip end surface is defined as Da 9. The pin fin group according to claim 8, wherein the relationship of R1−R2> 0 is satisfied.
前記第2ピンフィン列における前記第1ピンフィンと最も近接するピンフィンを第2ピンフィン、
前記第1ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の1/2をR3、
前記第2ピンフィンの前記基端部における幅寸法の最大値の1/2をR4、
前記第1ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置と、前記第2ピンフィンの前記基端部における幅寸法の中間位置との前記第2方向における離間距離をDb、と定義した場合に、Db−R3−R4<0の関係を満たす請求項8又は9に記載のピンフィン群。 Any pin fin in the first pin fin row is a first pin fin,
A second pin fin that is closest to the first pin fin in the second pin fin row;
1/2 of the maximum value of the width at the base end of the first pin fin is R3,
One half of the maximum value of the width at the base end of the second pin fin is R4,
When the separation distance in the second direction between the middle position of the width at the base end of the first pin fin and the middle of the width at the base of the second pin fin is defined as Db, The pin fin group according to claim 8 or 9, which satisfies the relationship of Db-R3-R4 <0.
前記ピンフィンとは異なる形状を有する複数の通常ピンフィンと、を備えるピンフィン群であって、
前記複数のピンフィンは、前記複数の通常ピンフィンよりも、前記冷却媒体の流れの下流側に設けられるピンフィン群。 A plurality of pin fins according to any one of claims 1 to 7;
A pin fin group comprising a plurality of normal pin fins having a shape different from that of the pin fin;
The plurality of pin fins are provided on the downstream side of the flow of the cooling medium with respect to the plurality of normal pin fins.
前記冷却通路には、請求項8乃至11の何れか1項に記載のピンフィン群が設けられるタービン翼。 A turbine blade internally having a cooling passage formed between the first and second wall surfaces, wherein
A turbine blade provided with the pin fin group according to any one of claims 8 to 11 in the cooling passage.
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