JP2566984B2 - ガスタービン翼 - Google Patents
ガスタービン翼Info
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- JP2566984B2 JP2566984B2 JP62225314A JP22531487A JP2566984B2 JP 2566984 B2 JP2566984 B2 JP 2566984B2 JP 62225314 A JP62225314 A JP 62225314A JP 22531487 A JP22531487 A JP 22531487A JP 2566984 B2 JP2566984 B2 JP 2566984B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は冷却構造を備えたガスタービン翼に係り、タ
ービン翼の全体にわたり均一にしかも冷却気体の量を出
来るだけ小量とし、上記ガスの温度低下を防止出来るガ
スタービン翼に関する。
ービン翼の全体にわたり均一にしかも冷却気体の量を出
来るだけ小量とし、上記ガスの温度低下を防止出来るガ
スタービン翼に関する。
（従来の技術） ガスタービン翼の冷却方法として、圧縮機の出口空気
による冷却方式が採用されているが、この冷却方式とし
て、翼内部に挿入体を挿入し、挿入体先端部から翼前縁
の内面に向けて高速の空気噴流を吹き付け、内面熱伝達
率を高くすることにより冷却効果を上げる、いわゆる衝
突冷却方式が知られている（例えば、特開昭51−69708
号公報）。
による冷却方式が採用されているが、この冷却方式とし
て、翼内部に挿入体を挿入し、挿入体先端部から翼前縁
の内面に向けて高速の空気噴流を吹き付け、内面熱伝達
率を高くすることにより冷却効果を上げる、いわゆる衝
突冷却方式が知られている（例えば、特開昭51−69708
号公報）。
この衝突冷却方式を採用したガスタービン翼は、内壁
面に冷気ダクトを形成する複数のリブ状突出部（以下
「リブ」と称する）が翼弦方向に形成されている中空翼
形の外被と、この外被内にリブに接合して挿着された中
空状の挿入体の組合せからなり、外被の前縁内面と挿入
体の先端部との間に乱気流室が形成されるとともに、挿
入体の先端部に乱気流室に向けて冷却空気噴出用の空気
孔が穿設されている。
面に冷気ダクトを形成する複数のリブ状突出部（以下
「リブ」と称する）が翼弦方向に形成されている中空翼
形の外被と、この外被内にリブに接合して挿着された中
空状の挿入体の組合せからなり、外被の前縁内面と挿入
体の先端部との間に乱気流室が形成されるとともに、挿
入体の先端部に乱気流室に向けて冷却空気噴出用の空気
孔が穿設されている。
挿入体の内部に送られた圧縮機の出口空気は、先端部
の空気孔から乱気流室内に噴き出され、外被前縁内表面
への衝突により翼前縁内部を強力に冷却し、さらに外被
内表面と挿入体との間に形成された冷気ダクトを通っ
て、外被内表面全体を冷却しつつ後縁から流出する。
の空気孔から乱気流室内に噴き出され、外被前縁内表面
への衝突により翼前縁内部を強力に冷却し、さらに外被
内表面と挿入体との間に形成された冷気ダクトを通っ
て、外被内表面全体を冷却しつつ後縁から流出する。
このような冷却構造を備えた従来のガスタービン翼に
おいて、翼の温度を許容値以下に保つためには多くの冷
却空気を必要としていた。冷却空気の流量が多いと、翼
の温度を低下させる能力は向上するが、反面、ガスター
ビン翼に作用するガスタービンの温度が低下し、タービ
ンの出力効率を低下させてしまう不都合を生ずるという
ことがあり、必要以上に冷却気体を用いることは得策で
はない。出来得るならばこれは最小限に押えて置く必要
がある。従ってガスの温度は一定温度に保持し、しかも
タービン翼の温度は低温にしたいという相反する特性が
必要となるがこれを解決する手段が現在までに見かって
いない。
おいて、翼の温度を許容値以下に保つためには多くの冷
却空気を必要としていた。冷却空気の流量が多いと、翼
の温度を低下させる能力は向上するが、反面、ガスター
ビン翼に作用するガスタービンの温度が低下し、タービ
ンの出力効率を低下させてしまう不都合を生ずるという
ことがあり、必要以上に冷却気体を用いることは得策で
はない。出来得るならばこれは最小限に押えて置く必要
がある。従ってガスの温度は一定温度に保持し、しかも
タービン翼の温度は低温にしたいという相反する特性が
必要となるがこれを解決する手段が現在までに見かって
いない。
（発明が解決しようとする問題点） 先ずタービンの出力効率に影響の大きいガスの温度を
低下させないために一定の温度に維持させると共に、タ
ービン翼の冷却気体の量を必要最小限として、しかも冷
却効率を向上を計るにはタービン翼の一部に問題がある
ことを発見した。
低下させないために一定の温度に維持させると共に、タ
ービン翼の冷却気体の量を必要最小限として、しかも冷
却効率を向上を計るにはタービン翼の一部に問題がある
ことを発見した。
（問題点を解決するための手段） 本発明はガスタービン翼が構成される内壁面に冷却用
ダクトの一部を形成する複数個のリブを有する中空翼形
状の外被と、この外被内に形成されたリブの面にその外
面を当接することによって冷却用の上記ダクトを構成す
る断面が上記外被と同等な中空状の挿入体とを有するも
のである。なお挿入体の冷却用ダクトを構成する対向壁
面には、冷却用の気体を通過するための空気孔が穿設さ
れている。
ダクトの一部を形成する複数個のリブを有する中空翼形
状の外被と、この外被内に形成されたリブの面にその外
面を当接することによって冷却用の上記ダクトを構成す
る断面が上記外被と同等な中空状の挿入体とを有するも
のである。なお挿入体の冷却用ダクトを構成する対向壁
面には、冷却用の気体を通過するための空気孔が穿設さ
れている。
上記構成において、本発明の特徴点は外被内に形成さ
れたリブと挿入体の外面とで形成されるダクト（これは
逆であっても可）の断面積の大きさを部分的に変化させ
ることによってダクト内の冷却用気体を能率よく通過せ
しめ、よって外被の冷却温度を均一かつ効率よく行なう
ことの出来るガスタービン翼である。
れたリブと挿入体の外面とで形成されるダクト（これは
逆であっても可）の断面積の大きさを部分的に変化させ
ることによってダクト内の冷却用気体を能率よく通過せ
しめ、よって外被の冷却温度を均一かつ効率よく行なう
ことの出来るガスタービン翼である。
本発明の一つの構成は挿入体の一部と外被のリブとで
形成されるダクトの断面積（空間面積）の大きさが、ダ
クトの先端部に対し中間部及び後端部を大きく変化させ
たことを特徴としたものである。
形成されるダクトの断面積（空間面積）の大きさが、ダ
クトの先端部に対し中間部及び後端部を大きく変化させ
たことを特徴としたものである。
本発明の他の構成は上記ダクトの断面積がダクトの先
端部から後端部にかけて階段状に変化させたことを特徴
としたものである。
端部から後端部にかけて階段状に変化させたことを特徴
としたものである。
本発明の他の構成は、ダクト内への挿入体からの乱気
流の噴射を効率よく行なうようにしたことを特徴とする
ものである。
流の噴射を効率よく行なうようにしたことを特徴とする
ものである。
（作用） 中空状の挿入体の一部と、中空翼形状の外被のリブと
によって形成されたダクトを、その先端部分に対し中間
部及び後端部の断面積を大きくすることにより、このダ
クト内を流れる冷却気体（大気）の流れをスムーズとし
過熱する翼を効率よく冷却することが可能となるので、
必要最小限の大気量でタービン翼を冷却することが出来
るのでタービン用ガスの不所望な低温化を防止すること
が出来る特徴がある。
によって形成されたダクトを、その先端部分に対し中間
部及び後端部の断面積を大きくすることにより、このダ
クト内を流れる冷却気体（大気）の流れをスムーズとし
過熱する翼を効率よく冷却することが可能となるので、
必要最小限の大気量でタービン翼を冷却することが出来
るのでタービン用ガスの不所望な低温化を防止すること
が出来る特徴がある。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を説明するための中空翼形
状の外被の要部の断面を示すものであって、先端部２か
ら彎曲された中空翼状の外被１は中間部３及び後端部４
を備えている（翼弦状）。この中空翼状の外被の内壁に
は翼の翼弦に沿って複数個のリブ５が形成されている。
この各リブ５は平行に一定の間隙を持って形成され先端
部から後端部の途中において段部６が形成され、この各
リブ５によって形成された溝７は溝巾が除々に拡大され
た状態となっている。すなわち、第２図（ａ）に示すよ
うに（第１図Ａ−Ａ′線で断面し矢印方向に視た断面
図）上記溝７の第１段部分はl1で示すように小さく形成
されている。また第２図（ｂ）は第１図Ｂ−Ｂ′線で断
面し矢印方向に視た断面図でこれは外被の中間部３のリ
ブ５の一部を拡大（l2）して溝７を巾広く形成したもの
である。第２図（ｃ）は第１図Ｃ−Ｃ′線を上記同様に
断面したものでリブ５の溝巾が更に拡大（l3）された溝
７を形成している。なおこの溝７は、先端部から後端部
の間に少なくとも一つの拡大部を設ければよく、また段
部でなく傾斜面とすることも出来る。またこの溝７は断
面円型であってもよい。
状の外被の要部の断面を示すものであって、先端部２か
ら彎曲された中空翼状の外被１は中間部３及び後端部４
を備えている（翼弦状）。この中空翼状の外被の内壁に
は翼の翼弦に沿って複数個のリブ５が形成されている。
この各リブ５は平行に一定の間隙を持って形成され先端
部から後端部の途中において段部６が形成され、この各
リブ５によって形成された溝７は溝巾が除々に拡大され
た状態となっている。すなわち、第２図（ａ）に示すよ
うに（第１図Ａ−Ａ′線で断面し矢印方向に視た断面
図）上記溝７の第１段部分はl1で示すように小さく形成
されている。また第２図（ｂ）は第１図Ｂ−Ｂ′線で断
面し矢印方向に視た断面図でこれは外被の中間部３のリ
ブ５の一部を拡大（l2）して溝７を巾広く形成したもの
である。第２図（ｃ）は第１図Ｃ−Ｃ′線を上記同様に
断面したものでリブ５の溝巾が更に拡大（l3）された溝
７を形成している。なおこの溝７は、先端部から後端部
の間に少なくとも一つの拡大部を設ければよく、また段
部でなく傾斜面とすることも出来る。またこの溝７は断
面円型であってもよい。
第３図は本発明に係る中空状の挿入体30の要部の断面
を夫々示すもので（ａ）は断面筒状の気体通過孔31を有
するもの、（ｂ）は断面おわん状の気体通過孔31が、同
（ｃ）は断面盃状の気体通過孔31が夫々形成されたもの
である。このように形成された外被１及び挿入体30は、
第４図に示すように組立られる。すなわち、外被１の中
空内に設定された中空状の挿入体30は断面が外被と相似
形をしており、外被１のリブに挿入体30の外壁を当設す
ることによってダクト40を形成している。ダクト40の形
成されている挿入体30の各壁面には夫々必要数だけ気体
通過孔31が形成されて矢印で示すように挿入体30の中空
内に導入された圧縮気体を効率よくダクト40の先端部か
ら後端部へ流通せしめるようにしてガスタービン用の翼
10を構成して成る。
を夫々示すもので（ａ）は断面筒状の気体通過孔31を有
するもの、（ｂ）は断面おわん状の気体通過孔31が、同
（ｃ）は断面盃状の気体通過孔31が夫々形成されたもの
である。このように形成された外被１及び挿入体30は、
第４図に示すように組立られる。すなわち、外被１の中
空内に設定された中空状の挿入体30は断面が外被と相似
形をしており、外被１のリブに挿入体30の外壁を当設す
ることによってダクト40を形成している。ダクト40の形
成されている挿入体30の各壁面には夫々必要数だけ気体
通過孔31が形成されて矢印で示すように挿入体30の中空
内に導入された圧縮気体を効率よくダクト40の先端部か
ら後端部へ流通せしめるようにしてガスタービン用の翼
10を構成して成る。
なお、挿入体30に形成されている気体通過孔31はその
断面形状を夫々変えて形成してあり、この気体通過孔31
の特性に応じて使い分けすることが出来る。
断面形状を夫々変えて形成してあり、この気体通過孔31
の特性に応じて使い分けすることが出来る。
例えば噴射気流の乱気流の発生を特に必要としたい場
合には第３図（ｂ）に示すように気体通過孔31の断面形
状がおわん形のものを用いることが出来る。また噴射気
流をシャープにしたい場合には第３図（ａ）に示すよう
に筒状のものを用いればよい。このように外被１の冷却
部に応じて噴射気流を効率よく使用することが出来る利
点がある。このようにすることによって更に噴射気流の
量を適当に調整することによってガスの温度低下を十分
に押えて保持することが可能となり、ガス効率を向上す
ることが出来るという効果がある。
合には第３図（ｂ）に示すように気体通過孔31の断面形
状がおわん形のものを用いることが出来る。また噴射気
流をシャープにしたい場合には第３図（ａ）に示すよう
に筒状のものを用いればよい。このように外被１の冷却
部に応じて噴射気流を効率よく使用することが出来る利
点がある。このようにすることによって更に噴射気流の
量を適当に調整することによってガスの温度低下を十分
に押えて保持することが可能となり、ガス効率を向上す
ることが出来るという効果がある。
なお、ダクトの長さとダクトの拡大断面積の形状位置
との関係は、本発明者の実験によればダクトの先端から
後端における無次元長比Δl/lが少なくとも0.1に設定す
ることが望ましい。よってこの長さを維持してダクトの
断面積を設定すればよい。
との関係は、本発明者の実験によればダクトの先端から
後端における無次元長比Δl/lが少なくとも0.1に設定す
ることが望ましい。よってこの長さを維持してダクトの
断面積を設定すればよい。
［発明の効果］ このように形成されたガスタービン翼10は中空挿入体
30の中空部に冷却用の圧縮気体（大気，ガス等の気体で
あれば可）を導入しておき、これを挿入体の気体通過孔
31を夫々介してダクト内に噴射させる。噴射した冷却気
体は外被１のダクト先端部を始め中間部及び後端部を有
効的に冷却して、後端部より排出される。
30の中空部に冷却用の圧縮気体（大気，ガス等の気体で
あれば可）を導入しておき、これを挿入体の気体通過孔
31を夫々介してダクト内に噴射させる。噴射した冷却気
体は外被１のダクト先端部を始め中間部及び後端部を有
効的に冷却して、後端部より排出される。
ところで挿入体31の気体通過孔31から噴射された気体
の内外被１先端部付近の冷却気体はダクトの面に射突し
て外被の熱を吸収して中間部−後端部へと流れて排出さ
れるが夫々の途中において他の冷却気体を混じえて気体
の量を増大しながらダクトの壁の熱を吸収して行く、こ
の場合先端部分の気体ダクトの断面積が小さいが気体量
が比較的少ないので滞留は起らない。そして中間部へと
流れて行くが中間部においてはその断面積が大きくなる
ので能率よく通過させることが出来るので流速が向上し
冷却効果が十分に向上する。
の内外被１先端部付近の冷却気体はダクトの面に射突し
て外被の熱を吸収して中間部−後端部へと流れて排出さ
れるが夫々の途中において他の冷却気体を混じえて気体
の量を増大しながらダクトの壁の熱を吸収して行く、こ
の場合先端部分の気体ダクトの断面積が小さいが気体量
が比較的少ないので滞留は起らない。そして中間部へと
流れて行くが中間部においてはその断面積が大きくなる
ので能率よく通過させることが出来るので流速が向上し
冷却効果が十分に向上する。
すなわち冷却気体は先端部においてはダクトの狭いと
ころで熱吸収し、これが中間部においてはその部分に新
たに噴射される冷却気体と混合されて上記より広いダク
ト部分を通過する。この場合はダクトの断面積が大きい
ため気体の流速は多少遅くなるがその間リブ壁との接触
関係が多くなって外被の熱を吸収する度合が大きくな
る。これを繰返えして排出されるので冷却気体は全体が
完全燃焼した状態で排出されたことになり冷却効率を十
二分に向上させることが出来る。
ころで熱吸収し、これが中間部においてはその部分に新
たに噴射される冷却気体と混合されて上記より広いダク
ト部分を通過する。この場合はダクトの断面積が大きい
ため気体の流速は多少遅くなるがその間リブ壁との接触
関係が多くなって外被の熱を吸収する度合が大きくな
る。これを繰返えして排出されるので冷却気体は全体が
完全燃焼した状態で排出されたことになり冷却効率を十
二分に向上させることが出来る。
第５図は、本発明ガスタービン翼の他の実施例を説明
するもので、上記実施例と異る点は外被の先端部に気体
抜き用の透孔（層状冷却用気体通過孔）９を形成したも
のである。
するもので、上記実施例と異る点は外被の先端部に気体
抜き用の透孔（層状冷却用気体通過孔）９を形成したも
のである。
このように透孔９を形成することによって先端部の冷
却気体の噴射量を増大してもタービン回転用のガスの温
度低下の妨げとならないで冷却効果をその分だけ向上す
ることが出来る。
却気体の噴射量を増大してもタービン回転用のガスの温
度低下の妨げとならないで冷却効果をその分だけ向上す
ることが出来る。
第１図は本発明ガスタービン翼の要部を拡大して示す斜
視図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は第１図Ａ−Ａ′,B−
Ｂ′,C−Ｃ′で夫々断面し矢印方向に視た断面図、第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明ガスタービン翼に用いる
挿入体の一部の空気孔の形状を説明する断面図、第４図
及び第５図は本発明ガスタービン翼の断面図、第６図
（ａ）（ｂ）（ｃ）は挿入体の空気孔とダクトとの関係
を夫々示す断面図である。 （１）……外被、（５）……リブ （７）……溝、（30）……挿入体 （31）……空気孔、（40）……ダクト
視図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は第１図Ａ−Ａ′,B−
Ｂ′,C−Ｃ′で夫々断面し矢印方向に視た断面図、第３
図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明ガスタービン翼に用いる
挿入体の一部の空気孔の形状を説明する断面図、第４図
及び第５図は本発明ガスタービン翼の断面図、第６図
（ａ）（ｂ）（ｃ）は挿入体の空気孔とダクトとの関係
を夫々示す断面図である。 （１）……外被、（５）……リブ （７）……溝、（30）……挿入体 （31）……空気孔、（40）……ダクト
Claims (5)
- 【請求項１】内壁面に冷却用ダクトの一部を形成する複
数個のリブを有する中空翼形状の先端部及び後端部を有
する外被と、この外被内のリブの面にその外面を当接す
ることによって上記冷却用ダクトを形成した空気孔を有
する中空状の挿入体とを有するガスタービン翼におい
て、上記外被のリブと挿入体とで形成されるダクトの断
面積を先端部と後端部とで異る大きさとしたことを特徴
とするガスタービン翼。 - 【請求項２】ダクトの断面積は先端部に対し後端部が大
きくした特許請求の範囲第１項記載のガスタービン翼。 - 【請求項３】ダクトの断面積は前端部から後端部にかけ
て段階的に大きくした特許請求の範囲第２項記載のガス
タービン翼。 - 【請求項４】ダクトに形成した空気孔は夫々の冷却特性
をダクト位置に合致させた形状とした特許請求の範囲第
１項記載のガスタービン翼。 - 【請求項５】ダクトの長さとダクトの拡大断面積の形状
位置との関係はダクトにおける無次元長比Δl/lが少な
くとも0.1に設定した特許請求の範囲第１項乃至第３項
記載のガスタービン翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225314A JP2566984B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | ガスタービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225314A JP2566984B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | ガスタービン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6469701A JPS6469701A (en) | 1989-03-15 |
| JP2566984B2 true JP2566984B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=16827411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62225314A Expired - Fee Related JP2566984B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | ガスタービン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2566984B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2254892A (en) * | 1991-04-16 | 1992-10-21 | Gen Electric | Hollow airfoil. |
| JPH0693801A (ja) * | 1992-09-17 | 1994-04-05 | Hitachi Ltd | ガスタービン翼 |
| JP3110227B2 (ja) * | 1993-11-22 | 2000-11-20 | 株式会社東芝 | タービン冷却翼 |
| FR3039199B1 (fr) * | 2015-07-20 | 2019-12-13 | Safran Helicopter Engines | Aubage de distributeur haute pression avec un insert a geometrie variable |
| US20190017392A1 (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | General Electric Company | Turbomachine impingement cooling insert |
-
1987
- 1987-09-10 JP JP62225314A patent/JP2566984B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6469701A (en) | 1989-03-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |