JP2609805B2 - ガスタービン翼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、とりわけ翼を内部から冷却する対流
冷却方式を採用したガスタービン翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン翼の冷却方法として、従来
より翼の内部に冷却流体を流通させて冷却する対流冷却
方式が知られている。しかしながら、従来の対流冷却方
式においては、タービン翼の温度を許容値以内に保つた
めには多くの冷却流体を必要とし、翼の空力損失の増大
およびタービン出力効率の低下という問題があった。そ
のため、少ない冷却流体で翼を良好に冷却し得るものが
望まれている。

【０００３】また、不純物が混在する粗悪燃料を使用し
た場合にも、目詰まりせず良好な冷却性能を保持するこ
とができるよう、翼表面、とりわけ翼前縁部にいわゆる
フィルム冷却（膜冷却）用孔を設けない、対流冷却方式
を主とした高い冷却性能を備えたタービン翼の開発が望
まれている。

【０００４】かかる要請に対して、従来から中空翼形の
外被の内部に挿入体を挿入し、この挿入体側壁面と翼外
被内壁面との間に形成される領域に冷却流体を流通させ
ることにより対流冷却を行なう方式が採用されている。
この方式に用いられる挿入体は、従来一体成形されたも
のが多いが、翼形状は三次元的で複雑な構造を有してい
ることから、これに対応させて挿入体を一体成形により
製作することは容易ではなく、また、コスト高を招く等
の問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の対流冷却方式を採用したガスタービン翼において
は、中空翼内部に挿入される挿入体の製作が容易でな
く、また、コスト高を招く等の問題を有していた。

【０００６】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、比較的単純な構造で、かつ少ない冷却流体
で良好な冷却効果を得ることのできるガスタービン翼を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、中空翼形の外被と、板部材を折り曲げ
成形により中空状に形成したものであって、その重ね合
わせ部分が前記外被の後縁側に位置するように当該外被
内に挿入される挿入体と、この挿入体の前記重ね合わせ
部分を支持する支持溝が形成され、前記外被の腹側もし
くは背側のいずれか一方の内壁面と、これに対向する前
記挿入体の側壁面との間に形成される空間を翼高方向に
しゃ断するように設けられるしゃ断壁とから構成され、
前記しゃ断壁が設けられた前記外被の内壁面に対向する
前記挿入体の当該しゃ断壁よりも前縁側の側壁面に冷却
流体供給用の流体孔が設けられていることを特徴とする
ガスタービン翼、及び前記外被の内壁面には翼弦方向に
延びる複数のリブ状突出部が形成されており、前記挿入
体は前記リブ状突出部に接合して装着されていることを
特徴とする上記ガスタービン翼を提供する。

【０００８】

【作用】上記したような本発明の構成によれば、板部材
を折り曲げ成形することにより挿入体を構成でき、その
重ね合わせ部分が翼外被の内壁面に設けられたしゃ断壁
の支持溝に挿入固定されるため、挿入体自体が折り曲げ
成形されていることに起因する復元力が、かかる支持部
分に作用し、挿入体の後端部と支持溝との間の接触力が
強まり、しゃ断壁と挿入体との間におけるシール性が向
上する。また、挿入体内に実際に冷却流体が供給される
と、挿入体内部の圧力が外部に比べて上昇することか
ら、上記した復元力は見かけ上更に大きくなるため、か
かる作用効果が向上する。

【０００９】また、本発明によれば、挿入体の内部から
供給される冷却流体のほとんど全流量が、翼外被の内面
に形成された冷却ダクトの全箇所を通過するため、最初
に前縁部に冷却流体を吹き着け、翼内部の背側および腹
側の冷気ダクトに分流するものと比べ、平均的に約２倍
の流量による冷却が可能となり、きわめて高い冷却性能
を得ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【００１１】図１は本発明によるガスタービン翼の一実
施例を示す横断面図である。図において符号１１は、タ
ービン翼として要求される形状と強度とを有する中空翼
形の外被である。外被１１の内部には、同様の翼形をし
た中空状の挿入体１２が、外被１１の内壁面と所定の隙
間を有して装着されている。外被１１の内壁面には、外
被１１の翼形に沿って延びる複数のリブ状突出部（以下
「リブ」と称する）１３が形成されている。挿入体１２
は、このリブ１３に接合する状態で外被１１内に挿入固
定され、相隣れるリブ１３、外被１１および挿入体１２
とにより、図２に示すように、外被１１の内壁面の背側
および腹側の全体にわたって複数の独立した冷気ダクト
１４が形成されている。外被１１の後縁部１１ｂの内側
には、図に示すようにフィン状のリブ１３と一体的に冷
気ダクト１４のち腹側の冷気ダクトをしゃ断するように
翼高方向に延びるしゃ断壁１５が設けられ、このしゃ断
壁１５に対し、挿入体１２の後端部１２ｂが取付け固定
されている。

【００１２】この挿入体１２の後端部１２ｂのしゃ断壁
１５への取付けは、図３に示すように、しゃ断壁１５に
挿入体１２の後端部１２ｂが挿入支持される支持溝１６
を設け、この支持溝１６に対し挿入体１２の後端部１２
ｂを挿入固定することにより行なわれている。図４
（ａ）乃至図４（ｃ）は、挿入体１２の後端部１２ｂ
を、しゃ断壁１５に取付け固定する種々の方法を示して
いる。図４（ａ）は図１に示した実施例の部分拡大断面
図であり、一体成形により作られた挿入体１２の後端部
１２ｂが、しゃ断壁１５に設けられた支持溝１６に挿入
固着されている。また、図４（ｂ）に示す例において
は、挿入体１２が板部材の折り曲げ成形により形成さ
れ、その重ね合わせ接合された後端部１２ｂが、しゃ断
壁１５に設けられた支持溝１６に挿入固着されている。
この実施例によれば、挿入体１２の形成を板部材の折り
曲げ成形により行うことができ、一体成形したものと比
べ製作コストを安くすることができる。また、図４
（ｃ）に示す例においては、図４（ｂ）に示した例と同
様に、挿入体１２が板部材を折り曲げ成形することによ
り形成され、その重ね合わせ折り曲げ接合された後端部
１２ｂが、しゃ断壁１５に設けられた大きな曲率半径を
有する支持溝１６に当接されている。この実施例によれ
ば、支持溝１６の加工が容易であるとともに、挿入体後
端部１２ｂの取付けが簡単である。

【００１３】また、上記した図４（ｂ），（ｃ）におい
ては、挿入体１２の折り曲げ成形による重ね合わせ部分
（後端部１２ｂ）を支持溝１６に挿入あるいは当接させ
て固定することにより、挿入体１２自体が折り曲げ成形
されていることに起因する復元力が、かかる支持部分に
作用する。また、挿入体１２内に実際に冷却流体が供給
されると、挿入体内部の圧力が外部に比べて上昇するこ
とから、上記した復元力は見かけ上更に大きくなる。こ
のため、挿入体１２の後端部１２ｂと支持溝１６との間
の接触力が強まり、しゃ断壁１５と挿入体１２との間に
おけるシール性が向上する。従って、しゃ断壁１５の近
傍における冷却流体の漏れを防止することが可能とな
り、後述する一方向流による対流冷却の冷却効率を高め
ることが可能となる。

【００１４】次に、本実施例におけるガスタービン翼に
おける冷却方法について説明する。挿入体１２の後端部
１２ｂ付近には、腹側の冷気ダクト１４に連通する流体
孔１７が穿設されている。この流体孔１７は、しゃ断壁
１５に取付けられている挿入体の後端部１２ｂよりわず
かに翼前縁側に設けられ、これにより挿入体１２の内部
から外被１１の後縁部１１ｂ内に冷却流体が噴き出され
る。したがって冷却流体の流れる冷気ダクト１４は、流
体孔１７から外被後縁部１１ｂに噴き出された冷却流体
が、腹側の冷気ダクト１４を通って外被１１の前縁方向
に流れ、外被前縁１１ａの内壁部で反転して、再び背側
の冷気ダクト１４を通って外被の後縁部方向に流れ、外
被後縁部１１ｂに設けられた排気孔１８から翼外に排出
されるような一方向流が形成される。

【００１５】しかして本実施例によれば、挿入体１２の
内部から冷気ダクト１４内に流出した冷却流体（通常は
空気）は、矢印で示すように分岐されることなく冷気ダ
クト１４内の全箇所を流れて外被１１を内部から冷却す
るので、少ない流量の冷却流体であっても、高い冷却性
能を発揮することができる。

【００１６】図５は本発明の他の実施例を示す横断面図
である。

【００１７】この実施例においても、タービン翼は、内
壁面に翼弦方向に延びる複数のリブ２３が形成されてい
る中空翼形の外被２１と、この外被２１内にリブ２３と
接合して挿着されている挿入体２２とからなり、リブ２
３、外被２１および挿入体２２との間に冷気ダクト２４
が形成されている。

【００１８】外被２１の後縁部１２ｂの内部には、第６
図に詳細に示すように、背側の冷気ダクト２４をしゃ断
するしゃ断壁２５が設けられ、このしゃ断壁２５に対
し、挿入体２２の後端部２２ｂが取付け固定されてい
る。

【００１９】また、挿入体２２の後端部２２ｂの付近に
は、背側の冷気ダクト２４と連通して流体孔２７が穿設
され、この流体孔２７から外被後縁部内に流出した冷却
流体は、背側の冷気ダクト２４を通って前縁部２１ａの
方向へ流れ、前縁部２１ａの内壁面を冷却した後、再び
反転し、腹側の冷気ダクト２４を通って後縁部２１ｂの
方向へ流れ、排出孔２８から排出される流路が形成され
ている。

【００２０】この実施例においては、さらにフィルム冷
却方式が兼用されており、外被２１の前縁部２１ａおよ
び後縁部２１ｂの腹側に、フィルム冷却用孔２９ａ，２
９ｂが穿設されている。また、挿入体２２の前端部２２
ａには、フィルム冷却用孔２９ａより下流側の位置に、
冷気ダクト２４に連通して補助流体孔２７ａが穿設され
ている。

【００２１】また、外被２１の後縁部２１ｂの内部には
ピンフィン３１が設けられ、排出孔２８に向けて流通す
る冷却流体の流れに乱れを生じさせ、外被２１の後縁部
２１ｂをより効果的に冷却し得るようになっている。

【００２２】しかして本実施例によれば、流体孔２７を
通って挿入体２２内から外被後縁部２１ｂの冷気ダクト
２４内に流出した冷却流体は、第５図に矢印で示すよう
に背側の冷気ダクト２４を通って前縁部２１ａ方向へ流
れ、ここで反転して再び腹側の冷気ダクト２４を通って
後縁部２１ｂ方向へ流れる。この際、冷却流体の一部
は、前縁部２１ａに設けられたフィルム冷却用孔２９ａ
から流出し、外被２１の外側表面をフィルム冷却する。
また、挿入体２２の前端部２２ａに設けられた補助流体
孔２７ａからも冷却流体が流出し、フィルム冷却用孔２
９ａから流出した冷却流体の流量を補いつつ後縁部２１
ｂの方向へ流れる。後縁部２１ｂの方向へ流れた冷却流
体は、一部がフィルム冷却用孔２９ｂから流出し、外被
２１の外側表面をフィルム冷却するとともに、残りが排
出孔２８から排出される。

【００２３】この実施例によれば、第１図に示した実施
例による対流冷却方式に加え、フィルム冷却方式によっ
ても冷却され、きわめて高い冷却性能を得ることができ
る。

【００２４】尚、上記した実施例において、しゃ断壁を
翼腹側に設けるか、翼背側に設けるかは、翼表面の温度
分布の状況に応じて適宜選択的に決定することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構造で、かつ少ない冷却流体により、翼の全範囲
にわたって良好な冷却効果を得ることが可能なガスター
ビン翼を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガスタービン翼の一実施例を示
す横断面図。

【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】 図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図４】 しゃ断壁に挿入体の後端部を取付ける種々の
例を示す部分拡大断面図。

【図５】 本発明の他の実施例を示す横断面図。

【図６】 図５に示した実施例における挿入体の後端部
付近の部分拡大断面図。

【符号の説明】

１１，２１…外被 １２，２２…挿入体 １３，２３…突出部（リブ） １４，２４…冷気ダクト １５，２５…しゃ断壁 １７，２７…流体孔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空翼形の外被と、板部材を折り曲げ成
   形により中空状に形成したものであって、その重ね合わ
   せ部分が前記外被の後縁側に位置するように当該外被内
   に挿入される挿入体と、この挿入体の前記重ね合わせ部
   分を支持する支持溝が形成され、前記外被の腹側もしく
   は背側のいずれか一方の内壁面と、これに対向する前記
   挿入体の側壁面との間に形成される空間を翼高方向にし
   ゃ断するように設けられるしゃ断壁とから構成され、前
   記しゃ断壁が設けられた前記外被の内壁面に対向する前
   記挿入体の当該しゃ断壁よりも前縁側の側壁面に冷却流
   体供給用の流体孔が設けられていることを特徴とするガ
   スタービン翼。
2. 【請求項２】 前記外被の内壁面には翼弦方向に延びる
   複数のリブ状突出部が形成されており、前記挿入体は前
   記リブ状突出部に接合して挿着されていることを特徴と
   する請求項１記載のガスタービン翼。