JP2717886B2 - 伝熱促進構造 - Google Patents
伝熱促進構造Info
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- JP2717886B2 JP2717886B2 JP3047558A JP4755891A JP2717886B2 JP 2717886 B2 JP2717886 B2 JP 2717886B2 JP 3047558 A JP3047558 A JP 3047558A JP 4755891 A JP4755891 A JP 4755891A JP 2717886 B2 JP2717886 B2 JP 2717886B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、被冷却壁面に冷却用
空気を吹きつけて冷却する、いわゆるインピンジメント
冷却を採用した伝熱促進構造に関するものである。
空気を吹きつけて冷却する、いわゆるインピンジメント
冷却を採用した伝熱促進構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】周知のとおり、高温ガスタービンのイン
サート型冷却翼や積層型燃焼器などで、インピンジメン
ト冷却を採用した伝熱構造（以下、インピンジメント伝
熱構造という）が採用されていた。
サート型冷却翼や積層型燃焼器などで、インピンジメン
ト冷却を採用した伝熱構造（以下、インピンジメント伝
熱構造という）が採用されていた。
【０００３】従来、この種の伝熱促進構造として、被冷
却壁面である冷却翼の内壁とインサートによって形成さ
れる冷却空気流路に板状の突起物を突出させて上記内壁
に取り付けるとともに、冷却用空気の排出流に平行でか
つ上記インサートに形成された多数のインピンジ孔の間
に上記突起物を配設してなるガスタービン翼が知られて
いる（特開昭５８−１９７４０２号公報参照）。 上記構
成において、インピンジ孔から噴出された冷却用空気は
冷却翼の内壁に衝突し、よどみ点を中心に上記内壁に沿
って放射状に広がる過程で、上記よどみ点から遠ざかる
にしたがって冷却用空気の流速が遅くなって熱伝達率が
悪くなるので、温度が高くなる冷却翼の内壁における冷
却用空気の衝突部と衝突部との間の熱伝達率の悪い部分
に突起物を設け、冷却用空気に接触する伝熱面積を増大
させて、上記冷却翼の内壁の温度分布を一様な分布とな
るようにして冷却性能を向上させる。 つまり、上記突起
物は、インピンジ孔から噴出された冷却用空気が冷却翼
の内壁に衝突して、温度が高くなる冷却翼の内壁におけ
る噴流の衝突部と衝突部との間の熱伝達率の悪い部分に
設けられた、いわゆる冷却フインを構成する。
却壁面である冷却翼の内壁とインサートによって形成さ
れる冷却空気流路に板状の突起物を突出させて上記内壁
に取り付けるとともに、冷却用空気の排出流に平行でか
つ上記インサートに形成された多数のインピンジ孔の間
に上記突起物を配設してなるガスタービン翼が知られて
いる（特開昭５８−１９７４０２号公報参照）。 上記構
成において、インピンジ孔から噴出された冷却用空気は
冷却翼の内壁に衝突し、よどみ点を中心に上記内壁に沿
って放射状に広がる過程で、上記よどみ点から遠ざかる
にしたがって冷却用空気の流速が遅くなって熱伝達率が
悪くなるので、温度が高くなる冷却翼の内壁における冷
却用空気の衝突部と衝突部との間の熱伝達率の悪い部分
に突起物を設け、冷却用空気に接触する伝熱面積を増大
させて、上記冷却翼の内壁の温度分布を一様な分布とな
るようにして冷却性能を向上させる。 つまり、上記突起
物は、インピンジ孔から噴出された冷却用空気が冷却翼
の内壁に衝突して、温度が高くなる冷却翼の内壁におけ
る噴流の衝突部と衝突部との間の熱伝達率の悪い部分に
設けられた、いわゆる冷却フインを構成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成によれば、各インピンジ孔から噴出する冷却用空気
は、上流側で噴出して下流側に圧送される空気流（クロ
スフロー）により下流側に吹き流されて被冷却面に確実
に当たらず、その冷却効果を低下させており、確実に被
冷却面に吹き当たって冷却できる冷却効果の高い伝熱構
造とすることができない。 この課題を解決する試みとし
て、たとえばインピンジ孔にノズルを付けることが提案
されている（「伝熱工学資料 改定第３版」１９７５年
社団法人日本機会学会発行 第１１１ページ参照）。
ところが、インピンジ孔にノズルを付けることは、例え
ば高温ガスタービンのインサート型冷却翼においては、
インサートと翼内の被冷却壁面との隙間が１ｍｍ前後で
あり、インピンジ孔も直径が０．３ないし１ｍｍ程度に
形成する必要があり、これを精度よく成形するのは非常
に困難で実用化にいたっていない。この発明は、上記従
来のインピンジメント伝熱構造における技術課題を解消
し、冷却効果の高い伝熱促進構造を提供することを目的
とするものである。
成によれば、各インピンジ孔から噴出する冷却用空気
は、上流側で噴出して下流側に圧送される空気流（クロ
スフロー）により下流側に吹き流されて被冷却面に確実
に当たらず、その冷却効果を低下させており、確実に被
冷却面に吹き当たって冷却できる冷却効果の高い伝熱構
造とすることができない。 この課題を解決する試みとし
て、たとえばインピンジ孔にノズルを付けることが提案
されている（「伝熱工学資料 改定第３版」１９７５年
社団法人日本機会学会発行 第１１１ページ参照）。
ところが、インピンジ孔にノズルを付けることは、例え
ば高温ガスタービンのインサート型冷却翼においては、
インサートと翼内の被冷却壁面との隙間が１ｍｍ前後で
あり、インピンジ孔も直径が０．３ないし１ｍｍ程度に
形成する必要があり、これを精度よく成形するのは非常
に困難で実用化にいたっていない。この発明は、上記従
来のインピンジメント伝熱構造における技術課題を解消
し、冷却効果の高い伝熱促進構造を提供することを目的
とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、多数のイン
ピンジ孔から被冷却壁面に冷却用空気を吹きつけて冷却
するインピンジメント冷却を採用した伝熱構造におい
て、上記各インピンジ孔の上流側における近傍のみに遮
蔽片を設け、上記各インピンジ孔から噴出される冷却用
空気を下流側に配設された遮蔽片に衝突させて、この下
流側遮蔽片の下流側近傍に配設されたインピンジ孔から
噴出される冷却用空気がこれより上流側空気流によって
吹き流されるのを阻止するように構成したことを特徴と
するものである。
ピンジ孔から被冷却壁面に冷却用空気を吹きつけて冷却
するインピンジメント冷却を採用した伝熱構造におい
て、上記各インピンジ孔の上流側における近傍のみに遮
蔽片を設け、上記各インピンジ孔から噴出される冷却用
空気を下流側に配設された遮蔽片に衝突させて、この下
流側遮蔽片の下流側近傍に配設されたインピンジ孔から
噴出される冷却用空気がこれより上流側空気流によって
吹き流されるのを阻止するように構成したことを特徴と
するものである。
【０００６】
【作用】上記遮蔽片を形成することにより、インピンジ
孔から噴出する冷却用空気は、上流側で噴出して下流側
に圧送される空気流（クロスフロー）により下流側に吹
き流されることなく被冷却面に確実に当たるようになる
という作用を奏する。
孔から噴出する冷却用空気は、上流側で噴出して下流側
に圧送される空気流（クロスフロー）により下流側に吹
き流されることなく被冷却面に確実に当たるようになる
という作用を奏する。
【０００７】また、上記遮蔽片を形成することにより、
上流側からの空気流は、遮蔽片に衝突して剥離流とな
り、空気流に乱流が生じて被冷却面の熱伝達率を高める
作用を奏する。
上流側からの空気流は、遮蔽片に衝突して剥離流とな
り、空気流に乱流が生じて被冷却面の熱伝達率を高める
作用を奏する。
【０００８】さらに、上記遮蔽片を形成することによ
り、例えばインサート型冷却翼のような場合、この遮蔽
片自体が被冷却壁面との距離を設定するスペーサに代用
できる作用を奏する。
り、例えばインサート型冷却翼のような場合、この遮蔽
片自体が被冷却壁面との距離を設定するスペーサに代用
できる作用を奏する。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面にしたがつ
て説明する。図１は、この発明のインサートに遮蔽片を
設けて伝熱促進構造を形成したインサート型冷却翼の一
部切欠斜視図、図２は、図１におけるインサートと冷却
翼内壁とで構成される伝熱促進構造の拡大断面図、図３
は、この発明の伝熱促進構造をインサート型冷却翼に適
用した他の実施例を示し、塑性加工手段により遮蔽片を
設けたインサートと冷却翼内壁とで構成される伝熱促進
構造の拡大断面図をそれぞれ示すものである。図１にお
いて、インサート１には、その表面にインピンジ孔２が
形成してあり、冷却用空気（矢印で示す）は、冷却用空
気導入口５よりインサート１内に圧送され、上記インピ
ンジ孔２から冷却翼４の内壁に噴出し、この内壁を冷却
するインピンジメント伝熱促進構造を構成したものであ
る。このインピンジメント伝熱促進構造では、上記噴出
した冷却用空気は、冷却翼４とインサート１とで形成さ
れる空間内の空気流下流側に圧送され、上記冷却翼４の
後縁部６に設けられた吹出口（図示せず）から吹き出す
空気流となる。インサート１の表面には壁状の遮蔽片３
を、上記インピンジ孔２の近傍で、かつ、上記インピン
ジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側にスタツド溶
接により固着してあるので、このインピンジメント伝熱
促進構造内においては、図２で示すように上流側からの
空気流Ｂは、この遮蔽片３に衝突して剥離流となり、上
記インピンジ孔２から噴出する冷却用空気Ａと直接交錯
することが避けられる。したがつて冷却用空気Ａは、上
記空気流Ｂに流されることなく冷却翼４の内壁に確実に
吹き当たり、冷却を効果的に達成できたのである。
て説明する。図１は、この発明のインサートに遮蔽片を
設けて伝熱促進構造を形成したインサート型冷却翼の一
部切欠斜視図、図２は、図１におけるインサートと冷却
翼内壁とで構成される伝熱促進構造の拡大断面図、図３
は、この発明の伝熱促進構造をインサート型冷却翼に適
用した他の実施例を示し、塑性加工手段により遮蔽片を
設けたインサートと冷却翼内壁とで構成される伝熱促進
構造の拡大断面図をそれぞれ示すものである。図１にお
いて、インサート１には、その表面にインピンジ孔２が
形成してあり、冷却用空気（矢印で示す）は、冷却用空
気導入口５よりインサート１内に圧送され、上記インピ
ンジ孔２から冷却翼４の内壁に噴出し、この内壁を冷却
するインピンジメント伝熱促進構造を構成したものであ
る。このインピンジメント伝熱促進構造では、上記噴出
した冷却用空気は、冷却翼４とインサート１とで形成さ
れる空間内の空気流下流側に圧送され、上記冷却翼４の
後縁部６に設けられた吹出口（図示せず）から吹き出す
空気流となる。インサート１の表面には壁状の遮蔽片３
を、上記インピンジ孔２の近傍で、かつ、上記インピン
ジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側にスタツド溶
接により固着してあるので、このインピンジメント伝熱
促進構造内においては、図２で示すように上流側からの
空気流Ｂは、この遮蔽片３に衝突して剥離流となり、上
記インピンジ孔２から噴出する冷却用空気Ａと直接交錯
することが避けられる。したがつて冷却用空気Ａは、上
記空気流Ｂに流されることなく冷却翼４の内壁に確実に
吹き当たり、冷却を効果的に達成できたのである。
【００１０】この実施例において、遮蔽片３の固着をス
タツド溶接の後にさらにロー付けしたところ、遮蔽片３
がより強固に固着され好ましい結果を示した。
タツド溶接の後にさらにロー付けしたところ、遮蔽片３
がより強固に固着され好ましい結果を示した。
【００１１】この発明では、上記遮蔽片３を他の固着手
段、すなわち遮蔽片３を保持したホルダーを高速回転さ
せながらインサート１のインピンジ孔２の近傍で、か
つ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側
に押し付け、摩擦熱で遮蔽片を溶着して製造したものを
用いても、上記実施例（図１）と同様の作用、効果を示
した。
段、すなわち遮蔽片３を保持したホルダーを高速回転さ
せながらインサート１のインピンジ孔２の近傍で、か
つ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側
に押し付け、摩擦熱で遮蔽片を溶着して製造したものを
用いても、上記実施例（図１）と同様の作用、効果を示
した。
【００１２】図３は、この発明の他の実施例を示し、上
記実施例（図１）で使用するインサート１に代えて、イ
ンサート外周を型取つたメス型を作成し、これに予めイ
ンピンジ孔２を形成してあるインサート成形用加工材を
挿入し、この内部から油圧を掛けて尖頭物を内面に押し
当て、遮蔽片３を塑性加工によりインピンジ孔２の近傍
で、かつ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の
上流側に形成したものを用いた冷却翼４を使用したもの
であつて、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
記実施例（図１）で使用するインサート１に代えて、イ
ンサート外周を型取つたメス型を作成し、これに予めイ
ンピンジ孔２を形成してあるインサート成形用加工材を
挿入し、この内部から油圧を掛けて尖頭物を内面に押し
当て、遮蔽片３を塑性加工によりインピンジ孔２の近傍
で、かつ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の
上流側に形成したものを用いた冷却翼４を使用したもの
であつて、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
【００１３】この発明では、上記遮蔽片３を他の塑性加
工手段、すなわち遮蔽片３を成形しうるように作成した
インサート成形用メス型にインサート１を挿入し、上記
インサート１の内部を爆発させ、この爆発圧により上記
遮蔽片３を成形した後、それの近傍かつ下流側にインピ
ンジ孔を形成したものを用いても、上記実施例と同様の
作用、効果を示した。
工手段、すなわち遮蔽片３を成形しうるように作成した
インサート成形用メス型にインサート１を挿入し、上記
インサート１の内部を爆発させ、この爆発圧により上記
遮蔽片３を成形した後、それの近傍かつ下流側にインピ
ンジ孔を形成したものを用いても、上記実施例と同様の
作用、効果を示した。
【００１４】また、上記実施例のインサート１に代え
て、予めインピンジ孔２および遮蔽片３を成形しうるよ
うに作成したインサート成形用鋳型に金属材料を流し込
み、冷却後上記鋳型を取り除いて、上記インサート１の
インピンジ孔２の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱
促進構造内の空気流の上流側に遮蔽片３を形成する精密
鋳造手段により製造したものを用いたところ、上記実施
例と同様の作用、効果を示した。
て、予めインピンジ孔２および遮蔽片３を成形しうるよ
うに作成したインサート成形用鋳型に金属材料を流し込
み、冷却後上記鋳型を取り除いて、上記インサート１の
インピンジ孔２の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱
促進構造内の空気流の上流側に遮蔽片３を形成する精密
鋳造手段により製造したものを用いたところ、上記実施
例と同様の作用、効果を示した。
【００１５】この発明では、冷却翼４を上記精密鋳造手
段で成形する場合、予め遮蔽片３を成形しうるように作
成した冷却翼成形用鋳型に、溶融金属材料を流し込み、
冷却後上記鋳型を取り除いて、遮蔽片３をインサートの
インピンジ孔２の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱
促進構造内の空気流の上流側に位置するように製造され
る、つまり上記遮蔽片３を冷却翼４の成形と同時に上記
冷却翼４の内壁に形成したものも用い、これとインピン
ジ孔２を形成したインサート１とを組み合わせて使用し
ても、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
段で成形する場合、予め遮蔽片３を成形しうるように作
成した冷却翼成形用鋳型に、溶融金属材料を流し込み、
冷却後上記鋳型を取り除いて、遮蔽片３をインサートの
インピンジ孔２の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱
促進構造内の空気流の上流側に位置するように製造され
る、つまり上記遮蔽片３を冷却翼４の成形と同時に上記
冷却翼４の内壁に形成したものも用い、これとインピン
ジ孔２を形成したインサート１とを組み合わせて使用し
ても、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
【００１６】さらに、この発明では、上記遮蔽片３を電
解により上記インサートのインピンジ孔２の近傍で、か
つ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側
に形成する電気的加工手段により製造したものを用いて
も、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
解により上記インサートのインピンジ孔２の近傍で、か
つ、インピンジメント伝熱促進構造内の空気流の上流側
に形成する電気的加工手段により製造したものを用いて
も、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
【００１７】この発明では、上記遮蔽片３を他の電気的
手段、すなわち放電加工により形成して製造したものを
用いても、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
手段、すなわち放電加工により形成して製造したものを
用いても、上記実施例と同様の作用、効果を示した。
【００１８】この発明では、遮蔽片３の形状としては、
壁状、棒状、凸突起状、ピン状等の上流からの空気流を
剥離流にできる形状であれば、いずれの形状であつても
よい。
壁状、棒状、凸突起状、ピン状等の上流からの空気流を
剥離流にできる形状であれば、いずれの形状であつても
よい。
【００１９】
【発明の効果】この発明においては、インサートの各イ
ンピンジ孔の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱促進
構造内の空気流の上流側に伝熱促進構造が形成されてい
るので、上流側からの空気流は、この遮蔽片に衝突して
剥離流となり、上記インピンジ孔から噴出する冷却用空
気は、被冷却壁面に確実に吹き当たり冷却効果が高ま
り、優れた伝熱促進効果が得られる。
ンピンジ孔の近傍で、かつ、インピンジメント伝熱促進
構造内の空気流の上流側に伝熱促進構造が形成されてい
るので、上流側からの空気流は、この遮蔽片に衝突して
剥離流となり、上記インピンジ孔から噴出する冷却用空
気は、被冷却壁面に確実に吹き当たり冷却効果が高ま
り、優れた伝熱促進効果が得られる。
【００２０】さらに、この発明おいては、遮蔽片自体を
冷却用空気噴出面と被冷却壁面との距離を設定するスペ
ーサに代用でき、例えばインサート型冷却翼を成形する
場合には、翼の内壁に形成するリブを不要にできる効果
もえられる。
冷却用空気噴出面と被冷却壁面との距離を設定するスペ
ーサに代用でき、例えばインサート型冷却翼を成形する
場合には、翼の内壁に形成するリブを不要にできる効果
もえられる。
【図１】この発明の伝熱促進構造をインサート型冷却翼
に適用した一部切欠斜視図である。
に適用した一部切欠斜視図である。
【図２】図１におけるインサートと冷却翼内壁とで構成
される伝熱促進構造の拡大断面図である。
される伝熱促進構造の拡大断面図である。
【図３】インサート型冷却翼の他の実施例を示し、遮蔽
片を塑性加工手段により成形したインサートと冷却翼内
壁とで構成される伝熱促進構造の拡大断面図である。
片を塑性加工手段により成形したインサートと冷却翼内
壁とで構成される伝熱促進構造の拡大断面図である。
１ インサート ２ インピンジ孔 ３ 遮蔽片 ４ 冷却翼 ５ 冷却用空気導入口 ６ 冷却翼後縁部 Ａ 冷却用空気噴流 Ｂ 空気流
Claims (1)
- 【請求項１】 多数のインピンジ孔から被冷却壁面に冷
却用空気を吹きつけて冷却するインピンジメント冷却を
採用した伝熱構造において、上記各インピンジ孔の上流
側における近傍のみに遮蔽片を設け、上記各インピンジ
孔から噴出される冷却用空気を下流側に配設された遮蔽
片に衝突させて、この下流側遮蔽片の下流側近傍に配設
されたインピンジ孔から噴出される冷却用空気がこれよ
り上流側空気流によって吹き流されるのを阻止するよう
に構成したことを特徴とする伝熱促進構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3047558A JP2717886B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 伝熱促進構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3047558A JP2717886B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 伝熱促進構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265403A JPH04265403A (ja) | 1992-09-21 |
| JP2717886B2 true JP2717886B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=12778522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3047558A Expired - Fee Related JP2717886B2 (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 伝熱促進構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2717886B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3110227B2 (ja) * | 1993-11-22 | 2000-11-20 | 株式会社東芝 | タービン冷却翼 |
| JP5239903B2 (ja) * | 2009-01-28 | 2013-07-17 | 株式会社Ｉｈｉ | タービン翼 |
| US8840369B2 (en) * | 2010-09-30 | 2014-09-23 | General Electric Company | Apparatus and methods for cooling platform regions of turbine rotor blades |
| JP5927893B2 (ja) * | 2011-12-15 | 2016-06-01 | 株式会社Ihi | インピンジ冷却機構、タービン翼及び燃焼器 |
| US20180149028A1 (en) | 2016-11-30 | 2018-05-31 | General Electric Company | Impingement insert for a gas turbine engine |
| US10494948B2 (en) * | 2017-05-09 | 2019-12-03 | General Electric Company | Impingement insert |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58197402A (ja) * | 1982-05-14 | 1983-11-17 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビン翼 |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3047558A patent/JP2717886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「図解 機械用語辞典 第２版」，編者 工業教育研究会，昭和５８年１月３０日発行，発行所 日刊工業新聞社 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04265403A (ja) | 1992-09-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |