JP2733255B2 - タービンブレード - Google Patents
タービンブレードInfo
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- JP2733255B2 JP2733255B2 JP63195922A JP19592288A JP2733255B2 JP 2733255 B2 JP2733255 B2 JP 2733255B2 JP 63195922 A JP63195922 A JP 63195922A JP 19592288 A JP19592288 A JP 19592288A JP 2733255 B2 JP2733255 B2 JP 2733255B2
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- Japan
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- cooling medium
- channel
- extending
- airfoil
- shaped channel
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/221—Improvement of heat transfer
- F05D2260/2212—Improvement of heat transfer by creating turbulence
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、中空の冷却型エアーフォイルに関する。
［従来の技術］ 従来より、中空の冷却型エアーフォイルが知られてい
る。これらは、金属温度を許容限度に維持するために、
今日のガスタービンエンジンの高温タービンセクション
に広範囲に使用されている。最小限の流量の冷却媒体で
エアーフォイルを許容レベルに冷却することが望ましい
が、これは、フィルム冷却、対流冷却及び衝撃冷却（im
pingementcooling）等の様々な技術によって達成されて
いる。エアーフォイルの内部は、一般に、前縁（リーデ
ィングエッジ）から後縁（トレーリングエッジ）、及び
翼根部（root）から翼端へ延在する空洞となっており、
この空洞はリブによって多数の翼長方向に延在するチャ
ンネル部に分割され、このチャンネル部によって冷却媒
体が翼根部内の流路から導入される。リブは、エアーフ
ォイル内の流路パターンを形成して、例えば、冷却力を
最大限にするために、同一の流量の冷却媒体が広範囲に
渡って内壁表面を通過するようにしている。
る。これらは、金属温度を許容限度に維持するために、
今日のガスタービンエンジンの高温タービンセクション
に広範囲に使用されている。最小限の流量の冷却媒体で
エアーフォイルを許容レベルに冷却することが望ましい
が、これは、フィルム冷却、対流冷却及び衝撃冷却（im
pingementcooling）等の様々な技術によって達成されて
いる。エアーフォイルの内部は、一般に、前縁（リーデ
ィングエッジ）から後縁（トレーリングエッジ）、及び
翼根部（root）から翼端へ延在する空洞となっており、
この空洞はリブによって多数の翼長方向に延在するチャ
ンネル部に分割され、このチャンネル部によって冷却媒
体が翼根部内の流路から導入される。リブは、エアーフ
ォイル内の流路パターンを形成して、例えば、冷却力を
最大限にするために、同一の流量の冷却媒体が広範囲に
渡って内壁表面を通過するようにしている。
Leeの米国特許4,514,144号に記載されているエアーフ
ォイルでは、個々に分離された翼長方向に延在する冷却
媒体流路によって、冷却媒体がそれぞれ前縁及び後縁に
運ばれる。これらのチャンネル部の各々は、翼根部を貫
通する別々の冷却媒体流路に接続されている。エアーフ
ォイルの残りの部分は、翼根部を通り抜ける別の流路か
ら導入された冷却媒体が単一の蛇状チャンネル部を流れ
ることによって冷却される。蛇状チャンネル部は、翼長
方向に延在する多数の隣接した脚部から成り、それぞれ
の脚部は直列に連結されて、最後部の脚部から冷却媒体
が導入されるようになっている。冷却媒体は、タービン
ブレードの翼長方向に通り抜けて、最前部の脚部まで蛇
状に流れ、チャンネル脚部と交差するようにエアーフォ
イルの側壁を貫通するフィルム冷却孔から排出される。
同様の形状の冷却媒体流路を有するエアーフォイルが、
米国特許3,628,885号及び日本国特許58−170801号に記
載されている。前者は、Leeのエアーフォイルと同様
に、５つの蛇状チャンネル部を有し、後者は３つの蛇状
チャンネル部を有する。
ォイルでは、個々に分離された翼長方向に延在する冷却
媒体流路によって、冷却媒体がそれぞれ前縁及び後縁に
運ばれる。これらのチャンネル部の各々は、翼根部を貫
通する別々の冷却媒体流路に接続されている。エアーフ
ォイルの残りの部分は、翼根部を通り抜ける別の流路か
ら導入された冷却媒体が単一の蛇状チャンネル部を流れ
ることによって冷却される。蛇状チャンネル部は、翼長
方向に延在する多数の隣接した脚部から成り、それぞれ
の脚部は直列に連結されて、最後部の脚部から冷却媒体
が導入されるようになっている。冷却媒体は、タービン
ブレードの翼長方向に通り抜けて、最前部の脚部まで蛇
状に流れ、チャンネル脚部と交差するようにエアーフォ
イルの側壁を貫通するフィルム冷却孔から排出される。
同様の形状の冷却媒体流路を有するエアーフォイルが、
米国特許3,628,885号及び日本国特許58−170801号に記
載されている。前者は、Leeのエアーフォイルと同様
に、５つの蛇状チャンネル部を有し、後者は３つの蛇状
チャンネル部を有する。
米国特許3,533,711号は、一対の蛇状チャンネル部を
有し、冷却媒体が翼根部下の共通のプリナムから別個に
各々のチャンネル部に導入されるエアーフォイルについ
て記載している。蛇状チャンネル部の吸入口脚部は、エ
アーフォイル中央に互いに隣接して平行に配置してい
る。最後部の蛇状チャンネル部内の冷却媒体では、エア
ーフォイルを翼長方向に横切って、エアーフォイルの後
縁を冷却し、そこから排出される。最前部の蛇状チャン
ネル部内の冷却媒体は、エアーフォイルを翼長方向に横
切って、エアーフォイルの前縁を冷却する。
有し、冷却媒体が翼根部下の共通のプリナムから別個に
各々のチャンネル部に導入されるエアーフォイルについ
て記載している。蛇状チャンネル部の吸入口脚部は、エ
アーフォイル中央に互いに隣接して平行に配置してい
る。最後部の蛇状チャンネル部内の冷却媒体では、エア
ーフォイルを翼長方向に横切って、エアーフォイルの後
縁を冷却し、そこから排出される。最前部の蛇状チャン
ネル部内の冷却媒体は、エアーフォイルを翼長方向に横
切って、エアーフォイルの前縁を冷却する。
米国特許4,073,599に記載されたエアーフォイル冷却
用空洞もまた一対の別々の蛇状チャンネル部に分割され
ているが、冷却媒体は前縁に最も近いチャンネル脚部を
通って最前部の蛇状チャンネル部に導入される。この冷
却媒体は、エアーフォイルを翼長方向に横切りながら後
縁の方へ流れ、最後部の脚部を通ってエアーフォイルか
ら排出される。この最後部の脚部は、エアーフォイル内
の中央に配置され、床の蛇状チャンネル部のすぐ前に隣
接して配置されている。
用空洞もまた一対の別々の蛇状チャンネル部に分割され
ているが、冷却媒体は前縁に最も近いチャンネル脚部を
通って最前部の蛇状チャンネル部に導入される。この冷
却媒体は、エアーフォイルを翼長方向に横切りながら後
縁の方へ流れ、最後部の脚部を通ってエアーフォイルか
ら排出される。この最後部の脚部は、エアーフォイル内
の中央に配置され、床の蛇状チャンネル部のすぐ前に隣
接して配置されている。
［発明が解決しようとする課題及び課題を達成するため
の手段］ 上述したような従来の冷却構造では、エアーフォイル
を操作する環境がある程度高温の場合に、エアーフォイ
ルの冷却に使用することが出来るが、エアーフォイルを
さらに高温の環境下で操作しなければならない場合に、
十分にエアーフォイルを冷却することが出来ない。ま
た、エアーフォイルの重量及び使用する冷却媒体の量を
最小限にすることが望まれている。
の手段］ 上述したような従来の冷却構造では、エアーフォイル
を操作する環境がある程度高温の場合に、エアーフォイ
ルの冷却に使用することが出来るが、エアーフォイルを
さらに高温の環境下で操作しなければならない場合に、
十分にエアーフォイルを冷却することが出来ない。ま
た、エアーフォイルの重量及び使用する冷却媒体の量を
最小限にすることが望まれている。
本発明は、中空の冷却型エアーフォイルの内部冷却構
造を改良することを目的とする。
造を改良することを目的とする。
本発明によれば、中空型の冷却エアーフォイル内の空
洞は、冷却媒体がエアーフォイルを翼長方向に横切って
エアーフォイルの前方及び後方に流れるようにする一対
のＵ形チャンネル部と、両Ｕ形チャンネル部の前方に配
置してＵ形チャンネル部の少なくとも一方と直列に連通
して、そこから冷却液を導入し、冷却媒体がエアーフォ
イルを翼長方向に横切って別の経路に流れるようにする
ための翼長方向に延在する少なくとも１つの別のチャン
ネル脚部とから成る。
洞は、冷却媒体がエアーフォイルを翼長方向に横切って
エアーフォイルの前方及び後方に流れるようにする一対
のＵ形チャンネル部と、両Ｕ形チャンネル部の前方に配
置してＵ形チャンネル部の少なくとも一方と直列に連通
して、そこから冷却液を導入し、冷却媒体がエアーフォ
イルを翼長方向に横切って別の経路に流れるようにする
ための翼長方向に延在する少なくとも１つの別のチャン
ネル脚部とから成る。
Ｕ形チャンネル部は、長手方向に互いに平行に延びる
一対のチャンネル脚部から成り、両脚部は翼弦方向に延
在する連結脚部を介して互いに直列に連通されている。
一対のチャンネル脚部から成り、両脚部は翼弦方向に延
在する連結脚部を介して互いに直列に連通されている。
Leeの米国特許4,514,144号やSidenstickらの米国特許
3,628,885号のように、一重の蛇状冷却チャンネル部を
使用して、前縁及び後縁チャンネル部の間のエアーフォ
イル全体を冷却する従来の冷却構造と異なり、本発明で
は、冷却媒体の流れを２つの平行な流れに分割して、各
々がエアーフォイルを横切る流路を少なくして、冷却媒
体の回転損失（turn−loss）による圧力低下を減少させ
ている。各々の冷却媒体流路の屈曲部を少なくしなけれ
ばならないので、本発明では、放射状の対流による圧力
低下を増大させるか、あるいはブレードへの供給圧を低
下させている。また、本発明のチャンネル構造を使用し
て、各々のチャンネル部内の圧力を異なった圧力にして
冷却媒体を供給することも出来るし、あるいはチャンネ
ル部間を交差する孔を使用することも出来る。
3,628,885号のように、一重の蛇状冷却チャンネル部を
使用して、前縁及び後縁チャンネル部の間のエアーフォ
イル全体を冷却する従来の冷却構造と異なり、本発明で
は、冷却媒体の流れを２つの平行な流れに分割して、各
々がエアーフォイルを横切る流路を少なくして、冷却媒
体の回転損失（turn−loss）による圧力低下を減少させ
ている。各々の冷却媒体流路の屈曲部を少なくしなけれ
ばならないので、本発明では、放射状の対流による圧力
低下を増大させるか、あるいはブレードへの供給圧を低
下させている。また、本発明のチャンネル構造を使用し
て、各々のチャンネル部内の圧力を異なった圧力にして
冷却媒体を供給することも出来るし、あるいはチャンネ
ル部間を交差する孔を使用することも出来る。
異なった圧力の下で冷却媒体を供給するのに特に適し
た構造の一つでは、各々のＵ形チャンネルが、翼長方向
に延在するそれぞれ別個のチャンネルによって連続的な
流れを形成して、２つの独立した蛇状チャンネルを形成
する（即ち、翼長方向に延在する少なくとも３つの脚部
を形成する）。この構造では、１つの蛇状チャンネル部
を使用して、ある圧力及び流速でエアーフォイルの圧力
側壁をフィルム冷却をするとともに、別の蛇状チャンネ
ルを使用して、異なった圧力及び流速で吸込側壁をフィ
ルム冷却することも出来る。
た構造の一つでは、各々のＵ形チャンネルが、翼長方向
に延在するそれぞれ別個のチャンネルによって連続的な
流れを形成して、２つの独立した蛇状チャンネルを形成
する（即ち、翼長方向に延在する少なくとも３つの脚部
を形成する）。この構造では、１つの蛇状チャンネル部
を使用して、ある圧力及び流速でエアーフォイルの圧力
側壁をフィルム冷却をするとともに、別の蛇状チャンネ
ルを使用して、異なった圧力及び流速で吸込側壁をフィ
ルム冷却することも出来る。
本発明の別の利点は、重ね合わせたＵ形チャンネル部
を流れる冷却媒体を、いずれも各々のチャンネル部の最
後部の脚部から最初に導入して、ブレードの前縁の方へ
冷却媒体空洞内を通って移動させることが出来るという
ことである。そのため、（フィルム冷却媒体孔などを通
って）全部あるいは大部分の冷却媒体をブレードの前縁
付近でエアーフォイルから排出することができ、多くの
応用にとって有益である。対照的に、米国特許3,533,71
1号では、最後部のＵ形チャンネル部内を流れる冷却媒
体が、必然的に後縁付近あるいは後縁においてエアーフ
ォイルから排出されなければならない。同様に、米国特
許4,073,599号に示す構造では、両方の蛇状チャンネル
部を流れる冷却媒体が後方に移動してエアーフォイルを
横切っている。
を流れる冷却媒体を、いずれも各々のチャンネル部の最
後部の脚部から最初に導入して、ブレードの前縁の方へ
冷却媒体空洞内を通って移動させることが出来るという
ことである。そのため、（フィルム冷却媒体孔などを通
って）全部あるいは大部分の冷却媒体をブレードの前縁
付近でエアーフォイルから排出することができ、多くの
応用にとって有益である。対照的に、米国特許3,533,71
1号では、最後部のＵ形チャンネル部内を流れる冷却媒
体が、必然的に後縁付近あるいは後縁においてエアーフ
ォイルから排出されなければならない。同様に、米国特
許4,073,599号に示す構造では、両方の蛇状チャンネル
部を流れる冷却媒体が後方に移動してエアーフォイルを
横切っている。
要約して言えば、本発明のエアーフォイル冷却媒体流
路の形状は、不利益を有することなく従来のすべての形
状の利点を有し、従来のものによって得られなかった利
点をも有する。例えば、構造的には、本発明のエアーフ
ォイル構造は、従来のものに比べて翼長方向に延在する
リブを多数使用しているので強固である。さらに、重な
り合ったＵ形チャンネルを通り抜ける冷却媒体の全部あ
るいは大部分が、エアーフォイルの前縁又は前縁付近に
あるフィルム冷却媒体を通り抜けてエアーフォイルから
排出される。さらに、空洞内に翼長方向に延在する多数
の流路があるにもかかわらず、エアーフォイルを翼長方
向に横切る流路の数が同じ単一の蛇状チャンネルを用い
た場合よりも、圧力低下が少ない。上記のような利点を
すべて有するものは、従来の構造にはない。
路の形状は、不利益を有することなく従来のすべての形
状の利点を有し、従来のものによって得られなかった利
点をも有する。例えば、構造的には、本発明のエアーフ
ォイル構造は、従来のものに比べて翼長方向に延在する
リブを多数使用しているので強固である。さらに、重な
り合ったＵ形チャンネルを通り抜ける冷却媒体の全部あ
るいは大部分が、エアーフォイルの前縁又は前縁付近に
あるフィルム冷却媒体を通り抜けてエアーフォイルから
排出される。さらに、空洞内に翼長方向に延在する多数
の流路があるにもかかわらず、エアーフォイルを翼長方
向に横切る流路の数が同じ単一の蛇状チャンネルを用い
た場合よりも、圧力低下が少ない。上記のような利点を
すべて有するものは、従来の構造にはない。
［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。
る。
第１図乃至第３図に示すように、ガスタービンエンジ
ンのタービンブレード10は、実質的に中空のルート部12
及びこれと一体に形成された中空のエアーフォイル14か
ら成る。エアーフォイル14は、翼端16及びベース18を有
する。ベース18はプラットホーム20と一体に形成され
て、そこでルート部12と結合している。エアーフォイル
14は圧力側壁22及び吸込側壁24から成り、これらは互い
に結合されて前縁26（エアーフォイルの前部）及び後縁
28（エアーフォイルの後部）を形成する。側壁22及び24
は内壁面30及び32を有し、内壁面30及び32によって、エ
アーフォイルの前縁から後縁（翼弦方向）、及び翼端か
らベース（翼長方向）へ延びるエアーフォイル内空洞34
が画成されている。本実施例では、空洞34は、複数のリ
ブ36によって、それぞれ吸入口を有する４つの別個のチ
ャンネルに分割されている。それぞれのリブ36は、参照
符号36A、36B、36C、36D、36E、36F、36G、及び36Hを用
いて区別する。リブ36F、36G及び36Hは、ルート部12を
通り抜けて延在しており、ルート部を４つの別個の冷却
媒体吸入流路38、40、42及び44に分割している。
ンのタービンブレード10は、実質的に中空のルート部12
及びこれと一体に形成された中空のエアーフォイル14か
ら成る。エアーフォイル14は、翼端16及びベース18を有
する。ベース18はプラットホーム20と一体に形成され
て、そこでルート部12と結合している。エアーフォイル
14は圧力側壁22及び吸込側壁24から成り、これらは互い
に結合されて前縁26（エアーフォイルの前部）及び後縁
28（エアーフォイルの後部）を形成する。側壁22及び24
は内壁面30及び32を有し、内壁面30及び32によって、エ
アーフォイルの前縁から後縁（翼弦方向）、及び翼端か
らベース（翼長方向）へ延びるエアーフォイル内空洞34
が画成されている。本実施例では、空洞34は、複数のリ
ブ36によって、それぞれ吸入口を有する４つの別個のチ
ャンネルに分割されている。それぞれのリブ36は、参照
符号36A、36B、36C、36D、36E、36F、36G、及び36Hを用
いて区別する。リブ36F、36G及び36Hは、ルート部12を
通り抜けて延在しており、ルート部を４つの別個の冷却
媒体吸入流路38、40、42及び44に分割している。
冷却媒体導入流路44は、リブ36Gと後縁28との間に形
成された翼長方向に延在する後縁冷却媒体チャンネル部
46と単独で連通している。チャンネル部46に入る冷却媒
体は、周知の方法で、内壁面30及び32の間に延在する多
数のペデスタル50の回り及びそれらの間を通り抜けた
後、すべて後縁スロット48から出る。同様に、リブ36A
及び前縁26は、翼長方向に延在する前縁チャンネル部52
を形成し、前縁チャンネル部52はルート流路38と直列に
連通している。また、前縁チャンネル部52は、翼弦方向
に延在するリブ36Jと翼端16を形成する壁部56との間に
形成された翼弦方向に延在するチャンネル部54にも直列
に連通している。チャンネル部52に導入される冷却媒体
の一部は、多数のフィルム冷却媒体孔58を介してエアー
フォイルの前縁26から排出される。残りの冷却媒体は、
開口部59を通り抜けてチャンネル部54を介して下流に移
動する時に翼端の壁部56を冷却し、後縁の排出口60から
排出される。
成された翼長方向に延在する後縁冷却媒体チャンネル部
46と単独で連通している。チャンネル部46に入る冷却媒
体は、周知の方法で、内壁面30及び32の間に延在する多
数のペデスタル50の回り及びそれらの間を通り抜けた
後、すべて後縁スロット48から出る。同様に、リブ36A
及び前縁26は、翼長方向に延在する前縁チャンネル部52
を形成し、前縁チャンネル部52はルート流路38と直列に
連通している。また、前縁チャンネル部52は、翼弦方向
に延在するリブ36Jと翼端16を形成する壁部56との間に
形成された翼弦方向に延在するチャンネル部54にも直列
に連通している。チャンネル部52に導入される冷却媒体
の一部は、多数のフィルム冷却媒体孔58を介してエアー
フォイルの前縁26から排出される。残りの冷却媒体は、
開口部59を通り抜けてチャンネル部54を介して下流に移
動する時に翼端の壁部56を冷却し、後縁の排出口60から
排出される。
前縁チャンネル部52と後縁チャンネル部46との間のエ
アーフォイルのバランスは、リブ36A乃至36Gによって形
成された重ね合わせた１組の蛇状チャンネル部は脚部を
平行に冷却媒体が通り抜けることによって冷却される。
２つの蛇状チャンネル部の各々は、３つの実質的に平行
な翼長方向に延在する脚部から成る。第１の蛇状チャン
ネル部の最後部の脚部60は、エアーフォイルのベース18
付近に吸入部62を有し、直列に連通する流路42から冷却
媒体を導入する。このチャンネル部の第２の翼長方向に
延在する脚部64は、脚部60から離れて配置し、ルート部
12から最も離れた所で脚部60及び64の端部間を連結する
翼弦方向に延在する脚部66を介して脚部60と直列に連通
している。第１の蛇状チャンネル部の第３の、即ち最前
部の翼長方向に延在する脚部70は、ルート12に最も近い
所で脚部64及び70の端部間を連結する翼弦方向に延在す
る短い脚部72を介して脚部60と直列に連通している。
アーフォイルのバランスは、リブ36A乃至36Gによって形
成された重ね合わせた１組の蛇状チャンネル部は脚部を
平行に冷却媒体が通り抜けることによって冷却される。
２つの蛇状チャンネル部の各々は、３つの実質的に平行
な翼長方向に延在する脚部から成る。第１の蛇状チャン
ネル部の最後部の脚部60は、エアーフォイルのベース18
付近に吸入部62を有し、直列に連通する流路42から冷却
媒体を導入する。このチャンネル部の第２の翼長方向に
延在する脚部64は、脚部60から離れて配置し、ルート部
12から最も離れた所で脚部60及び64の端部間を連結する
翼弦方向に延在する脚部66を介して脚部60と直列に連通
している。第１の蛇状チャンネル部の第３の、即ち最前
部の翼長方向に延在する脚部70は、ルート12に最も近い
所で脚部64及び70の端部間を連結する翼弦方向に延在す
る短い脚部72を介して脚部60と直列に連通している。
第１の蛇状流路の脚部60及び64の間に、第２の蛇状チ
ャンネルの第１の２つの翼長方向に延在する脚部74及び
76が配置し、リブ36D及び36Fによって脚部60及び64から
隔てられている。脚部74及び76は、リブ36Eによって互
いに隔てられており、ルート部12から最も離れた所で、
翼弦方向に延在する短い脚部80によって互いに連結され
ている。翼弦方向に延在する脚部66及び80は、リブ36D
及び36Fを連結する翼弦方向に延在するリブ82によっ
て、翼長方向に互いに重なり合うようにして隔てられて
いる。第２の蛇状チャンネル部の最後部の脚部74は、直
列に連通するルート流路40から、冷却媒体をエアーフォ
イルのベース18に位置する吸入口83に導入する。脚部76
は、翼弦方向に延在する脚部86を介して、第２の蛇状チ
ャンネル部の第３の翼長方向に延在する脚部84と連通
し、脚部86は脚部76及び84をルート部12に最も近い所で
連結している。
ャンネルの第１の２つの翼長方向に延在する脚部74及び
76が配置し、リブ36D及び36Fによって脚部60及び64から
隔てられている。脚部74及び76は、リブ36Eによって互
いに隔てられており、ルート部12から最も離れた所で、
翼弦方向に延在する短い脚部80によって互いに連結され
ている。翼弦方向に延在する脚部66及び80は、リブ36D
及び36Fを連結する翼弦方向に延在するリブ82によっ
て、翼長方向に互いに重なり合うようにして隔てられて
いる。第２の蛇状チャンネル部の最後部の脚部74は、直
列に連通するルート流路40から、冷却媒体をエアーフォ
イルのベース18に位置する吸入口83に導入する。脚部76
は、翼弦方向に延在する脚部86を介して、第２の蛇状チ
ャンネル部の第３の翼長方向に延在する脚部84と連通
し、脚部86は脚部76及び84をルート部12に最も近い所で
連結している。
本実施例によれば、翼長方向に互いに離れて配置して
吸込側壁24を貫通する多数のフィルム冷却媒体流路90
が、チャンネルの脚部70の長手方向に沿って空洞34を横
切っているとともに、翼長方向に互いに離れて配置して
圧力側壁22を貫通する多数のフィルム冷却媒体流路92
が、チャンネル部の脚部84の長手方向に沿って空洞34を
横切っている。それによって、ルート流路42に導入され
た冷却媒体は、エアーフォイルの後部から前部に移動し
てフィルム冷却媒体流路90から排出されるときに、エア
ーフォイルを横切る３つの翼長方向に延在する経路を形
成する。同様に、ルート流路40に導入された冷却媒体
は、エアーフォイルを翼長方向に横切る３つの経路を形
成し、フィルム冷却媒体流路92を介してエアーフォイル
の圧力側壁から排出される。
吸込側壁24を貫通する多数のフィルム冷却媒体流路90
が、チャンネルの脚部70の長手方向に沿って空洞34を横
切っているとともに、翼長方向に互いに離れて配置して
圧力側壁22を貫通する多数のフィルム冷却媒体流路92
が、チャンネル部の脚部84の長手方向に沿って空洞34を
横切っている。それによって、ルート流路42に導入され
た冷却媒体は、エアーフォイルの後部から前部に移動し
てフィルム冷却媒体流路90から排出されるときに、エア
ーフォイルを横切る３つの翼長方向に延在する経路を形
成する。同様に、ルート流路40に導入された冷却媒体
は、エアーフォイルを翼長方向に横切る３つの経路を形
成し、フィルム冷却媒体流路92を介してエアーフォイル
の圧力側壁から排出される。
このような構成によって、実質的に流路40及び42に導
入された冷却媒体は、すべて前縁及び後縁チャンネル46
及び52の間のエアーフォイル全体の冷却に使用され、エ
アーフォイルの前部付近で排出される。さらに、分離し
た冷却媒体の流れは、外圧及びエアーフォイルの吸込面
に供給され、３つの流れを、互いに異なった圧力にし
て、エアーフォイルの圧力側壁面に対する冷却媒体の流
速に対して、エアーフォイルの吸込面に対する冷却媒体
の流速を容易に調節することが出来る。
入された冷却媒体は、すべて前縁及び後縁チャンネル46
及び52の間のエアーフォイル全体の冷却に使用され、エ
アーフォイルの前部付近で排出される。さらに、分離し
た冷却媒体の流れは、外圧及びエアーフォイルの吸込面
に供給され、３つの流れを、互いに異なった圧力にし
て、エアーフォイルの圧力側壁面に対する冷却媒体の流
速に対して、エアーフォイルの吸込面に対する冷却媒体
の流速を容易に調節することが出来る。
第１図に示すエアーフォイル内の冷却媒体チャンネル
部には（冷却媒体チャンネル部の他の実施例の場合も同
様に）、空洞34内のチャンネル部に沿って乱流を生成す
るために、チャンネル部の長手方向に沿って、図示しな
い「トリップストリップ」が設けられており、それによ
って、熱移動速度を増加させることが出来る。トリップ
ストリップは、チャンネル部内の壁面隆起部であり、例
えば、本出願人の有する米国特許4,257,737、4,416,58
5、4,514,144及び4,627,480に詳細に記載されている。
トリップストリップは周知であり、本発明の一部を形成
するものではない。
部には（冷却媒体チャンネル部の他の実施例の場合も同
様に）、空洞34内のチャンネル部に沿って乱流を生成す
るために、チャンネル部の長手方向に沿って、図示しな
い「トリップストリップ」が設けられており、それによ
って、熱移動速度を増加させることが出来る。トリップ
ストリップは、チャンネル部内の壁面隆起部であり、例
えば、本出願人の有する米国特許4,257,737、4,416,58
5、4,514,144及び4,627,480に詳細に記載されている。
トリップストリップは周知であり、本発明の一部を形成
するものではない。
第４図は本発明の他の実施例を示している。説明を簡
単にするために、第１図乃至第３図に示したタービンブ
レードの部材に類似する部材は、同じ数字の右肩
に（′）を付けて表示する。簡単に説明すると、第４図
の実施例では、第１図のリブ36Bとリブ36Fの下部、即ち
ブレードルート部内の部分が除去されていること以外
は、第１図の実施例と同じである。リブ36Fの下部を除
去することによって、共通のプリナム又は冷却媒体吸入
流路100から、第２の蛇状チャンネル部の吸入口62′及
び83′に冷却媒体が供給される。リブ36Bを除去するこ
とによって、蛇状チャンネル部の下流方向への共通の脚
部102が形成される。チャンネル部102の吸入口104に
は、それぞれ蛇状チャンネル脚部64′及び76′の排出口
106及び108から冷却媒体が供給される。排出口106及び1
08は、翼弦方向に延在する短いチャンネル脚部110を介
して吸入口104に連通している。
単にするために、第１図乃至第３図に示したタービンブ
レードの部材に類似する部材は、同じ数字の右肩
に（′）を付けて表示する。簡単に説明すると、第４図
の実施例では、第１図のリブ36Bとリブ36Fの下部、即ち
ブレードルート部内の部分が除去されていること以外
は、第１図の実施例と同じである。リブ36Fの下部を除
去することによって、共通のプリナム又は冷却媒体吸入
流路100から、第２の蛇状チャンネル部の吸入口62′及
び83′に冷却媒体が供給される。リブ36Bを除去するこ
とによって、蛇状チャンネル部の下流方向への共通の脚
部102が形成される。チャンネル部102の吸入口104に
は、それぞれ蛇状チャンネル脚部64′及び76′の排出口
106及び108から冷却媒体が供給される。排出口106及び1
08は、翼弦方向に延在する短いチャンネル脚部110を介
して吸入口104に連通している。
第４図の実施例では、両方の蛇状チャンネル部内の冷
却媒体の圧力は同じであるが、チャンネル脚部102が脚
部70及び84よりも広いので、内部経路を形成し易い。さ
らに、製造し易くするために、第４図の実施例では、翼
弦方向に延びる脚部66′及び80′を連結するリブ82′を
貫通する１対の連絡孔112も含まれる。これらは、ター
ビンブレードのキャスティングコアがより強くなるよう
にするために設けられている。
却媒体の圧力は同じであるが、チャンネル脚部102が脚
部70及び84よりも広いので、内部経路を形成し易い。さ
らに、製造し易くするために、第４図の実施例では、翼
弦方向に延びる脚部66′及び80′を連結するリブ82′を
貫通する１対の連絡孔112も含まれる。これらは、ター
ビンブレードのキャスティングコアがより強くなるよう
にするために設けられている。
第５図及び第６図に示す実施例では、第１図及び第４
図の実施例との相違を明確にするために、２つの実施例
の部材と類似の部材は、同じ数字の右肩に（″）を付け
て表示する。第５図からわかるように、蛇状チャンネル
部の形状は、第１図の実施例と同様にリブ36F″がルー
ト部を通り抜けて延び、各々の蛇状チャンネル部がそれ
ぞれ別個の冷却媒体吸入流路40″及び42″を有すること
以外は、実質的に第４図の実施例の場合と同じである。
さらに、この実施例では、リブ36D″の端部に翼弦方向
に延在するＵ形のリブ200を加えることによって、蛇状
チャンネル部内の回転損失（turning losses）を減少さ
せている。
図の実施例との相違を明確にするために、２つの実施例
の部材と類似の部材は、同じ数字の右肩に（″）を付け
て表示する。第５図からわかるように、蛇状チャンネル
部の形状は、第１図の実施例と同様にリブ36F″がルー
ト部を通り抜けて延び、各々の蛇状チャンネル部がそれ
ぞれ別個の冷却媒体吸入流路40″及び42″を有すること
以外は、実質的に第４図の実施例の場合と同じである。
さらに、この実施例では、リブ36D″の端部に翼弦方向
に延在するＵ形のリブ200を加えることによって、蛇状
チャンネル部内の回転損失（turning losses）を減少さ
せている。
第５図及び第６図に示す実施例では、前縁、後縁及び
端部冷却形状も前の２つの実施例と異なっている。空洞
34″は、前縁26″のすぐ後ろ側に、長手方向に延在する
一対の区画室202及び204を有する。前縁冷却チャンネル
部52″と区画室202及び204とを分離する壁又はリブ206
は、リブ206を貫通する多数の衝突冷却孔208を有する。
チャンネル部52″内の冷却媒体は、孔208を通り抜けて
エアーフォイルの前縁の後縁表面に当たる。この冷却媒
体は、フィルム冷却孔58″を介して区画室202及び204か
ら排出される。
端部冷却形状も前の２つの実施例と異なっている。空洞
34″は、前縁26″のすぐ後ろ側に、長手方向に延在する
一対の区画室202及び204を有する。前縁冷却チャンネル
部52″と区画室202及び204とを分離する壁又はリブ206
は、リブ206を貫通する多数の衝突冷却孔208を有する。
チャンネル部52″内の冷却媒体は、孔208を通り抜けて
エアーフォイルの前縁の後縁表面に当たる。この冷却媒
体は、フィルム冷却孔58″を介して区画室202及び204か
ら排出される。
エアーフォイルの後縁付近には、後縁チャンネル部4
6″のすぐ下流に、それと平行に、互いに離れて長手方
向に延在する一対の壁又はリブ210及び212が形成されて
おり、それらの間に長手方向に延在する区画室214が画
成されている。チャンネル部46″からの冷却媒体は、多
数の孔216を通り抜けてリブ212に当たる。冷却媒体の一
部は、圧力側壁22″を貫通する多数のフィルム冷却媒体
孔218を通って区画室から排出され、一部はリブ212を貫
通する多数の孔222を通ってエアーフォイル後縁スロッ
ト220に供給される。
6″のすぐ下流に、それと平行に、互いに離れて長手方
向に延在する一対の壁又はリブ210及び212が形成されて
おり、それらの間に長手方向に延在する区画室214が画
成されている。チャンネル部46″からの冷却媒体は、多
数の孔216を通り抜けてリブ212に当たる。冷却媒体の一
部は、圧力側壁22″を貫通する多数のフィルム冷却媒体
孔218を通って区画室から排出され、一部はリブ212を貫
通する多数の孔222を通ってエアーフォイル後縁スロッ
ト220に供給される。
翼端16″を形成する壁から離れた所にリブ36J″が設
けられ、それらの間に翼端冷却区画室224が形成されて
いる。区画室204、前縁チャンネル部52″、蛇状チャン
ネル部、後縁チャンネル部46″及び後縁区画室214内の
冷却液の一部は、多数の衝突冷却孔226を通って翼端区
画室224に供給される。さらに、翼端16″の冷却は、翼
端を貫通する多数の孔59″を通って、冷却媒体が区画室
224からエアーフォイルの外へ排出されることによって
起こる。
けられ、それらの間に翼端冷却区画室224が形成されて
いる。区画室204、前縁チャンネル部52″、蛇状チャン
ネル部、後縁チャンネル部46″及び後縁区画室214内の
冷却液の一部は、多数の衝突冷却孔226を通って翼端区
画室224に供給される。さらに、翼端16″の冷却は、翼
端を貫通する多数の孔59″を通って、冷却媒体が区画室
224からエアーフォイルの外へ排出されることによって
起こる。
第７図は、第５図及び第６図に示したタービンブレー
ドの一部を変更した本発明の第４の実施例を示してい
る。第７図では、前の実施例の部材と類似の部材は、同
じ数字の右肩に（）を付けて表示する。本実施例のタ
ービンブレードは、翼長方向に延びる後縁冷却チャンネ
ル46″を有しない点が、第５図及び第６図に示すタービ
ンブレードと異なっている。第５図及び第６図の後縁区
画室214に対応する第７図の後縁区画室214には、翼長
方向に互いに離れてリブ210を貫通する多数の孔216
を介して、蛇状チャンネル部の一つの最後部の脚部60
から直接に冷却液が供給される。
ドの一部を変更した本発明の第４の実施例を示してい
る。第７図では、前の実施例の部材と類似の部材は、同
じ数字の右肩に（）を付けて表示する。本実施例のタ
ービンブレードは、翼長方向に延びる後縁冷却チャンネ
ル46″を有しない点が、第５図及び第６図に示すタービ
ンブレードと異なっている。第５図及び第６図の後縁区
画室214に対応する第７図の後縁区画室214には、翼長
方向に互いに離れてリブ210を貫通する多数の孔216
を介して、蛇状チャンネル部の一つの最後部の脚部60
から直接に冷却液が供給される。
また、翼端の形状も前の実施例と異なっている。第７
図の実施例では、翼端16を形成する壁は、翼弦方向に
延在するチャンネル脚部66を通る冷却媒体から生ずる
対流の結合によって、及び様々なチャンネル脚部からの
冷却媒体が孔59を通り抜けることによって、冷却され
る。上述した他の実施例と同様に、冷却媒体によって、
翼端のフィルム冷却が行われる。
図の実施例では、翼端16を形成する壁は、翼弦方向に
延在するチャンネル脚部66を通る冷却媒体から生ずる
対流の結合によって、及び様々なチャンネル脚部からの
冷却媒体が孔59を通り抜けることによって、冷却され
る。上述した他の実施例と同様に、冷却媒体によって、
翼端のフィルム冷却が行われる。
［発明の効果］ 上述したように、本発明のタービンブレードは、空洞
内に多数の流路が翼長方向に延在して、冷却媒体が広範
囲に渡ってエアーフォイルの内壁表面を通過するように
なっているので、冷却力を最大限に活用することが出来
る。また、本発明のタービンブレードは、従来のものに
比べて翼長方向に延びるリブを多数使用しているので、
強固な構造にすることが出来る。また、重なり合ったＵ
形チャンネルを通り抜ける冷却液の全部あるいは大部分
を、エアーフォイルの前縁又は前縁付近にあるフィルム
冷却媒体を介して排出することが出来る。さらに、空洞
内に翼長方向に延在する多数の流路があるにもかかわら
ず、エアーフォイルを翼長方向に横切る流路の数が同じ
単一の蛇状チャンネル部を用いた場合よりも、圧力低下
を少なくすることが出来る。
内に多数の流路が翼長方向に延在して、冷却媒体が広範
囲に渡ってエアーフォイルの内壁表面を通過するように
なっているので、冷却力を最大限に活用することが出来
る。また、本発明のタービンブレードは、従来のものに
比べて翼長方向に延びるリブを多数使用しているので、
強固な構造にすることが出来る。また、重なり合ったＵ
形チャンネルを通り抜ける冷却液の全部あるいは大部分
を、エアーフォイルの前縁又は前縁付近にあるフィルム
冷却媒体を介して排出することが出来る。さらに、空洞
内に翼長方向に延在する多数の流路があるにもかかわら
ず、エアーフォイルを翼長方向に横切る流路の数が同じ
単一の蛇状チャンネル部を用いた場合よりも、圧力低下
を少なくすることが出来る。
第１図は本発明の第１の実施例の中空タービンブレード
を示す断面図、第２図は第１図のタービンブレードの２
−２線断面図、第３図は第１図のタービンブレードの３
−３線断面図、第４図は本発明の第２の実施例の中空タ
ービンブレードを示す断面図、第５図は本発明の第３の
実施例の中空タービンブレードを示す断面図、第６図は
第５図のタービンブレードの６−６線断面図、第７図は
本発明の第４の実施例の中空タービンブレードを示す断
面図である。 10……タービンブレード 12……ルート部 14……エアーフォイル 16……翼端 18……ベース 20……プラットホーム 36……リブ 46……後縁チャンネル部 52……前縁チャンネル部
を示す断面図、第２図は第１図のタービンブレードの２
−２線断面図、第３図は第１図のタービンブレードの３
−３線断面図、第４図は本発明の第２の実施例の中空タ
ービンブレードを示す断面図、第５図は本発明の第３の
実施例の中空タービンブレードを示す断面図、第６図は
第５図のタービンブレードの６−６線断面図、第７図は
本発明の第４の実施例の中空タービンブレードを示す断
面図である。 10……タービンブレード 12……ルート部 14……エアーフォイル 16……翼端 18……ベース 20……プラットホーム 36……リブ 46……後縁チャンネル部 52……前縁チャンネル部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス クラッツ ランディス アメリカ合衆国，フロリダ，テキスタ, フェアビュー イースト，152 (56)参考文献 特開 昭58−202304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−170801（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】翼根部と、該翼根部と一体となってエアー
フォイルを形成する壁手段とから成り、該壁手段が圧力
側壁及び吸込側壁を有し、該圧力側壁及び吸込側壁が結
合して前記エアーフォイルの前縁と後縁を画成するとと
もに互いに離れて配置されることで翼長及び翼弦方向に
延在する冷却媒体用の空洞を前記エアーフォイル内に形
成し、前記翼根部が、外部から冷却媒体を導入して前記
エアーフォイルの空洞に供給する翼根流路手段を有する
タービンブレードにおいて、 前記空洞内に複数のチャンネル部を形成するための複数
のリブ手段が設けられ、これらのリブ手段によって、 前方及び後方に離間し、かつ、翼長方向に延びた複数の
脚部が、前記翼根部から最も離間した第１の離間位置に
おいて第１の翼弦方向脚部によって互いに連結されて形
成された第1U形チャンネル部と、 前記第1U形チャンネル部を形成しつつ前方及び後方に離
間した複数の前記脚部の間に配設され、前記リブ手段に
よって互いに別々に形成され、かつ、前方及び後方に離
間しつつ翼長方向に延びた複数の脚部が、さらに前記翼
根部から第２の離間位置において前記リブ手段によって
前記第１の翼弦方向脚部と分離形成された第２の翼弦方
向脚部によって互いに連結され、前記第1U形チャンネル
部と翼長方向において互いに重なり合うように形成され
た第2U形チャンネル部と、 前記複数のＵ形チャンネル部の前方において、前記翼根
部側に近接した端部が吸入口とされた複数の単一翼長方
向チャンネル脚部と、 がさらに形成されており、 前記各Ｕ形チャンネルの後方脚部は、前記翼根部におい
て冷却媒体を導入するための前記翼根部通路手段に連通
した吸入口とされ、 前記各Ｕチャンネルの前方脚部には、前記翼根部に近接
した位置においてそれぞれ排出口が形成されていて、 これらの排出口は、その前部に形成された複数の前記単
一翼長方向チャンネル脚部の前記吸入口に直列に連通し
ていることを特徴とするタービンブレード。 - 【請求項２】前記翼根部流路手段は、前記第1U形チャン
ネル部及び第2U形チャンネル部の吸入口とそれぞれ連通
して、前記各Ｕ形チャンネル部に共通の冷却媒体を供給
する共通の主流路を有することを特徴とする、請求項１
項記載のタービンブレード。 - 【請求項３】前記リブ手段は、前記第1U形チャンネル部
の前方脚部を分けて翼長方向に延在した部分と、前記翼
根部に最も近い側の端部において翼弦方向Ｕ形延長部
と、を形成した第１のリブ手段を有しており、 前記複数のＵ形チャンネル部から回転損失を減少させつ
つ、前記単一翼長方向チャンネル脚部に前記冷却媒体を
導入するようになっていることを特徴とする請求項１項
記載のタービンブレード。 - 【請求項４】前記エアーフォイルは、翼長方向に延在す
る後縁スロットを有し、かつ、前記リブ手段は、前記第
1U形チャンネル部の後方脚部部分を画成している第１翼
長方向延在リブを有しており、この第１翼長方向延在リ
ブは、翼長方向に互いに離間され、前記翼の実質的に全
翼長にわたって設けられた翼弦方向に連通する複数の通
路を有していて、前記第1U形チャンネル部から前記冷却
媒体を前記後縁スロットへと供給していることを特徴と
する請求項１に記載のタービンブレード。 - 【請求項５】前記空洞は、前記単一翼長方向チャンネル
脚部の前方に翼長方向に延在する前縁冷却チャンネル部
画成手段を有し、 前記翼根部流路手段は、前記前縁冷却チャンネル部に冷
却媒体を導入して前記前縁を冷却する前縁流路を有する
ことを特徴とする、請求項１項記載のタービンブレー
ド。 - 【請求項６】前記空洞は、前記第1U形チャンネル部の後
方脚部の後方側において、さらに翼長方向に延在する後
縁冷却媒体チャンネル部を画成する手段を有し、 前記翼根部流路手段は、前記後縁冷却媒体チャンネル部
に冷却媒体を導入して前記後縁を冷却するための後縁流
路を有することを特徴とする、請求項５項記載のタービ
ンブレード。 - 【請求項７】前記圧力側壁及び吸込側壁の少なくとも１
つは、前記壁を横切って延びる多数のフィルム冷却媒体
流路を有していて、これらのフィルム冷却媒体通路は、
複数の前記Ｕ形チャンネル部内の冷却媒体を排出するた
めの排出口とされていることを特徴とする、請求項１項
記載のタービンブレード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US082,403 | 1987-08-06 | ||
| US07/082,403 US4767268A (en) | 1987-08-06 | 1987-08-06 | Triple pass cooled airfoil |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01134003A JPH01134003A (ja) | 1989-05-26 |
| JP2733255B2 true JP2733255B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=22170982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63195922A Expired - Fee Related JP2733255B2 (ja) | 1987-08-06 | 1988-08-05 | タービンブレード |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4767268A (ja) |
| EP (1) | EP0302810B1 (ja) |
| JP (1) | JP2733255B2 (ja) |
| AU (1) | AU606189B2 (ja) |
| DE (1) | DE3872465T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101937588B1 (ko) * | 2017-09-13 | 2019-01-10 | 두산중공업 주식회사 | 터빈의 냉각 블레이드 및 이를 포함하는 터빈 및 가스터빈 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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