JP2818266B2 - ガスタービン冷却翼 - Google Patents

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、ガスタービン冷却翼に係り、特に効率的に
冷却を行えるようにしたガスタービン冷却翼に関する。

（従来の技術） タービンエンジン等では、一般に燃焼するガスによっ
て駆動されるタービン自身が燃焼器へ空気を供給する送
風機、または圧縮機を駆動する自力的駆動方式が採用さ
れている。かかるタービンの出力効率を高めるために最
も有効な方法はタービン入口における燃焼ガス温度を高
めることであるが、この温度はタービンの翼、特に第１
段の静翼、動翼を構成する材料の耐熱応力性あるいは高
温酸化，腐食等に耐える能力により制限される。

そこで従来は、例えば第４図に示すような翼内部を冷
却媒体で強制的に冷却するインサート・インピンジメン
ト冷却翼が用いられている。この図に示すように、ター
ビンの静翼の翼本体１内に仕切板２を挟んで形成された
空洞3,4には、それぞれ複数のインピンジメント孔5a,6a
を設けた第１と第２のインサート・プレート5,6が配設
されている。

そして、第１と第２のインサート・プレート5,6内に
供給された冷却媒体が、インピンジメント孔5a,6aより
矢印方向に噴出して翼本体１の内壁面を対流冷却し、仕
切板２に設けられた通過孔2aや翼本体１の内壁面と第1,
第２のインサート・プレート5,6間に形成された第１と
第２の通路7,8を流れ、最終的に翼本体１内の後縁部側
に形成された細孔1aから翼外部へ排出される構造になっ
ている。

尚、図では省略したが、翼本体１の上下にシュラウド
部が設けられており、これにより、ケーシング部に取付
いて環状翼列を形成する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前記した冷却構造によれば、翼本体１内の
前縁部側をインピンジメント冷却した冷却媒体が、仕切
板２の通過孔2aを通って翼本体１の内壁面と第２のイン
サート・プレート６間に形成された第２の通路８を、第
２のインサート・プレート６のインピンジメント孔6aか
ら噴出される冷却媒体と合流して流れるため、これが大
きなクロスフローとなってインピンジメント冷却効果を
低下させていた。

また、前記した冷却構造では、翼本体１内の前縁側
（冷却媒体の流れ方向上流側）で一度インピンジメント
冷却した冷却媒体は翼本体１内の後縁側（冷却媒体の流
れ方向下流側）の冷却には寄与せず、翼本体１内の圧力
損失を増加させる等の問題があった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、効率
的な冷却を行うことができるガスタービン冷却翼を提供
しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、翼本体の内
部に形成された空洞にインサート・プレートを配設し
て、前記翼本体の内壁面とインサート・プレート間に形
成される冷却媒体が流れる通路の、前記冷却媒体の流れ
方向上流側に、前記インサート・プレートに設けられた
複数のインピンジンメント孔から噴出される冷却媒体に
よって冷却を行うインピンジメント冷却要素を構成し、
前記冷却媒体の流れ方向下流側に、前記インピンジメン
ト冷却要素を通過した冷却媒体によって冷却を行う前記
インピンジメント冷却要素とは異なる冷却要素を構成し
たことを特徴としている。

（作用） 本発明の構成によれば、多列のインピンジメント冷却
によって発生するクロスフローを大幅に低減することが
でき、更に、インピンジメント冷却を終えた冷却媒体
は、冷却媒体の流れ方向下流側に構成したインピンジメ
ト冷却要素とは異なる冷却要素によって翼本体の冷却を
行うことにより、冷却効率の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。尚、従来と同一部分または相当部分には同一符号を
付して説明する。

第１図は、本発明に係るタービン冷却翼をガスタービ
ンの第１段静翼に適用した例を示す横断面図である。こ
の図に示すように、翼本体１内には、通過孔2aを形成し
た仕切板２を挟んで翼本体１のスパン方向に伸びる空洞
3,4が形成され、この空洞3,4内にそれぞれ第１と第２の
インサート・プレート5,6が設けられている。

第１のインサート・プレート５は翼本体１内の前縁部
側に、第２のインサート・プレート６は翼本体１内の中
央部から後縁部側にかけて設けられており、第１のイン
サート・プレート５の周囲（仕切板２と対向する面は除
く）と、第２のインサート・プレート６の仕切板２側の
周囲（仕切板２と対向する面と除く）には、インピンジ
メント孔（冷却孔）5a,6aが複数形成されている。ま
た、翼本体１の内壁面と第1,第２のインサート・プレー
ト5,6間には、それぞれ冷却媒体が流れる第１と第２の
通路7,8が形成されており、第２の通路８は翼本体１内
の後縁部に形成した冷却媒体を外に排出する細孔1aに連
通している。

第２の通路８上の第２のインサート・プレート６に形
成したインピンジメント孔6aの後方側（翼本体１の後縁
部側）に位置する翼本体１の内壁面には、ピンフィン９
が多数配設されており、このピンフィン９は、効率よく
冷却が行えるように径やピッチを最適状態にして配列さ
れている（第２図参照）。

本実施例側に係るガスタービン冷却翼は上記のように
構成されており、冷却媒体供給口（不図示）から第1,第
２のインサート・プレート5,6内に供給された冷却媒体
は、翼本体１のスパン方向に案内されてインピンジメン
ト孔5a,6aから矢印方向に噴出して、翼本体１の冷却媒
体の流れ方向上流側をインピンジメント冷却する。そし
て、第２のインサート・プレート６のインピンジメント
孔6aから噴出された冷却媒体と、第１のインサート・プ
レート５のインピンジメント孔5aから噴出し、仕切板２
の通過孔2aを通って来た冷却媒体とが合流して第２の通
路８を通ってピンフィン９に流れ、翼本体１の冷却媒体
の流れ方向下流側をピンフィン冷却する。ピンフィン９
を通過した冷却媒体は、翼本体１の後縁部側の細孔1aか
ら排出される。

このように、翼本体１の冷却媒体の流れ方向上流側
は、インピンジメント冷却要素で構成され、翼本体１の
冷却媒体の流れ方向下流側は、前記インピンジメント冷
却要素とは異なるピンフィン冷却要素で冷却する構成に
より、多列のインピンジメント冷却の場合に発生する冷
却媒体のクロスフローを大幅に低減することができ、ま
た、インピンジメント冷却を終えた冷却媒体で翼本体１
をピンフィン冷却することによって効率のよい冷却を行
うことができる。

第３図は、本発明の他の実施例に係るガスタービン冷
却翼を示す縦断面図である。

この実施例では、翼本体１の内壁面と上部，下部シュ
ラウド10,11で囲まれた空洞12に、翼本体１のスパン方
向に伸びるインサート・プレート13が配設されており、
インサート・プレート13の上部シュラウド10側（冷却媒
体の流れ方向上流側）には、インピンジメント孔（冷却
孔）13aが複数形成されている。

翼本体１の内壁面とインサート・プレート13間には、
冷却媒体が流れる通路14が形成されており、この通路14
上のインサート13に形成したインピンジメント孔13aの
後方側（冷却媒体の流れ方向下流側）に位置する翼本体
１の内壁面には、ピンフィン９が多数配設されており、
このピンフィン９は、前記同様効率よく冷却が行えるよ
うに径やピッチを最適状態にして配列されている。

本実施例に係るガスタービン冷却翼は上記のように構
成されており、インサート・プレート13内に上部シュラ
ウド10から下部シュラウド11側に供給される冷却媒体
は、インピジメント孔13aから噴出して翼本体１の冷却
媒体の流れ方向上流側をインピンジメント冷却する。そ
して、インピンジメント冷却した冷却媒体は通路14を通
ってピンフィン９に流れ、翼本体１の冷却媒体の流れ方
向下流側をピンフィン冷却する。ピンフィン９を通過し
た冷却媒体は、下部シュラウド11とその下部に設けた蓋
15で形成される空隙16に導かれて回収される。このよう
に、本実施例においても、前記実施例同様インピンジメ
ント冷却を終えた冷却媒体によってピンフィン冷却を行
うことができるので、冷却効率の向上を図ることができ
る。

また、前記した各実施例では、翼本体１の冷却媒体の
流れ方向下流側にインピンジメント冷却要素とは異なる
冷却要素としてピンフィン冷却要素を用いたが、本発明
はこれに限定されることなく、例えば翼本体１の冷却媒
体の流れ方向下流側にタービュレンス突起壁やチャネル
フロー等の強制対流冷却構造を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発
明によれば、多列のインピンジメント冷却の場合に発生
する冷却媒体のクロスフローを大幅に低減することがで
き、また、翼本体の冷却媒体の流れ方向上流側をインピ
ンジメント冷却し、翼本体の冷却媒体の流れ方向下流側
をインピンジメント冷却を終えた冷却媒体で強制対流冷
却することによって、一度インピンジメント冷却した冷
却媒体で再度冷却を行うことができるので、冷却効率の
向上を図ることができる。

また、冷却効率が向上することによって少ない冷却流
量で高い冷却性能を得ることができるので、タービン全
体のプラント効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るガスタービン冷却翼を示す横断
面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ線切断断面図、第３図
は、本発明の他の実施例に係るガスタービン冷却翼を示
す縦断面図、第４図は、従来のガスタービン冷却翼を示
す横断面図である。 １……翼本体、3,4……空洞 ５……第１のインサート・プレート ６……第２のインサート・プレート 6a,6a……インピンジメント孔 ７……第１の通路、８……第２の通路 ９……ピンフィン、10……上部シュラウド 11……下部シュラウド、12……空洞 13……インサート・プレート 13a……インピンジメント孔

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01D 5/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】翼本体の内部に形成された空洞にインサー
   ト・プレートを配設して、前記翼本体の内壁面とインサ
   ート・プレート間に形成される冷却媒体が流れる通路
   の、前記冷却媒体の流れ方向上流側に、前記インサート
   ・プレートに設けられた複数のインピンジメント孔から
   噴出される冷却媒体によって冷却を行うインピンジメン
   ト冷却要素を構成し、前記通路の前記冷却媒体の流れ方
   向下流側に、前記インピンジメント冷却要素を通過した
   冷却媒体によって冷却を行う前記インピンジメント冷却
   要素とは異なる冷却要素を構成したことを特徴とするガ
   スタービン冷却翼。
2. 【請求項２】前記翼本体内の冷却媒体の流れ方向下流側
   に構成される冷却要素にピンフィン冷却要素を用いたこ
   とを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却翼。