JP3035187B2 - ガスタービン中空冷却動翼 - Google Patents
ガスタービン中空冷却動翼Info
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- JP3035187B2 JP3035187B2 JP7110635A JP11063595A JP3035187B2 JP 3035187 B2 JP3035187 B2 JP 3035187B2 JP 7110635 A JP7110635 A JP 7110635A JP 11063595 A JP11063595 A JP 11063595A JP 3035187 B2 JP3035187 B2 JP 3035187B2
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- cooling
- blade
- cooling air
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内部にサーペンタイン形
状の冷却空気流路をもつガスタービン中空冷却動翼に関
する。
状の冷却空気流路をもつガスタービン中空冷却動翼に関
する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の代表的ガスタービン中空冷
却動翼の斜視破断図である。この図3に示した中空冷却
動翼について説明すると、翼根1の底部から流入した冷
却空気は、矢印の方向に流れて動翼を冷却する。
却動翼の斜視破断図である。この図3に示した中空冷却
動翼について説明すると、翼根1の底部から流入した冷
却空気は、矢印の方向に流れて動翼を冷却する。
【0003】すなわち、動翼の前縁側2Aから流入した
冷却空気は動翼内のフィン3を有する曲がりくねった流
路(サーペンタイン流路と呼ばれる)を流れて翼を冷却
し、チップシニング(tip thinning) 4が設けられた翼
頂部の穴Aから流出して翼のまわりを流れている主ガス
流れに合流する。
冷却空気は動翼内のフィン3を有する曲がりくねった流
路(サーペンタイン流路と呼ばれる)を流れて翼を冷却
し、チップシニング(tip thinning) 4が設けられた翼
頂部の穴Aから流出して翼のまわりを流れている主ガス
流れに合流する。
【0004】また動翼の後縁側2Bから流入した冷却空
気は動翼内のフィン3が設けられた冷却通路を矢印の方
向に流れ、ピンフィン5が設けられた翼後縁をそのピン
フィン5を介して冷却したのち、穴又はスリットBから
流出して翼まわりを流れる主ガス流れに合流する。
気は動翼内のフィン3が設けられた冷却通路を矢印の方
向に流れ、ピンフィン5が設けられた翼後縁をそのピン
フィン5を介して冷却したのち、穴又はスリットBから
流出して翼まわりを流れる主ガス流れに合流する。
【0005】図4は動翼チップの平面図で、ケーシング
側との接触に備えて、チップシニング4が翼プロフィル
に沿って薄肉状に形成されている構造を示している。
側との接触に備えて、チップシニング4が翼プロフィル
に沿って薄肉状に形成されている構造を示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来のガスタ
ービン中空冷却動翼には次のような欠点があった。
ービン中空冷却動翼には次のような欠点があった。
【0007】(1)動翼頂部ではケーシング側とのすき
まを流れる漏洩損失(tip leakageloss) が発生する。
この流れは図5に示すように、圧力差によって生ずる翼
腹側から翼背側に向う円周方向流れと、前縁から後縁に
向う軸方向流れが合成されて、ガスが図5の矢印の方向
に流れることによって生ずる。この流れのガスは、動翼
で十分に仕事をしていないためにその温度が高い。
まを流れる漏洩損失(tip leakageloss) が発生する。
この流れは図5に示すように、圧力差によって生ずる翼
腹側から翼背側に向う円周方向流れと、前縁から後縁に
向う軸方向流れが合成されて、ガスが図5の矢印の方向
に流れることによって生ずる。この流れのガスは、動翼
で十分に仕事をしていないためにその温度が高い。
【0008】(2)従来技術で述べたように、翼頂部は
前縁側で冷却を終えて昇温した冷却空気と、サーペンタ
イン流路湾曲部における冷却による間接的冷却のみで冷
却が行われていて、その冷却効果は極めて低い。
前縁側で冷却を終えて昇温した冷却空気と、サーペンタ
イン流路湾曲部における冷却による間接的冷却のみで冷
却が行われていて、その冷却効果は極めて低い。
【0009】(3)チップシニング部は熱容量が小さい
ためにこの部分での冷却が不足すると、その温度がガス
温度相当まで昇温して了う。
ためにこの部分での冷却が不足すると、その温度がガス
温度相当まで昇温して了う。
【0010】(4)従ってガスタービンの高温化と共に
翼先端部が焼損し、高価なガスタービン動翼の寿命を低
下させる場合があった。
翼先端部が焼損し、高価なガスタービン動翼の寿命を低
下させる場合があった。
【0011】(5)本発明は、内部にサーペンタイン形
状の空気流路を有するガスタービン中空冷却動翼におい
て、その半径方向外側のチップ部が有効に冷却されるよ
うにした構造をもつ動翼を提供することを課題としてい
る。
状の空気流路を有するガスタービン中空冷却動翼におい
て、その半径方向外側のチップ部が有効に冷却されるよ
うにした構造をもつ動翼を提供することを課題としてい
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部にサーペ
ンタイン形状の空気流路を有するガスタービン中空冷却
動翼における前記課題を解決するため、前記した空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に2重構造とした冷却空間を設ける。
ンタイン形状の空気流路を有するガスタービン中空冷却
動翼における前記課題を解決するため、前記した空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に2重構造とした冷却空間を設ける。
【0013】また、その冷却空間を形成する内壁に冷却
空気穴を穿設すると共に、その冷却空間を形成する外壁
にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空気穴を穿
設する。そして内壁の冷却空気穴の穴面積を外壁の冷却
空気穴の穴面積に比べて小さくし、その内壁の冷却空気
穴から流出する冷却空気が高速で外壁に衝突するように
した構成とする。
空気穴を穿設すると共に、その冷却空間を形成する外壁
にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空気穴を穿
設する。そして内壁の冷却空気穴の穴面積を外壁の冷却
空気穴の穴面積に比べて小さくし、その内壁の冷却空気
穴から流出する冷却空気が高速で外壁に衝突するように
した構成とする。
【0014】また、本発明のガスタービン中空冷却動翼
においては、内壁の冷却空気穴の径を小さくし、その内
壁と外壁の間の間隔を内壁に設けた冷却空気穴の直径の
4倍以内としているので、インピンジメント冷却を効果
的に行わせることができる。
においては、内壁の冷却空気穴の径を小さくし、その内
壁と外壁の間の間隔を内壁に設けた冷却空気穴の直径の
4倍以内としているので、インピンジメント冷却を効果
的に行わせることができる。
【0015】
【作用】前記した構成をもつ本発明によるガスタービン
中空冷却動翼における冷却作用は次のとおりである。
中空冷却動翼における冷却作用は次のとおりである。
【0016】(1)サーペンタイン流路に連通した内壁
の冷却空気穴から流出した高速の冷却空気は、外壁に衝
突してインピンジメント冷却(impingement cooling) を
行う。この空気はインピンジメント冷却を行ったのち、
外壁の空気穴から流出して主ガス流れに合流する。
の冷却空気穴から流出した高速の冷却空気は、外壁に衝
突してインピンジメント冷却(impingement cooling) を
行う。この空気はインピンジメント冷却を行ったのち、
外壁の空気穴から流出して主ガス流れに合流する。
【0017】(2)インピンジメント冷却によれば高い
熱伝達率がえられ、冷却効果が向上して、少ない冷却空
気で効果的な動翼チップ部の冷却が行われる。特に本発
明のガスタービン中空冷却動翼においては、冷却空気が
流出する冷却空間を形成する内壁と外壁の間の間隔を内
壁に設けた冷却空気穴の直径の4倍以内としているの
で、インピンジメント冷却を効果的に行わせることがで
きる。
熱伝達率がえられ、冷却効果が向上して、少ない冷却空
気で効果的な動翼チップ部の冷却が行われる。特に本発
明のガスタービン中空冷却動翼においては、冷却空気が
流出する冷却空間を形成する内壁と外壁の間の間隔を内
壁に設けた冷却空気穴の直径の4倍以内としているの
で、インピンジメント冷却を効果的に行わせることがで
きる。
【0018】
【実施例】以下本発明によるガスタービン中空冷却動翼
を図1,図2に示した一実施例に基づいて具体的に説明
する。図1は本発明による中空動翼の断面図、図2はそ
の動翼におけるインピンジメント冷却の説明図である。
を図1,図2に示した一実施例に基づいて具体的に説明
する。図1は本発明による中空動翼の断面図、図2はそ
の動翼におけるインピンジメント冷却の説明図である。
【0019】図1において、中空動翼のチップ部は内壁
12と外壁15によって2重構造に形成されて冷却空間
11が設けられている。内壁12にはサーペンタイン流
路13に連通した冷却空気穴14が設けられ、外壁15
には冷却空間11を主ガス流れに連通する冷却空気穴1
6及びチップ後縁には空気抜き穴17が設けられてい
る。
12と外壁15によって2重構造に形成されて冷却空間
11が設けられている。内壁12にはサーペンタイン流
路13に連通した冷却空気穴14が設けられ、外壁15
には冷却空間11を主ガス流れに連通する冷却空気穴1
6及びチップ後縁には空気抜き穴17が設けられてい
る。
【0020】図2において、内壁12の冷却空気穴14
の面積は外壁15の冷却空気穴16の面積よりも十分に
小さく、冷却空気穴14から噴出した高速の冷却空気
は、外壁15に衝突して効果的なインピンジメント冷却
を行う。圧力の低い後縁チップ部にもチップ後縁穴17
を設けることで、できるだけ大きな流速のインピンジ噴
流すなわち高い熱伝達率が得られる。
の面積は外壁15の冷却空気穴16の面積よりも十分に
小さく、冷却空気穴14から噴出した高速の冷却空気
は、外壁15に衝突して効果的なインピンジメント冷却
を行う。圧力の低い後縁チップ部にもチップ後縁穴17
を設けることで、できるだけ大きな流速のインピンジ噴
流すなわち高い熱伝達率が得られる。
【0021】また、インピンジメント冷却が効果的に行
なわれる条件等としては、冷却空気穴14の穴の大きさ
と配置及び冷却空間11の大きさを次のとおり、選定す
ることで好ましい結果が得られた。 冷却空気穴14の穴径D=0.6〜1.2mm すきまH=4D以内 冷却空気穴の配置はできるだけ密にするほうが熱伝達率
が高くなる。すなわち、ピッチP=2D〜10Dに選定
する。冷却空気穴の穴径Dは径が小さいほど流速は上が
るが小さすぎると鋳造しにくくなる。
なわれる条件等としては、冷却空気穴14の穴の大きさ
と配置及び冷却空間11の大きさを次のとおり、選定す
ることで好ましい結果が得られた。 冷却空気穴14の穴径D=0.6〜1.2mm すきまH=4D以内 冷却空気穴の配置はできるだけ密にするほうが熱伝達率
が高くなる。すなわち、ピッチP=2D〜10Dに選定
する。冷却空気穴の穴径Dは径が小さいほど流速は上が
るが小さすぎると鋳造しにくくなる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば中空冷却動翼のチップ部
に半径方向に内壁と外壁で2重構造とした冷却空間を設
け、この内壁に設けられた冷却空気穴から噴出する高速
の冷却空気によるインピンジメント冷却でガスタービン
中空動翼のチップ部が有効に冷却されてメタル温度が低
下し、高価な動翼の寿命が延びると共にその保守費も減
少して、ガスタービンの信頼性が向上する。本発明のガ
スタービン中空冷却動翼においては、冷却空気が流出す
る冷却空間を形成する内壁と外壁の間の間隔を内壁に設
けた冷却空気穴の直径の4倍以内としているので、イン
ピンジメント冷却を効果的に行わせることができる。
に半径方向に内壁と外壁で2重構造とした冷却空間を設
け、この内壁に設けられた冷却空気穴から噴出する高速
の冷却空気によるインピンジメント冷却でガスタービン
中空動翼のチップ部が有効に冷却されてメタル温度が低
下し、高価な動翼の寿命が延びると共にその保守費も減
少して、ガスタービンの信頼性が向上する。本発明のガ
スタービン中空冷却動翼においては、冷却空気が流出す
る冷却空間を形成する内壁と外壁の間の間隔を内壁に設
けた冷却空気穴の直径の4倍以内としているので、イン
ピンジメント冷却を効果的に行わせることができる。
【図1】本発明の一実施例に係るガスタービン中空冷却
動翼の断面図。
動翼の断面図。
【図2】図1に示した動翼のチップ部におけるインピン
ジメント冷却の説明図。
ジメント冷却の説明図。
【図3】従来のガスタービン中空冷却動翼の斜視破断
図。
図。
【図4】図3のII−II線に沿って見た平面図。
【図5】ガスタービン動翼における頂部ガス流れの説明
図。
図。
11 冷却空間 12 内壁 13 サーペンタイン流路 14,16 冷却空気穴 15 外壁 17 チップ後縁穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平1−134003(JP,A) 特開 昭59−231102(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 5/18
Claims (1)
- 【請求項1】 内部にサーペンタイン形状の空気流路を
有するガスタービン中空冷却動翼において、前記空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に2重構造とした冷却空間に設け、該空
間を形成する内壁に冷却空気穴を穿設し、該空間を形成
する外壁にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空
気穴を穿設し、前記内壁の冷却空気穴の穴面積を前記外
壁の冷却空気穴の穴面積に比べて小さくし、且つ、前記
内壁と前記外壁の間の間隔を同内壁に設けた冷却空気穴
の直径の4倍以内とし、前記内壁の冷却空気穴から流出
する冷却空気が高速で前記外壁に衝突するように形成し
たことを特徴とするガスタービン中空冷却動翼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7110635A JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7110635A JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08303203A JPH08303203A (ja) | 1996-11-19 |
JP3035187B2 true JP3035187B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=14540737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7110635A Expired - Fee Related JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3035187B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8414262B2 (en) | 2008-10-30 | 2013-04-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine blade having squealer |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7568882B2 (en) * | 2007-01-12 | 2009-08-04 | General Electric Company | Impingement cooled bucket shroud, turbine rotor incorporating the same, and cooling method |
JP5182931B2 (ja) * | 2008-05-30 | 2013-04-17 | 三菱重工業株式会社 | タービン用翼 |
US9835087B2 (en) * | 2014-09-03 | 2017-12-05 | General Electric Company | Turbine bucket |
JP6906332B2 (ja) * | 2017-03-10 | 2021-07-21 | 川崎重工業株式会社 | タービン翼の冷却構造 |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP7110635A patent/JP3035187B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8414262B2 (en) | 2008-10-30 | 2013-04-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine blade having squealer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08303203A (ja) | 1996-11-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000118 |
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R250 | Receipt of annual fees |
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