JP3137527B2 - ガスタービン動翼チップ冷却装置 - Google Patents

ガスタービン動翼チップ冷却装置

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    • 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
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • 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
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    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン中空動翼チ
ップ部の冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のガスタービン中空動翼の１
例を示す斜視図である。図において翼根１１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。即ち、前縁側１２Ａから流入した冷却空気は、フィ
ン１３を有する曲がりくねった流路を流れて翼を冷却
し、チップシンニング１４が設けられた翼頂部の穴Ａか
ら翼外へ流出して、タービンを回転させる主ガス流れに
合流する。また後縁側１２Ｂから流入した冷却空気は、
フィン１３が設けられた冷却通路を矢印の方向に流れ、
ピンフィン１５で翼後縁を冷却した後、穴又はスリット
Ｂから翼外へ流出して主ガス流れに合流する。図５は動
翼チップの平面図で、ケーシング円環側との接触に備え
て、チップシンニング１４が翼プロフィルに沿って薄肉
状に形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述したような高温ガ
スタービンでは、ガスタービン動翼の耐高温化が必要と
なるが、特に翼先端部では、分割環との接触により翼が
破損するのを防ぐために、チップシンニング１４が設け
られている。しかし同チップシンニング１４が同時に伝
熱フィンとして作用するため、タービンを回転させる高
温ガスからの熱を受け入れて非常に高温となり、これが
しばしば高温酸化の原因となった。また後縁部チップキ
ャップの下面は翼厚が薄いため、通常他部に比べて厚く
形成されているが、チップキャップが厚い程温度は高く
なる。本発明はこのような従来の欠点を解消するために
なされたもので、チップ部の異常高温による高温酸化を
防止して信頼性を向上させることのできるガスタービン
動翼チップ冷却装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ガス
タービン中空冷却動翼において、腹側前縁から腹側後縁
部途中までのシンニング部と、チップキャップの腹側シ
ンニング部を欠如させた部分に設けられた冷却穴とを備
え、チップキャップの腹側シンニング部を欠如させた部
分の厚さを、他の部分の厚さとほぼ同一としたことを特
徴とするものであり、また翼内部冷却空気流路から腹側
チップシンニング部とチップキャップの背側付近へ連通
する複数の冷却穴（直径０．５ｍｍ乃至２．００ｍｍ）
を備えてなるものであり、さらにまたチップシンニング
部の高さを低く（０．１ｍｍ乃至５．０ｍｍ）形成した
もので、これを課題解決のための手段とするものであ
る。
【０００５】
【作用】動翼チップでの高温ガスはチップと分割環との
隙間を翼の腹側から背側に流れるため、腹側チップシン
ニングとチップキャップの背側付近に冷却穴を設けるこ
とによって、腹側チップシンニング部はフィルム冷却さ
れる。またチップキャップ４の背側付近の冷却穴は、対
流冷却に寄与しチップ冷却を効果的にする。さらにシン
ニング部の高さを低くし、また腹側後縁部Ｙのシンニン
グを欠如させ、ここに冷却穴を設けたこと、及びチップ
キャップの厚さを他部のチップキャップの厚さとほぼ同
一厚さとしたことによって、従来の動翼に見られたよう
なチップシンニングの高さが高いこと及びチップキャッ
プが厚いことによる高温化現象を解消できる。
【０００６】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
ると、図１は本発明の実施例を示すチップ冷却動翼の平
面図である。図において動翼の腹側のチップシンニング
１と背側のチップシンニング２は翼の平面形状に沿って
設けられている。このチップシンニング１、２は従来の
動翼に比べて高さはｈ＝０．１ｍｍ乃至５．０ｍｍと低
く形成されている。従って通常ケーシング円環側との接
触に備え、翼プロフィルに沿って薄肉状に高さｈ＝５．
０ｍｍ程度のチップシンニングが設けられるが、本発明
による実施例では、チップシンニング１、２におけるチ
ップキャップ４からの高さ（図２のｈ）を０．１ｍｍ乃
至５．０ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ乃至１．５ｍｍ程
度に低くすることによって、ケーシングの円環側との接
触対策を維持しつつ、高温ガスからの熱を受け入れる伝
熱フィンとして作用する部分を少なくでき、動翼の高温
化を防止できる。また腹側チップシンニング１には、図
１のＸ〜Ｘ断面の図２に示すような冷却穴３が穿設され
ている。更にチップキャップ４の背側付近にも、図１及
び２に示すように冷却穴５が穿設されている。これらの
冷却穴３、５の直径は０．５ｍｍ乃至２．０ｍｍ程度と
される。なお、これが０．５ｍｍより小さいとごみ詰ま
りを生じるため、２．０ｍｍ程度までが熱伝達、熱応力
の点で有効である。
【０００７】このような冷却形状を有する動翼におい
て、比較的ケーシングの円環側との接触の影響の少ない
腹側後縁部は、図１のＹ部に示すように腹側のシンニン
グ１を欠如させており、その部位には動翼のチップ方向
に向けて冷却穴６が穿設されている。また腹側シンニン
グを欠如させた部位Ｙは図１のＺ〜Ｚ断面の図３に示す
ように、チップキャップ４の厚さを他部のチップキャッ
プ厚さとほぼ同一厚さにしてある。そのために動翼後縁
部は従来のもののように、翼厚を薄くされた尖端部を形
成していない。なお、仮想線部Ｄは従来の動翼の後縁部
のチップキャップの厚さ形状を示す。このようにこの部
位のシンニングの欠如によって、高温ガスからの熱を受
け入れる伝熱フィンとして作用する部分が少なく、また
チップキャップの均一な厚さによって、この部位が高温
になることがないばかりでなく、その部位に設けた冷却
穴６を流れる冷却風との相乗効果によって、動翼の高温
化を有効に防止できる。
【０００８】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明のガス
タービン動翼のチップ冷却装置によれば、チップシンニ
ングが伝熱フィンの作用をするのを冷却穴を、流れる冷
却風との相乗効果により有効に防止できるため、チップ
部が異常な高温とならず高温酸化の原因を解消できる。
また従来の動翼に見られたチップキャップ肉厚部の存在
による高温化現象も防止することができるなど、ガスタ
ービンの信頼性向上に寄与する効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係るチップ冷却動翼の平面
図である。
【図２】図１のＸ〜Ｘ断面図である。
【図３】図１のＺ〜Ｚ断面図である。
【図４】従来の中空冷却動翼の１例を示す斜視断面図で
ある。
【図５】図４の中空冷却動翼のチップの平面図である。
【符号の説明】
１ 腹側チップシンニング ２ 背側チップシンニング ３ 冷却穴 ４ チップキャップ ５ チップキャップの背側付近の冷却穴 ６ 腹側後縁部の冷却穴 Ｙ 腹側後縁部のシンニングを欠如させた部位

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン中空冷却動翼において、腹
    側前縁から腹側後縁部途中までのシンニング部と、チッ
    プキャップの腹側シンニング部を欠如させた部分に設け
    られた冷却穴とを備え、チップキャップの腹側シンニン
    グ部を欠如させた部分の厚さを、他の部分の厚さとほぼ
    同一としたことを特徴とするガスタービン動翼チップ冷
    却装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のガスタービン中空冷却動
    翼において、翼内部冷却空気流路から腹側チップシンニ
    ング部とチップキャップの背側付近へ連通する複数の冷
    却穴を備えてなることを特徴とするガスタービン動翼チ
    ップ冷却装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のガスタービン動
    翼チップ冷却装置において、冷却穴の直径を０．５ｍｍ
    乃至２．０ｍｍとすることを特徴とするガスタービン動
    翼チップ冷却装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のガスタ
    ービン動翼チップ冷却装置において、チップシンニング
    部の高さを０．１ｍｍ乃至５．０ｍｍとすることを特徴
    とするガスタービン動翼チップ冷却装置。
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