JP3268070B2 - ガスタービンの中空冷却動翼 - Google Patents
ガスタービンの中空冷却動翼Info
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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、ガスタービンの中空冷
却動翼に関し、更に詳細には、その冷却空気通路を形成
する中空壁に設けられた冷却フィンの形状に関する。
却動翼に関し、更に詳細には、その冷却空気通路を形成
する中空壁に設けられた冷却フィンの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の代表的なガスタービンの
中空冷却動翼を破断して示す斜視図である。図２におい
て、中空冷却動翼１の翼根１Ａの底部から流入した冷却
空気２Ａ，２Ｂは、矢印の方向に流れて動翼１を冷却す
る。すなわち、前縁側の冷却空気通路３Ａから流入した
冷却空気２Ａは、冷却フィン４Ａを有する冷却空気通路
を流れて翼を冷却し、チップシンニング（ｔｉｐ ｔｈ
ｉｎｎｉｎｇ）５が設けられた翼頂部１Ｂの穴６から流
出して主ガス流れに合流する。また、後縁側の冷却空気
通路３Ｂから流入した冷却空気２Ｂは、冷却フィン４Ｂ
が設けられた冷却空気通路を矢印の方向に流れ、ピンフ
ィン７で翼後縁を冷却したのち、穴８から流出して主ガ
ス流れに合流する。
中空冷却動翼を破断して示す斜視図である。図２におい
て、中空冷却動翼１の翼根１Ａの底部から流入した冷却
空気２Ａ，２Ｂは、矢印の方向に流れて動翼１を冷却す
る。すなわち、前縁側の冷却空気通路３Ａから流入した
冷却空気２Ａは、冷却フィン４Ａを有する冷却空気通路
を流れて翼を冷却し、チップシンニング（ｔｉｐ ｔｈ
ｉｎｎｉｎｇ）５が設けられた翼頂部１Ｂの穴６から流
出して主ガス流れに合流する。また、後縁側の冷却空気
通路３Ｂから流入した冷却空気２Ｂは、冷却フィン４Ｂ
が設けられた冷却空気通路を矢印の方向に流れ、ピンフ
ィン７で翼後縁を冷却したのち、穴８から流出して主ガ
ス流れに合流する。
【０００３】図３は、図２のＡ−Ａ線に沿って動翼頂部
を示す平面図で、図示していないケーシング側との接触
に備えて、チップシンニング５が翼プロフィルに沿って
薄肉に形成されている。
を示す平面図で、図示していないケーシング側との接触
に備えて、チップシンニング５が翼プロフィルに沿って
薄肉に形成されている。
【０００４】ところで、冷却空気通路に設けられる多数
の冷却フィン４Ａ，４Ｂは、一般にタービュレンスプロ
モータ（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ｐｒｏｍｏｔｅｒ）と
呼ばれ、冷却空気流れに乱れを与えることによって伝達
特性を向上させ、高い熱伝達率は少ない空気量で効率良
く冷却を行なって、ガスタービン熱効率を向上させるも
のである。
の冷却フィン４Ａ，４Ｂは、一般にタービュレンスプロ
モータ（Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ｐｒｏｍｏｔｅｒ）と
呼ばれ、冷却空気流れに乱れを与えることによって伝達
特性を向上させ、高い熱伝達率は少ない空気量で効率良
く冷却を行なって、ガスタービン熱効率を向上させるも
のである。
【０００５】そして、このような冷却フィンの種類とし
て、従来、図４に示すようなものがあり、設計仕様に応
じて、直交リブ、傾斜リブ、山形リブ、谷形リブ、直交
スタッガード、山形スタッガード及び谷形スタッガード
等が使い分けられる。なお、矢印は冷却空気の流れ方向
を示す。また、図２に示されている冷却フィン４Ａ，４
Ｂは直交リブである。
て、従来、図４に示すようなものがあり、設計仕様に応
じて、直交リブ、傾斜リブ、山形リブ、谷形リブ、直交
スタッガード、山形スタッガード及び谷形スタッガード
等が使い分けられる。なお、矢印は冷却空気の流れ方向
を示す。また、図２に示されている冷却フィン４Ａ，４
Ｂは直交リブである。
【０００６】図５はこれら冷却フィンの伝熱特性を示
し、また図６はこれら冷却フィンの圧力損失係数の実験
結果に基づく特性を示している。
し、また図６はこれら冷却フィンの圧力損失係数の実験
結果に基づく特性を示している。
【０００７】すなわち、図５において、横軸はレイノル
ズ数Ｒｅ、縦軸はヌセルト数Ｎｕで、それぞれ、Ｒｅ＝
（ｕ・ｄ）／ν，Ｎｕ＝（α・ｄ）／λで表される。た
だし、ｕは流速（ｍ／ｓｅｃ），ｄは代表長（ｍ）、ν
は動粘性係数（ｍ2／ｓｅｃ）、αは熱伝達率（Ｋｃａ
ｌ／ｍ2ｈ℃）、λは熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍｈ℃）
で、いずれも無次元数である。
ズ数Ｒｅ、縦軸はヌセルト数Ｎｕで、それぞれ、Ｒｅ＝
（ｕ・ｄ）／ν，Ｎｕ＝（α・ｄ）／λで表される。た
だし、ｕは流速（ｍ／ｓｅｃ），ｄは代表長（ｍ）、ν
は動粘性係数（ｍ2／ｓｅｃ）、αは熱伝達率（Ｋｃａ
ｌ／ｍ2ｈ℃）、λは熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍｈ℃）
で、いずれも無次元数である。
【０００８】そして、この図５に示されているように、
ヌセルト数Ｎｕすなわち熱伝達率αはレイノルズ数Ｒｅ
が大きい程高く、またその順序は、レイノルズ数Ｒｅが
大きいときには、谷形スタッガード、直交スタッガー
ド、山形スタッガード、谷形リブ、山形リブ、傾斜リブ
及び直交リブの順である。一方、Ｒｅが小さいときに
は、谷形スタッガード、直交スタッガード、山形リブ、
山形スタッガード、傾斜リブ、谷形リブ及び直交リブの
順である。
ヌセルト数Ｎｕすなわち熱伝達率αはレイノルズ数Ｒｅ
が大きい程高く、またその順序は、レイノルズ数Ｒｅが
大きいときには、谷形スタッガード、直交スタッガー
ド、山形スタッガード、谷形リブ、山形リブ、傾斜リブ
及び直交リブの順である。一方、Ｒｅが小さいときに
は、谷形スタッガード、直交スタッガード、山形リブ、
山形スタッガード、傾斜リブ、谷形リブ及び直交リブの
順である。
【０００９】また、図６に示されているように、圧力損
失係数は、直交スタッガード、谷形スタッガード、ほと
んど変わらない山形スタッガード、傾斜、山形、谷形リ
ブの４形式及び直交リブの順に低くなる。
失係数は、直交スタッガード、谷形スタッガード、ほと
んど変わらない山形スタッガード、傾斜、山形、谷形リ
ブの４形式及び直交リブの順に低くなる。
【００１０】そして、これらの図から明らかなように、
谷形スタッガードは圧力損失係数は高いが、伝熱特性は
最も優れている。動翼の冷却に用いられる空気のＲｅ
は、通常、図５、図６に示すように大きな範囲にあり、
この域では谷形スタッガードのヌセルト数Ｎｕすなわち
熱伝達率は平滑面の約６倍、直交リブの約２.５倍に達
する。
谷形スタッガードは圧力損失係数は高いが、伝熱特性は
最も優れている。動翼の冷却に用いられる空気のＲｅ
は、通常、図５、図６に示すように大きな範囲にあり、
この域では谷形スタッガードのヌセルト数Ｎｕすなわち
熱伝達率は平滑面の約６倍、直交リブの約２.５倍に達
する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、ガ
スタービンの中空冷却動翼において、その冷却空気通路
に設けられる冷却フィンは冷却空気流れに乱れを与える
ことによって伝達特性を向上させ、高い熱伝達率は少な
い空気量で効率良く冷却を行なって、ガスタービン熱効
率を向上させるものであるが、乱れが激しいほど圧力損
失が大きくなり、狭い冷却通路を冷却空気が流れず、適
切な冷却が行われずに翼がクリープ破損する場合があっ
た。
スタービンの中空冷却動翼において、その冷却空気通路
に設けられる冷却フィンは冷却空気流れに乱れを与える
ことによって伝達特性を向上させ、高い熱伝達率は少な
い空気量で効率良く冷却を行なって、ガスタービン熱効
率を向上させるものであるが、乱れが激しいほど圧力損
失が大きくなり、狭い冷却通路を冷却空気が流れず、適
切な冷却が行われずに翼がクリープ破損する場合があっ
た。
【００１２】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、谷形スタッガードの冷却
フィンが前述した如く圧力損失係数は高いが、伝熱特性
は最も優れていることに注目し、この谷形スタッガード
形冷却フィンに圧力損失を増大させることなく、更に高
伝熱域を付与するようにして、伝熱特性をより一層向上
させるようにしたガスタービン中空冷却動翼の冷却フィ
ンを提供することを目的とする。
決するためになされたもので、谷形スタッガードの冷却
フィンが前述した如く圧力損失係数は高いが、伝熱特性
は最も優れていることに注目し、この谷形スタッガード
形冷却フィンに圧力損失を増大させることなく、更に高
伝熱域を付与するようにして、伝熱特性をより一層向上
させるようにしたガスタービン中空冷却動翼の冷却フィ
ンを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、冷却空気通路に谷形スタッガード形冷
却フィンを有する、ガスタービンの中空冷却動翼におい
て、上記谷形スタッガード形冷却フィンに、当該谷形ス
タッガード形冷却フィンの上流側端から冷却空気流れ方
向に沿って後流側に向ってしだいに低くなる滑らかなく
さぴ状に延びる冷却フィンを一体に形成して、チェック
印形冷却フィンの形状としたものである。
めに、本発明は、冷却空気通路に谷形スタッガード形冷
却フィンを有する、ガスタービンの中空冷却動翼におい
て、上記谷形スタッガード形冷却フィンに、当該谷形ス
タッガード形冷却フィンの上流側端から冷却空気流れ方
向に沿って後流側に向ってしだいに低くなる滑らかなく
さぴ状に延びる冷却フィンを一体に形成して、チェック
印形冷却フィンの形状としたものである。
【００１４】
【作用】上記の手段によれば、谷形スタッガード冷却フ
ィンに新たに冷却フィンを付加して、チェック印形冷却
フィンとしたので、これら冷却フィン間の結合部分の後
流側に高伝熱域が生じ、この高伝熱域が谷形スタッガー
ドがもつ本来の優れた伝熱特性に付与される結果、伝熱
特性はより一層向上される。そして、付加される冷却フ
ィンは冷却空気流れの方向に沿って後流側に延びている
ので、圧力損失は増大しない。
ィンに新たに冷却フィンを付加して、チェック印形冷却
フィンとしたので、これら冷却フィン間の結合部分の後
流側に高伝熱域が生じ、この高伝熱域が谷形スタッガー
ドがもつ本来の優れた伝熱特性に付与される結果、伝熱
特性はより一層向上される。そして、付加される冷却フ
ィンは冷却空気流れの方向に沿って後流側に延びている
ので、圧力損失は増大しない。
【００１５】
【実施例】以下、図１を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は、本発明に係るガスタービン
の中空冷却動翼の一実施例を示す、冷却フィン部分の斜
視図である。
て詳細に説明する。図１は、本発明に係るガスタービン
の中空冷却動翼の一実施例を示す、冷却フィン部分の斜
視図である。
【００１６】図１において、ガスタービン中空冷却動翼
の冷却空気通路１１に設けられる冷却フィン１２は谷形
スタッガードの形とされている。そして、本発明によれ
ば、各谷形スタッガード形冷却フィン１２の上流側端１
３から、冷却空気流れ方向１４に沿って後流側に延びる
冷却フィン１５が一体に形成され、これによりチェック
印形冷却フィン１６の形状とされている。
の冷却空気通路１１に設けられる冷却フィン１２は谷形
スタッガードの形とされている。そして、本発明によれ
ば、各谷形スタッガード形冷却フィン１２の上流側端１
３から、冷却空気流れ方向１４に沿って後流側に延びる
冷却フィン１５が一体に形成され、これによりチェック
印形冷却フィン１６の形状とされている。
【００１７】このように、谷形スタッガード形冷却フィ
ン１２に新たに冷却フィン１５を付加して、チェック印
形冷却フィン１６の形状とすることにより、上流側端１
３から下流側端１７に向って、側壁の効果により促進さ
れた２次流れ１８が発生する。このため、上流側端１３
の後流側に、すなわち冷却フィン１２，１５間の結合部
分の後流側には局所的に激しい３次元流れ域１９が生
じ、この区域１９は熱伝達率が極めて高い高伝熱域とな
る。したがって、この高伝熱域１９が谷形スタッガード
冷却フィン１２がもつ本来の優れた伝熱特性に付与され
るので、伝熱特性はより一層向上される。
ン１２に新たに冷却フィン１５を付加して、チェック印
形冷却フィン１６の形状とすることにより、上流側端１
３から下流側端１７に向って、側壁の効果により促進さ
れた２次流れ１８が発生する。このため、上流側端１３
の後流側に、すなわち冷却フィン１２，１５間の結合部
分の後流側には局所的に激しい３次元流れ域１９が生
じ、この区域１９は熱伝達率が極めて高い高伝熱域とな
る。したがって、この高伝熱域１９が谷形スタッガード
冷却フィン１２がもつ本来の優れた伝熱特性に付与され
るので、伝熱特性はより一層向上される。
【００１８】そして、谷形スタッガード形冷却フィン１
２に付加される冷却フィン１５は、冷却空気流れ方向１
４に沿って後流側に延びているので、圧力損失は増大し
ない。好適には、図示するように、冷却フィン１５はそ
の頂面が冷却空気流れ方向１４の後流側に向ってしだい
に低くなる滑らかなくさび状とし、圧力損失の増大をよ
り確実になくすようにすることができる。
２に付加される冷却フィン１５は、冷却空気流れ方向１
４に沿って後流側に延びているので、圧力損失は増大し
ない。好適には、図示するように、冷却フィン１５はそ
の頂面が冷却空気流れ方向１４の後流側に向ってしだい
に低くなる滑らかなくさび状とし、圧力損失の増大をよ
り確実になくすようにすることができる。
【００１９】また、経験上の所産から、チェック印形冷
却フィン１６のピッチｐと高さｈの比（ｐ／ｈ）は４〜
６、また谷形スタッガード形冷却フィン１１の傾斜角α
は５０°〜７０°が好適である。
却フィン１６のピッチｐと高さｈの比（ｐ／ｈ）は４〜
６、また谷形スタッガード形冷却フィン１１の傾斜角α
は５０°〜７０°が好適である。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、冷
却空気通路に谷形スタッガード形冷却フィンを有する、
ガスタービンの中空冷却動翼において、上記谷形スタッ
ガード形冷却フィンに、当該谷形スタッガード形冷却フ
ィンの上流側端から冷却空気流れ方向に沿って後流側に
向ってしだいに低くなる滑らかなくさび状に延びる冷却
フィンを一体に形成して、チェック印形冷却フィンの形
状としたことにより、本来優れた伝熱特性を有する谷形
スタッガード形冷却フィンに、圧力損失を増大させるこ
と無く、更に高伝熱性を付与して、伝熱特性をより一層
向上させることができるので、冷却空気量を減少させて
ガスタービン熱効率を向上させることができると共に、
適切な冷却を行って翼がクリープ破損するのを防止する
ことができる。
却空気通路に谷形スタッガード形冷却フィンを有する、
ガスタービンの中空冷却動翼において、上記谷形スタッ
ガード形冷却フィンに、当該谷形スタッガード形冷却フ
ィンの上流側端から冷却空気流れ方向に沿って後流側に
向ってしだいに低くなる滑らかなくさび状に延びる冷却
フィンを一体に形成して、チェック印形冷却フィンの形
状としたことにより、本来優れた伝熱特性を有する谷形
スタッガード形冷却フィンに、圧力損失を増大させるこ
と無く、更に高伝熱性を付与して、伝熱特性をより一層
向上させることができるので、冷却空気量を減少させて
ガスタービン熱効率を向上させることができると共に、
適切な冷却を行って翼がクリープ破損するのを防止する
ことができる。
【図１】本発明に係るガスタービン中空冷却動翼の一実
施例を示す、冷却フィン部分の斜視図である。
施例を示す、冷却フィン部分の斜視図である。
【図２】従来の代表的なガスタービンの中空冷却動翼を
破断して示す斜視図である。
破断して示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿って動翼頂部を示す平面図
である。
である。
【図４】従来の各種冷却フィンの形状を示す図である。
【図５】従来の各種冷却フィンの伝熱特性を示す図であ
る。
る。
【図６】従来の各種冷却フィンの圧損特性を示す図であ
る。
る。
１１ 冷却空気通路 １２ 谷形スタッガード形冷却フィン １３ 上流側端 １４ 冷却空気流れ方向 １５ 冷却フィン １６ チェック印形冷却フィン １７ 下流側端 １８ ２次流れ １９ 高伝熱域 ｐ フィンピッチ ｈ フィン高さ α フィン傾斜角
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/18 F01D 9/02
Claims (3)
- 【請求項１】冷却空気通路に谷形スタッガード形冷却フ
ィンを有する、ガスタービンの中空冷却動翼において、 上記谷形スタッガード冷却フィンに、当該スタッガード
形冷却フィンの上流側端から冷却空気流れ方向に沿って
後流側に向ってしだいに低くなる滑らかなくさび状に延
びる冷却フィンを一体に形成して、チェック印形冷却フ
ィンの形状としたことを特徴とする中空冷却動翼。 - 【請求項２】チェック印形冷却フィンのピッチ／高さの
比を４〜６としたことを特徴とする請求項１記載の中空
冷却動翼。 - 【請求項３】チェック印形冷却フィンの谷形部分の傾斜
角を５０°〜７０°としたことを特徴とする請求項１記
載の中空冷却動翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18446293A JP3268070B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガスタービンの中空冷却動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18446293A JP3268070B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガスタービンの中空冷却動翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719003A JPH0719003A (ja) | 1995-01-20 |
| JP3268070B2 true JP3268070B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=16153582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18446293A Expired - Fee Related JP3268070B2 (ja) | 1993-06-29 | 1993-06-29 | ガスタービンの中空冷却動翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3268070B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7373778B2 (en) * | 2004-08-26 | 2008-05-20 | General Electric Company | Combustor cooling with angled segmented surfaces |
| US7575414B2 (en) * | 2005-04-01 | 2009-08-18 | General Electric Company | Turbine nozzle with trailing edge convection and film cooling |
| JP4738176B2 (ja) * | 2006-01-05 | 2011-08-03 | 三菱重工業株式会社 | 冷却翼 |
| JP4887812B2 (ja) | 2006-02-09 | 2012-02-29 | 株式会社日立製作所 | 内部に冷却通路を有する部材、及び内部に冷却通路を有する部材の冷却方法 |
| US8690538B2 (en) * | 2006-06-22 | 2014-04-08 | United Technologies Corporation | Leading edge cooling using chevron trip strips |
| JP4897968B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2012-03-14 | 古河電気工業株式会社 | 伝熱管、及び、伝熱管の製造方法 |
| US10590778B2 (en) | 2017-08-03 | 2020-03-17 | General Electric Company | Engine component with non-uniform chevron pins |
-
1993
- 1993-06-29 JP JP18446293A patent/JP3268070B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0719003A (ja) | 1995-01-20 |
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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: 20011204 |
|
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