JP3426956B2 - ガスタービン冷却翼 - Google Patents
ガスタービン冷却翼Info
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Description
翼に関し、ガスタービンの動翼や静翼の冷却通路内の熱
伝達率を向上させるような構造としたものである。
却通路が設けられており、この冷却通路に導入されて通
過する冷却媒体により、ガスタービン翼を内部から冷却
するようにしている。このような冷却により外周を流れ
る高温ガスに曝され、高温になるガスタービン翼の高温
化による強度低下を防止し、強度維持を図るようにして
いる。
図であり、図において、1は冷却翼(動翼)であり、内
部に連通する冷却通路2が設けられている。3は冷却媒
体であり、冷却翼1の基部から翼内部に流入し、冷却通
路2a,2b,2cを順次流れて高温ガス5の流れる通
路に流出する。4はリブであり、後述するように多数の
リブが傾斜して各冷却通路2a,2b,2cの内壁面に
配列しており、流入した冷却媒体3により流れ9を生じ
て熱伝達率を向上させるようにしている。
冷却翼の冷却通路の拡大詳細図であり、(a)は冷却通
路の部分拡大平面図、(b)は同部分斜視図である。図
において、冷却翼1内の冷却通路2には冷却媒体3の流
れ方向に対し、傾斜させた一定の角度θとピッチPをも
つリブ4が、冷却通路2の全幅Wにわたり、高さeで突
設されている。冷却媒体3は図7でも説明したように、
冷却翼1の外方から冷却通路2に導入され、冷却翼1の
内部を順次冷却しながら、高温ガス5中に放出される。
この際、リブ4は冷却媒体3の流れに攪乱を生じさせ
て、冷却通路2を流れる冷却媒体3の熱伝達率を向上さ
せるものである。
却翼の冷却通路の冷却媒体のフローパターンとそれに伴
う冷却作用を模式的に説明する図であり、図において、
(a)は冷却通路を平面で見た時の冷却媒体3の流れの
方向を示すフローパターン平面図、(b)はその側面
図、(c)はその斜視図、(d)は冷却通路の熱伝達率
分布図である。
れは、(b)に示すようにリブ4によって渦流3aとな
り、(c)に示すように傾斜して設けたリブ4に沿うよ
うに、上流側から下流側へと一定方向を向いて流れる。
この為、同図(d)に熱伝達率分布として概念的に示す
ように、渦流3aが冷却通路2壁に対して漸近する(境
界層が薄い)上流側において、熱伝達率の高い領域10
が生じる反面、渦流3aが冷却通路2壁から遠ざかる
(境界層が厚い)下流側においては、上流側に比して熱
伝達率が低下する傾向となり、場所によって熱伝達率の
不均一が生じ全体としての平均熱伝達率向上を減じてい
た。
スタービン冷却翼においては、図6に示すように冷却媒
体がリブ4に沿って生じる渦流3aとなって冷却通路2
内を流れ、図6(d)に示すように冷却通路2の壁面で
渦流3aが壁面に対して漸近する部分において熱伝達率
の高い領域10を生じ、又、反面渦流3aが冷却通路2
の壁面から遠ざかる部分において熱伝達率が低下する領
域が生じ、熱伝達率が不均一となり、平均した熱伝達率
が低下する原因となっていた。
通路において、リブの配置や形状に工夫をし、冷却通路
内で冷却媒体の流れにより生ずる熱伝達率の高い領域を
リブとリブ間に均一に生ずるようにし、全体の平均熱伝
達率を向上させるような冷却通路の構造を提供すること
を課題としてなされたものである。
決するために次の(1)及び(2)の手段を提供する。
同冷却通路内壁には多数のリブを冷却媒体の流れ方向と
交差するように所定のピッチで配設したガスタービン冷
却翼において、前記各リブは前記冷却通路の側面から中
央部を越える位置まで伸びると共に、冷却媒体の流れ方
向に対して左右交互に逆に傾斜して順次配設され、前記
各リブの中央部を越えた先端は冷却媒体流れ方向の前流
側リブの側面とそれぞれ接していることを特徴とするガ
スタービン冷却翼。
ブの高さは、冷却通路の中央部を越える先端が他端より
も高く、同他端に向かって減少する形状であることを特
徴とするガスタービン冷却翼。
媒体の流れ方向に対して交互に逆に傾斜し、冷却通路の
中央部よりやや側面寄りで前方のリブの側面と接してい
る。従って冷却媒体の流れは交互に逆方向に傾斜したリ
ブに沿って流れる渦流が両側に生じ、この渦流は所定の
ピッチで配列した前後のリブ間を順次旋回しながら流
れ、このリブ間の冷却通路両側に熱伝達率の高い領域が
生じ、従来のように熱伝達率の高い領域が片寄って生ず
るようなことがなく、高熱伝達領域が均一化され、全体
の平均熱伝達率が向上する。
さが互いに接する端部が高く側面の方が順次低くなって
いるので、接する部分の角部にも流れ方向に向かう小渦
流が生じ、この小渦流によっても熱伝達率を高める作用
を助長する。
図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実施
の形態に係るガスタービン冷却動翼を示し、(a)は冷
却通路の部分拡大平面図、(b)はその側面図、(c)
はその斜視図である。これら図において、11は多数の
リブであり、冷却通路2の内壁面に一定角度θ、一定ピ
ッチPで冷却媒体3の主流方向に対して傾斜し、その傾
斜を左右交互に逆の傾斜で配列している。
てWよりも小さいWaの位置まで傾斜して配置され、そ
の高さは中央部からやや側面寄りのWaの位置において
eとし、その位置から外側(下流側)に向かって高さを
減少してゆき、端部においてeよりも低いfとなるよう
に形成されている。
部において上流側の傾斜したリブ11の側面と接し、こ
の接する部分においては上流側リブ11よりも高くな
り、これより突出している。このような傾斜したリブ1
1を交互に逆に傾斜させ、高さeの高い部分を上流側リ
ブ11の側面の中央部近辺で接するようにし、このよう
な多数のリブ11を冷却通路2の冷却媒体3の主流方向
へピッチPで多数配置している。
ビン冷却翼の冷却媒体のフローパターンと熱伝達率分布
を示し、(a)はフローパターンの平面図、(b)はそ
の側面図、(c)はその斜視図であり、(d)は熱伝達
率分布図である。これらの図に示すように、冷却媒体は
交互に中央部で逆方向に傾斜して配置されているリブ1
1により、冷却通路2の中央部から両外側に分かれる流
れとなる渦流3bが生ずる。
Pで傾斜して配列しているリブ11間の空間から次の下
流側の空間へ向かって旋回する渦流となり、又、リブ1
1の形状が高さeからfへと低くなる形状であり、リブ
同志が接する端部では高さに差があるのでこの高さeの
リブ11角部で小渦流7が発生する。この小渦流7も、
リブ同志の接する部分が左右に交互に形成されているの
で両側に生ずることになる。
冷却構造と同様に、発生する渦流3bの上流側では図2
(d)に示すように熱伝達率の高い領域6が形成される
が、渦流3bは両外側に生じているのでこの領域6もリ
ブ11の配列で形成される空間の両側に生ずることにな
る。
うに変化しているので、リブ同志の接合部のリブ角部に
生ずる小渦流7も両側に発生し、上記の高熱伝達率の領
域6の発生を助長し、更に熱伝達率向上を高めることが
できる。
ては、e=fでも同様の効果が期待でき、必要な熱伝達
率が得られるように、このe,fの値を選択し、高熱伝
達率の得られる程度を調整すれば良いものである。
11を傾斜させ、その傾斜を交互に配置して先端部を前
流側のリブ側面に接し、かつその寸法をe〜fと変形さ
せる形状とすることにより、熱伝達率の高い領域6を増
加させ、冷却通路2の両側に均一に生ずるようにし、更
に接合部の角部に生ずる小渦流7によっても熱伝達率の
高い領域が生ずるのを助長し、冷却翼の全体の平均熱伝
達率が向上するものである。
た検討例のガスタービン冷却翼を示し、(a)は冷却通
路の部分拡大平面図、(b)はその側面図、(c)はそ
の斜視図である。これら図において、本検討例の形状
は、基本的にはリブ形状及びその配置は従来技術の形状
をベースとしており、熱伝達率の低い領域を更に熱伝達
率を高めるようにしたものである。
対してほぼ中央部の寸法Cの位置においてリブ4上にピ
ン8を取付けたものである。ピン8の形状は直径がdで
高さがhであり、図では各リブ4すべてに配置している
が、かならずしもすべてのリブ4に配置せずに何枚か毎
に飛び越して配置しても良いものである。
ービン冷却翼の冷却媒体のフローパターンと熱伝達率分
布を示し、(a)はフローパターンの平面図、(b)は
その側面図、(c)はその斜視図、(d)は熱伝達率分
布図である。これら図に示すように、リブ4により生じ
た渦流3aが形成され、この渦流3aにより(a)に示
すように熱伝達率の高い領域10が生ずる。この領域1
0は従来例と同様の作用である。
8の後縁側には、ピン8により生じた渦流12が形成さ
れ、この渦流12はリブ4の傾きに沿って流れ、領域1
0と反対側に(d)に示すように熱伝達率の高い領域1
1が形成される。従って、ピン8の直径d,高さhを任
意に決定することにより領域11の熱伝達率を調整する
ことができる。
ピン8はリブ4の長手方向に沿って複数本配置すること
もでき、この場合には高い熱伝達率の領域を拡大させる
ことができる。
は、例えば翼の背側と腹側とをピン8で接続し、薄肉構
造である中空翼の補強材として、冷却促進と兼ねて用い
ると好適である。本検討例においても本発明の実施の形
態と同じく熱伝達率の高くなる領域が増加することで平
均熱伝達率の向上が図れる。
は、翼内部に連通する冷却通路を有し、同冷却通路内壁
には多数のリブを冷却媒体の流れ方向と交差するように
所定のピッチで配設したガスタービン冷却翼において、
前記各リブは前記冷却通路の側面から中央部を越える位
置まで伸びると共に、冷却媒体の流れ方向に対して左右
交互に逆に傾斜して順次配設され、前記各リブの中央部
を越えた先端は冷却媒体流れ方向の前流側リブの側面と
それぞれ接していることを特徴としている。又、(2)
は上記(1)の発明において前記リブの高さは、冷却通
路の中央部を越える先端が他端よりも高く、同他端に向
かって減少する形状であることを特徴としている。この
ような構成により、従来のように熱伝達率の高い領域が
片寄って生ずることがなく冷却通路に熱伝達率の高い領
域が均一に生じ、全体の平均熱伝達率が向上する。
を示し、(a)は冷却通路の部分拡大平面図、(b)は
その側面図、(c)はその斜視図である。
の冷却媒体のフローパターンと熱伝達率分布を示し、
(a)はフローパターンの平面図、(b)はその側面
図、(c)はその斜視図、(d)は熱伝達率分布図であ
る。
ービン冷却翼を示し、(a)は冷却通路の部分拡大平面
図、(b)はその側面図、(c)はその斜視図である。
ローパターンと熱伝達率分布を示し、(a)はフローパ
ターンの平面図、(b)はその側面図、(c)はその斜
視図、(d)は熱伝達率分布図である。
細図であり、(a)は冷却通路の部分拡大平面図、
(b)は同部分斜視図である。
体のフローパターンとそれに伴う冷却作用を模式的に説
明する図で、(a)は冷却通路を平面で見た時の冷却媒
体の流れ方向を示すフローパターン平面図、(b)はそ
の側面図、(c)はその斜視図、(d)は冷却通路の熱
伝達率分布図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 翼内部に連通する冷却通路を有し、同冷
却通路内壁には多数のリブを冷却媒体の流れ方向と交差
するように所定のピッチで配設したガスタービン冷却翼
において、前記各リブは前記冷却通路の側面から中央部
を越える位置まで伸びると共に、冷却媒体の流れ方向に
対して左右交互に逆に傾斜して順次配設され、前記各リ
ブの中央部を越えた先端は冷却媒体流れ方向の前流側リ
ブの側面とそれぞれ接していることを特徴とするガスタ
ービン冷却翼。 - 【請求項2】 前記リブの高さは、冷却通路の中央部を
越える先端が他端よりも高く、同他端に向かって減少す
る形状であることを特徴とする請求項1記載のガスター
ビン冷却翼。
Priority Applications (6)
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CA002381474A CA2381474C (en) | 1998-03-26 | 1999-03-19 | Gas turbine cooled blade |
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1998
- 1998-03-26 JP JP07918498A patent/JP3426956B2/ja not_active Expired - Fee Related
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