JP6134193B2 - フィルム冷却構造 - Google Patents
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Description
図1は本発明の一実施の形態に係るフィルム冷却構造を示す斜視図である。同図では、高温部材1のフィルム冷却構造近傍を抜き出して部分的に表している。
図5は比較例に係るフィルム冷却構造を表す平面図、図6は図5の高温部材のB’−B’線による矢視断面図である。図5は図2に対応している。
(1)フィルム冷却性能の向上
図4は図2の高温部材のB−B線による矢視断面図であり、図6に対応する図である。
η:フィルム冷却効率
Tg:高温気体10の温度
Tc:冷却気体20の温度
Tm:高温表面2の温度
フィルム冷却効率ηは0から1の範囲の値である。
BR:吹き出し比
ρg:高温気体10の密度
ρc:冷却気体20の密度
ug:高温気体10の流速
uc:冷却気体20の流速
すなわち、吹き出し比BRは、高温気体10の質量流束に対する冷却気体20の質量流束の比を示している。
本実施の形態によれば、一対の突起30を分離した配置して渦50,51を強化することにより、突起30を設けたことによる空力損失を抑制することができる。突起30を曲面で形成したことも空力損失の抑制に寄与する。
本実施の形態に係るフィルム冷却構造は、突起30を高温部材1と一体に鋳造することができ、高温部材1の鋳造後に突起30を接合する工程は必要ない。またフィルム冷却孔は鋳造後に放電加工などで単純な円孔を穿孔すれば良いので、従来のフィルム冷却孔の加工と比べて複雑になることはない。したがって、シェイプト孔を加工する場合より製作時間の短縮とコストの低減を図ることができる。またフィルム冷却孔の構造が単純なので加工精度を高くすることができ、冷却性能の低下やフィルム冷却孔毎のばらつきを抑えることができる。
例えば高温表面に溝を設けてフィルム冷却孔の吹出口を溝の内部に配置した場合、フィルム冷却孔から吹き出した冷却気体が溝の内壁に衝突して一時的に溝の内部に滞留し、冷却気体の高温気体に対する干渉が抑制されて冷却効率が向上し得る。しかし、例えばタービン翼の圧力面又は負圧面のような曲面に施工する場合には均一な深さの溝を加工することは困難である。また、高温ガスタービン翼に適用されるセラミックス製の遮熱被膜が溝加工に伴って部分的に除去される場合、遮熱被膜が溝付近から剥離し易くなって耐久性に課題が生じ得る。
図12は本発明のフィルム冷却構造の一適用対象であるガスタービンの部分断面図である。この図に示したガスタービンは、大気Aを吸い込んで圧縮する圧縮機100、圧縮機100からの圧縮空気Bを燃料Cとともに燃焼する燃焼器200、及び燃焼器200からの燃焼ガスDによって駆動するタービン300を備えている。圧縮機100の圧縮機ロータ100Aとタービン300のタービンロータ300Aと同軸上に連結されている。また、圧縮機ロータ100A又はタービンロータ300Aには、発電機(図示せず)が連結される。これによってタービンロータ300Aとともに負荷機器が駆動し、タービンロータ300Aの回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。なお、タービンロータ300Aに軸動力を与えた燃焼ガスEは機外に排出され、例えば浄化装置等に導かれた後、放出される。
まず、本発明の高温部材のフィルム冷却構造をガスタービン翼の翼面部に適用した例について説明する。
本発明に係るフィルム冷却構造をガスタービン静翼のエンドウォールに適用した例を説明する。
図11はガスタービンの動翼316の翼面301に本発明に係るフィルム冷却構造を適用した例を示す図である。
適用例1−3は、それぞれ単独で適用することもできるし、他の少なくとも1つの適用例と組み合わせて適用することもできる。また、本発明に係るフィルム冷却構造をガスタービンの静翼321、エンドウォール202,203、動翼316に適用した例を説明したが、例えば動翼316のプラットフォーム、シュラウド等、一般にフィルム冷却が採用されている種々の高温部材にも本発明は適用可能であり同様の効果が得られる。また、タービン以外の高温機器、例えば燃焼器200においてフィルム冷却が採用され得る部材には本発明に係るフィルム冷却構造は適用可能であり同様の効果が得られる。
2 高温表面(部材表面)
4 フィルム冷却孔
10 高温気体
30 突起
100 圧縮機
200 燃焼器
202 エンドウォール
203 エンドウォール
300 タービン
316 動翼(タービン翼)
321 静翼(タービン翼)
d 冷却孔の直径
B 圧縮空気
C 燃料
D 燃焼ガス
W 突起の幅(短軸長)
Claims (7)
- 高温気体の流れに表面が晒される高温部材のフィルム冷却構造であって、
部材表面に開口したフィルム冷却孔、及び
前記部材表面に設けた一対の突起を備え、
前記一対の突起が、前記フィルム冷却孔の前記高温気体の流れ方向の上流側の位置において、前記高温気体の流れ方向から見て前記フィルム冷却孔の中心を挟んで両側に互いに離して配置してあり、かつ前記部材表面と直交する方向から見てそれぞれ短軸及び長軸を有する形状をしていて、互いの長軸の間隔が前記高温気体の流れ方向の下流側に向かって広がるように配置されていることを特徴とするフィルム冷却構造。 - 請求項1のフィルム冷却構造において、前記突起の前記部材表面から突出した部分は、表面に角部がないように曲面で形成されていることを特徴とするフィルム冷却構造。
- 請求項1のフィルム冷却構造において、前記フィルム冷却孔が円孔であることを特徴とするフィルム冷却構造。
- 請求項1のフィルム冷却構造において、前記突起の短軸長が前記フィルム冷却孔の直径以下であることを特徴とするフィルム冷却構造。
- 請求項1のフィルム冷却構造を備えたことを特徴とするタービン翼。
- 空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気とともに燃料を燃焼する燃焼器と、
請求項5のタービン翼を備え前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンと
を備えたことを特徴とするガスタービン。 - 高温気体の流れに表面が晒される高温部材のフィルム冷却方法であって、
部材表面に開口したフィルム冷却孔の前記高温気体の流れ方向の上流側の位置において、前記高温気体の流れ方向から見て前記フィルム冷却孔の中心を挟んで両側に位置するように互いに離して前記部材表面に配置し、
前記一対の突起の間を通る高温気体に前記フィルム冷却孔に向かって吹き下ろす向きの旋回成分を付与し、当該旋回成分を付与された高温気体で前記フィルム冷却孔から噴き出す冷却気体を押えて前記部材表面からの剥離を抑制する
ことを特徴とするフィルム冷却方法。
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