JP7254668B2 - Turbine blade and gas turbine provided with the same - Google Patents

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Description

本開示は、タービン翼及びこれを備えたガスタービンに関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to turbine blades and gas turbines having the same.

ガスタービン等のタービン翼において、タービン翼の内部に形成された流路に冷却媒体(空気等)を流すことにより、高温のガス流れに曝されるタービン翼を冷却することが知られている。 2. Description of the Related Art In turbine blades such as gas turbines, it is known to cool turbine blades exposed to a high-temperature gas flow by flowing a cooling medium (such as air) through flow paths formed inside the turbine blades.

例えば、特許文献1には、翼高さ方向に沿って延びる複数の冷却通路により形成される蛇行流路(サーペンタイン流路)が翼部の内部に設けられたタービン翼が開示されている。この蛇行流路(冷却流路)は、背腹分離壁によって隔離された腹側(圧力面側)流路及び背側(負圧面側)流路を含む。タービン翼の根元部から腹側流路に流入した冷却媒体は、腹側流路を半径方向外向きに流れた後、翼先端部で折り返して、背側流路を半径方向内向きに流れるようになっている。腹側流路及び背側流路を流れる冷却媒体の一部は、腹側流路及び背側流路から翼面に通じるようにタービン翼に形成された複数のフィルム孔を介してタービン翼の外部に排出されるようになっている。また、タービン翼の前縁部には、前述の蛇行流路(冷却流路)とは別に、翼高さ方向に沿って延びる冷却通路が設けられている。翼根元部から前縁部の冷却通路に供給された冷却媒体は、該冷却通路から前縁部の翼表面に通じる冷却孔(シャワーヘッド)を介してタービン翼の外部に排出されるようになっている。 For example, Patent Literature 1 discloses a turbine blade in which a meandering flow path (serpentine flow path) formed by a plurality of cooling passages extending along the blade height direction is provided inside the blade portion. This serpentine channel (cooling channel) includes a ventral (pressure side) channel and a back (suction side) channel separated by a back-to-back separation wall. The cooling medium that has flowed into the ventral passage from the root of the turbine blade flows radially outward through the ventral passage, then turns back at the tip of the blade and flows radially inward through the ventral passage. It has become. A part of the cooling medium flowing through the ventral passage and the dorsal passage passes through a plurality of film holes formed in the turbine blade so as to communicate from the ventral passage and the dorsal passage to the blade surface. It is designed to be discharged to the outside. In addition to the meandering flow path (cooling flow path) described above, the leading edge of the turbine blade is provided with a cooling passage extending along the blade height direction. The cooling medium supplied from the root portion of the blade to the cooling passage of the leading edge portion is discharged to the outside of the turbine blade through a cooling hole (shower head) leading from the cooling passage to the blade surface of the leading edge portion. ing.

特開平7-189603号公報JP-A-7-189603

ところで、タービン翼内部の冷却流路に供給された冷却媒体が、温度があまり上がらないうちに(即ち、冷却能力が残っている状態で)冷却流路から排出される場合、タービン翼の冷却流路への冷却媒体の供給量が多くなってしまい、タービンシステム全体の効率低下につながる場合がある。そこで、タービン翼の冷却流路への冷却媒体の供給量増大を抑制することが望まれる。 By the way, when the cooling medium supplied to the cooling flow path inside the turbine blade is discharged from the cooling flow path before the temperature rises much (that is, in a state where the cooling capacity remains), the cooling flow of the turbine blade A large amount of cooling medium is supplied to the passage, which may lead to a decrease in the efficiency of the entire turbine system. Therefore, it is desirable to suppress an increase in the amount of cooling medium supplied to the cooling passages of the turbine blades.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、冷却媒体の供給量増大を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。 In view of the circumstances described above, at least one embodiment of the present invention aims to provide a turbine blade capable of suppressing an increase in the amount of cooling medium supplied, and a gas turbine including the same.

本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼高さ方向に延在し、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面を有する翼形部と、
少なくとも前記翼形部の内部において前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在する複数のキャビティと、を備え、
前記複数のキャビティは、互いに連通して蛇行流路を形成する前縁側キャビティ、圧力面側キャビティ及び負圧面側キャビティを含み、
前記前縁側キャビティは、前記複数のキャビティのうち前記翼形部のコード方向において最も前縁側に位置し、
前記圧力面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の基端側の第1リターン部を介して前記前縁側キャビティに接続され、
前記負圧面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側にて前記圧力面側キャビティと少なくとも部分的に重なるように位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の先端側の第2リターン部を介して前記圧力面側キャビティに接続され、
前記翼形部の前縁部に形成され、前記前縁側キャビティに連通するとともに前記前縁部における前記翼形部の表面に開口する出口孔を備える。
A turbine blade according to at least one embodiment of the present invention comprises:
an airfoil extending in the height direction and having pressure and suction surfaces extending between leading and trailing edges;
a plurality of cavities each extending along the airfoil height direction at least inside the airfoil;
the plurality of cavities include a leading edge side cavity, a pressure side cavity, and a suction side cavity that communicate with each other to form a meandering flow path;
wherein the leading edge side cavity is positioned closest to the leading edge in the chord direction of the airfoil portion among the plurality of cavities;
The pressure side cavity is located on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and is connected to the leading edge side cavity via a first return portion on the base side of the airfoil portion in the blade height direction. connected and
The suction side cavity is positioned so as to at least partially overlap with the pressure side cavity on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and on the tip side of the airfoil portion in the blade height direction. is connected to the pressure side cavity via the second return part of
An exit hole is formed at the leading edge of the airfoil and communicates with the leading edge cavity and opens to the surface of the airfoil at the leading edge.

また、本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、上述のタービン翼と、前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、を備える。 Further, a gas turbine according to at least one embodiment of the present invention includes the above-described turbine blades, and a combustor for generating combustion gas flowing through a combustion gas flow path provided with the turbine blades.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、冷却媒体の供給量増大を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a turbine blade capable of suppressing an increase in the amount of cooling medium supplied and a gas turbine including the same are provided.

一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係るタービン翼の概略図である。1 is a schematic diagram of a turbine blade according to one embodiment; FIG. 図2に示すタービン翼の翼高さ方向に直交する概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view orthogonal to the blade height direction of the turbine blade shown in FIG. 2 ; 図3のB-B矢視概略断面図である。4 is a schematic cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3; FIG. 図3のC-C矢視概略断面図である。4 is a schematic cross-sectional view taken along line CC of FIG. 3; FIG. 一実施形態に係るタービン翼のプラットフォームの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a platform of a turbine blade according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係るタービン翼のプラットフォームの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a platform of a turbine blade according to one embodiment; FIG.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Several embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, and are merely illustrative examples. do not have.

(ガスタービンの構成)
まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
図1は、一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。図1に示すように、ガスタービン1は、圧縮空気を生成するための圧縮機2と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器4と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン6と、を備える。発電用のガスタービン1の場合、タービン6には不図示の発電機が連結される。
(Configuration of gas turbine)
First, a gas turbine to which turbine blades according to some embodiments are applied will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine to which a turbine blade according to one embodiment is applied. As shown in FIG. 1, a gas turbine 1 includes a compressor 2 for generating compressed air, a combustor 4 for generating combustion gas using the compressed air and fuel, and a combustion gas that is rotationally driven. a turbine 6 configured to: In the case of the gas turbine 1 for power generation, the turbine 6 is connected with a generator (not shown).

圧縮機2は、圧縮機車室10側に固定された複数の静翼16と、静翼16に対して交互に配列されるようにロータ8に植設された複数の動翼18と、を含む。圧縮機2には、空気取入口12から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼16及び複数の動翼18を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。 The compressor 2 includes a plurality of stator blades 16 fixed to the compressor casing 10 side, and a plurality of rotor blades 18 implanted in the rotor 8 so as to be alternately arranged with respect to the stator blades 16. . Air taken in from an air intake port 12 is sent to the compressor 2, and this air passes through a plurality of stationary blades 16 and a plurality of moving blades 18 and is compressed to produce a high temperature and high pressure. of compressed air.

燃焼器4には、燃料と、圧縮機2で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器4において燃料と圧縮空気が混合され、燃焼され、タービン6の作動流体である燃焼ガスが生成される。図1に示すように、ケーシング20内にロータを中心として周方向に沿って複数の燃焼器4が配置されていてもよい。 Fuel and compressed air generated by the compressor 2 are supplied to the combustor 4 , and the fuel and compressed air are mixed and combusted in the combustor 4 to produce a working fluid for the turbine 6 . is produced. As shown in FIG. 1 , a plurality of combustors 4 may be arranged in the casing 20 along the circumferential direction around the rotor.

タービン6は、タービン車室22内に形成される燃焼ガス流路28を有し、該燃焼ガス流路28に設けられる複数の静翼24及び動翼26を含む。静翼24はタービン車室22側に固定されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数の静翼24が静翼列を構成している。また、動翼26はロータ8に植設されており、ロータ8の周方向に沿って配列される複数の動翼26が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ8の軸方向において交互に配列されている。 The turbine 6 has a combustion gas flow path 28 formed within the turbine casing 22 and includes a plurality of stator vanes 24 and rotor blades 26 provided in the combustion gas flow path 28 . The stationary blades 24 are fixed on the turbine casing 22 side, and a plurality of stationary blades 24 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a row of stationary blades. Further, the rotor blades 26 are implanted in the rotor 8, and a plurality of rotor blades 26 arranged along the circumferential direction of the rotor 8 form a rotor blade cascade. The row of stationary blades and row of moving blades are alternately arranged in the axial direction of the rotor 8 .

タービン6では、燃焼ガス流路28に流れ込んだ燃焼器4からの燃焼ガスが複数の静翼24及び複数の動翼26を通過することでロータ8が回転駆動され、これにより、ロータ8に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン6を駆動した後の燃焼ガスは、排気室29を介して外部へ排出される。 In the turbine 6 , the combustion gas from the combustor 4 that has flowed into the combustion gas flow path 28 passes through the plurality of stationary blades 24 and the plurality of moving blades 26 , thereby driving the rotor 8 to rotate. A power generator is driven to generate electric power. Combustion gas after driving the turbine 6 is discharged to the outside through the exhaust chamber 29 .

幾つかの実施形態において、タービン6の動翼26又は静翼24の少なくとも一方は、以下に説明するタービン翼30である。 In some embodiments, at least one of the rotor blades 26 or the stator blades 24 of the turbine 6 are turbine blades 30, described below.

(タービン翼の構成)
以下、幾つかの実施形態に係るタービン翼30についてより詳細に説明する。図2は、一実施形態に係るタービン翼30(動翼26)を、負圧面から圧力面に向かう方向(ロータ周方向に沿った方向)に見た概略図である。図3は、図2に示すタービン翼30の翼高さ方向に直交する概略断面図であり、図2のA-A矢視断面図である。図4は図3のB-B矢視概略断面図であり、図5は図3のC-C矢視概略断面図である。図6及び図7は、それぞれ、一実施形態に係るタービン翼30のプラットフォームの概略断面図であり、図2のD-D矢視断面図に相当する図である。
以下においては、動翼26の図を参照しながらタービン翼30について説明するが、タービン翼30としての静翼24についても、基本的には同様の説明が適用できる。
(Configuration of turbine blade)
Hereinafter, turbine blades 30 according to some embodiments will be described in more detail. FIG. 2 is a schematic diagram of a turbine blade 30 (rotating blade 26) according to one embodiment, viewed from the suction surface toward the pressure surface (direction along the circumferential direction of the rotor). 3 is a schematic cross-sectional view orthogonal to the blade height direction of the turbine blade 30 shown in FIG. 2, and is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line BB of FIG. 3, and FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6 and 7 are schematic cross-sectional views of the platform of the turbine blade 30 according to one embodiment, and correspond to cross-sectional views taken along line DD in FIG.
Although the turbine blade 30 will be described below with reference to the drawing of the moving blade 26, basically the same description can be applied to the stationary blade 24 as the turbine blade 30 as well.

図2~図5に示すように、一実施形態に係るタービン翼30(動翼26)は、プラットフォーム32と、プラットフォーム32に接続される翼形部34及び翼根部36と、を備えている。 As shown in FIGS. 2-5 , a turbine blade 30 (rotating blade 26 ) according to one embodiment includes a platform 32 , an airfoil portion 34 and a blade root portion 36 connected to the platform 32 .

翼形部34は、翼高さ方向(スパン方向)に延在しており、翼高さ方向における両端である基端38及び先端40を有し、基端38側にてプラットフォーム32に接続されている。また、翼形部34は、翼高さ方向に沿って延びる前縁42及び後縁44を有するとともに、前縁42と後縁44との間において延在する圧力面46及び負圧面48を有する。 The airfoil portion 34 extends in the wing height direction (span direction), has a base end 38 and a tip 40 which are both ends in the wing height direction, and is connected to the platform 32 at the base end 38 side. ing. The airfoil 34 also has a leading edge 42 and a trailing edge 44 extending along the blade height, and a pressure surface 46 and a suction surface 48 extending between the leading edge 42 and the trailing edge 44 . .

翼根部36は、翼高さ方向においてプラットフォーム32を挟んで翼形部34とは反対側に位置している。翼根部36は、凹凸形状を有する係合部37を含み、該係合部37がロータ8とともに回転するロータディスク(不図示)に設けられた翼溝に係合されることにより、タービン翼30がタービン6のロータ8に取り付けられる。 The blade root portion 36 is located on the opposite side of the airfoil portion 34 across the platform 32 in the blade height direction. The blade root portion 36 includes an engaging portion 37 having an uneven shape, and the engaging portion 37 is engaged with a blade groove provided in a rotor disk (not shown) that rotates together with the rotor 8, whereby the turbine blade 30 is attached to the rotor 8 of the turbine 6 .

なお、タービン翼30がロータ8に取り付けられた状態では、翼高さ方向は、タービン6の径方向に沿った方向となる。すなわち、タービン翼30の翼高さ方向とタービン6の径方向とが略一致する。 Note that when the turbine blades 30 are attached to the rotor 8 , the blade height direction is the direction along the radial direction of the turbine 6 . That is, the blade height direction of the turbine blades 30 substantially coincides with the radial direction of the turbine 6 .

図3~図5に示すように、タービン翼30は、少なくとも翼形部34の内部において翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在する複数のキャビティ52,54,56,62,64,66を備えている。図3~図5に示す例示的な実施形態では、隣り合うキャビティの間に、翼高さ方向に沿って延びて翼形部34の内部空間を仕切るリブ76a~76d及び隔壁58が設けられており、翼形部34の内壁面34aと、リブ76a~76d及び隔壁58とによって、複数のキャビティが形成されている。 As shown in FIGS. 3-5, the turbine blade 30 includes a plurality of cavities 52, 54, 56, 62, 64, 66 respectively extending along the blade height direction within at least the airfoil portion 34. ing. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 3-5, ribs 76a-76d and partitions 58 are provided between adjacent cavities extending along the blade height direction to partition the interior space of the airfoil 34. A plurality of cavities are formed by the inner wall surface 34a of the airfoil portion 34, the ribs 76a to 76d and the partition wall 58. As shown in FIG.

上述の複数のキャビティのうち、前縁側キャビティ52、圧力面側キャビティ54、及び、負圧面側キャビティ56は、互いに連通して蛇行流路(サーペンタイン流路)50を形成している。 Of the plurality of cavities described above, the leading edge side cavity 52 , the pressure side cavity 54 , and the suction side cavity 56 communicate with each other to form a meandering flow path (serpentine flow path) 50 .

前縁側キャビティ52は、上述の複数のキャビティのうち、翼形部34のコード方向(翼高さ方向直交断面において前縁42と後縁44とを結ぶ方向;図3参照)において最も前縁42側に位置するキャビティである。 Of the plurality of cavities described above, the leading edge side cavity 52 is the most leading edge 42 in the chord direction of the airfoil portion 34 (the direction connecting the leading edge 42 and the trailing edge 44 in the cross section orthogonal to the blade height direction; see FIG. 3). side cavity.

圧力面側キャビティ54及び負圧面側キャビティ56は、コード方向において前縁側キャビティ52よりも後縁44側に位置している。また、圧力面側キャビティ54及び負圧面側キャビティ56は、コード方向において少なくとも部分的に互いに重なるように位置している。翼高さ方向直交断面(図3参照)において、圧力面側キャビティ54は、少なくとも部分的に、負圧面側キャビティ56と圧力面46との間に位置している。また、翼高さ方向直交断面において、負圧面側キャビティ56は、少なくとも部分的に、圧力面側キャビティ54と負圧面48との間に位置している。 The pressure side cavity 54 and the suction side cavity 56 are positioned closer to the trailing edge 44 than the leading edge side cavity 52 in the chord direction. Also, the pressure side cavity 54 and the suction side cavity 56 are positioned so as to at least partially overlap each other in the chord direction. In a cross-wing cross-section (see FIG. 3), the pressure side cavity 54 is located at least partially between the suction side cavity 56 and the pressure side 46 . In addition, the suction side cavity 56 is located at least partially between the pressure side cavity 54 and the suction side 48 in a cross section perpendicular to the blade height direction.

圧力面側キャビティ54は、翼高さ方向における基端38側(即ち径方向内側)に位置する第1リターン部53を介して前縁側キャビティ52に接続されている。負圧面側キャビティ56は、翼高さ方向における先端40側(即ち径方向外側)に位置する第2リターン部55を介して圧力面側キャビティ54に接続されている。 The pressure surface side cavity 54 is connected to the leading edge side cavity 52 via a first return portion 53 located on the base end 38 side in the blade height direction (that is, radially inward). The suction side cavity 56 is connected to the pressure side cavity 54 via a second return portion 55 located on the tip 40 side in the blade height direction (that is, radially outward).

一実施形態に係るタービン翼30は、翼形部34の前縁部43に形成され、前縁側キャビティ52に連通するとともに前縁部43における翼形部34の表面(外表面)34bに開口する出口孔70をさらに備えている。 A turbine blade 30 according to one embodiment is formed at a leading edge portion 43 of an airfoil portion 34 , communicates with a leading edge side cavity 52 , and opens to a surface (outer surface) 34 b of the airfoil portion 34 at the leading edge portion 43 . An exit hole 70 is further provided.

図3及び図4に示すように、出口孔70は、翼形部34の前縁部43において翼高さ方向に配列された複数の前縁出口孔(フィルム孔)72を含んでいてもよい。また、図3及び図4に示すように、出口孔70は、翼形部34の先端部41に設けられた先端出口孔74を含んでいてもよい。 As shown in FIGS. 3 and 4 , the exit holes 70 may include a plurality of leading edge exit holes (film holes) 72 arranged along the blade height at the leading edge 43 of the airfoil 34 . . 3 and 4, the exit holes 70 may also include tip exit holes 74 provided in the tip portion 41 of the airfoil 34. As shown in FIG.

タービン翼30の内部に形成された蛇行流路50には、タービン翼30の翼根部36の端部に開口する入口開口51を介して冷却媒体(例えば空気)が供給されるようになっている。タービン翼30には、冷却媒体として、例えば、圧縮機2(図1参照)によって生成された圧縮空気の一部が供給されるようになっていてもよい。 A cooling medium (for example, air) is supplied to the meandering flow path 50 formed inside the turbine blade 30 through an inlet opening 51 opening at the end of the blade root portion 36 of the turbine blade 30 . . The turbine blades 30 may be supplied with, for example, a portion of the compressed air generated by the compressor 2 (see FIG. 1) as a cooling medium.

図3~図5を参照して説明すると、タービン翼30の翼根部36の端部に開口する入口開口51を介して蛇行流路50に導入された冷却媒体は、負圧面側キャビティ56内を基端38側から先端40側に向かって(即ち径方向外側に向かって)流れ、負圧面側キャビティ56の下流端側に位置する第2リターン部55を経て圧力面側キャビティ54に流入する。そして、冷却媒体は、圧力面側キャビティ54内を先端40側から基端38側に向かって(即ち径方向内側に向かって)流れ、圧力面側キャビティ54の下流端側に位置する第1リターン部53を経て前縁側キャビティ52に流入する。そして、冷却媒体は、前縁側キャビティ52内を、基端38側から先端40側に向かって(即ち径方向外側に向かって)流れ、冷却媒体の一部は、前縁出口孔72(出口孔70)を介してタービン翼30の外部に排出され、冷却媒体の他の一部は、先端出口孔74(出口孔70)を介してタービン翼30の外部に排出される。 3 to 5, the cooling medium introduced into the meandering flow path 50 through the inlet opening 51 opening at the end of the blade root portion 36 of the turbine blade 30 flows through the suction side cavity 56. It flows from the base end 38 side toward the tip 40 side (that is, radially outward), and flows into the pressure side cavity 54 via the second return portion 55 located on the downstream end side of the suction side cavity 56 . Then, the cooling medium flows in the pressure side cavity 54 from the distal end 40 side toward the base end 38 side (that is, radially inward), and flows through the first return located on the downstream end side of the pressure side cavity 54 . It flows into the leading edge side cavity 52 via the portion 53 . The cooling medium then flows through the leading edge cavity 52 from the proximal end 38 side toward the distal end 40 side (i.e., radially outward), and a portion of the cooling medium flows through the leading edge exit hole 72 (exit hole 72). 70) to the outside of the turbine blade 30, and another part of the cooling medium is discharged to the outside of the turbine blade 30 through the tip outlet hole 74 (the outlet hole 70).

冷却媒体は、負圧面側キャビティ56、圧力面側キャビティ54及び前縁側キャビティ52を含む蛇行流路50を流れる過程で、蛇行流路50の内壁面を対流冷却するようになっている。また、出口孔70(前縁出口孔72又は先端出口孔74)からタービン翼30の外部に排出された冷却媒体は、翼形部34の表面34bを覆うフィルムを形成し、該表面34bを冷却するようになっていてもよい。 As the cooling medium flows through the serpentine flow path 50 including the suction side cavity 56 , the pressure side cavity 54 and the leading edge side cavity 52 , it convectively cools the inner wall surface of the serpentine flow path 50 . In addition, the cooling medium discharged to the outside of the turbine blade 30 from the outlet holes 70 (the leading edge outlet holes 72 or the tip outlet holes 74) forms a film covering the surface 34b of the airfoil 34, cooling the surface 34b. It may be designed to

なお、各キャビティを形成する壁面(翼形部34の内壁面34aや、リブ76a~76d又は隔壁58の表面)には、冷却媒体による対流冷却を促進するためのタービュレータが設けられていてもよい。 The wall surface forming each cavity (the inner wall surface 34a of the airfoil portion 34, the surface of the ribs 76a to 76d, or the partition wall 58) may be provided with a turbulator for promoting convection cooling by the cooling medium. .

上述の実施形態に係るタービン翼30、冷却媒体が流れる蛇行流路50を形成する圧力面側キャビティ54と負圧面側キャビティ56とを別々に設けるとともに第2リターン部55を介して接続したので、負圧面側キャビティ56を通過後の冷却媒体を圧力面側キャビティ54に流すことができる。したがって、1本のキャビティで翼形部34の圧力面46側と負圧面48側の両方を冷却する場合に比べて、熱負荷の比較的小さい圧力面46側の過冷却を防止しながら、翼形部34を含むタービン翼30を効果的に冷却することができる。また、圧力面側キャビティ54と前縁側キャビティ52とを第1リターン部53を介して接続するとともに、前縁側キャビティ52に連通する出口孔70(前縁出口孔72及び先端出口孔74)を設けたので、圧力面側キャビティ54を通過後の冷却媒体を、第1リターン部53を介して前縁側キャビティ52に流入させるとともに出口孔70を介してタービン翼30の外部に排出させることができる。
すなわち、負圧面側キャビティ56及び圧力面側キャビティ54を流れることで翼形部34を冷却した冷却媒体を、さらに前縁側キャビティ52に供給することで、残余の冷却能力を活用して翼形部34の冷却を行うとともに、翼形部34を冷却することにより温度が上昇した冷却媒体を、出口孔70から排出してタービン翼30のフィルム冷却等に用いることができる。よって、上述の実施形態によれば、熱負荷の異なる圧力面46側と負圧面48側とをバランスよく冷却しながら冷却媒体の有効活用が可能となり、タービン翼30への冷却媒体の供給量増大を抑制することができる。
In the turbine blade 30 according to the above-described embodiment, the pressure side cavity 54 and the suction side cavity 56 forming the meandering flow path 50 through which the cooling medium flows are separately provided and connected via the second return portion 55. After passing through the suction side cavity 56 , the cooling medium can flow to the pressure side cavity 54 . Therefore, compared to the case of cooling both the pressure surface 46 side and the suction surface 48 side of the airfoil portion 34 with one cavity, the airfoil can be cooled while preventing overcooling of the pressure surface 46 side, which has a relatively small heat load. The turbine blades 30 including the features 34 can be effectively cooled. Further, the pressure surface side cavity 54 and the leading edge side cavity 52 are connected via the first return portion 53, and an outlet hole 70 (the leading edge outlet hole 72 and the tip outlet hole 74) communicating with the leading edge side cavity 52 is provided. Therefore, the cooling medium that has passed through the pressure surface side cavity 54 can flow into the leading edge side cavity 52 via the first return portion 53 and can be discharged to the outside of the turbine blade 30 via the outlet holes 70 .
That is, by supplying the cooling medium that has cooled the airfoil portion 34 by flowing through the suction side cavity 56 and the pressure side cavity 54 to the leading edge side cavity 52, the remaining cooling capacity can be used to utilize the remaining cooling capacity of the airfoil. 34 and cooling the airfoil portion 34, the cooling medium whose temperature has risen can be discharged from the outlet hole 70 and used for film cooling of the turbine blade 30 or the like. Therefore, according to the above-described embodiment, the cooling medium can be effectively utilized while cooling the pressure surface 46 side and the suction surface 48 side, which have different heat loads, in a well-balanced manner, and the amount of cooling medium supplied to the turbine blades 30 is increased. can be suppressed.

なお、幾つかの実施形態では、タービン翼30の内部には、蛇行流路50とは別の冷却流路がさらに設けられていてもよい。例えば図3~図5に示す例示的な実施形態では、タービン翼30の内部には、上述の蛇行流路50よりもコード方向において後縁44側に位置する蛇行流路60がさらに設けられている。 Note that in some embodiments, a cooling channel other than the meandering channel 50 may be further provided inside the turbine blade 30 . For example, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the turbine blade 30 is further provided with a serpentine passage 60 positioned closer to the trailing edge 44 in the cord direction than the serpentine passage 50 described above. there is

図3及び図4に示すように、蛇行流路60は、キャビティ62と、リターン部63を介してキャビティ62に接続されるキャビティ64と、リターン部65を介してキャビティ64に接続されるキャビティ66と、を含む。キャビティ66は、タービン翼30の内部に設けられた複数のキャビティのうち、コード方向にて最も後縁側に位置する。翼形部34の後縁部45には、キャビティ66に連通するとともに後縁部45における翼形部34の表面に開口する出口孔68,69が設けられている。 As shown in FIGS. 3 and 4, the serpentine flow path 60 includes a cavity 62, a cavity 64 connected to the cavity 62 via a return section 63, and a cavity 66 connected to the cavity 64 via a return section 65. and including. The cavity 66 is positioned closest to the trailing edge in the chord direction among the plurality of cavities provided inside the turbine blade 30 . The trailing edge 45 of the airfoil 34 is provided with outlet holes 68 , 69 that communicate with the cavity 66 and open to the surface of the airfoil 34 at the trailing edge 45 .

蛇行流路60には、タービン翼30の翼根部36の端部に開口する入口開口61を介して冷却媒体(例えば空気)が供給されるようになっている。入口開口61を介して蛇行流路60に導入された冷却媒体は、キャビティ62内を基端38側から先端40側に向かって流れ、リターン部63を経てキャビティ64に流入する。そして、冷却媒体は、キャビティ64内を先端40側から基端38側に向かって流れ、リターン部65を経てキャビティ66に流入する。そして、冷却媒体は、キャビティ66内を、基端38側から先端40側に向かって流れ、冷却媒体の一部は、後縁部45に設けられた出口孔69を介してタービン翼30の外部に排出され、冷却媒体の他の一部は、先端部41に設けられた出口孔68を介してタービン翼30の外部に排出される。 A cooling medium (for example, air) is supplied to the meandering flow path 60 through an inlet opening 61 opening at the end of the blade root portion 36 of the turbine blade 30 . The cooling medium introduced into the meandering flow path 60 through the inlet opening 61 flows through the cavity 62 from the proximal end 38 side toward the distal end 40 side and flows into the cavity 64 via the return portion 63 . Then, the cooling medium flows in the cavity 64 from the distal end 40 side toward the proximal end 38 side and flows into the cavity 66 via the return portion 65 . Then, the cooling medium flows in the cavity 66 from the base end 38 side toward the tip end 40 side, and part of the cooling medium flows out of the turbine blade 30 through the outlet hole 69 provided in the trailing edge portion 45 . Another part of the cooling medium is discharged to the outside of the turbine blade 30 through the outlet hole 68 provided in the tip portion 41 .

幾つかの実施形態では、タービン翼30は、蛇行流路50に供給された冷却媒体が、出口孔70(前縁出口孔72及び先端出口孔74)を介してのみ、タービン翼30の外部に排出されるように構成される。すなわち、タービン翼30は、蛇行流路50に供給された冷却媒体の全量が、出口孔70を介してタービン翼30の外部に排出されるように構成されている。 In some embodiments, the turbine blade 30 is configured so that coolant supplied to the serpentine flow paths 50 exits the turbine blade 30 only through the exit holes 70 (the leading edge exit hole 72 and the tip exit hole 74). configured to be ejected. That is, the turbine blades 30 are configured such that the entire amount of the cooling medium supplied to the meandering flow paths 50 is discharged to the outside of the turbine blades 30 through the outlet holes 70 .

例えば、図3~図5に示す例示的な実施形態では、翼形部34には、圧力面側キャビティ54又は負圧面側キャビティ56に接続され、翼形部34の表面に開口する孔が設けられていない。すなわち、タービン翼30の内部に形成された蛇行流路50は、出口孔70及び入口開口51を除き、タービン翼30の外部空間に対して、閉じた空間となっている。したがって、入口開口51を介してタービン翼30に供給された冷却媒体の全量が、負圧面側キャビティ56及び圧力面側キャビティ54を通過して前縁側キャビティ52に導入された後、出口孔70(前縁出口孔72又は先端出口孔74)を介してタービン翼30の外部に排出される。 For example, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 3-5, the airfoil 34 is provided with holes connected to the pressure side cavity 54 or the suction side cavity 56 and opening to the surface of the airfoil 34 . Not done. That is, the meandering flow path 50 formed inside the turbine blade 30 is a closed space with respect to the external space of the turbine blade 30 except for the outlet hole 70 and the inlet opening 51 . Therefore, after the entire amount of the cooling medium supplied to the turbine blades 30 through the inlet openings 51 passes through the suction side cavity 56 and the pressure side cavity 54 and is introduced into the leading edge side cavity 52, the outlet holes 70 ( It is discharged outside the turbine blade 30 via the leading edge exit hole 72 or the tip exit hole 74).

上述の実施形態によれば、蛇行流路50に供給された冷却媒体の全てが、前縁側キャビティ52から翼形部34の表面34bに通じる出口孔70を介してのみタービン翼30の外部に排出される。すなわち、負圧面側キャビティ56に供給された冷却媒体の全てを、圧力面側キャビティ54を介して前縁側キャビティ52に導くようにしたので、負圧面側キャビティ56に供給された冷却媒体の全量について、温度を十分に上昇させて冷却能力を十分に使ってから、出口孔70を介して冷却媒体をタービン翼30の外部に排出することができる。このようにして、冷却媒体を有効活用して、タービン翼30を効果的に冷却することができる。 According to the above-described embodiment, all of the coolant supplied to the serpentine passages 50 is discharged outside the turbine blade 30 only through the outlet holes 70 leading from the leading edge side cavity 52 to the surface 34b of the airfoil 34. be done. That is, since all the cooling medium supplied to the suction side cavity 56 is led to the leading edge side cavity 52 via the pressure side cavity 54, the total amount of cooling medium supplied to the suction side cavity 56 is , the cooling medium can be discharged to the outside of the turbine blades 30 through the outlet holes 70 after the temperature is sufficiently raised and the cooling capacity is fully used. In this manner, the cooling medium can be effectively utilized to effectively cool the turbine blades 30 .

幾つかの実施形態では、圧力面側キャビティ54と負圧面側キャビティ56との間の隔壁58により形成される圧力面側キャビティ54の内壁面96および負圧面側キャビティ56の内壁面98の間のキャンバ直交方向の距離w1(図3参照)が、コード方向において後縁44に近づくにつれて大きくなる。
幾つかの実施形態では、上述の距離w1が、コード方向における少なくとも一部の領域において、コード方向において後縁44に近づくにつれて大きくなる。
幾つかの実施形態では、少なくとも、コード方向において翼形部34の厚さ(コード方向に直交する方向のサイズ)が最も大きい位置よりも前縁42側の領域において、上述の距離w1がコード方向において後縁44に近づくにつれて大きくなる。
In some embodiments, between the inner wall surface 96 of the pressure side cavity 54 and the inner wall surface 98 of the suction side cavity 56 formed by the partition 58 between the pressure side cavity 54 and the suction side cavity 56 . A camber orthogonal distance w1 (see FIG. 3) increases as the trailing edge 44 is approached in the chord direction.
In some embodiments, the aforementioned distance w1 increases in at least some regions in the chord direction as it approaches the trailing edge 44 in the chord direction.
In some embodiments, at least in the region on the leading edge 42 side of the position where the thickness of the airfoil portion 34 (the size in the direction perpendicular to the chord direction) is greatest in the chord direction, the above-mentioned distance w1 is set in the chord direction. increases as it approaches the trailing edge 44 at .

上述の実施形態では、圧力面側キャビティ54と負圧面側キャビティ56とを隔離する隔壁58により形成される内壁面96,98間の距離w1が、コード方向にて後縁44に近づくにつれて大きくなるようにしたので、圧力面側キャビティ54断面形状を圧力面46に沿った形状にしやすくなるとともに、負圧面側キャビティ56の断面形状を負圧面48に沿った形状にしやすくなる。これにより、圧力面46と圧力面側キャビティ54との間の肉厚、及び、負圧面48と負圧面側キャビティ56との間の肉厚を薄くしやすくなるので、圧力面側キャビティ54及び負圧面側キャビティ56を流れる冷却媒体により、タービン翼30をより効果的に冷却することができる。 In the embodiment described above, the distance w1 between the inner wall surfaces 96, 98 formed by the partition wall 58 separating the pressure side cavity 54 and the suction side cavity 56 increases as the trailing edge 44 is approached in the chord direction. As a result, the cross-sectional shape of the pressure side cavity 54 can be easily made along the pressure surface 46 , and the cross-sectional shape of the suction side cavity 56 can be easily made along the suction surface 48 . As a result, the thickness between the pressure surface 46 and the pressure surface side cavity 54 and the thickness between the suction surface 48 and the suction surface side cavity 56 can be easily reduced. The cooling medium flowing through the pressure side cavity 56 can cool the turbine blades 30 more effectively.

幾つかの実施形態では、例えば図6及び図7に示すように、タービン翼30は、プラットフォーム32の内部に形成されたプラットフォーム冷却流路80を備える。プラットフォーム冷却流路80は、負圧面側キャビティ56に接続される第1端82と、前縁側キャビティ52に接続される第2端84と、を有する。 In some embodiments, the turbine blade 30 includes a platform cooling channel 80 formed within the platform 32, for example as shown in FIGS. Platform cooling channel 80 has a first end 82 connected to suction side cavity 56 and a second end 84 connected to leading edge side cavity 52 .

上述の実施形態では、プラットフォーム32の内部に上述のプラットフォーム冷却流路80を設けたので、負圧面側キャビティ56(蛇行流路50)を流れる冷却媒体の一部を分岐させてプラットフォーム冷却流路80に導くとともに、プラットフォーム冷却流路80を通過した冷却媒体を、前縁側キャビティ52(蛇行流路50)に合流させることができる。よって、蛇行流路50に供給した冷却媒体の一部を利用してプラットフォーム32の冷却をすることができ、タービン翼30の冷却をより効率的に行うことができる。また、プラットフォーム冷却流路80を通過後の冷却媒体は、前縁側キャビティ52に合流した後、前縁側キャビティ52に連通する出口孔70を介してタービン翼30から排出される。したがって、プラットフォーム32を冷却後の冷却媒体の残余の冷却能力を活用して翼形部の冷却を行うとともに、温度が上昇した冷却媒体を出口孔70から排出してタービン翼30のフィルム冷却等に用いることができる。よって、上述の実施形態によれば、冷却媒体を有効利用して、タービン翼30への冷却媒体の供給量増大をより効果的に抑制することができる。 In the above-described embodiment, since the platform cooling channel 80 is provided inside the platform 32, part of the cooling medium flowing through the suction side cavity 56 (serpentine channel 50) is branched to form the platform cooling channel 80. , and the cooling medium that has passed through the platform cooling channel 80 can join the leading edge side cavity 52 (serpentine channel 50). Therefore, the platform 32 can be cooled using part of the cooling medium supplied to the meandering flow path 50, and the turbine blades 30 can be cooled more efficiently. After passing through the platform cooling flow path 80 , the cooling medium merges with the leading edge side cavity 52 and is discharged from the turbine blade 30 through the outlet hole 70 communicating with the leading edge side cavity 52 . Therefore, the remaining cooling capacity of the cooling medium after cooling the platform 32 is utilized to cool the airfoil portion, and the cooling medium whose temperature has risen is discharged from the outlet holes 70 for film cooling of the turbine blades 30 and the like. can be used. Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to effectively use the cooling medium and more effectively suppress an increase in the amount of cooling medium supplied to the turbine blades 30 .

また、上述の実施形態では、翼形部34及びプラットフォーム32の冷却負荷の差異を考慮して、分岐点(負圧面側キャビティ56とプラットフォーム冷却流路80の接続点)で分配される冷却媒体の分配比が適切になるように、蛇行流路50及びプラットフォーム冷却流路80の形状(流路断面積や長さ等)を設定することにより、圧力面側キャビティ54(蛇行流路50)を経由して前縁側キャビティ52に流入する冷却媒体と、プラットフォーム冷却流路80を経由して前縁側キャビティ52に流入する冷却媒体との温度差を小さくすることができる。これにより、タービン翼30をより効果的に冷却することができる。 Also, in the above-described embodiments, the difference in cooling load between the airfoil 34 and the platform 32 is taken into account for the amount of cooling medium distributed at the junction (the connection point between the suction side cavity 56 and the platform cooling channel 80). By setting the shapes (cross-sectional area, length, etc.) of the meandering channel 50 and the platform cooling channel 80 so that the distribution ratio is appropriate, The temperature difference between the cooling medium flowing into the leading edge side cavity 52 via the platform cooling channel 80 and the cooling medium flowing into the leading edge side cavity 52 via the platform cooling channel 80 can be reduced. Thereby, the turbine blades 30 can be cooled more effectively.

幾つかの実施形態では、タービン翼30は、第1端82を介してプラットフォーム冷却流路80に供給された冷却媒体が、第2端84を介してのみ、プラットフォーム冷却流路80から排出されるように構成される。すなわち、タービン翼30は、第1端82を介してプラットフォーム冷却流路80に供給された冷却媒体の全量が、第2端84を介してプラットフォーム冷却流路80から排出されるように構成されている。 In some embodiments, the turbine blade 30 is configured such that coolant supplied to the platform cooling passage 80 via the first end 82 exits the platform cooling passage 80 only via the second end 84. configured as That is, turbine blade 30 is configured such that all of the coolant supplied to platform cooling passage 80 via first end 82 is discharged from platform cooling passage 80 via second end 84 . there is

例えば、図6及び図7に示す例示的な実施形態では、プラットフォーム32には、プラットフォーム冷却流路80に連通し、タービン翼30(例えばプラットフォーム32の表面に開口する孔が設けられていない。すなわち、プラットフォーム32の内部に形成されたプラットフォーム冷却流路80は、第1端82及び第2端84を除き、プラットフォーム32内で閉じた空間となっている。したがって、負圧面側キャビティ56から第1端82を介してプラットフォーム冷却流路80に流入冷却媒体の全量が、第2端84を介してプラットフォーム冷却流路80から排出されて前縁側キャビティに流入する。 For example, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the platform 32 is not provided with holes that communicate with the platform cooling passages 80 and open to the surface of the turbine blades 30 (eg, platform 32). , a platform cooling channel 80 formed inside the platform 32 is a closed space within the platform 32, except for a first end 82 and a second end 84. Therefore, from the suction side cavity 56 to the first All of the coolant entering platform cooling channel 80 via end 82 exits platform cooling channel 80 via second end 84 into the leading edge side cavity.

したがって、上述の実施形態によれば、プラットフォーム冷却流路80に供給された冷却媒体の全てを、第2端84を介して前縁側キャビティ52に導くようにしたので、プラットフォーム冷却流路80に供給された冷却媒体の全量について、温度を十分に上昇させて冷却能力を十分に使ってから、前縁側キャビティ52に排出することができる。このようにして、冷却媒体を有効活用して、タービン翼30を効果的に冷却することができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, all the cooling medium supplied to the platform cooling channel 80 is led to the leading edge side cavity 52 via the second end 84, so that the cooling medium supplied to the platform cooling channel 80 is The total amount of coolant dispensed can be discharged to the leading edge side cavity 52 after the temperature has been raised sufficiently to fully utilize the cooling capacity. In this manner, the cooling medium can be effectively utilized to effectively cool the turbine blades 30 .

また、上述の実施形態では、プラットフォーム32の内部にプラットフォーム冷却流路80を設けたので、プラットフォーム32の表面に開口する冷却孔を設けずにプラットフォーム32を冷却可能である。よって、プラットフォーム冷却流路80を流れることでプラットフォーム32を冷却した後の冷却媒体を前縁側キャビティ52に戻して有効活用することが可能である。 Further, in the above-described embodiment, the platform cooling channel 80 is provided inside the platform 32 , so the platform 32 can be cooled without providing cooling holes that open to the surface of the platform 32 . Therefore, the cooling medium that has cooled the platform 32 by flowing through the platform cooling channel 80 can be returned to the leading edge side cavity 52 and effectively utilized.

以下、本明細書において、プラットフォーム32のうち圧力面46に面する領域を、圧力面側領域102といい、プラットフォーム32のうち負圧面48に面する領域を負圧面側領域104という。すなわち、圧力面側領域102は、平面視において(径方向から視たとき)、プラットフォーム32と翼形部34との接続位置35における翼形部34(図6及び図7において破線で示す)の圧力面46よりも、コード直交方向にて該圧力面46を挟んで負圧面48とは反対側の領域である。また、負圧面側領域104は、平面視において(径方向から視たとき)、上述の接続位置35における翼形部34の負圧面48よりも、コード直交方向にて該負圧面48を挟んで圧力面46とは反対側の領域である。
なお、前縁42よりも前方の領域については、前縁42を起点とし、コード方向にて後縁44から前縁42に向かう方向に延びる半直線L1を、圧力面側領域102と負圧面側領域104の境界とする。また、後縁44よりも後方の領域については、後縁44を起点とし、コード方向にて前縁42から後縁44に向かう方向に延びる半直線L2を、圧力面側領域102と負圧面側領域104の境界とする。
Hereinafter, the area of the platform 32 facing the pressure surface 46 is referred to as the pressure side area 102 , and the area of the platform 32 facing the suction surface 48 is referred to as the suction side area 104 . That is, in plan view (when viewed from the radial direction), the pressure surface side region 102 is the portion of the airfoil portion 34 (indicated by the dashed line in FIGS. 6 and 7) at the connection position 35 between the platform 32 and the airfoil portion 34. It is a region on the opposite side of the pressure surface 46 to the negative pressure surface 48 with the pressure surface 46 interposed in the code orthogonal direction. In addition, in a plan view (when viewed from the radial direction), the suction surface side region 104 is located between the suction surface 48 of the airfoil portion 34 at the connection position 35 and sandwiching the suction surface 48 in the direction perpendicular to the cord. It is the area opposite the pressure surface 46 .
As for the region ahead of the leading edge 42, a half straight line L1 extending from the trailing edge 44 toward the leading edge 42 in the chord direction with the leading edge 42 as a starting point is defined by the pressure side region 102 and the suction side region. Let it be the boundary of the region 104 . As for the area behind the trailing edge 44, a half straight line L2 extending from the trailing edge 44 toward the trailing edge 44 from the leading edge 42 in the cord direction is defined by the pressure side area 102 and the suction side area. Let it be the boundary of the region 104 .

幾つかの実施形態では、例えば図7に示すように、プラットフォーム冷却流路80の第2端84は、前縁側キャビティ52のうち、平面視におけるプラットフォーム32と翼形部34との接続位置35におけるキャンバラインLcよりも圧力面46側の部分に接続される。あるいは、幾つかの実施形態では、例えば図7に示すように、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、上述の半直線L1を跨いで延びている。 In some embodiments, the second end 84 of the platform cooling passage 80 is located in the leading edge cavity 52 at the connection 35 between the platform 32 and the airfoil 34 in plan view, as shown, for example, in FIG. It is connected to a portion closer to the pressure surface 46 than the camber line Lc. Alternatively, in some embodiments, for example, as shown in FIG. 7, the platform cooling channel 80 extends across the above-described half line L1 in plan view.

上述の実施形態によれば、プラットフォーム冷却流路80の第2端84を、前縁側キャビティ52のうち圧力面46側の部分に接続したので、プラットフォーム冷却流路80の一部は、プラットフォーム32の圧力面側領域102内に位置することになる。よって、プラットフォーム冷却流路を流れる冷却媒体により、プラットフォームのうち負圧面側領域104だけでなく圧力面側領域102も冷却することが可能となり、タービン翼30をより効果的に冷却することができる。 In accordance with the above-described embodiments, a portion of the platform cooling channel 80 is connected to the portion of the leading edge cavity 52 facing the pressure surface 46 such that the second end 84 of the platform cooling channel 80 is connected to the pressure surface 46 of the platform 32 . It will be located in the pressure side area 102 . Therefore, the cooling medium flowing through the platform cooling channel can cool not only the suction side region 104 but also the pressure side region 102 of the platform, and the turbine blades 30 can be cooled more effectively.

幾つかの実施形態では、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、プラットフォーム32のうち負圧面48に面する負圧面側領域104内に延在する第1負圧面側通路と、負圧面側領域104内にて第1負圧面側通路に沿って延在し、第3リターン部を介して第1負圧面側通路に接続される第2負圧面側通路と、を含む。すなわち、第1負圧面側通路及び第2負圧面側通路は、負圧面側領域104内にて蛇行流路(サーペンタイン流路)を形成している。 In some embodiments, the platform cooling channel 80 includes a first suction side passage extending into a suction side region 104 of the platform 32 facing the suction side 48 and a suction side region 104 of the platform 32 facing the suction side 48 in plan view. a second suction side passage extending along the first suction side passage within 104 and connected to the first suction side passage via a third return portion. That is, the first suction surface side passage and the second suction surface side passage form a meandering flow path (serpentine flow path) within the suction surface side region 104 .

たとえば、図6及び図7に示す例示的な実施形態では、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、プラットフォーム32のうち負圧面側領域104内に延在する負圧面側通路86(第1負圧面側通路)と、負圧面側領域104内にて負圧面側通路86(第1負圧面側通路)に沿って延在し、リターン部87(第3リターン部)を介して負圧面側通路86(第1負圧面側通路)に接続される負圧面側通路88(第2負圧面側通路)と、を含む。すなわち、負圧面側通路86(第1負圧面側通路)及び負圧面側通路88(第2負圧面側通路)は、負圧面側領域104内にて蛇行流路(サーペンタイン流路)を形成している。 For example, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 6 and 7, the platform cooling channels 80 are defined by suction side passages 86 (first suction side passages 86) extending into the suction side region 104 of the platform 32 in plan view. pressure surface side passage) and a suction surface side passage extending along the suction surface side passage 86 (first suction surface side passage) in the suction surface side region 104 and via a return portion 87 (third return portion). a suction side passage 88 (second suction side passage) connected to 86 (first suction side passage). That is, the suction surface side passage 86 (first suction surface side passage) and the suction surface side passage 88 (second suction surface side passage) form a meandering passage (serpentine passage) in the suction surface side region 104. ing.

また、図6及び図7に示す例示的な実施形態では、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、プラットフォーム32のうち負圧面側領域104内に延在する負圧面側通路88(第1負圧面側通路)と、負圧面側領域104内にて負圧面側通路88(第1負圧面側通路)に沿って延在し、リターン部89(第3リターン部)を介して負圧面側通路88(第1負圧面側通路)に接続される負圧面側通路90(第2負圧面側通路)と、を含む。すなわち、負圧面側通路88(第1負圧面側通路)及び負圧面側通路90(第2負圧面側通路)は、負圧面側領域104内にて蛇行流路(サーペンタイン流路)を形成している。 6 and 7, the platform cooling passages 80 are, in plan view, suction side passages 88 (first suction side passages 88) that extend into the suction side region 104 of the platform 32. pressure surface side passage) and a suction surface side passage extending along the suction surface side passage 88 (first suction surface side passage) in the suction surface side region 104 and via a return portion 89 (third return portion). a suction side passage 90 (second suction side passage) connected to 88 (first suction side passage). That is, the suction surface side passage 88 (first suction surface side passage) and the suction surface side passage 90 (second suction surface side passage) form a meandering flow passage (serpentine flow passage) in the suction surface side region 104. ing.

上述の実施形態によれば、プラットフォーム32の負圧面側領域104内に第1負圧面側通路及び第2負圧面側通路を含む蛇行流路を形成したので、負圧面側領域104内におけるプラットフォーム冷却流路80の長さを長くすることができる。よって、プラットフォーム32のうち負圧面側領域104をより効果的に冷却することができる。 According to the above-described embodiment, since the meandering flow path including the first suction side passage and the second suction side passage is formed in the suction side region 104 of the platform 32, the platform cooling in the suction side region 104 is The length of channel 80 can be increased. Therefore, the suction side area 104 of the platform 32 can be cooled more effectively.

幾つかの実施形態では、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、プラットフォーム32のうち圧力面46に面する圧力面側領域102内に延在する第1圧力面側通路と、圧力面側領域102内にて第1圧力面側通路に沿って延在し、第4リターン部を介して第1圧力面側通路に接続される第2圧力面側通路と、を含む。すなわち、第1圧力面側通路及び第2圧力面側通路は、圧力面側領域102内にて蛇行流路(サーペンタイン流路)を形成している。 In some embodiments, the platform cooling channel 80 includes, in plan view, a first pressure side passage extending into a pressure side region 102 of the platform 32 facing the pressure side 46 and a pressure side region 102 of the platform 32 facing the pressure side 46 . a second pressure side passage extending within 102 along the first pressure side passage and connected to the first pressure side passage via a fourth return. That is, the first pressure surface side passage and the second pressure surface side passage form a meandering flow path (serpentine flow path) within the pressure surface side region 102 .

たとえば、図7に示す例示的な実施形態では、プラットフォーム冷却流路80は、平面視において、プラットフォーム32のうち圧力面側領域102内に延在する圧力面側通路92(第1圧力面側通路)と、圧力面側領域102内にて圧力面側通路92(第1圧力面側通路)に沿って延在し、リターン部93(第4リターン部)を介して圧力面側通路92(第1圧力面側通路)に接続される圧力面側通路94(第2圧力面側通路)と、を含む。すなわち、圧力面側通路92(第1圧力面側通路)及び圧力面側通路94(第2圧力面側通路)は、圧力面側領域102内にて蛇行流路(サーペンタイン流路)を形成している。 For example, in the exemplary embodiment shown in FIG. 7, the platform cooling channels 80 are pressure side passages 92 (first pressure side passages) that extend into the pressure side region 102 of the platform 32 in plan view. ) and the pressure surface side passage 92 (the first pressure surface side passage) in the pressure surface side region 102 and extends along the pressure surface side passage 92 (the first pressure surface side passage) and returns to the pressure surface side passage 92 (the fourth and a pressure surface side passage 94 (second pressure surface side passage) connected to the first pressure surface side passage). That is, the pressure surface side passage 92 (first pressure surface side passage) and the pressure surface side passage 94 (second pressure surface side passage) form a meandering flow passage (serpentine flow passage) within the pressure surface side region 102. ing.

上述の実施形態によれば、プラットフォーム32の圧力面側領域102内に第1圧力面側通路及び第2圧力面側通路を含む蛇行流路を形成したので、圧力面側領域102内におけるプラットフォーム冷却流路80の長さを長くすることができる。よって、プラットフォーム32のうち圧力面側領域102をより効果的に冷却することができる。 According to the above-described embodiments, a serpentine flow path is formed in the pressure side region 102 of the platform 32, including first pressure side passages and second pressure side passages, so that platform cooling in the pressure side region 102 is The length of channel 80 can be increased. Therefore, the pressure surface side region 102 of the platform 32 can be cooled more effectively.

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments are understood as follows, for example.

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼(30)は、
翼高さ方向に延在し、前縁(42)と後縁(44)との間において延在する圧力面(46)及び負圧面(48)を有する翼形部(34)と、
少なくとも前記翼形部の内部において前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在する複数のキャビティ(52,54,56)と、を備え、
前記複数のキャビティは、互いに連通して蛇行流路(50)を形成する前縁側キャビティ(52)、圧力面側キャビティ(54)及び負圧面側キャビティ(56)を含み、
前記前縁側キャビティは、前記複数のキャビティのうち前記翼形部のコード方向において最も前縁側に位置し、
前記圧力面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の基端(38)側の第1リターン部(53)を介して前記前縁側キャビティに接続され、
前記負圧面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側にて前記圧力面側キャビティと少なくとも部分的に重なるように位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の先端(40)側の第2リターン部(55)を介して前記圧力面側キャビティに接続され、
前記翼形部の前縁部に形成され、前記前縁側キャビティに連通するとともに前記前縁部における前記翼形部の表面に開口する出口孔(70)を備える。
(1) A turbine blade (30) according to at least one embodiment of the present invention,
an airfoil (34) extending in the height direction and having a pressure surface (46) and a suction surface (48) extending between a leading edge (42) and a trailing edge (44);
a plurality of cavities (52, 54, 56) each extending along the wing height direction within at least the airfoil;
said plurality of cavities including a leading edge side cavity (52), a pressure side cavity (54) and a suction side cavity (56) communicating with each other to form a serpentine flow path (50);
wherein the leading edge side cavity is positioned closest to the leading edge in the chord direction of the airfoil portion among the plurality of cavities;
The pressure side cavity is located on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and through a first return portion (53) on the side of the base end (38) of the airfoil portion in the blade height direction. connected to the leading edge side cavity through
The suction side cavity is positioned so as to at least partially overlap the pressure side cavity on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and the tip of the airfoil portion in the blade height direction ( 40) is connected to the pressure side cavity via the second return portion (55) on the side,
An exit hole (70) is formed at the leading edge of the airfoil and communicates with the leading edge cavity and opens to the surface of the airfoil at the leading edge.

上記(1)の構成によれば、冷却媒体が流れる蛇行流路を形成する圧力面側キャビティと負圧面側キャビティとを別々に設けるとともに第2リターン部を介して接続したので、負圧面側キャビティを通過後の冷却媒体を圧力面側キャビティに流すことができる。したがって、1本のキャビティで翼形部の圧力面側と負圧面側の両方を冷却する場合に比べて、熱負荷の比較的小さい圧力面側の過冷却を防止しながら、翼形部を含むタービン翼を効果的に冷却することができる。また、圧力面側キャビティと前縁側キャビティとを第1リターン部を介して接続するとともに、前縁側キャビティに連通する出口孔を設けたので、圧力面側キャビティを通過後の冷却媒体を、第1リターン部を介して前縁側キャビティに流入させるとともに出口孔を介してタービン翼の外部に排出させることができる。
すなわち、負圧面側キャビティ及び圧力面側キャビティを流れることで翼形部を冷却した冷却媒体を、さらに前縁側キャビティに供給することで、残余の冷却能力を活用して翼形部の冷却を行うとともに、翼形部を冷却することにより温度が上昇した冷却媒体を、出口孔から排出してタービン翼のフィルム冷却等に用いることができる。よって、上記(1)の実施形態によれば、熱負荷の異なる圧力面側と負圧面側とをバランスよく冷却しながら冷却媒体の有効活用が可能となり、タービン翼への冷却媒体の供給量増大を抑制することができる。
According to the above configuration (1), the pressure side cavity and the suction side cavity, which form the meandering flow path through which the cooling medium flows, are separately provided and connected via the second return section. The cooling medium after passing through can flow into the pressure side cavity. Therefore, compared to cooling both the pressure side and the suction side of the airfoil with a single cavity, the airfoil includes the airfoil while preventing overcooling of the pressure side, which has a relatively small heat load. Turbine blades can be effectively cooled. In addition, since the pressure surface side cavity and the leading edge side cavity are connected via the first return portion and an exit hole communicating with the leading edge side cavity is provided, the cooling medium after passing through the pressure surface side cavity is returned to the first return portion. It can flow into the leading edge side cavity through the return portion and can be discharged to the outside of the turbine blade through the outlet hole.
That is, the cooling medium that has cooled the airfoil by flowing through the suction side cavity and the pressure side cavity is further supplied to the leading edge side cavity to cool the airfoil using the remaining cooling capacity. At the same time, the cooling medium whose temperature has been raised by cooling the airfoil portion can be discharged from the outlet hole and used for film cooling of the turbine blade. Therefore, according to the above embodiment (1), the cooling medium can be effectively used while cooling the pressure side and the suction side, which have different heat loads, in a well-balanced manner, and the amount of cooling medium supplied to the turbine blades is increased. can be suppressed.

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記翼形部(34)には、前記圧力面側キャビティ又は前記負圧面側キャビティに接続され、前記翼形部の表面に開口する孔が設けられていない。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
Said airfoil (34) is not provided with holes connected to said pressure side cavity or said suction side cavity and opening to the surface of said airfoil.

上記(2)の構成によれば、負圧面側キャビティ又は圧力面側キャビティからタービン翼の外部へ冷却媒体を排出するための孔が設けられていないので、負圧面側キャビティに供給された冷却媒体の全てを、圧力面側キャビティを介して前縁側キャビティに導くことができる。よって、負圧面側キャビティに供給された冷却媒体の全量について、温度を十分に上昇させて冷却能力を十分に使ってから、出口孔を介して冷却媒体をタービン翼の外部に排出することができる。このようにして、冷却媒体を有効活用して、タービン翼を効果的に冷却することができる。 According to the configuration (2) above, since there is no hole for discharging the cooling medium from the suction side cavity or the pressure side cavity to the outside of the turbine blade, the cooling medium supplied to the suction side cavity is not provided. can be led through the pressure side cavity to the leading edge side cavity. Therefore, after the temperature of the entire amount of the cooling medium supplied to the suction side cavity is sufficiently increased and the cooling capacity is fully used, the cooling medium can be discharged to the outside of the turbine blade through the outlet holes. . In this way, the cooling medium can be effectively used to effectively cool the turbine blades.

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記タービン翼(30)は、
前記蛇行流路(50)に供給された冷却媒体が、前記出口孔(70)を介してのみ、前記タービン翼(30)の外部に排出されるように構成される。
(3) In some embodiments, in the configuration of (1) or (2) above,
The turbine blade (30) is
The cooling medium supplied to the meandering flow path (50) is configured to be discharged to the outside of the turbine blade (30) only through the outlet hole (70).

上記(3)の構成によれば、蛇行流路に供給された冷却媒体の全てが、前縁側キャビティから翼形部の表面に通じる出口孔を介してのみタービン翼の外部に排出される。すなわち、負圧面側キャビティに供給された冷却媒体の全てを、圧力面側キャビティを介して前縁側キャビティに導くようにしたので、負圧面側キャビティに供給された冷却媒体の全量について、温度を十分に上昇させて冷却能力を十分に使ってから、出口孔を介して冷却媒体をタービン翼の外部に排出することができる。このようにして、冷却媒体を有効活用して、タービン翼を効果的に冷却することができる。 According to the configuration (3) above, all of the cooling medium supplied to the meandering flow path is discharged to the outside of the turbine blade only through the outlet hole leading from the leading edge side cavity to the surface of the airfoil portion. That is, since all the cooling medium supplied to the suction side cavity is led to the leading edge side cavity via the pressure side cavity, the temperature of the total amount of cooling medium supplied to the suction side cavity is sufficiently high. to fully use the cooling capacity, the cooling medium can be discharged to the outside of the turbine blades through the exit holes. In this way, the cooling medium can be effectively used to effectively cool the turbine blades.

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記圧力面側キャビティ(54)と前記負圧面側キャビティ(56)との間の隔壁(58)により形成される前記圧力面側キャビティの内壁面(96)および前記負圧面側キャビティの内壁面(98)の間のキャンバ直交方向の距離(w1)が、前記コード方向において前記後縁(44)に近づくにつれて大きくなる。
(4) In some embodiments, in the configuration of any one of (1) to (3) above,
The inner wall surface (96) of the pressure side cavity formed by the partition (58) between the pressure side cavity (54) and the suction side cavity (56) and the inner wall surface of the suction side cavity ( 98) increases in the chord direction as it approaches the trailing edge (44).

上記(4)の構成によれば、圧力面側キャビティと負圧面側キャビティとを隔離する隔壁により形成される内壁面間の距離が、コード方向にて後縁に近づくにつれて大きくなるようにしたので、圧力面側キャビティ及び負圧面側キャビティの断面形状を、圧力面及び負圧面に沿った形状にしやすくなる。これにより、圧力面と圧力面側キャビティとの間の肉厚、及び、負圧面と負圧面側キャビティとの間の肉厚を薄くしやすくなるので、圧力面側キャビティ及び負圧面側キャビティを流れる冷却媒体により、タービン翼をより効果的に冷却することができる。 According to the configuration (4) above, the distance between the inner wall surfaces formed by the partition separating the pressure side cavity and the suction side cavity from each other increases as the trailing edge is approached in the cord direction. , the cross-sectional shapes of the pressure side cavity and the suction side cavity can be easily formed along the pressure side and the suction side. This makes it easier to reduce the wall thickness between the pressure surface and the pressure surface side cavity and the wall thickness between the suction surface side and the suction surface side cavity. The cooling medium can cool the turbine blades more effectively.

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
前記タービン翼(30)は、
前記翼形部(34)に接続されるプラットフォーム(32)と、
前記プラットフォームの内部に形成され、前記負圧面側キャビティ(56)に接続される第1端(82)、及び、前記前縁側キャビティ(54)に接続される第2端(84)を有するプラットフォーム冷却流路(80)と、
を備える。
(5) In some embodiments, in the configuration of any one of (1) to (4) above,
The turbine blade (30) is
a platform (32) connected to the airfoil (34);
Platform cooling formed within said platform and having a first end (82) connected to said suction side cavity (56) and a second end (84) connected to said leading edge side cavity (54) a channel (80);
Prepare.

上記(5)の構成によれば、プラットフォームの内部に形成され、両端が負圧面側キャビティ及び前縁側キャビティに接続されるプラットフォーム冷却流路を設けたので、負圧面側キャビティ(蛇行流路)を流れる冷却媒体の一部を分岐させてプラットフォーム冷却流路に導くとともに、プラットフォーム冷却流路を通過した冷却媒体を、前縁側キャビティ(蛇行流路)に合流させることができる。よって、蛇行流路に供給した冷却媒体の一部を利用してプラットフォームの冷却をすることができ、タービン翼の冷却をより効率的に行うことができる。また、プラットフォーム冷却流路を通過後の冷却媒体は、前縁側キャビティに合流した後、前縁側キャビティに連通する出口孔を介してタービン翼から排出される。したがって、プラットフォームを冷却後の冷却媒体の残余の冷却能力を活用して翼形部の冷却を行うとともに、温度が上昇した冷却媒体を出口孔から排出してタービン翼のフィルム冷却等に用いることができる。よって、上記(5)の構成によれば、冷却媒体を有効利用して、タービン翼への冷却媒体の供給量増大をより効果的に抑制することができる。 According to the configuration (5) above, since the platform cooling channel is formed inside the platform and has both ends connected to the suction side cavity and the leading edge side cavity, the suction side cavity (serpentine channel) is provided. A portion of the flowing cooling medium can be diverted and directed to the platform cooling channel, and the cooling medium that has passed through the platform cooling channel can join the leading edge side cavity (serpentine channel). Therefore, the platform can be cooled using part of the cooling medium supplied to the meandering flow path, and the turbine blades can be cooled more efficiently. After passing through the platform cooling flow path, the cooling medium merges with the leading edge side cavity and is discharged from the turbine blade through the outlet hole communicating with the leading edge side cavity. Therefore, the remaining cooling capacity of the cooling medium after cooling the platform can be used to cool the airfoil, and the cooling medium whose temperature has risen can be discharged from the exit hole and used for film cooling of the turbine blades. can. Therefore, according to the above configuration (5), it is possible to effectively use the cooling medium and more effectively suppress an increase in the amount of the cooling medium supplied to the turbine blades.

(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記第2端(84)は、前記前縁側キャビティ(54)のうち、平面視における前記プラットフォーム(32)と前記翼形部(34)との接続位置(35)におけるキャンバライン(Lc)よりも圧力面(46)側の部分に接続される。
(6) In some embodiments, in the configuration of (5) above,
The second end (84) of the leading edge side cavity (54) is located above the camber line (Lc) at the connection position (35) between the platform (32) and the airfoil (34) in plan view. It is connected to the part on the side of the pressure surface (46).

上記(6)の構成によれば、プラットフォーム冷却流路の第2端を、前縁側キャビティのうち圧力面側の部分に接続したので、プラットフォーム冷却流路の一部は、プラットフォームの圧力面側領域内に位置することになる。よって、プラットフォーム冷却流路を流れる冷却媒体により、プラットフォームのうち負圧面側領域だけでなく圧力面側領域も冷却することが可能となり、タービン翼をより効果的に冷却することができる。 According to the configuration (6) above, since the second end of the platform cooling channel is connected to the pressure surface side portion of the leading edge side cavity, a portion of the platform cooling channel extends to the pressure surface side region of the platform. will be located inside. Therefore, the cooling medium flowing through the platform cooling flow path can cool not only the suction surface side region but also the pressure surface side region of the platform, and the turbine blades can be cooled more effectively.

(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)の構成において、
前記プラットフォーム冷却流路(80)は、
平面視において、前記プラットフォーム(32)のうち前記負圧面(48)に面する負圧面側領域(104)内に延在する第1負圧面側通路(例えば負圧面側通路86)と、
前記負圧面側領域内にて前記第1負圧面側通路に沿って延在し、第3リターン部(例えばリターン部87)を介して前記第1負圧面側通路に接続される第2負圧面側通路(例えば負圧面側通路88)と、を含む。
(7) In some embodiments, in the configuration of (5) or (6) above,
said platform cooling channel (80) comprising:
a first suction side passage (for example, a suction side passage 86) extending in a suction side region (104) of the platform (32) facing the suction side (48) in plan view;
A second suction surface extending along the first suction surface side passage within the suction surface side region and connected to the first suction surface side passage via a third return portion (for example, return portion 87) side passages (eg, suction side passages 88).

上記(7)の構成によれば、プラットフォームの負圧面側領域内に第1負圧面側通路及び第2負圧面側通路を含む蛇行流路を形成したので、負圧面側領域内におけるプラットフォーム冷却流路の長さを長くすることができる。よって、プラットフォームのうち負圧面側領域をより効果的に冷却することができる。 According to the above configuration (7), since the meandering flow path including the first suction side passage and the second suction side passage is formed in the suction side region of the platform, the platform cooling flow in the suction side region The length of the path can be lengthened. Therefore, the suction side area of the platform can be cooled more effectively.

(8)幾つかの実施形態では、上記(5)乃至(7)の何れかの構成において、
前記プラットフォーム冷却流路(80)は、
平面視において、前記プラットフォーム(32)のうち前記圧力面(46)に面する圧力面側領域(102)内に延在する第1圧力面側通路(例えば圧力面側通路92)と、
前記圧力面側領域内にて前記第1圧力面側通路に沿って延在し、第4リターン部(例えばリターン部93)を介して前記第1圧力面側通路に接続される第2圧力面側通路(例えば圧力面側通路94)と、を含む。
(8) In some embodiments, in the configuration of any one of (5) to (7) above,
said platform cooling channel (80) comprising:
a first pressure side passageway (e.g., pressure side passageway 92) extending in plan view into a pressure side region (102) of said platform (32) facing said pressure side (46);
A second pressure surface extending along the first pressure surface side passage within the pressure surface side region and connected to the first pressure surface side passage via a fourth return portion (for example, return portion 93) side passages (eg, pressure side passages 94).

上記(8)の構成によれば、プラットフォームの圧力面側領域内に第1圧力面側通路及び第2圧力面側通路を含む蛇行流路を形成したので、圧力面側領域内におけるプラットフォーム冷却流路の長さを長くすることができる。よって、プラットフォームのうち圧力面側領域をより効果的に冷却することができる。 According to the above configuration (8), since the meandering flow path including the first pressure surface side passage and the second pressure surface side passage is formed in the pressure surface side region of the platform, the platform cooling flow in the pressure surface side region is The length of the path can be lengthened. Therefore, the pressure surface side region of the platform can be cooled more effectively.

(9)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービン(1)は、
上記(1)乃至(8)の何れか一項に記載のタービン翼(30)と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器(4)と、
を備える。
(9) A gas turbine (1) according to at least one embodiment of the present invention,
a turbine blade (30) according to any one of (1) to (8) above;
a combustor (4) for producing combustion gas flowing through a combustion gas flow path provided with said turbine blades;
Prepare.

上記(9)の構成によれば、冷却媒体が流れる蛇行流路を形成する圧力面側キャビティと負圧面側キャビティとを別々に設けるとともに第2リターン部を介して接続したので、負圧面側キャビティを通過後の冷却媒体を圧力面側キャビティに流すことができる。したがって、1本のキャビティで翼形部の圧力面側と負圧面側の両方を冷却する場合に比べて、熱負荷の比較的小さい圧力面側の過冷却を防止しながら、翼形部を含むタービン翼を効果的に冷却することができる。また、圧力面側キャビティと前縁側キャビティとを第1リターン部を介して接続するとともに、前縁側キャビティに連通する出口孔を設けたので、圧力面側キャビティを通過後の冷却媒体を、第1リターン部を介して前縁側キャビティに流入させるとともに出口孔から排出させることができる。
すなわち、負圧面側キャビティ及び圧力面側キャビティを流れることで翼形部を冷却した冷却媒体を、さらに前縁側キャビティに供給することで、残余の冷却能力を活用して翼形部の冷却を行うとともに、翼形部を冷却することにより温度が上昇した冷却媒体を、出口孔から排出してタービン翼のフィルム冷却等に用いることができる。よって、上記(9)の実施形態によれば、熱負荷の異なる圧力面側と負圧面側とをバランスよく冷却しながら冷却媒体の有効活用が可能となり、タービン翼への冷却媒体の供給量増大を抑制することができる。
According to the above configuration (9), the pressure side cavity and the suction side cavity forming the meandering flow path through which the cooling medium flows are separately provided and connected via the second return section. The cooling medium after passing through can flow into the pressure side cavity. Therefore, compared to cooling both the pressure side and the suction side of the airfoil with a single cavity, the airfoil includes the airfoil while preventing overcooling of the pressure side, which has a relatively small heat load. Turbine blades can be effectively cooled. In addition, since the pressure surface side cavity and the leading edge side cavity are connected via the first return portion and an exit hole communicating with the leading edge side cavity is provided, the cooling medium after passing through the pressure surface side cavity is returned to the first return portion. It can flow into the leading edge side cavity via the return portion and can be discharged from the outlet hole.
That is, the cooling medium that has cooled the airfoil by flowing through the suction side cavity and the pressure side cavity is further supplied to the leading edge side cavity to cool the airfoil using the remaining cooling capacity. At the same time, the cooling medium whose temperature has been raised by cooling the airfoil portion can be discharged from the outlet hole and used for film cooling of the turbine blade. Therefore, according to the above embodiment (9), the cooling medium can be effectively utilized while cooling the pressure side and the suction side, which have different heat loads, in a well-balanced manner, and the amount of cooling medium supplied to the turbine blades is increased. can be suppressed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications of the above-described embodiments and modes in which these modes are combined as appropriate.

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
As used herein, expressions such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "perpendicular", "center", "concentric" or "coaxial", etc. express relative or absolute arrangements. represents not only such arrangement strictly, but also the state of being relatively displaced with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function can be obtained.
For example, expressions such as "identical", "equal", and "homogeneous", which express that things are in the same state, not only express the state of being strictly equal, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
Further, in this specification, expressions representing shapes such as a quadrilateral shape and a cylindrical shape not only represent shapes such as a quadrilateral shape and a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also within the range in which the same effect can be obtained. , a shape including an uneven portion, a chamfered portion, and the like.
Moreover, in this specification, the expressions “comprising”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.

1 ガスタービン
2 圧縮機
4 燃焼器
6 タービン
8 ロータ
10 圧縮機車室
12 空気取入口
16 静翼
18 動翼
20 ケーシング
22 タービン車室
24 静翼
26 動翼
28 燃焼ガス流路
29 排気室
30 タービン翼
32 プラットフォーム
34 翼形部
34a 内壁面
34b 表面
35 接続位置
36 翼根部
37 係合部
38 基端
40 先端
41 先端部
42 前縁
43 前縁部
44 後縁
45 後縁部
46 圧力面
48 負圧面
50 蛇行流路
51 入口開口
52 前縁側キャビティ
53 第1リターン部
54 圧力面側キャビティ
55 第2リターン部
56 負圧面側キャビティ
58 隔壁
60 蛇行流路
61 入口開口
62 キャビティ
63 リターン部
64 キャビティ
65 リターン部
66 キャビティ
68 出口孔
69 出口孔
70 出口孔
72 前縁出口孔
74 先端出口孔
76a~76d リブ
80 プラットフォーム冷却流路
82 第1端
84 第2端
86 負圧面側通路
87 リターン部
88 負圧面側通路
89 リターン部
90 負圧面側通路
92 圧力面側通路
93 リターン部
94 圧力面側通路
96 内壁面
98 内壁面
102 圧力面側領域
104 負圧面側領域
1 gas turbine 2 compressor 4 combustor 6 turbine 8 rotor 10 compressor casing 12 air intake 16 stationary blade 18 rotor blade 20 casing 22 turbine casing 24 stator blade 26 rotor blade 28 combustion gas flow path 29 exhaust chamber 30 turbine blade 32 Platform 34 Airfoil 34a Inner wall 34b Surface 35 Connection point 36 Blade root 37 Engagement 38 Base end 40 Tip 41 Tip 42 Leading edge 43 Leading edge 44 Trailing edge 45 Trailing edge 46 Pressure surface 48 Suction surface 50 meandering channel 51 inlet opening 52 leading edge cavity 53 first return portion 54 pressure side cavity 55 second return portion 56 negative pressure side cavity 58 partition wall 60 meandering channel 61 inlet opening 62 cavity 63 return portion 64 cavity 65 return portion 66 cavity 68 exit hole 69 exit hole 70 exit hole 72 leading edge exit hole 74 tip exit holes 76a-76d rib 80 platform cooling channel 82 first end 84 second end 86 suction side passage 87 return portion 88 suction side passage 89 Return portion 90 Suction surface side passage 92 Pressure surface side passage 93 Return portion 94 Pressure surface side passage 96 Inner wall surface 98 Inner wall surface 102 Pressure surface side region 104 Suction surface side region

Claims (9)

翼高さ方向に延在し、前記翼高さ方向における両端である基端及び先端と、前縁と後縁との間において延在する圧力面及び負圧面と、を有する翼形部と、
少なくとも前記翼形部の内部において前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在する複数のキャビティと、を備え、
前記複数のキャビティは、互いに連通して蛇行流路を形成する前縁側キャビティ、圧力面側キャビティ及び負圧面側キャビティを含み、
前記前縁側キャビティは、前記複数のキャビティのうち前記翼形部のコード方向において最も前縁側に位置し、
前記圧力面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側に位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の基端側の第1リターン部を介して前記前縁側キャビティに接続され、
前記負圧面側キャビティは、前記コード方向において前記前縁側キャビティよりも後縁側にて前記圧力面側キャビティと少なくとも部分的に重なるように位置し、前記翼高さ方向における前記翼形部の先端側の第2リターン部を介して前記圧力面側キャビティに接続され、
前記翼形部の前縁部に形成され、前記前縁側キャビティに連通するとともに前記前縁部における前記翼形部の表面に開口する出口孔を備える
タービン翼。
an airfoil extending in the wing-height direction and having a base end and a tip, which are opposite ends in the wing-height direction, and a pressure surface and a suction surface extending between a leading edge and a trailing edge;
a plurality of cavities each extending along the airfoil height direction at least inside the airfoil;
the plurality of cavities include a leading edge side cavity, a pressure side cavity, and a suction side cavity that communicate with each other to form a meandering flow path;
wherein the leading edge side cavity is positioned closest to the leading edge in the chord direction of the airfoil portion among the plurality of cavities;
The pressure side cavity is located on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and is connected to the leading edge side cavity via a first return portion on the base side of the airfoil portion in the blade height direction. connected and
The suction side cavity is positioned so as to at least partially overlap with the pressure side cavity on the trailing edge side of the leading edge side cavity in the chord direction, and on the tip side of the airfoil portion in the blade height direction. is connected to the pressure side cavity via the second return part of
A turbine blade comprising an exit hole formed in a leading edge of said airfoil communicating with said leading edge side cavity and opening to a surface of said airfoil at said leading edge.
前記翼形部には、前記圧力面側キャビティ又は前記負圧面側キャビティに接続され、前記翼形部の表面に開口する孔が設けられていない
請求項1に記載のタービン翼。
2. The turbine blade according to claim 1, wherein the airfoil is free of holes connected to the pressure side cavity or the suction side cavity and opening to the surface of the airfoil.
前記蛇行流路に供給された冷却媒体が、前記出口孔を介してのみ、前記タービン翼の外部に排出されるように構成された
請求項1又は2に記載のタービン翼。
3. The turbine blade according to claim 1, wherein the cooling medium supplied to said meandering flow path is discharged to the outside of said turbine blade only through said exit hole.
前記圧力面側キャビティと前記負圧面側キャビティとの間の隔壁により形成される前記圧力面側キャビティの内壁面および前記負圧面側キャビティの内壁面の間のキャンバ直交方向の距離が、前記コード方向において前記後縁に近づくにつれて大きくなる
請求項1乃至3の何れか一項に記載のタービン翼。
The distance in the camber orthogonal direction between the inner wall surface of the pressure side cavity and the inner wall surface of the suction side cavity formed by the partition wall between the pressure side cavity and the suction side cavity is the cord direction. 4. The turbine blade according to any one of claims 1 to 3, wherein the width increases toward the trailing edge at.
前記翼形部に接続されるプラットフォームと、
前記プラットフォームの内部に形成され、前記負圧面側キャビティに接続される第1端、及び、前記前縁側キャビティに接続される第2端を有するプラットフォーム冷却流路と、
を備える
請求項1乃至4の何れか一項に記載のタービン翼。
a platform connected to the airfoil;
a platform cooling channel formed within the platform and having a first end connected to the suction side cavity and a second end connected to the leading edge side cavity;
The turbine blade according to any one of claims 1 to 4, comprising:
前記第2端は、前記前縁側キャビティのうち、平面視における前記プラットフォームと前記翼形部との接続位置におけるキャンバラインよりも圧力面側の部分に接続される
請求項5に記載のタービン翼。
The turbine blade according to claim 5, wherein the second end is connected to a portion of the leading edge side cavity that is closer to the pressure surface than the camber line at the connection position between the platform and the airfoil portion in plan view.
前記プラットフォーム冷却流路は、
平面視において、前記プラットフォームのうち前記負圧面に面する負圧面側領域内に延在する第1負圧面側通路と、
前記負圧面側領域内にて前記第1負圧面側通路に沿って延在し、第3リターン部を介して前記第1負圧面側通路に接続される第2負圧面側通路と、を含む
請求項5又は6に記載のタービン翼。
The platform cooling channel comprises:
a first suction surface side passage extending in a suction surface side region of the platform facing the suction surface in plan view;
a second suction side passage extending along the first suction side passage within the suction side region and connected to the first suction side passage via a third return portion. A turbine blade according to claim 5 or 6.
前記プラットフォーム冷却流路は、
平面視において、前記プラットフォームのうち前記圧力面に面する圧力面側領域内に延在する第1圧力面側通路と、
前記圧力面側領域内にて前記第1圧力面側通路に沿って延在し、第4リターン部を介して前記第1圧力面側通路に接続される第2圧力面側通路と、を含む
請求項5乃至7の何れか一項に記載のタービン翼。
The platform cooling channel comprises:
a first pressure side passage extending in a pressure side region of the platform facing the pressure side in plan view;
a second pressure surface side passage extending along the first pressure surface side passage within the pressure surface side region and connected to the first pressure surface side passage via a fourth return portion. A turbine blade according to any one of claims 5 to 7.
請求項1乃至8の何れか一項に記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備えるガスタービン。
a turbine blade according to any one of claims 1 to 8;
a combustor for generating combustion gas flowing through a combustion gas flow path provided with the turbine blades;
A gas turbine with a
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