JPH01232102A - 空冷ガスタービンブレード - Google Patents

空冷ガスタービンブレード

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JPH01232102A
JPH01232102A JP1016060A JP1606089A JPH01232102A JP H01232102 A JPH01232102 A JP H01232102A JP 1016060 A JP1016060 A JP 1016060A JP 1606089 A JP1606089 A JP 1606089A JP H01232102 A JPH01232102 A JP H01232102A
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    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空冷タービンブレードに関し、特にフィルム
冷却式タービンブレードに関する。
［従来の技術］ ガスタービンでは、タービンの人口温度を高くするほど
、圧縮機圧力比が高くでき、これに伴ってガスタービン
エンジンの熱効率は向上する。そこで、高温ガスに耐え
得る耐熱特性に優れたタービンブレードの発達、改良に
加え、タービンブレードの内部に冷却空気を導入して冷
やすようにした空冷タービンブレード技術が広く用いら
れるようになった。
このような空冷タービンブレードは、その内部空間やブ
レード表面に形成された複数の小さな空気吹出通路を通
過する冷却空気を導入することにより、翼表面を冷却す
るものである。これらの空気通路から吹き出される冷却
空気は、ガスタービンエンジンの主流路を流れる高温高
圧ガスと翼表面との間に存在する冷却空気の保護薄膜を
形成するが、冷却効率を考慮すると、空気通路の下流に
向かって出来るだけ長い距離に渡って翼表面を覆うこと
が望ましい。フィルム冷却に使用する冷却空気流量を多
くし過ぎると、主流路を流れる高温ガス流に対するブレ
ードの保護は確実に為されるが、高温ガスの温度低下を
来し、エンジン効率を却って低下してしまうことになる
。そこで、冷却空気流量は、出来る限り少なくして効率
的に冷却することが望まれる。このために、タービンブ
レードの設計者は、制限された空気流量で最大限の冷却
効率を得るように努力している。
この冷却空気の適切な流量及び流速は、通常、各空気通
路の小さな入口空気流調整孔によって調整されるが、実
際、冷却空気流は小孔の寸法により決定される。この空
気流調整小孔の配置による冷却空気流の調整により、様
々な翼壁ブレードの各冷却スロットに対する適切な空気
流配分が為される。
冷却効率に関しては、流路を流れる冷却空気流が翼表面
と為す角度や冷却空気流の高温ガス流に対する方向も重
要な要素となる。一般に、冷却空気が翼表面とより近接
して流れるに従って冷却効率がよりよくなること゛が知
られている。
また、ブレードに対する優れた冷却効果を生み出すため
には、高速冷却空気流を用いるのが好ましい。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の冷却タービンブレードにおいては
、一般に、翼表面をフィルム冷却する冷却空気の吹出方
向が翼表面に対して完全に平行ではなく、角度をなして
主ガス流路に突入している。
このために、冷却空気流は、高温ガス流と混入し、ター
ビンブレードに対する冷却効率の減少を来している。
本発明の目的は、最大限のフィルム冷却効果を得るため
に、ブレードの内部空気室から翼表面に導出されるスロ
ットから吹き出される冷却空気の方向がほぼ完璧に翼表
面に沿って平行であり、且つ冷却空気流が翼表面の接線
に近接してほとんど高温ガス流と混入することのないフ
ィルム冷却特性の優れた空冷ガスタービンブレードを提
供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の空冷ガスタービン
ブレードにおいては、外表面を有する前縁部と外表面を
有する主部材から成る翼型部材と、主部材から離間する
ように前縁部を支持すると共に、主部材及び前縁部の間
に画成される空間を二つの外側空洞部と中央空洞部とに
分割する二つの縦方向に延びるストラットと、各外側空
洞部に冷却空気を導入するための手段と、中央空洞部に
冷却空気を導入する手段と、及び中央空洞部から前縁部
を貫通して延びる複数の開口部とから成り、前縁部が主
部材の表面と重複する後縁を有し、且つ後縁の内壁面と
主ブレードの外表面との間に、各外側空洞部と連通ずる
縦方向に延びるスロットを画成すると共に、主部材の外
表面を各スロットを通る連続的表面で形成した空冷ガス
タービンブレードを提供するものである。
また、冷却空気流を整流するために、複数の軸方向に延
びるフィンを後縁と主部材との間に配設するものとする
。この複数のフィンは、後縁と主部材との間に固定する
ものとする。
更に、冷却空気流を調整するために、各スロットの流路
面積を各外側空洞部に冷却空気を導入する手段の流路面
積よりも小さく設定するものとする。
［作用］ 上記のように構成された空冷ガスタービンブレードによ
ると、冷却空気は、ブレード本体の内部空気室から開口
部を介して前縁部と主ブレード部材の先端部との間に画
成されたスロットからほぼ完璧に翼表面に沿って平行に
、翼表面に極めて近接して、高速冷却空気流として吹き
出される。
また、前縁部の鋭角形成された後縁を支持する複数のフ
ィンにより、各スロットから吹き出される冷却空気流を
整流している。
更に、ストラットを介して前縁部をブレード主部材に容
易に付設することができる。
［実施例］ 第１図に示す翼壁ブレードｌＯは、主ブレード部１２と
前縁部１４とから形成される。この翼壁ブレード１０は
、吸入側１６及び圧縮側１８から形成される。
冷却空気は、翼内部の内部空気室２０を介して通過する
。複数の空冷用スロット２２がブレードｌＯの下流部分
に形成されている。
冷却空気は、ブレードの上流側に設けられた冷却空気で
充満した内部空気室２４から開口部２６を介してブレー
ドの前縁部に設けられた内部空気室２８へと流れ、更に
、小孔３０を介して吹き出される。このようにして、ブ
レードの前縁部１４が冷却される。
また、冷却空気は、ブレードの吸入側において、開口部
３２を介して空洞部３４を介して吹き出される。前縁部
１４は、主ブレード部Ｉ２の翼表面３８と重複する片持
ち部３６を有する。主ブレード部は、スロット２２を介
して下流に向かって延びる翼表面を有する。冷却空気は
、前縁部の空洞部３４から縦方向に延びるスロット４０
を介して吹き出される。吹出空気流を調整するために、
スロット４０の流路面積は、このスロットへの冷却空気
供給通路の流路面積よりも小さく設計されている。この
ようにスロットの流路面積を調整することより、翼表面
３８に沿って流れる冷却空気の流量を適切に調整すると
共に、高速冷却空気流を得ることができる。
また、複数のタービン軸方向に延びるフィン４２によっ
て、片持ち部３６と主ブレード部１２とが内部結合され
ている。このフィン４２は、スロット４０を介して流れ
る冷却空気流を整流すると共に、各スロットの吹出口に
おける一致した流路面積を提供する。
上述したブレードの吸入側と同様にして、ブレードの圧
縮側においても、主ブレード１２は、冷却空気を空洞部
４６へ供給するための複数の開口部４４を有する。冷却
空気は、更に、空洞部４６からスロット４８を介して翼
表面に沿って吹き出される。
この翼壁タービンブレードの製造に関しては、ユニット
として鋳造する製造方法を取るか、又は冷却空気通路で
ある開口部２６．３２、及び４４を主ブレード部に機械
加工した後に、ブレードの縦方向に延びるストラット５
０に沿って前縁部と主ブレード部とを一体化する製造方
法を取ることができる。また、鋭角に形成された片持ち
部３６の翼後縁の肉厚を出来るだけ薄く形成して、下流
翼表面におけるフィルム冷却効果の低下を来す乱気流の
発生を防止している。この前縁部１４は、仮に損傷して
も容易に機械加工により取り除き、新しい前縁部を結合
するようにして、比較的簡単に修復することができる。
上述した本発明の空冷ガスタービンブレードによると、
スロット４０から翼下流に向けて吹き出される冷却空気
は、はぼ完璧に主ブレード部１２の翼表面の接線方向に
吹き出されるので、翼表面全体が冷却空気層で覆われ、
極めて効果的なフィルム冷却を実現することができる。
また、前縁部１４の外表面５２は、主ブレード部１２の
翼表面３８からオフセットして形成されている。これに
より、冷却空気流がほとんど高温ガス流と混入すること
なく、外表面５２よりも一段低い位置に形成された翼表
面３８と高温ガス流との間の境界層に、滑らかな冷却空
気流層が形成され、極めて効率的なフィルム冷却を果た
すことができる。
［発明の効果］ 上述した本発明の空冷ガスタービンブレードによると、
各スロットから翼下流に向けて吹き出される冷却空気は
、はぼ完璧に主ブレード部の翼表面の接線方向に吹き出
されるので、翼表面全体が冷却空気層で覆われ、極めて
効果的なフィルム冷却を実現することができる。
また、前縁部がストラットを介してブレード主部材と分
離して形成されているので、仮に前縁部が損傷しても容
易に機械加工により取り除き、新しい前縁部を結合し、
比較的簡単にブレードの修復をすることができる。
更に、前縁部の外表面の仮想延長面がブレード主部材の
翼表面からオフセットして形成されていおり、スロット
から吹き出される冷却空気流は、はとんど高温ガス流と
混入することなく、前縁部の外表面よりも一段低い位置
に形成されたブレード主部材の翼表面と高温ガス流との
間の境界層に、滑らかな冷却空堺流層が形成され、極め
て効率的なフィルム冷却を果たすことができる。
更に、前縁部近傍に冷却空気の吹き出しを集中すること
により、比較的低いマツハ数の領域に冷却空気を噴出す
ることができると共に、上述のようにスロットからの冷
却空気流の吹き出し方向をほぼ完璧に翼表面に沿って平
行とすることができるので、極めて高いフィルム冷却効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の空冷ガスタービンブレードの断面図で
あり、第２図は第１図に示すブレードの前縁部の詳細断
面図であり、及び第３図は本発明の空冷ブレードの部分
断面を示した立面図である。 ＩＯ・・・翼壁ブレード、１２・・・主ブレード部、１
４・・・前縁部、２０．２４・・・内部空気室、２２，
４０．４８・・・スロット、２６゜３２．４４・・・開
口部、３４．４６・・・空洞部、３６・・・片持ち部、
３８・・・翼表面、４２・・・フィン、５０・・・スト
ラット、５２・・・外表面。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）外表面を有する前縁部と外表面を有する主部材か
    ら成る翼型部材と、主部材から離間するように前縁部を
    支持すると共に、主部材及び前縁部の間に画成される空
    間を二つの外側空洞部と中央空洞部とに分割する二つの
    縦方向に延びるストラットと、各外側空洞部に冷却空気
    を導入するための手段と、中央空洞部に冷却空気を導入
    する手段と、及び中央空洞部から前縁部を貫通して延び
    る複数の開口部とから成り、前縁部が主部材の表面と重
    複する後縁を有し、且つ後縁の内壁面と主ブレードの外
    表面との間に、各外側空洞部と連通する縦方向に延びる
    スロットを画成すると共に、主部材の外表面を各スロッ
    トを通る連続的表面で形成した空冷ガスタービンブレー
    ド。
  2. （２）複数の軸方向に延びるフィンが後縁と主部材との
    間に配設された請求項１記載の空冷ガスタービンブレー
    ド。
  3. （３）複数のフィンが後縁と主部材との間に固定された
    請求項２記載の空冷ガスタービンブレード。
  4. （４）各スロットの流路面積が各外側空洞部に冷却空気
    を導入する手段の流路面積よりも小さい請求項１又２記
    載の空冷ガスタービンブレード。
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