JPH0211801A - ガスタービン冷却動翼 - Google Patents

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〕 本発明はガスタービン動翼に係り、特に、プラットフォ
ームの冷却に適した冷却動翼に関する。

〔従来の技術〕

ガスタービン動翼の冷却方式は年々進歩しているが、最
新の冷却技術は特開昭５５−１０７００５号、特開昭５
８−２０２３０４号、特開昭５８−１７０８０１号公報
に記載のように、翼根部から導入された冷却空気をその
まま翼頂部から外部へ排出せず、翼頂部で流路を折り返
して、再び、プラットフォーム付近まで流し、そこでも
う−度折り返して最終的に翼頂部または翼後縁部から排
出する。いわゆる、リタンフロー冷却方式が主になって
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術によれば、主流ガスよりも著しく温度の低
い冷却空気が翼頂部から排出される。動翼は回転してい
るため、翼頂部と対向している静止部材は主流ガスと排
出却空気とで交互に加熱・冷却される。そのため、静止
体には繰り返し熱応力が作用し、熱疲労による損傷で寿
命が短くなるなどの問題がある。また、冷却流路はプラ
ットフォーム部で折り返しているため、翼部分は冷却さ
れるが、プラットフォームの冷却には効果が無く、高温
ガスにさらされるプラットフォームは翼部以上に高温と
なり、強度的に問題があった。特開昭５６−１０４１０
２号公報に記載のように、プラットフォームの冷却のた
めに特別に冷却空気を供給する方法が提案されているが
、その分余計に冷却空気が必要となるため、ガスタービ
ン全体の熱効率を低下させるという問題がある。

本発明の目的はプラットフォームを効果的に冷却する動
翼を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的はリターンフロー冷却流路を翼頂部へ排出する
方式とせず、翼頂部で折り返した後、プラットフォーム
の下まで延伸させ、シャンクの側面に貫通させて、翼部
を冷却して、まだ、冷却能力のある冷却空気をプラット
フォームの内側に流すことにより達成される。

〔作用〕

翼部を冷却しである程度温度の上昇した冷却空気は、シ
ャンク側面から排出され、プラットフォームの内側を流
れて主流ガスに合流するので、プラットフォームの冷却
が可能である。同時に翼頂部からの冷却空気の排出が無
いので、静止体側が加熱・冷却を交互に受ける現象がな
くなる。プラットフォームにはフィン状のリブを設ける
ので、このリブのフィン効果によってプラットフォーム
の冷却が促進される。このリブはプラットフォームの付
根から先端に向って徐々に高さが減るようにしてあり、
プラットフォームに作用する遠心力によってプラットフ
ォームに作用する曲げ応力が軽減される。また、プラッ
トフォームにあけられるフィルム冷却孔からは冷却空気
が吹き出し、プラットフォームの外面に冷却空気のフィ
ルムを形成して、主流ガスからの熱がプラットフォーム
に伝わるのを抑制する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１
図は本発明の一実施例を示すガスタービン冷却動翼の縦
断面図である。動翼１はエアフォイル２とシャンク３か
ら成り、両者の間には図示されていないプラットフォー
ム４があって、高温ガスはエアフォイル２の周囲を流れ
、プラットフォーム４によって高温ガスがシャンク３の
周囲に流れることを防いでいる。動翼１の内部にはシャ
ンク３の下端から二系統の前縁流路５と後縁流路６を設
ける。前縁流路５は翼頂部で前縁側に折れ曲がり、前縁
に沿ってシャンク３まで下りて来る。

シャンク３のプラットフォーム４より下の位置で、シャ
ンク３の腹側に排出ロアをあける。

一方、後縁流路６は翼頂部で後縁側に折れ曲がり、プラ
ットフォーム４の近くまで下りたところで、再度、後縁
側に折れ曲がる。

各流路の内面には流れにほぼ直角にフィン状のタービュ
レンスプロモータ８がはしご状に設けられる。前縁流路
５の前縁に沿った壁には斜上向きに貫通した複数個のフ
ィルム冷却孔９があけられる。後縁流路６の出口部分に
は複数個のピンフィン１０が設けられる。

冷却空気１１はシャンク３の下端より二つに分かれて前
縁流路５と後縁流路６に入り、エアフォイル２を内面か
ら冷却する。タービュレンスプロモータ８は内面の冷却
空気流に乱れを生しさせて熱伝達率を促進させる働きを
する。

前縁流路５を流れる冷却空気１１は翼頂部で折り返した
後、］部はフィルム冷却孔９から翼外部へ流出し、前縁
１２の表面に冷却空気のフィルムを形成して、高温の主
流ガスからの熱が前縁１２に伝わることを抑制する。残
りの冷却空気１１はエアフォイル２を冷却しながらプラ
ットフォーム４の下まで流れ、シャンク３の腹側にあけ
られた排出ロアから外に出る。

後縁流路６を流れる冷却空気１１は翼頂部とプラットフ
ォーム付近で二度折り返した後、ピンフィン１０の間を
すり抜けて翼外部へ流出する。ピンフィン１０はフィン
の効果で翼後縁部の冷却を促進する働きをする。

第２図は第１図のｎ−ｎ矢視断面を示すものである。プ
ラットフォーム４には複数個のフィルム冷却孔１３があ
けられる。また、プラットフォーム４の内面にはフィン
状のリブ１４が形成され、このリブ１４は翼との付根付
近で高く、プラットフォーム先端付近では低くしである
。

シャンク３の下端より入った冷却空気１１は翼頂部で折
れ曲って、再び、下に向い、プラットフォーム４の下で
、シャンク３の腹側の排出ロアから翼外部に排出される
。シャンク３とプラットフォーム４に囲まれた空間は閉
じており、排出された冷却空気はフィルム冷却孔１３、
および、隣接する翼との隙間から外に流出する。プラッ
トフォーム４の下面のリブ１４はプラットフォーム４の
冷却製促進するフィンの働きをし、プラットフォ−ム４
に作用する遠心力によってプラットフォーム４に生じる
曲げ応力を軽減する補強材としての働きをする。

第３図は第一の実施例の斜視図である。前縁流路５を流
れる冷却空気１１の一部は前縁のフィルム冷却孔９から
流出して翼面に沿って冷却空気のフィルムを形成し、主
流ガスからの伝熱を抑制する。残部の冷却空気１１は排
出ロアから流出し、プラットフォーム４のフィルム冷却
孔１３、および、隣接翼との隙間から主流ガス中に合流
する。

第４図は本発明の他の実施例を示すガスタービン動翼の
断面図である。第一の実施例と異る点は、前縁流路５が
翼頂部で後縁側に折り返して下に向うことである。この
ようにした場合にも第一の実施例と同様な作用、効果が
得られる。

第５図はその他の実施例を示すガスタービン冷却動翼の
縦断面図である。本実施例では前縁部分に袋状のキャビ
ティ１５を設け、前縁流路５とキャビティ１５の間の隔
壁１６には複数個の衝突冷却孔１７があけられ、キャビ
ティ１５の前縁側の壁には複数個のフィルム冷却孔９が
あけられる。

冷却空気１１は前縁流路５をシャンク３から翼頂に向っ
て流れる途中、その一部が衝突冷却孔１７から前縁に向
って噴出し、衝突冷却効果によって前縁の冷却を助け、
その冷却空気はフィルム冷却孔９から吹き出して前縁外
表面に冷却空気のフィルムを形成して主流ガスからの入
熱を抑制する働きをする。前縁流路５を流れる残りの冷
却空気１１は翼頂部で後縁側に折り返し、プラットフォ
ーム４の下側の位置でシャンク３の腹側の排出ロアから
流出してプラットフォーム４を冷却する働きをする。

第６図は本発明の変形例を示すガスタービン冷却動翼、
縦断面図を示す。第一の実施例と異なるところは、プラ
ットフォーム４の内部に袋状のキャビティ１８を設け、
排出ロアをキャビティ１８に接続し、冷却空気は排出ロ
アよりキャビティ１８に流入し、一部はプラットフォー
ム外表面側に設けたフィルム冷却孔１３より排流ガスに
合流し、残りはキャビティ１８の端部に設けた排出孔１
９より流出した後、隣接する翼のプラットフォームの背
側部分に設けた複数個のフィルム冷却孔２０から流出す
るようにした点である。

本実施例によれば、翼頂部から冷却空気を吹き出さない
ようにすることができるので、翼頂部と向き合う静止体
が主流ガスと冷却空気で交互に加熱・冷却することが防
止でき、熱応力の繰り返しによる寿命低下を防ぐことが
できる。さらに、プラットフォームに設けたリブにより
プラットフォームの冷却効果が促進され、プラン１−フ
オームに作用する遠心力によってプラットフォームに生
しる曲げ応力が軽減される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガスタービン動翼のエアフォイル部の
一部を冷却して、まだ、冷却能力のある冷却空気をプラ
ットフォームの冷却に再度利用することができるので、
熱効率を低下させずにプラットフォームを冷却すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のガスタービン冷却動翼の縦
断面図、第２図は第１図のｎ−ｎ線断面図、第３図は第
２図の斜視図、第４図、第５図および第６図は他の実施
例のガスタービン冷却動翼の縦断面図、第７図は第６図
の■−■線断面である。 トガスタービン冷却動翼、２・・エアフォイル、３　・
シャンク、４・プラットフォーム、５・・前縁流路、６
・・後縁流路、７・・・排出口、１３　・フィル第１０ 第ら区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部に中空部を設け、前記中空部に冷却空気を流す
   ことによつて冷却を行う方式のガスタービン冷却動翼に
   おいて、 翼根部から流入した冷却空気を翼頂部で折り返すように
   流路を構成し、前記流路を少なくともプラットフォーム
   より下のシャンク部分まで延伸させ、前記シャンク部で
   外部に貫通する孔を設け、前記冷却空気を前記孔から排
   出させ、排出された前記冷却空気はプラットフォームの
   内面に沿つて流れて前記プラットフォームを冷却し、隣
   接する翼との間の隙間から主流ガス中に排出されるよう
   にしたことを特徴とするガスタービン冷却動翼。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記プラットフォームに複数個の貫通孔を設け、冷却空
   気を前記貫通孔より主流ガス中に吹き出させるようにし
   たことを特徴とするガスタービン冷却動翼。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記プラットフォームの内面に複数個のリブを設け、前
   記冷却空気による冷却効果を高めるようにしたことを特
   徴とするガスタービン冷却動翼。 ４、特許請求の範囲第３項において、 前記リブの高さを翼部から前記プラットフォームの先端
   に行くに従つて減じるようにしたことを特徴とするガス
   タービン冷却動翼。 ５、特許請求の範囲第１項において、 前記プラットフォームの腹側の内部に袋状のキャビティ
   を設け、前記シャンク部に設けた貫通する孔を前記キャ
   ビティに接続するようにし、前記キャビティの主流ガス
   に接する側の面に複数個の貫通孔を設け、反対側の面に
   排出口を設け、前記プラットフォームの背側の部分には
   内面から前記主流ガスの接する面に貫通する複数個の孔
   を設け、前記冷却空気が前記シャンク部の孔から前記キ
   ャビティに流入し、一部は前記主流ガス側に吹き出させ
   、残部は前記プラットフォームの内側に排出させ、排出
   空気を隣接する前記プラットフォーム背側の部分から前
   記主流ガス中に吹き出させるようにしたことを特徴とす
   るガスタービン冷却動翼。