JPH04103802A - 伝熱促進装置およびタービン冷却翼 - 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、流体を流して固体を冷却または加熱する装置
において、その固体側の壁面の形状に係り、特に、ガス
タービンのタービン冷却翼の内部、冷却流路の設計に関
する。

〔従来の技術〕

本発明をガスタービン冷却翼に対して適用することを前
提にして以下に説明する。ガスタービンエンジンでは、
燃焼器出口温度を高めることによって高効率、高出力化
が達成できるため、燃焼温度の高温化が追求されている
。このため、冷却翼の冷却性能を向上させるため冷却翼
の内部での強制対流冷却における伝熱性を高める必要が
ある。

このため、冷却空気の流れを乱流状態とし、さらに、乱
れ度を増加させることにより伝熱性を改善させている。

従来、乱れ度の大きな乱流を作るため、乱流促進リブを
冷却流路の内面に設ける方法が公知であり、さらに、乱
流促進リブによる伝熱性を改善するために、従来流れに
対して直角に向いていたリブを、流れに対して傾斜させ
たリブ形状とする方法が、例えば特開昭６０−１０１２
０２号公報に開示されている。この方法によれば、壁面
の熱伝達が約５〜１０％向上することが期待できる。

しかし、四面からなる矩形状の流路の対向面二面にこの
伝熱促進体を設け、他の二面は平滑面とする組合せでは
、伝熱促進体を設けた面の熱伝達率は増大せずに平滑面
側の熱伝達率が向上することがわかっている。上述の伝
熱促進体の使用法は、ガスタービン翼の冷却流路に対し
ては一般的であるが、伝熱促進体を設けた面の熱伝達率
が改善されないのでは、翼冷却の改善効果は小さい。

〔発明が解決しようとする一課題〕

本発明の目的は、乱流促進体による熱伝達構造を改良し
効果的な乱流促進体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目標を達成するために、本発明は流れ方向と同じ向
きの尖端部をもつ伝熱促進リブを冷却面に設けることに
より、乱流の乱れの分布を三次元的な広がりをもたせ、
かつ、乱れ度を強め熱伝達性能を向上させた。

〔作用〕

本発明の詳細な説明する。第４図は、ガスタービン冷却
翼の断面図、第５図は第４図の■−■矢視断面図である
。シャンク部１ａと高温ガスに直接接触する翼１ｂとか
らなっている。翼］、の内部には、冷却通路２が複数本
形成されており、冷却媒体（一般には冷却空気）が、冷
媒入口部３より供給され、冷却通路２を経て翼部１ｂを
冷却しながら、冷媒出口部５や翼後縁部６より主流ガス
中に放出される。伝熱促進リブ７は冷却通路２の表面に
設けられており、冷却流路２の流れに強い乱れを作り出
すことによって冷却効果を増大させる役目を果たしてい
る。

第１図には、流れに直角に配置された従来例の乱流促進
体７を示しである。第６図、第７図は、従来例の乱流促
進体７を示し、第６図が流れに対して直角に設けた場合
、第７図が流れに対して傾向させて設けた場合を示す。

また、第８図は、第６図、第７図の流れ方向の断面図を
示す。図中矢印は流線を模式的に示したもので、乱れを
表わしている。流れは第８図に示す様に乱流促進体を越
えると、乱流促進体の高さｈの約五〜六倍の位置ａで再
付着する。この再付着点ａより上流では、流れが循環流
を形成する循環流域で熱伝熱率はあまり高くない。一方
、再付着点ａより下流の領域では熱伝達率は非常に大き
くなる。しかし、従来型の伝熱促進リブでは、リブとリ
ブが直線的で平行であるため乱れ構造も二次元的で循環
域が流路の４０〜５０％を占めるため熱伝達率の増大効
果に限界がでる。

これに対し第９図に示す本発明になる伝熱促進体は、伝
熱促進体７が流れ方向に対し尖端部をもつ形状にしたこ
とを特徴とする。これによれば、流れは流路の中心線上
に集まるように流れるため、流れの二次元的な構造が破
れその結果として循環域が減少し熱伝達率が増大する。

第１０図は、尖端部の開き角度θをパラメータに同一レ
イノルズ数における熱伝達率を示したものである。熱伝
達率は伝熱促進体のない平板の熱伝達率に対する比で示
しである。これによれば尖端部の開き角度θが１３０°
位で極大値をもち、直線上の伝達促進体（θ＝１８０’
）の場合に対し約２０％熱伝達率が向上することがわか
る。

なお、伝熱促進体の形状は流れ方向に対し、凸状にわん
曲した形状でも同様の効果が期待できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図により説
明する。第１図は本発明をガスタービン翼に適用したも
ので、ガスタービン全体システムについては同業者であ
れば既知であるので、ガスタービンのタービン冷却翼か
ら説明に入る。冷却翼１はシャンク部１ａと翼部１ｂと
からなり、翼１の内部には冷却通路２が形成されており
、冷却媒体（一般には冷却空気）が、冷媒人口３より供
給され、冷却通路２を経て翼部１ｂを冷却しながら冷媒
出口部５や翼後縁部６より主流ガス中に放出される。冷
却通路は隔壁９により構成し、曲がり部４をもつ場合も
ある。本発明になる伝熱促進リブ８は、冷却通路２の表
面に装着されており、冷却通路を流れる冷媒に強い乱れ
を作り出す作用をする。図中矢印は冷却の流れを模式的
に示す。

本発明になる伝熱促進体８は冷媒の流れ方向と同じ方向
に尖端部をもつ凸状の形状としたことを特徴とする。第
２図、第３図は冷却通路の拡大図で、冷却を強化したい
面に１本発明になる尖端部をもつ伝熱促進体を装着した
ものである。なお、熱伝達率を抑制したい面に対しては
、第３図のように伝熱促進体８の尖端部を流れ方向と逆
向きに装着してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、乱流構造を広範囲にでき、かつ、乱流
の強さを増強できるため冷却面での熱伝達率が向上し、
ガスタービン冷却翼の冷却性能が向上する。この結果と
して、さらにガスタービンの燃焼温度を上昇させたり、
または、冷媒流量を低減でき、高効率化に寄与すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のタービン冷却翼の構造を示す一実施
例の縦断面図、第２図は、本発明になる冷却通路の斜視
図、第３図は、本発明になる冷却通路の他の実施例の斜
視図、第４図は、従来例のタービン冷却翼を示す縦断面
図、第５図は、第４図のＶ−Ｖ矢視断面図、第６図は、
従来例の伝熱促進体を示す斜視図、第７図は、従来例の
伝熱促進体を示す斜視図、第８図は、従来例の伝熱促進
体の流れ状況を示す断面図、第９図は、本発明の伝熱促
進体の斜視図、第１０図は、本発明の効果を示すグラフ
である。 ■・・・タービン翼、２・・冷却通路、３・・・冷媒入
口、４・・・曲がり部、５・・・冷媒８口、６・・翼後
縁部、７・・・従来の伝熱促進体、８・・本発明の伝熱
促進体、第１図 第４図 第５図 第 図 第９ 図 篤７ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体を流すことによって冷却または加熱したりして
   、熱伝熱を行なわせる壁面をもつ通路において、その壁
   面の少なくとも一面で、尖端部をもちその尖端部が流れ
   方向と同じ向きになるようなリブを装着したことを特徴
   とする伝熱促進装置。 ２、請求項１に於いて、前記尖端部の開き角度を１２０
   〜１５０°とした伝熱促進装置。 ３、請求項１または２において前記リブをタービン冷却
   翼の冷却通路に装着したタービン冷却翼。