JPH04123301U - 空冷タービン翼の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 インピンジ冷却空気流と対流冷却空気流との
クロスフローを防止し、高い冷却効果を得る。 【構成】 タービン翼７の中空部にタービン翼内壁に沿
って複数の冷却室１１〜１８を形成する第一インサート
材８を配設し、翼の前縁３４側の冷却室１１を除く他の
冷却室にそれぞれ付設する冷却空気再供給室４３〜４９
を形成する第二インサート材５０を配設し、同材内部の
冷却空気供給空間９と翼前縁側に位置する冷却室１１と
の間にインピンジ冷却用空気孔２６を第一インサート材
に形成すると共に、他の冷却室とそれらに対応する冷却
空気再供給室との間にインピンジ冷却用の空気孔２７〜
３３を第一インサート材に形成し、翼後縁４２側に位置
する冷却室１４，１８を除く各冷却室と、冷却空気再供
給室との間に空気排出孔３５〜４１を第一インサート材
に形成し、更に、各冷却室とタービン翼外部との間にフ
イルム冷却用の空気孔５１〜５９をタービン翼に形成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、空冷タービン翼の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ガスタービンやジェットエンジンの燃料消費率を低減させ、且つその推力を増 大させて性能を向上させる上で、タービン入口ガス温度を高くすることが効果的 であることが知られている。この目的のため、タービン翼材料の許容限界温度を 超す高い温度のガスをタービン入口に導入するが、この高温ガスの導入を可能に するために、タービン翼の冷却が必要になる。

【０００３】 タービン翼の実用的な冷却手段としては、翼を中空構造として翼壁内面に沿っ て、圧縮機からの冷却空気を流すいわゆる対流冷却、翼壁内面に冷却空気を吹付 けるいわゆるインピンジ冷却、及び冷却空気を翼外面に吹出して翼面上に冷却空 気膜を形成するいわゆるフイルム冷却などがある。上記冷却手段を行なうため、 従来、タービン翼は図４に示すような構造とされていた。

【０００４】 即ち、タービン翼１を中空状とし、該タービン翼１の中空部にタービン翼１と 相似形のインサート材２を配設して、中空部の中心に図示しない圧縮機に接続さ れる冷却空気供給空間３を形成すると共に中空部の外周側にタービン翼１の内面 に沿って延びる冷却空間４を形成し、且つ、インサート材２に冷却空気供給空間 ３と冷却空間４との間を連通するインピンジ冷却用の空気孔５を形成し、タービ ン翼１に冷却空間４と翼外部との間を連通するフイルム冷却用の空気孔６を形成 する。

【０００５】 そして、図示しない圧縮機から冷却空気をタービン翼１中空部の冷却空気供給 空間３へ供給すると、冷却空気はインサート材２に形成された空気孔５から噴出 してタービン翼１内壁に吹付けられることによりインピンジ冷却が行なわれると 共に、タービン翼１内壁に吹付けられた冷却空気がタービン翼１内壁に沿って流 れることにより対流冷却が行なわれ、最後に、冷却空気がタービン翼１に形成さ れた空気孔６から外部へ噴出してタービン翼１外壁に沿って膜状に流れることに よりフイルム冷却が行なわれる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の空冷タービン翼の構造には、以下のような問題があ った。

【０００７】 即ち、冷却空間４がタービン翼１内壁に沿って延設されていたので、冷却空間 ４内部の対流冷却用の冷却空気の流れがインサート材２の空気孔５から噴出した 直後のインピンジ冷却用の冷却空気を横切る、いわゆるクロスフローし易いので 、インピンジ冷却の効果が低下してしまう。

【０００８】 又、インピンジ冷却の効果を上げるためには、冷却空気の噴出速度を高めるか 、空気孔５の間隔を小さくして数を増やすかする必要があるが、このようにする と、冷却空気の供給量が増大してしまう。

【０００９】 本考案は、上述の実情に鑑み、クロスフローの問題を解消すると共に、少ない 冷却空気で高い冷却効果を得られるようにした空冷タービン翼の構造を提供する ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、タービン翼を中空にして、タービン翼の中空部に冷却空気が供給さ れる空冷タービン翼の構造において、タービン翼の中空部にタービン翼内壁に沿 って複数の冷却室を形成する第一インサート材を配設し、最もタービン翼前縁側 に位置する冷却室を除く他の冷却室に対してそれぞれ付設される冷却空気再供給 室を形成するための第二インサート材を第一インサート材の内部に配設し、第二 インサート材内部に形成される冷却空気供給空間と最もタービン翼前縁側に位置 する冷却室との間を連通するインピンジ冷却用の空気孔を第一インサート材に形 成すると共に、前記他の冷却室とそれらに対応する冷却空気再供給室との間を連 通するインピンジ冷却用の空気孔を第一インサート材に形成し、且つ、最もター ビン翼後縁側に位置する冷却室を除く各冷却室と、その冷却室のタービン翼後縁 寄に隣接する冷却室に付設した冷却空気再供給室との間を連通する空気排出孔を 第一インサート材に形成し、更に、各冷却室とタービン翼外部との間を連通する フイルム冷却用の空気孔をタービン翼に形成することにより、タービン翼前縁に 位置する冷却室に供給された冷却空気の一部が順次冷却空気再供給室を介してタ ービン翼後縁寄の冷却室に供給されるようにしたことを特徴とする空冷タービン 翼の構造にかかるものである。

【００１１】

【作用】

本考案によれば、タービン翼中空部の冷却空気供給空間へ供給された冷却空気 はインピンジ冷却用の空気孔から最もタービン翼前縁側に位置する冷却室へ噴出 されてその冷却室部分のタービン翼内壁をインピンジ冷却し、その冷却室部分の タービン翼内壁をインピンジ冷却した冷却空気は当該冷却室をタービン翼後縁側 へ流れてその冷却室部分のタービン翼内壁を対流冷却し、空気排出孔からタービ ン翼後縁側に隣接する冷却室に付設された冷却空気再供給室へ導かれると共に、 冷却空気の一部がフイルム冷却用の空気孔からタービン翼外部へ噴出されてター ビン翼外面をフイルム冷却する。

【００１２】 冷却空気再供給室へ導かれた冷却空気は、インピンジ冷却用の空気孔から対応 する冷却室へ噴射されて、その冷却室部分のタービン翼内壁をインピンジ冷却し 、且つ当該冷却室における対流冷却とフイルム冷却を行なった後、同様にしてタ ービン翼後縁側に隣接する冷却室へと導かれ、インピンジ冷却及び対流冷却並び にフイルム冷却に用いられる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照しつつ説明する。

【００１４】 図１〜図３は、本考案の一実施例である。

【００１５】 図中７はタービン翼、３４はタービン翼７の前縁、４２はタービン翼７の後縁 、６２は冷却空気、６３はタービン翼７の背側（サクションサイド）、６４はタ ービン翼７の腹側（プレッシャーサイド）である。

【００１６】 タービン翼７を中空とし、タービン翼７の中空部にタービン翼７と相似形の第 一インサート材８を配設して、中空部の中心に図示しない圧縮機に接続される冷 却空気供給空間９を形成すると共に中空部の外周側にタービン翼７の内壁に沿っ て延びる冷却空間１０を形成し、且つ、前記第一インサート材８に所定の間隔を 置いてタービン翼７の内壁と接触する山型の曲げを与えることにより冷却空間１ ０を複数の冷却室１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８（冷却室１ ４と１８とは繋がっている）に仕切る仕切部１９，２０，２１，２２，２３，２ ４，２５を形成する。

【００１７】 第一インサート材８に各冷却室１１〜１８の内外間を連通するインピンジ冷却 用の空気孔２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３を形成すると共に 、冷却空間１０を複数の冷却室１１〜１８に仕切っている山型の仕切部１９〜２ ５のうちタービン翼７の前縁３４側にある傾斜部分に各冷却室１１〜１３，１５ 〜１７の内外間を連通する空気排出孔３５，３６，３７，３８，３９，４０，４ １を形成し、各冷却室１１〜１３，１５〜１７に空気排出孔３５〜４１とタービ ン翼７の後縁４２側に隣接する冷却室１２〜１８の空気孔２７〜３３とを備えた 複数の冷却空気再供給室４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９（冷却空気 再供給室４５と４９は繋がっている）を付設する第二インサート材５０を設ける 。

【００１８】 又、タービン翼７に、各冷却室１１〜１８のタービン翼７の後縁４２側の位置 と外部との間を連通するフイルム冷却用の複数の空気孔５１，５２，５３，５４ ，５５，５６，５７，５８，５９を設ける。

【００１９】 尚、タービン翼７の空気孔５１〜５９はタービン翼７の外壁側へ進むに従い後 縁４２側へ向うよう斜めに形成し、タービン翼７の前縁３４部分の冷却室１１及 び後縁４２部分の冷却室１４，１８には上記の他にも必要に応じて適宜空気孔６ ０，６１を設ける。

【００２０】 次に、作動について説明する。

【００２１】 図示しない圧縮機から冷却空気６２をタービン翼７中空部の冷却空気供給空間 ９へ供給すると、冷却空気６２は、先ず、第一インサート材８に形成された空気 孔２６からタービン翼７の前縁３４側の冷却室１１内部へ噴出して、冷却室１１ 部分のタービン翼７内壁に吹付けられ、冷却室１１におけるタービン翼７へのイ ンピンジ冷却を行なう。

【００２２】 冷却室１１においてインピンジ冷却を行なった冷却空気６２は、冷却室１１の タービン翼７内壁に沿って後縁４２側へ流れ、これによってタービン翼７内壁を 対流冷却し、その後、仕切部１９，２２に形成された空気排出孔３５，３８から それぞれ冷却空気再供給室４３，４６へ導かれる。

【００２３】 一方、冷却室１１のタービン翼７内壁を対流冷却する冷却空気６２の一部は、 タービン翼７に形成された空気孔６０，５１，５５から外部へ噴出してタービン 翼７外壁に沿って膜状に流れることによりタービン翼７外壁をフイルム冷却する 。

【００２４】 又、冷却空気再供給室４３，４６へ導かれた冷却空気６２は、第一インサート 材８に形成された空気孔２７，３０から前記冷却室１１の後縁４２側に隣接する 冷却室１２，１５内部へ噴出して、冷却室１２，１５部分のタービン翼７内壁に 吹付けられ、冷却室１２，１５におけるインピンジ冷却を行なう。

【００２５】 冷却室１２，１５においてインピンジ冷却を行なった冷却空気６２は、前記と 同様にして冷却室１２，１５のタービン翼７内壁を対流冷却して後縁４２側の空 気排出孔３６，３９から前記冷却空気再供給室４３，４６の後縁４２側に隣接す る冷却空気再供給室４４，４７へ導かれると共に、冷却室１２，１５の後縁４２ 側のタービン翼７に形成された空気孔５２，５６から外部へ噴出してタービン翼 ７外壁をフイルム冷却する。

【００２６】 以後、タービン翼７の腹側６４では、冷却空気再供給室４４の冷却空気６２が 、冷却室１３、冷却空気再供給室４５、冷却室１４の順に流れて、冷却室１３， １４におけるインピンジ冷却及び対流冷却を行なうと共に、冷却室１３，１４に おいて冷却を行なった冷却空気６２の一部が空気孔５３，６１，５４から外部へ 噴出されてタービン翼７外壁をフイルム冷却する。

【００２７】 又、タービン翼７の背側６３では、冷却空気再供給室４７の冷却空気６２が、 冷却室１６、冷却空気再供給室４８、冷却室１７、冷却空気再供給室４９、冷却 室１８の順に流れて、冷却室１６〜１８におけるインピンジ冷却及び対流冷却を 行なうと共に、冷却室１６〜１８の冷却を行なった冷却空気６２の一部が空気孔 ５７，５８，６１，５９から外部へ噴出されてタービン翼７外壁をフイルム冷却 する。

【００２８】 このように、タービン翼７内部の冷却空間１０を複数の冷却室１１〜１８に分 割し、タービン翼７の前縁３４側の冷却室１１〜１３，及び１５〜１７において インピンジ冷却を行なった冷却空気６２が冷却空気再供給室４３〜４９を介して タービン翼７の後縁４２に隣接する冷却室１２〜１４，及び１５〜１８へと順番 に導かれて、各冷却室１１〜１８におけるインピンジ冷却に繰返し用いられるよ うにしたので、少ない冷却空気６２で効率的にタービン翼７をインピンジ冷却す ることができる。

【００２９】 又、各冷却室１１〜１３，及び１５〜１７において対流冷却を行なった冷却空 気６２は仕切部１９〜２５に形成された空気排出孔３５〜４１から冷却室１２〜 １４，及び１５〜１８背面の冷却空気再供給室４３〜４９へと導かれるので、対 流冷却後の冷却空気６２が各冷却室１２〜１４，及び１５〜１８においてインピ ンジ冷却するための冷却空気６２とクロスフローすることが防止され、インピン ジ冷却の効果が低減することが防止される。

【００３０】 更に、インピンジ冷却の効果は冷却空気６２の速度に強く依存し、冷却空気６ ２の速度は冷却空気の総量に対する空気孔の総面積で決るが、本考案では各冷却 室１１〜１８をインピンジ冷却するための冷却空気６２を繰返し利用させている ため、各冷却室１１〜１８ごとの冷却空気６２の総量に対する空気孔２６〜３３ の総面積の割合を小さく抑えることができるので、冷却空気６２の速度を高める ことができ、よって高いインピンジ冷却の効果を得ることができる。

【００３１】 更に又、冷却空気６２が各冷却室１１〜１８におけるインピンジ冷却を順番に 行なっていくに従い圧力損失が生じて、タービン翼７の後縁４２側の冷却室１２ 〜１８ほど冷却空気６２の圧力が低下して行くが、タービン翼７外面の圧力も前 縁３４側から後縁４２側へかけて低下していくので、冷却室１２〜１８及びこれ と対応するタービン翼７外面との差圧は確保され、よって、支障なくタービン翼 ７外面のフイルム冷却を行なうことができる。

【００３２】 尚、本考案は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本考案の構造は 必ずしもタービン翼７全体に適用する必要はなくタービン翼７の一部のみに適用 しても良いこと、その他、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を 加え得ることは勿論である。

【００３３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の空冷タービン翼の構造によれば、インピンジ冷 却を行なう冷却空気と対流冷却を行なった冷却空気とのクロスフローを防止でき 、且つ、少ない冷却空気で高い冷却効果が得られるという優れた効果を奏し得る 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例にかかるタービン翼の翼断面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。

【図３】図１の部分拡大図である。

【図４】従来例の部分拡大図である。

【符号の説明】

７ タービン翼 ８ 第一インサート材 ９ 冷却空気供給空間 １１〜１８ 冷却室 ２６〜３３ インピンジ冷却用の空気孔 ３４ 前縁 ３５〜４１ 空気排出孔 ４２ 後縁 ４３〜４９ 冷却空気再供給室 ５０ 第二インサート材 ５１〜５９ フイルム冷却用の空気孔 ６２ 冷却空気

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン翼を中空にして、タービン翼の
   中空部に冷却空気が供給される空冷タービン翼の構造に
   おいて、タービン翼の中空部にタービン翼内壁に沿って
   複数の冷却室を形成する第一インサート材を配設し、最
   もタービン翼前縁側に位置する冷却室を除く他の冷却室
   に対してそれぞれ付設される冷却空気再供給室を形成す
   るための第二インサート材を第一インサート材の内部に
   配設し、第二インサート材内部に形成される冷却空気供
   給空間と最もタービン翼前縁側に位置する冷却室との間
   を連通するインピンジ冷却用の空気孔を第一インサート
   材に形成すると共に、前記他の冷却室とそれらに対応す
   る冷却空気再供給室との間を連通するインピンジ冷却用
   の空気孔を第一インサート材に形成し、且つ、最もター
   ビン翼後縁側に位置する冷却室を除く各冷却室と、その
   冷却室のタービン翼後縁寄に隣接する冷却室に付設した
   冷却空気再供給室との間を連通する空気排出孔を第一イ
   ンサート材に形成し、更に、各冷却室とタービン翼外部
   との間を連通するフイルム冷却用の空気孔をタービン翼
   に形成することにより、タービン翼前縁に位置する冷却
   室に供給された冷却空気の一部が順次冷却空気再供給室
   を介してタービン翼後縁寄の冷却室に供給されるように
   したことを特徴とする空冷タービン翼の構造。