JPH0452843B2 - - Google Patents

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JPH0452843B2
JPH0452843B2 JP59120260A JP12026084A JPH0452843B2 JP H0452843 B2 JPH0452843 B2 JP H0452843B2 JP 59120260 A JP59120260 A JP 59120260A JP 12026084 A JP12026084 A JP 12026084A JP H0452843 B2 JPH0452843 B2 JP H0452843B2
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JP
Japan
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cooling air
cooling
passage
trailing edge
blade
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JP59120260A
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JPS611804A (ja
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Hideo Kobayashi
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IHI Corp
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IHI Corp
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Publication of JPS611804A publication Critical patent/JPS611804A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/126Baffles or ribs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2212Improvement of heat transfer by creating turbulence

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、航空用ガスタービンエンジンのター
ビン翼など作動中常時高温ガスにさらされる冷却
式タービン翼に関するものである。
〔従来の技術〕
航空用ガスタービンエンジンのタービン翼
(動・静翼)などを安全に且つ長寿命を保つて使
用するため従来より実施されている代表的な冷却
方式には、第5図および第6図に示す直線状細孔
に冷却空気を通す強制対流冷却方式と、第7図お
よび第8図に示す翼前縁吹出しプラスリターンフ
ロー冷却方式などがある。
前者の冷却方式は、図示のごとくタービン翼の
内部に各種口径の直細孔aを翼高方向に穿設し、
また翼後縁部bに多数の吹出し孔cを設け、この
直細孔aおよび後縁吹出し孔cにそれぞれ冷却空
気を通し(矢印d,e)、タービン翼を冷却する、
しかしこの方式は、冷却空気が各直細孔aを
別々に通過するので、空気消費量に較べて冷却効
率が低い。冷却空気出口が、翼先端部fおよび
翼後縁部bに分散しているため冷却空気の流量配
分が確定できず、とくに温度条件の厳しい翼前縁
部gへの流量増加が困難である。翼重量が重
く、この方式を動翼に適用すると遠心力が大きく
なる、などの欠点があつた。
後者の冷却方式は、前者におけるおよびの
欠点を補うと共にさらに最高使用温度を向上させ
たもので、翼後縁部bと同様に翼前縁部gにも前
縁吹出し孔hを設け翼前縁部gを吹出し膜冷却
し、また翼中間部iにリターンフロー通路jを設
け、中間部iを対流冷却する。しかし、この方式
は前縁部吹出し用冷却空気の供給圧力を高く設
定する必要があるため、リターンフロー用および
後縁部吹出し用空気の供給圧力も高くなり、空気
消費量が増加する。吹出し孔c,hを加工する
際の加工費が高価になる。冷却空気通路の構成
が複雑なため比較的寸法の小さいタービン翼への
適用が困難である。前縁部吹出しによる高温ガ
ス流kの圧力損失が増大する、などの欠点があつ
た。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、前述に鑑み、少量の冷却空気を用い
て効率よくタービン翼を冷却し、且つ熱的環境の
厳しい前、後縁部を効果的に冷却し、しかも加工
費の安価な冷却式タービン翼を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決する本発明の冷却式タービン
翼は、中空の翼本体内部における前縁部と中間部
との境界部分に隔壁を設けて、前縁部側に冷却空
気通路を、又、中間部及び後縁部側に、翼端部で
冷却空気通路と連通する冷却空気室を形成し、前
記冷却空気通路に、冷却空気通路の内壁前面及び
前記隔壁から離して、冷却空気を内壁前面へ衝突
させる案内板を設け、前記隔壁に冷却空気通路を
流れる冷却空気の一部を前記冷却空気室へ導く吹
出し孔を互いに離間させて数箇所設けることによ
り、前記冷却空気室の中間部における吹出し孔間
の位置、及び、前記空気通路に冷却空気室を連通
させる通路と吹出し孔との間の位置、並びに、最
も翼取付部寄りの吹出し孔よりも翼取付部側の位
置に、冷却空気の補給が行われにくい澱み領域を
形成し、更に、前記冷却空気室の後縁部側に冷却
空気により冷却を行わせるピンフインを設け、且
つ、冷却空気室の後縁部側に複数の後縁吹出しス
リツトを設けたものであり、すべての冷却空気を
先ず熱的環境の最も厳しい前縁部に導き且つ案内
板を用いて前縁部を集中的に冷却し、また、前縁
部からの冷却空気を隔壁に設けた開口から中間の
冷却空気室に噴出させて冷却空気室内に澱み領域
を形成し、この部分での冷却作用を抑制すること
によつて後縁部に向かう冷却空気温度の上昇を防
ぎ、熱的環境の厳しい後縁部を前縁部同様効率よ
く冷却し、さらにすべての冷却空気が後縁吹出し
スリツトから翼外に吸い出されるので、翼全体の
圧力損失を軽減できるなどの利点を有するもので
ある。そして隔壁、案内板などを前縁部、中間
部、後縁部と共に一体に精密鋳造することによ
り、低価格で高品質の冷却式タービン翼を製作し
得るなどの利点を併せ持つものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第1図ないし第3図は本発明の一実施例を示
すもので、図中、1は翼取付部2に設けた冷却空
気導入用通路、3は内側に冷却空気通路4を設け
た中空構造の前縁部、5は前記冷却空気通路4の
後壁を構成する隔壁、6は隔壁5を介して冷却空
気通路4に隣接する冷却空気室7を内側に設けた
中空構造の中間部、8は中間部6の後端に且つ翼
の高さ方向に沿つて配置した多数の後縁吹出しス
リツト9を有する後縁部であり、後縁吹出しスリ
ツト9は矢高中心線mに沿い、後方に向つて開口
している。
隔壁5には、冷却空気通路4と冷却空気室7と
を連通する吹出し孔10が適宜離隔して設けられ
隔壁の翼端側端部12は、翼端内壁13と適宜離
隔して空気の通路14を形成している。
冷却空気通路4内には、該通路4内に導入した
冷却空気を、該通路内壁前面15に向けて誘導す
る案内板16が、また前記内壁前面15に前縁冷
却用フイン17がそれぞれ設けられている。
冷却空気7の後半部、比較的後縁部8に近い部
分には、タービン翼の凸面側18と凹面側19と
を連結する多数のピンフイン20が設けられ、各
後縁吹出しスリツト9の入口には吹出し量調節用
ジヤマ板22が設けられている。
なお、タービン翼内部の上記隔壁5、案内板1
6、ピンフイン20、後縁吹出しスリツト9など
はすべて前縁部3、中間部6、後縁部8と共に精
密鋳造により一体につくられている。
次に本タービン翼の作動について説明する。高
温ガス流m中で作動するタービン翼は、一般にガ
ス流nから多量の熱を受けるが、受熱量は第4図
に示すごとく翼面上で一様でなく、前縁部3およ
び後縁部8で大きく、中間部6では比較的小さく
なつている(曲線p参照)。本発明は、受熱量の
大きい前、後縁部3,8を重点的に冷却し、受熱
量の少ない中間部6では逆に意図的に冷却作用を
抑制し、冷却空気の有効利用を図つている。すな
わち冷却空気は、導入用通路1を通り(矢印q)、
すべて冷却空気通路4に流入する。この流入空気
は、案内板16に導かれて通路内壁面15に向つ
て流れ(矢印r)、内壁前面15に設けた前縁冷
却用フイン17と共に前縁部3を効果的に冷却す
る。
前縁部3を冷却した空気は、隔壁5に設けた吹
出し孔10および隔壁先端の通路14を経て冷却
空気室7内に噴出する(矢印s)。この噴流は相
互に適宜離隔して翼弦長方向に噴出するので、噴
流が作用しない部分に澱み領域23(ハツチング
を施して示す)が形成される。この澱み領域23
には冷却空気の補給が行われないので、この領域
23に接する中間部6の冷却作用が抑制される。
中間部後部の後縁部8に近い部分は冷却用ピンフ
イン20の周りを流れる空気流24によつて冷却
され、また後縁部8は後縁吹出しスリツト9を通
りガス流n中に吸い出される空気流25によつて
効果的に冷却される。各後縁吹出しスリツト9を
通る空気量は、翼高方向に沿つて最適吹出し量配
分を得るためガス流の吸い出し効果に適合するよ
うにジヤマ板22が調整されている。また全ての
冷却空気が上述のように比較的圧力の低い後縁吹
出しスリツト9から吸い出されるので、低較的低
い冷却空気供給圧力で必要空気量が得られタービ
ン翼全体の圧力損失が低減される。
なお、本発明は前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変更を加え得ることは勿論である。
〔発明の効果〕
以上述べたごとく本発明の冷却式タービン翼は
次の優れた効果を発揮する。
(i) 冷却空気全量を前縁部内側の冷却空気通路に
導入し、導入した空気を案内板を用いて前縁部
内壁に向けるようにしたので、前縁部を効果的
に冷却することができる。
(ii) 冷却空気を前縁部内側の冷却空気通路から冷
却空気室内に噴出させて同室内に澱み領域を形
成させるようにしたので、この部分で意図的に
冷却作用を抑制でき、従つて後縁部に向う冷却
空気の温度上昇が最小限に制限され、後縁部を
効果的に冷却することができる。
(iii) 第(i)項および第(ii)項の結果、最小の冷却空気
流量を用いて効率よくタービン翼を冷却するこ
とができ、また翼面の金属温度分布を従来のそ
れに較べて遥かに均一化することができる。
(iv) 冷却空気全量が、後縁部吹出しスリツトから
ガス流中に吸い出されるので翼全体としての圧
力損失が軽減され、また必要冷却空気量を得る
のに冷却空気供給圧力を低く設定することがで
きる。
(v) 冷却空気の折返しを1回としたので、圧力損
失を少くすることができ、又、構造が簡単とな
るため、タービン翼を内部構造を含めすべて一
体に精密鋳造することにより、低価格で高品質
の冷却式タービン翼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の実施例を示し、
第1図はタービン翼を矢高中心線を通る一次曲面
に沿つて切断した側面図、第2図は第1図におけ
る−方向からの矢視図、第3図は第1図に示
すタービン翼の斜視図、第4図は受熱面と受熱量
の関係を示す図、第5図ないし第8図は従来のタ
ービン翼を示し、第5図は切断側面図、第6図は
第5図における−方向からの矢視図、第7図
は別のタービン翼の切断側面図、第8図は第7図
における−方向からの矢視図である。 図中、3は前縁部、4は冷却空気通路、5は隔
壁、6は中間部、7は冷却空気室、8は後縁部、
9は後縁吹出しスリツト、10は吹出し孔、14
は通路、15は内壁前面、16は案内板を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 中空の翼本体内部における前縁部と中間部と
    の境界部分に隔壁を設けて、前縁部側に冷却空気
    通路を、又、中間部及び後縁部側に、翼端部で冷
    却空気通路と連通する冷却空気室を形成し、前記
    冷却空気通路に、冷却空気通路の内壁前面及び前
    記隔壁から離して、冷却空気を内壁前面へ衝突さ
    せる案内板を設け、前記隔壁に冷却空気通路を流
    れる冷却空気の一部を前記冷却空気室へ導く吹出
    し孔を互いに離間させて数箇所設けることによ
    り、前記冷却空気室の中間部における吹出し孔間
    の位置、及び、前記冷却通路に冷却空気室を連通
    させる通路と吹出し孔との間の位置、並びに、最
    も翼取付部寄りの吹出し孔よりも翼取付部側の位
    置に、冷却空気の補給が行われにくい澱み領域を
    形成し、更に、前記冷却空気室の後縁部側に冷却
    空気により冷却を行わせるピンフインを設け、且
    つ、冷却空気室の後縁部側に複数の後縁吹出しス
    リツトを設けたことを特徴とする冷却式タービン
    翼。
JP12026084A 1984-06-12 1984-06-12 冷却式タ−ビン翼 Granted JPS611804A (ja)

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JPS611804A JPS611804A (ja) 1986-01-07
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