JPH0514502U - ガスタービン冷却翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】静翼本体１の内側に形成された空洞５と連通し
た後縁流路９にピンフィン１０，１０ａを配置し、後縁
流路９の吹出し口１３を後縁端１１より腹側面にずらし
たガスタービン冷却翼において、後縁流路９の吹出し口
１３から後縁端１１までの腹側後縁面１５に、翼厚み方
向に対応する高さが後縁端１１に向かって、順次、低く
なる隔壁１６を翼長手方向に複数個設置する。 【効果】ピンフィン配列とした後縁腹側吹出しによるガ
スタービン冷却翼の空力損失の増大を抑制し、ガスター
ビンの熱効率を向上させ、ガスタービン冷却翼の後縁部
の冷却を強化し、耐久性が向上する。

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、後縁腹側吹出し翼における空力・冷却性能を向上させるため、後縁 部形状を改善したガスタービン冷却翼に関する。

【従来の技術】

図２は、ガスタービン静・動翼の冷却空気の流れを示す断面図である。ガスタ ービン翼の冷却では、インピンジメント冷却，フィルム冷却及び強制対流冷却方 式のいずれかを組合わせて行うのが一般的である。後縁部の冷却に関しては、翼 内面を冷却した空気の一部、或いは、全部を用いて強制対流冷却を行い、その後 、冷却空気は後縁端から主流中へ吹出される。 この後縁部での吹出しを詳細に説明するため、ここでは静翼を取りあげるが動 翼についても同様のことが言える。 円弧状をなす静翼セグメント１８の外径側エンドウォール３と内径側エンドウ ォール４との間に中空の静翼本体１が固着されている。 この静翼本体１のIII−III矢視断面を図３に示す。中空静翼本体１の空洞内５ には、インピンジ孔６が配列されたコアプラグ７が装着されている。静翼本体１ の後縁部８には、冷却空気を主流中へ吹出すための後縁流路９が設けられ、後縁 流路９には、複数個のピンフィン１０，１０ａが配置されている。 図４は、後縁部８を拡大した断面図であって、これまでは、後縁流路８の吹出 し口１３を後縁端１１に設けた後縁吹出しである。しかし、この後縁吹出しでは 、後縁厚みｔｅが厚くなるため、空力損失の増大が避けられない。そこで、この 空力損失を低減する目的で、吹出し口を後縁端近傍の腹側として、後縁厚みを薄 くした後縁腹側吹出しが提案されている。 図５は、後縁腹側吹出し翼の後縁部の断面図である。静翼本体の翼間に導かれ た高温，高圧の主流は、静翼本体１の前縁部から翼の背・腹側に沿い、特に、腹 側面では後縁流路９の吹出し口１３を経て、後縁側へ流れる。 又、静翼本体１の空洞内５に導かれた冷却空気は、後縁流路９を通り、後縁部 ８の強制対流冷却を行いながら、吹出し口１３から主流中へ排出される。排出さ れた冷却空気は、主流と混合しながら吹出し口１３から後縁端１１までの腹側面 を強制対流冷却する。 なお、この種の装置として関連するものに、特開昭59−79009 号公報が挙げら れる。

【考案が解決しようとする課題】

従来技術において、静翼本体１の腹側面に沿って流れる主流は、後縁流路９の 吹出し口１３を通過するとき、吹出し口１３によって腹側面に形成される翼厚み 方向の段差ｇによって、剥離をおこすため空力性能が低下する。 この詳細を図６と図７を使って、更に説明する。図６は、後縁流路９を孔列と したときの後縁部斜視図であって、冷却孔１９の翼長方向の長さ（たとえば、断 面形状が円であれば直径に等しい）をＬ_h 、冷却孔１９と冷却孔１９との段差ｇ のない区間２０の長さをＬ_s とする。このとき、翼長方向に占める段差の割合で ある冷却孔開口比Ｌ_h／Ｌ_sと翼形の全圧損失係数Ｙの関係は、図７に示すように 、冷却孔１９を設けない場合(Ｌ_h＝０）の損失を基準に、翼長方向への段差領域 の拡大とともに損失が増大し、その後、一定値に達する。即ち、後縁腹側吹出し では、冷却孔１９の形状によって後縁厚みを薄くした効果を失うばかりでなく、 後縁吹出しよりも大きな損失となりうる。 従って、後縁流路９をピンフィン構造とする場合、冷却孔９の吹出し形状は Ｌ_s＝０ のスリットとなるため、空力性能上、問題となる。 一方、図５に示すように、静翼本体１の空洞内５に供給される一部、或いは全 ての冷却空気は、ピンフィン１０，１０ａの配列される後縁流路９を経て吹出し 口１３より主流中へ排出される。排出された冷却空気は、静翼本体１の半径方向 と円周方向に拡散しながら主流と混合し、冷却空気の流れ方向成分が、吹出し口 １３より下流に位置する後縁部８の腹側面１５を後縁端１１側に向かって流れる 。この現象により、後縁部８の腹側面１５を十分に冷却することができず、ひい ては、後縁端近傍の強度，信頼性が低下することになる。 本考案の目的は、翼形の空力損失の増大を抑制しタービン効率を高め、後縁端 近傍の冷却性能の向上を図ったガスタービン冷却翼を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために創作した本考案のガスタービン冷却翼について、先 ず、その基本原理を説明する。 前記目的は、最終ピンフィン位置から後縁端に向けて、翼厚み方向に対応する 高さが、順次低くなる隔壁を、最終ピンフィン下流の腹側面に複数個、翼長方向 に配置して、最終ピンフィンの間で形成される流路を仕切ることにより達成され る。 この原理に基づいて、これを実際のガスタービン冷却翼に適用するための具体 的な構造として、本考案は、冷却翼本体内に形成される空洞と連通した後縁部の 後縁流路にピンフィンを配置し、前記後縁流路の吹出し口を後縁端より腹側にず らしたガスタービン冷却翼において、後縁流路の吹出し口から後縁端までの腹側 面に、翼長方向に仕切る複数個の隔壁を設け、前記隔壁の翼厚み方向に対応する 高さを後縁流路の吹出し口から後縁端側にかけて、順次、低くしたことを特徴と する。

【作用】

上記のように構成した冷却翼では、腹側面に沿う主流は半径方向に対して最終 ピンフィン間の流路位置では段差域を、最終ピンフィン位置では段差のない隔壁 上面を経て、下流側へ流れる。 これによって、後縁流路の吹出し口での翼長方向に占める段差領域を減少でき るため、冷却孔形状による空力損失の大幅な増大を抑制することができる。 又、後縁流路から主流中へ吹出される冷却空気は、最終ピンフィンの流路間で 区画される隔壁によって、冷却面積が増加し、主流との混合が円周方向のみとな るため拡散が抑えられ、比較的・低温のまま後縁端に達し、後縁端近傍の冷却効 果を高めることができる。

【実施例】

以下、本考案の実施例を、図１，図８及び図９により説明する。図１は本実施 例の斜視図、図８は図１の腹側後縁部のVIII矢視図、図９は図８と同様の図であ る。 本実施例では、図３，図５の従来例に本発明を適用して改良した例である。 本例の静翼本体１は、ピンフィン１０，１０ａを配列した後縁流路９の吹出し 口１３から後縁端１１までの腹側面１５に、翼長方向に対しては同一厚み、翼厚 み方向に対しては吹出し口１３の位置での静翼本体１の外壁面１２に一致する高 さを基準に、後縁端１１側に向かって滑らかに高さが低下する隔壁１６を、後縁 流路９の下流側に位置する最終ピンフィン１０ａの直後より、複数個，翼長方向 に設置して、最終ピンフィン間の流路１７を単独に仕切っている。 本考案のガスタービン静翼でガスタービンを運転した場合、高温，高圧の主流 側の流れに関しては、タービン翼間流路に導かれた後、静翼本体１の腹側面に沿 う流れは、後縁流路９の吹出し口１３に一致する静翼本体１の外壁面１２位置を 経て、翼長方向に対して、最終ピンフィン１０ａ上にあれば隔壁１６の上面２１ を滑らかに後縁端１１側へ流れ、他方、最終ピンフィン１０ａ間の流路１７上に あれば、吹出し口１３による段差を剥離しながら流れ、それぞれ後縁下流に到る 。 従って、冷却孔の吹出し口１３による翼長方向の段差領域を低減できるので、 スリットとして全域が段差である場合よりも、空力損失の増大を抑制することが できる。 一方、冷却空気側の流れに関しては、静翼本体１のコアプラグ７内に供給され る冷却空気は、インピンジ孔５を通り壁内壁面をインピンジメント冷却後、空洞 内５から後縁部８の後縁流路９に到る。その後、後縁流路９に配置されるピンフ ィン１０にかく乱されながら強制対流冷却を行い、吹出し口１３より主流中へ排 出される。排出された冷却空気は、腹側後縁面１５の段差面と隔壁１６の両側面 ２２ａ，２２ｂを強制対流冷却を行い、一部円周方向の流れが主流と混合しなが ら後縁端１１側に流れる。 従って、後縁部８の腹側後縁面１５において、冷却面積の増大及び主流との混 合を隔壁１６によって拘束できるので、冷却空気の温度上昇が緩和され、後縁部 ８及び後縁端近傍での冷却効率の向上が図られ、強度・信頼性の高いガスタービ ン冷勉翼を得ることができる。 尚、本実施例では図８に示すように、後縁端１１に向かって直線状の隔壁１６ を、腹側後縁面１５への一体鋳造部材として設けた場合について述べたが、図９ に示すように、隔壁１６に厚み分布をもたせて設ける場合や、流れ方向に対して 矩形の断面形状であることに拘束されないのは勿論である。 本実施例によれば、ガスタービンの運転において、タービン冷却翼の空力性能 を向上することができ熱効率が上昇する。更に、冷却翼後縁部の冷却効率を向上 させ、強度・信頼性の高い冷却翼を得ることができる。

【考案の効果】

本考案によれば、ピンフィン配列とした後縁腹側吹出しによるガスタービン冷 却翼の空力損失の増大を抑制し、ガスタービンの熱効率を向上させるとともに、 冷却翼後縁部の冷却を強化し、後縁部の温度分布を均一にして熱応力，熱歪を軽 減し耐久性向上に貢献し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すガスタービン静翼の部分
断面斜視図。

【図２】タービン部の断面図。

【図３】図２のIII−III矢視断面図。

【図４】図３の後縁部の拡大図。

【図５】従来例を示す後縁部の断面図。

【図６】図５の流路形状を変えた部分断面斜視図。

【図７】冷却孔形状と損失の関係を示す説明図。

【図８】図１の実施例のVIII矢視図。

【図９】実施例の変形例の説明図。

【符号の説明】

１…静翼、８…後縁部、９…後縁流路、１０，１０ａ…
ピンフィン、１１…後縁端、１３…吹出し口、１５…腹
側後縁面、１６…隔壁、１７…最終ピンフィン流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 鳥谷 初 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】翼内部に形成された冷却通路と、前記冷却
   通路と連通した後縁冷却通路を設け、前記後縁冷却通路
   に複数個のピンフィンを配列し、前記後縁冷却通路の冷
   却媒体の吹出し口を後縁端近傍の腹側面としたガスター
   ビン冷却翼において、前記後縁冷却通路の下流側に位置
   する最終ピンフィン間で形成される流路の流れを翼長方
   向に仕切る複数の隔壁を設けたことを特徴とするガスタ
   ービン冷却翼。
2. 【請求項２】請求項１において、前記複数個の隔壁は、
   前記最終ピンフィン、或いは、前記後縁冷却通路の吹出
   し口までの間から後縁端側に延びて設置されたものであ
   り、且つ翼の厚み方向に対応する前記隔壁の高さが、後
   縁端に向けて順次に低くなっているガスタービン冷却
   翼。