JPH08303203A - ガスタービン中空冷却動翼 - Google Patents
ガスタービン中空冷却動翼Info
- Publication number
- JPH08303203A JPH08303203A JP11063595A JP11063595A JPH08303203A JP H08303203 A JPH08303203 A JP H08303203A JP 11063595 A JP11063595 A JP 11063595A JP 11063595 A JP11063595 A JP 11063595A JP H08303203 A JPH08303203 A JP H08303203A
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- JP
- Japan
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- cooling
- wall
- cooling air
- blade
- gas turbine
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内部にサーペンタイン形状の空気流路を有す
るガスタービン中空冷却動翼において、その半径方向外
側のチップ部が有効に冷却される構造の動翼を提供す
る。 【構成】 ガスタービン動翼の内部にはサーペンタイン
形状の空気流路１３が形成されている。この動翼のチッ
プ部には内壁１２と外壁１５で冷却空間１１が形成され
ており、内壁１２及び外壁１５には冷却空気穴１４及び
１６がそれぞれ設けられている。冷却空気穴１６に比べ
冷却空気穴１４の面積は充分に小さく冷却空気穴１４か
ら流出する冷却空気は高速で外壁１５へ衝突し効果的に
インピンジメント冷却を行う。
るガスタービン中空冷却動翼において、その半径方向外
側のチップ部が有効に冷却される構造の動翼を提供す
る。 【構成】 ガスタービン動翼の内部にはサーペンタイン
形状の空気流路１３が形成されている。この動翼のチッ
プ部には内壁１２と外壁１５で冷却空間１１が形成され
ており、内壁１２及び外壁１５には冷却空気穴１４及び
１６がそれぞれ設けられている。冷却空気穴１６に比べ
冷却空気穴１４の面積は充分に小さく冷却空気穴１４か
ら流出する冷却空気は高速で外壁１５へ衝突し効果的に
インピンジメント冷却を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内部にサーペンタイン形
状の冷却空気流路をもつガスタービン中空冷却動翼に関
する。
状の冷却空気流路をもつガスタービン中空冷却動翼に関
する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の代表的ガスタービン中空冷
却動翼の斜視破断図である。この図３に示した中空冷却
動翼について説明すると、翼根１の底部から流入した冷
却空気は、矢印の方向に流れて動翼を冷却する。
却動翼の斜視破断図である。この図３に示した中空冷却
動翼について説明すると、翼根１の底部から流入した冷
却空気は、矢印の方向に流れて動翼を冷却する。
【０００３】すなわち、動翼の前縁側２Ａから流入した
冷却空気は動翼内のフィン３を有する曲がりくねった流
路（サーペンタイン流路と呼ばれる）を流れて翼を冷却
し、チップシニング（tip thinning) ４が設けられた翼
頂部の穴Ａから流出して翼のまわりを流れている主ガス
流れに合流する。
冷却空気は動翼内のフィン３を有する曲がりくねった流
路（サーペンタイン流路と呼ばれる）を流れて翼を冷却
し、チップシニング（tip thinning) ４が設けられた翼
頂部の穴Ａから流出して翼のまわりを流れている主ガス
流れに合流する。
【０００４】また動翼の後縁側２Ｂから流入した冷却空
気は動翼内のフィン３が設けられた冷却通路を矢印の方
向に流れ、ピンフィン５が設けられた翼後縁をそのピン
フィン５を介して冷却したのち、穴又はスリットＢから
流出して翼まわりを流れる主ガス流れに合流する。
気は動翼内のフィン３が設けられた冷却通路を矢印の方
向に流れ、ピンフィン５が設けられた翼後縁をそのピン
フィン５を介して冷却したのち、穴又はスリットＢから
流出して翼まわりを流れる主ガス流れに合流する。
【０００５】図４は動翼チップの平面図で、ケーシング
側との接触に備えて、チップシニング４が翼プロフィル
に沿って薄肉状に形成されている構造を示している。
側との接触に備えて、チップシニング４が翼プロフィル
に沿って薄肉状に形成されている構造を示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来のガスタ
ービン中空冷却動翼には次のような欠点があった。
ービン中空冷却動翼には次のような欠点があった。
【０００７】（１）動翼頂部ではケーシング側とのすき
まを流れる漏洩損失（tip leakageloss) が発生する。
この流れは図５に示すように、圧力差によって生ずる翼
腹側から翼背側に向う円周方向流れと、前縁から後縁に
向う軸方向流れが合成されて、ガスが図５の矢印の方向
に流れることによって生ずる。この流れのガスは、動翼
で十分に仕事をしていないためにその温度が高い。
まを流れる漏洩損失（tip leakageloss) が発生する。
この流れは図５に示すように、圧力差によって生ずる翼
腹側から翼背側に向う円周方向流れと、前縁から後縁に
向う軸方向流れが合成されて、ガスが図５の矢印の方向
に流れることによって生ずる。この流れのガスは、動翼
で十分に仕事をしていないためにその温度が高い。
【０００８】（２）従来技術で述べたように、翼頂部は
前縁側で冷却を終えて昇温した冷却空気と、サーペンタ
イン流路湾曲部における冷却による間接的冷却のみで冷
却が行われていて、その冷却効果は極めて低い。
前縁側で冷却を終えて昇温した冷却空気と、サーペンタ
イン流路湾曲部における冷却による間接的冷却のみで冷
却が行われていて、その冷却効果は極めて低い。
【０００９】（３）チップシニング部は熱容量が小さい
ためにこの部分での冷却が不足すると、その温度がガス
温度相当まで昇温して了う。
ためにこの部分での冷却が不足すると、その温度がガス
温度相当まで昇温して了う。
【００１０】（４）従ってガスタービンの高温化と共に
翼先端部が焼損し、高価なガスタービン動翼の寿命を低
下させる場合があった。
翼先端部が焼損し、高価なガスタービン動翼の寿命を低
下させる場合があった。
【００１１】（５）本発明は、内部にサーペンタイン形
状の空気流路を有するガスタービン中空冷却動翼におい
て、その半径方向外側のチップ部が有効に冷却されるよ
うにした構造をもつ動翼を提供することを課題としてい
る。
状の空気流路を有するガスタービン中空冷却動翼におい
て、その半径方向外側のチップ部が有効に冷却されるよ
うにした構造をもつ動翼を提供することを課題としてい
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部にサーペ
ンタイン形状の空気流路を有するガスタービン中空冷却
動翼における前記課題を解決するため、前記した空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に２重構造とした冷却空間を設ける。
ンタイン形状の空気流路を有するガスタービン中空冷却
動翼における前記課題を解決するため、前記した空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に２重構造とした冷却空間を設ける。
【００１３】また、その冷却空間を形成する内壁に冷却
空気穴を穿設すると共に、その冷却空間を形成する外壁
にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空気穴を穿
設する。そして内壁の冷却空気穴の穴面積を外壁の冷却
空気穴の穴面積に比べて小さくし、その内壁の冷却空気
穴から流出する冷却空気が高速で外壁に衝突するように
した構成とする。
空気穴を穿設すると共に、その冷却空間を形成する外壁
にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空気穴を穿
設する。そして内壁の冷却空気穴の穴面積を外壁の冷却
空気穴の穴面積に比べて小さくし、その内壁の冷却空気
穴から流出する冷却空気が高速で外壁に衝突するように
した構成とする。
【００１４】本発明の上記構造においては、内壁の冷却
空気穴の径を小さくし、その内壁と外壁の間の間隔を内
壁に設けた冷却空気穴の直径の４倍以内とするのがイン
ピンメント冷却を効果的に行わせる上で好ましい。
空気穴の径を小さくし、その内壁と外壁の間の間隔を内
壁に設けた冷却空気穴の直径の４倍以内とするのがイン
ピンメント冷却を効果的に行わせる上で好ましい。
【００１５】
【作用】前記した構成をもつ本発明によるガスタービン
中空冷却動翼における冷却作用は次のとおりである。
中空冷却動翼における冷却作用は次のとおりである。
【００１６】（１）サーペンタイン流路に連通した内壁
の冷却空気穴から流出した高速の冷却空気は、外壁に衝
突してインピンジメント冷却(impingement cooling) を
行う。この空気はインピンジメント冷却を行ったのち、
外壁の空気穴から流出して主ガス流れに合流する。
の冷却空気穴から流出した高速の冷却空気は、外壁に衝
突してインピンジメント冷却(impingement cooling) を
行う。この空気はインピンジメント冷却を行ったのち、
外壁の空気穴から流出して主ガス流れに合流する。
【００１７】（２）インピンジメント冷却によれば高い
熱伝達率がえられ、冷却効果が向上して、少ない冷却空
気で効果的な動翼チップ部の冷却が行われる。
熱伝達率がえられ、冷却効果が向上して、少ない冷却空
気で効果的な動翼チップ部の冷却が行われる。
【００１８】
【実施例】以下本発明によるガスタービン中空冷却動翼
を図１，図２に示した一実施例に基づいて具体的に説明
する。図１は本発明による中空動翼の断面図、図２はそ
の動翼におけるインピンジメント冷却の説明図である。
を図１，図２に示した一実施例に基づいて具体的に説明
する。図１は本発明による中空動翼の断面図、図２はそ
の動翼におけるインピンジメント冷却の説明図である。
【００１９】図１において、中空動翼のチップ部は内壁
１２と外壁１５によって２重構造に形成されて冷却空間
１１が設けられている。内壁１２にはサーペンタイン流
路１３に連通した冷却空気穴１４が設けられ、外壁１５
には冷却空間１１を主ガス流れに連通する冷却空気穴１
６及びチップ後縁には空気抜き穴１７が設けられてい
る。
１２と外壁１５によって２重構造に形成されて冷却空間
１１が設けられている。内壁１２にはサーペンタイン流
路１３に連通した冷却空気穴１４が設けられ、外壁１５
には冷却空間１１を主ガス流れに連通する冷却空気穴１
６及びチップ後縁には空気抜き穴１７が設けられてい
る。
【００２０】図２において、内壁１２の冷却空気穴１４
の面積は外壁１５の冷却空気穴１６の面積よりも十分に
小さく、冷却空気穴１４から噴出した高速の冷却空気
は、外壁１５に衝突して効果的なインピンジメント冷却
を行う。圧力の低い後縁チップ部にもチップ後縁穴１７
を設けることで、できるだけ大きな流速のインピンジ噴
流すなわち高い熱伝達率が得られる。
の面積は外壁１５の冷却空気穴１６の面積よりも十分に
小さく、冷却空気穴１４から噴出した高速の冷却空気
は、外壁１５に衝突して効果的なインピンジメント冷却
を行う。圧力の低い後縁チップ部にもチップ後縁穴１７
を設けることで、できるだけ大きな流速のインピンジ噴
流すなわち高い熱伝達率が得られる。
【００２１】また、インピンジメント冷却が効果的に行
なわれる条件等としては、冷却空気穴１４の穴の大きさ
と配置及び冷却空間１１の大きさを次のとおり、選定す
ることで好ましい結果が得られた。 冷却空気穴１４の穴径Ｄ＝０．６〜１．２mm すきまＨ＝４Ｄ以内 冷却空気穴の配置はできるだけ密にするほうが熱伝達率
が高くなる。すなわち、ピッチＰ＝２Ｄ〜１０Ｄに選定
する。冷却空気穴の穴径Ｄは径が小さいほど流速は上が
るが小さすぎると鋳造しにくくなる。
なわれる条件等としては、冷却空気穴１４の穴の大きさ
と配置及び冷却空間１１の大きさを次のとおり、選定す
ることで好ましい結果が得られた。 冷却空気穴１４の穴径Ｄ＝０．６〜１．２mm すきまＨ＝４Ｄ以内 冷却空気穴の配置はできるだけ密にするほうが熱伝達率
が高くなる。すなわち、ピッチＰ＝２Ｄ〜１０Ｄに選定
する。冷却空気穴の穴径Ｄは径が小さいほど流速は上が
るが小さすぎると鋳造しにくくなる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば中空冷却動翼のチップ部
に半径方向に内壁と外壁で２重構造とした冷却空間を設
け、この内壁に設けられた冷却空気穴から噴出する高速
の冷却空気によるインピンジメント冷却でガスタービン
中空動翼のチップ部が有効に冷却されてメタル温度が低
下し、高価な動翼の寿命が延びると共にその保守費も減
少して、ガスタービンの信頼性が向上する。
に半径方向に内壁と外壁で２重構造とした冷却空間を設
け、この内壁に設けられた冷却空気穴から噴出する高速
の冷却空気によるインピンジメント冷却でガスタービン
中空動翼のチップ部が有効に冷却されてメタル温度が低
下し、高価な動翼の寿命が延びると共にその保守費も減
少して、ガスタービンの信頼性が向上する。
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン中空冷却
動翼の断面図。
動翼の断面図。
【図２】図１に示した動翼のチップ部におけるインピン
ジメント冷却の説明図。
ジメント冷却の説明図。
【図３】従来のガスタービン中空冷却動翼の斜視破断
図。
図。
【図４】図３のII−II線に沿って見た平面図。
【図５】ガスタービン動翼における頂部ガス流れの説明
図。
図。
１１ 冷却空間 １２ 内壁 １３ サーペンタイン流路 １４，１６ 冷却空気穴 １５ 外壁 １７ チップ後縁穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 内部にサーペンタイン形状の空気流路を
有するガスタービン中空冷却動翼において、前記空気流
路と動翼の半径方向外側外面とを仕切る壁面であるチッ
プ部に半径方向に２重構造とした冷却空間に設け、該空
間を形成する内壁に冷却空気穴を穿設し、該空間を形成
する外壁にチップ先端方向及びチップ後縁方向に冷却空
気穴を穿設し、前記内壁の冷却空気穴の穴面積を前記外
壁の冷却空気穴の穴面積に比べて小さくし、前記内壁の
冷却空気穴から流出する冷却空気が高速で前記外壁に衝
突するように形成したことを特徴とするガスタービン中
空冷却動翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110635A JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7110635A JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08303203A true JPH08303203A (ja) | 1996-11-19 |
| JP3035187B2 JP3035187B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=14540737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7110635A Expired - Fee Related JP3035187B2 (ja) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | ガスタービン中空冷却動翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3035187B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008169845A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | General Electric Co <Ge> | インピンジメント冷却式バケットシュラウド、該シュラウドが組み込まれたタービンロータ並びに冷却方法 |
| JP2009287511A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン用翼 |
| CN105386796A (zh) * | 2014-09-03 | 2016-03-09 | 通用电气公司 | 涡轮动叶 |
| CN110392769A (zh) * | 2017-03-10 | 2019-10-29 | 川崎重工业株式会社 | 涡轮叶片的冷却结构 |
| CN111852575A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 北京全四维动力科技有限公司 | 涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2351908B1 (en) | 2008-10-30 | 2016-08-17 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Turbine blade |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP7110635A patent/JP3035187B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008169845A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | General Electric Co <Ge> | インピンジメント冷却式バケットシュラウド、該シュラウドが組み込まれたタービンロータ並びに冷却方法 |
| JP2009287511A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | タービン用翼 |
| CN105386796A (zh) * | 2014-09-03 | 2016-03-09 | 通用电气公司 | 涡轮动叶 |
| JP2016053361A (ja) * | 2014-09-03 | 2016-04-14 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | タービンバケット |
| CN110392769A (zh) * | 2017-03-10 | 2019-10-29 | 川崎重工业株式会社 | 涡轮叶片的冷却结构 |
| CN111852575A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 北京全四维动力科技有限公司 | 涡轮转子叶片及包括其的燃气轮机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3035187B2 (ja) | 2000-04-17 |
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| JP3035187B2 (ja) | ガスタービン中空冷却動翼 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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