JPH08334003A - 冷却翼後縁冷却装置 - Google Patents
冷却翼後縁冷却装置Info
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- JPH08334003A JPH08334003A JP13921795A JP13921795A JPH08334003A JP H08334003 A JPH08334003 A JP H08334003A JP 13921795 A JP13921795 A JP 13921795A JP 13921795 A JP13921795 A JP 13921795A JP H08334003 A JPH08334003 A JP H08334003A
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- blade
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 冷却翼後縁冷却装置に関し、高温ガス中で使
用する動翼等を内部冷却及びフィルム冷却する共に、冷
却効果を向上できるようにした装置を提供する。 【構成】 冷却翼１の内部冷却性能を向上させるため
に、冷却空気通路７に設けたピンフィン６等により乱さ
れた冷却空気３の流れを整流するため、冷却翼後縁部４
腹側に設けた吹出し部５ａに、絞り部８を設けた吹出し
ノズル９を設置した。これにより、冷却空気３の乱れ
は、吹出しノズル９の絞り部８により、加速されて、整
流されるとともに、整流された冷却空気３を絞り部８の
後流側で、後縁部４表面にフィルムを形成するに適した
速度に調整でき、フィルム冷却効果を向上させることが
できる。又、内部冷却は従来通りの冷却効果を維持する
ことができる。
用する動翼等を内部冷却及びフィルム冷却する共に、冷
却効果を向上できるようにした装置を提供する。 【構成】 冷却翼１の内部冷却性能を向上させるため
に、冷却空気通路７に設けたピンフィン６等により乱さ
れた冷却空気３の流れを整流するため、冷却翼後縁部４
腹側に設けた吹出し部５ａに、絞り部８を設けた吹出し
ノズル９を設置した。これにより、冷却空気３の乱れ
は、吹出しノズル９の絞り部８により、加速されて、整
流されるとともに、整流された冷却空気３を絞り部８の
後流側で、後縁部４表面にフィルムを形成するに適した
速度に調整でき、フィルム冷却効果を向上させることが
できる。又、内部冷却は従来通りの冷却効果を維持する
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン等高温の
燃焼ガス中で使用され、内部に圧縮空気等の冷却空気を
導入して翼構成材を冷却する、いわゆる内部冷却を行う
ようにした冷却翼において、後縁部腹側から冷却空気を
噴出させ、後縁部表面にフィルムを形成して、フィルム
冷却を行うようにした、冷却翼後縁冷却装置に関する。
燃焼ガス中で使用され、内部に圧縮空気等の冷却空気を
導入して翼構成材を冷却する、いわゆる内部冷却を行う
ようにした冷却翼において、後縁部腹側から冷却空気を
噴出させ、後縁部表面にフィルムを形成して、フィルム
冷却を行うようにした、冷却翼後縁冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】翼構成材を、圧縮機の出口から内部に取
入れた冷却空気で冷却する、いわゆる内部冷却により、
翼構成材の使用温度（耐熱温度）より高いタービン入口
温度を採用して、タービン効率を向上させるようにした
冷却翼がある。
入れた冷却空気で冷却する、いわゆる内部冷却により、
翼構成材の使用温度（耐熱温度）より高いタービン入口
温度を採用して、タービン効率を向上させるようにした
冷却翼がある。
【０００３】このような、冷却はタービン動翼、タービ
ンノズル翼等の冷却翼ばかりでなく、タービンケーシン
グ、ディスクに採用されることもある。
ンノズル翼等の冷却翼ばかりでなく、タービンケーシン
グ、ディスクに採用されることもある。
【０００４】また、このような冷却翼においては、図３
に示すように、冷却翼１の周辺を通過する高温ガス２か
ら冷却翼１の後縁部４を熱的に遮断するために、内部冷
却に使用した冷却空気３を、冷却翼１の後縁部腹側５に
設けた吹出し部５ａから吹出し、後縁部４表面に冷却空
気の薄い膜を形成して、高温ガス２からの熱の流入を防
止して、後縁部４のフィルム冷却を行うようにすること
も行われている。また、冷却翼１の内部に導入した冷却
空気３の通路７、特に吹出し部５ａ直前の通路７には、
図４に示すように、対流伝熱による翼構成材の内部冷却
効果を促進するため、ピンフィン６を設定するようにし
たものがある。
に示すように、冷却翼１の周辺を通過する高温ガス２か
ら冷却翼１の後縁部４を熱的に遮断するために、内部冷
却に使用した冷却空気３を、冷却翼１の後縁部腹側５に
設けた吹出し部５ａから吹出し、後縁部４表面に冷却空
気の薄い膜を形成して、高温ガス２からの熱の流入を防
止して、後縁部４のフィルム冷却を行うようにすること
も行われている。また、冷却翼１の内部に導入した冷却
空気３の通路７、特に吹出し部５ａ直前の通路７には、
図４に示すように、対流伝熱による翼構成材の内部冷却
効果を促進するため、ピンフィン６を設定するようにし
たものがある。
【０００５】しかしながら、このように内部冷却効果を
上げ、さらにフィルム冷却を行うように構成された従来
の冷却翼１では、内部からの冷却空気３による翼構成材
の内部冷却効果が得られる反面、吹出し部５ａからの冷
却空気３の吹出しによる翼後縁部４のフィルム冷却が、
充分得られなくなるという不具合があった。すなわち、
このような冷却翼１では、冷却翼１の後縁部腹側５から
後縁部４外表面へ吹出す直前の冷却空気３は、特に吹出
し部５ａ直前の通路７に設けられたピンフィン６等の伝
熱促進体の間を通るため、流れが乱されたものとなる。
上げ、さらにフィルム冷却を行うように構成された従来
の冷却翼１では、内部からの冷却空気３による翼構成材
の内部冷却効果が得られる反面、吹出し部５ａからの冷
却空気３の吹出しによる翼後縁部４のフィルム冷却が、
充分得られなくなるという不具合があった。すなわち、
このような冷却翼１では、冷却翼１の後縁部腹側５から
後縁部４外表面へ吹出す直前の冷却空気３は、特に吹出
し部５ａ直前の通路７に設けられたピンフィン６等の伝
熱促進体の間を通るため、流れが乱されたものとなる。
【０００６】このように、ピンフィン６で乱された流れ
の冷却空気３が、高さＳの吹出し部５ａから後縁部４外
表面に向けて噴出された場合、後縁部４近傍を流れる高
温ガス２との混合が促進され、後縁部４表面の冷却空気
３の膜の形成が不十分となり、フィルム冷却効果が低減
するという不具合がある。すなわち、図２に示すよう
に、通路７にピンフィン６が設けられず、吹出し部５ａ
直前の冷却空気３の流れに乱れが少ない場合にくらべ
て、通路７にピンフィンが設けられ、冷却空気３の流れ
に乱れが大きくなった場合には、吹出し部５ａから後流
側ｘになる程、フィルム冷却効率ηf が著しく低下す
る。
の冷却空気３が、高さＳの吹出し部５ａから後縁部４外
表面に向けて噴出された場合、後縁部４近傍を流れる高
温ガス２との混合が促進され、後縁部４表面の冷却空気
３の膜の形成が不十分となり、フィルム冷却効果が低減
するという不具合がある。すなわち、図２に示すよう
に、通路７にピンフィン６が設けられず、吹出し部５ａ
直前の冷却空気３の流れに乱れが少ない場合にくらべ
て、通路７にピンフィンが設けられ、冷却空気３の流れ
に乱れが大きくなった場合には、吹出し部５ａから後流
側ｘになる程、フィルム冷却効率ηf が著しく低下す
る。
【０００７】このフィルム冷却効率ηf は、１．０が最
大で、０が最小、つまり後縁部４表面に冷却空気３のフ
ィルムが形成されず、翼後縁部４の表面がガス温度とな
ることを意味するが、ピンフィン６を設けた、「ピンフ
ィン付従来型」のフィルム冷却効率ηf は、吹出し部５
ａから後流側の無次元化された距離ｘ／ｓが、大きくな
る程、ピンフィン６を設けない、「ピンフィンなし」の
場合に比較して、著しく低減することが図２から理解で
きる。
大で、０が最小、つまり後縁部４表面に冷却空気３のフ
ィルムが形成されず、翼後縁部４の表面がガス温度とな
ることを意味するが、ピンフィン６を設けた、「ピンフ
ィン付従来型」のフィルム冷却効率ηf は、吹出し部５
ａから後流側の無次元化された距離ｘ／ｓが、大きくな
る程、ピンフィン６を設けない、「ピンフィンなし」の
場合に比較して、著しく低減することが図２から理解で
きる。
【０００８】このように、従来の冷却翼１は、翼内部か
らの対流伝熱により翼構成材を冷却する内部冷却を促進
しようとすれば、後縁部４のフィルム冷却効率が悪くな
り、後縁部４のフィルム冷却効率を促進しようとすれ
ば、内部冷却効率を犠牲にせざるを得ないという不具合
があった。
らの対流伝熱により翼構成材を冷却する内部冷却を促進
しようとすれば、後縁部４のフィルム冷却効率が悪くな
り、後縁部４のフィルム冷却効率を促進しようとすれ
ば、内部冷却効率を犠牲にせざるを得ないという不具合
があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の冷却量の吹出し部直前の内部冷却構造を原因とする
フィルム冷却効率の不具合を解消するとともに、内部冷
却性能を低下させることなく、冷却空気の圧力損失を増
加させず、また製作が容易であるとともに、フィルム冷
却効率を上げて冷却翼後縁部の冷却効果を向上できる、
冷却翼後縁冷却装置を提供することを課題とする。
来の冷却量の吹出し部直前の内部冷却構造を原因とする
フィルム冷却効率の不具合を解消するとともに、内部冷
却性能を低下させることなく、冷却空気の圧力損失を増
加させず、また製作が容易であるとともに、フィルム冷
却効率を上げて冷却翼後縁部の冷却効果を向上できる、
冷却翼後縁冷却装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の冷却
翼後縁冷却装置は、次の手段とした。
翼後縁冷却装置は、次の手段とした。
【００１１】冷却翼の内部からの冷却性能を向上させる
ために、冷却翼の内部の冷却空気通路に設けられている
ピンフィン等の、伝熱促進体（＝乱流促進体）で乱され
た冷却空気の流れを整流する絞り部を設けた吹出しノズ
ルを、冷却翼後縁部腹側に設ける冷却空気の吹出し部に
設置した。なお、絞り部は、冷却翼の厚み方向に絞り込
みを設けることが好ましい。
ために、冷却翼の内部の冷却空気通路に設けられている
ピンフィン等の、伝熱促進体（＝乱流促進体）で乱され
た冷却空気の流れを整流する絞り部を設けた吹出しノズ
ルを、冷却翼後縁部腹側に設ける冷却空気の吹出し部に
設置した。なお、絞り部は、冷却翼の厚み方向に絞り込
みを設けることが好ましい。
【００１２】
【作用】本発明の冷却翼後縁冷却装置は、上述の手段に
より、冷却空気通路に設けたピンフィン等の伝熱促進体
の後流に生ずる流れの乱れ（カルマン渦等）は、冷却空
気の流れの方向に向けて翼の厚さ方向に順次絞り込まれ
た吹出しノズルの絞り部により加速されるとともに、絞
り込まれ整流される。また、絞り部で整流された流れに
した冷却空気は、再び吹出しノズルの絞り部後方の膨張
部で順次減速され、適切な吹出し速度にされて、後縁部
腹側の吹出し部より翼後縁部の表面に沿って吹出され
る。
より、冷却空気通路に設けたピンフィン等の伝熱促進体
の後流に生ずる流れの乱れ（カルマン渦等）は、冷却空
気の流れの方向に向けて翼の厚さ方向に順次絞り込まれ
た吹出しノズルの絞り部により加速されるとともに、絞
り込まれ整流される。また、絞り部で整流された流れに
した冷却空気は、再び吹出しノズルの絞り部後方の膨張
部で順次減速され、適切な吹出し速度にされて、後縁部
腹側の吹出し部より翼後縁部の表面に沿って吹出され
る。
【００１３】これにより、冷却翼後縁では、周囲を流れ
る高温ガスとの混合が低減し、冷却翼後縁の表面に冷却
空気のフィルムが形成され、フィルム冷却効率ηf の低
減を少くでき、冷却翼後縁部の冷却効率を向上できる。
また、絞り部をもつ吹出しノズルの設置による冷却空気
の圧力損失の増加は、微小にとどめることができる。さ
らに、ピンフィン等の伝熱促進体は、従来通り設置でき
るので、内部から翼構成材を冷却することによる内部冷
却性能は、そのまま維持できる。また、吹出しノズル
は、翼の厚さ方向にだけ、絞り込む絞り部、および膨張
させる膨張部を設ける２次元的な構造にできるので製作
は容易である。
る高温ガスとの混合が低減し、冷却翼後縁の表面に冷却
空気のフィルムが形成され、フィルム冷却効率ηf の低
減を少くでき、冷却翼後縁部の冷却効率を向上できる。
また、絞り部をもつ吹出しノズルの設置による冷却空気
の圧力損失の増加は、微小にとどめることができる。さ
らに、ピンフィン等の伝熱促進体は、従来通り設置でき
るので、内部から翼構成材を冷却することによる内部冷
却性能は、そのまま維持できる。また、吹出しノズル
は、翼の厚さ方向にだけ、絞り込む絞り部、および膨張
させる膨張部を設ける２次元的な構造にできるので製作
は容易である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の冷却翼後縁冷却装置の実施例
を図面にもとづき説明する。なお、図３，図４で示す符
番と同一符番のものは同一部材につき、説明は省略す
る。
を図面にもとづき説明する。なお、図３，図４で示す符
番と同一符番のものは同一部材につき、説明は省略す
る。
【００１５】図１は、本発明の冷却翼後縁冷却装置の一
実施例を示す図で、図３に示す冷却翼１のＡ部に相当す
る部分の拡大図である。本実施例においては、冷却翼１
の後縁部４を効果的に冷却するため、冷却空気３は、伝
熱促進体としてのピンフィン６を通過後、後縁部腹側吹
出し部５ａより後縁部４表面に沿って流れる高温ガス２
とほぼ平行に吹出される。そして、この冷却空気が吹出
し部５ａより後流側の後縁部４の翼面を覆うことによ
り、後縁部４を高温ガス２から熱的に遮断することがで
きる。
実施例を示す図で、図３に示す冷却翼１のＡ部に相当す
る部分の拡大図である。本実施例においては、冷却翼１
の後縁部４を効果的に冷却するため、冷却空気３は、伝
熱促進体としてのピンフィン６を通過後、後縁部腹側吹
出し部５ａより後縁部４表面に沿って流れる高温ガス２
とほぼ平行に吹出される。そして、この冷却空気が吹出
し部５ａより後流側の後縁部４の翼面を覆うことによ
り、後縁部４を高温ガス２から熱的に遮断することがで
きる。
【００１６】この冷却効果は、前述したように、フィル
ム冷却効率ηf で表わされ、吹出し部５ａからの後流側
の距離ｘを吹出し部５ａの高さｓで無次元化したｘ／ｓ
の関係で表わすと、図２のようになる。すなわち、ピン
フィン６のない場合は、ｘ／ｓが大きくなる後流側でも
高いηfを確保できるが、従来のピンフィン付きの場
合、ηf が低くなる。これは、ピンフィン６を通過する
際の流れの乱れが、吹出し後も残っており、主流、すな
わち高温ガス２との、混合が促進されていることを意味
することは、前述した通りである。
ム冷却効率ηf で表わされ、吹出し部５ａからの後流側
の距離ｘを吹出し部５ａの高さｓで無次元化したｘ／ｓ
の関係で表わすと、図２のようになる。すなわち、ピン
フィン６のない場合は、ｘ／ｓが大きくなる後流側でも
高いηfを確保できるが、従来のピンフィン付きの場
合、ηf が低くなる。これは、ピンフィン６を通過する
際の流れの乱れが、吹出し後も残っており、主流、すな
わち高温ガス２との、混合が促進されていることを意味
することは、前述した通りである。
【００１７】このため、本実施例では、冷却空気３の通
路７を翼厚さ方向に漸次せばめ、絞り部８を形成すると
ともに、絞り部８の後流側を再び広げる吹出しノズル９
を採用して、これを吹出し部５ａに設置した。このノズ
ル９の採用により、冷却空気３のピンフィン６による乱
れを絞り部８で整流し、再び吹出し速度に適切な速度ま
で減速することができる。
路７を翼厚さ方向に漸次せばめ、絞り部８を形成すると
ともに、絞り部８の後流側を再び広げる吹出しノズル９
を採用して、これを吹出し部５ａに設置した。このノズ
ル９の採用により、冷却空気３のピンフィン６による乱
れを絞り部８で整流し、再び吹出し速度に適切な速度ま
で減速することができる。
【００１８】これにより、簡単な構造で製作が容易な、
圧力損失の少ない、しかも、図２に示す如く、吹出し部
５ａからの後流側の距離ｘ／ｓが増大しても、ピンフィ
ンなしの場合と同等の高いフィルム冷却効率ηf を維持
でき、効率の良い吹出し冷却効果が得られる。また、翼
構成材を冷却空気３で内部から冷却する、内部冷却性能
も従来通り維持することができる。
圧力損失の少ない、しかも、図２に示す如く、吹出し部
５ａからの後流側の距離ｘ／ｓが増大しても、ピンフィ
ンなしの場合と同等の高いフィルム冷却効率ηf を維持
でき、効率の良い吹出し冷却効果が得られる。また、翼
構成材を冷却空気３で内部から冷却する、内部冷却性能
も従来通り維持することができる。
【００１９】従って、本実施例の冷却翼１の採用によ
り、翼構成材の耐熱温度より高いタービン入口温度にす
ることが可能となり、タービン効率の向上に寄与するこ
とができる。
り、翼構成材の耐熱温度より高いタービン入口温度にす
ることが可能となり、タービン効率の向上に寄与するこ
とができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷却翼後
縁冷却装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、次の効果が得られる。 （１）フィルム冷却効率が、スムーズ流れをもつ冷却空
気の場合と同程度となる。 （２）内部対流冷却効果は、そのまま維持できる。 （３）製作が容易で、全んどコストアップにならない。 （４）また、冷却空気の圧力損失は、ほとんど増加しな
い。
縁冷却装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、次の効果が得られる。 （１）フィルム冷却効率が、スムーズ流れをもつ冷却空
気の場合と同程度となる。 （２）内部対流冷却効果は、そのまま維持できる。 （３）製作が容易で、全んどコストアップにならない。 （４）また、冷却空気の圧力損失は、ほとんど増加しな
い。
【図１】本発明の冷却翼後縁冷却装置の一実施例を示す
冷却翼の部分図。
冷却翼の部分図。
【図２】吹出し部から後流側の無次元された距離ｘ／ｓ
と、フィルム冷却効率ηf の関係を示す図。
と、フィルム冷却効率ηf の関係を示す図。
【図３】従来の冷却翼の一例を示す全体断面図。
【図４】従来の冷却翼後縁冷却装置を示す図で、図４
（ａ）は図３のＡ部拡大断面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂの平面図である。
（ａ）は図３のＡ部拡大断面図、図４（ｂ）は図４
（ａ）に示す矢視Ｂ−Ｂの平面図である。
１ 冷却翼 ２ 高温ガス（流） ３ 冷却空気（流） ４ 後縁部 ５ 翼後縁部腹側 ５ａ 吹出し部 ６ ピンフィン ７ （冷却空気）通路 ８ 絞り部 ９ 吹出しノズル
Claims (1)
- 【請求項１】 内部に導入した冷却空気を後縁部腹側か
ら吹出し、前記後縁部表面に前記冷却空気の薄い膜を形
成して、前記後縁部をフィルム冷却するようにした冷却
翼後縁冷却装置において、前記冷却空気の吹出し部に前
記冷却空気の流れを整流する絞り部を具える吹出しノズ
ルを設けたことを特徴とする冷却翼後縁冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13921795A JPH08334003A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 冷却翼後縁冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13921795A JPH08334003A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 冷却翼後縁冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334003A true JPH08334003A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15240250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13921795A Pending JPH08334003A (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | 冷却翼後縁冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08334003A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1288435A2 (de) * | 2001-09-03 | 2003-03-05 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Turbinenschaufel mit zumindest einer Kühlungsöffnung |
| JP2005127314A (ja) * | 2003-10-24 | 2005-05-19 | General Electric Co <Ge> | 収束ピン冷却式翼形部 |
| CN103080478A (zh) * | 2010-09-03 | 2013-05-01 | 西门子公司 | 用于燃气轮机的涡轮叶片 |
| JP2013139804A (ja) * | 2012-01-05 | 2013-07-18 | General Electric Co <Ge> | タービン羽根を冷却するためのシステム及び方法 |
| JP2018115601A (ja) * | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 川崎重工業株式会社 | タービン翼の冷却構造 |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP13921795A patent/JPH08334003A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1288435A2 (de) * | 2001-09-03 | 2003-03-05 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Turbinenschaufel mit zumindest einer Kühlungsöffnung |
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| US6817833B2 (en) | 2001-09-03 | 2004-11-16 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbine blade of a gas turbine with at least one cooling excavation |
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| WO2018135283A1 (ja) * | 2017-01-18 | 2018-07-26 | 川崎重工業株式会社 | タービン翼の冷却構造 |
| GB2573904A (en) * | 2017-01-18 | 2019-11-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Structure for cooling turbine blade |
| GB2573904B (en) * | 2017-01-18 | 2022-02-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Structure for cooling turbine blade |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030715 |