JPH10306701A - タービン動翼およびその製造方法 - Google Patents

タービン動翼およびその製造方法

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JPH10306701A
JPH10306701A JP11825997A JP11825997A JPH10306701A JP H10306701 A JPH10306701 A JP H10306701A JP 11825997 A JP11825997 A JP 11825997A JP 11825997 A JP11825997 A JP 11825997A JP H10306701 A JPH10306701 A JP H10306701A
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JP
Japan
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cooling
blade
edge
trailing
passage
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Application number
JP11825997A
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English (en)
Inventor
Akinori Koga
昭紀 古閑
Takanari Okamura
隆成 岡村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】中空状の翼内部を冷却する冷却媒体の圧力損失
を低くしたタービン動翼と、同翼内部の冷却往路通路と
冷却後の冷却媒体を翼植込部に案内する復路通路とを立
体交差させる動翼及びその製造方法を提供する。 【解決手段】タービン動翼は、冷却媒体を前縁５側及び
後縁６側の夫々に案内する前縁側に冷却往路通路１０，
１１及び後縁側冷却往路通路１７〜２０と、翼内中間部
分に設け、翼冷却後の冷却媒体を前縁側冷却往路通路１
２及び後縁側冷却往路通路２１と立体交差させて翼植込
部４に戻す冷却媒体復路通路とを備えた。動翼の製造方
法は、開口した翼有効部２の冷却媒体復路通路と翼植込
部の冷却媒体復路との中間部分を閉鎖部を残して金型で
作製し、閉鎖部の一側面から機械加工で孔を形成し、こ
の孔から機械加工で翼有効部の冷却媒体復路通路と翼植
込部の冷却媒体復路通路とを連通させた後、孔に蓋を装
着して閉鎖部を塞ぐ方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、翼内部の冷却通路
構造を閉ループに形成したタービン動翼およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のガスタービンの高温化技術は、目
覚しく、ひところの１１００℃から１３００℃を経て１
５００℃あるいは１７００℃に及ぼうとしている。この
ように、高温化が進展する中で、タービン動翼は、従
来、翼材として耐熱性超合金鋼を使用してきたが、その
許容材力が８００℃〜９００℃であってみれば、遥かに
限界を超えており、このため耐熱性超合金鋼の材力維持
手段として空気による翼内冷却を採用するようになって
きた。
【０００３】この翼内冷却に使用する空気は、空気圧縮
機から生成された高圧空気の一部を、ガスタービン燃焼
器をバイパスさせて直接、タービン動翼に案内するもの
であり、効果的な冷却ができて高温化対策として適切な
ものであった。
【０００４】しかし、空気圧縮機から生成される高圧空
気は、本来、ガスタービンの駆動ガスの生成としてガス
タービン燃焼器に供給するものであり、上述のようにガ
スタービンが高温化したからといってタービン動翼に冷
却用として分配してしまうと、その分だけガスタービン
が行う仕事が減り、結局、ヒートバンスから考察する
と、プラント熱効率が設計値より低くなる問題点があっ
た。
【０００５】最近、ガスタービンの高温化に充分に対処
でき、しかもプラント熱効率も向上させる翼内冷却技術
として比熱の高い水蒸気または蒸気の性質を利用する、
いわゆる蒸気冷却が、例えば特開平８−３１９８０３号
公報として公表され、その商業ベースへの適用の成果が
高い期待をもって見守られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、翼内を冷却す
る場合の冷却方式には、冷却媒体が空気であれ、あるい
は水蒸気等であれ、翼内冷却後の冷却媒体をタービン駆
動ガスに合流させる、いわゆる開放式冷却と、翼内冷却
後の冷却媒体を回収させる、いわゆる回収式冷却とがあ
る。
【０００７】開放式冷却は、翼内冷却後の冷却媒体をタ
ービン駆動ガスに合流させるので冷却しにくい部分、例
えば翼前縁や翼後縁に適用すると有利となるが、タービ
ン駆動ガスの流れを乱すので、翼効率、ひいてはプラン
ト熱効率を低下させる不具合がある。
【０００８】また、回収式冷却は、翼内冷却後の冷却媒
体の熱エネルギが高くなるので回収後の熱エネルギが有
効に活用でき、プラント熱効率の向上に有利になる反
面、冷却媒体の圧力損失が高くなる不具合がある。
【０００９】このように、開放式冷却と回収式冷却と
で、ともに一長一短があることを前提に、特開平８−３
１９８０３号公報が回収式冷却を採用するのは、冷却媒
体の圧力損失が高くなることを犠牲にしてでも、プラン
ト熱効率を向上させることにより消費燃料を少なくさせ
ることを優先させたと考えられる。
【００１０】しかし、特開平８−３１９８０３号公報に
開示された冷却技術は、冷却媒体である水蒸気を翼植込
部から翼後縁に案内し、ここから半径方向（翼高方向）
に向わせて翼後縁を冷却し、冷却後翼植込部側に反転さ
せる蛇行を数回繰り返し、最終、翼前縁から翼植込部に
戻す、いわゆる単一蛇行冷却通路になっているが、単一
蛇行冷却通路であるが故に冷却媒体の圧力損失がますま
す増加し、設計通りのプラント熱効率が向上するかの一
抹の不安がある。
【００１１】また、特開平８−３１９８０３号公報で
は、最終の冷却部分が翼前縁になっているが、タービン
駆動ガスの最も高い熱負荷を受ける翼前縁部を、最終の
冷却部分に置くこと自体、蛇行中に圧力損失を増した冷
却媒体で対処できるかの不安がある。
【００１２】本発明はこのような点を考察してなされた
もので、翼内を冷却する際、冷却媒体を翼前縁および翼
後縁のそれぞれに同時に案内し、翼内冷却後の冷却媒体
を翼内中間部から回収させることにより冷却媒体の圧力
損失の増加を抑制すると共に、翼前縁の高熱負荷にも充
分に対処させるタービン動翼を提供することを目的とす
る。
【００１３】また、本発明の他の目的は、翼内を冷却す
る際、冷却媒体を翼前縁および翼後縁のそれぞれを同時
に案内する冷却往路通路と、翼内冷却後の冷却媒体を翼
内中間部から回収させる冷却復路通路とを容易に作製す
ることのできるタービン動翼の製造方法を提供すること
にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のタービン動翼
は、上記目的を達成するために、請求項１に記載したよ
うに、翼内部を中空にして翼冷却通路を形成し、翼植込
部から供給された冷却媒体で翼内部を冷却するタービン
動翼において、上記翼植込部から供給された冷却媒体
を、前縁側および後縁側のそれぞれに案内する前縁側冷
却往路通路および後縁側冷却往路通路と、翼内中間部分
に設けられ、翼冷却後の冷却媒体を上記前縁側冷却往路
通路および後縁側冷却往路通路と立体交差させて上記翼
植込部に戻す冷却媒体復路通路とを備えたものである。
【００１５】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項２に記載したように、前縁側冷却往
路通路は、前縁冷却往路通路と前縁側翼中間冷却往路通
路とに別個独立区分けして構成したものである。
【００１６】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項３に記載したように、前縁冷却往路
通路と前縁側翼中間冷却往路通路とは、翼ルート部から
翼チップ部に延び、かつ翼チップ側で円弧状に折り曲げ
られた仕切り壁で区分けされ、上記前縁冷却往路通路を
翼中間部に形成する前縁側翼中間冷却復路通路に連通さ
せる一方、上記前縁側翼中間冷却往路通路を上記翼ルー
ト部および翼チップ部間を蛇行させながら上記前縁側翼
中間冷却復路通路に連通させる構成にしたものである。
【００１７】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項４に記載したように、前縁冷却往路
通路、前縁側翼中間冷却往路通路および前縁側翼中間冷
却復路通路は、翼ルート部から翼チップ部に向って階層
的に乱流促進体を備えたものである。
【００１８】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項５に記載したように、乱流促進体
は、突形状およびピンフィンのいずれかを選択したこと
を特徴とするものである。
【００１９】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項６に記載したように、前縁側の翼チ
ップ部と円弧状に折り曲げられた仕切壁との間には、乱
流促進体を備えたものである。
【００２０】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項７に記載したように、後縁側冷却往
路通路は、後縁冷却往路通路と、後縁側翼中間第１冷却
往路通路と、後縁側翼中間第２冷却往路通路と、後縁側
翼中間第３冷却往路通路とに別個に区分けして構成した
ものである。
【００２１】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項８に記載したように、後縁冷却往路
通路、後縁側翼中間第１冷却往路通路、後縁側翼中間第
２冷却往路通路、後縁側翼中間第３冷却往路通路は、後
縁および後縁側翼中間を冷却する冷却媒体を、翼ルート
部から翼チップ部に向って流れるように単一冷却往路通
路に形成する一方、上記各冷却往路通路を通過した冷却
媒体を上記翼チップ部側で合流させて翼植込部に設けた
冷却媒体復路通路に案内する後縁側翼中間冷却復路通路
を備えたものである。
【００２２】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項９に記載したように、後縁冷却往路
通路は、翼ルート部から翼チップ部に向って平坦状に形
成したものである。
【００２３】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１０に記載したように、後縁側翼中
間第１冷却往路通路、後縁側翼中間第２冷却往路通路、
後縁側翼中間第３冷却往路通路、後縁側翼中間冷却復路
通路は、翼ルート部から翼チップ部に向って階層的に乱
流促進体を備えたものである。
【００２４】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１１に記載したように、後縁冷却往
路通路、後縁側翼中間第１冷却往路通路、後縁側翼中間
第２冷却往路通路を区分けする仕切壁は、翼ルート部か
ら翼チップ部に向う途中に開口部を形成したものであ
る。
【００２５】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１２に記載したように、後縁冷却往
路通路と後縁側翼中間第１冷却往路通路とを区分けする
仕切壁の開口部の開口面積は、後縁冷却往路通路の全通
路面積の５倍以下に設定したことを特徴とするものであ
る。
【００２６】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１３に記載したように、後縁冷却往
路通路、後縁側翼中間第１冷却往路通路、後縁側翼中間
第２冷却往路通路、後縁側翼中間第３冷却往路通路のそ
れぞれを通過した冷却媒体を合流させて後縁側翼中間冷
却復路通路に案内させる仕切壁は絞り開口部を形成した
ものである。
【００２７】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１４に記載したように、仕切壁と後
縁側の翼チップ部との間には、案内ガイドを備えたもの
である。
【００２８】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１５に記載したように、仕切壁と後
縁側の翼チップ部との間には、翼ルート部側に向って乱
流促進体を備えるとともに、後縁側の腹側および背側に
も乱流促進体を備え、上記翼チップ部の乱流促進体の高
さをＨ2 とし、上記腹側および背側の乱流促進体の高さ
をＨ2 とするとき、２Ｈ1 ＞Ｈ2 の関係を満すことを特
徴とするものである。
【００２９】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１６に記載したように、円弧状に折
り曲げられた仕切壁と前縁側の翼チップ部との間に設け
た乱流促進体は、前縁側翼中間冷却復路通路側に向わせ
る方向に傾斜させるとともに、仕切壁と後縁側の翼チッ
プ部との間に設けた乱流促進体は、後縁側翼中間冷却復
路通路側に向わせる方向に傾斜させたものである。
【００３０】本発明のタービン動翼は、上記目的を達成
するために、請求項１７に記載したように、仕切壁に臨
む後縁側の翼チップ部は、吹出口を備えたものである。
【００３１】本発明のタービン動翼の製造方法は、上記
目的を達成するために、請求項１８に記載したように、
二手に分けられた前縁側および後縁側の冷却往路通路
と、翼中間部で二手に分けられた前縁側および後縁側の
冷却復路通路を１つにまとめた冷却媒体復路通路とをシ
ャンク部で立体交差させて作製するにあたり、開口させ
ておいた翼有効部の冷却媒体復路通路と翼植込部の冷却
媒体復路との中間部分を閉鎖部を残して金型で作製し、
続いて閉鎖部の一側面から機械加工で孔を形成し、この
孔から機械加工で上記翼有効部の冷却媒体復路通路と上
記翼植込部の冷却媒体復路通路とを連通させた後、上記
孔に蓋を装着して上記閉鎖部を塞ぐ方法である。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービン動翼
およびその製造方法の一実施の形態を添付図面を参照し
て説明する。
【００３３】図１は、本発明に係るタービン動翼の一実
施の形態を示す一部断面概略図である。
【００３４】タービン動翼１は翼有効部２、シャンク部
３、翼植込部４を連続一体に備えた構成になっている。
【００３５】タービン動翼１は、その内部を中空状に形
成し、冷却媒体ＣＳが翼植込部４から案内され、シャン
ク部３を通過する際、二手に分れ、一方を翼有効部２の
前縁５に、残りを翼有効部２の後縁６にそれぞれ分流さ
せるようになっている。
【００３６】翼有効部２の前縁５は、翼ルート部７から
翼チップ部８に向って半径方向（翼高方向）に延びる前
縁冷却往路１０と前縁側翼中間冷却往路通路１１とに区
分けする仕切壁（リブ）９を備えている。
【００３７】この仕切壁９は、翼チップ部８の近辺で円
弧状に折り曲げられ、前縁側翼中間冷却復路通路１２ま
で延長させる一方、図２に示すように腹側１３から背側
１４に向って延びている。
【００３８】一方、仕切壁９により区分けされた前縁冷
却往路通路１０には、図１に示すように、ルート部７か
ら前縁側翼中間冷却復路通路１２に亘って冷却媒体ＣＳ
の流れに沿って突状の乱流促進体１５ａが設けられてお
り、突状の乱流促進体１５ａにより冷却媒体ＣＳの流れ
に強制的に乱れを与え、その熱伝達係数を高めてタービ
ン駆動ガスＧの熱負荷に充分に対処できるよう図られて
いる。
【００３９】また、前縁側翼中間冷却往路通路１１は、
翼チップ部８の近辺で向きを１８０°反転して翼ルート
部７に向って延び、さらに翼ルート部７から再び向きを
１８０°反転し半径方向に延びて蛇行状に形成し、前縁
側翼中間冷却往路通路１２に連通する構成になってい
る。
【００４０】また、前縁側翼中間冷却往路通路１１およ
び前縁側翼中間冷却復路通路１２は、その横断方向に沿
い、かつ半径方向に向って階層的に突状の乱流促進体１
５ｂを設け、乱流促進体１５ｂを、図２に示すように、
各冷却通路１１の全周壁に沿って形成している。
【００４１】他方、翼有効部２の後縁６は、翼ルート部
７から翼チップ部８の半径方向に向って延びる複数の仕
切壁１６により区分けされた後縁冷却往路通路１７、後
縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側翼中間第２冷
却往路通路１９、後縁側翼中間第３冷却往路通路２０、
後縁側翼中間冷却復路通路２１をそれぞれ備える構成に
なっている。
【００４２】後縁冷却往路通路１７は、平坦状に形成す
る一方、後縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側翼
中間第２冷却往路通路１９、後縁側翼中間第３冷却往路
通路２０および後縁側翼中間冷却復路通路２１のそれぞ
れは、その横断方向に沿い、かつ半径方向に向って階層
的に突状の乱流促進体２２を備え、特に、後縁側翼中間
第２冷却往路通路１９および後縁側翼中間第３冷却往路
通路２０に備えた乱流促進体２２を、図２に示すよう
に、全周壁に沿って形成している。
【００４３】また、各冷却往復路通路１７〜２１のそれ
ぞれを区分けする仕切壁１６は、図２に示すように、腹
側１３から背側１４まで延びるように形成するととも
に、各冷却往復路通路１７〜２１のうち、後縁冷却往路
通路１７、後縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側
翼中間第２冷却往路通路１９を区分けする仕切壁１６
は、図１に示すように、半径方向に向って複数の開口部
２３を形成し、冷却媒体ＣＳの一方の冷却往路通路から
隣りの他方の冷却往路通路へ流すことにより互いの圧力
損失の均衡を図っている。特に、後縁冷却往路通路１７
と後縁側翼中間第１冷却往路通路１８とを区分けする仕
切壁１６の開口部２３の開口面積は、大きくすると、後
縁側翼中間第１冷却往路通路１８の流れの遅い冷却媒体
ＣＳの影響を受けて圧力損失が増加するので、後縁冷却
往路通路の全通路面積の５倍以下に設定されている。
【００４４】また、後縁冷却往路通路１７と後縁側翼中
間第１冷却往路通路１８とを区分けする仕切壁１６の翼
チップ部側は、図３に示すように、円弧状に折り曲げて
後縁側翼中間第３冷却往路通路２０の出口まで延ばすと
ともに、後縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側翼
中間第２冷却往路通路１９および後縁側翼中間第３冷却
往路通路２０からの冷却媒体ＣＳを一個所に集めて後縁
側翼中間冷却復路通路２１に案内する絞り開口部２４を
備えている。この絞り開口部２４は、後縁冷却往路通路
１７を流れる冷却媒体ＣＳの圧力損失が高く、このため
後縁側翼中間各冷却往路通路１８〜２０を流れる冷却媒
体ＣＳの流れが悪くなると、後縁冷却往路通路１７の冷
却媒体ＣＳの流れも悪くなるので、後縁側翼中間各冷却
往路通路１８〜２０の冷却媒体ＣＳに増速流を与えて、
後縁冷却往路通路１７の冷却媒体ＣＳを誘引させるよう
になっている。
【００４５】また、各冷却往路通路１７〜２０をそれぞ
れ区分けする仕切壁１６と翼チップ部８との間には、図
３に示すように、各冷却往路通路１７〜２０からの冷却
媒体ＣＳを後縁側翼中間冷却復路通路２１に良好に案内
する案内ガイド２６と、後縁冷却往路通路１７の冷却媒
体ＣＳの流れが万一悪くなったとき、あるいはその冷却
媒体ＣＳに塵埃を含んでいるとき、その流れを良好に
し、かつその塵埃を翼外に流出させる吹出口２７と、冷
却媒体ＣＳの流れに乱れを強制的に与えて熱伝達係数を
高める複数の突状の乱流促進体２５とが設けられてい
る。なお、複数の突状の乱流促進体２５は、ピンフィン
であってもよい。
【００４６】複数の突状の乱流促進体２５は、仕切壁１
６および案内ガイド２６に向って直ぐ延び、かつ図２に
示すように、腹側１３および背側１４の周壁の半径方向
に沿って設けている。翼チップ部８と仕切壁１６等との
間に設けた乱流促進体２５ａと、腹側１３および背側１
４の周壁に設けた乱流促進体２５ｂとは、図４に示すよ
うに、乱流促進体２５ａの高さをＨ1 とし、乱流促進体
２５ｂの高さをＨ2 とするとき、その関係を２Ｈ1 ＞Ｈ
2 に設定している。この関係は、翼チップ部８側の乱流
促進体２５ａがそのピッチを大きくして冷却媒体ＣＳの
塵埃を集まりにくくしており、また腹側１３および背側
１４側の乱流促進体２５ｂがそのピッチを相対的に小さ
くして冷却媒体ＣＳの圧力損失を低く抑えることに基づ
く。
【００４７】図５は、前縁５側の翼チップ部８に設けた
乱流促進体１５ａと後縁６側の翼チップ部８に設けた乱
流促進体２５とをそれぞれ示す変形例である。
【００４８】この変形例は、前縁５側の乱流促進体１５
ａを前縁側翼中間冷却復路通路１２側に向って傾斜させ
るとともに、後縁６側の乱流促進体２５を後縁側翼中間
冷却復路通路２１側に向って傾斜させたものである。
【００４９】前縁冷却往路通路１０から翼チップ部８に
案内された冷却媒体ＣＳおよび後縁冷却往路通路１７か
ら翼チップ部８に案内された冷却媒体ＣＳのそれぞれ
は、一部が前縁５側の乱流促進体１５ａおよび後縁６側
の乱流促進体２５のそれぞれに沿って流れ、図４に示す
ように一対の対称渦が生成される。また、前縁５側の翼
チップ部８および後縁６側の翼チップ部８のそれぞれに
沿って流れる冷却媒体ＣＳは、ともに遠心場で浮力が発
生し、その浮力により翼チップ部８から遠ざかる方向に
ベクトルが発生する。このため、上述の対称渦に、浮力
によるベクトルが加わって、冷却媒体ＣＳは翼チップ部
８の遠心場で強い渦（二次流れ）が発生し、この渦の擾
乱により熱伝達係数が著しく増す。
【００５０】したがって、本実施形態では、強い渦の発
生により翼チップ部８をより一層高く冷却させることが
できる。
【００５１】ところで、本実施形態に係るタービン動翼
１は、図６に示すように、翼植込部４からの冷却媒体Ｃ
Ｓをシャンク部３で前縁側冷却媒体案内往路通路２８と
後縁側冷却媒体案内往路通路２９との二手に形成し、前
縁側冷却媒体案内往路通路２８および後縁側冷却媒体案
内往路通路２９のそれぞれから、前縁冷却往路通路１
０、前側翼中間冷却往路通路１１、後縁冷却往路通路１
７、後縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側翼中間
第２冷却往路通路１９、後縁側翼中間第３冷却往路通路
２０のそれぞれに案内された冷却媒体ＣＳで翼内を冷却
し、冷却後、前縁側翼中間冷却復路通路１２および後縁
側翼中間冷却復路通路２１からの冷却媒体ＣＳを合流さ
せ、合流後の冷却媒体ＣＳを冷却媒体復路通路３０を介
して他の構成機器に供給しているが、前縁側冷却媒体案
内往路通路２８および後縁側冷却媒体往路通路２９と冷
却媒体復路通路３０とを立体交差させるにあたり、次の
工程を経て作製されている。
【００５２】前縁側冷却媒体案内往路通路２８および後
縁側冷却媒体案内往路通路２９と冷却媒体復路通路３０
とを立体交差させて鋳造法により作製する場合、各通路
２８，２９，３０はセラミックコアで形成されるが、冷
却媒体復路通路３０が半径方向（翼高方向）に長く延び
ているため、半割れ状の金型を互いに突き合せて溶湯を
注入することができない。このため、本実施形態では、
図７に示すように、翼有効部２の冷却媒体復路通路３０
と翼植込部４の冷却媒体復路通路３０との中間部分に、
図示の破線で示すように、閉鎖部３１を残して金型で作
製する。この閉鎖部３１には、続いて図８に示すよう
に、その側面から孔３２を穿設する機械加工が行われ、
翼有効部２の冷却媒体復路通路３０と翼植込部４の冷却
媒体復路通路３０とを互いに連通させ、最後に残った孔
３２に蓋３３を装着して閉鎖部３１を塞ぎ、一条の連続
した冷却媒体復路通路３０を形成する。
【００５３】次に、本実施形態に係るタービン動翼１の
運転時の作用を説明する。
【００５４】タービン動翼１は、運転時、翼植込部４か
ら案内される冷却媒体ＣＳ、例えば水蒸気により冷却さ
れる。翼植込部４に案内された冷却媒体ＣＳは、図６に
示すようにシャンク部３で二手に分かれ、一方を前縁側
冷却媒体案内往路通路２８を介して前縁冷却往路通路１
０および前縁側翼中間冷却往路通路１１に、また他方を
後縁側冷却媒体案内往路通路２９を介して後縁冷却往路
通路１７、後縁側翼中間第１冷却往路通路１８、後縁側
翼中間第２冷却往路通路１９、後縁側翼中間第３冷却往
路通路２０のそれぞれに供給される。
【００５５】前縁冷却往路通路１０に供給された冷却媒
体ＣＳは、図１に示すように、その流速を速くし、かつ
乱流促進体１５ａによりその流れを乱しながら前縁５を
対流冷却した後、仕切壁９によりその流れが折り曲げら
れ、翼チップ部８でも乱流促進体１５ａにより流れが乱
されて翼チップ部８を冷却し、図２に示すように、最短
距離の下で前縁側翼中間冷却復路通路１２に案内され
る。
【００５６】また、前縁側翼中間冷却往路通路１１に供
給された冷却媒体ＣＳは、乱流促進体１５ｂにより流れ
が乱されて翼中間部の対流冷却を行い、翼チップ部８で
１８０°反転して翼ルート部７に向い、ここでも翼中間
部の対流冷却を行い、さらに蛇行を繰り返しながら最終
的に前縁側翼中間冷却復路通路１２に案内される。
【００５７】前縁冷却往路通路１０および前縁側翼中間
冷却往路通路１１のそれぞれから供給され、前縁側翼中
間冷却往路通路１２で合流した冷却媒体ＣＳは、いずれ
か一方の高温化した冷却媒体が残りの低い温度の冷却媒
体により低い温度で下げられて冷却能力を回復し、さら
に乱流促進体１５ｂにより流れを乱されて熱伝達係数を
高め、翼中間部の対流冷却を行った後、翼植込部４の冷
却媒体復路通路３０に戻される。
【００５８】このように、本実施形態では、前縁冷却往
路通路１０と前縁側翼中間冷却往路通路１１とを別個独
立に設けて前縁５と前縁側翼中間部とを別々に対流冷却
を行なわせているので、特開平８−３１９８０３号公報
で公表された単一蛇行冷却通路に較べ冷却媒体ＣＳの圧
力損失を低く抑制することができる。特に、本実施形態
では、冷却媒体の圧力損失が高くなる前縁冷却往路通路
１０から前縁側翼中間冷却復路通路１２までの延べ長さ
を短くしているので、従来に較べ冷却媒体ＣＳの圧力損
失を大幅に低くすることができる。
【００５９】一方、後縁冷却往路通路１７、後縁側翼中
間第１冷却往路通路１８、後縁側翼中間第２冷却往路通
路２９、後縁側翼中間第３冷却往路通路２０のそれぞれ
に供給された冷却媒体ＣＳは、図１に示すように、後縁
冷却往路通路１７を通過する際、平坦状の狭い通路にな
っているので、多量に、かつ高速流で流れる。
【００６０】したがって、本実施形態では、翼外面の熱
伝達率が比較的高い割合には翼の厚みが薄いために大き
な冷却通路面積を確保できない後縁６であっても、冷却
媒体ＣＳの温度を上昇させることなく、容易かつ充分に
冷却することができる。
【００６１】後縁６を冷却した冷却媒体ＣＳは、案内ガ
イド２６を経て翼チップ部８に供給され、ここで乱流促
進体２５により流れを乱されて熱伝達係数を高め、翼チ
ップ部８を冷却した後、図２に示すように、後縁側翼中
間冷却復路通路２１に案内される。
【００６２】また、後縁側翼中間第１冷却往路通路１
８、後縁側翼中間第２冷却往路通路２９、後縁側翼中間
第３冷却往路通路２０のそれぞれに供給された冷却媒体
ＣＳは、図１に示すように、乱流促進体２２により流れ
を乱され、その乱れを一方の冷却通路の開口部２３から
隣りの他方の冷却通路に自由に移動させてより一層の熱
伝達係数を高くして後縁側翼中間部を対流冷却させた
後、翼チップ部８側の絞り開口部２４で増速流にさせ、
その増速流により上述後縁６を冷却した冷却媒体ＣＳを
誘引し、案内ガイド２６を介して図２に示すように合流
させ、後縁側翼中間冷却復路通路２１に案内される。
【００６３】後縁側翼中間冷却復路通路２１に案内され
た合流冷却媒体ＣＳは、図１に示すように、乱流促進体
２２により流れを乱され、熱伝達係数を高めて後縁翼中
間部を対流冷却した後、図６に示す冷却媒体復路通路３
０を経て翼外の他の構成機器に供給される。
【００６４】このように、本実施形態では、単一の冷却
通路１７〜２０をそれぞれ設けて後縁６および後縁側翼
中間部のそれぞれを冷却し、冷却後の冷却媒体ＣＳを後
縁側翼中間冷却復路通路２１で合流させ、その合流冷却
媒体ＣＳを翼植込部４から流出させるので、比較的冷却
通路面積の確保しにくい後縁６であっても良好な冷却を
行うことができる。特に、後縁６の後縁冷却往路通路１
７は、他の後縁側翼中間冷却往路通路１８〜２０よりも
冷却面積が少なくなっていても、平坦化し、後縁側翼中
間冷却復路通路２１までの延べ長さを最短長さにしてい
るので、冷却媒体ＣＳの圧力損失を従来よりも大幅に低
く抑制することができる。
【００６５】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係るタービ
ン動翼は、冷却往路通路を前縁側と後縁側の二手に分
け、さらに前縁側の冷却往路通路を前縁と前縁側翼中間
部との二手に分ける一方、後縁側の冷却往路通路も後縁
と後縁側翼中間部との二手に分けて細分化した冷却往路
通路で翼内を冷却するので、冷却媒体の圧力損失を従来
に較べより低く維持することができる。
【００６６】また、本発明に係るタービン動翼は、前縁
側および後縁側のそれぞれの翼チップ部に乱流促進体を
設けて冷却媒体の熱伝達係数を高めたので、従来、冷却
効果の比較的低い翼チップ部でも大幅な冷却能力を向上
させることができる。
【００６７】また、本発明に係るタービン動翼の製造方
法は、二手に分けられた前縁側および後縁側のそれぞれ
の冷却往路通路と、翼中間部で二手に分けられた前縁側
および後縁側のそれぞれの冷却復路通路を１つにまとめ
た冷却媒体復路通路とをシャンク部で立体交差させて作
製するにあたり、開口させておいた翼有効部の冷却媒体
復路通路と翼植込部の冷却媒体復路通路との中間部分を
閉鎖部を残して金型で作製し、閉鎖部の一側面に機械加
工で翼有効部の冷却媒体復路通路と翼植込部の冷却媒体
復路通路とを連通させた後、閉鎖部に蓋を装着して冷却
媒体復路通路を一条の通路にするので、冷却媒体復路通
路の翼中間部への位置設定を容易に実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタービン動翼の実施形態を示し、
翼有効部を縦断面で示した概略斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視切断断面図。
【図３】図１の後縁の翼チップ部を示す部分拡大断面
図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視切断断面図。
【図５】本発明に係るタービン動翼の翼チップ部の変形
例を示す部分拡大断面図。
【図６】本発明に係るタービン動翼の冷却往路通路と冷
却復路通路との立体交差を説明する図。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視方向切断断面図。
【図８】本発明に係るタービン動翼の製造方法におい
て、冷却復路通路の工程手順を説明する図。
【符号の説明】
１ タービン動翼 ２ 翼有効部 ３ シャンク部 ４ 翼植込部 ５ 前縁 ６ 後縁 ７ 翼ルート部 ８ 翼チップ部 ９ 仕切壁 １０ 前縁冷却往路通路 １１ 前縁側翼中間冷却往路通路 １２ 前縁側翼中間冷却復路通路 １３ 腹側 １４ 背側 １５ａ，１５ｂ 乱流促進体 １６ 仕切壁 １７ 後縁冷却往路通路 １８ 後縁側中間第１冷却往路通路 １９ 後縁側中間第２冷却往路通路 ２０ 後縁側中間第３冷却往路通路 ２１ 後縁側中間冷却復路通路 ２２ 乱流促進体 ２３ 開口部 ２４ 絞り開口部 ２５ 乱流促進体 ２６ 案内ガイド ２７ 吹出口 ２８ 前縁側冷却媒体案内往路通路 ２９ 後縁側冷却媒体案内往路通路 ３０ 冷却媒体復路通路 ３１ 閉鎖部 ３２ 孔 ３３ 蓋

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 翼内部を中空にして翼冷却通路を形成
    し、翼植込部から供給された冷却媒体で翼内部を冷却す
    るタービン動翼において、上記翼植込部から供給された
    冷却媒体を、前縁側および後縁側のそれぞれに案内する
    前縁側冷却往路通路および後縁側冷却往路通路と、翼内
    中間部分に設けられ、翼冷却後の冷却媒体を上記前縁側
    冷却往路通路および後縁側冷却往路通路と立体交差させ
    て上記翼植込部に戻す冷却媒体復路通路とを備えたこと
    を特徴とするタービン動翼。
  2. 【請求項２】 前縁側冷却往路通路は、前縁冷却往路通
    路と前縁側翼中間冷却往路通路とに別個独立区分けして
    構成したことを特徴とする請求項１記載のタービン動
    翼。
  3. 【請求項３】 前縁冷却往路通路と前縁側翼中間冷却往
    路通路とは、翼ルート部から翼チップ部に延び、かつ翼
    チップ側で円弧状に折り曲げられた仕切り壁で区分けさ
    れ、上記前縁冷却往路通路を翼中間部に形成する前縁側
    翼中間冷却復路通路に連通させる一方、上記前縁側翼中
    間冷却往路通路を上記翼ルート部および翼チップ部間を
    蛇行させながら上記前縁側翼中間冷却復路通路に連通さ
    せる構成にしたことを特徴とする請求項１記載のタービ
    ン動翼。
  4. 【請求項４】 前縁冷却往路通路、前縁側翼中間冷却往
    路通路および前縁側翼中間冷却復路通路は、翼ルート部
    から翼チップ部に向って階層的に乱流促進体を備えたこ
    とを特徴とする請求項３記載のタービン動翼。
  5. 【請求項５】 乱流促進体は、突形状およびピンフィン
    のいずれかを選択したことを特徴とする請求項４記載の
    タービン動翼。
  6. 【請求項６】 前縁側の翼チップ部と円弧状に折り曲げ
    られた仕切壁との間には、乱流促進体を備えたことを特
    徴とする請求項３記載のタービン動翼。
  7. 【請求項７】 後縁側冷却往路通路は、後縁冷却往路通
    路と、後縁側翼中間第１冷却往路通路と、後縁側翼中間
    第２冷却往路通路と、後縁側翼中間第３冷却往路通路と
    に別個に区分けして構成したことを特徴とする請求項１
    記載のタービン動翼。
  8. 【請求項８】 後縁冷却往路通路、後縁側翼中間第１冷
    却往路通路、後縁側翼中間第２冷却往路通路、後縁側翼
    中間第３冷却往路通路は、後縁および後縁側翼中間を冷
    却する冷却媒体を、翼ルート部から翼チップ部に向って
    流れるように単一冷却往路通路に形成する一方、上記各
    冷却往路通路を通過した冷却媒体を上記翼チップ部側で
    合流させて翼植込部に設けた冷却媒体復路通路に案内す
    る後縁側翼中間冷却復路通路を備えたことを特徴とする
    請求項７記載のタービン動翼。
  9. 【請求項９】 後縁冷却往路通路は、翼ルート部から翼
    チップ部に向って平坦状に形成したことを特徴とする請
    求項８記載のタービン動翼。
  10. 【請求項１０】 後縁側翼中間第１冷却往路通路、後縁
    側翼中間第２冷却往路通路、後縁側翼中間第３冷却往路
    通路、後縁側翼中間冷却復路通路は、翼ルート部から翼
    チップ部に向って階層的に乱流促進体を備えたことを特
    徴とする請求項８記載のタービン動翼。
  11. 【請求項１１】 後縁冷却往路通路、後縁側翼中間第１
    冷却往路通路、後縁側翼中間第２冷却往路通路を区分け
    する仕切壁は、翼ルート部から翼チップ部に向う途中に
    開口部を形成したことを特徴とする請求項７記載のター
    ビン動翼。
  12. 【請求項１２】 後縁冷却往路通路と後縁側翼中間第１
    冷却往路通路とを区分けする仕切壁の開口部の開口面積
    は、後縁冷却往路通路の全通路面積の５倍以下に設定し
    たことを特徴とする請求項１１記載のタービン動翼。
  13. 【請求項１３】 後縁冷却往路通路、後縁側翼中間第１
    冷却往路通路、後縁側翼中間第２冷却往路通路、後縁側
    翼中間第３冷却往路通路のそれぞれを通過した冷却媒体
    を合流させて後縁側翼中間冷却復路通路に案内させる仕
    切壁は絞り開口部を形成したことを特徴とする請求項１
    １記載のタービン動翼。
  14. 【請求項１４】 仕切壁と後縁側の翼チップ部との間に
    は、案内ガイドを備えたことを特徴とする請求項１３記
    載のタービン動翼。
  15. 【請求項１５】 仕切壁と後縁側の翼チップ部との間に
    は、翼ルート部側に向って乱流促進体を備えるととも
    に、後縁側の腹側および背側にも乱流促進体を備え、上
    記翼チップ部の乱流促進体の高さをＨ2 とし、上記腹側
    および背側の乱流促進体の高さをＨ2 とするとき、２Ｈ
    1 ＞Ｈ2 の関係を満すことを特徴とする請求項１３記載
    のタービン動翼。
  16. 【請求項１６】 円弧状に折り曲げられた仕切壁と前縁
    側の翼チップ部との間に設けた乱流促進体は、前縁側翼
    中間冷却復路通路側に向わせる方向に傾斜させるととも
    に、仕切壁と後縁側の翼チップ部との間に設けた乱流促
    進体は、後縁側翼中間冷却復路通路側に向わせる方向に
    傾斜させたことを特徴とする請求項６および１５記載の
    タービン動翼。
  17. 【請求項１７】 仕切壁に臨む後縁側の翼チップ部は、
    吹出口を備えたことを特徴とする請求項１３記載のター
    ビン動翼。
  18. 【請求項１８】 二手に分けられた前縁側および後縁側
    の冷却往路通路と、翼中間部で二手に分けられた前縁側
    および後縁側の冷却復路通路を１つにまとめた冷却媒体
    復路通路とをシャンク部で立体交差させて作製するにあ
    たり、開口させておいた翼有効部の冷却媒体復路通路と
    翼植込部の冷却媒体復路との中間部分を閉鎖部を残して
    金型で作製し、続いて閉鎖部の一側面から機械加工で孔
    を形成し、この孔から機械加工で上記翼有効部の冷却媒
    体復路通路と上記翼植込部の冷却媒体復路通路とを連通
    させた後、上記孔に蓋を装着して上記閉鎖部を塞ぐこと
    を特徴とするタービン動翼の製造方法。
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