JPH1162507A - フィルム冷却孔 - Google Patents

フィルム冷却孔

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JPH1162507A
JPH1162507A JP21680997A JP21680997A JPH1162507A JP H1162507 A JPH1162507 A JP H1162507A JP 21680997 A JP21680997 A JP 21680997A JP 21680997 A JP21680997 A JP 21680997A JP H1162507 A JPH1162507 A JP H1162507A
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JP
Japan
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cooling
film
cooling hole
film cooling
flow
Prior art date
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Pending
Application number
JP21680997A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidemichi Yamawaki
栄道 山脇
Takashi Maie
孝 真家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH1162507A publication Critical patent/JPH1162507A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/186Film cooling

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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却空気の薄膜を構造部材の表面に向けて付
勢するような渦の発生を促進する。 【解決手段】 燃焼ガスGの流れの上流側に対応するフ
ィルム冷却孔12の内壁面部分12aを、該燃焼ガスG
の流れの下流側に突出するように断面円弧状に形成し
た。これにより、冷却空気16の薄膜17を構造部材1
1の表面11Aに向けて付勢する渦15の発生が促進さ
れる。その結果、冷却空気16の薄膜17が該表面11
A近傍に沿って形成され、部分的な過熱または過冷却を
防止して効果的な冷却を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン翼や燃焼
筒等のような燃焼ガスの流路に面するガスタービンエン
ジンの構造部材に形成され、冷却空気を噴出させて該構
造部材を冷却するフィルム冷却孔に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、ガスタービンエンジンにおいて
は、燃焼ガスの流路に面するタービン翼や燃焼筒等の構
造部材を冷却することにより、該構造部材の使用温度よ
り高い入口温度が採用でき、その結果、ガスタービンの
性能が向上することが知られている。
【0003】このため、例えば、タービン翼を冷却する
場合には、通常の対流冷却以外に、インピンジ冷却,フ
ィルム冷却,トランスピレーション冷却等の冷却手段が
従来から用いられていた。
【0004】このような冷却手段のうち、フィルム冷却
は、タービン翼の背側および腹側にフィルム冷却孔を設
け、このフィルム冷却孔から冷却空気を噴出させてター
ビン翼の表面に冷却空気の薄膜を形成するものであり、
該フィルム冷却孔の形状としては、丸孔または矩形孔が
採用されている。
【0005】しかし、フィルム冷却では、タービン翼の
表面が部分的に過熱または過冷却されることがあった
り、また、冷却に必要な冷却空気量が過大になってガス
タービンの効率が低下するという欠点を有していた。
【0006】この対策としては、特開平8−28203
号公報に開示されるように、矩形断面を有するフィルム
冷却孔のアスペクト比(縦横比)の設定を変えたり、タ
ービン翼の表面に向かうに従い断面積の広がるディフュ
ーザ部分を設ける、というように断面形状を種々改良し
たものが知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィル
ム冷却孔の断面形状と冷却性能との関係は不明な点が多
く、前記改良によっても冷却性能をある程度向上させる
ことができるものの、更に冷却性能を高め、ガスタービ
ン効率を向上させるには一定の限界があった。
【0008】一方、発明者らは、図5に示すように、フ
ィルム冷却孔1の矩形断面のアスペクト比を側部側の内
壁面1a,1aよりも燃焼ガスGの流れの上下流側に対
応する内壁面1b,1bの方を大きく設定した場合に
は、冷却空気2によって構造部材の表面3に形成される
薄膜が、上向きおよび下向きに付勢されていることを確
認している。
【0009】すなわち、構造部材の表面3近傍における
側部側の内壁面1a,1aの周辺には渦4,4が、ま
た、構造部材の表面3における内壁面1b,1bの長さ
方向中央部周辺から上方に離間した上層域には、これら
渦4,4とは反対の方向に回転する渦5,5が形成され
ている。
【0010】この渦4,4は、内壁面1b,1bの長さ
方向中央部付近で流向を同じくして上向きの流れを強め
合い、これにより、前記薄膜は構造部材の表面3から離
されるように上向きに付勢される。
【0011】また、渦5,5は内壁面1b,1bの長さ
方向中央部付近で流向を同じくして下向きの流れを強め
合い、これにより、前記薄膜は構造部材の表面3に押し
付けられるように下向きに付勢される。
【0012】そして、発明者らは、この渦5,5による
下向きの付勢力が、渦4,4による上向きの付勢力と比
べると弱く、その結果、渦4,4によって構造部材の表
面3に沿う薄膜の形成が阻害されているということを確
認している。
【0013】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、冷却空気の薄膜を構造部材の表面に向けて付勢する
ような渦の発生を促進することにより、冷却性能の向上
を図ることのできるフィルム冷却孔を提供することを目
的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載のフィルム冷却孔は、燃焼ガスの流路に面する構
造部材に形成され、かつ冷却空気を噴出させるフィルム
冷却孔であって、前記燃焼ガスの流れの上流側に対応す
る内壁面部分が、該流れの下流側に突出して形成されて
いることを特徴とするものである。
【0015】また、請求項2記載のフィルム冷却孔は、
請求項1記載のフィルム冷却孔において、前記内壁面部
分の突出部が、断面円弧状に形成されていることを特徴
とするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構造部材としてタ
ービン翼を用いた場合の一実施形態について、図1から
図4を参照しながら説明する。これらの図において、符
号11はタービン翼、12はフィルム冷却孔、13は突
出部である。
【0017】このタービン翼11は、図4に示すよう
に、その内部にスパン方向に沿って形成された冷却空気
流路14と、この冷却空気流路14と翼表面11Aとを
連通するフィルム冷却孔12とを備えている。このフィ
ルム冷却孔12の配置および個数は、所望の冷却性能お
よびタービン効率に応じて適宜設定される。
【0018】また、フィルム冷却孔12は、図1および
図2に示すように、長辺部が燃焼ガスGの流れの上流側
および下流側に対応する略矩形断面に形成され、また、
図3に示すように、タービン翼11の内側から翼表面1
1Aに向かうに従い燃焼ガスGの流れの下流側に傾斜す
る方向に穿孔されている。
【0019】さらに、フィルム冷却孔12には、燃焼ガ
スGの流れの上流側に対応する内壁面部分12aが、該
流れの下流側に突出するように形成されている。また、
この内壁面部分12aに形成された突出部13は、フィ
ルム冷却孔12を翼表面11Aに沿う平面で切断した横
断面が円弧状となるように形成されている。
【0020】このような突出部13を内壁面部分12a
に形成すると、翼表面11A近傍における突出部13の
壁面部13aの周辺では、図5に示した渦6,6と同じ
方向に回転する渦15,15が形成されて冷却空気16
の薄膜17が下向きに付勢され、図3に示すように、翼
表面11Aに沿うような薄膜17の形成が促進される。
【0021】また、突出部13の前記横断面を円弧状に
形成したのは、前記渦15,15が強過ぎると、燃焼ガ
スGを巻き込んで、かえって冷却性能の低下を来すおそ
れが生じる場合があるので、このようなことをなくすた
めである。
【0022】上記構成のフィルム冷却孔12によれば、
図3に示すように、ガスタービンエンジン本体内に取り
込まれて冷却空気流路14に送り込まれた冷却空気16
は、フィルム冷却孔12から翼表面11Aに噴出される
と、燃焼ガスGの噴流によって該翼表面11Aに沿って
薄膜17を形成する方向に向きを変える。
【0023】ここで、フィルム冷却孔12の矩形断面に
おいて短辺部分に対応する側壁部12b,12b周辺で
は、前記薄膜17を上向きに付勢する渦18,18が形
成されているが、突出部13の壁面部13aの周辺に形
成される渦15,15の発生が促進され、これにより薄
膜17は下向きに強く付勢されている。
【0024】したがって、本実施形態のフィルム冷却孔
12によれば、冷却空気16による薄膜17がタービン
翼11の翼表面11Aに沿って形成されることになり、
部分的な過熱または過冷却を防止して効果的な冷却を行
うことができる。
【0025】また、冷却性能の向上に伴って、タービン
翼11の入口温度を高めることができ、しかも、冷却に
必要な冷却空気量を低減することができるので、ガスタ
ービンの効率を飛躍的に向上させることができる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果を奏することができる。すな
わち、燃焼ガスの流れの上流側に対応する内壁面部分
を、該流れの下流側に突出するように形成したことによ
り、冷却空気の薄膜を構造部材の表面に向けて付勢する
渦の発生が促進され、部分的な過熱または過冷却を防止
して効果的な冷却を行うことができる。
【0027】よって、冷却性能の向上に伴って、燃焼ガ
スの構造部材への入口温度を高めることができるととも
に、冷却に必要な冷却空気量も低減することもでき、ガ
スタービンの効率を飛躍的に向上させることができる。
【0028】また、内壁面部分の突出部を断面円弧状に
形成すれば、冷却空気の薄膜を構造部材の表面に向けて
付勢する渦が強過ぎることによって生じ得る該渦への燃
焼ガスの巻き込みを抑制して、冷却性能の低下を効果的
に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のフィルム冷却孔の一実施形態から噴
出した冷却空気によって発生した渦の状態を示す斜視図
である。
【図2】 同フィルム冷却孔を示す平面図である。
【図3】 同フィルム冷却孔が形成されたタービン翼の
一部を拡大した断面図である。
【図4】 同フィルム冷却孔が形成されたタービン翼の
断面図である。
【図5】 従来のフィルム冷却孔の一例から噴出した冷
却空気によって発生した渦の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
G 燃焼ガス 11 タービン翼(構造部材) 12 フィルム冷却孔 12a 燃焼ガスの流れの上流側に対応する内壁面部分 13 突出部 16 冷却空気

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼ガスの流路に面する構造部材に形成
    され、かつ冷却空気を噴出させるフィルム冷却孔であっ
    て、 前記燃焼ガスの流れの上流側に対応する内壁面部分が、
    該流れの下流側に突出して形成されていることを特徴と
    するフィルム冷却孔。
  2. 【請求項2】 前記内壁面部分の突出部が、断面円弧状
    に形成されていることを特徴とする請求項1記載のフィ
    ルム冷却孔。
JP21680997A 1997-08-11 1997-08-11 フィルム冷却孔 Pending JPH1162507A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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