JPS58197402A - ガスタ−ビン翼 - Google Patents

ガスタ−ビン翼

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JPS58197402A
JPS58197402A JP7985282A JP7985282A JPS58197402A JP S58197402 A JPS58197402 A JP S58197402A JP 7985282 A JP7985282 A JP 7985282A JP 7985282 A JP7985282 A JP 7985282A JP S58197402 A JPS58197402 A JP S58197402A
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JP
Japan
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jet
cooling
insert
wall
gas turbine
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Pending
Application number
JP7985282A
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English (en)
Inventor
Noriyuki Hayashi
則行 林
Tadashi Mizuno
正 水野
Shigeyoshi Kobayashi
成嘉 小林
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D5/187Convection cooling
    • F01D5/188Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/126Baffles or ribs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
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    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
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    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2212Improvement of heat transfer by creating turbulence

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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】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はインピン7メント冷却構輩のガスタービン翼
に関する。
近年、カスタービンでは効率向上を図るために、タービ
ンに流入する燃焼ガスate高くする傾向にある。しか
し、タービン翼の温#Lは使用1−る材料の寿命や強度
の点ρ・ら決まる許容限1以−ドに保定なけれにならな
い。そのため、タービンlLには4”Jらかの方法で冷
却が厖さnており、こrtまでに種々の冷却技術が開発
され、現在も盛んに研究、開発が行われている。ガスタ
ービン翼の空気冷却では、圧#i憬からの空気t一部抽
気し、種々の冷却方法、例えば対流冷却、フィルム冷却
およびインピン7メント冷却などの方法がいろいろの冷
却倫造萬で使用さnている。なかでも冷却性能の優jし
たインビンジメント冷却し1燃焼ガス温度の土性に伴っ
てよく使用さnるようになって1!友。
インピン7メント冷却を使用した冷却翼の従来慣造t7
第1図に示す。圧縮機から抽気された冷却受電はインサ
ート2によって作らnるブレナム室5に導入され、イン
サート2にあけられた多数の噴出孔3から翼壁1に向か
って噴出さtし、翼壁lVこ慟突した後、翼壁1とイン
サート2によって形成さnる冷却空気fi%4tllt
l縁側から恢縁貴に向かって流jL、後縁部の冷却空気
吹き出し孔6から主流ガス中へ放出さnる一インサート
にあけらnる噴出孔の寸法や間隔などはガスタービン翼
のガス協熱伝運率の分布によって決まり、熱伝達率の高
い、すなわち熱負荷の大きな部分については噴出孔の間
隔を狭くし、冷却構の性能を良くする必要がある。
インビンジメント冷却の部分【拡大して示したのが1@
2図である。インビンジメント冷却では冷却空気がイン
サート2にめけらiした噴出孔3がら噴出し、真壁1に
衝突することと、衛突扱の冷却空気がインサート2とX
壁1で形作らnた冷却空気流路4を下流へ流3ることに
よって冷却が行わjLる。つ1す、噴fi8の衝突によ
る冷却と排出流90強制対流による冷却が合わせて行ね
nでいる。
−個の噴出孔3についてみると、噴出孔3がら噴出した
冷却空気は噴fi8となってX壁1に衝突し、その恢よ
とみ点を中心にX*1に沿って放射状(Cムがる。この
ためよとみ点の付近では高速な流tとなり、温度境界層
の発達も少ないため^い熱伝達率が得られるが、よどみ
点から遠ざρ・るにつfして、流速が遅くなり、熱伝達
率も悪くなる。この結果、X壁1の冷却は不均一となり
、真壁1の温部は、噴fL8の衝突部で低く、噴流8の
衝突部と偽突部の間で^くなる。
インビンジメント冷却の噴出孔の代表的な配列である基
盤目配列と千鳥目配列のときの翼壁の温度分布會第3図
と絡4図にそnぞれ示す。
第3図において、(4)は噴出孔の基盤目配列を表わし
、(B)、(0)はそれぞjL囚のA−A断面、B−B
断面のX*温度分布を示す。
同じく第4図において、囚は噴出孔の千鳥目配列2表わ
し、(fit、(0)はそnそrL(A)IIDA−A
lliffmlb−b断面の翼壁温度分布を示す。
このような冷却の不均一に起因するタービン集り1鼓の
不均一は、興の最^温度の部分を材料のれ容限度以下に
押えるのに必要な冷却空気蓋の増大、すなわちタービン
の効率低下を招<シ、熱応力の原因ともなり寿砧や信相
性の低下tもたらすという問題点がわる。
本発明の目的と1.す、るところは、少ない冷却空気蓋
で^い冷却性能を得るとともに、温度分布の均一性から
タービン翼の寿命と信頼性を向上させることfrIT能
にし次ガスタービンXt−提供することにある。
インビンジメント冷却奮うけるタービン翼の真壁の温度
は、インサートにあけられた噴出孔からの噴流の衝突部
で低く、噴流の衝突部と衝突部の間で高くなり、温度分
布は不均一となる。興の冷却は、tIk?#6温凝の部
分が材料の許容限度以下になるように行わなけnばなら
ないので、少ない冷却空気量で冷却ケ行うには、温良の
高い部分の冷却性能紫向上させる必要がある。冷却性能
を向上させる方法としては、熱伝達率ケ良くすめ方法と
伝熱面積を増大させる方法とが考えらする。この発明で
は、真壁の温度の^くなる噴流のl1lI突部と衡突部
の間に、′冷却空気ff略に突き出す形で突起物會設け
、冷却空気に接する伝熱面積ケ大きくし、冷却上問題と
なる^湿部の冷却性能を向上さぞ、温度を低下さぜゐこ
とにより、より少ない冷却空気量で冷却を行うことが可
能となる。また、諷の温度分布が一様分布に近くなるこ
とに工り熱応力が小さくなり鍔命、信頼性の向上もはか
ることができる。
この発明の一実施例t−纂5〜7図により説明する。タ
ービン翼の真壁1の外側は^温ガスにさらさjしており
、内部の中空部分には1jt壁1t−冷却するために真
壁1七の閾に間隔tおいてインサート2がWiffらf
ている。インサー)2Fi興壁lの内側形状とほぼ相似
で、内部の中空部は圧縮機がら冷却空気を導入するプレ
ナム室5となっている。
インサート2の壁面には適当な間隔で多数の噴出孔3が
あけら扛、各噴出孔3から冷却空気が翼壁1に向かって
噴出さnる工うになっている。翼壁lの内側には、簀壁
1とインサート2によって形成さ1しる冷却空気流路4
に突き出す形で、高さがfMk−とほとんど等しい板状
の突起物11が取り+1けられている。板状の突起物1
1は第6図(4)。
(均わるいは第7図(A)、(B)に示すように、排出
fL9と平行でインサート2にあけらnた噴出孔3の間
にくる工うに配置されている。
この冷却構造において、冷却空気は圧縮機から抽気さ扛
、プレナム室5へ導入さ扛、インサート2にありらjし
た多数の噴出孔3から翼壁1に向かつて噴出さ扛る。興
@1の冷却は、噴流8が翼壁1に衝突し、よどみ点を中
心に真壁1に沿って放射状に広がる過程で行わnる。先
述のように、この冷却方法では、よどみ点から遠ざかる
につれて冷却空気の流速が遅くなり、熱伝達率が急くな
るが、熱体i1率の患い部分に板状の突起物11が配置
されており、冷却空気に振する伝熱面積が大、きく摩っ
ている1、この几め、熱伝達率の低下による冷却性能の
低下は伝熱面積の増大で桶われ、従来構造に比べて良好
な冷却性能が得らnる。この結果この考案の冷却構造で
は少ない冷却空気量で温紋分布が一様分布に近い冷却性
能のよい冷却効果が得られる。
第8図(A)、(B)では板状の突起物11t−排出f
i9の流れ方向と45°t−成し、ρ・つ1列ごとに方
向を叢える↓うに配置したものである。この−造では、
伝熱面積の増大による冷却性能の向上とともに、排出f
ft9が、板状の突起物11により制御さn1波打つよ
うなartとなる。このため板状の突起物11における
伝熱性能の促進が図らn、より良好な冷却性能が得らn
る。
第9図(4)、 (BJ及び第10図体)、CB)は棒
状の突起物12t−インサート2にあけらrした噴出孔
30間に設けた実施例である。冷却性能の改善は伝熱面
積の増大によって行わn1考え方としては第6図。
第7図のものと同じであるが、突起−の形状から噴15
11.8あるいは排出流9の流nを乱丁ことが板状の突
起物に比べて少ないため、必要な一所へ自由に配置でき
、温度分布の均一化がより一層図nることになる。
本発明によjLば、ガスタービン翼のインビンシメ/ト
冷却−造において熱伝達率が悪く、温度が筒くなるX壁
の噴流の衝突部と衝突部の間に、馬毛が冷却空気R路幅
とほとんど等しい突起*1−配直することにLす、熱伝
達率の患い部分の冷却性能が伝熱(3)積の増大で改善
され、少ない冷却空気。
量で高い冷却性能が得られ、その結果カスタービンの効
率を同上させることができる。また、興の1度分布が一
様分布に近づくことによって、発生する熱応力が小さく
なり、xO痔命や信軸性が向上する。
【図面の簡単な説明】
#!1図はガスタービン翼の従来構造の#dIi図、第
2図は従来構造を拡大した斜視−1第3図、第4図は従
来構造噴出口配列と真壁の温度分布を示すもので第3図
(4)は噴出口の基盤目配列t(B)、 (OJはそ扛
そ3体)のA−A、B−Bm面方向の真壁温度分布18
ft示し第4図(4)は噴出口の千鳥目配夕ur(B)
、 (0)はそnそn(A)ノーA−A、 B−B断面
方向の職微温度分布図【示し、第5図は今回の発明f:
遍用したガスタービン翼の断面図、第6図は本発明の第
1の実施例を示すカスタービン真壁構造であって(A)
は上面図、(B)は横断向、第7図乃至第10図は本発
明の他の実施例を示すカスタービン真壁構造であってそ
nそtL(A)は上山図、(旬は横断面図である。 1・・・ガスタービン真壁、2・・・、インサート、3
・・・噴出孔、4・・・冷却空気流路、5・・・プレナ
ム室、6・・・吹き出し孔、7・・・冷却空気の流れ、
訃・・噴流、9・・・排出流、lO・・・インサートに
あけられた噴出孔の位置、11・・・板状の突起物、1
2川棒状の突起物。 巽乏7r hu!11 め2閏 (、− (ハ) AAAl 1B) 8− (C) 君曳 砧t5 口 J!7t−の ζ===コ    ζ===コ    C===コ  
  C===コ(8) 第7口 (ll (B) 1/!、t■ (6) t9 酌 (ハ) o       o       o       。 00000000000000000 000oOoO000oo0000゜ 0     0     0     0eD  o 
 @  o  @  o  Oo  O(B)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、燃焼ガスに接するガスタービン翼の翼壁の内部中空
    部分に翼壁と間隔を隔ててインサートが配置さn、その
    インサートの内部の中!2sに圧#i機から抽気した冷
    却仝電音導入し、インサート壁面に適当な間隔てあけら
    nた多数の噴出口ρ・ら翼壁に向かって噴出おせ、その
    噴流tXIiKTh突させて冷却を行す構造のガスター
    ビン翼において、翼壁の内側の噴流の衝突部と衝突部の
    間に突起−倉設けたことt−%倣とするガスタービン翼
JP7985282A 1982-05-14 1982-05-14 ガスタ−ビン翼 Pending JPS58197402A (ja)

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