JPS5851202A - ガスタ−ビンのタ−ビン翼前縁部の冷却装置 - Google Patents

ガスタ−ビンのタ−ビン翼前縁部の冷却装置

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JPS5851202A
JPS5851202A JP14949581A JP14949581A JPS5851202A JP S5851202 A JPS5851202 A JP S5851202A JP 14949581 A JP14949581 A JP 14949581A JP 14949581 A JP14949581 A JP 14949581A JP S5851202 A JPS5851202 A JP S5851202A
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JP
Japan
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cooling air
cooling
blade
plane
vane
Prior art date
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Pending
Application number
JP14949581A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiko Kawaike
川池 和彦
Narihisa Sugita
杉田 成久
Takashi Ikeguchi
池口 隆
Masami Noda
雅美 野田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP14949581A priority Critical patent/JPS5851202A/ja
Publication of JPS5851202A publication Critical patent/JPS5851202A/ja
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

Landscapes

  • 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】 本発明はガスタービンのタービン翼前縁付近を空気流に
よって冷却する装置に関するものである。
周知のごとく、ガスタービンにおいてはタービン入口に
おける作動ガスの温度を高めて性能向上を図ることが研
究されている。これに対応して。
ガスタービンの静翼及び動翼の信頼性、 i#I久性を
向上させるため、空気圧縮機から抽気した比較的低温の
空気を用いてRを冷却することが考えられている。
上記のようにカスタービンRを空気で冷却する方式には
、フィルム冷却方式、トランスビレ−ジョン冷却方式、
及び対流冷却方式などがあり、これらはいずれも冷却空
気をタービン翼内に導いて翼内面を冷却した後、主流ガ
ス中に放出させるものである。
上記のように冷却空気を主流ガス中に放出することは主
流ガスの温度を低下させ、かつ、主流ガスと冷却空気と
の混合損失全誘起するため、空力性能をある程度犠牲に
せざるを得ない。従って高温ガスタービンにおいては極
力少量の冷却空気で効果的な翼冷却を行い、主流ガスと
冷却空気との混合損失を抑制することが重要である。
前記の各冷却方式のうち、フィルム冷却方式は翼内部を
冷却させた空気を翼面から吹き出し、翼表面に冷却空気
の膜を形成して翼の外表面における冷却効果を得るもの
であって、冷却効果と実用性に優れている。
次に、従来一般に行われているフィルム冷却方式を第1
図及び第2図について説明する。第1図はフィルム冷却
方式の空気冷却袋#全備えたタービン翼の断面図、第2
図は同じく斜視図である。
第1図に示すように、翼壁2に冷却空気孔3゜3が穿た
れていて、翼内空気室5に導かれた冷却空気は冷却空気
孔3.3から翼列に吹き出し、翼表面1を薄い冷却空気
流動層4aで被覆する。
上記の冷却空気孔3は、熱負荷条件の厳しい前縁部1a
、冷却しにくい後縁部1cおよびその周辺部に設けられ
る。3aは冷却空気孔3の流入口、3bは同じく吹出口
である。
ところが、第1図、第2図に示すような従来例において
は、前縁部1aにおける式の曲率が大きいため、冷却空
気孔3の中心線と、DE衣表面おける接線との交わりの
下流側の角θが直角に近い角度になる。このように、バ
衣面に対して垂直に近い角度で冷却空気を吹き出した場
合の流動状態全実験1−た結果を第3図に模式的に示す
翼表面1に対して垂直に近い角度で吹き出しだ冷却空気
4け、空気吹出口3bのすぐ下流に剥離部4bを生じ、
翼表面1に沿った冷却空気流動層が形成されにくい。こ
のような剥離部4bの発生は冷却効果低下や空力損失増
加の原因となる。
上記のように冷却効果が低下しても、翼前縁全冷却して
ガスタービンとしての信頼性を確保する′+1 ことを優先しなければならないので、第1図、第2図に
示すごとく、従来一般に、多数列の冷却空気孔を穿って
いる。この結果、冷却空気の消費量が多くなったわ、冷
却空気孔を多数列設けることによる前縁部の強度低下な
ど新たな問題が発生している。
本発明は鵜町の事情に鑑みて為され、翼前縁部における
冷却層ヨ全向上させるとともに冷却空気流に剥離部が発
生することを防止し、空力損失を減少せしめてしかも有
効な翼冷却を行うことを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、静翼と動翼とで
構成されるガスタービンの翼列において、静翼と動翼と
のうち少なくともhずれか一方の翼の前縁部に、翼の最
前縁の線と、上記の最前縁の線において翼の外面に接す
る平面と前記最前縁の線を通りかつ上記の外接平面に直
交する而(以下、直交面とHう)と全想定し、前記最前
縁の線の両側にそれぞれ複数個の冷却空気孔の吹出口を
列設するとともに、上記複数個の冷却空気孔はそれぞれ
前記の直交面に交わるごとく配設し、かつ、各冷却空気
孔は相互に連通しないように翼長方向に離間して交差せ
しめたことを特徴とする。
次に、本発明の一実施例を第4図乃至第7図について説
明する。第4図は翼の断面図、第5図は同斜視図、第6
図は同前縁付近の拡大断面図、第7図は第5図と異る方
向から見た斜睨図である。
第5図に示すように翼の前縁部に最前縁の線■、と、上
記の線りにおいて翼表面に接する面Pと全想定する。そ
して、線■、において面Pと直交する面Hを想定する。
断面を示した第6図においては、前記の線りは点tで表
わされ、直交面I(Vi線りで表わされている。第7図
には線りのみ全示し、外接面Pと直交面Hとの図示を省
略しである。
第7図に示すように1.ILの両側にそれぞれ第6図に
ついて後述する冷却空気孔8の吹出口8b。
8b・・・と、冷却空気孔9の吹出口9b、9b・・・
とを列設する。上記の吹出口8bと同9bとば1vli
lLに関して対称位置ではなく、半ピツチずつ段違いに
配設する。その詳細を第6図について次に述べる。
翼壁2の前縁部に冷却空気孔8を穿つ。上記の冷却空気
孔8は、その流入口8aと吹出口8bとをそれぞれ直交
面H(本図において線h)に関して反対側に位置せしめ
、冷却空気孔8を直交面■1と交わらせる。これにより
、冷却空気孔8の中心線8cと、吹出口8bにおける翼
表面の接線とのなす角θ′は鋭角となる。
冷却空気孔9け、その流入口9aを前記の流入口8aに
比して直交面(線h)の反対側に、吹出口9bi前記の
吹出口8bに比して直交面(線h )の反対側にそれぞ
れ位置せしめて穿ち、直交面H(本図において線h)と
交わらせる。そして、上記の冷却空気孔8と同9とが翼
壁内で連通しないよう、翼長方向(本図において紙面の
奥行方向)に位置をずらし、翼壁内で立体的に交差させ
る。
これにより、冷却空気孔9の中心線9Cと翼表面におけ
る接線とのなす角θ“が鋭角になる。
上記のように角θ′、角θ“が鋭角になるということは
、従来装置(第1図)における角θがほぼ直角であ−)
だのに比して、冷却空気孔8.9から吹き出す冷却空気
流の方向が主流ガスの流動方向に近づくように傾斜した
ことを意味すイ)。
上述のように冷却空気孔9から翼表面に、主流ガスの下
流方向に顛けた方向の冷却空気を吹き出した場合のガス
流号実験的圧flN察した結果苓:第8図に示す、冷却
空気孔9の吹出口9))から吹き出した冷却空気4はy
(面にト11って?If、れ、主流6と翼表面1との間
に冷却空気流el+層4a’に形成している。
第2図に示した4列の冷却空気孔を設けた従来形の空気
冷却具と、第7図に示しだ2列の冷却空気孔を設けた本
発明の実施例f係る空気冷却翼との冷却性能及び空力性
能とを比較測定した結果、(a)、冷却空気吹出量割合
(冷却空気吹出址/主流ガスj、:i)3%のとき、翼
の前縁1aに当る淀み点近傍における局所冷却効率は5
%の改、腎が確認された。また翼の後縁部における冷却
空気吹出口から101nm後方の位置1bの局所冷却効
率は10%の改善が確認された1、そして、空力性能の
指標となる全圧損失係数は1%の低減が確認された。
上記の局所冷却効率および全圧損失係数の定義はそれぞ
れ欠配のごとくである。
第9図は上記と異なる実施例を示す。第10図は同斜視
図である。
本例のように翼壁2の厚さに比して翼内空気室5の前縁
付近における曲率半径が小さい場合圧は第6図の実施例
の方法では冷却空気孔8.9をそれぞれ直交面(第9図
において線りで表わされている)と大きい角度で交わら
せることが困難である。本例においては翼内面の前縁部
に凹部7.7を形成し、この凹部7の底部に冷却空気孔
8.9の流入口を位置せしめる。これにより、翼内空気
室5の前縁付近の曲率半径が小さくても冷却空気孔8.
9を直交面(本図において線h)と比較的大きい角度で
交らせ、その結果、冷却空気孔8゜9と翼表面との角度
θ′、θ“を鋭角にして前記実施(9) 例と同様の効果を得ることができる。本例において設け
た四部7は、これを翼長方向の溝としてもよい。
また、第1図に示したような従来形の空気冷却翼におい
ては、免前縁付近の空気冷却孔が放射状に配列されるの
で、翼の最前縁1aに当る淀み点付近における翼壁内の
冷却空気孔分布が疎となり、充分な冷却ができない区域
を生じ易いが、本発明によれば、例えば第6図の実施例
に見られるごとく、冷却空気孔8と同9とが翼の前縁付
近で立体的に交差するので、翼の強度を著しく低下させ
る虞れ無しに両前縁部における翼壁内の空気冷却孔分布
が密となり、しかも空気冷却孔8,9は直交面H(線h
)と斜交するためその長さが長い。従って効果的な冷却
が行われ、冷却不良の区域を解消することができる。
また、上述のように冷却空気孔8.9を立体的に交差さ
せて翼壁内で相互に連通しないように構成しであるので
、翼表面部における主流ガスの差圧の影響によって主流
ガスが冷却空気孔内に逆流(10) してバイパスする虞れが無い。
以上説明したように、冷却空気孔を直交面1−1に交わ
らせて配列するという本発明に係る構成は、これを静翼
にも、動翼にも適用することができる。
以上詳述したごとく、本発明は、静翼と動翼とで構成さ
れるガスタービンの翼列において、静翼と動翼とのうち
少なくともいずれか一方の翼の前縁部に、翼の最前縁の
線と、上記の最前縁の線において翼の外面に接する平面
と前記最前縁の線全通りかつ上記の外接平面に直交する
面(以下、直交面と言う)とを想定し、前記最前縁の線
の両側にそれぞれ複数個の冷却空気孔の吹出1−、−1
 i列設するとともに、上記複数個の冷却空気孔はそれ
ぞれ前記の直交面に交わるごとく配設し、かつ、各冷却
空気孔は相互に連通しないように翼長方向に離間して交
差せしめることにより、翼前縁部における冷却効率を向
上させるとと、、もに、翼表面付近に冷却空気の剥離流
の発生を防止して、空力損失を減少せしめしかも有効な
翼冷却を行うことができる。
(11)
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は従来一般に用いられている空気冷却
翼ケ示し、第1図は横断面図、第2図は斜視図、第3図
はガス流全模式的に描いた説明図である。第4図乃至第
8図は本発明に係るガスタービンのタービン翼前縁部の
冷却装置を備えた空気冷却翼の一実施例?示し、第4図
は横断面図、第5図は想定線枝、び想定面を記入した説
明図、第6図は翼前縁部の拡大断面図、第7図は;i、
Sl祝1¥1、第8図はガス流を模式的に描いた説明図
である。 第9図及び第1Oし1け上記と異なる実施例ケ示し、第
9図は翼前線部の、購断面図、第10図は斜視図である
。 111.翼表面、2・・・Lt壁、3,8.9・・・冷
却空気孔、3 a 、 8d 、 9 a 、−・冷却
空気流入1]、:(b 、 81) 。 9b・・・冷却空気吹出口、4・・・冷却空気、4a・
・・冷却空気流動層、4b・・・冷却空気剥離部、5・
・・空気呈、6・・・主流ガス、7・・・四部。 代(!■1人 弁理士 秋木工実 (12) 闇1図 爾3図 τ51男 式 Jv−′ 9− 奮7図 「訴

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、静翼と動翼とで構成されるガスタービンの翼列にお
    いて、静翼と動翼とのうち少なくともいずれか一方の翼
    の前縁部に、翼の最前縁の線と、上記の最前縁の線にお
    いて翼の外面に接する平面と、前記最前縁の線を通りか
    つ上記の外接平面に直交する面(以下、直交面と言う)
    と全想定し、前記最前縁の線の両側にそれぞれ複数個の
    冷却空気孔の吹出口を列設するとともに、上記複数個の
    冷却空気孔はそれぞれ前記の直交面に交わるごとく配設
    し、かつ、各冷却空気孔は相互に連通しないように翼長
    方向に離間して交差せしめたことを特徴トスるガスター
    ビンのタービン翼前縁部の冷却装置。 2、前記の動翼と静翼とのうち少なくともいずれか一方
    の翼は前縁付近の内面に凹部若しくは溝部を形成し、上
    記の四部若しくは溝部に冷却空気孔の入口部を連通させ
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のガス
    タービンのタービン翼前縁部の冷却装置。
JP14949581A 1981-09-24 1981-09-24 ガスタ−ビンのタ−ビン翼前縁部の冷却装置 Pending JPS5851202A (ja)

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