JPS59200001A - ガスタ−ビン翼 - Google Patents

ガスタ−ビン翼

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Publication number
JPS59200001A
JPS59200001A JP7381483A JP7381483A JPS59200001A JP S59200001 A JPS59200001 A JP S59200001A JP 7381483 A JP7381483 A JP 7381483A JP 7381483 A JP7381483 A JP 7381483A JP S59200001 A JPS59200001 A JP S59200001A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
holes
gas
grooves
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP7381483A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Okamoto
岡本 安夫
Fumio Otomo
文雄 大友
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7381483A priority Critical patent/JPS59200001A/ja
Publication of JPS59200001A publication Critical patent/JPS59200001A/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
    • F01D5/187Convection cooling
    • F01D5/188Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall

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】 [発明の属する技術分野] この発明は翼を気体で冷°却するガスタービン翼に関す
る。
[従来技術と問題点゛]− ガスタービンの熱機関としてのすぐれた点をあげると、
小型軽量、大出力、起動停止が早い等があるが、近年化
石燃料の高価格イεか急で熱機関さしてのガスタービン
も高効率化が要求されている。
特に蒸気タービンと組み合わせだ、コンバインドサイク
ルとして熱効率を評価すると、ガスタービンの高温化が
高効率に繋るため、タービン入口温度を高める技術的背
景がある。
然しなから、実用上はタービン入口温度は無制限に高め
られるもので力く、タービンの翼を構成する月料の耐熱
応力性あるいは、高温酸化、腐蝕等に耐える能力により
制限される。
そこで従来は第1図に示すような翼の内部に冷却気体を
流通させる流路1,2,3,4.5による対流式の冷却
や、内部通路と翼表面に連通ずる吹出孔6,7より冷却
気体を吹出す膜冷却方式を併用した翼が多く用いられて
いる。
このような構成の翼が高温の燃焼ガスに長時間さらされ
ると、翼の前縁部の前縁吹出孔6の周囲にクラックの8
発生する現象が見られる事がある。
まだ燃焼ガスが翼前線部に当り前縁吹出孔6の周囲に固
形物が堆積する現象が分解時に見られる。
前線吹出孔の周囲にクラックが発生、成長すると翼の冷
却に支障を。きたし初期の冷却性能が出す翼面の損傷を
引起しガスタービンとして機能しなくなることがある。
また前縁吹出孔の周囲に固形物が堆積すると冷却気体の
流通量が減少し、冷却性能が保持できなくなシ前記と同
様な結果が考えられる。。
[発明の目的] この発明は上述した従来のガスタービン冷却翼の欠点を
改良したもので、前縁吹出孔部のクランクの発生防止、
固形物の付着の防止をはかシ長期間安定して作動するこ
とのできる、高効率ガスタービン装置用のガスタービン
翼を提供することを目的とする。
[発明の概要] 本発明は高効率化。高信頼性を達成するために翼前線部
に高温ガス流にほぼ直交しかつ翼表面に所定角度をもっ
て削設された溝と、この溝の壁面にほぼ直角に穿設され
た冷却気体の通流する冷却気体の通流孔とを具えたガス
タービン翼である。
[発明の効果] 本発明によれば小孔より気体を吹出す翼に比べて翼表面
を膜状ておおう膜冷却効果を増大できることと、溝を設
けた事により翼前縁部の肉厚を減少させたのと同様な効
果があり耐熱応力性が高まシ、入口ガス温度の高温化や
ガスタービンの負荷変動を早くすることができる。そし
て熱応力が集中する通流孔が溝の内部に入り、直接高温
ガスに接触しないので熱応力を減少でき、通流孔間りに
発生するクラックを予防できる。胛前縁頂部は高温ガス
側の熱伝達率が非常例大きく、ガスタービンの翼でも一
番温度の高い部分である。この前縁頂部は溝へ冷却気体
を供給する連結孔より噴出する冷却気体を高速化するこ
とによシ、効率よく冷却される。溝を設けた事により翼
内面への翼金属を通しての燃伝導を大巾に減少させ、頂
部の肉厚の薄い内側へ冷却空気が噴出できるので翼前縁
頂部の金属温度を翼の他の部分と同等に保つことができ
高効率化、高信頼性を達成することが出来る。
[発明の実施例] 次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第2図は本発明に係るガスタービン翼の一実施例を示す
斜視図で、図中11は高温の燃焼ガスに触れるガスター
ビンの翼本体であり、この翼本体11は真中後部30と
前縁部31とを9の接合面で、溶接又は拡散接合により
一体化したものである。冷却気体は第1図と同じように
翼根部から翼内部流路に流入し、翼前縁部31の溝12
 、13や背側の吹出孔7、後縁吹出部10より主流で
ある高温ガス中に流出する。
第3図は第2図の前縁部横断面拡大図である。
前縁部31は翼中後部加とは別個に鋳造等により基本外
形を作υ、溝12 、13は翼表面と所定角度α、βを
設けて放電加工や電解加工で工作し、翼内部流路2から
溝底部近傍の溝壁面に直角に冷却空気を成句けるための
通流孔14 、15を溝と同様な加工法あるいはレーザ
ー加工法等を用いて削設し、接合面9を溶接や拡散接合
に適した形状に加工する。
図中8の孔は一般的なガスタービンの翼は鋳造する時に
セラミック等で作った中子を用いて孔を設けるが、本実
施例では前縁部31を接合する以前は翼外面に露出して
いるので機械加工や放電加工、レーザー加工等と巾広い
機械加工で寸法精度の高い加工が可能となシ、冷却流体
が翼内を流れる状態が設計者の予定した流量を容易に調
整する事が可能である。
このような実施例のガスタービンの翼を用いる事により
翼前縁部の金属温度が低下し、ガスタービンの入口ガス
温度をより高める事ができ高効率の熱機関を提供する事
ができる。さらに詳細に説明すると、翼根部から翼内部
に流入した冷却気体は第3図の孔8、より前縁部気体流
路2に入る。
この流路2の内面を冷却した気体が通流孔14 、15
を流れ孔内面での冷却と、通流孔14 、15より噴出
した気体が溝12 、13の高温ガス側の壁面に衝突す
ることによシ溝内に乱流が発生し、一般的な対流伝熱の
数倍の熱交換が行なわれその後溝開口部から翼外に噴出
する。これにより翼前線部の主流ガス側の熱伝達が高い
領域でも翼金属温度を健全な温度まで冷却することがで
きる。又、前縁部溝内面に小径の通流孔を溝壁面に直角
に設ける事が前縁部を別個に作り翼内面側から加工する
ことによシ達成し得る。
また前縁部31と真中後部加とに翼本体11を2分割す
ることにより第3図で示す翼本体側に設ける孔8を、鋳
造時にセラミック中子で設けなくても機械加工、放電加
工、電解加工、レーザ加工等と設計条件に応じた高精度
の孔寸法が保持できる。
このことは主流高温ガス圧力と冷却気体供給圧力との差
が少い翼前線部において孔のような圧力損失が発生する
部分が精度良く加工できることは、所要冷却気体流量を
正確につかむことができ、冷却気体の圧力に余裕を見て
いたものを、必要最小限に押え余った圧力をスリットと
の連通孔で用い、高速のジェット気流化が計れ、有効に
翼の冷却が行なえる。
ガスタービンの翼を強度上の要求面から検討すると本発
明による翼は翼内外面、翼外面囲りの両方向とも、翼金
属の温度勾配を小さくすることができる。又、溝12 
、13によシ肉厚が2分割され、溝内側は溝によシ翼金
属による熱の伝導が大巾に減少することにより翼厚さ方
向の温度勾配が小さくなり、熱応力を小さく保つことが
できる。通流孔14 、15の穴まわシは第1図に示し
た従来用いられている翼の吹出孔6のように直接高温ガ
スに触れる構造のものと違い、溝内に収っているので熱
応力がはるかに低い値に収めることが出来るので孔まわ
りに発生するクラックを防止できガスタービンのトラブ
ル発生を未然に防ぐことができる0翼前線部部Uは、図
中破線z5で結んだ形状で翼に外力が作用した時の強度
部材になるため頂部24は熱応力を考慮しておけば良く
、頂部は他の所より温度勾配が少し強いが、頂部の両側
翼面が溝により分離しているだめ端部が固定条件でない
ので熱応力は低い値に十分収る範囲であるっ しかしガスタービンの起動、停止や負荷変動等の時に熱
応力が非定常に発生することもあるので溝の奥部渓、2
7にはコーナーを曲面にし応力の集中を防止し、クラッ
クが発生しにくい構造として    、)も良い。
第4図は本発明の他の実施例を示すもので冷却気体の圧
力と主流高温ガスとの圧力差が大きい場  、合に用い
ると効果的な実施例を示したものである。
図中22は前縁部内面に沿わせた板で、この板nにあら
かじめ多数の小孔乙を平板の時に穿設し、その後板曲げ
を行ったものを翼前縁部31′と同時に溶接や、拡散接
合によって真中後部加′とともに一体成形しガスタービ
ンの翼本体に構成する。溝】6゜17の2列を付加し4
列としスリット内面への連通孔も18 、19 、20
 、21を増設したものである。前線頂部側の溝12’
 、 13’は千鳥配置の複列構成の連通子りを持って
いる0 さらに他の実施例を第5図に示す2、これは/J%孔乙
が穿設された板四を溶接や拡散接合によシ前縁部31′
と真中後部30′の中間に設けた構造の翼で板かの曲げ
加工工程を省略した構造で冷却性能の低下を最少限に押
えだものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービン翼の斜視図、第2図は本発明に係
るガスタービン翼の斜視図、第3図は第2図の要部を拡
大して示す断面図、第4図、第5図は本発明の他の実施
例の要部を拡大して示す断面図である。 2・・・前縁部気体流路、  8一孔、12 、13・
・・溝、 14 、15・・・通流孔。 代理人 弁理士  則 近 息 佑 (ほか1名) 第 1 図 第 2 ′@ 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 翼内部の冷却気体流路に冷却気体を通流させ、翼表面に
    設けた開口部から吹き出すガスタービン翼において、翼
    前線部表面に高温ガス流にほぼ直交する方向に開口部を
    有し、かつ翼表面に所定角度を設けて削設された溝と、
    この溝の壁面にほぼ・直角に穿設された前記冷却気体流
    路と連通ずる冷却気体の通流孔とを具備して成ることを
    特徴とするガスタービン翼。
JP7381483A 1983-04-28 1983-04-28 ガスタ−ビン翼 Pending JPS59200001A (ja)

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