WO1997019257A1 - Aube pour turbine a gaz - Google Patents

Description

明 細 書 ガスタービン翼

技術分野

本発明はシャワーへッ ド冷却機構を備えたガスタ一ビン翼に関する。 技術背景

フィルム冷却は、 高温ガス夕一ビンの空冷翼においては、 いまや欠かせ ない技術となっている。 図 3及び図 4により、 従来のこの種技術を説明す る。 図 3は空冷翼の断面図、 図 4はシャワーへッ ド冷却孔の配列を示す斜 視図である。

一般に高温ガスタービンの翼には図 3に示すように、 その先端縁にシャ ヮ一へッ ド冷却孔 S Cが、 翼背面の上流側と翼腹面の下流側にはフィルム 冷却孔 F C力く、 また、 翼の後端縁にはピンフィ ン冷却孔 P Cが設けられて いる。

このうちシャワーへッ ド冷却孔 S Cは、 図 4に示すように、 翼 2の先端 縁でチップ側 T Sからハブ側 H Sにかけて直線的に配列され、 幾何学的に ガスの流れの方向に向けて穿孔されている。

シャワーへッ ド冷却やフィルム冷却は、 ガス流通面に冷却空気を吹き出 して翼面を覆うことにより冷却効率を向上させる方法である。

しかし冷却空気を強く吹き出しすぎると、 冷却空気が翼面から剥離して 主流ガスと混合してしまい、 フィルム冷却本来の効果を発揮できないし、 吹き出しが弱 、と冷却空気量の不足から、 この場合も冷却効果を発揮し得 ない。 従って翼面をフィルムが最適に覆うように考慮しなければならない ものである。 発明の開示

前述したようにシャワーへッ ド冷却孔 S Cを幾何学的に流れ方向に向け て位置させると、 燃焼器のスワール旋回方向によって翼のチップ側 T Sと ハブ側 H Sとでは、 圧力分布の相異が生ずる。

一方フィルム冷却空気圧は一定に供給されるため差圧が僅かしか取れな い部位 （チップとハブとの中間部位） が生ずる。 このため冷却孔から吹き 出す冷却空気流速が低下し冷却効果が損なわれるという問題がある。 本発明はこの問題点を解消し、 冷却孔の位置にかかわらず圧力を一定に して、 均一な冷却を行うようにしたものを提供することを課題とする。 本発明は前記課題を解決するべくなされたもので、 翼先端部に穿孔され た複数のシャワーへッ ド冷却孔を、 燃焼器のスワール旋回方向に応じて、 チップ側からハブ側に至るに従って上流から見て左右いずれか一方側に寄 せて一線上に配置したことを特徴とするガスタービン翼を提供し、 このよ うに上流に配置された燃焼器のスワール旋回方向を考慮して、 シャワーへ ッ ド冷却孔の配列をチップ側のものからハブ側のものに至るに従つて上流 力、ら見て左側または右側に寄る線上に配列することにより、 各冷却孔位置 での圧力が翼長方向で一定となり、 また冷却空気圧力との差圧も同様に一 定となり、 均一な冷却が達成しうるようにしたものである。

また本発明は、 前記複数のシャヮ一へッ ド冷却孔は、 燃焼器のスワール 旋回方向が右旋回の場合にはチップ側のものはハブ側のものより上流側か ら見て左側に寄せて一線上に配置したガスタービン翼を提供し、 前記上流 に配置された燃焼器のスヮール旋回方向が右旋回の場合には、 シャワーへ ッ ド冷却孔の配列をチップ側のものからハブ側のものに至るに従って上流 から見て左側に寄る線上に配列することにより、 各冷却孔位置での圧力が 翼長方向で一定となり、 また冷却空気圧力との差圧も同様に一定となり、 均一な冷却が達成しうるようにしたものである。

また本発明は、 前記複数のシャワーへッ ド冷却孔は、 燃焼器のスワール 旋回方向が左旋回の場合にはチップ側のものはハブ側のものより上流側か ら見て右側に寄せて一線上に配置したガスタービン翼を提供し、 前記上流 に配置された燃焼器のスヮール旋回方向が左旋回の場合には、 シャワーへ ッ ド冷却孔の配列をチップ側のものからハブ側のものに至るに従つて上流 から見て右側に寄る線上に配列することにより、 各冷却孔位置での圧力が 翼長方向で一定となり、 また冷却空気圧力との差圧も同様に一定となり、 均一な冷却が達成しうるようにしたものである。

また本発明は、 前記複数のシャワーへッ ド冷却孔から、 冷却空気を噴出 して翼表面を冷却するガスタービン翼を提供し、 シャワーへッ ド冷却孔か ら噴出して翼表面を冷却する冷却媒体として冷却空気を採用することによ り、 確実かつ的確に所期の冷却が達成しうるようにしたものである。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の一形態に係るガスタービン翼のシャワーへッ ド冷 却孔を示す斜視図。

図 2は図 1のシャワーへッ ド冷却孔の圧力状況を従来のものにおける圧 力状況と比較して示す説明図。

図 3は従来のガスタービン翼の空冷構造を示す断面図。

図 4は従来のガスタ一ビン翼のシャワーへッ ド冷却孔を示す斜視図。 発明を実施するための最良の形態 本発明の実施の一形態を図 1及び図 2に基づいて説明する。 図 1はガス タービン空冷翼の斜視図、 図 2は本実施の形態における冷却孔の穿孔位置 を従来のものと対比した比較図である。

1はシャワーへッ ド冷却孔で、 翼 2の先端縁でチップ側 T Sからハブ側 H Sにかけて一線上に列になって複数個穿孔されている。 そしてこのシャ ヮ一へッ ド冷却孔 1は、 図中矢印 Cで示すような燃焼器のスワール旋回方 向に合せて穿孔位置がずれている。

即ち、 前記矢印 Cのようにスワール旋回方向が右旋回の場合には、 チッ プ側 T Sのシャワーへッ ド冷却孔 1位置を翼の上流側から見て左側 （本実 施形態では翼の背側） Aに寄せてあり、 ハブ側 H Sに来るに従ってシャヮ —へッ ド冷却孔 1は翼の上流側から見て右側 （本実施形態では翼の腹側） Bに寄せられている。 なお、 特に図示しないが、 燃焼器スワール旋回方向 が左旋回の場合は、 これと逆に寄せて穿孔する。

本実施の形態は、 前記したようにシャワーへッ ド冷却孔 1をスワール旋 回方向に対応させてずらせている。 この場合の空気の流れと圧力変化の状 況を従来装置のように冷却孔を直線状に配列したものと対比してみると図 2のようになる。

即ち、 図 2の左側で Xの位置に示すように、 従来装置でチップ側 T Sか らハブ側 H Sにかけて直線状に穿孔された冷却孔の場合には、 ガス流れの 圧力分布 の変化に対し冷却空気圧 P ₂ は一定でしかも定位置にあるの で、 その差圧 Δ Pは翼 2の高さ方向で異る位置 H , ， H ₂ ， H ₃ において 夫々異る差異を生じ、 流れの性状が夫々相違して均一な冷却効果が得られ なく、 特に翼位置 H ₂ 部では冷却空気流速の低下により冷却効果が損なわ れるものである。

それに対しスワール旋回方向を考慮して本実施の形態のように穿孔され たシャワーへッ ド冷却孔 1は、 穿孔の位置が圧力分布に対応してずらされ ているので、 図中中央部の Yの位置に示すように高さ方向の各位置 , Η ₂ , H ₃ において、 冷却空気圧 P ₂ に対し一定の差圧 Δ Ρが得られてい る。 従ってどの位置でも流れの性状は一定であり均一な冷却ができ、 冷却 効率は一段と向上する。

以上、 本発明を図示の実施の形態について説明したが、 本発明はかかる 実施の形態に限定されず、 本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更 を加えてよいことはいうまでもない。

産業上の利用可能性

以上、 本発明によれば、 高温のガスタービン翼において、 シャワーへッ ド冷却孔から冷却空気を噴出してフィルム冷却を行うに際し、 翼のチップ からハブに至るまで冷却孔の位置における圧力が一定となるので、 この位 置での流体の流れの性状はみんな同じとなり、 均一なフィルム冷却が行な われることになる。

従って、 高いフィルム冷却効率が得られ、 翼の信頼性を一段と向上する ことができたものである。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 翼先端部に穿孔された複数のシャワーヘッ ド冷却孔を、 燃焼器のスヮ 一ル旋回方向に応じて、 チップ側からハブ側に至るに従つて上流から見て 左右し、ずれか一方側に寄せて一線上に配置したことを特徴とするガスター ビン翼。

2 . 前記複数のシャワーヘッ ド冷却孔は、 燃焼器のスワール旋回方向が右 旋回の場合にはチップ側のものはハブ側のものより上流側から見て左側に 寄せて一線上に配置したことを特徴とする請求項 1に記載のガスタービン 翼。

3 . 前記複数のシャワーへッ ド冷却孔は、 燃焼器のスヮ—ル旋回方向が左 旋回の場合にはチップ側のものはハブ側のものより上流側から見て右側に 寄せて一線上に配置したことを特徴とする請求項 1に記載のガスタ一ビン 翼。

4 . 前記複数のシャワーへッ ド冷却孔から、 冷却空気を噴出して翼表面を 冷却するようにしたことを特徴とする請求項 1、 2または 3に記載のガス タービン翼。