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JP2002161705A - ガスタービン翼 - Google Patents

ガスタービン翼

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JP2002161705A
JP2002161705A JP2001350480A JP2001350480A JP2002161705A JP 2002161705 A JP2002161705 A JP 2002161705A JP 2001350480 A JP2001350480 A JP 2001350480A JP 2001350480 A JP2001350480 A JP 2001350480A JP 2002161705 A JP2002161705 A JP 2002161705A
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leading edge
blade
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    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン翼を、製造技術的に簡単に製造
でき、前縁部が良好に冷却され、その上、空気力学的に
良好な形をしているように形成する。 【解決手段】 前縁部側空洞２１に続く第１部分空洞２
３が、板金で形成された仕切り壁３７によって、第１仕
切り室３１と第２仕切り室３３とに仕切られ、冷却蒸気
５１が、第１仕切り室３１から前縁部側空洞２１に流入
して衝突冷却し、そこから第２仕切り室３３に導入され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却流体を案内す
るための空洞を備えたガスタービン翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような冷却ガスタービン翼は米国特
許第５４３１５３７号明細書に示されている。ガスター
ビン翼はそれを洗流する高温ガスによって非常に高い温
度に曝される。このために、ガスタービン翼は冷却され
ねばならない。ガスタービン翼の前縁部は特に高い熱的
負荷を受ける。この理由から、前縁部は特に強く冷却さ
れねばならない。冷却空気を利用して冷却する際、その
冷却空気の消費がガスタービンの効率を低下させるの
で、冷却空気の消費量をできるだけ少なくすることが望
まれる。ガスタービン翼の冷却作用を改善するために、
冷却媒体を渦巻かせて熱伝達を良好にする渦流発生体
が、ガスタービン翼の空洞内面に設けられている。米国
特許第５４３１５３７号明細書におけるガスタービン翼
の場合、その渦流発生体の構成によって、前縁部の良好
な冷却が達成され、かつタービン翼の鋳造性に対する利
点が得られる。
【０００３】また米国特許第５３２０４８３号明細書に
蒸気冷却ガスタービン翼が示されている。この蒸気冷却
方式はガスタービンの効率に関して適している。もっと
もこの蒸気冷却方式は、冷却空気と異なって蒸気がター
ビン翼から高温ガス通路に導入されないようにするため
に、閉鎖冷却回路を必要とする。ガスタービン翼の前縁
部を冷却するために、その前縁部の輪郭に応じて蒸気を
通路の中に導入する衝突冷却装置が利用されている。そ
の場合、蒸気はその通路から孔を通って前縁部に向かっ
て流れ出て衝突し、この前縁部を冷却する。しかしこの
構造は、製造技術的に非常に経費がかかり、また前縁部
を非常に厚肉にし、空気力学的に最良の形にならなくな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、製造
技術的に簡単に製造でき、前縁部が良好に冷却され、し
かも空気力学的に良好な形をしているガスタービン翼を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、冷却流体を案内するための空洞を有する羽根を備
え、この羽根が翼の背、翼の腹、前縁部および後縁部を
有している翼長手軸線に沿って延びるガスタービン翼に
おいて、空洞が、前縁部に隣接する前縁部側空洞と、こ
の前縁部側空洞に後縁部の方向へ続いている第１部分空
洞とを有し、この第１部分空洞が、前縁部から後縁部の
方向へ延びる仕切り壁によって、第１仕切り室と第２仕
切り室とに仕切られ、冷却流体が、第１仕切り室から衝
突冷却開口を通して前縁部側空洞に流入して、前縁部を
衝突冷却し、そこから第２仕切り室に導入される、こと
によって解決される。
【０００６】この構成によってまず第１に、ガスタービ
ン翼の前縁部範囲に、分割形空洞を設けることが提案さ
れる。これによって、単純な構造で冷却流体を密閉して
案内することができる。この構造は、前縁部の範囲にお
ける複雑に形成された衝突冷却装置を回避し、更に前縁
部を空気力学的に良好に形成することを可能にする。
【０００７】好適には、前縁部側空洞は第１部分空洞か
ら、羽根に結合されたリブによって分離されている。こ
のリブは、ガスタービン翼においては通常、翼の背から
翼の腹まで延びておらず、空洞内で終えている。そのリ
ブは、例えば鋳造タービン翼の場合、一体鋳造される。
冷却流体は第１仕切り室からリブを介して前縁部側空洞
に導かれる。そのために、リブに衝突冷却開口が設けら
れている。更に好適には、この衝突冷却開口はスリット
として形成されている。そのスリット付きリブは製造技
術的に簡単に製造でき、最良の衝突冷却条件を提供す
る。
【０００８】好適には、第１部分空洞に後縁部の方向へ
第２部分空洞が続き、この第２部分空洞が、翼の背から
翼の腹まで延びる隔壁によって第１部分空洞から分離さ
れ、冷却流体が隔壁にある通路を通して、第２仕切り室
から第２部分空洞に導入される。その場合更に、冷却流
体は、第１仕切り室内において翼長手軸線に対して平行
に、第２仕切り室内において翼長手軸線に対して直角
に、第２部分空洞内において翼長手軸線に対して平行
に、それぞれ導かれる。これによって、第１部分空洞の
両仕切り室内における冷却流体が互いに直交する流れ方
向を有するという状況が生ずる。
【０００９】好適には仕切り壁は板金である。これは正
に、鋳造ガスタービン翼において仕切り壁を一体鋳造す
る必要がないので、製造技術を一層単純化させる。仕切
り壁は鋳造タービン翼に簡単に嵌め込まれる。好適に
は、仕切り壁は、一体鋳造された渦流発生体間にある溝
に締付け固定され、及び／又は、特に隔壁に特別に設け
られた段部に接合される。更に好適には、仕切り壁は第
２仕切り室を前縁部側空洞から分離する。仕切り壁は前
縁部側空洞から第２仕切り室に冷却流体を導入するため
の開口を有している。この形成は、特に好適には、前縁
部側空洞を第１仕切り室から分離するリブと関連づけら
れる。一方ではリブによって、他方では板金として接合
された仕切り壁によって、前縁部側空洞が第１部分空洞
から分離されている。その板金は好適にはリブに接触支
持されている。
【００１０】好適にはそのガスタービン翼は静翼として
形成されている。
【００１１】好適には冷却流体は蒸気である。
【００１２】蒸気冷却方式は冷却空気が節約できるとい
う利点を有し、従ってガスタービンの効率が向上し、出
力が増大する。静翼はタービン車室に結合され、このタ
ービン車室を通して冷却蒸気を導入できるので、正に本
発明は、静翼に対して良好に適用される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下において図に示した実施例を
参照して本発明を詳細に説明する。各図において同一部
分には同一符号が付されている。
【００１４】図１には、ガスタービン翼１が側面図で示
されている。このガスタービン翼１は静翼として形成さ
れ、翼長手軸線３に沿って延びている。ガスタービン翼
１は羽根（翼形部）５を有している。この羽根５は翼の
背７と翼の腹９とを有し、また高温活動流体に対する前
縁部１１と後縁部１３とを有している。羽根５はタービ
ン車室側翼台座１５とロータ側翼台座１７との間に配置
されている。羽根５は冷却流体を案内するための空洞１
９を有している。以下、この羽根５の内部冷却構造につ
いて、図を参照して詳細に説明する。
【００１５】図２には、図１におけるガスタービン翼１
が横断面図で示されている。空洞１９は、前縁部１１の
範囲にある前縁部側空洞２１と、この前縁部側空洞２１
に後縁部１３の方向へ続いている第１部分空洞２３と、
この第１部分空洞２３に続いている第２部分空洞２５
と、この第２部分空洞２５に続いている後縁部側空洞２
７とから構成されている。第１部分空洞２３は第１仕切
り室３１と第２仕切り室３３とに仕切られている。これ
らの両仕切り室３１、３３は仕切り壁３７によって仕切
られて形成されている。この仕切り壁３７は第１部分空
洞２３内を延び、前縁部から後縁部の方向へ延びてい
る。従って、両仕切り室３１、３３は互いに並んで軸線
方向に延びている。仕切り壁３７は同時に、第２仕切り
室３３を前縁部側空洞２１から区切っている。前縁部側
空洞２１は、翼の腹９から翼の背７までの距離の約半分
まで翼の腹９から空洞１９の中に突入しているリブ３５
によって、第１仕切り室３１から分離されている。これ
によって、リブ３５とこのリブ３５に接する仕切り壁３
７とによって、前縁部側空洞２１が第１部分空洞２３か
ら分離されている。リブ３５にスリット状衝突冷却開口
５５が設けられている（図３参照）。仕切り壁３７の前
縁部側空洞２１に隣接する側に、開口６１が設けられて
いる。第１部分空洞２３は、翼の腹９から翼の背７まで
完全に延びている隔壁３９によって、第２部分空洞２５
から分離されている。この隔壁３９はそのほぼ中央部分
に、翼長手軸線３に沿って延びる段部４１を有してい
る。第１部分空洞２３における羽根内面に、翼長手軸線
３に対して直角に延びる渦流発生体４５が配置されてい
る。また前縁部側空洞２１における羽根内面にも、翼長
手軸線３に対して直角に延びる渦流発生体４３が配置さ
れている。これらの両渦流発生体４３、４５間を、翼長
手軸線３に対してほぼ平行に溝４４が延びている。仕切
り壁３７は板金で形成され、その一端は溝４４内に保持
され、他端は隔壁３９の段部４１に接している。この仕
切り壁３７は更にリブ３５に取り付けられている。この
構成は、特に鋳造ガスタービン翼１の中に仕切り壁３７
を非常に簡単に組み込むことを可能にする。
【００１６】ガスタービン翼１の使用中、冷却流体（特
に蒸気）５１が、第１部分空洞２３の第１仕切り室３１
に導入される。第１仕切り室３１内において冷却流体５
１は翼長手軸線３に対して平行に導かれる。その冷却流
体５１は、ガスタービン翼１の前縁部１１が内側から衝
突冷却されるように、第１仕切り室３１からリブ３５に
ある衝突冷却開口５５を通して前縁部側空洞２１の中に
達する。それ後この冷却流体５１は、仕切り壁３７にあ
る開口６１（図４参照）を通って第２仕切り室３３に流
入し、そこで冷却流体５１は翼長手軸線３に対して垂直
に流れる。冷却流体５１は第２仕切り室３３から隔壁３
９にある通路６３を通って第２部分空洞２５に流入し、
そこで冷却流体５１は、翼長手軸線３に対して平行に導
かれ、ガスタービン翼１から排出される。
【００１７】この製造技術的に特に単純かつ安価な構造
によって、特に蒸気冷却のために冷却流体を閉鎖式に案
内でき、前縁部を特に空気力学的に良好に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービン翼（静翼）の正面図。
【図２】図１のガスタービン翼の横断面図。
【図３】図２におけるスリット付きリブの横断面図。
【図４】図２のガスタービン翼の一部断面斜視図。
【符号の説明】 １ ガスタービン翼 ３ 翼長手軸線 ５ 羽根（翼形部） ７ 翼の背 ９ 翼の腹 １１ 前縁部 １３ 後縁部 １５ 翼台座 １７ 翼台座 １９ 空洞 ２１ 前縁部側空洞 ２３ 第１部分空洞 ２５ 第２部分空洞 ２７ 後縁部側空洞 ３１ 第１仕切り室 ３３ 第２仕切り室 ３５ リブ ３７ 仕切り壁 ３９ 隔壁 ４１ 段部 ４３ 渦流発生体 ４５ 渦流発生体 ５１ 冷却流体 ５５ 衝突冷却開口 ６１ 開口 ６３ 通路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冷却流体（５１）を案内するための空洞
    （１９）を有する羽根（５）を備え、この羽根（５）が
    翼の背（７）、翼の腹（９）、前縁部（１１）および後
    縁部（１３）を有している翼長手軸線（３）に沿って延
    びるガスタービン翼（１）において、空洞（１９）が、
    前縁部（１１）に隣接する前縁部側空洞（２１）と、こ
    の前縁部側空洞（２１）に後縁部（１３）の方向へ続い
    ている第１部分空洞（２３）とを有し、この第１部分空
    洞（２３）が、前縁部（１１）から後縁部（１３）の方
    向へ延びる仕切り壁（３７）によって、第１仕切り室
    （３１）と第２仕切り室（３３）とに仕切られ、冷却流
    体（５１）が、第１仕切り室（３１）から衝突冷却開口
    （５５）を通して前縁部側空洞（２１）に流入して、前
    縁部（１１）を衝突冷却し、そこから第２仕切り室（３
    ３）に導入されることを特徴とするガスタービン翼。
  2. 【請求項２】 前縁部側空洞（２１）が第１部分空洞
    （２３）から、羽根（５）に結合されたリブ（３５）に
    よって分離されていることを特徴とする請求項１記載の
    ガスタービン翼。
  3. 【請求項３】 衝突冷却開口（５５）が、リブ（３５）
    に対して直角にこのリブ（３５）内を延びるスリットに
    よって形成されていることを特徴とする請求項２記載の
    ガスタービン翼。
  4. 【請求項４】 第１部分空洞（２３）に後縁部（１３）
    の方向へ第２部分空洞（２５）が続き、この第２部分空
    洞（２５）が、翼の背（７）から翼の腹（９）まで延び
    る隔壁（３９）によって第１部分空洞（２３）から分離
    され、冷却流体（５１）が隔壁（３９）にある通路（６
    ３）を通して、第２仕切り室（３３）から第２部分空洞
    （２５）に導入されることを特徴とする請求項１記載の
    ガスタービン翼。
  5. 【請求項５】 冷却流体（５１）が、第１仕切り室（３
    １）内において翼長手軸線（３）に対して平行に、第２
    仕切り室（３３）内において翼長手軸線（３）に対して
    直角に、第２部分空洞（２５）内において翼長手軸線
    （３）に対して平行に、それぞれ導かれることを特徴と
    する請求項５記載のガスタービン翼。
  6. 【請求項６】 仕切り壁（３７）が板金であることを特
    徴とする請求項１記載のガスタービン翼。
  7. 【請求項７】 仕切り壁（３７）が第２仕切り室（３
    ３）を前縁部側空洞（２１）から分離し、仕切り壁（３
    ７）が、前縁部側空洞（２１）から第２仕切り室（３
    ３）に冷却流体（５１）を導入するための開口（６１）
    を有していることを特徴とする請求項６記載のガスター
    ビン翼。
  8. 【請求項８】 静翼として形成されていることを特徴と
    する請求項１記載のガスタービン翼。
  9. 【請求項９】 冷却流体（５１）が蒸気であることを特
    徴とする請求項１記載のガスタービン翼。
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