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JP2014066224A - Gas turbine blade - Google Patents

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JP2014066224A
JP2014066224A JP2012213531A JP2012213531A JP2014066224A JP 2014066224 A JP2014066224 A JP 2014066224A JP 2012213531 A JP2012213531 A JP 2012213531A JP 2012213531 A JP2012213531 A JP 2012213531A JP 2014066224 A JP2014066224 A JP 2014066224A
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JP
Japan
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gas turbine
cooling
film cooling
cooling air
cooling hole
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Pending
Application number
JP2012213531A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Miyoshi
市朗 三好
Tetsuro Morisaki
哲郎 森崎
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 JP2012213531A priority Critical patent/JP2014066224A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine blade capable of reducing pressure loss by reducing a separating region at a film cooling air inlet portion, reducing power of a cooling air supply source, and further improving film cooling efficiency.SOLUTION: A conical inlet portion is disposed at an inlet side of high pressure, of a film cooling hole. The conical shape is defined to have a bottom surface on a wall surface at a high pressure side, of a film cooling hole disposed, for example, on an aerofoil portion of a gas turbine blade, and an end wall portion at an outer peripheral side or an inner peripheral side of the aerofoil portion, to guide cooling air, and to guide the cooling air to a surface of the aerofoil portion and the like.

Description

本発明は、ガスタービン翼に係り、特にフィルム冷却孔を有するガスタービン翼に関する。   The present invention relates to a gas turbine blade, and more particularly to a gas turbine blade having a film cooling hole.

ガスタービンのタービン翼は高温ガスに曝される。従って、高温ガスによる高温酸化や減肉損傷を防ぐため、翼形部、翼形部の内周側や外周側のエンドウォール部を冷却する必要がある。そこで、圧縮機から抽気した空気をガスタービン翼の内部に形成された冷却流路に供給して冷却流路壁が対流冷却されるようにし、また、ガスタービン翼表面に複数の貫通孔(フィルム冷却孔)を設定して冷却流路から空気をガスタービン翼表面に噴出させ表面上を流すフィルム冷却によりガスタービン翼の温度上昇を抑制している。   The turbine blades of the gas turbine are exposed to hot gas. Therefore, in order to prevent high-temperature oxidation and thinning damage due to high-temperature gas, it is necessary to cool the airfoil portion, the inner peripheral side of the airfoil portion, and the end wall portion on the outer peripheral side. Therefore, the air extracted from the compressor is supplied to the cooling flow path formed inside the gas turbine blade so that the cooling flow path wall is convectively cooled, and a plurality of through holes (films) are formed on the surface of the gas turbine blade. The cooling of the gas turbine blade is suppressed by film cooling that sets a cooling hole) and jets air from the cooling flow path to the surface of the gas turbine blade and flows over the surface.

冷却空気は主流ガスと混合し、混合損失を発生させる。これによりタービンの熱効率は減少する。従来は、冷却空気を削減するために、フィルム冷却孔の圧力が低い出口側の形状を工夫し冷却効率を上げる工夫が多くなされている。   The cooling air mixes with the mainstream gas and generates a mixing loss. This reduces the thermal efficiency of the turbine. Conventionally, in order to reduce cooling air, many ideas have been made to improve the cooling efficiency by devising the shape of the outlet side where the pressure of the film cooling hole is low.

フィルム冷却孔の圧力が高い入口側の形状については、これまで余り検討されていない。フィルム冷却孔の圧力が高い入口側の形状について工夫したものとしては、例えば、特許文献1や特許文献2に提案されたものがある。特許文献1には、冷却空気孔が低温側の壁に対し垂直になるように構成し、冷却空気孔密度を高温側よりも低温側を小さくして、低温側の対流冷却量を制限し、壁材料内の熱的応力を低減することが提案されている。また、特許文献2には、翼内壁に翼高さ方向に溝を設け、溝の底部から翼外表面に開口する冷却孔を設け、溝により翼内壁の境界層の発達を減少させて、内壁熱伝達率を増大させ、冷却効率を高めることが提案されている。また、フィルム冷却孔の圧力が高い側から低い側の全体を工夫したものとして、特許文献3には、フィルム冷却孔を噴出口に向かうに従い断面積が減少する先細り形状として、空気がフィルム冷却孔を通る過程で加速されるようにして、主流との速度差を減少させ、混合損失を低減するようにしたものが提案されている。   The shape on the inlet side where the pressure of the film cooling hole is high has not been studied so far. As what devised about the shape of the entrance side where the pressure of a film cooling hole is high, there exist some which were proposed by patent documents 1 and patent documents 2, for example. In Patent Document 1, the cooling air holes are configured to be perpendicular to the wall on the low temperature side, the cooling air hole density is made smaller on the low temperature side than on the high temperature side, and the convective cooling amount on the low temperature side is limited, It has been proposed to reduce the thermal stress in the wall material. Further, in Patent Document 2, a groove is provided in the blade inner wall in the blade height direction, a cooling hole opening from the bottom of the groove to the outer surface of the blade is provided, and the development of the boundary layer of the blade inner wall is reduced by the groove. It has been proposed to increase the heat transfer rate and increase the cooling efficiency. Moreover, as what devised the whole of the low side from the high pressure side of a film cooling hole, in patent document 3, air is made into a taper shape where a cross-sectional area reduces as it goes to a jet nozzle, and air is a film cooling hole. It has been proposed to reduce the mixing loss by reducing the speed difference from the mainstream by accelerating in the process of passing through.

特開昭57-309号公報JP-A-57-309 特開昭59-113204号公報JP 59-113204 特開2008-215233号公報JP 2008-215233 A

本発明者等の検討によれば、フィルム冷却孔の圧力が高い入口側では、冷却空気プレナムからの流れの不均一性が原因となり、流れ場に剥離領域が存在することが見出された。この剥離領域により圧力損失が生じフィルム冷却孔の入口と出口間の圧力差の増大を招き、フィルム冷却効率低下の原因となる。また、フィルム冷却空気を供給する装置の動力増にも繋がる。   According to the study by the present inventors, it has been found that on the inlet side where the pressure of the film cooling hole is high, there is a separation region in the flow field due to non-uniformity of the flow from the cooling air plenum. This peeling region causes a pressure loss and causes an increase in the pressure difference between the inlet and outlet of the film cooling hole, which causes a reduction in film cooling efficiency. Moreover, it leads also to the power increase of the apparatus which supplies film cooling air.

上述の特許文献1〜3では、フィルム冷却孔の圧力が高い入口側に生じる剥離領域については何ら考慮されておらず、特許文献1〜3の構成によってもフィルム冷却孔の圧力が高い入口側に生じる剥離領域を小さくすることができない。   In the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, no consideration is given to the separation region that occurs on the inlet side where the pressure of the film cooling hole is high, and even on the inlet side where the pressure of the film cooling hole is high even with the configuration of Patent Documents 1 to 3. The resulting peeled area cannot be reduced.

本発明は、フィルム冷却空気入口部での剥離領域を小さくすることが可能なガスタービン翼を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the gas turbine blade which can make small the peeling area | region in a film cooling air inlet part.

本発明は、フィルム冷却孔の圧力が高い入口側に円錐形状の入口部を設けたことを特徴とする。   The present invention is characterized in that a conical inlet portion is provided on the inlet side where the pressure of the film cooling hole is high.

本発明によれば、フィルム冷却空気入口部での剥離領域を小さくすることができる。この結果、圧力損失を減らし、冷却空気の供給源の動力を削減でき、また、フィルム冷却効率を向上させることができる。   According to this invention, the peeling area | region in a film cooling air inlet part can be made small. As a result, the pressure loss can be reduced, the power of the cooling air supply source can be reduced, and the film cooling efficiency can be improved.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

本発明が適用されるガスタービンの概略構成を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine to which the present invention is applied. ガスタービン動翼における冷却構造の一例を説明する図。The figure explaining an example of the cooling structure in a gas turbine moving blade. ガスターン翼の翼形部の断面形状を示す図。The figure which shows the cross-sectional shape of the airfoil part of a gas turn blade. フィルム冷却孔の機能を説明するフィルム冷却孔断面図。Film cooling hole sectional drawing explaining the function of a film cooling hole. フィルム冷却孔内部で発生する剥離現象を説明する図。The figure explaining the peeling phenomenon which generate | occur | produces inside a film cooling hole. 本発明の実施例におけるフィルム冷却孔断面図。The film cooling hole sectional drawing in the Example of this invention. 本発明の実施例におけるフィルム冷却孔を冷却空気加圧側からみた説明図。Explanatory drawing which looked at the film cooling hole in the Example of this invention from the cooling air pressurization side. 本発明の他の実施例におけるフィルム冷却孔断面図である。It is sectional drawing of the film cooling hole in the other Example of this invention. 本発明の他の実施例におけるフィルム冷却孔を冷却空気加圧側からみた説明図。Explanatory drawing which looked at the film cooling hole in the other Example of this invention from the cooling air pressurization side. 翼表面のフィルム冷却孔に本発明の実施例を適用した説明図。Explanatory drawing which applied the Example of this invention to the film cooling hole of a wing | blade surface. 本発明の実施例における圧縮機動力の削減効果を説明する図。The figure explaining the reduction effect of the compressor power in the Example of this invention.

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず、図1を用いて本発明が適用されるガスタービンの概略構成について説明する。   First, a schematic configuration of a gas turbine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.

ガスタービンは大きく分けて、圧縮機、燃焼器、およびタービンから構成されている。圧縮機5は大気から吸い込んだ空気を作動流体として圧縮し、燃焼器6は圧縮機5から供給された圧縮空気に燃料を混合して燃焼することで高温高圧のガスを生成する。高温高圧のガスは、静翼8と動翼4で構成されるタービンに導入される。動翼4は、静翼8とともに交互に配置され、ローター1のホイール部の外周側に設けられた溝に植え込まれる構造が一般的である。静翼8はケーシング7に支持されている。高温高圧のガスは静翼8を介して動翼4に吹きつけられ動翼4を介してローター1を駆動する。ローター1には圧縮機5の動翼も備えており、圧縮機5はローター1を介してタービンによって駆動される。   A gas turbine is roughly divided into a compressor, a combustor, and a turbine. The compressor 5 compresses air sucked from the atmosphere as a working fluid, and the combustor 6 mixes fuel with the compressed air supplied from the compressor 5 and burns to generate high-temperature and high-pressure gas. The high-temperature and high-pressure gas is introduced into the turbine composed of the stationary blade 8 and the moving blade 4. In general, the moving blades 4 are alternately arranged together with the stationary blades 8 and are implanted in grooves provided on the outer peripheral side of the wheel portion of the rotor 1. The stationary blade 8 is supported by the casing 7. The high-temperature and high-pressure gas is blown to the moving blade 4 through the stationary blade 8 and drives the rotor 1 through the moving blade 4. The rotor 1 also includes moving blades of the compressor 5, and the compressor 5 is driven by the turbine via the rotor 1.

ガスタービンは効率向上のために高温化の傾向にあり、高温の燃焼ガスに曝されるガスタービン翼の表面温度は使用される耐熱合金の限界温度を超えるため、ガスタービン翼(動翼4、静翼8)の冷却が必要とされる。図2及び図3を用いて翼冷却構造の一例について説明する。   Gas turbines tend to be heated to increase efficiency, and the surface temperature of gas turbine blades exposed to high-temperature combustion gas exceeds the limit temperature of the heat-resistant alloy used. Cooling of the stationary blade 8) is required. An example of the blade cooling structure will be described with reference to FIGS.

図2に示すように、動翼4は、タービンローター側に位置する内周側エンドウォール部と、内周側エンドウォール部の内面10から半径位置が大きくなる方向に延びる翼形部12とを有している。翼形部12の半径が最も大きくなる翼先端とガス流路面を形成する静翼の外周側エンドウォール部外面16との間に流体が流れる間隙17が形成されている。また、翼形部12は中空部を有し、中空部に冷却媒体を流して翼を内部から冷却するように構成されている。冷却媒体(冷却空気)供給源としては圧縮機5が用いられることが多い。圧縮機5の中間段や出口等から抽気された冷却空気は、ローター1に設けられた冷却空気導入孔を用いて動翼4に導入される。図2では冷却空気入口9から翼形部12の内部に冷却空気が導入され、矢印の方向に冷却空気が流れ翼形部を冷却する仕組みになっている。図2では、ピンフィン9cや乱流促進リブ9dが翼内部に設けられ、対流冷却性能を向上させている。翼内部を冷却後の冷却空気は内周壁に設けられた排出孔15より排出され、やがてはガスパス路に排出される。また、ローター1も冷却されており、ローター1を冷却した空気は、内周側の静翼13,14と動翼4との隙間から矢印18,19のようにガスパス路に流入する。   As shown in FIG. 2, the moving blade 4 includes an inner peripheral end wall portion located on the turbine rotor side, and an airfoil portion 12 extending in a direction in which the radial position increases from the inner surface 10 of the inner peripheral end wall portion. Have. A gap 17 through which a fluid flows is formed between the blade tip where the radius of the airfoil portion 12 becomes the largest and the outer peripheral end wall portion outer surface 16 of the stationary blade forming the gas flow path surface. The airfoil portion 12 has a hollow portion, and is configured to cool the blade from the inside by flowing a cooling medium in the hollow portion. The compressor 5 is often used as a cooling medium (cooling air) supply source. Cooling air extracted from an intermediate stage or an outlet of the compressor 5 is introduced into the moving blade 4 using a cooling air introduction hole provided in the rotor 1. In FIG. 2, the cooling air is introduced into the airfoil 12 from the cooling air inlet 9, and the cooling air flows in the direction of the arrow to cool the airfoil. In FIG. 2, pin fins 9c and turbulent flow promoting ribs 9d are provided inside the blades to improve the convection cooling performance. The cooling air after cooling the inside of the blade is discharged from the discharge hole 15 provided in the inner peripheral wall, and is eventually discharged to the gas path. Further, the rotor 1 is also cooled, and the air that has cooled the rotor 1 flows into the gas path path as indicated by arrows 18 and 19 from the gap between the stationary vanes 13 and 14 and the moving blades 4 on the inner peripheral side.

図3に翼形部12の断面形状を示す。翼形部は、翼弦方向に凹形状をなす圧力面10b(翼腹側部)と、翼弦方向に凸形状をなす負圧面10a(翼背側部)と、翼前縁12aと、翼後縁12bとを有し、翼厚みが前縁側より中央側に向かうにしたがい徐々に大きくなり、かつその途中より後縁側に向かうにしたがい徐々に翼厚み小さくなるように形成されている。この翼形部の内部に空気冷却室を構成する中空部が設けられ、中空部に冷却媒体を流して翼を内部から冷却するように構成されている。図3では、翼内面をインピンジメント冷却するためにインピンジ冷却孔が形成されたインサート部材9a,9bが設けられている。図示省略しているが、冷却後の冷却空気は内周壁に設けられた排出孔より排出され、やがてはガスパス路に排出される。   FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the airfoil portion 12. The airfoil portion includes a pressure surface 10b (blade ventral side portion) that is concave in the chord direction, a negative pressure surface 10a (blade back side portion) that is convex in the chord direction, a blade leading edge 12a, The blade edge 12b is formed such that the blade thickness gradually increases from the front edge side toward the center side and gradually decreases from the middle toward the rear edge side. A hollow portion constituting an air cooling chamber is provided inside the airfoil portion, and the blade is cooled from the inside by flowing a cooling medium in the hollow portion. In FIG. 3, insert members 9a and 9b each having an impingement cooling hole are provided for impingement cooling the blade inner surface. Although not shown, the cooled cooling air is discharged from the discharge hole provided in the inner peripheral wall, and is eventually discharged to the gas path.

タービン翼の冷却構造には対流冷却や他の冷却手段などいろいろ用いられるが、本発明は、翼内部冷却後の冷却空気を主流ガスが流れるガスパスに供給する冷却孔の加圧側の形状に関するものである。即ち、翼内部から翼外部に噴出した冷却空気により翼表面を覆いフィルム冷却を行うためのフィルム冷却孔の加圧側(翼内部側)の形状に関するものである。   Various cooling means such as convection cooling and other cooling means are used for the cooling structure of the turbine blade, but the present invention relates to the shape of the pressure side of the cooling hole for supplying the cooling air after cooling inside the blade to the gas path through which the mainstream gas flows. is there. That is, the present invention relates to the shape of the pressure side (inside of the blade) of the film cooling hole for covering the blade surface with the cooling air ejected from the inside of the blade to the outside of the blade and cooling the film.

図4は、タービン翼の翼メタル部30に設置されたフィルム冷却孔20の概念図である。フィルム冷却孔20は、圧力が高い加圧側と圧力が低い主流ガス側に分けられる。この時、図4の矢印の様に冷却空気は冷却孔を通過し主流ガスと混合する。フィルム冷却孔は、効果的に冷却フィルムが形成されるように、即ち、冷却空気が翼のメタル部分に出来るだけ沿うようにフィルム冷却孔の角度が壁に対して鋭角をなすように設定されている。また、ガスタービン翼表面に広く冷却空気の層が形成されることを意図して、フィルム冷却孔は楕円形状などに形成されている(図7参照)。このようなフィルム冷却孔は、熱負荷がかかる部分に設けられ、冷却空気を熱負荷がかかる部分の表面に這わせることで高温ガスから翼形部などに移動する熱の流入を減少させる。従って、動翼や静翼の翼形部や、内周側又は外周側エンドウォール部に設けられ、本発明はこれらの何れかに形成されたフィルム冷却孔に適用できる。   FIG. 4 is a conceptual diagram of the film cooling hole 20 installed in the blade metal part 30 of the turbine blade. The film cooling hole 20 is divided into a pressure side having a high pressure and a mainstream gas side having a low pressure. At this time, the cooling air passes through the cooling holes and mixes with the mainstream gas as indicated by arrows in FIG. The film cooling holes are set so that the cooling film is effectively formed, that is, the angle of the film cooling holes makes an acute angle with the wall so that the cooling air follows the metal part of the blade as much as possible. Yes. In addition, the film cooling holes are formed in an elliptical shape or the like with the intention of forming a cooling air layer widely on the surface of the gas turbine blade (see FIG. 7). Such a film cooling hole is provided in a portion to which a heat load is applied, and reduces the inflow of heat that moves from a high-temperature gas to an airfoil portion or the like by causing cooling air to flow over the surface of the portion to which the heat load is applied. Therefore, the present invention can be applied to the film cooling holes formed in any one of these blades and stationary blades, and the inner or outer end wall portions.

図5は、図4のようなフィルム冷却孔内部での問題点を示した図である。図5に示すように冷却空気が誘導するフィルム冷却孔の加圧側で流れ場が剥離する(剥離領域40)。これは、冷却空気が誘導される経路において断面積が急激に変化するからである。特に、冷却孔の鋭角をなす部分側に剥離が生ずる。この剥離領域の存在により、フィルム冷却孔での圧力損失は増大する。また、剥離領域を通過する冷却空気は剥離領域を通過後、変動する流れ場となり、主流ガス側に誘導された際、主流ガスとの混合が促進される。これにより、フィルム冷却空気の温度が上昇し、フィルム効率低下に繋がる。   FIG. 5 is a diagram showing a problem inside the film cooling hole as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the flow field peels off on the pressure side of the film cooling hole guided by the cooling air (peeling region 40). This is because the cross-sectional area changes rapidly in the path through which the cooling air is guided. In particular, peeling occurs on the side of the cooling hole that forms an acute angle. Due to the presence of this peeling region, the pressure loss at the film cooling hole increases. Further, the cooling air passing through the separation region becomes a fluctuating flow field after passing through the separation region, and when guided to the mainstream gas side, mixing with the mainstream gas is promoted. Thereby, the temperature of film cooling air rises and it leads to a film efficiency fall.

また、このようにフィルム冷却孔内部で発生した変動するフィルム空気は、主流ガスと混合した場合に混合損失を発生させ、主流ガスがもつエネルギーを削減するためタービン効率の低下を招く。   Further, the fluctuating film air generated inside the film cooling holes in this way causes a mixing loss when mixed with the mainstream gas, and reduces the energy of the mainstream gas, leading to a decrease in turbine efficiency.

本発明では、フィルム冷却孔の圧力が高くなる入口側でのフィルム空気を誘導する経路の流路断面積変化を小さくするため円錐形状の入口部を設け、この入口部形状により、冷却空気が誘導される流路断面積変化を緩やかとし、フィルム冷却孔入口部での剥離領域を抑制させている。   In the present invention, a conical inlet portion is provided in order to reduce the change in the cross-sectional area of the channel for guiding the film air on the inlet side where the pressure of the film cooling hole increases, and the cooling air is guided by this inlet portion shape. The flow passage cross-sectional area change is moderated, and the peeling region at the film cooling hole inlet is suppressed.

図6を用いて本発明の実施例における加圧側のフィルム冷却孔形状を説明する。   The pressure-side film cooling hole shape in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例では加圧側のフィルム冷却孔形状を円錐型にすることで剥離領域の削減を図っている。円錐型にすることでフィルム空気が流れる際、フィルム冷却孔(本孔)への断面積変化を小さくすることで流れ場の急激な増速を抑制する。言い換えれば、本実施例では、フィルム冷却孔は、主流ガス側の本孔と、加圧側の円錐型入口部で形成され、主流ガス側にむけて断面積変化を小さくすることで流れ場の急激な増速を抑制している。これにより、フィルム冷却孔入口壁面での急激な圧力変化を抑制する。結果、フィルム冷却孔入口での流れ場の剥離を抑制し、本実施例を適用しない場合と比較し、整流化された冷却空気をフィルム冷却孔に誘導することができる。   In the present embodiment, the film cooling hole shape on the pressure side is made conical to reduce the peeling area. When the film air flows by using the conical shape, the rapid change of the flow field is suppressed by reducing the change in the cross-sectional area to the film cooling hole (main hole). In other words, in this embodiment, the film cooling hole is formed by a main hole on the mainstream gas side and a conical inlet portion on the pressurization side, and the flow field is sharpened by reducing the cross-sectional area change toward the mainstream gas side. Slow speed increase is suppressed. Thereby, a rapid pressure change at the inlet wall surface of the film cooling hole is suppressed. As a result, separation of the flow field at the film cooling hole inlet is suppressed, and rectified cooling air can be guided to the film cooling hole as compared with the case where the present embodiment is not applied.

整流化された冷却空気がフィルム冷却孔に誘導されることで、フィルム冷却孔内部での流れ場の変動が抑えられ、フィルム空気が主流ガスと混合することによって生ずる温度上昇は小さくなり、フィルム効率に繋がる。   Since the rectified cooling air is guided to the film cooling holes, fluctuations in the flow field inside the film cooling holes are suppressed, and the temperature rise caused by mixing the film air with the mainstream gas is reduced, and the film efficiency is reduced. It leads to.

また、整流化された冷却空気が主流ガスへと供給されるため、主流ガスの混合損失は削減される。また、剥離領域が削減されることでフィルム冷却孔の全圧損失が削減されフィルム冷却孔内部の差圧は小さくなり、マッハ数は減少する。この効果により、壁面での熱伝達率が小さくなり主流ガスから翼メタル部分への熱流束も抑制される。   Further, since the rectified cooling air is supplied to the mainstream gas, the mixing loss of the mainstream gas is reduced. Further, the reduction of the peeled area reduces the total pressure loss of the film cooling holes, reduces the differential pressure inside the film cooling holes, and reduces the Mach number. By this effect, the heat transfer coefficient at the wall surface is reduced, and the heat flux from the mainstream gas to the blade metal part is also suppressed.

この円錐形状の入口部は、円筒形状のフイルム冷却孔(本孔)の後加工として設置することが可能である。   This conical inlet portion can be installed as a post-processing of a cylindrical film cooling hole (main hole).

図7に、図6の実施例における、フィルム冷却孔(本孔)と円錐型入口部の位置関係を示す。円錐形状に加工したフィルム冷却孔の円錐型入口部50を破線で示している。図6の実施例では、加圧側のメタル部分とフィルム冷却孔(本孔)のなす角が鋭角である領域に円錐の頂点が存在する。この頂点の存在位置により、円錐形状の入口部を後加工した後、冷却空気が剥離する領域が削減され、フィルム効率,タービン効率向上が得られる。   FIG. 7 shows the positional relationship between the film cooling hole (main hole) and the conical inlet in the embodiment of FIG. A conical inlet portion 50 of the film cooling hole processed into a conical shape is indicated by a broken line. In the embodiment of FIG. 6, the apex of the cone exists in a region where the angle formed by the metal portion on the pressing side and the film cooling hole (main hole) is an acute angle. Due to the position of the apex, the area where the cooling air is peeled off after the conical inlet is post-processed is reduced, and the film efficiency and the turbine efficiency are improved.

また、本実施例では、フィルム冷却孔(本孔)が楕円形状となっており、円錐型入口部の底面の直径が楕円形状のフィルム冷却孔の短軸よりも大きく、また、円錐型入口部の底面がフィルム冷却孔の鋭角側を覆うように設けられている。このように円錐型入口部を構成することよって、フィルム冷却孔の鋭角側に特に生じ易い剥離を効果的に抑制することが可能となる。   In this embodiment, the film cooling hole (main hole) has an elliptical shape, the diameter of the bottom surface of the conical inlet portion is larger than the short axis of the elliptical film cooling hole, and the conical inlet portion. Is provided so as to cover the acute angle side of the film cooling hole. By configuring the conical inlet portion in this way, it is possible to effectively suppress peeling that is particularly likely to occur on the acute angle side of the film cooling hole.

タービン翼に設置されたフィルム冷却孔の入口で発生する剥離領域を削減できるため、剥離領域によって発生する冷却空気の変動を抑制することができる。また、剥離領域の削減はフィルム冷却孔の圧力損失削減につながるため、フィルム空気を供給する差圧を小さくすることが出来る。圧力損失が削減されるため、冷却空気を供給する装置の動力削減が可能になる。通常のガスタービン設備の場合、圧縮機から抽気をして冷却空気を供給している。本発明を適用することで圧縮機の入口に近い段から圧縮空気を抽気し冷却空気とすることができるため圧縮機効率向上につながる。   Since the peeling area generated at the entrance of the film cooling hole installed in the turbine blade can be reduced, the fluctuation of the cooling air generated by the peeling area can be suppressed. Moreover, since the reduction of the peeling area leads to the pressure loss reduction of the film cooling hole, the differential pressure for supplying the film air can be reduced. Since the pressure loss is reduced, it is possible to reduce the power of the apparatus that supplies the cooling air. In a normal gas turbine facility, cooling air is supplied by extracting air from a compressor. By applying the present invention, the compressed air can be extracted from the stage close to the inlet of the compressor and used as cooling air, leading to an improvement in compressor efficiency.

次に、図8及び図9を用いて本発明の他の実施例を説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明では、加圧側のフィルム冷却孔形状を円錐型にすることで剥離領域の削減を図るものであるが、本実施例では、図8及び図9に示すように、楕円形状のフィルム冷却孔20(本孔)の全領域を覆うように円錐型入口部50の底面が位置するようにしている。また、本実施例では、円錐の頂点がフィルム冷却孔上に位置する。   In the present invention, the pressure-side film cooling hole shape is conical to reduce the peeling region. In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, an elliptical film cooling hole shape is used. The bottom surface of the conical inlet 50 is positioned so as to cover the entire area 20 (main hole). In this embodiment, the apex of the cone is located on the film cooling hole.

本実施例においても、先の実施例と同様に、フィルム冷却孔の入口で発生する剥離領域を削減できる。特に、本実施例では、円錐型入口部の領域がフィルム冷却孔(本孔)の加圧側全領域に及び、剥離領域の削減を効果的に行うことができる。   Also in this embodiment, as in the previous embodiment, it is possible to reduce the peeling area generated at the entrance of the film cooling hole. In particular, in this embodiment, the conical inlet region extends over the entire pressure-side region of the film cooling hole (main hole), and the peeling region can be effectively reduced.

円錐の頂角については、図6,図7の実施例及び図8,図9の実施例においても、120°から150°で設定することが望ましい。フィルム冷却孔は冷却空気を這わせる翼面に対して30°前後で設定されることが多い。この場合、円錐の頂角を120°から150°になるように円錐型入口部を形成することにより、効果的に剥離領域を削減できる。   The apex angle of the cone is desirably set to 120 ° to 150 ° also in the embodiments of FIGS. 6 and 7 and the embodiments of FIGS. In many cases, the film cooling hole is set at around 30 ° with respect to the blade surface that allows cooling air to flow. In this case, it is possible to effectively reduce the separation region by forming the conical inlet portion so that the apex angle of the cone is 120 ° to 150 °.

図10に、上述の実施例のフィルム冷却孔を適用したガスタービン翼を示す。図10では、翼表面上に設けられるフィルム冷却孔20に上述の実施例が適用されている。図10で、負圧面10a(翼背側部)に設けたフィルム冷却孔20について記載しているが、圧力面10b(翼腹側部)に設けたフィルム冷却孔にも同様に適用できる。   FIG. 10 shows a gas turbine blade to which the film cooling hole of the above-described embodiment is applied. In FIG. 10, the above-described embodiment is applied to the film cooling hole 20 provided on the blade surface. Although the film cooling hole 20 provided in the suction surface 10a (blade back side portion) is described in FIG. 10, it can be similarly applied to the film cooling hole provided in the pressure surface 10b (blade bell side portion).

本実施例では、翼内部のフィルム冷却孔内に円錐型入口部が設定される。本実施例のように、翼内部のフィルム冷却孔内に円錐型入口部を設定する場合、精密鋳造により製作可能である。翼内部の加圧側の剥離領域が抑えられることにより、フィルム冷却孔内部での流れ場の整流化、また、全圧損失削減が達成される。この効果により、圧縮機動力の削減にも寄与し、ガスタービン設備全体としての効率向上に寄与する。   In this embodiment, a conical inlet is set in the film cooling hole inside the blade. As in this embodiment, when the conical inlet is set in the film cooling hole inside the blade, it can be manufactured by precision casting. By suppressing the pressure-side separation region inside the blade, flow field rectification inside the film cooling hole and total pressure loss reduction can be achieved. This effect contributes to the reduction of compressor power and contributes to the efficiency improvement of the entire gas turbine facility.

また、上述の実施例ではガスタービン翼の翼形部に適用した場合について説明したが、外周側又は内周側エンドウォール部に形成するフィルム冷却孔にも同様に適用することができ、同様の効果が得られる。   Further, in the above-described embodiment, the case where it is applied to the airfoil portion of the gas turbine blade has been described, but it can be similarly applied to the film cooling hole formed in the outer peripheral side or the inner peripheral side end wall portion. An effect is obtained.

図11を用いて本発明を適用した際の圧縮機動力削減効果について説明する。本発明を適用しない場合の加圧側の圧力をAとする。本発明を適用することでフィルム冷却孔内部での全圧損失が削減されるのでフィルム冷却孔の入口出口間での差圧(フィルム冷却孔の主流ガス側の圧力と加圧側の圧力の差)が小さくなる。この効果により、少ない差圧で本発明適用前と同程度の冷却空気を主流ガス側に提供できることになる。本発明を適用した場合の圧力はBのようにAよりも小さくてよい。従って、圧縮機の段数の低い側から冷却空気を抽気することができ、これにより、圧縮機効率を向上させることが可能になる。   The compressor power reduction effect when the present invention is applied will be described with reference to FIG. Let A be the pressure on the pressure side when the present invention is not applied. By applying the present invention, the total pressure loss inside the film cooling hole is reduced, so the pressure difference between the inlet and outlet of the film cooling hole (the difference between the pressure on the mainstream gas side and the pressure on the pressure side of the film cooling hole) Becomes smaller. Due to this effect, it is possible to provide the mainstream gas side with cooling air of the same degree as before application of the present invention with a small differential pressure. The pressure when the present invention is applied may be smaller than A as in B. Therefore, the cooling air can be extracted from the side having the lower number of stages of the compressor, thereby improving the compressor efficiency.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。   In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1…ローター、3…回転軸、4…動翼、5…圧縮機、6…燃焼器、7…ケーシング、8…静翼、9…冷却空気入口、12…翼型部、30…翼メタル部、20…フィルム冷却孔、40…剥離領域、50…円錐型入口部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 3 ... Rotating shaft, 4 ... Moving blade, 5 ... Compressor, 6 ... Combustor, 7 ... Casing, 8 ... Stator blade, 9 ... Cooling air inlet, 12 ... Airfoil part, 30 ... Blade metal part 20 ... film cooling holes, 40 ... peeling area, 50 ... conical inlet.

Claims (5)

ガスタービンに用いられるガスタービン翼であって、
冷却流路が内部に形成された翼形部を備え、
前記翼形部には、内部から外部に冷却空気を噴出する冷却孔が形成され、
前記冷却孔の翼形部内部側に、翼形部内部の面を底面とする円錐形状の入口部が形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
A gas turbine blade used in a gas turbine,
An airfoil with a cooling channel formed therein;
The airfoil portion is formed with a cooling hole for ejecting cooling air from the inside to the outside,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein a conical inlet portion having a surface inside the airfoil portion as a bottom surface is formed inside the airfoil portion of the cooling hole.
請求項1において、
前記冷却孔は楕円形状に形成され、前記円錐形状の底面の直径を、前記楕円形状の冷却孔の短軸よりも大きくしたことを特徴とするガスタービン翼。
In claim 1,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein the cooling hole is formed in an elliptical shape, and a diameter of the bottom surface of the conical shape is larger than a short axis of the elliptical cooling hole.
請求項2において、
前記円錐形状の入口部は、前記底面が、前記楕円形状の冷却孔の全面を覆うように形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
In claim 2,
The gas turbine blade according to claim 1, wherein the conical inlet portion has a bottom surface that covers the entire surface of the elliptical cooling hole.
ガスタービンに用いられるガスタービン翼であって、
冷却流路が内部に形成された翼形部と、
前記翼形部の内周側に位置する内周側エンドウォールと、
前記翼形部の外周側に位置する外周側エンドウォール部を備え、
前記翼形部、前記内周側エンドウォール部又は前記外周側エンドウォール部には、冷却空気を誘導し、前記翼形部、前記内周側エンドウォール部又は前記外周側エンドウォール部翼形部の表面に前記冷却空気を誘導するように設置された冷却空気孔が形成され、
前記冷却孔の前記冷却空気の入口が形成される面に、円錐形状の入口部が形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
A gas turbine blade used in a gas turbine,
An airfoil having a cooling channel formed therein;
An inner peripheral end wall located on the inner peripheral side of the airfoil, and
Comprising an outer peripheral end wall located on the outer peripheral side of the airfoil,
Cooling air is guided to the airfoil part, the inner peripheral side end wall part or the outer peripheral side end wall part, and the airfoil part, the inner peripheral side end wall part or the outer peripheral side end wall part airfoil part A cooling air hole is formed on the surface of the cooling air so as to guide the cooling air;
The gas turbine blade according to claim 1, wherein a conical inlet portion is formed on a surface of the cooling hole where the cooling air inlet is formed.
請求項1〜4の何れかにおいて、
前記円錐形状の円錐の頂角が120°から150°になるように設定されていることを特徴とするガスタービン翼。
In any one of Claims 1-4,
A gas turbine blade characterized in that an apex angle of the conical cone is set to be 120 ° to 150 °.
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