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JP6650071B2 - 中央体温度制御のための独立した冷却回路を備えたタービン翼 - Google Patents

中央体温度制御のための独立した冷却回路を備えたタービン翼 Download PDF

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JP6650071B2
JP6650071B2 JP2019504132A JP2019504132A JP6650071B2 JP 6650071 B2 JP6650071 B2 JP 6650071B2 JP 2019504132 A JP2019504132 A JP 2019504132A JP 2019504132 A JP2019504132 A JP 2019504132A JP 6650071 B2 JP6650071 B2 JP 6650071B2
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Description

本発明は、一般にタービン翼に関し、より詳細には、翼を通るクーラントを導くための内部冷却通路を有するタービン翼に関する。
ガスタービンエンジンなどのターボ機械では、圧縮機区分で空気が加圧され、次いで燃料と混合され、燃焼機区分で燃焼されて、高温燃焼ガスが発生する。高温の燃焼ガスは、エンジンのタービン区分で膨張して、ここでエネルギが抽出されて、圧縮機区分へと動力を与え、発電機を回して発電するといった有用な仕事を生み出す。高温の燃焼ガスは、タービン区分内の一連のタービン段を移動する。1つのタービン段は、一列の固定翼、すなわちベーンと、それに続く一列の回転翼、すなわちタービンブレードとを有していてよく、タービンブレードは、出力電力を供給するために、高温燃焼ガスからエネルギを抽出する。翼、すなわちベーンおよびタービンブレードは、高温の燃焼ガスに直接さらされるので、通常、翼には内部冷却通路が設けられており、この内部冷却通路は、圧縮機抽気などのクーラントを、翼を通して導く。
1つの形式の翼は、根元端部の半径方向内側のプラットフォームから翼の半径方向外側部へと延在しており、半径方向に沿って翼幅方向に延在しかつ翼の前縁から後縁へと軸方向に延在する、互いに対向する正圧側の壁と負圧側の壁とを有している。冷却通路は、翼の内側で、正圧側の壁と負圧側の壁との間に延在しており、クーラントを交互に半径方向に翼を通して導くことができる。冷却通路により、正圧側の壁と負圧側の壁とから熱が除去され、これによりこれら部品の過熱が阻止される。
簡単に述べると、本発明の態様は、中央体温度制御のための1つ以上の独立した冷却回路を有するタービン翼を提供する。
本発明の態様によると、タービン翼は、翼内部を画定する外壁を有している。この外壁は、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延在しており、前縁および後縁で互いに接合される正圧側の壁と負圧側の壁とから形成されている。翼内部には複数の隔壁が位置しており、正圧側の壁と負圧側の壁とを半径方向の広がりに沿って接続している。一対の隣接する隔壁間に、少なくとも1つの細長い中空体が位置している。この細長い中空体はその内部に半径方向キャビティを画成している。この細長い中空体を半径方向の広がりに沿って正圧側の壁および負圧側の壁にそれぞれ接続する第1および第2のコネクタリブが設けられている。蛇行する冷却路が形成されており、この蛇行する冷却路は、直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路および下流の半径方向流路を有している。各半径方向流路は、流れ横断面に、細長い中空体と正圧側の壁との間に画成された第1の壁近傍冷却通路と、細長い中空体と負圧側の壁との間に画成された第2の壁近傍冷却通路と、細長い中空体と隔壁のうちのそれぞれ1つとの間に画成されていて、第1の壁近傍冷却通路と第2の壁近傍冷却通路とを接続する接続通路と、を有している。半径方向流路は直列に流体的に接続されており、クーラントを逆の半径方向に導いて、蛇行する冷却路を形成する。翼はさらに、第3および第4のコネクタリブを有しており、第3および第4のコネクタリブはそれぞれ、細長い中空体を半径方向の広がりに沿って正圧側の壁および負圧側の壁に接続する。第3および第4のコネクタリブはそれぞれ、第1のインピンジメント容積と第2のインピンジメント容積とを画成するように、第1および第2のコネクタリブから離間されている。下流の半径方向流路は、半径方向キャビティに流体的に接続されており、これにより、蛇行する冷却路からの相対的に加熱されたクーラントが、半径方向キャビティ内へと方向付けられ、細長い中空体を加熱する。次いで、クーラントは細長い中空体に設けられたインピンジメント開口を介して、それぞれ正圧側の壁および負圧側の壁に隣接する第1および第2のインピンジメント容積内へと排出される。これにより、細長い中空体と外壁との間の温度勾配が低減される。
本発明は、図面の助けを借りてさらに詳しく示されている。図面は好適な構造を示しており、本発明の範囲を限定するものではない。
一実施形態によるタービン翼の例を示す斜視図である。 本発明の態様を示す、図1の切断面II−IIに沿ったタービン翼の断面図である。 一実施形態による翼を通る例としての流れ方式を示す流れ図である。
好適な実施形態の以下の詳細な説明では、その一部を形成する添付の図面が参照され、図面には、例として、限定としてではなく、本発明を実施可能な特定の実施形態が示されている。別の実施形態を使用することもでき、その変更は、本発明の思想と範囲を逸脱することなく行うことができる。
本発明の態様は、内部冷却されるタービン翼に関する。ガスタービンエンジンでは、タービン翼内の内部冷却通路へと供給されるクーラントはしばしば、圧縮機区分から分岐された空気を含む。熱伝達率に基づき高い冷却効率に到達するということは、冷却のために圧縮機から分岐された冷却空気の流速を最小にするための設計上の重要な検討事項である。多くのタービンブレードおよびベーンは、前縁および後縁で互いに接合される正圧側の壁と負圧側の壁とを有する二壁構造を有している。内部冷却通路は、正圧側の壁と負圧側の壁とを、直接線形的に接続する内部隔壁またはリブを使用して形成される。上述の設計は、低い熱応力レベルを提供するが、その単純な前方または後方に流れる蛇行形状の冷却通路および比較的大きな流れ横断面積に起因して、増大したクーラント流により熱効率に制限をもたらす恐れがある。上述したような典型的な二壁タービン翼では、半径方向のクーラント流のかなりの部分が、正圧側の壁と負圧側の壁との間の流れ横断面の中央に向かって留まり、したがって、対流冷却のためには十分に活用されていない。
目標とする翼外壁との対流的な熱伝達のために効率的にクーラントを利用するという問題に対応するために、本出願人によって出願された、参照によりその全体が本明細書に援用される国際出願PCT/US2015/047332号に開示されるような、壁近傍冷却を実施する技術が開発された。要するに、このような壁近傍冷却技術は、クーラントの流れ横断面積を減らすために、細長い中空体の形状の流れ変位エレメントを使用しており、これにより、対流的な熱伝達が向上し、さらに流れ横断面が狭くなった結果として、目標壁速度も向上する。さらに、これにより、クーラント流が流れ横断面の中央から、最も冷却が必要な高温の壁、すなわち正圧側の壁および負圧側の壁へと移動するので、クーラントが効率的に利用される。上述した技術は、特に低いクーラント流要素のために良好に働くが、上述した壁近傍冷却技術に対する改善も望まれる。本願発明者らは、ブレードの中央体部分は一般に過剰に冷却されており、改善の適切な目標となり得ることを認識した。したがって、本発明の実施形態は、上述した壁近傍冷却技術の改善を提供する。
図1を参照すると、一実施形態によるタービン翼10が示されている。図示したように、この翼10は、ガスタービンエンジン用のタービンブレードである。しかしながら、本発明の態様はさらに、ガスタービンエンジンの固定ベーンにも組み込むことができることに留意されたい。翼10は、例えば軸流ガスタービンエンジンの高圧段での使用に適合された外壁14を有していてよい。外壁14は、タービンエンジンの半径方向Rに沿って翼幅方向に延在しており、略凹状の形状の正圧側の壁16と、略凸状の形状の負圧側の壁18とを含む。正圧側の壁16と負圧側の壁18とは、前縁20かつ後縁22で互いに接合されている。外壁14は、プラットフォーム58の根元56に連結されていてよい。根元56は、タービンエンジンのディスク(図示せず)にタービン翼10を連結することができる。外壁14は、半径方向外側端面または翼先端52によって、かつプラットフォーム58に連結された半径方向内側端面54によって、半径方向で画定されている。別の実施形態では、翼10は、タービンエンジンのタービン区分の内径に連結された半径方向内側端面と、タービンエンジンのタービン区分の外径に連結された半径方向外側端面と、を有する固定タービンベーンであってよい。
図1および図2を参照すると、外壁14は、内部の冷却通路を有する翼内部11を画定しており、内部の冷却通路は、根元56を通っている1つ以上のクーラント供給通路(図示せず)を介して、クーラント、例えば圧縮機区分(図示せず)からの空気を受け取ることができる。翼内部11には、複数の隔壁24が互いに間隔を置いて配置されている。隔壁24は、半径方向の広がりに沿って延びており、正圧側の壁16と負圧側の壁18とを接続して、内部キャビティ40を画成している。内部キャビティ40は内部冷却通路として機能し、これらは個々にA,B,C,D,E,Fとして識別される。
本発明の実施形態は、1つ以上の中央体冷却回路を備えており、この中央体冷却回路では、クーラントが、翼10の外部のクーラント源、例えば圧縮機抽気から、翼10に入り、少なくともいくつかの内部冷却通路を通って移動し、したがって、正圧側の壁16と負圧側の壁18とに沿って形成された排出オリフィス110を介して翼10から放出される前に、高温の外壁14からの熱を吸収する。図示した実施形態では、排出オリフィス110は、フィルム冷却穴として形成されている。図示した実施形態はさらに、中央体冷却回路とは独立して、外部のクーラント供給部からのクーラントを受け取る前縁冷却回路および後縁冷却回路の1つ以上の通路を備えていてよい。前縁冷却回路および後縁冷却回路はそれぞれ、前縁20に隣接して形成された前縁クーラントキャビティLECに、および後縁22に隣接して形成された後縁クーラントキャビティTECに、クーラントを導いて、それぞれ前縁20および後縁22を冷却する。クーラントは、前縁20および後縁22に沿って位置する排出オリフィス27および29を介して、キャビティLECおよびTECから翼10を出ていく。図面には明示されていないが、排出オリフィスは、正圧側の壁16、負圧側の壁18、および翼先端52のいずれの場所も含む複数の個所に設けられていてよいことを理解されたい。
図2を参照すると、1つ以上の細長い中空体26が、それぞれ1つの内部キャビティ40内に位置していてよい。この例では、このような2つの細長い中空体26が示されており、各中空体は、半径方向(図2の平面に対して垂直方向)で細長く、その内部に半径方向キャビティT1,T2を画成している。各半径方向キャビティT1,T2は、翼10の翼幅に沿って半径方向に延在しており、この例では翼先端52の近傍に位置する翼の第1端部で閉鎖されている。翼10の中心に細長い中空体26が存在していることにより、内部キャビティ40内のクーラント流の大部分が高温の外壁14に向かって移動し、正圧側の壁16および負圧側の壁18に沿って壁近傍の効率的な冷却を行う。図示するように、第1のコネクタリブ32と第2のコネクタリブ34とが設けられており、これらコネクタリブはそれぞれ、細長い中空体26を、半径方向の広がりに沿って正圧側の壁16および負圧側の壁18に接続する。好適な実施形態では、細長い中空体26と第1および第2のコネクタリブ32,34とは、挿入時に後からの製造的な組立てを必要としない任意の製造技術を利用して、翼10と一体的に製造することができる。一例では、細長い中空体26を、例えばセラミック鋳造コアから、翼10と一体的に鋳造することができる。別の製造技術は、例えば、3Dプリントなどの付加製造プロセスを含んでよい。これにより、本発明の態様は、3D輪郭を有するブレードおよびベーンを備える、高度に輪郭付けされた翼のために利用することができる。しかしながら、例えばとりわけ、(溶接、ろう付け等による)組立て、または塑性成形を含むその他の製造技術も本発明の範囲内にある。
細長い中空体26の図示した断面形状は例である。細長い中空体26の正確な形状は、他の要因のなかでも、その中空体が配置されている各キャビティ40の形状に依存してよい。図示した実施形態では、各細長い中空体26は、第1および第2の対向する側面82および84を有している。第1の側面82は正圧側の壁16から間隔を置いて位置しており、これにより、第1の側面82と正圧側の壁16との間に、半径方向に延在する第1の壁近傍冷却通路72が画成される。第2の側面84は負圧側の壁18から間隔を置いて位置しており、これにより、第2の側面84と負圧側の壁18との間に、半径方向に延在する第2の壁近傍冷却通路74が画成される。各細長い中空体26はさらに、第1および第2の側面82および84の間に延在する第3および第4の対向する側面86および88を有している。第3および第4の側面86および88はそれぞれ、各側の隔壁24から間隔を置いて位置しており、各側面86,88と各隔壁24との間にそれぞれ接続通路76を画成している。各接続通路76は、第1および第2の壁近傍冷却通路72,74の間に横方向に延在しており、半径方向の広がりに沿って第1および第2の壁近傍冷却通路72および74に接続されており、半径方向冷却流のための流れ横断面を画成している。接続通路76を設けることにより、翼10内の熱応力が低減され、好ましくは細長い中空体26と各隔壁24との間のギャップを構造的にシールするよりも好ましい場合がある。
図2に示したように、各キャビティ40内の細長い中空体26によって占有される容積に起因して、内部冷却通路B,C,D,およびEのそれぞれに生じる流れ横断面は略C字形であり、第1および第2の壁近傍冷却通路72,74と各接続通路76とによって形成されている。さらに、図示するように、対称的に対向するC字形の流れ横断面の隣接する内部冷却通路対が、各細長い中空体26の両側に形成されている。例えば、隣接する内部冷却通路対B,Cは、対称的に対向するC字形の流れ横断面を有している。同様の説明が、隣接する内部冷却通路対D,Eにも適用できる。この文脈における「対称的に対向する」という用語は、特に高度に輪郭付けされた翼では多くの場合達成することができない、流れ横断面の正確な寸法の対称に限定することを意味するものではないことに留意されたい。そうではなく、本明細書で使用される場合、「対称的に対向する」という用語は、内部冷却通路の流れ横断面を形成する要素(すなわち、この例では、壁近傍冷却通路72,74と接続通路76とである)の対称的に対向する相対的な幾何形状を意味する。さらに、図示したC字形の流れ横断面は例示的なものである。代替的な実施形態は、例えば、壁近傍冷却通路72,74と接続通路76とによって画成されるH字形の流れ横断面を使用してもよい。各対B,CおよびD,Eの内部冷却通路は、直列の流れ関係で接続されてよく、クーラントを互いに反対側の半径方向に導いて、それぞれ蛇行する冷却路を形成する。
図3は、一実施形態による翼を通る例としての流れ方式を示す流れ図である。図2および図3を併せて参照すると、図示した実施形態は、それぞれ細長い中空体26と、関連する第1および第2のコネクタリブ32,34との周囲を蛇行する冷却路60a,60bをそれぞれ含む独立した冷却回路を提供する。この例では、第1の蛇行する冷却路60aが、翼弦方向で前方から後方へ向かう方向に延在しており、上流の半径方向流路Bと下流の半径方向流路Cとを含み、これら流路は、翼弦方向の流路80aによって直列に接続されている。同様に、第2の蛇行する冷却路60bが、翼弦方向で後方から前方へ向かう方向に延在しており、上流の半径方向流路Eと下流の半径方向流路Dとを含み、これら流路は、翼弦方向の流路80bによって直列に接続されている。例示的な実施形態では、各蛇行する冷却路60a,60bでは、上流の半径方向流路B,Eは、翼10の外部のクーラント源に、翼の根元56のクーラント供給通路(図示せず)を介して接続されている。上流の半径方向流路B,Eにおける半径方向外側方向のクーラント流が、閉鎖された細長い半径方向キャビティT1,T2において向きを変えて、下流の半径方向流路C,D内で半径方向内側に向かって流れる。この場合、翼弦方向の流路80a,80bが、閉鎖された半径方向キャビティT1,T2と翼先端52との間のギャップによって形成される。上流の半径方向流路B,Eおよびそれぞれ下流の半径方向流路C,Dの対称的に対向する流れ横断面は、翼弦方向の流路80a,80bにおける均一な流れの変向を保証する。
作動中、高温ガス路に直接さらされる外壁14は、翼内部に位置する細長い中空体26よりも著しく高い温度となる。本発明の態様によれば、各下流の半径方向流路CまたはDは、各コネクタ通路50a,50bを介して、例えばプラットフォーム58の半径方向内側にコア接続部により形成された各半径方向キャビティT1,T2に流体的に接続されている。したがって、蛇行する冷却路60a,60bからの相対的に加熱されたクーラントが、半径方向キャビティT1,T2内へと方向付けられ、細長い中空体26を加熱する。次いで、各回路内のクーラントが、正圧側の壁16および負圧側の壁18に面する細長い中空体26の壁に設けられたインピンジメント開口90を介して、正圧側の壁16および負圧側の壁18に衝突する。これにより、細長い中空体26と外壁14との間の温度勾配の低減が達成される。インピンジメント開口90は、正圧側の壁16および負圧側の壁18に面する細長い中空体26の壁面上で翼幅方向の広がりに沿った列に配置されてよい。いくつかの実施形態では、1つの列における1つ以上の、または全てのインピンジメント開口90が、第1および第2のコネクタリブ32,34および/または第3および第4のコネクタリブ92,94に衝突するようにクーラントを変向するような向きにされていてよい。
図示した実施形態では、衝突後のクーラントは、第1および第2の壁近傍冷却通路72,74から隔絶される。この目的で、図2に示したように、各細長い中空体26には、第3および第4のコネクタリブ92,94が結合されている。第3のコネクタリブ92と第4のコネクタリブ94とはそれぞれ、細長い中空体26を、半径方向の広がりに沿って正圧側の壁16および負圧側の壁18に接続する。第3および第4のコネクタリブ92,94はそれぞれ、正圧側の壁16に隣接する第1のインピンジメント容積102と、負圧側の壁18に隣接する第2のインピンジメント容積104とを画成するために、第1および第2のコネクタリブ32,34から離間されている。図2および図3に示したように、インピンジメント容積102および104はそれぞれ、正圧側の壁16および負圧側の壁18に衝突した後のクーラントを受け取る。インピンジメント容積102,104は、翼10内で半径方向に延在しており、この場合、翼先端52の近傍に位置する、インピンジメント容積102,104の半径方向端部で閉鎖されている。インピンジメント容積102,104の閉鎖された端部は、閉鎖された端部上方における翼弦方向の流路80a,80b内で向きを変えた流れが、インピンジメント容積102,104内の衝突後のクーラントから隔絶されることを保証する。第1および第2のインピンジメント容積102,104内のクーラントは、正圧側の壁16および負圧側の壁18に形成された排出開口110を経由して翼10から排出される。図示した実施形態では、排出開口110は、フィルム冷却穴110として構成されている。
こうして、図示した実施形態は、細長い中空体26の比較的低温の壁と高温の正圧側の壁16および負圧側の壁18とから生じる、半径方向で熱によって発生した応力を減じるという利点を提供する。この場合、半径方向キャビティT1,T2は、使われていない容積として構成されているのではなく、内側から細長い中空体26を加熱する予熱されたクーラントを有している。正圧側の壁16および負圧側の壁18にインピンジメント冷却およびフィルム冷却を加えることにより、正圧側の壁16および負圧側の壁18におけるコネクタリブ32,34および92,94の取付け領域を局所的に冷却することができる。上記のことが協働して、外壁14と細長い中空体26との間の温度勾配を実質的に低下させる。
図2に示した非限定的な本例は、流れ、金属温度、および圧力損失の独立的な制御のために、4つの区域K1,K2,K3,K4を含む。上述した実施形態は、翼10の翼弦中央領域に位置する、区域K2およびK3のための独立した冷却回路に関する。区域K1およびK4は、図3に示したように前縁冷却回路62および後縁冷却回路64を有していてよい。区域K1およびK4の冷却回路は、区域K2およびK3のための冷却回路とは独立して翼10の外部のクーラント源からクーラントを受け取る。例えば、区域K1用の冷却回路62は、クーラント源を内部キャビティAに接続する、根元56に位置するクーラント供給通路(図示せず)を含んでいてよい。クーラントは、内部キャビティAから、前縁クーラントキャビティLECに、例えばこれらの間に存在している隔壁24に形成されたインピンジメント開口(図示せず)を介して、入ることができ、次いで、タービン翼10の前縁20を冷却するシャワーヘッドを集合的に形成する、外壁上の排出オリフィス27を介して、高温ガス路内へと排出される。区域K4用の冷却回路64は、クーラント源を内部キャビティFに接続する、根元56に位置するクーラント供給通路(図示せず)を含んでいてよい。内部キャビティFは、後縁クーラントキャビティTECに流体連通されていてよい。後縁クーラントキャビティTECには、当業者には公知であるように、例えば攪拌機、またはピンフィン、またはこれらの組み合わせを有している後縁冷却機構(図示せず)が設けられていてよく、その後で、後縁22に沿って位置する排出オリフィス29を介して高温ガス路内に放出される。
図示した冷却方式は例示であり、別の構造が使用されてもよいことに留意されたい。例えば、図2には4つの独立的な冷却回路が示されているが、独立した冷却回路の実際の数は設計の選択の問題であってよい。さらに、蛇行する冷却路60a,60bの1つ以上が、図2に示した構造に関して翼弦方向で反転されていてもよい。固定ベーンの場合に特に適用可能であるさらに別の変化形では、蛇行する冷却路60a,60bの1つ以上が、半径方向で反転されていてもよく、ベーンセグメントの外径からクーラント供給を受け取り、上流の流路は半径方向内側に向けられていて、下流の流路は半径方向外側に向けられている。
図示した実施形態は、一対の壁近傍冷却通路が組み込まれた連続流れ横断面を維持しながら、より広い範囲のブレード圧力比、クーラント流速、および局所的な冷却を扱うための設計上の柔軟性の向上という利点を提供する。
特定の実施形態について詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示の全体的な教示に照らして、そのような詳細に対する様々な変更および代替案を開発できることがわかるだろう。したがって、開示された特定の構成は単なる例であって、添付の特許請求の範囲全体、およびこれに等価の任意のものと全てのものに与えられるべき、本発明の範囲について限定しようとするものではない。

Claims (10)

  1. タービン翼(10)であって、
    翼内部(11)を画定する外壁(14)であって、タービンエンジンの半径方向に沿って翼幅方向に延在しており、前縁(20)および後縁(22)で互いに接合される正圧側の壁(16)と負圧側の壁(18)とから形成される、外壁(14)と、
    前記正圧側の壁(16)と前記負圧側の壁(18)とを半径方向の広がりに沿って接続する、前記翼内部(11)に位置する複数の隔壁(24)と、
    一対の隣接する隔壁(24)間に位置する少なくとも1つの細長い中空体(26)であって、該中空体の内部に半径方向キャビティ(T1,T2)を有している、細長い中空体(26)と、
    前記細長い中空体(26)を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁(16)および前記負圧側の壁(18)にそれぞれ接続する、第1および第2のコネクタリブ(32,34)と、を備え、
    直列の流れ関係でクーラントを互いに逆の半径方向に導く上流の半径方向流路(B,E)と下流の半径方向流路(C,D)とを有する蛇行する冷却路(60a,60b)が形成されており、各半径方向流路(B,E/C,D)は、流れ横断面に、前記細長い中空体(26)と前記正圧側の壁(16)との間に画成された第1の壁近傍冷却通路(72)と、前記細長い中空体(26)と前記負圧側の壁(18)との間に画成された第2の壁近傍冷却通路(74)と、前記細長い中空体(26)と前記隔壁(24)のうちのそれぞれ1つとの間に画成されていて、前記第1の壁近傍冷却通路(72)と前記第2の壁近傍冷却通路(74)とを接続する接続通路(76)と、を有しており、
    当該タービン翼(10)はさらに、
    前記細長い中空体(26)を、半径方向の広がりに沿って前記正圧側の壁(16)および前記負圧側の壁(18)にそれぞれ接続する第3および第4のコネクタリブ(92,94)であって、第1のインピンジメント容積(102)と第2のインピンジメント容積(104)とを画成するように、前記第1および第2のコネクタリブ(32,34)からそれぞれ離間されている、第3および第4のコネクタリブ(92,94)を備え、
    前記下流の半径方向流路(C,D)は前記半径方向キャビティ(T1,T2)に流体的に接続されており、これにより、前記蛇行する冷却路(60a,60b)からの相対的に加熱されたクーラントが前記半径方向キャビティ(T1,T2)内へと向けられて前記細長い中空体(26)を加熱し、次いで、前記細長い中空体(26)に設けられたインピンジメント開口(90)を介して、前記正圧側の壁(16)と前記負圧側の壁(18)とにそれぞれ隣接する前記第1のインピンジメント容積(102)および前記第2のインピンジメント容積(104)内へと排出され、これにより、前記細長い中空体(26)と前記外壁(14)との間の温度勾配が減じられる、
    タービン翼(10)。
  2. 前記インピンジメント開口(90)は、前記細長い中空体(26)の翼幅方向の広がりに沿って配置されている、請求項1記載のタービン翼(10)。
  3. 前記インピンジメント開口(90)のうちの少なくともいくつかは、前記正圧側の壁(16)および前記負圧側の壁(18)に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項1記載のタービン翼(10)。
  4. 前記インピンジメント開口(90)のうちの少なくともいくつかは、前記第1および第2のコネクタリブ(32,34)および/または前記第3および第4のコネクタリブ(92,94)に衝突するようにクーラントを変向させるような向きにされている、請求項1記載のタービン翼(10)。
  5. 前記第1および第2のインピンジメント容積(102,104)内の前記クーラントは、前記正圧側の壁(16)および前記負圧側の壁(18)に形成された排出開口(110)を経由して前記翼(10)から排出される、請求項1記載のタービン翼(10)。
  6. 前記排出開口(110)は、フィルム冷却穴(110)として構成されている、請求項5記載のタービン翼(10)。
  7. 前記半径方向キャビティ(T1,T2)と前記第1および第2のインピンジメント容積(102,104)とは、前記翼(10)の内側で半径方向に延在しており、一方の半径方向端部で閉鎖されている、請求項1記載のタービン翼(10)。
  8. 前記上流の半径方向流路(B,E)と前記下流の半径方向流路(C,D)とは、翼弦方向の流路(80a,80b)を介して流体的に接続されており、該翼弦方向の流路は、前記半径方向キャビティ(T1,T2)と前記第1および第2のインピンジメント容積(102,104)の閉鎖された端部の上方のクーラント流の向きを変える、請求項7記載のタービン翼(10)。
  9. 前記半径方向キャビティ(T1,T2)と前記第1および第2のインピンジメント容積(102,104)とは、翼先端(52)の近傍で閉鎖されている、請求項7記載のタービン翼(10)。
  10. 前記上流の半径方向流路(B,E)は、前記翼(10)の外部のクーラント供給部に接続されている、請求項1記載のタービン翼(10)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108026775B (zh) * 2015-08-28 2020-03-13 西门子公司 具有流动移位特征件的内部冷却的涡轮翼型件
US10837293B2 (en) * 2018-07-19 2020-11-17 General Electric Company Airfoil with tunable cooling configuration
CN109882247B (zh) * 2019-04-26 2021-08-20 哈尔滨工程大学 一种具有通气孔内壁多通道内部冷却燃气轮机涡轮叶片
US20240229651A9 (en) * 2019-10-28 2024-07-11 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Turbine blade, method of manufacturing a turbine blade and method of refurbishing a turbine blade
US12000305B2 (en) * 2019-11-13 2024-06-04 Rtx Corporation Airfoil with ribs defining shaped cooling channel

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3891348A (en) * 1972-04-24 1975-06-24 Gen Electric Turbine blade with increased film cooling
US5660524A (en) * 1992-07-13 1997-08-26 General Electric Company Airfoil blade having a serpentine cooling circuit and impingement cooling
US5516260A (en) * 1994-10-07 1996-05-14 General Electric Company Bonded turbine airfuel with floating wall cooling insert
US6238182B1 (en) 1999-02-19 2001-05-29 Meyer Tool, Inc. Joint for a turbine component
EP1136651A1 (de) 2000-03-22 2001-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Kühlsystem für eine Turbinenschaufel
JP2002242607A (ja) 2001-02-20 2002-08-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン冷却翼
US6742991B2 (en) 2002-07-11 2004-06-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine blade and gas turbine
JP5022097B2 (ja) 2007-05-07 2012-09-12 三菱重工業株式会社 タービン用翼
US7670113B1 (en) 2007-05-31 2010-03-02 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine airfoil with serpentine trailing edge cooling circuit
JP5107463B2 (ja) * 2009-05-11 2012-12-26 三菱重工業株式会社 タービン静翼およびガスタービン
JP5675081B2 (ja) 2009-11-25 2015-02-25 三菱重工業株式会社 翼体及びこの翼体を備えたガスタービン
WO2013101761A1 (en) 2011-12-29 2013-07-04 General Electric Company Airfoil cooling circuit
EP3039248B1 (en) * 2013-08-30 2021-08-04 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine vane
EP3140515B1 (en) 2014-05-08 2019-04-03 Siemens Energy, Inc. Airfoil cooling with internal cavity displacement features
CN106471212A (zh) 2014-06-17 2017-03-01 西门子能源公司 具有前缘冲击冷却系统和近壁冲击系统的涡轮机翼型件冷却系统

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