JP2000265802A - ガスタービン動翼冷却通路連絡路 - Google Patents
ガスタービン動翼冷却通路連絡路Info
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- JP2000265802A JP2000265802A JP11332317A JP33231799A JP2000265802A JP 2000265802 A JP2000265802 A JP 2000265802A JP 11332317 A JP11332317 A JP 11332317A JP 33231799 A JP33231799 A JP 33231799A JP 2000265802 A JP2000265802 A JP 2000265802A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 動翼での応力集中の低減。
【解決手段】 前縁と後縁を有する翼形部と、シャンク
部分と、内部冷却回路とを有するガスタービン部品であ
って、該内部流体冷却回路が複数の半径方向外向流れ通
路と複数の半径方向内向流れ通路とを含む蛇行形状を有
しており、隣り合う半径方向外向流れ通路と半径方向内
向流れ通路とを隔てる半径方向に延在するリブに配設さ
れた１以上の横断開口によって隣り合った半径方向外向
流れ通路と半径方向内向流れ通路が連絡されているター
ビン部品において、上記開口の形状を実質的に楕円形と
する。
部分と、内部冷却回路とを有するガスタービン部品であ
って、該内部流体冷却回路が複数の半径方向外向流れ通
路と複数の半径方向内向流れ通路とを含む蛇行形状を有
しており、隣り合う半径方向外向流れ通路と半径方向内
向流れ通路とを隔てる半径方向に延在するリブに配設さ
れた１以上の横断開口によって隣り合った半径方向外向
流れ通路と半径方向内向流れ通路が連絡されているター
ビン部品において、上記開口の形状を実質的に楕円形と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はターボ機械に関する
ものであり、さらに具体的には、ガスタービン動翼の閉
鎖冷却回路における隣接半径方向通路間の横断流体連絡
路に関する。
ものであり、さらに具体的には、ガスタービン動翼の閉
鎖冷却回路における隣接半径方向通路間の横断流体連絡
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンブレード部品の製造におい
ては、ガスタービンのホットセクションで使用される動
翼及び静翼の翼形部内部の冷却キャビティー及び通路を
形成するのにセラミック中子が多用される。これら半径
方向冷却通路の蛇行形状は動翼又は静翼の翼形部の翼根
部及び翼先端部双方に１８０°反転部を含んでいるのが
普通である。セラミック中子は基本的に中実体であっ
て、動翼又は静翼の複雑な内部冷却通路に合致するよう
に形作られている（本明細書では便宜上単に「動翼」に
ついて説明するが、本発明は動翼及び静翼双方に適用し
得ることが理解されるであろう）。中子は鋳型に溶湯を
鋳込む前に鋳型内に配置される。鋳型はセラミック外型
からなるが、このセラミック外型は溶湯を閉じ込めて動
翼の外形を形作るとともに、セラミック中子を動翼内部
に固定する。
ては、ガスタービンのホットセクションで使用される動
翼及び静翼の翼形部内部の冷却キャビティー及び通路を
形成するのにセラミック中子が多用される。これら半径
方向冷却通路の蛇行形状は動翼又は静翼の翼形部の翼根
部及び翼先端部双方に１８０°反転部を含んでいるのが
普通である。セラミック中子は基本的に中実体であっ
て、動翼又は静翼の複雑な内部冷却通路に合致するよう
に形作られている（本明細書では便宜上単に「動翼」に
ついて説明するが、本発明は動翼及び静翼双方に適用し
得ることが理解されるであろう）。中子は鋳型に溶湯を
鋳込む前に鋳型内に配置される。鋳型はセラミック外型
からなるが、このセラミック外型は溶湯を閉じ込めて動
翼の外形を形作るとともに、セラミック中子を動翼内部
に固定する。
【０００３】閉鎖回路蒸気冷却ガスタービン動翼は従来
の冷却ガスタービン動翼よりも多くの蛇行冷却通路を必
要とする。その結果、鋳造時にセラミック中子は従来の
冷却動翼用の中子よりも格段に破壊や位置ずれを起こし
易い。加えて、閉鎖回路冷却という条件のため、後縁出
口用の中子から支持することができなくなる。さらに、
動翼は単結晶として鋳造されるので炉内での時間が増
す。そこで、冷却回路、そしてセラミック中子は、冷却
回路の効率や動翼の構造的一体性に悪影響を与えること
なく、中子の破壊や移動が最小限となるように設計しな
ければならない。
の冷却ガスタービン動翼よりも多くの蛇行冷却通路を必
要とする。その結果、鋳造時にセラミック中子は従来の
冷却動翼用の中子よりも格段に破壊や位置ずれを起こし
易い。加えて、閉鎖回路冷却という条件のため、後縁出
口用の中子から支持することができなくなる。さらに、
動翼は単結晶として鋳造されるので炉内での時間が増
す。そこで、冷却回路、そしてセラミック中子は、冷却
回路の効率や動翼の構造的一体性に悪影響を与えること
なく、中子の破壊や移動が最小限となるように設計しな
ければならない。
【０００４】本願出願人の設計に係るガスタービン動翼
用中子には冷却通路コネクタが用いられてきた。しか
し、これらのコネクタは冷却回路に都合よくは設計され
ておらず、鋳造前に中子から除かれていた。また、剛性
を高めるために隣り合ったセラミック冷却通路セクショ
ン同士をクロスタイで結ぶことによって中子を強化する
ことも本願出願人の慣例であった。ただし、従前は、こ
れらのクロスタイは断面の丸いものであった。今回、丸
いクロスタイは不都合な応力集中を生じることが判明
し、本発明はかかる応力集中を最小限に抑制もしくは完
全に排除することを課題としたものである。
用中子には冷却通路コネクタが用いられてきた。しか
し、これらのコネクタは冷却回路に都合よくは設計され
ておらず、鋳造前に中子から除かれていた。また、剛性
を高めるために隣り合ったセラミック冷却通路セクショ
ン同士をクロスタイで結ぶことによって中子を強化する
ことも本願出願人の慣例であった。ただし、従前は、こ
れらのクロスタイは断面の丸いものであった。今回、丸
いクロスタイは不都合な応力集中を生じることが判明
し、本発明はかかる応力集中を最小限に抑制もしくは完
全に排除することを課題としたものである。
【０００５】
【発明の概要】本発明によれば、隣り合った半径方向冷
却通路間の横断通路は楕円形の形状をしており、セラミ
ック中子内に楕円形の形状の石英ロッドを用いることに
よって形成される。中子を取り除くと、楕円形の通路が
残り、隣り合った半径方向通路間の冷却媒体の横断流が
生じる。楕円形の形状は動翼における応力集中を最小限
度にすべく選択される。楕円形石英ロッド（そして横断
冷却通路）の数と位置は動翼内部のいかなる箇所でも断
面積が大きく減少することがないように選択され、蛇行
冷却回路内の冷却流に与える影響を最小度に抑える間隔
及び寸法とされる。
却通路間の横断通路は楕円形の形状をしており、セラミ
ック中子内に楕円形の形状の石英ロッドを用いることに
よって形成される。中子を取り除くと、楕円形の通路が
残り、隣り合った半径方向通路間の冷却媒体の横断流が
生じる。楕円形の形状は動翼における応力集中を最小限
度にすべく選択される。楕円形石英ロッド（そして横断
冷却通路）の数と位置は動翼内部のいかなる箇所でも断
面積が大きく減少することがないように選択され、蛇行
冷却回路内の冷却流に与える影響を最小度に抑える間隔
及び寸法とされる。
【０００６】従って、本発明は、その広い態様におい
て、前縁と後縁を有する翼形部と、シャンク部分と、内
部冷却回路とを有するガスタービン部品において、該内
部流体冷却回路が複数の半径方向外向流れ通路と複数の
半径方向内向流れ通路とを含む蛇行形状を有しており、
隣り合う半径方向外向流れ通路と半径方向内向流れ通路
とを隔てる半径方向に延在するリブに配設された１以上
の横断開口によって隣り合った半径方向外向流れ通路と
半径方向内向流れ通路が連絡されており、改良点として
該開口が実質的に楕円形の形状を有している、部品に関
する。
て、前縁と後縁を有する翼形部と、シャンク部分と、内
部冷却回路とを有するガスタービン部品において、該内
部流体冷却回路が複数の半径方向外向流れ通路と複数の
半径方向内向流れ通路とを含む蛇行形状を有しており、
隣り合う半径方向外向流れ通路と半径方向内向流れ通路
とを隔てる半径方向に延在するリブに配設された１以上
の横断開口によって隣り合った半径方向外向流れ通路と
半径方向内向流れ通路が連絡されており、改良点として
該開口が実質的に楕円形の形状を有している、部品に関
する。
【０００７】
【発明の詳しい説明】図１を参照すると、タービン動翼
構造体１０はプラットホーム部１４に取付けられた翼形
部１２を含んでおり、プラットホーム部１４はタービン
流路の高温ガスからシャンク１６をシールする。翼形部
は前縁１５と後縁１７とを有している。いわゆるエンゼ
ルウイング１８、２０、２２、２４が周知の通りホイー
ルスペース空洞のシールを提供している。動翼は慣用ダ
ブテール２６によってタービンロータディスク（図示せ
ず）に取付けられる。上記で概説した動翼の外形的特徴
は第１段ガスタービン動翼に典型的なものであるが、こ
の場合も、第１段静翼、第２段静翼、第２段動翼等を始
めとするその他の部品も本発明の原理を利用することは
自明であろう。
構造体１０はプラットホーム部１４に取付けられた翼形
部１２を含んでおり、プラットホーム部１４はタービン
流路の高温ガスからシャンク１６をシールする。翼形部
は前縁１５と後縁１７とを有している。いわゆるエンゼ
ルウイング１８、２０、２２、２４が周知の通りホイー
ルスペース空洞のシールを提供している。動翼は慣用ダ
ブテール２６によってタービンロータディスク（図示せ
ず）に取付けられる。上記で概説した動翼の外形的特徴
は第１段ガスタービン動翼に典型的なものであるが、こ
の場合も、第１段静翼、第２段静翼、第２段動翼等を始
めとするその他の部品も本発明の原理を利用することは
自明であろう。
【０００８】動翼の内部において、閉鎖冷却回路は蛇行
配列の複数の半径方向通路を含んでおり、入口通路２８
を介して動翼内に流入した冷却媒体がその中を流れる。
図示した配列の場合、蒸気はまず動翼後縁に沿って内部
リブ３３で隔てられた平行な上向通路３０、３２を通し
て半径方向外向（図では上向）に流れる。次に冷却媒体
は方向転換して通路３４を通して半径方向内向（図では
下向）に流れる。冷却媒体は隣り合った複数の蛇行（半
径方向に交互に外向及び内向に流れる）通路３６，３
８，４０，４２，４４，４６を通して流れ続け、最後に
通路４８を介して動翼から出ていく。一対の隣り合った
内部リブ５０によって画成される各々の通路の内部にお
いてタービュレータ５２が動翼の両側壁から延在してい
るのが分かるであろうが、図２に最も明瞭に示されてい
る通り、かかるタービュレータは翼形部の厚さ全体に達
しないことが理解されるであろう。
配列の複数の半径方向通路を含んでおり、入口通路２８
を介して動翼内に流入した冷却媒体がその中を流れる。
図示した配列の場合、蒸気はまず動翼後縁に沿って内部
リブ３３で隔てられた平行な上向通路３０、３２を通し
て半径方向外向（図では上向）に流れる。次に冷却媒体
は方向転換して通路３４を通して半径方向内向（図では
下向）に流れる。冷却媒体は隣り合った複数の蛇行（半
径方向に交互に外向及び内向に流れる）通路３６，３
８，４０，４２，４４，４６を通して流れ続け、最後に
通路４８を介して動翼から出ていく。一対の隣り合った
内部リブ５０によって画成される各々の通路の内部にお
いてタービュレータ５２が動翼の両側壁から延在してい
るのが分かるであろうが、図２に最も明瞭に示されてい
る通り、かかるタービュレータは翼形部の厚さ全体に達
しないことが理解されるであろう。
【０００９】隣り合った通路の間で、中実の動翼隔壁す
なわちリブ３３、５０は楕円形開口５４と共に形成され
る。これらの開口は、動翼鋳造に使われるセラミック中
子の隣り合った中実部を連結する楕円形クロスタイによ
って形成される。中子を慣用法で取り除いた後も、これ
ら楕円形の開口は残しておくことができ、閉鎖回路の隣
り合った半径方向冷却媒体通路間の冷却媒体横断路とし
て役立つ。図３に最も明瞭に示されている通り、開口５
４は楕円形の形状をしており、動翼での応力集中を最小
限に抑えるようになる。加えて、図１に最も明瞭に示さ
れている通り、動翼内部のいかなる箇所でも断面積が大
きく減少することがないように、楕円形横断連絡路は隣
り合うリブ間で横方向・半径方向にずれている。さら
に、開口の数と寸法は蛇行冷却回路内の冷却流に与える
影響を最低に抑えるべく選択される。例えば、冷却回路
の構成に応じて、幾つかの内部リブ（３３又は５０）が
１つ又は複数の通路５４を有していてもよく、横断冷却
穴すなわち開口は種々のリブ毎に異なる長軸及び短軸寸
法を有していてもよい。好ましくは、通路５４は隣り合
った内部リブで半径方向にずれている。
なわちリブ３３、５０は楕円形開口５４と共に形成され
る。これらの開口は、動翼鋳造に使われるセラミック中
子の隣り合った中実部を連結する楕円形クロスタイによ
って形成される。中子を慣用法で取り除いた後も、これ
ら楕円形の開口は残しておくことができ、閉鎖回路の隣
り合った半径方向冷却媒体通路間の冷却媒体横断路とし
て役立つ。図３に最も明瞭に示されている通り、開口５
４は楕円形の形状をしており、動翼での応力集中を最小
限に抑えるようになる。加えて、図１に最も明瞭に示さ
れている通り、動翼内部のいかなる箇所でも断面積が大
きく減少することがないように、楕円形横断連絡路は隣
り合うリブ間で横方向・半径方向にずれている。さら
に、開口の数と寸法は蛇行冷却回路内の冷却流に与える
影響を最低に抑えるべく選択される。例えば、冷却回路
の構成に応じて、幾つかの内部リブ（３３又は５０）が
１つ又は複数の通路５４を有していてもよく、横断冷却
穴すなわち開口は種々のリブ毎に異なる長軸及び短軸寸
法を有していてもよい。好ましくは、通路５４は隣り合
った内部リブで半径方向にずれている。
【００１０】以上、現時点で最も実用的で好ましいと思
料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本
発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、請
求項に規定される技術的思想及び技術的範囲に属する様
々な変更及び均等な構成を包含するものである。
料される実施形態に関して本発明を説明してきたが、本
発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、請
求項に規定される技術的思想及び技術的範囲に属する様
々な変更及び均等な構成を包含するものである。
【図１】 本発明に従って横断冷却通路連絡路を設けた
ガスタービン動翼用閉鎖回路冷却系を示す部分断面側面
図。
ガスタービン動翼用閉鎖回路冷却系を示す部分断面側面
図。
【図２】 図１の矢視２−２部の部分断面図。
【図３】 図２の矢視３−３部の断面図。
１２ 翼形部 １５ 前縁 １７ 後縁 ３３，５０ 内部リブ ３４，３６，３８，４０，４２，４４，４６，４８ 冷
却通路 ５４ 楕円形開口
却通路 ５４ 楕円形開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドイル・シー・ルイス アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 グリアー、リバー・ウェイ・ドライブ、 444番
Claims (10)
- 【請求項１】 前縁と後縁を有する翼形部と、シャンク
部分と、内部冷却回路とを有するガスタービン部品にお
いて、該内部流体冷却回路が複数の半径方向外向流れ通
路と複数の半径方向内向流れ通路とを含む蛇行形状を有
しており、隣り合う半径方向外向流れ通路と半径方向内
向流れ通路とを隔てる半径方向に延在するリブに配設さ
れた１以上の横断開口によって隣り合った半径方向外向
流れ通路と半径方向内向流れ通路が連絡されており、改
良点として該開口が実質的に楕円形の形状を有してい
る、部品。 - 【請求項２】 前記横断開口が隣り合うリブ同士で半径
方向にずれている、請求項１記載の部品。 - 【請求項３】 前記リブの幾つかが１つの横断開口を有
していて、残りのリブが２以上の横断開口を有してい
る、請求項１記載の部品。 - 【請求項４】 前記横断開口が動翼の鋳造時に形成され
る、請求項１記載の部品。 - 【請求項５】 当該部品が動翼を含んでなる、請求項１
記載の部品。 - 【請求項６】 当該部品が静翼を含んでなる、請求項１
記載の部品。 - 【請求項７】 前記横断開口が隣り合うリブ同士で半径
方向にずれており、前記リブの幾つかが１つの横断開口
を有していて、残りのリブが２以上の横断開口を有して
いる、請求項１記載の部品。 - 【請求項８】 前記横断開口が動翼の鋳造時に形成され
る、請求項７記載の部品。 - 【請求項９】 前記横断開口の大きさが異なる、請求項
１記載の部品。 - 【請求項１０】 該横断開口の大きさが異なる、請求項
７記載の部品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US23671599A | 1999-01-25 | 1999-01-25 | |
| US09/236715 | 1999-01-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000265802A true JP2000265802A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=22890643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11332317A Withdrawn JP2000265802A (ja) | 1999-01-25 | 1999-11-24 | ガスタービン動翼冷却通路連絡路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1022434A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000265802A (ja) |
| KR (1) | KR20000052372A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE50113629D1 (de) * | 2001-04-04 | 2008-04-03 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel |
| US20050000674A1 (en) | 2003-07-01 | 2005-01-06 | Beddard Thomas Bradley | Perimeter-cooled stage 1 bucket core stabilizing device and related method |
| DE10332563A1 (de) * | 2003-07-11 | 2005-01-27 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbinenschaufel mit Prallkühlung |
| US7104757B2 (en) | 2003-07-29 | 2006-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Cooled turbine blade |
| US7195448B2 (en) * | 2004-05-27 | 2007-03-27 | United Technologies Corporation | Cooled rotor blade |
| US20050265840A1 (en) * | 2004-05-27 | 2005-12-01 | Levine Jeffrey R | Cooled rotor blade with leading edge impingement cooling |
| US7137780B2 (en) | 2004-06-17 | 2006-11-21 | Siemens Power Generation, Inc. | Internal cooling system for a turbine blade |
| US7413406B2 (en) | 2006-02-15 | 2008-08-19 | United Technologies Corporation | Turbine blade with radial cooling channels |
| CN104508247B (zh) * | 2012-08-06 | 2017-05-31 | 通用电气公司 | 涡轮翼型及其制成方法 |
| US10577954B2 (en) | 2017-03-27 | 2020-03-03 | Honeywell International Inc. | Blockage-resistant vane impingement tubes and turbine nozzles containing the same |
| CN108223018A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种降低航空发动机空心涡轮工作叶片叶身冲击孔边应力的开孔结构 |
| CN110714802B (zh) * | 2019-11-28 | 2022-01-11 | 哈尔滨工程大学 | 一种适用于高温涡轮叶片内部冷却的间断型交错肋结构 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820123A (en) * | 1988-04-25 | 1989-04-11 | United Technologies Corporation | Dirt removal means for air cooled blades |
| US5720431A (en) * | 1988-08-24 | 1998-02-24 | United Technologies Corporation | Cooled blades for a gas turbine engine |
| US5674050A (en) * | 1988-12-05 | 1997-10-07 | United Technologies Corp. | Turbine blade |
| US5813835A (en) * | 1991-08-19 | 1998-09-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Air-cooled turbine blade |
| US5246340A (en) * | 1991-11-19 | 1993-09-21 | Allied-Signal Inc. | Internally cooled airfoil |
| US5690472A (en) * | 1992-02-03 | 1997-11-25 | General Electric Company | Internal cooling of turbine airfoil wall using mesh cooling hole arrangement |
| US5599166A (en) * | 1994-11-01 | 1997-02-04 | United Technologies Corporation | Core for fabrication of gas turbine engine airfoils |
-
1999
- 1999-11-24 KR KR1019990052410A patent/KR20000052372A/ko not_active Withdrawn
- 1999-11-24 JP JP11332317A patent/JP2000265802A/ja not_active Withdrawn
- 1999-11-25 EP EP99309425A patent/EP1022434A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1022434A2 (en) | 2000-07-26 |
| KR20000052372A (ko) | 2000-08-25 |
| EP1022434A3 (en) | 2001-11-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070206 |