JPH0370084B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0370084B2 JPH0370084B2 JP57234904A JP23490482A JPH0370084B2 JP H0370084 B2 JPH0370084 B2 JP H0370084B2 JP 57234904 A JP57234904 A JP 57234904A JP 23490482 A JP23490482 A JP 23490482A JP H0370084 B2 JPH0370084 B2 JP H0370084B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling air
- generating means
- wall
- leading edge
- vortex generating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- 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
- F05D2260/221—Improvement of heat transfer
- F05D2260/2212—Improvement of heat transfer by creating turbulence
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高温回転機械に於て使用される冷却
可能なエーロフオイルに係り、更に詳細には冷却
可能なエーロフオイルを冷却するための構造に係
る。本発明はタービンベーン及びタービンブレー
ドの何れにも適用可能なものである。
可能なエーロフオイルに係り、更に詳細には冷却
可能なエーロフオイルを冷却するための構造に係
る。本発明はタービンベーン及びタービンブレー
ドの何れにも適用可能なものである。
回転機械の一つとして、燃焼室内に於て燃料を
燃焼させて回転機械に高温の作動媒体ガスとして
エネルギを与えるよう構成されたものがある。高
温の作動媒体ガスは回転機械のタービンセクシヨ
ンへ流される。タービンセクシヨンに於てはエー
ロフオイルにより数列のステータベーン及び数列
のロータブレードが形成されている。これらのエ
ーロフオイルは作動媒体ガスを導き且作動媒体ガ
スよりエネルギを抽出するために使用される。従
つてエーロフオイルはエンジン（回転機械）の運
転中に於ては高温の作動媒体ガスに曝され、これ
によりエーロフオイル内に熱応力が発生し、この
熱応力によりエーロフオイルの構造的安全性及び
疲労寿命に対して悪影響が生ずる。これらの熱応
力は、エンジンを高温度にて運転させてエンジン
の効率を向上させる必要があることから、ガスタ
ービンエンジンの如き高温回転機械の出現以来常
に種々の問題の発生源となつている。例えばガス
タービンエンジンのタービンに於けるエーロフオ
イルは作動媒体ガス中に於て2500〓（1371℃）も
の温度に曝される。かかるエンジンのブレード及
びベーンは一般に、エーロフオイル内の熱応力の
レベルを低下させることによりエーロフオイルの
構造的安全性及び疲労寿命を維持すべく冷却され
る。
燃焼させて回転機械に高温の作動媒体ガスとして
エネルギを与えるよう構成されたものがある。高
温の作動媒体ガスは回転機械のタービンセクシヨ
ンへ流される。タービンセクシヨンに於てはエー
ロフオイルにより数列のステータベーン及び数列
のロータブレードが形成されている。これらのエ
ーロフオイルは作動媒体ガスを導き且作動媒体ガ
スよりエネルギを抽出するために使用される。従
つてエーロフオイルはエンジン（回転機械）の運
転中に於ては高温の作動媒体ガスに曝され、これ
によりエーロフオイル内に熱応力が発生し、この
熱応力によりエーロフオイルの構造的安全性及び
疲労寿命に対して悪影響が生ずる。これらの熱応
力は、エンジンを高温度にて運転させてエンジン
の効率を向上させる必要があることから、ガスタ
ービンエンジンの如き高温回転機械の出現以来常
に種々の問題の発生源となつている。例えばガス
タービンエンジンのタービンに於けるエーロフオ
イルは作動媒体ガス中に於て2500〓（1371℃）も
の温度に曝される。かかるエンジンのブレード及
びベーンは一般に、エーロフオイル内の熱応力の
レベルを低下させることによりエーロフオイルの
構造的安全性及び疲労寿命を維持すべく冷却され
る。
エーロフオイルを冷却する一つの方法が米国特
許第3171631号に記載されている。この米国特許
に於ては、冷却空気がエーロフオイルの吸入側側
壁と圧力側側壁との間のキヤビテイへ流され、方
向転換支柱又はベーンによりキヤビテイ内の種々
の位置へ分流されるようになつている。支柱はブ
レード構造体を強化する支持部材としての機能も
果す。
許第3171631号に記載されている。この米国特許
に於ては、冷却空気がエーロフオイルの吸入側側
壁と圧力側側壁との間のキヤビテイへ流され、方
向転換支柱又はベーンによりキヤビテイ内の種々
の位置へ分流されるようになつている。支柱はブ
レード構造体を強化する支持部材としての機能も
果す。
米国特許第3533712号に記載された構造体の如
く、曲りくねつた通路を使用したより高度な手段
がその後開発された。上述の米国特許第3533712
号にはブレード内のキヤビテイを貫通して延在す
る曲りくねつた通路を使用して、エーロフオイル
の種々の部分を適宜に冷却することが開示されて
いる。通路を郭定するエーロフオイル材料により
エーロフオイルに対し所要の構造的支持が与えら
れる。
く、曲りくねつた通路を使用したより高度な手段
がその後開発された。上述の米国特許第3533712
号にはブレード内のキヤビテイを貫通して延在す
る曲りくねつた通路を使用して、エーロフオイル
の種々の部分を適宜に冷却することが開示されて
いる。通路を郭定するエーロフオイル材料により
エーロフオイルに対し所要の構造的支持が与えら
れる。
また米国特許第4073599号の如くその後発行さ
れた米国特許には、エーロフオイルを冷却すべく
複雑な冷却通路と他の方法とを組合わせて使用す
ることが開示されている。この米国特許に於て
は、リーデイングエツジ領域は衝突冷却及びブレ
ードのリーデイングエツジ領域に設けられたスパ
ン方向に延在する通路を経て冷却空気を吐出させ
ることにより冷却される。この場合スパン方向に
延在する通路内を流れる冷却空気は前述の米国特
許第3171631号の場合と同様、リーデイングエツ
ジ領域を対流によつても冷却する。
れた米国特許には、エーロフオイルを冷却すべく
複雑な冷却通路と他の方法とを組合わせて使用す
ることが開示されている。この米国特許に於て
は、リーデイングエツジ領域は衝突冷却及びブレ
ードのリーデイングエツジ領域に設けられたスパ
ン方向に延在する通路を経て冷却空気を吐出させ
ることにより冷却される。この場合スパン方向に
延在する通路内を流れる冷却空気は前述の米国特
許第3171631号の場合と同様、リーデイングエツ
ジ領域を対流によつても冷却する。
更にその後発行された米国特許第4177010号、
同第4180373号、同第4224011号、同第4278400号
の如き多くの米国特許は、複雑な冷却通路及び空
気膜冷却孔のみ、又はリーデイングエツジ領域の
冷却を促進すべくこれらとトリツプ・ストリツプ
とを組合せて使用するタービンエーロフオイルの
冷却に関するものである。これらの米国特許に記
載されたブレードは、ブレードのリーデイングエ
ツジ領域に於ける壁の厚さに比して冷却空気通路
が大きいことを特徴とするものである。
同第4180373号、同第4224011号、同第4278400号
の如き多くの米国特許は、複雑な冷却通路及び空
気膜冷却孔のみ、又はリーデイングエツジ領域の
冷却を促進すべくこれらとトリツプ・ストリツプ
とを組合せて使用するタービンエーロフオイルの
冷却に関するものである。これらの米国特許に記
載されたブレードは、ブレードのリーデイングエ
ツジ領域に於ける壁の厚さに比して冷却空気通路
が大きいことを特徴とするものである。
近年の空気力学的研究によりリーデイングエツ
ジを楕円形に形成すれば、ガスタービンエンジン
の運転中に於ける性能が向上することが見出され
た。楕円形のリーデイングエツジは従来のエーロ
フオイルに比して薄い（翼弦長さに対する厚さの
比が小さい）断面形状のエーロフオイルと組合せ
て使用される。エーロフオイルの外形の厚さに拘
らず、エーロフオイルを構造的に支持し且エーロ
フオイルが異物による或る程度の損傷に耐え得る
ようにするには、壁の厚さには或る下限値が存在
する。そのため空気力学的効率を向上させるため
の楕円形のリーデイングエツジを有し、しかも従
来のエーロフオイルに於ける壁の厚さと通路の大
きさとの関係に較べて冷却空気通路の大きさに対
する壁の厚さがより大きい新たなエーロフオイル
が開発された。更に燃料効率の観点から、タービ
ンの圧縮段によつてはエーロフオイルのリーデイ
ングエツジ領域に孔を設けて空気膜冷却を行うこ
とは望ましくない。
ジを楕円形に形成すれば、ガスタービンエンジン
の運転中に於ける性能が向上することが見出され
た。楕円形のリーデイングエツジは従来のエーロ
フオイルに比して薄い（翼弦長さに対する厚さの
比が小さい）断面形状のエーロフオイルと組合せ
て使用される。エーロフオイルの外形の厚さに拘
らず、エーロフオイルを構造的に支持し且エーロ
フオイルが異物による或る程度の損傷に耐え得る
ようにするには、壁の厚さには或る下限値が存在
する。そのため空気力学的効率を向上させるため
の楕円形のリーデイングエツジを有し、しかも従
来のエーロフオイルに於ける壁の厚さと通路の大
きさとの関係に較べて冷却空気通路の大きさに対
する壁の厚さがより大きい新たなエーロフオイル
が開発された。更に燃料効率の観点から、タービ
ンの圧縮段によつてはエーロフオイルのリーデイ
ングエツジ領域に孔を設けて空気膜冷却を行うこ
とは望ましくない。
発明が解決しようとする課題
本発明が解決しようとする課題は、高温タービ
ンに使用される冷却可能なエーロフオイルであつ
て、エーロフオイルのリーデイングエツジ部の壁
が比較的厚く、その厚さに比して狭い冷却空気通
路を内部に有するエーロフオイルのリーデイング
エツジ領域を有効に冷却し、又リーデイングエツ
ジ領域に冷却空気膜形成用の孔を有さない型式の
エーロフオイルのリーデイングエツジ部を有効に
冷却するための構造体を提供することである。
ンに使用される冷却可能なエーロフオイルであつ
て、エーロフオイルのリーデイングエツジ部の壁
が比較的厚く、その厚さに比して狭い冷却空気通
路を内部に有するエーロフオイルのリーデイング
エツジ領域を有効に冷却し、又リーデイングエツ
ジ領域に冷却空気膜形成用の孔を有さない型式の
エーロフオイルのリーデイングエツジ部を有効に
冷却するための構造体を提供することである。
課題を解決するための手段
本発明によれば、冷却可能なエーロフオイルは
リーデイングエツジ領域の壁に近接して設けられ
た冷却流体通路を有し前記冷却流体通路は該通路
を横切つて延在する少なくとも一つのトリツプ・
ストリツプを含んでおり、該トリツプ・ストリツ
プはそれに近付いてくる冷却空気流の方向及び前
記壁の方向へ向けて傾斜されており、また前記ト
リツプ・ストリツプの一部より延在する渦流発生
手段を有している。
リーデイングエツジ領域の壁に近接して設けられ
た冷却流体通路を有し前記冷却流体通路は該通路
を横切つて延在する少なくとも一つのトリツプ・
ストリツプを含んでおり、該トリツプ・ストリツ
プはそれに近付いてくる冷却空気流の方向及び前
記壁の方向へ向けて傾斜されており、また前記ト
リツプ・ストリツプの一部より延在する渦流発生
手段を有している。
本発明の一つの主要な特徴は、エーロフオイル
のリーデイングエツジ領域に冷却通路を有してい
るということである。リーデイングエツジ領域の
壁により前記冷却通路の境界が郭定されている。
複数個のトリツプ・ストリツプが前記冷却通路を
横切つてエーロフオイルのリーデイングエツジ領
域内へ延在している。トリツプ・ストリツプは前
記壁に対し傾斜されており且それに近付いてくる
冷却空気流へ向けて傾斜されている。少なくとも
一つのトリツプ・ストリツプは該トリツプ・スト
リツプの一部より延在する渦流発生手段を有して
いる。渦流発生手段はリーデイングエツジ領域の
壁より翼弦方向に隔置されている。一つの実施例
に於てはトリツプ・ストリツプは圧力側側壁より
エーロフオイルのリーデイングエツジ領域を横切
つて吸入側側壁まで延在している。また一つの実
施例に於ては、第二のトリツプ・ストリツプが設
けられており、該第二のトリツプ・ストリツプは
渦流発生手段を有している。第二のトリツプ・ス
トリツプ及び渦流発生手段の合計高さは第一のト
リツプ・ストリツプ及び渦流発生手段の合計高さ
よりも大きい。
のリーデイングエツジ領域に冷却通路を有してい
るということである。リーデイングエツジ領域の
壁により前記冷却通路の境界が郭定されている。
複数個のトリツプ・ストリツプが前記冷却通路を
横切つてエーロフオイルのリーデイングエツジ領
域内へ延在している。トリツプ・ストリツプは前
記壁に対し傾斜されており且それに近付いてくる
冷却空気流へ向けて傾斜されている。少なくとも
一つのトリツプ・ストリツプは該トリツプ・スト
リツプの一部より延在する渦流発生手段を有して
いる。渦流発生手段はリーデイングエツジ領域の
壁より翼弦方向に隔置されている。一つの実施例
に於てはトリツプ・ストリツプは圧力側側壁より
エーロフオイルのリーデイングエツジ領域を横切
つて吸入側側壁まで延在している。また一つの実
施例に於ては、第二のトリツプ・ストリツプが設
けられており、該第二のトリツプ・ストリツプは
渦流発生手段を有している。第二のトリツプ・ス
トリツプ及び渦流発生手段の合計高さは第一のト
リツプ・ストリツプ及び渦流発生手段の合計高さ
よりも大きい。
実施例
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。
について詳細に説明する。
第１図は回転機械のためのロータブレード１０
を示している。ロータブレード１０はルートセク
シヨン１２と、プラツトフオームセクシヨン１４
と、エーロフオイルセクシヨン１６とを有してい
る。ルートセクシヨン１２は回転機械のロータに
係合するよう構成されている。プラツトフオーム
セクシヨン１４は回転機械内の作動媒体ガス流路
の内壁の一部をなすよう構成されている。エーロ
フオイルセクシヨン１６は作動媒体ガス流路を横
切つて半径方向外方へ延在するよう構成されてお
り、その外端部に先端部１８を有している。ロー
タブレード１０はスパン方向Ｓ及び翼弦方向Ｃの
如き基準方向を有している。
を示している。ロータブレード１０はルートセク
シヨン１２と、プラツトフオームセクシヨン１４
と、エーロフオイルセクシヨン１６とを有してい
る。ルートセクシヨン１２は回転機械のロータに
係合するよう構成されている。プラツトフオーム
セクシヨン１４は回転機械内の作動媒体ガス流路
の内壁の一部をなすよう構成されている。エーロ
フオイルセクシヨン１６は作動媒体ガス流路を横
切つて半径方向外方へ延在するよう構成されてお
り、その外端部に先端部１８を有している。ロー
タブレード１０はスパン方向Ｓ及び翼弦方向Ｃの
如き基準方向を有している。
ルートセクシヨン１２は翼弦方向に延在するル
ート壁２０を有している。ルート壁２０には圧縮
機（図示せず）の如き冷却空気源と流体的に連通
する第一のダクト２２が設けられている。またル
ート壁２０にはそれを貫通して延在する第二のダ
クト２４が設けられている。第二のダクト２４に
はそれを横切つて延在し冷却空気源（図示せず）
との流体的連通を遮断するプレート２５が設けら
れている。他の一つの実施例に於ては、第二のダ
クトは冷却空気源と流体的に連通している。
ート壁２０を有している。ルート壁２０には圧縮
機（図示せず）の如き冷却空気源と流体的に連通
する第一のダクト２２が設けられている。またル
ート壁２０にはそれを貫通して延在する第二のダ
クト２４が設けられている。第二のダクト２４に
はそれを横切つて延在し冷却空気源（図示せず）
との流体的連通を遮断するプレート２５が設けら
れている。他の一つの実施例に於ては、第二のダ
クトは冷却空気源と流体的に連通している。
エーロフオイルセクシヨン１６はリーデイング
エツジ２６及びトレーリングエツジ２８を有して
いる。吸入側側壁３０及び圧力側側壁３２（第１
図に於ては明瞭化の目的で部分的に破断されてお
り、また第２図に図示されている）がリーデイン
グエツジ２６及びトレーリングエツジ２８に於て
互いに連結されている。圧力側側壁３２は吸入側
側壁３０より隔置されており、これによりそれら
の間にキヤビテイ３４が形成されている。キヤビ
テイ３４のスパン方向の境界は先端壁３６及びル
ート壁２０により郭定されている。第一のバツフ
ル３８が先端壁３６よりスパン方向へ延在してお
り、これによりキヤビテイ３４が後方部分４０と
前方部分４２とに分割されている。第一のバツフ
ル３８はルート壁２０より隔置され、これらの間
に第一の方向転換通路４４が形成されており、こ
の第一の方向転換通路はロータブレードの後方部
分４０をキヤビテイ３４の前方部分４２及びロー
タブレードセクシヨン１２を貫通して延在する第
二のダクト２４に流体的に連通させている。ロー
タブレードの後方部分４０はトレーリングエツジ
領域４６を含んでいる。このトレーリングエツジ
領域４６は互いに隔置された複数個の支柱４８間
を経由して作動媒体ガス流路と流体的に連通して
いる。各支柱４８はロータブレードの吸入側側壁
３０と圧力側側壁３２との間に延在して冷却空気
の流れを部分的に阻止し、また第一のバツフル３
８と共働して冷却空気のためのスパン方向に延在
する通路５０を郭定している。複数個のトリツ
プ・ストリツプ５２が近付いてくる冷却空気流に
対し垂直に延在しており、冷却空気流がトリツ
プ・ストリツプを通過する際その境界層に乱流を
惹起こすことにより膜状の境界層が形成されるこ
とを防止するようになつている。
エツジ２６及びトレーリングエツジ２８を有して
いる。吸入側側壁３０及び圧力側側壁３２（第１
図に於ては明瞭化の目的で部分的に破断されてお
り、また第２図に図示されている）がリーデイン
グエツジ２６及びトレーリングエツジ２８に於て
互いに連結されている。圧力側側壁３２は吸入側
側壁３０より隔置されており、これによりそれら
の間にキヤビテイ３４が形成されている。キヤビ
テイ３４のスパン方向の境界は先端壁３６及びル
ート壁２０により郭定されている。第一のバツフ
ル３８が先端壁３６よりスパン方向へ延在してお
り、これによりキヤビテイ３４が後方部分４０と
前方部分４２とに分割されている。第一のバツフ
ル３８はルート壁２０より隔置され、これらの間
に第一の方向転換通路４４が形成されており、こ
の第一の方向転換通路はロータブレードの後方部
分４０をキヤビテイ３４の前方部分４２及びロー
タブレードセクシヨン１２を貫通して延在する第
二のダクト２４に流体的に連通させている。ロー
タブレードの後方部分４０はトレーリングエツジ
領域４６を含んでいる。このトレーリングエツジ
領域４６は互いに隔置された複数個の支柱４８間
を経由して作動媒体ガス流路と流体的に連通して
いる。各支柱４８はロータブレードの吸入側側壁
３０と圧力側側壁３２との間に延在して冷却空気
の流れを部分的に阻止し、また第一のバツフル３
８と共働して冷却空気のためのスパン方向に延在
する通路５０を郭定している。複数個のトリツ
プ・ストリツプ５２が近付いてくる冷却空気流に
対し垂直に延在しており、冷却空気流がトリツ
プ・ストリツプを通過する際その境界層に乱流を
惹起こすことにより膜状の境界層が形成されるこ
とを防止するようになつている。
第二のバツフル５３がルート壁２０よりスパン
方向へ延在しており、これによりロータブレード
の前方部分４２が第一の通路５４と第二の通路５
６とに分割されている。第一の通路５４はブレー
ドのリーデイングエツジ領域に設けられた第三の
壁５８に隣接している。第一の通路５４は、第一
のダクト２２と流体的に連通する上流側端部６０
と、方向転換通路６４を経て第二の通路５４と流
体的に連通する下流側端部６２とを有している。
方向へ延在しており、これによりロータブレード
の前方部分４２が第一の通路５４と第二の通路５
６とに分割されている。第一の通路５４はブレー
ドのリーデイングエツジ領域に設けられた第三の
壁５８に隣接している。第一の通路５４は、第一
のダクト２２と流体的に連通する上流側端部６０
と、方向転換通路６４を経て第二の通路５４と流
体的に連通する下流側端部６２とを有している。
複数個の第一のトリツプ・ストリツプ６６がブ
レードの吸入側側壁３０よりリーデイングエツジ
領域の第三の壁５８を横切つてブレードの圧力側
側壁３２まで延在している。これらのトリツプ・
ストリツプ６６は一定の高さＨを有している。ま
たトリツプ・ストリツプ６６は近付いてくる冷却
空気流へ向けて傾斜されており、第三の壁５８に
対し鋭角をなしている。複数個の第二のトリツ
プ・ストリツプ６８が近付いてくる冷却空気流へ
向けて傾斜した状態にて設けられており、第三の
壁５８に対し約30゜の鋭角をなしている。25゜〜50゜
の範囲の鋭角が第二のトリツプ・ストリツプの傾
斜角度として充分であり、特に30゜〜45゜の角度が
最も好ましいものと考えられる。複数個の第二の
トリツプ・ストリツプ６８の各々は近付いてくる
冷却空気流へ向けて湾曲した端部を有している。
レードの吸入側側壁３０よりリーデイングエツジ
領域の第三の壁５８を横切つてブレードの圧力側
側壁３２まで延在している。これらのトリツプ・
ストリツプ６６は一定の高さＨを有している。ま
たトリツプ・ストリツプ６６は近付いてくる冷却
空気流へ向けて傾斜されており、第三の壁５８に
対し鋭角をなしている。複数個の第二のトリツ
プ・ストリツプ６８が近付いてくる冷却空気流へ
向けて傾斜した状態にて設けられており、第三の
壁５８に対し約30゜の鋭角をなしている。25゜〜50゜
の範囲の鋭角が第二のトリツプ・ストリツプの傾
斜角度として充分であり、特に30゜〜45゜の角度が
最も好ましいものと考えられる。複数個の第二の
トリツプ・ストリツプ６８の各々は近付いてくる
冷却空気流へ向けて湾曲した端部を有している。
第２図は第１図に示されたロータブレードの一
部を第１図の線２−２に沿つて切断して示す部分
断面図である。トリツプ・ストリツプ６６は高さ
Ｈを有しており、吸入側側壁３０及び圧力側側壁
３２に沿つて且リーデイングエツジ領域２６の第
三の壁５８を横切つて延在している。渦流発生手
段７０ａが第二のトリツプ・ストリツプ６８ａと
一体的に形成されている。渦流発生手段７０ａは
トリツプ・ストリツプ６８ａの高さを増大してい
る。トリツプ・ストリツプ６８ａと渦流発生手段
７０ａとの合計の高さはトリツプ・ストリツプ６
６の高さＨよりも大きいHaである。第二のトリ
ツプ・ストリツプ６８ｂは該第二のトリツプ・ス
トリツプと一体的に形成された渦流発生手段７０
ｂを有しており、高さHaよりも大きい高さHbに
までトリツプ・ストリツプの高さを増大してい
る。各渦流発生手段７０ａ及び７０ｂはリーデイ
ングエツジ領域２６内に於て第三の壁５８より翼
弦方向に隔置されている。渦流発生手段７０ｂは
渦流発生手段７０ａの翼弦方向長さよりも大きい
翼弦方向長さを有している。渦流発生手段の高さ
及び翼弦方向長さを増大することにより、渦流発
生手段の熱除去能力が増大する。従つてエーロフ
オイルセクシヨンの熱流量の最も大きい領域には
より長くより高さの大きい渦流発生手段が使用さ
れる。
部を第１図の線２−２に沿つて切断して示す部分
断面図である。トリツプ・ストリツプ６６は高さ
Ｈを有しており、吸入側側壁３０及び圧力側側壁
３２に沿つて且リーデイングエツジ領域２６の第
三の壁５８を横切つて延在している。渦流発生手
段７０ａが第二のトリツプ・ストリツプ６８ａと
一体的に形成されている。渦流発生手段７０ａは
トリツプ・ストリツプ６８ａの高さを増大してい
る。トリツプ・ストリツプ６８ａと渦流発生手段
７０ａとの合計の高さはトリツプ・ストリツプ６
６の高さＨよりも大きいHaである。第二のトリ
ツプ・ストリツプ６８ｂは該第二のトリツプ・ス
トリツプと一体的に形成された渦流発生手段７０
ｂを有しており、高さHaよりも大きい高さHbに
までトリツプ・ストリツプの高さを増大してい
る。各渦流発生手段７０ａ及び７０ｂはリーデイ
ングエツジ領域２６内に於て第三の壁５８より翼
弦方向に隔置されている。渦流発生手段７０ｂは
渦流発生手段７０ａの翼弦方向長さよりも大きい
翼弦方向長さを有している。渦流発生手段の高さ
及び翼弦方向長さを増大することにより、渦流発
生手段の熱除去能力が増大する。従つてエーロフ
オイルセクシヨンの熱流量の最も大きい領域には
より長くより高さの大きい渦流発生手段が使用さ
れる。
回転機械の作動に於ては、高温の作動媒体ガス
がロータブレードの外面上に流される。高温の作
動媒体ガスよりロータブレードのリーデイングエ
ツジ領域２６、吸入側側壁３０、及び圧力側側壁
３２へエネルギが熱として伝達される。第一のダ
クト２２からの冷却空気は第一の通路５４を経て
リーデイングエツジ領域に沿つて流れ、方向転換
通路６４へ至る。冷却空気流が第一の通路５４よ
り方向転換通路の方向転換ベーンを経て流れる際
に、その冷却空気の流れは方向転換ベーンにより
ロータブレードの一部より部分的に妨げられる。
ロータブレードの先端領域の厚さは薄いので、こ
の部分で冷却空気の流れが妨害されてもブレード
のスパン方向中央の領域に於て冷却空気の流れが
妨害される場合の如き苛酷な熱応力に起因する不
具合は生じない。冷却空気は方向転換通路６４、
第二の通路５６、第一の方向転換通路４４を経て
ロータブレードの後方部分４０に設けられた通路
５０へ至る。次いで冷却空気はトレーニングエツ
ジ領域２８に設けられた支柱４８間の空間を経て
吐出される。
がロータブレードの外面上に流される。高温の作
動媒体ガスよりロータブレードのリーデイングエ
ツジ領域２６、吸入側側壁３０、及び圧力側側壁
３２へエネルギが熱として伝達される。第一のダ
クト２２からの冷却空気は第一の通路５４を経て
リーデイングエツジ領域に沿つて流れ、方向転換
通路６４へ至る。冷却空気流が第一の通路５４よ
り方向転換通路の方向転換ベーンを経て流れる際
に、その冷却空気の流れは方向転換ベーンにより
ロータブレードの一部より部分的に妨げられる。
ロータブレードの先端領域の厚さは薄いので、こ
の部分で冷却空気の流れが妨害されてもブレード
のスパン方向中央の領域に於て冷却空気の流れが
妨害される場合の如き苛酷な熱応力に起因する不
具合は生じない。冷却空気は方向転換通路６４、
第二の通路５６、第一の方向転換通路４４を経て
ロータブレードの後方部分４０に設けられた通路
５０へ至る。次いで冷却空気はトレーニングエツ
ジ領域２８に設けられた支柱４８間の空間を経て
吐出される。
第３図は冷却空気がロータブレードのスパン方
向中央の領域に於て第一の通路５４を経て第二の
トリツプ・ストリツプ６８ｂ及び渦流発生手段７
０ｂを越えて流れている場合に於ける冷却空気の
二つの流線S1及びS2の間の相互作用を示してい
る。流線S1及びS2はエーロフオイルセクシヨン１
６の吸入側側壁表面に隣接しており、第一の通路
５４に沿つて流れることを妨げられることのない
冷却空気流の流線である。冷却空気の流線S1がト
リツプ・ストリツプ６８ｂ上を通過する際には、
その冷却空気流の一部は第３図に於て流線S1′に
て示されている如くリーデイングエツジ領域２６
へ向けて分流される。更に流線S1がトリツプ・ス
トリツプ上を通過する際にそのトリツプ・ストリ
ツプの上流側に微小の渦流が形成される。トリツ
プ・ストリツプは冷却空気流及び第三の壁５８に
対し傾斜しているので、上述の如く形成された微
小渦流には翼弦方向の速度成分が与えられる。こ
の翼弦方向の速度成分により、第３図に於て渦流
V1′として示されている如く、微小渦流はリーデ
イングエツジ領域２６方向へ且リーデイングエツ
ジ領域内に移動する。これらの微小渦流はエーロ
フオイルセクシヨンの吸入側側壁表面に近接した
境界層中に乱れを発生する。一方流線S2もエーロ
フオイルセクシヨンの吸入側側壁表面に隣接して
いる。流線S2が渦流発生手段を越えて通過する
と、その流線に沿つて流れる冷却空気流の大部分
は第３図に於て流線S2′にて示されている如くリ
ーデイングエツジ領域２６へ向けて分流される。
更に流線S2が渦流発生手段７０ｂを越えて通過す
る際には、トリツプ・ストリツプ６８ｂに於て形
成された微小渦流よりもはるかに大きい渦流が渦
流発生手段の上流側に形成される。渦流発生手段
は傾斜されているので、かくして形成された大き
い渦流には翼弦方向及びスパン方向の速度成分が
与えられる。上述の如く形成された大きい渦流は
翼弦方向の速度成分によりリーデイングエツジ領
域内へ且リーデイングエツジ領域に沿つて流れ、
エーロフオイルセクシヨンのリーデイングエツジ
領域内で第三の壁５８の表面７２を擦りつつ移動
する。この大きい渦流は冷却空気流の主要部より
より低温の空気をリーデイングエツジ領域の境界
層中へ強制的に移動させる。かくして微小渦流の
作用は大きい渦流の作用によつて大きく増強され
る。この大きい渦流は、微小渦流よりも持続時間
が長く且微小渦流と共働して境界層中の空気を冷
却し、境界層中の乱流成分を増大させ、エーロフ
オイルセクシヨンの壁とリーデイングエツジ領域
内の冷却空気との間の熱伝達を向上させるからで
ある。
向中央の領域に於て第一の通路５４を経て第二の
トリツプ・ストリツプ６８ｂ及び渦流発生手段７
０ｂを越えて流れている場合に於ける冷却空気の
二つの流線S1及びS2の間の相互作用を示してい
る。流線S1及びS2はエーロフオイルセクシヨン１
６の吸入側側壁表面に隣接しており、第一の通路
５４に沿つて流れることを妨げられることのない
冷却空気流の流線である。冷却空気の流線S1がト
リツプ・ストリツプ６８ｂ上を通過する際には、
その冷却空気流の一部は第３図に於て流線S1′に
て示されている如くリーデイングエツジ領域２６
へ向けて分流される。更に流線S1がトリツプ・ス
トリツプ上を通過する際にそのトリツプ・ストリ
ツプの上流側に微小の渦流が形成される。トリツ
プ・ストリツプは冷却空気流及び第三の壁５８に
対し傾斜しているので、上述の如く形成された微
小渦流には翼弦方向の速度成分が与えられる。こ
の翼弦方向の速度成分により、第３図に於て渦流
V1′として示されている如く、微小渦流はリーデ
イングエツジ領域２６方向へ且リーデイングエツ
ジ領域内に移動する。これらの微小渦流はエーロ
フオイルセクシヨンの吸入側側壁表面に近接した
境界層中に乱れを発生する。一方流線S2もエーロ
フオイルセクシヨンの吸入側側壁表面に隣接して
いる。流線S2が渦流発生手段を越えて通過する
と、その流線に沿つて流れる冷却空気流の大部分
は第３図に於て流線S2′にて示されている如くリ
ーデイングエツジ領域２６へ向けて分流される。
更に流線S2が渦流発生手段７０ｂを越えて通過す
る際には、トリツプ・ストリツプ６８ｂに於て形
成された微小渦流よりもはるかに大きい渦流が渦
流発生手段の上流側に形成される。渦流発生手段
は傾斜されているので、かくして形成された大き
い渦流には翼弦方向及びスパン方向の速度成分が
与えられる。上述の如く形成された大きい渦流は
翼弦方向の速度成分によりリーデイングエツジ領
域内へ且リーデイングエツジ領域に沿つて流れ、
エーロフオイルセクシヨンのリーデイングエツジ
領域内で第三の壁５８の表面７２を擦りつつ移動
する。この大きい渦流は冷却空気流の主要部より
より低温の空気をリーデイングエツジ領域の境界
層中へ強制的に移動させる。かくして微小渦流の
作用は大きい渦流の作用によつて大きく増強され
る。この大きい渦流は、微小渦流よりも持続時間
が長く且微小渦流と共働して境界層中の空気を冷
却し、境界層中の乱流成分を増大させ、エーロフ
オイルセクシヨンの壁とリーデイングエツジ領域
内の冷却空気との間の熱伝達を向上させるからで
ある。
発明の効果
本発明の一つの主要な利点は、リーデイングエ
ツジ部に於ける冷却特性が向上するため異物によ
る損傷より保護するリーデイングエツジ領域の壁
の厚さを厚く形成することが可能となり、またそ
の厚い壁が冷却されてその壁内に過度の熱応力が
発生することが阻止されることにより、エーロフ
オイルの使用寿命が長くされるということであ
る。本発明の他の一つの利点は、冷却空気流の一
部が分流され冷却空気流内に乱流が発生されて冷
却空気の冷却効果が向上されることにより、又冷
却空気膜形成用の孔を設けない型式のエーロフオ
イルを使用することが可能となるため、回転機械
の効率が向上されるということである。
ツジ部に於ける冷却特性が向上するため異物によ
る損傷より保護するリーデイングエツジ領域の壁
の厚さを厚く形成することが可能となり、またそ
の厚い壁が冷却されてその壁内に過度の熱応力が
発生することが阻止されることにより、エーロフ
オイルの使用寿命が長くされるということであ
る。本発明の他の一つの利点は、冷却空気流の一
部が分流され冷却空気流内に乱流が発生されて冷
却空気の冷却効果が向上されることにより、又冷
却空気膜形成用の孔を設けない型式のエーロフオ
イルを使用することが可能となるため、回転機械
の効率が向上されるということである。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の修
正並びに省略が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて種々の修
正並びに省略が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。
第１図は本発明によるロータブレードを示す縦
断面図である。第２図は第１図の線２−２による
部分断面図である。第３図はロータブレードのリ
ーデイングエツジ領域に於ける冷却空気流の一部
を解図的に示す第２図に示されたリーデイングエ
ツジ領域の解図的部分斜視図である。 １０……ロータブレード、１２……ルートセク
シヨン、１４……プラツトフオームセクシヨン、
１６……エーロフオイルセクシヨン、１８……先
端部、２０……ルート壁、２２……第一のダク
ト、２４……第二のダクト、２５……プレート、
２６……リーデイングエツジ（領域）、２８……
トレーリングエツジ、３０……吸入側側壁、３２
……圧力側側壁、３４……キヤビテイ、３６……
先端壁、３８……第一のバツフル、４０……後方
部分、４２……前方部分、４４……第一の方向転
換通路、４６……トレーニングエツジ領域、４８
……支柱、５０……通路、５２……トリツプ・ス
トリツプ、５３……第二のバツフル、５４……第
一の通路、５６……、第二の通路、５８……第三
の壁、６０……上流側端部、６２……下流側端
部、６４……方向転換通路、６６……第一のトリ
ツプ・ストリツプ、６８……第二のトリツプ・ス
トリツプ、７０ａ，７０ｂ……渦流発生手段。
断面図である。第２図は第１図の線２−２による
部分断面図である。第３図はロータブレードのリ
ーデイングエツジ領域に於ける冷却空気流の一部
を解図的に示す第２図に示されたリーデイングエ
ツジ領域の解図的部分斜視図である。 １０……ロータブレード、１２……ルートセク
シヨン、１４……プラツトフオームセクシヨン、
１６……エーロフオイルセクシヨン、１８……先
端部、２０……ルート壁、２２……第一のダク
ト、２４……第二のダクト、２５……プレート、
２６……リーデイングエツジ（領域）、２８……
トレーリングエツジ、３０……吸入側側壁、３２
……圧力側側壁、３４……キヤビテイ、３６……
先端壁、３８……第一のバツフル、４０……後方
部分、４２……前方部分、４４……第一の方向転
換通路、４６……トレーニングエツジ領域、４８
……支柱、５０……通路、５２……トリツプ・ス
トリツプ、５３……第二のバツフル、５４……第
一の通路、５６……、第二の通路、５８……第三
の壁、６０……上流側端部、６２……下流側端
部、６４……方向転換通路、６６……第一のトリ
ツプ・ストリツプ、６８……第二のトリツプ・ス
トリツプ、７０ａ，７０ｂ……渦流発生手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 冷却空気通路と前記冷却空気通路を郭定する
リーデイングエツジ領域の壁と前記リーデイング
エツジ領域の壁より前記冷却空気通路を横切つて
延在する少なくとも一つのトリツプ・ストリツプ
とを内部に有する型式の回転機械に使用される冷
却可能なエーロフオイルにして、 前記トリツプ・ストリツプは近付いてくる冷却
空気流れの方向へ向けて傾斜され且前記リーデイ
ングエツジ領域の壁に対して鋭角を形成してお
り、前記トリツプ・ストリツプは渦流発生手段を
有しており、前記渦流発生手段は前記トリツプ・
ストリツプより高さ方向に延在し且それと一体的
に形成されこれによつて冷却空気が前記渦流発生
手段を越えて流れるとき冷却空気の渦流が形成さ
れるように構成されており、前記渦流発生手段は
前記リーデイングエツジ領域の壁より翼弦方向に
隔置されておりこれによつて前記渦流発生手段に
よつて生じた冷却空気の渦流が前記トリツプ・ス
トリツプを越えて流れることが許されるように構
成された冷却可能なエーロフオイル。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された冷却可能
なエーロフオイルにして、前記トリツプ・ストリ
ツプ及び渦流発生手段は高さHaを有する第一の
トリツプ・ストリツプ及び渦流発生手段であり、
前記リーデイングエツジ領域の壁より前記冷却空
気通路を横切つて第二のトリツプ・ストリツプが
延在しており、前記第二のトリツプ・ストリツプ
は近付いてくる冷却空気流れの方向へ向けて傾斜
され且前記リーデイングエツジ領域の壁に対して
鋭角を形成しており、前記第二のトリツプ・スト
リツプは第二の渦流発生手段を有しており、前記
第二の渦流発生手段は前記第二のトリツプ・スト
リツプより高さ方向に延在し且それと一体的に形
成されこれによつて冷却空気が前記第二の渦流発
生手段を越えて流れるとき冷却空気の渦流が形成
されるように構成されており、前記第二の渦流発
生手段は前記リーデイングエツジ領域の壁より翼
弦方向に隔置され、前記第二のトリツプ・ストリ
ツプ及び第二の渦流発生手段の高さはHbであり
前記第一のトリツプ・ストリツプ及び渦流発生手
段の高さHaより大きい（Hb＞Ha）ことを特徴
とする冷却可能なエーロフオイル。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載され
た冷却可能なエーロフオイルにして、前記第一の
及び第二のトリツプ・ストリツプ及びそれに一体
的に形成された第一の及び第二の渦流発生装置の
うちの一方は近付いてくる冷却空気流れの方向に
向けて湾曲された端部を有しており、これによつ
て前記トリツプ・ストリツプ及び渦流発生手段は
近付いてくる冷却空気流れの方向に向けて湾曲さ
れているように構成されていることを特徴とする
冷却可能なエーロフオイル。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された冷却可能
なエーロフオイルにして、前記リーデイングエツ
ジ領域の壁と前記トリツプ・ストリツプとの間の
鋭角が25度と50度の間の範囲にあることを特徴と
する冷却可能なエーロフオイル。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載された冷却可能
なエーロフオイルにして、前記エーロフオイルは
吸入側側壁と圧力側側壁とを有しており、前記リ
ーデイングエツジ領域の壁は前記吸入側側壁であ
り、前記トリツプ・ストリツプの少なくとも一つ
は前記冷却空気通路内に於て前記吸入側側壁と圧
力側側壁より延在し、前記渦流発生手段は前記冷
却空気通路内に於て前記吸入側側壁上の前記トリ
ツプ・ストリツプの一部分より延在していること
を特徴とする冷却可能なエーロフオイル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/334,616 US4515526A (en) | 1981-12-28 | 1981-12-28 | Coolable airfoil for a rotary machine |
| US334616 | 1981-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58126402A JPS58126402A (ja) | 1983-07-27 |
| JPH0370084B2 true JPH0370084B2 (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=23308013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57234904A Granted JPS58126402A (ja) | 1981-12-28 | 1982-12-28 | 冷却可能なエ−ロフオイル |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4515526A (ja) |
| JP (1) | JPS58126402A (ja) |
| DE (1) | DE3248163A1 (ja) |
| FR (1) | FR2519068B1 (ja) |
| GB (1) | GB2112868B (ja) |
Families Citing this family (63)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4515523A (en) * | 1983-10-28 | 1985-05-07 | Westinghouse Electric Corp. | Cooling arrangement for airfoil stator vane trailing edge |
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