JPH05179902A - ガスタービン空冷翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は冷却空気の流動抵抗増加に比して熱
伝達率の増加割合の高いガスタービン空冷翼を提供する
ことを目的とする。 【構成】 本発明は冷却促進のため翼内部に冷却空気を
流すと共に冷却空気流に交叉するフィンを突出させたガ
スタービン空冷翼において、上記フィンの先端が所要の
間隔で突起を具備してなることを特徴とするガスタービ
ン空冷翼を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの空気冷
却翼、詳しくはその内部の冷却フィンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３、図４は従来のガスタービン空冷翼
の内部の模式的斜視図である。両図において１は冷却空
気流に交叉する形で翼の壁面３からｈの高さで突出させ
た冷却促進のためのフィンである。図３は冷却空気流に
対しフィン１がほぼ直交状に交叉した例を、図４はほぼ
６０°の角度で斜交した例をそれぞれ示す。

【０００３】図３の場合より、図４のように斜交させた
場合の方が熱伝達率（従って冷却率）が向上することを
文献（トランザクション・オブ・ザ・エーエスエムイ
ー，ジャーナル オブ ヒート トランスファー第１０
７巻，ページ６２８〜６３５（１９８５））が報告して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のガスタービ
ン空冷翼には解決すべき次の課題があった。

【０００５】即ち、図３及び図４のフィンは冷却空気流
れをはく離させて、フィン後方の流れに乱れを与えて、
熱伝達率を高めるものである。

【０００６】フィンの高さを高くする程、フィン後方に
生じるはく離は激しくなり、熱伝達率が向上するが、そ
の一方で流動抵抗が大きくなる。即ち、ガスタービン空
冷翼の場合には、翼内部の対流冷却空気の、入口圧力及
び出口圧力は規定されているから、流動抵抗が大きくな
れば冷却空気の流速が低下して、熱伝達率が低下すると
いう問題があった。

【０００７】したがって、熱伝達率の向上を図る一方
で、流動抵抗の増加を少なく抑えることが必要である。

【０００８】本発明は上記課題解決のため、流動抵抗増
加に比して熱伝達率の増加割合の高いガスタービン空冷
翼を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、冷却促進のため翼内部に冷却空気を流すと
共に冷却空気流に交叉するフィンを突出させたガスター
ビン空冷翼において、上記フィンの先端が所要の間隔で
突起を具備してなることを特徴とするガスタービン空冷
翼を提供しようとするものである。

【００１０】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。

【００１１】即ち、翼内の冷却空気流に交叉してフィン
が突出すると、その後方では流れが乱れる。一般に層流
よりは乱流の方が熱伝達率が高いことはよく知られてい
る事実である。

【００１２】従ってフィン後流の乱れは相応して熱伝達
率を高める。

【００１３】他方、流動抵抗は、突起体においては大別
して、動圧抵抗と渦等を含む乱れの抵抗とが相加された
形となる。

【００１４】従って動圧抵抗を小さく、乱れの抵抗の増
加を許容すれば、抵抗増加に比してより熱伝達率の大き
い突起体を得ることができる。

【００１５】本発明の構成では、冷却空気流に交叉して
突出させたフィンの先端に所要の間隔で突起を設けるの
で、突起が流れを阻む面積に比し、渦等を発生させて流
れを乱す突起の外周部は、突起の左右（流れ方向の）両
側及び先端（頂部）に存在する。即ち、動圧抵抗を生ず
る面積に比し、乱れ発生の外周線が長くなるので、流動
抵抗に比して熱伝達率がより大きくなる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２により説明
する。なお、従来例と同様の構成部材には同符号を付
し、必要ある場合を除き、説明を省略する。

【００１７】図１は従来例に対応させて示した、本実施
例のガスタービン空冷翼内部の一部片側の模式的斜視
図、図２は図１の実施例の適用されたガスタービン空冷
翼内部全体の断面図である。

【００１８】両図において、１は冷却空気流れに対し、
約６０°の角度で交叉して翼４の壁面３から突出して設
けられたフィン、２はフィン１の先端（頂部）を所要間
隔で矩形状に突起させた矩形突起、３は翼４の内側の壁
面、４は内部に冷却空気を貫流可能に構成された翼であ
る。

【００１９】なお、矩形突起２は、冷却空気の衝突効率
を高めるため、図示のように複数のフィン１相互で千鳥
配置に設けられている。

【００２０】壁面３から矩形突起２の先端迄の高さは
Ｈ、基部迄の高さはｈである。なお、ここに矩形突起２
は、それを複数の独立体の付加と見ても、或はフィン１
の頂部が所要の間隔で凹凸に成形されていて、その凸部
であるとしても同義であることは云うまでもない。

【００２１】次に上記構成の作用について説明する。

【００２２】図１において、冷却空気が矢印のように流
れると、フィン１の高さｈの部分と、Ｈの部分とを起え
て冷却空気は流れる。従ってその後流は乱れることにな
るが、仮りにフィン１が高さｈで一様であった場合、即
ち、従来例と同様であった場合と、フィン１が高さＨで
一様であった場合を比較すると、高さＨの場合が、壁面
３からの高さ、越流から見れば落差が大きいので当然に
乱れが大きく、従って熱伝達率も大きい。他方、流動抵
抗について見ると、乱れによる抵抗は乱れが大きくなっ
たので相応して大きくなる。動圧抵抗も、高さがｈから
Ｈに増大した訳であるから相応して増大する。即ち、高
さがｈに対しＨの場合、乱れが大きくなって熱伝達率も
相応して大きくなるが、動圧抵抗、乱れ抵抗も相応して
大きくなるので、熱伝達率／抵抗、という観点からは、
ｈをＨに増加させることが常に効率的であるか否かは詳
細なテストを必要とする。

【００２３】これに対し、本実施例の場合、矩形突起２
と２の間はフィン１の高さはｈであり、仮りに矩形突起
２同士の間隔と矩形突起２の幅を同一にした場合、高さ
ｈとＨ間におけるフィン１の流れに対する面積は、ｈと
Ｈの各一様高さの場合の面積差の半分となる。従って動
圧抵抗も相応して小さくなる。ところが乱れは、矩形突
起２同士の間では落差による乱れは相応して小さくなる
ものの、新たに矩形突起２の側部による乱れが２個所、
加わることになり、全体の乱れは殆ど小さくならない。
従って、本実施例の場合、全体抵抗は小さくなっても乱
れは殆ど小さくならず、上記に比し、熱伝達率／抵抗が
明らかに大きく、小さい抵抗で、大きな熱伝達率が達成
される。以上に加え、図１では矩形突起２が千鳥配置に
なっているので矩形突起２同士の間を通った流れの主た
る部分は後流のフィン１の矩形突起２に当ることとな
り、乱れの効率が、従って熱伝達率が一層高まる。ま
た、フィン１が冷却空気流に約６０°の斜角で交叉する
ので、この点からも高い熱伝達率が得られる。但し、矩
形突起２の千鳥配置や、冷却空気流にフィン１を斜めに
交叉させる構成の選択は自由であって、本発明がそれに
限定されるものではない。

【００２４】因みに、従来の技術の項に引用した文献に
よれば流れ方向に対するフィンの傾斜角度が４５〜７５
°では熱伝達率が９０°（直交）の場合より約２５％増
加する。本実施例では、この範囲の代表値として６０°
を採用したものである。

【００２５】図２は図１の実施例のガスタービン空冷翼
内部全体の断面図で、冷却流路を長くして冷却効率を高
めるため、翼４内は交互に隔壁４ａで仕切られており、
冷却空気はそれらの間を蛇行して流れ、十分に翼４を冷
却する。

【００２６】以上の通り、本実施例によればフィン１の
先端が所要の間隔で矩形突起２を備えるので、冷却空気
の流れの抵抗に比し、乱れが大きくなり効率的に壁面３
を、従って翼４を冷却できるという利点がある。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００２８】即ち、本発明によればガスタービン空冷翼
の内部に、冷却空気流に交叉して突出させたフィンの先
端が所要の間隔で、突起を具備するため、冷却空気流と
の熱伝達率が向上し、冷却性能が上って、より高温ガス
に耐えられる空冷翼が得られる。この結果、ガスタービ
ンの熱高率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の内部の一部片側の模式的斜
視図、

【図２】上記実施例のガスタービン空冷翼（動翼）内部
全体の断面図、

【図３】従来の流れに直交して配置したフィンを有する
ガスタービン空冷翼内部の一部の斜視図、

【図４】従来の流れに傾斜して配置したフィンを有する
ガスタービン空冷翼内部の一部の斜視図である。

【符号の説明】

１ フィン ２ 矩形突起 ３ 壁面 ４ 翼 ４ａ 隔壁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却促進のため翼内部に冷却空気を流す
   と共に冷却空気流に交叉するフィンを突出させたガスタ
   ービン空冷翼において、上記フィンの先端が所要の間隔
   で突起を具備してなることを特徴とするガスタービン空
   冷翼。