JPH0833099B2 - タービン翼構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタービン翼の冷却効率を高めるためのタービ
ン翼構造の改良に関する。

［従来の技術］ 一般に、航空機のジェットエンジンをはじめとするガ
スタービンは高温の作動ガスで駆動されるようになって
いる。そして、このガスタービンの動翼や静翼は高温の
作動ガスと接触されるところから、これらの翼体が所定
以上の高温になるのを防ぐため、翼体内に冷却ガスを流
通させて冷却することが知られている。

この冷却流体には圧縮機からの圧縮空気が用いられて
いるが、この圧縮空気はタービンの効率や出力に直接関
係するところから、できるだけ少ない圧縮空気を効率よ
く翼体と接触させて冷却を行う必要がある。そのため、
翼体内に冷却ガスを流通させる折り返された流路を形成
して翼体全面を冷却するとともに、この流路に乱流を与
えるための突起部材が設けられている。

従来、第６図および第７図に示すように、この翼体１
には、翼根元部５から翼頭部近傍に設けられた多数の排
出孔３に至る間に複数回折り返された一連の流路２が形
成されており、この流路２に冷却ガスが流通されるよう
になっている。そして、この流路２の側壁７とこの側壁
７の相対する側の側壁7aに、流通される冷却ガスに乱流
を与えるための突起部材８が設けられている。

この突起部材８は断面が方形の直柱部材でなり、冷却
ガスの流れ方向と角度αで、その前部側8aから後部側8b
に向けて傾斜されて、側壁７に適宜間隔をもって多段に
設けられている。この突起部材８の所定箇所には冷却ガ
ス４のダストの集積を防ぐ間隙６が形成されている。

この側壁7,7aに設けられた突起部材８で、流路２に流
通される冷却ガスは、その流れが乱れ、側壁7,7aおよび
7bと接触される度合いが高められ、翼体１の冷却効率が
上げにられるようになっている。（例えば米国特許第4,
514,144号明細書） また、上述の突起部材８が側壁7,7aの一方向に向けて
傾斜されて設けられているのに対し、第８図に示すよう
に、側壁7,7aの中心線に向けてそれぞれ角度αで傾斜さ
れ、この中心線で接合されている２つの部材9a,9bで構
成された突起部材９が設けられたタービン翼構造も知ら
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のタービン翼構造では、突起部材８を側壁7,7aに
設けたことで、冷却ガスに乱流を与えることができる
が、この突起部材８に接した側壁7,7aの下流側に冷却ガ
スの２次流が生じることになる。この２次流は冷却ガス
を側壁から剥離させ、これらが接触するのを妨げ、翼体
の冷却効果を下げるように作用する。

第９図および第10図に示すように、突起部材８の前部
側8aに生じた２次流は、冷却ガスの流れとともに、突起
部材８の後部側8bに向けて押し流され、この後部側8bに
集積されるようになる。このため、突起部材８の前部側
8aの下流の側壁7,7aには２次流が生じるものの、この２
次流が集積されることが少なく、冷却ガスはこの側壁7,
7aとよく接触されて熱伝達率の高い付着域Ａが生じ、こ
の部分の翼体１は冷却される。

しかしながら、突起部材８の前部側8aに生じた２次流
は冷却ガスの流れとともに後部側8bに向けて流され、こ
の後部側8bで生じた２次流とともに後部側8bの下流側に
集積されることになる。このため、この後部側8bの下流
側に集積された２次流は冷却ガスと翼体１との接触を妨
げる熱伝達率の低い剥離域Ｂが生じ、この剥離域Ｂの翼
体１部分の冷却が充分行われないことになる。

このため、流路２の側壁7,7aに突起部材８を傾斜させ
て設けることで、流通される冷却ガス４に乱流を生じさ
せることができるものの、高温の翼体１から均一に熱を
吸収することが難しかった。したがって、翼体１の冷却
に高低部分が生じて一部分に冷却不足するホットスポッ
トが発生し、流路２に送入される冷却ガスによる冷却効
率が高められないばかりでなく、翼体１の耐熱寿命を短
くするという問題点があった。

また、第８図に示したような、側壁7,7aに２つの部材
9a,9bを側壁7,7aの中心線で接合された突起部材９で
は、この突起部材９の接合部である頂部10に向けて２次
流が集積して大きな剥離域Ｃが生じ、上述の突起部材８
と同じような問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであっ
て、その目的とするところは翼体の流路に設けられた突
起部材の下流側に冷却ガスの剥離域が生じるのを抑制し
て、翼体の全体に冷却ガスを接触させるようにし、この
翼体を均一に冷却することのできる翼体構造を提供する
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、タービン翼の内
部に冷却ガスを通過させる冷却ガス通路を形成し、ター
ビン翼の前後縁部に上記通路から冷却後のガスを排出す
るための排出孔をそれぞれ形成したタービン翼構造にお
いて、上記冷却ガス通路を断面矩形状に形成し、その冷
却ガス通路の相対向する内壁の双方に、中央部が通路内
を通過する冷却ガスの下流側に隆起した円弧面を有し両
端部がその両側の通路内壁にそれぞれ接続されたフィン
を、通路の長手方向に沿って所定間隔を隔てて複数設け
て構成される。

［作用］ 高温の作動ガスと接触され、高温になった翼体に圧縮
機からの圧縮空気が冷却ガスとして流通される。

この冷却ガスは、翼体の根元部から翼体に冷却ガスの
通路に送入され、翼体を冷却するように流通され、冷却
後のガスは翼体の前後縁部に設けられている排出孔から
排出される。これとともに、この冷却ガスは通路の側壁
に設けられたフインに接触され、乱流が与えられ、翼体
の側壁との接触が高められる。

この冷却ガスがフインに接触される際に、このフイン
に接した下流側に、冷却ガスの２次流が生じ、この２次
流で冷却ガスが側壁と剥離し、翼体の冷却作用が阻害さ
れようとする。

この側壁に設けられているフインは、通路の中心線に
対称に設けられるとともに冷却ガスの下流側に隆起した
円弧面が形成されており、さらにフインの両端部がその
両側の通路内壁にそれぞれ接続されているので、このフ
インに接した下流側に生じる２次流は、他のフインの下
流側部分に流出したり、集積されることがなく、下流側
のごく狭い部分に留まり、冷却ガスの剥離域の広がりが
フインと通路内壁とに区画された下流側のごく狭い部分
に止まる。

このことにより、通路の側壁に設けられたフインの下
流側には、側壁と冷却ガスとの接触を妨げる２次流が生
じるものの、この２次流が集積して広がることが抑制さ
れ、冷却ガスが翼体全体に接触させることができ、少な
い冷却ガス量で効率よく翼体を冷却することができる。

［実施例］ 本発明の好適な一実施例を図面に従って説明する。

本実施例にかかる翼体11には、第１図ないし第３図に
示すように、この翼体11を冷却するための冷却ガスの通
路13が形成されている。この通路13は、翼体11の根元部
12の冷却ガスの送入孔20から送入される冷却ガスを翼前
縁部14に多数形成された前排出孔15と頂部排出孔16に流
通させる通路部分13aと、根元部12の送入孔21から送入
される冷却ガスを翼後縁部18に多数形成された後排出孔
19と多段に折り返されて頂部排出孔16とに流通させる通
路部分13bとで形成されている。これらの通路13は側壁2
4を隔てて断面の縦横比が任意な矩形に形成されてい
る。このフイン26は通路13を形成する４面の側壁24の、
１ないし４面上に、その全長にわたって間隔ｐで多段に
フィンが設けられている。

このフイン26は曲率半径ｒの円弧面が形成された断面
が方形の部材で、この円弧面Ｒを通路13の下流側に位置
させて側壁24の全幅にわたるよう設けられている。この
フイン26の断面形状は方形に限られず、他の形状でもよ
い。

このフイン26の高さｅは通路13の幅と高さと曲率半径
ｒとで決められ、上記フイン26の間隔ｐはフイン26の高
さｅの５ないし20倍が好適である。

そして、このフイン26のそれぞれの両端部27は、側壁
24の中心線Ｘと直交する面と接触角度αで側壁24上に設
けられる。したがって、フイン26は側壁26の中心線で左
右対称となるように設けられる。この接触角度αは０°
＜｜α｜≦45°の範囲で選択される。

またこのフイン26には、第４図に示すように、所定箇
所に冷却ガス中のダストがフイン26に蓄積されるのを防
ぐため、切欠された間隙30が設けられてもよい。

つぎに本実施例の作用について説明する。

高温の作動ガスと接触されて高温になった翼体11を冷
却するため、圧縮機からの圧縮空気が冷却ガスとして翼
体11の通路13に流通される。

この冷却ガスは、翼体の根元部12の冷却ガスの送入孔
20から翼体11の翼前縁部14の前排出孔15と頂部排出孔16
に連通された通路部分13aに流通され、また送入孔21か
ら翼体11の後縁部18の後排出孔19と頂部排出孔16に連通
された通路部分13bに流通される。

すなわち、送入孔20から翼体11内に導入された冷却ガ
スは、通路部分13aを通って翼体11の前縁側を冷却し、
冷却後のガスが翼先端部に設けられた頂部排出孔16およ
び前縁部に設けられた前排出孔15から排出される。ま
た、送入孔21から翼体11内に導入された冷却ガスは、通
路部分13bを通って翼体11の後縁側を冷却し、冷却後の
ガスが後縁部に設けられた前排出孔19および翼先端部に
設けられた頂部排出孔16から排出される。

この流通される冷却ガスが側壁24に接触され、翼体11
が冷却される。これとともに、冷却ガスは通路13の側壁
24に設けられた冷却ガスの下流側に隆起された円弧面Ｒ
が形成されたフイン26に接触される。このフイン26との
接触で、冷却ガスの流れには乱流が与えられ、翼体11の
側壁24が冷却されるための接触が高められる。

この冷却ガスがフイン26に接触された際に、このフイ
ン26に接した下流側に、渦巻状の２次流が発生する。こ
の２次流は冷却ガスの流れと側壁24との間に存在し、冷
却ガスを側壁24から剥離させるため、翼体11の冷却が阻
害されるように作用しようとする。したがって、２次流
がフイン26の下流側に集積した場合、広い剥離域が生じ
翼体11の冷却にムラを生じさせることになる。

本実施例における側壁24に設けられたフイン26は、通
路13の中心線Ｘに対称に設けられるとともに冷却ガスの
下流側に隆起した円弧面Ｒが形成されており、さらにフ
イン26の両端部がその両側の通路側壁24にそれぞれ接続
されているので、第５図に示すように、このフイン26に
接して下流側に生じた２次流は、冷却ガスの流通方向か
ら偏向されて流れることがない。したがって、この２次
流がフイン26の下流側の一部分（フィン26と通路側壁24
とに区画された下流側のごく狭い部分）に集積されて冷
却ガスの剥離域が拡大されることが抑制される。

これにより、通路13の中心線Ｘの両側に熱伝達の高い
冷却ガスの付着域Ｄが生成され、側壁24全体として平均
的に広い付着域を有するこしになり、通路13全体の平均
熱伝達が向上してすぐれた冷却効果が得られる。

［発明の効果］ 本発明によれば、翼体の通路側壁にフインで生じる２
次流が集積して拡大されることが抑制され、冷却ガスが
翼体全体的に平均してに接触させることができ、少ない
冷却ガス量で効率よく翼体を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる一実施例の翼体の断面図、第２
図は第１図の冷却ガスの通路の拡大説明図、第３図は第
２図のＸ−Ｘ線矢視図、第４図は変形例の説明図、第５
図は本発明にかかるフィンの説明図、第６図は従来技術
にかかる翼体の断面図、第７図は第６図の要部拡大図、
第８図は他の従来技術の説明図、第９図および第10図は
第７図の作用説明図である。 図中、11はタービン翼体、13は冷却ガス通路、15は前排
出孔、19は後排出孔、24は側壁、26はフィンである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−135604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−101202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−271902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−126402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−66401（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−11801（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン翼の内部に冷却ガスを通過させる
   冷却ガス通路を形成すると共に、タービン翼の前後縁部
   に上記通路から冷却後のガスを排出するための排出孔を
   それぞれ形成したタービン翼構造において、上記冷却ガ
   ス通路を断面矩形状に形成し、その冷却ガス通路の相対
   向する内壁の双方に、中央部が通路内を通過する冷却ガ
   スの下流側に隆起した円弧面を有し両端部がその両側の
   通路内壁にそれぞれ接続されたフィンを、通路の長手方
   向に沿って所定間隔を隔てて複数設けたことを特徴とす
   るタービン翼構造。