JPH0953407A - ガスタービン動翼 - Google Patents

ガスタービン動翼

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JPH0953407A
JPH0953407A JP21058695A JP21058695A JPH0953407A JP H0953407 A JPH0953407 A JP H0953407A JP 21058695 A JP21058695 A JP 21058695A JP 21058695 A JP21058695 A JP 21058695A JP H0953407 A JPH0953407 A JP H0953407A
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Yasuoki Tomita
康意 富田
Raasu Tomusen
トムセン・ラース
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ガスタービン翼列の後段側に設置
される薄肉長大化されたガスタービン動翼に関する。従
来の動翼においては、冷却のために動翼内部に設ける、
空洞の形成に必要な中子の製作、およびセッティングが
難しく、また空洞を形成するハブ部の剛性が、高温化に
伴い不足する不具合があった。本発明は、このような不
具合を解消できる、ガスタービン動翼の提供を課題とす
る。 【解決手段】 本発明は、動翼1の翼付根部19、およ
び翼付根部19と翼12との間のハブ部18に形成され
る空洞4内に、ピンフィン5、若しくは柱状フィン6を
空洞4内壁から突出させて設けた。これにより、空洞4
が形成され薄肉化されたハブ部18の剛性が増すととも
に、フィン5,6の冷却効果により、ハブ部18の冷却
効率が向上し、クリープ強度が増大する利点がある。ま
た、ピンフィン5、柱状フィン6の設置により、空洞4
形成時の中子の製作が容易になるとともに、空洞4形成
部への中子のセッティングが容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン翼列
の後段側に設けられる、薄肉化された長大動翼に適用さ
れ、内部に冷却構造を設けたガスタービン動翼に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの高温、高出力化に伴い、
ガスタービン翼列の後方段の動翼の長大化が著しくなっ
てきている。このような、長大化された動翼では、動翼
自体の重量が大きくなり、また周速度も大きくなるの
で、動翼回転時の遠心力により、動翼に発生する応力
は、従来の動翼に比較して格段に高くなってきている。
従って、このような動翼では、翼断面の厚さを翼付根部
に隣接する翼の根元であるハブ部から翼端にかけて薄く
して、軽量化した薄肉翼にされるとともに、翼の巾を翼
端側にいくほど小さくしたテーパ翼が、使用されるよう
になってきている。
【0003】また、このような長大化された動翼では、
その動翼の翼端に設けられるシュラウドが、翼と一体に
形成されたインテグラルシュラウド翼(ISB)にさ
れ、遠心力が大きく影響する翼端側の重量が、軽量にさ
れるとともに、隣接する翼の振動をシュラウドで抑制し
て、振動強度を向上させることも行われている。さら
に、このようなガスタービン翼列の後方段に使用される
長大薄肉化された動翼では、前述した、遠心力による応
力の増大を回避するための薄肉化、テーパ化によるもの
のほか、ガスタービンの高温、高出力化に伴う、動翼の
高温化により強度が劣化することによる強度上の低下が
問題となってきている。
【0004】図4は、このような、高温化に伴う動翼の
強度低下を回避するため、動翼10内部に冷却構造を設
けた、動翼10の翼厚方向中心部での断面を示す図であ
る。図に示すように、動翼10の翼付根部19、および
翼12と翼付根部19の境界であるハブ11から翼端1
6方向へ翼軸長の25%までの間(以下説明の都合上ハ
ブ部18という)の翼12の内部には、鋳造時に、中子
としてセラミックコアを用いて空洞13が形成されてい
る。
【0005】また、空洞13外周部から翼端16までの
翼12の内部には、複数本のマルチホール15が翼軸方
向に穿設してあり、対流冷却によって翼12、ハブ部1
8、および翼付根部16の冷却を行うべく、図示しない
タービンロータから、冷却空気を矢印で示すように送り
込み、空洞13、マルチホール15を通過させて、翼端
16、若しくはシュラウド17に設けた開口からタービ
ン通路に排出するようにしている。なお、14は動翼1
0の鋳造時に、ハブ部18の内部に空洞13を形成する
ために、中子として使用するセラミックコアを空洞13
形成部に支持すべく設けられるコア支持リブである。
【0006】しかしながら、このようにして内部に冷却
構造を設ける動翼10においては、製造時に、空洞13
を形成するための中子の製作の難しさや、空洞13を設
ける動翼10内部への中子のセッティングがしにくいと
いう不具合がある。さらに、ガスタービン効率の向上の
ために行われる高温、高圧化により、タービン入口温度
が1500℃級になるガスタービンに使用される動翼で
は、前述したハブ部18に空洞13を設け、その内部に
導入する冷却空気で行う冷却だけでは、冷却不足となり
クリープ強度上に問題が生じるという不具合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな、従来の長大薄肉化されたガスタービン動翼の問題
点を解消するために、動翼の内部に空洞を形成する中子
の製作、特にセッティングを考慮した中子の製作が容易
になるとともに、空洞内に、容易にセラミックコアの中
子をセッティングでき、動翼の軽量化、および冷却のた
めの空洞の形成が容易になり、さらには、空洞部の剛
性、特に捩り剛性が向上するとともに、ハブ部の冷却効
率を著しく向上させて、クリープ強度上の問題を解消し
て、より高い入口温度のガスタービンにも使用できるガ
スタービン動翼を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、本発明のガス
タービン動翼は、次の手段とした。動翼を内部から冷却
するため、動翼のハブ部、および翼付根部の内部に設け
られる空洞内に、ピンフィンを空洞内壁から突出させて
設け、若しくは柱状フィンを、その両端を対向する空洞
内壁にそれぞれ連結させて、設けるようにした。なお、
ピンフィン、若しくは柱状フィンは、少くとも動翼のハ
ブ部の内部に設けられる空洞内には設けることが好まし
い。
【0009】これにより、本発明のガスタービン動翼
は、冷却のための空洞が形成されて、強度がクリティカ
ルになるハブ部、および翼付根部の強度が向上するとと
もに、特に、ハブ部の冷却効率がピンフィン、若しくは
柱状フィンの設置により、著しく向上し、この部分の温
度上昇を低減でき、クリープ強度が増大するため、より
高温のガスタービンに適用でき、しかもクリープ寿命を
延ばすことができる。また、ピンフィン、若しくは柱状
フィンを設けたことによって、薄肉化された動翼でも、
空洞を形成するためのセラミックコア(中子)の製作、
およびそのセッティングが容易となる。さらに、ピンフ
ィン、若しくは柱状フィンは、空洞を設けたことにより
薄肉化の著しい、特にハブ部では、構造材の役目をし、
この部分の強度が上りISB翼の特性である、ねじりに
対する剛性が向上する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービン動翼
の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図1は、
本発明のガスタービン動翼の実施の1形態を示す動翼の
翼厚方向中心部での断面図である。なお、本形態を示す
図面において、図3で示す符号と同一符号のものは、図
3において説明したものと同一のものにつき、説明は省
略する。
【0011】図に示すように、長大薄肉化された動翼1
の翼付根部19、および翼付根部19と翼12の境界で
あるハブ11から翼端16方向へ翼軸長の25%までの
翼12のハブ部18の内部には、コア支持リブ14を具
えた空洞4が設けてある。そして、この空洞4には、後
述するピンフィン5が設けられている。なお、空洞4の
外周部から翼端16までの内部には、翼12の軸長さ方
向に配列された、図1の矢視A−A断面図である図2
(A)に示すような複数のマルチホール15が、前述し
た従来例と同様に穿設されている。
【0012】また、空洞4内には、好適な実施の第1形
態を示す、図1の矢視B−Bの部分断面図である、図2
(B)に示すように、ピンフィン5が空洞4を形成する
内壁から突出して設けられている。このピンフィン5
は、ピン径2mm、ピッチ8〜10mmで、空洞4の翼軸方
向に11列で設けられている。これにより、空洞4が設
けられ、薄肉化されたハブ部18の剛性が増すととも
に、この空洞4に、図示しないタービンロータに設けた
通路から導入され、マルチホール15を通って、翼端1
6側へ流される冷却空気による、ハブ部18の冷却効率
が向上し、クリープ強度が増大する。
【0013】また、空洞4内部にピンフィン5を突設す
るようにしたことにより、動翼1の製造時、空洞4を形
成するために、動翼1の内部に設置する中子である、セ
ラミックコアの支持が、コア支持リブ14のみによって
なされていたのを、ピンフィン5の突設部で支持できる
ようになり、これにより中子の製作が容易になるととも
に、中子のセッティングが容易になる。
【0014】また、ピンフィン5は突起状のものに代え
て、図2(C)に示すように、空洞4内の腹側から背側
までつながった、柱状フィン6とすることもできる。そ
して、柱状フィン6を設けた場合、従来の空洞13を設
けただけのハブ部18に比べ、また図2(B)に示すピ
ンフィン5を設けたものに比べても、柱状フィン6がハ
ブ部18の剛性を高めるという効果も有する。
【0015】なお、本形態のガスタービン動翼の翼端1
6に設けるシュラウド17は、マルチホール15からの
空気を利用するようにした、空冷式シュラウドを用いる
のがより好ましい。すなわち、図1に示す翼12の外径
端である翼端16には、平面図である図3(A)に示す
ようなシュラウド17が固着され、翼端16からの作動
流体の流出によるタービン効率の低下、回転時の動翼1
の振動低減を行うようにしているが、このシュラウド1
7にマルチホール15に連結する空気通路を周方向に設
けた空冷式シュラウドを、本形態のガスタービン動翼に
採用することにより、より一層の効果が得られる。
【0016】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のガスタ
ービン動翼によれば特許請求の範囲に示す構成により、
次の効果が得られる。
【0017】(1)ガスタービンの後段に設置された、
長大薄肉の動翼の冷却効率を高めることができ、クリー
プ寿命が向上する。
【0018】(2)また、ピンフィンを設けたことによ
り、薄い動翼でも、セラミックコアの製作、及びセッテ
ィングが容易となるうえ、動翼の剛性を上げることがで
きる。等、動翼の信頼性向上と、高温、高出力化に対応
する効果を大きいものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン動翼の実施の1形態を示
す長大薄肉の動翼の翼厚方向中心部での断面図、
【図2】図1に示す動翼の内部を示す図で、図2(A)
は図1の矢視A−A断面図、図2(B)は図1の矢視B
−B断面図、図2(C)は図2(B)とは異る他の形態
を示す図1の矢視B−B断面図、
【図3】図1の翼端に設置するシュラウドを示す図で、
図3(A)は図1の矢視C−C平面図、図3(B)は翼
とシュラウドに連結して設けられた冷却空気通路を示す
断面図、
【図4】従来のガスタービン動翼の断面図で、図4
(A)は動翼の翼厚方向中心部での断面図、図4(B)
は図4(A)の矢視D−D断面図である。
【符号の説明】
4,13 空洞 5 ピンフィン 6 柱状フィン 10 動翼 11 ハブ 12 翼 14 コア支持リブ 15 マルチホール 16 翼端 17 シュラウド 18 ハブ部 19 翼付根部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動翼のハブ部、および翼付根部の内部に
    空洞を設け、前記ハブ部より翼端側の翼内部に、前記空
    洞と翼端部に設けた開口と連通し、前記空洞から前記開
    口へ冷却空気を通過させるマルチホールを穿設したガス
    タービン動翼において、前記空洞内に内壁から突起させ
    たピンフィン、若しくは対向する内壁に両端を連結させ
    た柱状フィンを設けたことを特徴とするガスタービン動
    翼。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0935052A3 (en) * 1998-02-04 2000-03-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine rotor blade
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DE112016001691B4 (de) 2015-08-25 2021-10-21 Mitsubishi Power, Ltd. Turbinenschaufel und Gasturbine

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