JPS611805A - ガスタービン機関に使う羽根 - Google Patents
ガスタービン機関に使う羽根Info
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- JPS611805A JPS611805A JP60106208A JP10620885A JPS611805A JP S611805 A JPS611805 A JP S611805A JP 60106208 A JP60106208 A JP 60106208A JP 10620885 A JP10620885 A JP 10620885A JP S611805 A JPS611805 A JP S611805A
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Classifications
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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
- 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
-
- 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
- F05D2260/2214—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
- F05D2260/22141—Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は全般的にガスタービン機関、更に具体的に云
えば、冷却可能な該機関の中空タービン羽根に関する。 ガスタービン機関の効率は、機関の燃焼器から高圧ター
ビン・ノズルを通る様に送られて、タービン羽根の上を
流れることが出来るタービン・ガスの温度に正比例４−
る。例えば、比較的大形のタービン羽根、例えば根元か
ら先端までの寸法が約１．５１１１より大ぎい羽根を持
つガスタービン機関では、ターじン・ガスの温度は２．
７００°Ｆに近いのが典型的である。この様な比較的高
いガス温度に耐える為、こういう大形の羽根は、公知の
高級材料で製造されており、典型的には従来の公知の形
式の冷却技術を取入れている。 タービン羽根は圧縮機のｍ−高空気の様な冷却剤を用い
て冷却するのが典型的である。この吐出空気は、タービ
ン羽根の境膜冷却、衝突冷却並びに／′又は対流冷却を
行う為に、種々の構造要素に利用されている。典型的に
は、羽根は蛇行冷却剤通路と、乱流促進リブ、即ち、羽
根の側壁から約０００１０吋だけ蛇行通路に入り込む乱
流器の様な冷部用の種々の特徴とを持っている。一般ｆ
内に、円柱形のビンを利用することが出来、それ／、＋
＜蛇（１通路内で羽根の向い合う側壁の間を；♂中まで
′又
えば、冷却可能な該機関の中空タービン羽根に関する。 ガスタービン機関の効率は、機関の燃焼器から高圧ター
ビン・ノズルを通る様に送られて、タービン羽根の上を
流れることが出来るタービン・ガスの温度に正比例４−
る。例えば、比較的大形のタービン羽根、例えば根元か
ら先端までの寸法が約１．５１１１より大ぎい羽根を持
つガスタービン機関では、ターじン・ガスの温度は２．
７００°Ｆに近いのが典型的である。この様な比較的高
いガス温度に耐える為、こういう大形の羽根は、公知の
高級材料で製造されており、典型的には従来の公知の形
式の冷却技術を取入れている。 タービン羽根は圧縮機のｍ−高空気の様な冷却剤を用い
て冷却するのが典型的である。この吐出空気は、タービ
ン羽根の境膜冷却、衝突冷却並びに／′又は対流冷却を
行う為に、種々の構造要素に利用されている。典型的に
は、羽根は蛇行冷却剤通路と、乱流促進リブ、即ち、羽
根の側壁から約０００１０吋だけ蛇行通路に入り込む乱
流器の様な冷部用の種々の特徴とを持っている。一般ｆ
内に、円柱形のビンを利用することが出来、それ／、＋
＜蛇（１通路内で羽根の向い合う側壁の間を；♂中まで
′又
【よ完全に伸びていてよい１、
典型的には、羽根の前縁が最も重数な部分であり、比較
的複雑な特別の冷却用の特徴が使才つれる。 例えば、前縁は前縁冷部間口を持って（するの１）ＸＩ
Ｊｌ！型的であり、こういう冷却開口が境躾冷Ｂ１をイ
１う作用がある。或いは前縁の所で蛇行通路に削突月】
挿着体を設けて、冷却作用を強めることが出来る。 或いは前縁の所で蛇行通路に熱伝達を改善する為の乱流
器及びピンを段りることが出来る。 根元から先端までが例えば約１．５吋未満と（Ｘう様な
比較的小さいタービン羽根を持つガスタービン機関は、
その寸法が比較的小さい為に、ＪＺ （こ述べた様な人
形羽根用の冷却の特徴の大部分を（り用することが出来
ず、その為、こういう機関（よタービン・ガス温度が約
２，３００”Ｆに制限されていた。従って、小形のガス
タービン機関（よ、ｖ］２゜３００°Ｆ７′ＩＪ〒約２
，７００’Ｆの範囲内の一層高いタービン・ガス温痘に
伴う一層＾い動作効率を達成することが出来ないという
ことになる。 従って、この発明の１つの目的は、新規で改良された冷
７４１の特徴を持つターヒじ／羽根を提供することであ
る。 この発明の別の目的は、約２．３００’Ｆより高いター
ビンガス温度に耐える様に作用づる新規で改良された冷
却の特徴を持つ小形タービン羽根を提供することである
。 この発明の別の目的は、伝熱係数が改善された冷部の特
徴を持つ小形タービン羽根を提供することである。 この発明の別の目的は、比較的簡単で容易に製造するこ
とが出来る冷却の特徴を用いた新規で改良された小形タ
ービン羽根を提供づることである。 発 明 の 概 要 この発明の好ましい実施例のガスタービン羽根は、幅り
を持つ内部冷却剤通路と、冷却剤通路の軸線に対して略
垂直に配置された、高さＥを持つ縦方向に相隔たる複数
個の略真″直ぐな乱流リプとを有する。比Ｅ／Ｄは約０
．０７乃至約０．３３の範囲内であることが好ましく、
リブの高さＥは約０．０１０１］１乃至約０．０２５吋
ノｆｌ＠囲内である。 この発明に特有と考えられる新規な特徴は特許請求の範
囲に記載しであるが、この発明自体とその他の目的並び
に利点は、以下図面について詳しく説明する所から明ら
かになろう。 詳 し い 記 載 第１図及び第２図に一ガスタービンｌ！閏に使われる１
例のタービン羽根１ｏが示されている。羽根１０が前縁
１２）後縁１４と、その間を伸びる第１及び第２の側壁
１６．１８とを有する。第１の側壁１６は全体的に輪郭
が凸であって、羽根１０の吸込み側を構成する。第２の
側壁１８は全体的に凹の輪郭であって羽根１ｏの圧力側
を構成する。 更に羽根１０が羽根１ｏの根元２２に配置された台２０
を含む。羽根１ｏは先端２４をも有する。 ガスタービン機関の燃焼器がら受取った比較的高温のタ
ービンガスが高圧タービン・ノズル（全部′示してない
）を通され、先端２４がら根元２２までの羽根１０の上
を流れる。台２ｏは、タービンガスの流れの半径方向内
側の境界を定める為に設けられている。羽根１ｏは普通
の方法で、羽根１０をガスタービン機関のロータ円板（
図に示してない）に取付ける為のほぞ２６をも持ってい
る。 この発明の１実施例では、更に羽根１ｏが好ましくは蛇
行形の冷却剤通路２８を持ち、これが第１及び第２の側
壁１６．１８の間に配置されていて、羽根１０を冷却す
る為にその中に冷却剤を通す様に作用する。冷却剤通路
２８がほぞ２６内に設けられた１個の入口３ｏを持ち、
この入口を介してガスタービン機関の圧縮機（図に示し
てない）から受取った空気の様な冷却剤３２が入り込む
。 更に羽根１０が、根′元１２がら先端２４に向って半径
方向外向きに伸びる第１の隔壁３４を含む。 第１の隔壁３４は第１及び第２の側壁１６．１８の問を
伸びると共に、前縁１２及び先端２４から隔たっている
。第１の隔壁３４と、第１の隔壁３４並びに５前縁１２
の間にある第１及び第２の側壁１６．１８とが、蛇行冷
却剤通路２８の第１の部分□；即ち前縁通路３６を構成
する。 更に羽根１０が先端２４から根元２２に向って半径方向
内向きに伸びる第２の隔壁３８を持っている。第２の隔
Ｎ３８は第１及び第２の側壁１６．１８の間を伸び、後
縁１４、第１の隔壁３４及び°゛根元２２から隔たって
いる。第１の隔壁３４、第２の隔壁３８、及び第１及び
第２の側壁１６．１Ｂの間に冷却剤通路２８の第２の部
分、即ち弦中間通路４０が構成される。第２の隔壁３８
、後縁１４及び第１及び第２の側壁１６．１８の間に冷
□却剤通路２８の第３の部分、即ち後縁通路４２が構成
される。 第１の通路３６及び第２の通路４０は、第１のベント流
路４４を介して互いに流れが連通ずる。 第１のベンド流路４４は、先端２４と第１の隔壁３′４
の半径方向外側の端３４ａの間、並びに第２の隔壁３８
、前１ｉ１２及び側壁１６．１８の匍に構成される。第
２の通路４ｏ及び第３の通路４２は第２のベント流路４
６を介して互いに流れが連通ずる。第２のベンド流路４
６は根元２２と第２の隔壁３８の半径方向内側の端３８
ａの間、並びに後縁１４、及び根元２２にある第１の隔
Ｗ３４及び第１及び第２の側壁１６．１８の間に構成さ
れる。 更に羽根１０が、後縁１４に設けられていて、後縁通路
４２と流れが連通ずる複数個の後縁開口４８を有する。 複数個の先端冷却開口５ｏが先端２４に設けられていて
、第１のベンド流路４４及び第３の通路４４と流れが連
通する。 動作について説明すると、冷却剤３２が入口３０から蛇
行冷却剤通路２８に入り、第１の通路３６、第１のベン
ド流路４４、第２の通路４０．第２のベンド流路４６、
第３の通路４２を順次流れて、後縁開口４８から出て行
く。更に具体的に云うと、入口３０に入もだ冷却剤の１
００％が前縁通路３６を流れる。この後、冷却剤３２の
略１゜０％が引続いてｊＦ１２の通路４ｏを通って第３
の通路４２へ流れ、後縁間口４日から出て行く。冷却剤
３２の比較的小さな一部分、例えば１５乃至２０％が第
１のベント流路４４及び第３の通路４２から先端開口５
０を介して吐出され、先＠２４の冷却作用をよくする。 羽根１０は、例えばタービンガス温度が約２゜３００’
Ｆより高く、約２，７００°Ｆまでの小形ガスタービン
Ｊａ、関に使うのに有効である。根元２２から先端２４
までの羽根１０の長さは約１．５吋未満であり、この実
施例では約１．０吋である。 羽根１０は普通の高温割れ又は超合金で製造される。 この様な高温の環境内で羽根１０の効果的な冷却を行う
為、この発明では、冷却剤通路２８内に複数個の乱流リ
ブ５２が設けられる。第１図、第２図及び第３図に示す
様に、乱流リブ５２は略真直ぐであって、縦方向に隔た
っていることが好ましい。これらのリブは両方の側壁１
６．１８から略垂直に外向きに伸びていて、冷却剤通路
２８の縦軸線５４で示した冷却剤３２の流れの方向に対
して略垂直に配置される。 特に第３図に示す様に、各々のリブ５２は高さＥを持ち
、冷却剤通路２８の側壁１６．１８の間の幅りに対し、
比Ｅ／Ｄが約０．０７より大きな値を持つ。側壁１６の
リブ５２は側壁１８のリブ５２に対して互い違いであっ
て、その間に等間隔に設けられることが好ましい。 乱流リブは従来公知であるが、典型的には、従来はＥ
／ Ｄの比が約０．０７より小さい。これは幾つかの理
由がある為である。例えば、乱流リブは普通知られてい
る対流による伝熱係数を高める効果があることが判って
いる。然し、乱流リブの高さＥは、こういうリブを設け
た流路で起る圧力降下に正比例（る。更に、乱流リブは
熱の伝達をよくする乱流を作るが、乱流器を大きくし過
ぎると、リブの下流側で流れの剥離が生じ、それが対流
による熱伝達を大幅に小さくし又はなくす。従って、乱
流リブによる実質的な圧力降下を避けると共に、流れが
剥離する惧れを少なくする為に、従来の乱流り１は典型
的には比Ｅ／Ｄが約０１Ｏ７未満であり、高さＥが約０
．０１０吋のり１を用いている。 この発明では、試験結果から、高さ［が約０゜０１０吋
乃至約０．０２５吋で、比Ｅ／Ｄが約０゜０７乃至約０
．３３３である乱流リブ５２を使うと、対流による伝熱
係数が実質的に増加することが判った。好ましいリブ５
２は冷却剤３２のかなりの部分を閉塞する（例えば第３
図の様な図面で見て、冷却剤通路２８内の流れ面積の約
６７％までが閉塞されることがあり、その結果、冷却剤
通路２８の圧力降下が増加づ−る）が、リブ５２の熱伝
達能力が改善されることは、この望ましくない特徴を補
って余りがある。 更に具体的に云うと、第２図には、この発明の乱流リブ
５２によって実現し得る対流による熱伝達の増加量を示
すグラフが示されている。グラフの横軸は比Ｅ／Ｄであ
り、縦軸は乱流リブ５２の対流による伝熱係数ｈ（リブ
）を滑らかな壁の対流による伝熱係数ｈ（滑らかな壁）
で除した値を示す。対流による熱伝達の比を表わす曲線
５６は、第３図に示づのと同様な構成に対して行った試
験に基づいている。曲線５６は０．１５及び０．３３３
の比Ｅ／Ｄに対するデータ点を含んでいる隣合ったリブ
５２は距離ＳだＬｔ隔たっており、曲線５６は５．０及
びＩＱ、Ｑ（７）比Ｓ／Ｅ ｋ：対するデータ点を含ん
でいる。曲線５６は、比Ｅ／Ｄが０゜３３３である場合
、対流による熱伝達の比が約７゜５になることを示し−
Ｃいる。 従って、この発明に従って構成したタービン羽根１０が
比較的筒中で製造し易い羽根になることが理解されよう
。羽根１０は、例えば前縁境膜冷却孔を含む従来公知の
比較的複雑な構成を必要としない。羽根１０は、かなり
の対流による熱伝達能力を持っていて、この能力により
、根元から先端までの長さが僅か約１．０吋の羽根でも
、羽根１０に約２，３００°Ｆより高いタービンガス温
度をかけて運転することが出来る。 第１図及び第２図に戻って説明すると、リブ５２が、冷
却剤通路２８内を前縁１２）第１の隔壁３４、第２の隔
壁３８及び後縁１４の間で側壁１６．１８の略全長に沿
って伸びていることが判る勿論、リブ５２が個別の設計
条件に合せて調整され、高さＥが約０．０１０吋から約
０．０２５吋まで変化すると共に、比Ｅ／Ｄが約０．０
７から約０．３３３まで変化することを承知されたい。 ０．０２０吋の公称高さＥが好ましい。これは普通の乱
流リプの人体２倍の大ぎさであるが、望ましくない流れ
の剥離を生ずることなく、熱伝達を改善する。 羽根１０の前縁１２が羽根１０の最高温度の一部分がか
）ることが判っている重要な領域であるから、前縁通路
３０内の熱伝達能力を改善したリブ５２の別の好ましい
配置が、第５図及び第６図に示されている。第５図に示
す実施例の前縁通、路３６では、リブ５２が、第１の隔
壁３４から全体的に前縁１２まで第２の側壁１８に沿っ
て伸びる前縁第１リブ５２ａを有する。前縁第２リプ５
２ｂが第１の隔壁３４から第１リブ５２ａの端と出合う
まで、第１の側壁１６に沿って伸びる。第１リブ５２ａ
及び第２リブ５２ｂは互い速いであり、或いは互いに等
間隔である。 第６図には別の実施例の前縁通路３６が示されている。 前と同じく、第１リブ５２ａが全体的に前縁１２まで伸
び、第２リブ５２ｂも全体的に前縁１２まで伸びる。前
縁第３リブ５２ｃも設けられていて、前縁１２の所で、
第１及び第２の側壁１６．１８の両方に沿って第１リブ
及び第２リブ５２ａ、５２ｂの間を伸びる。第１リブ及
び第２リブ５２ａ、５２ｂは互いに共通の半径の所で整
合していることが好ましく、第３リブ５２ｃは第１リブ
及び第２リブ５２ａ 、５２ｂに対して互い違いであっ
て、その間に等間隔にある。 この発明の好ましい実施例と考えられるものを説明した
が、以上の説明から、当業者にはこの他の変更が考えら
れよう。例えば、第１、第２及び第３の通路３６．４０
．４２を含む蛇行冷却剤通路２８を有する羽根１０を例
示したが、２つの通路だけを持つ羽根１０を用いること
も出来る。第２の通路４０は第２の隔壁３８を使わずに
、後縁開口４８と直接的に流れが連通するだけにする。 更に、第３図に示す様な互い違いのリブ５２を使う場合
を説明したが、互いに半径方向に整合している側壁１６
．１８のリブ５２も使うことが出来る！両方の側壁１６
．１８にリブ５２を配置した場合を説明したが、一方の
□側壁だけに乱流リブ５２を使っても、熱伝達能力を改
善することが出来板。勿論、この発明は小形タービン羽
根に使う場合に制約されず、−農大形の羽根にも使うこ
とが出来る。小形の羽根では、比較的簡単で製造し易い
特徴によって、改善された冷却能力を持たせることが考
えられた。 □ 以上この発明を説明したが、この発明の範囲は特許請求
の範囲によって限定されることを承知されたい。
的複雑な特別の冷却用の特徴が使才つれる。 例えば、前縁は前縁冷部間口を持って（するの１）ＸＩ
Ｊｌ！型的であり、こういう冷却開口が境躾冷Ｂ１をイ
１う作用がある。或いは前縁の所で蛇行通路に削突月】
挿着体を設けて、冷却作用を強めることが出来る。 或いは前縁の所で蛇行通路に熱伝達を改善する為の乱流
器及びピンを段りることが出来る。 根元から先端までが例えば約１．５吋未満と（Ｘう様な
比較的小さいタービン羽根を持つガスタービン機関は、
その寸法が比較的小さい為に、ＪＺ （こ述べた様な人
形羽根用の冷却の特徴の大部分を（り用することが出来
ず、その為、こういう機関（よタービン・ガス温度が約
２，３００”Ｆに制限されていた。従って、小形のガス
タービン機関（よ、ｖ］２゜３００°Ｆ７′ＩＪ〒約２
，７００’Ｆの範囲内の一層高いタービン・ガス温痘に
伴う一層＾い動作効率を達成することが出来ないという
ことになる。 従って、この発明の１つの目的は、新規で改良された冷
７４１の特徴を持つターヒじ／羽根を提供することであ
る。 この発明の別の目的は、約２．３００’Ｆより高いター
ビンガス温度に耐える様に作用づる新規で改良された冷
却の特徴を持つ小形タービン羽根を提供することである
。 この発明の別の目的は、伝熱係数が改善された冷部の特
徴を持つ小形タービン羽根を提供することである。 この発明の別の目的は、比較的簡単で容易に製造するこ
とが出来る冷却の特徴を用いた新規で改良された小形タ
ービン羽根を提供づることである。 発 明 の 概 要 この発明の好ましい実施例のガスタービン羽根は、幅り
を持つ内部冷却剤通路と、冷却剤通路の軸線に対して略
垂直に配置された、高さＥを持つ縦方向に相隔たる複数
個の略真″直ぐな乱流リプとを有する。比Ｅ／Ｄは約０
．０７乃至約０．３３の範囲内であることが好ましく、
リブの高さＥは約０．０１０１］１乃至約０．０２５吋
ノｆｌ＠囲内である。 この発明に特有と考えられる新規な特徴は特許請求の範
囲に記載しであるが、この発明自体とその他の目的並び
に利点は、以下図面について詳しく説明する所から明ら
かになろう。 詳 し い 記 載 第１図及び第２図に一ガスタービンｌ！閏に使われる１
例のタービン羽根１ｏが示されている。羽根１０が前縁
１２）後縁１４と、その間を伸びる第１及び第２の側壁
１６．１８とを有する。第１の側壁１６は全体的に輪郭
が凸であって、羽根１０の吸込み側を構成する。第２の
側壁１８は全体的に凹の輪郭であって羽根１ｏの圧力側
を構成する。 更に羽根１０が羽根１ｏの根元２２に配置された台２０
を含む。羽根１ｏは先端２４をも有する。 ガスタービン機関の燃焼器がら受取った比較的高温のタ
ービンガスが高圧タービン・ノズル（全部′示してない
）を通され、先端２４がら根元２２までの羽根１０の上
を流れる。台２ｏは、タービンガスの流れの半径方向内
側の境界を定める為に設けられている。羽根１ｏは普通
の方法で、羽根１０をガスタービン機関のロータ円板（
図に示してない）に取付ける為のほぞ２６をも持ってい
る。 この発明の１実施例では、更に羽根１ｏが好ましくは蛇
行形の冷却剤通路２８を持ち、これが第１及び第２の側
壁１６．１８の間に配置されていて、羽根１０を冷却す
る為にその中に冷却剤を通す様に作用する。冷却剤通路
２８がほぞ２６内に設けられた１個の入口３ｏを持ち、
この入口を介してガスタービン機関の圧縮機（図に示し
てない）から受取った空気の様な冷却剤３２が入り込む
。 更に羽根１０が、根′元１２がら先端２４に向って半径
方向外向きに伸びる第１の隔壁３４を含む。 第１の隔壁３４は第１及び第２の側壁１６．１８の問を
伸びると共に、前縁１２及び先端２４から隔たっている
。第１の隔壁３４と、第１の隔壁３４並びに５前縁１２
の間にある第１及び第２の側壁１６．１８とが、蛇行冷
却剤通路２８の第１の部分□；即ち前縁通路３６を構成
する。 更に羽根１０が先端２４から根元２２に向って半径方向
内向きに伸びる第２の隔壁３８を持っている。第２の隔
Ｎ３８は第１及び第２の側壁１６．１８の間を伸び、後
縁１４、第１の隔壁３４及び°゛根元２２から隔たって
いる。第１の隔壁３４、第２の隔壁３８、及び第１及び
第２の側壁１６．１Ｂの間に冷却剤通路２８の第２の部
分、即ち弦中間通路４０が構成される。第２の隔壁３８
、後縁１４及び第１及び第２の側壁１６．１８の間に冷
□却剤通路２８の第３の部分、即ち後縁通路４２が構成
される。 第１の通路３６及び第２の通路４０は、第１のベント流
路４４を介して互いに流れが連通ずる。 第１のベンド流路４４は、先端２４と第１の隔壁３′４
の半径方向外側の端３４ａの間、並びに第２の隔壁３８
、前１ｉ１２及び側壁１６．１８の匍に構成される。第
２の通路４ｏ及び第３の通路４２は第２のベント流路４
６を介して互いに流れが連通ずる。第２のベンド流路４
６は根元２２と第２の隔壁３８の半径方向内側の端３８
ａの間、並びに後縁１４、及び根元２２にある第１の隔
Ｗ３４及び第１及び第２の側壁１６．１８の間に構成さ
れる。 更に羽根１０が、後縁１４に設けられていて、後縁通路
４２と流れが連通ずる複数個の後縁開口４８を有する。 複数個の先端冷却開口５ｏが先端２４に設けられていて
、第１のベンド流路４４及び第３の通路４４と流れが連
通する。 動作について説明すると、冷却剤３２が入口３０から蛇
行冷却剤通路２８に入り、第１の通路３６、第１のベン
ド流路４４、第２の通路４０．第２のベンド流路４６、
第３の通路４２を順次流れて、後縁開口４８から出て行
く。更に具体的に云うと、入口３０に入もだ冷却剤の１
００％が前縁通路３６を流れる。この後、冷却剤３２の
略１゜０％が引続いてｊＦ１２の通路４ｏを通って第３
の通路４２へ流れ、後縁間口４日から出て行く。冷却剤
３２の比較的小さな一部分、例えば１５乃至２０％が第
１のベント流路４４及び第３の通路４２から先端開口５
０を介して吐出され、先＠２４の冷却作用をよくする。 羽根１０は、例えばタービンガス温度が約２゜３００’
Ｆより高く、約２，７００°Ｆまでの小形ガスタービン
Ｊａ、関に使うのに有効である。根元２２から先端２４
までの羽根１０の長さは約１．５吋未満であり、この実
施例では約１．０吋である。 羽根１０は普通の高温割れ又は超合金で製造される。 この様な高温の環境内で羽根１０の効果的な冷却を行う
為、この発明では、冷却剤通路２８内に複数個の乱流リ
ブ５２が設けられる。第１図、第２図及び第３図に示す
様に、乱流リブ５２は略真直ぐであって、縦方向に隔た
っていることが好ましい。これらのリブは両方の側壁１
６．１８から略垂直に外向きに伸びていて、冷却剤通路
２８の縦軸線５４で示した冷却剤３２の流れの方向に対
して略垂直に配置される。 特に第３図に示す様に、各々のリブ５２は高さＥを持ち
、冷却剤通路２８の側壁１６．１８の間の幅りに対し、
比Ｅ／Ｄが約０．０７より大きな値を持つ。側壁１６の
リブ５２は側壁１８のリブ５２に対して互い違いであっ
て、その間に等間隔に設けられることが好ましい。 乱流リブは従来公知であるが、典型的には、従来はＥ
／ Ｄの比が約０．０７より小さい。これは幾つかの理
由がある為である。例えば、乱流リブは普通知られてい
る対流による伝熱係数を高める効果があることが判って
いる。然し、乱流リブの高さＥは、こういうリブを設け
た流路で起る圧力降下に正比例（る。更に、乱流リブは
熱の伝達をよくする乱流を作るが、乱流器を大きくし過
ぎると、リブの下流側で流れの剥離が生じ、それが対流
による熱伝達を大幅に小さくし又はなくす。従って、乱
流リブによる実質的な圧力降下を避けると共に、流れが
剥離する惧れを少なくする為に、従来の乱流り１は典型
的には比Ｅ／Ｄが約０１Ｏ７未満であり、高さＥが約０
．０１０吋のり１を用いている。 この発明では、試験結果から、高さ［が約０゜０１０吋
乃至約０．０２５吋で、比Ｅ／Ｄが約０゜０７乃至約０
．３３３である乱流リブ５２を使うと、対流による伝熱
係数が実質的に増加することが判った。好ましいリブ５
２は冷却剤３２のかなりの部分を閉塞する（例えば第３
図の様な図面で見て、冷却剤通路２８内の流れ面積の約
６７％までが閉塞されることがあり、その結果、冷却剤
通路２８の圧力降下が増加づ−る）が、リブ５２の熱伝
達能力が改善されることは、この望ましくない特徴を補
って余りがある。 更に具体的に云うと、第２図には、この発明の乱流リブ
５２によって実現し得る対流による熱伝達の増加量を示
すグラフが示されている。グラフの横軸は比Ｅ／Ｄであ
り、縦軸は乱流リブ５２の対流による伝熱係数ｈ（リブ
）を滑らかな壁の対流による伝熱係数ｈ（滑らかな壁）
で除した値を示す。対流による熱伝達の比を表わす曲線
５６は、第３図に示づのと同様な構成に対して行った試
験に基づいている。曲線５６は０．１５及び０．３３３
の比Ｅ／Ｄに対するデータ点を含んでいる隣合ったリブ
５２は距離ＳだＬｔ隔たっており、曲線５６は５．０及
びＩＱ、Ｑ（７）比Ｓ／Ｅ ｋ：対するデータ点を含ん
でいる。曲線５６は、比Ｅ／Ｄが０゜３３３である場合
、対流による熱伝達の比が約７゜５になることを示し−
Ｃいる。 従って、この発明に従って構成したタービン羽根１０が
比較的筒中で製造し易い羽根になることが理解されよう
。羽根１０は、例えば前縁境膜冷却孔を含む従来公知の
比較的複雑な構成を必要としない。羽根１０は、かなり
の対流による熱伝達能力を持っていて、この能力により
、根元から先端までの長さが僅か約１．０吋の羽根でも
、羽根１０に約２，３００°Ｆより高いタービンガス温
度をかけて運転することが出来る。 第１図及び第２図に戻って説明すると、リブ５２が、冷
却剤通路２８内を前縁１２）第１の隔壁３４、第２の隔
壁３８及び後縁１４の間で側壁１６．１８の略全長に沿
って伸びていることが判る勿論、リブ５２が個別の設計
条件に合せて調整され、高さＥが約０．０１０吋から約
０．０２５吋まで変化すると共に、比Ｅ／Ｄが約０．０
７から約０．３３３まで変化することを承知されたい。 ０．０２０吋の公称高さＥが好ましい。これは普通の乱
流リプの人体２倍の大ぎさであるが、望ましくない流れ
の剥離を生ずることなく、熱伝達を改善する。 羽根１０の前縁１２が羽根１０の最高温度の一部分がか
）ることが判っている重要な領域であるから、前縁通路
３０内の熱伝達能力を改善したリブ５２の別の好ましい
配置が、第５図及び第６図に示されている。第５図に示
す実施例の前縁通、路３６では、リブ５２が、第１の隔
壁３４から全体的に前縁１２まで第２の側壁１８に沿っ
て伸びる前縁第１リブ５２ａを有する。前縁第２リプ５
２ｂが第１の隔壁３４から第１リブ５２ａの端と出合う
まで、第１の側壁１６に沿って伸びる。第１リブ５２ａ
及び第２リブ５２ｂは互い速いであり、或いは互いに等
間隔である。 第６図には別の実施例の前縁通路３６が示されている。 前と同じく、第１リブ５２ａが全体的に前縁１２まで伸
び、第２リブ５２ｂも全体的に前縁１２まで伸びる。前
縁第３リブ５２ｃも設けられていて、前縁１２の所で、
第１及び第２の側壁１６．１８の両方に沿って第１リブ
及び第２リブ５２ａ、５２ｂの間を伸びる。第１リブ及
び第２リブ５２ａ、５２ｂは互いに共通の半径の所で整
合していることが好ましく、第３リブ５２ｃは第１リブ
及び第２リブ５２ａ 、５２ｂに対して互い違いであっ
て、その間に等間隔にある。 この発明の好ましい実施例と考えられるものを説明した
が、以上の説明から、当業者にはこの他の変更が考えら
れよう。例えば、第１、第２及び第３の通路３６．４０
．４２を含む蛇行冷却剤通路２８を有する羽根１０を例
示したが、２つの通路だけを持つ羽根１０を用いること
も出来る。第２の通路４０は第２の隔壁３８を使わずに
、後縁開口４８と直接的に流れが連通するだけにする。 更に、第３図に示す様な互い違いのリブ５２を使う場合
を説明したが、互いに半径方向に整合している側壁１６
．１８のリブ５２も使うことが出来る！両方の側壁１６
．１８にリブ５２を配置した場合を説明したが、一方の
□側壁だけに乱流リブ５２を使っても、熱伝達能力を改
善することが出来板。勿論、この発明は小形タービン羽
根に使う場合に制約されず、−農大形の羽根にも使うこ
とが出来る。小形の羽根では、比較的簡単で製造し易い
特徴によって、改善された冷却能力を持たせることが考
えられた。 □ 以上この発明を説明したが、この発明の範囲は特許請求
の範囲によって限定されることを承知されたい。
第１図はこあ発明の１実施例のガスタービン羽根の側面
断面図、第２図は第１図のタービン羽根を線２−２で切
った横断面図、第３図は第１図のタービン羽根を線３−
３で切った縦断面図、第４図は第１図に示した乱流リブ
の対流による伝熱係数と滑らかな壁の伝熱係数との比を
比Ｅ／Ｄに対して示したグラフ、第５図は第１図のター
ビン羽根の前縁領域を線５−５で切った断面図、第６図
は第１図のタービン羽根の別の前縁領域を線５−５で切
った断面図である。 主な符号の説明 １２：ｙｉ縁 １４：後縁 １６．１８：側壁 ２８：蛇行通路 ５２：乱流リブ
断面図、第２図は第１図のタービン羽根を線２−２で切
った横断面図、第３図は第１図のタービン羽根を線３−
３で切った縦断面図、第４図は第１図に示した乱流リブ
の対流による伝熱係数と滑らかな壁の伝熱係数との比を
比Ｅ／Ｄに対して示したグラフ、第５図は第１図のター
ビン羽根の前縁領域を線５−５で切った断面図、第６図
は第１図のタービン羽根の別の前縁領域を線５−５で切
った断面図である。 主な符号の説明 １２：ｙｉ縁 １４：後縁 １６．１８：側壁 ２８：蛇行通路 ５２：乱流リブ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）ガスタービン機関に使う羽根に於て、前縁及び後縁
と、該前縁及び後縁の間を伸びる第１及び第２の側壁と
を有し、前記側壁はその縦軸線と略平行な方向に冷却剤
を通す為の幅Ｄを持つ冷却剤通路を構成しており、一方
の側壁は前記冷却剤通路内に、前記縦軸線に対して略垂
直に配置された縦方向に相隔たる複数個の略真直ぐな乱
流リブを持っており、各々のリブが高さＥを持っていて
、比Ｅ／Ｄが約０．０７より大きい羽根。 ２）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記比
Ｅ／Ｄが約０．０７乃至約０．３３３の範囲内である羽
根。 ３）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記高
さＥが約０．０１０吋より大きく、前記羽根の長さが約
１．５吋未満である羽根。 ４）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、Ｅが約
０．０２０吋である羽根。 ５）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記リ
ブが縦方向に互いに距離Ｓだけ隔たっており、比Ｓ／Ｅ
が約５．０乃至約１０．０の範囲内である羽根。 ６）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記リ
ブが前記冷却剤通路内の側壁の略全長に沿って伸びてい
る羽根。 ７）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記第
１及び第２の側壁の各々が複数個の乱流リブを持ってい
る羽根。 ８）特許請求の範囲７）に記載した羽根に於て、第１の
側壁のリブが第２の側壁のリブに対して互い違いになっ
ている羽根。 ９）特許請求の範囲２）に記載した羽根に於て、前記第
１及び第２の側壁の各々が複数個の乱流リブを持ってお
り、第１の側壁のリブが第２の側壁のリブに対して互い
違いになっている羽根。 １０）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、根元
及び先端を持ち、前記根元から前記先端までの羽根の長
さが約１．０吋未満である羽根。 １１）特許請求の範囲１）に記載した羽根に於て、前記
冷却剤通路及び前記リブは、約２，３００°Ｆより高い
タービン・ガス温度に羽根が耐えることが出来る様にす
る効果を持つ羽根。 １２）特許請求の範囲２）に記載した羽根に於て、根元
及び該根元から伸びる第１の隔壁を持ち、前記冷却剤通
路が前記第１の隔壁及び前記側壁によって構成された蛇
行通路で構成されていて、前記前縁に沿って伸びる第１
の通路及び該第１の通路と略平行に配置されていて、そ
れと流れが連通する第２の通路を含んでおり、前記リブ
は前記第１の隔壁から前記第１及び第２の両方の側壁に
沿って前縁まで伸びている羽根。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した羽根に於て、前
記第１の通路内のリブが前記第１の隔壁から前記第１の
側壁に沿って全体的に前縁まで伸びる前縁第１リブ、及
び前記第１の隔壁から前記第２の側壁に沿って前記第１
リブまで伸びる前縁第２リブで構成されており、前記第
１リブ及び第２リブが互い違いになっている羽根。 １４）特許請求の範囲１２）に記載した羽根に於て、前
記第１の通路内のリブが前記第１の隔壁から前記第１の
側壁に沿って全体的に前縁まで伸びる前縁第１リブ、及
び前記第１の隔壁から前記第２の側壁に沿って全体的に
前縁まで伸びる前縁第２リブで構成されており、前記前
縁で前記第１及び第２の側壁の両方に沿って前記第１リ
ブ及び第２リブの間を前縁第３リブが伸びており、前記
第１リブ及び第２リブが互いに整合し、前記第３リブが
前記第１リブ及び第２リブに対して互い違いになってい
る羽根。 １５）特許請求の範囲１２）に記載した羽根に於て、前
記第１の通路がその中を流れ得る冷却剤の略１００％を
前記第２の通路に送る様に作用する羽根。 １６）特許請求の範囲１２）に記載した羽根に於て、先
端及び該先端から伸びる第２の隔壁を持ち、前記蛇行通
路が、前記第２の隔壁及び前記側壁によって構成されて
いて、前記前縁と略平行に配置され且つ前記第２の通路
と流れが連通する第３の通路を有し、前記第２の通路が
前記第１及び第２の隔壁及び前記側壁によって構成され
ている羽根。 １７）特許請求の範囲１６）に記載した羽根に於て、後
縁開口を有し、前記第１及び第２の通路が、その中を流
れ得る冷却剤の略１００％を前記第２の通路に送り、前
記後縁開口から送出す様に作用する羽根。 １８）特許請求の範囲１７）に記載した羽根に於て、前
記先端が前記第２及び第３の通路と流れが連通する先端
開口を持っている羽根。 １９）ガスタービン機関に使われる羽根に於て、前縁及
び後縁と、該前縁及び後縁の間を伸びる相隔たる第１及
び第２の側壁と、根元と、先端と、前記根元から前記先
端に向って前記側壁の間を伸びる第１の隔壁と、前記先
端から前記根元に向って前記側壁の間を伸びる第２の隔
壁とを有し、前記第１及び第２の隔壁は互いに隔たると
共に前記前縁及び後縁からも隔たっていて蛇行冷却剤通
路を構成し、該蛇行冷却剤通路は、前記前縁に沿って伸
びる第１の通路、前記第１及び第２の隔壁の間を伸びて
いて、前記第１の通路と流れが連通する第２の通路及び
前記第２の隔壁及び後縁の間に配置されていて前記第２
の通路と流れが連通する第３の通路を持ち、前記蛇行通
路が幅Ｄ及び縦軸線を持っていて、該縦軸線と略平行な
方向に冷却剤を通す様に作用し、前記第１及び第２の側
壁には何れも縦方向に相隔たる複数個の略真直ぐな乱流
リブが前記蛇行通路内で前記縦軸線に対して略垂直に配
置されており、各々のリブは高さＥを持っていて、比Ｅ
／Ｄが約０．０７乃至約０．３３３の範囲内である羽根
。 ２０）特許請求の範囲１９）に記載した羽根に於て、前
記第１、第２及び第３の通路が何れも前記側壁からその
中を伸びるリブを持っている羽根。 ２１）特許請求の範囲２０）に記載した羽根に於て、前
記第１の通路内に配置されたリブが前記第１の隔壁から
前記前縁まで前記第１及び第２の側壁の両方に沿って伸
びている羽根。 ２２）特許請求の範囲１９）に記載した羽根に於て、前
記第１の側壁のリブが前記第２の側壁のリブと互い違い
になっている羽根。 ２３）特許請求の範囲１９）に記載した羽根に於て、前
記第１の通路内に配置されたリブが、前記第１の隔壁か
ら全体的に前記前縁まで前記第１の側壁に沿って伸びる
前縁第１リブ、及び前記第１の隔壁から前記第１リブま
で前記第２の側壁に沿って伸びる前縁第２リブを有し、
前記第１リブ及び第２リブが互い違いになっている羽根
。 ２４）特許請求の範囲１９）に記載した羽根に於て、前
記根元から前記先端までの羽根の距離が約１吋である羽
根。 ２５）特許請求の範囲１９）に記載した羽根に於て、前
記高さＥが約０．０２０吋であり、前記リブが縦方向に
互いに隔たる距離をＳとすると、比Ｓ／Ｅが約５．０乃
至約１０．０の範囲内である羽根。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US61354384A | 1984-05-24 | 1984-05-24 | |
| US613543 | 1984-05-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS611805A true JPS611805A (ja) | 1986-01-07 |
Family
ID=24457714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106208A Pending JPS611805A (ja) | 1984-05-24 | 1985-05-20 | ガスタービン機関に使う羽根 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS611805A (ja) |
| CA (1) | CA1211052A (ja) |
| DE (1) | DE3518314A1 (ja) |
| FR (1) | FR2564896B1 (ja) |
| GB (1) | GB2159585B (ja) |
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| SE (1) | SE468358B (ja) |
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