(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流タービンの翼部材である高温部材の内部に冷却空気を流通させて該高温部材の冷却を行う高温部材の冷却構造であって、
前記高温部材の外面に一端部が開口するとともに、他端部が冷却空気の供給源に連通する主冷却孔と、
前記高温部材の外面で前記主冷却孔の開口を閉塞する閉塞部材と、
前記主冷却孔よりも小径に形成され、該主冷却孔から分岐する分岐冷却孔と、
前記主冷却孔の前記一端部に連通し、前記冷却空気を前記高温部材の外部に案内する端部淀防止用孔とを備え、
前記主冷却孔における前記一端部は、タービン周方向を向く面に開口し、
前記分岐冷却孔は、タービン径方向外側を向く面に開口し、
前記端部淀防止用孔は、タービン軸線方向の一方側となる燃焼ガスの流れの上流側を向く面に開口することを特徴とする高温部材の冷却構造。
【請求項２】
軸流タービンの翼部材である高温部材の内部に冷却空気を流通させて該高温部材の冷却を行う高温部材の冷却構造であって、
前記高温部材の外面に一端部が開口するとともに、他端部が冷却空気の供給源に連通する主冷却孔と、
前記高温部材の外面で前記主冷却孔の開口を閉塞する閉塞部材と、
前記主冷却孔よりも小径に形成され、該主冷却孔から分岐する分岐冷却孔と、
前記主冷却孔の前記一端部に連通し、前記冷却空気を前記高温部材の外部に案内する端部淀防止用孔とを備え、
前記主冷却孔は燃焼ガスの流れの上流側に延びて、該主冷却孔における前記一端部は、タービン周方向を向く面に開口し、
前記分岐冷却孔は、タービン径方向外側を向く面に開口し、
前記端部淀防止用孔は、前記閉塞部材を貫通していることを特徴とする高温部材の冷却構造。
【請求項３】
前記端部淀防止用孔は、前記主冷却孔よりも小径に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の高温部材の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温部材の内部に冷却空気を流通させ、この高温部材の冷却を行なう冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービン等に用いられる翼部材は、常時高温の燃焼ガスに曝されるため、高温酸化によって減肉してしまうおそれがある。従って、この翼部材は耐熱素材によって製造される必要があるだけでなく、積極的に冷却される必要がある。このため、一般には、翼部材内部に形成された冷却孔を通じて冷却空気を翼部材表面に案内し、冷却フィルムと呼ばれる薄い低温気流層を翼部材表面に形成することによって、この翼部材に直接高温の燃焼ガスが接触することを回避し、翼部材の温度上昇の抑制を行なっている。
【０００３】
このような冷却フィルムを用いた冷却構造は、例えば、特許文献１に開示されている。具体的には、動翼プラットフォームの内部に形成された冷却孔へ冷却空気を流通させ、この冷却孔と動翼プラットフォームの外部とを連通するように形成された複数の開口から冷却空気を噴出する。そして、この噴出した冷却空気によって、動翼プラットフォーム表面に冷却フィルムを形成し、動翼プラットフォームの温度上昇を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０２５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の冷却構造においては上記開口から冷却空気を効果的に噴出させるために、上記冷却孔の一端部にこの冷却孔を閉塞する閉塞部材が設けられている。このため、当該一端部において冷却空気の淀みが発生し、熱伝達が低下してしまっている。この結果、当該一端部において動翼プラットフォームの冷却が十分に行なえず、高温酸化による減肉が発生してしまうおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、動翼プラットフォームの冷却に限定せず、効果的に高温部材全体を冷却できる冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る高温部材の冷却構造は、軸流タービンの翼部材である高温部材の内部に冷却空気を流通させて該高温部材の冷却を行う高温部材の冷却構造であって、前記高温部材の外面に一端部が開口するとともに、他端部が冷却空気の供給源に連通する主冷却孔と、前記高温部材の外面で前記主冷却孔の開口を閉塞する閉塞部材と、前記主冷却孔よりも小径に形成され、該主冷却孔から分岐する分岐冷却孔と、前記主冷却孔の前記一端部に連通し、前記冷却空気を前記高温部材の外部に案内する端部淀防止用孔とを備え、前記主冷却孔における前記一端部は、タービン周方向を向く面に開口し、前記分岐冷却孔は、タービン径方向外側を向く面に開口し、前記端部淀防止用孔は、タービン軸線方向の一方側となる燃焼ガスの流れの上流側を向く面に開口することを特徴とする。
【０００８】
このような高温部材の冷却構造においては、主冷却孔を流通する冷却空気が分岐冷却孔から当該高温部材の外部へ噴出され、高温部材表面に冷却フィルムが形成される。この冷却フィルムによって高温部材の表面の温度上昇を抑制することができ、さらに、端部淀防止用孔からも冷却空気が噴出されることによって、主冷却孔の一端部において冷却空気の淀みが防止され、高温部材端部の冷却効果を向上できる。
また、本発明に係る高温部材の冷却構造は、軸流タービンの翼部材である高温部材の内部に冷却空気を流通させて該高温部材の冷却を行う高温部材の冷却構造であって、前記高温部材の外面に一端部が開口するとともに、他端部が冷却空気の供給源に連通する主冷却孔と、前記高温部材の外面で前記主冷却孔の開口を閉塞する閉塞部材と、前記主冷却孔よりも小径に形成され、該主冷却孔から分岐する分岐冷却孔と、前記主冷却孔の前記一端部に連通し、前記冷却空気を前記高温部材の外部に案内する端部淀防止用孔とを備え、前記主冷却孔は燃焼ガスの流れの上流側に延びて、該主冷却孔における前記一端部は、タービン周方向を向く面に開口し、前記分岐冷却孔は、タービン径方向外側を向く面に開口し、前記端部淀防止用孔は、前記閉塞部材を貫通していることを特徴とする。
前記端部淀防止用孔が閉塞部材に形成されることによって、閉塞部材に当該端部淀防止用孔の加工を行なった後に、当該閉塞部材を上記主冷却孔の一端部へ嵌入することができる。即ち、端部淀防止用孔の形成が容易となり、作業工数の低減が可能となる。
【０００９】
さらに、本発明に係る高温部材の冷却構造において、前記端部淀防止用孔は、前記主冷却孔よりも小径に形成されることが好ましい。
【００１０】
端部淀防止用孔が、主冷却孔よりも小径に形成されることによって、上記分岐冷却孔からの冷却空気の噴出量を大幅に減少させることなく、端部淀防止用孔からも冷却空気を噴出させることができる。従って、高温部材表面に形成される冷却フィルムによる高温部材表面の温度上昇を抑制しつつ、主冷却孔の一端部の冷却効果を向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高温部材の冷却構造によれば、高温部材表面に形成された冷却フィルムと、主冷却孔の一端部の冷却空気の淀み防止とによって、高温部材全体の冷却効果を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る軸流タービン動翼の外形を簡略化して示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る軸流タービン動翼のプラットフォームの断面図であって、プラットフォーム内部の冷却構造を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る軸流タービン動翼のプラットフォームの断面図であって、プラットフォーム内部の冷却構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第一実施形態に係る軸流タービン動翼１（以下、単に動翼１と称する）のプラットフォーム１２の冷却構造について説明する。
動翼１は軸流タービン（以下、単にタービンと称する）の内部に複数設置され、高温の燃焼ガスＧがこの動翼１を押圧することによって、動翼１に結合される図示しないロータディスクが回転される。この結果、タービンから回転動力を得ることができる。
【００１６】
図１に示すように、この動翼１は、翼を形成する翼部１１と、翼部１１の付根１４に一体に設けられるプラットフォーム１２と、プラットフォーム１２の翼部１１と反対側を向く面に一体に設けられ、図示しないロータディスクに嵌入される結合部１３とを備えている。
【００１７】
翼部１１は、付根１４からタービン径方向外側に向かって延在しており、この翼部１１のタービン周方向を向く一方側面となる背面２１が凸状に形成され、他方側面となる腹面２２が凹状に形成される。即ち、この翼部１１をタービン径方向から見た場合には、弓形状をなしている。
【００１８】
そして、図２に示すように、タービン径方向外側に向かって、結合部１３の内部からプラットフォーム１２の内部を介して翼部１１の内部まで延在する複数の冷却通路３１が形成されており、図示しない冷却空気Ｗの供給源から結合部１３の内部の冷却通路３１へ冷却空気Ｗを導入し、冷却通路３１を流通させることによって翼部１１を冷却している。
【００１９】
プラットフォーム１２は、タービン軸線Ｐ方向及びタービン周方向に延在する平板状の部材となっており、タービン径方向外側を向く面には翼部１１の付根１４が結合されている。
また、プラットフォーム１２の内部には、プラットフォーム１２のタービン周方向を向く面に一端部２３が開口する主冷却孔３２が形成されている。この主冷却孔３２は、その他端部２４が冷却通路３１に開口しており、冷却空気Ｗを冷却通路３１より導入してプラットフォーム１２の内部に流通させる役割を有している。
【００２０】
主冷却孔３２の一端部２３には嵌合凹部３６が形成され、上記開口を閉塞する閉塞部材３５がこの嵌合凹部３６に嵌入されている。また、主冷却孔３２の一端部２３と他端部２４との中途には、主冷却孔３２とプラットフォーム１２の外部とを連通するように、タービン径方向外側を向く面に開口する複数（本実施形態では６箇所）の分岐冷却孔３３が形成されている。そして、この分岐冷却孔３３は主冷却孔３２の径よりも小径となっている。
【００２１】
さらに、主冷却孔３２の一端部２３において、閉塞部材３５よりもプラットフォーム１２の内部側には、主冷却孔３２とプラットフォーム１２の外部とを連通するように、タービン軸線Ｐ方向一方側を向く面に開口する端部淀防止用孔３４が形成されている。この端部淀防止用孔３４は主冷却孔３２の径よりも小径となっている。
【００２２】
結合部１３は、プラットフォーム１２のタービン径方向内側を向く面に結合されタービン径方向内側へ向かって突出する部材である。この結合部１３の両側壁には波型の連続溝が形成されており、この連続溝がロータディスクの外周に形成された溝に嵌合し、ロータディスクと動翼１とが固定されるようになっている。
【００２３】
このようなプラットフォーム１２の冷却構造によれば、冷却空気Ｗの供給源から冷却空気Ｗを導入し、冷却通路３１へ流通させる。そして、プラットフォーム１２の内部においてこの冷却空気Ｗの一部が分離され、主冷却孔３２へ流入する。そして、主冷却孔３２を通じ分岐冷却孔３３を介してプラットフォーム１２のタービン径方向外側を向く面の開口より冷却空気Ｗが噴出され、プラットフォーム１２の表面に冷却フィルムが形成される。そしてこの冷却フィルムによってプラットフォーム１２の表面に高温の燃焼ガスＧが直接接触することを回避し、プラットフォーム１２の温度上昇が抑制される。
【００２４】
さらに、主冷却孔３２の一端部２３に閉塞部材３５を設けることによって、主冷却孔３２を冷却空気Ｗが通り抜けてしまうことを回避し、分岐冷却孔３３から冷却空気Ｗを確実に噴出させている。
【００２５】
なお、主冷却孔３２の加工においては放電加工が用いられ、この主冷却孔３２は加工上の容易さから、プラットフォーム１２の外部へ貫通するように形成されるため、閉塞部材３５を別途設け、冷却空気Ｗの通り抜けを回避している。
【００２６】
ここで、放電加工とは、誘電体の液体中で被加工物に電極を近接させ、これら被加工物と電極との間に発生するアーク放電によって被加工物の表面を除去しながら加工を行なう加工方法であり、導電性の金属部材内部に流路等を形成することができる。
【００２７】
しかしながら、上述のように閉塞部材３５が設けられることによって、主冷却孔３２の一端部２３に冷却空気Ｗが淀んでしまうおそれがあった。この点、本実施形態においては、端部淀防止用孔３４から冷却空気Ｗを外部へ噴出することができ、冷却空気Ｗの淀みを防止することが可能となり、プラットフォーム１２の端部の熱伝達の低下を防止できる。従って、高温酸化によるプラットフォーム１２の端部の減肉を抑制することができる。
【００２８】
また、これら分岐冷却孔３３及び端部淀防止用孔３４は主冷却孔３２よりも小径に形成されているため、主冷却孔３２の他端部２４に最も近い分岐冷却孔３３から、主冷却孔３２に流通する冷却空気Ｗの多くが噴出してしまうことを回避し、これら分岐冷却孔３３及び端部淀防止用孔３４の全てから冷却空気Ｗを噴出することが可能となる。このため、プラットフォーム１２の冷却の偏りを回避しプラットフォーム１２表面の温度上昇を抑制しながらプラットフォーム１２端部の冷却も行なうことができる。
【００２９】
本実施形態に係るプラットフォーム１２の冷却構造においては、分岐冷却孔３３によってプラットフォーム１２の表面の温度上昇の抑制を行なうと共に、端部淀防止用孔３４によるプラットフォーム１２の端部の冷却によってプラットフォーム１２端部の高温酸化による減肉を防止することができる。即ち、プラットフォーム１２全体の冷却を効果的に行なうことができる。
【００３０】
なお、端部淀防止用孔３４の形成方向は上記に限定されず、主冷却孔３２の一端部２３からプラットフォーム１２の外部へ噴出するように、プラットフォーム１２のいずれかの面に端部淀防止用孔３４の開口が形成されていればよい。
【００３１】
次に、第二実施形態に係る動翼１Ａのプラットフォーム１２Ａの冷却構造について説明する。なお、第一実施形態と同様の構成要素には同様の符号を付して詳細説明を省略する。
図３に示すように、主冷却孔３２の一端部２３においては、嵌合凹部３６Ａが形成され、閉塞部材３５Ａが嵌入される。そして、この閉塞部材３５Ａには、端部淀防止用孔３４Ａが形成されている。
【００３２】
端部淀防止用孔３４Ａは、閉塞部材３５Ａを貫通し、主冷却孔３２とプラットフォーム１２Ａの外部とを連通するように、タービン周方向を向く端面に開口しており、主冷却孔３２よりも小径となっている。
【００３３】
このようなプラットフォーム１２Ａの冷却構造によれば、端部淀防止用孔３４Ａをプラットフォーム１２Ａの内部に新たに形成せずに、閉塞部材３５Ａに別途、端部淀防止用孔３４Ａを形成した後に、この閉塞部材３５Ａを嵌合凹部３６Ａに嵌入することができるため、容易に端部淀防止用孔３４Ａを設けることができる。従って、端部淀防止用孔３４Ａの加工工数を低減しながら、プラットフォーム１２Ａの端部の冷却を行なうことができ、プラットフォーム１２Ａの端部の高温酸化による減肉を防止することができる。
【００３４】
また、端部淀防止用孔３４Ａは主冷却孔３２よりも小径に形成されているため、主冷却孔３２に流通する冷却空気Ｗの多くが端部淀防止用孔３４Ａから噴出してしまうことで、分岐冷却孔３３からの冷却空気Ｗの噴出量低下を回避できる。従って、プラットフォーム１２Ａの表面の冷却効果を維持しながら、プラットフォーム１２Ａの端部の冷却も行なうことができる。
【００３５】
本実施形態に係るプラットフォーム１２Ａの冷却構造においては、分岐冷却孔３３によってプラットフォーム１２Ａの表面の温度上昇の抑制を行なうと共に、端部淀防止用孔３４Ａによるプラットフォーム１２Ａの端部の冷却によって、プラットフォーム１２Ａの端部の高温酸化による減肉を防止することができる。即ち、プラットフォーム１２Ａ全体の冷却を効果的に行なうことができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について詳細説明を行なったが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、端部淀防止用孔３４Ａは冷却空気Ｗの淀みを防止できればよく、上記実施形態で説明した位置や形状に設けることに限定されない。
【００３７】
なお、実施形態においては１つの主冷却孔３２について説明を行なったが、実際には、複数の主冷却孔３２が設けられ、また、分岐冷却孔３３等についても様々な位置に設けられる。
【符号の説明】
【００３８】
１…動翼、１Ａ…動翼、１１…翼部、１２…プラットフォーム、１２Ａ…プラットフォーム、１３…結合部、１４…付根、２１…背面、２２…腹面、２３…一端部、２４…他端部、３１…冷却通路、３２…主冷却孔、３３…分岐冷却孔、３４…端部淀防止用孔、３４Ａ…端部淀防止用孔、３５…閉塞部材、３５Ａ…閉塞部材、３６…嵌合凹部、３６Ａ…嵌合凹部、Ｗ…冷却空気、Ｇ…燃焼ガス、Ｐ…軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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