(57)【要約】【課題】  タービン翼の翼端を効果的に冷却することができるタービン翼の冷却構造を提供する。【解決手段】  タービン翼１の内部に１つ以上の冷却通路３Ｃ（３Ａ，３Ｂ）を備え、少なくとも１つの冷却通路３Ｃは、径方向に往復する上流側の折り返し通路５と、折り返し通路５の下流側でタービン翼１の後縁Ｂから噴出する冷却媒体ａを受け入れる媒体室６とを有し、さらに、最後方の前記折り返し通路５の径方向外端部に設けた通路凹所８からタービン翼１の先端の噴出孔２５，２６に向けて斜め後方に冷却媒体ａを導出する導出通路３６を備えている。【選択図】      図２
2007063991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼の内部に１つ以上の冷却通路を備え、
少なくとも１つの冷却通路は、径方向に往復する上流側の折り返し通路と、折り返し通路の下流側でタービン翼の後縁から噴出する冷却媒体を受け入れる媒体室とを有し、
さらに、最後方の折り返し通路の径方向外端部に形成されて後方へ凹入する通路凹所と、
前記通路凹所からタービン翼の後部翼端の噴出孔に向けて斜め後方に冷却媒体を導出する導出通路と、
を備えたタービン翼の冷却構造。
【請求項２】
請求項１において、前記媒体室にインピンジ冷却用のピンフィンが設けられているタービン翼の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばガスタービンにおけるタービン翼内部の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機、燃焼器およびタービンを備えたガスタービンにおけるタービン動翼には、耐熱性の向上を図るために冷却構造が採用され、空気による冷却が行われている。
【０００３】
図３に示す縦断面図において、動翼３１の翼部３１ａの内部には、冷却通路３３が形成されている。この冷却通路３３内には、翼部３１ａの径方向内側となる翼取付部３１ｂに形成された導入通路３４から、冷却空気ａが、矢印方向に導入され、冷却通路３３内での熱伝達によって動翼３１の翼部３１ａが冷却される。冷却通路３３は径方向に往復する折り返し通路となっており、折り返し通路の下流端は、インピンジ冷却用の多数のピンフィン３９が設けられた空気室３６に接続されている。この空気室３６を経て、翼部３１ａの後縁から冷却空気ａが矢印方向に排出される。動翼３１の翼端部（径方向外端部）は、冷却通路３３から翼端に向けて開口する導出通路４１〜４４を流れる冷却空気ａにより冷却される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２６０９０１号公報の図８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、後縁寄りの導出通路４４は、空気室３６から冷却空気ａを導出しており、空気室３６では冷却空気ａの圧力が低いために、導出通路４４から十分な量の冷却空気ａが得られにくい。その結果、翼端部の冷却が不充分になる場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、タービン翼の翼端部を効果的に冷却することができるタービン翼の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】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明に係るタービン翼の冷却構造は、タービン翼の内部に１つ以上の冷却通路を備え、少なくとも１つの冷却通路は、径方向に往復する上流側の折り返し通路と、折り返し通路の下流側でタービン翼の後縁から噴出する冷却媒体を受け入れる媒体室とを有し、さらに、最後方の折り返し通路の径方向外端部に形成されて後方へ凹入する通路凹所と、前記通路凹所からタービン翼の後部翼端の噴出孔に向けて斜め後方に冷却媒体を導出する導出通路とを備えている。
【０００７】
この構成によれば、折り返し通路の冷却媒体の圧力は媒体室よりも高く、導出通路が最後方の前記折り返し通路の径方向外端部に設けた通路凹所からタービン翼の後部翼端の噴出孔に向けて斜め後方に形成されているので、導出通路を通して十分な量の冷却媒体が得られる結果、後部の翼端部を効果的に冷却できる。また、通路凹所が後方へ凹入して形成されることで、この通路凹所に入口が連通する導出通路をタービン翼のより後縁側に形成した場合でも、導出通路の傾斜を緩やかにできるから、導出通路の機械加工が容易になる。さらに、導出通路は斜めに延びているから、径方向に沿って延びる場合よりも長くなるので、タービン翼との伝熱面積が大きくとれるようになる。これにより、タービン翼が一層効果的に冷却される。
【０００８】
本発明の好ましい態様では、さらに、前記媒体室にインピンジ冷却用のピンフィンが設けられている。
【０００９】
この構成によれば、タービン翼の後縁付近がインピンジ冷却によって効果的に冷却される。また、媒体室のピンフィンが抵抗となるために、その上流の折り返し通路の圧力が高くなるので、折り返し通路に連通した導出通路を通る冷却媒体の量が増大する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るタービン翼の冷却構造によれば、導出通路が、比較的圧力の高い最後方の折り返し通路の径方向外端部に設けた通路凹所からタービン翼の先端の噴出孔に向けて斜め後方に形成されているので、導出通路を通して十分な量の冷却媒体が得られる結果、後部の翼端部を効果的に冷却できる。また、通路凹所が後方へ凹入して形成されているから、この通路凹所に連通する導出通路の傾斜を緩やかにして、導出通路の機械加工を容易化できる。さらに、導出通路は斜めに延びているから、タービン翼との伝熱面積が大きくとれる結果、タービン翼が一層効果的に冷却される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のタービンロータは、例えばガスタービンに用いられる。ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機、圧縮機からの圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器、および燃焼器からの高温、高圧の燃焼ガスにより駆動されるタービンを備えている。以下、本発明の好ましい実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るタービンの要部を示す正面図である。この図１に示すように、タービン翼である多数の動翼１が、ガスタービンにおけるタービン１２のロータディスク１３の外周部に、周方向に一定間隔をおいて配置されている。各動翼１は、燃焼器からの燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス通路１６内に臨む翼部１ａと、ロータディスク１３の取付溝１７に軸方向に挿入されることでロータディスク１３に取り付けられる翼取付部１ｂとを有する。翼取付部１ｂの下部には、圧縮機からの冷却空気のような冷却媒体ａが取り込まれる流入空間１８が形成されている。
【００１２】
図２は同タービンの動翼を拡大して示す縦断面図である。この図２において、動翼１の内部に第１〜第３の冷却通路３Ａ，３Ｂ，３Ｃが形成されている。これらの第１〜第３の冷却通路３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、冷却媒体ａを導入する翼取付部１ｂに形成された第１〜第３の導入通路４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ連通している。第１〜第３の導入通路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの上流端は、前記流入空間１８に連通している。
【００１３】
前記第１の冷却通路３Ａは、ほぼ径方向に沿って延びており、その下流端が、導出通路３１を介して翼先端の噴出孔２１に連通している。第２の冷却通路３Ｂは、径方向に往復半する折り返し通路となっており、この例では、２個所で翼端に開口した噴出孔２２，２３に導出通路３２，３３を介して連通している。最後方となる第３の冷却通路３Ｃは、径方向に１往復する上流側の折り返し通路５と、折り返し通路５の下流側でタービン翼の後縁開口４１から噴出する冷却媒体ａを受け入れる媒体室６とを有している。折り返し通路５の下流端と媒体室６の上流端は、翼部１ａの内径側で接続されている。前記折り返し通路５の径方向外端部に、後方へ凹入する通路凹所８が形成されている。
【００１４】
前記折り返し通路５には、その前部の径方向外端部から動翼１の翼端に開口した噴出孔２４に向けて径方向に冷却媒体ａを導出する導出通路３４が連通している。折り返し通路５の後部の径方向外端部には、タービン翼後部の翼端に開口した２つの噴出孔２５，２６のそれぞれに向けて斜め後方に冷却媒体ａを導出する真直な導出通路３５，３６が連通している。最後方の導出通路３６は、その入口が通路凹所８に連通している。導出通路３５，３６の径方向Ｒに対する傾斜角度α１，α２はそれぞれ２５°、４５°である。導出通路３６の傾斜角度α２は３０〜６０°程度であり、好ましくは３５〜５５°、さらに好ましくは４０〜５０°である。傾斜角度α２が３０°未満では、導出通路３６を傾斜させることによる後述の利点が得られない。また、６０°を越えると、導出通路３６を形成するための機械加工が容易でなくなる。また、前記媒体室６には、インピンジ冷却用の多数のピンフィン９が設けられている。
【００１５】
次に、上記構成に係るタービンの冷却構造の動作について説明する。タービン翼（動翼）１の流入空間１８から第１の導入通路４Ａ内に導入された冷却媒体ａは、冷却通路３Ａ内に流入し、噴出孔２１から噴出される。これにより、タービン翼１の前部が冷却される。また、流入空間１８から第２の導入通路４Ｂ内に導入された冷却媒体ａは、冷却通路３Ｂ内に流入し、噴出孔２２，２３から噴出される。これにより、タービン翼１の軸方向中央部が冷却される。また、流入空間１８から第３の導入通路４Ｃ内に導入された冷却媒体ａは、冷却通路３Ｃの折り返し通路５内に流入して、一部の冷却媒体ａは噴出孔２４〜２６から噴出するが、大部分の冷却媒体ａは、媒体室６に入り込んでタービン翼１の後縁開口４１から燃焼ガス通路１６へ排出される。これにより、タービンの軸方向後部が冷却される。
【００１６】
ここで、特に、前記導出通路３５，３６は、第３の冷却通路３Ｃの折り返し通路５の径方向外端部からタービン翼１の先端の噴出孔２５，２６に向けて斜め後方に形成されているので、導出通路３６よりも前側の冷却通路３Ｃ（折り返し通路５）から導出通路３５，３６を通して十分な量の冷却媒体が得られる結果、翼端部を効果的に冷却できる。また、導出通路３５，３６は斜めに延びているから、径方向に沿って延びる場合よりも長くなるので、タービン翼１との伝熱面積が大きくとれるようになる。これにより、タービン翼１が一層効果的に冷却される。
【００１７】
また、前記通路凹所８は後方へ凹入して形成されているので、最後方の噴出孔２６を動翼１の後縁に近づけて設けた場合でも、導出通路３６の入口が後方へ下がる分だけ導出通路３６の径方向に対する傾斜角度α２を小さくできるから、導出通路３６の機械加工が容易になる。また、媒体室６にインピンジ冷却用のピンフィン９を設けているので、動翼１の後縁付近がインピンジ冷却によって効果的に冷却される。さらに、媒体室６のピンフィン９が冷却媒体ａの流れの抵抗となるために、その上流の折り返し通路５の圧力が高くなるので、通路凹所８に連通した導出通路３６を通る冷却媒体ａの量が増大する。
【００１８】
なお、ピンフィン９に代えて伝熱用の小さなリブを多数設けてもよい。また、ピンフィン９は割愛してもよく、その場合でも媒体室６内での圧力低下分だけ折り返し通路５の圧力が高くなるので、導出通路３６からの冷却媒体ａの量が増大する。また、通路凹所８から斜め後方に冷却媒体ａを導出する導出通路３６の数は、１つまたは３つ以上とすることもできる。導入通路４Ａ〜４Ｃの数は任意であり、冷却通路３Ａ〜３Ｃは１つ以上あればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るタービンの冷却構造を適用するタービンの要部を示す正面図である。
【図２】同タービンの動翼を示す縦断面図である。
【図３】従来例に係るタービンの動翼を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  タービン翼（動翼）
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  冷却通路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  導入通路
５  折り返し通路
６  媒体室
８  通路凹所
９  ピンフィン
２５，２６  噴出孔
３６  導出通路
ａ  冷却媒体
【図１】
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【図２】
2007063991.tif 000004
【図３】
2007063991.tif 000005