(57)【要約】【課題】タービン翼において、冷却空気孔の目詰まりを防止する。【解決手段】冷却空気孔５の外壁面側開口部５ｂの縁部でありかつ外壁面２ｆに沿って流れる主流の下流側に位置する部位に設けられると共に、冷却空気孔５の内壁面５ｃから翼体の外壁面２ｆに連続する接続面７を形成する切欠き部６を備え、外壁面２ｆの垂直方向から見た切欠き部６の形状は、冷却空気孔５の断面形状に対して、主流の下流側に向かってのみ広がっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空とされた翼体の内壁面から外壁面に貫通する冷却空気孔を備えるタービン翼であって、
前記冷却空気孔の外壁面側開口部の縁部でありかつ前記外壁面に沿って流れる主流の下流側に位置する部位に設けられると共に、冷却空気孔の内壁面から翼体の外壁面に連続する接続面を形成する切欠き部を備え、
前記外壁面の垂直方向から見た前記切欠き部の形状は、前記冷却空気孔の断面形状に対して、前記主流の下流側に向かってのみ広がっている
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
前記冷却空気孔は、外壁面側開口部が内壁面側開口部よりも前記主流の下流側に配置されるように傾斜されていることを特徴とする請求項１記載のタービン翼。
【請求項３】
前記接続面が、冷却空気孔の内壁面と翼体の外壁面とに屈曲することなく接続する曲面であることを特徴とする請求項１または２記載のタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン翼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジン等が備えるタービン翼は、燃焼器によって生成された燃焼ガスに晒されて高温となる。このため、タービン翼の耐熱性を向上させるために、例えば特許文献１に示すように、冷却空気孔から冷却空気を噴き出し、これによって翼体を冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６２３４７５５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タービン翼に供給される燃焼ガスに含まれる異物によって冷却空気孔が目詰まりすることがある。これは燃焼ガスに含まれる異物が半溶融の状態で冷却空気孔の開口部に付着し、この異物が冷却空気に晒されて固化することで生じていると考えられる。
特許文献１は、翼体に形成された溝に冷却空気孔の開口を形成する構成を採用することで、冷却空気孔の目詰まりの防止効果があるとされていた。しかしながら、実証実験では効果がないとの報告もある。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、タービン翼において、冷却空気孔の目詰まりを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００７】
第１の発明は、中空とされた翼体の内壁面から外壁面に貫通する冷却空気孔を備えるタービン翼であって、上記冷却空気孔の外壁面側開口部の縁部でありかつ上記外壁面に沿って流れる主流の下流側に位置する部位に設けられると共に、冷却空気孔の内壁面から翼体の外壁面に連続する接続面を形成する切欠き部を備え、上記外壁面の垂直方向から見た上記切欠き部の形状が、上記冷却空気孔の断面形状に対して、上記主流の下流側に向かってのみ広がっているという構成を採用する。
【０００８】
第２の発明は、上記冷却空気孔が、外壁面側開口部が内壁面側開口部よりも上記主流の下流側に配置されるように傾斜されているという構成を採用する。
【０００９】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記接続面が、冷却空気孔の内壁面と翼体の外壁面とに屈曲することなく接続する曲面であるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、冷却空気孔の外壁面側開口の縁部に対して切欠き部が設けられている。この切欠き部は、冷却空気孔の外壁面側開口の縁部のうち主流の下流側の部位に設けられている。また、このような切欠き部によって、冷却空気孔の外壁面側開口の縁部のうち主流の下流側の部位に、冷却空気孔の内壁面から翼体の外壁面に連続する接続面が形成されている。この接続面は、冷却空気孔の縁部を切欠くことによって形成されるものであることから、切欠き部がないときの冷却空気孔の内壁面よりも主流に対する傾斜角度が浅くなる。このような接続面に対して半溶融の異物が付着すると、接続面の主流に対する傾斜角度が浅いため、付着面が異物を支える力が弱まり、結果、異物が吹き飛ばされ易くなる。つまり、本発明によれば、半溶融の異物が冷却空気孔に付着したときに、この異物が固化する前に吹き飛ばすことが可能となる。
【００１１】
さらに本発明においては、外壁面の垂直方向から見た切欠き部の形状は、冷却空気孔の断面形状に対して、主流の下流側に向かってのみ広がっている。切欠き部が主流の流れ方向と直交する方向に広がると、切欠き部に流れ込んだ冷却空気が主流と直交する方向に広がり、主流方向における速度が低下する。このため、異物を吹き飛ばす効果が低減する。これに対して、本発明によれば、切欠き部が主流の下流側に向かってのみ広がっていることから、切欠き部に流れこんだ冷却空気が主流と直交する方向に広がることを抑制し、切欠き部における速度が低下することを防ぎ、より確実に異物を吹き飛ばすことができる。
【００１２】
このように、本発明によれば、半溶融の異物が冷却空気孔に付着したときに、この異物が固化する前に吹き飛ばすことができ、タービン翼において、冷却空気孔の目詰まりを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のタービン翼の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態のタービン翼が備えるフィルム冷却部の概略図であり、（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が縦断面図であり、（ｃ）が翼体の外壁面の垂直方向から見た上面図である。
【図３】本発明の一実施形態のタービン翼の変形例が備えるフィルム冷却部の概略図であり、（ａ）がタービン翼の第１の変形例が備えるフィルム冷却部の斜視図であり、（ｂ）がタービン翼の第２の変形例が備えるフィルム冷却部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係るタービン翼の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１５】
図１は、本実施形態のタービン翼１の概略構成を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態のタービン翼１は、タービン静翼であり、翼体２と、翼体２を挟み込むバンド部３と、フィルム冷却部４とを備えている。
【００１６】
翼体２は、不図示の燃焼器の下流側に配置されており、燃焼器によって生成された燃焼ガスの流路に配置されている。この翼体２は、前縁２ａと、後縁２ｂと、正圧面２ｃと、負圧面２ｄとを有する翼形状とされている。翼体２は、中空とされており、内部に冷却空気を導入するための内部空間を有している。翼体２の内部空間には、不図示の冷却空気流路が接続されており、例えば燃焼器の上流側に設置される圧縮機から抽気された空気が冷却空気として導入される。バンド部３は、翼体２を高さ方向から挟み込んで設けられおり、燃焼ガスの流路壁の一部として機能する。これらのバンド部３は、翼体２のチップとハブに一体化されている。なお、以下の説明においては、燃焼ガスの流れを主流と称する。
【００１７】
図２は、フィルム冷却部４の概略図であり、（ａ）が斜視図であり、（ｂ）が縦断面図であり、（ｃ）が翼体２の外壁面２ｆの垂直方向から見た上面図である。これらの図に示すように、フィルム冷却部４は、冷却空気孔５と、切欠き部６と、接続面７とを備えている。
【００１８】
冷却空気孔５は、図２（ｂ）に示すように、翼体２の内壁面２ｅから外壁面２ｆに貫通する貫通孔であり、内壁面２ｅ側と外壁面２ｆ側との各々に開口部を有している。なお、以下の説明において、内壁面２ｅ側の開口部を内壁面側開口部５ａと称し、外壁面２ｆ側の開口部を外壁面側開口部５ｂと称する。冷却空気孔５は、これらの内壁面側開口部５ａと外壁面側開口部５ｂとを結ぶ直線状に形成されており、断面形状が円形とされている。また、冷却空気孔５は、外壁面側開口部５ｂが内壁面側開口部５ａよりも主流の下流側に配置されており、これによって、翼体２の厚み方向に対して傾斜されている。このため、本実施形態においては、外壁面２ｆに対して垂直な方向から見たときに、主流の方向と冷却空気の流れ方向とが同じ方向に向けられている。
【００１９】
切欠き部６は、外壁面側開口部５ｂの縁部でありかつ外壁面２ｆに沿って流れる主流の下流側に位置する部位に設けられている。この切欠き部６は、切欠き部６がないときに存在する外壁面側開口部５ｂの角部Ｒを面取りするように切り欠いた部位である。このような切欠き部６によって、冷却空気孔５の内壁面５ｃから翼体２の外壁面２ｆに連続する接続面７が形成される。
【００２０】
また、図２（ｃ）に示すように、外壁面２ｆの垂直方向から見た切欠き部６の形状は、冷却空気孔５の断面形状５ｂｘに対して、主流の下流側に向かってのみ広がっている。つまり、外壁面２ｆの垂直方向から見た、切欠き部６は、主流と直交する方向に広がることがない形状に設定されている。
【００２１】
接続面７は、切欠き部６がないときの冷却空気孔５の内壁面５ｃよりも主流に対する傾斜角度が浅くなった面である。この接続面７は、主流に含まれる半溶融状態の異物が付着された場合であっても、この異物を主流に乗せて後流側に吹き飛ばし易くするための部位である。
【００２２】
なお、図１に示すように、本実施形態のタービン翼１においては、上述のように構成されたフィルム冷却部４が多数設けられている。このようなフィルム冷却部４から噴出された冷却空気が翼体２の外壁面２ｆに沿って流れ、これによって翼体２の外壁面２ｆがフィルム冷却される。
【００２３】
以上のような本実施形態のタービン翼１においては、冷却空気孔５の外壁面側開口部５ｂの縁部に対して切欠き部６が設けられている。この切欠き部６は、冷却空気孔５の外壁面側開口部５ｂの縁部のうち主流の下流側の部位に設けられている。また、このような切欠き部６によって、冷却空気孔５の外壁面側開口部５ｂの縁部のうち主流の下流側の部位に、冷却空気孔５の内壁面５ｃから翼体２の外壁面２ｆに連続する接続面７が形成されている。この接続面７は、冷却空気孔５の縁部を切欠くことによって形成されるものであることから、切欠き部６がないときの冷却空気孔５の内壁面５ｃよりも主流に対する傾斜角度が浅くなる。このような接続面７に対して半溶融の異物が付着すると、接続面７の主流に対する傾斜角度が浅いため、付着面が異物を支える力が弱まり、結果、異物が吹き飛ばされ易くなる。つまり、本実施形態のタービン翼１によれば、半溶融の異物が冷却空気孔５に付着したときに、この異物が固化する前に吹き飛ばすことが可能となる。
【００２４】
さらに本実施形態のタービン翼１においては、外壁面２ｆの垂直方向から見た切欠き部６の形状は、冷却空気孔５の断面形状に対して、主流の下流側に向かってのみ広がっている。切欠き部６が主流の流れ方向と直交する方向に広がると、切欠き部６に流れ込んだ冷却空気が主流と直交する方向に広がり、主流方向における速度が低下する。このため、異物を吹き飛ばす効果が低減する。これに対して、本実施形態のタービン翼１によれば、切欠き部６が主流の下流側に向かってのみ広がっていることから、切欠き部６に流れこんだ冷却空気が主流と直交する方向に広がることを抑制し、切欠き部６における速度が低下することを防ぎ、より確実に異物を吹き飛ばすことができる。
【００２５】
このように、本実施形態のタービン翼１によれば、半溶融の異物が冷却空気孔５に付着したときに、この異物が固化する前に吹き飛ばすことができ、冷却空気孔５の目詰まりを防止することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態のタービン翼１において冷却空気孔５は、外壁面側開口部５ｂが内壁面側開口部５ａよりも主流の下流側に配置されるように傾斜されている。これによって、外壁面２ｆに対して垂直な方向から見たときに、主流の方向と冷却空気の流れ方向とが同じ方向に向けられている。このため、主流の方向と冷却空気の流れ方向とが異なる場合と比較して、主流と冷却空気の流れとが衝突する切欠き部６周辺における流れの速度が低下することを防ぐことができる。したがって、本実施形態のタービン翼１によれば、より確実に接続面７に付着した異物を吹き飛ばすことができ、冷却空気孔５の目詰まりをより確実に防止することが可能となる。
【００２７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２８】
例えば、上記実施形態においては、冷却空気孔５が、外壁面側開口部５ｂが内壁面側開口部５ａよりも主流の下流側に配置されるように傾斜されている構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図３（ａ）に示すように、冷却空気孔５が他の方向に傾斜している構成を採用することも可能である。このような場合であっても、図３（ａ）に示すように、切欠き部６は、冷却空気孔５の外壁面側開口部５ｂの縁部のうち主流の下流側の部位に設けられる。
【００２９】
また、上記実施形態の接続面７に換え、図３（ｂ）に示すように、冷却空気孔５の内壁面５ｃと翼体２の外壁面２ｆとに屈曲することなく接続する曲面からなる接続面７Ａを有する構成を採用することも可能である。このような構成を採用することによって、冷却空気孔５の内壁面５ｃと、接続面７Ａと、外壁面２ｆとが滑らかに接続されるため、冷却空気の流れが乱れることを抑制することができる。
【００３０】
例えば、上記実施形態の翼体２におけるフィルム冷却部４の配置位置及び個数は一例であり、タービン翼に要求される冷却性能に応じて適宜変更可能である。
また、上記実施形態においては、タービン翼が静翼である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、動翼に対してフィルム冷却部を設置する構成を排除するものではない。
【符号の説明】
【００３１】
１……タービン翼、２……翼体、２ａ……前縁、２ｂ……後縁、２ｃ……正圧面、２ｄ……負圧面、２ｅ……内壁面、２ｆ……外壁面、３……バンド部、４……フィルム冷却部、５……冷却空気孔、５ａ……内壁面側開口部、５ｂ……外壁面側開口部、５ｃ……内壁、５ｂｘ……断面形状、６……切欠き部、７，７Ａ……接続面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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