(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼内部に仕切壁によりＵ字状に仕切られて冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備えたガスタービンの冷却翼において、上記サーペンタイン流路の少なくとも上記仕切壁により仕切られたＵターン部下流の内壁に冷却媒体の流れに対して上記仕切壁側に下がるように傾斜し上記サーペンタイン流路の全幅にわたって設けられた第一のタービュレータと、該第一のタービュレータよりも短く、上記サーペンタイン流路の全幅の半分程度の長さの第二のタービュレータとを具え、上記第一のタービュレータと第二のタービュレータとを交互に同一傾斜方向に設けると共に、上記第二のタービュレータを上記仕切壁に当接して設けたことを特徴とするガスタービンの冷却翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電などに適用されるガスタービンの冷却翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２および図３は火力発電などに使用されている従来のガスタービンの冷却動翼の説明図である。図２において、本ガスタービンの冷却動翼はサーペンタイン方式が採用されており、冷却媒体の空気、或いは蒸気が翼根５１の冷却媒体の入口５２から翼根５１内に入り、翼５３のサーペンタイン流路５４ａを矢印で示す方向に流れて翼５３の前縁を冷却した後、翼頂部で仕切壁５８に沿って反転（リターン）して翼５３の中央部を冷却する。そして、翼台５５で再び仕切壁５８に沿って反転し、最終のサーペンタイン流路５４ｂを通って翼５３の後縁を冷却した後、翼根５１の冷却媒体の出口５６から流出するようになっている。
【０００３】
図３において、サーペンタイン流路５４ａ，５４ｂにはサーペンタイン流路５４ａ，５４ｂに対して水平に、或いは図に示すように外周側に傾斜した複数列のタービュレータ５７が設けられており、タービュレータ５７の下流および上流には渦が発生し、この渦に誘導されて冷却媒体の空気、或いは蒸気の流れが層流から乱流に転じ、擾乱が発生する。これらの渦の端は流体中で互いに繋がるか、或いは境界面で終わっており、流れは個所Ａで流路壁に再付着するが、熱伝達率はタービュレータ５７後流の渦域で急激に低下し、再付着以降で上昇する。
【０００４】
このようにサーペンタイン流路５４ａ，５４ｂにタービュレータ５７を設けることにより、サーペンタイン流路５４ａ，５４ｂを流れる冷却媒体の空気、或いは蒸気に対する抵抗は増すが、冷却媒体の流れを強制的に乱流に遷移させるとともに、冷却通路と交叉する方向の二次流れを発生させ、サーペンタイン流路５４ａ，５４ｂにおける熱伝達率を向上させて冷却効果を増大させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のガスタービンの冷却動翼においては複数列のタービュレータ５７がサーペンタイン流路５４ａ，５４ｂに対して水平に、或いは外周側に傾斜して設けられており、このようにサーペンタイン流路５４ａ，５４ｂにタービュレータ５７を設けることにより、サーペンタイン流路５４ａ，５４ｂを流れる冷却媒体に対する抵抗が増す。
【０００６】
また、冷却媒体の流れが翼頂部、或いは翼台５５で反転した後に冷却媒体の流れに剥離が生じるため、サーペンタイン流路５４ａ，５４ｂにおけるＣ域に比べてＢ域における熱伝達量が小さく、局所的に冷却性能が衰えることにより冷却効果に大きな差を生じている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスタービンの冷却翼は上記課題の解決を目的にしており、翼内部に仕切壁によりＵ字状に仕切られて冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備えたガスタービンの冷却翼において、上記サーペンタイン流路の少なくとも上記仕切壁により仕切られたＵターン部下流の内壁に冷却媒体の流れに対して上記仕切壁側に下がるように傾斜し上記サーペンタイン流路の全幅にわたって設けられた第一のタービュレータと、該第一のタービュレータよりも短く、上記サーペンタイン流路の全幅の半分程度の長さの第二のタービュレータとを具え、上記第一のタービュレータと第二のタービュレータとを交互に同一傾斜方向に設けると共に、上記第二のタービュレータを上記仕切壁に当接して設けられている。
【０００８】
このように、本発明に係るガスタービンの冷却翼においては、サーペンタイン流路におけるＵターン部下流に内周の仕切壁側に傾斜を有しサーペンタイン流路幅の全幅にわたるように配設された第一のタービュレータと、この第一のタービュレータと同様に傾斜し仕切壁に当接して配設され第一のタービュレータよりも短い第二のタービュレータとが設けられており、特に剥離を生じ易いサーペンタイン流路のＵターン部下流に内周側に傾斜した第一のタービュレータをサーペンタイン流路の全幅にわたって配設したことによって冷却媒体の流れがＵターンした後にサーペンタイン流路の仕切壁側（内周側）に案内され、仕切壁の内周側における冷却媒体の流れの剥離が生じ難くなる。
【０００９】
また、特に剥離を生じ易いサーペンタイン流路のＵターン部下流に短い第二のタービュレータを内周側に傾斜させ仕切壁に当接して配設したことによって冷却媒体の流れがＵターンした後にサーペンタイン流路の仕切壁側（内周側）に案内され、サーペンタイン流路における冷却媒体の流れに対する抵抗を増すことなく、仕切壁の内周側における冷却媒体の流れの剥離がより一層生じ難くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態に係るガスタービンの冷却動翼の説明図である。図において、本実施の形態に係るガスタービンの冷却動翼は火力発電などに使用されるガスタービンの冷却動翼で、サーペンタイン流路にタービュレータを配列する場合の配列方向やタービュレータの構造などを改良している。図における符号１はサーペンタイン流路、２は仕切壁、３はサーペンタイン流路の全幅にわたるタービュレータ、４はサーペンタイン流路幅の半分程度の短いタービュレータ（案内用突起）、５はガスタービンの翼である。
【００１１】
本ガスタービンの冷却動翼は図に示すようにサーペンタイン方式が採用されており、従来例のガスタービンの冷却動翼と同様に冷却媒体の空気、或いは蒸気が翼根の冷却媒体の入口から翼根内に入り、翼５のサーペンタイン流路１を矢印で示す方向に流れて翼５の前縁を冷却した後、翼頂部で仕切壁２に沿って反転（リターン）して翼５の中央部を冷却する。そして、翼台で再び仕切壁２に沿って反転し、最終のサーペンタイン流路１を通って翼５の後縁を冷却した後、翼根の冷却媒体の出口から流出するようになっている。
【００１２】
また、本ガスタービンの冷却動翼においては図に示すように、サーペンタイン流路１には仕切壁２によってリターン部が形成されており、仕切壁２側（内周側）に下がるように傾斜したタービュレータ３がサーペンタイン流路１の全幅にわたって配設されている。そして、このサーペンタイン流路１の全幅にわたるタービュレータ３とタービュレータ３との間に、サーペンタイン流路１流路幅の半分程度の短いタービュレータ４が同様に仕切壁２側（内周側）に下がるように傾斜し仕切壁２に当接して配設されている。
【００１３】
このようにサーペンタイサーペンタイン流路１に複数列のタービュレータ３を設けることにより、タービュレータ３の下流および上流に渦が発生し、この渦に誘導されて冷却媒体の空気、或いは蒸気の流れを層流から強制的に乱流に遷移させて擾乱を発生させるとともに、冷却通路と交叉する方向の二次流れを発生させ、サーペンタイン流路１における熱伝達率を向上させて冷却効果を増大させる。また、本ガスタービンの冷却翼においてはサーペンタイン流路１のリターン部にタービュレータ３がサーペンタイン流路１の内周側に下がるように傾斜を有しサーペンタイン流路１流路幅の全幅にわたるように配列され、このタービュレータ３とタービュレータ３との間に内周側に下がるように傾斜を有しサーペンタイン流路１流路幅の半分程度の短いタービュレータ４が仕切壁２に当接して配列されており、従来のサーペンタイン流路においては冷却媒体の流れがサーペンタイン流路１のリターン部で外周側に案内されてしまうために仕切壁２近傍の内周側で剥離が生じて著しく伝熱性能が損われるが、本ガスタービンの冷却翼においては内周側に下がるように傾斜したタービュレータ３がサーペンタイン流路１の全幅にわたって配列されていることにより、このタービュレータ３によって冷却媒体の流れが仕切壁２側に案内され、仕切壁２の内周側における冷却媒体の流れの剥離が生じ難くなって伝熱性能が向上するとともに剥離が生じ易いリターン後の仕切壁２部分の伝熱性能が向上する。また、サーペンタイン流路１の全幅にわたるタービュレータ３とタービュレータ３との間に同様に内周側に下がるように傾斜しサーペンタイン流路１の全幅にはわたらない短いタービュレータ４が配列されていることにより、この短いタービュレータ４によって冷却媒体の流れが仕切壁２側に案内され、サーペンタイン流路１における冷却媒体の流れに対する抵抗を増すことなく、仕切壁２の内周側における冷却媒体の流れの剥離がより一層生じ難くなり、伝熱性能が向上するとともに剥離が生じ易いリターン後の仕切壁２部分の伝熱性能が向上する。
【００１４】
従来のガスタービンの冷却動翼においては、複数列のタービュレータがサーペンタイン流路に対して水平に、或いは外周側に傾斜して設けられており、このようにサーペンタイン流路にタービュレータを設けることにより、サーペンタイン流路を流れる冷却媒体に対する抵抗が増す。また、冷却媒体の流れが翼頂部、或いは翼台で反転した後に冷却媒体の流れに剥離が生じるため、局所的に冷却性能が衰えることにより冷却効果に大きな差を生じている。なお、このような現象は既に様々な文献などで報告されている。
【００１５】
これに対し、本ガスタービンの冷却動翼においては、このような問題点を解消するためにサーペンタイン流路１のリターン部に内周側に下がる傾斜を有しサーペンタイン流路１の全幅にわたるようにタービュレータ３を配列するとともに、このタービュレータ３とタービュレータ３との間に内周側に下がる傾斜を有しサーペンタイン流路１流路幅の半分程度の短いタービュレータ４を仕切壁２に当接して配列している。
【００１６】
このように、特に剥離を生じ易いサーペンタイン流路１のリターン部に、タービュレータ３を内周側に下がる傾斜でサーペンタイン流路１の全幅にわたるように配列したことにより、仕切壁２に沿って反転した冷却媒体の流れがサーペンタイン流路１の仕切壁２側（内周側）に案内されてサーペンタイン流路のＵターン部下流に剥離が生じ難くなり、伝熱性能の不均一が解消されて伝熱性能が向上する。
【００１７】
また、特に剥離を生じ易いサーペンタイン流路１のリターン部に、サーペンタイン流路１全幅の半分程度の短いタービュレータ４を内周側に下がる傾斜で仕切壁２に当接して配列したことにより、仕切壁２に沿って反転した冷却媒体の流れがサーペンタイン流路１の仕切壁２側（内周側）に案内され、サーペンタイン流路１における冷却媒体の流れに対する抵抗を増すことなく、サーペンタイン流路１のＵターン部下流に剥離がより一層生じ難くなり、サーペンタイン流路１の仕切壁２によるＵターン部下流における伝熱性能の不均一が解消されて伝熱性能が向上する。
【００１８】
これらにより、特に剥離が生じ易いリターン部における伝熱性能の不均一が解消されてサーペンタイン流路１の全領域でより一層均一な伝熱性能が得られ、ガスタービンの翼５における冷却性能が向上する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係るガスタービンの冷却翼は前記のように構成されており、サーペンタイン流路における冷却媒体の流れに対する抵抗を増すことなく、仕切壁の内周側における冷却媒体の流れの剥離がより一層生じ難くなるので、サーペンタイン流路における伝熱性能の不均一が解消されてサーペンタイン流路の全領域で均一な伝熱性能が得られ、これによりガスタービンの冷却翼における冷却性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の一形態に係るガスタービンの冷却動翼におけるタービュレータの模式図である。
【図２】図２は従来のガスタービンの冷却動翼の斜視図である。
【図３】図３（ａ）はそのタービュレータの断面図、同図（ｂ）はその作用説明図、同図（ｃ）はその模式図である。
【符号の説明】
１  サーペンタイン流路
２  仕切壁
３  サーペンタイン流路の全幅にわたるタービュレータ
４  短いタービュレータ（案内用突起）
５  翼
【図１】
0003790328.tif 000002
【図２】
0003790328.tif 000003
【図３】
0003790328.tif 000004