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JPS6148606B2 - - Google Patents
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JPS6148606B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6148606B2
JPS6148606B2 JP19182781A JP19182781A JPS6148606B2 JP S6148606 B2 JPS6148606 B2 JP S6148606B2 JP 19182781 A JP19182781 A JP 19182781A JP 19182781 A JP19182781 A JP 19182781A JP S6148606 B2 JPS6148606 B2 JP S6148606B2
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JP
Japan
Prior art keywords
insert
air
blade
wing
cooling
Prior art date
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Expired
Application number
JP19182781A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5896103A (en
Inventor
Akinori Koga
Kenichiro Takeishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP19182781A priority Critical patent/JPS5896103A/en
Publication of JPS5896103A publication Critical patent/JPS5896103A/en
Publication of JPS6148606B2 publication Critical patent/JPS6148606B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • F01D5/188Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン冷却翼に係り、特に少量の空
気で高い冷却効率を得ることができ、しかも翼の
メタル温度を均一にすることができるようにした
タービン冷却翼に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a turbine cooling blade, and more particularly to a turbine cooling blade that can achieve high cooling efficiency with a small amount of air and can even out the metal temperature of the blade.

一般に高温条件で使用されるタービン翼は、高
温ガス中に長時間曝露されるので劣化が激しく、
これを防ぐため空気圧縮機の吐出空気によつて冷
却を行つている。このような冷却翼では少量の空
気で翼のメタル温度を十分に低下させることが要
求され、また熱応力を小さくするためにできるだ
けメタル温度分布を均一にすることが要請され
る。
Turbine blades that are generally used under high-temperature conditions are exposed to high-temperature gas for long periods of time, resulting in severe deterioration.
To prevent this, cooling is performed using air discharged from an air compressor. Such cooling blades are required to sufficiently lower the metal temperature of the blade with a small amount of air, and it is also required to make the metal temperature distribution as uniform as possible in order to reduce thermal stress.

このような要求への対策として、タービン翼を
薄肉の中空構造とし、翼内にインサートを設けて
翼本体とインサートとの間に空気通路を形成し、
この空気通路へインサート内から冷却空気を吹出
すことにより翼を冷却する手段が一般に用いられ
ていた。このような従来のタービン冷却翼の例を
示す第1図および第2図において、符号1はガス
タービンの冷却静翼の1枚の翼本体を便宜的に示
したもので、この中空の翼本体1の内部に横断面
形状がほぼ翼形のインサート2を設け、この翼本
体1とインサート2との間に空気通路3を形成し
ている。このインサート2の前縁4に空気吹出口
5が設けられ、インサート2内に送られた冷却用
空気はこの吹出口5から吹出され、上記空気通路
3内を翼背側6と翼腹側7とに分れて後縁側8に
至り、空気流出口9から主流ガス中に吹出すよう
になつている。
As a countermeasure to these demands, turbine blades are made into thin-walled hollow structures, inserts are provided inside the blades, and air passages are formed between the blade body and the inserts.
Generally, a method was used to cool the blade by blowing cooling air from inside the insert into this air passage. In FIGS. 1 and 2 showing examples of such conventional turbine cooling blades, reference numeral 1 indicates one blade body of a cooling stationary blade of a gas turbine for convenience, and this hollow blade body An insert 2 having a substantially airfoil cross-sectional shape is provided inside the airfoil 1, and an air passage 3 is formed between the airfoil body 1 and the insert 2. An air outlet 5 is provided at the leading edge 4 of the insert 2, and the cooling air sent into the insert 2 is blown out from the outlet 5 and flows through the air passage 3 to the blade dorsal side 6 and the blade ventral side 7. The air is divided into two parts, reaching the trailing edge side 8, and is blown out from an air outlet 9 into the mainstream gas.

しかしながら、このような構造の翼では、前縁
4を冷却する空気が翼背側6と翼腹側7に分れて
流れるため、それぞれの翼背側、翼腹側を良好に
冷却するに必要な空気量が減少することになり、
その結果、冷却用空気が後縁側8に向うにしたが
つて温度が上昇し、後縁側8がさほど冷却され
ず、翼の熱疲労による損傷・寿命の低下につなが
る。そこで、この種の翼において、冷却用空気を
増すことも考えられるけれども、何分にも冷却用
空気は空気圧縮機から取出している関係上、その
増加分は、直接動力に変換するための作動空気で
はないげに空気圧縮機を無駄にパワーアツプをよ
ぎなくされ、好ましくない。また、翼本体の前縁
や背側に多数の孔を穿設して冷却空気を主流中に
吹出し、翼本体表面に冷却空気の膜を作り翼表面
を覆う方法もあるが、冷却空気を大量に要し不経
済であるから、特に高温ガス中で用いる場合以外
は不適当である。
However, in a wing with such a structure, the air that cools the leading edge 4 is divided into the wing dorsal side 6 and the wing ventral side 7, so the air required to cool the wing dorsal side and the wing ventral side well is The amount of air will decrease,
As a result, the temperature of the cooling air increases as it moves toward the trailing edge side 8, and the trailing edge side 8 is not cooled much, leading to damage and shortened lifespan due to thermal fatigue of the blade. Therefore, in this type of blade, it is possible to increase the amount of cooling air, but since the cooling air is taken out from the air compressor every minute, the increased amount will be used to directly convert it into power. This is not desirable as it wastes power on the air compressor even though it is not air. Another method is to drill a large number of holes on the leading edge or dorsal side of the wing body and blow out the cooling air into the mainstream, creating a film of cooling air on the surface of the wing body and covering the surface of the wing. It is unsuitable, especially when used in high-temperature gases, because it is uneconomical.

そこで、本発明の目的は、従来のタービン冷却
翼が有する上記の問題点を解決し、少量の冷却空
気で高い冷却効率を得ることができるタービン冷
却翼を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a turbine cooling blade that can solve the above-mentioned problems that conventional turbine cooling blades have and can obtain high cooling efficiency with a small amount of cooling air.

上記目的を達成するため、本発明によるタービ
ン冷却翼は、中空のタービン翼の内部にインサー
トを設け、このインサートを囲むようにタービン
翼とインサートとの間に空気通路を形成し、この
空気通路にインサート内部から空気を吹出してタ
ービン翼を冷却するようにしたものにおいて、上
記インサートを第1のインサートと第2のインサ
ートとに分区し、それぞれのインサートの背側と
タービン翼背側内壁とで形成される流路の後縁部
が袋状になるように仕切られる突起を設けるとと
もに、上記第1のインサートと第2のインサート
とに分区する連結棒を、タービン翼の高さ方向に
向つて空気の流れに絞りを与えるように配設し、
第1のインサートの翼背側に穿設したインピンジ
孔から出て翼腹側の空気通路を通過する空気を上
記連結棒によつて加速せしめ、この加速空気の透
引によつて上記第2のインサートの翼背側から翼
腹側の空気通路に反転する空気を合流せしめた
後、翼後縁側へ合流空気を流すことを特徴として
いる。
In order to achieve the above object, a turbine cooling blade according to the present invention includes an insert provided inside a hollow turbine blade, an air passage formed between the turbine blade and the insert so as to surround the insert, and an air passage provided in the air passage. In an insert in which air is blown out from inside the insert to cool the turbine blade, the insert is divided into a first insert and a second insert, and the insert is formed by the back side of each insert and the inner wall on the back side of the turbine blade. A protrusion is provided to partition the trailing edge of the flow path into a bag shape, and the connecting rod that divides the flow path into the first insert and the second insert is connected to the air in the height direction of the turbine blade. arranged so as to restrict the flow of
Air exiting from the impingement hole drilled on the wing dorsal side of the first insert and passing through the air passage on the wing ventral side is accelerated by the connecting rod, and the passage of this accelerated air causes the air to pass through the air passageway on the wing ventral side. It is characterized by merging inverted air from the wing dorsal side of the insert into the air passage on the wing ventral side, and then flowing the merging air to the wing trailing edge side.

以下、本発明によるタービン冷却翼の実施例を
第1図および第2図と同一部分には同一符号を付
して示した第3図ないし第5図を参照して説明す
る。第3図および第4図は図示を省略したガスタ
ービンケーシングに突設された多数の静翼のうち
の1枚を便宜的に示したものであり、符号1は中
空に製作された翼本体を示し、この翼本体1の内
部に翼の前縁4から後縁8の方向に直列に第1の
インサート2a、第2のインサート2bを設け、
これらのインサート2a,2bをそれぞれ包むよ
うに翼本体1とインサート2a,2bとの間に一
定間隙の空気通路3を形成している。この空気通
路3のうち翼背側の部分は、第1および第2のイ
ンサート2a,2bのそれぞれの後縁部の翼背側
内壁に設けた縦方向の突起10a,10bにより
仕切られて流路3aと3bとに分画されて袋状に
なつている。そして、上記インサート2aの翼背
側6および翼前縁側4ならびにインサート2bの
翼背側6には全面にわたつて多数のインピンジ孔
11が穿設されている。また、第1のインサート
2aと第2のインサート2bとの間には、これら
を分区するように連結棒12が設けられており、
連結棒12は上記第1のインサート2aから流れ
てくる空気に絞り作用を与えるピツチで翼本体1
の高さ方向に配設されている。さらに、翼本体1
の後縁側8には翼背側6と翼腹側7との間に多数
のピン13が設けられている。
Embodiments of a turbine cooling blade according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 5, in which the same parts as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. Figures 3 and 4 show for convenience one of the many stationary blades (not shown) protruding from the gas turbine casing, and reference numeral 1 indicates the blade body made hollow. , a first insert 2a and a second insert 2b are provided inside the wing body 1 in series in the direction from the leading edge 4 to the trailing edge 8 of the wing,
An air passage 3 having a constant gap is formed between the blade body 1 and the inserts 2a, 2b so as to surround these inserts 2a, 2b, respectively. A portion of the air passage 3 on the wing dorsal side is partitioned by vertical protrusions 10a, 10b provided on the inner wall of the wing dorsal side at the trailing edges of the first and second inserts 2a, 2b. It is divided into 3a and 3b and has a bag shape. A large number of impingement holes 11 are bored over the entire surface of the blade dorsal side 6 and the blade leading edge side 4 of the insert 2a, and the blade dorsal side 6 of the insert 2b. Further, a connecting rod 12 is provided between the first insert 2a and the second insert 2b so as to separate them.
The connecting rod 12 is a pitch that applies a throttling effect to the air flowing from the first insert 2a, and connects the blade body 1.
are arranged in the height direction. Furthermore, the wing body 1
A large number of pins 13 are provided on the trailing edge side 8 between the wing dorsal side 6 and the wing ventral side 7.

本発明はこのように構成されているので、図示
を省略した圧縮機からインサート2a,2bへ送
られた冷却用空気は、まず第1のインサート2a
の前縁側4と翼背側6およびインサート2bの翼
背側6に設けられた多数のインピンジ孔11から
空気通路3aおよび3b内に吹出され、翼本体1
の前縁4と翼背側6との内面に吹付けられて翼を
効果的に冷却する。この吹付けられた冷却空気
は、突起10a,10bがあるために空気通路3
a,3bを通つて前縁方向に流れ、矢印で図示す
るように翼腹側7へ向う。インピンジ孔11から
吹出された空気は、翼背側6の空気通路3aから
翼背側7の空気通路3cに反転して流れ、対流冷
却を行いながら連結棒12に至る。ここを通過す
る空気は絞り作用を受ける結果、高速流となり、
この高速流となつた空気に誘引されて、第2のイ
ンサート2bから反転してきた空気が合流する。
この合流した空気は後縁部の多数のピン13の間
を通過することによつて乱され高速となり冷却効
果を高め、主流ガス中に流出する。
Since the present invention is configured in this way, the cooling air sent from the compressor (not shown) to the inserts 2a and 2b is first passed through the first insert 2a.
The air is blown out into the air passages 3a and 3b from a large number of impingement holes 11 provided on the leading edge side 4 and the blade dorsal side 6 of the blade body 1 and the blade dorsal side 6 of the insert 2b.
The air is blown onto the inner surfaces of the leading edge 4 and the dorsal side 6 of the blade to effectively cool the blade. This blown cooling air is transferred to the air passage 3 due to the projections 10a and 10b.
a, 3b, and flows toward the leading edge toward the wing ventral side 7 as shown by the arrow. The air blown out from the impingement hole 11 reversely flows from the air passage 3a on the blade dorsal side 6 to the air passage 3c on the blade dorsal side 7, and reaches the connecting rod 12 while performing convection cooling. The air passing through this area is subjected to a throttling action, resulting in a high-speed flow.
Attracted by this high-speed air, the air that has been reversed from the second insert 2b joins.
This combined air is disturbed by passing between the many pins 13 at the trailing edge, becomes high speed, enhances the cooling effect, and flows out into the mainstream gas.

なお、インサートの分割数は2個に限定される
ものではなく、第5図における他の実施例のよう
に3個以上にしても同様の効果を得ることができ
るのはもちろんである。
It should be noted that the number of divided inserts is not limited to two, and it goes without saying that the same effect can be obtained even if the number of divided inserts is three or more as in the other embodiment shown in FIG.

以上の説明から明らかなように、本発明のター
ビン冷却翼によれば、インサートを第1のインサ
ートと第2のインサートとに分区し、それぞれの
インサートの背側とタービン翼背側内壁とで形成
される流路の後縁部を袋状にする突起を設け、上
記それぞれのインサートを分区する連結棒は第1
のインサートから反転して流れてくる空気に加速
を与えるようになし、高速流となつた空気によつ
て第2のインサートから反転して流れてくる空気
を誘引して後縁部へ空気を流すようにしたから、
少ない冷却空気で極めて高い翼の対流冷却を行う
ことができる。したがつてタービン翼の耐久性を
増加させ、損傷度合を低下させることができるな
どの大きな利点がある。
As is clear from the above description, according to the turbine cooling blade of the present invention, the insert is divided into the first insert and the second insert, and the blade is formed by the back side of each insert and the inner wall on the back side of the turbine blade. A protrusion is provided to make the rear edge of the flow path into a bag shape, and the connecting rod that divides each of the inserts is the first one.
The second insert accelerates the air flowing backwards from the second insert, and the high-speed air attracts the air flowing backwards from the second insert, causing the air to flow toward the trailing edge. Because I did it like this,
Extremely high convection cooling of the blades can be achieved with less cooling air. Therefore, there are great advantages such as increasing the durability of the turbine blade and reducing the degree of damage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来のタービン冷却静翼を示す縦断面
図、第2図は第1図のA−A線に沿う横断面図、
第3図は本発明の実施例を示すタービン冷却静翼
の縦断面図、第4図は第3図のB−B線に沿う横
断面図、第5図は本発明の他の実施例を示す横断
面図である。 1……翼本体、2a……第1のインサート、2
b……第2のインサート、3,3a,3b,3c
……空気通路、4……前縁、6……翼背側、7…
…翼腹側、8……後縁、10a,10b,10c
……突起、11……インピンジ孔、12……連結
棒、13……ピン。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing a conventional turbine cooling stator vane, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1,
FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of a turbine cooling stator vane showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 3, and FIG. FIG. 1... Wing body, 2a... First insert, 2
b...Second insert, 3, 3a, 3b, 3c
... Air passage, 4 ... Leading edge, 6 ... Wing dorsal side, 7 ...
... Wing ventral side, 8 ... Trailing edge, 10a, 10b, 10c
... Protrusion, 11 ... Impingement hole, 12 ... Connecting rod, 13 ... Pin.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 中空のタービン翼の内部にインサートを設
け、このインサートを囲むようにタービン翼とイ
ンサートとの間に空気通路を形成し、この空気通
路にインサート内部から空気を吹出してタービン
翼を冷却するようにしたものにおいて、上記イン
サートを第1のインサートと第2のインサートと
に分区し、それぞれのインサートの背側とタービ
ン翼背側内壁とで形成される流路の後縁部が袋状
になるように仕切られる突起を設けるとともに、
上記第1のインサートと第2のインサートとに分
区する連結棒を、タービン翼の高さ方向に向つて
空気の流れに絞りを与えるように配設し、第1の
インサートの翼背側に穿設したインピンジ孔から
出て翼腹側の空気通路を通過する空気を上記連結
棒によつて加速せしめ、この加速空気の誘引によ
つて上記第2のインサートの翼背側から翼腹側の
空気通路に反転する空気を合流せしめた後、翼後
縁側へ合流空気を流すことを特徴とするタービン
冷却翼。
1 An insert is provided inside a hollow turbine blade, an air passage is formed between the turbine blade and the insert so as to surround this insert, and air is blown from inside the insert into this air passage to cool the turbine blade. In the above insert, the insert is divided into a first insert and a second insert, and the trailing edge of the flow path formed by the back side of each insert and the inner wall on the back side of the turbine blade is shaped like a bag. In addition to providing a protrusion that partitions the
A connecting rod that divides the first insert and the second insert is arranged so as to restrict the air flow in the height direction of the turbine blade, and a connecting rod is bored on the blade dorsal side of the first insert. The air exiting from the provided impingement hole and passing through the air passage on the ventral side of the wing is accelerated by the connecting rod, and by the induction of this accelerated air, the air from the dorsal side of the wing of the second insert to the ventral side of the wing is accelerated. A turbine cooling blade that is characterized by merging reversed air into a passage and then flowing the merging air toward the trailing edge of the blade.
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JPS5896103A JPS5896103A (en) 1983-06-08
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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