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この項目の情報は公開日時点(2013年1月7日)のものです。
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図面 (4)

課題

高温部材全体の冷却効果を向上する高温部材の冷却構造を提供する。

解決手段

動翼1のプラットフォーム12の内部に、冷却空気Wを流通させてプラットフォーム12の冷却を行うプラットフォーム12の冷却構造であって、プラットフォーム12の外面に一端部23が開口するとともに、他端部24が冷却空気Wの供給源に連通する主冷却孔32と、プラットフォーム12の外面で主冷却孔32の開口を閉塞する閉塞部材35と、主冷却孔32よりも小径に形成され、主冷却孔32から分岐する分岐冷却孔33と、主冷却孔32の一端部23に連通し、冷却空気Wをプラットフォーム12の外部に案内する端部淀防止用孔34とを備える。

概要

背景

例えば、ガスタービン等に用いられる翼部材は、常時高温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。

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。

概要

高温部材全体の冷却効果を向上する高温部材の冷却構造を提供する。動翼1のプラットフォーム12の内部に、冷却空気Wを流通させてプラットフォーム12の冷却を行うプラットフォーム12の冷却構造であって、プラットフォーム12の外面に一端部23が開口するとともに、他端部24が冷却空気Wの供給源に連通する主冷却孔32と、プラットフォーム12の外面で主冷却孔32の開口を閉塞する閉塞部材35と、主冷却孔32よりも小径に形成され、主冷却孔32から分岐する分岐冷却孔33と、主冷却孔32の一端部23に連通し、冷却空気Wをプラットフォーム12の外部に案内する端部淀防止用孔34とを備える。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

高温部材の内部に冷却空気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ることを特徴とする高温部材の冷却構造。

請求項2

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に記載の高温部材の冷却構造。

請求項3

前記端部淀防止用孔は、前記閉塞部材を貫通してい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。

技術分野

0001

本発明は、高温部材の内部に冷却空気流通させ、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

0004

特開2008−202547号公報

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、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。

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。

0011

また、本発明に係る高温部材の冷却構造においては、前記端部淀防止用孔は、前記閉塞部材を貫通していてもよい。

0012

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。

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

本発明の第一実施形態に係る軸流タービン動翼外形を簡略化して示す斜視図である。
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。
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。

実施例

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、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、誘電体液体中で被加工物電極近接させ、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。

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

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