CN101680306B - 涡轮用叶片结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮用叶片结构，其能够抑制轮机叶片制作时的铸件品质的偏差。叶片主体(11)的内部的空间由与连结前缘(LE)和后缘(TE)的中心线大致正交设置的肋部件(12)分隔而划分成多个内腔(C1)～(C4)，在该涡轮用叶片结构中，具有将位于除叶片前缘侧和叶片后缘侧外的叶片中央部的内腔(C2)、(C2)的内部大致沿着中心线分隔为叶片腹侧内腔(C2a)、(C3a)和叶片背侧内腔(C2b)、(C3b)的分隔壁部件(20)，该分隔壁部件(20)的叶片前缘侧端部(21)和叶片后缘侧端部(22)沿着形成在肋部件(20)上的嵌合槽(13)从一护罩面侧向另一护罩面侧插入。

Description

涡轮用叶片结构

技术领域

本发明涉及燃气轮机的涡轮用叶片(动叶片/静叶片)结构。

背景技术

以往，用于发电等的燃气轮机，由于高温高压的燃烧气体在轮机部通过，所以为了持续进行稳定的运转，轮机静叶片等的冷却是重要的。

关于燃气轮机的轮机动叶片，提案出能够利用空气冷却发挥较高的冷却能力的空气通路截面形状。这种情况下，冷却空气朝向叶片前端流动的空气通路截面形状形成为叶形腹面侧的边较长的形状，冷却空气能够向叶根侧流动的空气通路截面形状形成为叶形背侧的边较长的形状。(例如参照专利文献1)。

关于燃气轮机的轮机动叶片，由于轮机静叶片要耐高温，所以采用内插入型结构。这种情形下的叶片截面积，其叶长方向由密封座分割。(例如参照专利文献2)。

另外，在燃气轮机的运转时，涡轮用叶片的环境在叶片主体的背侧(凸部侧)和腹侧(凹部侧)不同。即，叶片腹侧其热负载高，需要进行冷却，但是叶片背侧其热负载小，与叶片腹侧相比较，其冷却的必要性相对较小。

另一方面，关于叶片主体表面上的环境的压力，叶片背侧比叶片腹侧低，所以导入叶片主体内部的冷却空气向压力低的背侧比向压力高的腹侧流入更多。为了改善这样的叶片主体内部的冷却空气流的偏离，提案出这样的轮机叶片结构：设置将位于除叶片前缘侧和叶片后缘侧外的叶片中央部的内腔的内部沿着叶片中心线分隔为叶片腹侧和叶片背侧的分隔壁部件，将叶片腹侧冷却空气流和叶片背侧冷却空气流隔绝。(例如，参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开平6-42301号公报

专利文献2：日本特开平11-2103号公报

专利文献3：日本特开平9-41903号公报

一般情况下，轮机叶片由精密铸造制作。这种情况下，在注入铸模的熔液凝固的过程中，根据叶片的结构而熔液的冷却速度不同，铸件的品质有产生偏差的情况。特别是，专利文献3所示的轮机叶片结构的情况下，沿着叶片中心线从叶片前缘侧到叶片后缘侧设置的中央分隔壁和从叶片腹侧向叶片背侧用于分隔出多个内腔而设置的肋部件交叉的部分(例如十字形状部或T字形状部)，与周边的其他叶片壁部相比较，壁厚相对较大，所以存在冷却速度慢，铸件的品质不均匀的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种能够抑制轮机叶片制作时的铸件品质的偏差的涡轮用叶片结构。

本发明为了解决上述的问题，采用下述的结构。

本发明的涡轮用叶片结构，其叶片主体内部的空间由与连结前缘和后缘的中心线大致正交设置的肋部件分隔而划分成多个内腔，其特征在于，具有分隔壁部件，其将位于除叶片前缘侧和叶片后缘侧外的叶片中央部的所述内腔的内部大致沿着所述中心线分隔为叶片腹侧和叶片背侧，该分隔壁部件的叶片前缘侧端部和叶片后缘侧端部沿着形成在所述肋部件上的嵌合槽从一护罩面侧向另一护罩面侧插入。

根据这样的涡轮用叶片结构，由于设置将位于除叶片前缘侧和叶片后缘侧外的叶片中央部的所述内腔的内部大致沿着所述中心线分隔为叶片腹侧和叶片背侧的分隔壁部件，该分隔壁部件的叶片前缘侧端部和叶片后缘侧端部沿着形成在所述肋部件上的嵌合槽从一护罩面侧向另一护罩面侧插入，所以将内腔内分隔的分隔壁部件和含有肋部件的叶片主体分体制作，形成分体制作的分隔壁部件在后安装的结构，与通过精密铸造一体成形具有同样的功能的分隔壁的涡轮用叶片结构相比较，能够减小制作轮机叶片时的品质的偏差。

这种情况下，所述分隔壁部件具有弹簧结构，由此，能够吸收因内腔内外的温度差产生的热应力和压力变动。

在上述发明中，关于所述分隔壁部件和所述嵌合槽之间可以采用设置密封机构，可将内部压力不同的叶片腹侧和叶片背侧之间能够拆卸的结构，或者能够通过钎焊焊接进行接合而密封的结构。

根据上述的本发明，由于采用将分隔壁部件在后安装插入肋部件的嵌合槽的分体结构，所以能够减小制作轮机叶片时的品质的偏差。

附图说明

图1A是表示作为本发明的涡轮用叶片结构的第一实施方式的、静叶片的内部结构的横截面图。

图1B为图1A的A部放大图。

图2是表示作为本发明的涡轮用叶片结构的第二实施方式的、表示静叶片的内部结构的横截面图。

图3是表示图1B的第一变形例的主要部分放大截面图。

图4是表示图1B的第二变形例的主要部分放大截面图。

图5是表示图1B的第三变形例的主要部分放大截面图。

图6是表示本发明的涡轮用叶片结构的燃气轮机的图、表示拆下车室上半部的状态的概略立体图。

附图标记说明

10第一层静叶片(静叶片)

11叶片主体

12肋部件

13嵌合槽

13a贯通部

20、20′、20A～20C分隔壁部件

21叶片前缘侧端部

21a卡止部

22叶片后缘侧端部

30、30A～30C密封机构

LE前缘

TE后缘

C1、C2、C3、C4内腔

C2a、C3a叶片腹侧内腔

C2b、C3b叶片背侧内腔

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的涡轮用叶片的一实施方式。

如图6所示，燃气轮机1作为主要构成要素具有：压缩燃烧用空气的压缩部(压缩机)2、对从该压缩机2送来的高压空气中喷射燃料并使其燃烧、产生高温燃烧气体的燃烧部(燃烧器)3、位于该燃烧部3的下游侧的、通过在燃烧部3中排出的燃烧气体驱动的轮机部(轮机)4。

本实施方式的涡轮用叶片结构例如能够适用于轮机部4的第一层静叶片等。

图1A表示第一实施方式的涡轮用叶片结构的一例。即，图1A是表示轮机部4的第一层静叶片(以下、略称为“静叶片”)10的、内部结构的横截面。该横截面在静叶片10的大致中央部由相对于其立设方向轴线大致正交的面剖开。

图示的静叶片10其形成在叶片主体11的内部的空间被与连结前缘LE和后缘TE的中心线(未图示)大致正交设置的肋部件12和后述的分隔壁部件20分隔，形成多个内腔。即，叶片主体11的内部空间由与中心线大致正交进行分隔的三张肋部件12分割为四个内腔C1、C2、C3、C4，进而，关于位于软线长度方向的中央部的两个内腔C2、C3，分别通过分隔壁部件20二分割为叶片腹侧内腔C2a、C3a和叶片背侧内腔C2b、C3b。

在图示的实施方式中，上述的中心线方向被分割为四个内腔C1、C2、C3、C4，所以，对于除位于最前缘LE侧的内腔C1和位于最后缘TE侧的内腔C4外的中央部的内腔C2、C3设置分隔壁部件20来进一步进行二分割。但是，即使中心线方向的分割数改变的情况下，也不改变相对于除位于最前缘LE侧和最后缘TE侧的两端部的内腔外的中央部的内腔设置分隔壁部件20而进行二分割的情况。

因此，例如在中心线方向上进行三分割的情况下，仅对构成中央部的一个内腔设置分隔部件20，在中心线方向上进行五分割的情况下，在构成中央部的三个内腔上设置分隔部件20。

分隔壁部件20形成为将位于叶片中央部的内腔C2、C3的内部大致沿着连结前缘LE和后缘TE的中心线分隔为叶片腹侧内腔C2a、C3a和叶片背侧内腔C2b、C3b的板状部件。即，分隔壁部件20形成为阻止在叶片腹侧和叶片背侧间阻止冷却用空气流通的板状部件。

该分隔壁部件20其叶片前缘侧端部21和叶片后缘侧端部22沿着形成在肋部件12上的嵌合槽13从静叶片10中的一护罩面侧向另一护罩面侧插入安装。

嵌合槽13为从一护罩面侧朝向另一护罩面侧、即从外侧护罩面朝向内侧护罩面延伸的引导槽，分别设置在形成内腔C2、C3而相对的肋部件12上。

图示的嵌合槽13具有设于分隔壁部件20的叶片前缘侧端部21上的截面大致コ字型的卡止部21a能够顺畅地插入的矩形截面形状，并且具有使分隔壁部件20通过的贯通部13a。即，当将分隔壁部件20的卡止部21a从外侧护罩面侧插入，则比贯通部13a的宽度大的卡止部21a不能向中心线方向穿过。

另外，关于叶片后缘侧端部22，具有与上述的叶片前缘侧端部21同样地构成的嵌合槽13。

另外，上述的嵌合槽13和卡止部21a例如图1B所示，也起到作为阻止在由分隔壁部件20分割的叶片腹侧内腔C2a和叶片背侧内腔C2b之间冷却空气流通的密封机构30的作用。

图示的密封机构30为由截面コ字型的卡止部21a和设于肋部件12上的一个或多个突起部14构成的迷宫密封机构。该密封机构30在燃气轮机1运转时当叶片主体11及其周围等的温度上升，则与叶片主体11的外侧相比，内腔内部的温度处于较低的状态，所以通过弹性率或热膨胀率的设定，使分隔壁部件20相对地向外侧延伸。其结果是，卡止部21a的前端部抵接肋部件12的壁面上，所以能够发挥密封机构30的迷宫密封功能，能够维持在叶片腹侧内腔C2a和叶片背侧内腔C2b之间产生的压力差。

另外，图2所示的第二实施方式中，代替上述的板状部件的分隔壁部件20，采用作为弹簧构造部件的分隔壁部件20′。另外，与上述的第一实施方式相同的部分使用相同的附图标记，其详细说明省略。

该分隔壁部件20′具有在叶片中心线方向上伸缩的弹性，并且，构成阻止在叶片腹侧和叶片背侧间冷却用空气流通的板状的弹簧结构。具有这样的弹簧结构的分隔壁部件20′，即使在叶片主体结构部件上产生温度分布，伴随着热拉伸差的热应力作用于分隔壁部件上的情况下，弹簧构成部件也能够吸收热拉伸差，抑制热应力的产生。

图3表示作为图1B的密封机构30的第一变形例的、分隔壁部件20A采用弹簧构成部件的情况，但是也可以采用板状部件。这种情况下的密封机构30A由设置在分隔壁部件20A的前缘侧端部21和后缘侧端部22上的大致圆形截面的卡止环23和设置在肋部件12上的嵌合槽13A构成。

这种情况下的嵌合槽13A具有能够顺畅地插入卡止环23的大致圆形截面形状，并且，设置有使分隔壁部件20A通过的贯通孔13。即，将分隔壁部件20A的卡止环23从外侧护罩面侧插入，则比贯通孔13a的宽度大的卡止环23不能向中心线方向穿过。

该密封机构30A在燃气轮机1运转时，内腔内部的温度若处于比叶片主体11的外侧低的状态，则通过弹性率或热膨胀率的设定，分隔壁部件20A的弹簧结构相对地向外侧延伸。其结果是，使得卡止环23的外周面与嵌合槽13A的内壁面密接，所以能够发挥密封机构30A的密封作用，维持叶片腹侧内腔C2a和叶片背侧内腔C2b之间产生的压力差。

图4表示作为图1B的密封机构30的第二变形例的、分隔壁部件20B采用弹簧构成部件的情况，但是也可以采用板状部件。这种情况下的密封机构30B由设置在分隔壁部件20B的前缘侧端部21和后缘侧端部22上的板状部件24和设置在肋部件12上的嵌合槽13B构成。

这种情况下的嵌合槽13B具有能够在对角线上顺畅地插入卡止环24的矩形截面形状，并且，设置有使分隔壁部件20B通过的贯通孔13a。即，将分隔壁部件20B的板状部件24从外侧护罩面侧插入，则比贯通孔13a的宽度大的板状部件24不能向中心线方向穿过。

该密封机构30B在燃气轮机1运转时，内腔内部的温度若处于比叶片主体11的外侧低的状态，则通过弹性率或热膨胀率的设定，分隔壁部件20B的弹簧结构相对地向外侧延伸。其结果是，使得板状部件24与嵌合槽13B的内壁面密接，所以能够发挥密封机构30B的密封作用，维持叶片腹侧内腔C2a和叶片背侧内腔C2b之间产生的压力差。

图5表示作为图1B的密封机构30的第三变形例的、分隔壁部件20C采用弹簧构成部件的情况，但是也可以采用板状部件。在这种情况下的密封机构30C中，分隔部件20C的前缘侧端部21和后缘侧端部22钎焊焊接固定在肋部件12上。在图示的例子中，在肋部件12上形成凹槽部15，在该凹槽部15上能够嵌合设置于前缘侧端部21和后缘侧端部22的前端部上的矩形截面部25，并能够钎焊焊接凹槽部15和矩形截面部25接触的三个面。

作为这样的结构，由于设置有利用钎焊焊接的密封机构30C，所以也能够维持叶片腹侧内腔C2a和叶片背侧内腔C2b之间产生的压力差，并能够将分隔壁部件20C固定支承在肋部件12上。

这样，根据上述的本发明的涡轮用叶片结构，由于形成将分隔壁部件20在后安装插入肋部件12的嵌合槽13中的分体结构，所以与由精密铸造一体成型分隔壁部件的结构相比较，能够抑制轮机叶片铸件的偏差。即，由精密铸造一体成型分隔壁部件20的情况下，在分隔壁部件20和肋部件12交叉的部分，当注入的熔液凝固的过程中，与其他叶片壁部件相比较，壁厚度相对较大，所以冷却速度慢，完成的铸件的品质不均匀。

另一方面，分隔壁部件由与包含肋部件12在内的其他叶片构成部件分体制作的情况下，由精密铸造制作的叶片构成部件采用不产生上述那样的分隔壁部件20和肋部件12交叉的部分，所以精密铸造时的叶片构成部件间的冷却速度不均少，不产生铸件的品质问题。

另外，关于在燃气轮机1运转时产生的热应力和冷却空气的压力变动，由于分隔壁部件20的弹簧结构伸缩而将其吸收，所以在可靠性和耐久性的方面是优秀的。

在上述的实施方式中，以涡轮用叶片作为第一层静叶片10进行了说明，但是同样的结构也能够适用于其他静叶片或动叶片。

另外，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内凝固进行适当变更。

Claims (4)

1.一种涡轮用叶片结构，叶片主体内部的空间由与连结前缘和后缘的中心线正交设置的肋部件分隔而划分成多个内腔，

所述涡轮用叶片结构的特征在于，

具有分隔壁部件，其将位于除叶片前缘侧和叶片后缘侧外的叶片中央部的所述内腔的内部沿着所述中心线分隔为叶片腹侧和叶片背侧，

该分隔壁部件的叶片前缘侧端部和叶片后缘侧端部沿着形成在所述肋部件上的嵌合槽，从一护罩面侧朝向另一护罩面侧插入。

2.如权利要求1所述的涡轮用叶片结构，其特征在于，

所述分隔壁部件具有弹簧结构。

3.如权利要求1或2所述的涡轮用叶片结构，其特征在于，

在所述分隔壁部件和所述嵌合槽之间设置有密封机构。

4.如权利要求1或2所述的涡轮用叶片结构，其特征在于，

所述分隔壁部件和所述嵌合槽之间被钎焊焊接。

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