CN102016235B - 燃气轮机叶片和具备该燃气轮机叶片的燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高弯曲流路的传热性能的燃气轮机叶片。燃气轮机叶片(1)从前缘向后缘设有多个从叶片的基端部侧延伸到前端部侧的冷却流路(12)，且具有这些冷却流路(12)中的至少两个在基端部或前端部折回而连接成的弯曲流路，从弯曲流路的最上游侧的冷却流路(12)到最下游侧的冷却流路(12)，弯曲流路的流路截面积依次变小。

Description

燃气轮机叶片和具备该燃气轮机叶片的燃气轮机

技术领域

本发明涉及具备冷却构造的燃气轮机叶片。 

背景技术

近年，为了提高燃气轮机的性能，倾向于提高流入燃气轮机叶片的燃烧气体的入口温度，将来达到1700℃。因此，开发了具有各种冷却构造的燃气轮机叶片。作为一种冷却构造，已知在叶片内部沿跨度方向形成多个冷却流路，在叶片的基端部或前端部使这些冷却流路折回连接成弯曲流路(参考专利文献1)。 

专利文献1：日本特开平8-144704号公报(参照图1) 

流入弯曲流路内的冷却流体通过冷却燃气轮机叶片而接受热量使得温度升高，存在不能在下游侧发挥期望的冷却性能的问题。对此，采取在流路内设置扰流件来增大传热性能的对策，但没有充分考虑将来燃烧气体温度升高的因素。 

发明内容

本发明是针对上述问题而作成的，提供一种能够提高弯曲流路的传热性能的燃气轮机叶片和具备该燃气轮机叶片的燃气轮机。 

为了解决上述问题，本发明的燃气轮机叶片和具备该燃气轮机叶片的燃气轮机采用以下方式。 

也就是说，本发明的燃气轮机叶片从叶片前缘向后缘设有多个从叶片的基端部侧延伸到前端部侧的冷却流路，且具有这些冷却流路中的至少两个在所述基端部或所述前端部折回而连接成的弯曲流路，所述燃气轮机叶片的特征在于，从所述弯曲流路的最上游侧的冷却流路到最下游侧的冷却流路，该弯曲流路的流路截面积依次变小。 

由于构成弯曲流路的冷却流路的流路截面积从最上游侧到最下游侧 形成为依次变小，因此冷却流体随着流向下游的流速增大。因此，即使流向下游的冷却流体的温度上升，由于流速增大，也能够补偿传热性能的降低。 

在本发明的燃气轮机叶片中，具备：第一壁部，其划分位于前缘侧的第一冷却流路和与该第一冷却流路的后缘侧相邻的第二冷却流路，第二壁部，其划分所述第二冷却流路和与该第二冷却流路的后缘侧相邻的第三冷却流路，第三壁部，其划分所述第三冷却流路和与该第三冷却流路的后缘侧相邻的第四冷却流路，以所述第二冷却流路作为最下游侧的方式，由所述第二至第四冷却流路形成所述弯曲流路，所述第一壁部和所述第三壁部配置成它们的间隔从叶片的腹侧向背侧扩大，所述第二壁部与所述第三壁部大致平行地延伸，由所述第一壁部、所述第二壁部及叶片的背侧壁部形成具有大致三角形横截面的所述第二流路，由所述第二壁部、叶片的背侧壁部、所述第三壁部及叶片的腹侧壁部形成具有大致四方形横截面的所述第三流路。 

根据该结构，由于第一壁部和第三壁部配置成它们的间隔从叶片的腹侧向背侧扩大，由第一壁部、第三壁部、叶片的腹侧壁部及叶片的背侧壁部形成的横截面形状为大致梯形，即叶片的腹侧壁部为短边，叶片的背侧壁部为长边，第一壁部和第三壁部为斜边。由与第三壁部平行延伸的第二壁部将该梯形分成三角形和四方形。由此，作为梯形短边的叶片的腹侧壁部可用作四方形的一边，能够得到不是非常扁平的四方形。因此，能够扩大腹侧壁部的传热面积，增大叶片的冷却能力。 

在本发明的燃气轮机叶片中，所述第二壁部可以构成为不与叶片的腹侧壁部连接，而与所述第一壁部连接。 

根据该结构，由于第二壁部不与叶片的腹侧壁部连接，与第一壁部连接，因此叶片的腹侧壁部不会被第二壁部的壁厚覆盖。因此，叶片的腹侧壁部不会被第二壁部阻挡，能够确保与冷却流体直接接触的传热面积，增大冷却能力。 

本发明的燃气轮机叶片具备：第一壁部，其划分位于前缘侧的第一冷却流路和与该第一冷却流路的后缘侧相邻的第二冷却流路，第二壁部，其划分所述第二冷却流路和与该第二冷却流路的后缘侧相邻的第三冷却流 路，第三壁部，其划分所述第三冷却流路和与该第三冷却流路的后缘侧相邻的第四冷却流路，以所述第二冷却流路作为最下游侧的方式，由所述第二至第四冷却流路形成所述弯曲流路，所述第一壁部和所述第三壁部配置成它们的间隔从叶片的腹侧向背侧扩大，所述第二壁部与所述第一壁部大致平行地延伸，由所述第一壁部、叶片的背侧壁部、所述第二壁部及叶片的腹侧壁部形成具有大致四方形横截面的所述第二流路，由所述第二壁部、叶片的腹侧壁部和所述第三壁部形成具有大致三角形横截面的所述第三流路。 

根据该结构，由于第一壁部和第三壁部配置成它们的间隔从叶片的腹侧向背侧扩大，所以由第一壁部、第三壁部、叶片的腹侧壁部及叶片的背侧壁部形成的横截面形状为大致梯形，即叶片的腹侧壁部为短边，叶片的背侧壁部为长边，第一壁部和第三壁部为斜边。由与第一壁部平行延伸的第二壁部将该梯形分成四方形和三角形。由此，作为梯形短边的叶片的腹侧壁部可用作四方形的一边，能够得到不是非常扁平的四方形。因此，能够扩大腹侧壁部的传热面积，增大叶片的冷却能力。 

在本发明的燃气轮机叶片中，所述第二壁部也可以构成为不与叶片的腹侧壁部连接，而与所述第三壁部连接。 

根据该结构，由于第二壁部不与叶片的腹侧壁部连接，与第三壁部连接，因此叶片的腹侧壁部不会被第二壁部的壁厚覆盖。从而，叶片的腹侧壁部不会被第二壁部阻挡，能够确保与冷却流体直接接触的传热面积，增大冷却能力。 

本发明的燃气轮机可以构成为具备上述任一项所述的燃气轮机叶片。 

根据该结构，由于包括上述任一项所述的燃气轮机叶片，因此能够提供冷却性能优良的燃气轮机。 

发明效果 

由于构成弯曲流路的冷却流路的流路截面积从最上游侧到最下游侧形成为依次变小，因此即使随着流向下游的冷却流体的温度上升，也由于流速增大，所述能够补偿传热性能的降低。由此，能够以所需最低限度的少量冷却空气量得到高的冷却效率。 

附图说明

图1是本发明第一实施方式的燃气轮机叶片的横向剖视图。 

图2是本发明第二实施方式的燃气轮机叶片的横向剖视图。 

图3是本发明第三实施方式的燃气轮机叶片的横向剖视图。 

图4是本发明一实施方式的燃气轮机叶片的纵向剖视图。 

符号说明 

1 燃气轮机叶片 

4 翼部 

6 基部 

12A 第一冷却流路 

12B 第二冷却流路 

12C 第三冷却流路 

12D 第四冷却流路 

22A 第一壁部 

22B 第二壁部 

22C 第三壁部 

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。 

[第一实施方式] 

图4示出了本实施方式的燃气轮机叶片的纵截面。 

该图示出的燃气轮机叶片1适于用做转动叶片。燃气轮机叶片1具备：形成平台的基部6；竖立设置于基部6的上方(径向)，并且形成叶片的轮廓的翼部4。 

基部6中设有导入作为冷却流体的冷却空气的第一空气导入路10A、第二空气导入路10B和第三空气导入路10C。冷却空气可使用通过压缩燃烧用空气的压缩机压缩的空气的一部分。 

翼部4中形成沿叶片横跨方向延伸的多个冷却流路，从叶片的前缘向后缘形成第一冷却流路12A、第二冷却流路12B、第三冷却流路12C、第四冷却流路12D、第五冷却流路12E、第六冷却流路12F、第七冷却流路12G和第八冷却流路12H。 

第一冷却流路12A与第一空气导入路10A连接。从第一空气导入路 10A导入的冷却空气在第一冷却流路12A内从下方向上方(向径向外侧)流动，从未图示的薄膜冷却孔向外部流出，冷却叶片的外表面。 

第二至第四冷却流路12B、12C、12D形成一系列的弯曲流路。即，连接成第四冷却流路12D是最上游，第三冷却流路12C是其下游，第二冷却流路12B是最下游。第四冷却流路12D和第三冷却流路12C在叶片的前端部折回地连接。进而，第三冷却流路12C和第二冷却流路12B在叶片的基端部折回地连接。第二空气导入路10B相对于第四冷却流路12D连接，从第二空气导入路10B导入的冷却空气顺次流过第四冷却流路12D、第三冷却流路12C、第二冷却流路12B。流向第二冷却流路12B的冷却空气从薄膜冷却孔(未图示)流出到外部，冷却叶片的外表面。 

第五至第七冷却流路12E、12F、12G形成一系列的弯曲流路。即，连接成第五冷却流路12E是最上游，第六冷却流路12F是其下游，第七冷却流路12G是最下游。第五冷却流路12E和第六冷却流路12F在叶片的前端部折回地连接。进而，第六冷却流路12F和第七冷却流路12G在叶片的基端部折回地连接。第三空气导入路径10C相对于第五冷却流路12E连接，从第三空气导入路径10C导入的冷却空气顺次流过第五冷却流路12E、第六冷却流路12F、第七冷却流路12G。流向第七冷却流路12G的冷却空气从薄膜冷却孔(未图示)流出到外部，冷却叶片的外表面。 

从未图示的空气导入路向第八冷却流路12H导入冷却空气，导入的冷却空气(半径方向外侧)在第八冷却流路12H内向上方流动，并且从叶片的后缘向外部流出。 

图1示出燃气轮机叶片1的横截面。在记入同一幅图的各冷却流路12的符号之中，在○内有实点的符号表示冷却空气在流路内向径向外侧(图4中从下方向上方)流动，在○内有X标记的符号表示冷却空气在流路内向径向内侧(图4中从上方向下方)流动。 

如该图所示，第一冷却流路12A和第二冷却流路12B被第一壁部22A隔开。同样地，第二冷却流路12B和第三冷却流路12C被第二壁部22B隔开，第三冷却流路12C和第四冷却流路12D被第三壁部22C隔开，第四冷却流路12D和第五冷却流路12E被第四壁部22D隔开，第五冷却流路12E和第六冷却流路12F被第五壁部22E隔开，第六冷却流路12F和第七冷却流路12G被第六壁部22F隔开，第七冷却流路12G和第八冷却流路12H被第七壁部22G隔开。 

由第二至第四冷却流路12B、12C、12D形成的弯曲流路按冷却空气流动方向，流路截面积依次变小。即，与最上游的第四冷却流路12D相比，其下游的第三冷却流路12C的流路截面积变小，与第三冷却流路12C相比，其下游的第二冷却流路12B的流路截面积变小。 

此外，由第五至第七冷却流路12E、12F、12G形成的弯曲流路也按冷却空气流动方向，流路截面积依次变小。即，与最上游的第五冷却流路12E相比，其下游的第六冷却流路12F的流路截面积变小，与第六冷却流路12F相比，其下游的第七冷却流路12G的流路截面积变小。 

这样，通过使构成弯曲流路的冷却流路的流路截面积形成为从最上游侧到最下游侧依次变小，可得到以下的作用效果。 

冷却空气随着在弯曲流路流动，因冷却叶片而接受热量使得温度升高，导致冷却能力降低。在本实施方式中，由于弯曲流路的流路截面积依次变小，因此能够使冷却空气随着向下游流动而速度增大。从而，即使随着流向下游，冷却流体的温度上升，通过增大流速，也能够补偿传热性能的降低，从而发挥期望的冷却能力。 

第一壁部22A和第三壁部22C配置成它们的间隔从叶片的腹侧壁部4A向背侧壁部4B扩大。并且，第二壁部22B与第三壁部22C大致平行地延伸。由此，由第一壁部22A、第二壁部22B和叶片的背侧壁部4B形成具有大致三角形横截面的第二冷却流路12B。由第二壁部22B、叶片的背侧壁部4B、第三壁部22C和叶片的腹侧壁部4A形成具有大致四方形横截面的第三冷却流路12C。 

利用这样的结构，可得到以下的作用效果。 

由于第一壁部22A和第三壁部22C配置成它们的间隔从叶片的腹侧壁部4A向背侧壁部4B扩大，从而由第一壁部22A、第三壁部22C、叶片的腹侧壁部4A和叶片的背侧壁部4B形成的横截面形状为大致梯形，即叶片的腹侧壁部4A为短边，叶片的背侧壁部4B为长边，第一壁部22A和第三壁部22C为斜边。由与第三壁部22C平行延伸的第二壁部22B将该梯形分成三角形和四方形。由此，作为梯形短边的叶片的腹侧壁部4A用作四方形的一边，能够得到不是非常扁平的四方形状。因此，能够扩大腹侧壁部4A的传热面积，增大叶片的冷却能力。 

此外，第二壁部22B可以不与叶片的腹侧壁部4A连接，而与第一壁部22A连接。以下说明基于此的作用效果。 

如果第二壁部22B与叶片的腹侧壁部4A连接，当叶片的腹侧壁部4A被第二壁部22B的壁厚覆盖时，该覆盖部分会产生阻碍，使得冷却空气不能与叶片的腹侧壁部4A直接接触，从而存在冷却不充分的可能性。因此，在本实施方式中，由于第二壁部22B不与叶片的腹侧壁部4A连接而与第一壁部22A连接，因此叶片的腹侧壁部4A不会被第二壁部22B的壁厚所覆盖。由此，叶片的腹侧壁部4A不会被第二壁部22B阻碍，能够确保与冷却流体直接接触的传热面积，增大冷却能力。 

此外，在本实施方式中，第四至第六壁部22D、22E、22F与第三壁部22C大致平行。其原因在于，在铸造燃气轮机叶片1时使用的冷却流路形成用的芯子的制造过程中，具有可在同一方向脱模的优点。 

[第二实施方式] 

接着，用图2说明本发明的第二实施方式。本实施方式中，与第一实施方式相比，第二壁部24B的延伸方向不同，其他结构相同。因此，以下说明不同点，在其他方面可得到同样的作用效果。 

第二壁部24B与第一壁部22A大致平行地延伸。由此，由第一壁部22A、叶片的背侧壁部4B、第二壁部24B和叶片的腹侧壁部4A形成具有大致四方形横截面的第二冷却流路12B。并且，由第二壁部24B、叶片的背侧壁部4B和第三壁部22C形成具有大致三角形横截面的第三冷却流路12C。 

利用这样的结构，得到以下的作用效果。 

由于第一壁部22A和第三壁部22C配置成它们的间隔从叶片的腹侧壁部4A向背侧壁部4B扩大，由第一壁部22A、第三壁部22C、叶片的腹侧壁部4A和叶片的背侧壁部4B形成的横截面形状为大致梯形，即叶片的腹侧壁部4A为短边，叶片的背侧壁部4B为长边，第一壁部22A和第三壁部22C为斜边。由与第一壁部22A平行延伸的第二壁部24B将该梯形分成四方形和三角形。由此，作为梯形短边的叶片的腹侧壁部4A用作四方形的一边，能够得到不是非常扁平的四方形状。从而，能够扩大腹侧壁部4A的传热面积，增大叶片的冷却能力。 

此外，第二壁部24B可以不与叶片的腹侧壁部4A连接，与第三壁部 22C连接。以下说明基于此的作用效果。 

如果第二壁部24B与叶片的腹侧壁部4A连接，当叶片的腹侧壁部4A被第二壁部24B的壁厚覆盖时，该覆盖部分会产生阻碍，使得冷却空气不能与叶片的腹侧壁部4A直接接触，从而存在冷却不充分的可能性。因此，在本实施方式中，由于第二壁部24B不与叶片的腹侧壁部4A连接而是与第三壁部22C连接，因此叶片的腹侧壁部4A不会被第二壁部24B的壁厚所覆盖。由此，叶片的腹侧壁部4A不会被第二壁部24B阻碍，能够确保与冷却流体直接接触的传热面积，增大冷却能力。 

[第三实施方式] 

接着，用图3说明本发明的第三实施方式。本实施方式中，与第一实施方式和第二实施方式相比，第二壁部的形状不同，其他结构相同。因此，以下说明不同点，在其他方面可得到同样的作用效果。此外，本实施方式与第一实施方式和第二实施方式不同的是，没有利用第二壁部将第二冷却流路和第三冷却流路分成三角形和四方形。因此，不能得到从这类结构实现的作用效果。 

第二壁部25为弯曲的形状。也就是说，第二壁部25的腹侧部分25a形成为与第三壁部22C平行，第二壁部25的背侧部分25b形成为与第一壁部22A平行。这样，通过使第二壁部25形成为弯曲，能够调整构成弯曲流路的第二冷却流路12B和第三冷却流路12C的流路截面积比。 

此外，与第一实施方式和第二实施方式相同，在本实施方式中由第二至第四冷却流路12B、12C、12D构成的弯曲流路以及由第五至第七冷却流路12E、12F、12G构成的弯曲流路的流路截面积从最上游侧到最下游侧形成为依次变小，因此能够使冷却空气流向下游的流速增大，即使随着流向下游，冷却流体的温度上升，也由于流速增大，能够补偿传热性能的降低，发挥期望的冷却能力。 

Claims (3)

1.一种燃气轮机叶片，其从叶片前缘向后缘设有多个从叶片的基端部侧延伸到前端部侧的冷却流路，且具有这些冷却流路中的至少两个在所述基端部或所述前端部折回而连接成的弯曲流路，所述燃气轮机叶片的特征在于，

从所述弯曲流路的最上游侧的冷却流路到最下游侧的冷却流路，该弯曲流路的流路截面积依次变小，

所述燃气轮机叶片具备：

第一壁部，其划分位于前缘侧的第一冷却流路和与该第一冷却流路的后缘侧相邻的第二冷却流路，

第二壁部，其划分所述第二冷却流路和与该第二冷却流路的后缘侧相邻的第三冷却流路，

第三壁部，其划分所述第三冷却流路和与该第三冷却流路的后缘侧相邻的第四冷却流路，

以所述第二冷却流路作为最下游侧的方式，由所述第二至第四冷却流路形成所述弯曲流路，

所述第一壁部和所述第三壁部配置成它们的间隔从叶片的腹侧向背侧扩大，

所述第二壁部与所述第三壁部大致平行地延伸，

由所述第一壁部、所述第二壁部及叶片的背侧壁部形成具有大致三角形横截面的所述第二冷却流路，

由所述第二壁部、叶片的背侧壁部、所述第三壁部及叶片的腹侧壁部形成具有大致四方形横截面的所述第三冷却流路。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机叶片，其特征在于，

所述第二壁部不与叶片的腹侧壁部连接，而与所述第一壁部连接。

3.一种燃气轮机，其特征在于，

具备权利要求1或2所述的燃气轮机叶片。

Images