CN102224322A - 涡轮静叶及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

叶片形状部(11)具备：冷却室(C1、C2、C3)，它们是由隔壁(P)将叶片形状部(11)的内部从前缘(LE)侧朝向后缘(TE)侧划分成多个部分的空间，并且是沿叶片纵向截面方向延伸的空间，且在叶片体(21)的内壁具备分割部(22)；插入筒(31)，其配置在冷却室(C1、C2、C3)中，且具备多个冲击孔(34)；薄膜孔(23)，其穿通设置在叶片体(21)上。插入筒(31)具备从前缘(LE)侧朝向后缘(TE)侧延伸并沿叶片纵向截面方向延伸的分隔部(32)。插入筒(31)的内部被分隔成正压面(PS)侧的正压面侧嵌插物空间(IP1、IP2)和负压面侧的负压面侧嵌插物空间(IS1、IS2)。

Description

涡轮静叶及燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃气轮机中的具有冷却结构的涡轮静叶及燃气轮机。
背景技术
通常，燃气轮机中的涡轮动片及涡轮静叶在高温环境下使用，因此多在内部设置冷却结构。
例如，作为对涡轮静叶进行冷却的结构，已知有在内部设置供2至3的冷却空气流通的空洞(管)，且在该管的内部配置有嵌插物(插入筒)的结构(例如，参照专利文献1至4)。
在上述结构的情况下，在嵌插物与管的内壁之间基本上形成1个空间(空腔)。为了在该空腔的内部根据区域而控制成不同的压力，已知有通过设置分隔该空腔的密封隔壁等来进行的方法。
涡轮静叶的冷却用空气以与车室压力相同的压力供给到嵌插物的内部。冷却用空气从形成在嵌插物上的多个小孔朝向上述的管的内壁喷出，用于涡轮静叶的冷却(冲击冷却)。
使用于冲击冷却的冷却用空气通过将空腔与涡轮静叶的外部连结的贯通孔而从空腔吹出到涡轮静叶的外侧。吹出的冷却用空气通过呈膜状地覆盖涡轮静叶的外表面，而减少热量从高温气体向涡轮静叶的流入(薄膜冷却)。
为了适当地进行上述的薄膜冷却，而需要尽可能地降低空腔的内部与涡轮静叶的外侧之间的压力差。
图7表示以往的涡轮静叶60的叶片横向剖视图。
在涡轮静叶60的形成叶片体71的叶片形状部61的内部的前缘LE到后缘TE配置有多个冷却室C1、C2、C3，在各冷却室中分别配置嵌插物81。供给到叶片形状部61的冷却空气向嵌插物81供给，从穿通设置在嵌插物81上的冲击孔84向空腔空间(由叶片体71的内壁71a和嵌插物81围成的空间)吹出，对叶片体71的内壁71a进行冲击冷却。然后，从设置在叶片形状部61上的薄膜孔73向燃烧气体中排出，而对叶片形状部61的叶片体71的外壁71b进行薄膜冷却。
然而，如图7所示，在燃烧气体所流动的涡轮静叶60的叶片形状部61的外表面中，通常叶片弯曲成凸状的负压面SS侧(背侧)的燃烧气体压力降低，弯曲成凹状的正压面PS侧(腹侧)的燃烧气体压力升高。因此，为了适当地保持薄膜孔前后的差压(薄膜差压)，而经由薄膜孔73连通到燃烧气体中的空腔空间的压力在正压面PS侧(腹侧)成为高压，在负压面SS侧(背侧)成为低压。
即，从嵌插物81的冲击孔84向空腔空间吹出的冷却空气在正压面PS侧(腹侧)吹出的空气的流速慢，在负压面SS侧(背侧)空气的流速快。因此，与正压面PS侧(腹侧)相比，在负压面SS侧(背侧)存在叶片体被过度冷却的倾向。
为了抑制该现象，在叶片体71的内壁71a的前缘LE侧及后缘TE侧设置沿叶片纵向截面方向延伸的突起状的密封隔壁72，而将空腔空间分隔成正压面侧空腔空间CP和负压面侧空腔空间CS。密封隔壁72在各冷却室中至少两个部位(前缘LE侧及后缘TE侧的内壁72a或隔壁P)。
密封隔壁72除了从叶片体71的内壁71a侧支承嵌插物81的目的之外，其目的还在于将空腔空间分离成正压面侧空腔空间CP和负压面侧空腔空间CS，防止正压面侧空腔空间CP与负压面侧空腔空间CS连通，在正压面PS侧(腹侧)和负压面SS侧(背侧)改变空腔空间的压力。
该密封隔壁72是沿着叶片体71的前缘LE侧及后缘TE侧的内壁71a沿叶片纵向截面方向延伸设置的突起物，在密封隔壁72的截面中央部上沿叶片纵向截面方向设有凹槽72a。
另一方面，在嵌插物81的外表面(叶片体71的与内壁71a侧对置的面)的前缘LE侧及后缘TE侧的至少两个部位上设有沿叶片纵向截面方向及叶片横向截面方向延伸设置的突缘部83，并将该突缘部83插入到密封隔壁72的凹槽72a内。突缘部83与密封隔壁72在凹槽72a内相互接触，将高压侧的正压面侧空腔空间CP与低压侧的负压面侧空腔空间CS分离，而对两空间的差压进行密封。
在图7中，如下所述说明从嵌插物81经由冲击孔84向空腔空间吹出，并经由设置在叶片形状部61上的薄膜孔73排出到燃烧气体中的冷却空气的流动。
在涡轮静叶60的外壁71b上流动的燃烧气体在正压面PS侧(腹侧)的压力高，在负压面SS侧(背侧)的压力低。对叶片体71进行冷却的冷却空气以比燃烧气体压高的压力供给到嵌插物81内。冷却空气经由设置在嵌插物81上的冲击孔84，向正压面侧空腔空间CP及负压面侧空腔空间CS吹出，而对叶片体71的内壁71a进行冲击冷却。
另外，从嵌插物81向正压面侧空腔空间CP吹出的冷却空气经由叶片形状部61的叶片体71的正压面PS侧(腹侧)设置的薄膜孔73排出到燃烧气体中。向负压面侧空腔空间CS吹出的冷却空气经由叶片形状部61的负压面SS侧(背侧)设置的薄膜孔73排出到燃烧气体中。由于在叶片体71的正压面PS侧及负压面SS侧流动的燃烧气体压的差异，而正压面侧空腔空间CP的压力高于负压面侧空腔空间CS的压力。
专利文献1：美国专利第4312624号说明书
专利文献2：日本特开2002-161705号公报
专利文献3：日本特开2003-286805号公报
专利文献4：日本特开平09-112205号公报
然而，图7所示的以往例子是在冷却室C1、C2、C3内各配置一个嵌插物81的例子，向嵌插物81供给的冷却空气经由冲击孔84，向正压面侧空腔空间CP及负压面侧空腔空间CS供给，在对叶片体71的内壁71a进行了冲击冷却后，对叶片形状部61的外表面进行薄膜冷却。然而，仅在冷却室内设有一个嵌插物81时，难以进行适当的薄膜冷却。
即，在上述结构中，处于燃烧气体上游侧的正压面PS侧(腹侧)的叶片体71比处于燃烧气体下游侧的负压面SS侧(背侧)的叶片体71高温，因此正压面PS(腹侧)的叶片体71比负压面SS(背侧)的叶片体71需要更强的冲击冷却。
另一方面，正压面侧空腔空间CP比负压面侧空腔空间CS高压，因此嵌插物81内与空腔空间的差压在正压面侧空腔空间CP减小，在负压面侧空腔空间CS增大。因此，为了使对正压面PS(腹侧)的叶片体71的内壁71a的冲击冷却充分有效，而需要增大与正压面侧空腔空间CP连通的冲击孔84的孔数的密度，并减小与负压面侧空腔空间CS连通的冲击孔84的孔数的密度。
不进行此种孔数的调整时，与正压面PS(腹侧)的叶片体相比，对负压面SS(背侧)的叶片体的冲击冷却增强，负压面SS(背侧)的冷却空气量增加。即，相对于正压面PS(腹侧)，向负压面SS(背侧)的冲击冷却的空气量过剩，负压面SS(背侧)的叶片体过冷，叶片整体的冷却空气量增加，燃气轮机的冷却效率下降。
然而，使负压面SS(背侧)的叶片体的冲击孔数的密度小于正压面PS(腹侧)的叶片体的冲击孔数的密度时，在负压面SS(背侧)的叶片体中，冲击孔的孔间距变宽，叶片体会产生温度不均，从而存在叶片体的热应力增加的问题。
另外，如上所述，正压面侧空腔空间CP的压力比负压面侧空腔空间CS的压力高，因此嵌插物81内与空腔空间的差压在正压面侧空腔空间CP中小，但在负压面侧空腔空间CS中相对增大。因此，在嵌插物81的负压面SS(背侧)中，如图7中的虚线所示，嵌插物81朝向叶片横向截面的外方膨胀，从而存在嵌插物整体变形的问题。
此外，嵌插物变形时，嵌插物的突缘部83与密封隔壁72的凹槽72a之间的密封性恶化，如图7中箭头的流向所示，冷却空气从正压面侧空腔空间CP朝负压面侧空腔空间CS泄漏，从而存在负压侧空腔与正压侧空腔之间的密封性恶化的问题。
为了抑制嵌插物的变形，考虑有在嵌插物设置肋或微凹而提高嵌插物的强度的方法或增加嵌插物的板厚而提高嵌插物的强度的方法等。然而，在上述的提高嵌插物的强度的方法中，存在嵌插物的制造性恶化的问题。
上述的问题点除了在图7所示最接近前缘LE侧的冷却室C1之外，在相邻的另一冷却室C2中也同样存在。
发明内容
本发明为了解决上述的课题而作出，其目的在于提供一种能够选定嵌插物空间与正压面侧空腔空间之间、及嵌插物空间与负压面侧空腔空间之间的适当的差压，实现对叶片体的适当的冲击冷却，并通过抑制嵌插物的变形而实现叶片形状部的薄膜冷却的冷却性提高的涡轮静叶及燃气轮机。
为了实现上述目的，本发明提供以下的方法。
本发明的第一方式的涡轮静叶包括：具有弯曲成凹状的正压面及弯曲成凸状的负压面的叶片形状部；由涡轮壳体支承的外侧护罩；经由该叶片形状部与外侧护罩连接的内侧护罩，其中，所述叶片形状部具备：冷却室，其是由隔壁将所述叶片形状部的内部从前缘侧朝向后缘侧划分成多个部分的空间，并且是沿叶片纵向截面方向延伸的空间，且在叶片体的内壁具备分割部；插入筒，其配置在该冷却室中，且具备多个冲击孔；薄膜孔，其穿通设置在所述叶片体上，所述插入筒具备从所述前缘侧朝向所述后缘侧延伸并沿所述叶片纵向截面方向延伸的分隔部，所述插入筒的内部被分隔成所述正压面侧的正压面侧嵌插物空间和所述负压面侧的负压面侧嵌插物空间。
根据本发明的第一方式的涡轮静叶，能够向正压面侧嵌插物空间及负压面侧嵌插物空间供给不同压力的冷却用流体。因此，能够在正压面侧嵌插物空间与正压面侧空腔空间之间、及负压面侧嵌插物空间与负压面侧空腔空间之间选定适当的差压。
在此，正压面侧空腔空间是由分割部分割的冷却室与插入筒之间的两个空间中的正压面侧的空间，负压面侧空腔空间是负压面侧的空间。
由此，能够将形成在插入筒上的冲击孔的孔数的密度选定成适当的值。尤其是提高差压容易扩大的负压面侧嵌插物空间与负压面侧空腔空间之间的冲击孔的孔数的密度，而能够提高基于冲击冷却的冷却性。其结果是，能够缓和叶片体的热应力，而减少叶片整体的冷却空气量。
另外，在正压面侧及负压面侧，能够抑制正压面侧嵌插物空间与正压面侧空腔空间之间、及负压面侧嵌插物空间与负压面侧空腔空间之间的差压扩大，从而抑制插入筒的变形。
此外，通过抑制插入筒的变形，而能够抑制分割部与插入筒之间的密封性下降。
通过抑制分割部与插入筒之间的密封性下降，而能够使正压面侧空腔空间及叶片形状部外部的正压面侧之间的压力差、及负压面侧空腔空间及叶片形状部外部的负压面侧之间的压力差收敛在规定的范围内。因此，能够使从薄膜孔向叶片形状部的外侧流出的冷却用流体的流速收敛在规定的范围内，从而能够确保基于薄膜冷却的冷却性。
能抑制附加给插入筒的上述的差压引起的力的增加。因此，实施确保插入筒强度的边缘或微凹等的加工的必要性减少，能够抑制插入筒的板厚的增加。
在上述发明中，所述分隔部优选具备将所述正压面侧嵌插物空间及所述负压面侧嵌插物空间连结的连通孔。
根据该结构，即使由于燃气轮机的运转条件的变动，而叶片形状部的外表面的负压面侧的薄膜空气量增加，且负压面侧嵌插物空间的压力下降，但也能够经由连通孔从正压面侧嵌插物空间适当供给冷却空气，因此能够抑制负压面侧嵌插物空间的压力变动，而可靠地进行负压面侧的叶片形状部的薄膜冷却。
在上述发明中，所述负压面侧嵌插物空间优选是由所述插入筒、所述分隔部、配置于所述外侧护罩及所述内侧护罩的压力调整板所围成的空间。
根据该结构，向负压面侧嵌插物空间供给的冷却空气通过压力调整板总是调整成适当的压力，因此能得到叶片体的良好的冷却性能，也没有嵌插物的变形。
本发明的第二方式的燃气轮机是设有具备上述的涡轮静叶的涡轮部的燃气轮机。
根据本发明的第二方式的燃气轮机，由于具有上述的涡轮静叶，因此能够提高冲击冷却及薄膜冷却的冷却性。
【发明效果】
根据本发明的涡轮静叶及燃气轮机，由于能够向正压面侧嵌插物空间及负压面侧嵌插物空间供给不同压力的冷却用流体，因此能够缓和叶片体的热应力，提高冲击冷却及薄膜冷却的冷却性，从而能起到减少冷却空气量这一效果。而且，能起到抑制嵌插物的变形并提高密封性能这一效果。
附图说明
图1是说明具备本发明的第一实施方式的涡轮静叶的燃气轮机的结构的示意图。
图2是说明图1的涡轮静叶的结构的叶片纵向剖视图。
图3是说明图1的涡轮静叶的结构的叶片横向剖视图。
图4是说明本发明的第二实施方式的涡轮静叶的结构的叶片纵向剖视图。
图5是说明图4的涡轮静叶的结构的叶片横向剖视图。
图6是说明本发明的第三实施方式的涡轮静叶的结构的叶片纵向剖视图。
图7是表示以往的涡轮静叶的嵌插物的结构的叶片横向剖视图。
具体实施方式
参照图1至图3，说明本发明的第一实施方式的涡轮静叶及燃气轮机的结构。需要说明的是，在本实施方式中，将本发明的涡轮静叶的结构适用于燃气轮机的涡轮部中的1级静叶片或2级静叶片进行说明。
图1是说明具备本实施方式的涡轮静叶的燃气轮机的结构的示意图。如图1所示，在燃气轮机1中设有压缩部2、燃烧部3、涡轮部4、旋转轴5。
如图1所示，压缩部2从外部吸入空气进行压缩，并将压缩后的空气向燃烧部3供给。旋转驱动力经由旋转轴5从涡轮部4传递给压缩部2，在旋转驱动的作用下，压缩部2吸入空气进行压缩。
如图1所示，燃烧部3将从外部供给的燃料与从压缩部2供给的压缩空气混合，使混合气体燃烧而生成高温燃烧气体，并将生成的高温燃烧气体向涡轮部4供给。
如图1所示，涡轮部4从供给的高温燃烧气体抽取旋转驱动力，而驱动旋转轴5旋转。安装在燃气轮机1的壳体6上的涡轮静叶7和安装于旋转轴5并与旋转轴5一起旋转的涡轮动片8沿周向等间隔地排列配置在涡轮部4。
涡轮静叶7和涡轮动片8朝向从燃烧部3供给的高温燃烧气体的下游方向，按照涡轮静叶7、涡轮动片8的顺序交替排列配置。将一对涡轮静叶7及涡轮动片8的组称为级，从燃烧部3侧计数为第一级、第二级……。
如图1所示，旋转轴5从涡轮部4向压缩部2传递旋转驱动力。在旋转轴5上设有压缩部2及涡轮部4。
用于对涡轮静叶7进行冷却的冷却空气借用抽取由压缩部2加压后的压缩空气的一部分，经由抽气配管(未图示)向涡轮部4供给的冷却空气。向涡轮部4供给的冷却空气经由连接配管(未图示)向涡轮静叶7的外侧护罩或内侧护罩供给。
接下来，参照图2及图3，说明本发明的第一实施方式的涡轮静叶。
图2是说明本实施方式的涡轮静叶的结构的叶片纵向剖视图。图3是本实施方式的涡轮静叶的叶片横向剖视图。
本实施方式的涡轮静叶10是燃气轮机的涡轮部的静叶片，具有冲击冷却结构及薄膜冷却结构。
如图2及图3所示，在涡轮静叶10上设有叶片形状部11、内侧护罩12、外侧护罩13作为主要的结构要素。
叶片形状部11构成涡轮静叶10的叶片体21的外形，且使高温的燃烧气体在其周围流动。在图2中示出沿叶片纵向截面方向延伸的叶片形状部11的横向剖视图。
如图2所示，在叶片形状部11设有正压面PS、负压面SS、前缘LE、后缘TE、冷却室C1、C2、C3、密封隔壁(分割部)22、薄膜孔23。
另外，在叶片形状部11的内部从前缘LE至后缘TE配置有多个冷却室C1、C2、C3，各冷却室C1、C2、C3彼此由板状的隔壁P分隔。隔壁P是沿叶片横向截面方向延伸，并沿与正压面PS及负压面SS交叉的方向延伸的板状的部件，是配置在叶片形状部11内部的部件。
需要说明的是，在本实施方式中，表示了冷却室为三个(C1、C2、C3)的情况，但四个以上也可以适用本发明，两个的情况也可以适用。
如图2所示，正压面PS是与负压面SS一起构成叶片形状部11的叶片体21的外形的面，是弯曲成凹状的腹侧的面。
负压面SS是与正压面PS一起构成叶片形状部11的外形的面，是弯曲成凸状的背侧的面。
如图2所示，前缘LE是在叶片形状部11中的正压面PS与负压面SS的边界部分，是相对于燃烧气体流动的上游侧的部分。
后缘TE是在叶片形状部11中的正压面PS与负压面SS的边界部分，是相对于燃烧气体流动的下游侧的部分。
如图2及图3所示，冷却室C1、C2、C3是在内部配置有嵌插物31的空间，是沿涡轮静叶10的叶片纵向截面方向延伸的空间。此外，冷却室C1、C2隔着密封隔壁22，在与嵌插物31之间形成正压面侧空腔空间(空腔空间)CP1、CP2及负压面侧空腔空间(空腔空间)CS1、CS2。
如图2所示，密封隔壁22是沿着冷却室C1、C2的前缘LE侧及后缘TE侧的内壁21a或隔壁P，在叶片纵向截面方向上延伸的突起部件，将嵌插物31与内壁21a之间形成的空腔空间分割成正压面侧空腔空间CP1、CP2及负压面侧空腔空间CS1、CS2。此外，一对密封隔壁22中的前缘LE侧的部分设置在冷却室C1、C2的壁面中的前缘LE附近，后缘TE侧的部分设置于冷却室C1、C2的壁面中的隔壁P。
在突起状的密封隔壁22的截面中央部沿叶片纵向截面方向设置凹槽22a。而且，从嵌插物31的壁面在叶片纵向截面方向及叶片横向截面方向上朝向密封隔壁22延伸设置的突缘部33插入到凹槽22a中，而将嵌插物31与叶片体21的内壁21a之间形成的空腔空间划分成正压面侧空腔空间CP1、CP2及负压面侧空腔空间CS1、CS2。
需要说明的是，冷却室C1、C2、C3中的最接近后缘TE侧的冷却室(在本实施例中为C3)无需将嵌插物31内的空腔空间划分成高压侧和低压侧。即，在冷却室C3中未配置嵌插物31的分隔部或密封隔壁。
如图2及图3所示，薄膜孔23是对涡轮静叶10进行薄膜冷却，并从正压面侧空腔空间CP或负压面侧空腔空间CS朝向涡轮静叶10的外部延伸的贯通孔。
与正压面侧空腔空间CP连通的薄膜孔23的孔数的密度基于正压面侧空腔空间CP中的冷却用空气的压力与正压面PS附近中的燃烧气体的压力的差压来决定。与负压面侧空腔空间CS连通的薄膜孔23的孔数的密度也同样地基于负压面侧空腔空间CS中的冷却用空气的压力与负压面SS附近的燃烧气体的压力的差压来决定。
如图2及图3所示，嵌插物31是配置在冷却室C1、C2、C3内部的形成为筒状的部件，向内部供给对涡轮静叶10进行冷却的空气。
嵌插物31与配置的冷却室C1、C2、C3为大致相似的形状，形成为在与冷却室C1、C2、C3的壁面之间形成空腔空间的形状。
如图2及图3所示，嵌插物31在中央部具备分隔部32，将嵌插物31完全分隔成腹侧和背侧。而且，在嵌插物31的壁面上的与正压面PS侧及负压面SS侧的内壁21a对置的面上设有冲击孔34。
分隔部32将设置在嵌插物31内部的嵌插物空间分割成正压面侧嵌插物空间(嵌插物空间)IP1、IP2及负压面侧嵌插物空间(嵌插物空间)IS1、IS2。
分隔部32是在嵌插物31的内部沿叶片纵向截面方向(相对于图2纸面的垂直方向)延伸的板状的部件，从嵌插物31的与前缘LE侧的密封隔壁22接触的部分朝向后缘TE侧的密封隔壁22延伸。
如图2及图3所示，冲击孔34对涡轮静叶10的叶片形状部11进行冲击冷却，是将正压面侧嵌插物空间IP1、IP2和正压面侧空腔空间CP1、CP2连通的贯通孔、及将负压面侧嵌插物空间IS1、IS2和负压面侧空腔空间CS1、CS2连通的贯通孔。
将正压面侧嵌插物空间IP1、IP2和正压面侧空腔空间CP1、CP2连通的冲击孔34的孔数的密度基于正压面侧嵌插物空间IP1、IP2与正压面侧空腔空间CP1、CP2之间的冷却用空气的压力差来决定。将负压面侧嵌插物空间IS1、IS2和负压面侧空腔空间CS1、CS2连通的冲击孔34的孔数的密度同样地基于负压面侧嵌插物空间IS1、IS2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间的冷却用空气的压力差来决定。
接下来，参照图3，说明向涡轮静叶10的嵌插物31供给冷却空气的结构。需要说明的是，涡轮静叶用的冷却空气借用向涡轮部供给的压缩空气，从内侧护罩12侧及外侧护罩13侧向嵌插物空间供给。图3是表示涡轮静叶10的叶片横向截面的图。
涡轮静叶10由叶片形状部11、内侧护罩12及外侧护罩13形成，经由外侧护罩13支承在涡轮部的壳体上。在内侧护罩12及外侧护罩13上配置压力调整板16、17、18、19，通过压力调整板16、18来调整嵌插物空间的压力。
参照图2及图3，列举最接近前缘LE侧的冷却室C1为例进行具体说明。负压面侧嵌插物空间IS1是由嵌插物31的负压面侧的壁面31b和分隔部32围成的空间，通过压力调整板18与外侧护罩13侧分隔，通过压力调整板16与内侧护罩12侧分隔。
压力调整板16、18具备多个冲击孔(未图示)，起到对导入内侧护罩12侧及外侧护罩13侧的冷却空气进行减压，而将负压面侧嵌插物空间IS1的压力保持成适当的作用。
另一方面，正压面侧嵌插物空间IP1是由嵌插物31的正压面PS侧的壁面31a和分隔部32围成的空间，未通过压力调整板等与内侧护罩12侧及外侧护罩13侧分隔。即，从车室侧向内侧护罩12侧及外侧护罩13侧供给的冷却空气不经由压力调整板，而直接向正压面侧嵌插物空间IP1供给。
另外，如图3所示，在负压面侧嵌插物空间IS1及正压面侧嵌插物空间IP1的内侧护罩12侧的入口部分沿着叶片形状部11的叶片体的负压面侧的内壁21a及正压面侧的内壁21a分别固定嵌插物承受板37。形成为嵌插物31的一端部(图3中的下侧的端部)插入到嵌插物承受板37中的结构。通过该结构，对负压面侧嵌插物空间IS1的冷却空气的内侧护罩侧进行密封，并吸收嵌插物31的叶片纵向截面方向的热拉伸差。
通过该结构，而形成为能够吸收嵌插物31的叶片纵向截面方向的热拉伸差，且嵌插物31能够沿叶片纵向截面方向伸缩的结构。
需要说明的是，在上述的说明中，说明了将嵌插物31在外侧护罩13侧固定于叶片体21，且在内侧护罩12侧具备凹槽37a的嵌插物承受板37的结构，但也可以与该结构相反地，将嵌插物31在内侧护罩12侧固定于叶片体21，且在外侧护罩13侧设置嵌插物承受板37的结构。
在上述的说明中，列举了冷却室C1为例，但在相邻的冷却室C2中也适用同样的结构。即，负压面侧嵌插物空间IS2由设置在嵌插物31的负压面侧的壁面31b与分隔部32及内侧护罩12、外侧护罩13的边界上的压力调整板16、18分隔。
另一方面，在正压面侧嵌插物空间IP2与内侧护罩12、外侧护罩13的边界上未配置压力调整板，而冷却空气从内侧护罩12侧及外侧护罩13侧直接导入到正压面侧嵌插物空间IP2。
作为压力调节板，除了具备多个贯通孔的冲击孔(未图示)之外，也可以使用具备其它节流结构等的减压功能的公知的技术，并未特别限定。
需要说明的是，在内侧护罩12及外侧护罩13的端部设置冷却通路(未图示)，与由压力调整板17和内侧护罩12的内壁14及压力调整板19和外侧护罩13的内壁15围成的空间连通。压力调整板17、19具备冲击孔(未图示)。
接下来，参照图2及图3，说明由上述的结构构成的涡轮静叶10的冷却方法及冷却空气的流动。
在涡轮静叶10的冷却中使用从设有涡轮静叶10的燃气轮机的压缩部2抽取的空气。抽取的冷却用的空气既可以原封不动地作为冷却用空气向涡轮静叶10供给，也可以在通过气体冷却器等进一步冷却后进行供给，并未特别限定。
向涡轮部4供给的冷却用空气经由连接配管(未图示)导入到外侧护罩13及内侧护罩12内。在本实施方式中，采用从外侧护罩13及内侧护罩12的两侧向冷却室C1、C2导入冷却空气的两侧供给方式(两侧供给结构)。
如图2及图3所示，导入到内侧护罩12及外侧护罩13的冷却空气不进行压力调整而直接导入到正压面侧嵌插物空间IP1、IP2，并经由压力调整板16、18向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给。冷却空气经由设置在压力调整板16、18上的多个冲击孔(未图示)向内侧护罩12及外侧护罩13的内壁14、15吹出，对内壁14、15进行冲击冷却。冲击冷却后的冷却空气向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给。
通过上述的结构，能够调节负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的冷却空气的压力，在负压面侧嵌插物空间IS1、IS2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间维持适当的压力差，且在正压面侧空腔空间CP1、CP2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间也维持适当的压力差。其结果是，抑制负压面SS的叶片体的过度的冲击冷却，并缓和热应力。
需要说明的是，向内侧护罩12及外侧护罩13导入，经由压力调整板17、19向由压力调整板17和内侧护罩12的内壁14围成的空间及由压力调整板19和外侧护罩13的内壁15围成的空间供给的冷却空气在对内侧护罩12及外侧护罩13的内壁14、15进行了冲击冷却后，被导入外侧护罩13及内侧护罩12的冷却通路(未图示)，在进行了端部冷却后，排出到燃烧气体中。
向正压面侧嵌插物空间IP1、IP2及负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给的冷却用空气从设置在嵌插物31上的冲击孔34分别朝向正压面侧空腔空间CP1、CP2及负压面侧空腔空间CS1、CS2喷出。
正压面侧嵌插物空间IP1、IP2内的冷却用空气在正压面侧空腔空间CP1、CP2之间的压力差的作用下，朝向正压面侧空腔空间CP1、CP2喷出，与构成冷却室C1、C2的内壁21a碰撞。由此，对涡轮静叶10的叶片体21(内壁21a)进行冲击冷却。
在本实施方式中，为了保持适当的薄膜差压，而需要将正压面侧空腔空间CP1、CP2中的冷却用空气的压力维持成比负压面侧空腔空间CS1、CS2的冷却用空气高的压力。因此，决定将正压面侧嵌插物空间IP1、IP2与正压面侧空腔空间CP1、CP2连通的冲击孔34的孔数的适当的密度。
关于负压面侧嵌插物空间IS1、IS2内的冷却用空气也同样地在负压面侧空腔空间CS1、CS2之间的压力差的作用下，朝向负压面侧空腔空间CS1、CS2喷出，与构成冷却室C1、C2的内壁21a碰撞。
即，由于在负压面SS侧保持适当的薄膜差压，因此需要将负压面侧空腔空间CS1、CS2中的冷却用空气的压力维持成比正压面侧空腔空间CP1、CP2低压。因此，决定将负压面侧嵌插物空间IS1、IS2和负压面侧空腔空间CS1、CS2连通的冲击孔34的孔数的适当的密度。
在此，正压面侧空腔空间CP1、CP2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间由密封隔壁22分割，因此能够使上述不同压力的冷却用空气充满到正压面侧空腔空间CP1、CP2和负压面侧空腔空间CS1、CS2的内部。
用于冲击冷却的冷却用空气然后从正压面侧空腔空间CP1、CP2和负压面侧空腔空间CS1、CS2经由薄膜孔23向叶片形状部11的外侧流出，用于薄膜冷却。
正压面侧空腔空间CP1、CP2中的冷却用空气在与叶片形状部11中的正压面PS附近流动的燃烧气体之间的压力差的作用下，经由薄膜孔23向叶片体的正压面PS的外部流出。流出的冷却用空气沿着正压面PS形成薄膜状的层并同时流动，从而对涡轮静叶10的叶片体21的外壁21b进行薄膜冷却。
根据上述的结构，能够向正压面侧嵌插物空间IP1、IP2及负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给不同压力的冷却用空气。因此，能够抑制正压面侧嵌插物空间IP1、IP2与正压面侧空腔空间CP1、CP2之间的压力差的扩大、及负压面侧嵌插物空间IS1、IS2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间的压力差的扩大，而抑制嵌插物31的变形。
通过抑制嵌插物31的变形，而能够在设置于密封隔壁22的凹槽22a与嵌插物31的突缘部33之间维持接触面，通过接触面的形成而抑制密封隔壁22与嵌插物31之间的密封性下降，从而能够提高冲击冷却及薄膜冷却的冷却性。
通过抑制密封隔壁22与嵌插物31之间的密封性下降，而能够使正压面侧空腔空间CP1、CP2中的冷却用空气的压力及正压面PS附近的燃烧气体的压力之间的差压、或负压面侧空腔空间CS1、CS2中的冷却用空气的压力及负压面SS附近的燃烧气体的压力之间的差压收敛在规定的范围内。因此，能够使从薄膜孔23向叶片形状部11的外侧流出的冷却用空气的流速收敛在规定的范围内，从而能够确保基于薄膜冷却的冷却性。
此外，抑制附加给嵌插物31的上述的差压引起的力的增加。因此，施加确保嵌插物31强度的边缘或微凹等的加工的必要性减少，能够抑制嵌插物31的板厚的增加。因此，能够防止嵌插物的制造性恶化。
另一方面，通过抑制负压面侧嵌插物空间IS1、IS2与负压面侧空腔空间CS1、CS2之间的冷却用空气的压力差的扩大，而能够增加冲击孔34的数目，从而能够提高基于冲击冷却的冷却性。
接下来，参照图4及图5，说明本发明的第二实施方式的燃气轮机静叶片的结构。需要说明的是，在本实施方式中，与第一实施方式同样地，除了1级静叶片之外还可以适用于2级静叶片。
在本实施方式的涡轮静叶40中，与第一实施方式的涡轮静叶10相比，向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给冷却空气的方法不同。
即，如图4及图5所示，在配置于各冷却室C1、C2的嵌插物31的分隔部32上具备将正压面侧嵌插物空间IP1、IP2和负压面侧嵌插物空间IS1、IS2连通的连通孔35这一点不同。其他结构与第一实施方式相同。与第一实施方式共通的名称及符号使用与第一实施方式相同的名称及符号。
以下说明本实施方式中的冷却空气的供给结构及冷却空气的流动。
如图4及图5所示，向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给的冷却空气的主要的流动与第一实施方式相同。即，从车室侧向外侧护罩13及内侧护罩12供给的冷却空气从外侧护罩13及内侧护罩12的两侧经由具备冲击孔(未图示)的压力调整板16、18向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给(两侧供给方式及两侧供给结构)。然后，供给到负压面侧嵌插物空间IS1、IS2中的冷却空气经由设置在嵌插物31上的冲击孔34向负压面侧空腔空间CS1、CS2吹出，对叶片体21的内壁21a进行冲击冷却。冲击冷却后的冷却空气经由设置在叶片体21上的薄膜孔23吹出到燃烧气体中时，对叶片形状部11的外表面进行薄膜冷却。
正压面侧嵌插物空间IP1、IP2的冷却空气的流动也与向上述负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给的冷却空气的流动相同。
另一方面，在本实施方式中，向正压面侧嵌插物空间IP1、IP2供给的冷却空气的一部分经由配置于分隔部32的连通孔35，导入到负压面侧嵌插物空间IS1、IS2中。
然而，由于燃气轮机的运转条件的变动而叶片形状部11的负压面SS侧的薄膜冷却空气量增加时，负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的压力(静压)下降，无法确保从负压面侧嵌插物空间IS1、IS2向负压面侧空腔空间CS1、CS2吹出的必要冲击冷却空气量，有可能会产生无法充分冷却叶片体的情况。
在本实施方式中，为了解决该问题，而在分隔部32设置了连通孔35。即，向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2供给的冷却空气主要从外侧护罩13及内侧护罩12经由具备冲击孔的压力调整板16、18供给，但也可以形成为正压面侧嵌插物空间IP1、IP2的冷却空气的一部分能够经由设置在分隔部32上的连通孔35向负压面侧嵌插物空间IS1、IS2补充的结构，因此能够防止负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的压力的下降。
即，设置在分隔部32的连通孔35具备压力调整功能，该压力调整功能是当负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的压力下降时，利用正压面侧嵌插物空间与负压面侧嵌插物空间的差压，从正压面侧嵌插物空间IP1、IP2补充冷却空气，从而抑制负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的压力的下降，使压力恢复。
若负压面侧嵌插物空间IS1、IS2的压力稳定，则能可靠地进行叶片形状部的外表面的薄膜冷却。而且，相对于燃气轮机的运转条件的变动，而维持负压面侧空腔空间CS1、CS2与燃烧气体之间的适当的薄膜差压，因此实现叶片体的负压面侧的冷却空气量的适当化，能够使叶片整体的冷却空气量最小。
此外，在本实施方式的情况下，与第一实施方式同样地，导入到内侧护罩12及外侧护罩13中的冷却空气的一部分经由压力调整板17、19而用于内侧护罩12及外侧护罩13的端部冷却(未图示)。
接下来，参照图6，说明本发明的第三实施方式的燃气轮机静叶片的结构。图6表示第三实施方式的涡轮静叶的叶片纵向剖视图。需要说明的是，在本实施方式中，与第一、第二实施方式同样地，除了1级静叶片之外，还可以适用于2级静叶片。
在第一及第二实施方式中，适用了使供给到负压面侧嵌插物空间IS1、IS2中的冷却空气从外侧护罩13及内侧护罩12的两侧经由压力调整板(在第二实施方式中为分隔部32)供给冷却空气的两侧供给方式，但在本实施方式中的采用单侧供给方式的方面与其他实施方式不同。
如图6所示，与第一及第二实施方式相比，本实施方式的涡轮静叶50在冷却室C1的负压面侧嵌插物空间IS1的内侧护罩12侧的入口部分取代嵌插物承受板37而设置嵌插物分隔板38的点不同。
即，通过在内侧护罩12侧设置嵌插物分隔板38，而使内侧护罩12侧与负压面侧嵌插物空间IS1分离。
需要说明的是，关于其他的结构要素，与上述的实施方式的结构要素相同，因此这里省略所述结构要素的说明。
在此，在本实施方式中，如图6所示，冷却室C1的负压面侧嵌插物空间IS1的一侧(图6中的上方侧)经由压力调整板18与外侧护罩13连通，另一侧(图6中的下方侧)被固定在嵌插物31的一端部(图6中的下侧的端部)上的嵌插物分隔板38闭塞。
另一方面，与负压面侧嵌插物空间IS1相反地，冷却室C2的负压面侧嵌插物空间IS2的一侧经由压力调整板16与内侧护罩12连通，另一侧由固定在嵌插物31的端部(图6中的上侧的端部)上的嵌插物分隔板(未图示)闭塞。
即，负压面侧嵌插物空间IS1仅由外侧护罩13的压力调整板18供给冲击冷却后的冷却空气，内侧护罩12侧被闭塞，而不从内侧护罩12侧供给冷却空气。
另一方面，负压面侧嵌插物空间IS2仅由内侧护罩12的压力调整板16供给冲击冷却后的冷却空气，外侧护罩13侧被闭塞，不供给冷却空气，采用了所谓“单侧供给结构”。
需要说明的是，也可以将本实施方式中的负压面侧嵌插物空间IS 1形成为一侧经由压力调整板16与内侧护罩12连通，而另一侧由接近外侧护罩13的嵌插物31的端部上固定的嵌插物分隔板38闭塞的结构，并将相邻的负压面侧嵌插物空间IS2形成为一侧与外侧护罩13连通，而另一侧由嵌插物31的端部上固定的嵌插物分隔板(未图示)闭塞的“单侧供给结构”。
此外，在涡轮静叶50的冷却室为四个以上的情况下，能够适用单侧供给结构，但可以从外侧护罩或内侧护罩的任一者供给冷却空气，也可以向所有的负压面侧嵌插物空间供给，原则上可以任意组合。
但是，相邻的负压面侧嵌插物空间彼此优选从相互不同的护罩(外侧护罩或内侧护罩)进行供给的单侧供给结构。这是为了避免向负压面侧嵌插物空间供给的冷却空气的偏流。
需要说明的是，图6参照第一实施方式的叶片纵向截面进行了说明，但在第二实施方式的情况下也同样。
根据本实施方式的涡轮静叶50，嵌插物分隔板38以密接的方式固定于嵌插物31，确保嵌插物分隔板38与嵌插物31的接合部的密封性，因此能够可靠地防止冷却空气从该接合部的泄漏。
此外，在本实施方式中，通过嵌插物分隔板38对冷却空气进行密封，因此与第一及第二实施方式相比，能够进一步减少冷却空气的泄漏。
需要说明的是，其他作用效果与第一及第二实施方式相同，因此这里省略其说明。
【符号说明】
1  燃气轮机
4  涡轮部
6  壳体
7  涡轮静叶
10、40、50  涡轮静叶
11、61  叶片形状部
12  内侧护罩
13  外侧护罩
16、17、18、19  压力调整板
21、71  叶片体(内壁21a、71a、外壁21b、71b)
22、72  密封隔壁(分割部)
23、73  薄膜孔
31、81  嵌插物(插入筒)
32  分隔部
34、84  冲击孔
35  连通孔
PS  正压面
SS  负压面
LE  前缘
TE  后缘
P  隔壁
CP、CP1、CP2  正压面侧空腔空间(空腔空间)
CS、CS1、CS2  负压面侧空腔空间(空腔空间)
IP1、IP2  正压面侧嵌插物空间(嵌插物空间)
IS1、IS2  负压面侧嵌插物空间(嵌插物空间)
C1、C2、C3  冷却室

Claims (4)

1.一种涡轮静叶，包括：具有弯曲成凹状的正压面及弯曲成凸状的负压面的叶片形状部；支承于涡轮壳体的外侧护罩；经由该叶片形状部与外侧护罩连接的内侧护罩，其中，
所述叶片形状部具备：
冷却室，其是由隔壁将所述叶片形状部的内部从前缘侧朝向后缘侧划分成多个部分的空间，并且是沿叶片纵向截面方向延伸的空间，且在叶片体的内壁具备分割部；
插入筒，其配置在所述冷却室中，且具备多个冲击孔；
薄膜孔，其穿通设置在所述叶片体上，
所述插入筒具备从所述前缘侧朝向所述后缘侧延伸并沿所述叶片纵向截面方向延伸的分隔部，
所述插入筒的内部被分隔成所述正压面侧的正压面侧嵌插物空间和所述负压面侧的负压面侧嵌插物空间。
2.根据权利要求1所述的涡轮静叶，其中，
所述分隔部具备将所述正压面侧嵌插物空间及所述负压面侧嵌插物空间连结的连通孔。
3.根据权利要求1所述的涡轮静叶，其中，
所述负压面侧嵌插物空间是由所述插入筒、所述分隔部、配置于所述外侧护罩及所述内侧护罩的压力调整板所围成的空间。
4.一种燃气轮机，其中，
其设有具备权利要求1至3中任一项所述的涡轮静叶的涡轮部。
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