CN102741506B - 燃气轮机的动翼及其制造方法、以及使用了动翼的燃气轮机 - Google Patents

燃气轮机的动翼及其制造方法、以及使用了动翼的燃气轮机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使设置在动翼内部的冷却通路的形成容易且通过形成冷却通路来避免动翼强度或刚性受损的燃气轮机的动翼。燃气轮机的动翼(41)中，形成在其内部的冷却通路(410)具有：沿着动翼(41)的基部侧长度方向延伸的多个直线通路状的基部侧长孔(410a)；沿着动翼(41)的前端侧长度方向延伸的多个直线通路状的前端侧长孔(410b)；夹设在这些两方的长孔(410a、410b)的连接部中而将两长孔(410a、410b)的各一根相互连通，且具有比这些两长孔(410a、410b)的通路截面积大的截面积的多个连通空洞部(410c)。另外，连通空洞部(410c)与动翼(41)的平台部(413)的位置一致地形成。

Description

燃气轮机的动翼及其制造方法、以及使用了动翼的燃气轮机
技术领域
本发明涉及在火力发电等中使用的燃气轮机的动翼，详细而言，涉及对形成在动翼内部的冷却空气流通用的冷却通路进行了改良的燃气轮机的动翼及其制造方法、以及使用了动翼的燃气轮机。
背景技术
在燃气轮机中，为了使高温的工作流体在涡轮动翼的周围流动，通常在涡轮动翼的内部形成有沿着动翼的长度方向的冷却通路，通过使冷却空气在该冷却通路中流通来进行动翼的冷却。被涡轮的压缩机压缩后的空气的一部分被抽出而作为冷却空气向冷却通路压力输送，该冷却空气在冷却通路中流动而从内侧对动翼进行冷却，保护动翼以免受高温的工作流体(燃烧气体)的热侵害。作为采用上述结构的现有的燃气轮机(燃气轮机动翼)，已知有专利文献1所记载的技术。
在专利文献1所记载的现有的燃气轮机中，从动翼的基部侧朝向前端侧形成单一空间状的空洞部，另一方面，从动翼的前端侧朝向基部侧形成多个直线通路状的长孔，上述长孔在动翼的长度方向中间部与空洞部连通。并且，空洞部的宽度在与长孔连通的连通部被扩张。因此，在从动翼的前端侧对长孔进行加工形成时，容易使长孔与空洞部连通，加工容易。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】：日本特开2007-211618号公报
然而，在专利文献1的结构中，空洞部形成为单一空间状，因此该部分处的动翼的有效截面积变小，动翼的强度或刚性受损，最坏的情况下可能会导致破裂(蠕变裂纹等)，欠缺可靠性。
另一方面，若不设置空洞部，通过从动翼的前端侧和基部侧这两侧进行长孔加工且在中间处连接而加工出一根长孔的方式形成为多个直线通路状，则能够将动翼的有效截面积增大与没有设置空洞部对应的量。然而，在该方法中，从两方向进行长孔加工时的对芯困难，存在加工成本增大或因长孔彼此的贯通不良而导致合格率降低的可能性。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种燃气轮机的动翼及其制造方法、以及使用了动翼的燃气轮机，从而使设置在动翼内部的冷却通路的形成容易，且通过形成冷却通路来避免动翼强度或刚性受损，从而提高可靠性。
为了解决上述课题，本发明采用了以下的结构。
即、本发明的第一方式涉及的燃气轮机的动翼是在涡轮的动翼内部形成有冷却通路，使冷却空气在该冷却通路中流通来进行所述动翼的冷却的燃气轮机的动翼，其中，所述冷却通路具有：沿着所述动翼的基部侧长度方向延伸的多个直线通路状的基部侧长孔；沿着所述动翼的前端侧长度方向延伸的多个直线通路状的前端侧长孔；夹设在所述基部侧长孔与所述前端侧长孔的连接部中而将两长孔的各一根相互连通，且具有比所述两长孔的通路截面积大的截面积的多个连通空洞部。
根据本发明，例如在先形成基部侧长孔和连通空洞部，之后从动翼的前端侧形成前端侧长孔时，由于连通空洞部的截面积比基部侧长孔或前端侧长孔的通路截面积大，因此能够容易使前端侧长孔与连通空洞部贯通。因此，能够使形成在动翼内部的冷却通路的形成容易。另外，基部侧长孔没有成为单一的空洞部而形成为多个直线通路状，因此能够避免因冷却通路的形成而损害动翼强度或刚性的情况。
另外，本发明的第二方式涉及的燃气轮机的动翼中，所述连通空洞部与所述动翼的平台部的位置一致地形成。由此，冷却通路中横截面积最大的连通空洞部形成在动翼中壁厚最大的平台部的内部，因此实际上动翼的有效截面积变小的部分成为最小限度，能够防止动翼的强度或刚性受损的情况。
并且，本发明的第三方式涉及的燃气轮机的动翼中，所述多个连通空洞部之中的、相邻的连通空洞部的高度不同。由此，相邻的连通空洞部彼此没有以相同的高度排列，各连通空洞部之间的距离变大，因此能够避免在连通空洞部的位置处动翼的有效截面积变小的情况，能够防止动翼的强度或刚性受损的情况。
并且，本发明的燃气轮机的动翼的特征在于，至少所述多个前端侧长孔的从前端至所述连通空洞部为止的长度相同。由此，能够利用多个电极或钻头同时进行加工，不会产生长孔的加工精度的偏差，加工精度得以进一步提高。
另外，本发明的第四方式涉及的燃气轮机将所述第一至第三方面中任一方式的燃气轮机的动翼用于涡轮中。由此，能够确保动翼的强度及刚性而提高可靠性。
并且，本发明的第五方式涉及的燃气轮机的动翼的制造方法在所述第一至第三方式中任一方式的燃气轮机的动翼形成所述冷却通路，包括：从所述动翼的基部侧通过电加工来形成所述基部侧长孔的基部侧长孔形成工序；在该基部侧长孔的终端位置处降低或停止所述电加工的加工进展速度来形成所述连通空洞部的连通空洞部形成工序；从所述动翼的前端侧形成所述前端侧长孔，使该前端侧长孔与所述连通空洞部贯通的前端侧长孔形成工序。
根据该制造方法，通过在基部侧长孔的终端位置处降低或停止电加工的进展速度，由此能够容易地形成具有比基部侧长孔的通路截面积大的截面积的连通空洞部，进而能够容易地形成冷却通路整体。
【发明效果】
如上所述，根据本发明涉及的燃气轮机的动翼及其制造方法，能够使设置在动翼内部的冷却通路的形成容易，且通过形成冷却通路来避免动翼强度或刚性受损的情况，提高动翼、进而燃气轮机整体的可靠性。
附图说明
图1是表示适用了本发明的实施方式涉及的动翼的燃气轮机的一例的整体结构图。
图2是表示本发明的第一实施方式的动翼的纵剖视图。
图3是沿着图2的III-III线的动翼的横剖视图。
图4是表示使前端侧长孔的内径根据叶片部的壁厚而变化的例子的叶片部的横剖视图。
图5是将图2的V部放大而示出冷却通路的连通空洞部附近的纵剖视图。
图6是表示使基部侧长孔的内径与前端侧长孔的内径相同的例子的连通空洞部附近的纵剖视图。
图7A是表示动翼的制造工序中的基部侧长孔形成工序的纵剖视图。
图7B是表示动翼的制造工序中的连通空洞部形成工序的纵剖视图。
图7C是表示动翼的制造工序中的前端侧长孔形成工序的纵剖视图。
图7D是表示动翼的制造工序中的冷却通路完成了的状态的纵剖视图。
图8是表示本发明的第二实施方式的动翼的纵剖视图。
图9是表示本发明的第三实施方式的动翼的纵剖视图。
图10是表示本发明的第四实施方式的动翼的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明涉及的燃气轮机的动翼的多个实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1～图6表示本发明的第一实施方式。图1是表示适用了本发明涉及的动翼的燃气轮机的一例的整体结构图。该燃气轮机1具有压缩机2、燃烧器3、涡轮4。压缩机2对从空气取入口取入的空气进行压缩而生成压缩空气。燃烧器3向该压缩空气喷射燃料而产生高温·高压的燃烧气体。涡轮4将该燃烧气体的热能转换成转子5的旋转能而产生驱动力。并且，该驱动力被向与转子5连结的发电机(省略图示)等传递。涡轮4配置在以与燃烧器3相连的方式设置的涡轮壳体6的内部。
涡轮4具有：在转子5上一体旋转地设置的多级动翼41；固定在涡轮壳体6的内周面上且交替配置在各动翼41之间的多级静翼42。并且，由燃烧器3产生的高温·高压的燃烧气体在上述动翼41及静翼42之间膨胀并同时通过，由此使转子5与动翼41一起旋转而产生驱动力。在该涡轮4中，压缩空气的一部分作为冷却空气被从压缩机2抽出，通过该冷却空气对动翼41、静翼42等暴露于高温气体的构件如后述那样从内部进行冷却。
动翼41的基部411、叶片部412、平台部413通过具备耐热性及耐腐蚀性的强韧的钢材料一体地成形，叶片部412与基部411嵌合，且叶片部412从转子5沿放射方向延伸，各叶片部412的前端部通过环状的护罩415而在周向上连结。平台部413在各动翼41安装于转子5时连续而形成为筒状，对燃烧气体的流动进行整流。
在动翼41的内部形成有多个多孔状的冷却通路410，从压缩机2抽出的压缩空气作为冷却空气经由设置在转子5内部的流路(未图示)而向上述冷却通路410供给。冷却空气从动翼41的基部侧底部供给，在朝向前端部的冷却通路410内流动的过程中对动翼41的内部进行冷却，保护叶片部412以免受高温的燃烧气体的热侵害。
冷却通路410具备：以沿着动翼41的基部侧长度方向延伸的方式形成的多个直线通路状的基部侧长孔410a；同样以直线通路状沿着动翼41的前端侧长度方向延伸地形成的多个前端侧长孔410b；夹设在上述基部侧长孔410a与前端侧长孔410b的连接部中而将两长孔410a、410b的各一根相互连通的多个连通空洞部410c。
也如图3所示，前端侧长孔410b沿着叶片部412的弯曲形状大致等间隔地配设。如图4所示，也可以根据叶片部412的壁厚来使前端侧长孔410b的内径变化。这里，使通过叶片部412的壁厚大的部分的前端侧长孔410b的内径比通过壁厚小的部分的前端侧长孔410b的内径大。
如图5中放大所示，基部侧长孔410a的通路截面积(内径d1)比前端侧长孔410b的通路截面积(内径d2)大。需要说明的是，如图6所示，也可以使基部侧长孔410a的内径d1与前端侧长孔410b的内径d2的尺寸相同。在如图4所示那样根据叶片部412的壁厚来使前端侧长孔410b的内径变化的情况下，同样可以使基部侧长孔410a的内径变化。
连通空洞部410c形成为具有比基部侧长孔410a及前端侧长孔410b的通路截面积大的横截面积的球状或椭圆球状等。该连通空洞部410c与壁厚比基部411或叶片部412大的平台部413的位置(高度)一致地形成。
接下来，参照图7A至图7D对如上那样构成的动翼41中的冷却通路410的形成方法进行说明。
首先，在图7A所示的基部侧长孔形成工序中，通过从动翼41的基部侧、即基部411侧进行电加工、例如放电加工或电解加工(优选硝酸电解加工)等来形成基部侧长孔410a。
接下来，在图7B所示的连通空洞部形成工序中，在基部侧长孔410a的终端位置、即形成平台部413的高度附近，降低或停止电加工的加工进展速度且暂时保持。由此，基部侧长孔410a的终端部的内径被扩张，在平台部413的内部形成球状或椭圆球状的连通空洞部410c。这里，从动翼41的基部侧的加工完成。需要说明的是，基部侧长孔410a的终端位置并不局限于平台部413，也可以设置在基部411上。
接下来，在图7C所示的前端侧长孔形成工序中，从动翼41的前端侧通过电加工、例如放电加工、电解加工或基于钻头等的切削加工来形成前端侧长孔410b，使该前端侧长孔410b贯通至连通空洞部410c而完成加工。
这样，如图7D所示，基部侧长孔410a、前端侧长孔410b和连通空洞部410c彼此连通而完成冷却通路410。
这样，通过采用在基部侧长孔410a的终端位置处降低或停止电加工的加工进展速度的加工方法，由此能够容易地形成具有比基部侧长孔410a的通路截面积大的截面积的连通空洞部410c，能够提高通到该连通空洞部410c的前端侧长孔410b的贯通性，进而容易地形成冷却通路410整体。
如上那样构成的动翼41的冷却通路410具有：沿着动翼41的基部侧长度方向延伸的多个基部侧长孔410a；沿着动翼41的前端侧长度方向延伸的多个前端侧长孔410b；位于上述各长孔410a、410b的连接部的连通空洞部410c，连通空洞部410c的截面积(内径d3)比各长孔410a、410b的通路截面积(内径d1、d2)大，因此，在图7C所示的前端侧长孔形成工序中，即使前端侧长孔410b的位置稍微偏移，前端侧长孔410b相对于连通空洞部410c的贯通率也极其良好，由此能够非常容易地形成冷却通路410。
另外，基部侧长孔410a没有成为单一的空洞部而形成为多个直线通路状，因此能够充分确保该部分处的动翼41的有效截面积，不会损害动翼41的强度或刚性。并且，由于将冷却通路410中横截面积最大的连通空洞部410c形成在动翼41中壁厚最大的平台部413的内部，因此实际上动翼41的有效截面积变小的的部分成为最小限度，能够可靠地抑制动翼41的强度或刚性的降低。
需要说明的是，从图7A至图7C所示的长孔形成工序中，从基部侧朝向前端侧开始加工，但反之也可以从前端侧朝向基部侧开始加工。
并且，这样，通过将确保了强度及刚性的动翼41适用于涡轮4，由此能够格外地提高燃气轮机1的可靠性。
(第二实施方式)
接下来，参照图8对本发明的第二实施方式进行说明。该第二实施方式所示的动翼51除了构成冷却通路410的多个连通空洞部410c的长度方向的位置不同这一点外，与图2所示的第一实施方式中的动翼41同样。
这里，以多个连通空洞部410c中相邻的连通空洞部410c彼此的高度不同的方式、例如使高度上下变化而互不相同地配置连通空洞部410c。即使这样使高度变化，也期望全部的连通空洞部410c都位于平台部413的内部地形成。
通过这样构成，由此相邻的连通空洞部410c彼此没有以相同的高度排列，各连通空洞部410c之间的距离变大，因此能够避免在连通空洞部410c的位置处动翼51的有效截面积变小的情况，能够更为有效地防止动翼51的强度或刚性受损的情况。
(第三实施方式)
接下来，参照图9对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式所示的动翼61除了使多个前端侧长孔610b的从前端至连通空洞部为止的长度相同这一点外，与图2所示的第一实施方式中的动翼41同样。
通过使多个前端侧长孔610b的长度相同，由此能够利用多个电极或钻头同时进行加工，不会产生长孔的加工精度的偏差，加工精度得以进一步提高。
(第四实施方式)
接下来，参照图10对本发明的第四实施方式进行说明。第四实施方式所示的动翼71除使多个前端侧长孔710b的从前端至连通空洞部为止的长度相同，且使多个基端侧长孔710a的从基部411的端面至连通空洞部为止的长度也相同这些点以外，与图2所示的第一实施方式中的动翼41相同。
通过使前端侧长孔710b及基端侧长孔710a分别形成为相同的长度，由此获得与第三实施方式中的动翼61同样的效果。
【符号说明】
1燃气轮机
2压缩机
3燃烧器
4涡轮
5转子
6涡轮壳体
41动翼
51动翼
61动翼
71动翼
410冷却通路
410a基部侧长孔
410b前端侧长孔
410c连通空洞部
411基部
412叶片部
413平台部
415护罩

Claims (5)

1.一种燃气轮机的动翼，在涡轮的动翼内部形成有冷却通路，使冷却空气在该冷却通路中流通来进行所述动翼的冷却，其中，
所述冷却通路具有：
沿着所述动翼的基部侧长度方向延伸的多个直线通路状的基部侧长孔；
沿着所述动翼的前端侧长度方向延伸的多个直线通路状的前端侧长孔；
夹设在所述基部侧长孔与所述前端侧长孔的连接部中而将两长孔的各一根相互连通，且具有比所述两长孔的通路截面积大的内径和截面积的多个球状或椭圆球状的连通空洞部，
所述连通空洞部与所述动翼的平台部的位置一致地形成，
所述前端侧长孔使所述多个前端侧长孔的从前端至所述连通空洞部为止的长度不同。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的动翼，其中，
所述多个连通空洞部之中的、相邻的连通空洞部的高度不同。
3.一种燃气轮机，其中，
将权利要求1所述的燃气轮机的动翼用于涡轮中。
4.一种燃气轮机，其中，
将权利要求2所述的燃气轮机的动翼用于涡轮中。
5.一种燃气轮机的动翼的制造方法，该方法在权利要求1所述的燃气轮机的动翼上形成有所述冷却通路，包括：
从所述动翼的基部侧通过电加工来形成所述基部侧长孔的基部侧长孔形成工序；
在该基部侧长孔的终端位置处使所述电加工的加工进展速度降低或停止来形成所述连通空洞部的连通空洞部形成工序；
从所述动翼的前端侧形成所述前端侧长孔，且使该前端侧长孔与所述连通空洞部贯通的前端侧长孔形成工序。
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