CN105298549B - 静叶及其制造方法和改造方法、具备该静叶的燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
提供一种静叶及其制造方法和改造方法、具备该静叶的燃气轮机,在从静叶(40f)的内侧护圈(61)向径向内侧突出且在周向(Dc)上延伸的保持器(91)上,形成有在轴线方向(Da)上贯通且划分出供空气流通的空间的开口(92)。开口(92)的周向(Dc)的宽度(Wo)比在轴线方向(Da)上存在有保持器(91)的位置处的叶体(41)的径向内侧端上的叶体(41)的周向(Dc)的宽度(Ww)宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种静叶、具备该静叶的燃气轮机、静叶的制造方法、及静叶的改造方法。本申请要求2014年6月30日在日本申请的特愿2014-134418号的优先权,将其内容引用于此。
背景技术
燃气轮机具备:压缩大气而生成压缩空气的压缩机、在该压缩空气中使燃料燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、及利用燃烧气体驱动的涡轮机。涡轮机具有:以轴线为中心旋转的涡轮机转子、在轴线延伸的轴线方向上排列的多个静叶段、以可旋转的方式覆盖涡轮机转子的涡轮机车室。涡轮机转子具有:以轴线为中心沿轴线方向延伸的转子轴以及在该转子轴上固定的多个动叶段。多个动叶段都具备以轴线为中心而沿周向排列的多个动叶。在多个动叶段的上游侧,配置有多个静叶段之中的任一静叶段。多个静叶段都具备以轴线为中心而沿周向排列的多个静叶。
作为静叶,例如存在以下专利文献1记载的结构。该静叶具备:在相对于轴线的径向延伸的叶体、在叶体的径向外侧形成的外侧护圈、在叶体的径向内侧形成的内侧护圈、从内侧护圈向径向内侧突出且沿周向延伸的支承轨道(或保持器)。
在支承轨道上形成有沿轴线方向贯通的贯通孔。形成该贯通孔的目的在于,以支承轨道为基准,将轴线方向上的上游侧的空气导向下游侧。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第2835382号公报
内侧护圈的径向外侧的面、即与外侧护圈对置的面是与燃烧气体相接的面。因此,为了保护内侧护圈不受高温的燃烧气体影响,需要用空气等冷却介质冷却该内侧护圈。因此,在专利文献1记载的内侧护圈上形成有供空气通过的冷却空气流路,在支承轨道上形成有贯通孔。
在专利文献1记载的静叶中,内侧护圈之中的设有保持器的部分的刚性比其他的部分高。因此,在专利文献1记载的静叶中,在内侧护圈之中的设有保持器的部分产生高的热应力。因此,在专利文献1记载的静叶中,难以提高耐久性。
发明内容
因此,本发明的目的在于,提供一种能够抑制热应力并提高耐久性的技术。
作为用来达成所述目的的发明所涉及的一方式的静叶,
其相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,其中,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
所述开口的所述周向的宽度,比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
在该静叶中,保持器的开口面积比专利文献1记载的静叶中的支承轨道(或保持器)的开口面积大。因此,该静叶的保持器的刚性低于专利文献1记载的静叶的支承轨道(或保持器)。另外,在该静叶中,保持器的开口的周向上的宽度,比在轴线方向上存在有保持器的位置处的叶体的径向内侧端上的叶体的周向的宽度宽。因此,可以避免在内侧护圈内设有保持器的位置与在内侧护圈内设有叶体的位置在周向上重合的情况。因此,在该静叶中,内侧护圈周边的刚性低于专利文献1记载的静叶。因此,在该静叶中,能够抑制在内侧护圈产生的热应力。
在此,在所述静叶中,也可以是,
所述内侧护圈具有:在所述轴线方向以及所述周向上展开并且所述径向外侧的面与所述燃烧气体相接的内侧护圈主体;以及沿着所述内侧护圈主体的外周缘而从所述内侧护圈主体向所述径向内侧突出的周壁,
在所述内侧护圈上,由所述内侧护圈主体和所述周壁形成朝向所述径向外侧凹陷的凹部,
所述静叶具备碰撞板,该碰撞板将所述凹部内分隔为所述径向内侧的区域和所述径向外侧的区域即内侧腔,且该碰撞板形成有多个空气孔,
所述开口的所述径向内侧的缘部位于比所述碰撞板的所述径向内侧的面更靠所述径向内侧的位置,
所述开口的所述径向外侧的缘部位于比所述碰撞板的所述径向外侧的面更靠所述径向外侧的位置。
在该静叶中,能够对内侧护圈主体的径向内侧的面之中的、轴线方向上存在有保持器的部分进行冲击(impingement)冷却。因此,在该静叶中,能够有效冷却轴线方向上存在有保持器的部分。尤其,在该静叶中,通过使开口的周向的宽度大于在轴线方向上存在有保持器的位置处的叶体的周向的宽度,由此,包括该开口在内,能够配置碰撞板。因此,在该静叶中,在轴线方向上存在有保持器的位置处,能够由通过了碰撞板的多个空气孔的空气实施冲击冷却的范围可比专利文献1记载的静叶的大。因此,在该静叶中,能够进一步抑制在内侧护圈产生的热应力。
另外,在以上任一个所述静叶中,也可以是,
所述开口的所述周向上的一方侧的缘部位于如下位置:即,相比于在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述一方侧的外表面而言,更靠所述一方侧的位置,
所述开口的所述周向上的另一方侧的缘部位于如下位置:即,相比于在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述另一方侧的外表面而言,更靠所述另一方侧的位置。
在该静叶中,能够可靠地避免“在内侧护圈内设有保持器的位置与在内侧护圈内设有叶体的位置在周向上重复”的情况。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,还可以是:在所述轴线方向上贯通所述保持器的所述开口的内周面之中朝向径向外侧的面以如下方式倾斜,即,随着从所述上游侧朝向所述下游侧而逐渐向所述径向外侧倾斜。
在该静叶中,开口的内周面之中的、朝向径向外侧的面,随着从上游侧朝向下游侧而逐渐向径向外侧倾斜。因此,在该静叶中,相对于内侧护圈主体的径向内侧的面使碰撞板倾斜,能够容易装卸该碰撞板。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,还可以是,所述碰撞板是由插通于所述开口且以所述保持器为基准而向所述上游侧以及所述下游侧展开的一块多孔板形成的。
在所述碰撞板由一块多孔板形成的所述静叶中,形成所述碰撞板的所述一块多孔板还可以是将位于所述上游侧的多孔板和位于所述下游侧的多孔板接合起来而形成一体的板。
在该静叶中,与专利文献1记载的保持器的开口相比,由于周向的开口的宽度扩大,因此,能够可靠地进行多个多孔板的一体化接合。其结果是,在接合部分的冷却空气的泄露减少,冲击冷却的冷却效果得到改善,冷却空气量降低。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,所述静叶还可以具备密封板,该密封板以所述保持器为基准而配置于所述下游侧,并堵塞所述凹部的开口之中的比所述保持器更靠所述下游侧的部分。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,还可以是,
所述内侧护圈的所述周壁具有在所述周向上相互隔开间隔而对置的一对侧周壁,
所述开口的所述周向上的一方侧的缘部位于所述一对侧周壁之中所述一方侧的侧周壁的所述内侧腔侧的面内,
所述开口的所述周向上的另一方侧的缘部位于所述一对侧周壁之中所述另一方侧的侧周壁的所述内侧腔侧的面内。
在该静叶中,保持器的开口面积变得更大,保持器的刚性进一步降低,而且包括开口内的部分在内来配置碰撞板,由此,内侧护圈的径向内侧的区域中的轴向的保持器的位置处的可实施冲击冷却的范围能够在周向上扩展开。因此,在该静叶中,能够进一步抑制在内侧护圈产生的热应力。而且,在该静叶中,能够大致均匀冷却内侧护圈主体的径向内侧的面之中、轴线方向上存在有保持器的部分的周向的大致整体。因此,在该静叶中,从该观点出发,还能够进一步抑制在内侧护圈产生的热应力。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,还可以是,在所述内侧护圈主体上形成有朝向所述下游侧的下游端面,在所述内侧护圈上形成有从所述内侧腔贯通所述内侧护圈并且在所述内侧护圈主体的所述下游端面开口的冷却空气喷出孔。
在形成有所述冷却空气喷出孔的所述静叶中,还可以在所述内侧护圈上形成有沿所述周向排列的多个所述冷却空气喷出孔。
在所述内侧护圈形成有所述凹部的、以上任一个所述静叶中,还可以在所述内侧护圈主体上形成有从所述内侧腔朝向所述径向外侧贯通所述内侧护圈主体的冷却空气喷出孔。
作为用来达成所述目的的发明所涉及的一方式的燃气轮机,其具备:
以上任一项所述的静叶;
所述涡轮机转子;
以可旋转的方式覆盖所述涡轮机转子、且将所述静叶固定于内周侧的涡轮机车室;以及
被固定于所述涡轮机车室、并生成所述燃烧气体的燃烧器。
在该燃气轮机中,由于具备以上说明的静叶,因此能够提高该静叶的耐久性。
作为用来达成所述目的的发明所涉及的一方式的静叶的制造方法,所述静叶相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
在该静叶的制造方法中,通过铸造而一体形成所述保持器、所述叶体、所述外侧护圈、所述内侧护圈,其中所述保持器上形成的所述开口的所述周向的宽度,比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
作为用来达成所述目的的发明所涉及的一方式的静叶的改造方法,所述静叶相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
在该静叶的改造方法中,按照如下方式加工所述保持器,即,使所述开口的所述周向的宽度比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
在此,在所述静叶的改造方法中,还可以是,
所述加工前的所述开口的所述周向的宽度,比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度窄,
在加工所述保持器时,磨削所述保持器而将所述开口扩张开
发明效果
在本发明的一方式中,能够抑制在静叶的内侧护圈产生的热应力。因此,根据本发明的一方式,能够提高静叶的耐久性。
附图说明
图1是本发明的一实施方式中的燃气轮机的局部剖切整体侧视图。
图2是本发明的一实施方式中的燃气轮机的局部剖面图。
图3是从径向内侧观察本发明的一实施方式的静叶段的一部分的图。
图4是本发明的一实施方式中的静叶的从径向外侧观察到的立体图。
图5是本发明的一实施方式中的静叶的从径向内侧观察到的要部立体图。
图6是本发明的一实施方式中的静叶的局部剖切侧视图。
图7是图6中的V II-V II线剖面图。
图8是图6中的V II I-V II I线剖面图。
图9是本发明的比较例中的静叶的局部剖切侧视图。
图10是图9中的X-X线剖面图。
图11是表示本发明的一实施方式中的静叶的制造方法的流程图。
图12是表示本发明的一实施方式中的静叶的改造方法的流程图。
图13是本发明的一实施方式的第一变形例中的静叶的局部剖面图。
图14是本发明的一实施方式的第二变形例中的静叶的局部剖切侧视图。
符号说明
1:燃气轮机转子;5:燃气轮机车室;10:压缩机;11:压缩机转子;12:转子轴;13:动叶段;14:静叶环;15:压缩机车室;19:空气压缩流路;20:燃烧器;21:燃烧筒(尾筒);22:燃料喷射器;30:涡轮机;31:涡轮机转子;32:转子轴;33:动叶段;34:静叶段;34f:第一静叶段;35:涡轮机车室;39:燃烧气体流路;40、40a、40b、40c、40f:静叶;41:叶体;51:外侧护圈;52:外侧护圈主体;55:周壁;54:凹部;61、61a、61c:内侧护圈;62、62a、62c:内侧护圈主体;63:上游端面;64:下游端面;68:第一冷却空气喷出孔;69:第二冷却空气喷出孔;71:周壁;73:上游周壁;74:下游周壁;75:侧周壁;75x:一方侧的侧周壁;75y:另一方侧的侧周壁;84、84a、84c:凹部;85:径向内侧的区域;86:内侧腔;91、91a、91c:保持器;92、92a、92c:保持器开口;93:第一内周面;93e:另一方侧的缘部;94:第二内周面;94e:一方侧的缘部;95:第三内周面;95e:径向外侧的缘部;96:第四内周面;101、101a、101c a、101c b:碰撞板;103a:上游侧多孔板;103b:下游侧多孔板;105:密封板
具体实施方式
以下,对于本发明的静叶、具备该静叶的燃气轮机的一实施方式、进而静叶的各种变形例,参照附图进行详细说明。
【实施方式】
对于本发明所涉及的静叶、具备该静叶的燃气轮机的一实施方式,参照图1~图12进行说明。
本实施方式的燃气轮机如图1所示,具备:压缩空气的压缩机10、在由压缩机10压缩的空气中使燃料燃烧而生成燃烧气体的燃烧器20、由燃烧气体驱动的涡轮机30。
如图1以及图2所示,压缩机10具有:以轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子11、以可旋转的方式覆盖压缩机转子11的压缩机车室15、多个静叶段14。需要说明的是,以下,将轴线Ar延伸的方向设为轴线方向Da,将该轴线方向Da的一方侧设为上游侧,将另一方侧设为下游侧。另外,将以该轴线Ar为中心的周向简单设为周向Dc,将相对于轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。压缩机转子11具有:以其轴线Ar为中心而沿轴线方向Da延伸的转子轴12、在该转子轴12上安装的多个动叶段13。多个动叶段13沿着轴线方向Da排列。各动叶段13都是由沿周向Dc排列的多个动叶构成的。在多个动叶段13的各上游侧配置有静叶段14。各静叶段14在压缩机车室15的内侧设置。各静叶段14都是由沿周向Dc排列的多个静叶构成的。转子轴12的径向外周侧与压缩机车室15的径向内周侧之间,也就是说,在轴线方向Da上配置有静叶段14以及动叶段13的区域的环状的空间构成空气一边流通一边被压缩的空气压缩流路19。
涡轮机30具有:以轴线Ar为中心进行旋转的涡轮机转子31、以可旋转的方式覆盖涡轮机转子31的涡轮机车室35、多个静叶段34。燃烧器20被固定于该涡轮机车室35的上游侧的部分。涡轮机转子31具有:以其轴线Ar为中心而沿轴线方向Da延伸的转子轴32、在该转子轴32上安装的多个动叶段33。多个动叶段33沿轴线方向Da排列。各动叶段33都是由沿周向Dc排列的多个动叶构成的。在多个动叶段33的各上游侧配置有静叶段34。各静叶段34设置于涡轮机车室35的内侧。如图3所示,各静叶段34都是由沿周向Dc排列的多个静叶40构成的。转子轴32的外周侧与涡轮机车室35的内周侧之间,也就是说,在轴线方向Da上配置有静叶段34以及动叶段33的区域的环状的空间构成供来自燃烧器20的燃烧气体G流通的燃烧气体流路39。
燃烧器20具有:将高温高压的燃烧气体G送到涡轮机30的燃烧气体流路39内的燃烧筒(或尾筒)21、将燃料与空气一起喷射到该燃烧筒21内的燃料喷射器22。燃料喷射器22具有向燃烧筒21内喷射燃料的多个喷嘴23。通过燃料管线将来自燃料供给源的燃料供应给各喷嘴23。
压缩机转子11与涡轮机转子31位于同一轴线Ar上,并相互连结而构成燃气轮机转子1。另外,压缩机车室15与涡轮机车室35相互连结而构成燃气轮机车室5。燃气轮机还具备内侧罩6,内侧罩6在燃气轮机车室5的内周侧,在轴线方向Da上的压缩机10的空气压缩流路19与涡轮机30的燃烧气体流路39之间覆盖燃气轮机转子1的外周侧。该内侧罩6在轴线方向Da上,延伸到涡轮机30的各静叶段34之中的最靠上游侧的第一静叶段34f的位置。
涡轮机30的构成各静叶段34的多个静叶40如图4所示,都具有:沿径向Dr延伸的叶体41、在叶体41的径向外侧形成的外侧护圈51、在叶体41的径向内侧形成的内侧护圈61。内侧护圈61与外侧护圈51之间构成前述的燃烧气体流路39的一部分。各静叶段34之中,构成最靠上游侧的第一静叶段34f的多个静叶40f还具有保持器91,保持器91从内侧护圈61向径向内侧突出且沿周向延伸。
在叶体41上形成有:沿径向Dr延伸并供冷却空气流通的冷却空气主流路42、从该冷却空气主流路42朝向上游侧贯通叶体41并在叶体41的前缘开口的多个冷却空气喷出孔43。需要说明的是,在该叶体41上也可以形成:从冷却空气主流路42朝向下游侧贯通叶体41并在叶体41的后缘开口的多个冷却空气喷出孔。
外侧护圈51具有:在轴线方向Da以及周向Dc上扩展的板状的外侧护圈主体52、沿着外侧护圈主体52的外周缘而从外侧护圈主体52向径向外侧突出的周壁55。周壁55具有:在轴线方向Da上相互对置的上游周壁56以及下游周壁57、在周向Dc上相互对置的一对侧周壁58。上游周壁56以及下游周壁57都是相对于外侧护圈主体52,比一对侧周壁58更向径向外侧突出,从而构成钩部。构成钩部的上游周壁56以及下游周壁57起到将静叶40安装于涡轮机车室35的内周侧的作用。在外侧护圈51上,由外侧护圈主体52和周壁55形成朝向径向内侧凹陷的凹部54。叶体41的冷却空气主流路42在该凹部54内开口。因此,来自外侧护圈51的径向外侧的空气流入叶体41的冷却空气主流路42。流入冷却空气主流路42的空气从多个冷却空气喷出口喷出到燃烧气体流路39内。
静叶40还具备将外侧护圈51的凹部54分成径向内侧的区域与径向外侧的区域的碰撞板59。在该碰撞板59上形成有沿径向Dr贯通的多个空气孔。
如图4以及图5所示,内侧护圈61具有:在轴线方向Da以及周向Dc扩展的板状的内侧护圈主体62、沿着内侧护圈主体62的外周缘从内侧护圈主体62向径向内侧突出的周壁71。
内侧护圈主体62的径向外侧的面构成与燃烧气体相接的气体通过(gas pass)面66。在该内侧护圈主体62上形成有:在轴线方向Da上相互对置的上游端面63以及下游端面64、在周向Dc上相互对置的一对侧端面65。如图3所示,一对侧端面65都以“随着从上游侧朝向下游侧而逐渐靠向周向Dc的一方侧”的方式倾斜。因此,内侧护圈主体62在从径向内侧朝向径向外侧观察的情况下,呈平行四边形。周壁71具有:在轴线方向Da上相互对置的上游周壁73以及下游周壁74、在周向Dc上相互对置的一对侧周壁75。上游周壁73在比内侧护圈主体62的上游端面63稍微靠下游侧位置沿着上游端面63在周向Dc上延伸。下游周壁74在比内侧护圈主体62的下游端面64稍微靠上游侧位置沿着下游端面64在周向Dc上延伸。侧周壁75在上游周壁73与下游周壁74之间沿着内侧护圈主体62的侧端面65形成。在内侧护圈61上,由内侧护圈主体62和周壁71而形成朝向径向外侧凹陷的凹部84。叶体41的冷却空气主流路42如前述那样,在外侧护圈51的凹部54内开口,并且还在该内侧护圈61的凹部84内开口。
如图3~图6所示,保持器91在轴线方向Da上存在有叶体41的区域内的位置,从内侧护圈61的一对侧周壁75的一方的侧周壁75在周向Dc上延伸而形成到另一方的侧周壁75。该保持器91相比形成周壁71的上游周壁73、下游周壁74以及侧周壁75都更向径向内侧突出。该保持器91与内侧罩6的下游侧的径向外侧端6a(参照图6)相接,起到将静叶40f的径向内侧的部分支承于内侧罩6的下游侧的径向外侧端6a(参照图6)的作用。
在保持器91上形成有在轴线方向Da上贯通并划分出供空气流通的空间的开口92(以下,称为保持器开口92)。该保持器开口92如图5以及图7所示,当从轴线方向Da观察时,呈在周向Dc上长的矩形。在该保持器开口92的内周面之中,朝向周向Dc的一方侧的第一内周面93位于一对侧周壁75之中的周向Dc的另一方侧的侧周壁75y上的凹部84侧的面内,朝向周向Dc的另一方侧的第二内周面94位于一对侧周壁75之中的一方侧的侧周壁75x上的凹部84侧的面内。换言之,保持器开口92的周向Dc上的一方侧的缘部94e位于一对侧周壁75之中的一方侧的侧周壁75x上的凹部84侧的面内,保持器开口92的周向Dc上的另一方侧的缘部93e位于一对侧周壁75之中的另一方侧的侧周壁75y上的凹部84侧的面内。另外,保持器开口92的周向Dc上的一方侧的缘部94e位于如下位置:即,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的一方侧外表面48,更靠一方侧的位置。进而,保持器开口92的周向Dc上的另一方侧的缘部93e位于如下位置:即,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的另一方侧外表面47,更靠另一方侧的位置。即,保持器开口92的周向Dc的宽度Wo与内侧护圈61的凹部84的周向Dc的宽度一致,但比在轴线方向Da上存在有保持器91的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的周向Dc的宽度W w宽。
如图6以及图7所示,保持器开口92的内周面之中,朝向径向内侧的第三内周面95被包含于内侧护圈主体62的径向内侧的面67内,从而径向Dr上的位置与该面67一致。换言之,保持器开口92的径向外侧的缘部95e被包含于内侧护圈主体62的径向内侧的面67内,从而径向Dr上的位置与该面67一致。在保持器开口92的内周面之中,朝向径向外侧的第四内周面96以“随着从上游侧朝向下游侧而逐渐朝向径向外侧”的方式倾斜。该第四内周面96的下游侧缘部96d的径向Dr的位置与侧周壁75的径向内侧的面的位置几乎一致。因此,该第四内周面96的上游侧缘部96u相比侧周壁75的径向内侧的面的位置更靠向径向内侧。
构成第一静叶段34f的多个静叶40f还具备:将前述的凹部84内分成径向内侧的区域85和径向外侧的区域即内侧腔86的碰撞板101;将凹部84的开口之中的、比保持器91更靠下游侧的部分堵塞的密封板105。需要说明的是,外侧护圈51、叶体41、内侧护圈61以及保持器91一体形成,由它们构成静叶主体M B(参照图4)。因此,本实施方式的静叶40f具有:碰撞板101、密封板105、其静叶主体M B、分隔外侧护圈51的凹部54的碰撞板59。
碰撞板101在凹部84内的径向Dr的大致中间位置被插通于保持器开口92。因此,保持器开口92的径向外侧的缘部相比于碰撞板101的径向外侧面更靠径向外侧,保持器开口92的径向内侧的缘部相比于碰撞板101的径向内侧面更靠径向内侧。碰撞板101的上游缘部与内侧护圈61的上游周壁73相接,其下游缘部与内侧护圈61的下游周壁74相接,其周向Dc的端部即侧缘与内侧护圈61的侧周壁75相接。在该碰撞板101上形成有从径向内侧朝向径向外侧贯通的多个空气孔。
如图5~图8所示,密封板105相比保持器91处于下游侧,相比碰撞板101处于径向内侧。对于密封板105,其上游缘部与保持器开口92的第四内周面96相接,其下游缘部与内侧护圈61的下游周壁74相接,其周向Dc的端部即侧缘与内侧护圈61的侧周壁75相接。
在内侧护圈61上形成有多个第一冷却空气喷出孔68(参照图6),多个第一冷却空气喷出孔68从内侧腔86朝向下游侧贯通内侧护圈61,并且在内侧护圈主体62的下游端面64开口。多个第一冷却空气喷出孔68在周向Dc上排列(参照图3)。另外,在内侧护圈主体62上形成有多个第二冷却空气喷出孔69(参照图6),多个第二冷却空气喷出孔69从内侧腔86朝向径向外侧贯通内侧护圈主体62,并且在内侧护圈主体62的气体通过面66开口。
对以上说明的燃气轮机的动作、以及静叶40f的作用进行说明。
压缩机10吸入外部气体并对其进行压缩,生成压缩空气。压缩机10生成的压缩空气的一部分通过燃烧器20的燃料喷射器22喷出到燃烧筒21内。另外,来自燃料喷射器22的燃料被喷射到燃烧筒21内。该燃料在燃烧筒21内的压缩空气中燃烧。燃烧的结果是,生成燃烧气体G,该燃烧气体G从燃烧筒21向涡轮机30的燃烧气体流路39内流入。该燃烧气体G通过燃烧气体流路39,由此涡轮机转子31进行旋转。
形成燃烧气体流路39的一部分的静叶40f被暴露于高温的燃烧气体中。因此,在本实施方式的静叶40f上,如前所述,形成有供冷却空气流通的流路或孔。
压缩机10生成的压缩空气的一部分从静叶40f的径向外侧向内流入到外侧护圈51的凹部54。流入外侧护圈51的凹部54内的压缩空气的一部分经由碰撞板59的多个空气孔,流入碰撞板59与外侧护圈主体52之间的外侧腔内。在该过程中,压缩空气吹到外侧护圈主体52,冲击冷却外侧护圈主体。进而,流入外侧护圈51的凹部54内的压缩空气的剩余的一部分流入叶体41的冷却空气主流路42,在从多个冷却空气喷出孔43喷出到燃烧气体流路39内的过程中,进而在从多个冷却空气喷出孔43喷出的过程中,冷却叶体41。
压缩机10生成的压缩空气的其他的一部分从静叶40f的径向内侧流入内侧护圈61的凹部84内。更正确地说,压缩空气从内侧护圈61的凹部84的开口之中的、比保持器91更靠上游侧的部分流入凹部84内的径向内侧的区域85内。进而,压缩空气还从保持器开口92流入凹部84内的径向内侧的区域85内。
从内侧护圈61的凹部84的开口之中的、比保持器91更靠上游侧的部分流入凹部84内的径向内侧的区域85内的压缩空气的大部分经过碰撞板101的多个空气孔102之中的比保持器91更靠上游侧的多个空气孔102,流入内侧腔86内。流入该内侧腔86内的压缩空气的大部分在内侧护圈主体62吹到比保持器91更靠上游侧的部分,从而对该部分进行冲击冷却。另外,从保持器开口92流入凹部84内的径向内侧的区域85内的压缩空气的大部分经过碰撞板101的多个空气孔102之中的比保持器91更靠下游侧的多个空气孔102,流入内侧腔86内。流入该内侧腔86内的压缩空气的大部分在内侧护圈主体62吹到比保持器91更靠下游侧的部分,从而对该部分进行冲击冷却。
流入内侧腔86内的压缩空气的一部分流过多个第一冷却空气喷出孔68,从内侧护圈主体62的下游端面64喷出到内侧护圈61外的燃烧气体中。该压缩空气在流过多个第一冷却空气喷出孔68的过程中,冷却内侧护圈主体62的下游部分。
流入内侧腔86内的压缩空气的其他的一部分流过多个第二冷却空气喷出孔69,从内侧护圈主体62的气体通过面66喷出到燃烧气体流路39。该压缩空气在流过多个第二冷却空气喷出孔69的过程中,冷却内侧护圈主体62。进而,该压缩空气沿着气体通过面66喷出到内侧护圈主体62,从而对该气体通过面66进行薄层(film)冷却。
在此,对于比较例的静叶40c,参照图9以及图10进行说明。
比较例的静叶40c从基本上讲,保持器91c与本实施方式的静叶40f的保持器91不同。比较例的静叶40c中的保持器91c从内侧护圈主体62c的径向内侧的面朝向径向内侧突出形成。在该保持器91c上形成的保持器开口92c在径向Dr上,形成于碰撞板101c b与密封板105之间的位置。如图10所示,在从轴线方向Da观察时,该保持器开口92c呈矩形。该保持器开口92c的径向Dr的尺寸小于径向Dr上的碰撞板101c b与密封板105之间的间隔尺寸。因此,该保持器开口92c的径向Dr的宽度远远小于本实施方式的保持器开口92的径向Dr的宽度。另外,该保持器开口92c的周向Dc的宽度即内径尺寸W o c小于在轴线方向Da上存在有保持器91c的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的周向Dc的宽度W w。即,比较例的保持器开口92c的开口面积远远小于本实施方式的保持器开口92的开口面积。
如此,比较例的保持器开口92c的开口面积由于远远小于本实施方式的保持器开口92的开口面积,因此,比较例的保持器91c的刚性比本实施方式的保持器91的刚性高。而且,在比较例中,在内侧护圈主体62c内设有保持器91c的位置与在内侧护圈主体62c内设有叶体41的位置在周向Dc上重合。因此,在比较例的静叶40c中,内侧护圈主体62c周边的刚性、尤其是在内侧护圈主体62c内设有保持器91c的位置周边的刚性变高。因此,在比较例中,当在内侧护圈主体62c内产生温度分布时,在内侧护圈61c内设有保持器91c的位置周边产生高的热应力。
另一方面,相反地,实施方式的保持器开口92的开口面积远远大于比较例的保持器开口92c的开口面积,因此,本实施方式的保持器91的刚性低于比较例的保持器91c的刚性。而且,在本实施方式中,在内侧护圈61内设有保持器91的位置与在内侧护圈61内设有叶体41的位置在周向Dc上不同。因此,在本实施方式的静叶40f中,内侧护圈主体62周边的刚性低于比较例。因此,在本实施方式中,即使在内侧护圈主体62内产生温度分布,也可以抑制在内侧护圈主体62产生的热应力。
如图9以及图10所示,比较例所示的保持器91c从内侧护圈主体62c朝向径向内侧且在内侧护圈主体62c的周向Dc的整个宽度上设置。因此,存在有保持器91c的内侧护圈主体62c的轴线方向Da的位置上的径向内侧的面67是在周向Dc的整个宽度上无法实现冲击冷却的区域。另一方面,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的周向Dc的宽度W w而言,在本实施方式的保持器91上形成的保持器开口92在周向Dc上更加展开而形成,而在径向Dr上,从与内侧护圈主体62的径向内侧的面67处于同一面的位置形成到侧周壁75的径向内侧的面(下游侧缘部96d)的位置。因此,在本实施方式中,在内侧护圈主体62的径向内侧的面67上,能够将碰撞板101配置于轴线方向Da上的存在有保持器91的部分的周向Dc的大致整个区域。因此,包括在轴向Da上存在有保持器91的部分在内,能够遍布周向Dc的整个宽度而对内侧护圈主体62的径向内侧的面67进行冲击冷却。因此,相比于比较例而言,本实施方式的内侧护圈主体62,包括轴线方向Da上存在有保持器91的部分在内,几乎整体都被压缩空气均匀地冷却。结果是,相比于比较例,能够减小本实施方式的内侧护圈主体62内的温度差。因此,在本实施方式中,从该观点出发,也能够抑制在内侧护圈主体62产生的热应力。
如以上那样,在本实施方式中,相比于比较例,内侧护圈主体62周边的刚性低,而且内侧护圈主体62内的温度差小,因此相比于比较例,能够减小在内侧护圈主体62产生的热应力。因此,在本实施方式中,相比比较例更能提高静叶40f的耐久性。
另外,在比较例中,内侧护圈61c的凹部84c内被保持器91c隔开分成上游侧和下游侧,因此,作为将该凹部84c分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86的碰撞板101ca、101c b,需要的是如下这样的碰撞板,即,在凹部84c内由保持器91c将上游侧的部分分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86的上游碰撞板101c a、以及在凹部84c内由保持器91c将下游侧的部分分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86的下游碰撞板101c b。
另一方面,在本实施方式中,保持器开口92的周向Dc的宽度W0与内侧护圈61的凹部84的周向Dc的宽度一致,因此,即使由一块多孔板形成碰撞板101,通过将该一块多孔板插通于保持器开口92,从而也可以将该凹部84分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86。
下面,对于本实施方式的静叶40f的制造方法,按照图11所示的流程图进行说明。
在本实施方式中,分别独立进行静叶主体M B的制造工序(S10)、碰撞板59、101的制造工序(S20)、密封板105的制造工序(S30)。
在静叶主体M B的制造工序(S10)中,首先,制造用于铸造静叶主体M B的铸模以及芯子(S11)。芯子是用来在叶体41形成冷却空气主流路42等的构件。接着,在铸模内装入芯子,使熔融金属流入,铸造静叶主体M B的中间品(S12)。该中间品将外侧护圈51、叶体41、内侧护圈61以及保持器91形成为一体。另外,在保持器91上,形成有以上说明的保持器开口92。接着,对该中间品实施精加工处理,完成静叶主体M B(S13)。作为精加工处理,有中间品的表面的抛光、对中间品的表面的隔热涂层的施工、各种冷却空气喷出孔43、68、69的加工等。
在碰撞板59、101的制造工序(S20)中,首先,制造与碰撞板59、101的形状以及尺寸相应的板。接着,在该板上形成多个贯通孔。最后,对形成有多个贯通孔的板、即多孔板实施精加工,完成碰撞板59、101。
在密封板105的制造工序(S30)中,首先,制造与密封板105的形状以及尺寸相应的板。接着,对该板实施精加工,完成密封板105。
当静叶主体M B、碰撞板59、101以及密封板105完成时,将它们组装起来(S40)。通过以上完成本实施方式的静叶40f。
接着,对于本实施方式的静叶40f的改造方法,按照图12所示的流程图进行说明。
在此,作为一例,说明将图9以及图10所示的比较例的静叶40c改造成本实施方式的静叶40f的例子。
在比较例的静叶40c的改造中,通过磨削等加工方法加工比较例的保持器91c,将保持器开口92c扩张开,使该保持器开口92c的形状以及尺寸与以上说明的本实施方式的保持器开口92的形状以及尺寸一致(S10a)。
进而,配合于保持器开口92c的扩张,另行制造碰撞板以及密封板(S20a、S30a)。
当静叶主体的改造结束、制造了新的碰撞板以及密封板时,将它们组装起来(S40a)。通过以上完成静叶40c的改造。
【静叶的第一变形例】
对于上述实施方式的静叶40f的第一变形例,参照图13进行说明。
本变形例的静叶40a将上述实施方式的保持器开口92a的尺寸进行了变更,其他结构与上述实施方式的静叶40f相同。
本变形例的静叶40a中的保持器开口92a的周向Dc的宽度Woa虽然比内侧护圈61a的凹部84a中的周向Dc的宽度窄,但与上述实施方式同样,比在轴线方向Da上存在有保持器91a的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的周向Dc的宽度W w宽。另外,保持器开口92a的周向Dc上的一方侧的缘部94e处于如下位置:即,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91a的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的一方侧的外表面48而言,更靠一方侧的位置。进而,保持器开口92a的周向Dc上的另一方侧的缘部93e处于如下位置:即,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91a的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的另一方侧的外表面47而言,更靠另一方侧的位置。另外,该保持器开口92a的径向Dr的宽度与上述实施方式相同。
本变形例的保持器开口92a的开口面积也与上述实施方式同样,远远大于比较例的保持器开口92c的开口面积,因此,本变形例的保持器91a的刚性低于比较例的保持器91c的刚性。而且,在本变形例中,在内侧护圈61a内设有保持器91a的位置与在内侧护圈61a内设有叶体41的位置在周向Dc上是不同的位置。因此,即便是本变形例的静叶40a,内侧护圈主体62a周边的刚性也低于比较例。因此,在本变形例中,即便在内侧护圈主体62a内产生温度分布,也能够抑制在内侧护圈主体62a产生的热应力。
另外,即便是本变形例,相比于在轴线方向Da上存在有保持器91a的位置处的叶体41的径向内侧端上的叶体41的周向Dc的宽度W w而言,保持器开口92a在周向Dc上更加扩展开而形成,而在径向Dr上,从与内侧护圈主体62的径向内侧的面67处于同一面的位置形成到侧周壁75的径向内侧的面(下游侧缘部96d)的位置。因此,即便是本变形例,在内侧护圈主体62a的径向内侧的面67上,也能够遍布轴线方向Da上存在有保持器91a的部分的周向Dc的广大区域来配置碰撞板101a。因此,包括轴线方向Da上存在有保持器91a的部分在内,能够遍布广大区域对内侧护圈主体62a的径向内侧的面67进行冲击冷却。因此,在本变形例的内侧护圈主体62a中,相比于比较例而言,能够冷却轴线方向Da上存在有保持器91a的部分。因此,在本变形例中,从该观点出发,能够抑制在内侧护圈主体62a产生的热应力。
如以上那样,即便是本变形例,相比于比较例,也能够减小在内侧护圈主体62a产生的热应力,因此,能够相比于比较例进一步提高静叶40a的耐久性。
【静叶的第二变形例】
对于上述实施方式的静叶40f的第二变形例,参照图14进行说明。
本变形例的静叶40b,对上述实施方式的碰撞板101进行了变更,其他结构与上述实施方式的静叶40f相同。
上述实施方式的碰撞板101将一块多孔板就那么直接用作一块碰撞板101。另一方面,在本变形例中,将两块多孔板103a、103b接合而将两者一体化,将其用作一块碰撞板101a。在两块多孔板103a、103b之中,一块多孔板103a是将内侧护圈61的凹部84内比保持器91更靠上游侧的部分分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86的上游侧多孔板。在两块多孔板103a、103b之中,剩下的一块多孔板103b是将内侧护圈61的凹部84内比保持器91更靠上游侧的一部分、保持器开口92内的部分以及比保持器91更靠下游侧的部分分隔为径向内侧的区域85和径向外侧的内侧腔86的下游侧多孔板。
在上述实施方式中,需要将在轴线方向Da上长的一块碰撞板101插通于保持器开口92后再安装于内侧护圈61。因此,存在着如下情况:因为内侧护圈61和碰撞板101的安装构造等而造成在内侧护圈61上安装碰撞板101要花费功夫。
本变形例用于应对这种需要花费功夫的情况。在本变形例的情况下,首先,将下游侧多孔板103b、以及上游侧多孔板103a安装于内侧护圈61。接着,通过焊接等接合下游侧多孔板103b与上游侧多孔板103a,将两者形成一体,将其作为一块碰撞板101a。之后,根据需要,将该一块碰撞板101a正式安装于内侧护圈61。
需要说明的是,本变形例虽然是上述实施方式的碰撞板101的变形例,但在上述第一变形例中,也可以如本变形例那样将两块多孔板接合而将两者一体化,将其用作一块碰撞板。
工业实用性
在本发明的一方式中,能够提高静叶的耐久性。
Claims (14)
1.一种静叶,其相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,其中,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
所述开口的所述周向的宽度,比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
2.如权利要求1所述的静叶,其中,
所述内侧护圈具有:在所述轴线方向以及所述周向上展开并且所述径向外侧的面与所述燃烧气体相接的内侧护圈主体;以及沿着所述内侧护圈主体的外周缘而从所述内侧护圈主体向所述径向内侧突出的周壁,
在所述内侧护圈上,由所述内侧护圈主体和所述周壁形成朝向所述径向外侧凹陷的凹部,
所述静叶具备碰撞板,该碰撞板将所述凹部内分隔为所述径向内侧的区域和所述径向外侧的区域即内侧腔,且该碰撞板形成有多个空气孔,
所述开口的所述径向内侧的缘部位于比所述碰撞板的所述径向内侧的面更靠所述径向内侧的位置,
所述开口的所述径向外侧的缘部位于比所述碰撞板的所述径向外侧的面更靠所述径向外侧的位置。
3.如权利要求1或2所述的静叶,其中,
所述开口的所述周向上的一方侧的缘部位于如下位置:即,相比于在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述一方侧的外表面而言,更靠所述一方侧的位置,
所述开口的所述周向上的另一方侧的缘部位于如下位置:即,相比于在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述另一方侧的外表面而言,更靠所述另一方侧的位置。
4.如权利要求2所述的静叶,其中,
所述碰撞板是由插通于所述开口且以所述保持器为基准而向所述上游侧以及所述下游侧展开的一块多孔板形成的。
5.如权利要求4所述的静叶,其中,
形成所述碰撞板的所述一块多孔板是将位于所述上游侧的多孔板和位于所述下游侧的多孔板接合起来而形成一体的板。
6.如权利要求2、4、5中任一项所述的静叶,其中,
所述静叶具备密封板,该密封板以所述保持器为基准而配置于所述下游侧,并堵塞所述凹部的开口之中的比所述保持器更靠所述下游侧的部分。
7.如权利要求2、4、5中任一项所述的静叶,其中,
所述内侧护圈的所述周壁具有在所述周向上相互隔开间隔而对置的一对侧周壁,
所述开口的所述周向上的一方侧的缘部位于所述一对侧周壁之中所述一方侧的侧周壁的所述内侧腔侧的面内,
所述开口的所述周向上的另一方侧的缘部位于所述一对侧周壁之中所述另一方侧的侧周壁的所述内侧腔侧的面内。
8.如权利要求2、4、5中任一项所述的静叶,其中,
在所述内侧护圈主体上形成有朝向所述下游侧的下游端面,
在所述内侧护圈上形成有从所述内侧腔贯通所述内侧护圈并且在所述内侧护圈主体的所述下游端面开口的冷却空气喷出孔。
9.如权利要求8所述的静叶,其中,
在所述内侧护圈上形成有在所述周向上排列的多个所述冷却空气喷出孔。
10.如权利要求2、4、5中任一项所述的静叶,其中,
在所述内侧护圈主体上形成有从所述内侧腔朝向所述径向外侧贯通所述内侧护圈主体的冷却空气喷出孔。
11.一种燃气轮机,其具备:
权利要求1至10中任一项所述的静叶;
所述涡轮机转子;
以可旋转的方式覆盖所述涡轮机转子、且将所述静叶固定于内周侧的涡轮机车室;以及
被固定于所述涡轮机车室、并生成所述燃烧气体的燃烧器。
12.一种静叶的制造方法,所述静叶相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
在该静叶的制造方法中,通过铸造而一体形成所述保持器、所述叶体、所述外侧护圈、所述内侧护圈,其中使所述保持器上形成的所述开口的所述周向的宽度比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
13.一种静叶的改造方法,所述静叶相对于以轴线为中心进行旋转的涡轮机转子的动叶,被配置于所述轴线所延伸的轴线方向上的上游侧,
所述静叶具备:
在相对于所述轴线的径向上延伸的叶体;
外侧护圈,其形成在所述叶体的径向外侧;
内侧护圈,其形成在所述叶体的径向内侧,在所述内侧护圈与所述外侧护圈之间形成供燃烧气体流通的燃烧气体流路;以及
保持器,其在所述内侧护圈的、在所述轴线方向上的所述上游侧的缘部与在所述轴线方向上的下游侧的缘部之间的位置上,从所述内侧护圈向所述径向内侧突出且在以所述轴线为中心的周向上延伸,
在所述保持器上形成有在所述轴线方向上贯通且划分出供空气流通的空间的开口,
在该静叶的改造方法中,按照如下方式加工所述保持器,即,使所述开口的所述周向的宽度比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度宽。
14.如权利要求13所述的静叶的改造方法,其中,
所述加工前的所述开口的所述周向的宽度,比在所述轴线方向上存在有所述保持器的位置处的所述叶体的径向内侧端上的所述叶体的所述周向的宽度窄,
在加工所述保持器时,磨削所述保持器而将所述开口扩张开。
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