CN107849931B - 静叶及具备该静叶的燃气涡轮 - Google Patents

静叶及具备该静叶的燃气涡轮 Download PDF

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Abstract

在静叶(50)的护罩形成有多个周向喷出通路(95)，该多个周向喷出通路(95)与供冷却空气(Ac)流入的空洞(69)连通且在周向端面(63)开口。在周向端面(63)内的中央区域(91)、周向端面(63)内的上游侧区域(92)、以及周向端面(63)内的下游侧区域(93)中的至少中央区域(91)形成有多个周向喷出通路(95)的开口。轴向(Da)上的每单位长度的周向喷出通路(95)的开口的数量即密度在中央区域(91)最高。

Description

静叶及具备该静叶的燃气涡轮
技术领域
本发明涉及静叶及具备该静叶的燃气涡轮。
本申请基于2015年8月11日在日本申请的特愿2015-158955号而主张优先权，在此援引其内容。
背景技术
燃气涡轮具备以轴线为中心而旋转的转子、以及覆盖该转子的机室。转子具有转子轴、以及安装于该转子轴的多个动叶。另外，在机室的内侧设置有多个静叶。
静叶具有沿相对于轴线的径向延伸的叶片体、设置于叶片体的径向内侧的内侧护罩、以及设置于叶片体的径向外侧的外侧护罩。静叶的叶片体配置在供燃烧气体通过的燃烧气体流路内。内侧护罩划定燃烧气体流路的径向内侧的位置。外侧护罩划定燃烧气体流路的径向外侧的位置。
该静叶暴露在高温的燃烧气体中。因此，通常利用空气等对静叶进行冷却。
例如，在以下的专利文献1所记载的静叶中形成有供冷却空气通过的各种冷却通路。具体而言，在静叶的叶片体形成有沿径向延伸且供冷却空气流入的空气通路。另外，在内侧护罩中，在周向上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面形成有多个空气通路的开口。多个空气通路的开口在轴线延伸的轴向上排列。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-292052号公报
发明内容
发明要解决的课题
关于燃气涡轮的静叶，期望在有效地对该静叶进行冷却而提高静叶的耐久性的同时尽量地减少用于冷却该静叶的空气的使用量。
对此，本发明的目的在于，提供一种能够在实现耐久性的提高的同时抑制冷却用的空气的使用量的静叶、以及具备该静叶的燃气涡轮。
解决方案
作为用于实现所述目的的发明的第一方式的静叶是以转子轴为中心沿周向排列地配置有多个的燃气涡轮的静叶，其中，所述燃气涡轮的静叶具有：叶片体，其配置在供燃烧气体流动的燃烧气体流路中，且在相对于所述转子轴的径向上延伸；以及护罩，其形成在所述叶片体的所述径向上的端部，且划定所述燃烧气体流路的一部分，在所述护罩形成有：朝向所述径向而与所述燃烧气体相接的气体通道面；在所述周向上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面；供冷却空气流入的空洞；以及与所述空洞连通且在所述周向端面开口的多个周向喷出通路，在所述周向端面中的中央区域、比所述中央区域靠所述燃烧气体流路的上游侧的上游侧区域、以及比所述中央区域靠与所述上游侧相反的一侧的下游侧区域中的至少所述中央区域形成有所述多个周向喷出通路的开口，所述中央区域是分别与所述叶片体及在所述周向上邻接的另一静叶的叶片体相接的圆中的半径最小的圆即喉口圆内的区域，所述转子轴延伸的轴向上的每单位长度的所述周向喷出通路的开口的数量即密度在所述中央区域比在所述上游侧区域及所述下游侧区域高。
根据试验等的结果确认出，与护罩的周向端面的上游侧区域及下游侧区域相比，护罩的周向端面的中央区域成为高温。对此，在该静叶中，从护罩的周向端面内的至少中央区域喷出冷却空气，对该中央区域积极地进行冷却。因此，能够在该静叶中抑制该中央区域的热损伤。另一方面，周向端面的上游侧区域及下游侧区域的温度低于中央区域的温度。对此，在该静叶中，将周向喷出通路的开口的密度设为在上游侧区域及下游侧区域比在中央区域低。
因此，在该静叶中能够有效利用冷却空气，能够在实现静叶的耐久性的提高的同时抑制冷却空气的使用量。
作为用于实现所述目的的发明的第二方式的静叶在所述第一方式的所述静叶的基础上，所述上游侧区域及所述下游侧区域中的所述周向喷出通路的开口的密度为0。
在该静叶中，能够更加有效利用冷却空气。
作为用于实现所述目的的发明的第三方式的静叶在所述第一方式或所述第二方式的所述静叶的基础上，所述一对周向端面中的一方的周向端面形成腹侧端面，该腹侧端面在所述周向上且在所述叶片体的腹侧，另一方的周向端面形成背侧端面，该背侧端面在所述周向上且在所述叶片体的背侧，所述多个周向喷出通路的开口的密度在所述腹侧端面比在所述背侧端面高。
作为用于实现所述目的的发明的第四方式的静叶在所述第三方式的所述静叶的基础上，所述背侧端面中的所述周向喷出通路的开口的密度为0。
根据试验等确认出，多个周向喷出通路的开口在仅形成于腹侧端面的情况下能够最有效地对静叶进行冷却。因此，在该静叶中，能够有效地对静叶进行冷却。
作为用于实现所述目的的发明的第五方式的静叶在所述第一方式至所述第四方式中任一方式的所述静叶的基础上，在所述一对周向端面分别形成有密封槽，在该密封槽中安装有将所述护罩与在所述周向上邻接的另一静叶的所述护罩之间密封的密封板，所述多个周向喷出通路的所述开口形成于在所述径向上比所述气体通道面靠近所述密封槽的一侧。
从周向喷出通路流出的冷却空气随着接近气体通道面而逐渐地扩散。在该静叶中，周向喷出通路的开口在护罩的周向端面中形成于在径向上比气体通道面靠近密封槽的一侧。因此，在该静叶中，与周向喷出通路的开口在护罩的周向端面中形成于在径向上比密封槽靠近气体通道面的一侧的情况相比，冷却空气到达气体通道面的时点的冷却空气的扩散宽度变宽。因此，在该静叶中，能够利用从多个周向喷出通路流出的各冷却空气，对各护罩的周向端面的大范围进行冷却。另外，在该静叶中，从多个周向喷出通路流出的各冷却空气的扩散区域在到达气体通道面的时点相互重合。因此，在该静叶中，能够抑制来自燃烧气体流路的燃烧气体向某一静叶的护罩的周向端面与和该静叶邻接的另一静叶的护罩的周向端面之间流入。
作为用于实现所述目的的发明的第六方式的静叶在所述第一方式至所述第五方式中任一方式的所述静叶的基础上，在所述护罩形成有周向端部通路，该周向端部通路与所述空洞连通，且沿着所述周向端面在具有所述轴向成分的方向上延伸，所述多个所述周向喷出通路的开口形成于以所述周向端部通路为基准在所述径向上与所述气体通道面相反的一侧。
在该静叶中，也能够利用从多个周向喷出通路流出的各冷却空气对各护罩的周向端面的大范围进行冷却。另外，在该静叶中，还能够利用在周向端部通路内流动的冷却空气，对在各护罩的周向端面中被从多个周向喷出通路流出的各冷却空气冷却的区域进行冷却。
作为用于实现所述目的的发明的第七方式的静叶在所述第六方式的所述静叶的基础上，所述多个周向喷出通路与所述周向端部通路连通。
作为用于实现所述目的的发明的另一方式的静叶是以转子轴为中心沿周向排列地配置有多个的燃气涡轮的静叶，所述燃气涡轮的静叶具有：叶片体，其配置在供燃烧气体流动的燃烧气体流路中，且在相对于所述转子轴的径向上延伸；以及护罩，其形成在所述叶片体的所述径向上的端部，且划定所述燃烧气体流路的一部分，在所述护罩形成有：朝向所述径向而与所述燃烧气体相接的气体通道面；在所述周向上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面；从一对所述周向端面中的一方的周向端面向另一方的周向端面侧凹陷且供多个密封板嵌入的密封槽；供冷却空气流入的空洞；以及与所述空洞连通且在所述周向端面开口的多个周向喷出通路，在所述一方的周向端面中的中央区域、比所述中央区域靠所述燃烧气体流路的上游侧的上游侧区域、以及比所述中央区域靠与所述上游侧相反的一侧的下游侧区域中的至少所述中央区域形成所述多个周向喷出通路的开口，该中央区域是包含所述多个密封板的接缝且半径与喉口圆相同的圆内的区域，该喉口圆是分别与所述叶片体及在所述周向上邻接的另一静叶的叶片体相接的圆中的半径最小的圆，所述转子轴延伸的轴向上的每单位长度的所述周向喷出通路的开口的数量即密度在所述中央区域比在所述上游侧区域及所述下游侧区域高。
作为用于实现所述目的的发明的又一方式的静叶是以转子轴为中心沿周向排列地配置有多个的燃气涡轮的静叶，所述燃气涡轮的静叶具有：叶片体，其配置在供燃烧气体流动的燃烧气体流路中，且在相对于所述转子轴的径向上延伸；护罩，其形成在所述叶片体的所述径向上的端部，且划定所述燃烧气体流路的一部分；以及保持器，其从所述转子轴延伸的轴向上的所述护罩的一部分朝径向内侧延伸，
在所述护罩形成有：朝向所述径向而与所述燃烧气体相接的气体通道面；在所述周向上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面；供冷却空气流入的空洞；以及与所述空洞连通且在所述周向端面开口的多个周向喷出通路，在所述周向端面中的中央区域、比所述中央区域靠所述燃烧气体流路的上游侧的上游侧区域、以及比所述中央区域靠与所述上游侧相反的一侧的下游侧区域中的至少所述中央区域形成所述多个周向喷出通路的开口，该中央区域是包含在所述轴向上设置有所述保持器的区域且半径与喉口圆相同的圆内的区域，该喉口圆是分别与所述叶片体及在所述周向上邻接的另一静叶的叶片体相接的圆中的半径最小的圆，所述轴向上的每单位长度的所述周向喷出通路的开口的数量即密度在所述中央区域比在所述上游侧区域及所述下游侧区域高。
作为用于实现所述目的的发明的第八方式的燃气涡轮具备：多个所述静叶；所述转子轴；安装于所述转子轴的多个动叶；以及在内周侧安装有多个所述静叶且覆盖所述转子轴及多个所述动叶的机室。
发明效果
根据本发明的一方式，能够在有效地对静叶进行冷却而实现耐久性的提高的同时抑制冷却空气的使用量。
附图说明
图1是本发明的一实施方式中的燃气涡轮的示意剖视图。
图2是本发明的一实施方式中的静叶的立体图。
图3是本发明的一实施方式中的静叶的侧视图。
图4是图2中的IV-IV线剖视图。
图5是本发明的一实施方式中的外侧护罩的主要部分剖视图。
图6是本发明的一实施方式中的内侧护罩的主要部分剖视图。
图7是本发明的一实施方式的第一变形例中的外侧护罩的剖视图。
图8是本发明的一实施方式的第二变形例中的静叶的侧视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式及其变形例详细进行说明。
“实施方式”
如图1所示，作为本发明的一实施方式的燃气涡轮10具备：对空气进行压缩的压缩机20；使燃料在由压缩机20压缩后的空气A中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器30；以及利用燃烧气体进行驱动的涡轮40。
压缩机20具有：以轴线Ar为中心而旋转的压缩机转子21；覆盖压缩机转子21的压缩机机室25；以及多个静叶栅26。涡轮40具有：以轴线Ar为中心而旋转的涡轮转子41；覆盖涡轮转子41的涡轮机室45；以及多个静叶栅46。
压缩机转子21与涡轮转子41位于同一轴线Ar上，且相互连接而形成燃气涡轮转子11。在该燃气涡轮转子11例如连接有发电机GEN的转子。燃气涡轮10还具备在压缩机机室25与涡轮机室45之间配置的中间机室14。燃烧器30安装于该中间机室14。压缩机机室25、中间机室14以及涡轮机室45相互连接而形成燃气涡轮机室15。需要说明的是，以下，将轴线Ar延伸的方向设为轴向Da，将以该轴线Ar为中心的周向仅设为周向Dc，将与轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。另外，将轴向Da上以涡轮40为基准的压缩机20侧设为上游侧Dau，将其相反侧设为下游侧Dad。另外，将径向Dr上靠近轴线Ar的一侧设为径向内侧Dri，将其相反侧设为径向外侧Dro。
涡轮转子41具有：以轴线Ar为中心而沿轴向Da延伸的转子轴42；以及安装于该转子轴42的多个动叶栅43。多个动叶栅43在轴向Da上排列。各动叶栅43均由在周向Dc上排列的多个动叶43a构成。在多个动叶栅43的各上游侧Dau配置有静叶栅46。各静叶栅46设置于涡轮机室45的内侧。各静叶栅46均由在周向Dc上排列的多个静叶50构成。
在转子轴42的外周侧与涡轮机室45的内周侧之间且在轴向Da上配置有静叶50及动叶43a的环状的空间形成供来自燃烧器30的燃烧气体G流动的燃烧气体流路49。该燃烧气体流路49以轴线Ar为中心形成环状，且在轴向Da上较长。
如图2及图3所示，涡轮40的静叶50具有：沿径向Dr延伸的叶片体51；在叶片体51的径向内侧Dri形成的内侧护罩60i；以及在叶片体51的径向外侧Dro形成的外侧护罩60o。叶片体51配置在供燃烧气体G通过的燃烧气体流路49内。内侧护罩60i划定环状的燃烧气体流路49的径向内侧Dri的位置。另外，外侧护罩60o划定环状的燃烧气体流路49的径向外侧Dro的位置。
如图2～图4所示，叶片体51中，上游侧Dau的端部形成前缘部52，下游侧Dad的端部形成后缘部53。在该叶片体51的表面，朝向周向Dc的面中的凸状的面形成背侧面54(＝负压面)，凹状的面形成腹侧面55(＝正压面)。需要说明的是，为了便于以下的说明，将周向Dc上的叶片体51的腹侧(＝正压面侧)设为周向腹侧Dcp，将周向Dc上的叶片体51的背侧(＝负压面侧)设为周向背侧Den。另外，有时也将轴向Da的上游侧Dau设为前侧，将轴向Da的下游侧Dad设为后侧。
外侧护罩60o具有：沿轴向Da及周向De扩宽的板状的外侧护罩主体61o；以及沿着外侧护罩主体61o的外周缘从外侧护罩主体61o向径向外侧Dro突出的周壁65o。
外侧护罩主体61o形成有上游侧Dau的端面即前端面62f、下游侧Dad的端面即后端面62b、在周向Dc上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面63、以及朝向径向内侧Dri的气体通道面64。一对周向端面63中的周向腹侧Dcp的端面形成腹侧端面63p，周向背侧Dcn的端面形成背侧端面63n。前端面62f与后端面62b大致平行。另外，腹侧端面63p与背侧端面63n大致平行。因此，在从径向Dc观察的情况下，如图4所示，外侧护罩主体61o呈平行四边形状。在外侧护罩60o的腹侧端面63p形成有密封槽77，该密封槽77朝周向背侧Dcn凹陷，且沿着该腹侧端面63p在具有轴向Da成分的方向上延伸。另外，在外侧护罩60o的背侧端面63n也形成有密封槽77，该密封槽77朝周向腹侧Dcp凹陷，且沿着该背侧端面63n在具有轴向Da成分的方向上延伸。在周向Dc上相邻的两个静叶50的外侧护罩60o中的、一方的静叶50的外侧护罩60o的腹侧端面63p与另一方的静叶50的外侧护罩60o的背侧端面63n在周向Dc上隔开间隙地对置。在一方的静叶50的外侧护罩60o的腹侧端面63p与另一方的静叶50的外侧护罩60o的背侧端面63n之间配置有密封板76。该密封板76的周向Dc的两端被嵌入到形成于腹侧端面63p的密封槽77以及形成于背侧端面63n的密封槽77。该密封板76起到用于防止涡轮机室45内的冷却空气Ac从在周向Dc上相邻的两个静叶50的外侧护罩60o相互之间的间隙向燃烧气体流路49漏出的作用。
周壁65o具有：在轴向Da上相互对置的前周壁65f及后周壁65b；以及在周向Dc上相互对置的一对侧周壁65p、65n。一对侧周壁65p、65n中，周向腹侧Dcp的侧周壁形成腹侧周壁65p，周向背侧Dcn的侧周壁形成背侧周壁65n。前周壁65f及后周壁65b相对于外侧护罩主体61o均比一对侧周壁65p、65n更向径向外侧Dro突出，形成钩部。形成钩部的前周壁65f及后周壁65b起到将静叶50安装于涡轮机室45的内周侧的作用。在外侧护罩60o，由外侧护罩主体61o和周壁65o形成朝向径向内侧Dri凹陷的凹部66(参照图2及图5)。需要说明的是，腹侧周壁65p的周向腹侧Dcp的面与外侧护罩主体61o的周向腹侧Dcp的面共面，这些面形成外侧护罩60o的腹侧端面63p。另外，背侧周壁65n的周向背侧Dcn的面与外侧护罩主体61o的周向背侧Dcn的面共面，这些面形成外侧护罩60o的背侧端面63n。
如图5所示，静叶50还具备碰撞板67，该碰撞板67将外侧护罩60o的凹部66内的空间分隔成径向外侧Dro的区域与径向内侧Dri的区域即内侧型腔(空洞)69。在该碰撞板67形成有沿径向Dr贯穿的多个空气孔68。存在于静叶50的径向外侧Dro的冷却空气Ac的一部分经由该碰撞板67的空气孔68向内侧型腔69内流入。
如图2及图3所示，内侧护罩60i也与外侧护罩60o同样地具有内侧护罩主体61i和周壁65i。内侧护罩主体61i也与外侧护罩主体61o同样地形成有前端面62f、下游侧Dad的端面即后端面62b、一对周向端面63、以及气体通道面64。一对周向端面63中，周向腹侧Dcp的端面形成腹侧端面63p，周向背侧Dcn的端面形成背侧端面63n。内侧护罩主体61i也与外侧护罩主体61o同样，在从径向Dc观察的情况下呈平行四边形状。在内侧护罩60i的腹侧端面63p及背侧端面63n也形成有密封槽77。
周壁65i具有在轴向Da上相互对置的前周壁65f及后周壁65b、以及在周向Dc上相互对置的一对侧周壁65p、65n。一对侧周壁65p、65n中，周向腹侧Dcp的侧周壁形成腹侧周壁65p(参照图6)，周向背侧Dcn的侧周壁形成背侧周壁65n。前周壁65f相对于外侧护罩主体61o比一对侧周壁65p、65n更向径向内侧Dri突出。在内侧护罩60i，由内侧护罩主体61i和周壁65i形成朝向径向外侧Dro凹陷的凹部66(参照图6)。需要说明的是，腹侧周壁65p的周向腹侧Dcp的面与内侧护罩主体61i的周向腹侧Dcp的面共面，这些面形成内侧护罩60i的腹侧端面63p。另外，背侧周壁65n的周向背侧Dcn的面与内侧护罩主体61i的周向背侧Dcn的面共面，这些面形成内侧护罩60i的背侧端面63n。
在构成多个静叶栅中的任一静叶栅的静叶50设置有从内侧护罩60i向径向内侧Dci突出的保持器81。该保持器81在轴向Da上位于前周壁65f与后周壁65b之间，且从腹侧端面63p形成到背侧端面63n。保持器81的腹侧端面83p与内侧护罩主体61i的腹侧端面63p共面。另外，尽管未图示，但保持器81的背侧端面63n与内侧护罩主体6li的背侧端面63n共面。在保持器81的腹侧端面83p及背侧端面63n形成有朝向周向Dc凹陷且在径向Dr上延伸的纵密封槽86。与上述的密封槽77同样地，在该纵密封槽86也嵌入有密封板76。
如图6所示，静叶50还具备碰撞板67，该碰撞板67将内侧护罩60i的凹部66内的空间分割成径向内侧Dri的区域与径向外侧Dro的区域即内侧型腔(空洞)69。在该碰撞板67形成有沿径向Dr贯穿的多个空气孔68。存在于静叶50的径向内侧Dri的冷却空气Ac的一部分经由该碰撞板67的空气孔68向内侧型腔69内流入。
如图2所示，在叶片体51、外侧护罩60o及内侧护罩60i形成有沿径向Dc延伸的多个叶片空气通路71。各叶片空气通路71均从外侧护罩60o经由叶片体51连接至内侧护罩60i而形成。多个叶片空气通路71沿着叶片体51的叶片弦排列。邻接的叶片空气通路71的一部分在径向外侧Dro的部分或者径向内侧Dri的部分相互连通。另外，多个叶片空气通路71均在外侧护罩60o中的凹部66的底部开口。此外，多个叶片空气通路71均在内侧护罩60i中的凹部66的底部开口。存在于静叶50的径向外侧Dro或径向内侧Dri的冷却空气Ac的一部分从该叶片空气通路71的开口向叶片空气通路71内流入。
在叶片体51的前缘部52及后缘部53形成有从叶片空气通路71向燃烧气体流路49贯穿的多个叶片面喷出通路72。叶片体51在冷却空气Ac在叶片空气通路71内流动的过程中被冷却。另外，流入到叶片空气通路71的冷却空气Ac从该叶片面喷出通路72向燃烧气体流路49内流出。因此，叶片体51的前缘部52及后缘部53在冷却空气Ac从叶片面喷出通路72流出的过程中被冷却。此外，从叶片面喷出通路72流出到燃烧气体流路49的冷却空气Ac的一部分局部覆盖叶片体51的表面而起到作为膜空气的作用。
如图4所示，在外侧护罩60o的一对侧周壁65p、65n中的腹侧周壁65p形成有沿着腹侧端面63p在具有轴向Da成分的方向上延伸的腹侧通路(周向端部通路)73p。另外，在背侧周壁65n形成有沿着背侧端面63n在具有轴向Da成分的方向上延伸的背侧通路(周向端部通路)73n。腹侧通路73p及背侧通路73n均在其上游端与内侧型腔69连通。另外，腹侧通路73p及背侧通路73n均在其下游端在外侧护罩主体61o的后端面62b开口。在外侧护罩主体61o形成有沿着后端面62b在周向Dc上延伸的后集管通路74。该后集管通路74的周向腹侧Dcp的端部与腹侧通路73p连接。另外，该后集管通路74的周向背侧Dcn的端部与背侧通路73n连接。即，后集管通路74与腹侧通路73p及背侧通路73n连通。此外，在外侧护罩主体61o形成有从后集管通路74向下游侧Dad延伸且在后端面62b开口的多个后通路75。多个后通路75在周向Dc上排列。腹侧通路73p及背侧通路73n中的比与后集管通路74连通的位置靠下游侧Dad的部分形成在后端面62b开口的后通路75。
在腹侧周壁65p还形成有从内侧型腔69贯穿到腹侧端面63p的多个周向喷出通路95。多个周向喷出通路95在腹侧端面63p开口。
在此，将与该静叶50的叶片体51及在周向Dc上邻接的另一静叶50的叶片体51分别相接的圆中的半径最小的圆设为喉口圆Sc。另外，将连结该喉口圆Sc及该静叶50的叶片体51的切点与该喉口圆Sc及另一静叶50的叶片体51的切点的线设为喉口线S1。此外，将该喉口线S1的位置设为喉口位置。在本实施方式中，将外侧护罩60o的腹侧端面63p中的喉口圆Sc内的区域设为中央区域91，将比中央区域91靠上游侧Dau的区域设为上游侧区域92，将比中央区域91靠下游侧Dad的区域设为下游侧区域93。多个周向喷出通路95的开口仅形成在中央区域91。因此，在本实施方式中，轴向Da上的每单位长度的周向喷出通路95的开口的数量即密度在中央区域91比在上游侧区域92及下游侧区域93高。
如图5所示，外侧护罩60o构成为具有例如Ni基合金等耐热性高的合金98、以及将该合金98的表面的一部分覆盖的热障涂层99(Thermal Barrier Coating：TBC)。TBC层99的表面形成外侧护罩60o的气体通道面64及各端面。形成于腹侧周壁65p的周向喷出通路95的开口在外侧护罩60o的腹侧端面63p中形成于在径向Dr上比气体通道面64靠近密封槽77的一侧。另外，多个周向喷出通路95的开口形成于以腹侧通路(周向端部通路)73p为基准在径向Dr上与气体通道面64相反的一侧。腹侧端面63p中形成有周向喷出通路95的开口的区域露出上述的合金98，在该区域未形成TBC层99。
在内侧护罩60i，也与外侧护罩60o同样地形成有腹侧通路、背侧通路、后集管通路、多个后通路。如图3及图6所示，在内侧护罩60i的腹侧周壁65p也形成有从内侧型腔69贯穿到腹侧端面63p的多个周向喷出通路95。多个周向喷出通路95在腹侧端面63p开口。该多个周向喷出通路95的开口也仅形成在内侧护罩60i的腹侧端面63p中的中央区域91。因此，在本实施方式中，在内侧护罩60i中，周向喷出通路95的开口的密度在中央区域91也比在上游侧区域92及下游侧区域93高。
如图6所示，内侧护罩60i构成为例如具有Ni基合金等耐热性高的合金98、以及将该合金98的表面的一部分覆盖的TBC层99。该TBC层99的表面形成内侧护罩60i的气体通道面64及各端面。形成于腹侧周壁65p的周向喷出通路95的开口在内侧护罩60i的腹侧端面63p中形成于在径向Dr上比气体通道面64靠近密封槽77的一侧。另外，多个周向喷出通路95的开口形成于以腹侧通路(周向端部通路)73p为基准在径向Dr上与气体通道面64相反的一侧。腹侧端面63p中形成有周向喷出通路95的开口的区域露出上述的合金98，在该区域未形成TBC层99。需要说明的是，叶片体51也构成为具有Ni合金等耐热性高的合金98、以及将该合金98的表面覆盖的TBC层99。
存在于静叶50的径向外侧Dro的冷却空气Ac的一部分从中间机室14内供给。该冷却空气Ac的一部分经由形成于外侧护罩60o的碰撞板67的空气孔68向外侧护罩60o的内侧型腔69内流入。此时，冷却空气Ac与形成内侧型腔69的构件的表面发生碰撞，对该表面进行冲击冷却。其结果是，与该表面对置的气体通道面64被该冷却空气Ac冷却。
流入到外侧护罩60o的内侧型腔69内的冷却空气Ac的一部分向在外侧护罩60o的凹部66的底部开口的叶片空气通路71内流入。流入到叶片空气通路71内的冷却空气Ac于在此流动的过程中对叶片体51进行对流冷却。另外，流入到叶片空气通路71的冷却空气Ac如上所述从该叶片面喷出通路72向燃烧气体流路49内流出。因此，叶片体51的前缘部52及后缘部53在冷却空气Ac从叶片面喷出通路72流出的过程中被冷却。此外，从叶片面喷出通路72流出到燃烧气体流路49的冷却空气Ac的一部分局部覆盖叶片体51的表面而进行膜冷却。
另外，存在于静叶50的径向内侧Dri的冷却空气Ac的一部分从中间机室14内供给。该冷却空气Ac的一部分经由形成于内侧护罩60i的碰撞板67的空气孔68向内侧护罩60i的内侧型腔69内流入。此时，冷却空气Ac与形成内侧型腔69的构件的表面发生碰撞，对该表面进行冲击冷却。其结果是，与该表面对置的气体通道面64被该冷却空气Ac冷却。
流入到内侧护罩60i的内侧型腔69内的冷却空气Ac的一部分向在内侧护罩60i的凹部66的底部开口的叶片空气通路71内流入。流入到叶片空气通路71内的冷却空气Ac于在此流动的过程中对叶片体51进行对流冷却。另外，流入到叶片空气通路71的冷却空气Ac从该叶片面喷出通路72向燃烧气体流路49内流出。因此，叶片体51的前缘部52及后缘部53在冷却空气Ac从叶片面喷出通路72流出的过程中被冷却。此外，从叶片面喷出通路72流出到燃烧气体流路49的冷却空气Ac的一部分局部覆盖叶片体51的表面而进行膜冷却。
流入到外侧护罩60o的内侧型腔69内的冷却空气Ac的一部分向外侧护罩60o的腹侧通路73p及背侧通路73n流入。另外，流入到内侧护罩60i的内侧型腔69内的冷却空气Ac的一部分向内侧护罩60i的腹侧通路73p及背侧通路73n流入。流入到腹侧通路73p的冷却空气Ac于在此流动的过程中对外侧护罩60o或内侧护罩60i的靠腹侧端面63p的部分进行对流冷却。另外，流入到背侧通路73n的冷却空气Ac于在此流动的过程中对外侧护罩60o或内侧护罩60i的靠背侧端面63n的部分进行对流冷却。
流入到腹侧通路73p及背侧通路73n的冷却空气Ac的一部分向后集管通路74流入。流入到后集管通路74的冷却空气Ac向多个后通路75流入。流入到后通路75的冷却空气Ac从外侧护罩60o或内侧护罩60i的后端面62b向外部流出。冷却空气Ac于在后通路75流动的过程中，对外侧护罩60o的靠后端面62b的部分或者内侧护罩60i的靠后端面62b的部分进行对流冷却。从外侧护罩60o或者内侧护罩60i的后端面62b流出到外部的冷却空气Ac沿着该后端面62b流动，并流入燃烧气体流路49内。
如图5所示，流入到外侧护罩60o的内侧型腔69内的冷却空气Ac的另一部分经由外侧护罩60o的多个周向喷出通路95从外侧护罩60o的腹侧端面63p的开口向外部流出。该冷却空气Ac在该静叶50的外侧护罩60o的腹侧端面63p与相对于该静叶50在周向腹侧Dcp邻接的另一静叶50的外侧护罩60o的背侧端面63n之间向下游侧Dad流动且向径向内侧Dri流动，从而流入燃烧气体流路49内。因此，能够抑制燃烧气体G从燃烧气体流路49向该静叶50的外侧护罩60o的腹侧端面63p与上述的另一静叶50的外侧护罩60o的背侧端面63n之间流入。另外，该静叶50的腹侧端面63p及上述的另一静叶50的背侧端面63n被该冷却空气Ac冷却。
如图6所示，流入到内侧护罩60i的内侧型腔69内的冷却空气Ac的另一部分经由内侧护罩60i的多个周向喷出通路95从内侧护罩60i的腹侧端面63p的开口向外部流出。该冷却空气Ac在该静叶50的内侧护罩60i的腹侧端面63p与相对于该静叶50在周向腹侧Dcp邻接的另一静叶50的内侧护罩60i的背侧端面63n之间向下游侧Dad流动且向径向外侧Dro流动，从而流入燃烧气体流路49内。因此，能够抑制燃烧气体G从燃烧气体流路49向该静叶50的内侧护罩60i的腹侧端面63p与上述的另一静叶50的内侧护罩60i的背侧端面63n之间流入。另外，该静叶50的腹侧端面63p及上述的另一静叶50的背侧端面63n被该冷却空气Ac冷却。
如图3所示，从周向喷出通路95流出的冷却空气Ac随着靠近气体通道面64而逐渐地扩散。在本实施方式中，如上所述，周向喷出通路95的开口在各护罩的腹侧端面63p中形成于在径向Dr上比气体通道面64靠近密封槽77的一侧。因此，在本实施方式中，与周向喷出通路95的开口在各护罩的腹侧端面63p中形成于在径向Dr上比密封槽77靠近气体通道面64的一侧的情况相比，冷却空气Ac到达气体通道面64的时点的冷却空气Ac的扩散宽度变宽。此外，在本实施方式中，从多个周向喷出通路95流出的各冷却空气Ac的扩散区域在到达气体通道面64的时点相互重合。
因此，在本实施方式中，能够利用从多个周向喷出通路95流出的各冷却空气Ac对各护罩的腹侧端面63p和背侧端面63n的大范围进行冷却。另外，在本实施方式中，从多个周向喷出通路95流出的各冷却空气Ac的扩散区域在到达气体通道面64的时点相互重合，能够抑制燃烧气体从燃烧气体流路49向某一静叶50的护罩的腹侧端面63p与邻接于该静叶50的另一静叶50的护罩的背侧端面63n之间流入。
然而，在试验等的结果中确认出外侧护罩60o的腹侧端面63p的中央区域91与该腹侧端面63p的上游侧区域92及下游侧区域93相比成为高温。并且确认出外侧护罩60o的背侧端面63n的中央区域91与该背侧端面63n的上游侧区域92及下游侧区域93相比也成为高温。同样地确认出内侧护罩60i的腹侧端面63p的中央区域91与该腹侧端面63p的上游侧区域92及下游侧区域93相比成为高温、以及内侧护罩60i的背侧端面63n的中央区域91与该背侧端面63n的上游侧区域92及下游侧区域93相比成为高温。
中央区域91与上游侧区域92及下游侧区域93相比成为高温的现象在目前未得到明确解释。然而，认为中央区域91与上游侧区域92及下游侧区域93相比成为高温的现象通过以下的理由而产生。
如图4所示，燃烧气体流路49内的燃烧气体G在周向Dc上邻接的静叶50的叶片体51的相互之间流动。即，燃烧气体G在某一静叶50的叶片体51的腹侧面55与和该静叶50邻接的另一叶片体51的背侧面54之间流动。某一静叶50的叶片体51的腹侧面55与和该静叶50邻接的另一叶片体51的背侧面54之间的距离从它们之间的上游侧Dau逐渐变窄，在喉口位置成为最窄。换言之，某一静叶50的叶片体51的腹侧面55与和该静叶50邻接的另一叶片体51的背侧面54之间的燃烧气体流路的剖面面积从该燃烧气体流路的上游侧Dau逐渐变小，在喉口位置处成为最小。因此，在包含燃烧气体流路变窄的喉口位置的区域内，该燃烧气体流路中的燃烧气体G在护罩相互之间环绕。
叶片体51的表面整体和各护罩的气体通道面64整体由TBC层99形成。另一方面，虽然各护罩的背侧端面63n及腹侧端面63p中的靠气体通道面64的区域由TBC层99形成，但远离气体通道面64的区域露出上述的合金98。因此，如上所述，在各护罩的背侧端面63n及腹侧端面63p中的包含喉口位置的中央区域91，燃烧气体流路中的燃烧气体G在护罩相互之间环绕，其结果是，在该中央区域91内露出合金98的区域有可能发生热损伤。
对此，在本实施方式中，从各护罩的背侧端面63n及腹侧端面63p中的包含喉口位置的中央区域91喷出冷却空气Ac，对该中央区域91积极地进行冷却。因此，在本实施方式中，能够抑制该中央区域91的热损伤。
另一方面，与中央区域91相比，燃烧气体流路中的燃烧气体G难以在上游侧区域92及下游侧区域93的护罩相互之间环绕。因此，各护罩的背侧端面63n及腹侧端面63p中的在上游侧区域92及下游侧区域93内露出合金98的区域发生热损伤的可能性低。对此，在本实施方式中，将上游侧区域92及下游侧区域93的周向喷出通路95的开口的密度设为低于中央区域91的周向喷出通路95的开口的密度。
因此，在本实施方式中，能够有效利用冷却空气Ac，能够在实现静叶50的耐久性的提高的同时抑制冷却空气Ac的使用量。
“第一变形例”
上述实施方式的周向喷出通路95将腹侧周壁65p从内侧型腔69贯穿到腹侧端面63p。然而，周向喷出通路95从腹侧端面63p向外部喷出冷却空气Ac即可，例如如图7所示，周向喷出通路95也可以从腹侧通路73p贯穿到腹侧端面63p。但是，在该情况下，周向喷出通路95也经由腹侧通路73p而与内侧型腔69连通。需要说明的是，在使周向喷出通路95在背侧端面63n开口的情况下，周向喷出通路95也可以从背侧通路73n贯穿到背侧端面63n。
“第二变形例”
在上述实施方式中，周向喷出通路95的开口仅形成在周向端面63的中央区域91，未形成在上游侧区域92及下游侧区域93。然而，如图8所示，也可以是，周向喷出通路95的开口不仅形成在周向端面63的中央区域91，也形成在上游侧区域92及下游侧区域93。但是，在该情况下，从抑制冷却空气Ac的使用量的观点出发，也使周向喷出通路95的开口的密度在上游侧区域92及下游侧区域93比在中央区域91低。
“其他的变形例”
在上述实施方式中，多个周向喷出通路95的开口仅形成在腹侧端面63p。然而，多个周向喷出通路95的开口也可以仅形成在背侧端面63n，也可以形成在腹侧端面63p和背侧端面63n的两个周向端面63。根据试验可确认出如上述实施方式那样，多个周向喷出通路95的开口在仅形成于腹侧端面63p的情况下能够最有效地对静叶50进行冷却。在此，有效地冷却是指，利用较少流量的冷却空气Ac以使规定区域不达到规定温度以上的方式进行冷却。因此，在多个周向喷出通路95的开口仅形成于腹侧端面63p的情况下，与其他情况相比，能够利用较少流量的冷却空气Ac，以使腹侧端面63p及与该腹侧端面63p对置的另一静叶50的背侧端面63n不达到规定温度以上的方式进行冷却。
在上述实施方式中，形成于周向端面63的中央区域91的周向喷出通路95的开口的数量为四个。然而，该数量也可以为三个以下，也可以为五个以上。
在上述实施方式中，利用碰撞板67将护罩的凹部66内的空间分隔为两个空间，使周向喷出通路95与该两个空间中的一方的空间即内侧型腔69连通。然而，也可以使周向喷出通路95与该两个空间中的另一方的空间连通。
在上述实施方式中，将周向端面63中的喉口圆Sc内设为中央区域91，在此形成有多个周向喷出通路95的开口。然而，在本实施方式中，包含嵌入到外侧护罩60o的密封槽77的两个密封板76的接缝76a在内的区域与中央区域91重叠，该区域也成为高温。另外，在本实施方式中，包含嵌入到内侧护罩60i的密封槽77的密封板76与嵌入到纵密封槽86的密封板76的接缝76b在内的区域与中央区域91重叠，该区域也成为高温。因此，也可以将包含两个密封板76的接缝76a、76b在内的半径与喉口圆Sc相同的圆内的区域设为中央流域，在该中央流域形成多个周向喷出通路95的开口。此外，在本实施方式中，内侧护罩60i中设置有保持器81的区域与中央区域重叠，该区域也成为高温。因此，也可以将包含内侧护罩60i中设置有保持器81的区域在内的半径与喉口圆Sc相同的圆内的区域设为中央流域，在该中央流域形成多个周向喷出通路95的开口。
在上述实施方式中，使后集管通路74分别与腹侧通路73p及背侧通路73n连通，使多个后通路75与该后集管通路74连通。然而，后集管通路74及多个后通路75也可以不形成于静叶50。
工业实用性
根据本发明的一方式，能够在有效地对静叶进行冷却而实现耐久性的提高的同时抑制冷却空气的使用量。
附图标记说明：
10：燃气涡轮；
11：燃气涡轮转子；
15：燃气涡轮机室；
20：压缩机；
21：压缩机转子；
25：压缩机机室；
30：燃烧器；
40：涡轮；
41：涡轮转子；
42：转子轴；
43：动叶栅；
43a：动叶；
45：涡轮机室；
46：静叶栅；
49：燃烧气体流路；
50：静叶；
51：叶片体；
52：前缘部；
53：后缘部；
54：背侧面；
55：腹侧面；
60o：外侧护罩；
60i：内侧护罩；
61o：外侧护罩主体；
61i：内侧护罩主体；
62f：前端面；
62b：后端面；
63：周向端面；
63p：腹侧端面；
63n：背侧端面；
64：气体通道面；
65o、65i：周壁；
66：凹部；
67：碰撞板；
69：内侧型腔(空洞)；
71：叶片空气通路；
72：叶片面喷出通路；
73p：腹侧通路(周向端部通路)；
73n：背侧通路(周向端部通路)；
74：后集管通路；
75：后通路；
76：密封板；
76a、76b：密封板的接缝；
77：密封槽；
81：保持器；
86：纵密封槽；
91：中央区域；
92：上游侧区域；
93：下游侧区域；
95：周向喷出通路；
98：合金；
99：TBC层；
Da：轴向；
Dau：上游侧；
Dad：下游侧；
Dc：周向；
Dcp：周向腹侧；
Dcn：周向背侧；
Dr：径向；
Dri：径向内侧；
Dro：径向外侧；
Ac：冷却空气；
G：燃烧气体。

Claims (8)

1.一种燃气涡轮的静叶，其以转子轴为中心沿周向排列地配置有多个，
其中，
所述燃气涡轮的静叶具有：
叶片体，其配置在供燃烧气体流动的燃烧气体流路中，且在相对于所述转子轴的径向上延伸；以及
护罩，其形成在所述叶片体的所述径向上的端部，且划定所述燃烧气体流路的一部分，
在所述护罩形成有：朝向所述径向而与所述燃烧气体相接的气体通道面；在所述周向上朝向彼此相反的一侧的一对周向端面；供冷却空气流入的空洞；以及与所述空洞连通且在所述周向端面开口的多个周向喷出通路，
在所述周向端面中的中央区域、比所述中央区域靠所述燃烧气体流路的上游侧的上游侧区域、以及比所述中央区域靠与所述上游侧相反的一侧的下游侧区域中的至少所述中央区域形成有所述多个周向喷出通路的开口，所述中央区域是分别与所述叶片体及在所述周向上邻接的另一静叶的叶片体相接的圆中的半径最小的圆即喉口圆内的区域，
所述转子轴延伸的轴向上的每单位长度的所述周向喷出通路的开口的数量即密度在所述中央区域比在所述上游侧区域及所述下游侧区域高。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮的静叶，其中，
所述上游侧区域及所述下游侧区域中的所述周向喷出通路的开口的密度为0。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮的静叶，其中，
所述一对周向端面中的一方的周向端面形成腹侧端面，该腹侧端面在所述周向上且在所述叶片体的腹侧，另一方的周向端面形成背侧端面，该背侧端面在所述周向上且在所述叶片体的背侧，
所述多个周向喷出通路的开口的密度在所述腹侧端面比在所述背侧端面高。
4.根据权利要求3所述的燃气涡轮的静叶，其中，
所述背侧端面中的所述周向喷出通路的开口的密度为0。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮的静叶，其中，
在所述一对周向端面分别形成有密封槽，在该密封槽中安装有将所述护罩与在所述周向上邻接的另一静叶的所述护罩之间密封的密封板，
所述多个周向喷出通路的所述开口形成于在所述径向上比所述气体通道面靠近所述密封槽的一侧。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮的静叶，其中，
在所述护罩形成有周向端部通路，该周向端部通路与所述空洞连通且沿着所述周向端面在具有所述轴向成分的方向上延伸，
所述多个周向喷出通路的所述开口形成于以所述周向端部通路为基准在所述径向上与所述气体通道面相反的一侧。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮的静叶，其中，
所述多个周向喷出通路与所述周向端部通路连通。
8.一种燃气涡轮，其中，
所述燃气涡轮具备：
多个权利要求1至7中任一项所述的静叶；
所述转子轴；
多个动叶，它们安装于所述转子轴；以及
机室，其在内周侧安装有多个所述静叶，且覆盖所述转子轴及多个所述动叶。
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