CN113661305A - 涡轮叶片、涡轮叶片的制造方法、以及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮叶片、涡轮叶片的制造方法、以及燃气轮机，在沿着叶片高度方向设置有冷却通路的涡轮叶片中，冷却通路具有：第一冷却孔，其一端向前端侧开口且沿着叶片高度方向而内径相同；以及第二冷却孔，其一端与第一冷却孔的另一端无高低差地连通，且朝向基端侧而内径增大，从第一冷却孔的一端起到第一冷却孔与第二冷却孔的连通位置为止的长度为从第一冷却孔的一端起到基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

Description

涡轮叶片、涡轮叶片的制造方法、以及燃气轮机

技术领域

本发明涉及适用于燃气轮机的动叶、静叶等涡轮叶片、涡轮叶片的制造方法、具备涡轮叶片的燃气轮机。

背景技术

燃气轮机具有压缩机、燃烧器、以及涡轮机。压缩机对从空气取入口取入的空气进行压缩而得到高温高压的压缩空气。燃烧器向压缩空气供给燃料并使其燃烧而得到高温高压的燃烧气体。涡轮机由燃烧气体驱动，从而对同轴地连结的发电机进行驱动。

已知在燃气轮机中的动叶、静叶等涡轮叶片中，在涡轮叶片的内部设置有冷却通路，使冷却流体在冷却通路中流动，由此对暴露于高温的气流的涡轮叶片进行冷却。例如，在下述专利文献1中记载了如下技术：沿着叶片部的长度方向贯通设置有供冷却介质流动的多个冷却孔，将冷却孔由直径不同的大径部、中径部和小径部构成，从而对于叶片前端部也能够充分地进行冷却。另外，在下述专利文献2中记载了如下技术：沿着叶片部的长度方向贯通设置有供冷却空气流动的多个冷却通路，使冷却通路的直径在叶片部的前后方向上变化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-167934号公报

专利文献2：日本特开2012-203100号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的现有涡轮叶片中，通过在冷却孔的长度方向上的至少一个部位设置流路变更部来设置直径不同的大径部、中经部和小径部。但是，若在冷却孔的长度方向上的规定的位置设置变更直径的流路变更部，则存在在流路变更部产生应力集中，有可能成为涡轮叶片的破损的原因这样的课题。

本发明是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于提供一种通过高效地冷却叶片来实现冷却性能的提高的涡轮叶片，并且提供一种能够高效地制造涡轮叶片的涡轮叶片的制造方法以及燃气轮机。

用于解决课题的方案

用于实现上述目的的本发明的涡轮叶片沿着叶片高度方向设置有冷却通路，其中，所述冷却通路具有：第一冷却孔，其一端向前端侧开口，且沿着叶片高度方向而内径相同；以及第二冷却孔，其一端与所述第一冷却孔的另一端无高低差地连通，且朝向基端侧而内径增大，从所述第一冷却孔的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

另外，本发明的涡轮叶片在前后方向上隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向的冷却通路，其中，所述冷却通路包括：第一冷却通路，其具有从前端侧朝向基端侧而内径以第一扩大率增大的冷却孔；以及第二冷却通路，其具有从前端侧朝向基端侧而内径恒定或以比所述第一扩大率小的第二扩大率增大的冷却孔。

本发明的涡轮叶片的制造方法包括如下工序：从涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径恒定的第一冷却孔；以及从所述第一冷却孔起，以无高低差地连通的方式，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔，从所述第一冷却孔中的所述涡轮叶片的前端侧的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到所述涡轮叶片的基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

另外，在本发明的涡轮叶片的制造方法是在前后方向上隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向的冷却通路的涡轮叶片的制造方法，其中，所述涡轮叶片的制造方法包括如下工序：从涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径以第一扩大率增大的第一冷却通路；以及从所述涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径恒定或以比所述第一扩大率小的第二扩大率增大的第二冷却通路。

本发明的燃气轮机具备：压缩机，其对空气进行压缩；燃烧器，其将由所述压缩机压缩后的压缩空气与燃料混合并燃烧；以及涡轮，其通过由所述燃烧器生成的燃烧气体而得到旋转动力，所述涡轮具有上述的涡轮叶片。

发明效果

根据本发明的涡轮叶片、涡轮叶片的制造方法、以及燃气轮机，能够通过高效地冷却叶片来实现冷却性能的提高，并且能够高效地制造涡轮叶片。

附图说明

图1是表示第一实施方式的燃气轮机的整体结构的概要图。

图2是表示作为第一实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图。

图3是表示电解加工装置的概要图。

图4是用于对第一实施方式的涡轮叶片的制造方法进行说明的剖视图。

图5是表示冷却孔的一次加工时的相对于加工距离的电流值的曲线图。

图6是表示冷却孔的一次加工时的相对于加工距离的加工速度的曲线图。

图7是表示冷却孔的两次加工时的相对于加工距离的电流值的曲线图。

图8是表示冷却孔的两次加工时的相对于加工距离的加工速度的曲线图。

图9是用于对涡轮叶片的制造方法的第一变形例进行说明的剖视图。

图10是表示电解加工工具的概要图。

图11是用于对涡轮叶片的制造方法的第二变形例进行说明的剖视图。

图12是表示电解加工工具的概要图。

图13是表示相对于电流施加时间的冷却孔扩大率的曲线图。

图14是表示作为第二实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图。

图15是表示动叶的在叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。

图16是表示作为第三实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图。

图17是表示动叶的在叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。

图18是表示作为第四实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图。

图19是表示动叶的在叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要说明的是，并不通过该实施方式来限定本发明，另外，在实施方式存在多个的情况下，还包括将各实施方式组合而构成的方案。另外，在实施方式的构成要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的、所谓的等同范围的要素。

[第一实施方式]

<燃气轮机>

图1是表示第一实施方式的燃气轮机的整体结构的概要图。需要说明的是，在以下的说明中，在将燃气轮机的转子的中心的轴线设为O时，将轴线O延伸的方向设为轴向Da，将与转子的轴线O正交的转子的径向设为叶片高度方向Dh，将以转子的轴线O为中心的周向设为周向Dc来进行说明。

在第一实施方式中，如图1所示，燃气轮机10具备压缩机11、燃烧器12、以及涡轮机13。在燃气轮机10同轴地连结有未图示的发电机，能够通过发电机来进行发电。

压缩机11具有取入空气的空气取入口20，在压缩机机室21内配设有入口导向叶片(IGV：Inlet Guide Vane)22，并且沿轴向Da交替地配设有多个静叶23和动叶24，在压缩机机室21的外侧设置有抽气室25。燃烧器12向由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，并能够对该燃料进行点火而进行燃烧。涡轮机13在涡轮机室26内沿轴向Da交替地配设有多个静叶27和动叶28。在涡轮机室26的下游侧经由排气机室29配设有排气室30，排气室30具有与涡轮机13连续的排气扩散器31。

另外，转子32以贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮机13、排气室30的中心部的方式配置。转子32的压缩机11侧的端部被轴承部33支承为旋转自如，转子32的排气室30侧的端部被轴承部34支承为旋转自如。转子32在压缩机11中重叠地固定有多个装配有各动叶24的盘构件，在涡轮机13中重叠地固定有多个装配有各动叶28的盘构件，在转子32的排气室30侧的端部连结有发电机(省略图示)的驱动轴。

对于燃气轮机10，压缩机11的压缩机机室21被脚部35支承，涡轮机13的涡轮机室26被脚部36支承，排气室30被脚部37支承。

因此，从压缩机11的空气取入口20取入的空气通过入口导向叶片22、多个静叶23和动叶24而被压缩，从而成为高温高压的压缩空气。在燃烧器12中，向压缩空气供给规定的燃料并使其燃烧。由燃烧器12生成的工作流体即高温高压的燃烧气体通过构成涡轮机13的多个静叶27和动叶28而驱动转子32旋转，并驱动与转子32连结的发电机。另一方面，驱动涡轮机13后的燃烧气体作为废气排放到大气中。

<涡轮叶片>

在此，对作为第一实施方式的涡轮叶片的动叶28进行详细说明。图2是表示作为第一实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图。

如图2所示，动叶28具有叶片部41、平台42、以及叶片根部43。叶片部41呈沿着叶片高度方向Dh较长的形状，且呈前端41a相对于基端41b变细的形状。对于平台42，表面42a、42b为气体通道面，在该表面42a、42b一体连接叶片部41的基端41b。叶片根部43从轴向Da观察时的形状为所谓的圣诞树形状，叶片根部43与平台42的背面42c一体连接。叶片根部43固定于转子32(参照图1)的外周部。

动叶28沿着叶片高度方向Dh设置有多个冷却通路50。冷却通路50具有基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53、以及第二冷却孔54。

基端侧冷却孔51的一端向动叶28的基端侧、也就是说叶片根部43的基端43a开口。基端侧冷却孔51沿着叶片高度方向Dh设置，且沿着叶片高度方向Dh而内径D1为相同的尺寸。空腔部52设置于平台42(或叶片根部43)。空腔部52与基端侧冷却孔51的另一端部连通。空腔部52的内径D2为比基端侧冷却孔51的内径D1大的尺寸。

第一冷却孔53的一端向动叶28的前端侧、也就是说叶片部41的基端41b开口。第一冷却孔53沿着叶片高度方向Dh设置，且沿着叶片高度方向Dh而内径D3为相同的尺寸。第二冷却孔54的一端与第一冷却孔53的另一端连通，第二冷却孔54的另一端与空腔部52连通。第二冷却孔54为从一端朝向另一端而内径D4逐渐增大的尺寸。在该情况下，第二冷却孔54呈从一端侧朝向基端侧而内径连续增大的锥形形状。

另外，空腔部52的内径D2比基端侧冷却孔51的内径D1大，基端侧冷却孔51的内径D1比第二冷却孔54的最大内径D4大，第二冷却孔54的最小内径与第一冷却孔53的内径D3相同。另外，第二冷却孔54从一端朝向另一端而内径D4逐渐增大，但第二冷却孔54的内径扩大率为100％～小于200％。需要说明的是，第二冷却孔54的内径扩大率优选为100％～小于175％。在此，内径扩大率是指第二冷却孔54中的另一端的内径相对于一端的内径的扩大率。

并且，第一冷却孔53形成在叶片部41中的前端41a侧的区域A1，第二冷却孔54形成在叶片部41中的基端41b侧的区域A2。并且，在将第一冷却孔53和第二冷却孔54合起来的沿着叶片高度方向Dh的长度设为L(A1+A2)时，从第一冷却孔的一端(叶片部41的前端41a)到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置B为止的长度，为从第一冷却孔53的一端到基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。即，从第一冷却孔的一端到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置B为止的长度，为沿着叶片高度方向Dh的从前端41a到后缘侧的表面42b为止的长度L的40％～60％。

在此，叶片部41中的前端41a是指沿着叶片高度方向Dh的前端侧的端面的位置。需要说明的是，在叶片部41的前端41a设置有叶端护罩的结构中，叶片部41中的前端41a是叶端护罩中的气体通道面的位置。另外，叶片部41中的基端41b是指沿着叶片高度方向Dh的基端侧的端面的位置，且是成为平台42的气体通道面的表面42a、42b的位置。并且，在规定叶片部41的沿着叶片高度方向Dh的长度的情况下，是作为叶片部41的后缘侧(图2的右侧)的位置的前端41a、表面43b侧的长度。

冷却空气向动叶28中的基端部侧供给，并通过基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53而向外部排出。此时，动叶28被通过基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53的冷却空气冷却。此时，首先，通过冷却空气在基端侧冷却孔51及空腔部52中流动，从而对平台42及叶片根部43进行冷却，接着，在第二冷却孔54及第一冷却孔53中流动，从而对叶片部41进行冷却。

在此，动叶28通常在叶片部41中的叶片高度方向Dh上的中间附近蠕变强度最差。然而，冷却空气按照基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53的顺序流动来对动叶28进行冷却，因此由将平台42、叶片根部43冷却而温度上升了的冷却空气来对叶片部41进行冷却，从而难以高效地对热负荷高的叶片部41中的叶片高度方向Dh上的中间位置进行冷却。

为此，在第一实施方式中，使第二冷却孔54的设置于靠近平台42的位置的内径D4增大，另一方面，使第一冷却孔53的设置于叶片部41中的叶片高度方向Dh上的中间位置的内径D3减小。并且，为了使第一冷却孔53与第二冷却孔54无高低差地连通，使第二冷却孔54的内径D4在第一冷却孔53与空腔部52之间连续地变化。

供给到动叶28中的基端部侧的冷却空气从基端侧冷却孔51导入空腔部52，并从空腔部52向第二冷却孔54及第一冷却孔53流动，进而向外部排出。此时，基端侧冷却孔51、空腔部52的内径比第二冷却孔54、第一冷却孔53大，因此冷却空气的流速较慢。另一方面，由于第二冷却孔54的朝向第一冷却孔53侧而内径逐渐变小，因此冷却空气的流速逐渐变快，并在最快时流向第一冷却孔53。因此，从第二冷却孔54与第一冷却孔53的连通部流过第一冷却孔53的冷却空气的流速成为最大，并且通过从第二冷却孔54向第一冷却孔53供给更低温的冷却空气，从而能够从叶片部41中的热负荷高的中间位置高效地对前端侧进行冷却。

<涡轮叶片的制造方法>

在此，对第一实施方式的动叶28的制造方法、具体而言动叶28中的冷却通路50的形成方法进行说明。图3是表示电解加工装置的概要图，图4是用于对第一实施方式的涡轮叶片的制造方法进行说明的剖视图。

如图3所示，电解加工装置100具备向动叶28形成冷却通路50的多个电解加工工具101、使电解加工工具101行进的移动机构102、以及在使电解加工工具101行进时对电解加工工具101进行引导的引导部103。

移动机构102使电解加工工具101相对于动叶28进退。并且，移动机构102配置于动叶28中的叶片部41的前端41a侧，并构成为能够相对于该前端41a进退移动。并且，移动机构102例如使用未图示的驱动装置来进行电解加工工具101的进退移动。

移动机构102具有在动叶28的前端41a侧的面把持电解加工工具101的基端110b(参照图4)的多个把持部104。把持部104呈内部为中空形状的筒形状，通过在轴向的一端侧插入电解加工工具101的基端110b从而能够把持电解加工工具101。另外，把持部104的另一端侧与未图示的电解液流通路连接，经由电解液流通路向把持部104的内部供给电解液W(参照图4)。电解液W的供给量能够通过未图示的流量控制装置任意调整。需要说明的是，作为电解液W，例如可以使用硫酸、硝酸、食盐水等。

引导部103配置在移动机构102与动叶28的前端41a之间，以使在移动机构102的作用下进退的电解加工工具101相对于动叶28的前端41a成为规定的行进方向的方式进行引导。引导部103形成有将移动机构102侧与动叶28侧相互连通的多个引导孔105。电解加工工具101分别从移动机构102侧朝向动叶28侧贯穿多个引导孔105。并且，在该状态下，利用移动机构102使电解加工工具101前进，由此能够根据引导孔105的配置而将电解加工工具101以相对于前端41a呈期望的角度的方式导入动叶28的前端41a的期望的位置。

对电解加工工具101进行说明。电解加工工具101通过电解加工而在动叶28中形成冷却通路50。如图4所示，电解加工工具101具备工具主体110，该工具主体110具有电极111和从外周覆盖电极111的绝缘层112，且作为整体呈筒形状。

工具主体110中的电极111呈沿着轴线O延伸的筒状，例如由不锈钢、铜、钛等具有挠性的导电性材料构成。对于电极111，内侧的中空部分(电极111的内部)与移动机构102的把持部104(均参照图3)的中空部分连通。由此，用于电解加工的电解液W在电极111的内部从工具主体110的基端110b侧(移动机构102侧)朝向前端110a侧(动叶28侧)流通。

另外，前端110a侧的电极111的端面呈与轴线O正交的平坦状、或锥形形状。需要说明的是，在第一实施方式中，电极111呈圆筒状，但例如也可以形成为截面多边形的方筒状。

工具主体110中的绝缘层112例如由具有电绝缘性的聚酯系的树脂等构成，包覆于电极111的外周面，另外，前端110a侧的电极111的端面未被绝缘层112覆盖而电极111露出。

在这样的电解加工装置100中，通过电解加工工具101将在电极111的内部流通的电解液W从工具主体110的前端110a导出。然后，借助于导出的电解液W而工具主体110的前端110a的端面与动叶28的冷却通路50的内表面之间通电，从而动叶28电解而冷却通路50向轴线O方向被加工得更深。

如图2所示，在第一实施方式的动叶28中，冷却通路50具有基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53、以及第二冷却孔54，第二冷却孔54从一端朝向另一端而内径D4逐渐增大。

第一实施方式的涡轮叶片的制造方法用于形成构成冷却通路50的基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53、以及第二冷却孔54。图5是表示冷却孔的一次加工时的相对于加工距离的电流值的曲线图，图6是表示冷却孔的一次加工时的相对于加工距离的加工速度的曲线图。

第一实施方式的涡轮叶片的制造方法是从动叶28的前端侧朝向基端侧通过电解加工来形成沿着叶片高度方向Dh的冷却通路50的方法，其包括如下工序：从前端侧以使电流值及加工速度恒定的方式，通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径相同的第一冷却孔53；以及从第一冷却孔53起，一边改变电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径增大的第二冷却孔54。

另外，第一实施方式的涡轮叶片的制造方法包括如下工序：从基端侧起，在使电流值及加工速度恒定的状态下，通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径相同的基端侧冷却孔51；以及在基端侧冷却孔51的端部处，将加工速度减速到预先设定的最低加工速度，通过电解加工形成内径比基端侧冷却孔51的内径大的空腔部52，使第二冷却孔54与空腔部52连通。

即，首先，使用上述的电解加工装置100，在使电流值及加工速度恒定的状态下，使电解加工工具101从动叶28的基端侧向前端侧移动，由此通过电解加工形成内径不变且相同的基端侧冷却孔51。接着，在使电流值及加工速度恒定的状态下，使电解加工工具101的加工速度减速或停止，从而通过电解加工形成内径比基端侧冷却孔51的内径大的空腔部52。

接着，在使电流值及加工速度恒定的状态下，使电解加工工具101从动叶28的前端侧向基端侧移动，由此通过电解加工形成内径不变且相同的第一冷却孔53。并且，在最后，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边使电解加工工具101从形成于动叶28的第一冷却孔53的端部向动叶28的基端侧移动，由此通过电解加工形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。因此，能够在动叶28的叶片部41形成连通部无高低差的第一冷却孔53和锥形形状的第二冷却孔54。

具体而言，如图5所示，在使电解加工工具101行进至与区域A1相当的加工距离L1为止，在使电流值及加工速度恒定的状态下移动电解加工工具101，从而形成内径恒定的第一冷却孔53。然后，在使电解加工工具101行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，一边使电流值上升一边移动电解加工工具101，从而形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。或者，如图6所示，在形成第一冷却孔53后，在使电解加工工具101行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，一边使加工速度下降一边移动电解加工工具101，从而形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。此时，变更电流值、加工速度的变更率根据第二冷却孔54的形状适当设定即可。另外，在移动电解加工工具101而形成第二冷却孔54时，电解加工量逐渐变多，因此有可能在加工中产生的氢气增加，渣液的排出性变差，故优选逐渐提高电解液W的流通速度。

需要说明的是，在通过电解加工形成第二冷却孔54的工序中，优选在使电流值最大且恒定的状态下，一边变更加工速度一边移动电解加工工具101，从而通过电解加工形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。通过使电流值最大且恒定，从而能够确保较大的加工量，能够缩短加工时间。

在上述的说明中，通过使电解加工工具101在区域A1移动，从而通过电解加工形成第一冷却孔53，之后，使电解加工工具101在区域A2移动，从而一次通过电解加工形成第二冷却孔54，但并不限定于该方法。图7是表示冷却孔的两次加工时的相对于加工距离的电流值的曲线图，图8是表示冷却孔的两次加工时的相对于加工距离的加工速度的曲线图。

如图7所示，在使电解加工工具101行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，在使电流值及加工速度恒定的状态下移动电解加工工具101，从而在第一次形成内径恒定的第一冷却孔53和基础第二冷却孔。然后，在从与区域A1相当的加工距离L1起行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，一边使电流值上升一边移动电解加工工具101，从而在第二次中形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。或者，如图8所示，在使电解加工工具101行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，在使电流值及加工速度恒定的状态下移动电解加工工具101，从而在第一次中形成内径恒定的第一冷却孔53和基础第二冷却孔。然后，在从与区域A1相当的加工距离L1起行进至与区域A1+A2相当的加工距离L2为止，一边使加工速度下降一边移动电解加工工具101，从而在第二次中形成内径逐渐增大的第二冷却孔54。需要说明的是，第二次中的电解加工工具101的电极的外径与第一次中的电解加工工具101的电极的外径相同。需要说明的是，也可以使第二次中的电解加工工具101的电极的外径比第一次中的电解加工工具101的电极的外径大。另外，电解加工工具101的移动方向也可以是从加工距离L2朝向加工距离L1的方向。

另外，在移动电解加工工具101以形成第二冷却孔54时，由于电解加工量较多，因此电解加工工具101与第二冷却孔54的内表面的距离变大，有可能溶液阻力增大，加工性降低。图9是用于对涡轮叶片的制造方法的第一变形例进行说明的剖视图，图10是表示电解加工工具的概要图。

如图9及图10所示，电解加工工具101A具备工具主体120，该工具主体120具有电极121、以及从外周覆盖电极121的绝缘层122，且整体上呈筒形状。

工具主体120中的电极121呈沿着轴线O延伸的筒状。电极121在内部供用于电解加工的电解液W从工具主体120的基端120b侧朝向前端120a侧流通。对于工具主体120，电极121的外周面被绝缘层122包覆，前端120a侧的电极121的端面未被绝缘层122覆盖而电极121露出。

工具主体120设置有非绝缘部123。非绝缘部123形成为，在工具主体120的前端120a与基端120b之间的靠前端120a的中途位置，电极121的外周面在周向的整个区域范围以轴线O为中心呈环状露出，从而与动叶28在径向上对置。非绝缘部123在轴线O方向上隔开间隔形成有两个，但只要形成有至少一个即可。

并且，非绝缘部123能够经由从工具主体120的前端120a导出的电解液W与动叶28之间进行通电。

在电解加工时，通过形成有非绝缘部123，从不仅在工具主体120的前端120a中的朝向轴线O方向的端面，在电极121的外周面也能够与动叶28之间进行通电。因此，与动叶28之间的通电面积增加，能够在抑制施加电压的上升的同时能够实现加工速度的提高。而且，在形成第二冷却孔54时，即使电解加工工具101A与第二冷却孔54的内表面的距离变大，溶液阻力增大，也能够抑制加工性的降低。

图11是用于对涡轮叶片的制造方法的第二变形例进行说明的剖视图，图12是表示电解加工工具的概要图。

如图11及图12所示，电解加工工具101B具备工具主体130，该具备工具主体130具有电极131、以及从外周覆盖电极131的绝缘层132，且整体上呈筒形状。

工具主体130中的电极131呈沿着轴线O延伸的筒状。电极131在内部供用于电解加工的电解液W从工具主体130的基端130b侧向前端130a侧流通。对于工具主体130，电极131的外周面被绝缘层132包覆，前端130a侧的电极131的端面未被绝缘层132覆盖而电极131露出。

工具主体120设置有非绝缘部133。非绝缘部133在电极131的外周面以径向观察时呈四边形状的方式、且以与工具主体130的前端130a的端面中的电极131的露出部分连续的方式沿轴线O方向延伸而形成。非绝缘部133以在周向上隔开一定的间隔而与绝缘层132在周向上交替的方式形成有多个，在第一实施方式中形成有四个。

在电解加工时，通过非绝缘部133，即使在电极131的外周面也能够与动叶28之间进行通电，因此能够增大通电面积。而且，在形成第二冷却孔54时，即使电解加工工具101A与第二冷却孔54的内表面的距离变大，溶液阻力增大，也能够抑制加工性的降低。

另外，如图2所示，在通过电解加工连续地形成第一冷却孔53和第二冷却孔54并使其与基端侧冷却孔51连通时，若第二冷却孔54的形成位置在轴向Da、周向Dc上偏移，则第二冷却孔54不与基端侧冷却孔51连通。因此，在第二冷却孔54与基端侧冷却孔51之间设置有空腔部52。即，从动叶28的基端侧朝向前端侧进行电解加工而形成基端侧冷却孔51后，使电流值恒定，使加工速度变为微速或成为0，从而形成空腔部52。

图13是表示相对于电流施加时间的冷却孔扩大率的曲线图。在对电极施加了高电压的E1中，相对于电流施加时间的增加而冷却孔扩大率呈曲线状变化。另外，在对电极施加了低电压的E2中，观察到相对于电流施加时间的增加而冷却孔扩大率呈直线状变化。基于这样的电压输出、电流施加时间、以及冷却孔扩大率的关系，根据第二冷却孔54及基端侧冷却孔51的内径、位置偏移量来决定空腔部52的内径。通过设置空腔部52，即使第二冷却孔54的形成位置在轴向Da、周向Dc上偏移，也能够通过空腔部52来连通第二冷却孔54和基端侧冷却孔51。

[第二实施方式]

<涡轮叶片>

对作为第二实施方式的涡轮叶片的动叶28进行详细说明。图14是表示作为第二实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图，图15是表示动叶的叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。

如图14及图15所示，动叶28具有叶片部41、平台42、以及叶片根部43。叶片部41呈沿着叶片高度方向Dh较长的形状，且呈前端41a相对于基端41b而前后方向的长度和宽度变小的前端变细形状。另外，叶片部41具有呈凸面状的负压面41c、呈凹面状的正压面41d、前缘41e、以及后缘41f。叶片部41呈从轴向Da即前后方向上的中间部朝向前缘41e侧及后缘41f侧而宽度变窄的翼形截面形状。前缘41e是翼形中心线即弧线C的延伸方向上最靠前方侧(上游侧)的端部，后缘41f是弧线C的延伸方向上最靠后方侧(下游侧)的端部。叶片部41呈负压面41c和正压面41d经由前缘41e和后缘41f连续的翼形截面形状。

平台42的表面42a、42b为气体通道面，在该表面42a、42b一体连接有叶片部41的基端41b。叶片根部43从轴向Da观察的形状为所谓的圣诞树形状，叶片根部43与平台42的背面42c一体连接。叶片根部43固定在转子32(参照图1)的外周部。

动叶28沿着叶片高度方向Dh设置有多个冷却通路50。多个冷却通路50在轴向Da即前后方向上隔开间隔地设置。冷却通路50具有第一冷却通路50a和第二冷却通路50b。

第一冷却通路50a具有从叶片部41的前端41a侧朝向基端41b侧而内径以预先设定的规定的第一扩大率变大的冷却孔(后述的第二冷却孔54)。第二冷却通路50b具有位于比第一冷却通路50a靠后缘41f侧的位置且从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定的冷却孔(后述的第三冷却孔55)。在第二实施方式中，第一冷却通路50a设置有多个(在图14及图15中，为七个)，第二冷却通路50b在后缘41f侧设置有一个。第二冷却通路50b位于叶片部41的最靠后缘41f侧。

在此，多个第一冷却通路50a和一个第二冷却通路50b沿着弧线C(参照图15)设置。但是，也可以将多个第一冷却通路50a和一个第二冷却通路50b设置在比弧线C靠负压面41c侧或比弧线C靠正压面41d侧的位置。相邻的多个第一冷却通路50a之间的间隔P1和相邻的第一冷却通路50a与第二冷却通路50b的间隔P2为相同的尺寸。但是，可以使多个间隔P1不同，也可以相对于间隔P1增大或减小间隔P2。

需要说明的是，在第二实施方式中，第二冷却通路50b具有位于比第一冷却通路50a靠后缘41f侧的位置且从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定的冷却孔，但并不限定于该结构。例如，第二冷却通路50b也可以具有从前端41a侧朝向基端41b侧而内径以比第一扩大率小的第二扩大率变大的冷却孔。

第一冷却通路50a具有基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53、以及第二冷却孔54。第二冷却通路50b具有第三冷却孔55。

基端侧冷却孔51的一端向动叶28的基端侧、也就是说叶片根部43的基端43a开口。基端侧冷却孔51沿着叶片高度方向Dh设置，沿着叶片高度方向Dh而内径D1为相同的(恒定)尺寸。空腔部52设置在平台42(或叶片根部43)。空腔部52与基端侧冷却孔51的另一端部连通。空腔部52的内径D2为比基端侧冷却孔51的内径D1大的尺寸。

第一冷却孔53的一端向动叶28的前端侧、也就是说叶片部41的前端41a开口。第一冷却孔53沿着叶片高度方向Dh设置，且沿着叶片高度方向Dh而内径D3为相同的(恒定)尺寸。第二冷却孔54的一端与第一冷却孔53的另一端连通，第二冷却孔54的另一端与空腔部52连通。第二冷却孔54从一端朝向另一端而内径从D3逐渐增大到D4。第二冷却孔54呈从一端侧朝向基端侧而内径连续增大的锥形形状。第一冷却孔53和第二冷却孔54无高低差地平滑连通。需要说明的是，也可以通过曲面连结第一冷却孔53和第二冷却孔54。

空腔部52的内径D2比基端侧冷却孔51的内径D1大，基端侧冷却孔51的内径D1比第二冷却孔54的最大内径D4大，第二冷却孔54的最小内径D3与第一冷却孔53的内径D4相同。另外，第二冷却孔54从一端朝向另一端而从内径D3逐渐增大至内径D4，但第二冷却孔54的内径扩大率为100％～250％。需要说明的是，第二冷却孔54的内径扩大率优选为100％～175％。在此，内径扩大率是指第二冷却孔54中的另一端的最大内径D4相对于一端的最小内径D3的扩大率。需要说明的是，基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53、第二冷却孔54、第三冷却孔55为圆形截面形状，但也可以为椭圆形截面形状等非圆形截面形状。在该情况下，也可以将冷却孔54的内径扩大率作为冷却孔54的通路面积扩大率。与内径扩大率对应的通路面积的扩大率为2次方倍。以下，记载内径扩大率与通路面积扩大率的关系。

内径扩大率175％→面积扩大率306％

内径扩大率250％→面积扩大率625％

第一冷却孔53形成在叶片部41中的前端41a侧的区域A1，第二冷却孔54形成在叶片部41中的基端41b侧的区域A2。在将第一冷却孔53和第二冷却孔54合起来的沿着叶片高度方向Dh的长度设为L(A1+A2)时，从第一冷却孔53的一端(叶片部41的前端41a)到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置B为止的长度(A1)为从第一冷却孔53的一端到基端侧的气体通道面为止的长度(L)的40％～60％。即，从第一冷却孔53的一端到与第二冷却孔54的连通位置B为止的长度(A1)为沿着叶片高度方向Dh的从前端41a到后缘侧的平台42的表面42b为止的长度L的40％～60％。

第三冷却孔55形成在叶片部41中的从前端41a到基端41b的长度L(A1+A2)的区域。

在此，叶片部41中的前端41a是指沿着叶片高度方向Dh的前端侧的端面的位置。需要说明的是，在叶片部41的前端41a设置有叶端护罩的结构中，叶片部41中的前端41a是叶端护罩中的气体通道面的位置。另外，叶片部41中的基端41b是指沿着叶片高度方向Dh的基端侧的端面的位置，且是成为平台42的气体通道面的表面42a、42b的位置。并且，在规定叶片部41的沿着叶片高度方向Dh的长度的情况下，是作为叶片部41的后缘侧(图14的右侧)的位置的前端41a、表面43b侧的长度。

冷却空气通过作为冷却通路50的多个第一冷却通路50a和一个第二冷却通路50b以冷却动叶28。即，冷却空气向动叶28中的基端部侧供给，通过基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53而向外部排出，并且通过基端侧冷却孔51、空腔部52、第三冷却孔55而向外部排出。此时，动叶28被通过基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53、第三冷却孔55的冷却空气冷却。首先，对于动叶28，冷却空气在基端侧冷却孔51及空腔部52中流动，从而对平台42及叶片根部43进行冷却。接着，冷却空气从空腔部52流过第二冷却孔54及第一冷却孔53，并且流过第三冷却孔55，从而对叶片部41进行冷却。

对于动叶28，通常叶片部41中的叶片高度方向Dh的基端部处的蠕变强度充分，但叶片部41中的叶片高度方向Dh的中间附近蠕变强度最差。然而，冷却空气按照基端侧冷却孔51、空腔部52、第二冷却孔54、第一冷却孔53、第三冷却孔55的顺序流动来对动叶28进行冷却。因此，叶片部41被对平台42及叶片根部43进行冷却而温度上升了的冷却空气冷却。即，难以通过冷却空气高效地对热负荷高的叶片部41中的叶片高度方向Dh的中间位置进行冷却。

因此，在第二实施方式中，在第一冷却通路50a中，使设置在靠近平台42的位置的第二冷却孔54成为锥形形状。即，将与第二冷却孔54的空腔部52连通的内径增大为最大内径D4，另一方面，将与第二冷却孔54的第一冷却孔53连通的内径减小为最小内径D3。另一方面，将第一冷却孔53的内径作为内径D3恒定。并且，将第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置设为叶片部41中的叶片高度方向Dh的中间位置。另外，为了使第一冷却孔53和第二冷却孔54无高低差地连通，使第二冷却孔54的内径从最大内径D4连续地变化到最小内径D3。

另一方面，在第二冷却通路50b中，使第三冷却孔55成为在长度方向上内径D5恒定的直线形状。叶片部41是朝向前缘41e侧及后缘41f侧而宽度变窄的翼形截面形状。因此，若将第二冷却通路50b的第三冷却孔55形成为第一冷却通路50a的第二冷却孔54那样的锥形形状，并增大与空腔部52连通的内径，则第三冷却孔55的周围的叶片部41的厚度变薄。但是，叶片部41的中央部比前缘41e、后缘41f厚，因此形成第二冷却孔54那样的锥形形状，能够增大与空腔部52连通的内径。

因此，供给到动叶28中的基端部侧的冷却空气从基端侧冷却孔51向空腔部52导入，从空腔部52流向第二冷却孔54及第一冷却孔53，进而向外部排出。另外，冷却空气从基端侧冷却孔51向空腔部52导入，从空腔部52流向第三冷却孔55，进而向外部排出。此时，基端侧冷却孔51、空腔部52的内径比第二冷却孔54、第一冷却孔53大，因此，冷却空气的流速慢。第一冷却通路50a的第二冷却孔54朝向第一冷却孔53侧而内径逐渐变小，因此冷却空气的流速逐渐变快，并变得最快地流过第一冷却孔53。

即，冷却空气在从基端侧冷却孔51及空腔部52向第二冷却孔54流动时，与沿着叶片高度方向Dh而内径为相同的(恒定)尺寸的现有的冷却孔(以下，现有的冷却孔)相比而流速慢，因此能够抑制蠕变强度比较有余量的基端侧的冷却空气的升温。另一方面，在从第二冷却孔54流向第一冷却孔53时，与现有的冷却孔相比而冷却空气的流速快，并且抑制了基端侧的升温，因此冷却效率提高。也就是说，能够在叶片部41中的叶片高度方向Dh的中间附近从热负荷最高的中间位置高效地冷却前端侧。

需要说明的是，第二冷却通路50b的第三冷却孔55为直线形状，冷却空气的流速恒定。但是，第三冷却孔55设置在叶片部41的宽度窄的后缘41f，能够通过冷却空气适当地对后缘41f进行冷却。

<涡轮叶片的制造方法>

在此，对作为第二实施方式的涡轮叶片的动叶28的制造方法、具体而言动叶28中的冷却通路50的形成方法进行说明。需要说明的是，关于本实施方式的制造方法中使用的电解加工装置的结构、功能，与图3及图4所示的第一实施方式的电解加工装置相同，因此省略说明。

如图14及图15所示，在第二实施方式的动叶28中，冷却通路50具有第一冷却通路50a和第二冷却通路50b。第一冷却通路50a具有基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53和第二冷却孔54，第二冷却孔54从一端朝向另一端而内径从最小内径D3逐渐增大到最大内径D4。第二冷却通路50b具有第三冷却孔55，第三冷却孔55从一端朝向另一端而内径D5恒定。

第二实施方式的涡轮叶片的制造方法形成构成冷却通路50的第一冷却通路50a和第二冷却通路50b。第二实施方式的涡轮叶片的制造方法形成构成第一冷却通路50a的基端侧冷却孔51、空腔部52、第一冷却孔53和第二冷却孔54，且形成构成第二冷却通路50b的基端侧冷却孔51、空腔部52和第三冷却孔55。

另外，第二实施方式的涡轮叶片的制造方法包括如下工序：从动叶28的前端41a侧朝向基端41b侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径以第一扩大率增大的第一冷却通路50a；以及从动叶28的前端41a侧朝向基端41b侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径恒定或以比第一扩大率小的第二扩大率增大的第二冷却通路50b。需要说明的是，构成第一冷却通路50a的冷却孔的制造方法与使用图5至图13说明的构成第一实施方式的冷却通路50的冷却孔的制造方法相同，因此省略说明。

在构成第二冷却通路50b的冷却孔的制造方法中，关于基端侧冷却孔51和空腔部52，与构成第一冷却通路50a的基端侧冷却孔51和空腔部52的制造方法相同。在使构成第二冷却通路50b的第三冷却孔55的内径恒定的情况下，在使电流值及加工速度恒定的状态下使电解加工工具101从动叶28的前端侧向基端侧移动，由此通过电解加工形成内径不变且相同的第三冷却孔55。具体而言，在从前端41a起到与区域A1及区域A2相当的加工距离L的范围内，在使电流值及加工速度恒定的状态下移动电解加工工具101，由此形成内径恒定的第三冷却孔55。

另外，在使构成第二冷却通路50b的第三冷却孔55的内径以比第一扩大率小的第二扩大率逐渐增大的情况下，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边使电解加工工具101从动叶28的前端侧向动叶28的基端侧移动，由此通过电解加工形成内径逐渐增大的第三冷却孔54。

具体而言，使电解加工工具101从前端41a起到与区域A1+A2相当的加工距离L的范围内，一边使电流值上升一边移动电解加工工具101，由此形成内径逐渐增大的第三冷却孔55。或者，使电解加工工具101从前端41a起到与区域A1+A2相当的加工距离L的范围内，一边使加工速度下降一边移动电解加工工具101，由此形成内径逐渐增大的第三冷却孔55。此时，变更电流值、加工速度的变更率只要根据第三冷却孔55的形状适当地设定即可。

需要说明的是，为了使第三冷却孔55的内径具有比第一扩大率小的第二扩大率，与构成第一冷却通路50a的第二冷却孔54的制造工序中的电流值、加工速度进行对比来决定第三冷却孔55的制造工序中的电流值、加工速度。例如，在第二冷却孔54的制造工序中使电流值上升的情况下，在第三冷却孔55的制造工序中使电流以比上述低的上升率上升。另外，在第二冷却孔54的制造工序中使加工速度下降的情况下，在第三冷却孔55的制造工序中使加工速度以比上述低的下降率下降。由此，能够使第三冷却孔55的内径具有比第一扩大率小的第二扩大率。

另外，在移动电解加工工具101以形成第三冷却孔55时，电解加工量逐渐增多，因此加工中产生的氢气增加，渣液的排出性有可能变差，因此优选逐渐提高电解液W的流通速度。

[第三实施方式]

图16是表示作为第二实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图，图17是表示动叶的叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。需要说明的是，对具有与上述的第二实施方式相同的功能的构件标注相同的附图标记并省略详细的说明。

如图16及图17所示，动叶28A具有叶片部41A、平台42、以及叶片根部43。动叶28A沿着叶片高度方向Dh设置有多个冷却通路50。多个冷却通路50在轴向Da方向即前后方向上隔开间隔地设置。冷却通路50具有第一冷却通路50a和第二冷却通路50b。

第一冷却通路50a具有从叶片部41A的前端41a侧朝向基端41b侧而内径以预先设定的规定的第一扩大率增大的第二冷却孔54。第二冷却通路50b具有位于比第一冷却通路50a靠前缘41e侧的位置以及位于比第一冷却通路50a靠后缘41f侧的位置、且从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定的第三冷却孔55。在第三实施方式中，第一冷却通路50a设置有多个(在图16及图17中，为六个)，第二冷却通路50b在前缘41e侧及后缘41f侧各设置有一个、合计两个。第二冷却通路50b分别位于叶片部41A的最靠前缘41e侧及最靠后缘41f侧的位置。

在此，多个第一冷却通路50a和两个第二冷却通路50b沿着弧线C设置。相邻的多个第一冷却通路50a之间的间隔P1和相邻的第一冷却通路50a与第二冷却通路50b之间的间隔P2为相同的尺寸。但是，可以使多个间隔P1不同，也可以相对于间隔P1增大或减小间隔P2。

需要说明的是，在第三实施方式中，第二冷却通路50b具有位于比第一冷却通路50a靠前缘41e侧的位置以及位于比第一冷却通路50a靠后缘41f侧的位置、且从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定的冷却孔，但并不限定于该结构。例如，第二冷却通路50b也可以具有从前端41a侧朝向基端41b侧而内径以比第一扩大率小的第二扩大率增大的冷却孔。而且，可以使前缘41e侧的第二冷却通路50b和后缘41f侧的第二冷却通路50b的扩大率相同，也可以使它们不同。

第一冷却通路50a和第二冷却通路50b的结构与第二实施方式相同，因此省略说明。

[第四实施方式]

图18是表示作为第四实施方式的涡轮叶片的动叶的纵剖视图，图19是表示动叶的叶片高度方向上的不同位置处的形状的概要图。需要说明的是，对具有与上述的第二实施方式相同的功能的构件标记相同的附图标记并省略详细的说明。

如图18及图19所示，动叶28B具有叶片部41B、平台42、以及叶片根部43。动叶28B沿着叶片高度方向Dh设置有多个冷却通路50。多个冷却通路50在轴向Da方向即前后方向上隔开间隔地设置。冷却通路50具有第一冷却通路50a和第二冷却通路50b。

第一冷却通路50a具有从叶片部41B的前端41a侧朝向基端41b侧而内径以预先设定的规定的第一扩大率增大的第二冷却孔54。第二冷却通路50b具有位于比第一冷却通路50a靠后缘41f侧的位置、且从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定的第三冷却孔55。例如，第一冷却通路50a设置有多个(在图18及图19中，为六个)，第二冷却通路50b在后缘41f侧设置有一个。第二冷却通路50b位于叶片部41的最靠后缘41f侧的位置。需要说明的是，也可以将第二冷却通路50b设置在叶片部41的前缘41e侧，还可以设置在叶片部41的前缘41e侧和后缘41f侧这两方。

动叶28B在前后方向上的中间部设置有无第一冷却通路50a的非冷却部56。非冷却部56在设置于前后方向的中央部的相邻的一对第一冷却通路50a之间设置。非冷却部56形成为使叶片部41B、平台42以及叶片根部43沿着叶片高度方向Dh连续。

对于设置于比非冷却部56靠前缘41e侧的位置的多个第一冷却通路50a，相邻的多个第一冷却通路50a之间的间隔P1为相同的尺寸。另外，对于设置于比非冷却部56靠后缘41f侧的位置的多个第一冷却通路50a及第二冷却通路50b中，相邻的多个第一冷却通路50a之间的间隔P1和相邻的第一冷却通路50a与第二冷却通路50b之间的间隔P2为相同的尺寸。另一方面，隔着非冷却部56设置在两侧的相邻的第一冷却通路50a彼此间的间隔P3为比间隔P1大的尺寸。

第一冷却通路50a和第二冷却通路50b的结构与第二实施方式相同，因此省略说明。

<实施方式的作用效果>

第一实施方式的涡轮叶片沿着叶片高度方向Dh设置有冷却通路50，冷却通路50具有一端向前端侧开口且沿着叶片高度方向Dh而内径相同的第一冷却孔53、以及一端与第一冷却孔53的另一端连通且朝向基端侧而内径增大的第二冷却孔54，从第一冷却孔53的一端起到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置为止的长度为从第一冷却孔53的一端起到基端侧的表面(气体通道面)43b为止的长度的40％～60％。

因此，供给到基端侧的冷却空气从第二冷却孔54通过第一冷却孔53而向前端侧排出。此时，第二冷却孔54的内径朝向基端侧增大，因此在第二冷却孔54中流动的冷却空气的流速逐渐变高，并流向第一冷却孔53。而且，第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置为从第一冷却孔53的一端起到基端侧的表面43b为止的长度的40％～60％，因此，在冷却通路50中流动的冷却空气在基端侧较慢，而在从中间位置到前端侧较快。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。其结果是，能够通过高效地对动叶28进行冷却而实现冷却性能的提高。

对于第一实施方式的涡轮叶片，冷却通路50具有一端向基端侧开口的基端侧冷却孔51、以及内径比基端侧冷却孔51的内径大且与第二冷却孔54的另一端及基端侧冷却孔51的另一端连通的空腔部52。因此，供给到基端侧的冷却空气从基端侧冷却孔51向空腔部52导入，并从空腔部52通过第二冷却孔54向第一冷却孔53导入，能够将冷却空气适当地供给到叶片内。

第一实施方式的涡轮叶片沿着叶片高度方向Dh设置有冷却通路50，冷却通路50具有一端向基端侧开口的基端侧冷却孔51、内径比基端侧冷却孔51的内径大且与基端侧冷却孔51的另一端连通的空腔部52、一端向前端侧开口且沿着叶片高度方向Dh而内径相同的第一冷却孔53、以及一端与第一冷却孔53的另一端连通、另一端与空腔部52连通、且朝向基端侧而内径增大的第二冷却孔54。

因此，供给到基端侧的冷却空气从基端侧冷却孔51向空腔部52导入，从空腔部52通过第二冷却孔54向第一冷却孔53导入，进而向前端侧排出。此时，第二冷却孔54朝向基端侧而内径增大，因此在第二冷却孔54中流动的冷却空气的流速逐渐变高，并流经第一冷却孔53。在冷却通路50中流动的冷却空气在基端侧较慢，然后，在前端侧变快。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。其结果是，能够通过高效地对动叶28进行冷却而实现冷却性能的提高。

对于第一实施方式的涡轮叶片，从第一冷却孔53的一端起到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置为止的长度为从第一冷却孔53的一端起到基端侧的表面43b为止的长度的40％～60％。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。

在第一实施方式的涡轮叶片中，第二冷却孔54呈朝向基端侧而内径连续增大的锥形形状。因此，第二冷却孔54呈无高低差等的锥形形状，因此能够抑制应力集中的产生。

第一实施方式的涡轮叶片在平台42设置有空腔部52。因此，能够容易地形成内径比第二冷却孔54、基端侧冷却孔51大的空腔部52。

在第一实施方式的涡轮叶片中，基端侧冷却孔51的内径比第二冷却孔54的最大内径大。因此，能够使在基端侧冷却孔51流动的冷却空气的流速变慢，将更低温的冷却空气从第二冷却孔54向第一冷却孔53供给。

在第一实施方式的涡轮叶片中，使第二冷却孔54的内径扩大率大于100％且小于200％。因此，通过使在第二冷却孔54的基端侧流动的冷却空气的流速降低，将更低温的冷却空气从第二冷却孔向第一冷却孔供给，使在第二冷却孔54的前端侧流动的冷却空气的流速上升，从而能够高效地对动叶28的前端侧进行冷却。

对于第二实施方式的涡轮叶片，在沿轴向Da隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向Dh的冷却通路50的动叶28、28A、28B中，冷却通路50具备：第一冷却通路50a，其具有从前端41a侧朝向基端41b侧而内径以第一扩大率增大的第二冷却孔54；以及第二冷却通路50b，其具有从前端41a侧朝向基端41b侧而内径恒定或以比第一扩大率小的第二扩大率增大的第三冷却孔55。

因此，供给到基端41b侧的冷却空气通过第一冷却通路50a及第二冷却通路50b向前端41a侧排出。此时，第一冷却通路50a具有朝向基端侧而内径增大的第二冷却孔54，因此在第二冷却孔54中流动的冷却空气的流速逐渐变高。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端41a侧进行冷却。在该情况下，位于比第一冷却通路50a靠前缘41e侧或后缘41f侧的第二冷却通路50b的内径恒定或朝向基端侧而内径稍微增大。因此，无论第二冷却通路50b的形状如何，都能够设定第一冷却通路50a的第一扩大率。其结果是，能够通过高效地对动叶28进行冷却而实现冷却性能的提高。

在第三实施方式的涡轮叶片中，动叶28呈从轴向Da上的中间部朝向前缘41e侧及后缘41f侧而叶片剖面的宽度变窄的形状，第二冷却通路50b位于最前缘41e侧或最后缘41f侧。由此，能够在不会降低宽度窄的第二冷却通路50b的强度的情况下，通过冷却空气适当地对最前缘41e侧、最后缘41f侧进行冷却。

在第二或第三实施方式的涡轮叶片中，第一扩大率是内径尺寸的扩大率，为100％～250％。由此，通过使在第一冷却通路50a的基端41b流动的冷却空气的流速降低，将更低温的冷却空气从中间部向前端41a供给，使在第一冷却通路50a的前端侧流动的冷却空气的流速上升，从而能够高效地对动叶28的前端侧进行冷却。

在第二或第三实施方式的涡轮叶片中，第一扩大率是基于内径尺寸的通路面积扩大率，为100％～306％。由此，通过使在第一冷却通路50a的基端41b流动的冷却空气的流速降低，将更低温的冷却空气从中间部向前端41a供给，使在第一冷却通路50a的前端侧流动的冷却空气的流速上升，从而能够高效地对动叶28的前端侧进行冷却。

在第四实施方式的涡轮叶片中，在轴向Da上的中间部相邻的第一冷却通路50a的间隔P3比其他相邻的第一冷却通路50a及第二冷却通路50b的间隔P1、P2大。由此，能够抑制动叶28B的中间部的温度降低，并且能够提高动叶28B的强度。

在第四实施方式的涡轮叶片中，在轴向Da上的中间部具有无第一冷却通路50a的非冷却部56。由此，冷却空气不会流向非冷却部56，能够抑制动叶28B的中间部的温度降低。也就是说，能够减小中间部与前缘41e及后缘41f之间的温度差，并且能够抑制在第一冷却通路50a中流动的冷却空气的升温。另外，通过设置非冷却部56，能够提高动叶28B的强度。其结果是，能够抑制动叶28B的热翘曲，并且能够确保充分的强度。

在第二至第四本实施方式的涡轮叶片中，作为第一冷却通路50a，设置有一端向前端41a侧开口且沿着叶片高度方向Dh而内径相同的第一冷却孔53、以及一端与第一冷却孔53的另一端连通且朝向基端41b侧而内径增大的第二冷却孔54。由此，供给到基端侧的冷却空气从第二冷却孔54通过第一冷却孔53向前端侧排出。此时，第二冷却孔54朝向基端侧而内径增大，因此在第二冷却孔54中流动的冷却空气的流速逐渐变高，并流经第一冷却孔53。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。

在第二至第四本实施方式的涡轮叶片中，使从第一冷却孔53的一端起到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置为止的长度为从第一冷却孔53的一端起到基端41b侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。由此，在冷却通路50中流动的冷却空气在基端侧变慢，在从中间位置到前端侧变快。因此，能够通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。

在第二至第四实施方式的涡轮叶片中，使第二冷却孔54呈朝向基端41b侧而内径连续增大的锥形形状。由此，第二冷却孔54呈无高低差等的锥形形状，因此能够抑制应力集中的产生。

在第二至第四实施方式的涡轮叶片中，冷却通路50具有：基端侧冷却孔51，其一端向基端41b侧开口；以及空腔部52，其内径比基端侧冷却孔51的内径大，且与第一冷却通路50a的另一端或第二冷却通路50b的另一端、及基端侧冷却孔51的另一端连通。由此，供给到基端41b侧的冷却空气从基端侧冷却孔51向空腔部52导入，从空腔部52向第一冷却通路50a及第二冷却通路50b导入，能够将冷却空气适当地供给到叶片部41、41A、41B内。

在第二至第四实施方式的涡轮叶片中，将空腔部52设置于平台42。由此，能够容易地形成内径比第一冷却通路50a及第二冷却通路50b、第二冷却孔54、基端侧冷却孔51大的空腔部52。

第一实施方式的涡轮叶片的制造方法包括如下工序：从动叶28的前端侧朝向基端侧，通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径恒定的第一冷却孔53；以及从第一冷却孔53起，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔54。

因此，通过从第一冷却孔53起一边变更电流值和加工速度中的至少任一方一边进行电解加工，从而能够容易地形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔54，能够高效地制造冷却性能高的动叶28。

在第一实施方式的涡轮叶片的制造方法中，包括如下工序：从基端侧起，以使电流值及加工速度恒定的方式，通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径相同的基端侧冷却孔51；以及在基端侧冷却孔51的端部使加工速度减速到预先设定的最低加工速度或停止，从而通过电解加工形成内径比基端侧冷却孔51的内径大的空腔部52，使第二冷却孔54与空腔部52连通。

因此，在先通过电解加工形成基端侧冷却孔51和空腔部52后，使第二冷却孔54与空腔部52连通，因此即使在第二冷却孔54的电解加工时产生加工误差，也能够使第二冷却孔54与内径大的空腔部52连通，因此能够适当地形成冷却通路50。

对于第一实施方式的涡轮叶片的制造方法，在通过电解加工形成第二冷却孔54的工序中，以使电流值及加工速度恒定的方式，通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径相同的基础第二冷却孔，之后，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径增大的第二冷却孔54。因此，在第一次电解加工时，形成内径相同的基础第二冷却孔，在第二次电解加工时，形成内径增大的第二冷却孔54，因此在第一次电解加工时和第二次电解加工时使用不同的电极，从而能够增大电极的通电面积来执行适当的电解加工。

对于第一实施方式的涡轮叶片的制造方法，在通过电解加工形成第二冷却孔54的工序中，以使电流值恒定为为规定值以上(最大)的方式，一边变更加工速度一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径增大的第二冷却孔54。因此，通过使电流值恒定为规定值以上，能够确保规定的电解加工量，通过一边变更加工速度一边移动电极，能够适当地形成内径增大的第二冷却孔54。

第二至第四本实施方式的涡轮叶片的制造方法是在轴向Da上隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向Dh的冷却通路50的动叶28、28A、28B的制造方法，其包括如下工序：从动叶28、28A、28B的前端41a侧朝向基端41b侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径以第一扩大率增大的第一冷却通路50a的工序；以及从动叶28、28A、28B的前端41a侧朝向基端41b侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向Dh而内径恒定或以比所述第一扩大率小的第二扩大率增大的第二冷却通路50b。由此，能够容易地形成沿着叶片高度方向Dh而内径增大的第一冷却通路50a、以及沿着叶片高度方向Dh而内径恒定或稍微增大的第二冷却通路50b，能够高效地制造冷却性能高的动叶28。

在第二至第四实施方式的涡轮叶片的制造方法中，第一冷却通路50a具有一端向前端41a侧开口且沿着叶片高度方向Dh而内径相同的第一冷却孔53、以及一端与第一冷却孔53的另一端无高低差地连通且朝向基端41b侧而内径增大的第二冷却孔54，使从第一冷却孔53中的动叶28、28A、28B的前端41a侧的一端起到第一冷却孔53与第二冷却孔54的连通位置为止的长度为从第一冷却孔53的一端起到动叶28、28A、28B的基端41b侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。由此，能够高精度地形成通过冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却的第一冷却通路50a。

在第二至第四实施方式的涡轮叶片的制造方法中，在通过电解加工形成第二冷却孔54时，使电流值恒定为规定值以上(例如，最大)，一边变更加工速度一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔54。由此，通过使电流值恒定为规定值以上，能够确保规定的电解加工量，通过一边变更加工速度一边移动电极，能够适当地形成内径增大的第二冷却孔54。

第二至第四实施方式的燃气轮机具备：压缩机11；将由压缩机11压缩后的压缩空气和燃料混合并燃烧的燃烧器12；以及具有作为涡轮叶片的动叶28并通过由燃烧器12生成的燃烧气体FG得到旋转动力的涡轮机13。由此，在动叶28、28A、28B中，能够利用冷却空气从热负荷高的中间位置积极地对前端侧进行冷却。其结果是，通过高效地对动叶28进行冷却而能够实现冷却性能的提高。

需要说明的是，在上述的实施方式中所说明的第一冷却通路50a及第二冷却通路50b的位置、数量、大小等并不限定于实施方式，只要根据动叶28、28A、28B的形状、大小、应用环境等适当设定即可。

另外，在上述的实施方式中，将本发明的涡轮叶片应用于动叶28进行了说明，但也可以应用于静叶27。

附图标记说明：

10...燃气轮机；

11...压缩机；

12...燃烧器；

13...涡轮机；

27...静叶；

28...动叶(涡轮叶片)；

32...转子；

41、41A、41B...叶片部；

41a...前端；

41b...基端；

41c...负压面；

41d...正压面；

41e...前缘；

41f..后缘；

42...平台；

42a、42b...表面；

43...叶片根部；

43a...基端；

50...冷却通路；

51...基端侧冷却孔；

52...空腔部；

53...第一冷却孔；

54...第二冷却孔；

55...第三冷却孔；

56...非冷却部；

100...电解加工装置；

101、101A、101B...电解加工工具；

102...移动机构；

103...引导部；

110、120、130...工具主体；

111、121、131...电极；

112、122、132...绝缘层；

123、133...非绝缘部；

Da...轴向；

Dc...周向；

Dh...叶片高度方向；

P1、P2、P3...间隔。

Claims (25)

1.一种涡轮叶片，其沿着叶片高度方向设置有冷却通路，其中，

所述冷却通路具有：

第一冷却孔，其一端向前端侧开口，且沿着叶片高度方向而内径相同；以及

第二冷却孔，其一端与所述第一冷却孔的另一端无高低差地连通，且朝向基端侧而内径增大，

从所述第一冷却孔的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其中，

所述冷却通路具有：基端侧冷却孔，其一端向基端侧开口；以及空腔部，其内径比所述基端侧冷却孔的内径大，且与所述第二冷却孔的另一端及所述基端侧冷却孔的另一端连通。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮叶片，其中，

所述第二冷却孔呈朝向基端侧而内径连续增大的锥形形状。

4.根据权利要求2所述的涡轮叶片，其中，

所述涡轮叶片具有叶片部、平台、以及叶片根部，所述空腔部设置于所述平台。

5.根据权利要求2或4所述的涡轮叶片，其中，

所述基端侧冷却孔的内径比所述第二冷却孔的最大内径大。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮叶片，其中，

所述第二冷却孔的内径扩大率大于100％且小于200％。

7.一种涡轮叶片，其在叶片的前后方向上隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向的冷却通路，其中，

所述冷却通路包括：

第一冷却通路，其具有从前端侧朝向基端侧而内径以第一扩大率增大的冷却孔；以及

第二冷却通路，其具有从前端侧朝向基端侧而内径恒定或以比所述第一扩大率小的第二扩大率增大的冷却孔。

8.根据权利要求7所述的涡轮叶片，其中，

所述涡轮叶片呈从前后方向上的中间部朝向前缘侧及后缘侧而叶片剖面的宽度变窄的形状，所述第二冷却通路位于最前缘侧或最后缘侧。

9.根据权利要求7或8所述的涡轮叶片，其中，

所述第一扩大率是内径尺寸的扩大率，为100％～250％。

10.根据权利要求7或8所述的涡轮叶片，其中，

所述第一扩大率是基于内径尺寸的通路面积扩大率，为100％～306％。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的涡轮叶片，其中，

在叶片的前后方向上的中间部相邻的所述第一冷却通路的间隔比其他相邻的所述冷却通路的间隔大。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的涡轮叶片，其中，

在前后方向上的中间部具有无所述冷却通路的非冷却部。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的涡轮叶片，其中，

所述第一冷却通路具有：第一冷却孔，其一端向前端侧开口，且沿着叶片高度方向而内径相同；以及第二冷却孔，其一端与所述第一冷却孔的另一端连通，且朝向基端侧而内径增大。

14.根据权利要求13所述的涡轮叶片，其中，

从所述第一冷却孔的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

15.根据权利要求13或14所述的涡轮叶片，其中，

所述第二冷却孔呈朝向基端侧而内径连续增大的锥形形状。

16.根据权利要求7至15中任一项所述的涡轮叶片，其中，

所述冷却通路具有：基端侧冷却孔，其一端向基端侧开口；以及空腔部，其内径比所述基端侧冷却孔的内径大，与所述第一冷却通路的另一端或所述第二冷却通路的另一端连通、且与所述基端侧冷却孔的另一端连通。

17.根据权利要求16所述的涡轮叶片，其中，

所述涡轮叶片具有叶片部、平台、以及叶片根部，所述空腔部设置于所述平台。

18.一种涡轮叶片的制造方法，其中，

所述涡轮叶片的制造方法包括如下工序：

从涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径恒定的第一冷却孔；以及

从所述第一冷却孔起，以无高低差地连通的方式，一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔，

从所述第一冷却孔中的所述涡轮叶片的前端侧的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到所述涡轮叶片的基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

19.根据权利要求18所述的涡轮叶片的制造方法，其中，

所述涡轮叶片的制造方法包括如下工序：

从基端侧起，以使电流值及加工速度恒定的方式，通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径相同的基端侧冷却孔；以及

在所述基端侧冷却孔的端部处使加工速度减速或停止，从而通过电解加工形成内径比所述基端侧冷却孔的内径大、且与所述第二冷却孔的另一端及所述基端侧冷却孔的另一端连通的空腔部。

20.根据权利要求18或19所述的涡轮叶片的制造方法，其中，

通过电解加工形成所述第二冷却孔的工序包括如下工序：

以使电流值及加工速度恒定的方式，通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径相同的基础第二冷却孔；以及

一边变更电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的涡轮叶片的制造方法，其中，

在通过电解加工形成所述第二冷却孔的工序中，使电流值恒定为规定值，且变更加工速度，从而形成沿着叶片高度方向而内径增大的第二冷却孔。

22.一种涡轮叶片的制造方法，所述涡轮叶片在叶片的前后方向上隔开间隔地设置有多个沿着叶片高度方向的冷却通路，其中，

所述涡轮叶片的制造方法包括如下工序：

从涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径以第一扩大率增大的第一冷却通路；以及

从所述涡轮叶片的前端侧朝向基端侧，一边调整电流值和加工速度中的至少任一方，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径恒定或以比所述第一扩大率小的第二扩大率增大的第二冷却通路。

23.根据权利要求22所述的涡轮叶片的制造方法，其中，

所述第一冷却通路具有：第一冷却孔，其一端向前端侧开口，且沿着叶片高度方向而内径相同；以及第二冷却孔，其一端与所述第一冷却孔的另一端无高低差地连通，且朝向基端侧而内径增大，

从所述第一冷却孔中的所述涡轮叶片的前端侧的一端起到所述第一冷却孔与所述第二冷却孔的连通位置为止的长度为从所述第一冷却孔的一端起到所述涡轮叶片的基端侧的气体通道面为止的长度的40％～60％。

24.根据权利要求23所述的涡轮叶片的制造方法，其中，

在通过电解加工形成所述第二冷却孔时，使电流值恒定为规定值以上，一边变更加工速度，一边通过电解加工形成沿着叶片高度方向而内径增大的所述第二冷却孔。

25.一种燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备：

压缩机，其对空气进行压缩；

燃烧器，其将由所述压缩机压缩后的压缩空气与燃料混合并燃烧；以及

涡轮机，其通过由所述燃烧器生成的燃烧气体而得到旋转动力，

所述涡轮机具有权利要求1至17中任一项所述的涡轮叶片。

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