CN115023536B - 固定叶片及燃气涡轮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固定叶片,其至少具备配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路中的叶片体、划定燃烧气体流路的一部分的护罩及安装于护罩的冲击板。隔肋从叶片体端部到达周壁的内壁面,搁架设置于在周壁的内壁面中的至少除隔肋到达周壁的内壁面的部分以外的无肋部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定叶片及燃气涡轮。
本申请主张基于2020年3月19日于日本申请的专利申请2020-050065号的优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
作为燃气涡轮的固定叶片,例如,有专利文献1中所公开的固定叶片。该专利文献1中所记载的固定叶片暴露于高温燃烧气体中。因此,在专利文献1中,在内侧护罩或外侧护罩中设置冲击板等而进行冷却。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-286157号公报
发明内容
发明要解决的课题
在如专利文献1中所记载那样的固定叶片中,有时提高刚性来进行设置,以免内侧护罩或外侧护罩因热变形等而产生应变。然而,若提高固定叶片的刚性,则存在热应力局部性地提高的可能性。
本发明是为了解决上述课题而完成的,其目的在于提供一种能够抑制产生热应力的固定叶片及燃气涡轮。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明所涉及的固定叶片至少具备:叶片体,配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路中;及护罩,划定所述燃烧气体流路的一部分,所述护罩具备:护罩主体,至少具备具有面对所述燃烧气体流路的气体路径面及朝向与所述气体路径面相反的流路相反侧的内表面的底板;及冲击板,安装于所述护罩主体,且具有多个贯穿孔,所述护罩主体形成为包含:所述底板;周壁,从所述护罩主体的所述内表面的周缘朝向所述流路相反侧突出;搁架,沿所述周壁的内壁面形成,并且从所述底板的所述内表面向所述流路相反侧突出而支承所述冲击板;及至少一个以上的隔肋,从所述底板向所述流路相反侧突出,并且接合所述叶片体与没有形成所述搁架的所述周壁,所述冲击板在所述底板的所述内表面与所述周壁的内壁面之间形成空间即型腔。
发明效果
根据本发明的固定叶片,能够抑制产生热应力。
附图说明
图1是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的示意性剖视图。
图2是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮的主要部分剖视图。
图3是从径向外侧观察了本发明所涉及的一实施方式中的固定叶片的固定叶片的立体图。
图4是从径向内侧观察了图3的内侧护罩的图。
图5是沿图4的A-A线剖切的剖视图。
图6是表示图4的B-B截面的剖视图。
图7是表示图4的C-C截面的剖视图。
图8是表示图4的D-D截面的剖视图。
图9是表示图4的E-E截面的剖视图。
图10是从径向外侧观察了图3的外侧护罩的图。
图11是沿图10的F-F线剖切的剖视图。
图12是表示内侧护罩的密封槽及密封部件的组合的俯视剖视图。
图13是表示背侧周壁与相邻叶片之间的密封槽和密封部件的组合的立体图。
图14是外侧护罩的密封槽的变形例。
具体实施方式
<实施方式>
以下,根据附图对本发明的实施方式进行说明。
《燃气涡轮的结构》
如图1所示,该实施方式的燃气涡轮10具备压缩空气A的压缩机20、在通过压缩机20压缩的空气A中燃烧燃料F而生成燃烧气体的燃烧器30及由燃烧气体驱动的涡轮40。
压缩机20具有以轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子21、覆盖压缩机转子21的压缩机机室25及多个固定叶片列26。涡轮40具有以轴线Ar为中心进行旋转的涡轮转子41、覆盖涡轮转子41的涡轮机室45及多个固定叶片列46。
压缩机转子21及涡轮转子41位于同一轴线Ar上,并且彼此连接而构成燃气涡轮转子11。在该燃气涡轮转子11中例如连接有发电机GEN的转子。燃气涡轮10还具备配置于压缩机机室25与涡轮机室45之间的中间机室14。压缩机机室25、中间机室14及涡轮机室45彼此连接而构成燃气涡轮机室15。另外,以下,将轴线Ar延伸的方向设为轴向Da,将以该轴线Ar为中心的周向简单地设为周向Dc,将相对于轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。并且,在轴向Da上以涡轮40为基准,将压缩机20侧设为上游侧Dau,将与其相反的一侧设为下游侧Dad。并且,在径向Dr上,将靠近轴线Ar的一侧设为径向内侧Dri,将与其相反的一侧设为径向外侧Dro。
压缩机转子21具有以轴线Ar为中心沿轴向Da延伸的转子轴22及安装于该转子轴22的多个转动叶片列23。多个转动叶片列23沿轴向Da排列。各转动叶片列23均由沿周向Dc排列的多个转动叶片23a构成。在多个转动叶片列23的各上游侧Dau配置有固定叶片列26。各固定叶片列26设置于压缩机机室25的内侧。各固定叶片列26均由沿周向Dc排列的多个固定叶片26a构成。
涡轮转子41具有以轴线Ar为中心沿轴向Da延伸的转子轴42及安装于该转子轴42的多个转动叶片列43。多个转动叶片列43沿轴向Da排列。各转动叶片列43均由沿周向Dc排列的多个转动叶片43a构成。在多个转动叶片列43的各上游侧Dau配置有固定叶片列46。各固定叶片列46设置于涡轮机室45的内侧。各固定叶片列46均由沿周向Dc排列的多个固定叶片50构成。
如图2所示,涡轮机室45具有构成其外壳的筒状的外侧机室45a、固定于外侧机室45a的内侧的内侧机室45b、固定于内侧机室45b的内侧的多个分割环90以及将固定叶片50及分割环90连接于内侧机室45b的隔热环45c。多个分割环90均设置于多个固定叶片列46的彼此之间的位置。因此,在各分割环90的径向内侧Dri配置有转动叶片列43。
在径向Dr上的转子轴42与涡轮机室45之间且在轴向Da上配置有固定叶片50及转动叶片43a的环状的空间形成来自燃烧器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为中心而呈环状,且在轴向Da上较长。在涡轮机室45的内侧机室45b中形成有从径向外侧Dro向径向内侧Dri贯穿的冷却空气通路45p。通过了该冷却空气通路45p的冷却空气导入于固定叶片50内及分割环90而利用于固定叶片50及分割环90的冷却。
《涡轮固定叶片的结构》
如图3所示,涡轮40的固定叶片50具有沿径向Dr延伸的叶片体51、形成于叶片体51的径向内侧Dri的内侧护罩60i及形成于叶片体51的径向外侧Dro的外侧护罩60o。叶片体51配置于燃烧气体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中的径向内侧Dri的位置。外侧护罩60o划定环状的燃烧气体流路49中的径向外侧Dro的位置。
在固定叶片50的外侧护罩60o中的离叶片体51的后缘部53近的一侧设置有用于将固定叶片50支承于燃气涡轮机室15(外侧机室45a、内侧机室45b)的挂钩69。该固定叶片50的挂钩69设置于外侧护罩60o的后周壁62b。固定叶片50的挂钩69与支承于内侧机室45b的隔热环45c嵌合。如此,固定叶片50经由隔热环45c支承于燃气涡轮机室15。
如图3~图5所示,叶片体51呈叶型。叶片体51沿径向Dr延伸而在径向内侧Dri与内侧护罩60i连接,在径向外侧Dro与外侧护罩60o连接。叶片体51与内侧护罩60i及外侧护罩60o成为一体而形成固定叶片50。叶片体51的径向内侧Dri及径向外侧Dro各自的叶片体端部51r从内侧护罩60i及外侧护罩60o的底板64的内表面64i分别向径向内侧Dri及径向外侧Dro稍微突出。另外,在图4中,省略了冲击板81的图示。
叶片体51在上游侧Dau具有前缘部52,在下游侧Dad具有后缘部53。该叶片体51还具有朝向其表面的周向Dc的面中的呈凸状面的背侧面54(=负压面)及呈凹状面的腹侧面55(=正压面)。另外,以下,为了便于说明,在周向Dc上,将叶片体51的腹侧(=正压面侧)设为周向腹侧Dcp,将叶片体51的背侧(=负压面侧)设为周向背侧Dcn。并且,也有时将轴向Da的上游侧Dau称为前侧,将轴向Da的下游侧Dad称为后侧。
如图3及图5所示,叶片体51具备沿径向Dr延伸的叶片空气通路75。叶片空气通路75在从外侧护罩60o到达内侧护罩60i的范围内相连形成。在该实施方式中,例示了在连结叶片体51的前缘部52与后缘部53的前缘-后缘方向上三个叶片空气通路75排列的情况。相邻的叶片空气通路75彼此可以在径向外侧Dro的部分或径向内侧Dri的部分彼此连通。并且,多个叶片空气通路75中的任一个可以在径向外侧Dro开口。在该实施方式中,例示了离前缘部52最近的叶片空气通路75在外侧护罩60o侧开口的情况(参考图3)。
如图3及图5所示,叶片体端部51r将叶片体51形成于径向内侧Dri及径向外侧Dro的两侧端部。具体而言,叶片体51中形成于径向内侧Dri的叶片体端部51r从内侧护罩主体61i的内表面64i(参考图4、图5)向流路相反侧即径向内侧Dri突出。径向外侧Dro的叶片体端部51r(参考图3)从外侧护罩主体61o的内表面64i向流路相反侧即径向外侧Dro突出。从径向内侧Dri观察了形成于径向内侧Dri的叶片体端部51r的外形截面及从径向外侧Dro观察了形成于径向外侧Dro的叶片体端部51r的外形截面分别呈叶型。叶片体端部51r与叶片体51一体地形成。
《内侧护罩的结构》
如图3~图5所示,内侧护罩60i由内侧护罩主体(护罩主体)61i及容纳于内侧护罩主体61i内且具有多个贯穿孔的冲击板81(后述)构成。
内侧护罩主体61i由形成上述内侧护罩主体61i的内表面64i的底板64、配置于底板64周围的周壁65i、分隔内侧护罩主体61i内的空间(型腔67)的隔肋60r(后述)及支承冲击板81的搁架71i构成。周壁65i由在轴向Da上彼此对置的前周壁62f及后周壁62b和在周向Dc上彼此对置的腹侧周壁63p及背侧周壁63n构成,并且通过在底板64的周围配置周壁65i,形成内侧护罩主体61i。在内侧护罩主体61i的内部形成有从流路相反侧向径向外侧Dro凹陷的凹部66。另外,前周壁62f的上游侧Dau的端面构成前端面62fa,下游侧Dad的端面构成后端面62ba。朝向在周向Dc上彼此相反的一侧的一对端面中,位于周向腹侧Dcp的腹侧周壁63p的端面构成腹侧端面63pa,位于周向背侧Dcn的背侧周壁63n的端面构成背侧端面63na。并且,内侧护罩主体61i的底板64具备朝向径向外侧Dro的气体路径面64p及朝向与气体路径面64p相反的流路相反侧即径向内侧Dri的内表面(反流路面)64i。
在该实施方式中例示的内侧护罩60i中,前周壁62f与后周壁62b大致平行,腹侧周壁63p与背侧周壁63n大致平行。因此,从径向Dr观察,内侧护罩主体61i呈平行四边形状。
在周向Dc上相邻的两个固定叶片50(未图示)中的一个固定叶片50的内侧护罩60i的腹侧周壁63p在周向Dc上隔着间隙与另一个固定叶片50的内侧护罩60i的背侧周壁63n对置配置。
如上所述,周壁65i具有在轴向Da上彼此对置的前周壁62f及后周壁62b和在周向Dc上彼此对置的腹侧周壁63p及背侧周壁63n。
腹侧周壁63p形成周壁65i中的位于周向腹侧Dcp的部分,背侧周壁63n形成周壁65i中的位于周向背侧Dcn的部分。
前周壁62f及后周壁62b均相对于内侧护罩主体61i,比腹侧周壁63p及背侧周壁63n更向径向内侧Dri突出。
《内侧护罩的隔肋的结构》
在内侧护罩60i中形成有多个隔肋60r。隔肋60r从内侧护罩主体的内表面64i向径向内侧Dri突出。
隔肋60r接合叶片体51的叶片体端部51r与内侧护罩60i的周壁65i的内壁面65a。在该实施方式的内侧护罩60i中形成有五个隔肋60r。叶片体51、内侧护罩主体61i、外侧护罩主体61o以及隔肋60r通过铸造一体地形成。其结果,内侧护罩60i的凹部66即空间(型腔67)通过将多个隔肋60r配置于叶片体端部51r与周壁65i之间,将凹部66分隔为多个而形成分隔为多个空间的型腔67。并且,叶片体51的径向Dr的外侧及内侧的端部即叶片体端部51r自内侧护罩60i的内表面64i起的高度形成为与隔肋60r相同的高度。但是,可以根据护罩形状改变高度。
在该实施方式中,在叶片体端部51r的最靠上游侧Dau的前缘部52与周壁65i的前周壁62f的内壁面65a之间、叶片体端部51r的最靠下游侧Dad的后缘部53与周壁65i的后周壁62b的内壁面65a之间及背侧面54侧的叶片体端部51r与周壁65i的背侧周壁63n的内壁面65a之间各设置有一个隔肋60r。而且,在腹侧面55的叶片体端部51r与周壁65i的腹侧周壁63p的内壁面65a之间在轴向Da上隔着间隔设置有两个隔肋60r。另外,形成于内侧护罩60i的隔肋60r的数量或配置为一例,并不限于上述结构。通过在内侧护罩60i内的凹部66配置接合叶片体端部51r与周壁65i的多个隔肋60r,将凹部66分隔为多个空间而形成多个型腔67。通过将型腔67分割为多个,对各型腔67,能够彼此独立地保持不同条件的冷却空气。
如图4所示,隔肋60r的一端与叶片体51的叶片体端部51r连接,隔肋60r的另一端与周壁65i的内壁面65a连接。即,隔肋60r的前端从叶片体51的前缘部52、后缘部53及背侧面54以及腹侧面55各自的叶片体端部51r延伸至周壁65i的内壁面65a。
《护罩中所产生的热应力的概念》
作为本发明所涉及的实施方式之一,有时适用沿护罩60(60i、60o)的周壁65(65i、65o)的内壁面65a局部性地形成搁架71(71i、71o)而不是在周壁65的整周形成搁架71(71i、71o)的结构。以下,对能够抑制护罩60整体的热应变或热变形并且减少护罩60的局部性的热应力的护罩结构的意义进行说明。
通常,作为冷却护罩60的方法如下进行,即,在护罩60内配置冲击板81,从外部对护罩60供给冷却空气,以对护罩60的内表面进行冲击冷却(碰撞冷却)。另一方面,作为强化护罩60的冲击冷却的方法,有时会将多个隔肋60r形成于护罩60内,将护罩60内的型腔67分割为多个,改变供给至各型腔67的冷却空气的条件,以进行护罩60的最佳的冲击冷却。在该情况下,有时采用分别在分割为多个的各型腔67中通过独立地焊接等来固定冲击板81的结构,并且因由焊接固定冲击板81时的焊接热而输入的热量,护罩60产生热应变或热变形。为了抑制产生该护罩60的热应变或热变形,沿周壁65的内壁面65a形成搁架71而提高护罩60的刚性,由此能够抑制护罩60的热应变或热变形。
另一方面,通过将搁架71沿周壁65的内壁面65a配置,护罩60的刚性得到提高,但有时根据护罩60的结构而热应力局部性地变大。例如,如图2及图3所示,若举出外侧护罩60o为例子进行说明,则固定叶片50经由形成于外侧护罩60o的挂钩69及隔热环45c支承于燃气涡轮机室15。当燃气涡轮10进入正常运行时,在固定叶片50与支承固定叶片50的燃气涡轮机室15之间产生温度差,在挂钩69与隔热环45c之间的嵌合部69a产生周向Dc的热伸长差。即,外侧护罩60o的背侧端面63na侧及腹侧端面63pa侧因从燃烧气体侧输入的热量而以前缘-后缘方向的中心线(在图10中,是外侧护罩60o的周向Dc的中心线且连结前端面62fa的周向Dc的中间位置与后端面62ba的周向Dc的中间位置的线,并且与背侧端面63na或腹侧端面63pa平行的线)为中心向径向外侧Dro方向产生翘曲变形。但是,与挂钩69嵌合的隔热环45c侧相对维持为低温而热变形小,因此通过挂钩69与隔热环45c之间的嵌合部69a限制挂钩69侧的变形。通过嵌合部69a的限制,在从外侧护罩60o的后周壁62b的周向的背侧端面63na至腹侧端面63pa之间产生热应力。
另一方面,有时因叶片体51与经由隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)连接的后周壁62b及前周壁62f之间的热伸长差,而在后周壁62b及前周壁62f中产生高的热应力。即,叶片体51通过供给至叶片空气通路75的冷却空气,叶片体51的热伸长抑制为较小。另一方面,后周壁62b及前周壁62f因从燃烧气体输入的热量而欲向周向Dc热伸长。因此,后周壁62b及前周壁62f从接合叶片体51的前缘部52侧及后缘部53侧与周壁65的隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)受到限制,由此有时在后周壁62b及前周壁62f中的以与隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)的接合部为中心的周壁65i、65o的规定的区域产生高的热应力。因此,为了减少热应力,在内侧护罩60i及外侧护罩60o中配置有后述的后缘端部通路80及后缘吹扫冷却孔91。
上述热应力的概念为主要适用于外侧护罩60o的概念,在内侧护罩60i的情况下,如上所述,由外侧护罩60o的挂钩69与隔热环45c之间的嵌合部69a的限制引起的向内侧护罩60i的热应力的影响小。
在内侧护罩60i的情况下,与外侧护罩60o相比,不是受到由热伸长差引起的来自外部的限制的结构,如上所述,限于因叶片体51与经由隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)连接的后周壁62b及前周壁62f之间的热伸长差,而在后周壁62b及前周壁62f中产生高的热应力的情况。但是,内侧护罩60i与外侧护罩60o相比,热应力的影响小,因此配置后缘吹扫冷却孔91的范围受到限定。
《配置内侧护罩的搁架的范围》
如图4所示,内侧护罩60i的周壁65i在其内壁面65a具有四个角部即第1角部C1、第2角部C2、第3角部C3及第4角部C4。第1角部C1由背侧周壁63n的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成。第2角部C2由腹侧周壁63p的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成。第3角部C3由背侧周壁63n的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成。第4角部C4由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成。在该实施方式中的内侧护罩60i中,在第1角部C1、第2角部C2、第3角部C3及第4角部C4形成有搁架71i。
如图4所示,在内侧护罩60i的情况下,在配置于内侧护罩60i的后缘部53侧的后周壁62b中,后述的多个后缘端部通路80遍及从背侧端面63na至腹侧端面63pa之间的总宽而排列。而且,为了强化排列有后周壁62b的后缘周向通路79的后周壁62b的气体路径面侧的局部性的冷却,隔着接合叶片体51的后缘部53与后周壁62b的隔肋60r(第2隔肋60rb)在周向Dc的规定的范围内配置有排列有多个的后缘吹扫冷却孔91(第1吹扫冷却孔91i)。
另一方面,如上所述,后周壁62b及前周壁62f因从燃烧气体输入的热量而欲向周向Dc伸长,但通过接合叶片体51的叶片体端部51r与后周壁62b及前周壁62f的内壁面65a的隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)而热伸长被限制,在后周壁62b及前周壁62f中,高的热应力以与隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)的接合部为中心在周向Dc上局部性地起作用。
因此,如图4所示,在后周壁62b的情况下,后周壁62b的内壁面65a中,配置有包含第3角部C3且向周向腹侧Dcp延伸的搁架71ic及包含第4角部C4且向周向背侧Dcn延伸的搁架71id,在搁架71ic及搁架71id之间配置有隔肋60r(第2隔肋60rb)及中间搁架71im(71i)以及中间隔着中间搁架71im(71i)而在周向Dc的两侧没有形成搁架的区域73。隔肋60r(第2隔肋60rb)与周壁65i连接的位置配置于形成有形成于后周壁62b的后述的后缘吹扫冷却孔91(第1吹扫冷却孔91i)的周向Dc的范围内。在后周壁62b的情况下,在隔肋60r(第2隔肋60rb)与周壁65i接合的位置Pc的附近热应力变得最高。从位置Pc朝向周向背侧Dcn及周向腹侧Dcp而热应力逐渐变小。在从位置Pc朝向周向背侧Dcn而热应力成为允许值以下的位置到第3角部C3为止的范围及朝向周向腹侧Dcp到第4角部C4为止的范围内形成有搁架71ic(71i)及71id(71i)。
另外,配置于第2隔肋60rb的位置Pc与搁架71ic(71i)之间的中间搁架71im具有与搁架71ic(71i)相同的宽度及相同的高度,周向Dc的长度与搁架宽度大致相同,且具有大致矩形状的截面。中间搁架71im(71i)具有小的截面形状,发挥接收冲击板81的搁架的作用。即,在第2隔肋60rb的位置Pc与第3角部C3侧的搁架71ic(71i)之间的没有形成搁架的区域73中,有无为了将冲击板81固定于后周壁62b的内壁面65a时的径向Dr的定位而设置的中间搁架71im(71i)对后周壁62b中所产生的热应力几乎不会造成影响。另外,中间搁架71im(71i)在制造叶片体51时可以与搁架71ic(71i)及搁架71id(71i)等一体地形成。另外,若另行使用夹具等而能够进行径向Dr的定位,则可以不设置中间搁架71im(71i)。
如图4所示,第2隔肋60rb的周向Dc的位置Pc比从内侧护罩主体61i的背侧端面63na至腹侧端面63pa的宽度的周向Dc的中间位置更接近腹侧端面63pa侧。从第2隔肋60rb的位置Pc至搁架71ic(71i)的周向腹侧Dcp的端部的没有形成搁架71的区域73的长度大于从位置Pc至搁架71id(71i)的周向背侧Dcn的端部的没有形成搁架71的区域73的长度。这是因为,以第2隔肋60rb为中心而在周向Dc上的背侧端面63na侧与腹侧端面63pa侧相比热应力的影响大。另外,中间搁架71im(71i)的周向Dc的位置配置于比第1吹扫冷却孔91i中的离背侧端面63na最近的第1吹扫冷却孔91i的位置更靠周向背侧Dcn的位置。
通过在到隔着第2隔肋60rb配置于周向Dc两侧的搁架71ic(71i)及搁架71id(71i)为止的之间配置没有形成搁架71的区域,可减少后周壁62b中所产生的热应力。
在前周壁62f的情况下,作用于前周壁62f的热应力的概念与后周壁62b相同,但从燃烧气体输入的热量小,因此前周壁62f侧,热应力的产生变小。在前周壁62f的情况下,不具备如后缘端部通路80及后缘吹扫冷却孔91那样的冷却结构。与后周壁62b同样地,在前周壁62f的内壁面65a配置有包含第1角部C1且向周向腹侧Dcp延伸的搁架71ia及包含第2角部C2且向周向背侧Dcn延伸的搁架71ib,在搁架71ia及搁架71ib之间设置有不形成搁架71的区域73,在该区域配置有从周向Dc两侧被夹持的第1隔肋60rf。
通过隔着第1隔肋60rf在周向Dc两侧配置没有形成搁架71的区域,可减小前周壁62f中所产生的热应力。
另外,在背侧周壁63n及腹侧周壁63p中,除了从配置于后周壁62b的搁架71ic、搁架71id及配置于前周壁62f的搁架71ia、搁架71ib的端部即第1角部C1、第2角部C2、第3角部C3及第4角部C4沿轴向Da(前缘-后缘方向)延伸的一部分搁架以外,没有形成搁架71的区域(无搁架部分)73延伸。并且,搁架71没有沿背侧周壁63n及腹侧周壁63p的内壁面65a配置是因为,与前周壁62f及后周壁62b相比,由冲击板81的焊接热引起的热应变或热变形相对较小。
《内侧护罩的搁架周围的结构》
如图4、图5所示,在内侧护罩60i中设置有支承冲击板的搁架71。搁架71沿周壁65i的内壁面65a从内侧护罩主体61i的底板64的内表面64i向径向内侧Dri突出。即,搁架71以内侧护罩主体61i的底板64的内表面64i为基准,向径向Dr上与气体路径面64p(燃烧气体流路侧)相反的一侧的流路相反侧突出。搁架71具有相对于流路侧即气体路径面64p朝向流路相反侧即径向内侧Dri侧的支承面72,并且支承冲击板81。
如图5所示,支承面72位于比径向Dr上的周壁65i的端部65t更靠近内侧护罩主体61i的底板64的内表面64i的位置。并且,搁架71的支承面72在径向Dr上位于比上述隔肋60r的端部更靠径向内侧Dri的位置。换言之,以径向Dr上的内侧护罩主体61i的内表面64i为基准的搁架71的高度形成为低于同样以内表面64i为基准的周壁65i的高度。并且,在该实施方式中,从周壁65i的内壁面65a向内侧突出的方向上的搁架71i的厚度形成为薄于与搁架71的厚度相同的方向上的周壁65i的厚度。
如图5所示,背侧周壁63n及腹侧周壁63p的朝向径向内侧Dri的面65fa(图9)比前周壁62f及后周壁62b的端部65t的朝向径向内侧Dri的面65ta的位置更靠近底板64的内表面64i,并且形成为与搁架71的支承面72的位置大致相同的高度。
《内侧护罩的冲击板的结构》
图5所示的冲击板81安装于内侧护罩60i。冲击板81将内侧护罩60i的凹部66内的空间(型腔67)分隔为径向内侧Dri的区域的外侧型腔67b及径向外侧Dro的区域即内侧型腔67a。在该冲击板81上形成有沿径向Dr贯穿的多个贯穿孔82a。存在于固定叶片50的径向内侧Dri的冷却空气Ac的一部分经过冲击板81的贯穿孔82a流入内侧型腔67a内,对内侧护罩60i的底板64进行冲击冷却(碰撞冷却)。
如图6至图9所示,冲击板81具有具备多个贯穿孔82a的主体部82、吸收主体部82的热应变的应变吸收部83及将主体部82固定于护罩60的固定部84。
如上所述,主体部82是具备多个贯穿孔82a且与内侧护罩主体61i的底板64的内表面64i平行地延伸至周壁65i的内壁面65a的部件。
图6是表示图4的B-B截面的剖视图。图6所示的实施方式为主体部82与底板64的内表面64i平行地维持相同的高度的同时沿轴向Da(前缘-后缘方向)延伸的结构。是主体部82的端面即第1缘81a相对于周壁65i的内壁面65a中的没有设置搁架71的区域73的内壁面65a对接固定的方式。相对于周壁65i的内壁面65a的对接端面即第1缘81a经由通过角焊形成的焊接部81W与周壁65i的内壁面65a接合。
图7是表示图4中的C-C截面的剖视图。图7所示的实施方式示出了在周壁65i的内壁面65a形成有搁架71的区域中的冲击板81的安装结构。
在本实施方式中,是在主体部82与周壁65i的内壁面65a之间配置有搁架71(71i)的结构,冲击板81为配置有沿径向Dr延伸的应变吸收部83及固定部84的方式。应变吸收部83为相对于主体部82延伸的轴向Da具有规定的斜率而弯曲且沿径向Dr延伸的部件。应变吸收部83在径向内侧Dri经由第1弯曲部83a与主体部82连接,在径向外侧Dro经由第2弯曲部83b与后述的固定部84连接。
固定部84与应变吸收部83的第2弯曲部83b连接,且沿轴向Da(前缘-后缘方向)延伸。即,该实施方式中的应变吸收部83沿相对于主体部82及固定部84这两者交叉的垂直方向延伸。应变吸收部83配置成从冲击板81的固定部84固定的搁架71及周壁65i的内壁面65a分开规定以上。由此,即使在冲击板81的主体部82沿轴向Da及周向Dc热伸长的情况下,通过应变吸收部83的变形而主体部82的热伸长被吸收,因此作用于冲击板81的端面即第2缘81a的焊接部81W的热应力减少。
图8是表示图4中的D-D截面的剖视图。图8所示的实施方式表示在周向Dc上第1隔肋60rf与搁架71ia之间的没有形成搁架的范围窄,且冲击板81的应变吸收部83的加工困难或安装困难时的方式。如图8所示,当在没有形成搁架71的狭小的空间的区域中,将冲击板81安装于周壁65i时,与图7所示的形成有搁架71的方式中的应变吸收部83与搁架71的内壁面之间的间隙相比,不得不加大应变吸收部83与周壁65i的内壁面65a之间的间隙。若没有形成搁架71的区域73长且间隙过大,则有时会变得周壁65i及底板64连接的角部的冷却不足。在这种情况下,如图8所示,在应变吸收部83的第1弯曲部83a附近可以设置朝向径向内侧Dri的倾斜通路即贯穿孔82b。
具备应变吸收部83的冲击板81的结构且固定部84对周壁65i的安装结构适用固定于周壁65i中的朝向径向内侧Dri的面65fa(参考图9)的方法、固定于搁架71中的朝向径向内侧Dri的面即支承面72(参考图7)的方法及固定于周壁65i的内壁面65a中没有形成搁架71的区域73的方法(参考图8)中的任一个。
图9是表示图4中的E-E截面的剖视图。图9所示的实施方式是在背侧周壁63n及腹侧周壁63p中安装冲击板81时的方式。是在背侧周壁63n及腹侧周壁63p的内壁面65a不设置搁架71而将具有应变吸收部83的冲击板81的固定部84载置于周壁65i中的朝向径向内侧Dri的面65fa上,而将固定部84直接固定于周壁65i的结构。
另外,在背侧周壁63n及腹侧周壁63p的情况下,将冲击板81焊接于周壁65i时的焊接应变的影响小。
如图5所示,如上所述,冲击板81在内侧护罩60i的外周侧固定于周壁65i,并且在内侧护罩60i的内周侧固定于叶片体51的叶片体端部51r上。固定于冲击板81的叶片体51侧的主体部82维持与周壁65i附近的主体部82相同的高度而载置于叶片体端部51r的朝向径向外侧Dro的端面,并且在第3缘81c中焊接固定于叶片体端部51r。
如图4所示,在内侧护罩60i的后周壁62b中形成有多个后缘吹扫冷却孔91(第1吹扫冷却孔91i)。这些多个第1吹扫冷却孔91i的一端开口于比叶片体51更靠下游侧Dad的后缘部53侧且比叶片体51更靠近下游侧Dad的后周壁62b侧的内侧护罩主体61i的内表面64i。多个第1吹扫冷却孔91i的另一端开口于形成于气体路径面64p的排出开口91ia。多个第1吹扫冷却孔91i沿后周壁62b延伸的方向(周向Dc)排列形成。这些多个第1吹扫冷却孔91i在隔着第2隔肋60rb而搁架71id与中间搁架71im之间的没有形成搁架71的区域73中,仅沿后周壁62b延伸的方向形成。通过设置多个第1吹扫冷却孔91i,关于后周壁62b的上游侧Dau的区域且以第2隔肋60rb为中心的搁架71id与中间搁架71im之间的没有形成搁架71的区域73,产生由后述的冷却通路系统补充对流冷却的效果的冷却效果而补充后周壁62b中的热应力的减少效果。
如上所述,从减少后周壁62b的热应力等的观点出发,在后周壁62b中设置有冷却通路系统。如图4所示,本冷却通路系统由背侧通路78n、腹侧通路78p、后缘周向通路79及后缘端部通路80形成。背侧通路78n在上游侧开口于内侧型腔67a,并且在背侧周壁63n内向下游侧Dad延伸。腹侧通路78p在上游侧开口于内侧型腔67a,并且在腹侧周壁63p内向下游侧Dad延伸。后缘周向通路79在后周壁62b内沿周向Dc延伸,并且在周向背侧Dcn的末端与背侧通路78n连接,在周向腹侧Dcp的末端与腹侧通路78p连接。后缘端部通路80在周向Dc上排列有多个,并且在上游侧Dau与后缘周向通路79连接,下游侧Dad开口于后端面62ba。从外部供给至内侧护罩60i的外侧型腔67b的冷却空气经由形成于冲击板81的贯穿孔82a排出至内侧型腔67a,对内侧护罩主体61i的底板64进行冲击冷却(碰撞冷却)。冲击冷却后的冷却空气供给至背侧通路78n及腹侧通路78p,对背侧周壁63n及腹侧周壁63p进行对流冷却之后,供给至后缘周向通路79。冷却空气进一步从后缘周向通路79供给至后缘端部通路80,对后周壁62b进行对流冷却之后,从后端面62ba的开口排出至燃烧气体中。通过配置本冷却通路系统,后周壁62b被冷却,后周壁62b的热应力减少。
《外侧护罩的结构》
如图3、图10及图11所示,与内侧护罩60i同样地,外侧护罩60o由外侧护罩主体(护罩主体)61o及容纳于外侧护罩主体61o内且具有多个贯穿孔82a的冲击板81构成。
外侧护罩主体61o由形成上述外侧护罩主体61o的内表面64i的底板64、配置于底板64周围的周壁65o、分隔外侧护罩主体61o内的空间(型腔67)的隔肋60r及支承冲击板81的搁架71(71o)构成。周壁65o由在轴向Da上彼此对置的前周壁62f及后周壁62b和在周向Dc上彼此对置的腹侧周壁63p及背侧周壁63n构成。通过在底板64的周围配置周壁65o,形成外侧护罩主体61o。在外侧护罩主体61o的内部形成有从流路相反侧向径向内侧Dri凹陷的凹部66。另外,在前周壁62f的上游侧Dau的端面构成前端面62fa。并且,后周壁62b的下游侧Dad的端面构成后端面62ba。并且,外侧护罩主体61o的底板64具备朝向径向内侧Dri的气体路径面64p及朝向与气体路径面64p相反的流路相反侧即径向外侧Dro的内表面(反流路面)64i。
一对周向端部63中的位于周向腹侧Dcp的腹侧周壁63p形成腹侧端面63pa。一对周向端部63中的位于周向背侧Dcn的背侧周壁63n形成背侧端面63na。在该实施方式中例示的外侧护罩60o中,与内侧护罩60i同样地,前周壁62f与后周壁62b大致平行,腹侧周壁63p与背侧周壁63n大致平行。因此,从径向Dr观察,外侧护罩主体61o呈平行四边形状。
在周向Dc上相邻的两个固定叶片50中的一个固定叶片50的外侧护罩60o的腹侧周壁63p在周向Dc上隔着间隙与另一个固定叶片50的外侧护罩60o的背侧周壁63n对置配置。
如上所述,周壁65o具有在轴向Da上彼此对置的前周壁62f及后周壁62b和在周向Dc上彼此对置的腹侧周壁63p及背侧周壁63n。
腹侧周壁63p形成周壁65o中的位于周向腹侧Dcp的部分,背侧周壁63n形成周壁65o中的位于周向背侧Dcn的部分。
前周壁62f及后周壁62b均相对于外侧护罩主体61o,比腹侧周壁63p及背侧周壁63n更向径向外侧Dro突出。
在此,如下记载作用于外侧护罩60o的热应力的概念。如上所述,因外侧护罩60o的挂钩69与隔热环45c之间的嵌合部69a中的热伸长差的影响而挂钩69侧的变形被限制,在从外侧护罩60o的后周壁62b的周向的背侧端面63na至腹侧端面63pa之间产生热应力。而且,外侧护罩60o的后周壁62b因从燃烧气体输入的热量而欲向周向Dc伸长,但通过接合叶片体51的叶片体端部51r与后周壁62b的内壁面65a的隔肋60r而热伸长被限制,在后周壁62b的周向Dc上,热应力重叠性地起作用。
为了减少作用于外侧护罩60o的热应力,外侧护罩60o将后缘端部通路80及后缘吹扫冷却孔91(第2吹扫冷却孔91o)配置于后周壁62b。而且,外侧护罩60o沿周壁65o局部性地配置搁架71,在热应力高的区域配置没有形成搁架71的区域(无搁架部分)73而抑制外侧护罩60o的热应变,并且实现了热应力的减少。
如图10所示,在外侧护罩60o的情况下,如上所述,在配置于外侧护罩60o的后缘部53侧的后周壁62b中形成有多个后缘端部通路80。这些多个后缘端部通路80遍及从背侧端面63na至腹侧端面63pa之间的总宽排列。而且,在后周壁62b中,为了强化排列有后缘周向通路79的气体路径面64p侧的冷却,遍及从后周壁62b的背侧端面63na至腹侧端面63pa之间的总宽并且在径向Dr上重叠排列有上述多个后缘吹扫冷却孔91(第2吹扫冷却孔91o)。
因此,如图10所示,在后周壁62b的内壁面65a中的热应力高的区域且隔着隔肋60r(第2隔肋60rb)而包含第3角部C3而形成的搁架71oc与第4角部C4之间配置有具有没有形成搁架71的区域73的周壁65o,从而后周壁62b的热应力减少。
另一方面,如图10所示,外侧护罩60o的前缘部52侧的前周壁62f与外侧护罩60o的后周壁62b相比,几乎没有来自燃气涡轮机室15侧的限制。并且,如上所述,因接合叶片体51的前缘部52的叶片体端部51r与前周壁62f的内壁面65a的隔肋60r(第1隔肋60rf)的限制而在前周壁62f中产生热应力,但与后周壁62b相比,产生高的热应力的范围相对较小。
《外侧护罩的隔肋的结构》
在外侧护罩60o中形成有多个隔肋60r。形成于外侧护罩60o的隔肋60r具有与形成于内侧护罩60i的隔肋60r相同的结构,并且从外侧护罩主体61o的内表面64i向径向外侧Dro突出。与内侧护罩60i同样地,在该实施方式的外侧护罩60o中形成有五个隔肋60r。外侧护罩60o的凹部66即空间(型腔67)通过将多个隔肋60r配置于叶片体端部51r与周壁65o之间,将凹部66分隔为多个而形成分隔为多个空间的型腔67。并且,叶片体51的径向外侧Dro及径向内侧Dri的端部即叶片体端部51r自外侧护罩60o的内表面64i起的高度形成为与隔肋60r相同的高度。但是,可以根据护罩形状改变高度。
具体而言,在叶片体51的最靠上游侧Dau的前缘部52的叶片体端部51r与前周壁62f的内壁面65a之间、叶片体51的最靠下游侧Dad的后缘部53与后周壁62b的内壁面65a之间及叶片体51的背侧面54与背侧周壁63n的内壁面65a之间分别各设置有一个外侧护罩60o的隔肋60r。而且,在叶片体51的腹侧面55的叶片体端部51r与周壁65o的腹侧周壁63p的内壁面65a之间,在轴向Da上隔着间隔设置有两个外侧护罩60o的隔肋60r。另外,形成于外侧护罩60o的隔肋60r的数量或配置为一例,并不限于上述结构。另外,隔肋60r的配置等也存在与内侧护罩60i不同的点,但形状、结构等大致以相同的概念来形成。
《配置外侧护罩的搁架的范围》
如图10所示,与上述内侧护罩60i的周壁65i同样地,外侧护罩60o的周壁65o具有其内壁面65a的四个角部即第1角部C1、第2角部C2、第3角部C3及第4角部C4。第1角部C1由背侧周壁63n的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成。第2角部C2由腹侧周壁63p的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成。第3角部C3由背侧周壁63n的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成。第4角部C4由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成。在该实施方式中的外侧护罩60o中,在第1角部C1、第2角部C2及第3角部C3形成有搁架71,在第4角部C4没有配置搁架71。
另一方面,如上所述,后周壁62b及前周壁62f因从燃烧气体输入的热量而欲沿周向Dc伸长,但因分别接合叶片体51的叶片体端部51r与后周壁62b的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a的隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)而热伸长被限制。因此,以与隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)的接合部的位置Pc为中心,在周向Dc上局部性地高的热应力作用于后周壁62b及前周壁62f。
如图10所示,在外侧护罩60o的后周壁62b的情况下,在后周壁62b的内壁面65a仅配置有包含第3角部C3且向周向腹侧Dcp延伸的搁架71oc。即,在搁架71oc的周向腹侧Dcp的端部与第4角部C4之间仅配置有隔肋60r(第2隔肋60rb),且配置有没有形成搁架71的区域73。另一方面,第2隔肋60rb的周向Dc的位置Pc比从外侧护罩主体61o的背侧端面63na至腹侧端面63pa的宽度的周向Dc的中心位置更接近腹侧端面63pa侧。作用于后周壁62b的热应力在第2隔肋60rb的位置Pc的附近变得最高,随着朝向周向背侧Dcn方向及周向腹侧Dcp方向而热应力逐渐变小。在外侧护罩60o的后周壁62b的情况下,第2隔肋60rb的位置Pc与搁架71oc的周向腹侧Dcp的端部之间的没有形成搁架71的区域73的长度大于第2隔肋60rb的位置Pc与第4角部C4之间的没有形成搁架71的区域73的长度。
在前周壁62f的情况下,作用于前周壁62f的热应力的概念与内侧护罩60i相同。在前周壁62f的情况下,从燃烧气体输入的热量小,因此前周壁62f侧,热应力的产生变小。在前周壁62f的情况下,不具备如后缘端部通路80及后缘吹扫冷却孔91那样的冷却结构。与后周壁62b同样地,在前周壁62f的内壁面65a配置有包含第1角部C1且向周向腹侧Dcp延伸的搁架71oa及包含第2角部C2且向周向背侧Dcn延伸的搁架71ob,在搁架71oa及搁架71ob之间配置有由不形成搁架71的区域73从周向Dc的两侧夹持的第1隔肋60rf。
通过隔着第1隔肋60rf在周向Dc的两侧配置没有形成搁架71的区域73,可减少前周壁62f中所产生的热应力。
另外,背侧周壁63n及腹侧周壁63p中的配置搁架71的概念与内侧护罩60i相同。
《外侧护罩的搁架周围的结构》
如图10、图11所示,与内侧护罩60i同样地,在外侧护罩60o中设置有支承冲击板81的搁架71o。搁架71o沿周壁65o的内壁面65a从外侧护罩主体61o的底板64的内表面64i向径向外侧Dro突出。即,搁架71o以外侧护罩主体61o的底板64的内表面64i为基准,向径向Dr上与气体路径面64p相反的一侧的流路相反侧(径向外侧Dro)突出。搁架71o具有相对于流路侧即气体路径面64p朝向径向外侧Dro侧即流路相反侧的支承面72,并且支承冲击板81。
如图11所示,设置于外侧护罩60o的搁架71o的支承面72位于比径向Dr上的周壁65o的端部65t更靠近外侧护罩主体61o的底板64的内表面64i的一侧的位置。并且,外侧护罩60o的搁架71o的支承面72在径向Dr上位于比上述隔肋60r的朝向径向外侧Dro的面更靠径向外侧Dro的位置。换言之,以径向Dr上的外侧护罩主体61o的内表面64i为基准的搁架71o的高度形成为低于同样以内表面64i为基准的周壁65o的高度。并且,在该实施方式中,从周壁65o的内壁面65a向叶片体端部51r侧突出的方向上的外侧护罩60o的搁架71o的厚度形成为薄于与搁架71o的厚度相同方向上的周壁65o的厚度。
如图11所示,背侧周壁63n及腹侧周壁63p的朝向径向外侧Dro的面65fa比前周壁62f及后周壁62b的端部65t的朝向径向外侧Dro的面65ta的位置更靠近底板64的内表面64i,且形成为与搁架71o的支承面72的位置大致相同的高度。
《外侧护罩的冲击板的结构》
如图11所示,与内侧护罩60i同样地,冲击板81也安装于外侧护罩60o。冲击板81将外侧护罩60o的凹部66内的空间分隔为径向外侧Dro的区域及径向内侧Dri的区域即型腔67。在该冲击板81上形成有沿径向Dr贯穿的多个贯穿孔82a。供给至固定叶片50的凹部66的冷却空气Ac的一部分经过形成于冲击板81的主体部82的贯穿孔82a流入型腔67内。另外,外侧护罩60o的冲击板81的详细结构为与内侧护罩60i的冲击板81相同的结构。
如图6至图9所示,安装于外侧护罩60o的冲击板81具有具备多个贯穿孔82a的主体部82、吸收主体部82的热应变的应变吸收部83及将主体部82固定于护罩60的固定部84。主体部82为具备多个贯穿孔82a并且与外侧护罩主体61o的底板64的内表面64i平行地延伸至周壁65o的内壁面65a的部件。应变吸收部83及固定部84的结构与内侧护罩60i的情况相同。并且,将冲击板81固定于叶片体51的结构也与内侧护罩60i的情况相同。
与内侧护罩主体61i同样地,在外侧护罩60o的外侧护罩主体61o中形成有多个后缘吹扫冷却孔91(第2吹扫冷却孔91o)。这些多个第2吹扫冷却孔91o的一端开口于比叶片体51更靠下游侧Dad的后缘部53侧且比叶片体51更靠近下游侧Dad的后周壁62b的一侧的外侧护罩主体61o的内表面64i。并且,多个第2吹扫冷却孔91o的另一端开口于形成于气体路径面64p的排出开口91oa。多个第2吹扫冷却孔91o与设置于内侧护罩60i的第1吹扫冷却孔91i不同,遍及从背侧端面63na至腹侧端面63pa的大致总宽设定。这是因为,在外侧护罩60o的情况下,与内侧护罩60i相比,后周壁62b中的热应力高。而且,在外侧护罩60o的情况下,从后周壁62b的后缘周向通路79补充性地冷却后周壁62b的周向Dc整面的上游侧Dau的区域。即,如上所述,通过设置多个第2吹扫冷却孔91o,补充后缘端部通路80的冷却能力。
以冷却外侧护罩60o的后周壁62b为目的,适用由后缘端部通路80、后缘周向通路79、背侧通路78n及腹侧通路78p等形成的冷却结构与内侧护罩60i的情况相同。
《实施方式的作用效果》
在上述实施方式的固定叶片50中,至少具备配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路49中的叶片体51、具备划定燃烧气体流路49的一部分的底板64的内侧护罩60i及外侧护罩60o。内侧护罩60i及外侧护罩60o形成为包含:内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o,具有面对底板64的燃烧气体流路49的气体路径面64p及朝向与气体路径面64p相反的一侧的流路相反侧的内表面64i;周壁65i、65o,从内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o的内表面64i的周缘朝向流路相反侧突出;冲击板81,安装于内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o,且具有多个贯穿孔82a,在底板64的内表面64i与周壁65i、65o的内壁面65a之间形成空间即型腔67;搁架71i、71o,沿周壁65i、65o的内壁面65a形成,并且从底板64的内表面64i向流路相反侧突出而支承冲击板81;及至少一个以上的隔肋60r,从底板64向流路相反侧突出,并且接合叶片体51与具有没有形成搁架71的区域73的周壁65i、65o。冲击板81在底板64的内表面64i与周壁65i、65o的内壁面65a之间形成空间即型腔67。
根据上述实施方式的固定叶片50的结构,当燃气涡轮10正常运行时,有时因构成固定叶片的叶片体51与经由隔肋60r(第1隔肋60rf、第2隔肋60rb)连接的后周壁62b及前周壁62f之间的热伸长的差异,而在后周壁62b及前周壁62f中局部性地产生高的热应力。并且,有时根据燃气涡轮构成品中的热伸长的差异,而尤其在后周壁62b中也产生热应力。作为减少这种热应力的方法,如以下记载,在周壁65i、65o的内壁面65a配置不形成搁架71的区域(无搁架部分)73,以解决抑制护罩的热应变或热变形及减少以前周壁62f或后周壁62b为中心产生的热应力这两个课题。
即,在内侧护罩60i及外侧护罩60o中,在隔肋60r与周壁65i、65o接合的部分不设置搁架71i、71o而隔肋60r与周壁65i、65o的内壁面65a直接接合,因此能够降低护罩60的刚性。
因此,能够抑制产生隔肋60r从叶片体端部51r延伸至周壁65i、65o的部分(位置Pc)中的热应力。
在上述实施方式的固定叶片50中,叶片体51具有位于燃烧气体流路49中的燃烧气体流动的上游侧Dau的前缘部52、位于燃烧气体流动的下游侧Dad的后缘部53以及连结前缘部52与后缘部53且在周向Dc上朝向彼此相反的一侧的腹侧面55及背侧面54。搁架71i、71o沿周壁65i、65o的内壁面65a形成。周壁65i、65o由朝向上游侧Dau且位于比叶片体51更靠上游侧Dau的前周壁62f、朝向下游侧Dad且位于比叶片体51更靠下游侧Dad的后周壁62b、连接前周壁62f与后周壁62b且位于离腹侧面55近的一侧的腹侧周壁63p及连结前周壁62f与后周壁62b且位于离背侧面54近的一侧的背侧周壁63n形成。搁架71i、71o分别形成于由背侧周壁63n的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成的第3角部C3和由背侧周壁63n的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成的第1角部C1。并且,在上述实施方式的固定叶片50中,搁架71i、71o形成为包含由腹侧周壁63p的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成的第2角部C2。
在上述实施方式的固定叶片50中,内侧护罩60i及外侧护罩60o包含接合周壁65i、65o与叶片体51的前缘侧的叶片体端部51r的隔肋60r即第1隔肋60rf及接合周壁65i、65o与叶片体51的后缘侧的叶片体端部51r接合的隔肋60r即第2隔肋60rb中的至少一个。在第1隔肋60rf中形成有一端开口于第1隔肋60rf的内壁面而另一端开口于底板64的气体路径面64p且贯穿第1隔肋60rf的第1肋冷却孔92fa。在第2隔肋60rb中形成有一端开口于第2隔肋60rb的内壁面而另一端开口于底板64的气体路径面64p且贯穿第2隔肋60rb的第2肋冷却孔92ba。
在上述实施方式的固定叶片50中,冲击板81包含:主体部82,与内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o的内表面64i平行地延伸;应变吸收部83,在两端具备第1弯曲部83a及第2弯曲部83b,一端与主体部82连接,并且相对于主体部82具有规定的斜率而沿径向延伸;及固定部84,与形成于应变吸收部83的另一端的第2弯曲部83b连接。固定部84固定于周壁65i、65o中的朝向流路相反侧的面65fa、搁架71中的朝向流路相反侧的支承面72及周壁65i、65o的内壁面65a中的没有设置搁架71的区域73中的任一个。
根据上述实施方式的固定叶片50的结构,当将冲击板81焊接于内侧护罩60i及外侧护罩60o时,即便冲击板81因由焊接引起的输入热量而热伸长,也能够通过应变吸收部83的弹性变形来吸收该热伸长。因此,能够抑制因焊接而在冲击板81的主体部82中产生应变。
在上述实施方式的固定叶片50中,内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o包含开口于比叶片体51更靠近后周壁62b的一侧的流路相反侧的内表面64i而朝向下游侧Dad延伸的多个后缘吹扫冷却孔91。多个后缘吹扫冷却孔91沿后周壁62b的周向排列形成,并且一端开口于形成有型腔67的底板64的内表面64i,另一端开口于形成于气体路径面64p的排出开口91oa。在配置有后缘吹扫冷却孔91的后周壁62b包含没有形成搁架71的区域。
根据上述实施方式的固定叶片50,由通过后缘吹扫冷却孔91的冷却空气Ac抑制配置有后缘吹扫冷却孔91的范围的后周壁62b的温度上升,因此在该范围的后周壁62b中包含没有形成搁架71的区域73,由此能够减少该温度上升得到抑制的区域的热应力。
在上述实施方式的固定叶片50中,在配置有后缘吹扫冷却孔91的后周壁62b的没有形成搁架71的区域73配置有第2隔肋60rb。
根据上述固定叶片50,在配置后缘吹扫冷却孔91而没有形成搁架71的后周壁62b的区域73中连接第2隔肋60rb,从而能够减少热应力。
在上述实施方式的固定叶片50中,内侧护罩主体61i的搁架71i还包含由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成的第4角部C4。
根据上述固定叶片50,保持第4角部C4中的内侧护罩主体61i的刚性,并且发挥冲击板81的支承面的作用。通过将搁架71i利用于冲击板81的支承面72,以高精度安装自内表面64i起的冲击板的高度,从而能够进行底板64的适当的冲击冷却(碰撞冷却)。
在上述实施方式的固定叶片50中,搁架71i形成为包含中间搁架71im,该中间搁架71im配置于沿后周壁62b的内壁面65a延伸且包含第3角部C3而形成的搁架71ic与沿后周壁62b的内壁面65a延伸且包含第4角部C4而形成的搁架71id之间,并且沿后周壁62b的内壁面65a形成且从底板64的内表面64i向流路相反侧突出而支承冲击板81。中间搁架71im由没有形成搁架71的区域73从周向Dc的两侧夹持,在第4角部C4与中间搁架71im之间配置有第2隔肋60rb。
根据上述固定叶片50,在内侧护罩主体61i的第3角部C3与第4角部C4之间设置没有形成搁架71的区域73,降低后周壁62b的刚性而能够减少后周壁62b中产生的热应力。并且,通过中间搁架71im支承冲击板81,从而能够将冲击板81配置成适当的高度。
在上述实施方式的固定叶片50中,后缘吹扫冷却孔91包含在内侧护罩主体61i的中间搁架71im与第4角部C4之间且中间隔着第2隔肋60rb而配置的多个后缘吹扫冷却孔91(第1吹扫冷却孔91i)。
根据上述固定叶片50,在后周壁62b的中间搁架71im与第4角部C4之间的没有形成搁架71的区域73中连接第2隔肋60rb,以减少后周壁62b的热应力。
在上述实施方式的固定叶片50中,护罩主体61包含配置于叶片体51的径向外侧Dro的外侧护罩主体61o,后缘吹扫冷却孔91合并配置于外侧护罩主体61o的第3角部C3与由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成外侧护罩60o的第4角部C4之间的多个后缘吹扫冷却孔91(第2吹扫冷却孔91o)。
根据上述固定叶片50,能够在外侧护罩60o的第3角部C3与第4角部C4之间通过第2吹扫冷却孔91o抑制后周壁62b的温度上升。因此,能够抑制后周壁62b的温度上升得到抑制的区域的热应力。
在上述实施方式的固定叶片50中,内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o具有被周壁65i、65o包围且形成有从径向Dr的流路相反侧朝向气体路径面64p侧凹陷的凹部66的型腔67。并且,内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o具有冷却结构,该冷却结构包含:后缘周向通路79,形成于后周壁62b,且沿周向Dc延伸;背侧通路78n,形成于背侧周壁63n,且一端开口于型腔67,另一端与后缘周向通路79的一侧端部连接;腹侧通路78p,形成于腹侧周壁63p,且一端开口于型腔67,另一端与后缘周向通路79的另一侧端部连接;及后缘端部通路80,沿后周壁62b的周向Dc形成,且一端与后缘周向通路79连接,另一端开口于后周壁62b的下游侧Dad的后端面62ba。后缘吹扫冷却孔91的排出开口91ia形成于比沿周向Dc延伸的后缘周向通路79的通路中心线更靠下游侧Dad的位置。
通过具备上述冷却结构,热应力严重的背侧周壁63n及腹侧周壁63p以及后周壁62b被对流冷却,并且内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o的后缘部53侧的热应力减少。并且,冷却空气Ac使用对由从内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o的气体路径面64p输入的热量加热的底板64进行冲击冷却(碰撞冷却)的冷却空气Ac进一步通过上述冷却结构对背侧周壁63n及腹侧周壁63p以及后周壁62b进行对流冷却,因此循环使用冷却空气,从而减少冷却空气量。
在上述实施方式的燃气涡轮10中,具备上述固定叶片50、通过燃烧气体能够旋转的燃气涡轮转子11及覆盖燃气涡轮转子11的燃气涡轮机室(壳体)15。固定叶片50配置于燃气涡轮机室15的内侧,且固定于燃气涡轮机室15。
根据上述实施方式的燃气涡轮10,能够抑制产生固定叶片50的热变形及热应力而提高可靠性。
《密封槽结构》
在护罩60(内侧护罩60i、外侧护罩60o)的护罩主体61i、61o的背侧周壁63n及腹侧周壁63p的外壁面65b形成有密封槽100(参考图3),并且经由密封槽100在与周向Dc上相邻的固定叶片50的护罩主体61i、61o之间配置有密封部件110。通过配置密封部件110,抑制从形成于背侧周壁63n或腹侧周壁63p的外壁面65b与相邻配置的固定叶片50的腹侧周壁63p或背侧周壁63n的外壁面65b之间的间隙供给至护罩主体61i、61o的冷却空气Ac向燃烧气体流路49流出。
图12是表示内侧护罩60i的密封槽100及密封部件110的组合的俯视剖视图。图13是表示背侧周壁与相邻叶片之间的密封槽和密封部件的组合的立体图。
作为一例,图12表示内侧护罩60i的实施例,在内侧护罩60i的内侧护罩主体61i的背侧周壁63n及腹侧周壁63p的外壁面65b形成有在从背侧周壁63n及腹侧周壁63p的上游侧Dau的端部70a至下游侧Dad的端部70b之间延伸的密封槽100。密封槽100(背侧密封槽100a、腹侧密封槽100b)从背侧周壁63n或腹侧周壁63p的外壁面65b向周向Dc的叶片体51侧凹陷,轴向Da的截面形成为矩形状。密封槽100位于在周向Dc上与形成于在周向Dc上相邻的固定叶片50即相邻叶片50a的腹侧周壁63p或背侧周壁63n的外壁面65b的密封槽100对置的位置。后述的密封部件110分别插入于在周向Dc上对置形成的两侧密封槽100(背侧密封槽100a、腹侧密封槽100b)。
图13是表示组合了密封部件110与密封槽100的密封结构的立体图。图13所示的密封结构由形成于内侧护罩60i的护罩主体61i的背侧周壁63n的背侧密封槽100a、形成于与背侧周壁63n相邻的相邻叶片50a的腹侧周壁63p的腹侧密封槽100b以及插入于背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b的两侧的密封部件110构成。背侧密封槽100a的上游侧Dau的端部70a被壁部101闭塞,同样地,下游侧Dad的端部70b也被壁部101闭塞。另一方面,具有在周向Dc上形成于背侧周壁63n的外壁面65b且向腹侧周壁63p侧开放的开口102b。并且,在形成于在周向Dc上对置形成的相邻叶片50a的腹侧周壁63p的腹侧密封槽100b的上游侧Dau的端部70a形成有向上游侧Dau开放的开口102a,并且没有被壁部101闭塞。与背侧密封槽100a同样地,下游侧Dad的端部70b被壁部101闭塞(参考图12)。另一方面,具有在周向Dc上形成于腹侧周壁63p的外壁面65b(参考图12)且向背侧周壁63n侧开放的开口102b。
密封部件110形成为与周向Dc宽度相比沿轴向Da较长地延伸的平坦状薄板形状。密封部件110的背侧端部110a插入于背侧密封槽100a,密封部件110的腹侧端部110b插入于腹侧密封槽100b。另外,在密封部件110插入于密封槽100且组装有相邻叶片50a的状态下,在密封部件110与密封槽100的内表面100c之间形成微小的间隙。在此,仅维持微小的间隙是为了抑制冷却空气从形成于密封部件110与密封槽100之间的间隙向燃烧气体流路49流出并且实现冷却空气量的减少。
并且,在配置于周向Dc上与上述背侧周壁63n相反的一侧的内侧护罩60i的护罩主体61i的腹侧周壁63p中形成有由形成于腹侧周壁63p的外壁面65b的腹侧密封槽100b、形成于与腹侧周壁63p相邻的相邻叶片50a的背侧周壁63n的背侧密封槽100a以及插入于腹侧密封槽100b及背侧密封槽100a的两侧的密封部件110的组合而成的密封结构。即便是腹侧周壁63p的密封结构,也能够适用与背侧周壁63n的密封结构相同的结构。在本密封结构的情况下,仅在腹侧密封槽100b的上游侧Dau的端部70a形成有开口102a,下游侧Dad的端部70b、相邻叶片26b的背侧密封槽100a的上游侧Dau的端部70a及下游侧Dad的端部70b被壁部101闭塞。
上述密封结构仅在与背侧周壁63n相邻的相邻叶片50a的腹侧密封槽100b的上游侧Dau的端部70a形成有开口102a,相邻叶片50a的腹侧密封槽100b的下游侧Dad的端部70b、背侧密封槽100a的上游侧Dau的端部70a及下游侧Dad的端部70b被壁部101闭塞。但是,由背侧密封槽100a、腹侧密封槽100b及密封部件110构成的一组密封结构为背侧密封槽100a的上游侧Dau的端部70a及下游侧Dad的端部70b以及腹侧密封槽100b的上游侧Dau的端部70a及下游侧Dad的端部70b这四处端部70a、70b中的任一处沿轴向具备开口102而其他三处被壁部101闭塞的结构即可,并不限定于上述密封结构。
另外,如上所述,密封槽100在构成一组密封结构的背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b的轴向Da的四处端部70a、70b中的至少一处设置开口102a即可,但也可以在两处设置开口102a。当在两处设置开口102a时,不优选在背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b的轴向Da的端部70a、70b中的在轴向Da上相同的位置即背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b这两者的上游侧Dau的两侧端部70a或背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b这两者的下游侧Dad的两侧的端部70b设置开口102a。如上所述,当具有开口102a的端部70a、70b位于在轴向Da上相同的位置时,若组装固定叶片50与相邻叶片50a,并且经由外壁面65b接合背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b,则在上游侧Dau或下游侧Dad的端部70a、70b,形成于背侧密封槽100a的开口102a与形成于腹侧密封槽100b的开口102a相邻而会形成大的开口。因此,因燃气涡轮10的振动而密封部件110在密封槽100内沿轴向Da移动,从而存在密封部件110从密封槽100的轴向Da的上游端脱落的可能性。
因此,当在一组密封结构中设置两处开口102a时,设为在背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b中的任一个的轴向Da的端部70a设置开口102a而在另一侧端部70b设置剩余一处开口102a的结构即可。
若适用上述所示的密封结构,则即便密封部件110与密封槽100的内壁之间的间隙为小的间隙,密封部件110向密封槽100的组装也变得容易。即,固定叶片50在周向Dc上临时设置相邻叶片50a而在与相邻叶片50a之间配置密封部件110来在周向Dc上进行组装。但是,与相邻叶片50a的周向Dc的间隙小且密封槽100的内表面100c与所插入的密封部件110之间的间隙也小,因此在连接固定叶片50与相邻叶片50a的过程中,将密封部件110沿密封槽100的形状插入并设定于准确的位置会伴随困难。
但是,只要在构成上述一组密封槽100的背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b的上游侧Dau及下游侧Dad的四处端部70a、70b中的至少一处端部70a、70b形成有开口102a,则在设定密封部件110时,对密封槽100内的密封部件110移动宽度及对位的调整宽度附加自由度,从而密封部件110向密封槽100的组装变得容易。
另外,如上所述,护罩60(内侧护罩60i、外侧护罩60o)具备在护罩60的内壁面65a配置搁架71(71i、71o),并且通过焊接等将冲击板81固定于搁架71的结构。通过具备这种结构,具备对护罩60的底板64进行冲击冷却的冷却结构,并且在护罩60的内壁面65a一体地形成搁架71,由此提高护罩60的刚性,从而能够抑制护罩60的变形。但是,若将搁架71形成于护罩60的内壁面65a的整周,则护罩60的周壁65的一部分的热应力变高,因此优选局部性地设置不配置搁架71的区域而实现防止护罩60的变形及减少热应力。通过具备这种护罩60的结构,抑制护罩主体61的背侧周壁63n及腹侧周壁63p的变形。因此,抑制形成于背侧周壁63n及腹侧周壁63p的背侧密封槽100a及腹侧密封槽100b的变形,从而密封部件110的组装变得容易。
上述密封槽100为与燃气涡轮10的燃气涡轮转子11平行(换言之,与轴线Ar平行)地形成的密封槽100的情况,但如图14所示,即便是倾斜的密封槽100(换言之,相对于轴线Ar倾斜的密封槽100)也能够适用相同的密封结构。当因与固定叶片50的上游侧Dau或下游侧Dad的设备的连接结构而背侧周壁63n或腹侧周壁63p具有倾斜的形状时,密封槽100成为相对于轴线Ar倾斜的形状。相对于轴线Ar倾斜的形状可以是随着朝向上游侧Dau而向叶片高度方向的外侧或内侧倾斜的形状(向从叶片高度方向的气体路径面64p分开的方向倾斜的形状)中的任一个。即,图14表示外侧护罩60o的从周向Dc的背侧方向观察的结构,但背侧密封槽100a可以具有随着朝向上游侧Dau而向叶片高度方向的外侧倾斜的形状。并且,在未图示的内侧护罩60i的情况下,背侧密封槽100a可以具备随着朝向上游侧Dau而向叶片高度方向Dr的内侧倾斜的形状。另外,在腹侧密封槽100b的情况下也相同。
(其他实施方式)
以上,参考附图对本发明的实施方式进行了详细说明,但具体结构并不限于该实施方式,还包含不脱离本发明的要旨的范围的设计变更等。
例如,在上述实施方式中,对将搁架71设置于第3角部C3的情况进行了说明,但可以省略第3角部C3的搁架71。
在上述实施方式中,例示了从径向Dr观察,搁架71在第1角部C1、第2角部C2、第3角部C3中形成为L字状的情况。但是,搁架71并不限于L字状,例如,可以在上述实施方式中例示的搁架71的L字状的中途局部性地设置缺口部等而在无肋部分60n中断续地形成搁架71。
<附记>
上述实施方式中所记载的固定叶片50及燃气涡轮10例如可以如下理解。
(1)第1方式所涉及的固定叶片50至少具备配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路49中的叶片体51及划定燃烧气体流路49的一部分的护罩60i、60o。护罩60i、60o具备:护罩主体61i、61o,至少具有面对燃烧气体流路49的气体路径面64p及朝向与气体路径面64p相反的一侧的流路相反侧的内表面64i的底板64;及冲击板81,安装于护罩主体61i、61o,且具有多个贯穿孔82a。护罩主体61i、61o形成为包含:底板64;周壁65i、65o,从护罩主体61i、61o的内表面64i的周缘朝向流路相反侧突出;搁架71,沿周壁65i、65o的内壁面65a形成,且从底板64的内表面64i向流路相反侧突出而支承冲击板81;及至少一个以上的隔肋60r,从底板64向流路相反侧突出,且接合叶片体51与没有形成搁架71的周壁65i、650。冲击板81在底板64的内表面64i与周壁65i、650的内壁面65a之间形成空间即型腔67。
作为护罩60i、60o的例子,能够例示内侧护罩60i及外侧护罩60o。作为护罩主体61i、61o的例子,能够例示内侧护罩主体61i及外侧护罩主体61o。作为流路相反侧的例子,在内侧护罩60i的情况下,能够例示径向内侧Dri,在外侧护罩60o的情况下,能够例示径向外侧Dro。
在该固定叶片50中,在护罩60i、60o中,在隔肋60r与周壁65i、65o接合的部分不设置搁架71而隔肋60r与周壁65i、65o的内壁面65a直接接合,因此能够降低护罩60i、60o的刚性。
因此,能够抑制产生隔肋60r到达周壁65i、65o的部分中的热应力。
(2)第2方式所涉及的固定叶片50为(1)的固定叶片50,其中,叶片体51具有位于燃烧气体流路49中的燃烧气体流动的上游侧Dau的前缘部52、位于燃烧气体流动的下游侧Dad的后缘部53以及连结前缘部52与后缘部53且朝向彼此相反的一侧的腹侧面55及背侧面54。搁架71沿周壁65i、65o的内壁面65a形成。周壁65i、65o由朝向上游侧Dau且位于比叶片体51更靠上游侧Dau的前周壁62f、朝向下游侧Dad且位于比叶片体51更靠下游侧Dad的后周壁62b、连结前周壁62f与后周壁62b且位于离腹侧面55近的一侧的腹侧周壁63p及连结前周壁62f与后周壁62b且位于离背侧面54近的一侧的背侧周壁63n形成,搁架71形成为包含由背侧周壁63n的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成的第1角部C1、由腹侧周壁63p的内壁面65a及前周壁62f的内壁面65a形成的第2角部C2及由背侧周壁63n的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成的第3角部C3。
在该固定叶片50中,在护罩60i、60o中,位于在轴向Da上从挂钩69与隔热环45c的嵌合部69a分开的位置的前缘部52侧的第1角部C1及第2角部C2在嵌合部69a中产生的热应力的影响小。因此,配置搁架71而能够提高第1角部C1及第2角部C2周围的刚性。而且,离后缘部53近的第3角部C3位于从叶片体51及第2隔肋60rb分开的背侧的角部,热应力的影响小于第4角部C4。因此,通过在第3角部C3也设置搁架71,能够更进一步提高护罩60i、60o刚性。因此,能够抑制护罩60i、60o因热变形等而应变。
(3)第3方式所涉及的固定叶片50为(2)的固定叶片50,其中,护罩主体61i、61o包含接合周壁65i、65o与叶片体51的前缘侧的叶片体端部的隔肋即第1隔肋60rf及接合周壁65i、65o与叶片体51的后缘侧的叶片体端部的隔肋即第2隔肋60rb中的至少一个,在第1隔肋60rf中形成有一端开口于第1隔肋60rf的内壁面而另一端开口于底板64的气体路径面64p且贯穿第1隔肋60rf的第1肋冷却孔92fa,在第2隔肋60rb中形成有一端开口于第2隔肋60rb的内壁面而另一端开口于底板64的气体路径面64p且贯穿第2隔肋60rb的第2肋冷却孔92ba。
在该固定叶片50中,第1隔肋60rf及第2隔肋60rb因叶片体51与前周壁62f及后周壁62b之间的热伸长差而受到热应力,但通过第1肋冷却孔92fa及第2肋冷却孔92ba而被冷却,因此热应力减少。
(4)第4方式所涉及的固定叶片50为(2)或(3)的固定叶片50,其中,冲击板81包含:主体部82,与护罩主体61i、61o的内表面64i平行地延伸;应变吸收部83,在两端具备弯曲部83a、83b,且一端与主体部82连接并且相对于主体部82具有规定的斜率而沿径向延伸;及固定部84,与形成于应变吸收部83的另一端的弯曲部83b连接。固定部84固定于周壁65i、65o中的朝向所述流路相反侧的面65fa、搁架71中的朝向流路相反侧的支承面72及周壁65i、65o的内壁面65a中的没有设置搁架71的区域中的任一个。
在该固定叶片50中,当将冲击板81焊接于护罩60i、60o时,即便因由焊接引起的输入热量而冲击板81热伸长,也能够通过应变吸收部83的弹性变形吸收该热伸长。因此,能够抑制因焊接而在冲击板81的主体部82中产生应变。
(5)第5方式所涉及的固定叶片50为(2)至(4)中任一个固定叶片50,其中,护罩主体61i、61o包含开口于比叶片体51更靠近后周壁62b的一侧的内表面64i而从内表面64i侧至少向下游侧Dad延伸的多个后缘吹扫冷却孔91,多个后缘吹扫冷却孔91沿后周壁62b的周向排列形成,并且一端开口于型腔67,另一端开口于形成于气体路径面64p的排出开口,在配置有后缘吹扫冷却孔91的后周壁62b中包含没有形成搁架71的区域。
在该固定叶片50中,由通过后缘吹扫冷却孔91的冷却空气抑制配置有后缘吹扫冷却孔91的范围的后周壁62b的温度上升,因此在该范围的后周壁62b中包含没有形成搁架71的区域,由此能够减少该温度上升得到抑制的区域的热应力。
(6)第6方式所涉及的固定叶片50为(5)的固定叶片50,其中,在配置有后缘吹扫冷却孔91的后周壁62b的没有形成搁架71的区域配置有第2隔肋60rb。
在该固定叶片50中,在配置后缘吹扫冷却孔91而没有形成搁架71的后周壁62b的区域接合第2隔肋60rb,因此第2隔肋60rb与后周壁62b的接合部分周围的热应力减少。
(7)第7方式所涉及的固定叶片50为(6)的固定叶片50,其中,护罩主体61i、61o为配置于叶片体51的径向内侧Dri的内侧护罩主体61i,搁架71形成为还包含由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成的第4角部C4。
在该固定叶片50中,能够提高第4角部C4中的内侧护罩主体61i的刚性。
(8)第8方式所涉及的固定叶片50为(7)的固定叶片50,其中,搁架71形成为包含中间搁架71im,该中间搁架71im配置于沿后周壁62b的内壁面65a且包含第3角部C3而形成的搁架71ic与沿后周壁62b的内壁面65a且包含第4角部C4而形成的搁架71id之间,并且沿后周壁62b的内壁面65a形成且从底板64的内表面64i向流路相反侧突出而支承冲击板81,中间搁架71im由没有形成搁架71的区域从周向Dc两侧夹持,在第4角部C4与中间搁架71im之间配置有第2隔肋60rb。在该固定叶片50中,在内侧护罩主体61i的第3角部C3与第4角部C4之间,通过中间搁架71im支承冲击板81,由此能够维持冲击板81的适当的高度。
(9)第9方式所涉及的固定叶片50为(8)的固定叶片50,其中,后缘吹扫冷却孔91包含在内侧护罩主体61i的中间搁架71im与第4角部C4之间且中间隔着第2隔肋60rb而配置的多个第1吹扫冷却孔91i。
在该固定叶片50中,在后周壁62b的中间搁架71im与第4角部C4之间的区域设置没有形成搁架71的区域,通过降低该区域的刚性及第1吹扫冷却孔91i的冷却效果,能够减少中间搁架71im与第4角部C4之间的后周壁62b的热应力。并且,通过配置中间搁架71im,能够将配置于第3角部C3与第2隔肋60rb之间的冲击板81维持为适当的高度。
(10)第10方式所涉及的固定叶片50为(5)或(6)的固定叶片50,其中,护罩主体61包含配置于叶片体51的径向外侧Dro的外侧护罩主体61o,后缘吹扫冷却孔91包含配置于外侧护罩主体61o的第3角部C3与由腹侧周壁63p的内壁面65a及后周壁62b的内壁面65a形成的外侧护罩主体61o的第4角部C4之间的多个第2吹扫冷却孔91o。
在该固定叶片50中,能够在第3角部C3与第4角部C4之间通过第2吹扫冷却孔91o抑制后周壁62b的温度上升。因此,能够抑制产生后周壁62b的温度上升得到抑制的区域的热应力。
(11)第11方式所涉及的固定叶片50为(5)~(10)中任一个固定叶片50,其中,护罩主体61i、61o包含:型腔67,被周壁65i、65o包围,且形成有从径向Dr的流路相反侧朝向气体路径面64p侧凹陷的凹部;后缘周向通路79,形成于后周壁62b,且沿周向Dc延伸;背侧通路78n,相对于背侧周壁63n,且一端开口于型腔67,另一端与后缘周向通路79的一侧端部连接;腹侧通路78p,形成于腹侧周壁63p,且一端开口于型腔67,另一端与后缘周向通路79的另一侧端部连接;及后缘端部通路80,形成于后周壁62b的周向Dc,且一端与后缘周向通路79连接,另一端开口于后周壁62b的下游侧Dad的后端面,后缘吹扫冷却孔91的排出开口91ia形成于比沿周向Dc延伸的后缘周向通路79的通路中心线更靠下游侧Dad的位置。
在该固定叶片50中,后缘吹扫冷却孔91的排出开口91ia的位置配置于比后缘周向通路79更靠下游侧Dad的位置,因此比后缘周向通路79更靠前缘部52侧且后周壁62b的内壁面65a与后缘周向通路79之间的区域的气体路径面64p侧由后缘吹扫冷却孔91冷却,从而后周壁62b的热应力进一步减少。
(12)第12方式所涉及的固定叶片50为(2)~(11)中任一个固定叶片50,其中,腹侧周壁63p或背侧周壁63n具备形成于朝向周向的外壁面65b且从轴向的上游侧向下游侧延伸并且能够容纳板状的密封部件110的沟槽100。
该固定叶片通过护罩具备在腹侧周壁63p或背侧周壁63n中能够容纳密封部件110的沟槽100,抑制冷却空气向燃烧气体流路49的流失。
(13)第13方式所涉及的固定叶片50为(12)的固定叶片50,其中,沟槽100从外壁面65b向周向的叶片体侧凹陷,并且从轴向观察形成为矩形状,
在背侧周壁63n的轴向上游侧的端部70a、背侧周壁63n的轴向下游侧的端部70b、腹侧周壁63p的轴向上游侧的端部70a及腹侧周壁63p的轴向下游侧的端部70b中的至少一个端部具备沿轴向开口的开口102a,不具备开口102a的另一侧端部70a、70b具备沿轴向闭塞沟槽100的壁部101。
该固定叶片中,背侧周壁63n或腹侧周壁63p的轴向上游侧或下游侧的端部中的至少一个端部70a、70b不会被壁部101闭塞而具备开口102a,因此密封部件110对沟槽100的组装变得容易。
(14)第14方式所涉及的固定叶片50为(12)或(13)的固定叶片50,其中,沟槽100与从外壁面65b向周向的叶片体侧凹陷且从轴向观察形成为矩形状并且形成于在周向上相邻配置的相邻叶片50a的外壁面65b的沟槽100对置配置,腹侧周壁63p的轴向上游侧的端部70a、腹侧周壁63p的轴向下游侧的端部70b、与腹侧周壁63p相邻的相邻叶片50a的背侧周壁63n的轴向上游侧的端部70a、相邻叶片50a的背侧周壁63n的轴向下游侧的端部70b中的至少一个端部及背侧周壁63n的轴向上游侧的端部、所述背侧周壁63n的轴向下游侧的端部、与所述背侧周壁63n相邻的相邻叶片的腹侧周壁63p的轴向上游侧的端部70a、与所述背侧周壁63n相邻的相邻叶片50a的腹侧周壁63p的轴向下游侧的端部70b中的至少一个端部具备沿轴向开口的开口102a,不具备所述开口102a的其他端部70a、70b具备沿轴向闭塞所述沟槽100的壁部101。
(15)第15方式所涉及的固定叶片50为(12)~(14)的固定叶片50,其中,沟槽100随着从轴向的上游侧朝向下游侧而向叶片高度方向的流路相反侧倾斜。
(16)第16方式所涉及的固定叶片50为(5)~(10)中任一个固定叶片50,其至少具备:叶片体51,配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路49中;及护罩60i、60o,划定燃烧气体流路49的一部分,护罩60i、60o具备:护罩主体61i、61o,至少具备具有面对燃烧气体流路49的气体路径面64p及朝向与气体路径面64p相反的一侧的流路相反侧的内表面64i的底板64;及冲击板81,安装于护罩60i、60o,且具有多个贯穿孔82a,护罩主体61i、61o具有:底板64;周壁65i、65o,从护罩主体61i、61o的内表面64i的周缘朝向流路相反侧突出;及搁架71,以仅沿周壁65i、65o的内壁面65a的一部分的方式从内表面64i向流路相反侧突出形成,并且支承冲击板81,冲击板81包含:主体部82,与护罩主体61i、61o的内壁面65a平行地延伸;应变吸收部83,在两端具备弯曲部83a、83b,且一端与主体部82连接,并且相对于主体部82具有规定的斜率而沿径向延伸;及固定部84,与形成于应变吸收部83的另一端的弯曲部83b连接,固定部84固定于周壁65i、65o中的朝向流路相反侧的面65fa、搁架71中的朝向流路相反侧的支承面72及周壁65i、65o的内壁面65a中的没有设置搁架71的区域中的任一个。
在该固定叶片50中,当将冲击板81焊接于护罩60i、60o时,即便因由焊接引起的输入热量而冲击板81热伸长,也能够通过应变吸收部83的弹性变形吸收该热伸长。因此,能够抑制因焊接而在冲击板81的主体部82中产生应变。
(17)燃气涡轮10具备(1)至(16)中任一个固定叶片50、通过燃烧气体能够旋转的转子11及壳体15,固定叶片50配置于壳体15的内侧,并且固定于壳体15。
在该燃气涡轮10中,能够抑制产生固定叶片50的热变形及热应力而提高可靠性。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供能够抑制产生热应力的固定叶片及燃气涡轮。
符号说明
10-燃气涡轮,11-燃气涡轮转子(转子),14-中间机室,15-壳体,15-燃气涡轮机室(壳体),20-压缩机,21-压缩机转子,22-转子轴,23-转动叶片列,23a-转动叶片,25-压缩机机室,26-固定叶片列,26a-固定叶片,30-燃烧器,40-涡轮,41-涡轮转子,42-转子轴,43-转动叶片列,43a-转动叶片,43p-平台,43r-叶根,45-涡轮机室,45a-外侧机室,45b-内侧机室,45c-隔热环,45p-冷却空气通路,46-固定叶片列,49-燃烧气体流路,50-固定叶片,50a-相邻叶片,51-叶片体,51r-叶片体端部,52-前缘部,53-后缘部,54-背侧面,55-腹侧面,56-圆角部,60i-内侧护罩,60o-外侧护罩,60r-隔肋,60rf-第1隔肋,60rb-第2隔肋,61i-内侧护罩主体(护罩主体),61o-外侧护罩主体(护罩主体),62b-后周壁,62f-前周壁,63-周向端部,63n-背侧周壁,63p-腹侧周壁,64-底板,64i-内表面(反流路面),64p-气体路径面,65a-内壁面,65b-外壁面,65fa-面,65i、65o-周壁,65t-端部,66-凹部,67-型腔,69-挂钩,69a-嵌合部,71、71i、71o-搁架,71im-中间搁架,72-支承面,75-叶片空气通路,77-叶面喷出通路,81-冲击板,81a-第1缘,81b-第2缘,81c-第3缘,81W-焊接部,82-主体部,82a、82b-贯穿孔,83-应变吸收部,84-固定部,90-分割环,91-后缘吹扫冷却孔,100-密封槽(沟槽),110-密封部件。
Claims (15)
1.一种固定叶片,其至少具备:
叶片体,配置于燃烧气体流动的燃烧气体流路中;及
护罩,划定所述燃烧气体流路的一部分,
所述叶片体具有:
前缘部,位于所述燃烧气体流路中的燃烧气体流动的上游侧;
后缘部,位于所述燃烧气体流动的下游侧;及
腹侧面及背侧面,连结所述前缘部与所述后缘部,并且朝向彼此相反的一侧,
所述护罩具备:
护罩主体,至少具备具有面对所述燃烧气体流路的气体路径面及朝向与所述气体路径面相反的流路相反侧的内表面的底板;及
冲击板,安装于所述护罩主体,且具有多个贯穿孔,
所述护罩主体形成为包含:
所述底板;
周壁,从所述护罩主体的所述内表面的周缘朝向所述流路相反侧突出;
搁架,沿所述周壁的内壁面形成,并且从所述底板的所述内表面向所述流路相反侧突出而支承所述冲击板;及
至少一个隔肋,从所述底板向所述流路相反侧突出,并且接合所述叶片体与没有形成所述搁架的所述周壁,
所述隔肋包含:
接合所述周壁与所述叶片体的前缘侧的叶片体端部的第1隔肋;及
接合所述周壁与所述叶片体的后缘侧的所述叶片体端部的第2隔肋中的至少一个,
在所述第1隔肋中形成有一端开口于所述第1隔肋的内壁面而另一端开口于所述底板的所述气体路径面并且贯穿所述第1隔肋的第1肋冷却孔,
在所述第2隔肋中形成有一端开口于所述第2隔肋的内壁面而另一端开口于所述底板的所述气体路径面并且贯穿所述第2隔肋的第2肋冷却孔,
所述冲击板在所述底板的所述内表面与所述周壁的内壁面之间形成空间即型腔。
2.根据权利要求1所述的固定叶片,其中,
所述搁架沿所述周壁的内壁面形成,
所述周壁由如下周壁形成:
前周壁,朝向所述上游侧且位于比所述叶片体更靠所述上游侧的位置;
后周壁,朝向所述下游侧且位于比所述叶片体更靠所述下游侧的位置;
腹侧周壁,连结所述前周壁与所述后周壁,并且位于离所述腹侧面近的一侧;及
背侧周壁,连结所述前周壁与所述后周壁,并且位于离所述背侧面近的一侧,
所述搁架形成为包含:
第1角部,由所述背侧周壁的内壁面及所述前周壁的内壁面形成;
第2角部,由所述腹侧周壁的内壁面及所述前周壁的内壁面形成;及
第3角部,由所述背侧周壁的内壁面及所述后周壁的内壁面形成。
3.根据权利要求2所述的固定叶片,其中,
所述冲击板包含:
主体部,与所述护罩主体的所述内表面平行地延伸;
应变吸收部,在两端具备弯曲部,一端与所述主体部连接,相对于所述主体部具有规定的斜率而沿径向延伸;及
固定部,与形成于所述应变吸收部的另一端的弯曲部连接,
所述固定部固定于所述周壁中的朝向所述流路相反侧的面、所述搁架中的朝向流路相反侧的支承面及所述周壁的内壁面中没有设置所述搁架的区域中的任一个。
4.根据权利要求2或3所述的固定叶片,其中,
所述护罩主体包含:
多个后缘吹扫冷却孔,开口于比所述叶片体更靠近所述后周壁的一侧的所述内表面并且从所述流路相反侧至少朝向所述下游侧延伸,
所述多个后缘吹扫冷却孔沿所述后周壁的周向排列形成,并且一端开口于所述型腔,另一端开口于形成于所述气体路径面的排出开口,
在配置有所述后缘吹扫冷却孔的所述后周壁中包含没有形成所述搁架的区域。
5.根据权利要求4所述的固定叶片,其中,
在配置有所述后缘吹扫冷却孔的所述后周壁的没有形成所述搁架的区域配置有所述隔肋。
6.根据权利要求5所述的固定叶片,其中,
所述护罩主体为配置于所述叶片体的径向内侧的内侧护罩主体,
所述搁架形成为还包含:
第4角部,由所述腹侧周壁的内壁面及所述后周壁的内壁面形成。
7.根据权利要求6所述的固定叶片,其中,
所述搁架形成为包含:
中间搁架,配置于沿所述后周壁的所述内壁面延伸且形成为包含所述第3角部的所述搁架与沿所述后周壁的所述内壁面延伸且形成为包含所述第4角部的所述搁架之间,并且沿所述后周壁的内壁面形成且从所述底板的所述内表面向所述流路相反侧突出而支承所述冲击板,
所述中间搁架由没有形成所述搁架的区域从周向的两侧夹持,
在所述第4角部与所述中间搁架之间配置有所述隔肋。
8.根据权利要求7所述的固定叶片,其中,
所述后缘吹扫冷却孔包含:
多个第1吹扫冷却孔,在所述内侧护罩主体的所述中间搁架与所述第4角部之间且中间隔着所述隔肋配置。
9.根据权利要求4所述的固定叶片,其中,
所述护罩主体包含配置于所述叶片体的径向外侧的外侧护罩主体,
所述后缘吹扫冷却孔包含配置于所述外侧护罩主体的所述第3角部与由所述腹侧周壁的内壁面及所述后周壁的内壁面形成的所述外侧护罩主体的第4角部之间的多个第2吹扫冷却孔。
10.根据权利要求4所述的固定叶片,其中,
所述护罩主体包含:
型腔,被所述周壁包围,且形成有从径向的所述流路相反侧朝向所述气体路径面侧凹陷的凹部;
后缘周向通路,形成于所述后周壁,并且沿周向延伸;
背侧通路,形成于所述背侧周壁,并且一端开口于所述型腔,另一端与所述后缘周向通路的一侧端部连接;
腹侧通路,形成于所述腹侧周壁,并且一端开口于所述型腔,另一端与所述后缘周向通路的另一侧端部连接;及
后缘端部通路,沿所述后周壁的周向形成,并且一端与所述后缘周向通路连接,另一端开口于所述后周壁的轴向下游侧的后端面,
所述后缘吹扫冷却孔的所述排出开口形成于比沿周向延伸的所述后缘周向通路的通路中心线更靠轴向下游侧的位置。
11.根据权利要求2或3所述的固定叶片,其中,
所述腹侧周壁或所述背侧周壁具备朝向周向的外壁面并且从轴向的上游侧向下游侧延伸且能够容纳板状的密封部件的沟槽。
12.根据权利要求11所述的固定叶片,其中,
所述沟槽从所述外壁面向周向的叶片体侧凹陷,并且从轴向观察形成为矩形状,
在所述背侧周壁的轴向上游侧的端部、所述背侧周壁的轴向下游侧的端部、所述腹侧周壁的轴向上游侧的端部及所述腹侧周壁的轴向下游侧的端部中的至少一个端部具备沿轴向开口的开口,不具备开口的另一侧端部具备沿轴向闭塞沟槽的壁部。
13.根据权利要求11所述的固定叶片,其中,
所述沟槽从所述外壁面向周向的叶片体侧凹陷,从轴向观察形成为矩形状,并且与形成于在周向上相邻配置的相邻叶片的所述外壁面的所述沟槽对置配置,
所述腹侧周壁的轴向上游侧的端部、所述腹侧周壁的轴向下游侧的端部、与所述腹侧周壁相邻的相邻叶片的背侧周壁的轴向上游侧的端部、所述相邻叶片的背侧周壁的轴向下游侧的端部中的至少一个端部;及所述背侧周壁的轴向上游侧的端部、所述背侧周壁的轴向下游侧的端部、与所述背侧周壁相邻的相邻叶片的腹侧周壁的轴向上游侧的端部、与所述背侧周壁相邻的相邻叶片的腹侧周壁的轴向下游侧的端部中的至少一个端部具备沿轴向开口的开口,不具备所述开口的其他端部具备沿轴向闭塞所述沟槽的壁部。
14.根据权利要求11所述的固定叶片,其中,
所述沟槽从轴向的上游侧朝向下游侧,并且在叶片高度方向上向流路相反侧倾斜。
15.一种燃气涡轮,其具备:
权利要求1至14中任一项所述的固定叶片;
转子,通过所述燃烧气体能够旋转;及
壳体,覆盖所述转子,
所述固定叶片配置于所述壳体的内侧,并且固定于所述壳体。
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