CN117321289A - 静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法 - Google Patents
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Abstract
静叶片节段具备第1静叶片、第2静叶片及将第1静叶片和第2静叶片结合的结合工具。第1静叶片的第1护罩具有第1气体路径面和在第1护罩的第1端部向流路相反侧突出的第1突出部。第2静叶片的第2护罩具有第2气体路径面、在第2护罩的第1端部向流路相反侧突出的第2突出部及在第2护罩的第2端部向流路相反侧突出且通过结合工具与第1突出部结合的第3突出部。在第1静叶片和第2静叶片并排的侧方向上与第1突出部并排的区域中,第1护罩的第2端部的表面中离第1气体路径面最远的表面与第1气体路径面之间的距离比第2突出部的表面中离第2气体路径面最远的表面与第2气体路径面之间的距离短。
Description
技术领域
本发明涉及一种静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法。
本申请对2021年5月31日在日本申请的日本特愿2021-091137号主张优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
已知有在燃气涡轮中沿周向并排的两个静叶片一体化的静叶片节段。例如,在专利文献1、2中公开有一种静叶片节段,其中,为了使沿周向并排的第1静叶片(腹侧叶片)和第2静叶片(背侧叶片)一体化,用螺栓将设置于第1静叶片的背侧端部的凸缘和设置于第2静叶片的腹侧端部的凸缘结合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-125102号公报
专利文献2:日本特开2001-254605号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,在静叶片节段中,根据燃气涡轮的使用环境或运行条件,会有大的热应力起作用。在该情况下,有时燃气涡轮的寿命会缩短。
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实现减小热应力的静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的静叶片节段具备第1静叶片、与所述第1静叶片并排的第2静叶片及将所述第1静叶片和所述第2静叶片结合的结合工具。所述第2静叶片相对于所述第1静叶片位于所述第1静叶片和所述第2静叶片并排的侧方向上的第1侧和第2侧中的所述第1侧。所述第1静叶片及所述第2静叶片分别具有:叶片体,配置于燃烧气体流路内并呈叶片形状;及护罩,设置于所述叶片体的叶片高度方向上的端。所述第1静叶片的护罩即第1护罩具有:第1气体路径面,面向所述燃烧气体流路;及第1突出部,位于该第1护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与所述燃烧气体流路相反的一侧即流路相反侧突出。所述第2静叶片的护罩即第2护罩具有:第2气体路径面,面向所述燃烧气体流路;第2突出部,位于该第2护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向所述流路相反侧突出;及第3突出部,位于该第2护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向所述流路相反侧突出,并且通过所述结合工具与所述第1突出部结合。在与所述第1突出部在所述侧方向上并排的区域中,所述第1护罩的所述第2侧的端部即第2端部的表面中离所述第1气体路径面最远的表面与所述第1气体路径面之间的距离比所述第2突出部的表面中离所述第2气体路径面最远的表面与所述第2气体路径面之间的距离短。
为了解决上述课题,本发明的燃气涡轮具备:静叶片节段;转子,能够以轴线为中心进行旋转;壳体,覆盖所述转子的外周侧;及燃烧器,通过燃料的燃烧生成燃烧气体,并将所述燃烧气体输送到所述壳体内。所述静叶片节段设置于所述壳体的内周侧。所述静叶片节段具备第1静叶片、与所述第1静叶片并排的第2静叶片及将所述第1静叶片和所述第2静叶片结合的结合工具。所述第2静叶片相对于所述第1静叶片位于所述第1静叶片和所述第2静叶片并排的侧方向上的第1侧和第2侧中的所述第1侧。所述第1静叶片及所述第2静叶片分别具有:叶片体,配置于燃烧气体流路内并呈叶片形状;及护罩,设置于所述叶片体的叶片高度方向上的端。所述第1静叶片的护罩即第1护罩具有:第1气体路径面,面向所述燃烧气体流路;及第1突出部,位于该第1护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与所述燃烧气体流路相反的一侧即流路相反侧突出。所述第2静叶片的护罩即第2护罩具有:第2气体路径面,面向所述燃烧气体流路;第2突出部,位于该第2护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向所述流路相反侧突出;及第3突出部,位于该第2护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向所述流路相反侧突出,并且通过所述结合工具与所述第1突出部结合。在与所述第1突出部在所述侧方向上并排的区域中,所述第1护罩的所述第2侧的端部即第2端部的表面中离所述第1气体路径面最远的表面与所述第1气体路径面之间的距离比所述第2突出部的表面中离所述第2气体路径面最远的表面与所述第2气体路径面之间的距离短。
为了解决上述课题,关于本发明的静叶片节段的制造方法,在所述静叶片节段中,第1静叶片和第2静叶片由结合工具结合,所述第2静叶片相对于所述第1静叶片位于所述第1静叶片和所述第2静叶片并排的侧方向上的第1侧和第2侧中的所述第1侧,在所述制造方法中,准备第1静叶片部件及第2静叶片部件,所述第1静叶片部件及所述第2静叶片部件分别具有:叶片体,配置于燃烧气体流路并呈叶片形状;及护罩,设置于所述叶片体的叶片高度方向上的端,所述护罩包含:气体路径面,面向所述燃烧气体流路;突出部,位于该护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与所述燃烧气体流路相反的一侧即流路相反侧突出;及突出部,位于该护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向所述流路相反侧突出,去除所述第1静叶片部件的所述第2端部的所述突出部的至少一部分而由所述第1静叶片部件形成所述第1静叶片,保留所述第2静叶片部件的所述第1端部的所述突出部而由所述第2静叶片部件形成所述第2静叶片,用结合工具将所述第1静叶片的所述第1端部的所述突出部和所述第2静叶片的所述第2端部的所述突出部结合。
发明效果
根据本发明的静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法,能够实现减小热应力。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的燃气涡轮整体的剖视图。
图2是放大表示本发明的实施方式所涉及的燃气涡轮的一部分的剖视图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的立体图。
图4是放大表示本发明的实施方式所涉及的第1静叶片的立体图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的一部分的立体图。
图6是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的剖视图。
图7是图3中所示的外侧护罩的沿F7-F7线的剖视图。
图8是表示从斜后方观察本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的情况的立体图。
图9是表示本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的制造方法的步骤的流程图。
图10是用于说明本发明的实施方式所涉及的静叶片节段的制造方法的剖视图。
图11是示意性地表示本发明的实施方式的变形例所涉及的静叶片节段的剖视图。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明的实施方式所涉及的静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法进行说明。在以下的说明中,对具有相同或相似的功能的结构标注相同的符号。而且,有时会省略这些结构的重复的说明。
[实施方式]
(燃气涡轮的结构)
图1是示意性地表示实施方式的燃气涡轮10整体的剖视图。燃气涡轮10具备:压缩机20,压缩空气A;燃烧器30,使燃料F在由压缩机20压缩的空气A中燃烧而生成燃烧气体G;及涡轮40,利用燃烧气体G驱动。
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的外周侧的压缩机机室25及多个静叶片层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的外周侧的涡轮机室45及多个静叶片层46。涡轮机室45是“壳体”的一例。
压缩机转子21与涡轮转子41位于相同轴线Ar上,相互连接而构成燃气涡轮转子11。例如,在燃气涡轮转子11上连接有发电机GEN的转子。压缩机机室25与涡轮机室45相互连接而构成燃气涡轮机室15。在以下的说明中,将轴线Ar延伸的方向定义为轴线方向Da,将以轴线Ar为中心的周向定义为周向Dc,将与轴线Ar垂直的方向定义为径向Dr。在轴线方向Da上,以涡轮40为基准,将压缩机20侧定义为轴线上游侧Dau,将与其相反的一侧定义为轴线下游侧Dad。以下,有时将轴线方向Da的轴线上游侧Dau称为前侧,将轴线方向Da的轴线下游侧Dad称为后侧。并且,有时将周向Dc称为侧方向Dc。并且,在径向Dr上,将靠近轴线Ar的一侧定义为径向内侧Dri,将与其相反的一侧定义为径向外侧Dro。
压缩机转子21具有以轴线Ar为中心沿轴线方向Da延伸的转子轴22和安装于转子轴22上的多个动叶片层23。多个动叶片层23沿轴线方向Da并排。各动叶片层23均由沿周向Dc并排的多个动叶片23a构成。在多个动叶片层23的各轴线下游侧Dad配置有静叶片层26。各静叶片层26设置于压缩机机室25的内侧。各静叶片层26均由沿周向Dc并排的多个静叶片26a构成。
涡轮转子41具有以轴线Ar为中心沿轴线方向Da延伸的转子轴42和安装于转子轴42上的多个动叶片层43。多个动叶片层43沿轴线方向Da并排。各动叶片层43均由沿周向Dc并排的多个动叶片43a构成。在多个动叶片层43的各轴线上游侧Dau配置有静叶片层46。各静叶片层46设置于涡轮机室45的内侧。各静叶片层46均由沿周向Dc并排的多个燃气涡轮静叶片46a构成。在以下的说明中,将燃气涡轮静叶片简称为静叶片。
图2是放大表示实施方式的燃气涡轮10的一部分的剖视图。涡轮机室45具有构成该涡轮机室45的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及固定于内侧机室45b的内侧的多个分割环45c。多个分割环45c均设置于多个静叶片层46中相邻的两个静叶片层46之间的位置。在各分割环45c的径向内侧Dri配置有动叶片层43。
径向Dr上的转子轴42与涡轮机室45之间且配置有静叶片46a及动叶片43a的空间构成供来自燃烧器30的燃烧气体G流过的燃烧气体流路49。燃烧气体流路49呈以轴线Ar为中心的环状,且在轴线方向Da上较长。在涡轮机室45的内侧机室45b形成有从径向外侧Dro贯穿至径向内侧Dri的冷却空气通道45p。通过了冷却空气通道45p的冷却空气导入到静叶片46a内及分割环45c内,并利用于静叶片46a及分割环45c的冷却。另外,对燃气涡轮机室15内的空气介由冷却空气通道45p作为冷却空气供给到静叶片层46的情况进行了说明,但向静叶片46a供给冷却空气的路径并不限于上述。
(燃气涡轮的动作)
返回到图1,对燃气涡轮10的动作进行说明。压缩机20压缩空气A而生成压缩空气。由压缩机20生成的压缩空气流入燃烧器30内。燃料F被供给到燃烧器30中。在燃烧器30内,燃料F在压缩空气中燃烧而生成高温高压的燃烧气体G。由燃烧器30生成的燃烧气体G从燃烧器30输送到涡轮40内的燃烧气体流路49。燃烧气体G在燃烧气体流路49中向轴线下游侧Dad流过的过程中使涡轮转子41进行旋转。通过该涡轮转子41的旋转,与燃气涡轮转子11连接的发电机GEN的转子进行旋转。其结果,发电机GEN发电。
(静叶片节段的结构)
图3是表示实施方式的静叶片节段46S的立体图。本实施方式的涡轮40的静叶片层46具备沿侧方向Dc并排配置的多个静叶片节段46S(在图3中仅图示一个静叶片节段46S)。以下说明的静叶片节段46S例如能够适用于从轴线上游侧Dau观察时第2级的静叶片层46,但也可以适用于其他级的静叶片层46。静叶片节段46S至少具备:沿周向Dc并排的两个静叶片46a即第1静叶片46aA及第2静叶片46aB;以及将这些第1静叶片46aA和第2静叶片46aB结合的结合工具Bt。静叶片节段46S为通过结合工具Bt将在周向Dc上相邻的两个静叶片46a结合而成的组件。静叶片节段46S也可以称为“静叶片组件”。
在本实施方式中,第2静叶片46aB相对于第1静叶片46aA位于第1静叶片46aA和第2静叶片46aB并排的周向Dc上的负压侧和正压侧中的负压侧。即,第2静叶片46aB相对于第1静叶片46aA位于后述的叶片体51的背侧。“背侧”是指叶片体51成为凸状的一侧。另一方面,“腹侧”是指“背侧”的相反侧,是指叶片体51成为凹状的一侧。
在本实施方式中,第1静叶片46aA及第2静叶片46aB除了与后述的凸缘有关的结构以外,具有彼此相同的形状。因此,以下以第1静叶片46aA的结构为代表详细说明。关于与第2静叶片46aB有关的说明,在与第1静叶片46aA有关的以下的说明中将“第1静叶片46aA”替换为“第2静叶片46aB”即可。
图4是放大表示第1静叶片46aA的立体图。第1静叶片46aA至少具有叶片体51、外侧护罩60及内侧护罩70。叶片体51呈叶片形状,沿径向Dr延伸。即,叶片体51的叶片高度方向为径向Dr。叶片体51配置于燃烧气体G通过的燃烧气体流路49(参考图2)内。外侧护罩60设置于叶片体51的径向外侧Dro的端。即,外侧护罩60位于在叶片体51的叶片高度方向上静叶片节段46S的外周侧(径向外侧Dro),规定环状的燃烧气体流路49的外周侧位置。另一方面,内侧护罩70设置于叶片体51的径向内侧Dri的端。即,内侧护罩70位于在叶片体51的叶片高度方向上静叶片节段46S的内周侧(径向内侧Dri),规定环状的燃烧气体流路49的内周侧位置。
(叶片体的结构)
叶片体51中轴线上游侧Dau的端部构成前缘部52。另一方面,叶片体51中轴线下游侧Dad的端部构成后缘部53。在叶片体51的表面上,面向周向Dc的面中,凸状的面构成背侧面55n(=负压面),凹状的面构成腹侧面55p(=正压面)。在以下的说明中,将在周向Dc上背侧面55n相对于腹侧面55p所在的一侧定义为周向背侧Dcn,将在周向Dc上腹侧面55p相对于背侧面55n所在的一侧定义为周向腹侧Dcp。
在叶片体51中形成有沿径向Dr延伸的多个叶片空气通道56。各叶片空气通道56均形成为从外侧护罩60经过叶片体51的内部连结至内侧护罩70。多个叶片空气通道56中相邻的叶片空气通道56的一部分在径向外侧Dro的部分或径向内侧Dri的部分相互连通。多个叶片空气通道56中的任一个向外侧护罩60中的凹部66(后述)的底部开口。多个叶片空气通道56中的任一个向内侧护罩70中的凹部76(后述)的底部开口。叶片空气通道56与设置于叶片体51的前缘部52或后缘部53的多个开口51h连通。流过叶片空气通道56的冷却空气的一部分在冷却叶片体51之后,从多个开口51h流入燃烧气体流路49。
(外侧护罩的结构)
外侧护罩60具有外侧护罩主体61、外侧周壁65、碰撞板67及背侧凸缘68nA。关于背侧凸缘68nA,在后面进行叙述。
外侧护罩主体61形成为沿轴线方向Da及周向Dc扩展的板状。外侧护罩主体61具有前端面62f、后端面62b、背侧端面62n、腹侧端面62p、气体路径面63及外侧内表面64。前端面62f为朝向轴线上游侧Dau的端面。后端面62b为与前端面62f形成背对背的关系并朝向轴线下游侧Dad的端面。背侧端面62n为在叶片体51的靠近背侧面55n的一侧连结前端面62f和后端面62b并朝向周向背侧Dcn的端面。腹侧端面62p为在叶片体51的靠近腹侧面55p的一侧连结前端面62f和后端面62b并朝向周向腹侧Dcp的端面。在本实施方式中,前端面62f与后端面62b大致平行,背侧端面62n与腹侧端面62p大致平行。由此,外侧护罩主体61从径向Dr观察时为平行四边形。气体路径面63为与燃烧气体G接触的面(面向燃烧气体流路49的面),其朝向径向内侧Dri。外侧内表面64为朝向与气体路径面63相反的一侧的面。
外侧周壁65沿着外侧护罩主体61的外周缘从外侧护罩主体61向径向外侧Dro(即,与燃烧气体流路49相反的一侧即流路相反侧)突出。在本实施方式中,外侧周壁65遍及外侧护罩主体61的外周缘的整周而形成。外侧周壁65具有前壁65f、后壁65b、背侧壁65n及腹侧壁65p。前壁65f沿着外侧护罩主体61的前端面62f沿周向Dc延伸,并朝向轴线上游侧Dau。后壁65b沿着外侧护罩主体61的后端面62b沿周向Dc延伸,并朝向轴线下游侧Dad。背侧壁65n沿着外侧护罩主体61的背侧端面62n延伸,并朝向周向背侧Dcn。背侧壁65n在叶片体51的靠近背侧面55n的一侧连结前壁65f和后壁65b。腹侧壁65p沿着外侧护罩主体61的腹侧端面62p延伸,并朝向周向腹侧Dcp。腹侧壁65p在叶片体51的靠近腹侧面55p的一侧连结前壁65f和后壁65b。前壁65f及后壁65b均比背侧壁65n及腹侧壁65p更向径向外侧Dro大幅突出而构成钩部。通过构成该钩部的前壁65f及后壁65b,静叶片46a安装于涡轮机室45(参考图2)的内周侧。
外侧周壁65提高外侧护罩主体61的刚性。由此,能够将外侧护罩主体61形成为更薄的板。并且,在本实施方式中,在外侧护罩60上由外侧护罩主体61和外侧周壁65形成有朝向径向内侧Dri凹陷的凹部66。在凹部66设置有碰撞板67。
碰撞板67将外侧护罩60的凹部66分隔为径向外侧Dro的区域和径向内侧Dri的区域即空腔CA。空腔CA形成于被外侧护罩主体61的朝向径向外侧Dro的面即外侧内表面64、碰撞板67的朝向径向内侧Dri的面及外侧周壁65(前壁65f、后壁65b、背侧壁65n、腹侧壁65p)的内壁面65a包围的区域内。在碰撞板67上形成有沿径向Dr贯穿的多个空气孔67h。存在于静叶片46a的径向外侧Dro的冷却空气Ac的一部分经过碰撞板67的空气孔67h流入空腔CA内。流入空腔CA内的空气的一部分在冷却外侧护罩60之后,通过后述的冷却通道排出到燃烧气体流路49。
(内侧护罩的结构)
内侧护罩70具有内侧护罩主体71、内侧周壁75、背侧凸缘78nA(参考图6)及腹侧凸缘78pA。关于背侧凸缘78nA及腹侧凸缘78pA,在后面详细叙述。
内侧护罩主体71形成为沿轴线方向Da及周向Dc扩展的板状。内侧护罩主体71具有前端面72f、后端面72b、背侧端面72n、腹侧端面72p、气体路径面73及内侧内表面74(参考图6)。内侧护罩主体71的前端面72f、后端面72b、背侧端面72n及腹侧端面72p分别与外侧护罩主体61的前端面62f、后端面62b、背侧端面62n及腹侧端面62p相同,因此省略详细说明。气体路径面73为与燃烧气体G接触的面(面向燃烧气体通道49的面),其朝向径向外侧Dro。内侧内表面74为朝向与气体路径面73相反的一侧的面。
内侧周壁75沿着内侧护罩主体71的外周缘从内侧护罩主体71向径向内侧Dri(即,与燃烧气体流路49相反的一侧即流路相反侧)突出。在本实施方式中,内侧周壁75遍及内侧护罩主体71的外周缘的整周而形成。内侧周壁75具有前壁75f、后壁75b、背侧壁75n(参考图6)及腹侧壁75p。前壁75f沿着内侧护罩主体71的前端面72f沿周向Dc延伸,并朝向轴线上游侧Dau。后壁75b沿着内侧护罩主体71的后端面72b沿周向Dc延伸,并朝向轴线下游侧Dad。背侧壁75n沿着内侧护罩主体71的背侧端面72n延伸,并朝向周向背侧Dcn。背侧壁75n在叶片体51的靠近背侧面55n的一侧连结前壁75f和后壁75b。腹侧壁75p沿着内侧护罩主体71的腹侧端面72p延伸,并朝向周向腹侧Dcp。腹侧壁75p在叶片体51的靠近腹侧面55p的一侧连结前壁75f和后壁75b。在内侧护罩70上由内侧护罩主体71和内侧周壁75形成有朝向径向外侧Dro凹陷的凹部76(参考图6)。内侧周壁75提高内侧护罩主体71的刚性。由此,能够将内侧护罩主体71形成为更薄的板。
以上,对第1静叶片46aA的外侧护罩60及内侧护罩70进行了说明。第1静叶片46aA的外侧护罩60为“第1护罩”的一例。第1静叶片46aA的外侧护罩主体61为“第1护罩主体”的一例。第1静叶片46aA的气体路径面63为“第1气体路径面”的一例。第1静叶片46aA的外侧周壁65为“第1周壁”的一例。以下,为了便于说明,将第1静叶片46aA的外侧护罩60称为“外侧护罩60A”,将第1静叶片46aA的内侧护罩70称为“内侧护罩70A”。并且,将第1静叶片46aA的气体路径面63称为“气体路径面63A“,将第1静叶片46aA的气体路径面73称为“气体路径面73A”。
如上所述,第2静叶片46aB除了与凸缘有关的结构以外,具有与第1静叶片46aA相同的形状。即,第2静叶片46aB与第1静叶片46aA同样地具有叶片体51、外侧护罩60及内侧护罩70。第2静叶片46aB的外侧护罩60为“第2护罩”的一例。第2静叶片46aB的外侧护罩主体61为“第2护罩主体”的一例。第2静叶片46aB的气体路径面63为“第2气体路径面”的一例。第2静叶片46aB的外侧周壁65为“第2周壁”的一例。以下,为了便于说明,将第2静叶片46aB的外侧护罩60称为“外侧护罩60B”,将第2静叶片46aB的内侧护罩70称为“内侧护罩70B”。并且,将第2静叶片46aB的气体路径面63称为“气体路径面63B”,将第2静叶片46aB的气体路径面73称为“气体路径面73B”。
(凸缘的结构)
接着,返回到图3,对与凸缘有关的结构进行说明。
首先,对第1静叶片46aA的外侧护罩60A进行说明。在本实施方式中,外侧护罩60A具有背侧凸缘68nA。在本说明书中,“凸缘”广泛地指例如以板状突出的突出部。
背侧凸缘68nA位于外侧护罩60A的背侧端部EnA,并向径向外侧Dro突出。“背侧端部EnA”为外侧护罩60A中位于周向背侧Dcn(即,负压侧)的端部(面向第2静叶片46aB的端部)。在本实施方式中,背侧凸缘68nA设置于外侧周壁65的背侧壁65n,并从背侧壁65n朝向径向外侧Dro突出。背侧凸缘68nA在轴线方向Da上设置于背侧壁65n的一部分。例如,背侧凸缘68nA在轴线方向Da上配置于背侧壁65n的中间部。在背侧凸缘68nA设置有供后述的结合工具Bt穿过的一个以上(例如,多个)插穿孔68nh。插穿孔68nh为“供结合工具穿过的孔”的一例。背侧凸缘68nA为“第1背侧突出部”的一例。
在本实施方式中,在外侧护罩60A的腹侧端部EpA未设置有凸缘。“腹侧端部EpA”为外侧护罩60A中位于周向腹侧Dcp(即,正压侧)的端部(朝向与第2静叶片46aB相反的一侧的端部)。
接着,对第2静叶片46aB的外侧护罩60B进行说明。在本实施方式中,外侧护罩60B具有背侧凸缘68nB和腹侧凸缘68pB。
背侧凸缘68nB位于外侧护罩60B的背侧端部EnB,并向径向外侧Dro突出。“背侧端部EnB”为外侧护罩60B中位于周向背侧Dcn(即,负压侧)的端部(朝向与第1静叶片46aA相反的一侧的端部)。在本实施方式中,背侧凸缘68nB具有与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA相同的外形。在此,“相同的外形”还可包括供结合工具Bt穿过的插穿孔的有无方面不同的情况。其定义在以下是相同的。在本实施方式中,背侧凸缘68nB设置于外侧周壁65的背侧壁65n,并从背侧壁65n朝向径向外侧Dro突出。背侧凸缘68nB在轴线方向Da上设置于背侧壁65n的一部分。例如,背侧凸缘68nB在轴线方向Da上配置于背侧壁65n的中间部。在背侧凸缘68nB未设置有供结合工具Bt穿过的插穿孔。背侧凸缘68nB为“第2背侧突出部”的一例。
另一方面,腹侧凸缘68pB位于外侧护罩60B的腹侧端部EpB,并向径向外侧Dro突出。“腹侧端部EpB”为外侧护罩60B中位于周向腹侧Dcp(即,正压侧)的端部(面向第1静叶片46aA的端部)。在本实施方式中,腹侧凸缘68pB设置于外侧周壁65的腹侧壁65p,并从腹侧壁65p朝向径向外侧Dro突出。在本实施方式中,腹侧凸缘68pB具有与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA相同的外形。腹侧凸缘68pB在轴线方向Da上设置于腹侧壁65p的一部分。例如,腹侧凸缘68pB在轴线方向Da上配置于腹侧壁65p的中间部。腹侧凸缘68pB在侧方向Dc上与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA对置。在腹侧凸缘68pB设置有供后述的结合工具Bt穿过的一个以上(例如,多个)插穿孔68ph。腹侧凸缘68pB为“腹侧突出部”的一例。
结合工具Bt将构成一个静叶片节段46S的第1静叶片46aA和第2静叶片46aB结合。本实施方式中所例示的结合工具Bt由螺栓B及螺母N构成。结合工具Bt穿过第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA的插穿孔68nh及第2静叶片46aB的腹侧凸缘68pB的插穿孔68ph而将第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA和第2静叶片46aB的腹侧凸缘68pB结合。另一方面,在周向Dc上相邻的多个静叶片节段46S未由结合]具Bt结合。
以上说明的与凸缘有关的结构可如下叙述。
图5是示意性地表示作为实施方式的静叶片节段46S的一部分的第1静叶片46aA的外侧护罩60A及第2静叶片46aB的外侧护罩60B的立体图。图6是示意性地表示实施方式的静叶片节段46S的剖视图。
在本实施方式中,静叶片节段46S的外侧护罩60A具有与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA在侧方向Dc上并排的区域SR(参考图5,以下称为“特定区域SR”)。在图5中,为了便于说明,对特定区域SR实施了点图案的阴影线。在该特定区域SR中,第1静叶片46aA的外侧护罩60A的腹侧端部EpA的表面中离气体路径面63A最远的表面S1比第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA的表面中离气体路径面63A最远的表面S2靠近气体路径面63A。换言之,如图6所示,表面S1与气体路径面63A之间的距离L1短于表面S2与气体路径面63A之间的距离L2。在本实施方式中,表面S1为腹侧壁65p的上表面(朝向径向外侧Dro的面)的一部分。
在本实施方式中,表面S1比设置于背侧凸缘68nA的插穿孔68nh的内周面中离气体路径面63A最远的表面S3靠近气体路径面63A。即,表面S1与气体路径面63A之间的距离L1短于表面S3与气体路径面63A之间的距离L3。进而言之,表面S1比设置于背侧凸缘68nA的插穿孔68nh的内周面中离气体路径面63A最近的表面S4靠近气体路径面63A。即,表面S1与气体路径面63A之间的距离L1短于表面S4与气体路径面63A之间的距离L4。
从另一种观点来看,第2静叶片46aB的背侧凸缘68nB具有该背侧凸缘68nB的表面中离气体路径面63B最远的表面S5。而且,表面S1与气体路径面63A之间的距离L1短于表面S5与气体路径面63B之间的距离L5。
接着,对与两个内侧护罩70A、70B有关的凸缘进行说明。
在本实施方式中,内侧护罩70A具有背侧凸缘78nA和腹侧凸缘78pA。背侧凸缘78nA及腹侧凸缘78pA分别设置于内侧护罩70A的背侧端部EnA及腹侧端部EpA,并向径向内侧Dri突出。在本实施方式中,背侧凸缘78nA设置于内侧周壁75的背侧壁75n,并从背侧壁75n朝向径向内侧Dri突出。腹侧凸缘78pA设置于内侧周壁75的腹侧壁75p,并从腹侧壁75p朝向径向内侧Dri突出。背侧凸缘78nA及腹侧凸缘78pA例如具有与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA相同的外形。背侧凸缘78nA设置有供结合工具Bt穿过的一个以上(例如,多个)插穿孔78nh。另一方面,在腹侧凸缘78pA未设置有插穿孔。
在本实施方式中,内侧护罩70B具有背侧凸缘78nB和腹侧凸缘78pB。背侧凸缘78nB及腹侧凸缘78pB分别设置于内侧护罩70B的背侧端部EnB及腹侧端部EpB,并向径向内侧Dri突出。在本实施方式中,背侧凸缘78nB设置于内侧周壁75的背侧壁75n,并从背侧壁75n朝向径向内侧Dri突出。腹侧凸缘78pB设置于内侧周壁75的腹侧壁75p,并从腹侧壁75p朝向径向内侧Dri突出。背侧凸缘78nB及腹侧凸缘78pB具有与背侧凸缘78nA及腹侧凸缘78pA相同的外形。在腹侧凸缘78pB设置有供结合工具Bt穿过的一个以上(例如,多个)插穿孔78ph。腹侧凸缘78pB通过结合工具Bt与背侧凸缘78nA结合。另一方面,在背侧凸缘78nB未设置有插穿孔。
(冷却通道的结构)
接着,对设置于外侧护罩60A、60B的冷却通道的结构进行说明。
图7是图3中所示的外侧护罩60A、60B的沿F7-F7线的剖视图。外侧护罩60A具有第1冷却通道81和第2冷却通道82。第1冷却通道81及第2冷却通道82为供给到外侧护罩60A的空腔CA的冷却空气的一部分流入并将流入的冷却空气排出到外侧护罩60A的外部的通道。冷却空气流过第1冷却通道81及第2冷却通道82,从而促进外侧护罩60A的冷却。
在本实施方式中,第1冷却通道81具有第1部分81a、第2部分81b、第3部分81c及第4部分81d。第1部分81a设置于前壁65f,并从轴线上流侧Dau向空腔CA开口。第1部分81a的一部分沿周向Dc延伸。第2部分81b连接于第1部分81a。第2部分81b设置于背侧壁65n,并沿着外侧护罩60A的背侧端部EnA延伸。第3部分81c连接于第2部分81b。第3部分81c设置于后壁65b,并沿周向Dc延伸。第4部分81d连接于第3部分81c。第4部分81d与设置于后壁65b的第1排气口91连接,并通过第1排气口91与外侧护罩60A的外部连通。
另一方面,第2冷却通道82具有第1部分82a、第2部分82b、第3部分82c及第4部分82d。第1部分82a设置于前壁65f,并从轴线上游侧Dau向空腔CA开口。第1部分82a的一部分沿周向Dc延伸。第2部分82b连接于第1部分82a。第2部分82b设置于腹侧壁65p,并沿着外侧护罩60A的腹侧端部EpA延伸。在本实施方式中,第2冷却通道82的第2部分82b的周向Dc上的宽度W2与第1冷却通道81的第2部分81b的周向Dc上的宽度W1相同。第3部分82c连接于第2部分82b。第3部分82c设置于后壁65b,并沿周向Dc延伸。第4部分82d连接于第3部分82c。第4部分82d与设置于后壁65b的第2排气口92连接,并通过第2排气口92与外侧护罩60A的外部连通。
同样地,外侧护罩60B具有第3冷却通道83和第4冷却通道84。第3冷却通道83及第4冷却通道84为供给到外侧护罩60B的空腔CA的冷却空气的一部分流入并将流入的冷却空气排出到外侧护罩60B的外部的通道。冷却空气流过第3冷却通道83及第4冷却通道84,从而促进外侧护罩60B的冷却。
在本实施方式中,第3冷却通道83具有第1部分83a、第2部分83b、第3部分83c及第4部分83d。第1部分83a设置于前壁65f,并从轴线上流侧Dau向空腔CA开口。第1部分83a的一部分沿周向Dc延伸。第2部分83b连接于第1部分83a。第2部分83b设置于背侧壁65n,并沿着外侧护罩60B的背侧端部EnB延伸。第3部分83c连接于第2部分83b。第3部分83c设置于后壁65b,并沿周向Dc延伸。第4部分83d连接于第3部分83c。第4部分83d与设置于后壁65b的第3排气口93连接,并通过第3排气口93与外侧护罩60B的外部连通。
另一方面,第4冷却通道84具有第1部分84a、第2部分84b、第3部分84c及第4部分84d。第1部分84a设置于前壁65f,并从轴线上游侧Dau向空腔CA开口。第1部分84a的一部分沿周向Dc延伸。第2部分84b连接于第1部分84a。第2部分84b设置于腹侧壁65p,并沿着外侧护罩60B的腹侧端部EpB延伸。在本实施方式中,第4冷却通道84的第2部分84b的周向Dc上的宽度W4与第3冷却通道83的第2部分83b的周向Dc上的宽度W3相同。第3部分84c连接于第2部分84b。第3部分84c设置于后壁65b,并沿周向Dc延伸。第4部分84d连接于第3部分84c。第4部分84d与设置于后壁65b的第4排气口94连接,并通过第2排气口92与外侧护罩60B的外部连通。
图8是表示从斜后方观察实施方式的静叶片节段46S的情况的立体图。外侧护罩60A的后端面(朝向轴线下游侧Dad的端面)具有第1排气口91和第2排气口92。第1排气口91连接于第1冷却通道81,将流过了第1冷却通道81的冷却空气排出到外侧护罩60A的外部。第2排气口92连接于第2冷却通道82,将流过了第2冷却通道82的冷却空气排出到外侧护罩60A的外部。
在本实施方式中,第2排气口92的开口面积大于第1排气口91的开口面积。例如,第2排气口92的开口面积为第1排气口91的开口面积的2倍以上。因此,在本实施方式中,与第2冷却通道82有关的通风阻力小于与第1冷却通道81有关的通风阻力。其结果,流过第2冷却通道82的冷却空气的流量多于流过第1冷却通道81的冷却空气的流量。
同样地,外侧护罩60B的后端面具有第3排气口93和第4排气口94。第3排气口93连接于第3冷却通道83,将流过了第3冷却通道83的冷却空气排出到外侧护罩60B的外部。第4排气口94连接于第4冷却通道84,将流过了第4冷却通道84的冷却空气排出到外侧护罩60B的外部。
在本实施方式中,第3排气口93的开口面积大于第4排气口94的开口面积。例如,第3排气口93的开口面积为第4排气口94的开口面积的2倍以上。因此,在本实施方式中,与第3冷却通道83有关的通风阻力小于与第4冷却通道84有关的通风阻力。其结果,流过第3冷却通道83的冷却空气的流量多于流过第4冷却通道84的冷却空气的流量。
(静叶片节段的制造方法)
接着,对静叶片节段46S的制造方法进行说明。
图9是表示实施方式的静叶片节段46S的制造方法的步骤的流程图。图10是用于说明静叶片节段46S的制造方法的剖视图。本实施方式的制造方法并不限定于在新设置燃气涡轮10时制造静叶片节段46S的情况,也可以适用于在维护或改造已设置的燃气涡轮时由已设置的静叶片节段制造静叶片节段46S的情况(已设置的静叶片节段被改造成静叶片节段46S的情况)。
本实施方式的制造方法例如包括部件准备工序(S11)、第1静叶片形成工序(S12)、第2静叶片形成工序(S13)及结合工序(S14)。关于第1静叶片形成工序(S12)和第2静叶片形成工序(S13),先进行哪个工序都无妨。
在部件准备工序(S11)中,准备成为第1静叶片46aA的基础的第1静叶片部件46MA(参考图10)和成为第2静叶片46aB的基础的第2静叶片部件46MB(参考图10)。第1静叶片部件46MA及第2静叶片部件46MB例如具有完全相同的形状。第1静叶片部件46MA及第2静叶片部件46MB分别具有叶片体51、外侧护罩60M及内侧护罩70M。外侧护罩60M具有设置于该外侧护罩60M的背侧端部En的背侧凸缘68Mn和设置于该外侧护罩60M的腹侧端部Ep的腹侧凸缘68Mp。背侧凸缘68Mn及腹侧凸缘68Mp向径向外侧Dco突出。另一方面,内侧护罩70M具有设置于该内侧护罩70M的背侧端部En的背侧凸缘78Mn和设置于该内侧护罩70M的腹侧端部Ep的腹侧凸缘78Mp。背侧凸缘78Mn及腹侧凸缘78Mp向径向外侧Dci突出。
在新设置燃气涡轮10时,第1静叶片部件46MA及第2静叶片部件46MB例如使用同一铸模(共用的铸模)来成型。另一方面,在维护或改造已设置的燃气涡轮时,构成已设置的燃气涡轮中使用过的静叶片节段的一组静叶片对应于第1静叶片部件46MA及第2静叶片部件46MB。
在第1静叶片形成工序(S12)中,由第1静叶片部件46MA形成第1静叶片46aA。具体而言,保留第1静叶片部件46MA的背侧凸缘68Mn、背侧凸缘78Mn及腹侧凸缘78Mp,并且去除腹侧凸缘68Mp。例如,腹侧凸缘68Mp通过放电加工等进行切割来去除。接着,对第1静叶片部件46MA进行所需加工及规定的精加工(涂覆加工等)。由此,背侧凸缘68Mn、背侧凸缘78Mn及腹侧凸缘78Mp分别成为背侧凸缘68nA、背侧凸缘78nA及腹侧凸缘78pA,从而由第1静叶片部件46MA形成第1静叶片46aA。
在第2静叶片形成工序(S13)中,由第2静叶片部件46MB形成第2静叶片46aB。具体而言,保留第2静叶片部件46MB的背侧凸缘68Mn、腹侧凸缘68Mp、背侧凸缘78Mn及腹侧凸缘78Mp,并且对第2静叶片部件46MB进行所需加工及规定的精加工(涂覆加工等)。由此,背侧凸缘68Mn、腹侧凸缘68Mp、背侧凸缘78Mn及腹侧凸缘78Mp分别成为背侧凸缘68nB、腹侧凸缘68pB、背侧凸缘78nB及腹侧凸缘78pB,从而由第2静叶片部件46MB形成第2静叶片46aB。
在结合工序(S14)中,第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA和第2静叶片46aB的腹侧凸缘68pB由结合工具Bt结合。由此,完成静叶片节段46S。
(作用效果)
作为比较例,考虑在第1静叶片及第2静叶片这两个中在背侧端部及腹侧端部分别设置有凸缘的结构。在这样的结构中,通过本发明人的研究发现了例如能够将制造第1静叶片及第2静叶片的铸模共用化,另一方面,根据燃气涡轮的使用环境或运行条件,有时会有大的热应力起作用。例如,发现了如下:若在护罩的叶片体的腹侧的位置存在大的凸缘(腹侧凸缘),则因腹侧凸缘的热膨胀而沿延伸方向起作用的力和因叶片体的腹侧的凹部形状而受约束的力作用于叶片体与腹侧凸缘之间的区域,其结果,有时会有大的热应力作用于叶片体与腹侧凸缘之间的区域。另外,在第1静叶片及第2静叶片这两个中,在完成品或制造时在背侧端部及腹侧端部分别设置凸缘的原因也可以为除铸模的共用化以外的原因。
因此,在本实施方式中,在与第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA在周向Dc上并排的区域(特定区域SR)中,第1静叶片46aA的护罩60A的腹侧端部EpA的表面中离第1静叶片46aA最远的气体路径面63A的表面S1与气体路径面63A之间的距离L1比第2静叶片46aB的背侧凸缘68nB的表面中离第2静叶片46aB的气体路径面63B最远的表面S2与气体路径面63B之间的距离L5短。根据这样的结构,能够减少因腹侧凸缘的热膨胀而沿延伸方向起作用的力作用于叶片体与腹侧凸缘之间的区域的情况,从而能够减小作用于静叶片节段46S的热应力。其结果,能够提高静叶片节段46S针对低周疲劳的耐性,从而能够延长静叶片节段46S的寿命。另外,当第2静叶片46aB具有背侧凸缘68nB时,例如能够减少用相同的铸模成型出第1静叶片46Aa和第2静叶片46aB之后的加工负担,能够实现通过铸模的共用化来提高制造性。但是,第2静叶片46aB具有背侧凸缘68nB的原因并不限于铸模的共用化,也可以为设计的容易化或刚性的提高等其他原因。
(变形例)
接着,对实施方式的变形例进行说明。另外,在本变形例中以下说明的结构以外的结构与上述的实施方式的结构相同。
图11是示意性地表示实施方式的变形例的静叶片节段46S的剖视图。在本变形例中,在内侧护罩70A的背侧端部EnA设置有背侧凸缘78nA,但在内侧护罩70A的腹侧端部EpA未设置有腹侧凸缘。
即,在本变形例中,在第1静叶片46aA′的内侧护罩70A中,在与第1静叶片46aA′的背侧凸缘78nA在侧方向Dc上并排的区域中,内侧护罩70A的腹侧端部EpA的表面中离第1静叶片46aA′的气体路径面73A最远的表面S1与气体路径面73A之间的距离L1比第2静叶片46aB的背侧凸缘78nB的表面中离第2静叶片46aB的气体路径面73B最远的表面S5与气体路径面73B之间的距离L5短。在本变形例中,表面S1为腹侧壁75p的下表面(朝向径向内侧Dri的面)的一部分。
在变形例中,表面S1比设置于背侧凸缘78nA的插穿孔78nh的内周面中离气体路径面73A最远的表面S3靠近气体路径面73A。即,表面S1与气体路径面73A之间的距离L1短于表面S3与气体路径面73A之间的距离L3。进而言之,表面S1比设置于背侧凸缘78nA的插穿孔78nh的内周面中离气体路径面73A最近的表面S4靠近气体路径面73A。即,表面S1与气体路径面73A之间的距离L1短于表面S4与气体路径面73A之间的距离L4。
从另一种观点而言,第2静叶片46aB的背侧凸缘78nB具有该背侧凸缘78nB的表面中离第2静叶片46aB的气体路径面73B最远的表面S5。而且,表面S1与气体路径面73A之间的距离L1短于表面S5与气体路径面73B之间的距离L5。
在本变形例中,在外侧护罩60A的背侧端部EnA设置有背侧凸缘68nA,在外侧护罩60A的腹侧端部EpA设置有腹侧凸缘68pA。腹侧凸缘68pA具有与背侧凸缘68nA相同的外形。
根据这样的结构,与上述实施方式同样地,有时能够减小热应力。在本变形例中,内侧护罩70A为“第1护罩”的一例。内侧护罩70A的内侧护罩主体71为“第1护罩主体”的一例。内侧护罩70A的气体路径面73为“第1气体路径面”的一例。内侧护罩70A的内侧周壁75为“第1周壁”的一例。内侧护罩70B为“第2护罩”的一例。内侧护罩70B的内侧护罩主体71为“第2护罩主体”的一例。内侧护罩70B的气体路径面73为“第2气体路径面”的一例。内侧护罩70B的内侧周壁75为“第2周壁”的一例。
(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叙述,但具体的结构并不限于该实施方式,还包括不脱离本发明的宗旨的范围的设计变更等。例如,第1静叶片46aA及第2静叶片46aB并不限于使用共用的铸模来成型,也可以使用各自的铸模来成型。例如,在上述的实施方式中,外侧护罩60A的腹侧端部EpA未设置有腹侧凸缘,取而代之,可以设置比背侧凸缘68nB小的腹侧突出部。当腹侧突出部小时,与设置大的腹侧凸缘的情况相比,由热膨胀引起的力不易起作用,能够实现减小热应力。并且,上述的实施方式及变形例也可以进行组合来实现。例如,也可以在外侧护罩60A的腹侧端部EpA未设置有腹侧突出部,且在内侧护罩70A的腹侧端部EpA未设置有腹侧突出部。
在以上说明的实施方式及变形例中,例如可以掌握以下的关系。第1静叶片46aA为“第1静叶片”的一例。第2静叶片46aB为“第2静叶片”的一例。负压侧为“第1侧”的一例。正压侧为“第2侧”的一例。背侧端部EnA及背侧端部EnB分别为“第1端部”的一例。腹侧端部EpA及腹侧端部EpB分别为“第2端部”的一例。背侧凸缘68nA为“第1背侧突出部”、“第1突出部”及“第1静叶片的第1端部的突出部”各自的一例。背侧凸缘68nB为“第2背侧突出部”、“第2突出部”及“第2静叶片的第1端部的突出部”各自的一例。腹侧凸缘68pB为“腹侧突出部”、“第3突出部”及“第2静叶片的第2端部的突出部”各自的一例。背侧壁65n为“第1侧壁”的一例。腹侧壁65p为“第2侧壁”的一例。
在此,在上述的实施方式及变形例中,对去除作为腹侧叶片的第1静叶片46aA的腹侧凸缘的例子进行了说明,但实施方式及变形例并不限于上述例。例如,根据设计或运行条件,也有背侧的应力高的情况。在该情况下,可以保留作为腹侧叶片的第1静叶片46aA的腹侧凸缘,并且去除作为背侧叶片的第2静叶片46aB的背侧凸缘。在该方式中,例如可以掌握以下的关系。去除了背侧凸缘68nB的第2静叶片46aB为“第1静叶片”的一例。保留了腹侧凸缘68pA的第1静叶片46aA为“第2静叶片”的一例。正压侧为“第1侧”的一例。负压侧为“第2侧”的一例。腹侧端部EpA及腹侧端部EpB分别为“第1端部”的一例。背侧端部EnA及背侧端部EnB分别为“第2端部”的一例。第2静叶片46aB的腹侧凸缘68pB为“第1腹侧突出部”、“第1突出部”及“第1静叶片的第1端部的突出部”各自的一例。在第1静叶片46aA中保留的腹侧凸缘68pA为“第2腹侧突出部”、“第2突出部”及“第2静叶片的第1端部的突出部”各自的一例。第1静叶片46aA的背侧凸缘68nA为“背侧突出部”、“第3突出部”及“第2静叶片的第2端部的突出部”各自的一例。腹侧壁65p为“第1侧壁”的一例。背侧壁65n为“第2侧壁”的一例。另外,如图11所示的变形例那样,关于内侧护罩,可以保留作为腹侧叶片的第1静叶片46aA的腹侧凸缘,并且去除作为背侧叶片的第2静叶片46aB的背侧凸缘。
[附记]
实施方式中所记载的静叶片节段46S、46S′、燃气涡轮10、静叶片节段46S、46S′的制造方法例如可以如下掌握。
(1)第1方式所涉及的静叶片节段46S、46S′具备:第1静叶片(例如,第1静叶片46aA);第2静叶片(例如,第2静叶片46aB),与第1静叶片并排;及结合工具Bt,将第1静叶片和第2静叶片结合。第2静叶片相对于第1静叶片位于第1静叶片和第2静叶片并排的侧方向Dc上的第1侧和第2侧中的第1侧。第1静叶片及第2静叶片分别具有:叶片体51,配置于燃烧气体流路49内并呈叶片形状;及护罩60、70,设置于叶片体51的叶片高度方向上的端。第1静叶片的护罩60、70即第1护罩(例如,护罩60A,70A)具有:第1气体路径面(例如,气体路径面63A、73A),面向燃烧气体流路49;及第1突出部(例如,背侧凸缘68nA、78nA),位于第1护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与燃烧气体流路49相反的一侧即流路相反侧突出。第2静叶片的护罩60、70即第2护罩(例如,护罩60B、70B)具有:第2气体路径面(例如,气体路径面63B、73B),面向燃烧气体流路49;第2突出部(例如,背侧凸缘68nB、78nB),设置于第2护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向流路相反侧突出;及第3突出部(例如,腹侧凸缘68pB、78pB),设置于第2护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向流路相反侧突出,并且通过结合工具Bt与第1突出部结合。在与第1突出部在侧方向Dc上并排的区域SR中,第1护罩的所述第2侧的端部即第2端部的表面中离第1气体路径面最远的表面S1与第1气体路径面之间的距离L1比第2背侧突出部的表面中离第2气体路径面最远的表面S5与第2气体路径面之间的距离L5短。
根据这样的结构,能够减少因存在于第1护罩的突出部的热膨胀而沿延伸方向起作用的力作用于叶片体51与第1护罩的端部之间的区域的情况,从而能够减小作用于静叶片节段46S、46S′的热应力。
(2)第2方式所涉及的静叶片节段46S、46S′为(1)的静叶片节段46S、46S′,其中,第1护罩具有:第1护罩主体(例如,护罩主体61、71),具有第1气体路径面;及第1周壁(例如,周壁65、75),沿着第1护罩主体的周缘设置,并且向所述流路相反侧突出而形成供冷却吸气流入的空腔CA。第2护罩具有:第2护罩主体(例如,护罩主体61、71),具有第2气体路径面;及第2周壁(例如,周壁65、75),沿着第2护罩主体的周缘设置,并且向流路相反侧突出而形成供冷却吸气流入的空腔CA。第1周壁及第2周壁分别具有:前壁65f,朝向在燃烧气体流路49内燃烧气体流过来的一侧即上游侧;后壁65b,朝向在燃烧气体流路49内燃烧气体流过去的一侧即下游侧;第1侧壁(例如,背侧壁65n),在相对于叶片体51的第1侧连结前壁65f和后壁65b;及第2侧壁(例如,腹侧壁65p),在相对于叶片体51的第2侧连结前壁65f和后壁65b。第1突出部从第1周壁的第1侧壁向流路相反侧突出。第2突出部从第2周壁的第1侧壁向流路相反侧突出。第3突出部可以从第2周壁的第2侧壁向流路相反侧突出。
根据这样的结构,在具有形成空腔CA的周壁的结构中,能够减少因存在于第1护罩的突出部的热膨胀而沿延伸方向起作用的力作用于叶片体51与第1护罩的端部之间的区域的情况,从而能够减小作用于静叶片节段46S、46S′的热应力。
(3)第3方式所涉及的静叶片节段46S为(1)或(2)的静叶片节段46S,其中,第1突出部和第2突出部可以具有相同的外形。
根据这样的结构,例如能够减少用相同的铸模成型出第1静叶片和第2静叶片之后加工第2突出部的负担。由此,能够提高静叶片节段46S、46S′的制造性。另外,基于第1突出部和第2突出部具有相同的外形的优点并不限于铸模的共用化,还可能出于设计的容易化或刚性的提高等其他原因。
(4)第4方式所涉及的静叶片节段46S为(1)至(3)中的任一静叶片节段46S,其中,第1突出部具有供结合工具Bt穿过的孔(例如,插穿孔68nh)。在与第1突出部在侧方向Dc上并排的区域SR中,第1护罩的第2端部的表面中离第1气体路径面最远的表面S1可以比孔的内周面中离第1气体路径面最近的表面S4靠近第1气体路径面。
根据这样的结构,能够进一步减少因第1护罩的端部的热膨胀而沿延伸方向起作用的力作用于叶片体与第1护罩的端部之间的区域的情况,从而能够进一步减小作用于静叶片节段46S的热应力。
(5)第5方式所涉及的静叶片节段46S为(1)至(4)中的任一静叶片节段46S,其中,第1护罩及第2护罩为位于叶片高度方向上的静叶片节段46S的外周侧的外侧护罩60。第1突出部、第2突出部及第3突出部可以向外周侧突出。
根据这样的结构,能够减小在大的热应力容易作用于外侧护罩60的情况下作用于静叶片节段46S的热应力。大的热应力容易作用于外侧护罩60的情况例如是指如下情况:为了促进叶片体51的冷却而将较多的冷却空气从径向外侧Dro供给到外侧护罩60,在叶片体51附近,外侧护罩60的温度相对变低,其结果,叶片体51与第1护罩的端部之间的区域的热梯度变大,从而大的热应力容易作用于静叶片节段。但是,大的热应力容易作用于外侧护罩60的情况并不限定于上述例。
(6)第6方式所涉及的静叶片节段46S为(1)至(4)中的任一静叶片节段46S′,其中,第1护罩及第2护罩为位于叶片高度方向上的静叶片节段46S′的内周侧的内侧护罩70。第1突出部、第2突出部及第3突出部可以向内周侧突出。
根据这样的结构,能够减小在大的热应力容易作用于内侧护罩70的情况下作用于静叶片节段46S的热应力。大的热应力容易作用于内侧护罩70的情况例如是指如下情况:通过叶片体51而用于内侧护罩70的冷却的空气在通过叶片体51的过程中,温度大幅上升,其结果,内侧护罩70的温度变高,大的热应力容易作用于静叶片节段46S′。但是,大的热应力容易作用于内侧护罩70的情况并不限定于上述例。
(7)第7方式所涉及的静叶片节段46S、46S′为(1)至(6)中的任一静叶片节段46S,其中,第1护罩具有:第1冷却通道81,包含沿着第1护罩的第1端部(例如,背侧端部EnA)延伸的部分并供冷却空气流过;及第2冷却通道82,包含沿着第1护罩的第2端部(例如,腹侧端部EpA)延伸的部分并供冷却空气流过。第2护罩具有:第3冷却通道83,包含沿着第2护罩的第1端部(例如,背侧端部EnB)延伸的部分并供冷却空气流过;及第4冷却通道84,包含沿着第2护罩的第2端部(例如,腹侧端部EpB)延伸的部分并供冷却空气流过。流过第2冷却通道82的冷却空气的流量多于流过第1冷却通道81的冷却空气的流量。流过第3冷却通道83的冷却空气的流量可以多于流过第4冷却通道84的冷却空气的流量。
在此,各静叶片节段46S、46S′不与在燃气涡轮10内在周向Dc上相邻的其他静叶片节段46S、46S′结合。因此,在侧方向Dc上相邻的静叶片节段46S、46S′彼此之间存在小的间隙,有时高温的燃烧气体会从燃烧气体通道49进入该间隙中。其结果,有时静叶片节段46S、46S′的侧方向Dc上的两端部(例如,第1护罩的第2端部及第2护罩的第1端部)会成为高温。然而,根据上述第7方式的结构,能够利用流过第2冷却通道82及第3冷却通道83的冷却空气来促进容易成为高温的静叶片节段46S、46S′的侧方向Dc上的两端部的冷却。由此,能够进一步减小作用于静叶片节段46S、46S′的热应力。
(8)第8方式所涉及的静叶片节段46S为(7)的静叶片节段46S、46S′,其中,第1护罩具有:第1排气口91,将流过了第1冷却通道81的冷却空气排出到该第1护罩的外部;及第2排气口92,将流过了第2冷却通道82的冷却空气排出到该第1护罩的外部。第2护罩具有:第3排气口93,将流过了第3冷却通道83的冷却空气排出到该第2护罩的外部;及第4排气口94,将流过了第4冷却通道84的冷却空气排出到该第2护罩的外部。第2排气口92的开口面积大于第1排气口91的开口面积。第3排气口93的开口面积可以大于第4排气口94的开口面积。
根据这样的结构,例如能够避免导致护罩的侧方向Dc上的宽度的大型化,并且增加流过第2冷却通道82及第3冷却通道83的冷却空气的流量。由此,能够促进静叶片节段46S、46S′的侧方向Dc上的两端部的冷却,并减小作用于静叶片节段46S、46S′的热应力。
(9)第9方式所涉及的燃气涡轮10具备:(1)至(8)中的任一静叶片节段46S、46S′;转子(涡轮转子41),能够以轴线Ar为中心进行旋转;壳体(例如,燃气涡轮机室15),覆盖转子的外周侧;及燃烧器30,通过燃料的燃烧生成燃烧气体,并将所述燃烧气体输送到壳体内。静叶片节段46S、46S′设置于壳体的内周侧。根据这样的结构,能够抑制作用于燃气涡轮10的热应力。
(10)关于第10方式所涉及的静叶片节段46S、46S′的制造方法,在所述静叶片节段46S、46S′中,第1静叶片(例如,第1静叶片46aA)和第2静叶片(例如,第2静叶片46aB)由结合工具Bt结合,第2静叶片相对于第1静叶片位于第1静叶片和第2静叶片并排的侧方向Dc上的第1侧和第2侧中的第1侧,在所述制造方法中,准备第1静叶片部件46MA及第2静叶片部件46MB,所述第1静叶片部件46MA及所述第2静叶片部件46MB分别具有:叶片体51,配置于燃烧气体流路49并呈叶片形状;及护罩60、70,设置于叶片体51的叶片高度方向上的端,护罩60、70包含:气体路径面63、73,面向燃烧气体流路49;突出部(例如,背侧凸缘68Mn),位于护罩60、70的第1端部(例如,背侧端部EnA、EnB),并向与燃烧气体流路49相反的一侧即流路相反侧突出;及突出部(例如,腹侧凸缘68Mp),设置于护罩60、70的第2端部(例如,腹侧端部EpA、EpB),并向流路相反侧突出。去除第1静叶片部件46MA的第2端部的突出部(例如,腹侧凸缘68Mp)的至少一部分而由第1静叶片部件46MA形成第1静叶片46aA,保留第2静叶片部件46MB的第1端部的突出部(例如,背侧凸缘68Mn)而由第2静叶片部件46MB形成第2静叶片46aB,用结合工具Bt将第1静叶片46aA的第1端部的突出部和第2静叶片46aB的第2端部的突出部结合。根据这样的结构,能够抑制作用于静叶片节段46S、46S′的热应力。
产业上的可利用性
根据本发明的静叶片节段、燃气涡轮及静叶片节段的制造方法,能够实现减小热应力。
符号说明
10-燃气涡轮,11-燃气涡轮转子,15-燃气涡轮机室,20-压缩机,30-燃烧器,41-涡轮转子,45-涡轮机室,46S、46S′-静叶片节段,46aA、46aA′-第1静叶片,46aB-第2静叶片,51-叶片体,60-外侧护罩,61-外侧护罩主体,63-气体路径面,65-外侧周壁,65f-前壁,65b-后壁,65n-背侧壁,65p-腹侧壁,68nA、68nB-背侧凸缘,68pA、68pB-腹侧凸缘,70-内侧护罩,71-内侧护罩主体,73-气体路径面,75-内侧周壁,75f-前壁,75b-后壁,75n-背侧壁,75p-腹侧壁,78nA、78nB-背侧凸缘,78pA、78pB-腹侧凸缘,81-第1冷却通道,82-第2冷却通道,83-第3冷却通道,84-第4冷却通道,91-第1排气口,92-第2排气口,93-第3排气口,94-第4排气口,Bt-结合工具,CA-空腔,EnA-第1静叶片的护罩的背侧端部,EpA-第1静叶片的护罩的腹侧端部,EnB-第2静叶片的护罩的背侧端部,EpB-第2静叶片的护罩的腹侧端部,MA-第1静叶片部件,MB-第2静叶片部件。
Claims (10)
1.一种静叶片节段,其具备:
第1静叶片;
第2静叶片,与所述第1静叶片并排;及
结合工具,将所述第1静叶片和所述第2静叶片结合,
所述第2静叶片相对于所述第1静叶片位于所述第1静叶片和所述第2静叶片并排的侧方向上的第1侧和第2侧中的所述第1侧,
所述第1静叶片及所述第2静叶片分别具有:
叶片体,配置于燃烧气体流路内并呈叶片形状;及
护罩,设置于所述叶片体的叶片高度方向上的端,
所述第1静叶片的护罩即第1护罩具有:
第1气体路径面,面向所述燃烧气体流路;及
第1突出部,位于该第1护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与所述燃烧气体流路相反的一侧即流路相反侧突出,
所述第2静叶片的护罩即第2护罩具有:
第2气体路径面,面向所述燃烧气体流路;
第2突出部,位于该第2护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向所述流路相反侧突出;及
第3突出部,位于该第2护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向所述流路相反侧突出,并且通过所述结合工具与所述第1突出部结合,
在与所述第1突出部在所述侧方向上并排的区域中,所述第1护罩的所述第2侧的端部即第2端部的表面中离所述第1气体路径面最远的表面与所述第1气体路径面之间的距离比所述第2突出部的表面中离所述第2气体路径面最远的表面与所述第2气体路径面之间的距离短。
2.根据权利要求1所述的静叶片节段,其中,
所述第1护罩具有:第1护罩主体,具有所述第1气体路径面;及第1周壁,沿着所述第1护罩主体的周缘设置,并且向所述流路相反侧突出而形成供冷却空气流入的空腔,
所述第2护罩具有:第2护罩主体,具有所述第2气体路径面;及第2周壁,沿着所述第2护罩主体的周缘设置,并且向所述流路相反侧突出而形成供冷却空气流入的空腔,
所述第1周壁及所述第2周壁分别具有:
前壁,朝向在所述燃烧气体流路内燃烧气体流过来的一侧即上游侧;
后壁,朝向在所述燃烧气体流路内所述燃烧气体流过去的一侧即下游侧;
第1侧壁,在相对于所述叶片体的所述第1侧连结所述前壁和所述后壁;及
第2侧壁,在相对于所述叶片体的所述第2侧连结所述前壁和所述后壁,
所述第1突出部从所述第1周壁的所述第1侧壁向所述流路相反侧突出,
所述第2突出部从所述第2周壁的所述第1侧壁向所述流路相反侧突出,
所述第3突出部从所述第2周壁的所述第2侧壁向所述流路相反侧突出。
3.根据权利要求1或2所述的静叶片节段,其中,
所述第1突出部和所述第2突出部具有相同的外形。
4.根据权利要求1或2所述的静叶片节段,其中,
所述第1突出部具有供所述结合工具穿过的孔,
在与所述第1突出部在所述侧方向上并排的区域中,所述第1护罩的所述第2端部的表面中离所述第1气体路径面最远的所述表面比所述孔的内周面中离所述第1气体路径面最近的表面靠近所述第1气体路径面。
5.根据权利要求1或2所述的静叶片节段,其中,
所述第1护罩及所述第2护罩为位于在所述叶片高度方向上所述静叶片节段的外周侧的外侧护罩,所述第1突出部、所述第2突出部及所述第3突出部向所述外周侧突出。
6.根据权利要求1或2所述的静叶片节段,其中,
所述第1护罩及所述第2护罩为位于在所述叶片高度方向上所述静叶片节段的内周侧的内侧护罩,所述第1突出部、所述第2突出部及所述第3突出部向所述内周侧突出。
7.根据权利要求1或2所述的静叶片节段,其中,
所述第1护罩具有:
第1冷却通道,包含沿着所述第1护罩的所述第1端部延伸的部分并供冷却空气流过;及
第2冷却通道,包含沿着所述第1护罩的所述第2端部延伸的部分并供冷却空气流过,
所述第2护罩具有:
第3冷却通道,包含沿着所述第2护罩的所述第1端部延伸的部分并供冷却空气流过;及
第4冷却通道,包含沿着所述第2护罩的所述第2端部延伸的部分并供冷却空气流过,
流过所述第2冷却通道的冷却空气的流量多于流过所述第1冷却通道的冷却空气的流量,
流过所述第3冷却通道的冷却空气的流量多于流过所述第4冷却通道的冷却空气的流量。
8.根据权利要求7所述的静叶片节段,其中,
所述第1护罩具有:
第1排气口,将流过了所述第1冷却通道的冷却空气排出到该第1护罩的外部;及
第2排气口,将流过了所述第2冷却通道的冷却空气排出到该第1护罩的外部,
所述第2护罩具有:
第3排气口,将流过了所述第3冷却通道的冷却空气排出到该第2护罩的外部;及
第4排气口,将流过了所述第4冷却通道的冷却空气排出到该第2护罩的外部,
所述第2排气口的开口面积大于所述第1排气口的开口面积,
所述第3排气口的开口面积大于所述第4排气口的开口面积。
9.一种燃气涡轮,其具备:
权利要求1或2所述的静叶片节段;
转子,能够以轴线为中心进行旋转;
壳体,覆盖所述转子的外周侧;及
燃烧器,通过燃料的燃烧生成燃烧气体,并将所述燃烧气体输送到所述壳体内,
所述静叶片节段设置于所述壳体的内周侧。
10.一种静叶片节段的制造方法,在所述静叶片节段中,第1静叶片和第2静叶片由结合工具结合,所述第2静叶片相对于所述第1静叶片位于所述第1静叶片和所述第2静叶片并排的侧方向上的第1侧和第2侧中的所述第1侧,在所述制造方法中,
准备第1静叶片部件及第2静叶片部件,所述第1静叶片部件及所述第2静叶片部件分别具有:叶片体,配置于燃烧气体流路并呈叶片形状;及护罩,设置于所述叶片体的叶片高度方向上的端,所述护罩包含:气体路径面,面向所述燃烧气体流路;突出部,位于该护罩的所述第1侧的端部即第1端部,并向与所述燃烧气体流路相反的一侧即流路相反侧突出;及突出部,位于该护罩的所述第2侧的端部即第2端部,并向所述流路相反侧突出,
去除所述第1静叶片部件的所述第2端部的所述突出部的至少一部分而由所述第1静叶片部件形成所述第1静叶片,
保留所述第2静叶片部件的所述第1端部的所述突出部而由所述第2静叶片部件形成所述第2静叶片,
用结合工具将所述第1静叶片的所述第1端部的所述突出部和所述第2静叶片的所述第2端部的所述突出部结合。
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