DE112015003047B4 - Turbinenleitschaufel, turbine und verfahren zum modifizieren einer turbinenleitschaufel - Google Patents

Turbinenleitschaufel, turbine und verfahren zum modifizieren einer turbinenleitschaufel Download PDF

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Abstract

Eine Turbinenleitschaufel (3), die umfasst:einen Leitschaufelkörper (21), der sich im Einbauzustand in der radialen Richtung einer Turbine (T), in die die Turbinenleitschaufel (3) einzubauen ist, erstreckt,einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud (22), der an einem radial inneren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, undeinen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud (23), der an einem radial äußeren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, wobeider Leitschaufelkörper (21) einen Serpentinenkanal (30) aufweist, der eine Vielzahl von Hauptkanälen (31) aufweist, die miteinander kommunizieren, und welcher so ausgebildet ist, dass er sich im Inneren des Leitschaufelkörpers (21) in der radialen Richtung windet und durch welchen ein Kühlmedium (c) im Betrieb strömt, wobeiein Deckring (22,23), entweder der innere Deckring (22) oder der äußerer Deckring (23):einen Terminalkanal (31C), der mit einem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal (31B) der Hauptkanäle (31), der am weitesten an der Seite eines Hinterkantenendes (21B) angeordnet ist, verbunden ist,einen ersten Kühlpfad (40), von dem ein Ende an dem Terminalkanal (31C) offen ist und das andere Ende an einer Endfläche (22D) an der Hinterkante des einen Deckrings (22,23) offen ist und durch den der Serpentinenkanal (30) mit der Außenseite des einen Deckrings (22,23) kommuniziert, undeinen zweiten Kühlpfad (50), von dem ein Ende offen zu einem Hohlraum (CB) ist, der an einer zweiten Hauptoberfläche (22a) des einen Deckrings (22,23), der sich an der Gegenseite von einer ersten Hauptoberfläche (22b) befindet, an welcher der Leitschaufelkörper (21) angeordnet ist, angeordnet ist, und das andere Ende offen an der Hinterkante des einen Deckrings (22,23) ist, und durch welchen im Betrieb ein Kühlmedium (c) im Inneren des Hohlraums (CB) passiert, aufweist, undder zweite Kühlpfad (50) und der erste Kühlpfad (40) in einem Intervall in der Umfangsrichtung der Turbine (T) angeordnet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenleitschaufel, eine Turbine, die die Turbinenleitschaufel aufweist, und ein Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel.
  • Wie beispielsweise in der JP H10- 252 410 A bzw. DE 698 31 109 T2 offenbart ist eine konventionelle Turbine mit Turbinenleitschaufeln versehen, die jeweils einen Leitschaufelkörper, der sich in der radialen Richtung der Turbine erstreckt, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud und einen inneren Deckring oder Shroud umfassen, die jeweils an beiden Enden des Leitschaufelkörpers in der Erstreckungsrichtung vorgesehen sind. Im Inneren des Leitschaufelkörpers ist ein Serpentinenkanal vorgesehen, der sich in der radialen Richtung der Turbine windet. Der Leitschaufelkörper wird gekühlt, wenn ein Kühlmedium (Kühlluft) durch den Serpentinenkanal strömt.
  • Bei der Turbine JP H10- 252 410 A gemäß bzw. DE 698 31 109 T2 wird ein Kühlmedium, das den Serpentinenkanal passiert hat, in einen Raum, der sich weiter an der radialen Innenseite der Turbine als der innere Deckring befindet, geführt und strömt danach durch einen Freiraum zwischen dem inneren Deckring der Turbinenleitschaufel und der Plattform der Turbinenlaufschaufel, die zueinander in der axialen Richtung der Turbine benachbart sind, in einen Verbrennungsgaspfad aus. Daher wird verhindert, dass Verbrennungsgas, das den Verbrennungsgaspfad passiert, in den Raum, der sich weiter an der radialen Innenseite der Turbine als der innere Deckring befindet, eindringt.
  • Die Turbinenleitschaufel gemäß der JP H10- 252 411 A bzw. der DE 198 10 339 A1 hat einen Serpentinenkanal, der darin ausgebildet ist, und sie ist mit einer Vielzahl von Kühlluftlöchern an der Hinterkantenseite des inneren Deckrings versehen. Die Turbinenleitschaufel gemäß JP H10- 252 411 A bzw. DE 198 10 339 A1 verwendet einen Teil der Kühlluft, um die Hinterkante des inneren Deckrings zu kühlen.
  • 13 bis 15 zeigen ein Beispiel einer Struktur zur Kühlung der Hinterkantenseite des inneren Deckrings bei einer konventionellen Turbinenleitschaufel. Wie in 13 dargestellt dringt Kühlluft, die von dem äußeren Deckring (nicht dargestellt) einer Turbinenleitschaufel 3A zugeführt wird, in einen Serpentinenkanal 30 ein und kühlt einen Leitschaufelkörper 21. Danach strömt die Kühlluft in einen am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B, der sich am weitesten an der Seite eines Hinterkantenendes 21B des Leitschaufelkörpers 21 in dem Serpentinenkanal 30 befindet. Die Kühlluft, die durch den am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B strömt, kühlt den Hinterkantenabschnitt des Leitschaufelkörpers 21 konvektiv, während sie von dem Hinterkantenende 21B des Leitschaufelkörpers 21 in Verbrennungsgas ausgetragen wird.
  • Andererseits ist eine Vertiefung bzw. ein Hohlraum CB an der radialen Innenseite des inneren Deckrings 22 angeordnet und Kühlluft wird von dem äußeren Deckring in den Hohlraum CB zugeführt. Wie in 15 dargestellt ist ein Kühlpfad 70, der ein Ende, ein erstes Ende, das mit der Vertiefung CB kommuniziert, und das andere Ende, ein zweites Ende, das an dem stromabwärtigen Ende des inneren Deckrings 22 in der axialen Richtung der Turbine offen ist, an der Hinterkantenseite des inneren Deckrings 22 ausgebildet. Der Kühlpfad 70 ist entlang der Richtung der Verbrennungsgasströmung ausgebildet. Die Vielzahl von Kühlpfaden 70 sind in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 angeordnet. Das Array der Vielzahl von Kühlpfaden 70 kühlt im Wesentlichen die Hinterkantenseite des inneren Deckrings 22.
  • Wie in 14 dargestellt ist der Serpentinenkanal 30 an dem stromabwärtigen Ende des am weitesten stromabwärtigen Hauptkanals 31B, der sich an der am weitesten stromabwärtigen Seite des Serpentinenkanals 30 befindet, mit einem Terminalkanal 31C, der im Inneren des inneren Deckrings 22 ausgebildet ist, verbunden. Ein Ausströmpfad 29, der eine Verbindung zwischen dem Terminalkanal 31C und einem Scheibenhohlraum CD bietet, die sich an der stromabwärtigen Seite des Hohlraums CB in der Turbinenaxialrichtung befindet, ist an der stromabwärtigen Seite des Terminalkanals 31C vorgesehen. Die Öffnung des Terminalkanals 31C, die in einer Endoberfläche an einer stromaufwärtigen Seite 26a einer Rippe 26 des inneren Deckrings 22 offen ist, ist mit einer Abdeckung 26b etc. verschlossen. Über den vorgesehenen Ausströmpfad 29 kühlt Kühlluft, die im Inneren des inneren Deckrings 22 strömt, den inneren Deckring 22 in der Nähe des Terminalkanals 31C des Serpentinenkanals 30 und zur selben Zeit wird sie als ein Teil einer Spülluft für den Scheibenhohlraum CD verwendet.
  • Die DE 698 20 958 T2 zeigt eine Turbinenleitschaufel, bei der mehrere Kühlpfade im stromabwärtigen Bereich des inneren Deckrings hinter dem Leitschaufelkörper vorgesehen sind, die teilweise im Bereich unmittelbar hinter dem Leitschaufelkörper vorhanden sind. Die Kühlpfade werden aus dem Volumen eines Plenums an der Unterseite des Deckrings gespeist. Das Plenum ist durch eine Prallplatte in zwei Bereiche unterteilt und führt - zusätzlich zu der Speisung der Kühlpfade für die stromabwärtige Hinterkante des Deckrings- eine aktive Kühlung der oberen Fläche des Plenums des Deckrings durch Prallkühlung aus.
  • Die EP 0 874 131 A2 offenbart eine Turbinenleitschaufel, die keine Kühlkanäle im Bereich unmittelbar stromab oder hinter einem Leitschaufelkörper im Bereich eines Deckrings besitzt.
  • Jedoch ist es abhängig von der Struktur der Turbinenleitschaufel nicht immer möglich, die Kühlpfade in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings gleichmäßig in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings anzuordnen. Das heißt, wenn der innere Deckring von der Umfangsrichtung aus betrachtet wird (Schnitt XI-XI, der in 15 dargestellt ist), kommuniziert ein Ende des Kühlpfads mit dem Hohlraum und das andere Ende des Kühlpfads ist zu dem Verbrennungsgas an der Endoberfläche an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings offen. Andererseits befindet sich der Terminalkanal, wie in 13 und 14 (Schnitt X-X) dargestellt, um die Verbindung zwischen dem Leitschaufelkörper und dem inneren Deckring an dem stromabwärtigen Ende des am weitesten stromabwärtigen Hauptkanals herum. Daher ist es schwer, selbst wenn man versucht, den oben beschriebenen Kühlpfad in der Region, wo der Terminalkanal präsent ist, anzuordnen, den Kühlpfad aufgrund von Interferenz zwischen dem Terminalkanal und dem Kühlpfad vorzusehen. Demzufolge ist es unmöglich die Kühlpfade in gleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung anzuordnen. Das Ergebnis ist, dass das Hinterkantenteil des inneren Deckrings ungleichmäßig in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings gekühlt wird, was zu einer Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung und einer Reduktion in einer Dicke aufgrund von Oxidation in einem heißen Abschnitt des inneren Deckrings führen kann.
  • Obwohl die Temperatur des Kühlmediums nach einem Passieren des obigen Serpentinenkanals höher ist als die Temperatur vor dem Durchgang, ist die Temperatur dennoch niedrig genug, um die Turbinenleitschaufel zu kühlen.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Turbinenleitschaufel, die eine Reduktion in einer Dicke aufgrund von Oxidation eines heißen Abschnitts des inneren Deckrings, die aus einer ungleichmäßigen Kühlung des Hinterkantenteils des inneren Deckrings resultiert, verhindert und eine effektive Verwendung eines Kühlmedium, das durch den Serpentinenkanal passiert ist, erlaubt, eine Turbine, die diese Turbinenleitschaufel umfasst, und ein Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel vor.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung des obigen Problems eine Turbinenleitschaufel mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgesehen, die unter anderem umfasst: einen Leitschaufelkörper, der sich in der radialen Richtung einer Turbine erstreckt, einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud, der an einem radial inneren Ende des Leitschaufelkörpers vorgesehen ist, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud, der an einem radial äußeren Ende des Leitschaufelkörpers vorgesehen ist, wobei der Leitschaufelkörper einen Serpentinenkanal aufweist, welcher so ausgebildet ist, dass er sich im Inneren des Leitschaufelkörpers in der radialen Richtung windet und durch welchen ein Kühlmedium strömt, und ein Deckring des inneren Deckrings und des äußeren Deckrings einen Kühlpfad umfasst, von dem ein Ende an der stromabwärtigen Endseite des Serpentinenkanals offen ist und das andere Ende an einer Hinterkante des einen Deckrings offen ist und durch den der Serpentinenkanal mit der Außenseite des einen Deckrings kommuniziert.
  • Gemäß der obigen Turbinenleitschaufel strömt das Kühlmedium durch den Kühlpfad, nachdem es durch den Serpentinenkanal geströmt ist, und kühlt den Leitschaufelkörper. Daher ist es möglich, das Hinterkanten-Seitenteil (das Hinterkantenteil) des einen Deckrings gleichmäßig zu kühlen und eine Reduktion in einer Dicke aufgrund von Oxidation des heißen Abschnitts des Deckrings zu verhindern. Da das Kühlmedium, das den Serpentinenkanal passiert hat, recycelt wird, kann das Kühlmedium effektiv verwendet werden.
  • Bei der Turbinenleitschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung weist der eine Deckring eine Vertiefung bzw. einen Hohlraum auf, die/der an einer zweiten Hauptoberfläche des einen Deckrings, die sich an der gegenüberliegenden Seite von einer ersten Hauptoberfläche, an welcher der Leitschaufelkörper angeordnet ist, befindet, angeordnet ist.
  • Vorzugsweise kann bei dem Deckring eine Endfläche an einer stromabwärtigen Seite der Vertiefung bzw. des Hohlraums in der axialen Richtung weiter an der stromaufwärtigen Seite in der axialen Richtung angeordnet sein, als ein am weitesten stromabwärtiger Hauptkanal des Serpentinenkanals.
  • Vorzugsweise kann der Kühlpfad entlang der Richtung der Verbrennungsgasströmung ausgebildet sein und in einem Bereich vorgesehen sein, in der Umfangsrichtung des einen Deckrings, wo der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal des Serpentinenkanals mit dem einen Deckring verbunden ist.
  • Vorzugsweise kann der Kühlpfad entlang der Richtung der Verbrennungsgasströmung ausgebildet und so vorgesehen sein, dass er in der Umfangsrichtung des einen Deckrings mindestens eine Region umfasst, wo ein Terminalkanal, der das stromabwärtige Ende des Serpentinenkanals bildet, angeordnet ist.
  • Vorzugsweise kann der Kühlpfad zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende davon eine breite oder weite Vertiefung bzw. einen breiten oder weiten Hohlraum aufweisen, die sich in der Umfangsrichtung der Turbine erstreckt.
  • Vorzugsweise kann der Kühlpfad eine Vielzahl von Verzweigungspfaden aufweisen, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Turbine angeordnet sind, die sich von der breiten Vertiefung bzw. dem breiten Hohlraum in der axialen Richtung der Turbine erstrecken und die an der Hinterkante des einen Deckrings offen sind.
  • Gemäß diesen Konfigurationen kann der Bereich an der Hinterkantenseite des einen Deckrings, der mit dem Kühlmedium, das durch den Kühlpfad strömt, gekühlt wird, in der Umfangsrichtung der Turbine expandiert werden. Mit anderen Worten kann das Kühlmedium, das den Serpentinenkanal passiert hat, effektiver verwendet werden.
  • Bei der Turbinenleitschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der eine Deckring einen zweiten Kühlpfad, von dem ein Ende zu einer Vertiefung bzw. zu einem Hohlraum, die bzw. der an einer zweiten Hauptoberfläche des einen Deckrings vorgesehen ist, der sich an der gegenüberliegenden Seite von einer ersten Hauptoberfläche befindet, an welcher der Leitschaufelkörper angeordnet ist, offen ist und von dem das andere Ende an der Hinterkante des einen Deckrings offen ist, und durch welchen ein Kühlmedium im Inneren der Vertiefung bzw. des Hohlraums passiert, und der zweite Kühlpfad und ein erster Kühlpfad, welcher der Kühlpfad ist, sind in einem Intervall in der Umfangsrichtung der Turbine angeordnet.
  • Gemäß der obigen Konfiguration kann der Bereich des Hinterkantenteils des einen Deckrings, der sich in der Nähe der Hinterkante des Leitschaufelkörpers befindet, mit dem Kühlmedium, das den ersten Kühlpfad wie oben beschrieben passiert, gekühlt werden. Der Bereich des Hinterkantenteils des einen Deckrings, der sich außerhalb der Nähe der Hinterkante des Leitschaufelkörpers in der Umfangsrichtung der Turbine befindet, kann mit dem Kühlmedium, das durch den zweiten Kühlpfad passiert, gekühlt werden.
  • Daher kann der gesamte Hinterkantenteil des einen Deckrings effektiv gekühlt werden.
  • Eine Turbine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst umfasst die Merkmale des Patentanspruches 7, nämlich: einen Rotor, ein Turbinengehäuse, das die Peripherie des Rotors umgibt, Turbinenlaufschaufeln, die an dem äußeren Umfang des Rotors befestigt sind, und Turbinenleitschaufeln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die an dem inneren Umfang des Turbinengehäuses befestigt und alternierend mit den Turbinenlaufschaufeln in der axialen Richtung des Rotors angeordnet sind.
  • Ein Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel, die einen Leitschaufelkörper, der sich in der radialen Richtung einer Turbine erstreckt, einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud, der an einem radialen inneren Ende des Leitschaufelkörpers vorgesehen ist, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud, der an einem radialen äußeren Ende des Leitschaufelkörpers vorgesehen ist, umfasst, wobei der Leitschaufelkörper einen Serpentinenkanal umfasst, welcher so ausgebildet ist, dass er sich in dem Leitschaufelkörper in der radialen Richtung windet und durch welchen ein Kühlmedium strömt, wobei das Verfahren einen Pfadausbildungsschritt umfasst, bei dem in einem Deckring von dem inneren und dem äußeren Deckring ein Kühlpfad ausgebildet wird, welcher ein Ende an der stromabwärtigen Endseite des Serpentinenkanals offen hat und das andere Ende an einer Hinterkante des einen Deckrings offen hat und durch welchen der Serpentinenkanal mit der Außenseite des einen Deckrings kommuniziert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung in dem Hinterkantenteil des einen Deckrings ausgeglichen und eine Reduktion in einer Dicke aufgrund von Oxidation des heißen Abschnitts des einen Deckrings wird verhindert. Da das Kühlmedium, das den Serpentinenkanal passiert hat, recycelt wird, kann das Kühlmedium effektiv verwendet werden. Als ein Ergebnis ist die Menge an Kühlluft reduziert und die thermische Effizienz der Gasturbine ist verbessert.
    • 1 ist eine halbgeschnittene Ansicht, die eine schematische Konfiguration einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Hauptlinie Q einer Turbinenleitschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Schnittansicht die entlang der Linie II-II von 3 korrespondiert.
    • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 2.
    • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von 3.
    • 5 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung zwischen Kühlpfaden in einem Hinterkantenteil eines inneren Deckrings und einen Terminalkanal eines Serpentinenkanals in einer konventionellen Turbinenleitschaufel zeigt.
    • 6 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Turbinenleitschaufel vor einer Modifikation zeigt.
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist eine Schnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Turbinenumfangsrichtung.
    • 9 ist eine Schnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Turbinenumfangsrichtung.
    • 10 ist eine Schnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Turbinenumfangsrichtung.
    • 11 ist ein Schnitt einer Turbinenleitschaufel gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Turbinenumfangsrichtung.
    • 12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V von 11.
    • 13 ist ein Teil einer Draufsicht, die Kühlpfade an der Hinterkantenseite eines inneren Deckrings einer konventionellen Turbinenleitschaufel zeigt.
    • 14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X von 13.
    • 15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI von 13.
  • In dem Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Referenz zu 1 bis 6 beschrieben werden.
  • Wie in 1 dargestellt umfasst eine Gasturbine GT gemäß dieser Ausführungsform einen Kompressor C, der komprimierte Luft c generiert, eine Vielzahl von Brennkammern B, die Kraftstoff der komprimierten Luft c von dem Kompressor C zuführen und die Verbrennungsgas g generieren, und eine Turbine T, die Rotationskraft von dem Verbrennungsgas g, das von den Brennkammern B zugeführt wird, erhält. In der Gasturbine GT sind ein Rotor RC des Kompressors C und ein Rotor RT der Turbine T an den Enden zusammengekoppelt und erstrecken sich an einer Turbinenachse P.
  • In der folgenden Beschreibung wird die Erstreckungsrichtung des Rotors RT der Turbine T, die Umfangsrichtung des Rotors RT und die radiale Richtung des Rotors RT jeweils als die Turbinenaxialrichtung, die Turbinenumfangsrichtung und die Turbinenradialrichtung bezeichnet werden.
  • Die Turbine T umfasst den Rotor RT, ein Turbinengehäuse 1, das den Umfang des Rotors RT umgibt, die Turbinenlaufschaufeln 2 und die Turbinenleitschaufeln 3. Der Rotor RT ist aus einer Vielzahl von Rotorscheiben, die in der Turbinenaxialrichtung angeordnet sind, gebildet.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt sind die Turbinenlaufschaufeln 2 an dem Außenumfang des Rotors RT befestigt. Die Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln 2 ist in Intervallen in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet. Die Turbinenlaufschaufeln 2 bilden eine ringförmige Laufschaufelreihe. Die ringförmigen Laufschaufelreihen sind in der Turbinenaxialrichtung angeordnet.
  • Die Turbinenlaufschaufel 2 ist aus einem Laufschaufelkörper 11, einer Plattform 12 und einem Laufschaufelfuß 13, die in dieser Reihenfolge von der Außenseite in Richtung der Innenseite in der Turbinenradialrichtung angeordnet sind, gebildet. Der Laufschaufelkörper 11 erstreckt sich von dem Außenumfang des Rotors RT in Richtung der Außenseite in der Turbinenradialrichtung. Die Plattform 12 ist an dem radial inneren Ende des Laufschaufelkörpers 11 (Basisende des Laufschaufelkörpers 11), das sich an der Seite des Rotors RT (Innenseite in der Turbinenradialrichtung) befindet, vorgesehen. Relativ zu dem Basisende des Laufschaufelkörpers 11 erstreckt sich die Plattform 12 in der Turbinenaxialrichtung und in der Turbinenumfangsrichtung. Der Laufschaufelfuß 13 ist kontinuierlich von der Plattform 12 in Richtung der Innenseite in der Turbinenradialrichtung ausgebildet. Der Laufschaufelfuß 13 ist in eine Laufschaufelfußrille bzw. eine Laufschaufelnut, die in dem Außenumfang des Rotors RT ausgebildet ist, eingepasst und wird dadurch an dem Rotor RT gehalten.
  • Wie in 1 bis 3 dargestellt sind die Turbinenleitschaufeln 3 an dem Innenumfang des Turbinengehäuses 1 befestigt. Die Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 3 ist in Intervallen in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet. Die Turbinenleitschaufeln 3 bilden eine ringförmige Leitschaufelreihe. Die ringförmigen Leitschaufelreihen sind in der Turbinenaxialrichtung angeordnet. Die Leitschaufelreihen und die oben beschriebenen Laufschaufelreihen sind alternierend in der Turbinenaxialrichtung angeordnet. Folglich sind die Turbinenlaufschaufeln 2 und die Turbinenleitschaufeln 3 alternierend in der Turbinenaxialrichtung angeordnet.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt umfasst die Turbinenleitschaufel 3 einen Leitschaufelkörper 21, der sich in der Turbinenradialrichtung erstreckt, einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud 22, der an dem radial inneren Ende des Leitschaufelkörpers 21 (vorderes Ende des Leitschaufelkörpers 21) vorgesehen ist, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud 23, der an dem radial äußeren Ende des Leitschaufelkörpers 21 (Basisende des Leitschaufelkörpers 21) vorgesehen ist.
  • Das vordere Ende des Leitschaufelkörpers 21 ist mit einer ersten Hauptoberfläche 22a des inneren Deckrings 22, die dem äußeren Deckring 23 gegenüber liegt, verbunden. Das Basisende des Leitschaufelkörpers 21 ist mit einer ersten Hauptoberfläche 23a des äußeren Deckrings 23, die dem inneren Deckring 22 gegenüberliegt, verbunden.
  • Relativ zu dem Basisende des Leitschaufelkörpers 21 erstreckt sich der äußere Deckring 23 in der Turbinenaxialrichtung und der Turbinenumfangsrichtung. Der äußere Deckring 23 ist an dem Innenumfang des Turbinengehäuses 1 befestigt. An der Seite der ersten Hauptoberfläche 23a des äußeren Deckrings 23 und an der Seite einer zweiten Hauptoberfläche 23b, die sich davon an der radialen Gegenseite befindet, ist eine äußere Vertiefung bzw. ein äußerer Hohlraum CA, in welche die komprimierte Luft c, die als Kühlluft (Kühlmedium) dient, zugeführt wird, durch den äußeren Deckring 23 und das Turbinengehäuse 1 ausgebildet.
  • Relativ zu dem vorderen Ende des Leitschaufelkörpers 21 erstreckt sich der innere Deckring 22 in der Turbinenaxialrichtung und der Turbinenumfangsrichtung. Der innere Deckring 22 ist zwischen den Plattformen 12 der benachbarten Turbinenlaufschaufeln 2 angeordnet, die in der Turbinenaxialrichtung angeordnet sind.
  • Der Bereich, der hier durch die inneren Deckringe 22 und die Plattformen 12 definiert ist, die alternierend in der Turbinenaxialrichtung und den Innenumfängen der äußeren Deckringe 23 angeordnet sind, die diesen inneren Deckringen 22 und Plattformen 12 von der radialen Außenseite gegenüberliegen, ist ein Verbrennungsgaspfad GP, durch welchen das Verbrennungsgas g in die Turbine T strömt. In der folgenden Beschreibung wird eine Seite (linke Seite in 1 bis 3), die eine erste Endseite in der Turbinenaxialrichtung ist, an welcher der Kompressor C und die Brennkammern B relativ zu der Turbine T angeordnet sind, als die stromaufwärtige Seite des Verbrennungsgaspfads GP beschrieben werden, während die andere Seite (rechte Seite in 1 bis 3), die eine zweite Endseite in der Turbinenaxialrichtung gegenüber der einen Seite in der Turbinenaxialrichtung ist, als die stromabwärtige Seite des Verbrennungsgaspfads GP bezeichnet werden.
  • In der folgenden Beschreibung wird das Ende des inneren Deckrings 22, das sich weiter an der stromaufwärtigen Seite des Verbrennungsgaspfads GP als eine vordere Kante 21A des Leitschaufelkörpers 21 befindet, als eine Endfläche an der stromaufwärtigen Seite (vordere Kante) 22C des inneren Deckrings 22 bezeichnet, während ein Ende des inneren Deckrings 22, das sich weiter an der stromabwärtigen Seite des Verbrennungsgaspfads GP als ein Hinterkantenende 21B des Leitschaufelkörpers 21 befindet, als eine Endfläche an der stromabwärtigen Seite (Hinterkante) 22D des inneren Deckrings 22 bezeichnet werden.
  • Eine innere Vertiefung bzw. ein innerer Hohlraum (Hohlraum) CB, in welche(m) die komprimierte Luft c, die als Kühlluft (Kühlmedium) dient, zugeführt wird, ist an der Seite einer zweiten Hauptoberfläche 22b des inneren Deckrings 22, der sich an der radialen Gegenseite von der ersten Hauptoberfläche 22a befindet, vorgesehen. Der innere Hohlraum CB ist ein Raum, der von dem inneren Deckring 22, einer Rippe 25 an der stromaufwärtigen Seite und einer Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite, die sich radial nach innen von der zweiten Hauptoberfläche 22b des inneren Deckrings 22 hervorstehen und in einem Intervall in der Turbinenaxialrichtung angeordnet sind, und einem Dichtring 27, der an den vorderen Enden der Rippe 25 an der stromaufwärtigen Seite und der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite in der Hervorstehrichtung so befestigt ist, dass er der zweiten Hauptoberfläche 22b des inneren Deckrings 22 gegenüber liegt, umgeben. Daher korrespondiert die Endfläche an der stromaufwärtigen Seite des inneren Hohlraums CB in der Turbinenaxialrichtung mit einer Endfläche 25a an der stromabwärtigen Seite der Rippe 25 an der stromaufwärtigen Seite. Die Endfläche an der stromabwärtigen Seite des inneren Hohlraums CB in der Turbinenaxialrichtung korrespondiert mit einer Endfläche 26a an der stromaufwärtigen Seite der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite.
  • Eine Scheibenvertiefung bzw. ein Scheibenhohlraum CC und eine Scheibenvertiefung bzw. ein Scheibenhohlraum CD sind jeweils an beiden Seiten des inneren Hohlraums CB in der Turbinenaxialrichtung ausgebildet. Der Scheibenhohlraum CC und der Scheibenhohlraum CD sind Räume, die von den Laufschaufelfüßen 13 der Turbinenlaufschaufeln 2 und den oben beschriebenen Rotorscheiben, die sich in der Turbinenaxialrichtung gegenüberliegen, und der Rippe 25 an der stromaufwärtigen Seite, der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite und dem Dichtring 27, die an der Turbinenleitschaufel 3 vorgesehen sind, umgeben sind. Der Scheibenhohlraum CC und der Scheibenhohlraum CD kommunizieren mit dem Verbrennungsgaspfad GP durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12.
  • Der erste Scheibenhohlraum CC, der sich weiter an der stromaufwärtigen Seite des Verbrennungsgaspfads GP als der innere Hohlraum CB befindet, kommuniziert mit dem inneren Hohlraum CB durch ein Strömungsdurchgangsloch 28, das in dem Dichtring 27 ausgebildet ist. Folglich wird ein Teil der komprimierten Luft c im Inneren des inneren Hohlraums CB von dem inneren Hohlraum CB in den ersten Scheibenhohlraum CC ausgetragen. Der Teil der komprimierten Luft c, der ausgetragen wurde, strömt in den Verbrennungsgaspfad GP durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus, die der Endfläche 22C an der aufströmenden Seite des inneren Deckrings 22 gegenüberliegt. Ränder 61, die sich von den Rotorscheiben in der Turbinenaxialrichtung erstrecken, sind an der radialen Innenseite des Dichtrings 27 vorgesehen. Scheibendichtungen 62 sind zwischen den Rändern 61 und dem Dichtring 27 vorgesehen. Die komprimierte Luft c, die von dem ersten Scheibenhohlraum CC durch die Scheibendichtung 62 in den zweiten Scheibenhohlraum CD an der stromabwärtigen Seite ausgetreten ist, wird ebenso in den Verbrennungsgaspfad GP an der stromabwärtigen Seite ausgetragen. Ein Teil der komprimierten Luft c wird in den ersten Scheibenhohlraum CC und den zweiten Scheibenhohlraum CD ausgetragen und wird danach als Spülluft in den Verbrennungsgaspfad GP ausgetragen. Daher wird verhindert, dass das Verbrennungsgas g in den ersten Scheibenhohlraum CC und den zweiten Scheibenhohlraum CD zurückströmt.
  • Der Leitschaufelkörper 21 umfasst einen Serpentinenkanal 30, welcher so ausgebildet ist, dass er sich in dem Leitschaufelkörper 21 in der Turbinenradialrichtung windet und durch welchen die komprimiert Luft c, die als Kühlluft (Kühlmedium) dient, strömt.
  • Der Serpentinenkanal 30 umfasst eine Vielzahl von (in dem gezeigten Beispiel fünf) Hauptkanälen 31, die als gewundene bzw. gefaltete Kanäle ausgebildet sind, die sich in die Turbinenradialrichtung erstrecken und eine Vielzahl von (in dem gezeigten Beispiel fünf) Rückführkanälen 32, die zwischen benachbarten Hauptkanälen 31 verbinden.
  • Ein am weitesten stromaufwärtiger Hauptkanal 31A der Vielzahl von Hauptkanälen 31, der am weitesten an der Seite der Vorderkante 21A des Leitschaufelkörpers 21 angeordnet ist, kommuniziert mit dem äußeren Hohlraum CA durch einen Einströmpfad 33, der so ausgebildet ist, dass er den äußeren Deckring 23 in der Dickenrichtung durchdringt. Ein am weitesten stromabwärtiger Hauptkanal 31B der Vielzahl von Hauptkanälen 31, der am weitesten an der Seite des Hinterkantenendes 21B des Leitschaufelkörpers 21 angeordnet ist, ist mit einem Terminalkanal 31C verbunden, der sich im Inneren des inneren Deckrings 22 radial nach innen von der Position, an welcher der Leitschaufelkörper 21 und der innere Deckring 22 miteinander verbunden sind, erstreckt. Der Terminalkanal 31C kommuniziert mit der Außenseite der Turbinenleitschaufel 3 durch einen ersten Kühlpfad 40, welcher später beschrieben wird, der im Inneren des inneren Deckrings 22 ausgebildet ist. Ein Ausströmpfad 29, der Verbindung zwischen dem Terminalkanal 31C und der zweiten Scheibenvertiefung CD bietet, ist im Inneren des inneren Deckrings 22, der in 2 dargestellt ist, ausgebildet und der Ausströmpfad 29 ist mit einem Verschluss bzw. einem Stopfen etc. verschlossen.
  • Folglich strömt die komprimierte Luft c, die als Kühlluft (Kühlmedium) dient, von dem äußeren Hohlraum CA durch den Einströmpfad 33 des äußeren Deckrings 23 in den am weitesten stromaufwärtigen Hauptkanal 31A. Danach passiert die komprimierte Luft c durch den Serpentinenkanal 30 und strömt von dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B durch den Terminalkanal 31C des inneren Deckrings 22 in den ersten Kühlpfad 40. Daher bildet bei dieser Ausführungsform das radial äußere Ende des am weitesten stromaufwärtigen Hauptkanals 31A das stromaufwärtige Ende des Serpentinenkanals 30. Bei dieser Ausführungsform bildet der Terminalkanal 31C an der radialen Innenseite des am weitesten stromabwärtigen Hauptkanals 31B das stromabwärtige Ende des Serpentinenkanals 30.
  • Der Leitschaufelkörper 21 hat eine Vielzahl von Kühllöchern 34, die von der Kanalwandoberfläche des am weitesten stromabwärtigen Hauptkanals 31B zu dem Hinterkantenende 21B des Leitschaufelkörpers 21 durchdringen. Die Vielzahl von Kühllöchern 34 ist in Intervallen in der Turbinenradialrichtung angeordnet. Folglich strömt ein Teil der komprimierten Luft c, der durch den am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B strömt, in die Kühllöcher 34 und kühlt den Hinterkantenteil des Leitschaufelkörpers 21 konvektiv, bevor er von dem Hinterkantenende 21B in den Verbrennungsgaspfad GP ausströmt.
  • Der innere Deckring (ein Deckring) 22 hat den ersten Kühlpfad 40, der ein Ende offen zu dem Terminalkanal 31C an der stromabwärtigen Endseite des Serpentinenkanals 30 und das andere Ende offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 hat. Der Serpentinenkanal 30 kommuniziert mit dem Verbrennungsgaspfad GP (außerhalb des inneren Deckrings 22) durch den ersten Kühlpfad 40. Der erste Kühlpfad 40 dieser Ausführungsform ist so ausgebildet, dass er sich von dem Terminalkanal 31 c an dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 des Leitschaufelkörpers 21 zu der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 erstreckt. Der erste Kühlpfad 40 dieser Ausführungsform ist entlang der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases g ausgebildet.
  • Folglich strömt die komprimierte Luft c, die von dem stromabwärtigen Ende des Sepentinenkanals 30 ausströmt, in den ersten Kühlpfad 40 und kühlt den Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 konvektiv, bevor sie von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite zu der Außenseite ausströmt. Genauer gesagt strömt die komprimierte Luft c von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 in den Freiraum zwischen der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 und der Plattform 12, die der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite gegenüberliegt.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt umfasst der innere Deckring 22 der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform zweite Kühlpfade 50, die ein Ende zu dem inneren Hohlraum CB offen haben, der an der Seite der zweiten Hauptoberfläche 22b des inneren Deckrings 22 vorgesehen ist, und die das andere Ende in der Endoberfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 offen haben. Die zweiten Kühlpfade 50 sind Pfade, durch welche die komprimierte Luft c im Inneren des inneren Hohlraums CB strömt, um den Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 zu kühlen. Die zweiten Kühlpfade 50 und der erste Kühlpfad 40 sind in Intervallen in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet.
  • Bei dieser Ausführungsform sind Abschnitte der zweiten Kühlpfade 50 ebenso in der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet, welche sich an der stromabwärtigen Seite des Verbrennungsgaspfads GP befindet, der Rippe 25 an der stromaufwärtigen Seite und der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite. Zudem sind die einen Enden der zweiten Kühlpfade 50 in der Endfläche 26a an der stromaufwärtigen Seite der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite offen, die den inneren Hohlraum CB definiert. Bei dieser Ausführungsform ist die Vielzahl von zweiten Kühlpfaden 50 in Intervallen in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet. Die zweiten Kühlpfade 50 sind an beiden Seiten des ersten Kühlpfads 40 in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet. In 3 erstrecken sich die zweiten Kühlpfade 50 linear parallel zu dem ersten Kühlpfad 40, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel limitiert.
  • Folglich strömt ein Teil der komprimierten Luft c im Inneren des inneren Hohlraums CB in die zweiten Kühlpfade 50 und kühlt den Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 konvektiv, bevor er von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite zu der Außenseite strömt.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt umfasst die Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform ein Zuführrohr 60, durch welches die komprimierte Luft c, die als Kühlluft (Kühlmedium) dient, von dem äußeren Hohlraum CA in den inneren Hohlraum CB zugeführt wird. Das Zuführrohr 60 ist so vorgesehen, dass es den äußeren Deckring 23, den Leitschaufelkörper 21 und den inneren Deckring 22 durchdringt. Bei dem gezeigten Beispiel ist ein Zuführrohr 60 in jedem Leitschaufelkörper 21 so vorgesehen, dass es durch die Innenseite des zwei benachbarten Hauptkanäle 31 passiert, die weiter an der Seite des Hinterkantenendes 21B des Hauptkörpers 21 als der am weitesten stromaufwärtige Hauptkanal 31A angeordnet sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel limitiert.
  • Ein Bereich, in welchem der ersten Kühlpfad 40 hier angeordnet werden kann, wird beschrieben werden.
  • Wie oben beschrieben kann in einer konventionellen Turbinenleitschaufel 3A, die einen Serpentinenkanal hat, ein Kühlpfad 70 zum Kühlen des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, aufgrund von Interferenz zwischen dem Kühlpfad 70 und dem Terminalkanal 31C des Serpentinenkanals 30 nicht angeordnet werden. Als ein Ergebnis gibt es einen Bereich, wo eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 auftritt.
  • Der Bereich des Terminalkanals 31C, der im Inneren des inneren Deckrings 22 der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A ausgebildet ist, wird wie in 5 dargestellt unten beschrieben werden.
  • Wie oben beschrieben ist die stromaufwärtige Seite des Terminalkanals 31C, welcher im Inneren des inneren Deckrings 22 ausgebildet ist, in Kontakt mit dem stromabwärtigen Ende des am weitesten stromabwärtigen Hauptkanals 31B des Serpentinenkanals 30. Die stromabwärtige Seite des Terminalkanals 31C ist mit der Öffnung, die in der Endfläche 26a an der stromaufwärtigen Seite der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, verbunden. Genauer gesagt wird das stromaufwärtige Ende des Terminalkanals 31C durch einen Kanalabschnitt K1L1M1 repräsentiert, der an einer Position, an welcher der Leitschaufelkörper 21 mit der ersten Hauptoberfläche 22A des inneren Deckrings 22 verbunden ist, ausgebildet ist und hat einen im Wesentlichen dreieckigen Kanalquerschnitt. Ein Punkt, der sich hier in der inneren Wand befindet, die den am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B des Serpentinenkanals 30 bildet, und der am nächsten an dem Hinterkantenende 21B ist, wird als ein Punkt K1 bezeichnet, und Punkte, die sich in der inneren Wand an der Seite der Vorderkante befinden, die den am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B ausbildet, und die am weitesten an der Vorderseite und der Hinterseite in der Turbinenrotationsrichtung sind, werden jeweils als ein Punkt L1 und ein Punkt M1 bezeichnet werden.
  • Wie in 5 und 6 dargestellt ist der Terminalkanal 31C so ausgebildet, dass er mit einer Öffnung L2L3K2M2 verbunden ist, die in der Endfläche 26a an der stromaufwärtigen Seite der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, während dieser einen in Richtung der Öffnung L2L3K2M2 geneigten Kanal definiert. Daher ist der Kanalquerschnitt des Terminalkanals 31C in der ersten Hauptoberfläche 22a, wenn von der radialen Richtung aus betrachtet wird, ein dreieckiger Kanalquerschnitt, der von den Punkten K1, L1, M1 umgeben ist. Andererseits hat der Kanalquerschnitt des Terminalkanals 31C, wenn die Öffnung L2L3K2M2, die in der Endfläche 26a an der stromaufwärtigen Seite der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet ist, von der axialen Richtung aus betrachtet, einen rechteckigen Querschnitt mit der oberen Seite (Seite an der radialen Außenseite), die von einer Seite L2M2 repräsentiert wird, und der unteren Seite (Seite an der radialen Innenseite), die von einer Seite K2L3 repräsentiert wird. Das heißt, eine Seite K1L1 des Kanalquerschnitts K1L1M1 des Kanals, die in der ersten Hauptoberfläche 22a ausgebildet ist, definiert die untere Oberfläche des Terminalkanals 31C und ist mit der Seite K2L3 verbunden, während sie sich radial nach innen erstreckt und in Richtung der axial stromaufwärtigen Seite geneigt ist. Ebenso definiert eine Seite L1M1 des Kanals die Deckenoberfläche des Terminalkanals 31C und ist mit der Seite L2M2 verbunden, während sie sich radial nach innen erstreckt und in Richtung der axial stromaufwärtigen Seite geneigt ist. Daher wird der Terminalkanal 31C von dem Kanal repräsentiert, der von einer Deckenoberfläche L1M1M2L2 umgeben ist, einer Unteroberfläche K1L1L3K2, einer Seitenoberfläche L1L2L3 an der Vorderseite in der Rotationsrichtung und einer Seitenoberfläche K1M1M2K2 an der Hinterseite in der Rotationsrichtung. Wie oben beschrieben ist die Öffnung L2L3K2M2 mit der Abdeckung 26b verschlossen.
  • Wie oben beschrieben kann in dem Bereich, wo der Terminalkanal 31C ausgebildet ist, der konventionelle Kühlpfad 70, der sich von dem Hohlraum CB an dem stromabwärtigen Ende des inneren Deckrings 22 in der Turbinenaxialrichtung erstreckt, aufgrund von Interferenz zwischen dem Kühlpfad 70 und dem Terminalkanal 31C nicht angeordnet werden. Daher hat die Temperaturverteilung in der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A, wenn sich die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 darstellt wie in dem Graph an der rechten Seite von 5 gezeigt ist, eine parabolische Form mit der höhreren Temperatur in der Region, wo die Kühlpfade 70 nicht angeordnet sind (Region, wo der Kühlpfad 70 mit dem Terminalkanal 31C interferiert) und geringere in den anderen Regionen. Als ein Ergebnis kann in der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A eine Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation in dem heißen Abschnitt des inneren Deckrings 22 auftreten.
  • Jedoch ist es möglich die Region, wo es schwer ist den Kühlpfad 70 (zweiter Kühlpfad 50) vorzusehen, durch Vorsehen des ersten Kühlpfads 40 gemäß der vorliegenden Erfindung zu kühlen. Genauer gesagt ist der erste Kühlpfad 40 wie in 3 dargestellt so angeordnet, dass die stromaufwärtige Seite mit dem Terminalkanal 31C verbunden ist, während die stromabwärtige Seite offen zu dem Verbrennungsgaspfad GP an der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 ist. Daher tritt das oben beschriebene Problem der Interferenz nicht auf.
  • Wie in 2, 3 und 5 dargestellt kann der erste Kühlpfad 40 in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 in der Region, wo der Terminalkanal 31C angeordnet ist, vorgesehen werden, wenn der innere Deckring 22 von der radialen Richtung aus betrachtet wird. Um dies auf eine andere Weise zu betrachten kann der Bereich, der in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 von dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B des Serpentinenkanals 30 an der Position, an welcher der Leitschaufelkörper 21 mit der ersten Hautpoberfläche 22a des inneren Deckrings 22 verbunden ist, umgeben ist, als die effektivste Region für den ersten Kühlpfad 40 gelten, in der dieser als eine Maßnahme gegen die Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation, die in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 auftritt, vorzusehen ist.
  • Kühlluft, die von dem Terminalende des Serpentinenkanals 30 ausgetragen wird, strömt durch den ersten Kühlpfad 40. Daher unterscheidet sich die Kühlluft, die durch den ersten Kühlpfad 40 strömt, von der Kühlluft, die durch die zweiten Kühlpfade 50 (Kühlpfade 70) strömt. Daher ist es möglich die Umgebung des Terminalkanals 31C des inneren Deckrings 22 zu kühlen und die Region an der stromabwärtigen Seite von dem Terminalkanal 31C in der Turbinenaxialrichtung, die nicht ausreichend durch die zweiten Kühlpfade (Kühlpfade 70) gekühlt werden, zu kühlen. Folglich kann das Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 gleichmäßig gekühlt werden. Mit anderen Worten ist es möglich, die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 auszugleichen und die Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation des heißen Abschnitts des inneren Deckrings 22 zu vermeiden.
  • Da die Kühlluft, die den Leitschaufelkörper 21 in dem Serpentinenkanal 30 gekühlt hat, verwendet wird, um die oben beschriebene Region zu kühlen, wird die Kühlluft recycelt und kann daher effektiv verwendet werden.
  • In 3 ist nur ein erster Kühlpfad 40, aber dort kann eine Vielzahl von ersten Kühlpfaden 40 sein. Es ist vorzuziehen, dass der Bohrungsdurchmesser (Kanalquerschnitt) des ersten Kühlpfads 40 größer ist als der des zweiten Kühlpfads 50. Dies ist so, da es vorzuziehen ist, einer größeren Menge von Kühlluft ein Strömen durch den ersten Kühlpfad 40 zu erlauben und die Kühleffizienz zu verbessern, für die Temperatur der Kühlluft, die von dem Serpentinenkanal 30 ausgetragen wird, ist höher als die der Kühlluft, die durch die zweiten Kühlpfade 50 strömt.
  • Der erste Kühlpfad 40 ist nicht darauf limitiert, wie in 3 illustriert vorgesehen zu sein, wenn der innere Deckring 22 von der radialen Richtung aus betrachtet wird, aber er kann so vorgesehen werden, dass er in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 zumindest den Bereich umfasst, wo der Terminalkanal 31C angeordnet ist. Zum Beispiel kann der erste Kühlpfad 40 so vorgesehen sein, dass er in der Turbinenumfangsrichtung von dem Bereich hervorsteht, wo der Terminalkanal 31C in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 angeordnet ist.
  • Der erste Kühlpfad 40 ist nicht darauf limitiert, wie in 3 illustriert vorgesehen zu sein, wenn der innere Deckring 22 von der radialen Richtung aus betrachtet wird, sondern er kann so vorgesehen werden, dass er in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 zumindest den Bereich umfasst, der von dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B des Serpentinenkanals 30 an der Position, an welcher der Leitschaufelkörper 21 und die erste Hautpoberfläche 22a des inneren Deckrings 22 miteinander verbunden sind, eingenommen wird. Zum Beispiel kann der erste Kühlpfad 40 so vorgesehen sein, dass er in der Turbinenumfangsrichtung von dem Bereich hervorsteht, der von dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 eingenommen wird.
  • Wie in 6 dargestellt kann die Turbinenleitschaufel 3 der Gasturbine GT, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, durch Modifizieren der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A, die den ersten Kühlpfad 40 nicht umfasst, erhalten werden.
  • In der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A ist der Ausströmpfad 29, der eine Verbindung zwischen dem Terminalkanal 31C an dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 und dem Raum an der radialen Innenseite des inneren Deckrings 22 vorsieht, ausgebildet. In 6 sieht der Ausströmpfad 29 Kommunikation zwischen dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 und dem zweiten Scheibenhohlraum CD, der sich weiter an der stromabwärtigen Seite des Verbrennungsgaspfads GP als der innere Hohlraum CB befindet, vor. In 6 ist der Ausströmpfad 29 in der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet, aber der Ausströmpfad 29 kann anstatt dessen ebenso z. B. in dem inneren Deckring 22 ausgebildet sein.
  • Folglich wird in der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A die komprimierte Luft c, die von dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 ausgeströmt ist, durch den Ausströmpfad 29 in dem zweiten Scheibenhohlraum CD ausgetragen und strömt in den Verbrennungsgaspfad GP durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus, die der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 gegenüberliegt. Daher wird die komprimierte Luft c, die durch den Ausströmpfad 29 in den zweiten Scheibenhohlraum CD ausgetragen wurde, als Spülgas zusammen mit der komprimierten Luft c (siehe 2), die aus dem Scheibenhohlraum 62 austritt, verwendet und verhindert, dass das Verbrennungsgas g, das durch den Verbrennungsgaspfad GP passiert, in den zweiten Scheibenhohlraum CD durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 eintritt.
  • Bei einem Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel zum Erlangen der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform von der konventionellen Turbinenleitschaufel 3A, die oben beschrieben ist, sollte wie in 7 gezeigt ein Pfadausbildungsschritt S1 des Ausbildens des ersten Kühlpfads 40, welcher ein Ende offen zu dem Terminalkanal 31C an dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 hat und das andere Ende offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 hat und durch welchen der Serpentinenkanal 30 mit der Außenseite des inneren Deckrings 22 kommuniziert, im Inneren des inneren Deckrings 22 durchgeführt werden.
  • Um die konventionelle Turbinenleitschaufel 3A, die in 6 illustriert ist, die den Ausströmpfad 29 hat, zu modifizieren, sollte ein Pfadabdichtungsschritt S2 des Abdichtens des Ausströmpfads 29 nach dem Pfadausbildungsschritt S1, wie in 7 dargestellt, oder vor dem Pfadausbildungsschritt S1 durchgeführt werden. Zum Beispiel bei dem Pfadabdichtungsschritt S2 sollte der Ausströmpfad 29 mit einem Verschluss etc. verschlossen werden.
  • Als nächstes werden die Arbeitsweise der Turbinenleitschaufel 3 der Gasturbine GT dieser Ausführungsform beschrieben werden.
  • Die komprimierte Luft c kühlt den Leitschaufelkörper 21 durch Strömen von dem äußeren Hohlraum CA durch den Einströmpfad 33 in den Serpentinenkanal 30 und Strömen von dem stromaufwärtigen Ende in Richtung des stromabwärtigen Endes des Serpentinenkanals 30. Ein Teil der komprimierten Luft, die durch die den am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B des Serpentinenkanals 30 strömt, wird in die Kühllöcher 34 ausgetragen und strömt von dem Hinterkantenende 21B des Leitschaufelkörpers 21 in den Verbrennungsgaspfad GP aus. Als ein Ergebnis kühlt die komprimierte Luft c den Abschnitt des Leitschaufelkörpers 21 an der Seite des Hinterkantenendes 21B.
  • Die komprimierte Luft c, die von dem Terminalkanal 31C des Serpentinenkanals 30 ausgeströmt ist, strömt in den ersten Kühlpfad 40 und strömt von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 in den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus.
  • Daher bildet der Abschnitt des inneren Deckrings 22 an der Seite der Endfläche 22D (Hinterkantenteil) an der stromabwärtigen Seite, insbesondere die Region des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, der sich zu der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite erstreckt und der die Position aufweist, an welcher der Hauptkanal 31B des Serpentinenkanals 30 und die erste Hauptoberfläche 22a des inneren Deckrings 22 miteinander verbunden sind, die Region, die in der konventionellen Turbinenleitschaufel nicht ausreichend gekühlt wird. Da die komprimierte Luft c von dem ersten Kühlpfad 40 in den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 ausströmt, verhindert diese komprimierte Luft c zusammen mit der komprimierten Luft c, die von der Scheibendichtung 62 austritt, das Gas g, das durch den Verbrennungsgaspfad GP passiert, in den zweiten Scheibenhohlraum CD durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 eintritt.
  • Die komprimierte Luft c im Inneren des äußeren Hohlraums CA strömt in den inneren Hohlraum CB sowie durch das Zuführrohr 60. Die komprimierte Luft c, die in den inneren Hohlraum CB geströmt ist, strömt in den ersten Scheibenhohlraum CC hauptsächlich durch das Strömungsdurchgangsloch 28 des Dichtrings 27. Danach strömt die komprimierte Luft c in den Verbrennungsgaskanal GB durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus, die der Endfläche 22C an der stromaufwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 gegenüberliegt. Daher wird verhindert, dass das Verbrennungsgas g, das den Verbrennungsgaspfad GP passiert, in den ersten Scheibenhohlraum CC durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 eindringt.
  • Ein Teil der komprimierten Luft c, die in den inneren Hohlraum CB geströmt ist, strömt in die zweiten Kühlpfade 50 und strömt von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 in den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus. Daher wird der Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22, insbesondere der Bereich des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, der sich außerhalb der Nähe des Hinterkantenendes 21B des Leitschaufelkörpers 21 (Nähe des ersten Kühlpfads 40) in der Turbinenumfangsrichtung befindet, gekühlt. Da die komprimierte Luft c von den zweiten Kühlpfaden 50 in den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 ausströmt, wird besser verhindert, dass das Verbrennungsgas g, das durch den Verbrennungsgaspfad GP passiert, in den zweiten Scheibenhohlraum CD durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 eindringt.
  • Wie oben beschrieben wurde strömt gemäß der Turbinenleitschaufel 3 der Gasturbine GT dieser Ausführungsform die komprimierte Luft c durch den ersten Kühlpfad 40 nachdem sie durch den Serpentinenkanal 30 geströmt ist und den Leitschaufelkörper 21 gekühlt hat, sodass der Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 gekühlt werden kann, insbesondere der Bereich, der sich zu der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite von der Position, an welcher der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal 31B und die erste Hauptoberfläche 22a des inneren Deckrings 22 miteinander verbunden sind, erstreckt. Daher, da die komprimierte Luft c, die den Serpentinenkanal 30 passiert hat, effektiv verwendet wird, kann die Kühlluft recycelt werden und die Menge an Kühlluft kann reduziert werden. Als ein Ergebnis ist die thermische Effizienz der Gasturbine GT verbessert.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform wird die Region des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22 in der Nähe des Hinterkantenendes 21B des Leitschaufelkörpers 21 mit der komprimierten Luft c, die durch den ersten Kühlpfad 40 strömt, gekühlt. Als ein Ergebnis kann die Region des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, die sich außerhalb der Nähe des Hinterkantenendes 21B des Leitschaufelkörpers 21 (Nähe des ersten Kühlpfads 40) in der Turbinenumfangsrichtung befindet, mit der komprimierten Luft c, die durch die zweiten Kühlpfade 50 strömt, gekühlt werden. Es ist daher möglich, den gesamten Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 effektiv zu kühlen. Daher ist es möglich, den Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 gleichmäßig zu kühlen und die Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation des heißen Abschnitts des inneren Deckrings 22 zu verhindern.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform wird ein Abschnitt des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22 mit der komprimierten Luft c (Kühlluft), die den Serpentinenkanal 30 passiert hat, gekühlt. Folglich kann verglichen mit, wenn der gesamte Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 mit der komprimierten Luft c gekühlt wird, die durch die zweiten Kühlpfade 50 geströmt ist, die Menge an komprimierter Luft c, die durch die zweiten Kühlpfade 50 passiert, reduziert werden. Mit anderen Worten kann die Menge an komprimierter Luft c, die zur Kühlung des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22 benötigt wird, reduziert werden. Daher kann die Effizienz der Turbine T verbessert werden.
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Referenz zu 8, davon hauptsächlich die Unterschiede von der ersten Ausführungsform, beschrieben werden. Dieselben Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet werden, während die Beschreibung davon ausgelassen wird.
  • Wie in 8 dargestellt umfasst die Turbine 3 dieser Ausführungsform denselben Leitschaufelkörper 21 und inneren Deckring 22 wie bei der ersten Ausführungsform. Der Leitschaufelkörper 21 umfasst denselben Serpentinenkanal 30 wie bei der ersten Ausführungsform. Wie bei der ersten Ausführungsform umfasst der innere Deckring 22 den ersten Kühlpfad 40, der ein Ende offen zu der stromabwärtigen Endseite des Serpentinenkanals 30 hat und das andere Ende offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 hat.
  • Der erste Kühlpfad 40 dieser Ausführungsform umfasst zwischen einem Ende und dem anderen Ende davon einen breiten bzw. weiten Hohlraum 41, der sich in der Turbinenumfangsrichtung erstreckt. Der erste Kühlpfad 40 umfasst eine Vielzahl von Verzweigungspfaden 42, die sich von dem breiten Hohlraum 41 in der Turbinenaxialrichtung erstrecken und die offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 sind. Die Vielzahl von Verzweigungspfaden 42 sind in Intervallen in der Turbinenumfangsrichtung angeordnet. Die Dimension des Verzweigungspfads 42 ist in der Turbinenumfangsrichtung ausreichend kleiner gewählt als die des breiten Hohlraums 41. Die Dimension des breiten Hohlraums 41 kann in der Turbinenaxialrichtung kleiner sein als die des Verzweigungspfads 42 wie in 8 gezeigt, aber sie kann z.B. auch größer gewählt werden als die des Verzweigungspfads 42.
  • Folglich strömt die komprimierte Luft c, die von dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 ausgeströmt ist, in den breiten Hohlraum 41 des ersten Kühlpfads 40 und strömt ferner von dem breiten Hohlraum 41 in die Verzweigungspfade 42, bevor sie von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 zu der Außenseite ausströmt.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, können ähnliche Effekte zu denen der ersten Ausführungsform erreicht werden.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform kann der Bereich des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, der mit der komprimierten Luft c, die durch den ersten Kühlpfad 40 strömt, gekühlt wird, in der Turbinenumfangsrichtung vergrößert werden. Daher kann die komprimierte Luft c, die den Serpentinenkanal 30 passiert hat, effektiver verwendet werden.
  • Verglichen mit der ersten Ausführungsform kann die Menge an komprimierter Luft c, die den zweiten Kühlpfade 50 passiert, weiter reduziert werden und die Effizienz der Turbine T kann weiter verbessert werden
  • Als nächstes wird ein erstes modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform mit Referenz zu 9, hauptsächlich in Form von Unterschieden zu der zweiten Ausführungsform, beschrieben werden. Die Komponenten, die dieselben wie in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sind, werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet werden, während die Beschreibung davon ausgelassen werden wird.
  • Wie in 9 dargestellt ist der erste Kühlpfad 40 des ersten modifizierten Beispiels der zweiten Ausführungsform derselbe wie der der zweiten Ausführungsform insofern, dass das eine Ende, welches das stromaufwärtige Ende des stromaufwärtigen Pfads ist, mit dem Terminalkanal 31C verbunden ist, während das andere Ende in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 offen ist und, dass der breite Hohlraum an einer Zwischenposition zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende vorgesehen ist. Jedoch ist der ersten Kühlpfad 40 des ersten modifizierten Beispiels unterschiedlich von dem der zweiten Ausführungsform darin, dass eine Vielzahl von stromaufwärtigen Pfaden, z.B. ein stromaufwärtiger Pfad 40A und ein stromaufwärtiger Pfad 40B, von dem Terminalkanal 31C verzweigt sind. Daher sind die Vielzahl von stromaufwärtigen Pfaden 40A, 40B bei diesem modifizierten Beispiel von dem Terminalkanal 31C verzweigt. Der stromaufwärtige Pfad 40A und der stromaufwärtige Pfad 40B sind jeweils mit einem breiten Hohlraum 41A und einem breiten Hohlraum 41B verbunden. Eine Vielzahl von Verzweigungspfaden 42A und Verzweigungspfaden 42B ist jeweils von dem breiten Hohlraum 41A und dem breiten Hohlraum 41B verzweigt. Die Verzweigungspfade 42A und die Verzweigungspfade 42B sind zu dem Verbrennungsgaspfad GP an der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 offen. Der Rest der Konfiguration und des Verfahrens zum Modifizieren in der Turbinenleitschaufel dieses modifizierten Beispiels sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieser Ausführungsform, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, können Effekte, die zu solchen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ähnlich sind, erreicht werden.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel dieses modifizierten Beispiels kann der Bereich des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, der mit der komprimierten Luft c, die durch den ersten Kühlpfad 40 strömt, gekühlt wird, verglichen mit der zweiten Ausführungsform weiter vergrößert werden. Daher kann die komprimierte Luft c, die durch den Serpentinenkanal 30 passiert ist, effektiver verwendet werden.
  • Als nächstes wird ein zweites modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform mit Referenz zu 10, hauptsächlich in Form von Unterschieden zu der zweiten Ausführungsform und dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Die Komponenten, die bei der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform dieselben sind, werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet werden, während die Beschreibung davon ausgelassen werden wird.
  • Wie in 10 dargestellt ist das zweite modifizierte Beispiel der zweiten Ausführungsform dasselbe wie die zweite Ausführungsform und das erste modifizierte Beispiel der zweiten Ausführungsform darin, dass der erste Kühlpfad 40 ein Ende hat, welches das stromaufwärtige Ende des stromaufwärtigen Pfads ist, das mit dem Terminalkanal 31C verbunden ist, und das andere Ende in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 offen hat, und darin, dass der breite Hohlraum an einer Zwischenposition zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende vorgesehen ist. Das zweite modifizierte Beispiel ist dasselbe wie das erste modifizierte Beispiel der zweiten Ausführungsform darin, dass eine Vielzahl von Kühlpfaden 40 mit einem breiten Hohlraum vorgesehen ist. Jedoch ist der innere Hohlraum CB, der an der radialen Innenseite des inneren Deckrings 22 vorgesehen ist, verglichen mit der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform in Richtung der axial stromaufwärtigen Seite verschoben. Daher ist das zweite modifizierte Beispiel unterschiedlich darin, dass die Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite an einer Zwischenposition in der axialen Länge des inneren Deckrings 22 angeordnet ist oder weiter an der stromaufwärtigen Seite als die Zwischenposition in der axialen Richtung so angeordnet ist, dass die axiale Länge der inneren Vertiefung CB reduziert ist.
  • Wenn solch eine Struktur angewendet wird, kann der Bereich des inneren Deckrings 22, der mit der komprimierten Luft c (Kühlluft) gekühlt wird, die von dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 ausgetragen wird, erweitert werden. Bei diesem modifizierten Beispiel ist die Region, wo der erste Kühlpfad 40 angeordnet ist, vergrößert und die Region, wo die zweiten Kühlpfade 50 angeordnet sind, reduziert und dadurch wird die Region vergrößert, wo die komprimierte Luft c (Kühlluft), die von dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals ausgetragen wird, effektiver verwendet werden kann. Genauer gesagt ist der erste Kühlpfad 40, der mit dem Terminalkanal 31C verbunden ist, in eine Vielzahl von stromaufwärtigen Pfaden 40A, 40B, 40C verzweigt. Die Vielzahl stromaufwärtiger Pfade 40A, 40B, 40C ist jeweils mit breiten Hohlräumen 43A, 43B, 43C vorgesehen. Verzweigungspfade 44A, 44B, 44C sind jeweils an der stromabwärtigen Seite von den breiten Hohlräumen 43A, 43B, 43C angeordnet. Wie bei der zweiten Ausführungsform ist der stromaufwärtige Pfad 40A hauptsächlich zur Kühlung des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22 vorgesehen. Andererseits sind der breite Hohlraum 43B und der breite Hohlraum 43C des stromaufwärtigen Pfads 40B und des stromaufwärtigen Pfads 40C an Positionen an der axial stromabwärtigen Seite von der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite so nahe wie möglich an der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite angeordnet. Genauer gesagt ist der breite Hohlraum 43B an der Seite einer Saugoberfläche 24a (Leitschaufeloberfläche, die eine konvexe Form in einer radialen Schnittansicht des Leitschaufelkörpers hat) in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 angeordnet. Die breiten Hohlräume 43C ist an der Seite einer Druckoberfläche 24b (Leitschaufeloberfläche, die eine konkave Form in einer radialen Schnittansicht des Leitschaufelkörpers hat) in der Umfangsrichtung des inneren Deckrings 22 angeordnet. Eine Vielzahl von Verzweigungspfaden 44B und Verzweigungspfaden 44C, die sich jeweils länglich von dem breiten Hohlraum 43B und dem breiten Hohlraum 43C in Richtung der axial stromabwärtigen Seite erstrecken, sind angeordnet. Die Verzweigungspfade 44B und die Verzweigungspfade 44C kommunizieren mit dem Verbrennungsgaspfad GP an der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22. Der stromaufwärtige Pfad 40B und der stromaufwärtige Pfad 40C sind als Kanäle, die von dem Terminalkanal 31C verzweigen und sich im Inneren des inneren Deckrings 22 temporär in Richtung der axial stromaufwärtigen Seite entlang der Saugoberfläche 21a und der Druckoberfläche 21b der Leitschaufelkörpers 21 erstrecken, ausgebildet. Der stromaufwärtige Pfad 40B und der stromaufwärtige Pfad 40C sind mit den breiten Hohlräumen 43B, 43C verbunden. Bei diesem modifizierten Beispiel können die ersten Kühlpfade 40, die den breiten Hohlraum 43B und den breiten Hohlraum 43C aufweisen, mit dem ersten Kühlpfad 40 kombiniert werden, der wie bei der ersten Ausführungsform den breite Hohlraum nicht aufweist und der ein Ende mit dem Terminalkanal 31C verbunden hat und das andere Ende offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 hat. Die zweiten Kühlpfade 50 sind in der axialen Richtung entlang beiden Enden des inneren Deckrings 22 in der Umfangsrichtung (Enden an der Vorderseite und der Hinterseite in der Rotationsrichtung) angeordnet. Die zweiten Kühlpfade 50 haben ein Ende an dem inneren Hohlraum CB offen und das andere Ende offen in der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22. Nur in dem Fall, wo die zweiten Kühlpfade 50 entlang der axialen Richtung an beiden Enden des inneren Deckrings in der Umfangsrichtung angeordnet sind, können die zweiten Kühlpfade 50 weggelassen werden. Der Rest der Konfiguration und des Verfahrens zum Modifizieren der Turbinenleitschaufel dieses modifizierten Beispiels sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform und dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieses modifizierten Beispiels, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, können Effekte, die ähnlich zu solchen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sind, erreicht werden.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel dieses modifizierten Beispiels ist verglichen mit dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform der Bereich des Hinterkantenteils des inneren Deckrings 22, der mit der komprimierten Luft c, die durch den ersten Kühlpfad 40 strömt, gekühlt wird, weiter expandiert und die Region, wo die zweiten Kühlpfade 50 angeordnet sind, ist weiter reduziert. Daher kann die Kühlluft effektiver verwendet werden, da die Menge der komprimierten Luft, die von dem inneren Hohlraum CB durch die zweiten Kühlpfade 50 in das Verbrennungsgas g ausgetragen wird, reduziert ist und die Menge von komprimierter Luft, die durch den Serpentinenkanal 30 passiert ist, ist erhöht.
  • Als nächstes wird ein drittes modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform mit Referenz zu 11 und 12 hauptsächlich in Form von Unterschieden zu dem zweiten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Die Komponenten, die dieselben wie bei der ersten Ausführungsform, der zweiten Ausführungsform, dem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform und dem zweiten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform sind, werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet werden, während die Beschreibung davon ausgelassen werden wird.
  • Wie in 11 dargestellt ist das dritte modifizierte Beispiel der zweiten Ausführungsform von dem zweiten modifizierten Beispiel verschieden indem, dass die komprimierte Luft c, die dem breiten Hohlraum 43B und dem breiten Hohlraum 43C zugeführt wird, die an der Seite der Saugoberfläche 24a und der Seite der Druckoberfläche 24b des inneren Deckrings 22 angeordnet sind, von einer Zuführquelle, die von einer Zuführquelle für den breiten Hohlraum 43A unterschiedlich ist, zugeführt wird. Genauer gesagt, ist die Zuführquelle der komprimierten Luft c, die dem breiten Hohlraum 43A zugeführt wird, die komprimierte Luft c, die in den Terminalkanal 31C einströmt, nachdem sie den Leitschaufelkörper 21 während des Passierens des Serpentinenkanals gekühlt hat. Andererseits ist die Zuführquelle der komprimierten Luft c, die dem breiten Hohlraum 43B und dem breiten Hohlraum 43C zugeführt wird, die komprimierte Luft c, die von dem Rückführkanal 32, der sich weiter an der stromaufwärtigen Seite des Serpentinenkanals 30 als der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal 31B befindet, ausgetragen wird. Der Rest der Konfiguration ist grundsätzlich derselbe wie bei dem zweiten modifizierten Beispiel.
  • Wie in 11 dargestellt ist der stromaufwärtige Pfad 40B mit dem breiten Hohlraum 43B verbunden, der einen Teil des ersten Kühlpfads 40, der an der Seite der Saugoberfläche 42a angeordnet ist, bildet. Der stromaufwärtige Pfad 40B ist mit einer Öffnung 32P (12) verbunden, die in dem Rückführkanal 32, der an der Seite des inneren Deckrings 22 weiter an der stromaufwärtigen Seite des Serpentinenkanals 30 als der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal 31B ausgebildet ist, ausgebildet. Der stromaufwärtige Pfad 40C ist mit dem breiten Hohlraum 43C verbunden, der einen Teil des ersten Kühlpfads 40 bildet, der an der Seite der Druckoberfläche 24b angeordnet ist. Der stromaufwärtige Pfad 40C ist wie mit dem stromaufwärtigen Pfad 40B mit einer Öffnung (nicht dargestellt) verbunden, die in dem Rückführpfad 32, der an der Seite des inneren Deckrings 22 weiter an der stromaufwärtigen Seite des Serpentinenkanals 30 als der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal 31B ausgebildet ist.
  • Wie in 12 dargestellt ist eine Ausnehmung 32A, die weiter radial nach innen von der Unterseite des Rückführkanals 32 ausgenommen ist, in dem Rückführkanal 32, der einen Teil des Serpentinenkanals 30 (des Kanals an der stromaufwärtigen Seite des Serpentinenkanals 30, der zu dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B verbunden ist, des Rückführkanals 32 an der Seite des inneren Deckrings 22 sind in 12 dargestellt) bildet, ausgebildet. Die Öffnung 32P, mit welcher der stromaufwärtige Pfad 40B verbunden ist, ist in der Seitenwand der Ausnehmung 32A an der Seite der Saugoberfläche 24a ausgebildet. Ebenso ist die Öffnung (nicht dargestellt) in der Seitenwand der Ausnehmung 32A an der Seite der Druckoberfläche 24b ausgebildet und der stromaufwärtige Pfad 40C ist mit dieser Öffnung verbunden.
  • Der Rückführkanal 32, der die Ausnehmung 32A aufweist ist nicht notwendigerweise auf den Rückführkanal 32 des Serpentinenkanals 30 limitiert, der zu dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal 31B benachbart ist, aber kann anstatt dessen der Rückführkanal 32 des am weitestens stromaufwärtigen Hauptkanals 31A an der Seite des inneren Deckrings 22 sein. Es ist dasselbe wie bei den anderen Ausführungsformen und modifizierten Beispielen, dass das stromabwärtige Ende des Terminalkanals 31C offen zu der inneren Vertiefung CB ist und dass das offene Ende mit der Abdeckung 26b verschlossen ist.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieses modifizierten Beispiels, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, können Effekte ähnlich zu solchen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform erreicht werden.
  • Gemäß der Turbinenleitschaufel 3 dieses modifizierten Beispiels ist die komprimierte Luft c mit einer geringeren Temperatur, verglichen mit dem zweiten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform, dem breiten Hohlraum 43B und dem breiten Hohlraum 43C zugeführt. Daher ist es möglich, selbst wenn die Temperaturverteilung an der Seite der Saugoberfläche 24a und der Seite der Druckoberfläche 24b steigt und in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 steigt, den inneren Deckring 22 über einen großen Bereich mit der komprimierten Luft mit geringeren Temperatur zu kühlen und die Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation des inneren Deckrings 22 zu unterdrücken.
  • Gemäß den Konfigurationen der Ausführungsformen und der modifizierten Beispiele, die oben beschrieben wurden, ist es möglich, die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung in dem Hinterkantenteil des inneren Deckrings 22 zu reduzieren und die Reduktion in der Dicke aufgrund von Oxidation zu unterdrücken. Da die komprimierte Luft c, die durch den Serpentinenkanal 30 passiert ist und die den Leitschaufelkörper 21 gekühlt hat, zur konvektiven Kühlung des inneren Deckrings 22 verwendet wird, ist die Kühlluft recycelt und die thermische Effizienz der Gasturbine ist verbessert.
  • Zum Beispiel umfasst der erste Kühlpfad 40 bei der zweiten Ausführungsform die Vielzahl von Verzweigungspfaden 42, aber der erste Kühlpfad 40 kann anstatt dessen nur einen Verzweigungspfad 42 umfassen.
  • Bei den obigen Ausführungsformen sind die zweiten Kühlpfade 50 in beiden inneren Deckringen 22 und der Rippe 26 an der stromabwärtigen Seite ausgebildet, aber die zweiten Kühlpfade 50 können ebenso nur z.B. in dem inneren Deckring 22 ausgebildet sein.
  • Bei den obigen Ausführungsformen wird der Pfadabdichtungsschritt durchgeführt, um die konventionelle Turbinenleitschaufel 3A zu modifizieren, aber der Pfadabdichtungsschritt kann z. B. ebenso weggelassen werden. In diesem Fall strömt ein Teil der komprimierten Luft c in der modifizierten Turbinenleitschaufel, der von dem stromabwärtigen Ende des Serpentinenkanals 30 ausströmt, in den ersten Kühlpfad 40 wie in der Turbinenleitschaufel 3 der obigen Ausführungsformen. Ein Teil der komprimierten Luft c, der eingeströmt ist, strömt von der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 in den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus. Den Rest der komprimierten Luft c, der von dem stromabwärtigen Ende des Sepentinenkanals 30 ausgeströmt ist, strömt durch den Ausströmpfad 29 in den zweiten Scheibenhohlraum CD wie in dem Fall der Turbinenleitschaufel 3A vor einer Modifikation. Der Rest der komprimierten Luft c, der eingeströmt ist, strömt in den Verbrennungsgaspfad GP durch den Freiraum zwischen dem inneren Deckring 22 und der Plattform 12 aus, die der Endfläche 22D an der stromabwärtigen Seite des inneren Deckrings 22 gegenüberliegt. Daher ist möglich, das Verbrennungsgas g, das durch den Verbrennungsgaspfad GP passiert, besser von einem Eintreten in den zweiten Scheibenhohlraum CD zu hindern.
  • Bei den obigen Ausführungsformen befindet sich das stromabwärtige Ende des Serpentinenkanals 30 an der Seite des inneren Deckrings 22, aber das stromanwärtige Ende kann sich anstatt dessen z.B. an der Seite des äußeren Deckrings befinden. In diesem Fall weist der äußere Deckring 23 z.B. einen ersten Kühlpfad auf, der ein Ende offen an der stromabwärtigen Endseite des Serpentinenkanals 30 hat und das andere Ende offen an der Hinterkante des äußeren Deckrings 23 hat, so wie mit dem ersten Kühlpfad 40 des inneren Deckrings 22 bei den obigen Ausführungsformen. Bei dieser Konfiguration kann der Hinterkantenteil des inneren Deckrings 23 wie in den obigen Ausführungsformen mit der komprimierten Luft c, die von dem Serpentinenkanal 30 ausströmt, gekühlt werden.
  • In dem Fall, wo der äußere Deckring 23 den ersten Kühlpfad umfasst, kann der äußere Deckring 23 z. B. einen zweiten Kühlpfad umfassen, der ein Ende offen zu dem äußeren Hohlraum (Hohlraum) CA hat und das andere Ende offen an der Hinterkante des äußeren Deckrings 23 hat, so wie der zweite Kühlpfad 50 des inneren Deckrings 22 bei den obigen Ausführungsformen.
  • Gemäß der obigen Turbinenleitschaufel ist die Temperaturverteilung in der Umfangsrichtung in dem Hinterkantenteil des einen Deckrings ausgeglichen und eine Reduktion in einer Dicke aufgrund von einer Oxidation des heißen Abschnitts des einen Deckrings ist unterdrückt. Zudem wird das Kühlmedium, das durch den Serpentinenkanal passiert ist, recycelt und daher kann das Kühlmedium effektiver verwendet werden. Als ein Ergebnis ist die Menge von Kühlluft reduziert und die thermale Effizienz der Gasturbine ist verbessert.
  • Bezugszeichenliste
    • T
    Turbine
    RT
    Rotor
    1
    Turbinengehäuse
    2
    Turbinenlaufschaufel
    3
    Turbinenleitschaufel
    21
    Leitschaufelkörper
    21B
    Hinterkantenende
    22
    innerer Deckring (ein Deckring)
    22a
    erste Hauptoberfläche
    22b
    zweite Hauptoberfläche
    22D
    Endfläche an der stromabwärtigen Seite (Hinterkante)
    23
    äußerer Deckring
    23a
    erste Hauptoberfläche
    23b
    zweite Hauptoberfläche
    30
    Serpentinenkanal
    31B
    am weitesten stromabwärtiger Hauptkanal
    31C
    Terminalkanal
    40
    erster Kühlpfad
    40A, 40B, 40C
    stromaufwärtiger Pfad
    41A, 41B, 43A, 43B, 43C
    breite(r) bzw. weite(r) Vertiefung
    oder
    Hohlraum
    42, 42A, 42B, 44A, 44B, 44C
    Verzweigungspfad
    50
    zweiter Kühlpfad
    CB
    innere(r) Vertiefung oder Hohlraum (Hohlraum)
    c
    komprimierte Luft (Kühlmedium)

Claims (9)

  1. Eine Turbinenleitschaufel (3), die umfasst: einen Leitschaufelkörper (21), der sich im Einbauzustand in der radialen Richtung einer Turbine (T), in die die Turbinenleitschaufel (3) einzubauen ist, erstreckt, einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud (22), der an einem radial inneren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud (23), der an einem radial äußeren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, wobei der Leitschaufelkörper (21) einen Serpentinenkanal (30) aufweist, der eine Vielzahl von Hauptkanälen (31) aufweist, die miteinander kommunizieren, und welcher so ausgebildet ist, dass er sich im Inneren des Leitschaufelkörpers (21) in der radialen Richtung windet und durch welchen ein Kühlmedium (c) im Betrieb strömt, wobei ein Deckring (22,23), entweder der innere Deckring (22) oder der äußerer Deckring (23): einen Terminalkanal (31C), der mit einem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal (31B) der Hauptkanäle (31), der am weitesten an der Seite eines Hinterkantenendes (21B) angeordnet ist, verbunden ist, einen ersten Kühlpfad (40), von dem ein Ende an dem Terminalkanal (31C) offen ist und das andere Ende an einer Endfläche (22D) an der Hinterkante des einen Deckrings (22,23) offen ist und durch den der Serpentinenkanal (30) mit der Außenseite des einen Deckrings (22,23) kommuniziert, und einen zweiten Kühlpfad (50), von dem ein Ende offen zu einem Hohlraum (CB) ist, der an einer zweiten Hauptoberfläche (22a) des einen Deckrings (22,23), der sich an der Gegenseite von einer ersten Hauptoberfläche (22b) befindet, an welcher der Leitschaufelkörper (21) angeordnet ist, angeordnet ist, und das andere Ende offen an der Hinterkante des einen Deckrings (22,23) ist, und durch welchen im Betrieb ein Kühlmedium (c) im Inneren des Hohlraums (CB) passiert, aufweist, und der zweite Kühlpfad (50) und der erste Kühlpfad (40) in einem Intervall in der Umfangsrichtung der Turbine (T) angeordnet sind.
  2. Die Turbinenleitschaufel (3) gemäß Anspruch 1, wobei eine Endfläche an einer stromabwärtigen Seite des Hohlraums (CB) in der axialen Richtung weiter an der stromaufwärtigen Seite in der axialen Richtung angeordnet ist, als der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal (31B) des Serpentinenkanals (30).
  3. Die Turbinenleitschaufel (3) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kühlpfad (40) entlang der Richtung einer im Betrieb in der Turbine (T) herrschenden Verbrennungsgasströmung (g) ausgebildet und in einem Bereich vorgesehen ist, in der Umfangsrichtung des einen Deckrings (22,23), wo der am weitesten stromabwärtige Hauptkanal (31B) des Serpentinenkanals (30) mit dem einen Deckring (22,23) verbunden ist.
  4. Die Turbinenleitschaufel (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Kühlpfad (40) entlang der Richtung einer/der im Betrieb in der Turbine (T) herrschenden Verbrennungsgasströmung (g) ausgebildet und so vorgesehen ist, dass er in der Umfangsrichtung des einen Deckrings (22,23) mindestens eine Region umfasst, wo ein Terminalkanal (31C), der das stromabwärtige Ende des Serpentinenkanals (30) bildet, angeordnet ist.
  5. Die Turbinenleitschaufel (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Kühlpfad (40) zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende davon einen breiten oder weiten Hohlraum (41) aufweist, der sich in der Umfangsrichtung der Turbine (T) erstreckt.
  6. Die Turbinenleitschaufel (3) gemäß Anspruch 5, wobei der erste Kühlpfad (40) eine Vielzahl von Verzweigungspfaden (42,42A,42B,44A,44B,44C) aufweist, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Turbine (T) angeordnet sind, die sich von dem breiten Hohlraum (41) in der axialen Richtung der Turbine (T) erstrecken und die an der Hinterkante des inneren Deckrings (22) offen sind.
  7. Eine Turbine (T), die umfasst: einen Rotor (RT), ein Turbinengehäuse (1), das die Peripherie des Rotors (RT) umgibt, Turbinenlaufschaufeln (2), die an dem äußeren Umfang des Rotors (RT) befestigt sind, und Turbinenleitschaufeln (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die an dem inneren Umfang des Turbinengehäuses (1) befestigt und alternierend mit den Turbinenlaufschaufeln (2) in der axialen Richtung des Rotors (RT) angeordnet sind.
  8. Ein Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel (3), die einen Leitschaufelkörper (21), der sich im Einbauzustand in der radialen Richtung einer Turbine (T), in die die Turbinenleitschaufel (3) einzubauen ist, erstreckt, einen plattenartigen inneren Deckring oder Shroud (22), der an einem radialen inneren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, und einen plattenartigen äußeren Deckring oder Shroud (23), der an einem radialen äußeren Ende des Leitschaufelkörpers (21) vorgesehen ist, umfasst, wobei der Leitschaufelkörper (21) einen Serpentinenkanal (30) umfasst, der eine Vielzahl von Hauptkanälen (31) aufweist, die miteinander verbunden sind, und welcher so ausgebildet ist, dass er sich in dem Leitschaufelkörper (21) in der radialen Richtung windet und durch welchen ein Kühlmedium (c) im Betrieb strömt, und ein Deckring (22,23), entweder der innere Deckring (22) oder der äußere Deckring (23), einen Terminalkanal (31C) aufweist, der mit einem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal (31B) der Hauptkanäle (31), der am weitesten an der Seite eines Hinterkantenendes (21B) angeordnet ist, verbunden ist, wobei das Verfahren einen Pfadausbildungsschritt umfasst, bei dem in dem einen Deckring (22,23) ein erster Kühlpfad (40) ausgebildet wird, welcher ein Ende an dem Terminalkanal (31C) offen hat und das andere Ende an einer Endfläche (22D) an der Hinterkante des einen Deckrings (22,23) offen hat und durch welchen der Serpentinenkanal (30) mit der Außenseite des einen Deckrings (22,23) kommuniziert.
  9. Das Verfahren zum Modifizieren einer Turbinenleitschaufel (3) gemäß Anspruch 8, wobei die zu modifizierende Turbinenleitschaufel (3) einen Ausströmpfad (29) aufweist, durch den das Kühlmedium (c), das von dem am weitesten stromabwärtigen Hauptkanal (31B) der Hauptkanäle (31) ausgeströmt ist, in einen Scheibenhohlraum (CD) ausgetragen wird, und das Verfahren einen Pfadabdichtungsschritt (S2) aufweist, durch den der Ausströmpfad (29) verschlossen wird.
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