-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine.
-
Stand der Technik
-
Turbinenschaufeln einer Gasturbine sind heißem Hochdruck-Arbeitsfluid ausgesetzt und haben deshalb interne Kühlstrukturen. Insbesondere haben die Turbinenschaufeln zum Beispiel jeweils einen Strömungskanal innen als Kühlstruktur, und Druckluft aus einem Kompressor strömt in dem Strömungskanal als Kühlluft, wodurch die Turbinenschaufel intern gekühlt wird. Eine Turbinenschaufel an der Vorderstufenseite der Gasturbine und eine Turbinenschaufel an der Hinterstufenseite haben jeweils unterschiedliche Längen und dergleichen, und die Arbeitsfluide strömen um diese Turbinenschaufeln mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen. Somit haben diese Turbinenschaufeln jeweils unterschiedliche Kühlbedingungen.
-
Das heißt, dass die internen Kühlströmungskanäle unterschiedliche Strukturen zwischen den Turbinenschaufeln an der Vorderstufenseite und der Hinterstufenseite aufweisen müssen.
-
JP H09- 53 407 A offenbart ein Beispiel der Kühlstruktur an der Hinterstufenseite. Insbesondere ist in einer Turbinenschaufel, die in JP H09- 53 407 A offenbart ist, ein Hohlraum, in dem Stiftkühlkörper von der Innenwand hervorstehen, innerhalb einer Nabe und eines Schaufelfußes bereitgestellt, und Mehrfachlöcher, die mit dem Hohlraum und einer Öffnung in der Schaufelspitze verbunden sind und durch die Kühlluft aus dem Hohlraum zur Öffnung strömt, sind innerhalb der Schaufel schaufelspitzenseitig im Bezug auf die Nabe gebildet.
-
Die US 2009 / 0 035 128 A1 offenbart eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einem Schaufelfuß, an den sich nacheinander ein Plattformbereich mit einer quer verlaufenden Plattform und dann ein in Längsrichtung gekrümmtes Schaufelprofil anschließt, mit mindestens einem fußseitig offenen, von einem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraum, der sich durch den Schaufelfuß und den Plattformbereich in das Schaufelprofil hinein erstreckt. Der Hohlraum ist von einer Innenwand umgeben, an deren Oberfläche auf das Kühlmittel einwirkende Strukturelemente vorgesehen sind. Ein zumindest im Schaufelprofil liegender und an den Plattformbereich angrenzender Abschnitt der Oberfläche der Innenwand ist frei von Strukturelementen.
Aus der US 2002 / 0 119 045 A1 ist ein hohles Strömungsprofil für eine Gasturbine bekannt, das eine äußere Wand des Strömungsprofils mit in der Breite beabstandeten Druck- und Ansaugseitenwänden aufweist, die an in Sehnenrichtung beabstandeten Vorder- und Hinterkanten des Strömungsprofils miteinander verbunden sind und sich radial von einer radial inneren Basis zu einem radial äußeren Ende des Strömungsprofils erstrecken. Ein Kühlkreislauf innerhalb des Schaufelblattes hat radial verlaufende vordere, mittlere und hintere Kanäle, die jeweils in Reihe angeordnet sind, wobei der vordere Kanal in Fluidverbindung mit einer Kühlluftquelle von außerhalb des Schaufelblattes steht. Der hintere Kanal steht in Strömungsverbindung mit einer der Kanten. Ein Auffrischungsdurchgang erstreckt sich durch eine radial innere Wand, die einen radial inneren Teil des hinteren Kanals begrenzt, und steht in Fluidverbindung mit der Kühlluftquelle. Der Auffrischungsdurchgang ist separat, beabstandet und unabhängig vom vorderen Kanal.
-
Aus der US 2009 / 0 232 660 A1 ist eine Schaufel für eine Gasturbine bekannt, die einen Hauptkörper mit einem Kühlfluid-Eingangskanal, einen Kühlfluid-Sammler, der mit dem Kühlfluid-Eingangskanal in Verbindung steht, mehrere Seitenkanäle, die sich durch eine Außenwand des Hauptkörpers erstrecken und mit dem Kühlfluid-Sammler und einem Kühlfluid-Hohlraum in Verbindung stehen, einen Kühlfluid-Ausgangskanal, der mit dem Kühlfluid-Hohlraum in Verbindung steht, und mehrere Ausgangsbohrungen, die sich vom Kühlfluid-Ausgangskanal durch die Außenwand des Hauptkörpers erstrecken, umfasst.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Technische Probleme
-
In der in JP H09- 53 407 A offenbarten Turbinenschaufel strömt die Kühlluft in die Mehrfachlöcher, um die Schaufelspitzenseite zu kühlen. Das Gewährleisten der notwendige Wärmeübertragungsrate durch die Mehrfachlöcher durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft, die ein Kühlmittel ist, das in die Mehrfachlöcher strömt, was zu einer Erhöhung des Druckverlustes führt. Somit ist es notwendig, dass die Kühlluft in hohem Zufuhrdruck auf der Schaufelfußseite, die die vorgeschaltete Seite ist, bereitgestellt wird. Wenn die Kühlluft mit hohem Zufuhrdruck bereitgestellt wird, nimmt eine Austrittsströmung an der Schaufelfußseite zu, was zu einem Anstieg in der Menge der zugeführten Kühlluft führt. Wie vorstehend beschrieben, wird Kühlluft, die ein Kühlmittel in einer Gasturbinenschaufel ist, zum Beispiel erzeugt, indem sie aus einem Kompressor extrahiert wird. Solche aus einem Kompressor extrahierte Luft wird zum Kühlen der Turbinenschaufel verwendet, ohne zum Drehen der Turbine verwendet zu werden. Das heißt, dass die Menge des für die Turbinenschaufel verwendeten Kühlmittels minimiert werden muss, um die Leistung der Gasturbine zu erhöhen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Turbinenschaufel, die zum wirksamen Kühlen mit einer minimalen Menge eines zugeführten Kühlmittels in der Lage ist, und einer Gasturbine.
-
Lösung der Probleme
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Turbinenschaufel die Merkmale des Patentanspruches 1, 2 oder 3 auf.
Das Kühlmittel strömt durch das erste Kühldurchgangsteil, das die Innenwandoberfläche aufweist, an der die Vorsprünge gebildet sind, so dass die Seite, die näher am führenden Rand des Schaufelhauptkörpers ist, effizient gekühlt werden kann. Ähnlich strömt das Kühlmittel durch das zweite Kühldurchgangsteil, das die Innenwandoberfläche aufweist, an der die Vorsprünge gebildet sind, so dass die Seite, die näher am nachlaufenden Ende Rand des Schaufelhauptkörpers ist, gekühlt werden kann. Auf diese Weise können insbesondere die Seite am führenden Rand und die Seite am nachlaufenden Rand, die ohne weiteres eine hohe Temperatur erreichen, effektiv mit dem ersten Kühldurchgangsteil und dem zweiten Kühldurchgangsteil gekühlt werden, und das Säulenteil ist in einem Abschnitt angeordnet, der relativ schwierig eine hohe Temperatur zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand erreichen kann. Diese Konfiguration kann die Querschnittsfläche des gesamten Kühldurchgangs reduzieren. Die vorstehend beschriebene Struktur des Kühldurchgangs, einschließlich der Vorsprünge, kann im Vergleich zu herkömmlichen Strukturen mit mehreren Löchern eine gewisse Querschnittsfläche sicherstellen und eine Kühlwirkung ergeben. Diese Struktur kann Druckverlust minimieren, wenn das Kühlmittel durch den Kühldurchgang strömt, und den Zufuhrdruck reduzieren. Somit kann die zum Kühlen der Turbinenschaufel erforderliche Menge des zugeführten Kühlmittels minimiert werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das erste Kühldurchgangsteil der Turbinenschaufel eine Mehrzahl von Kühldurchgängen zwischen dem Säulenteil und dem führenden Rand auf. Die Kühldurchgänge können einen Kühldurchgang am führenden Rand und einen ersten intermediären Kühldurchgang einschließen. Der Kühldurchgang am führenden Rand verläuft in Schaufelhöhenrichtung, ist entlang einer Wölbungslinie angeordnet und ist am nächsten am führenden Rand angeordnet. Der erste intermediäre Kühldurchgang ist näher am Säulenteil angeordnet als der Kühldurchgang am führenden Rand und hat eine Strömungskanal-Querschnittsfläche, die größer als die des Kühldurchgangs am führenden Rand ist.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn das Kühlmittel dem Kühldurchgang am führenden Rand und dem ersten intermediären Kühldurchgang zugeführt wird, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand strömt, vergleichsweise erhöht werden. Somit kann die Kühlleistung in einem Abschnitt näher am führenden Rand verbessert werden. Dies führt zu wirksamer Kühlung am führenden Rand, die mit dem Kühldurchgang am führenden Rand bereitgestellt wird, der ohne weiteres eine hohe Temperatur im Vergleich zu einem Abschnitt erreicht, der mit dem ersten intermediären Kühldurchgang versehen ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das zweite Kühldurchgangsteil der Turbinenschaufel eine Mehrzahl von Kühldurchgängen zwischen dem Säulenteil und dem nachlaufenden Rand auf. Die Kühldurchgänge können einen Kühldurchgang am nachlaufenden Rand und einen zweiten intermediären Kühldurchgang einschließen. Der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand verläuft in Schaufelhöhenrichtung, ist entlang der Wölbungslinie angeordnet und ist am nächsten am nachlaufenden Rand angeordnet. Der zweite intermediäre Kühldurchgang ist näher am Säulenteil angeordnet als der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand und hat eine Strömungskanal-Querschnittsfläche, die größer als die des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand ist.
Bei dieser Konfiguration kann, wenn das Kühlmittel dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand und dem zweiten intermediären Kühldurchgang zugeführt wird, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, vergleichsweise erhöht werden. Somit kann die Kühlleistung in einem Abschnitt näher am nachlaufenden Rand verbessert werden. Dies führt zu wirksamer Kühlung am nachlaufenden Rand, die mit dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand bereitgestellt wird, der ohne weiteres eine hohe Temperatur im Vergleich zu einem Abschnitt erreicht, der mit dem zweiten intermediären Kühldurchgang versehen ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Vorsprünge der Turbinenschaufel erste Vorsprünge und zweite Vorsprünge, die kleiner als die ersten Vorsprünge sind, einschließen. Die ersten Vorsprünge können in mindestens einem von dem ersten intermediären Kühldurchgang und dem zweiten intermediären Kühldurchgang angeordnet sein. Die zweiten Vorsprünge können in mindestens einem von dem Kühldurchgang am führenden Rand und dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand angeordnet sein.
-
Diese Konfiguration kann den Druckverlust des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, im Vergleich zu dem des Kühlmittels, das durch den ersten intermediären Kühldurchgang und den zweiten intermediären Kühldurchgang strömt, reduzieren. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den ersten intermediären Kühldurchgang und den zweiten intermediären Kühldurchgang strömt, relativ zur Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, reduziert werden. Dies führt zu effektiver Kühlung am führenden Rand und am nachlaufenden Rand und kann die Gesamtmenge des zugeführten Kühlmittels durch Reduzieren der Menge des Kühlmittels, das durch den ersten intermediären Kühldurchgang und den zweiten intermediären Kühldurchgang strömt, reduzieren.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Turbinenschaufel ferner eine Spitzenhülle auf, die an einer Schaufelspitze des Schaufelhauptkörpers angeordnet ist. Das erste Kühldurchgangsteil weist die Mehrzahl von Kühldurchgängen auf, die in Schaufelhöhenrichtung zwischen dem Säulenteil und dem führenden Rand verlaufen und entlang einer Wölbungslinie angeordnet sind. Das zweite Kühldurchgangsteil weist die Mehrzahl von Kühldurchgängen auf, die in Schaufelhöhenrichtung zwischen dem Säulenteil und dem nachlaufenden Rand verlaufen und entlang der Wölbungslinie angeordnet sind. Die Spitzenhülle weist einen ersten Austrittsdurchgang, einen zweiten Austrittsdurchgang und einen dritten Austrittsdurchgang auf. Der erste Austrittsdurchgang gibt das Kühlmittel aus, das durch einen Kühldurchgang am führenden Rand strömt, der von den Kühldurchgängen des ersten Kühldurchgangsteils am nächsten am führenden Rand angeordnet ist. Der zweite Austrittsdurchgang gibt das Kühlmittel aus, das durch einen Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, der von den Kühldurchgängen des zweiten Kühldurchgangsteils am nächsten am nachlaufenden Rand angeordnet ist. Der dritte Austrittsdurchgang gibt das Kühlmittel aus, das durch einen intermediären Kühldurchgang strömt, der zwischen dem Kühldurchgang am führenden Rand und dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand angeordnet ist. Bei dieser Konfiguration kann, da die Turbinenschaufel die Spitzenhülle aufweist, das Kühlmittel, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand vom Basisteil zur Schaufelspitze des Schaufelhauptkörpers strömt, durch den ersten Austrittsdurchgang der Spitzenhülle nach draußen ausgegeben werden. Außerdem kann das Kühlmittel, das durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand vom Basisteil zur Schaufelspitze des Schaufelhauptkörpers strömt, durch den zweiten Austrittsdurchgang der Spitzenhülle nach draußen ausgegeben werden. Außerdem kann das Kühlmittel, das durch den intermediären Kühldurchgang vom Basisteil zur Schaufelspitze des Schaufelhauptkörpers strömt, durch den dritten Austrittsdurchgang der Spitzenhülle nach draußen ausgegeben werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Austrittsdurchgang der Turbinenschaufel durch die Spitzenhülle in einer Verlaufsrichtung des Kühldurchgangs am führenden Rand verlaufen.
Diese Konfiguration kann den ersten Austrittsdurchgang verkürzen. Diese Konfiguration kann somit einen Anstieg im Druckverlust des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand strömt, verhindern und eine Abnahme in der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels verhindern. Dies führt zu effizienter Kühlung des führenden Rands des Schaufel hauptkörpers.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der zweite Austrittsdurchgang der Turbinenschaufel durch die Spitzenhülle in einer Verlaufsrichtung des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand verlaufen.
Diese Konfiguration kann den zweiten Austrittsdurchgang verkürzen. Diese Konfiguration kann somit einen Anstieg im Druckverlust des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, verhindern und eine Abnahme in der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels verhindern. Dies führt zu effizienter Kühlung des nachlaufenden Rands des Schaufel hauptkörpers.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der dritte Austrittsdurchgang der Turbinenschaufel einen Durchgangshauptkörperabschnitt auf, der in einer Richtung verläuft, die die Verlaufsrichtung des Kühldurchgangs am führenden Rand schneiden kann. Der Durchgangshauptkörperabschnitt ist in einer Seitenoberfläche der Spitzenhülle geöffnet.
Diese Konfiguration ermöglicht, dass das Kühlmittel durch den intermediären Kühldurchgang strömt, um die Spitzenhülle zu kühlen, und durch den dritten Austrittsdurchgang nach draußen ausgegeben wird. Außerdem kann der dritte Austrittsdurchgang eine größere Länge haben als der erste Austrittsdurchgang und der zweite Austrittsdurchgang. Diese Konfiguration kann die Menge des Kühlmittels, das durch den intermediären Kühldurchgang strömt, im Vergleich zu der des Kühlmittels, das durch den Kühldurchgang am führenden Rand und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand strömt, reduzieren und die Gesamtmenge des zugeführten Kühlmittels reduzieren.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der dritte Austrittsdurchgang der Turbinenschaufel einen Hohlraumabschnitt einschließen, der mit dem intermediären Kühldurchgang verbunden ist, und eine Strömungskanal-Querschnittsfläche aufweisen, die größer als die des intermediären Kühldurchgangs ist. Der Durchgangshauptkörperabschnitt kann von dem Hohlraumabschnitt in einer Richtung, die die Schaufelhöhenrichtung schneidet, verlaufen und in der Seitenoberfläche der Spitzenhülle offen sein.
Diese Konfiguration ermöglicht ein problemloses Bilden des dritten Austrittsdurchgangs in der Spitzenhülle.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Gasturbine die Turbinenschaufel gemäß der Erfindung ein.
Diese Konfiguration kann die Menge des Kühlmittels zum Kühlen der Turbinenschaufel reduzieren, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads führt.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Gemäß der Turbinenschaufel und der Gasturbine wird eine effektive Kühlung mit einer minimalen Menge eines zugeführten Kühlmittels erreicht.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht des Hauptabschnitts der Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang Linie III-III in 2, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 veranschaulicht einen Querschnitt einer Schaufel entlang einer Wölbungslinie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine Teilquerschnittsansicht eines säulenartigen Stiftkühlkörpers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 6 ist eine vergrößerte Ansicht einer Schaufelspitze und ihrer näheren Umgebung der Schaufel in 3 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine Draufsicht einer Spitzenhülle gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine Teilquerschnittsansicht entsprechend 5 gemäß einem Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun im Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht der Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, schließt die Gasturbine 10 dieser Ausführungsform einen Kompressor 20, einen Verbrenner 30 und eine Turbine 40 ein.
-
Hier nachstehend wird die Verlaufsrichtung einer Axiallinie Ar als „Axialrichtung Da“ bezeichnet. Die Umfangsrichtung mit der Axiallinie Ar als Mitte wird einfach als „Umfangsrichtung Dc“ bezeichnet. Eine Richtung senkrecht zur Axiallinie Ar wird als „Radialrichtung Dr“ bezeichnet. Die zum Kompressor 20 weisende Seite der Turbine 40 in Axialrichtung Da wird als „vorgeschaltete Seite Dau“ bezeichnet und die dieser Seite gegenüberliegende Seite als „nachgeschaltete Seite Dad“. Die Richtung zur Axiallinie Ar in Radialrichtung Dr wird als „radial einwärts Dri“ bzw. „radial innen“ bezeichnet und die entgegengesetzte Richtung als „radial auswärts Dro“ bzw. „radial außen“.
-
Der Kompressor 20 komprimiert Luft A und führt die Luft A dem Verbrenner 30 zu. Der Kompressor 20 weist einen Kompressorrotor 21, ein Kompressorgehäuse 25, eine Mehrzahl von Schaufelreihen 23, eine Mehrzahl von Schaufelreihen 26 und eine Einlassleitschaufel (IGV) 27 auf.
-
Der Kompressorrotor 21 dreht sich um die Axiallinie Ar. Der Kompressorrotor 21 weist eine Rotorwelle 22 und die Schaufelreihen 23 auf. Die Rotorwelle 22 verläuft in Axialrichtung Da, wobei die Axiallinie Ar die Mitte ist. Die Schaufelreihen 23 sind in Axialrichtung Da angeordnet. Die Schaufelreihen 23 weisen jeweils eine Mehrzahl von Schaufeln 23a auf, die in Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Die Schaufeln 23a sind an der Rotorwelle 22 befestigt.
-
Das Kompressorgehäuse 25 bedeckt den Kompressorrotor 21. Die Schaufelreihen 26 sind auf der nachgeschalteten Seite Dad der jeweiligen Schaufelreihen 23 angeordnet. Die Schaufelreihen 26 sind zwischen dem Kompressorgehäuse 25 und dem Kompressorrotor 21 angeordnet und weisen jeweils eine Mehrzahl von Schaufeln 26a auf, die in Umfangsrichtung Dc angeordnet sind.
-
Die IGV 27 ist an einem Sauganschluss des Kompressorgehäuses 25 angeordnet. Die IGV 27 stellt das Strömungsvolumen der Luft A ein, die in das Kompressorgehäuse 25 eingelassen wird. Die IGV 27 schließt eine Mehrzahl von Führungsschaufeln 28 und einen Antrieb 29, der die Führungsschaufeln 28 antreibt, ein.
-
Der Verbrenner 30 verbrennt Kraftstoff in der vom Kompressor 20 komprimierten Luft, um ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen. Dieses Verbrennungsgas wird der Turbine 40 zugeführt.
-
Die Turbine 40 wird mit dem vom Verbrenner 30 erzeugten Verbrennungsgas angetrieben. Die Turbine 40 weist einen Turbinenrotor 41, ein Turbinengehäuse 45, eine Mehrzahl Schaufelreihen 43 und eine Mehrzahl Schaufelreihen 46 auf.
-
Der Turbinenrotor 41 dreht sich um die Axiallinie Ar. Der Turbinenrotor 41 und der vorstehend beschriebene Kompressorrotor 21 befinden sich auf derselben Axiallinie Ar und sind miteinander verbunden. Der Turbinenrotor 41 und der Kompressorrotor 21 bilden einen Gasturbinenrotor 11. Der Gasturbinenrotor 11 ist zum Beispiel mit einem Rotor oder Ähnlichem eines Generators GEN verbunden.
-
Das Turbinengehäuse 45 bedeckt den Turbinenrotor 41. Das Turbinengehäuse 45 und das Kompressorgehäuse 25 sind miteinander verbunden. Das Turbinengehäuse 45 und das Kompressorgehäuse 25 bilden ein Gasturbinengehäuse 15.
-
2 ist eine Querschnittsansicht des Hauptabschnitts der Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Wie in 2 dargestellt, weist der Turbinenrotor 41 eine Rotorwelle 42 und die Schaufelreihen 43 auf.
-
Die Rotorwelle 42 verläuft in Axialrichtung Da, wobei die Axiallinie Ar die Mitte ist.
-
Die Schaufelreihen 43 sind in Axialrichtung Da angeordnet. Der Turbinenrotor 41 dieser Ausführungsform weist vier Schaufelreihen 43 auf. Die Schaufelreihen 43 weisen jeweils eine Mehrzahl von Schaufeln (Turbinenschaufeln) 43a auf, die in Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Die Schaufeln 43a sind an der Rotorwelle 42 befestigt.
-
Die Schaufelreihen 46 sind auf der vorgeschalteten Seite Dau der jeweiligen Schaufelreihen 43 angeordnet. Die Schaufelreihen 46 weisen jeweils eine Mehrzahl von Schaufeln 46a auf, die in Umfangsrichtung Dc angeordnet sind.
-
Das Turbinengehäuse 45 weist ein Außengehäuse 45a, ein Innengehäuse 45b und eine Mehrzahl von Ringsegmenten 45c auf.
Das Außengehäuse 45a ist wie ein Rohr geformt, das die Außenschale des Turbinengehäuses 45 ist.
Das Innengehäuse 45b ist innerhalb des Außengehäuses 45a angeordnet und wie ein Rohr mit einer Mehrzahl von Ringen geformt. Das Innengehäuse 45b ist am Außengehäuse 45a befestigt.
Die Ringsegmente 45c sind zwischen den Schaufelreihen 46 nebeneinander in Axialrichtung Da innerhalb des Innengehäuses 45b angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schaufelreihen 43 radial einwärts Dri von den jeweiligen Ringsegmenten 45c angeordnet.
-
Ein ringförmiger Freiraum, in dem die Schaufeln 46a und die Schaufeln 43a angeordnet sind, ist zwischen der Rotorwelle 42 und dem Turbinengehäuse 45 angeordnet. Der ringförmige Freiraum ist ein Verbrennungsgas-Strömungskanal 49, in dem das Verbrennungsgas G, das vom Verbrenner 30 zugeführt wird, strömt.
-
Kühlluftdurchgänge 42p, durch die Kühlluft strömt, sind in der Rotorwelle 42 gebildet. Die Kühlluft strömt durch die Kühldurchgänge 42p und wird in die Schaufeln 43a eingebracht, um zum Kühlen der Schaufeln 43a verwendet zu werden.
-
Ähnlich sind Kühlluftdurchgänge 45p, durch die Kühlluft strömen soll, im Innengehäuse 45b gebildet. Die Kühlluftdurchgänge 45p verlaufen durch das Innengehäuse 45b von radial außen Dro nach radial innen Dri. Die Kühlluft strömt durch die Kühldurchgänge 45p und wird in die Schaufeln 46a und die Ringsegmente 45c eingebracht, um zum Kühlen der Schaufeln 46a und der Ringsegmente 45c verwendet zu werden.
-
3 ist eine Querschnittsansicht, vorgenommen entlang Linie III-III in 2, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 veranschaulicht einen Querschnitt der Schaufel entlang einer Wölbungslinie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Die in 3 dargestellte Schaufel 43a ist zum Beispiel eine Schaufel 43a, die von den vorstehend beschriebenen vier Schaufelreihen 43 einen Teil der dritten Schaufelreihe 43 von der vorgeschalteten Seite bildet. Wie in 4 dargestellt, weist die Schaufel 43a einen Schaufelfuß 50, einen Schaufelhauptkörper 51 und eine Spitzenhülle 52 auf.
-
Wie in 3 dargestellt, weist der Schaufelhauptkörper 51 eine konvexe Saugfläche 53, eine konkave Druckfläche 54, einen führenden Rand 55 und einen nachlaufenden Rand 56 auf. Der führende Rand 55 ist das Ende, das am weitesten auf der vorgeschalteten Seite Dau in Verlaufsrichtung der Wölbungslinie C, die eine Mittellinie ist, angeordnet ist. Der nachlaufende Rand ist das Ende, das am weitesten auf der nachgeschalteten Seite Dad in Verlaufsrichtung der Wölbungslinie C angeordnet ist. Der Schaufelhauptkörper 51 hat einen Tragflächenquerschnitt, der durch die Saugfläche 53 und die Druckfläche 54 gebildet wird, die durch den führenden Rand 55 und den nachlaufenden Rand 56 kontinuierlich miteinander sind. Der Schaufelhauptkörper 51 der Schaufel 43a der dritten Schaufelreihe 43 hat eine größere Schaufelhöhe H (siehe 2) als die Schaufelhauptkörper 51 der Schaufeln 43a der ersten und der zweiten Schaufelreihe 43. Der Schaufelhauptkörper 51 hat solch eine verjüngte Form, dass sich einer Breite allmählich vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57 verringert.
-
Die Schaufel 43a schließt ein erstes Kühldurchgangsteil 58, ein zweites Kühldurchgangsteil 59 und ein Säulenteil 60 ein, die in der Schaufel 43a angeordnet sind. Das erste Kühldurchgangsteil 58 ist nahe dem führenden Rand 55 angeordnet. Das zweite Kühldurchgangsteil 59 ist nahe dem nachlaufenden Rand 56 angeordnet. Wie in 4 dargestellt, verlaufen das erste Kühldurchgangsteil 58 und das zweite Kühldurchgangsteil 59 in Schaufelhöhenrichtung (Radialrichtung Dr), die den vorstehend beschriebenen Tragflächenquerschnitt schneidet. Das erste Kühldurchgangsteil 58 und das zweite Kühldurchgangsteil 59 verlaufen durch die Schaufel 43a vom Schaufelfuß 50 (Basisteil) zur Schaufelspitze 57 (Endteil).
-
Das Innere des ersten Kühldurchgangsteils 58 und das Innere des zweiten Kühldurchgangsteils 59 sind mit dem Kühlluftdurchgang 42p seitens des Schaufelfußes 50 verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Kühlluft aus dem Kühlluftdurchgang 42p von der zum Schaufelfuß 50 weisenden Seite der Schaufel 43a in das erste Kühldurchgangsteil 58 und das zweite Kühldurchgangsteil 59 strömt. Die Kühlluft, die in das erste Kühldurchgangsteil 58 und das zweite Kühldurchgangsteil 59 strömt, strömt vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57, um den gesamten Bereich der Schaufel 43a vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57 in Schaufelhöhenrichtung zu kühlen.
-
Das Säulenteil 60 ist zwischen dem ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 angeordnet. Das Säulenteil 60 ist kontinuierlich zwischen dem Schaufelfuß 50 und der Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 gebildet. Das Säulenteil 60 ist so gebildet, dass es zwischen der Saugfläche 53 und der Druckfläche 54 verläuft. Ähnlich dem Schaufelhauptkörper 51 hat das Säulenteil 60 dieser Ausführungsform eine verjüngte Form, bei der eine Breite allmählich zur Schaufelspitze 57 hin abnimmt. Hier wird die Richtung entlang der Wölbungslinie C in dem vorstehend beschriebenen Säulenteil 60 als „Breitenrichtung“ bezeichnet.
-
Das erste Kühldurchgangsteil 58 besteht aus einer Mehrzahl von Kühldurchgängen 63. Die Kühldurchgänge 63 sind zwischen dem Säulenteil 60 und dem führenden Rand 55 angeordnet und verlaufen in Schaufelhöhenrichtung. Die Kühldurchgänge 63, die das erste Kühldurchgangsteil 58 bilden, sind entlang der Wölbungslinie C angeordnet. In dieser Ausführungsform weist das erste Kühldurchgangsteil 58 zwei Kühldurchgänge 63 auf. Der Kühldurchgang 63, der von den zwei Kühldurchgängen 63 näher am führenden Rand 55 ist, wird nachstehend als „Kühldurchgang am führenden Rand 64“ bezeichnet, und der Kühldurchgang 63, der näher am Säulenteil 60 ist, als „säulenseitiger Kühldurchgang 65 (erster intermediärer Kühldurchgang)“.
-
Eine Trennwand 70 ist zwischen dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 und dem säulenseitigen Kühldurchgang 65 des ersten Kühldurchgangsteils 58 gebildet. Die Trennwand 70 hat eine Breite in der Richtung der Wölbungslinie C, die kleiner als die Breite des vorstehend beschriebenen Säulenteils 60 ist.
-
Ähnlich dem ersten Kühldurchgangsteil 58 besteht das zweite Kühldurchgangsteil 59 aus einer Mehrzahl von Kühldurchgängen 63. Die Kühldurchgänge 63 sind zwischen dem Säulenteil 60 und dem nachlaufenden Rand 56 angeordnet und verlaufen in Schaufelhöhenrichtung. Die Kühldurchgänge 63, die das zweite Kühldurchgangsteil 59 bilden, sind entlang der Wölbungslinie C angeordnet. In dieser Ausführungsform weist das zweite Kühldurchgangsteil 59 zwei Kühldurchgänge 63 auf. Der Kühldurchgang 63, der von den zwei Kühldurchgängen 63 näher am nachlaufenden Rand 56 ist, wird nachstehend als „Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67“ bezeichnet, und der Kühldurchgang 63, der näher am Säulenteil 60 ist, als „säulenseitiger Kühldurchgang 66 (zweiter intermediärer Kühldurchgang)“.
-
Ähnlich dem ersten Kühldurchgangsteil 58 ist eine Trennwand 70 zwischen dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 und dem säulenseitigen Kühldurchgang 66 des zweiten Kühldurchgangsteils 59 gebildet. Die Trennwand 70 hat eine Breite in der Richtung der Wölbungslinie C, die kleiner als die Breite des vorstehend beschriebenen Säulenteils 60 ist und äquivalent der Breite der Trennwand 70 des ersten Kühldurchgangsteils 58 ist.
-
Hier werden die Breite des Säulenteils 60 und die Anordnung des Säulenteils 60 in der Richtung der Wölbungslinie C auf der Grundlage eines Temperaturunterschieds bestimmt, der zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand 55, 56 und einem Zwischenabschnitt M des Schaufelhauptkörpers 51 in der Richtung der Wölbungslinie C auftreten kann.
Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass ein Temperaturunterschied, der zwischen dem führenden Rand 55 und dem nachlaufenden Rand 56 und dem Zwischenabschnitt M auftreten kann, groß ist, wird die Breite des Säulenteils 60 in der Richtung der Wölbungslinie C verbreitert, um den Temperaturunterschied zu reduzieren. Dies liegt daran, dass der Abschnitt, an dem das Säulenteil 60 angeordnet ist, am Abkühlen gehindert wird, was zu einer Verhinderung einer Temperaturabnahme führt.
-
Wenn angenommen wird, dass ein Temperaturunterschied, der zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand 55, 56 und dem Zwischenabschnitt M auftreten kann, groß ist, kann das Säulenteil 60 so angeordnet sein, dass ein Punkt des Zwischenabschnitts M in der Richtung der Wölbungslinie C, der eine besonders niedrige Temperatur aufweist, die Mitte ist. Diese Konfiguration kann eine Abnahme der Temperatur an dem Punkt, an dem die Temperatur ohne weiteres sinkt, effizient verhindern.
-
Im ersten Kühldurchgangsteil 58 hat der Kühldurchgang am führenden Rand 64 eine kleinere Strömungskanal-Querschnittsfläche als der säulenseitige Kühldurchgang 65. Dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 und dem säulenseitigen Kühldurchgang 65 wird die Kühlluft zugeführt. Der säulenseitige Kühldurchgang 65 weist einen Mechanismus auf, der verhindert, dass die Kühlluft in Richtung des Schaufelfußes 50 oder der Schaufelspitze 57 strömt. Dieser Mechanismus ist zum Beispiel eine Öffnung, die seitens des Schaufelfußes 50 angeordnet ist, oder ein Hohlraumabschnitt der Spitzenhülle 52, die an der Schaufelspitze 57 angeordnet ist. Somit strömt die Kühlluft im Kühldurchgang am führenden Rand 64 schneller als im säulenseitigen Kühldurchgang 65. Mit anderen Worten ist im ersten Kühldurchgangsteil 58 die Wärmeübertragungsrate der Kühlluft, die im Kühldurchgang am führenden Rand 64 strömt, höher als die der Kühlluft, die im säulenseitigen Kühldurchgang 65 strömt, so dass der Kühldurchgang am führenden Rand 64 eine höhere Kühlleistung aufweist als der säulenseitige Kühldurchgang 65.
-
Ähnlich dem ersten Kühldurchgangsteil 58 hat im zweiten Kühldurchgangsteil 59 der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 eine kleinere Strömungskanal-Querschnittsfläche als der säulenseitige Kühldurchgang 66 des zweiten Kühldurchgangsteils 59. Dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 und dem säulenseitigen Kühldurchgang 66 wird die Kühlluft zugeführt. Ähnlich dem säulenseitigen Kühldurchgang 66 weist der säulenseitige Kühldurchgang 66 einen Mechanismus auf, der die Strömung der Kühlluft verhindert. Somit strömt die Kühlluft im Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 schneller als im säulenseitigen Kühldurchgang 66. Das heißt, der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 weist eine höhere Kühlleistung auf als der säulenseitige Kühldurchgang 66.
-
5 ist eine Teilquerschnittsansicht eines säulenartigen Stiftkühlkörpers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Wie in 4 und 5 dargestellt, ist der säulenartige Stiftkühlkörper 82 jeweils im ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 angeordnet. Der säulenartige Stiftkühlkörper 82 weist eine Mehrzahl von Vorsprüngen 83 auf. Die Vorsprünge 83 sind geformt wie Säulen, die von der Innenoberfläche der Saugfläche 53 und der Innenoberfläche der Druckfläche 54 ausgehen. 4 erläutert beispielhaft den Fall, bei dem der säulenartige Stiftkühlkörper 82 auf den gesamten Innenwandoberflächen 58a, 59a des Kühldurchgangs am führenden Rand 64, des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand 67 und der säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 angeordnet ist. Jedoch ist der Anordnungsbereich des säulenartigen Stiftkühlkörpers 82 nicht auf die gesamten Oberflächen beschränkt. Zum Beispiel kann ein Bereich, in dem kein säulenartiger Stiftkühlkörper 82 angeordnet ist, an einem Teil der Innenwandoberflächen 58a, 59a in der Schaufelhöhenrichtung oder an einem Teil der Innenwandoberflächen 58a, 59a in der Verlaufsrichtung der Wölbungslinie C angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass der säulenartige Stiftkühlkörper 82 in 3 nicht dargestellt ist.
-
Wie in 4 dargestellt, schließen die Vorsprünge 83 des säulenartigen Stiftkühlkörpers 82 erste Vorsprünge 83a und zweite Vorsprünge 83b mit jeweils unterschiedlichen Abmessungen ein. Die ersten Vorsprünge 83a sind an den Innenwandoberflächen 58a, 59a der säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 angeordnet. Die zweiten Vorsprünge 83b sind an den Innenwandoberflächen 58a, 59a des Kühldurchgangs am führenden Rand 64 und des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand 67 angeordnet. Die zweiten Vorsprünge 83b sind relativ kleiner als die ersten Vorsprünge 83a. Zum Beispiel haben die zweiten Vorsprünge 83b Oberflächen, die kleiner als die der ersten Vorsprünge 83a sind.
-
6 ist eine vergrößerte Ansicht der Schaufelspitze und ihrer näheren Umgebung der Schaufel in 3 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
7 ist eine Draufsicht der Spitzenhülle gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Wie in 6 und 7 dargestellt, ist die Spitzenhülle 52 integral mit der Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 bereitgestellt. Die Schaufeln 43a sind in Umfangsrichtung angeordnet, so dass die Spitzenhüllen 52 in Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, wobei sie einen Ring bilden.
-
Die Spitzenhülle 52 ist mit einer Finne F (siehe 7) versehen, die in der Mitte oder Ähnlich in Axialrichtung Da an der Außenumfangsoberfläche der Spitzenhülle 52 angeordnet ist. Die Finne F ragt radial nach außen Dro. Diese Konfiguration sorgt für einen schmalen Spalt zwischen der Finne F und dem Ringsegment 45c, was zu einer Reduzierung des Austretens von Verbrennungsgas G führt. Wenn ein Spalt zwischen der Schaufel 43a und dem Ringsegment 45c aus irgendeinem Grund abnimmt, kommt die Finne F zunächst mit dem Ringsegment 45c in Kontakt. Die Finne F kommt auf diese Weise zuerst mit dem Ringsegment 45c in Kontakt, so dass eine Beschädigung am Ringsegment 45c und der Schaufel 43a reduziert werden kann.
-
Die Spitzenhülle 52 weist einen ersten Austrittsdurchgang 72, einen zweiten Austrittsdurchgang 73 und einen dritten Austrittsdurchgang 74 auf. Der erste Austrittsdurchgang 72, der zweite Austrittsdurchgang 73 und der dritte Austrittsdurchgang 74 geben die vorstehend beschriebene Kühlluft, die im Schaufelhauptkörper 51 strömt, an die äußere Umgebung des Schaufelhauptkörpers 51 ab.
-
Wie in 6 dargestellt, sind der erste Austrittsdurchgang 72, der dritte Austrittsdurchgang 74 und der zweite Austrittsdurchgang 73 in der Spitzenhülle 52 in dieser Reihenfolge vom führenden Rand 55 zum nachlaufenden Rand 56 gebildet.
-
Der erste Austrittsdurchgang 72 gibt die Kühlluft ab, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 strömt. Der erste Austrittsdurchgang 72 ist so gebildet, dass er durch die Spitzenhülle 52 in Verlaufsrichtung des Kühldurchgangs am führenden Rand 64 (Schaufelhöhenrichtung) verläuft. Mit anderen Worten verläuft der erste Austrittsdurchgang 72 von dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 radial nach außen Dro und ist radial nach außen Dro offen. Der erste Austrittsdurchgang 72 dieser Ausführungsform weist die gleiche Strömungskanal-Querschnittsform auf wie der Kühldurchgang am führenden Rand 64. Das heißt, dass die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 strömt, vom Schaufelfuß 50 radial nach außen Dro zur Schaufelspitze 57 der Schaufel 43a strömt und radial nach außen Dro von der Spitzenhülle 52 ausgegeben wird, ohne die Strömungsrichtung zu ändern. Die Kühlluft wird auf diese Weise durch die Spitzenhülle 52 geblasen, so dass der Kühldurchgang am führenden Rand 64 einen geringen Druckverlust erzeugt und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft erhöhen kann.
-
Der zweite Austrittsdurchgang 73 gibt die Kühlluft ab, die durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt. Der zweite Austrittsdurchgang 73 ist so gebildet, dass er durch die Spitzenhülle 52 in Verlaufsrichtung des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand 67 verläuft. Mit anderen Worten verläuft der zweite Austrittsdurchgang 73, ähnlich dem ersten Austrittsdurchgang 72, vom Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 radial nach außen Dro und ist radial nach außen Dro offen. Der zweite Austrittsdurchgang 73 dieser Ausführungsform weist die gleiche Strömungskanal-Querschnittsform auf wie der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67. Das heißt, dass die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, vom Schaufelfuß 50 radial nach außen Dro zur Schaufelspitze 57 der Schaufel 43a strömt und radial nach außen Dro von der Spitzenhülle 52 ausgegeben wird, ohne die Strömungsrichtung zu ändern. Die Kühlluft wird auf diese Weise durch die Spitzenhülle 52 geblasen, so dass der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 einen geringen Druckverlust erzeugt und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft erhöhen kann.
-
Der dritte Austrittsdurchgang 74 gibt die Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, an die äußere Umgebung der Schaufel 43a ab. Der dritte Austrittsdurchgang 74 weist Hohlraumabschnitte 75 und Durchgangshauptkörperabschnitte 76 auf. In dieser Ausführungsform sind zwei Hohlraumabschnitte 75 bereitgestellt. Die Hohlraumabschnitte 75 sind radial auswärts Dro vom säulenseitigen Kühldurchgang 65 des ersten Kühldurchgangsteils 58 und radial auswärts Dro vom säulenseitigen Kühldurchgang 66 des zweiten Kühldurchgangsteils 59 angeordnet. Die Hohlraumabschnitte 75 sind mit dem säulenseitigen Kühldurchgang 65 des ersten Kühldurchgangsteils 58 und dem säulenseitigen Kühldurchgang 66 des zweiten Kühldurchgangsteils 59 verbunden. Mit anderen Worten sind die Hohlraumabschnitte 75 nicht mit dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 und dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 verbunden.
-
Wie in 7 dargestellt, verlaufen die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 entlang der Spitzenhülle 52. Mit anderen Worten verlaufen die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 in Richtungen, die die Verlaufsrichtung der säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 (Schaufelhöhenrichtung) schneiden. Die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 sind jeweils in einer Seitenoberfläche der Spitzenhülle 52 offen. Die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 dieser Ausführungsform verlaufen von den Hohlraumabschnitten 75 entlang der Spitzenhülle 52 und sind in den Seitenoberflächen 77 der Spitzenhülle 52 offen. Die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 verlaufen in die Richtungen, in die die Saugfläche 53 des Schaufelhauptkörpers 51 weist, und in die Richtungen, in die die Druckfläche 54 weist. In dieser Ausführungsform verlaufen die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 jeweils vom Hohlraumabschnitt 75 zur nächsten Seitenoberfläche 77 der Spitzenhülle 52.
-
Insbesondere schließt der dritte Austrittsdurchgang 74 eine Mehrzahl der Durchgangshauptkörperabschnitte 76 ein, die zwischen einer Innenseitenoberfläche 78, die näher an der Druckfläche 54 ist, des Hohlraumabschnitts 75 an der zum führenden Rand 55 weisenden Seite und einer zur vorgeschalteten Seite Dau weisenden Seitenoberfläche 77a der Spitzenhülle 52 gebildet sind. Ähnlich schließt der dritte Austrittsdurchgang 74 eine Mehrzahl der Durchgangshauptkörperabschnitte 76 ein, die zwischen einer Innenseitenoberfläche 79, die näher an der Saugfläche 53 ist, des Hohlraumabschnitts 75 an der zum führenden Rand 55 weisenden Weite und einer in der zur Umfangsrichtung Dc weisenden Seitenoberfläche 77b der Spitzenhülle 52 gebildet sind.
-
Außerdem schließt der dritte Austrittsdurchgang 74 eine Mehrzahl der Durchgangshauptkörperabschnitte 76 ein, die zwischen einer Innenseitenoberfläche 80, die näher an der Druckfläche 54 ist, des Hohlraumabschnitts 75 an der zum nachlaufenden Rand 56 weisenden Seite und einer zur Umfangsrichtung Dc weisenden Seitenoberfläche 77c der Spitzenhülle 52 gebildet sind. Ähnlich schließt der dritte Austrittsdurchgang 74 eine Mehrzahl der Durchgangshauptkörperabschnitte 76 ein, die zwischen einer Innenseitenoberfläche 81, die näher an der Saugfläche 53 ist, des Hohlraumabschnitts 75 an der zum nachlaufenden Rand 56 weisenden Seite und einer zur nachgeschalteten Seite Dad weisenden Seitenoberfläche 77d der Spitzenhülle 52 gebildet sind.
-
Diese Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 in linearen Formen ausgebildet sind. Jedoch sind die Formen der Durchgangshauptkörperabschnitte 76 nicht auf lineare Formen beschränkt. Zum Beispiel können die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 Formen haben, die Kurven aufweisen, wie Kreisbogenformen und S-Formen. Diese Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem die Durchgangshauptkörperabschnitte 76, die in derselben Seitenoberfläche 77 offen sind, parallel zueinander angeordnet sind; jedoch ist die Anordnung nicht auf eine parallele Anordnung beschränkt. Die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 können bei Annäherung an die Seitenoberfläche 77 sich voneinander entfernend angeordnet sein.
-
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform strömt die Kühlluft durch das erste Kühldurchgangsteil 58, das die Innenwandoberfläche 58a aufweist, an der die Vorsprünge 83 gebildet sind, so dass die zum führenden Rand 55 weisende Seite des Schaufelhauptkörpers 51 effizient gekühlt werden kann.
Ähnlich strömt die Kühlluft durch das zweite Kühldurchgangsteil 59, das die Innenwandoberfläche 59a aufweist, an der die Vorsprünge 83 gebildet sind, so dass die zum nachlaufenden Rand 56 weisende Seite des Schaufelhauptkörpers 51 gekühlt werden kann. Insbesondere die Seite am führenden Rand 55 und die Seite am nachlaufenden Rand 56, die ohne weiteres eine hohe Temperatur erreichen, können effektiv mit dem ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 gekühlt werden, und das Säulenteil 60 ist in einem Abschnitt angeordnet, der relativ schwierig eine hohe Temperatur zwischen dem führenden Rand 55 und dem nachlaufenden Rand 56 erreichen kann. Diese Konfiguration kann die Querschnittsfläche des gesamten Kühldurchgangs reduzieren.
-
Das Säulenteil 60 ist kontinuierlich zwischen dem Schaufelfuß 50 und der Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 zwischen dem ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 gebildet, so dass die Kühlluft nicht in dem Abschnitt strömt, in dem das Säulenteil 60 gebildet ist. Somit kann die Turbinenschaufel dieser Ausführungsform eine Abnahme der Temperatur am Zwischenabschnitt M zwischen dem ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 verhindern. Das heißt, dass ein Temperaturunterschied zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand 55, 56 und dem Zwischenabschnitt M zwischen dem ersten Kühldurchgangsteil 58 und dem zweiten Kühldurchgangsteil 59 reduziert werden kann und ein Erwärmen der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang strömt, verhindert werden kann. Außerdem kann das Säulenteil 60 die Festigkeit der Schaufel 43a verstärken. Dies kann thermisches Biegen verhindern und ausreichende Festigkeit sicherstellen.
-
Die Turbinenschaufel dieser Ausführungsform hat eine Struktur, bei der das erste Kühldurchgangsteil 58 und das zweite Kühldurchgangsteil 59 jeweils den säulenartigen Struktur 82 aufweisen, und kann somit eine gewisse Querschnittsfläche sicherstellen und Kühlwirkung im Vergleich zu herkömmlichen Turbinenschaufeln mit Mehrfachlöchern ergeben. Diese Struktur kann Druckverlust minimieren, wenn die Kühlluft durch den Kühldurchgang strömt, und den Zufuhrdruck der Kühlluft reduzieren. Somit kann die zum Kühlen der Schaufel 43a erforderliche Menge der zugeführten Kühlluft minimiert werden.
-
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat im ersten Kühldurchgangsteil 58 der Kühldurchgang am führenden Rand 64 eine kleinere Strömungskanal-Querschnittsfläche als der säulenseitige Kühldurchgang 65 und erzeugt somit einen geringeren Druckverlust. Im Gegensatz dazu erzeugt der säulenseitige Kühldurchgang 65 einen höheren Druckverlust aufgrund des Mechanismus, der die Strömung der Kühlluft verhindert (zum Beispiel eine Öffnung, die am Schaufelfuß 50 angeordnet ist, und der Hohlraumabschnitt 75 der Spitzenhülle 52). Somit kann bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 strömt, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, was zu einer Verbesserung der Kühlleistung in einem Abschnitt, der näher am führenden Rand 55 ist, führen. Dies führt zu effektiver Kühlung am führenden Rand 55, der mit dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 versehen ist, der ohne weiteres eine hohe Temperatur relativ zu dem Abschnitt, der mit dem säulenseitigen Kühldurchgang 65 versehen ist, erreicht, und kann somit einen Temperaturunterschied zwischen dem führenden Rand 55 und dem Säulenteil 60 weiter reduzieren und die Menge der zugeführten Kühlluft, die zum Kühlen des führenden Rands 55 der Schaufel 43a erforderlich ist, minimieren.
-
Ähnlich hat im zweiten Kühldurchgangsteil 59 der Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 eine kleinere Strömungskanal-Querschnittsfläche als der säulenseitige Kühldurchgang 66 und erzeugt somit einen geringeren Druckverlust. Im Gegensatz dazu erzeugt der säulenseitige Kühldurchgang 66 einen höheren Druckverlust aufgrund des Mechanismus, der die Strömung der Kühlluft verhindert (zum Beispiel eine Öffnung, die am Schaufelfuß 50 angeordnet ist, und der Hohlraumabschnitt 75). Somit kann bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, was zu einer Verbesserung der Kühlleistung in einem Abschnitt, der näher am nachlaufenden Rand 56 ist, führen. Dies führt zu effektiver Kühlung am nachlaufenden Rand 56, der mit dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 versehen ist, der ohne weiteres eine hohe Temperatur relativ zu dem Abschnitt, der mit dem säulenseitigen Kühldurchgang 66 versehen ist, erreicht, und kann somit einen Temperaturunterschied zwischen dem nachlaufenden Rand 56 und dem Säulenteil 60 weiter reduzieren und die Menge der zugeführten Kühlluft, die zum Kühlen des nachlaufenden Rands 56 der Schaufel 43a erforderlich ist, minimieren.
-
Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die ersten Vorsprünge 83a kleiner gebildet als die zweiten Vorsprünge 83b. Somit kann die Turbinenschaufel dieser Ausführungsform den Druckverlust der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, reduzieren. Im Gegensatz dazu kann der Druckverlust der Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, im Vergleich zu dem der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, erhöht werden. Somit kann die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, relativ zur Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, reduziert werden. Dies führt zu effektiver Kühlung am führenden Rand 55 und am nachlaufenden Rand 56 und dazu, dass die Gesamtmenge der zugeführten Kühlluft reduziert werden kann, indem die Menge der Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, reduziert wird. Außerdem kann ein Temperaturunterschied zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand 55, 56 und dem Zwischenabschnitt M zwischen dem führenden Rand und dem nachlaufenden Rand 55, 56 sogar in einer Umgebung, in der der Temperaturunterschied zwischen dem führenden Rand 55 und dem nachlaufenden Rand 56 und dem Zwischenabschnitt M ohne weiteres zunimmt, weiter reduziert werden.
-
In einer Konfiguration, in der die Schaufel 43a die Spitzenhülle 52 bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform aufweist, kann die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 strömt, durch den ersten Austrittsdurchgang 72 der Spitzenhülle 52 nach draußen ausgegeben werden. Außerdem kann die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 strömt, durch den zweiten Austrittsdurchgang 73 der Spitzenhülle 52 nach draußen ausgegeben werden. Außerdem kann die Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 vom Schaufelfuß 50 zur Schaufelspitze 57 des Schaufelhauptkörpers 51 strömt, durch den dritten Austrittsdurchgang 74 der Spitzenhülle 52 nach draußen ausgegeben werden. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64, den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 und die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, separat an die äußere Umgebung der Schaufel 43a abgegeben wird. Außerdem kann die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64, den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 und die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, problemlos angepasst werden, indem nur die Strömungskanal-Querschnittsflächen des ersten Austrittsdurchgangs 72, des zweiten Austrittsdurchgangs 73 und des dritten Austrittsdurchgangs 74 geändert werden.
-
Bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform können der erste Austrittsdurchgang 72 und der zweite Austrittsdurchgang 73 kürzer gebildet werden, indem sie durch die Spitzenhülle 52 in Schaufelhöhenrichtung verlaufen. Diese Konfiguration kann einen Anstieg im Druckverlust der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, verhindern und eine Abnahme in der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft verhindern. Dies führt zu effizienter Kühlung des führenden Rands 55 und des nachlaufenden Rands 56 des Schaufelhauptkörpers 51.
-
Bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform sind die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 des dritten Austrittsdurchgangs 74 entlang der Spitzenhülle 52 gebildet, so dass die Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, die Spitzenhülle 52 kühlen kann, während sie durch den dritten Austrittsdurchgang 74 nach draußen ausgegeben wird.
-
bei der Turbinenschaufel dieser Ausführungsform kann der dritte Austrittsdurchgang 74 eine größere Länge haben als der erste Austrittsdurchgang 72 und der zweite Austrittsdurchgang 73. Diese Konfiguration kann die Menge der Kühlluft, die durch die säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 strömt, im Vergleich zu der der Kühlluft, die durch den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 strömt, reduzieren und die Gesamtmenge der zugeführten Kühlluft reduzieren.
-
Die Hohlraumabschnitt 75 mit großen Querschnittsflächen sind in der Spitzenhülle 52 gebildet. Wenn die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 von den Seitenoberflächen 77 zu den Hohlraumabschnitten 75 gebildet sind, sind somit zum Beispiel leichte Positionsverschiebungen zulässig. So kann der dritte Austrittsdurchgang 74 leicht gebildet werden. Außerdem reduziert diese Konfiguration das Gewicht der Spitzenhülle 52, was zu einer Reduzierung der Zentrifugallast führt.
-
Die Menge der Kühlluft zum Kühlen der Schaufel 23a kann reduziert werden, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrads der Gasturbine 10 führt.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt und schließt die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit verschiedenen daran vorgenommenen Modifikationen ein, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das heißt, spezifische Formen, Konfigurationen und dergleichen in der Ausführungsform sind lediglich Beispiele und können angemessen modifiziert werden.
-
8 ist eine Teilquerschnittsansicht entsprechend 5 gemäß einem Modifikationsbeispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel hat die vorstehend beschriebene Ausführungsform beispielhaft den Fall erläutert, in dem der säulenartige Stiftkühlkörper 82 gebildet ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration mit dem säulenartigen Stiftkühlkörper 82 beschränkt. Zum Beispiel können einseitige Stiftkühlkörper 71 anstelle des säulenartigen Stiftkühlkörpers 82 gebildet sein, wie in dem in 8 dargestellten Modifikationsbeispiel. Die einseitigen Stiftkühlkörper 71 bestehen aus Vorsprüngen (Erhebungen) T, die von den Innenwandoberflächen 58a, 59a des ersten Kühldurchgangsteils 58 und des zweiten Kühldurchgangsteils 59 nach innen hervorragen, und können an den Innenwandoberflächen 58a, 59a des Kühldurchgangs am führenden Rand 64, des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand 67 und des säulenseitigen Kühldurchgangs 65, 66 angeordnet sein. Ähnlich dem vorstehend beschriebenen säulenartigen Stiftkühlkörper 82 können die einseitigen Stiftkühlkörper 71 erste Vorstehend beschrieben (erste Vorsprünge: nicht dargestellt) und zweite Vorsprünge (zweite Vorsprünge: nicht dargestellt) mit jeweils unterschiedlichen Abmessungen aufweisen. Außerdem können zum Beispiel die ersten Vorsprünge an den Innenwandoberflächen 58a, 59a der säulenseitigen Kühldurchgänge 65, 66 angeordnet sein, und die zweiten Vorsprünge können an den Innenwandoberflächen 58a, 59a des Kühldurchgangs am führenden Rand 64 und des Kühldurchgangs am nachlaufenden Rand 67 angeordnet sein. In diesem Fall können die zweiten Vorsprünge relativ kleiner als die ersten Vorsprünge ausgebildet sein. Zum Beispiel können die zweiten Vorsprünge Oberflächen aufweisen, die kleiner als die der ersten Vorsprünge sind.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem der Schaufelhauptkörper 51 sowohl den Kühldurchgang am führenden Rand 64 als auch den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 aufweist. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf diese Konfiguration. Zum Beispiel kann der Schaufelhauptkörper nur einen von dem Kühldurchgang am führenden Rand 64 und dem Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 aufweisen.
-
Ähnlich hat die vorstehend beschriebene Ausführungsform beispielhaft den Fall erläutert, in dem das erste Kühldurchgangsteil 58 die zwei Kühldurchgänge 63 (den Kühldurchgang am führenden Rand 64 und den säulenseitigen Kühldurchgang 65) aufweist und das zweite Kühldurchgangsteil 59 die zwei Kühldurchgänge 63 (den Kühldurchgang am nachlaufenden Rand 67 und den säulenseitigen Kühldurchgang 66) aufweist. Jedoch kann das erste Kühldurchgangsteil 58 aus einem Kühldurchgang 63 bestehen, und ähnlich kann das zweite Kühldurchgangsteil 59 aus einem Kühldurchgang 63 bestehen.
-
Die Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem die zweiten Vorsprünge 83b kleiner als die ersten Vorsprünge 83a sind. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf diese Konfiguration. Zum Beispiel können die ersten Vorsprünge 83a und die zweiten Vorsprünge 83b die gleichen Abmessungen aufweisen, und die Anzahl der zweiten Vorsprünge 83b pro Flächeneinheit kann kleiner als die Anzahl der ersten Vorsprünge 83a pro Flächeneinheit sein. Alternativ können die ersten Vorsprünge 83a und die zweiten Vorsprünge 83b die gleiche Konfiguration aufweisen, das heißt, sie können mit den gleichen Abmessungen und in der gleichen Anzahl gebildet sein.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem das Kühlmittel Luft ist; jedoch ist das Kühlmittel nicht auf Luft beschränkt.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem der dritte Austrittsdurchgang 74 die Hohlraumabschnitte 75 aufweist. Jedoch können die Hohlraumabschnitte 75 weggelassen werden.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, in dem die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 des dritten Austrittsdurchgangs 74 entlang der Spitzenhülle 52 gebildet sind und in den Seitenoberflächen 77 offen sind. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf diese Konfiguration. Die Durchgangshauptkörperabschnitte 76 können zum Beispiel in der Spitzenhülle 52 nahe der Seitenoberfläche 77 offen sein.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft den Fall erläutert, bei dem der erläutert Austrittsdurchgang 72 und der zweite Austrittsdurchgang 73 durch die Spitzenhülle 52 in Schaufelhöhenrichtung verlaufen. Jedoch ist die Richtung, in der der erste Austrittsdurchgang 72 und der zweite Austrittsdurchgang 73 verlaufen, nicht auf die Schaufelhöhenrichtung beschränkt, solange der erste Austrittsdurchgang 72 und der zweite Austrittsdurchgang 73 kürzer als der dritte Austrittsdurchgang 74 gebildet sind.
-
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat beispielhaft die Schaufel 43a der dritten Schaufelreihe 43 erläutert. Jedoch kann die Schaufel 43a jede Schaufel sein, die die Spitzenhülle 52 aufweist, und kann eine Schaufel 43a einer anderen Schaufelreihe 43 als der dritten Schaufelreihe sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Gasturbine
- 11
- Gasturbinenrotor
- 15
- Gasturbinengehäuse
- 20
- Kompressor
- 21
- Kompressorrotor
- 22
- Rotorwelle
- 23
- Schaufelreihe
- 25
- Kompressorgehäuse
- 26
- Schaufelreihe
- 26a
- Schaufel
- 30
- Verbrenner
- 40
- Turbine
- 41
- Turbinenrotor
- 42
- Rotorwelle
- 42p
- Kühlluftdurchgang
- 43
- Schaufelreihe
- 43a
- Schaufel
- 45
- Turbinengehäuse
- 45a
- Außengehäuse
- 45b
- Innengehäuse
- 45c
- Ringsegment
- 45p
- Kühlluftdurchgang
- 46
- Schaufelreihe
- 46a
- Schaufel
- 49
- Verbrennungsgas-Strömungskanal
- 50
- Schaufelfuß
- 51
- Schaufelhauptkörper
- 52
- Spitzenhülle
- 53
- Saugfläche
- 54
- Druckfläche
- 55
- Führender Rand
- 56
- Nachlaufender Rand
- 57
- Schaufelspitze
- 58
- Erstes Kühldurchgangsteil
- 58a
- Innenwandoberfläche
- 59
- Zweites Kühldurchgangsteil
- 59a
- Innenwandoberfläche
- 60
- Säulenteil
- 62
- Erster Endabschnitt
- 63
- Kühldurchgang
- 64
- Kühldurchgang am führenden Rand
- 65
- Säulenseitiger Kühldurchgang
- 66
- Säulenseitiger Kühldurchgang
- 67
- Kühldurchgang am nachlaufenden Rand
- 70
- Trennwand
- 71
- Einseitiger Stiftkühlkörper
- 72
- Erster Austrittsdurchgang
- 73
- Zweiter Austrittsdurchgang
- 74
- Dritter Austrittsdurchgang
- 75
- Hohlraumabschnitt
- 76
- Durchgangshauptkörperabschnitt
- 77
- Seitenoberfläche
- 77a
- Seitenoberfläche
- 77b
- Seitenoberfläche
- 77c
- Seitenoberfläche
- 77d
- Seitenoberfläche
- 78
- Innenseitenoberfläche
- 79
- Innenseitenoberfläche
- 80
- Innenseitenoberfläche
- 81
- Innenseitenoberfläche
- 82
- Säulenartiger Stiftkühlkörper
- 83
- Vorsprung
- 83a
- Erster Vorsprung
- 83b
- Zweiter Vorsprung
- T
- Vorsprung
- F
- Finne
- M
- Zwischenabschnitt
