DE112018000960T5

DE112018000960T5 - Turbinenlaufschaufel und gasturbine

Info

Publication number: DE112018000960T5
Application number: DE112018000960.2T
Authority: DE
Inventors: Takashi Hiyama; Kazuya Nishimura; Keita Takamura; Susumu Wakazono; Daigo Fujimura
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: US20200056540A1; CN110312846B; KR20190103429A; JPWO2018155635A1; JP6830999B2; WO2018155635A1; KR102284235B1; CN110312846A; DE112018000960B4; US11215116B2

Abstract

Eine Turbinenschaufel weist auf: einen Schaufelkörper (50), bei dem eine Saugseite (51) einer Seite in einer Umfangsrichtung zugewandt ist und eine Druckseite (52), die der anderen Seite in der Umfangsrichtung zugewandt ist, an einer Vorderkante (53) und einer Hinterkante (54) verbunden sind und welcher sich in einer Radialrichtung erstreckt, und eine Abdeckung (60) ist an einem Außenende vorgesehen, welches ein radial äußerer Endabschnitt des Schaufelkörpers (50) ist, wobei die Abdeckung (60) aufweist: einen Abdeckungskörper (61), welcher eine Außenumfangsoberfläche (63) aufweist, die radial auswärts weist, eine Vorderendoberfläche (64), die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Vorderkanten (53)-Seite des Schaufelkörpers (50) als einem Referenzpunkt (P1) erstreckt, eine Hinterendoberfläche (67), die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Hinterkanten (54)-Seite des Schaufelkörpers (50) als einem Referenzpunkt (P2) erstreckt, und eine Kontaktoberfläche, die auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, und einen Verstärkungsabschnitt (90), welcher von der Außenumfangsoberfläche (63) vorsteht und sich über die Vorderendoberfläche (64) und die Hinterendoberfläche (67) erstreckt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine.
Die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-031767 , angemeldet am 23. Februar 2017, deren Inhalt hierin durch Inbezugnahme eingebunden wird, wird beansprucht.
[Technischer Hintergrund]
Zum Beispiel ist eine Turbinenschaufel einer Gasturbine bekannt, die eine Abdeckung an einem Schaufelendabschnitt hat (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Insbesondere in langen Schaufeln einer Endstufe der Turbine gelangen Kontaktoberflächen der Abdeckungen der entsprechenden benachbarten Turbinenschaufeln miteinander in Kontakt, um Vibration, die zur Zeit einer Hochgeschwindigkeitsrotation auftritt, zu unterdrücken. Außerdem sind Rippen, die sich in einer Umfangsrichtung erstrecken, auf Außenumfangsoberflächen der Abdeckungen vorgesehen. Dies hindert das Verbrennungsgas für den Antrieb der Turbine daran, aus einem Spalt, gebildet zwischen einer Innenumfangsoberfläche eines Gehäuses und der Außenumfangsoberflächen der Abdeckungen, auszuströmen.
[Zitierungliste]
[Patentliteratur]
[Patentliteratur 1]
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichungsnr. 2005-207294
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Übrigens werden mit den Anstiegen der Ausgangsleistung und der Leistung zurückliegender Gasturbinen insbesondere die Schaufeln der Endstufe der Turbine länger gemacht. Um eine Strömungsgeschwindigkeit eines Abgases, entladen aus der Turbine, so weit wie möglich zu reduzieren und den Turbinenwirkungsgrad anzuheben, ist es effektiv, eine Schaufellänge der Schaufeln der Endstufe zu erhöhen, um einen Kontaktbereich zu vergrößern.
Auf der anderen Seite, wenn Schaufeln auf diese Art und Weise länger werden, steigt, weil eine Zentrifugalkraft auf die Abdeckungen ebenso ansteigt, insbesondere die Spannung auf die Fußabschnitte der Abdeckungen gegen die Schaufelkörper wesentlich an. Im Gegensatz dazu ist beispielsweise ein Verfahren des Erhöhens der Steifigkeit durch Vergrößern einer Ausrundung während des Schweißens eines Schaufelkörpers und einer Abdeckung bekannt. Jedoch wird, weil die Ausrundung in einen Hauptströmungskanal des Verbrennungsgases hineinragt, die Arbeit des Verbrennungsgases behindert, was einen Wirkungsgradabfall verursacht.
Hier wird für die Turbinenschaufeln beschrieben in Patentliteratur 1 eine Konfiguration offenbart, bei der Spannung durch Vorsehen von Verstärkungsrippen in einem Bereich von den Kontaktoberflächen der Abdeckungen zu Vorderkanten des Schaufelkörpers und Bereichen von den Kontaktoberflächen zur Hinterkante des Schaufelkörpers reduziert wird. Jedoch sind bei den Turbinenschaufeln existierende Bereiche von Verstärkungsrippen nicht ausreichend, und es ist nicht möglich, die auftretende Spannung geeignet zu verkraften.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf diese Umstände gemacht, und eine Aufgabe dieser ist es, eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage sind, der Spannung, auftretend in einer Abdeckung, zu wiederstehen, während ein Wirkungsgradabfall unterdrückt wird.
[Lösung des Problems]
Eine Turbinenschaufel gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Schaufelkörper, bei dem eine Saugseite, die einer Seite in einer Umfangsrichtung zugewandt ist, und eine Druckseite, die der anderen Seite in der Umfangsrichtung zugewandt ist, an einer Vorderkante und einer Hinterkante verbunden sind und welcher sich in einer Radialrichtung erstreckt, und eine Abdeckung, die an einem Außenende vorgesehen ist, welches ein radial äußerer Endabschnitt des Schaufelkörpers ist, wobei die Abdeckung einen Abdeckungskörper, welcher eine Außenumfangsoberfläche, die radial auswärts weist, aufweist, eine Vorderendoberfläche, die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Vorderkantenseite des Schaufelkörpers als einem Referenzpunkt erstreckt, eine Hinterendoberfläche, die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Hinterkantenseite des Schaufelkörpers als einem Referenzpunkt erstreckt, und eine Kontaktoberfläche, die auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, aufweist, und einen Verstärkungsabschnitt, der von der Außenumfangsoberfläche vorsteht und sich über die Vorderendoberfläche und die Hinterendoberfläche erstreckt.
Gemäß der Turbinenschaufel der obigen Konfiguration ist der Verstärkungsabschnitt über der Vorderendoberfläche und der Hinterendoberfläche des Abdeckungskörpers gebildet. Deswegen existiert der Verstärkungsabschnitt über dem gesamten Bereich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des Schaufelkörpers. Aus diesem Grund kann die Steifigkeit in der gesamten Region des Fußabschnitts der Abdeckung in Bezug auf den Schaufelkörper sichergestellt werden. Ferner beeinflusst, weil der Verstärkungsabschnitt auf der Außenumfangsoberfläche der Abdeckung vorgesehen ist, dies nicht den Hauptströmungskanal des Verbrennungsgases.
Bei der vorbeschriebenen Turbinenschaufel kann die Vorderendoberfläche eine erste Vorderendoberfläche, die sich von dem Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Vorderendoberfläche, die sich derart erstreckt, dass sie die erste Vorderendoberfläche vom Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung schneidet, aufweisen, die Hinterendoberfläche kann eine erste Hinterendoberfläche, die sich vom Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Hinterendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Hinterendoberfläche von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, aufweisen, und der Verstärkungsabschnitt kann eine erste Verstärkungsrippe aufweisen, die sich über die erste Vorderendoberfläche und die erste Hinterendoberfläche erstreckt.
Weil die erste Verstärkungsrippe auf einer Seite in der Umfangsrichtung, das bedeutet auf der Saugseite des Schaufelkörpers, insbesondere wenn die Spannung auf der Saugseite des Schaufelkörpers in der Abdeckung ansteigt, gebildet ist, ist es möglich, die Spannung durch einen Anstieg in der Steifigkeit aufgrund der ersten Verstärkungsrippe zu verkraften.
Bei der vorbeschriebenen Turbinenschaufel kann die Abdeckung aufweisen: einen ersten Ausrundungsabschnitt, welcher an einem Abschnitt gebildet ist, an dem die Saugseite des Schaufelkörpers und eine Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und welcher sich erstreckt, um eine gekrümmte Oberflächenform von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, und die erste Verstärkungsrippe kann angeordnet sein, um den ersten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper hinweg zu überlappen.
Eine Zentrifugalkraft wirkt auf den Abdeckungskörper radial auswärts mit der Rotation der Turbinenschaufel. Wenn jedoch die Turbinenschaufel zum Zwecke des Verbesserns des Betriebswirkungsgrades der Gasturbine, weil die Zentrifugalkraft auch auf den Abdeckungskörper einwirkt, länger gemacht wird, ist es notwendig, Gegenmaßnahmen zu ergreifen. In der Vergangenheit wurden auch Maßnahmen, wie z. B. das Erhöhen der Festigkeit durch Vergrößern des Ausrundungsabschnitts, gebildet an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Schaufelkörper und dem Abdeckungskörper, ergriffen. Jedoch ist das Vergrößern des Ausrundungsabschnitts nicht bevorzugt, weil ein Querschnittsbereich des Verbrennungsgashauptströmungskanals innerhalb der Abdeckung verringert wird, was sich auf den Zweck der Längung der Turbinenschaufel negativ auswirkt.
Der erste Ausrundungsabschnitt, der sich erstreckt, um eine gekrümmte Oberflächenform von der Saugseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, ist an einem Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet, auf dem die Saugseite des Schaufelkörpers und die Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und die erste Verstärkungsrippe überlappt den ersten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper. Deswegen, sogar wenn die Zentrifugalkraft, die auf den Abdeckungskörper einwirkt, mit dem Längenzuwachs der Turbinenschaufel ansteigt, kann der Einfluss der Zentrifugalkraft auf den Abdeckungskörper vermindert werden, ohne den Querschnittsbereich des Gashauptströmungskanals zu verringern. Das bedeutet, weil die Steifigkeit der Abdeckung auf der Saugseite des Schaufelkörpers ansteigt, sogar wenn die Spannung auf der Saugseite des Schaufelkörpers in der Abdeckung ansteigt, kann eine Deformation des Abdeckungskörpers unterdrückt werden.
Bei der vorbeschriebenen Turbinenschaufel kann der Verstärkungsabschnitt außerdem eine zweite Verstärkungsrippe aufweisen, die sich über die zweite Vorderendoberfläche und die zweite Hinterendoberfläche erstreckt.
Weil die zweite Verstärkungsrippe auf der anderen Seite in der Umfangsrichtung, das bedeutet auf der Druckseite des Schaufelkörpers, insbesondere wenn die Spannung auf der Druckseite des Schaufelkörpers in der Abdeckung ansteigt, gebildet ist, ist es möglich, die Spannung durch einen Zuwachs in der Steifigkeit wegen der zweiten Verstärkungsrippe zu verkraften. Das bedeutet, weil die erste Verstärkungsrippe auf der Saugseite des Schaufelkörpers und die zweite Verstärkungsrippe auf der Druckseite ist, ist es möglich, eine Hochsteifigkeitsregion von der Vorderkante zur Hinterkante des Schaufelkörpers auf beiden Seiten des Schaufelkörpers zu bilden.
Bei der vorbeschriebenen Turbinenschaufel kann die Vorderendoberfläche aufweisen: eine erste Vorderendoberfläche, die sich von dem Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Vorderendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Vorderendoberfläche vom Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, die Hinterendoberfläche weist eine erste Hinterendoberfläche auf, die sich von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Hinterendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Hinterendoberfläche von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, und der Verstärkungsabschnitt weist eine zweite Verstärkungsrippe auf, die sich über die zweite Vorderendoberfläche und die zweite Hinterendoberfläche erstreckt.
Bei der vorbeschriebenen Turbinenschaufel kann die Abdeckung aufweisen: einen zweiten Ausrundungsabschnitt, welcher an einem Abschnitt gebildet ist, auf dem die Saugseite des Schaufelkörpers und der Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und welcher sich von einer gekrümmten Oberflächenform von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers erstreckt, und die zweite Verstärkungsrippe kann angeordnet sein, um den zweiten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper zu überlappen.
Bei der Turbinenschaufel ist der zweite Ausrundungsabschnitt, der sich erstreckt, um eine gekrümmte Oberflächenform von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, an einem Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet, auf dem die Druckseite des Schaufelkörpers und die Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und die zweite Verstärkungsrippe überlappt den zweiten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper. Deswegen kann, sogar wenn die Zentrifugalkraft, die auf den Abdeckungskörper einwirkt, mit der der Längenzuwachs der Turbinenschaufel ansteigt, der Einfluss der Zentrifugalkraft auf den Abdeckungskörper reduziert werden, ohne Reduzierung des Querschnittsbereichs des Gashauptströmungskanals. Das bedeutet, weil die Steifigkeit der Abdeckung auf der Druckseite des Schaufelkörpers ansteigt, kann, sogar wenn die Spannung auf der Druckseite des Schaufelkörpers in der Abdeckung ansteigt, eine Deformation des Abdeckungskörpers unterdrückt werden.
Eine Gasturbine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Verdichter, der Luft verdichtet, um Hochdruckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, welche die Hochdruckluft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, welche eine Vielzahl von Schaufelstufen aufweist, in denen eine Vielzahl von Schaufeln in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, wobei die Schaufeln einer letzten Schaufelstufe unter der Vielzahl von Schaufelstufen Turbinenschaufeln gemäß einem der vorerwähnten Aspekte ausgebildet sind.
Dies kann die Steifigkeit der Abdeckung in der Endstufe der Turbine erhöhen.
[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
Gemäß der Turbinenschaufel und der Gasturbine der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Spannung, die in der Abdeckung auftritt, trotz des Unterdrückens des Wirkungsgradabfalls auszuhalten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Längsschnittdarstellung einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß der ersten Ausführungsform, gesehen von einer Außenseite in einer Radialrichtung.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 2.
4 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung.
5 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung.
6 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung.
7 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß einer dritten Ausführungsform, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung.
8 ist ein Diagramm einer Turbinenschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel der dritten Ausführungsform, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung.

[Beschreibung der Ausführungsformen]
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben werden.
Wie dargestellt in 1, weist eine Gasturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Verdichter 10 auf, welcher Hochdruckluft erzeugt, eine Brennkammer 20, welche ein Verbrennungsgas durch Mischen der Hochdruckluft mit Brennstoff und Verbrennen der Mischung erzeugt, und eine Gasturbine 30, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
Der Verdichter 10 hat einen Verdichterrotor 11, der um eine Achse O rotiert, und ein Verdichtergehäuse 12, welches den Verdichterrotor 11 von einer Außenumfangsseite her abdeckt. Der Verdichterrotor 11 hat eine säulenförmige Raumform, die sich entlang der Achse O erstreckt. Eine Vielzahl von Verdichterschaufelstufen 13, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse O, sind auf der Außenumfangsoberfläche des Verdichterrotors 11 vorgesehen. Jede Verdichterschaufelstufe 13 hat eine Vielzahl von Verdichterschaufeln 14, die auf der Außenumfangsoberfläche des Verdichterrotors 11 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse O angeordnet sind.
Das Verdichtergehäuse 12 hat eine zylindrische Form zentriert auf der Achse O. Eine Vielzahl von Verdichterleitschaufelstufen 15, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse O, sind auf der Innenumfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12 vorgesehen. Die Verdichterleitschaufelstufen 15 sind abwechselnd angeordnet in Bezug auf die oben beschriebenen Verdichterschaufelstufen 13, gesehen aus der Richtung der Achse O. Jede Verdichterleitschaufelstufe 15 hat eine Vielzahl von Verdichterleitschaufeln 16, angeordnet in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse O auf der Innenumfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12.
Die Brennkammer 20 ist zwischen dem vorerwähnten Verdichtergehäuse 12 und einem Turbinengehäuse 32, welches unten beschrieben werden wird, vorgesehen. Die Hochdruckluft, erzeugt durch den Verdichter 10, wird mit dem Brennstoff innerhalb der Brennkammer 20 gemischt, um ein vorgemischtes Gas zu werden. Innerhalb der Brennkammer 20 wird das vorgemischte Gas verbrannt, um ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas zu erzeugen. Das Verbrennungsgas wird in das Turbinengehäuse 32 geleitet, um die Turbine 30 anzutreiben.
Die Turbine 30 hat einen Turbinenrotor 31, der um die Achse O rotiert, und ein Turbinengehäuse 32, welches den Turbinenrotor 31 von der Außenumfangsseite her abdeckt. Der Turbinenrotor 31 hat eine säulenförmige Raumform, die sich entlang der Achse O erstreckt. Eine Vielzahl von Turbinenschaufelstufen 33, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse O, sind auf der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors 31 vorgesehen. Jede der Turbinenschaufelstufen 33 hat eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 40 und 40A, angeordnet in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse O auf der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors 31. Der Turbinenrotor 31 ist integral mit dem Verdichterrotor 11 in der Richtung der Achse O verbunden, um einen Gasturbinenrotor zu bilden.
Das Turbinengehäuse 32 hat eine zylindrische Raumform zentriert auf der Achse O. Eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelstufen 35, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse O, ist auf der Innenumfangsoberfläche des Turbinengehäuses 32 vorgesehen. Die Turbinenleitschaufelstufen 35 sind abwechselnd angeordnet in Bezug auf die oben erwähnte Turbinenschaufelstufen 33, gesehen aus der Richtung der Achse O. Jede Turbinenleitschaufelstufe 35 hat eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 36, angeordnet in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse O auf der Innenumfangsoberfläche des Turbinengehäuses 32. Das Turbinengehäuse ist mit dem Verdichtergehäuse 12 in der Richtung der Achse O verbunden, um ein Gasturbinen-l-Gehäuse zu bilden. Das bedeutet, dass der oben beschriebene Gasturbinen 1-Rotor um die Achse O innerhalb des Gasturbinen-1-Gehäuses integral drehbar ist.
Als nächstes wird eine detaillierte Konfiguration einer Turbinenschaufel 40A in der Turbinenschaufelstufe 33 der Endstufe unter der Vielzahl von Turbinenschaufelstufen 33 unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung nur bei der Turbinenschaufel 40A der Endstufe angewandt.
Die Turbinenschaufel 40A hat einen Schaufelkörper 50, eine Abdeckung 60 und einen Verstärkungsabschnitt 90.
Der Schaufelkörper 50 hat eine Schaufelform, die sich in der Radialrichtung der Achse O erstreckt. Der Schaufelkörper 50 hat eine Saugseite 51 und eine Druckseite 52. Die Saugseite 51 ist eine Seite, die einer Seite in der Umfangsrichtung der Achse O zugewandt ist (eine Frontseite in der Drehrichtung R des Turbinenrotors 31, und eine linke Seite in 2 und 3), und hat eine konvex gekrümmte Oberflächenform die auf einer Seite in der Umfangsrichtung konvex ist. Die Druckseite 52 ist eine Seite, die der anderen Seite in der Umfangsrichtung der Achse O zugewandt ist (eine Rückseite in der Drehrichtung R des Turbinenrotors 31, und eine rechte Seite in 2 und 3), und hat eine konkav gekrümmte Oberflächenform, welche auf einer Seite in der Umfangsrichtung konkav ist.
Die Saugseite 51 und die Druckseite 52 sind miteinander auf der einen Seite in der Richtung der Achse O (stromaufwärts in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases) verbunden, und eine Firstlinie, gebildet durch die Verbindung, ist eine Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50, die sich in der Radialrichtung erstreckt. Die Saugseite 51 und die Druckseite 52 sind miteinander auf der anderen Seite in der Richtung der Achse O (stromabwärts in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases) verbunden, und eine Firstlinie, gebildet durch die Verbindung, ist eine Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50, die sich in der Radialrichtung erstreckt.
Die Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 ist näher an der einen Seite in der Umfangsrichtung als die Hinterkante 54 angeordnet.
Der Schaufelkörper 50 ist derart konfiguriert, dass ein Abstand zwischen der Vorderkante 53 und der Hinterkante 54 (eine Sehnenlänge) abnimmt, und ein Abstand zwischen der Saugseite 51 und der Druckseite (eine Profildicke) nimmt zur Außenseite in der Radialrichtung ab. Weiterhin ist ein Kühlströmungskanal, durch den Kühlluft zirkuliert, innerhalb des Schaufelkörpers 50 gebildet.
DieAbdeckung 60 hat einen Abdeckungskörper 61 und eine Rippe 80.
Der Abdeckungskörper 61 ist beispielsweise an einem Außenendeabschnitt, welcher eine radial äußere Seite des Schaufelkörpers 50 ist, durch Schweißen oder dergleichen integral angebracht. Der Abdeckungskörper 61 hat eine Plattenform, die sich in der Richtung der Achse O und in der Umfangsrichtung erstreckt, und ist vorgesehen, um in der Umfangsrichtung vom Außenendeabschnitt des Schaufelkörpers 50 hervorzustehen.
Eine Innenumfangsoberfläche 62, die einwärts in die Radialrichtung in den Schaufelkörper 50 weist, ist an dem Außenendeabschnitt des Schaufelkörpers 50 an einen Mittenabschnitt in der Umfangsrichtung befestigt. Ein erster Ausrundungsabschnitt F1 ist an einem Abschnitt gebildet, an dem die Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 verbunden sind, und ein zweiter Ausrundungsabschnitt F2 ist an einem Abschnitt gebildet, an dem die Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 verbunden sind.
Der erste Ausrundungsabschnitt F1 hat eine gekrümmte Oberflächenform, die einen Bogen bildet, der die Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 in einer Querschnittsform parallel zur Radialrichtung des Turbinenrotors 31 geschmeidig verbindet und in einer Sehnenrichtung des Schaufelkörpers 50 entlang der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 und der Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 weitergeht. Der zweite Ausrundungsabschnitt F2 hat eine gekrümmte Oberflächenform, die einen Bogen bildet, der die Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 in einer Querschnittform parallel zur Radialrichtung des Turbinenrotors 31 (siehe 3) geschmeidig verbindet und in der Sehnenrichtung des Schaufelkörpers 50 entlang der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 und der Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 weitergeht.
Die ersten und zweiten Ausrundungsabschnitte F1 und F2 sind beispielsweise durch Schweißabschnitte (Raupen), beim Schweißen der Schaufelkörper 50 und der Abdeckungskörper 61 gebildet.
Eine Außenumfangsoberfläche 63, die auswärts in der Radialrichtung des Abdeckungskörpers 61 weist, hat eine Raumform, die zur Saugseite 51 und der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 vorsteht. Das bedeutet, die Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 hat die gleiche Form wir die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61, gesehen von der Radialrichtung.
Die Innenumfangsoberfläche 62 und die Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 sind radial durch eine Vorderendoberfläche 64, eine Hinterendoberfläche 67, eine erste Seitenendoberfläche 70 und eine zweite Seitenendoberfläche 74 verbunden.
Die Vorderendoberfläche 64 ist eine Endoberfläche, die eine Seite (eine Stromaufwärtsseite in der Richtung der Achse O) des Abdeckungskörpers 61 in der Richtung der Achse O bildet. Die Vorderendoberfläche 64 weist zur Stromaufwärtsseite des Verbrennungsgases und erstreckt sich in der Umfangsrichtung. die Vorderendoberfläche 64 ist auf der Vorderkanten 53-Seite des Schaufelkörpers 50 gebildet, und ein Teil dieser ist weiter stromaufwärts als die Vorderkante 53 angeordnet.
Die Vorderendoberfläche 64 hat eine erste Vorderendoberfläche 65 und eine zweite Vorderendoberfläche 66.
Die erste Vorderendoberfläche 65 erstreckt sich zu einer Seite in der Umfangsrichtung mit einer Position weiter stromaufwärts als die Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 als ein Referenzpunkt P1. Die erste Vorderendoberfläche 65 erstreckt sich graduell zur Stromabwärtsseite des Verbrennungsgases vom Referenzpunkt P1 zu einer Seite in der Umfangsrichtung. Der Endabschnitt der ersten Vorderendoberfläche 65 auf der umfänglichen einen Seite und der Stromabwärtsseite ist auf der Stromabwärtsseite der Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 und auf der Stromaufwärtsseite der Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50 angeordnet.
Die zweite Vorderendoberfläche 66 erstreckt sich zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung mit einer Position ähnlich zum Referenzpunkt P1 der ersten Vorderendoberfläche 65 als einem Referenzpunkt. Die zweite Vorderendoberfläche 66 erstreckt sich graduell zur Stromabwärtsseite des Verbrennungsgases vom Referenzpunkt P1 zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung. Der Endabschnitt der zweiten Vorderendoberfläche 66 auf der anderen Umfangsseite und der Stromabwärtsseite ist auf der Stromabwärtsseite der Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 und auf der Stromaufwärtsseite der Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50 angeordnet. Die erste Vorderendoberfläche 65 und die zweite Vorderendoberfläche 66 schneiden sich an dem Referenzpunkt P1, um eine Firstlinie zu bilden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Abmessung in der Umfangsrichtung der zweiten Vorderendoberfläche 66 derart gebildet, dass sie größer ist als diejenige der ersten Vorderendoberfläche 65. Das bedeutet, die zweite Vorderendoberfläche 66 ist länger als die erste Vorderendoberfläche 65 in der Länge, gesehen in der Radialrichtung.
Die Hinterendoberfläche 67 ist eine Endoberfläche, die die andere Seite (die Stromabwärtsseite in der Richtung der Achse O) des Abdeckungskörpers 61 in der Richtung der Achse O bildet. Die Hinterendoberfläche 67 weist zur Stromabwärtsseite des Verbrennungsgases und erstreckt sich in der Umfangsrichtung. Die Hinterendoberfläche 67 ist auf der Hinterkanten 54-Seite des Schaufelkörpers 50 gebildet, und ein Teil dieser ist an einer weiter stromabwärtigen Seite der Hinterkante 54 angeordnet.
Die Hinterendoberfläche 67 hat eine erste Hinterendoberfläche 68 und eine zweite Hinterendoberfläche 69.
Die erste Hinterendoberfläche 68 erstreckt sich zu einer Seite in der Umfangsrichtung mit einer Position weiter stromabwärts als die Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50 als einem Referenzpunkt P2. Die erste Hinterendoberfläche 68 erstreckt sich graduell zur Stromaufwärtsseite des Verbrennungsgases vom Referenzpunkt P2 zu einer Seite in der Umfangsrichtung. Der Endabschnitt der ersten Hinterendoberfläche auf der umfänglichen einen Seite und der Stromaufwärtsseite ist auf der Stromaufwärtsseite der Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50 und auf der Stromabwärtsseite der Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 angeordnet.
Die zweite Hinterendoberfläche 69 erstreckt sich zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung mit einer Position ähnlich zum Referenzpunkt P2 der ersten Hinterendoberfläche 68 als einem Referenzpunkt P2. Die zweite Hinterendoberfläche 69 erstreckt sich graduell zur Stromaufwärtsseite des Verbrennungsgases vom Referenzpunkt P2 zur anderen Seite in der Umfangsrichtung. Der Endabschnitt der zweiten Hinterendoberfläche 69 auf der umfänglich anderen Seite und dem stromaufwärtigen Ende ist auf der Stromaufwärtsseite der Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50 und auf der Stromabwärtsseite der Vorderkante 53 des Schaufelkörpers 50 angeordnet. Die erste Hinterendoberfläche 68 und die zweite Hinterendoberfläche 69 schneiden sich miteinander am Referenzpunkt P2, um eine Firstlinie zu bilden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abmessung in der Umfangsrichtung der ersten Hinterendoberfläche 68 derart gebildet, dass sie größer ist als die der zweiten Hinterendoberfläche 69. Das bedeutet, die erste Hinterendoberfläche 68 ist länger als die zweite Hinterendoberfläche 69 in der Länge, gesehen in der Radialrichtung.
Die erste Seitenendoberfläche 70 ist eine Endoberfläche, die eine umfängliche eine Seite (die Frontseite in der Drehrichtung R) des Abdeckungskörpers 61 bildet. Die erste Seitenendoberfläche 70 verbindet die Innenumfangsoberfläche 62 und die Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61, und verbindet die erste Vorderendoberfläche 65 und die erste Hinterendoberfläche 68 in der Richtung der Achse O. Die erste Seitenendoberfläche 70 hat eine erste Frontseitenoberfläche 71, eine erste Rückseitenoberfläche 72 und eine erste Kontaktoberfläche 73.
Der Endabschnitt der Stromaufwärtsseite der ersten Frontseitenoberfläche 71 ist mit der ersten Vorderendoberfläche 65 verbunden und erstreckt sich zur Stromabwärtsseite und der anderen Seite in der Umfangsrichtung.
Der Endabschnitt der Stromabwärtsseite der ersten Rückseitenoberfläche 72 ist mit der ersten Hinterendoberfläche 68 verbunden und erstreckt sich zur Stromaufwärtsseite und einer Seite in der Umfangsrichtung.
Die erste Kontaktoberfläche 73 verbindet die erste Frontseitenoberfläche 71 und die erste Rückseitenoberfläche 72. Die erste Kontaktoberfläche 73 erstreckt sich vom Verbindungsteil mit der ersten Frontseitenoberfläche 71 zur Stromabwärtsseite und einer Seite in der Umfangsrichtung und ist mit der ersten Rückseitenoberfläche 72 verbunden. Die erste Kontaktoberfläche 73 kann geneigt sein, um in der Radialrichtung einwärts oder auswärts zu weisen.
Die zweite Seitenendoberfläche 74 ist eine Endoberfläche, die die andere Umfangsseite (die Rückseite in der Drehrichtung R) des Abdeckungskörpers 61 bildet. Die zweite Seitenendoberfläche 74 verbindet die Innenumfangsoberfläche 62 und die Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 und verbindet die zweite Vorderendoberfläche 66 und die zweite Hinterendoberfläche 69 in der Richtung der Achse O. Die zweite Seitenendoberfläche 74 hat eine zweite Frontseitenoberfläche 75, eine zweite Rückseitenoberfläche 76 und eine zweite Kontaktoberfläche 77.
Der Endabschnitt der Stromaufwärtsseite der zweiten Frontseitenoberfläche 75 ist mit der zweiten Vorderendoberfläche 66 verbunden und erstreckt sich zur Stromabwärtsseite und der anderen Seite in der Umfangsrichtung.
Der Endabschnitt der Stromabwärtsseite der zweiten Rückseitenoberfläche 76 ist mit der zweiten Hinterendoberfläche 69 verbunden und erstreckt sich zur Stromaufwärtsseite und einer Seite in der Umfangsrichtung.
Die zweite Kontaktoberfläche 77 verbindet die zweite Frontseitenoberfläche 75 und die zweite Rückseitenoberfläche 76. Die zweite Kontaktoberfläche 77 erstreckt sich von dem Verbindungsteil mit der zweiten Frontseitenoberfläche 75 zur Stromabwärtsseite und einer Seite in der Umfangsrichtung und ist mit der zweiten Rückseitenoberfläche 76 verbunden. Die zweite Kontaktoberfläche 77 kann geneigt sein, um in der Radialrichtung auswärts oder einwärts zu weisen.
Wenn die Turbinenschaufelstufe 33 durch die Vielzahl von Turbinenschaufeln 40A konfiguriert ist, gelangen die erste Kontaktoberfläche 73 und die zweite Kontaktoberfläche 77 der zueinander benachbarten Turbinenschaufeln 40A miteinander in Kontakt. Deswegen ist die Steifigkeit der gesamten Schaufelstufe sichergestellt.
Die Rippen 80 stehen von der Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 vor und erstrecken sich in der Umfangsrichtung. Die Rippen 80 erstrecken sich über die erste Seitenendoberfläche 70 und die zweite Seitenendoberfläche 74 des Abdeckungskörpers 61. Die Rippen 80 erstrecken sich in der Umfangsrichtung von einer Grenze zwischen der ersten Frontseitenoberfläche 71 und der ersten Kontaktoberfläche 73 zu einer Grenze zwischen der zweiten Frontseitenoberfläche 75 und der zweiten Kontaktoberfläche 77 des Abdeckungskörpers 61.
Ein Verstärkungsabschnitt 90 ist vorgesehen, um von der Außenumfangsoberfläche 63 der Abdeckung 60 vorzustehen und sich über die Vorderendoberfläche 64 und die Hinterendoberfläche 67 zu erstrecken. Der Verstärkungsabschnitt 90 hat eine erste Verstärkungsrippe 91 und eine zweite Verstärkungsrippe 92.
Die erste Verstärkungsrippe 91 erstreckt sich gleichmäßig über die erste Vorderendoberfläche 65 und die erste Hinterendoberfläche 68. Die erste Verstärkungsrippe 91 ist weiter bei einer Umfangsseite als der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 auf der Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 gebildet. Das bedeutet, die erste Verstärkungsrippe 91 ist derart angeordnet, dass sie von der Saugseite 51 auf der Frontseite in der Drehrichtung R, zu der die Saugseite 51 gesehen von der Radialrichtung weist, getrennt ist. Die erste Verstärkungsrippe 91 erstreckt sich, um zur anderen Seite in der Umfangsrichtung von der ersten Vorderendoberfläche 65 zur ersten Hinterendoberfläche 68 zu weisen. Das bedeutet, die erste Verstärkungsrippe 91 erstreckt sich entlang der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50.
Die zweite Verstärkungsrippe 92 erstreckt sich über die zweite Vorderendoberfläche 66 und die zweite Hinterendoberfläche 69. Die zweite Verstärkungsrippe 92 ist weiter zur anderen Umfangsseite hin gebildet als die Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 auf der Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61. Das bedeutet, die zweite Verstärkungsrippe 92 ist derart angeordnet, dass sie von der Druckseite 52 auf der Rückseite in der Drehrichtung R, zu der die Druckseite 52 gesehen von der Radialrichtung weist, getrennt ist. Die zweite Verstärkungsrippe 92 erstreckt sich, um zur anderen Seite in der Umfangsrichtung von der zweiten Vorderendoberfläche 66 zur zweiten Hinterendoberfläche 69 zu weisen. Das bedeutet, die zweite Verstärkungsrippe 92 erstreckt sich entlang der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50.
Gesehen von der Radialrichtung, ist der Schaufelkörper 50 durch die erste Verstärkungsrippe 91 und die zweite Verstärkungsrippe 92 aus der Umfangsrichtung eingerahmt.
Die Dimension in der Breitenrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der ersten Verstärkungsrippe 91 und der zweiten Verstärkungsrippe 92 ist größer als die Breitendimension senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Rippe 80.
Die Höhen (Abmessungen in der Radialrichtung) der ersten Verstärkungsrippe 91 und der zweiten Verstärkungsrippe 92 sind kleiner als die Höhen der Rippe 80.
Als nächstes wird der Betrieb und die Wirkung der Gasturbine 1 und der Turbinenschaufel 40A, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, beschrieben werden.
Um die Gasturbine 1 zu betreiben, wird der Verdichterrotor 11 (der Gasturbinenrotor) drehbar durch eine externe Antriebsquelle angetrieben. Mit der Drehung des Verdichterrotors 11 wird Außenluft sequentiell verdichtet, um Hochdruckluft zu erzeugen. Die Hochdruckluft wird in die Brennkammer 20 durch einen Raum innerhalb des Verdichtergehäuses 12 geliefert.
In der Brennkammer 20 wird Brennstoff, geliefert aus der Brennstoffdüse, mit der Hochdruckluft gemischt und verbrannt, um ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas zu erzeugen. Das Verbrennungsgas wird in die Turbine 30 durch den Raum innerhalb des Turbinengehäuses 32 geliefert. Wenn das Verbrennungsgas sequentiell mit den Turbinenschaufelstufen 33 und den Turbinenleitschaufelstufen 35 innerhalb der Turbine 30 kollidiert, wird eine Drehantriebskraft auf den Turbinenrotor 31 übertragen (den Gasturbinen-1-Rotor). Die Rotationsenergie wird verwendet, um einen Generator G oder dergleichen, verbunden mit dem Wellenende, anzutreiben. Weiterhin wird das Verbrennungsgas schließlich zur Umgebung hin über einen Abgasdiffusor durch die Turbinenschaufeln 40A der Endstufe entladen.
Hier hat die Turbinenschaufel 40A der Endstufe üblicherweise eine längere Schaufellänge als diejenigen der Turbinenschaufeln 40 von anderen Stufen. Deshalb ist zur Zeit des Betriebs der Gasturbine 1 die Turbinenschaufel 40A der Endstufe durch die Zentrifugalkraft beeinflusst, und insbesondere eine Spannung am Fußabschnitt des Abdeckungskörpers 61 in Bezug auf den Schaufelkörper 50 steigt an.
Im Gegensatz dazu, ist in der vorliegenden Ausführungsform der Verstärkungsabschnitt 90 über die Vorderendoberfläche 64 und die Hinterendoberfläche 67 des Abdeckungskörpers 61 gebildet. Deshalb existiert der Verstärkungsabschnitt 90 über den gesamten Bereich zwischen der Vorderkante 53 und der Hinterkante 54 des Schaufelkörpers 50. Aus diesem Grund kann die Steifigkeit in der gesamten Region des Fußabschnitts der Abdeckung 60 in Bezug auf den Schaufelkörper 50 sichergestellt werden.
Hier ist es denkbar, um die Steifigkeit am Fußabschnitt des Abdeckungskörpers 61 beispielsweise zu erhöhen, die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 zu verstärken und beispielsweise ist es ebenfalls denkbar, die Steifigkeit durch Vergrößern der Ausrundungsabschnitte F1 und F2 zu sichern. Jedoch wird in diesem Fall, wenn die Ausrundung vergrößert wird, weil der Strömungskanal des Verbrennungsgases verengt wird, die Effizienz der Turbine 30 vermindert. In der vorliegenden Ausführungsform, weil der Verstärkungsabschnitt 90 auf der Außenumfangsoberfläche 63 des Abdeckungskörpers 61 gebildet ist, kann die Vergrößerung der Ausrundung minimiert werden. Deshalb kann die Steifigkeit des Abdeckungskörpers 61 erhöht werden, während der Wirkungsgradabfall der Turbine 30 vermieden wird.
Ferner, wenn der Verstärkungsabschnitt 90 nur in einem Teil der Vorderendoberfläche 64 und der Hinterendoberfläche 67 existiert, existiert ein Bereich mit einer hohen Steifigkeit und ein Bereich mit einer niedrigen Steifigkeit zwischen der Vorderendoberfläche 64 und der Hinterendoberfläche 67. In so einem Fall, wenn die Zentrifugalkraft, die auf die Abdeckung 60 wirkt, sehr groß ist, ist es immer noch ungenügend, die Steifigkeit des Fußabschnitts der Abdeckung 60 sicherzustellen. Deswegen existiert der Fußabschnitt über den gesamten Bereich der Saugseite 51 und der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 in der Richtung der Achse O, durch Vorsehen des Verstärkungsabschnitts 90 über der Vorderendoberfläche 64 und der Hinterendoberfläche 67, kann zum ersten Mal eine ausreichende Steifigkeit sichergestellt werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die erste Verstärkungsrippe 91 über der ersten Vorderendoberfläche 65 und der ersten Hinterendoberfläche 68 gebildet, das bedeutet, auf der Saugseiten 51-Seite des Schaufelkörpers 50 gebildet. Deswegen ist es möglich, in geeigneter Art und Weise die Steifigkeit des Fußabschnitts des Abdeckungskörpers 61 in Bezug auf den Schaufelkörper 50 auf der Saugseiten 51-Seite sicherzustellen.
Außerdem ist eine zweite Verstärkungsrippe 92 über der zweiten Vorderendoberfläche 66 und der zweiten Hinterendoberfläche 69 gebildet, das bedeutet, auf der Druckseiten 52-Seite des Schaufelkörpers 50 gebildet. Deshalb ist es möglich, in geeigneter Art und Weise die Steifigkeit des Fußabschnitts des Abdeckungskörpers 61 in Bezug auf der Schaufelkörper 50 auf der Druckseiten 52-Seite sicherzustellen.
Deshalb kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steifigkeit in einer gut ausbalancierten Art und Weise für sowohl die Fußabschnitte des Abdeckungskörpers 61 auf der Saugseiten 51-Seite und der Druckseiten 52-Seite des Schaufelkörpers 50 aufrechterhalten werden. Deswegen ist es möglich, in effektiver Art und Weise den Abdeckungskörper 61 daran zu hindern, deformiert zu werden, d. h. sich aufwärts zu biegen in Bezug auf den Schaufelkörper 50.
Außerdem wird ein modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Eine Turbinenschaufel 40Aa, dargestellt in 4, ist eine Schaufel der Endstufe, wie in der Turbinenschaufel 40A der ersten Ausführungsform. Wenn die Turbinenschaufel 40Aa im Querschnitt parallel zur Radialrichtung des Turbinenrotors gesehen wird, ist die erste Verstärkungsrippe 91 an einer Stelle gebildet, welche den ersten Ausrundungsabschnitt F1 in der Umfangsrichtung des Turbinenrotors 13 (die Drehrichtung R) über den Abdeckungskörper 61 (ein Überlappungsabschnitt L1) überlappt. Eine zweite Verstärkungsrippe 92 ist an einer Stelle gebildet, die den zweiten Ausrundungsabschnitt F2 in der Umfangsrichtung (die Drehrichtung R) des Turbinenrotors 13 über den Abdeckungskörper 61 (ein Überlappabschnitt L2) überlappt.
Eine Zentrifugalkraft wirkt auf den Abdeckungskörper 61 radial auswärts mit der Drehung der Turbinenschaufel 40 ein. Jedoch, weil die Turbinenschaufel 40 in der Länge für die Zwecke des Verbesserns der Betriebseffizienz der Gasturbine 1 länger gemacht wird, weil die Zentrifugalkraft, die auf den Abdeckungskörper 61 einwirkt, auch ansteigt, ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen. Im modifizierten Beispiel überlappt die erste Verstärkungsrippe 91 den ersten Ausrundungsabschnitt F1, gebildet in einem Abschnitt, auf dem die Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper 62 verbunden sind. Deswegen wird die höhere Steifigkeit als andere Bereiche dem Abdeckungskörper 61 zwischen dem Abschnitt, auf dem die erste Verstärkungsrippe 91 gebildet ist, und der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 vermittelt.
Außerdem überlappt die zweite Verstärkungsrippe 92 auch den zweiten Ausrundungsabschnitt F2, gebildet in einem Abschnitt, auf dem die Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 verbunden sind, in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper 61. Deswegen wird die höhere Steifigkeit als diejenige anderer Abschnitte auch dem Abdeckungskörper 61, der zwischen dem Abschnitt, auf dem die zweite Verstärkungsrippe 92 gebildet ist, und der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 vermittelt.
Deshalb ist es gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel möglich, sogar wenn die Zentrifugalkraft einwirkend durch Rotation des Turbinenrotors 31 auf den Abdeckungskörper 61 des Abschnitts auf dem die erste Verstärkungsrippe 91 und die zweite Verstärkungsrippe 92 gebildet sind, anwächst, ein Auftreten von Verformung, wie z. B. Verdrehung im Abdeckungskörper 61 aufgrund der Zentrifugalkraft zu unterdrücken.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden. In der zweiten Ausführungsform sind die gleichen konstituierenden Elemente wie diejenigen in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die detaillierte Beschreibung dieser wird nicht geliefert.
Eine Turbinenschaufel 40B, dargestellt in 5, ist eine Schaufel der Endstufe, wie in der Turbinenschaufel 40A der ersten Ausführungsform, aber weist nur eine erste Verstärkungsrippe 91 als den Verstärkungsabschnitt 90 auf und weist keine zweite Verstärkungsrippe (92) der ersten Ausführungsform auf.
Gemäß einer Struktur der Turbinenschaufel 40B kann in einigen Fällen die Spannung am Fußabschnitt des Abdeckungskörpers 61 ansteigen, insbesondere nur auf der Saugseiten-51-Seite des Schaufelkörpers 50. In einem solchen Fall ist es möglich, in geeigneter Art und Weise die Spannung durch Vorsehen nur der ersten Verstärkungsrippe 91 auszuhalten. Außerdem, weil das Gewicht der Abdeckung 60 selbst im Vergleich mit dem Fall, in dem die zweite Verstärkungsrippe 92 vorgesehen ist, reduziert ist, kann der Einfluss der Zentrifugalkraft unterdrückt werden.
Außerdem wird ein modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden.
Eine Turbinenschaufel 40Ba, dargestellt in 6, ist auch eine Schaufel der Endstufe, wie in der Turbinenschaufel 40B der zweiten Ausführungsform. Ein erster Ausrundungsabschnitt F1, der die gleiche Struktur hat wie der des modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform, ist in einem Abschnitt der Turbinenschaufel 40Ba, auf der die Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 und der Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 verbunden sind, vorgesehen. Der erste Ausrundungsabschnitt F1 überlappt die erste Verstärkungsrippe 91 über den Abdeckungskörper 61 (ein Überlappungsabschnitt L1). Weiterhin ist die zweite Verstärkungsrippe (92) nicht an der Turbinenschaufel 40Ba vorgesehen.
Gemäß diesem modifizierten Beispiel, weil die erste Verstärkungsrippe 91 den ersten Ausrundungsabschnitt F1 in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper 62 überlappt, wird eine höhere Steifigkeit als andere Abschnitte dem Abdeckungskörper 61, zwischen dem Abschnitt, in dem die erste Verstärkungsrippe 91 gebildet ist und der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50 vermittelt. Als ein Ergebnis ist es möglich, sogar wenn die Zentrifugalkraft, die auf den Abdeckungskörper 61 des Abschnitts wirkt, in dem die erste Verstärkungsrippe 91 gebildet ist, durch Rotation des Turbinenrotors 31 mit dem Längenzuwachs der Schaufel ansteigt, das Auftreten von Verformungen, wie z. B. Verdrehung in dem Abdeckungskörper 61 aufgrund der Zentrifugalkraft zu unterdrücken.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden. In der dritten Ausführungsform sind die gleichen konstituierenden Elemente wie diejenigen in der Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die detaillierte Beschreibung hiervon wird nicht geliefert werden.
Eine Turbinenschaufel 40C, dargestellt in 7, ist eine Rotorschaufel der Endstufe, wie in der Turbinenschaufel 40A der ersten Ausführungsform, weist aber nur die zweite Verstärkungsrippe 92 als den Verstärkungsabschnitt 90 auf und weist die erste Verstärkungsrippe 91 der ersten Ausführungsform nicht auf.
Gemäß einer Struktur der Turbinenschaufel 40C kann die Spannung am Fußabschnitt des Abdeckungskörpers 61 in einigen Fällen insbesondere nur auf der Druckseiten-52-Seite des Schaufelkörpers 50 ansteigen. In einem solchen Fall kann nur die zweite Verstärkungsrippe 92 vorgesehen sein. Deshalb kann die Verformung des Abdeckungskörpers 61 unterdrückt werden.
Außerdem wird ein modifiziertes Beispiel der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben werden.
Eine Turbinenschaufel 40Ca, dargestellt in 8, ist auch eine Schaufel der Endstufe, wie in der Turbinenschaufel 40C der dritten Ausführungsform. Ein zweiter Ausrundungsabschnitt F2, der die gleiche Struktur hat wie derjenige des modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform, ist in einem Abschnitt der Turbinenschaufel 40Ca vorgesehen, in dem die Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 und die Innenumfangsoberfläche 62 des Abdeckungskörpers 61 verbunden sind. Die zweite Verstärkungsrippe 92 überlappt den zweiten Ausrundungsabschnitt F2 über den Abdeckungskörper 61 (ein Überlappungsabschnitt L2). Die Turbinenschaufel 40Ca ist nicht mit der ersten Verstärkungsrippe (91) ausgestattet.
Gemäß diesem modifizierten Beispiel wird, weil der zweite Ausrundungsabschnitt F2 umfänglich die zweite Verstärkungsrippe 92 über den Abdeckungskörper 62 überlappt, die höhere Steifigkeit als diejenige anderer Abschnitte dem Abdeckungskörper 61 zwischen dem Abschnitt, in dem die zweite Verstärkungsrippe 92 gebildet ist, und der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 vermittelt. Als ein Ergebnis ist es, sogar wenn die Zentrifugalkraft, die auf den Abdeckungskörper 61 des Abschnitts wirkt, in dem die zweite Verstärkungsrippe 92 gebildet ist, durch Drehung des Turbinenrotors 31 mit dem Längenzuwachs der Schaufeln ansteigt, möglich, das Auftreten der Verformung, wie z. B. eine Verdrehung im Abdeckungskörper 61 aufgrund der Zentrifugalkraft zu unterdrücken.
Wie oben erwähnt, obwohl die Ausführungsformen dieser Erfindung und der modifizierten Beispiele dieser beschrieben werden, kann diese Erfindung in geeigneter Art und Weise in dem Bereich geändert werden, welcher nicht von der technischen Idee der Erfindung abweicht, ohne hierauf begrenzt zu sein.
Beispielsweise, obwohl der Fall, in dem die einzelne Rippe 80 vorgesehen ist, in jeder oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, kann eine Vielzahl von Rippen 80 vorgesehen sein.
Die erste Verstärkungsrippe 91 kann eine gekrümmte Form entlang der Saugseite 51 des Schaufelkörpers 50, gesehen von der Radialrichtung, haben. Die zweite Verstärkungsrippe 92 kann gesehen in der Radialrichtung eine gekrümmte Raumform entlang der Druckseite 52 des Schaufelkörpers 50 haben.
Die Breitendimensionen (Dimensionen in der Umfangsrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung) der ersten Verstärkungsrippe 91 und der zweiten Verstärkungsrippe 92 können sich von der Vorderendoberfläche 64 zur Hinterendoberfläche 67 ändern. Beispielsweise können die Breitendimensionen graduell ansteigen oder können graduell zur Hinterendoberfläche 67 abfallen.
Die Breitendimensionen der ersten Verstärkungsrippe 91 und der zweiten Verstärkungsrippe 92 können von der Vorderendoberfläche 64 zur Hinterendoberfläche 67 ansteigen und anschließend abfallen. Die Änderung der Breitendimension kann geändert werden, um mit der Abmessung der Dicke des Schaufelkörpers 50 zu korrespondieren (der Umfangsabstand zwischen der Saugseite 51 und der Druckseite 52).
Weiterhin, wie bei den Breitenabmessungen, können die Höhen (Abmessung in der Radialrichtung) der ersten Verstärkungsrippe 91 und der zweiten Verstärkungsrippe 92 geändert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung nur auf die Turbinenschaufel der Endstufe in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen und den modifizierten Beispielen dieser angewendet wird, kann die vorliegende Erfindung auf andere Turbinenschaufeln, anders als in der Endstufe, angewendet werden.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einer Spannung, die in der Abdeckung auftritt, zu wiederstehen, während der Wirkungsgradabfall unterdrückt wird.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
10: Verdichter
11: Verdichterrotor
12: Verdichtergehäuse
13: Verdichtungsschaufelstufe
14: Verdichtungsschaufel
15: Verdichterleitschaufelstufe
16: Verdichterleitschaufel
20: Brennkammer
30: Turbine
31: Turbinenrotor
32: Turbinengehäuse
33: Turbinenschaufelstufe
35: Turbinenleitschaufelstufe
36: Turbinenleitschaufel
40: Turbinenschaufel
40A, 40Aa, 40B, 40Ba, 40C, 40Ca: Turbinenschaufel
50: Schaufelkörper
51: Saugseite
52: Druckseite
53: Vorderkante
54: Hinterkante
60: Abdeckung
61: Abdeckungskörper
62: Innenumfangsoberfläche
63: Außenumfangsoberfläche
64: Vorderendoberfläche
65: Erste Vorderendoberfläche
66: Zweite Vorderendoberfläche
67: Hinterendoberfläche
68: Erste Hinterendoberfläche
69: Zweite Hinterendoberfläche
70: Erste Seitenendoberfläche
71: Erste Frontseitenoberfläche
72: Erste Rückseitenoberfläche
73: Erste Kontaktoberfläche
74: Zweite Seitenendoberfläche
75: Zweite Frontseitenoberfläche
76: Zweite Rückseitenoberfläche
77: Zweite Kontaktoberfläche
80: Rippe
90: Verstärkungsabschnitt
91: Erste Verstärkungsrippe
92: Zweite Verstärkungsrippe
G: Generator
F1: Erster Ausrundungsabschnitt
F2: Zweiter Ausrundungsabschnitt
O: Achse
R: Drehrichtung
P1, P2: Referenzpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017 [0002]

Claims

Eine Turbinenschaufel umfassend: einen Schaufelkörper, bei dem eine Saugseite, die einer Seite in einer Umfangsrichtung zugewandt ist, und eine Druckseite, die der anderen Seite in der Umfangsrichtung zugewandt ist, an einer Vorderkante und einer Hinterkante verbunden sind und welcher sich in einer Radialrichtung erstreckt, und eine Abdeckung, die an einem Außenende vorgesehen ist, welches ein radial äußerer Endabschnitt des Schaufelkörpers ist, wobei die Abdeckung aufweist einen Abdeckungskörper, welcher eine Außenumfangsoberfläche, die radial auswärts weist, eine Vorderendoberfläche, die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Vorderkantenseite des Schaufelkörpers als einem Referenzpunkt erstreckt, eine Hinterendoberfläche, die sich zu beiden Seiten in der Umfangsrichtung mit einer Hinterkantenseite des Schaufelkörpers als einem Referenzpunkt erstreckt, und eine Kontaktoberfläche, die auf beiden Seiten in der Umfangsrichtung vorgesehen ist, aufweist, und einen Verstärkungsabschnitt, der von der Außenumfangsoberfläche vorsteht und sich über die Vorderendoberfläche und die Hinterendoberfläche erstreckt.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei die Vorderendoberfläche eine erste Vorderendoberfläche, die sich von dem Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Vorderendoberfläche, die sich derart erstreckt, dass sie die erste Vorderendoberfläche vom Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung schneidet, aufweist, die Hinterendoberfläche eine erste Hinterendoberfläche, die sich vom Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Hinterendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Hinterendoberfläche von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, aufweist, und der Verstärkungsabschnitt eine erste Verstärkungsrippe aufweist, die sich über die erste Vorderendoberfläche und die erste Hinterendoberfläche erstreckt.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 2, wobei die Abdeckung einen ersten Ausrundungsabschnitt aufweist, welcher an einem Abschnitt gebildet ist, an dem die Saugseite des Schaufelkörpers und eine Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und welcher sich erstreckt, um eine gekrümmte Oberflächenform von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, und die erste Verstärkungsrippe angeordnet ist, um den ersten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper hinweg zu überlappen.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Verstärkungsabschnitt eine zweite Verstärkungsrippe hat, die sich über die zweite Vorderendoberfläche und die zweite Hinterendoberfläche erstreckt.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 4, wobei die Abdeckung einen zweiten Ausrundungsabschnitt aufweist, welcher an dem Abschnitt gebildet ist, an dem die Druckseite des Schaufelkörpers und eine Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und welcher sich erstreckt, um eine gekrümmte Linie von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, und die zweite Verstärkungsrippe derart angeordnet ist, dass sie den zweiten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper überlappt.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei die Vorderendoberfläche eine erste Vorderendoberfläche, die sich von dem Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Vorderendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Vorderendoberfläche vom Referenzpunkt der Vorderkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, aufweist, die Hinterendoberfläche eine erste Hinterendoberfläche, die sich von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der einen Seite in der Umfangsrichtung erstreckt, und eine zweite Hinterendoberfläche, die sich erstreckt, um die erste Hinterendoberfläche von dem Referenzpunkt der Hinterkantenseite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung zu schneiden, aufweist, und der Verstärkungsabschnitt eine zweite Verstärkungsrippe aufweist, die sich über die zweite Vorderendoberfläche und die zweite Hinterendoberfläche erstreckt.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 6, wobei die Abdeckung einen zweiten Ausrundungsabschnitt aufweist, welcher an einem Abschnitt gebildet ist, an dem die Druckseite des Schaufelkörpers und eine Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers verbunden sind, und welche sich erstreckt, um eine gekrümmte Oberflächenform von der Druckseite des Schaufelkörpers zur Innenumfangsoberfläche des Abdeckungskörpers zu bilden, und die zweite Verstärkungsrippe derart angeordnet ist, dass sie den zweiten Ausrundungsabschnitt in der Umfangsrichtung über den Abdeckungskörper überlappt.
Eine Gasturbine umfassend: einen Verdichter, der Luft verdichtet, um Hochdruckluft zu erzeugen, eine Brennkammer, welche die Hochdruckluft verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, welche eine Vielzahl von Schaufelstufen umfasst, in denen eine Vielzahl von Schaufeln in einer Umfangsrichtung angeordnet sind und die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, wobei die Schaufeln einer letzten Schaufelstufe unter der Vielzahl von Schaufelstufen Turbinenschaufeln gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 sind.