DE112018001275T5

DE112018001275T5 - Turbinenschaufel, turbine und verfahren zum kühlen einer turbinenschaufel

Info

Publication number: DE112018001275T5
Application number: DE112018001275.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Otomo
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: KR20190111120A; JP6806599B2; US20200018170A1; DE112018001275B4; CN110382823B; CN110382823A; WO2018163877A1; US11313232B2; KR102269713B1; JP2018150845A

Abstract

Zumindest einer von Turbulatoren ist ein erster Turbulator 41R. Der erste Turbulator 41R umfasst einen ersten Abschnitt 411 und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt hat eine Vorstehhöhe von einer Innenoberfläche 40S, die sich mit einer ersten Änderungsrate entlang einer Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet. Der zweite Abschnitt 412 hat einen Verbindungspunkt PC, an dem ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt 411 verbunden ist, und hat eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche 40S, die sich mit einer zweiten Änderungsrate höher als die erste Änderungsrate entlang der Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel, eine Turbine und ein Verfahren zum Kühlen einer Turbinenschaufel.
Hintergrund
Eine Gasturbine umfasst einen Verdichter, der Hochdruckluft erzeugt, eine Brennkammer, die Verbrennungsgas durch Mischen der Hochdruckluft mit Brennstoff zur Verbrennung erzeugt, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird. Unter diesen Bauteilen umfasst die Turbine einen Rotorhauptkörper, der rotiert wird, eine Vielzahl von Turbinenschaufeln, die an dem Rotorhauptkörper vorgesehen sind, und ein Gehäuse, das den Rotorhauptkörper und die Turbinenschaufeln von der Außenumfangsseite abdeckt, und in dem eine Vielzahl von Turbinenflügeln entlang einer Innenumfangsoberfläche davon vorgesehen sind. Wenn das Verbrennungsgas mit den Turbinenschaufeln kollidiert, wird Energie des Verbrennungsgases in Rotationsenergie des Rotorhauptkörpers umgewandelt. Die Turbinenschaufeln, die sich an der Hochdruckseite befinden, sind dem Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas ausgesetzt, sodass die Turbinenschaufeln gekühlt werden müssen. Eine in Patentliteratur 1 beschriebene Technik ist ein Beispiel einer Technik zum Kühlen der Turbinenschaufeln.
Bei einer in Patentliteratur 1 beschriebenen Vorrichtung ist ein Kühlungsströmungsweg zum Strömen von Kühlluft in der Turbinenschaufel ausgebildet. Eine Vielzahl von Turbulatoren, die in Intervallen in der Strömungsrichtung der Kühlluft ausgerichtet sind, sind in dem Kühlungsströmungsweg vorgesehen. Die Turbulatoren sind Vorsprünge, die an der Innenoberfläche des Kühlungsströmungsweges vorgesehen sind. Um genauer zu sein, haben die Turbulatoren Plattenformen, die sich entlang der Innenoberfläche der Turbinenschaufel erstrecken, die eine Schaufelquerschnittsform haben.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Einzug Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2001-152802
Zusammenfassung
Technisches Problem
Die Turbinenschaufel hat die Konfiguration, in der die Turbulatoren darin in dem Kühlungsströmungsweg vorgesehen sind und die Kühlluft mit den Turbulatoren kollidiert, sodass eine Strömung der Kühlluft verteilt wird. Mit dieser Konfiguration kann eine Wärmeübertragungseffizienz zwischen der Turbinenschaufel und der Kühlluft verbessert werden und die Turbinenschaufel kann effizient gekühlt werden. Die Turbulatoren haben Vorsprungformen, die in dem Weg installiert sind, durch welchen die Kühlluft strömt. Abschnitte mit geringer Festigkeit in den Turbulatoren, die die Vorsprungformen aufweisen, können eine Lebensdauer wie die der Turbinenschaufel verringern. Wenn die Turbulatoren mit geringer Lebensdauer umfasst sind, wird die Lebensdauer wie die der Turbinenschaufel verringert, selbst wenn die Turbulatoren effizient kühlen können.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben erwähnte Problem zu lösen und eine Aufgabe davon ist, eine Turbinenschaufel mit verbesserter Festigkeit, eine Turbine, die die Turbinenschaufel umfasst, und ein Verfahren zum Kühlen einer Turbinenschaufel vorzusehen.
Lösung des Problems
Eine Turbinenschaufel gemäß der folgenden Erfindung umfasst einen Schaufelhauptkörper, der einen Kühlungsströmungsweg, der im Inneren ausgebildet ist und durch den ein Kühlmedium strömt, umfasst, und eine Vielzahl von Turbulatoren, die in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichtet sind, in den Kühlungsströmungsweg von einer Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers hinein vorstehen, und sich in einer Richtung strecken, die die Strömungsrichtung schneide,. Zumindest einer der Turbulatoren ist ein erster Turbulator. Der erste Turbulator umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt hat eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche, die sich mit einer Änderungsrate entlang einer Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet. Der zweite Abschnitt hat einen Verbindungspunkt, an dem ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, und eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche, die sich mit einer zweiten Änderungsrate ändert, die höher als die erste Änderungsrate entlang der Richtung, die die Strömungsrichtung schneidet, ist.
Mit dieser Konfiguration ändert sich die Vorstehhöhe des zweiten Abschnitts von der Innenoberfläche fortschreitend entlang der Strömungsrichtung, sodass an dem Turbulator kein Eckabschnitt ausgebildet ist. Eine Belastungskonzentration an einem Turbulator kann dadurch reduziert werden.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste Änderungsrate des ersten Abschnitts 0 sein.
Mit dieser Konfiguration kann die Belastungskonzentration an dem Turbulator weiter reduziert werden.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorstehhöhe des zweiten Abschnitts mit zunehmender Entfernung von dem ersten Abschnitt abnehmen.
Mit dieser Konfiguration kann die Vorstehhöhe des zweiten Abschnitts mit zunehmender Entfernung von dem ersten Abschnitt abnehmen, sodass die Belastungskonzentration an dem Turbulator weiter reduziert werden kann.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Rand des zweiten Abschnitts an einer Seite gegenüber der Innenoberfläche eine kreisförmige Bogenform ausbilden, die von der Strömungsrichtung betrachtet tangential zu der Innenoberfläche ist.
Mit dieser Konfiguration kann die Belastungskonzentration an dem Turbulator weiter reduziert werden.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des ersten Turbulators in einer gekrümmten Form miteinander verbunden sein.
Mit dieser Konfiguration können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt in einer gekrümmten Form miteinander verbunden sein, und deshalb ist kein Eckabschnitt an dem verbundenen Abschnitt ausgebildet. Die Belastungskonzentration an dem Turbulator kann dadurch reduziert werden.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Turbulator der Turbulator unter den Turbulatoren sein, der sich an einer Position am nächsten zu einer Seite in der Strömungsrichtung befindet.
Es gibt Fälle, in denen eine Aussparung in dem Turbulator ausgebildet ist, der sich an der Position am nächsten zu der einen Seite in der Strömungsrichtung befindet, das heißt, an der am weitesten innenliegenden Seite in der Radialrichtung der Turbine unter den Turbulatoren, wegen Einschränkungen bei einem Herstellungsvorgang. Mit der oben erwähnten Konfiguration kann die Aussparung ausgebildet werden, ohne einen Eckabschnitt an einem Turbulator auszubilden, sodass die Belastungskonzentration an dem Turbulator reduziert werden kann und die Einschränkungen beim Herstellungsvorgang auch erfüllt werden können.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung können zweite Turbulatoren anders als der erste Turbulator unter den Turbulatoren jeweils eine konstante Vorstehhöhe von der Innenoberfläche entlang der Richtung, die die Strömungsrichtung schneidet, haben.
Mit dieser Konfiguration können die zwei Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung können Ränder des ersten Turbulators und von jedem der zweiten Turbulatoren an der Innenoberflächenseite parallel zueinander sein und Ränder des ersten Turbulators und von jedem der zweiten Turbulatoren an einer Seite weiter entfernt von der Innenoberfläche nicht parallel zueinander sein.
Mit dieser Konfiguration können die zweiten Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schaufelhauptkörper eine Vielzahl von Trennwände umfassen, die den Kühlungsströmungsweg in eine Vielzahl von Hohlräumen unterteilen, und beide Enden von jedem der zweiten Turbulatoren anders als der erste Turbulator unter den Turbulatoren mit den Trennwänden, mit der Trennwand und der Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers an einer Vorderrandseite, oder mit der Trennwand und der Innenoberfläche einer Hinterrandseite verbunden sein.
Mit dieser Konfiguration können die zweiten Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schaufelhauptkörper eine Vielzahl von Trennwänden umfassen, die den Kühlungsströmungsweg in eine Vielzahl von Hohlräumen unterteilen, die Trennwände eine erste Trennwand nahe dem ersten Abschnitt und eine zweite Trennwand nahe dem zweiten Abschnitt umfassen, und ein Abstand zwischen der zweiten Trennwand und dem zweitem Abschnitt kann größer sein als ein halber Abstand zwischen der ersten Trennwand und dem Verbindungspunkt.
Mit dieser Konfiguration können die zweiten Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schaufelhauptkörper ein Gaswegflächen-Definitionselement umfassen, das eine Gaswegfläche definiert, welche eine radiale Fläche eines Gaswegs ist. Der zweite Abschnitt kann sich nahe an dem Gaswegflächen-Definitionselement befinden.
Mit dieser Konfiguration können die zweiten Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Schaufelhauptkörper einen anderen Kühlungsströmungsweg umfassen, der keinen ersten Turbulator umfasst, und zumindest ein Abschnitt des Turbulators kann sich in dem anderen Kühlungsströmungsweg an einer Position an einer Innenseite in einer Radialrichtung relativ zu einer Gaswegfläche befinden, welche eine radiale Fläche eines Gaswegs ist.
Mit dieser Konfiguration können die zweiten Turbulatoren den Schaufelhauptkörper ausreichend kühlen.
Bei der Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Vielzahl von Kühllöchern, die den Kühlungsströmungsweg und eine Außenoberfläche verbinden, in zumindest einem Teil des Schaufelhauptkörpers ausgebildet sein, und der erste Turbulator, der an einer Position vorgesehen ist, die mit den Kühllöchern überlappt.
Es gibt Fälle, in denen eine Aussparung in dem Turbulator ausgebildet ist, der an der Position vorgesehen ist, die mit den Kühllöchern überlappt, um den Turbulator und die Kühllöcher am gegenseitigen Beeinflussen zu hindern. Mit der oben erwähnten Konfiguration kann die Aussparung ausgebildet werden, ohne dass ein Eckabschnitt an dem Turbulator ausgebildet ist, sodass die Belastungskonzentration an dem Turbulator reduziert werden kann und die Turbinenschaufel durch die Kühllöcher gekühlt werden kann.
Eine Turbine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotorhauptkörper, der um eine Axiallinie rotiert, die oben beschriebene Turbinenschaufel, die an dem Rotorhauptkörper vorgesehen ist, und ein Gehäuse, das den Rotorhauptkörper von einer Außenumfangsseite abdeckt, um einen Fluidströmungsweg zu bilden. Der erste Abschnitt des ersten Turbulators überlappt mit dem Fluidströmungsweg und zumindest ein Teil von dem zweiten Abschnitt des ersten Turbulators überlappt nicht mit dem Fluidströmungsweg, von der Richtung betrachtet, die die Strömungsrichtung schneidet.
Mit dieser Konfiguration ist nur der erste Abschnitt des Turbulators an einer Position vorgesehen, die mit dem Fluidströmungsweg überlappt. Das heißt, der erste Abschnitt des Turbulators befindet sich an einem Abschnitt, der zwangsgekühlt werden muss, weil der Abschnitt mit dem Fluidströmungsweg überlappt. Der Kühlungseffekt durch den Turbulator kann ausreichend sichergestellt werden und die Belastungskonzentration an dem Turbulator kann reduziert werden.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Kühlen einer Turbinenschaufel. Die Turbinenschaufel umfasst einen Schaufelhauptkörper, der einen Kühlungsströmungsweg umfasst, der im Inneren ausgebildet ist und durch welchen ein Kühlmedium strömt, und eine Vielzahl von Turbulatoren, die in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichtet sind, in den Kühlungsströmungsweg hinein von einer Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers vorstehen, und sich in einer Richtung erstrecken, die die Strömungsrichtung schneidet. Zumindest einer von den Turbulatoren ist ein erster Turbulator. Der erste Turbulator umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt hat eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche, die sich mit einer ersten Änderungsrate entlang einer Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet. Der zweite Abschnitt hat einen Verbindungspunkt, an dem ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, und eine Vorstehhöhe von der Innenseite hat, die sich mit einer zweiten Änderungsrate, die höher ist als die erste Änderungsrate, entlang der Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet. Das Verfahren umfasst ein Kühlen des Schaufelhauptkörpers durch Veranlassen von Kühlluft, durch den Kühlungsströmungsweg zu strömen, und ein Ausführen eines Wärmetauschs zwischen dem Schaufelhauptkörper und der Kühlluft, während eine Strömungsrichtung der Kühlluft durch den ersten Turbulator und zweite Turbulatoren, die andere als der erste Turbulator sind, geändert wird, um die Turbinenschaufel zu kühlen.
Mit diesem Verfahren kann die Festigkeit der Turbinenschaufel ausreichend verbessert werden und die Turbinenschaufel kann effizient gekühlt werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann eine Turbinenschaufel und eine Turbine vorsehen, die ausreichende Festigkeit aufweisen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer Turbine gemäß einer jeden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer Turbinenschaufel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine andere Querschnittansicht, die die Konfiguration der Turbinenschaufel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines ersten Turbulators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines zweiten Turbulators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer Turbinenschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Beschreibung der Ausführungsformen

Erste Ausführungsform
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, und wenn es eine Vielzahl von Ausführungsformen gibt, umfasst die vorliegende Erfindung Kombinationen der Ausführungsformen.
Wie in 1 dargestellt umfasst eine Gasturbine 100 gemäß der Ausführungsform einen Verdichter 1, der Hochdruckluft erzeugt, eine Brennkammer 2, die Verbrennungsgas durch Mischen der Hochdruckluft mit Brennstoff zur Verbrennung erzeugt, und eine Turbine 3, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
Der Verdichter 1 umfasst einen Verdichterrotor 11, der um eine Axiallinie Am rotiert, und ein Verdichtergehäuse 12, das den Verdichterrotor 11 von der Außenumfangsseite abdeckt. Der Verdichterrotor 11 hat eine Säulenform, die sich entlang der Axiallinie Am erstreckt. Eine Vielzahl von Verdichterschaufelstufen 13, die in Intervallen in der Richtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, sind an der Außenumfangsoberfläche des Verdichterrotors 11 vorgesehen. Jede vom den Verdichterschaufelstufen 13 hat eine Vielzahl von Verdichterschaufeln 14, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, an den Außenumfangsoberflächen des Verdichterrotors 11.
Das Verdichtergehäuse 12 hat eine zylindrische Form um die Axiallinie Am als Mitte. Eine Vielzahl von Verdichterschaufelstufen 15, die in Intervallen in der Richtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, sind an der Innenumfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12 vorgesehen. Diese Verdichterflügelstufen 15 sind abwechselnd mit den oben erwähnten Verdichterschaufelstufen 13 ausgerichtet, von der Richtung der Axiallinie Am betrachtet. Jede von den Verdichterflügelstufen 15 hat eine Vielzahl von Verdichterflügeln 16, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, an der Innenumfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12.
Die Brennkammer 2 ist zwischen dem oben erwähnten Verdichtergehäuse 12 und einem Turbinengehäuse 32 vorgesehen, welches später beschrieben werden wird. Die Hochdruckluft, die durch den Verdichter 1 erzeugt wird, wird durch Mischen mit dem Brennstoff in der Brennstoffkammer 2 vorgemischtes Gas. Eine Verbrennung des vorgemischten Gases in der Brennkammer 2 erzeugt Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas. Das Verbrennungsgas wird in das Turbinengehäuse 32 geleitet, um die Turbine 3 anzutreiben.
Die Turbine 3 umfasst einen Turbinenrotor 31, der um die Axiallinie Am rotiert, und das Turbinengehäuse 32, das den Turbinenrotor 31 von der Außenumfangsseite abdeckt. Der Turbinenrotor 31 hat eine Säulenform, die sich entlang der Axiallinie Am erstreckt. Eine Vielzahl von Turbinenschaufelstufen 33, die in Intervallen in der Richtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, sind an der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors 31 vorgesehen. Jede von den Turbinenschaufelstufen 33 hat eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 34, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, an der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors 31. Der Turbinenrotor 31 ist mit dem oben erwähnten Verdichterrotor 11 in der Richtung der Axiallinie Am integral gekoppelt, um einen Gasturbinenrotor 101 zu bilden.
Das Turbinengehäuse 32 hat eine zylindrische Form um die Axiallinie Am als eine Mitte. Eine Vielzahl von Turbinenflügelstufen 35, die in Intervallen in der Richtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, sind an der Innenumfangsoberfläche des Turbinengehäuses 32 vorgesehen. Diese Turbinenflügelstufen 35 sind abwechselnd mit den oben erwähnten Turbinenschaufelstufen 33 ausgerichtet, von der Richtung der Axiallinie Am betrachtet. Jede von den Turbinenflügelstufen 35 hat eine Vielzahl von Turbinenflügeln 36, die in Intervallen in der Umfangsrichtung der Axiallinie Am ausgerichtet sind, an den Umfangsoberfläche des Turbinengases 32. Das Turbinengas 32 ist mit dem oben erwähnten Verdichtergehäuse 12 in der Richtung der Axiallinie Am gekoppelt, um ein Gasturbinengehäuse 102 zu bilden. Das heißt, der oben erwähnte Gasturbinenrotor 101 kann um die Axiallinie Am herum in dem Gasturbinengehäuse 102 integral rotieren. Ein Fluidströmungsweg A, der sich entlang der Axiallinie Am erstreckt, ist zwischen dem Gasturbinengehäuse 102 und dem Gasturbinenrotor 101 ausgebildet. Arbeitsfluid, wie beispielsweise die oben erwähnte verdichtete Luft und Verbrennungsgas, strömt entlang dem Fluidströmungsweg A. Die meisten Teile der Verdichterschaufeln 14 und der Turbinenschaufeln 34, die Endabschnitte davon an der Außenseite in der Radialrichtung umfassen, sind in den Fluidströmungsweg A hinein ausgesetzt.
Nachfolgend wird die detaillierte Konfiguration der Turbinenschaufeln 34 beschrieben werden. Nachstehend werden die Turbinenschaufeln 34, unter den Turbinenschaufelstufen 33, von der zweiten und nachfolgenden Turbinenschaufelstufen 33 von der Stromaufseite beschrieben werden.
Jede Turbinenschaufel 34 erstreckt sich entlang der Radialrichtung der Axiallinie Am von der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors 31. Wie in den 2 und 3 dargestellt hat die Turbinenschaufel 34 eine Schaufelquerschnittsform, von der Radialrichtung der Axiallinie Am betrachtet. Genauer gesagt hat die Turbinenschaufel 34 einen zylindrischen Schaufelhauptkörper 40, der sich in der Radialrichtung erstreckt, und eine Blattform P, die als ein Glaswegflächen-Definitionselement dient, das den Schaufelhauptkörper 40 von der Innenseite in der Radialrichtung trägt. Als das Gaswegflächen-Definitionselement kann eine innere Verkleidung oder eine äußere Verkleidung des Turbinenflügels 36 anstatt der Blattform P angewendet werden. Die Innenseite des Schaufelhauptkörpers 40 der Turbinenschaufel 34 ist in eine Vielzahl von Hohlräumen aufgeteilt. Eine Vielzahl von Turbulatoren 41 sind im Inneren der Hohlräume der Turbinenschaufel 34 ausgebildet. Die Plattform P definiert eine Gaswegfläche G als eine Fläche von dem Fluidströmungsweg A an der Außenseite in der Radialrichtung.
Von beiden Endabschnitten des Schaufelhauptkörpers 40 in der Richtung der Axiallinie Am ist ein Vorderrand 40L, der ausgebildet ist, um einen gekrümmten Querschnitt zu haben, der Stromaufseite zugewandt, welches eine Seite in der Richtung der Axiallinie Am ist. Ein Hinterrand 40T des Schaufelhauptkörpers 40 an der Seite, die dem Vorderrand 40L gegenüberliegt, ist der Stromabseite zugewandt, welches die andere Seite in der Richtung der Axiallinie Am ist.
Die Innenseite des Schaufelhauptkörpers 40 ist durch vier Trennwände 42, 43, 44, 45 in fünf Hohlräume aufgeteilt. In der folgenden Beschreibung können die Hohlräume als ein erster Hohlraum C1, ein zweiter Hohlraum C2, ein dritter Hohlraum C3, ein vierter Hohlraum C4, und ein fünfter Hohlraum C5 in der Reihenfolge von der Seite des Vorderrands 40L zu der Seite des Hinterrands 40T des Schaufelhauptkörpers 40 bezeichnet werden. Die Hochdruckluft, die von dem Verdichter 1 zugeführt wird, strömt als die Kühlluft in den ersten Hohlraum C1, den zweiten Hohlraum C2, den dritten Hohlraum C3, den vierten Hohlraum C4 und den fünften Hohlraum C5. Das heißt, der erste Hohlraum C1, der zweite Hohlraum C2, der dritte Hohlraum C3, der vierte Hohlraum C4 und der fünfte Hohlraum C5 funktionieren als ein Kühlungsströmungsweg F zum Kühlen der Turbinenschaufel. Wie in 3 dargestellt steht der zweite Hohlraum C2 mit dem dritten Hohlraum C3 an einem Außenseitenabschnitt in der Radialrichtung in Verbindung.
Die Turbulatoren 41 sind an einer Innenwandoberfläche des Kühlungsströmungswegs F vorgesehen, das heißt, an einer Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40. Die Turbulatoren 41 sind in Intervallen entlang der Strömungsrichtung der Kühlluft in dem Kühlungsströmungsweg F ausgerichtet. Jeder von den Turbulatoren 41 hat eine Plattenform, die von der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 vorsteht und sich in die Richtung erstreckt, die die Strömungsrichtung der oben erwähnten Kühlluft schneidet. Die Turbulatoren 41 sind integral mit dem Schaufelhauptkörper 40 durch Gießen ausgebildet. Die Turbulatoren 41 sind abwechselnd an der Bauchseite (Stirnseite an der Stromabseite der Verbrennungsgasströmung) und der Rückseite (Stirnseite an der Stromaufseite der Verbrennungsgasströmung) des Schaufelhauptkörpers 40 vorgesehen. Das heißt, die Turbulatoren 41 an der Bauchseite und die Turbulatoren 41 an der Rückseite in dem Schaufelhauptkörper 40 überlappen nicht miteinander in der Radialrichtung (Schaufellängenrichtung) der Gasturbine. An der Innenoberfläche 40S ist kein Turbulator 41 an der Rückseite des Schaufelhauptkörpers 40 an einer Position vorgesehen, an welcher der Turbulator 41 an der Bauchseite davon in der Radialrichtung der Gasturbine vorgesehen ist. An der Innenoberfläche 40 S ist an der Bauchseite des Schaufelhauptkörpers 40 an einer Position kein Turbulator 41 vorgesehen, an der der Turbulator 41 an der Rückseite davon in der Radialrichtung der Gasturbine vorgesehen ist.
Turbulatoren an einer Innendurchmesserseite (erste Turbulatoren) 41R, die sich an der am weitesten innenliegenden Seite in der Radialrichtung unter den Turbulatoren 41 befinden, weisen Formen auf, die sich von den anderen Turbulatoren (zweiten Turbulatoren) 41A unterscheiden. 4 stellt den Turbulator der Innendurchmesserseite 41R, der im zweiten Hohlraum C2 vorgesehen ist, in einer vergrößerten Weise dar. 4 stellt den Fall dar, in dem der Turbulator der Innendurchmesserseite 41R an der unteren Seite vorgesehen ist, in der Zeichnung als die Rückseite der Turbinenschaufel dar. Es sei darauf hingewiesen, dass die Turbinenschaufel 34 mit Turbulatoren an einer Innendurchmesserseite 41Ra an der Bauchseite der Turbinenschaufel vorgesehen sein kann. Die Turbinenschaufel 34 in 4 umfasst keinen Turbulator einer Innendurchmesserseite 41Ra, und ist deshalb mit einer Linie bezeichnet, die abwechselnd lange und zwei kurze Striche hat. Die Turbinenschaufel 34 kann mit einem von oder beiden von den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R und den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41Ra abhängig von einem Anordnungsintervall und Anordnungspositionen der Turbulatoren vorgesehen sein. Der Turbulator der Innendurchmesserseite 41Ra hat grundsätzlich die gleiche Konfiguration wie die des Turbulators der Innendurchmesserseite 41R, ausgenommen eine Anordnungsposition davon.
Wie in 4 dargestellt hat jeder Turbulator der Innendurchmesserseite 41R einen ersten Abschnitt 411, der eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 hat, die sich mit einer ersten Änderungsrate ändert, und einen zweiten Abschnitt 412, der eine Vorstehhöhe hat, die sich mit einer zweiten Änderungsrate entlang der Richtung ändert, die die Strömungsrichtung der Kühlluft schneidet. Die zweite Änderungsrate ist höher als die erste Änderungsrate. Die Änderungsrate ist eine Rate, bei der sich die Vorstehhöhe in einer vorbestimmten Länge ändert. Bei der Ausführungsform ist die erste Änderungsrate 0. Das heißt, der erste Abschnitt 411 hat die konstante Vorstehhöhe von der Innenoberfläche 40S. Es sei darauf hingewiesen, dass die erste Änderungsrate nicht 0 muss, sondern gleich oder größer als 0 sein kann. Ein Endabschnitt des ersten Abschnitts 411 in der Erstreckungsrichtung (Richtung, die die Strömungsrichtung der Kühlluft schneidet) wird mit einem Abschnitt der Innenoberfläche 40S in Kontakt gebracht, die die Trennwand ausgestaltet, und der andere Endabschnitt davon wird mit dem zweiten Abschnitt 412 in Kontakt gebracht. Der erste Abschnitt 411 kann mit einem Abschnitt der Innenoberfläche 40 S in Kontakt gebracht werden, die den Vorderrand oder den Hinterrand ausgestaltet. Die Vorstehhöhe des ersten Abschnitts 411 von der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 ist konstant. Der Turbulator der Innendurchmesserseite 41Ra hat ebenfalls einen ersten Abschnitt 411a und einen zweiten Abschnitt 412a.
Ein Endabschnitt des zweiten Abschnitts 412 wird mit dem ersten Abschnitt 411 mit einem Verbindungspunkt PC in Kontakt gebracht, der dazwischen eingefügt ist. Ein Endabschnitt des zweiten Abschnitts 412a wird ebenfalls mit dem ersten Abschnitt 411a mit einem Verbindungspunkt PCa in Kontakt gebracht, der dazwischen eingefügt ist. Die Vorstehhöhe des zweiten Abschnitts 412 nimmt fortschreitend mit zunehmender Entfernung von dem ersten Abschnitt in die Erstreckungsrichtung ab. Die Vorstehhöhen der zweiten Abschnitte 412 von den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R, die in den jeweiligen Hohlräumen vorgesehen sind, nehmen fortschreitend von der einen Seite zu der anderen Seite in der Richtung der Axiallinie Am ab oder zu. Bei der Ausführungsform nehmen die Vorstehhöhen der zweiten Abschnitte 412 von den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R, die in dem ersten Hohlraum C1 und dem dritten Hohlraum C3 vorgesehen sind, fortschreitend von der einen Seite zu der anderen Seite in der Richtung der Axiallinie Am zu. Die Vorstehhöhen der zweiten Abschnitte 412 von den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R, die an dem zweiten Hohlraum C2, dem vierten Hohlraum C4 und dem fünften Hohlraum C5 vorgesehen sind, nehmen fortschreitend von der einen Seite zu der anderen Seite in der Richtung der Axiallinie Am ab. Das Beispiel von 4 stellt die Konfiguration des Turbulators der Innendurchmesserseite 41R dar, der in dem zweiten Hohlraum C2 vorgesehen ist.
Der zweite Abschnitt 412 ist kontinuierlich mit dem ersten Abschnitt 411 mit einer gleichmäßigen Krümmung verbunden. Das heißt, der zweite Abschnitt 412 ist in der Richtung gekrümmt, die nahe zu der Innenoberfläche 40S gebracht wird, wenn der Endabschnitt des zweiten Abschnitts 412 an der Seite des ersten Abschnitts 411 weiter von dem ersten Abschnitt 411 entfernt wird. Der Endabschnitt des zweiten Abschnitts 412 an der Seite des Hinterrands 40T ist mit der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 mit einer kontinuierlichen Krümmung verbunden. Genauer gesagt bildet der Rand des zweiten Abschnitts 412 (das heißt, der Rand davon an der weiter von der Innenoberfläche 40S entfernten Seite) eine Kreisbogenform aus, die tangential zu der Innenoberfläche 40S ist. Mit anderen Worten ist der zweite Abschnitt 412 in der Richtung gekrümmt, von der er fortschreitend mit der Innenoberfläche 40S in Kontakt gebracht wird, wenn der zweite Abschnitt 412 näher an der Seite der Trennwand 43 von dem ersten Abschnitt 411 ist, und dann ändert sich die Krümmungsrichtung an einem Wendepunkt 41C als Grenze und der zweite Abschnitt 412 ist in der Richtung gekrümmt, von der er tangential zu der Innenoberfläche 40S ist. Demgemäß hat der Turbulator der Innendurchmesserseite 41R keinen Eckabschnitt von der Seite des Vorderrands 40L zu der Seite des Hinterrands 40T. Wenn die Länge des Turbulators der Innendurchmesserseite 40R in die Richtung der Axiallinie Am α ist, ist die Länge des zweiten Abschnitts 412 gleich oder kleiner als 0,3α, und weiter bevorzugt kleiner oder größer als 0,1α und gleich oder kleiner als 0,2α. Wenn die Trennwand 42 nahe zu dem ersten Abschnitt 411 eine erste Trennwand 42 ist und die Trennwand 43 nahe an dem zweiten Abschnitt 412 eine zweite Trennwand 43 ist, ist ein Abstand L2 zwischen der zweiten Trennwand 43 und dem Verbindungspunkt PC des zweiten Abschnitts 412 größer eingestellt als der halbe Abstand L1 zwischen der ersten Trennwand 42 und dem Verbindungspunkt PC.
Beide Endabschnitte der Turbulatoren 41A anders als die Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R in der Erstreckungsrichtung (Richtung, die die Strömungsrichtung der Kühlluft schneidet) sind mit Abschnitten der Innenoberfläche 40S in Kontakt gebracht, die die Trennwände und Abschnitte der Innenoberfläche 40S ausgestalten, die den Vorderrand oder den Hinterrand ausgestalten. Genauer gesagt verbinden die Turbulatoren 41A, die in dem ersten Hohlraum C1 vorgesehen sind, die Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 an der Seite des Vorderrands 40R und die Trennwand 42. Die Turbulatoren 41A, die in dem zweiten Hohlraum C2 vorgesehen sind, verbinden die Trennwand 42 und die Trennwand 43. Die in dem dritten Hohlraum C3 angeordneten Turbulatoren 41A verbinden die Trennwand 43 und die Trennwand 44. Die in dem vierten Hohlraum C4 angeordneten Turbulatoren 41A verbinden die Trennwand 44 und die Trennwand 45. Die in dem fünften Hohlraum C5 vorgesehenen Turbulatoren 41A verbinden die Trennwand 45 und die Innenoberfläche 40S an der Seite des Vorderrands 40T.
Die Turbulatoren 41A anders als die Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41A in der Ausführungsform haben die konstanten Vorstehhöhen von der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 über den gesamten Bereich in der Erstreckungsrichtung der Turbulatoren 41A. Das heißt, die Turbulatoren 41R haben die konstanten Vorstehhöhen über die gesamte Schaufellängenrichtung der Turbinenschaufel 34 in den Abteilungen des ersten Hohlraums C1, des zweiten Hohlraums C2, des dritten Hohlraums C3, des vierten Hohlraums C4 und des fünften Hohlraums C5. Mit anderen Worten haben die anderen Turbulatoren 41A die konstanten Vorstehhöhen von der Innenoberfläche S über den gesamten Bereich der Erstreckungsrichtung der Außenoberfläche 40R des Schaufelhauptkörpers 40. Die hierin bezeichnete konstante Vorstehhöhe gibt eine im Wesentlichen konstante Vorstehhöhe an und kann leichte Herstellungsmängel und dergleichen aufweisen. Es ist ausreichend, dass die anderen Turbulatoren 41A die im Wesentlichen konstanten Vorstehhöhen haben, und die Vorstehhöhen davon können an Endabschnitten davon variieren, an denen Abweichungen der Innenoberfläche dazu neigen, zu variieren. Außerdem sind die Ränder des Turbulators der Innendurchmesserseite 41R und der anderen Turbulatoren 41A an der Seite der Innenoberfläche 40S parallel zueinander und die Ränder davon an der Seite entfernt von der Innenoberfläche 40S sind nicht parallel zueinander.
Der größte Teil der Turbinenschaufel 34, der den Endabschnitt davon an der Außenseite nach der Radialrichtung umfasst, ist in den Fluidströmungsweg A hinein ausgesetzt, durch welchen das Arbeitsfluid strömt. Das heißt, der Großteil der Turbinenschaufel 34 befindet sich an der Außenseite in der Radialrichtung relativ zu der Gaswegfläche G. In 3 befindet sich der Arbeitsströmungsweg A in einem Bereich an der Außenseite in der Radialrichtung der Axiallinie Am relativ zu einer gestrichelten Linie. Genauer gesagt überlappen nur die ersten Abschnitte 411 des Turbulators der Innendurchmesserseite 41R mit dem Fluidströmungsweg A und die zweiten Abschnitte 412 davon finden sich an der Innenseite in der Radialrichtung relativ zu dem Fluidströmungsweg A von der Richtung (Radialrichtung der Axiallinie Am) betrachtet, die die Strömungsrichtung der Kühlluft schneidet. Die zweiten Abschnitte 412 an der Seite, die gegenüber den Wendepunkten 41C liegen, sind nahe an der Gaswegfläche G der Plattform P. Die Turbinenschaufel 34 kann einen anderen Kühlströmungsweg umfassen, der keinen ersten Turbulator R umfasst. In diesem Fall könnte zumindest ein Abschnitt des anderen Turbulators 41A zu der Innenseite in der Radialrichtung relativ zu der Gasströmungsfläche G ausgesetzt werden.
Beim Ausgestalten der Turbulatoren 41 in der Turbinenschaufel 34 wird im Allgemeinen Präzisionsguss verwendet. Aus dem Gesichtspunkt eines Sicherstellens einer Kühlleistung sind alle Turbulatoren 41 bevorzugt kontinuierlich von der Seite des Vorderrands 40L zu der Seite des Hinterrands 40T ausgebildet. Jedoch kann es schwierig sein, einige Turbulatoren 41 kontinuierlich von der Seite des Vorderrands 40L zu der Seite des Hinterrands 40T aufgrund Beschränkungen an der Form eines Kerns auszubilden, der zum Gießen verwendet wird. Wenn es schwierig ist, die Turbulatoren 41 kontinuierlich auszubilden, sind im Allgemeinen Aussparungen, die lineare Eckabschnitte R haben, im Allgemeinen an den Turbulatoren 41 (Teil, das durch gestrichelte Linien in 4 angegeben ist) vorgesehen. Jedoch wird, wenn die oben erwähnten Aussparungen ausgebildet werden, die die Eckabschnitte haben, Belastung an den Eckabschnitten R durch die Zentrifugalkraft mit Hochgeschwindigkeitsrotation des Rotors konzentriert. Somit können korrespondierende Teile im Vergleich zu den anderen Turbulatoren in der Festigkeit verringert werden.
Auf der anderen Seite haben in der Turbinenschaufel 34 gemäß der Ausführungsform die zweiten Abschnitte 412 der Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R die Vorstehhöhen von der Innenoberfläche 40S, die sich fortschreitend entlang der Strömungsrichtung ändern. Deshalb ist an den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R kein Eckabschnitt R ausgebildet. Die Belastungskonzentration an den Turbulatoren 41 kann dadurch reduziert werden. Das heißt, die Konstruktionsfestigkeit der Turbinenschaufel 34 kann ausreichend sichergestellt werden.
Bei der oben erwähnten Konfiguration haben die zweiten Abschnitte 412 die Kreisbogenformen, die tangential zu der Innenoberfläche 40S sind, von der Strömungsrichtung betrachtet. Mit dieser Konfiguration kann die Belastungskonzentration an den Turbulatoren an der Innendurchmesserseite 41R weiter reduziert werden.
Bei der oben erwähnten Konfiguration sind die ersten Abschnitte 411 und die zweiten Abschnitte 412 der Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R in der gekrümmten Form verbunden. Mit dieser Konfiguration sind die ersten Abschnitte 411 und die zweiten Abschnitte 412 in der gekrümmten Form ausgebildet und deshalb ist kein Eckabschnitt an den verbundenen Abschnitten ausgebildet. Die Belastungskonzentration an den Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R kann dadurch reduziert werden.
Bei der oben erwähnten Konfiguration haben die Turbulatoren 41 (Turbulatoren der Innendurchmesserseite 41R) unter den Turbulatoren 41, die sich an den Positionen befinden, die nahe an der einen Seite in der Strömungsrichtung befinden, die ersten Abschnitte 411 und die zweiten Abschnitte 412.
Es gibt Fälle, in denen Aussparungen in den Turbulatoren 41 ausgebildet sind, die sich an den Positionen nahe an der einen Seite in der Strömungsrichtung befinden, das heißt, an der am weitesten innenliegenden Seite in der Radialrichtung der Turbine 3 unter den Turbulatoren 41, wegen Beschränkungen auf einen Herstellungsvorgang. Mit der oben erwähnten Konfiguration können die Aussparungen ohne Ausbilden eines Eckabschnitts an den Turbulatoren 41 ausgebildet werden, sodass die Belastungskonzentration an den Turbulatoren 41 reduziert werden kann und die Beschränkungen auf den Herstellungsvorgang können ebenfalls bedient werden.
Bei der oben erwähnten Konfiguration sind nur die ersten Abschnitte 411 der Turbulatoren 41 an den Positionen vorgesehen, die mit dem Fluidströmungsweg A überlappen. Das heißt, die ersten Abschnitte 411, die die größeren Vorstehhöhen haben als die zweiten Abschnitte befinden sich in Abschnitten, die zwangsgekühlt werden müssen, weil die Abschnitte mit dem Arbeitsfluid in dem Fluidströmungsweg A in Kontakt gebracht werden. Mit dieser Konfiguration kann der Kühlungseffekt durch den Turbulator 41 ausreichend hergestellt werden und die Belastungskonzentration an den Turbulatoren 41 kann durch die zweiten Abschnitte 412 reduziert werden.
Wie oben beschrieben wurde die erste Ausführungsform der folgenden Erfindung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen an der oben beschriebenen Konfiguration ausgeführt werden können ohne sich von dem Kern der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu 6 beschrieben werden. Wie in 6 dargestellt sind in der Ausführungsform eine Vielzahl von Kühllöchern 50 in dem Schaufelhauptkörper 40 der Turbinenschaufel 34 ausgebildet. Unter den Turbulatoren 41 haben die Turbulatoren 41, die sich an Positionen befinden, die mit den Kühllöchern 50 überlappen, die oben erwähnten ersten Abschnitte 411 und zweiten Abschnitte 412.
Genauer gesagt durchdringen die Kühllöcher 50 die Innenoberfläche 40S und die Außenoberfläche 40R des Schaufelhauptkörpers 40. Mit den Kühllöchern 50 wird ein Teil der Kühlluft, die in dem Kühlungsströmungsweg F strömt, von der Seite der Innenoberfläche 40S zu der Seite der Außenoberfläche 40R durch die Kühllöcher 50 ausgestoßen. Die ausgestoßene Kühlluft strömt entlang der Außenoberfläche 40R, um dadurch die Turbinenschaufel 34 jedenfalls von der Seite der Außenoberfläche 40R zu kühlen.
Die Turbulatoren 41 sind ebenfalls an Positionen an der Seite der Innenoberfläche 40S vorgesehen, die mit den Positionen der Kühllöchern 50 korrespondieren. Beeinflussung zwischen den Turbulatoren 41 und den Kühllöchern 50 muss deshalb vermieden werden. Üblicher Weise wird der Einfluss zwischen den Turbulatoren 41 und den Kühllöchern 50 durch Vorsehen von Aussparungen vermieden, die lineare Eckabschnitte an den Turbulatoren 41 haben. Jedoch wird, wenn die oben erwähnten Aussparungen ausgebildet werden, die die Eckabschnitte haben, Belastung an den Eckabschnitten durch die Zentrifugalkraft mit hoher Rotationsgeschwindigkeit des Rotors konzentriert. Damit können die korrespondierenden Teile in ihrer Festigkeit verringert werden.
Im Gegensatz dazu haben in der Turbinenschaufel 34 gemäß der Ausführungsform die Turbulatoren, die sich an den Positionen befinden, die zu den Kühllöchern 50 korrespondieren, die oben erwähnten ersten Abschnitte 411 und zweiten Abschnitte 412. Die Vorstehhöhen der zweiten Abschnitte 412 von der Innenoberfläche 40S ändert sich fortschreitend entlang der Richtung, die die Strömungsrichtung schneidet, sodass kein Eckabschnitt an den Turbulatoren 41 ausgebildet ist. Die Belastungskonzentration an den Turbulatoren 41 kann dadurch reduziert werden. Das heißt, die Belastungskonzentrationen an den Turbulatoren 41 kann reduziert werden und die Turbinenschaufel 34 kann durch die Kühllöcher 50 gekühlt werden.
Wie oben beschrieben wurde die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu der Zeichnung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen an'der oben geschriebenen Konfiguration ausgeführt werden können, ohne sich von dem Kern der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Wie in der oben erwähnten ersten Ausführungsform können die ersten Abschnitte 411 und die zweiten Abschnitte 412 mit gleichmäßigen Krümmungen beispielsweise verbunden werden. Die Endabschnitte der zweiten Abschnitte 412 an der Seite des Hinterrands 40T kann mit der Innenoberfläche 40S des Schaufelhauptkörpers 40 mit einer kontinuierlichen Krümmung verbunden werden. Genauer gesagt bilden die Ränder des zweiten Abschnitts 412 (das heißt die Ränder an der Seite entfernt von der Innenoberfläche 40S) Kreisbogenformen aus, die tangential zu der Innenoberfläche sind. Mit anderen Worten haben die Turbulatoren 41 keinen Eckabschnitt von der Seite des Vorderrands 40R zu der Seite des Hinterrands 40T.
Bezugszeichenliste

100: Gasturbine
1: Verdichter
2: Brennkammer
3: Turbine
11: Verdichterrotor
12: Verdichtergehäuse
13: Verdichterschaufelstufe
14: Verdichterschaufel
15: Verdichterflügelstufe
16: Verdichterflügel
31: Turbinenrotor
32: Turbinengehäuse
33: Turbinenschaufelstufe
34: Turbinenschaufel
35: Turbinenflügelstufe
36: Turbinenflügel
40: Schaufelhauptkörper
40L: Vorderrand
40R: Außenoberfläche
40S: Innenoberfläche
40T: Hinterrand
41: Turbulator
41R: Turbulator einer Innendurchmesserseite
42,43,44,45: Trennwand
50: Kühlloch
411: erster Abschnitt
412: zweiter Abschnitt
C1: erster Hohlraum
C2: zweiter Hohlraum
C3: dritter Hohlraum
C4: vierter Hohlraum
C5: fünfter Hohlraum
A: Fluidströmungsweg
Am: Axiallinie
G: Glaswegfläche
P: Plattform

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 2001152802 [0004]

Claims

Eine Turbinenschaufel mit: einem Schaufelhauptkörper, der einen Kühlungsströmungsweg umfasst, der im Inneren ausgebildet ist und durch den ein Kühlmedium strömt, und einer Vielzahl von Turbulatoren, die in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichtet sind, in den Kühlungsströmungsweg von einer Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers hinein vorstehen, und sich in einer Richtung erstrecken, die die Strömungsrichtung schneidet, wobei zumindest einer von den Turbulatoren ein erster Turbulator ist, und der erste Turbulator einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche hat, die sich mit einer ersten Änderungsrate entlang einer Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet, wobei der zweite Abschnitt einen Verbindungspunkt hat, an dem ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, und eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche hat, die sich mit einer zweiten Änderungsrate ändert, die höher als die erste Änderungsrate entlang der Richtung, die die Strömungsrichtung schneidet, ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1, wobei die erste Änderungsrate des ersten Abschnitts 0 ist.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorstehhöhe des zweiten Abschnitts mit zunehmender Entfernung von dem ersten Abschnitt abnimmt.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Rand des zweiten Abschnitts an einer Seite gegenüber der Innenoberfläche eine kreisförmige Bogenform ausbildet, die von der Strömungsrichtung betrachtet tangential zu der Innenoberfläche ist.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des erste Turbulators in einer gekrümmten Form miteinander verbunden sind.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Turbulator der Turbulator unter den Turbulatoren ist, der sich an einer Position am nächsten zu einer Seite in der Strömungsrichtung befindet.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweiten Turbulatoren anders als der erste Turbulator unter den Turbulatoren jeweils eine konstante Vorstehhöhe von der Innenoberfläche entlang der Richtung, die die Strömungsrichtung schneidet, haben.
Die Turbinenschaufel gemäß Anspruch 7, wobei Ränder des ersten Turbulators und von jedem der zweiten Turbulatoren an der Innenoberflächenseite parallel zueinander sind und Ränder des ersten Turbulators und von jedem der zweiten Turbulatoren an einer Seite weiter entfernt von der Innenoberfläche nicht parallel zueinander sind.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schaufelhauptkörper eine Vielzahl von Trennwänden umfasst, die den Kühlungsströmungsweg in eine Vielzahl von Hohlräumen unterteilen, und beide Enden von jedem der zweiten Turbulatoren anders als der erste Turbulator unter den Turbulatoren mit den Trennwänden, mit der Trennwand und der Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers an einer Vorderrandseite, oder mit der Trennwand und der Innenoberfläche an einer Hinterrandseite verbunden sind.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schaufelhauptkörper eine Vielzahl von Trennwänden umfasst, die den Kühlungsströmungsweg in eine Vielzahl von Hohlräumen unterteilen, die Trennwände eine erste Trennwand nahe dem ersten Abschnitt und eine zweite Trennwand nahe dem zweiten Abschnitt umfassen, und ein Abstand zwischen der zweiten Trennwand und dem zweiten Abschnitt größer ist als ein halber Abstand zwischen der ersten Trennwand und dem Verbindungspunkt.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schaufelhauptkörper ein Gaswegflächen-Definitionselement umfasst, das eine Gaswegfläche definiert, welche eine radiale Fläche eines Gaswegs ist, und der zweite Abschnitt sich nahe an dem Gaswegflächen-Definitionselement befindet.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schaufelhauptkörper einen anderen Kühlungsströmungsweg umfasst, der keinen ersten Turbulator umfasst, und zumindest ein Abschnitt des Turbulators sich in dem anderen Kühlungsströmungsweg an einer Position an einer Innenseite in einer Radialrichtung relativ zu einer Gaswegfläche befindet, welche eine radiale Fläche eines Gaswegs ist.
Die Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Vielzahl von Kühllöchern, die den Kühlungsströmungsweg und eine Außenoberfläche verbinden, in zumindest einem Teil des Schaufelhauptkörpers ausgebildet sind, und der erste Turbulator der Turbulator ist, der an einer Position vorgesehen ist, die mit den Kühllöchern überlappt.
Eine Turbine mit: einem Rotorhauptkörper, der um eine Axiallinie rotiert, der Turbinenschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die an dem Rotorhauptkörper vorgesehen ist, und einem Gehäuse, das den Rotorhauptkörper von einer Außenumfangsseite abdeckt, um einen Fluidströmungsweg zu bilden, wobei der erste Abschnitt des ersten Turbulators mit dem Fluidströmungsweg überlappt und zumindest ein Teil von dem zweiten Abschnitt des ersten Turbulators nicht mit dem Fluidströmungsweg überlappt, von der Richtung betrachtet, die die Strömungsrichtung schneidet.
Ein Verfahren zum Kühlen einer Turbinenschaufel, wobei die Turbinenschaufel umfasst: einen Schaufelhauptkörper, der einen Kühlungsströmungsweg umfasst, der im Inneren ausgebildet ist und durch welchen ein Kühlmedium strömt, und eine Vielzahl von Turbulatoren, die in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichtet sind, in den Kühlungsströmungsweg von einer Innenoberfläche des Schaufelhauptkörpers hinein vorstehen, und sich in einer Richtung erstrecken, die die Strömungsrichtung schneidet, zumindest einer von den Turbulatoren ein erster Turbulator ist, wobei der erste Turbulator einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt, der eine Vorstehhöhe von der Innenoberfläche hat, die sich mit einer ersten Änderungsrate entlang einer Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet, wobei der zweite Abschnitt einen Verbindungspunkt hat, an dem ein Ende des zweiten Abschnitts mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, und eine Vorstehhöhe von der Innenseite hat, die sich mit einer zweiten Änderungsrate, die höher ist als die erste Änderungsrate, entlang der Richtung ändert, die die Strömungsrichtung schneidet, wobei das Verfahren aufweist: Kühlen des Schaufelhauptkörpers durch Veranlassen von Kühlluft, durch den Kühlungsströmungsweg zu strömen, und Ausführen eines Wärmeaustauschs zwischen dem Schaufelhauptkörper und der Kühlluft, während eine Strömungsrichtung der Kühlluft durch den ersten Turbulator und zweite Turbulatoren, die andere als der erste Turbulator sind, geändert wird, um die Turbinenschaufel zu kühlen.