DE112020001010T5

DE112020001010T5 - Turbinenschaufel, herstellungsverfahren für turbinenschaufel und gasturbine

Info

Publication number: DE112020001010T5
Application number: DE112020001010.4T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Hatta; Keita Takamura; Susumu Wakazono; Takashi Fujii; Hiroyuki Otomo; Yosuke Mukai; Kazuhisa Tamura; Takaaki Oda; Hiroshi Kawasaki; Hiroyuki Kishihara
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN113661305A; US11905848B2; WO2020246413A1; KR20210129170A; KR102630916B1; US20220170376A1

Abstract

Es wird eine Turbinenschaufel, ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine bereitgestellt. In der Turbinenschaufel mit einem Kühldurchgang, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung vorgesehen ist, umfasst der Kühldurchgang: ein erstes Kühlloch, das ein Ende umfasst, das sich zu einem vorderen Ende öffnet, und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist; und ein zweites Kühlloch, das ein Ende umfasst, das mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, und einen Innendurchmesser aufweist, der zu einem Basisende zunimmt. Eine Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, beträgt 40% bis 60% einer Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel, wie etwa eine Rotorschaufel und eine Leitschaufel, die auf eine Gasturbine angewendet werden, ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel und eine Gasturbine mit der Turbinenschaufel.
Hintergrund
Eine Gasturbine umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Verdichter verdichtet Luft, die von einem Lufteinlass angesaugt wird, um verdichtete Luft mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu sein. Die Brennkammer führt der verdichteten Luft Brennstoff zu, um das Gemisch zu verbrennen, und erzeugt ein Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck. Die Turbine wird durch das Verbrennungsgas angetrieben, und treibt einen Energiegenerator an, der koaxial daran gekoppelt ist.
Es ist bekannt, dass ein Kühldurchgang im Inneren einer Turbinenschaufel, wie etwa einer Rotorschaufel und einer Leitschaufel, einer Gasturbine vorgesehen ist, und bewirkt wird, dass ein Kühlmittel bzw. ein Kühlfluid durch den Kühldurchgang strömt, um die Turbinenschaufel zu kühlen, die einer Gasströmung mit hoher Temperatur ausgesetzt ist. Beispielsweise offenbart die folgende Patentschrift 1 einen Artikel, in dem eine Vielzahl von Kühllöchern vorgesehen ist, durch die ein Kühlmedium zu einem Schaufelteil entlang der Längsrichtung strömt, wobei die Kühllöcher durch den Schaufelteil verlaufen, und die Kühllöcher einen Teil mit großem Durchmesser, einen Teil mit mittlerem Durchmesser und einen Teil mit kleinem Durchmesser, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, umfassen, um die Schaufel bis zu einem Vorderendabschnitt der Schaufel in ausreichendem Maße zu kühlen. Die folgende Patentschrift 2 offenbart einen Artikel, in dem eine Vielzahl von Kühldurchgängen vorgesehen ist, durch die Kühlluft zu einem Schaufelteil entlang der Längsrichtung strömt, wobei die Kühldurchgänge durch den Schaufelteil verlaufen, und die Durchmesser der Kühldurchgänge in einer vorderen und einer hinteren Richtung des Schaufelteils geändert werden.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2009-167934
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2012-203100

Zusammenfassung
Technisches Problem
In der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Turbinenschaufel sind der Teil mit großem Durchmesser, der Teil mit mittlerem Durchmesser und der Teil mit kleinem Durchmesser, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, durch Anordnen eines Strömungsdurchgang-Änderungsteils an zumindest einem Punkt in der Längsrichtung des Kühllochs angeordnet. Allerdings besteht das Problem, dass, wenn der Strömungsdurchgang-Änderungsteil, dessen Durchmesser geändert wird, an einer vorbestimmten Position in der Längsrichtung des Kühllochs angeordnet ist, eine Belastungskonzentration in dem Strömungsdurchgang-Änderungsteil bewirkt wird, woraus eine Beschädigung der Turbinenschaufel resultieren kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, um eine Turbinenschaufel zum Verbessern einer Kühlleistung durch effizientes Kühlen der Schaufel bereitzustellen, und um eine Gasturbine und ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel bereitzustellen, durch das die Turbinenschaufel effizient hergestellt werden kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe umfasst eine Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kühldurchgang, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung vorgesehen ist. Der Kühldurchgang umfasst ein erstes Kühlloch, das ein Ende umfasst, das sich zu einem vorderen Ende öffnet, und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist; und ein zweites Kühlloch, das ein Ende umfasst, das mit einem anderen Ende des ersten Kühllochs ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, und einen Innendurchmesser aufweist, der zu einem Basisende zunimmt. Eine Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, beträgt 40% bis 60% einer Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende.
Ferner umfasst eine Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Kühldurchgängen, die entlang einer Schaufelhöhenrichtung vorgesehen und in Abständen in einer vorderen und hinteren Richtung der Schaufel angeordnet sind. Der Kühldurchgang umfasst einen ersten Kühldurchgang, der ein Kühlloch mit einem Innendurchmesser umfasst, der mit einem ersten Erweiterungsverhältnis von einem vorderen Ende zu einem Basisende zunimmt; und einen zweiten Kühldurchgang, der ein Kühlloch mit einem Innendurchmesser umfasst, der konstant ist oder mit einem zweiten Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, von dem vorderen Ende zu dem Basisende zunimmt.
Ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: Ausbilden eines ersten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung, wobei das erste Kühlloch einen Innendurchmesser aufweist, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung von einem vorderen Ende zu einem Basisende der Turbinenschaufel konstant ist; und Ausbilden eines zweiten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird, so dass das zweite Kühlloch mit dem ersten Kühlloch ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, wobei das zweite Kühlloch einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt. Eine Länge von einem Ende des ersten Kühllochs an einem vorderen Ende der Turbinenschaufel zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, beträgt 40% bis 60% einer Länge von einem Ende des ersten Kühllochs zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende der Turbinenschaufel.
Ferner ist ein Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen entlang einer Schaufelhöhenrichtung, die in Abständen in einer vorderen und hinteren Richtung einer Schaufel angeordnet sind. Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte: Ausbilden eines ersten Kühldurchgangs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von einem vorderen Ende zu einem Basisende der Turbinenschaufel eingestellt wird, wobei der erste Kühldurchgang einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung um ein erstes Erweiterungsverhältnis zunimmt; und Ausbilden eines zweiten Kühldurchgangs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Turbinenschaufel eingestellt wird, wobei der zweite Kühldurchgang einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist oder um ein zweites Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, zunimmt.
Eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verdichter, der konfiguriert ist, um Luft zu verdichten; eine Brennkammer, die konfiguriert ist, um von dem Verdichter verdichtete Luft mit Brennstoff zu mischen und ein resultierendes Gemisch zu verbrennen; und eine Turbine, die konfiguriert ist, um unter Verwendung eines von der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgases eine Rotationsenergie zu erhalten. Die Turbine umfasst die vorstehend erwähnte Turbinenschaufel.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit der Turbinenschaufel, dem Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel, und der Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kühlleistung durch effizientes Kühlen der Schaufel verbessert werden, und die Turbinenschaufel kann effizient hergestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Gasturbine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Rotorschaufel als eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrolytische Bearbeitungsvorrichtung darstellt.
4 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären eines Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Diagramm, das einen Stromwert mit Bezug auf eine Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in einem Durchgang von einem Kühlloch darstellt.
6 ist ein Diagramm, das eine Bearbeitungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in einem Durchgang von dem Kühlloch darstellt.
7 ist ein Diagramm, das einen Stromwert mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in zwei Durchgängen von dem Kühlloch darstellt.
8 ist ein Diagramm, das die Bearbeitungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in zwei Durchgängen von dem Kühlloch darstellt.

9 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären einer ersten Modifikation des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel.
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein elektrolytisches Bearbeitungswerkzeug darstellt.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären einer zweiten Modifikation des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel.
12 ist ein schematisches Diagramm, das das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug darstellt.
13 ist ein Diagramm, das ein Kühlloch-Erweiterungsverhältnis mit Bezug auf eine Stromzufuhrzeit darstellt.
14 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Rotorschaufel als eine Turbinenschaufel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
15 ist ein schematisches Diagramm, das eine Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen in einer Schaufelhöhenrichtung darstellt.
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Rotorschaufel als eine Turbinenschaufel gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel darstellt.
17 ist ein schematisches Diagramm, das eine Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen in der Schaufelhöhenrichtung darstellt.
18 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Rotorschaufel als eine Turbinenschaufel gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt.
19 ist ein schematisches Diagramm, das eine Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen in der Schaufelhöhenrichtung darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist auf die Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. In einem Fall, in dem eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen vorliegt, können die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Die Bestandteilselemente der Ausführungsbeispiele umfassen ein für den Fachmann leicht vorstellbares Bestandteilselement, ein im Wesentlichen gleiches Bestandteilselement sowie ein so genanntes Äquivalent.
Erstes Ausführungsbeispiel
Gasturbine
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Gasturbine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass eine Mittelachse eines Rotors der Gasturbine O ist, eine Richtung, in der sich die Achse O erstreckt, eine Axialrichtung Da ist, eine Radialrichtung des Rotors orthogonal zu der Achse O des Rotors eine Schaufelhöhenrichtung Dh ist, und eine auf der Achse O des Rotors zentrierte Umfangsrichtung eine Umfangsrichtung Dc ist.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, wie in 1 dargestellt, umfasst eine Gasturbine 10 einen Verdichter 11, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13. Die Gasturbine 10 ist mit einem Energiegenerator (nicht dargestellt) koaxial gekoppelt und kann elektrische Energie durch den Energiegenerator erzeugen.
Der Verdichter 11 umfasst einen Lufteinlass 20 zum Ansaugen von Luft. Eine Einlassleitschaufel (IGV: „inlet guide vane“) 22 ist im Inneren einer Verdichtergehäusekammer 21 angeordnet, eine Vielzahl von Leitschaufeln 23 und Rotorschaufeln 24 sind in der Axialrichtung Da alternierend angeordnet, und eine Entlüftungskammer 25 ist außen angeordnet. Die Brennkammer 12 kann der verdichteten Luft, die durch den Verdichter 11 verdichtet ist, Brennstoff zuführen und entzünden, wodurch das Gemisch verbrannt wird.
In der Turbine 13 ist eine Vielzahl von Leitschaufeln 27 und Rotorschaufeln 28 in der Axialrichtung Da im Inneren einer Turbinengehäusekammer 26 alternierend angeordnet. In der Turbinengehäusekammer 26 ist eine Abgaskammer 30 an einer stromabwärtigen Seite über eine Abgasgehäusekammer 29 vorgesehen, und die Abgaskammer 30 umfasst einen Abgasdiffusor 31, der sich zu der Turbine 13 fortsetzt.
Ein Rotor 32 ist angeordnet, um durch zentrale Teile des Verdichters 11, der Brennkammer 12, der Turbine 13 und der Abgaskammer 30 zu verlaufen. Ein Endteil auf Seiten des Verdichters 11 des Rotors 32 wird durch ein Lager 33 auf eine rotierbare Weise getragen, und ein Endteil auf Seiten der Abgaskammer 30 wird durch ein Lager 34 auf eine rotierbare Weise getragen. Der Rotor 32 ist durch Stapeln einer Vielzahl von Scheiben befestigt, auf denen die jeweiligen Rotorschaufeln 24 in dem Verdichter 11 montiert sind, und durch Stapeln einer Vielzahl von Scheiben befestigt, auf denen die jeweiligen Rotorschaufeln 28 in der Turbine 30 montiert sind. Eine Antriebswelle des Energiegenerators (nicht dargestellt) ist mit einem Endteil auf Seiten der Abgaskammer 30 des Rotors 32 gekoppelt.
In der Gasturbine 10 wird die Verdichtergehäusekammer 21 des Verdichter 11 durch einen Fußteil 35 getragen, die Turbinengehäusekammer 26 der Turbine 13 wird durch einen Fußteil 36 getragen, und die Abgaskammer 30 wird durch einen Fußteil 37 getragen.
Somit passiert Luft, die von dem Lufteinlass 20 des Verdichters 11 angesaugt wird, die Einlassleitschaufel 22, die Leitschaufeln 23 und die Rotorschaufeln 24, und wird verdichtet, um verdichtete Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck zu werden. Die Brennkammer 12 führt der verdichteten Luft einen vorbestimmten Brennstoff zu und verbrennt das Gemisch. Ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck als ein durch die Brennkammer 12 erzeugtes Arbeitsmittel bzw. Arbeitsfluid passiert die Leitschaufeln 27 und die Rotorschaufeln 28, die die Turbine 13 bilden, um den Rotor 32 anzutreiben und zu rotieren, und treibt den mit dem Rotor 32 gekoppelten Energiegenerator an. Andererseits wird das Verbrennungsgas, das die Turbine 13 angetrieben hat, in die Atmosphäre als ein Rauchgas freigesetzt.
Turbinenschaufel
Im Folgenden wird die Rotorschaufel 28 als die Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Rotorschaufel als die Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Rotorschaufel 28 einen Schaufelteil 41, eine Plattform 42 und einen Schaufelfußteil 43. Der Schaufelteil 41 weist eine lange Form entlang einer Schaufelhöhenrichtung Dh auf, und ein vorderes Ende 41a weist eine konisch verlaufende Form mit Bezug auf ein Basisende 41b auf. In der Plattform 42 stellen Oberflächen 42a und 42b Gaswegoberflächen dar, und das Basisende 41b des Schaufelteils 41 ist ganzheitlich mit den Oberflächen 42a und 42b verbunden. Der Schaufelfußteil 43 weist eine so genannte Weihnachtsbaumform bei Betrachtung aus der Axialrichtung Da auf und ist mit einer Rückfläche 42c der Plattform 42 ganzheitlich verbunden. Der Schaufelfußteil 43 ist an einem Außenumfangsteil des Rotors 32 befestigt (s. 1).
In der Rotorschaufel 28 ist eine Vielzahl von Kühldurchgängen 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Der Kühldurchgang 50 umfasst ein basisendseitiges Kühlloch 51, einen Hohlraumteil 52, ein erstes Kühlloch 53 und ein zweites Kühlloch 54.
Ein Ende des basisendseitigen Kühllochs 51 ist zu einem Basisende der Rotorschaufel 28 geöffnet, d.h., ein Basisende 43a des Schaufelfußteils 43. Das basisendseitige Kühlloch 51 ist entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen und weist einen Innendurchmesser D1 auf, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist. Der Hohlraumteil 52 ist in der Plattform 42 (oder dem Schaufelfußteil 43) vorgesehen. Der Hohlraumteil 52 steht mit dem anderen Endteil des basisendseitigen Kühllochs 51 in Verbindung. Ein Innendurchmesser D2 des Hohlraumteils 52 ist größer als der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51.
Ein Ende des ersten Kühllochs 53 ist zu dem vorderen Ende der Rotorschaufel 28 geöffnet, d.h., das Basisende 41b des Schaufelteils 41. Das erste Kühlloch 53 ist entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen und weist einen Innendurchmesser D3 auf, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist. Ein Ende des zweiten Kühllochs 54 steht mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 in Verbindung, und das andere Ende desselben steht mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung. Ein Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54 nimmt von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu. In diesem Fall weist das zweite Kühlloch 54 eine konisch verlaufende Form derart auf, dass der Innendurchmesser von einem Ende zu dem Basisende kontinuierlich zunimmt.
Der Innendurchmesser D2 des Hohlraumteils 52 ist größer als der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51, der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51 ist größer als ein maximaler Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54, und ein minimaler Innendurchmesser D3 des zweiten Kühllochs 54 entspricht dem Innendurchmesser D4 des ersten Kühllochs 53. Der Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54 nimmt von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu, und ein Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs 54 ist gleich oder größer als 100% und kleiner als 200%. Das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs 54 ist vorzugsweise gleich oder größer als 100% und kleiner als 175%. Hier ist das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis ein Erweiterungsverhältnis des Innendurchmessers an dem anderen Ende mit Bezug auf den Innendurchmesser an einem Ende des zweiten Kühllochs 54.
Das erste Kühlloch 53 ist in einem Gebiet A1 an dem vorderen Ende 41a des Schaufelteils 41 ausgebildet, und das zweite Kühlloch 54 ist in einem Gebiet A2 an dem Basisende 41b des Schaufelteils 41 ausgebildet. Unter der Annahme, dass eine Länge entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh, die durch Kombinieren des ersten Kühllochs 53 mit dem zweiten Kühlloch 54 erhalten ist, L(A1+A2) lautet, beträgt eine Länge von einem Ende des ersten Kühllochs (das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41) zu einer Position B, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Gaswegoberfläche an dem Basisende. Die Länge von einem Ende des ersten Kühllochs zu der Position B, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, beträgt also 40% bis 60% einer Länge L von dem vorderen Ende 41a zu der Oberfläche 42b an einer Vorderkante entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh.
Hier ist das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41 eine Position einer Endfläche an dem vorderen Ende entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh. In einer Struktur, in der eine Spanabdeckung an dem vorderen Ende 41a des Schaufelteils 41 angeordnet ist, stellt das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41 eine Position der Gaswegoberfläche auf der Spanabdeckung dar. Das Basisende 41b des Schaufelteils 41 stellt eine Position einer Endfläche an dem Basisende entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh sowie Positionen der Oberflächen 42a und 42b als die Gaswegoberflächen der Plattform 42 dar. In einem Fall, in dem die Länge entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 definiert ist, stellt die Länge eine Länge an einer Seite des vorderen Endes 41a und eine Oberfläche 43b als eine Position auf der Vorderkante (rechte Seite in 2) des Schaufelteils 41 dar.
Kühlluft wird einem Basisendteil der Rotorschaufel 28 zugeführt und verläuft durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53, um nach außen ausgestoßen zu werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rotorschaufel 28 durch die Kühlluft gekühlt, die durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53 verläuft. Zu diesem Zeitpunkt strömt die Kühlluft zunächst durch das basisendseitige Kühlloch 51 und den Hohlraumteil 52, um die Plattform 42 und den Schaufelfußteil 43 zu kühlen, und strömt dann durch das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53, um den Schaufelteil 41 zu kühlen.
Typischerweise ist die Kriechfestigkeit der Rotorschaufel 28 in der Nähe der Mitte in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 am Höchsten. Allerdings strömt die Kühlluft durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53 in dieser Reihenfolge, um die Rotorschaufel 28 zu kühlen, so dass die Kühlluft, dessen Temperatur durch Kühlen der Plattform 42 und des Schaufelfußteils 43 angehoben wird, den Schaufelteil 41 kühlt. Demgemäß wird es schwierig, eine mittlere Position in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 mit einer hohen Wärmelast effizient zu kühlen.
Somit nimmt in dem ersten Ausführungsbeispiel der Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54, das an einer Position in der Nähe der Plattform 42 angeordnet ist, zu, während der Innendurchmesser D3 des ersten Kühllochs 53, das an der mittleren Position in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 angeordnet ist, abnimmt. Um zu bewirken, dass das erste Kühlloch 53 mit dem zweiten Kühlloch 54 ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, wird der Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54 zwischen dem ersten Kühlloch 53 und dem Hohlraumteil 52 kontinuierlich geändert.
Die dem Basisendteil der Rotorschaufel 28 zugeführte Kühlluft wird durch das basisendseitige Kühlloch 51 in den Hohlraumteil 52 eingeführt und strömt aus dem Hohlraumteil 52 zu dem zweiten Kühlloch 54 und dem ersten Kühlloch 53, um nach außen ausgestoßen zu werden. An diesem Punkt sind die Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 und des Hohlraumteils 52 größer als die des zweiten Kühllochs 54 und des ersten Kühllochs 53, so dass eine Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft gering ist.
Andererseits nimmt der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 zu dem ersten Kühlloch 53 graduell ab, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft graduell zunimmt, und die Kühlluft strömt in das erste Kühlloch 53 mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit. Somit wird die Strömungsgeschwindigkeit der von einem Verbindungsteil des zweiten Kühllochs 54 und des ersten Kühllochs 53 zu dem ersten Kühlloch 53 maximal, und die Kühlluft mit einer geringeren Temperatur wird von dem zweiten Kühlloch 54 dem ersten Kühlloch 53 zugeführt. Demgemäß kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende des Schaufelteils 41 effizient gekühlt werden.
Herstellungsverfahren für Turbinenschaufel
Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren für die Rotorschaufel 28 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden des Kühldurchgangs 50 in der Rotorschaufel 28. 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine elektrolytische Bearbeitungsvorrichtung darstellt, und 4 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 3 dargestellt, umfasst eine elektrolytische Bearbeitungsvorrichtung 100 eine Vielzahl von elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugen 101 zum Ausbilden der Kühldurchgänge 50 in der Rotorschaufel 28, einen Bewegungsmechanismus 102 zum Fortbewegen des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 und einen Führungsteil 103 zum Führen des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 zum Zeitpunkt eines Fortbewegens des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101.
Der Bewegungsmechanismus 102 fährt das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 mit Bezug auf die Rotorschaufel 28 vor und zurück. Der Bewegungsmechanismus 102 ist an dem vorderen Ende 41a des Schaufelteils 41 in der Rotorschaufel 28 angeordnet, und ist konfiguriert, um in der Lage zu sein, mit Bezug auf das vordere Ende 41a vor und zurück zu fahren.
Der Bewegungsmechanismus 102 verwendet beispielsweise eine Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt), um das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 vor und zurück zu fahren.
Der Bewegungsmechanismus 102 umfasst eine Vielzahl von Greifteilen 104 zum Greifen eines Basisendes 110b (s. 4) des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 auf einer Oberfläche an dem vorderen Ende 41a der Rotorschaufel 28. Der Greifteil 104 weist eine zylindrische Form auf, dessen innerer Teil hohl ist, und kann das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 3101 greifen, wenn das Basisende 110b des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in ein Ende in der Axialrichtung eingeführt wird. Das andere Ende des Greifteils 104 steht mit einem Strömungsdurchgang einer elektrolytischen Lösung (nicht dargestellt) in Verbindung, und eine elektrolytische Lösung W (s. 4) wird dem Inneren des Greifteils 104 über den Strömungsdurchgang einer elektrolytischen Lösung zugeführt. Eine Zufuhrgröße der elektrolytischen Lösung W kann durch eine Strömungsraten-Steuervorrichtung (nicht dargestellt) optional eingestellt werden. Als die elektrolytische Lösung W werden beispielsweise Schwefelsäure, Salpetersäure, eine Kochsalzlösung und dergleichen verwendet.
Der Führungsteil 103 ist zwischen dem
Bewegungsmechanismus 102 und dem vorderen Ende 41a der Rotorschaufel 28 angeordnet, und führt das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101, das durch den Bewegungsmechanismus 102 vor- und zurückgefahren wird, um in einer vorbestimmten Fortbewegungsrichtung mit Bezug auf das vordere Ende 41a der Rotorschaufel 28 bewegt zu werden. In dem Führungsteil 103 ist eine Vielzahl von Führungslöchern 105 ausgebildet, um zu bewirken, dass die Seite des Bewegungsmechanismus 102 mit der Seite der Rotorschaufel 28 in Verbindung steht. Das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 wird in jedes der Führungslöcher 105 von dem Bewegungsmechanismus 102 zu der Rotorschaufel 28 eingeführt. Wenn das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 durch den Bewegungsmechanismus 102 in diesem Zustand fortbewegt wird, kann das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 an einer gewünschten Position an dem vorderen Ende 41a der Rotorschaufel 28 und mit einem gewünschten Winkel mit Bezug auf das vordere Ende 41a in Abhängigkeit von einer Anordnung des Führungslochs 105 eingeführt werden.
Im Folgenden wird das elektrolytische
Bearbeitungswerkzeug 101 beschrieben. Das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bildet den Kühldurchgang 50 in der Rotorschaufel 28 durch elektrolytische Bearbeitung aus. Wie in 4 dargestellt, umfasst das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 einen Werkzeughauptkörper 110 mit einer Elektrode 111 und einer Isolationsschicht 112, die die Elektrode 111 von einem Außenumfang bedeckt, und mit einer zylindrischen Form als ein Ganzes.
Die Elektrode 111 des Werkzeughauptkörpers 110 weist eine zylindrische Form auf, die sich entlang der Achse O erstreckt, und ist aus einem leitfähigen Material mit einer Flexibilität, wie etwa beispielsweise Edelstahl, Kupfer, oder Titan gebildet. Ein hohler Abschnitt im Inneren der Elektrode 111 (innerer Teil der Elektrode 111) steht mit einem hohlen Abschnitt des Greifteils 104 des Bewegungsmechanismus 102 in Verbindung (s. 3). Aufgrund dessen wird bewirkt, dass die elektrolytische Lösung W, die für eine elektrolytische Bearbeitung verwendet wird, durch die Elektrode 111 von dem Basisende 110b (die Seite des Bewegungsmechanismus 102) des Werkzeughauptkörpers 110 zu einem vorderen Ende 110a (die Rotorschaufel 28) strömt.
Eine Endfläche der Elektrode 111 an dem vorderen Ende 110a weist eine flache Form orthogonal zu der Achse O oder eine konisch verlaufende Form auf. Die Elektrode 111 weist eine zylindrische Form in dem ersten Ausführungsbeispiel auf, aber sie kann beispielsweise eine winkelförmige, zylindrische Form mit einem polygonalen Querschnitt aufweisen.
Die Isolationsschicht 112 des Werkzeughauptkörpers 110 ist beispielsweise aus einem polyesterbasierten Harz und dergleichen mit einer elektrischen Isolationseigenschaft gebildet, an einer Außenumfangsfläche der Elektrode 111 ummantelt, und eine Endfläche der Elektrode 111 an dem vorderen Ende 110a ist nicht mit der Isolationsschicht 112 bedeckt, so dass die Elektrode 111 frei liegt.
In der vorstehend beschriebenen elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung 100 wird die elektrolytische Lösung W, die durch das Innere der Elektrode 111 durch das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 strömt, aus dem vorderen Ende 110a des Werkzeughauptkörpers 110 herausgelassen. Dann wird zwischen der Endfläche des vorderen Endes 110a des Werkzeughauptkörpers 110 und einer Innenfläche des Kühldurchgangs 50 der Rotorschaufel 28 über die herausgelassene elektrolytische Lösung W Energie erzeugt, die Rotorschaufel 28 wird elektrolysiert, und der Kühldurchgang 50 wird tiefer zu der O-Achsenrichtung bearbeitet.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Kühldurchgang 50 in der Rotorschaufel 28 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54, und der Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54 nimmt von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zum Ausbilden des basisendseitigen Kühllochs 51, des Hohlraumteils 52, des ersten Kühllochs 53 und des zweiten Kühllochs 54, die den Kühldurchgang 50 bilden, verwendet. 5 ist ein Diagramm, das einen Stromwert mit Bezug auf eine Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in einem Durchgang des Kühllochs darstellt, und 6 ist ein Diagramm, das eine Bearbeitungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in einem Durchgang des Kühllochs darstellt.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zum Ausbilden des Kühldurchgangs 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh durch elektrolytische Bearbeitung von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 verwendet, und umfasst einen Schritt zum Ausbilden des ersten Kühllochs 53 mit einem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist, durch elektrische Bearbeitung, während ein Stromwert und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende konstant gehalten werden, und einen Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem ersten Kühlloch 53 geändert wird.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst einen Schritt zum Ausbilden des basisendseitigen Kühllochs 51 mit dem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem Basisende konstant gehalten werden, und einen Schritt zum Ausbilden des Hohlraumteils 52, dessen Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, durch elektrolytische Bearbeitung, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit auf eine im Voraus eingestellte minimale Bearbeitungsgeschwindigkeit an einem Endteil des basisendseitigen Kühllochs 51 verringert wird, so dass das zweite Kühlloch 54 mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung steht.
Zunächst wird also das elektrolytische
Bearbeitungswerkzeug 101 von dem Basisende zu dem vorderen Ende der Rotorschaufel 28 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung 100 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um durch elektrolytische Bearbeitung das basisendseitige Kühlloch 51 auszubilden, dessen Innendurchmesser ungeändert und konstant ist. Dann wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 verringert, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, oder das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 wird gestoppt, um den Hohlraumteil 52, dessen Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, durch elektrolytische Bearbeitung auszubilden.
Anschließend wird das erste Kühlloch 53, dessen Innendurchmesser unverändert und konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, indem das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 bewegt wird, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Letztlich wird das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, indem das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem Endteil des ersten Kühllochs 53, das in der Rotorschaufel 28 ausgebildet ist, zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 bewegt wird, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird. Somit können das erste Kühlloch 53 und das konisch verlaufende zweite Kühlloch 54 in dem Schaufelteil 41 der Rotorschaufel 28 ohne einen Höhenunterschied an dem Verbindungsteil ausgebildet werden.
Insbesondere wird, wie in 5 dargestellt, bis zu einer Bearbeitungsentfernung L1 korrespondierend zu dem Gebiet A1, das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um das erste Kühlloch 53 auszubilden, dessen Innendurchmesser konstant ist. Dann wird, bis zu einer Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu einem Gebiet A1+A2, das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt, während der Stromwert zunimmt, um das zweite Kühlloch 54 auszubilden, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt. Alternativ wird, wie in 6 dargestellt, nach einem Ausbilden des ersten Kühllochs 53, bis zu der Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2, das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert wird, um das zweite Kühlloch 54 auszubilden, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt. An diesem Punkt kann eine Änderungsrate zum Ändern des Stromwerts oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Form des zweiten Kühllochs 54 in geeigneter Weise eingestellt werden. Zum Zeitpunkt eines Bewegens des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101, um das zweite Kühlloch 54 auszubilden, nimmt eine elektrolytische Bearbeitungsgröße graduell zu, so dass ein bei der Bearbeitung erzeugtes Wasserstoffgas zunehmen kann, und die Ausstoßleistung von Schlamm bzw. Schlick verschlechtert werden kann. Somit nimmt vorzugsweise die Strömungsgeschwindigkeit der elektrolytischen Lösung W graduell zu.
Bei dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs 54 durch elektrolytische Bearbeitung ist es vorzuziehen, das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung auszubilden, indem das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt wird, während der Stromwert auf dem Maximum konstant gehalten und die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird. Indem der Stromwert auf dem Maximum konstant gehalten wird, kann eine große Bearbeitungsgröße sichergestellt werden, und eine Bearbeitungszeit kann verkürzt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 in das Gebiet A2 bewegt, um das zweite Kühlloch 55 durch elektrolytische Bearbeitung in einem Durchgang auszubilden, nachdem das erste Kühlloch 53 durch elektrolytische Bearbeitung durch Bewegen des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in das Gebiet A1 ausgebildet wurde. Allerdings ist das Ausführungsbeispiel darauf nicht beschränkt. 7 ist ein Diagramm, das den Stromwert mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in zwei Durchgängen des Kühllochs darstellt, und 8 ist ein Diagramm, das die Bearbeitungsgeschwindigkeit mit Bezug auf die Bearbeitungsentfernung zum Zeitpunkt einer Bearbeitung in zwei Durchgängen des Kühllochs darstellt.
Wie in 7 dargestellt, wird bis zu der Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2, das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um das erste Kühlloch 53, dessen Innendurchmesser konstant ist, und ein zweites Basiskühlloch in dem ersten Durchgang auszubilden. Dann wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von der Bearbeitungsentfernung L1 korrespondierend zu dem Gebiet A1 zu der Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2 bewegt, während der Stromwert zunimmt, um das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt, in dem zweiten Durchgang auszubilden. Alternativ wird, wie in 8 dargestellt, bis zu der Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2, das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um das erste Kühlloch 53, dessen Innendurchmesser konstant ist, und das zweite Basiskühlloch in dem ersten Durchgang auszubilden. Dann wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von der Bearbeitungsentfernung L1 korrespondierend zu dem Gebiet A1 zu der Bearbeitungsentfernung L2 korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2 bewegt, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit abnimmt, um das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt, in dem zweiten Durchgang auszubilden. Ein Außendurchmesser der Elektrode des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in dem zweiten Durchgang entspricht dem Außendurchmesser der Elektrode des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in dem ersten Durchgang. Der Außendurchmesser der Elektrode des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in dem zweiten Durchgang kann veranlasst werden, größer als der Außendurchmesser der Elektrode des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 in dem ersten Durchgang sein. Eine Bewegungsrichtung des elektrolytischen Bewegungswerkzeugs 101 kann eine Richtung von der Bearbeitungsentfernung L2 zu der Bearbeitungsentfernung L1 sein.
Zum Zeitpunkt eines Bewegens des elektrischen Bearbeitungswerkzeugs 101, um das zweite Kühlloch 54 auszubilden, ist die elektrolytische Bearbeitungsgröße groß, so dass eine Entfernung zwischen dem elektrolytischen Bearbeitungswerkzeug 101 und einer Innenfläche des zweiten Kühllochs 54 zunehmen kann, ein Lösungswiderstand zunehmen kann, und eine Bearbeitungseigenschaft verringert werden kann. 9 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären einer ersten Modifikation des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel, und 10 ist ein schematisches Diagramm, das das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug darstellt.
Wie in 9 und 10 dargestellt, umfasst ein elektrolytisches Bearbeitungswerkzeug 101A einen Werkzeughauptkörper 120, der eine Elektrode 121 und eine Isolationsschicht 122 umfasst, die die Elektrode 121 von einem Außenumfang bedeckt, und eine zylindrische Form als Ganzes aufweist.
Die Elektrode 121 des Werkzeughauptkörpers 120 weist eine zylindrische Form auf, die sich entlang der Achse O erstreckt. In der Elektrode 121 wird bewirkt, dass die für eine elektrolytische Bearbeitung verwendete elektrolytische Lösung W von einem Basisende 120b zu einem vorderen Ende 120a des Werkzeughauptkörpers 120 strömt. In dem Werkzeughauptkörper 120 ist eine Außenumfangsfläche der Elektrode 121 durch die Isolationsschicht 122 ummantelt, und eine Endfläche der Elektrode 121 an dem vorderen Ende 120a ist nicht durch die Isolationsschicht 122 bedeckt, so dass die Elektrode 121 frei liegt.
Ein Nicht-Isolationsteil 123 ist an dem Werkzeughauptkörper 120 angeordnet. Der Nicht-Isolationsteil 123 ist der Rotorschaufel 28 in einer Radialrichtung gegenüberliegend derart ausgebildet, dass die Außenumfangsfläche der Elektrode 121 in einer Ringform um die Achse O über das gesamte Gebiet in der Umfangsrichtung an einer mittleren Position in der Nähe des vorderen Endes 120a zwischen dem vorderen Ende 120a und dem Basisende 120b des Werkzeughauptkörpers 120 freiliegt. Zwei Nicht-Isolationsteile 123 sind mit Abständen in der O-Achsenrichtung ausgebildet, aber es reicht aus, dass mindestens ein Nicht-Isolationsteil 123 ausgebildet ist.
Dann wird zwischen dem Nicht-Isolationsteil 123 und der Rotorschaufel 28 über die elektrolytische Lösung W, die aus dem vorderen Ende 120a des Werkzeughauptkörpers 120 herausgelassen wird, Energie erzeugt.
Bei der elektrolytischen Bearbeitung kann, wenn der Nicht-Isolationsteil 123 ausgebildet wird, nicht nur zwischen der Rotorschaufel 28 und der Endfläche, die der O-Achsenrichtung des vorderen Endes 120a des Werkzeughauptkörper 120 zugewandt ist, sondern auch zwischen der Rotorschaufel 28 und der Außenumfangsfläche der Elektrode 121 Energie erzeugt werden. Aufgrund dessen nimmt ein Energieerzeugungsgebiet mit Bezug auf die Rotorschaufel 28 zu, und die Bearbeitungsgeschwindigkeit kann verbessert werden, während ein Anstieg einer angelegten Spannung verhindert wird. Zum Zeitpunkt eines Ausbildens des zweiten Kühllochs 54, sogar wenn eine Entfernung zwischen dem elektrolytischen Bearbeitungswerkzeug 101A und der Innenfläche des zweiten Kühllochs 54 zunimmt, und der Lösungswiderstand zunimmt, kann verhindert werden, dass die Bearbeitungseigenschaft verringert wird.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären einer zweiten Modifikation des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel, und 12 ist ein schematisches Diagramm, das das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug darstellt.
Wie in 11 und 12 dargestellt, umfasst ein elektrolytisches Bearbeitungswerkzeug 101B einen Werkzeughauptkörper 130, der eine Elektrode 131 und eine Isolationsschicht 132 umfasst, die die Elektrode 131 von einem Außenumfang bedeckt, und eine zylindrische Form als Ganzes aufweist.
Die Elektrode 131 des Werkzeughauptkörper 130 weist eine zylindrische Form auf, die sich entlang der Achse O erstreckt. In der Elektrode 131 wird bewirkt, dass die für eine elektrolytische Bearbeitung verwendete elektrolytische Lösung W von einem Basisende 130b zu einem vorderen Ende 130a des Werkzeughauptkörpers 130 strömt. In dem Werkzeughauptkörper 130 ist eine Außenumfangsfläche der Elektrode 131 durch die Isolationsschicht 132 bedeckt, und eine Endfläche der Elektrode 131 an dem vorderen Ende 130a ist nicht durch die Isolationsschicht 132 bedeckt, so dass die Elektrode 131 frei liegt.
Ein Nicht-Isolationsteil 133 ist an dem Werkzeughauptkörper 120 angeordnet. Der Nicht-Isolationsteil 133 weist eine viereckige Form bei Betrachtung aus einer Radialrichtung auf, und ist ausgebildet, um sich in der O-Achsenrichtung zu erstrecken, um zu einem freiliegenden Abschnitt der Elektrode 131 an einer Endfläche des vorderen Endes 130a des Werkzeughauptkörpers 130 auf der Außenumfangsfläche der Elektrode 131 kontinuierlich zu sein. Eine Vielzahl von Nicht-Isolationsteilen 133 ist ausgebildet, um mit der Isolationsschicht 132 mit regulären Abständen in der Umfangsrichtung alternierend angeordnet zu sein, und vier Nicht-Isolationsteile 133 sind in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.
Zum Zeitpunkt einer elektrolytischen Bearbeitung bewirkt der Nicht-Isolationsteil 133 eine Energieerzeugung zwischen der Außenumfangsfläche der Elektrode 131 und der Rotorschaufel 28, so dass das Energieerzeugungsgebiet zunehmen kann. Zum Zeitpunkt eines Ausbildens des zweiten Kühllochs 54, sogar wenn eine Entfernung zwischen dem elektrolytischen Bearbeitungswerkzeug 101A und der Innenfläche des zweiten Kühllochs 54 zunimmt, und der Lösungswiderstand zunimmt, kann verhindert werden, dass die Bearbeitungseigenschaft verringert wird.
Wie in 2 dargestellt, wenn das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 durch elektrische Bearbeitung kontinuierlich ausgebildet werden, um mit dem basisendseitigen Kühlloch 51 in Verbindung zu stehen, falls eine Ausbildungsposition des zweiten Kühllochs 54 in der Axialrichtung Da oder der Umfangsrichtung Dc abweicht, steht das zweite Kühlloch 54 mit dem basisendseitigen Kühlloch 51 nicht in Verbindung. Somit ist der Hohlraumteil 52 zwischen dem zweiten Kühlloch 54 und dem basisendseitigen Kühlloch 51 angeordnet. Nachdem das basisendseitige Kühlloch 51 durch elektrolytische Bearbeitung der Rotorschaufel 28 von dem Basisende zu dem vorderen Ende ausgebildet wurde, wird also der Hohlraumteil 52 ausgebildet, während der Stromwert konstant gehalten wird, und bewirkt wird, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit eine geringe Geschwindigkeit oder 0 ist.
13 ist ein Diagramm, das ein Kühlloch-Erweiterungsverhältnis mit Bezug auf eine Stromzufuhrzeit darstellt. In E1, in dem eine hohe Spannung an die Elektrode angelegt ist, wird das Kühlloch-Erweiterungsverhältnis in einer gekrümmten Form mit Bezug auf eine Zunahme der Stromzufuhrzeit geändert. In E2, in dem eine niedrige Spannung an die Elektrode angelegt ist, scheint das Kühlloch-Erweiterungsverhältnis in einer linearen Form mit Bezug auf eine Zunahme der Stromzufuhrzeit geändert zu werden. Basierend auf solch einer Beziehung unter dem angewendeten Druck, der Stromzufuhrzeit und dem Kühlloch-Erweiterungsverhältnis wird der Innendurchmesser des Hohlraumteils 52 gemäß Innendurchmessern oder Positionsabweichungsgrößen des zweiten Kühllochs 54 und des basisendseitigen Kühllochs 51 bestimmt. Durch Anordnen des Hohlraumteils 52, sogar wenn die Ausbildungsposition des zweiten Kühllochs 54 in der Axialrichtung Da oder der Umfangsrichtung Dc abweicht, kann bewirkt werden, dass das zweite Kühlloch 54 mit dem basisendseitigen Kühlloch 51 über den Hohlraumteil 52 in Verbindung steht.
Zweites Ausführungsbeispiel
Turbinenschaufel
Im Folgenden wird die Rotorschaufel 28 als eine Turbinenschaufel gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. 14 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Rotorschaufel als die Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, und 15 ist ein schematisches Diagramm, das eine Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen in der Schaufelhöhenrichtung darstellt.
Wie in 14 und 15 dargestellt, umfasst die Rotorschaufel 28 den Schaufelteil 41, die Plattform 42 und den Schaufelfußteil 43. Der Schaufelteil 41 weist eine lange Form entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh auf, und das vordere Ende 41a weist eine konisch verlaufende Form mit Bezug auf das Basisende 41b derart auf, dass eine Länge in einer vorderen und hinteren Richtung und eine Weite verringert sind. Der Schaufelteil 41 umfasst eine negative Druckfläche 41c mit einer konvexen Oberflächenform, eine positive Druckfläche 41d mit einer konkaven Oberflächenform, eine Vorderkante 41e und eine Hinterkante 41f. Der Schaufelteil 41 weist eine Schaufelquerschnittsform auf, in der die Weite von einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung als die Axialrichtung Da zu der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f verringert ist. Die Vorderkante 41e ist ein Endteil an der vordersten Seite (stromaufwärtige Seite) in einer Richtung, in die sich eine Wölbungslinie C als eine Schaufelmittellinie erstreckt, und die Hinterkante 41f ist ein Endteil an der hintersten Seite (stromabwärtige Seite) in der Richtung, in die sich die Wölbungslinie C erstreckt. Der Schaufelteil 41 weist eine Schaufelquerschnittsform auf, in der sich die negative Druckfläche 41c und die positive Druckfläche 41d über die Vorderkante 41e und die Hinterkante 41f zueinander fortsetzen.
In der Plattform 42 stellen die Oberflächen 42a und 42b Gaswegoberflächen dar, und das Basisende 41b des Schaufelteils 41 ist mit den Oberflächen 42a und 42b ganzheitlich verbunden. Der Schaufelfußteil 43 weist eine so genannte Weihnachtsbaumform bei Betrachtung aus der Axialrichtung Da auf und ist mit der Rückfläche 42c der Plattform 42 ganzheitlich verbunden. Der Schaufelfußteil 43 ist an dem Außenumfangsteil des Rotors 32 befestigt (s. 1) .
In der Rotorschaufel 28 sind die Kühldurchgänge 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Die Kühldurchgänge 50 sind in Abständen in der vorderen und hinteren Richtung als die Axialrichtung Da angeordnet. Der Kühldurchgang 50 umfasst einen ersten Kühldurchgang 50a und einen zweiten Kühldurchgang 50b.
Der erste Kühldurchgang 50a umfasst ein Kühlloch (das nachstehend beschriebene zweite Kühlloch 54), dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b des Schaufelteils 41 um ein im Voraus eingestelltes, vorbestimmtes erstes Erweiterungsverhältnis zunimmt. Der zweite Kühldurchgang 50b umfasst ein Kühlloch (ein nachstehend beschriebenes drittes Kühlloch 55), das näher an der Vorderkante 41f als der erste Kühldurchgang 50a angeordnet ist, und einen Innendurchmesser aufweist, der von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b konstant ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl der ersten Kühldurchgänge 50a (sieben in 14 und 15) angeordnet, und der eine zweite Kühldurchgang 50b ist in der Vorderkante 41f vorgesehen. Der zweite Kühldurchgang 50b ist an der der Vorderkante 41f des Schaufelteils 41 nächstgelegenen Seite angeordnet.
In diesem Fall sind die ersten Kühldurchgänge 50a und der eine zweite Kühldurchgang 50b entlang der Wölbungslinie C vorgesehen (s. 15). Allerdings können die ersten Kühldurchgänge 50a und der eine zweite Kühldurchgang 50b von der Wölbungslinie C zu der negativen Druckfläche 41c oder der positiven Druckfläche 41d verschoben sein. Ein Abstand P1 zwischen den ersten Kühldurchgängen 50a, die aneinander angrenzen, entspricht einem Abstand P2 zwischen dem ersten Kühldurchgang 50a und dem zweiten Kühldurchgang 50b, die aneinander angrenzen. Allerdings kann bewirkt werden, dass eine Vielzahl der Abstände P1 verschieden voneinander ist, oder der Abstand P2 mit Bezug auf den Abstand P1 verlängert oder verkürzt ist.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der zweite Kühldurchgang 50b näher an der Vorderkante 41f als der erste Kühldurchgang 50a angeordnet ist, und umfasst das Kühlloch, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b konstant ist. Allerdings ist die Konfiguration darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann der zweite Kühldurchgang 50b ein Kühlloch umfassen, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b um ein zweites Erweiterungsverhältnis zunimmt, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist.
Der erste Kühldurchgang 50a umfasst das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54. Der zweite Kühldurchgang 50b umfasst das dritte Kühlloch 55.
Ein Ende des basisendseitigen Kühllochs 51 ist zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 geöffnet, d.h., das Basisende 43a des Schaufelfußteils 43. Das basisendseitige Kühlloch 51 ist entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen, und weist den konstanten Innendurchmesser D1 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh auf. Der Hohlraumteil 52 ist in der Plattform 42 (oder dem Schaufelfußteil 43) vorgesehen. Der Hohlraumteil 52 steht mit dem anderen Endteil des basisendseitigen Kühllochs 51 in Verbindung. Der Innendurchmesser D2 des Hohlraumteils 52 ist größer als der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51.
Ein Ende des ersten Kühllochs 53 ist zu dem vorderen Ende der Rotorschaufel 28 geöffnet, d.h., das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41. Das erste Kühlloch 53 ist entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen, und weist den konstanten Innendurchmesser D3 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh auf. Ein Ende des zweiten Kühllochs 54 steht mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 in Verbindung, und das andere Ende des zweiten Kühllochs 54 steht mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung. Der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 nimmt von D3 zu D4 von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu. Das zweite Kühlloch 54 weist eine konisch verlaufende Form derart auf, dass der Innendurchmesser von einem Ende zu dem Basisende kontinuierlich zunimmt. Das erste Kühlloch 53 steht problemlos mit dem zweiten Kühlloch 54 ohne einen Höhenunterschied in Verbindung. Das erste Kühlloch 53 kann mit dem zweiten Kühlloch 54 über eine gekrümmte Oberfläche gekoppelt sein.
Der Innendurchmesser D2 des Hohlraumteils 52 ist größer als der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51, der Innendurchmesser D1 des basisendseitigen Kühllochs 51 ist größer als der maximale Innendurchmesser D4 des zweiten Kühllochs 54, und der minimale Innendurchmesser D3 des zweiten Kühllochs 54 entspricht dem Innendurchmesser D4 des ersten Kühllochs 53. Der Innendurchmesser D3 des zweiten Kühllochs 54 nimmt zu dem Innendurchmesser D4 von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu, und das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs 54 liegt im Bereich von 100% bis 250%. Das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs 54 liegt vorzugsweise im Bereich von 100% bis 175%. Hier ist das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis ein Erweiterungsverhältnis des maximalen Innendurchmessers D4 an dem anderen Ende mit Bezug auf den minimalen Innendurchmesser D3 an einem Ende des zweiten Kühllochs 54. Jedes von dem basisendseitigen Kühlloch 51, dem Hohlraumteil 52, dem ersten Kühlloch 53, dem zweiten Kühlloch 54 und dem dritten Kühlloch 55 weist eine kreisförmige Querschnittsform auf, aber kann eine nicht-kreisförmige Querschnittsform, wie etwa eine elliptische Querschnittsform, aufweisen. In diesem Fall kann bewirkt werden, dass das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des Kühllochs 54 ein Durchgangsgebiet-Erweiterungsverhältnis des Kühllochs 54 ist. Das Erweiterungsverhältnis des Durchgangsgebiets wird zu dem Quadrat des Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnisses. Im Folgenden wird eine Beziehung zwischen dem Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis und dem Durchgangsgebiet-Erweiterungsverhältnis beschrieben.
Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis 175% → Gebiets-Erweiterungsverhältnis 306%
Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis 250% → Gebiets-Erweiterungsverhältnis 625%
Das erste Kühlloch 53 ist in dem Gebiet A1 an dem vorderen Ende 41a des Schaufelteils 41 ausgebildet, und das zweite Kühlloch 54 ist in dem Gebiet A2 an dem Basisende 41b des Schaufelteils 41 ausgebildet. Unter der Annahme, dass eine Länge entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh mit dem ersten Kühlloch 53 und dem zweiten Kühlloch 54 L(A1+A2) lautet, beträgt eine Länge (A1) von einem Ende des ersten Kühllochs 53 (das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41) zu der Position B, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge (L) von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Gaswegoberfläche an dem Basisende. Die Länge (A1) von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Position B, an der das erste Kühlloch 53 mit dem zweiten Kühlloch 54 in Verbindung steht, beträgt also 40% bis 60% der Länge L von dem vorderen Ende 41a zu der Oberfläche 42b der Plattform 42 an der Vorderkante entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh.
Das dritte Kühlloch 55 ist in einem Gebiet der Länge L(A1+A2) von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b des Schaufelteils 41 ausgebildet.
Hier ist das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41 eine Position von einer Endfläche an dem vorderen Ende entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh. In einer Struktur, in der eine Spanabdeckung an dem vorderen Ende 41a des Schaufelteils 41 angeordnet ist, stellt das vordere Ende 41a des Schaufelteils 41 eine Position einer Gaswegoberfläche auf der Spanabdeckung dar. Das Basisende 41b des Schaufelteils 41 stellt eine Position einer Endfläche an dem Basisende entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh sowie Positionen der Oberflächen 42a und 42b als Gaswegoberflächen der Plattform 42 dar. In einem Fall, in dem die Länge entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 definiert ist, stellt die Länge eine Länge an einer Seite des vorderen Endes 41a und der Oberfläche 43b als eine Position auf der Vorderkante (rechte Seite in 14) des Schaufelteils 41 dar.
Die Kühlluft verläuft durch die ersten Kühldurchgänge 50a und den einen zweiten Kühldurchgang 50b als die Kühldurchgänge 50, um die Rotorschaufel 28 zu kühlen. Die Kühlluft wird also dem Basisendteil der Rotorschaufel 28 zugeführt, verläuft durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53, um nach außen ausgestoßen zu werden, und verläuft durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52 und das dritte Kühlloch 55, um nach außen ausgestoßen zu werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rotorschaufel 28 durch die Kühlluft gekühlt, die durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54, das erste Kühlloch 53 und das dritte Kühlloch 55 verläuft. Zunächst werden in der Rotorschaufel 28 die Plattform 42 und der Schaufelfußteil 43 gekühlt, wenn die Kühlluft durch das basisendseitige Kühlloch 51 und den Hohlraumteil 52 strömt. Dann wird der Schaufelteil 41 gekühlt, wenn die Kühlluft durch das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53 aus dem Hohlraumteil 52 strömt, und durch das dritte Kühlloch 55 strömt.
Typischerweise ist die Kriechfestigkeit der Rotorschaufel 28 an einem Basisendteil in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 ausreichend, aber die Kriechgeschwindigkeit ist in der Nähe der Mitte der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 am Höchsten. Allerdings strömt die Kühlluft durch das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das zweite Kühlloch 54, das erste Kühlloch 53 und das dritte Kühlloch 55 in dieser Reihenfolge, um die Rotorschaufel 28 zu kühlen. Demgemäß wird der Schaufelteil 41 durch die Kühlluft, deren Temperatur durch Kühlen der Plattform 42 und des Schaufelfußteils 43 zunimmt, gekühlt. Es wird also schwierig, die mittlere Position in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 mit einer hohen Wärmelast durch die Kühlluft effizient zu kühlen.
Somit wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel bewirkt, dass das zweite Kühlloch 54, das an einer Position in der Nähe der Plattform 42 in dem ersten Kühldurchgang 50a angeordnet ist, eine konisch verlaufende Form aufweist. Der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54, das mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung steht, wird als der maximale Innendurchmesser D4 vergrößert, und der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54, das mit dem ersten Kühlloch 53 in Verbindung steht, wird als der minimale Innendurchmesser D3 verringert. Andererseits ist der Innendurchmesser des ersten Kühllochs 53 als der Innendurchmesser D3 konstant. Es wird bewirkt, dass die Position, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, die mittlere Position in der Schaufelhöhenrichtung Dh des Schaufelteils 41 ist. Damit bewirkt wird, dass das erste Kühlloch 53 mit dem zweiten Kühlloch 54 ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, wird der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 von dem maximalen Innendurchmesser D4 zu dem minimalen Innendurchmesser D3 kontinuierlich geändert.
Andererseits wird in dem zweiten Kühldurchgang 50b angenommen, dass das dritte Kühlloch 55 eine gerade Form aufweist, dessen Innendurchmesser D5 in einer Längsrichtung konstant ist. Der Schaufelteil 41 weist eine Schaufelquerschnittsform auf, deren Weite zu der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f verringert ist. Somit wird die Dicke des Schaufelteils 41 um das dritte Kühlloch 55 verringert, wenn das dritte Kühlloch 55 des zweiten Kühldurchgangs 50b eine konisch verlaufende Form wie das zweite Kühlloch 54 des ersten Kühldurchgangs 50a aufweist, und der Innendurchmesser, der mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung steht, zunimmt. Allerdings ist ein mittlerer Teil des Schaufelteils 41 dicker als die Vorderkante 41e oder die Hinterkante 41f, so dass die wie bei dem zweiten Kühlloch 54 konisch verlaufende Form verwendet werden kann, und der Innendurchmesser, der mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung steht, zunehmen kann.
Somit wird die dem basisendseitigen Teil der Rotorschaufel 28 zugeführte Kühlluft in den Hohlraumteil 52 aus dem basisendseitigen Kühlloch 51 eingeführt, und strömt von dem Hohlraumteil 52 zu dem zweiten Kühlloch 54 und dem ersten Kühlloch 53, um nach außen ausgestoßen zu werden. Die Kühlluft wird in den Hohlraumteil 52 aus dem basisendseitigen Kühlloch 51 eingeführt, und strömt von dem Hohlraumteil 52 zu dem dritten Kühlloch 55, um nach außen ausgestoßen zu werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 und des Hohlraumteils 52 größer als die des zweiten Kühllochs 54 und des ersten Kühllochs 53, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft gering ist. Der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 des ersten Kühldurchgangs 50a nimmt zu dem ersten Kühlloch 53 graduell ab, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft graduell zunimmt, und die Kühlluft durch das erste Kühlloch mit der Höchstgeschwindigkeit strömt.
Wenn also die Kühlluft von dem basisendseitigen Kühlloch 51 und dem Hohlraumteil 52 zu dem zweiten Kühlloch 54 strömt, ist die Strömungsgeschwindigkeit derselben geringer im Vergleich zu der in einem herkömmlichen Kühlloch, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist (nachstehend als ein herkömmliches Kühlloch bezeichnet), so dass verhindert wird, dass die Kühlluft an dem Basisende aufgeheizt wird, an dem die Kriechgeschwindigkeit relativ gesehen ausreichend ist. Wenn andererseits die Kühlluft von dem zweiten Kühlloch 54 zu dem ersten Kühlloch 53 strömt, ist die Strömungsgeschwindigkeit derselben höher als die in dem herkömmlichen Kühlloch, und es wird verhindert, dass die Kühlluft an dem Basisende aufgeheizt wird, so dass die Kühleffizienz verbessert wird. Der Schaufelteil 41 kann aalso an einem Teil von der mittleren Position mit der höchsten Wärmelast in der Nähe der Mitte in der Schaufelhöhenrichtung Dh zu dem vorderen Ende effizient gekühlt werden.
Das dritte Kühlloch 55 des zweiten Kühldurchgangs 50b weist eine gerade Form auf, und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft ist konstant. Allerdings ist das dritte Kühlloch 55 an der Vorderkante 41f mit einer verringerten Weite des Schaufelteils 41 angeordnet, und die Vorderkante 41f kann durch die Kühlluft in geeigneter Weise gekühlt werden.
Herstellungsverfahren für Turbinenschaufel
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren für die Rotorschaufel 28 als die Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden des Kühldurchgangs 50 der Rotorschaufel 28. Eine Konfiguration und eine Funktion einer elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung, die in dem Herstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, entsprechen denen der in 3 und 4 dargestellten elektrolytischen Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Wie in 14 und 15 dargestellt, umfasst der Kühldurchgang 50 in der Rotorschaufel 28 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel den ersten Kühldurchgang 50a und den zweiten Kühldurchgang 50b. Der erste Kühldurchgang 50a umfasst das basisendseitige Kühlloch 51, den Hohlraumteil 52, das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54. Der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 nimmt von dem minimalen Innendurchmesser D3 zu dem maximalen Innendurchmesser D4 von einem Ende zu dem anderen Ende graduell zu. Der zweite Kühldurchgang 50b umfasst das dritte Kühlloch 55, und der Innendurchmesser D5 des dritten Kühllochs 55 ist von einem Ende zu dem anderen Ende konstant.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zum Ausbilden des ersten Kühldurchgangs 50a und des zweiten Kühldurchgangs 50b, die den Kühldurchgang 50 bilden, verwendet. Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zum Ausbilden des basisendseitigen Kühllochs 51, des Hohlraumteils 52, des ersten Kühllochs 53 und des zweiten Kühllochs 54, die den ersten Kühldurchgang 50a bilden, und zum Ausbilden des basisendseitigen Kühllochs 51, des Hohlraumteils 52 und des dritten Kühllochs 55, die den zweiten Kühldurchgang 50b bilden, verwendet.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst einen Schritt zum Ausbilden des ersten Kühldurchgangs 50a, dessen Innendurchmesser um das erste Erweiterungsverhältnis entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh durch elektrolytische Bearbeitung zunimmt, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b der Rotorschaufel 28 eingestellt wird, und einen Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühldurchgangs 50b, dessen Innendurchmesser konstant ist oder um das zweite Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh durch elektrolytische Bearbeitung zunimmt, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b der Rotorschaufel 28 eingestellt wird. Das Herstellungsverfahren für das Kühlloch, das den ersten Kühldurchgang 50a bildet, entspricht dem Herstellungsverfahren für das Kühlloch, das den Kühldurchgang 50 gemäß dem vorstehend mit Bezug auf 5 bis 13 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel bildet, so dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Hinsichtlich des basisendseitigen Kühllochs 51 und des Hohlraumteils 52 entspricht das Herstellungsverfahren für das Kühlloch, das den zweiten Kühldurchgang 50b bildet, dem Herstellungsverfahren für das basisendseitige Kühlloch 51 und den Hohlraumteil 52, die den ersten Kühldurchgang 50a bilden. Für den Fall, dass der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55, das den zweiten Kühldurchgang 50b bildet, konstant ist, wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um das dritte Kühlloch 55, dessen Innendurchmesser ungeändert und konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung auszubilden. Insbesondere wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende 41a über die Bearbeitungsentfernung L korrespondierend zu dem Gebiet A1 und dem Gebiet A2 bewegt, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, um das dritte Kühlloch 55 auszubilden, dessen Innendurchmesser konstant ist.
Für den Fall, dass der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55, das den zweiten Kühldurchgang 50b bildet, um das zweite Erweiterungsverhältnis graduell zunimmt, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende der Rotorschaufel 28 zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 bewegt, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird, um das dritte Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung auszubilden.
Insbesondere wird das elektrolytische
Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende 41a über die Bearbeitungsentfernung L korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2 bewegt, während der Stromwert zunimmt, um das dritte Kühlloch 55 auszubilden, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt. Alternativ wird das elektrolytische Bearbeitungswerkzeug 101 von dem vorderen Ende 41a über die Bearbeitungsentfernung L korrespondierend zu dem Gebiet A1+A2 bewegt, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert wird, um das dritte Kühlloch 55 auszubilden, dessen Innendurchmesser graduell zunimmt. An diesem Punkt kann eine Änderungsrate zum Ändern des Stromwerts oder der Bearbeitungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Form des dritten Kühllochs 55 in geeigneter Weise eingestellt werden.
Damit der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55 um das zweite Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, zunimmt, werden der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Herstellungsschritt für das dritte Kühlloch 55 im Vergleich zu dem Stromwert und der Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Herstellungsschritt für das zweite Kühlloch 54, das den ersten Kühldurchgang 50a bildet, bestimmt. Beispielsweise für den Fall, dass der Stromwert in dem Herstellungsschritt für das zweite Kühlloch 54 zunimmt, nimmt der Strom in dem Herstellungsschritt für das dritte Kühlloch 55 mit einer geringeren Zunahmerate zu. Für den Fall, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Herstellungsschritt für das zweite Kühlloch 54 abnimmt, nimmt die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Herstellungsschritt für das dritte Kühlloch 55 mit einer geringeren Abnahmerate ab. Aufgrund dessen kann der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55 um das zweite Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, zunehmen.
Zum Zeitpunkt eines Bewegens des elektrolytischen Bearbeitungswerkzeugs 101 zum Ausbilden des dritten Kühllochs 55 nimmt die elektrolytische Bearbeitungsgröße graduell zu, so dass ein während der Bearbeitung erzeugtes Wasserstoffgas zunehmen kann, und eine Ausstoßleistung von Schlamm bzw. Schlick verschlechtert werden kann. Somit nimmt vorzugsweise die Strömungsgeschwindigkeit der elektrolytischen Lösung W graduell zu.
Drittes Ausführungsbeispiel
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Rotorschaufel als die Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt, und 17 ist ein schematisches Diagramm, das die Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen in der Schaufelhöhenrichtung darstellt. Ein Element, das dieselbe Funktion wie die in dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel aufweist, wird durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Wie in 16 und 17 dargestellt, umfasst eine Rotorschaufel 28A einen Schaufelteil 41A, die Plattform 42 und den Schaufelfußteil 43. In der Rotorschaufel 28A sind die Kühldurchgänge 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Die Kühldurchgänge 50 sind in Abständen in der vorderen und hinteren Richtung als die Axialrichtung Da angeordnet. Der Kühldurchgang 50 umfasst den ersten Kühldurchgang 50a und den zweiten Kühldurchgang 50b.
Der erste Kühldurchgang 50a umfasst das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser um das im Voraus eingestellte, vorbestimmte erste Erweiterungsverhältnis von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b des Schaufelteils 41A zunimmt. Der zweite Kühldurchgang 50b umfasst das dritte Kühlloch 55, das näher an der Vorderkante 41e angeordnet ist, als der erste Kühldurchgang 50a, und näher an der Vorderkante 41f angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55 von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b konstant ist. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl der ersten Kühldurchgänge 50a angeordnet (sechs in 16 und 17), und zwei zweite Kühldurchgänge 50b sind insgesamt jeweils in der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f vorgesehen. Die zweiten Kühldurchgänge 50b sind an den Seiten angeordnet, die jeweils der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f des Schaufelteils 41A am Nächsten sind.
In diesem Fall sind die ersten Kühldurchgänge 50a und die beiden zweiten Kühldurchgänge 50b entlang der Wölbungslinie C vorgesehen. Der Abstand P1 zwischen den ersten Kühldurchgängen 50a, die aneinander angrenzen, entspricht dem Abstand P2 zwischen dem ersten Kühldurchgang 50a und dem zweiten Kühldurchgang 50b, die aneinander angrenzen. Allerdings können die Abstände P1 verschieden voneinander sein, oder der Abstand P2 kann mit Bezug auf den Abstand P1 verlängert oder verkürzt sein.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die zweiten Kühldurchgänge 50b jeweils näher an der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f als der erste Kühldurchgang 50a angeordnet sind, und dass jeder das Kühlloch umfasst, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b konstant ist. Allerdings ist die Konfiguration darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann der zweite Kühldurchgang 50b das Kühlloch umfassen, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b um das zweite Erweiterungsverhältnis zunimmt, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist. Das Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühldurchgangs 50b an der Vorderkante 41e und das Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühldurchgangs 50b an der Hinterkante 41f können einander entsprechen oder verschieden voneinander sein.
Die Konfigurationen des ersten Kühldurchgangs 50a und des zweiten Kühldurchgangs 50b entsprechen denen des zweiten Ausführungsbeispiels, so dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
18 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die die Rotorschaufel als eine Turbinenschaufel gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel darstellt, und 19 ist ein schematisches Diagramm, das die Form der Rotorschaufel an unterschiedlichen Positionen der Schaufelhöhenrichtung darstellt. Ein Element mit derselben Funktion wie der des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels ist durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
Wie in 18 und 19 dargestellt, umfasst eine Rotorschaufel 28B einen Schaufelteil 41B, die Plattform 42 und den Schaufelfußteil 43. In der Rotorschaufel 28B sind die Kühldurchgänge 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Die Kühldurchgänge 50 sind in Abständen in der vorderen und hinteren Richtung als die Axialrichtung Da angeordnet. Der Kühldurchgang 50 umfasst den ersten Kühldurchgang 50a und den zweiten Kühldurchgang 50b.
Der erste Kühldurchgang 50a umfasst das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b des Schaufelteils 41B um das im Voraus eingestellte, vorbestimmte erste Erweiterungsverhältnis zunimmt. Der zweite Kühldurchgang 50b umfasst das dritte Kühlloch 55, das näher an der Vorderkante 41f angeordnet ist als der erste Kühldurchgang 50a, wobei der Innendurchmesser des dritten Kühllochs 55 von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b konstant ist. Beispielsweise ist eine Vielzahl der ersten Kühldurchgänge 50a angeordnet (sechs in 18 und 19), und der eine zweite Kühldurchgang 50b ist in der Vorderkante 41f vorgesehen. Der zweite Kühldurchgang 50b ist an der Seite angeordnet, die der Vorderkante 41f des Schaufelteils 41 am Nächsten liegt. Der zweite Kühldurchgang 50b kann in der Vorderkante 41e des Schaufelteils 41 vorgesehen sein, oder kann sowohl in der Vorderkante 41e als auch der Hinterkante 41f des Schaufelteils 41 vorgesehen sein.
In der Rotorschaufel 28B ist ein Nicht-Kühlteil 56, das den ersten Kühldurchgang 50a nicht umfasst, an einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung angeordnet. Der Nicht-Kühlteil 56 ist zwischen einem Paar der angrenzenden ersten Kühldurchgänge 50a angeordnet, die an einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung angeordnet sind. Der Nicht-Kühlteil 56 ist derart ausgebildet, dass der Schaufelteil 41B, die Plattform 42 und der Schaufelfußteil 43 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh kontinuierlich zueinander sind.
Hinsichtlich der ersten Kühldurchgänge 50a, die näher an der Vorderkante 41e angeordnet sind als der Nicht-Kühlteil 56, entsprechen die Abstände P1 zwischen den angrenzenden ersten Kühldurchgängen 50a einander. Hinsichtlich der ersten Kühldurchgänge 50a und der zweiten Kühldurchgänge 50b, die näher an der Vorderkante 41f als der Nicht-Kühlteil 56 angeordnet sind, entspricht der Abstand P1 zwischen den angrenzenden ersten Kühldurchgängen 50a dem Abstand P2 zwischen dem ersten Kühldurchgang 50a und dem zweiten Kühldurchgang 50b, die aneinander angrenzen. Andererseits ist ein Abstand P3 zwischen den angrenzenden ersten Kühldurchgängen 50a, die an beiden Seiten über dem Nicht-Kühlteil 56 vorgesehen sind, größer als der erste Abstand P1.
Die Konfigurationen des ersten Kühldurchgangs 50a und des zweiten Kühldurchgangs 50b entsprechen denen des zweiten Ausführungsbeispiels, so dass die Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Arbeitseffekte von Ausführungsbeispielen
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Kühldurchgang 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Der Kühldurchgang 50 umfasst das erste Kühlloch 53 mit einem Ende, das sich zu dem vorderen Ende öffnet und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, und das zweite Kühlloch 54 mit einem Ende, das mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 in Verbindung steht und einen Innendurchmesser aufweist, der zu dem Basisende zunimmt. Die Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Position, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, beträgt 40% bis 60% der Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Oberfläche (Gaswegoberfläche) 43b an dem Basisende.
Somit verläuft die Kühlluft, die dem Basisende zugeführt wird, durch das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53, um zu dem vorderen Ende ausgestoßen zu werden. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 zu dem Basisende zu, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der durch das zweite Kühlloch 54 strömenden Kühlluft graduell zunimmt, bevor die Kühlluft in das erste Kühlloch 53 strömt. Die Position, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, beträgt 40% bis 60% der Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Oberfläche 43b an dem Basisende, so dass die Geschwindigkeit der durch den Kühldurchgang 50 strömenden Kühlluft an dem Basisende abnimmt, und von der mittleren Position zu dem vorderen Ende zunimmt. Aufgrund dessen kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden. Demzufolge kann die Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, so dass eine Kühlleistung verbessert werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst der Kühldurchgang 50 das basisendseitige Kühlloch 51 mit einem Ende, das sich zu dem Basisende öffnet, und den Hohlraumteil 52 mit dem Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, und mit dem anderen Ende des zweiten Kühllochs 54 und dem anderen Ende des basisendseitigen Kühllochs 51 in Verbindung steht. Somit wird die dem Basisende zugeführte Kühlluft aus dem basisendseitigen Kühlloch 51 in den Hohlraumteil 52 eingeführt und verläuft durch den Hohlraumteil 52 und das zweite Kühlloch 54, um in das erste Kühlloch 53 eingeführt zu werden, so dass die Kühlluft der Schaufel in geeigneter Weise zugeführt werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Kühldurchgang 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh vorgesehen. Der Kühldurchgang 50 umfasst das basisendseitige Kühlloch 51 mit einem Ende, das sich zu dem Basisende öffnet, den Hohlraumteil 52 mit dem Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist und mit dem anderen Ende des basisendseitigen Kühllochs 51 in Verbindung steht, das erste Kühlloch 53 mit einem Ende, das sich zu dem vorderen Ende öffnet und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, und das zweite Kühlloch 54 mit einem Ende, das mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 in Verbindung steht, und dem anderen Ende, das mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung steht, wobei der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 zu dem Basisende zunimmt.
Somit wird die dem Basisende zugeführte Kühlluft in den Hohlraumteil 52 aus dem basisendseitigen Kühlloch 51 eingeführt, verläuft durch den Hohlraumteil 52 und das zweite Kühlloch 54, um in das erste Kühlloch 53 eingeführt zu werden, und wird zu dem vorderen Ende ausgestoßen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 zu dem Basisende zu, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der durch das zweite Kühlloch 54 strömenden Kühlluft graduell zunimmt, bevor die Kühlluft in das erste Kühlloch 53 strömt.
Die Geschwindigkeit der durch den Kühldurchgang 50 strömenden Kühlluft nimmt an dem Basisende ab, und nimmt dann an dem vorderen Ende zu. Aufgrund dessen kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden. Demzufolge kann die Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, so dass eine Kühlleistung verbessert werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Position, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% der Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Oberfläche 43b an dem Basisende. Aufgrund dessen kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist das zweite Kühlloch 54 eine konisch verlaufende Form auf, dessen Innendurchmesser zu dem Basisende kontinuierlich zunimmt. Somit weist das zweite Kühlloch 54 die konisch verlaufende Form ohne einen Höhenunterschied und dergleichen auf, so dass eine Belastungskonzentration verhindert werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Hohlraumteil 52 in der Plattform 42 vorgesehen. Aufgrund dessen kann der Hohlraumteil 52 mit dem Innendurchmesser, der größer als der des zweiten Kühllochs 54 oder des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, leicht ausgebildet werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 größer als der maximale Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54. Aufgrund dessen kann die Strömungsgeschwindigkeit der durch das basisendseitige Kühlloch 51 strömenden Kühlluft verringert werden, und die Kühlluft mit einer niedrigeren Temperatur kann von dem zweiten Kühlloch 54 dem ersten Kühlloch 53 zugeführt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs 54 größer als 100% und kleiner als 200%. Somit kann das vordere Ende der Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit der in dem Basisende des zweiten Kühllochs 54 strömenden Kühlluft verringert wird, die Kühlluft mit einer geringeren Temperatur von dem zweiten Kühlloch dem ersten Kühlloch zugeführt wird, und die Strömungsgeschwindigkeit der in dem vorderen Ende des zweiten Kühllochs 54 strömenden Kühlluft zunimmt.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst der Kühldurchgang 50 hinsichtlich jeder der Rotorschaufeln 28, 28A und 28B, in denen die Kühldurchgänge 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh in Abständen in der Axialrichtung Da angeordnet sind, den ersten Kühldurchgang 50a mit dem zweiten Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b um das erste Erweiterungsverhältnis zunimmt, und den zweiten Kühldurchgang 50b mit dem dritten Kühlloch 55, dessen Innendurchmesser konstant ist oder um das zweite Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b zunimmt.
Somit verläuft die dem Basisende 41b zugeführte Kühlluft durch den ersten Kühldurchgang 50a und den zweiten Kühldurchgang 50b und wird zu dem vorderen Ende 41a ausgestoßen. In diesem Fall umfasst der erste Kühldurchgang 50a das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser zu dem Basisende zunimmt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der durch das zweite Kühlloch 54 strömenden Kühlluft graduell zunimmt. Aufgrund dessen kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende 41a durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden. In diesem Fall weist der zweite Kühldurchgang 50b, der näher an der Vorderkante 41e oder der Hinterkante 41f angeordnet ist als der erste Kühldurchgang 50a, den konstanten Innendurchmesser auf, oder weist den Innendurchmesser auf, der zu dem Basisende etwas zunimmt. Somit kann das erste Erweiterungsverhältnis des ersten Kühldurchgangs 50a ungeachtet der Form des zweiten Kühldurchgangs 50b eingestellt werden. Demzufolge kann die Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, so dass die Kühlleistung verbessert werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist die Rotorschaufel 28 eine Form auf, bei der eine Weite eines Schaufelquerschnitts von dem mittleren Teil in der Axialrichtung Da zu der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f verringert ist, und der zweite Kühldurchgang 50b an einer Seite angeordnet ist, die der Vorderkante 41e am Nächsten liegt, oder an einer Seite, die der Hinterkante 41f am Nächsten liegt. Aufgrund dessen kann die Seite, die der Vorderkante 41e am Nächsten liegt, und die Seite, die der Hinterkante 41f am Nächsten liegt, durch die Kühlluft in geeigneter Weise gekühlt werden, ohne die Festigkeit des zweiten Kühldurchgangs 50b mit der verringerten Weite zu verringern.
Hinsichtlich der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel ist das erste Erweiterungsverhältnis das Erweiterungsverhältnis einer Innendurchmesserabmessung und liegt im Bereich von 100% bis 250%. Aufgrund dessen kann das vordere Ende der Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit der in dem Basisende 41b des ersten Kühldurchgangs 50a strömenden Kühlluft verringert wird, die Kühlluft mit einer niedrigeren Temperatur von dem mittleren Teil dem vorderen Ende 41a zugeführt wird, und die Strömungsgeschwindigkeit der in dem vorderen Ende des ersten Kühldurchgangs 50a strömenden Kühlluft zunimmt.
Hinsichtlich der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel ist das erste Erweiterungsverhältnis das Durchgangsgebiet-Erweiterungsverhältnis basierend auf der Innendurchmesserabmessung und liegt im Bereich von 100% bis 306%. Aufgrund dessen kann das vordere Ende der Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, indem die Strömungsgeschwindigkeit der in dem Basisende 41b des ersten Kühldurchgangs 50a strömenden Kühlluft verringert wird, die Kühlluft mit einer geringeren Temperatur von dem mittleren Teil dem vorderen Ende 41a zugeführt wird, und die Strömungsgeschwindigkeit der in dem vorderen Ende des ersten Kühldurchgangs 50a strömenden Kühlluft zunimmt.
In der Turbinenschaufel gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist der Abstand P3 zwischen den ersten Kühldurchgängen 50a, die an dem mittleren Teil in der Axialrichtung Da aneinander angrenzen, größer als jeder der Abstände P1 und P2 zwischen dem anderen ersten Kühldurchgang 50a und dem zweiten Kühldurchgang 50b, die aneinander angrenzen. Aufgrund dessen kann verhindert werden, dass die Temperatur des mittleren Teils der Rotorschaufel 28B abnimmt, und die Festigkeit der Rotorschaufel 28B kann verbessert werden.
Die Turbinenschaufel gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel umfasst den Nicht-Kühlteil 56, der den ersten Kühldurchgang 50a an dem mittleren Teil in der Axialrichtung Da nicht umfasst. Aufgrund dessen strömt die Kühlluft nicht in den Nicht-Kühlteil 56, so dass verhindert werden kann, dass die Temperatur des mittleren Teils der Rotorschaufel 28B abnimmt. Eine Temperaturdifferenz zwischen dem mittleren Teil und jeder der Vorderkante 41e und der Hinterkante 41f kann also verringert werden, und es kann verhindert werden, dass die durch den ersten Kühldurchgang 50a strömende Kühlluft aufheizt. Die Festigkeit der Rotorschaufel 28B kann verbessert werden, indem der Nicht-Kühlteil 56 angeordnet wird. Demzufolge kann eine thermische Wölbung der Rotorschaufel 28B verhindert werden, und eine ausreichende Festigkeit kann sichergestellt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel sind das erste Kühlloch 53 mit einem Ende, das sich zu dem vorderen Ende 41a öffnet und den Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, und das zweite Kühlloch 54 mit einem Ende, das mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 in Verbindung steht und den Innendurchmesser aufweist, der zu dem Basisende 41b zunimmt, als der erste Kühldurchgang 50a angeordnet. Aufgrund dessen verläuft die dem Basisende zugeführte Kühlluft durch das zweite Kühlloch 54 und das erste Kühlloch 53, um zu dem vorderen Ende ausgestoßen zu werden. In diesem Fall nimmt der Innendurchmesser des zweiten Kühllochs 54 zu dem Basisende zu, so dass die Strömungsgeschwindigkeit der durch das zweite Kühlloch 54 strömenden Kühlluft graduell zunimmt, bevor die Kühlluft in das erste Kühlloch 53 strömt. Aufgrund dessen kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Position, an der das erste Kühlloch 53 und das zweite Kühlloch 54 miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% der Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Gaswegoberfläche an dem Basisende 41b. Aufgrund dessen nimmt die Geschwindigkeit der durch den Kühldurchgang 50 strömenden Kühlluft an dem Basisende ab, und nimmt von der mittleren Position zu dem vorderen Ende zu. Demgemäß kann ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel weist das zweite Kühlloch 54 eine konisch verlaufende Form auf, in der der Innendurchmesser zu dem Basisende 41b kontinuierlich zunimmt. Aufgrund dessen weist das zweite Kühlloch 54 die konisch verlaufende Form ohne einen Höhenunterschied und dergleichen auf, so dass eine Belastungskonzentration verhindert werden kann.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel umfasst der Kühldurchgang 50 das basisendseitige Kühlloch 51 mit einem Ende, das sich zu dem Basisende 41b öffnet, und den Hohlraumteil 52 mit dem Innendurchmesser, der größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, und mit dem anderen Ende des ersten Kühldurchgangs 50a oder dem anderen Ende des zweiten Kühldurchgangs 50b und mit dem anderen Ende des basisendseitigen Kühllochs 51 in Verbindung steht. Aufgrund dessen wird die dem Basisende 41b zugeführte Kühlluft in den Hohlraumteil 52 von dem basisendseitigen Kühlloch 51 eingeführt, und in den ersten Kühldurchgang 50a und den zweiten Kühldurchgang 50b von dem Hohlraumteil 52 eingeführt. Demgemäß kann die Kühlluft den Schaufelteilen 41, 41A und 41B in geeigneter Weise zugeführt werden.
In der Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel ist der Hohlraumteil 52 in der Plattform 42 vorgesehen. Aufgrund dessen ist es möglich, den Hohlraumteil 52, dessen Innendurchmesser größer als der des ersten Kühldurchgangs 50a ist, den zweiten Kühldurchgang 50b, das zweite Kühlloch 54 und das basisendseitige Kühlloch 51 leicht auszubilden.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst den Schritt zum Ausbilden des ersten Kühllochs 53, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Rotorschaufel 28 konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung, und den Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem ersten Kühlloch 53 geändert wird.
Somit ist es möglich, das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, leicht auszubilden, und die Rotorschaufel 28 mit hoher Kühlleistung effizient herzustellen, indem eine elektrolytische Bearbeitung durchgeführt wird, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem ersten Kühlloch 53 geändert wird.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst den Schritt zum Ausbilden des basisendseitigen Kühllochs 51, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem Basisende konstant gehalten werden, und den Schritt zum Ausbilden des Hohlraumteils 52, dessen Innendurchmesser größer als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs 51 ist, durch elektrolytische Bearbeitung, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit auf die im Voraus eingestellte minimale Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert wird, oder die Bearbeitung an dem Endteil des basisendseitigen Kühllochs 51 gestoppt wird, und das zweite Kühlloch 54 wird befähigt, mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung zu stehen.
Somit werden zunächst das basisendseitige Kühlloch 51 und der Hohlraumteil 52 durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, und das zweite Kühlloch 54 wird danach befähigt, mit dem Hohlraumteil 52 in Verbindung zu stehen. Demgemäß wird das zweite Kühlloch 54 befähigt, mit dem Hohlraumteil 52, der einen großen Innendurchmesser aufweist, in Verbindung zu stehen, so dass der Kühldurchgang 50 in geeigneter Weise ausgebildet werden kann, sogar falls ein Bearbeitungsfehler zum Zeitpunkt einer elektrolytischen Bearbeitung des zweiten Kühllochs 54 auftritt.
In dem Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird, nachdem das zweite Basiskühlloch, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet wurde, während der Stromwert und die Bearbeitungsgeschwindigkeit in dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs 54 durch elektrolytische Bearbeitung konstant gehalten werden. Somit wird das zweite Basiskühlloch mit dem konstanten Innendurchmesser zum Zeitpunkt der ersten elektrolytischen Bearbeitung ausgebildet, und das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser zunimmt, wird zum Zeitpunkt der zweiten elektrolytischen Bearbeitung ausgebildet, so dass unter Verwendung von unterschiedlichen Elektroden zum Zeitpunkt der ersten elektrolytischen Bearbeitung und zum Zeitpunkt der zweiten elektrolytischen Bearbeitung das Energieerzeugungsgebiet der Elektrode vergrößert werden kann, und die elektrolytische Bearbeitung in geeigneter Weise durchgeführt werden kann.
In dem Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs 54 durch elektrolytische Bearbeitung das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, während der Stromwert auf einem vorbestimmten Wert oder einem größeren (maximaler Wert) konstant gehalten wird, und die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird. Somit kann eine vorbestimmte elektrolytische Bearbeitung sichergestellt werden, indem der Stromwert auf dem vorbestimmten Wert oder einem größeren konstant gehalten wird, und das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser zunimmt, kann in geeigneter Weise ausgebildet werden, indem die Elektrode bewegt wird, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird.
Als das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel umfasst das Herstellungsverfahren für jede der Rotorschaufeln 28, 28A und 28B, bei dem die Kühldurchgänge 50 entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh in Abständen in der Axialrichtung Da angeordnet sind, den Schritt zum Ausbilden des ersten Kühldurchgangs 50a, dessen Innendurchmesser um das erste Erweiterungsverhältnis entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b der Rotorschaufel 28, 28A oder 28B eingestellt wird, und den Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühldurchgangs 50b, dessen Innendurchmesser konstant ist oder um das zweite Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung, während mindestens der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende 41a zu dem Basisende 41b der Rotorschaufel 28, 28A oder 28B eingestellt wird. Aufgrund dessen ist es möglich, den ersten Kühldurchgang 50a, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh zunimmt, und den zweiten Kühldurchgang 50b, dessen Innendurchmesser konstant ist, oder entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh etwas zunimmt, leicht auszubilden, und die Rotorschaufel 28 mit hoher Kühlleistung effizient herzustellen.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel umfasst der erste Kühldurchgang 50a das erste Kühlloch 53 mit einem Ende, das sich zu dem vorderen Ende 41a öffnet und den Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung Dh konstant ist, und das zweite Kühlloch 54 mit einem Ende, das mit dem anderen Ende des ersten Kühllochs 53 ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht und den Innendurchmesser aufweist, der zu dem Basisende 41b zunimmt. Die Länge von einem Ende an dem vorderen Ende 41a der Rotorschaufel 28, 28A oder 28B des ersten Kühllochs 53 zu der Position des ersten Kühllochs 53 und des zweiten Kühllochs 54 beträgt 40% bis 60% der Länge von einem Ende des ersten Kühllochs 53 zu der Gaswegoberfläche an dem Basisende 41b der Rotorschaufel 28, 28A oder 28B. Aufgrund dessen ist es möglich, den ersten Kühldurchgang 50a, der einen Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv kühlen kann, mit hoher Genauigkeit auszubilden.
In dem Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel ist der Stromwert zum Zeitpunkt eines Ausbildens des zweiten Kühllochs 54 durch elektrolytische Bearbeitung auf dem vorbestimmten Wert oder einem größeren (beispielsweise ein maximaler Wert) konstant, und das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, wird durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird. Aufgrund dessen kann eine vorbestimmte elektrolytische Bearbeitungsgröße sichergestellt werden, indem der Stromwert auf dem vorbestimmten Wert oder einem größeren konstant gehalten wird, und das zweite Kühlloch 54, dessen Innendurchmesser zunimmt, kann in geeigneter Weise ausgebildet werden, indem die Elektrode bewegt wird, während sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit ändert.
Die Gasturbine gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel umfasst den Verdichter 11, die Brennkammer 12, die die durch den Verdichter 11 komprimierte Luft mit dem Brennstoff mischt und das Gemisch verbrennt, und die Turbine 13, die die Rotorschaufel 28 als die Turbinenschaufel umfasst und eine Rotationsenergie unter Verwendung eines durch die Brennkammer 12 erzeugten Verbrennungsgases FG verwendet. Aufgrund dessen kann in den Rotorschaufeln 28, 28A und 28B ein Teil von der mittleren Position mit einer hohen Wärmelast zu dem vorderen Ende durch die Kühlluft aktiv gekühlt werden. Demzufolge kann die Rotorschaufel 28 effizient gekühlt werden, so dass eine Kühlleistung verbessert werden kann.
Die Position, die Anzahl, die Größe und dergleichen des ersten Kühldurchgangs 50a und des zweiten Kühldurchgangs 50b, die vorstehend in den Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, sind darauf nicht beschränkt, und können in Abhängigkeit von der Form, der Größe und einer Anwendungsumgebung der Rotorschaufeln 28, 28A und 28B in geeigneter Weise eingestellt werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Turbinenschaufel gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Rotorschaufel 28 angewendet, aber kann auch auf die Leitschaufel 27 angewendet werden.
Bezugszeichenliste

10:: Gasturbine
11:: Verdichter
12:: Brennkammer
13:: Turbine
27:: Leitschaufel
28:: Rotorschaufel (Turbinenschaufel)
32:: Rotor
41, 41A, 41B:: Schaufelteil
41a:: Vorderes Ende
41b:: Basisende
41c:: Negative Druckoberfläche
41d:: Positive Druckoberfläche
41e:: Vorderkante
41f:: Hinterkante
42:: Plattform
42a, 42b:: Oberfläche
43:: Schaufelfußteil
43a:: Basisende
50:: Kühldurchgang
51:: Kühlloch an Basisendseite
52:: Hohlraumteil
53:: Erstes Kühlloch
54:: Zweites Kühlloch
55:: Drittes Kühlloch
56:: Nicht-Kühlteil
100:: Elektrolytische Bearbeitungsvorrichtung
101, 101A, 101B:: Elektrolytisches Bearbeitungswerkzeug
102:: Bewegungsmechanismus
103:: Führungsteil
110, 120, 130:: Werkzeughauptkörper
111, 121, 131:: Elektrode
112, 122, 132:: Isolationsschicht
123, 133:: Nicht-Isolationsteil
Da:: Axialrichtung
Dc:: Umfangsrichtung
Dh:: Schaufelhöhenrichtung
P1, P2, P3:: Abstand

Claims

Eine Turbinenschaufel mit einem Kühldurchgang, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung vorgesehen ist, wobei der Kühldurchgang umfasst: ein erstes Kühlloch, das ein Ende umfasst, das sich zu einem vorderen Ende öffnet, und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist, und ein zweites Kühlloch, das ein Ende umfasst, das mit einem anderen Ende des ersten Kühllochs ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, und einen Innendurchmesser aufweist, der zu einem Basisende zunimmt, und eine Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende beträgt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei der Kühldurchgang umfasst: ein basisendseitiges Kühlloch, das ein Ende umfasst, das sich zu dem Basisende öffnet, und einen Hohlraumteil, der einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs, und mit einem anderen Ende des zweiten Kühllochs und einem anderen Ende des basisendseitigen Kühllochs in Verbindung steht.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Kühlloch eine konisch verlaufende Form aufweist, bei der der Innendurchmesser zu dem Basisende kontinuierlich zunimmt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 2, wobei die Turbinenschaufel einen Schaufelteil, eine Plattform und einen Schaufelfußteil umfasst, und der Hohlraumteil in der Plattform vorgesehen ist.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 2 oder 4, wobei der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs größer ist als ein maximaler Innendurchmesser des zweiten Kühllochs.
Die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Innendurchmesser-Erweiterungsverhältnis des zweiten Kühllochs größer als 100% und kleiner als 200% ist.
Eine Turbinenschaufel mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen, die entlang einer Schaufelhöhenrichtung vorgesehen sind und in Abständen in einer vorderen und hinteren Richtung der Schaufel angeordnet sind, wobei der Kühldurchgang umfasst: einen ersten Kühldurchgang, der ein Kühlloch mit einem Innendurchmesser umfasst, der mit einem ersten Erweiterungsverhältnis von einem vorderen Ende zu einem Basisende zunimmt, und einen zweiten Kühldurchgang, der ein Kühlloch mit einem Innendurchmesser umfasst, der konstant ist oder mit einem zweiten Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, von dem vorderen Ende zu dem Basisende zunimmt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 7, wobei die Turbinenschaufel eine Form aufweist, bei der eine Weite eines Schaufelquerschnitts von einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung zu einer Vorderkante und einer Hinterkante verringert ist, und der zweite Kühldurchgang auf einer Seite angeordnet ist, die der Vorderkante oder der Hinterkante am Nächsten liegt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Erweiterungsverhältnis ein Erweiterungsverhältnis einer Innendurchmesserabmessung ist und im Bereich von 100% bis 250% liegt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Erweiterungsverhältnis ein Durchgangsbereich-Erweiterungsverhältnis basierend auf einer Innendurchmesserabmessung ist und im Bereich von 100% bis 306% liegt.
Die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei ein Abstand zwischen den ersten Kühldurchgängen, die in einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung der Schaufel aneinander angrenzen, größer ist als ein Abstand zwischen den anderen Kühldurchgängen, die aneinander angrenzen.
Die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einem nicht kühlenden Teil, der den Kühldurchgang an einem mittleren Teil in der vorderen und hinteren Richtung nicht umfasst.
Die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der erste Kühldurchgang umfasst: ein erstes Kühlloch, das ein Ende umfasst, das zu einem vorderen Ende geöffnet ist, und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung konstant ist, und ein zweites Kühlloch, das ein Ende umfasst, das mit einem anderen Ende des ersten Kühllochs in Verbindung steht, und das einen Innendurchmesser aufweist, der zu einem Basisende zunimmt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 13, wobei eine Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge von einem Ende des ersten Kühllochs bis zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende beträgt.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 13 oder 14, wobei das zweite Kühlloch eine konisch verlaufende Form aufweist, bei der der Innendurchmesser zu dem Basisende kontinuierlich zunimmt.
Die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 7 bis 15, wobei der Kühldurchgang umfasst: ein basisendseitiges Kühlloch, das ein Ende umfasst, das sich zu dem Basisende öffnet, und einen Hohlraumteil, der einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs, und der mit einem anderen Ende des ersten Kühldurchgangs oder einem anderen Ende des zweiten Kühldurchgangs und dem anderen Ende des basisendseitigen Kühllochs in Verbindung steht.
Die Turbinenschaufel nach Anspruch 16, aufweisend: einen Schaufelteil, eine Plattform, und einen Schaufelfußteil, wobei der Hohlraumteil in der Plattform vorgesehen ist.
Ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel, das die Schritte aufweist: Ausbilden eines ersten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung, wobei das erste Kühlloch einen Innendurchmesser aufweist, der entlang einer Schaufelhöhenrichtung von einem vorderen Ende zu einem Basisende der Turbinenschaufel konstant ist, und Ausbilden eines zweiten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird, so dass das zweite Kühlloch mit dem ersten Kühlloch ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, wobei das zweite Kühlloch einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, wobei eine Länge von einem Ende des ersten Kühllochs an einem vorderen Ende der Turbinenschaufel zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge von einem Ende des ersten Kühllochs zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende der Turbinenschaufel beträgt.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel nach Anspruch 18, das ferner die Schritte aufweist: Ausbilden eines basisendseitigen Kühllochs mit einem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist, durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem Basisende aus konstant gehalten werden, und Ausbilden eines Hohlraumteils durch elektrolytische Bearbeitung, während die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert oder die Bearbeitung an einem Endteil des basisendseitigen Kühllochs gestoppt wird, wobei der Hohlraumteil einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser des basisendseitigen Kühllochs und mit einem anderen Ende des zweiten Kühllochs und einem anderen Ende der basisendseitigen Kühllochseite in Verbindung steht.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung die Schritte umfasst: Ausbilden eines zweiten Basiskühllochs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden, wobei das zweite Basiskühlloch einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist, und Ausbilden des zweiten Kühllochs mit einem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung, während der Stromwert und/oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Schritt zum Ausbilden des zweiten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung ein Ausbilden des zweiten Kühllochs mit dem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, durch Konstanthalten des Stromwertes auf einem vorbestimmten Wert oder höher und ein Ändern der Bearbeitungsgeschwindigkeit umfasst.
Ein Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel mit einer Vielzahl von Kühldurchgängen entlang einer Schaufelhöhenrichtung, die in Abständen in einer vorderen und hinteren Richtung einer Schaufel angeordnet sind, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte aufweist: Ausbilden eines ersten Kühldurchgangs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von einem vorderen Ende zu einem Basisende der Turbinenschaufel eingestellt wird, wobei der erste Kühldurchgang einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung um ein erstes Erweiterungsverhältnis zunimmt, und Ausbilden eines zweiten Kühldurchgangs durch elektrolytische Bearbeitung, während ein Stromwert und/oder eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von dem vorderen Ende zu dem Basisende der Turbinenschaufel eingestellt wird, wobei der zweite Kühldurchgang einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist oder um ein zweites Erweiterungsverhältnis, das kleiner als das erste Erweiterungsverhältnis ist, zunimmt.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel nach Anspruch 22, wobei der erste Kühldurchgang umfasst: ein erstes Kühlloch, das ein Ende umfasst, das zu einem vorderen Ende geöffnet ist, und einen Innendurchmesser aufweist, der entlang der Schaufelhöhenrichtung konstant ist, und ein zweites Kühlloch, das ein Ende umfasst, das mit einem anderen Ende des ersten Kühllochs ohne einen Höhenunterschied in Verbindung steht, und einen Innendurchmesser aufweist, der zu dem Basisende zunimmt, und eine Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs an dem vorderen Ende der Turbinenschaufel zu einer Position, an der das erste Kühlloch und das zweite Kühlloch miteinander in Verbindung stehen, 40% bis 60% einer Länge von dem einen Ende des ersten Kühllochs zu einer Gaswegoberfläche an dem Basisende der Turbinenschaufel beträgt.
Das Herstellungsverfahren für eine Turbinenschaufel nach Anspruch 23, wobei zum Zeitpunkt des Ausbildens des zweiten Kühllochs durch elektrolytische Bearbeitung das zweite Kühlloch mit dem Innendurchmesser, der entlang der Schaufelhöhenrichtung zunimmt, durch elektrolytische Bearbeitung ausgebildet wird, während ein Stromwert konstant auf einem vorbestimmten Wert oder höher gehalten wird und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit geändert wird.
Eine Gasturbine, aufweisend: einen Verdichter, der konfiguriert ist, um Luft zu verdichten, eine Brennkammer, die konfiguriert ist, um von dem Verdichter verdichtete Luft mit Brennstoff zu mischen und ein resultierendes Gemisch zu verbrennen, und eine Turbine, die konfiguriert ist, um unter Verwendung eines von der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgases eine Rotationsenergie zu erhalten, wobei die Turbine die Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst.