DE112020001030T5

DE112020001030T5 - Turbinenleitschaufel und gasturbine

Info

Publication number: DE112020001030T5
Application number: DE112020001030.9T
Authority: DE
Inventors: Hidemichi Koyabu; Satoshi Hada
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: WO2020213381A1; US20220186623A1; JPWO2020213381A1; CN113692477B; JP7130855B2; CN113692477A; KR20210129712A; DE112020001030B4; KR102635112B1; US11891920B2

Abstract

Eine Turbinenleitschaufel gemäß einer Ausführungsform umfasst: einen Schaufelkörper, der umfasst: einen Strömungsprofilabschnitt, der in seinem Inneren einen serpentinenförmigen Strömungsdurchgang aufweist, wobei der serpentinenförmige Strömungsdurchgang eine Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen und eine Vielzahl von Umkehr-Strömungsdurchgängen umfasst, wobei mindestens einer der Umkehr-Strömungsdurchgänge an einer äußeren Seite oder einer inneren Seite, in einer Schaufelhöhenrichtung, einer Gaswegoberfläche angeordnet ist, und eine Abdeckung, die an mindestens einer von einer Außenendseite oder einer Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts angeordnet ist, und einen Deckelabschnitt, der an einem Endabschnitt an der Außenendseite oder der Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts befestigt ist, wobei der Deckelabschnitt den mindestens einen Umkehr-Strömungsdurchgang bildet und als ein von dem Strömungsprofilabschnitt getrenntes Element vorgesehen ist. Der Deckelabschnitt weist eine innere Wandoberflächenweite auf, die eine Strömungsdurchgangsweite des Umkehr-Strömungsdurchgangs bildet, wobei die innere Wandoberflächenweite größer ausgebildet ist als die Strömungsdurchgangsweite des im Strömungsprofilabschnitt ausgebildeten Kühlungsdurchgangs, und ein Minimalwert einer Dicke des Deckelabschnitts kleiner ist als eine Dicke eines Teils der Abdeckung, an der der Deckelabschnitt angebracht ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbinenleitschaufel und eine Gasturbine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Turbinenschaufel soll einem Hochtemperaturfluid, beispielsweise Verbrennungsgas, ausgesetzt werden und hat somit eine Struktur zur Kühlung. Als Kühlstruktur einer Turbinenschaufel ist beispielsweise eine Struktur zur Kühlung eines Strömungsprofilabschnitts durch Strömen eines Kühlmediums durch einen serpentinenförmigen oder schlangenförmigen Strömungsdurchgang, der im Inneren des Strömungsprofilabschnitts ausgebildet ist, bekannt.
Der serpentinenförmige Strömungsdurchgang umfasst eine Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen, die sich im Inneren des Strömungsprofilabschnitts in der Schaufelhöhenrichtung erstrecken und durch Trennwände voneinander getrennt sind. Ein Kühlmedium, das in der Schaufelhöhenrichtung von der ersten Seite zur zweiten Seite durch einen Kühlungs-Strömungsdurchgang strömt, durchströmt beispielsweise einen Bereich, der an der zweiten Seite des Kühlungs-Strömungsdurchgangs umkehrt, strömt in den dem Kühlungs-Strömungsdurchgang benachbarten Kühlungs-Strömungsdurchgang ein, und strömt von der zweiten Seite zur ersten Seite. An dem obigen Umkehrbereich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abnehmen, und der Wärmeübergangskoeffizient kann sich verschlechtern.
Auf diese Weise wird beispielsweise in der in Patentdokument 1 beschriebenen Turbinenleitschaufel ein serpentinenförmiger Strömungsdurchgang gebildet, wobei der Strömungsdurchgang am Umkehr-Strömungsdurchgang an der ersten Seite in der Schaufelhöhenrichtung ein Strömungsdurchgang ist, der näher an der ersten Seite ist als die Gaswegoberfläche der Abdeckung an der ersten Seite, und der Strömungsdurchgang am Umkehrbereich an der zweiten Seite in der Schaufelhöhenrichtung näher an der zweiten Seite ist als die Gaswegoberfläche der Abdeckung an der zweiten Seite (siehe Patentdokument 1).
Wenn eine Statorschaufel mit einem serpentinenförmigen Strömungsdurchgang durch Gießen hergestellt werden soll, kann der Kern zur Bildung des serpentinenförmigen Strömungsdurchgangs beim Gießen wegen der Schwierigkeit des Gießens in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt werden, und ein Teil des Umkehr-Strömungsdurchgangs kann an der Seite der Abdeckung an der äußeren Seite der Gaswegoberfläche angeordnet sein. In diesem Fall wird der Umkehr-Strömungsdurchgang durch Anbringen eines vom Strömungsprofilabschnitt getrennten Deckelabschnitts an den Strömungsprofilabschnitt gebildet, und dadurch wird der serpentinenförmige Strömungsdurchgang als Ganzes gebildet.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2000-230404A
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Gasturbinenleitschaufel strömt die Kühlluft linear am Fußabschnitt der Schaufel, der mit der äußeren Abdeckung und der inneren Abdeckung verbunden ist, um den Fußabschnitt zu kühlen, und strömt anschließend in den nächsten Durchgang ein, während sie den Fußabschnitt erneut kühlt, wodurch die Kühlwirkung verbessert wird.
Bei der in Patentschrift 1 beschriebenen Gasturbinenleitschaufel ist der Strömungsdurchgang des Umkehrbereichs jedoch entfernt von dem Bereich angeordnet, wo das Verbrennungsgas strömt, wodurch die Temperatur an dem Abschnitt, der den Strömungsdurchgang bildet, abnimmt und die Temperaturdifferenz von dem Abschnitt, der innerhalb des Bereichs angeordnet ist, in dem das Verbrennungsgas an dem Strömungsprofilabschnitt strömt, zunimmt. Auf diese Weise kann die thermische Belastung an dem Abschnitt, der den Strömungsdurchgang am Umkehrbereich bildet, hoch werden.
Angesichts des Vorhergehenden besteht eine Aufgabe von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, sowohl die Verschlechterung der Kühlungseffizienz als auch die thermischen Belastungen an einer Turbinenleitschaufel zu verhindern.
Lösung der Probleme
(1) Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Turbinenleitschaufel: einen Schaufelkörper, der umfasst: einen Strömungsprofilabschnitt, der in seinem Inneren einen serpentinenförmigen Strömungsdurchgang aufweist, wobei der serpentinenförmige Strömungsdurchgang eine Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen und eine Vielzahl von Umkehr-Strömungsdurchgängen umfasst, wobei mindestens einer der Umkehr-Strömungsdurchgänge an einer äußeren Seite oder einer inneren Seite, in einer Schaufelhöhenrichtung, einer Gaswegoberfläche angeordnet ist, und einer Abdeckung, die an mindestens einer von einer Außenendseite oder einer Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts angeordnet ist, und einem Deckelabschnitt, der an einem Endabschnitt an der Außenendseite oder der Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts befestigt ist, wobei der Deckelabschnitt den mindestens einen Umkehr-Strömungsdurchgang bildet und als ein von dem Strömungsprofilabschnitt getrenntes Element vorgesehen ist. Der Deckelabschnitt weist eine innere Wandoberflächenweite auf, die eine Strömungsdurchgangsweite des Umkehr-Strömungsdurchgangs bildet, wobei die innere Wandoberflächenweite größer als die Strömungsdurchgangsweite des im Strömungsprofilabschnitt ausgebildeten Kühlungsdurchgangs ausgebildet ist, und ein Minimalwert einer Dicke des Deckelabschnitts kleiner als eine Dicke eines Teils der Abdeckung ist, an der der Deckelabschnitt angebracht ist.
Bei der obigen Konfiguration (1) ist ein Deckelabschnitt an der äußeren oder der inneren Seite, in der Schaufelhöhenrichtung, von der Gaswegoberfläche an dem Schaufelkörper befestigt, wobei der Deckelabschnitt den Umkehr-Strömungsdurchgang bildet und als ein von dem Strömungsprofilabschnitt getrenntes Element vorgesehen ist, und der Deckelabschnitt eine innere Wandoberflächenweite aufweist, die eine Strömungsdurchgangsweite des Umkehr-Strömungsdurchgangs bildet, wobei die innere Wandoberflächenweite größer ausgebildet ist als die Strömungsdurchgangsweite des im Strömungsprofilabschnitt ausgebildeten Kühlungsdurchgangs, wodurch ein Anstieg des Druckverlustes des Kühlmediums am Umkehr-Strömungsdurchgang verhindert werden kann.
Darüber hinaus ist bei der obigen Konfiguration (1) der Minimalwert der Dicke des Deckelabschnitts kleiner als die Dicke des Teils der Abdeckung, an dem der Deckelabschnitt angebracht ist, und auf diese Weise können thermische Belastungen verhindert werden, die auf den Deckelabschnitt wirken.
(2) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) umfasst der Strömungsprofilabschnitt eine druckseitige Schaufeloberfläche, die so ausgenommen ist, dass sie in der Umfangsrichtung eine konkave Form hat, und eine saugseitige Schaufeloberfläche, die so vorsteht, dass sie in der Umfangsrichtung eine konvexe Form hat und über eine Vorderkante und eine Hinterkante mit der druckseitigen Schaufeloberfläche verbunden ist. Die Abdeckung umfasst: einen Bodenabschnitt, der in der Schaufelhöhenrichtung eine innere Oberfläche bildet, die der Gaswegoberfläche in der Schaufelhöhenrichtung gegenüberliegt, einen äußeren Wandabschnitt, der an gegenüberliegenden Enden, in einer Axialrichtung und der Umfangsrichtung, des Bodenabschnitts ausgebildet ist, wobei sich der äußere Wandabschnitt in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, eine Prallplatte, die in einem Innenraum angeordnet ist, der von dem äußeren Wandabschnitt und dem Bodenabschnitt umgeben ist, wobei die Prallplatte eine Vielzahl von Durchgangslöchern umfasst, und einen Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt, der an der Gaswegoberfläche ausgebildet ist, der sich von einem Vorderkantenabschnitt der druckseitigen Schaufeloberfläche zu der saugseitigen Schaufeloberfläche des Schaufelprofilabschnitts, der in der Umfangsrichtung benachbart positioniert ist, zu einer Zwischenposition einer Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs zwischen dem Schaufelprofilabschnitt und dem benachbarten Schaufelprofilabschnitt erstreckt, wobei der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt von einem äußeren Randabschnitt umgeben ist, der an einer Position ausgebildet ist, die mit der Gaswegoberfläche verbunden ist und von der Gaswegoberfläche in der Schaufelhöhenrichtung vorsteht.
Bei der obigen Konfiguration (2) umfasst die Abdeckung einen äußeren Wandabschnitt, der an gegenüberliegenden Enden in der Axialrichtung und der Umfangsrichtung der Abdeckung ausgebildet ist, und eine Prallplatte mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern ist zwischen dem äußeren Wandabschnitt und dem Deckelabschnitt angeordnet, um die innere Oberfläche der Abdeckung abzudecken, wodurch thermische Belastungen, die an der Abdeckung auftreten, verhindert werden können.
Des Weiteren ist an der Gaswegoberfläche vom Vorderkantenabschnitt der druckseitigen Schaufeloberfläche zu der saugseitigen Schaufeloberfläche des Strömungsprofilabschnitts, der in der Umfangsrichtung benachbart angeordnet ist, ein Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt an einer Zwischenposition der Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang ausgebildet, wobei der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt von einem äußeren Randabschnitt umgeben ist und in der Schaufelhöhenrichtung vorsteht, wodurch das Erzeugen einer Sekundärströmung der Verbrennungsgasströmung an der Gaswegoberfläche verhindert und die aerodynamische Kraft der Schaufel verbessert werden kann.
(3) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (2) umfasst die Prallplatte: einen allgemeinen Bereich, der so positioniert ist, dass er der inneren Oberfläche der Abdeckung zugewandt ist, wobei es sich um einen Bereich handelt, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt nicht ausgebildet ist, wobei der allgemeine Bereich die Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die konfiguriert sind, um eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche auszuführen, und einen Bereich mit hoher Dichte, der einen Bereich umfasst, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist und von dem äußeren Randabschnitt umgeben ist, wobei der Bereich mit hoher Dichte eine höhere Öffnungsdichte der Durchgangslöcher aufweist als diejenige in dem allgemeinen Bereich.
Bei der obigen Konfiguration (3) hat die Prallplatte einen Bereich mit hoher Dichte der Durchgangslöcher, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist, und einen allgemeinen Bereich der Durchgangslöcher, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt nicht ausgebildet ist, und der Bereich mit hoher Dichte der Durchgangslöcher in einem Bereich ausgebildet ist, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist und von dem äußeren Randabschnitt umgeben ist, wodurch thermische Belastungen verhindert werden können, die in einem Bereich um den äußeren Randabschnitt auftreten, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist.
(4) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (3) umfasst die Prallplatte: eine zweite Prallplatte, die in der Schaufelhöhenrichtung nahe bei der inneren Oberfläche ist, und eine erste Prallplatte, die in einer sich von der inneren Oberfläche entfernenden Richtung, in der Schaufelhöhenrichtung, bezüglich der zweiten Prallplatte positioniert ist. Die zweite Prallplatte und die erste Prallplatte sind über einen in der Schaufelhöhenrichtung gebogenen Stufenabschnitt miteinander verbunden. Der sich in der Axialrichtung oder in der Umfangsrichtung erstreckende Stufenabschnitt ist zwischen dem äußeren Wandabschnitt und dem Deckelabschnitt angeordnet. Die erste Prallplatte umfasst einen ersten Bereich mit hoher Dichte, in dem die Öffnungsdichte höher ist als in einem allgemeinen Bereich der ersten Prallplatte. Die zweite Prallplatte umfasst einen zweiten Bereich mit hoher Dichte, in dem die Öffnungsdichte höher ist als die in einem allgemeinen Bereich der zweiten Prallplatte.
Bei der obigen Konfiguration (4) umfasst die Prallplatte die erste Prallplatte und die zweite Prallplatte, die über den Stufenabschnitt integral ausgebildet sind, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die an der Prallplatte auftreten, verhindert werden. Darüber hinaus wird der Bereich des äußeren Randabschnitts, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet ist, durch sowohl von dem ersten Bereich mit hoher Dichte der ersten Prallplatte mit einer hohen Öffnungsdichte als auch von dem zweiten Bereich mit hoher Dichte der zweiten Prallplatte gekühlt, und auf diese Weise kann die thermische Belastung eines Bereichs um den äußeren Randabschnitt des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts noch weiter verringert werden.
(5) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (4) weist die Abdeckung eine Vielzahl von Strömungsprofilabschnitten auf, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und der Stufenabschnitt ist zwischen einer Vielzahl der Deckelabschnitte angeordnet, von denen jeder an einem entsprechenden der Strömungsprofilabschnitte angeordnet ist, wobei sich der Stufenabschnitt in der Axialrichtung erstreckt.
Bei der obigen Konfiguration (5) ist der Stufenabschnitt an der Prallplatte zwischen den an der Vielzahl von Strömungsprofilabschnitten, die in der Umfangsrichtung an der Abdeckung angeordnet sind, befestigten Deckelabschnitten ausgebildet, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die an der zwischen den Strömungsprofilabschnitten angeordneten Prallplatte auftreten, verhindert werden.
(6) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (4) oder (5) weist der Stufenabschnitt eine schräge Oberfläche auf, die bezüglich der Schaufelhöhenrichtung schräg ist.
Bei der obigen Konfiguration (6) weist der an der Prallplatte ausgebildete Stufenabschnitt eine schräge Oberfläche auf, die schräg bezüglich der Schaufelhöhenrichtung ist, und auf diese Weise kann der Stufenabschnitt einfach konfiguriert werden.
(7) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (4) bis (6) ein Lochdurchmesser von ersten Durchgangslöchern, bei denen es sich um die an der ersten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher handelt, größer als ein Lochdurchmesser von zweiten Durchgangslöchern, bei denen es sich um die an der zweiten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher handelt.
Bei der obigen Konfiguration (7) ist der Lochdurchmesser der Durchgangslöcher, die an der ersten Prallplatte ausgebildet sind, größer als der Lochdurchmesser der Durchgangslöcher, die an der zweiten Prallplatte ausgebildet sind, und auf diese Weise kann die innere Oberfläche der Abdeckung effektiver mit dem Kühlmedium gekühlt werden.
(8) Bei einigen Ausführungsformen ist in der obigen Konfiguration (7) ein Anordnungsabstand der ersten Durchgangslöcher, die an der ersten Prallplatte ausgebildet sind, größer als ein Anordnungsabstand der zweiten Durchgangslöcher, die an der zweiten Prallplatte ausgebildet sind.
Bei der obigen Konfiguration (8) ist der Anordnungsabstand der an der ersten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher größer als der Anordnungsabstand der an der zweiten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher, und auf diese Weise kann die innere Oberfläche der Abdeckung effektiver mit dem Kühlmedium gekühlt und ein übermäßiger Verbrauch des Kühlmediums verhindert werden.
(9) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (4) bis (8) weist die zweite Prallplatte zwei zweite Prallplatten auf, die jeweils an einer inneren Oberfläche des äußeren Wandabschnitts der Abdeckung und an einer äußeren Wandoberfläche des Deckelabschnitts befestigt sind, und die erste Prallplatte ist über den Stufenabschnitt zwischen den beiden zweiten Prallplatten positioniert.
Bei der obigen Konfiguration (9) sind die erste Prallplatte und die zweite Prallplatte über den Stufenabschnitt integral an der Prallplatte ausgebildet, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die an der Prallplatte auftreten, verhindert werden.
(10) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (3) bis (9) hat die Prallplatte eine Öffnung, die mit dem Deckelabschnitt in Eingriff zu bringen ist, und der Deckelabschnitt umfasst einen Vorsprungsabschnitt, der entgegengesetzt zu dem Strömungsprofilabschnitt von der Öffnung in der Schaufelhöhenrichtung vorsteht.
Mit der obigen Konfiguration (10) kann die Größe des Deckelabschnitts in der Schaufelhöhenrichtung vergrößert werden, und auf diese Weise kann der Bereich, in dem eine Änderung der Strömungsrichtung des Kühlmediums am Umkehr-Strömungsdurchgang eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit und eine Verschlechterung des Wärmeübergangskoeffizienten verursacht, weiter von dem Bereich entfernt positioniert werden, wo das Verbrennungsgas strömt. Dementsprechend kann die Verschlechterung der Kühleffizienz in der Nähe der Abdeckung, des Strömungsprofilabschnitts verhindert werden.
(11) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (10) ist der Deckelabschnitt über einen Schweißabschnitt an der Abdeckung befestigt.
Bei der obigen Konfiguration (11) kann der Deckelabschnitt, der ein vom Strömungsprofilabschnitt getrenntes Element ist, über die Abdeckung an dem Strömungsprofilabschnitt befestigt werden. Der Deckelabschnitt ist über den Schweißabschnitt an der Abdeckung befestigt, und der Deckelabschnitt kann separat von dem Strömungsprofilabschnitt und der Abdeckung hergestellt werden, was es einfacher macht, den Deckelabschnitt mit einer relativ geringen Dicke herzustellen.
(12) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (11) umfasst die Abdeckung eine äußere Abdeckung oder eine innere Abdeckung, die an der Fußendseite oder der Fußendseite des Strömungsprofilabschnitts ausgebildet ist.
(13) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (12) hat der Deckelabschnitt einen Abschnitt, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und ein minimaler Dickenwert des Abschnitts ist kleiner als eine Dicke eines Abschnitts der Abdeckung, an der der Deckelabschnitt angebracht ist.
Der Deckelabschnitt bildet den Umkehr-Strömungsdurchgang und umfasst auf diese Weise einen sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckenden Abschnitt (im Folgenden auch als erster Abschnitt bezeichnet) und einen Abschnitt, der einen Endabschnitt, in der Schaufelhöhenrichtung, des Umkehr-Strömungsdurchgangs umfasst und sich beispielsweise in einer Richtung erstreckt, die sich von derjenigen des ersten Abschnitts unterscheidet (auch als zweiter Abschnitt bezeichnet). Der erste Abschnitt hat einen Endabschnitt an der Seite der Abdeckung, der an der Abdeckung angebracht werden soll, und ist auf diese Weise näher an der Abdeckung positioniert als der zweite Abschnitt.
Dabei ist gemäß der obigen Konfiguration (13) der Minimalwert der Dicke des sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckenden Abschnitts des Deckelabschnitts kleiner als die Dicke des Abschnitts der Abdeckung, an dem der Deckelabschnitt angebracht ist, und auf diese Weise kann die Dicke des näher an der Abdeckung liegenden Abschnitts kleiner gemacht werden als die Dicke des Abschnitts der Abdeckung, an dem der Deckelabschnitt angebracht ist. Dementsprechend können thermische Belastungen, die auf den Abschnitt des Deckels wirken, effektiv verhindert werden.
(14) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (13) hat der Deckelabschnitt einen Abschnitt, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und ein minimaler Dickenwert des Abschnitts ist kleiner als eine Dicke einer Trennwand, die die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen unterteilt.
In einem Fall, in dem der Strömungsprofilabschnitt drei oder mehr Kühlungs-Strömungsdurchgänge hat, gibt es zum Beispiel eine Trennwand, die ein Paar von Kühlungs-Strömungsdurchgängen, die durch einen Umkehr-Strömungsdurchgang, der durch den Deckelabschnitt gebildet ist, in Verbindung stehen, von einem Strömungsdurchgang außer dem Paar von Kühlungs-Strömungsdurchgängen trennt. Darüber hinaus ist ein Teil des Abschnitts des Deckelabschnitts, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, mit einem Endabschnitt von zwei Endabschnitten der Trennwand in der Schaufelhöhenrichtung verbunden, wo der Deckelabschnitt vorhanden ist.
Bei der obigen Konfiguration (14) ist der Minimalwert der Dicke des Abschnitts des Deckelabschnitts, der sich in einer Schaufelhöhenrichtung erstreckt, kleiner als die Dicke der Trennwand, und auf diese Weise kann selbst dann, wenn die Trennwand mit dem Abschnitt des Deckelabschnitts, der sich in einer Schaufelhöhenrichtung erstreckt, wie oben beschrieben, verbunden ist, eine thermische Belastung, die auf den Deckelabschnitt wirkt, effektiv verhindert werden.
(15) Bei einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (10) umfasst der Deckelabschnitt einen Plattentragabschnitt, der sich entlang eines Umfangsrandabschnitts der Öffnung der Prallplatte erstreckt, um den Umfangsrandabschnitt zu tragen, und die Prallplatte ist an dem Plattentragabschnitt des Deckelabschnitts über einen Schweißabschnitt befestigt.
Bei der obigen Konfiguration (15) ist es durch das Tragen des Plattentragabschnitts auf dem Deckelabschnitt einfacher, die Position der Prallplatte bezüglich des Deckelabschnitts zu bestimmen, wodurch das Anbringen der Prallplatte erleichtert wird.
(16) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (15) der Deckelabschnitt an einer Trennwand, die die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen unterteilt, über einen Teil eines Schweißabschnitts befestigt.
Wie oben beschrieben gibt es beispielsweise in einem Fall, in dem der Strömungsprofilabschnitt drei oder mehr Kühlungs-Strömungsdurchgänge hat, eine Trennwand, die ein Paar von Kühlungs-Strömungsdurchgängen, die durch einen Umkehr-Strömungsdurchgang, der durch den Deckelabschnitt gebildet wird, in Verbindung stehen, von einem anderen Strömungsdurchgang als dem Paar von Kühlungs-Strömungsdurchgängen trennt. Darüber hinaus ist ein Teil des Abschnitts des Deckelabschnitts, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, mit einem Endabschnitt von zwei Endabschnitten der Trennwand in der Schaufelhöhenrichtung verbunden, wo der Deckelabschnitt vorhanden ist.
Dementsprechend kann bei der obigen Konfiguration (16) der Deckelabschnitt, der im Vergleich zu dem Strömungsprofilabschnitt und der Abdeckung eine relativ geringe Dicke aufweist, über einen Teil des Schweißabschnitts an der Trennwand befestigt werden.
(17) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (16) weist der Deckelabschnitt ein Material auf, das eine niedrigere Hitzebeständigkeitstemperatur hat als ein Material des Schaufelkörpers.
Wie oben beschrieben ist der Deckelabschnitt an der dem Strömungsprofilabschnitt gegenüberliegenden Seite über der Gaswegoberfläche in einer Schaufelhöhenrichtung ausgebildet, und der Deckelabschnitt kann weiter von dem Bereich entfernt positioniert werden, wo das Verbrennungsgas strömt. Auf diese Weise ist die für den Deckelabschnitt erforderliche Hitzebeständigkeitstemperatur niedriger als die für den Strömungsprofilabschnitt erforderliche Hitzebeständigkeitstemperatur. Auf diese Weise können die Kosten des Deckelabschnitts verringert werden, wenn der Deckelabschnitt ein Material umfasst, das eine niedrigere Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist als das Material des Schaufelkörpers, wie in der obigen Konfiguration (15).
(18) Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine: die Turbinenleitschaufel gemäß einer der obigen (1) bis (17), eine Rotorwelle, und eine Turbinenlaufschaufel, die an der Rotorwelle angeordnet ist.
Gemäß der obigen Konfiguration (18) umfasst die Gasturbine die Turbinenleitschaufel gemäß einem der obigen (1) bis (17), und auf diese Weise kann sowohl die Verschlechterung der Kühleffizienz als auch die thermische Belastung der Turbinenleitschaufel verhindert werden. Dementsprechend kann die Haltbarkeit der Turbinenleitschaufel verbessert und die Zuverlässigkeit der Gasturbine erhöht werden.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann sowohl die Verschlechterung des Kühlungseffizienz als auch die thermische Belastung einer Turbinenleitschaufel verhindert oder verringert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung einer Turbinenleitschaufel gemäß einiger Ausführungsformen.
2 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine innere Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer Ausführungsform (Pfeilansicht A-A in 2).
4 ist eine innere Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform (Pfeilansicht A-A in 2).
5 ist eine innere Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform (Pfeilansicht A-A in 2).
6 ist eine B-B-Pfeil-Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer in 3 dargestellten Ausführungsform.
7 ist eine C-C-Pfeil-Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist.
8 ist eine D-D-Pfeil-Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist.
9 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
10 ist eine E-E-Pfeil-Querschnittansicht der in 9 dargestellten Turbinenleitschaufel.
11 ist ein erläuterndes Schaubild der Prallkühlung eines Bereichs um einen Stufenabschnitt einer Prallplatte.
12 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
13 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
14 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
15 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
16 ist eine F-F-Pfeil-Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen in 15 dargestellten Ausführungsform.
17 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
18 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
19 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
20 ist eine innere Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform (Pfeilansicht H-H in 15)

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Positionen und dergleichen der in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten, sofern sie nicht besonders gekennzeichnet sind, nur als illustrativ zu verstehen sind und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand versetzt ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „dasselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem noch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist beispielsweise eine Form wie eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht nur als die geometrisch strenge Form zu verstehen, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind Ausdrücke wie „umfassen“, „aufweisen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht so zu verstehen, dass sie andere Bestandteile ausschließen.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 eine Gasturbine gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben. 1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung einer Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung einer Turbinenleitschaufel gemäß einigen Ausführungsformen.
Wie in 1 dargestellt umfasst die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform einen Verdichter 2 zum Erzeugen von verdichteter Luft, eine Brennkammer 4 zum Erzeugen von Verbrennungsgas aus der verdichteten Luft und Brennstoff und eine Turbine 6, die konfiguriert ist, um durch das Verbrennungsgas in Drehung versetzt zu werden. Im Falle der Gasturbine 1 zur Stromerzeugung ist ein Generator (nicht dargestellt) mit der Turbine 6 verbunden, so dass die Rotationsenergie der Turbine 6 elektrischen Strom erzeugt.
In Bezug auf 1 wird insbesondere das Konfigurationsbeispiel der jeweiligen Komponenten der Gasturbine 1 beschrieben.
Der Verdichter 2 umfasst ein Verdichtergehäuse 10, einen Lufteinlass 12 zum Ansaugen von Luft, der an einer Einlassseite des Verdichtergehäuses 10 angeordnet ist, eine Rotorwelle 8, die so angeordnet ist, dass sie sowohl das Verdichtergehäuse 10 als auch ein unten beschriebenes Turbinengehäuse 22 durchdringt, und eine Auswahl von Schaufeln, die im Verdichtergehäuse 10 angeordnet sind. Die Auswahl von Schaufeln umfasst eine an der Seite des Lufteinlasses 12 angeordnete Einlassleitschaufel 14, eine Vielzahl von Verdichterleitschaufeln 16, die an der Seite des Verdichtergehäuses 10 befestigt sind, und eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufeln 18, die an der Rotorwelle 8 so angeordnet sind, dass sie in der Axialrichtung abwechselnd mit den Verdichterleitschaufeln 16 angeordnet sind. Der Verdichter 2 kann weitere, in den Zeichnungen nicht dargestellte Komponenten umfassen, beispielsweise eine Entnahmekammer. Im obigen Verdichter 2 strömt die vom Lufteinlass 12 angesaugte Luft durch die Vielzahl von Verdichterleitschaufeln 16 und die Vielzahl von Verdichterlaufschaufeln 18, um verdichtet zu werden, und erzeugt so verdichtete Luft. Die verdichtete Luft wird der Brennkammer 4 an der stromabwärtigen Seite des Verdichters 2 zugeführt.
Die Brennkammer 4 ist in einem Gehäuse (Brennkammergehäuse) 20 angeordnet. Wie in 1 dargestellt kann eine Vielzahl von Brennkammern 4 in einer Ringform angeordnet sein, die an der Rotorwelle 8 im Inneren des Gehäuses 20 zentriert ist. Die Brennkammer 4 wird mit Brennstoff und der im Verdichter 2 erzeugten verdichteten Luft zugeführt und verbrennt den Brennstoff, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, das einen hohen Druck und eine hohe Temperatur hat und als Arbeitsfluid der Turbine 6 dient. Das Verbrennungsgas wird der Turbine 6 an einer späteren Stufe von der Brennkammer 4 zugeführt.
Die Turbine 6 umfasst ein Turbinengehäuse 22 und eine Auswahl von Turbinenschaufeln, die innerhalb des Turbinengehäuses 22 angeordnet sind. Die Auswahl von Turbinenschaufeln umfasst eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 100, die an der Seite des Turbinengehäuses 22 befestigt sind, und eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln 24, die an der Rotorwelle 8 so angeordnet sind, dass sie abwechselnd in der Axialrichtung mit den Turbinenleitschaufeln 100 angeordnet sind.
In der Turbine 6 erstreckt sich die Rotorwelle 8 in der Axialrichtung (die Rechts-Links-Richtung in 1), und das Verbrennungsgas strömt von der Seite der Brennkammer 4 zu der Seite des Abgasgehäuses 28 (von links nach rechts in 1). Auf diese Weise ist in 1 die linke Seite in der Zeichnung die stromaufwärtige Seite in der Axialrichtung, und die rechte Seite in der Zeichnung die stromabwärtige Seite in der Axialrichtung. Wenn in der folgenden Beschreibung lediglich von der „Radialrichtung“ die Rede ist, bezieht sich diese Richtung auf die Richtung orthogonal zur Rotorwelle 8.
Die Turbinenlaufschaufeln 24 sind konfiguriert, um eine Rotationsantriebskraft von Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen, das durch das Turbinengehäuse 22 mit den Turbinenleitschaufeln 100 strömt. Da die Rotationsantriebskraft zur Rotorwelle 8 übertragen wird, wird der mit der Rotorwelle 8 gekoppelte Generator angetrieben.
Mit der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung des Turbinengehäuses 22 ist eine Auslasskammer 29 über ein Auslassgehäuse 28 verbunden. Das Verbrennungsgas, das die Turbine 6 angetrieben hat, durchströmt das Auslassgehäuse 28 und die Auslasskammer 29, bevor es zur Außenseite ausgetragen wird.
2 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer Ausführungsform. 3 ist eine innere Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer Ausführungsform. 4 ist eine innere Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer anderen Ausführungsform. 5 ist eine innere Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. 6 ist eine B-B-Pfeil-Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer in 3 dargestellten Ausführungsform. 7 ist eine C-C-Pfeil-Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist. 8 ist eine D-D-Pfeil-Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist.
Wie in den 2 bis 5 dargestellt umfasst die Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen einen Schaufelkörper 101 und einen Deckelabschnitt 150.
Der Schaufelkörper 101 gemäß einigen Ausführungsformen umfasst: einen Strömungsprofilabschnitt 110 mit einer Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen 111 im Inneren, eine äußere Abdeckung 121, die an der Seite des Außenendes 110c des Strömungsprofilabschnitts 110 angeordnet ist, d.h. an der äußeren Seite in der Radialrichtung, und eine innere Abdeckung 122, die an der Seite des Fußendes 110d (Fußendeseite) des Strömungsprofilabschnitts 110 angeordnet ist, d.h. an der inneren Seite in der Radialrichtung. In der folgenden Beschreibung wird die Radialrichtung als die Schaufelhöhenrichtung des Strömungsprofilabschnitts 110 oder einfach als die Schaufelhöhenrichtung bezeichnet. Zur Verdeutlichung der Beschreibung werden die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen 111 in der Reihenfolge von der Seite der Vorderkante 110a zu der Seite der Hinterkante 110b des Strömungsprofilabschnitts 110 als der erste Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a, der zweite Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b, der dritte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c, der vierte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und der fünfte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e bezeichnet. In der folgenden Beschreibung können jedoch, wenn eine Unterscheidung der jeweiligen Kühlungs-Strömungsdurchgänge 111a, 111b, 111c, 111d, 111e nicht erforderlich ist, die den Beschreibungsziffern angefügten Buchstaben weggelassen werden, und die Kühlungs-Strömungsdurchgänge können lediglich als Kühlungs-Strömungsdurchgänge 111 bezeichnet werden.
Bei einigen Ausführungsformen der Turbinenleitschaufel 100 ist die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen 111 durch Trennwände 140 unterteilt. Der erste Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a und der zweite Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b sind durch die erste Trennwand 141 unterteilt. Der zweite Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und der dritte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c sind durch die zweite Trennwand 142 unterteilt. Der dritte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c und der vierte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d sind durch die dritte Trennwand 143 unterteilt. Der vierte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und der fünfte Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e sind durch die vierte Trennwand 144 unterteilt. Wenn eine Unterscheidung der jeweiligen Trennwände 141 bis 144 nicht erforderlich ist, können die Trennwände in der folgenden Beschreibung einfach als Trennwände 140 bezeichnet werden.
Der Deckelabschnitt 150 gemäß einigen Ausführungsformen ist ein von dem Strömungsprofilabschnitt 110 getrenntes Element und ist an der äußeren Abdeckung 121 und der inneren Abdeckung 122 gegenüber dem Strömungsprofilabschnitt 110 über die Gaswegoberfläche in einer Schaufelhöhenrichtung des Strömungsprofilabschnitts 110 angebracht. Der Deckelabschnitt 150 bildet gemäß einigen Ausführungsformen einen Umkehr-Strömungsdurchgang 112, der ein Paar von benachbarten Kühlungs-Strömungsdurchgängen 111 der Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen 111 in Verbindung bringt. Ferner ist die Gaswegoberfläche eine Oberfläche, die mit dem Verbrennungsgas in einem Fall in Kontakt ist, in dem die Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen in einer Turbine angeordnet ist, und entspricht den äußeren Oberflächen 121a, 122a der äußeren Abdeckung 121 und der inneren Abdeckung 122, die in den 2 bis 5 dargestellt sind. Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen werden der Strömungsprofilabschnitt 110 und die Abdeckungen 121,122 beispielsweise durch Gießen hergestellt, während der Deckelabschnitt 150 beispielsweise aus Blech besteht.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, sind vier Umkehr-Strömungsdurchgänge 112 ausgebildet. Insbesondere bringt der erste Umkehr-Strömungsdurchgang 112a in der Reihenfolge von der Seite der Vorderkante 110a den ersten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a und den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b in Verbindung, und der zweite Umkehr-Strömungsdurchgang 112b bringt den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung. Der dritte Umkehr-Strömungsdurchgang 112c bringt den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c und den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d in Verbindung, und der vierte Umkehr-Strömungsdurchgang 112d bringt den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform wird von den vier Umkehr-Strömungsdurchgängen 112 der Umkehr-Strömungsdurchgang 112b, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, durch den Deckelabschnitt 150A gebildet.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer anderen in 4 dargestellten Ausführungsform werden von den vier Umkehr-Strömungsdurchgängen 112 der Umkehr-Strömungsdurchgang 112b, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, und der Umkehr-Strömungsdurchgang 112d, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt, durch die Deckelabschnitte 150B gebildet.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, werden von den vier Umkehr-Strömungsdurchgängen 112 der Umkehr-Strömungsdurchgang 112b, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, und der Umkehr-Strömungsdurchgang 112d, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt, durch die Deckelabschnitte 150C gebildet.
Ferner können bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer in 3 dargestellten Ausführungsform zwei Deckelabschnitte 150A den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d bilden, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, und den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt. Ferner kann in der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer in 3 dargestellten Ausführungsform ein einzelner Deckelabschnitt 150A den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d bilden, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 4 dargestellt ist, kann ein einzelner Deckelabschnitt 150B nur einen der Umkehr-Strömungsdurchgänge 112b, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, oder den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt, bilden.
In ähnlicher Weise kann bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer anderen in 5 dargestellten Ausführungsform ein einzelner Deckelabschnitt 150C nur einen der Umkehr-Strömungsdurchgänge 112b, der den zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, oder den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d bilden, der den vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen wird mindestens einer der beiden Umkehr-Strömungsdurchgänge 112b, 112d an der äußeren Seite in der Radialrichtung durch den Deckelabschnitt 150 gebildet und an der äußeren Abdeckung 121 positioniert. Dennoch kann mindestens einer der beiden Umkehr-Strömungsdurchgänge 112a, 112c an der inneren Seite in der Radialrichtung durch den Deckelabschnitt 150 gebildet und an der inneren Abdeckung positioniert werden (siehe 10, die unten beschrieben wird).
Im Inneren jedes Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111 ist eine Vielzahl von Rippen (nicht dargestellt) mit einer vorstehenden Form angeordnet, um die Wärmeübertragung zum Kühlmedium zu fördern. Darüber hinaus sind von der Nähe der Hinterkante 110b des Strömungsprofilabschnitts 110 eine Vielzahl von Kühllöchern 113 so ausgebildet, dass sie in Verbindung mit dem fünften Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums stehen, und die Kühllöcher 113 haben an der stromabwärtigen Seite Öffnungen am Endabschnitt der Hinterkante 110b.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, ist ein serpentinenförmiger oder schlangenförmiger Strömungsdurchgang 115 ausgebildet, der die Vielzahl der Kühlungs-Strömungsdurchgänge 111 und die Vielzahl der Umkehr-Strömungsdurchgänge 112 umfasst.
Die Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, umfasst, wie oben beschrieben, den Strömungsprofilabschnitt 110, die äußere Abdeckung 121, die an der Seite des Außenendes 110c des Strömungsprofilabschnitts 110 verbunden ist, und die innere Abdeckung 122, die an der Seite des Fußendabschnitts 110d des Strömungsprofilabschnitts 110 verbunden ist. Ferner umfassen die äußere Abdeckung 121 und die innere Abdeckung 122 einen Bodenabschnitt 124, der die Gaswegoberfläche bildet, einen äußeren Wandabschnitt 123, der sich gegenüber der Gaswegoberfläche in der Schaufelhöhenrichtung von gegenüberliegenden Enden, in der Axialrichtung und der Umfangsrichtung, des Bodenabschnitts 124 erstreckt, einen Hinterkanten-Endabschnitt 125 und eine Prallplatte 130, die an dem äußeren Wandabschnitt 123 befestigt ist.
Als Kühlmedium, das der Turbinenleitschaufel 100 zugeführt wird, wird beispielsweise verdichtete Luft verwendet, die von dem Verdichter 2 entnommen wird.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, wird das dem serpentinenförmigen Strömungsdurchgang 115 zugeführte Kühlmedium dem Innenraum 116 der äußeren Abdeckung 121 von einer Außenseite zugeführt, wie durch den Pfeil „a“ angegeben. Das Kühlmedium strömt in den ersten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a durch die Öffnung 133 ein, die an der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 ausgebildet ist, und strömt, wie durch den Pfeil „b“ angegeben, durch den ersten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a entlang der Schaufelhöhenrichtung von der Seite des Außenendes 110c zur Seite des Fußendes 110d. Nach dem Durchströmen des ersten Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111a strömt das Kühlmedium durch den Umkehr-Strömungsdurchgang 112a, den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b, den Umkehr-Strömungsdurchgang 112b, den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c, den Umkehr-Strömungsdurchgang 112c, den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d, den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d und den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e, und zwar in dieser Reihenfolge, wie durch die Pfeile „c“ bis „j“ angegeben. Wie oben beschrieben strömt das Kühlmedium in der gleichen Richtung wie die Hauptströmungsrichtung des Verbrennungsgases, von der Seite der Vorderkante 110a zur Seite der Hinterkante 110b, innerhalb des Strömungsprofilabschnitts 110.
Nachdem das Kühlmedium durch den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e geströmt ist, wird es, wie durch den Pfeil „k“ angegeben, aus der Vielzahl von Kühlungslöchern 113, die Öffnungen an der Hinterkante 110b aufweisen, in das Verbrennungsgas zur Außenseite des Strömungsprofilabschnitts 110 ausgetragen.
Ferner wird bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen über die Vielzahl von Durchgangslöchern 114, die an der Prallplatte 130 ausgebildet sind, das von der Außenseite in den Bereich (Innenraum 116) an der äußeren Seite (der Seite des Außenendes 110c) in der Radialrichtung der Prallplatte 130 zugeführte Kühlmedium auf die innere Oberfläche 121b an der äußeren Seite (der Seite des Außenendes 110c), in der Radialrichtung, des Bodenabschnitts 124 der äußeren Abdeckung 121 eingespritzt. Das Kühlmedium kühlt die innere Oberfläche 121b durch Aufprall (Prallkühlung). Dementsprechend kann der Bodenabschnitt 124 der äußeren Abdeckung 121 mit dem Kühlmedium gekühlt werden.
Wie oben beschrieben kann am Umkehr-Strömungsdurchgang 112 die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abnehmen und der Wärmeübergangskoeffizient kann sich verschlechtern. Gemäß einigen Ausführungsformen der Turbinenleitschaufel 100, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, wird auf diese Weise zumindest ein Teil des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 durch den Deckelabschnitt 150 gebildet, der an dem Außenende 110c des Strömungsprofilabschnitts 110 der äußeren Abdeckung 121 angebracht ist.
Dementsprechend kann der Umkehr-Strömungsdurchgang 112 weiter von dem Bereich entfernt positioniert werden, wo das Verbrennungsgas strömt. In der Nähe des Zentrums des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 ändert sich die Richtung der Strömung des Kühlmediums am Umkehr-Strömungsdurchgang 112, und auf diese Weise nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe des Zentrums des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 ab und der Wärmeübergangskoeffizient verschlechtert sich, wodurch die Metalltemperatur wahrscheinlich hoch wird. Auf diese Weise kann der zentrale Bereich des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 an der äußeren Seite, in der Radialrichtung, von der Gaswegoberfläche positioniert werden, indem der Deckelabschnitt 150, der den Umkehr-Strömungsdurchgang 112 bildet, weiter von dem Bereich entfernt ist, wo das Verbrennungsgas strömt. Dementsprechend kann eine Überhitzung des Wandabschnitts des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 verhindert werden.
Ferner ist bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, der Bereich, wo das Verbrennungsgas strömt, ein Bereich zwischen der äußeren Oberfläche 121a, an der Seite des Fußendes 110d, der äußeren Abdeckung 121 und der äußeren Oberfläche 122a an der äußeren Seite (der Seite des Außenendes 110c), in der Radialrichtung, der inneren Abdeckung 122. Die äußere Oberfläche 121a der äußeren Abdeckung 121 und die äußere Oberfläche 122a der inneren Abdeckung 122, die mit dem Verbrennungsgas in Kontakt kommen, sind Gaswegoberflächen.
Wenn der Umkehr-Strömungsdurchgang 112 von dem Bereich, wo das Verbrennungsgas strömt, entfernt ist, sinkt die Metalltemperatur des Deckelabschnitts 150, der den Umkehr-Strömungsdurchgang 112 bildet. Auf diese Weise nimmt die Temperaturdifferenz zwischen dem Deckelabschnitt 150 und dem äußeren Endabschnitt 110e und dem inneren Endabschnitt 110f (siehe 10) an der Seite des Außenendes 110c und der Seite des Fußendes 110d des Strömungsprofilabschnitts 110 zu, und die thermische Belastung an dem Deckelabschnitt 150 kann aufgrund der thermischen Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Deckelabschnitt 150 und dem äußeren Endabschnitt 110e oder dem inneren Endabschnitt 110f zunehmen.
Diesbezüglich ist bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, der Minimalwert der Dicke „t“ des Deckelabschnitts 150 kleiner als die Dicke T des äußeren Endabschnitts 110e des Strömungsprofilabschnitts 110, an dem der Deckelabschnitt 150 angebracht ist, der äußeren Abdeckung 121. Dementsprechend wird die thermische Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Deckelabschnitt 150 und dem äußeren Endabschnitt 110e oder dem inneren Endabschnitt 110f absorbiert, und auf diese Weise können thermische Belastungen verhindert werden, die auf den Deckelabschnitt 150 wirken.
Darüber hinaus umfasst die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform die Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, und auf diese Weise kann sowohl eine Verhinderung einer Verschlechterung der Kühleffizienz als auch eine Verhinderung von thermischer Belastung der Turbinenleitschaufel 100 erreicht werden. Dementsprechend kann die Haltbarkeit der Turbinenleitschaufel 100 verbessert und die Zuverlässigkeit der Gasturbine 1 erhöht werden.
Bei einigen Ausführungsformen, die in 2 bis 8 dargestellt sind, bildet der Deckelabschnitt 150 den Umkehr-Strömungsdurchgang 112 und umfasst daher beispielsweise einen Umfangswandabschnitt 151 (erster Abschnitt), der von der inneren Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 an der äußeren Seite (der Seite des Außenendes 110c) in der Radialrichtung, der äußeren Abdeckung 121 steht und sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und einen oberen Abschnitt 152 (zweiter Abschnitt), der eine obere innere Oberfläche 152a umfasst, die einem Endabschnitt, in der Schaufelhöhenrichtung, des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 entspricht und sich in der Axialrichtung erstreckt, die sich von der Richtung des Umfangswandabschnitts 151 unterscheidet (siehe 6 bis 8).
Wie in den 2 und 6 dargestellt ist der Deckelabschnitt 150 so angeordnet, dass er von der inneren Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 an der äußeren Seite (der Seite des Außenendes 110c), in der Radialrichtung, der äußeren Abdeckung 121 steht. Insbesondere ist, wie oben beschrieben, der Deckelabschnitt 150 ein vom Strömungsprofilabschnitt 110 getrenntes Element. Die Druck-Saug-Richtungs-Deckelweite W1 der inneren Wand 150a in der Druck-Saug-Richtung des Deckelabschnitts 150 ist so ausgebildet, dass sie größer ist als die Druck-Saug-Richtungs-Strömungsdurchgangsweite w1 des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111 (W1 > w1), und ist derart ausgebildet, dass die Strömungsdurchgangs-Querschnittsfläche innerhalb des Deckelabschnitts 150 größer ist als die Strömungsdurchgangs-Querschnittsfläche des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111. Ferner ist die Wölbungslinienrichtungs-Deckelweite W2 der inneren Wand 150a in der Richtung entlang der Wölbungslinie CL ebenfalls größer ausgebildet als die Wölbungslinienrichtungs-Strömungsdurchgangsweite w2 in der Richtung entlang der Wölbungslinie CL zwischen der inneren Wandoberfläche 110g an der Seite der Vorderkante 110a des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111b und der inneren Wandoberfläche 110g an der Seite der Hinterkante 110b des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111c. Vorzugsweise wird der Deckelabschnitt 150 derart befestigt, dass die Deckelweiten W1, W2 und die Strömungsdurchgangsweiten w1, w2 gleich sind. Im Hinblick auf Fertigungsfehler und dergleichen wird der Deckelabschnitt 150 jedoch durch Schweißen oder dergleichen an den Strömungsprofilabschnitt 110 geschweißt, derart, dass die Deckelweiten W1, W2 etwas größer sind als die Strömungsdurchgangsweiten w1, w2. Der Deckelabschnitt 150 ist derart ausgebildet, dass die Strömungsdurchgangs-Querschnittsfläche des Deckelabschnitts 150 größer ist als die Strömungsdurchgangs-Querschnittsfläche des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111, und die Deckelweite des Deckelabschnitts 150 ist größer als die Strömungsdurchgangsweite des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111. Dementsprechend kann vermieden werden, dass die Deckelweiten W1, W2 bei der Beendigung kleiner sind als die Strömungsdurchgangsweiten w1, w2, und ein erhöhter Druckverlust des Kühlmediums am Umkehr-Strömungsdurchgang vermieden werden.
Außerdem kann sich der Umfangswandabschnitt 151 in der gleichen Richtung wie die Schaufelhöhenrichtung erstrecken, wie der in den 3 und 6 dargestellt ist, und kann schräg bezüglich der Schaufelhöhenrichtung verlaufen, wie der Deckelabschnitt 150B, der in 4 und 7 dargestellt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die in 5 und 8 dargestellt ist, umfasst der Deckelabschnitt 150C einen Plattentragabschnitt 157, der sich entlang des Umfangsrandabschnitts 135 (siehe 8) der Öffnung 133 der Prallplatte 130 erstreckt, um den Umfangsrandabschnitt 135 zu tragen. Der Plattentragabschnitt 157 hat einen Endabschnitt an der Außenumfangsseite, der mit einem Endabschnitt an der Außenseite, in der Radialrichtung, des Umfangswandabschnitts 151 verbunden ist. Darüber hinaus ist an einem Endabschnitt an der Innenumfangsseite des Plattentragabschnitts 157 ein oberer Umfangswandabschnitt 153 (dritter Abschnitt) so angeordnet, dass er in der Schaufelhöhenrichtung steht und sich in diese Richtung erstreckt. Bei einer weiteren Ausführungsform, die in den 5 und 8 dargestellt ist, hat der obere Abschnitt 152 (zweiter Abschnitt) einen Endabschnitt an der Außenumfangsseite, der mit einem Endabschnitt an der Außenumfangsseite in der Radialrichtung des oberen Umfangswandabschnitts 153 (dritter Abschnitt) verbunden ist. Ferner ist in dem Deckelabschnitt 150C gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 5 und 8 dargestellt ist, mindestens einer der Umfangswandabschnitte 151 oder der obere Umfangswandabschnitt 153 in der gleichen Richtung wie die Schaufelhöhenrichtung verlaufen kann, wie der Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150A, der in den 3 und 6 dargestellt ist.
Wie in den 2, 3, 5, 6 und 8 dargestellt ist der Deckelabschnitt 150 ein Deckelelement, das eine viereckige Form hat und aus einer dünnen Platte gebildet ist, die in der oberen Querschnittansicht, betrachtet in der Schaufelhöhenrichtung, gekrümmte Seiten hat, die mit der Schaufelform an der Saugseite und der Druckseite übereinstimmen, und die einen Raum in ihrem Inneren umfasst, wobei der Raum in der Radialrichtung von dem Endabschnitt 151a an der inneren Seite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Deckelabschnitts 150 zur äußeren Seite ausgenommen ist. Der Deckelabschnitt 150 ist aus einer einzigen dünnen Platte, z.B. durch Pressformen, gebildet. Der Deckelabschnitt 150 umfasst einen Umfangswandabschnitt 151, der die Umfangswandoberfläche des Deckelabschnitts 150 bildet, und einen oberen Abschnitt 152, der die obere Oberfläche des Deckels bildet. Wie in den 5 und 8 dargestellt ist, kann der Deckelabschnitt 150 den Plattentragabschnitt 157 umfassen, der so erweitert ist, dass er eine Stufenform an der äußeren Umfangsseite aufweist, die den Umfangsrandabschnitt 135 der oben beschriebenen Prallplatte 130 trägt.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ist der Deckelabschnitt 150 an der äußeren Abdeckung 121 über den Schweißabschnitt 171 befestigt, wie in den 6 bis 8 dargestellt ist.
Dementsprechend kann der Deckelabschnitt 150, der ein vom Strömungsprofilabschnitt 110 getrenntes Element ist, über die äußere Abdeckung 121 an dem Strömungsprofilabschnitt 110 befestigt werden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ist der Minimalwert der Dicke „t“ des sich in der Schaufelhöhenrichtung am Deckelabschnitt 150 erstreckenden Deckelabschnitts 150 kleiner als die Dicke T des äußeren Endabschnitts 110e des Strömungsprofilabschnitts 110, an dem der Deckelabschnitt 150 angebracht ist, der äußeren Abdeckung 121.
Der Umfangswandabschnitt 151 ist an der äußeren Abdeckung 121 über einen Endabschnitt 151a des Umfangswandabschnitts 151 an der Seite der äußeren Abdeckung 121 angebracht. Auf diese Weise ist der Umfangswandabschnitt 151 an einer Position positioniert, die näher an der äußeren Abdeckung 121 liegt als der obere Abschnitt 152.
Gemäß der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ist der Minimalwert der Dicke „t“ des sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckenden Umfangswandabschnitts 151 am Deckelabschnitt 150 kleiner als die Dicke T des äußeren Endabschnitts 110e des Strömungsprofilabschnitts 110, an dem der Deckelabschnitt 150 angebracht ist, und dadurch ist die Dicke „t“ eines näher am Strömungsprofilabschnitt 110 liegenden Abschnitts (Umfangswandabschnitt 151) kleiner als die Dicke T des äußeren Endabschnitts 110e des Strömungsprofilabschnitts 110, an dem der Deckelabschnitt 150 angebracht ist. Dementsprechend kann die thermische Ausdehnungsdifferenz zwischen dem Strömungsprofilabschnitt 110 und dem Deckelabschnitt 150 relativ einfach absorbiert werden. Darüber hinaus ist die Metalltemperatur niedriger als die des Strömungsprofilabschnitts 110, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die auf den Deckelabschnitt 150 wirken, effektiv verhindert werden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, ist der Minimalwert der Dicke „t“ des sich in der Schaufelhöhenrichtung am Deckelabschnitt 150 erstreckenden Umfangswandabschnitts 151 kleiner als die Dicke Tw der Trennwand 140, die die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen unterteilt.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ist der Minimalwert der Dicke „t“ des sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckenden Umfangswandabschnitts 151 am Deckelabschnitt 150 kleiner als die Dicke Tw der Trennwand 140, und auf diese Weise kann selbst dann, wenn die Trennwand 140 mit dem sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckenden Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 wie oben beschrieben verbunden ist, die auf den Deckelabschnitt 150 wirkende thermische Belastung effektiv verhindert werden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, umfassen die äußere Abdeckung 121 und die innere Abdeckung 122 eine Prallplatte 130. Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, umfasst der Deckelabschnitt 150 einen Vorsprungsabschnitt 155, der in der Schaufelhöhenrichtung von der Öffnung 133 des Strömungsprofilabschnitts 110 zu der dem Strömungsprofilabschnitt 110 gegenüberliegenden Seite vorsteht.
Dementsprechend kann die Größe des Deckelabschnitts 150 in der Schaufelhöhenrichtung erhöht werden, und auf diese Weise kann der Bereich, in dem eine Änderung der Strömung des Kühlmediums am Umkehr-Strömungsdurchgang 112 eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und eine Verschlechterung des Wärmeübergangskoeffizienten verursacht, weiter von dem Bereich entfernt positioniert werden, wo das Verbrennungsgas strömt. Dementsprechend kann eine Überhitzung des Wandabschnitts des Umkehr-Strömungsdurchgangs 112 verhindert werden.
Ferner sind bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ein radial inneres Ende 133a der Öffnung 133 der Prallplatte 130 und der Deckelabschnitt 150 über einen Schweißabschnitt 173 miteinander verbunden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 5 und 8 dargestellt ist, umfasst der Deckelabschnitt 150C, wie oben beschrieben, einen Plattentragabschnitt 157, der sich entlang des Umfangsrandabschnitts 135 erstreckt, um den Umfangsrandabschnitt 135 der Öffnung 133 der Prallplatte 130 zu tragen. Darüber hinaus ist bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 5 und 8 dargestellten Ausführungsform die Prallplatte 130 an dem Plattentragabschnitt 157 des Deckelabschnitts 150 über den Schweißabschnitt 173 befestigt.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 5 und 8 dargestellt sind, kann mit dem Plattentragabschnitt 157, der an dem Deckelabschnitt 150C ausgebildet ist, verhindert werden, dass das radial innere Ende 133a der Öffnung 133 von dem Plattentragabschnitt 157 des Deckelabschnitts 150 geöffnet ist, selbst wenn die Größe der Öffnung 133 etwas größer ist als die Größe des Vorsprungsabschnitts 155, betrachtet in der Schaufelhöhenrichtung. In ähnlicher Weise kann mit dem am Deckelabschnitt 150C ausgebildeten Plattentragabschnitt 157, obwohl nicht dargestellt, verhindert werden, dass das radial innere Ende 133a der Öffnung 133 vom Plattentragabschnitt 157 des Deckelabschnitts 150 absteht, selbst wenn die Position der Öffnung 133 etwas von der Position des Vorsprungsabschnitts 155 versetzt ist.
Auf diese Weise ist, wie in 5 und 8 dargestellt ist, es bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform einfacher, die Position der Prallplatte 130 bezüglich des Deckelabschnitts 150 zu bestimmen, und es ist einfacher, die Prallplatte 130 anzubringen.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, ist der Deckelabschnitt 150 über einen Teil des Schweißabschnitts 171 an der Trennwand 140 befestigt.
Dementsprechend kann der Deckelabschnitt 150, der im Vergleich zu dem Strömungsprofilabschnitt 110 und den Abdeckungen 121,122 eine relativ geringe Dicke aufweist, über einen Teil des Schweißabschnitts 171 an der Trennwand 140 befestigt werden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, ist der Deckelabschnitt 150, wie oben beschrieben, aus Blech hergestellt, und auf diese Weise kann der Deckelabschnitt 150 mit der Dicke „t“, deren Minimalwert kleiner ist als die Dicke T des äußeren Endabschnitts 110e des Strömungsprofilabschnitts 110, an dem der Deckelabschnitt 150 angebracht ist, einfach hergestellt werden.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 8 dargestellt sind, kann der Deckelabschnitt 150 ein Material umfassen, das eine niedrigere Hitzebeständigkeitstemperatur als ein Material des Strömungsprofilabschnitts 110 des Deckelabschnitts 150 aufweist. Wie oben beschrieben ist der Deckelabschnitt 150 an der dem Strömungsprofilabschnitt 110 gegenüberliegenden Seite über die äußere Abdeckung 121 in einer Schaufelhöhenrichtung ausgebildet, und auf diese Weise kann der Deckelabschnitt 150 weiter von dem Bereich entfernt sein, wo das Verbrennungsgas strömt. Dementsprechend ist die für den Deckelabschnitt 150 erforderliche Hitzebeständigkeitstemperatur niedriger als die für den Schaufelkörper 101 erforderliche Hitzebeständigkeitstemperatur. Auf diese Weise können die Kosten des Deckelabschnitts 150 verringert werden, wenn der Deckelabschnitt 150 ein Material umfasst, das eine niedrigere Hitzebeständigkeitstemperatur aufweist als das Material des Schaufelkörpers 101.
Während der Deckelabschnitt 150 bei dem oben beschriebenen Aspekt an der Seite der äußeren Abdeckung 121 angebracht ist, kann der Deckelabschnitt 150 auch an der Seite der inneren Abdeckung 122 angebracht werden. Wie in 10 dargestellt (unten beschrieben), kann der Deckelabschnitt 150 an einer Endoberfläche des Strömungsprofilabschnitts 110 an der inneren Seite, in einer Schaufelhöhenrichtung, an der Seite der inneren Abdeckung 122 befestigt werden. In einem Fall, in dem der Deckelabschnitt 150 wie oben beschrieben an der Seite der äußeren Abdeckung 121 angebracht ist, beispielsweise wie in 3 dargestellt, ist der Deckelabschnitt 150 (150A) an dem Umkehr-Strömungsdurchgang 112b angebracht, der in Verbindung mit dem zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und dem dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c steht. Andererseits kann in einem Fall, in dem der Deckelabschnitt 150 an der Seite der inneren Abdeckung 122 angebracht ist, der Deckelabschnitt 150 an mindestens einem der Umkehr-Strömungsdurchgänge 112a, die in Verbindung mit dem ersten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111a und dem zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b stehen, oder dem Umkehr-Strömungsdurchgang 112c, der in Verbindung mit dem dritten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c und dem vierten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d steht, angebracht werden.
9 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform. 10 ist eine E-E-Pfeil-Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen in 9 dargestellten Ausführungsform. 11 ist ein erläuterndes Schaubild der Prallkühlung eines Bereichs um einen Stufenabschnitt einer Prallplatte. 12 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform. 13 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform. 14 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Wie in 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt ist, umfasst die Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen eine Prallplatte 130 gemäß einer anderen Ausführungsform, die an der äußeren Abdeckung 121 und der inneren Abdeckung 122 ausgebildet ist. 9, 10, 12, 13 und 14 sind Draufsichten der äußeren Abdeckung 121 von der äußeren Seite in der Radialrichtung nach innen betrachtet. 9 zeigt ein Beispiel einer Turbinenleitschaufel mit einer einzelnen Schaufel an einer einzelnen Abdeckung. 12 zeigt ein Beispiel einer Turbinenleitschaufel mit zwei Schaufeln an einer einzelnen Abdeckung. 13 zeigt ein Beispiel einer Turbinenleitschaufel mit drei Schaufeln an einer einzelnen Abdeckung. Darüber hinaus kann in jedem der in den 9, 10, 12 und 13 gezeigten Aspekte ein einzelner Deckelabschnitt 150 an einem einzelnen Strömungsprofilabschnitt 110 angeordnet sein. 14 ist ein Beispiel einer Ausführungsform, bei der zwei Deckelabschnitte 150 an einem einzelnen Strömungsprofilabschnitt 110 benachbart angeordnet sind. Während der Deckelabschnitt 150 an der äußeren Abdeckung 121 in dem Beispiel der Ausführungsformen, die in 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt ist, angeordnet ist, weist die innere Abdeckung 122 die gleiche Struktur auf.
Bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen, die in 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt sind, ist die Prallplatte 130 an der äußeren Abdeckung 121 und dem Deckelabschnitt 150 so befestigt, dass sie die gesamte Oberfläche der inneren Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 der äußeren Abdeckung 121 mit Ausnahme des oberen Abschnitts 152 des Deckelabschnitts 150, der an dem Strömungsprofilabschnitt 110 angeordnet ist, abdeckt. Wie in den 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt ist, umfasst die Prallplatte 130 eine obere Prallplatte 130a (erste Prallplatte), eine untere Prallplatte 130b (zweite Prallplatte) mit einer geringeren Höhe in der Radialrichtung und mit einem geringeren Zwischenraum von der inneren Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 der äußeren Abdeckung 121 als die obere Prallplatte 130a, und einen Stufenabschnitt 131, der die obere Prallplatte 130a und die untere Prallplatte 130b verbindet, und ist integral als Ganzes ausgebildet. Die obere Prallplatte 130a ist an der äußeren Seite, in der Schaufelhöhenrichtung, der unteren Prallplatte 130b angeordnet, und der Zwischenraum L1 zwischen der oberen Prallplatte 130a und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 ist größer als der Zwischenraum L2 zwischen der unteren Prallplatte 130b und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 (L1>L2). In der in den 9, 12, 13 und 14 dargestellten Draufsicht ist die obere Prallplatte 130a als schraffierter Bereich und die untere Prallplatte 130b ohne Schattierung abgebildet.
Wie in 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt ist, ist der Umfangsrandabschnitt 135 der Prallplatte 130 durch Schweißen oder dergleichen an einer Wandoberfläche von einem von dem äußeren Endabschnitt 110e, der die Außenumfangsoberfläche der Öffnung 133 des Strömungsprofilabschnitts 110 jeder Schaufel bildet, dem Umfangsrandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 oder der inneren Umfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 befestigt und so abgedichtet, dass ein Prallraum 116a gebildet wird. Darüber hinaus wird auch in einem Fall, in dem die Prallplatte 130 für die innere Abdeckung 122 vorgesehen ist, die Prallplatte 130 durch Schweißen oder dergleichen an dem Strömungsprofilabschnitt 110, dem Deckelabschnitt 150 und der Innenumfangsoberfläche 123a der inneren Abdeckung 122 befestigt und abgedichtet.
Die Prallplatte 130 umfasst die untere Prallplatte 130b, die näher an der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 in der Schaufelhöhenrichtung liegt, und die obere Prallplatte 130a, die in einer Trennungsrichtung an der äußeren Seite in der Schaufelhöhenrichtung von der inneren Oberfläche 121b bezüglich der unteren Prallplatte 130b angeordnet ist. Der die obere Prallplatte 130a und die untere Prallplatte 130b verbindende Stufenabschnitt 131 ist so ausgebildet, dass er sich in der Axialrichtung oder in der Umfangsrichtung zwischen der Innenumfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 und dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 erstreckt, der so angeordnet ist, dass er der Innenumfangsoberfläche 123a in der Axialrichtung oder in der Umfangsrichtung gegenüberliegt. Der Stufenabschnitt 131 bildet vorzugsweise einen schrägen Abschnitt 131a, der bezüglich der Axialrichtung der Rotorwelle 8 schräg ist. Verglichen mit dem Ausbilden des Stufenabschnitts 131 mit einer Oberfläche senkrecht zur Axialrichtung, vereinfacht das Ausbilden des Stufenabschnitts 131 mit einer schrägen Oberfläche mit einer gewissen Schräglage das Pressformen.
Wie in 10 dargestellt ist bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen die äußere Abdeckung 121 mit der Seite des Außenendes 110c des Strömungsprofilabschnitts 110 verbunden, und die innere Abdeckung 122 ist an der Seite des Fußendabschnitts 110d verbunden. Wie in 10 dargestellt hat die Prallplatte 130 einen Bereich, der den Umfangsrandabschnitt 135 umfasst, der ein befestigtes Ende ist, das als untere Prallplatte 130b ausgebildet ist und durch Schweißen oder dergleichen an der Innenumfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 oder dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 befestigt ist. Außerdem ist die obere Prallplatte 130a im Zwischenbereich der Prallplatte 130 ausgebildet, der von der unteren Prallplatte 130b umgeben ist. Der Zwischenraum (L1) zwischen der oberen Prallplatte 130a und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 ist größer als der Zwischenraum (L2) zwischen der unteren Prallplatte 130b und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121.
Durch die Befestigung der Prallplatte 130 an der Innenwandoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 und dem Innenumfangsabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 wird der zwischen der Prallplatte 130 und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 gebildete Prallraum 116a von dem an der äußeren Seite, in der Radialrichtung, der äußeren Abdeckung 121 gebildeten Innenraum 116 geschlossen. Der Innenraum 116 und der Prallraum 116a stehen über Durchgangslöcher 114 in Verbindung (siehe unten).
In einem Fall, in dem die Prallplatte 130 mit einer flachen Plattenform ohne irgendeine Stufe angebracht wird, können thermische Belastungen an der Prallplatte 130 auftreten, und die Prallplatte 130 kann am Ende beschädigt werden. In einem Fall, in dem die Prallplatte 130 an der äußeren Abdeckung 121 angeordnet ist, befindet sich die Prallplatte 130 also in äußerem Kontakt mit dem Innenraum 116 an der äußeren Seite in der Radialrichtung und in innerem Kontakt mit dem Prallraum 116a an der inneren Seite in der Radialrichtung. Auf diese Weise liegt die Metalltemperatur der Prallplatte 130 während des normalen Betriebs der Gasturbine 1 näher an der Temperatur des Kühlmediums und wird auf einer relativ niedrigen Temperatur beibehalten. Andererseits weisen der äußere Wandabschnitt 123 der äußeren Abdeckung 121 und der Deckelabschnitt 150, an dem die Prallplatte 130 befestigt ist, aufgrund des Einflusses der Verbrennungsgastemperatur eine hohe Metalltemperatur auf. Auf diese Weise steigt während eines Temperaturanstiegs, wie z.B. beim Start der Gasturbine 1, die Metalltemperatur an dem Strömungsprofilabschnitt 110, der äußeren Abdeckung 121 und der inneren Abdeckung 122 sowie dem Deckelabschnitt 150, die in direktem Kontakt mit der Verbrennungsgasströmung stehen, wenn die Verbrennungsgastemperatur ansteigt. Andererseits ist die Prallplatte 130 in der Strömung des Kühlmediums angeordnet und wird auf diese Weise auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten.
Auf diese Weise wird die thermische Ausdehnung der Prallplatte 130 in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung aufgrund der niedrigen Metalltemperatur begrenzt, wenn die Verbrennungsgastemperatur steigt, obwohl der Bodenabschnitt 124 der äußeren Abdeckung 121 und der äußere Wandabschnitt 123 der äußeren Abdeckung 121 mit einer thermischen Ausdehnung in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung beginnen. Somit tritt in einem Zustand, in dem der gesamte Umfang des Umfangsrandabschnitts 135 der Prallplatte 130 durch Schweißen oder dergleichen an einer der Innenumfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 oder des Umfangswandabschnitts 151 des Deckelabschnitts 150 befestigt ist, in der Nähe der Verbindungsposition zwischen dem Umfangsrandabschnitt 135 der Prallplatte 130 und dem äußeren Wandabschnitt 123 der äußeren Abdeckung 121 und dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 eine thermische Belastung aufgrund der thermischen Ausdehnungsdifferenz auf. Die Prallplatte 130 besteht aus einer relativ dünnen Platte im Vergleich zu dem äußeren Abschnitt 123 der äußeren Abdeckung 121, aber thermische Belastungen treten dennoch auf und können die Prallplatte 130 beschädigen.
Um das Auftreten solcher thermischen Belastungen zu verhindern, kann mindestens ein Stufenabschnitt für gegenüberliegende Endabschnitte vorgesehen werden, an denen die Prallplatte 130 befestigt ist, d.h. beispielsweise zwischen der Innenumfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 der äußeren Abdeckung 121 und dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150, der so angeordnet ist, dass er der Innenumfangsoberfläche 123a in der Axialrichtung oder der Umfangsrichtung gegenüberliegt. Bei einer Ausführungsform der Leitschaufel, bei der eine einzelne Abdeckung eine Vielzahl von Schaufeln aufweist, wie in den Ausführungsformen, die in den 12 und 13 dargestellt ist, kann mindestens ein Stufenabschnitt 131 für die Prallplatte 130 zwischen dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 einer von zwei in der Umfangsrichtung benachbart angeordneten Schaufeln und dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 der anderen Schaufel der beiden benachbarten Schaufeln vorgesehen werden.
Bei der in 12 dargestellten Ausführungsform befinden sich beispielsweise ein erster Strömungsprofilabschnitt 110-1 und ein zweiter Strömungsprofilabschnitt 110-2 zwischen einer einzelnen äußeren Abdeckung 121 und einer einzelnen inneren Abdeckung 122 (in 12 nicht abgebildet). Der Deckelabschnitt 150 ist jeweils an dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1 und dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angebracht, die einander entlang der Umfangsrichtung benachbart sind.
Die Prallplatte 130 ist angeordnet zwischen: dem Umfangswandabschnitt 151-1, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordnet ist, des Umfangswandabschnitts 151-1 des an dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1 angeordneten Deckelabschnitts 150; und dem Umfangswandabschnitt 151-2, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1 angeordnet ist, des Umfangswandabschnitts 151-2 des an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordneten Deckelabschnitts 150.
In ähnlicher Weise befinden sich bei der in 13 dargestellten Ausführungsform ein erster Strömungsprofilabschnitt 110-1, ein zweiter Strömungsprofilabschnitt 110-2 und ein dritter Strömungsprofilabschnitt 110-3 zwischen einer einzelnen äußeren Abdeckung 121 und einer inneren Abdeckung 122 (in 13 nicht abgebildet). Der Deckelabschnitt 150 ist an jedem von dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1, dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 und dem dritten Strömungsprofilabschnitt 110-3 angebracht, die einander entlang der Umfangsrichtung benachbart positioniert sind.
Die Prallplatte 130 ist angeordnet zwischen: dem Umfangswandabschnitt 151-1, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordnet ist, des an dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1 angeordneten Umfangswandabschnitts 151-1 des Deckelabschnitts 150; und dem Umfangswandabschnitt 151-2, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem ersten Strömungsprofilabschnitt 110-1 angeordnet ist, des an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordneten Umfangswandabschnitts 151-2 des Deckelabschnitts 150. In ähnlicher Weise ist die Prallplatte 130 angeordnet zwischen: dem Umfangswandabschnitt 151-2, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem dritten Strömungsprofilabschnitt 110-3 angeordnet ist, des Umfangswandabschnitts 151-2 des an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordneten Deckelabschnitts 150; und dem Umfangswandabschnitt 151-3, der dem Deckelabschnitt 150 zugewandt ist, der an dem zweiten Strömungsprofilabschnitt 110-2 angeordnet ist, des Umfangswandabschnitts 151-3 des an dem dritten Strömungsprofilabschnitt 110-3 angeordneten Deckelabschnitts 150.
Bei der obigen Konfiguration weisen die äußere Abdeckung 121 und die innere Abdeckung 122 den äußeren Wandabschnitt 123 auf, der an jedem Ende, in der Axialrichtung und der Umfangsrichtung, der Abdeckungen 121, 122 ausgebildet ist, und die Prallplatte 130 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 114 ist integral zwischen dem äußeren Wandabschnitt 123 und dem Deckelabschnitt 150 so ausgebildet, dass sie den Bodenabschnitt 124 der äußeren Abdeckung 121 und der inneren Abdeckung 122 abdecken. Die Prallplatte 130 umfasst die untere Prallplatte 130b und die obere Prallplatte 130a, die integral über den Stufenabschnitt 131 ausgebildet sind, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die an der Prallplatte 130 auftreten, verhindert werden.
Bei der obigen Konfiguration ist der Stufenabschnitt 131 an der Prallplatte 130 zwischen den Deckelabschnitten 150 ausgebildet, die an der Vielzahl von Strömungsprofilabschnitten 110 befestigt sind, die in der Umfangsrichtung an der äußeren Abdeckung 121 oder der inneren Abdeckung 122 angeordnet sind, und auf diese Weise können thermische Belastungen, die an der zwischen den Strömungsprofilabschnitten 110 angeordneten Prallplatte 130 auftreten, verhindert werden.
Bei der obigen Konfiguration weist der Stufenabschnitt 131 den schrägen Abschnitt 131a auf, der eine Schrägheit bezüglich der Axialrichtung der Rotorwelle 8 aufweist, und auf diese Weise wird der Vorgang vereinfacht.
Wie in 9, 10, 12, 13 und 14 dargestellt ist es bei der Turbinenleitschaufel 100 gemäß einigen Ausführungsformen bevorzugt, den Stufenabschnitt 131 an der Prallplatte 130 kontinuierlich (oder durchgängig) auszubilden, derart, dass eine geschlossene Stufenschleife des Stufenabschnitts 131 entlang der Befestigungspunkte zwischen der Prallplatte 130 und dem äußeren Wandabschnitt 123 der äußeren Abdeckung 121 und dem Umfangswandabschnitt 151 des Deckelabschnitts 150 gebildet wird. Bevorzugt wird eine Diskontinuität (oder Unterbrechung) des Stufenabschnitts 131 so weit wie möglich vermieden, da in einem Bereich mit einer solchen Diskontinuität (oder Unterbrechung) wahrscheinlich thermische Belastungen auftreten.
Bei der in 9 dargestellten Ausführungsform hat die Seite der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 der äußeren Abdeckung 121 einen kleineren Zwischenraum zwischen dem äußeren Wandabschnitt 123 der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 und der Innenumfangsoberfläche 123a im Vergleich zu der Seite der druckseitigen Schaufeloberfläche 117, und auf diese Weise ist es schwierig, den Stufenabschnitt 131 in dem Zwischenraum vorzusehen. In einem Fall einer Schaufel mit der oben beschriebenen Struktur ist bevorzugt eine Vielzahl von Stufenschleifen des Stufenabschnitts 131 an einer einzelnen Abdeckung ausgebildet. In einem Fall, in dem der Zwischenraum zwischen der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 und der Innenumfangsoberfläche 123a des äußeren Wandabschnitts 123 groß ist und Raum für die Bereitstellung des Stufenabschnitts 131 vorhanden ist, sind bevorzugt die Vielzahl der Stufenschleifen des Stufenabschnitts 131 zusammenzufassen und eine einzelne Stufenschleife des Stufenabschnitts 131 bereitzustellen.
Wie in 10 und 11 dargestellt ist, ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 114 an der gesamten Oberfläche der oberen Prallplatte 130a und an der gesamten Oberfläche der unteren Prallplatte 130b ausgebildet. Die oberen Durchgangslöcher 114a (erste Durchgangslöcher), die an der oberen Prallplatte 130a ausgebildet sind, haben einen größeren Lochdurchmesser „d“ als die unteren Durchgangslöcher 114b (zweite Durchgangslöcher), die an der unteren Prallplatte 130b ausgebildet sind. Außerdem ist der Anordnungsabstand P1 der oberen Durchgangslöcher 114a in einem größeren Abstand angeordnet als der Anordnungsabstand P2 der unteren Durchgangslöcher 114b. Darüber hinaus können die Durchgangslöcher 114 an dem schrägen Abschnitt 131a angeordnet sein, der den Stufenabschnitt 131 bildet. Darüber hinaus kann die Anordnung der Durchgangslöcher 114 eine quadratische Anordnung oder eine versetzte Anordnung sein.
Unter Bezugnahme auf 11 wird im Folgenden ein Unterschied zwischen der oberen Prallplatte 130a und der unteren Prallplatte 130b in den Durchgangslöchern 114 (114a, 11b) und die Wirkung der Prallkühlung auf die innere Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 der äußeren Abdeckung 121 beschrieben. Wie in 11 dargestellt wird das dem Innenraum 116 von einer Außenseite zugeführte Kühlmedium durch die an der Prallplatte 130 ausgebildeten Durchgangslöcher 114 in der Radialrichtung von der äußeren Seite nach innen eingespritzt. Wenn das Kühlmedium eingespritzt wird, bewirkt der Druckunterschied, der auf die Vorder- und Rückseite der Prallplatte 130 wirkt, dass das Kühlmedium zu einer Einspritzströmung wird und auf die innere Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 der äußeren Abdeckung 121 auftrifft, wodurch eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche 121b ausgeführt wird.
Wenn jedoch der Zwischenraum L bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, an dem das Kühlmedium die Durchgangslöcher 114 durchströmt, zu groß ist, kann sich die Einspritzströmung des Kühlmediums an der Zwischenposition zerstreuen, bevor sie die innere Oberfläche 121b erreicht. In diesem Fall kann es sein, dass das Kühlmedium, wenn es die innere Oberfläche 121b erreicht, an den Positionen Q1, Q2 auf der inneren Oberfläche 121b direkt unter den Durchgangslöchern 114 weder eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit noch einen ausreichenden Wärmeübergangskoeffizienten zwischen dem Kühlmedium und der inneren Oberfläche 121b erhalten kann. Im Hinblick auf den Druckunterschied zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Prallplatte 130 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Kühlmedium durch die Durchgangslöcher 114 strömt, besteht ein angemessenes Verhältnis (d/L) zwischen dem Durchmesser „d“ der Durchgangslöcher 114 und dem Zwischenraum L, um einen ausreichenden Wärmeübergangskoeffizienten an der inneren Oberfläche 121b zu erhalten. Auf diese Weise kann, wenn der Zwischenraum L der Prallplatte 130 verschieden ist, ein entsprechender Lochdurchmesser gewählt werden, um das geeignete Verhältnis (d/L) zwischen dem Durchmesser „d“ der Durchgangslöcher und dem Zwischenraum L beizubehalten. Wenn also d1 der Lochdurchmesser der oberen Durchgangslöcher 114a ist, die an der oberen Prallplatte 130a ausgebildet sind, L1 der Zwischenraum der oberen Prallplatte 130a ist, d2 der Durchmesser der unteren Durchgangslöcher 114b ist, die an der unteren Prallplatte 130b ausgebildet sind, und L2 der Zwischenraum der unteren Prallplatte 130b ist, ist es bevorzugt, dass die oberen Durchgangslöcher 114a und die unteren Durchgangslöcher 114b die Verhältnisse d1>d2 und L1>L2 aufweisen und ein geeignetes Verhältnis (d/L) zwischen dem Durchmesser „d“ der Durchgangslöcher und dem Zwischenraum L gewählt wird.
Bei der obigen Konfiguration ist der Durchmesser der oberen Durchgangslöcher 114a, die an der oberen Prallplatte 130a ausgebildet sind, größer als der Durchmesser der unteren Durchgangslöcher 114b, die an der unteren Prallplatte 130b ausgebildet sind, und auf diese Weise kann die innere Oberfläche 121b der Abdeckung effektiv mit dem Kühlmedium gekühlt werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, zwischen dem Durchmesser d1 und dem Anordnungsabstand p1 der oberen Durchgangslöcher 114a und dem Lochdurchmesser d2 und dem Anordnungsabstand p2 der unteren Durchgangslöcher 114b einen Anordnungsabstand von p1>p2 zu wählen, wenn d1>d2. Dies liegt daran, dass, wenn ein kleiner Abstand wie der Anordnungsabstand p2 der unteren Durchgangslöcher 114b als ein Anordnungsabstand der oberen Durchgangslöcher 114a gewählt wird, die Einspritzmenge des Kühlmediums zunimmt, und ein übermäßiger Verbrauch des Kühlmediums zu einer Verschlechterung der Wärmeeffizienz der Gasturbine 1 führt.
Bei der obigen Konfiguration ist der Abstand p1 der oberen Durchgangslöcher 114a, die an der oberen Prallplatte 130a ausgebildet sind, größer als der Abstand p2 der unteren Durchgangslöcher 114b, die an der unteren Prallplatte 130b ausgebildet sind, und auf diese Weise kann die innere Oberfläche 121b des Bodenabschnitts 124 der Abdeckung effektiv mit dem Kühlmedium gekühlt und ein übermäßiger Verbrauch des Kühlmediums verhindert werden.
14 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform. 14 ist also eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der eine Vielzahl von Deckelabschnitten 150 (150-1a, 150-1b) an dem Schaufelkörper 101 in der Strömungsrichtung des durch den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111 strömenden Kühlmediums benachbart angeordnet sind, so dass sie den Ausführungsformen entsprechen, die in den 4 und 5 dargestellt sind. Der Deckelabschnitt 150-1a bildet einen Umkehr-Strömungsdurchgang 112b, der den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b und den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111c in Verbindung bringt, und der Deckelabschnitt 150-1b bildet den Umkehr-Strömungsdurchgang 112d, der den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111d und den Kühlungs-Strömungsdurchgang 111e in Verbindung bringt. Darüber hinaus überlappt der Deckelabschnitt 150-1b teilweise mit dem Hinterkanten-Endabschnitt 125, und auf diese Weise hat der Bereich, der den Deckelabschnitt 150-1b umgibt, einen Aussparungsabschnitt 125a, der an dem Hinterkanten-Endabschnitt 125 ausgebildet ist, um den Deckelabschnitt 150-1b einfach anzubringen und abzunehmen. Bei der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich wie bei der in den 9, 10, 12 und 13 dargestellten Ausführungsform, ist die Prallplatte 130 an der Abdeckung (äußere Abdeckung 121, innere Abdeckung 122) angeordnet, und der Stufenabschnitt 131 ist an der Prallplatte 130 ausgebildet, wodurch die Prallplatte 130 in die obere Prallplatte 130a und die untere Prallplatte 130b unterteilt ist. Es ist bevorzugt, dass die Durchgangslöcher 114, einschließlich der oberen Durchgangslöcher 114a und der unteren Durchgangslöcher 114b, über die gesamte Oberfläche der oberen Prallplatte 130a und die gesamte Oberfläche der unteren Prallplatte 130b ausgebildet sind, und dass eine geeignete Konfiguration der Durchgangslöcher (Lochdurchmesser, Abstand usw.) gemäß der Größe des Zwischenraums L zwischen der Prallplatte 130 und der inneren Oberfläche 121b der äußeren Abdeckung 121 ausgewählt wird.
Bei den jeweiligen Ausführungsformen, die in den 9, 12, 13 und 14 dargestellt sind, sind die Durchgangslöcher 114 (obere Durchgangslöcher 114a, untere Durchgangslöcher 114b) über die gesamten Oberflächen der oberen Prallplatte 130a und der unteren Prallplatte 130b angeordnet (in 9, 12, 13 und 14 ist nur ein Teil der Durchgangslöcher 114 dargestellt).
15 ist eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform. 16 ist eine teilweise Querschnittansicht der in 15 dargestellten Abdeckung. 17 bis 19 sind jeweils eine Draufsicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform. 20 ist eine innere Querschnittansicht einer Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine Kühlstruktur, bei der ein Vorsprungsabschnitt teilweise an der äußeren Oberfläche der Abdeckung angeordnet ist und der Vorsprungsabschnitt gekühlt wird, um die Sekundärströmung zu verhindern, die an der Gaswegoberfläche der Abdeckung auftritt.
Wie in 15 dargestellt kann im Falle einer Schaufel, deren Strömungsprofilabschnitt 110 eine hohe Last aufnimmt, am Einlassströmungsdurchgangsabschnitt des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 eine Sekundärströmung FL2 auftreten, die in einer im Wesentlichen orthogonalen Richtung zur Verbrennungsgasströmung FL1 strömt, die die Hauptströmung ist. Wenn die Sekundärströmung FL2 des Verbrennungsgases auftritt, steigt der Druckverlust der Verbrennungsgasströmung FL1, die durch den Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang 128 zwischen den Schaufeln strömt, und die aerodynamische Leistung verschlechtert sich. Die in die Turbinenleitschaufel 100 einströmende Verbrennungsgasströmung FL1 strömt also in den Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang 128 mit einer Schrägheit bezüglich der Axialrichtung. In einem Fall, in dem eine Schaufel eine hohe Last empfängt, vergrößert die thermische Ausdehnung des in die Schaufel strömenden Verbrennungsgasfluids die Differenz zwischen dem maximalen Druck und dem minimalen Druck, der auf den Schaufelabschnitt 110 an der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 mit einem hohen Druck und der saugseitigen Schaufeloberfläche 118 mit einem niedrigen Druck ausgeübt wird, was die auf die Schaufel ausgeübte Last erhöht.
In einem Fall, in dem eine Schaufel eine hohe Last empfängt, ist es wahrscheinlich, dass die Sekundärströmung FL2 auftritt, und die Sekundärströmung FL2, die als gestrichelte Linie in 15 dargestellt ist, wird von der Seite der druckseitigen Schaufeloberfläche 117, die eine Seite der Überdruckoberfläche ist, zu der saugseitigen Schaufeloberfläche 118 an der Seite der Unterdruckoberfläche des Strömungsprofilabschnitts 110 des benachbarten Schaufelkörpers 101 erzeugt. Die Erzeugung der Sekundärströmung FL2 erhöht den Druckverlust der Verbrennungsgasströmung FL1. Um die Erzeugung der Sekundärströmung FL2 zu verhindern, ist eine Sekundärströmungs-Verhinderungseinheit zur Verhinderung der Sekundärströmung FL2 in der Nähe des Vorderkantenabschnitts 117a der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 an der Seite der Vorderkante 110a des Schaufelkörpers 101 angeordnet, wo die Verbrennungsgasströmung FL1 in den Schaufelkörper 101 einströmt.
Wie in 15 und 16 dargestellt sind insbesondere der Strömungsprofilabschnitt 110 und die Abdeckung 120 (äußere Abdeckung 121, innere Abdeckung 122) über eine über den gesamten Umfang des Strömungsprofilabschnitts 110 gebildete Ausrundung 126 mit einander verbunden. An der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 ist ein Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 so ausgebildet, dass er sich bis zur Zwischenposition der Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang 128 zwischen dem Strömungsprofilabschnitt 110 und dem Abdeckungsendabschnitt 121c erstreckt. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 hat einen Verbindungsabschnitt 181, der die an dem Strömungsprofilabschnitt 110 ausgebildete Ausrundung 126 und die äußere Oberfläche 121a der Abdeckung 120 miteinander verbindet. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 181 in einer Richtung, in der das Verbrennungsgas FL strömt, zu dem Außenendabschnitt 180a. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 hat eine bergartige konvexe Form, die von der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 in der Schaufelhöhenrichtung zu der Seite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 vorsteht. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ist so angeordnet, dass er eine schräge Oberfläche bildet, die von der äußeren Oberfläche 121a am Verbindungsabschnitt 181 zur Ausrundung 126 die größte Höhe hat, und die Höhe nimmt fortschreitend zur Vorderkante 110a und zur Hinterkante ab. Darüber hinaus bildet die Grenze, an der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 mit der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 verbunden ist, den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180.
Das Detail der Struktur um den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ist insbesondere in der vergrößerten Ansicht des Bereichs G in 17 dargestellt. Wie in der vergrößerten Ansicht des Bereichs G dargestellt ist die obere Prallplatte 130a zwischen dem Strömungsprofilabschnitt 110 und dem äußeren Wandabschnitt 123 angeordnet, der an der Seite der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 in der Umfangsrichtung angeordnet ist, und die untere Prallplatte 130b ist zwischen der oberen Prallplatte 130a und dem Strömungsprofilabschnitt 110 und zwischen der oberen Prallplatte 130a und dem äußeren Wandabschnitt 123 an der Seite der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 angeordnet. Darüber hinaus gibt es einen Bereich, in dem ein Bereich, in dem die obere Prallplatte 130a und die untere Prallplatte 130b angeordnet sind, und ein Bereich, der den äußeren Randabschnitt 180b des an der oberen Oberfläche 121a der Abdeckung 120 ausgebildeten Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 umfasst, in der Schaufelhöhenrichtung überlappen.
Dabei ist der Vorderkantenabschnitt 117a der druckseitigen Schaufeloberfläche 117, an dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 angeordnet ist, wie oben beschrieben, ein Bereich, in dem der Verbindungsabschnitt 181 ausgebildet ist, der die Grenze zur Ausrundung 126 ist und der den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 mit dem Außenendabschnitt 180a und dem Außenendabschnitt 180b bildet, und einen Bereich, der mindestens die Vorderkante 110a umfasst und sich von der Vorderkante 110a zur ersten Trennwand 141 erstreckt, die einen Teil des Kühlungs-Strömungsdurchgangs 111 des Strömungsprofilabschnitts 110 entlang der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 bildet. Abhängig von dem Winkel, unter dem die Verbrennungsgasströmung FL1 in die druckseitige Schaufeloberfläche 117 strömt, kann der Vorderkantenabschnitt 117a näher an der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 positioniert sein als die Position der Vorderkante 110a.
Wie oben beschrieben stellt die in den Schaufelkörper 101 einströmende Verbrennungsgasströmung FL1 durch Vorsehen des in Schaufelhöhenrichtung vorstehenden Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 den ersten Kontakt mit der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 der Vorderkante 110a des Schaufelprofilabschnitts 110 an einer Position her, in der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 angeordnet ist, das heißt, wo der Abstand zwischen dem Außenende 110c und dem Fußendabschnitt 110d der Abdeckung 120 in einer Schaufelhöhenrichtung kürzer ist als derjenige in dem Bereich, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 nicht ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Strömungsdurchgangslänge in der Schaufelhöhenrichtung an dem Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 kürzer und die Strömungsdurchgangsfläche kleiner. Wie durch den Pfeil in 15 angegeben nimmt daher die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgasströmung FL1, der Hauptströmung, die über den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 und entlang der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 strömt, zu.
Wie oben beschrieben wird die Sekundärströmung FL2 von der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110 zu der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 des benachbarten Strömungsprofilabschnitts 110 erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem maximalen Druck und dem minimalen Druck der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110, die eine Überdruckoberfläche ist, und der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 des Strömungsprofilabschnitts 110, die eine Unterdruckoberfläche ist, zunimmt. Mit dem an einer Position der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 der Vorderkante 110a des Strömungsprofilabschnitts 110 vorgesehenen Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180, in den die Verbrennungsgasströmung FL1 einströmt, erhöht sich jedoch die Strömungsgeschwindigkeit der entlang der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110 strömenden Verbrennungsgasströmung FL1, was den Effekt hat, die Sekundärströmung FL2 zu verringern. Infolgedessen wird der Druckverlust der Verbrennungsgasströmung FL1, die durch den Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang 128 strömt, durch die Erzeugung der Sekundärströmung verringert, und die aerodynamische Leistung verbessert sich.
Andererseits kann die äußere Oberfläche 121a der Abdeckung 120 eine nicht kühlende Struktur oder eine Schaufelstruktur aufweisen, die nur den Bereich entlang des Endabschnitts 121c der Abdeckung 120 kühlt. In diesem Fall können der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 und die Abdeckung 120 um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 eine höhere thermische Belastung aufweisen als der andere Bereich der Abdeckung 120, und die thermische Belastung kann eine Toleranz überschreiten.
Um das obige Problem zu lösen, wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, die in 17 bis 20 dargestellte Kühlstruktur angewandt. Bei einigen Ausführungsformen, wie in 9 bis 14 dargestellt ist, hat die Abdeckung 120 also die Prallplatte 130 mit der Vielzahl von Durchgangslöchern 114, die darin angeordnet sind, um eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche 121b auszuführen, die, in einer Schaufelhöhenrichtung, der äußeren Oberfläche (Gaswegoberfläche) 121a des Bodenabschnitts 124 der Abdeckung 120 gegenüberliegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 17 dargestellt ist, wird zur Verbesserung der Kühlung des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 und der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 eine Struktur zur Erhöhung der Öffnungsdichte der Durchgangslöcher 114 der Prallplatte 130 angebracht.
Wie in 17 dargestellt ist also bei der vorliegenden Ausführungsform die Prallkühlung an der inneren Oberfläche 121b, die der äußeren Oberfläche 121a gegenüberliegt, an der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ausgebildet ist, zu verbessern, um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180, der an der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 ausgebildet ist, abzudecken, was durch eine dünne gepunktete Linie angegeben ist, die Prallplatte 130 einen Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b) aufweist, der eine hohe Öffnungsdichte der Durchgangslöcher 114 aufweist, die durch eine dicke gepunktete Linie angegeben ist. Die Prallplatte 130 (obere Prallplatte 130a, untere Prallplatte 130b) ist derart konfiguriert, wie in 11 dargestellt, dass in dem allgemeinen Bereich 137, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 nicht ausgebildet ist, die obere Prallplatte 130a eine Vielzahl von oberen Durchgangslöchern 114a mit dem Lochdurchmesser d1 und dem Anordnungsabstand p1 aufweist und die untere Prallplatte 130b eine Vielzahl von unteren Durchgangslöchern 114b mit dem Lochdurchmesser d2 und dem Anordnungsabstand p2 aufweist. Andererseits hat die obere Prallplatte 130a als den Bereich mit hoher Dichte 136, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ausgebildet ist, einen ersten Bereich mit hoher Dichte 136a mit einer Vielzahl von oberen Durchgangslöchern 114a, die denselben Durchmesser d1 haben, aber einen Anordnungsabstand p13 aufweisen, dessen Lochintervall kleiner als der Anordnungsabstand p1 ist, und die untere Prallplatte 130b einen zweiten Bereich mit hoher Dichte 136b mit einer Vielzahl von unteren Durchgangslöchern 114b mit demselben Lochdurchmesser d2, aber mit einem Anordnungsabstand p14, dessen Lochintervall kleiner als der Anordnungsabstand p2 ist, aufweist. Durch die Bereitstellung des Bereichs mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b), in dem die Öffnungsdichte des Durchgangslochs 114 im Vergleich zu der im allgemeinen Bereich 137 erhöht ist, kann die Kühlung eines Bereichs der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120, die den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 umfasst, verbessert werden.
Darin wird die Öffnungsdichte der Durchgangslöcher 114 durch [d/P] dargestellt, wobei „d“ der Durchmesser der Durchgangslöcher 114 und P der in 11 dargestellte Anordnungsabstand der Durchgangslöcher 114 ist. Wenn der Lochdurchmesser „d“ konstant ist und der Anordnungsabstand P erhöht wird, nimmt die Öffnungsdichte ab. Wenn der Lochdurchmesser „d“ konstant ist und der Anordnungsabstand P verringert wird, erhöht sich die Öffnungsdichte, und die Prallkühlung am Bodenabschnitt 124 wird verbessert. In ähnlicher Weise erhöht sich die Öffnungsdichte, wenn der Anordnungsabstand P konstant ist und der Lochdurchmesser „d“ erhöht wird. Wenn der Anordnungsabstand P konstant ist und der Lochdurchmesser „d“ verringert wird, verringert sich die Öffnungsdichte. Im Fall der oberen Prallplatte 130a ist in dem ersten Bereich mit hoher Dichte 136a, in dem die oberen Durchgangslöcher 114a mit dem in 11 dargestellten Lochdurchmesser d1 und dem Anordnungsabstand p13 angeordnet sind, die Aufprallkühlleistung im Vergleich zu dem Bereich der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 nicht ausgebildet ist, verbessert. In ähnlicher Weise wird im Fall der unteren Prallplatte 130b in dem zweiten Bereich mit hoher Dichte 136b, in dem die unteren Durchgangslöcher 114b mit dem Lochdurchmesser d2 und dem Anordnungsabstand p14, die in 11 dargestellt sind, angeordnet sind, die Aufprallkühlleistung im Vergleich zu dem Bereich der unteren Prallplatte 130b, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 nicht ausgebildet ist, verbessert.
Wie oben beschrieben sind an dem äußeren Randabschnitt 180b, an dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ausgebildet ist, und an der Prallplatte 130 um den äußeren Randabschnitt 180b, der den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 umfasst, Durchgangslöcher 114, die den Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b) bilden, in dem Bereich angeordnet, der durch die dicke gepunktete Linie angegeben ist. Wenn der äußere Randabschnitt 180b, der den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 bildet, in der Schaufelhöhenrichtung betrachtet wird, ist zumindest der Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b) so überlappt, dass er den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 vollständig umschließt und den äußeren Randabschnitt 180b abdeckt.
Insbesondere erstreckt sich, wie in 17 dargestellt ist, der Bereich, in dem der äußere Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 angeordnet ist, in der Schaufelhöhenrichtung betrachtet, sowohl auf die untere Prallplatte 130b, die an dem Strömungsprofilabschnitt 110 oder dem Deckelabschnitt 150 befestigt ist, als auch auf die obere Prallplatte 130a, die über den Stufenabschnitt 131 verbunden ist. Auf diese Weise wird für die untere Prallplatte 130b in dem Bereich, der sich mit dem Bereich überlappt, der von dem äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 umgeben ist, wie durch die dicke gestrichelte Linie angegeben, ein zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b gebildet, der eine höhere Öffnungsdichte als der allgemeine Bereich 137 der unteren Prallplatte 130b aufweist (untere Durchgangslöcher 114b mit dem Lochdurchmesser d2 und dem Anordnungsabstand p2). Des Weiteren wird für die obere Prallplatte 130a in dem Bereich, der sich mit dem Bereich überlappt, der von dem äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 umgeben ist, ein erster Bereich mit hoher Dichte 136a (obere Durchgangslöcher 114a mit dem Lochdurchmesser d1 und dem Anordnungsabstand p13) gebildet, der eine höhere Öffnungsdichte aufweist als der allgemeine Bereich 137 der oberen Prallplatte 130a (obere Durchgangslöcher 114a mit dem Lochdurchmesser d1 und dem Anordnungsabstand p1).
Mit der obigen Konfiguration kann der Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b) mit einer höheren Öffnungsdichte der Durchgangslöcher 114 an der Prallplatte 130 gebildet werden, um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 abzudecken. Infolgedessen wird eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche 121b der Abdeckung 120 ausgeführt, die den Bereich mit hoher Dichte 136 überlappt, der einen Bereich umfasst, in dem der äußere Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 ausgebildet ist, und dadurch wird die thermische Belastung der Abdeckung 120 um den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 verringert.
18 ist eine Draufsicht der Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 vorgesehen ist, um die Sekundärströmung FL2 der Verbrennungsgasströmung FL1 zu verhindern. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist, ähnlich wie bei der in 17 dargestellten Ausführungsform, der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 an der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120, insbesondere an der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 an der Seite der Vorderkante 110a, ausgebildet. Wie in den 15, 16 und 18 dargestellt ist, ist der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 über den Verbindungsabschnitt 181 mit der an dem Strömungsprofilabschnitt 110 ausgebildeten Ausrundung 126 verbunden und erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 181 in einer Richtung, in der das Verbrennungsgas FL strömt, zu dem Außenendabschnitt 180a. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 hat eine bergartige konvexe Form, die zu der Seite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 in der Schaufelhöhenrichtung von der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 vorsteht. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ist so angeordnet, dass er eine schräge Oberfläche bildet, die von der äußeren Oberfläche 121a am Verbindungsabschnitt 181 zur Ausrundung 126 die größte Höhe hat, und die Höhe nimmt fortschreitend zu der Vorderkante 110a und der Hinterkante 110b hin ab. Außerdem bildet die Grenze, an der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 mit der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 verbunden ist, den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180.
Im Falle der in 18 dargestellten Turbinenleitschaufel 100, bei der eine einzelne Abdeckung zwei Schaufeln hat, kann die druckseitige Schaufeloberfläche 117 in der Schaufelstruktur der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 des benachbarten Strömungsprofilabschnitts 110 zugewandt sein und darf nicht direkt dem äußeren Wandabschnitt 123 zugewandt sein. Bei derartigen Strömungsprofilabschnitten 110 kann es zwischen benachbarten Strömungsprofilabschnitten 110 zu einer Sekundärströmung ähnlich der oben beschriebenen kommen. Auf diese Weise wird zur Verringerung der Sekundärströmung in ähnlicher Weise der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 von dem Vorderkantenabschnitt 117a der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 eines der Strömungsprofilabschnitte 110 zu der saugseitigen Schaufeloberfläche 119 des benachbarten Strömungsprofilabschnitts 110 ausgebildet, so dass er sich bis zu der Zwischenposition der Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 an der am weitesten vorstehenden Position erstreckt. In diesem Fall ist jedoch ein direkt zugewandter Abdeckungsendabschnitt 121c in der Umfangsrichtung an der Seite der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 nicht vorhanden. Auf diese Weise ist die Zwischenposition der Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 die Position bei 1/2 der Strömungsdurchgangsweite des Strömungsdurchgangs, wo der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 am weitesten vorsteht, und die am weitesten vorstehende Position kann eine Position umfassen, die näher am Strömungsprofilabschnitt 110 liegt als die Position bei 1/2 der Strömungsdurchgangsweite, abhängig von der Form des Strömungsprofilabschnitts 110.
Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die in 18 dargestellt ist, hat, ähnlich wie bei der Ausführungsform, die in 17 dargestellt ist, die Prallplatte 130 mit dem Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b), der durch die dicke gestrichelte Linie angegeben ist, um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 abzudecken, um eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche 121b der Abdeckung 120 auszuführen, an der der äußere Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 ausgebildet ist, wo die thermische Belastung zunimmt, und um die thermische Belastung zu verhindern.
Ferner ist in einem Fall, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 zwischen benachbarten Strömungsprofilabschnitten 110 ausgebildet ist, wie in 18 dargestellt ist, der Außenendabschnitt 180a des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 an einer Position angeordnet, die sich in der Schaufelhöhenrichtung mit der oberen Prallplatte 130a überlappt, die zwischen den benachbarten Strömungsprofilabschnitten 110 positioniert ist. Dementsprechend ist der Bereich mit hoher Dichte 136 der Durchgangslöcher 114 der Prallplatte 130 in diesem Fall sowohl über der oberen Prallplatte 130a, die zwischen den benachbarten Strömungsprofilabschnitten 110 angeordnet ist, als auch über der unteren Prallplatte 130b, die zwischen der oberen Prallplatte 130a und dem Strömungsprofilabschnitt 110 ausgebildet ist, angeordnet. Der erste Bereich mit hoher Dichte 136a ist also an einer Position der oberen Prallplatte 130a in der Nähe des Strömungsprofilabschnitts 110 an der Seite der Vorderkante 110a angeordnet, und der zweite Bereich mit hoher Dichte 136b ist um den Vorderkantenabschnitt 117a der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110 der unteren Prallplatte 130b angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Definition des Vorderkantenabschnitts 117a der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 wie oben beschrieben ist.
Wie oben beschrieben erhöht sich durch das Vorsehen des in der Schaufelhöhenrichtung vorstehenden Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180, ähnlich wie bei dem in 17 dargestellten Ausführungsform, die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgasströmung FL1, die entlang der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsabschnitts 110 strömt, was eine Verringerung der Sekundärströmung FL2 zur Folge hat. Infolgedessen wird der Druckverlust der Verbrennungsgasströmung FL1, die durch die Verbrennungsgas-Strömungsdurchgänge 128 strömt, aufgrund der Erzeugung der Sekundärströmung FL2 verringert, und die aerodynamische Leistung der Schaufel verbessert sich. Darüber hinaus ist der Bereich mit hoher Dichte 136 der Prallplatte 130 an der Seite der inneren Oberfläche 121b angeordnet, die der äußeren Oberfläche 121a so gegenüberliegt, dass sie den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 abdeckt, und dadurch werden thermische Belastungen in dem Bereich der Abdeckung 120 verhindert, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ausgebildet ist.
19 ist eine Draufsicht der Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 vorgesehen ist, um die Sekundärströmung FL2 der Verbrennungsgasströmung FL1 zu verhindern. Auch bei der vorliegenden Ausführungsform ist, ähnlich wie bei der in den 17 und 18 dargestellten Ausführungsform, der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 an der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120, genauer gesagt an der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 an der Seite der Vorderkante 110a, ausgebildet. Wie in den 15, 16 und 19 dargestellt ist, der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 über den Verbindungsabschnitt 181 mit der an dem Strömungsprofilabschnitt 110 ausgebildeten Ausrundung 126 verbunden und erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 181 in einer Richtung, in der das Verbrennungsgas FL strömt, zu dem Außenendabschnitt 180a. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 hat eine bergartige konvexe Form, die zu der Seite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs 128 in der Schaufelhöhenrichtung von der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 vorsteht. Der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ist so angeordnet, dass er eine schräge Oberfläche bildet, die eine große Höhe von der äußeren Oberfläche 121a am Verbindungsabschnitt 181 zur Ausrundung 126 hat, und die Höhe nimmt fortschreitend zu der Vorderkante 110a und der Hinterkante 110b ab. Außerdem bildet die Grenze, an der der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 mit der äußeren Oberfläche 121a der Abdeckung 120 verbunden ist, den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180.
Während die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel beschreibt, bei dem eine einzelne Abdeckung drei Schaufeln aufweist, ist die Kühlstruktur um den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 des Strömungsprofilabschnitts 110, bei dem die druckseitige Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110 direkt dem äußeren Wandabschnitt 123 zugewandt ist, die gleiche Kühlstruktur wie die in 17 dargestellte. Darüber hinaus ist die Kühlstruktur um den Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 des Strömungsprofilabschnitts 110, dessen druckseitige Schaufeloberfläche 117 direkt der zugewandten saugseitigen Schaufeloberfläche 119 des Strömungsprofilabschnitts 110 benachbart ist, die gleiche Struktur wie in einem Fall, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 zwischen benachbarten Strömungsprofilabschnitten 110 angeordnet ist, wie in 18 dargestellt.
Wie oben beschrieben wird durch das Vorsehen des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180, der in einer Schaufelhöhenrichtung vorsteht, ähnlich wie bei den Ausführungsformen, die in 17 und 18 dargestellt sind, die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgasströmung FL1, die entlang der druckseitigen Schaufeloberfläche 117 des Strömungsprofilabschnitts 110 strömt, erhöht, was einen Effekt zum Verringern der Sekundärströmung FL2 hat. Infolgedessen wird der Druckverlust der durch den Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang 128 strömenden Verbrennungsgasströmung FL1 durch die Erzeugung der Sekundärströmung FL2 verringert, und die aerodynamische Leistung der Schaufel verbessert sich.
Darüber hinaus ist der Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b) der Prallplatte 130 an der Seite der inneren Oberfläche 121b gegenüber der äußeren Oberfläche 121a angeordnet, um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 abzudecken, und dadurch wird die thermische Belastung in dem Bereich der Abdeckung 120 verringert, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 ausgebildet ist.
20 ist eine innere Querschnittansicht der Turbinenleitschaufel gemäß einer anderen Ausführungsform. Die in 20 dargestellte Struktur ist im Wesentlichen die gleiche wie der innere Querschnitt des in 3 dargestellten Strömungsprofilabschnitts 110. Allerdings ist ein Luftrohr 127 in dem zweiten Kühlungs-Strömungsdurchgang 111b so angeordnet, dass es sich durch den Strömungsprofilabschnitt 110 in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und ein Ende des Luftrohrs 127 hat eine Öffnung in den Innenraum 116 hinein, die in einem Haltering 162 ausgebildet ist, der von der inneren Abdeckung 122 getragen wird. Der Haltering 162 steht von der inneren Oberfläche 122b der inneren Abdeckung 122 in der Schaufelhöhenrichtung nach innen vor und wird von der inneren Abdeckung 122 über eine stromaufwärtige Rippe 161a, die an der Seite der Vorderkante 110a angeordnet ist, und eine stromabwärtige Rippe 161b, die an der Seite der Hinterkante 110b angeordnet ist, getragen. Darüber hinaus ist die Prallplatte 130 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 114, die den Innenraum 116 unterteilen, zwischen der stromaufwärtigen Rippe 161a und der stromabwärtigen Rippe 161b angeordnet. Wenn die Prallplatte 130 vorgesehen ist, wird der Prallraum 116a zwischen der Prallplatte 130 und der inneren Oberfläche 122b der inneren Abdeckung 122 gebildet. Darüber hinaus weist der Haltering 162 an der unteren Oberfläche ein Zirkulationsloch 162a auf.
Die an der inneren Abdeckung 122 ausgebildete Prallplatte 130 umfasst, obwohl in 20 nicht dargestellt, eine obere Prallplatte 130a und eine untere Prallplatte 130b mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 114, ähnlich wie bei einigen Ausführungsformen, die in 9 bis 14 und 17 bis 19 dargestellt sind. Die untere Prallplatte 130b ist an einem der äußeren Wandabschnitte 123 der inneren Abdeckung 122 oder des Umfangsrandabschnitts 135 des Strömungsprofilabschnitts 110 befestigt, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen, und die obere Prallplatte 130a ist in dem Zwischenbereich zwischen den unteren Prallplatten 130b angeordnet, ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen.
Die aus dem Innenraum 116 der äußeren Abdeckung 121 zugeführte Kühlluft Ac wird dem auf dem Haltering 162 an der Seite der inneren Abdeckung 122 gebildeten Innenraum 116 über das Luftrohr 127 zugeführt. Ein Teil der Kühlluft Ac wird als Kühlluft zum Ausführen der Prallkühlung an der inneren Oberfläche 122b der Abdeckung 122 über die Durchgangslöcher 114 der Prallplatte 130 verwendet, und der restliche Teil der Kühlluft Ac wird dem Zwischenstufenhohlraum (nicht dargestellt) aus dem Zirkulationsloch 162a zugeführt und dient als Spülluft, die verhindert, dass Verbrennungsgas in den Zwischenstufenhohlraum zurückströmt.
Außerdem kann, wie oben beschrieben, auch in der inneren Abdeckung 122 die Sekundärströmung FL2 des Verbrennungsgases erzeugt werden, die unter Bezugnahme auf die in den 17 bis 19 dargestellten Ausführungsformen beschrieben ist. Um die Erzeugung der Sekundärströmung zu verhindern, ist, ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen, ein nicht dargestellter Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt 180 an der äußeren Oberfläche 122a der inneren Abdeckung 122 ausgebildet. Um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 zu kühlen, wird der Bereich mit hoher Dichte 136 (erster Bereich mit hoher Dichte 136a, zweiter Bereich mit hoher Dichte 136b), der eine höhere Öffnungsdichte der Durchgangslöcher 114 aufweist, als die Anordnung der Durchgangslöcher 114 der Prallplatte 130 ausgebildet, ähnlich wie bei den anderen Ausführungsformen. Die aus den Durchgangslöchern 114 in dem Bereich mit hoher Dichte 136, der eine höhere Öffnungsdichte aufweist, ausgetragene Kühlluft Ac führt eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche 122b der inneren Abdeckung 122 aus und kühlt die innere Abdeckung 122 um den äußeren Randabschnitt 180b des Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitts 180 herum, wodurch die an der inneren Abdeckung auftretende thermische Belastung verringert wird.
Ähnlich wie bei den Ausführungsformen, die in 9 bis 14 dargestellt sind, sind auch in den Ausführungsformen, die in 17 bis 19 dargestellt sind, die Durchgangslöcher 114 (obere Durchgangslöcher 114a, untere Durchgangslöcher 114b) über die gesamten Oberflächen der oberen Prallplatte 130a und der unteren Prallplatte 130b angeordnet (in 17 bis 19 ist nur ein Teil der Durchgangslöcher 114 dargestellt).
Während sich das oben beschriebene Beispiel hauptsächlich auf die äußere Abdeckung 121 bezieht, kann die gleiche Struktur auch auf die innere Abdeckung 122 angewendet werden und die gleichen vorteilhaften Effekte haben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen umgesetzt werden.
Beispielsweise kann bei den in den 2, 3, 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen der Deckelabschnitt 150 derart ausgebildet sein, dass der Umfangswandabschnitt 151 und der obere Abschnitt 152 über eine gekrümmte Oberfläche gleichmäßig miteinander verbunden sind.
Darüber hinaus kann zum Beispiel in einer weiteren Ausführungsform, die in den 4 und 7 dargestellt ist, der Deckelabschnitt 150 derart ausgebildet sein, dass der Umfangswandabschnitt 151 und der Plattentragabschnitt 157 über eine gekrümmte Oberfläche gleichmäßig verbunden sind. In ähnlicher Weise kann zum Beispiel in einer weiteren Ausführungsform, die in den 4 und 7 dargestellt ist, der Deckelabschnitt 150 derart ausgebildet sein, dass der Plattentragabschnitt 157 und der obere Umfangswandabschnitt 153 über eine gekrümmte Oberfläche gleichmäßig miteinander verbunden sind. Zum Beispiel kann in einer weiteren Ausführungsform, die in den 4 und 7 dargestellt ist, der Deckelabschnitt 150 derart ausgebildet sein, dass der obere Umfangswandabschnitt 153 und der obere Abschnitt 152 über eine gekrümmte Oberfläche gleichmäßig verbunden sind.
Bezugszeichenliste

1: Gasturbine
8: Rotorwelle
24: Turbinenlaufschaufel
100: Turbinenleitschaufel
101: Schaufelkörper
110: Strömungsprofilabschnitt
110a: Vorderkante
110b: Hinterkante
110c: Außenende
110d: Fußende
110e: äußerer Endabschnitt
110f: innerer Endabschnitt
110g: innere Wandoberfläche
111: Kühlungs-Strömungsdurchgang
112: Umkehr-Strömungsdurchgang
113: Kühlungsloch
114: Durchgangsloch
114a: oberes Durchgangsloch (erstes Durchgangsloch)
14b: unteres Durchgangsloch (zweites Durchgangsloch)
115: serpentinenförmiger Strömungsdurchgang
116: Innenraum
116a: Prallraum
117: druckseitige Schaufeloberfläche
117a: Vorderkantenabschnitt
119: saugseitige Schaufeloberfläche
120: Abdeckung
121: äußere Abdeckung
121a: äußere Oberfläche (Gaswegoberfläche)
121b: innere Oberfläche
121c: Abdeckungsendabschnitt
122: innere Abdeckung
122a: äußere Oberfläche (Gaswegoberfläche)
122b: innere Oberfläche
123: äußerer Wandabschnitt
123a: Innenumfangsoberfläche
124: Bodenabschnitt
125: Hinterkanten-Endabschnitt
126: Ausrundung
127: Luftrohr
128: Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang
130: Prallplatte
130a: obere Prallplatte (erste Prallplatte)
130b: untere Prallplatte (zweite Prallplatte)
130: Stufenabschnitt
131a: schräger Abschnitt
133: Öffnung
135: Umfangsrandabschnitt
136: Bereich mit hoher Dichte
136a: erster Bereich mit hoher Dichte
136b: zweiter Bereich mit hoher Dichte
137: allgemeiner Bereich
140: Trennwand
150: Deckelabschnitt
151: Umfangswandabschnitt (erster Abschnitt)
152: oberer Abschnitt (zweiter Abschnitt)
153: oberer Umfangswandabschnitt (dritter Abschnitt)
155: Vorsprungsabschnitt
157: Plattentragabschnitt
161a: stromaufwärtige Rippe
161b: stromabwärtige Rippe
162: Haltering
162a: Zirkulationsloch
171,173: Schweißabschnitt
180: Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt
180a: Außenendabschnitt
180b: äußerer Randabschnitt
181: Verbindungsabschnitt
W1: Unterdruckrichtungs-Deckelweite
w1: Unterdruckrichtungs-Strömungsdurchgangsweite
W2: Wölbungsrichtungs-Deckelweite
w2: Wölbungsrichtungs-Strömungsdurchgangsweite
L1,L2: Zwischenraum
FL1: Verbrennungsgasströmung
FL2: Sekundärströmung

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

JP 2000230404 A [0006]

Claims

Eine Turbinenleitschaufel mit: einem Schaufelkörper, der umfasst: einen Strömungsprofilabschnitt, der in seinem Inneren einen serpentinenförmigen Strömungsdurchgang aufweist, wobei der serpentinenförmige Strömungsdurchgang eine Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen und eine Vielzahl von Umkehr-Strömungsdurchgängen umfasst, wobei mindestens einer der Umkehr-Strömungsdurchgänge an einer äußeren Seite oder einer inneren Seite, in einer Schaufelhöhenrichtung, von einer Gaswegoberfläche angeordnet ist, die einen Verbrennungsgas-Strömungsdurchgang definiert, und eine Abdeckung, die an mindestens einer von einer Außenendseite oder einer Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts angeordnet ist, und einem Deckelabschnitt, der an einem Endabschnitt an der Außenendseite oder der Fußendseite, in der Schaufelhöhenrichtung, des Strömungsprofilabschnitts befestigt ist, wobei der Deckelabschnitt den mindestens einen Umkehr-Strömungsdurchgang bildet und als ein von dem Strömungsprofilabschnitt getrenntes Element vorgesehen ist, wobei der Deckelabschnitt eine innere Wandoberflächenweite aufweist, die eine Strömungsdurchgangsweite des Umkehr-Strömungsdurchgangs bildet, wobei die innere Wandoberflächenweite so ausgebildet ist, dass sie größer ist als die Strömungsdurchgangsweite des in dem Strömungsprofilabschnitt ausgebildeten Kühlungsdurchgangs, und wobei ein Minimalwert einer Dicke des Deckelabschnitts kleiner ist als eine Dicke eines Teils der Abdeckung, an der der Deckelabschnitt angebracht ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungsprofilabschnitt eine druckseitige Schaufeloberfläche, die so ausgenommen ist, dass sie in der Umfangsrichtung eine konkave Form hat, und eine saugseitige Schaufeloberfläche, die so vorsteht, dass sie in der Umfangsrichtung eine konvexe Form hat und über eine Vorderkante und eine Hinterkante mit der druckseitigen Schaufeloberfläche verbunden ist, umfasst, und wobei die Abdeckung umfasst: einen Bodenabschnitt, der in der Schaufelhöhenrichtung eine innere Oberfläche bildet, die der Gaswegoberfläche in der Schaufelhöhenrichtung gegenüberliegt, einen äußeren Wandabschnitt, der an gegenüberliegenden Enden, in einer Axialrichtung und der Umfangsrichtung, des Bodenabschnitts ausgebildet ist, wobei sich der äußere Wandabschnitt in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, eine Prallplatte, die in einem Innenraum angeordnet ist, der von dem äußeren Wandabschnitt und dem Bodenabschnitt umgeben ist, wobei die Prallplatte eine Vielzahl von Durchgangslöchern umfasst, und einen Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt, der an der Gaswegoberfläche ausgebildet ist, der sich von einem Vorderkantenabschnitt der druckseitigen Schaufeloberfläche zu der saugseitigen Schaufeloberfläche des Strömungsprofilabschnitts, der in der Umfangsrichtung benachbart positioniert ist, zu einer Zwischenposition einer Strömungsdurchgangsweite des Verbrennungsgas-Strömungsdurchgangs zwischen dem Strömungsprofilabschnitt und dem benachbarten Strömungsprofilabschnitt erstreckt, wobei der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt von einem äußeren Randabschnitt umgeben ist, der an einer Position ausgebildet ist, die mit der Gaswegoberfläche verbunden ist und von der Gaswegoberfläche in der Schaufelhöhenrichtung vorsteht.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 2, wobei die Prallplatte umfasst: einen allgemeinen Bereich, der so positioniert ist, dass er der inneren Oberfläche der Abdeckung zugewandt ist, wobei es sich um einen Bereich handelt, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt nicht ausgebildet ist, wobei der allgemeine Bereich die Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, die konfiguriert sind, um eine Prallkühlung an der inneren Oberfläche auszuführen, und einen Bereich mit hoher Dichte, der einen Bereich umfasst, in dem der Schaufeloberflächen-Vorsprungsabschnitt ausgebildet und von dem äußeren Randabschnitt umgeben ist, wobei der Bereich mit hoher Dichte eine höhere Öffnungsdichte der Durchgangslöcher aufweist als diejenige in dem allgemeinen Bereich.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 3, wobei die Prallplatte umfasst: eine zweite Prallplatte, die in der Schaufelhöhenrichtung nahe bei der inneren Oberfläche ist, und eine erste Prallplatte, die in einer sich von der inneren Oberfläche entfernenden Richtung in der Schaufelhöhenrichtung bezüglich der zweiten Prallplatte positioniert ist, wobei die zweite Prallplatte und die erste Prallplatte über einen in der Schaufelhöhenrichtung gebogenen Stufenabschnitt miteinander verbunden sind, wobei der sich in der Axialrichtung und/oder in der Umfangsrichtung erstreckende Stufenabschnitt zwischen dem äußeren Wandabschnitt und dem Deckelabschnitt angeordnet ist, wobei die erste Prallplatte einen ersten Bereich mit hoher Dichte umfasst, in dem die Öffnungsdichte höher ist als die in einem allgemeinen Bereich der ersten Prallplatte, und wobei die zweite Prallplatte einen zweiten Bereich mit hoher Dichte umfasst, in dem die Öffnungsdichte höher ist als die in einem allgemeinen Bereich der zweiten Prallplatte.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 4, wobei die Abdeckung eine Vielzahl von Strömungsprofilabschnitten aufweist, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei der Stufenabschnitt zwischen einer Vielzahl von Deckelabschnitten angeordnet ist, von denen jeder an einem entsprechenden der Strömungsprofilabschnitte angeordnet ist, wobei sich der Stufenabschnitt in der Axialrichtung erstreckt.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Stufenabschnitt eine schräge Oberfläche aufweist, die bezüglich der Schaufelhöhenrichtung schräg ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Lochdurchmesser von ersten Durchgangslöchern, bei denen es sich um die an der ersten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher handelt, größer ist als ein Lochdurchmesser von zweiten Durchgangslöchern, bei denen es sich um die an der zweiten Prallplatte ausgebildeten Durchgangslöcher handelt.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 7, wobei ein Anordnungsabstand der ersten Durchgangslöcher, die an der ersten Prallplatte ausgebildet sind, größer ist als ein Anordnungsabstand der zweiten Durchgangslöcher, die an der zweiten Prallplatte ausgebildet sind.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die zweite Prallplatte zwei zweite Prallplatten aufweist, die jeweils an einer inneren Oberfläche des äußeren Wandabschnitts der Abdeckung und an einer äußeren Wandoberfläche des Deckelabschnitts befestigt sind, und die erste Prallplatte über den Stufenabschnitt zwischen den beiden zweiten Prallplatten positioniert ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Prallplatte eine Öffnung aufweist, die mit dem Deckelabschnitt in Eingriff zu bringen ist, und wobei der Deckelabschnitt einen Vorsprungsabschnitt umfasst, der entgegengesetzt zu dem Strömungsprofilabschnitt von der Öffnung in der Schaufelhöhenrichtung vorsteht.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Deckelabschnitt über einen Schweißabschnitt an der Abdeckung befestigt ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Abdeckung eine äußere Abdeckung oder eine innere Abdeckung umfasst, die an der Fußendseite oder der Fußendseite des Strömungsprofilabschnitts ausgebildet ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Deckelabschnitt einen Abschnitt aufweist, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und ein minimaler Dickenwert des Abschnitts kleiner ist als eine Dicke eines Abschnitts der Abdeckung, an der der Deckelabschnitt angebracht ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Deckelabschnitt einen Abschnitt aufweist, der sich in der Schaufelhöhenrichtung erstreckt, und ein minimaler Dickenwert des Abschnitts kleiner ist als eine Dicke einer Trennwand, die die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen unterteilt.
Die Turbinenleitschaufel gemäß Anspruch 10, wobei der Deckelabschnitt einen Plattentragabschnitt umfasst, der sich entlang einem Umfangsrandabschnitt der Öffnung der Prallplatte erstreckt, um den Umfangsrandabschnitt zu tragen, und wobei die Prallplatte an dem Plattentragabschnitt des Deckelabschnitts über einen Schweißabschnitt befestigt ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Deckelabschnitt an einer Trennwand, die die Vielzahl von Kühlungs-Strömungsdurchgängen unterteilt, über einen Teil eines Schweißabschnitts befestigt ist.
Die Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Deckelabschnitt ein Material aufweist, das eine geringere Hitzebeständigkeitstemperatur hat als ein Material des Schaufelkörpers.
Eine Gasturbine mit: der Turbinenleitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, einer Rotorwelle, und einer Turbinenlaufschaufel, die an der Rotorwelle angeordnet ist.