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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Gasturbinenschaufel.
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität auf der Grundlage der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-174743 , die am 16. Oktober 2020 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
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Stand der Technik
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Eine Gasturbinenschaufel weist ein plattenartiges Plattformteil und ein Schaufelhauptkörperteil, das sich von einer oberen Fläche des Plattformteils erstreckt, auf. Ein Kühlkanal, durch den komprimierte Luft als ein Kühlmedium strömt, ist innerhalb des Plattformteils gebildet. Ein Endabschnitt des Kühlkanals ist an der oberen Fläche oder einer Seitenendfläche des Plattformteils oder an einer Fläche des Schaufelhauptkörperteils offen.
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Als ein spezifisches Beispiel für einen solchen Kühlkanal ist die in PTL 1 unten beschriebene Technik bekannt. Bei der Gasturbinenschaufel gemäß PTL 1 sind Öffnungsendabschnitte der Kühlkanäle gleichmäßig auf einer Druckflächen(Druckflächen-)seite eines Schaufelhauptkörperteils gebildet.
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Zitatliste
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Patentliteratur
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[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-102726 Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Hier ist in einem Teilbereich einer Plattform weg von dem Schaufelhauptkörperteil (insbesondere einem Teil eines Bereichs außerhalb einer Schaufelsehne, die eine Vorderkante und eine Hinterkante des Schaufelhauptkörperteils verbindet) in der oberen Fläche der Plattform die Dicke davon im Vergleich zu einem Bereich in der Umgebung des Schaufelhauptkörperteils dünn, so dass thermische Belastung aufgrund eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases leicht auftritt. Es besteht eine Besorgnis, dass Bilden vieler Öffnungsendabschnitte der Kühlkanäle in einem solchen Bereich zu einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit der Plattform führen kann. Das heißt, es gibt noch Raum für Verbesserungen bei der in PTL 1 beschriebenen Technik.
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Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um das obige Problem zu lösen, und hat eine Aufgabe, eine Gasturbinenschaufel mit weiter verbesserter Ermüdungsfestigkeit bereitzustellen.
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Lösung für das Problem
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Um das obige Problem zu lösen, umfasst eine Gasturbinenschaufel gemäß der vorliegenden Offenbarung: ein Plattformteil, das einen im Inneren gebildeten Kühlkanal aufweist; und ein Schaufelhauptkörperteil, das von einer oberen Fläche des Plattformteils vorsteht, wobei mehrere erste Ausstoßanschlüsse, die ein von dem Kühlkanal zugeführtes Gas ausstoßen, in einem Sehneninnenbereich der oberen Fläche gebildet sind, der sich auf einer Schaufelhauptkörperteil-Seite in Bezug auf eine Schaufelsehne befindet, die eine Vorderkante und eine Hinterkante des Schaufelhauptkörperteils verbindet, mehrere zweite Ausstoßanschlüsse, die das von dem Kühlkanal zugeführte Gas ausstoßen, in einem Sehnenaußenbereich der oberen Fläche gebildet sind, der sich auf einer dem Sehneninnenbereich gegenüberliegenden Seite mit der Schaufelsehne als eine Referenz befindet, der Sehnenaußenbereich einen Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich, der sich auf einer Vorderkantenseite befindet, und einen Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich, der sich auf einer Hinterkantenseite befindet, aufweist und die mehreren zweiten Ausstoßanschlüsse mehr an dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich als an dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich gebildet sind.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Gasturbinenschaufel mit weiter verbesserter Ermüdungsfestigkeit bereitzustellen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist ein entwickeltes Diagramm einer Rotorschaufelstufe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Rotorschaufel (Gasturbinenschaufel) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 4 ist eine Schnittansicht entlang Linie IV-IV von 3.
- 5 ist eine Draufsicht der Rotorschaufel gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine Schnittansicht eines Plattformteils gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Beschreibung von Ausführungsformen
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(Konfiguration von Gasturbine)
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Nachstehend werden eine Gasturbine 10 und eine Gasturbinenschaufel (eine Rotorschaufel 50) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.
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Die Gasturbine 10 der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Kompressor 20, der Luft komprimiert, eine Brennkammer 30, die Brennstoff F in der von dem Kompressor 20 komprimierten Luft verbrennt, um ein Verbrennungsgas G zu erzeugen, und eine Turbine 40, die durch das Verbrennungsgas G angetrieben wird.
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Der Kompressor 20 weist einen Kompressorrotor 21, der sich mit einer Achse Ar als die Mitte dreht, ein Kompressorgehäuse 25, das den Kompressorrotor 21 drehbar abdeckt, und mehrere Statorschaufelstufen 26 auf. Die Turbine 40 weist einen Turbinenrotor 41, der sich mit der Achse Ar als die Mitte dreht, ein Turbinengehäuse 45, das den Turbinenrotor 41 drehbar abdeckt, und mehrere Statorschaufelstufen 46 auf.
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Der Kompressorrotor 21 und der Turbinenrotor 41 befinden sich auf derselben Achse Ar und sind miteinander verbunden, um einen Gasturbinenrotor 11 zu bilden. Beispielsweise ist ein Rotor eines Generators mit dem Gasturbinenrotor 11 verbunden. Ferner sind das Kompressorgehäuse 25 und das Turbinengehäuse 45 mit einem dazwischen eingefügten Zwischengehäuse 16 miteinander verbunden, um ein Gasturbinengehäuse 15 zu bilden. Die Brennkammer 30 ist in dem Zwischengehäuse 16 angeordnet. Nachstehend wird eine Richtung, in der sich die Achse Ar erstreckt, als eine Axialrichtung Da bezeichnet, eine Umfangsrichtung um die Achse Ar wird einfach als eine Umfangsrichtung Dc bezeichnet und eine Richtung senkrecht zu der Achse Ar wird als eine Radialrichtung Dr bezeichnet. Ferner wird eine Seite von Kompressor 20 in Bezug auf die Turbine 40 in der Axialrichtung Da als eine Stromaufwärtsseite und eine dazu gegenüberliegende Seite als eine Stromabwärtsseite bezeichnet.
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Der Kompressorrotor 21 weist eine Rotorwelle 22, die sich in der Axialrichtung Da entlang der Achse Ar erstreckt, und mehrere Rotorschaufelstufen 23, die an der Rotorwelle 22 montiert sind, auf. Die mehreren Rotorschaufelstufen 23 sind in der Axialrichtung Da angeordnet. Jede der Rotorschaufelstufen 23 besteht aus mehreren Rotorschaufeln 24, die in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Die Statorschaufelstufe 26 ist auf der Stromabwärtsseite jeder der mehreren Rotorschaufelstufen 23 angeordnet. Jede Statorschaufelstufe 26 ist innerhalb des Kompressorgehäuses 25 vorgesehen. Jede der Statorschaufelstufen 26 besteht aus mehreren Statorschaufeln 27, die in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind.
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Der Turbinenrotor 41 weist eine Rotorwelle 42, die sich in der Axialrichtung Da entlang der Achse Ar erstreckt, und mehrere Rotorschaufelstufen 43, die an der Rotorwelle 42 montiert sind, auf. Die mehreren Rotorschaufelstufen 43 sind in der Axialrichtung Da angeordnet. Jede der Rotorschaufelstufen 43 besteht aus mehreren Rotorschaufeln 50, die in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Die Statorschaufelstufe 46 ist auf der Stromaufwärtsseite jeder der mehreren Rotorschaufelstufen 43 angeordnet. Jede Statorschaufelstufe 46 ist innerhalb des Turbinengehäuses 45 vorgesehen. Jede der Statorschaufelstufen 46 besteht aus mehreren Statorschaufeln 47, die in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Ein ringförmiger Raum in einem Bereich, der sich zwischen einer Außenumfangsseite der Rotorwelle 42 und einer Innenumfangsseite des Turbinengehäuses 45 befindet und in dem die Statorschaufel 47 und die Rotorschaufel 50 in der Axialrichtung Da angeordnet sind, bildet einen Verbrennungsgas-Strömungsweg, durch den das Verbrennungsgas G von der Brennkammer 30 strömt.
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(Zusammensetzung von Rotorschaufel)
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Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält die Rotorschaufel 50 einen Schaufelkörper 51 (einen Schaufelhauptkörper), der sich in der Radialrichtung Dr erstreckt, eine Plattform 61 (ein Plattformteil), die radial innerhalb des Schaufelkörpers 51 gebildet ist, einen Schaft 58, der radial innerhalb der Plattform 61 gebildet ist, und einen Schaufelfuß 59, der radial innerhalb des Schafts 58 vorgesehen ist. Ein Bereich radial außerhalb der Plattform 61, das heißt, ein Bereich, in dem der Schaufelkörper 51 vorhanden ist, bildet einen Verbrennungsgas-Strömungsweg, durch den das Verbrennungsgas G von der Brennkammer 30 strömt.
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Der Schaufelkörper 51 weist eine Vorderkante 52, die ein Endabschnitt auf der Stromaufwärtsseite in der Axialrichtung ist, und eine Hinterkante 53, die ein Endabschnitt auf der Stromabwärtsseite in der Axialrichtung ist, auf. Der Schaufelkörper 51 weist in der Umfangsrichtung Dc zu einer Seite hin eine glatte konvexe Form auf. Eine konvexe Fläche von Oberflächen, die der Umfangsrichtung Dc in einer Oberfläche des Schaufelkörpers 51 zugewandt sind, bildet eine Saugseitenfläche (= Saugfläche) 55, und eine konkave Fläche bildet eine Druckseitenfläche (= Druckfläche) 54. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung ist eine Druckseite (= Druckflächenseite) des Schaufelkörpers 51 in der Umfangsrichtung Dc als eine Druckseite in der Umfangsrichtung definiert, und eine Saugseite (= Saugflächenseite) des Schaufelkörper 51 ist als eine Saugseite in der Umfangsrichtung definiert. Ferner kann die Stromaufwärtsseite in der Axialrichtung Da als eine Vorderseite bezeichnet werden, und die Stromabwärtsseite in der Axialrichtung Da kann als eine Hinterseite bezeichnet werden.
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Der Schaufelfuß 59 weist eine Weihnachtsbaumform auf, bei der sich ein breiter Breitenabschnitt und ein schmaler Breitenabschnitt abwechselnd zu einer Innenseite hin in der Radialrichtung in einer Querschnittsform senkrecht zu einer Schaufelsehne des Schaufelkörpers 51 wiederholen. Eine Schaufelfußnut, in die der Schaufelfuß 59 eingepasst ist, ist in der oben beschriebenen Rotorwelle 42 gebildet.
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Die Plattform 61 ist mit einer vorderen Endfläche 62, die eine Endfläche auf der Stromaufwärtsseite in der Axialrichtung ist, einer hinteren Endfläche 63, die eine Endfläche auf der Stromabwärtsseite in der Axialrichtung ist, einer druckseitigen Endfläche 64, die eine Endfläche auf der Druckseite in der Umfangsrichtung ist, und einer saugseitigen Endfläche 65, die eine Endfläche auf der Saugseite in der Umfangsrichtung ist, gebildet. In einem Fall, in dem sie aus der Radialrichtung Dr betrachtet wird, weist die Plattform 61, wie in 2 gezeigt, eine Parallelogrammform auf. Bei den Plattformen 61 der Rotorschaufeln 50, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, sind die druckseitige Endfläche 64 der Plattform 61 auf einer Seite und die saugseitige Endfläche 65 der Plattform 61 auf der anderen Seite einander zugewandt. Ferner ist die Plattform 61 mit einer Gasdurchtrittsfläche 66 (einer oberen Fläche), die eine Fläche auf einer Außenseite in der Radialrichtung ist, und einer Innenseitenfläche 67, die eine Fläche auf der Innenseite in der Radialrichtung ist, gebildet. Die Gasdurchtrittsfläche 66 bildet einen Teil auf der Innenseite in der Radialrichtung einer Fläche, die den Verbrennungsgas-Strömungsweg definiert, und kommt mit einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas in Kontakt.
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(Zusammensetzung von Schaufelluftkanal)
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Wie in 4 gezeigt, ist die Rotorschaufel 50 mit mehreren Schaufelluftkanälen 71 (Kühlkanäle), die sich in der Radialrichtung Dr erstrecken, versehen. Als ein Beispiel sind sieben Schaufelluftkanäle 71 in der Rotorschaufel 50 der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, bei dem die Anzahl an Schaufelluftkanälen 71 sieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jeder der Schaufelluftkanäle 71 ist so gebildet, dass er sich von mindestens dem Schaufelkörper 51 unter dem Schaufelkörper 51, der Plattform 61, dem Schaft 58 und dem Schaufelfuß 59 zu der Plattform 61 erstreckt. Die mehreren Schaufelluftkanäle 71 sind entlang der Schaufelsehne des Schaufelkörpers 51 angeordnet. Zueinander benachbarte Abschnitte der Schaufelluftkanäle 71 kommunizieren miteinander an einem Abschnitt auf der Außenseite in der Radialrichtung innerhalb des Schaufelkörpers 51 oder an einem Abschnitt auf der Innenseite in der Radialrichtung der Plattform 61. Ferner ist ein beliebiger der mehreren Schaufelluftkanäle 71 so gebildet, dass er sich über den Schaufelkörper 51, die Plattform 61, den Schaft 58 und den Schaufelfuß 59 erstreckt, und ist an einem Ende auf der Innenseite in der Radialrichtung des Schaufelfußes 59 offen. Von dem Kompressor 20 erzeugte komprimierte Luft strömt durch die Schaufelluftkanäle 71 als ein Kühlmedium.
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Der Schaufelkörper 51 ist mit einem Schaufelvorderendkanal 56 gebildet, der sich von einem ersten Schaufelluftkanal 71a auf einer am weitesten stromaufwärtigen Seite unter den mehreren Schaufelluftkanälen 71 zu der Stromaufwärtsseite erstreckt und an der Vorderkante 52 des Schaufelkörpers 51 offen ist. Ein Teil der Kühlluft, die in den ersten Schaufelluftkanal 71a geströmt ist, strömt aus den mehreren Schaufelvorderendkanälen 56 des Schaufelkörpers 51 in den Verbrennungsgas-Strömungsweg. Ferner strömt ein Teil der Kühlluft aus einem siebten Schaufelluftkanal 71b auf einer am weitesten stromabwärtigen Seite der Schaufelluftkanäle 71 in den Verbrennungsgas-Strömungsweg. Die Vorderkante 52 und die Hinterkante 53 des Schaufelkörpers 51 werden durch die Kühlluft gekühlt.
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(Konfigurationen von druckflächenseitigem Kanal und erstem Ausstoßanschluss)
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Wie in 5 gezeigt, ist die Plattform 61 mit mehreren druckflächenseitigen Kanälen 75 gebildet, die sich von den Schaufelluftkanälen 71 zu der Gasdurchtrittsfläche 66 hin erstrecken. Der druckflächenseitige Kanal 75 bildet einen Teil des Kühlkanals. Die druckflächenseitigen Kanäle 75 erstrecken sich parallel zueinander zu der Druckseite hin in der Umfangsrichtung des Schaufelkörpers 51. Der Begriff „parallel“, auf den hier Bezug genommen wird, bedeutet im Wesentlichen parallel, und Konstruktionstoleranzen oder Herstellungsfehler sind zulässig. Ein Ende jedes druckflächenseitigen Kanals 75 ist ein erster Ausstoßanschluss 75a, der an der Gasdurchtrittsfläche 66 offen ist. Die ersten Ausstoßanschlüsse 75a sind in einer gekrümmten Linienform so angeordnet, dass sie der Form der Druckfläche des Schaufelkörpers 51 folgen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind als ein Beispiel sieben erste Ausstoßanschlüsse 75a gebildet. Die Anzahl der ersten Ausstoßanschlüsse 75a kann gemäß Konstruktion oder Spezifikationen angemessen geändert werden.
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Hier ist in der Gasdurchtrittsfläche 66 ein Bereich auf einer Seite von Schaufelkörper 51 in Bezug auf eine Schaufelsehne Ch mit einer Linie (der Schaufelsehne Ch), die die Vorderkante 52 und die Hinterkante 53 des Schaufelkörpers 51 verbindet, als eine Referenz als ein Sehneninnenbereich A definiert. Ferner ist in der Gasdurchtrittsfläche 66 ein Bereich, der sich auf einer dem Sehneninnenbereich A gegenüberliegenden Seite mit der Schaufelsehne Ch als eine Referenz befindet, als ein Sehnenaußenbereich B definiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich alle der oben beschriebenen ersten Ausstoßanschlüsse 75a innerhalb des Sehneninnenbereichs A. Das heißt, alle der ersten Ausstoßanschlüsse 75a sind näher an dem Schaufelkörper 51 als die Schaufelsehne Ch angeordnet.
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Ferner ist der Sehnenaußenbereich B in einen Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1, der sich auf einer Seite von Vorderkante 52 in Bezug auf eine Trennlinie D befindet, und einen Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2, der sich auf einer Seite von Hinterkante 53 befindet, durch die zu der Schaufelsehne Ch senkrechte Trennlinie D unterteilt. Die Position der Trennlinie D wird angemessen innerhalb eines Bereichs von 50 % oder weniger von der Vorderkante 52 in einem Fall eingestellt, in dem die Länge der Schaufelsehne Ch auf 100 % eingestellt ist. Eine Öffnungsrichtung des oben beschriebenen ersten Ausstoßanschlusses 75a wird so bestimmt, dass er ein Gas aus dem Sehneninnenbereich A zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin ausstößt.
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(Konfigurationen von vorderkantenseitigem Kanal, Zweigkanal und zweitem Ausstoßanschluss)
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Ein vorderkantenseitiger Kanal 76 ist mit dem ersten Schaufelluftkanal 71a, der sich am nächsten an der Seite von Vorderkante 52 befindet, unter den Schaufelluftkanälen 71 verbunden. Der vorderkantenseitige Kanal 76 erstreckt sich von dem ersten Schaufelluftkanal 71a zu dem oben beschriebenen Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 hin. Ferner sind mehrere (als ein Beispiel drei) Zweigkanäle 77 mit der Mitte des vorderkantenseitigen Kanals 76 verbunden. Der vorderkantenseitige Kanal 76 und der Zweigkanal 77 dienen als ein Teil des Kühlkanals.
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Jeder Zweigkanal 77 erstreckt sich in einer Richtung entlang der Schaufelsehne Ch von dem vorderkantenseitigen Kanal 76. Ein Ende des Zweigkanals 77 ist ein zweiter Ausstoßanschluss 77a, der an dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 offen ist. Als ein Beispiel sind die Positionen der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a in der Richtung der Schaufelsehne Ch gleich und liegen innerhalb eines Bereichs von 25 % oder weniger der Länge der Schaufelsehne Ch von der Vorderkante 52 in der Schaufelsehne Ch. Eine Öffnungsrichtung jedes zweiten Ausstoßanschlusses 77a wird so bestimmt, dass er ein Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin ausstößt. Mit anderen Worten ist im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a der zweite Ausstoßanschluss 77a in der Richtung entlang der Schaufelsehne Ch offen.
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Es ist ebenso möglich, eine Konfiguration zu verwenden, bei der der zweite Ausstoßanschluss 77a in dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 gebildet ist. In diesem Fall wird jedoch eine Konfiguration so vorgenommen, dass die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a, die in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet sind, größer als die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a, die in dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 gebildet sind, ist. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a so angeordnet sind, dass sie auf einer Seite von Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 lokalisiert sind. Ferner ist die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a kleiner als die Anzahl der ersten Ausstoßanschlüsse 75a.
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(Konfigurationen von Seitenkanal und drittem Ausstoßanschluss)
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Wie in 6 gezeigt, sind mehrere Seitenkanäle 72, die sich von einigen Schaufelluftkanälen 71 erstrecken, innerhalb der Plattform 61 gebildet. Weiter insbesondere sind die Seitenkanäle 72 in einigen der Schaufelluftkanäle 71, die sich auf der Seite von Vorderkante 52 befinden, und in den Schaufelluftkanälen 71, die sich auf der Seite von Hinterkante 53 befinden, gebildet. Ferner sind die Seitenkanäle 72 mehr auf einer Seite von Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 als auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet. Es ist ebenso möglich, die Seitenkanäle 72 nur in dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 zu bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind als ein Beispiel zwei Seitenkanäle 72 mit einem Schaufelluftkanal 71 verbunden. Die Seitenkanäle 72 erstrecken sich von den Schaufelluftkanälen 71 zu der druckseitigen Endfläche 64 hin. Ein Endabschnitt jedes Seitenkanals 72 ist ein dritter Ausstoßanschluss 72a.
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(Funktionsweise und Effekte)
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Hier ist in einem Teilbereich der Plattform 61 weg von dem Schaufelkörper 51 (insbesondere einem Teil eines Bereichs außerhalb der Schaufelsehne, die die Vorderkante und die Hinterkante des Schaufelhauptkörperteils verbindet) in der Gasdurchtrittsfläche 66 die Dicke davon im Vergleich zu dem Bereich nahe dem Schaufelkörper 51 dünner, so dass thermische Belastung aufgrund eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases leicht auftritt. Es besteht eine Besorgnis, dass Bilden vieler Öffnungsendabschnitte der Kühlkanäle in einem solchen Bereich zu einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit der Plattform 61 führen kann.
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Es gibt auch einen Fall, in dem in der Umgebung der druckseitigen Endfläche 64, die mit der saugseitigen Endfläche 65 der benachbarten Plattform 61 in Kontakt steht, die Umgebung der Endfläche teilweise verdickt ist, um die Dichtungsleistung zwischen den Plattformen 61 zu verbessern. Da jedoch ein Teil des Bereichs außerhalb der Schaufelsehne Ch im Vergleich zu dem Bereich in der Umgebung des Schaufelkörpers 51 dünn ist, führt es zu einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit der Plattform 61, wenn viele Öffnungsendabschnitte der Kühlkanäle in dem Sehnenaußenbereich gebildet sind.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es durch Bilden des ersten Ausstoßanschlusses 75a in dem Bereich nahe dem Schaufelkörper 51 möglich, den Einfluss auf die Festigkeit zu minimieren. Ferner ist in dem Sehnenaußenbereich B die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 größer als in dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2. Mit anderen Worten sind in dem Sehnenaußenbereich B die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a so angeordnet, dass sie im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a in dem Sehneninnenbereich A auf der Seite von Vorderkante 52 lokalisiert sind. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss auf die Strukturfestigkeit im Vergleich zu beispielsweise einem Fall, in dem die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a gleichmäßig in dem Sehnenaußenbereich B gebildet sind, zu minimieren.
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Ferner ist gemäß der obigen Konfiguration die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a in dem Sehnenaußenbereich B kleiner als die Anzahl der ersten Ausstoßanschlüsse 75a in dem Sehneninnenbereich A. Da der Sehnenaußenbereich B dünner als der Bereich nahe dem Schaufelkörper 51 ist, ist es durch Reduzieren der Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a möglich, den Einfluss auf die Strukturfestigkeit weiter zu minimieren.
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Darüber hinaus stößt gemäß der obigen Konfiguration der in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildete zweite Ausstoßanschluss 77a ein Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin aus. Auf diese Weise ist es möglich, die Oberfläche des Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereichs B2, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist, effizient zu kühlen.
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Ferner stößt gemäß der obigen Konfiguration der erste Ausstoßanschluss 75a ein Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin aus. Auf diese Weise ist es möglich, die Oberfläche des Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereichs B2, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist, effizient zu kühlen.
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Ferner ist gemäß der obigen Konfiguration der zweite Ausstoßanschluss 77a im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a in der Richtung entlang der Schaufelsehne Ch offen. Daher ist es möglich, Filmkühlung an dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 aktiv mittels des Gases durchzuführen, das von dem zweiten Ausstoßanschluss 77a zugeführt wird.
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Darüber hinaus sind gemäß der obigen Konfiguration die mehreren ersten Ausstoßanschlüsse 75a entlang der Form der Druckseitenfläche 54 des Schaufelhauptkörperteils angeordnet. Das heißt, die ersten Ausstoßanschlüsse 75a sind entlang der Form des Abschnitts angeordnet, in dem die Plattform 61 und der Schaufelkörper 51 miteinander in Kontakt stehen. Da ein solcher Abschnitt eine höhere Festigkeit als der Bereich nahe der Schaufelsehne aufweist, ist es möglich, den Einfluss der Bildung des ersten Ausstoßanschlusses 75a auf die Festigkeit weiter zu minimieren.
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Ferner sind gemäß der obigen Konfiguration die Seitenkanäle 72, die mit den dritten Ausstoßanschlüssen 72a kommunizieren, mehr auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 als auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet. Daher kann der konvektive Kühleffekt der Seitenkanäle 72, die durch das Innere verlaufen, auf den Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 angewendet werden, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist und der Kühleffekt schwer zu erzielen ist. Infolgedessen wird es möglich, den Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 effizienter zu kühlen.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde oben beschrieben. An der obigen Konfiguration können verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb eines Schutzumfangs vorgenommen werden, der nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweicht. Beispielsweise ist die Anzahl oder Form der bei der obigen Ausführungsform beschriebenen Schaufelluftkanäle 71 ein Beispiel und kann gemäß Konstruktion oder Spezifikationen angemessen geändert werden. Ferner ist es ebenso möglich, andere Kühlkanäle zu bilden, die mit den Schaufelluftkanälen 71 kommunizieren.
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[Zusätzliche Bemerkungen]
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Die bei jeder Ausführungsform beschriebene Gasturbinenschaufel (die Rotorschaufel 50) wird beispielsweise wie folgt verstanden.
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(1) Eine Gasturbinenschaufel (die Rotorschaufel 50) gemäß einem ersten Aspekt umfasst: das Plattformteil (die Plattform 61), das den im Inneren gebildeten Kühlkanal (den Schaufelluftkanal 71) aufweist; und das Schaufelhauptkörperteil (den Schaufelkörper 51), das von der oberen Fläche (der Gasdurchtrittsfläche 66) des Plattformteils vorsteht, wobei die mehreren ersten Ausstoßanschlüsse 75a, die das von dem Kühlkanal zugeführte Gas ausstoßen, in dem Sehneninnenbereich A der oberen Fläche gebildet sind, der sich auf der Schaufelhauptkörperteil-Seite in Bezug auf die Schaufelsehne Ch befindet, die die Vorderkante 52 und die Hinterkante 53 des Schaufelhauptkörperteils verbindet, die mehreren zweiten Ausstoßanschlüsse 77a, die das von dem Kühlkanal zugeführte Gas ausstoßen, in dem Sehnenaußenbereich B der oberen Fläche gebildet sind, der sich auf der dem Sehneninnenbereich A gegenüberliegenden Seite mit der Schaufelsehne Ch als eine Referenz befindet, der Sehnenaußenbereich B den Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1, der sich auf der Seite von Vorderkante 52 befindet, und den Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2, der sich auf der Seite von Hinterkante 53 befindet, aufweist und die mehreren zweiten Ausstoßanschlüsse 77a mehr an dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 als an dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 gebildet sind.
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Hier ist der Sehneninnenbereich A, der sich näher an der Schaufelhauptkörperseite als die Schaufelsehne Ch befindet, dicker als der Sehnenaußenbereich B, so dass der Sehneninnenbereich A relativ hohe Festigkeit aufweist und weniger von thermischer Belastung beeinflusst wird. Der erste Ausstoßanschluss 75a ist in einem solchen Bereich gebildet, so dass es möglich ist, den Einfluss auf die Festigkeit zu minimieren. Ferner ist in dem Sehnenaußenbereich B die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 größer als in dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2. Mit anderen Worten sind in dem Sehnenaußenbereich B die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a so angeordnet, dass sie im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a in dem Sehneninnenbereich A auf der Seite von Vorderkante 52 lokalisiert sind. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss auf die Strukturfestigkeit im Vergleich zu beispielsweise einem Fall, in dem die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a gleichmäßig in dem Sehnenaußenbereich B gebildet sind, zu minimieren.
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(2) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem zweiten Aspekt kann die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a kleiner als die Anzahl der ersten Ausstoßanschlüsse 75a sein.
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Gemäß der obigen Konfiguration ist die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a in dem Sehnenaußenbereich B kleiner als die Anzahl der ersten Ausstoßanschlüsse 75a in dem Sehneninnenbereich A. Da der Sehnenaußenbereich B dünner als der Bereich nahe dem Schaufelkörper 51 ist, ist es durch Reduzieren der Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a möglich, den Einfluss auf die Strukturfestigkeit weiter zu minimieren.
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(3) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem dritten Aspekt kann die Position des zweiten Ausstoßanschlusses 77a innerhalb eines Bereichs von 25 % oder weniger der Länge der Schaufelsehne Ch mit der Vorderkante 52 in einer Richtung entlang der Schaufelsehne Ch als eine Referenz in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 liegen.
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Gemäß der obigen Konfiguration ist die Position des zweiten Ausstoßanschlusses 77a innerhalb des Bereichs von 25 % oder weniger der Länge der Schaufelsehne mit der Vorderkante 52 als eine Referenz in Bezug auf die Richtung der Schaufelsehne Ch in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, den Einfluss auf die Strukturfestigkeit weiter zu minimieren.
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(4) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem vierten Aspekt kann der zweite Ausstoßanschluss 77a, der in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet ist, unter den mehreren zweiten Ausstoßanschlüssen 77a so konfiguriert sein, dass er das Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin ausstößt.
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Gemäß der obigen Konfiguration stoßen die zweiten Ausstoßanschlüsse 77a, die in dem Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet sind, das Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin aus. Auf diese Weise ist es möglich, die Oberfläche des Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereichs B2, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist, effizient zu kühlen.
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(5) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem fünften Aspekt können die mehreren ersten Ausstoßanschlüsse 75a so konfiguriert sein, dass sie das Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin ausstoßen.
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Gemäß der obigen Konfiguration stoßen die ersten Ausstoßanschlüsse 75a das Gas zu dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 hin aus. Auf diese Weise ist es möglich, die Oberfläche des Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereichs B2, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist, effizient zu kühlen.
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(6) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem sechsten Aspekt kann im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a der zweite Ausstoßanschluss 77a in einer Richtung entlang der Schaufelsehne Ch offen sein.
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Gemäß der obigen Konfiguration ist im Vergleich zu dem ersten Ausstoßanschluss 75a der zweite Ausstoßanschluss 77a in der Richtung entlang der Schaufelsehne Ch offen. Daher ist es möglich, Filmkühlung an dem Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 aktiv mittels des Gases durchzuführen, das von dem zweiten Ausstoßanschluss 77a zugeführt wird.
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(7) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem siebten Aspekt können die mehreren ersten Ausstoßanschlüsse 75a entlang der Form der Druckfläche (der Druckseitenfläche 54) des Schaufelhauptkörperteils angeordnet sein.
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Gemäß der obigen Konfiguration sind die mehreren ersten Ausstoßanschlüsse 75a entlang der Form der Druckfläche des Schaufelhauptkörperteils angeordnet. Das heißt, die ersten Ausstoßanschlüsse 75a sind entlang der Form des Abschnitts angeordnet, in dem das Plattformteil und das Schaufelhauptkörperteil miteinander in Kontakt stehen. Da ein solcher Abschnitt eine hohe Festigkeit aufweist, ist es möglich, den Einfluss der Bildung des ersten Ausstoßanschlusses 75a auf die Festigkeit weiter zu minimieren.
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(8) Bei einer Gasturbinenschaufel gemäß einem achten Aspekt können die mehreren dritten Ausstoßanschlüsse 72a zum Ausstoßen des von dem Kühlkanal zugeführten Gases in der Seitenendfläche (der druckseitigen Endfläche 64) des Plattformteils gebildet sein, und die Kühlkanäle (die Seitenkanäle 72), die mit den mehreren dritten Ausstoßanschlüssen 72a kommunizieren, können mehr auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 als auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet sein.
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Gemäß der obigen Konfiguration sind die Kühlkanäle 72, die mit den dritten Ausstoßanschlüssen 72a kommunizieren, mehr auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 als auf der Seite von Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich B1 gebildet. Daher kann der konvektive Kühleffekt der Kühlkanäle (der Seitenkanäle 72), die durch das Innere verlaufen, auf den Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 angewendet werden, in dem die Anzahl der zweiten Ausstoßanschlüsse 77a klein ist und der Kühleffekt schwer zu erzielen ist. Infolgedessen wird es möglich, den Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich B2 effizienter zu kühlen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Gasturbinenschaufel mit weiter verbesserter Ermüdungsfestigkeit bereitzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbine
- 11
- Gasturbinenrotor
- 15
- Gasturbinengehäuse
- 16
- Zwischengehäuse
- 20
- Kompressor
- 21
- Kompressorrotor
- 23
- Rotorschaufelstufe
- 24
- Rotorschaufel
- 25
- Kompressorgehäuse
- 26
- Statorschaufelstufe
- 27
- Statorschaufel
- 30
- Brennkammer
- 40
- Turbine
- 41
- Turbinenrotor
- 42
- Rotorwelle
- 43
- Rotorschaufelstufe
- 45
- Turbinengehäuse
- 46
- Statorschaufelstufe
- 47
- Statorschaufel
- 50
- Rotorschaufel
- 51
- Schaufelkörper
- 52
- Vorderkante
- 53
- Hinterkante
- 54
- Druckseitenfläche
- 55
- Saugseitenfläche
- 58
- Schaft
- 59
- Schaufelfuß
- 61
- Plattform
- 62
- vordere Endfläche
- 63
- hintere Endfläche
- 64
- druckseitige Endfläche
- 65
- saugseitige Endfläche
- 66
- Gasdurchtrittsfläche
- 67
- Innenseitenfläche
- 71
- Schaufelluftkanal
- 71a
- erster Schaufelluftkanal
- 71b
- siebter Schaufelluftkanal
- 72
- Seitenkanal
- 72a
- dritter Ausstoßanschluss
- 75
- druckflächenseitiger Kanal
- 75a
- erster Ausstoßanschluss
- 76
- vorderkantenseitiger Kanal
- 77
- Zweigkanal
- 77a
- zweiter Ausstoßanschluss
- A
- Sehneninnenbereich
- B
- Sehnenaußenbereich
- B1
- Sehnenaußenseiten-Vorderkantenbereich
- B2
- Sehnenaußenseiten-Hinterkantenbereich
- Ch
- Schaufelsehne
- D
- Trennlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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