JP5916294B2 - Gas turbine blade and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービン動翼及びその製造方法に関し、特に、ガスタービン動翼のチップシュラウドの冷却構造に関する。   The present invention relates to a gas turbine blade and a manufacturing method thereof, and more particularly to a cooling structure for a tip shroud of a gas turbine blade.

ガスタービン動翼の先端には、しばしば、ガスタービン動翼の先端から軸方向及び周方向に突出するチップシュラウドと呼ばれる構造物が取り付けられる。チップシュラウドには概略的には2つの役割がある。1つは、燃焼器からの高温ガスをより多くガスタービン動翼の翼面に誘導してエネルギー効率を向上させることである。もう1つは、ガスタービンが運転されてガスタービン動翼が高速回転している時に、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドが互いに当接され、これにより、ガスタービン動翼の振動を抑制することである。   A structure called a tip shroud is often attached to the tip of the gas turbine blade that protrudes axially and circumferentially from the tip of the gas turbine blade. The chip shroud generally has two roles. One is to introduce more hot gas from the combustor to the blade surface of the gas turbine blade to improve energy efficiency. The other is that when the gas turbine is operated and the gas turbine blades are rotating at high speed, the tip shrouds of adjacent gas turbine blades are brought into contact with each other, thereby suppressing vibration of the gas turbine blades. That is.

ガスタービンの運転中にはガスタービン動翼が高温になるので、ガスタービン動翼の内部空間に冷却空気を供給することでガスタービン動翼が冷却される。このとき、チップシュラウドも同様に、その内部空間に冷却空気を供給することで冷却空気によって冷却される。   During operation of the gas turbine, the temperature of the gas turbine rotor blade becomes high, so that the gas turbine rotor blade is cooled by supplying cooling air to the internal space of the gas turbine rotor blade. At this time, the chip shroud is similarly cooled by the cooling air by supplying the cooling air to the internal space.

特開平11−13402号公報及び特許第3403051号は、チップシュラウドに冷却通路を設けることでチップシュラウドを冷却する技術を開示している。また、特開2009−168017号公報は、チップシュラウドの内部に冷却空洞を設けることでチップシュラウドを冷却する技術を開示している。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-13402 and Japanese Patent No. 3340301 disclose a technique for cooling a chip shroud by providing a cooling passage in the chip shroud. Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-168017 discloses a technique for cooling a chip shroud by providing a cooling cavity inside the chip shroud.

これらの特許文献に開示されているガスタービン動翼は高温ガスを受けて特定の回転方向に回転する。これらの3つの特許文献のガスタービン動翼の構造では、チップシュラウドから放出される冷却空気が回転方向の速度成分を持つ向き、及び、回転方向と反対方向の速度成分を持つ向きの両方に放出されるように構成されている。   The gas turbine rotor blades disclosed in these patent documents receive high-temperature gas and rotate in a specific rotation direction. In the structure of the gas turbine rotor blades of these three patent documents, the cooling air discharged from the tip shroud is discharged in both the direction having the velocity component in the rotation direction and the direction having the velocity component in the opposite direction to the rotation direction. It is configured to be.

しかしながら、発明者の検討によれば、上記の特許文献に開示されたチップシュラウドの構造には、ガスタービンの出力、エネルギー効率の改良の余地がある。   However, according to the inventors' investigation, the structure of the chip shroud disclosed in the above patent document has room for improvement in the output and energy efficiency of the gas turbine.

なお、特開2007−77986号公報、特開2006−105084号公報、及び、特開2008−95695号公報は、ガスタービン動翼の先端部の冷却構造を開示している。しかしながら、これらの特許文献は、チップシュラウドを備えるガスタービン動翼の冷却に関するものではない。   JP 2007-77986 A, JP 2006-105084 A, and JP 2008-95695 A disclose a cooling structure of a tip portion of a gas turbine rotor blade. However, these patent documents do not relate to cooling of a gas turbine blade provided with a tip shroud.

特開平11−13402号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-13402 特許第3403051号Japanese Patent No. 3403501 特開2009−168017号公報JP 2009-168017 A 特開2007−77986号公報JP 2007-77986 A 特開2006−105084号公報JP 2006-105084 A 特開2008−95695号公報JP 2008-95695 A

したがって、本発明の目的は、チップシュラウドを冷却空気で冷却する構造を有するガスタービン動翼について、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させるための技術を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique for improving the output and / or energy efficiency of a gas turbine for a gas turbine rotor blade having a structure for cooling a tip shroud with cooling air.

本発明の一の観点では、高温ガスを受けて特定の回転方向に回転するガスタービン動翼が提供される。当該ガスタービン動翼は、翼面が形成された翼形部と、翼形部の先端に接合された内周面と、内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドとを具備する。翼形部は、チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成されている。チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された冷却空気をチップシュラウドの外部に放出するように構成されている。チップシュラウドは、供給された冷却空気の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出されるように構成されている。このようなガスタービン動翼では、チップシュラウドから冷却空気が放出される反作用がガスタービン動翼に仕事をすることにより、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させることができる。   In one aspect of the present invention, a gas turbine rotor blade that receives a high-temperature gas and rotates in a specific rotation direction is provided. The gas turbine rotor blade includes an airfoil portion having a blade surface formed thereon, an inner peripheral surface joined to a tip of the airfoil portion, and a tip shroud having an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface. The airfoil is configured to supply cooling air to the tip shroud. The chip shroud is configured to discharge cooling air supplied through its internal space to the outside of the chip shroud. The chip shroud is configured to discharge cooling air having a flow rate of more than 50% of the total amount of supplied cooling air so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. In such a gas turbine rotor blade, the reaction of cooling air released from the tip shroud works on the gas turbine rotor blade, so that the output and / or energy efficiency of the gas turbine can be improved.

ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させるためには、チップシュラウドが、供給された冷却空気の全量のうち、70%以上の流量の冷却空気を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出されるように構成されていることがより好ましい。また、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を一層に向上させるためには、チップシュラウドが、それに供給された冷却空気の全量を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出するように構成されていることが一層に好ましい。   In order to improve the output and / or energy efficiency of the gas turbine, the chip shroud is configured so that the cooling air having a flow rate of 70% or more of the total amount of supplied cooling air has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. It is more preferable that it is configured to be released into the water. Further, in order to further improve the output and / or energy efficiency of the gas turbine, the chip shroud is configured to discharge the entire amount of the cooling air supplied thereto so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. It is even more preferred that

一実施形態では、翼形部がチップシュラウドに冷却空気を供給する冷却通路を有し、チップシュラウドが冷却通路から供給された冷却空気を放出する冷却空気孔を有している。   In one embodiment, the airfoil has a cooling passage for supplying cooling air to the tip shroud, and the tip shroud has a cooling air hole for discharging the cooling air supplied from the cooling passage.

他の実施形態では、翼形部がチップシュラウドに冷却空気を供給する空洞を有しており、チップシュラウドが空洞から供給された冷却空気を放出する複数の冷却空気孔を有している。   In another embodiment, the airfoil has a cavity for supplying cooling air to the tip shroud, and the tip shroud has a plurality of cooling air holes for discharging cooling air supplied from the cavity.

更に他の実施形態では、翼形がチップシュラウドに冷却空気を供給する複数の冷却通路を有し、チップシュラウドが、複数の冷却通路に連通するキャビティと、キャビティに接続されて冷却空気を放出する冷却空気孔とを有している。   In yet another embodiment, the airfoil has a plurality of cooling passages for supplying cooling air to the tip shroud, and the tip shroud is connected to the plurality of cooling passages and connected to the cavities for discharging the cooling air. And cooling air holes.

更に他の実施形態では、チップシュラウドが、翼形部から供給される位置から回転方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、特定位置から回転方向と反対方向の成分を有するように延伸して冷却空気を放出する開口に到達する流路を有している。   In yet another embodiment, the tip shroud extends from a position supplied from the airfoil in a direction having a component in the rotational direction to reach a specific position, and has a component in the direction opposite to the rotational direction from the specific position. And has a flow path that reaches the opening through which the cooling air is discharged.

本発明の他の観点では、ガスタービン動翼の製造方法が、チップシュラウドを貫通する貫通穴を作製する工程と、貫通穴の回転方向の前方側の開口を閉塞して冷却空気孔を形成する工程とを具備する。   In another aspect of the present invention, a method for manufacturing a gas turbine rotor blade includes a step of producing a through hole penetrating a tip shroud, and a cooling air hole is formed by closing a front opening in the rotation direction of the through hole. A process.

本発明の更に他の観点では、ガスタービン動翼の製造方法が、チップシュラウドを貫通する複数の貫通穴と、貫通穴を連通する連通部を形成する工程と、連通部の回転方向の前方側の開口を閉塞して冷却空気孔を形成する工程とを具備する。この場合、貫通穴と連通部は、複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている放電電極をチップシュラウドに挿入することで形成されてもよい。   In still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a gas turbine rotor blade includes a step of forming a plurality of through holes penetrating a tip shroud, a communication portion communicating the through holes, and a front side in a rotation direction of the communication portion. Forming a cooling air hole by closing the opening. In this case, the through hole and the communication portion may be formed by inserting a discharge electrode composed of a plurality of discharge rods and a root portion supporting the discharge rod into the chip shroud.

本発明によれば、チップシュラウドを冷却空気で冷却する構造を有するガスタービン動翼について、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the output and / or energy efficiency of a gas turbine can be improved about the gas turbine rotor blade which has a structure which cools a chip | tip shroud with cooling air.

本発明の一実施形態のガスタービン動翼の構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the gas turbine rotor blade of one Embodiment of this invention. 図1のガスタービン動翼の外周側から見た構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure seen from the outer peripheral side of the gas turbine rotor blade of FIG. 図1のガスタービン動翼の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the gas turbine rotor blade of FIG. 本発明の一実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in one Embodiment of this invention. 図4A、図4Bのチップシュラウドの構造を示す断面図である。4B is a cross-sectional view showing the structure of the chip shroud of FIGS. 4A and 4B. FIG. ガスタービン動翼の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウドから放出される冷却空気の流量の占める割合と、チップシュラウドの回転方向における先端の近傍の最も温度が上昇する部分の温度上昇の関係の一例を示すグラフである。The proportion of the flow rate of the cooling air discharged from the tip shroud so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade, and the temperature at the highest temperature in the vicinity of the tip in the tip shroud rotation direction It is a graph which shows an example of the relationship of a raise. 本発明の他の実施形態のガスタービン動翼の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the gas turbine rotor blade of other embodiment of this invention. 図7のガスタービン動翼のチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud of the gas turbine rotor blade of FIG. 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in other embodiment of this invention. 図9のチップシュラウドの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the chip | tip shroud of FIG. 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in other embodiment of this invention. 図11の構造のチップシュラウドを備えるガスタービン動翼の製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a gas turbine rotor blade provided with the chip | tip shroud of the structure of FIG. 図11の構造のチップシュラウドを備えるガスタービン動翼の製造工程を示す平面図である。It is a top view which shows the manufacturing process of a gas turbine rotor blade provided with the chip | tip shroud of the structure of FIG. 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in other embodiment of this invention. 図13のチップシュラウドに設けられた冷却空気孔の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cooling air hole provided in the chip | tip shroud of FIG. 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the chip | tip shroud in further another embodiment of this invention. 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the chip | tip shroud in other embodiment of this invention. 図16のチップシュラウドの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the chip | tip shroud of FIG. 図16のチップシュラウドに設けられたスリットの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the slit provided in the chip | tip shroud of FIG.

図1は、本発明の一実施形態のガスタービン動翼の構造を示す側面図である。ガスタービン動翼1は、概略的には、ガスタービンのロータディスク(図示されない)に接続される翼根部2と、翼面が形成されている翼形部3と、翼形部3の先端に接合されているチップシュラウド4と、チップシュラウド4の外周面(翼形部3が接合されている面(内周面)と対向する面)に接合されているフィン5とを備えている。フィン5は、チップシュラウド4の外周面からロータディスクの半径方向外側に突出するように設けられている。   FIG. 1 is a side view showing the structure of a gas turbine blade according to an embodiment of the present invention. The gas turbine rotor blade 1 generally includes a blade root 2 connected to a rotor disk (not shown) of the gas turbine, an airfoil 3 on which a blade surface is formed, and a tip of the airfoil 3. The tip shroud 4 is joined, and the fin 5 is joined to the outer peripheral surface of the tip shroud 4 (the surface facing the surface (inner peripheral surface) to which the airfoil portion 3 is bonded). The fins 5 are provided so as to protrude from the outer peripheral surface of the chip shroud 4 to the outer side in the radial direction of the rotor disk.

図2は、チップシュラウド4及びそれに接合されたフィン5の構造を示す上面図である。ガスタービン動翼1は、ロータディスクの周方向に並んで配置されている。隣接するガスタービン動翼1のチップシュラウド4は互いに近接しており、ガスタービンの運転時には、隣接するチップシュラウド4のA部が、ガスタービン動翼1が高速回転することによって自律的に当接する。これは、運転時のガスタービン動翼1の振動を低減することに貢献する。また、フィン5は、その周方向に延伸するように設けられている。フィン5を挟んで高温ガスが流れてくる上流側は相対的に高圧の領域であり、その反対側(下流側)は相対的に低圧の領域である。   FIG. 2 is a top view showing the structure of the tip shroud 4 and the fins 5 joined thereto. The gas turbine rotor blades 1 are arranged side by side in the circumferential direction of the rotor disk. The tip shrouds 4 of the adjacent gas turbine rotor blades 1 are close to each other, and during operation of the gas turbine, the portion A of the adjacent tip shroud 4 abuts autonomously as the gas turbine rotor blade 1 rotates at high speed. . This contributes to reducing the vibration of the gas turbine rotor blade 1 during operation. Moreover, the fin 5 is provided so that it may extend | stretch in the circumferential direction. The upstream side where the high temperature gas flows across the fin 5 is a relatively high pressure region, and the opposite side (downstream side) is a relatively low pressure region.

図3は、図1のガスタービン動翼1の構造を示す断面図である。ガスタービン動翼1は、翼根部2に供給された冷却空気7で冷却されるような構造を有している。詳細には、翼形部3のうち翼根部2に近い部分には空洞11が設けられており、その空洞11の内部にはピンフィン12が設けられている。翼形部3の翼根部2に近い部分は、ピンフィン12によって冷却空気7の流れが乱されることによって効果的に冷却される。一方、ガスタービン動翼1の先端に近い部分には、ロータディスクの半径方向に略平行な方向に延伸する冷却流路13が設けられている。冷却流路13は、翼形部3の先端に設けられたチップシュラウド4の内部にまで延伸しており、冷却空気7は、冷却流路13を介してチップシュラウド4の内部に導入される。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the gas turbine rotor blade 1 of FIG. The gas turbine rotor blade 1 has a structure that is cooled by the cooling air 7 supplied to the blade root portion 2. Specifically, a cavity 11 is provided in a portion of the airfoil 3 close to the blade root 2, and a pin fin 12 is provided inside the cavity 11. The portion of the airfoil 3 close to the blade root 2 is effectively cooled by disturbing the flow of the cooling air 7 by the pin fins 12. On the other hand, a cooling channel 13 extending in a direction substantially parallel to the radial direction of the rotor disk is provided at a portion near the tip of the gas turbine rotor blade 1. The cooling flow path 13 extends to the inside of the tip shroud 4 provided at the tip of the airfoil 3, and the cooling air 7 is introduced into the tip shroud 4 through the cooling flow path 13.

図4A、図4Bは、本発明の一実施形態におけるチップシュラウド4の構造を示す平面図であり、図5は、図4A、図4BのB−B断面における断面図である。ガスタービン動翼1は、タービンシャフトの周方向に回転する。図4A、図4Bには、ガスタービン動翼1の回転方向が矢印によって図示されている。   4A and 4B are plan views showing the structure of the tip shroud 4 in one embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIGS. 4A and 4B. The gas turbine rotor blade 1 rotates in the circumferential direction of the turbine shaft. 4A and 4B, the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 is illustrated by arrows.

チップシュラウド4の内部には、翼形部3の冷却流路13に連通する冷却空気孔6が設けられている。冷却空気7は、冷却流路13から冷却空気孔6に導入され、これにより、チップシュラウド4が冷却される。   Inside the tip shroud 4, a cooling air hole 6 communicating with the cooling flow path 13 of the airfoil 3 is provided. The cooling air 7 is introduced from the cooling flow path 13 into the cooling air hole 6, whereby the chip shroud 4 is cooled.

本実施形態のガスタービン動翼1の一つの特徴は、チップシュラウド4の冷却空気孔6から冷却空気7が放出される態様にある。本実施形態のガスタービン動翼1では、冷却空気孔6から冷却空気7が放出される方向とガスタービン動翼1の回転方向との関係が最適化され、これにより、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させている。   One feature of the gas turbine rotor blade 1 of the present embodiment is that the cooling air 7 is discharged from the cooling air holes 6 of the tip shroud 4. In the gas turbine rotor blade 1 of the present embodiment, the relationship between the direction in which the cooling air 7 is discharged from the cooling air hole 6 and the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 is optimized. Or energy efficiency is improved.

より具体的には、本実施形態では、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気7が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるか、又は、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される。このような方向に冷却空気7が放出されると、反作用によってガスタービン動翼1に対して仕事をするので、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率を向上させることができる。   More specifically, in this embodiment, of the total amount of cooling air 7 supplied to the chip shroud 4, the cooling air 7 having a flow rate higher than 50% has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. It is discharged from the shroud 4 or discharged from the chip shroud 4 so that the entire amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4 has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1. When the cooling air 7 is released in such a direction, the work is performed on the gas turbine rotor blade 1 by the reaction, so that the output and / or energy efficiency of the gas turbine can be improved.

ここで、図4Aは、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気7が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるような構造の一例を示している。図4Aのチップシュラウド4では、複数の冷却空気孔6のうち冷却空気孔6aのみが冷却空気7を回転方向と同一方向の速度成分を持つように放出しており、他の冷却空気孔6は、冷却空気7を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出している。一方、図4Bは、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量が、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるような構造を図示している。   Here, FIG. 4A shows that the cooling air 7 having a flow rate higher than 50% of the total amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4 is discharged from the chip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. An example of such a structure is shown. In the chip shroud 4 of FIG. 4A, only the cooling air hole 6a out of the plurality of cooling air holes 6 discharges the cooling air 7 so as to have a velocity component in the same direction as the rotation direction. The cooling air 7 is discharged so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. On the other hand, FIG. 4B shows a structure in which the entire amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 is discharged from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1. Show.

ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率の向上の観点では、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量が多いことが有利である。例えば、チップシュラウド4に供給される冷却空気7の全量を100%とした場合に、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量の占める割合が70%以上であることが好ましい。また、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率の向上の観点では、チップシュラウド4に供給される冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されることが最も有利である。   From the viewpoint of improving the output and / or energy efficiency of the gas turbine, it is advantageous that the flow rate of the cooling air 7 discharged from the tip shroud 4 is large so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1. It is. For example, when the total amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 is 100%, the cooling air 7 discharged from the tip shroud 4 so as to have a velocity component opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1. The proportion of the flow rate of is preferably 70% or more. Further, from the viewpoint of improving the output and / or energy efficiency of the gas turbine, the tip shroud is configured so that the total amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1. Most advantageously, it is released from 4.

しかしながら、その一方で、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量を多くすることは冷却空気孔6の配置に制約を加えることになるため、特に、チップシュラウド4の、回転方向における先端4aの近傍の部分の冷却が不十分になる場合があり得る。図6は、チップシュラウド4に供給される冷却空気7の全流量を特定値で一定とした時における、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量の占める割合と、チップシュラウド4の、回転方向における先端4aの近傍の最も温度が上昇する部分の部材の温度上昇の関係を示すグラフである。温度上昇は、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出された冷却空気7の流量の占める割合が50%である場合に0であるとして定義されている。強度の観点からチップシュラウド4において部材の温度上昇は20℃以下とすることが好ましく、この場合には、図6によると、温度上昇の観点から、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量の占める割合が70%以下に制限されることになる。この場合、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量の占める割合が70%であることが好ましい。   However, on the other hand, increasing the flow rate of the cooling air 7 discharged from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 restricts the arrangement of the cooling air holes 6. In particular, the tip shroud 4 may be insufficiently cooled in the vicinity of the tip 4a in the rotational direction. FIG. 6 shows the discharge from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotational direction of the gas turbine rotor blade 1 when the total flow rate of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 is constant at a specific value. 5 is a graph showing the relationship between the ratio of the flow rate of the cooling air 7 and the temperature rise of the member of the tip shroud 4 where the temperature rises most near the tip 4a in the rotation direction. The temperature rise is defined as 0 when the proportion of the flow rate of the cooling air 7 released so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 is 50%. From the viewpoint of strength, it is preferable that the temperature rise of the member in the tip shroud 4 is 20 ° C. or less. In this case, according to FIG. 6, from the viewpoint of temperature rise, the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 is achieved. The proportion of the flow rate of the cooling air 7 discharged from the chip shroud 4 so as to have a velocity component is limited to 70% or less. In this case, it is preferable that the proportion of the flow rate of the cooling air 7 discharged from the tip shroud 4 is 70% so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1.

しかしながら、後述のように、複数設けられている冷却空気孔6のうちの少なくとも一本が、翼形部3からの冷却空気7が供給される位置からガスタービン動翼1の回転方向の成分を有する方向に延伸する部分を持つように構成されている場合には、チップシュラウド4の、回転方向における先端4aの近傍の部分の冷却の問題は小さい。この場合には、ガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される冷却空気7の流量の占める割合を増大させることができ、設計によっては冷却空気孔6から放出される冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出される構造を採用することもできる。   However, as described later, at least one of the plurality of cooling air holes 6 has a component in the rotational direction of the gas turbine rotor blade 1 from a position where the cooling air 7 from the airfoil portion 3 is supplied. In the case where the tip shroud 4 is configured to have a portion extending in the direction in which the tip shroud is provided, the problem of cooling of the tip shroud 4 in the vicinity of the tip 4a in the rotation direction is small. In this case, the proportion of the flow rate of the cooling air 7 discharged from the tip shroud 4 can be increased so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1, and depending on the design, the cooling air A structure in which the entire amount of the cooling air 7 discharged from the hole 6 is discharged so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 may be employed.

上述の実施形態において、ガスタービン動翼1の翼形部3の内部の冷却構造は、図3に図示されている冷却構造以外にも様々に変更可能である。図7は、他の冷却構造の一例である。図7の翼形部3の冷却構造では、翼形部3の内部の空洞16に、コア支持リブ14と傾斜タービュレータ15とが設けられている。コア支持リブ14は、翼形部3の構造を保持するための構造部材である。空洞16は、冷却空気7が翼形部3の内面を冷却しながら流れて翼形部3の先端に到達するように構成されており、傾斜タービュレータ15が冷却空気7の流れを乱すことで、翼形部3が効果的に冷却される。   In the above-described embodiment, the cooling structure inside the airfoil portion 3 of the gas turbine rotor blade 1 can be variously changed in addition to the cooling structure shown in FIG. FIG. 7 is an example of another cooling structure. In the cooling structure of the airfoil 3 in FIG. 7, the core support rib 14 and the inclined turbulator 15 are provided in the cavity 16 inside the airfoil 3. The core support rib 14 is a structural member for maintaining the structure of the airfoil 3. The cavity 16 is configured such that the cooling air 7 flows while cooling the inner surface of the airfoil 3 and reaches the tip of the airfoil 3, and the inclined turbulator 15 disturbs the flow of the cooling air 7, The airfoil 3 is effectively cooled.

翼形部3の冷却構造が変更される場合には、その変更に応じて冷却空気孔6の構造も変更され得る。例えば、図7の冷却構造が採用される場合には、図8に図示されているように、冷却空気孔6は、翼形部3の内部の空洞16に連通するように構成される。   When the cooling structure of the airfoil portion 3 is changed, the structure of the cooling air hole 6 can be changed according to the change. For example, when the cooling structure of FIG. 7 is employed, the cooling air hole 6 is configured to communicate with the cavity 16 inside the airfoil 3 as illustrated in FIG. 8.

図9は、本発明の他の実施形態におけるチップシュラウド4の構造を示す平面図であり、図10は、図9のJ−J断面における断面図である。図9、図10のチップシュラウド4の構造では、チップシュラウド4の内部に、翼形部3の複数の冷却流路13に連通するキャビティ8が設けられ、チップシュラウド4の冷却空気孔6は、そのキャビティ8に接続される。キャビティ8は、冷却空気7の配分の自由度を向上し、冷却空気7の適正な配分を実現することに寄与する。例えば、チップシュラウド4のうち大きい熱応力が作用する部分に多くの冷却空気7を供給する一方で、熱応力が小さい部分には相対的に少量の冷却空気7を供給するというような冷却空気7の配分が実現できる。   FIG. 9 is a plan view showing a structure of a chip shroud 4 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line JJ of FIG. In the structure of the tip shroud 4 of FIGS. 9 and 10, a cavity 8 communicating with the plurality of cooling flow paths 13 of the airfoil 3 is provided inside the tip shroud 4, and the cooling air holes 6 of the tip shroud 4 are Connected to the cavity 8. The cavity 8 improves the degree of freedom of distribution of the cooling air 7 and contributes to realizing proper distribution of the cooling air 7. For example, the cooling air 7 is such that a large amount of cooling air 7 is supplied to a portion of the chip shroud 4 where a large thermal stress acts, while a relatively small amount of cooling air 7 is supplied to a portion where the thermal stress is small. Can be realized.

図11は、本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウド4の構造を示す平面図である。例えば図4Bに図示されているように、チップシュラウド4に供給される冷却空気7の全量をガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出する構造では、チップシュラウド4の回転方向における先端4aの近傍の部分の冷却が不十分になる場合があり得る。そこで、図11のチップシュラウド4は、チップシュラウド4の回転方向における先端4aの近傍の部分の冷却に関する問題に対処するための構造を有している。   FIG. 11 is a plan view showing a structure of a tip shroud 4 in still another embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 4B, in the structure in which the entire amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 is discharged so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1, the tip shroud 4 There is a case where the cooling of the portion in the vicinity of the tip 4a in the rotation direction is insufficient. Therefore, the chip shroud 4 in FIG. 11 has a structure for dealing with a problem related to cooling of a portion in the vicinity of the tip 4 a in the rotation direction of the chip shroud 4.

図11のチップシュラウド4では、冷却空気孔6の少なくとも一つ(図11では符号6bで図示されている冷却空気孔)が、翼形部3からの冷却空気7が供給される位置(図11では、冷却流路13の位置)からガスタービン動翼1の回転方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、更に、その特定位置からガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の成分を有するように延伸して冷却空気7を放出する開口に到達するような構造を有している。このような構造では、たとえチップシュラウド4に供給される冷却空気7の多くの割合(最も端的には全量)をガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出する構造であっても、チップシュラウド4の回転方向における先端4aの近傍の部分を十分に冷却することができる。   In the tip shroud 4 of FIG. 11, at least one of the cooling air holes 6 (cooling air hole indicated by reference numeral 6 b in FIG. 11) is a position where the cooling air 7 from the airfoil 3 is supplied (FIG. 11). Then, the gas turbine blade 1 extends in a direction having a component in the rotation direction of the gas turbine blade 1 to reach a specific position, and further, from the specific position, the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1 The structure is such that it reaches the opening through which the cooling air 7 is discharged by extending so as to have the following components. In such a structure, a structure in which a large proportion (most simply, all) of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4 is discharged so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1. Even so, the portion in the vicinity of the tip 4a in the rotation direction of the tip shroud 4 can be sufficiently cooled.

上述されたようなチップシュラウド4の冷却空気孔6の構造は、その製作工程が複雑になり得る。チップシュラウド4の冷却空気孔6は、放電加工によって形成され得る。放電加工は、金属の構造体に貫通穴を設ける最も典型的な方法である。しかしながら、この放電加工によって冷却空気孔6を製作する場合には、図4A、図4Bに図示されているようなチップシュラウド4を貫通していない冷却空気孔6を精度よく作製することは困難な場合がある。図11に図示されているような屈曲した形状の冷却空気孔6は、その作製は一層に困難になる。以下では、貫通していない冷却空気孔6や屈曲した形状の冷却空気孔6を製作するための製作工程について述べる。   The structure of the cooling air hole 6 of the chip shroud 4 as described above can make the manufacturing process complicated. The cooling air hole 6 of the chip shroud 4 can be formed by electric discharge machining. Electric discharge machining is the most typical method of providing a through hole in a metal structure. However, when the cooling air hole 6 is manufactured by this electric discharge machining, it is difficult to accurately manufacture the cooling air hole 6 that does not penetrate the chip shroud 4 as shown in FIGS. 4A and 4B. There is a case. The bent cooling air holes 6 as shown in FIG. 11 are more difficult to manufacture. Below, the manufacturing process for manufacturing the cooling air hole 6 which has not penetrated and the cooling air hole 6 of the bent shape is described.

図12A、図12Bは、本発明の一実施形態における冷却空気孔6の製作工程を示す平面図である。まず、図12Aに図示されているように、チップシュラウド4を貫通する貫通穴21が形成される。この貫通穴21は、例えば、放電加工で形成することが簡便である。ここで、後の工程により、翼形部3からの冷却空気7が供給される位置からガスタービン動翼1の回転方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、更に、その特定位置からガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の成分を有するように延伸して冷却空気7を放出する開口に到達するような構造を有している冷却空気孔6に加工される貫通穴21については、隣接する貫通穴21を連通させる連通部22が形成され、その連通部22に接続するように貫通穴21が形成される。連通部22は、チップシュラウド4に設けられた開口として形成されている。貫通穴21を放電加工するために使用される放電電極が複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている場合には、このような連通部22は、放電電極の根元部分までチップシュラウド4に挿入することで容易に形成できる。   12A and 12B are plan views showing a manufacturing process of the cooling air hole 6 in one embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 12A, a through hole 21 penetrating the chip shroud 4 is formed. The through hole 21 is easily formed by, for example, electric discharge machining. Here, in a later step, the gas turbine blade 1 extends from the position where the cooling air 7 from the airfoil 3 is supplied in a direction having a component in the rotational direction of the gas turbine rotor blade 1 and reaches a specific position. A through hole that is formed into a cooling air hole 6 that has a structure that extends from the position so as to have a component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 and reaches the opening that discharges the cooling air 7. With respect to 21, a communication portion 22 that connects adjacent through holes 21 is formed, and the through hole 21 is formed so as to be connected to the communication portion 22. The communication part 22 is formed as an opening provided in the chip shroud 4. When the discharge electrode used for electric discharge machining of the through hole 21 is composed of a plurality of discharge rods and a root portion that supports the discharge rod, such a communication portion 22 extends to the root portion of the discharge electrode. It can be easily formed by inserting it into the chip shroud 4.

続いて、図12Bに図示されているように、貫通穴21及び連通部22の不必要な開口が閉塞され、冷却空気孔6の製作が完了する。本実施形態では、貫通穴21及び連通部22の、ガスタービン動翼1の回転方向の前方側の開口を閉塞して冷却空気孔6が形成される。開口の閉塞は、例えば、閉止板23をチップシュラウド4に溶接することで行ってもよく、ろう付けによって金属ろう24を貫通穴21の開口付近に充填することで行ってもよい。このときに重要なことは、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気7が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるか、又は、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される構造を実現することである。   Subsequently, as shown in FIG. 12B, unnecessary openings of the through hole 21 and the communication portion 22 are closed, and the manufacture of the cooling air hole 6 is completed. In the present embodiment, the cooling air hole 6 is formed by closing the opening of the through hole 21 and the communication portion 22 on the front side in the rotational direction of the gas turbine rotor blade 1. The opening may be closed by, for example, welding the closing plate 23 to the chip shroud 4 or filling the metal brazing 24 near the opening of the through hole 21 by brazing. What is important at this time is that from the tip shroud 4 so that the cooling air 7 having a flow rate higher than 50% of the total amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction. Realizing a structure that is discharged or discharged from the tip shroud 4 so that the entire amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 has a velocity component in a direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1. It is.

図4A、図4B、及び図5に図示されている構造では、チップシュラウド4の側面(即ち、翼形部3が接合されている内周面4b及びフィン5が接合されている外周面4cとを連結する面)に冷却空気孔6が開口されている。しかしながら、冷却空気孔6は、フィン5が接合されている外周面4cに開口されてもよい。   In the structure shown in FIGS. 4A, 4B, and 5, the side surface of the tip shroud 4 (that is, the inner peripheral surface 4b to which the airfoil portion 3 is bonded and the outer peripheral surface 4c to which the fin 5 is bonded) The cooling air hole 6 is opened on the surface connecting the two. However, the cooling air holes 6 may be opened on the outer peripheral surface 4c to which the fins 5 are joined.

図13は、冷却空気孔6が外周面4cに設けられたチップシュラウド4の構造を示す平面図であり、図14は、図13のK−K断面におけるチップシュラウド4の構造を示す断面図である。冷却空気孔6が、チップシュラウド4の側面に開口しているか、外周面4cに開口しているかは、ガスタービンの出力及び/又はエネルギー効率の向上の観点では本質的には重要でない。上述のように、重要なことは、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気7が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるか、又は、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される構造を実現することである。   13 is a plan view showing the structure of the tip shroud 4 in which the cooling air holes 6 are provided on the outer peripheral surface 4c, and FIG. 14 is a sectional view showing the structure of the tip shroud 4 in the KK section of FIG. is there. Whether the cooling air hole 6 is open on the side surface of the tip shroud 4 or the outer peripheral surface 4c is essentially not important from the viewpoint of improving the output and / or energy efficiency of the gas turbine. As described above, what is important is that the tip shroud is such that the cooling air 7 having a flow rate higher than 50% of the total amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 has a velocity component opposite to the rotational direction. 4 or a structure in which the entire amount of the cooling air 7 supplied to the tip shroud 4 is released from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 is realized. It is to be.

加えて、図13のように冷却空気孔6が外周面4cに設けられた構造では、冷却空気孔6の形状の自由度が高くなり、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出される割合を増加させることができる。例えば、図13において、チップシュラウド4の先端4aに最も近い冷却流路13に接続された冷却空気孔6cについて考えよう。冷却空気孔6cは、回転方向の成分を持つ方向に延伸する流路部分6dと、回転方向と反対方向の成分を持つ方向に延伸する流路部分6eとを備えている。流路部分6eは、図14に図示されているように、チップシュラウド4の外周面4cに開口(6f)している。このような構造では、チップシュラウド4の先端4aの近傍の部分を十分に冷却できる。一方、冷却空気孔6がチップシュラウド4の側面に開口している構造では、図13に図示されているような配置の冷却空気孔6cを実現することは困難である。   In addition, in the structure in which the cooling air hole 6 is provided in the outer peripheral surface 4c as shown in FIG. 13, the degree of freedom of the shape of the cooling air hole 6 is increased, and the total amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4 is The emitted rate can be increased to have a velocity component in the direction opposite to the rotational direction. For example, consider the cooling air hole 6c connected to the cooling flow path 13 closest to the tip 4a of the tip shroud 4 in FIG. The cooling air hole 6c includes a flow path portion 6d extending in a direction having a component in the rotation direction and a flow path portion 6e extending in a direction having a component opposite to the rotation direction. As shown in FIG. 14, the flow path portion 6 e has an opening (6 f) in the outer peripheral surface 4 c of the chip shroud 4. In such a structure, the portion near the tip 4a of the tip shroud 4 can be sufficiently cooled. On the other hand, in the structure in which the cooling air holes 6 are opened in the side surface of the chip shroud 4, it is difficult to realize the cooling air holes 6c arranged as shown in FIG.

上記では、冷却空気孔6が、翼形部3の冷却流路13(又は空洞16)から延伸する流路として構成されている実施形態について記載されているが、チップシュラウド4の冷却構造及びチップシュラウド4から冷却空気7を放出する構造はこれに限定されない。チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量のうち、50%よりも多い流量の冷却空気7が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるか、又は、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される構造は、様々な構造で実現され得る。例えば、図15乃至図18に図示されているように、内部に空洞30が設けられるような冷却構造を採用するチップシュラウド4についても、本発明は適用可能である。   In the above description, the embodiment in which the cooling air hole 6 is configured as a flow path extending from the cooling flow path 13 (or the cavity 16) of the airfoil 3 has been described. However, the cooling structure of the chip shroud 4 and the chip are described. The structure for discharging the cooling air 7 from the shroud 4 is not limited to this. Of the total amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4, the cooling air 7 having a flow rate higher than 50% is discharged from the chip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction, or the chip The structure discharged from the tip shroud 4 so that the entire amount of the cooling air 7 supplied to the shroud 4 has a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine rotor blade 1 can be realized in various structures. For example, as shown in FIGS. 15 to 18, the present invention is also applicable to a chip shroud 4 that employs a cooling structure in which a cavity 30 is provided inside.

詳細には、図15に図示されているチップシュラウド4の構造では、翼形部3の冷却流路13は、チップシュラウド4の空洞30に連通しており、冷却空気7が冷却流路13から空洞30の内部に導入される。空洞30にはピンフィン31が設けられており、そのピンフィン31に冷却空気7が接触することでチップシュラウド4が冷却される。チップシュラウド4の内部の空洞30に導入された冷却空気7は、チップシュラウド4の端に設けられた開口33から放出される。ここで、図15に図示されているチップシュラウド4の構造では、開口33の近傍に設けられた隔壁32によって冷却空気7が整流され、これにより、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出される。   Specifically, in the structure of the tip shroud 4 shown in FIG. 15, the cooling flow path 13 of the airfoil 3 communicates with the cavity 30 of the tip shroud 4, and the cooling air 7 is discharged from the cooling flow path 13. It is introduced inside the cavity 30. A pin fin 31 is provided in the cavity 30, and the chip shroud 4 is cooled by the cooling air 7 coming into contact with the pin fin 31. The cooling air 7 introduced into the cavity 30 inside the chip shroud 4 is discharged from an opening 33 provided at the end of the chip shroud 4. Here, in the structure of the chip shroud 4 shown in FIG. 15, the cooling air 7 is rectified by the partition wall 32 provided in the vicinity of the opening 33, whereby the total amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4. Is discharged from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in the direction opposite to the rotation direction of the gas turbine blade 1.

図16乃至図18に図示されているチップシュラウド4の構造では、翼形部3の内部に設けられた空洞16が、チップシュラウド4の空洞30に連通しており、冷却空気7が空洞16から空洞30の内部に導入される。空洞30の内部にはピンフィン31が設けられており、そのピンフィン31によって冷却空気7の流れが乱されることでチップシュラウド4が効果的に冷却される。チップシュラウド4の冷却に用いられた冷却空気7は、チップシュラウド4の端に設けられた開口33(図17参照)から放出されると共に、空洞30からチップシュラウド4の外周面4cに連通するように設けられたスリット34から放出される(図16及び図18参照)。図16及び図17のL−L断面におけるチップシュラウド4の構造を示す断面図である図18に図示されているように、スリット34は、チップシュラウド4に供給された冷却空気7の全量がガスタービン動翼1の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド4から放出されるような構造を有している。   In the structure of the tip shroud 4 shown in FIGS. 16 to 18, the cavity 16 provided inside the airfoil 3 communicates with the cavity 30 of the tip shroud 4, and the cooling air 7 is discharged from the cavity 16. It is introduced inside the cavity 30. A pin fin 31 is provided inside the cavity 30, and the tip shroud 4 is effectively cooled by disturbing the flow of the cooling air 7 by the pin fin 31. The cooling air 7 used for cooling the chip shroud 4 is discharged from an opening 33 (see FIG. 17) provided at the end of the chip shroud 4 and communicates from the cavity 30 to the outer peripheral surface 4 c of the chip shroud 4. It discharges | emits from the slit 34 provided in (refer FIG.16 and FIG.18). As shown in FIG. 18 which is a cross-sectional view showing the structure of the chip shroud 4 in the LL cross section of FIGS. 16 and 17, the slit 34 has a total amount of the cooling air 7 supplied to the chip shroud 4 as a gas. The turbine blade 1 has a structure that is discharged from the tip shroud 4 so as to have a velocity component in a direction opposite to the rotational direction of the turbine blade 1.

以上には本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されると解釈してはならず、当業者に自明的な様々な変更がなされて実施され得る。また、上記の実施形態は、技術的に相反しない限り、複数が組み合わせて実施され得ることに留意されたい。   Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and various modifications obvious to those skilled in the art have been made. Can be implemented. In addition, it should be noted that a plurality of the above embodiments may be implemented in combination as long as there is no technical conflict.

1:ガスタービン動翼
2:翼根部
3:翼形部
4:チップシュラウド
4a:先端
4b:内周面
4c:外周面
5:フィン
6、6a、6b、6c:冷却空気孔
6d、6e:流路部分
6f:開口
7:冷却空気
8:キャビティ
11:空洞
12:ピンフィン
13:冷却流路
14:コア支持リブ
15:傾斜タービュレータ
16:空洞
21:貫通穴
22:連通部
23:閉止板
24:金属ろう
30:空洞
31:ピンフィン
32:隔壁
33:開口
34:スリット
35:流路
1: Gas turbine rotor blade 2: Blade root portion 3: Airfoil portion 4: Tip shroud 4a: Tip 4b: Inner peripheral surface 4c: Outer peripheral surface 5: Fins 6, 6a, 6b, 6c: Cooling air holes 6d, 6e: Flow 6f: Opening 7: Cooling air 8: Cavity 11: Cavity 12: Pin fin 13: Cooling flow path 14: Core support rib 15: Inclined turbulator 16: Cavity 21: Through hole 22: Communication part 23: Closing plate 24: Metal Wax 30: cavity 31: pin fin 32: partition wall 33: opening 34: slit 35: flow path

Claims (11)

高温ガスを受けて特定の回転方向に回転するガスタービン動翼であって、
翼面が形成された翼形部と、
前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウド
とを具備し、
前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
前記チップシュラウドは、供給された前記冷却空気をその内部空間を介して前記チップシュラウドの外部に放出するように構成され、
前記チップシュラウドが、前記供給された前記冷却空気のうちの一部を前記回転方向の速度成分を持つように放出し、残りを前記回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出するように構成され、且つ、70%よりも多い流量の前記冷却空気を前記回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出するように構成された
ガスタービン動翼。
A gas turbine rotor blade that receives a high-temperature gas and rotates in a specific rotation direction,
An airfoil with a wing surface formed;
An inner peripheral surface joined to the tip of the airfoil, and a tip shroud having an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface,
The airfoil is configured to supply cooling air to the tip shroud;
The tip shroud is configured to discharge the supplied cooling air to the outside of the tip shroud through its internal space.
The chip shroud discharges a part of the supplied cooling air so as to have a velocity component in the rotation direction, and discharges the rest so as to have a velocity component in a direction opposite to the rotation direction. A gas turbine blade configured and configured to discharge the cooling air having a flow rate greater than 70 % so as to have a velocity component in a direction opposite to the rotational direction.
請求項1に記載のガスタービン動翼であって、
前記チップシュラウドが、前記冷却空気を前記高温ガスの上流方向の速度成分を有するように放出する冷却空気孔を有している
ガスタービン動翼。
The gas turbine rotor blade according to claim 1,
The chip shroud has cooling air holes that discharge the cooling air so as to have a velocity component in the upstream direction of the hot gas.
Gas turbine blade.
請求項1に記載のガスタービン動翼であって、The gas turbine rotor blade according to claim 1,
前記チップシュラウドが、前記チップシュラウドの前記回転方向における先端の近傍の部分を冷却し、且つ、前記回転方向の速度成分を持つように前記冷却空気を放出する冷却空気孔を有しているThe tip shroud has a cooling air hole for cooling the tip shroud in the vicinity of the tip in the rotational direction and discharging the cooling air so as to have a velocity component in the rotational direction.
ガスタービン動翼。Gas turbine blade.
請求項1乃至3のいずれかに記載のガスタービン動翼であって、
前記翼形部は、前記チップシュラウドに前記冷却空気を供給する冷却通路を有し、
前記チップシュラウドは、前記冷却通路から供給された前記冷却空気を放出する冷却空気孔を有する
ガスタービン動翼。
A gas turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 3,
The airfoil has a cooling passage for supplying the cooling air to the tip shroud,
The tip shroud has a cooling air hole for discharging the cooling air supplied from the cooling passage.
請求項1乃至3のいずれかに記載のガスタービン動翼であって、
前記翼形部は、前記チップシュラウドに前記冷却空気を供給する空洞を有し、
前記チップシュラウドは、前記空洞から供給された前記冷却空気を放出する複数の冷却空気孔を有する
ガスタービン動翼。
A gas turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 3,
The airfoil has a cavity for supplying the cooling air to the tip shroud;
The tip shroud has a plurality of cooling air holes for discharging the cooling air supplied from the cavity.
請求項1乃至3のいずれかに記載のガスタービン動翼であって、
前記翼形部は、前記チップシュラウドに前記冷却空気を供給する複数の冷却通路を有し、
前記チップシュラウドは、前記複数の冷却通路に連通するキャビティと、前記キャビティに接続されて前記冷却空気を放出する冷却空気孔とを有する
ガスタービン動翼。
A gas turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 3,
The airfoil has a plurality of cooling passages for supplying the cooling air to the tip shroud,
The tip shroud includes a cavity that communicates with the plurality of cooling passages, and a cooling air hole that is connected to the cavity and discharges the cooling air.
高温ガスを受けて特定の回転方向に回転するガスタービン動翼であって、
翼面が形成された翼形部と、
前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウド
とを具備し、
前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
前記チップシュラウドは、供給された前記冷却空気をその内部空間を介して前記チップシュラウドの外部に放出するように構成され、
前記チップシュラウドが、前記供給された前記冷却空気の全量のうち、50%よりも多い流量の前記冷却空気を前記回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出するように構成され、
前記チップシュラウドは、前記翼形部から前記供給される位置から前記回転方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、前記特定位置から前記回転方向と反対方向の成分を有するように延伸して冷却空気を放出する開口に到達する流路を有している
ガスタービン動翼。
A gas turbine rotor blade that receives a high-temperature gas and rotates in a specific rotation direction,
An airfoil with a wing surface formed;
A tip shroud having an inner peripheral surface joined to the tip of the airfoil and an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface
And
The airfoil is configured to supply cooling air to the tip shroud;
The tip shroud is configured to discharge the supplied cooling air to the outside of the tip shroud through its internal space.
The chip shroud is configured to discharge the cooling air having a flow rate of more than 50% of the total amount of the supplied cooling air so as to have a velocity component in a direction opposite to the rotation direction;
The tip shroud extends from the position supplied from the airfoil in a direction having a component in the rotational direction to reach a specific position, and has a component in the direction opposite to the rotational direction from the specific position. A gas turbine blade having a flow path that reaches an opening that extends and discharges cooling air.
高温ガスを受けて特定の回転方向に回転するガスタービン動翼であって、A gas turbine rotor blade that receives a high-temperature gas and rotates in a specific rotation direction,
翼面が形成された翼形部と、An airfoil with a wing surface formed;
前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドA tip shroud having an inner peripheral surface joined to the tip of the airfoil and an outer peripheral surface facing the inner peripheral surface
とを具備し、And
前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、The airfoil is configured to supply cooling air to the tip shroud;
前記チップシュラウドは、供給された前記冷却空気を、その内部空間を介して前記チップシュラウドの外部に放出するように構成され、The tip shroud is configured to discharge the supplied cooling air to the outside of the tip shroud through its internal space.
前記チップシュラウドが、前記供給された前記冷却空気の全量を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出するように構成され、The chip shroud is configured to discharge the entire amount of the supplied cooling air so as to have a velocity component in a direction opposite to a rotation direction;
前記チップシュラウドは、前記翼形部から前記供給される位置から前記回転方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、前記特定位置から前記回転方向と反対方向の成分を有するように延伸して冷却空気を放出する開口に到達する流路を有しているThe tip shroud extends from the position supplied from the airfoil in a direction having a component in the rotational direction to reach a specific position, and has a component in the direction opposite to the rotational direction from the specific position. It has a flow path that reaches an opening that extends and discharges cooling air
ガスタービン動翼。Gas turbine blade.
請求項4又は5に記載のガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
前記チップシュラウドを貫通する貫通穴を作製する工程と、
前記貫通穴の前記回転方向の前方側の開口を閉塞して前記冷却空気孔を形成する工程
とを具備する
ガスタービン動翼の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the gas turbine rotor blade according to claim 4 or 5,
Producing a through hole penetrating the chip shroud;
And a step of closing the opening on the front side in the rotational direction of the through hole to form the cooling air hole.
請求項7又は8に記載のガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
前記チップシュラウドを貫通する複数の貫通穴と、前記貫通穴を連通する連通部を形成する工程と、
前記連通部の前記回転方向の前方側の開口を閉塞して前記流路を形成する工程
とを具備する
ガスタービン動翼の製造方法。
A manufacturing method for manufacturing the gas turbine rotor blade according to claim 7 or 8 ,
Forming a plurality of through holes penetrating the chip shroud and a communicating portion communicating with the through holes;
And a step of closing the opening on the front side in the rotational direction of the communication portion to form the flow path .
請求項10に記載の製造方法であって、
前記貫通穴と前記連通部は、複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている放電電極を前記チップシュラウドに挿入することで形成される
ガスタービン動翼の製造方法。
It is a manufacturing method of Claim 10 , Comprising:
The method of manufacturing a gas turbine rotor blade, wherein the through hole and the communication portion are formed by inserting a discharge electrode configured of a plurality of discharge rods and a root portion supporting the discharge rod into the tip shroud.
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