TWI641753B - 定子葉片、及具備其之燃氣輪機 - Google Patents

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Abstract

於定子葉片(50)的護罩，係形成有：與冷卻空氣(Ac)流入的空洞(69)連通且於周方向端面(63)開口的複數個周方向噴出通路(95)。在周方向端面(63)內的中央區域(91)、周方向端面(63)內的上游側區域(92)、周方向端面(63)內的下游側區域(93)之中，至少在中央區域(91)形成有複數個周方向噴出通路(95)的開口。在軸方向(Da)之每單位長度之周方向噴出通路(95)的開口數量亦即密度，係中央區域(91)最高。

Description

定子葉片、及具備其之燃氣輪機
本發明係關於定子葉片、及具備其之燃氣輪機。
本案係根據2015年8月11日在日本國申請的特願2015-158955號來主張優先權，並將其內容援用於此。
燃氣輪機，係具備：以軸線為中心來旋轉的轉子、以及覆蓋該轉子的機殼。轉子，係具有：轉子軸、以及安裝於該轉子軸的複數個轉子葉片。且，於機殼的內側，設有複數個定子葉片。
定子葉片，係具有：對軸線往徑方向延伸的葉體、設在葉體之徑方向內側的內側護罩、以及設在葉體之徑方向外側的外側護罩。定子葉片的葉體，係配置在通過有燃燒氣體的燃燒氣體流路內。內側護罩，係界定燃燒氣體流路之徑方向內側的位置。外側護罩，係界定燃燒氣體流路之徑方向外側的位置。
該定子葉片，係暴露於高溫的燃燒氣體。因 此，定子葉片，一般係以空氣等來冷卻。
例如，於以下專利文獻1所記載的定子葉片，係形成有使冷卻空氣流通的各種冷卻通路。具體來說，於定子葉片的葉體，形成有朝徑方向延伸使冷卻空氣流入的空氣通路。且，在內側護罩，於周方向之朝向互相相反之側的一對周方向端面，形成有複數個空氣通路的開口。複數個空氣通路的開口，係於軸線延伸的軸方向並排。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2007-292052號公報
關於燃氣輪機的定子葉片，係期望著將該定子葉片有效地冷卻，來提昇定子葉片的耐久性，且盡可能減少用於冷卻定子葉片之空氣的使用量。
在此，本發明係以提供一種定子葉片、及具備其之燃氣輪機為目的，其可謀求耐久性的提昇，且可抑制冷卻用之空氣的使用量。
為了達成前述目的之發明，其作為第一態樣 的定子葉片為：以轉子軸為中心在周方向並排來複數配置之燃氣輪機的定子葉片，其具有：葉體，係配置在流動有燃燒氣體的燃燒氣體流路中且對前述轉子軸於徑方向延伸；以及護罩，係形成在前述葉體之前述徑方向的端部來界定前述燃燒氣體流路的一部分，於前述護罩，係形成有：朝向前述徑方向與前述燃燒氣體接觸的氣體通路面、在前述周方向朝向互相相反之側的一對周方向端面、使冷卻空氣流入的空洞、以及與前述空洞連通並在前述周方向端面開口的複數個周方向噴出通路，在前述周方向端面之中，在前述葉體與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的葉體所各自銜接的圓之中最小半徑之圓亦即頸部圓內的區域亦即中央區域、比前述中央區域還位在前述燃燒氣體流路之上游側的上游側區域、比前述中央區域還位在與前述上游側之相反側的下游側區域之中，至少在前述中央區域形成有前述複數個周方向噴出通路的開口，在前述轉子軸延伸之軸方向的每單位長度之前述周方向噴出通路的開口數量亦即密度，係前述中央區域比前述上游側區域及前述下游側區域還高。
護罩之周方向端面的中央區域，就試驗等的結果，係確認出會比該周方向端面的上游側區域及下游側區域還要高溫。在此，於該定子葉片，在護罩的周方向端面之中，至少從中央區域噴射冷卻空氣，來積極冷卻該中央區域。因此，於該定子葉片，可抑制該中央區域的熱損 傷。另一方面，周方向端面之上游側區域及下游側區域的溫度，係比中央區域的溫度還低。在此，於該定子葉片，係使周方向噴出通路的開口密度，成為上游側區域及下游側區域比中央區域還低。
因此，於該定子葉片，可有效利用冷卻空氣，謀求定子葉片之耐久性的提昇，且可抑制冷卻空氣的使用量。
為了達成前述目的之發明，其作為第二態樣的定子葉片為： 於前述第一態樣的前述定子葉片，其中，前述上游側區域及前述下游側區域之前述周方向噴出通路的開口密度為0。
於該定子葉片，可更有效利用冷卻空氣。
為了達成前述目的之發明，其作為第三態樣的定子葉片為：於前述第一或前述第二態樣的前述定子葉片，其中，在前述一對周方向端面之中，一方的周方向端面係成為在前述周方向且在前述葉體之腹側的腹側端面，另一方的周方向端面係成為在前述周方向且在前述葉體之背側的背側端面，前述複數個周方向噴出通路的開口密度，係前述腹側端面比前述背側端面還高。
為了達成前述目的之發明，其作為第四態樣的定子葉片為：於前述第三態樣的前述定子葉片，其中，前述背側端 面之前述周方向噴出通路的開口密度為0。
複數個周方向噴出通路的開口，根據試驗等，確認出僅形成在腹側端面的情況可最有效率地冷卻定子葉片。因此，該定子葉片，可有效率地冷卻定子葉片。
為了達成前述目的之發明，其作為第五態樣的定子葉片為：於前述第一至前述第四態樣之中任一種前述定子葉片，其中，於前述一對周方向端面，係各自形成有密封槽，於該密封槽安裝有將前述護罩與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的前述護罩之間予以密封的密封板，前述複數個周方向噴出通路的前述開口，係在前述徑方向形成在比前述氣體通路面還靠近前述密封槽的那側。
從周方向噴出通路所流出的冷卻空氣，係隨著接近氣體通路面而逐漸擴散。該定子葉片中，周方向噴出通路的開口係在護罩之周方向端面中於徑方向形成在比氣體通路面還靠近密封槽的那側。因此，相較於該定子葉片中，周方向噴出通路的開口在護罩之周方向端面中於徑方向形成在比密封槽還接近氣體通路面的那側的情況，冷卻空氣會在抵達氣體通路面的時間點擴展冷卻空氣的擴散幅度。因此，該定子葉片，可藉由從複數個周方向噴出通路所流出的各冷卻空氣，冷卻各護罩之周方向端面的寬廣範圍。且，該定子葉片，從複數個周方向噴出通路所流出之各冷卻空氣的擴散區域係在到達氣體通路面的時間點互相重疊。因此，該定子葉片，可在某定子葉片之護罩的周 方向端面、和與其鄰接之其他定子葉片之護罩的周方向端面之間，抑制來自燃燒氣體流路之燃燒氣體的流入。
為了達成前述目的之發明，其作為第六態樣的定子葉片為：於前述第一至前述第五態樣之中任一種前述定子葉片，其中，於前述護罩，形成有：與前述空洞連通，且沿著前述周方向端面往具有前述軸方向成分的方向延伸的周方向端部通路，前述複數個前述周方向噴出通路的開口，係以前述周方向端部通路為基準形成在前述徑方向之與前述氣體通路面的相反側。
該定子葉片，亦可藉由從複數個周方向噴出通路所流出的各冷卻空氣，冷卻各護罩之周方向端面的寬廣範圍。且，該定子葉片，在各護罩的周方向端面中，可藉由流動於周方向端部通路內的冷卻空氣，來冷卻：從複數個周方向噴出通路所流出的各冷卻空氣所冷卻的區域。
為了達成前述目的之發明，其作為第七態樣的定子葉片為：於前述第六態樣的前述定子葉片，其中，前述複數的周方向噴出通路，係連通於前述周方向端部通路。
為了達成前述目的之發明，其作為其他態樣的定子葉片為：以轉子軸為中心在周方向並排來複數配置之燃氣輪機的定子葉片，其具有：葉體，係配置在流動有燃燒氣體的燃燒氣體流路中且對前述轉子軸於徑方向延伸；以及護 罩，係形成在前述葉體之前述徑方向的端部來界定前述燃燒氣體流路的一部分，於前述護罩，係形成有：朝向前述徑方向與前述燃燒氣體接觸的氣體通路面、在前述周方向朝向互相相反之側的一對周方向端面、在一對前述周方向端面之中從一方的周方向端面往另一方的周方向端面側凹陷且嵌入有複數個密封板的密封槽、使冷卻空氣流入的空洞、以及與前述空洞連通並在前述周方向端面開口的複數個周方向噴出通路，在前述一方的周方向端面之中，在含有前述複數個密封板的接縫且前述葉體與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的葉體各自銜接的圓之中最小半徑之圓亦即與頸部圓相同半徑的圓內區域亦即中央區域、比前述中央區域還位在前述燃燒氣體流路之上游側的上游側區域、比前述中央區域還位在與前述上游側之相反側的下游側區域之中，至少在前述中央區域形成有前述複數個周方向噴出通路的開口，在前述轉子軸延伸之軸方向的每單位長度之前述周方向噴出通路的開口數量亦即密度，係前述中央區域比前述上游側區域及前述下游側區域還高。
為了達成前述目的之發明，其作為另外其他態樣的定子葉片為：以轉子軸為中心在周方向並排來複數配置之燃氣輪機的定子葉片，其具有：葉體，係配置在流動有燃燒氣體的燃燒氣體流路中且對前述轉子軸於徑方向延伸；護罩，係形成在前述葉體之前述徑方向的端部來界定前述燃燒氣體流路的一部分、以及保持器，係在前述轉子軸延伸的軸方 向從前述護罩之一部分往徑方向內側延伸，於前述護罩，係形成有：朝向前述徑方向與前述燃燒氣體接觸的氣體通路面、於前述周方向朝向互相相反之側的一對周方向端面、使冷卻空氣流入的空洞、以及與前述空洞連通並在前述周方向端面開口的複數個周方向噴出通路，在前述周方向端面之中，在前述軸方向含有設置前述保持器的區域，且前述葉體與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的葉體各自銜接的圓之中最小半徑之圓亦即與頸部圓相同半徑的圓內區域亦即中央區域、比前述中央區域還位在前述燃燒氣體流路之上游側的上游側區域、比前述中央區域還位在與前述上游側之相反側的下游側區域之中，至少在前述中央區域形成有前述複數個周方向噴出通路的開口，在前述軸方向的每單位長度之前述周方向噴出通路的開口數量亦即密度，係前述中央區域比前述上游側區域及前述下游側區域還高。
為了達成前述目的之發明，其作為第八態樣的燃氣輪機為：具備：複數個前述定子葉片、前述轉子軸、安裝於前述轉子軸的複數個轉子葉片、以及於內周側安裝有複數個前述定子葉片且覆蓋前述轉子軸與複數個前述轉子葉片的機殼。
根據本發明的一態樣，可有效地冷卻定子葉 片來謀求耐久性的提昇，且抑制冷卻空氣的使用量。
10‧‧‧燃氣輪機
11‧‧‧燃氣輪機轉子
15‧‧‧燃氣輪機機殼
20‧‧‧壓縮機
21‧‧‧壓縮機轉子
25‧‧‧壓縮機機殼
26‧‧‧壓縮機側定子葉片列
30‧‧‧燃燒器
40‧‧‧渦輪機
41‧‧‧渦輪機轉子
42‧‧‧轉子軸
43‧‧‧轉子葉片列
43a‧‧‧轉子葉片
45‧‧‧渦輪機機殼
46‧‧‧渦輪機側定子葉片列
49‧‧‧燃燒氣體流路
50‧‧‧定子葉片
51‧‧‧葉體
52‧‧‧前緣部
53‧‧‧後緣部
54‧‧‧背側面
55‧‧‧腹側面
60o‧‧‧外側護罩
60i‧‧‧內側護罩
61o‧‧‧外側護罩本體
61i‧‧‧內側護罩本體
62f‧‧‧前端面
62b‧‧‧後端面
63‧‧‧周方向端面
63p‧‧‧腹側端面
63n‧‧‧背側端面
64‧‧‧氣體通路面
65o、65i‧‧‧周壁
66‧‧‧凹部
67‧‧‧衝突板
69‧‧‧內側腔室(空洞)
71‧‧‧葉片空氣通路
72‧‧‧葉片面噴出通路
73p‧‧‧腹側通路(周方向端部通路)
73n‧‧‧背側通路(周方向端部通路)
74‧‧‧後領頭通路
75‧‧‧後通路
76‧‧‧密封板
76a、76b‧‧‧密封板的接縫
77‧‧‧密封槽
81‧‧‧保持器
86‧‧‧縱密封槽
91‧‧‧中央區域
92‧‧‧上游側區域
93‧‧‧下游側區域
95‧‧‧周方向噴出通路
98‧‧‧合金
99‧‧‧TBC層
Da‧‧‧軸方向
Dau‧‧‧上游側
Dad‧‧‧下游側
Dc‧‧‧周方向
Dcp‧‧‧周方向腹側
Dcn‧‧‧周方向背側
Dr‧‧‧徑方向
Dri‧‧‧徑方向內側
Dro‧‧‧徑方向外側
Ac‧‧‧冷卻空氣
G‧‧‧燃燒氣體
圖1為關於本發明之一實施形態之燃氣輪機的示意剖面圖。
圖2為關於本發明之一實施形態之定子葉片的立體圖。
圖3為關於本發明之一實施形態之定子葉片的側視圖。
圖4為圖2的IV-IV線剖面圖。
圖5為關於本發明之一實施形態之外側護罩的部分剖面圖。
圖6為關於本發明之一實施形態之內側護罩的部分剖面圖。
圖7為關於本發明之一實施形態之第一變形例之外側護罩的剖面圖。
圖8為關於本發明之一實施形態之第二變形例之定子葉片的側視圖。
以下，針對本發明之一實施形態及其變形例，參照圖式進行詳細說明。
「實施形態」
如圖1所示般，關於本發明之一實施形態的燃氣輪機10，係具備：壓縮空氣的壓縮機20、在被壓縮機20給壓縮的空氣A中使燃料燃燒來產生燃燒氣體的燃燒器30、以及藉由燃燒氣體來驅動的渦輪機40。
壓縮機20，係具有：以軸線Ar為中心來旋轉的壓縮機轉子21、覆蓋壓縮機轉子21的壓縮機機殼25、以及複數個壓縮機側定子葉片列26。渦輪機40，係具有：以軸線Ar為中心來旋轉的渦輪機轉子41、覆蓋渦輪機轉子41的渦輪機機殼45、以及複數個渦輪機側定子葉片列46。
壓縮機轉子21與渦輪機轉子41，係位在同一軸線Ar上，其互相連接而成為燃氣輪機轉子11。於該燃氣輪機轉子11，例如連接有發電機GEN的轉子。燃氣輪機10，係進一步具備：配置在壓縮機機殼25與渦輪機機殼45之間的中間機殼14。燃燒器30，係安裝於該中間機殼14。壓縮機機殼25與中間機殼14與渦輪機機殼45，係互相連接而成為燃氣輪機機殼15。又，以下係將軸線Ar延伸的方向設為軸方向Da，將以該軸線Ar為中心的周方向單純設為周方向Dc，將相對於軸線Ar垂直的方向設為徑方向Dr。且，在軸方向Da以渦輪機40為基準將壓縮機20側設為上游側Dau，將其相反側設為下游側Dad。且，在徑方向Dr將靠近軸線Ar之側設為徑方向內側Dri，將其相反側設為徑方向外側Dro。
渦輪機轉子41，係具有：以軸線Ar為中心於 軸方向Da延伸的轉子軸42、以及安裝於該轉子軸42的複數個轉子葉片列43。複數個轉子葉片列43係並排於軸方向Da。各轉子葉片列43，均以在周方向Dc並排的複數個轉子葉片43a所構成。於複數個轉子葉片列43的各上游側Dau，配置有渦輪機側定子葉片列46。各渦輪機側定子葉片列46，係設在渦輪機機殼45的內側。各渦輪機側定子葉片列46，均以在周方向Dc並排的複數個定子葉片50所構成。
轉子軸42的外周側與渦輪機機殼45的內周側之間，且在軸方向Da配置有定子葉片50及轉子葉片43a的環狀空間，係成為流動有來自燃燒器30之燃燒氣體G的燃燒氣體流路49。該燃燒氣體流路49，係以軸線Ar為中心形成環狀，且於軸方向Da較長。
渦輪機40的定子葉片50，係如圖2及圖3所示般，具有：於徑方向Dr延伸的葉體51、形成於葉體51之徑方向內側Dri的內側護罩60i、以及形成於葉體51之徑方向外側Dro的外側護罩60o。葉體51，係配置在流通有燃燒氣體G的燃燒氣體流路49內。內側護罩60i，係界定環狀之燃燒氣體流路49在徑方向內側Dri的位置。且，外側護罩60o，係界定環狀之燃燒氣體流路49在徑方向外側Dro的位置。
葉體51，係如圖2~圖4所示般，上游側Dau的端部成為前緣部52，下游側Dad的端部成為後緣部53。該葉體51的表面，在朝向周方向Dc的面之中，凸狀的面成為背側面54(=負壓面)，凹狀的面成為腹側 面55(=正壓面)。又，為了以下說明的方便，將周方向Dc之葉體51的腹側(=正壓面側)設為周方向腹側Dcp，將葉體51的背側(=負壓面側)設為周方向背側Dcn。且，亦有將軸方向Da的上游側Dau設為前側，將軸方向Da的下游側Dad設為後側。
外側護罩60o，係具有：於軸方向Da及周方向Dc擴張之板狀的外側護罩本體61o、以及沿著外側護罩本體61o的外周緣從外側護罩本體61o往徑方向外側Dro突出的周壁65o。
外側護罩本體61o，係形成有：在上游側Dau的端面亦即前端面62f、在下游側Dad的端面亦即後端面62b、在周方向Dc朝向互相相反之側的一對周方向端面63、以及朝向徑方向內側Dri的氣體通路面64。一對周方向端面63之中，周方向腹側Dcp的端面係成為腹側端面63p，周方向背側Dcn的端面係成為背側端面63n。前端面62f與後端面62b，係幾乎平行。且，腹側端面63p與背側端面63n，係幾乎平行。因此，外側護罩本體61o，在從徑方向Dc觀看時，係如圖4所示般，成為平行四邊形狀。於外側護罩60o的腹側端面63p，形成有密封槽77，其於周方向背側Dcn凹陷，且沿著該腹側端面63p往具有軸方向Da成分的方向延伸。且，於外側護罩60o的背側端面63n，亦形成有密封槽77，其於周方向腹側Dcp凹陷，且沿著該背側端面63n往具有軸方向Da成分的方向延伸。在周方向Dc相鄰的兩個定子葉片50的外側護罩 60o之中，一方的定子葉片50之外側護罩60o的腹側端面63p、與另一方之定子葉片50之外側護罩60o的背側端面63n，係於周方向Dc空出間隙而相對向。在一方的定子葉片50之外側護罩60o的腹側端面63p及另一方的定子葉片50之外側護罩60o的背側端面63n之間，係配置有密封板76。該密封板76之周方向Dc的兩端，係嵌入至形成在腹側端面63p的密封槽77、以及形成在背側端面63n的密封槽77。該密封板76，其功能係為了防止渦輪機機殼45內的冷卻空氣Ac從在周方向Dc相鄰的二個定子葉片50之外側護罩60o彼此之間的間隙漏出至燃燒氣體流路49。
周壁65o，係具有：於軸方向Da互相對向的前周壁65f及後周壁65b、以及在周方向Dc互相對向的一對側周壁65p、65n。在一對側周壁65p、65n之中，周方向腹側Dcp的側周壁係成為腹側周壁65p，周方向背側Dcn的側周壁係成為背側周壁65n。前周壁65f及後周壁65b，均相對於外側護罩本體61o比一對側周壁65p、65n還朝徑方向外側Dro突出，成為鉤部。成為鉤部的前周壁65f及後周壁65b，其功能係用來將定子葉片50安裝於渦輪機機殼45的內周側。於外側護罩60o，係藉由外側護罩本體61o與周壁65o，形成有朝向徑方向內側Dri凹陷的凹部66(參照圖2及圖5)。又，腹側周壁65p之周方向腹側Dcp的面與外側護罩本體61o之周方向腹側Dcp的面為同一面，該等之面成為外側護罩60o的腹側端面 63p。且，背側周壁65n之周方向背側Dcn的面與外側護罩本體61o之周方向背側Dcn的面為同一面，該等之面成為外側護罩60o的背側端面63n。
定子葉片50，係如圖5所示般，進一步具備衝突板67，其將外側護罩60o之凹部66內的空間分隔成徑方向外側Dro的區域與徑方向內側Dri的區域亦即內側腔室(空洞)69。於該衝突板67，形成有於徑方向Dr貫通的複數個空氣孔68。存在於定子葉片50之徑方向外側Dro的冷卻空氣Ac之一部分，係經過該衝突板67的空氣孔68，而流入內側腔室69內。
內側護罩60i，亦與外側護罩60o同樣地，如圖2及圖3所示般，具有內側護罩本體61i、以及周壁65i。內側護罩本體61i，亦與外側護罩本體61o同樣地，形成有：前端面62f、下游側Dad的端面亦即後端面62b、一對周方向端面63、以及氣體通路面64。一對周方向端面63之中，周方向腹側Dcp的端面係成為腹側端面63p，周方向背側Dcn的端面係成為背側端面63n。內側護罩本體61i，亦與外側護罩本體61o同樣地，在從徑方向Dc觀看時，成為平行四邊形狀。於內側護罩60i的腹側端面63p及背側端面63n，亦形成有密封槽77。
周壁65i，係具有：於軸方向Da互相對向的前周壁65f及後周壁65b、以及在周方向Dc互相對向的一對側周壁65p、65n。在一對側周壁65p、65n之中，周方向腹側Dcp的側周壁係成為腹側周壁65p(參照圖 6)，周方向背側Dcn的側周壁係成為背側周壁65n。前周壁65f，係相對於外側護罩本體61o比一對側周壁65p、65n還朝徑方向內側Dri突出。於內側護罩60i，係藉由內側護罩本體61i與周壁65i，形成有朝向徑方向外側Dro凹陷的凹部66(參照圖6)。又，腹側周壁65p之周方向腹側Dcp的面與內側護罩本體61i之周方向腹側Dcp的面為同一面，該等之面成為內側護罩60i的腹側端面63p。且，背側周壁65n之周方向背側Dcn的面與內側護罩本體61i之周方向背側Dcn的面為同一面，該等之面成為內側護罩60i的背側端面63n。
複數個定子葉片列之中，於構成任一個定子葉片列的定子葉片50，設有從內側護罩60i往徑方向內側Dci突出的保持器81。該保持器81，係位在軸方向Da之前周壁65f與後周壁65b之間，從腹側端面63p跨越至背側端面63n來形成。保持器81的腹側端面83p，係與內側護罩本體61i的腹側端面63p為同一面。且，雖未圖示，但保持器81的背側端面63n，係與內側護罩本體61i的背側端面63n為同一面。於保持器81的腹側端面83p及背側端面63n，係形成有朝向周方向Dc凹陷且於徑方向Dr延伸的縱密封槽86。於該縱密封槽86，亦與前述密封槽77同樣地嵌入有密封板76。
定子葉片50，係如圖6所示般，進一步具備衝突板67，其將內側護罩60i之凹部66內的空間分隔成徑方向內側Dri的區域與徑方向外側Dro的區域亦即內側 腔室(空洞)69。於該衝突板67，形成有於徑方向Dr貫通的複數個空氣孔68。存在於定子葉片50之徑方向內側Dri的冷卻空氣Ac之一部分，係經過該衝突板67的空氣孔68，而流入內側腔室69內。
於葉體51、外側護罩60o及內側護罩60i，係如圖2所示般，形成有於徑方向Dc延伸的複數個葉片空氣通路71。各葉片空氣通路71，均形成為從外側護罩60o經過葉體51連通至內側護罩60i。複數個葉片空氣通路71，係沿著葉體51的葉弦而並排。鄰接之葉片空氣通路71的一部分，係在徑方向外側Dro的部分、或徑方向內側Dri的部分互相連通。且，複數個葉片空氣通路71之中，任一個在外側護罩60o之凹部66的底部開口。此外，複數個葉片空氣通路71之中，任一個在內側護罩60i之凹部66的底部開口。存在於定子葉片50之徑方向外側Dro或徑方向內側Dri的冷卻空氣Ac之一部分，係從該葉片空氣通路71的開口流入至葉片空氣通路71內。
於葉體51的前緣部52及後緣部53，形成有從葉片空氣通路71往燃燒氣體流路49貫通的複數個葉片面噴出通路72。葉體51，係藉由將冷卻空氣Ac流通於葉片空氣通路71內的過程來冷卻。且，流入葉片空氣通路71的冷卻空氣Ac，係從該葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體流路49內。因此，葉體51的前緣部52及後緣部53，係藉由使冷卻空氣Ac從葉片面噴出通路72流出的過程來冷卻。此外，從葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體 流路49的冷卻空氣Ac之一部分，係部分覆蓋葉體51的表面來發揮空氣薄膜的效果。
如圖4所示般，外側護罩60o的一對側周壁65p、65n之中，於腹側周壁65p，沿著腹側端面63p形成有往具有軸方向Da成分之方向延伸的腹側通路(周方向端部通路)73p。且，於背側周壁65n，沿著背側端面63n形成有往具有軸方向Da成分之方向延伸的背側通路(周方向端部通路)73n。腹側通路73p及背側通路73n，均在其上游端與內側腔室69連通。且，腹側通路73p及背側通路73n，均在其下游端於外側護罩本體61o的後端面62b開口。於外側護罩本體61o，沿著後端面62b形成有往周方向Dc延伸的後領頭通路74。該後領頭通路74之周方向腹側Dcp的端部，係與腹側通路73p連接。且，該後領頭通路74之周方向背側Dcn的端部，係與背側通路73n連接。亦即，後領頭通路74，係與腹側通路73p及背側通路73n連通。此外，於外側護罩本體61o，係形成有從後領頭通路74往下游側Dad延伸，且在後端面62b開口的複數個後通路75。複數個後通路75，係於周方向Dc並排。在腹側通路73p及背側通路73n中，比與後領頭通路74連通的位置還靠下游側Dad的部分，係成為在後端面62b開口的後通路75。
於腹側周壁65p，進一步形成有：從內側腔室69貫通至腹側端面63p的複數個周方向噴出通路95。複數個周方向噴出通路95，係在腹側端面63p開口。
在此，將該定子葉片50的葉體51與在周方向Dc鄰接之其他定子葉片50的葉體51各自銜接的圓之中，將最小半徑的圓設為頸部圓Sc。且，將該頸部圓Sc與該定子葉片50的葉體51之間的接點、以及該頸部圓Sc與其他定子葉片50的葉體51之間的接點予以連結的線設為頸部線Sl。此外，將該頸部線Sl的位置設為頸部位置。本實施形態中，在外側護罩60o的腹側端面63p之中，將頸部圓Sc內的區域設為中央區域91，將比中央區域91還上游側Dau的區域設為上游側區域92，將比中央區域91還下游側Dad的區域設為下游側區域93。複數個周方向噴出通路95的開口，係僅形成在中央區域91。因此，本實施形態中，於軸方向Da之每單位長度之周方向噴出通路95的開口數量亦即密度，係中央區域91比上游側區域92及下游側區域93還高。
外側護罩60o，係如圖5所示般，構成為具有：例如Ni基合金等之耐熱性高的合金98、以及覆蓋該合金98表面之一部分的隔熱塗覆(Thermal Barrier Coating：TBC)層99。TBC層99的表面，係形成外側護罩60o的氣體通路面64及各端面。於腹側周壁65p所形成之周方向噴出通路95的開口，係在外側護罩60o的腹側端面63p中，在徑方向Dr上形成在比氣體通路面64還接近密封槽77的那側。且，複數個周方向噴出通路95的開口，係以腹側通路(周方向端部通路)73p為基準在徑方向Dr上形成在與氣體通路面64的相反側。在腹側端 面63p中，形成有周方向噴出通路95之開口的區域，係露出有前述合金98，於該區域沒有形成TBC層99。
於內側護罩60i，亦與外側護罩60o同樣地，形成有：腹側通路、背側通路、後領頭通路、複數個後通路。於內側護罩60i的腹側周壁65p，亦如圖3及圖6所示般，形成有：從內側腔室69貫通至腹側端面63p的複數個周方向噴出通路95。複數個周方向噴出通路95，係在腹側端面63p開口。該複數個周方向噴出通路95的開口，係僅形成在內側護罩60i之腹側端面63p之中的中央區域91。因此，本實施形態中，在內側護罩60i也一樣，周方向噴出通路95的開口密度係中央區域91比上游側區域92及下游側區域93還高。
內側護罩60i，亦如圖6所示般，構成為具有：例如Ni基合金等之耐熱性高的合金98、以及覆蓋該合金98表面之一部分的TBC層99。該TBC層99的表面，係形成內側護罩60i的氣體通路面64及各端面。於腹側周壁65p所形成之周方向噴出通路95的開口，係在內側護罩60i的腹側端面63p中，在徑方向Dr上形成在比氣體通路面64還接近密封槽77的那側。且，複數個周方向噴出通路95的開口，係以腹側通路(周方向端部通路)73p為基準在徑方向Dr上形成在與氣體通路面64的相反側。在腹側端面63p中，形成有周方向噴出通路95之開口的區域，係露出有前述合金98，於該區域沒有形成TBC層99。又，葉體51亦構成為具有：Ni合金等之 耐熱性高的合金98、以及覆蓋該合金98表面的TBC層99。
存在於定子葉片50之徑方向外側Dro的冷卻空氣Ac之一部分，係從中間機殼14內來供給。該冷卻空氣Ac的一部分，係經過形成於外側護罩60o之衝突板67的空氣孔68，而流入外側護罩60o的內側腔室69內。此時，冷卻空氣Ac，係與形成內側腔室69的構件表面衝突，來衝擊冷卻該表面。其結果，與該表面相對向的氣體通路面64，係被該冷卻空氣Ac給冷卻。
流入外側護罩60o之內側腔室69內的冷卻空氣Ac之一部分，係流入至在外側護罩60o之凹部66的底部開口的葉片空氣通路71內。流入葉片空氣通路71內的冷卻空氣Ac，係以該流動的過程來對葉體51進行對流冷卻。且，流入葉片空氣通路71的冷卻空氣Ac，係如前述般，從該葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體流路49內。因此，葉體51的前緣部52及後緣部53，係藉由使冷卻空氣Ac從葉片面噴出通路72流出的過程來冷卻。此外，此外，從葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體流路49的冷卻空氣Ac之一部分，係部分覆蓋葉體51的表面來薄膜冷卻。
且，存在於定子葉片50之徑方向內側Dri的冷卻空氣Ac之一部分，係從中間機殼14內來供給。該冷卻空氣Ac的一部分，係經過形成於內側護罩60i之衝突板67的空氣孔68，而流入內側護罩60i的內側腔室69 內。此時，冷卻空氣Ac，係與形成內側腔室69的構件表面衝突，來衝擊冷卻該表面。其結果，與該表面相對向的氣體通路面64，係被該冷卻空氣Ac給冷卻。
流入內側護罩60i之內側腔室69內的冷卻空氣Ac之一部分，係流入至在內側護罩60i之凹部66的底部開口的葉片空氣通路71內。流入葉片空氣通路71內的冷卻空氣Ac，係以該流動的過程來對葉體51進行對流冷卻。且，流入葉片空氣通路71的冷卻空氣Ac，係從該葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體流路49內。因此，葉體51的前緣部52及後緣部53，係藉由使冷卻空氣Ac從葉片面噴出通路72流出的過程來冷卻。此外，從葉片面噴出通路72流出至燃燒氣體流路49的冷卻空氣Ac之一部分，係部分覆蓋葉體51的表面來薄膜冷卻。
流入外側護罩60o之內側腔室69內的冷卻空氣Ac之一部分，係流入外側護罩60o的腹側通路73p及背側通路73n。且，流入內側護罩60i之內側腔室69內的冷卻空氣Ac之一部分，係流入內側護罩60i的腹側通路73p及背側通路73n。流入腹側通路73p的冷卻空氣Ac，係以該流動的過程，來對外側護罩60o或內側護罩60i之靠腹側端面63p的部分進行對流冷卻。且，流入背側通路73n的冷卻空氣Ac，係以該流動的過程，來對外側護罩60o或內側護罩60i之靠背側端面63n的部分進行對流冷卻。
流入腹側通路73p及背側通路73n的冷卻空 氣Ac之一部分，係流入後領頭通路74。流入後領頭通路74的冷卻空氣Ac，係流入複數個後通路75。流入後通路75的冷卻空氣Ac，係從外側護罩60o或內側護罩60i的後端面62b流出至外部。冷卻空氣Ac，係以流動於後通路75的過程，來對外側護罩60o之靠後端面62b的部分、或是內側護罩60i之靠後端面62b的部分進行對流冷卻。從外側護罩60o或內側護罩60i的後端面62b流出至外部的冷卻空氣Ac，係沿著該後端面62b流動，而流入燃燒氣體流路49內。
流入外側護罩60o之內側腔室69內的冷卻空氣Ac之其他部分，係如圖5所示般，經過外側護罩60o之複數個周方向噴出通路95，從外側護罩60o之腹側端面63p的開口流出至外部。該冷卻空氣Ac，係於下游側Dad流動且於徑方向內側Dri流動在：該定子葉片50之外側護罩60o的腹側端面63p、以及相對於該定子葉片50於周方向腹側Dcp所鄰接之其他定子葉片50之外側護罩60o的背側端面63n之間，而流入燃燒氣體流路49內。因此，可在該定子葉片50之外側護罩60o的腹側端面63p、以及前述其他定子葉片50之外側護罩60o的背側端面63n之間，抑制來自燃燒氣體流路49之燃燒氣體G的流入。且，該定子葉片50的腹側端面63p、及前述其他定子葉片50的背側端面63n，係藉由該冷卻空氣Ac來冷卻。
流入內側護罩60i之內側腔室69內的冷卻空 氣Ac之其他部分，係如圖6所示般，經過內側護罩60i之複數個周方向噴出通路95，從內側護罩60i之腹側端面63p的開口流出至外部。該冷卻空氣Ac，係於下游側Dad流動且於徑方向外側Dro流動在：該定子葉片50之內側護罩60i的腹側端面63p、以及相對於該定子葉片50於周方向腹側Dcp鄰接之其他定子葉片50之內側護罩60i的背側端面63n之間，而流入燃燒氣體流路49內。因此，可在該定子葉片50之內側護罩60i的腹側端面63p、以及前述其他定子葉片50之內側護罩60i的背側端面63n之間，抑制來自燃燒氣體流路49之燃燒氣體G的流入。且，該定子葉片50的腹側端面63p、及前述其他定子葉片50的背側端面63n，係藉由該冷卻空氣Ac來冷卻。
從周方向噴出通路95所流出的冷卻空氣Ac，係如圖3所示般，隨著接近氣體通路面64而逐漸擴散。本實施形態中，如前述般，周方向噴出通路95的開口，係在各護罩的腹側端面63p中，形成在徑方向Dr上比氣體通路面64還接近密封槽77的那側。因此，本實施形態中，相較於周方向噴出通路95的開口於各護罩之腹側端面63p中在徑方向Dr上形成在比密封槽77還接近氣體通路面64那側的情況，冷卻空氣Ac會在抵達氣體通路面64的時間點擴展冷卻空氣Ac的擴散幅度。此外，本實施形態中，從複數個周方向噴出通路95所流出之各冷卻空氣Ac的擴散區域，係在到達氣體通路面64的時間點互相重疊。
因此，本實施形態中，藉由從複數個周方向噴出通路95所流出的各冷卻空氣Ac，可冷卻各護罩之腹側端面63p或背側端面63n的寬廣範圍。且，本實施形態中，從複數個周方向噴出通路95所流出之各冷卻空氣Ac的擴散區域，係在到達氣體通路面64的時間點互相重疊，故可在某定子葉片50之護罩的腹側端面63p、和與其鄰接之其他定子葉片50之護罩的背側端面63n之間，抑制來自燃燒氣體流路49之燃燒氣體的流入。
而且，經試驗等的結果，確認外側護罩60o之腹側端面63p的中央區域91，成為比該腹側端面63p的上游側區域92及下游側區域93還要高溫。且，亦確認出外側護罩60o之背側端面63n的中央區域91，成為比該背側端面63n的上游側區域92及下游側區域93還要高溫。同樣地，確認出內側護罩60i之腹側端面63p的中央區域91，成為比該腹側端面63p的上游側區域92及下游側區域93還要高溫，且內側護罩60i之背側端面63n的中央區域91，成為比該背側端面63n的上游側區域92及下游側區域93還要高溫。
中央區域91比上游側區域92及下游側區域93還要高溫的現象，就現況來說尚未明確地解析出原因。但是，中央區域91比上游側區域92及下游側區域93還要高溫的現象，或許是因以下的理由而產生。
燃燒氣體流路49內的燃燒氣體G，係如圖4所示般，係流動在周方向Dc鄰接之定子葉片50之葉體 51的彼此之間。亦即，燃燒氣體G，係流動在某定子葉片50之葉體51的腹側面55、以及與該定子葉片50鄰接之其他葉體51的背側面54之間。某定子葉片50之葉體51的腹側面55、以及與該定子葉片50鄰接之其他葉體51的背側面54之間的距離，係從該等之間的上游側Dau開始逐漸變窄，在頸部位置成為最窄。換言之，某定子葉片50之葉體51的腹側面55、以及與該定子葉片50鄰接之其他葉體51的背側面54之間的燃燒氣體流路的剖面積，係從該燃燒氣體流路的上游側Dau開始逐漸變小，在頸部位置成為最小。因此，在包含使燃燒氣體流路變窄之頸部位置的區域，該燃燒氣體流路中的燃燒氣體G會在護罩彼此之間迴繞。
葉體51的表面全體、以及各護罩的氣體通路面64全體，係以TBC層99來形成。另一方面，各護罩的背側端面63n及腹側端面63p之中，靠氣體通路面64的區域雖以TBC層99來形成，但在距氣體通路面64較遠的區域係露出有前述合金98。因此，各護罩的背側端面63n及腹側端面63p之中，在含有頸部位置的中央區域91，係如前述般，燃燒氣體流路中的燃燒氣體G在護罩彼此之間迴繞的結果，在該中央區域91內露出有合金98的區域會有受到熱損傷之虞。
在此，本實施形態中，各護罩的背側端面63n及腹側端面63p之中，從含有頸部位置的中央區域91噴出冷卻空氣Ac，來積極冷卻該中央區域91。因此，本實 施形態中，可抑制該中央區域91的熱損傷。
另一方面，上游側區域92及下游側區域93中，燃燒氣體流路中的燃燒氣體G比在中央區域91還要難以在護罩彼此之間迴繞。因此，各護罩的背側端面63n及腹側端面63p之中，在上游側區域92及下游側區域93內露出有合金98的區域受到熱損傷的可能性較低。在此，本實施形態中，將上游側區域92及下游側區域93之周方向噴出通路95的開口密度，設為比中央區域91之周方向噴出通路95的開口密度還低。
因此，本實施形態中，可有效利用冷卻空氣Ac，謀求定子葉片50之耐久性的提昇，且可抑制冷卻空氣Ac的使用量。
「第一變形例」
上述實施形態的周方向噴出通路95，係將腹側周壁65p從內側腔室69貫通至腹側端面63p。但是，周方向噴出通路95，只要能從腹側端面63p朝外部噴出冷卻空氣Ac即可，例如像圖7所示般，周方向噴出通路95，亦可從腹側通路73p貫通至腹側端面63p。但是，此情況時，亦使周方向噴出通路95，透過腹側通路73p連通至內側腔室69。又，使周方向噴出通路95在背側端面63n開口的情況，周方向噴出通路95，亦可從背側通路73n貫通至背側端面63n。
「第二變形例」
上述實施形態中，周方向噴出通路95的開口僅形成在周方向端面63的中央區域91，而沒有形成在上游側區域92及下游側區域93。但是，如圖8所示般，周方向噴出通路95的開口，亦可不僅是在周方向端面63的中央區域91，亦形成在上游側區域92及下游側區域93。但是，該情況時，就抑制冷卻空氣Ac之使用量的觀點來看，周方向噴出通路95的開口密度，在與中央區域91相較之下，上游側區域92及下游側區域93那邊會較低。
「其他變形例」
上述實施形態中，複數個周方向噴出通路95的開口，係僅形成在腹側端面63p。但是，複數個周方向噴出通路95的開口，亦可僅形成在背側端面63n，亦可形成在腹側端面63p與背側端面63n的兩個周方向端面63。複數個周方向噴出通路95的開口，根據試驗等，係如上述實施形態般，確認出僅形成在腹側端面63p的情況可最有效率地冷卻定子葉片50。在此，所謂有效率的冷卻，係以較少流量的冷卻空氣Ac，來冷卻使既定區域不成為既定溫度以上。藉此，複數個周方向噴出通路95的開口僅形成在腹側端面63p的情況，與其他情況相比之下，可以用較少流量的冷卻空氣Ac，使腹側端面63p及與該腹側端面63p相對向之其他定子葉片50的背側端面63n冷卻至不成為既定溫度以上。
上述實施形態中，形成在周方向端面63之中央區域91的周方向噴出通路95的開口數量為4個。但是，該數量亦可為3個以下或5個以上。
上述實施形態中，將護罩之凹部66內的空間藉由衝突板67分隔成兩個空間，並對該兩個空間之中一方的空間亦即內側腔室69，連通有周方向噴出通路95。但是，亦可對該兩個空間之中另一方的空間，連通有周方向噴出通路95。
上述實施形態中，周方向端面63之中，係使頸部圓Sc內成為中央區域91，並在此處形成複數個周方向噴出通路95的開口。但是，本實施形態中，在含有嵌入至外側護罩60o之密封槽77的兩個密封板76之接縫76a的區域，係與中央區域91重疊，該區域亦成為高溫。且，本實施形態中，在含有嵌入至內側護罩60i之密封槽77的密封板76與嵌入至縱密封槽86的密封板76之間接縫76b的區域，係與中央區域91重疊，該區域亦成為高溫。因此，亦可將含有兩個密封板76的接縫76a、76b、以及與頸部圓Sc相同半徑之圓內的區域設為中央流域，並在該處形成複數個周方向噴出通路95的開口。此外，本實施形態中，在內側護罩60i中設有保持器81的區域，係與中央區域重疊，該區域亦成為高溫。因此，亦可將含有在內側護罩60i中設有保持器81的區域、以及與頸部圓Sc相同半徑之圓內的區域設為中央流域，並在該處形成複數個周方向噴出通路95的開口。
上述實施形態中，係在腹側通路73p及背側通路73n分別連通於後領頭通路74，並使複數個後通路75連通於該後領頭通路74。但是，亦可使後領頭通路74及複數個後通路75，不形成於定子葉片50。
〔產業上的可利用性〕
根據本發明的一態樣，可有效地冷卻定子葉片來謀求耐久性的提昇，且抑制冷卻空氣的使用量。

Claims (8)

  1. 一種燃氣輪機的定子葉片，係以轉子軸為中心在周方向並排來複數配置，其具有：葉體，係配置在流動有燃燒氣體的燃燒氣體流路中且對前述轉子軸於徑方向延伸；以及護罩，係形成在前述葉體之前述徑方向的端部來界定前述燃燒氣體流路的一部分，於前述護罩，係形成有：朝向前述徑方向與前述燃燒氣體接觸的氣體通路面、於前述周方向朝向互相相反之側的一對周方向端面、使冷卻空氣流入的空洞、以及與前述空洞連通並在前述周方向端面開口的複數個周方向噴出通路，在前述周方向端面之中，前述葉體與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的葉體各自銜接的圓之中最小半徑之圓亦即頸部圓內的區域亦即中央區域、比前述中央區域還位在前述燃燒氣體流路之上游側的上游側區域、比前述中央區域還位在與前述上游側之相反側的下游側區域之中，至少在前述中央區域形成有前述複數個周方向噴出通路的開口，在前述轉子軸延伸之軸方向的每單位長度之前述周方向噴出通路的開口數量亦即密度，係前述中央區域比前述上游側區域及前述下游側區域還高。
  2. 如請求項1所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，前述上游側區域及前述下游側區域之前述周方向噴出通路的開口密度為0。
  3. 如請求項1或2所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，在前述一對周方向端面之中，一方的周方向端面係成為在前述周方向且在前述葉體之腹側的腹側端面，另一方的周方向端面係成為在前述周方向且在前述葉體之背側的背側端面，前述複數個周方向噴出通路的開口密度，係前述腹側端面比前述背側端面還高。
  4. 如請求項3所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，前述背側端面之前述周方向噴出通路的開口密度為0。
  5. 如請求項1或2所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，於前述一對周方向端面，係各自形成有密封槽，於該密封槽安裝有將前述護罩與在前述周方向鄰接之其他定子葉片的前述護罩之間予以密封的密封板，前述複數個周方向噴出通路的前述開口，係在前述徑方向形成在比前述氣體通路面還靠近前述密封槽的那側。
  6. 如請求項1或2所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，於前述護罩，形成有：與前述空洞連通，且沿著前述周方向端面往具有前述軸方向成分的方向延伸的周方向端部通路，前述複數個前述周方向噴出通路的開口，係以前述周方向端部通路為基準在前述徑方向形成在與前述氣體通路面的相反側。
  7. 如請求項6所述之燃氣輪機的定子葉片，其中，前述複數的周方向噴出通路，係連通於前述周方向端部通路。
  8. 一種燃氣輪機，其具備：如請求項1~7中任一項所述之複數個前述定子葉片、前述轉子軸、安裝於前述轉子軸的複數個轉子葉片、以及於內周側安裝有複數個前述定子葉片且覆蓋前述轉子軸與複數個前述轉子葉片的機殼。
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