TWI698576B - 渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法 - Google Patents

渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI698576B
TWI698576B TW105135550A TW105135550A TWI698576B TW I698576 B TWI698576 B TW I698576B TW 105135550 A TW105135550 A TW 105135550A TW 105135550 A TW105135550 A TW 105135550A TW I698576 B TWI698576 B TW I698576B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
passage
blade body
cooling
turbine
blade
Prior art date
Application number
TW105135550A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201730423A (zh
Inventor
高岡良昌
鳥井俊介
小薮豪通
松尾咲生
富田康意
羽田哲
岡嶋芳史
Original Assignee
日商三菱日立電力系統股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商三菱日立電力系統股份有限公司 filed Critical 日商三菱日立電力系統股份有限公司
Publication of TW201730423A publication Critical patent/TW201730423A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI698576B publication Critical patent/TWI698576B/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/181—Blades having a closed internal cavity containing a cooling medium, e.g. sodium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/21—Manufacture essentially without removing material by casting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/122—Fluid guiding means, e.g. vanes related to the trailing edge of a stator vane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301—Cross-sectional characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

在渦輪葉片、燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法中，具備：呈中空形狀的葉片本體(51)、設在葉片本體(51)之內部的腔室(52、53、54)、從腔室(52、53、54)往葉片本體51之後端部開口的冷卻通路(55)，作為冷卻通路(55)，係設有：設在第3腔室(54)側且從第3腔室(54)側朝向葉片本體(51)的後端部使寬度漸窄的第1通路(81)、設在葉片本體(51)的後端部側且從第3腔室(54)側朝向葉片本體(51)的後端部使寬度成為一定的第2通路(82)。

Description

渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法
本發明係關於：在燃氣渦輪機中作為定子葉片或轉子葉片所使用的渦輪葉片、適用有該渦輪葉片的燃氣渦輪機、用來製造渦輪葉片的半成品、用來製造渦輪葉片之渦輪葉片的製造方法。
一般的燃氣渦輪機，係由壓縮機與燃燒器與渦輪所構成。而且，從空氣吸入口所吸入的空氣係藉由壓縮機來壓縮而成為高溫、高壓的壓縮空氣，並在燃燒器，對該壓縮空氣供給燃料來燃燒而得到高溫、高壓的燃燒氣體(動作流體)，藉由該燃燒氣體來驅動渦輪，而驅動與該渦輪連結的發電機。
如上述般構成的渦輪中，例如，定子葉片，其葉片本體之長邊方向的一端部係被外側導流罩所支撐，另一端部係被內側導流罩所支撐。而且，從外側導流罩導入至葉片本體內的冷卻空氣，係沿著葉片本體的內壁面流動藉此冷卻該葉片本體的內壁面，之後，從形成於葉片本 體的冷卻孔排出至外部而沿著葉片本體的外壁面流動藉此冷卻該葉片本體的外壁面。且，被導入至葉片本體內的冷卻空氣，係流過形成在葉片本體之後端部的冷卻通路而被排出至外部，藉此冷卻該葉片本體的後端部。
作為適用有上述般之定子葉片之冷卻構造的燃氣渦輪機，例如記載於下述專利文獻1。該專利文獻1所記載的渦輪定子葉片中，形成在葉片本體之後端部的冷卻通路，係配置有複數個冷卻銷，且形成為於出口部配列有複數個台座(pedestal)的噴嘴形狀。而且，該冷卻通路，係朝向出口部而使寬度變窄的漸尖形狀。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-287511號公報
定子葉片，因為想要提高葉片本體的冷卻性能，而期望著使後端部之冷卻通路的寬度變窄，並使空氣阻抗係數(Cd值)變小。因此，以往之葉片本體的冷卻通路，係成為朝向出口部限縮的漸尖形狀。但是，由於葉片本體的冷卻通路為漸尖形狀，故要求有為了將出口部的前端開口寬度設定成適當寬度之高精度的加工技術，而有著加工成本增加的課題。
本發明係解決上述課題者，其目的在於提供：降低葉片後端部之冷卻通路的抵抗而謀求葉片之冷卻性能的提高，並抑制製造成本之增加的渦輪葉片、燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法。
為了達成上述目的之本發明的渦輪葉片，其特徵為，具備：呈中空形狀的葉片本體、設在前述葉片本體之內部的腔室、從前述腔室往前述葉片本體之後端部開口的冷卻通路，前述冷卻通路，係具有：設在前述腔室側且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使寬度漸窄的第1通路、設在前述葉片本體的後端部側且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使寬度成為一定的第2通路。
因此，設置有寬度漸窄的第1通路來作為冷卻通路，藉此可將從冷卻通路排出至外部的冷卻空氣量予以適當地調整，且連著第1通路設置有寬度成為一定的第2通路，藉此可降低流路抵抗而降低冷卻空氣量。其結果，可降低葉片後端部之冷卻通路的抵抗而謀求葉片之冷卻性能的提升，並可抑制製造成本的增加。
本發明的渦輪葉片中，其特徵為，前述第2通路，係設有流量調整機構。
因此，於第2通路設有流量調整機構，可藉由流量調整機構來整流冷卻空氣並適當地排出。
本發明的渦輪葉片中，其特徵為，前述流量 調整機構，係沿著前述葉片本體之前述第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱。
因此，沿著第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱藉此構成流量調整機構，可謀求構造的簡單化。
本發明的渦輪葉片中，其特徵為，前述冷卻通路，係設有：使一端部連通於前述第2通路並使另一端部開口於前述葉片本體的後端部且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使寬度成為一定的第3通路。
因此，將與第2通路連通且寬度成為一定的第3通路於後端部開口來設置，藉此不會使通過第2通路的冷卻空氣受到壓損而可適當排出。
本發明的渦輪葉片中，其特徵為，前述葉片本體，係設有：連通前述腔室與外部的複數個冷卻孔。
因此，使由腔室通過複數個冷卻孔而排出至外部的冷卻空氣沿著葉片本體的外壁面來流動，藉此可有效率地冷卻葉片本體。
本發明的渦輪葉片中，其特徵為，前述腔室，係設有：從前述葉片本體的內壁面空出既定間隔且具有複數個貫通孔的分隔板。
因此，使由腔室通過分隔板之各貫通孔的冷卻空氣沿著葉片本體的內壁面流動，藉此可有效率地冷卻葉片本體。
且，本發明的燃氣渦輪機，其特徵為，具 備：壓縮空氣的壓縮機、將前述壓縮機所壓縮的壓縮空氣與燃料混合來燃燒的燃燒器、由前述燃燒器所生成的燃燒氣體來得到旋轉動力的渦輪，作為渦輪的定子葉片係使用前述渦輪葉片。
因此，可降低葉片後端部之冷卻通路的抵抗而謀求葉片之冷卻性能的提升，並可抑制製造成本的增加。
且，本發明之渦輪葉片的半成品，其特徵為，具備：呈中空形狀的葉片本體、設在前述葉片本體之內部的腔室、從前述腔室往前述葉片本體之後端部開口的冷卻通路，前述冷卻通路，係具有：設在前述腔室側且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使寬度漸窄的第1通路、設在前述葉片本體的後端部側且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使寬度成為一定的第2通路、設在前述第2通路的流量調整機構、一端部連通於前述第2通路且另一端部開口於前述葉片本體之後端部的第3通路。
因此，半成品係具有使寬度成為一定的第2通路來作為冷卻通路，藉此只要對該半成品進行收尾加工，便可容易地製造渦輪定子葉片。
本發明之渦輪葉片的半成品中，其特徵為，前述流量調整機構，係沿著前述葉片本體之前述第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱。
因此，沿著第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱藉此構成流量調整機構，可謀求構造的 簡單化。
且，本發明之渦輪葉片的製造方法，其特徵為，具有：將前述渦輪葉片的半成品藉由鑄造來製作的步驟、將所鑄造之前述半成品之前述葉片本體的後端部予以切削加工的步驟。
因此，即使將所鑄造之半成品之葉片本體的後端部予以切削加工，亦不會使第3通路的寬度變動，可維持第2通路的高冷卻性能。
根據本發明的渦輪葉片、燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法，作為冷卻通路係設有寬度漸窄的第1通路與接著該第1通路之寬度成為一定的第2通路，故可降低葉片後端部之冷卻通路的抵抗來謀求葉片之冷卻性能的提升，並可抑制製造成本的增加。
10‧‧‧燃氣渦輪機
11‧‧‧壓縮機
12‧‧‧燃燒器
13‧‧‧渦輪
27‧‧‧定子葉片
28‧‧‧轉子葉片
41‧‧‧外側導流罩
42‧‧‧內側導流罩
51‧‧‧葉片本體
52、53、54‧‧‧腔室
52a、53a、54a‧‧‧冷卻空間部
55‧‧‧冷卻通路
61、62‧‧‧分隔壁
63、64、65‧‧‧冷卻孔
66、67、68‧‧‧分隔板
69、70、71‧‧‧貫通孔
81‧‧‧第1通路
81a、81b‧‧‧壁面
82‧‧‧第2通路
82a、82b‧‧‧壁面
83‧‧‧第3通路
83a、83b‧‧‧壁面
91‧‧‧冷卻銷
92‧‧‧台座
G‧‧‧燃燒氣體
S‧‧‧冷卻空氣
圖1為表示本實施形態之渦輪定子葉片的剖面圖。
圖2為渦輪葉片之後端部的剖面圖。
圖3為表示渦輪葉片之冷卻通路之圖2的III-III剖面圖。
圖4為表示渦輪葉片之冷卻通路之出口部的剖面圖。
圖5為表示本實施形態之燃氣渦輪機的概略構造圖。
圖6為表示本實施形態之渦輪之主要部的概略圖。
以下參照附加圖式，詳細說明關於本發明之渦輪葉片、燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法之合適的實施形態。又，本發明並不受該實施形態所限定，且，在實施形態為複數的情況，亦包含組合各實施形態來構成者。
圖5為表示本實施形態之燃氣渦輪機的概略構造圖，圖6為表示本實施形態之渦輪之主要部的概略圖。
本實施形態中，係如圖5所示般，燃氣渦輪機10，係由壓縮機11與燃燒器12與渦輪13所構成。該燃氣渦輪機10，係在同軸上連結有未圖示的發電機，而成為可發電。
壓縮機11，係具有吸取空氣的空氣吸入口20，於壓縮機車室21內配設有入口導引葉片(IGV：Inlet Guide Vane)22，並使複數個定子葉片23與轉子葉片24交互配設在前後方向(後述之轉子32的軸方向)，在其外側設有抽氣室25。燃燒器12，係對被壓縮機11所壓縮的壓縮空氣供給燃料，且藉由點火而成為可燃燒。渦輪13，係在渦輪車室26內使複數個定子葉片27與轉子葉片28交互配設於前後方向(後述之轉子32的軸方向)。於該渦輪車室26的下游側，透過排氣車室29配設有排氣室 30，排氣室30，係具有連續於渦輪13的排氣擴散器31。
且，使轉子(旋轉軸)32位在貫通壓縮機11、燃燒器12、渦輪13、排氣室30的中心部。轉子32，係使壓縮機11側的端部旋轉自如地被支撐在軸承部33，另一方面，使排氣室30側的端部旋轉自如地被支撐在軸承部34。而且，該轉子32，係在壓縮機11，使安裝有各轉子葉片24的旋盤複數重疊來固定，且在渦輪13，使安裝有各轉子葉片28的旋盤複數重疊來固定，且在壓縮機11側的端部連結有未圖示之發電機的驅動軸。
而且，該燃氣渦輪機10，係使壓縮機11的壓縮機車室21被腳部35支撐，使渦輪13的渦輪車室26被腳部36支撐，使排氣室30被腳部37支撐。
因此，從壓縮機11的空氣吸入口20所吸入的空氣，會通過入口導引葉片22、複數個定子葉片23與轉子葉片24來被壓縮而成為高溫、高壓的壓縮空氣。於燃燒器12，對該壓縮空氣供給有既定的燃料而燃燒。而且，在該燃燒器12所生成的動作流體亦即高溫、高壓的燃燒氣體，係通過構成渦輪13的複數個定子葉片27與轉子葉片28來旋轉驅動轉子32，並驅動與該轉子32連結的發電機。另一方面，驅動渦輪13後的燃燒氣體，係作為排氣氣體而排放至大氣。
上述的渦輪13中，係如圖6所示般，呈圓筒形狀的渦輪車室26，在其內側設有呈環形狀之流動有燃燒氣體G的燃燒氣體通路40，在該燃燒氣體通路40使複 數個定子葉片27與轉子葉片28於周方向以既定間隔配置，且沿著燃燒氣體G的流動方向交互地配設。該定子葉片27，係構成為在長邊方向(轉子32的徑方向)的一端部(徑方向的外側)固定有外側導流罩41，在另一端部(徑方向的內側)固定有內側導流罩42。而且，該外側導流罩41係被渦輪車室26所支撐。另一方面，轉子葉片28，係構成為於長邊方向(轉子32的徑方向)的基端部(徑方向的內側)固定有平台43。而且，該平台43係透過旋盤而被固定於轉子32，使前端部(徑方向的外側)延伸至渦輪車室26之內壁面的附近。
以下，針對構成本發明之渦輪葉片的定子葉片27進行詳細說明。圖1為表示本實施形態之渦輪定子葉片的剖面圖，圖2為渦輪葉片之後端部的剖面圖，圖3為表示渦輪葉片之冷卻通路之圖2的III-III剖面圖，圖4為表示渦輪葉片之冷卻通路之出口部的剖面圖。
本實施形態中，係如圖1所示般，定子葉片27，具備：葉片本體51、腔室52、53、54、冷卻通路55。
葉片本體51，係呈中空形狀，且成為燃燒氣體之流動方向之上游側(圖1的上側)的前端部係呈彎曲剖面形狀，成為燃燒氣體之流動方向之下游側(圖1的下側)的後端部係呈漸尖剖面形狀。該葉片本體51，其內部係藉由2個分隔壁61、62而被區分成3個腔室52、53、54。第1腔室52，係配置在葉片本體51的前端部 側，第3腔室54，係配置在葉片本體51的後端部側，第2腔室53，係配置在第1腔室52與第3腔室54之間。而且，葉片本體51，係在各腔室52、53、54所對應之既定的位置分別形成有貫通內部與外部的複數個冷卻孔63、64、65。
葉片本體51，係在其內側對應各腔室52、53、54而配置有分隔板66、67、68。該分隔板66、67、68，係呈筒形狀，且長邊方向的各端部被固定在葉片本體51或各導流罩41、42。各分隔板66、67、68，係從葉片本體51的內壁面空出既定間隔來配置，藉此在各腔室52、53、54的周圍區隔出冷卻空間部52a、53a、54a。而且，各分隔板66、67、68，係形成有複數個貫通孔69、70、71，藉由該各貫通孔69、70、71來連通腔室52、53、54與冷卻空間部52a、53a、54a。
冷卻通路55，係從第3腔室54開口於葉片本體51的後端部。該冷卻通路55，係具有第1通路81與第2通路82。第1通路81，係設在第3腔室54側且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度逐漸變窄。第2通路82，係設在葉片本體51的後端部側且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度成為一定。
如圖2至圖4所示般，第1通路81，係構成為：使基端部連通於第3腔室54，使前端部朝向葉片本體51的後端部延伸出去，並使其寬度逐漸變窄。亦即，第1通路81，係藉由構成葉片本體51之腹側的壁部51a 與背側的壁部51b所區隔出來的通路，其藉由相對向的壁面81a、81b所形成。該壁面81a、81b，係朝向冷卻空氣S之流動方向的下游側使其寬度變窄。且，第1通路81，係空出既定間隔設有複數個冷卻銷91，藉此成為散熱鰭片冷卻構造。各冷卻銷91，係固定成連結葉片本體51之各壁部51a、51b的壁面81a、81b，且與流通於第1通路81之冷卻空氣S的流動方向交叉。而且，該各冷卻銷91，係成為交錯狀來配置在第1通路81。
第2通路82，係設有流量調整機構，該流量調整機構，係構成為沿著第2通路82上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱。亦即，第2通路82，係構成為使基端部連通於第1通路81，使前端部朝向葉片本體51的後端部延伸出去，並使其寬度成為一定。亦即，第2通路82，係藉由構成葉片本體51之腹側的壁部51a與背側的壁部51b所區隔出來的通路，其藉由相對向的壁面82a、82b所形成。該壁面82a、82b，係朝向冷卻空氣S的流動方向為平行，且其寬度成為一定。且，第2通路82，係使呈複數個柱形狀的台座92沿著葉片本體51的長邊方向(圖3的左右方向)空出既定間隔來設置，藉此成為噴嘴冷卻構造。各台座92，係固定成連結葉片本體51之各壁部51a、51b的壁面82a、82b，且與流通於第2通路82之冷卻空氣S的流動方向交叉。
而且，該各台座92，其與鄰接之台座92相對向的各側面係成為沿著冷卻空氣S之流動方向的平面，且 冷卻空氣S之流動方向之上游側的側面係成為往該上游側凸起的半圓形狀，且冷卻空氣S之流動方向之下游側的側面係成為與冷卻空氣S之流動方向正交的平面。且，各台座92，係使各側部相對於各壁面82a、82b呈圓弧形狀而平滑無階差地連續。
且，冷卻通路55，係具有第3通路83。第3通路83，係構成為使基端部連通於第2通路82，並使前端部於葉片本體51的後端部開口，且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度成為一定。亦即，第3通路83，係藉由構成葉片本體51之腹側的壁部51a與背側的壁部51b所區隔出來的通路，其藉由相對向的壁面83a、83b所形成。該壁面83a、83b，係朝向冷卻空氣S的流動方向平行，且其寬度成為一定。
亦即，第1通路81，係從第3腔室54朝向葉片本體51的後端部使其寬度逐漸變窄的通路，且設在區域A。第2通路82，係從第1通路81朝向葉片本體51的後端部使其寬度成為一定的通路，且設在區域B。在此，第1通路81的壁面81a、81b，係沿著冷卻空氣S的流動方向彎曲，且第1通路81(壁面81a、81b)和第2通路82(壁面82a、82b)，係沒有高低差地連續。第1通路81(區域A)和第2通路82(區域B)的邊界，係壁面81a、81b與台座92之呈圓弧形狀之側面的接點。且，第3通路83，係從第2通路82朝向葉片本體51的後端部使其寬度成為一定的通路，且設在區域C。在此，第2通路 82的壁面82a、82b和第3通路83的壁面83a、83b，係分別沿著冷卻空氣S之流動方向而平行的平面，且第2通路82(壁面82a、82b)和第3通路83(壁面83a、83b)，係沒有高低差地連續。第2通路82(區域B)和第3通路83(區域C)的邊界，係台座92之呈圓弧形狀的側面與壁面83a、83b的接點。
如上述般構成的定子葉片27，係藉由鑄造而製造作為鑄造物，且外面藉由機械加工而施有收尾處理。亦即，藉由未圖示的模框或模芯，來製作具有葉片本體51與腔室52、53、54與冷卻通路55的半成品，並使該製作出之半成品之葉片本體51的後端部被切削加工。亦即，如圖4所示般，對於所製作出之半成品，藉由切削加工來去除葉片本體51之後端部的除去部100。藉由該作業來使定子葉片27的全長被收尾加工成既定長度。此情況時，冷卻通路55的第3通路83，係朝向冷卻空氣S的流動方向使其寬度成為一定。因此，用來製作冷卻通路55之模芯的厚度不必變薄，且，即使除去部100的除去長度有差異，亦不會使第3通路83的寬度變動。
在此，針對本實施形態之定子葉片27的作用進行說明。
如圖1所示般，來自未圖示之冷卻通路的冷卻空氣(冷卻媒體)，在從外側導流罩41對定子葉片27供給時，該冷卻空氣，首先會被導入各分隔板66、67、68之內側的各腔室52、53、54。而且，該各腔室52、 53、54的冷卻空氣，接著會通過形成在該分隔板66、67、68的多數個貫通孔69、70、71而噴射至冷卻空間部52a、53a、54a，在此，沿著葉片本體51的內壁面流動藉此進行衝擊冷卻。
之後，冷卻空間部52a、53a、54a的冷卻空氣，係通過多數個冷卻孔63、64、65而往外部(燃燒氣體通路40)排出，且沿著葉片本體51的外壁面流動藉此冷卻該外壁面。且，冷卻空間部54a之冷卻空氣的一部分，係通過冷卻通路55而從葉片本體51的後端部被排出，藉此冷卻後端部。此時，冷卻空間部54a的冷卻空氣，在流過漸尖形狀的第1通路81時，調整冷卻空氣量，與複數個冷卻銷91接觸並以曲線狀流動藉此提升冷卻效率。而且，通過第1通路81的冷卻空氣，在流過寬度為一定的第2通路82及第3通路83時，藉由通過各台座92之間而使空氣阻抗係數(Cd值)降低，以較少的空氣量來冷卻葉片本體51的後端部。
如上述般，本實施形態的渦輪葉片，係具備：呈中空形狀的葉片本體51、設在葉片本體51之內部的腔室52、53、54、從腔室52、53、54往葉片本體51之後端部開口的冷卻通路55，作為冷卻通路55，係設有：設在第3腔室54側且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度漸窄的第1通路81、設在葉片本體51的後端部側且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度成為一定的第2通路82。
因此，設置有寬度漸窄的第1通路81來作為冷卻通路55，藉此可將從冷卻通路55排出至外部的冷卻空氣量予以適當地調整，且連著第1通路81設置有寬度成為一定的第2通路82，藉此可降低流路抵抗而降低冷卻空氣量。其結果，可降低葉片本體51之後端部之冷卻通路55的抵抗而謀求定子葉片27之冷卻性能的提升，並可抑制製造成本的增加。
本實施形態的渦輪葉片中，第1通路81，係使複數個冷卻銷91空出既定間隔來設置，第2通路82，係沿著葉片本體51的長邊方向使複數個台座92空出既定間隔來設置。因此，於第1通路81設置複數個冷卻銷91，於第2通路82設置複數個台座92，可藉由複數個冷卻銷91來提升葉片本體51的冷卻效率，藉由複數個台座92來整流冷卻空氣而可適當地排出。亦即，使設有台座92的區域B成為寬度為一定的第2通路82，藉此降低流過該冷卻通路55的冷卻空氣量而可有效率地冷卻葉片本體51的後端部。
本實施形態的渦輪葉片中，作為冷卻通路55，係設置第3通路83，其一端部連通於第2通路82並使另一端部於葉片本體51的後端部開口，且從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度成為一定。因此，將與第2通路82連通且寬度成為一定的第3通路83於後端部開口來設置，藉此不會使通過第2通路82的冷卻空氣受到壓損而可適當排出。
本實施形態的渦輪葉片中，係於葉片本體51設有連通各腔室52、53、54與外部的複數個冷卻孔63、64、65。因此，使由各腔室52、53、54通過複數個冷卻孔63、64、65而排出至外部的冷卻空氣沿著葉片本體51的外壁面來流動，藉此可有效率地冷卻葉片本體51。
本實施形態的渦輪葉片中，在各腔室52、53、54，係從葉片本體51的內壁面空出既定間隔來設置具有複數個貫通孔69、70、71的分隔板66、67、68。因此，使由各腔室52、53、54通過分隔板66、67、68之各貫通孔69、70、71的冷卻空氣沿著葉片本體51的內壁面流動，藉此可有效率地冷卻葉片本體51。
且，本實施形態的燃氣渦輪機，係具備：壓縮空氣的壓縮機11、將壓縮機11所壓縮的壓縮空氣與燃料混合來燃燒的燃燒器12、由燃燒器12所生成的燃燒氣體來得到旋轉動力的渦輪13，且於渦輪13使用有定子葉片27。因此，可降低葉片本體51之後端部之冷卻通路55的抵抗而謀求定子葉片27之冷卻性能的提升，並可抑制製造成本的增加。
且，本實施形態之渦輪葉片的半成品，作為設在葉片本體51的冷卻通路55，係設置：寬度漸窄的第1通路81、寬度一定的第2通路82、第2通路82的複數個台座92、與第2通路82連通且於葉片本體51的後端部開口的第3通路83。因此，只要對該半成品進行收尾加工，便可製造渦輪13的定子葉片27。
且，本實施形態之渦輪葉片的製造方法，係具有：將定子葉片27的半成品藉由鑄造來製作的步驟、將所鑄造之半成品之葉片本體51的後端部予以切削加工的步驟。因此，即使將所鑄造之半成品之葉片本體51的後端部予以切削加工，亦不會使第3通路83的寬度變動，可維持第2通路82的高冷卻性能。
又，上述的實施形態中，雖然係將第1通路81(區域A)和第2通路82(區域B)的邊界，設成壁面81a、81b與台座92之呈圓弧形狀之側面的接點，但亦可比該接點還靠第3腔室54側。亦即，亦可將第2通路82往冷卻空氣S之流動方向的上游側延長。
且，上述的實施形態中，作為冷卻通路55雖設有寬度為一定的第3通路83，但亦可作為從第3腔室54側朝向葉片本體51的後端部使寬度漸寬的第3通路。
且，上述的實施形態中，係於葉片本體51的第2通路82配置複數個台座92，藉此形成冷卻空氣S的吹出口(噴嘴)，但亦可於葉片本體51的後端部並排設置複數個吹出孔，並在各吹出孔的內部形成第1通路81與第2通路82。
且，上述的實施形態中，係將本發明的渦輪葉片適用於渦輪13的定子葉片27，但亦可適用於轉子葉片28。
27‧‧‧定子葉片
51‧‧‧葉片本體
52、53、54‧‧‧腔室
52a、53a、54a‧‧‧冷卻空間部
55‧‧‧冷卻通路
61、62‧‧‧分隔壁
63、64、65‧‧‧冷卻孔
66、67、68‧‧‧分隔板
69、70、71‧‧‧貫通孔
81‧‧‧第1通路
82‧‧‧第2通路

Claims (10)

  1. 一種渦輪葉片，其特徵為，具備：呈中空形狀的葉片本體、設在前述葉片本體之內部的腔室、從前述腔室往前述葉片本體之後端部開口，且由腹側壁部與背側壁部所區隔出來的冷卻通路，前述冷卻通路，係具有：設在前述腔室側之配置有冷卻銷的區域而從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度漸窄的第1通路、連續於前述第1通路之冷卻空氣之流動方向下游端且設有流量調整機構且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度成為一定的第2通路、一端部連續於前述第2通路之冷卻空氣之流動方向下游端，另一端部在前述葉片本體的後端部開口且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度成為一定的第3通路。
  2. 如請求項1所述之渦輪葉片，其中，前述第2通路，具有噴嘴冷卻構造，其藉由沿著前述葉片本體之長度方向以既定間隔具有柱形狀的複數個台座來形成，前述第2通路的前述基端部，是前述第1通路之壁部與前述台座之呈圓弧形狀之側面的接點，前述第3通路的前述基端部，是前述台座之呈圓弧形 狀之側面與前述第3通路之壁部的接點。
  3. 如請求項1所述之渦輪葉片，其中，前述流量調整機構，係沿著前述葉片本體之前述第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱。
  4. 如請求項1~3項中任一項所述之渦輪葉片，其中，前述第1通路與前述第2通路的邊界，是前述第1通路之壁面與半圓形狀之前述台座之前述側面的接點，前述第2通路與前述第3通路的邊界，是前述第3通路之壁面與平面形狀之前述台座之前述側面的接點。
  5. 如請求項1所述之渦輪葉片，其中，前述葉片本體，係設有：連通前述腔室與外部的複數個冷卻孔。
  6. 如請求項5所述之渦輪葉片，其中，前述腔室，係設有：從前述葉片本體的內壁面空出既定間隔且具有複數個貫通孔的分隔板。
  7. 一種燃氣渦輪機，其特徵為，具備：壓縮空氣的壓縮機、將前述壓縮機所壓縮的壓縮空氣與燃料混合來燃燒的燃燒器、藉由前述燃燒器所生成的燃燒氣體來得到旋轉動力的渦輪，作為前述渦輪的定子葉片係使用請求項1所述的渦輪葉片。
  8. 一種渦輪葉片的半成品，其特徵為，具備：呈中空形狀的葉片本體、 設在前述葉片本體之內部的腔室、從前述腔室往前述葉片本體之後端部開口，且由腹側壁部與背側壁部所區隔出來的冷卻通路，前述冷卻通路，係具有：設在前述腔室側之配置有冷卻銷的區域而從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度漸窄的第1通路、連續於前述第1通路之冷卻空氣之流動方向下游端且設有流量調整機構且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度成為一定的第2通路、設在前述第2通路的流量調整機構、一端部連續於前述第2通路之冷卻空氣之流動方向下游端並使另一端部開口於前述葉片本體的後端部且從前述腔室側朝向前述葉片本體的後端部使前述腹側壁部與前述背側壁部之間寬度成為一定的第3通路。
  9. 如請求項8所述之渦輪葉片的半成品，其中，前述流量調整機構，係沿著前述葉片本體之前述第2通路上的長邊方向空出既定間隔設有複數個柱。
  10. 一種渦輪葉片的製造方法，其特徵為，具有：將請求項8或請求項9所述之渦輪葉片的半成品藉由鑄造來製作的步驟、將所鑄造之前述半成品之前述葉片本體的後端部予以切削加工的步驟。
TW105135550A 2015-11-05 2016-11-02 渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法 TWI698576B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-217753 2015-11-05
JP2015217753A JP6671149B2 (ja) 2015-11-05 2015-11-05 タービン翼及びガスタービン、タービン翼の中間加工品、タービン翼の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201730423A TW201730423A (zh) 2017-09-01
TWI698576B true TWI698576B (zh) 2020-07-11

Family

ID=58662078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105135550A TWI698576B (zh) 2015-11-05 2016-11-02 渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11384643B2 (zh)
EP (1) EP3372787B1 (zh)
JP (1) JP6671149B2 (zh)
KR (1) KR20180059912A (zh)
CN (1) CN108350746B (zh)
TW (1) TWI698576B (zh)
WO (1) WO2017078122A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10309242B2 (en) * 2016-08-10 2019-06-04 General Electric Company Ceramic matrix composite component cooling
US10718217B2 (en) * 2017-06-14 2020-07-21 General Electric Company Engine component with cooling passages
EP3803057B1 (en) * 2018-07-13 2022-11-16 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Airfoil for a turbine engine incorporating pins
JP6745012B1 (ja) * 2019-10-31 2020-08-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービン翼及びこれを備えたガスタービン
JP2024043164A (ja) * 2022-09-16 2024-03-29 三菱重工航空エンジン株式会社 熱交換隔壁
CN115570105B (zh) * 2022-11-21 2023-05-05 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种双层壁涡轮叶片的制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297077A (en) * 1979-07-09 1981-10-27 Westinghouse Electric Corp. Cooled turbine vane
US5624231A (en) * 1993-12-28 1997-04-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Cooled turbine blade for a gas turbine
US20010012484A1 (en) * 1999-12-27 2001-08-09 Alexander Beeck Blade for gas turbines with choke cross section at the trailing edge
JP2015516539A (ja) * 2012-05-08 2015-06-11 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービン翼形部の後縁冷却スロット

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3241241B2 (ja) * 1995-08-09 2001-12-25 三菱重工業株式会社 中空ガスタービン翼
US5931638A (en) * 1997-08-07 1999-08-03 United Technologies Corporation Turbomachinery airfoil with optimized heat transfer
JP3494879B2 (ja) 1998-03-25 2004-02-09 株式会社日立製作所 ガスタービン及びガスタービンの静翼
US6234754B1 (en) 1999-08-09 2001-05-22 United Technologies Corporation Coolable airfoil structure
US6270317B1 (en) * 1999-12-18 2001-08-07 General Electric Company Turbine nozzle with sloped film cooling
US7014424B2 (en) 2003-04-08 2006-03-21 United Technologies Corporation Turbine element
US7175386B2 (en) * 2003-12-17 2007-02-13 United Technologies Corporation Airfoil with shaped trailing edge pedestals
US8070441B1 (en) * 2007-07-20 2011-12-06 Florida Turbine Technologies, Inc. Turbine airfoil with trailing edge cooling channels
JP5182931B2 (ja) 2008-05-30 2013-04-17 三菱重工業株式会社 タービン用翼
CH700321A1 (de) * 2009-01-30 2010-07-30 Alstom Technology Ltd Gekühlte schaufel für eine gasturbine.
RU2543914C2 (ru) * 2010-03-19 2015-03-10 Альстом Текнолоджи Лтд Лопатка газовой турбины с аэродинамическим профилем и профилированными отверстиями на задней кромке для выхода охлаждающего агента
US9366144B2 (en) * 2012-03-20 2016-06-14 United Technologies Corporation Trailing edge cooling
US9175569B2 (en) 2012-03-30 2015-11-03 General Electric Company Turbine airfoil trailing edge cooling slots
EP3004558B1 (en) * 2013-06-04 2021-08-25 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine airfoil trailing edge suction side cooling
US20150204237A1 (en) * 2014-01-17 2015-07-23 General Electric Company Turbine blade and method for enhancing life of the turbine blade

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4297077A (en) * 1979-07-09 1981-10-27 Westinghouse Electric Corp. Cooled turbine vane
US5624231A (en) * 1993-12-28 1997-04-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Cooled turbine blade for a gas turbine
US20010012484A1 (en) * 1999-12-27 2001-08-09 Alexander Beeck Blade for gas turbines with choke cross section at the trailing edge
JP2015516539A (ja) * 2012-05-08 2015-06-11 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービン翼形部の後縁冷却スロット

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017078122A1 (ja) 2017-05-11
EP3372787A1 (en) 2018-09-12
CN108350746A (zh) 2018-07-31
US11384643B2 (en) 2022-07-12
CN108350746B (zh) 2021-10-26
EP3372787A4 (en) 2018-11-21
JP2017089432A (ja) 2017-05-25
JP6671149B2 (ja) 2020-03-25
EP3372787B1 (en) 2021-02-17
US20180306037A1 (en) 2018-10-25
KR20180059912A (ko) 2018-06-05
TW201730423A (zh) 2017-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI698576B (zh) 渦輪葉片及燃氣渦輪機、渦輪葉片的半成品、渦輪葉片的製造方法
JP5997831B2 (ja) 局所的な壁厚さ制御を伴うタービン翼
EP3023587B1 (en) Gas turbine engines with improved leading edge airfoil cooling
JP6661702B2 (ja) 先端部レールの冷却を備える翼形部
JP2015531449A (ja) 空冷タービンブレードおよびこれに対応するタービンブレード冷却方法
JP6165740B2 (ja) ガスタービンロータブレードを冷却する方法及び装置
JP5658673B2 (ja) 拡散冷却通路を備えたシュラウドハンガ
JP2016511363A (ja) 塵埃軽減を改善したタービンブレード
JP2005180432A (ja) 成形後縁部柱脚を備えた翼形部
US20210003019A1 (en) Gas turbine component with cooling aperture having shaped inlet and method of forming the same
JP2017089650A (ja) 先端シュラウド冷却流路を有するロータブレードおよびその製造方法
JP2015525852A (ja) 選択的に孔が揃えられた回転タービン部品
US20180051566A1 (en) Airfoil for a turbine engine with a porous tip
US20190145267A1 (en) Engine component with non-diffusing section
US10309228B2 (en) Impingement insert for a gas turbine engine
JP2017145826A (ja) ガスタービンエンジン後縁排出穴
JP7214385B2 (ja) ターボ機械のインピンジメント冷却インサート
CN110388236A (zh) 具备嵌件支持部的透平机静叶片
EP3273005B1 (en) An air cooled component for a gas turbine engine
WO2018034790A1 (en) Engine component with porous holes
JP2022534226A (ja) 翼型用の壁面近傍前縁冷却チャネル
JP7042559B2 (ja) ガスタービンエンジン用ノズル冷却システム
JP5675080B2 (ja) 翼体及びこの翼体を備えたガスタービン
EP3336317B1 (en) Cooling pocket for the platform of a turbine nozzle
JP6963701B1 (ja) ガスタービン静翼およびガスタービン