CN108138575A - 叶片、具备该叶片的燃气轮机、以及叶片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
叶片(50)的端板(60)具有:朝向燃烧气体流路(49)侧的气路面(61)、沿着气路面(61)的边缘的端面(63)、多个通道(81p)以及芯头孔(75p)。多个通道(81p)在沿着作为端面(63)的一部分的部分端面(63p)的方向延伸,并且在相对于部分端面(63p)的远近方向排列。芯头孔(75p)在部分端面(63p)开口。芯头孔(75p)与多个通道(81p)中远离部分端面(63p)的内侧通道(83p)连通。
Description
技术领域
本发明涉及叶片、具备该叶片的燃气轮机、以及叶片的制造方法。
本申请基于2015年10月22日在日本申请的日本特愿2015-207873号主张优先权,在此引用该内容。
背景技术
燃气轮机具备以轴线为中心进行旋转的转子和覆盖该转子的机室。转子具有转子轴和装配于该转子轴的多个动叶。此外,在机室的内周侧装配有多个静叶。动叶具有:叶片体,形成叶片形;平台,从叶片体的叶片高度方向的端部向相对于叶片高度方向大致垂直的方向扩展;以及轴装配部,从平台向叶片体的相反侧延伸。
燃气轮机的动叶、静叶暴露于高温的燃烧气体中。因此,动叶、静叶一般通过空气等冷却。
例如,在以下的专利文献1记载的动叶,形成有供冷却空气穿过的各种冷却通道。具体而言,在叶片体、平台以及轴装配部的内部,形成有在叶片高度方向延伸并供冷却空气流动的叶片通道。在平台形成有:气路面,朝向叶片高度方向并与燃烧气体接触;反气路面,与气路面处于背靠背的关系;以及端面,沿着气路面的边缘。而且,在该平台形成有供冷却空气流动的平台通道。该平台通道是蛇形通道。该蛇形通道具有在特定的方向延伸并且在相对于特定方向垂直的方向排列的多个通道。该蛇形通道的多个通道的端相互连接而形成整体上蛇行的通道。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3073404号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述专利文献1中记载的那样的动叶一般按照以下的步骤制造。
(1)形成铸型,该铸型形成有与动叶的外形匹配的内部空间。
(2)形成与平台通道的形状匹配的外形的通道型芯、以及支撑铸型内的通道型芯的芯头型芯。
(3)在铸型内配置通道型芯以及芯头型芯,并将熔融金属浇入铸型内。
(4)在熔融金属固化后,使通道型芯以及芯头型芯溶解。
在作为按照以上的步骤制造的动叶的端板的平台,除了供冷却空气流动的平台通道以外,会在制造过程中配置于铸型内的芯头型芯所存在的部分形成有芯头孔。
作为端板的平台的型芯孔是根据制造上的必要性而形成的。但是,对于动叶而言,因形成有该型芯孔而在动叶产生高应力。
因此,本发明的目的在于,提供一种虽然在端板形成有多个通道但能够抑制高应力的产生的叶片、具备该叶片的燃气轮机、以及叶片的制造方法。
技术方案
一种用于达到所述目的的发明的第一方案的叶片,具有:叶片体,配置于供燃烧气体流动的燃烧气体流路内并形成叶片形;以及端板,形成于所述叶片体的叶片高度方向的端部,所述端板具有:气路面,朝向所述燃烧气体流路侧;反气路面,朝向与所述气路面相反的一侧;端面,沿着所述气路面的边缘;多个通道,配置于所述气路面与所述反气路面之间并在沿着所述气路面的方向延伸;以及芯头孔,在作为所述端面的一部分的部分端面开口,多个所述通道在相对于所述部分端面的远近方向排列,所述芯头孔与多个所述通道中比靠近所述部分端面的外侧通道远离所述部分端面的内侧通道连通。
在该叶片中,芯头孔在端板的部分端面开口。因此,在该叶片中,在形成有该芯头孔的开口的部分端面附近产生应力。但是,由于端板的外周侧部分实质上是自由端,因此,在包括端板的部分端面的侧端部产生的应力极小。由此,在该叶片中,能够抑制芯头孔的开口附近的损伤。
此外,在该叶片中,能够使流经内侧通道的冷却空气经由芯头孔从端板的部分端面喷出。即,在该叶片中,能够将芯头孔用作供冷却空气穿过的空气通道。从端板的部分端面喷出的冷却空气对该部分端面进行冷却。
用于达到所述目的的发明的第二方案的叶片是,在所述第一方案的所述叶片中,从所述叶片高度方向观察,所述芯头孔的一部分与所述外侧通道重叠,所述芯头孔的所述一部分的所述叶片高度方向的位置与所述外侧通道的所述叶片高度方向的位置不同。
用于达到所述目的的发明的第三方案的叶片是,在所述第一或所述第二方案的所述叶片中,所述芯头孔相比于所述外侧通道穿过所述反气路面侧。
在该叶片中,多个通道相比于芯头孔穿过气路面侧。由此,在该叶片中,能够利用在多个通道内穿过的冷却空气有效地对端板的气路面进行冷却。
用于达到所述目的的发明的第四方案的叶片是,在所述第三方案的所述叶片中,所述芯头孔具有:第一延伸部,从所述内侧通道向所述反气路面侧延伸;以及第二延伸部,从所述第一延伸部的所述反气路面侧的端部向所述部分端面延伸。
用于达到所述目的的发明的第五方案的叶片是,在所述第三方案的所述叶片中,所述芯头孔具有随着从所述内侧通道靠近所述部分端面而逐渐靠近所述反气路面侧的倾斜孔部。
叶片的内侧通道有时会在内部放入管道镜而进行检查。在该叶片中,能够容易地将管道镜从芯头孔放入内侧通道内。因此,在该叶片中,能够容易地进行内侧通道的检查。
用于达到所述目的的发明的第六方案的叶片是,在所述第三至所述第五方案的任一所述叶片中,所述内侧通道具有相比于所述外侧通道向所述反气路面侧扩张的扩张部,所述芯头孔与所述内侧通道的所述扩张部连通。
在该叶片中,也能够容易地将管道镜从芯头孔放入内侧通道内。因此,在该叶片中,也能够容易地进行内侧通道的检查。
用于达到所述目的的发明的第七方案的叶片是,在所述第一至所述第六方案的任一所述叶片中,具有堵住所述部分端面的所述芯头孔的开口的塞子。
在无需利用来自芯头孔的冷却空气进行部分端面的冷却的情况下,可以用塞子堵住部分端面的芯头孔的开口。在动叶中,当燃气轮机旋转时,朝向径向外侧的离心力作用于该塞子。在该动叶中,即使塞子因该离心力欲向径向外侧移动,由于该塞子被芯头孔的内表面承接,因此难以偏离芯头孔。由此,在该动叶中,能够抑制端板的损伤。
用于达到所述目的的发明的第八方案的叶片是,在所述第七方案的所述叶片中,所述塞子具有使所述芯头孔内的冷却空气向外部喷出的贯通孔。
在该叶片中,通过适当调节贯通孔的内径,能够适当调节从部分端面喷出的冷却空气的流量。由此,在该叶片中,能够抑制冷却空气的使用量并且适当地对部分端面进行冷却。
用于达到所述目的的发明的第九方案的叶片是,在所述第一至所述第八方案的任一所述叶片中,多个所述通道分别在沿着所述部分端面的方向延伸,并在沿着所述部分端面的方向的端与在所述远近方向邻接的通道连通,由此,多个所述通道相互连通,形成一个蛇形通道。
一种用于达到所述目的的发明的第十方案的燃气轮机,具备:所述第一至所述第九方案的任一多个叶片;转子轴,装配有多个所述叶片;机室,覆盖多个所述叶片以及所述转子轴;以及燃烧器,在所述机室内,向配置有多个所述叶片的区域输送燃烧气体。
一种用于达到所述目的的发明的第十一方案的叶片的制造方法,其中,所述叶片具有:叶片体,配置于供燃烧气体流动的燃烧气体流路内并形成叶片形;以及端板,从所述叶片体的叶片高度方向的端部向具有相对于所述叶片高度方向垂直的成分的方向扩展,所述端板具有:气路面,朝向所述燃烧气体流路侧;反气路面,朝向与所述气路面相反的一侧;端面,沿着所述气路面的边缘;以及空气空间,供冷却空气流入,所述叶片的制造方法执行:铸型形成工序,形成铸型,所述铸型形成有与所述叶片的外形匹配的内部空间;型芯形成工序,形成与所述端板内的所述空气空间的形状匹配的外形的型芯;浇注工序,在所述铸型内配置所述型芯,并将熔融金属浇入所述铸型内;以及型芯溶解工序,在熔融金属固化后,使所述型芯溶解,在所述型芯形成工序中,作为所述型芯,其形成:通道型芯,分别形成多个通道,所述多个通道配置于所述端板的所述气路面与所述反气路面之间,在沿着所述气路面的方向延伸,在相对于作为所述端面的一部分的部分端面的远近方向排列;以及芯头型芯,形成芯头孔,所述芯头孔与多个所述通道中比靠近所述部分端面的外侧通道远离所述部分端面的内侧通道连通,在所述部分端面开口。
用于达到所述目的的发明的第十二方案的叶片的制造方法是,在所述第十一方案的所述叶片的制造方法中,在所述型芯溶解工序后,执行用塞子堵住所述部分端面的所述芯头孔的开口的封闭工序。
有益效果
根据本发明的一方案,能够在叶片抑制高应力的产生。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机的示意性剖面图。
图2是本发明的第一实施方式的动叶的立体图。
图3是表示本发明的第一实施方式的动叶的在沿着弧线的面上的剖面的剖面图。
图4是图3的IV-IV线剖面图。
图5是图4的V-V线剖面图。
图6是表示本发明的第一实施方式的动叶的制造步骤的流程图。
图7是在本发明的第一实施方式的动叶的制造过程中形成的铸型以及型芯的主要部分剖面图。
图8是表示比较例的动叶的在叶片厚度方向扩展的面上的剖面的主要部分剖面图。
图9是表示本发明的第一改进例的动叶的在叶片厚度方向扩展的面上的剖面的主要部分剖面图。
图10是表示本发明的第二改进例的动叶的在叶片厚度方向扩展的面上的剖面的主要部分剖面图。
图11是表示本发明的第三改进例的动叶的在叶片厚度方向扩展的面上的剖面的主要部分剖面图。
图12是本发明的第四改进例的动叶的相对于叶片高度方向垂直的剖面图。
图13是本发明的第二实施方式的动叶的侧视图。
图14是本发明的第二实施方式的动叶的剖面图。
图15是本发明的第二实施方式的尖端护罩的俯视图。
图16是本发明的第二实施方式的尖端护罩的剖面图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的各实施方式以及各种改进例进行详细地说明。
“第一实施方式”
如图1所示,作为本发明的第一实施方式的燃气轮机10具有:压缩机20,对空气A进行压缩;燃烧器30,在由压缩机20压缩后的空气A中使燃料F燃烧而生成燃烧气体G;以及涡轮40,通过燃烧气体G进行驱动。
压缩机20具有:压缩机转子21,以轴线Ar为中心进行旋转;压缩机机室25,覆盖压缩机转子21;以及多个静叶列26。涡轮40具有:涡轮转子41,以轴线Ar为中心进行旋转;涡轮机室45,覆盖涡轮转子41;以及多个静叶列46。
压缩机转子21和涡轮转子41位于同一轴线Ar上,相互连接而形成燃气轮机转子11。在该燃气轮机转子11例如连接有发电机GEN的转子。燃气轮机10还具备配置于压缩机机室25与涡轮机室45之间的中间机室14。燃烧器30装配于该中间机室14。压缩机机室25、中间机室14以及涡轮机室45相互连接而形成燃气轮机机室15。需要说明的是,以下,将轴线Ar延伸的方向设为轴向Da,将以该轴线Ar为中心的周向仅设为周向Dc,将相对于轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。此外,在轴向Da上,以涡轮40为基准,将压缩机20侧设为上游侧Dau,将其相反侧设为下游侧Dad。此外,在径向Dr上,将靠近轴线Ar的一侧设为径向内侧Dri,将其相反侧设为径向外侧Dro。
涡轮转子41具有:转子轴42,以轴线Ar为中心在轴向Da延伸;以及多个动叶列43,装配于该转子轴42。多个动叶列43在轴向Da排列。各动叶列43均由在周向Dc排列的多个动叶50构成。在多个动叶列43的各上游侧Dau,配置有静叶列46。各静叶列46设置于涡轮机室45的内侧。各静叶列46均由在周向Dc排列的多个静叶46a构成。
在转子轴42的外周侧与涡轮机室45的内周侧之间、且在轴向Da配置有静叶46a以及动叶50的环状的空间形成供来自燃烧器30的燃烧气体G流动的燃烧气体流路49。该燃烧气体流路49以轴线Ar为中心形成环状,在轴向Da长。
如图2所示,动叶50具有:叶片体51,形成叶片形;平台60,设置于叶片体51的叶片高度方向Dwh的端部;以及轴装配部90,从平台60向叶片体51的相反侧延伸。在该动叶50装配于转子轴42的状态下,叶片高度方向Dwh实质上为与径向Dr相同的方向。由此,在该状态下,以平台60为基准,在径向外侧Dro存在叶片体51,在径向内侧Dri存在轴装配部90。
叶片体51配置于燃烧气体流路49内。在该叶片体51形成有作为凸状的面的背侧面(负压面)54和作为凹状的面的腹侧面(正压面)55。背侧面54和腹侧面55通过叶片体51的前缘52和后缘53连接。在动叶50装配于转子轴42的状态下,前缘52相对于后缘53位于轴向Da的上游侧Dau。此外,在该状态下,背侧面54以及腹侧面55均朝向具有周向Dc的成分的方向。
平台60是从叶片体51的叶片高度方向Dwh的端部向具有相对于叶片高度方向Dwh垂直的成分的方向扩展的板状的构件。即,平台60是叶片体51的端板。在该平台60形成有:气路面61,朝向燃烧气体流路49侧;反气路面62,与气路面61处于背靠背的关系;以及端面63、64,沿着气路面61的边缘。如图4所示,作为端面63、64,其具有:一对侧端面63,朝向在具有与叶片高度方向Dwh以及叶片弦方向Dwc垂直的成分的宽度方向Dwp相互相反的一侧;以及一对前后端面64,朝向在叶片弦方向Dwc相互相反的一侧。需要说明的是,叶片弦方向Dwc是指与叶片弦Lco平行的方向。在动叶50装配于转子轴42的状态下,包含轴向Da的成分的方向为叶片弦方向Dwc,包含周向Dc的成分的方向为宽度方向Dwp。此外,以下,在叶片弦方向Dwc上,将相对于叶片体51的后缘53存在前缘52的一侧设为前侧Dwf,将前侧Dwf的相反侧设为后侧Dwb。而且,以下,在该宽度方向Dwp上,将相对于叶片体51的腹侧面55存在背侧面54的一侧设为背侧Dpn,将该背侧Dpn的相反侧仅设为腹侧Dpp。此外,如图2所示,在叶片高度方向Dwh上,将相对于反气路面62存在气路面61的一侧设为气路侧Dwhp,将相反侧设为反气路侧Dwha。
平台60的气路面61是在具有相对于叶片高度方向Dwh垂直的成分的方向扩展的面。一对侧端面63均在具有相对于宽度方向Dwp垂直的成分的方向扩展,与气路面61相连。此外,一对前后端面64均在具有相对于叶片弦方向Dwc垂直的成分的方向扩展,与气路面61相连。在一对侧端面63中,一方的侧端面63形成背侧端面63n,另一方的侧端面63形成腹侧端面63p。背侧端面63n相对于腹侧端面63p存在于背侧Dpn。此外,在一对前后端面64中,一方的前后端面64形成前端面64f,另一方的前后端面64形成后端面64b。前端面64f相对于后端面64b存在于前侧Dcf。背侧端面63n与腹侧端面63p平行。此外,前端面64f与后端面64b平行。因此,如图4所示,当从叶片高度方向Dwh观察平台60时,形成平行四边形。在动叶50装配于转子轴42的状态下,前端面64f以及后端面64b为与轴向Da垂直的面。此外,在该状态下,前端面64f相对于后端面64b位于轴向Da的上游侧Dau。
如图2所示,轴装配部90具有:柄91,从平台60向在叶片高度方向Dwh上叶片体51的相反侧、即反气路侧Dwha延伸;以及叶片根92,从柄91向反气路侧Dwha延伸。叶片根92的相对于叶片弦Lco垂直的剖面形状形成圣诞树形状。该叶片根92嵌入转子轴42(参照图1)的叶片根槽(未图示)。
如图2~图4所示,在动叶50形成有在叶片高度方向Dwh延伸的多个叶片通道71。各叶片通道71均在叶片体51、平台60、轴装配部90相连而形成。多个叶片通道71沿着叶片体51的弧线Lca(参照图4)排列。邻接的叶片通道71在叶片高度方向Dwh的端的部分相互连通。此外,在多个叶片通道71中,至少一个叶片通道71在叶片根92的叶片高度方向Dwh的端开口。在该叶片通道71,来自形成于转子轴42的冷却空气通道的冷却空气Ac从该开口流入。
本实施方式的动叶50例如形成有三个叶片通道71。在这三个叶片通道71中,将最前侧Dwf的叶片通道71设为第一叶片通道71a,将与该第一叶片通道71a的后侧Dwb邻接的叶片通道71设为第二叶片通道71b,将与该第二叶片通道71b的后侧Dwb邻接的叶片通道71设为第三叶片通道71c。第三叶片通道71c在叶片根92的叶片高度方向Dwh上的反气路侧Dha的端开口。第三叶片通道71c与第二叶片通道71b在叶片高度方向Dwh上的气路侧Dwhp的部分连通。此外,第二叶片通道71b与第一叶片通道71a在叶片高度方向Dwh上的反气路侧Dwha的部分连通。在叶片通道71形成有在叶片体51的外表面开口的多个叶片表面喷出通道72。例如,在第三叶片通道71c形成有从该第三叶片通道71c向后侧Dwb延伸并在叶片体51的外表面开口的多个叶片表面喷出通道72。此外,在第一叶片通道71a形成有从该第一叶片通道71a向前侧Dwf延伸并在叶片体51的外表面开口的多个叶片表面喷出通道72。
叶片体51在冷却空气Ac流经叶片通道71内的过程中被对流冷却。此外,流入叶片通道71的冷却空气Ac流入叶片表面喷出通道72,从该叶片表面喷出通道72流出到燃烧气体流路49内。因此,叶片体51的前缘52以及后缘53等在冷却空气Ac流经叶片表面喷出通道72的过程中被冷却。而且,从叶片表面通道72流出到燃烧气体流路49的冷却空气Ac的一部分局部地覆盖叶片体51的表面还起到作为膜空气的作用。
在平台60形成有平台通道81,该平台通道81在该平台60内在沿着气路面61的方向延伸。如图4所示,作为平台通道81,其具有:背侧平台通道81n,以叶片体51为基准形成于背侧Dpn;以及腹侧平台通道81p,以叶片体51为基准形成于腹侧Dpp。
背侧平台通道81n具有流入通道82n、侧端通道83n、蛇形第一通道84n以及蛇形第二通道85n。
流入通道82n从第一叶片通道71a的内表面中背侧Dpn的内表面向背侧Dpn延伸至背侧端面63n的附近位置。侧端通道83n从流入通道82n的背侧Dpn的端沿着背侧端面63n向后侧Dwb延伸。蛇形第一通道84n从侧端通道83n的后侧Dwb的端向腹侧Dpp延伸。蛇形第二通道85n从蛇形第一通道84n的腹侧Dpp的端向背侧Dpn延伸。该蛇形第二通道85n在平台60的背侧端面63n开口。蛇形第一通道84n以及蛇形第二通道85n均在沿着后端面64b的方向延伸。蛇形第一通道84n和蛇形第二通道85n在相对于后端面64b的远近方向排列。需要说明的是,在本申请中,两个通道在相对于端面的远近方向排列是指,两个通道的距离端面的距离相互不同,并且从相对于端面的远近方向观察时两个通道的一部分重叠。蛇形第二通道85n相对于后端面64b位于比蛇形第一通道84n近的一侧,形成外侧通道。此外,蛇形第一通道84n相对于后端面64b位于比蛇形第二通道85n远的一侧,形成内侧通道。蛇形第一通道84n与蛇形第二通道85n在各自的腹侧Dpp的端相互连通。由此,通过蛇形第一通道84n和蛇形第二通道85n形成在沿着后端面64b的方向蛇行的一个蛇形通道。需要说明的是,作为端板的平台的后端面64b形成相对于蛇形第一通道84n以及蛇形第二通道85n的部分端面。
腹侧平台通道81p具有流入通道82p、蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p。
流入通道82p从第一叶片通道71a的内表面中腹侧Dpp的内表面向腹侧Dpp延伸。蛇形第一通道83p从流入通道82p的腹侧Dpp的端向后侧Dwb延伸。蛇形第二通道84p从蛇形第一通道83p的后侧Dwb的端向前侧Dwf延伸。蛇形第三通道85p从蛇形第二通道84p的前侧Dwf的端向后侧Dwb延伸。该蛇形第三通道85p在平台的后端面64b开口。蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p、以及蛇形第三通道85p均在沿着腹侧端面63p的方向延伸。蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p在相对于腹侧端面63p的远近方向排列。蛇形第三通道85p相对于腹侧端面63p位于比蛇形第一通道83p以及第二蛇形通道近的一侧,形成外侧通道。此外,蛇形第二通道84p相对于腹侧端面63p位于比蛇形第三通道85p远的一侧,形成内侧通道。蛇形第一通道83p相对于腹侧端面63p位于比蛇形第二通道84p远的一侧,形成内侧通道。蛇形第一通道83p与蛇形第二通道84p在各自的后侧Dwb的端相互连通。此外,蛇形第二通道84p与蛇形第三通道85p在各自的前侧Dwf的端相互连通。由此,通过蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p形成在沿着腹侧端面63p的方向蛇行的一个蛇形通道。需要说明的是,作为端板的平台60的腹侧端面63p形成相对于蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p的部分端面。
在平台60还形成有侧端芯头孔75n、背侧第一芯头孔76n、背侧第二芯头孔77n、腹侧第一芯头孔75p、腹侧第二芯头孔76p以及腹侧第三芯头孔77p。
侧端芯头孔75n与平台通道81的侧端通道83n连通。该侧端芯头孔75n从侧端通道83n向反气路侧Dwha延伸,在平台60的反气路面62开口。背侧第一芯头孔76n与背侧平台通道81n的蛇形第一通道84n连通。该背侧第一芯头孔76n从该蛇形第一通道84n向后侧Dwb延伸,在平台60的后端面64b开口。背侧第二芯头孔77n与背侧平台通道81n的蛇形第二通道85n连通。该背侧第二芯头孔77n从该蛇形第二通道85n向后侧Dwb延伸,在平台60的后端面64b开口。腹侧第一芯头孔75p与腹侧平台通道81p的蛇形第一通道83p连通。该腹侧第一芯头孔75p从该蛇形第一通道83p向腹侧Dpp延伸,在平台60的腹侧端面63p开口。腹侧第二芯头孔76p与腹侧平台通道81p的蛇形第二通道84p连通。该腹侧第二芯头孔76p从该蛇形第二通道84p向腹侧Dpp延伸,在平台60的腹侧端面63p开口。腹侧第三芯头孔77p与腹侧平台通道81p的蛇形第三通道85p连通。该腹侧第三芯头孔77p从该蛇形第三通道85p向反气路侧Dwha延伸,在平台60的反气路面62开口。平台60的各芯头孔的开口由塞子78堵住。
需要说明的是,此处的侧端芯头孔75n在平台60的反气路面62开口。但是,侧端芯头孔75n也可以从侧端通道83n向背侧Dpn延伸并在平台60的背侧端面63n开口。此外,此处的腹侧第三芯头孔77p也在平台60的反气路面62开口。但是,腹侧第三芯头孔77p也可以从腹侧平台通道81p的蛇形第三通道85p向腹侧Dpp延伸并在平台60的腹侧端面63p开口。
如图5所示,腹侧第一芯头孔75p具有:第一延伸部75pa,从腹侧平台通道81p的蛇形第一通道83p向反气路侧Dwha延伸;以及第二延伸部75pb,从第一延伸部75pa的反气路侧Dwha的端部向腹侧Dpp延伸,并在腹侧端面63p开口。该第二延伸部75pb相对于腹侧平台通道81p的蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p穿过反气路侧Dwha。由此,如图4所示,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,腹侧第一芯头孔75p的第二延伸部75pb的一部分与腹侧平台通道81p的蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p重叠。换言之,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:腹侧第一芯头孔75p的第二延伸部75pb与腹侧平台通道81p的蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p交叉。第二延伸部75pb的背侧端面63n的开口如前所述由塞子78堵住。该塞子78通过焊接等接合于平台60。在该塞子78形成有使冷却空气从腹侧第一芯头孔75p向外部喷出的贯通孔79。
虽然未进行图示,但腹侧第二芯头孔76p也与腹侧第一芯头孔75p同样地具有:第一延伸部,从腹侧平台通道81p的蛇形第二通道84p向反气路侧Dwha延伸;以及第二延伸部,从第一延伸部的反气路侧Dwha的端部向腹侧Dpp延伸,并在腹侧端面63p开口。该第二延伸部也与腹侧第一芯头孔75p的第二延伸部75pb同样地相对于腹侧平台通道81p的蛇形第三通道85p穿过反气路侧Dwha。由此,如图4所示,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:腹侧第二芯头孔76p的第二延伸部75pb与腹侧平台通道81p的蛇形第三通道85p交叉。
虽然未进行图示,但背侧第一芯头孔76n具有:第一延伸部,从背侧平台通道81n的蛇形第一通道84n向反气路侧Dwha延伸;以及第二延伸部,从第一延伸部的反气路侧Dwha的端部向后侧Dwb延伸,并在后端面64b开口。该第二延伸部相对于背侧平台通道81n的蛇形第二通道85n穿过反气路侧Dwha。由此,如图4所示,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:背侧第一芯头孔76n的第二延伸部与背侧平台通道81n的蛇形第二通道85n交叉。
接着,按照图6所示的流程图,对以上说明的动叶50的制造方法进行说明。
首先,通过铸造形成动叶50的中间品(S1:中间品形成工序)。在该中间品形成工序(S1)中,执行铸型形成工序(S2)、型芯形成工序(S3)、浇注工序(S4)以及型芯溶解工序(S5)。
在铸型形成工序(S2)中形成铸型,该铸型形成有与动叶50的外形匹配的内部空间。在该铸型形成工序(S2)中,例如,通过脱蜡法形成铸型。在脱蜡法中,首先形成再现动叶50的外形的蜡模型。接着,在含有耐火粉末等的浆料中放入蜡模型后,使该浆料干燥。然后,从干燥后的浆料中除去蜡模型,将其作为铸型。
在型芯形成工序(S3)中,形成与叶片通道71的形状匹配的外形的叶片通道型芯、与平台通道81的形状匹配的外形的平台通道型芯、与各芯头孔的形状匹配的外形的芯头型芯。作为平台通道型芯,其具有与腹侧平台通道81p的形状匹配的外形的腹侧平台通道型芯和与背侧平台通道81n的形状匹配的外形的背侧平台通道型芯。
作为芯头型芯,其具有:与侧端芯头孔75n的形状匹配的外形的侧端芯头型芯、与背侧第一芯头孔76n的形状匹配的背侧第一芯头型芯、以及与背侧第二芯头孔77n的形状匹配的外形的背侧第二芯头型芯。这些芯头型芯均与背侧平台通道型芯一体形成。而且,作为芯头型芯,其具有:与腹侧第一芯头孔75p的形状匹配的外形的腹侧第一芯头型芯、与腹侧第二芯头孔76p的形状匹配的外形的腹侧第二芯头型芯、以及与腹侧第三芯头孔77p的形状匹配的外形的腹侧第三芯头型芯。
这些芯头型芯均与腹侧平台通道型芯一体形成。各型芯均由矾土等陶瓷形成。该型芯形成工序(S3)既可以与铸型形成工序(S2)并行执行,也可以相对于铸型形成工序(S2)先后执行。
如图7所示,在浇注工序(S4)中,在铸型95内配置叶片通道型芯96、平台通道型芯97、芯头型芯98,并将熔融金属浇入铸型95内。
熔融金属例如为耐热性高的镍基合金等的熔融物。在铸型95形成有从其内表面向外表面侧凹陷并供芯头型芯98的端部***的型芯保持孔95a。芯头型芯98的端部***该型芯保持孔95a。因此,芯头型芯98保持于铸型95。如前所述,平台通道型芯97与芯头型芯98一体。因此,平台通道型芯97经由芯头型芯98保持于铸型95。即,芯头型芯98起到用于规定平台通道型芯97在铸型95内的位置并保持该位置的作用。
浇入铸型95内的熔融金属固化后,执行型芯溶解工序(S5)。在该型芯溶解工序(S5)中,利用碱性水溶液对陶瓷制的各型芯进行溶解。此时,由各芯头型芯形成的芯头孔将碱性水溶液导向由平台通道型芯形成的平台通道,另一方面,起到将该碱性水溶液排出到外部的作用。
以上,中间品形成工序(S1)结束,动叶50的中间品完成。
接着,用塞子78堵住平台60的端面的各型芯孔的开口(S6:封闭工序)。在该封闭工序(S6)中,在平台60中装配塞子78的部分通过机械加工等形成底孔,将塞子78***该底孔。然后,通过焊接等将该塞子78与平台60接合。需要说明的是,底孔的内径通常形成为比型芯孔的内径大。
需要说明的是,在形成于中间品的叶片通道71与平台通道81不连通的情况下,在该封闭工序(S6)前后,通过电解加工或放电加工等,形成使叶片通道71与平台通道81连通的连通孔。
接着,对经过了封闭工序(S6)的中间品实施精加工处理,完成动叶50(S7:精加工工序)。在精加工工序(S7)中,例如对中间品的外表面进行研磨。此外,根据需要,对中间品的外表面实施耐热涂覆。
接着,对本实施方式的动叶50的效果进行说明。首先,对比较例的动叶50z进行说明。
如图8所示,比较例的动叶50z也具有叶片体51、平台60以及轴装配部90。在叶片体51、平台60以及轴装配部90的内部,形成有在叶片高度方向Dwh延伸并供冷却空气Ac流动的叶片通道71。在平台60形成有:气路面61,朝向叶片高度方向Dwh并与燃烧气体接触;以及反气路面62,与气路面61处于背靠背的关系。而且,在该平台60形成有在沿着气路面61的方向延伸的平台通道81z和芯头孔75z。比较例的平台通道81z是与图4以及图5所示的本实施方式的腹侧平台通道81p相同的构成。即,比较例的平台通道81z具有在沿着腹侧端面63p的方向延伸的蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p。通过蛇形第一通道83p、蛇形第二通道84p以及蛇形第三通道85p形成在沿着腹侧端面63p的方向蛇行的一个蛇形通道。
在作为内侧通道的蛇形第一通道83p,与图5所示的本实施方式的蛇形第一通道83p同样地与芯头孔75z连通。不过,该芯头孔75z从蛇形第一通道83p向反气路侧Dwha呈直线延伸,在平台60与轴装配部90的交界附近开口。
动叶50的叶片体51的顶端是自由端,除了离心力以外,来自燃烧气体的力也作用于该叶片体51。另一方面,动叶50的轴装配部90固定于转子轴42(参照图1)。因此,在轴装配部90与平台60的交界附近产生高应力。因此,在许多动叶50中,为了缓和在轴装配部90与平台60的交界附近产生的应力,轴装配部90的柄91随着靠***台60而宽度方向Dwp的厚度逐渐变厚。由此,柄91的腹侧Dpp的表面形成随着靠***台60的反气路面62而逐渐朝向平台60的腹侧Dpp那样的平滑的曲面。但是,在轴装配部90与平台60的交界附近,例如与平台60的腹侧Dpp的端等相比产生高应力。因此,当在这样的部分形成有芯头孔75z的开口时,在该部分产生应力。
并且,开口的附近容易集中应力。而且,当在曲面中形成有芯头孔75z的开口时,产生该曲面与芯头孔75z的内周面所成的角伐的角度为锐角的部分,在该部分产生更高应力。
因此,在比较例的动叶50z中,芯头孔75z的开口附近容易损伤。
另一方面,在本实施方式中,如图5所示,与作为内侧通道的蛇形第一通道83p连通的腹侧第一芯头孔75p在平台60的腹侧端面63p开口。因此,在本实施方式中,也在形成有该腹侧第一芯头孔75p的开口的部分产生应力。但是,由于平台60的外周侧部分实质上是自由端,因此,在包括平台60的腹侧端面63p的侧端产生的、由离心力或气体力引起的应力极小。此外,该腹侧端面63p与腹侧第一芯头孔75p的内表面所成的角的角度大致为90°而不为锐角,在腹侧第一芯头孔75p的开口周围不产生高应力。由此,在本实施方式中,能够抑制腹侧第一芯头孔75p的开口附近的损伤。
而且,在本实施方式中,流经蛇形第一通道83p的冷却空气经由腹侧第一芯头孔75p、塞子78的贯通孔79从平台60的腹侧端面63p喷出。即,在本实施方式中,将腹侧第一芯头孔75p用作供冷却空气Ac穿过的空气通道。从平台60的腹侧端面63p喷出的冷却空气Ac对该腹侧端面63p进行冷却,并且对与该静叶的腹侧Dpp邻接的其他静叶的背侧端面63n进行冷却。由此,在本实施方式中,与比较例相比,能够对平台60的腹侧端面63p进行冷却。此外,在本实施方式中,通过适当调节塞子78的贯通孔79的内径,能够适当调节从腹侧端面63p喷出的冷却空气Ac的流量。由此,在本实施方式中,能够抑制冷却空气Ac的使用量并且适当地对腹侧端面63p进行冷却。
此外,本实施方式的腹侧第二芯头孔76p也与以上说明的腹侧第一芯头孔75p同样地在平台60的腹侧端面63p开口。因此,能够抑制腹侧第二芯头孔76p的开口附近的损伤,并且能够对平台60的腹侧端面63p进行冷却。而且,本实施方式的背侧第一芯头孔76n在平台60的后端面64b开口。因此,能够抑制背侧第一芯头孔76n的开口附近的损伤,并且能够对平台60的后端面64b进行冷却。
如上所述,在本实施方式中,能够抑制伴随芯头孔的形成而产生的动叶50的损伤。而且,在本实施方式中,能够对平台60的端面的一部分进行冷却。
需要说明的是,在本实施方式中,背侧平台通道81n具有蛇形通道。但是,背侧平台通道81n也可以不具有蛇形通道。此外,在本实施方式中,背侧平台通道81n的后侧Dwb的部分形成蛇形通道。但是,也可以使背侧平台通道81n的前侧Dwf的部分也形成蛇形通道,或者仅前侧Dwf的部分形成蛇形通道。而且,背侧平台通道81n的蛇形通道也可以在沿着平台60的背侧端面63n、前端面64f的方向蛇行。在该情况下,与作为该蛇形通道的一部分的内侧通道连通的芯头孔在背侧端面63n或前端面64f开口。此外,本实施方式的腹侧平台通道81p的蛇形通道在沿着腹侧端面63p的方向蛇行。但是,腹侧平台通道81p的蛇形通道也可以在沿着平台60的前端面64f或后端面64b的方向蛇行。在该情况下,与作为该蛇形通道的一部分的内侧通道连通的芯头孔在前端面64f或后端面64b开口。
“动叶的第一改进例”
参照图9,对上述实施方式的动叶的第一改进例进行说明。
在本改进例的动叶50a中,不用塞子78堵住平台60的部分端面(腹侧端面)63p的芯头孔75p的开口。由此,在本改进例中,能够进一步对平台60的部分端面63p进行冷却。
需要说明的是,在无需将平台60的部分端面63p利用从该部分端面63p喷出的冷却空气Ac进行冷却的情况下,也可以用未形成有贯通孔79的塞子堵住该部分端面63p的芯头孔75p的开口。
“动叶的第二改进例”
参照图10,对上述实施方式的动叶的第二改进例进行说明。
如图5所示,上述实施方式的芯头孔75p具有:第一延伸部75pa,从蛇形通道的内侧通道83p向反气路侧Dwha延伸;以及第二延伸部75pb,从第一延伸部75pa的反气路侧Dwha的端部向平台60的部分端面63p侧延伸,并在该部分端面63p开口。
本改进例的动叶50b的芯头孔75pc具有从蛇形通道的内侧通道83p向随着靠近部分端面63p而逐渐靠近反气路面62侧的一侧呈直线延伸的倾斜孔部75pd。倾斜孔部75pd在该部分端面63p开口。
形成于动叶的空气通道有时会在内部放入管道镜而进行检查。
在本改进例中,能够容易地将管道镜从芯头孔75pc放入内侧通道83p内。因此,在本改进例中,能够容易地进行内侧通道83p的检查。
需要说明的是,在本改进例中,也与第一改进例同样地,可以不用塞子堵住部分端面63p的芯头孔75pc的开口。此外,在本改进例中,也可以不在塞子78形成有贯通孔79。
“动叶的第三改进例”
参照图11,对上述实施方式的动叶的第三改进例进行说明。
本改进例的动叶50c的芯头孔75pe也与第二改进例的芯头孔75pc同样地是从蛇形通道的内侧通道83p朝向平台60的部分端面63p呈直线延伸的孔。不过,本改进例的芯头孔75pe与第二改进例的芯头孔75pc不同,是从蛇形通道的内侧通道83p与气路面61大致平行地朝向平台60的部分端面63p呈直线延伸的孔。
在本改进例中,由于使芯头孔75pe与气路面61大致平行,因此,蛇形通道的内侧通道83p具有向反气路侧Dwha扩张的扩张部83pe。芯头孔75pe从该扩张部83pe的内表面中的部分端面63p侧的内表面与气路面61大致平行地朝向平台60的部分端面63p呈直线延伸。
在本改进例中,也与第二改进例同样地,能够容易地将管道镜从芯头孔75pe放入内侧通道83p内。因此,在本改进例中,也能够容易地进行内侧通道83p的检查。
需要说明的是,在本改进例中,也与第一改进例同样地,可以不用塞子堵住部分端面63p的芯头孔75pe的开口。此外,在本改进例中,也可以不在塞子78形成有贯通孔79。
此外,对于上述实施方式以及上述第二改进例的内侧通道83p,也可以具有本改进例的扩张部83pe。在上述实施方式的内侧通道83p具有扩张部83pe的情况下,芯头孔75p的第一延伸部75pa从该扩张部83pe向反气路侧Dwha延伸。此外,在上述第二改进例的内侧通道83p具有扩张部83pe的情况下,芯头孔75pc的倾斜孔部75pd从该扩张部83pe延伸。“动叶的第四改进例”
参照图12,对上述实施方式的动叶的第四改进例进行说明。
在本改进例的动叶50d的平台60,作为腹侧平台通道具有第一腹侧平台通道81pa和第二腹侧平台通道81pb。第一腹侧平台通道81pa具有流入通道82pa、侧端通道83pa以及流出通道84pa。第二腹侧平台通道81pb具有流入通道82pb、侧端通道83pb以及流出通道84pb。
第一腹测平台通道81pa的流入通道82pa从第一叶片通道71a的内表面中腹侧Dpp的内表面向腹侧Dpp延伸至腹侧端面63p的附近位置。第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa从流入通道82pa的腹侧Dpp的端沿着腹侧端面63p向后侧Dwb延伸。第一腹侧平台通道81pa的流出通道84pa从侧端通道83pa的后侧Dwb的端向腹侧Dpp延伸,与第三叶片通道71c连通。第二腹侧平台通道81pb的流入通道82pb从第二叶片通道71b的内表面中腹侧Dpp的内表面向腹侧Dpp延伸。第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb从流入通道82pb的腹侧Dpp的端沿着腹侧端面63p向后侧Dwb延伸。第二腹侧平台通道81pb的流出通道84pb从侧端通道83pb的后侧Dwb的端向腹侧Dpp延伸,与第三叶片通道71c连通。如以上所说明,第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa和第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb均在沿着腹侧端面63p的方向延伸。此外,第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa和第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb在相对于腹侧端面63p的远近方向排列。第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa相对于腹侧端面63p位于比第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb近的一侧,形成外侧通道。此外,第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb相对于腹侧端面63p位于比第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa远的一侧,形成内侧通道。需要说明的是,作为端板的平台60的腹侧端面63p形成相对于第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa以及第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb的部分端面。
在平台60还形成有侧端芯头孔77p和腹侧芯头孔76p。
侧端芯头孔77p与第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa连通。该侧端芯头孔77p从侧端通道83pa向反气路侧Dwha延伸,在平台60的反气路面62开口。腹侧芯头孔76p与第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb连通。该腹侧芯头孔76p从第二腹侧平台通道81pb的侧端通道83pb向腹侧Dpp延伸,相对于第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa穿过反气路侧Dwha,并在平台60的腹侧端面63p开口。由此,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:该腹侧芯头孔76p与第一腹侧平台通道81pa的侧端通道83pa交叉。各芯头孔76p、77p的开口由塞子78堵住。
如上所述,如果两个通道相对于端面在远近方向排列,则即使这两个通道不形成一个蛇形通道,也可以形成从两个通道中的内侧通道延伸至端面的芯头孔。
需要说明的是,在本改进例中,是对第一实施方式的腹侧平台通道81p进行变更的例子,但也可以与以上同样地对第一实施方式的背侧平台通道81n进行变更。此外,在本改进例中,也与第一改进例同样地,可以不用塞子78堵住芯头孔的开口。此外,在本改进例中,作为芯头孔的形态,也可以采用第二改进例、第三改进例的形态。
“动叶的第二实施方式”
参照图13~图16,对动叶的第二实施方式进行说明。
如图13所示,本实施方式的动叶100具有:叶片体151,形成叶片形;平台160,设置于叶片体151的叶片高度方向Dwh的一方的端部;以及轴装配部190,从平台160向叶片体151的相反侧延伸。而且,该动叶100具有设置于叶片体151的叶片高度方向Dwh的一方的端部的尖端护罩110。在该动叶100中,平台160以及尖端护罩110均是设置于叶片体151的叶片高度方向Dwh的端的端板。这样的动叶100例如作为构成涡轮的多个动叶列中的下游侧的动叶列的动叶被采用。
如图14所示,在本实施方式的动叶100形成有在叶片高度方向Dwh延伸的多个叶片通道171。各叶片通道171在尖端护罩110、叶片体151、平台160、轴装配部190相连而形成。
虽然未进行图示,但与第一实施方式的动叶50同样地,在平台160形成有平台通道、以及芯头孔。
尖端护罩110具有:板状的护罩主体120,从叶片高度方向Dwh的端部向具有相对于叶片高度方向Dwh垂直的成分的方向扩展;以及第一尖端散热片111及第二尖端散热片112,设置于该护罩主体120。
在护罩主体120形成有:气路面121,朝向燃烧气体流路49侧;反气路面122,与气路面121处于背靠背的关系;以及端面123、124。护罩主体120的气路面121是在具有相对于叶片高度方向Dwh垂直的成分的方向扩展的面。在此,在该护罩主体120中,在叶片高度方向Dwh上,也将相对于反气路面122存在气路面121的一侧设为气路侧Dwhp,将相反侧设为反气路侧Dwha。不过,在该动叶100装配于转子轴的状态下,平台160的气路侧Dwhp为径向外侧Dro,反气路侧Dwha为径向内侧Dri,与之相对,护罩主体120的气路侧Dwhp为径向内侧Dri,反气路侧Dwha为径向外侧Dro。
第一尖端散热片111以及第二尖端散热片112均从护罩主体120的反气路面122向反气路侧Dwha突出。如图15所示,在该动叶100装配于转子轴的状态下,第一尖端散热片111以及第二尖端散热片112均在周向Dc延伸。第一尖端散热片111相对于第二尖端散热片112位于前侧Dwf。
作为护罩主体120的端面123、124,其具有:一对前后端面124,朝向在叶片弦方向Dwc相互相反的一侧;以及一对侧端面123,朝向在具有与叶片高度方向Dwh以及叶片弦方向Dwc垂直的成分的宽度方向Dwp相互相反的一侧。一对前后端面124均在具有相对于叶片弦方向Dwc垂直的成分的方向扩展,与气路面121相连。在一对前后端面124中,一方的前后端面124形成前端面124f,另一方的前后端面124形成后端面124b。前端面124f相对于后端面124b存在于前侧Dwf。在该动叶100装配于转子轴的状态下,一对前后端面124在周向Dc延伸。
在一对侧端面123中,一方的侧端面123形成背侧端面123n,另一方的侧端面123形成腹侧端面123p。背侧端面123n相对于腹侧端面123p存在于背侧Dpn。背侧端面123n具有背侧第一端面123na、背侧第二端面123nb、背侧第三端面123nc。此外,腹侧端面123p具有腹侧第一端面123pa、腹侧第二端面123pb、腹侧第三端面123pc。背侧第一端面123na与腹侧第一端面123pa相互平行。背侧第二端面123nb与腹侧第二端面123pb相互平行。背侧第三端面123nc与腹侧第三端面123pc相互平行。背侧第一端面123na以及腹侧第一端面123pa均实质上在叶片弦方向Dwc延伸。背侧第二端面123nb从背侧第一端面123na的后侧Dwb的端实质上向背侧Dpn延伸。腹侧第二端面123pb从腹侧第一端面123pa的后侧Dwb的端实质上向腹侧Dpn延伸。背侧第三端面123nc从背侧第二端面123nb的背侧Dpn的端实质上向叶片弦方向Dwc延伸。腹侧第三端面123pc从腹侧第二端面123pb的背侧Dpn的端实质上向叶片弦方向Dwc延伸。需要说明的是,实质上向叶片弦方向Dwc延伸是指,作为面延伸的方向成分,在叶片弦方向Dwc成分、叶片高度方向Dwh成分、以及宽度方向Dwp成分中,叶片弦方向Dwc成分最多。
如图14所示,四个叶片通道171到达护罩主体120。四个叶片通道171沿着叶片体151的弧线排列。如图16所示,在该护罩主体120形成有护罩通道181和芯头孔175。
作为护罩通道181,其具有第一背侧护罩通道182n、第二背侧护罩通道183n、第一腹侧护罩通道182p以及第二腹侧护罩通道186p。
第一背侧护罩通道182n与四个叶片通道171中从前侧Dwf起第二个的第二叶片通道171b连通。该第一背侧护罩通道182n从第二叶片通道171b朝向背侧第一端面123na呈直线延伸,并在该背侧第一端面123na开口。
第二背侧护罩通道183n具有蛇形第一通道184n和蛇形第二通道185n。
蛇形第一通道184n以及蛇形第二通道185n均在沿着后端面124b的方向延伸。蛇形第一通道184n和蛇形第二通道185n在相对于后端面124b的远近方向排列。蛇形第二通道185n相对于后端面124b位于比蛇形第一通道184n近的一侧,形成外侧通道。此外,蛇形第一通道184n相对于后端面124b位于比蛇形第二通道185n远的一侧,形成内侧通道。蛇形第一通道184n和蛇形第二通道185n在各自的背侧Dpn的端相互连通。由此,通过蛇形第一通道184n和蛇形第二通道185n,形成在沿着后端面124b的方向蛇行的一个蛇形通道。蛇形第二通道185n在护罩主体120的后端面124b开口。需要说明的是,作为端板的尖端护罩110的后端面124b形成相对于蛇形第一通道184n以及蛇形第二通道185n的部分端面。蛇形第一通道184n的腹侧Dpp的端与四个叶片通道171中最后侧Dwb的第四叶片通道171d连通。
第一腹侧护罩通道182p具有蛇形第一通道183p、蛇形第二通道184p以及蛇形第三通道185p。
蛇形第一通道183p、蛇形第二通道184p、蛇形第三通道185p均在沿着前端面124f的方向延伸。蛇形第一通道183p、蛇形第二通道184p和蛇形第三通道185p在相对于前端面124f的远近方向排列。蛇形第一通道183p相对于前端面124f位于比蛇形第二通道184p以及蛇形第三通道185p近的一侧,形成外侧通道。此外,蛇形第二通道184p相对于前端面124f位于比蛇形第一通道183p远的一侧,形成内侧通道。蛇形第三通道185p相对于前端面124f位于比蛇形第二通道184p远的一侧,形成内侧通道。蛇形第一通道183p的背侧Dpn的端与四个叶片通道171中最前侧Dwf的第一叶片通道171a连通。蛇形第一通道183p与蛇形第二通道184p在各自的腹侧Dpp的端相互连通。此外,蛇形第二通道184p与蛇形第三通道185p在各自的背侧Dpn的端相互连通。由此,通过蛇形第一通道183p、蛇形第二通道184p以及蛇形第三通道185p,形成在沿着前端面124f的方向蛇行的一个蛇形通道。蛇形第三通道185p在护罩主体120的腹侧第一端面123pa开口。需要说明的是,作为端板的尖端护罩110的前端面124f形成相对于蛇形第一通道183p、蛇形第二通道184p以及蛇形第三通道185p的部分端面。
第二腹侧护罩通道186p与四个叶片通道171中从前侧Dwf起第三个的第三叶片通道171c连通。该第二腹侧护罩通道186p从第三叶片通道171c朝向腹侧第二端面123pb呈直线延伸,并在该腹侧第二端面123pb开口。
作为芯头孔175,其具有背侧第一芯头孔176n、背侧第二芯头孔177n、腹侧第一芯头孔176p、腹侧第二芯头孔177p以及腹侧第三芯头孔178p。
背侧第一芯头孔176n与第二背侧护罩通道183n的蛇形第一通道184n连通。该背侧第一芯头孔176n从蛇形第一通道184n向后侧Dwb延伸,在护罩主体120的后端面124b开口。该背侧第一芯头孔176n相比于第二背侧护罩通道183n的蛇形第二通道185n穿过反气路侧Dwha。由此,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:该背侧第一芯头孔176n与第二背侧护罩通道183n的蛇形第二通道185n交叉。
背侧第二芯头孔177n与第二背侧护罩通道183n的蛇形第二通道185n连通。该背侧第二芯头孔177n从该蛇形第二通道185n向后侧Dwb延伸,在护罩主体120的后端面124b开口。
腹侧第一芯头孔176p与第一腹侧护罩通道182p的蛇形第一通道183p连通。该腹侧第一芯头孔176p从蛇形第一通道183p向前侧Dwf延伸,在护罩主体120的前端面124f开口。
腹侧第二芯头孔177p与第一腹侧护罩通道182p的蛇形第二通道184p连通。该腹侧第二芯头孔177p从该蛇形第二通道184p向前侧Dwf延伸,在护罩主体120的前端面124f开口。该腹侧第二芯头孔177p相比于第一腹侧护罩通道182p的蛇形第一通道183p穿过反气路侧Dwha。由此,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:该腹侧第二芯头孔177p与第一腹侧护罩通道182p的蛇形第一通道183p交叉。
腹侧第三芯头孔178p与第一腹侧护罩通道182p的蛇形第三通道185p连通。该腹侧第三芯头孔178p从该蛇形第三通道185p向前侧Dwf延伸,在护罩主体120的前端面124f开口。该腹侧第三芯头孔178p相比于第一腹侧护罩通道182p的蛇形第一通道183p以及蛇形第二通道184p穿过反气路侧Dwha。由此,在从叶片高度方向Dwh观察的情况下,可见:该腹侧第三芯头孔178p与第一腹侧护罩通道182p的蛇形第一通道183p以及蛇形第二通道184p交叉。
各芯头孔175的开口由形成有贯通孔(未图示)的塞子178堵住。
在此,形成于护罩主体120的芯头孔175假设为在护罩主体120的反气路面122开口且该开口由塞子堵住。在该动叶100装配于转子轴的状态下,护罩主体120的反气路面122朝向径向外侧。当燃气轮机转子旋转时,朝向径向外侧的离心力作用于塞子。因此,堵住反气路面122的开口的塞子容易因离心力而向径向外侧偏离。
另一方面,在本实施方式中,形成于护罩主体120的芯头孔175在护罩主体120的部分端面124开口。因此,即使燃气轮机旋转且朝向径向外侧的离心力作用于塞子178而使塞子178欲向径向外侧移动,由于该塞子178由芯头孔175的内表面承接,因此,也难以偏离芯头孔175。由此,在本实施方式中,能够抑制尖端护罩110的损伤。
此外,在本实施方式中,也能够利用从护罩主体120的部分端面124喷出的冷却空气对该部分端面124进行冷却。
需要说明的是,本实施方式的护罩主体120的芯头孔175的开口与上述第一改进例的平台60的芯头孔的开口同样地,也可以不用塞子堵住。
此外,本实施方式的护罩主体120的芯头孔175与上述第一实施方式的平台60的芯头孔同样地,也可以具有:第一延伸部,从蛇形通道的内侧通道向反气路侧Dwha延伸;以及第二延伸部,从第一延伸部的反气路侧Dwha的端部向部分端面124侧延伸并在部分端面124开口。此外,本实施方式的护罩主体120的芯头孔175与第二改进例的平台60的芯头孔同样地,也可以具有从蛇形通道的内侧通道向随着靠近部分端面124而逐渐靠近反气路面122侧的一侧呈直线延伸的倾斜孔部。此外,在本实施方式中,也与上述第三改进例同样地,蛇形通道的内侧通道具有向反气路侧Dwha扩张的扩张部,芯头孔也可以从该扩张部的内表面中的部分端面124侧的内表面与气路面121大致平行地朝向护罩主体120的部分端面124呈直线延伸。
此外,以上的实施方式以及各改进例均对动叶应用了本发明。但是,也可以对静叶应用本发明。即,与以上的实施方式或各改进例同样地,也可以在静叶的外侧护罩(端板)或内侧护罩(端板)形成内侧通道、外侧通道以及芯头孔。
工业上的可利用性
根据本发明的一方案,能够在叶片抑制高应力的产生。
符号说明
10:燃气轮机
11:燃气轮机转子
15:燃气轮机机室
20:压缩机
21:压缩机转子
25:压缩机机室
30:燃烧器
40:涡轮
41:涡轮转子
42:转子轴
43:动叶列
45:涡轮机室
46:静叶列
46a:静叶
49:燃烧气体流路
50、50a、50b、50c、50d、50z、100:动叶(或者,仅叶片)
51、151:叶片体
52:前缘
53:后缘
54:背侧面
55:腹侧面
60、160:平台(端板)
61、121:气路面
62、122:反气路面
63、64、123、124:端面
63、123:侧端面
63n、123n:背侧端面
63p、123p:腹侧端面(部分端面)
64、124:前后端面
64f、124f:前端面
64b、124b:后端面(部分端面)
71、171:叶片通道
71a、171a:第一叶片通道
71b、171b:第二叶片通道
71c、171c:第三叶片通道
171d:第四叶片通道
75n:侧端芯头孔
75p、75pc、75pe:腹侧第一芯头孔(芯头孔)
75pa:第一延伸部
75pb:第二延伸部
75pd:倾斜孔部
76n:背侧第一芯头孔
76p:腹侧第二芯头孔
77n:背侧第二芯头孔
77p:腹侧第三芯头孔(或腹侧芯头孔)
78、178:塞子
79:贯通孔
81:平台通道
81n:背侧平台通道
81p:腹侧平台通道
81pa:第一腹侧平台通道
81pb:第二腹侧平台通道
82n、82p、82pa、82pb:流入通道
83n、83pa、83pb:侧端通道
83p、84n:蛇形第一通道(内侧通道)
84pa、84pb:流出通道
83pe:扩张部
84p:蛇形第二通道(内侧通道)
85n:蛇形第二通道(外侧通道)
85p:蛇形第三通道(外侧通道)
90、190:轴装配部
91:柄
92:叶片根
95:铸型
96:叶片通道型芯
97:平台通道型芯
98:芯头型芯
110:尖端护罩
111:第一尖端散热片
112:第二尖端散热片
120:护罩主体
175:芯头孔
176n:背侧第一芯头孔
176p:腹侧第一芯头孔
177n:背侧第二芯头孔
177p:腹侧第二芯头孔
178p:腹侧第三芯头孔
181:护罩通道
182p:第一腹侧护罩通道
182n:第一背侧护罩通道
183n:第二背侧护罩通道
186p:第二腹侧护罩通道
Ac:冷却空气
G:燃烧气体
Da:轴向
Dau:上游侧
Dad:下游侧
Dc:周向
Dr:径向
Dri:径向内侧
Dro:径向外侧
Dwc:叶片弦方向
Dwf:前侧
Dwb:后侧
Dwh:叶片高度方向
Dwhp:气路侧
Dwha:反气路侧
Dwp:宽度方向
Dpn:背侧
Dpp:腹侧
Lca:弧线
Lco:叶片弦
Claims (12)
1.一种叶片,具有:
叶片体,配置于供燃烧气体流动的燃烧气体流路内并形成叶片形;以及
端板,形成于所述叶片体的叶片高度方向的端部,
所述端板具有:
气路面,朝向所述燃烧气体流路侧;
反气路面,朝向与所述气路面相反的一侧;
端面,沿着所述气路面的边缘;
多个通道,配置于所述气路面与所述反气路面之间并在沿着所述气路面的方向延伸;以及
芯头孔,在作为所述端面的一部分的部分端面开口,
多个所述通道在相对于所述部分端面的远近方向排列,
所述芯头孔与多个所述通道中比靠近所述部分端面的外侧通道远离所述部分端面的内侧通道连通。
2.根据权利要求1所述的叶片,其中,
从所述叶片高度方向观察,所述芯头孔的一部分与所述外侧通道重叠,所述芯头孔的所述一部分的所述叶片高度方向的位置与所述外侧通道的所述叶片高度方向的位置不同。
3.根据权利要求1或2所述的叶片,其中,
所述芯头孔相比于所述外侧通道穿过所述反气路面侧。
4.根据权利要求3所述的叶片,其中,
所述芯头孔具有:第一延伸部,从所述内侧通道向所述反气路面侧延伸;以及第二延伸部,从所述第一延伸部的所述反气路面侧的端部向所述部分端面延伸。
5.根据权利要求3所述的叶片,其中,
所述芯头孔具有随着从所述内侧通道靠近所述部分端面而逐渐靠近所述反气路面侧的倾斜孔部。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的叶片,其中,
所述内侧通道具有相比于所述外侧通道向所述反气路面侧扩张的扩张部,
所述芯头孔与所述内侧通道的所述扩张部连通。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的叶片,其中,
具有堵住所述部分端面的所述芯头孔的开口的塞子。
8.根据权利要求7所述的叶片,其中,
所述塞子具有使所述芯头孔内的冷却空气向外部喷出的贯通孔。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的叶片,其中,
多个所述通道分别在沿着所述部分端面的方向延伸,并在沿着所述部分端面的方向的端与在所述远近方向邻接的通道连通,由此,多个所述通道相互连通,形成一个蛇形通道。
10.一种燃气轮机,具备:
权利要求1至9中任一项所述的多个叶片;
转子轴,装配有多个所述叶片;
机室,覆盖多个所述叶片以及所述转子轴;以及
燃烧器,在所述机室内,向配置有多个所述叶片的区域输送燃烧气体。
11.一种叶片的制造方法,其中,
所述叶片具有:叶片体,配置于供燃烧气体流动的燃烧气体流路内并形成叶片形;以及端板,从所述叶片体的叶片高度方向的端部向具有相对于所述叶片高度方向垂直的成分的方向扩展,
所述端板具有:气路面,朝向所述燃烧气体流路侧;反气路面,朝向与所述气路面相反的一侧;端面,沿着所述气路面的边缘;以及空气空间,供冷却空气流入,
所述叶片的制造方法执行:
铸型形成工序,形成铸型,所述铸型形成有与所述叶片的外形匹配的内部空间;
型芯形成工序,形成与所述端板内的所述空气空间的形状匹配的外形的型芯;
浇注工序,在所述铸型内配置所述型芯,并将熔融金属浇入所述铸型内;以及
型芯溶解工序,在熔融金属固化后,使所述型芯溶解,
在所述型芯形成工序中,作为所述型芯,形成:
通道型芯,分别形成多个通道,所述多个通道配置于所述端板的所述气路面与所述反气路面之间,在沿着所述气路面的方向延伸,在相对于作为所述端面的一部分的部分端面的远近方向排列;以及
芯头型芯,形成芯头孔,所述芯头孔与多个所述通道中比靠近所述部分端面的外侧通道远离所述部分端面的内侧通道连通,在所述部分端面开口。
12.根据权利要求11所述的叶片的制造方法,其中,
在所述型芯溶解工序后,执行用塞子堵住所述部分端面的所述芯头孔的开口的封闭工序。
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