渦輪動葉的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種渦輪動葉。在平臺(16)的后緣側的端面(18)形成有沿著轉子周向的凹部(凹處)(20)。在位于該凹部(凹處)的轉子徑向外側的后緣側的端面(18)的外側區(qū)域(22)形成有冷卻流路(14)的開口(15)。冷卻流路的開口附近的外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度(L1)形成得比與同平臺連接的翼形部(12)的輪轂(13)的后緣側端部對應的外側區(qū)域的轉子的徑向上的厚度(L2)大。
【專利說明】渦輪動葉
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具備形成有冷卻流路的平臺的渦輪動葉。
【背景技術】
[0002]當利用在燃氣輪機內流動的高溫可燃氣體來使渦輪動葉的翼形部及平臺處于高溫時，朝向轉子徑向外側而產生熱伸長。此時，翼形部及平臺各自的熱伸長量不同，因此在翼形部的輪轂和與該輪轂連接的平臺之間產生熱應力。當產生熱應力時，尤其是集中作用于輪轂的后緣側端部，因此在該后緣側端部容易產生裂縫。因此，需要抑制翼形部及平臺的溫度上升，并且降低該熱應力。
[0003]因此，在專利文獻I中，如圖10所示，公開有如下所述的方法:在翼形部12內及平臺60內分別設置冷卻流路61?64，并且沿著轉子周向(貫穿圖10的紙面的方向)而在平臺60的后緣側的端面18設置凹部20。在翼形部12內，多條冷卻流路61?63沿著轉子徑向而從基端部2形成至翼形部12。另外，在平臺60內，冷卻流路64沿著轉子軸向而從平臺60的后緣側的端面18形成至前緣側端部。而且，通過使冷卻空氣在翼形部12內及平臺60內流動而對其進行冷卻，從而抑制翼形部12及平臺60的溫度上升。
[0004]另外，當翼形部12在轉子徑向外側進行熱伸長時，伴隨著其熱伸長，形成于平臺60的上述凹部20的位于轉子徑向外側的后緣側的端面18的外側區(qū)域22向轉子徑向外側變形，從而抑制熱應力集中于輪轂13的后緣側端部。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2001-271603號公報發(fā)明概要
[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]在上述的專利文獻I所述的方法中，為了提高平臺60的冷卻效果，若意欲在平臺60的轉子軸向形成大徑的冷卻流路，必須增厚凹部20的位于轉子徑向外側的后緣側的端面18的外側區(qū)域22。然而，由于若增厚該外側區(qū)域22則平臺60的后緣側端部難以發(fā)生變形，因此不能充分獲得熱應力的降低效果。因此，當不增厚該外側區(qū)域22而增大冷卻流路的直徑時，如圖11所示，在后緣側端部僅形成冷卻流路65的上半部分66，冷卻流路65的下半部分處于開放的狀態(tài)。到達后緣側端部附近的冷卻空氣從開口 67向周圍擴散，因此對后緣側端部進行冷卻的功能顯著降低。
[0010]
【發(fā)明內容】
[0011]因此，在本發(fā)明中，其目的在于提供一種具備能夠降低作用于輪轂與平臺之間的熱應力且能夠有效冷卻的平臺的渦輪動葉。
[0012]解決方案
[0013]解決上述課題的本發(fā)明的渦輪動葉具備:[0014]基端部,其固定于轉子；
[0015]翼形部，其沿著所述轉子的徑向延伸，且具有在前緣與后緣之間的形成翼形狀的腹側及背側的翼面；
[0016]平臺，其設置在所述基端部與所述翼形部之間，將沿著所述轉子的周向的凹部形成于所述后緣側的端面，在內部形成有向該凹部的位于所述轉子的徑向外側的所述端面的外側區(qū)域開口的冷卻流路，
[0017]所述渦輪動葉的特征在于，
[0018]向所述端面的所述外側區(qū)域開口的所述冷卻流路的所述外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度形成得比與同所述平臺連接的所述翼形部的輪轂的后緣側端部對應的所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度大。
[0019]根據所述渦輪動葉，由于與翼形部的輪轂的后緣側端部對應的外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度形成得比外側區(qū)域的其他部分小，因此連接有輪轂的后緣側端部的平臺的后緣側端部附近與翼形部的熱伸長相應地容易發(fā)生變形，從而能夠抑制在后緣側端部附近產生的熱應力。
[0020]此外，能夠形成口徑較大的冷卻流路，由于平臺的冷卻能力提高，因此能夠應用于在高溫下使用的渦輪。
[0021]另外，也可以在所述平臺的后緣側的所述端面中，所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度從所述翼形部的背側朝向所述輪轂的所述后緣側端部逐漸變小。
[0022]如此，在平臺的后緣側的端面中，外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度從翼形部的背側朝向輪轂的所述后緣側端部逐漸變小，平臺的背側的厚度最大，因此能夠沿著背側的轉子軸向的端面配置冷卻流路，從而提高背側的平臺的冷卻能力。
[0023]另外，也可以使所述冷卻流路沿著所述轉子的軸向而在所述平臺內形成多條，
[0024]彼此鄰接的所述冷卻流路中配置在所述翼形部的腹側的所述冷卻流路的直徑比配置在所述翼形部的背側的所述冷卻流路的直徑小。
[0025]如此，通過使彼此鄰接的冷卻流路中配置在翼形部的腹側的冷卻流路的直徑比配置在翼形部的背側的冷卻流路的直徑小，從而能夠在平臺內形成多條冷卻流路。
[0026]而且，通過在平臺內形成多條冷卻流路，能夠大幅地增大平臺的冷卻效果。
[0027]另外，也可以在所述平臺的后緣側的所述端面中，所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度從所述翼形部的背側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小，從所述翼形部的腹側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小。
[0028]如此，由于外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度從所述翼形部的背側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小，從所述翼形部的腹側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小，因此能夠夾著輪轂的后緣側端部而在轉子的周向兩側分別形成大徑的冷卻流路。由此，大幅地提高平臺的冷卻功能。
[0029]另外，也可以使所述冷卻流路沿著所述轉子的軸向而在所述平臺內形成多條，
[0030]彼此鄰接的所述冷卻流路中靠近所述輪轂的后緣端部的一方的所述冷卻流路的直徑比遠離所述輪轂的后緣端部的一方的所述冷卻流路的直徑小。
[0031]如此，彼此鄰接的冷卻流路中靠近輪轂的后緣端部的一方的冷卻流路的直徑比遠離輪轂的后緣端部的一方的冷卻流路的直徑小，從而能夠在平臺內形成多條冷卻流路。[0032]而且，通過在平臺內形成多條冷卻流路，能夠大幅地增加平臺的冷卻效果。
[0033]另外，也可以使所述冷卻流路沿著所述背側的翼面的后緣側形狀而形成于所述平臺的后緣側端部。
[0034]如此，冷卻流路沿著背側的翼面的后緣側形狀而形成于平臺的后緣側端部，由此能夠可靠地冷卻平臺的后緣側端部。
[0035]發(fā)明效果
[0036]根據本發(fā)明，能夠高效地冷卻平臺，并且能夠降低作用于輪轂與平臺之間的應力。【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的渦輪動葉的立體圖。
[0038]圖2是圖1的A向視圖，是將平臺的后緣側端部附近放大后的圖。
[0039]圖3是圖1的B-B剖視圖。
[0040]圖4是表示渦輪動葉附近的冷卻空氣的流的燃氣輪機的剖視圖。
[0041]圖5是表示在平臺內形成的冷卻流路的其他實施例的圖。
[0042]圖6是表示在平臺內形成的冷卻流路的其他實施例的圖。
[0043]圖7是從后緣側觀察的本發(fā)明的第二實施方式的渦輪動葉的向視圖。
[0044]圖8是表示本發(fā)明的第三實施方式的平臺的剖視圖。
[0045]圖9是從后緣側觀察的本發(fā)明的第四實施方式的渦輪動葉的向視圖。
[0046]圖10是現有的渦輪動葉的垂直剖視圖。
[0047]圖11是將平臺的后緣側端部放大表示的立體圖。
【具體實施方式】
[0048]以下，使用附圖對本發(fā)明的渦輪動葉的實施方式進行詳細說明。需要說明的是，在以下的說明中，對將渦輪動葉應用于燃氣輪機的情況進行說明，但并不限定于此，也能夠應用于蒸汽渦輪。另外，以下的實施例所述的構成部件的尺寸、材質、形狀及其相對配置等并非特別限定于特定記載，其主旨并非將本發(fā)明的范圍限定于此，而僅是單純的說明例。
[0049]圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的渦輪動葉的立體圖。另外，圖2是圖1的A向視圖，是將平臺的后緣側端部附近放大后的圖。
[0050]如圖1及圖2所示，本發(fā)明的第一實施方式是為了降低翼形部12的背側的平臺16的熱應力而在背側的平臺16設有冷卻流路14的例子。
[0051]燃氣輪機的渦輪動葉I具備:基端部2，其固定于轉子；翼形部12，其沿著轉子的徑向延伸，且具有在前緣4與后緣6之間的形成翼形狀的腹側的翼面8及背側的翼面10 ；及平臺16，其在內部形成有用于供冷卻空氣流動的冷卻流路14。
[0052]在平臺16的后緣側的端面18形成有沿著轉子周向的凹部20，也就是所謂的凹處。在該凹處的位于轉子徑向外側的后緣側的端面18的外側區(qū)域22形成有冷卻流路14的開Π 15。
[0053]外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L從翼形部12的背側朝向輪轂13的后緣側端部逐漸變小。即，外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L在從沿著轉子軸向形成的冷卻流路14的開口 15附近的外側區(qū)域22 (LI)到輪轂13的后緣側端部正下方的外側區(qū)域22 (L2)之間逐漸變小。
[0054]需要說明的是，在本實施方式中，在翼形部12的腹側的平臺16不設置沿著轉子軸向的冷卻流路。因而，從輪轂13的后緣側端部正下方的外側區(qū)域22到翼形部12的腹側的端面之間的外側區(qū)域22的轉子徑向的厚度L可以朝向腹側的端面逐漸變小，也可以是相同的厚度。
[0055]轉子周向上的輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方的外側區(qū)域22的厚度L2是能夠伴隨著翼形部12的熱伸長而發(fā)生變形的厚度，與在【背景技術】欄說明過的專利文獻I所記載的平臺60的外側區(qū)域22的厚度L3(參照圖10)大致相同。因而，沿著轉子軸向的冷卻流路14的開口 15位置的外側區(qū)域22的厚度LI形成得比專利文獻I所記載的平臺60的外側區(qū)域22的厚度L3大。由此，能夠形成直徑比形成于現有的平臺60的冷卻流路64的直徑大的冷卻流路14。
[0056]圖3是圖1的B-B剖視圖。如圖3所示，冷卻流路14的一端與從渦輪動葉I的基端部2到翼形部12連通的前緣側的冷卻流路24連通。另外，冷卻流路14從冷卻流路24朝向平臺16的前緣下側端部(圖3的左下)延伸配置，在該前方下側端部附近向后緣側彎曲，進而朝向后緣側沿著轉子軸向形成。
[0057]然后，朝向冷卻流路14，使在冷卻流路24內流動的冷卻空氣的一部分流入。流入到冷卻流路14的冷卻空氣通過冷卻流路14內，并從后緣側的開口 15排出。
[0058]在輪轂13與后緣側的端面18的外側區(qū)域22最接近的位置處，來自剛性高的平臺側的約束力較大，作用于靠近后緣的翼形部12、輪轂13的熱應力容易增大。因此，如上所述，為了抑制該熱應力，在后緣側的端面18設置凹部20 (所謂的凹處)。即，輪轂13與后緣側的端面18最接近的位置是輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方，需要將該附近處的來自平臺16的約束解放。具體來說，如圖3所示，若從后緣6引出與轉子軸向平行的線并將該平行線與外側區(qū)域22的交點設為A點，則A點附近的外側區(qū)域22是最接近輪轂側的位置。換句話說，在背側及腹側的平臺16的后緣側的端面18的外側區(qū)域22具備沿著轉子軸向的冷卻流路14的開口 15的情況下，為了獲得較大凹下效果，需要使A點附近的外側區(qū)域22的轉子徑向的厚度L形成得最薄。
[0059]圖4是表示渦輪動葉I附近的冷卻空氣的流的燃氣輪機的剖視圖。
[0060]如圖4所示,從車廂輸送來的冷卻空氣向轉子30內的盤腔體(disk cavity)31流入，通過設置于轉子盤32的徑向孔33而導向基端部2內的冷卻流路24。然后，在朝向翼形部12流動的中途，使冷卻空氣的一部分流入到平臺16的冷卻流路14。
[0061]需要說明的是，冷卻空氣向冷卻流路14的供給系統并不限定于此，，也可以利用其他系統。
[0062]如上所述，根據本實施方式的渦輪動葉1，平臺16的后緣側的端面18中的外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L中，冷卻流路14的開口 15位置的外側區(qū)域22 (LI)比與翼形部12的輪轂13的后緣側端部正下方對應的位置(參照圖3中的A點附近)的外側區(qū)域22(12)大，因此平臺16的冷卻能力提高。
[0063]另一方面，與輪轂13的后緣側端部正下方對應的外側區(qū)域22的厚度L2比冷卻流路14的開口 15位置的外側區(qū)域22的厚度LI小，因此連接有輪轂13的后緣側端部的外側區(qū)域22的周圍與翼形部12的熱伸長相應地容易發(fā)生變形，能夠抑制在后緣側端部附近產生的熱應力。
[0064]此外，在翼形部12的背側的平臺16內能夠形成口徑較大的冷卻流路14，平臺16的冷卻能力提高，因此能夠應用于在高溫下使用的渦輪。
[0065]另外，外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L從翼形部12的背側朝向輪轂13的后緣側端部逐漸變小，因此熱負荷高的翼形部12的背側的平臺16的冷卻能力提高。而且，將外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L形成為從翼形部12的背側朝向輪轂13的后緣側端部逐漸變小的加工較為容易，不會增加工時及成本。
[0066]需要說明的是，在上述的實施方式中，對在翼形部12的背側設有一個冷卻流路14的情況進行了說明，但并不限定于此。根據平臺面的熱負荷及產生的熱應力的大小，能夠決定冷卻流路14的有無及任意選定流路口徑。例如，如圖5及圖6所示，也可以將從輪轂13的后緣側端部正下方的外側區(qū)域22到翼形部12的腹側的端面之間的外側區(qū)域22的轉子徑向的厚度L設為相同的厚度，在翼形部12的背側設置多條冷卻流路14、26，并且在腹側也設置冷卻流路28。在該情況下，各冷卻流路14、26、28的流路口徑的大小從翼形部12的背側朝向腹側逐漸變小。
[0067]如此，通過使冷卻流路26、28的直徑形成得比冷卻流路14的直徑小，即便在外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L較小的位置也形成冷卻流路26、28。
[0068]而且，通過將多條冷卻流路14、26、28形成于平臺16內，能夠大幅地增大平臺16的冷卻效果。
[0069]接著，對渦輪動葉I的其他實施方式進行說明。在以下的說明中，對與上述的實施方式對應的部分標注相同的附圖標記而省略說明，主要對不同點進行說明。
[0070]圖7是從后緣側觀察本發(fā)明的第二實施方式的渦輪動葉41的向視圖。
[0071]如圖7所示，本發(fā)明的第二實施方式是如下所述的例子，為了降低背側及腹側的兩側的平臺的熱應力，在背側及腹側這兩者的平臺42上設置冷卻流路14、26、44，與上述冷卻流路14、26、44的配置相應地改變凹部(凹處)20的形狀。
[0072]在渦輪動葉41的平臺42形成有多條冷卻流路14、26、44。而且，與各冷卻流路14、26、44對應的開口 15、27、45形成于后緣側的端面18的外側區(qū)域22。具體來說，與冷卻流路14、26對應的開口 15、27分別形成于外側區(qū)域22的背側端部。另外，與冷卻流路44對應的開口 45形成于外側區(qū)域22的腹側端部。
[0073]圖7示出與上述的冷卻流路14、26、44的配置相對形成的凹部(凹處)20的形狀的一例。若將輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方的位置設為點A，將該位置處的后緣側端部的下端的位置設為點D，則凹部20的形狀成為由線BCDEF表示的形狀。即，形成如下的山形狀:將點D處于中間且轉子徑向的長度LO為恒定寬度的直線部CDE作為頂端，朝向背側及腹側的端面而形成平緩的傾斜面，作為整體而將D點作為頂點。
[0074]在設為如此的凹部20的形狀的情況下，外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度L中，輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方的外側區(qū)域22的厚度LO (從點A到點D)形成得最小。S卩，沿著轉子軸向形成的冷卻流路14、26、44的開口 15、27、45的位置處的外側區(qū)域22的厚度L4、L5、L6形成得比轉子周向上的輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方的外側區(qū)域22的厚度LO大。
[0075]在本實施方式中，輪轂13的后緣側端部的連接位置正下方的外側區(qū)域22的厚度LO與第一實施方式相同，同【背景技術】欄說明的專利文獻I所記載的平臺60的外側區(qū)域22的厚度L3大致相同。因而，轉子周向上的冷卻流路14、26、44的開口 15、27、45位置的外側區(qū)域22的厚度L4、L5、L6形成得比專利文獻I所記載的平臺60的外側區(qū)域22的厚度L3大，因此能夠形成直徑比形成于現有的平臺60的冷卻流路的直徑大的冷卻流路14、26、44。
[0076]如上所述，根據本實施方式的渦輪動葉41，在第一實施方式的效果之外，由于具備直徑比形成于現有的平臺60的冷卻流路64大的冷卻流路14、27、44，因此能夠大幅地提高平臺16的冷卻能力。
[0077]接著，對渦輪動葉的第三實施方式進行說明。本發(fā)明的第三實施方式在第一實施方式的平臺16內還設有沿著翼形部12的背側的翼面8形狀的冷卻流路54。
[0078]圖8是表示本發(fā)明的第三實施方式的平臺16的剖視圖。
[0079]如圖8所示，冷卻流路54沿著翼面10的后緣側的形狀而形成于翼形部12的背側的平臺16內。
[0080]冷卻流路54的一端側在平臺16的后緣側的端面18中的外側區(qū)域22形成有開口55。冷卻流路54的直徑形成得比冷卻流路14的直徑小。另外，冷卻流路54的另一端側在平臺16的基端部兩側的表面形成有開口 56。
[0081 ] 接著，對從轉子30內到冷卻流路54的冷卻空氣的流進行說明。
[0082]如圖4所示，冷卻空氣通過轉子30內的密封盤34及盤腔體35而流入到平臺腔體36，從形成于平臺16的基端部兩側的表面的開口 56流入到冷卻流路54。流入到冷卻流路54的冷卻空氣對平臺16進行冷卻，并從后緣側的開口 55排出。
[0083]需要說明的是，冷卻空氣的供給系統并不限定于此，例如，也可以設為在與第一實施方式說明過的翼形部12連通的冷卻流路24上連接冷卻流路54的另一端，從冷卻流路24進行分支。
[0084]另外，在本實施方式中，對將冷卻流路54應用于第一實施方式的平臺16的情況進行了說明，但并不限定于此，也能夠應用于第二實施方式的平臺42。
[0085]如上所述，根據本實施方式的渦輪動葉51，在第一及第二實施方式的效果之外，由于具備冷卻流路54，因此能夠大幅地提高平臺16的后緣側端部的冷卻能力。
[0086]接著，對于渦輪動葉的第四實施方式，基于圖9進行說明。本發(fā)明的第四實施方式除改變了平臺16的后緣側的端面18中的外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度之外，其他部分與第一實施方式相同。
[0087]即，如圖9所示，在本實施方式中，也可以將平臺16的后緣側的端面18中的外側區(qū)域22的轉子徑向上的厚度設為能夠在配置于平臺16的背側的轉子軸向的冷卻流路14的開口 15附近配置開口 15那樣的厚度LI，將從此經由后緣側端部正下方至腹側端部之間的外側區(qū)域以比厚度LI薄的相同厚度L2形成。本實施方式的情況也能夠獲得與第一實施方式相同的作用、效果。
【權利要求】
1.一種潤輪動葉，其具備: 基端部，其固定于轉子； 翼形部，其沿著所述轉子的徑向延伸，且具有在前緣與后緣之間的形成翼形狀的腹側及背側的翼面； 平臺，其設置在所述基端部與所述翼形部之間，將沿著所述轉子的周向的凹部形成于所述后緣側的端面，在內部形成有向該凹部的位于所述轉子的徑向外側的所述端面的外側區(qū)域開口的冷卻流路， 所述渦輪動葉的特征在于， 向所述端面的所述外側區(qū)域開口的所述冷卻流路的所述外側區(qū)域的轉子徑向上的厚度形成得比與同所述平臺連接的所述翼形部的輪轂的后緣側端部對應的所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度大。
2.根據權利要求1所述的渦輪動葉，其特征在于， 在所述平臺的后緣側的所述端面中，所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度從所述翼形部的背側朝向所述輪轂的所述后緣側端部逐漸變小。
3.根據權利要求1或2所述的渦輪動葉，其特征在于， 所述冷卻流路沿著所述轉子的軸向而在所述平臺內形成多條， 彼此鄰接的所述冷卻流路中配置在所述翼形部的腹側的所述冷卻流路的直徑比配置在所述翼形部的背側的所述冷卻流路的直徑小。
4.根據權利要求1所述的渦輪動葉，其特征在于， 在所述平臺的后緣側的所述端面中，所述外側區(qū)域的所述轉子的徑向上的厚度從所述翼形部的背側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小，從所述翼形部的腹側朝向所述輪轂的后緣側端部逐漸變小。
5.根據權利要求1或4所述的渦輪動葉，其特征在于， 所述冷卻流路沿著所述轉子的軸向而在所述平臺內形成多條， 彼此鄰接的所述冷卻流路中靠近所述輪轂的后緣端部的一方的所述冷卻流路的直徑比遠離所述輪轂的后緣端部的一方的所述冷卻流路的直徑小。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的渦輪動葉，其特征在于， 所述冷卻流路沿著所述背側的翼面的后緣側形狀而形成于所述平臺的后緣側端部。
【文檔編號】F01D5/18GK103502575SQ201180070460
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月26日 優(yōu)先權日:2011年6月9日
【發(fā)明者】梅原猛, 上田修, 渡邊康司 申請人:三菱重工業(yè)株式會社