專利名稱：渦輪葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機，更詳細地說涉及燃氣輪機的渦輪葉片(動葉片、靜葉片)。
背景技術：
作為燃氣輪機的渦輪部中的渦輪葉片(靜葉片)，例如已知有在專利文獻l中公開的葉片。 專利文獻1 :(日本)特開2001-254605號公報 另外，在專利文獻2中也公開了，在燃氣輪機用葉片，具有葉片腹側的專用于薄膜冷卻的流體通路。 專利文獻2 :(日本)特公昭62-24606 而且，在專利文獻3中也公開了適于燃氣輪機的葉片面中的熱負荷的詳細的冷卻結構。 專利文獻3 :(日本)特開2002-242607 但是，在上述專利文獻1公開的渦輪葉片中，由于渦輪葉片在運轉時的環(huán)境處于葉片本體的背側(凸部側)表面的環(huán)境氣體壓力低于葉片腹側(凹部側)表面的壓力的狀況下，因此，導入到嵌裝件(^ >寸一卜)內(nèi)的冷卻空氣大部分流入壓力低的背側。因此，為了確保用于冷卻葉片腹側的冷卻空氣的所需最低流量，需要增大投入的冷卻空氣流量。于是，所需量以上的冷卻空氣向葉片本體的背側流動，多余的冷卻空氣與燃燒氣體混合，使渦輪旋轉的氣體的溫度下降，因此，存在降低渦輪效率的問題。 另外，也考慮到若縮小葉片本體的背側內(nèi)部的沖擊板(< > ^ > - 乂 >卜板)的孔徑或者薄膜冷卻(7 O A冷卻)孔的孔徑，則多余的空氣會減少，但是存在難以加工的問題，還存在因雜物而堵塞孔的問題。而且，也考慮到使背側的沖擊板的孔徑與腹側的孔徑相同并減少孔數(shù)量，但是存在難以均勻冷卻的問題。 另外，在公開于專利文獻2的結構中，不能應對渦輪葉片的薄化，反而降低了冷卻效果。 而且，在公開于專利文獻3的結構中，葉片的結構復雜而成為渦輪價格上漲的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而作出的，其目的在于提供一種渦輪葉片，能夠實現(xiàn)沒有多余的冷卻空氣流入葉片本體的背側(凸部側)，并減少使用的冷卻空氣(冷卻介質)量，而且，能夠有效地應對葉片的薄化，經(jīng)濟上也有益，特別是能夠適用于1500°C以上的高溫燃燒渦輪。 本發(fā)明為了解決上述課題采取了以下手段。 本發(fā)明的渦輪葉片，采用通過葉片本體和第一沖擊板和/或屏蔽板內(nèi)部的第二沖擊板使流入/流出葉片背側的腔的冷卻空氣壓力低于葉片腹側的冷卻空氣壓力的方法，減
3少流入葉片本體背側(凸部側)的多余的冷卻空氣，并減少作為整體而使用的冷卻空氣(冷卻介質)量，將減少的空氣量用于以進一步增加輸出為目的的燃料氣體的燃燒，其中，在葉片本體中設有多個薄膜冷卻孔，并且，沿著連接前緣和后緣的中心線分隔為葉片腹側
和背側的板狀肋被設置在前緣和后緣之間，并設有背側的腔和腹側的腔未連通的至少兩個以上的腔；第一沖擊板和/或屏蔽板內(nèi)部的第二沖擊板以在自身的外周面和所述葉片本體內(nèi)周面之間形成冷卻空間的方式配置于所述腔內(nèi)，并且設置有具有作為壓力調(diào)整部件的功能的多個沖擊冷卻孔。 根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片，利用具有作為壓力調(diào)整部件的功能的第一沖擊板和第二沖擊板，在腔內(nèi)的空間欲從葉片本體的腹側(凹部側)向背側(凸部側)流動的冷卻空氣的流路阻力增加，向背側流動的冷卻空氣(冷卻介質)減少，從而減少使用的冷卻空氣量。
另外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片，壓力低且流速慢的冷卻空氣，例如從形成在位于中央部的腔的背側的薄膜冷卻孔噴出，并沿著葉片本體背側的外壁面均勻地形成由高持續(xù)性的冷卻空氣產(chǎn)生的膜。 由此，進一步減少從燃燒氣體(高溫氣體)向葉片本體表面(更具體為葉片本體背側的外壁面)的熱傳遞，從而提高薄膜冷卻效率。 由于在上述渦輪葉片上設置有沿著所述中心線將所述腔內(nèi)的空間分隔為腹側和背側的板狀第二肋，并且使腹側和背側未連通，因此，運轉中的腹側的腔內(nèi)壓力變動不影響背側的腔內(nèi)壓力，故效果好。而且，第二肋具有如下效果，即能夠補償因以葉片的輕量化和提高冷卻效果為目的的薄化而導致的強度降低。 根據(jù)這種渦輪葉片，在腔內(nèi)的空間欲從葉片本體腹側的腔向背側的腔流動的冷卻空氣不存在，向葉片背側流動的冷卻空氣達到最佳量，其結果是，減少渦輪運轉所使用的冷
卻空氣量。 在上述渦輪葉片中，優(yōu)選構成為具有第二沖擊板，通過形成于所述第二沖擊板的沖擊冷卻孔的冷卻介質，導入到位于所述第二肋背側的空間內(nèi)，該第二沖擊板具有多個沖擊冷卻孔，并且被配置在位于所述第二肋背側的空間的上游側。 根據(jù)這種渦輪葉片，向第二沖擊板供給(噴出)的冷卻空氣在沖擊冷卻第二沖擊板之后，通過形成于第二沖擊板的沖擊冷卻孔，通過例如如圖2和圖3所示的形成于第二沖擊板的內(nèi)壁面和內(nèi)側屏蔽板表面之間以及第二沖擊板的內(nèi)壁面和外側屏蔽板表面之間的冷卻空間內(nèi)，流入位于中央部的腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面以及第一沖擊板的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)。然后，流入到在腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面以及第一沖擊板的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)的冷卻空氣，從設置于腔的背側且朝向葉片本體背側的內(nèi)壁面開口的沖擊冷卻孔，向由第一沖擊板的外壁面、第一肋的壁面及葉片本體背側的內(nèi)壁面形成的冷卻空間內(nèi)噴出并沖擊冷卻葉片本體背側的內(nèi)壁面之后，從薄膜冷卻孔噴出。
S卩，沖擊冷卻第二沖擊板的冷卻空氣被用于如下情況，即不僅沖擊冷卻葉片本體背側的內(nèi)壁面，而且薄膜冷卻葉片本體背側的外壁面(外周面)而不影響葉片腹側的冷卻。
由此，能夠減少例如流入位于中央部的腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面及第一沖擊板的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)的冷卻空氣量，能夠減少總的冷卻空氣量(冷卻空氣的消耗量)，并且，能夠防止未對葉片的冷卻起作用的低溫冷卻空氣從薄膜冷卻孔噴出。
另外，本發(fā)明的其他實施方式的渦輪葉片具有葉片本體和第一沖擊板，其中，在葉片本體設有多個薄膜冷卻孔，并且通過至少一個板狀的第一肋在內(nèi)部至少形成有兩個腔，
該板狀第一肋相對于連接處于如下截面中的前緣和后緣的中心線大致正交而設置，該截面
為相對于立設方向軸線大致正交的截面；第一沖擊板以在自身的外周面和所述葉片本體的
內(nèi)周面之間形成冷卻空間的方式配置于所述腔內(nèi)，并且設置有多個沖擊冷卻孔。 根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片，利用第一沖擊板，在腔內(nèi)的空間欲從葉片本體的腹側
(凹部側)向背側(凸部側)流動的冷卻空氣的流路阻力增加，向背側流動的冷卻空氣(冷
卻介質)減少，從而減少使用的冷卻空氣量。 另外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片，壓力低且流速慢的冷卻空氣例如從形成在位于中央部的腔背側的薄膜冷卻孔噴出，并沿著葉片本體背側的外壁面均勻地形成由高持續(xù)性的冷卻空氣產(chǎn)生的膜。 由此，進一步減少從燃燒氣體(高溫氣體)向葉片本體表面(更具體為葉片本體的背側外壁面)的熱傳遞，從而提高薄膜冷卻效率。 上述渦輪葉片進而優(yōu)選構成為設有板狀的第二肋，該板狀的第二肋沿著所述中心線將所述腔內(nèi)的空間分隔為腹側和背側。 根據(jù)這種渦輪葉片，在腔內(nèi)的空間欲從葉片本體的腹側向背側流動的冷卻空氣的流路阻力進一步增大，向背側流動的冷卻空氣進一步減少，使用的冷卻空氣量進一步減少。
上述渦輪葉片進而優(yōu)選構成為具有第二沖擊板，通過形成于所述第二沖擊板的沖擊冷卻孔的冷卻介質導入位于所述第二肋背側的空間內(nèi)，該第二沖擊板具有多個沖擊冷卻孔并且被配置在位于所述第二肋背側的空間的上游側。 根據(jù)這種渦輪葉片，向第二沖擊板供給(噴出)的冷卻空氣在沖擊冷卻第二沖擊
板之后，通過形成于第二沖擊板的沖擊冷卻孔，通過例如如圖2和圖3所示的形成于第二沖
擊板的內(nèi)壁面和內(nèi)側屏蔽板表面之間以及第二沖擊板的內(nèi)壁面和外側屏蔽板表面之間的
冷卻空間內(nèi)，流入位于中央部的腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面及第一沖擊板
的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)。然后，流入到在腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面及第一
沖擊板的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)的冷卻空氣，從設置在腔的背側且朝向葉片本體背側的內(nèi)壁
面開口的沖擊冷卻孔，向由第一沖擊板的外壁面、第一肋的壁面及葉片本體背側的內(nèi)壁面
形成的冷卻空間內(nèi)噴出并沖擊冷卻葉片本體背側的內(nèi)壁面之后，從薄膜冷卻孔噴出。 S卩，沖擊冷卻第二沖擊板的冷卻空氣被用于如下情況，即不僅沖擊冷卻葉片本體
背側的內(nèi)壁面，而且薄膜冷卻葉片本體背側的外壁面(外周面)。 由此，能夠減少例如流入在位于中央部的腔的背側且由第一肋的壁面、第二肋的壁面及第一沖擊板的內(nèi)壁面形成的空間內(nèi)的冷卻空氣量，能夠減少總的冷卻空氣量(冷卻空氣的消耗量)，而且，能夠防止低溫冷卻空氣從薄膜冷卻孔噴出。 本發(fā)明的燃氣輪機具有能夠減少總的冷卻空氣量且能夠防止多余的低溫冷卻空氣從薄膜冷卻孔噴出的渦輪葉片。 根據(jù)本發(fā)明的燃氣輪機，由于總的冷卻空氣量減少，因此來自渦輪前段的壓縮機的抽氣量減少，能夠向燃燒器供給更多的燃燒用空氣，故能夠增加燃氣輪機的燃燒氣體量，能夠提高性能(輸出)，并且，由于防止來自薄膜冷卻孔的低溫冷卻空氣的不必要的噴出，因此，能夠提高燃氣輪機的熱效率。 根據(jù)本發(fā)明能夠得到如下效果，即減少流入葉片本體背側(凸部側)的多余的冷卻空氣，并減少使用的冷卻空氣(冷卻介質)量。


圖1是表示具有本發(fā)明的渦輪葉片的燃氣輪機的圖，是表示拆下外殼后的狀態(tài)的簡略立體圖； 圖2是由相對于連接本發(fā)明第一實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分立體圖； 圖3是由相對于連接本發(fā)明第一實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分剖面圖； 圖4是由相對于本發(fā)明第一實施方式的渦輪葉片的立設方向軸線大致正交的面切開該渦輪葉片的大致中央部的主要部分剖面圖； 圖5是從外側看到的本發(fā)明第一實施方式的渦輪葉片的外側屏蔽板的立體 圖6是由相對于本發(fā)明第二實施方式的渦輪葉片的立設方向軸線大致正交的面切開該渦輪葉片的大致中央部的主要部分剖面圖； 圖7是由相對于連接本發(fā)明第三實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分剖面圖。附圖標記說明1燃氣輪機10渦輪葉片11葉片本體14薄膜冷卻孔15肋(第一肋)16肋(第二肋)24內(nèi)壁面(內(nèi)周面)30沖擊板(第一沖擊板)33外壁面(外周面)36沖擊板(第二沖擊板)50渦輪葉片60渦輪葉片Cl腔C2腔C3腔C4腔C5腔L.E.前緣T. E.后緣
具體實施例方式
下面，參照圖1至圖5說明本發(fā)明渦輪葉片的第一實施方式。
6具有本發(fā)明的渦輪葉片的燃氣輪機的圖，是表示拆下外殼上半部后的狀態(tài)的簡略立體圖；圖2是由相對于連接本實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分立體圖；圖3是由相對于連接本實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分剖面圖；圖4是由相對于本實施方式的渦輪葉片的立設方向軸線大致正交的面切開該渦輪葉片的大致中央部的主要部分剖面圖；圖5是從外側(外周側)看到的本實施方式的渦輪葉片的外側屏蔽板的立體圖。 如圖1所示，燃氣輪機1作為其主要要素而具有壓縮燃燒用空氣的壓縮部2、向從該壓縮部2輸送來的高壓空氣中噴射燃料并使其燃燒而產(chǎn)生高溫燃燒氣體的燃燒部3以及位于該燃燒部3的下游側且利用流出燃燒部3的燃燒氣體而被驅動的渦輪部4。
本實施方式的渦輪葉片10例如是能夠適用于渦輪部4中的第一級靜葉片的葉片，如圖2和圖3所示，具有葉片本體11、內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13。
如圖4所示，在葉片本體11設有多個薄膜冷卻孔14、板狀肋(第一肋)15、板狀肋(第二肋)16及空氣孔17，其中，板狀肋(第一肋)15相對于連接處于如下截面中的前緣L.E.和后緣T.E.的中心線(未圖示)大致正交而設置，并且將葉片本體ll內(nèi)部分隔為多個(在本實施方式中四個)腔C1，C2，C3，C4，該截面為相對于葉片本體11的立設方向軸線大致正交的截面；板狀肋(第二肋)16將位于中央部的腔(除位于最靠前緣側的腔C1和位于最靠后緣側的腔C4以外的腔)C2，C3分隔(大致二等分)為腹側和背側；空氣孔17將位于最靠后緣側的腔C4內(nèi)的冷卻空氣(冷卻介質)導入葉片本體ll外部，并且具有多個針翅片(if >7 < >)(未圖示)。 另外，由于板狀肋16在葉片內(nèi)部阻止冷卻用空氣從腹側移動到背側，因此，板狀肋16具有能夠使葉片背側的腔內(nèi)壓力和葉片腹側的腔內(nèi)壓力不一樣的效果。
另外，在位于最靠前緣側的腔C1內(nèi)收納(收容)有嵌裝件18和沖擊板19，在位于最靠后緣側的腔C4內(nèi)收納(收容)有嵌裝件20。 嵌裝件18，20分別是設有多個沖擊冷卻孔(未圖示)的中空狀部件，沖擊板19是設有多個沖擊冷卻孔(未圖示)的板狀部件。 嵌裝件18配置在腔C1內(nèi)的腹側，沖擊板19配置為其內(nèi)壁面(內(nèi)周面)21與位于嵌裝件18背側的外壁面(外周面)22相對，并且，外壁面(外周面)23與位于葉片本體ll背側的內(nèi)壁面24相對。 另外，在嵌裝件18的外壁面22和位于葉片本體ll腹側的內(nèi)壁面24之間、在嵌裝件18的外壁面22和肋15的壁面25之間、在嵌裝件18的外壁面22和沖擊板19的內(nèi)壁面21之間、以及在沖擊板19的外壁面23和位于葉片本體11背側的內(nèi)壁面24及肋15的壁面25之間分別形成有冷卻空間，即冷卻空氣的通路。 嵌裝件20配置在腔C4內(nèi)，在嵌裝件20的外壁面(外周面)26和葉片本體11的內(nèi)壁面24之間、以及在嵌裝件20的外壁面26和肋15的壁面25之間分別形成有冷卻空間，即冷卻空氣的通路。 另外，冷卻空氣由未圖示的機構導入嵌裝件18， 20內(nèi)部，通過多個沖擊冷卻孔，向冷卻空間內(nèi)噴出，葉片本體11的內(nèi)壁面24被沖擊冷卻( < > 匕° > - 乂 >卜冷卻)。
另外，沖擊冷卻葉片本體11的內(nèi)壁面24的冷卻空氣，從葉片本體11的多個薄膜
7冷卻孔噴出，在葉片本體ll的周圍形成由冷卻空氣產(chǎn)生的薄膜層，并薄膜冷卻葉片本體11。 而且，冷卻空氣從葉片本體11的后緣通過空氣孔17噴出，此時，冷卻空氣冷卻針翅片，葉片本體11的后緣附近被冷卻。 并且，導入嵌裝件18內(nèi)部且從朝葉片本體11腹側的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻孔向冷卻空間內(nèi)噴出，以沖擊冷卻葉片本體11腹側的內(nèi)壁面24的一部分冷卻空氣，流過形成于嵌裝件18的外壁面22和葉片本體11的內(nèi)壁面24之間的冷卻空間以及形成于嵌裝件18的外壁面22和肋15的壁面25之間的冷卻空間，流入形成于嵌裝件18的外壁面22和沖擊板19的內(nèi)壁面21之間的冷卻空間。然后，流入形成于嵌裝件18的外壁面22和沖擊板19的內(nèi)壁面21之間的冷卻空間的冷卻空氣，從朝葉片本體11背側的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻孔向冷卻空間內(nèi)噴出，在沖擊冷卻葉片本體11背側的內(nèi)壁面24之后，從薄膜冷卻孔14噴出。 另一方面，在位于中央部的腔C2，C3中分別收納(收容)有沖擊板30。 沖擊板30是分別設有多個沖擊冷卻孔(未圖示)的板狀部件，配置為其內(nèi)壁面
(內(nèi)周面)31與肋16的壁面32相對，并且，其外壁面(外周面)33與葉片本體11的內(nèi)壁面
24相對。 另外，在沖擊板30的外壁面33和葉片本體11的內(nèi)壁面24及肋15的壁面25之間分別形成有冷卻空間，即冷卻空氣的通路。 如圖2和圖3所示，內(nèi)側屏蔽板12設置在葉片本體11的內(nèi)側(內(nèi)周側)，外側屏蔽板13設置在葉片本體11的外側(外周側)。 在內(nèi)側屏蔽板12表面(圖2和圖3中的下側面)34以及外側屏蔽板13表面(圖2和圖3中的上側面)35分別設有沖擊板36。 沖擊板36是分別設有多個沖擊冷卻孔(未圖示)的板狀部件，配置為其覆蓋位于中央部的腔C2， C3的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間(即，由肋15的壁面25、肋16的壁面32及葉片本體11的內(nèi)壁面24包圍的空間)的上方或者下方。
另外，在沖擊板36的內(nèi)壁面37和內(nèi)側屏蔽板12的表面34之間、以及沖擊板36的內(nèi)壁面37和外側屏蔽板13的表面35之間分別形成有冷卻空間，即冷卻空氣的通路，該冷卻空氣的通路將通過形成于沖擊板36的沖擊冷卻孔的冷卻空氣，導入位于中央部的腔C2，C3的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間內(nèi)。 另外，在位于中央部的腔C2， C3的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間內(nèi)，僅能夠供給通過形成于沖擊板36的沖擊冷卻孔的冷卻空氣。 另外，對沖擊板36進行沖擊冷卻的冷卻空氣，流入位于中央部的腔C2， C3的、相比肋16的壁面32而形成在背側的空間內(nèi)，從朝向葉片本體11背側的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻孔向冷卻空間內(nèi)噴出，在沖擊冷卻葉片本體11背側的內(nèi)壁面24之后，從薄膜冷卻孔14噴出。 另外，如圖3所示，沖擊承受板38沿著葉片本體11的背側和腹側的內(nèi)壁面24，分別固定在位于中央部的腔C2(C3)的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間(即，形成于肋16的壁面32和沖擊板30的內(nèi)壁面31之間的空間)的內(nèi)側屏蔽板12側的入口部分。另外，為了吸收沖擊板30的葉片立設方向的熱脹差(fH申t/差)的同時密封冷卻空氣，沖擊板30的一端部(圖3中的下側端部)具有插入設置于沖擊承受板38的槽38a內(nèi)的結構， 通過使沖擊板30的一端部在槽38a內(nèi)滑動，沖擊板30能夠在葉片立設方向上伸縮。
而且，如圖5所示，沖擊板40分別設置在內(nèi)側屏蔽板12的表面34(參照圖2和圖 3)以及外側屏蔽板13的表面35(參照圖2和圖3)。 沖擊板40是分別設有多個沖擊冷卻孔41的板狀部件，配置為其覆蓋葉片本體11 的腹側上游側和前緣上游側的上方或者下方。 另外，在沖擊板40的內(nèi)壁面(未圖示)和內(nèi)側屏蔽板12的表面34之間以及沖擊 板40的內(nèi)壁面(未圖示)和外側屏蔽板13的表面35之間分別形成有冷卻空間，即冷卻空 氣的通路，該冷卻空氣的通路將通過形成于沖擊板40的沖擊冷卻孔41的冷卻空氣，導入側 部流路42的前緣側開口端43。 側部流路42是從內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的前緣側到后緣側在其兩側部 形成的冷卻空氣的通路，其后緣側開口端44分別與在內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的整 個寬度方向上形成于其后緣部的頭部( '7夕')45的對應的端部連接。另外，在側部流路 42的內(nèi)壁面設有未圖示的多個板狀突起(紊流產(chǎn)生裝置(夕一匕'- ^一夕))。
頭部45是將從側部流路42的前緣側開口端43流入到側部流路42內(nèi)的冷卻空氣， 導入形成于內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的后緣部的后緣流路46的冷卻空氣的通路。
另外，流過形成于沖擊板40的沖擊冷卻孔41的冷卻空氣，從側部流路42的前緣 側開口端43流入側部流路42內(nèi)，并通過側部流路42、頭部45和后緣流路46之后，從內(nèi)側 屏蔽板12和外側屏蔽板13的后緣排出。此時，內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的前緣部、 兩側部和后緣部被冷卻空氣冷卻。 在這樣構成的渦輪葉片10中，向沖擊板36供給(噴出)的冷卻空氣在沖擊冷卻 沖擊板36之后，流過形成于沖擊板36的沖擊冷卻孔，并通過形成于沖擊板36的內(nèi)壁面37 和內(nèi)側屏蔽板12的表面34之間以及沖擊板36的內(nèi)壁面37和外側屏蔽板13的表面35之 間的冷卻空間內(nèi)，流入位于中央部的腔C2， C3的背側且由肋15的壁面25、肋16的壁面32 及沖擊板30的內(nèi)壁面31形成的空間內(nèi)。然后，流入到在腔C2， C3的背側且由肋15的壁 面25、肋16的壁面32及沖擊板30的內(nèi)壁面31形成的空間內(nèi)的冷卻空氣，從設置于腔C2， C3的背側且朝向葉片本體11背側的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻孔，向由沖擊板30的外壁面 33、肋15的壁面25及葉片本體11背側的內(nèi)壁面24形成的冷卻空間內(nèi)噴出，并沖擊冷卻葉 片本體11背側的內(nèi)壁面24之后，從薄膜冷卻孔14噴出。 另一方面，在位于中央部的腔C2， C3的腹側且由肋15的壁面25、肋16的壁面32 及沖擊板30的內(nèi)壁面31形成的空間內(nèi)，冷卻空氣由未圖示的機構直接導入(供給)。然 后，流入到在腔C2， C3的腹側且由肋15的壁面25、肋16的壁面32及沖擊板30的內(nèi)壁面 31形成的空間內(nèi)的冷卻空氣，從設置于腔C2， C3的腹側且朝向葉片本體11腹側的內(nèi)壁面 24開口的沖擊冷卻孔，向由沖擊板30的外壁面33、肋15的壁面25及葉片本體11背側的 內(nèi)壁面24形成的冷卻空間內(nèi)噴出，并沖擊冷卻葉片本體11腹側的內(nèi)壁面24之后，從薄膜 冷卻孔14噴出。 另夕卜，由未圖示的機構導入到嵌裝件18， 20內(nèi)部的冷卻空氣，通過多個沖擊孔向 冷卻空間內(nèi)噴出，葉片本體11的內(nèi)壁面24被沖擊冷卻。 另外，沖擊冷卻葉片本體11的內(nèi)壁面24的冷卻空氣，從葉片本體11的多個薄膜
9冷卻孔14噴出，在葉片本體11的周圍形成由冷卻空氣產(chǎn)生的薄膜層，葉片本體11被薄膜 冷卻。 而且，在本實施方式的渦輪葉片10中，導入嵌裝件18的內(nèi)部且從朝向葉片本體11 腹側的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻孔，向冷卻空間內(nèi)噴出并沖擊冷卻葉片本體11腹側的內(nèi) 壁面24的一部分冷卻空氣，通過形成于嵌裝件18的外壁面22和葉片本體11的內(nèi)壁面24 之間的冷卻空間以及形成于嵌裝件18的外壁面22和肋15的壁面25之間的冷卻空間，流 入形成于嵌裝件18的外壁面22和沖擊板19的內(nèi)壁面21之間的冷卻空間。然后，流入形 成于嵌裝件18的外壁面22和沖擊板19的內(nèi)壁面21之間的冷卻空間的冷卻空氣，從朝向 葉片本體11背側的內(nèi)壁面21開口的沖擊孔向冷卻空間內(nèi)噴出，并沖擊冷卻葉片本體11背 側的內(nèi)壁面24之后，從薄膜冷卻孔14噴出。 而且，導入嵌裝件20的內(nèi)部且從朝向葉片本體11的內(nèi)壁面24開口的沖擊冷卻 孔，向冷卻空間內(nèi)噴出并沖擊冷卻葉片本體11的內(nèi)壁面24的一部分冷卻空氣，通過形成于 嵌裝件20的外壁面26和葉片本體11的內(nèi)壁面24之間的冷卻空間、及空氣孔17并冷卻針 翅片之后，從葉片本體11的后緣噴出。 并且，在本實施方式的渦輪葉片10中，通過形成于沖擊板40的沖擊冷卻孔41的 冷卻空氣，朝向側部流路42的前緣側開口端43均勻地流動，從側部流路42的前緣側開口 端43流入側部流路42內(nèi)的冷卻空氣，在通過具有直線狀流路的側部流路42和頭部45之 后，通過后緣流路46從內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的后緣排出。 根據(jù)本實施方式的渦輪葉片IO，沖擊冷卻沖擊板36的冷卻空氣被用于如下情況， 即不僅沖擊冷卻葉片本體11背側的內(nèi)壁面24，而且薄膜冷卻葉片本體11背側的外壁面 (外周面)。 由此，能夠減少流入位于中央部的腔C2， C3的背側且由肋15的壁面25、肋16的 壁面32和沖擊板30的內(nèi)壁面31形成的空間內(nèi)的冷卻空氣量，能夠減少總的冷卻空氣量 (冷卻空氣的消耗量)，并且，能夠防止未充分使用冷卻能力的低溫冷卻空氣從薄膜冷卻孔 14噴出。 另外，根據(jù)本實施方式的渦輪葉片IO，壓力低且流速慢的冷卻空氣，從在位于中央 部的腔C2， C3的背側形成的薄膜冷卻孔14噴出，并沿著葉片本體11背側的外壁面均勻地 形成由高持續(xù)性的冷卻空氣產(chǎn)生的膜。 由此，能夠進一步減少從燃燒氣體(高溫氣體)向葉片本體11表面(更具體為葉 片本體11背側的外壁面)的熱傳遞，從而能夠提高薄膜冷卻效率。 而且，根據(jù)本實施方式的渦輪葉片10，將從側部流路42的前緣側開口端43流入的 冷卻空氣，導入內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的后緣(即，后緣流路46的下游側開口端) 的流路的彎曲部，僅形成為側部流路42的后緣側開口端44和頭部45的端部的接合(連 通)部以及頭部45的中央部和后緣流路46的上游側開口端的接合(連通)部這兩個接合 部，因此，能夠減少流路的彎曲部中的壓力損失(流路阻力)，能夠增加冷卻空氣的流速，從 而能夠有效地冷卻內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13，并且，能夠減少流入形成于沖擊板40的 內(nèi)壁面和內(nèi)側屏蔽板12的表面34之間以及沖擊板40的內(nèi)壁面和外側屏蔽板13的表面35 之間的冷卻空間內(nèi)的冷卻空氣量，能夠進一步減少總的冷卻空氣量(冷卻空氣的消耗量)。
根據(jù)具有本實施方式的渦輪葉片10的燃氣輪機1，由于未對燃氣輪機的冷卻起作用的不必要的冷卻空氣與燃燒氣體混合且未使燃燒氣體溫度下降，因此能夠提高燃氣輪機 的性能，并且，若減少由壓縮部抽出的冷卻空氣量，則能夠將該減少的全部壓縮空氣量作為 氣體燃燒用空氣使用，因此，能夠增加完全燃燒的燃料氣體投入量。于是，由于燃燒氣體總 量增加，因此，無需使壓縮機部分大型化即可提高渦輪輸出，并實現(xiàn)渦輪的小型化且提高輸 出，其結果是具有提高性能的優(yōu)點。另外，具有如下優(yōu)點，即由于肋16有助于提高葉片強 度，因此能夠謀求葉片的薄化。而且，還具有能夠以簡單的結構分別獨立地控制冷卻空氣量 在葉片背側和腹側的最優(yōu)化的優(yōu)點。 下面，參照圖6說明本發(fā)明的渦輪葉片的第二實施方式。圖6是由相對于本實施 方式的渦輪葉片的立設方向軸線大致正交的面切開該渦輪葉片的大致中央部的主要部分 剖面圖。 如圖6所示，本實施方式的渦輪葉片50在替代位于腹側中央部的兩個腔(除最靠 前緣側的腔C1和最靠后緣側的腔C4以外的腔)C2， C3而具有一個腔C5這一點上，與上述 實施方式不同。由于其他結構要素與上述實施方式的結構要素相同，因此，在此省略它們的 說明。 在本實施方式中形成有板狀肋15和板狀肋16，并且肋15和肋16以T形交叉(即， 肋15和肋16的截面視圖形狀形成為大致T形)，其中，板狀肋15將位于背側中央部的腔 C2，C3分隔為前緣側和后緣側，板狀肋16將位于背側中央部的腔C2，C3和位于腹側中央部 的腔C5分隔為腹側和背側(大致二等分)。根據(jù)本實施方式的渦輪葉片50，由于位于背側中央部的腔C2， C3被肋15分隔為 前緣側和后緣側，因此能夠提高相對于背側的膨脹應力("A - > ，'応力)的強度。
另外，根據(jù)本實施方式的渦輪葉片50，由于不需要將位于腹側中央部的腔分隔為 前緣側和后緣側的肋15，因此，能夠簡化位于腹側中央部的腔C5的結構，由此，制造時的鑄 造工序簡單，并能夠降低制造成本。 而且，根據(jù)本實施方式的渦輪葉片50，由于減少難以冷卻的肋15的數(shù)量，因此，能 夠提高位于腹側中央部的腔C5的冷卻效率。 由于其他作用效果與上述實施方式相同，因此，在此省略其說明。 下面，參照圖7說明本發(fā)明的渦輪葉片的第三實施方式。圖7是由相對于連接本
實施方式的渦輪葉片的前緣和后緣的中心線大致正交的面切開該渦輪葉片的主要部分剖面圖。 如圖7所示，本實施方式的渦輪葉片60在替代沖擊承受板38而設有分隔板39這 一點上與上述實施方式不同，其中上述實施方式的沖擊承受板38設置在位于中央部的腔 C2(C3)的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間側。由于其他結構要素與上述實施方 式的結構要素相同，因此，在此省略它們的說明。 g卩，如圖2和圖3所示，在上述實施方式中采用"兩側供給方式"，所謂兩側供給方 式是指，沖擊冷卻分別設置在內(nèi)側屏蔽板12和外側屏蔽板13的沖擊板36的冷卻空氣，流 入位于中央部的腔C2(C3)中的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間內(nèi)。
與之相對，如圖7所示，在本實施方式中采用"單側供給方式"，所謂單側供給方式 是指，位于中央部的腔C2(C3)中的、相比肋16的壁面32而形成于背側的空間且接近前緣 側的空間，其一側(圖7中的上方)與外側屏蔽板13連通，而另一側(圖7中的下方)被固定在沖擊板30 —端部(圖7中的下側端部)的分隔板39堵塞。同時，接近后緣側的空 間的另一側與內(nèi)側屏蔽板12連通，而該空間的一側被固定在沖擊板30另一端部(圖7中 的上側端部)的分隔板39(未圖示)堵塞。S卩，向接近前緣側的空間供給的冷卻空氣不會 自內(nèi)側屏蔽板12側供給，而是僅供給在外側屏蔽板13的沖擊板36進行沖擊冷卻的冷卻空 氣。另一方面，向接近后緣側的空間供給的冷卻空氣不會自外側屏蔽板13側供給，而是僅 供給在內(nèi)側屏蔽板12的沖擊板36進行沖擊冷卻的冷卻空氣。 另外，也可以構成為，本實施方式中接近前緣側的空間，其另一側與內(nèi)側屏蔽板12 連通，該空間的一側被固定在沖擊板30另一端部的分隔板39堵塞，并且，接近后緣側的空 間，其一側與外側屏蔽板13連通，而另一側被固定在沖擊板30 —端部的分隔板39(未圖 示)堵塞。 根據(jù)本實施方式的渦輪葉片60，由于分隔板39緊貼固定于沖擊板30，以確保分隔
板39和沖擊板30的接合部的密封性，因此，能夠可靠地防止冷卻空氣從該接合部泄漏。 另外，在上述實施方式中，由于沖擊板30的一端部具有插入沖擊承受板38的結
構，因此，有時導致冷卻空氣從沖擊板30的一端部和沖擊承受板38的槽38a之間泄漏。 由于其他作用效果與上述實施方式相同，因此在此省略其說明。 另外，本發(fā)明不僅能夠適用于第一級靜葉片，還能夠適用于其他段的靜葉片或者
動葉片。 另外，在上述實施方式中說明了如下的一個具體例子，即在位于中央部的腔C2，C3 內(nèi)的腹側和背側分別具有沖擊板30，并具有沿著中心線將這些腔C2，C3內(nèi)的空間分隔為腹 側和背側的肋16，并且，在位于肋16背側的空間的上游側具有沖擊板36，但是，本發(fā)明并不 限于此。因此，例如可以是僅在位于中央部的腔C2，C3內(nèi)的背側具有沖擊板30的結構(即， 不具有肋16、腹側的沖擊板30和上游側的沖擊板36的結構)，也可以是僅具有肋16以及 配置在位于中央部的腔C2， C3內(nèi)的背側的沖擊板30的結構(即，不具有腹側的沖擊板30 以及上游側的沖擊板36的結構)，又可以是僅具有肋16、配置在位于中央部的腔C2， C3內(nèi) 的背側的沖擊板30、沖擊板36的結構(S卩，不具有腹側的沖擊板30的結構)，還可以添加 在各級的靜葉片之間通過背側和腹側的沖擊板的開口面積大小來微調(diào)流量的結構。
而且，本發(fā)明不僅僅在位于中央部的腔(除位于最靠前緣側的腔C1和位于最靠后 緣側的腔C4以外的腔)C2，C3內(nèi)能夠適用，還能夠適用于位于最靠前緣側的腔Cl和/或位 于最靠后緣側的腔C4。
1權利要求
一種渦輪葉片，沿著連接前緣和后緣的中心線分隔為葉片腹側和葉片背側的板狀肋，設置在前緣和后緣之間，并且設置有背側的腔和腹側的腔未連通的至少兩個以上的腔，該渦輪葉片的特征在于，具有流入/流出葉片背側的腔的冷卻空氣的壓力損失部件，與葉片腹側相比，從葉片背側流出的冷卻空氣量少。
2. 如權利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述壓力損失部件是位于向腔內(nèi)流入的冷卻空氣上游的沖擊板。
3. 如權利要求l所述的渦輪葉片，其特征在于，所述壓力損失部件是位于自腔流出的冷卻空氣下游的沖擊板。
4. 如權利要求1所述的渦輪葉片，其特征在于，所述壓力損失部件是位于自腔流出的冷卻空氣的上游和下游的兩張沖擊板。
5. —種燃氣輪機，其特征在于，具有權利要求1至4中的任一項所述的渦輪葉片。
6. 如權利要求5所述的燃氣輪機，其特征在于，各段的沖擊孔的孔徑不同。
全文摘要
一種渦輪葉片，在沿著連接前緣和后緣的中心線的葉片大致中央部，設置有分隔為葉片腹側和葉片背側的板狀肋，且設置有背側和腹側的腔未連通的至少兩個以上的腔，利用壓力損失部件，與葉片腹側相比，減小流入葉片背側的的冷卻空氣量，其中冷卻空氣通過該壓力損失部件流入葉片背側的腔。
文檔編號F01D9/02GK101779002SQ20088002564
公開日2010年7月14日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權日2007年7月31日
發(fā)明者塚越敬三, 橋本朋子, 由里雅則, 羽田哲 申請人:三菱重工業(yè)株式會社