[發明專利]具有削薄接片的渦輪動葉片

有效

• 申請號: 200980121736.1
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN102057134A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 羽田哲
• 申請（專利權）人: 三菱重工業株式會社
• 主分類號: F01D5/20
• 分類號: F01D5/20;F01D5/18;F01D5/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 岳雪蘭

技術領域

本發明涉及在葉片前端部具有削薄接片的渦輪動葉片。

本申請主張以在2008年10月30日在美國申請的美國專利申請號61/109732為基礎的優先權，在此援引其內容。

背景技術

燃氣輪機由壓縮機、燃燒器和渦輪構成。從空氣取入口取入的空氣被壓縮機壓縮，作為高溫、高壓的壓縮空氣向燃燒器提供。在燃燒器中，壓縮空氣與燃料進行混合燃燒，作為高溫、高壓的燃氣向渦輪提供。在渦輪中，殼體內交互配置有多個渦輪靜葉片和渦輪動葉片，利用提供給排氣通路的燃氣旋轉驅動渦輪動葉片，利用與轉子連結的發電機回收電力。驅動渦輪的燃氣利用擴散器轉換為靜壓向大氣排放。

在這樣構成的燃氣輪機中，作用于多個渦輪靜葉片和渦輪動葉片的燃氣的溫度達到1500℃，加熱渦輪靜葉片和渦輪動葉片，有可能使渦輪靜葉片和渦輪動葉片破損。因此，渦輪靜葉片和渦輪動葉片在葉片體內具有冷卻通路，利用從外部接受的冷卻空氣等的冷卻介質冷卻葉片壁，并且在來自設置在葉片壁的冷卻孔的冷卻介質向燃氣側流出時，利用薄膜冷卻等進行葉片面冷卻。

另一方面，在旋轉驅動渦輪動葉片的葉片前端部(頂部)與構成殼體的局部的分隔環之間設置有一定的間隙而使兩者不干涉。但是，如果該間隙過大，則燃氣的局部越過葉片前端部向下游側流失，所以能量損失并且成為燃氣輪機的熱效率降低的原因。為了抑制來自該間隙的燃氣的流出，渦輪動葉片的葉片前端部設置有起到堤壩作用的削薄接片(チツプシニング)(或者也稱為削尖接片(チツプスキ一ラ))，極力減小削薄接片的頂面與分隔環的間隙，防止燃氣輪機的熱效率的降低。

圖5A和圖5B表示的是渦輪動葉片的一個例子。

圖5A所示的渦輪動葉片50經由葉片根部16立設于埋入旋轉的轉盤(未圖示)的平臺11上，轉子(未圖示)和轉盤(未圖示)一體地進行旋轉。在從葉片徑向看渦輪動葉片50的剖面的情況下，在葉片的旋轉方向R的上游側，從前邊緣到后邊緣凹狀地形成有加壓面側葉片壁18，在葉片的旋轉方向R的下游側，從前邊緣到后邊緣凸狀地形成有負壓面側葉片壁19。渦輪動葉片50的前端部15利用頂板17進行堵塞。在該頂板17上，削薄接片23沿著渦輪動葉片50的周向的負壓面側葉片壁19從前邊緣到后邊緣設置成帶狀，向葉片的徑向外側突出。在該結構中，從渦輪動葉片50的加壓面側葉片壁20與葉片面沖突的燃氣FG的一部分沿著葉片前端部15的頂板17流動，越過削薄接片23向下游側排氣通路流動。

如圖5B所示，為了冷卻頂板17和削薄接片23，在渦輪動葉片50的葉片前端部15上，設置有將在葉片體12內的冷卻流路26流動的冷卻介質CA的一部分向燃氣中吹出的冷卻孔28a、28b。另外，一部分的燃氣FG在分隔環60與削薄接片23的頂面23a之間的間隙C流動，該間隙流產生渦輪的能量損失，而成為燃氣輪機熱效率降低的原因。因此，極力減小間隙C，因此，根據燃氣輪機的運轉條件，通過渦輪動葉片50的旋轉，而產生一邊使削薄接片23的頂面23a與分隔環60的下面接觸一邊進行旋轉的狀態。

另外，為了保護直接暴露在高溫燃氣的葉片面，在葉片前端部15的頂板17、負壓面側葉片壁19、加壓面側葉片壁20和削薄接片側壁23d等的外表面實施耐熱涂層(也被稱為TBC)25，阻斷來自高溫燃氣的熱，而防止葉片面的燒損。但是，如上所述，削薄接片23的頂面23a與分隔環60的間隙C被調整為極小，難于對削薄接片23的頂面23a實施耐熱涂層，葉片體的基材暴露在燃氣中。因此，削薄接片的頂面23a通過在冷卻孔28b流動的冷卻介質CA的對流冷卻，防護來自高溫燃氣的影響。

另外，在專利文獻1～3中，公開了在葉片壁的整周配置了削薄接片的渦輪動葉片的一個例子。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：(日本)特開2004-169694號公報

專利文獻2：(日本)特開2001-107702號公報

專利文獻1：(日本)特開2008-051094號公報

近年來，為了提高燃氣輪機的熱效率，燃氣的溫度具有高溫化的傾向，而有必要加強對渦輪葉片的冷卻。另外，配置在所述的渦輪動葉片的葉片前端部的削薄接片沿著葉片前端部的葉片壁，從前邊緣側到后邊緣側設置在頂板的上面，但是，由于在后邊緣側葉片寬度窄，所以限制了設置冷卻孔的空間，有可能冷卻不足。另一方面，削薄接片的頂面23a的葉片的基材的表面暴露在燃氣中，在后邊緣側削薄接片冷卻不足的情況下，存在受到高溫燃氣的影響而燒損削薄接片的問題。

發明內容

本發明是以提供具有解決所述問題的削薄接片的渦輪動葉片為目的。