JP2004137958A - Gas turbine rotor blade - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に冷却媒体が導入される空洞の通路が形成されたガスタービン動翼に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンは回転軸の円周方向に動翼が設けられ、各動翼の間を流れる燃焼ガスにより回転軸が回転駆動され、例えば、圧縮機の駆動及び発電機の駆動を行なうものである。
【0003】
ガスタービンには高温の燃焼ガスが導入され、特に前段側の動翼及び静翼は高温に晒されることになるため、内部に冷却媒体が導入される空洞の通路が形成された冷却翼がガスタービンの動翼として用いられている(例えば、特許文献1、2、3参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−234703
【特許文献2】
特開2000−291406
【特許文献3】
特開2001−55901
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンの動翼は、回転軸側に保持されるクリスマスツリー型の埋込部を有し、シャンク及びプラットホームを挟んで翼部(翼プロファイル部)が形成されている。
【0006】
このため、全体の質量に大きな差があり温度差が生じてしまう。また、冷却媒体が流通する際には後流側の冷却媒体の温度が高くなり、通路間での温度差も生じてしまう。このため、特にプラットホームを挟んでシャンクと翼部との間の後縁側に熱応力が発生してクラック等が生じる虞があった。
【0007】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、翼部の冷却を均等に行なうことができるガスタービン動翼を提供することを目的とする。
【0008】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、プラットホームを挟んで翼部とシャンクとに温度差が生じにくいガスタービン動翼を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン動翼は、
翼内部前縁側の翼根部から翼頂部にかけて冷却空気を流す通路を設け、頂部端部にて折り返して翼根に向かう通路、翼根部折り返し部にて翼頂に向かう通路を複数連続して形成してなるサーペンタイン冷却通路を形成し、前記通路のうち翼後縁側の通路にはトレイリングエッヂの縦列に設けた噴出し穴に連接した動翼において、前記前縁側冷却通路は平坦な空洞とし、折り返し後の通路には通路内壁にタービュレータを設けたことを特徴とする。
【0010】
そして、前記翼根折り返し部分の空間を、翼根に付設するプラットホームより下方のシャンク部の位置にて設けたことを特徴とする。
【0011】
また、噴出し穴を設けた動翼トレイリングエッヂと翼後縁側冷却通路との間の肉厚が頂部からハブ部にかけて徐々に厚くなるように形成されていることを特徴とする。
【0012】
また、前記動翼トレイリングエッヂの冷却通路との間の肉厚部に噴出し穴を上下列に複数個設けたことを特徴とする。
【0013】
また、前記噴出し穴は動翼のハブ部の穴が上部の噴出し穴より面積が大きいことを特徴とする。
【0014】
また、前記ハブ部近くの噴出し穴は上下に長い長孔であることを特徴とする。
【0015】
また、前記噴出し穴のハブ部に近い3つの穴が他の噴出し穴より大きい面積を有することを特徴とする。
【0016】
また、前記噴出し穴の噴出し角度が上方向に形成されていることを特徴とする。
【0017】
また、翼前縁側に前記サーペンタイン通路と独立した通路を設けて冷却空気を翼根部から導入し、翼頂部に排出する構成としたことを特徴とする。
【0018】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン動翼は、翼内部前縁側の翼根部から翼頂部にかけて冷却空気を流す通路を設け、頂部端部にて折り返して翼根に向かう通路、翼根部折り返し部にて翼頂に向かう通路を複数連続して形成してなるサーペンタイン冷却通路を形成し、前記通路のうち翼後縁側の通路にはトレイリングエッヂの縦列に設けた噴出し穴に連接し、且つプラットホームを有するガスタービン動翼において、前記動翼の翼根とプラットホームの付け根部分の形状を、翼トレイリングエッヂの背側及び腹側でのフィレット部分の形状が、翼前縁側の背側及び腹側でのフィレット部分の形状よりも大きな楕円形状であることを特徴とする。
【0019】
そして、翼前縁側に前記サーペンタイン通路と独立した通路を設けて冷却空気を翼根部から導入し、翼頂部に排出する構成としたことを特徴とする。
【0020】
また、中子を用いないで機械加工した噴出し穴を設けたことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1には本発明の一実施形態例に係るガスタービン動翼の全体構成を表す斜視状況、図2にはガスタービン動翼の断面、図3には図2中のIII−III 線矢視、図4には図3中の矢印IV部の詳細、図5には図2中のV矢視を示してある。また、図6乃至図8には翼とプラットホームとの状況を表し、図6には付け根部のフィレットを示す全体斜視、図7には前縁側の正面からみた外観、図8には後縁側の正面からみた外観を示してある。
【0022】
ガスタービンは、圧縮機及び燃焼器及びタービンにより構成され、圧縮機で圧縮された圧縮空気が燃焼器で燃料とともに燃焼され、燃焼ガスがタービンに導入されてタービンが駆動される。タービンの動力により圧縮機を作動させ、発電機で発電が実施される。
【0023】
タービンの回転軸側には、図1に示したガスタービン動翼1が軸方向に多段にわたって設けられている。ガスタービン動翼1は回転軸側に保持されるクリスマスツリー型の埋込部2が形成され、シャンク3及びプラットホーム4を挟んで翼部(翼プロファイル部)5が形成されている。
【0024】
図2、図3に示すように、ガスタービン動翼1には上下方向に延びる空洞が形成され、前縁から後縁にかけて、例えば、3つの通路12a,12b,12cが形成されている。前縁側の通路12aにはロータ側からの冷却流体(例えば、空気)送られる冷却流路11が連通している。
【0025】
前縁側の通路12aと中央部の通路12bとは頂端部上部の折り返し部13aで連通し、通路12aを上方に流れた冷却流体は折り返し部13aで折り返して通路12bを下方に流れる。通路12bと後縁側の通路12cとは翼根部下部の折り返し部13bで連通し、通路12bを下方に流れた冷却流体は折り返し部13bで折り返して通路12cを上方に流れる。通路12cを上方に流れた冷却流体は上端の排出口14から排出される。
【0026】
つまり、3つの通路12a,12b,12cは、折り返し部13a,13bにより複数通路を連続したサーペンタイン通路状態が構成されている。
【0027】
通路12aの空洞の内壁は平坦な面として形成されており、通路12b及び最後縁側の通路である通路12cの内壁面には冷却流体の流通方向に交差する方向に延びるタービュレータ(乱流発生手段)としてのリブ15が多数形成されている。
【0028】
通路12b,12cを流通する冷却流体はリブ15により壁面に向かう乱流が生じ、熱伝達が促進されるようになっている。つまり、冷却媒体が最初に折り返した後の通路12b,12cの内壁面にリブ15が設けられている。
【0029】
一方、通路12bと後縁側の通路12cとを連通する折り返し部13b(通路の端部)はプラットホーム4を挟んでシャンク3側に配置されている。つまり、シャンク3の部位で通路12bを流通した冷却流体が折り返す連続した通路状態が構成されている。
【0030】
上述したガスタービン動翼1では、冷却流体が冷却流路11から前縁側の通路12aに送られ、冷却流体は通路12aを上方に流通する。
【0031】
通路12aを上方に流れた冷却流体は折り返し部13aで折り返して中央部の通路12bを下方に流れる。中央部の通路12bを流通する際に冷却流体にはリブ15により壁面に向かう再付着流が生じて熱伝達が促進される。
【0032】
通路12bを下方に流れた冷却流体はシャンク3の部位に位置する折り返し部13bで折り返して後縁側の通路12cを上方に流れる。後縁側の通路12cを流通する際に冷却流体にはリブ15により壁面に向かう再付着流が生じて熱伝達が促進される。通路12cを上方に流れた冷却流体は上端の排出口14から排出される。
【0033】
上記構成のガスタービン動翼1は、前縁側の通路12aには内壁は平坦な面一の空洞としてリブ15が設けられていないので、動翼根部からの冷たい冷却空気は前縁側の翼を冷却するに十分であり、冷却流体は冷たい状態が維持されて通路12bに送られることが出来る。このため、通路12bには通路12aで熱伝達が十分に生じていない高い冷却能力を維持した状態にある冷却流体が送られる。このため、通路12aと通路12bとで相対的な冷却差が減少し、温度差を少なくすることができる。
【0034】
また、上記構成のガスタービン動翼1は、通路12bを下方に流れた冷却流体はシャンク3の部位に位置する折り返し部13bで折り返すので、通路12bを冷却して温まった状態の冷却媒体がシャンク3を流通することになる。プラットホーム4より下部のシャンク3は高温の燃焼ガスに直接晒されないので、翼部5に比べて温度は低温である。
【0035】
このため、温まった状態の冷却媒体がシャンク3を流通することにより、低温状態のシャンク3が冷却媒体により温められた状態になり、シャンク3と翼部5の温度差を少なくすることができる。
【0036】
図3、図4に示すように、後縁側の通路12cは内壁面にリブ15が形成され、直接腹側と背側とは連結されていない状態になっている。このため、後縁端から通路12cまでの後縁部(中実部)の長さHを大きく確保して、腹側と背側との非連結状態による剛性の低下を抑制している。
【0037】
また、プラットホームの下部でシャンク3の部位には通路12bと後縁側の通路12cを折り返すための折り返し部13bが配置され、即ち、通路12がシャンク3の部位にまで延びているため、むしろ、暖められた冷却空気でシャンク部を暖めてプラットホームとシャンク部との温度差をなくす。
【0038】
このため、翼部5の厚さは根元側を細く先端側が薄い状態に構成することができる。
【0039】
従来の後縁側の通路12cは、他の通路と同様に中子を入れた状態で鋳造され、通路12cはトレイリングエッヂとの噴出し穴を構成するためにペデスタルを付設する部分を除いて中子により噴出し穴を形成される。この吹き出し穴の周囲は金属結晶が少なく機械的に比較的弱い状態となる。これに対し、図3、図4に示すように、後縁側の通路12cの後縁部(最後縁)には後縁部を貫通する流体噴出孔16が設けられている。流体噴出孔16は、翼部5の厚み部位を鋳造した後、機械加工(穴あけ加工)により形成されている。
【0040】
流体噴出孔16から冷却流体の一部を噴出させることにより、トレイリングエッヂ部分の冷却流体によるフィルム冷却が行なわれる。
【0041】
上述したように流体噴出孔に相当する部材を鋳造により形成した場合、翼部5が腹側の部材と背側の部材に分割され、適宜連結部材で連結されて鋳込まれることになる。このため、流体噴出孔に相当する部材が形成される部位の鋳造品の厚さが薄くなり、金属結晶が少ない状態になる。
【0042】
これに対し、翼部5の厚み部位を鋳造した後、機械加工(穴あけ加工)により流体噴出孔16を形成した場合、鋳造時に翼部5の厚み部の鋳造品の厚さが十分に確保されて金属結晶が多数存在して均質化された状態になる。
【0043】
孔加工を行なっても金属結晶の数は減ることはないので、流体噴出孔に相当する部材を鋳造により形成した場合に比べ(薄物を鋳造した場合に比べ)、本実施形態例の翼部5は強度の点で有利な構造となっている。
【0044】
図2に示すように、トレイリングエッヂの冷却通路と噴出し穴16の稜線との間の肉厚が翼頂部からハブ部にかけて徐々に厚くなるように形成されており、これにより、冷却通路を流れる空気の温度と冷却される前記肉厚部との温度影響を少なくしている。翼の応力を受け持つ部分の金属結晶を多くし且つハブ部の噴出し穴を大きくしても熱による損傷を少なくしている。
【0045】
更に、図6に示すように、ガスタービン動翼1の翼部5の翼根とプラットホーム4の付け根部分の形状を、翼トレイリングエッヂの背側及び腹側でのフィレット部分の形状(図8参照)が、翼前縁側の背側及び腹側でのフィレット部分の形状(図7参照)よりも大きな楕円形状としている(図6中点線の下側:点線から上は直線部分)。これにより、翼部5の後縁側のプラットホーム4との間のフィレットRは応力集中を避けるために大きく形成されている。また、更に、翼部5の後縁側のプラットホーム4との付け根部には応力集中を避けるための曲面凹状の溝を周方向に形成して、即ち、該部分の厚み部を削ったぬすみ部17が設けられている。
【0046】
また、図5に示すように、流体噴出孔16は、ハブ側、即ちプラットホーム4寄り(下側)の3個の流体噴出孔16a,16b,16cが上下方向に長い(例えば、短径:長径が1:3の長孔)長孔により形成されている。流体噴出孔16a,16b,16cを上下方向に長い長孔で形成したことにより、上下方向の応力集中がなくなる。
【0047】
上述したガスタービン動翼1は、通路12aと通路12bとで相対的な冷却差が減少し、温度差を少なくすることができると共に、温まった状態の冷却媒体がシャンク3を流通することにより、低温状態のシャンク3が冷却媒体により温められた状態になり、シャンク3と翼部5の温度差を少なくすることができる。
【0048】
このため、翼部5とプラットホーム4の間の熱応力を抑制することができ、特に、後縁側の翼部5の付け根部にクラックが発生しにくくなる。また、プラットホームの変形を防止することができる。
【0049】
また、後縁端から通路12cまでの後縁部(中実部)の長さHが大きく確保され、固有振動数が下がるのを相殺した状態になる。
【0050】
また、翼部5の厚み部位に鋳造した後、機械加工(穴あけ加工)により流体噴出孔16を形成したので、金属結晶が多数存在した状態になり、強度の点で有利な構造となっている。
【0051】
更に、フィレットRは応力集中を避けるために大きく形成され、3個の流体噴出孔16a,16b,16cが上下方向に長い長孔により形成されているので、上下方向の応力集中がなくなる。
【0052】
図9に基づいて本発明の他の実施形態例を説明する。図9には本発明の他の実施形態例に係るガスタービン動翼の断面を示してある。尚、図2に示した部材と同一部材及び同一機能部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【0053】
図9に示すように、翼前縁側にサーペンタイン通路とは独立した狭隘な冷却空気通路21を設け、翼根部の冷却流路22から空気を導入して翼頂部の開口23から排出する構成としている。また、トレイリングエッヂの流体噴出孔16の角度は上方に向けている。その他の構成は図2で示したものと同一である。
【0054】
冷却空気通路21を設けたことで、さらに冷却性能を高めることができると共に、流体噴出孔16の角度は上方に向けたことで噴出しを円滑に行なうことができる。尚、流体噴出孔16の角度は図2に示したものと同じように水平であっても支障はない。
【0055】
尚、上述した実施形態例では、冷却用の通路を3つ及び4つ備えたガスタービン動翼1を例に挙げて説明したが、5つ以上の通路を設けたものを適用することが可能であり、大きさや設けられる位置により適宜変更可能である。更に、タービュレータとしては、水平のもの、斜め方向に位置するものなど適宜実施できる。
【0056】
【発明の効果】
本発明のガスタービン動翼は、翼内部前縁側の翼根部から翼頂部にかけて冷却空気を流す通路を設け、頂部端部にて折り返して翼根に向かう通路、翼根部折り返し部にて翼頂に向かう通路を複数連続して形成してなるサーペンタイン冷却通路を形成し、前記通路のうち翼後縁側の通路にはトレイリングエッヂの縦列に設けた噴出し穴に連接した動翼において、前記前縁側冷却通路は平坦な空洞とし、折り返し後の通路には通路内壁にタービュレータを設けたので、通路の間で相対的な冷却差が減少し、翼部の冷却を均等に行なうことができるガスタービン動翼とすることができる。
【0057】
この結果、熱応力を抑制してクラックの発生を防止することが可能になる。
【0058】
そして、前記翼根折り返し部分の空間を、翼根に付設するプラットホームより下方のシャンク部の位置にて設けたので、翼部を冷却した後の冷却流体がシャンク部側に流通し、プラットホームを挟んで翼部とシャンク部とに温度差が生じにくいガスタービン動翼とすることができる。
【0059】
この結果、熱応力を抑制してクラックの発生を防止することが可能になる。
【0060】
また、噴出し穴を設けた動翼トレイリングエッヂと翼後縁側冷却通路との間の肉厚が頂部からハブ部にかけて徐々に厚くなるように形成されているので、冷却通路を流れる空気の温度と冷却される肉厚部との温度影響を少なくすることができる。
【0061】
また、前記動翼トレイリングエッヂの冷却通路との間の肉厚部に噴出し穴を上下列に複数個設けたので、効果的にフィルム冷却を行なうことができる。
【0062】
また、前記噴出し穴は動翼のハブ部の穴が上部の噴出し穴より面積が大きいので、また、前記ハブ部近くの噴出し穴は上下に長い長孔であるので、また、前記噴出し穴のハブ部に近い3つの穴が他の噴出し穴より大きい面積を有する上下方向の応力集中をなくすことができる。
【0063】
また、前記噴出し穴の噴出し角度が上方向に形成されているので、吹き出しを円滑にすることができる。
【0064】
また、翼前縁側に前記サーペンタイン通路と独立した通路を設けて冷却空気を翼根部から導入し、翼頂部に排出する構成としたので、更に冷却性能を高めることができる。
【0065】
上記目的を達成するための本発明のガスタービン動翼は、翼内部前縁側の翼根部から翼頂部にかけて冷却空気を流す通路を設け、頂部端部にて折り返して翼根に向かう通路、翼根部折り返し部にて翼頂に向かう通路を複数連続して形成してなるサーペンタイン冷却通路を形成し、前記通路のうち翼後縁側の通路にはトレイリングエッヂの縦列に設けた噴出し穴に連接し、且つプラットホームを有するガスタービン動翼において、前記動翼の翼根とプラットホームの付け根部分の形状を、翼トレイリングエッヂの背側及び腹側でのフィレット部分の形状が、翼前縁側の背側及び腹側でのフィレット部分の形状よりも大きな楕円形状であるので、翼部の後縁側のプラットホームとの間のフィレットRは応力集中を避けるために大きく形成される。
【0066】
そして、翼前縁側に前記サーペンタイン通路と独立した通路を設けて冷却空気を翼根部から導入し、翼頂部に排出する構成としたので、更に冷却性能を高めることができる。
【0067】
また、中子を用いないで機械加工した噴出し穴を設けので、フィルム冷却用の流体噴出孔を金属結晶の多い最後縁に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態例に係るガスタービン動翼の全体構成を表す斜視図。
【図2】ガスタービン動翼の断面図。
【図3】図2中のIII−III 線矢視図。
【図4】図3中の矢印IV部の詳細図。
【図5】図2中のV矢視図。
【図6】付け根部のフィレットを示す全体斜視図。
【図7】前縁側の正面からみた外観図。
【図8】後縁側の正面からみた外観図。
【図9】本発明の他の実施形態例に係るガスタービン動翼の断面図。
【符号の説明】
1 ガスタービン動翼
2 埋込部
3 シャンク
4 プラットホーム
5 翼部
11 冷却流路
12 通路
12a 前縁側の通路
12b 中央部の通路
12c 後縁側の通路
13a 上側の折り返し部
13b 下側の折り返し部
14 排出口
15 リブ
16 流体噴出孔
17 ぬすみ部
21 冷却空気通路
22 冷却流路
23 開口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine blade having a hollow passage into which a cooling medium is introduced.
[0002]
[Prior art]
A gas turbine is provided with moving blades in a circumferential direction of a rotating shaft, and the rotating shaft is driven to rotate by combustion gas flowing between the moving blades, for example, to drive a compressor and a generator.
[0003]
Since high-temperature combustion gas is introduced into the gas turbine, and especially the rotor blades and the stationary blades on the front stage are exposed to high temperatures, the cooling blades having a hollow passage through which the cooling medium is introduced are formed by the gas turbine. It is used as a moving blade of a turbine (for example, see Patent Documents 1, 2, and 3).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-234703 A
[Patent Document 2]
JP 2000-291406
[Patent Document 3]
JP-A-2001-55901
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The moving blade of the gas turbine has a Christmas tree-shaped embedded portion held on the rotating shaft side, and a blade portion (blade profile portion) is formed across the shank and the platform.
[0006]
For this reason, there is a large difference in the total mass, and a temperature difference occurs. Further, when the cooling medium flows, the temperature of the cooling medium on the downstream side increases, and a temperature difference between the passages also occurs. For this reason, there is a possibility that a thermal stress is generated on the trailing edge side between the shank and the wing portion particularly across the platform, and cracks or the like are generated.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas turbine rotor blade capable of uniformly cooling a blade portion.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a gas turbine rotor blade in which a temperature difference between a blade portion and a shank hardly occurs between platforms, with the platform interposed therebetween.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The gas turbine rotor blade of the present invention for achieving the above object,
A passage through which cooling air flows from the blade root on the leading edge side of the blade to the blade top is provided, and a plurality of passages are formed continuously at the top end by turning back toward the blade root and at the blade root turnback toward the blade top. The blades connected to the ejection holes provided in the cascade of trailing edges are formed in the passages on the trailing edge side of the blades, and the leading edge side cooling passages are flat cavities. In the rear passage, a turbulator is provided on the inner wall of the passage.
[0010]
The space for the blade root turn-back portion is provided at a position of a shank portion below a platform attached to the blade root.
[0011]
Further, the wall thickness between the blade trailing edge provided with the ejection hole and the blade trailing edge side cooling passage is formed so as to gradually increase from the top to the hub.
[0012]
Further, a plurality of ejection holes are provided in a vertical portion in a thick portion between the moving blade trailing edge and a cooling passage.
[0013]
Further, the ejection hole is characterized in that a hole in a hub portion of the rotor blade has a larger area than an ejection hole in an upper portion.
[0014]
Further, the ejection hole near the hub is a vertically long hole.
[0015]
In addition, three holes near the hub of the ejection holes have an area larger than other ejection holes.
[0016]
Further, the ejection angle of the ejection hole is formed upward.
[0017]
Further, a passage independent of the serpentine passage is provided on the leading edge side of the blade, so that cooling air is introduced from the root of the blade and discharged to the top of the blade.
[0018]
In order to achieve the above object, a gas turbine rotor blade of the present invention is provided with a passage for flowing cooling air from a blade root on the leading edge side of the blade to the blade top, a passage turned back at the top end to the blade root, a blade root. A serpentine cooling passage formed by continuously forming a plurality of passages toward the blade tip at the turnback portion is formed, and the passage on the trailing edge side of the passage is connected to a jet hole provided in a column of trailing edges. In the gas turbine rotor blade having a platform, the shape of the blade root of the rotor blade and the root portion of the platform is changed so that the shape of the fillet portion on the back side and the ventral side of the blade trailing edge is on the back side of the blade leading edge side. And an elliptical shape larger than the shape of the fillet portion on the ventral side.
[0019]
Further, a passage independent of the serpentine passage is provided on the leading edge side of the blade to introduce cooling air from the blade root portion and discharge the cooling air to the blade top portion.
[0020]
In addition, a machined ejection hole is provided without using a core.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a gas turbine rotor blade according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross section of the gas turbine rotor blade, and FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG. 4 shows details of an arrow IV part in FIG. 3, and FIG. 5 shows a view taken in the direction of an arrow V in FIG. 6 to 8 show the condition of the wing and the platform. FIG. 6 is an overall perspective view showing a fillet at the base, FIG. 7 is an external view of the front edge side, and FIG. The appearance as viewed from the front is shown.
[0022]
The gas turbine includes a compressor, a combustor, and a turbine. Compressed air compressed by the compressor is burned together with fuel in the combustor, and combustion gas is introduced into the turbine to drive the turbine. The compressor is operated by the power of the turbine, and power is generated by the generator.
[0023]
The gas turbine rotor blade 1 shown in FIG. 1 is provided in multiple stages in the axial direction on the rotating shaft side of the turbine. The gas turbine blade 1 has a Christmas tree-shaped embedded portion 2 held on the rotating shaft side, and a blade portion (blade profile portion) 5 formed with a shank 3 and a platform 4 interposed therebetween.
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, a cavity extending vertically is formed in the gas turbine rotor blade 1, and, for example, three
[0025]
The leading edge passage 12a and the
[0026]
That is, the three
[0027]
The inner wall of the cavity of the passage 12a is formed as a flat surface, and the inner wall surfaces of the
[0028]
The cooling fluid flowing through the
[0029]
On the other hand, a folded
[0030]
In the above-described gas turbine blade 1, the cooling fluid is sent from the cooling flow channel 11 to the passage 12a on the leading edge side, and the cooling fluid flows upward through the passage 12a.
[0031]
The cooling fluid that has flowed upward through the passage 12a turns back at the turn-back portion 13a and flows downward through the
[0032]
The cooling fluid that has flowed downward through the
[0033]
In the gas turbine rotor blade 1 having the above-described structure, the
[0034]
Further, in the gas turbine rotor blade 1 having the above-described configuration, the cooling fluid that has flowed downward in the
[0035]
Therefore, when the warmed cooling medium flows through the shank 3, the low-temperature shank 3 is warmed by the cooling medium, and the temperature difference between the shank 3 and the wing 5 can be reduced.
[0036]
As shown in FIGS. 3 and 4, the trailing edge side passage 12 c has a
[0037]
Further, a folded
[0038]
For this reason, the thickness of the wing part 5 can be configured such that the root side is thin and the tip side is thin.
[0039]
The conventional trailing edge side passage 12c is cast with a core in the same manner as the other passages, and the passage 12c is formed in the middle except for a portion where a pedestal is provided to form a jet hole with a trailing edge. A jet hole is formed by the child. The periphery of the blowout hole has a small number of metal crystals and is relatively mechanically weak. On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, a
[0040]
By jetting a part of the cooling fluid from the fluid jetting holes 16, film cooling by the cooling fluid at the trailing edge portion is performed.
[0041]
When the member corresponding to the fluid ejection hole is formed by casting as described above, the wing portion 5 is divided into an abdominal member and a dorsal member, and the wing portion 5 is appropriately connected by a connecting member and cast. For this reason, the thickness of the casting at the portion where the member corresponding to the fluid ejection hole is formed becomes thin, and the state in which the number of metal crystals is small is obtained.
[0042]
On the other hand, when the
[0043]
Since the number of metal crystals does not decrease even if the hole processing is performed, the wing portion 5 of the present embodiment example is compared with a case where a member corresponding to the fluid ejection hole is formed by casting (compared with a case where a thin object is cast). Has an advantageous structure in terms of strength.
[0044]
As shown in FIG. 2, the thickness between the cooling passage of the trailing edge and the ridge line of the
[0045]
Further, as shown in FIG. 6, the shape of the blade root of the blade portion 5 of the gas turbine rotor blade 1 and the shape of the root portion of the platform 4 are changed to the shapes of the fillet portions on the back side and the ventral side of the blade trailing edge (FIG. 8). (See FIG. 7), which is larger than the shapes of the fillet portions on the dorsal side and the ventral side on the wing leading edge side (see FIG. 7). Thus, the fillet R between the wing portion 5 and the platform 4 on the trailing edge side is formed large to avoid stress concentration. Further, at the root of the wing 5 with the platform 4 on the trailing edge side, a curved concave groove is formed in the circumferential direction to avoid stress concentration. Is provided.
[0046]
As shown in FIG. 5, the
[0047]
In the gas turbine rotor blade 1 described above, the relative cooling difference between the passage 12a and the
[0048]
For this reason, thermal stress between the wing part 5 and the platform 4 can be suppressed, and in particular, cracks hardly occur at the base of the wing part 5 on the trailing edge side. Further, deformation of the platform can be prevented.
[0049]
In addition, the length H of the rear edge (solid portion) from the rear edge to the passage 12c is ensured to be large, and the natural frequency is prevented from lowering.
[0050]
In addition, since the
[0051]
Furthermore, the fillet R is formed large in order to avoid stress concentration, and since the three
[0052]
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a cross section of a gas turbine blade according to another embodiment of the present invention. Note that the same members and the same functional members as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0053]
As shown in FIG. 9, a narrow cooling air passage 21 independent of the serpentine passage is provided on the leading edge side of the blade, and air is introduced from the
[0054]
By providing the cooling air passage 21, the cooling performance can be further improved, and the fluid can be spouted smoothly by turning the angle of the
[0055]
In the above-described embodiment, the gas turbine blade 1 having three and four cooling passages has been described as an example. However, a gas turbine blade having five or more passages may be applied. It can be changed as appropriate depending on the size and the position where it is provided. Further, the turbulator may be appropriately implemented such as a horizontal one or an obliquely positioned one.
[0056]
【The invention's effect】
The gas turbine rotor blade of the present invention is provided with a passage for flowing cooling air from the blade root portion on the blade inner leading edge side to the blade tip, a passage turning back at the top end portion toward the blade root, and a blade turning portion at the blade root turning portion. A plurality of continuous passages are formed to form a serpentine cooling passage, and among the passages, a passage on the trailing edge side of the blade includes a moving blade connected to a jet hole provided in a column of trailing edges; The cooling passage is a flat cavity, and the turned-back passage is provided with a turbulator on the inner wall of the passage, so that the relative cooling difference between the passages is reduced and the gas turbine operation that can evenly cool the blades It can be a wing.
[0057]
As a result, it is possible to suppress thermal stress and prevent cracks from occurring.
[0058]
And, since the space of the blade root folded portion is provided at the position of the shank portion below the platform attached to the blade root, the cooling fluid after cooling the blade portion flows to the shank portion side and sandwiches the platform. Thus, it is possible to provide a gas turbine rotor blade in which a temperature difference is hardly generated between the blade portion and the shank portion.
[0059]
As a result, it is possible to suppress thermal stress and prevent cracks from occurring.
[0060]
Further, since the wall thickness between the blade trailing edge provided with the ejection hole and the blade trailing edge side cooling passage is formed so as to gradually increase from the top to the hub portion, the temperature of the air flowing through the cooling passage is increased. And the wall thickness portion to be cooled can reduce the influence of temperature.
[0061]
Further, since a plurality of ejection holes are provided in the upper and lower rows in a thick portion between the moving blade trailing edge and the cooling passage, the film can be cooled effectively.
[0062]
Also, since the ejection hole has a larger area at the hub portion of the rotor blade than the upper ejection hole, and since the ejection hole near the hub portion is a vertically long hole, the ejection hole The three holes close to the hub of the piercing hole can eliminate the vertical stress concentration having an area larger than the other ejection holes.
[0063]
Further, since the ejection angle of the ejection hole is formed in the upward direction, the ejection can be smoothly performed.
[0064]
Further, a passage independent of the serpentine passage is provided on the leading edge side of the blade to introduce cooling air from the root of the blade and discharge it to the top of the blade, so that the cooling performance can be further improved.
[0065]
In order to achieve the above object, a gas turbine rotor blade of the present invention is provided with a passage for flowing cooling air from a blade root on the leading edge side of the blade to the blade top, a passage turned back at the top end to the blade root, a blade root. A serpentine cooling passage formed by continuously forming a plurality of passages toward the blade tip at the turnback portion is formed, and the passage on the trailing edge side of the passage is connected to a jet hole provided in a column of trailing edges. In the gas turbine rotor blade having a platform, the shape of the blade root of the rotor blade and the root portion of the platform is changed so that the shape of the fillet portion on the back side and the ventral side of the blade trailing edge is on the back side of the blade leading edge side. And since it is an elliptical shape larger than the shape of the fillet portion on the ventral side, the fillet R between the wing portion and the platform on the trailing edge side is formed large to avoid stress concentration.
[0066]
A passage independent of the serpentine passage is provided on the leading edge side of the blade to introduce cooling air from the root of the blade and discharge it to the top of the blade, so that the cooling performance can be further improved.
[0067]
Further, since the ejection hole machined without using the core is provided, the fluid ejection hole for cooling the film can be formed at the rearmost edge where many metal crystals are present.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating an entire configuration of a gas turbine rotor blade according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a gas turbine blade.
FIG. 3 is a view taken along line III-III in FIG. 2;
FIG. 4 is a detailed view of an arrow IV part in FIG. 3;
FIG. 5 is a view as seen from an arrow V in FIG. 2;
FIG. 6 is an overall perspective view showing a fillet at the base.
FIG. 7 is an external view of the front edge side as viewed from the front.
FIG. 8 is an external view as viewed from the front on the trailing edge side.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a gas turbine bucket according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine rotor blade 2 Embedded part 3 Shank 4 Platform 5 Blade part 11 Cooling channel 12 Passage 12a Front
Claims (12)
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