燃气轮的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种燃气轮机，其目的在于即使在从动叶片的端壁部前缘混入冷却介质那样的情况下，也能够抑制在燃气轮机的动叶片前缘附近的二次流动涡流的发展。在动叶片(4)中，具有：叶片型部(12)，其包括从前缘(12a)延伸至后缘(12b)的负压面(12d)、与负压面(12d)相对地从前缘(12a)延伸至后缘(12b)的压力面(12c)、被负压面(12d)的上端与压力面(12c)的上端包围的尖面(13)；以及与负压面(12d)的下端和压力面(12c)的下端连接的端壁部(10)，在端壁部(10)的负压面(12d)侧且为前缘(12a)侧的位置上具有凸形状，在端壁部(10)的压力面(12c)侧且为前缘(12a)侧的位置上具有凹形状。
【专利说明】燃气轮机
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机。
【背景技术】
[0002]涉及燃气轮机的涡轮叶片，由于考虑通过叶片个数的降低来实现低成本化等的原因有加载于每一个叶片上的负荷增加的倾向。在施加于叶片上的负荷大的叶片上，在端壁附近，在相对于主流气体的流动的垂直剖面上的流动，即二次流动变大。由于二次流动变大，端壁附近的流量减少，相应地，叶片的外周侧与内周侧的径向位置的平均值即平均值附近的流量增加，叶片负荷增大。其结果，众所周知会引起全压损失的增大。
[0003]为了应对在叶片负荷大的叶片上全压损失的增大，公开了将端壁面的形状规定为非轴对称的形状的方法。作为一例，关于端壁面，在专利文献I中公开了形成在压力面侧具有凸面、负压面侧具有凹面的一对曲面的叶片。
[0004]另外，在专利文献2中公开了以旋转方向一致即旋转对称的方式，在端壁设置凸区域的叶片。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:美国专利第6283713号公报
[0008]专利文献2:日本特开2002-349201号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]在专利文献I中公开的叶片，是对应由作用于流体的离心力和压力坡度不均匀引起的二次流动的装置，不能够对应由从动叶片的端壁部前缘混入的冷却介质引起的二次流动。
[0011]在专利文献2中所公开的叶片中，谋求用于提高主流气体减速部的流速的流路狭小化，狭道变小恐怕会产生冲击波。
[0012]本发明的目的在于即使在从动叶片的端壁部前缘混入冷却介质那样的情况下，也能够抑制在燃气轮机的动叶片前缘附近的二次流动涡流的发展。
[0013]用于解决课题的方法
[0014]在具有由从前缘延伸至后缘的负压面、与上述负压面相对地从上述前缘延伸至上述后缘的压力面、被上述负压面的上端与上述压力面的上端包围的尖面构成的叶片型部、连接于上述负压面的下端和上述压力面的下端的端壁部的燃气轮机动叶片上，其特征为，在上述端壁部的负压面侧且前缘侧的位置上具有凸形状，在上述端壁部的压力面侧且前缘侧的位置上具有凹形状。
[0015]发明效果
[0016]根据本发明，即使在从动叶片的端壁部前缘混入冷却介质那样的情况下，也能够抑制在燃气轮机动叶片前缘附近二次流动涡流的发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是燃气轮机的剖视图。
[0018]图2a是动叶片4的放大图。
[0019]图2b是包含在图2a中所表示的动叶片4的涡轮放大图。
[0020]图3是表示叶片型部12的剖面形状的图。
[0021]图4a是表示在动叶片4的内周侧端壁附近的叶片剖面上的叶片面马赫数的图。
[0022]图4b是用虚线在图4上追加叶片负荷变小的情况下的叶片面马赫数分布的图。
[0023]图5是表示将动叶片4配置于涡轮上的涡轮动叶片列的图。
[0024]图6是表示由动叶片4的前缘12a产生的涡流的图。
[0025]图7是实施例1的涡轮动叶片4，是斜视叶片型部12的负压面12d的图。
[0026]图8是实施例1的涡轮动叶片4，是斜视叶片型部12的压力面12c的图。
[0027]图9是从外周侧观察实施例2的动叶片4的内周侧端壁部10的图。
[0028]图10是从外周侧观察实施例3的动叶片4的内周侧端壁部10的图。
[0029]图11是用与涡轮旋转轴垂直的平面(图9中表示的CD)切断形成前缘12a附近的外周侧端壁部内面10时的剖视图。
[0030]图12是表示整个叶片型部12的径向上叶片剖面的全压损失的图。
【具体实施方式】
[0031]图1表示燃气轮机的剖视图。图1所示的燃气轮机具备绕旋转轴3旋转的转子1、作为静止体的定子2。在转子I上配置多个动叶片4。以对应该动叶片4的方式，在罩7上配置多个静叶片8。
[0032]燃气轮机还具备压缩空气的压缩机5、使利用压缩机5压缩的压缩空气与燃料燃烧并产生燃烧气体的燃烧器6、由用燃烧器6产生的燃烧气体驱动的涡轮。涡轮具有承接燃烧气体并旋转的多个动叶片4、恢复使动叶片4旋转的燃烧气体的静压的多个静叶片8。燃烧器6产生的高温气体通过静叶片8吹向动叶片4，驱动转子I。暴漏于高温气体中的动叶片4和静叶片8按要求需要进行冷却。在冷却介质中，能够利用压缩机5压缩的压缩空气的一部分。
[0033]图2a表示动叶片4的放大图。另外，图2b表示包含图2a中所表示的动叶片4的涡轮的放大图。动叶片4安装于涡轮转子I上。动叶片4具有相对于旋转轴3位于内周侧即涡轮转子I侧的内周侧端壁部10、从该端壁部的外周面1a向径向外侧延伸的叶片型部
12。在作为在叶片型部12径向上最外侧的封闭面的尖面13和位于其外侧的静叶片8的端壁部16之间，形成流体流动的间隙17。另外，在叶片型部12上，也形成用于流过冷却介质并自内部冷却叶片的中空部。如图2所示，冷却介质从入口 9流入，在沿箭头方向流动的过程中冷却叶片型部。
[0034]作为动叶片4的冷却空气供给源使用来自压缩机5的压缩空气，将冷却高温部分的冷却后空气作为主流放出的多孔冷却方式的燃气轮机的情况下，冷却空气使用设置于转子I上的冷却空气导入孔导入。如此的多孔冷却方式的燃气轮机的情况下，具备限制通过旋转体与静止体之间的冷却介质的流量的密封机构20。
[0035]作为动叶片4冷却用从入口 9导入的冷却空气，经过设置于动叶片4上的排出孔15向气体通路排出。未用于动叶片4冷却的空气的一部分，冷却了转子I后，从静叶片8与动叶片4的间隙混入主流气体流路。如图2b中箭头所示，存在从动叶片4的上游侧的混入18和从下游侧的混入19。由于动叶片4为旋转体，因此，尤其来自动叶片4上游侧的混入18使由叶片型部12的内周侧前缘产生的涡流变强。由于该涡流的影响，在叶片间的能量散失。在作为本发明的实施例的后述各实施例中，将这样的冷却高温部分的冷却后空气作为主流放出的多孔冷却方式的燃气轮机作为前提，说明可降低来自动叶片4的上游侧的混入18而产生的影响的例子。
[0036]图3表示叶片型部12的剖面形状。叶片型部12具有在叶片弦方向形成凹形状的压力面12c、在叶片弦方向上形成凸形状的负压面12d、叶片前缘12a和叶片后缘12b。即，叶片型部12由从前缘12a向后缘12b延伸的负压面12d、与负压面12d相对地从前缘12a延伸至后缘12b的压力面12c、被负压面12d的上端和压力面12c的上端包围的尖面13构成。并且，在负压面12d的下端和压力面12c的下端连接端壁部10。
[0037]叶片型部12形成为，叶片厚度随着从前缘侧向中央侧逐渐变大，然后，随着向后缘侧逐渐变小。在叶片型部12的内部具有中空部9a、9b，也存在以在中空部流过冷却介质而从内部冷却叶片的方式构成的情况。并且，在图2中实线箭头表示冷却空气的流动，边框箭头表示高温气体即主流动作气体的流动。而且，负压面12d是叶片背侧部，压力面12c是叶片腹侧部。可以在中空部9a、9b设置散热片，良好地实现热变换。如果热变换良好，能够降低冷却介质的量，也能够降低由冷却介质泄漏而产生的影响。
[0038]图4a是表示在动叶片4的端壁附近的叶片剖面上的叶片面马赫数的图。横轴表示从叶片前缘12a至叶片后缘12b间的叶片表面位置，纵轴表示马赫数。用Ms表示在端壁部10附近的负压面12d的叶片面马赫数，用Mp表示在端壁部10附近的压力面12c的叶片面马赫数。
[0039]如图4a所示，负压面12d的叶片面马赫数在叶片前缘12a和叶片后缘12b的中间部表示最大叶片面马赫数M_max，从中间部至叶片后缘12b骤减。这是因为，从由多个动叶片4构成的叶片列入口至出口，主流流体流动时，产生了主流流体的气体膨胀。M_min表示在压力面12c上最小叶片表面马赫数。M_max与M_min的差越大，作用于叶片型部上的最大压力与最小压力的差就越大，作用于叶片上的负荷就会变大。
[0040]在作用于叶片上的负荷大的叶片中，不论作为内周侧、外周侧的涡轮罩侧，在端壁部附近二次流动均变大。所谓二次流动是在相对于主流气体的流动垂直的剖面上的流动。在端壁附近产生的二次流动由于被吸引至流体压力小的负压面侧而产生。这是因为，在端壁附近由于流体的粘性影响而导致流速下降，作用于流体上的离心力变小，由压力坡度而产生的影响变得过大。
[0041]由于二次流动变大，端壁附近的流量减少，相应地，在作为流路中央的平均径附近的流量增加，叶片负荷增大。叶片负荷增大就意味着马赫数变大。马赫数变大时，在壁面的摩擦损失会变大，在超音速领域中由冲击波而产生的冲击波损失会变大。其结果，导致全压损失的增大。
[0042]图4b是为了进行比较，表示在图4a中用虚线追加叶片负荷变小的情况下叶片面马赫数分布的图。与图4a相同，用Ms’表不负压面12d的叶片面马赫数，用Mp’表不压力面12c的叶片面马赫数。另外，同样，M’ _max表示叶片负荷变小的情况下的最大叶片面马赫数，M’_min表示最小叶片面马赫数。与图4a中表示的叶片负荷大的动叶片相比，会理解在图4b中追加的叶片负荷小的动叶片M’ _max与M’ _min的差变小。
[0043]相对于上述那样的、施加于叶片上的负荷大的叶片中全压损失变大，提出几个非轴对象地形成涡轮叶片的端壁面的形状的方法。根据这些方法，可降低在叶片列上的全压损失。例如，如专利文献I中所公开的，有使端壁作为具有一对在压力面侧凸面、负压面侧凹面的曲面的方法。
[0044]图5表示将动叶片4配置于涡轮上的涡轮动叶片列。在圆周方向上排列的动叶片4之间，意图抑制位于夹在负压面12d与压力面12c之间的区域上的二次流动的情况下，考虑作为用于变更端壁形状的指针，着眼压力坡度而定义形状。该指针基于由于作用于流体的离心力和压力坡度的不平衡而引起流体吸引至负压面侧，致使二次流动发展的想法。基于该指针定义端壁形状的情况下，以压力面12c侧的端壁形状为凸型、负压面12d侧的端壁形状为凹型的方式而确定。在该方法中，会产生在由压力面12c、负压面12d夹住的区域中抑制二次流动的效果。
[0045]可是，
【发明者】们也预见到，仅仅该想法不能抑制由前缘12a产生的马蹄形涡流的增大。即，在上述方法中，由于不为在叶片前缘12a附近的端壁形状定义指针，因此，马蹄形涡流的影响大的叶片型的二次流动抑制效果变小。
[0046]图6表示由动叶片4的叶片前缘12a产生的涡流。在动叶片4的叶片前缘12a附近且端壁部的外周面1a附近产生的涡流30被称为马蹄形涡流。马蹄形涡流30向叶片后缘12b发展。该马蹄形涡流30是在叶片前缘12a附近产生的涡流。作为上述的、来自动叶片4的上游侧的混入18混入冷却空气，在增大由叶片型部12的内周侧前缘产生的涡流那样的叶片列的涡轮中，该马蹄形涡流的影响变大。
[0047]另外，在这种叶片列中，在冷却空气等从作为轮毂侧的端壁部的外周面1a的上游侧混入的情况下，端壁部10上的入口、出口的压力差变小，主流流体的减速变得更大。其结果，在端壁部10的叶片剖面上的全压损失变得更大。
[0048]以下，关于抑制在叶片前缘12a上产生的马蹄形涡流30的增大、也能抑制在由负压面12d与压力面12c夹住的区域上的二次流动的涡轮动叶片实施例进行说明。并且，在各实施例中关于凸形状和凹形状等，存在关于各动叶片4的端壁部10上的位置的记载。这些是扇形状地组装各动叶片4时成为其位置那样的各动叶片4的端壁部10上的位置的意思。
[0049]实施例1
[0050]图7是本发明的实施例1的涡轮动叶片4，是斜视叶片型部12的负压面12d的图。图8表示本发明的实施例1的涡轮动叶片4，是斜视叶片型部12的压力面12c的图。用箭头表示主流气体的气流13。前缘12a侧相对于主流气体流动为上游侧，后缘12b是下游侧。横轴表示在平行于旋转轴3的方向上的位置，使前缘12a与端壁部的外周面1a的切点位置为0%，使后缘12b与端壁部的外周缘1a的切点位置为100%。纵轴R是表示半径位置的坐标轴。端壁部10位于叶片型部12的半径方向内周侧上。在以后的各实施例中，所谓的外周侧为将该动叶片4安装在燃气轮机上时相对于叶片型部12远离转子I的一侧，所谓内周侧为转子I侧。另外，所谓外就意味着外周侧，所谓内就意味内周侧。所谓径向表示作为转子I的剖面的圆的半径方向。
[0051]本实施例中的动叶片4如图7所示，作为内周侧端壁部10的外周侧的面的端壁外周面10a，具有在叶片型部12的负压面12d侧向外的凸形状。该凸形状位于叶片前缘12a侦U。优选位于叶片前缘12a的附近。更优选形成为，在将涡轮旋转轴方向的坐标作为基准，使与端壁部外面10接触的叶片型部的前缘12a为0%、使后缘12b为100%时，向外的凸形状的顶点位于40%以下的范围内。这着眼于冷却空气混入成为涡流产生的主要原因，用于应对这种情况。
[0052]在动叶片4的前缘12a附近区域，冷却空气混入，并在叶片前缘12a冲突，冷却空气急剧减速的同时，在叶片表面被卷起而产生涡流。由于被该涡流吸引，主流气体也形成涡流。相对于该涡流，通过使端壁部的外周面1a的前缘12a附近为向外的凸形状，使流速变大抑制流体的减速。该效果通过使端壁部的外周面1a为向外的凸形状而缩小流路，能够使流速急剧增加，能够抑制由冷却空气引起的涡流产生。当顶点过于位于最下游侧时，前缘12a附近的凸形状有可能与半径为相同程度，但只要使向内的凸形状的顶点位于比40%小的范围内，就能够可靠地得到抑制由前缘12a附近的涡流引起的问题的效果。
[0053]并且，在专利文献I中与本实施例相反，公开了使压力面侧的前缘侧的端壁部外周面向外凸的技术。该技术是基于涡流的产生由作用于端壁附近的压力平衡与作用于流体的离心力不平衡而产生的这种想法而开发出的技术。即使在动叶片4的叶片间，从压力面侧向负压面侧也存在压力坡度，端壁附近的流体要素从压力面侧被吸引至负压面侧。可是，其特征为动叶片是绕轴旋转的叶片。在本实施例中作为前提的流体从上游侧混入的情况下，该流体在动叶片前缘附近猛烈碰撞在负压面上引起二次流动。在此引起二次流动的力远远大于压力坡度。因此，在如本实施例那样混入冷却介质的情况下，在专利文献I中的技术中，涡轮叶片性能提升的效果小。
[0054]另外，本实施例的动叶片4按照图8所示，作为端壁部10的外周侧的面的端壁外周面1a具有在叶片型部12的压力面12c侧向外的凸形状。该凸形状位于前缘12a与后缘12b中间附近。另一方面，压力面12c的前缘12a附近的径向位置位于比负压面12d侧的凸形状的顶点更内周侧。并且，压力面12c侧的后缘12b附近的径向位置能够以性能变好的方式适当地确定。
[0055]优选压力面12c侧的凸形状的顶点位于30%以上且80%以下的范围内。该区域由于从动叶片4间的压力面12c向负压面12d的压力坡度最大，因此流速急剧减少，是容易发生涡流的区域。该压力坡度的大小如图4中作为Ms与Mp之差所表示。所谓的压力坡度大指叶片负荷也大，二次流动强，主流气体减速也大。通过如本实施例采用向外的凸形状，能够使流速变大而抑制流速的急剧减少。向外的凸形状的顶点比30%小的情况下，由于在压力坡度大的地方向外凸的区域变小，因此流速调整量变小，二次流动的抑制效果变小。另夕卜，比80%大的情况下，在向外凸的区域的下游侧可能会产生急剧的流速增加，由于冲击波损失而导致叶片列性能劣化的情况。
[0056]在此，关于叶片型部12与端壁部10的接触位置的结构进行说明。在该位置上存在带有被称为圆角的圆形的区域31。即，端壁部与叶片型部12并不是严密地垂直相交。可是，该圆角31的大小是在设计时不能忽视的值。在本实施例中，以外周侧端壁部内面10与叶片型部12的切点作为基准规定0%?100%的点，这是意味着设计上的切点的点，未考虑圆角。
[0057]其次，关于前缘附近、前缘与后缘中间附近，关于具体地举出的数值进行说明。首先，关于前缘附近，当凸形状的顶点比40%靠上游时，连接于上游侧的凸区域的最大凸量与设置于叶片型部12和端壁部10上的半径为相同程度，凸区域的效果为能够忽视的程度。由于这样的理由，前缘附近的凸形状的顶点为40%以下。其次关于中间附近，凸形状的顶点为比30%靠上游、下游侧的凸形状的最大凸量比80%大时，凸形状的最大凸量与半径为相同程度。由此，关于中间附近，凸形状的顶点优选30%以上且80%以下。
[0058]如上，本实施例的动叶片4在作为与涡轮罩7相对侧的端壁的端壁部外面10的负压面12d附近、前缘12a附近，形成半径位置从气体流动上游侧变大的向外的凸形状，在压力面12a附近、中间附近，形成半径位置从气体流动上游侧变大的向外的凸形状。通过使动叶片4成为这样的形状，在箭头13所示的主流方向上能够抑制流动的急剧减速和增速并能够平稳地使速度变化推移，能够提供适宜的动叶片4。并且，各凸形状只要位于端壁上即可，无论接触或离开叶片型部12都能够得到同样的效果。
[0059]在如此构成的燃气轮机中，向涡轮动叶片4流入的主流流体从叶片前缘12a流入，沿叶片型部12流动，从叶片后缘12b流出。通过为本端壁形状，能够抑制二次流动，能够抑制沿叶片型部负压面12d流动的主流流体的端壁附近的流动减速，在动叶片4的叶片型部负压面12d上的马赫数的减少也会变小。其结果，能够降低动叶片4的叶片型部负压面12d的叶片剖面上的全压损失。并且，即使在施加于叶片上的负荷高的情况、或者混入的流量变化的情况下，由于产生二次流动的机构相同，能够抑制轮毂的叶片剖面上的全压损失的增大。
[0060]并且，端壁部的外周面1a是形成气体流路面的面。在端壁部10的内周侧有与端壁部的外周面1a成对的端壁部的内周面10b。作为该端壁部外周面1a与端壁部的内周面1b之间的距离的端壁厚度，既可以一定，也可以不一定。
[0061]实施例2
[0062]其次，使用从与实施例1不同的角度观察的图说明实施例2。与实施例1相同的部分省略说明。图9表示从外周侧观察实施例2的动叶片4的端壁部10的图。设置于负压面12d侧的前缘12a附近的横虚线部，以半径位置变高的方式，即成为向外周侧凸的形状的方式构成。另外，在压力面12c侧设置于前缘12a附近的纵虚线部表示为半径位置变低、BP向外周侧凹的形状(向内周侧凸的形状)。主流气体作为负压面12d侧的端壁部10周围的气流13a、压力面12c侧的端壁部10附近的气流13b按照图9所表示，沿叶片型部12的外形流动。
[0063]在端壁部的外周面1a的负压面12d侧上，在气流13a上存在在前缘附近向转子I的半径位置变大的方向凸的形状的区域。另外，在压力面12c侧的气流13b上存在在前缘附近半径位置变小的凹形状的区域。
[0064]通过利用负压面12d侧的前缘12a附近的凸形状，主流气体使从动叶片上游的端壁侧混入的空气的流动方向偏向，能够缓和混入的冷却空气和动叶片负压面的碰撞而抑制产生的二次流动。另外，在端壁部10的负压面12d侧与压力面12c侧上凸面与凹面为一对。根据这样的结构，在负压面12d侧流道截面积减少，相应地，能够在压力面12c侧增加流路截面积，能够不会大幅改变流路截面积地得到同样的效果。
[0065]如此，本实施例的燃气轮机动叶片由于在端壁部10的负压面12d侧且前缘12a侧的位置上具有凸形状、在端壁部10的压力面12c且前缘侧12a侧的位置上具有凹形状，即使在从动叶片4的端壁部10的前缘12a混入冷却介质那样的情况下，也能够抑制在燃气轮机动叶片4的前缘12a附近的二次流动涡流30的产生。在扇形状地组合动叶片4的情况下，只要上述凸形状及凹形状位于多个动叶片4间的端壁部10上即可。在此，所谓前缘侧表示前缘12a比后缘12b更近的位置。
[0066]并且，在上述所述的凸形状及凹形状以外的地方的端壁形状，只要不大幅度地妨碍上述凸形状及凹形状的效果，平面、凹形状、什么样的形状都可以。
[0067]实施例3
[0068]使用图10说明实施例3。与其他实施例相同的部分省略说明。图10表示从外周侧观察实施例3的动叶片4的端壁部10的图。与图9相同的部分省略说明。用虚线表示的曲线是等高线，是指在外周侧凸的形状中越靠近中心越位于外周侧、在外周侧凹的形状中越靠近中心越位于内周侧。
[0069]本实施例除了在图9中所示的例子，在压力面12c侧的中间附近且外周侧具有凸形状。在本实施例中，由于中间附近的凸形状，不但有与实施例1相同的效果，相对于中压力坡度最大且容易产生涡流的区域，还能够使流速增大抑制流速急剧减少、降低全压损失。如此，通过除了实施例2，还在成为端壁部10的压力面12c侧的凹形状的后缘12b侧的位置上具有凸形状，能够更有效地降低全压损失。在扇形状地组装动叶片4的情况下，只要上述凸形状及凹形状位于多个动叶片4间的端壁部10上即可。在此，只要使压力面12c侧的凸形状位于前缘12a与后缘12b的中间附近，就能够享有更可靠的这种效果。
[0070]实施例4
[0071]在图11中，作为实施例4，表示用与涡轮旋转轴垂直的平面(图9中表示的⑶)切断形成前缘12a附近的外周侧端壁部内面10的曲面的剖视图。与其他实施例相同的部分省略说明。将这样的曲面剖面称作曲线L_end，将与叶片型部12的负压面的交点称作点C，将与压力面的交点称作点D。曲线L_end从交点C到交点D平稳地延伸。曲线L_end的半径位置D处高，C处低。交点C、交点D的半径位置、曲面L_end的形状基于应该设计的涡轮空气动力设计条件，选择最适当的方式。
[0072]并且，在图11中所示的实施例4中，曲面L_end在负压面12d侧具有向外周侧凸的形状，凸形状的顶部11不是点，是离端壁的外周侧面1a的距离为等距离的平面部。如此，顶部11不需要是点，图11中所示的实施例4也能够得到与实施例1相同的效果。并且，顶部定为包含顶点的概念。
[0073]曲线L_end在图10中的前缘12a附近的端壁部附近也存在半径位置在相同轴向坐标中是相同高度的区域，但该半径位置相同的条件并不是在端壁面的整个区域设定。假设半径位置相同的条件为在整个区域内设定的情况下，由于旋转轴向的流路截面积的变化变大，会产生对涡轮叶片的全压损失增大影响大的冲击波。于是，叶片的入口出口的压力比的条件变小，引起涡轮叶片性能低下。
[0074]图12是表示整个叶片型部12的径向的叶片剖面的全压损失的图。在横轴上表示全压损失，纵轴表示叶片型部12的径向方向位置。作为比较例，端壁部10假想为平面形状。用实线表示使用实施例1的动叶片4装置，用虚线表示比较例。
[0075]实施例1如用实线表示，在端壁部10附近即轮毂侧，能够得到极其显著的全压损失降低效果。如实施例1，通过使用将流经动叶片4的端壁部附近的燃烧气体向动叶片4的平均直径方向引导的形状的动叶片，能够以利用燃烧气体主流的流动整流燃烧气体的流动的方式使燃气轮机运转。其结果，在整个叶片型部的上下方向能够实现更加均衡的全压损失。此举意味着在整个叶片型部的上下方向上能够实现更加均匀的膨胀工作。如此，通过那样，提高涡轮效率，能够消减燃气轮机的耗油量。
[0076]符号说明
[0077]I—转子，2—定子，3—旋转轴，4—动叶片，5—压缩机，6—燃烧器，7—罩，8—静叶片，9—入口，9a—中空部，9b—中空部，10—端壁部，10a—端壁部的外周面，10b—端壁部的内周面，11一顶部，12一叶片型部，12a一前缘，12b—后缘，12c—压力面，12d—负压面，13—尖面，15一排出孔，16一静叶片的端壁邰，17一间隙，18一从上游侧的混入，19一从下游侧的混入，20一密封机构，30一祸流，31 一圆角。
【权利要求】
1.一种燃气轮机动叶片，其具有: 叶片型部，其包括从前缘延伸至后缘的负压面、与上述负压面相对地从上述前缘延伸至上述后缘的压力面、以及被上述负压面的上端与上述压力面的上端包围的尖面； 以及与上述负压面的下端和上述压力面的下端连接的端壁部， 该燃气轮机动叶片的特征在于， 在上述端壁部的负压面侧且为前缘侧的位置上具有凸形状，在上述端壁部的压力面侧且为前缘侧的位置上具有凹形状。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机动叶片，其特征在于， 在上述端壁部的压力面侧的成为上述凹形状的后缘侧的位置上具有凸形状。
3.一种燃气轮机，其为孔冷却方式的燃气轮机，具备压缩空气的压缩机、使利用上述压缩机压缩的空气和燃料燃烧并生成燃烧气体的燃烧器、被由上述燃烧器生成的燃烧气体驱动的涡轮，上述涡轮具备接受上述燃烧气体并旋转的多个动叶片、恢复使上述动叶片旋转的燃烧气体的静压的多个静叶片，将冷却了高温部分的冷却后空气作为主流放出， 该燃气轮机的特征在于， 上述动叶片具备:叶片型部，其包括从前缘延伸至后缘的负压面、与上述负压面相对地从上述前缘延伸至上述后缘的压力面、以及被上述负压面的上端和上述压力面的上端包围的尖面；以及与上述负压面的下端和上述压力面的下端连接的端壁部， 在上述多个动叶片间的端壁部的、负压面侧且前缘侧具有凸形状， 在上述多个动叶片件的端壁部的、压力面侧且前缘侧具有凹形状。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于， 在上述多个动叶片间的端壁部的压力面侧的上述凹形状的后缘侧具有凸形状。
5.根据权利要求2或4所述的燃气轮机动叶片或燃气轮机，其特征在于， 上述压力面侧的凸形状配置于上述前缘与上述后缘的中间附近。
6.根据权利要求1?5任一项所述的燃气轮机动叶片或燃气轮机，其特征在于， 在使上述前缘与上述端壁部的交点的位置为0%、使上述后缘与上述端壁部的交点的位置为100%时， 上述前缘侧的凸形状的顶部在上述负压面侧的40%以下的范围内。
7.根据权利要求1?6任一项所述的燃气轮机动叶片或燃气轮机，其特征在于， 在使上述前缘与上述端壁部的交点的位置为0%、使上述后缘与上述端壁部的交点的位置为100%时， 上述前缘侧的凹形状的顶点在上述压力面侧的40%以下的范围内。
8.根据权利要求2或4所述的燃气轮机动叶片或燃气轮机，其特征在于， 在使上述前缘与上述端壁部的切点的位置为0%、使上述后缘与上述端壁部的切点的位置为100%时， 上述压力面侧的凸形状的顶点在上述压力面侧的30%以上且80%以下的范围内。
9.根据权利要求3?9任一项所述的燃气轮机，其特征在于， 具备限制通过旋转体与静止体的间隙的冷却介质的流量的密封机构。
10.一种燃气轮机的运转方法，该燃气轮机为孔冷却方式的燃气轮机，具备压缩空气的压缩机、使利用上述压缩机压缩的空气和燃料燃烧并生成燃烧气体的燃烧器、被由上述燃烧器生成的燃烧气体驱动的涡轮，上述涡轮具备接受上述燃烧气体并旋转的多个动叶片、恢复使上述动叶片旋转的燃烧气体的静压的多个静叶片，将冷却了高温部分的冷却后空气作为主流放出， 该燃气轮机的运转方法的特征在于， 通过使用将流经上述多个动叶片的端壁部附近的上述燃烧气体向上述动叶片的平均径向引导的形状的动叶片，利用上述燃烧气体的主流的流动对上述燃烧气体的流动进行整流。
11.根据权利要求10所述的燃气轮机的运转方法，其特征在于， 上述动叶片具备:叶片型部，其包括从前缘延伸至后缘的负压面、与上述负压面相对地从上述前缘延伸至上述后缘的压力面、被上述负压面的上端与上述压力面的上端包围的尖面；以及与上述负压面的下端和上述压力面的下端连接的端壁部， 在上述多个动叶片间的端壁部上的、负压面侧且前缘侧具有凸形状， 在上述多个动叶片间的端壁部上的、压力面侧且前缘侧具有凹形状。
【文档编号】F01D5/12GK104520536SQ201280074579
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2012年9月12日
【发明者】三好市朗, 樋口真一, 野田雅美 申请人:三菱日立电力系统株式会社