專(zhuān)利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)的課題在于，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)的入口氣體溫度的高溫化，例如，通過(guò)更少的密封空氣量(從空腔深處朝向主流漏出的比主流溫度低的空氣)確保動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)盤(pán)與其上游或下游靜葉片環(huán)之間形成的軸向空腔(軸向的間隙)的內(nèi)部或接近主流部的部位的可靠性、耐久性。
通常，為了提高葉片列間的軸向空腔部位的可靠性，而需要增加插入到軸向空腔內(nèi)的密封空氣量并防止主流的高溫氣體進(jìn)入。然而，增加密封空氣會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)的性能下降。
另外，從葉片列間的軸向空腔向主流漏出的密封空氣是比主流低溫的氣體，具有對(duì)葉片面(包含殼體和平臺(tái)面)進(jìn)行冷卻的能力，但通常在葉片面等主流部中，由于通過(guò)葉片產(chǎn)生的流動(dòng)的模式是統(tǒng)治性的，因此難以通過(guò)該漏出的密封空氣進(jìn)行有效的冷卻。
就燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)成效或裝備試驗(yàn)而言，根據(jù)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1可知，在軸向空腔的內(nèi)部，對(duì)放置在主流中的靜葉片或動(dòng)葉片等的每隔一張葉片施加小的周向間隔的壓力、氣體溫度分布，而整周(360deg)在流動(dòng)的性質(zhì)方面容易產(chǎn)生多個(gè)或跨多張葉片周向范圍的大的周向間隔的漩渦、壓力分布或溫度分布。而且，在實(shí)際的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中，難以滿足結(jié)構(gòu)上完全的周向的對(duì)稱性，而結(jié)構(gòu)上的周向的非對(duì)稱性也成為在軸向空腔內(nèi)整周產(chǎn)生一至幾個(gè)周期的壓力分布的主要原因。
因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，也需要考慮此種周向的不均勻性，而進(jìn)行富余量較多的密封空氣量的設(shè)定。
另一方面，從數(shù)值流體(CFD)解析或非專(zhuān)利文獻(xiàn)2等可知，例如圖9所示，對(duì)應(yīng)于靜葉片彼此或動(dòng)葉片彼此的張數(shù)差，不僅在空腔側(cè)而且在主流側(cè)也產(chǎn)生整周的壓力及溫度的分布。這種情況下成為問(wèn)題的是張數(shù)差為1張 4張左右的少的張數(shù)差的情況下整周產(chǎn)生的1 4波節(jié)(周期)的間隔的大分布。此種跨多張葉片周向范圍的分布與每隔一張葉片的壓力及溫度分布的分布相比難以均勻化。
密封空氣從葉片列間的軸向空腔向主流漏出需要空腔內(nèi)的壓力高于主流，但如上所述在軸向空腔側(cè)和主流側(cè)分別產(chǎn)生大間隔的(1 4左右的小波節(jié)的)壓力分布時(shí)，若軸向空腔側(cè)的壓力分布的波谷與主流側(cè)的壓力分布的波峰重合，則主流的氣體跨多張葉片周向范圍進(jìn)入葉片列間的軸向空腔內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)升高，在此種方式下，部件的耐久性顯著下降。
另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有使前后的靜葉片部分的周向的相對(duì)位置變化(所謂時(shí)序)，使由上游側(cè)的靜葉片的葉片面形成的沖流(尾流)到達(dá)下游側(cè)的靜葉片而提高性能的方法。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有使前后的靜葉片部分的周向的相對(duì)位置變化，通過(guò)利用上游側(cè)的靜葉片形成的沖流(尾流)或從上游側(cè)的靜葉片吹出的冷卻空氣來(lái)對(duì)下游葉片進(jìn)行冷卻的方法。
非專(zhuān)利文獻(xiàn) 1 :Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, October 2004，Vol. 126，No. 4，pp. 786-793 非專(zhuān)利文獻(xiàn)2 =ASME paper GT2004-53829 (pp. 1-10) 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本特表平9-512320號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2002-155701號(hào)公報(bào) 然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)1只不過(guò)以性能提高為目的，因此主要對(duì)燃?xì)饬鞯闹髁鬟M(jìn)行了考慮，但對(duì)靜葉片和動(dòng)葉片的軸向空腔的存在或從這里漏出的密封空氣的存在、以及受到高溫氣體的部件的耐久性等未作考慮。
另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2雖然考慮了受到高溫氣體的部件的耐久性，但未考慮靜葉片和動(dòng)葉片的軸向空腔的存在和從這里漏出的密封空氣的存在。而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，例如， 在靜葉片、動(dòng)葉片、靜葉片這三個(gè)連續(xù)的葉片列配置中，為了對(duì)下游側(cè)的靜葉片進(jìn)行冷卻， 而利用來(lái)自上游側(cè)配置的靜葉片的沖流(尾流)或從上游側(cè)配置的靜葉片面吹出的低溫的空氣。從上游側(cè)的靜葉片吹出的低溫的氣體在到達(dá)下游側(cè)的靜葉片之前，由于通過(guò)中間的旋轉(zhuǎn)中的動(dòng)葉片，因此在到達(dá)下游靜葉片之前，在中途被攪拌，促進(jìn)了與主流的高溫氣體的混合，而冷卻能力下降。

發(fā)明內(nèi)容
相對(duì)于此，本發(fā)明者著眼于葉片的位于最接近的上游的輪轂側(cè)或尖端側(cè)的軸向空腔的存在，并著眼于軸向空腔部位的耐久性的課題和從軸向空腔向主流漏出的比主流溫度低的密封空氣有效地使用于最接近的下游葉片的冷卻的情況。
本發(fā)明鑒于此種情況而作出，其目的在于提供一種能夠以更少的密封空氣確保軸向空腔部位的耐久性，并能夠利用從軸向空腔漏出的密封空氣對(duì)最接近的下游的葉片進(jìn)行有效冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)。
為了解決上述課題，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)采用以下的方法。
S卩，本發(fā)明的第一方式的燃?xì)廨啓C(jī)具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片(η為自然數(shù))；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η 段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段靜葉片；配置在該第η+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段動(dòng)葉片，其中，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或 5以上，及/或，所述第η段動(dòng)葉片與所述第η+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0 或5以上，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置被決定為，在所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0%以上且15%以下的范圍，及/或，85%以上且100%以下的范圍內(nèi)，將由所述第η段靜葉片的所述靜葉片部形成的尾流導(dǎo)向以所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的前緣為中心在周向上士 1/4間距(1間距為相鄰的所述靜葉片部的周向間隔)的范圍。
由于第η段靜葉片與第η+1段靜葉片的靜葉片部的張數(shù)差，及/或，第η段動(dòng)葉片與第n+1段動(dòng)葉片的動(dòng)葉片部的張數(shù)差為0或5以上，因此能夠避免由于張數(shù)差成為1 4而在整周產(chǎn)生1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布的情況。
而且，通過(guò)調(diào)整第η段靜葉片和第n+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置，而在靜葉片部的跨距的0%以上且15%以下的輪轂附近的范圍，及/或，85%以上且100%以下的尖端附近的范圍內(nèi)，將由第η段靜葉片的靜葉片部形成的尾流導(dǎo)向以第n+1段靜葉片的靜葉片部的前緣為中心在周向上士 1/4的范圍。由此，促進(jìn)第n+1段靜葉片的輪轂附近或尖端附近的冷卻，而改善以往困難的輪轂附近或尖端附近的冷卻。尤其是通過(guò)輪轂附近的流動(dòng)的改善，能夠有效地利用從第η段動(dòng)葉片與第n+1段靜葉片之間的輪轂側(cè)形成的空腔導(dǎo)出的密封空氣流，因此能夠不導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)效率下降地進(jìn)行冷卻。
另外，本發(fā)明的第二方式的燃?xì)廨啓C(jī)具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片(η為自然數(shù))；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第 η段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第n+1段靜葉片；配置在該第n+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第n+1段動(dòng)葉片，其中，所述第η段靜葉片與所述第n+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或 5以上，及/或，所述第η段動(dòng)葉片與所述第n+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0 或5以上，所述第η段靜葉片與所述第n+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置設(shè)定成使從所述第η段動(dòng)葉片和所述第n+1段靜葉片的輪轂側(cè)形成的空腔流動(dòng)到該第n+1段靜葉片的輪轂側(cè)殼體表面上的密封空氣流流向該輪轂側(cè)殼體表面的峰值熱應(yīng)力位置。
由于第η段靜葉片與第n+1段靜葉片的靜葉片部的張數(shù)差，及/或，第η段動(dòng)葉片與第n+1段動(dòng)葉片的動(dòng)葉片部的張數(shù)差為0或5以上，因此能夠避免由于張數(shù)差成為1 4而在整周產(chǎn)生1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布。
而且，通過(guò)調(diào)整第η段靜葉片與第n+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置，而將從第η 段動(dòng)葉片與第n+1段靜葉片之間的空腔流動(dòng)到第n+1段靜葉片的輪轂側(cè)殼體上的密封空氣流調(diào)整成流向輪轂側(cè)殼體表面的峰值熱應(yīng)力位置。由此，能夠減少第n+1段靜葉片的輪轂側(cè)殼體的峰值熱應(yīng)力。
需要說(shuō)明的是，“峰值熱應(yīng)力位置”通過(guò)熱流體場(chǎng)的模擬，能夠把握作為局部性的高溫部。使第η段靜葉片與第n+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置變化，而調(diào)整周向相對(duì)位置，以使密封空氣流向所得到的峰值熱應(yīng)力位置。
在本發(fā)明的第一方式或第二方式的燃?xì)廨啓C(jī)中，優(yōu)選，具備配置在所述第n+1段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第n+2段靜葉片；配置在該第n+2段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第n+2段動(dòng)葉片，其中，所述第n+1段靜葉片與所述第n+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，及/或，所述第n+1 段動(dòng)葉片與所述第n+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上。
第η+段靜葉片與第n+2段靜葉片的靜葉片部的張數(shù)差，及/或，第n+1段動(dòng)葉片與第n+2段動(dòng)葉片的動(dòng)葉片部的張數(shù)差為0或5以上。由此，在連續(xù)的3段(第η段、第n+1 段及第n+2段)的靜葉片或動(dòng)葉片中，能夠避免1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布。
另外，本發(fā)明的第三方式的燃?xì)廨啓C(jī)具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片(η為自然數(shù))；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第 η段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段靜葉片；配置在該第η+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段動(dòng)葉片；配置在該第η+1段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段靜葉片；配置在該第η+2段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段動(dòng)葉片，其中，所述靜葉片部及所述動(dòng)葉片部的張數(shù)為20張以上，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差及所述第η+1段靜葉片與所述第η+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，及/或，所述第η段動(dòng)葉片與所述第η+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差及所述第η+1段動(dòng)葉片與所述第η+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，第η段靜葉片、第η+1段靜葉片及第η+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)比、或第η段動(dòng)葉片、第η+1段動(dòng)葉片及第η+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比(其中，1 1 1除外。)。
通過(guò)使連續(xù)3段的靜葉片或動(dòng)葉片的葉片部的張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比(例如，36 36 54(2 2 3))，而在4張以下使前后段的葉片的疏密反復(fù)。由此，能夠避免1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布。
靜葉片部及動(dòng)葉片部的張數(shù)小于20張時(shí)，即使為1 4以下的整數(shù)比，也會(huì)在4 張以下使前后段的葉片的疏密反復(fù)，因此靜葉片部及動(dòng)葉片部的張數(shù)需要為20張以上。
發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使上下游的靜葉片或動(dòng)葉片的周向上的相對(duì)位置變化的時(shí)序， 能夠有效地進(jìn)行下游側(cè)的靜葉片的輪轂側(cè)附近或尖端側(cè)附近的冷卻。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)的側(cè)剖視圖。
圖2是表示尾流與靜葉片部的位置關(guān)系的圖。
圖3是表示第2段靜葉片、第3段動(dòng)葉片、第3段靜葉片的葉片列的圖。
圖4是表示第3段靜葉片的輪轂側(cè)殼體前緣的立體圖。
圖5是表示第3段靜葉片的輪轂側(cè)殼體前緣的壓力的圖形。
圖6Α是表示第一實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)的比較例中的第3段靜葉片的輪轂側(cè)殼體前緣的溫度分布的等高線。
圖6Β是表示第一實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)中的第3段靜葉片的輪轂側(cè)殼體前緣的溫度分布的等高線。
圖7是表示第3段靜葉片的輪轂側(cè)殼體前緣的溫度的圖形。
圖8是表示上下游段的靜葉片的葉片間隔(周向)成為疏密的狀態(tài)的縱剖視圖。
圖9是表示主流氣體的周向上的壓力分布的圖形。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[第一實(shí)施方式] 圖1局部性地示出燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)部的側(cè)剖面。該渦輪機(jī)部連接在對(duì)空氣進(jìn)行壓縮的軸流壓縮機(jī)(未圖示)和以壓縮的空氣為燃燒用空氣而使燃料燃燒的燃燒器(未圖示)的下游側(cè)。
如圖1所示，在渦輪機(jī)部中，沿著來(lái)自燃燒器的燃燒氣體的流動(dòng)，在圖中從左向右配置有第1段動(dòng)葉片1、第2段靜葉片3、第2段動(dòng)葉片5及第3段靜葉片7。需要說(shuō)明的是，位于第1段動(dòng)葉片1的上游側(cè)的第1段靜葉片未圖示。同樣地，位于第3段靜葉片7的下游側(cè)的第3段動(dòng)葉片和第4段靜葉片等未圖示。
另外，雖然未圖示，但各動(dòng)葉片1、5的旋轉(zhuǎn)軸線在該圖中向下方沿水平方向延伸。
在第1段動(dòng)葉片1上設(shè)有沿徑向延伸的多個(gè)動(dòng)葉片部11。各動(dòng)葉片部11相對(duì)于轉(zhuǎn)子12進(jìn)行固定，沿周向以等間隔配置。
在第2段靜葉片3上設(shè)有沿徑向延伸的多個(gè)靜葉片部13。各靜葉片部13沿周向等間隔配置。各靜葉片部經(jīng)由輪轂側(cè)殼體13a固定在旋轉(zhuǎn)軸線側(cè)，并經(jīng)由尖端側(cè)殼體1 固定在外筒側(cè)。
在第2段動(dòng)葉片5上設(shè)有沿徑向延伸的多個(gè)動(dòng)葉片部15。各動(dòng)葉片部15相對(duì)于轉(zhuǎn)子16固定，沿周向等間隔配置。
在第2段靜葉片7上設(shè)有沿徑向延伸的多個(gè)靜葉片部17。各靜葉片部17沿周向等間隔配置。各靜葉片部經(jīng)由輪轂側(cè)殼體17a固定在旋轉(zhuǎn)軸線側(cè)，并經(jīng)由尖端側(cè)殼體17b 固定于外筒側(cè)。
需要說(shuō)明的是，雖然未圖示，但關(guān)于第3段動(dòng)葉片或第4段靜葉片，也形成為同樣的結(jié)構(gòu)。
在動(dòng)葉片1、5與靜葉片3、7之間形成有在軸向上具有間隙的軸向空腔20。從未圖示的壓縮機(jī)抽出的壓縮空氣作為密封空氣向該軸向空腔供給。密封空氣的壓力高于在各葉片部11、14、15、17中流動(dòng)的主流氣體(燃燒氣體)的壓力，而從軸向空腔20向主流氣體側(cè)漏出。
在本實(shí)施方式中，第2段靜葉片3的靜葉片部13的張數(shù)與第3段靜葉片7的靜葉片部17的張數(shù)為同張數(shù)(張數(shù)差為0)。而且，第1段動(dòng)葉片1的動(dòng)葉片部11的張數(shù)與第 2段動(dòng)葉片5的動(dòng)葉片部15的張數(shù)為同張數(shù)(張數(shù)差為0)。
并且，通過(guò)時(shí)序，將第2段靜葉片3與第3段靜葉片7的周向上的相對(duì)位置決定成， 在第3段靜葉片7的靜葉片部17的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0%以上且15%以下的范圍內(nèi)，將由第2段靜葉片3的靜葉片部13形成的尾流(沖流)導(dǎo)向第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣。
具體而言，參照?qǐng)D2及圖3進(jìn)行說(shuō)明。圖2在跨距方向上表示第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣的位置。在該圖中表示三個(gè)靜葉片部17，以IOdeg間距(因此靜葉片部在整周為36張)配置。在該圖中虛線所示的符號(hào)22表示由上游側(cè)的第2段靜葉片3的靜葉片部13形成的尾流到達(dá)第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣的位置。而且，在該圖中，點(diǎn)線所示的符號(hào)M表示成為比較對(duì)象的比較葉片部的前緣位置。
圖3中示出第2段靜葉片3、第2段動(dòng)葉片5及第3段靜葉片7的葉片列。在該圖中示出由第2段靜葉片3的靜葉片部13形成的尾流22。該尾流23通過(guò)動(dòng)葉片部15間的流路，被導(dǎo)向第3段靜葉片17。
在本實(shí)施方式中，如圖2所示，在第3段靜葉片7的靜葉片部17的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0%以上且15%以下的范圍內(nèi)，由第2段靜葉片3的靜葉片部13形成的尾流22被導(dǎo)向第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣。這能夠通過(guò)對(duì)第2段靜葉片3和第3 段靜葉片7進(jìn)行時(shí)序(使周向的相對(duì)位置錯(cuò)開(kāi))來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，通過(guò)進(jìn)行數(shù)值流體(CFD) 解析來(lái)決定時(shí)序位置。例如，在由圖1的雙點(diǎn)劃線包圍的范圍25進(jìn)行解析。如該范圍25 所示，解析對(duì)于軸向空腔20的流動(dòng)也進(jìn)行了考慮。
圖4至圖7表示本實(shí)施方式的效果。
圖4中表示評(píng)價(jià)了解析結(jié)果即壓力及溫度的位置。即，如符號(hào)27所示，在第3段靜葉片7的靜葉片部17的輪轂側(cè)殼體17a的前端的中間高度位置中評(píng)價(jià)了壓力及溫度。
圖5表示與壓力相關(guān)的解析結(jié)果。在該圖中，粗線表示本實(shí)施方式(參照?qǐng)D2的符號(hào)17)，細(xì)線表示比較例(參照?qǐng)D2的符號(hào)24)。由此可知，相對(duì)于比較例，本實(shí)施方式的壓力(靜壓)的高低差減小，且平均壓力減小。如此可知，由于能夠減小殼體17a的前端的壓力，因此能得到軸向空腔20及殼體17a表面的冷卻效果。
圖6A表示比較例的溫度分布，圖6B表示本實(shí)施方式的溫度分布。從所述圖可知， 與比較例相比，本實(shí)施方式在大范圍內(nèi)形成了溫度下降的區(qū)域。
圖7表示圖4所示的評(píng)價(jià)位置27的溫度分布。在該圖中，粗線表示本實(shí)施方式 (參照?qǐng)D2的符號(hào)17)，細(xì)線表示比較例(參照?qǐng)D2的符號(hào)24)。由此可知，相對(duì)于比較例， 本實(shí)施方式的溫度的高低差減小，且平均溫度降低。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，會(huì)起到以下的作用效果。
由于第2段靜葉片3與第3段靜葉片7的靜葉片部13、17的張數(shù)差及第1段動(dòng)葉片1與第2段動(dòng)葉片5的動(dòng)葉片部11、15的張數(shù)差為0，因此能夠避免由于張數(shù)差成為1 4而在整周產(chǎn)生1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布的情況。
而且，通過(guò)利用時(shí)序來(lái)調(diào)整第2段靜葉片3與第3段靜葉片7的周向上的相對(duì)位置，而在靜葉片部17的跨距的0%以上且15%以下的輪轂附近的范圍內(nèi)，將由第2段靜葉片3的靜葉片部13形成的尾流22導(dǎo)向第三靜葉片7的靜葉片部17的前緣。由此，促進(jìn)第 3段靜葉片的輪轂附近的冷卻，能改善以往困難的輪轂附近的冷卻。尤其是通過(guò)基于時(shí)序的輪轂附近的流動(dòng)的改善，能夠有效地利用從第2段動(dòng)葉片與第3段靜葉片之間的輪轂側(cè)形成的空腔20導(dǎo)出的密封空氣流，因此能夠不導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)效率下降地進(jìn)行冷卻。
需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中，將尾流22導(dǎo)向第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣，但本發(fā)明并不局限于此，只要相對(duì)于靜葉片部17的前緣將尾流22導(dǎo)向規(guī)定的范圍， 就能夠起到所希望的效果。例如，也可以將尾流導(dǎo)向以第3段靜葉片7的靜葉片部17的前緣為中心在周向上士 1/4間距(1間距為相鄰的所述靜葉片部的周向間隔)的范圍。
另外，在本實(shí)施方式中，通過(guò)時(shí)序?qū)嗇瀭?cè)殼體17a前緣的冷卻進(jìn)行了改善，但也可以進(jìn)行時(shí)序，以改善尖端側(cè)殼體17b的前緣的冷卻。而且，也可以進(jìn)行時(shí)序，以實(shí)現(xiàn)輪轂側(cè)及尖端側(cè)這兩者的冷卻改善。例如，以使靜葉片部的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0%以上且15%以下的范圍及85%以上且100%以下的范圍與圖2的符號(hào)22 —致的方式設(shè)計(jì)靜葉片部17的前緣形狀即可。
另外，在本實(shí)施方式中，不僅靜葉片3、7而且動(dòng)葉片1、5的葉片張數(shù)也一致，但僅使靜葉片3、7的葉片張數(shù)一致就能夠得到所希望的效果。但是，使動(dòng)葉片的葉片張數(shù)一致能進(jìn)一步減少主流氣體的低周期的壓力分布及溫度分布，因此優(yōu)選。此外，若在連續(xù)3段的靜葉片及/或動(dòng)葉片中使葉片張數(shù)一致，則能夠進(jìn)一步減少低周期的壓力分布及溫度分布。
另外，在本實(shí)施方式中，使葉片張數(shù)一致，但只要能減少1 4周期程度的低周期的壓力分布及溫度分布就能夠充分地起到效果，因此也可以將上下段的靜葉片或動(dòng)葉片的葉片張數(shù)差形成為5以上。
具體而言，對(duì)于葉片張數(shù)差，考慮以下的情況。
葉片張數(shù)比(η段靜葉片η+1段靜葉片)為1 1或2 1時(shí)，在η+1段靜葉片周向全部葉片張數(shù)中能夠產(chǎn)生優(yōu)選的狀態(tài)(即，η段靜葉片的沖流接觸到η+1段靜葉片的前緣0 15% Ht的范圍內(nèi))。
葉片張數(shù)比為1 2或3 2時(shí)，在η+1段靜葉片中，每2張中的1張(每隔1張) 能夠產(chǎn)生優(yōu)選的狀態(tài)，張數(shù)比為1 3、2 3、4 3時(shí)，成為每3張中的1張，為1 4、 3 4時(shí)，成為每4張中的1張。在過(guò)大的整數(shù)比的情況下，成為優(yōu)選的狀態(tài)的葉片的數(shù)目減少、效果減小，因此作為有效的方式，優(yōu)選由4以下的整數(shù)比表示的葉片張數(shù)。
另一方面，例如葉片張數(shù)比為20張15張=4 3時(shí)，葉片張數(shù)為20張左右，張數(shù)差已經(jīng)成為5張，因此從葉片張數(shù)差的觀點(diǎn)出發(fā)，過(guò)大的整數(shù)比不優(yōu)選。
[第二實(shí)施方式] 接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式與第一實(shí)施方式同樣地，通過(guò)時(shí)序?qū)嗇瀭?cè)或尖端側(cè)的冷卻進(jìn)行改善。因此，動(dòng)葉片或靜葉片等的結(jié)構(gòu)相同，省略其說(shuō)明。
在本實(shí)施方式中，通過(guò)時(shí)序，將第2段靜葉片3和第3段靜葉片7的周向上的相對(duì)位置設(shè)定成，使從第2段動(dòng)葉片5和第3段靜葉片7的輪轂側(cè)形成的軸向空腔20流動(dòng)到第 3段靜葉片7的輪轂側(cè)殼體17a的表面上的密封空氣流流向輪轂側(cè)殼體17a表面的峰值熱應(yīng)力位置。
由此，能夠減少第3段靜葉片7的輪轂側(cè)殼體17a的峰值熱應(yīng)力。
具體而言，通過(guò)第一實(shí)施方式中說(shuō)明的CFD進(jìn)行時(shí)序。即，對(duì)圖6A、圖6B所示的溫度分布進(jìn)行解析，將局部成為高溫的位置作為產(chǎn)生峰值熱應(yīng)力的位置。然后，通過(guò)時(shí)序使靜葉片3、7的周向相對(duì)位置變化，并決定周向相對(duì)位置，以使從空腔20流出的密封空氣流向峰值熱應(yīng)力位置。
如此，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)利用時(shí)序來(lái)調(diào)整主流氣體流動(dòng)，而能夠改善靜葉片的輪轂側(cè)或尖端側(cè)的冷卻。
[第三實(shí)施方式] 接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式與第一實(shí)施方式同樣地，改善周向的壓力分布及溫度分布。因此，關(guān)于與第一實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)，省略其說(shuō)明。
在本實(shí)施方式中，使各動(dòng)葉片1、5及各靜葉片3、7的葉片張數(shù)為20張以上。
第2段靜葉片3與第3段靜葉片7的葉片張數(shù)之差及第3段靜葉片7與第4段靜葉片的葉片張數(shù)之差為0或5以上。
第2段靜葉片、第3段靜葉片及第4段靜葉片的葉片張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比(其中，1 :1:1除外。)。
如此，通過(guò)使連續(xù)3段的靜葉片的張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比(例如， 36 36 54(2 2 3))，而將上下游的靜葉片部向軸向投影時(shí)，以4張以下的葉片張數(shù)使葉片間隔(周向)的疏密反復(fù)。由此，能夠避免1 4波節(jié)(周期)的比較低周期的壓力分布或溫度分布。
靜葉片部的葉片張數(shù)小于20張時(shí)，即使為1 4以下的整數(shù)比，也會(huì)以4張以下使前后段的葉片的疏密反復(fù)，因此需要使靜葉片部的張葉片數(shù)為20張以上。
此外，圖8中示出以5張以上的葉片張數(shù)使葉片間隔的疏密反復(fù)的狀態(tài)作為參考例。
此外，本實(shí)施方式能夠?qū)⒌谝粚?shí)施方式及第二實(shí)施方式組合。
另外，也可以取代靜葉片或與靜葉片一起將動(dòng)葉片也形成為本實(shí)施方式的葉片張數(shù)比。具體而言，使第1段動(dòng)葉片1與所述第2段動(dòng)葉片5的葉片張數(shù)之差及第2段動(dòng)葉片5與第3段動(dòng)葉片的葉片張數(shù)之差為0或5以上，使第1段動(dòng)葉片、第2段動(dòng)葉片及第3 段動(dòng)葉片的葉片張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比(其中，1 1 1除外。)。
符號(hào)說(shuō)明 1第1段動(dòng)葉片 3第2段靜葉片 5第2段動(dòng)葉片 7第3段靜葉片 11、15動(dòng)葉片部 13、17動(dòng)葉片部
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)，具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片，η為自然數(shù)；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段靜葉片；配置在該第η+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段動(dòng)葉片，其中，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上， 及/或，所述第η段動(dòng)葉片與所述第η+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置被決定為，在所述第η+1 段靜葉片的所述靜葉片部的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0%以上且15%以下的范圍及/ 或85%以上且100%以下的范圍內(nèi)，將由所述第η段靜葉片的所述靜葉片部形成的尾流導(dǎo)向以所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的前緣為中心在周向上士 1/4間距的范圍，1間距為相鄰的所述靜葉片部的周向間隔。
2.一種燃?xì)廨啓C(jī)，具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片，η為自然數(shù)；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段靜葉片；配置在該第η+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段動(dòng)葉片，其中，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上， 及/或，所述第η段動(dòng)葉片與所述第η+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的周向上的相對(duì)位置設(shè)定成使從所述第η段動(dòng)葉片和所述第η+1段靜葉片的輪轂側(cè)形成的空腔流動(dòng)到該第η+1段靜葉片的輪轂側(cè)殼體表面上的密封空氣流流向該輪轂側(cè)殼體表面的峰值熱應(yīng)力位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)，具備配置在所述第η+1段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段靜葉片；配置在該第η+2段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段動(dòng)葉片，其中，所述第η+1段靜葉片與所述第η+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，及/或，所述第η+1段動(dòng)葉片與所述第η+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上。
4. 一種燃?xì)廨啓C(jī)，具備將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η段靜葉片，η為自然數(shù)；配置在該第η段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η段動(dòng)葉片；配置在該第η段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段靜葉片；配置在該第η+1段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+1段動(dòng)葉片；配置在該第η+1段動(dòng)葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的靜葉片部在周向上以規(guī)定間隔設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段靜葉片；配置在該第η+2段靜葉片的燃?xì)饬飨掠蝹?cè)，并將沿徑向延伸的動(dòng)葉片部在周向上以規(guī)定間隔在轉(zhuǎn)子的外周上設(shè)置多個(gè)而成的第η+2段動(dòng)葉片，其中， 所述靜葉片部及所述動(dòng)葉片部的張數(shù)為20張以上，所述第η段靜葉片與所述第η+1段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差及所述第η+1段靜葉片與所述第η+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，及/或，所述第η 段動(dòng)葉片與所述第η+1段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差及所述第η+1段動(dòng)葉片與所述第η+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)之差為0或5以上，第η段靜葉片、第η+1段靜葉片及第η+2段靜葉片的所述靜葉片部的張數(shù)比、或第η段動(dòng)葉片、第η+1段動(dòng)葉片及第η+2段動(dòng)葉片的所述動(dòng)葉片部的張數(shù)比為1 4以下的整數(shù)比，其中，1 1 1除外。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠有效地進(jìn)行靜葉片與動(dòng)葉片之間的軸向間隙及葉片端面的冷卻的燃?xì)廨啓C(jī)。在第2段靜葉片與第3段靜葉片的葉片部(17)的張數(shù)差為0的燃?xì)廨啓C(jī)中，通過(guò)時(shí)序，將第2段靜葉片與第3段靜葉片的周向上的相對(duì)位置決定為，在第3段靜葉片的靜葉片部(17)的距輪轂側(cè)的跨距方向的長(zhǎng)度的0％以上且15％以下的范圍內(nèi)，將由第2段靜葉片的靜葉片部形成的尾流導(dǎo)向第3段靜葉片的靜葉片部(17)的前緣。
文檔編號(hào)F02C7/18GK102187061SQ20108000293
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者飯?zhí)锔?申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社