涡轮叶片的冷却结构制造技术

一种涡轮叶片(1)的冷却结构，其设置有配置于冷却通道(17)的第一肋组(33A)及第二肋组(33B)相互重叠成格子状而构成的晶格结构体(23)，所述晶格结构体(23)具有使形成于第一肋组的肋间的流路(37)与形成于第二肋组的肋间的流路(37)相互连通的晶格连通部(23a)，所述第一肋组、所述第二肋组(33A、33B)分别具有由一对肋构成的肋壁(35)，该一对肋相对于沿冷却介质(CL)的移动方向(M)延伸的假想边界线(L)相互向相反朝向倾斜，且在假想边界线(L)上相互接触，且在形成所述肋壁(35)的各肋(31、31)的两端部的两个晶格连通部(23a)之间形成有多个晶格连通部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮叶片的冷却结构相关申请本申请主张2017年3月10日申请的日本专利申请2017-045925的优先权，并通过参照将其整体作为本申请的一部分而引用。
本专利技术涉及一种从内部对燃气涡轮发动机的涡轮叶片，即涡轮中的静叶及动叶进行冷却的结构。
技术介绍
构成燃气涡轮发动机的涡轮配置于燃烧器的下游，且被供给在燃烧器中燃烧的高温气体，因此燃气涡轮发动机在运转中暴露于高温中。因而，需要冷却涡轮叶片，即需要冷却静叶及动叶。作为对这样的涡轮叶片进行冷却的结构，而已知有将由压缩机压缩的空气的一部分导入在叶片内形成的冷却通道，并将压缩空气作为冷却介质对涡轮叶片进行冷却的方案(例如参照专利文献1)。在将压缩空气的一部分用于涡轮叶片的冷却的情况下，具有不需要从外部导入冷却介质，就能够简单地实现冷却结构的优点，另一方面，如果将由压缩机压缩的空气大量用于冷却，则会降低发动机效率，因此需要以尽量少的空气量有效地进行冷却。作为用于以高效率冷却涡轮叶片的结构，提出了采用将多个肋组合成格子状而形成的所谓的晶格结构体的方案(例如参照专利文献2)。一般而言，在晶格结构体中，其两侧端被端部壁面封闭。在一方的流路中流动的冷却介质与作为隔开结构体内外的壁面的隔板接触，并转向而流入另一方的流路。同样地，在另一方的流路中流动的冷却介质与结构体的隔板接触，并转向而流入一方的流路。这样，通过反复进行冷却介质朝向端部壁面的接触/转向而促进冷却。另外，利用冷却介质横穿格子状的肋时所产生的涡流而促进冷却。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第5603606号说明书专利文献2：日本专利第4957131号说明书
技术实现思路
(一)要解决的技术问题但是，如果为了提高冷却效率，而在晶格结构体中设置多个隔板，会增大涡轮叶片的重量。另外，在将多个隔板设置于晶格结构体而减少隔板间的流路数量的情况下，在由于某种原因而封闭一部分流路的情况下，隔板间的流路整体的流量平衡会大幅偏离。其结果为，由于叶片内的冷却分布不均衡而导致涡轮叶片的耐久性降低。因此，本专利技术的目的在于为了解决上述技术问题而提供一种冷却结构，其能够抑制涡轮叶片的重量增大和耐久性降低，并且能够高效率地冷却涡轮叶片。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的涡轮叶片的冷却结构用于从内部冷却由高温气体驱动的涡轮的涡轮叶片，其中，所述冷却结构具备晶格结构体，所述晶格结构体具有由配置于形成在所述涡轮叶片内的冷却通道的第一壁面上的多个肋构成的第一肋组、和由配置于所述冷却通道的与所述第一壁面对置的第二壁面上的多个肋构成的第二肋组，所述晶格结构体由所述第一肋组与所述第二肋组相互重叠成格子状而构成，所述晶格结构体具有使形成于所述第一肋组的多个肋间的流路与形成于所述第二肋组的多个肋间的流路相互连通的多个晶格连通部，所述第一肋组及所述第二肋组分别具有由一对肋构成的肋壁，所述一对肋相对于沿在所述冷却通道中流动的冷却介质整体的移动方向延伸的假想边界线相互向相反朝向倾斜地延伸，且在所述假想边界线上相互接触，在所述第一肋组及所述第二肋组，分别延伸设置有形成至少一个所述肋壁的各肋，使得在所述各肋的两端部的两个所述晶格连通部之间形成有多个晶格连通部。根据该结构，在晶格结构体的假想边界线上，从向相反朝向倾斜的流路流入的冷却介质彼此碰撞，从而使得静压上升，并且冷却介质转向。即，通过使肋相对于假想边界线向相反方向倾斜，即使不在假想边界线上设置隔板，也能够获得与设置了隔板的情况相同的冷却效果。因而，能够抑制涡轮叶片的重量增大和耐久性降低，并且能够实现较高的冷却效率。另外，在晶格结构体中，通过使冷却介质主要穿过连通部而横穿另一方的肋组的肋，从而在冷却介质中产生涡流。在本专利技术中，形成肋壁的各肋以在其两端部的两个晶格连通部之间形成有多个晶格连通部的方式延伸设置，因此在冷却介质沿着肋之间的流路流动期间，确保用于形成涡流而冷却晶格流路的壁面的足够的距离。在本专利技术的一个实施方式中，所述第一肋组及第二肋组可以在俯视视角下具有共同的假想边界线，且配置为各个肋壁的顶点部分重合。根据该结构，在假想边界线上，冷却介质从一方的晶格流路向另一方的晶格流路顺畅地转向。在本专利技术的一个实施方式中，所述第一肋组及所述第二肋组可以形成为分别相对于所述假想边界线对称。根据该结构，能够更有效地产生假想边界线上的制冷剂碰撞造成的静压上升，并且容易形成晶格结构体。在本专利技术的一个实施方式中，所述冷却介质整体的移动方向可以是在所述涡轮叶片的高度方向上从根部朝向前端部的方向。根据该结构，通过使在涡轮叶片中为施加有较大应力的部分而因此冷却的必要性更高的部分、即根部成为冷却介质的上游侧，从而可进一步获得较高的冷却效率。在本专利技术的一个实施方式中，也可以在所述涡轮叶片的前端部的所述冷却通道上设置有：所述第一壁面及所述第二壁面作为平坦面形成的制冷剂导出部，在所述涡轮叶片的前端部的叶片壁上设置有从所述制冷剂导出部向外部排出冷却介质的排出孔。根据该结构，通过在冷却的必要性比较低的叶片前端部设置制冷剂导出部，能够维持冷却效率并且顺畅地排出冷却介质。在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合均包含于本专利技术。尤其是，权利要求书的各权利要求的两个以上的任意组合均包含于本专利技术。附图说明根据通过参考附图而对以下优选的实施方式进行的说明，可更加清楚地理解本专利技术。但是，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应用于限定本专利技术的范围。本专利技术的范围由所附权利要求书确定。在附图中，多张附图中的相同附图标记表示相同或与其相当的部分。图1是表示应用本专利技术的一个实施方式的冷却结构的涡轮叶片的一例的立体图。图2是示意性地表示图1的涡轮叶片的冷却结构的纵向剖视图。图3是图1的涡轮叶片的横向剖视图。图4是表示用于图2的冷却结构的晶格结构体的立体图。图5是示意性地表示用于图2的冷却结构的晶格结构体的俯视图。图6是示意性地表示本专利技术的一个实施方式的冷却结构的配置例的纵向剖视图。具体实施方式下面基于附图说明本专利技术优选的实施方式。图1是表示应用本专利技术的一个实施方式的涡轮叶片的冷却结构的、燃气涡轮发动机的涡轮的动叶1的立体图。涡轮动叶1形成涡轮，该涡轮由从未图示的燃烧器供给的、向箭头方向流动的高温气体G驱动。涡轮动叶1具有：相对于高温气体G的流路GP呈凹状弯曲的第一叶片壁3、和相对于高温气体的流路GP呈凸状弯曲的第二叶片壁5。在本说明书中，将沿着高温气体G的流动方向的上游侧(图1的左侧)称为前方，将下游侧(图1的右侧)称为后方。此外，在下面的说明中，作为设置有冷却结构的涡轮叶片，主要以涡轮动叶1为例进行表示，但除了特别说明的情况之外，本实施方式的冷却结构也同样能够应用于作为涡轮叶片的涡轮静叶。具体而言，如图2所示，对于涡轮动叶1，通过使其平台11连结于涡轮圆盘13的外周部，而在圆周方向上嵌入设置多个涡轮动叶1而形成涡轮。在涡轮动叶1的前部1a内部，形成有沿叶片的高度方向H延伸并折回的前部冷却通道15。在涡轮动叶1的后部1b内部形成有后部冷却通道17。如图3所示，这些冷却通道15、17利用第一叶片壁3与第二叶片壁5之间的空间形成。如图2所示，冷却介质CL穿过在径向内侧的涡轮圆盘13的内部形成的前部冷却介质导入通道19、后部冷却介质导入通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其用于从内部对由高温气体驱动的涡轮的涡轮叶片进行冷却，其中，所述冷却结构具备晶格结构体，所述晶格结构体具有由配置于形成在所述涡轮叶片内的冷却通道的第一壁面上的多个肋构成的第一肋组、和由配置于所述冷却通道的与所述第一壁面对置的第二壁面上的多个肋构成的第二肋组，所述晶格结构体由所述第一肋组与所述第二肋组相互重叠成格子状而构成，所述晶格结构体具有使形成于所述第一肋组的多个肋间的流路与形成于所述第二肋组的多个肋间的流路相互连通的多个晶格连通部，所述第一肋组及所述第二肋组分别具有由一对肋构成的肋壁，所述一对肋相对于沿在所述冷却通道中流动的冷却介质整体的移动方向延伸的假想边界线相互向相反朝向倾斜地延伸，且在所述假想边界线上相互接触，在所述第一肋组及所述第二肋组，分别延伸设置有形成至少一个所述肋壁的各肋，使得在所述各肋的两端部的两个所述晶格连通部之间形成有多个晶格连通部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.10 JP 2017-0459251.一种燃气涡轮发动机的冷却结构，其用于从内部对由高温气体驱动的涡轮的涡轮叶片进行冷却，其中，所述冷却结构具备晶格结构体，所述晶格结构体具有由配置于形成在所述涡轮叶片内的冷却通道的第一壁面上的多个肋构成的第一肋组、和由配置于所述冷却通道的与所述第一壁面对置的第二壁面上的多个肋构成的第二肋组，所述晶格结构体由所述第一肋组与所述第二肋组相互重叠成格子状而构成，所述晶格结构体具有使形成于所述第一肋组的多个肋间的流路与形成于所述第二肋组的多个肋间的流路相互连通的多个晶格连通部，所述第一肋组及所述第二肋组分别具有由一对肋构成的肋壁，所述一对肋相对于沿在所述冷却通道中流动的冷却介质整体的移动方向延伸的假想边界线相互向相反朝向倾斜地延伸，且在所述假想...

【专利技术属性】
技术研发人员：都留智子，石田克彦，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP