转子轮盘、转子轴、涡轮转子及燃气涡轮

文档序号:1894771 发布日期:2021-11-26 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 转子轮盘、转子轴、涡轮转子及燃气涡轮 (Rotor disk, rotor shaft, turbine rotor and gas turbine ) 是由 北川和树 桥本真也 于 2020-04-23 设计创作,主要内容包括:转子轮盘(60)具有:径向外侧面(63、75b);径向内侧面;多个叶根槽(64),从径向外侧面(63)向径向内侧(Dri)凹陷,且沿周向(Dc)排列;及多个孔组(77),形成于多个叶根槽的每一个,且沿周向排列。多个孔组各自具有包括从径向内侧面向径向外侧面(75b)贯穿的冷却孔(78)的孔。多个孔组各自的周向上的宽度(dgc)大于多个孔组各自的轴线方向(Da)的宽度(dga),且小于多个孔组彼此之间的周向上的间隔中的最小间隔(dg)。(A rotor disk (60) has: a radially outer side surface (63, 75 b); a radially inner side surface; a plurality of root grooves (64) that are recessed radially inward (Dri) from the radially outer surface (63) and are arranged in the circumferential direction (Dc); and a plurality of hole groups (77) formed in each of the plurality of root grooves and arranged in the circumferential direction. Each of the plurality of hole groups has a hole including a cooling hole (78) penetrating from a radially inner side surface to a radially outer side surface (75 b). A circumferential width (dgc) of each of the plurality of hole groups is greater than a width (dga) of each of the plurality of hole groups in an axial direction (Da) and is smaller than a minimum distance (dg) of circumferential distances between the plurality of hole groups.)

转子轮盘、转子轴、涡轮转子及燃气涡轮

技术领域

本发明涉及一种转子轮盘、转子轴、涡轮转子及燃气涡轮。

本申请主张基于2019年5月24日于日本申请的专利申请2019-097549号的优先权,并将其内容援用于此。

背景技术

燃气涡轮具有压缩空气而生成压缩空气的压缩机、在压缩空气中燃烧燃料而生成燃烧气体的燃烧器及通过燃烧气体驱动的涡轮。涡轮具有以轴线为中心进行旋转的涡轮转子及覆盖该涡轮转子的涡轮壳体。涡轮转子具有以轴线为中心进行旋转且沿轴线方向延伸的转子轴及多个转动叶片列。多个转动叶片列沿轴线方向排列。多个转动叶片列均具有沿相对于轴线的周向排列的多个转动叶片。转子轴例如构成为多个转子轮盘沿轴线方向层叠。

在以下专利文献1中,公开有转子轮盘的结构。该转子轮盘具有朝向径向外侧的径向外侧面、朝向径向内侧的径向内侧面、从径向外侧面向径向内侧凹陷且沿周向排列的多个叶根槽及从径向内侧面向径向外侧凹陷的多个孔。在多个叶根槽中分别安装有转动叶片的叶根。多个孔具有多个第1冷却孔及多个第2冷却孔。第1冷却孔设置于多个叶根槽的每一个。该第1冷却孔与叶根槽连通。通过比转子轮盘的径向内侧面更靠径向内侧的空间的空气流向第1冷却孔。该空气经过叶根槽,在转动叶片中流入冷却空气流路内,并冷却转动叶片。在多个第1冷却孔之间分别设置有第2冷却孔。

当以轴线为中心进行旋转时,在转子轮盘中产生拉伸应力。转子轮盘中所产生的拉伸应力集中在冷却孔的开口附近。若应力在冷却孔的开口附近集中而应力集中系数(=最大应力/平均应力)变高,则转子轮盘的耐久性降低。因此,在专利文献1中,为了缓解在第1冷却孔的开口附近的应力集中,在周向上相邻的两个第1冷却孔之间形成第2冷却孔,由此缓解在第1冷却孔的开口附近的应力集中。

以往技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-203870号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明的目的在于提供一种能够缓解在冷却孔的开口附近的应力集中,并且能够提高转子轮盘的耐久性的技术。

用于解决技术课题的手段

用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的转子轮盘具有:

径向外侧面,相对于轴线的径向上朝向远离所述轴线的一侧即径向外侧;径向内侧面,在所述径向上朝向与所述径向外侧相反的一侧即径向内侧,且位于比所述径向外侧面更靠所述径向内侧的位置;多个叶根槽,从所述径向外侧面向所述径向内侧凹陷,且沿相对于所述轴线的周向排列;及多个孔组,形成于所述多个叶根槽的每一个,且沿所述周向排列。所述多个孔组各自具有包括从所述径向内侧面向所述径向外侧面贯穿的冷却孔的孔。所述多个孔组各自的所述周向上的宽度大于所述多个孔组各自的所述轴线延伸的轴线方向的宽度,且小于所述多个孔组彼此之间的所述周向上的间隔中的最小间隔。所述冷却孔与所述叶根槽内连通。

在本方式的转子轮盘中,能够将比径向内侧面更靠径向内侧的空间内的冷却介质经由冷却孔及叶根槽内引导至转动叶片。当以轴线为中心进行旋转时,在该转子轮盘中产生拉伸应力。转子轮盘中所产生的拉伸应力集中在冷却孔的开口附近。应力集中系数随着两个孔的开口的间隔变小而变小。这是因为,在一个孔的开口周围产生的应力向相邻的孔的开口周围分散。

在本方式中,孔组的周向上的宽度即周向组宽度大于孔组的轴线方向的宽度即轴线方向组宽度,且小于多个孔组彼此之间的周向上的间隔中的最小间隔即最小组间隔。假设孔组包括冷却孔在内具有多个孔。在该情况下,一个孔组所具有的两个孔中的周向的孔间隔变得小于最小组间隔。因此,在该情况下,与形成于转子轮盘的所有孔沿周向以等间隔排列的情况相比,一个孔组所具有的多个孔中的孔间隔变小。因此,在该情况下,在冷却孔的开口附近的应力集中得到缓解,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

并且,假设相对于孔组中所包括的冷却孔的截面上的轴线方向的宽度,该冷却孔的截面上的周向的宽度大。如上所述,应力集中系数随着两个孔的开口的间隔变小而变小。因此,若两个孔的开口的间隔变小且两个孔的开口相连而成为一个开口,则在孔的开口周围产生的应力变小。这是因为,应力向两个孔相连的方向分散。该情况下的冷却孔为在周向上两个孔相连的形状。因此,在该情况下,在冷却孔的开口周围产生的应力向周向分散。因此,在该情况下,在冷却孔的开口附近的应力集中也得到缓解,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

在此,在所述一方式的转子轮盘中,所述多个孔组各自可以具有从所述径向内侧面向所述径向外侧凹陷且沿所述周向排列多个孔。在该情况下,所述多个孔中的至少一个孔为所述冷却孔。

本方式是前述的孔组包括冷却孔在内具有多个孔的情况。因此,在本方式中,在冷却孔的开口附近的应力集中得到缓解,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

在孔组具有多个孔的所述方式的转子轮盘中,所述孔组所具有的所述多个孔彼此之间的所述周向上的间隔中的最大孔间隔可以小于所述多个孔组彼此之间的所述周向上的间隔中的最小间隔。

在孔组具有多个孔的以上任一个方式的转子轮盘中,所述孔组所具有的所述多个孔均可以是所述冷却孔。

并且,在所述一方式的转子轮盘中,所述冷却孔的所述径向内侧面上的开口即内侧开口的所述周向的宽度可以大于所述内侧开口的轴线方向的宽度。

本方式与前述的与冷却孔的截面上的轴线方向的宽度相比该冷却孔的截面上的周向的宽度大的情况基本相同。因此,在本方式中,在冷却孔的内侧开口附近的应力集中得到缓解,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

在所述冷却孔的所述内侧开口的所述周向的宽度大于所述内侧开口的轴线方向的宽度的所述方式的转子轮盘中,所述冷却孔的所述径向外侧面上的开口即外侧开口的所述周向的宽度可以大于所述外侧开口的轴线方向的宽度。

本方式中,在冷却孔的外侧开口附近的应力集中得到缓解,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

在以上任一个所述方式的转子轮盘中,所述冷却孔的所述径向外侧面上的开口的所述周向的位置可以在所述叶根槽的槽底面所存在的所述周向的区域内。

在以上任一个所述方式的转子轮盘中,所述径向内侧面中所述孔组所具有的所述孔的所述径向内侧面上的开口周围的区域可以相对于所述孔在包括所述轴线及所述孔的假想平面上延伸的方向垂直。

假设径向内侧面中孔的径向内侧面上的开口周围的区域为相对于孔在包括轴线及孔的假想平面上延伸的方向倾斜的倾斜面(区域内表面)。在该情况下,圆柱状孔的轴线下游侧的母线与倾斜面的角部中的角度成为钝角,另一方面,圆柱状孔的轴线上游侧的母线与倾斜面的角部中的角度成为锐角。因此,在内侧开口的边缘中,应力集中在轴线上游侧的位置的边缘。在本方式中,圆柱状孔的轴线下游侧的母线与区域内表面的角部中的角度及圆柱状孔的轴线上游侧的母线与区域内表面的角部中的角度均成为90°,从而在内侧开口的边缘中,能够避免应力集中在轴线上游侧的位置的边缘。

用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的转子轴具有:

以上任一个所述方式的多个转子轮盘;及主轴螺栓,沿所述轴线方向贯穿沿所述轴线方向排列的所述多个转子轮盘而连接所述多个转子轮盘。

用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的涡轮转子具备:

所述方式的转子轴;及转动叶片,安装于所述多个转子轮盘各自的所述叶根槽。

用于实现上述目的的发明所涉及的一方式的燃气涡轮具备:

所述方式的涡轮转子;及涡轮壳体,覆盖所述涡轮转子的外周。

发明效果

根据本发明的一方式,缓解冷却孔的开口附近的应力集中,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的作为一实施方式的燃气涡轮的结构的示意图。

图2是本发明所涉及的作为一实施方式的涡轮的主要部分剖视图。

图3是本发明所涉及的作为一实施方式的涡轮轮盘的主要部分立体图。

图4是从轴线上游侧观察了本发明所涉及的作为第1实施方式的轮盘主体及转动叶片的图。

图5是图4中的轮盘主体的V-V线剖视图。

图6是本发明所涉及的作为第1实施方式的转子轮盘的主要部分剖视图。

图7是从径向外侧观察了本发明所涉及的作为第1实施方式的轮盘主体的图。

图8是表示应力集中系数与孔的开口间隔之间的关系的曲线图。

图9是从径向外侧观察了本发明所涉及的作为第2实施方式的轮盘主体的图。

图10是图9中的X-X线剖视图。

图11是本发明所涉及的作为第3实施方式的涡轮轮盘的主要部分剖视图。

图12是从径向外侧观察了本发明所涉及的作为第3实施方式的轮盘主体的图。

图13是图11中的XIII-XIII线剖视图。

图14是从径向外侧观察了本发明所涉及的作为第3实施方式的第1变形例的轮盘主体的图。

图15是从径向外侧观察了本发明所涉及的作为第3实施方式的第2变形例的轮盘主体的图。

图16是本发明所涉及的作为第1实施方式的变形例的转子轮盘的主要部分剖视图。

具体实施方式

以下,参考附图对本发明所涉及的包括转子轮盘的燃气涡轮的实施方式以及转子轮盘的各种实施方式进行说明。

“燃气涡轮的实施方式”

参考附图对本发明所涉及的燃气涡轮的实施方式进行说明。

如图1所示,本实施方式的燃气涡轮10具备压缩空气A的压缩机20、在通过压缩机20压缩的空气A中燃烧燃料F而生成燃烧气体G的燃烧器30及由燃烧气体G驱动的涡轮40。

压缩机20具有以轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子21、覆盖压缩机转子21的压缩机壳体25及多个固定叶片列26。涡轮40具有以轴线Ar为中心进行旋转的涡轮转子41、覆盖涡轮转子41的涡轮壳体45及多个固定叶片列46。另外,以下,将轴线Ar延伸的方向设为轴线方向Da,将以该轴线Ar为中心的周向简单地设为周向Dc,将相对于轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。并且,在轴线方向Da上,将一侧设为轴线上游侧Dau,将与其相反的一侧设为轴线下游侧Dad。并且,在径向Dr上,将靠近轴线Ar的一侧设为径向内侧Dri,将与其相反的一侧设为径向外侧Dro。

本实施方式的燃气涡轮10还具备中间壳体16。压缩机20相对于涡轮40配置于轴线上游侧Dau。中间壳体16在轴线方向Da上配置于压缩机壳体25与涡轮壳体45之间,并且连接压缩机壳体25与涡轮壳体45。压缩机转子21及涡轮转子41位于同一轴线Ar上,并且彼此连接而构成燃气涡轮转子11。在该燃气涡轮转子11中例如连接有发电机GEN的转子。并且,压缩机壳体25、中间壳体16及涡轮壳体45彼此连接而构成燃气涡轮壳体15。

压缩机转子21具有以轴线Ar为中心沿轴线方向Da延伸的转子轴22及安装于该转子轴22的多个转动叶片列23。多个转动叶片列23沿轴线方向Da排列。各转动叶片列23均由沿周向Dc排列的多个转动叶片构成。在多个转动叶片列23的各轴线下游侧Dad配置有固定叶片列26。各固定叶片列26设置于压缩机壳体25的内侧。各固定叶片列26均由沿周向Dc排列的多个固定叶片构成。

涡轮转子41具有以轴线Ar为中心沿轴线方向Da延伸的转子轴42及安装于该转子轴42的多个转动叶片列43。多个转动叶片列43沿轴线方向Da排列。各转动叶片列43均由沿周向Dc排列的多个转动叶片44构成。在多个转动叶片列43的各轴线上游侧Dau配置有固定叶片列46。各固定叶片列46设置于涡轮壳体45的径向内侧。各固定叶片列46均由沿周向Dc排列的多个固定叶片47构成。

如图2所示,涡轮壳体45具有构成其外壳的筒状外侧壳体45a、固定于外侧壳体45a的径向内侧的内侧壳体45b、固定于内侧壳体45b的径向内侧的多个隔热环45c及固定于多个隔热环45c各自的径向内侧的分割环45d。多个分割环45d均设置于多个固定叶片列46的彼此之间的位置。因此,在各分割环45d的径向内侧Dri配置有转动叶片列43。并且,在多个隔热环45c各自的径向内侧Dri还固定有固定叶片47。

转子轴42的外周侧与涡轮壳体45的内周侧之间且在轴线方向Da上配置有固定叶片47及转动叶片44的环状空间构成来自燃烧器30的燃烧气体G流动的燃烧气体流路49。

如图1所示,在本实施方式的燃气涡轮10中设置有冷却装置50。该冷却装置50为冷却燃气涡轮组件中与高温的燃烧气体接触的高温组件的装置。冷却装置50具有抽出中间壳体16内的压缩空气的抽气管路51、设置于该抽气管路51的冷却器52、将通过冷却器52冷却的压缩空气作为冷却空气引导至高温组件之一即涡轮转子41的冷却空气管路53及设置于冷却空气管路53且对冷却空气进行升压的升压机54。在涡轮40的转子轴42中形成有冷却空气流路42p。冷却空气流路42p延伸至安装于转子轴42的多个转动叶片44处。

如图2所示,转子轴42具有沿轴线方向Da排列的多个转子轮盘42d及沿轴线方向Da贯穿多个转子轮盘42d而连接多个转子轮盘42d彼此的主轴螺栓42s。构成一个转动叶片列43的多个转动叶片44安装于一个转子轮盘42d。转动叶片44具有构成叶型的叶片体44b、形成于该叶片体44b的径向内侧Dri的平台44f及形成于平台44f的径向内侧Dri的叶根44r。在转动叶片44中形成有冷却空气流动的冷却空气通路44p。在叶根44r中,在朝向径向内侧Dri的底面形成有该冷却空气通路44p的入口开口。

如图1所示,压缩机20压缩空气A而生成压缩空气。该压缩空气从压缩机20流入中间壳体16内。流入中间壳体16内的压缩空气的一部分流入燃烧器30内。对燃烧器30供给燃料F。在燃烧器30内,燃料F在压缩空气中燃烧而生成高温高压的燃烧气体G。该燃烧气体G从燃烧器30输送至涡轮40内的燃烧气体流路49。燃烧气体G在燃烧气体流路49中向轴线下游侧Dad流动的过程中,使涡轮转子41旋转。通过该涡轮转子41的旋转,与气体涡轮转子11连接的发电机GEN的转子旋转。其结果,发电机GEN进行发电。

涡轮40的转动叶片44或固定叶片47暴露于高温的燃烧气体G。因此,通过冷却介质冷却转动叶片44或固定叶片47。通过来自冷却装置50的冷却空气冷却本实施方式的转动叶片44。从中间壳体16抽出通过压缩机20生成的压缩空气的一部分。该压缩空气经过抽气管路51流入冷却器52,并且在冷却器52中被冷却。通过冷却器52冷却的压缩空气通过升压机54升压之后,经过冷却空气管路53作为冷却空气Ac流入转子轴42的冷却空气流路42p内。该冷却空气Ac从转子轴42的冷却空气流路42p流入转动叶片44的冷却空气通路44p内,并且冷却转动叶片44。

以上说明的转子轮盘42d为在以下任一个实施方式及变形例中说明的转子轮盘。

“转子轮盘的第1实施方式”

以下,参考图2~图8对本实施方式的转子轮盘进行说明。

如图2及图3所示,本实施方式的转子轮盘60具有轮盘主体61、密封环85及密封盖88。

轮盘主体61具有大径部62、小径部72及多个突出部81、83。大径部62及小径部72均以轴线Ar为中心大致呈圆柱状。大径部62的半径大于小径部72的半径。小径部72设置于大径部62的轴线上游侧Dau。突出部81、83具有从小径部72的轴线上游侧Dau的面向轴线上游侧Dau突出的上游侧突出部81及从大径部62的轴线下游侧Dad的面向轴线下游侧Dad突出的下游侧突出部83。

大径部62具有朝向径向外侧Dro的外周面63及从该外周面63朝向径向内侧Dri凹陷的多个叶根槽64。多个叶根槽64沿周向Dc以等间隔排列。在多个叶根槽64中分别安装有转动叶片44的叶根44r。

如图3~图6所示,小径部72具有朝向径向外侧Dro的外周面73、朝向轴线上游侧Dau的前表面74、从外周面73向径向外侧Dro凹陷的多个连通槽75及从前表面74向轴线下游侧Dad凹陷且相对于轴线Ar沿周向Dc延伸的环状槽76。多个连通槽75在周向Dc上分别形成于与多个叶根槽64中的任一个叶根槽64相同的位置。从轴线Ar至连通槽75的槽底面75b的距离与从轴线Ar至叶根槽64的槽底面64b的距离大致相等。因此,多个连通槽75分别与多个叶根槽64中的任一个叶根槽64连通。环状槽76具有朝向径向外侧Dro的内侧槽侧面76、朝向径向内侧Dri的外侧槽侧面76o及朝向轴线上游侧Dau的槽底面76b。内侧槽侧面76i位于比外侧槽侧面76o更靠径向内侧Dri的位置。环状槽76的内侧槽侧面76i的一部分形成连通槽75的槽底面75b。因此,环状槽76与多个连通槽75连通。环状槽76的内侧槽侧面76i、连通槽75的槽底面75b及叶根槽64的槽底面64b均为朝向径向外侧Dro的径向外侧面。

小径部72还具有沿周向Dc排列的多个孔组77。多个孔组77设置于多个叶根槽64的每一个。即,对一个叶根槽64,设置有一个孔组77。一个孔组77具有从上游侧突出部81的径向内侧面82朝向径向外侧Dro凹陷的多个孔,在本实施方式中具有两个孔。另外,上游侧突出部81的径向内侧面82位于比小径部72的径向外侧面76i、75b、64b更靠径向内侧Dri的位置。在本实施方式中,多个孔均形成从上游侧突出部81的径向内侧面82向连通槽75的槽底面75b(环状槽76的内侧槽侧面76i)即径向外侧面贯穿的冷却孔78。在一个连通槽75的槽底面75b开口有两个冷却孔78。以下,将该开口设为外侧开口78o。如上所述,连通槽75与叶根槽64连通。因此,冷却孔78经由连通槽75内的空间与叶根槽64内的空间连通。冷却孔78的截面形状为圆形。另外,这里的截面为向相对于冷却孔78延伸的方向垂直的方向扩展的面。多个冷却孔78沿周向Dc排列。

上游侧突出部81的径向内侧Dri成为来自冷却装置50的冷却空气流入的冷却空气空间(参考图2)。因此,流入该冷却空气空间的冷却空气经过冷却孔78、连通槽75内的空间流入叶根槽64内。流入叶根槽64内的空间的冷却空气流入转动叶片44的冷却空气通路44p内。因此,在本实施方式中,利用图2来进行说明的转子轴42的冷却空气流路42p具有冷却空气空间、冷却孔78、连通槽75内的空间及叶根槽64内的空间。

密封环85具有沿周向Dc延伸的环片86及多个分隔片87。环片86封闭环状槽76的开口中的周向Dc的一部分。分隔片87从环片86的轴线下游侧Dad的面向轴线下游侧Dad突出而在周向Dc上分隔环状槽76内。

如图3及图6所示,密封盖88封闭连通槽75的开口。该密封盖88与密封环85及叶根44r接触而填充两者的间隙。

如图3及图7所示,冷却孔78的外侧开口78o中的周向Dc的位置在叶根槽64的槽底面64b所存在的周向Dc的区域Rb内。密封环85的多个分隔片87在周向Dc上分别位于该区域Rb和与该叶根槽64相邻的另一叶根槽64所存在的槽底面64b的周向Dc的区域Rb之间。因此,环状槽76内的空间通过分隔片87在周向Dc上分隔为某一叶根槽64所存在的部分的空间及在周向Dc上与该叶根槽64相邻的另一叶根槽64所存在的部分的空间。

多个孔组77各自的周向Dc上的宽度即周向组宽度dgc大于多个孔组77各自的轴线方向Da的宽度即轴线方向组宽度dga,且小于多个孔组77彼此之间的周向Dc上的间隔即组间隔中的最小组间隔dg。轴线方向组宽度dga与冷却孔78的圆形的外侧开口78o的直径一致。多个孔组77各自的周向Dc上的宽度即周向组宽度dgc彼此相同。周向Dc的相邻的两个孔组77的组间隔dg与在周向Dc上相邻的其他两个孔组77的组间隔dg相同。即,各组间隔dg彼此相同。因此,在本实施方式中,各组间隔dg也是最小组间隔dg。构成一个孔组77的两个冷却孔78中的周向Dc的间隔即孔间隔dh为周向组宽度dgc减去冷却孔78的直径(=dga)的2倍的尺寸(=dgc-2·dga)。因此,各尺寸的大小关系如下。

dg>dgc>(dga、dh)

不论dga与dh之间的大小关系。

另外,以上说明的各尺寸的大小关系为形成有冷却孔78的外侧开口78o的径向外侧面76i上的大小关系。但是,在本实施方式中,形成有冷却孔78的内侧开口78i的径向内侧面82上的各尺寸的大小关系及径向外侧面76i与径向内侧面82之间的位置上的各尺寸的大小关系与径向外侧面76i上的各尺寸的大小关系相同。

如图8所示,应力集中系数随着两个孔的开口的间隔变小而变小。这是因为,在一个孔的开口周围产生的应力向相邻的孔的开口周围分散。另外,应力集中系数为部件中所产生的最大应力σmax除以该部件中所产生的平均应力σave的值(=σmax/σave)。

在本实施方式中,如上所述,周向组宽度dgc小于最小组间隔dg。因此,构成一个孔组77的两个冷却孔78中的孔间隔dh小于最小组间隔dg。因此,在本实施方式中,与形成于小径部72的所有冷却孔78沿周向Dc以等间隔排列的情况相比,构成一个孔组77的两个冷却孔78中的孔间隔dh变小。因此,在本实施方式中,在冷却孔78的开口附近的应力集中得到缓解,从而能够提高转子轮盘60的耐久性。

“转子轮盘的第2实施方式”

以下,参考图9及图10对本实施方式的转子轮盘进行说明。

本实施方式的转子轮盘60a与第1实施方式的转子轮盘60相比,多个孔组的结构不同,而其他结构与第1实施方式的转子轮盘60基本相同。因此,以下,主要对本实施方式的转子轮盘60a中的多个孔组进行说明。

如图9所示,在本实施方式中,多个孔组77a各自具有从上游侧突出部81的径向内侧面82朝向径向外侧凹陷的三个孔。三个孔中的两个孔均形成从上游侧突出部81的径向内侧面82向连通槽75的槽底面75b(环状槽76的内侧槽侧面76i)即径向外侧面贯穿的冷却孔78。与冷却孔78同样地,剩余一个孔79也从上游侧突出部81的径向内侧面82向环状槽76的内侧槽侧面76i即径向外侧面贯穿。该孔79还从环状槽76的外侧槽侧面76o向小径部72的外周面73贯穿。该孔79为不作为冷却空气Ac通过的孔发挥作用的废弃孔。如图10所示,小径部72的外周面73上的废弃孔79的开口被塞子89封闭。

与第1实施方式的冷却孔78同样地,冷却孔78的外侧开口78o中的周向Dc的位置在叶根槽64的槽底面64b所存在的周向Dc的区域Rb内。环状槽76的内侧槽侧面76i(径向外侧面)上的废弃孔79的外侧开口79o的周向Dc的位置偏离叶根槽64的槽底面64b所存在的周向Dc的区域Rb。密封环85的多个分隔片87中的一个分隔片87在周向Dc上位于一个孔组77a所具有的两个冷却孔78中离该孔组77a所具有的废弃孔79最近的冷却孔78与该废弃孔79之间。并且,另一个分隔片87在周向Dc上位于该孔组77a和与该孔组77a相邻的另一个孔组77a之间。因此,环状槽76内的空间通过分隔片87在周向Dc上分隔为叶根槽64所存在的部分(两个冷却孔78的外侧开口78o所存在的部分)的空间及该叶根槽64不存在的部分的空间。因此,废弃孔79与叶根槽64内未连通。因此,即便在废弃孔79内流入冷却空气Ac,该冷却空气Ac也无法经由叶根槽64流入转动叶片44的冷却空气通路44p。

与第1实施方式同样地,多个孔组77a各自的周向组宽度dgc大于多个孔组77a各自的轴线方向组宽度dga,且小于多个孔组77a彼此之间的最小组间隔dg1。轴线方向组宽度dga与冷却孔78的圆形的外侧开口78o的直径一致。在本实施方式中,多个孔组77a各自的周向组宽度dgc也彼此相同。周向Dc的相邻的两个孔组77a的组间隔dg1与在周向Dc上相邻的其他两个孔组77a的组间隔dg1相同。即,各组间隔dg1彼此相同。因此,在本实施方式中,各组间隔dg1也是最小组间隔dg1。一个孔组77a所具有的两个冷却孔78中的周向Dc的孔间隔为第1孔间隔dh1。并且,该孔组77a所具有的两个冷却孔78中离该孔组77a所具有的废弃孔79最近的冷却孔78与该废弃孔79之间的周向Dc的孔间隔为第2孔间隔dh2。第1孔间隔dh1及第2孔间隔dh2中的一个为最大孔间隔,另一个为最小孔间隔。

dg1>dgc>(dga、dh1、dh2)

不论dga、dh1及dh2之间的大小关系。

另外,以上说明的各尺寸的大小关系为形成有冷却孔78的外侧开口78o及废弃孔79的外侧开口78o的径向外侧面76i上的大小关系。但是,在本实施方式中,形成有冷却孔78的内侧开口78i及废弃孔79的内侧开口78i的径向内侧面82上的各尺寸的大小关系以及径向外侧面76i与径向内侧面82之间的位置上的各尺寸的大小关系和径向外侧面76i上的各尺寸的大小关系相同。

在本实施方式中,如上所述,周向组宽度dgc小于最小组间隔dg1。因此,构成一个孔组77a的三个孔中的孔间隔dh1、dh2小于最小组间隔dg1。因此,在本实施方式中,在冷却孔78的开口附近的应力集中也得到缓解,从而能够提高转子轮盘60a的耐久性。尤其在本实施方式中,构成孔组77a的孔的数量比构成第1实施方式的孔组77的孔的数量多一个,因此与第1实施方式相比,能够缓解在冷却孔78的开口附近的应力集中。

另外,本实施方式的孔组77a及第1实施方式的孔组77具有两个冷却孔78,但当即便是一个冷却孔78用于冷却转动叶片44的冷却空气的流量为必要且充分的量时,也可以将两个冷却孔78中的一个设为废弃孔79。并且,本实施方式的孔组77a将三个孔中的一个设为废弃孔79,但也可以将三个孔均设为冷却孔78。而且,本实施方式的孔组77a具有三个孔,但也可以具有四个以上的孔。在该情况下,需要四个以上的孔中的至少一个为冷却孔78。

径向内侧面82的转子轮盘60a中所产生的前述的拉伸应力比小径部72的径向外侧面76i大。因此,在冷却孔78的内侧开口78i周围产生的应力也大于在冷却孔78的外侧开口78o周围产生的应力。因此,孔组77a所具有的多个孔均需要在小径部72的径向内侧面82开口。另一方面,孔组77a所具有多个孔均无需在小径部72的径向外侧面76i开口。因此,孔组77a所具有的多个孔中的一个即废弃孔79可以不在小径部72的径向外侧面76i开口。

“转子轮盘的第3实施方式”

以下,参考图11~图13对本实施方式的转子轮盘进行说明。

本实施方式的转子轮盘60b与第1实施方式的转子轮盘60相比,多个孔组的结构不同,而其他结构与第1实施方式的转子轮盘60基本相同。因此,以下,主要对本实施方式的转子轮盘60b中的多个孔组77b进行说明。

如图11~图13所示,在本实施方式中,多个孔组77b各自具有从上游侧突出部81的径向内侧面82朝向径向外侧凹陷的一个孔。该孔形成从上游侧突出部81的径向内侧面82向连通槽75的槽底面75b(环状槽76的内侧槽侧面76i)即径向外侧面贯穿的冷却孔78b。该冷却孔78b的相对于该冷却孔78b延伸的径向Dr垂直的面上的截面形状为椭圆形。因此,如图13所示,该冷却孔78b的内侧开口78o的形状也是椭圆形,如图12所示,该冷却孔78b的外侧开口78i的形状也是椭圆形。另外,椭圆形为田径跑道的形状,是将彼此隔着间隔对置的两个半圆弧用彼此平行的两条直线来连接的形状。在本实施方式中,该椭圆形的长度方向为周向Dc。因此,冷却孔78b的内侧开口78i中的周向Dc的宽度即周向开口宽度dhc大于该内侧开口78i的轴线方向Da的宽度即轴线方向开口宽度dha。并且,冷却孔78b的外侧开口78o中的周向Dc的宽度即周向开口宽度dhc也大于该外侧开口78o的轴线方向Da的宽度即轴线方向开口宽度dha。

与第1实施方式的冷却孔78同样地,冷却孔78b的外侧开口78o中的周向Dc的位置在叶根槽64的槽底面64b所存在的周向Dc的区域Rb内。密封环85的多个分隔片87在周向Dc上分别位于该区域Rb和与该叶根槽64相邻的另一叶根槽64所存在的槽底面64b的周向Dc的区域Rb之间。因此,环状槽76内的空间通过分隔片87在周向Dc上分隔为某一叶根槽64所存在的部分的空间及在周向Dc上与该叶根槽64相邻的另一叶根槽64所存在的部分的空间。

多个孔组77b各自的周向组宽度dgc与冷却孔78b的周向开口宽度dhc相等。周向组宽度dgc及周向开口宽度dhc大于多个孔组77b各自的轴线方向组宽度dga,且小于多个孔组77b彼此之间的周向Dc上的间隔即组间隔中的最小组间隔dg2。轴线方向组宽度dga与冷却孔78b的轴线方向开口宽度dha相等。多个孔组77b各自的周向组宽度dgc彼此相同。周向Dc的相邻的两个孔组77b的组间隔dg2与在周向Dc上相邻的其他两个孔组77b的组间隔dg2相同。即,各组间隔dg2彼此相同。因此,在本实施方式中,各组间隔dg2也是最小组间隔dg2。各尺寸的大小关系如下。

dg2>dgc=dhc>dga=dha

另外,以上说明的各尺寸的大小关系为形成有冷却孔78b的外侧开口78o的径向外侧面75b上的大小关系。但是,在本实施方式中,形成有冷却孔78b的内侧开口78i的径向内侧面82上的各尺寸的大小关系及径向外侧面75b与径向内侧面82之间的位置上的各尺寸的大小关系和径向外侧面75b上的各尺寸的大小关系相同。

在本实施方式中,冷却孔78b的外侧开口78o及内侧开口78i为在周向Dc上两个孔的开口相连的形状。因此,在本实施方式中,在冷却孔78b的外侧开口78o周围产生的应力及在内侧开口78i周围产生的应力向周向Dc分散。因此,在本实施方式中,在冷却孔78b的开口附近的应力集中也得到缓解,从而能够提高转子轮盘60b的耐久性。

本实施方式的冷却孔78b的内侧开口78i的形状及外侧开口78o的形状均为椭圆形。如上所述,在冷却孔78b的内侧开口78i周围产生的应力大于在冷却孔78b的外侧开口78o周围产生的应力。因此,冷却孔78b的内侧开口78i的形状可以是椭圆形,该冷却孔78b的外侧开口78o的形状也可以是圆形。并且,只要冷却孔78b的周向开口宽度dhc大于轴线方向开口宽度dha,则冷却孔78b的开口无需是沿周向Dc长的椭圆形。具体而言,如图14所示,冷却孔78c的开口的形状可以是两个圆的一部分在周向Dc上重合的形状。并且,如图15所示,冷却孔78d的开口的形状也可以是沿周向Dc长的椭圆形状。

并且,也与第2实施方式同样地,本实施方式的孔组77b除了冷却孔78b以外,还可以具有废弃孔79。

“各种变形例”

第1实施方式及第3实施方式的转子轮盘具有环状槽76。然而,第1实施方式及第3实施方式的转子轮盘可以不具有环状槽76。当不具有环状槽76时,不需要封闭该环状槽76的密封环85。

在以上说明的各实施方式中,多个孔组沿周向Dc以等间隔排列。然而,多个孔组可以沿周向Dc排列,但可以不是等间隔。

在以上说明的各实施方式中,径向内侧面82中孔的内侧开口周围的区域相对于孔在包括轴线Ar及的假想平面上延伸的方向倾斜,即相对于径向倾斜。换言之,如图6等所示,径向内侧面82上的内侧开口周围的区域为随着朝向轴线下游侧Dad而逐渐朝向径向内侧Dri的倾斜面。在该情况下,圆柱状孔的轴线下游侧Dad的母线与倾斜面的角部中的角度θd成为钝角,另一方面,圆柱状孔的轴线上游侧Dau的母线与倾斜面的角部中的角度θu成为锐角。因此,在内侧开口的边缘中,应力集中在轴线上游侧Dau的位置的边缘。因此,如图16所示,径向内侧面82中孔的内侧开口周围的区域内表面82a优选相对于孔在包括轴线Ar及孔的假想平面上延伸的方向垂直。由此,圆柱状孔的轴线下游侧Dad的母线与区域内表面82a的角部中的角度及圆柱状孔的轴线上游侧Dau的母线与区域内表面82a的角部中的角度均成为90°,从而在内侧开口78i的边缘中,能够避免应力集中在轴线上游侧Dau的位置的边缘。

在以上说明的各实施方式中,孔延伸的方向为相对于轴线Ar垂直的径向。然而,孔延伸的方向可以向随着朝向径向外侧Dro而逐渐朝向轴线下游侧Dad的方向倾斜。若如此使孔延伸的方向倾斜,则如上所述,在径向内侧面82中内侧开口78i周围的区域即便是随着朝向轴线下游侧Dad而逐渐朝向径向内侧Dri的倾斜面,也能够使孔延伸的方向相对于该倾斜面垂直。并且,若如此使孔延伸的方向倾斜,则无需经由连通槽75内的空间,而能够使冷却孔78b直接与叶根槽64内的空间连通。

产业上的可利用性

根据本发明的一方式,缓解冷却孔的开口附近的应力集中,从而能够提高转子轮盘的耐久性。

符号说明

10-燃气涡轮,11-燃气涡轮转子,15-燃气涡轮壳体,16-中间壳体,20-压缩机,21-压缩机转子,22-转子轴,23-转动叶片列,25-压缩机壳体,26-固定叶片列,30-燃烧器,40-涡轮,41-涡轮转子,42-转子轴,42p-冷却空气流路,42d、60、60a、60b-转子轮盘,42s-主轴螺栓,43-转动叶片列,44-转动叶片,44b-叶片体,44f-平台,44r-叶根,44p-冷却空气通路,48-涡轮壳体,45a-外侧壳体,45b-内侧壳体,45c-隔热环,45d-分割环,46-固定叶片列,47-固定叶片,49-燃烧气体流路,50-冷却装置,51-抽气管路,52-冷却器,53-冷却空气管路,54-升压机,61-轮盘主体,62-大径部,63-外周面(或径向外侧面),64-叶根槽,64b-槽底面(或径向外侧面),72-小径部,73-外周面,74-前表面,75-连通槽,75b-槽底面(或径向外侧面),76-环状槽,76i-内侧槽侧面(或径向外侧面),76o-外侧槽侧面,76b-槽底面,77、77a、77b-孔组,78、78b、78c、78d-冷却孔,78i-内侧开口,78o-外侧开口,79-废弃孔,81-上游侧突出部,82-径向内侧面,82a-区域内表面,83-下游侧突出部,85-密封环,86-环片,87-分隔片,88-密封盖,89-塞子,A-空气,Ac-冷却空气,F-燃料,G-燃烧气体,dh-孔间隔,dhc-周向开口宽度,dha-轴线方向开口宽度,dgc-周向组宽度,dga-轴线方向组宽度,dg一最小组间隔,Ar-轴线,Da-轴线方向,Dau-轴线上游侧,Dad-轴线下游侧,Dc-周向,Dr-径向,Dri-径向内侧,Dro-径向外侧。

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