专利名称：涡轮叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够被供给至中空区域的冷却气体冷却的涡轮叶片。本申请基于2009年10月16日在日本提出的特愿2009-2391 号而主张优先权， 并在此引用其内容。
背景技术：
搭载于喷气式发动机等的涡轮所具备的涡轮叶片曝露于在燃烧器中生成的燃烧气体等的高温气体中，所以对其采取了各种热对策。在一个这样的对策中存在下述方法中空地形成涡轮叶片，通过向该中空区域供给冷却气体而抑制涡轮叶片的过热。在一个该冷却方式中存在冲击冷却方式。冲击冷却方式作为能够得到很高冷却性能的冷却方式而被公知，但需要将被称为插入件的部件插入到叶片内部，所以在使用冲击冷却方式时，叶片形状受到限制。在现在的空气动力设计中，为了提高叶片的性能，一般令叶片为复杂的三维形状，以能够插入插入件的方式限制叶片形状从空气动力设计的观点看是不利的。专利文献1所公开的技术提出了一种弥补这样的冲击冷却的缺点并且发挥与冲击冷却同等的冷却性能的技术。具体而言，在专利文献1中公开了下述构成在从涡轮叶片的前缘侧向后缘侧引导冷却气体的过程中，令冷却气体在背侧壁面与腹侧壁面之间往复曲折行进，从而提高冷却效率。专利文献1 国际专利申请公开公报W02007/094212A1 (第19页、第10图)。但是，在专利文献1中，通过在腹侧壁面与背侧壁面上交互地设置从涡轮叶片的轮毂侧向翼梢侧延伸的槽部而形成曲折行进流路。而且，这样的槽部为被腹侧壁面或者背侧壁面的某一方单侧支承的状态，并且形成为沿着涡轮叶片的高度方向(连结轮毂侧与翼梢侧的方向)较长地延伸。具有这样的中空区域的涡轮叶片借助使用了由陶瓷等形成的型芯的铸造而制造。 因此，在如上所述地在中空区域的内部形成多个槽部时，对于型芯，需要形成多个与槽部同样地沿涡轮高度方向较长地延伸的突出部。但是，型芯由陶瓷等形成，上述突出部在与涡轮叶片的背侧壁面相当的面或者与涡轮叶片的腹侧壁面相当的面上为单侧支承状态且沿涡轮的高度方向较长地延伸，所以特别容易向弯曲部施加应力。因而，从型芯强度的观点出发，有可能受到形状的制约。此外，即便能够制造，型芯的成品率也有可能变差。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而提出，目的在于提供一种能够提高型芯的刚性的构造， 提高内部构造的设计自由度，通过使用最佳的构造而进一步提高涡轮叶片的冷却效率。本发明中，作为解决上述课题的方案，采用以下的构成。第一发明为一种能够被供给至中空区域的冷却气体冷却的涡轮叶片，采用下述构成从轮毂侧朝向翼梢侧连续地排列多个曲折行进流路，所述曲折行进流路引导冷却气体使其在背侧壁面与腹侧壁面之间往复地曲折行进，邻接的上述曲折行进流路以不同的往复模式令上述冷却气体曲折行进。第二发明采用下述的构成在上述第一发明中，邻接的上述曲折行进流路的往复模式为相同周期且相位错开半周期。第三发明采用下述的构成在上述第一发明中，邻接的上述曲折行进流路的往复模式为相同周期且相位错开四分之一周期。第四发明采用下述的构成，在上述第一至第三的任一发明中，构成上述曲折行进流路的壁部的一部分即从上述背侧壁面和腹侧壁面突出的突出部的宽度设定为比上述曲折行进流路的从上述背侧壁面朝向上述腹侧壁面的流路的宽度以及上述曲折行进流路的从上述腹侧壁面朝向上述背侧壁面的流路的宽度宽。根据本发明，曲折行进流路沿涡轮叶片的高度方向(连结轮毂侧和翼梢侧的方向) 连续地排列多个，邻接的曲折行进流路以不同的往复模式令冷却气体曲折行进。即，根据本发明，在邻接的曲折行进流路中，从背侧壁面或者腹侧壁面突出的突出部(槽部)的配置模式不同。因此，突出部在涡轮叶片的高度方向中被离散化地配置，无需像以往的涡轮叶片的那样具备单侧支承于背侧壁面或者腹侧壁面并且沿高度方向较长地延伸的槽部。因而，在用于这样的涡轮叶片的制造的型芯中，无需在与腹侧壁面相当的面上形成沿高度方向一直线状地较长地延伸的的突出部。即，不需要在以往的型芯中形成特别脆弱的部位。因而，在例如型芯允许与以往相同程度的脆性时，进一步缩小型芯中的突出部间隔等的微细化成为可能。这样一来，根据本发明，提出了一种能够提高型芯的刚性的构造，能够提高内部构造的设计自由度，通过使用最佳的构造而能够进一步提高涡轮叶片的冷却效率。
图1是表示本发明的第一实施方式的涡轮叶片的构成的立体图。图2是从腹侧看本发明的第一实施方式的涡轮叶片并且省略腹部的箭头方向视图。图3是图2中A-A线剖视图。图4是图2中B-B线剖视图。图5是从涡轮叶片的高度方向看本发明的第一实施方式的涡轮叶片所具备的腹侧突出部和背侧突出部的示意图。图6是从腹侧看本发明的第二实施方式的涡轮叶片并且省略腹部的箭头方向视图。图7是从涡轮叶片的高度方向看本发明的第二实施方式的涡轮叶片所具备的腹侧突出部和背侧突出部的示意图。图8从腹侧看本发明的第三实施方式的涡轮叶片并且省略腹部的箭头方向视图。图9是从涡轮叶片的高度方向看本发明的第三实施方式的涡轮叶片所具备的腹侧突出部和背侧突出部的示意图。
图10是从腹侧看本发明的第四实施方式的涡轮叶片并且省略腹部的箭头方向视图。附图标记说明
10…涡轮叶片、1…前缘部、2…后缘部、3…腹部、4…背部、5…中空区域、5a···腹侧壁面、5b···背侧壁面、6 (6a、6b)…曲折行进流路、6c···腹侧突出部(突出部)、6d…背侧突出部 (突出部)、Y1、Y2…冷却气体。
具体实施例方式以下，参照附图说米高本发明的涡轮叶片的一个实施方式。另外，以下的附图中， 为了令各部材为能够识别的大小，适宜地变更各部材的比例尺。(第一实施方式)
图1是表示本实施方式的涡轮叶片10的构成的立体图。另外，图1所示的涡轮叶片10是由金属形成的涡轮动叶片，但本发明的涡轮叶片不限定于涡轮动叶片，也可以应用于涡轮静叶片。涡轮叶片10具有曝露于从前缘部1朝向后缘部2流动的流体中而在纸面前方中凹陷地弯曲的腹部3、和在纸面背侧膨胀地弯曲的背部4。另外，在图1中，以连结相对于涡轮的旋转轴位于内径侧的轮毂侧和相对于旋转轴位于外径侧的翼梢侧的方向(图1中用箭头表示)作为涡轮叶片的高度方向。而且，涡轮叶片10在内部具有中空区域5、和形成于该中空区域5的多个曲折行进流路6。中空区域5是从自前缘部1朝向后缘部2的方向的大致中央部直到后缘部2附近地形成的涡轮叶片10的内部空间。在该中空区域5的前缘部1侧，连接有用于向中空区域 5供给冷却气体的供给流路7。此外，中空区域5的后缘部2侧为朝向后缘部2而形成的开 □端 51。曲折行进流路6令经由供给流路7而供给至中空区域5的冷却气体在背侧壁面恥与腹侧壁面fe (图3参照)之间往复曲折行进，将其从前缘部1侧(前缘侧)向后缘部2侧 (后缘侧)引导。而且，在本实施方式的涡轮叶片10中，曲折行进流路6沿涡轮叶片10的高度方向连续地排列多个，邻接的曲折行进流路以不同的往复模式(曲折行进模式)令冷却气体曲折行进。具体而言，在本实施方式的涡轮叶片10中，邻接的曲折行进流路6的往复模式为相同周期且相位错开半周期。进一步进行详细说明。图2是从腹侧看涡轮叶片10并且省略腹部3的箭头方向视图。此外，图3是图2中A-A线剖视图，是邻接的两个曲折行进流路6中轮毂侧的曲折行进流路6a的剖视图。此外，图4是图2中B-B线剖视图，是邻接的两个曲折行进流路6中翼梢侧的曲折行进流路6b的剖视图。如图3以及图4所示，曲折行进流路6如下地构成从中空区域5的腹侧壁面fe 突出并且顶端面从背侧壁面恥分离的腹侧突出部6c、和从中空区域5的背侧壁面恥突出并且顶端面从腹侧壁面fe分离的背侧突出部6d交互地排列。
另外，为了容易识别而在图2 (之后的图5也同样)中，在构成曲折行进流路6a的腹侧突出部6c和背侧突出部6d上标注多个点而示出，在构成曲折行进流路6b的腹侧突出部6c和背侧突出部6d中没有标注点而示出。此外，构成曲折行进流路6b的背侧突出部6d 满涂地示出。图2是从腹侧看上述的涡轮叶片10并且省略腹部3的箭头方向视图，将与腹部3 连接的腹侧突出部6c的面标注剖面线而示出。而且，如图2至图4所示，腹侧突出部6c与背侧突出部6d的配置间隔在曲折行进流路6a和曲折行进流路6b中相等地设定(即邻接的曲折行进流路6的往复模式为相同周期)，进而，腹侧突出部6c和背侧突出部6b在涡轮叶片10的高度方向上交互地设置(即邻接的曲折行进流路6的往复模式的相位错开半周期)。图5是从涡轮叶片10的高度方向看腹侧突出部6c和背侧突出部6d的示意图。而且，如该图所示，腹侧突出部6c和背侧突出部6d从涡轮叶片10的高度方向看重叠地配置。在具有这样的构成的本实施方式的涡轮叶片10中，经由供给流路7而供给至中空区域5的冷却气体从前缘侧向后缘侧流动，在曲折行进流路6中在背侧壁面恥和腹侧壁面 fe之间往复曲折行进，之后被排出至外部。在此，在本实施方式的涡轮叶片10中，曲折行进流路6a的往复模式和与该曲折行进流路6a邻接的曲折行进流路6b的往复模式为相同周期且相位错开半周期。因此，如图5所示，冷却气体Yl在曲折行进流路6a中从背侧壁面恥向腹侧壁面 fe流动时，冷却气体Y2在曲折行进流路6b中从腹侧壁面fe向背侧壁面恥流动。另一方面，冷却气体Yl在曲折行进流路6a中从腹侧壁面fe向背侧壁面恥流动时，冷却气体在曲折行进流路6b中从背侧壁面恥向腹侧壁面fe流动。根据这样的本实施方式的涡轮叶片10，曲折行进流路6沿涡轮叶片10的高度方向连续地排列多个，邻接的曲折行进流路6以不同的往复模式令冷却气体曲折行进。即，根据本实施方式的涡轮叶片10，在邻接的曲折行进流路6中，腹侧突出部6c和背侧突出部6d的配置模式不同。因此，腹侧突出部6c和背侧突出部6d沿涡轮叶片10的高度方向被离散化地配置，不会像以往的涡轮叶片那样具有被背侧壁面或者腹侧壁面单侧支承并且沿高度方向较长地延伸的槽部。因而，在用于这样的涡轮叶片的制造的型芯中，不需要在与腹侧壁面相当的面上形成在高度方向一直线状地较长地延伸的突出部。即，在以往的型芯中不需要形成特别地脆弱的部位。因而，在例如型芯允许与以往相同程度的脆性时，进一步缩小型芯的突出部间隔等的微细化成为可能。根据这样的本实施方式的涡轮叶片10，提出一种能够提高型芯的刚性的构造，能够提高内部构造的设计自由度，通过使用最佳的构造能够进一步提高涡轮叶片的冷却效率。(第二实施方式)
接着说明本发明的第二实施方式。另外，在本实施方式的说明中，对于与上述第一实施方式相同的部分，省略或者简化其说明。图6是从腹侧看本实施方式的涡轮叶片10并且省略腹部3的箭头方向视图。此外，图7是从涡轮叶片10的高度方向看涡轮叶片10所具备的腹侧突出部6c和背侧突出部6d的示意图。而且，如这些图所示，在本实施方式的涡轮叶片10中，邻接的曲折行进流路6a、6b 的往复模式为相同周期且相位错开四分之一周期。通过采用这样的构成，如图7所示，从涡轮叶片10的高度方向看，在曲折行进流路 6a的腹侧突出部6c和背侧突出部6d之间配置曲折行进流路6b的腹侧突出部6c和背侧突出部6d。因此，能够抑制冷却气体在邻接的曲折行进流路6a、6b之间移动。例如在涡轮叶片10为动叶片时，在涡轮叶片10上作用离心力等，冷却气体有可能在中空区域5中偏置。 与此相对，根据本实施方式的涡轮叶片10，能够抑制冷却气体在邻接的曲折行进流路6a、 6b间移动，所以能够抑制冷却气体的偏置，能够可靠地冷却涡轮叶片10整体。(第三实施方式)
接着说明本发明的第三实施方式。另外，在本实施方式的说明中，对于与上述第一、二实施方式相同的部分省略或者简化其说明。图8是从腹侧看本实施方式的涡轮叶片10并且省略了腹部3的箭头方向视图。此外，图9是从涡轮叶片10的高度方向看的涡轮叶片10所具备的腹侧突出部6c和背侧突出部6d的示意图。而且，如这些图所示，在本实施方式的涡轮叶片10中，邻接的曲折行进流路6a、6b 的往复模式为相同周期且相位错开四分之一周期，进而腹侧突出部6c和背侧突出部6d的宽度设定为比曲折行进流路6的从背侧壁面恥朝向腹侧壁面fe的流路的宽度d以及曲折行进流路6的从腹侧壁面fe朝向背侧壁面恥的流路的宽度d宽。通过采用这样的构成，如图9所示，从涡轮叶片10的高度方向看，曲折行进流路6b 的腹侧突出部6c和背侧突出部6d与曲折行进流路6a的腹侧突出部6c和背侧突出部6d 之间重叠地配置。因此，与上述第二实施方式的涡轮叶片10相比，更能够抑制冷却气体在邻接的曲折行进流路6a、6b之间移动。因而，根据本实施方式的涡轮叶片10，能够抑制冷却气体在邻接的曲折行进流路 6a、6b之间移动，所以能够抑制冷却气体的偏置，能够可靠地冷却涡轮叶片10整体。(第四实施方式)
接着说明本发明的第四实施方式。另外，在本第四实施方式的说明明中，对于与上述第一至第三实施方式相同的部分省略或者简化其说明。图10是从腹侧看本实施方式的涡轮叶片10并且省略腹部3的箭头方向视图。如该图所示，本实施方式的涡轮叶片10为，在中空区域5的翼梢侧的区域A处具有上述第一实施方式的曲折行进流路6 (曲折行进流路61)，在中空区域5的中央区域B处具有上述第二实施方式的曲折行进流路6 (曲折行进流路62)，在中空区域5的轮毂侧的区域C处具有上述第三实施方式的曲折行进流路6 (曲折行进流路63)。根据具有这样的构成的本实施方式的涡轮叶片10，每个高度方向的区域中冷却效率不同，能够实现对应于涡轮叶片10的加热状态的冷却。以上，参照
了本发明的优选实施方式，但当然本发明不限定于上述实施方式。上述的实施方式中示出的各构成部材的各形状及组合等仅是一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。例如，在上述实施方式中示出的曲折行进流路6的往复模式，即背侧壁面恥和腹侧壁面fe的配置模式是一例，能够根据对涡轮叶片需求的冷却性能而任意变更。此外，在上述实施方式中示出的例是表示将本发明用于叶片后缘部的冷却通路的情况，但是也可以适用于叶片的其他部位。产业上的利用可能性
根据本发明，提出了一种能够提高型芯的刚性的构造，能够提高内部构造的设计自由度，通过使用最佳的构造，能够进一步提高涡轮叶片的冷却效率。
权利要求
1.一种涡轮叶片，能够被供给至中空区域的冷却气体冷却，其中，从轮毂侧朝向翼梢侧连续地排列多个曲折行进流路，所述曲折行进流路引导冷却气体使其在背侧壁面与腹侧壁面之间往复地曲折行进，邻接的上述曲折行进流路以不同的往复模式令上述冷却气体曲折行进。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，邻接的上述曲折行进流路的往复模式为相同周期且相位错开半周期。
3.根据权利要求1所述的涡轮叶片，其特征在于，邻接的上述曲折行进流路的往复模式为相同周期且相位错开四分之一周期。
4.根据权利要求广3的任意一项所述的涡轮叶片，其特征在于，构成上述曲折行进流路的壁部的一部分即从上述背侧壁面和腹侧壁面突出的突出部的宽度设定为比上述曲折行进流路的从上述背侧壁面朝向上述腹侧壁面的流路的宽度以及上述曲折行进流路的从上述腹侧壁面朝向上述背侧壁面的流路的宽度宽。
全文摘要
一种能够被供给至中空区域的冷却气体冷却的涡轮叶片，从轮毂侧朝向翼梢侧连续地排列多个曲折行进流路，所述曲折行进流路引导冷却气体使其在背侧壁面与腹侧壁面之间往复地曲折行进，邻接的上述曲折行进流路以不同的往复模式令上述冷却气体曲折行进。
文档编号F02C7/18GK102575523SQ20108004602
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月7日 优先权日2009年10月16日
发明者仲俣千由纪, 藤本秀 申请人:株式会社Ihi