JP2003027902A - ガスタービン静翼 - Google Patents

ガスタービン静翼

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構造によりガスタービン静翼の冷却効
果を高めること。 【解決手段】 内部に冷却空気の通路を有する静翼部
と、この静翼部を前記冷却空気の排出口側において支持
する内側シュラウド２とを含んでセグメントを構成し、
このセグメントを複数環状に結合してなるガスタービン
静翼において、前記静翼部の冷却空気の排出口から少な
くとも１本の流路３１，３３を引き出す。そして、当該
流路３１，３３を前記内側シュラウド２の前縁側隅部３
０，３２に導く。さらに、当該流路３１，３３を前記内
側シュラウド２の側縁に沿って後方に延出した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービン静
翼に関し、更に詳しくは、主として２段静翼以降に用い
られるガスタービン静翼の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電用途などに用いられるガスタービン
の静翼は約１３００度もの燃焼ガスの流路となる。従っ
て、燃焼ガスによる溶融や破損を防止するため、ガスタ
ービン静翼には種々の冷却構造が設けられている。この
ような冷却構造に関する技術としては、ガスタービン静
翼内部に冷却空気の通路を設け、この通路に冷却空気を
送り込むことでガスタービン静翼を内部から冷却する技
術が広く知られている（例えば特開１１−１３２００５
号公報参照）。
【０００３】ここで、ガスタービン静翼は、事後的なメ
ンテナンスの容易性等を考慮し、組立および分解が可能
な分割式の構造を有している。図１４は、ガスタービン
２段静翼の単位構成要素であるセグメント１を示す斜視
図である。このセグメント１を構成する単位ユニット
は、略平行四辺形の内側シュラウド２と、これに一端部
を固定され柱状に設置された１枚の静翼部３と、前記内
側シュラウド２に対して略平行に配置されると共に前記
静翼部３の他端部に固定された略平行四辺形の外側シュ
ラウド４とからなる。セグメント１は、この単位ユニッ
ト一対を、溶接によって並列に結合して構成される。そ
して、ガスタービン静翼は、このセグメント１をボルト
等の脱着可能な結合部材（図示省略）によって並列に結
合し、全体としては環状構造となるように形成される。
なお、ガスタービン静翼は、外側シュラウド４の外周側
面に設けた足５において、ガスタービン車室（図示省
略）に片持ち構造で固定設置される。
【０００４】なお、前記セグメント１のボルト結合部７
は、ガスタービンの運転時におけるガスタービン静翼の
膨張を吸収するため、一定の間隔をあけて結合されてい
る。この間隔は、ガスタービン運転時におけるガスター
ビン静翼の膨張により塞がるように設計されている。し
かし、現実には製造段階での許容誤差等により、このボ
ルト結合部７には約０．５ｍｍ〜１ｍｍほどの隙間７ａ
が生じる。
【０００５】図１５は、図１４に記載した内側シュラウ
ド２付近の拡大斜視図であり、図１６は、図１５に記載
した内側シュラウド２の平面断面図である。また、図１
７は、図１６に記載した内側シュラウド２のI−I方向の
側面断面図であり、図１８はそのII−II方向の側面断面
図である。図１５〜図１８において、ガスタービン静翼
は、静翼部３内部に、リブ８によって隔てられた静翼部
前縁通路９と静翼部後縁通路１０とを有している。この
静翼部前縁通路９は内側シュラウド２内部に設けられた
開口室１１に通じており、また、静翼部後縁通路１０は
内側シュラウド２を貫通し、その底面部側に形成された
キャビティ１２に通じている。この開口室１１とキャビ
ティ１２とは、内側シュラウド２の底面部に配置された
底板１３によって隔てられている。なお、図１７に記載
した静翼部３内部の部材１４は、静翼部３をインピンジ
冷却（衝突冷却）するために、静翼部前縁通路９ならび
に静翼部後縁通路１０に差し込まれた金属部材からなる
管状のインピンジ管１４である。
【０００６】また、内側シュラウド２において、燃焼ガ
ス６流路の上流側である前縁１５内部には、その前縁１
５に沿って前縁流路１６が設けられている。この前縁流
路１６と前記開口室１１とは、その中間に設けられた中
間流路１７によって通じている。この前縁流路１６の床
部には、その流路断面積を狭めるための調整板１８が敷
かれており、また、その調整板１８上および前縁流路１
６の天井部には、冷却空気１９を攪拌するためのタービ
ュレーター２０が複数段設置されている。
【０００７】前縁流路１６の出口付近からは、この前縁
流路１６よりも狭い断面積である中央流路２１が引き出
されている。この中央流路２１は、内側シュラウド２の
接合面２２に沿って、燃焼ガス流路の下流側である内側
シュラウド２の後縁２３に抜けている。また、前縁流路
１６の入り口付近からも、前縁流路１６よりも狭い断面
積である側縁流路２４が引き出されている。この側縁流
路２４は、内側シュラウド２の側縁２５に沿って、後縁
２３に抜けている（図１６、図１８参照）。なお、上記
冷却構造は、セグメント１を構成する一対の単位ユニッ
トごとにそれぞれ設けられ、左右一対として内側シュラ
ウド２の冷却構造を構成している。
【０００８】ガスタービンの稼働時において、内側シュ
ラウド２を冷却するときには、冷却空気１９を、外側シ
ュラウド４から静翼部３内部のインピンジ管１４に送り
込む。すると、この冷却空気１９は静翼部３をインピン
ジ冷却しつつ、一部は、静翼部前縁通路９を経て内側シ
ュラウド２内の開口室１１に流入し、一部は、静翼部後
縁通路１０を経て内側シュラウド２を貫通してキャビテ
ィ１２に供給される（図１７参照）。開口室１１に流入
した冷却空気１９は、中間流路１７を通って前縁流路１
６に流入し、内側シュラウド２の前縁をコンベクション
冷却（対流冷却）する。そして、その一部は前縁流路１
６入り口付近から側縁流路２４に流入し、内側シュラウ
ド２の側縁２５をコンベクション冷却しつつ、後縁２３
から排出される。また、残りの冷却空気１９は、前縁流
路１６の出口付近から中央流路２１に流入し、内側シュ
ラウドの溶接接合面２２付近をコンベクション冷却しつ
つ、後縁２３から排出される。
【０００９】ここで、調整板１８は、前縁流路１６の断
面積を狭めることによって、そこを通る冷却空気１９の
流速の低下を防ぎ、前縁１５の冷却効率を高めるように
作用する。さらに、タービュレーター２０は、前縁流路
１６内の冷却空気１９を攪拌し、前縁１５の冷却効率を
高めるように作用する。また、中央流路２１ならびに側
縁流路２４は、前縁流路１６よりも断面積が小さいの
で、これらの流路２１、２４を通過する冷却空気１９の
流速は、前縁流路１６よりも速い。したがって、このよ
うな流路を狭めた構造は、内側シュラウド２の溶接接合
面２２付近ならびに側縁２５の冷却効率を高めるように
作用する。
【００１０】なお、キャビティ１２に供給された冷却空
気１９は、ガスタービン静翼とガスタービン動翼との隙
間（図示省略）を封止するシール用空気として用いられ
る。また、シール用空気の一部は、前縁１５下面付近か
ら吹き出され、内側シュラウド２を前縁１５側からフィ
ルム冷却（膜冷却）する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
らの研究によれば、上記従来のガスタービン静翼では、
内側シュラウド２の前縁１５隅部が焼損２６、２６し、
その表面に施された断熱被覆（ＴＢＣ：Thermal Barrie
r Coating）が剥離する現象が認められている（図１５
参照）。これは、従来技術における冷却空気１９の流路
１６、２４が、いずれも前縁１５隅部までは通っておら
ず、十分な冷却が行われていなかったためと考えられ
る。また、従来技術においては、一つの前縁流路１６か
ら中央流路２１および側縁流路２４の両方の流路を引い
ていたため、これらの流路２１，２４内を通る冷却空気
１９の流速が低下し、冷却効率が低下していたためとも
考えられる。
【００１２】また、従来技術のように、調整板１８やタ
ービュレーター２０を設置し、冷却効率を維持する方法
は、前縁１５隅部の冷却効率が悪い割にガスタービン構
造が複雑化し、製造コストが増加するという問題点があ
る。また、冷却効率を上げるため、内側シュラウド２内
部の冷却空気１９の流量を大幅に増加する方法は、ガス
タービン運転コストを増加させるという問題点がある。
また、中央流路２１ならびに側縁流路２４の断面積を狭
めることで冷却空気１９の流速を増加させる方法もある
が、あまりに流路断面積を狭めると冷却可能な範囲も狭
まるので、前縁１５隅部の冷却効率がさらに低下してし
まう。
【００１３】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、簡単な構造により効果的に内側シュラ
ウド２を冷却するガスタービン静翼を提供することを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】発明者らの研究によれ
ば、前記焼損２６は、ガスタービンの運転時において前
記内側シュラウド２の隙間７に燃焼ガス６が巻き込ま
れ、その前縁１５隅部３０，３２の断熱被覆を壊食する
ことによって発生する。そこで、この発明では、焼損２
６を防止するため、内側シュラウド２の前縁１５隅部に
冷却構造を設けるか、前記燃焼ガス６の巻き込み自体を
抑制するようにした。
【００１５】そして、上記の目的を達成するために、請
求項１にかかるガスタービン静翼は、内部に冷却空気の
通路を有する静翼部と、当該静翼部を前記冷却空気の排
出口側において支持する内側シュラウドとを含んでセグ
メントを構成し、このセグメントを複数環状に結合して
なるガスタービン静翼において、前記静翼部の冷却空気
の排出口から少なくとも１本の流路を引き出すと共に、
当該流路を前記内側シュラウドの前縁側隅部に導き、さ
らに、当該流路を前記内側シュラウドの側縁に沿って後
方に延出したことを特徴とする。
【００１６】ここで、１本の流路とは、当該静翼部の排
出口から引き出された流路は、少なくとも前記内側シュ
ラウドの前縁隅部を通過するまでは、分流を有さないこ
とを意味する。ただし、前記分流には、微細孔であるフ
ィルム冷却孔は含まないものとする。
【００１７】また、内側シュラウドの隅部とは、一般に
は、内側シュラウド上に設置された静翼部よりも前縁側
であってその両端部を含む部分をいうが、本発明におい
ては、特に前記焼損２６が生ずる範囲を含む部分をいう
ものとする。また、内側シュラウドの隅部は、内側シュ
ラウドの表面上の隅部を意味するものではなく、その前
縁側面側ならびに側縁側面側の隅部をも含むものとす
る。
【００１８】この発明において、静翼部の排出口から排
出した冷却空気は、その排出口から引き出された１本の
流路に流入する。そして、当該１本の流路を通って、内
側シュラウドの前縁隅部を冷却し、さらに側縁を冷却し
つつ内側シュラウドの後方へ流れる。
【００１９】請求項２にかかるガスタービン静翼は、請
求項１に記載のガスタービン静翼において、前記セグメ
ントは、その内側シュラウドの側端面を隣接するセグメ
ントの内側シュラウドにボルト結合にて結合して構成さ
れたことを特徴とする。この発明において、セグメント
の内側シュラウド同士は、ボルトにより結合されている
ため、溶接等により一体形成されている場合と比較し
て、熱応力による歪みを分散しやすい。したがって、こ
の発明によれば、特に静翼体の端部や内側シュラウドに
生じる局部的な集中応力は緩和され、クラック等の発生
が抑止される。
【００２０】請求項３にかかるガスタービン静翼は、請
求項１または２にかかるガスタービン静翼において、前
記１本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部におい
て蛇行していることを特徴とする。この発明において、
冷却空気は、前記静翼部の排出口から前記１本の流路に
流入し、前記内側シュラウドの前縁隅部を蛇行しつつ当
該隅部を冷却する。
【００２１】請求項４にかかるガスタービン静翼は、請
求項１または２にかかるガスタービン静翼において、前
記１本の流路は、前記内側シュラウドの前縁隅部におい
てその流路幅を広げると共に、当該広げた流路の床部に
調整板を設置したことを特徴とする。
【００２２】この発明において、冷却空気は、前記静翼
部の排出口から前記１本の流路に流入し、前記内側シュ
ラウドの前縁隅部において広げた流路を通って前記隅部
を冷却する。このとき、前記広げた流路の床部に設置さ
れた調整板は、当該広げた流路の断面積を狭め、ここを
通過する冷却空気の流速の低下を抑制する。
【００２３】請求項５にかかるガスタービン静翼は、請
求項４にかかるガスタービン静翼において、さらに、前
記広げた流路の床部または天井部に、タービュレーター
を設置したことを特徴とする。この発明において、冷却
空気は、前記広げた流路を通過するときに流路内に設置
されたタービュレーターにぶつかって攪拌され、その温
度が均一化される。
【００２４】請求項６にかかるガスタービン静翼は、請
求項４にかかるガスタービン静翼において、さらに、前
記広げた流路に、床部から天井部に渡って形成した針状
のフィンを設置したことを特徴とする。この発明におい
て、冷却空気は、前記広げた流路を通過するとき、この
流路内に形成された針状のフィンに衝突して攪拌され
る。また、冷却空気は、針状フィンとの衝突によって、
この針状フィンを介して前記内側シュラウドの前縁隅部
と熱交換を行い、当該隅部を冷却する。
【００２５】請求項７にかかるガスタービン静翼は、請
求項１〜６のいずれか一つにかかるガスタービン静翼に
おいて、さらに、前記１本の流路から引き出したフィル
ム冷却孔を前記内側シュラウドの前縁隅部に設けたこと
を特徴とする。この発明において、前記一本の流路を通
る冷却空気の一部は、前記フィルム冷却孔から噴出し、
内側シュラウドの前縁隅部に冷却空気の薄膜をつくるこ
とによって当該隅部をフィルム冷却する。
【００２６】請求項８にかかるガスタービン静翼は、請
求項１〜７のいずれか一つにかかるガスタービン静翼に
おいて、さらに、板状部材その他の被覆部材を、前記内
側シュラウドの前縁隅部から隣接する内側シュラウドの
前縁隅部に渡して設置したことを特徴とする。この発明
において、前記被覆部材は、前記内側シュラウドの隙間
をその前縁側から覆い、燃焼ガスの前記隙間への巻き込
みを抑制する。
【００２７】請求項９にかかるガスタービン静翼は、請
求項１〜８のいずれか一つにかかるガスタービン静翼に
おいて、さらに、前記内側シュラウドの前縁角部に面取
りを施すと共に、当該部分及び側縁端部に断熱被覆を施
したことを特徴とする。この発明において、前記前縁角
部の面取りは、燃焼ガスの衝突による当該角部の壊食を
緩和し、断熱被覆の剥離を抑制する。なお、前記面取り
には、前記前縁角部に丸みをつけ円滑化することも含ま
れる。
【００２８】請求項１０にかかるガスタービン静翼は、
請求項１〜９のいずれか一つにかかるガスタービン静翼
において、さらに、前記内側シュラウドの側縁端部に面
取りを施すと共に、当該前縁角部に断熱被覆を施したこ
とを特徴とする。この発明において、前記側縁端部の面
取りは、燃焼ガスの衝突による当該端部の壊食を緩和
し、断熱被覆の剥離を抑制する。なお、前記面取りに
は、前記側縁端部を曲面形状にして円滑化することも含
まれる。
【００２９】請求項１１に記載のガスタービン静翼は、
請求項１〜１０のいずれか一つにかかるガスタービン静
翼において、さらに、面板その他のシール部材を、隣接
する前記内側シュラウドにおける接合面間に渡して介在
させたことを特徴とする。この発明において、前記シー
ル部材は、前記内側シュラウドの隙間を通ってその裏面
側に抜ける燃焼ガスの流路を阻み、燃焼ガスの流れを抑
止する。
【００３０】請求項１２にかかるガスタービン静翼は、
請求項１〜１１のいずれか一つにかかるガスタービン静
翼において、前記シール部材は、前記内側シュラウドの
隙間を埋める凸部を備えた凸型断面形状を有すると共
に、当該凸部を内側シュラウドの表面側に向けて配置さ
れたことを特徴とする。この発明において、前記シール
部材は、その凸部を前記内側シュラウドの接合面間に差
し込んでその隙間を埋める。すると、当該隙間を通る燃
焼ガスは、前記凸部によってその流路を阻まれ、流れが
抑止される。
【００３１】請求項１３にかかるガスタービン静翼は、
請求項１〜１２のいずれか一つにかかるガスタービン静
翼において、さらに、前記内側シュラウドにおける接合
面を、シップラップ形式の接合面としたことを特徴とす
る。この発明において、前記シップラップ形式の接合面
は、前記内側シュラウドの隙間を通って前縁から後方に
抜ける燃焼ガスの流路を阻み、燃焼ガスの流れを抑止す
る。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、以下に示す実
施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できる
ものが含まれるものとする。 （実施の形態）
【００３３】図１は、この発明の実施の形態であるガス
タービン静翼を構成するセグメントの内側シュラウドを
示す平面断面図であり、（ａ）は一の実施例を、（ｂ）
は他の実施例を示している。同図において、上記従来の
ガスタービン静翼と同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略する。
【００３４】図１（ａ）において、内側シュラウド２の
鈍角隅部３０側（燃焼ガス６の流入方向から見て右側）
の単位ユニットは、静翼部前縁通路９に通じる開口室１
１を有している。この開口室１１からは、内側シュラウ
ド２の前縁１５方向に、１本の冷却空気１９の流路３１
が引き出されている。この鈍角隅部３０側の流路３１
（以下「鈍角隅部流路３１」という。）は、ほぼ一様に
長方形の断面形状を有している。
【００３５】また、この鈍角隅部流路３１はワの字状に
屈折しており、その第１の屈折部３１ａは前縁１５の中
間付近に位置している。そして、その中間直線部３１ｂ
は前縁１５に沿って通り、第２の屈折部３１ｃにおいて
鈍角隅部３０に位置している。そして、その最終直線部
３１ｄは、前記鈍角隅部３０から側縁２５に沿って後方
に延び、後縁２３から抜けている。
【００３６】また、内側シュラウド２の鋭角隅部３２側
（燃焼ガス６の流入方向から見て左側）の単位ユニット
は、前記鈍角隅部３０側の単位ユニットと同様に、開口
室１１と、１本の冷却空気１９の流路３３とを有してい
る。この鋭角隅部３２側の流路３３（以下「鋭角隅部流
路３３」という。）は、その屈折形状がクの字型である
点を除き、前記鈍角隅部流路３１と同様に配置されてい
る。
【００３７】なお、鈍角隅部３０側の単位ユニットと鋭
角隅部３２側の単位ユニットとは、接合面２２を形成す
る各ユニットの内側シュラウド２の外部に座金を設け、
ボルト・ナットで締結固定されている（図示省略）。こ
うして成る一対のユニット体は、セグメントに取り付け
られ、圧接狭持される。
【００３８】ガスタービンの稼働時において、冷却空気
１９は、外側シュラウド４から静翼部３を通って開口室
１１に送り込まれ、この開口室１１から前縁１５方向に
引き出された１本の流路３１、３３に流入する。そし
て、冷却空気１９は、前縁１５の肩口、前縁１５の隅
部、さらには側縁２５をコンベクション冷却し、後縁２
３から排出される。なお、図１（ｂ）は、内側シュラウ
ド２のボルト・ナット接合面側にも冷却通路２１，２１
を設けた他の実施例である。
【００３９】なお、本実施の形態において、前記１本の
流路３１，３３の断面形状は長方形であるが、この形状
に限定されず、円、三角形等であってもよい。また、前
記１本の流路３１，３３の断面積は、小さいほどこれを
通る冷却空気の流速を速め、冷却効率を向上させるが、
流路断面積があまりに小さい場合には、冷却空気による
冷却範囲は狭くなる。したがって、前記１本の流路３
１，３３の断面積は、ガスタービンの仕様等に応じて適
宜変更することが好ましい。
【００４０】また、本実施の形態において、鈍角隅部流
路３１の形状はワの字状であるが、これに限定されず、
レの字状やクの字状でもよい。鈍角隅部流路３１が、内
側シュラウド２の前縁１５隅部ならびに側縁２５を通過
する限り、前記内側シュラウド２の焼損２６は防止でき
るからである。この点は、鋭角隅部流路３３についても
同様である。
【００４１】また、前記鋭角隅部流路３３は、特に焼損
２６が顕著な鋭角隅部３２において、蛇行させた形状と
してもよい（図２参照）。この構成において、冷却空気
１９は、内側シュラウド２の鋭角隅部３２を、１本の流
路３３を通って蛇行する。そして前記鋭角隅部３２をコ
ンベクション冷却し、側縁流路２４を通って後縁２３か
ら排出される。この構成によれば、冷却空気１９の流路
３３は１本であるので、焼損２６が相当範囲を有する場
合であっても、冷却空気１９の流速はさほど低下しな
い。この構成によれば、前記蛇行した流路３４により、
焼損２６が著しい鋭角隅部３２を効率的に冷却すること
ができる。
【００４２】また、前記鋭角隅部流路３３は、前記鋭角
隅部３２を通過するにあたり、その流路幅を焼損２６の
範囲と略同一幅に広げ、さらにその床部に調整板１８を
設置した構成としてもよい。この構成において、前記調
整板１８は、鋭角隅部流路３３の断面積を略一定に保つ
ように作用する。したがって、冷却空気１９は、前記広
げた流路３５においても流速を落とすことなく通過し、
この鋭角隅部３２をコンベクション冷却する。この構成
によれば、前記広げた流路３５によって広範囲の冷却が
可能となるので、焼損２６が著しい鋭角隅部３２を効率
的に冷却することができる。
【００４３】なお、前記構成において、前記広げた流路
３５上に、さらにタービュレーター２０を設置してもよ
い（図３参照）。この構成において、タービュレーター
２０は、前記鋭角隅部流路３３を通過する冷却空気１９
を攪拌し、その設置範囲内の冷却効率を高める。この構
成によれば、前記鋭角隅部３２の冷却効率をより一層向
上させることができる。
【００４４】また、本実施の形態において、さらに前記
鋭角隅部流路３３から引き出されると共にその鋭角隅部
３２に吹き出し孔を有するフィルム冷却孔３６を設けて
もよい（図４参照）。この構成において、前記鋭角隅部
流路３３を通る冷却空気の一部は、前記フィルム冷却孔
から吹き出して内側シュラウド２の鋭角隅部３２に冷却
空気１９の薄膜をつくる。そして、この冷却空気１９の
薄膜は、内側シュラウド２への燃焼ガス６の熱量流入を
抑制する。この構成によれば、冷却空気１９は、内側シ
ュラウド２の鋭角隅部３２を内部および表面の双方から
冷却するため、前記フィルム冷却孔３６を設けない場合
と比較して、前記鋭角隅部３２をより一層効果的に冷却
することができる。
【００４５】また、特に本実施の態様では、前記鋭角隅
部流路３３は、１本の流路によって開口室１１から引き
出され、途中に分流を有しない。したがって、微細なフ
ィルム冷却孔３６を多少設けたとしても、冷却空気１９
の流速はさほど低下せず、その下流にある内側シュラウ
ド２の側縁２５を十分に冷却することができる。なお、
前記微細なフィルム冷却孔３６は、近年、ＹＡＧレーザ
ーによって、安価かつ高速に容易に加工することができ
る。
【００４６】なお、前記フィルム冷却孔は、前記内側シ
ュラウド２の鋭角隅部３２の焼損２６を効果的に防止で
きる位置に設けることが望ましい。したがって、その位
置は、内側シュラウド２の焼損２６範囲ならびに燃焼ガ
ス６の流路特性に応じて適宜変更することが好ましい。
例えば、前記フィルム冷却孔３６を、前記焼損２６が生
じる範囲全体に渡って広く設けた場合（図４参照）に
は、トランスピレーション冷却効果（侵出冷却効果）に
より、前記焼損２６部を効果的に冷却することができ
る。
【００４７】また、上記内側シュラウド２の鋭角隅部３
２の冷却構造は、前記鈍角隅部３０についても同様に設
けることができる。例えば、前記フィルム冷却孔３６
を、鈍角隅部３０に設けるがごとくである（図５参
照）。なお、その具体的な構造は、当業者自明の範囲で
適宜変更することが好ましい。
【００４８】また、本実施の形態において、さらに、被
覆部材３７を、前記内側シュラウド２の前縁１５側面の
端部から隣接する内側シュラウド２の前縁１５側面の端
部に渡して設けた構成としてもよい（図６参照）。ここ
で、前記被覆部材３７は、金属材料からなる長方形状の
板状部材３７であり、その高さは、内側シュラウド２の
前縁１５側面の高さと略同一である。この構成におい
て、前記被覆部材３７は、内側シュラウド２のボルト接
合面間に生ずる隙間７ａを覆い、燃焼ガス６の前記隙間
７ａへの巻き込みを防止する。この構成によれば、燃焼
ガス６による前縁１５隅部の壊食を防止することができ
るので、当該前縁１５隅部の焼損２６を抑制することが
できる。
【００４９】なお、前記被覆部材３７の形状は、前記長
方形に限られず、Ｌ字型断面の板状部材としてもよい
（図示省略）。被覆部材３７をこのような形状とすれ
ば、前記焼損２６が生ずる付近の隙間７ａまで当該被覆
部材３７によって覆うことができるので、より効果的に
前記焼損２６を抑制することができる。また、前記被覆
部材３７は、接合面間に生ずる隙間７ａと略同一幅およ
び略同一高さの凸部を有するＴ字型断面形状としてもよ
い（図示省略）。この凸部を前記隙間７ａに、内側シュ
ラウド２の前縁１５側の側面から差し込みつつ前記被覆
部材３７を設置すれば、前記焼損２６が生ずる付近ま
で、前記隙間７ａを埋めることができる。
【００５０】また、本実施の形態において、さらに、内
側シュラウド２の前縁１５角部をアール形状とすること
によって丸み３８をつけ、この前縁１５角部に断熱被覆
を施した構成としてもよい（図７参照）。なお、断熱被
覆の方法としては、断熱材である部分安定化Ｚｒ２O３
をプラズマ被覆する方法や、ジルコニアの断熱被覆を施
す方法が公知となっている。この構成において、丸み３
８をつけて円滑化された前縁１５角部は、燃焼ガス６の
当該前縁１５角部への衝突を緩和する。この構成によれ
ば、燃焼ガス６により浸食され易い前記前縁１５角部の
断熱被覆の剥離を抑制することができるので、前記焼損
２６を効果的に抑制することができる。なお、前縁１５
角部につけた丸み３８は、単に角部を切り取った面取り
であってもよい（図示省略）。
【００５１】また、本実施の形態において、さらに、前
記内側シュラウド２の側縁２５端部にも面取り３９を施
し、この側縁２５端部に断熱被覆を施した構成としても
よい（図８参照）。この構成において、前記側縁２５端
部に施した面取り３９は、前記内側シュラウド２の隙間
７ａに巻き込む燃焼ガス６の前記側縁２５端部の浸食を
抑制する。この構成によれば、前記側縁２５端部におけ
る断熱被覆の剥離が防止されるので、前記焼損２６が抑
制される。
【００５２】また、本実施の形態において、さらに、隣
接する内側シュラウド２のボルト接合面に、前縁１５か
ら後縁２３に渡って溝４０，４０を形成し、この溝４
０，４０に長方形の面板４１を嵌め込んだ構造としても
よい（図９および図１０参照）。この構造において、前
記面板４１は、内側シュラウド２のボルト接合面間の隙
間７ａを封止し、この隙間７ａを通って内側シュラウド
２裏面側に抜ける燃焼ガス６の流路を阻む。この構成に
よれば、燃焼ガス６の前記隙間７ａにおける流路が封止
されるので、燃焼ガス６の前記隙間７ａへの巻き込みが
抑制される。したがって、特に内側シュラウド２の側縁
端部の焼損２６が抑制される。なお、この面板４１は、
板状体でなくともよく、柱状体であってもよい（図示省
略）。また、この面板４１は、内側シュラウド２の１前
縁１５から後縁２３に渡るほどの長さである必要はな
く、前縁１５から前記焼損２６が認められる範囲に届く
ほどの長さがあればよい。
【００５３】また、さらに、前記面板４１の中央部に、
その長手方向に渡ってセグメント１の隙間７を埋める凸
部４２を形成し、この凸部４２を内側シュラウド２の表
面側に向けて配置した構造としてもよい（図１２および
図１２参照）。この構成において、前記凸部４２は、内
側シュラウド２の接合面に挟まれ、その隙間７を埋め
る。この構成によれば、この凸部４２によって内側シュ
ラウド２の表面が平坦化されるので、前記凸部４２を設
けない場合と比較して、より効果的に燃焼ガス６の前記
隙間７への巻き込みを抑制することができる。
【００５４】また、本実施の形態において、さらに、前
記内側シュラウド２のボルト接合面４３，４３を、相互
に噛み合わさるシップラップ形式の接合面としてもよい
（図１３参照）。この構成において、前記階段状のボル
ト接合面４２，４２は、その段差部において、前記内側
シュラウド２の隙間７を通って前縁１５から後縁２３に
抜ける燃焼ガス６の流れを阻む。この構成によれば、前
記隙間７を通る燃焼ガス６の流路が封止されるので、燃
焼ガス６の前記隙間７への巻き込みが抑制される。した
がって、特に内側シュラウド２の前縁１５角部における
焼損２６が有効に防止される。なお、前記噛み合わさる
ボルト接合面４３、４３の形状は、階段状でなくともよ
い。例えば、鋸状や波状の接合面であってもよい。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明であるガ
スタービン静翼（請求項１）によれば、冷却空気の流路
は、前記内側シュラウドの隅部を通る。したがって、冷
却空気は、当該隅部を冷却し、前記焼損を抑制する。ま
た、前記冷却空気の流路は、静翼部の排出口から引き出
されてから、少なくとも内側シュラウドの前縁隅部を通
過するまで１本である。
【００５６】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項２）によれば、セグメントの内側シュラウド同
士は、ボルトにより結合されているため、溶接等により
一体形成されている場合と比較して、熱応力による歪み
を分散しやすい。したがって、特に静翼体の端部や内側
シュラウドに生じる局部的な集中応力は緩和され、クラ
ック等の発生が抑止される。
【００５７】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項３）によれば、前記１本の流路は前記内側シュ
ラウドの前縁隅部において蛇行しているため、焼損部が
相当幅を有する場合であっても効果的に冷却することが
できる。
【００５８】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項４）によれば、前記１本の流路は、前記内側シ
ュラウドの前縁隅部において広がっているので、流路が
広がっていない場合よりも効果的に前記前縁隅部を冷却
することができる。さらに、当該広げた流路の床部には
調整板が設置されているので、当該流路を広げたことに
よって流速が著しく低下することはない。
【００５９】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項５）によれば、前記広げた流路に流入した冷却
空気はタービュレーターによって攪拌されるので、前記
内側シュラウドの前縁隅部を効率的に冷却することがで
きる。
【００６０】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項６）によれば、前記広げた流路に流入した冷却
空気は針状フィンに衝突して攪拌されるので、前記内側
シュラウドの前縁隅部を効率的に冷却することができ
る。さらに、冷却空気は、針状フィンを介して前記内側
シュラウドの前縁隅部と熱交換を行うので、この針状フ
ィンを設けない場合と比較して、より効率的に前記内側
シュラウド隅部の冷却を行うことができる。
【００６１】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項７）によれば、前記フィルム冷却孔から噴出し
た冷却空気は、内側シュラウド隅部をその表面からフィ
ルム冷却するので、内側シュラウド内部からの冷却とあ
わせて、当該隅部を効率的に冷却することができる。さ
らに、この冷却空気の流路は１本であるので、微細なフ
ィルム冷却孔を設けても相当の流速を維持しつつ下流の
内側シュラウド側縁を冷却することができる。
【００６２】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項８）によれば、燃焼ガスの前記内側シュラウド
の隙間への巻き込みを抑止できるので、効果的に前記前
縁隅部の焼損を抑制することができる。
【００６３】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項９）によれば、前記前縁角部に施された面取り
は、その断熱被覆の剥離を抑制するので、効果的に前記
前縁隅部の焼損を抑制することができる。
【００６４】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項１０）によれば、前記側縁端部に施された面取
りは、その断熱被覆の剥離を抑制するので、効果的に前
記側縁端部の焼損を抑制することができる。
【００６５】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項１１）によれば、前記内側シュラウドの接合面
間に渡して設置されたシール部材は、前記接合面間の隙
間を封止し、この隙間を抜ける燃焼ガスの流路を阻むの
で、燃焼ガスの前記隙間への巻き込みが抑制される。し
たがって、主として前記内側シュラウドの側縁端部の焼
損を抑制することができる。
【００６６】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項１２）によれば、前記シール部材が備える凸部
は、セグメントの間に生ずる隙間を埋めて内側シュラウ
ドの表面を平坦化するので、凸部を設けない場合と比較
して、より効果的に燃焼ガスの前記隙間への巻き込みを
抑制することができる。
【００６７】また、この発明であるガスタービン静翼
（請求項１３）によれば、前記内側シュラウドに形成さ
れたシップラップ形式の接合面は、前記内側シュラウド
の隙間を通る燃焼ガスの流路を封止するので、燃焼ガス
の前記隙間への巻き込みを抑制し、特に内側シュラウド
の前縁角部における焼損を有効に防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる内側シュラウド
を示す平面断面図である。
【図２】蛇行する冷却空気の流路を示す平面断面図であ
る。
【図３】広げた冷却空気の流路を示す平面断面図であ
る。
【図４】フィルム冷却孔を設けた前縁鋭角隅部を示す斜
視図である。
【図５】フィルム冷却孔を設けた前縁鈍角隅部を示す斜
視図である。
【図６】被覆部材を設けた前縁隅部を示す斜視図であ
る。
【図７】角部を丸めた前縁隅部を示す斜視図である。
【図８】端部を面取りした側縁を示す斜視図である。
【図９】面板を設けたボルト接合面を示す組立斜視図で
ある。
【図１０】図９の正面断面図である。
【図１１】凸型の面板を設けたボルト接合面を示す組立
斜視図である。
【図１２】図１１の正面断面図である。
【図１３】シップラップ形式のボルト接合面を示す斜視
図である。
【図１４】ガスタービン静翼の翼列を示す斜視図であ
る。
【図１５】ガスタービン静翼の内側シュラウド付近を示
す斜視図である。
【図１６】従来の内側シュラウドの平面断面図である。
【図１７】図１６のI−I断面図である。
【図１８】図１６のII−II断面図である。
【符号の説明】
７ 接合面 ７ａ 隙間 １１ 開口室 １８ 調整板 ２０ タービュレーター ２２ 溶接接合面 ２４ 側縁流路 ２６ 焼損 ３１ 鈍角隅部流路 ３３ 鋭角隅部流路 ３６ フィルム冷却孔 ３７ 被覆部材 ３８ 丸み ３９ 面取り ４０ 溝 ４１ 面板 ４２ 凸部 ４３，４３ 階段状のボルト接合面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 康意 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3G002 GA08 GA17 HA01

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に冷却空気の通路を有する静翼部
    と、当該静翼部を前記冷却空気の排出口側において支持
    する内側シュラウドとを含んでセグメントを構成し、こ
    のセグメントを複数環状に結合してなるガスタービン静
    翼において、 前記静翼部の冷却空気の排出口から少なくとも１本の流
    路を引き出すと共に、当該流路を前記内側シュラウドの
    前縁側隅部に導き、さらに、当該流路を前記内側シュラ
    ウドの側縁に沿って後方に延出したことを特徴とするガ
    スタービン静翼。
  2. 【請求項２】 前記セグメントは、その内側シュラウド
    の側端面を隣接するセグメントの内側シュラウドにボル
    ト結合にて結合して構成されたことを特徴とする請求項
    １に記載のガスタービン静翼。
  3. 【請求項３】 前記１本の流路は、前記内側シュラウド
    の前縁隅部において蛇行していることを特徴とする請求
    項１または２に記載のガスタービン静翼。
  4. 【請求項４】 前記１本の流路は、前記内側シュラウド
    の前縁隅部においてその流路幅を広げると共に、当該広
    げた流路の床部に調整板を設置したことを特徴とする請
    求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
  5. 【請求項５】 さらに、前記広げた流路の床部または天
    井部に、タービュレーターを設置したことを特徴とする
    請求項４に記載のガスタービン静翼。
  6. 【請求項６】 さらに、前記広げた流路に、床部から天
    井部に渡って形成した針状のフィンを設置したことを特
    徴とする請求項４に記載のガスタービン静翼。
  7. 【請求項７】 さらに、前記１本の流路から引き出した
    フィルム冷却孔を前記内側シュラウドの前縁隅部に設け
    たことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載
    のガスタービン静翼。
  8. 【請求項８】 さらに、板状部材その他の被覆部材を、
    前記内側シュラウドの前縁隅部から隣接する内側シュラ
    ウドの前縁隅部に渡して設置したことを特徴とする請求
    項１〜７のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
  9. 【請求項９】 さらに、前記内側シュラウドの前縁角部
    を面取りしまたはアール形状とすると共に、当該前縁角
    部に断熱被覆を施したことを特徴とする請求項１〜８の
    いずれか一つに記載のガスタービン静翼。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記内側シュラウドの側縁端
    部に面取りしまたはアール形状とすると共に、当該部分
    及び側縁端部に断熱被覆を施したことを特徴とする請求
    項１〜９のいずれか一つに記載のガスタービン静翼。
  11. 【請求項１１】 さらに、面板その他のシール部材を、
    隣接する前記内側シュラウドにおける接合面間に渡して
    介在させたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
    一つに記載のガスタービン静翼。
  12. 【請求項１２】 前記シール部材は、前記内側シュラウ
    ドの隙間を埋める凸部を備えた凸型断面形状を有すると
    共に、当該凸部を内側シュラウドの表面側に向けて配置
    されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つ
    に記載のガスタービン静翼。
  13. 【請求項１３】 さらに、前記内側シュラウドにおける
    接合面を、シップラップ形式の接合面としたことを特徴
    とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載のガスター
    ビン静翼。
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