JP2008095697A - ガスタービンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フイルム冷却の冷却効果を従来よりも向上させたガスタービンの冷却構造を提供する。
【解決手段】一次流れＶ１の方向に対して、動翼４２の高圧側翼面４２ａから高圧側翼面４２ａに対向する隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに向かう方向にずれて開口するように、冷却空気の吹出し孔４３ｃを、プラットフォーム４３の内側面から外表面に向けて形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ガスタービンの冷却構造に関し、詳細には、タービン動翼のプラットフォーム等高温部材に対するフイルム冷却構造を改良したガスタービンの冷却構造に関する。

発電機等に用いられるガスタービンの熱効率を向上させるためには、タービン入口における作動高温ガスの温度を高くすることが効果的である一方、タービン動翼やタービン静翼を始めとする、高温ガスに晒されるタービンの部材（以下、高温部材という）の耐熱性能は、その材料の物理的特性によって規定されるため、単純にタービン入口温度を高めることはできない。

そこで、上述したタービンの高温部材を冷却空気等の冷却媒体によって冷却しつつ、タービン入口温度を高温化することによって、高温部材の耐熱性能の範囲内で熱効率を高めることが行われている。

このような高温部材の冷却方法としては、高温部材の内部に冷却空気を流し、高温部材から冷却空気への熱伝達によって、高温部材の表面温度を高温ガスの温度より低く保つ対流伝熱形や、高温部材の表面に、低温の圧縮空気膜を形成させて、高温ガスから高温部材表面への熱伝達を抑制する保護膜形、あるいは、これら二つを組み合わせた冷却形式が知られている。

対流伝熱形には、対流冷却、吹付（衝突噴流）冷却があり、保護膜形には、膜冷却（フイルム冷却）、浸出し冷却があり、これらの中では浸出し冷却が最も効果的に高温部材を冷却することができる。しかし、浸出し冷却に用いられる多孔質材料の加工が難しく、また不均一な圧力分布のため均一な浸出しができない等の問題があり、実用化されている中では、フイルム冷却による冷却構造が、最も効果的に高温部材を冷却することができ、熱効率の高いガスタービンでは、対流冷却とフイルム冷却とを組み合わせた冷却構造が採用される場合が多い。

米国特許５３８２１３５号明細書

ところで、上述したフイルム冷却による冷却構造は、高温部材の内側面や高温ガスに晒される表面の裏側面から、その高温ガスに晒される表面に、冷却空気を吹き出す吹出し孔を、放電加工等によって形成する必要がある。そして従来、この吹出し孔は、高温部材に沿って流れる高温ガスの一次流れの方向に向かって開口するように形成されていた。

しかし、タービン動翼のプラットフォームとタービン静翼の内側シュラウドとの間から漏れるシール空気や、タービン動翼のチップ（半径方向先端部）側に対向して配設される周壁である分割環とタービン静翼の外側シュラウドとの間から漏れる空気等によって、あるいは、翼や分割環、プラットフォーム、シュラウド等の流路壁に衝突後の圧力差によって、高温ガスの流れは乱されて、一次流れとは異なる方向に進む複雑な二次流れとなる。

このため、一次流れ方向に沿って吹き出された冷却空気は、二次流れによって霧散し、高温部材に対する冷却効果を十分に発揮し得ない場合が生じていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フイルム冷却の冷却効果を従来よりも向上させた、ガスタービンの冷却構造を提供することを目的としている。

このような目的を達成するため、請求項１に記載のガスタービンの冷却構造は、ガスタービンの高温部材に、該高温部材の外表面に冷却媒体を吹き出して該高温部材をフイルム冷却する多数の吹出し孔を形成してなるガスタービンの冷却構造において、前記高温部材は、タービン静翼のシュラウドを含み、前記吹出し孔は、前記高温部材の外表面を流れる高温ガスの二次流れ方向に略一致する方向に開口すると共に、前記タービン静翼のキャンバーラインに沿った高温ガスの一次流れ方向に対して、該タービン静翼の高圧側翼面から該高圧側翼面に対向する他のタービン静翼の低圧側翼面に向かう方向にずれて開口するように、形成されていることを特徴とする。

この冷却構造によれば、高温部材の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、高温部材の外表面を流れる高温ガスの二次流れ方向に略一致する方向に吹き出されるため、この吹き出された冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって乱されることなく、高温部材の表面に、保護層である空気膜を形成し、高温部材に対する所望の冷却効果を得ることができる。

ここで、ガスタービンの高温部材としては、具体的には例えば、タービン動翼、タービン静翼、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静翼の内外シュラウド、タービンの燃焼器などがある。

冷却媒体としては、冷却空気等を用いることができ、例えばこの冷却空気は、ガスタービンの圧縮機に導入された空気の一部を抽出し、この抽出された圧縮空気を冷却器により冷却して得ることができる。

二次流れは、シール空気の漏れや、高温ガスが翼に衝突した後の流路内の圧力差等に応じて生じ、その流れ方向は、流れ解析や実機を用いた実験によって求めればよい。二次流れ方向に略一致する方向とは、二次流れ方向に対して例えば±２０度の範囲内、好ましくは±１０度の範囲、最も好ましくは±５度の範囲内の方向である。

また、高温ガスに晒される高温部材を一層具体的に示しており、この構造によれば、高温部材としてのタービン静翼のシュラウドの吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、シュラウドの外表面を流れる高温ガスの二次流れ方向に沿うため、冷却媒体は高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼のシュラウドに対する所望の冷却効果を得ることができる。なお、タービン静翼のシュラウドには、外周側の外側シュラウド、内周側の内側シュラウドの双方を含む。

更に、タービン静翼のシュラウドにおける冷却媒体の吹出し孔の開口方向を一層具体的に示しており、この構造によれば、シュラウドの吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービン静翼のキャンバーラインに沿った高温ガスの一次流れ方向よりもタービン静翼の低圧側翼面に向かう二次流れに沿うため、冷却媒体は高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼のシュラウドに対する所望の冷却効果を得ることができる。

「高温ガスの一次流れ方向に対して、タービン静翼の高圧側翼面からこの高圧側翼面に対向する他のタービン静翼の低圧側翼面に向かう方向にずれて開口する」とは、内外シュラウドおよび隣接する二つの静翼によって周囲を囲まれた高温ガスの流路において、高温ガスの一次流れ方向は、静翼のキャンバーラインに平行な方向であるが、この流れ方向をベクトル表示したとき、ベクトルの終点が、キャンバーラインよりも、低圧側翼面を向けたタービン静翼に向かう方向にずれたベクトルの方向に開口することを意味する。

また、請求項２に記載のガスタービンの冷却構造は、請求項１に記載のガスタービンの冷却構造において、前記二次流れとして、前記タービン静翼前端部近傍において生じる高温ガスの馬蹄渦（horse shoe vortex）を含み、前記タービン静翼前端部近傍における前記吹出し孔が、前記馬蹄渦の流れ方向に沿って開口するように、形成されていることを特徴とする。

ここでいう馬蹄渦とは、タービン動翼からタービン静翼に流れる高温ガスのうち、当該静翼の前端部に衝突し、この静翼に沿って静翼の付け根部分（シュラウド側）方向に回り込み、シュラウド上で、静翼から離れる方向に向かい、さらにその動翼静翼の低圧側翼面方向に回り込む渦流をいうものである。

これは、タービン静翼の前端部近傍のシュラウドにおける冷却媒体の吹出し孔の開口方向を一層具体的に示すものであり、この構造によれば、シュラウドの、タービン静翼の前端部近傍における吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、この前端部近傍において生じている馬蹄渦という二次流れの方向に沿うため、冷却媒体は高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼のシュラウドに対する所望の冷却効果を得ることができる。

また、請求項３に記載のガスタービンの冷却構造は、請求項１または２に記載のガスタービンの冷却構造において、前記高温部材は、タービン静翼を含み、前記タービン静翼の高圧側翼面の上部および低圧側翼面の下部における前記吹出し孔は、前記タービンの軸方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼上方にずれて開口するように、かつ、前記高圧側翼面の下部および前記低圧側翼面の上部における前記吹出し孔が、前記タービンの軸方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼下方にずれて開口するように、それぞれ形成されていることを特徴とする。

これは、高温ガスに晒される高温部材を一層具体的に示すものであり、この構造によれば、高温部材の一つとしてのタービン静翼の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービン静翼の外表面を流れる高温ガスの二次流れ方向に沿うため、冷却媒体は高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼に対する所望の冷却効果を得ることができる。

また、タービン静翼における冷却媒体の吹出し孔の開口方向を一層具体的に示しており、この構造によれば、タービン静翼の高圧側翼面の上部および低圧側翼面の下部の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービンの軸に平行な方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼上方にずれた方向に向かって生じている二次流れの方向に沿うため、当該部を流れる冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼の当該部に対する所望の冷却効果を得ることができ、かつ、タービン静翼の高圧側翼面の下部および低圧側翼面の上部の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービンの軸に平行な方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼下方にずれた方向に向かって生じている二次流れの方向に沿うため、当該部を流れる冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼の当該部に対する所望の冷却効果を得ることができる。

また、請求項４に記載のガスタービンの冷却構造は、請求項１〜３のうちいずれか一つに記載のガスタービンの冷却構造において、前記吹出し孔の開口端が、前記二次流れの下流側の斜面が上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成されていることを特徴とする。

これは、冷却媒体の吹出し孔の開口端部の形状を一層具体的に示すものであり、この構造によれば、吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、開口端の、二次流れの上流側よりも傾斜が緩慢である下流側の斜面に沿って流れるため、高温ガスの二次流れ方向に一層沿いやすくなり、高温部材の表面への膜形成の信頼性が高く、高温部材に対する冷却効果を一層向上させることができる。

以上に説明したように、本発明にかかるガスタービンの冷却構造（請求項１）によれば、高温部材としてのタービン静翼のシュラウドの吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、シュラウドの外表面を流れる二次流れ方向に略一致する方向に沿うと共に、タービン静翼のキャンバーラインに沿った高温ガスの一次流れ方向よりもタービン静翼の低圧側翼面に向かう二次流れに沿うため、この吹き出された冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって霧散されて乱されることがなく、高温部材としてのタービン静翼のシュラウドの表面に、保護層である空気膜を形成し、高温部材に対する所望の冷却効果を得ることができる。この結果、ガスタービンの高温部材の耐久性が向上し、ガスタービン全体としての信頼性が向上する。

また、本発明にかかるガスタービンの冷却構造（請求項２）によれば、シュラウドの、タービン静翼の前端部近傍における吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、この前端部近傍において生じている馬蹄渦という二次流れの方向に沿うため、冷却媒体は高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼のシュラウドに対する所望の冷却効果を得ることができる。

また、本発明にかかるガスタービンの冷却構造（請求項３）によれば、タービン静翼の高圧側翼面の上部および低圧側翼面の下部の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービンの軸に平行な方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼上方にずれた方向に向かって生じている二次流れの方向に沿うため、当該部を流れる冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼の当該部に対する所望の冷却効果を得ることができ、かつ、タービン静翼の高圧側翼面の下部および低圧側翼面の上部の吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、タービンの軸に平行な方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼下方にずれた方向に向かって生じている二次流れの方向に沿うため、当該部を流れる冷却媒体は、高温ガスの二次流れによって乱されることなく、その外表面に空気膜を形成し、タービン静翼の当該部に対する所望の冷却効果を得ることができる。

また、本発明にかかるガスタービンの冷却構造（請求項４）によれば、吹出し孔から吹き出された冷却媒体は、開口端の、二次流れの上流側よりも傾斜が緩慢である下流側の斜面に沿って流れるため、高温ガスの二次流れ方向に一層沿いやすくなり、高温部材の表面への膜形成の信頼性が高く、高温部材に対する冷却効果を一層向上させることができる。

以下に、本発明にかかるガスタービンの冷却構造の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１であるガスタービンの冷却構造を説明するための、ガスタービン１０全体の部分縦断面を示す図であり、このガスタービン１０は、導入された空気を圧縮する圧縮機２０と、この圧縮機２０によって圧縮して得られた圧縮空気に燃料を噴射して高温の燃焼ガス（高温ガス）を発生させる燃焼器３０と、燃焼器３０で発生した高温ガスによって回転駆動力を発生させるタービン４０とからなる。また、ガスタービン１０は、圧縮機２０の途中から、圧縮空気の一部を抽出し、この抽出した圧縮空気を、タービン４０の動翼４２、静翼４５、プラットフォーム４３、並びに静翼４５の内側シュラウド４６および外側シュラウド４７にそれぞれ送出する、図示しない冷却器を備えている。

タービン４０の動翼体４１は、図２（ａ）に示すように、動翼４２と、図示しないロータに結合されるプラットフォーム４３とからなり、この動翼体４１における高温ガスの一次流れＶ１の方向は、この図２（ａ）に示す白抜き矢印方向となる。

図２（ｂ）は、同図（ａ）におけるプラットフォーム４３の外表面を含む面による断面図であり、同図（ａ）に示した高温ガスの一次流れＶ１の方向は詳しくは、動翼４２のキャンバーラインＣに略平行な方向である。

ここで、プラットフォーム４３には、高温ガスから保護するため、フイルム冷却用の吹出し孔が形成されているが、このフイルム冷却用の吹出し孔は、従来は、この一次流れＶ１の方向、すなわちキャンバーラインＣに平行な方向に沿って、プラットフォーム４３の裏側面（内側面）４３ｂから、この高温ガスが流れる外表面４３ａ側に、傾斜して貫通するように形成されていた。

このように、吹出し孔を、高温ガスの一次流れＶ１の方向に開口させることによって、吹出し孔から、プラットフォーム４３の外表面４３ａに吹き出された冷却空気は、高温ガスの流れ方向（一次流れ方向Ｖ１）に沿って流れるため、冷却空気は、高温ガスの流れによって、その流れ方向が乱されることがなく、プラットフォーム４３の外表面４３ａが、高温ガスによる焼損から保護されている、と考えられていた。

しかし、この実施の形態１であるガスタービン１０においては、吹出し孔は、高温ガスの二次流れＶ２の方向に沿って、プラットフォーム４３の内側面４３ｂから外表面４３ａに向けて形成されている。具体的には、一次流れＶ１の方向すなわちキャンバーラインＣに平行な方向に対して、動翼４３の高圧側翼面４２ａから高圧側翼面４２ａに対向する隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに向かう方向にずれて開口するように、プラットフォーム４３の内側面４３ｂから外表面４３ａに向けて形成されている。

以下、高温ガスの二次流れの発生メカニズムについて、本願発明者らの研究結果に基づいて説明する。

まず、プラットフォーム４３上においては、高温ガスの上流側の静翼の内側シュラウド４４との隙間から、シールエア（パージエア）Ｖ３が漏れるが、このシールエアＶ３の、矢印Ｒ方向に回転する動翼体４１に対する相対的な流れ方向は、図２（ｂ）に示すように、、キャンバーラインＣよりも、動翼４２の高圧側翼面４２ａから高圧側翼面４２ａに対向する隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに向かう方向にずれた方向である。そして、このシールエアＶ３の流れによって、高温ガスの一次流れＶ１の流れ方向が変化し、この変化した後の流れが二次流れＶ２となる。

さらに、二次流れＶ２は、シールエアＶ３によってのみ生じるものではない。すなわち、図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面である図３（ａ）において、動翼体４１に流れ込んだ高温ガスは、動翼４２の高圧側翼面４２ａに衝突し、この衝突した高温ガスは、高圧側翼面４２ａに沿って、動翼４２のチップ側（外側）に配置された分割環４８に向かう流れと、プラットフォーム４３側に向かう流れを生じる。

分割環４８に向かう流れは、動翼４２の外側端と分割環４８との間隙から、この動翼４２の低圧側翼面４２ｂに流れる。一方、プラットフォーム４３側に向かう流れは、プラットフォーム４３上を、動翼４２の高圧側翼面４２ａから、この高圧側翼面４２ａに対向する隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに向かって流れ、その隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに沿って、外側方向に上昇する。

すなわち、各動翼４２の高圧側翼面４２ａにおける高温ガスの流れは、図３（ｂ）の矢印で示すものとなり、低圧側翼面４２ｂにおける高温ガスの流れは、図３（ｃ）の矢印で示すものとなる。そして、プラットフォーム４３上における高温ガスの流れが、図２（ｂ）の二次流れＶ２となる。このように、プラットフォーム４３上における二次流れＶ２の方向に沿って、吹出し孔４３ｃを形成した一形態を、図４および図５に示す。

図４および図５に示すように、吹出し孔４３ｃを、キャンバーラインＣに平行な方向に対して、動翼４２の高圧側翼面４２ａからこの高圧側翼面４２ａに対向する隣の動翼４２の低圧側翼面４２ｂに向かう方向にずれて開口するように、プラットフォーム４３の内側面４３ｂ（図５参照）から外表面４３ａ（同）に向けて形成したことにより、プラットフォーム４３の外表面４３ａから吹き出された冷却空気は、プラットフォーム４３上において、高温ガスの二次流れＶ２に沿うため、冷却空気は高温ガスの二次流れＶ２によって乱されることなく、その外表面４３ａに冷却空気膜を形成し、プラットフォーム４３に対する所望の冷却効果を得ることができる。

なお、図４に示した吹出し孔４３ｃは、図２（ｂ）に示した二次流れＶ２に対応して示したものであり、本発明のガスタービンの冷却構造における吹出し孔の向きは、必ずしも図４に示したものに限定されるものではなく、流れ解析や実験等によって求められた二次流れＶ２の方向に対応したものとすればよい。

図５（ａ）は、プラットフォーム４３の外表面４３ａに形成された吹出し孔４３ｃを示す図、同図（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面を示す図である。図５（ａ）に示すように、吹出し孔４３ｃの、プラットフォーム４３の外表面４３ａにおける開口端は、二次流れＶ２の下流側の斜面４３ｄが上流側の斜面４３ｅよりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成されているが、この構造によれば、吹出し孔４３ｃから吹き出された冷却空気（図５（ｂ）において符号５０で示す）は、この開口端の、二次流れＶ２の上流側よりも傾斜が緩慢である下流側の斜面４３ｄに沿って流れるため、高温ガスの二次流れＶ２に一層沿いやすくなり、プラットフォーム４３の外表面４３ａへの冷却空気膜形成の信頼性が高められ、プラットフォーム４３に対する冷却効果を一層向上させることができるため好ましいが、本発明のガスタービンの冷却構造は、必ずしもこのような開口端を形成することに限定されるものではない。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２であるガスタービンの冷却構造を説明するための、動翼４２の前端部（動翼４２の、高温ガス上流側端部）４２ｃ近傍における高温ガスの流れを示す図であり、図７は、実施の形態２であるガスタービンのプラットフォーム４３における冷却構造を示す図である。

実施の形態１において説明したように、プラットフォーム４３上においては、高温ガスの一次流れＶ１は、動翼４２のキャンバーラインＣに対して略平行に流れている。さらに、動翼４２の前端部４２ｃにおいては、図６（ｂ）の断面図に示すように、高温ガスの二次流れＶ２として馬蹄渦Ｖ４が生じている。

この馬蹄渦Ｖ４は、動翼４２に流れ込んだ高温ガスの一次流れＶ１のうち一部が、動翼４２の前端部４２ｃに衝突し、この動翼４２ｃに沿って動翼４２の付け根部分方向（プラットフォーム４３方向）に回り込み、プラットフォーム４３上で、動翼４２から離れる方向に向かい、さらにその動翼４２の低圧側翼面４２ｂ方向に回り込む。

そこで、この実施の形態２であるガスタービンの冷却構造は、タービン動翼前端部４２ｃ近傍におけるプラットフォーム４３の、冷却空気の吹出し孔４３ｆが、プラットフォーム４３において動翼４２の前端部４２ｃから離れる方向に流れる馬蹄渦Ｖ４の流れ方向に沿って開口するように、プラットフォーム４３の内側面４３ｂ（図５参照）から外表面４３ａ（同）に向けて形成されている。

このように、冷却空気の吹出し孔４３ｆが形成されていることにより、プラットフォーム４３の外表面４３ａから吹き出された冷却空気は、プラットフォーム４３上において、高温ガスの馬蹄渦Ｖ４に沿うため、冷却空気は高温ガスの馬蹄渦Ｖ４によって乱されることなく、その外表面４３ａに冷却空気膜を形成し、動翼４２の前端部４２ｃ近傍におけるプラットフォーム４３に対する所望の冷却効果を得ることができる。

なお、この実施の形態２における吹出し孔４３ｆの開口端についても、前述した実施の形態１の吹出し孔４３ｃと同様に、馬蹄渦Ｖ４の下流側の斜面を、上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成するのが好ましい。また、前述した実施の形態１と組み合わせてもよい。

（実施の形態３）
図８および図９は、本発明の実施の形態３であるガスタービンの冷却構造を説明するための、静翼体４４における高温ガスの流れを示す図であり、図９（ａ）は詳しくは、静翼体４４の内側シュラウド４６における冷却空気の吹出し孔４６ｃを示す図、図９（ｂ）は詳しくは、静翼体４４の外側シュラウド４７における冷却空気の吹出し孔４７ｃを示す図である。

タービン４０の静翼体４４は、図８に示すように、静翼４５と、図示しない車室に固定された外側シュラウド４７と、内側シュラウド４６とからなり、この静翼体４４における高温ガスの一次流れＶ１の方向は、白抜き矢印方向となる。

図９（ａ）は、図８における内側シュラウド４６の表面を含む面による断面図であり、同図（ｂ）は、図８における外側シュラウド４７の表面を含む面による断面図である。そして、これら内外各シュラウド４６，４７における高温ガスの一次流れＶ１の方向はいずれも、各シュラウド４６，４７表面における静翼４５のキャンバーラインＣに略平行な方向である。

一方、実施の形態１において説明した動翼４２によって生じる二次流れＶ２と同様、静翼体４４においても、静翼４５によって二次流れＶ２が生じ、この二次流れＶ２の方向は、実施の形態１と同様に、一次流れＶ１の方向すなわちキャンバーラインＣに平行な方向に対して、静翼４５の高圧側翼面４５ａからこの高圧側翼面４５ａに対向する隣の静翼４５の低圧側翼面４５ｂに向かう方向にずれている。

そこで、この実施の形態３は、内側シュラウド４６における冷却空気の吹出し孔４６ｃおよび外側シュラウド４７における冷却空気の吹出し孔４７ｃが、それぞれ図９（ａ），（ｂ）に示すように、高温ガスの二次流れＶ２方向に沿って、すなわち、一次流れＶ１の方向すなわちキャンバーラインＣに平行な方向に対して、静翼４５の高圧側翼面４５ａから隣の静翼４５の低圧側翼面４５ｂに向かう方向にずれた方向に開口するように形成されている。

このように形成された吹出し孔４６ｃ，４７ｃから吹き出された冷却空気は、内側シュラウド４６，外側シュラウド４７上においてそれぞれ、高温ガスの二次流れＶ２に沿うため、冷却空気は高温ガスの二次流れＶ２によって乱されることなく冷却空気膜を形成し、内側シュラウド４６，外側シュラウド４７に対する所望の冷却効果を得ることができる。

なお、図９においては、各シュラウド４６，４７について、それぞれ一つの吹出し孔４６ｃ，４７ｃのみを表示しているが、これは単に、表示の煩雑を防ぐためであり、各シュラウド４６，４７の全体に亘って、二次流れＶ２に沿って複数の吹出し孔４６ｃ，４７ｃが形成されているものである。

また、吹出し孔４６ｃ，４７ｃの開口端についても、前述した実施の形態１の吹出し孔４３ｃと同様に、二次流れＶ２の下流側の斜面を、上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成するのが好ましい。さらに、前述した実施の形態１や実施の形態２と組み合わせてもよい。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の実施の形態４を示す図であり、動翼４２の高圧側翼面４２ａおよび低圧側翼面４２ｂにおける、冷却空気の吹出し孔４２ｄを示す図である。

この吹出し孔４２ｄは、図３（ｂ）および（ｃ）に示した、動翼４２の各翼面４２ａ，４２ｂにおける、高温ガスの二次流れＶ２に沿って開口するように形成されている。

このように形成された吹出し孔４２ｄから吹き出された冷却空気は、高圧側翼面４２ａおよび低圧側翼面４２ｂ上においてそれぞれ、高温ガスの二次流れＶ２に沿うため、冷却空気は高温ガスの二次流れＶ２によって乱されることなく冷却空気膜を形成し、動翼４２の高圧側翼面４２ａおよび低圧側翼面４２ｂに対する所望の冷却効果を得ることができる。

なお、この実施の形態４における吹出し孔４２ｄの開口端についても、前述した実施の形態１の吹出し孔４３ｃと同様に、二次流れＶ２の下流側の斜面を、上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成するのが好ましい。また、前述した実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３のうち少なくとも一つと組み合わせてもよい。

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５を示す図であり、静翼４５の高圧側翼面４５ａおよび低圧側翼面４５ｂにおける、冷却空気の吹出し孔４５ｃを示す図である。

この吹出し孔４５ｃは、動翼４２の各翼面４２ａ，４２ｂにおける高温ガスの二次流れＶ２と同様に、静翼４５の高圧側翼面４５ａおよび低圧側翼面４５ｂにおいて流れる高温ガスの二次流れＶ２に沿って開口するように形成されている。

このように形成された吹出し孔４５ｃから吹き出された冷却空気は、高圧側翼面４５ａおよび低圧側翼面４５ｂ上においてそれぞれ、高温ガスの二次流れＶ２に沿うため、冷却空気は高温ガスの二次流れＶ２によって乱されることなく冷却空気膜を形成し、静翼４５の高圧側翼面４５ａおよび低圧側翼面４５ｂに対する所望の冷却効果を得ることができる。

なお、この実施の形態５における吹出し孔４５ｃの開口端についても、前述した実施の形態１の吹出し孔４３ｃと同様に、二次流れＶ２の下流側の斜面を、上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成するのが好ましい。また、前述した実施の形態１から４のうち少なくとも一つと組み合わせてもよい。

本発明のガスタービンの冷却構造は、タービン翼のプラットフォーム等高温部材に対するフイルム冷却構造を改良したものであり、いずれの種類のガスタービンにも適用することができる。

本発明の実施の形態１による冷却構造が適用されるガスタービンの全体を示す半断面図である。 本発明の実施の形態１であるプラットフォームにおける高温ガスの流れを示す図である。 図２における動翼の翼面における二次流れを説明する図である。 実施の形態１である冷却空気の吹出し孔が形成されたプラットフォームを示す図である。 空気吹出し孔の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態２であるプラットフォームにおける馬蹄渦の流れを説明する図である。 実施の形態２である冷却空気の吹出し孔が形成されたプラットフォームを示す図である。 本発明の実施の形態２である静翼のシュラウドにおける高温ガスの流れを示す斜視図である。 実施の形態３である冷却空気の吹出し孔が形成されたシュラウドを示す図である。 実施の形態４である冷却空気の吹出し孔が形成された動翼を示す図である。 実施の形態５である冷却空気の吹出し孔が形成された静翼を示す図である。

符号の説明

１０ ガスタービン
２０ 圧縮機
３０ 燃焼器
４０ タービン
４２ 動翼
４２ａ 高圧側翼面
４２ｂ 低圧側翼面
４３ プラットフォーム
４３ｃ 吹出し孔

Claims (4)

1. ガスタービンの高温部材に、該高温部材の外表面に冷却媒体を吹き出して該高温部材をフイルム冷却する多数の吹出し孔を形成してなるガスタービンの冷却構造において、
   前記高温部材は、タービン静翼のシュラウドを含み、
   前記吹出し孔は、前記高温部材の外表面を流れる高温ガスの二次流れ方向に略一致する方向に開口すると共に、
   前記タービン静翼のキャンバーラインに沿った高温ガスの一次流れ方向に対して、該タービン静翼の高圧側翼面から該高圧側翼面に対向する他のタービン静翼の低圧側翼面に向かう方向にずれて開口するように、形成されていることを特徴とするガスタービンの冷却構造。
2. 前記二次流れは、前記タービン静翼前端部近傍において生じる高温ガスの馬蹄渦を含み、前記タービン静翼前端部近傍における前記吹出し孔が、前記馬蹄渦の流れ方向に沿って開口するように、形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービンの冷却構造。
3. 前記高温部材は、タービン静翼を含み、前記タービン静翼の高圧側翼面の上部および低圧側翼面の下部における前記吹出し孔は、前記タービンの軸方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼上方にずれて開口するように、かつ、前記高圧側翼面の下部および前記低圧側翼面の上部における前記吹出し孔が、前記タービンの軸方向に沿った高温ガスの一次流れ方向から翼下方にずれて開口するように、それぞれ形成され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の冷却構造。
4. 前記吹出し孔の開口端は、前記二次流れの下流側の斜面が上流側の斜面よりも緩慢な傾斜面の扇形すり鉢状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一つに記載のガスタービンの冷却構造。

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