JP2024005613A - 静翼、及びこれを備えているガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に冷却可能な静翼を提供する。【解決手段】静翼は、翼体と、複数の翼空気通路と、複数の後端空気通路と、を有する。前記複数の翼空気通路は、翼体の前縁の側から後縁の側に向かって並ぶ。前記複数の後端空気通路は、前記複数の翼空気通路のうち、最も前記後縁の側の後側翼空気通路から前記後縁に向かって延び、前記後縁で開口している後縁開口を有する。前記翼高さ方向に延びる前記後縁中で前記翼高さ第一側の端を含み前記翼高さ第二側の端を含まない領域を第一側領域とし、前記後縁中で前記第一側領域から前記翼高さ第二側に離れ且つ前記翼高さ第二側の端を含む領域を第二側領域とし、前記複数の後端空気通路における前記後縁開口の、前記翼高さ方向における前記後縁の単位長さ当たりの開口面積を開口率とした場合、複数の後端空気通路における後縁開口の開口率は、前記第二側領域よりも前記第一側領域の方が高い。【選択図】図３

Description

本発明は、静翼、及びこれを備えているガスタービンに関する。

ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動するタービンと、を備える。タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、このロータを覆うタービンケーシングと、複数の静翼列と、を備える。タービンロータは、軸線を中心とするロータ軸と、ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の動翼列は、軸線が延びる軸線方向に並んでいる。各動翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の動翼を有する。複数の静翼列は、軸線方向に並んで、タービンケーシングの内周側に取り付けられている。複数の静翼列のそれぞれは、複数の動翼列のうちのいずれか一の動翼列の軸線上流側Ｄａｕに配置されている。各静翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。

静翼は、軸線に対する径方向に垂直な断面が翼形を成し径方向に延びている翼体と、翼体の径方向内側に設けられている内側シュラウドと、翼体の径方向外側に設けられている外側シュラウドと、を有する。静翼の翼体は、燃焼ガスが通る燃焼ガス流路内に配置される。内側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向内側の縁を画定する。外側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向外側の縁を画定する。

ガスタービンの静翼は、高温の燃焼ガスに晒される。このため、静翼は、一般的に、空気等で冷却される。

例えば、以下の特許文献１に記載の静翼の翼体には、冷却空気が流通可能な複数の翼空気通路及び複数の後縁空気通路が形成されている。複数の翼空気通路は、いずれも、径方向に延びている。複数の翼空気通路は、翼体の前縁の側から後縁の側に向かって並んでいる。複数の翼空気通路のうちで最も前縁の側の翼空気通路である前側翼空気通路は、この前側翼空気通路の径方向外側の端が入口開口を成している。複数の翼空気通路のうちで前側翼空気通路に対して後縁側に隣接する翼空気通路である後冷却通路は、互いの径方向内側の部分で前側翼空気通路と連通している。複数の後縁空気通路は、径方向に並んでいる。複数の後縁空気通路は、いずれも、後側翼空気通路から後縁に向かって延び、後縁で開口している。

特開平８－３１９８５２号公報

ガスタービンの静翼に関しては、この静翼を冷却して、静翼の耐久性を向上させつつも、この静翼を冷却するための空気の使用量を抑えることが望まれている。

そこで、本開示は、冷却空気で効果的に冷却されて耐久性の向上が図られつつも、冷却空気の使用量を抑えることができる静翼、及びこの静翼を備えているガスタービンを提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の静翼は、
ガスタービンが備える静翼において、断面の形状が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を有する翼高さ方向に延びる翼体と、前記翼体の、前記翼高さ方向における翼高さ第一側と翼高さ第二側とのうちの前記翼高さ第一側に設けられ、タービンケーシングに取り付け可能に構成されている外側シュラウドと、前記翼体内を前記翼高さ方向に延びている複数の翼空気通路と、前記翼高さ方向に並んでいる複数の後端空気通路と、を有する。前記翼体は、翼高さ方向に延びる前縁及び後縁を有する。前記複数の翼空気通路は、前記前縁の側から前記後縁の側に向かって並ぶ。前記複数の翼空気通路のうち、最も前記前縁の側の翼空気通路である前側翼空気通路は、前記前側翼空気通路の前記翼高さ第一側の端に、冷却空気が流入可能な入口開口を有する。前記複数の翼空気通路は、通路が前記翼高さ方向にうねっている一つのサーペンタイン通路を構成するよう、前記複数の翼空気通路のうち、互に隣り合う翼空気通路が、前記翼高さ第一側の端と前記翼高さ第二側の端とのうち、一方の端で互いに連通している。前記複数の後端空気通路は、前記複数の翼空気通路のうち、最も前記後縁の側の翼空気通路である後側翼空気通路から前記後縁に向かって延び、前記後縁で開口している後縁開口を有する。前記翼高さ方向に延びる前記後縁中で前記翼高さ第一側の端を含み前記翼高さ第二側の端を含まない領域を第一側領域とする。前記後縁中で前記第一側領域から前記翼高さ第二側に離れ且つ前記翼高さ第二側の端を含む領域を第二側領域とする。前記複数の後端空気通路における前記後縁開口の、前記翼高さ方向における前記後縁の単位長さ当たりの開口面積を開口率とする。この場合、複数の後端空気通路における後縁開口の開口率は、前記第二側領域よりも前記第一側領域の方が高い。

近年、ガスタービンの性能を向上させるため、翼体の翼高さを高くする、言い換えると、翼体の径方向の長さを長くする方法が検討されている。翼体の径方向の長さを長くすると翼体が燃焼ガスから受ける力が増加すると共に、翼体の径方向外側の端を中心として、翼体の径方向内側の端が軸線下流側に回ろうとするモーメントが増加する。このようにモーメントが増加すると、翼体の後縁周りであって径方向外側の部分の強度を高める必要がある。一方で、モーメントが増加しても、翼体の径方向内側の部分は、静翼の自由端の側であるため、この部分の強度を高める必要はない。

そこで、本態様では、第二側領域の開口率を低くして、冷却空気の使用量を抑える一方で、第一側領域の開口率を高くして、第一側領域の冷却性能を高めて、第一側領域周りの強度の低下を抑えている。よって、本態様では、静翼を効果的に冷却して、静翼の耐久性の向上を図りつつも冷却空気の使用量を抑えることができる。

前記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービンは、
軸線を中心として回転可能なタービンロータと、前記タービンロータの外周側を覆うタービンケーシングと、前記軸線が延びる軸線方向に並び、前記タービンケーシングの内周側に取り付けられている複数の静翼列と、を備える。前記複数の静翼列は、いずれも、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。前記複数の静翼列のうち、前記軸線方向における軸線上流側と軸線下流側とのうちで最も前記軸線下流側の静翼列である最終段の静翼列が有する複数の前記静翼のそれぞれは、前記一態様における静翼である。前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になり、前記翼高さ第一側が前記径方向における径方向内側と径方向外側とのうちの前記径方向外側になり、前記前縁に対する前記後縁が存在する側が前記軸線下流側になるよう、前記最終段の静翼列が有する複数の前記静翼のそれぞれは、前記タービンケーシングに取り付けられている。

本開示の一態様によれば、静翼を冷却空気で効果的に冷却して、静翼の耐久性の向上を図りつつも、冷却空気の使用量を抑えることができる。

本開示に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。 本開示に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本開示に係る一実施形態における静翼の断面図である。 図３におけるＩＶ－ＩＶ線断面図である。

以下、本発明の各種実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

「ガスタービンの実施形態」
ガスタービンの実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるガスタービン１は、外気Ａを圧縮して圧縮空気Ａｃｏｍを生成する圧縮機１０と、燃料供給源からの燃料Ｆを圧縮空気Ａｃｏｍ中で燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器２０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン３０と、を備える。

圧縮機１０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１１と、圧縮機ロータ１１を覆う圧縮機ケーシング１５と、複数の静翼列１８と、を有する。タービン３０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ３１と、タービンロータ３１を覆うタービンケーシング３５と、複数の静翼列３８と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａ、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

圧縮機１０は、タービン３０に対して軸線上流側Ｄａｕに配置されている。

圧縮機ロータ１１とタービンロータ３１とは、同一軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ２を成す。このガスタービンロータ２には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。ガスタービン１は、さらに、中間ケーシング６を備える。この中間ケーシング６は、軸線方向Ｄａで、圧縮機ケーシング１５とタービンケーシング３５との間に配置されている。圧縮機ケーシング１５と中間ケーシング６とタービンケーシング３５とは、互いに接続されてガスタービンケーシング５を成す。

圧縮機ロータ１１は、図１及び図２に示すように、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸１２と、このロータ軸１２に取り付けられている複数の動翼列１３と、を有する。複数の動翼列１３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列１３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列１３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列１８のうちのいずれか一の静翼列１８が配置されている。各静翼列１８は、圧縮機ケーシング１５の内側に設けられている。各静翼列１８は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

タービンロータ３１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸３２と、このロータ軸３２に取り付けられている複数の動翼列３３と、を有する。複数の動翼列３３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列３３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列３３の各軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列３８のうちのいずれか一の静翼列３８が配置されている。各静翼列３８は、タービンケーシング３５の内側に設けられている。各静翼列３８は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

ロータ軸３２の外周側とタービンケーシング３５の内周側との間であって、軸線方向Ｄａで動翼列３３及び静翼列３８が配置されている環状の空間は、燃焼器２０からの燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路３９を成す。

タービンケーシング３５は、図２に示すように、タービンケーシング本体３６と、複数の分割環３７と、を有する。分割環３７は、動翼列３３の径方向外側Ｄｒｏに位置して、動翼列３３と径方向Ｄｒで対向する。この分割環３７は、動翼列３３が存在する軸線方向Ｄａの位置における、燃焼ガス流路３９の径方向外側Ｄｒｏの縁を確定する。タービンケーシング本体３６は、タービンロータ３１の外周を囲むように軸線Ａｒを中心として筒状を成す。このタービンケーシング本体３６の内周側の部分に、複数の静翼列３８及び複数の分割環３７が取り付けられている。

燃焼器２０は、中間ケーシング６に取り付けられている。燃焼器２０は、燃料Ｆが内部で燃焼する尾筒（又は燃焼筒）２２と、この尾筒２２内に燃料を噴射する複数のバーナ２１と、を有する。

図１に示すように、圧縮機１０は、外気Ａを圧縮して圧縮空気Ａｃｏｍを生成する。この圧縮空気Ａｃｏｍは、燃焼器２０内に流入する。燃焼器２０には、燃料Ｆが供給される。燃焼器２０のバーナ２１は、燃料Ｆと共に圧縮空気Ａｃｏｍを尾筒２２内に噴射する。尾筒２２内では、圧縮空気Ａｃｏｍ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、尾筒２２からタービン３０内の燃焼ガス流路３９に送られる。燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路３９を軸線下流側Ｄａｄへ流れる過程で、タービンロータ３１を回転させる。このタービンロータ３１の回転で、ガスタービンロータ２に接続されている発電機ＧＥＮのロータが回転する。この結果、発電機ＧＥＮは発電する。

以下、複数の静翼列３８のうち、最も軸線下流側Ｄａｄの静翼列３８を構成する静翼について説明する。

「静翼の実施形態」
以下、図３及び図４を参照して、静翼の実施形態について説明する。

図３に示すように、本実施形態の静翼４０は、翼体４１と、外側シュラウド４５ｏと、内側シュラウド４５ｉと、シール装置４９と、を有する。翼体４１は、その断面の形状が翼形を成し、断面に対して垂直な方向成分を有する翼高さ方向Ｄｈに延びている。外側シュラウド４５ｏは、翼体４１における翼高さ方向Ｄｈの一方側である翼高さ第一側Ｄｈ１の端に設けられている。内側シュラウド４５ｉは、翼体４１における翼高さ方向Ｄｈの他方側である翼高さ第二側Ｄｈ２の端に設けられている。翼体４１と、内側シュラウド４５ｉと、外側シュラウド４５ｏとは、鋳物等で一体形成されている。シール装置４９は、内側シュラウド４５ｉの翼高さ第二側Ｄｈ２に設けられている。

静翼４０がタービンケーシング３５に取り付けられた状態（図２参照）では、翼高さ方向Ｄｈが径方向Ｄｒになる。また、翼高さ方向Ｄｈの一方側である翼高さ第一側Ｄｈ１は、径方向外側Ｄｒｏになり、翼高さ方向Ｄｈの他方側である翼高さ第二側Ｄｈ２は、径方向外側Ｄｒiになる。このため、内側シュラウド４５ｉは、翼体４１の径方向内側Ｄｒｉに設けられ、外側シュラウド４５ｏは、翼体４１の径方向外側Ｄｒｏに設けられることになる。そこで、本実施形態では、翼高さ方向Ｄｈを径方向Ｄｒ、翼高さ第一側Ｄｈ１を径方向内側Ｄｒｉ、翼高さ第二側Ｄｈ２を径方向外側Ｄｒｏという場合がある。

シール装置４９は、径方向Ｄｒにおける静翼４０とロータ軸３２との間をシールする。外側シュラウド４５ｏは、分割環３７と共に、環状の燃焼ガス流路３９の径方向外側Ｄｒｏの縁の一部を画定する。また、内側シュラウド４５ｉは、環状の燃焼ガス流路３９の径方向内側Ｄｒｉの縁の一部を画定する。

外側シュラウド４５ｏは、外側シュラウド本体４６ｏと、フック部４８ｏと、を有する。外側シュラウド本体４６ｏは、翼高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに垂直な方向の方向成分を含む方向に広がる板状の部材である。この外側シュラウド本体４６ｏは、ガスパス面４７ｏｐと、反ガスパス面４７ｏｏと、を有する。ガスパス面４７ｏｐは、翼高さ第二側Ｄｈ２である径方向内側Ｄｒｉを向き、反ガスパス面４７ｏｏは、翼高さ第一側Ｄｈ１である径方向外側Ｄｒｏを向く面である。この反ガスパス面４７ｏｏは、ガスパス面４７ｏｐと背合わせの関係である。フック部４８ｏは、外側シュラウド本体４６ｏの反ガスパス面４７ｏｏに設けられている。このフック部４８ｏは、タービンケーシング本体３６に取り付け可能に構成されている。

内側シュラウド４５ｉは、内側シュラウド本体４６ｉと、シール取付部４８ｉと、を有する。内側シュラウド本体４６ｉは、翼高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに垂直な方向の方向成分を含む方向に広がる板状の部材である。この内側シュラウド本体４６ｉは、ガスパス面４７ｉｐと、反ガスパス面４７ｉｏと、を有する。ガスパス面４７ｉｐは、翼高さ第一側Ｄｈ１である径方向外側Ｄｒｏを向き、燃焼ガスＧが接する面である。反ガスパス面４７ｉｏは、翼高さ第二側Ｄｈ２である径方向内側Ｄｒｉを向く面である。この反ガスパス面４７ｉｏは、ガスパス面４７ｉｐと背合わせの関係である。シール取付部４８ｉは、内側シュラウド本体４６ｉの反ガスパス面４７ｉｏに設けられている。このシール取付部４８ｉは、シール装置４９を保持可能に構成されている。

翼体４１の外面である翼面は、図４に示すように、前縁４２ｆと、後縁４２ｂと、凸状の面である負圧面４３ｎと、凹状の面である正圧面４３ｐと、を有する。前縁４２ｆ及び後縁４２ｂは、負圧面４３ｎと正圧面４３ｐとのつながり部分に存在する。前縁４２ｆ、後縁４２ｂ、負圧面４３ｎ及び正圧面４３ｐは、いずれも、翼高さ方向Ｄｈである径方向Ｄｒに延びている。静翼４０がタービンケーシング３５に取り付けられた状態で、前縁４２ｆは、後縁４２ｂに対して軸線上流側Ｄａｕに位置する。

翼体４１は、燃焼ガスＧが通る燃焼ガス流路３９内に配置されている。この翼体４１は、翼体４１内で翼高さ方向Ｄｈに延びる複数の翼空気通路５０と、翼体４１内で翼高さ方向Ｄｈに並んでいる複数の後端空気通路５５と、を有する。

翼体４１内に形成されている複数の翼空気通路５０は、翼体４１のキャンバーラインＣＬに沿って並んでいる。ここで、複数の翼空気通路５０のうち、最も軸線上流側Ｄａｕの翼空気通路５０、言い換えると、最も前縁４２ｆの側の翼空気通路５０を前側翼空気通路５１とし、最も軸線下流側Ｄａｄの翼空気通路５０を後側翼空気通路５２とする。複数の翼空気通路５０は、翼高さ方向Ｄｈに通路がうねっている一つのサーペンタイン通路を構成するよう、複数の翼空気通路５０のうちで互に隣り合う翼空気通路５０が、翼高さ第一側Ｄｈ１と翼高さ第二側Ｄｈ２とのうち、一方の端で互いに連通している。本実施形態の静翼４０は、翼空気通路５０を偶数である２個有する。よって、本実施形態では、前側翼空気通路５１と後側翼空気通路５２とが互いに隣り合っている。

前側翼空気通路５１は、外側シュラウド４５ｏの反ガスパス面４７ｏｏで開口する入口開口５１ｏを有する。前側翼空気通路５１は、この入口開口５１ｏから翼高さ第二側Ｄｈ２に向かって延びている。タービンケーシング本体３６には、冷却空気Ａｃｏｏｌが流通可能なケーシング空気通路３６ｐが形成されている。タービンケーシング本体３６のケーシング空気通路３６ｐから流出した冷却空気Ａｃｏｏｌは、前側翼空気通路５１の入口開口５１ｏからこの前側翼空気通路５１内に流入する。冷却空気Ａｃｏｏｌは、この前側翼空気通路５１内を流れる過程で、翼体４１中で前側翼空気通路５１周りを対流冷却する。前側翼空気通路５１と後側翼空気通路５２とは、互いの翼高さ第二側Ｄｈ２の端で互いに連通している。よって、前側翼空気通路５１を通った冷却空気Ａｃｏｏｌは、後側翼空気通路５２の翼高さ第二側Ｄｈ２の端から後側翼空気通路５２内に流入し、この後側翼空気通路５２内を翼高さ第一側Ｄｈ１に流れる。冷却空気Ａｃｏｏｌは、この後側翼空気通路５２内を流れる過程で、翼体４１中で後側翼空気通路５２周りを対流冷却する。

複数の後端空気通路５５は、後側翼空気通路５２から後縁４２ｂに向かって延びている。複数の後端空気通路５５は、後縁４２ｂで開口している後縁開口５５ｏを有する。後側翼空気通路５２内を流れている冷却空気Ａｃｏｏｌは、複数の後端空気通路５５に流入する。冷却空気Ａｃｏｏｌは、この後端空気通路５５を流れる過程で、翼体４１中で後端空気通路５５周りを対流冷却する。後端空気通路５５を通った冷却空気Ａｃｏｏｌは、後縁開口５５ｏから燃焼ガス流路３９内に噴出される。

ここで、後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第一側Ｄｈ１の端から翼高さ第二側Ｄｈ２に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域を第一側領域Ｒ１とする。後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第二側Ｄｈ２の端から翼高さ第一側Ｄｈ１に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域を第二側領域Ｒ２とする。さらに、後縁４２ｂ中で、翼高さ方向Ｄｈにおける第一側領域Ｒ１と第二側領域Ｒ２との間の領域を中間領域ＲＭとする。また、複数の後端空気通路５５における後縁開口５５ｏの、翼高さ方向Ｄｈにおける後縁４２ｂの単位長さ当たりの開口面積を開口率とする。

本実施形態における後縁開口５５ｏの開口率は、第二側領域Ｒ２よりも第一側領域Ｒ１の方が高い。本実施形態における複数の後端空気通路５５毎の後縁開口５５ｏの開口面積は、互に同じである。このため、本実施形態では、後縁開口５５ｏの数が、第二側領域Ｒ２より第一側領域Ｒ１の方が多い。具体的に、第二側領域Ｒ２の後縁開口５５ｏの数は０、言い換えると、第二側領域Ｒ２の開口率は０である。一方で、中間領域ＲＭ及び第一側領域Ｒ１には、複数の後縁開口５５ｏが形成されている。第一側領域Ｒ１の後縁開口５５ｏの数は、中間領域ＲＭの後縁開口５５ｏの数の三倍以上、言い換えると、第一側領域Ｒ１の後縁開口５５ｏの開口率は、中間領域ＲＭの後縁開口５５ｏの開口率の三倍以上である。

近年、ガスタービンの性能を向上させるため、翼体４１の翼高さを高くする、言い換えると、翼体４１の径方向Ｄｒの長さを長くする方法が検討されている。翼体４１の径方向Ｄｒの長さを長くすると翼体４１が燃焼ガスＧから受ける力が増加すると共に、翼体４１の径方向外側Ｄｒｏの端を中心として、翼体４１の径方向内側Ｄｒｉの端が軸線下流側Ｄａｄに回ろうとするモーメントが増加する。このようにモーメントが増加すると、翼体４１の後縁４２ｂ周りであって径方向外側Ｄｒｏの部分の強度を高める必要がある。一方で、モーメントが増加しても、翼体４１の径方向内側Ｄｒｉの部分は、静翼４０の自由端の側であるため、この部分の強度を高める必要はない。

そこで、本実施形態では、第二側領域Ｒ２の開口率を低くして、冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑える一方で、第一側領域Ｒ１の開口率を高くして、第一側領域Ｒ１の冷却性能を高めて、第一側領域Ｒ１周りの強度の低下を抑えている。よって、本実施形態では、静翼４０を効果的に冷却して、静翼４０の耐久性の向上を図りつつも冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑えることができる。特に、本実施形態では、第二側領域Ｒ２の開口率を０にして、冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑え、第一側領域Ｒ１の開口率を中間領域ＲＭの開口率の三倍以上にして、第一側領域Ｒ１の冷却性能を高めているので、静翼４０を極めて効果的に冷却することができる。

ここで、開口率を高める方法としては、後縁開口５５ｏの開口面積を大きくする方法と、後縁開口５５ｏの数を多くする方法とがある。本実施形態のように、第一側領域Ｒ１における複数の後縁開口５５ｏの数を多くして、この第一側領域Ｒ１における複数の後縁開口５５ｏのピッチを狭くすると、後縁開口５５ｏの開口面積を大きくする方法よりも、第一側領域Ｒ１周りを均等に冷却することができる。

本実施形態のように、複数の翼空気通路５０の数が偶数個の場合、最も後縁４２ｂの側の翼空気通路５０である後側翼空気通路５２内では、冷却空気Ａｃｏｏｌが翼高さ第一側Ｄｈ１に流れる。このため、後側翼空気通路５２内では、翼高さ第二側Ｄｈ２の部分を流れる冷却空気Ａｃｏｏｌの温度よりも翼高さ第一側Ｄｈ１の部分を流れる冷却空気Ａｃｏｏｌの温度が高くなる。温度の高い冷却空気Ａｃｏｏｌで第一側領域Ｒ１周りを冷却する場合には、温度の低い冷却空気Ａｃｏｏｌで第一側領域Ｒ１周りを冷却する場合よりも、後縁開口５５ｏの開口率を多くする必要がある。よって、この観点から、複数の翼空気通路５０が特に偶数個の場合には、複数の後端空気通路５５における後縁開口５５ｏの開口率を、第二側領域Ｒ２よりも第一側領域Ｒ１の方を高くすべきである。

「静翼の変形例」
以上の実施形態の静翼４０は、複数の静翼列３８のうち、最も軸線下流側Ｄａｄの静翼列３８を構成する静翼４０である。しかしながら、本開示に係る静翼は、複数の静翼列３８のうち、最も軸線下流側Ｄａｄの静翼列３８を除く静翼列３８を構成する静翼であってもよい。例えば、本開示に係る静翼は、複数の静翼列３８のうち、最も軸線下流側Ｄａｄの静翼列３８より一列だけ軸線上流側Ｄａｕの静翼列３８を構成する静翼であってもよい。

以上の実施形態の静翼４０は、偶数である２個の翼空気通路５０を有する。しかしながら、本開示に係る静翼は、３以上の翼空気通路５０を有してもよい。但し、翼空気通路５０の数は、偶数個であることが好ましい。

以上の実施形態では、第二側領域Ｒ２の開口率が０である。しかしながら、第二側領域Ｒ２の開口率より第一側領域Ｒ１の開口率が高ければ、第二側領域Ｒ２の開口率が０でなくてもよい。

以上の実施形態では、開口率を高めるため、後縁開口５５ｏの数を増やしている。しかしながら、開口率を高めるために、後縁開口５５ｏの開口面積を大きくしてもよい。但し、前述したように、開口率を高める場合には、前述したように、均一冷却の観点から、後縁開口５５ｏの数を増やすことが好ましい。

以上の実施形態では、後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第一側Ｄｈ１の端から翼高さ第二側Ｄｈ２に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域を第一側領域Ｒ１にしている。また、以上の実施形態では、後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第二側Ｄｈ２の端から翼高さ第一側Ｄｈ１に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域を第二側領域Ｒ２にしている。しかしながら、２５％という値は、静翼４０の周りの燃焼ガスＧの温度や静翼４０に流入する冷却空気Ａｃｏｏｌの温度、さらに、静翼４０が有する翼空気通路５０の数や、この静翼４０で構成される静翼列３８の位置に応じて、１５％から４０％の範囲内で適宜変更してもよい。例えば、後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第一側Ｄｈ１の端から翼高さ第二側Ｄｈ２に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの３０％以内の領域を第一側領域Ｒ１にし、後縁４２ｂ中で、後縁４２ｂの翼高さ第二側Ｄｈ２の端から翼高さ第一側Ｄｈ１に後縁４２ｂにおける翼高さ方向Ｄｈの長さの２０％以内の領域を第二側領域Ｒ２にしてもよい。

本開示は、以上で説明した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において、種々の追加、変更、置き換え、部分的削除等が可能である。

「付記」
以上の実施形態及び変形例における静翼は、例えば、以下のように把握される。

（１）第一態様における静翼は、
ガスタービンが備える静翼４０において、断面の形状が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を有する翼高さ方向Ｄｈに延びる翼体４１と、前記翼体４１の、前記翼高さ方向Ｄｈにおける翼高さ第一側Ｄｈ１と翼高さ第二側Ｄｈ２とのうちの前記翼高さ第一側Ｄｈ１に設けられ、タービンケーシング３５に取り付け可能に構成されている外側シュラウド４５ｏと、前記翼体４１内を前記翼高さ方向Ｄｈに延びている複数の翼空気通路５０と、前記翼高さ方向Ｄｈに並んでいる複数の後端空気通路５５と、を有する。前記翼体４１は、翼高さ方向Ｄｈに延びる前縁４２ｆ及び後縁４２ｂを有する。前記複数の翼空気通路５０は、前記前縁４２ｆの側から前記後縁４２ｂの側に向かって並ぶ。前記複数の翼空気通路５０のうち、最も前記前縁４２ｆの側の翼空気通路５０である前側翼空気通路５１は、前記前側翼空気通路５１の前記翼高さ第一側Ｄｈ１の端に、冷却空気Ａｃｏｏｌが流入可能な入口開口５１ｏを有する。前記複数の翼空気通路５０は、通路が前記翼高さ方向Ｄｈにうねっている一つのサーペンタイン通路を構成するよう、前記複数の翼空気通路５０のうち、互に隣り合う翼空気通路５０が、前記翼高さ第一側Ｄｈ１の端と前記翼高さ第二側Ｄｈ２の端とのうち、一方の端で互いに連通している。前記複数の後端空気通路５５は、前記複数の翼空気通路５０のうち、最も前記後縁４２ｂの側の翼空気通路５０である後側翼空気通路５２から前記後縁４２ｂに向かって延び、前記後縁４２ｂで開口している後縁開口５５ｏを有する。前記翼高さ方向Ｄｈに延びる前記後縁４２ｂ中で前記翼高さ第一側Ｄｈ１の端を含み前記翼高さ第二側Ｄｈ２の端を含まない領域を第一側領域Ｒ１とする。前記後縁４２ｂ中で前記第一側領域Ｒ１から前記翼高さ第二側Ｄｈ２に離れ且つ前記翼高さ第二側Ｄｈ２の端を含む領域を第二側領域Ｒ２とする。前記複数の後端空気通路５５における前記後縁開口５５ｏの、前記翼高さ方向Ｄｈにおける前記後縁４２ｂの単位長さ当たりの開口面積を開口率とする。この場合、複数の後端空気通路５５における後縁開口５５ｏの開口率は、前記第二側領域Ｒ２よりも前記第一側領域Ｒ１の方が高い。

近年、ガスタービンの性能を向上させるため、翼体４１の翼高さを高くする、言い換えると、翼体４１の径方向Ｄｒの長さを長くする方法が検討されている。翼体４１の径方向Ｄｒの長さを長くすると翼体４１が燃焼ガスＧから受ける力が増加すると共に、翼体４１の径方向外側Ｄｒｏの端を中心として、翼体４１の径方向内側Ｄｒｉの端が軸線下流側Ｄａｄに回ろうとするモーメントが増加する。このようにモーメントが増加すると、翼体４１の後縁４２ｂ周りであって径方向外側Ｄｒｏの部分の強度を高める必要がある。一方で、モーメントが増加しても、翼体４１の径方向内側Ｄｒｉの部分は、静翼４０の自由端の側であるため、この部分の強度を高める必要はない。

そこで、本態様では、第二側領域Ｒ２の開口率を低くして、冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑える一方で、第一側領域Ｒ１の開口率を高くして、第一側領域Ｒ１の冷却性能を高めて、第一側領域Ｒ１周りの強度の低下を抑えている。よって、本態様では、静翼４０を効果的に冷却して、静翼４０の耐久性の向上を図りつつも冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑えることができる。

（２）第二態様における静翼は、
前記第一態様における静翼４０において、複数の前記後縁開口５５ｏの数は、前記第二側領域Ｒ２よりも第一側領域Ｒ１の方が多い。

開口率を高める方法としては、後縁開口５５ｏの開口面積を大きくする方法と、後縁開口５５ｏの数を多くする方法とがある。本態様のように、第一側領域Ｒ１における複数の後縁開口５５ｏの数を多くして、この第一側領域Ｒ１における複数の後縁開口５５ｏのピッチを狭くすると、後縁開口５５ｏの開口面積を大きくする方法よりも、第一側領域Ｒ１周りを均等に冷却することができる。

（３）第三態様における静翼は、
前記第一態様又は前記第二態様における静翼４０において、前記後縁４２ｂ中で、前記翼高さ方向Ｄｈにおける前記第一側領域Ｒ１と前記第二側領域Ｒ２との間の中間領域ＲＭの前記開口率は、前記第二側領域Ｒ２の前記開口率より高く、前記第一側領域Ｒ１の前記開口率より低い。

（４）第四態様における静翼は、
前記第三態様における静翼４０において、前記第一側領域Ｒ１の前記開口率は、前記中間領域ＲＭの前記開口率の三倍以上高い。

本態様では、翼体４１中で第一側領域Ｒ１周りの冷却性能を高めることができる。

（５）第五態様における静翼は、
前記第一態様から前記第四態様のうちのいずれか一態様における静翼４０において、前記第二側領域Ｒ２の開口率は、０である、
静翼４０。

本態様では、冷却空気Ａｃｏｏｌの使用量を抑えることができる。

（６）第六態様における静翼は、
前記第一態様から前記第五態様のうちのいずれか一態様における静翼４０において、前記第一側領域Ｒ１は、前記後縁４２ｂ中で、前記後縁４２ｂの前記翼高さ第一側Ｄｈ１の端から前記翼高さ第二側Ｄｈ２に前記後縁４２ｂにおける前記翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域である。前記第二側領域Ｒ２は、前記後縁４２ｂ中で、前記後縁４２ｂの前記翼高さ第二側Ｄｈ２の端から前記翼高さ第一側Ｄｈ１に前記後縁４２ｂにおける前記翼高さ方向Ｄｈの長さの２５％以内の領域である。

（７）第七態様における静翼は、
前記第一態様から前記第六態様のうちのいずれか一態様における静翼４０において、前記複数の翼空気通路５０の数は、偶数個である。

複数の翼空気通路５０のうち、最も前縁４２ｆの側の翼空気通路５０である前側翼空気通路５１の入口開口５１ｏから前側翼空気通路５１内に流入した冷却空気Ａｃｏｏｌは、この前側翼空気通路５１内を翼高さ第二側Ｄｈ２に流れる。複数の翼空気通路５０の数が偶数個の場合、最も後縁４２ｂの側の翼空気通路５０である後側翼空気通路５２内では、冷却空気Ａｃｏｏｌが翼高さ第一側Ｄｈ１に流れる。このため、後側翼空気通路５２内では、翼高さ第二側Ｄｈ２の部分を流れる冷却空気Ａｃｏｏｌの温度よりも翼高さ第一側Ｄｈ１の部分を流れる冷却空気Ａｃｏｏｌの温度が高くなる。温度の高い冷却空気Ａｃｏｏｌで第一側領域Ｒ１周りを冷却する場合には、温度の低い冷却空気Ａｃｏｏｌで第一側領域Ｒ１周りを冷却する場合よりも、後縁開口５５ｏの開口率を多くする必要がある。よって、この観点から、複数の翼空気通路５０が特に偶数個の場合には、複数の後端空気通路５５における後縁開口５５ｏの開口率を、第二側領域Ｒ２よりも第一側領域Ｒ１の方を高くすべきである。

（８）第八態様における静翼は、
前記第一態様から前記第六態様のうちのいずれか一態様における静翼４０において、前記複数の翼空気通路５０の数は、２個である。

以上の実施形態におけるガスタービンは、例えば、以下のように把握される。
（９）第九態様におけるガスタービンは、
軸線Ａｒを中心として回転可能なタービンロータ３１と、前記タービンロータ３１の外周側を覆うタービンケーシング３５と、前記軸線Ａｒが延びる軸線方向Ｄａに並び、前記タービンケーシング３５の内周側に取り付けられている複数の静翼列３８と、を備える。前記複数の静翼列３８は、いずれも、前記軸線Ｄａに対する周方向Ｄｃに並ぶ複数の静翼４０を有する。前記複数の静翼列３８のうち、前記軸線方向Ｄａにおける軸線上流側Ｄａｕと軸線下流側Ｄａｄとのうちで最も前記軸線下流側Ｄａｄの静翼列３８である最終段の静翼列３８が有する複数の前記静翼４０のそれぞれは、前記第一態様から前記第八態様のうちのいずれか一態様における静翼４０である。前記翼高さ方向Ｄｈが前記軸線Ｄａに対する径方向Ｄｒになり、前記翼高さ第一側Ｄｈ１が前記径方向Ｄｒにおける径方向内側Ｄｒｉと径方向外側Ｄｒｏとのうちの前記径方向外側Ｄｒｏになり、前記前縁４２ｆに対する前記後縁４２ｂが存在する側が前記軸線下流側Ｄａｄになるよう、前記最終段の静翼列３８が有する複数の前記静翼４０のそれぞれは、前記タービンケーシング３５に取り付けられている。

１：ガスタービン
２：ガスタービンロータ
５：ガスタービンケーシング
６：中間ケーシング
１０：圧縮機
１１：圧縮機ロータ
１２：ロータ軸
１３：動翼列
１５：圧縮機ケーシング
１８：静翼列
２０：燃焼器
２１：バーナ
２２：尾筒（又は燃焼筒）
３０：タービン
３１：タービンロータ
３２：ロータ軸
３３：動翼列
３５：タービンケーシング
３６：タービンケーシング本体
３６ｐ：ケーシング空気通路
３７：分割環
３８：静翼列
３９：燃焼ガス流路
４０：静翼
４１：翼体
４２ｆ：前縁
４２ｂ：後縁
４３ｎ：負圧面
４３ｐ：正圧面
４５ｏ：外側シュラウド
４６ｏ：外側シュラウド本体
４７ｏｐ：ガスパス面
４７ｏｏ：反ガスパス面
４８ｏ：フック部
４５ｉ：内側シュラウド
４６ｉ：内側シュラウド本体
４７ｉｐ：ガスパス面
４７ｉｏ：反ガスパス面
４８ｉ：シール取付部
４９：シール装置
５０：翼空気通路
５１：前側翼空気通路
５１ｏ：入口開口
５２：後側翼空気通路
５５：後端空気通路
５５ｏ：後縁開口
Ａ：外気
Ａｃｏｍ：圧縮空気
Ａｃｏｏｌ：冷却空気
Ｇ：燃焼ガス
Ｆ：燃料
ＣＬ：キャンバーライン
Ａｒ：軸線
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｄｈ：翼高さ方向
Ｄｈ１：翼高さ第一側
Ｄｈ２：翼高さ第二側
Ｒ１：第一側領域
Ｒ２：第二側領域
ＲＭ：中間領域

Claims (9)

1. ガスタービンが備える静翼において、
   断面の形状が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を有する翼高さ方向に延びる翼体と、
   前記翼体の、前記翼高さ方向における翼高さ第一側と翼高さ第二側とのうちの前記翼高さ第一側に設けられ、タービンケーシングに取り付け可能に構成されている外側シュラウドと、
   前記翼体内を前記翼高さ方向に延びている複数の翼空気通路と、
   前記翼高さ方向に並んでいる複数の後端空気通路と、
   を有し、
   前記翼体は、翼高さ方向に延びる前縁及び後縁を有し、
   前記複数の翼空気通路は、前記前縁の側から前記後縁の側に向かって並び、
   前記複数の翼空気通路のうち、最も前記前縁の側の翼空気通路である前側翼空気通路は、前記前側翼空気通路の前記翼高さ第一側の端に、冷却空気が流入可能な入口開口を有し、
   前記複数の翼空気通路は、通路が前記翼高さ方向にうねっている一つのサーペンタイン通路を構成するよう、前記複数の翼空気通路のうち、互に隣り合う翼空気通路が、前記翼高さ第一側の端と前記翼高さ第二側の端とのうち、一方の端で互いに連通し、
   前記複数の後端空気通路は、前記複数の翼空気通路のうち、最も前記後縁の側の翼空気通路である後側翼空気通路から前記後縁に向かって延び、前記後縁で開口している後縁開口を有し、
   前記翼高さ方向に延びる前記後縁中で前記翼高さ第一側の端を含み前記翼高さ第二側の端を含まない領域を第一側領域とし、前記後縁中で前記第一側領域から前記翼高さ第二側に離れ且つ前記翼高さ第二側の端を含む領域を第二側領域とし、前記複数の後端空気通路における前記後縁開口の、前記翼高さ方向における前記後縁の単位長さ当たりの開口面積を開口率とした場合、
   複数の後端空気通路における後縁開口の開口率は、前記第二側領域よりも前記第一側領域の方が高い、
   静翼。
2. 請求項１に記載の静翼において、
   複数の前記後縁開口の数は、前記第二側領域よりも第一側領域の方が多い、
   静翼。
3. 請求項１に記載の静翼において、
   前記後縁中で、前記翼高さ方向における前記第一側領域と前記第二側領域との間の中間領域の前記開口率は、前記第二側領域の前記開口率より高く、前記第一側領域の前記開口率より低い、
   静翼。
4. 請求項３に記載の静翼において、
   前記第一側領域の前記開口率は、前記中間領域の前記開口率の三倍以上高い、
   静翼。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の静翼において、
   前記第二側領域の開口率は、０である、
   静翼。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の静翼において、
   前記第一側領域は、前記後縁中で、前記後縁の前記翼高さ第一側の端から前記翼高さ第二側に前記後縁における前記翼高さ方向の長さの２５％以内の領域であり、
   前記第二側領域は、前記後縁中で、前記後縁の前記翼高さ第二側の端から前記翼高さ第一側に前記後縁における前記翼高さ方向の長さの２５％以内の領域である、
   静翼。
7. 請求項１から４のいずれか一項に記載の静翼において、
   前記複数の翼空気通路の数は、偶数個である、
   静翼。
8. 請求項１から４のいずれか一項に記載の静翼において、
   前記複数の翼空気通路の数は、２個である、
   静翼。
9. 軸線を中心として回転可能なタービンロータと、
   前記タービンロータの外周側を覆うタービンケーシングと、
   前記軸線が延びる軸線方向に並び、前記タービンケーシングの内周側に取り付けられている複数の静翼列と、
   を備え、
   前記複数の静翼列は、いずれも、前記軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有し、
   前記複数の静翼列のうち、前記軸線方向における軸線上流側と軸線下流側とのうちで最も前記軸線下流側の静翼列である最終段の静翼列が有する複数の前記静翼のそれぞれは、請求項１から４のいずれか一項に記載の静翼であり、
   前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になり、前記翼高さ第一側が前記径方向における径方向内側と径方向外側とのうちの前記径方向外側になり、前記前縁に対する前記後縁が存在する側が前記軸線下流側になるよう、前記最終段の静翼列が有する複数の前記静翼のそれぞれは、前記タービンケーシングに取り付けられている、
   ガスタービン。

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