JP5180807B2 - １段静翼の冷却構造、及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、１段静翼の冷却構造、及びこの１段静翼の冷却構造を備えるガスタービンに関する。

従来から、例えば下記特許文献１に示されるように、タービンの周方向（軸線回り）に複数配設された燃焼器内で圧縮機からの圧縮空気にて燃料を燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを、各燃焼器の尾筒よりタービン入口に流入させ、タービン内における燃焼ガス通路部の周方向に複数配設された静翼および動翼からなる複数のタービン段落を順次通過させることで動力を発生させるガスタービンが知られている。このガスタービンは、隣接する燃焼器の尾筒の後端が、互いの間に設けられた連結部材により連結されており、隣接する燃焼器の尾筒間で形成されるウェークフローを１段静翼の前縁寄りの腹側（圧力面側）に流入させるように燃焼器の尾筒とタービン入口とを連通接続している。これにより、燃焼器の尾筒と１段静翼の相対位置関係の最適化を図って、タービン効率を向上させることが可能とされている。

ところで、燃焼器の尾筒からタービンに流入される高温の燃焼ガスは、１段静翼の前縁の近傍において分岐して腹側、背側にそれぞれ流通すると共に、分岐点において滞留して淀み点を形成することが知られている。この際、前縁近傍では燃料ガスが滞留してしまい他の部分と比較して高温となってしまうので、前縁を積極的に冷却する必要がある。
そこで一般に、前縁において冷却ガスを外部へ放出して淀み点周辺を冷却する冷却孔を形成することが知られている。
特開２００６−５２９１０号公報

しかしながら、１段静翼が連結部材の近傍に配置されている場合、当該１段静翼には、背側、腹側それぞれに連結部材を挟んで異なる燃焼器から燃焼ガスが流入することになるため、連結部材の影響を受けて燃焼ガスによる淀み点が前縁から位置ずれしてしまう。そのため、１段静翼の前縁に形成された冷却孔では、１段静翼の淀み点近傍を効果的に冷却することができないという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、１段静翼の淀み点近傍を効果的に冷却することができる１段静翼の冷却構造、及びこの１段静翼の冷却構造を備えるガスタービンを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る１段静翼の冷却構造は、タービンの周方向に複数配置され、互いの間に設けられた複数の連結部材によってそれぞれ連結された複数の燃焼器からの燃焼ガスが流入する１段静翼の冷却構造において、前記１段静翼の前縁側には、前記燃焼ガスによって前記前縁側に形成された淀み点を当該１段静翼中の冷却ガスを外部へ放出して冷却する冷却孔が、当該１段静翼の近傍の前記連結部材との相対位置に応じて定められた位置に形成されていることを特徴とするものである。

上記１段静翼の冷却構造によれば、冷却孔が、１段静翼の前縁側において当該１段静翼の近傍の連結部材との相対位置に応じて定められた位置に形成されているので、連結部材の影響を受けて燃焼ガスによる淀み点が前縁から位置ずれしたとしても、冷却孔からの冷却ガスによりその淀み点を効果的に冷却することができる。

また、前記冷却孔は、前記１段静翼に対する前記近傍の連結部材の相対位置が、前記淀み点が前記前縁に形成されるときの当該１段静翼に対する連結部材の位置を基準として、当該１段静翼の背側にずれている場合には前記前縁よりも腹側に形成され、また、当該１段静翼の腹側にずれている場合には前記前縁よりも背側に形成されていても良い。

この構成によれば、冷却孔は、１段静翼に対する近傍の連結部材の相対位置が、淀み点が前縁に形成されるときの当該連結部材に対する１段静翼の位置を基準として、当該１段静翼の背側にずれている場合には前縁よりも腹側に形成され、当該１段静翼の腹側にずれている場合には前縁よりも背側に形成されている。そのため、連結部材の影響を受けて燃焼ガスによる淀み点が前縁から腹側、若しくは背側に位置ずれしたとしても、この位置ずれに応じて冷却孔が腹側、若しくは背側に形成されるので、冷却孔からの冷却ガスによりその淀み点を効果的に冷却することができる。

また、前記複数の連結部材が、前記タービンの周方向に互いに等しい間隔をあけて配列され、前記１段静翼が、前記燃焼器の数の整数倍の数だけ設けられ、且つ前記タービンの周方向に互いに等しい間隔をあけて配列されていると共に、前記タービンの周方向に連結部材にもっとも近いものが、下記に示すＰに対するＳの比率である相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下となるように配置されているのに対し、前記冷却孔は、前記１段静翼の前記近傍の連結部材との相対位置に応じて定められた位置に形成されていても良い。
Ｐ；前記１段静翼の前記タービンの周方向のピッチ
Ｓ；前記１段静翼の前記前縁に対する前記近傍の連結部材の周方向中心位置との前記タービンの周方向における距離であって、前記近傍の連結部材が当該１段静翼の背側にずれた場合には負の値とし、当該１段静翼の腹側にずれた場合には正の値とした距離

この構成によれば、複数の１段静翼がタービンの周方向に連結部材にもっとも近いものが前記相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下となるように配列されているので、燃焼器から流出された燃焼ガスによって連結部材の１段静翼側に発生するウェークフローを、１段静翼に流入させやすくすることができる。従って、１段静翼の淀み点近傍を効果的に冷却した上で、１段静翼の段効率を向上させることができる。

また、本発明に係るガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機と、少なくとも１段ずつの静翼及び動翼を有し、燃焼ガスにより回転動力を発生させるタービンと、前記タービンの周方向に複数配列し、互いの間に設けられた複数の連結部材によってそれぞれ連結されると共に、前記圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を供給して生成した燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器と、を備えるガスタービンにおいて、前記静翼のうち最も前記燃焼器側に位置する１段静翼には、上記本発明に係る１段静翼の冷却構造が設けられていることを特徴とするものである。

上記ガスタービンによれば、上記本発明に係る１段静翼の冷却構造を備えているので、同様に１段静翼の淀み点近傍を効果的に冷却し、１段静翼の前縁近傍の温度上昇を防止しつつ稼動することができる。

本発明に係る１段静翼の冷却構造、及びガスタービンによれば、１段静翼の淀み点近傍を効果的に冷却することができる。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るガスタービンの一実施形態を示す半断面図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスＧ１（図３参照）を生成する複数の燃焼器３と、少なくとも１段ずつのタービン静翼（静翼）５及びタービン動翼（動翼）６を有し、燃焼器３から供給される燃焼ガスＧ１により回転動力を発生させるタービン４と、を備えている。

また、ガスタービン１には、軸線方向Ｄに延びるロータ７が、圧縮機２からタービン４まで一体的に取り付けられており、このロータ７は、一端が圧縮機２内に設けられた軸受部２３によって軸線Ｏ回りであるタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されると共に、他端がタービン４に設けられた軸受部４１によってタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されている。以下、ロータ７の軸線方向Ｄに沿って圧縮機２側を前側とし、タービン４側を後側とする。

圧縮機２は、空気を取り込む空気取入口２０ａを前側に向けて配設された圧縮機ケーシング２０と、この圧縮機ケーシング２０内に配設された複数の圧縮機静翼２１及び複数の圧縮機動翼２２と、を備えている。
圧縮機静翼２１は、それぞれ圧縮機ケーシング２０の内周面に固定されると共にロータ７側に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。また、圧縮機動翼２２は、ロータ７の外周面に固定されると共に圧縮機ケーシング２０の内周面に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。そして、これら圧縮機静翼２１と圧縮機動翼２２は、軸線方向Ｄに沿って交互に多段配置されている。

燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３０と、圧縮機２から供給される圧縮空気を内筒３０に導く外筒３１と、内筒３０に燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３０からの燃焼ガスＧ１をタービン４に導く尾筒３２と、を備えている。このように構成された燃焼器３によれば、内筒３０内において、外筒３１から導かれる圧縮空気と燃焼噴射機から供給される燃料とを混合し、混合された流体をバーナにより燃焼させることで燃焼ガスＧ１を生成することが可能となり、この燃焼ガスＧ１を尾筒３２を通してタービン４に導くことができる。
複数の燃焼器３は、タービン４の周方向Ｒに配置されると共に、前端部が圧縮機ケーシング２０の後端部に連結された燃焼器ケーシング３３の内部に配設されている。

タービン４は、前端部が燃焼器ケーシング３３の後端部に連結されたタービンケーシング４０と、このタービンケーシング４０内に配設された前記タービン静翼５及び前記タービン動翼６と、を備えている。
タービン静翼５は、それぞれタービンケーシング４０の内周面に固定されると共にロータ７側に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。また、タービン動翼６は、ロータ７の外周面に固定されると共にタービンケーシング４０の内周面に向けて延設され、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。そして、これらタービン静翼５とタービン動翼６は、軸線方向Ｄに沿って交互に多段配置されている。

また、タービン４には、圧縮機２内部の空気が圧縮機２から燃焼器３を迂回（バイパス）して供給される図示しないバイパス流路が設けられている。このバイパス流路を通してタービン４に供給された空気は、冷却ガスとしてタービン静翼５及びタービン動翼６それぞれの内部を流通するようになっている。
また、タービンケーシング４０の後端部には、後側に向けて開口した排気室４２が連結されている。この排気室４２には、タービン静翼５及びタービン動翼６を通過した燃焼ガスＧ１の動圧を静圧に変換する排気ディフューザ４２ａが備えられている。

以上のように構成されたガスタービン１においては、まず、圧縮機２の空気取入口２０ａから取り込まれた空気が、多段に配置された圧縮機静翼２１及び圧縮機動翼２２を通過して圧縮され圧縮空気が生成される。次いで、燃焼器３にて、前述したように圧縮空気から燃焼ガスＧ１が生成され、この燃焼ガスＧ１がタービン４に導かれる。そして、この燃焼ガスＧ１がタービン静翼５及びタービン動翼６を通過することでロータ７が回転駆動され、ガスタービン１は、回転動力を出力することができる。
なお、ロータ７を回転駆動した後の排気ガスは、排気室４２の排気ディフューザ４２ａで静圧に変換された後、大気に放出される。

次に、以上のように構成されたガスタービン１において、タービン静翼５のうち最も前側に位置する１段静翼の冷却構造について説明する。図２は、図１に示すガスタービンにおいて、ロータの径方向から見た燃焼器の尾筒、連結部材及び１段静翼の拡大断面図である。
図２に示すように、タービン４の周方向Ｒに隣接する各燃焼器３の尾筒３２の後端は、互いの間に設けられた複数の連結部材３５によって連結されている。タービン４の周方向Ｒに隣接する各燃焼器３の尾筒３２間には、例えばバイパス流路から冷却ガスが供給されており、尾筒３２が冷却されるようになっている。また、複数の連結部材３５は、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されていると共に、全ての後端が軸線方向Ｄに一致している。

また、本実施形態では、１段静翼８は、燃焼器３の数の２倍の数だけ設けられており、より具体的には、例えば１６個設けられた燃焼器３に対して３２個設けられている。
１段静翼８は、前縁８ａ側が前縁８ａを含み略円弧状に形成されていると共に、後縁８ｂに向かうに連れて、回転方向（タービン４の周方向Ｒ）後方側Ｒ２に向けて漸次湾曲しつつタービン４の周方向Ｒの幅が狭くなるように、全体として流線形に形成されている。つまり、１段静翼８の外面は、前縁８ａ及び後縁８ｂを境として、回転方向前方側Ｒ１及び後方側Ｒ２がそれぞれ略円弧状となっており、回転方向前方側Ｒ１が、背側８Ａとして凸面に形成され、また、回転方向後方側Ｒ２が腹側８Ｂとして凹面に形成されている。
また、複数の１段静翼８は、全ての前縁８ａが軸線方向Ｄに一致しており、連結部材３５と１段静翼８との軸線方向Ｄに沿った距離は、タービン４の周方向Ｒ全周に亘って一定となっている。

また、１段静翼８の前縁８ａ側には、燃焼ガスＧ１によって前縁８ａ側に形成された淀み点Ｙを冷却する冷却孔１０が形成されている。
冷却孔１０は、１段静翼８の外面と内面とを連通して形成されており、内部に供給される冷却ガスを外部に向かって放出し、これにより１段静翼８を冷却することが可能となっている。本実施形態では、冷却孔１０は、各１段静翼８に、タービン４の径方向及び周方向Ｒそれぞれに複数列形成されており、図２にでは周方向Ｒに３列形成されている。

そして、冷却孔１０は、当該冷却孔１０が形成された１段静翼８と、その近傍の連結部材３５との相対位置に応じて定められた位置にそれぞれ形成されている。
図２に示すように、以下において、１段静翼８と連結部材３５との相対位置は、１段静翼８のピッチＰに対する１段静翼８の前縁８ａと連結部材３５の周方向中心位置３５ａとの周方向Ｒにおける距離Ｓの比である相対位置比Ｓ／Ｐによって表わすものとする。なお、距離Ｓは、１段静翼８の前縁８ａに対して連結部材３５の周方向中心位置３５ａが概略周方向Ｒに一致する場合を０として、連結部材３５が背側８Ａにずれた場合には負の値とし、腹側８Ｂにずれた場合には正の値とする。
また、冷却孔１０の位置は、１段静翼８の前縁８ａから後縁８ｂまでの軸線方向Ｄの大きさである軸コード長Ｌに対する前縁８ａから冷却孔１０までの１段静翼８の外表面に沿った大きさＭの比である軸コードＭ／Ｌによって表わすものとする。なお、大きさＭは、冷却孔１０が１段静翼８の腹側８Ｂに位置する場合には負の値とし、また、冷却孔１０が１段静翼８の背側８Ａに位置する場合には正の値とする。また、本実施形態のように、冷却孔１０が周方向Ｒに複数列配列される場合には、配列の周方向の中心をもって冷却孔１０の位置とする。

ここで、本発明に係る１段静翼の冷却構造において冷却孔１０が形成される位置の説明にあたり、まず、１段静翼８と該１段静翼８の近傍の連結部材３５との相対位置に応じて淀み点Ｙが形成される位置の変動について、燃焼ガスＧ１の流れに基づいて説明する。図３は、１段静翼の前縁に対して連結部材が概略周方向に一致する場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。図４は、図３に示す状態から１段静翼に対して連結部材を腹側に移動させた場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。図５は、図４に示す状態から１段静翼に対して連結部材を更に腹側に移動させた場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。

まず、図３に示すように、１段静翼８の前縁８ａに対して連結部材３５の周方向中心位置３５ａが概略周方向Ｒに一致する場合、即ち、前記相対位置比Ｓ／Ｐが０％前後の場合には、燃焼器３から１段静翼８に流入される燃焼ガスＧ１のうち、連結部材３５よりも背側８Ａから流入される燃焼ガスＧ１は、そのまま１段静翼８の背側８Ａを流通する。これに対して、連結部材３５よりも腹側８Ｂから流入される燃焼ガスＧ１は、基本的には１段静翼の腹側８Ｂを流通するものの、１段静翼８の背側８Ａと腹側８Ｂとの圧力を比較すると、背側８Ａの圧力のほうが低いため、一部が分岐して背側８Ａに流入される。従って、１段静翼８の腹側８Ｂで燃焼ガスＧ１が分岐するため、前縁８ａよりも腹側８Ｂに淀み点Ｙが形成される。

また、図４に示すように、１段静翼８に対して連結部材３５が図３に示す状態から腹側８Ｂに移動した場合には、燃焼器３から１段静翼８に流入される燃焼ガスＧ１のうち、連結部材３５よりも背側８Ａから流入される燃焼ガスＧ１は、そのまま１段静翼８の背側８Ａを流通し、また、連結部材３５よりも腹側８Ｂから流入される燃焼ガスＧ１は、そのまま１段静翼８の腹側８Ｂを流通する傾向が強まる。従って、１段静翼８に対して連結部材３５が腹側８Ｂに移動するに連れて、腹側８Ｂに流入された燃焼ガスＧ１の背側８Ａへの流入量が小さくなり、その結果、燃焼ガスＧ１の分岐点が前縁８ａの位置と概略一致し、淀み点Ｙが前縁８ａに形成される。

そして、図５に示すように、１段静翼８に対して連結部材３５が図４に示す状態から更に腹側８Ｂに移動した場合には、燃焼器３から１段静翼８に流入される燃焼ガスＧ１のうち、連結部材３５よりも背側８Ａから流入される燃焼ガスＧ１が、１段静翼８の外面に沿って腹側８Ｂに流入し易い状態となる。従って、前縁８ａよりも背側８Ａに淀み点Ｙが形成される。

以上に示した淀み点Ｙが形成される位置の変動を考慮して、本発明に係る１段静翼の冷却構造においては、冷却孔１０は、１段静翼８の前縁８ａと連結部材３５の周方向中心位置３５ａとが概略周方向Ｒに一致する場合には、前縁８ａよりも腹側８Ｂ側に形成され、また、その状態から１段静翼８に対して連結部材３５が腹側８Ｂに移動して淀み点Ｙが前縁８ａに形成された場合には、前縁８ａに形成され、また、その状態から１段静翼８に対して連結部材３５が腹側８Ｂに更に移動した場合には、前縁８ａよりも背側８Ａに形成される。
以上に示した１段静翼の冷却構造によれば、燃焼ガスＧ１が滞留して高温になる１段静翼８の淀み点Ｙ近傍を、１段静翼８と連結部材３５との相対位置によらず冷却孔１０から放出される冷却ガスにより効果的に冷却することができる。

次に、この１段静翼の冷却構造を、前述した形状に形成され、且つ連結部材３５と軸線方向Ｄに前述した距離だけ離間した本実施形態のガスタービン１における１段静翼８に適用した場合について、詳細に説明する。ここでは、所定の１段静翼８の前縁８ａと所定の連結部材３５の周方向中心位置３５ａとが概略周方向Ｒに一致する位置から、当該１段静翼８の前縁８ａと当該連結部材３５に周方向Ｒに隣接する他の連結部材３５の周方向中心位置３５ａとが概略周方向Ｒに一致する位置まで、１段静翼８と連結部材３５とを相対的に移動させる過程において、前記所定の１段静翼８と前記所定の連結部材３５との間の前記相対位置比Ｓ／Ｐと、当該１段静翼８で冷却孔１０が形成される位置の軸コードＭ／Ｌとの関係について、図６に基づいて説明する。図６は、図１に示すガスタービンの１段静翼において、１段静翼及び連結部材の相対位置と、相対位置に応じて形成される冷却孔の軸コードとの関係を示すグラフである。

図６の曲線１００に示すように、冷却孔１０は、１段静翼８の前縁８ａに対して連結部材３５の周方向中心位置３５ａが概略周方向Ｒに一致する場合、つまり前記相対位置比Ｓ／Ｐが０％の場合には、前縁８ａよりも腹側８Ｂに形成され、また、前記相対位置比Ｓ／Ｐが大きくなり１０％になった場合には、前縁８ａに形成され、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１０％より大きくなる場合には、前縁８ａよりも背側８Ａに形成される。

ここで、図６のグラフについて、冷却孔１０が前縁８ａに形成される場合、つまり前記相対位置比Ｓ／Ｐが１０％の場合を基準としてより詳しく説明すると、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１０％より小さくなる、つまり１段静翼８に対する近傍の連結部材３５の相対位置が当該１段静翼８の背側８Ａにずれた場合には、軸コードＭ／Ｌが０％より小さく、つまり前縁８ａよりも腹側８Ｂに冷却孔１０が形成される。そして、冷却孔１０の軸コードＭ／Ｌは、前記相対位置比Ｓ／Ｐが−５％のときに軸コードＭ／Ｌが−３０％で極小になっている。

また、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１０％より大きくなる、つまり１段静翼８に対する近傍の連結部材３５の相対位置が当該１段静翼８の腹側８Ｂにずれた場合には、軸コードＭ／Ｌが０％より大きくなる、つまり前縁８ａよりも背側８Ａに冷却孔１０が形成される。そして、冷却孔１０の軸コードＭ／Ｌは、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋２５％のときに軸コードＭ／Ｌが＋１０％で極大になり、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１００％になるまで軸コードＭ／Ｌは０％よりも大きくなっている。

以上より、淀み点Ｙが前縁８ａに形成される場合の１段静翼８に対する連結部材３５の位置をＣＦＤ（数値流体力学）解析等を用いて予め解析しておき、この解析結果を基準として、１段静翼８に対する近傍の連結部材３５の相対位置が、当該１段静翼８の背側８Ａにずれている場合には、冷却孔１０を前縁８ａよりも腹側８Ｂに形成し、また、当該１段静翼８の腹側８Ｂにずれている場合には、冷却孔１０を前縁８ａよりも背側８Ａに形成することで、連結部材３５の影響を受けて燃焼ガスＧ１による淀み点Ｙが前縁８ａから腹側８Ｂ、若しくは背側８Ａに位置ずれしたとしても、この位置ずれに応じて冷却孔１０を腹側８Ｂ、若しくは背側８Ａに形成することが可能となり、冷却孔１０からの冷却ガスによりその淀み点Ｙを効果的に冷却することができる。

なお、図６に示すように、本実施形態では、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１００％を超えた場合には、冷却孔１０の軸コードＭ／Ｌは０％よりも小さくなっている。ここで、図６に示すグラフにおける前記相対位置比Ｓ／Ｐは、前記所定の１段静翼８と前記所定の連結部材３５との間の前記相対位置比Ｓ／Ｐであるので、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１００％の場合には、１段静翼８は、前記所定の連結部材３５と前記他の連結部材３５とのタービン４の周方向Ｒの中間に位置することになる。そして、前記相対位置比Ｓ／Ｐが＋１００％を越えると、１段静翼８は、当該１段静翼８の腹側８Ｂに位置している前記所定の連結部材３５よりも、当該１段静翼８の背側８Ａに位置している前記他の連結部材３５に接近することになる。つまり、当該１段静翼８の近傍の連結部材３５が、当該１段静翼８の腹側８Ｂに位置している前記所定の連結部材３５から、当該１段静翼８の背側８Ａに位置している前記他の連結部材３５に移り変わる。この結果、当該１段静翼８においては、１段静翼８に対する近傍の連結部材３５（当該１段静翼８の腹側８Ｂでなく、背側８Ａに位置している前記他の連結部材３５）の相対位置が、冷却孔１０が前縁８ａに形成されるときの当該連結部材３５に対する１段静翼８の位置を基準として、当該１段静翼８の背側８Ａにずれていることになるため、冷却孔１０は前縁８ａよりも腹側８Ｂに形成される。

次に、以上に示すように本発明に係る１段静翼の冷却構造が適用されたタービン１段での段効率について説明する。なお、段効率とは、燃焼ガスＧ１が損失なく理想的にタービン１段で実施可能な仕事量に対する実際に実施できた仕事量の比率である。

ここで、本実施形態のガスタービン１では、連結部材３５は、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列され、１段静翼８は、燃焼器３の数の２倍の数だけ設けられていると共に、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列されている。従って、１つの１段静翼８と１つの連結部材３５との周方向Ｒの相対位置を定めることで、他の全ての１段静翼８及び他の全ての連結部材３５の周方向Ｒの位置が定まる。更に、周方向Ｒに１つおきに配列されている複数の１段静翼８それぞれと、各１段静翼８の近傍の連結部材３５との周方向Ｒの距離Ｓは、各１段静翼８同士で互いに一致し、つまり、各１段静翼８と各１段静翼８の近傍の連結部材３５との間の前記相対位置比Ｓ／Ｐは、各１段静翼８同士で互いに一致する。

そこで、周方向Ｒに１つおきに配列されている１段静翼８の前縁８ａと各１段静翼８の近傍の連結部材３５の周方向中心位置３５ａとが概略周方向Ｒに一致する位置から、当該連結部材３５と当該連結部材３５に周方向Ｒに隣接する連結部材３５とのタービン４の周方向Ｒの中間点と、当該１段静翼８の前縁８ａとが概略周方向Ｒに一致する位置まで、１段静翼８と連結部材３５とを相対的に移動させる過程において、当該１段静翼８と当該連結部材３５との間の前記相対位置比Ｓ／Ｐと、段効率との関係について、図７に基づいて説明する。図７は、図１に示すガスタービンの１段静翼において、１段静翼及び連結部材の相対位置と、段効率変化との関係を示すグラフである。

なお、図７に示すグラフの縦軸は、前記相対位置比Ｓ／Ｐが５０％のときの段効率を基準として、この基準となる段効率と各前記相対位置比Ｓ／Ｐにおける段効率との差異を示したものである。
図７の曲線１１０に示すように、本実施形態の場合、複数の１段静翼８は、周方向Ｒに１つおきに、その１段静翼８と当該１段静翼８の近傍の連結部材３５との間の前記相対位置比Ｓ／Ｐが、前記相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下となるように配置されたときに、段効率が高くなっていることがわかる。これは、燃焼器３から流出された燃焼ガスＧ１によって連結部材３５の後端の後側に発生するウェークフローを、１段静翼８に流入させることができるためと考えられる。

そして、１段静翼８と連結部材３５とを前述の配置関係とした上で、冷却孔１０を、１段静翼８の近傍の連結部材３５との相対位置に応じて定められた位置に形成することで、１段静翼８の淀み点Ｙ近傍を効果的に冷却した上で、段効率を向上させることができる。
なお、本実施形態のガスタービン１では、１段静翼８が、燃焼器３の数の２倍の数だけ設けられているものとしたが、これに限られるものではない。例えば、１段静翼８が、燃焼器３の数の整数倍（ｎ倍；但し、ｎは１以上の整数）の数だけ設けられ、周方向Ｒに連結部材３５にもっとも近い（近傍の）ものの前記相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下であれば（つまり、１段静翼８が、周方向Ｒでｎ個に１つずつ前記相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下であれば）、タービン１段の段効率を向上させることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態に示したガスタービン１における１段静翼８の形状や数、配置、また冷却孔１０の数等は一例であり、これに限られるものではない。

また、図６に示すグラフは、前記相対位置比Ｓ／Ｐと冷却孔１０の軸コードＭ／Ｌとの関係を示した一例であり、両者の関係は、燃焼器３から尾筒３２に導かれる燃焼ガスＧ１の流量、１段静翼８の形状、冷却孔１０の数、連結部材３５と１段静翼８との軸線方向Ｄに沿った距離等によって適宜変化する。本発明に係る１段静翼の冷却構造では、冷却孔１０の軸コードＭ／Ｌは、一般的なガスタービンにおける１段静翼の形状等の諸条件を考慮した場合に、例えば＋５％から＋１５％の範囲で変化すると考えられる。

また、ガスタービン１は前記実施形態で示した形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では、圧縮機として軸流式の圧縮機２を採用したが、遠心式の圧縮機を採用しても良い。また、前記実施形態では、ガスタービン１として１軸式を採用したが、多軸式（フリータービン）を採用しても良い。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るガスタービンの一実施形態を示す半断面図である。 図１に示すガスタービンにおいて、ロータの径方向から見た燃焼器の尾筒、連結部材及び１段静翼の拡大断面図である。 １段静翼の前縁に対して連結部材が概略周方向に一致する場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。 図３に示す状態から１段静翼に対して連結部材を腹側に移動させた場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。 図４に示す状態から１段静翼に対して連結部材を更に腹側に移動させた場合における淀み点が形成される位置について説明するための図である。 図１に示すガスタービンの１段静翼において、１段静翼及び連結部材の相対位置と、相対位置に応じて形成される冷却孔の軸コードとの関係を示すグラフである。 図１に示すガスタービンの１段静翼において、１段静翼及び連結部材の相対位置と、段効率変化との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ タービン静翼（タービンの静翼）
６ タービン動翼（タービンの動翼）
８ １段静翼
８ａ １段静翼の前縁
８Ａ １段静翼の背側
８Ｂ １段静翼の腹側
１０ 冷却孔
３５ 連結部材
Ｇ１ 燃焼ガス
Ｒ タービンの周方向
Ｙ 淀み点

Claims (4)

1. タービンの周方向に複数配置され、互いの間に設けられた複数の連結部材によってそれぞれ連結された複数の燃焼器からの燃焼ガスが流入する１段静翼の冷却構造において、
   前記１段静翼の前縁側には、前記燃焼ガスによって前記前縁側に形成された淀み点を当該１段静翼中の冷却ガスを外部へ放出して冷却する冷却孔が、当該１段静翼の近傍の前記連結部材との相対位置に応じて定められた位置に形成されていることを特徴とする１段静翼の冷却構造。
2. 請求項１に記載の１段静翼の冷却構造において、
   前記冷却孔は、前記１段静翼に対する前記近傍の連結部材の相対位置が、前記淀み点が前記前縁に形成されるときの当該１段静翼に対する連結部材の位置を基準として、当該１段静翼の背側にずれている場合には前記前縁よりも腹側に形成され、また、当該１段静翼の腹側にずれている場合には前記前縁よりも背側に形成されていることを特徴とする１段静翼の冷却構造。
3. 請求項１又は２に記載の１段静翼の冷却構造において、
   前記複数の連結部材が、前記タービンの周方向に互いに等しい間隔をあけて配列され、前記１段静翼が、前記燃焼器の数の整数倍の数だけ設けられ、且つ前記タービンの周方向に互いに等しい間隔をあけて配列されていると共に、前記タービンの周方向に連結部材にもっとも近いものが、下記に示すＰに対するＳの比率である相対位置比Ｓ／Ｐが−１０％以上＋３０％以下となるように配置されているのに対し、
   前記冷却孔は、前記１段静翼の前記近傍の連結部材との相対位置に応じて定められた位置に形成されていることを特徴とする１段静翼の冷却構造。
   Ｐ；前記１段静翼の前記タービンの周方向のピッチ
   Ｓ；前記１段静翼の前記前縁に対する前記近傍の連結部材の周方向中心位置との前記タービンの周方向における距離であって、前記近傍の連結部材が当該１段静翼の背側にずれた場合には負の値とし、当該１段静翼の腹側にずれた場合には正の値とした距離
4. 圧縮空気を生成する圧縮機と、
   少なくとも１段ずつの静翼及び動翼を有し、燃焼ガスにより回転動力を発生させるタービンと、
   前記タービンの周方向に複数配列し、互いの間に設けられた複数の連結部材によってそれぞれ連結されると共に、前記圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を供給して生成した燃焼ガスを前記タービンに供給する燃焼器と、を備えるガスタービンにおいて、
   前記静翼のうち最も前記燃焼器側に位置する１段静翼には、請求項１から３のいずれか１項に記載の１段静翼の冷却構造が設けられていることを特徴とするガスタービン。

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