JP5675080B2 - 翼体及びこの翼体を備えたガスタービン - Google Patents

Description

この発明は、ガスタービンをはじめとするタービンや翼体を備えた回転機械に用いられる翼体及びこの翼体を備えたガスタービンに関するものである。

周知のように、例えば、ガスタービンに用いる翼体（例えば、タービン静翼、タービン動翼）は、高温燃焼ガスに晒されるため、翼体の基端部に冷却空気を導き、その冷却空気を翼体内の冷却空気用通路に通じることにより翼体を冷却するようになっている。

このような翼体では、充分な肉厚を確保する必要があるものの、翼体の後縁部近傍は翼体本体の厚さが薄くなって充分な肉厚を確保することが難しく、後縁部近傍は中央側よりも相対的に高温となりやすいため、翼体の後縁部近傍の内部に冷却用のピンフィンを設けて冷却する場合がある。（例えば、特許文献１参照。）。

図７は、ピンフィンを有するタービン静翼１０の一例を示す図であり、図７（Ａ）は翼高さ方向に直交する断面図を、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）において矢視Ｓで示したタービン静翼表面のフィルム冷却孔とインサート表面のインピジメント孔（破線）の概略を示している。なお、翼高さ方向とは、タービン静翼が延在する方向をいい、タービンケーシング内に立設された翼体がロータの回転軸に向かう方向とほぼ一致する。

タービン静翼１０は、翼体本体２０とインサート３０とを備えており、翼体本体２０は、翼高さ方向と直交する断面が、図７（Ａ）に示すように外面凹面状とされた腹側壁部２１と外面凸面状とされた背側壁部２２とが、前縁部２３ａと後縁部２３ｂで接続されるとともに内部に中空部２４が形成された翼型とされている。
また、翼体本体２０の後縁部２３ｂ近傍には、腹側壁部２１と背側壁部２２とを接続する複数のピンフィン２８が形成されており、これらピンフィン２８は、冷却空気Ａが腹側壁部２１と背側壁部２２の間に形成される後縁部冷却領域２９を通過することにより冷却されるようになっている。

インサート３０は、例えば、中空部２４を２つの仕切板２５により区画した３つのキャビティＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれに配置されており、インサート３０内部の流路３１に導かれた冷却空気Ａが、インサート３０のインピンジメント孔３２から腹側壁部２１、背側壁部２２の内面に噴射され、その後、タービン静翼１０のフィルム冷却孔２６及びタービン静翼１０の後縁部２３ｂの通気孔２７から流出し、通気孔２７から流出する冷却空気Ａが後縁部冷却領域２９を通過する際にピンフィン２８を冷却し、ひいては翼体本体２０の後縁部２３ｂ近傍を冷却するようになっている。

特開２０００−３５６１０４号公報

しかしながら、タービン静翼をはじめとする翼体の翼体本体を鋳造する際には、中空部を中子を用いて成形するため、中子の破損を防止するために中子の肉厚を厚くすると、後縁部冷却領域の冷却空気通路が大きくなり、ピンフィンが大量の冷却空気によって冷却されてピンフィンが過冷却となる。
ピンフィンの過冷却によって、翼体本体の温度分布がアンバランスになり熱応力や熱変形が生じるとともに、冷却空気の流量が過剰となりガスタービン全体の性能、熱効率が低下するという問題がある。
また、冷却空気流量を低減するためにインピンジメント孔の数や開口面積を低減させると、局所的なホットスポットが生じてしまうという問題がある。
そこで、ピンフィンの過冷却を抑制するとともにガスタービンの性能、熱効率を向上させるために、ピンフィンを効率的に冷却させたいという強い技術的要請がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、翼体本体内におけるピンフィンの冷却効率を適正化させて、ピンフィンの過冷却及び翼体の後縁部近傍における温度分布のバラつきを抑制し、ひいてはガスタービンの性能、効率を向上することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、翼高さ方向に延在するとともに、前記翼高さ方向と直交する断面において外面凹面状とされた腹側壁部と外面凸面状とされた背側壁部とが前縁部と後縁部で接続されるとともに内部に中空部が形成された翼型とされ、前記後縁部近傍に外部に連通する通気孔が形成された翼体本体と、前記中空部に、前記腹側壁部の内面及び前記背側壁部の内面との間に冷却空間をあけて配置され、内部の流路から前記腹側壁部の内面及び前記背側壁部の内面の少なくともいずれかに向けて冷却空気を噴射する複数のインピンジメント孔が形成されたインサートとを備え、前記中空部の後縁部近傍において前記腹側壁部と前記背側壁部とを接続するピンフィンが、前記後縁部近傍に形成された後縁部冷却領域にて前記インピンジメント孔から噴射された冷却空気によって冷却される翼体であって、前記インサートと、前記後縁部冷却領域との間には、前記インピンジメント孔から噴射された冷却空気の流量を調整する流量調整板が前記インサートと間を空けて設けられ、 前記流量調整板は、前記翼体本体とは別に形成され、前記翼体本体に高さ方向に伸びて形成された取付溝に挿入されるとともに前記冷却空気の流量を調整する複数の流量調整孔が機械加工により形成され、前記翼体本体に取付けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、ガスタービンであって、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の翼体を備えることを特徴とする。

この発明に係る翼体及びガスタービンによれば、インピンジメント孔から噴射された冷却空気の流量を調整する流量調整板が、翼体本体とは別に形成されているので、流量調整板を翼体本体に取付けるまでに、所望の位置、大きさ、形状の流量調整孔を機械加工することができる。このように適切に形成された流量調整孔を通じて、後縁部冷却領域に流通する冷却空気の流量を調整することにより、冷却空気の流量、流速等を適切に調整して少量の冷却空気によって効率的にピンフィンを冷却することが可能となる。
その結果、ピンフィンの過冷却を抑制して翼体本体の後縁部近傍の温度分布のバラつきを小さくするとともに、冷却空気の流量が過剰となるのを抑制してガスタービンの性能、熱効率を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の翼体であって、前記流量調整孔の前記翼高さ方向位置は、前記ピンフィンの前記翼高さ方向位置と重なるように形成されていることを特徴とする。

この発明に係る翼体によれば、流量調整孔の翼高さ方向位置が、ピンフィンと重なるように形成されているので、流量調整孔から後縁部冷却領域に流入した冷却空気の噴流がピンフィンの少なくとも一部に衝突して、冷却空気とピンフィンの熱交換を効率的に行なうことができる。その結果、ピンフィンの冷却効率を向上させることが可能となり、冷却空気の流量を減少させてガスタービン全体の性能、効率をさらに向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の翼体であって、前記流量調整孔の前記翼高さ方向位置は、前記ピンフィンの前記翼高さ方向位置と同位置に形成されていることを特徴とする。
この発明に係る翼体によれば、流量調整孔の翼高さ方向位置が、ピンフィンの翼高さ方向位置と同位置とされているので、後縁部冷却領域に流入した冷却空気の噴流がピンフィンの中心に衝突して、冷却空気とピンフィンの熱交換効率をさらに向上することができ、その結果、冷却空気の流量を減少させてガスタービン全体の性能、効率をさらに向上することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の翼体であって、前記ピンフィンは、前記ピンフィンの軸方向から見た場合に、千鳥配置されていることを特徴とする。

本発明に係る翼体及びガスタービンによれば、ピンフィンの過冷却及びこれに起因する翼体の後縁部近傍における温度分布のバラつきを抑制するとともに、冷却空気の流量が過剰となることを抑制してガスタービン全体の性能、熱効率を向上することができる。

本発明の一実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す縦断面図である。 一実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図である。 一実施形態に係るタービン静翼の要部拡大断面図であり、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す図である。 一実施形態に係る流量調整板の一例を示す図であり、図３におけるＸ-Ｘ線断面図である。 （Ａ）一実施形態に係る流量調整板とピンフィンの配置の一例を示す図であり、図３のＹ-Ｙ線断面である。（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、（Ａ）の変形例を示す図である。 本発明に係る流量調整板の変形例を示す図である。 従来の翼体の一例を示す図であり、（Ａ）は翼高さ方向と直交する断面図を、（Ｂ）は（Ａ）におけるＳ-Ｓ矢視した場合のフィルム冷却孔とインピンジメント孔の概略を示す図である。

以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るガスタービン１の概略構成を示す縦断面図である。
ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮空気ｃ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ｃに燃料を供給して作動流体である燃焼ガスＧ１を生成する複数の燃焼器３と、一組一段となったタービン静翼（翼体）１０及びタービン動翼６を四段有し、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の上流側に設けられた軸受部７ａ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の下流側に設けられた軸受部７ｂ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において圧縮機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２ａを前側に配設した圧縮機ケーシング２ｂと、この圧縮機ケーシング２ｂ内に配設された複数の圧縮機静翼２ｃ及び複数の圧縮機動翼２ｄとを備えている。圧縮機静翼２ｃは、それぞれ圧縮機ケーシング２ｂ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している。また、圧縮機動翼２ｄ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２ｂ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している。そして、これら圧縮機静翼２ｃと圧縮機動翼２ｄとは、軸線方向Ｄに沿って交互になるように多段に配置されている。

燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３ａと、圧縮機２から供給される圧縮空気ｃを内筒３ａに導く外筒３ｂと、内筒３ａに燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３ａからの燃焼ガスＧ１をタービン４に導く尾筒３ｃとを備えている。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２ｂの後端部に連結された燃焼器ケーシング３ｄ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３ｄの後端部に連結されたタービンケーシング５と、タービンケーシング５内に軸方向に交互に四段に配設されたタービン静翼１０及びタービン動翼６とを備えている。
各段のタービン静翼１０は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、それぞれタービンケーシング５側に固定されると共にロータ７側に向けて放射状に複数延設されている。同様に、各段のタービン動翼６も、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、ロータ７側に固定されると共にタービンケーシング５側に向けて放射状に延設されている。
このタービン４のタービンケーシング５の後端部には、後側に向けて開口した排気室８が連結されている。この排気室８には、タービン静翼１０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８ａ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２ａから取り込まれた空気が、多段に配置された圧縮機静翼２ｃ及び圧縮機動翼２ｄを通過して圧縮空気ｃ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ｃに燃料を供給して燃焼させることにより燃焼ガス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１０及びタービン動翼６が配列する範囲を燃焼ガス流路として通過することでロータ７が回転駆動される。そして、ロータ７を回転駆動した後の排気ガスは、排気室８の排気ディフューザ８ａで静圧に変換された後、大気に放出される。

図２は、ガスタービン１の要部拡大断面図である。
ロータ７は、図２に示すように、その外周に第１段〜第４段のタービン動翼６Ａ〜６Ｄを固定するロータディスク７Ａ〜７Ｄを備えている。そして、この第１段のロータディスク７Ａの上流側には、シールディスク１１が同軸に接続されている。このシールディスク１１には、上流側からの圧縮空気ｃの一部を、各タービン動翼６Ａ〜６Ｄに向かって供給するために貫通したディスクホール１１ａが、その軸線を中心として互いに等角度間隔をおいて複数形成されている。

また、第１段のロータディスク７Ａには、各ディスクホール１１ａを通って流れ込んできた圧縮空気ｃのうち一部を取り込んで、各タービン動翼６Ａの内部に導くラジアルホール７Ａ１が、互いに等角度間隔をおいて複数形成されている。さらに、ロータディスク７Ａには、残りの圧縮空気ｃを第２段に向かって供給するためのディスクホール７Ａ２が、互いに等角度間隔をおいて複数形成されている。

ロータディスク７Ａと同様に、各ロータディスク７Ｂ，７Ｃのそれぞれにも、ラジアルホール７Ｂ１，７Ｃ１と、ディスクホール７Ｂ２，７Ｃ２がそれぞれ複数形成されている。ロータディスク７Ｄには、ラジアルホール７Ｄ１のみが複数形成されている。

また、タービンケーシング５には、各タービン静翼１０に対応して圧縮空気流路１２が形成されており、図示しない圧縮空気流路を経由して圧縮機２で圧縮した圧縮空気ｃの一部が送り込まれ、圧縮空気ｃを冷却空気Ａとして各段のタービン静翼１０のインサート３０内部の流路３１に向かって供給するようになっている。
なお、図２における符号Ｈは、タービン静翼１０をタービンケーシング５の内周に径方向内周に向かって立設した場合のロータの径方向の高さを示しており、この方向を翼高さ方向という。

図３は、タービン静翼１０の要部拡大断面図であり、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す図である。
タービン静翼１０は、図３に示すように、翼体本体２０とインサート３０と流量調整板４０とを備えており、翼体本体２０、インサート３０、流量調整板４０は、それぞれ翼高さ方向に延在している。

翼体本体２０は、例えば、鋳造によって成形されており、翼高さ方向と直交する断面において、外面凹面状とされた腹側壁部２１と、外面凸面状とされた背側壁部２２とが、前縁部２３ａと後縁部２３ｂにおいて接続され、内部に中空部２４が形成された翼型とされている。
この実施の形態では、腹側壁部２１及び背側壁部２２の表面に、翼高さ方向、及び前縁部２３ａから後縁部２３ｂ側に向かう方向に間隔をあけて、中空部２４から外部に連通するフィルム冷却孔２６が複数形成されている。
また、後縁部２３ｂには、中空部２４から外部に連通する通気孔２７が翼高さ方向に複数配列して形成されている。

中空部２４は、翼体本体２０内に翼高さ方向に延在して形成され、腹側壁部２１と背側壁部２２とを接続する２つの仕切板２５により、３つのキャビティＣ１、Ｃ２、Ｃ３に区画されている。

インサート３０は、翼高さ方向に延在して形成されるとともに、翼高さ方向と直交する断面が矩形形状または略三角形形状とされ、内部に冷却空気Ａを流す流路３１が形成されており、外表面には、流路３１からインサート３０の外部に連通するインピンジメント孔３２が、翼高さ方向、及び前縁部２３ａから後縁部２３ｂ側に向かう方向に間隔をあけて複数形成されている。

また、インサート３０は、中空部２４に形成された３つのキャビティＣ１、Ｃ２、Ｃ３にそれぞれ１つずつ配置され、それぞれのインサート３０は、インピンジメント孔３２から腹側壁部２１及び背側壁部２２の内面に向けて噴射されて、腹側壁部２１及び背側壁部２２を冷却するとともに、フィルム冷却孔２６及び後縁部２３ｂの通気孔２７から翼体本体２０の外部、すなわち、タービンの主流流路に流出するようになっている。

通気孔２７から流出する冷却空気Ａは、後縁部冷却領域２９を通過する際にピンフィン２８を冷却し、その結果、翼体本体２０の後縁部２３ｂの近傍が冷却されるようになっている。

ピンフィン２８は円柱状に形成され、例えば、図５（Ａ）に示すように、翼高さ方向、及び前縁部２３ａから後縁部２３ｂ側に向かう方向に間隔をあけて、ピンフィン２８の軸方向から見た場合に、千鳥配置となるように、後縁部２３ｂ近傍の翼体本体２０において、腹側壁部２１と背側壁部２２とを接続されており、後縁部冷却領域２９を通過する冷却空気Ａにより冷却されるようになっている。
この実施形態において、後縁部冷却領域２９とは、腹側壁部２１の内面と背側壁部２２の内面の間に形成され、前縁部２３ａから後縁部２３ｂ側に向かう方向における位置が、ピンフィン２８が存在している範囲を示すものとする。

流量調整板４０は、翼体本体２０とは別々に形成され、最も後縁部２３ｂ側のキャビティＣ３に配置されたインサート３０と後縁部冷却領域２９の間に配置されて、後縁部冷却領域２９に流れる冷却空気Ａの流量を流量調整孔４２によって調整するようになっている。
また、流量調整板４０は、図４に示すように、板材４１に円形の流量調整孔４２が複数配列された構成とされており、流量調整孔４２は、機械加工によって形成されている。このように、流量調整孔４２を機械加工により形成することにより、鋳造により形成した場合と比較して、流量調整孔４２を容易かつ効率的に適切な設定とすることができる。また、流量を調整するオリフィスとしての流量調整孔４２の精度を高めることができるので、流量のバラつきに起因した冷却効率および温度分布のバラつきを抑制することができる。

また、流量調整板４０は、翼体本体２０に、例えば、放電加工により形成された取付溝Ｇに挿入され、翼体本体２０と溶接することにより取付けられている。
この実施形態において、流量調整板４０のそれぞれの流量調整孔４２は、例えば、図５（Ａ）に示すように、流量調整孔４２に最も近い１列目の翼高さ方向の中心位置がピンフィン２８の中心位置と同じ高さになるように機械加工されており、流量調整孔４２の直径は、ピンフィン２８の直径と同径とされている。なお、機械加工の中には、切削のほかにワイヤカットや放電加工も含むものとする。
また、翼体本体２０の取付溝Ｇは、例えば、切削やワイヤカット、放電加工をはじめとする機械加工によって形成してもよいし、鋳造加工によって形成してもよく、翼体本体２０への流量調整板４０の取付けについては、溶接のほかロウ付け等によって行なってもよい。

また、流量調整孔４２の翼高さ方向の位置が、例えば、図５（Ｂ）に示すように、１列目のピンフィン２８に限らず、２列目のピンフィン２８に衝突するように配置してもよいし、また、ピンフィン２８の配列を千鳥配置から変形させて、例えば、３列目以降のピンフィン２８に衝突させるように構成してもよい。

また、例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、流量調整孔４２の翼高さ方向の位置がいずれかのピンフィン２８の中心と一致することに限られず、図５（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、ピンフィン２８の一部が流量調整孔４２と重なるようにして冷却空気Ａの少なくとも一部がピンフィン２８の一部と衝突するように、流量調整孔４２の翼高さ方向の位置を適宜ずらして設定してもよい。

次に、ガスタービン１の動作について、図を用いて説明する。
まず、図２に示すように、圧縮機２から抽気されて供給される圧縮空気ｃのうち一部が、回転するシールディスク１１に向かって供給され、各ディスクホール１１ａを通り抜けてから第１段のロータディスク７Ａへと供給され、そして、順次ディスクホール７Ａ２〜７Ｃ２を経て、ロータディスク７Ｂ〜７Ｄのラジアルホール７Ｂ１〜７Ｄ１に到達する。次いで、各ラジアルホール７Ａ１〜７Ｄ１に到達した圧縮空気ｃは、各タービン動翼６Ａ〜６Ｄ内の冷却通路に翼根底面から流入して基端から先端に流れてタービン動翼６を冷却する。

一方、圧縮空気ｃの一部は、図示しない圧縮空気流路を経由して、圧縮空気流路１２に送り込まれ、冷却空気Ａとして各段のタービン静翼１０のインサート３０に向かって供給される。
タービン静翼１０のインサート３０に供給された圧縮空気ｃは、流路３１を冷却空気Ａとして流れて、インピンジメント孔３２からそれぞれのキャビティＣ１、Ｃ２、Ｃ３内の腹側壁部２１、背側壁部２２の内面に向かって噴射され、翼体本体２０の内面をインピンジメント冷却する。

次いで、この冷却空気Ａが翼体本体２０のフィルム冷却孔２６から流出して翼体本体２０の周囲に冷却空気Ａによるフィルム層を形成して、タービン静翼１０をフィルム冷却する。
また、インピンジメント孔３２から噴射された冷却空気Ａの一部は、流量調整板４０を通じて後縁部冷却領域２９に流入してピンフィン２８を冷却し、後縁部２３ｂの通気孔２７から排出される。また、ピンフィン２８が冷却されることで、翼体本体２０の後縁部２３ｂ近傍が冷却される。
このとき、流量調整板４０を通過する冷却空気Ａは、適切に設定された流量調整孔４２により、ピンフィン２８を過冷却することなく適度に冷却しながら流れるような流量、流速に調整される。

タービン静翼１０及びガスタービン１によれば、流量調整板４０に機械加工により孔径や位置などを高精度に形成した適切な設定の流量調整孔４２を通過させて流量を調整することにより、冷却空気Ａの流量や流速、流域を適切に設定して少量の冷却空気Ａによって効率的にピンフィン２８を冷却することが容易になり、その結果、冷却空気Ａとピンフィン２８とが効率的に熱交換されるので、冷却空気Ａの流量が過剰となることを抑制してガスタービン１の性能、効率を向上させることができる。

また、ピンフィン２８の過冷却を抑制して翼体本体２０の後縁部２３ｂ近傍の温度分布のバラつきを小さくすることができる。

また、タービン静翼１０によれば、流量調整孔４２の翼高さ方向位置が、ピンフィン２８の翼高さ方向位置と同位置とされているので、冷却空気Ａの噴流が流量調整孔４２からピンフィン２８に衝突することによるインピンジメント冷却によって、効率的に冷却空気Ａとピンフィン２８との熱交換を行うことができる。

また、タービン静翼１０を構成する流量調整板４０が、翼体本体２０とは別に形成されているので、流量調整板４０を翼体本体に取付けるまでに、流量調整板４０に、所望の位置、大きさ、形状の流量調整孔を容易かつ効率的に加工することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、腹側壁部２１と背側壁部２２の双方にフィルム冷却孔２６が形成されるとともに、それぞれのインサート３０の腹側壁部２１及び背側壁部２２側の面にインピンジメント孔３２が形成される場合について説明したが、腹側壁部２１と背側壁部２２のいずれにフィルム冷却孔２６を設けるか、又インサート３０のいずれの面にインピンジメント孔３２を形成するかは任意に設定することができる。

また、上記実施の形態においては、本発明をタービン静翼１０に適用する場合について説明したが、タービン動翼６に適用してもよい。

また、翼体本体２０内に配置するインサート３０の数、中空部２４を区画するための仕切板２５の数、フィルム冷却孔２６、インピンジメント孔３２の配列（ピッチ、数）についても任意に設定することができる。
また、上記実施の形態においては、タービン静翼１０がガスタービンに用いられる場合について説明したが、ガスタービン以外のタービンやジェットエンジンに適用することも可能である。

また、上記実施の形態においては、流量調整板４０に形成される流量調整孔４２が円形である場合について説明したが、流量調整板４０に代えて、図６に示すように、板材４６に四角形に形成された複数の流量調整孔４７を直線状に配置した形態とすることも可能であるし、そのほか、三角形のほか、四角形以外の多角形や他の形状の流量調整孔を設けた構成としてもよいし、一の流量調整板に複数の形状の流量調整孔を設定してもよい。また、インサート３０と後縁部冷却領域２９の間に複数の流量調整板を配置する構成としてもよい。

また、後縁部２３ｂ近傍における温度分布に応じて、流量調整孔４２、４７の大きさや形状、数、位置、ピッチなどを最適に調整することも可能である。
また、流量調整孔４２の直径がピンフィン２８の直径と同径の場合について説明したが、これに限定されることはなく、同径でなくても構わない。
また、円形のピンフィン２８を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、円形以外の形状でもよいし、長円形状などのペデスタルと呼ばれる冷却部材をピンフィン２８に含まれるものとして構成してもよい。

また、上記実施の形態においては、流量調整孔４２の翼高さ方向の位置がピンフィン２８と同一、または重なっている場合について説明したが、一部又は全部の流量調整孔の翼高さ方向の位置がピンフィン２８の翼高さ方向において同一の位置とされず、また重なりがない、すなわち、ピンフィン２８が流量調整孔から隠れた位置に配置されていてもよい。

また、上記実施の形態においては、圧縮空気ｃを冷却空気Ａとして用いる場合について説明したが、この圧縮空気ｃを冷却する機構を設けて、圧縮空気ｃを冷却してからタービン静翼１０に供給する構成としてもよいし、圧縮機２に代えて外部から冷却空気を供給する構成にしてもよい。

この発明に係る翼体及びガスタービンによれば、ピンフィンの過冷却及び翼体の後縁部近傍における温度分布のバラつきを抑制し、ガスタービンの性能、効率を向上することができるので産業上利用可能である。

Ａ 冷却空気
ｃ 圧縮空気
Ｈ 翼高さ
１ ガスタービン
６ タービン動翼
１０ タービン静翼（翼体）
２０ 翼体本体
２１ 腹側壁部
２２ 背側壁部
２３ａ 前縁部
２３ｂ 後縁部
２４ 中空部
２４ａ、２４ｂ 冷却空間
２６ フィルム冷却孔
２７ 通気孔
２８ ピンフィン
２９ 後縁部冷却領域
３０ インサート
３１ 流路
３２ インピンジメント孔
４０、４５ 流量調整板
４２、４７ 流量調整孔

Claims (5)

1. 翼高さ方向に延在するとともに、前記翼高さ方向と直交する断面において外面凹面状とされた腹側壁部と外面凸面状とされた背側壁部とが前縁部と後縁部で接続されるとともに内部に中空部が形成された翼型とされ、前記後縁部近傍に外部に連通する通気孔が形成された翼体本体と、前記中空部に、前記腹側壁部の内面及び前記背側壁部の内面との間に冷却空間をあけて配置され、内部の流路から前記腹側壁部の内面及び前記背側壁部の内面の少なくともいずれかに向けて冷却空気を噴射する複数のインピンジメント孔が形成されたインサートとを備え、前記中空部の後縁部近傍において前記腹側壁部と前記背側壁部とを接続するピンフィンが、前記後縁部近傍に形成された後縁部冷却領域にて前記インピンジメント孔から噴射された冷却空気によって冷却される翼体であって、
   前記インサートと、前記後縁部冷却領域との間には、前記インピンジメント孔から噴射された冷却空気の流量を調整する流量調整板が前記インサートと間を空けて設けられ、
   前記流量調整板は、前記翼体本体とは別に形成され、前記翼体本体に高さ方向に伸びて形成された取付溝に挿入されるとともに前記冷却空気の流量を調整する複数の流量調整孔が機械加工により形成され、前記翼体本体に取付けられていることを特徴とする翼体。
2. 請求項１に記載の翼体であって、
   前記流量調整孔の前記翼高さ方向位置は、前記ピンフィンの前記翼高さ方向位置と重なるように形成されていることを特徴とする翼体。
3. 請求項２に記載の翼体であって、
   前記流量調整孔の前記翼高さ方向位置は、前記ピンフィンの前記翼高さ方向位置と同位置に形成されていることを特徴とする翼体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の翼体であって、
   前記ピンフィンは、
   前記ピンフィンの軸方向から見た場合に、千鳥配置されていることを特徴とする翼体。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の翼体を備えることを特徴とするガスタービン。

Images