JP5675081B2 - 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５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５（Ａ）は翼高さ方向に直交する断面図を、図５（Ｂ）は、図５（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５（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第１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設けられたピンフィンが、後縁部冷却領域において前記第１の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、前記インサート内に、前記流路から前記第１のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整することによって第２のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整するインサート内流量調整板が設けられ、前記第１のインピンジメント孔から噴射された冷却空気を、第２のインピンジメント孔を通じて噴射して、前記後縁部冷却領域を冷却するように構成されていることを特徴とする。

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、前記翼体本体は、前記後縁部近傍に外部に連通する通気孔が形成されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の翼体であって、前記翼体本体は、前記腹側壁部と前記背側壁部の少なくともいずれかに複数のフィルム冷却孔が設けられていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の翼体であって、前記翼体本体は、前記第２のインピンジメント孔が形成された冷却調整部材を有し、前記第２のインピンジメント孔は冷却空気を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噴射することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の翼体であって、前記インサート内流量調整板は、前記インサートに前縁部側と後縁部側の二つの区画を形成するとともに、前記第２のインピンジメント孔は、前記第１のインピンジメント孔の後縁部側に形成されて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噴射することを特徴とする。

請求項１１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１０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、第１のインピンジメント孔から腹側壁部の内面及び背側壁部の内面の少なくともいずれかに噴射されて翼体本体を冷却した冷却空気が、冷却調整部材に形成された第２のインピンジメント孔を通じて腹側壁部の内面及び背側壁部の内面の少なくともいずれかに再度噴射されて翼体本体を冷却してから後縁部冷却領域に流れるので、少量の冷却空気を使いまわすことによって冷却空気流量を低減させてガスタービンの性能、熱効率を向上させることができる。また、ピンフィンの過冷却が抑制されて翼体に生じる温度分布のバラつきが小さくなるとともに、インピンジメント孔のピッチを密にできるので局所的なホットスポットを防止することができる。
また、インサート内流量調整板によって、インサート内の流路から第１のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量や圧力を調整できるので、第１のインピンジメント孔から噴射され第２のインピンジメント孔に流入する冷却空気の流量や圧力を容易かつ適切に調整することができる。また、インサートの剛性をさらに高めることができる。

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、前記インサート内流量調整板は、前記インサートを前縁部側と後縁部側の二つの区画を形成することを特徴とする。
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、前記後縁部側の区画を流れてきた冷却空気は、一部が前記後縁部側の区画に形成されたインピンジメント孔から噴射され、残りは前記第１のインピンジメント孔から噴射されることを特徴とする。

この発明に係る翼体によれば、インサートの剛性を向上させることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の翼体であって、前記冷却調整部材は、前記腹側壁部と前記背側壁部の少なくともいずれかとの間に、前記後縁部冷却領域と連通する壁部冷却路をあけて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、第２のインピンジメント孔を通じて壁部冷却路に流入する冷却空気が、腹側壁部と背側壁部の少なくともいずれかとの間に形成された壁部冷却路に沿って流れるので、冷却空気を腹側壁部や背側壁部に対応する温度に安定して上昇させることができる。その結果、ピンフィンの過冷却の抑制及びガスタービンの性能、熱効率を向上させることができる。なお、壁部冷却路を背側壁部の側に形成した場合、翼体本体の周囲との圧力差を確保して冷却空気の排出を容易に行なうことができる点で、より好適である。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の翼体であって、前記第２のインピンジメント孔は、前記第１のインピンジメント孔よりも後縁部側に配置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、第２のインピンジメント孔が、第１のインピンジメント孔よりも後縁部側に配置されているので、第１のインピンジメント孔から噴射された冷却空気が第２のインピンジメント孔を介して後縁部冷却領域に至るまでの経路を長く確保することが可能となり、その結果、壁部冷却路に流通する冷却空気の温度を効率的に上昇させることができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の翼体であって、前記第１のインピンジメント孔から前記第２のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整するインピンジメント流量調整板が設けら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、インピンジメント流量調整板によって、第１のインピンジメント孔から第２のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量や圧力を調整できるので、ピンフィンを有する後縁部冷却領域に流れる冷却空気の流量や圧力を容易に調整することができる。また、インサート及び冷却調整部材の剛性を高めることができる。

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の性能、熱効率を向上することができる。

本発明の参考例に係るガスタービンの概略構成を示す縦断面図である。 参考例に係るガスタービンの要部拡大断面図である。 参考例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。 本発明の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、（Ａ）は、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す図であり、（Ｂ）は、インピンジメント流量調整板またはインサート内流量調整の一例を示す図であり、図４（Ａ）におけるＸ-Ｘ線又はＹ-Ｙ線断面を示す図である。 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４を参照し、本発明の参考例について説明する。
（参考例）
図１は、本発明の参考例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。
図２に示すように、ロータ７は、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。なお、図２における符号Ｈは、タービン動翼６Ｄをロータ７に立設した場合のロータの径方向の高さを示しており、この方向を翼方向高さという。

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、鋳造により翼高さ方向に成形されており、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。

この参考例の静翼１０において、中空部２４は、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、例えば、３つのキャビティＣ１、Ｃ２、Ｃ３に区画されていて、キャビティＣ１、Ｃ２に対応する腹側壁部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。

ピンフィン２８は、例えば、円柱状に形成され、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、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とを接続するように複数配置され、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。
参考例において、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。

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るとともに内部に冷却空気Ａを流す流路３１が形成され、キャビティＣ１、Ｃ２の腹側壁部２１及び背側壁部２２との間に冷却空間２４ａ、２４ｂをあけて１つずつ配置されている。

インサート３０には、流路３１からインサート３０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おり、インピンジメント孔３２から、腹側壁部２１の内面及び背側壁部２２の内面に向かって冷却空気Ａを噴射して腹側壁部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。

インサート３０Ａは、キャビティＣ３内の腹側壁部２１との間に冷却空間２４ａを、背側壁部２２及び冷却調整部材４０との間に冷却空間２４ｂをあけて配置され、前縁部２３ａ側中央部に一体に形成され仕切板２５と接続されるシールダム３０Ｂにより冷却空間２４ａと冷却空間２４ｂ間が直接連通して腹側壁部から背側壁部側に燃焼ガスが冷却空間を通過するのを防止するようになっている。
また、インサート３０Ａは、翼高さ方向と直交する断面は、背側壁部２２側に形成された冷却調整部材４０に対応して後縁部２３ｂ側が狭く形成され、インサート３０Ａには、流路３１Ａから腹側壁部２１の内面、背側壁部２２の内面、及び冷却調整部材４０に向かって噴射する第１のインピンジメント孔３２Ａ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。

冷却調整部材４０は、最も後縁部２３ｂ側に位置するキャビティＣ３の背側壁部２２の内面とインサート３０Ａとの間に壁部冷却路４１をあけて形成されていて、冷却調整部材４０には、冷却空間２４ｂから壁部冷却路４１に連通する第２のインピンジメント孔４２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、参考例において、第２のインピンジメント孔４２は、前縁部２３ａから後縁部２３ｂに向かう方向における位置が、すべてインサート３０Ａに形成された第１のインピンジメント孔３２Ａよりも後縁部２３ｂ側に配置されている。

キャビティＣ３の冷却空間２４ａから後縁部冷却領域２９に流れる冷却空気Ａは、全て冷却調整部材４０の第２のインピンジメント孔４２を通過するようになっており、壁部冷却路４１に流入する冷却空気Ａの流量を第２のインピンジメント孔４２により調整することで、キャビティＣ３から後縁部冷却領域２９に流れる冷却空気Ａの流量を調整するようになっている。
また、第１のインピンジメント孔３２Ａから背側壁部２２の内面に向けて噴射して翼体本体２０の背側壁部２２の冷却に使用された冷却空気Ａを使いまわして、第２のインピンジメント孔４２から再度背側壁部２２の内面に向けて噴射して翼体本体２０の背側壁部２２の冷却に有効活用（再利用）できるようになっている。

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のキャビティＣ１、Ｃ２に配置されたインサート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内の腹側壁部２１、背側壁部２２の内面に向かって噴射されて翼体本体２０の内面をインピンジメント冷却し、その後、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。

一方、インサート３０Ａの第１のインピンジメント孔３２Ａから、キャビティＣ３内の背側壁部２２噴射された冷却空気Ａは、背側壁部２２の内面をインピンジメント冷却してから、流量調整板４０の第２のインピンジメント孔４２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。
また、インサート３０Ａのインピンジメント孔３２からキャビティＣ３内の腹側壁部２１の内面に向かって噴射された冷却空気Ａは、翼体本体２０の腹側壁部２１の内面をインピンジメント冷却し、その後、キャビティＣ３の腹側壁部２１側に形成されたフィルム冷却孔２６から流出して翼体本体２０の腹側壁部２１側に冷却空気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。

参考例に係るタービン静翼１０及びガスタービン１によれば、第１のインピンジメント孔３２Ａから噴射された冷却空気Ａを、冷却調整部材４０に形成された第２のインピンジメント孔４２を通じて後縁部冷却領域２９に流すように構成されているので、少量の冷却空気Ａを使いまわすことによって冷却に必要となる冷却空気Ａの流量を低減させてガスタービンの性能、効率を向上させることができる。また、ピンフィン２８の過冷却が抑制されて翼体本体２０に生じる温度分布のバラつきが小さくなるとともに、第１のインピンジメント孔３２Ａ及び第２のインピンジメント孔４２のピッチを密にできるので局所的なホットスポットを防止することができる。

また、タービン静翼１０によれば、第２のインピンジメント孔４２から壁部冷却路４１に流入した冷却空気Ａが背側壁部２２の内面に沿って流れるので、冷却空気Ａを背側壁部２２に対応する温度に安定して上昇させることができる。

また、タービン静翼１０によれば、第２のインピンジメント孔４２が、第１のインピンジメント孔３２よりも後縁部２３ｂ側に配置されているので、第１のインピンジメント孔３２Ａから噴射された冷却空気Ａが第２のインピンジメント孔４２を介して後縁部冷却領域に至るまでの経路を長く確保することが可能とされ、壁部冷却路４１に流通する冷却空気Ａの温度を効率的に上昇させることができる。

以上のように、少量かつ温度が適切に上昇した冷却空気Ａによってピンフィン２８を冷却することにより、ピンフィン２８の過冷却が抑制されてタービン静翼１０に生じる温度分布のバラつきが小さくなり、また、ガスタービン１の性能、熱効率を向上することができる。

次に、図４を参照して、この発明の一実施形態について説明する。
（一実施形態）
一実施形態が、参考例と異なるのは、インサート３０Ａ、冷却調整部材４０に代えてインサート内流量調整板３７を備えたインサート３０Ｂが配置されるとともに、インピンジメント流量調整板４５を備えている点である。その他は、参考例と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

インサート３０Ｂは、図４（Ａ）に示すように、参考例に係るインサート３０Ａの流路３１Ａにインサート内流量調整板３７が配置された構成とされ、インサート内流量調整板３７により流路３１Ｂが前縁部２３ａ側と後縁部２３ｂ側の２つの区画に分けられていて、この２つの区画は主にインサート内流量調整板３７に形成された流量調整孔３８により連通している。

また、第１のインピンジメント孔３２Ｂは、インサート３０Ｂの流路３１Ｂの前縁部２３ａ側の区画にのみ配置されていて、後縁部２３ｂ側の区画を流れてきた冷却空気Ａは、一部が後縁部２３ｂ側の区画に形成されたインピンジメント孔３２から噴射され、残りを占める多くの冷却空気Ａは、流量調整孔３８を介して前縁部２３ａ側の区画に流入した後に第１のインピンジメント孔３２Ｂから噴射されるようになっている。

インピンジメント流量調整板４５は、板材に流量調整孔４６が形成されるとともに冷却調整部材４０とインサート３０Ｂとを接続した構成とされ、冷却空間２４ｂから冷却調整部材４０の第２のインピンジメント孔４２に流れる冷却空気Ａのすべてが流量調整孔４６を通過することにより、後縁部冷却領域２９に流れる冷却空気Ａの流量を調整するようになっている。
なお、インサート内流量調整板３７に形成された流量調整孔３８（Ｘ−Ｘ線断面）、及びインピンジメント流量調整板４５に形成された流量調整孔４６（Ｙ−Ｙ線断面）は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、板材に四角形の流通孔が翼高さ方向に間隔をあけて複数配列された構成とされている。

かかる構成により、インサート３０Ｂの流路３１Ｂを流れる冷却空気Ａは、一部が流路３１Ｂの前縁部２３ａ側をケーシング５(径方向外方)側からロータ７（径方向内方）側に流れ、残りが流路３１Ｂの後縁部２３ｂ側をケーシング５(径方向外方)側からロータ７（径方向内方）側に流れる過程で流量調整孔３８を介して前縁部２３ａ側の区画に流入し、その後、前縁部２３ａ側の区画から第１のインピンジメント孔３２Ｂを通じてキャビティＣ３の冷却空間２４ａ、２４ｂに噴射され、翼体本体２０の内面をインピンジメント冷却する。

また、第１のインピンジメント孔３２ＢからキャビティＣ３に噴射された冷却空気Ａの一部は、翼体本体２０のフィルム冷却孔２６から流出してタービン静翼１０をフィルム冷却し、残りの冷却空気Ａはインピンジメント流量調整板４５の流量調整孔４６を通じて第２のインピンジメント孔４２から壁部冷却路４１に噴射され、後縁部冷却領域２９を通過する際にピンフィン２８を冷却して通気孔２７から外部へ排出される。

一実施形態に係るタービン静翼１０によれば、インピンジメント流量調整板４５により、第１のインピンジメント孔３２Ｂから第２のインピンジメント孔４２に流れる冷却空気Ａの流量を調整することにより、後縁部冷却領域２９に流れる冷却空気Ａの流量や圧力を容易に調整することができる。また、インサート３０Ｂ及び冷却調整部材４０の剛性をさらに高めることができる。

また、インサート内流量調整板３７により、インサート３０Ｂ内の流路３１Ｂから第１のインピンジメント孔３２Ｂに流れる冷却空気Ａの流量を調整することにより、第１のインピンジメント孔３２Ｂから噴射され第２のインピンジメント孔４２に流れる冷却空気Ａの流量や圧力を容易かつ適切に調整することができる。また、インサート３０Ｂの剛性をさらに高めることができる。

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、インサート３０Ａ、３０Ｂの背側壁部２２側に第１のインピンジメント孔３２Ａ、３２Ｂが形成された場合について説明したが、第１のインピンジメント孔３２Ａ、３２Ｂをインサート３０Ａ、３０Ｂの背側壁部２２と腹側壁部２１のいずれの側に設けるかは任意に設定することができる。また、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、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１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、一実施形態において、流量調整孔３８（Ｘ−Ｘ線断面）、及び流量調整孔４６（Ｙ−Ｙ線断面）が、例えば、それぞれ四角形の流量調整孔が翼高さ方向に複数配列される場合について説明したが、流量調整孔３８、流量調整孔４６の形状は、四角形以外の多角形や円形など他の形状としてもよいし、数、間隔についても任意に設定することができる。また、一の流量調整板に複数の形状の流量調整孔が設定される構成としてもよい。
また、流量調整板３５、流量調整板３７のいずれか一方のみを設ける構成としてもよいし、それぞれ複数の流量調整板を用いた構成としてもよい。

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３８、４６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、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、キャビティＣ１、キャビティＣ２にシールダムを設けていない状態を図示したが、キャビティＣ１、キャビティＣ２にシールダムを設置可能であることは、いうまでもない。

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、熱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、３０Ａ、３０Ｂ インサート
３１、３１Ａ、３１Ｂ 流路
３２、３２Ａ、３２Ｂ 第１のインピンジメント孔
３７ インサート内流量調整板
４０ 冷却調整部材
４１ 壁部冷却路
４２ 第２のインピンジメント孔
４５ インピンジメント流量調整板

Claims (11)

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第１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設けられたピンフィンが、後縁部冷却領域において前記第１の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、
   前記インサート内に、前記流路から前記第１のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整することによって第２のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整するインサート内流量調整板が設けられ、前記第１のインピンジメント孔から噴射された冷却空気を、第２のインピンジメント孔を通じて噴射して、前記後縁部冷却領域を冷却するように構成さ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、
   前記インサート内流量調整板は、
   前記インサートを前縁部側と後縁部側の二つの区画を形成す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、
   前記後縁部側の区画を流れてきた冷却空気は、一部が前記後縁部側の区画に形成されたインピンジメント孔から噴射され、残りは前記第１のインピンジメント孔から噴射され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、
   前記翼体本体は、
   前記後縁部近傍に外部に連通する通気孔が形成され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項に記載の翼体であって、
   前記翼体本体は、
   前記腹側壁部と前記背側壁部の少なくともいずれかに複数のフィルム冷却孔が設けられていることを特徴とする翼体。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の翼体であって、
   前記翼体本体は、
   前記第２のインピンジメント孔が形成された冷却調整部材を有し、前記第２のインピンジメント孔は冷却空気を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噴射することを特徴とする翼体。
7. 請求項６に記載の翼体であって、
   前記冷却調整部材は、
   前記腹側壁部と前記背側壁部の少なくともいずれかとの間に、前記後縁部冷却領域と連通する壁部冷却路をあけて形成されていることを特徴とする翼体。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の翼体であって、
   前記第２のインピンジメント孔は、前記第１のインピンジメント孔よりも後縁部側に配置されていることを特徴とする翼体。
9. 請求項１に記載の翼体であって、
   前記インサート内流量調整板は、前記インサートに前縁部側と後縁部側の二つの区画を形成するとともに、
   前記第２のインピンジメント孔は、前記第１のインピンジメント孔の後縁部側に形成されて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噴射することを特徴とする翼体。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の翼体であって、
    前記第１のインピンジメント孔から前記第２のインピンジメント孔に流れる冷却空気の流量を調整するインピンジメント流量調整板が設けられていることを特徴とする翼体。
11. 請求項１から請求項１０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。

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