JP5868609B2 - ガスタービン動翼及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン動翼及びその製造方法に関し、特に、ガスタービン動翼のチップシュラウドの冷却構造に関する。

ガスタービン動翼の先端には、しばしば、ガスタービンの軸方向及び周方向に突出するチップシュラウドと呼ばれる構造物が取り付けられる。チップシュラウドには概略的には２つの役割がある。１つは、燃焼器からの高温ガスをより多くガスタービン動翼の翼面に誘導してエネルギー効率を向上させることである。もう１つは、ガスタービンが運転されてガスタービン動翼が高速回転している時に、隣接するガスタービン動翼のチップシュラウドが互いに当接されることにより、ガスタービン動翼の振動を抑制することである。

ガスタービンの運転中にはガスタービン動翼が高温になるので、ガスタービン動翼の内部空間に冷却空気を供給することでガスタービン動翼が冷却される。このとき、チップシュラウドも同様に、その内部空間に冷却空気を供給することで冷却空気によって冷却される。

特開平１１−１３４０２号公報及び特許第３４０３０５１号は、チップシュラウドに冷却通路を設けることでチップシュラウドを冷却する技術を開示している。また、特開２００９−１６８０１７号公報は、チップシュラウドの内部に冷却空洞を設けることでチップシュラウドを冷却する技術を開示している。

これらの特許文献に開示されているガスタービン動翼の構造では、チップシュラウドにガスタービンの径方向に突出するフィンが設けられている。フィンは、ガスタービン動翼の先端と、その外周に位置するケーシングとの間のクリアランスを小さくしてエネルギー効率を向上させるための構造物である。このフィンを挟んで高温ガスが流れてくる上流側は相対的に高圧の領域であり、その反対側（下流側）は相対的に低圧の領域である。上記の３つの特許文献で開示されているチップシュラウドの構造では、冷却空気が高圧の領域と低圧の領域の両方に放出されるように構成されている。

しかしながら、発明者の検討によれば、上記の特許文献に開示されたチップシュラウドの構造には、ガスタービンの出力、エネルギー効率の改良の余地がある。

なお、特開２００７−７７９８６号公報、特開２００６−１０５０８４号公報、及び、特開２００８−９５６９５号公報は、ガスタービン動翼の先端部の冷却構造を開示している。しかしながら、これらの特許文献は、チップシュラウドを備えるガスタービン動翼の冷却に関するものではない。

特開平１１−１３４０２号公報 特許第３４０３０５１号 特開２００９−１６８０１７号公報 特開２００７−７７９８６号公報 特開２００６−１０５０８４号公報 特開２００８−９５６９５号公報

したがって、本発明の目的は、チップシュラウドを冷却空気で冷却する構造を有するガスタービン動翼について、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させるための技術を提供することにある。

本発明の一の観点では、高温ガスを受けて動作するガスタービン動翼が、翼面が形成された翼形部と、翼形部の先端に接合された内周面と該内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドと、外周面に設けられたフィンとを具備している。翼形部は、チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成されている。チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された冷却空気を放出するように構成されている。ここで、フィンよりも高温ガスの流れの上流側である高圧側領域にチップシュラウドから放出される冷却空気の流量は、フィンよりも高温ガスの流れの下流側である低圧側領域にチップシュラウドから放出される冷却空気の流量よりも多い。このようなガスタービン動翼では、高圧側領域に放出される冷却空気がガスタービン動翼に仕事をすることにより、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させることができる。

ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率をより向上させるためには、高圧側領域に放出される冷却空気の流量が、チップシュラウドに供給される冷却空気の全量の７０％以上であることが望ましい。また、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を一層に向上させるためには、チップシュラウドに供給された冷却空気の全量が高圧側領域に放出されることが好ましい。

ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させる追加的手法としては、チップシュラウドに供給された冷却空気の全量のうち、５０％よりも多い流量の冷却空気がガスタービン動翼の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウドから放出されることが好ましい。この場合、チップシュラウドに供給された冷却空気の全量のうち、７０％以上の流量の冷却空気がガスタービン動翼の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウドから放出されることがより好ましく、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を一層に向上させるためには、チップシュラウドに供給された冷却空気の全量がガスタービン動翼の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウドから放出されることが好ましい。

一実施形態では、翼形部がチップシュラウドに冷却空気を供給する冷却通路を有し、チップシュラウドが冷却通路から供給された冷却空気を放出する冷却空気孔を有している。

他の実施形態では、翼形部がチップシュラウドに冷却空気を供給する空洞を有し、チップシュラウドが空洞から供給された冷却空気を放出する複数の冷却空気孔を有している。

更に他の実施形態では、翼形部がチップシュラウドに冷却空気を供給する複数の冷却通路を有し、チップシュラウドが複数の冷却通路に連通するキャビティとキャビティに接続されて冷却空気を放出する冷却空気孔とを有している。

更に他の実施形態では、チップシュラウドが、翼形部から供給される位置から高温ガスの下流側の方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、特定位置から高圧側領域に設けられた開口に連通する流路を有している。チップシュラウドに供給された冷却空気の少なくとも一部が、高圧側領域に設けられた開口から放出される。

本発明の他の観点では、ガスタービン動翼の製造方法が、チップシュラウドの高圧側領域の位置と低圧側領域の位置とを貫通する貫通穴を作製する工程と、貫通穴を低圧側領域において閉塞して冷却空気孔を形成する工程とを具備している。

本発明の更に他の観点では、ガスタービン動翼の製造方法が、チップシュラウドの高圧側領域の位置と低圧側領域の位置とを貫通する複数の貫通穴と、貫通穴を連通し、且つ、低圧側領域に開口する連通部を形成する工程と、連通部を低圧側領域において閉塞して冷却空気孔を形成する工程とを具備する。この場合、貫通穴と連通部は、複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている放電電極をチップシュラウドに挿入することで形成されてもよい。

本発明によれば、チップシュラウドを冷却空気で冷却する構造を有するガスタービン動翼を備えたガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態のガスタービン動翼の構造を示す側面図である。 図１のガスタービン動翼の外周側から見た構造を示す上面図である。 図１のガスタービン動翼の構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。 図４Ａ、図４Ｂのチップシュラウドの構造を示す断面図である。 図４Ａ、図４Ｂのチップシュラウドの構造を示す断面図である。 チップシュラウドの他の構造を示す断面図である。 図４Ａ、図４Ｂに図示されたチップシュラウドの利点を説明する概念図である。 図４Ａ、図４Ｂに図示されたチップシュラウドの利点を説明する概念図である。 チップシュラウドの高圧側領域に放出される冷却空気の割合と、チップシュラウドの低圧側領域の温度上昇との関係の一例を示すグラフである。 ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を一層に向上させるためのチップシュラウドの構造を示す平面図である。 ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を一層に向上させるためのチップシュラウドの他の構造を示す平面図である。 本発明の他の実施形態のガスタービン動翼の構造を示す断面図である。 図９のガスタービン動翼のチップシュラウドの構造を示す平面図である。 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。 図１１のチップシュラウドの構造を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す平面図である。 図１３の構造のチップシュラウドを備えるガスタービン動翼の製造工程を示す平面図である。 図１３の構造のチップシュラウドを備えるガスタービン動翼の製造工程を示す平面図である。 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウドの構造を示す断面図である。 複数のフィンを備えるチップシュラウドの構造を示す側面図である。

図１は、本発明の一実施形態のガスタービン動翼の構造を示す側面図である。ガスタービン動翼１は、概略的には、ガスタービンのロータディスク（図示されない）に接続される翼根部２と、翼面が形成されている翼形部３と、翼形部３の先端に接合されているチップシュラウド４と、チップシュラウド４の外周面（翼形部３が接合されている面（内周面）と対向する面）に接合されているフィン５とを備えている。フィン５は、チップシュラウド４の外周面からロータディスクの半径方向外側に突出するように設けられている。

図２は、チップシュラウド４及びそれに接合されたフィン５の構造を示す上面図である。ガスタービン動翼１は、ロータディスクの周方向に並んで配置されている。隣接するガスタービン動翼１のチップシュラウド４は互いに近接しており、ガスタービンの運転時には、隣接するチップシュラウド４のＡ部が、ガスタービン動翼１が高速回転することによって自律的に当接する。これは、運転時のガスタービン動翼１の振動を低減することに貢献する。また、フィン５は、ロータディスクの周方向に延伸するように設けられている。フィン５を挟んで高温ガスが流れてくる上流側は相対的に高圧の領域であり、その反対側（下流側）は相対的に低圧の領域である。以下では、フィン５よりも高温ガスの流れの上流側にある領域を高圧側領域と、下流側にある領域を低圧側領域と記載することがある。

図３は、図１のガスタービン動翼１の構造を示す断面図である。ガスタービン動翼１は、翼根部２に供給された冷却空気７で冷却されるような構造を有している。詳細には、翼形部３のうち翼根部２に近い部分には空洞１１が設けられており、その空洞１１の内部にはピンフィン１２が設けられている。翼形部３の翼根部２に近い部分は、ピンフィン１２で冷却空気７の流れが乱されることによって効果的に冷却される。一方、ガスタービン動翼１の先端に近い部分には、ロータディスクの半径方向に略平行な方向に延伸する冷却流路１３が設けられている。冷却流路１３は、翼形部３の先端に設けられたチップシュラウド４の内部にまで延伸しており、冷却空気７は、冷却流路１３を介してチップシュラウド４の内部に導入される。

図４Ａ、図４Ｂは、本発明の一実施形態におけるチップシュラウド４の構造を示す平面図であり、図５Ａは、図４Ａ、図４ＢのＡ−Ａ断面における断面図であり、図５Ｂは、Ｂ−Ｂ断面における断面図である。チップシュラウド４の内部には、翼形部３の冷却流路１３に連通する冷却空気孔６が設けられている。冷却空気７は、冷却流路１３から冷却空気孔６に導入され、これにより、チップシュラウド４が冷却される。

本実施形態のガスタービン動翼１の一つの特徴は、チップシュラウド４の冷却空気孔６から冷却空気７が放出される態様にある。本実施形態のガスタービン動翼１は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７のうちの高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなる、又は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出されるような構造を有している。上述のように、高圧側領域とは、フィン５よりも高温ガスの上流側に位置する領域であり、低圧側領域とは、フィン５よりも下流側に位置する領域である。

ここで、図４Ａは、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が、低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなるような構造の一例を図示している。図４Ａのチップシュラウド４では、図示されている９本の冷却空気孔６のうち冷却空気孔６ａが低圧側領域に冷却空気７を放出しており、他の冷却空気孔６は高圧側領域に冷却空気７を放出している。一方、図４Ｂは、チップシュラウド４の冷却空気孔６から放出される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出されるような構造を図示している。

図６Ａ、図６Ｂは、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなる、又は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出される構造の利点を示す概念図である。図６Ａに示されているように、チップシュラウド４の冷却空気孔６から低圧側領域に放出された冷却空気７は、ガスタービン動翼１に対して仕事をせずに下流に流れていく。一方、図６Ｂに示されているように、チップシュラウド４の冷却空気孔６から高圧側領域に放出された冷却空気７は、ガスタービン動翼１に対して仕事をし、ガスタービン動翼１を回転させる駆動力を生じさせる。したがって、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなる、又は、冷却空気孔６から放出される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出される構造を採用することにより、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させることができる。ここで、高圧側領域に放出された冷却空気７の一部は、ケーシング９とフィン５の間のチップクリアランス９ａを通過し得る。しかしながら、チップクリアランス９ａを通過する冷却空気７の流量は相対的に少ないので、ガスタービン動翼１に対して仕事をする効果に対する影響は小さい。

ここで、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率の向上の観点では、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が多いことが有利である。例えば、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量を１００％とした場合に、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合が７０％以上であることが好ましい。また、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率の向上の観点では、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出されることが最も有利である。

しかしながら、その一方で、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合が大きく、低圧側領域に放出される冷却空気７の流量が少なすぎると、チップシュラウド４の低圧側領域に位置する部分の冷却が不十分になる場合があり得る。図７は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全流量を特定値で一定とした時における、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合と、チップシュラウド４の低圧側領域に位置する部分の部材の温度上昇の関係を示すグラフである。温度上昇は、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合が５０％である場合に０であるとして定義されている。強度の観点からチップシュラウド４において部材の温度上昇は２０℃以下とすることが好ましく、この場合には、図７によると、温度上昇の観点から高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合が７０％以下に制限されることになる。この場合、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合が７０％であることが好ましい。

しかしながら、後述のように、複数設けられている冷却空気孔６のうちの少なくとも一本がチップシュラウド４の低圧側領域の部分を通過した上で高圧側領域に冷却空気７を放出するように構成されている場合には、チップシュラウド４の低圧側領域に位置する部分の冷却の問題は小さい。この場合には、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量の占める割合を増大させることができ、設計によっては冷却空気孔６から放出される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出される構造を採用することもできる。

図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂに図示されている構造では、チップシュラウド４の側面（即ち、翼形部３が接合されている内周面及びフィン５が接合されている外周面とを連結する面）に冷却空気孔６が開口されている。しかしながら、図５Ｃに図示されているように、冷却空気孔６は、フィン５が接合されている外周面に開口されてもよい。図５Ｃには、外周面から高圧側領域に冷却空気７を放出する冷却空気孔６が図示されている。

ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率の向上の観点では、上述された高圧側領域に放出される冷却空気７と低圧側領域に放出される冷却空気７の比率の調節に加え、冷却空気孔６から冷却空気７が放出される方向とガスタービン動翼１の回転方向（ロータディスクの周方向に沿った方向で、ガスタービン動翼１が回転する方向）との関係を最適化することも有効である。図４Ａ、図４Ｂを再度に参照して、チップシュラウド４に供給された冷却空気７の全量のうち、５０％よりも多い流量の冷却空気７が回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド４から放出されることが好ましく、より好適には、７０％以上の流量の冷却空気７が回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出されることが好ましい。このような方向に冷却空気７が放出されると、反作用によってガスタービン動翼１に対して仕事をするので、ガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させることができる。図４Ａ、図４Ｂでは、複数の冷却空気孔６のうち冷却空気孔６ｂのみが冷却空気７を回転方向と同一方向の速度成分を持つように放出しており、他の冷却空気孔６は、冷却空気７を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出している。このような構造では、チップシュラウド４の冷却空気孔６から冷却空気７の全流量のうち、半分よりも多い流量、又は、７０％以上の流量の冷却空気７を回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出することができる。

一層にガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させるためには、図８Ａ、図８Ｂに図示されているように、チップシュラウド４に供給された冷却空気７の全量をガスタービン動翼１の回転方向と反対方向の速度成分を持つようにチップシュラウド４から放出することが好適である。図８Ａ及び図８Ｂに図示されたチップシュラウド４は、それぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに図示されたチップシュラウド４から冷却空気孔６ｂを除去した構造を有している。このような構造では、チップシュラウド４の冷却空気孔６から放出される冷却空気７の全量がガスタービン動翼１の回転方向と反対方向の速度成分を持つように放出される。これにより、一層にガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させることができる。

上述の実施形態において、ガスタービン動翼１の翼形部３の内部の冷却構造は、図３に図示されている冷却構造以外にも様々に変更可能である。図９は、他の冷却構造の一例である。図９の翼形部３の冷却構造では、翼形部３の内部の空洞１６に、コア支持リブ１４と傾斜タービュレータ１５とが設けられている。コア支持リブ１４は、翼形部３の構造を保持するための構造部材である。空洞１６は、冷却空気７が翼形部３の内面を冷却しながら流れて翼形部３の先端に到達するように構成されており、傾斜タービュレータ１５が冷却空気７の流れを乱すことで、翼形部３が効果的に冷却される。

翼形部３の冷却構造が変更される場合には、その変更に応じて冷却空気孔６の構造も変更され得る。例えば、図９の冷却構造が採用される場合には、図１０に図示されているように、冷却空気孔６は、翼形部３の内部の空洞１６に連通するように構成される。

図１１は、本発明の他の実施形態におけるチップシュラウド４の構造を示す平面図であり、図１２は、図１１のＪ−Ｊ断面における断面図である。図１１、図１２のチップシュラウド４の構造では、チップシュラウド４の内部に、翼形部３の複数の冷却流路１３に連通するキャビティ８が設けられ、チップシュラウド４の冷却空気孔６は、そのキャビティ８に接続される。キャビティ８は、冷却空気７の適正な配分を実現することに寄与する。例えば、図１１の構造では、チップシュラウド４のうち高い熱応力が作用する部分（図１１では、高応力部Ｘ、Ｙ）に多くの冷却空気７を供給することを可能にする。即ち、高応力部Ｘの近傍を通過する冷却空気孔６には、翼形部３の２本分の冷却流路１３からの冷却空気７がキャビティ８から供給される。同様に、高応力部Ｙを通過する冷却空気孔６には、１．５本分の冷却流路１３からの冷却空気７がキャビティ８から供給される。

図１３は、本発明の更に他の実施形態におけるチップシュラウド４の構造を示す平面図である。例えば図４Ｂに図示されているように、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量を高圧側領域に放出する構造では、チップシュラウド４のうちの低圧側領域に位置する部分の冷却が不十分になる可能性があるが、図１３のチップシュラウド４は、低圧側領域に位置する部分の冷却に関する問題に対処するための構造を有している。

図１３のチップシュラウド４では、冷却空気孔６の一部（図１３では符号６ｃで図示されている冷却空気孔）が、翼形部３からの冷却空気７が供給される位置（図１３では、冷却通路１３の位置）から高温ガスの下流側に延伸して（詳細には、高温ガスの下流の方向の成分を有する方向に延伸して）低圧側領域の特定位置に到達し、更に、その特定位置から高圧側領域に設けられた開口に到達するように延伸している。このような構造では、たとえチップシュラウド４に供給される冷却空気７の多くの割合（最も端的には全量）を高圧側領域に放出する構造であっても、低圧側領域に位置する部分を十分に冷却することができる。

上述されたようなチップシュラウド４の冷却空気孔６の構造は、その製作工程が複雑になり得る。チップシュラウド４の冷却空気孔６は、放電加工によって形成され得る。放電加工は、金属の構造体に貫通穴を設ける最も典型的な方法である。しかしながら、この放電加工によって冷却空気孔６を製作する場合には、図４Ａ、図４Ｂに図示されているようなチップシュラウド４を貫通していない冷却空気孔６を精度よく作製することは困難な場合がある。図１３に図示されているような屈曲した形状の冷却空気孔６は、その作製はより難しくなる。以下では、貫通していない冷却空気孔６や屈曲した形状の冷却空気孔６を製作するための製作工程について述べる。

図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の一実施形態における冷却空気孔６の製作工程を示す平面図である。まず、図１４Ａに図示されているように、チップシュラウド４の高圧側領域の位置と低圧側領域の位置とを貫通する貫通穴２１が形成される。この貫通穴２１は、例えば、放電加工で形成することが簡便である。ここで、後の工程により、翼形部３からの冷却空気７が供給される位置から高温ガスの下流側に延伸して低圧側領域の特定位置に到達し、更に、その特定位置から高圧側領域に設けられた開口に到達するように延伸する冷却空気孔６に加工される貫通穴２１については、隣接する貫通穴２１を連通させる連通部２２が形成され、その連通部２２に接続するように貫通穴２１が形成される。連通部２２は、低圧側領域に開口している。貫通穴２１を放電加工するために使用される放電電極が複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている場合には、このような連通部２２は、放電電極の根元部分までチップシュラウド４に挿入することで容易に形成できる。これにより、貫通穴２１は高圧側領域と低圧側領域の両方に開口を持つことになる。

続いて、図１４Ｂに図示されているように、貫通穴２１及び連通部２２の不必要な開口が閉塞され、冷却空気孔６の製作が完了する。不必要な開口の閉塞は、例えば、閉止板２３をチップシュラウド４に溶接することで行ってもよく、ろう付けによって金属ろう２４を貫通穴２１の開口付近に充填することで行ってもよい。このとき、図１４Ｂに図示されているように、低圧側領域に位置する開口を全て閉塞してもよく、また、高圧側領域に位置する開口の一部を閉塞してもよい。重要なことは、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなる、又は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出される構造を実現することである。

上記では、冷却空気孔６が、翼形部３の冷却流路１３（又は空洞１６）から延伸する流路として構成されている実施形態について記載されているが、チップシュラウド４の冷却構造及びチップシュラウド４から冷却空気７を放出する構造はこれに限定されない。高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなる、又は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出される構造は、様々な構造で実現され得る。例えば、図１５及び図１６に図示されているように、内部に空洞３０が設けられるような冷却構造を採用するチップシュラウド４についても、本発明は適用可能である。

詳細には、図１５に図示されているチップシュラウド４の構造では、チップシュラウド４の空洞３０に連通する開口３１が翼形部３に設けられ、冷却空気７が開口３１を介して空洞３０の内部に導入される。空洞３０にはピンフィン３２が設けられており、そのピンフィン３２によって冷却空気７の流れが乱されることでチップシュラウド４が効果的に冷却される。チップシュラウド４の内部の空洞３０に導入された冷却空気７は、チップシュラウド４の端に設けられた開口３３から放出される。ここで、図１５に図示されているチップシュラウド４の構造では、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全部が高圧側領域に放出されるように開口３３が設けられている。即ち、開口３３が高圧側領域にのみ設けられ、低圧側領域には設けられていない。図１５では、全ての開口３３が高圧側領域に設けられているが、高圧側領域に放出される冷却空気７の流量が低圧側領域に放出される冷却空気７の流量よりも多くなるのであれば、一部の開口３３が低圧側領域に設けられてもよい。

一方、図１６に図示されているチップシュラウド４の構造でも、チップシュラウド４の空洞３０にピンフィン３２が設けられ、更に、空洞３０に導入された冷却空気７を放出する開口３３がチップシュラウド４の端に設けられている。加えて、図１６の構造では、チップシュラウド４の空洞３０に隔壁３４が形成されている。この隔壁３４により、翼形部３からの冷却空気７が供給される位置（図１６では、冷却流路１３の位置）から高温ガスの下流側に延伸して（詳細には、高温ガスの下流の方向の成分を有する方向に延伸して）低圧側領域の特定位置に到達し、更に、その特定位置から高圧側領域に設けられた開口３３に連通するように延伸している流路３５が形成されている。図１６の構造では、低圧側領域の部分を通過する冷却空気７が確保され、図１３の構造と同様に、チップシュラウド４の低圧側領域の部分の冷却の問題を解消することができる。

以上に述べられた実施形態では、各チップシュラウド４に単一のフィン５が設けられている構成が図示されているが、各チップシュラウド４に軸方向に複数のフィンが設けられる場合がある。図１７には、３枚のフィン５ａ〜５ｃが設けられたチップシュラウド４が図示されている。この場合には、高温ガスの流れの最も下流側に位置するフィン５ｃによって高圧側領域と低圧側領域とを規定する。フィン５ｃよりも高温ガスの上流側の領域（即ち、高圧側領域）に放出される冷却空気７の流量をフィン５ｃよりも下流側の領域（即ち、低圧側領域）に放出される冷却空気７の流量よりも多くするか、又は、チップシュラウド４に供給される冷却空気７の全量が高圧側領域に放出されることで、本発明の作用効果が得られる。なお、この場合、冷却空気７が高圧側領域に放出される位置は、図１７の領域（１）〜（３）の何れであってもよい。ここで、領域（１）はフィン５ａよりも上流側の領域であり、領域（２）はフィン５ａ、５ｂの間の領域であり、領域（３）はフィン５ｂ、５ｃの間の領域である。領域（１）〜（３）の複数に冷却空気７が放出されてもよい。

ただし、一層にガスタービンの出力及び／又はエネルギー効率を向上させるという観点では、冷却空気７が高圧側領域に放出される位置としては領域（１）が最も好ましく、次に領域（２）が好ましい。

以上には本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されると解釈してはならず、当業者に自明的な様々な変更がなされて実施され得る。また、上記の実施形態は、技術的に相反しない限り、複数が組み合わせて実施され得ることに留意されたい。

１：ガスタービン動翼
２：翼根部
３：翼形部
４：チップシュラウド
５、５ａ、５ｂ、５ｃ：フィン
６、６ａ、６ｂ、６ｃ：冷却空気孔
７：冷却空気
８：キャビティ
９：ケーシング
９ａ：チップクリアランス
１１：空洞
１２：ピンフィン
１３：冷却流路
１４：コア支持リブ
１５：傾斜タービュレータ
１６：空洞
２１：貫通穴
２２：連通部
２３：閉止板
２４：金属ろう
３０：空洞
３１：開口
３２：ピンフィン
３３：開口
３４：隔壁
３５：流路

Claims (7)

1. 高温ガスを受けて動作するガスタービン動翼であって、
   翼面が形成された翼形部と、
   前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドと、
   前記外周面に設けられたフィン
   とを具備し、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
   前記チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された前記冷却空気を放出するように構成され、
   前記フィンよりも前記高温ガスの流れの上流側である高圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量が、前記フィンよりも前記高温ガスの流れの下流側である低圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量よりも多く、
   前記チップシュラウドは、前記翼形部から前記冷却空気が供給される位置から前記高温ガスの下流側の方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、前記特定位置から前記高圧側領域に設けられた開口に連通する流路を有しており、
   前記チップシュラウドに供給された前記冷却空気の少なくとも一部が、前記高圧側領域に設けられた前記開口から放出される
   ガスタービン動翼。
2. 高温ガスを受けて動作するガスタービン動翼であって、
   翼面が形成された翼形部と、
   前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドと、
   前記外周面に設けられたフィン
   とを具備し、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
   前記チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された前記冷却空気を放出するように構成され、
   前記チップシュラウドに供給される前記冷却空気の全量が、前記フィンよりも前記高温ガスの流れの上流側である高圧側領域に放出され、
   前記チップシュラウドは、前記翼形部から前記冷却空気が供給される位置から前記高温ガスの下流側の方向の成分を有する方向に延伸して特定位置に到達し、前記特定位置から前記高圧側領域に設けられた開口に連通する流路を有している
   ガスタービン動翼。
3. 高温ガスを受けて動作するガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
   前記ガスタービン動翼が、
   翼面が形成された翼形部と、
   前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドと、
   前記外周面に設けられたフィン
   とを具備し、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
   前記チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された前記冷却空気を放出するように構成され、
   前記フィンよりも前記高温ガスの流れの上流側である高圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量が、前記フィンよりも前記高温ガスの流れの下流側である低圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量よりも多く、
   前記高圧側領域に放出される前記冷却空気の流量が、前記チップシュラウドに供給される前記冷却空気の全量の７０％以上であり、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに前記冷却空気を供給する冷却通路を有し、
   前記チップシュラウドは、前記冷却通路から供給された前記冷却空気を放出する冷却空気孔を有し、
   当該製造方法が、
   前記チップシュラウドの前記高圧側領域の位置と前記低圧側領域の位置とを貫通する貫通穴を作製する工程と、
   前記貫通穴を前記低圧側領域において閉塞して前記冷却空気孔を形成する工程
   とを具備する
   ガスタービン動翼の製造方法。
4. 高温ガスを受けて動作するガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
   翼面が形成された翼形部と、
   前記翼形部の先端に接合された内周面と、前記内周面に対向する外周面を有するチップシュラウドと、
   前記外周面に設けられたフィン
   とを具備し、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに冷却空気を供給するように構成され、
   前記チップシュラウドは、その内部空間を介して供給された前記冷却空気を放出するように構成され、
   前記フィンよりも前記高温ガスの流れの上流側である高圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量が、前記フィンよりも前記高温ガスの流れの下流側である低圧側領域に前記チップシュラウドから放出される前記冷却空気の流量よりも多く、
   前記高圧側領域に放出される前記冷却空気の流量が、前記チップシュラウドに供給される前記冷却空気の全量の７０％以上であり、
   前記翼形部は、前記チップシュラウドに前記冷却空気を供給する空洞を有し、
   前記チップシュラウドは、前記空洞から供給された前記冷却空気を放出する複数の冷却空気孔を有し、
   当該製造方法が、
   前記チップシュラウドの前記高圧側領域の位置と前記低圧側領域の位置とを貫通する貫通穴を作製する工程と、
   前記貫通穴を前記低圧側領域において閉塞して前記冷却空気孔を形成する工程
   とを具備する
   ガスタービン動翼の製造方法。
5. 請求項１に記載のガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
   前記チップシュラウドの前記高圧側領域の位置と前記低圧側領域の位置とを貫通する複数の貫通穴と、前記貫通穴を連通し、且つ、前記低圧側領域に開口する連通部を形成する工程と、
   前記連通部を前記低圧側領域において閉塞して前記流路を形成する工程
   とを具備する
   ガスタービン動翼の製造方法。
6. 請求項２に記載のガスタービン動翼を製造する製造方法であって、
   前記チップシュラウドの前記高圧側領域の位置と前記フィンよりも前記高温ガスの流れの下流側である低圧側領域の位置とを貫通する複数の貫通穴と、前記貫通穴を連通し、且つ、前記低圧側領域に開口する連通部を形成する工程と、
   前記連通部を前記低圧側領域において閉塞して前記流路を形成する工程
   とを具備する
   ガスタービン動翼の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の製造方法であって、
   前記貫通穴と前記連通部は、複数の放電棒とそれを支持する根元部分とで構成されている放電電極を前記チップシュラウドに挿入することで形成される
   ガスタービン動翼の製造方法。
   

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