JP5940686B2

JP5940686B2 - タービン翼

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Publication number: JP5940686B2
Application number: JP2015000305A
Authority: JP
Inventors: 藤村　大悟; 大悟藤村
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP2015063997A

Description

本発明は、タービン翼に関し、特に、ガスタービンのタービン翼をインピンジメント冷却によって冷却する冷却構造に関する。

ガスタービンのタービン翼（静翼及び動翼）は、燃焼ガスに晒されるため、何らかの冷却機構によって冷却する必要がある。タービン翼を冷却するための一つの方法は、インピンジメント冷却である。例えば、中空構造の翼壁内に挿入されたインピンジメント板に冷却媒体（典型的には冷却空気）を噴出する孔が設けられ、その孔から翼壁の内面に冷却媒体が噴射することでタービン翼が冷却される。一般には、タービン翼に挿入されるインサートがインピンジメント板として使用される。インピンジメント冷却によってガスタービンの高温部材（特に、タービン静翼）を冷却する技術については、例えば、特開２００２−１６１７０５号公報、特表２００３−５３２８２１号公報、特許第３１１０２２７号、特開平６−０９３８０１号公報、特開平９−４１９９１号公報、及び、特開平９−５３４０６号公報に開示がある。

タービン翼のインピンジメント冷却における一つの問題は、インサートと翼内面との間の隙間において翼内面に沿った方向に冷却媒体が流れる現象、即ち、いわゆるクロスフローである。翼壁の内面に衝突した冷却媒体は、翼内面に沿った方向に向きを変えて流れる。この流れが、翼壁の内面に向けて噴出される冷却媒体と干渉すると、冷却効率が低下してしまう。

特開２０１０−３８１４１号公報は、クロスフローを低減するための技術を開示している。図１は、この公報に開示されたインピンジメント冷却による冷却構造を示す斜視図である。図１の冷却構造では、複数のノズル管１０９が、高温部材１０５（例えば、タービン翼の翼壁）の冷却面１０５ａに沿って設けられている。ノズル管１０９には、冷却面１０５ａに対向する位置に空気噴出口１０９ａが設けられており、更に、冷却面１０５ａのノズル管１０９の間の位置にリブ１１５が設けられている。この構造では、ノズル管１０９から高温部材１０５の冷却面１０５ａに向けて噴出した噴流が、冷却面１０５ａに衝突した後、ノズル管１０９の間の間隙から高温部材１０５の冷却面１０５ａの反対側へ流れる。図１では、高温部材１０５の冷却面１０５ａの反対側への冷却媒体の流れが符号ｆで図示されている。図１のような構造によれば、クロスフローを低減して冷却効率を向上させることができる。

しかしながら、発明者の検討によれば、この技術には、更なる改良の余地がある。即ち、図１の冷却構造では、高温部材１０５を冷却した後の冷却媒体の流れが十分に制御されない。高温部材を冷却した後の冷却媒体の流れを積極的に制御することには、技術的な利点がある。例えば、冷却媒体の流れを積極的に制御して冷却媒体を効率よく回収すれば、冷却媒体の再利用の上で好ましい。

特開２００２−１６１７０５号公報特表２００３−５３２８２１号公報特許第３１１０２２７号特開平６−０９３８０１号公報特開平９−４１９９１号公報特開平９−５３４０６号公報特開２０１０−３８１４１号公報

したがって、本発明の目的は、インピンジメント冷却を行うタービン翼において、クロスフローを低減すると共に冷却媒体の流れを積極的に制御し、冷却媒体を効率よく回収することを可能にする技術を提供することにある。

本発明の一の観点では、タービン翼が、翼壁と、翼壁の内部に形成された空間に挿入されたインサートとを具備する。インサートは、翼壁の内面に対向するように設けられ、翼壁に対向する位置に第１孔及び第２孔を備えた外側インサート板と、翼壁の反対側の外側インサート板の面に対向して設けられた内側インサート板と、外側インサート板と内側インサート板とを連結するブリッジとを備えている。翼壁と外側インサート板との間の第１空間と外側インサート板の反対側の内側インサート板の面に接する第２空間とを連通する開口がブリッジを通過して設けられている。開口は、第１孔及び第２孔の間に位置している。外側インサート板と内側インサート板との間の第３空間に供給された冷却媒体が第１孔及び第２孔から翼壁の内面に噴射される。このような構造では、例えば第１孔から翼壁の内面に噴射された冷却媒体が第２孔から噴射された冷却媒体に干渉せずに開口から回収される。加えて、翼壁の内面に噴射された冷却媒体が第２空間に回収されるように冷却媒体の流れが制御され、冷却媒体を効率よく回収できる。

外側インサート板が、翼壁に向けて突出する第１突出部及び第２突出部を備えており、第１孔が第１突出部に設けられ、第２孔が第２突出部に設けられ、開口が第１突出部と第２突出部の間に設けられてもよい。このような構成では、第１孔と第２孔と翼壁の内面の距離を低減して冷却効率を向上しながら、クロスフローを抑制できる。

その代わりに、第１孔及び第２孔と、その間に設けられた開口の翼壁の側の端とが、略同一平面上にあってもよい。

第２空間に回収された冷却媒体は、当該タービン翼の他の部分に供給されて冷却に使用されてもよく、当該タービン翼の外部に回収されてもよい。

本発明の他の観点では、翼壁と、翼壁の内部に形成された空間に挿入されたインサートとを具備する。インサートは、翼壁の内面に対向するように設けられ、翼壁に対向する位置に孔を備えた外側インサート板と、翼壁の反対側の外側インサート板の面に対向して設けられた内側インサート板と、外側インサート板と内側インサート板とを連結する第１及び第２ブリッジとを備えている。翼壁と外側インサート板との間の第１空間と外側インサート板の反対側の内側インサート板の面に接する第２空間とを連通する第１開口及び第２開口が、それぞれ、第１及び第２ブリッジを通過して設けられている。外側インサート板に設けられた孔は、第１及び第２開口の間に位置している。第２空間に供給された冷却媒体は、第１及び第２開口から翼壁の内面に噴射される。このような構造では、例えば第１開口から翼壁の内面に噴射された冷却媒体が第２開口から噴射された冷却媒体に干渉せずに外側インサート板に設けられた孔から回収される。加えて、翼壁の内面に噴射された冷却媒体が外側インサート板と内側インサート板との間の第３空間に回収されるように冷却媒体の流れが制御され、冷却媒体を効率よく回収できる。

第３空間に回収された冷却媒体は、当該タービン翼の他の部分に供給されて冷却に使用されてもよく、当該タービン翼の外部に回収されてもよい。

本発明の更に他の観点では、インピンジメント冷却構造が、冷却対象に対向するように設けられ、冷却対象に対向する位置に第１孔及び第２孔を備えた外側インピンジメント板と、冷却対象の反対側の外側インピンジメント板の面に対向して設けられた内側インピンジメント板と、外側インピンジメント板と内側インピンジメント板とを連結するブリッジとを備えている。冷却対象と外側インピンジメント板との間の第１空間と外側インピンジメント板の反対側の内側インピンジメント板の面に接する第２空間とを連通する開口が、ブリッジを通過して設けられている。開口は、第１孔及び第２孔の間に位置している。外側インピンジメント板と内側インピンジメント板との間の第３空間に供給された冷却媒体が、第１孔及び第２孔から冷却対象に噴射される。

本発明の更に他の観点では、インピンジメント冷却構造が、冷却対象の内面に対向するように設けられ、冷却対象に対向する位置に孔を備えた外側インピンジメント板と、冷却対象の反対側の外側インピンジメント板の面に対向して設けられた内側インピンジメント板と、外側インピンジメント板と内側インピンジメント板とを連結する第１及び第２ブリッジとを備えている。冷却対象と外側インピンジメント板との間の第１空間と外側インピンジメント板の反対側の内側インピンジメント板の面に接する第２空間とを連通する第１開口及び第２開口は、それぞれ、第１及び第２ブリッジを通過して設けられている。外側インピンジメント板に設けられた孔は、第１及び第２開口の間に位置している。第２空間に供給された冷却媒体が第１及び第２開口から冷却対象に噴射される。

本発明によれば、インピンジメント冷却を行うタービン翼において、クロスフローを低減すると共に冷却媒体の流れを積極的に制御し、冷却媒体を効率よく回収することができる。

従来のインピンジメント冷却による冷却構造を示す斜視図である。本発明の実施形態のガスタービン静翼が使用されているガスタービンの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態のガスタービン静翼の構造を示す断面図である。第１の実施形態のガスタービン静翼の前縁近傍の内部空間に挿入された２重構造のインサートの構造を示す断面図である。第１の実施形態のガスタービン静翼の後縁近傍における内部空間に挿入された２重構造のインサートの構造を示す断面図である。第１の実施形態の２重構造のインサートの構造を示す斜視図である。第１の実施形態の２重構造のインサートの構造を示す正面図である。第１の実施形態の２重構造のインサートの、Ｉ−Ｉ断面における構造を示す断面図である。第１の実施形態の２重構造のインサートの、ＩＩ−ＩＩ断面における構造を示す断面図である。第２の実施形態のガスタービン静翼の構造を示す断面図である。第２の実施形態の２重構造のインサートの構造を示す斜視図である。第２の実施形態の２重構造のインサートの構造を示す断面図である。第２の実施形態におけるガスタービン静翼の他の構造を示す断面図である。第２の実施形態におけるガスタービン静翼の更に他の構造を示す断面図である。第３の実施形態のガスタービン静翼の構造を示す断面図である。第３の実施形態における２重構造のインサートの構造を示す正面図である。第３の実施形態の２重構造のインサートの、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面における構造を示す断面図である。第３の実施形態の２重構造のインサートの、ＩＶ−ＩＶ断面における構造を示す断面図である。第２の実施形態のガスタービン静翼の構造の変形例を示す断面図である。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態のガスタービン静翼が使用されているガスタービン、特に、燃焼器１から第１列目の静翼１０に燃焼ガスが流れ込む部分の構造を示す図である。燃焼器１の尾筒の末尾に設けられた取付フランジ２と外側シュラウド４とが、尾筒出口シール３を介して固定されている。静翼１０は、外側シュラウド４と内側シュラウド５の間に固定されている。燃焼ガス８が燃焼器１から静翼１０の列に向けて流れ込むと、該燃焼ガス８が静翼１０によって所望の方向に向けられて静翼１０の下流に位置する動翼（図示されない）を回転させ、これにより回転駆動力が得られる。図１には第１列目の静翼１０しか図示されていないが、一般には、複数の静翼の列と複数の動翼の列が設けられる。

静翼１０には、外側シュラウド４から冷却空気６が供給される。冷却空気６は、静翼１０の内部に導入されて静翼１０の冷却に使用される冷却媒体である。後述のように、本実施形態では、静翼１０が、冷却空気６の一部が回収されるように構成されている。回収された空気は、図２では回収空気７として図示されている。

図３は、静翼１０の構造を示す断面図である。静翼１０は、翼壁１１と隔壁１２、１３、１４と、インサート１５、１６、１７、１８とを備えている。インサート１５は、静翼１０の前縁付近の翼壁１１と隔壁１２とによって形成される空間Ａに挿入されている。インサート１６は、静翼１０の中央部且つ腹側の、翼壁１１及び隔壁１２、１３、１４によって形成される空間Ｂに挿入されている。インサート１７は、静翼１０の中央部且つ背側の、翼壁１１及び隔壁１２、１３、１４によって形成される空間Ｃに挿入されている。インサート１８は、静翼１０の後縁付近の、翼壁１１及び隔壁１３によって形成される空間Ｄに挿入されている。

ここで、４つのインサートのうち、空間Ａに挿入されたインサート１５と、空間Ｄに挿入されたインサート１８は、２重構造を有している。図４に示されているように、インサート１５は、内側インサート板２１と外側インサート板２２とを備えており、隔壁１２に設けられた支持部１２ａ、１２ｂによって支持されている。内側インサート板２１と外側インサート板２２との間の空間は冷却空気６を供給するための流路として使用され、その冷却空気６は、外側インサート板２２に設けられた孔から翼壁１１の内壁に噴出されてインピンジメント冷却に使用される。翼壁１１の内壁に衝突した冷却空気は、内側インサート板２１と外側インサート板２２とを貫通するように設けられた通路を介して内側インサート板２１の内側の空間（即ち、内側インサート板２１の外側インサート板２２と反対側の面に接する空間）に導入され、回収される。回収される冷却空気は、符号７で図示されている。図５に示されているインサート１８でも同様に、インサート１８は、内側インサート板２１と外側インサート板２２とを備えた２重構造を有している。ただし、インサート１８では、内側インサート板２１で囲まれた空間に回収された冷却空気は、冷却ピン２０が設けられた静翼１０の尾部に導入されて静翼１０の尾部の冷却に使用された後、静翼１０の後縁に設けられた開口から静翼１０の外部に放出される。後述されるように、このような２重構造は、クロスフローを低減させながら、翼壁１１の内壁に衝突した冷却空気の流れを内側インサート板２１の内部に誘導し、回収空気７として回収することを可能にする。インサート１５、１８で使用されている２重構造については、後に詳細に説明する。

一方、図３に図示されている構造では、インサート１６、１７は、一般的な１重構造を有している。インサート１６、１７の内部空間に導入された冷却空気は、それらに設けられた孔を介して翼壁１１の内壁に吹き付けられる。翼壁１１に吹き付けられた冷却空気は、翼壁１１に設けられた冷却孔１９を介して静翼１０の外部に噴出され、翼壁１１の外面のフィルム冷却に使用される。ただし、インサート１６、１７についても、上述の２重構造を適用することは可能であることに留意されたい。

以下、本実施形態のインサート１５、１８で使用されている２重構造について、詳細に説明する。以下では、インサート１５の構造について詳細に説明するが、インサート１８についても同様の構造を有している。

図６は、内側インサート板２１と外側インサート板２２の構造を示す斜視図であり、図７は、外側インサート板２２を翼壁１１から見た正面図である。また、図８Ａは、図７のＩ−Ｉ断面における内側インサート板２１と外側インサート板２２の構造を示す断面図であり、図８Ｂは、図７のＩＩ−ＩＩ断面における内側インサート板２１と外側インサート板２２の構造を示す断面図である。

図８Ａ、図８Ｂに図示されているように、翼壁１１に対向するように外側インサート板２２が設けられ、その外側インサート板２２に対向するように内側インサート板２１が設けられる。外側インサート板２２には、翼壁１１に向かって突出する突出部２２ａが設けられておりその突出部２２ａの先端に孔２３が設けられている。図６、図７に示されているように、突出部２２ａは、冷却空気６の流れに平行な方向に延伸するように設けられており、孔２３は、冷却空気６の流れに平行な方向に並んで配置されている。

図８Ｂに図示されているように、内側インサート板２１と外側インサート板２２とは、中空ブリッジ２５によって連結されている。中空ブリッジ２５は中空であり、中空ブリッジ２５の内部空間は、図６に図示されているように、翼壁１１と外側インサート板２２との間の空間と外側インサート板２２と反対側の内側インサート板２１の面に隣接する空間とを連通する開口２４として使用される。開口２４及び中空ブリッジ２５は、２つの突出部２２ａの間（即ち、２つの孔２３の列の間）に設けられている。

以下、このような構造のインサート１５を用いたインピンジメント冷却について説明する。図８Ａに図示されているように、内側インサート板２１と外側インサート板２２の間の空間に供給された冷却空気６は、外側インサート板２２に設けられた孔２３から翼壁１１に向かって噴出される。翼壁１１に衝突した冷却空気は、図８Ｂに図示されているように、２つの孔２３の列の間に設けられた開口２４から内側インサート板２１の内部の空間に導入される。内側インサート板２１の内側の空間は、回収空気７を回収するための流路として利用される。このような構造のインサート１５は、ある列の孔２３から噴出された冷却空気が、翼壁１１に衝突した後、他の列の孔２３の近傍に流れてクロスフローを発生させることを防ぐことができ、インピンジメント冷却の冷却効率を向上させることができる。加えて、冷却空気の流れが開口２４を介して内側インサート板２１の内部の空間に誘導されるので、冷却空気の流れを効率よく制御して冷却空気を回収することができる。

加えて、翼壁１１に向けて突出部２２ａが突出している構造は、翼壁１１と孔２３との距離を近くする一方で、外側インサート板２２の突出部２２ａの間の部分と翼壁１１の間の距離を大きくすることを可能にしている。このような構造は、第１に、翼壁１１と孔２３との距離を近くすることでインピンジメント冷却の冷却効率を向上させるという利点がある。第２に、翼壁１１に衝突した冷却空気を外側インサート板２２の突出部２２ａの間の部分と翼壁１１の間の空間が大きくなることでクロスフローが一層に発生しにくくなるという利点がある。

（第２の実施形態）
図９、図１０、図１１は、本発明の第２の実施形態のガスタービン静翼の構造を図示しており、特に、２重構造を有するインサートの別の構造を示している。図９〜図１１の構造では、２重構造が、静翼１０の中央部且つ腹側の、翼壁１１及び隔壁１２、１３、１４によって形成される空間Ｂに挿入されるインサート１６Ａに適用されている。インサート１６Ａは、隔壁１２に設けられた支持部１２ｃと隔壁１３に設けられた支持部１３ａによって支持されている。

図９〜図１１に図示されているインサート１６Ａは、図６、図７、図８Ａ、図８Ｂのインサート１５と類似した構造を有しているが、突出部２２ａが設けられていない点が異なる。図１０を参照して、インサート１６Ａは、内側インサート板３１と外側インサート板３２を備えている。外側インサート板３２には、孔３３が設けられている。孔３３は、冷却空気６が流入する方向に並んで配置されている。内側インサート板３１と外側インサート板３２は、中空ブリッジ３５と端部ブリッジ３６によって連結されている。端部ブリッジ３６は、内側インサート板３１と外側インサート板３２の端を連結しており、この端部ブリッジ３６が、隔壁１２に設けられた支持部１２ｃに連結されている。加えて、図１１に図示されているように、中空ブリッジ３５の内部が、外側インサート板３２と翼壁１１の間の空間と外側インサート板３２と反対側の内側インサート板３１の面に接する空間を連通する開口３４として使用される。開口３４は、２つの孔３３の列の間に位置している。本実施形態では、外側インサート板３２に突出部が設けられていないため、特定の２つの孔３３の列とその間に設けられた開口３４の翼壁１１の側の端は、略同一平面上にある。

このような構造のインサート１６Ａでは、以下のようにしてインピンジメント冷却が行われる。冷却空気６は、内側インサート板３１と外側インサート板３２の間の空間に供給される。内側インサート板３１と外側インサート板３２の間の空間に供給された冷却空気６は、外側インサート板３２に設けられた孔３３から翼壁１１に向かって噴出される。図９に示されているように、翼壁１１に衝突した冷却空気は、２つの孔３３の列の間に設けられた開口３４から、内側インサート板３１と隔壁１４の間の空間に回収される。

ここで、図９の構造では、インサート１６Ａの内側インサート板３１と隔壁１４の間の空間に回収された冷却空気が、更に、翼壁１１の背側の部分をインピンジメント冷却するために使用される。詳細には、隔壁１４には、静翼１０の中央部の腹側の空間Ｂと背側の空間Ｃとを連通する開口１４ａが設けられている。空間Ｃには、翼壁１１の内壁に対向するインサート１７Ａが設けられている。インサート１７Ａは、隔壁１２に設けられた支持部１２ｄと隔壁１３に設けられた支持部１３ｂとによって支持されている。インサート１７Ａには、インピンジメント冷却のための孔が設けられている。内側インサート板２１と隔壁１４の間の空間に回収された冷却空気は、開口１４ａを介して空間Ｃに導入され、更に、インサート１７Ａに設けられた孔を介して翼壁１１の内面に噴射される。翼壁１１の内面に噴射された冷却空気は、冷却孔１９を介して静翼１０の外部に噴出され、翼壁１１の外面のフィルム冷却に使用される。

第２の実施形態のインサート１６Ａは、第１の実施形態のインサート１５と同様に、ある列の孔３３から噴出された冷却空気が、翼壁１１に衝突した後、他の列の孔３３の近傍に流れてクロスフローを発生させることを防ぐことができ、インピンジメント冷却の冷却効率を向上させることができる。加えて、冷却空気の流れが開口３４を介して内側インサート板３１と隔壁１４の間の空間に誘導されるので、冷却空気の流れを効率よく制御して冷却空気を回収することができる。

加えて、第２の実施形態のインサート１６Ａは、外側インサート板３２に突出部が設けられていないため、第１の実施形態のインサート１５と比較すると、設置に必要なスペースが小さく、孔３３の列の間の位置における冷却ムラが小さくなり、また、インサート１６Ａを形成するための加工が容易であるという利点もある。

なお、図１２に図示されているように、隔壁１４が設けられない構成も可能である。この場合でも、外側インサート板３２から孔３３を介して腹側の翼壁１１の内面に噴射された冷却空気が、開口３４を介して、外側インサート板３２の反対側の内側インサート板３１の面に接する空間に回収される。回収された冷却空気は、インサート１７Ａに設けられた孔を介して背側の翼壁１１の内面に噴射される。翼壁１１の内面に噴射された冷却空気は、冷却孔１９を介して静翼１０の外部に噴出され、翼壁１１の外面のフィルム冷却に使用される。

また、図１３に図示されているように、内側インサート板３１と隔壁１４の間の空間に回収された冷却空気が、静翼１０の後縁付近の翼壁１１と隔壁１３とで形成される空間Ｄに導入され、空間Ｄにおけるインピンジメント冷却に利用されてもよい。この場合、空間Ｄには、翼壁１１の内面に沿ってインサート１８Ａが設けられる。インサート１８Ａは、隔壁１３に設けられた支持部１３ｃ、１３ｄと、翼壁１１の内面に設けられた支持部１１ａによって支持される。インサート１８Ａには、インピンジメント冷却に使用される多数の孔が設けられている。内側インサート板３１と隔壁１４の間の空間に回収された冷却空気は、隔壁１３に設けられた開口１３ｅを介して空間Ｄに導入され、更に、インサート１８Ａに設けられた孔を介して翼壁１１の内面に噴射される。腹側の翼壁１１の内面に噴射された冷却空気は、冷却孔１９を介して静翼１０の外部に噴出され、翼壁１１の外面のフィルム冷却に使用される。一方、背側の翼壁１１の内面に噴射された冷却空気は、冷却ピン２０が設けられた静翼１０の尾部に導入されて静翼１０の尾部の冷却に使用された後、静翼１０の後縁に設けられた開口から静翼１０の外部に放出される。

（第３の実施形態）
図１４、図１５、図１６Ａ、１６Ｂは、本発明の第３の実施形態のガスタービン静翼の構造を図示しており、特に、２重構造を有するインサートの別の態様を示している。第３の実施形態では、２重構造が、静翼１０の後縁付近の翼壁１１と隔壁１３とで形成される空間Ｄに挿入されるインサート１８Ｂに適用される。

インサート１８Ｂは、空間トポロジーとしては、上述の第２の実施形態のインサート１６Ａと同様の構造を有しているが、冷却空気の流れが逆方向であるように構成されている。即ち、図１４に図示されているように、インサート１８Ｂは、内側インサート板４１の内部に供給された冷却空気６がインピンジメント冷却に使用され、インピンジメント冷却に使用された冷却空気が内側インサート板４１と外側インサート板４２の間の空間に回収されるように構成されている。以下、インサート１８Ｂの構造について詳細に説明する。

図１６Ａ、図１６Ｂに図示されているように、内側インサート板４１と外側インサート板４２は、中空ブリッジ４５によって連結されている。中空ブリッジ４５の内部が、外側インサート板４２と翼壁１１の間の空間と外側インサート板４２と反対側の内側インサート板４１の面に接する空間を連通する開口４４として使用される。図１５に図示されているように、外側インサート板４２には、複数の孔４３が設けられており、これらの孔４３から、外側インサート板４２と翼壁１１の間の空間と内側インサート板４１と外側インサート板４２の間の空間は、孔４３を介して連通している。本実施形態では、開口４４のそれぞれは、孔４３と比較して小さな面積を有している。

このような構造のインサート１８Ｂでは、以下のようにしてインピンジメント冷却が行われる。冷却空気６は、内側インサート板４１の内側の空間（外側インサート板４２と反対側の内側インサート板４１の面に接する空間）に供給される。内側インサート板４１の内側の空間に供給された冷却空気６は、開口４４を介して翼壁１１の内面に向かって噴射される。翼壁１１に衝突した冷却空気は、２つの開口４４の列の間に設けられた孔４３から、内側インサート板４１と外側インサート板４２の空間に回収される。内側インサート板４１と外側インサート板４２の間の空間に回収された冷却空気は、図１４に図示されているように、冷却ピン２０が設けられた静翼１０の尾部に導入されて静翼１０の尾部の冷却に使用された後、静翼１０の後縁に設けられた開口から静翼１０の外部に放出される。

第３の実施形態のインサート１８Ｂは、第１及び第２の実施形態のインサート１５、１６Ａと同様に、ある列の開口４４から噴出された冷却空気が、翼壁１１に衝突した後、他の列の開口４４の近傍に流れてクロスフローを発生させることを防ぐことができ、インピンジメント冷却の冷却効率を向上させることができる。加えて、冷却空気の流れが孔４３を介して内側インサート板４１と外側インサート板４２の間の空間に誘導されるので、冷却空気の流れを効率よく制御して冷却空気を回収することができる。

上述のいずれの実施形態においても、図１７に図示されているように、翼壁１１の内面に、翼壁１１に衝突した冷却空気の流れを制御するための突起５０が設けられてもよい。突起５０は、翼壁１１から外側インサート板２２、３２、４２に向けて突出するように設けられる。なお、図１７には、第２の実施形態の構造において、翼壁１１の内面に突起５０が設けられている構成が図示されている。突起５０は、冷却空気を翼壁１１に噴射する孔２３、３３又は開口４４の列の間の位置に設けられる。突起５０は、孔２３、３３又は開口４４の列の方向と平行な方向に延伸するリブとして構成されてもよく、孔２３、３３又は開口４４の列の方向と平行な方向に並べられたピンの列として構成されてもよい。

上記には、本発明の様々な実施形態が具体的に述べられているが、本発明は、上記の実施形態に限定されて解釈してはならない。特に、回収された冷却空気が上述の実施形態で言及された用途に限定されず、様々な用途で利用可能であることは、当業者には理解されよう。例えば、冷却空気が、回収空気７として静翼１０の外部に回収され、他の部品（例えば、ガスタービン静翼、ガスタービン静翼を支持する分割環（シュラウド、リングセグメント等とも呼ばれる）、燃焼器のライナー（内筒、尾筒）等）の冷却に使用されることも可能である。また、用途に応じて、冷却空気の代わりに他の冷却媒体を使用することも可能である。更に、上述の実施形態では静翼１０の冷却について述べられているが、本願発明が、原理的には、他の部材（例えば、ガスタービンの動翼）のインピンジメント冷却に応用可能であることは、当業者には容易に理解されよう。

１：燃焼器
２：取付フランジ
３：尾筒出口シール
４：外側シュラウド
５：内側シュラウド
６：冷却空気
７：回収空気
１０：静翼
１１：翼壁
１１ａ：支持部
１２、１３、１４：隔壁
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ：支持部
１４ａ、１３ｅ：開口
１５、１６、１６Ａ、１７、１７Ａ、１８、１８Ａ、１８Ｂ：インサート
１９：冷却孔
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：空間
２０：冷却ピン
２１：内側インサート板
２２：外側インサート板
２２ａ：突出部
２３：孔
２４：開口
２５：中空ブリッジ
３１：内側インサート板
３２：外側インサート板
３３：孔
３４：開口
３５：中空ブリッジ
３６：端部ブリッジ
４１：内側インサート板
４２：外側インサート板
４３：孔
４４：開口
４５：中空ブリッジ
５０：突起
１０５：高温部材
１０５ａ：冷却面
１０９：ノズル管
１０９ａ：空気噴出口
１１５：リブ

Claims

翼壁と、
前記翼壁の内部に形成された空間に挿入された第１インサート
とを具備し、
前記第１インサートは、
前記翼壁の第１内面に対向するように設けられ、前記第１内面に対向する位置に第１孔及び第２孔を備えた外側インサート板と、
前記翼壁の反対側の前記外側インサート板の面に対向して設けられた内側インサート板と、
前記外側インサート板と前記内側インサート板とを連結するブリッジ
とを備え、
前記翼壁と前記外側インサート板との間の第１空間と前記外側インサート板の反対側の前記内側インサート板の面に接する第２空間とを連通する開口が前記ブリッジを通過して設けられ、
前記開口が前記第１孔及び前記第２孔の間に位置し、
前記外側インサート板と前記内側インサート板との間の第３空間に供給された冷却媒体が前記第１孔及び前記第２孔から前記翼壁の前記第１内面に噴射され、
前記翼壁の内面に噴射された前記冷却媒体は、前記開口を介して前記第２空間に導入され、
前記第２空間に供給された前記冷却媒体が、前記翼壁の前記第１内面と対向する第２内面に噴射されて前記第２内面の冷却に使用される
タービン翼。
請求項１に記載のタービン翼であって、
更に、
前記翼壁の内部に形成された空間に、前記第２内面に対向するように設けられた第２インサートを具備し、
前記第２インサートは、前記第２内面に対向する位置に第３孔を備えており、
前記第２空間に供給された前記冷却媒体が、前記第３孔から前記翼壁の前記第２内面に噴射される
タービン翼。
請求項１又は２に記載のタービン翼であって、
前記第２空間に供給された前記冷却媒体の全量が前記第２内面の冷却に使用される
タービン翼。
請求項１乃至３のいずれかに記載のタービン翼であって、
前記翼壁には、前記第２内面と当該タービン翼の外部とを連通する冷却孔が設けられ、
前記翼壁の前記第２内面に噴射された冷却媒体が、前記冷却孔を介して当該タービン翼の外部に噴出され、当該タービン翼の外面のフィルム冷却に使用される
タービン翼。
請求項１乃至４のいずれかに記載のタービン翼であって、
前記第１内面は、前記翼壁の腹側の部分の内面であり、
前記第２内面は、前記翼壁の背側の部分の内面である
タービン翼。
請求項１乃至５のいずれかに記載のタービン翼であって、
前記第１孔及び前記第２孔と、その間に設けられた前記開口の翼壁の側の端は、略同一平面上にある
タービン翼。
翼壁と、
前記翼壁の内部に形成された空間に挿入されたインサート
とを具備し、
前記インサートは、
前記翼壁の内面に対向するように設けられ、前記翼壁に対向する位置に孔を備えた外側インサート板と、
前記翼壁の反対側の前記外側インサート板の面に対向して設けられた内側インサート板と、
前記外側インサート板と前記内側インサート板とを連結する第１ブリッジ及び第２ブリッジ
とを備え、
前記翼壁と前記外側インサート板との間の第１空間と前記外側インサート板の反対側の前記内側インサート板の面に接する第２空間とを連通する第１開口及び第２開口が、それぞれ、前記第１ブリッジ及び前記第２ブリッジを通過して設けられ、
前記外側インサート板に設けられた前記孔は、前記第１開口及び前記第２開口の間に位置し、
前記第２空間に供給された冷却媒体が、前記第１開口及び前記第２開口から前記翼壁の内面に噴射され、
前記翼壁の内面に噴射された前記冷却媒体は、前記外側インサート板に設けられた前記孔を介して前記外側インサート板と前記内側インサート板との間の第３空間に導入され、
前記孔の面積が、前記第１開口及び前記第２開口の面積よりも広い
タービン翼。
請求項７に記載のタービン翼であって、
前記第３空間の前記冷却媒体が、当該タービン翼の他の部分に供給されて冷却に使用される
タービン翼。
請求項７に記載のタービン翼であって、
前記第３空間の前記冷却媒体が、当該タービン翼の外部に回収される
タービン翼。
請求項７に記載のタービン翼であって、
前記第１開口は、複数であり、且つ、第１方向に並んで配置され、
前記第２開口は、複数であり、且つ、前記第１方向に並んで配置され、
前記孔は、前記第１方向に長い形状に形成されている
タービン翼。