JP6344869B2 - タービン静翼、タービン、及び、タービン静翼の改造方法 - Google Patents

タービン静翼、タービン、及び、タービン静翼の改造方法 Download PDF

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Description

本発明は、タービン静翼、これを備えるタービン、及び、タービン静翼の改造方法に関する。
本願は、２０１４年６月３０日に出願された特願２０１４−１３４４４２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来のタービンには、例えば特許文献１のように、タービンの径方向に延びる翼本体と、翼本体の延在方向の両端に設けられる板状の外側シュラウド及び内側シュラウドとを備えるタービン静翼が設けられている。翼本体の内部には、タービンの径方向に蛇行するサーペンタイン流路が設けられている。このサーペンタイン流路に冷却媒体（冷却空気）が流れることで、翼本体が冷却されるようになっている。
特許文献１のタービンでは、サーペンタイン流路を通過した後の冷却媒体を、内側シュラウドよりもタービンの径方向内側の空間に導いた上で、タービンの軸方向に隣り合うタービン静翼の内側シュラウドとタービン動翼のプラットフォームとの隙間から燃焼ガス通路に流出させている。これにより、燃焼ガス通路を通過する燃焼ガスが、内側シュラウドよりもタービンの径方向内側の空間に侵入することを防いでいる。
特許文献２のタービン静翼は、サーペンタイン流路が形成されていると共に、内側シュラウドの後縁側に複数の冷却空気穴を設けている。特許文献２のタービン静翼は、冷却空気の一部を内側シュラウドの後縁の冷却に利用している。
従来のタービン静翼における内側シュラウドの後縁側の冷却構造の一例を、図１３から図１５に示す。図１３に示すように、タービン静翼３Ａの外側シュラウド（不図示）から供給された冷却空気は、サーペンタイン流路３０に入り、翼本体２１を冷却する。その後、冷却空気は、サーペンタイン流路３０のうち最も翼本体２１の後縁端２１Ｂ側に位置する最下流メイン流路３１Ｂに流入する。最下流メイン流路３１Ｂを流れる冷却空気は、翼本体２１の後縁端２１Ｂから燃焼ガス中に排出される際、翼本体２１の後縁部分を対流冷却している。
一方、内側シュラウド２２の径方向内側にはキャビティＣＢが配置され、外側シュラウドからキャビティＣＢに冷却空気が供給される。図１５に示すように、内側シュラウド２２の後縁側には、第一の端部である一端がキャビティＣＢに連通し、第二の端部である他端が内側シュラウド２２のタービン軸方向下流端に開口する冷却通路７０が形成されている。冷却通路７０は、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成されている。冷却通路７０は、内側シュラウド２２の周方向に複数配列されている。複数に配列された冷却通路７０は、主に内側シュラウド２２の後縁側を冷却している。
図１４に示すように、サーペンタイン流路３０は、サーペンタイン流路３０の最下流に位置する最下流メイン流路３１Ｂの下流端において、内側シュラウド２２内に形成された末端流路３１Ｃに接続されている。末端流路３１Ｃの下流側には、末端流路３１Ｃと、キャビティＣＢのタービン軸方向下流側に位置するディスクキャビティＣＤとを連通する流出通路２９が設けられている。なお、末端流路３１Ｃが内側シュラウド２２のリブ２６の上流側端面２６ａに開口する開口部は、蓋２６ｂ等で閉塞されている。流出通路２９を設けることにより、内側シュラウド２２の内部を流れる冷却空気は、サーペンタイン流路３０の末端流路３１Ｃ近辺の内側シュラウド２２を冷却すると共に、ディスクキャビティＣＤのパージ空気の一部にも利用されている。
特開平１０−２５２４１０号公報 特開平１０−２５２４１１号公報
しかしながら、タービン静翼の構造によっては、内側シュラウドの後縁部の冷却通路を、内側シュラウドの周方向に一様に配列できない場合がある。すなわち、内側シュラウドを周方向から見た場合（図１５に示す断面ＸＩ―ＸＩ）、冷却通路の一端がキャビティに連通し、冷却通路の他端は内側シュラウドの下流側端面で燃焼ガス中に開口している。一方、最下流メイン流路の下流端における翼本体と内側シュラウドとの接合部分の周辺には、図１３および図１４（断面Ｘ―Ｘ）に示すように、末端流路が存在する。このため、末端流路が存在する領域に上記した冷却通路を配置しようとしても、末端流路と冷却通路が干渉して、冷却通路を設けることが困難になる。これにより、冷却通路を周方向に均一な間隔で配置することができない。その結果として、内側シュラウドの後縁部において、内側シュラウドの周方向の冷却が不均一になり、周方向に温度分布が生じて、高温部に酸化減肉が発生する、というおそれがある。
上記したサーペンタイン流路を通過した冷却媒体の温度は、通過する前の温度と比較して高くなるものの、依然としてタービン静翼を冷却できる程度に低い。
本発明は、内側シュラウドの後縁部の不均一な冷却に伴って発生する高温部の酸化減肉を抑制して、サーペンタイン流路を通過した冷却媒体を有効活用できるタービン静翼、これを備えるタービン、及び、タービン静翼の改造方法を提供する。
この課題を解決するために、本発明に係る第一の態様としてのタービン静翼は、タービンの径方向に延在する翼本体と、該翼本体の径方向内側の端部に設けられる板状の内側シュラウドと、前記翼本体の径方向外側の端部に設けられる板状の外側シュラウドと、を備え、前記翼本体は、その内部において径方向に蛇行し、互いに連通して形成され、冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備え、前記サーペンタイン流路は、前記径方向に延びる複数のメイン流路を有し、前記内側シュラウド及び前記外側シュラウドのうち一方のシュラウドは、一端が前記サーペンタイン流路の前記翼本体の最も後縁端側に配置された最下流メイン流路の下流端側に開口する末端流路と、一端が前記末端流路に開口し、他端が前記一方のシュラウドの後縁の下流側端面に開口して、前記サーペンタイン流路を前記一方のシュラウドの外部に連通させる冷却通路と、一端が前記一方のシュラウドのうち前記翼本体が配される第一主面と反対側に位置する第二主面に設けられたキャビティに開口すると共に、他端が前記一方のシュラウドの後縁に開口して、前記キャビティ内の冷却媒体を通過させる第二冷却通路と、を備え、該第二冷却通路が、前記冷却通路である第一冷却通路と前記タービンの周方向に間隔をあけて配置されている。
上記したタービン静翼によれば、冷却媒体がサーペンタイン流路を流れて翼本体を冷却した後、冷却通路を流れる。これにより、一方のシュラウドの後縁側の部分（後縁部）を均一に冷却することが可能となり、シュラウドの高温部の酸化減肉を抑制することができる。サーペンタイン流路を通過した後の冷却媒体が使い回しされ、冷却媒体を有効活用することができる。
本発明に係る第二の態様としてのタービン静翼では、第一の態様において、前記キャビティの軸方向の下流側端面は、前記サーペンタイン流路の最下流メイン流路より軸方向の上流側に配置されていてもよい。
本発明に係る第三の態様としてのタービン静翼では、第一または第二の態様において、前記冷却通路が、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成され、前記一方のシュラウドの周方向において、前記サーペンタイン流路の最下流メイン流路が前記一方のシュラウドと接合する位置の範囲内に設けられていてもよい。
本発明に係る第四の態様としてのタービン静翼では、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記冷却通路が、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成され、前記一方のシュラウドの周方向において、少なくとも前記サーペンタイン流路の末端流路が配置された領域を含んで設けられていてもよい。
本発明に係る第五の態様としてのタービン静翼では、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記冷却通路が、その一端と他端との間において前記タービンの周方向に延びる拡幅キャビティ部を備えてもよい。
本発明に係る第六の態様としてのタービン静翼では、第五の態様において、前記冷却通路が、前記タービンの周方向に互いに間隔をあけて配列され、前記拡幅キャビティ部から前記タービンの軸方向に延びて前記一方のシュラウドの後縁に開口する複数の分岐通路を備えてもよい。
これらの構成によれば、冷却通路を流れる冷却媒体によって冷却される一方のシュラウドの後縁側の領域をタービンの周方向に拡大することができる。すなわち、サーペンタイン流路を通過した後の冷却媒体をさらに有効に活用することができる。
本発明に係る第七の態様としてのタービン静翼では、第一から第六の態様のいずれか一つにおいて、前記一方のシュラウドは、一端が前記一方のシュラウドのうち前記翼本体が配される第一主面と反対側に位置する第二主面に設けられたキャビティに開口すると共に、他端が前記一方のシュラウドの後縁に開口して、前記キャビティ内の冷却媒体を通過させる第二冷却通路を備え、該第二冷却通路が、前記冷却通路である第一冷却通路と前記タービンの周方向に間隔をあけて配されてもよい。
上記構成によれば、一方のシュラウドの後縁部のうち翼本体の後縁近傍に位置する領域は、前述したように第一冷却通路を通過する冷却媒体によって冷却することができる。一方のシュラウドの後縁部のうち翼本体の後縁近傍からタービンの周方向にずれた領域を、第二冷却通路を通過する冷却媒体によって冷却することができる。
すなわち、一方のシュラウドの後縁部全体を効率よく冷却することが可能となる。
本発明に係る第八の態様としてのタービンは、ロータと、前記ロータの周囲を囲むタービンケーシングと、前記ロータの外周に固定されるタービン動翼と、前記タービンケーシングの内周に固定され、前記タービン動翼と前記ロータの軸方向に交互に配列される第一から第七の態様のいずれか一つの前記タービン静翼と、を備える。
本発明に係る第八の態様としてのタービン静翼の改造方法は、タービンの径方向に延在する翼本体と、該翼本体の径方向内側の端部に設けられる板状の内側シュラウドと、前記翼本体の径方向外側の端部に設けられる板状の外側シュラウドと、を備え、前記翼本体が、その内部において径方向に蛇行し、互いに連通して形成され、冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備え、前記サーペンタイン流路は、前記径方向に延びる複数のメイン流路を有し、前記内側シュラウド及び前記外側シュラウドのうち一方のシュラウドは、一端が前記一方のシュラウドのうち前記翼本体が配される第一主面と反対側に位置する第二主面により画定されるキャビティに開口すると共に、他端が前記一方のシュラウドの後縁に開口して、前記キャビティ内の冷却媒体を通過させる冷却通路を備えるタービン静翼の改造方法であって、前記一方のシュラウドに形成され、一端が前記サーペンタイン流路の前記翼本体の最も後縁端側に配置された最下流メイン流路の下流端側に開口する末端流路と、第二冷却通路である前記冷却通路に対して前記タービンの周方向に間隔をあけて配置され、一端が前記末端流路に開口し、他端が前記一方のシュラウドの後縁の下流側端面に開口して、前記サーペンタイン流路を前記一方のシュラウドの外部に連通させる第一冷却通路を形成する通路形成工程を実行する。
本発明によれば、一方のシュラウドの後縁部の周方向の温度分布が均一化され、一方のシュラウドの高温部の酸化減肉が抑制される。サーペンタイン流路を通過した後の冷却媒体が使い回しされ、冷却媒体を有効活用することができる。その結果、冷却空気量が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。
本発明の第一実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す半断面図である。 本発明の第一実施形態に係るタービン静翼を翼型中心線Ｑに沿って切断した断面図であって、図３におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 従来のタービン静翼の内側シュラウドの後縁部の冷却通路とサーペンタイン流路の末端流路との位置関係を示す図である。 改造前のタービン静翼の一例を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係るタービン静翼の改造方法を示すフローチャートである。 本発明の第二実施形態に係るタービン静翼をタービン周方向に沿って切断した断面図である。 本発明の第二実施形態の第一変形例に係るタービン静翼をタービン周方向に沿って切断した断面図である。 本発明の第二実施形態の第二変形例に係るタービン静翼をタービン周方向に沿って切断した断面図である。 本発明の第二実施形態の第三変形例に係るタービン静翼をタービン周方向に沿って切断した断面である。 図１１におけるＶ―Ｖ線断面図である。 従来のタービン静翼の内側シュラウドの後縁側の冷却通路を示す部分平面図である。 図１３におけるＸ―Ｘ線断面図である。 図１３におけるＸＩ―ＸＩ線断面図である。
〔第一実施形態〕
以下、図１〜６を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンＧＴは、圧縮空気ｃを生成する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃから供給される圧縮空気ｃに燃料を供給して燃焼ガスｇを生成する複数の燃焼器Ｂと、燃焼器Ｂから供給される燃焼ガスｇにより回転動力を得るタービンＴと、を備える。ガスタービンＧＴにおいては、圧縮機ＣのロータＲＣとタービンＴのロータＲＴとが、それぞれの軸端で連結されてタービン軸Ｐ上に延びている。
以下の説明では、タービンＴのロータＲＴの延在方向をタービン軸方向、ロータＲＴの円周方向をタービン周方向、ロータＲＴの半径方向をタービン径方向と呼ぶ。
タービンＴは、ロータＲＴと、ロータＲＴの周囲を囲むタービンケーシング１と、タービン動翼２と、タービン静翼３と、を備える。ロータＲＴは、タービン軸方向に配列された複数のロータディスクによって構成される。
図１及び図２に示すように、タービン動翼２は、ロータＲＴの外周に固定されている。タービン動翼２は、タービン周方向に間隔をあけて複数配列されている。タービン動翼２は、環状の動翼列を構成している。環状の動翼列がタービン軸方向に配列されている。
タービン動翼２は、翼本体１１とプラットフォーム１２と翼根部１３とを、タービン径方向の外側から内側に上記の順に配列して構成されている。翼本体１１は、ロータＲＴの外周からタービン径方向外側に向けて延びている。プラットフォーム１２は、ロータＲＴ側（タービン径方向の内側）に位置する翼本体１１の径方向内側の端部（翼本体１１の基端部）に設けられている。プラットフォーム１２は、翼本体１１の基端部に対してタービン軸方向及びタービン周方向に延びている。翼根部１３は、プラットフォーム１２に対してタービン径方向の内側に連ねて形成されている。翼根部１３は、ロータＲＴの外周に形成された翼根溝に嵌合することで、ロータＲＴに拘束される。
図１〜図３に示すように、タービン静翼３は、タービンケーシング１の内周に固定されている。タービン静翼３は、タービン周方向に間隔をあけて複数配列されている。タービン静翼３は、環状の静翼列を構成している。環状の静翼列がタービン軸方向に配列されている。この静翼列及び前述した動翼列は、タービン軸方向に交互に配列されている。これにより、タービン動翼２及びタービン静翼３が、タービン軸方向に交互に配列される。
図２及び図３に示すように、タービン静翼３は、タービン径方向に延在する翼本体２１と、翼本体２１の径方向内側の端部（翼本体２１の先端部）に設けられる板状の内側シュラウド２２と、翼本体２１の径方向外側の端部（翼本体２１の基端部）に設けられる板状の外側シュラウド２３と、を備える。
翼本体２１の先端部は、外側シュラウド２３に対向する内側シュラウド２２の第一主面２２ａに接合されている。翼本体２１の基端部は、内側シュラウド２２に対向する外側シュラウド２３の第一主面２３ａに接合されている。
外側シュラウド２３は、翼本体２１の基端部に対してタービン軸方向及びタービン周方向に延びている。外側シュラウド２３は、タービンケーシング１の内周に固定されている。外側シュラウド２３のうち第一主面２３ａ側と径方向の反対側に位置する第二主面２３ｂ側とには、外側シュラウド２３及びタービンケーシング１によって、冷却空気（冷却媒体）として機能する圧縮空気ｃが供給される外側キャビティＣＡが形成されている。
内側シュラウド２２は、翼本体２１の先端部に対してタービン軸方向及びタービン周方向に延びている。内側シュラウド２２は、タービン軸方向に配列された二つのタービン動翼２のプラットフォーム１２の間に配されている。
ここで、タービン軸方向に交互に配列される内側シュラウド２２及びプラットフォーム１２と、これら内側シュラウド２２及びプラットフォーム１２の径方向外側に対向する外側シュラウド２３の内周との間の領域は、タービンＴにおいて燃焼ガスｇが流れる燃焼ガス通路ＧＰとなっている。以下の説明では、タービンＴに対して圧縮機Ｃや燃焼器Ｂが配されるタービン軸方向の第一端部側である一方側（図１〜３において左側）を燃焼ガス通路ＧＰの上流側、タービン軸方向の一方側の反対側となるタービン軸方向の第二端部側である他方側（図１〜３において右側）を燃焼ガス通路ＧＰの下流側と呼ぶ。
以下の説明では、翼本体２１の前縁２１Ａよりも燃焼ガス通路ＧＰの上流側に位置する内側シュラウド２２の端を内側シュラウド２２の上流側端面（前縁）２２Ｃ、翼本体２１の後縁端２１Ｂよりも燃焼ガス通路ＧＰの下流側に位置する内側シュラウド２２の端を内側シュラウド２２の下流側端面（後縁）２２Ｄと呼ぶ。
内側シュラウド２２のうち第一主面２２ａと径方向の反対側に位置する第二主面２２ｂ側には、冷却空気（冷却媒体）として機能する圧縮空気ｃが供給される内側キャビティ（キャビティ）ＣＢが設けられている。内側キャビティＣＢは、内側シュラウド２２と、内側シュラウド２２の第二主面２２ｂから径方向内側に突出し、タービン軸方向に互いに間隔をあけて配列された上流側リブ２５及び下流側リブ２６と、内側シュラウド２２の第二主面２２ｂに対向するように上流側リブ２５及び下流側リブ２６の突出方向先端部に固定されるシールリング２７と、によって囲まれた空間である。すなわち、内側キャビティＣＢのタービン軸方向の上流側端面は、上流側リブ２５の下流側端面２５ａに相当している。内側キャビティＣＢのタービン軸方向の下流側端面は、下流側リブ２６の上流側端面２６ａに相当している。
上記内側キャビティＣＢのタービン軸方向の両側には、ディスクキャビティＣＣ及びディスクキャビティＣＤが形成されている。ディスクキャビティＣＣ及びディスクキャビティＣＤは、タービン軸方向に相互に対向するタービン動翼２の翼根部１３及び前述のロータディスクと、タービン静翼３に設けられた上流側リブ２５と、下流側リブ２６と、シールリング２７と、によって囲まれた空間である。各ディスクキャビティＣＣ及びディスクキャビティＣＤは、内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間の隙間から燃焼ガス通路ＧＰに連通している。
内側キャビティＣＢよりも燃焼ガス通路ＧＰの上流側に位置する第一ディスクキャビティＣＣは、シールリング２７に形成された流通孔２８を介して内側キャビティＣＢに連通している。これにより、内側キャビティＣＢ内の圧縮空気ｃの一部が、内側キャビティＣＢから第一ディスクキャビティＣＣに排出される。排出された圧縮空気ｃの一部は、内側シュラウド２２と内側シュラウド２２の上流側端面２２Ｃに対向するプラットフォーム１２との間から燃焼ガス通路ＧＰに流出する。シールリング２７の径方向内側には、ロータディスクからタービン軸方向に延在するリム６１が設けられている。リム６１とシールリング２７の間にはディスクシール６２が設けられている。第一ディスクキャビティＣＣ側からディスクシール６２を介して下流側の第二ディスクキャビティＣＤに漏れ出した圧縮空気ｃは、同様に、下流側の燃焼ガス通路ＧＰに排出される。圧縮空気ｃの一部が、第一ディスクキャビティＣＣ及び第二ディスクキャビティＣＤに排出され、パージ空気として燃焼ガス通路ＧＰに排出される。これにより、燃焼ガスｇが第一ディスクキャビティＣＣ及び第二ディスクキャビティＣＤに逆流することを防止している。
翼本体２１は、その内部においてタービン径方向に蛇行して形成され、冷却空気（冷却媒体）として機能する圧縮空気ｃが流れるサーペンタイン流路３０を備える。
サーペンタイン流路３０は、タービン径方向に延びる折り返し流路で形成された複数（図示例では五つ）のメイン流路３１と、隣り合うメイン流路３１同士を接続する複数（図示例では四つ）のリターン流路３２と、を備える。
複数のメイン流路３１のうち最も翼本体２１の前縁２１Ａ側に配される最上流メイン流路３１Ａは、外側シュラウド２３にその厚さ方向に貫通して形成された流入通路３３を介して外側キャビティＣＡに連通している。複数のメイン流路３１のうち最も翼本体２１の後縁端２１Ｂ側に配される最下流メイン流路３１Ｂは、翼本体２１と内側シュラウド２２との接合位置から内側シュラウド２２において径方向内側に延在する末端流路３１Ｃに接続されている。末端流路３１Ｃは、内側シュラウド２２に形成された後述の第一冷却通路４０を介してタービン静翼３の外部に連通している。なお、図２に示す内側シュラウド２２には、末端流路３１Ｃと第二ディスクキャビティＣＤとを連通する流出通路２９が形成されているが、流出通路２９はプラグ等で閉塞されている。
これにより、冷却空気（冷却媒体）として機能する圧縮空気ｃは、外側キャビティＣＡから外側シュラウド２３の流入通路３３を通じて最上流メイン流路３１Ａに流入する。その後、圧縮空気ｃは、サーペンタイン流路３０を通り、最下流メイン流路３１Ｂから内側シュラウド２２の末端流路３１Ｃを介して第一冷却通路４０に流入する。すなわち、本実施形態では、最上流メイン流路３１Ａの径方向外側の端部がサーペンタイン流路３０の上流端となっている。本実施形態では、最下流メイン流路３１Ｂの径方向内側の末端流路３１Ｃがサーペンタイン流路３０の下流端となっている。
翼本体２１には、最下流メイン流路３１Ｂの流路壁面から翼本体２１の後縁端２１Ｂまで貫通する冷却孔３４が複数形成されている。複数の冷却孔３４は、タービン径方向に間隔をあけて配列されている。これにより、最下流メイン流路３１Ｂを流れる圧縮空気ｃの一部が冷却孔３４に流れ込み、翼本体２１の後縁部を対流冷却して、後縁端２１Ｂから燃焼ガス通路ＧＰに流出する。
内側シュラウド（一方のシュラウド）２２は、一端がサーペンタイン流路３０の下流端側の末端流路３１Ｃに開口すると共に、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する第一冷却通路４０を備える。サーペンタイン流路３０は、この第一冷却通路４０によって燃焼ガス通路ＧＰ（内側シュラウド２２の外部）に連通されている。本実施形態の第一冷却通路４０は、翼本体２１のサーペンタイン流路３０の下流端の末端流路３１Ｃから内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄまで延びて形成されている。本実施形態の第一冷却通路４０は、燃焼ガスｇの流れ方向に沿って形成されている。
これにより、サーペンタイン流路３０の下流端から流出した圧縮空気ｃは、第一冷却通路４０に流れ込み、内側シュラウド２２の後縁部を対流冷却して、下流側端面２２Ｄから外部に流出する。具体的に、圧縮空気ｃは内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄから内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに対向するプラットフォーム１２との間の隙間に流出する。
図３及び図４に示すように、本実施形態のタービン静翼３の内側シュラウド２２は、一端が内側シュラウド２２の第二主面２２ｂ側に設けられた内側キャビティＣＢに開口すると共に、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する第二冷却通路５０を備える。第二冷却通路５０は、内側キャビティＣＢ内の圧縮空気ｃを流して内側シュラウド２２の後縁部を冷却する通路である。第二冷却通路５０は、前述した第一冷却通路４０に対してタービン周方向に間隔をあけて配列されている。
本実施形態では、第二冷却通路５０の一部が前述した上流側リブ２５及び下流側リブ２６のうち燃焼ガス通路ＧＰの下流側に位置する下流側リブ２６にも形成されている。その上で、第二冷却通路５０の一端が、下流側リブ２６のうち内側キャビティＣＢを画成する上流側端面２６ａに開口している。本実施形態では、第二冷却通路５０がタービン周方向に間隔をあけて複数配列されている。第二冷却通路５０は、第一冷却通路４０のタービン周方向の両側に配されている。図３において、第二冷却通路５０は第一冷却通路４０に平行するように直線状に延びているが、これに限ることはない。
これにより、内側キャビティＣＢ内の圧縮空気ｃの一部が第二冷却通路５０に流れ込み、内側シュラウド２２の後縁部を対流冷却して、下流側端面２２Ｄから外部に流出する。
図２及び図３に示すように、本実施形態のタービン静翼３は、冷却空気（冷却媒体）として機能する圧縮空気ｃを外側キャビティＣＡから内側キャビティＣＢに供給する供給チューブ６０を備える。供給チューブ６０は、外側シュラウド２３、翼本体２１、及び内側シュラウド２２を貫通して設けられている。図示例では、供給チューブ６０が、最上流メイン流路３１Ａよりも翼本体２１の後縁端２１Ｂ側に配列された二つのメイン流路３１内を通るように一つずつ設けられているが、これに限ることはない。
ここで、第一冷却通路４０を配置可能な範囲について説明する。
前述のように、従来のサーペンタイン流路を有するタービン静翼３Ａでは、内側シュラウド２２の後縁部を冷却する冷却通路７０とサーペンタイン流路３０の末端流路３１Ｃとが干渉して、冷却通路７０の配置ができない。その結果、内側シュラウド２２の後縁部に不均一な温度分布が生ずる領域が存在する。
図５に示すように、従来のタービン静翼３Ａの内側シュラウド２２に形成される末端流路３１Ｃの範囲を以下に説明する。
前述のように、内側シュラウド２２の内部に形成される末端流路３１Ｃは、サーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂの下流端に上流側が接続する。末端流路３１Ｃは、下流側が下流側リブ２６の上流側端面２６ａに形成された開口部に接続する。すなわち、末端流路３１Ｃの上流端は、翼本体２１が内側シュラウド２２の第一主面２２ａに接合する位置に形成される流路断面Ｋ１Ｌ１Ｍ１で示され、略三角形状の流路断面を有する。ここで、サーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂを形成する内壁のうち最も後縁端２１Ｂに近い点を点Ｋ１とし、最下流メイン流路３１Ｂを形成する前縁側内壁のうち最もタービン回転方向の前方側に位置する点を点Ｌ１とし、回転方向の後方側に位置する点を点Ｍ１としている。
図５及び図６に示すように、末端流路３１Ｃは、下流側リブ２６の上流側端面２６ａに形成された開口部Ｌ２Ｌ３Ｋ２Ｍ２に向けて傾斜流路を形成しつつ、開口部Ｌ２Ｌ３Ｋ２Ｍ２に接続するように形成される。すなわち、第一主面２２ａにおける径方向から見た末端流路３１Ｃの流路断面の形状は、点Ｋ１Ｌ１Ｍ１で囲まれた三角形状の流路断面である。一方、下流側リブ２６の上流側端面２６ａに形成された開口部Ｌ２Ｌ３Ｋ２Ｍ２を軸方向から見た末端流路３１Ｃの流路断面の形状は、上辺（径方向外側の辺）が辺Ｌ２Ｍ２で表示され、下辺（径方向内側の辺）は辺Ｋ２Ｌ３で表示された矩形状を有する。つまり、第一主面２２ａに形成された流路断面Ｋ１Ｌ１Ｍ１のうち、辺Ｋ１Ｌ１は、流路が径方向内側に向かうと共に軸方向上流側に向けて傾斜しつつ、末端流路３１Ｃの底面を形成し、辺Ｋ２Ｌ３に接続する。辺Ｌ１Ｍ１は、同様に、流路が径方向内側に向かうと共に、軸方向上流側に向けて傾斜しつつ、末端流路３１Ｃの天井面を形成し、辺Ｌ２Ｍ２に接続する。すなわち、末端流路３１Ｃは、天井面Ｌ１Ｍ１Ｍ２Ｌ２、底面Ｋ１Ｌ１Ｌ３Ｋ２、回転方向の前方側の側面Ｌ１Ｌ２Ｌ３、及び回転方向の後方側の側面Ｋ１Ｍ１Ｍ２Ｋ２で囲まれた流路で表示される。なお、前述のように、開口部Ｌ２Ｌ３Ｋ２Ｍ２は、蓋２６ｂで閉塞されている。
［作用効果］
前述のように、末端流路３１Ｃが形成された範囲では、キャビティＣＢから内側シュラウド２２のタービン軸方向下流端まで延びる従来の冷却通路７０が末端流路３１Ｃと干渉してしまうため、冷却通路７０を配置することが出来ない。そのため、従来のタービン静翼３Ａでは、図５の右側のグラフに示すように、内側シュラウド２２の後縁部の周方向の温度分布を描いた場合、冷却通路７０が配列されていない領域（冷却通路７０が末端流路３１Ｃと干渉する領域）では温度が高く、その他の領域では温度が低い放物線状の温度分布となる。その結果、従来のタービン静翼３Ａでは、内側シュラウド２２に高温部の酸化減肉が発生する可能性がある。
一方、本発明に係る第一冷却通路４０を設けることにより、前述の冷却通路７０（第二冷却通路５０）を設けることが困難な領域を冷却することが可能である。すなわち、図３に示すように、第一冷却通路４０は、その上流側が末端流路３１Ｃに接続されるように、かつ、下流側が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄにおいて燃焼ガス通路ＧＰに開口するように配置される。そのため、前述した干渉の問題が生じない。
第一冷却通路４０は、図２、図３及び図５に示すように、内側シュラウド２２を径方向から見た場合、内側シュラウド２２の周方向において、末端流路３１Ｃが配置される領域内に設けることができる。別の見方をすれば、内側シュラウド２２の周方向において、翼本体２１が内側シュラウド２２の第一主面２２ａと接合する位置でサーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂが占める範囲が、内側シュラウド２２の後縁部に生ずる酸化減肉に対する対策として、前述の第一冷却通路４０を設けることが最も有効な領域と言える。
第一冷却通路４０には、サーペンタイン流路３０の末端から排出される冷却空気が流れる。すなわち、第一冷却通路４０を通る冷却空気は第二冷却通路５０（冷却通路７０）を流れる冷却空気と異なる。このため、第二冷却通路５０（冷却通路７０）では冷却しきれない内側シュラウド２２の末端流路３１Ｃ近辺、及び、末端流路３１Ｃのタービン軸方向の下流側の領域を冷却可能である。これにより、内側シュラウド２２の後縁部を均一に冷却することができる。すなわち、内側シュラウド２２の後縁部の周方向の温度分布の均一化を図り、内側シュラウド２２の高温部の酸化減肉を抑制することができる。
サーペンタイン流路３０で翼本体２１を冷却した後の冷却空気を用いて上記した領域を冷却するので、冷却空気の使い廻しによる冷却空気の有効利用ができる。
なお、図３においては、第一冷却通路４０が一つしか存在しないが、例えば複数存在してもよい。第一冷却通路４０の口径（流路断面）は、第二冷却通路５０よりも大きいことが望ましい。サーペンタイン流路３０から排出される冷却空気の温度は、第二冷却通路５０を流れる冷却空気よりも高くなり、より多くの冷却空気を流して、冷却効率を上げることが望ましいからである。
第一冷却通路４０は、内側シュラウド２２を径方向から見た場合に、図３に例示するように設けられることに限らず、内側シュラウド２２の周方向において、少なくとも末端流路３１Ｃが配置される領域を含むように設けられればよい。すなわち、第一冷却通路４０は、例えば内側シュラウド２２の周方向において、末端流路３１Ｃが配置される領域からタービン周方向に張り出すように設けられてもよい。
第一冷却通路４０は、内側シュラウド２２を径方向から見た場合に、図３に例示するように設けられることに限らず、内側シュラウド２２の周方向において、少なくとも翼本体２１と内側シュラウド２２の第一主面２２ａとの接合位置におけるサーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂの占有範囲を含むように設けられればよい。すなわち、第一冷却通路４０は、例えば内側シュラウド２２の周方向において、上記した最下流メイン流路３１Ｂの占有範囲からタービン周方向に張り出すように設けられてもよい。
以上のように構成されるガスタービンＧＴにおけるタービン静翼３は、図６に示すように、第一冷却通路４０を備えない従来のタービン静翼３Ａを改造することで得ることが可能である。
従来のタービン静翼３Ａには、サーペンタイン流路３０の下流端の末端流路３１Ｃと、内側シュラウド２２の径方向内側の空間とを連通する流出通路２９が形成されている。図６において、流出通路２９は、サーペンタイン流路３０の下流端と、内側キャビティＣＢよりも燃焼ガス通路ＧＰの下流側に位置する第二ディスクキャビティＣＤとを連通している。図６においては、流出通路２９が、下流側リブ２６に形成されているが、例えば内側シュラウド２２に形成されてもよい。
このため、従来のタービン静翼３Ａでは、サーペンタイン流路３０の下流端から流出した圧縮空気ｃが、流出通路２９を通じて第二ディスクキャビティＣＤに排出され、内側シュラウド２２と内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに対向するプラットフォーム１２との間の隙間から燃焼ガス通路ＧＰに流出する。これにより、流出通路２９を通じて第二ディスクキャビティＣＤに排出された圧縮空気ｃは、前述のディスクシール６２から漏れ出した圧縮空気ｃ（図２参照）と共に、パージガスとして用いられ、燃焼ガス通路ＧＰを通過する燃焼ガスｇが内側シュラウド２２とプラットフォーム１２の間から第二ディスクキャビティＣＤに侵入することを防ぐ。
上記したような従来のタービン静翼３Ａから本実施形態のタービン静翼３を得るためのタービン静翼の改造方法では、図７に示すように、内側シュラウド２２に、一端がサーペンタイン流路３０の下流端の末端流路３１Ｃに開口すると共に、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口し、サーペンタイン流路３０を内側シュラウド２２の外部に連通させる第一冷却通路４０を形成する通路形成工程Ｓ１を実行すればよい。
図６に例示した流出通路２９を有する従来のタービン静翼３Ａを改造する場合には、図７に示すように通路形成工程Ｓ１の後、あるいは、通路形成工程Ｓ１の前に、流出通路２９を封止する通路封止工程Ｓ２を実行すればよい。通路封止工程Ｓ２では、例えば流出通路２９をプラグ等によって閉塞すればよい。
次に、本実施形態のガスタービンＧＴにおけるタービン静翼３の作用について説明する。
圧縮空気ｃは、外側キャビティＣＡから流入通路３３を介してサーペンタイン流路３０に流入し、サーペンタイン流路３０の上流端から下流端に向けて流れることで、翼本体２１を冷却する。サーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂを流れる圧縮空気の一部が冷却孔３４に排出され、翼本体２１の後縁端２１Ｂから燃焼ガス通路ＧＰに流出する。その結果、圧縮空気ｃは、翼本体２１の後縁端２１Ｂ側の部分を冷却する。
サーペンタイン流路３０の末端流路３１Ｃから流出した圧縮空気ｃは、第一冷却通路４０に流れ込み、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄから内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間に流出する。
これにより、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄ側の部分（後縁部）、特に内側シュラウド２２の後縁部のうち、従来のタービン静翼では冷却が十分でなかったサーペンタイン流路３０の最下流メイン流路３１Ｂと内側シュラウド２２の第一主面２２ａとが接合する位置を含んで、その位置から下流側端面２２Ｄまでの領域が冷却される。圧縮空気ｃが第一冷却通路４０から内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間の隙間に流出することで、前述のディスクシール６２から漏れ出した圧縮空気ｃと共に、燃焼ガス通路ＧＰを通過する燃焼ガスｇが内側シュラウド２２とプラットフォーム１２の間の隙間から第二ディスクキャビティＣＤに侵入することを防いでいる。
外側キャビティＣＡ内の圧縮空気ｃは、供給チューブ６０を通じて内側キャビティＣＢにも流入する。内側キャビティＣＢに流入した圧縮空気ｃは、主にシールリング２７の流通孔２８を介して第一ディスクキャビティＣＣに流入する。その後、圧縮空気ｃは、内側シュラウド２２と内側シュラウド２２の上流側端面２２Ｃに対向するプラットフォーム１２との間から燃焼ガス通路ＧＰに流出する。これにより、燃焼ガス通路ＧＰを通過する燃焼ガスｇが内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間の隙間から第一ディスクキャビティＣＣに侵入することを防いでいる。
内側キャビティＣＢに流入した圧縮空気ｃの一部は、第二冷却通路５０に流れ込み、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄから内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間の隙間に流出する。これにより、内側シュラウド２２の後縁部、特に内側シュラウド２２の後縁部のうち翼本体２１の後縁端２１Ｂ近傍（第一冷却通路４０の近傍）からタービン周方向にずれた領域が冷却される。圧縮空気ｃが第二冷却通路５０から内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間に流出することで、燃焼ガス通路ＧＰを通過する燃焼ガスｇが内側シュラウド２２とプラットフォーム１２の間から第二ディスクキャビティＣＤに侵入することをさらに好適に防いでいる。
以上説明したように、本実施形態のガスタービンＧＴにおけるタービン静翼３によれば、圧縮空気ｃがサーペンタイン流路３０を流れて翼本体２１を冷却した後、第一冷却通路４０を流れることで内側シュラウド２２の後縁部、特に最下流メイン流路３１Ｂと内側シュラウド２２の第一主面２２ａとが接合する位置から下流側端面２２Ｄまでの領域を冷却することが可能となる。すなわち、サーペンタイン流路３０を通過した後の圧縮空気ｃを有効活用することで、冷却空気の使い回しができ、冷却空気量の低減にもつながる。その結果として、ガスタービンＧＴの熱効率が向上する。
本実施形態のタービン静翼３によれば、内側シュラウド２２の後縁部のうち翼本体２１の後縁端２１Ｂ近傍の領域が第一冷却通路４０を流れる圧縮空気ｃにより冷却される。その結果、内側シュラウド２２の後縁部のうち翼本体２１の後縁端２１Ｂ近傍（第一冷却通路４０の近傍）からタービン周方向にずれた領域が第二冷却通路５０を流れる圧縮空気ｃにより冷却できる。そのため、内側シュラウド２２の後縁部全体を効率よく冷却することが可能となる。すなわち、内側シュラウド２２の後縁部を均一に冷却して、内側シュラウド２２の高温部の酸化減肉を抑制することができる。
本実施形態のタービン静翼３によれば、内側シュラウド２２の後縁部の一部がサーペンタイン流路３０を通過した後の圧縮空気ｃ（冷却空気）によって冷却される。そのため、内側シュラウド２２の後縁部全体が第二冷却通路５０を流れる圧縮空気ｃによって冷却される場合と比較して、第二冷却通路５０を通る圧縮空気ｃの量を減らすことができる。すなわち、内側シュラウド２２の後縁部の冷却に必要な圧縮空気ｃの量を減らすことができる。これにより、タービンＴの効率向上を図ることができる。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について、図８を参照して、第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態のタービン静翼３は、第一実施形態と同様の翼本体２１及び内側シュラウド２２を備える。翼本体２１は、第一実施形態と同様のサーペンタイン流路３０を備える。内側シュラウド２２は、第一実施形態と同様に、一端がサーペンタイン流路３０の下流端側に開口すると共に、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する第一冷却通路４０を備える。
本実施形態の第一冷却通路４０は、その一端と他端との間でタービン周方向に延びる拡幅キャビティ部４１を備える。第一冷却通路４０は、拡幅キャビティ部４１からタービン軸方向に延びて内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する複数の分岐通路４２を備える。複数の分岐通路４２は、タービン周方向に互いに間隔をあけて配列されている。各分岐通路４２のタービン周方向の寸法は、拡幅キャビティ部４１よりも十分に小さく設定されている。拡幅キャビティ部４１のタービン軸方向の寸法は、図示例のように分岐通路４２よりも短くてもよいが、例えば分岐通路４２よりも長く設定されてもよい。
これにより、サーペンタイン流路３０の下流端から流出した圧縮空気ｃは、第一冷却通路４０の拡幅キャビティ部４１に流れ込み、さらに、拡幅キャビティ部４１から各分岐通路４２に流れ込んで内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄから外部に流出する。
以上のように構成される本実施形態のタービン静翼３によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態のタービン静翼３によれば、第一冷却通路４０を流れる圧縮空気ｃによって冷却される内側シュラウド２２の後縁部の領域をタービン周方向に拡大することができる。すなわち、サーペンタイン流路３０を通過した後の圧縮空気ｃをさらに有効に活用することができる。
第一実施形態の場合と比較して、第二冷却通路５０を通る圧縮空気ｃの量をさらに減らすことが可能となり、タービンＴの効率をさらに向上させることができる。
〔第二実施形態の第一変形例〕
次に、第二実施形態の第一変形例について、図９を参照しつつ、第二実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図９に示すように、第二実施形態の第一変形例の第一冷却通路４０は、上流通路の上流端である一端が末端流路３１Ｃに接続し、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口すると共に、一端と他端の中間に拡幅キャビティ部を備える点では第二実施形態と共通する。しかし、末端流路３１Ｃから複数の上流通路４０Ａ及び上流通路４０Ｂが分岐する点が、第二実施形態とは異なっている。すなわち、本変形例においては、末端流路３１Ｃから複数の上流通路４０Ａ、４０Ｂが分岐している。それぞれの上流通路４０Ａ及び上流通路４０Ｂは拡幅キャビティ部４１Ａ及び拡幅キャビティ部４１Ｂに接続されている。それぞれの拡幅キャビティ部４１Ａ及び拡幅キャビティ部４１Ｂから複数の分岐通路４２Ａ及び分岐通路４２Ｂが分岐している。分岐通路４２Ａ及び分岐通路４２Ｂは、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄで燃焼ガス通路ＧＰに開口している。その他の構成及び本変形例への改造方法は、第一実施形態及び第二実施形態と同様である。
以上のように構成される本実施形態のタービン静翼３によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様の効果を奏する。
本変形例のタービン静翼によれば、第二実施形態と比較して、第一冷却通路４０を流れる圧縮空気ｃによって冷却される内側シュラウド２２の後縁部の領域を更に拡大することができる。すなわち、サーペンタイン流路３０を通過した後の圧縮空気ｃを一層有効に活用することができる。
〔第二実施形態の第二変形例〕
次に、第二実施形態の第二変形例について、図１０を参照しつつ、第二実施形態及び第二実施形態の第一変形例との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態、第二実施形態、及び第二実施形態の第一変形例と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図１０に示すように、第二実施形態の第二変形例は、第一冷却通路４０が、上流通路の上流端である一端が末端流路３１Ｃに接続し、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口すると共に、一端と他端の中間に拡幅キャビティ部を備える点では第二実施形態及び第二実施形態の第一変形例と共通する。拡幅キャビティ部を備えた第一冷却通路４０を複数備える点で、第二実施形態の第一変形例と共通する。しかし、第一実施形態及び第二実施形態並びに第二実施形態の第一変形例と比較して、内側シュラウド２２の径方向内側に配置された内側キャビティＣＢを軸方向上流側に寄せ、下流側リブ２６の位置を軸方向上流側に移動した。すなわち、下流側リブ２６を内側シュラウド２２の軸方向長さの中間位置又は軸方向中間位置より上流側に配置する構造として、内側キャビティＣＢの軸方向長さを小さくした点が、異なっている。
このような構造とすることにより、サーペンタイン流路３０の下流端から排出される圧縮空気ｃ（冷却空気）により内側シュラウド２２を冷却する範囲を拡大することができる。本変形例では、第一冷却通路４０を配置する領域を拡大し、第二冷却通路５０を配置する領域を縮小して、サーペンタイン流路３０の下流端から排出される圧縮空気ｃ（冷却空気）を有効利用できる領域を広げている。すなわち、末端流路３１Ｃに接続する第一冷却通路４０が複数の上流通路４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃに分岐している。それぞれの上流通路４０Ａ、４０Ｂ、及び４０Ｃは拡幅キャビティ部４３Ａ、４３Ｂ、及び４３Ｃが設けられている。拡幅キャビティ部４３Ａ、４３Ｂ、及び４３Ｃの下流側のそれぞれに分岐通路４４Ａ、４４Ｂ、及び４４Ｃを配置している。上流通路４０Ａは、第二実施形態と同様に、主に内側シュラウド２２の後縁部の冷却を目的としている。一方、上流通路４０Ｂ及び上流通路４０Ｃは、軸方向で下流側リブ２６に出来るだけ接近した下流側の位置に拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃを配置している。つまり、拡幅キャビティ部４３Ｂは、内側シュラウド２２の周方向において、負圧面２４ａ（翼本体の径方向の断面視で、凸面状に形成された翼面）側に配置されている。拡幅キャビティ部４３Ｃは、内側シュラウド２２の周方向において、正圧面２４ｂ（翼本体の径方向の断面視で、凹面状に形成された翼面）側に配置されている。拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃから軸方向下流側に長く延びた複数の分岐通路４４Ｂ及び分岐通路４４Ｃがそれぞれ配置されている。分岐通路４４Ｂ及び分岐通路４４Ｃは、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄにおいて、燃焼ガス通路ＧＰに連通している。なお、上流通路４０Ｂ及び上流通路４０Ｃは、末端流路３１Ｃから分岐して、一旦翼本体２１の負圧面２１ａ及び正圧面２１ｂに沿って内側シュラウド２２内を軸方向上流側に向かう流路として形成されている。上流通路４０Ｂ及び上流通路４０Ｃは、拡幅キャビティ部４３Ｂ、４３Ｃに接続される。なお、本変形例では、拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃを備えた第一冷却通路４０の他に、第一実施形態と同様に、拡幅キャビティ部を備えることなく、一端が末端流路３１Ｃに接続し、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する第一冷却通路４０を組合せてもよい。第二冷却通路５０は、内側シュラウド２２の周方向の両端部（回転方向の前方側及び後方側の端部）に沿って軸方向に配置されている。第二冷却通路５０は、一端が内側キャビティＣＢに開口し、他端が内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに開口する。第二冷却通路５０は、内側シュラウド２２の周方向の両端部において軸方向に沿って配置する場合に限られるが、第二冷却通路５０を設けなくてもよい。その他の構成及び本変形例への改造方法は、第一実施形態及び第二実施形態並びに第二実施形態の第一変形例と同様である。
以上のように構成される本変形例のタービン静翼３によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様の効果を奏する。
本変形例のタービン静翼によれば、第二実施形態の第一変形例と比較して、第一冷却通路４０を流れる圧縮空気ｃによって冷却される内側シュラウド２２の後縁部の領域を更に拡大させ、第二冷却通路５０を配置する領域を一層減少させている。すなわち、内側キャビティＣＢから第二冷却通路５０を介して燃焼ガスｇ中に排出される圧縮空気量を低減し、サーペンタイン流路３０を通過した後の圧縮空気量を増加させているので、冷却空気を一層有効に活用することができる。
〔第二実施形態の第三変形例〕
次に、第二実施形態の第三変形例について、図１１及び図１２を参照しつつ、第二実施形態の第二変形例との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態、第二実施形態、第二実施形態の第一変形例、及び第二実施形態の第二変形例と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図１１に示すように、第二実施形態の第三変形例は、第二変形例と比較して、内側シュラウド２２の負圧面２４ａ側及び正圧面２４ｂ側に配置された拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃに供給される圧縮空気ｃが、拡幅キャビティ部４３Ａとは異なる供給源から供給される点が異なっている。すなわち、拡幅キャビティ部４３Ａに供給される圧縮空気ｃの供給源は、サーペンタイン流路３０を通過する過程で翼本体２１を冷却した後、末端流路３１Ｃに流入した圧縮空気ｃである。一方、拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃに供給される圧縮空気ｃの供給源は、最下流メイン流路３１Ｂよりサーペンタイン流路３０の上流側のリターン流路３２から取り出された圧縮空気ｃである。その他の構成は、基本的には第二変形例と同じである。
図１１に示すように、負圧面２４ａ側に配置された第一冷却通路４０の一部を構成する拡幅キャビティ部４３Ｂには、上流通路４０Ｂが接続されている。上流通路４０Ｂは、最下流メイン流路３１Ｂよりサーペンタイン流路３０の上流側で内側シュラウド２２側に形成されたリターン流路３２に形成された開口３２Ｐ（図１２）に接続されている。正圧面２４ｂ側に配置された第一冷却通路４０の一部を構成する拡幅キャビティ部４３Ｃには、上流通路４０Ｃが接続されている。上流通路４０Ｃは、上流通路４０Ｂと同様に、最下流メイン流路３１Ｂよりサーペンタイン流路３０の上流側で内側シュラウド２２側に形成されたリターン流路３２に形成された開口（不図示）に接続している。
図１２に示すように、サーペンタイン流路３０の一部を構成するリターン流路３２（図１２は、最下流側メイン流路３１Ｂに隣接するサーペンタイン流路３０の上流側流路のうち、内側シュラウド２２側のリターン流路３２を示す）には、リターン流路３２の底部から更に径方向内側にへこむ凹部３２Ａが形成されている。凹部３２Ａの負圧面２４ａ側の側壁には上流通路４０Ｂが接続する開口３２Ｐが形成されている。同様に、凹部３２Ａの正圧面２４ｂ側の側壁にも開口（不図示）が形成され、上流通路４０Ｃが接続している。
なお、凹部３２Ａを備えたリターン流路３２は、最下流メイン流路３１Ｂに隣接するサーペンタイン流路３０のリターン流路３２に限定する必要はなく、最上流メイン流路３１Ａの内側シュラウド２２側のリターン流路３２でもよい。末端流路３１Ｃの下流端は、内側キャビティＣＢに開口するように形成され、開口端が蓋２６ｂで閉塞されているのは、他の実施形態及び変形例と同様である。
以上のように構成される本変形例のタービン静翼３によれば、第一実施形態及び第二実施形態と同様の効果を奏する。
本変形例のタービン静翼によれば、第二実施形態の第二変形例と比較して、温度の低い圧縮空気ｃが拡幅キャビティ部４３Ｂ及び拡幅キャビティ部４３Ｃに供給される、そのため、内側シュラウド２２の負圧面２４ａ側及び正圧面２４ｂ側並びに後縁部の温度分布が拡大した場合でも、より低温の冷却空気で広範囲にわたり内側シュラウド２２の冷却が可能となり、内側シュラウド２２の酸化減肉を抑制することができる。
以上に述べた本発明に係る各実施形態及び各変形例の構成によれば、内側シュラウド２２の後縁部の周方向の温度分布を小さくして、酸化減肉を抑制できる。サーペンタイン流路３０を通過して翼本体２１を冷却した後の圧縮空気ｃを用いて内側シュラウド２２を対流冷却しているので、冷却空気の使い廻しがされ、ガスタービンの熱効率が向上する。
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した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できる。
例えば、上記第二実施形態では、第一冷却通路４０が分岐通路４２を複数備えるが、例えば一つだけ備えてもよい。
上記実施形態では、第二冷却通路５０が、内側シュラウド２２及び下流側リブ２６の両方に形成されているが、例えば内側シュラウド２２のみに形成されてもよい。
上記実施形態では、従来のタービン静翼３Ａを改造するために通路封止工程が実行されるが、通路封止工程は例えば実行されなくてもよい。この場合、改造後のタービン静翼では、サーペンタイン流路３０の下流端から流出した圧縮空気ｃの一部が、上記実施形態のタービン静翼３と同様に、第一冷却通路４０に流れ込む。流れ込んだ圧縮空気ｃの一部は、内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄから内側シュラウド２２とプラットフォーム１２との間に流出する。サーペンタイン流路３０の下流端から流出した圧縮空気ｃの残部が、改造前のタービン静翼３Ａの場合と同様に、流出通路２９を通じて第二ディスクキャビティＣＤに流入する。流入した圧縮空気ｃの残部は、内側シュラウド２２と内側シュラウド２２の下流側端面２２Ｄに対向するプラットフォーム１２との間から燃焼ガス通路ＧＰに流出する。これにより、燃焼ガス通路ＧＰを通過する燃焼ガスｇが第二ディスクキャビティＣＤに侵入することをより好適に防ぐことが可能となる。
上記実施形態では、サーペンタイン流路３０の下流端が内側シュラウド２２側に位置しているが、例えば外側シュラウド２３側に位置してもよい。この場合、外側シュラウド２３は、例えば上記実施形態における内側シュラウド２２の第一冷却通路４０と同様に、一端がサーペンタイン流路３０の下流端側に開口すると共に、他端が外側シュラウド２３の後縁に開口する第一冷却通路を備えてもよい。この構成では、上記実施形態と同様に、サーペンタイン流路３０から流れ出た圧縮空気ｃによって外側シュラウド２３の後縁部を冷却することができる。
外側シュラウド２３が第一冷却通路を備える場合、外側シュラウド２３は、例えば上記実施形態における内側シュラウド２２の第二冷却通路５０と同様に、一端が外側キャビティ（キャビティ）ＣＡに開口すると共に、他端が外側シュラウド２３の後縁に開口する第二冷却通路を備えてもよい。
上記タービン静翼によれば、一方のシュラウドの後縁部の周方向の温度分布が均一化され、一方のシュラウドの高温部の酸化減肉が抑制される。また、サーペンタイン流路を通過した後の冷却媒体が使い回しされ、冷却媒体を有効活用することができる。その結果、冷却空気量が低減され、ガスタービンの熱効率が向上する。
Ｔ タービン
ＲＴ ロータ
１ タービンケーシング
２ タービン動翼
３ タービン静翼
２１ 翼本体
２１Ｂ 後縁端
２２ 内側シュラウド（一方のシュラウド）
２２ａ 第一主面
２２ｂ 第二主面
２２Ｄ 下流側端面（後縁）
２３ 外側シュラウド
２３ａ 第一主面
２３ｂ 第二主面
３０ サーペンタイン流路
３１Ｂ 最下流メイン流路
３１Ｃ 末端流路
４０ 第一冷却通路
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 上流通路
４１Ａ、４１Ｂ、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ 拡幅キャビティ部
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ 分岐通路
５０ 第二冷却通路
ＣＢ 内側キャビティ（キャビティ）
ｃ 圧縮空気（冷却媒体）

Claims (8)

  1. タービンの径方向に延在する翼本体と、該翼本体の径方向内側の端部に設けられる板状の内側シュラウドと、前記翼本体の径方向外側の端部に設けられる板状の外側シュラウドと、を備え、
    前記翼本体は、その内部において径方向に蛇行し、互いに連通して形成され、冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備え、
    前記サーペンタイン流路は、前記径方向に延びる複数のメイン流路を有し、
    前記内側シュラウド及び前記外側シュラウドのうち一方のシュラウドは、
    一端が前記サーペンタイン流路の前記翼本体の最も後縁端側に配置された最下流メイン流路の下流端側に開口する末端流路と、
    一端が前記末端流路に開口し、他端が前記一方のシュラウドの後縁の下流側端面に開口して、前記サーペンタイン流路を前記一方のシュラウドの外部に連通させる冷却通路と、
    一端が前記一方のシュラウドのうち前記翼本体が配される第一主面と反対側に位置する第二主面に設けられたキャビティに開口すると共に、他端が前記一方のシュラウドの後縁に開口して、前記キャビティ内の冷却媒体を通過させる第二冷却通路と、を備え、
    該第二冷却通路が、前記冷却通路である第一冷却通路と前記タービンの周方向に間隔をあけて配置されたタービン静翼。
  2. 前記キャビティの軸方向の下流側端面は、前記サーペンタイン流路の最下流メイン流路より軸方向の上流側に配置されている請求項１に記載のタービン静翼。
  3. 前記冷却通路は、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成され、前記一方のシュラウドの周方向において、前記サーペンタイン流路の最下流メイン流路が前記一方のシュラウドと接合する位置の範囲内に設けられている請求項１又は請求項２に記載のタービン静翼。
  4. 前記冷却通路は、燃焼ガスの流れ方向に沿って形成され、前記一方のシュラウドの周方向において、少なくとも前記サーペンタイン流路の下流端である末端流路が配置された領域を含んで設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタービン静翼。
  5. 前記冷却通路が、その一端と他端との間において前記タービンの周方向に延びる拡幅キャビティ部を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のタービン静翼。
  6. 前記冷却通路が、前記タービンの周方向に互いに間隔をあけて配列され、前記拡幅キャビティ部から前記タービンの軸方向に延びて前記一方のシュラウドの後縁に開口する複数の分岐通路を備える請求項５に記載のタービン静翼。
  7. ロータと、
    前記ロータの周囲を囲むタービンケーシングと、
    前記ロータの外周に固定されるタービン動翼と、
    前記タービンケーシングの内周に固定され、前記タービン動翼と前記ロータの軸方向に交互に配列される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のタービン静翼と、を備え
    るタービン。
  8. タービンの径方向に延在する翼本体と、該翼本体の径方向内側の端部に設けられる板状の内側シュラウドと、前記翼本体の径方向外側の端部に設けられる板状の外側シュラウドと、を備え、前記翼本体が、その内部において径方向に蛇行し、互いに連通して形成され、冷却媒体が流れるサーペンタイン流路を備え、
    前記サーペンタイン流路は、前記径方向に延びる複数のメイン流路を有し、
    前記内側シュラウド及び前記外側シュラウドのうち一方のシュラウドは、一端が前記一方のシュラウドのうち前記翼本体が配される第一主面と反対側に位置する第二主面により画定されるキャビティに開口すると共に、他端が前記一方のシュラウドの後縁に開口して、前記キャビティ内の冷却媒体を通過させる冷却通路を備えるタービン静翼の改造方法であって、
    前記一方のシュラウドに形成され、一端が前記サーペンタイン流路の前記翼本体の最も後縁端側に配置された最下流メイン流路の下流端側に開口する末端流路と、
    第二冷却通路である前記冷却通路に対して前記タービンの周方向に間隔をあけて配置され、一端が前記末端流路に開口し、他端が前記一方のシュラウドの後縁の下流側端面に開口して、前記サーペンタイン流路を前記一方のシュラウドの外部に連通させる第一冷却通路を形成する通路形成工程を実行するタービン静翼の改造方法。
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