JP6353131B1 - タービン翼及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】熱損傷を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンを提供する。【解決手段】タービン翼は、翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第１フィルム冷却孔が形成された翼部と、前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、を備え、前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を含み、前記複数の第１フィルム冷却孔は、前記翼部の翼面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置よりも前記翼部の前縁側に設けられる。【選択図】 図３

Description

本開示は、タービン翼及びガスタービンに関する。

ガスタービン等のタービン翼において、フィルム冷却やインピンジメント冷却等の冷却手法が用いられることがある。

例えば、特許文献１には、多数のフィルム冷却孔を有するタービン翼壁と、多数のインピンジ孔を有するインサートとが間隙をおいて配置されたタービン翼が開示されている。このタービン翼では、タービン翼壁の内部からの冷却空気をフィルム冷却孔を介してタービン翼壁の外壁面に導き、該外壁面を覆う冷却空気のフィルム境界層を形成することによりタービン翼外壁を冷却するようになっている。また、このタービン翼では、インサートの内部からの冷却空気をインピンジ孔を介してタービン翼壁の内壁面に吹き付けることにより、タービン翼壁を内側から冷却するようになっている。

また、特許文献２には、翼壁内部の空洞の中に、複数の衝撃穴（インピンジメント冷却孔）が形成された衝撃スリーブ（インサート）が設けられた静翼が開示されている。この静翼では、静翼のスパン方向における中央部を選択的に冷却するために、衝撃スリーブのうち、静翼のスパン方向中央部に対応する部分に複数の衝撃穴が形成されている。また、この静翼では、負圧面側（背側）壁に比べて正圧面側（腹側）壁の内面の冷却効果を高めるため、衝撃スリーブのうち静翼の正圧面側壁に対応する面において衝撃穴の開口密度が大きくなるように、衝撃スリーブに衝撃穴が形成されている。

特開平１１−６２５０４号公報 特開２０００−２８２８０６号公報

ところで、タービン翼の翼面を高温ガスの熱から保護するために、上述のフィルム冷却又はインピンジメント冷却等の冷却媒体による冷却に加えて、タービン翼の翼面に遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ）を施すことがある。
遮熱コーティングは、タービンの運転中、高温ガスやガス中の粒子の衝突等によりタービン翼の翼面から剥離することがある。遮熱コーティングの剥離が生じると、その剥離部分においてタービン翼の耐熱性が低下するため、タービン翼が熱により損傷する可能性が高まる。
そこで、例えば遮熱コーティングの剥離等が生じた場合であっても、タービン翼の熱損傷を抑制できるように、タービン翼を効果的に冷却することが望まれる。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、熱損傷を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第１フィルム冷却孔が形成された翼部と、
前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、
を備え、
前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を含み、
前記複数の第１フィルム冷却孔は、前記翼部の翼面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置よりも前記翼部の前縁側に設けられる。

上記（１）の構成では、インピンジメント冷却孔の開口密度が他の領域よりも高い高密度開口領域をインサートに設けたので、該高密度開口領域に対応した位置において冷却媒体によるインピンジメント冷却効果により、翼部の内壁面を効果的に冷却することができる。また、上記（１）の構成では、上述の高密度開口領域に対応する位置または該位置よりも前縁側において翼部に第１フィルム冷却孔を設けたので、高密度開口領域を覆うように形成されたフィルム境界層により、高温の燃焼ガスから翼部への入熱が抑制され、高密度開口領域に対応した位置における翼部のフィルム冷却効果を向上させることができる。
さらに、翼部に設けた第１フィルム冷却孔により、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保可能となり、第１フィルム冷却孔によるフィルム冷却効果と共に、上述のインピンジメント冷却孔による高い冷却効果を享受できる。よって、上記（１）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記高密度開口領域は、前記翼高さ方向における前記翼部の中間位置よりも径方向外側に位置する。

本発明者の知見によれば、タービン翼の翼面に遮熱コーティングを施した場合、翼高さ方向における翼部の中間位置よりも径方向外側において、遮熱コーティングの剥離が生じやすい傾向がある。
この点、上記（２）の構成によれば、翼高さ方向における翼部の径方向外側の位置にインピンジメント冷却孔の高密度開口領域を設けたので、遮熱コーティングの剥離が生じやすい位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記翼部の前記翼面は、負圧面又は正圧面の一方である第１翼面と、前記負圧面又は前記正圧面の他方である第２翼面を含み、
前記インサートは、前記中空部を形成する前記翼部の内壁面のうち前記第１翼面側の内壁面に対向する表面において、該表面における他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い前記高密度開口領域を含む。

上記（３）の構成では、インサートのうち、翼部の第１翼面側の表面に、該表面における他の表面領域よりもインピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域が設けられる。同一翼面上に高密度開口領域と第１フィルム冷却孔が設けられているので、インピンジメント冷却孔によるインピンジメント冷却効果と第１フィルム冷却孔によるフィルム冷却効果が重畳的に作用して、高密度開口領域に対する冷却効果を一層向上させることが出来る。よって、翼部の第１翼面側において、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記高密度開口領域は、前記中空部を形成する前記翼部の負圧面側の内壁面に面するように形成される。

本発明者の知見によれば、タービン翼の翼面に遮熱コーティングを施した場合、翼部の負圧面側において、遮熱コーティングの剥離が生じやすい傾向がある。
この点、上記（４）の構成によれば、翼部の負圧面側の中空部の内壁面に面するようにインピンジメント冷却孔の高密度開口領域を設けたので、遮熱コーティングの剥離が生じやすい位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列が、少なくとも前記高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。

上記（５）の構成によれば、第１フィルム冷却孔配列は、少なくともインピンジメント冷却孔の高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制され、高密度開口領域に対応した位置における翼部を効果的に冷却することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
前記複数の第２フィルム冷却孔は、前記翼部の前記翼面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の前記前縁側に設けられる。

上記（６）の構成によれば、第１フィルム冷却孔よりも翼部の前縁側に第２フィルム冷却孔を設けたので、第２フィルム冷却孔を設けない場合に比べて、翼部の前縁と後縁との間におけるより広範な領域を冷却媒体のフィルム境界層によって燃焼ガス側からの入熱が抑制できる。よって、上記（６）の構成によれば翼部の熱損傷をより効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列が、少なくとも、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。

上記（７）の構成によれば、第２フィルム冷却孔配列は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔及び第２フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、高密度開口領域に対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第３フィルム冷却孔が形成されており、
前記複数の第３フィルム冷却孔は、前記翼部の前記翼面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の後縁側に設けられる。

上記（８）の構成によれば、第１フィルム冷却孔よりも翼部の後縁側に第３フィルム冷却孔が設けられているので、第１フィルム冷却孔よりも翼部の後縁側をより効果的に冷却することができる。よって、上記（８）の構成によれば翼部の熱損傷をより効果的に抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、
前記翼部には、前記翼部の前記翼面上において前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記前縁側に、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
前記翼部の前記翼面上にて、前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列と、前記複数の第３フィルム冷却孔によって形成される第３フィルム冷却孔配列との間の距離をＬ_２３としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と、前記第２フィルム冷却孔配列との間の距離Ｌ_１２は、０．３Ｌ_２３≦Ｌ_１２≦０．５Ｌ_２３を満たす。

上記（９）の構成では、０．３Ｌ_２３≦Ｌ_１２であるので、燃焼ガス流路における圧力が比較的低い後縁側の位置に第１フィルム冷却孔配列が配置されるため、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保しやすい。また、上記（９）の構成では、Ｌ_１２≦０．５Ｌ_２３であるので、第１フィルム冷却孔配列をある程度前縁側に配置することができ、前縁と後縁との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔で形成されるフィルム境界層により燃焼ガス側からの入熱が抑制できる。よって、上記（９）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記翼部の前記翼面上にて、前記高密度開口領域の前縁側端から後縁側端までの距離をＬ^＊としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と前記高密度開口領域の前記前縁側端との間の距離Ｌ_１ ^＊が、０．３Ｌ^＊≦Ｌ_１ ^＊≦０．７Ｌ^＊を満たす。

上記（１０）の構成では、０．３Ｌ^＊≦Ｌ_１ ^＊であるので、燃焼ガス流路における圧力が比較的低い後縁側の位置に第１フィルム冷却孔配列が配置されるため、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保しやすい。また、上記（１０）の構成では、Ｌ_１ ^＊≦０．７Ｌ^＊であるので、第１フィルム冷却孔配列をある程度前縁側に配置することができ、前縁と後縁との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔で形成されるフィルム境界層により冷却することができる。よって、上記（１０）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記タービン翼は、
前記中空部を形成する前記翼部の内壁面上にて前記翼部の前記前縁側から後縁側に向かって延在するリブをさらに備え、
前記インピンジメント冷却孔は、前記翼高さ方向において、前記リブに対しずれた位置に設けられる。

翼部の内壁面には、翼部を補強するためのリブが設けられることがある。
上記（１１）の構成にでは、翼部の前縁側から後縁側に向かって延在するリブが設けられたタービン翼において、翼高さ方向においてリブに対してずれた位置にインピンジメント冷却孔が設けられている。よって、上述のリブが設けられたタービン翼において、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、前記タービン翼は、ガスタービン静翼である。

上記（１２）の構成によれば、タービン翼としてのガスタービン静翼が上記（１）の構成を有するので、タービン翼としてのガスタービン静翼について、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（１）乃至（１２）の何れかに記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備える。

上記（１３）の構成によれば、インピンジメント冷却孔の開口密度が他の領域よりも高い高密度開口領域をインサートに設けたので、該高密度開口領域に対応した位置において翼部を効果的に冷却することができる。また、上記（１３）の構成では、上述の高密度開口領域に対応する位置または該位置よりも前縁側において翼部に第１フィルム冷却孔を設けたので、高密度開口領域に対応した位置における翼部のフィルム冷却効果を向上させることができる。さらに、翼部に設けた第１フィルム冷却孔により、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保可能となり、上述のインピンジメント冷却孔による高い冷却効果を享受できる。よって、上記（１３）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記ガスタービンは、
前記燃焼ガス流路に設けられる複数段の動翼と、
前記燃焼ガス流路に設けられる複数段の静翼と、を備え、
前記タービン翼は、前記複数段の動翼のうち１段動翼よりも下流側に位置する前記静翼又は前記動翼である。

本発明者の知見によれば、燃焼器からの燃焼ガス及び燃焼ガスに含まれる粒子は、１段静翼を通過するときに流速が増大し、さらに、１段動翼によって旋回成分が付与されて、１段動翼よりも下流側に位置する静翼及び動翼に流入する。その結果、１段動翼よりも下流側に位置する静翼又は動翼において、遮熱コーティングの剥離が生じやすくなると考えられる。
この点、上記（１４）の構成では、１段動翼よりも下流側に位置する静翼又は動翼が上記（１）の構成を有するので、該静翼又は動翼について、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、熱損傷を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンが提供される。

一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係る静翼（タービン翼）の斜視図である。 図２に示す静翼（タービン翼）の翼高さ方向に直交する概略断面図である。 一実施形態に係る翼部の負圧面側から見たインサートの側面の展開図の一例である。 一実施形態に係る翼部の正圧面側から見たインサートの側面の展開図の一例である。 インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。 インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。 インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。 一実施形態に係るタービン翼の翼部の斜視図である。 一実施形態に係るタービン翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。 フィルム冷却のオーバラップ効果の説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
なお、幾つかの実施形態に係るタービン翼は、ガスタービン以外のタービン（例えば蒸気タービン等）に適用されてもよい。

図１は、一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。燃焼器４は、図１に示すように、ケーシング２０内にロータを中心として周方向に沿って複数配置されていてもよい。

タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス流路２８を有し、該燃焼ガス流路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。

ロータ８の軸方向に配列される複数の静翼列のうち、燃焼ガス流路２８の最も上流側に設けられる静翼列は、複数の１段静翼２５によって構成される。また、ロータ８の軸方向に配列される複数の動翼列のうち、燃焼ガス流路２８の最も上流側に設けられる動翼列は、複数の１段動翼２７によって構成されている。典型的には、燃焼ガス流路２８において、１段静翼２５の下流側に１段動翼２７が設けられ、該１段動翼２７の下流側に、２段目以降の静翼２４及び動翼２６が配列される。

タービン６では、燃焼ガス流路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。

幾つかの実施形態において、複数のタービン６の動翼２６又は複数の静翼２４のうち少なくとも１つは、以下に説明するタービン翼４０である。

図２は、一実施形態に係るタービン翼４０としての静翼２４の斜視図であり、図３は、図２に示す静翼２４（タービン翼４０）の翼高さ方向に直交する概略断面図である。
図２及び図３に示すように、タービン翼４０としての静翼２４は、翼部４２と、翼部４２に対してロータ８（図１参照）の径方向外側及び径方向内側にそれぞれ位置する外側シュラウド４４及び内側シュラウド４６と、翼部４２の中空部４３に設けられたインサート７０と、を備えている。なお、図２において、図の簡略化のため、外側シュラウド４４を二点鎖線で示している。

外側シュラウド４４はタービン車室２２（図１参照）に支持され、静翼２４は外側シュラウド４４を介してタービン車室２２に支持される。翼部４２は、外側シュラウド４４側（すなわち径方向外側）に位置する外側端８２と、内側シュラウド４６側（すなわち径方向内側）に位置する内側端８４と、を有する。

図２及び図３に示すように、静翼２４（タービン翼４０）の翼部４２は、外側端８２から内側端８４に掛けて、前縁３２及び後縁３４を有する。また、翼部４２の外形は、外側端８２と内側端８４との間において、翼高さ方向に沿って延在する正圧面（腹面）３６と負圧面（背面）３８とによって形成される。

翼部４２は、翼高さ方向に沿って延在するように形成された中空部４３を有する。該中空部４３は、翼部４２の内壁面４２Ａ（図３参照）によって形成される。
図２及び図３に示す例示的な実施形態では、静翼２４は、翼部４２の内部において翼高さ方向に延びる隔壁部６２を有し、中空部４３は、隔壁部６２よりも前縁３２側に位置する前方中空部４３ａと、隔壁部６２よりも後縁３４側に位置する後方中空部４３ｂと、を含む。

翼部４２の中空部４３に設けられるインサート７０は、翼高さ方向に沿って延びるスリーブ状の形状を有し、翼部４２の正圧面３６側の内壁面４２Ａに対向する表面７２と、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４と、を含む。
図２及び図３に示す例示的な実施形態では、翼部４２は、複数のインサート７０を備え、前方中空部４３ａ内に設けられる前方インサート７０ａと、後方中空部４３ｂ内に設けられる後方インサート７０ｂと、を含む。前方インサート７０ａは、上述の表面７２，７４である表面７２ａ，７４ａを含み、後方インサート７０ｂは、上述の表面７２，７４である表面７２ｂ，７４ｂを含む。

他の幾つかの実施形態では、静翼２４には隔壁部６２が設けられておらず、翼部４２は、翼部４２内部において前縁部から後縁部にかけて、翼高さ方向に沿って延在するよう形成された単一の中空部４３を有していてもよく（すなわち、中空部４３は、隔壁部６２によって、上述した前方中空部４３ａと後方中空部４３ｂとに分割されていなくてもよい）、また、インサート７０は、このような中空部４３に１つの部材として設けられていてもよい（すなわち、インサート７０は、上述した前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ等の２以上の部材を含まなくてもよい）。

なお、以下の説明において、前方中空部４３ａ及び後方中空部４３ｂを、まとめて中空部４３と称することがある。また、前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂを、まとめてインサート７０と称し、前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂに関連する部位（例えば、表面７２ａ及び表面７２ｂ等）等も、同様にまとめて称することがある。

翼部４２にインサート７０を設けることにより、中空部４３は、インサート７０内の空間を形成するメインキャビティ４７と、翼部４２の内壁面４２Ａとインサート７０との間に形成される中間キャビティ４８と、に区切られる。図３に示す例では、前方中空部４３ａは、前方メインキャビティ４７ａと前方中間キャビティ４８ａに区切られ、後方中空部４３ｂは、後方メインキャビティ４７ｂと後方中間キャビティ４８ｂに区切られる。

また、図３に示すように、インサート７０には、複数のインピンジメント冷却孔６０が形成されている。インピンジメント冷却孔６０は、インサート７０を構成する上述の表面７２又は表面７４（翼部４２の正圧面３６側及び負圧面３８側の内壁面４２Ａにそれぞれ対向する表面）に少なくとも設けられている。

外部からインサート７０の内側の空間であるメインキャビティ４７に導かれた冷却媒体は、インサート７０に形成されたインピンジメント冷却孔６０を介して翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けられる（図３の矢印ｇ参照）。インピンジメント冷却孔６０の前後の圧力差、すなわち、メインキャビティ４７と中間キャビティ４８の差圧を利用して、冷却媒体がインピンジメント冷却孔６０を介して内壁面４２Ａに吹き付けられる。これにより、翼部４２の内壁面４２Ａが冷却されるようになっている。

図２及び図３に示すように、翼部４２には、複数のフィルム冷却孔５０が形成されている。フィルム冷却孔５０は、翼部４２の内壁面４２Ａ及び外壁面４２Ｂ（図３参照）に開口するように複数の第１フィルム冷却孔５３、複数の第２フィルム冷却孔５５及び複数の第３フィルム冷却孔５７を含む。図２に示すように、複数の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７は、それぞれ、翼高さ方向に沿って配列されており、それぞれ、翼高さ方向に沿った第１フィルム冷却孔配列５２、第２フィルム冷却孔配列５４及び第３フィルム冷却孔配列５６を形成している。
複数の第２フィルム冷却孔５５は、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において第１フィルム冷却孔５３よりも前縁側に設けられている。また、複数の第３フィルム冷却孔５７は、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において第１フィルム冷却孔５３よりも後縁側に設けられている。

なお、図２及び図３に示す実施形態では、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７は、それぞれ、負圧面３８上に設けられている。
他の幾つかの実施形態では、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７は、それぞれ正圧面３６上に設けられていてもよい。

翼部４２の中間キャビティ４８に導かれた冷却媒体は、中間キャビティ４８と燃焼ガス側との圧力差を利用して、フィルム冷却孔を介して翼面の外表面に排出し、外表面に沿って流れる際、外表面にフィルム境界層が形成される。冷却媒体は、上述の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７を介して翼部４２の外壁面４２Ｂに導かれ、該外壁面４２Ｂ上でフィルム状の流れであるフィルム境界層（図３の矢印ｆ参照）を形成する。このフィルム状の冷却媒体流れｆにより、燃焼ガス側から翼部４２への熱移動が抑制される。

冷却媒体が、翼部４２内のメインキャビティ４７から燃焼ガス中に排出する過程で、翼部４２の適正な冷却が行われるためには、インピンジメント冷却とフィルム冷却の適切な組み合わせが重要になる。すなわち、メインキャビティ４７に供給される冷却媒体の圧力は比較的安定しているが、翼部４２の外壁面４２Ｂ側の圧力は、翼面の位置によって異なる。つまり、正圧面３６側は圧力が高く、負圧面３８側は圧力が低い。また、同一の翼面上でも前縁３２は高く、翼面に沿って徐々に低下し、後縁３４で最も圧力が低くなる。

フィルム冷却孔の位置によって、インピンジメント冷却の効果が異なり、フィルム冷却の効果も異なる。一般に、フィルム冷却の目的は、フィルム冷却孔５０より燃焼ガスの流れ方向の下流側の翼面に境界層を形成し、燃焼ガス側から翼部４２への熱移動を抑制することにある。一方、インピンジメント冷却は、インピンジメント冷却孔６０からの冷却媒体を翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けて、内壁面４２Ａを衝突冷却させるので、対流冷却よりも冷却効果が大きい。インピンジメント冷却孔６０の前後の差圧が大きければ、衝突冷却の効果は大きくなる。従って、インピンジメント冷却とフィルム冷却を適切に組み合わせ、中間キャビティ４８の圧力を出来るだけ低くして、メインキャビティ４７と中間キャビティ４８の差圧を大きくするのが、翼部４２の冷却に有効である。

なお、静翼２４（タービン翼４０）は、翼部４２の後縁３４側において、正圧面３６側の翼部４２の内壁面４２Ａと、負圧面３８側の翼部４２の内壁面４２Ａとの間に設けられるピンフィン５８を有していてもよい。このようなピンフィン５８を設けることで、翼部４２の後縁３４側をより効果的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、インサート７０は、インサート７０の他の表面領域よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高い高密度開口領域Ｓ_Ｈを含む。
ここで、図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態に係るインサート７０の側面図を平面上に展開した図である。図４Ａ及び図４Ｂは、インサート７０（前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ）を、翼部４２の負圧面３８側及び正圧面３６側からそれぞれ見た側面の展開図の一例である。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、インサート７０（前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ）には、複数のインピンジメント冷却孔６０が形成されている。そして、図４Ａに示すように、インサート７０は、翼部４２の負圧面３８側において内壁面４２Ａに対向する表面７４（負圧面３８側の表面７４）に、高密度開口領域Ｓ_Ｈを含む。すなわち、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに面するように形成されている。
なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態では、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、前方インサート７０ａの表面７４ａにおいて形成されている。

高密度開口領域Ｓ_Ｈは、インサート７０の表面において、他の表面領域よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高い表面領域である。

ここで、図５Ａ、図５Ｂ及び図６は、それぞれ、インサート７０の表面におけるインピンジメント冷却孔６０の配列の一例を示す図である。また、図７は、一実施形態に係るタービン翼４０の翼部４２の斜視図である。

開口密度は、隣接するインピンジメント冷却孔６０の中心間の距離（ピッチ）Ｐで表すことができる。例えば、図５Ａに示すインサート７０の表面において、高密度開口領域Ｓ_Ｈにおけるインピンジメント冷却孔６０のピッチＰ１は、他の表面領域におけるインピンジメント冷却孔６０のピッチＰ２よりも小さい。

また、開口密度は、隣接するインピンジメント冷却孔６０の内径ｄと中心間の距離（ピッチ）Ｐの比率で表すこともできる。例えば、図５Ｂに示すように、インピンジメント冷却孔６０の内径が異なる場合は、〔ｄ／Ｐ〕でも表示できる。高密度開口領域Ｓ_Ｈ及び他の領域におけるインピンジメント冷却孔６０の場合、開口密度は、それぞれ〔ｄ３／Ｐ３〕及び〔ｄ４／Ｐ４〕で表示できる。いずれの領域の開口密度が大きいか否かは、比率の大小による。
なお、インピンジメント冷却孔６０の配列は、図４Ａ、図４Ｂ及び図５における高密度開口領域Ｓ_Ｈを除く領域は四角配列であるが、図５Ｂのように、インピンジメント冷却孔６０を結ぶ辺が三角形を形成する千鳥配列であってもよい。

また、開口密度は、ある特定の方向において、インピンジメント冷却孔６０の内径が同じであれば、隣接するインピンジメント冷却孔６０の中心間の距離Ｄで表すことができる。例えば、図６に示すインサート７０の表面において、高密度開口領域Ｓ_Ｈにおけるインピンジメント冷却孔６０間の前縁−後縁方向における距離Ｄ１は、他の表面領域におけるインピンジメント冷却孔６０間の同方向における距離Ｄ２よりも小さい。
なお、前縁−後縁方向とは、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）又はインサート７０の表面（表面７２又は７４）上で、翼高さ方向に直交する方向である。

あるいは、開口密度は、表面の単位面積に対するインピンジメント冷却孔６０の合計面積の比率（面積比）で表すことができる。

なお、幾つかの実施形態では、図７に示すように、タービン翼４０の翼部４２の内壁面４２Ａ上に、翼部４２の前縁３２側から後縁３４側に向かって延在するリブ６４が設けられる。リブ６４は、例えば、翼部４２の熱変形を抑制するために設けられる。
タービン翼４０に上述のリブ６４が設けられる場合、例えば図６に示すように、インピンジメント冷却孔６０は、翼高さ方向において、リブ６４に対しずれた位置に設けられていてもよい。すなわち、翼高さ方向において隣接するリブ６４とリブ６４との間に、インピンジメント冷却孔６０が設けられていてもよい。

幾つかの実施形態では、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、該高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成されるインサート７０の表面における他の表面領域よりも、開口密度が高い。例えば、負圧面３８側のインサート７０の表面７４に高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成される場合、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、該表面７４におけるインサート７０の他の表面領域よりも開口密度が高い。
あるいは、幾つかの実施形態では、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、該高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成されるインサート７０の表面と反対側の表面における表面領域よりも、開口密度が高い。例えば、負圧面３８側のインサート７０の表面７４に高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成される場合、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、負圧面３８側のインサート７０の表面７４と反対側の正圧面３６側の表面７２（即ち、翼部４２の正圧面３６側において内壁面４２Ａに対向するインサート７０の正圧面３６側の表面７２）における表面領域よりも、開口密度が高い。

図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態では、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、該高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成される負圧面３８側のインサート７０の表面７４における他の表面領域Ｓ１及びＳ２よりも開口密度が高く、かつ、上述の正圧面３６側のインサート７０の表面７２における表面領域Ｓ３及びＳ４よりも開口密度が高い。
なお、上述の表面領域Ｓ１は、前方インサート７０ａの負圧面３８側の表面７４ａにおける高密度開口領域Ｓ_Ｈ以外の表面領域であり、表面領域Ｓ２は、後方インサート７０ｂの負圧面３８側の表面７４ｂにおける表面領域であり、表面領域Ｓ３は、前方インサート７０ａの正圧面３６側の表面７２ａにおける表面領域であり、表面領域Ｓ４は、後方インサート７０ｂの正圧面３６側の表面７２ｂにおける表面領域である。

高密度開口領域Ｓ_Ｈでは、他の表面領域Ｓ１〜Ｓ４よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高いため、インサート７０の内側の空間であるメインキャビティ４７からインピンジメント冷却孔６０を介して翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けられる冷却媒体の流量が他の表面領域Ｓ１〜Ｓ４よりも大きくなる。このため、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置、即ち、翼部４２の負圧面３８側において、翼部４２を効果的に冷却することができる。

図８は、一実施形態に係るタービン翼４０の翼部４２の負圧面３８の平面展開図を模式的に示すグラフである。
図８の横軸は、翼部４２の負圧面３８の平面展開図において、前縁−後縁方向における前縁３２（図３参照）の位置を０とし、前縁−後縁方向における後縁３４（図３参照）の位置を１としたときの前縁−後縁方向の位置Ｘを示す。
図８の縦軸は、翼部４２の負圧面３８の平面展開図において、内側端−外側端方向（即ちロータ８（図１参照）の径方向）における内側端８４（図２参照）の位置を０とし、前述の径方向における外側端８２（図２参照）の位置を１としたときの径方向の位置Ｙを示す。

図８のグラフには、複数の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７、及び、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７によってそれぞれ形成される第１〜第３フィルム冷却孔配列５２，５４，５６が示されている。
また、図８のグラフには、翼部４２の中空部４３に設けられるインサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応する翼面上の領域が斜線によって示されている。

図８の平面展開図に係る翼部４２において、複数の第１フィルム冷却孔５３は、翼部４２の負圧面３８上において、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応する位置に設けられている。
すなわち、図８の平面展開図上で、上述の前縁−後縁方向における、複数の第１フィルム冷却孔５３の位置（すなわち第１フィルム冷却孔配列の位置）をＸ_Ｆ１とし、高密度開口領域Ｓ_Ｈの前縁側端の位置及び後縁側端の位置をそれぞれＸ_Ｓ１及びＸ_Ｓ２とすると、Ｘ_Ｆ１は、Ｘ_Ｓ１とＸ_Ｓ２との間に位置している（すなわち、Ｘ_Ｓ１≦Ｘ_Ｆ１≦Ｘ_Ｓ２の関係を満たす）。

あるいは、他の幾つかの実施形態では、上述の前縁−後縁方向における、複数の第１フィルム冷却孔５３の位置Ｘ_Ｆ１は、高密度開口領域Ｓ_Ｈの前縁側端の位置Ｘ_Ｓ１よりも、翼部４２の前縁側に設けられる（すなわち、Ｘ_Ｆ１＜Ｘ_Ｓ１の関係を満たす）。

このように、第１フィルム冷却孔５３を、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応する位置（すなわち、上述のＸ_Ｓ１≦Ｘ_Ｆ１≦Ｘ_Ｓ２の関係を満たす位置）または該位置よりも前縁側の位置（即ち、上述のＸ_Ｆ１＜Ｘ_Ｓ１の関係を満たす位置）に設けることにより、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置（すなわち、図８の平面展開図において斜線で示される領域）における翼部４２のフィルム冷却効果を向上させることができる。
すなわち、高密度開口領域Ｓ_Ｈにおける冷却媒体による翼部４２の内壁面４２Ａに対するインピンジメント冷却効果に加えて、第１フィルム冷却孔５３により高密度開口領域Ｓ_Ｈを覆うように形成されるフィルム境界層の冷却効果が重畳的に加わり、高密度開口領域Ｓ_Ｈは一層冷却が強化される。

また、インサート７０に高密度開口領域Ｓ_Ｈを設けることにより、インサート７０の表面７２又は表面７４と、翼部４２の内壁面４２Ａとの間の中間キャビティ４８の圧力が比較的大きくなり、インピンジメント冷却孔６０の前後の差圧が比較的小さくなることがある。この場合、インピンジメント冷却孔６０を介した冷却媒体の流れが滞り、翼部４２の冷却効果が十分向上されない場合がある。
この点、上述の実施形態のように、翼部４２に上述の第１フィルム冷却孔５３を設けることにより、第１フィルム冷却孔５３近傍の中間キャビティ４８の圧力が低下する。その結果、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすくなり、これにより、インピンジメント冷却孔６０による高い冷却効果を享受できる。よって、インサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。

なお、フィルム冷却孔５０のフィルム境界層は、翼部４２の翼面に沿って、フィルム冷却孔５０から燃焼ガスの流れ方向（前縁―後縁方向）の下流側に形成されるが、フィルム境界層が及ぶ効果には限界がある。従って、第１フィルム冷却孔５３の位置は、フィルム冷却孔５０の前後の適正な差圧が維持できる範囲内の出来るだけ上流側であって、高密度開口領域Ｓ_Ｈより上流側の高密度開口領域Ｓ_Ｈの前縁側端の位置Ｘ_Ｓ１又は位置Ｘ_Ｓ１に近接した上流側又は下流側の位置が望ましい。また、高密度開口領域Ｓ_Ｈを設ける範囲が、前縁―後縁方向に長い場合は、前縁―後縁方向に一定間隔を空けて複数の第１フィルム冷却孔配列５２を設けてもよい。

幾つかの実施形態では、図８に示すように、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、翼高さ方向における翼部４２の中間位置よりも径方向外側に位置する。すなわち、図８の平面展開図において、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、内側端８４の翼高さ方向位置をＹ＝０とし、外側端８２の翼高さ方向位置をＹ＝１としたとき、翼高さ方向位置Ｙが０．５よりも大きい領域に位置する。

本発明者の知見によれば、タービン翼４０の翼面に遮熱コーティングを施した場合、翼高さ方向における翼部の中間位置（Ｙ＝０．５の位置）よりも径方向外側（０．５＜Ｙ≦１の領域）において、遮熱コーティングの剥離が生じやすい傾向がある。
この点、上述のように、翼高さ方向における翼部４２の径方向外側の位置（０．５＜Ｙ≦１の領域）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈを設けたので、遮熱コーティングの剥離が生じやすい位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、高密度開口領域Ｓ_Ｈは、内側端８４の翼高さ方向位置をＹ＝０とし、外側端８２の翼高さ方向位置をＹ＝１としたとき、翼高さ方向位置Ｙが０．７５以上の領域又は翼高さ方向位置Ｙが０．８以上の領域に位置していてもよい。

なお、幾つかの実施形態では、タービン翼４０は動翼２６であってもよい。この場合、動翼２６（タービン翼４０）の径方向内側は、動翼２６の基端側に相当し、径方向外側は、動翼２６の先端側に相当する。

幾つかの実施形態では、図８に示すように、複数の第１フィルム冷却孔５３によって形成される第１フィルム冷却孔配列５２が、少なくともインサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈを含む翼高さ範囲にわたって形成されている。すなわち、図８の平面展開図において、高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成される翼高さ方向の範囲Ｈ_ＹＳは、第１フィルム冷却孔配列５２を形成する複数の第１フィルム冷却孔５３が形成される翼高さ方向の範囲Ｈ_Ｙ１に含まれている。

このように、第１フィルム冷却孔配列５２は、少なくともインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈを含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、高密度開口領域に対応した位置における翼部を効果的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、複数の第２フィルム冷却孔５５は、インサート７０においてインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成された表面（表面７２又は７４）に対応する翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に設けられる。
例えば、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、インサート７０には、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４（図３参照）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成されている。そして、複数の第２フィルム冷却孔５５は、該表面７４に対応する翼部４２の負圧面３８上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に設けられている。
図８の平面展開図を参照して説明すれば、該平面展開図に係る翼部４２において、前縁−後縁方向における複数の第２フィルム冷却孔５５の位置（即ち第２フィルム冷却孔配列の位置）をＸ_Ｆ２とすると、該Ｘ_Ｆ２と、同方向における上述の第１フィルム冷却孔５３の位置Ｘ_Ｆ１とは、Ｘ_Ｆ２＜Ｘ_Ｆ１の関係を満たす。

このように、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に第２フィルム冷却孔５５を設けたので、第２フィルム冷却孔５５を設けない場合に比べて、翼部４２の前縁３２と後縁３４との間におけるより広範な領域を冷却媒体のフィルム境界層によって冷却することができる。これにより、翼部４２の熱損傷をより効果的に抑制することができる。

なお、図８に示す例では、高密度開口領域Ｓ_Ｈを規定する前縁側端の位置Ｘ_Ｓ１は、前縁３２に一致させている。しかし、前縁側端の位置Ｘ_Ｓ１は前縁３２に一致させる必要はなく、前縁３２より更に前縁―後縁方向の下流側に設けてもよい。

ここで、第１フィルム冷却孔５３の前縁側に、更に第２フィルム冷却孔を設けた場合のフィルム冷却のオーバラップ効果について、説明する。図９は、フィルム冷却のオーバラップ効果を説明した説明図である。横軸は、前縁−後縁方向における前縁３２の位置を０とし、前縁−後縁方向における後縁３４の位置を１としたときの前縁−後縁方向の位置Ｘを示す。
図９の左側縦軸は、内側端−外側端方向（ロータ８の径方向）における内側端８４の位置を０とし、前述の翼高さ方向における外側端８２の位置を１としたときの径方向の位置Ｙを示す。また、図９の右側縦軸は、燃焼ガス温度Ｔを示す。

図９において、燃焼ガスの流れ方向の上流側からタービン翼に流入する燃焼ガスは、温度Ｔ_０でタービン翼の前縁３２に接触して、正圧面３６及び負圧面３８に沿って流れる。第２フィルム冷却孔配列５４に達した燃焼ガスは、第２フィルム冷却孔５５から排出される冷却媒体（空気）と接触して、温度Ｔ_１に低下する。しかし、その後、翼面に沿って流下する過程で周辺の高温の燃焼ガスの影響を受け、次第に温度が上昇する。第１フィルム冷却孔配列５２の位置では、温度Ｔ_２まで上昇する。更に、燃焼ガスは、第１フィルム冷却孔５３から排出される冷却媒体と接触して、温度Ｔ_３に低下する。第１フィルム冷却孔配列５２を通過した燃焼ガスは、周囲の高温の燃焼ガスの影響により、再び温度が上昇して、第１フィルム冷却孔配列５２より後縁３４側の位置Ｘ１では、温度Ｔ_５に達する。

一方、第１フィルム冷却孔配列５２を設けない場合には。第１フィルム冷却孔配列５２における燃焼ガスの温度Ｔ_２は更に上昇して、位置Ｘ１では、温度Ｔ_４に達する。すなわち、第１フィルム冷却孔配列５２の有無により、第１フィルム冷却孔配列５２より後縁３４の位置Ｘ１における燃焼ガスの温度は、〔Ｔ_４−Ｔ_５〕の温度差が発生する。すなわち、フィルム冷却は、燃焼ガスと翼面との間に冷却媒体のフィルム境界層を形成して、燃焼ガスから翼面への熱移動を抑制することにある。更に、上述のように、第２フィルム冷却孔配列５４の燃焼ガスの流れ方向の下流側に第１フィルム冷却孔配列５２を配置することにより、第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の燃焼ガスの温度が更に低下する。つまり、位置Ｘ１のような第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の領域では、燃焼ガス温度が、温度Ｔ_４から温度Ｔ_５低下するため、燃焼ガスから翼面に移動する熱が更に低減される。すなわち、第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の領域は、フィルム冷却のオーバラップ効果により、燃焼ガスからの熱移動を一層抑制する効果が生まれる。

従って、第１フィルム冷却孔配列５２の前縁側に、更に第２フィルム冷却孔配列５４を設けた高密度開口領域Ｓ_Ｈにおいては、インピンジメント冷却孔６０によるインピンジメント冷却効果と第１フィルム冷却孔配列５２のフィルム冷却効果に加えて、上述したフィルム冷却のオーバラップ効果が重畳的に加わり、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対して、一層の冷却効果が生ずる。なお、図９に示す例では、高密度開口領域Ｓ_Ｈの設ける範囲の上流側が前縁３２に一致せず、幾分下流側に寄っているが、図８に示すように、前縁３２に一致させてもよい。

幾つかの実施形態では、図８に示すように、複数の第２フィルム冷却孔５５によって形成される第２フィルム冷却孔配列５４が、少なくとも、複数の第１フィルム冷却孔５３によって形成される第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。すなわち、図８の平面展開図において、第１フィルム冷却孔配列５２を形成する複数の第１フィルム冷却孔５３が形成される翼高さ方向の範囲Ｈ_Ｙ１は、第２フィルム冷却孔配列５４を形成する複数の第２フィルム冷却孔５５が形成される翼高さ方向の範囲Ｈ_Ｙ２に含まれている。

このように、第２フィルム冷却孔配列５４は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルムによって、高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。

幾つかの実施形態では、複数の第３フィルム冷却孔５７は、インサート７０においてインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成された表面（表面７２又は７４）に対応する翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側に設けられる。
例えば、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、上述したように、インサート７０には、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４（図３参照）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが形成されている。そして、複数の第３フィルム冷却孔５７は、該表面７４に対応する翼部４２の負圧面３８上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側に設けられている。
図８の平面展開図を参照して説明すれば、該平面展開図に係る翼部４２において、前縁−後縁方向における複数の第３フィルム冷却孔５７の位置（即ち第３フィルム冷却孔配列の位置）をＸ_Ｆ３とすると、該Ｘ_Ｆ３と、同方向における上述の第１フィルム冷却孔５３の位置Ｘ_Ｆ１とは、Ｘ_Ｆ１＜Ｘ_Ｆ３の関係を満たす。

このように、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側に第３フィルム冷却孔５７を設けることにより、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側をより効果的に冷却することができる。これにより、翼部４２の熱損傷をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、翼部４２の翼面（例えば負圧面３８）上にて、第１フィルム冷却孔配列５２と第２フィルム冷却孔配列５４との距離をＬ_１２（図８参照）とし、第２フィルム冷却孔配列５４と第３フィルム冷却孔配列５６との距離をＬ_２３（図８参照）としたとき、距離Ｌ_１２と距離Ｌ_２３とは、０．３Ｌ_２３≦Ｌ_１２≦０．５Ｌ_２３を満たす。

上述の距離Ｌ_１２と距離Ｌ_２３とが０．３Ｌ_２３≦Ｌ_１２の関係を満たせば、燃焼ガス流路２８（図１参照）における圧力が比較的低い後縁３４側の位置に第１フィルム冷却孔配列５２が配置されるため、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすい。また、上述の距離Ｌ_１２と距離Ｌ_２３とがＬ_１２≦０．５Ｌ_２３の関係を満たせば、第１フィルム冷却孔配列５２をある程度前縁３２側に配置することができ、前縁３２と後３４との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔５３で形成されるフィルムにより冷却することができる。
よって、インサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、翼部４２の翼面（例えば負圧面３８）上にて、高密度開口領域Ｓ_Ｈの前縁側端（前縁−後縁方向位置Ｘ_Ｓ１）から後縁側端（前縁−後縁方向位置Ｘ_Ｓ２）までの距離をＬ^＊とし、第１フィルム冷却孔配列５２と高密度開口領域Ｓ_Ｈの前縁側端との間の距離Ｌ_１ ^＊としたとき、距離Ｌ^＊と距離Ｌ_１ ^＊とは、０．３Ｌ^＊≦Ｌ_１ ^＊≦０．７Ｌ^＊を満たす。

上述の距離Ｌ^＊と距離Ｌ_１ ^＊とが０．３Ｌ^＊≦Ｌ_１ ^＊の関係を満たせば、燃焼ガス流路２８（図１参照）における圧力が比較的低い後縁３４側の位置に第１フィルム冷却孔配列５２が配置されるため、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすい。また、上述の距離Ｌ^＊と距離Ｌ_１ ^＊とがＬ_１ ^＊≦０．７Ｌ^＊の関係を見たせば、第１フィルム冷却孔配列５２をある程度前縁３２側に配置することができ、前縁３２と後縁３４との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔５３で形成されるフィルムにより冷却することができる。
よって、インサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。

以上、静翼２４を例としてタービン翼４０について説明したが、タービン翼４０は動翼２６であってもよい。

ガスタービン１（図１参照）において、上述のタービン翼４０は、燃焼ガス流路２８に設けられる複数段の動翼２６と複数段の静翼２４のうち、１段動翼２７よりも下流側に位置する静翼２４又は動翼２６であってもよい。すなわち、図１に示すガスタービンにおいて、上述のタービン翼４０は、２段目以降の静翼２４又は２段目以降の動翼２６であってもよい。

本発明者の知見によれば、燃焼器４からの燃焼ガス及び燃焼ガスに含まれる粒子は、動翼の回転に伴い旋回成分が付与されて、燃焼ガス流路の径方向の外側を流れやすくなる。その結果、静翼２４の外側シュラウド４４側に寄った翼面又は動翼２６の先端側の翼面に遮熱コーティングの剥離が生ずる場合がある。
また、１段動翼２７よりも下流側に位置する静翼２４又は動翼２６が上述のタービン翼４０の構成を有する場合には、燃焼ガス中の粒子は、一層燃焼ガス流路の径方向の外側を流れやすくなる。そのため、１段動翼２７より下流側の静翼２４（タービン翼４０）又は動翼２６（タービン翼４０）についても、静翼２４の外側シュラウド４４側に寄った翼面又は動翼２６の先端側の翼面に遮熱コーティングの剥離が生じやすくなる。従って、このような翼面の位置に対応した位置にインサート７０の高密度開口領域Ｓ_Ｈを配置することにより翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態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ことはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、上記実施形態では、インピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが翼部４２の負圧面３８側に対応するインサート７０の表面７４に形成された例について説明したが、幾つかの実施形態では、インピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域Ｓ_Ｈが翼部４２の正圧面３６側に対応するインサート７０の表面７２に形成されていてもよい。この場合、翼部４２の正圧面３６側における熱損傷を効果的に抑制することができる。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２５ １段静翼
２６ 動翼
２７ １段動翼
２８ 燃焼ガス流路
３０ 排気室
３２ 前縁
３４ 後縁
３６ 正圧面
３８ 負圧面
４０ タービン翼
４２ 翼部
４２Ａ 内壁面
４２Ｂ 外壁面
４３ 中空部
４３ａ 前方中空部
４３ｂ 後方中空部
４４ 外側シュラウド
４６ 内側シュラウド
４７ メインキャビティ
４８ 中間キャビティ
５０ フィルム冷却孔
５２ 第１フィルム冷却孔配列
５３ 第１フィルム冷却孔
５４ 第２フィルム冷却孔配列
５５ 第２フィルム冷却孔
５６ 第３フィルム冷却孔配列
５７ 第３フィルム冷却孔
５８ ピンフィン
６０ インピンジメント冷却孔
６２ 隔壁部
６４ リブ
７０ インサート
７０ａ 前方インサート
７０ｂ 後方インサート
７２ 表面
７２ａ 表面
７２ｂ 表面
７４ 表面
７４ａ 表面
７４ｂ 表面
８２ 外側端
８４ 内側端

Claims (13)

1. 翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第１フィルム冷却孔が形成された翼部と、
   前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、
   を備え、
   前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を前記翼部の負圧面側又は正圧面側の何れか一方のみに含み、
   前記複数の第１フィルム冷却孔は、前記翼部の翼面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置よりも前記翼部の前縁側に設けられ、
   前記高密度開口領域は、前記翼高さ方向における前記翼部の中間位置よりも径方向外側に位置する
   タービン翼。
2. 前記高密度開口領域は、該高密度開口領域の前縁側端の位置および後縁側端の位置をそれぞれＸ_Ｓ１及びＸ_Ｓ２としたとき、Ｘ_Ｓ１及びＸ_Ｓ２の何れも前記負圧面側に存在する
   ことを特徴とする請求項１に記載のタービン翼。
3. 前記複数の第１フィルム冷却孔は、位置Ｘ_Ｓ１と位置Ｘ_Ｓ２との間、または、位置Ｘ_Ｓ１よりも前縁側に設けられる
   ことを特徴とする請求項２に記載のタービン翼。
4. 前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列が、少なくとも前記高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービン翼。
5. 前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
   前記複数の第２フィルム冷却孔は、前記翼部の前記翼面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の前記前縁側に設けられる請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービン翼。
6. 前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列が、少なくとも、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されている請求項５に記載のタービン翼。
7. 前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第３フィルム冷却孔が形成されており、
   前記複数の第３フィルム冷却孔は、前記翼部の前記翼面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の後縁側に設けられる請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン翼。
8. 前記翼部には、前記翼部の前記翼面上において前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記前縁側に、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
   前記翼部の前記翼面上にて、前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列と、前記複数の第３フィルム冷却孔によって形成される第３フィルム冷却孔配列との間の距離をＬ_２３としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と、前記第２フィルム冷却孔配列との間の距離Ｌ_１２は、０．３Ｌ_２３≦Ｌ_１２≦０．５Ｌ_２３を満たす
   請求項７に記載のタービン翼。
9. 前記翼部の前記翼面上にて、前記高密度開口領域の前縁側端から後縁側端までの距離をＬ^＊としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と前記高密度開口領域の前記前縁側端との間の距離Ｌ_１ ^＊が、０．３Ｌ^＊≦Ｌ_１ ^＊≦０．７Ｌ^＊を満たす
   請求項１乃至８の何れか一項に記載のタービン翼。
10. 前記中空部の内壁面上にて前記翼部の前記前縁側から後縁側に向かって延在するリブをさらに備え、
    前記インピンジメント冷却孔は、前記翼高さ方向において、前記リブに対しずれた位置に設けられた
    請求項１乃至９の何れか一項に記載のタービン翼。
11. 前記翼部の表面を覆うように設けられた遮熱コーティングを備える
    ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のタービン翼。
12. 前記タービン翼は、ガスタービン静翼である請求項１乃至１１の何れか一項に記載のタービン翼。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載のタービン翼と、
    前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
    を備えるガスタービン。
    
    

Images