JP6565105B2 - 動翼及びこれを備えるガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、動翼及びこれを備えるガスタービンに関する。
本願は、２０１５年９月２９日に出願された特願２０１５−１９０６９６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンは、軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆う車室と、を備えている。ロータは、ロータ軸と、このロータ軸に取り付けられている複数の動翼とを有する。車室の内側には、複数の静翼が設けられている。

動翼は、軸線に対する径方向に延びる翼体と、翼体の径方向内側に設けられているプラットフォームと、プラットフォームの径方向内側に設けられている翼根と、を有する。動翼の翼体は、燃焼ガスが通る燃焼ガス流路内に配置される。プラットフォームは、燃焼ガス流路の径方向内側の位置を画定する。翼根は、ロータ軸に固定される。

静翼及び動翼等のガスタービンの翼は、いずれも高温の燃焼ガスに曝される。このため、ガスタービンの翼は、内部に冷却媒体を流すことで冷却されている。例えば、特許文献１に記載の動翼では、天板を構成する先端キャップ内に冷却媒体が流通する冷却チャネルが形成されている。この先端キャップには、翼体である基板の半径方向の外側の端部にシニングである先端リブが設けられている。

特開２０１３−１２４６６５号公報

ところで、上述した動翼では、他の部分を冷却した後の冷却媒体がシニングである先端リブ付近を通過している。その結果、シニング付近を通過する際には、既に冷却媒体の温度が上昇してしまい、シニングを十分に冷却できない可能性がある。そのため、冷却媒体を有効に利用してシニング及び天板を効果的に冷却することが望まれている。

本発明は、冷却媒体を有効に利用してシニング及び天板を効果的に冷却することが可能な動翼及びこれを備えるガスタービンを提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様における動翼は、内部に冷却媒体を流通させる冷却流路が形成される翼体を備え、前記翼体は、前記翼体の翼高さ方向の翼端部に形成されている天板と、前記天板で前記翼高さ方向の外側を向く天面の前記翼体のキャンバーラインよりも前記翼体の背側で、前記外側へ突出し、前記キャンバーラインに沿って延びているシニングとを有し、前記天板には、前記冷却流路からの前記冷却媒体を流通させる天板流路が内部に形成され、前記天板流路は、前記キャンバーラインよりも前記背側に形成されて前記冷却流路から前記冷却媒体が流入する入口流路と、前記入口流路に接続され、前記天面に沿って前記キャンバーラインと交差する方向に延びている主流路と、前記主流路に接続され、前記キャンバーラインよりも前記翼体の腹側で前記翼体の外部に前記冷却媒体を排出する出口流路とを有し、前記天板は、前記翼体の腹側を向く面と前記天面とを繋ぐ傾斜面を有し、前記出口流路は、前記傾斜面で開口し、前記入口流路は、前記翼高さ方向から見た際に前記シニングと少なくとも一部が重なる位置に形成され、前記外側と反対側を向く冷却面と、前記冷却面に前記冷却媒体を噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有する。

このような構成によれば、入口流路によって、冷却流路から流入したばかりの冷却媒体を利用してシニングを冷却することができる。つまり、主流路を流れることで天面を冷却して温度が上昇する前の冷却媒体を利用してシニングを冷却することができる。加えて、主流路によって、シニングを冷却した後の冷却媒体を流通させることができ、天面を対流冷却によって冷却することができる。さらに、天面の腹側から冷却媒体を排出することで、燃焼ガスの流れに沿って、腹側から背側に向かって天面に沿って冷却媒体を流してフィルム冷却を行うことができる。これらにより、天板内を流通する冷却媒体を効率的に利用することができる。
また、出口流路から天板の外部に排出された冷却媒体を、剥離なく天面に流すことができる。そのため、燃焼ガスの流れに沿って腹側から背側に天面上を流れる冷却媒体による冷却効率を向上させることができる。したがって、出口流路から排出された冷却媒体をより効率的に利用して天板を冷却することができる。
また、インピンジメント冷却を行って冷却することで、シニングをより重点的に冷却することができる。つまり、天板流路を流れる冷却媒体を利用して、シニングをより一層効果的に冷却することができる。

本発明の第二の態様における動翼では、第一の態様において、前記入口流路は、前記翼高さ方向から見た際に、前記キャンバーラインよりも前記シニングに近い位置に形成されていてもよい。

本発明の第三の態様における動翼では、前記第一または第二の態様において、前記出口流路は、前記翼高さ方向から見た際に、前記キャンバーラインよりも前記翼体の腹側を向く外面に近い位置に形成されていてもよい。

本発明の第四の態様における動翼では、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記主流路は、前記天面と平行な断面において、蛇行して形成されていてもよい。

このような構成によれば、主流路を天板の内部で長く形成することができる。そのため、天板の外部に排出される冷却媒体の流量を低減した状態で、天板の内部の広い範囲に冷却媒体を流通させることができる。そのため、対流冷却によって冷却される領域を増やすことができる。したがって、冷却媒体を効率的に利用して対流冷却を行い、より広範囲を冷却することができる。

本発明の第五の態様における動翼では、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記シニングは、内部に前記冷却媒体を流通させるシニング流路が形成されていてもよい。

このような構成によれば、シニングの内部に形成されたシニング流路を冷却媒体が流通することで、対流冷却によってシニングを重点的に冷却することができる。したがって、天板流路による冷却に加えて、シニング流路によって冷却することができ、より効果的にシニングを冷却することができる。

本発明の第六の態様における動翼では、第一から第六の態様のいずれか一つにおいて、前記外側と反対側の前記翼体の端部に設けられるプラットフォームを備えていてもよい。

本発明の第七の態様におけるガスタービンは、燃焼ガスが生成される燃焼器と、第一から第六の態様のいずれか一つの動翼を有するタービンとを備える。

このような構成によれば、天板流路に冷却媒体を流通させることで、冷却媒体を効率的に利用して動翼の天板とシニングとを冷却することができる。そのため、冷却媒体として圧縮空気の一部をタービンに供給する量を減少でき、ガスタービンとして効率を向上させることができる。

本発明によれば、天板流路に冷却媒体を流通させることで、冷却媒体を有効に利用してシニング及び天板を効果的に冷却することができる。

本発明に係る実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。 本発明に係る実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本発明に係る実施形態における動翼の断面図である。 第一実施形態の天板流路を説明する動翼を径方向外側から見た図である。 第一実施形態における天板流路を説明するキャンバーラインと直交する断面の天板の断面図である。 第二実施形態の天板流路を説明する動翼を径方向外側から見た図である。 第三実施形態における天板流路を説明するキャンバーラインと直交する断面の天板の断面図である。 第四実施形態における天板流路を説明するキャンバーラインと直交する断面の天板の断面図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る実施形態について図１から図５を参照して説明する。
本実施形態のガスタービン１００は、図１に示すように、圧縮機１１０と、複数の燃焼器１２０と、タービン１３０と、を備えている。圧縮機１１０は、外気Ａｏを圧縮して圧縮空気Ａを生成する。複数の燃焼器１２０は、燃料Ｆを圧縮空気Ａ中で燃焼させ燃焼ガスＧを生成する。タービン１３０は、燃焼ガスＧにより駆動する。

圧縮機１１０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１１１と、圧縮機ロータ１１１を回転可能に覆う圧縮機車室１１２と、を有する。タービン１３０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１４０と、タービンロータ１４０を回転可能に覆うタービン車室１５０と、を有する。圧縮機ロータ１１１の軸線Ａｒとタービンロータ１４０の軸線Ａｒとは、同一直線上に位置している。圧縮機ロータ１１１とタービンロータ１４０とは、互いに連結されてガスタービンロータ１０１を成している。圧縮機車室１１２とタービン車室１５０とは、互いに連結されてガスタービン車室１０２を成している。

なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸方向Ｄａとする。この軸線Ａｒを中心とした周方向Ｄｃを単に周方向Ｄｃとする。軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。

ガスタービンロータ１０１には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが連結されている。複数の燃焼器１２０は、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで、ガスタービン車室１０２に収納されている。燃焼器１２０は、ガスタービン車室１０２に固定されている。

タービンロータ１４０は、図２に示すように、軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びるロータ軸１４１と、このロータ軸１４１に取り付けられている複数の動翼段１４２と、を有する。複数の動翼段１４２は、軸方向Ｄａ並んでいる。各動翼段１４２は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼１で構成されている。複数の動翼段１４２の各上流側には、静翼段１４３が配置されている。各静翼段１４３は、タービン車室１５０の内側に設けられている。各静翼段１４３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼１４３ａで構成されている。

タービン車室１５０は、その外殻を構成する筒状の外側車室１５１と、外側車室１５１の内側に固定されている内側車室１５２と、内側車室１５２の内側に固定されている複数の分割環１５３とを有する。複数の分割環１５３は、いずれも、複数の静翼段１４３の相互の間の位置に設けられている。各分割環１５３の径方向Ｄｒ内側には、動翼段１４２が配置されている。

ロータ軸１４１の外周側とタービン車室１５０の内周側との間であって、軸方向Ｄａで静翼１４３ａ及び動翼１が配置されている環状の空間は、燃焼器１２０からの燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路Ｐｇを成している。この燃焼ガス流路Ｐｇは、軸線Ａｒを中心として環状を成している。燃焼ガス流路Ｐｇは、ロータ軸１４１が延びる軸方向Ｄａに延在している。

ロータ軸１４１には、冷却媒体として圧縮空気Ａの一部が通るロータ冷媒通路１４１ａが形成されている。ロータ冷媒通路１４１ａを通った冷却媒体は、動翼１内に導入されて、この動翼１の冷却に利用される。

タービン車室１５０の内側車室１５２には、径方向Ｄｒ外側から径方向Ｄｒ内側に貫通する車室冷媒通路１５２ａが形成されている。車室冷媒通路１５２ａを通った冷却媒体は、静翼１４３ａ内及び分割環１５３内に導入される。導入された冷却媒体は、静翼１４３ａ及び分割環１５３の冷却に利用される。

なお、静翼段１４３によっては、ガスタービン車室１０２内の空気が、冷却媒体として、車室冷媒通路１５２ａを経ずにこの静翼段１４３を構成する静翼１４３ａに供給される場合もある。

以下、本発明に係る動翼１の実施形態について説明する。
本実施形態の動翼１は、図３に示すように、翼体２と、プラットフォーム３と、シャンク４０と、翼根５０とを有する。翼体２、プラットフォーム３、シャンク４０、及び翼根５０は、本実施形態では一体成型されている。

翼体２は、径方向Ｄｒに延びている。翼体２は、外面２１０が燃焼ガス流路Ｐｇに面しており、燃焼ガスＧに曝されている。翼体２は、冷却媒体を流通させる冷却流路１０が内部に形成されている。

冷却流路１０は、図３に示すように、径方向Ｄｒに延びて翼体２の内部に複数形成されている。複数の冷却流路１０は、翼体２、プラットフォーム３、シャンク４０、及び翼根５０のうち、少なくとも翼体２からプラットフォーム３にかけて連なっていずれも形成されている。複数の冷却流路１０は、翼体２の軸方向Ｄａに沿って並んでいる。隣接する冷却流路１０の一部は、翼体２内の径方向Ｄｒ外側の部分、又は、プラットフォーム３の径方向Ｄｒ内側の部分で、互いに連通している。複数の冷却流路１０のうちのいずれかは、翼根５０の径方向Ｄｒ内側の端で開口している。この冷却流路１０には、ロータ軸１４１のロータ冷媒通路１４１ａを通ってきた冷却媒体が、この開口から流入する。複数の冷却流路１０のうちで最も上流側の冷却流路１０は、翼本体２１の前縁部２１ａで開口する前縁部開口孔１１が複数形成されている。

プラットフォーム３は、翼体２の翼高さ方向Ｚの基端側である一方側の翼体２の端部（第一の端部）に設けられている。具体的には、プラットフォーム３は、翼体２の径方向Ｄｒ内側に形成されている。プラットフォーム３は、径方向Ｄｒから見た場合、図４に示すように、平行四辺形状を成している。プラットフォーム３は、翼体２とシャンク４０との間に位置している。プラットフォーム３には径方向Ｄｒ外側の面であるガスパス面３ａが形成されており、燃焼ガス流路Ｐｇの径方向Ｄｒ内側の一部を成している。

ここで、翼体２の翼高さ方向Ｚは、翼体２の延びている方向であって、本実施形態における径方向Ｄｒ（図３紙面奥行方向）とする。つまり、本実施形態の翼高さ方向Ｚの一方側は径方向Ｄｒ外側である。翼高さ方向Ｚの他方側は径方向Ｄｒ内側である。

翼体２の翼弦方向Ｘは、本実施形態における径方向Ｄｒと直交する方向であって、翼体２の翼弦の延びる方向を含むプラットフォーム３の周方向Ｄｃを向く面と平行な方向（図３紙面左右方向）とする。翼体２の翼厚方向Ｙは、本実施形態における径方向Ｄｒ及び翼弦方向Ｘと直交する方向であって、翼体２の厚み方向（図３紙面上下方向）とする。

翼体２の翼面方向Ｗは、キャンバーラインＣに沿った方向であって、翼弦方向Ｘ成分を含む方向である。つまり、翼面方向Ｗは、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、キャンバーラインＣが延びている方向である。キャンバーラインＣとは、背側外面２１０ｂと腹側外面２１０ａから等しい距離にある点を結んだ仮想線であって、翼体２を翼高さ方向Ｚから見た際の翼型の中央線である。

シャンク４０は、プラットフォーム３の径方向Ｄｒ内側に形成されている。つまり、シャンク４０は、プラットフォーム３と翼根５０との間に位置している。シャンク４０は、プラットフォーム３と翼根５０とを連結している。

翼根５０は、シャンク４０の径方向Ｄｒ内側に形成されている。翼根５０は、軸方向Ｄａに対して垂直な断面形状が径方向Ｄｒ内側に向かって拡幅と縮幅とを交互に繰り返して形成されるクリスマスツリー形状を成している。ロータ軸１４１には、この翼根５０が嵌まり込む翼根溝（不図示）が形成されている。

本実施形態の翼体２は、翼本体２１と、天板４と、シニング６とを有する。
翼本体２１は、翼体２の外郭を形成している。翼本体２１は、図４に示すように、翼高さ方向Ｚと直交する断面形状が翼型に形成されている。翼本体２１は、翼弦方向Ｘの前方側の端部が前縁部２１ａを成している。翼本体２１は、翼弦方向Ｘの後方側の端部が後縁部２１ｂを成している。この翼本体２１の翼厚方向Ｙを向く外面２１０のうち、凸状の外面２１０が背側外面２１０ｂ（＝負圧面）を成している。翼本体２１の翼厚方向Ｙを向く外面２１０のうち、凹状の外面２１０が腹側外面２１０ａ（＝正圧面）を成している。

天板４は、翼本体２１の翼高さ方向Ｚの先端側である他方側の翼端部（第二の端部）に形成されている。天板４は、図３に示すように、翼体２の径方向Ｄｒ外側の頂部を形成している。天板４は、翼本体２１の翼高さ方向Ｚの他方側を閉塞している。天板４は、冷却流路１０からの冷却媒体を流通させる天板流路５が内部に形成されている。本実施形態の天板４は、平板状をなしている。天板４は、翼本体２１に対して翼高さ方向Ｚの他方側である径方向Ｄｒ外側を向く天面４１が形成されている。

シニング６は、天面４１から翼高さ方向Ｚの他方側へ突出している。シニング６は、本実施形態において、図４に示すように、翼体２のキャンバーラインＣよりも背側に形成されている。シニング６は、キャンバーラインＣに沿って延びている。本実施形態のシニング６は、断面方形状をなして、翼面方向Ｗに背側外面２１０ｂに沿って延びている。シニング６は、背側を向く面が背側外面２１０ｂと連続するよう形成されている。

天板流路５は、冷却流路１０を流通している冷却媒体が流入する。本実施形態の天板流路５は、天面４１に沿って翼面方向Ｗに複数並んで形成されている。本実施形態では、翼面方向Ｗに四つ並んでいる。天板流路５は、図５に示すように、冷却流路１０から冷却媒体が流入する入口流路５１と、入口流路５１に接続される主流路５２と、翼体２の外部に冷却媒体を排出する出口流路５３とを有する。

入口流路５１は、キャンバーラインＣよりも背側に形成されている。入口流路５１は、天板４の径方向Ｄｒ外側と反対側である翼高さ方向Ｚの一方側を向く内面４２で開口している。天板４の内面４２は、天面４１と反対側を向いて、天面４１と平行な面である。本実施形態の入口流路５１は、内面４２に対して垂直に延びている。入口流路５１は、キャンバーラインＣと直交する断面において、翼厚方向Ｙの距離がキャンバーラインＣよりも翼本体２１の背側の壁部に近い位置に形成されている。つまり、入口流路５１は、翼高さ方向Ｚから見た場合に、キャンバーラインＣよりもシニング６に寄った位置に形成されている。また、本実施形態において、入口流路５１は、翼高さ方向Ｚから見た際に、キャンバーラインＣよりもシニング６に近い位置に形成されている。

主流路５２は、天面４１に沿ってキャンバーラインＣと交差する方向に延びている。主流路５２は、キャンバーラインＣよりも背側で入口流路５１と繋がっている。本実施形態の主流路５２は、翼厚方向Ｙを背側から腹側に向かってキャンバーラインＣに跨って延びている。具体的には、主流路５２は、図４に示すように、天面４１と平行な断面において、キャンバーラインＣと交差する翼厚方向Ｙに直線状をなして延びている。主流路５２は、図５に示すように、天板４の内部において、天面４１からの距離と内面４２からの距離とが同程度の位置に形成されている。

出口流路５３は、キャンバーラインＣよりも腹側に形成されている。出口流路５３は、天面４１で開口している。本実施形態の出口流路５３は、天面４１に対して垂直に延びている。出口流路５３は、キャンバーラインＣと直交する断面において、翼厚方向Ｙの距離がキャンバーラインＣよりも腹側外面２１０ａに近い位置に形成されている。具体的には、出口流路５３は、翼高さ方向Ｚから見た場合に、翼本体２１の腹側外面２１０ａを形成する壁部と重なる位置に形成されている。出口流路５３は、入口流路５１と翼面方向Ｗが同じ位置に形成されている。また、本実施形態において、出口流路５３は、翼高さ方向Ｚから見た際に、キャンバーラインＣよりも腹側外面２１０ａに近い位置に形成されている。

なお、出口流路５３は、第一実施形態のように、天面４１に対して垂直に延びていることに限定されるものではなく、天面４１で開口していればよい。例えば、出口流路５３は、天面４１に対して傾斜して延びていてもよい。同様に、入口流路５１も、内面４２に対して垂直に延びていることに限定されるものではなく、冷却流路１０と連通していればよい。例えば、入口流路５１は、内面４２に対して傾斜して延びていてもよく、翼本体２１の背側外面２１０ｂに面した側壁で開口していてもよい。

第一実施形態のガスタービン１００によれば、図１に示すように、圧縮機１１０からの圧縮空気Ａは、ガスタービン車室１０２内に入り、燃焼器１２０内に流れ込む。燃焼器１２０では、この圧縮空気Ａと共に外部から供給される燃料Ｆが燃焼されて、燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路Ｐｇを通る過程で動翼１に接して、タービンロータ１４０をロータ軸１４１回りに回転させる。

図２に示すように、圧縮機１１０からの圧縮空気Ａの一部は冷却媒体として、動翼１や静翼１４３ａを冷却するために、ロータ冷媒通路１４１ａや車室冷媒通路１５２ａに流れこむ。車室冷媒通路１５２ａに流れ込んだ冷却媒体は、静翼１４３ａを内部から冷却する。

ロータ冷媒通路１４１ａに流れ込んだ冷却媒体は、動翼１に形成されている複数の冷却流路１０のうちで、図３に示すように、翼根５０の径方向Ｄｒ内側の端で開口している冷却流路１０に流入する。この冷却流路１０に流入した冷却媒体は、複数の冷却流路１０を通る過程で、翼体２等と熱交換して翼体２等を冷却して動翼１を内部から冷却する。

冷却流路１０を流れる冷却媒体は、図５に示すように、天板４に形成された複数の天板流路５に流入する。具体的には、冷却流路１０を流れる冷却媒体は、内面４２に形成された開口から入口流路５１内に流入する。入口流路５１を冷却媒体が流通することで、入口流路５１に近い位置に形成されているシニング６及び天板４と、冷却媒体との間で対流冷却が行われる。その後、入口流路５１を流通した冷却媒体は、主流路５２を翼厚方向Ｙの背側から腹側に流れる。主流路５２を冷却媒体が流通することで、天板４と冷却媒体との間で対流冷却が行われる。その後、冷却媒体は、出口流路５３を流れて、天板４に形成された開口から天板４の外部に排出される。天板４の外部に排出された冷却媒体は、周囲の燃焼ガスＧとともに天面４１に沿って流れ、フィルム冷却を行うことで天面４１を冷却する。

上記のような第一実施形態の動翼１によれば、天板流路５では、キャンバーラインＣよりもシニング６が形成されている背側に近い位置に入口流路５１が形成されている。そのため、入口流路５１によって、冷却流路１０から流入したばかりの冷却媒体を利用してシニング６を冷却することができる。つまり、主流路５２を流れることで温度が上昇する前の冷却媒体を利用することで、シニング６をより低温まで冷却することができる。

加えて、主流路５２が、翼厚方向Ｙを背側から腹側に向かってキャンバーラインＣに跨って延びている。そのため、主流路５２によって、シニング６を冷却した後の冷却媒体を天面４１に沿って翼厚方向Ｙに流通させることができる。その結果、天面４１を対流冷却によって翼厚方向Ｙにわたって冷却することができる。

対流冷却後の冷却媒体を出口流路５３に流すことで、天面４１の腹側に形成された開口から翼体２の外部に冷却媒体を排出している。翼体２は、背側から腹側に向かってロータ軸１４１を中心として回転している。そのため、天面４１の周囲では、腹側から背側に向かって燃焼ガスＧが流れている。したがって、天面４１の腹側に形成された開口から冷却媒体を排出することで、この燃焼ガスＧの流れに沿って冷却媒体を流すことができる。そのため、腹側から背側に向かって翼厚方向Ｙに膜を形成するように天面４１に沿って冷却媒体を流してフィルム冷却を行うことができる。

これらにより、天板流路５内に冷却媒体を流通させることで、天板４内を流通する冷却媒体を効率的に利用して天板４を冷却することができる。その結果、冷却媒体を有効に利用してシニング６を効果的に冷却しながら、冷却媒体を効率的に利用して天板４を冷却することができる。

上記のようなガスタービン１００によれば、天板流路５に冷却媒体を流通させることで、冷却媒体を効率的に利用して動翼１の天板４とシニング６とを冷却することができる。そのため、冷却媒体として圧縮空気Ａの一部をタービン１３０に供給する量を減少でき、ガスタービン１００として効率を向上させることができる。

《第二実施形態》
次に、図６を参照して第二実施形態の動翼について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の動翼は、天板流路の構成について第一実施形態と相違する。

第二実施形態の動翼１Ａの天板流路５Ａでは、図６に示すように、天面４１と平行な断面において、主流路５２Ａが蛇行して形成されている。第二実施形態の翼体２の天板流路５Ａは、翼面方向Ｗに二つ並んでいる。天板流路５Ａは、冷却流路１０から冷却媒体が流入する入口流路５１と、入口流路５１に接続される主流路５２Ａと、翼体２Ａの外部に冷却媒体を排出する出口流路５３Ａとを有する。

第二実施形態の入口流路５１は、第一実施形態と同様に形成されている。
第二実施形態の出口流路５３Ａは、入口流路５１に対して翼面方向Ｗの位置がずれて形成されている。

第二実施形態の主流路５２Ａは、天面４１と平行な断面において、翼厚方向Ｙに蛇行している。主流路５２Ａは、第一直線部５２１と、第一リターン部５２２と、第二直線部５２３と、第二リターン部５２４と、第三直線部５２５と、を有する。

第一直線部５２１は、キャンバーラインＣよりも背側で入口流路５１と繋がっている。第一直線部５２１は、天面４１に沿ってキャンバーラインＣと交差する方向に延びている。第一直線部５２１は、入口流路５１から翼厚方向Ｙの腹側に向かってキャンバーラインＣに跨って延びている。具体的には、第一直線部５２１は、天面４１と平行な断面において、キャンバーラインＣと交差する翼厚方向Ｙに直線状をなして延びている。

第一リターン部５２２は、翼厚方向Ｙの腹側へ向かう冷却媒体の流れを、翼厚方向Ｙの背側に向かう流れに転向させる。第一リターン部５２２は、キャンバーラインＣよりも腹側で第一直線部５２１及び第二直線部５２３と繋がっている。第一リターン部５２２は、翼厚方向Ｙの腹側に延びた後に翼厚方向Ｙの背側に湾曲するように延びている。具体的には、第一リターン部５２２は、天面４１と平行な断面において、Ｕ字状をなしている。つまり、第一リターン部５２２は、第一直線部５２１内を流れてきた冷却媒体の流通方向を１８０°反転させる。

第二直線部５２３は、キャンバーラインＣよりも腹側で第一リターン部５２２と繋がっている。第二直線部５２３は、天面４１に沿ってキャンバーラインＣと交差する方向に延びている。第二直線部５２３は、第一リターン部５２２から翼厚方向Ｙの背側に向かってキャンバーラインＣに跨って延びている。具体的には、第二直線部５２３は、天面４１と平行な断面において、キャンバーラインＣと交差する翼厚方向Ｙに直線状をなして延びている。第二直線部５２３は、第一直線部５２１に対して翼面方向Ｗに間隔を空けて並んで形成されている。

第二リターン部５２４は、翼厚方向Ｙの背側へ向かう冷却媒体の流れを、翼厚方向Ｙの腹側に向かう流れに転向させる。第二リターン部５２４は、キャンバーラインＣよりも背側で第二直線部５２３及び第三直線部５２５と繋がっている。第二リターン部５２４は、翼厚方向Ｙの背側に延びた後に翼厚方向Ｙの腹側に湾曲するように延びている。具体的には、第二リターン部５２４は、天面４１と平行な断面において、Ｕ字状をなしている。つまり、第二リターン部５２４は、第二直線部５２３内を流れてきた冷却媒体の流通方向を１８０°反転させる。

第三直線部５２５は、キャンバーラインＣよりも背側で第二リターン部５２４と繋がっている。第三直線部５２５は、キャンバーラインＣよりも腹側で出口流路５３Ａと繋がっている。第三直線部５２５は、天面４１に沿ってキャンバーラインＣと交差する方向に延びている。第三直線部５２５は、第二リターン部５２４から翼厚方向Ｙの腹側に向かってキャンバーラインＣに跨って延びている。具体的には、第三直線部５２５は、天面４１と平行な断面において、キャンバーラインＣと交差する翼厚方向Ｙに直線状をなして延びている。第三直線部５２５は、第二直線部５２３に対して翼面方向Ｗに間隔を空けて並んで形成されている。

上記のような第二実施形態の動翼１Ａによれば、天板流路５Ａの主流路５２Ａが翼面方向Ｗに蛇行して形成されている。その結果、主流路５２Ａを天板４の内部で長く形成することができる。そのため、天板４の外部に排出される冷却媒体の流量を低減した状態で、天板４の内部の広い範囲に冷却媒体を流通させることができる。具体的には、入口流路５１から流入した冷却媒体は、第一直線部５２１内を背側から腹側に流れる。その後に、冷却媒体は、第一リターン部５２２で流通方向が反転させられて第二直線部５２３内によって腹側から背側に流れる。その後、冷却媒体は、再度第二リターン部５２４で流通方向が反転させられて第三直線部５２５内を背側から腹側に向かって流れる。つまり、キャンバーラインＣよりも背側に形成された入口流路５１と、キャンバーラインＣよりも腹側に形成された出口流路５３Ａをとの間で、対流冷却によって冷却される領域を増やすことができる。したがって、冷却媒体を効率的に利用して対流冷却を行い、より広範囲を冷却することができる。

なお、第二実施形態の主流路５２Ａは、翼面方向Ｗに蛇行していることに限定されるものではなく、天面４１と平行な断面において蛇行して形成されていればよい。例えば、主流路５２Ａは、翼弦方向Ｘに蛇行していてもよく、キャンバーラインＣに沿って翼面方向Ｗに蛇行していてもよい。

《第三実施形態》
次に、図７を参照して第三実施形態の動翼について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の動翼は、天板の形状及びシニングの構成について第一実施形態及び第二実施形態と相違する。

第三実施形態の動翼１Ｂの翼体２Ｂでは、天板４Ｂは、図６に示すように、天面４１と腹側を向く天板４Ｂの側面４３とを繋ぐ傾斜面４４を有している。傾斜面４４は、天板４Ｂの腹側の角部に形成されている。傾斜面４４は、翼厚方向Ｙの腹側に向かうにしたがって、翼高さ方向Ｚの他方側（径方向Ｄｒの内側）に向かうように傾斜している。第三実施形態の傾斜面４４は、天面４１及び側面４３に対して４５°の角度で傾斜している。

第三実施形態の天板流路５Ｂでは、出口流路５３Ｂが、天面４１ではなく、傾斜面４４で開口している。第三実施形態の出口流路５３Ｂは、傾斜面４４に対して垂直に延びている。

第三実施形態のシニング６Ｂは、内部に冷却媒体を流通させるシニング流路６１が形成されている。
シニング流路６１は、シニング６Ｂ内を翼面方向Ｗに沿って延びている。シニング流路６１は、冷却流路１０または天板流路５Ｂに接続されている。したがって、シニング流路６１には、冷却流路１０または天板流路５Ｂから冷媒媒体が流れ込む。第三実施形態のシニング流路６１は、キャンバーラインＣと直交する断面において、円形状をなしてシニング６Ｂの真ん中を貫くように形成されている。

上記のような第三実施形態の動翼１Ｂによれば、天面４１と側面４３とを繋ぐ傾斜面４４で出口流路５３Ｂが開口している。そのため、出口流路５３Ｂから天板４Ｂの外部に排出された冷却媒体は、傾斜面４４に沿って流れた後に、剥離なく天面４１に沿って流れることができる。その結果、燃焼ガスＧの流れに沿って腹側から背側に翼厚方向Ｙに天面４１上を流れる冷却媒体による冷却効率を向上させることができる。したがって、出口流路５３Ｂから排出された冷却媒体をより効率的に利用して天板４Ｂを冷却することができる。

シニング６Ｂの内部に形成されたシニング流路６１に冷却媒体が流通することで、対流冷却によってシニング６Ｂを重点的に冷却することができる。したがって、天板流路５Ｂによる冷却に加えて、シニング流路６１によって冷却することができ、より効果的にシニング６Ｂを冷却することができる。

《第四実施形態》
次に、図８を参照して第四実施形態の動翼について説明する。
第四実施形態においては第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第四実施形態の動翼は、天板流路の構成について第一実施形態から第三実施形態と相違する。

第四実施形態の動翼１Ｃでは、翼体２Ｃの天板流路５Ｃにおいて、図８に示すように、入口流路５１Ｃでインピンジメント冷却を行う。第四実施形態の入口流路５１Ｃは、導入部５１１と、冷却部５１２と、噴射部５１３とを有する。導入部５１１は、冷却流路１０から冷却媒体が流入する。冷却部５１２は、翼高さ方向Ｚの一方側を向く冷却面５１２ａが形成されている。噴射部５１３は、冷却面５１２ａに冷却媒体を噴射する噴射孔５１３ａが形成されている。

導入部５１１は、キャンバーラインＣよりも背側に形成されている。導入部５１１は、天板４Ｂの内面４２で開口している。本実施形態の入口流路５１Ｃは、キャンバーラインＣと直交する断面において、内面４２に対して、翼高さ方向Ｚの他方側に向かうにしたがって背側に向かうように傾斜して延びている。

冷却部５１２は、導入部５１１と繋がっている。冷却部５１２は、主流路５２Ｂと繋がっている。冷却部５１２は、内面４２と同様に径方向Ｄｒ内側を向く冷却面５１２ａが形成されている。

冷却面５１２ａは、天面４１と反対側を向く平面である。冷却面５１２ａは、翼高さ方向Ｚから見た際に、翼厚方向Ｙの位置がシニング６と少なくとも一部が重なる位置に形成されている。具体的には、冷却面５１２ａは、キャンバーラインＣと直交する断面において、翼厚方向Ｙの位置がシニング６と一部が重なるように、シニング６に対して翼高さ方向Ｚに間隔をあけて形成されている。

噴射部５１３は、冷却部５１２と導入部５１１との接続部分に設けられている。第四実施形態の噴射部５１３は、平板状をなしている。

噴射孔５１３ａは、導入部５１１から流入した冷却媒体を冷却部５１２の冷却面５１２ａに噴射する。これにより、噴射孔５１３ａは、冷却面５１２ａにインピンジメント冷却を行っている。本実施形態の噴射孔５１３ａは、噴射部５１３を貫通する円形状の貫通孔である。噴射孔５１３ａは、冷却面５１２ａの中心に向かって冷却媒体を噴射させるように、噴射部５１３に形成されている。これにより、噴射孔５１３ａから放射状に噴射された冷却媒体は、偏ることなく冷却面５１２ａに接触する。

上記のような第四実施形態の動翼１Ｃによれば、冷却流路１０から導入部５１１に流入した冷却媒体は、噴射孔５１３ａから冷却面５１２ａに噴射される。噴射孔５１３ａから噴射された冷却媒体は、噴射孔５１３ａから放射状に広がりながら冷却面５１２ａに接触する。その後、冷却媒体は、主流路５２Ｂを流れて出口流路５３Ｂに送られる。

これにより、翼高さ方向Ｚから見た際にシニング６と一部が重なる位置に形成された冷却面５１２ａを噴射孔５１３ａから噴射された冷却媒体によってインピンジメント冷却を行って冷却することができる。そのため、冷却媒体を利用して、シニング６をより重点的に冷却することができる。つまり、天板流路５Ｃを流れる冷却媒体を利用して、シニング６をより一層効果的に冷却することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、第二実施形態の蛇行した主流路５２Ａを第三実施形態や第四実施形態の天板流路５Ｃが有していてもよい。また、第四実施形態の噴射部５１３を有する天板流路５Ｃが形成された天板４Ｂは、シニング流路６１や傾斜面４４を有していなくともよい。

なお、シニング６は、本実施形態のよう、背側を向く面が背側外面２１０ｂと連続して形成される構造に限定されるものではない。シニング６は、背側を向く面が背側外面２１０ｂから離れた位置に配置されるように天面４１から突出していてもよい。また、シニング６は、キャンバーラインＣ上に跨って配置されていてもよい。

上記した動翼は、冷却媒体を有効に利用してシニング及び天板を効果的に冷却することができる。

１００ ガスタービン
Ａｏ 外気
Ａ 圧縮空気
１１０ 圧縮機
Ａｒ 軸線
１１１ 圧縮機ロータ
１１２ 圧縮機車室
Ｆ 燃料
Ｇ 燃焼ガス
１２０ 燃焼器
１３０ タービン
１４０ タービンロータ
１４１ ロータ軸
１４１ａ ロータ冷媒通路
１４２ 動翼段
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 動翼
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 翼体
２１ 翼本体
Ｘ 翼弦方向
２１ａ 前縁部
２１ｂ 後縁部
２１０ 外面
２１０ａ 腹側外面
２１０ｂ 背側外面
Ｙ 翼厚方向
Ｚ 翼高さ方向
Ｗ 翼面方向
Ｃ キャンバーライン
４、４Ｂ 天板
４１ 天面
４２ 内面
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 天板流路
５１、５１Ｃ 入口流路
５２、５２Ａ、５２Ｂ 主流路
５３、５３Ａ、５３Ｂ 出口流路
６、６Ｂ シニング
１０ 冷却流路
１１ 前縁部開口孔
３ プラットフォーム
３ａ ガスパス面
４０ シャンク
５０ 翼根
１４３ 静翼段
１４３ａ 静翼
１５０ タービン車室
１５１ 外側車室
１５２ 内側車室
１５２ａ 車室冷媒通路
１５３ 分割環
１０１ ガスタービンロータ
１０２ ガスタービン車室
ＧＥＮ 発電機
Ｄａ 軸方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
Ｐｇ 燃焼ガス流路
５２１ 第一直線部
５２２ 第一リターン部
５２３ 第二直線部
５２４ 第二リターン部
５２５ 第三直線部
４３ 側面
４４ 傾斜面
６１ シニング流路
５１１ 導入部
５１２ 冷却部
５１２ａ 冷却面
５１３ 噴射部
５１３ａ 噴射孔

Claims (7)

1. 内部に冷却媒体を流通させる冷却流路が形成される翼体を備え、
   前記翼体は、
   前記翼体の翼高さ方向の翼端部に形成されている天板と、
   前記天板で前記翼高さ方向の外側を向く天面の前記翼体のキャンバーラインよりも前記翼体の背側で、前記外側へ突出し、前記キャンバーラインに沿って延びているシニングとを有し、
   前記天板には、前記冷却流路からの前記冷却媒体を流通させる天板流路が内部に形成され、
   前記天板流路は、
   前記キャンバーラインよりも前記背側に形成されて前記冷却流路から前記冷却媒体が流入する入口流路と、
   前記入口流路に接続され、前記天面に沿って前記キャンバーラインと交差する方向に延びている主流路と、
   前記主流路に接続され、前記キャンバーラインよりも前記翼体の腹側で前記翼体の外部に前記冷却媒体を排出する出口流路とを有し、
   前記天板は、前記翼体の腹側を向く面と前記天面とを繋ぐ傾斜面を有し、
   前記出口流路は、前記傾斜面で開口し、
   前記入口流路は、
   前記翼高さ方向から見た際に前記シニングと少なくとも一部が重なる位置に形成され、前記外側と反対側を向く冷却面と、
   前記冷却面に前記冷却媒体を噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有する動翼。
2. 前記入口流路は、前記翼高さ方向から見た際に、前記キャンバーラインよりも前記シニングに近い位置に形成されている請求項１に記載の動翼。
3. 前記出口流路は、前記翼高さ方向から見た際に、前記キャンバーラインよりも前記翼体の腹側を向く外面に近い位置に形成されている請求項１又は請求項２に記載の動翼。
4. 前記主流路は、前記天面と平行な断面において、蛇行して形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の動翼。
5. 前記シニングは、内部に前記冷却媒体を流通させるシニング流路が形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の動翼。
6. 前記外側と反対側の前記翼体の端部に設けられるプラットフォームを備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の動翼。
7. 燃焼ガスが生成される燃焼器と、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の動翼を有するタービンとを備えるガスタービン

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