JP6587132B2 - 翼及びこれを備えるガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、翼及びこれを備えるガスタービンに関する。

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、軸線に対して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内側シュラウドと、翼体の径方向外側に設けられている外側シュラウドと、を有する。静翼の翼体は、燃焼ガスが通る燃焼ガス流路内に配置される。内側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向内側の位置を画定する。外側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向外側の位置を画定する。

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に記載の翼では、翼本体の内部に形成された冷却用流路の途中に隔壁を複数設けている。この隔壁には、冷却用流路の壁面である翼形状形成壁の内面に向けて冷却媒体を送り出すインピンジメント冷却孔が複数設けられている。つまり、この翼では、インピンジメント冷却孔を通して翼形状形成壁の内面に冷却媒体を衝突させてインピンジメント冷却をすることで、翼本体を内部から冷却している。さらに、この翼では、インピンジメント冷却後の冷却媒体をフィルム冷却用の小孔から翼の外部に排出してフィルム冷却をすることで、翼の表面も冷却している。

特開平１１−２００８０５号公報

ところで、特許文献１の翼では、冷却媒体がインピンジメント冷却をしながら冷却用流路を流れていくことで、冷却用流路の下流側に向かうにしたがって、徐々に冷却媒体の温度が上昇してしまう。そのため、冷却媒体が下流側に向かうにしたがって冷却効率が低下してしまい、冷却媒体を効率的に利用して翼を冷却することが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、冷却媒体を効率的に利用して翼を冷却することが可能な翼及びこれを備えるガスタービンを提供することを目的とする。

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翼は、燃焼ガスに曝される外面を有する翼体を備え、前記翼体は、冷却媒体を流通させる冷却流路が内部に形成され、前記冷却流路は、前記外面に沿って形成され、所定方向に互いに間隔を空けて並んで複数配置された冷却面と、前記冷却面毎に設けられ、対応する前記冷却面よりも前記冷却媒体の流通方向の上流側を流れる前記冷却媒体を対応する前記冷却面に噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有し、前記所定方向に隣り合う前記噴射孔の間隔は、前記流通方向の上流側より下流側の方が狭くなるように配置されている。

このような構成によれば、流通方向の下流側に向かって、一つの噴射孔から噴射される冷却媒体によってインピンジメント冷却される冷却面の面積を狭くすることができる。したがって、冷却流路を流通することで温度が上昇した下流側の冷却媒体を利用した場合であっても、冷却面における噴射孔から噴射された冷却媒体の単位面積当たりの冷却効率が低下してしまうことを抑えることができる。つまり、温度の上昇した冷却媒体を利用して、効果的に冷却面に対してインピンジメント冷却を行うことができる。

また、本発明の第二の態様における翼では、第一の態様において、前記噴射孔の間隔は、前記流通方向の上流側から下流側に向かうにしたがって狭くなるように配置されていてもよい。

また、本発明の第三の態様における翼では、第一または第二の態様において、前記所定方向は、前記外面に沿った方向であって、前記翼体の翼弦方向成分を含む翼面方向であってもよい。

このような構成によれば、所定方向として、翼面方向に互いに間隔を空けて並んで冷却面が形成されていることで、翼体を前縁部側から後縁部側に向かって冷却することができる。

また、本発明の第四の態様における翼では、第一から第三の態様のいずれか一つにおいて、前記冷却流路は、前記翼面方向に延びて、前記冷却流路を前記翼体の翼高さ方向に仕切る隔壁部を備えていてもよい。

このような構成によれば、翼高さ方向の位置によって、冷却流路を流通する冷却媒体の流量が不均一になってしまうことを抑えることができる。そのため、翼体の翼高さ方向の長さによらず、一定の圧力状態を維持した冷却媒体を冷却流路に流通させることができる。これにより、冷却媒体によって安定して冷却面を冷却することができる。

また、本発明の第五の態様における翼では、第一から第四の態様のいずれか一つにおいて、前記噴射部は、前記外面のうち、前記翼体の腹側を向く腹側外面に沿って形成された腹側冷却面に前記冷却媒体を噴射する腹側噴射孔が形成された腹側噴射部と、前記外面のうち、前記翼体の背側を向く背側外面に沿って形成された背側冷却面に前記冷却媒体を噴射する背側噴射孔が形成された背側噴射部と、を有し、前記背側噴射孔の穴径は、前記腹側噴射孔の穴径よりも小さく形成されていてもよい。

このような構成によれば、背側噴射孔に比べて腹側噴射孔の冷却効率を高くすることができる。これにより、背側外面を腹側外面に比べてより冷却することができる。したがって、冷却媒体をより効率的に利用して翼体を冷却することができる。

また、本発明の第六の態様における翼では、第一から第五の態様のいずれか一つにおいて、前記翼体は、内部に前記翼体の翼高さ方向に蛇行するサーペンタイン流路が形成され、前記冷却流路は、前記翼体において前記サーペンタイン流路よりも前記翼体の翼弦方向の後縁部側で、前記サーペンタイン流路に接続されていてもよい。

このような構成によれば、サーペンタイン流路を流通して翼の前縁部側を冷却した冷却媒体を冷却流路に流通させることができる。つまり、翼体の前縁部側を冷却した冷却媒体を利用して、翼体の後縁部側を冷却することができる。したがって、冷却媒体をより効率的に利用して、翼体を全域にわたって冷却することができる。

また、本発明の第七の態様における翼では、第一から第六の態様のいずれか一つにおいて、前記冷却流路は、前記外面のうち、前記翼体の腹側を向く腹側外面に沿って形成された腹側冷却面が形成された腹側主流路と、前記外面のうち、前記翼体の背側を向く背側外面に沿って形成された背側冷却面が形成された背側主流路と、前記翼体の翼厚方向に延びて前記腹側主流路と前記背側主流路とを接続し、出口に前記噴射部が設けられた噴射流路とを有していてもよい。

また、本発明の第八の態様における翼では、第一から第六の態様のいずれか一つにおいて、前記翼体は、外面が前記翼体の腹側を向く腹側外面または前記翼体の背側を向く背側外面を形成する外壁部を有し、前記冷却流路は、前記外壁部内に形成されていてもよい。

このような構成によれば、壁部内に冷却流路が形成されていることで、冷却媒体を効率的に冷却して、腹側外面または背側外面を重点的に冷却することができる。

また、本発明の第九の態様における翼では、第八の態様において、前記冷却流路は、前記冷却面に噴射された冷却媒体の流通方向を前記冷却面から遠ざかる方向に変える噴射流路を有していてもよい。

また、本発明の第十の態様におけるガスタービンは、前記燃焼ガスを生成する燃焼器と、第一から第九のいずれか一つの態様の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、冷却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翼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、温度の上昇した冷却媒体を利用して、効果的に冷却面に対してインピンジメント冷却を行うことができ、冷却媒体を効率的に利用して翼を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。 本発明に係る第一実施形態における翼体の断面図である。 本発明の第一実施形態における冷却流路を説明する翼体の後縁部の要部断面図である。 本発明の第一実施形態における隣り合う噴射孔の間隔を説明する翼体の後縁部の要部断面図である。 図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の第二実施形態における冷却流路を説明する翼体の外壁部の要部断面図である。

《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一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、外気Ａｏを圧縮して圧縮空気Ａを生成する圧縮機１１０と、燃料Ｆを圧縮空気Ａ中で燃焼させ燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器１２０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン１３０と、を備えている。

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の軸線とタービンロータ１４０の軸線とは、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。また、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とし、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、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に並んでいる。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１４２ａ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１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。従って、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。

軸方向Ｄａで静翼１及び動翼１４２ａ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１４２ａ内に導入されて、この動翼１４２ａ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１内及び分割環１５３内に導入されて、静翼１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１に供給される場合もある。

以下、本発明に係る翼の第一実施形態について説明する。
本実施形態の翼は、ガスタービン１００の静翼１である。静翼１は、燃焼ガス流路Ｐｇ内に配置されている。静翼１は、図２に示すように、翼体１０と、内側シュラウド２０と、外側シュラウド３０とを有する。

翼体１０は、ロータ軸１４１に対して径方向Ｄｒに延びている。翼体１０は、外面１３が燃焼ガス流路Ｐｇに面していることで燃焼ガスＧに曝されている。翼体１０は、図３に示すように、翼弦方向Ｘの前方側の端部が前縁部１１を成している。翼体１０は、翼弦方向Ｘの後方側の端部が後縁部１２を成している。この翼体１０の表面で、翼体１０の翼厚方向Ｙを向く面のうち、凸状の面が背側外面１３２（＝負圧面）を成している。翼体１０の表面で、凹状の面が腹側外面１３１（＝正圧面）を成している。

なお、翼弦方向Ｘ（図３紙面左右方向）とは、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１０の翼弦の延びる方向である。翼厚方向Ｙ（図３紙面上下方向）とは、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１０の厚み方向である。翼高さ方向Ｚ（図３紙面奥行方向）は、本実施形態における径方向Ｄｒである。

また、翼体１０の翼面方向Ｗは、外面１３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、翼体１０の翼面が延びている方向である。したがって、翼体１０の背側と腹側とは翼面方向Ｗは異なっている。

内側シュラウド２０は、図２に示すように、翼体１０の径方向Ｄｒ内側に形成されている。内側シュラウド２０は、環状の燃焼ガス流路Ｐｇの径方向Ｄｒ内側の位置を画定する。
外側シュラウド３０は、翼体１０の径方向Ｄｒ外側に形成されている。外側シュラウド３０は、環状の燃焼ガス流路Ｐｇの径方向Ｄｒ外側の位置を画定する。

翼体１０、外側シュラウド３０及び内側シュラウド２０には、径方向Ｄｒに延びる複数のサーペンタイン流路４０が形成されている。サーペンタイン流路４０は、いずれも、外側シュラウド３０から、翼体１０を経て、内側シュラウド２０まで連続して形成されている。サーペンタイン流路４０は、前縁部１１と後縁部１２との間に亘って翼体１０の内部を径方向Ｄｒである翼高さ方向Ｚに蛇行して形成されている。サーペンタイン流路４０は、図３に示すように、径方向Ｄｒと直交する断面において、複数の流路が翼体１０の翼弦方向Ｘに沿って並ぶことで形成されている。サーペンタイン流路４０は、翼弦方向Ｘに隣接する流路の一部が径方向Ｄｒ外側の部分、又は径方向Ｄｒ内側の部分で互いに連通している。また、サーペンタイン流路４０は、部分的に外側シュラウド３０における凹部の底で開口している。さらに、サーペンタイン流路４０は、部分的に内側シュラウド２０で開口している。静翼１の径方向Ｄｒ外側又は径方向Ｄｒ内側に存在する冷却媒体の一部は、この開口からサーペンタイン流路４０内に流入する。

翼体１０は、インピンジメント流路４５が内部に形成されている。本実施形態のインピンジメント流路４５は、図４に示すように、翼体１０の後縁部１２を連通するように形成されている。インピンジメント流路４５は、サーペンタイン流路４０に接続されている主冷却流路（冷却流路）２と、主冷却流路２に接続されて後縁部１２から冷却媒体を翼体１０の外部に排出する端部冷却流路９とを有する。

主冷却流路２は、翼体１０においてサーペンタイン流路４０よりも翼弦方向Ｘの後縁部１２側に形成されている。主冷却流路２は、翼弦方向Ｘに隣接するサーペンタイン流路４０のうちの最も後縁部１２側のサーペンタイン流路４０に接続されている。主冷却流路２は、図６に示すように、翼面方向Ｗに延びる隔壁部３を複数備えている。

隔壁部３は、主冷却流路２を翼体１０の径方向Ｄｒである翼高さ方向Ｚに仕切っている。したがって、インピンジメント流路４５は、主冷却流路２において、翼高さ方向Ｚに画成され、端部冷却流路９において、翼高さ方向Ｚに連通している。本実施形態の隔壁部３は、平板状をなしている。隔壁部３は、翼高さ方向Ｚに同じ距離だけ離間して複数配置されている。つまり、複数の隔壁部３は、主冷却流路２を翼高さ方向Ｚに均等に区画している。

なお、隔壁部３は、本実施形態のように、翼高さ方向Ｚに同じ距離だけ離間して配置されることに限定されるものではなく、主冷却流路２を翼高さ方向Ｚに仕切ることができればよい。したがって、複数の隔壁部３は、翼高さ方向Ｚの距離がそれぞれ異なった状態で配置されていてもよい。

主冷却流路２は、図４及び図５に示すように、主流路４と、噴射部５と、噴射流路４３とを有する。
主流路４は、外面１３に沿って形成される冷却面７を有している。主流路４は、所定方向に互いに間隔を空けて並んで形成されている。つまり、冷却面７は、所定方向に互いに間隔を空けて並んで複数配置されている。本実施形態の冷却面７は、所定方向として、翼面方向Ｗに並んでいる。冷却面７は、外面１３と反対側の翼体１０の内部を向いている。冷却面７は、外面１３と平行な面である。複数の冷却面７は、翼面方向Ｗの後縁部１２側に向かうにしたがって、面積が小さくなるように形成されている。

本実施形態の主流路４は、翼体１０の腹側に形成される腹側主流路４１と、翼体１０の背側に形成される背側主流路４２とを有する。
腹側主流路４１は、翼体１０の腹側を向く外面１３である腹側外面１３１に沿って形成されている。腹側主流路４１は、主冷却流路２の中で腹側外面１３１に最も近い位置に形成されている。腹側主流路４１は、冷却面７として、腹側を向く腹側外面１３１に沿って形成される腹側冷却面７１を有している。

本実施形態の腹側主流路４１は、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、一定の幅のまま腹側外面１３１に沿って翼面方向Ｗに延びている。腹側主流路４１は、翼面方向Ｗに互いに間隔を空けて並んで複数形成されている。本実施形態の複数の腹側主流路４１は、翼面方向Ｗの前縁部１１側から順に第一腹側主流路４１ａ、第二腹側主流路４１ｂ、第三腹側主流路４１ｃ、第四腹側主流路４１ｄ、第五腹側主流路４１ｅ、及び第六腹側主流路４１ｆである。複数の腹側主流路４１は、翼面方向Ｗの後縁部１２側に向かうにしたがって、翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。つまり、腹側主流路４１は、第一腹側主流路４１ａから第六腹側主流路４１ｆの順に、徐々に翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。

第一腹側主流路４１ａは、腹側外面１３１と平行な第一腹側冷却面７１ａを有する。
第二腹側主流路４１ｂは、腹側外面１３１と平行な第二腹側冷却面７１ｂを有する。第二腹側冷却面７１ｂは、第一腹側冷却面７１ａよりも面積が小さくなるように形成されている。
第三腹側主流路４１ｃは、腹側外面１３１と平行な第三腹側冷却面７１ｃを有する。第三腹側冷却面７１ｃは、第二腹側冷却面７１ｂよりも面積が小さくなるように形成されている。
第四腹側主流路４１ｄは、腹側外面１３１と平行な第四腹側冷却面７１ｄを有する。第四腹側冷却面７１ｄは、第三腹側冷却面７１ｃよりも面積が小さくなるように形成されている。
第五腹側主流路４１ｅは、腹側外面１３１と平行な第五腹側冷却面７１ｅを有する。第五腹側冷却面７１ｅは、第四腹側冷却面７１ｄよりも面積が小さくなるように形成されている。
第六腹側主流路４１ｆは、腹側外面１３１と平行な第六腹側冷却面７１ｆを有する。第六腹側冷却面７１ｆは、第五腹側冷却面７１ｅよりも面積が小さくなるように形成されている。

背側主流路４２は、翼体１０の背側を向く外面１３である背側外面１３２に沿って形成されている。背側主流路４２は、主冷却流路２の中で背側外面１３２に最も近い位置に形成されている。背側主流路４２は、冷却面７として、背側を向く背側外面１３２に沿って形成される背側冷却面７２を有している。

本実施形態の背側主流路４２は、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、同じ幅で背側外面１３２に沿って翼面方向Ｗに延びている。背側主流路４２は、翼面方向Ｗに互いに間隔を空けて並んで複数形成されている。本実施形態の複数の背側主流路４２は、翼面方向Ｗの前縁部１１側から順に第一背側主流路４２ａ、第二背側主流路４２ｂ、第三背側主流路４２ｃ、第四背側主流路４２ｄ、及び第五背側主流路４２ｅである。複数の背側主流路４２は、翼面方向Ｗの後縁部１２側に向かうにしたがって、翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。つまり、背側主流路４２は、第一背側主流路４２ａから第五背側主流路４２ｅの順に、徐々に翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。

第一背側主流路４２ａは、背側外面１３２と平行な第一背側冷却面７２ａを有する。
第二背側主流路４２ｂは、背側外面１３２と平行な第二背側冷却面７２ｂを有する。第二背側冷却面７２ｂは、第一背側冷却面７２ａよりも面積が小さくなるように形成されている。

第三背側主流路４２ｃは、背側外面１３２と平行な第三背側冷却面７２ｃを有する。第三背側冷却面７２ｃは、第二背側冷却面７２ｂよりも面積が小さくなるように形成されている。
第四背側主流路４２ｄは、背側外面１３２と平行な第四背側冷却面７２ｄを有する。第四背側冷却面７２ｄは、第三背側冷却面７２ｃよりも面積が小さくなるように形成されている。
第五背側主流路４２ｅは、背側外面１３２と平行な第五背側冷却面７２ｅを有する。第五背側冷却面７２ｅは、第四背側冷却面７２ｄよりも面積が小さくなるように形成されている。

噴射部５は、冷却面７毎に設けられている。噴射部５は、冷却面７に冷却媒体を噴射する噴射孔８が形成されている。噴射部５は、所定方向である翼面方向Ｗにおける冷却媒体の流通方向の上流側から下流側に向かうにしたがって、噴射孔８同士の間隔が狭くなるように配置されている。本実施形態の噴射部５は、平板状をなしている。

噴射孔８は、対応する冷却面７よりも冷却媒体の流通方向の上流側を流れる冷却媒体を対応する冷却面７に噴射する。これにより、噴射孔８は、冷却面７をインピンジメント冷却している。所定方向である翼面方向Ｗに隣り合う噴射孔８の間隔は、翼面方向Ｗにおける冷却媒体の流通方向の上流側よりも下流側の方が狭くなるように配置されている。本実施形態では、翼面方向Ｗに隣り合う噴射孔８の間隔は、冷却媒体の流通方向の上流側から下流側に向かうにしたがって、次第に狭くなるように配置されている。

ここで、本実施形態における所定方向に隣り合う噴射孔８の間隔とは、連続する流路を流通する冷却媒体を噴射する複数の噴射孔８の中で、一の噴射孔８と、一の噴射孔８に対して最も近い位置に配置された他の噴射孔８との中心位置同士の間隔である。また、隣り合う噴射孔８とは、本実施形態のように、翼高さ方向Ｚの位置が同じ位置であることに限定されるものではない。例えば、翼面方向Ｗに隣り合う噴射孔８は、翼高さ方向Ｚの位置がずれていても、連続する流路を流通する冷却媒体を噴射する複数の噴射孔８の中で最も近い位置に配置された二つ噴射孔８であればよい。

本実施形態の噴射孔８は、噴射部５を貫通する円形状の貫通孔である。噴射孔８は、後述する噴射流路４３の翼弦方向Ｘの前縁部１１側を向く壁面に面して噴射部５に形成されている。これにより、噴射孔８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７に接触する。本実施形態の噴射部５は、導入噴射部５０と、複数の背側噴射部５１と、複数の腹側噴射部５２とを有する。

導入噴射部５０は、サーペンタイン流路４０と主流路４との接続部分に設けられている。導入噴射部５０は、導入噴射孔８０が形成されている。導入噴射孔８０は、サーペンタイン流路４０から流入する冷却媒体を第一腹側冷却面７１ａに噴射する。

背側噴射部５１及び腹側噴射部５２は、主流路４を流れる冷却媒体の流通方向を変える噴射流路４３の出口に設けられている。背側噴射部５１は、噴射孔８として、背側噴射孔８１が形成されている。背側噴射孔８１は、隣接する背側噴射孔８１同士の翼面方向Ｗの距離が後縁部１２側に向かうにしたがって、次第に狭くなるように配置されている。腹側噴射部５２は、噴射孔８として、腹側噴射孔８２が形成されている。腹側噴射孔８２は、隣接する腹側噴射孔８２同士の翼面方向Ｗの距離が後縁部１２側に向かうにしたがって、次第に狭くなるように配置されている。

本実施形態の噴射流路４３は、翼厚方向Ｙに延びている。噴射流路４３は、主流路４を流れる冷却媒体の流通方向を変えて噴射部５まで流通させる。本実施形態の噴射流路４３は、腹側主流路４１と背側主流路４２とを接続している。噴射流路４３は、背側噴射流路４３１と腹側噴射流路４３２とを有する。

背側噴射流路４３１は、腹側主流路４１から背側主流路４２に向かって冷却媒体を流通させる。本実施形態の背側噴射流路４３１は、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、腹側主流路４１の後縁部１２側の端部に接続されて同じ幅で翼厚方向Ｙに延びている。背側噴射流路４３１は、翼弦方向Ｘに互いに間隔を空けて並んで形成されている。背側噴射流路４３１は、翼弦方向Ｘの前縁部１１側から順に第一背側噴射流路４３１ａ、第二背側噴射流路４３１ｂ、第三背側噴射流路４３１ｃ、第四背側噴射流路４３１ｄ、及び第五背側噴射流路４３１ｅによって構成されている。背側噴射流路４３１は、翼弦方向Ｘの後縁部１２側に向かうにしたがって、翼厚方向Ｙの長さが短くなるように形成されている。つまり、背側噴射流路４３１は、翼体１０の形状に合わせて、第一背側噴射流路４３１ａから第五背側噴射流路４３１ｅの順に、徐々に翼厚方向Ｙの長さが短くなるよう形成されている。

第一背側噴射流路４３１ａは、第一腹側主流路４１ａと第一背側主流路４２ａとを接続している。第一背側噴射流路４３１ａは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第一背側噴射部５１ａが設けられている。第一背側噴射部５１ａは、第一背側冷却面７２ａに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第一背側噴射孔８１ａが形成されている。

第二背側噴射流路４３１ｂは、第二腹側主流路４１ｂと第二背側主流路４２ｂとを接続している。第二背側噴射流路４３１ｂは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第二背側噴射部５１ｂが設けられている。第二背側噴射部５１ｂは、第二背側冷却面７２ｂに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第二背側噴射孔８１ｂが形成されている。

第三背側噴射流路４３１ｃは、第三腹側主流路４１ｃと第三背側主流路４２ｃとを接続している。第三背側噴射流路４３１ｃは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第三背側噴射部５１ｃが設けられている。第三背側噴射部５１ｃは、第三背側冷却面７２ｃに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第三背側噴射孔８１ｃが形成されている。図５に示すように、第三背側噴射孔８１ｃと第二背側噴射孔８１ｂとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ２は、第一背側噴射孔８１ａと第二背側噴射孔８１ｂとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ１よりも狭くなっている。

第四背側噴射流路４３１ｄは、図４に示すように、第四腹側主流路４１ｄと第四背側主流路４２ｄとを接続している。第四背側噴射流路４３１ｄは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第四背側噴射部５１ｄが設けられている。第四背側噴射部５１ｄは、第四背側冷却面７２ｄに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第四背側噴射孔８１ｄが形成されている。図５に示すように、第四背側噴射孔８１ｄと第三背側噴射孔８１ｃとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ３は、第二背側噴射孔８１ｂと第三背側噴射孔８１ｃとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ２よりも狭くなっている。

第五背側噴射流路４３１ｅは、図４に示すように、第五腹側主流路４１ｅと第五背側主流路４２ｅとを接続している。第五背側噴射流路４３１ｅは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第五背側噴射部５１ｅが設けられている。第五背側噴射部５１ｅは、第五背側冷却面７２ｅに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第五背側噴射孔８１ｅが形成されている。図５に示すように、第五背側噴射孔８１ｅと第四背側噴射孔８１ｄとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ４は、第三背側噴射孔８１ｃと第四背側噴射孔８１ｄとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ３よりも狭くなっている。

腹側噴射流路４３２は、図４に示すように、背側主流路４２から腹側主流路４１に向かって冷却媒体を流通させる。本実施形態の腹側噴射流路４３２は、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、背側主流路４２の後縁部１２側の端部に接続されて同じ幅で翼厚方向Ｙに延びている。腹側噴射流路４３２は、翼弦方向Ｘに互いに間隔を空けて並んで形成されている。腹側噴射流路４３２は、翼弦方向Ｘの前縁部１１側から順に第一腹側噴射流路４３２ａ、第二腹側噴射流路４３２ｂ、第三腹側噴射流路４３２ｃ、第四腹側噴射流路４３２ｄ、及び第五腹側噴射流路４３２ｅによって構成されている。腹側噴射流路４３２は、翼弦方向Ｘの後縁部１２側に向かうにしたがって、翼厚方向Ｙの長さが短くなるように形成されている。つまり、腹側噴射流路４３２は、翼体１０の形状に合わせて、第一背側噴射流路４３１ａから第五腹側噴射流路４３２ｅの順に、徐々に翼厚方向Ｙの長さが短くなるよう形成されている。

第一腹側噴射流路４３２ａは、第一背側主流路４２ａと第二腹側主流路４１ｂとを接続している。第一腹側噴射流路４３２ａは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第一腹側噴射部５２ａが設けられている。第一腹側噴射部５２ａは、第二腹側冷却面７１ｂに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第一腹側噴射孔８２ａが形成されている。

第二腹側噴射流路４３２ｂは、第二背側主流路４２ｂと第三腹側主流路４１ｃとを接続している。第二腹側噴射流路４３２ｂは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第二腹側噴射部５２ｂが設けられている。第二腹側噴射部５２ｂは、第三腹側冷却面７１ｃに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第二腹側噴射孔８２ｂが形成されている。

第三腹側噴射流路４３２ｃは、第三背側主流路４２ｃと第四腹側主流路４１ｄとを接続している。第三腹側噴射流路４３２ｃは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第三腹側噴射部５２ｃが設けられている。第三腹側噴射部５２ｃは、第四腹側冷却面７１ｄに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第三腹側噴射孔８２ｃが形成されている。図５に示すように、第三腹側噴射孔８２ｃと第二腹側噴射孔８２ｂとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ６は、第一腹側噴射孔８２ａと第二腹側噴射孔８２ｂとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ５よりも狭くなっている。

第四腹側噴射流路４３２ｄは、図４に示すように、第四背側主流路４２ｄと第五腹側主流路４１ｅとを接続している。第四腹側噴射流路４３２ｄは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第四腹側噴射部５２ｄが設けられている。第四腹側噴射部５２ｄは、第五腹側冷却面７１ｅに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第四腹側噴射孔８２ｄが形成されている。図５に示すように、第四腹側噴射孔８２ｄと第三腹側噴射孔８２ｃとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ７は、第二腹側噴射孔８２ｂと第三腹側噴射孔８２ｃとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ６よりも狭くなっている。

第五腹側噴射流路４３２ｅは、図４に示すように、第五背側主流路４２ｅと第六腹側主流路４１ｆとを接続している。第五腹側噴射流路４３２ｅは、翼厚方向Ｙの背側である出口に第五腹側噴射部５２ｅが設けられている。第五腹側噴射部５２ｅは、第六腹側冷却面７１ｆに対して、冷却媒体を噴射させる円形状の第五腹側噴射孔８２ｅが形成されている。図５に示すように、第五腹側噴射孔８２ｅと第四腹側噴射孔８２ｄとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ８は、第三腹側噴射孔８２ｃと第四腹側噴射孔８２ｄとの間の翼面方向Ｗの距離Ｌ７よりも狭くなっている。

端部冷却流路９は、主冷却流路２と翼体１０の後縁部１２の開口とを接続するよう翼体１０の内部に形成されている。端部冷却流路９は、翼高さ方向Ｚに連通している。端部冷却流路９は、翼厚方向Ｙに延びる遮蔽部９１が複数形成されている。

遮蔽部９１は、冷却媒体が主冷却流路２からまっすぐに後縁部１２の開口に流れないように、端部冷却流路９内での翼弦方向Ｘや翼高さ方向Ｚへの冷却媒体の流通を遮っている。本実施形態の遮蔽部９１は、円柱状をなして翼厚方向Ｙに延びている。遮蔽部９１は、図６に示すように、翼高さ方向Ｚの断面において、格子状に複数配置されている。遮蔽部９１によりピンフィン冷却が行われ、腹側外面１３１および背側外面１３２の冷却が促進される。

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を燃焼して、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１４２ａ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１４２ａや静翼１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。ロータ冷媒通路１４１ａに流れ込んだ冷却媒体は、動翼１４２ａを内部から冷却する。

車室冷媒通路１５２ａに流れ込んだ冷却媒体は、その径方向Ｄｒ内側に配置されている外側シュラウド３０や分割環１５３の径方向Ｄｒ外側に流れ込み、外側シュラウド３０や分割環１５３を冷却する。外側シュラウド３０の径方向Ｄｒ外側に流れ込んだ冷却媒体は、サーペンタイン流路４０を介して翼体１０の内部に流れ込む。その後、冷却媒体は、図３に示すように、サーペンタイン流路４０の下流側からインピンジメント流路４５に流れ込む。インピンジメント流路４５に流れ込んだ冷却媒体は、主冷却流路２、端部冷却流路９の順に流れて、後縁部１２の開口から翼体１０の外部の燃焼ガス流路Ｐｇに排出される。

具体的には、サーペンタイン流路４０を流れた冷却媒体は、導入噴射孔８０から第一腹側冷却面７１ａに噴射される。導入噴射孔８０から噴射された冷却媒体は、導入噴射孔８０から放射状に広がりながら第一腹側冷却面７１ａに接触する。その後、冷却媒体は、第一腹側主流路４１ａを流れて第一背側噴射流路４３１ａに送られる。

第一背側噴射流路４３１ａに流入した冷却媒体は、流通方向を変化させながら、第一背側噴射孔８１ａに送られる。冷却媒体は、第一背側噴射孔８１ａから第一背側冷却面７２ａに向けて噴射される。第一背側噴射孔８１ａから噴射された冷却媒体は、第一背側噴射孔８１ａから放射状に広がりながら第一背側冷却面７２ａに接触する。その後、冷却媒体は、第一背側主流路４２ａを流れて第一腹側噴射流路４３２ａに送られる。冷却媒体は、第一腹側噴射流路４３２ａを流れることで流通方向を変化させながら、第一腹側噴射孔８２ａに送られる。冷却媒体は、第一腹側噴射孔８２ａから第二腹側冷却面７１ｂに向けて噴射される。第一腹側噴射孔８２ａから噴射された冷却媒体は、第一腹側噴射孔８２ａから放射状に広がりながら第二腹側冷却面７１ｂに接触する。その後、第二腹側冷却面７１ｂに噴射された冷却媒体は、第一腹側主流路４１ａを流れて第二背側噴射流路４３１ｂに送られる。

第二背側噴射流路４３１ｂを流れて第二背側噴射孔８１ｂに送られた冷却媒体は、第二背側噴射孔８１ｂから第二背側冷却面７２ｂに向けて噴射される。第二背側冷却面７２ｂに噴射された冷却媒体は、第二背側主流路４２ｂ及び第二腹側噴射流路４３２ｂを介して、第二腹側噴射孔８２ｂに送られる。第二腹側噴射孔８２ｂに送られた冷却媒体は、第二腹側噴射孔８２ｂから第三腹側冷却面７１ｃに向けて噴射される。第三腹側冷却面７１ｃに噴射された冷却媒体は、第三腹側主流路４１ｃ及び第三背側噴射流路４３１ｃを流れて第三背側噴射孔８１ｃに送られる。

同様にして、冷却媒体は、第三背側噴射孔８１ｃから第三背側冷却面７２ｃに噴射される。第三背側冷却面７２ｃに噴射された冷却媒体は、第三背側主流路４２ｃ及び第三腹側噴射流路４３２ｃを流れて第三腹側噴射孔８２ｃから第四腹側冷却面７１ｄに噴射される。第四腹側冷却面７１ｄに噴射された冷却媒体は、第四腹側主流路４１ｄ及び第四背側噴射流路４３１ｄを流れて第四背側噴射孔８１ｄから第四背側冷却面７２ｄに噴射される。第四背側冷却面７２ｄに噴射された冷却媒体は、第四背側主流路４２ｄ及び第四腹側噴射流路４３２ｄを流れて第四腹側噴射孔８２ｄから第五腹側冷却面７１ｅに噴射される。第五腹側冷却面７１ｅに噴射された冷却媒体は、第五腹側主流路４１ｅ及び第五背側噴射流路４３１ｅを流れて第五背側噴射孔８１ｅから第五背側冷却面７２ｅに噴射される。第五背側冷却面７２ｅに噴射された冷却媒体は、第五背側主流路４２ｅ及び第五腹側噴射流路４３２ｅを流れて第五腹側噴射孔８２ｅから第六腹側冷却面７１ｆに噴射される。

第六腹側冷却面７１ｆに噴射された冷却媒体は、第六腹側主流路４１ｆから端部冷却流路９に送られる。端部冷却流路９では、冷却媒体は、遮蔽部９１の間を流通し、後縁部１２の開口から翼体１０の外部に排出される。

上記のような第一実施形態の静翼１によれば、複数の背側噴射部５１が、所定方向における冷却媒体の流通方向の上流側から下流側である翼面方向Ｗの前縁部１１側から後縁部１２側に向かうにしたがって背側噴射孔８１同士の間隔が狭くなるように形成されている。同様に、複数の腹側噴射部５２も、翼面方向Ｗの前縁部１１側から後縁部１２側に向かうにしたがって腹側噴射孔８２同士の間隔が狭くなるように形成されている。そのため、流通方向の下流側に向かうにしたがって、一つの噴射孔８から噴射される冷却媒体によってインピンジメント冷却される領域である冷却面７の面積を狭くすることができる。したがって、主冷却流路２を流通することで温度が上昇した下流側の冷却媒体を利用した場合であっても、上流側の冷却媒体を利用した場合に比べて、冷却面７における背側噴射孔８１や腹側噴射孔８２から噴射された冷却媒体の単位面積当たりの冷却効率が低下してしまうことを抑えることができる。その結果、上流側から下流側にわたって冷却面７を均等に冷却することができる。つまり、温度の上昇した冷却媒体を利用して、効果的に冷却面７に対してインピンジメント冷却を行うことができる。したがって、冷却媒体を効率的に利用して翼を冷却することができる。

また、背側噴射孔８１同士の間隔や腹側噴射孔８２同士の間隔が狭くなることに対応して、背側冷却面７２や腹側冷却面７１も後縁部１２側向かうにしたがって面積が小さくなるように形成されている。そのため、各冷却面７において、冷却されない領域が生じることを抑えることができる。したがって、主冷却流路２が形成された領域に対応する翼体１０の外面１３をより効果的に冷却することができる。

また、所定方向として、翼面方向Ｗに互いに間隔を空けて並んで腹側冷却面７１や背側冷却面７２が形成されていることで、翼体１０を前縁部１１側から後縁部１２側に向かって冷却することができる。したがって、冷却媒体を効率的に利用して、翼体１０を前縁部１１側から後縁部１２側にわたって冷却することができる。

隔壁部３を有することで、主冷却流路２を翼高さ方向Ｚに区画することができる。そのため、翼高さ方向Ｚの位置によって、主冷却流路２を流れる冷却媒体の流量が不均一になってしまうことを抑えることができる。そのため、翼体１０の翼高さ方向Ｚの長さによらず、一定の圧力状態を維持した冷却媒体を主冷却流路２に流通させることができる。したがって、噴射孔８から噴射される冷却媒体の圧力が低下してしまうことを抑えることができる。これにより、冷却媒体によって安定して冷却面７を冷却することができる。

特に、本実施形態では、背側噴射孔８１や腹側噴射孔８２までの冷却媒体の流路が、噴射流路４３によって翼弦方向Ｘにも区画されている。つまり、隔壁部３によって翼高さ方向Ｚに区画するだけでなく、翼弦方向Ｘにも区画した状態で噴射孔８まで冷却媒体を流通させている。これにより、翼弦方向Ｘに完全に区画しない場合に比べて冷却媒体の圧力の低下を抑えることができ、必要な冷却熱伝達率を確保できる。その結果、上流側から下流側にかけて高い精度で、一定の圧力状態を維持した冷却媒体を噴射孔８から冷却面７に噴射させることができる。したがって、噴射孔８から噴射される冷却媒体の圧力が低下してしまうことを高い精度で抑えることができる。これにより、冷却媒体によってより安定して冷却面７を冷却することができる。

なお、本実施形態では、隔壁部３によって翼高さ方向Ｚに区画された噴射流路４３に対して一つの噴射孔８を形成しているが、このような組み合わせに限定されるものではない。噴射孔８は、冷却する冷却面７に応じて適宜配置されれば良く、一つの噴射流路４３に対して複数の噴射孔８が設けられていてもよい。

また、翼体１０の周囲を流れる燃焼ガスＧの流速は、腹側よりも背側の方が速くなっている。その結果、背側外面１３２の方が腹側外面１３１よりも熱伝導率が高くなってしまい、腹側外面１３１に比べて背側外面１３２をより低温まで冷却する必要がある。そのため、本実施形態では、背側冷却面７２に冷却媒体を噴射する背側噴射孔８１の穴径が、腹側冷却面７１に冷却媒体を噴射する腹側噴射孔８２の穴径よりも小さく形成されている。これにより、背側噴射孔８１から噴射される冷却媒体に比べて腹側噴射孔８２から噴射される冷却媒体の冷却効率を高くすることができる。その結果、背側外面１３２を腹側外面１３１に比べてより低温まで冷却することができる。したがって、冷却媒体をより効率的に利用して翼体１０を冷却することができる。

また、サーペンタイン流路４０に接続された主冷却流路２がサーペンタイン流路４０よりも後縁部１２側に配置されている。そのため、サーペンタイン流路４０を流通して翼の前縁部１１側を冷却した後の冷却媒体を主冷却流路２に流通させることができる。つまり、翼体１０の前縁部１１側を冷却した冷却媒体を利用して、翼体１０の後縁部１２側を冷却することができる。したがって、冷却媒体をより効率的に利用して、翼体１０を全域にわたって冷却することができる。

主冷却流路２が、途中にフィルム冷却用の冷却孔を有することなく、入口から出口まで一本の連通した流路として形成されている。そのため、主冷却流路２の入口である導入噴射孔８０から出口である第五腹側噴射孔８２ｅまで流量を減少させることがなく冷却媒体を流通させることができる。これにより、背側噴射孔８１や腹側噴射孔８２から噴射される冷却媒体の圧力が次第に低下してしまうことを抑えることができる。したがって、翼面方向Ｗの前縁部１１側から後縁部１２側にわたって、冷却効率を低減させずに、インピンジメント冷却をすることができる。

また、上記のようなガスタービン１００によれば、主冷却流路２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翼を冷却することができる。そのため、冷却媒体としてタービン１３０に供給する圧縮空気Ａの量を減少でき、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７を参照して第二実施形態の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翼では、静翼の背側外面または腹側外面の一方のみを形成する外壁部内に冷却流路が形成されている点で第一実施形態と相違する。

第二実施形態の翼は、第一実施形態と同様に、静翼１Ａである。第二実施形態の静翼１Ａでは、図７に示すように、腹側外面１３１を形成する外壁部１４内に壁部冷却流路２Ａ（冷却流路）が形成されている。この外壁部１４は、腹側外面１３１と反対側を向く内面がサーペンタイン流路４０に面している。壁部冷却流路２Ａは、上流側がサーペンタイン流路４０に接続されている。壁部冷却流路２Ａは、下流側が腹側外面１３１で開口している。壁部冷却流路２Ａは、主流路４Ａと、噴射部５Ａと、噴射流路４３Ａと、フィルム流路９０とを有する。

主流路４Ａは、冷却面７０として、腹側外面１３１に沿って形成される腹側冷却面７１０を有している。主流路４Ａは、翼面方向Ｗに互いに間隔を空けて並んで形成されている。第二実施形態の主流路４Ａは、翼高さ方向Ｚと直交する断面において、一定の幅のまま腹側外面１３１に沿って翼面方向Ｗに延びている。第二実施形態では、複数の主流路４Ａとして、翼面方向Ｗの前縁部１１側から順に第一主流路４１０ａ及び第二主流路４１０ｂとを有する。複数の主流路４Ａは、翼面方向Ｗの後縁部１２側に向かうにしたがって、翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。つまり、主流路４Ａは、第二主流路４１０ｂの方が第一主流路４１０ａよりも翼面方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。

第一主流路４１０ａは、腹側外面１３１と平行な第一腹側冷却面７１０ａを有する。
第二主流路４１０ｂは、腹側外面１３１と平行な第二腹側冷却面７１０ｂを有する。第二腹側冷却面７１０ｂは、第一腹側冷却面７１０ａよりも面積が小さくなるように形成されている。

第二実施形態の噴射部５Ａは、第一実施形態の噴射部５と同様に、冷却面７０毎に設けられている。噴射部５Ａは、導入噴射部５０Ａと、複数の腹側噴射部５２０と、を有する。
導入噴射部５０Ａは、サーペンタイン流路４０と第一主流路４１０ａとの接続部分に設けられている。導入噴射部５０Ａは、導入噴射孔８０Ａが形成されている。導入噴射孔８０Ａは、サーペンタイン流路４０から流入する冷却媒体を第一腹側冷却面７１０ａに噴射する。

腹側噴射部５２０は、主流路４Ａを流れる冷却媒体の流通方向を変える噴射流路４３Ａに設けられている。第二実施形態の噴射流路４３Ａは、主流路４Ａと一体に形成されている。噴射流路４３Ａは、主流路４Ａから翼面方向Ｗの後縁部１２側（図７紙面左側）に向かうにしたがって、翼厚方向Ｙを腹側外面１３１から内面に向かうように傾斜して延びている。つまり、噴射流路４３Ａは、冷却面７０に噴射された冷却媒体の流通方向を翼厚方向Ｙの腹側から内側（背側）に向かうように変えて腹側噴射部５２０まで流通させる。これにより、噴射流路４３Ａは、冷却面７０に噴射された冷却媒体の流通方向を冷却面７０から遠ざかる方向に変えて、他の冷却面７０まで流通させる。第二実施形態では、噴射流路４３Ａとして、翼面方向Ｗの前縁部１１側から順に第一主流路４１０ａと一体に形成される第一噴射流路４３０ａと、第二主流路４１０ｂと一体に形成される第二噴射流路４３０ｂとを有する。

第一噴射流路４３０ａは、第二腹側冷却面７１０ｂに対して、冷却媒体を噴射させる第一腹側噴射孔８２０ａが形成されている。
第二噴射流路４３０ｂは、後述するフィルム流路９０に形成される第三腹側冷却面７１０ｃに対して、冷却媒体を噴射させる第二腹側噴射孔８２０ｂが形成されている。

フィルム流路９０は、腹側外面１３１をフィルム冷却するための冷却媒体として第二腹側噴射孔８２０ｂから噴射された冷却媒体を利用する。フィルム流路９０は、冷却面７０として、腹側外面１３１に沿って形成される第三腹側冷却面７１０ｃを有している。フィルム流路９０は、腹側外面１３１に対して傾斜し、腹側外面１３１で開口するフィルム孔９１０を有する。フィルム流路９０は、第三腹側冷却面７１０ｃに噴射された冷却媒体をフィルム孔９１０から翼体１０Ａの外部に排出する。フィルム流路９０では、第三腹側冷却面７１０ｃが第二腹側冷却面７１０ｂよりも面積が小さくなるように形成されている。

上記のような第二実施形態の翼によれば、外壁部１４内に壁部冷却流路２Ａが形成されていることで、第一実施形態と同様に冷却媒体を効率的に冷却して、腹側外面１３１を重点的に冷却することができる。つまり、サーペンタイン流路４０の周りの外壁部１４の内部に壁部冷却流路２Ａが形成されている。そのため、サーペンタイン流路４０による冷却に加えて、壁部冷却流路２Ａを流通する冷却媒体によって二重で翼体１０Ａを冷却することができる。したがて、効率的に翼体１０Ａを冷却することができる。

また、壁部冷却流路２Ａを流通させた後の冷却媒体をフィルム孔９１０から翼体１０Ａの外部に排出している。そのため、噴射孔８Ａから噴射されることでインピンジメント冷却に利用された冷却媒体をフィルム冷却に再利用することができる。これにより、より一層効率的に冷却媒体を利用して、翼体１０Ａを冷却することができる。

なお、第二実施形態では、腹側外面１３１を形成する外壁部１４に壁部冷却流路２Ａが形成されたが、このような構造に限定されるものではない。例えば、背側外面１３２を形成する外壁部に壁部冷却流路が形成されていてもよく、腹側外面１３１を形成する外壁部１４と背側外面１３２を形成する外壁部との両方に壁部冷却流路が形成されていてもよい。

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。

なお、本実施形態では翼として、静翼を例に挙げて説明したが、本発明の翼は静翼に限定されるものではない。例えば、翼は動翼であってもよい。

また、噴射孔８Ａ同士の距離は、本実施形態のように翼面方向Ｗの距離が狭く形成されることに限定されるものではなく、冷却面７０の単位面積当たりの配置されている噴射孔の密度が高くなるように形成されていればよい。例えば、背側噴射孔８１や腹側噴射孔８２は、噴射孔同士の翼面方向Ｗの距離ではなく、翼高さ方向Ｚの距離が狭くなっていても良い。また、背側噴射孔８１や腹側噴射孔８２は、噴射孔同士の翼面方向Ｗの距離及び翼高さ方向Ｚの距離がともに狭くなっていても良い。

また、冷却流路は、第一実施形態のように翼体１０Ａの後縁部１２に形成されたり、第二実施形態のように外壁部１４の一部に形成されたりするものに限定されるものではない。例えば、冷却流路は、翼体１０Ａの翼面方向Ｗの全域に形成されてもよく、前縁部１１だけに形成されていてもよい。

また、フィルム孔９１０は第二実施形態の壁部冷却流路２Ａのみに形成されている構造に限定されるものではなく、第一実施形態の静翼１に形成されていてもよい。例えば、主流路４にフィルム孔９１０が形成されていてもよい。

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 １４２ａ…動翼 １４３…静翼段 １、１Ａ…静翼 １０、１０Ａ…翼体 Ｘ…翼弦方向 １１…前縁部 １２…後縁部 １３…外面 １３１…腹側外面 １３２…背側外面 Ｙ…翼厚方向 Ｚ…翼高さ方向 ２０…内側シュラウド ３０…外側シュラウド ４０…サーペンタイン流路 ４５…インピンジメント流路 ２…主冷却流路 ３…隔壁部 ４、４Ａ…主流路 ４１…腹側主流路 ４１ａ…第一腹側主流路 ４１ｂ…第二腹側主流路 ４１ｃ…第三腹側主流路 ４１ｄ…第四腹側主流路 ４１ｅ…第五腹側主流路 ４１ｆ…第六腹側主流路 ４２…背側主流路 ４２ａ…第一背側主流路 ４２ｂ…第二背側主流路 ４２ｃ…第三背側主流路 ４２ｄ…第四背側主流路 ４２ｅ…第五背側主流路 ７、７０…冷却面 ７１、７１０…腹側冷却面 ７１ａ、７１０ａ…第一腹側冷却面 ７１ｂ、７１０ｂ…第二腹側冷却面 ７１ｃ、７１０ｃ…第三腹側冷却面 ７１ｄ…第四腹側冷却面 ７１ｅ…第五腹側冷却面 ７１ｆ…第六腹側冷却面 ７２…背側冷却面 ７２ａ…第一背側冷却面 ７２ｂ…第二背側冷却面 ７２ｃ…第三背側冷却面 ７２ｄ…第四背側冷却面 ７２ｅ…第五背側冷却面 ５、５Ａ…噴射部 ８、８Ａ…噴射孔 ５０、５０Ａ…導入噴射部 ８０、８０Ａ…導入噴射孔 ５１…背側噴射部 ８１…背側噴射孔 ５１ａ…第一背側噴射部 ８１ａ…第一背側噴射孔 ５１ｂ…第二背側噴射部 ８１ｂ…第二背側噴射孔 ５１ｃ…第三背側噴射部 ８１ｃ…第三背側噴射孔 ５１ｄ…第四背側噴射部 ８1ｄ…第四背側噴射孔 ５１ｅ…第五背側噴射部 ８１ｅ…第五背側噴射孔 ５２、５２０…腹側噴射部 ８２、８２０…腹側噴射孔 ５２ａ、５２０ａ…第一腹側噴射部 ８２ａ、８２０ａ…第一腹側噴射孔 ５２ｂ、５２０ｂ…第二腹側噴射部 ８２ｂ、８２０ｂ…第二腹側噴射孔 ５２ｃ…第三腹側噴射部 ８２ｃ…第三腹側噴射孔 ５２ｄ…第四腹側噴射部 ８２ｄ…第四腹側噴射孔 ５２ｅ…第五腹側噴射部 ８２ｅ…第五腹側噴射孔 ４３、４３Ａ…噴射流路 ４３１…背側噴射流路 ４３１ａ…第一背側噴射流路 ４３１ｂ…第二背側噴射流路 ４３１ｃ…第三背側噴射流路 ４３１ｄ…第四背側噴射流路 ４３１ｅ…第五背側噴射流路 ４３２…腹側噴射流路 ４３２ａ…第一腹側噴射流路 ４３２ｂ…第二腹側噴射流路 ４３２ｃ…第三腹側噴射流路 ４３２ｄ…第四腹側噴射流路 ４３２ｅ…第五腹側噴射流路 ９…端部冷却流路 ９１…遮蔽部 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 １４…外壁部 ２Ａ…壁部冷却流路 ４１０ａ…第一主流路 ４１０ｂ…第二主流路 ４３０ａ…第一噴射流路 ４３０ｂ…第二噴射流路 ９０…フィルム流路 ９１０…フィルム孔

Claims (10)

1. 燃焼ガスに曝される外面を有する翼体を備え、
   前記翼体は、冷却媒体を流通させる冷却流路が内部に形成され、
   前記冷却流路は、
   前記外面に沿って形成され、所定方向に互いに間隔を空けて並んで複数配置された冷却面と、
   前記冷却面毎に設けられ、対応する前記冷却面よりも前記冷却媒体の流通方向の上流側を流れる前記冷却媒体を対応する前記冷却面に噴射する噴射孔が形成された噴射部とを有し、
   前記所定方向に隣り合う前記噴射孔の間隔は、前記流通方向の上流側より下流側の方が狭くなるように配置されている翼。
2. 前記噴射孔の間隔は、前記流通方向の上流側から下流側に向かうにしたがって狭くなるように配置されている請求項１に記載の翼。
3. 前記所定方向は、前記外面に沿った方向であって、前記翼体の翼弦方向成分を含む翼面方向である請求項１又は請求項２に記載の翼。
4. 前記冷却流路は、前記翼面方向に延びて、前記冷却流路を前記翼体の翼高さ方向に仕切る隔壁部を備える請求項３に記載の翼。
5. 前記噴射部は、
   前記外面のうち、前記翼体の腹側を向く腹側外面に沿って形成された腹側冷却面に前記冷却媒体を噴射する腹側噴射孔が形成された腹側噴射部と、
   前記外面のうち、前記翼体の背側を向く背側外面に沿って形成された背側冷却面に前記冷却媒体を噴射する背側噴射孔が形成された背側噴射部と、を有し、
   前記背側噴射孔の穴径は、前記腹側噴射孔の穴径よりも小さく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翼。
6. 前記翼体は、内部に前記翼体の翼高さ方向に蛇行するサーペンタイン流路が形成され、
   前記冷却流路は、前記翼体において前記サーペンタイン流路よりも前記翼体の翼弦方向の後縁部側で、前記サーペンタイン流路に接続されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の翼。
7. 前記冷却流路は、
   前記外面のうち、前記翼体の腹側を向く腹側外面に沿って形成された腹側冷却面が形成された腹側主流路と、
   前記外面のうち、前記翼体の背側を向く背側外面に沿って形成された背側冷却面が形成された背側主流路と、
   前記翼体の翼厚方向に延びて前記腹側主流路と前記背側主流路とを接続し、出口に前記噴射部が設けられた噴射流路とを有する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の翼。
8. 前記翼体は、外面が前記翼体の腹側を向く腹側外面または前記翼体の背側を向く背側外面を形成する外壁部を有し、
   前記冷却流路は、前記外壁部内に形成された請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の翼。
9. 前記冷却流路は、前記冷却面に噴射された冷却媒体の流通方向を前記冷却面から遠ざかる方向に変える噴射流路を有する請求項８に記載の翼。
10. 前記燃焼ガスを生成する燃焼器と、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の翼を有するタービンと、を備えるガスタービン。

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