JP6767901B2 - タービン翼及びそれを備えたガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、タービン翼及びそれを備えたガスタービンに関する。

ガスタービンのタービン翼は、高温の燃焼ガスに曝される。そのため、タービン翼を冷却し、高温の燃焼ガスによるタービン翼の高温酸化や減肉損傷を抑止する必要がある。タービン翼を冷却する方法として、翼表面にフィルム冷却孔を形成し、翼内部の冷却流路を流れる冷却空気をフィルム冷却孔から噴出させて翼表面に這わせることで冷却空気の冷却膜を形成し、高温の燃焼ガスからタービン翼への熱の流入を抑制するものがある。

一般的に、フィルム冷却孔から噴出した冷却空気は燃焼ガスと混合し混合損失が発生する。これにより、タービンの熱効率が低下し得る。そのため、フィルム冷却孔の圧力が低い出口側の形状を工夫し、冷却効率を向上させて冷却空気の流量を削減することがなされてきた。冷却効率を向上させることにより、タービン翼の冷却に要する冷却空気の流量を削減することができ、タービンの熱効率を向上させることができる。

ところで、フィルム冷却孔の圧力が高い入口側（冷却流路側）には、冷却空気プレナムからの流れの不均一に起因して、流れ場に剥離領域が生じ得る。フィルム冷却孔の入口側に剥離領域が生じると、冷却空気の流れが不均一となりフィルム冷却孔内で冷却空気の流れが偏流となる。そうすると、フィルム冷却孔から噴出する冷却空気の流れの向きが変化し、冷却空気が翼表面に沿って流れ難くなるため、タービン翼の冷却効率が低下する。これに対し、フィルム冷却孔の入口側にテーパ部を設け、フィルム冷却孔への冷却空気の流れを促進してタービン翼の冷却効率の低下を抑制するものがある（特許文献１等を参照）。

特開２０１０−２１６４７１号公報

近年、ガスタービンの効率を向上させるべく、燃焼ガスの温度を上昇させる傾向にある。そのため、タービン翼を細部に亘って冷却し、タービン翼の冷却効率をより向上させることが望ましい。しかしながら、特許文献１では、フィルム冷却孔の入口側を拡径しテーパ部を設けているため、タービン翼の強度を確保する等の理由から、タービン翼の厚みが薄い部分には適用し難く、タービン翼の冷却効率をより向上させることは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、タービン翼の冷却効率をより向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るタービン翼は、冷却空気が流れる冷却流路に臨む第１の壁面と、作動流体が流れる作動流体流路に臨む第２の壁面と、前記冷却流路と前記作動流体流路を連通する連通孔と、前記連通孔の前記第１の壁面に開口する開口部の前記冷却空気の流れ方向の下流側に設けられ、前記第１の壁面から前記冷却流路側に突出する突出部と、前記開口部の周方向において前記突出部に隣接して設けられ、前記第１の壁面から前記開口部に滑らかに繋がる曲面とを備え、前記突出部と前記曲面は、前記第１の壁面と同一平面上で接するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、タービン翼の冷却性能をより向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るタービン翼を適用したガスタービンの一構成例を表す図である。 本発明の一実施形態に係る動翼の内部構造を表す断面図である。 図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩによる矢視断面図である。 図３の点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 連通孔を第３の冷却流路側から見た拡大図である。 図５の矢印ＶＩ−ＶＩによる矢視断面図である。 図５の矢印ＶＩＩ−ＶＩＩによる矢視断面図である。 図５の矢印ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる矢視断面図である。 突出部及び第２の曲部を形成する手順を示すフローチャートである。 比較例に係る連通孔の拡大図である。 圧縮機効率の向上効果を説明するための図である。

（構成）
１．ガスタービン
図１は、本実施形態に係るタービン翼を適用したガスタービンの一構成例を表す図である。

図１に示すように、ガスタービン１００は、圧縮機１、燃焼器２及びタービン３を備えている。

圧縮機１は、吸気部（不図示）を介して吸い込まれた空気４を圧縮して高圧の圧縮空気（燃焼用空気）５を生成し、燃焼器２に供給する。燃焼器２は、圧縮機１から供給された圧縮空気５と燃料系統（不図示）から供給された燃料とを混合して燃焼し、高温の燃焼ガス（作動流体）６を発生させてタービン３に供給する。タービン３のタービンロータ８（後述する）は、燃焼器２から供給された燃焼ガス６が膨張することにより回転駆動される。本実施形態では、タービンロータ８は、圧縮機１の圧縮機ロータ（不図示）と連結しており、タービン３で得られる回転動力により圧縮機１が駆動される。また、本実施形態では、タービンロータ８に負荷機器として発電機（不図示）が連結されており、タービン３で得られる回転動力から圧縮機１を駆動するための動力を差し引いた動力が発電機で電力に変換される。タービンロータ８を駆動した燃焼ガス６は、タービン排気として大気に放出される。

２．タービン
タービン３は、静止体７と、静止体７に対して回転する回転体を構成するタービンロータ８とを備えている。

静止体７は、ケーシング９及び静翼（タービン翼）１０を備えている。

ケーシング９は、タービン３の外周壁を形成する円筒状の部材である。ケーシング９内に静翼１０及びタービンロータ８が収容されている。

静翼１０は、ケーシング９の内周壁９ａにタービンロータ８の周方向に沿って複数設けられている。静翼１０は、外周側エンドウォール部（静翼外周側エンドウォール部）１１、翼型部（静翼翼型部）１２及び内周側エンドウォール部（静翼内周側エンドウォール部）１３を備えている。外周側エンドウォール部１１は、タービンロータ８の周方向に延在する円筒状の部材である。外周側エンドウォール部１１は、ケーシング９の内周壁９ａに支持されている。翼型部１２は、外周側エンドウォール部１１の内周面からタービンロータ８の径方向内側に向かって延在している。本実施形態では、翼型部１２は、内部に冷却流路（不図示）を有している。以下、タービンロータ８の径方向内側、径方向外側を単に「径方向内側」、「径方向外側」と言う。内周側エンドウォール部１３は、タービンロータ８の周方向に延在する円筒状の部材である。内周側エンドウォール部１３は、外周側エンドウォール部１１の径方向内側に設けられている。内周側エンドウォール部１３の外周面には、翼型部１２が接続している。つまり、翼型部１２は、外周側エンドウォール部１１と内周側エンドウォール部１３との間に固定されている。

タービンロータ８は、タービン軸部１４及び動翼（タービン翼）１５を備えている。

タービン軸部１４は、タービン３の回転軸（中心軸）４３に沿って延在している。タービン軸部１４は、タービンディスク１６を備えている。タービンディスク１６は、タービン軸部１４の外周面から径方向外側に延在している。タービンディスク１６は、内部に中空部２２（後述する）を有している。

動翼１５は、タービンディスク１６の外周面にタービンロータ８の周方向に沿って複数設けられている。動翼１５は、燃焼ガス流路（作動流体流路）１７を流れる燃焼ガス６により、タービン軸部１４とともに回転軸４３を中心に回転する。静翼１０と動翼１５は、燃焼ガス６の流れ方向に交互に設けられている。つまり、燃焼ガス流路１７の入口から燃焼ガス６の流れ方向の下流側に向かって、静翼１０、動翼１５、静翼１０、動翼１５・・・となるように、静翼と動翼が交互に設けられている。燃焼ガス流路１７の入口から、燃焼ガス６の流れ方向に隣接する１組の静翼１０と動翼１５は翼段落を構成している。以下、燃焼ガス６の流れ方向の上流側、下流側を単に「燃焼上流側」、「燃焼下流側」と言う。

３．動翼
図２は、本実施形態に係る動翼の内部構造を表す断面図である。

図２に示すように、動翼１５は、内周側エンドウォール部（動翼内周側エンドウォール部）１８及び翼型部（動翼翼型部）１９を備えている。

内周側エンドウォール部１８は、燃焼ガス流路１７を挟んでケーシング９の内周壁９ａと対向するようにタービンディスク１６に設けられている。内周側エンドウォール部１３の外周面及び内周側エンドウォール部１８の外周面１８ａとケーシング９の内周壁９ａ及び外周側エンドウォール部１１の内周面との間に形成される環状の空間により、燃焼ガス流路１７が構成されている。つまり、燃焼ガス流路１７の内周壁は内周側エンドウォール部１３の外周面及び内周側エンドウォール部１８の外周面１８ａで形成され、外周壁はケーシング９の内周壁９ａ及び外周側エンドウォール部１１の内周面で形成されている。

翼型部１９は、内周側エンドウォール部１８の外周面１８ａから径方向外側に向かって延在している。翼型部１９の外周部（径方向外側の端部）とケーシング９の内周壁９ａとの間には、間隙２０が形成されている。

翼型部１９は、内部に冷却流路２３を有している。冷却流路２３は、開口部（冷却空気入口部）２１を介してタービンディスク１６の内部に形成された中空部２２と連通している。翼型部１９は、冷却流路２３を流れる冷却空気により内側から冷却される。本実施形態では、冷却流路２３は、第１の冷却流路２３ａ、第２の冷却流路２３ｂ及び第３の冷却流路２３ｃを有している。第１の冷却流路２３ａは、冷却流路２３における燃焼下流側の部分を構成している。第１の冷却流路２３ａは、開口部２１から径方向外側に向かって延在している。第１の冷却流路２３ａには、ピンフィン２５が複数設けられている。ピンフィン２５は、第１の冷却流路２３ａを流れる冷却空気に乱れを発生させるものである。第２の冷却流路２３ｂは、冷却流路２３における第１の冷却流路２３ａの燃焼上流側の部分を構成している。第２の冷却流路２３ｂは、第１の冷却流路２３ａの他端側（径方向外側）の端部に連通し、第１の冷却流路２３ａの一端側から径方向内側に向かって延在している。第３の冷却流路２３ｃは、冷却流路２３における第２の冷却流路２３ｂの燃焼上流側を構成している。第３の冷却流路２３ｃは、第２の冷却流路２３ｂの一端側（径方向内側）に連通し、第２の冷却流路２３ｂの一端側から径方向外側に向かって延在している。第２の冷却流路２３ｂ及び第３の冷却流路２３ｃには、フィン２６が複数設けられている。フィン２６は、第２の冷却流路２３ｂ及び第３の冷却流路２３ｃを流れる冷却空気と翼型部１９との熱変換を促進するものである。第３の冷却流路２３ｃの他端側（径方向外側）は、開口部（冷却空気出口部）４２を介して燃焼ガス流路１７に連通している。なお、本実施形態では、冷却流路２３を第１の冷却流路２３ａ、第２の冷却流路２３ｂ及び第３の冷却流路２３ｃで構成し、翼型部１９を対流冷却により冷却する場合を例示しているが、他の冷却手段を用いて翼型部１９を冷却しても良い。

図３は、図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩによる矢視断面図である。以下、図３に示す翼型部１９の断面を翼型部断面と適宜言う。

図３に示すように、翼型部１９は、翼の腹側に位置する正圧面（圧力面）２７ｂ、正圧面２７ｂに対向し翼の背側に位置する負圧面２７ａ、翼前縁２８ａ及び翼後縁２８ｂを有している。正圧面２７ｂと負圧面２７ａから等しい距離にある点を翼前縁２８ａから翼後縁２８ｂまで繋いだ線を翼中心線３０と定義した場合、正圧面２７ｂは翼中心線３０に対し凸形状に形成され、負圧面２７ａは翼中心線３０に対し凹形状に形成されている。翼型部１９は、翼厚み（正圧面２７ｂと負圧面２７ａの翼中心線３０に直交する方向における距離）が翼前縁２８ａから中央に向かうにしたがい徐々に大きくなり、その後、翼後縁２８ｂに向かうにしたがい徐々に小さくなるように形成されている。

図４は、図３の点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。

図４に示すように、翼型部１９は、フィルム冷却孔（連通孔）３６及び突出部３７を備えている。

連通孔３６は、第３の冷却流路２３ｃと燃焼ガス流路１７を連通する孔部である。連通孔３６は、第３の冷却流路２３ｃの外周面を構成し第３の冷却流路２３ｃに臨む壁面（第１の壁面）３８に開口する開口部（第１の開口部）３９と、翼型部１９の燃焼ガス流路１７に臨む負圧面（第２の壁面）２７ａに開口する開口部（第２の開口部）４０とを備えている。第１の開口部３９は、第３の冷却流路２３ｃを流れる冷却空気（動翼冷却空気）３５が流入する入口部、第２の開口部４０は、連通孔３６を流れる冷却空気３５が流出する出口部を構成している。本実施形態では、連通孔３６は、翼型部１９の翼長方向（図４の紙面に対して垂直方向）に複数設けられている。

連通孔３６は、第２の開口部４０が第１の開口部３９に対して燃焼下流側にずれるように傾斜して形成されている。具体的に、燃焼ガスの流れ方向において第２の開口部が第１の開口部と一致する場合における第１の開口部及び第２の開口部の中心を結んで得られる連通孔の中心軸を基準中心軸Ｘと定義すると、本実施形態では、第１の開口部３９及び第２の開口部４０の中心を結んで得られる連通孔３６の中心軸Ｙが基準中心軸Ｘに対して燃焼下流側に傾斜している。これにより、本実施形態では、連通孔３６の第１，２の開口部３９，４０は楕円形状に形成されている。なお、本実施形態では、連通孔３６の傾斜角度（基準中心軸Ｘと中心軸Ｙがなす角度）Ｎは、連通孔３６から燃焼ガス流路１７に噴出した冷却空気３５が可能な限り翼型部１９の翼表面に沿うように設定されている。

突出部３７は、連通孔３６の第１の開口部３９の冷却空気３５の流れ方向の下流側（図４に例示する構成では、連通孔３６の第１の開口部３９の燃焼下流側）に設けられている。以下、冷却空気３５の流れ方向の上流側、下流側を単に「冷却上流側」、「冷却下流側」と適宜言う。突出部３７は、第１の壁面３８から第３の冷却流路２３ｃ側に突出するように形成されており、突出部３７の第１の壁面３８から最も遠い部分（以下、「頂部」と適宜言う）における翼型部１９の負圧面２７ａからの長さＬ１が翼型部１９の負圧面２７ａから第１の壁面３８までの長さＬより大きくなっている。これにより、第３の冷却流路２３ｃにおける突出部３７が設けられている部分の流路面積は、突出部３７が設けられていない部分の流路面積より小さくなる。つまり、第３の冷却流路２３ｃは、突出部３７が設けられている部分で絞られている。突出部３７は、傾斜部３７Ａ及び曲部３７Ｂを備えている。

傾斜部３７Ａは、第１の壁面３８から冷却空気３５の流れ方向と逆向きに（冷却上流側に向かって）、第３の冷却流路２３ｃ側に上り傾斜に形成されている。これにより、傾斜部３７Ａでは、翼型部１９の負圧面２７ａからの長さＬ２が冷却空気３５の流れ方向と逆向きに進むにつれて大きくなる。傾斜部３７Ａは、曲部３７Ｂと第１の壁面３８を滑らかに接続している。

曲部３７Ｂは、第３の冷却流路２３ｃ側に凸形状に形成され、傾斜部３７Ａから連通孔３６の第１の開口部３９までを弧状に繋いでいる。つまり、曲部３７Ｂは、傾斜部３７Ａから連通孔３６の第１の開口部３９までを滑らかに繋ぐような曲率を有するように形成されている。

図５は連通孔３６を第３の冷却流路２３ｃ側から見た拡大図、図６は図５の矢印ＶＩ−ＶＩによる矢視断面図、図７は図５の矢印ＶＩＩ−ＶＩＩによる矢視断面図、図８は図５の矢印ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる矢視断面図である。

図５，６に示すように、本実施形態では、突出部３７は、第１の開口部３９の縁部と第１の開口部３９を囲む楕円Ｆ’とで形成される領域Ｗ（後述する）のうち境界線Ｂ１，Ｂ２で画定されてなる領域Ｗ１に設けられている。

図５，７に示すように、本実施形態では、連通孔３６の第１の開口部３９の縁部に第１の壁面３８から第１の開口部３９までを滑らかに繋ぐ曲部（第２の曲部）４１が形成されている。第２の曲部４１は、第３の冷却流路２３ｃ側に凸形状に形成されている。第２の曲部４１は、第１の開口部３９の周方向において、突出部３７に隣接して設けられている。具体的に、第２の曲部４１は、領域Ｗのうち領域Ｗ１に対し第１の開口部３９の周方向に隣接する領域Ｗ２，Ｗ３に設けられている。

図８に示すように、本実施形態では、突出部３７と第２の曲部４１は、第１の壁面３８と同一平面上で接するように形成されている。つまり、第１の壁面３８から突出部３７の頂部までの長さを高さｈ１（図６を参照）、第１の壁面３８から第２の曲部４１の第１の開口部３９側の端部までの長さを高さｈ２（図７を参照）とした場合、第１の開口部３９の周方向において、突出部３７は第２の曲部４１側に進むにつれて高さｈ１が徐々に小さくなり、第２の曲部４１は突出部３７側に進むにつれて高さｈ２が徐々に小さくなるように形成されている。

図９は、突出部３７及び第２の曲部４１を形成する手順を示すフローチャートである。以下、突出部３７及び第２の曲部４１を形成する手順について、図５，９を参照して説明する。

・ステップＳ１
連通孔３６を流れる冷却空気３５の振れ幅に基づき、基準角度Ｍを設定する。冷却空気３５の振れ幅は、連通孔３６の中心軸に対する冷却空気３５の流れ方向の偏差の度合いを示す指標である。基準角度Ｍは、連通孔３６を第３の冷却流路２３ｃ側から見た場合において、連通孔３６の第１の開口部３９における長軸Ｃを基準とした周方向の角度であり、冷却空気３５の振れ幅に基づき設定される設定値である。基準角度Ｍは、例えば、４５°に設定することができる。以下、連通孔３６の第１の開口部３９における長軸Ｃを連通孔長軸と適宜言う。

・ステップＳ２
連通孔３６の第１の開口部３９の縁部に接し、連通孔長軸Ｃとなす角度がステップＳ１で設定した基準角度Ｍとなるような直線（接線）Ａ１，Ａ２を決定する。

・ステップＳ３
直線Ａ１，Ａ２と連通孔長軸Ｃの冷却空気３５の流れ方向の逆向きに延びる延長線との交点である基準点Ｏを決定する。

・ステップＳ４
直線Ａ１，Ａ２と連通孔３６の第１の開口部３９の縁部との接点Ｓ，Ｐを決定する。

・ステップＳ５
直線Ａ１，Ａ２に内接し、その長軸Ｃ’の延長線が基準点Ｏを通りかつ連通孔長軸Ｃと一致する楕円Ｆ’を決定する。

・ステップＳ６
直線Ａ１，Ａ２と楕円Ｆ’の接点Ｒ，Ｑを決定する。

・ステップＳ７
接点Ｑを始点とし、時計回りに接点Ｐ，Ｓを経由して、接点Ｒを終点とする曲線Ｇ１と、接点Ｒを始点とし、楕円Ｆ’に沿って時計回りに延在して、接点Ｑを終点とする曲線Ｇ２とで囲まれた領域から連通孔３６の第１の開口部３９を除いた領域Ｗを決定する。なお、領域Ｗの大きさは、翼型部１９の翼長方向に隣接する連通孔３６に対応する領域Ｗと干渉しない程度であれば限定されない。

・ステップＳ８
領域Ｗを第１の領域Ｗ１、第２の領域Ｗ２及び第３の領域Ｗ３に区分して決定する。本実施形態では、第１の領域Ｗ１の面積が第２，３の領域Ｗ２，Ｗ３の面積より大きく、第２，３の領域Ｗ２，Ｗ３の面積が等しくなるように区分する。

・ステップＳ９
第１の領域Ｗ１に突出部３７を形成し、第２，３の領域Ｗ２，Ｗ３に第２の曲部４１を形成する。突出部３７及び第２の曲部４１を形成する方法としては、例えば、突出部３７を備える翼型部１９を精密鋳造で製作する方法がある。

（動作）
翼型部１９を冷却する冷却空気３５の動作について、図２を参照して説明する。

本実施形態では、圧縮機１（図１を参照）の中間段や出口から圧縮空気の一部を抽気し、冷却空気としている。圧縮機１から抽気された圧縮空気は、タービンロータ８のタービン軸部１４に形成された孔部（不図示）を介してタービン軸部１４の内部に冷却空気として流入する。タービン軸部１４の内部を流れる冷却空気の一部は、図２の矢印３１，３２に示すように、動翼１５とその燃焼上流側及び燃焼下流側に隣接する静翼１０との間に形成された間隙３３，３４を介して燃焼ガス流路１７に流入し、燃焼ガス６に合流する。一方、タービン軸部１４の内部を流れる冷却空気の一部は、冷却空気３５としてタービンディスク１６の中空部２２に流入する。中空部２２を流れる冷却空気３５は、タービンディスク１６を内側から冷却しつつ、開口部２１を介して第１の冷却流路２３ａに流入する。第１の冷却流路２３ａに流入した冷却空気３５は、第１の冷却流路２３ａを径方向外側（図２の上方向）に向かって流れる。第１の冷却流路２３ａを流れる冷却空気３５は、第１の冷却流路２３ａの径方向外側の端部においてその流れが径方向内側（図２の下向き）に転向し、第２の冷却流路２３ｂに流入する。第２の冷却流路２３ｂに流入した冷却空気３５は、第２の冷却流路２３ｂを径方向内側に向かって流れる。第２の冷却流路２３ｂを流れる冷却空気３５は、第２の冷却流路２３ｂの径方向内側の端部においてその流れが径方向外側に転向し、第３の冷却流路２３ｃに流入する。第３の冷却流路２３ｃに流入した冷却空気３５は、第３の冷却流路２３ｃを径方向外側に向かって流れる。第３の冷却流路２３ｃを流れる冷却空気３５は、開口部４２を介して燃焼ガス流路１７に流出し、燃焼ガス６に合流する。

次に、第３の冷却流路２３ｃから連通孔３６を介して燃焼ガス流路１７に噴出する冷却空気３５の動作について、図４を参照して説明する。

第３の冷却流路２３ｃを流れる冷却空気３５のうち、第１の壁面３８の近傍を流れる冷却空気３５は、突出部３７の曲部３７Ｂにおける冷却上流側の壁面に衝突し減速する。減速した冷却空気３５は、曲部３７Ｂの表面に沿って転向し連通孔３６に導かれる。連通孔３６に導かれた冷却空気３５は、連通孔３６内を流れて燃焼ガス流路１７に噴出する。燃焼ガス流路１７に噴出した冷却空気３５は、翼型部１９の表面を這うように流れ冷却膜を形成する。一方、第１の壁面３８の近傍を流れる冷却空気３５のうち連通孔３６に流入しなかった冷却空気３５は、曲部３７Ｂの表面に沿って冷却下流側に流れる。ここで、第３の冷却流路２３ｃの突出部３７が設けられている部分の流路面積は、突出部３７が設けられていない部分の流路面積より小さくなっている。そのため、曲部３７Ｂの表面に沿って冷却下流側に流れる冷却空気３５は、加速されて傾斜部３７Ａの表面に沿って流れる。

（効果）
（１）図１０は比較例に係る連通孔の拡大図である。図１０に示すように、比較例に係る連通孔２３６では、第１の開口部２３９の冷却下流側に、第１の壁面２３８から第３の冷却流路２２３ｃ側に突出する突出部が設けられていない。そのため、比較例に係る連通孔２３６では、冷却空気プレナムからの流れの不均一に起因して、第１の開口部２３９側に剥離領域２００が形成され得る。連通孔２３６内の第１の開口部２３９側に剥離領域２００が形成されると、連通孔２３６を流れる冷却空気（動翼冷却空気）２３５に対して剥離領域２００が障害物のように振る舞うため、連通孔２３６内で冷却空気２３５の流れが偏流となる。これにより、連通孔２３６内における冷却空気２３５の流速が増加し、連通孔２３６から燃焼ガス流路２１７に噴出した冷却空気２３５が翼表面を流れ難くなり冷却効率が低下する。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように、連通孔３６の第１の開口部３９の冷却下流側に、第１の壁面３８から第３の冷却流路２３ｃ側に突出する突出部３７を設けている。そのため、第３の冷却流路２３ｃを流れる冷却空気３５のうち第１の壁面３８の近傍を流れる冷却空気３５を突出部３７の壁面に衝突させ減速させて、連通孔３６に導くことができる。これにより、連通孔３６内で剥離領域が形成され発達することを抑制することができ、連通孔２３６内で冷却空気２３５の流れが偏流となることを回避し、連通孔２３６内で冷却空気２３５の流速が過度に増加することを抑止することができる。従って、連通孔３６から燃焼ガス流路１７に噴出した冷却空気３５を翼表面に這わせて冷却膜を形成することができ、高温の燃焼ガスから動翼への熱の流入を抑制し冷却効率をより向上させることができる。

（２）本実施形態では、翼型部１９の第１の壁面３８に、第１の壁面３８から第３の冷却流路２３ｃ側に突出する突出部３７を設けている。そのため、タービン翼の強度を確保しつつ翼型部１９の厚みが薄い部分にも適用することができる。これにより、動翼１５を細部に亘って冷却することができ、冷却効率をより向上させることができる。

（３）図１０に示すように、比較例に係る連通孔２３６では、冷却空気２３５の一部が第３の冷却流路２２３ｃから連通孔２３６内に流入するため、第１の壁面２３８における第１の開口部２３９の冷却下流側では、冷却空気２３５の流量が第１の開口部２３９の冷却上流側より少なくなる。これにより、第１の壁面２３８における第１の開口部２３９の冷却下流側を流れる冷却空気２３５の流速が冷却上流側に比べて遅くなる。その結果、第１の壁面２３８における第１の開口部２３９の冷却下流側で冷却空気２３５の澱みが生じる可能性がある。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように、連通孔３６の第１の開口部３９の冷却下流側に、第１の壁面３８から第３の冷却流路２３ｃ側に突出する突出部３７を設けている。そのため、第１の壁面３８の近傍を流れる冷却空気３５のうち連通孔３６に流入しなかった冷却空気３５を突出部３７で加速させることができる。これにより、第１の壁面３８における突出部３７の冷却下流側を流れる冷却空気３５の流速が遅くなることを抑制することができ、第１の壁面２３８における突出部３７の冷却下流側で冷却空気２３５の澱みが生じることを抑制することができる。

（４）図１１は、圧縮機効率の向上効果を説明するための図である。縦軸は圧縮比、横軸は段数を示している。図１１において、点Ｄは突出部３７が設けられていない場合の抽気段数（圧縮空気を抽気する段数）、点Ｅは突出部３７が設けられている場合の抽気段数を示している。

連通孔３６の第１の開口部３９の冷却下流側に、第１の壁面３８から第３の冷却流路２３ｃ側に突出する突出部３７を設けると、連通孔３６内に剥離領域が生じることを抑制することができ、連通孔３６内の全圧損失を削減することができる。これにより、連通孔３６の第１の開口部３９側と第２の開口部４０側の圧力差を小さくすることができる。そのため、突出部３７が設けられていない場合と同程度の流量の冷却空気３５をより少ない圧力差で連通孔３６から燃焼ガス流路１７側に噴出させることができる。以上のことから、図１１に示すように、本実施形態では、圧縮機の段数がより低い側から圧縮空気を抽気することができ（つまり、点Ｄよりも抽気段数の低い点Ｅから抽気することができる）、その分、圧縮機効率を向上させることができる。

＜その他＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の構成の一部を削除することも可能である。

上述した実施形態では、動翼１５の翼型部１９に連通孔３６を形成し、連通孔３６の第１の開口部３９の冷却下流側に突出部３７を設けた構成を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は、タービン翼の冷却性能をより向上させることであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、動翼１５の内周側エンドウォール部１８に連通孔３６を形成し、その開口部の冷却下流側に突出部３７を設けても良い。また、静翼１０の外周側エンドウォール部１１、翼型部１２及び内周側エンドウォール部１３に連通孔３６を形成し、その開口部の冷却下流側に突出部３７を設けても良い。これらの場合でも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

また、上述した実施形態では、連通孔３６を翼型部１９の第３の冷却流路２３と燃焼ガス流路１７とを連通するように形成した構成を例に挙げて説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、連通孔３６を翼型部１９の第１，２の冷却流路２３ａ，２３ｂと燃焼ガス流路１７とを連通するように形成した構成としても良い。この場合でも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

また、上述した実施形態では、連通孔３６を翼型部１９の翼中心線３０の延在方向に１つ設けた構成を例に挙げて説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、連通孔３６を翼型部１９の翼中心線３０の延在方向に複数設けた構成としても良い。この場合でも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

６ 燃焼ガス（作動流体）
１５ 動翼（タービン翼）
１７ 燃焼ガス流路（作動流体流路）
２３ 冷却流路
２７ａ 第２の壁面
３５ 動翼冷却空気（冷却空気）
３６ 連通孔
３７ 突出部
３８ 第１の壁面
３９ 第１の開口部（開口部）

Claims (4)

1. 冷却空気が流れる冷却流路に臨む第１の壁面と、
   作動流体が流れる作動流体流路に臨む第２の壁面と、
   前記冷却流路と前記作動流体流路を連通する連通孔と、
   前記連通孔の前記第１の壁面に開口する開口部の前記冷却空気の流れ方向の下流側に設けられ、前記第１の壁面から前記冷却流路側に突出する突出部と、
   前記開口部の周方向において前記突出部に隣接して設けられ、前記第１の壁面から前記開口部に滑らかに繋がる曲面とを備え、
   前記突出部と前記曲面は、前記第１の壁面と同一平面上で接するように形成されている
   ことを特徴とするタービン翼。
2. 請求項１に記載のタービン翼において、
   前記突出部は、前記第１の壁面から前記冷却空気の流れ方向と逆向きに前記冷却流路側に上り傾斜に形成された傾斜部と、前記冷却流路側に凸形状に形成され、前記開口部に弧状に繋がる曲部とを備えることを特徴とするタービン翼。
3. 請求項１に記載のタービン翼において、
   前記開口部は楕円形状に形成されていることを特徴とするタービン翼。
4. 請求項１に記載のタービン翼を有する翼段落を備えることを特徴とするガスタービン。

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