JP7224928B2 - タービン動翼及びガスタービン - Google Patents

Description

本開示は、タービン動翼及びガスタービンの冷却構造に関する。

ガスタービンのタービン動翼は高温ガスに晒されるため、前縁部に形成された複数の冷却孔から冷却空気を噴出することにより、翼表面のフィルム冷却が行われる。この冷却孔は、フィルム冷却の効果に加えて、冷却孔の内面を介して前縁部を冷却する効果（ヒートシンク効果）を有する。

例えば特許文献１には、翼高さ方向に沿って直線状に配列された冷却孔列を３列含む前縁部を備えたタービン動翼が開示されている。

特許第５５３６００１号公報

ところで、典型的なタービン動翼の翼面の前縁における曲率半径は、翼先端側（チップ側）に向かうにつれて小さくなる。この場合、特許文献１のタービン動翼のように翼高さ方向に沿って配列された複数の冷却孔が前縁部に設けられていると、翼先端側に向かうにつれて、冷却孔と該冷却孔に隣接する冷却孔との間隔が小さくなりやすい。このような場合、前縁部では、翼基端側（ハブ側）と比較して翼先端側の方が冷却されやすくなるため、翼基端側の冷却孔に十分な量の冷却空気を供給すると、翼先端側の冷却孔に過剰な量の冷却空気を供給することとなってしまう。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、少量の冷却空気で前縁部を冷却可能なタービン動翼及び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動翼は、
複数の冷却孔が形成された前縁部を備え、
前記複数の冷却孔は、
翼高さ方向における第１範囲に配置されたｍ（ただし、ｍは２以上の整数）個の冷却孔と、
前記翼高さ方向における前記第１範囲よりも翼先端側の第２範囲に配置されたｎ（ただし、ｎは２以上の整数）個の冷却孔と、
を含み、
前記翼高さ方向における前記第１範囲の寸法をａ、前記翼高さ方向における前記第２範囲の寸法をｂとすると、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たす。

上記（１）に記載のタービン動翼によれば、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たすため、第２範囲における冷却孔への冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができる。したがって、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のタービン動翼において、
前記翼高さ方向と直交する断面における前記前縁部の翼面の曲率半径は、翼先端側に向かうにつれて小さくなる。

翼高さ方向と直交する断面における前縁部の翼面の曲率半径が翼先端側に向かうにつれて小さくなる場合、前縁部における冷却孔と該冷却孔に隣接する冷却孔との間隔は翼先端側に向かうにつれて小さくなる。このため、仮に、ｎ／ｂとｍ／ａとが同一であれば、翼基端側と比較して翼先端側の方が冷却されやすくなる。

この点、上記（２）に記載のタービン動翼では、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たすため、第２範囲における冷却孔への冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができる。したがって、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のタービン動翼において、
前記第２範囲は、翼高さの１／２の位置よりも翼先端側に位置する。

上記（３）に記載のタービン動翼によれば、冷却空気の供給量が過剰となりやすい翼先端側の範囲における冷却孔への冷却空気の供給量を削減し、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のタービン動翼において、
前記第２範囲は、翼高さの２／３の位置から翼先端までの範囲を含む。

上記（４）に記載のタービン動翼によれば、冷却空気の供給量が過剰となりやすい翼先端側の範囲における冷却孔への冷却空気の供給量を削減し、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のタービン動翼において、
前記複数の冷却孔は、
前記第１範囲にて前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された複数の冷却孔列と、
前記第２範囲にて前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された少なくとも１つの冷却孔列と、
を含み、
前記第２範囲における前記冷却孔列の列数は、前記第１範囲における前記冷却孔列の列数より少ない。

翼高さ方向と直交する断面における前縁部の翼面の曲率半径が翼先端側に向かうにつれて小さくなる場合、前縁部における冷却孔列と該冷却孔列に隣接する冷却孔列との間隔は翼先端側に向かうにつれて小さくなる。このため、仮に、第１範囲の冷却孔列の列数と第２範囲の冷却孔列の列数とが同一であれば、翼基端側と比較して翼先端側の方が冷却されやすくなる。

この点、上記（５）に記載のタービン動翼では、第２範囲における前記冷却孔列の列数は、前記第１範囲における前記冷却孔列の列数より少ないため、第２範囲における冷却孔列への冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができる。したがって、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁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（５）に記載のタービン動翼において、
前記第１範囲における前記冷却孔列の列数は３であり、
前記第２範囲における前記冷却孔列の列数は２である。

上記（６）に記載のタービン動翼によれば、第１範囲における冷却孔列の列数と第２範囲における冷却孔列の列数の各々が３である場合と比較して、第２範囲における冷却孔列への冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載のタービン動翼において、
前記第１範囲における前記複数の冷却孔列は、圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、前記圧力面側冷却孔列と前記負圧面側冷却孔列との間に形成された中央冷却孔列と、を含み、
前記第２範囲における前記少なくとも１つの冷却孔列は、前記圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、前記負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、を含む。

上記（７）に記載のタービン動翼によれば、高温ガスに晒される前縁部を圧力面から負圧面に亘って少量の冷却空気で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（７）に記載のタービン動翼において、
前記第１範囲における前記圧力面側冷却孔列は、直線状の第１仮想線に沿って配列されており、
前記第１範囲における前記負圧面側冷却孔列は、直線状の第２仮想線に沿って配列されており、
前記中央冷却孔列は、直線状の第３仮想線に沿って配列されており、
前記第１仮想線と前記第２仮想線との前記翼高さ方向における同一位置での翼面上の距離をＸ、前記第２仮想線と前記第３仮想線との前記翼高さ方向における同一位置での翼面上の距離をＹとし、
前記第１範囲における前記距離Ｙの最大値をＹｍａｘとし、
前記距離Ｘが前記距離Ｙｍａｘよりも小さくなるような翼高さ方向の位置をｈ１とすると、
前記第２範囲は、前記位置ｈ１よりも翼先端側に位置する。

上記（８）に記載のタービン動翼によれば、第２範囲における冷却孔の列数が第１範囲における冷却孔列の列数より少ない場合であっても、第２範囲が位置ｈ１よりも翼先端側に位置するため、第２範囲における冷却孔列同士の間隔を距離Ｙｍａｘより小さくすることができる。したがって、第２範囲における冷却孔列への冷却空気の供給量が不足することを抑制することができる。したがって、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）に記載のタービン動翼において、
前記第１範囲の前記圧力面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記圧力面と交差する第１直線に平行な方向に沿って延在しており、
前記第１範囲の前記負圧面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記負圧面と交差する第２直線に平行な方向に沿って延在しており、
前記第２範囲の圧力面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記圧力面と交差する第３直線に平行な方向に沿って延在しており、
前記第２範囲の前記負圧面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記負圧面と交差する第４直線に平行な方向に沿って延在しており、
前記第３直線と前記第４直線とのなす角度は、前記第１直線と前記第２直線とのなす角度よりも小さい。

上記（９）に記載のタービン動翼によれば、高温ガスに晒される前縁部を圧力面から負圧面に亘って少量の冷却空気で効果的に冷却することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
圧縮空気を生成するための圧縮機と、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と、を備え、前記タービンは、上記（１）乃至（９）の何れかのタービン動翼を備える。

上記（１０）に記載のガスタービンによれば、上記（１）乃至（９）の何れかのタービン動翼を備えるため、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。したがって、少量の冷却空気でタービン動翼の損傷を抑制してガスタービンの安定的な運転を実現することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、少量の冷却空気で前縁部を冷却可能なタービン動翼及びガスタービンが提供される。

一実施形態に係るガスタービン１の概略構成図である。 一実施形態に係るタービン動翼２６の概略構成図である。 図２に示したタービン動翼２６の第１範囲Ｓ１における翼高さ方向と直交する断面の一部を示す図である。 図２に示したタービン動翼２６の第２範囲Ｓ２における翼高さ方向と直交する断面の一部を示す図である。 図２又は図３に示す第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＸ、第２仮想線Ｖと第３仮想線Ｖ３との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＹとした場合における、翼高さ方向の位置ｈと距離Ｘ，Ｙとの関係を示す図である。 一実施形態に係るタービン動翼２６の概略構成図である。 図６に示したタービン動翼２６の第２範囲Ｓ２における翼高さ方向と直交する断面の一部を示す図である。 図３、図６又は図７に示す第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＸ、第２仮想線Ｖと第３仮想線Ｖ３との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＹ、第４仮想線Ｖ４と第５仮想線Ｖ５との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＺとした場合における、翼高さ方向の位置ｈと距離Ｘ，Ｙ，Ｚとの関係を示す図である。 前縁部４６の複数の冷却孔４８の他の配置例を示す図である。 前縁部４６の複数の冷却孔４８の他の配置例を示す図である。

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。
例えば、「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。
例えば、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。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。

図１は、一実施形態に係るガスタービン１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軸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。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータ軸８を中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。

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タービン静翼２４及びタービン動翼２６を含む。タービン静翼２４はタービン車室２２側から支持されており、ロータ軸８の周方向に沿って配列される複数のタービン静翼２４が静翼列を構成している。また、タービン動翼２６はロータ軸８に植設されており、ロータ軸８の周方向に沿って配列される複数のタービン動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ軸８の軸線方向において交互に配列されている。

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タービン静翼２４及び複数のタービン動翼２６を通過することでロータ軸８が回転駆動され、ロータ軸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、排気車室３０を介して外部へ排出される。

図２は、一実施形態に係るタービン動翼２６の概略構成図である。図３は、図２に示したタービン動翼２６の第１範囲Ｓ１における翼高さ方向（ロータ軸８の径方向）と直交する断面の一部を示す図である。図４は、図２に示したタービン動翼２６の第２範囲Ｓ２における翼高さ方向と直交する断面の一部を示す図である。

図２に示すように、タービン動翼２６は、ロータ軸８（図１参照）に固定される基端部３２と、断面が翼型を構成する翼型部３６とを備える。翼型部３６の翼面５０は、前縁３８、後縁４０、圧力面４２及び負圧面４４を含む。図３及び図４に示す翼高さ方向と直交する断面における前縁部４６の翼面５０の曲率半径Ｒは、図２に示す翼先端５６（翼高さ方向における翼型部３６の先端）側に向かうにつれて小さくなっている。

図２に示すように、翼型部３６の前縁部４６には、複数の冷却孔４８が形成されている。前縁部４６の複数の冷却孔４８は、翼高さ方向における第１範囲Ｓ１にて翼高さ方向に沿って直線状にそれぞれ配列された複数の冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃを含む。

複数の冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃは、圧力面４２に形成された圧力面側冷却孔列４８Ａと、負圧面４４に形成された負圧面側冷却孔列４８Ｂと、圧力面側冷却孔列４８Ａと負圧面側冷却孔列４８Ｂとの間に形成された中央冷却孔列４８Ｃと、を含む。

圧力面側冷却孔列４８Ａは、翼高さ方向に沿って延びる直線状の第１仮想線Ｖ１に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。負圧面側冷却孔列４８Ｂは、翼高さ方向に沿って延びる直線状の仮想線Ｖ２に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。中央冷却孔列４８Ｃは、翼高さ方向に沿って延びる直線状の仮想線Ｖ３に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。前縁部４６の第１範囲Ｓ１に形成された複数の冷却孔４８は、千鳥状に互い違いに配置されている。なお、図示する例示的形態では、タービン動翼２６のハブ面５４と翼型部３６の翼面５０との境界にはフィレット部５８が形成されており、フィレット部５８には冷却孔４８は形成されておらず、フィレット部５８の上端が第１範囲Ｓ１の下端に相当する。

前縁部４６の複数の冷却孔４８は、翼高さ方向における第１範囲Ｓ１よりも翼先端５６側の第２範囲Ｓ２にて翼高さ方向に沿って直線状にそれぞれ配列された複数の冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅを含む。第１範囲Ｓ１と第２範囲Ｓ２とは、翼高さ方向において互いに隣接している。図示する例示的形態では、第２範囲Ｓ２は、翼高さＨの１／２の位置よりも翼先端５６側に位置し、例えば翼高さＨの２／３の位置から翼先端５６までの範囲に設定される。ここで、翼高さＨとは、タービン動翼２６のハブ面５４から翼先端５６までのロータ軸８の径方向に沿った高さを意味する。

複数の冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅは、圧力面４２に形成された圧力面側冷却孔列４８Ｄと、負圧面４４に形成された負圧面側冷却孔列４８Ｅと、を含む。圧力面側冷却孔列４８Ｄは、上記第１仮想線Ｖ１に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。負圧面側冷却孔列４８Ｅは、上記第２仮想線Ｖ２に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。前縁部４６の第２範囲Ｓ２に形成された複数の冷却孔４８は、千鳥状に互い違いに配置されている。

図示する例示的形態では、前縁部４６の第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数は３であり、前縁部４６の第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数は２である。このように、前縁部４６の第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数は、第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少なく設定されている。また、前縁部４６の複数の冷却孔４８のうち第１範囲Ｓ１に配置された冷却孔４８の個数をｍ（ただし、ｍは２以上の整数）、前縁部４６の複数の冷却孔４８のうち第２範囲Ｓ２に配置された冷却孔４８の個数をｎ（ただし、ｎは２以上の整数）、翼高さ方向における第１範囲Ｓ１の寸法をａ、翼高さ方向における第２範囲Ｓ２の寸法をｂとすると、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たす。すなわち、ｎをｂで除算した値はｍをａで除算した値より小さい。

図３及び図４に示すように、翼型部３６の内部には翼高さ方向に沿って延在する冷却流路５２が形成されており、前縁部４６の冷却孔４８の各々は、冷却流路５２に連通している。冷却流路５２には、圧縮機２（図１参照）で生成された圧縮空気の一部が冷却用空気として供給され、冷却用空気は、冷却流路５２から冷却孔４８の各々を通って翼面５０のフィルム冷却に使用される。

図３に示すように、圧力面側冷却孔列４８Ａにおける冷却孔４８の各々は、圧力面４２と交差する第１直線Ｌ１に平行な方向に沿って延在している。負圧面側冷却孔列４８Ｂにおける冷却孔４８の各々は、負圧面４４と交差する第２直線Ｌ２に平行な方向に沿って延在している。

また、図４に示すように、圧力面側冷却孔列４８Ｄにおける冷却孔４８の各々は、圧力面４２と交差する第３直線Ｌ３に平行な方向に沿って延在している。負圧面側冷却孔列４８Ｅにおける冷却孔４８の各々は、負圧面４４と交差する第４直線Ｌ４に平行な方向に沿って延在している。ここで、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とのなす角度θ２は、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ１と等しい。

図３に示すように、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＸ、第２仮想線Ｖと第３仮想線Ｖ３との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＹとした場合において、翼高さ方向の位置ｈと距離Ｘ，Ｙとの関係を図５に示す。なお、翼高さ方向の位置ｈとは、翼高さ方向におけるハブ面５４からの距離を意味する。

図５に示すように、第１範囲Ｓ１における距離Ｙの最大値をＹｍａｘ、距離Ｘが距離Ｙｍａｘよりも小さくなるような翼高さ方向の位置をｈ１とすると、第２範囲Ｓ２は、位置ｈ１よりも翼先端５６側に位置する。

以上に示した構成によれば、前縁部４６の翼面５０の曲率半径Ｒが翼先端５６側に向かうにつれて小さくなる場合であっても、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少なく設定されることにより、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たしているため、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅへの冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができる。したがって、第１範囲Ｓ１の冷却孔４８への冷却空気の供給量と、第２範囲Ｓ２の冷却孔４８への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部４６を効果的に冷却することができる。

また、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少なくなっていても、第２範囲Ｓ２が位置ｈ１よりも翼先端５６側に位置するため、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄと冷却孔列４８Ｅとの間隔を距離Ｙｍａｘより小さくすることができる。これにより、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅへの冷却空気の供給量が不足することを抑制することができる。したがって、第１範囲Ｓ１の冷却孔４８への冷却空気の供給量と、第２範囲Ｓ２の冷却孔４８への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部４６を効果的に冷却することができる。

次に、他の実施形態について説明する。
図６は、一実施形態に係るタービン動翼２６の概略構成図である。図６に示す形態では、圧力面側冷却孔列４８Ｄと負圧面側冷却孔列４８Ｅの構成のみが、図２に示す形態と異なっており、第２範囲Ｓ２における圧力面側冷却孔列４８Ｄと負圧面側冷却孔列４８Ｅとの間隔が、図２に示す形態と比較して狭く設定されている。その他の構成については上述した実施形態と同様であるため、以下では上述した実施形態と異なる構成について説明する。

図６に示した形態では、圧力面側冷却孔列４８Ｄは、翼高さ方向に沿って延びる直線状の第４仮想線Ｖ４に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。負圧面側冷却孔列４８Ｅは、翼高さ方向に沿って延びる直線状の第５仮想線Ｖ５に沿って配列された複数の冷却孔４８によって構成される。ここで、第２範囲Ｓ２において、第４仮想線Ｖ４は第１仮想線Ｖ１よりも前縁３８側に位置し、第５仮想線Ｖ５は第２仮想線Ｖ２よりも前縁３８側に位置する。

図７は、図６に示したタービン動翼２６の第２範囲Ｓ２における翼高さ方向と直交する断面の一部を示す図である。なお、図６に示したタービン動翼２６の第１範囲Ｓ１における翼高さ方向と直交する断面の構成は、図３に示した構成と同様であるため説明を省略する。

図７に示すように、圧力面側冷却孔列４８Ｄにおける冷却孔４８の各々は、圧力面４２と交差する第３直線Ｌ３に平行な方向に沿って延在している。負圧面側冷却孔列４８Ｅにおける冷却孔４８の各々は、負圧面４４と交差する第４直線Ｌ４に平行な方向に沿って延在している。ここで、第２範囲Ｓ２における第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とのなす角度θ２は、第１範囲Ｓ１における第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ１（図３参照）よりも小さい。

図３及び図７に示すように、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＸ、第２仮想線Ｖと第３仮想線Ｖ３との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＹ、第４仮想線Ｖ４と第５仮想線Ｖ５との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離をＺとした場合において、翼高さ方向の位置ｈと距離Ｘ，Ｙ，Ｚとの関係を図８に示す。

図８に示す構成において、第１範囲Ｓ１における距離Ｙの最大値をＹｍａｘ、距離Ｘが距離Ｙｍａｘよりも小さくなるような翼高さ方向の位置をｈ１とすると、第２範囲Ｓ２は、位置ｈ１よりも翼先端５６側に位置する。

図８に示すように、第２範囲Ｓ２において、第４仮想線Ｖ４と第５仮想線Ｖ５との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離Ｚは、第１仮想線Ｖ１と第２仮想線Ｖ２との翼高さ方向における同一位置での翼面５０上の距離Ｘよりも小さく設定されている。

図６～図８に示した構成においても、前縁部４６の翼面５０の曲率半径Ｒが翼先端５６側に向かうにつれて小さくなる場合において、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少なく設定されることによりｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たしているため、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅへの冷却空気の供給量が過剰となることを抑制することができる。したがって、第１範囲Ｓ１の冷却孔４８への冷却空気の供給量と、第２範囲Ｓ２の冷却孔４８への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部４６を効果的に冷却することができる。

また、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少なくなっていても、第２範囲Ｓ２が位置ｈ１よりも翼先端５６側に位置するため、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄと冷却孔列４８Ｅとの間隔を距離Ｙｍａｘより小さくすることができる。したがって、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅへの冷却空気の供給量が不足することを抑制することができる。したがって、第１範囲Ｓ１の冷却孔４８への冷却空気の供給量と、第２範囲Ｓ２の冷却孔４８への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部４６を効果的に冷却することができる。

また、第３直線Ｌ３と第４直線Ｌ４とのなす角度θ２が、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ１よりも小さいため、高温ガスに晒される前縁部４６を圧力面４２から負圧面４４に亘って少量の冷却空気で効果的に冷却することができる。

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、上述した幾つかの実施形態では、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より少ない構成を例示した。しかしながら、前縁部４６の複数の冷却孔４８がｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たしていれば、第２範囲Ｓ２における冷却孔列の列数と第１範囲における冷却孔列の列数との大小関係は問わない。例えば、図９に示すように第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数と同一でもよいし、図１０に示すように第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆ，４８Ｇの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より多くてもよい。

図９に示す例示的形態では、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数と同一の場合において、第２範囲Ｓ２の冷却孔列４８Ｆにおける冷却孔４８の間隔を第１範囲Ｓ１の冷却孔列４８Ｃにおける冷却孔４８の間隔よりも大きくすることにより、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たしている。

また、図１０に示す例示的形態では、第２範囲Ｓ２における冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆ，４８Ｇの列数が第１範囲Ｓ１における冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの列数より多い場合において、第２範囲Ｓ２の冷却孔列４８Ｄ，４８Ｅ，４８Ｆ，４８Ｇの各々における冷却孔４８の間隔（翼高さ方向の間隔）を第１範囲Ｓ１の冷却孔列４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃの各々における冷却孔４８の間隔（翼高さ方向の間隔）よりも大きくすることにより、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たしている。

このように、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たすことにより、第１範囲の冷却孔への冷却空気の供給量と、第２範囲の冷却孔への冷却空気の供給量とを適正化することができ、少量の冷却空気で前縁部を効果的に冷却することができる。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
２６ タービン動翼
３８ 前縁
４２ 圧力面
４４ 負圧面
４６ 前縁部
４８ 冷却孔
４８Ａ，４８Ｄ 圧力面側冷却孔列
４８Ｂ，４８Ｅ 負圧面側冷却孔列
４８Ｃ 中央冷却孔列
５０ 翼面
５６ 翼先端

Claims (9)

1. 複数の冷却孔が形成された、前縁を含む前縁部を備え、
   前記複数の冷却孔は、
   翼高さ方向における第１範囲に配置されたｍ（ただし、ｍは２以上の整数）個の冷却孔と、
   前記翼高さ方向における前記第１範囲よりも翼先端側の第２範囲に配置されたｎ（ただし、ｎは２以上の整数）個の冷却孔と、
   を含み、
   前記翼高さ方向における前記第１範囲の寸法をａ、前記翼高さ方向における前記第２範囲の寸法をｂとすると、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たすタービン動翼であって、
   前記複数の冷却孔は、
   前記第１範囲にて、前記タービン動翼の翼面において前記前縁を起点として圧力面側および負圧面側に延在する第１領域を占めるように前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された複数の冷却孔列と、
   前記第２範囲にて、前記タービン動翼の翼面において前記前縁を起点として圧力面側および負圧面側に延在する第２領域を占めるように前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された少なくとも１つの冷却孔列と、
   を含み、
   前記第２範囲における前記冷却孔列の列数は、前記第１範囲における前記冷却孔列の列数より少なく、
   前記第１範囲にて前記第１領域を占めるように配列された前記複数の冷却孔列のうち、前記圧力面側に位置する冷却孔列は直線状の第１仮想線に沿って配列されており、
   前記第１範囲にて前記第１領域を占めるように配列された前記複数の冷却孔列のうち、前記負圧面側に位置する冷却孔列は直線状の第２仮想線に沿って配列されており、
   前記翼高さ方向の同一位置における前記翼面上での前記第１仮想線と前記第２仮想線との距離Ｘは、前記第１範囲から前記第２範囲に向かって前記翼高さ方向の位置ｈが変化するに伴い減少する
   タービン動翼。
2. 前記翼高さ方向と直交する断面における前記前縁部の翼面の曲率半径は、翼先端側に向かうにつれて小さくなる、請求項１に記載のタービン動翼。
3. 前記第２範囲は、翼高さの１／２の位置よりも翼先端側に位置する、請求項１又は２に記載のタービン動翼。
4. 前記第２範囲は、翼高さの２／３の位置から翼先端までの範囲を含む、請求項３に記載のタービン動翼。
5. 前記第１範囲における前記冷却孔列の列数は３であり、
   前記第２範囲における前記冷却孔列の列数は２である、請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービン動翼。
6. 前記第１範囲における前記複数の冷却孔列は、圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、前記圧力面側冷却孔列と前記負圧面側冷却孔列との間に形成された中央冷却孔列と、を含み、
   前記第２範囲における前記少なくとも１つの冷却孔列は、前記圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、前記負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、を含む、請求項５に記載のタービン動翼。
7. 複数の冷却孔が形成された前縁部を備え、
   前記複数の冷却孔は、
   翼高さ方向における第１範囲に配置されたｍ（ただし、ｍは２以上の整数）個の冷却孔と、
   前記翼高さ方向における前記第１範囲よりも翼先端側の第２範囲に配置されたｎ（ただし、ｎは２以上の整数）個の冷却孔と、
   を含み、
   前記翼高さ方向における前記第１範囲の寸法をａ、前記翼高さ方向における前記第２範囲の寸法をｂとすると、ｎ／ｂ＜ｍ／ａを満たし、
   前記複数の冷却孔は、
   前記第１範囲にて前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された複数の冷却孔列と、
   前記第２範囲にて前記翼高さ方向に沿ってそれぞれ配列された少なくとも１つの冷却孔列と、
   を含み、
   前記第１範囲における前記冷却孔列の列数は３であり、
   前記第２範囲における前記冷却孔列の列数は２であり、
   前記第１範囲における前記複数の冷却孔列は、圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、前記圧力面側冷却孔列と前記負圧面側冷却孔列との間に形成された中央冷却孔列と、を含み、
   前記第２範囲における前記少なくとも１つの冷却孔列は、前記圧力面に形成された圧力面側冷却孔列と、前記負圧面に形成された負圧面側冷却孔列と、を含み、
   前記第１範囲における前記圧力面側冷却孔列は、直線状の第１仮想線に沿って配列されており、
   前記第１範囲における前記負圧面側冷却孔列は、直線状の第２仮想線に沿って配列されており、
   前記中央冷却孔列は、直線状の第３仮想線に沿って配列されており、
   前記第１仮想線と前記第２仮想線との前記翼高さ方向における同一位置での翼面上の距離をＸ、前記第２仮想線と前記第３仮想線との前記翼高さ方向における同一位置での翼面上の距離をＹとし、
   前記第１範囲における前記距離Ｙの最大値をＹｍａｘとし、
   前記距離Ｘが前記距離Ｙｍａｘよりも小さくなるような翼高さ方向の位置をｈ１とすると、
   前記第２範囲は、前記位置ｈ１よりも翼先端側に位置する、タービン動翼。
8. 前記第１範囲の前記圧力面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記圧力面と交差する第１直線に平行な方向に沿って延在しており、
   前記第１範囲の前記負圧面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記負圧面と交差する第２直線に平行な方向に沿って延在しており、
   前記第２範囲の前記圧力面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記圧力面と交差する第３直線に平行な方向に沿って延在しており、
   前記第２範囲の前記負圧面側冷却孔列における前記冷却孔の各々は、前記負圧面と交差する第４直線に平行な方向に沿って延在しており、
   前記第３直線と前記第４直線とのなす角度は、前記第１直線と前記第２直線とのなす角度よりも小さい、請求項６又は７に記載のタービン動翼。
9. 圧縮空気を生成するための圧縮機と、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と、前記燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービンと、を備え、前記タービンは、請求項１乃至８の何れか１項に記載のタービン動翼を備える、ガスタービン。
   

Images