JP7258226B2 - タービン翼及びこのタービン翼を製造する方法 - Google Patents

Description

本開示は、タービン翼及びこのタービン翼を製造する方法に関する。
本願は、２０２０年３月２５日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－５３７３９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービン等のタービン翼において、タービン翼の内部に形成された冷却通路に冷却流体を流すことにより、高温のガス流れに曝されるタービン翼を冷却することが知られている。例えば、特許文献１に開示されたタービン翼の冷却通路は、仕切部材によって、負圧面側の冷却通路と圧力面側の冷却通路とに分岐しており、タービン翼の後縁側で両冷却通路が合流して合流冷却通路となる構成を有している。

米国特許出願公開第２０１８／００４５０５８号明細書

特許文献１に開示されたタービン翼では、後縁から合流冷却通路まで延びる複数の通路が形成されており、負圧面側の冷却通路と圧力面側の冷却通路と合流冷却通路とのそれぞれには、それぞれの通路を画定する対向した内面間を接続する複数のピンフィンが形成されている。このタービン翼の製造において、タービン翼の鋳造工程の後に複数の通路を機械加工等で形成しようとすると、合流冷却通路内に形成されている最も下流側のピンフィンを傷つけてしまう可能性がある。このようなピンフィンは冷却通路内の冷却流体の流れを乱すことによってタービン翼の冷却効率を向上させるものであるので、ピンフィンを傷つけてしまうことにより、タービン翼の冷却効率に悪影響を与えるおそれがあるといった問題点があった。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、効率的な冷却が可能なタービン翼及びこのタービン翼を製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るタービン翼は、前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼であって、前記冷却通路は、前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路とを含み、前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、前記冷却通路には、前記仕切部材の前記後縁側の端部から前記前縁側にのみ、前記第１冷却通路において、前記圧力面を含む圧力面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィンと、前記第２冷却通路において、前記負圧面を含む負圧面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィンとが設けられている。

また、本開示に係る別のタービン翼は、前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼であって、前記冷却通路は、前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路とを含み、前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、前記負圧面を含む負圧面側壁の厚さは、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記後縁側に比べて、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記前縁側の方が大きい。

また、本開示に係るタービン翼を製造する方法は、前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼を製造する方法であって、前記冷却通路は、前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路とを含み、前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、前記冷却通路には、前記仕切部材の前記後縁側の端部よりも前記前縁側にのみ、前記第１冷却通路において、前記圧力面を含む圧力面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィンと、前記第２冷却通路において、前記負圧面を含む負圧面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィンとが設けられ、前記方法は、前記タービン翼を作製する作製ステップと、前記作製ステップの後に、前記翼形部に対して前記複数の流出通路を加工する加工ステップとを含む。

本開示のタービン翼によれば、冷却通路には、仕切部材の後縁側の端部から前縁側にのみ圧力面側ピンフィン及び負圧面側ピンフィンが設けられ、合流部及び流出通路にはピンフィンが設けられていないので、翼形部を作製した後に翼形部に対して流出通路を加工する場合、ピンフィンを傷つけてしまうおそれを低減できる。このようなピンフィンは冷却通路内の冷却流体の流れを乱すことによってタービン翼の冷却能を向上させるものであるが、ピンフィンを傷つけるおそれを低減すれば、タービン翼の冷却効率に悪影響を与えるおそれが低減されるので、タービン翼の効率的な冷却が可能となる。

また、翼形部の内部の圧力は負圧面側における翼形部の外部の圧力よりも高いので、負圧面側壁に膨張する方向の圧力がかかる。これに対し、本開示の別のタービン翼によれば、負圧面側壁の強度を高めることができ、このような圧力に耐えることが可能になる。

本開示のタービン翼を製造する方法によれば、流出通路の内径を調整することで冷却能力の調整を容易に行うことができるので、タービン翼の設計の自由度を高めることができる。

本開示の一実施形態に係るタービン翼が用いられたガスタービンの概略構成図である。 本開示の一実施形態に係るタービン翼を、圧力面から負圧面に向かう方向に見た図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービン翼における圧力面側ピンフィン及び負圧面側ピンフィンの配置の一例を示す断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービン翼と、このタービン翼を製造する際に用いられるコアとのそれぞれの断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービン翼を製造する方法の各ステップの概略図である。 本開示の一実施形態に係るタービン翼の翼形内部の一部分の拡大断面図である。

以下、本開示の実施の形態によるタービン翼及びこのタービン翼を製造する方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜本開示のタービン翼が用いられたガスタービン＞
図１に示されるように、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とを備えている。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ている。

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、ロータ８に取付けられた複数の動翼１８とを含んでいる。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、燃焼器４において燃料と圧縮空気とが混合された後に燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。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の燃焼器４が配置されていてもよい。

タービン６は、タービン車室２２内に形成される燃焼ガス流路２８を有し、燃焼ガス流路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含んでいる。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２６はロータ８に取付けられており、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。

＜本開示のタービン翼＞
本開示のタービン翼は、タービン６の動翼２６及び静翼２４のいずれも対象としている。以下では、本開示の一実施形態に係るタービン翼を静翼２４として説明するが、動翼２６であってもよい。

図２に示されるように、静翼２４は翼形部３４を備え、翼形部３４は、翼高さ方向（スパン方向）に延びており、翼高さ方向における両端に設けられた外側シュラウド３８及び内側シュラウド４０を有している。翼形部３４は、翼高さ方向に沿って延びる前縁４２及び後縁４４を有するとともに、前縁４２と後縁４４との間において延びる圧力面４６及び負圧面４８を有している。

図３に示されるように、翼形部３４の内部には、静翼２４を冷却するための冷却流体（例えば空気）が流通する冷却通路５０が形成されている。翼形部３４の内部、すなわち冷却通路５０には仕切部材５１が設けられ、冷却通路５０の一部が、第１冷却通路５２と第２冷却通路５３とに分離されている。第１冷却通路５２は負圧面４８よりも圧力面４６に近い位置にあり、第２冷却通路５３は圧力面４６よりも負圧面４８に近い位置にある。第１冷却通路５２と第２冷却通路５３とのそれぞれの後縁４４側の端部同士が接続されて合流部５４が構成されている。冷却通路５０はさらに、一端が合流部５４に開口するとともに他端が後縁４４に開口する複数の流出通路５５を含んでいる。流出通路５５は、円形や矩形等の任意の断面形状を有する通路でもよいし、スリットの形態であってもよい。

第１冷却通路５２には、圧力面４６を含む圧力面側壁４７に一端が接続されるとともに仕切部材５１に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィン６１が設けられている。第２冷却通路５３には、負圧面４８を含む負圧面側壁４９に一端が接続されるとともに仕切部材５１に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィン６２が設けられている。このようなピンフィンは、合流部５４及び流出通路５５には設けられていない。

ピンフィンが合流部５４及び流出通路５５に設けられていないことに関して厳密に言うと、仕切部材５１の後縁４４側の端部５１ａは、圧力面側ピンフィン６１のうち最も後縁４４側に位置する最下流圧力面側ピンフィン６１ａ及び複数の負圧面側ピンフィン６２のうち最も後縁４４側に位置する最下流負圧面側ピンフィン６２ａのいずれよりも後縁４４側に位置するか、又は、最下流圧力面側ピンフィン６１ａ及び最下流負圧面側ピンフィン６２ａのうちより後縁４４に近い方（同じ場合には両方）の側面と面一になっている。

ピンフィンのこのような配置により、次のような作用効果が得られる。静翼２４を製造する方法については後述するが、流出通路５５が内径の細い複数の流路、いわゆるマルチホールの場合には、静翼２４を鋳造した後に、後縁４４から合流部５４まで機械加工等で流出通路５５を形成することがある。このような場合、静翼２４では、合流部５４及び流出通路５５にピンフィンが設けられていないので、流出通路５５を形成する際に、ピンフィンを傷つけてしまうおそれを低減できる。このようなピンフィン（圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２）は冷却通路５０内の冷却流体の流れを乱すことによって静翼２４の冷却効率を向上させるものであるが、ピンフィンを傷つけるおそれを低減すれば、静翼２４の冷却効率に悪影響を与えるおそれが低減されるので、静翼２４の効率的な冷却が可能となる。

合流部５４及び流出通路５５にピンフィンが設けられていない、すなわち、仕切部材５１の後縁４４側の端部５１ａから前縁４２（図２参照）側にのみ圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２が設けられていれば、圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２の配置については、以下のようなさらなる限定を付加することができる。次に、そのようないくつかの限定と、その限定から得られる作用効果について説明する。

図４に示されるように、複数の圧力面側ピンフィン６１のそれぞれと、複数の負圧面側ピンフィン６２のいずれかとは、互いの中心線Ｌ１，Ｌ２を一致させることができる。このような配置にすることで、静翼２４を製造する上での作用効果を得ることができる。以下に、そのような作用効果について説明する。

翼形部３４の内部に冷却通路５０のような空洞部分を含む静翼２４を鋳造するにあたって、通常は、図５に示されるように、静翼２４の空洞部分を中実にしたコア７０が必要となる。静翼２４とコア７０とは、空洞部分と中実部分とを反転させた形状となることから、静翼２４において圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２の部分は、コア７０では空洞部分７１，７２となる。尚、図５において、中実部分にはハッチングを付しており、空洞部分は白抜きとなっている。コア７０において、複数の圧力面側ピンフィン６１に対応する複数の空洞部分７１のそれぞれと、複数の負圧面側ピンフィン６２の部分に対応する複数の空洞部分７２のいずれかとは、互いの中心線Ｌ１’，Ｌ２’が一致することになる。そうすると、コア７０の製造後の検査時に、中心線が一致する空洞部分７１，７２の一方から光を照射すると、各空洞部分７１，７２に問題がなければ他方の空洞部分から光を確認できる。逆に、各空洞部分７１，７２のどこかに閉塞があれば他方の空洞部分から光を確認できない。このため、コア７０の製造後の検査作業性を向上することができる。

また、図４に示されるように、後縁４４側から前縁４２（図２参照）側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン６１，６１間のピッチＰ_２が一定であるとともに隣り合う負圧面側ピンフィン６２，６２間のピッチＰ_２’が一定であるようにすることができる。尚、この形態は、中心線Ｌ１とＬ２とが一致した上述の形態と組み合わせてもよいし、中心線Ｌ１とＬ２とが一致していなくてもよい。

第１冷却通路５２及び第２冷却通路５３のそれぞれを流れる冷却流体が圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２によって流れを乱されることにより、静翼２４の冷却効率の向上が図られるが、隣り合うピンフィン間を冷却流体が流れる間は、冷却流体の流れの乱れが収まっていき、次のピンフィンによって再び流れが乱される。このため、隣り合うピンフィン間のピッチが異なると、部分的に冷却効率が悪い若しくは良い部分が存在し、メタル温度分布が不均一になる不具合が発生してしまう。これに対し、適当且つ一定のピッチでピンフィンを設ければ、部分的に冷却効率が悪い若しくは良い部分が生じるおそれを低減することができる。

また、図４に示されるように、複数の圧力面側ピンフィン６１のそれぞれの中心線Ｌ１と、複数の負圧面側ピンフィン６２のいずれかの中心線Ｌ２とが一致し、かつ、隣り合う圧力面側ピンフィン６１，６１間のピッチＰ_２及び負圧面側ピンフィン６２，６２間のピッチＰ_２’が一定でＰ_２＝Ｐ_２’である上で、仕切部材５１の端部５１ａと最下流圧力面側ピンフィン６１ａ及び最下流負圧面側ピンフィン６２ａの中心線とのピッチをＰ_１とすると、０．５Ｐ_２＜Ｐ_１＜２Ｐ_２となるようにしてもよい。

このような構成によれば、ピンフィンを傷つけるおそれがさらに低減されるので、静翼２４の冷却効率に悪影響を与えるおそれをさらに低減でき、静翼２４のさらなる効率的な冷却が可能となる。

また、図示しないが、圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２のそれぞれの配置を異なるようにしてもよい。例えば、圧力面側ピンフィン６１の外径と、負圧面側ピンフィン６２の外径とを互いに異なるようにしたり、後縁４４（図３参照）側から前縁４２（図２参照）側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン６１，６１間のピッチＰ_２と、隣り合う負圧面側ピンフィン６２，６２間のピッチＰ_２’とを異ならせたり、これら両方の特徴を採用したりしてもよい。このような構成によれば、負圧面４８側と圧力面４６側とで必要とされる冷却負荷が異なる場合、それぞれの冷却負荷に対応することが可能になる。

負圧面４８側と圧力面４６側とで必要とされる冷却負荷が異なる場合、圧力面側ピンフィン６１及び負圧面側ピンフィン６２の配置以外でも、それぞれの冷却負荷に対応することができる。例えば、図３に示されるように、負圧面４８側よりも圧力面４６側の冷却負荷が大きい場合、一端が冷却通路５０に開口するとともに他端が圧力面４６に開口するフィルム孔３０を翼形部３４に設けることができる。フィルム孔３０の冷却通路５０に開口する開口部３０ｂは、仕切部材５１の前縁４２（図２参照）側の端部５１ｂよりも前縁４２側に位置しており、フィルム孔３０の圧力面４６に開口する開口部３０ａは、開口部３０ｂよりも後縁４４側に位置している。

フィルム孔３０を介して圧力面４６に冷却流体を供給して、圧力面４６に沿って流れる高温のガスの温度を直接下げることにより、第１冷却通路５２を流れる冷却流体の冷却負荷を下げることができる。これにより、第１冷却通路５２を流れる冷却流体の冷却負荷を向上させるために第１冷却通路５２に追加の構成を設ける必要をなくすことができる。

上述したいくつかの構成と共に、又は、それらの構成とは独立して、次に説明する構成を採用してもよい。図３に示されるように、負圧面側壁４９の厚さは、仕切部材５１の前縁４２（図２参照）側の端部５１ｂよりも後縁４４側に比べて、仕切部材５１の端部５１ｂよりも前縁４２側の方を大きくしてもよい。すなわち、仕切部材５１の端部５１ｂよりもわずかに前縁４２側に、後縁４４から前縁４２に向かう方向に負圧面側壁４９の厚さが増大する領域である遷移領域４９ａが設けられてもよい。

一般に、翼形部３４の内部の圧力は負圧面４８側における翼形部３４の外部の圧力よりも高いので、負圧面側壁４９に膨張する方向の圧力がかかる。これに対し、このような構成にすれば、負圧面側壁４９の強度を高めることができ、このような圧力に耐えることが可能になる。

＜本開示のタービン翼を製造する方法＞
次に、静翼２４を製造する方法を図６に基づいて説明する。図６は、静翼２４を製造する方法の各ステップの概略図である。ステップ（１）において、２つの型８１，８２によって画定された空間８４内に、供給経路８３を介してセラミックス材料を注入し、コア前駆体８５を作製する。ステップ（２）において、コア前駆体８５を焼成して、コア７０を作製する。ステップ（３）において、鋳型９０の内部空間９１内にコア７０を入れ、内部空間９１内に金属材料を注入することにより、静翼２４が鋳造される。静翼２４において、コア７０に相当する部分が、冷却通路５０（図３参照）のような空洞部分となる。ステップ（４）において、静翼２４を鋳型９０から取り出し、コア７０を静翼２４から取り除く。ステップ（５）において、後縁４４から合流部５４まで機械加工等で複数の流出通路５５を形成する。

尚、この方法において、ステップ（１）～（４）は、翼形部３４を作製する作製ステップと言うことができ、ステップ（５）は、翼形部３４に対して複数の流出通路５５を加工する加工ステップと言うことができる。このようなステップを含む方法で静翼２４を製造すれば、流出通路５５の内径を調整することで静翼２４の冷却能力の調整を容易に行うことができるので、静翼２４の設計の自由度を高めることができる。

図７に示されるように、合流部５４は、仕切部材５１の端部５１ａと、端部５１ａに対向する通路内面５４ａとによって画定されるが、仕切部材５１の端部５１ａと通路内面５４ａとはそれぞれ、丸みを帯びた形状（湾曲面）にすることが好ましい。

上述したように、内部に空洞部分を有する製品を鋳造する際に使用するコアは、製品中の中実部分と空洞部分とを反転させた形態となる。このため、静翼２４を鋳造する際に使用されるコア７０（図６参照）は、静翼２４では空洞部分である合流部５４に対応する形状の中実部分を含むことになる。仕切部材５１の端部５１ａが尖っていると、鋳造時の金属材料の型内への注入性に問題が生じる場合がある。一方、通路内面５４ａが尖っていると、コア７０の製造時におけるコアの原料の型内への注入性に問題が生じる場合がある。これに対し、合流部５４が上記構成であれば、いずれの形状も丸みを帯びているので、鋳造時及びコアの製造時における金属材料及びコアの原料の注入性の悪化を避けることができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］一の態様に係るタービン翼は、
前縁（４２）と後縁（４４）とこれらの間を延びる圧力面（４６）及び負圧面（４８）とを含む翼形部（３４）を備え、該翼形部（３４）の内部に冷却通路（５０）が形成されたタービン翼（静翼２４，動翼２６）であって、
前記冷却通路（５０）は、
前記負圧面（４８）よりも前記圧力面（４６）に近い位置にある第１冷却通路（５２）と、
前記圧力面（４６）よりも前記負圧面（４８）に近い位置にある第２冷却通路（５３）と、
前記第１冷却通路（５２）の前記後縁（４４）側の端部と前記第２冷却通路（５３）の前記後縁（４４）側の端部とが接続されて構成された合流部（５４）に一端が開口するとともに前記後縁（４４）に他端が開口する複数の流出通路（５５）と
を含み、
前記第１冷却通路（５２）と前記第２冷却通路（５３）とは、前記翼形部（３４）の内部に設けられた仕切部材（５１）によって分離され、
前記冷却通路（５０）には、前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の端部（５１ａ）から前記前縁（４４）側にのみ、
前記第１冷却通路（５２）において、前記圧力面（４６）を含む圧力面側壁（４７）に一端が接続されるとともに前記仕切部材（５１）に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィン（６１）と、
前記第２冷却通路（５３）において、前記負圧面（４８）を含む負圧面側壁（４９）に一端が接続されるとともに前記仕切部材（５１）に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィン（６２）と
が設けられている。

本開示のタービン翼によれば、冷却通路には、仕切部材の後縁側の端部から前縁側にのみ圧力面側ピンフィン及び負圧面側ピンフィンが設けられ、合流部及び流出通路にはピンフィンが設けられていないので、翼形部を作製した後に翼形部に対して流出通路を加工する場合、ピンフィンを傷つけてしまうおそれを低減できる。このようなピンフィンは冷却通路内の冷却流体の流れを乱すことによってタービン翼の冷却能を向上させるものであるが、ピンフィンを傷つけるおそれを低減すれば、タービン翼の冷却効率に悪影響を与えるおそれが低減されるので、タービン翼の効率的な冷却が可能となる。

［２］別の態様に係るタービン翼は、［１］のタービン翼であって、
前記複数の圧力面側ピンフィン（６１）のそれぞれと、前記複数の負圧面側ピンフィン（６２）のいずれかとは、互いの中心線（Ｌ１，Ｌ２）が一致する。

このような構成のタービン翼を鋳造するにあたって、タービン翼の空洞部分を中実にしたコアが必要となる。タービン翼とコアとは、空洞部分と中実部分とを反転させた形状となることから、タービン翼において圧力面側ピンフィン及び負圧面側ピンフィンの部分は、コアでは空洞部分となる。上記［２］の構成によれば、コアにおいて、複数の圧力面側ピンフィンに対応する複数の空洞部分のそれぞれと、複数の負圧面側ピンフィンの部分に対応する複数の空洞部分のいずれかとは、互いの中心線が一致することになる。そうすると、コアを製造した後の検査時に、中心線が一致する空洞部分の一方から光を照射すると、各空洞部分に問題がなければ他方の空洞部分から光を確認できる。逆に、各空洞部分のどこかに閉塞があれば他方の空洞部分から光を確認できない。このため、コアを製造した後の検査作業性を向上することができる。

［３］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］または［２］のタービン翼であって、
前記後縁（４４）側から前記前縁（４２）側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン（６１，６１）間のピッチ（Ｐ_２）が一定であるとともに隣り合う負圧面側ピンフィン（６２，６２）間のピッチ（Ｐ_２’）が一定である。

各冷却通路を流れる冷却流体がピンフィンによって流れを乱されることにより、タービン翼の冷却効率の向上が図られるが、冷却流体の流れる方向に隣り合うピンフィン間を冷却流体が流れる間は、冷却流体の流れの乱れが収まっていき、次のピンフィンによって再び流れが乱される。このため、隣り合うピンフィン間のピッチが異なると、部分的に冷却効率が悪い若しくは良い部分が存在し、メタル温度分布が不均一になる不具合が発生してしまう。これに対し、適当且つ一定のピッチでピンフィンを設ければ、部分的に冷却効率が悪い若しくは良い部分が生じるおそれを低減することができる。

［４］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］～［３］のいずれかのタービン翼であって、
前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の前記端部（５１ａ）は、前記複数の圧力面側ピンフィン（６１）のうち最も前記後縁（４４）側に位置する最下流圧力面側ピンフィン（６１ａ）及び前記複数の負圧面側ピンフィン（６２）のうち最も前記後縁（４４）側に位置する最下流負圧面側ピンフィン（６２ａ）のいずれよりも前記後縁（４４）側に位置する。

このような構成によれば、ピンフィンを傷つけるおそれがさらに低減されるので、タービン翼の冷却効率に悪影響を与えるおそれをさらに低減でき、さらなる効率的なタービン翼の冷却が可能となる。

［５］さらに別の態様に係るタービン翼は、［４］のタービン翼であって、
前記複数の圧力面側ピンフィン（６１）のそれぞれと、前記複数の負圧面側ピンフィン（６２）のいずれかとは、互いの中心線（Ｌ１，Ｌ２）が一致し、
前記後縁（４４）側から前記前縁（４２）側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン（６１，６１）間のピッチ（Ｐ_２）が一定であるとともに隣り合う負圧面側ピンフィン（６２，６２）間のピッチ（Ｐ_２’）が一定であり、かつ、両ピッチは同じであり、
前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の前記端部（５１ａ）と前記最下流圧力面側ピンフィン（６１ａ）及び前記最下流負圧面側ピンフィン（６２ａ）の中心線（Ｌ１，Ｌ２）とのピッチをＰ_１とし、前記隣り合う圧力面側ピンフィン（６１，６１）間のピッチ及び前記隣り合う負圧面側ピンフィン（６２，６２）のピッチをＰ_２とすると、０．５Ｐ_２＜Ｐ_１＜２Ｐ_２である。

このような構成によれば、上記［４］の構成に比べて、ピンフィンを傷つけるおそれがさらに低減されるので、タービン翼の冷却効率に悪影響を与えるおそれをさらに低減でき、さらなる効率的な冷却が可能となる。

［６］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］のタービン翼であって、
前記圧力面側ピンフィン（６１）の外径と、前記負圧面側ピンフィン（６２）の外径とが互いに異なるか、又は、
前記後縁（４４）側から前記前縁（４２）側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン（６１，６１）間のピッチ（Ｐ_２）と、隣り合う負圧面側ピンフィン（６２，６２）間のピッチ（Ｐ_２’）とが異なる。

このような構成によれば、負圧面側と圧力面側とで冷却負荷が異なる場合、必要とされるそれぞれの冷却負荷に対応することが可能になる。

［７］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］～［６］のいずれかのタービン翼であって、
前記合流部（５４）は、前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の前記端部（５１ａ）と、該端部（５１ａ）に対向する通路内面（５４ａ）とによって画定され、
前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の前記端部（５１ａ）と前記通路内面（５４ａ）とはそれぞれ、丸みを帯びた形状を有する。

仕切部材の後縁側の端部が尖っていると、鋳造時の金属材料の型内への注入性に問題が生じる場合があり、通路内面が尖っていると、コアの製造時におけるコアの原料の型内への注入性に問題が生じる場合がある。これに対し、上記［７］の構成では、いずれの形状も丸みを帯びているので、鋳造時及びコアの製造時における金属材料及びコアの原料の注入性の悪化を避けることができる。

［８］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］～［７］のいずれかのタービン翼であって、
前記負圧面側壁（４９）の厚さは、前記仕切部材（５１）の前記前縁（４２）側の端部（５１ｂ）よりも前記後縁（４４）側に比べて、前記仕切部材（５１）の前記前縁（４２）側の端部（５１ｂ）よりも前記前縁（４２）側の方が大きい。

翼形部の内部の圧力は負圧面側における翼形部の外部の圧力よりも高いので、負圧面側壁に膨張する方向の圧力がかかる。これに対し、上記［８］の構成によれば、負圧面側壁の強度を高めることができ、このような圧力に耐えることが可能になる。

［９］一の態様に係るタービン翼は、
前縁（４２）と後縁（４４）とこれらの間を延びる圧力面（４６）及び負圧面（４８）とを含む翼形部（３４）を備え、該翼形部（３４）の内部に冷却通路（５０）が形成されたタービン翼（静翼２４，動翼２６）であって、
前記冷却通路（５０）は、
前記負圧面（４８）よりも前記圧力面（４６）に近い位置にある第１冷却通路（５２）と、
前記圧力面（４６）よりも前記負圧面（４８）に近い位置にある第２冷却通路（５３）と、
前記第１冷却通路（５２）の前記後縁（４４）側の端部と前記第２冷却通路（５３）の前記後縁（４４）側の端部とが接続されて構成された合流部（５４）に一端が開口するとともに前記後縁（４４）に他端が開口する複数の流出通路（５５）と
を含み、
前記第１冷却通路（５２）と前記第２冷却通路（５３）とは、前記翼形部（３４）の内部に設けられた仕切部材（５１）によって分離され、
前記負圧面（４８）を含む負圧面側壁（４９）の厚さは、前記仕切部材（５１）の前記前縁（４２）側の端部（５１ｂ）よりも前記後縁（４４）側に比べて、前記仕切部材（５１）の前記前縁（４２）側の端部（５１ｂ）よりも前記前縁（４２）側の方が大きい。

翼形部の内部の圧力は負圧面側における翼形部の外部の圧力よりも高いので、負圧面側壁に膨張する方向の圧力がかかる。これに対し、本開示のタービン翼によれば、負圧面側壁の強度を高めることができ、このような圧力に耐えることが可能になる。

［１０］さらに別の態様に係るタービン翼は、［１］～［９］のいずれかのタービン翼であって、
一端が前記冷却通路（５０）に開口するとともに他端が前記圧力面（４６）に開口するフィルム孔（３０）が前記翼形部に設けられ、
前記フィルム孔（３０）の前記冷却通路（５０）に開口する開口部（３０ｂ）は、前記仕切部材（５１）の前記前縁（４２）側の端部（５１ｂ）よりも前記前縁（４２）側に位置する。

負圧面側よりも圧力面側の冷却負荷が大きい場合、フィルム孔を介して圧力面に冷却流体を供給して、圧力面に沿って流れる高温のガスの温度を直接下げることにより、第１冷却通路を流れる冷却流体の冷却負荷を下げることができる。これにより、第１冷却通路を流れる冷却流体の冷却負荷を向上させるために第１冷却通路に追加の構成を設ける必要をなくすことができる。

［１１］一の態様に係るタービン翼を製造する方法は、
前縁（４２）と後縁（４４）とこれらの間を延びる圧力面（４６）及び負圧面（４８）とを含む翼形部（３４）を備え、該翼形部（３４）の内部に冷却通路（５０）が形成されたタービン翼（静翼２４，動翼２６）を製造する方法であって、
前記冷却通路（５０）は、
前記負圧面（４８）よりも前記圧力面（４６）に近い位置にある第１冷却通路（５２）と、
前記圧力面（４６）よりも前記負圧面（４８）に近い位置にある第２冷却通路（５３）と、
前記第１冷却通路（５２）の前記後縁（４４）側の端部と前記第２冷却通路（５３）の前記後縁（４４）側の端部とが接続されて構成された合流部（５４）に一端が開口するとともに前記後縁（４４）に他端が開口する複数の流出通路（５５）と
を含み、
前記第１冷却通路（５２）と前記第２冷却通路（５３）とは、前記翼形部（３４）の内部に設けられた仕切部材（５１）によって分離され、
前記冷却通路（５０）には、前記仕切部材（５１）の前記後縁（４４）側の端部（５１ａ）よりも前記前縁（４２）側にのみ、
前記第１冷却通路（５２）において、前記圧力面（４６）を含む圧力面側壁（４７）に一端が接続されるとともに前記仕切部材（５１）に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィン（６１）と、
前記第２冷却通路（５３）において、前記負圧面（４８）を含む負圧面側壁（４９）に一端が接続されるとともに前記仕切部材（５１）に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィン（６２）と
が設けられ、
前記方法は、
前記タービン翼（２４，２６）を作製する作製ステップと、
前記作製ステップの後に、前記翼形部（３４）に対して前記複数の流出通路（５５）を加工する加工ステップと
を含む。

本開示のタービン翼を製造する方法によれば、流出通路の内径を調整することで冷却能力の調整を容易に行うことができるので、タービン翼の設計の自由度を高めることができる。

２４ 静翼（タービン翼）
２６ 動翼（タービン翼）
３０ フィルム孔
３０ｂ （フィルム孔の）開口部
３４ 翼形部
４２ 前縁
４４ 後縁
４６ 圧力面
４７ 圧力面側壁
４８ 負圧面
４９ 負圧面側壁
５０ 冷却通路
５１ 仕切部材
５１ａ （仕切部材の後縁側の）端部
５１ｂ （仕切部材の前縁側の）端部
５２ 第１冷却通路
５３ 第２冷却通路
５４ 合流部
５４ａ （合流部の）通路内面
５５ 流出通路
６１ 圧力面側ピンフィン
６１ａ 最下流圧力面側ピンフィン
６２ 負圧面側ピンフィン
６２ａ 最下流負圧面側ピンフィン
Ｌ１ （圧力面側ピンフィンの）中心線
Ｌ２ （負圧面側ピンフィンの）中心線

Claims (11)

1. 前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼であって、
   前記冷却通路は、
   前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、
   前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、
   前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路と
   を含み、
   前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、
   前記冷却通路には、前記仕切部材の前記後縁側の端部から前記前縁側にのみ、
   前記第１冷却通路において、前記圧力面を含む圧力面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィンと、
   前記第２冷却通路において、前記負圧面を含む負圧面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィンと
   が設けられているタービン翼。
2. 前記複数の圧力面側ピンフィンのそれぞれと、前記複数の負圧面側ピンフィンのいずれかとは、互いの中心線が一致する、請求項１に記載のタービン翼。
3. 前記後縁側から前記前縁側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン間のピッチが一定であるとともに隣り合う負圧面側ピンフィン間のピッチが一定である、請求項１または２に記載のタービン翼。
4. 前記仕切部材の前記後縁側の前記端部は、前記複数の圧力面側ピンフィンのうち最も前記後縁側に位置する最下流圧力面側ピンフィン及び前記複数の負圧面側ピンフィンのうち最も前記後縁側に位置する最下流負圧面側ピンフィンのいずれよりも前記後縁側に位置する、請求項１～３のいずれか一項に記載のタービン翼。
5. 前記複数の圧力面側ピンフィンのそれぞれと、前記複数の負圧面側ピンフィンのいずれかとは、互いの中心線が一致し、
   前記後縁側から前記前縁側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン間のピッチが一定であるとともに隣り合う負圧面側ピンフィン間のピッチが一定であり、かつ、両ピッチは同じであり、
   前記仕切部材の前記後縁側の前記端部と前記最下流圧力面側ピンフィン及び前記最下流負圧面側ピンフィンの中心線とのピッチをＰ１とし、前記隣り合う圧力面側ピンフィン間のピッチ及び前記隣り合う負圧面側ピンフィンのピッチをＰ２とすると、０．５Ｐ２＜Ｐ１＜２Ｐ２である、請求項４に記載のタービン翼。
6. 前記圧力面側ピンフィンの外径と、前記負圧面側ピンフィンの外径とが互いに異なるか、又は、
   前記後縁側から前記前縁側に向かって、隣り合う圧力面側ピンフィン間のピッチと、隣り合う負圧面側ピンフィン間のピッチとが異なる、請求項１に記載のタービン翼。
7. 前記合流部は、前記仕切部材の前記後縁側の前記端部と、該端部に対向する通路内面とによって画定され、
   前記仕切部材の前記後縁側の前記端部と前記通路内面とはそれぞれ、丸みを帯びた形状を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のタービン翼。
8. 前記負圧面側壁の厚さは、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記後縁側に比べて、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記前縁側の方が大きい、請求項１～７のいずれか一項に記載のタービン翼。
9. 前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼であって、
   前記冷却通路は、
   前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、
   前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、
   前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路と
   を含み、
   前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、
   前記負圧面を含む負圧面側壁の厚さは、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記後縁側に比べて、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記前縁側の方が大きい、タービン翼。
10. 一端が前記冷却通路に開口するとともに他端が前記圧力面に開口するフィルム孔が前記翼形部に設けられ、
    前記フィルム孔の前記冷却通路に開口する開口部は、前記仕切部材の前記前縁側の端部よりも前記前縁側に位置する、請求項１～９のいずれか一項に記載のタービン翼。
11. 前縁と後縁とこれらの間を延びる圧力面及び負圧面とを含む翼形部を備え、該翼形部の内部に冷却通路が形成されたタービン翼を製造する方法であって、
    前記冷却通路は、
    前記負圧面よりも前記圧力面に近い位置にある第１冷却通路と、
    前記圧力面よりも前記負圧面に近い位置にある第２冷却通路と、
    前記第１冷却通路の前記後縁側の端部と前記第２冷却通路の前記後縁側の端部とが接続されて構成された合流部に一端が開口するとともに前記後縁に他端が開口する複数の流出通路と
    を含み、
    前記第１冷却通路と前記第２冷却通路とは、前記翼形部の内部に設けられた中実部分である仕切部材によって分離され、
    前記冷却通路には、前記仕切部材の前記後縁側の端部よりも前記前縁側にのみ、
    前記第１冷却通路において、前記圧力面を含む圧力面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の圧力面側ピンフィンと、
    前記第２冷却通路において、前記負圧面を含む負圧面側壁に一端が接続されるとともに前記仕切部材に他端が接続される複数の負圧面側ピンフィンと
    が設けられ、
    前記方法は、
    前記タービン翼を作製する作製ステップと、
    前記作製ステップの後に、前記翼形部に対して前記複数の流出通路を加工する加工ステップと
    を含む、タービン翼を製造する方法。
    

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