JP7425708B2

JP7425708B2 - 動翼

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Publication number: JP7425708B2
Application number: JP2020168965A
Authority: JP
Inventors: 智広石田; 敏史貫野; 光黒崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2024-01-31
Anticipated expiration: 2040-10-06
Also published as: JP2022061155A; US20220106882A1; US11959392B2

Description

本開示は、動翼に関する。

軸流回転機械の一種であるタービンは、ロータ軸と、このロータ軸の外周面に配列された複数の動翼と、これらロータ軸、及び動翼を外周側から覆う筒状のケーシングと、を備える。このようなタービンに用いられる動翼の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に係る動翼は、ロータ軸に取り付けられる翼根と、翼根から径方向外側に向かって延びる翼体と、翼体の径方向外側の端部に設けられたシュラウドと、シュラウドのさらに径方向外側に突出する板状のシールフィンと、を有する。

翼体は、径方向から見て翼型の断面形状を有している。シュラウドは、翼体に交差する面内に広がる板状をなしている。シールフィンは、シュラウドよりも外周側における流体の漏れを阻止するために設けられている。また、特許文献１に記載された動翼では、ロータ軸の回転に伴う遠心力に起因して発生する荷重を低減するために、シュラウドに肉抜きのためのキャビティが形成されている。

特開２００８－０３８９１０号公報

ところで、タービンの運転中には、シュラウドには翼体を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。特に、シールフィンと翼体との交差部を境界として、前縁側では翼体の負圧面側に大きな引っ張り荷重が生じる。反対に、後縁側では翼体の正圧面側に大きな引っ張り荷重が生じる。このように、シールフィンと翼体との交差部を境界として非対称な荷重分布が形成される。したがって、上記特許文献１のように単にキャビティを形成するのみでは、荷重分布に基づく最適な強度構造を得ることができない。つまり、特許文献１の技術には依然として改良の余地がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、軽量化と高強度化とを両立することが可能な動翼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、本開示に係る動翼は、軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、を備え、前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の前縁側では、前記フィレット部における負圧面側の板厚が正圧面側の板厚よりも大きい。

本開示に係る動翼は、軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、を備え、径方向における前記中空部の高さは、前記翼体と前記シールフィンの交差部で最も小さく、前縁側、及び後縁側に向かうに従って大きくなっている。

本開示に係る動翼は、軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、を備え、前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の前縁側では、前記フィレット部における負圧面側の板厚が正圧面側の板厚よりも大きく、径方向における前記中空部の高さは、前記翼体と前記シールフィンの交差部で最も小さく、前縁側、及び後縁側に向かうに従って大きくなっている。

本開示によれば、軽量化と高強度化とを両立することが可能な動翼を提供することができる。

本開示の実施形態に係る軸流回転機械としてのガスタービンの構成を示す模式図である。本開示の実施形態に係る動翼の構成を示す斜視図である。本開示の実施形態に係るシュラウド及びシールフィンを径方向外側から見た図である。図３のＡ－Ａ線における断面図である。図３のＢ－Ｂ線における断面図である。図３のＣ－Ｃ戦における断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第一変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第二変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第三変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第四変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第五変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第六変形例を示す断面図である。本開示の実施形態に係る動翼の第七変形例を示す断面図である。

（ガスタービンの構成）
以下、本開示の実施形態に係る軸流回転機械としてのガスタービン１０、及び動翼５０について、図１から図４を参照して説明する。なお、以降で説明する構成は、ガスタービン１０だけでなく、蒸気タービンや軸流圧縮機を含む他の軸流回転機械にも好適に適用することが可能である。

図１に示すように、ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器３０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン４０と、を備えている。

圧縮機２０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２１と、圧縮機ロータ２１を覆う圧縮機ケーシング２５と、複数の静翼列２６と、を有する。タービン４０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４１と、タービンロータ４１を覆うタービンケーシング４５と、複数の静翼列４６と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａ、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。また、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。

圧縮機２０は、タービン４０に対して軸線上流側Ｄａｕに配置されている。圧縮機ロータ２１とタービンロータ４１とは、同一軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ１１を成す。このガスタービンロータ１１には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。ガスタービン１０は、さらに、圧縮機ケーシング２５とタービンケーシング４５との間に配置されている中間ケーシング１６を備えている。燃焼器３０は、この中間ケーシング１６に取り付けられている。圧縮機ケーシング２５と中間ケーシング１６とタービンケーシング４５とは、互いに接続されてガスタービンケーシング１５を成す。

圧縮機ロータ２１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸２２と、このロータ軸２２に取り付けられている複数の動翼列２３と、を有する。複数の動翼列２３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列２３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列２３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列２６のうちいずれか一の静翼列２６が配置されている。各静翼列２６は、圧縮機ケーシング２５の内側に設けられている。各静翼列２６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

タービンロータ４１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸４２と、このロータ軸４２に取り付けられている複数の動翼列４３と、を有する。複数の動翼列４３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列４３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼５０で構成されている。複数の動翼列４３の各軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列４６のうちいずれか一の静翼列４６が配置されている。各静翼列４６は、タービンケーシング４５の内側に設けられている。各静翼列４６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。

圧縮機２０は、空気Ａを吸込んで、これを圧縮する。圧縮された空気、つまり圧縮空気は、中間ケーシング１６を介して燃焼器３０に流入する。燃焼器３０には、外部から燃料Ｆが供給される。燃焼器３０は、圧縮空気内で燃料Ｆを燃焼させて、燃焼ガスＧを生成する。この燃焼ガスＧは、タービンケーシング４５内に流入し、タービンロータ４１を回転させる。このタービンロータ４１の回転により、発電機ＧＥＮが発電する。

（動翼の構成）
次に、図２から図６を参照して、動翼５０の構成について詳述する。図２に示すように、動翼５０は、翼形と成す翼体５１と、シュラウド６０と、フィレット部７０と、シールフィン８０と、プラットフォーム５８と、翼根５９と、を有する。翼体５１は、径方向Ｄｒに延びている。翼体５１の断面形状は翼形を成す。なお、この断面は、径方向Ｄｒに垂直な翼体５１の断面である。

図２又は図３に示すように、翼体５１は、前縁５２と、後縁５３と、凸状の面である負圧面（背側面）５４と、凹状の面である正圧面（腹側面）５５と、を有する。前縁５２及び後縁５３は、負圧面５４と正圧面５５との接続部分である。前縁５２、後縁５３、負圧面５４、及び正圧面５５は、いずれも、径方向Ｄｒの方向成分を有する方向に延びている。前縁５２は、後縁５３に対して軸線上流側Ｄａｕに位置する。

図２に示すように、プラットフォーム５８は、翼体５１の径方向内側Ｄｒｉの端部に設けられている。プラットフォーム５８は、径方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する面内に広がる板状をなしている。翼根５９は、動翼５０をロータ軸４２に取り付けるための構造である。翼根５９は、プラットフォーム５８の径方向内側Ｄｒｉに設けられている。

シュラウド６０及びシールフィン８０は、翼体５１の径方向外側Ｄｒｏの端部に設けられている。シュラウド６０は、径方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する面内に広がる板状をなしている。フィレット部７０は、翼体５１とシュラウド６０との接続部分をなしている。フィレット部７０は、翼体５１とシュラウド６０との間の応力集中を回避するために設けられている。フィレット部７０の構成については後述する。

図３に示すように、シュラウド６０は、周方向Ｄｃの両側に接触面７３を有する。このシュラウド６０における接触面７３は、このシュラウド６０を有する動翼５０に対して周方向Ｄｃで隣接する他の動翼５０のシュラウド６０の接触面７３と対向して接する。なお、ここで言う接触面７３は、シュラウド６０の周方向の各端部における軸線上流側Ｄａｕを臨む面であり、軸線下流側Ｄａｄを臨む面は隣接するシュラウド６０とは接触しない。

シールフィン８０は、シュラウド６０の径方向外側Ｄｒｏの端面（シュラウド外周面６０Ａ）に設けられている。図２に示すように、シールフィン８０は、シュラウド外周面６０Ａから径方向外側に向かって板状に突出している。ここで、図３に示すように、径方向から見て翼体５１とシールフィン８０の交差する部分を交差部Ｃｒとする。つまり、翼体５１のキャンバーラインＣＬとシールフィン８０の延びる方向は互いに異なっている。図３中に示すように、動翼５０のうち、この交差部Ｃｒを基準として当該交差部Ｃｒよりも前縁５２側の部分を前縁側部分Ｐａと呼び、後縁５３側の部分を後縁側部分Ｐｂと呼ぶ。なお、交差部Ｃｒは、厳密には、キャンバーラインＣＬとシールフィン８０とが交差する部分を指す。なお、交差部Ｃｒの位置として、このようにキャンバーラインＣＬとシールフィン８０とが交差する部分から前縁５２側、又は後縁５３側にずれた近傍の位置を設定することも可能である。

次いで、図４から図６を参照して、翼体５１の内部構造について説明する。図４は、動翼５０のうち、前縁側部分Ｐａの断面図である。同図に示すように、フィレット部７０の内部には空間（中空部Ｖ）が形成されている。中空部Ｖは、正圧面５５側を向く正圧面側壁部７０Ａと、負圧面５４側を向く負圧面側壁部７０Ｂと、シュラウド６０とによって囲まれている。なお、本実施形態では中空部Ｖ内にはリブや仕切り部材等は配置されていない。しかしながら、設計や仕様に応じてこれら部材を中空部Ｖ内に設けることも可能である。

正圧面側壁部７０Ａは、翼体５１の径方向外側の端部から径方向外側に向かうに従って正圧面５５側に向かって延びている。正圧面側壁部７０Ａの両面のうち、中空部Ｖ側を向く面は正圧面側内壁面Ｖａとされている。負圧面側壁部７０Ｂは、翼体５１の径方向外側の端部から径方向外側に向かうに従って負圧面５４側に向かって延びている。負圧面側壁部７０Ｂの両面のうち、中空部Ｖ側を向く面は負圧面側内壁面Ｖｃとされている。シュラウド６０の内面（つまり、中空部Ｖ側を向く面）は、天面Ｖｕとされている。また、天面Ｖｕと径方向に対向する面は底面Ｖｂとされている。

前縁側部分Ｐａでは、正圧面側壁部７０Ａに比べて、負圧面側壁部７０Ｂの板厚が大きくなっている。つまり、交差部Ｃｒから前縁５２側に向かうに従って、正圧面側壁部７０Ａの板厚は小さくなり、負圧面側壁部７０Ｂの板厚は大きくなる。

図５は、動翼５０のうち、交差部Ｃｒの断面図である。同図に示すように、交差部Ｃｒでは、上述の正圧面側壁部７０Ａ、及び負圧面側壁部７０Ｂの板厚は互いに同一である。なお、ここで言う「同一」とは、実質的な同一を指すものであり、設計上の公差や製造上の誤差は許容される。さらに言い換えれば、交差部Ｃｒでは、前縁側部分Ｐａ、又は後縁側部分Ｐｂと比べて正圧面側／負圧面側の間の板厚の差が最も小さくなる。また、中空部Ｖの径方向における寸法（つまり、天面Ｖｕから底面Ｖｂまでの距離：高さＨ）は、この交差部Ｃｒで最も小さく、前縁側部分Ｐａ、又は後縁側部分Ｐｂの少なくとも一部で交差部Ｃｒにおける高さよりも大きくなる。なお、前縁側部分Ｐａ、及び後縁側部分Ｐｂのいずれか一方のみに中空部Ｖを形成する構成を採ることも可能である。

図６は、後縁側部分Ｐｂの断面図である。同図に示すように、後縁側部分Ｐｂでは、負圧面側壁部７０Ｂに比べて、正圧面側壁部７０Ａの板厚が大きくなっている。このように、中空部Ｖの寸法形状は、前縁側部分Ｐａから交差部Ｃｒを経て後縁側部分Ｐｂに至るまでに変化している。

（作用効果）
ところで、タービン４０の運転中には、シュラウド６０には翼体５１を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。特に、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、前縁側では翼体５１の負圧面５４側に大きな引っ張り荷重が生じる。ここで、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の前縁側では、フィレット部７０における負圧面５４側の板厚が正圧面５５側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる負圧面５４側では正圧面５５側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重の小さい正圧面５５側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。

さらに、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の後縁側では、フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる正圧面５５側では負圧面５４側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重の小さい負圧面５４側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。

また、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒでは、正圧面５５側と負圧面５４側とで均等に荷重が加わる。上記構成によれば、正圧面５５側と負圧面５４側とでフィレット部７０における板厚が同一であることから、これら荷重に対して安定的に抗することができる。

加えて、上記構成によれば、前縁５２側、及び後縁５３側に向かうに従って、径方向における中空部Ｖの高さが大きくなっている。これにより、これら前縁５２側、及び後縁５３側で荷重に対して十分に抗することができるとともに、厚肉部が削減されることで動翼５０の軽量化を図ることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

以下では、上記実施形態で説明した動翼５０に冷却構造（冷却部９０）を適用した種々の例を第一変形例～第六変形例として図７から図１２を参照してそれぞれ説明する。

＜第一変形例＞
図７に示すように、本変形例では、冷却部９０は、翼体５１の内部に当該翼体５１を径方向に貫通するとともに中空部Ｖに連通する第一流路Ｆ１と、中空部Ｖからシュラウド６０の外周面側に連通する第二流路Ｆ２と、を有している。第一流路Ｆ１を通じて中空部Ｖに流入した冷却媒体（圧縮機から抽気された高圧空気が一例として冷却媒体に用いられる。）は、中空部Ｖ内に一時的に滞留した後、第二流路Ｆ２を通じて外部に流れ出る。その中途で、動翼５０の各部が冷却される。

＜第二変形例＞
図８に示すように、第二変形例では、第二流路Ｆ２ｂの位置が上記第一変形例とは異なっている。本変形例では、第二流路Ｆ２ｂは、中空部Ｖからシールフィン８０の下方を通って、当該シールフィン８０よりも負圧面５４側に開口している。このような構成によれば動翼５０の各部を冷却できることに加えて、特にシールフィン８０を下方から効率的に冷却することができる。

＜第三変形例＞
図９に示すように、第三変形例では、第二流路Ｆ２ｃが、シールフィン８０の近傍、かつ正圧面５５側の位置に開口している。このような構成によれば、シールフィン８０に対して直接的に冷却媒体を吹き付け、より高い冷却効果を得ることができる。

＜第四変形例＞
図１０に示すように、第四変形例では、第一流路Ｆ１の出口に、多孔管９１が設けられている。この多孔管９１は、例えば金属製のメッシュ等を筒状に曲げることで形成されている。また、多孔管９１は、シュラウド６０の外周面に突出している。この突出した部分は、第二流路Ｆ２とされている。このような構成によれば、中空部Ｖ内に多孔管９１から流れ出た冷却媒体が均一に拡散するため、より効率的に動翼５０の各部を冷却することができる。

＜第五変形例＞
図１１に示すように、第五変形例では、上記第四変形例の多孔管９１に代えて、多孔板９１ｂが配置されている。多孔板９１ｂは、中空部Ｖの内部形状に倣うような形状であることが望ましい。このような構成によれば、例えば多孔板９１ｂの孔の密度や数を部位ごとに代えることで、特に冷却したい部分に選択的に冷却媒体を供給することができる。

＜第六変形例＞
図１２に示すように、第六変形例では、第二流路Ｆ２ｄは、第一流路Ｆ１から中空部Ｖを迂回してシュラウド６０の外周面まで延びている。つまり、これら第一流路Ｆ１、及び第二流路Ｆ２ｄは、中空部Ｖの内部に連通せず、その近傍を通過している。このような構成によれば、中空部Ｖで冷却媒体を滞留させることなく、より円滑に流通させることができる。また、これにより、中空部Ｖに滞留している熱を取り去りつつ、より円滑に動翼を冷却することができる。

＜第七変形例＞
冷却構造に係る上記の各変形例に加えて、さらなる軽量化を目的として図１３に示すような構成を採ることも可能である。同図に示すように、本変形例では、シュラウド６０に、中空部Ｖを避けるようにしてフィレット部７０側に向かって凹む複数の凹部Ｒが形成されている。つまり、シュラウド６０は、中空部Ｖとして必要な容積が確保できる限りにおいて、最小限の板厚、体積になるまで減肉されている。これにより、動翼５０の強度を確保しつつ、さらなる軽量化を図ることができる。

＜付記＞
各実施形態に記載の動翼は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側に設けられ、内部に中空部Ｖが形成されたフィレット部７０と、該フィレット部７０の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体５１と交差する方向に延びるシールフィン８０と、を備え、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として前記翼体５１の前縁側では、前記フィレット部７０における負圧面５４側の板厚が正圧面５５側の板厚よりも大きい。

タービン４０の運転中には、シュラウド６０には翼体５１を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。また、シュラウド６０の捲れ上がりに伴って曲げモーメントも生じる。この曲げモーメントに起因してさらなる荷重がシュラウド６０には加わる。特に、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、前縁側では翼体５１の負圧面５４側に大きな引っ張り荷重が生じる。ここで、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の前縁側では、フィレット部７０における負圧面５４側の板厚が正圧面５５側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる負圧面５４側では正圧面５５側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重が小さい正圧面５５側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。

（２）第２の態様に係る動翼５０では、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として前記翼体５１の後縁側では、前記フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きい。

タービン４０の運転中には、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、後縁側では翼体５１の正圧面５５側に大きな引っ張り荷重が生じる。ここで、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の後縁側では、フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる正圧面５５側では負圧面５４側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重が小さい負圧面５４側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。

（３）第３の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側に設けられ、内部に中空部Ｖが形成されたフィレット部７０と、該フィレット部７０の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体５１と交差する方向に延びるシールフィン８０と、を備え、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として前記翼体５１の後縁側では、前記フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きい。

（４）第４の態様に係る動翼５０では、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒでは、前記フィレット部７０における正圧面５５側の板厚と負圧面５４側の板厚とが同一である。

翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒでは、正圧面５５側と負圧面５４側とで均等に荷重が加わる。上記構成によれば、正圧面５５側と負圧面５４側とでフィレット部７０における板厚が同一であることから、これら荷重に対して安定的に抗することができる。

（５）第５の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側に設けられ、内部に中空部Ｖが形成されたフィレット部７０と、該フィレット部７０の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体５１と交差する方向に延びるシールフィン８０と、を備え、径方向における前記中空部Ｖの高さは、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒで最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部における高さよりも大きくなっている。

タービン４０の運転中には、シュラウド６０には翼体５１を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。特に、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、前縁側、及び後縁側に向かうほど、大きな荷重が加わる。ここで、上記構成によれば、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で交差部Ｃｒにおける高さよりも径方向における中空部Ｖの高さが大きくなっている。これにより、これら前縁側、及び後縁側で荷重に対して十分に抗することができるとともに、厚肉部が削減されることで動翼５０の軽量化を図ることができる。

（６）第６の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側に設けられ、内部に中空部Ｖが形成されたフィレット部７０と、該フィレット部７０の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体５１と交差する方向に延びるシールフィン８０と、を備え、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として前記翼体５１の前縁側では、前記フィレット部７０における負圧面５４側の板厚が正圧面５５側の板厚よりも大きく、径方向における前記中空部Ｖの高さは、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒで最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部Ｃｒにおける高さよりも大きくなっている。

タービン４０の運転中には、シュラウド６０には翼体５１を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。特に、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、前縁側では翼体５１の負圧面５４側に大きな引っ張り荷重が生じる。ここで、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の前縁側では、フィレット部７０における負圧面５４側の板厚が正圧面５５側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる負圧面５４側では正圧面５５側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重の小さい正圧面５５側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。また、上記構成によれば、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で交差部Ｃｒにおける高さよりも径方向における中空部Ｖの高さが大きくなっている。これにより、これら前縁側、及び後縁側で荷重に対して十分に抗することができるとともに、厚肉部が削減されることで動翼５０のさらなる軽量化を図ることができる。

（７）第７の態様に係る動翼５０は、軸線Ａｒ回りに回転可能なロータ軸２２に取り付けられる動翼５０であって、前記軸線Ａｒに対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体５１と、該翼体５１の径方向外側に設けられ、内部に中空部Ｖが形成されたフィレット部７０と、該フィレット部７０の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウド６０と、該シュラウド６０から外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体５１と交差する方向に延びるシールフィン８０と、を備え、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として前記翼体５１の後縁側では、前記フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きく、径方向における前記中空部Ｖの高さは、前記翼体５１と前記シールフィン８０の交差部Ｃｒで最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部Ｃｒにおける高さよりも大きい。

タービン４０の運転中には、シュラウド６０には翼体５１を支点として径方向外側に捲れ上がるような荷重が遠心力によって付加される。特に、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、前縁側、及び後縁側に向かうほど、大きな荷重が加わる。ここで、上記構成によれば、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で交差部Ｃｒにおける高さよりも径方向における中空部Ｖの高さが大きくなっている。これにより、これら前縁側、及び後縁側で荷重に対して十分に抗することができるとともに、厚肉部が削減されることで動翼５０の軽量化を図ることができる。さらに、タービン４０の運転中には、シールフィン８０と翼体５１との交差部Ｃｒを境界として、後縁側では翼体５１の正圧面５５側に大きな引っ張り荷重が生じる。ここで、上記構成によれば、翼体５１とシールフィン８０の交差部Ｃｒを境界として翼体５１の後縁側では、フィレット部７０における正圧面５５側の板厚が負圧面５４側の板厚よりも大きい。つまり、上述の引っ張り荷重が加わる正圧面５５側では負圧面５４側よりも板厚が大きくなっている。これにより、引っ張り荷重に対して十分に抗することができる。さらに、引っ張り荷重が小さい負圧面５４側の板厚を相対的に小さく抑え、動翼５０として軽量化を図ることができる。

（８）第８の態様に係る動翼５０は、前記翼体５１を径方向に貫通するとともに、前記中空部Ｖに連通する第一流路Ｆ１、及び前記中空部Ｖから前記シュラウド６０の外周面に連通する第二流路Ｆ２を有する冷却部９０をさらに備える。

上記構成によれば、第一流路Ｆ１を通じて中空部Ｖに流入した冷却媒体は、中空部Ｖで一時的に滞留することで動翼５０を効率的に冷却する。さらに、冷却に供された冷却媒体は、第二流路Ｆ２を通じて中空部Ｖからシュラウド６０の外周面に流れ出る。これにより、動翼５０の内部全体を効率的かつ円滑に冷却し続けることができる。

（９）第９の態様に係る動翼５０は、前記翼体５１を径方向に貫通する第一流路Ｆ１、及び該第一流路Ｆ１から前記中空部Ｖを迂回して前記シュラウド６０の外周面に連通する第二流路Ｆ２ｄを有する冷却部９０をさらに備える。

上記構成によれば、第一流路Ｆ１から第二流路Ｆ２ｄに流入した冷却媒体は、中空部Ｖを迂回してシュラウド６０の外周面に流れ出る。つまり、中空部Ｖ内には冷却媒体は流入せず、その近傍を通過する。これにより、中空部Ｖに滞留している熱を取り去りつつ、より円滑に動翼５０を冷却することができる。

（１０）第１０の態様に係る動翼５０では、前記シュラウド６０には、前記中空部Ｖを避けるように前記フィレット部７０側に凹む凹部Ｒ形成されている。

上記構成によれば、シュラウド６０に中空部Ｖを避けるように凹部Ｒが形成されていることから、動翼５０のさらなる軽量化を実現することができる。

１０：ガスタービン
１１：ガスタービンロータ
１５：ガスタービンケーシング
１６：中間ケーシング
２０：圧縮機
２１：圧縮機ロータ
２２：ロータ軸
２３：動翼列
２５：圧縮機ケーシング
２６：静翼列
３０：燃焼器
４０：タービン
４１：タービンロータ
４２：ロータ軸
４３：動翼列
４５：タービンケーシング
４６：静翼列
５０：動翼
５１：翼体
５２：前縁
５３：後縁
５４：負圧面
５５：正圧面
５８：プラットフォーム
５９：翼根
６０：シュラウド
６０Ａ：シュラウド外周面
７０：フィレット部
７０Ａ：正圧面側壁部
７０Ｂ：負圧面側壁部
７３：接触面
８０：シールフィン
９０：冷却部
９１：多孔管
９１ｂ：多孔板
Ａ：空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
ＣＬ：キャンバーライン
Ａｒ：軸線
Ｃｒ：交差部
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：径方向
Ｄｒｉ：径方向内側
Ｄｒｏ：径方向外側
Ｆ１：第一流路
Ｆ２：第二流路
Ｐａ：前縁側部分
Ｐｂ：後縁側部分
Ｖａ：正圧面側内壁面
Ｖｂ：底面
Ｖｃ：負圧面側内壁面
Ｖｕ：天面

Claims

軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、
該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、
を備え、
前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の前縁側では、前記フィレット部における負圧面側の板厚が正圧面側の板厚よりも大きい動翼。
前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の後縁側では、前記フィレット部における正圧面側の板厚が負圧面側の板厚よりも大きい請求項１に記載の動翼。
軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、
該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、
を備え、
前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の後縁側では、前記フィレット部における正圧面側の板厚が負圧面側の板厚よりも大きい動翼。
前記翼体と前記シールフィンの交差部では、前記フィレット部における正圧面側の板厚と負圧面側の板厚とが同一である請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼。
軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、
該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、
を備え、
径方向における前記中空部の高さは、前記翼体と前記シールフィンの交差部で最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部における高さよりも大きくなっている動翼。
軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、
該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、
を備え、
前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の前縁側では、前記フィレット部における負圧面側の板厚が正圧面側の板厚よりも大きく、
径方向における前記中空部の高さは、前記翼体と前記シールフィンの交差部で最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部における高さよりも大きくなっている動翼。
軸線回りに回転可能なロータ軸に取り付けられる動翼であって、
前記軸線に対する径方向に延び、該径方向に直交する断面形状が翼形である翼体と、
該翼体の径方向外側に設けられ、内部に中空部が形成されたフィレット部と、
該フィレット部の径方向外側に設けられ、周方向に広がるシュラウドと、
該シュラウドから外周側に突出するとともに、径方向から見て前記翼体と交差する方向に延びるシールフィンと、
を備え、
前記翼体と前記シールフィンの交差部を境界として前記翼体の後縁側では、前記フィレット部における正圧面側の板厚が負圧面側の板厚よりも大きく、
径方向における前記中空部の高さは、前記翼体と前記シールフィンの交差部で最も小さく、前縁側、及び後縁側の少なくとも一部で前記交差部における高さよりも大きい動翼。
前記翼体を径方向に貫通するとともに、前記中空部に連通する第一流路、及び前記中空部から前記シュラウドの外周面に連通する第二流路を有する冷却部をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の動翼。
前記翼体を径方向に貫通する第一流路、及び該第一流路から前記中空部を迂回して前記シュラウドの外周面に連通する第二流路を有する冷却部をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の動翼。
前記シュラウドには、前記中空部を避けるように前記フィレット部側に凹む凹部が形成されている請求項１から９のいずれか一項に記載の動翼。