JP7778221B2 - ガスタービンの静翼の冷却方法および冷却構造 - Google Patents

Description

本開示は、ガスタービンの静翼の冷却方法に関するものであり、また、ガスタービンの静翼の冷却構造に関する。

ガスタービンの静翼とガスタービンのロータブレードは高温燃焼ガスにさらされる。したがって、静翼とロータブレードは冷却空気によって冷却される必要がある。図１は、ガスタービンの静翼のエアフォイルを冷却するための従来の構造を模式的に図示する。例えば、ガスタービンの静翼のエアフォイルを冷却する従来の構造では、図１に示すように、第１段静翼のエアフォイルのインサートに供給される冷却空気は、インサートに設けられたインピンジメント冷却孔からエアフォイルの内表面に向かって噴射され、エアフォイルの内表面をインピンジメント冷却し、そして、エアフォイルのフィルム冷却孔を通して排出されてエアフォイルの外面に沿って流れるフィルム冷却空気を生じさせる。すなわち、インピンジメント冷却に使用される冷却空気は、フィルム冷却孔を通して高温ガス流路に排出される（冷却空気の排出は図１の矢印で説明される）。

図２は、ガスタービンのシュラウドを冷却するための従来の構造を概略的に図示する。静翼は、冷却空気によって冷却されるシュラウド構造を含む。図２に示すように、冷却空気はシュラウド本体からシュラウドの側縁部（シュラウド端部に取り込まれ、シュラウドの側縁部に沿ってシュラウドの後縁部に向かって流れる。シュラウド端部を冷却するために使用される冷却空気は、シュラウドの後縁部から高温ガス流路へ排出される（冷却空気の排出は図２の矢印で説明される）。

日本特許第６７９９７０２号 国際公開第ＷＯ／００３５９０号

近年、ガスタービン入口温度が上昇し、したがって、第１段静翼の冷却をさらに促進することが望まれている。上記問題に対処するためのアプローチの一つは、第１段静翼に（従来の技術と比較して）より高い圧力とより低い温度の冷却空気を供給することである。発明者の検討によると、第１段静翼を冷却するために、より高い圧力と低い温度の冷却空気が使用される場合には、エアフォイルまたはシュラウド端部を冷却するために冷却空気が使用された後であっても、第１段静翼の他の構成要素を冷却するために再利用できる可能性がある。しかしながら、従来の技術では、第１段静翼においては、冷却空気は高温ガス流路に排出されていた。そのため、冷却空気の利用効率が制限されてしまっていた。

冷却空気の使用効率を高めることが可能なガスタービンの静翼の冷却方法または冷却構造を提供することが望まれる。

本開示の第１の態様によれば、タービンの静翼を冷却する方法が提供される。前記静翼は、エアフォイルと、前記エアフォイルの端部であって前記タービンの径方向に沿った径方向端部に配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドは、シュラウド本体と、前記シュラウド本体を囲むようにシュラウド本体の周囲に配置され、内部にシュラウド端部流路を含むシュラウド端部とを含む。前記方法は以下のステップを含む：
（i）前記シュラウド端部流路の内部に冷却空気を流して前記シュラウド端部を冷却し、
（ii）前記シュラウド端部を冷却した後、前記シュラウド端部流路の内部を流れた冷却空気を用いて前記シュラウド本体を冷却する。

上述した特徴により、シュラウド端部を冷却するために用いられる冷却空気、を高温ガス流路に排出することなく、シュラウド本体などの静翼の他の構成要素を冷却するために使用することができる。これにより、冷却空気の使用効率を向上させることが可能となる。また、高温ガスにより厳しくさらされるシュラウド端部をまずは低温の冷却空気で冷却し、その冷却空気を用いて、次にシュラウド本体を冷却することができる。これにより、冷却空気の使用効率を向上させることが可能となる。

第１の態様において、前記エアフォイル内部に冷却空気を流すステップをさらに含み、前記ステップ（i）は、さらに、前記エアフォイルを冷却した後に、前記エアフォイルの内部を流れた冷却空気を用いて、前記シュラウド端部流路の内部に前記冷却空気を流して前記シュラウド端部を冷却してもよい。上述した特徴によれば、エアフォイルを冷却するために用いられる冷却空気を、高温ガス流路に排出することなく、シュラウド端部等の静翼の他の構成要素を冷却するために用いることができる。これにより、冷却空気の使用効率を向上させることが可能となる。

本開示の第３の態様によれば、エアフォイルと、前記エアフォイルの端部であって、前記タービンの径方向に沿った径方向端部に配置されたシュラウドとを備えるタービンの静翼が提供される。
前記シュラウドは、タービンの高温ガス流路に面した第１壁と、前記第１壁の前記高温ガス流路とは反対側に配置された第２壁とを備えるシュラウド本体と、前記シュラウド本体を囲むようにシュラウド本体の周囲に配置され、内部にシュラウド端部流路を含むシュラウド端部とを含む。
前記シュラウド端部は、前記シュラウド端部流路に冷却空気を導入する冷却空気入口と、前記シュラウド端部流路から冷却空気を流出させる冷却空気出口を備える。
前記シュラウド本体は、前記第１壁と第２壁との間に中空空間を含み、前記中空空間は、前記冷却空気出口を介して前記シュラウド端部流路と接続されている。

上記の特徴により、冷却空気入口を通してシュラウド端部流路に導入され、シュラウド端部を冷却するために使用される冷却空気は、冷却空気出口を通ってシュラウド本体の中空空間に流れ込むので、高温ガス流路に冷却空気を排出させることなく、シュラウド本体を冷却するために利用できる。これにより、冷却空気の使用効率を向上させることが可能となる。また、高温ガスにより厳しくさらされるシュラウド端部をまずは低温の冷却空気で冷却し、その冷却空気を用いて、次にシュラウド本体を冷却することができる。これにより、冷却空気の使用効率を向上させることが可能となる。

図１は、ガスタービンの静翼のエアフォイルを冷却するための従来の構造を模式的に図示する図である。 図２は、ガスタービンの静翼のシュラウドを冷却するための従来の構造を概略的に図示する図である。 図３は、本開示に係る実施形態におけるガスタービンの概略断面図である。 図４は、第１の実施形態における静翼の斜視図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図６は、静翼の部分拡大図である。 図７は、第１の実施形態における静翼の部分斜視図である。 図８は、第１の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。 図９は、第２の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。 図１０は、第２の実施形態の冷却工程を概略的に説明する図である。 図１１は、第３の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。 図１２は、第４の実施形態による静翼の概略断面図である。

本開示の実施形態を、図面を参照して以下に詳述する。図３は、本開示に係る実施形態におけるガスタービンの概略断面図である。図３に示すように、本実施形態のガスタービン１０は、燃焼器３０によって発生した燃焼ガスによって駆動されるタービン２０を含む。タービン２０は、ロータシャフト２４、軸Ａｒを中心に回転するタービンロータ２６、タービンロータ２６を覆うタービンケーシング２２、および複数段の静翼２８を備える。

図４は、本開示の実施形態によるガスタービンの静翼を模式的に説明する。図４は、第１の実施形態における静翼の斜視図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。図６は、静翼の部分拡大図である。図４に示すように、静翼５０は、ガスタービンの半径方向に延びる静翼本体（エアフォイル）５１と、静翼本体５１の径方向内側に配置された内側シュラウド６０と、静翼本体５１の径方向外側に配置された外側シュラウド７０とを含む。静翼本体５１は、燃焼ガスが通過する燃焼ガス流路（高温ガス流路）に配置される。一般的に、環状の燃焼ガス流路は、その径方向内側が内側シュラウド６０によって定義され、そしてその径方向外側が外側シュラウド７０によって定義される。内側シュラウド６０と外側シュラウド７０は、燃焼ガス流路の一部を規定する板状の部材である。

図４に示すように、静翼本体５１の上流側の端部は、前縁部５２を有し、静翼本体５１の下流側の端部は、後縁部５３を有する。静翼本体５１の表面のうち、凸面は背側面５４（負圧面）であり、凹面は腹側面５５（正圧面）である。利便性のために、以下の説明では、静翼本体５１の腹側（正圧面側）と静翼本体５１の背側（負圧面側）を、それぞれ腹側と背側と呼ぶ。

内側シュラウド６０と外側シュラウド７０は、基本的に同じ構造を有する。したがって、以下では、外側シュラウド７０を主に説明する。

図４および図５に示すように、外側シュラウド７０は、板状シュラウド部材であり、シュラウド本体７２、シュラウド本体７２の外周上に配置されたシュラウド端部７４、及びシュラウド端部７４に沿って延びる周壁７６を備える。周壁７６は、シュラウド本体７２からガスタービンの径方向外側に向かって突出する。

外側シュラウド７０は、上流側の端面である前端面、下流側の端面である後端面、腹側の端面である腹側端面、背側の端面である腹側端面を有する。外側シュラウド７０は、径方向内側を向き、高温ガス流路に面するガスパス面７８を有する。前端面と後端面は、互いに実質的に平行であり、腹側端面と背側端面は、互いに実質的に平行である。したがって、径方向から見た場合、外側シュラウド７０は、図５に示すように、実質的に平行四辺形状を有する。

シュラウド端部７４は、シュラウド本体７２から突出する鍔状または縁状の構造物である。シュラウド端部７４は、外側シュラウド７０の上流側に配置された前側シュラウド端部７４_Ｌと、外側シュラウド７０の下流側に配置された後側シュラウド端部７４_Ｔと、外側シュラウド７０の背側に配置された背側シュラウド端部７４_Ｎと、外側シュラウド７０の腹側に配置された腹側シュラウド端部７４_Ｐとを備える。例えば、図５に示すように、前側シュラウド端部７４_Ｌ、後側シュラウド端部７４_Ｔ、背側シュラウド端部７４_Ｎ、および腹側シュラウド端部７４_Ｐは、シュラウド本体７２の外周上に配置され、シュラウド本体７２の全体を囲む。

前側シュラウド端部７４_Ｌは、その内部に前側シュラウド端部流路７５_Ｌを含む。後側シュラウド端部７４_Ｔは、その内部に後側シュラウド端部流路７５_Ｔを含む。背側シュラウド端部７４_Ｎは、その内部に背側シュラウド端部流路７５_Ｎを含む。腹側シュラウド端部７４_Ｐは、その内部に腹側シュラウド端部流路７５_Ｐを含む。

この実施形態では、前側シュラウド端部流路７５_Ｌは、その一端で背側シュラウド端部流路７５_Ｎに連通され、その他端で腹側シュラウド端部流路７５_Ｐに連通される。後側シュラウド端部流路７５_Ｔは、その一端で背側シュラウド端部流路７５_Ｎに連通され、その他端で腹側シュラウド端部流路７５_Ｐに連通される。 図４、図５および図６に示すように、前側シュラウド端部流路７５_Ｌは、シュラウド端部流路入口１７１を有する。後側シュラウド端部流路７５_Ｔは、シュラウド端部流路出口１７２を有する。シュラウド端部流路入口１７１を通って前側シュラウド端部流路７５_Ｌに流れ込む冷却空気の一部は、背側シュラウド端部流路７５_Ｎと腹側シュラウド端部流路７５_Ｐを通過し、次いで、後側シュラウド端部流路７５_Ｔを流れて、シュラウド端部流路出口１７２から流出する。図５に示すように、シュラウド端部流路７５_Ｌ、７５_Ｔ、７５_Ｐ、７５_Ｎはタービュレータ１７５を備える。タービュレータ１７５は、シュラウド端部流路の内面に配置されたリブであってもよい。シュラウド端部の冷却を強化するために、タービュレータ１７５は、流路の径方向内側面を規定する流路の底面に配置されてもよい。ここで、流路の底面は、径方向内壁８１に対して略平行に延在してもよい。また、タービュレータ１７５は、流路の周方向側壁もしくは軸方向側壁を規定する流路の側面に配置されてもよい。

本実施形態では、シュラウド端部流路入口１７１は、前側シュラウド端部流路７５_Ｌに設けられ、シュラウド端部流路出口１７２は、後側シュラウド端部流路７５_Ｔに設けられる。しかしながら、静翼の構造は、この実施形態に限定されない。シュラウド端部流路入口１７１は、背側シュラウド端部流路７５_Ｎ、腹側シュラウド端部流路７５_Ｐ、または後側シュラウド端部流路７５_Ｔなどの他のシュラウド端部流路に設けても良い。シュラウド端部流路出口１７２は、背側シュラウド端部流路７５_Ｎ、腹側シュラウド端部流路７５_Ｐ、または前側シュラウド端部流路７５_Ｌなどの他のシュラウド端部流路に設けても良い。他の形態として、複数のシュラウド端部流路入口１７１を、１または複数のシュラウド端部流路７５_Ｌ、７５_Ｔ、７５_Ｎ、７５_Ｐに設けても良い。また、複数のシュラウド端部流路出口１７２を、１または複数のシュラウド端部流路７５_Ｌ、７５_Ｔ、７５_Ｎ、７５_Ｐに設けてもよい。

シュラウド本体７２は、径方向内壁８１とその反対側に位置する径方向外壁８２とを備える。シュラウド本体７２は、径方向内壁８１と径方向外壁８２との間に中空空間Ｓを含む。内壁８１の径方向内面は、外側シュラウド７０のガスパス面７８を構成する。この径方向内壁８１は、シュラウド本体７２の一部を構成する。この径方向内壁８１は、シュラウド端部７４の一部を構成するようにガスタービンの周方向もしくは軸方向に連続的に伸長されてもよい。図４は、一例として、径方向内壁８１が連続的にガスタービンの軸方向に延伸して後側シュラウド端部７４_Ｔの一部を構成する例を説明している。シュラウド本体７２は、外側シュラウド７０の空間Ｓを径方向外側の外側領域と径方向内側の内側領域（キャビティ）とに仕切るインピンジメントプレート７３を備える。外側領域は、冷却空気の一部が後側シュラウド端部流路７５_Ｔから外側領域に流れ込むようにシュラウド端部流路出口１７２に接続されている。内側領域は、外側シュラウド７０の径方向内壁８１とインピンジメントプレート７３との間に定義される。

インピンジメントプレート７３では、複数のインピンジメント冷却孔７９が、インピンジメントプレート７３を径方向に貫通するように設けられている。外側領域に存在する冷却空気の一部は、インピンジメントプレート７３のインピンジメント冷却孔７９を通って内側領域に流れ込む。この冷却空気は、径方向内壁８１の径方向外側面に向かって噴射され、径方向内壁８１の径方向外側面をインピンジメント冷却し、次いで、外壁８２を通過してその外側に排出される。例えば、径方向内壁８１の径方向外側面をインピンジメント冷却するためにインピンジメント冷却孔７９から径方向内壁８１の径方向外側面に向かって噴射された冷却空気は、空間Ｓの内側領域と、外壁８２の空間Ｓとは反対側（外側）に位置する外側空間とを接続する通路を介して排出される。このような通路は、空間Ｓの外側領域から隔離されてもよい。より具体的には、本実施形態では、冷却空気が排出管８３の穴を通って排出される。排出管８３は、内側領域と外部空間を接続する態様で径方向外壁８２とインピンジメントプレート７３とを貫通するように設けられている。

静翼本体５１の内部は、径方向に延在する隔壁５１_Ｐによって、複数の分割領域１４１、１４２、１４３に仕切られる。複数のインサート１５１、１５２、１５３が、それぞれの分割領域１４１、１４２、１４３に挿入される。複数のインサート１５１，１５２，１５３は、それぞれ径方向に延伸する空気チャネル１６１，１６２，１６３を含み、外側シュラウド７０から静翼本体５１を通って内側シュラウド６０に向かって径方向に延びる。各インサート１５１、１５２、１５３は、外側シュラウド７０から静翼本体５１を通って内側シュラウド６０まで連続して形成される。各空気チャネル１６１、１６２、１６３は、吸気マニホールド５６の内側に開口している空気取入口５８を有する。

各インサート１５１、１５２、１５３は、それぞれ、空気チャネル１６１、１６２、１６３と連通する複数の孔部（貫通孔）５９を有する。インサート１５１、１５２、１５３の空気チャネル１６１、１６２、１６３に供給される冷却空気の一部は、静翼本体５１の内面に向かって複数の孔部５９から噴射されてエアフォイル５１の内面をインピンジメント冷却する。複数の分割領域１４１、１４２、１４３は、それぞれ、インサート１５１、１５２、１５３と静翼本体５１の内面との間に定義された外側空気チャネルを有する。孔部５９を通して噴射された冷却空気の一部は、外側空気チャネルによってガイドされ、径方向外側、径方向内側、または径方向の外側および内側に向かって外側空気チャネルを通って流れる。例として、図５は、インサート１５１の側面と静翼本体５１の前端部の内面との間に設けられた外側空気チャネル５７を示す。

吸気マニホールド５６と排出管８３は、燃焼器ケーシングの内部から導出された冷却空気が外部クーラー（図示せず）によって冷却され、次いで、外部圧縮機（図示せず）によって圧縮される強制空冷システムに接続される。圧縮空気は冷却に使用され、その後、燃焼器ケーシングの内部に戻される。以上の説明では、空冷システムが本実施形態に適用される例を説明した。しかしながら、本静翼は、このような実施形態に限定されない。本開示は、他のタイプの冷却システムに適用されてもよい。例えば、吸気マニホールド５６と排出管８３は、閉ループ蒸気冷却システムまたは閉ループ空冷システムに接続されてもよい。

例えば、前端インサートであるインサート１５１では、空気取入口５８を通して空気チャネル１６１に供給された冷却空気の一部が、エアフォイル５１の前端部の内面に向かって噴射され、次いで外側空気チャネル５７を通って径方向外側に流れる。静翼本体５１の前端部の内面とインサート１５１との間の空間である外側空気チャネル５７は、前側シュラウド端部流路７５_Ｌのシュラウド端部流路入口１７１と連通される。エアフォイル５１の前端部の内面に向かって噴射された冷却空気の一部は、外側空気チャネル５７を通って前側シュラウド端部流路７５_Ｌのシュラウド端部流路入口１７１に流れ込む。

本実施形態では、前端インサートであるインサート１５１において、エアフォイル５１の前端部の内面に向かって噴射される冷却空気の一部が、外側空気チャネル５７を通って径方向外側に流れる。しかしながら、静翼の構造は、この実施形態に限定されない。前端インサートであるインサート１５１において、エアフォイル５１の前端部の内面に向かって噴射される冷却空気の一部は、外側空気チャネル５７を通って径方向内側に流れてもよく、あるいは径方向内側および径方向外側の両方に流れても良い。

図７は、第１の実施形態における静翼の部分斜視図である。例えば、中間インサートであるインサート１５２では、空気取入口５８を通して空気チャネル１６２に供給された冷却空気の一部は、エアフォイル５１の中央部の内面に向かって噴射され、次いで外側空気チャネルを通って内側シュラウド６０に向かって径方向内側に流れ、そして、図７に示すように、内側シュラウド６０のシュラウド端部流路入口１８１（後側シュラウド端部上に配置）に流れ込む。次いで、冷却空気は内側シュラウド６０のシュラウド端部流路６５を通過し、内側シュラウド６０のシュラウド端部６４を冷却し、そして、内側シュラウド６０のシュラウド端部流路出口１８２（前側シュラウド端部流路に配置される）を介してシュラウド６０のシュラウド本体６２に流れ込む。外側シュラウド７０と同様に、冷却空気は、インピンジメントプレート６３の空気孔から噴射され、径方向外側を向き、高温ガス流路に面したガスパス面を備える内側シュラウド６０の径方向外壁を冷却する。

本開示のいくつかの実施形態において、図４で示されるように、エアフォイル５１は、複数のピンフィン１６４が内部に配置された通路を含む第２の翼冷却構造１５４を含む。第２の翼冷却構造１５４では、冷却空気の一部がピンフィン１６４を有する通路を下流に流れ、その後、エアフォイル５１の後縁部５３で高温ガス流路に排出される。

次に、第１の実施形態の静翼の冷却方法について説明する。図８は、第１の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ１０２において、冷却空気の一部がシュラウド端部流路入口１７１を通ってシュラウド端部流路７５に流入する。冷却空気はシュラウド端部流路７５に沿って流れ、シュラウド端部７４を冷却する。

ステップＳ１０４において、冷却空気がシュラウド本体７２の外側領域に流入し、インピンジメント冷却孔７９を通って径方向内壁８１の径方向外面に向かって噴出され、径方向内壁８１の径方向外面をインピンジメント冷却してシュラウド本体７２を冷却する。

次に、第２の実施形態の静翼の冷却方法について説明する。図９は、第２の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。図１０は第２の実施形態の冷却工程を概略的に例示する。図９および図１０（ａ）に示すように、ステップＳ２０２において、強制空冷システムからの冷却空気の一部が、空気取入口５８を通ってインサート１５１の空気チャネル１６１に流れ込む。次いで、冷却空気は、エアフォイル５１の前端部の内面に向かって孔部５９を通って噴射されてエアフォイル５１を冷却し、次いで、外側空気チャネル５７を通って径方向外側に流れる。

図１０（ｂ）に示すように、ステップＳ２０４において、冷却空気がシュラウド端部流路入口１７１を通ってシュラウド端部流路７５に流れ込む。冷却空気は、シュラウド端部流路７５に沿って流れ、シュラウド端部７４を冷却する。

図１０（ｃ）に示すように、ステップＳ２０６において、冷却空気がシュラウド本体７２の外側領域に流れ込み、インピンジメント冷却孔７９を通って径方向内壁８１の径方向外面に向かって噴射され、径方向内壁８１の径方向外面をインピンジメント冷却してシュラウド本体７２を冷却する。

次に、第３の実施形態の静翼の冷却方法について説明する。図１１は、第３の実施形態の静翼の冷却方法を説明するフローチャートである。図１１に示すように、ステップＳ３０２において、強制空冷システムからの冷却空気の一部が、空気取入口を通ってインサートの空気チャネルに流入する。その後、冷却空気は、孔部を通ってエアフォイルの前端部の内面に向かって噴射されてエアフォイルを冷却し、その後、外側空気チャネルを通って径方向外側に流れる。

ステップＳ３０４において、冷却空気がシュラウド本体の外側領域に流入し、インピンジメント冷却孔を通って径方向内壁の径方向外面に向かって噴射され、径方向内壁の径方向外面を冷却してシュラウド本体を冷却する。

ステップＳ３０６において、冷却空気がシュラウド端部流路入口を通ってシュラウド端部流路に流れ込む。冷却空気はシュラウド端部に沿って流れ、シュラウド端部を冷却する。冷却空気はシュラウド端部流路出口を通って強制空冷システムに戻される。

次に、本願の第４の実施形態について、以下に説明する。図１２は、第４の実施形態による静翼の概略断面図である。図１２に示すように、第４の実施形態では、複数のエアフォイル５１（本実施形態では２つ）がシュラウド端部流路７５_Ｌ、７５_Ｔ、７５_Ｎ、７５_Ｐによって囲まれている。第１の実施形態（図５）とは異なり、２つのシュラウド端部流路入口１７１が、前側シュラウド端部流路７５_Ｌに設けられている。

２つのエアフォイル５１の前端部の内面と各インサート１５１との間の空間であるそれぞれの外側空気チャネルは、それぞれのエアフォイル５１の外側空気チャネルの外端部に設けられた空気通路を介して前側シュラウド端部流路７５_Ｌのシュラウド端部流路入口１７１と連通される。冷却空気は、それぞれのシュラウド端部流路入口１７１を通って前側シュラウド端部流路７５_Ｌに流れ込み、背側シュラウド端部流路７５_Ｎ、または腹側シュラウド端部流路７５_Ｐを通って流れ、シュラウド端部流路出口１７２を通ってシュラウド本体７２の外側領域に流れ込む。

本開示は上記実施形態に限定されず、種々の実施態様で実施することができる。より良い理解のために、図面を参照して具体的な実施形態を説明したが、上記の説明は一例として提示されたものであり、付随する請求項により定義される発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、付随する請求項によって決定されるべきである。当業者は、発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができ、付随する請求項は、そのような変更をカバーしている。

１０ ガスタービン
２０ タービン
２２ タービンケーシング
２４ ロータシャフト
２６ タービンロータ
Ａｒ 軸
３０ 燃焼器
５０ 静翼
５１ 静翼本体（エアフォイル）
５１_Ｐ 隔壁
１４１，１４２，１４３ 分割領域
５２ 前縁部
５３ 後縁部
５４ 背側面
５５ 腹側面
５６ 吸気マニホールド
５７ 外側空気チャネル
５８ 空気取入口
５９ 孔部
１５１、１５２、１５３ インサート
１６１、１６２、１６３ 空気チャネル
１５４ 第２の翼冷却構造
１６４ ピンフィン
６０ 内側シュラウド
７０ 外側シュラウド
７２ シュラウド本体
７３ インピンジメントプレート
７４ シュラウド端部
７５ シュラウド端部流路
Ｓ 空間
１７１ シュラウド端部流路入口
１７２ シュラウド端部流路出口
１７５ タービュレータ
７６ 周壁
７８ ガスパス面
７９ インピンジメント冷却孔
８１ 径方向内壁
８２ 径方向外壁
８３ 排出管
１８１ シュラウド端部流路入口
１８２ シュラウド端部流路出口

Claims (19)

1. タービンの静翼であって、
   エアフォイルと、
   前記タービンの径方向における前記エアフォイルの端部に配置されたシュラウドとを備え、
   前記シュラウドは、
   前記タービンの高温ガス流路に面した第１壁と、前記第１壁の前記高温ガス流路の反対側に配置された第２壁とを備えるシュラウド本体と、
   前記シュラウド本体を囲むように前記シュラウド本体の周囲に配置され、内部にシュラウド端部流路を含むシュラウド端部と、を含み、
   前記シュラウド端部は、前記シュラウド端部流路に冷却空気を導入する冷却空気入口と、前記シュラウド端部流路から冷却空気を流出させる冷却空気出口を備えており、
   前記シュラウド本体は、前記第１壁と第２壁との間に中空空間を含み、前記中空空間は、前記冷却空気出口を介して前記シュラウド端部流路と接続されている、静翼。
2. 前記シュラウド本体は、
   前記第１壁と前記第２壁との間に配置され、前記中空空間を前記第１壁側の第１領域と前記第２壁側の第２領域とに仕切るインピンジメントプレートと、
   前記中空空間の前記第２領域から隔離されて、前記中空空間の前記第１領域と、前記第２壁の前記中空空間とは反対側にある外側空間とを接続する流路と、を備え、
   前記インピンジメントプレートは、前記径方向に貫通する複数のインピンジメント冷却孔を備え、
   前記中空空間の前記第２領域は、前記冷却空気出口を介して前記シュラウド端部流路に接続される、請求項１記載の静翼。
3. 前記流路は、前記第２壁と前記インピンジメントプレートとを貫通するように構成されている、請求項２に記載の静翼。
4. 前記流路は前記第２壁を迂回するように構成されている、請求項２に記載の静翼。
5. 前記シュラウド本体は、
   前記径方向に延出する排出管を備え、
   前記排出管は、その内部に前記流路を含む、請求項２に記載の静翼。
6. 前記シュラウド端部は、
   その内部に前側シュラウド端部流路を含む前側シュラウド端部と、
   その内部に後側シュラウド端部流路を含む後側シュラウド端部と、
   その内部に背側シュラウド端部流路を含む背側シュラウド端部と、その内部に腹側シュラウド端部流路を含む腹側シュラウド端部と、を含み、
   前記冷却空気入口は、前記前側シュラウド端部および前記後側シュラウド端部のいずれか一方に配置され、前記冷却空気出口は、前記背側シュラウド端部、前記腹側シュラウド端部、あるいは、前記前側シュラウド端部および前記後側シュラウド端部の他方に配置される、請求項１に記載の静翼。
7. 前記冷却空気出口は、前記前側シュラウド端部および前記後側シュラウド端部の他方に配置される、請求項６に記載の静翼。
8. 前記シュラウド端部流路は、前記シュラウド端部流路の内面に配置されたタービュレータを備える、請求項１に記載の静翼。
9. 前記タービュレータは、前記シュラウド端部流路を定義する複数の内面のうち前記タービンの高温ガス流路に最も近い面である底面上に配置される、請求項８に記載の静翼。
10. 前記冷却空気入口は、前記エアフォイルの内部と連通され、前記エアフォイルから前記シュラウド端部流路に冷却空気を導入するように構成されている、請求項１に記載の静翼。
11. 前記エアフォイルは、
    前記径方向に延在するとともに、その内部に前記径方向に延びる空気チャネルを備えるインサートと、
    前記エアフォイルの内面と前記インサートの外面との間に設けられた外側空気チャネルと、を含み、
    前記インサートは、前記インサートの内面から外面へ前記インサートの側壁を貫通する孔部を備え、
    前記外側空気チャネルは、前記冷却空気入口に接続されており、前記空気チャネルに導入されて前記孔部を通って前記空気チャネルから前記エアフォイルの内面へ噴射された冷却空気を前記冷却空気入口へと導く、請求項１０に記載の静翼。
12. 前記シュラウド端部の前記冷却空気入口は、燃焼器ケーシングの内部から抽出されて外部圧縮機によって圧縮された冷却空気を受け取るように構成され、前記流路は、前記冷却空気を前記燃焼器のケーシング内部に排出するように構成されている、請求項２に記載の静翼。
13. 前記シュラウド端部が前記シュラウド本体の全周囲を囲み、
    前記冷却空気は前記シュラウド端部全体に沿って流れる、請求項１に記載の静翼。
14. タービンの静翼の冷却方法であって、前記静翼は、エアフォイルと、前記タービンの径方向における前記エアフォイルの端部に配置されたシュラウドとを備え、前記シュラウドは、シュラウド本体と、前記シュラウド本体を囲むように前記シュラウド本体の周囲に配置され、内部にシュラウド端部流路を含むシュラウド端部とを含み、
    前記静翼の冷却方法は、
    （i）前記シュラウド端部流路の内部に冷却空気を流して前記シュラウド端部を冷却し、
    （ii）前記シュラウド端部を冷却した後、前記シュラウド端部流路の内部を流れた冷却空気を用いて前記シュラウド本体を冷却する、ことを特徴とする静翼の冷却方法。
15. 前記エアフォイルの内部に冷却空気を流すステップをさらに含み、
    前記ステップ（i）は、さらに、前記エアフォイルを冷却した後に、前記エアフォイルの内部を流れた冷却空気を用いて、前記シュラウド端部流路の内部に前記冷却空気を流して前記シュラウド端部を冷却する、請求項１４に記載の静翼の冷却方法。
16. 前記エアフォイルは、前記径方向に延在するとともに、その内部に前記径方向に延びる空気チャネルを備えるインサートを備え、
    冷却空気が前記空気チャネルへ導入されて前記エアフォイルを冷却し、次に、前記冷却空気が前記シュラウド端部流路に向かって前記エアフォイルによってガイドされる、請求項１５に記載の静翼の冷却方法。
17. 前記エアフォイルは、
    前記径方向に延在するとともに、その内部に前記径方向に延びる空気チャネルを備えるインサートと、
    前記エアフォイルの内面と前記インサートの外面との間に設けられた外側空気チャネルと、を含み、
    前記インサートは、前記インサートの内面から外面へ前記インサートの側壁を貫通する孔部を備え、
    前記空気チャネルへ導入されて前記孔部を通って前記空気チャネルから前記エアフォイルの内面へ噴射された冷却空気は、前記外側空気チャネルによって、前記シュラウド端部流路へと導かれる、請求項１５に記載の静翼の冷却方法。
18. 前記インサートの前記径方向に延伸する空気チャネルは、燃焼器ケーシングの内部から抽出されて外部圧縮機によって圧縮された冷却空気を受け取るように構成され、
    前記シュラウド本体を冷却した後、前記冷却空気を前記燃焼器ケーシングの内部に排出する、請求項１６に記載の静翼の冷却方法。
19. 前記シュラウド端部は、
    その内部に前側シュラウド端部流路を含む前側シュラウド端部と、
    その内部に後側シュラウド端部流路を含む後側シュラウド端部と、
    その内部に背側シュラウド端部流路を含む背側シュラウド端部と、
    その内部に腹側シュラウド端部流路を含む腹側シュラウド端部と、を含み、
    前記ステップ（i）は、前記前側シュラウド端部および前記後側シュラウド端部のいずれか一方から導入された冷却空気を使用して、前記シュラウド端部流路の内部に前記冷却空気を流して前記シュラウド端部を冷却し、
    前記ステップ（ii）は、前記シュラウド端部流路の内部を流れ、前記背側シュラウド端部、前記腹側シュラウド端部、あるいは、前記前側シュラウド端部および前記後側シュラウド端部の他方から排出された冷却空気を使用して、前記シュラウド本体を冷却する、請求項１４に記載の静翼の冷却方法。