JPWO2016152573A1 - 翼、及びこれを備えているガスタービン - Google Patents

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Abstract

翼は、燃焼ガス流路の一部を画定する流路形成板(60o)を有する。流路形成板(60o)には、後端面(62b)で開口する複数の後通路(75)が形成されている。後端面(62b)中の背側領域(NP)と腹側領域(PP)とのうち少なくとも一方の側領域における複数の後通路(75)の開口密度よりも、後端面(62b)中の中領域(MP)における複数の後通路(75)の開口密度の方が高い。開口密度は、複数の後通路(75)の開口の間隔に対する複数の後通路(75)の濡れ縁長さの割合である。

Description

本発明は、翼、及びこれを備えているガスタービンに関する。
本願は、2015年3月26日に、日本国に出願された特願2015−064939号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
ガスタービンは、軸線を中心として回転するロータと、このロータを覆う車室と、を備えている。ロータは、ロータ軸と、このロータ軸に取り付けられている複数の動翼とを有する。また、車室の内側には、複数の静翼が設けられている。
動翼は、軸線に対する径方向に延びる翼体と、翼体の径方向内側に設けられているプラットフォームと、プラットフォームの径方向内側に設けられている翼根と、を有する。動翼の翼体は、燃焼ガスが通る燃焼ガス流路内に配置される。プラットフォームは、燃焼ガス流路の径方向内側の位置を画定する。翼根は、ロータ軸に固定される。静翼は、軸線に対する径方向に延びる翼体と、翼体の径方向内側に設けられている内側シュラウドと、翼体の径方向外側に設けられている外側シュラウドと、を有する。静翼の翼体は、燃焼ガスが通る燃焼ガス流路内に配置される。内側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向内側の位置を画定する。外側シュラウドは、燃焼ガス流路の径方向外側の位置を画定する。
ガスタービンの静翼及び動翼は、いずれも高温の燃焼ガスに晒される。このため、静翼や動翼は、一般的に、空気等で冷却される。
例えば、以下の特許文献1に記載の静翼には、冷却空気が通る各種冷却通路が形成されている。具体的に、静翼の翼体には、径方向に延びて冷却空気が流入する空洞が形成されている。また、内側シュラウド及び外側シュラウドには、翼体の空洞と連通し、翼体のコード方向に延びる複数の排出孔が形成されている。この排出孔は、内側シュラウドの後端面及び外側シュラウドの後端面で開口している。複数の排出孔は、軸線に対して周方向に並んでいる。
特許第2862536号公報
ガスタービンの静翼や動翼に関しては、これらの翼を効果的に冷却して、翼の耐久性を向上させつつも、この翼を冷却するための空気の使用量をできるかぎり減らすことが望まれている。
そこで、本発明は、耐久性の向上を図りつつ、冷却用の空気の使用量を抑えることができる翼、及びこれを備えているガスタービンを提供することを目的とする。
前記目的を達成するための発明に係る第一態様としての翼は、
ロータ軸を中心として環状を成し且つ前記ロータ軸が延びる軸方向に延在する燃焼ガス流路が内部に形成されているガスタービンの翼において、燃焼ガスが流れる前記燃焼ガス流路中に配置され、前記ロータ軸に対する径方向に延びる翼体と、前記翼体の前記径方向の端に形成され、前記燃焼ガス流路の一部を画定する流路形成板と、を有し、前記流路形成板には、前記軸方向であって前記燃焼ガスが流れて行く軸方向下流側の端面である後端面と、前記ロータ軸に対する周方向であって前記翼体の腹側である周方向腹側の端面である腹側端面と、前記周方向腹側とは反対側である周方向背側の端面である背側端面と、冷却空気が流入する空洞と、前記空洞と連通し前記後端面で開口する複数の後通路と、が形成され、前記後端面中で前記背側端面との縁及び前記腹側端面との縁を含まない中領域と、前記後端面中で前記背側端面との縁を含み前記中領域と周方向で隣接する背側領域と、前記後端面中で前記腹側端面との縁を含み前記中領域と周方向で隣接する腹側領域とのそれぞれには、前記周方向に並ぶ複数の前記後通路の開口が形成され、前記背側領域と前記腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における、複数の前記後通路の開口の間隔に対する複数の前記後通路の濡れ縁長さの割合である開口密度よりも、前記中領域における複数の前記後通路の前記開口密度の方が高い。
翼体の背側面に沿って流れる燃焼ガスの流路長は、翼体の腹側面に沿って流れる燃焼ガスの流路長よりも長い。このため、翼体の背側面に沿って流れる燃焼ガスの流速は、翼体の腹側面に沿って流れる燃焼ガスの流速よりも速い。また、翼体の背側面に沿って流れた燃焼ガスは、その後、流路形成板のガスパス面中の後端面寄りの部分で且つ周方向の中央部分でも、高い流速で流れる。よって、翼体の背側面及び流路形成板のガスパス面中の後端面寄りの部分で且つ周方向の中央部分では、燃焼ガスとの熱伝達率が高なり、他の部分に比べて燃焼ガスにより加熱される。逆に、流路形成板のガスパス面中の後端面寄りの部分で且つ周方向の端側部分では、周方向の中央部分に比べて、燃焼ガスによる加熱量が少ない。
そこで、当該翼では、中領域における複数の後通路の開口密度を、背側領域と腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における開口密度よりも高めている。この結果、当該翼では、流路形成板のガスパス面中の後端面寄りの部分で且つ周方向の中央部分における冷却能力を高めることができ、翼の耐久性を向上させることができる。さらに、当該翼では、流路形成板のガスパス面中の後端面寄りの部分で且つ周方向の端側部分に存在する複数の後通路を流れる冷却空気の総流量を抑えることができる。
前記目的を達成するための発明に係る第二態様としての翼は、
前記第一態様の前記ガスタービンの翼において、前記背側領域における前記開口密度よりも、前記中領域における前記開口密度の方が高い。
前記目的を達成するための発明に係る第三態様としての翼は、
前記第一態様の前記ガスタービンの翼において、前記背側領域における前記開口密度及び前記腹側領域における前記開口密度よりも、前記中領域の前記開口密度の方が高い。
前記目的を達成するための発明に係る第四態様としての翼は、
前記第一から第三態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記背側領域における前記開口密度よりも、前記腹側領域における前記開口密度の方が高い。
前記目的を達成するための発明に係る第五態様としての翼は、
前記第一から第四態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記背側領域及び前記腹側領域には、それぞれ、前記周方向に並ぶ少なくとも3以上の前記後通路の開口が形成されている。
前記目的を達成するための発明に係る第六態様としての翼は、
前記第一から第五態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板には、前記後端面に沿って前記周方向に延び、複数の前記後通路に連通する後ヘッダ通路と、前記背側端面に沿って前記軸方向成分を有する方向に延び、前記空洞と前記後ヘッダ通路とを連通させる背側通路と、前記腹側端面に沿って前記軸方向成分を有する方向に延び、前記空洞と前記後ヘッダ通路とを連通させる腹側通路と、が形成されている。
前記目的を達成するための発明に係る第七態様としての翼は、
前記第六態様の前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板には、前記後端面、前記腹側端面及び前記背側端面に周縁でつながり、前記燃焼ガスと接するガスパス面と、前記後ヘッダ通路に連通し前記ガスパス面で開口する複数のガスパス面噴出通路と、が形成されている。
当該翼では、ガスパス面噴出通路を流れる冷却空気により、ガスパス面をより冷却することができる。
前記目的を達成するための発明に係る第八態様としての翼は、
前記第一から第七態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板には、前記後端面、前記腹側端面及び前記背側端面に周縁でつながり、前記燃焼ガスと接するガスパス面と、前記空洞に連通し前記ガスパス面で開口する複数のガスパス面噴出通路と、が形成されている。
当該翼では、ガスパス面噴出通路を流れる冷却空気により、ガスパス面をより冷却することができる。
前記目的を達成するための発明に係る第九態様としての翼は、
前記第七又は第八態様の前記ガスタービンの翼において、前記ガスパス面噴出通路は、前記ガスパス面に近づくに連れて次第に前記軸方向下流側に向かう。
当該翼では、ガスパス面噴出通路から流出した冷却空気により、流路形成板のガスパス面をフィルム冷却することができる。
前記目的を達成するための発明に係る第十態様としての翼は、
前記第一から第九態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板に対して、前記周方向に並ぶ複数の前記翼体を有する。
前記目的を達成するための発明に係る第十一態様としての翼は、
前記第十態様の前記ガスタービンの翼において、前記中領域中で複数の前記翼体の相互間を含む翼間領域における前記開口密度よりも、前記中領域中で前記翼体に対する前記軸方向下流側であって前記翼間領域を除く翼下流領域における前記開口密度の方が高い。
前記目的を達成するための発明に係る第十二態様としての翼は、
前記第一から第十一態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板として、前記翼体の前記径方向における外側の端に形成されている外側シュラウドと、前記翼体の前記径方向における内側の端に形成されている内側シュラウドと、を有し、前記外側シュラウドが、前記ガスタービンの車室に固定されている。
前記目的を達成するための発明に係る第十三態様としての翼は、
前記第一から第十一態様のいずれかの前記ガスタービンの翼において、前記流路形成板は、前記翼体の前記径方向における内側の端に形成されているプラットフォームであり、前記プラットフォームが前記ロータ軸に固定されている。
前記目的を達成するための発明に係る第十四態様としてのガスタービンは、
前記第一から第十三態様のいずれかの前記翼と、燃料の燃焼により前記燃焼ガスが生成される燃焼器と、前記ロータ軸と、前記ロータ軸及び前記翼を覆う車室と、を備えている。
本発明の一態様によれば、翼を効果的に冷却して耐久性の向上を図りつつも、冷却用の空気の使用量を抑えることができる。
本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。 本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。 本発明に係る第一実施形態における静翼の斜視図である。 図3におけるIV−IV線断面図である。 本発明に係る第一実施形態における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態における静翼の断面図である。 本発明に係る第二実施形態における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第三実施形態における静翼の断面図である。 本発明に係る第三実施形態における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第四実施形態における静翼の断面図である。 本発明に係る第五実施形態における静翼の断面図である。 本発明に係る第六実施形態における静翼の断面図である。 本発明に係る第五実施形態及び第六実施形態における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第五実施形態及び第六実施形態の第一変形例における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第五実施形態及び第六実施形態の第二変形例における静翼の後端面中の各位置での開口密度を示すグラフである。 本発明に係る第七実施形態における静翼の外側シュラウドの平面図である。の斜視図である。 図16におけるXVII−XVII線断面図である。 本発明に係る第八実施形態における動翼の斜視図である。 図18におけるXIX−XIX線断面図である。
以下、本発明の実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。
「ガスタービンの実施形態」
ガスタービンの実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態のガスタービン10は、空気を圧縮する圧縮機20と、圧縮機20で圧縮された空気A中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器30と、燃焼ガス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を覆う圧縮機車室25と、複数の静翼段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を覆うタービン車室45と、複数の静翼段46と、を有する。
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。また、圧縮機車室25とタービン車室45とは、互いに接続されてガスタービン車室15を成す。なお、以下では、軸線Arが延びる方向を軸方向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、軸方向Daでタービン40を基準にして圧縮機20側を上流側Dau、その反対側を下流側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。
圧縮機ロータ21は、軸線Arを中心として軸方向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段23と、を有する。複数の動翼段23は、軸方向Daに並んでいる。各動翼段23は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼23aで構成されている。複数の動翼段23の各下流側Dadには、静翼段26が配置されている。各静翼段26は、圧縮機車室25の内側に設けられている。各静翼段26は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼26aで構成されている。
タービンロータ41は、図2に示すように、軸線Arを中心として軸方向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段43と、を有する。複数の動翼段43は、軸方向Daに並んでいる。各動翼段43は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼43aで構成されている。複数の動翼段43の各上流側Dauには、静翼段46が配置されている。各静翼段46は、タービン車室45の内側に設けられている。各静翼段46は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼46aで構成されている。タービン車室45は、その外殻を構成する筒状の外側車室45aと、外側車室45aの内側に固定されている内側車室45bと、内側車室45bの内側に固定されている複数の分割環45cとを有する。複数の分割環45cは、いずれも、複数の静翼段46の相互の間の位置に設けられている。従って、各分割環45cの径方向内側Driには、動翼段43が配置されている。
ロータ軸42の外周側とタービン車室45の内周側との間であって、軸方向Daで静翼46a及び動翼43aが配置されている環状の空間は、燃焼器30からの燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路49を成す。この燃焼ガス流路49は、軸線Arを中心として環状を成し、軸方向Daに長い。ロータ軸42には、冷却空気が通る冷却空気通路42pが形成されている。この冷却空気通路42pを通った冷却空気は、動翼43a内に導入されて、この動翼43aの冷却に利用される。タービン車室45の内側車室45bには、径方向外側Droから径方向内側Driに貫通する冷却空気通路45pが形成されている。この冷却空気通路45pを通った冷却空気は、静翼46a内及び分割環45c内に導入されて、静翼46a及び分割環45cの冷却に利用される。なお、静翼段46によっては、ガスタービン車室15内の空気が、冷却空気として、車室の冷却空気通路を経ずにこの静翼段46を構成する静翼46aに供給される場合もある。
以下、以上で説明した静翼46a又は動翼43aである翼の各種実施形態について説明する。
「翼の第一実施形態」
以下、本発明に係る翼の第一実施形態について、図3〜図5を参照して説明する。
本実施形態の翼は、ガスタービンの静翼である。図3に示すように、静翼50は、径方向Drに延びる翼体51と、翼体51の径方向内側Driに形成されている内側シュラウド60iと、翼体51の径方向外側Droに形成されている外側シュラウド60oと、を有する。翼体51は、燃焼ガスGが通る燃焼ガス流路49(図2参照)内に配置されている。内側シュラウド60iは、環状の燃焼ガス流路49の径方向内側Driの位置を画定する。また、外側シュラウド60oは、環状の燃焼ガス流路49の径方向外側Droの位置を画定する。よって、内側シュラウド60i及び外側シュラウド60oは、いずれも、燃焼ガス流路49の一部を画定する流路形成板である。
翼体51は、図4に示すように、上流側Dauの端部が前縁部52を成し、下流側Dadの端部が後縁部53を成す。この翼体51の表面で、周方向Dcを向く面のうち、凸状の面が背側面54(=負圧面)を成し、凹状の面が腹側面55(=正圧面)を成す。なお、以下の説明の都合上、周方向Dcで翼体51の腹側(=正圧面側)を周方向腹側Dcp、翼体51の背側(=負圧面側)を周方向背側Dcnとする。また、軸方向Daの上流側Dauを前側、軸方向Daの下流側Dadを後側ということもある。
内側シュラウド60iと外側シュラウド60oとは、基本的に同じ構造である。そこで、以下では、外側シュラウド60oについて説明する。
外側シュラウド60oは、図3及び図4に示すように、軸方向Da及び周方向Dcに広がる板状の外側シュラウド本体61と、外側シュラウド本体61の外周縁に沿って外側シュラウド本体61から径方向外側Droに突出する周壁65と、を有する。
外側シュラウド本体61は、上流側Dauの端面である前端面62fと、下流側Dadの端面である後端面62bと、周方向腹側Dcpの端面である腹側端面63pと、周方向背側Dcnの端面である背側端面63nと、径方向内側Driを向くガスパス面64と、が形成されている。前端面62fと後端面62bとは、ほぼ平行である。また、腹側端面63pと背側端面63nとは、ほぼ平行である。よって、外側シュラウド本体61は、径方向Dcから見た場合、図4に示すように、平行四辺形状を成している。外側シュラウド60oの腹側端面63pには、背側端面63n側に凹み、腹側端面63pに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びるシール溝77が形成されている。また、外側シュラウド60oの背側端面63nには、腹側端面63p側に凹み、背側端面63nに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びるシール溝77が形成されている。周方向Dcで隣り合っている二つの静翼50の外側シュラウド60oのうち、一方の静翼50における外側シュラウド60oの腹側端面63pと、他方の静翼50における外側シュラウド60oの背側端面63nとが周方向Dcに隙間78をあけて対向する。一方の静翼50における外側シュラウド60oの腹側端面63pと、他方の静翼50における外側シュラウド60oの背側端面63nとの間には、シール板76が配置されている。このシール板76の周方向Dcの両端は、腹側端面63pに形成されているシール溝77、及び背側端面63nに形成されているシール溝77に嵌り込んでいる。このシール板76は、タービン車室45内の冷却空気又は冷却空気通路42pを通った冷却空気が周方向Dcで隣り合っている二つの静翼50の外側シュラウド60o相互間の隙間78から燃焼ガス流路49に漏れ出すのを防ぐ役目を担っている。
周壁65は、軸方向Daで互いに対向する前周壁65f及び後周壁65bと、周方向Dcで互いに対向する一対の側周壁65p,65nと、を有する。前周壁65f及び後周壁65bは、いずれも、外側シュラウド本体61に対して、一対の側周壁65p,65nよりも径方向外側Droに突出しており、フック部を成す。フック部を成す前周壁65f及び後周壁65bは、静翼50をタービン車室45(図2参照)の内周側に取り付ける役目を担う。外側シュラウド60oには、外側シュラウド本体61と周壁65とにより、径方向内側Driに向かって凹む凹部66が形成されている。
静翼50は、さらに、外側シュラウド60oの凹部66を径方向外側Droの領域と径方向内側Driの領域である内側キャビティ69(空洞)とに仕切る衝突板67を備えている。この衝突板67には、径方向Drに貫通する複数の空気孔68が形成されている。静翼50の径方向外側Droに存在する冷却空気Acの一部は、この衝突板67の空気孔68を経て、内側キャビティ69内に流入する。
翼体51、外側シュラウド60o及び内側シュラウド60iには、径方向Dcに延びる複数の翼空気通路71(空洞)が形成されている。各翼空気通路71は、いずれも、外側シュラウド60oから、翼体51を経て、内側シュラウド60iにまで連なって形成されている。複数の翼空気通路71は、翼体51の翼弦に沿って並んでいる。隣接する翼空気通路71の一部は、径方向外側Droの部分、又は径方向内側Driの部分で互いに連通している。また、複数の翼空気通路71のうち、いずれかは、外側シュラウド60oにおける凹部66の底で開口している。さらに、複数の翼空気通路71のうち、いずれかは、内側シュラウド60iにおける凹部の底で開口している。静翼50の径方向外側Dro又は径方向内側Driに存在する冷却空気Acの一部は、この翼空気通路71の開口から翼空気通路71内に流入する。
翼体51の前縁部52及び後縁部53には、翼空気通路71から燃焼ガス流路49へ貫通する複数の翼面噴出通路72が形成されている。翼体51は、翼空気通路71内を冷却空気Acが流れる過程で冷却される。また、翼空気通路71に流入した冷却空気Acは、この翼面噴出通路72から燃焼ガス流路49内に流出する。このため、翼体51の前縁部52及び後縁部53は、冷却空気Acが翼面噴出通路72から流出する過程で冷却される。さらに、翼面噴出通路72から燃焼ガス流路49に流出した冷却空気Acの一部は、翼体51の表面を部分的に覆ってフィルム空気としての役目も果たす。
図4に示すように、外側シュラウド60oの一対の側周壁65p,65nのうち、腹側の側周壁65pには、腹側端面63pに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びる腹側通路73pが形成されている。また、背側の側周壁65nには、背側端面63nに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びる背側通路73nが形成されている。腹側通路73p及び背側通路73nは、いずれも、その上流端で内側キャビティ69に連通している。また、腹側通路73p及び背側通路73nは、いずれも、その下流端で外側シュラウド本体61の後端面62bで開口している。外側シュラウド本体61には、後端面62bに沿って周方向Dcに延びる後ヘッダ通路74が形成されている。この後ヘッダ通路74の周方向腹側Dcpの端は、腹側通路73pに接続されている。また、この後ヘッダ通路74の周方向背側Dcnの端は、背側通路73nに接続されている。すなわち、後ヘッダ通路74は、腹側通路73p及び背側通路73nと連通している。さらに、外側シュラウド本体61には、後ヘッダ通路74から下流側Dadに延び、後端面62bで開口する複数の後通路75が形成されている。複数の後通路75は、周方向Dcに並んでいる。腹側通路73p及び背側通路73n中で、後ヘッダ通路74と連通している位置よりも下流側Dadの部分は、後端面62bで開口する後通路75を成す。
腹側通路73p、背側通路73nを含む後通路75の断面形状は、いずれも円形である。腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の内径d1は、互いに同じで、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の濡れ縁長さs1は、互いに同じで、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。なお、濡れ縁長さsとは、流路断面で流体に接している壁面の長さである。例えば、流路断面が円形の場合、濡れ縁長さsはこの円の円周長である。
ここで、外側シュラウド本体61の後端面62b中で、背側端面63nとの縁及び腹側端面63pの縁を含まない領域を中領域MPとする。また、後端面62b中で背側端面63nとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する領域を背側領域NPとする。さらに、後端面62b中で腹側端面63pとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する領域を腹側領域PPとする。各領域MP,NP,PPには、周方向Dcに並ぶ3以上の後通路75の開口が形成されている。
中領域MPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p1である。背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔、及び、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p2である。中領域MPにおける複数の後通路75の開口の間隔p1は、背側領域NP及び腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口の間隔p2より小さい。
このため、複数の後通路75の開口の間隔pに対する複数の後通路75の濡れ縁長さsの割合を開口密度(s/p)とすると、図5に示すように、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)は、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。
内側キャビティ69内に流入した冷却空気Acは、腹側通路73p及び背側通路73nに流入する。腹側通路73pに流入した冷却空気Acは、ここを流れる過程で、外側シュラウド本体61の腹側端面63p寄りの部分を冷却する。また、背側通路73nに流入した冷却空気Acは、ここを流れる過程で、外側シュラウド本体61の背側端面63n寄りの部分を冷却する。
腹側通路73p及び背側通路73nに流入した冷却空気Acの一部は、後ヘッダ通路74に流入する。後ヘッダ通路74に流入した冷却空気Acは、複数の後通路75に流入する。後通路75に流入した冷却空気Acは、外側シュラウド60oの後端面62bから外部に流出する。冷却空気Acは、腹側通路73p及び背側通路73nを含む後通路75を流れる過程で、外側シュラウド本体61の後端面62b寄りの部分を冷却する。
図4に示すように、翼体51の背側面54に沿って流れる燃焼ガスGの流路長は、翼体51の腹側面55に沿って流れる燃焼ガスGの流路長よりも長い。このため、翼体51の背側面54に沿って流れる燃焼ガスGの流速は、翼体51の腹側面55に沿って流れる燃焼ガスGの流速よりも速い。また、翼体51の背側面54に沿って流れた燃焼ガスGは、その後、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分でも、速い流速が維持される。よって、翼体51の背側面54、及び外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分は、燃焼ガスGとの熱伝達率が高くなり、他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱される。
また、腹側通路73p及び背側通路73nから後ヘッダ通路74に流入した冷却空気Acは、腹側通路73p及び背側通路73nから遠ざかるに連れて、燃焼ガスGとの熱交換で次第に加熱される。すなわち、後ヘッダ通路74中を流れる冷却空気Acの温度は、腹側通路73p及び背側通路73nから遠ざかるに連れて、言い換えると、後ヘッダ通路74の周方向Dcの中央部に近づくに連れて、ガスパス面64に沿って流れる燃焼ガスGからの入熱により次第に高くなる。このため、複数の後通路75のうち、後端面62bの中領域MPで開口している後通路75を流れる冷却空気Acの温度は、後端面62bの腹側領域PP及び背側領域NPで開口している後通路75を流れる冷却空気Acの温度よりも高い。よって、中領域MPで開口している一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力は、腹側領域PP及び背側領域NPで開口している一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力よりも低い。
以上のように、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分では、他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱され易い。しかも、この中央部分に存在する一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力が、他の部分に存在する一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力よりも低い。逆に、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分では、周方向Dcの中央部分に比べて、燃焼ガスGにより加熱され難い。しかも、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分に存在する一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力が、周方向Dcの中央部分に存在する一つの後通路75を流れる冷却空気Acの冷却能力よりも高い。
そこで、本実施形態では、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)を、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高めている。この結果、本実施形態では、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分における冷却能力を高めることができ、翼の耐久性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分に存在する複数の後通路75を流れる冷却空気Acの総流量を抑えることができる。
前述したように、後ヘッダ通路74中を流れる冷却空気Acは、腹側通路73p及び背側通路73nから遠ざかるに連れて、次第にヒートアップされて、冷却能力が低下する。しかしながら、本実施形態では、冷却能力が低下した冷却空気Acを使い回すことで、冷却空気量の低減という優れた効果を得ることができる。すなわち、前述のように、衝突板67の空気孔68を経て、内側キャビティ69内に流入した冷却空気Acは、内側キャビティ69を形成する面に衝突して、この面を衝突冷却する。この結果、この面と対向するガスパス面64は冷却される。さらに、衝突冷却後の冷却空気Acは、腹側通路73p及び背側通路73nから後ヘッダ通路74を経て後通路75の後端面62bの開口から燃焼ガス流路49に排出される過程で各通路を対流冷却する。
また、翼体51の形状や、外側シュラウド60oのガスパス面64中での翼体51の後縁部53の相対位置関係等から、外側シュラウド60oのガスパス面64中で翼体51の後縁部53よりも下流側Dadであって腹側端面63に近い腹側領域PPが、翼体51の後縁部53から流出した一部の冷却空気Acにより幾分冷却される。
よって、本実施形態では、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分を効果的に冷却して、表面温度の上昇を抑制し、この外側シュラウド60oの耐久性を向上させつつ、この部分を冷却するための冷却空気Acの流量を抑えることができる。また、本実施形態では、前述したように、冷却空気Acを使い回すことにより、冷却空気Acの流量をさらに抑えることができる。よって、本実施形態では、冷却空気Acの流量低減により、ガスタービン全体の熱効率を向上させることができる。
なお、図5では、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)を、これらの領域PP,NP内で一定にしているが、開口密度a2が開口密度a1を下回る限り、これらの領域PP,NP内で多少異なってもよい。腹側領域PP及び背側領域NPには、複数の後通路75の一部である腹側通路73p及び背側通路73nと、これらの通路73p,73nと内径が異なる後通路75とが混在する。このため、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度は、これらの領域PP,NP内で多少異なる可能性がある。よって、以下の実施形態においても、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度は、これらの領域PP,NP内で多少異なってもよい。
また、以上の実施形態において、腹側通路73p及び背側通路73nにおける後ヘッダ通路74より下流側Dauに延びている部分を成す後通路75の内径d2は、中領域MPの後通路75の内径d1より大きい。しかしながら、腹側通路73p及び背側通路73nにおける後ヘッダ通路74より下流側Dauに延びている部分を成す後通路75の内径d2は、中領域MPの後通路75の内径d1と同じであってもよい。但し、腹側通路73p又は背側通路73nを流れる冷却空気中に含まれる錆等の異物で、下流側Dauの後通路75が閉塞しないように、さらに、異物を下流側Dauに排出し易くするために、本実施形態のように、腹側通路73p及び背側通路73nにおける後ヘッダ通路74より下流側Dauに延びている部分を成す後通路75の内径d2が、中領域MPの後通路75の内径d1より大きいことが望ましい。
以上の説明は、外側シュラウド60oを対象とした説明であるが、内側シュラウド60iも同様に説明できる。
「翼の第二実施形態」
以下、本発明に係る翼の第二実施形態について、図6及び図7を参照して説明する。
本実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。本実施形態の静翼は、第一実施形態における外側シュラウド60o及び内側シュラウド60iの冷却空気Acが通る通路を変更したもので、その他の構成は、第一実施形態の翼と同様である。
図6に示すように、本実施形態の外側シュラウド60oにも、第一実施形態の翼と同様、腹側通路73p、背側通路73n、後ヘッダ通路74、及び複数の後通路75が形成されている。
なお、翼体51の背側面54、及び外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分は、燃焼ガスGとの熱伝達率が高くなり、他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱される点は、第一実施形態と同様である。
腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の内径は、本実施形態においても、d1で、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の濡れ縁長さs1は、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。
本実施形態では、中領域MPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、第一実施形態と同様、p1である。腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口の間隔も、第一実施形態と同様、p2(>p1)である。背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口の間隔p2より大きいp3である。
このため、図7に示すように、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)は、第一実施形態と同様、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。また、本実施形態では、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a3(=s1/p3又はs2/p3)は、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)より低い。
周方向Dcで互いに隣接する外側シュラウド60o相互間の隙間78には、第一実施形態と同様、冷却空気Acをシールするシール板76が配置されている。通常の運転状態では、燃焼ガスGがガスタービン車室15側に流れるのを防止するため、ガスタービン車室15及び冷却空気通路42pの空気の圧力は、燃焼ガス流路49を流れる燃焼ガスGの圧力より高くなるように調整されている。従って、通常の運転状態では、常時少量の冷却空気Acが、隣接する外側シュラウド60o相互間の隙間78を通って燃焼ガス流路49中に流入する。この際、冷却空気Acは、隣接する外側シュラウド60o相互間の隙間78に配置されているシール板76と外側シュラウド60oのシール溝77との間の僅かな隙間を流れる。翼間を流れる燃焼ガスGは、翼体51の背側面54及び腹側面55に沿って流れる。前述のように、背側面54に沿って流れる燃焼ガスGの流速は、腹側面55に沿って流れる燃焼ガスGの流速より速い。そのため、背側面54に沿って燃焼ガスGが流れる背側の流域は、腹側面55の沿う腹側の流域より圧力(静圧)が低くなる。従って、隙間78を経由して燃焼ガスG中に漏れ出した冷却空気Acと背側の流域を流れる燃焼ガスGとの差圧は、隙間78から漏れ出した冷却空気Acと腹側の流域を流れる燃焼ガスとの差圧よりも大きい。そのため、隙間78を経由して燃焼ガスG中に漏れ出した大半の冷却空気Acは、ガスパス面64に沿って、圧力の低い下流側の背側の流域に流入する。よって、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向背側Dcnの部分は、燃焼ガス流路49内に流入した冷却空気Acの影響を受けて、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向腹側Dcpの部分よりも、冷却される。
腹側通路73p及び背側通路73nに流入した冷却空気Acは、第一実施形態と同様に、後ヘッダ通路74に流入し、複数の後通路75を介して、外側シュラウド60oの後端面62bから外部に流出する。この際、冷却空気Acが後ヘッダ通路74を流れる過程でヒートアップされ、冷却空気Acの冷却能力が低下するのは、第一実施形態と同様である。
前述したように、本実施形態では、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向背側Dcnの部分は、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向腹側Dcpの部分よりも、冷却される。そこで、本実施形態では、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a3(=s1/p3又はs2/p3)を、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)より低くしている。この結果、本実施形態では、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分に存在する複数の後通路75を流れる冷却空気Acの総流量を抑えることができる。
なお、前述のように、通常の運転状態では、常時少量の冷却空気Acが隣接する外側シュラウド60o相互間の隙間78を通って燃焼ガス流路49中に流入するのは、第一実施形態も同様である。但し、通常の運転状態におけるシール溝77内のシール板76の配置又は姿勢によっては、シール溝77とシール板76との僅かな隙間から燃焼ガス流路49へ流れ出す空気量が増大する場合がある。このような場合に適用されるのが、本実施形態である。
「翼の第三実施形態」
以下、本発明に係る翼の第三実施形態について、図8及び図9を参照して説明する。
本実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。本実施形態の静翼は、第一実施形態における外側シュラウド60o及び内側シュラウド60iの冷却空気Acが通る通路を変更したもので、その他の構成は、第一実施形態の翼と同様である。
図8に示すように、本実施形態の外側シュラウド60oにも、第一実施形態の翼と同様、腹側通路73p、背側通路73n、後ヘッダ通路74、及び複数の後通路75が形成されている。
腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の内径は、本実施形態においても、d1で、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の濡れ縁長さs1は、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。
本実施形態では、中領域MPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、第一実施形態と同様、p1である。背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔も、第一実施形態と同様、p2(>p1)である。腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、中領域MPにおける複数の後通路75の開口の間隔p1と同じp1である。
このため、図9に示すように、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)は、第一実施形態と同様、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。また、本実施形態では、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1又はs2/p1)は、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)と実質的に同じである。よって、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1又はs2/p1)は、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。
図3を用いて前述したように、翼体51の翼空気通路71から翼体51の翼面噴出通路72に流入した空気は、翼体51の前縁部52及び後縁部53から燃焼ガス流路49中に流出する。翼体51の後縁部53から流出した冷却空気Acの一部は、翼体51のみならず、外側シュラウド60oのガスパス面64中で翼体51の後縁部53よりも下流側Dadの部分を冷却する。しかしながら、第一実施形態と異なり、翼体51の形状や、外側シュラウド60oのガスパス面64中での翼体51の後縁部53の相対位置関係等から、翼体51の後縁部53から流出した冷却空気Acの一部で、外側シュラウド60oのガスパス面64中で翼体51の後縁部53よりも下流側Dadの部分をあまり冷却できない場合もある。
本実施形態では、このような場合を考慮して、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1又はs2/p1)を、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高くしている。この結果、本実施形態では、翼体51の形状や、外側シュラウド60oのガスパス面64中での翼体51の後縁部53の相対位置関係等から、翼体51の後縁部53から流出した冷却空気Acの一部で、外側シュラウド60oのガスパス面64中で翼体51の後縁部53よりも下流側Dadの部分をあまり冷却できない場合でも、この部分を腹側領域PPにおける複数の後通路75を流れる冷却空気Acにより冷却することができる。
なお、本実施形態では、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1又はs2/p1)は、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)と実質的に同じである。しかしながら、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度は、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)より低く、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高くしてもよい。すなわち、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度と、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度(a1=s1/p1)とは、同じである必要はない。
また、本実施形態は、第一実施形態の変形例としての実施形態であるが、第二実施形態においても、本実施形態と同様、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度を、中領域MPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)と実質的に同じにしてもよい。
「翼の第四実施形態」
以下、本発明に係る翼の第四実施形態について、図10を参照して説明する。
本実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。本実施形態の静翼は、第二実施形態における外側シュラウド60o及び内側シュラウド60iの冷却空気Acが通る通路を変更したもので、その他の構成は、第二実施形態の翼と同様である。
図10に示すように、本実施形態の外側シュラウド60oにも、第二実施形態の翼と同様、腹側通路73p、背側通路73n、及び複数の後通路75aが形成されている。但し、本実施形態の外側シュラウド60oには、第二実施形態における後ヘッダ通路74がない。このため、複数の後通路75aは、それぞれ、外側シュラウド60oの内側キャビティ69と連通し、この内側キャビティ69から直接冷却空気Acが流入するようになっている。
腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75aの内径は、本実施形態においても、d1で、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75aの濡れ縁長さs1は、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。
本実施形態では、中領域MPにおける複数の後通路75aの開口の間隔p1、腹側領域PPにおける複数の後通路75aの開口の間隔p2、及び、背側領域NPにおける複数の後通路75aの開口の間隔p3は、いずれも第二実施形態と同様である。
このため、本実施形態では、中領域MPにおける複数の後通路75aの開口密度a1(=s1/p1)、腹側領域PPにおける複数の後通路75aの開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)、背側領域NPにおける複数の後通路75aの開口密度a3(=s1/p3又はs2/p3)は、いずれも第二実施形態と同様である。
従って、本実施形態でも、第二実施形態と実質的に同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、複数の後通路75aに流入する冷却空気Acが、第二実施形態のように腹側通路73p又は背側通路73n及び後ヘッダ通路74を経ずに、内側キャビティ69から流入する。すなわち、本実施形態では、第二実施形態とは異なり、衝突板67の空気孔68を経て内側キャビティ69内に流入した冷却空気Acは、内側キャビティ69を形成する面に衝突して、この面を衝突冷却した後、直接内側キャビティ69から後通路75に流入する。従って、本実施形態では、後通路75に流入する冷却空気Acが、第一及び第二実施形態の後ヘッダ通路74内を流れる冷却空気Acのようにはヒートアップしない。このため、本実施形態では、複数の後通路75aに流入する冷却空気Acの温度が、第二実施形態で複数の後通路75に流入する冷却空気Acの温度よりも低い。よって、本実施形態では、第二実施形態よりも、外側シュラウド60oのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分を冷却することができる。
このように、複数の後通路75aに流入する冷却空気Acは、第二実施形態のように腹側通路73p又は背側通路73n及び後ヘッダ通路74を経なくてもよい。例えば、外側シュラウド60o、翼体51、内側シュラウド60i内に連なって形成されている複数の翼空気通路71(空洞)のいずれかに、複数の後通路のそれぞれを直接連通させてもよい。
なお、本実施形態は、第二実施形態の変形例としての実施形態であるが、第一及び第三実施形態においても、その変形例として、複数の後通路を内側キャビティ69(空洞)や翼空気通路71(空洞)と直接連通させてよい。
「翼の第五実施形態」
以下、本発明に係る翼の第五実施形態について、図11及び図13を参照して説明する。
第五実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。第五実施形態の静翼は、第一実施形態における二つの静翼を一体化したものである。
図11に示すように、第五実施形態の静翼50aは、第一実施形態における二つの静翼50の外側シュラウド60o相互をボルト及びナットで連結すると共に、内側シュラウド60i相互をボルト79b及びナット79nで連結したものである。この結果、二つの静翼50の外側シュラウド60oが一体化する共に、二つの静翼50の内側シュラウド60iが一体化する。このように、二つの静翼50をボルト79b及びナット79nで連結したものを結合静翼と呼ぶことがあるが、ここでは、単に静翼50aと呼ぶ。
本実施形態では、第一実施形態における二つの静翼50の外側シュラウド60oが一体化したものを単に外側シュラウド60oaと呼び、第一実施形態における二つの静翼50の各外側シュラウド60oを分割外側シュラウド部60ocと呼ぶ。また、第一実施形態における二つの静翼50の内側シュラウド60iが一体化したものを単に内側シュラウドと呼び、第一実施形態における二つの静翼50の各内側シュラウド60iを分割内側シュラウド部と呼ぶ。このため、本実施形態の静翼50aでは、一つの外側シュラウド60oa及び一つの内側シュラウドに対して、二つの翼体51が設けられていることになる。さらに、本実施形態では、第一実施形態における二つの静翼50の外側シュラウド本体61が一体化したものを単に外側シュラウド本体61aと呼ぶ。
なお、一体化された複数の分割外側シュラウド部60ocの相互間、又は一体化された複数の分割内側シュラウドの相互間には、第一実施形態のようなシール板が存在せず、両者は隙間なく周方向Dcに締結されている。但し、複数の分割外側シュラウド部60ocを一体化した外側シュラウド60oaと、これに周方向Dcに隣接して配置される外側シュラウド60oaとの間には、第一実施形態と同様に、隙間が形成され、シール板が配置されている。分割内側シュラウドの場合も同様である。
分割外側シュラウド部60ocの構成は、第一実施形態の外側シュラウド60oの構成と基本的に同じである。このため、各分割外側シュラウド部60ocには、腹側通路73p、背側通路73n、後ヘッダ通路74、及び複数の後通路75が形成されている。
本実施形態においても、外側シュラウド本体61aの後端面62b中で、背側端面63nとの縁及び腹側端面63pの縁を含まない中領域MPとする。また、後端面62b中で背側端面63nとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する背側領域NPとする。また、後端面62b中で腹側端面63pとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する腹側領域PPとする。さらに、本実施形態では、中領域MP中で二つの翼体51の相互間を含む領域を翼間領域MPbとし、中領域MP中で翼体51に対する軸方向下流側Dadであって翼間領域MPbを除く領域を翼下流領域MPdとする。各領域MPb,MPd,NP,PPには、周方向Dcに並ぶ3以上の後通路75の開口が形成されている。
腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の内径は、本実施形態においても、d1で、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の濡れ縁長さs1は、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。
本実施形態において、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p2である。中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p1(<p2)である。中領域MP中の翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p4である。この翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口の間隔p4は、翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口の間隔p1より大きく、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔p2より小さい。
このため、図13に示すように、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)は、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。また、本実施形態では、中領域MP中で翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口密度a4(=s1/p4又はs2/p4)は、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)より低く、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)より高い。
本実施形態では、外側シュラウド60oaのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分を除く外側シュラウド60oaの中央部分は、第一実施形態と同様に、翼体51の背側面54に沿って流れる燃焼ガスGの影響により、燃焼ガスGとの熱伝達率が高くなり、周方向Dcに隣接する他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱される。この領域が、翼下流領域MPdに相当する。一方、この翼下流領域MPdと周方向Dcに隣接する部分で、翼体51の背側面54に沿って流れる燃焼ガスGにより加熱されるガスパス面64中の後端面62b寄りの部分である領域は、翼体51の後縁部53から流出する冷却空気Acにより幾分冷却される。この領域が、翼間領域MPbに相当する。
そこで、本実施形態では、中領域MP中で翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口密度a4(=s1/p4又はs2/p4)を、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)より低くしている。この結果、本実施形態では、外側シュラウド60oaのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分に存在する複数の後通路75を流れる冷却空気Acの総流量を抑えることができる。
「翼の第六実施形態」
以下、本発明に係る翼の第六実施形態について、図12及び図13を参照して説明する。
第六実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。第六実施形態の静翼も、第五実施形態と同様、第一実施形態における二つの静翼を一体化したものである。
但し、本実施形態の静翼50bは、図12に示すように、第一実施形態における二つの静翼50の外側シュラウド60o相互をボルト及びナットで連結したものではなく、二つの静翼50を一体鋳造したものである。このように、二つの静翼50を一体鋳造したものを静翼セグメントと呼ぶことがあるが、ここでは、単に静翼50bと呼ぶ。このため、本実施形態の静翼50bでは、一つの外側シュラウド60ob及び一つの内側シュラウドに対して、二つの翼体51が設けられていることになる。
本実施形態の外側シュラウド60obも、第一実施形態の外側シュラウド60oと同様、外側シュラウド本体61b、前周壁65f、後周壁65b、及び一対の側周壁65p,65nと、を有する。但し、本実施形態の外側シュラウド60obには、第五実施形態の外側シュラウド60obにおける二つの翼体51の相互間の側周壁65p,65nは設けられていない。
本実施形態の外側シュラウド60obにも、第一実施形態の外側シュラウド60oと同様に、腹側通路73p、背側通路73n、後ヘッダ通路74、及び複数の後通路75が形成されている。
本実施形態においても、外側シュラウド本体61bの後端面62b中で、背側端面63nとの縁及び腹側端面63pの縁を含まない中領域MPとする。また、後端面62b中で背側端面63nとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する背側領域NPとする。また、後端面62b中で腹側端面63pとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する腹側領域PPとする。さらに、本実施形態では、第五実施形態と同様、中領域MP中で二つの翼体51の相互間を含む領域を翼間領域MPbとし、中領域MP中で翼体51に対する軸方向下流側Dadであって翼間領域MPbを除く領域を翼下流領域MPdとする。各領域MPb,MPd,NP,PPには、周方向Dcに並ぶ3以上の後通路75の開口が形成されている。
腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の内径は、本実施形態においても、d1で、腹側通路73p及び背側通路73nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路73p及び背側通路73nを除く後通路75の濡れ縁長さs1は、腹側通路73p及び背側通路73nの濡れ縁長さs2より短い。
本実施形態において、各領域MPb,MPd,NP,PPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、第五実施形態と同じである。すなわち、本実施形態において、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p2である。中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p1(<p2)である。中領域MP中の翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口の間隔は、p4である。この翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口の間隔p4は、翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口の間隔p1より大きく、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口の間隔p2より小さい。
このため、本実施形態においても、図13に示すように、第五実施形態と同様、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)は、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。また、本実施形態では、中領域MP中で翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口密度a4(=s1/p4又はs2/p4)は、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)より低く、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)より高い。
よって、本実施形態でも、第五実施形態と同様に、外側シュラウド60obのガスパス面64中の後端面62b寄りの部分に存在する複数の後通路75を流れる冷却空気Acの総流量を抑えることができる。
なお、第五実施形態及び第六実施形態では、いずれも、中領域MP中で翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口密度a4(=s1/p4又はs2/p4)を、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)より低くしている。しかしながら、中領域MP中で翼間領域MPbにおける複数の後通路75の開口密度と、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度と、を同じくしてもよい。すなわち、中領域MP中における複数の後通路75の開口密度を一定にしてもよい。
また、第五実施形態及び第六実施形態の静翼は、いずれも、第一実施形態の二つの静翼50を一体化したものであるが、三以上の静翼50を一体化してもよい。
また、第五実施形態及び第六実施形態の静翼は、いずれも、第一実施形態の静翼50を一体化したものであるが、第二実施形態の静翼を一体化しても、第三実施形態の静翼を一体化してもよい。
第二実施形態の静翼を一体化した場合、図14に示すように、背側領域NPにおける複数の後通路75の開口密度a3(=s1/p3又はs2/p3)は、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)より小さくなる。
また、第三実施形態の静翼を一体化した場合、図15に示すように、腹側領域PPにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1又はs2/p1)は、中領域MP中の翼下流領域MPdにおける複数の後通路75の開口密度a1(=s1/p1)と実質的に同じとなる。
また、第五実施形態及び第六実施形態においても、第四実施形態と同様、複数の後通路75を内側キャビティ69や翼空気通路71と直接連通させてよい。
また、以上の各実施形態の内側シュラウド60iは、前述したように、外側シュラウド60oと基本的構造が同じである。このため、内側シュラウド60iは、軸方向Da及び周方向Dcに広がる板状の内側シュラウド本体と、内側シュラウド本体の外周縁に沿って内側シュラウド本体から径方向内側Driに突出する周壁と、を有する。
「翼の第七実施形態」
以下、本発明に係る翼の第七実施形態について、図16及び図17を参照して説明する。
本実施形態の翼も、ガスタービンの静翼である。本実施形態の静翼は、第一実施形態における外側シュラウド60o及び内側シュラウド60iに、冷却空気Acが通る通路を追加したもので、その他の構成は、第一実施形態の翼と同様である。
図16に示すように、本実施形態の外側シュラウド60oにも、第一実施形態の翼と同様、腹側通路73p、背側通路73n、後ヘッダ通路74、及び複数の後通路75が形成されている。本実施形態の外側シュラウド60oには、さらに、第一ガスパス面噴出通路81及び第二ガスパス面噴出通路82が形成されている。なお、図16は、外側シュラウド60oを径方向内側Driから見た平面図である。
複数の第一ガスパス面噴出通路81は、図17に示すように、軸方向Daに延びている。複数の第一ガスパス面噴出通路81の上流側Dauの端は、後ヘッダ通路74につながっている。また、複数の第一ガスパス面噴出通路81の下流側Dadの端は、ガスパス面64で開口している。複数の第一ガスパス面噴出通路81におけるガスパス面64での開口は、翼体51の後縁部53よりも下流側Dadの領域で外側シュラウド60oの後端面62bに沿って並んでいる。よって、複数の第一ガスパス面噴出通路81におけるガスパス面64での開口は、周方向Dcに並んでいる。
複数の第二ガスパス面噴出通路82は、軸方向Daに延びている。複数の第二ガスパス面噴出通路82の上流側Dauの端は、後周壁65bの面であって凹部66に面する内面と、この凹部66の底面との角近傍で開口している。複数の第二ガスパス面噴出通路82の下流側Dadの端は、ガスパス面64で開口している。複数の第二ガスパス面噴出通路82におけるガスパス面64での開口は、翼体51の後縁部53よりも下流側Dadの領域で外側シュラウド60oの後端面62bに沿って並んでいる。よって、複数の第二ガスパス面噴出通路82におけるガスパス面64での開口も、周方向Dcに並んでいる。
複数の第一ガスパス面噴出通路81におけるガスパス面64での開口、及び複数の第二ガスパス面噴出通路82におけるガスパス面64での開口は、いずれも、ガスパス面64中で周方向Dcにおける中領域MPに形成されている。また、複数の第一ガスパス面噴出通路81、及び複数の第二ガスパス面噴出通路82は、いずれも、ガスパス面64に近づく連れて次第に下流側Dadに向くようガスパス面64に対して傾斜している。なお、中領域MPの意義については後述する。
後ヘッダ通路74を流れる冷却空気Acの一部は、複数の第一ガスパス面噴出通路81に流入する。複数の第一ガスパス面噴出通路81に流入した冷却空気は、燃焼ガス流路49に流出する。この際、この冷却空気Acは、ガスパス面64に沿って流れ、このガスパス面64をフィルム冷却する。また、内側キャビティ69内の冷却空気Acの一部は、複数の第二ガスパス面噴出通路82に流入する。複数の第二ガスパス面噴出通路82に流入した冷却空気Acは、燃焼ガス流路49に流出する。この際、この冷却空気Acは、ガスパス面64に沿って流れ、このガスパス面64をフィルム冷却する。
腹側通路73pからの冷却空気Acは、後ヘッダ通路74の周方向腹側Dcpの端から後ヘッダ通路74内に流入する。この冷却空気Acは、後ヘッダ通路74内を周方向背側Dcnに流れる過程で、順次、複数の後通路75に流入する。また、背側通路73nからの冷却空気Acは、後ヘッダ通路74の周方向背側Dcnの端から後ヘッダ通路74内に流入する。この冷却空気Acは、後ヘッダ通路74内を周方向腹側Dcpに流れる過程で、順次、複数の後通路75に流入する。このため、後ヘッダ通路74における周方向Dcの中領域MPで流れる冷却空気Acの流量は、後ヘッダ通路74における周方向Dcの両端側で流れる冷却空気Acの流量よりも少なくなる。このように、後ヘッダ通路74における周方向Dcの中領域MPで流れる冷却空気Acの流量が少なくなると、後ヘッダ通路74における周方向Dcの中領域MPで流れる冷却空気の流速は、後ヘッダ通路74における周方向Dcの両端側で流れる冷却空気Acの流速よりも少なくなる。従って、後ヘッダ通路74を流れる冷却空気Acと外側シュラウド60oとの間の熱伝達率は、後ヘッダ通路74における周方向Dcの中領域MPが後ヘッダ通路74における周方向Dcの両端側よりも小さくなる。しかも、後ヘッダ通路74を流れる冷却空気Acは、周方向Dcの両端側から周方向Dcの中領域MPに流れる過程で次第に加熱される。このため、後ヘッダ通路74を流れる冷却空気Acによる対流冷却の効果は、周方向Dcの両端側よりも周方向Dcの中領域MPで低くなる。
さらに、前述したように、ガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中領域MPでは、燃焼ガスGとガスパス面64との間の熱伝達率が高なり、他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱され易い。
すなわち、ガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中領域MPでは、後ヘッダ通路74を流れる冷却空気Acによる対流冷却の効果が低い上に、燃焼ガスGにより加熱され易い。
そこで、本実施形態では、ガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中領域MPの冷却能力を高めるため、ガスパス面64中の後端面62b寄りの部分で且つ周方向Dcの中領域MPで開口する複数の第一ガスパス面噴出通路81及び複数の第二ガスパス面噴出通路82を設けている。
なお、本実施形態では、複数の第一ガスパス面噴出通路81と複数の第二ガスパス面噴出通路82とを設けているが、いずれか一方のガスパス面噴出通路のみを設けてもよい。
また、本実施形態では、複数の第一ガスパス面噴出通路81におけるガスパス面64での開口は、周方向Dcに一列に並んでいる。しかしながら、周方向Dcに並ぶ開口の列は、複数あってもよい。また、本実施形態では、複数の第二ガスパス面噴出通路82におけるガスパス面64での開口も、周方向Dcに一列に並んでいる。しかしながら、周方向Dcに並ぶこの開口の列も、複数あってもよい。
また、本実施形態は、第一実施形態の外側シュラウド60oの変形例である。しかしながら、以上の各実施形態及び以下の実施形態における流路形成板に、本実施形態と同様に、複数の第一ガスパス面噴出通路81、及び/又は複数の第二ガスパス面噴出通路82を設けてもよい。
「翼の第八実施形態」
以下、本発明に係る翼の第八実施形態について、図18及び図19を参照して説明する。
第七実施形態の翼は、以上の各実施形態と異なり、ガスタービンの動翼である。図18に示すように、本実施形態の動翼150は、径方向Drに延びる翼体151と、翼体151の径方向内側Driに形成されているプラットフォーム160と、プラットフォーム160の径方向内側Driに形成されている翼根157と、を有している。翼体151は、燃焼ガス流路49(図2参照)内に配置されている。プラットフォーム160は、環状の燃焼ガス流路49の径方向内側Driの位置を画定する。よって、プラットフォーム160は、燃焼ガス流路49の一部を画定する流路形成板である。
翼体151は、上流側Dauの端部が前縁部152を成し、下流側Dadの端部が後縁部153を成す。この翼体151の表面で、周方向Dcを向く面のうち、凸状の面が背側面154(=負圧面)を成し、凹状の面が腹側面155(=正圧面)を成す。なお、以下の説明の都合上、周方向Dcで翼体151の腹側(=正圧面側)を周方向腹側Dcp、翼体151の背側(=負圧面側)を周方向背側Dcnとする。この動翼150の周方向背側Dcnは、ロータ軸42の回転方向前方側である。一方、先に説明した静翼50の周方向背側Dcnは、ロータ軸42の回転方向後方側である。よって、この動翼150の周方向背側Dcnは、周方向Dcにおいて、静翼50の周方向背側Dcnとは逆側である。また、軸方向Daの上流側Dauを前側、軸方向Daの下流側Dadを後側ということもある。
翼根157は、翼体151の翼弦に対して垂直な断面形状が径方向内側Driに向って拡幅部と縮幅部とが交互に繰り返されるクリスマスツリー形状を成している。前述のロータ軸42には、この翼根157が嵌まり込む翼根溝が形成されている。
プラットフォーム160は、軸方向Da及び周方向Dcに広がる板状のプラットフォーム本体161と、プラットフォーム本体161の下流側Dadから下流側Dadに突出する後突出部167bと、プラットフォーム本体161の上流側Dauから上流側Dauに突出する前突出部167fと、を有する。
プラットフォーム本体161は、上流側Dauの端面である前端面162fと、下流側Dadの端面である後端面162bと、周方向腹側Dcpの端面である腹側端面163pと、周方向背側Dcnの端面である背側端面163nと、径方向外側Droを向くガスパス面164と、が形成されている。前端面162fと後端面162bとは、ほぼ平行である。また、腹側端面163pと背側端面163nとは、ほぼ平行である。よって、プラットフォーム本体161は、径方向Dcから見た場合、図17に示すように、平行四辺形状を成している。周方向Dcで隣り合っている二つの動翼150のプラットフォーム160のうち、一方の動翼150におけるプラットフォーム160の腹側端面163pと、他方の動翼150におけるプラットフォーム160の背側端面163nとは対向する。また、動翼150の前端面162fは、この動翼150の上流側Dauに隣接する静翼における内側シュラウドの後端面と対向する。動翼150の後端面162bは、この動翼150の下流側Dadに隣接する静翼における内側シュラウドの前端面と対向する。
後突出部167bは、プラットフォーム本体161の後端面162bに対して、径方向内側Driにシフトした位置から下流側Dadに突出している。この後突出部167bは、プラットフォーム本体161の後端面162bに沿って形成されている。前突出部167fは、プラットフォーム本体161の前端面162fに対して、径方向内側Driにシフトした位置から上流側Dauに突出している。この前突出部167fは、プラットフォーム本体161の前端面162fに沿って形成されている。
動翼150には、径方向Dcに延びる複数の翼空気通路171(空洞)が形成されている。各翼空気通路171は、いずれも、翼体151、プラットフォーム160、翼根157のうち、少なくとも翼体151からプラットフォーム160にかけて連なって形成されている。複数の翼空気通路171は、翼体151の翼弦に沿って並んでいる。隣接する翼空気通路171の一部は、翼体151内の径方向外側Droの部分、又はプラットフォーム160の径方向内側Driの部分で互いに連通している。また、複数の翼空気通路171のうち、いずれかは、翼体151、プラットフォーム160、翼根157にかけて連なって形成されて、翼根157の径方向内側Driの端で開口している。この翼空気通路171には、この開口から、ロータ軸42の冷却空気通路42p(図2参照)を流れて冷却空気Acが流入する。
翼体151の前縁部152及び後縁部153には、翼空気通路171から燃焼ガス流路49へ貫通する複数の翼面噴出通路172が形成されている。翼体151は、翼空気通路171内を冷却空気Acが流れる過程で冷却される。また、翼空気通路171に流入した冷却空気Acは、この翼面噴出通路172から燃焼ガス流路49内に流出する。このため、翼体151の前縁部152及び後縁部153は、冷却空気Acが翼面噴出通路172を流れる過程で冷却される。さらに、翼面噴出通路172から燃焼ガス流路49に流出した冷却空気Acの一部は、翼体151の表面を部分的に覆ってフィルム空気としての役目も果たす。
プラットフォーム本体161には、図19に示すように、複数の翼空気通路171のうち、最も上流側Dauの第一翼空気通路171aと連通している腹側通路173p及び背側通路173nとが形成されている。腹側通路173pは、第一翼空気通路171aから周方向腹側Dcpに向かって、腹側端面163p近くまで延びる周方向通路部173pcと、この周方向通路部173pcの周方向腹側Dcpの端から腹側端面163pに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びる軸方向通路部173paとを有する。背側通路173nは、第一翼空気通路171aから周方向背側Dcnに向かって、背側端面163n近くまで延びる周方向通路部173ncと、この周方向通路部173ncの周方向背側Dcnの端から背側端面163nに沿って軸方向Da成分を有する方向に延びる軸方向通路部173naとを有する。腹側通路173p及び背側通路173nは、いずれも、その下流端でプラットフォーム本体161の後端面162bで開口している。プラットフォーム本体161には、後端面162bに沿って周方向Dcに延びる後ヘッダ通路174が形成されている。さらに、プラットフォーム本体161には、後ヘッダ通路174から下流側Dadに延び、後端面162bで開口する複数の後通路175が形成されている。複数の後通路175は、周方向Dcに並んでいる。腹側通路173p及び背側通路173n中で、後ヘッダ通路174と連通している位置よりも下流側Dadの部分は、後端面162bで開口する後通路175を成す。
腹側通路173p、背側通路173nを含む後通路175の断面形状は、いずれも円形である。腹側通路173p及び背側通路173nを除く後通路175の内径d1は、互いに同じで、腹側通路173p及び背側通路173nの内径d2よりも小さい。よって、腹側通路173p及び背側通路173nを除く後通路175の濡れ縁長さs1は、互いに同じで、腹側通路173p及び背側通路173nの濡れ縁長さs2より短い。
ここで、プラットフォーム本体161の後端面162b中で、背側端面163nとの縁及び腹側端面163pの縁を含まない中領域MPとする。また、後端面162b中で背側端面163nとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する背側領域NPとする。さらに、後端面162b中で腹側端面163pとの縁を含み中領域MPと周方向Dcで隣接する腹側領域PPとする。各領域MP,NP,PPには、周方向Dcに並ぶ3以上の後通路175の開口が形成されている。
中領域MPにおける複数の後通路175の開口の間隔は、p1である。背側領域NPにおける複数の後通路175の開口の間隔、及び腹側領域PPにおける複数の後通路175の開口の間隔は、いずれもp2である。中領域MPにおける複数の後通路175の開口の間隔p1は、背側領域NP及び腹側領域PPにおける複数の後通路175の開口の間隔p2より小さい。
このため、図5に示すように、中領域MPにおける複数の後通路175の開口密度a1(=s1/p1)は、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路175の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高い。
動翼150においても、先に説明した静翼と同様、プラットフォーム本体161のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分では、他の部分に比べて燃焼ガスGにより加熱され易い。しかも、この中央部分に存在する一つの後通路175を流れる冷却空気Acの冷却能力が、他の部分に存在する一つの後通路175を流れる冷却空気Acの冷却能力よりも低い。逆に、プラットフォーム160のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分では、周方向Dcの中央部分に比べて、燃焼ガスGによる加熱量が少ない。しかも、プラットフォーム160のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分に存在する一つの後通路175を流れる冷却空気Acの冷却能力が、周方向Dcの中央部分に存在する一つの後通路175を流れる冷却空気Acの冷却能力よりも高い。
そこで、本実施形態では、第一実施形態の静翼と同様、中領域MPにおける複数の後通路175の開口密度a1(=s1/p1)を、腹側領域PP及び背側領域NPにおける複数の後通路175の開口密度a2(=s1/p2又はs2/p2)よりも高めている。この結果、本実施形態では、プラットフォーム160のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分で且つ周方向Dcの中央部分における冷却能力を高めることができ、翼の耐久性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、プラットフォーム160のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分で且つ周方向Dcの端側部分に存在する複数の後通路175を流れる冷却空気Acの総流量を抑えることができる。
よって、本実施形態では、プラットフォーム160のガスパス面164中の後端面162b寄りの部分を効果的に冷却して、このプラットフォーム160の耐久性を向上させつつも、この部分を冷却するための冷却空気Acの流量を抑えることができる。
なお、本実施形態では、複数の翼空気通路171のうち、最も上流側Dauの第一翼空気通路171aに対して、腹側通路173p及び背側通路173nを連通させているが、他の翼空気通路171に腹側通路173p及び背側通路173nを連通させてもよい。また、腹側通路173pと背側通路173nとは、同一の翼空気通路171に連通させる必要はなく、互いに異なる翼空気通路171に連通させてもよい。
また、本実施形態では、複数の後通路175に流入する冷却空気Acは、翼空気通路171から腹側通路173p又は背側通路173n及び後ヘッダ通路174を経なくてもよい。例えば、複数の翼空気通路171のいずれかに、複数の後通路175のそれぞれを直接連通させてもよい。
また、本実施形態は、第一実施形態の静翼で空気が流れる通路の構成を動翼に適用したものであるが、第二実施形態及び第三実施形態の静翼で空気が流れる通路の構成を動翼に適用してもよい。
「変形例」
以上の実施形態では、腹側通路及び背側通路を含む後通路の断面形状は、全て円形である。しかしながら、腹側通路及び背側通路を含む後通路の断面形状は、例えば、四角形等、他の形状であってもよい。また、複数の後通路の断面形状が互いに同一である必要もない。例えば、腹側通路及び背側通路の断面形状が四角形で、腹側通路及び背側通路を除く後通路の断面形状が円形であってもよい。
また、以上の実施形態では、腹側通路及び背側通路を除く複数の後通路の内径が相互で同じであるが、これらの後通路の内径が相互で異なっていてもよい。
本発明の一態様によれば、翼を効果的に冷却して耐久性の向上を図りつつも、冷却用の空気の使用量を抑えることができる。
10:ガスタービン、11:ガスタービンロータ、15:ガスタービン車室、20:圧縮機、21:圧縮機ロータ、25:圧縮機車室、30:燃焼器、40:タービン、41:タービンロータ、42:ロータ軸、42p,45p:冷却空気通路、43:動翼段、43a:動翼、45:タービン車室、46:静翼段、46a:静翼、50,50a,50b:静翼、51:翼体、52:前縁部、53:後縁部、54:背側面、55:腹側面、60o:外側シュラウド(流路形成板)、60i:内側シュラウド(流路形成板)、61,61a,61b:外側シュラウド本体、62f:前端面、62b:後端面、63p:腹側端面、63n:背側端面、64:ガスパス面、65:周壁、66:凹部、67:衝突板、69:内側キャビティ(空洞)、71:翼空気通路(空洞)、72:翼面噴出通路、73p:腹側通路、73n:背側通路、74:後ヘッダ通路、75,75a:後通路、76:シール板、77:シール溝、78:隙間、81:第一ガスパス面噴出通路、82:第二ガスパス面噴出通路、150:動翼、151:翼体、152:前縁部、153:後縁部、154:背側面、155:腹側面、157:翼根、160:プラットフォーム(流路形成板)、161:プラットフォーム本体、162f:前端面、162b:後端面、163p:腹側端面、163n:背側端面、164:ガスパス面、167f:前突出部、167b:後突出部、171:翼空気通路(空洞)、172:翼面噴出通路、173p:腹側通路、173n:背側通路、174:後ヘッダ通路、175:後通路、Da:軸方向、Dau:上流側、Dad:下流側、Dc:周方向、Dcp:周方向腹側、Dcn:周方向背側、Dr:径方向、Dri:径方向内側、Dro:径方向外側、Ac:冷却空気、G:燃焼ガス、MP:中領域、MPb:翼間領域、MPd:翼下流領域、PP:腹側領域、NP:背側領域

Claims (14)

  1. ロータ軸を中心として環状を成し且つ前記ロータ軸が延びる軸方向に延在する燃焼ガス流路が内部に形成されているガスタービンの翼において、
    燃焼ガスが流れる前記燃焼ガス流路中に配置され、前記ロータ軸に対する径方向に延びる翼体と、
    前記翼体の前記径方向の端に形成され、前記燃焼ガス流路の一部を画定する流路形成板と、
    を有し、
    前記流路形成板には、前記軸方向であって前記燃焼ガスが流れて行く軸方向下流側の端面である後端面と、前記ロータ軸に対する周方向であって前記翼体の腹側である周方向腹側の端面である腹側端面と、前記周方向腹側とは反対側である周方向背側の端面である背側端面と、冷却空気が流入する空洞と、前記空洞と連通し前記後端面で開口する複数の後通路と、が形成され、
    前記後端面中で前記背側端面との縁及び前記腹側端面との縁を含まない中領域と、前記後端面中で前記背側端面との縁を含み前記中領域と周方向で隣接する背側領域と、前記後端面中で前記腹側端面との縁を含み前記中領域と周方向で隣接する腹側領域とのそれぞれには、前記周方向に並ぶ複数の前記後通路の開口が形成され、
    前記背側領域と前記腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における、複数の前記後通路の開口の間隔に対する複数の前記後通路の濡れ縁長さの割合である開口密度よりも、前記中領域における複数の前記後通路の前記開口密度の方が高い、
    ガスタービンの翼。
  2. 請求項1に記載のガスタービンの翼において、
    前記背側領域における前記開口密度よりも、前記中領域における前記開口密度の方が高い、
    ガスタービンの翼。
  3. 請求項1に記載のガスタービンの翼において、
    前記背側領域における前記開口密度及び前記腹側領域における前記開口密度よりも、前記中領域の前記開口密度の方が高い、
    ガスタービンの翼。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記背側領域における前記開口密度よりも、前記腹側領域における前記開口密度の方が高い、
    ガスタービンの翼。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記背側領域及び前記腹側領域には、それぞれ、前記周方向に並ぶ少なくとも3以上の前記後通路の開口が形成されている、
    ガスタービンの翼。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板には、
    前記後端面に沿って前記周方向に延び、複数の前記後通路に連通する後ヘッダ通路と、前記背側端面に沿って前記軸方向成分を有する方向に延び、前記空洞と前記後ヘッダ通路とを連通させる背側通路と、前記腹側端面に沿って前記軸方向成分を有する方向に延び、前記空洞と前記後ヘッダ通路とを連通させる腹側通路と、が形成されている、
    ガスタービンの翼。
  7. 請求項6に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板には、前記後端面、前記腹側端面及び前記背側端面に周縁でつながり、前記燃焼ガスと接するガスパス面と、前記後ヘッダ通路に連通し前記ガスパス面で開口する複数のガスパス面噴出通路と、が形成されている、
    ガスタービンの翼。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板には、前記後端面、前記腹側端面及び前記背側端面に周縁でつながり、前記燃焼ガスと接するガスパス面と、前記空洞に連通し前記ガスパス面で開口する複数のガスパス面噴出通路と、が形成されている、
    ガスタービンの翼。
  9. 請求項7又は8に記載のガスタービンの翼において、
    前記ガスパス面噴出通路は、前記ガスパス面に近づくに連れて次第に前記軸方向下流側に向かう、
    ガスタービンの翼。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板に対して、前記周方向に並ぶ複数の前記翼体を有する、
    ガスタービンの翼。
  11. 請求項10に記載のガスタービンの翼において、
    前記中領域中で複数の前記翼体の相互間を含む翼間領域における前記開口密度よりも、前記中領域中で前記翼体に対する前記軸方向下流側であって前記翼間領域を除く翼下流領域における前記開口密度の方が高い、
    ガスタービンの翼。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板として、前記翼体の前記径方向における外側の端に形成されている外側シュラウドと、前記翼体の前記径方向における内側の端に形成されている内側シュラウドと、を有し、
    前記外側シュラウドが、前記ガスタービンの車室に固定されている、
    ガスタービンの翼。
  13. 請求項1から11のいずれか一項に記載のガスタービンの翼において、
    前記流路形成板は、前記翼体の前記径方向における内側の端に形成されているプラットフォームであり、
    前記プラットフォームが前記ロータ軸に固定されている、
    ガスタービンの翼。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載のガスタービンの翼と、
    燃料の燃焼により前記燃焼ガスが生成される燃焼器と、
    前記ロータ軸と、
    前記ロータ軸及び前記翼を覆う車室と、
    を備えているガスタービン。
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