WO2016152573A1 - 翼、及びこれを備えているガスタービン - Google Patents

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WO2016152573A1
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passage
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ventral
end surface
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咲生 松尾
朋子 森川
羽田 哲
大友 宏之
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F05D2260/201Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Definitions

  • the present invention relates to a blade and a gas turbine including the blade.
  • the gas turbine includes a rotor that rotates about an axis and a vehicle casing that covers the rotor.
  • the rotor has a rotor shaft and a plurality of moving blades attached to the rotor shaft.
  • a plurality of stationary blades are provided inside the passenger compartment.
  • the moving blade includes a blade body extending in the radial direction with respect to the axis, a platform provided on the radially inner side of the blade body, and a blade root provided on the radially inner side of the platform.
  • the blade body of the moving blade is disposed in a combustion gas flow path through which the combustion gas passes.
  • the platform defines a position radially inward of the combustion gas flow path.
  • the blade root is fixed to the rotor shaft.
  • the stationary blade includes a blade body extending in the radial direction with respect to the axis, an inner shroud provided on the radially inner side of the blade body, and an outer shroud provided on the radially outer side of the blade body.
  • the blade body of the stationary blade is disposed in a combustion gas flow path through which the combustion gas passes.
  • the inner shroud defines a position radially inward of the combustion gas flow path.
  • the outer shroud defines a position radially outside the combustion gas flow path.
  • Both the stationary and moving blades of the gas turbine are exposed to high-temperature combustion gas. For this reason, a stationary blade and a moving blade are generally cooled with air or the like.
  • the vane body of the stationary blade is formed with a cavity that extends in the radial direction and into which cooling air flows.
  • the inner shroud and the outer shroud are formed with a plurality of discharge holes that communicate with the cavity of the wing body and extend in the cord direction of the wing body.
  • the discharge hole opens at the rear end surface of the inner shroud and the rear end surface of the outer shroud.
  • the plurality of discharge holes are arranged in the circumferential direction with respect to the axis.
  • an object of the present invention is to provide a blade capable of suppressing the amount of cooling air used while improving durability and a gas turbine including the blade.
  • the wing as a first aspect according to the invention for achieving the above-described object is: In a blade of a gas turbine that forms an annular shape around the rotor shaft and that extends in the axial direction in which the rotor shaft extends, is disposed in the combustion gas flow channel through which the combustion gas flows A wing body extending in a radial direction with respect to the rotor shaft, and a flow path forming plate that is formed at an end in the radial direction of the wing body and defines a part of the combustion gas flow path.
  • the path forming plate includes a rear end surface that is the end surface on the downstream side in the axial direction in which the combustion gas flows, and a circumferential direction that is a circumferential direction with respect to the rotor shaft and that is on the ventral side of the blade body.
  • a plurality of rear passages that open at the end surface, and are formed in the back end surface.
  • a plurality of openings of the rear passages arranged in the circumferential direction are formed, and the dorsal region
  • the plurality of the middle region more than the opening density that is the ratio of the wet edge length of the plurality of the rear passages to the interval between the openings of the plurality of the rear passages The opening density of the rear passage is higher.
  • the flow path length of the combustion gas flowing along the back side surface of the blade body is longer than the flow path length of the combustion gas flowing along the ventral side surface of the blade body. For this reason, the flow velocity of the combustion gas flowing along the back side surface of the wing body is faster than the flow velocity of the combustion gas flowing along the ventral side surface of the wing body. Further, the combustion gas that has flowed along the back side surface of the wing body then flows at a high flow rate in the portion near the rear end surface in the gas path surface of the flow path forming plate and also in the central portion in the circumferential direction.
  • the heat transfer coefficient with the combustion gas is higher in the portion near the rear end surface in the gas path surface of the blade body and the flow path forming plate and in the center portion in the circumferential direction, and the combustion gas is higher than in other portions. Is heated by. On the contrary, the amount of heating by the combustion gas is smaller in the portion near the rear end surface in the gas path surface of the flow path forming plate and in the circumferential end portion than in the central portion in the circumferential direction.
  • the opening density of the plurality of rear passages in the middle region is higher than the opening density in at least one side region of the dorsal region and the ventral region.
  • the wing as the second aspect according to the invention for achieving the above-mentioned object is:
  • the opening density in the middle region is higher than the opening density in the back region.
  • a wing as a third aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • the opening density in the middle region is higher than the opening density in the dorsal region and the opening density in the ventral region.
  • a wing as a fourth aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • the opening density in the ventral region is higher than the opening density in the back region.
  • a wing as a fifth aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • the blade of the gas turbine according to any one of the first to fourth aspects at least three or more rear passage openings arranged in the circumferential direction are formed in the back side region and the ventral region, respectively. Yes.
  • the flow path forming plate includes a rear header passage extending in the circumferential direction along the rear end surface and communicating with the plurality of rear passages. Extending in a direction having the axial component along the back side end surface, extending in a direction having the axial component along the ventral end surface, and a back side passage communicating the cavity and the rear header passage. A ventral passage for communicating the cavity with the rear header passage is formed.
  • the wing as a seventh aspect according to the invention for achieving the above object is:
  • the flow path forming plate is connected to the rear end face, the ventral end face and the back end face at a peripheral edge, and is in contact with the combustion gas, and the rear header.
  • a plurality of gas path surface ejection passages that communicate with the passage and open at the gas path surface are formed.
  • the gas path surface can be further cooled by the cooling air flowing through the gas path surface ejection passage.
  • the wing as an eighth aspect according to the invention for achieving the above object is: The blade of the gas turbine according to any one of the first to seventh aspects, wherein the flow path forming plate is connected to the rear end surface, the ventral side end surface, and the back side end surface at a peripheral edge and is in contact with the combustion gas A surface and a plurality of gas path surface ejection passages communicating with the cavity and opening at the gas path surface are formed.
  • the gas path surface can be further cooled by the cooling air flowing through the gas path surface ejection passage.
  • the wing as the ninth aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • the gas path surface ejection passage gradually moves toward the downstream side in the axial direction as it approaches the gas path surface.
  • the gas path surface of the flow path forming plate can be film-cooled by the cooling air flowing out from the gas path surface ejection passage.
  • the wing as a tenth aspect according to the invention for achieving the above object is:
  • the blade of the gas turbine according to any one of the first to ninth aspects includes the plurality of blade bodies arranged in the circumferential direction with respect to the flow path forming plate.
  • the wing as the eleventh aspect according to the invention for achieving the above object is:
  • the axial downstream of the blade body in the middle region is lower than the opening density in the inter-blade region including the plurality of blade bodies in the middle region.
  • the opening density in the blade downstream region excluding the inter-blade region is higher.
  • a wing as a twelfth aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • An inner shroud formed at an inner end in the radial direction, and the outer shroud is fixed to a casing of the gas turbine.
  • a wing as a thirteenth aspect according to the invention for achieving the above-described object is:
  • the flow path forming plate is a platform formed at an inner end in the radial direction of the blade body, and the platform is the It is fixed to the rotor shaft.
  • a gas turbine as a fourteenth aspect according to the invention for achieving the above-described object is: The blade according to any one of the first to thirteenth aspects, a combustor in which the combustion gas is generated by combustion of fuel, the rotor shaft, and a casing that covers the rotor shaft and the blade. ing.
  • the amount of cooling air used can be suppressed while effectively improving the durability by cooling the blades.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a graph which shows the opening density in each position in the rear-end surface of a stationary blade in 1st embodiment which concerns on this invention. It is sectional drawing of the stationary blade in 2nd embodiment which concerns on this invention. It is a graph which shows the opening density in each position in the rear-end surface of a stationary blade in 2nd embodiment which concerns on this invention. It is sectional drawing of the stationary blade in 3rd embodiment which concerns on this invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line XIX-XIX in FIG.
  • the gas turbine 10 of the present embodiment includes a compressor 20 that compresses air, and a combustor 30 that generates combustion gas by burning fuel in air A compressed by the compressor 20. And a turbine 40 driven by combustion gas.
  • the compressor 20 includes a compressor rotor 21 that rotates about an axis Ar, a compressor casing 25 that covers the compressor rotor 21, and a plurality of stationary blade stages 26.
  • the turbine 40 includes a turbine rotor 41 that rotates about an axis Ar, a turbine casing 45 that covers the turbine rotor 41, and a plurality of stationary blade stages 46.
  • the compressor rotor 21 and the turbine rotor 41 are located on the same axis Ar and are connected to each other to form the gas turbine rotor 11.
  • the rotor of a generator GEN is connected to the gas turbine rotor 11.
  • the compressor casing 25 and the turbine casing 45 are connected to each other to form a gas turbine casing 15.
  • the direction in which the axis Ar extends is referred to as the axial direction Da
  • the circumferential direction around the axis Ar is simply referred to as the circumferential direction Dc
  • the direction perpendicular to the axis Ar is referred to as the radial direction Dr.
  • the compressor 20 side is defined as the upstream side Dau and the opposite side as the downstream side Dad with respect to the turbine 40 in the axial direction Da. Further, the side closer to the axis Ar in the radial direction Dr is defined as the radial inner side Dri, and the opposite side is defined as the radial outer side Dro.
  • the compressor rotor 21 includes a rotor shaft 22 that extends in the axial direction Da around the axis Ar, and a plurality of blade stages 23 that are attached to the rotor shaft 22.
  • the plurality of blade stages 23 are arranged in the axial direction Da.
  • Each rotor blade stage 23 is composed of a plurality of rotor blades 23a arranged in the circumferential direction Dc.
  • a stationary blade stage 26 is disposed on each downstream side Dad of the plurality of blade stages 23.
  • Each stationary blade stage 26 is provided inside the compressor casing 25.
  • Each stator blade stage 26 is configured by a plurality of stator blades 26a arranged in the circumferential direction Dc.
  • the turbine rotor 41 includes a rotor shaft 42 that extends in the axial direction Da around the axis line Ar, and a plurality of blade stages 43 that are attached to the rotor shaft 42.
  • the plurality of blade stages 43 are arranged in the axial direction Da.
  • Each rotor blade stage 43 is composed of a plurality of rotor blades 43a arranged in the circumferential direction Dc.
  • a stationary blade stage 46 is disposed on each upstream side Dau of the plurality of blade stages 43.
  • Each stationary blade stage 46 is provided inside the turbine casing 45.
  • Each stationary blade stage 46 is configured by a plurality of stationary blades 46a arranged in the circumferential direction Dc.
  • the turbine casing 45 includes a cylindrical outer casing 45a that forms an outer shell thereof, an inner casing 45b that is fixed inside the outer casing 45a, and a plurality that is fixed inside the inner casing 45b. And a split ring 45c.
  • the plurality of split rings 45 c are all provided at positions between the plurality of stationary blade stages 46. Therefore, the rotor blade stage 43 is arranged on the radially inner side Dri of each divided ring 45c.
  • An annular space between the outer peripheral side of the rotor shaft 42 and the inner peripheral side of the turbine casing 45 and in which the stationary blades 46a and the moving blades 43a are arranged in the axial direction Da is a combustion gas from the combustor 30.
  • a combustion gas flow path 49 through which G flows is formed.
  • the combustion gas flow path 49 has an annular shape around the axis Ar and is long in the axial direction Da.
  • the rotor shaft 42 is formed with a cooling air passage 42p through which cooling air passes. The cooling air that has passed through the cooling air passage 42p is introduced into the moving blade 43a and used for cooling the moving blade 43a.
  • a cooling air passage 45p penetrating from the radially outer side Dro to the radially inner side Dri is formed in the inner casing 45b of the turbine casing 45.
  • the cooling air that has passed through the cooling air passage 45p is introduced into the stationary blade 46a and the split ring 45c, and is used for cooling the stationary blade 46a and the split ring 45c.
  • the air in the gas turbine casing 15 may be supplied as cooling air to the stationary blade 46a constituting the stationary blade stage 46 without passing through the cooling air passage of the casing. is there.
  • the blade of this embodiment is a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade 50 is formed on the blade body 51 extending in the radial direction Dr, the inner shroud 60 i formed on the radially inner side Dri of the blade body 51, and the radially outer side Dro of the blade body 51.
  • the wing body 51 is disposed in a combustion gas passage 49 (see FIG. 2) through which the combustion gas G passes.
  • the inner shroud 60 i defines the position of the radially inner side Dri of the annular combustion gas flow path 49.
  • the outer shroud 60 o defines the position of the radially outer side Dro of the annular combustion gas flow path 49. Accordingly, the inner shroud 60 i and the outer shroud 60 o are both flow path forming plates that define a part of the combustion gas flow path 49.
  • the end of the upstream Dau forms a front edge 52 and the end of the downstream Dad forms a rear edge 53.
  • the upstream side Dau in the axial direction Da may be referred to as the front side
  • the downstream side Dad in the axial direction Da may be referred to as the rear side.
  • the inner shroud 60i and the outer shroud 60o have basically the same structure. Accordingly, the outer shroud 60o will be described below.
  • the outer shroud 60 o is formed of a plate-shaped outer shroud body 61 that extends in the axial direction Da and the circumferential direction Dc, and a radial direction from the outer shroud body 61 along the outer peripheral edge of the outer shroud body 61. And a peripheral wall 65 protruding to the outside Dro.
  • the outer shroud body 61 includes a front end face 62f that is an end face of the upstream side Dau, a rear end face 62b that is an end face of the downstream side Dad, a ventral end face 63p that is an end face of the circumferential ventral side Dcp, and a circumferential back side Dcn.
  • a back side end face 63n that is an end face of the gas path and a gas path face 64 facing the radially inner side Dri are formed.
  • the front end face 62f and the rear end face 62b are substantially parallel.
  • the ventral side end face 63p and the back side end face 63n are substantially parallel.
  • the outer shroud body 61 has a parallelogram shape as shown in FIG.
  • a seal groove 77 is formed in the ventral end surface 63p of the outer shroud 60o.
  • the seal groove 77 is recessed toward the back end surface 63n and extends in the direction having the axial direction Da component along the ventral end surface 63p.
  • a seal groove 77 is formed in the back side end surface 63n of the outer shroud 60o.
  • the seal groove 77 is recessed toward the abdominal side end surface 63p and extends in the direction having the axial direction Da component along the back side end surface 63n.
  • the ventral end surface 63p of the outer shroud 60o in one stationary blade 50 and the rear side end surface 63n of the outer shroud 60o in the other stationary blade 50 are opposed to each other with a gap 78 in the circumferential direction Dc.
  • a seal plate 76 is disposed between the ventral end surface 63p of the outer shroud 60o in one stationary blade 50 and the rear end surface 63n of the outer shroud 60o in the other stationary blade 50.
  • Both ends of the seal plate 76 in the circumferential direction Dc are fitted into seal grooves 77 formed on the ventral side end face 63p and seal grooves 77 formed on the back side end face 63n.
  • This seal plate 76 is a combustion gas from a gap 78 between the outer shrouds 60o of the two stationary blades 50 where the cooling air in the turbine casing 45 or the cooling air passing through the cooling air passage 42p is adjacent in the circumferential direction Dc. It plays a role of preventing leakage into the flow path 49.
  • the peripheral wall 65 includes a front peripheral wall 65f and a rear peripheral wall 65b that face each other in the axial direction Da, and a pair of side peripheral walls 65p and 65n that face each other in the circumferential direction Dc. Both the front peripheral wall 65f and the rear peripheral wall 65b protrude from the pair of side peripheral walls 65p and 65n to the outer side in the radial direction with respect to the outer shroud main body 61, thereby forming a hook portion.
  • the front peripheral wall 65f and the rear peripheral wall 65b forming the hook portion serve to attach the stationary blade 50 to the inner peripheral side of the turbine casing 45 (see FIG. 2).
  • the outer shroud 60 o is formed with a recess 66 that is recessed toward the radially inner side Dri by the outer shroud body 61 and the peripheral wall 65.
  • the stationary blade 50 further includes a collision plate 67 that partitions the concave portion 66 of the outer shroud 60o into a radially outer Dro region and a radially inner Dri region 69 (cavity).
  • a plurality of air holes 68 penetrating in the radial direction Dr are formed in the collision plate 67.
  • a part of the cooling air Ac existing on the radially outer side Dro of the stationary blade 50 flows into the inner cavity 69 through the air holes 68 of the collision plate 67.
  • a plurality of blade air passages 71 (cavities) extending in the radial direction Dc are formed in the blade body 51, the outer shroud 60o, and the inner shroud 60i.
  • Each blade air passage 71 is formed from the outer shroud 60o through the blade body 51 to the inner shroud 60i.
  • the plurality of blade air passages 71 are arranged along the chord of the wing body 51.
  • a part of the adjacent blade air passage 71 communicates with each other at a portion of the radially outer side Dro or a portion of the radially inner side Dri. Any one of the plurality of blade air passages 71 is open at the bottom of the recess 66 in the outer shroud 60o.
  • one of the plurality of blade air passages 71 is open at the bottom of the recess in the inner shroud 60i. A part of the cooling air Ac existing on the radially outer side Dro or the radially inner side Dri of the stationary blade 50 flows into the blade air passage 71 from the opening of the blade air passage 71.
  • a plurality of blade surface ejection passages 72 penetrating from the blade air passage 71 to the combustion gas passage 49 are formed in the front edge portion 52 and the rear edge portion 53 of the blade body 51.
  • the wing body 51 is cooled while the cooling air Ac flows in the wing air passage 71. Further, the cooling air Ac flowing into the blade air passage 71 flows out from the blade surface ejection passage 72 into the combustion gas passage 49. For this reason, the front edge portion 52 and the rear edge portion 53 of the blade body 51 are cooled in the process in which the cooling air Ac flows out of the blade surface ejection passage 72. Further, a part of the cooling air Ac flowing out from the blade surface ejection passage 72 to the combustion gas passage 49 partially covers the surface of the blade body 51 and also serves as film air.
  • the ventral side peripheral wall 65p has a ventral passage 73p extending in a direction having an axial Da component along the ventral end surface 63p. Is formed. Further, a back-side passage 73n extending in the direction having the axial direction Da component along the back-side end face 63n is formed in the back-side side peripheral wall 65n. Both the ventral passage 73p and the dorsal passage 73n communicate with the inner cavity 69 at their upstream ends. Further, the ventral passage 73p and the dorsal passage 73n are both open at the rear end face 62b of the outer shroud body 61 at the downstream end thereof.
  • the outer shroud main body 61 is formed with a rear header passage 74 extending in the circumferential direction Dc along the rear end surface 62b. After that, the end of the header passage 74 in the circumferential direction on the ventral side Dcp is connected to the ventral side passage 73p. The end of the rear side Dcn of the header passage 74 is connected to the back side passage 73n. That is, the rear header passage 74 communicates with the ventral passage 73p and the back passage 73n. Further, the outer shroud main body 61 is formed with a plurality of rear passages 75 extending from the rear header passage 74 to the downstream side Dad and opening at the rear end face 62b.
  • the plurality of rear passages 75 are arranged in the circumferential direction Dc.
  • the portion of the downstream side Dad from the position communicating with the rear header passage 74 forms a rear passage 75 that opens at the rear end face 62b.
  • the cross-sectional shape of the rear passage 75 including the ventral passage 73p and the back passage 73n is circular.
  • the inner diameter d1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the dorsal passage 73n is the same as each other, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the dorsal passage 73n. Therefore, the wetting edge length s1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is the same as each other, and is shorter than the wetting edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the wet edge length s is the length of the wall surface in contact with the fluid in the cross section of the flow path. For example, when the channel cross section is circular, the wet edge length s is the circumference of this circle.
  • a region not including the edge with the back end surface 63n and the edge of the ventral end surface 63p is defined as a middle region MP.
  • a region that includes the edge with the back side end surface 63n in the rear end surface 62b and is adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc is defined as a back side region NP.
  • a region including the edge with the ventral end surface 63p in the rear end surface 62b and adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc is defined as a ventral region PP.
  • three or more rear passage 75 openings arranged in the circumferential direction Dc are formed.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP is p1.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the back region NP and the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP are p2.
  • the interval p1 between the openings of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP is smaller than the interval p2 between the openings of the plurality of rear passages 75 in the dorsal region NP and the ventral region PP.
  • the cooling air Ac that has flowed into the inner cavity 69 flows into the ventral passage 73p and the dorsal passage 73n.
  • the cooling air Ac flowing into the ventral passage 73p cools a portion near the ventral end surface 63p of the outer shroud body 61 in the course of flowing therethrough.
  • the cooling air Ac flowing into the back passage 73n cools a portion of the outer shroud body 61 near the back end face 63n in the course of flowing therethrough.
  • the cooling air Ac cools a portion near the rear end face 62b of the outer shroud main body 61 in the process of flowing through the rear passage 75 including the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the flow path length of the combustion gas G flowing along the back side surface 54 of the wing body 51 is longer than the flow path length of the combustion gas G flowing along the ventral surface 55 of the wing body 51. For this reason, the flow velocity of the combustion gas G flowing along the back side surface 54 of the wing body 51 is faster than the flow velocity of the combustion gas G flowing along the ventral surface 55 of the wing body 51. Further, the combustion gas G flowing along the back side surface 54 of the blade body 51 is maintained at a high flow velocity at a portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and at a central portion in the circumferential direction Dc. Is done.
  • the heat transfer coefficient with the combustion gas G becomes high in the rear side surface 54 of the wing body 51 and the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and the central portion in the circumferential direction Dc. It is heated by the combustion gas G compared to the portion.
  • the cooling air Ac flowing into the rear header passage 74 from the abdominal passage 73p and the back passage 73n is gradually heated by heat exchange with the combustion gas G as it moves away from the abdominal passage 73p and the back passage 73n.
  • the That is, as the temperature of the cooling air Ac flowing in the rear header passage 74 gets away from the ventral passage 73p and the back passage 73n, in other words, as the temperature approaches the central portion of the rear header passage 74 in the circumferential direction Dc.
  • the temperature gradually increases due to heat input from the combustion gas G flowing along the gas path surface 64.
  • the temperature of the cooling air Ac flowing through the rear passage 75 opened in the middle region MP of the rear end surface 62b among the plurality of rear passages 75 is opened in the ventral region PP and the back region NP of the rear end surface 62b.
  • the temperature of the cooling air Ac flowing through the rear passage 75 is higher. Therefore, the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 opened in the middle region MP is that of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 opened in the ventral region PP and the back region NP. Lower than cooling capacity.
  • the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and the central portion in the circumferential direction Dc are more easily heated by the combustion gas G than the other portions.
  • the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 existing in the central part is lower than the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 existing in the other part.
  • the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and the end side portion in the circumferential direction Dc are less likely to be heated by the combustion gas G than the central portion in the circumferential direction Dc.
  • the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 existing in the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and in the end side portion in the circumferential direction Dc is the central portion in the circumferential direction Dc. It is higher than the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 75 existing in
  • the cooling capacity in the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and in the central portion in the circumferential direction Dc can be increased, and the durability of the blade can be improved.
  • the total flow rate of the cooling air Ac flowing through the plurality of rear passages 75 existing in the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and in the end side portion in the circumferential direction Dc is suppressed. Can do.
  • the cooling air Ac flowing in the rear header passage 74 is gradually heated up as the distance from the ventral passage 73p and the back passage 73n decreases, and the cooling capacity decreases.
  • an excellent effect of reducing the amount of cooling air can be obtained by using the cooling air Ac with reduced cooling capacity. That is, as described above, the cooling air Ac flowing into the inner cavity 69 through the air holes 68 of the collision plate 67 collides with the surface forming the inner cavity 69, and this surface is subjected to collision cooling. As a result, the gas path surface 64 facing this surface is cooled.
  • the cooling air Ac after the collision cooling passes through the vent passage 73p and the back passage 73n through the rear header passage 74 and is discharged from the opening of the rear end face 62b of the rear passage 75 to the combustion gas passage 49.
  • the convection is cooled.
  • the rear edge portion of the wing body 51 in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o from the shape of the wing body 51 and the relative positional relationship of the rear edge portion 53 of the wing body 51 in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o.
  • the ventral region PP that is downstream of the vent 53 and closer to the ventral end surface 63 is somewhat cooled by a part of the cooling air Ac that flows out from the rear edge 53 of the wing body 51.
  • the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o is effectively cooled to suppress an increase in the surface temperature, and while improving the durability of the outer shroud 60o,
  • the flow rate of the cooling air Ac for cooling this portion can be suppressed.
  • the flow rate of the cooling air Ac can be further suppressed by using the cooling air Ac. Therefore, in this embodiment, the thermal efficiency of the whole gas turbine can be improved by reducing the flow rate of the cooling air Ac.
  • the regions PP and NP may be slightly different.
  • a ventral passage 73p and a dorsal passage 73n which are a part of the plurality of rear passages 75, and the rear passages 75 having different inner diameters from these passages 73p and 73n are mixed. .
  • the opening density of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP and the dorsal region NP may be slightly different in these regions PP and NP. Therefore, also in the following embodiments, the opening densities of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP and the dorsal region NP may be slightly different in these regions PP and NP.
  • the inner diameter d2 of the rear passage 75 that forms a portion extending downstream from the rear header passage 74 in the ventral passage 73p and the back passage 73n is the inner diameter of the rear passage 75 of the middle region MP. It is larger than d1.
  • the inner diameter d2 of the rear passage 75 that forms a portion extending downstream from the rear header passage 74 in the ventral passage 73p and the rear passage 73n is the same as the inner diameter d1 of the rear passage 75 of the middle region MP. Also good.
  • the foreign matter such as rust contained in the cooling air flowing through the ventral passage 73p or the back passage 73n is further facilitated to discharge the foreign matter to the downstream Dau so that the downstream passage 75 does not block the downstream passage 75. Therefore, as in the present embodiment, the inner diameter d2 of the rear passage 75 that forms a portion extending from the rear header passage 74 to the downstream side Dau in the ventral passage 73p and the back passage 73n is the rear passage 75 of the middle region MP. It is desirable that it is larger than the inner diameter d1.
  • the blade of this embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade of this embodiment is obtained by changing the passage through which the cooling air Ac of the outer shroud 60o and the inner shroud 60i passes in the first embodiment, and the other configurations are the same as the blades of the first embodiment.
  • the outer shroud 60o of the present embodiment is also formed with an abdominal passage 73p, a back passage 73n, a rear header passage 74, and a plurality of rear passages 75, as in the wing of the first embodiment. ing.
  • the back side surface 54 of the wing body 51 and the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and the central portion in the circumferential direction Dc have a high heat transfer coefficient with the combustion gas G.
  • the point heated by the combustion gas G compared with the part is the same as that of 1st embodiment.
  • the inner diameter of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is d1 in this embodiment, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n. Therefore, the wet edge length s1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is shorter than the wet edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP is p1 as in the first embodiment.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP is also p2 (> p1) as in the first embodiment.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the dorsal region NP is p3 which is larger than the interval p2 between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP.
  • a seal plate 76 for sealing the cooling air Ac is disposed as in the first embodiment.
  • the pressure of the air in the gas turbine casing 15 and the cooling air passage 42p is such that the combustion gas G flowing in the combustion gas passage 49 It is adjusted to be higher than the pressure. Accordingly, in a normal operation state, a small amount of the cooling air Ac always flows into the combustion gas passage 49 through the gap 78 between the adjacent outer shrouds 60o.
  • the cooling air Ac flows through a slight gap between the seal plate 76 disposed in the gap 78 between the adjacent outer shrouds 60o and the seal groove 77 of the outer shroud 60o.
  • the combustion gas G flowing between the blades flows along the back side surface 54 and the ventral side surface 55 of the blade body 51.
  • the flow velocity of the combustion gas G flowing along the back side surface 54 is faster than the flow velocity of the combustion gas G flowing along the ventral side surface 55. Therefore, the pressure (static pressure) is lower in the flow region on the back side where the combustion gas G flows along the back side surface 54 than in the flow region on the back side along which the ventral side surface 55 extends.
  • the differential pressure between the cooling air Ac leaking into the combustion gas G via the gap 78 and the combustion gas G flowing through the back flow area flows through the cooling air Ac leaking from the gap 78 and the ventral flow area. It is larger than the differential pressure with the combustion gas. Therefore, most of the cooling air Ac leaked into the combustion gas G through the gap 78 flows along the gas path surface 64 into the downstream dorsal basin where the pressure is low.
  • the portion of the outer shroud 60o near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 and the portion in the circumferential direction back side Dcn are affected by the cooling air Ac flowing into the combustion gas flow path 49, and the outer shroud 60o Cooling is performed at a portion closer to the rear end surface 62b in the gas path surface 64 and at a portion closer to the circumferential direction ventral side Dcp.
  • the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and the portion on the circumferential back side Dcn are closer to the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o. It cools rather than the part of the part and the circumferential direction ventral
  • the total flow rate of the cooling air Ac flowing through the plurality of rear passages 75 existing in the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o and in the end side portion in the circumferential direction Dc is suppressed. be able to.
  • the blade of this embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade of this embodiment is obtained by changing the passage through which the cooling air Ac of the outer shroud 60o and the inner shroud 60i passes in the first embodiment, and the other configurations are the same as the blades of the first embodiment.
  • the outer shroud 60o of the present embodiment is also formed with an abdominal passage 73p, a rear passage 73n, a rear header passage 74, and a plurality of rear passages 75, as in the wing of the first embodiment. ing.
  • the inner diameter of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is d1 in this embodiment, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n. Therefore, the wet edge length s1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is shorter than the wet edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP is p1 as in the first embodiment.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the back region NP is also p2 (> p1), as in the first embodiment.
  • the intervals between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP are the same p1 as the intervals p1 between the openings of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP.
  • the air flowing from the blade air passage 71 of the wing body 51 into the blade surface ejection passage 72 of the wing body 51 is burned from the front edge portion 52 and the rear edge portion 53 of the wing body 51. It flows out into the flow path 49.
  • a part of the cooling air Ac flowing out from the trailing edge 53 of the wing body 51 is not only the wing body 51 but also a part of the downstream side Dad from the rear edge 53 of the wing body 51 in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o. Cool down.
  • the portion of the cooling air Ac that has flowed out cannot cool the portion of the downstream side Dad from the trailing edge 53 of the blade body 51 in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o.
  • Cooling can be performed by the cooling air Ac flowing through the rear passage 75.
  • the opening density of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP is set as follows.
  • the blade of this embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade of this embodiment is obtained by changing the passage through which the cooling air Ac of the outer shroud 60o and the inner shroud 60i passes in the second embodiment, and other configurations are the same as those of the blade of the second embodiment.
  • the outer shroud 60o of the present embodiment is also formed with a ventral passage 73p, a rear passage 73n, and a plurality of rear passages 75a, as in the wing of the second embodiment.
  • the outer shroud 60o of this embodiment does not have the rear header passage 74 in the second embodiment.
  • each of the plurality of rear passages 75 a communicates with the inner cavity 69 of the outer shroud 60 o, and the cooling air Ac flows directly from the inner cavity 69.
  • the inner diameter of the rear passage 75a excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is d1 in the present embodiment, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n. Therefore, the wet edge length s1 of the rear passage 75a excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is shorter than the wet edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the interval p3 is the same as that in the second embodiment.
  • the present embodiment can achieve substantially the same effect as the second embodiment.
  • the cooling air Ac flowing into the plurality of rear passages 75a does not pass through the abdominal passage 73p or the back passage 73n and the rear header passage 74 as in the second embodiment, but from the inner cavity 69. Inflow. That is, in the present embodiment, unlike the second embodiment, the cooling air Ac that has flowed into the inner cavity 69 through the air holes 68 of the collision plate 67 collides with the surface forming the inner cavity 69, and this surface. After the collision cooling, the air flows directly into the rear passage 75 from the inner cavity 69. Therefore, in this embodiment, the cooling air Ac flowing into the rear passage 75 does not heat up like the cooling air Ac flowing in the rear header passage 74 in the first and second embodiments.
  • the temperature of the cooling air Ac flowing into the plurality of rear passages 75a is lower than the temperature of the cooling air Ac flowing into the plurality of rear passages 75 in the second embodiment. Therefore, in this embodiment, the part near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60o can be cooled more than in the second embodiment.
  • each of the plurality of rear passages 75a may not pass through the ventral passage 73p or the back passage 73n and the rear header passage 74 as in the second embodiment.
  • each of the plurality of rear passages may be directly communicated with any one of the plurality of blade air passages 71 (cavities) formed continuously in the outer shroud 60o, the blade body 51, and the inner shroud 60i.
  • this embodiment is embodiment as a modification of 2nd embodiment, also in 1st and 3rd embodiment, as a modification, several back passages are made into the inner cavity 69 (cavity) and wing
  • the air passage 71 (cavity) may be in direct communication.
  • the blade of the fifth embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade of the fifth embodiment is obtained by integrating the two stationary blades of the first embodiment.
  • the stationary blade 50a of the fifth embodiment connects the outer shroud 60o of the two stationary blades 50 of the first embodiment with bolts and nuts, and the inner shroud 60i with the bolt 79b and nut. 79n connected.
  • the outer shrouds 60o of the two stationary blades 50 are integrated, and the inner shrouds 60i of the two stationary blades 50 are integrated.
  • a structure in which two stator blades 50 are connected by bolts 79b and nuts 79n may be referred to as a combined stator blade, but here it is simply referred to as a stator blade 50a.
  • the configuration of the divided outer shroud portion 60 oc is basically the same as the configuration of the outer shroud 60 o of the first embodiment. For this reason, an abdominal passage 73p, a back passage 73n, a rear header passage 74, and a plurality of rear passages 75 are formed in each divided outer shroud portion 60oc.
  • the middle region MP does not include the edge with the back end face 63n and the edge of the ventral end face 63p.
  • the rear side surface NP includes the edge of the rear side end surface 63n in the rear end surface 62b and is adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc.
  • the rear end face 62b includes the edge with the ventral end face 63p and is defined as the ventral side area PP adjacent to the middle area MP in the circumferential direction Dc.
  • a region including the space between the two blade bodies 51 in the middle region MP is defined as a blade-to-blade region MPb, which is an axial downstream side Dad with respect to the blade body 51 in the middle region MP.
  • a region excluding MPb is defined as a blade downstream region MPd.
  • the inner diameter of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is d1 in this embodiment, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n. Therefore, the wet edge length s1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is shorter than the wet edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP and the dorsal region NP is p2.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the blade downstream region MPd in the middle region MP is p1 ( ⁇ p2).
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the inter-blade region MPb in the middle region MP is p4.
  • An opening interval p4 of the plurality of rear passages 75 in the inter-blade region MPb is larger than an opening interval p1 of the plurality of rear passages 75 in the blade downstream region MPd, and a plurality of rear passages in the ventral region PP and the dorsal region NP. It is smaller than the interval p2 of 75 openings.
  • the central portion of the outer shroud 60oa except for the end side portion in the circumferential direction Dc in the portion near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 of the outer shroud 60oa is the blade body 51 as in the first embodiment. Due to the influence of the combustion gas G flowing along the back side surface 54, the heat transfer coefficient with the combustion gas G is increased and is heated by the combustion gas G as compared with other portions adjacent to the circumferential direction Dc. This region corresponds to the blade downstream region MPd.
  • the region near the rear end surface 62b in the gas path surface 64 heated by the combustion gas G flowing along the back side surface 54 of the blade body 51 is The cooling air Ac that flows out from the trailing edge 53 of the wing body 51 is somewhat cooled. This region corresponds to the inter-blade region MPb.
  • the blade of the sixth embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade according to the sixth embodiment is obtained by integrating the two stationary blades according to the first embodiment.
  • the stationary blade 50b of the present embodiment is not formed by connecting the outer shrouds 60o of the two stationary blades 50 in the first embodiment with bolts and nuts. It is an integral casting.
  • the integrally cast two stator blades 50 may be referred to as a stator blade segment, but here, simply referred to as a stator blade 50b.
  • the two blade bodies 51 are provided with respect to one outer shroud 60ob and one inner shroud.
  • the outer shroud 60ob of the present embodiment also has an outer shroud main body 61b, a front peripheral wall 65f, a rear peripheral wall 65b, and a pair of side peripheral walls 65p and 65n, similarly to the outer shroud 60o of the first embodiment.
  • the outer peripheral shroud 60ob of the present embodiment is not provided with the side peripheral walls 65p and 65n between the two wing bodies 51 in the outer shroud 60ob of the fifth embodiment.
  • the abdominal passage 73p, the back passage 73n, the rear header passage 74, and the plurality of rear passages 75 are also formed in the outer shroud 60ob of the present embodiment, similarly to the outer shroud 60o of the first embodiment.
  • the middle region MP does not include the edge with the back end surface 63n and the edge of the ventral end surface 63p.
  • the rear side surface NP includes the edge of the rear side end surface 63n in the rear end surface 62b and is adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc.
  • the rear end face 62b includes the edge with the ventral end face 63p and is defined as the ventral side area PP adjacent to the middle area MP in the circumferential direction Dc.
  • a region including the space between the two wing bodies 51 in the middle region MP is defined as an inter-blade region MPb, and the downstream side in the axial direction with respect to the wing body 51 in the middle region MP.
  • a region of Dad excluding the inter-blade region MPb is defined as a blade downstream region MPd.
  • the inner diameter of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is d1 in this embodiment, and is smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n. Therefore, the wet edge length s1 of the rear passage 75 excluding the ventral passage 73p and the back passage 73n is shorter than the wet edge length s2 of the ventral passage 73p and the back passage 73n.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in each of the areas MPb, MPd, NP, PP is the same as that in the fifth embodiment. That is, in this embodiment, the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the ventral region PP and the dorsal region NP is p2.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the blade downstream region MPd in the middle region MP is p1 ( ⁇ p2).
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 75 in the inter-blade region MPb in the middle region MP is p4.
  • An opening interval p4 of the plurality of rear passages 75 in the inter-blade region MPb is larger than an opening interval p1 of the plurality of rear passages 75 in the blade downstream region MPd, and a plurality of rear passages in the ventral region PP and the dorsal region NP. It is smaller than the interval p2 of 75 openings.
  • the opening density of the plurality of rear passages 75 in the inter-blade region MPb in the middle region MP may be the same as the opening density of the plurality of rear passages 75 in the blade downstream region MPd in the middle region MP. That is, the opening density of the plurality of rear passages 75 in the middle region MP may be constant.
  • stator blades of the fifth embodiment and the sixth embodiment are both the two stator blades 50 of the first embodiment integrated, three or more stator blades 50 may be integrated. .
  • stator blades of the fifth embodiment and the sixth embodiment are both integrated with the stator blade 50 of the first embodiment. However, even if the stator blade of the second embodiment is integrated, You may integrate the stator blade of 3 embodiment.
  • a plurality of rear passages 75 may be directly communicated with the inner cavity 69 and the blade air passage 71 as in the fourth embodiment.
  • the inner shroud 60i of each of the above embodiments has the same basic structure as the outer shroud 60o.
  • the inner shroud 60i has a plate-shaped inner shroud main body that extends in the axial direction Da and the circumferential direction Dc, and a peripheral wall that protrudes radially inward from the inner shroud main body along the outer peripheral edge of the inner shroud main body. .
  • the blade of this embodiment is also a stationary blade of a gas turbine.
  • the stationary blade of this embodiment is obtained by adding a passage through which the cooling air Ac passes to the outer shroud 60o and the inner shroud 60i in the first embodiment, and the other configurations are the same as the blades of the first embodiment.
  • the outer shroud 60o of the present embodiment is also formed with an abdominal passage 73p, a back passage 73n, a rear header passage 74, and a plurality of rear passages 75, as in the wing of the first embodiment. ing.
  • a first gas path surface ejection passage 81 and a second gas path surface ejection passage 82 are further formed in the outer shroud 60o of the present embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view of the outer shroud 60o viewed from the radially inner side Dri.
  • the plurality of first gas path surface ejection passages 81 extend in the axial direction Da as shown in FIG.
  • the upstream Dau ends of the plurality of first gas path surface ejection passages 81 are connected to the rear header passage 74. Further, the ends of the downstream side Dad of the plurality of first gas path surface ejection passages 81 are opened at the gas path surface 64. Openings at the gas path surface 64 in the plurality of first gas path surface ejection passages 81 are arranged along the rear end surface 62 b of the outer shroud 60 o in the region of the downstream side Dad from the rear edge portion 53 of the blade body 51. Therefore, the opening in the gas path surface 64 in the some 1st gas path surface ejection channel
  • path 81 is located in a line with the circumferential direction Dc.
  • the plurality of second gas path surface ejection passages 82 extend in the axial direction Da.
  • the ends of the upstream side Dau of the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are open in the vicinity of the corners between the inner surface of the rear peripheral wall 65 b that faces the recess 66 and the bottom surface of the recess 66.
  • the ends of the downstream side Dad of the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are opened at the gas path surface 64.
  • the openings at the gas path surface 64 in the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are arranged along the rear end surface 62b of the outer shroud 60o in the region of the downstream side Dad from the rear edge 53 of the blade body 51. Therefore, the openings in the gas path surface 64 in the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are also arranged in the circumferential direction Dc.
  • the opening at the gas path surface 64 in the plurality of first gas path surface ejection passages 81 and the opening at the gas path surface 64 in the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are both intermediate regions in the circumferential direction Dc in the gas path surface 64. It is formed in MP.
  • the plurality of first gas path surface ejection passages 81 and the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are all inclined with respect to the gas path surface 64 so as to gradually approach the downstream side Dad as the gas path surface 64 is approached. Yes. The significance of the middle region MP will be described later.
  • the cooling air Ac flows along the gas path surface 64 to cool the gas path surface 64 with a film.
  • the cooling air Ac from the ventral passage 73p flows into the rear header passage 74 from the end of the rear header passage 74 in the circumferential direction ventral side Dcp.
  • the cooling air Ac sequentially flows into the plurality of rear passages 75 in the process of flowing in the rear header passage 74 toward the circumferential back side Dcn.
  • the cooling air Ac from the back side passage 73n flows into the rear header passage 74 from the end of the circumferential back side Dcn of the rear header passage 74.
  • the cooling air Ac sequentially flows into the plurality of rear passages 75 in the process of flowing in the rear header passage 74 toward the circumferential ventral side Dcp.
  • the flow rate of the cooling air Ac flowing in the middle region MP in the circumferential direction Dc in the rear header passage 74 is smaller than the flow rate of the cooling air Ac flowing in both ends of the rear header passage 74 in the circumferential direction Dc.
  • the flow rate of the cooling air Ac flowing in the middle region MP of the rear header passage 74 in the circumferential direction Dc decreases, the flow rate of the cooling air flowing in the middle region MP of the rear header passage 74 in the circumferential direction Dc becomes the rear header passage. This is less than the flow velocity of the cooling air Ac flowing at both ends in the circumferential direction Dc at 74.
  • the heat transfer coefficient between the cooling air Ac flowing through the rear header passage 74 and the outer shroud 60o is such that the middle region MP in the circumferential direction Dc in the rear header passage 74 is more than the both end sides in the circumferential direction Dc in the rear header passage 74. Get smaller.
  • the cooling air Ac flowing through the rear header passage 74 is gradually heated in the process of flowing from both ends in the circumferential direction Dc to the middle region MP in the circumferential direction Dc. For this reason, the effect of the convection cooling by the cooling air Ac flowing through the rear header passage 74 is lower in the middle region MP of the circumferential direction Dc than the both ends of the circumferential direction Dc.
  • the heat transfer coefficient between the combustion gas G and the gas path surface 64 increases, and the other portions. It is easy to be heated by the combustion gas G as compared with.
  • the plurality of first gas path surface ejection passages 81 and the plurality of second gas path surface ejection passages 82 are provided, but only one of the gas path surface ejection passages may be provided.
  • the openings in the gas path surface 64 in the plurality of first gas path surface ejection passages 81 are arranged in a line in the circumferential direction Dc. However, there may be a plurality of rows of openings arranged in the circumferential direction Dc. Moreover, in this embodiment, the opening in the gas path surface 64 in the some 2nd gas path surface ejection channel
  • path 82 is also located in a line with the circumferential direction Dc. However, there may be a plurality of rows of the openings arranged in the circumferential direction Dc.
  • this embodiment is a modification of the outer shroud 60o of the first embodiment.
  • a plurality of first gas path surface ejection passages 81 and / or a plurality of second gas path surface ejection passages 82 are provided on the flow path forming plate in each of the above embodiments and the following embodiments, as in this embodiment. May be.
  • the blades of the seventh embodiment are moving blades of a gas turbine.
  • the moving blade 150 of the present embodiment includes a wing body 151 extending in the radial direction Dr, a platform 160 formed on the radially inner side Dri of the wing body 151, and a radially inner side Dri of the platform 160. And a blade root 157 formed on the surface.
  • the wing body 151 is disposed in the combustion gas flow path 49 (see FIG. 2).
  • the platform 160 defines the position of the radially inner side Dri of the annular combustion gas flow path 49. Accordingly, the platform 160 is a flow path forming plate that defines a part of the combustion gas flow path 49.
  • the end of the upstream Dau forms a front edge 152
  • the end of the downstream Dad forms a rear edge 153.
  • the circumferential direction back side Dcn of the rotor blade 150 is the front side in the rotational direction of the rotor shaft 42.
  • the circumferential direction back side Dcn of the stationary blade 50 described above is the rotational direction rear side of the rotor shaft 42. Therefore, the circumferential back side Dcn of the moving blade 150 is opposite to the circumferential back side Dcn of the stationary blade 50 in the circumferential direction Dc.
  • the upstream side Dau in the axial direction Da may be referred to as the front side
  • the downstream side Dad in the axial direction Da may be referred to as the rear side.
  • the blade root 157 has a Christmas tree shape in which a cross-sectional shape perpendicular to the chord of the wing body 151 has a widened portion and a reduced width portion alternately repeated toward the radially inner side Dri.
  • a blade root groove into which the blade root 157 is fitted is formed in the rotor shaft 42 described above.
  • the platform 160 includes a plate-like platform body 161 extending in the axial direction Da and the circumferential direction Dc, a rear projecting portion 167b projecting from the downstream Dad to the downstream Dad of the platform body 161, and the upstream from the upstream Dau of the platform body 161.
  • the platform body 161 includes a front end surface 162f that is an end surface of the upstream side Dau, a rear end surface 162b that is an end surface of the downstream side Dad, an abdominal end surface 163p that is an end surface of the circumferential abdominal side Dcp, and a circumferential back side Dcn.
  • a back side end surface 163n which is an end surface and a gas path surface 164 facing the radially outer side Dro are formed.
  • the front end surface 162f and the rear end surface 162b are substantially parallel. Further, the ventral side end face 163p and the back side end face 163n are substantially parallel. Therefore, when viewed from the radial direction Dc, the platform body 161 has a parallelogram shape as shown in FIG.
  • the ventral side end surface 163p of the platform 160 in one of the moving blades 150 and the back side end surface 163n of the platform 160 in the other moving blade 150 face each other.
  • the front end surface 162 f of the moving blade 150 faces the rear end surface of the inner shroud in the stationary blade adjacent to the upstream side Dau of the moving blade 150.
  • the rear end surface 162b of the moving blade 150 faces the front end surface of the inner shroud in the stationary blade adjacent to the downstream side Dad of the moving blade 150.
  • the rear projecting portion 167b projects to the downstream side Dad from the position shifted to the radially inner side Dri with respect to the rear end surface 162b of the platform body 161.
  • the rear protrusion 167b is formed along the rear end surface 162b of the platform body 161.
  • the front projecting portion 167f projects to the upstream side Dau from a position shifted to the radially inner side Dri with respect to the front end surface 162f of the platform body 161.
  • the front protruding portion 167f is formed along the front end surface 162f of the platform body 161.
  • a plurality of blade air passages 171 (cavities) extending in the radial direction Dc are formed.
  • Each blade air passage 171 is formed continuously from at least the blade body 151 to the platform 160 among the blade body 151, the platform 160, and the blade root 157.
  • the plurality of blade air passages 171 are arranged along the chord of the blade body 151.
  • a part of the adjacent blade air passage 171 communicates with a portion of the blade body 151 on the radially outer side Dro or a portion of the platform 160 on the radially inner side Dri.
  • Any one of the plurality of blade air passages 171 is formed continuously from the blade body 151, the platform 160, and the blade root 157, and is open at the end of the blade root 157 on the radially inner side Dri. Cooling air Ac flows into the blade air passage 171 from this opening through the cooling air passage 42p (see FIG. 2) of the rotor shaft 42.
  • a plurality of blade surface ejection passages 172 penetrating from the blade air passage 171 to the combustion gas passage 49 are formed in the front edge portion 152 and the rear edge portion 153 of the blade body 151.
  • the wing body 151 is cooled while the cooling air Ac flows through the wing air passage 171.
  • the cooling air Ac that has flowed into the blade air passage 171 flows out from the blade surface ejection passage 172 into the combustion gas passage 49.
  • the front edge portion 152 and the rear edge portion 153 of the blade body 151 are cooled in the process in which the cooling air Ac flows through the blade surface ejection passage 172.
  • a part of the cooling air Ac flowing out from the blade surface ejection passage 172 to the combustion gas flow path 49 partially covers the surface of the blade body 151 and also serves as film air.
  • the platform body 161 is formed with a ventral passage 173p and a back passage 173n communicating with the first blade air passage 171a on the most upstream side Dau among the plurality of blade air passages 171.
  • the ventral passage 173p includes a circumferential passage portion 173pc extending from the first blade air passage 171a toward the circumferential ventral side Dcp to the vicinity of the ventral end surface 163p, and an end of the circumferential ventral side Dcp of the circumferential passage portion 173pc.
  • an axial passage portion 173pa extending in the direction having the axial Da component along the ventral side end face 163p.
  • the back passage 173n includes a circumferential passage portion 173nc extending from the first blade air passage 171a toward the circumferential back side Dcn to the vicinity of the back end surface 163n, and an end of the circumferential back side Dcn of the circumferential passage portion 173nc. And an axial passage portion 173na extending in a direction having an axial Da component along the back end surface 163n.
  • Both the ventral passage 173p and the dorsal passage 173n are open at the rear end face 162b of the platform body 161 at the downstream end thereof.
  • a rear header passage 174 extending in the circumferential direction Dc along the rear end surface 162b is formed in the platform body 161.
  • the platform body 161 is formed with a plurality of rear passages 175 extending from the rear header passage 174 to the downstream side Dad and opening at the rear end face 162b.
  • the plurality of rear passages 175 are arranged in the circumferential direction Dc.
  • a portion of the downstream side Dad from the position communicating with the rear header passage 174 forms a rear passage 175 that opens at the rear end face 162b.
  • the cross-sectional shape of the rear passage 175 including the ventral passage 173p and the back passage 173n is circular.
  • the inner diameter d1 of the rear passage 175 excluding the ventral passage 173p and the back passage 173n is the same as each other and smaller than the inner diameter d2 of the ventral passage 173p and the back passage 173n. Therefore, the wetting edge length s1 of the rear passage 175 excluding the ventral passage 173p and the back passage 173n is the same as each other, and is shorter than the wetting edge length s2 of the ventral passage 173p and the back passage 173n.
  • the middle region MP does not include the edge with the back end surface 163n and the edge of the ventral end surface 163p.
  • the rear side surface NP includes the edge with the back side end surface 163n in the rear end surface 162b and is adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc.
  • the ventral region PP that includes the edge of the ventral end surface 163p in the rear end surface 162b and is adjacent to the middle region MP in the circumferential direction Dc.
  • three or more rear passages 175 that are arranged in the circumferential direction Dc are formed.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 175 in the middle region MP is p1.
  • the interval between the openings of the plurality of rear passages 175 in the back region NP and the interval between the openings of the plurality of rear passages 175 in the ventral region PP are both p2.
  • the interval p1 between the openings of the plurality of rear passages 175 in the middle region MP is smaller than the interval p2 between the openings of the plurality of rear passages 175 in the back region NP and the ventral region PP.
  • the portion closer to the rear end surface 162b of the gas path surface 164 of the platform body 161 and the central portion in the circumferential direction Dc are caused by the combustion gas G than in the other portions. It is easy to be heated.
  • the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 175 existing in the central portion is lower than the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 175 existing in the other portion.
  • the amount of heating by the combustion gas G is smaller in the portion near the rear end surface 162b in the gas path surface 164 of the platform 160 and in the end portion in the circumferential direction Dc than in the central portion in the circumferential direction Dc.
  • the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one rear passage 175 that exists in the portion near the rear end surface 162b in the gas path surface 164 of the platform 160 and in the end portion in the circumferential direction Dc is in the central portion in the circumferential direction Dc. It is higher than the cooling capacity of the cooling air Ac flowing through one existing rear passage 175.
  • the total flow rate of the cooling air Ac flowing through the plurality of rear passages 175 existing in the portion near the rear end surface 162b in the gas path surface 164 of the platform 160 and in the end side portion in the circumferential direction Dc can be suppressed. it can.
  • the portion of the platform 160 near the rear end surface 162b in the gas path surface 164 is effectively cooled to improve the durability of the platform 160, while cooling air for cooling this portion.
  • the flow rate of Ac can be suppressed.
  • the ventral passage 173p and the back passage 173n communicate with the first blade air passage 171a on the most upstream side Dau.
  • the air passage 171 may be connected to the ventral passage 173p and the back passage 173n. Further, the ventral passage 173p and the back passage 173n do not need to communicate with the same blade air passage 171 and may communicate with different blade air passages 171.
  • the cooling air Ac flowing into the plurality of rear passages 175 may not pass through the blade air passage 171 through the ventral passage 173p or the back passage 173n and the rear header passage 174.
  • each of the plurality of rear passages 175 may be directly communicated with any one of the plurality of blade air passages 171.
  • the configuration of the passage through which air flows in the stationary blade of the first embodiment is applied to the moving blade, but the passage of air through the stationary blade of the second embodiment and the third embodiment.
  • the configuration may be applied to a moving blade.
  • the cross-sectional shapes of the rear passage including the ventral passage and the back passage are all circular.
  • the cross-sectional shape of the rear passage including the ventral passage and the back passage may be other shapes such as a quadrangle, for example.
  • the cross-sectional shapes of the plurality of rear passages do not need to be the same.
  • the cross-sectional shape of the ventral passage and the back passage may be a quadrangle, and the cross-sectional shape of the rear passage excluding the ventral passage and the back passage may be circular.
  • the inner diameters of the plurality of rear passages excluding the ventral passage and the back passage are the same, but the inner diameters of these rear passages may be different from each other.
  • the amount of cooling air used can be suppressed while effectively improving the durability by cooling the blades.

Landscapes

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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

翼、及びこれを備えているガスタービン
 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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