WO2023132236A1

WO2023132236A1 - タービン静翼及び篏合構造並びにガスタービン

Info

Publication number: WO2023132236A1
Application number: PCT/JP2022/047053
Authority: WO
Inventors: 将佳八田; 一毅森本; 進若園
Original assignee: 三菱重工業株式会社; 三菱パワー株式会社
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-07-13

Abstract

翼体と、前記翼体の翼高さ方向の両端に形成されたシュラウドと、からなるタービン静翼であって、前記シュラウドは、ガスパス面の軸方向上流端から下流端まで延在する耐熱被膜部を有する主部材と、前記主部材の前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、を含み、前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて環状に複数配置され、前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備える。

Description

タービン静翼及び篏合構造並びにガスタービン

　本開示は、冷却孔を備えたタービン静翼及び篏合構造並びにこれを用いたガスタービンに関する。
　本願は、２０２２年１月６日に出願された特願２０２２－０００７９３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　ガスタービンは、圧縮機で圧縮された空気を燃焼器で燃料と混合して燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。燃焼ガスは、タービン静翼とタービン動翼を交互に配置され、タービン動翼が固定されたロータを回転させて、電力を生成している。燃焼器とタービン静翼との間には、燃焼器とタービン静翼の間の隙間を封止するため、シール部材が設けられている。更に、燃焼器とタービン静翼との間に設けたシール部材とタービン静翼との接続部には、車室内の冷却空気が、シール部材とタービン静翼との間の隙間を介して燃焼ガス流路に漏洩するのを防止するため、シール部材に固定シールを配置して、固定シールとタービン静翼が接触することにより、シール部材とタービン静翼の間の隙間をシールしている。タービン静翼、燃焼器及びシール部材は、高温の燃焼ガスに晒されているため、熱損傷を受け易い。そのため、これらの構成部品には、冷却空気通路が設けられ、冷却空気を供給して構成部品を冷却し、熱損傷を防止している。これらの冷却構造の一例が、特許文献１に開示されている。

特開２０２１－３２０８２号公報

　しかしながら、長時間運転後のガスタービンの場合、振動等により、固定シールのタービン静翼との接触面が摩耗して、タービン静翼とシール部材の篏合部におけるタービン静翼とシール部材の間の隙間が拡大し、その隙間に燃焼ガスが巻き込まれ、高温の燃焼ガスによりタービン静翼の構成部品が熱損傷を受ける可能性がある。

　本開示の目的は、タービン静翼とシール部材の間の篏合部の隙間に燃焼ガスが巻き込まれた際に、篏合部における構成部品の熱損傷を抑制可能な冷却構造を備えたタービン静翼及び篏合構造並びにこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

　本開示の一態様は、翼体と、前記翼体の翼高さ方向の両端に形成されたシュラウドと、からなるタービン静翼であって、前記シュラウドは、ガスパス面の軸方向上流端から下流端まで延在する耐熱被膜部を有する主部材と、前記主部材の前縁側の前縁側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、を含み、前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて環状に複数配置され、前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備える。

　本開示に係るタービン静翼によれば、タービン静翼とシール部材との嵌合部の隙間に燃焼ガスが巻き込まれた場合でも、タービン静翼の突出部の冷却が強化され、突出部の熱損傷が抑制されるので、ガスタービンの信頼性が向上する。

図１は、本開示に係る第１実施形態のガスタービンの概略構成図である。図２は、本開示に係る第１実施形態の燃焼器周りの構成を示す図である。図３は、本開示に係る第１実施形態のタービン静翼とシール部材廻りの構成を示す図である。図４は、本開示に係る第１実施形態のタービン静翼とシール部材を組合せた構造図である。図５は、本開示に係る第１実施形態の冷却空気通路を備えたタービン静翼の平面配置図である。図６は、本開示に係る第１実施形態の冷却空気通路の変形例である。図７は、隙間量と冷却空気量の関係を示す図である。図８は、冷却空気量と篏合部の燃焼ガス温度の関係を示す図である。図９は、本開示に係る第２実施形態のタービン静翼とシール部材を組合せた構造図である。図１０は、本開示に係る第３実施形態のタービン静翼とシール部材を組合せた構造図である。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づき説明する。

《ガスタービンの構成》
本開示に係るガスタービンの一態様について、図１を参照して説明する。図１は、本態様のガスタービン１を示す概略構成図である。

　図１に示すように、本態様に係るガスタービン１は、圧縮空気Ａを生成するための圧縮機２と、圧縮空気Ａ及び燃料ＦＬを用いて燃焼ガスＧを発生する燃焼器４と、燃焼ガスＧによって回転駆動されるタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には、不図示の発電機が連結され、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われる。

　圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための吸気室１２と、圧縮機車室１０及び後述するタービン車室２２を共に貫通するように設けられたロータ８と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、吸気室１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０に固定された複数の圧縮機静翼１６と、圧縮機静翼１６に対して軸方向に交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の圧縮機動翼１８と、を含む。このような圧縮機２において、吸気室１２から取り込まれた空気は、複数の圧縮機静翼１６及び複数の圧縮機動翼１８を通過する過程で圧縮され、圧縮空気Ａが生成される。圧縮空気Ａは、圧縮機２から軸方向下流側のケーシング２０内の空間２１に排出され、ケーシング２０内に配置された燃焼器４に供給される。

　図１に示すように、燃焼器４は、ケーシング２０内にロータ８の廻りに環状に複数配置されている。燃焼器４には、燃料ＦＬと圧縮機２で生成された圧縮空気Ａが供給され、燃料ＦＬを燃焼させることによって、タービン６の作動流体である高温の燃焼ガスＧを発生する。発生した燃焼ガスＧは燃焼器４から軸方向下流側の後段のタービン６に送られる。

　タービン６は、タービン車室２２と、タービン車室２２内に配置された各種のタービン翼と、を備える。タービン翼は、タービン車室２２側に固定された複数のタービン静翼４０と、タービン静翼４０に対して軸方向に交互に配列されるようにロータ８に植設された複数のタービン動翼２６と、を含む。
　なお、タービン６では、ロータ８は、軸方向に延在し、タービン車室２２から排出された燃焼ガスＧは、軸方向の下流側の排気車室２８に排出される。図１では、図示左側が軸方向上流側であり、図示右側が軸方向下流側である。また、以下の説明では、単に径方向と記載した場合、ロータ８に直交する方向を表す。また、周方向と記載した場合、ロータ８の回転方向を表す。

　タービン動翼２６は、タービン静翼４０とともにタービン車室２２内を流れる高温高圧の燃焼ガスＧから回転駆動力を発生させるように構成される。この回転駆動力がロータ８に伝達され、ロータ８に連結された不図示の発電機が駆動される。

　タービン車室２２の軸方向下流側には、排気車室２８を介して排気室２９が連結されている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスＧは、排気車室２８及び排気室２９を通って外部へ排出される

《燃焼器廻り構造》
　図２は、一態様におけるガスタービン１の燃焼器４廻りの概略構造を示す。図３は、タービン静翼４０とシール部材６０廻りの構造を示す。図２に示すように、燃焼器４は、ロータ８を中心として、ケーシング２０内に環状に複数配置されている。燃焼器４は、燃料ＦＬを燃焼器４に供給する複数の燃料ノズル３０と、燃料ＦＬと圧縮空気Ａを混合させて燃焼する燃焼筒３２と、を有する。燃焼筒３２は、燃料ＦＬと圧縮空気Ａを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する内筒３３と、タービン６に燃焼ガスＧを供給する尾筒３４と、を有する。尾筒３４の軸方向下流端には、シール部材６０を介してタービン静翼４０に接続するフランジ３５が配置されている。フランジ３５は、燃焼ガス流路３７を形成する尾筒３４の外周の全周に形成されている。

　図３に示すように、尾筒３４のフランジ３５と軸方向下流側で接続するタービン静翼４０との間には、軸方向の熱延びの差を吸収するために所定の隙間が設けられ、着脱可能なシール部材６０が挿入されている。シール部材６０は、ロータ８を中心にして環状に複数配置されている。
　シール部材６０は、燃焼ガス流路３７に対して、径方向内側に配置された内側シール部材６１と、径方向外側に配置された外側シール部材６２と、が組み合わされて、一組のシール部材６０を構成している。一組の燃焼器４に対応して、軸方向下流側に一組のシール部材６０が配置されているが、複数の燃焼器４に対応して、一組のシール部材６０が配置されていてもよい。
　シール部材６０は、軸方向上流側が、燃焼ガス流路３７を形成する尾筒３４にフランジ３５を介して接続し、軸方向下流側は、タービン静翼４０のシュラウド４４と着脱可能に篏合している。内側シール部材６１の径方向外表面６１ａ及び外側シール部材６２の径方向内表面６２ａは、燃焼ガス流路３７に接している。

《第１実施形態》
　図４は、第１実施形態に係るタービン静翼４０とシール部材６０の組合せ構造として、タービン静翼４０と内側シール部材６１を組合せた例を示す。タービン静翼４０と外側シール部材６２の組合せ構造の場合も同様の構造である。図５は、翼高さ方向から見たタービン静翼４０の平面断面図の一例を示す。
　図３から図５に示すタービン静翼４０は、翼高さ方向に延びる翼体４２と、翼体４２の翼高さ方向の両端で翼体４２に接続するシュラウド４４と、から形成される。シュラウド４４は、翼体４２に対して、翼高さ方向の内側端に形成される内側シュラウド４５と、翼高さ方向の外側端に形成される外側シュラウド４６と、から構成されている。内側シュラウド４５の外表面４５ａ及び外側シュラウド４６の外表面４６ａは、ガスパス面４４ａを形成し、燃焼ガス流路３７に接している。

　図４及び図５に示すように、タービン静翼４０のシュラウド４４（内側シュラウド４５）は、シュラウド４４の本体を構成する主部材４７と、主部材４７の軸方向上流側の側端部４７ａから軸方向上流側に突出し、周方向に環状に延在して、板状に形成された突出部４８と、詳細は後述する複数の貫通孔５０ａを有する衝突板５０と、から構成されている。主部材４７は、内側シュラウド４４の底面を形成する底部４７ｃと、底部４７ｃの外周である外縁４７ｂに形成され、ガスパス面４４ａに対して翼高さ方向の燃焼ガス流路３７とは反対方向に突出する外壁部４７ｄと、から構成される。なお、主部材４７と突出部４８は、一体に形成されている。主部材４７の内部には、外壁部４７ｄで囲まれ、外壁端部４７ｅから翼高方向のガスパス面４４ａに接近する方向に凹むキャビティ５１が形成される。キャビティ５１内には、複数の貫通孔５０ａを有する衝突板５０が配置され、キャビティ５１は、衝突板５０により、翼高さ方向においてガスパス面４４ａに接近する側に形成された内側キャビティ５１ａとガスパス面４４ａから翼高さ方向の離れた方向に隣接して形成された外側キャビティ５１ｂと、に区分される。内側キャビティ５１ａと外側キャビティ５１ｂは、衝突板５０の貫通孔５０ａを介して連通している。

　突出部４８には、詳細は後述する冷却通路４９が形成されている。突出部４８は、軸方向ではシュラウド４４の前縁４３ａ側に突出し、周方向では周方向の両端に形成されている尾筒３４のフランジ３５の位置までの範囲に延在する。底部４７ｃの燃焼ガスＧに接する外表面は、ガスパス面４４ａを形成する。

　シュラウド４４のガスパス面４４ａは、燃焼ガス流路３７を流れる高温の燃焼ガスＧからの熱損傷を抑制するため、耐熱被膜部５２が形成されている。耐熱被膜部５２は、シュラウド４４のガスパス面４４ａの大略全面を覆うように形成され、燃焼ガスＧに接する主部材４７及び突出部４８の軸方向上流側の被膜部上流端５２ａの位置から軸方向下流側の主部材４７の下流端部４７ｆ並びに周方向の正圧面側端部４７ｇから負圧面側端部４７ｈまでの範囲の全面に形成されている。

《シール部材》
　図４に示すシール部材６０（内側シール部材６１）は、軸方向で、燃焼器４の尾筒３４とタービン静翼４０との間に配置されている。シール部材６０は、軸方向上流側から軸方向下流側に延在し、周方向に環状に形成された板状の第１本体部６０ａと、第１本体部６０ａの軸方向上流端に接続し、翼高さ方向の内側方向に延在し、周方向に扇形に形成された板状の第２本体部６０ｂと、第２本体部６０ｂの翼高さ方向の中間位置から軸方向下流方向に突出し、周方向に環状に形成された板状の第３本体部６０ｃと、第２本体部６０ｂの翼高さ方向の内側方向の内側端部で接続し、軸方向上流方向に延び、軸方向上流端から翼高さ方向の外側方向に延在する接続部６０ｄと、から構成される。第１本体部６０ａ、第２本体部６０ｂ、第３本体部６０ｃ及び接続部６０ｄは、一体として形成されている。第２本体部６０ｂと接続部６０ｄの間の翼高さ方向に形成された隙間には、尾筒３４のフランジ３５が翼高さ方向の外側方向から挿入可能な構造を有する。また、第１本体部６０ａと第３本体部６０ｃの間には、第１本体部６０ａ及び第３本体部６０ｃの軸方向下流端から軸方向上流側に凹む凹部６３が形成され、タービン静翼４０の突出部４８が凹部６３に篏合い可能な構造を有する。シール部材６０は、燃焼ガス流路３７からの入熱による熱損傷を回避するため、第１本体部６０ａ及び第２本体部６０ｂ内に配置される冷却流路６０ｅを備える。冷却流路６０ｅは、第１本体部６０ａ及び第２本体部６０ｂの周方向に所定間隔を空けて複数配列されている。冷却流路６０ｅは、第２本体部６０ｂを翼高さ方向の外側方向に延び、第１本体部６０ａと第２本体部６０ｂが接続する位置から第１本体部６０ａを軸方向に延び、燃焼ガス流路３７に開口するように形成されている。第２本体部６０ｂの翼高さ方向の内側端から冷却流路６０ｅに供給される冷却空気は、ケーシング２０で囲まれた空間２１内の圧縮空気Ａが用いられる。

　なお、上述の説明は、内側シール部材６１を例に挙げたが、外側シール部材６２も、内側シール部材６１と同じ構造を有する。但し、内側シール部材６１は、燃焼器４の尾筒３４とタービン静翼４０の内側シュラウド４５の間に配置されたシール部材６０である。一方、外側シール部材６２の場合は、燃焼器４の尾筒３４とタービン静翼４０の外側シュラウド４６の間に配置される点で、内側シール部材６１とは異なっている。従って、外側シール部材６２の場合は、上述の内側シール部材６１の記載において、翼高さ方向の外側方向は、翼高さ方向の内側方向と読み替え、翼高さ方向の内側方向は、翼高さ方向の外側方向と、読み替えるものとする。

《嵌合構造》
　図３及び図４に示すように、タービン静翼４０の突出部４８は、シール部材６０の凹部６３に軸方向下流側から挿入され、シール部材６０とタービン静翼４０の突出部４８とから構成される嵌合構造７０が形成される。嵌合構造７０は、タービン静翼４０の突出部４８と、シール部材６０の第１本体部６０ａと第３本体部６０ｃとの組合せから構成される。篏合構造７０は、突出部４８とシール部材６０の間に翼高さ方向で僅かな隙間を維持して嵌合され、軸方向に着脱可能な構造である。

　図４に示すように、シュラウド４４のガスパス面４４ａに形成される耐熱被膜部５２の軸方向上流側の被膜部上流端５２ａの位置は、シール部材６０の第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの位置と軸方向で位置するか、又は、軸方向下流端６０ａａの位置より若干軸方向下流側に配置するのが望ましい。仮に、突出部４８の外周面４８ａの全面に耐熱被膜部５２を形成した場合、ガスタービン１の運転中に発生する機械振動により、突出部４８の外周面４８ａとシール部材６０の第１本体部６０ａの内周面６０ｂａが接触する場合があり、接触により耐熱被膜部５２が損傷を受ける可能性がある。従って、耐熱被膜部５２の損傷を回避するため、シュラウド４４のガスパス面４４ａに形成する耐熱被膜部５２の被膜部上流端５２ａの位置は、少なくとも、シール部材６０の第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの位置と同じ位置か、又は第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの位置より軸方向下流側とするのが望ましい。すなわち、翼高さ方向から見て、突出部４８の外周面４８ａの内、シール部材６０と重なる範囲である耐熱被膜部５２の被膜部上流端５２ａの上流側の範囲には、耐熱被膜部５２を形成しないことが望ましい。なお、シール部材６０の第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの位置は、シール部材６０の中で最も軸方向下流側の位置にあるため、特に記載のない限り、シール部材６０の第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの位置は、シール部材６０の軸方向下流端の位置と読み替えてもよい。

《固定シール》
　図４に示すように、シール部材６０（内側シール部材６１）の第３本体部６０ｃの翼高さ方向の外側の外周面６０ｃａには、外周面６０ｃａに沿って周方向に延在する板状の固定シール６４が配置されている。固定シール６４は、第３本体部６０ｃの外周面６０ｃａに溶接等で接合されている。第３本体部６０ｃに接合された固定シール６４の翼高さ方向の外側の外周面６４ａは、凹部６３に面し、タービン静翼４０の突出部４８の翼高さ方向の内側の内周面４８ｃに接触している。ガスタービン１の運転中は、固定シール６４の外周面６４ａと突出部４８の内周面４８ｃが常時接触し、固定シール６４の外周面６４ａと突出部４８の内周面４８ｃの間にシール面が形成される。シール面を形成することにより、ケーシング２０内の空間２１に蓄積された高圧の圧縮空気Ａが、突出部４８とシール部材６０の間の隙間を介して燃焼ガス流路３７に流出することを防止している。

　上述のように、タービン静翼４０の突出部４８とシール部材６０の第１本体部６０ａと第３本体部６０ｃと、からなる篏合構造７０において、突出部４８の外周面４８ａと第１本体部６０ａの内周面６０ｂａの間の翼高さ方向に挟まれて形成される隙間部７１は、燃焼ガス流路３７からの燃焼ガスＧの巻込みを抑制するため、翼高さ方向の隙間の間隔（隙間量ＣＢ）を極力小さくすることが望ましい。一方、タービン静翼４０の突出部４８と第３本体部６０ｃの間は、固定シール６４を介して突出部４８の内周面４８ｃと第３本体部６０ｃの外周面６０ｃａが接触しているため、翼高さ方向の隙間は発生しない。なお、隙間部７１が形成される範囲は、翼高さ方向から見た場合、シール部材６０の第１本体部６０ａと突出部４８が軸方向に重なる範囲であって、突出部４８の上流端４８ｂの位置から隙間部７１の隙間部入口７１ａまでの範囲である。隙間部７１の隙間部入口７１ａの位置が、軸方向における第１本体部６０ａの下流端６０ａａの位置に対応する。隙間部７１が周方向に重なる範囲は、タービン静翼４０の周方向の両端であって、突出部４８の周方向の両端までの範囲としてもよい。また、尾筒３４の軸方向下流端の周方向両端のフランジ３５までの範囲であってもよい。以下の記載では、突出部４８に配置される冷却通路４９のいくつかの実施態様について説明する。

《第１実施形態》
　第１実施形態に係る冷却通路４９について、図４及び図５を用いて説明する。タービン静翼４０の突出部４８は、突出部４８の翼高さ方向の外側の外周面４８ａに形成された出口開口４９ａと、突出部４８の翼高さ方向の内側の内周面４８ｃに形成された入口開口４９ｂを接続して、突出部４８を翼高さ方向に貫通する冷却通路４９を備える。冷却通路４９は、突出部４８の周方向に所定の間隔を空けて複数配列されている。突出部４８の外周面４８ａに形成された冷却通路４９の出口開口４９ａは、シュラウド４４のガスパス面４４ａに形成された耐熱被膜部５２の軸方向上流側の端部である被膜部上流端５２ａの位置より軸方向上流側であって、突出部４８の外周面４８ａの上流端４８ｂの位置から被膜部上流端５２ａまでの範囲の隙間部７１に形成することが望ましい。また、出口開口４９ａは、突出部４８の外周面４８ａの軸方向上流端に接近する位置よりも被膜部上流端５２ａに接近する位置に配置することが、更に望ましい。

《入口開口》
　冷却通路４９の入口開口４９ｂは、突出部４８の内周面４８ｃに形成され、シュラウド４４の前縁４３ａ側の側端部４７ａに接近する位置に形成することが望ましい。タービン静翼４０とシール部材６０の間には、両者の軸方向の熱延び差を吸収するため、軸方向に所定の隙間が形成されている。両者の熱伸び差によりケーシング２０の空間２１内の圧縮空気Ａが、燃焼ガス流路３７に流失することを抑制するため、第３本体部６０ｃに固定された固定シール６４の外周面６４ａと突出部４８の内周面４８ｃとの間にシール面が形成される。タービン静翼４０の突出部４８とシール部材６０とは、シール面を維持しつつ、軸方向の相対位置が変化する。従って、タービン静翼４０の突出部４８とシール部材６０の間の熱伸び差により、シール部材６０の第３本体部６０ｃが、タービン静翼４０のシュラウド４４の側端部４７ａに接近しても、冷却通路４９の入口開口４９ｂが固定シール６４により閉塞されないように、入口開口４９ｂの位置を側端部４７ａに接近する位置に配置することが望ましい。冷却通路４９の入口開口４９ｂを軸方向下流側のタービン静翼４０の前縁４３ａ側の側端部４７ａに接近する位置に設けるには、冷却通路４９は、冷却空気の流れ方向の下流側に向かうと共に、軸方向上流側に傾く傾斜通路とすることが望ましい。突出部４８を翼高さ方向から見た場合、冷却通路４９の入口開口４９ｂの位置は、出口開口４９ａの位置よりタービン静翼４０の前縁４３ａ側の側端部４７ａに接近した位置に配置され、固定シール６４の軸方向下流端より前縁４３ａ側の側端部４７ａに接近した位置に配置することが望ましい。

《冷却通路の周方向配置》
　図５に示すように、突出部４８に配置された冷却通路４９は、突出部４８の正圧面側端部４７ｇから負圧面側端部４７ｈの間の周方向の全幅Ｌ１の範囲に渡り、周方向に所定の間隔を空けて複数配列されている。翼高さ方向の外側から冷却通路４９を見た場合、突出部４８の内周面４８ｃに形成された入口開口４９ｂより、突出部４８の外周面４８ａに形成された出口開口４９ａの方が、軸方向上流側に配置されている。
　また、冷却通路４９が前縁―後縁方向に延伸する方向は、軸方向に対して、周方向に所定の傾きを有する傾斜通路とするとことが望ましく、正圧面側端部４７ｇが延伸する方向より負圧面側端部４７ｈ側に傾く傾斜通路とすることが更に望ましい。冷却通路４９を傾斜通路とすることにより、冷却面積が増加して、突出部４８の冷却が強化され、冷却通路４９から排出される冷却空気量が低減出来る。

《冷却通路の変形例》
　図６は、突出部４８に配置された冷却通路４９の変形例を示す。変形例として示す複数の冷却通路４９は、周方向の配置が、突出部４８の正圧面側端部４７ｇから負圧面側端部４７ｈまでの周方向の全幅Ｌ１の範囲（図５）に配列せずに、周方向の部分的な幅Ｌ２の範囲に配列され、配列された幅Ｌ２の中間点Ｑの位置が、翼面４３の前縁４３ａの位置から周方向に正圧面側端部４７ｇ側に長さＬ３だけ寄った位置に配列された例である。タービン静翼４０のシュラウド４４のガスパス面４４ａは、翼面４３に沿って前縁４３ａ側から後縁４３ｂ側に流下する燃焼ガスＧにより、正圧面側端部４７ｇ側のガスパス面４４ａの方が、負圧面側端部４７ｈ側のガスパス面４４ａより過熱され易い。この傾向は、突出部４８においても同様であり、突出部４８に配置される冷却通路４９を配置する範囲は、前縁４３ａの位置を基準にして、負圧面側端部４７ｈ側より正圧面側端部４７ｇ側の冷却を強化するのが、効果的である。冷却通路４９を周方向に配置する範囲を、前縁４３ａより正圧面側端部４７ｇ側に寄った部分的な範囲に配置することにより、突出部４８が効果的に冷却される。また、図５に示す冷却通路４９の配置と比較して、冷却空気量が更に低減される。

《冷却通路の効果》
　ここで、突出部４８に冷却通路４９を設けた場合の作用、効果を説明する。
　上述に示すように、図４において、冷却通路４９には、ケーシング２０の空間２１に蓄積された圧縮空気Ａが冷却空気として供給される。冷却空気は、突出部４８の入口開口４９ｂから冷却通路４９に供給され、突出部４８を対流冷却する。突出部４８を対流冷却後の冷却空気は、冷却通路４９の出口開口４９ａから突出部４８とシール部材６０の間に形成された篏合構造７０の隙間部７１に排出される。隙間部７１に排出された冷却空気は、突出部４８の外周面４８ａに対して翼高さ方向で対向して配置されたシール部材６０の第１本体部６０ａの内周面６０ｂａに衝突して、第１本体部６０ａの内周面６０ｂａを衝突冷却する。第１本体部６０ａの内周面６０ｂａを衝突冷却した後の冷却空気は、隙間部７１内を軸方向下流側に流れ、シール部材６０の軸方向下流端である第１本体部６０ａの下流端６０ａａと突出部４８の外周面４８ａとの間に形成された隙間部７１の隙間部入口７１ａから燃焼ガス流路３７に排出される。但し、冷却通路４９から冷却空気が排出される出口開口４９ａの位置が、隙間部入口７１ａより軸方向上流側の隙間部７１内に排出されるか、又は隙間部入口７１ａより軸方向下流側であって、シール部材６０の軸方向下流端６０ａａの位置より下流側の燃焼ガス流路３７に排出するかにより、冷却空気の作用、効果が異なる。以下に、その違いを含めて説明する。

　図７は、冷却通路４９から隙間部７１に冷却空気が排出される際の隙間部７１の隙間量ＣＢと冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶの関係を示している、横軸に隙間量ＣＢを示し、縦軸に冷却空気量ＡＶを示す。隙間量ＣＢとは、隙間部７１における突出部４８の外周面４８ａと翼高さ方向（径方向）に対向して配置されたシール部材６０の第１本体部６０ａの内周面６０ｂａとの間の翼高さ方向の間隔を意味する。図７において、隙間量ＣＢがＰ１点より小さい第１領域Ｒ１では、隙間量ＣＢが小さいため、ケーシング２０の空間２１内の冷却空気が、燃焼ガス流路３７に排出されるまでの間に発生する圧力損失は、冷却通路４９の出口開口４９ａから隙間部入口７１ａまでの区間の冷却空気の排出側圧力損失が大半であり、燃焼ガス流路３７とケーシング２０の空間２１との間の差圧にほぼ相当する。ここで、冷却空気の排出側圧力損失とは、冷却通路４９の出口開口４９ａから排出された冷却空気が、第１本体部６０ａの内周面６０ｂａに衝突して、軸方向下流側に流れ方向を変え、隙間部７１内を軸方向下流側に流下して、隙間部入口７１ａから燃焼ガス流路３７に排出するまでの間に発生する隙間部７１における冷却空気の圧力損出を言う。従って、ケーシング２０の空間２１から冷却通路４９の出口開口４９ａまでの間の冷却空気の冷却通路４９における管内圧力損失は小さく、冷却通路４９を流れる冷却空気量ＡＶは、極く少量に限定される。すなわち、第１領域Ｒ１における冷却空気量ＡＶは、隙間部７１におけるＰ１点又はＰ１点より小さい隙間量ＣＢにより制限され、Ｐ１点を超える隙間量ＣＢに広げない限り、冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶを増加させることは出来ない。逆に、少なくとも、Ｐ１点の隙間量ＣＢ又はＰ１点より小さい隙間量ＣＢを維持する限り、ケーシング２０の空間２１内の冷却空気は、燃焼ガス流路３７側にはほとんど流失しない。いわば、第１領域Ｒ１は、隙間部７１の隙間量ＣＢによって冷却空気量ＡＶが制限される隙間律速の領域である。

　一方、Ｐ１点を越えて隙間量ＣＢが増加する第２領域Ｒ２においては、隙間量ＣＢの増加と共に、冷却空気量ＡＶが増加する。第２領域Ｒ２では、隙間量ＣＢの増加と共に隙間部７１の排出側圧力損失が相対的に減少するため、排出側圧力損失の減少に応じて、冷却通路４９の入口開口４９ｂと出口開口４９ａの間の差圧が増加して、冷却通路４９を流れる冷却空気量ＡＶが直線的に増加する。但し、第２領域Ｒ２において、隙間量ＣＢの増加と共に冷却空気量ＡＶが増加するのは、Ｐ２点の位置の隙間量ＣＢまでである。

　次に、Ｐ２点から隙間量ＣＢが更に増加する第３領域Ｒ３では、他の領域より隙間量が増加して排出側圧力損失が低下すると共に、冷却通路４９内の管内圧力損失が増加する。従って、第３領域Ｒ３は、隙間量ＣＢが拡大しても冷却空気量ＡＶは増加せず、冷却通路４９から排出される冷却空気は、ほぼ同じ冷却空気量ＡＶが維持される領域である。第３領域Ｒ３における冷却空気の圧力損失は、冷却通路４９の入口開口４９ｂと出口開口４９ａの間の管内圧力損失が大半であり、隙間部７１の排出側圧力損失を上回る。つまり、第３領域Ｒ３は、冷却通路４９の開口面積によって冷却空気量ＡＶが制限される冷却通路律速の領域である。第２領域Ｒ２では、隙間部７１の隙間量ＣＢの増加と共に隙間部７１の排出側圧力損失が減少し、排気側圧力損失の減少に見合った分の冷却空気通路の入口開口４９ｂと出口開口４９ａの間の差圧が増加して、冷却通路４９を流れる冷却空気量ＡＶを増加させることができた。但し、隙間部７１の排出側圧力損失の減少に伴う冷却空気量ＡＶの増大効果は、Ｐ２点の位置の隙間量ＣＢまでである。第３領域Ｒ３は、第２領域Ｒ２とは異なり、隙間量ＣＢの拡大に伴う隙間部７１の排出側圧力損失の減少効果は小さい。冷却通路４９の孔径、孔数の増加等により冷却通路４９の開口面積を増加させ、冷却通路４９の管内圧力損失を低減させない限り、隙間量ＣＢの増加に伴う冷却空気量ＡＶの増加は、期待できない領域である。

　Ｐ１点の隙間量ＣＢ以下の第１領域Ｒ１では、冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の開口面積に関係なく、所定の隙間量ＣＢのみにより制限され、一定量の少量の冷却空気が燃焼ガス流路３７に排出されるに過ぎない。一方、第３領域Ｒ３では、冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の仕様（孔径、孔数、開口面積等）に制限される。第３領域Ｒ３は、隙間部７１の隙間量ＣＢの大きさに関係なく、冷却通路４９の開口面積等を変えない限り、一定量の冷却空気量ＡＶが排出されるに過ぎない。別の見方をすれば、第３領域Ｒ３においては、適正な仕様の冷却通路４９を選定することにより、過剰な冷却空気の排出が抑制され、冷却空気量が低減される。第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３に挟まれた第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に移行する中間領域であり、隙間量ＣＢの拡大と共に排出する冷却空気量ＡＶが増加する領域である。

《雰囲気ガス温度》
　図８は、冷却通路４９から排出された冷却空気の出口開口４９ａの位置に関連して、隙間部７１の冷却空気量と雰囲気ガス温度の関係を示す図である。ケース１は、冷却通路４９の出口開口４９ａが、突出部４８の外周面４８ａ上にあって、隙間部７１内の隙間部入口７１ａに接近する位置に配置された場合である。ケース２は、冷却通路４９の出口開口４９ａの位置を、隙間部入口７１ａの位置より軸方向下流側の燃焼ガス流路３７に面する位置であって、シール部材６０の冷却流路６０ｅの出口開口６０ｅａより翼高さ方向の外側で、燃焼ガス流路３７に接近する位置に設けた場合である。

　図４に示すように、隙間部入口７１ａから隙間部７１に巻き込まれた燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路３７を流れる燃焼ガスＧの一部であって、シール部材６０（内側シール部材６１）の第１本体部６０ａの下流端６０ａａとタービン静翼４０の前縁４３ａ側のガスパス面４４ａの間に挟まれた領域に滞留する燃焼ガスＧである。この領域は、シール部材６０に配置された冷却流路６０ｅの出口開口６０ｅａが配置された第１本体部６０ａの軸方向下流端６０ａａの軸方向下流側の領域である。従って、この領域の雰囲気ガス温度は、シール部材６０の出口開口６０ｅａから排出される冷却空気により希釈され、燃焼ガス流路３７を流れる燃焼ガスＧの温度より低下している。

　ケース１の場合、冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶの増加と共に、隙間部７１内の雰囲気ガス温度が低下する。上述のように、隙間部入口７１ａから隙間部７１内に巻き込まれる燃焼ガスＧは、冷却流路６０ｅから排出される冷却空気により希釈され、燃焼ガス流路３７を流れる燃焼ガスＧの温度より低下している。更に、温度が低下した後、狭い空間である隙間部７１に巻き込まれた燃焼ガスＧは、隙間部７１内に排出された冷却通路４９からの冷却空気により更に希釈され、突出部４８の軸方向の上流端４８ｂから隙間部入口７１ａまでの隙間部７１内の雰囲気ガス温度が一段と低下する。

　その結果、突出部４８の外周面４８ａ及び外周面４８ａに翼高さ方向で対向するシール部材６０の内周面（第１本体部６０ａの内周面６０ｂａ）の熱損傷が抑制される。すなわち、突出部４８は、冷却通路４９を流れる冷却空気による対流冷却の効果と、隙間部７１内の雰囲気ガスの冷却通路４９から排出される冷却空気による希釈効果により突出部４８への雰囲気ガスからの入熱の抑制効果により、突出部４８の熱損傷が抑制される。同様に、突出部４８の外周面４８ａに対して翼高さ方向に対向するシール部材６０の第１本体部６０ａの内周面６０ｂａについても、出口開口４９ａから排出される冷却空気の衝突冷却の効果と、隙間部７１内の雰囲気ガスの冷却空気による希釈効果による第１本体部６０ａの内周面６０ｂａへの雰囲気ガスからの入熱の抑制効果により、シール部材６０の熱損傷が回避される。

　特に、冷却通路４９の出口開口４９ａが、突出部４８の軸方向上流側の上流端４８ｂに接近する位置ではなく、隙間部７１内のシール部材６０の軸方向下流端である隙間部入口７１ａに接近する位置に配置された場合、冷却空気量ＡＶに対する雰囲気ガス温度の低下が顕著である。すなわち、冷却通路４９の出口開口４９ａが、隙間部入口７１ａに接近する隙間部７１に配置された場合、燃焼ガス流路３７から隙間部７１に巻き込まれた高温の燃焼ガスＧが隙間部７１内に拡散する前の段階で、燃焼ガスＧを早期に希釈できる。従って、隙間部７１内の雰囲気ガス温度を少量の冷却空気で短時間に低下させることが可能となり、冷却空気による希釈効果が大きく、冷却空気量の過剰な消費が抑えられ、冷却空気量が低減される。また、隙間部７１内の雰囲気ガス温度が早期に低下するので、突出部４８及びシール部材６０の熱損傷を回避できる。

　一方、ケース２の場合は、特許文献１にその一例が示されているが、冷却通路４９の出口開口４９ａの位置が、シール部材６０の冷却流路６０ｅの出口開口６０ｅａの位置より翼高さ方向の外側で、燃焼ガス流路３７に接近する側に設けた場合である。ケース２の場合、隙間部入口７１ａ近傍のシール部材６０の第１本体部６０ａの下流端６０ａａとタービン静翼４０の前縁４３ａ側のガスパス面４４ａの間に挟まれた領域に滞留する燃焼ガスＧは、この領域に到達する前に冷却通路４９の出口開口４９ａから排出される冷却空気により希釈され、更にシール部材６０の冷却流路６０ｅの出口開口６０ｅａから排出された冷却空気により希釈され、２段階にわたり、冷却空気により希釈されている。しかしながら、ケース２の場合、燃焼ガスＧが滞留する隙間部入口７１ａより下流側の領域は、隙間部７１内の空間と比較して広い空間であり、冷却空気の希釈により一旦温度が低下しても、この領域を周方向に囲む燃焼ガスＧの廻り込み等により、冷却空気の希釈の効果は限定的である。このような状態の燃焼ガスＧが、隙間部入口７１ａから隙間部７１内に巻き込まれる。従って、冷却通路４９より排出される冷却空気量ＡＶが小さい間は、隙間部７１内の雰囲気ガス温度は、ほとんど低下せず、冷却空気による希釈効果は認められない。図８に示すように、隙間部７１内の雰囲気ガス温度の低下が認められるのは、所定量以上の冷却空気が供給された場合である。

　但し、ケース１より冷却空気の希釈効果は小さいが、ケース１の構造に対して、冷却通路４９の出口開口４９ａの位置を、隙間部入口７１ａの近傍の軸方向下流側の突出部４８の外周面４８ａに配置する場合は、ケース２より冷却空気の希釈効果が高い。すなわち、このケース場合は、冷却通路４９の出口開口４９ａが、シール部材６０の冷却流路６０ｅの出口開口６０ｅａの位置より翼高さ方向の内側に配置される。このケースでは、冷却通路４９から排出される冷却空気が希釈する燃焼ガスＧは、シール部材６０の冷却流路６０ｅから排出される冷却空気により希釈された後の燃焼ガスＧであり、隙間部入口７１ａに近い箇所で希釈される。この領域では、周囲の燃焼ガスＧの廻り込みが少なく、隙間部入口７１ａから巻き込まれる燃焼ガスＧの温度は、ケース２より低く抑えられる。従って、ケース２より冷却空気の希釈効果は大きく、ケース２より少ない冷却空気量で、隙間部７１内の雰囲気ガス温度が低下し、突出部４８及びシール部材６０の熱損傷が抑制される。

　上述のように、長時間運転後のガスタービン１の場合、シール部材６０とタービン静翼４０との篏合構造７０において、ケーシング２０の空間２１と燃焼ガス流路３７との間の隙間を封止する固定シール６４が、長時間運転による機械振動等の影響で、外周面６４ａが摩耗し、隙間部７１の隙間量ＣＢが拡大して、隙間部７１に巻き込まれる燃焼ガスＧが増加する可能性がある。本実施形態に示す篏合構造７０によれば、図７に示すように、固定シール６４の摩耗により隙間部７１の隙間量ＣＢがＰＩ点の隙間量ＣＢを越えて拡大した場合、第２領域Ｒ２に示す線に沿って、隙間量ＣＢの拡大と共に、冷却通路４９から排出される冷却空気量ＡＶが直線状に急増する。但し、例え、隙間部７１の隙間量ＣＢが拡大して、隙間部入口７１ａから隙間部７１に流入する燃焼ガスＧが増加しても、隙間量ＣＢの拡大と共に冷却空気量ＡＶは増加するので、巻き込まれた燃焼ガスＧは、直ちに希釈されて雰囲気ガス温度が低下する。その結果、隙間部７１を形成するシール部材６０とタービン静翼４０の熱損傷が抑制される。特に、隙間部７１に形成される冷却通路４９の出口開口４９ａの位置が、隙間部入口７１ａに接近する位置であれば、より少ない冷却空気量で、隙間部７１に巻き込まれた高温の燃焼ガスに対する希釈効果が発揮される。但し、前述のように、隙間量ＣＢの増加と共に冷却通路４９から供給される冷却空気量ＡＶが増加するのは、Ｐ２点の位置までであり、その後の第３領域Ｒ３の冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９に制約され、一定量に制限される（冷却通路律速）。従って、固定シール６４の摩耗により、燃焼ガスＧが隙間部７１内に巻き込まれても、直ちに希釈に必要な冷却空気量が供給され、必要量を越える過剰な冷却空気量の排出が抑制される。

　本実施形態の篏合構造７０によれば、冷却通路４９の仕様（孔径、孔数、開口面積）及ぶ隙間部７１の隙間量ＣＢを適正に選定することにより、篏合構造７０の隙間部７１内に燃焼ガスＧが巻き込まれても、タービン静翼４０の突出部４８及びシール部材６０が適正に冷却され、熱損傷が回避される。また、隙間部７１の隙間量ＣＢを小さく抑え、隙間量ＣＢと冷却通路４９の適正な組合せが選定されるため、冷却空気量の過剰な流失が抑制され、冷却空気量が低減され、ガスタービンの効率が向上すると共に、ガスタービン１の信頼性が古城する。

《第２実施形態》
　図９は、タービン静翼４０とシール部材６０を組合せた第２実施形態の構造を示す。本実施形態に示すタービン静翼４０及びシール部材６０の組合せ構造は、冷却通路４９の入口開口４９ｂの位置が異なる点を除き、第１実施形態と同じ構造である。
　図９に示すように、突出部４８に形成された冷却通路４９の出口開口４９ａが、突出部４８の外周面４８ａに形成されている点では第１実施形態と同じである。但し、入口開口４９ｂの位置が、突出部４８の内周面４８ｃではなく、シュラウド４４の主部材４７の内側表面である外壁部４７ｄの内表面４７ｉに形成されている点が、第１実施形態とは異なっている。

　図９に示すように、本実施形態における冷却通路４９は、タービン静翼４０の突出部４８及びシュラウド４４の外壁部４７ｄを軸方向に貫通して、冷却通路４９の出口開口４９ａが隙間部７１に接続している。冷却通路４９の入口開口４９ｂは、シュラウド４４に配置された衝突板５０に対してガスパス面４４ａから離れる翼高さ方向の内側に配置された外側キャビティ５１ｂに開口している。冷却通路４９の周方向の配置は、第１実施形態と同様であり、図５に示す周方向の全幅Ｌ１の範囲に配列してもよいし、図６の変形例に示すように、周方向の部分的な幅Ｌ２の範囲に配列してもよい。

　本実施形態における冷却通路４９によれば、周方向の全幅Ｌ１の範囲に冷却通路４９を配置することで、隙間部７１に燃焼ガスＧが巻き込まれた場合であっても、突出部４８が適正に冷却される。また、図６に示す第１実施形態の冷却通路４９の変形例と同様に、冷却通路４９を周方向に部分的な幅Ｌ２の範囲に配置した場合でも、突出部４８が適正に冷却され、冷却空気量が低減される。本実施形態のシュラウド４４の場合、冷却空気は、ケーシング２０内の空間２１から直接シュラウド４４の外側キャビティ５１ｂに供給され、冷却通路４９に供給される。

　また、図７に示す第１実施形態における隙間部７１の隙間量ＣＢと冷却空気量ＡＶの関係は、本実施形態にも適用可能である。すなわち、図７において、隙間量ＣＢがＰ１点より小さい第１領域Ｒ１では、排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の孔径等の大きさに関係なく、隙間量ＣＢのみにより制限され、一定量の少量の冷却空気量が排出するに過ぎず、隙間律速の領域である。一方、隙間量ＣＢがＰ２点より大きい第３領域Ｒ３では、排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の開口面積等の仕様により制限され、隙間量ＣＢの大きさに関係なく、一定量の冷却空気量が排出される冷却通路律速の領域である。第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３に挟まれた第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に移行する中間領域であり、隙間量ＣＢの拡大と共に冷却空気量が増加する領域である。本実施形態においても、タービン静翼４０とシール部材６０の組合せ構造である篏合構造７０の隙間部７１に、冷却通路４９の出口開口４９ａを形成することにより、タービン静翼４０の突出部４８及びシール部材６０が適正に冷却され、冷却空気量の過剰な流失が抑制され、冷却空気量が低減される。

　また、図８に示す冷却通路４９の出口開口４９ａの位置の違いに対する冷却空気量と隙間７１の雰囲気ガス温度の関係も、本実施形態に適用できる。

《第３実施形態》
　図１０は、タービン静翼４０とシール部材６０を組合せた第３実施形態の構造を示す。本実施形態に示すタービン静翼４０及びシール部材６０の組合せ構造は、冷却通路４９の入口開口４９ｂの位置が異なる点を除き、第１実施形態及び第２実施形態と同じ構造である。
　本実施形態の冷却通路４９の入口開口４９ｂは、シュラウド４４の外壁部４７ｄに形成されている点で、第２実施形態と同じ構造である。但し、冷却通路４９の入口開口４９ｂの位置が、シュラウド４４に配置された衝突板５０に対してガスパス面４４ａに接近する側に配置された内側キャビティ５１ａに連通している点で、外側キャビティ５１ｂに連通している第２実施形態とは異なる。

　本実施形態の場合、冷却通路４９の入口開口４９ｂの位置が第２実施形態と異なる結果、第２実施形態とは異なる作用、効果がある。すなわち、本実施形態のシュラウド４４の場合、冷却空気は、ケーシング２０内の空間２１から直接シュラウド４４の外側キャビティ５１ｂに供給される。外側キャビティ５１ｂに供給された冷却空気は、衝突板５０の複数の貫通孔５０ａを介して内側キャビティ５１ａ内に排出される。内側キャビティ５１ａに供給された冷却空気は、噴流となってガスパス面４４ａを形成する底部４７ｃの内周面に衝突して、内周面を衝突冷却する。底部４７ｃの内周面を衝突冷却した後の冷却空気は、前縁４３ａ側の外壁部４７ｄに形成された入口開口４９ｂに供給される。

　従って、本実施形態における冷却通路４９の場合、シュラウド４４の外部から供給された冷却空気は、シュラウド４４の底部４７ｃを衝突冷却した後、冷却通路４９を流れる過程で突出部４８を対流冷却するので、第２実施形態と比較して、冷却空気の使い回しがされ、ガスタービン１の冷却効率が高くなる。一方、外側キャビティ５１ｂの冷却空気は、衝突板５０の貫通孔５０ａを介して内側キャビティ５１ａに流入して底部４７ｃに衝突する過程で圧力損失により減圧される。従って、内側キャビティ５１ａの圧力は、外側キャビティ５１ｂの圧力より低い。つまり、冷却通路４９に供給される冷却空気は、本実施形態の構造より第２実施形態の構造の方が高い圧力で供給され、圧力損失の許容幅が大きくなるため、突出部４８に対する冷却効果は第２実施形態の方が大きい。

　本実施形態においても、図５に示す第１実施形態の周方向の冷却通路４９の配置と同様の配置が適用される。周方向の全幅Ｌ１の範囲に冷却通路４９を配置することで、隙間部７１に燃焼ガスＧが巻き込まれた場合であっても、突出部４８が適正に冷却される。また、図６に示す第１実施形態の冷却通路４９の変形例と同様に、冷却通路４９を周方向に部分的な幅Ｌ２の範囲に配置した場合でも、突出部４８が適正に冷却され、冷却空気量が低減される。

　また、図７に示す第１実施形態における隙間部７１の隙間量ＣＢと冷却空気量ＡＶの関係は、本実施形態にも適用可能である。図７において、隙間量ＣＢがＰ１点より小さい第１領域Ｒ１は、排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の孔径等の大きさに関係なく、隙間量ＣＢのみにより制限され、一定量の少量の冷却空気量が排出するに過ぎず、隙間律速の領域である。隙間量ＣＢがＰ２点より大きい第３領域Ｒ３は、排出される冷却空気量ＡＶは、冷却通路４９の開口面積等の仕様により制限され、隙間量ＣＢの大きさに関係なく、一定量の冷却空気量が排出され、冷却通路律速の領域である。第１領域Ｒ１及び第３領域Ｒ３に挟まれた第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に移行する中間領域であり、隙間量ＣＢの拡大と共に排出する冷却空気量ＡＶが増加する領域である。

　上述の各実施形態に記載されている内容又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

　上記各実施形態に記載の内容は、以下のように把握される。
（１）第１の態様に係るタービン静翼は、翼体と、前記翼体の翼高さ方向の両端に形成されたシュラウドと、からなるタービン静翼であって、前記シュラウドは、ガスパス面の軸方向上流端から下流端まで延在する耐熱被膜部を有する主部材と、前記主部材の前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、を含み、前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて環状に複数配置され、前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備える。

　上記（１）に記載のタービン静翼によれば、タービン静翼とシール部材との嵌合部の隙間に燃焼ガスが巻き込まれた際に、突出部に配置された冷却通路により突出部の冷却が強化され、突出部の熱損傷が抑制され、ガスタービンの信頼性が向上する。

（２）第２の態様に係るタービン静翼は、（１）のタービン静翼であって、前記冷却通路の前記出口開口は、前記主部材に形成された前記耐熱被膜部の軸方向上流側の被膜部上流端の位置より軸方向上流側に形成されている
。

　上記（２）に記載のタービン静翼によれば、高温の燃焼ガスに晒され、耐熱被膜部の形成が困難な突出部の冷却が強化される。

（３）第３の態様に係るタービン静翼は、（２）のタービン静翼であって、前記冷却通路の前記出口開口は、前記突出部の軸方向上流側の上流端の位置より軸方向下流側で、前記被膜部上流端の位置に接近して配置されている。

　上記（３）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路の出口開口が、被膜部上流端の位置に接近して配置されているので、より少ない冷却空気量で隙間部に巻き込まれた燃焼ガスの希釈が可能になり、冷却空気量が低減される。

（４）第４の態様に係るタービン静翼は、（１）から（３）のタービン静翼であって、前記冷却通路の前記突出部の前記内周面に形成された前記入口開口は、前記主部材の前記前縁側の前記側端部に接近して形成されている。

　上記（４）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路の入口開口の位置をタービン静翼の前縁側の側端部に接近して配置できるので、入口開口が閉塞されるのを防止できる。

（５）第５の態様に係るタービン静翼は、（１）から（３）のタービン静翼であって、前記シュラウドは、前記主部材の底面を形成する底部と、前記シュラウドの外縁に形成され、翼高さ方向に突出する外壁部と、により形成されたキャビティを含み、前記主部材の内表面に形成された前記入口開口は、前記キャビティに連通する。

　上記（５）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路の入口開口の位置をシュラウドの外壁部に設けることにより、入口開口の閉塞が回避できる。

（６）第６の態様に係るタービン静翼は、（５）のタービン静翼であって、前記シュラウドは、翼高さ方向の前記ガスパス面側に形成された内側キャビティと、前記内側キャビティに対して、前記翼高さ方向で前記ガスパス面とは反対方向に隣接して配置された外側キャビティと、に前記キャビティを区分けする衝突板と、を含み、前記冷却通路の前記入口開口は、前記内側キャビティの前縁側の前記外壁部の内表面に形成されている。

　上記（６）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路の入口開口が、シュラウドの内側キャビティの内表面に形成され、内側キャビティに供給された冷却空気は、シュラウドの底部を衝突冷却した後、冷却通路に供給され、突出部を対流冷却しているので、冷却空気の使い回しがされ、冷却効率が向上する。

（７）第７の態様に係るタービン静翼は、（１）から（６）のタービン静翼であって、前記複数の冷却通路は、前記シュラウドの負圧面側端部から正圧面側端部までの周方向の全幅ではなく部分的な幅の範囲に配置され、前記複数の冷却通路が配置された範囲の周方向の中心位置は、前記翼体の前縁の位置より正圧面側端部側に寄っている。

　上記（７）に記載のタービン静翼によれば、突出部に形成された冷却通路の配置する範囲を、突出部の全幅ではなく部分的な範囲とし、正圧面側端部側の冷却を強化しているので、突出部が適正に冷却され、冷却空気量が低減される。

（８）第８の態様に係るタービン静翼は、（１）から（７）のタービン静翼であって、前記冷却通路は、前記入口開口から前記出口開口に接近すると共に、軸方向上流側に傾斜する。

　上記（８）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路が、出口開口に接近すると共に軸方向上流側に傾斜する通路としているので、入口開口の閉塞が回避される。

（９）第９の態様に係るタービン静翼は、（１）から（８）のタービン静翼であって、前記冷却通路は、前記入口開口から前記出口開口に接近すると共に、軸方向に対して前記シュラウドの負圧面側端部に接近する傾斜流路を形成する。

　上記（９）に記載のタービン静翼によれば、冷却通路を傾斜流路とすることにより、冷却面積が拡大され、冷却空気量が低減される。

　（１０）第１０の態様に係るタービン静翼は、（１）から（９）のタービン静翼であって、前記シュラウドは、前記翼体の前記翼高さ方向の外側の端部に形成された外側シュラウドと、前記翼体の前記翼高さ方向の内側の端部に形成された内側シュラウドと、からなる。

（１１）第１１の態様に係る篏合構造は、燃焼器と、翼体とシュラウドと、からなるタービン静翼と、燃焼ガス流路に面し、前記タービン静翼と前記燃焼器の間に配置されたシール部材と、からなる篏合構造であって、前記シュラウドは、軸方向上流端から下流端まで延在する主部材と、前記主部材の前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、を含み、前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて複数配置され、前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備え、前記出口開口は、前記シール部材の軸方向下流端の位置より上流側であって、前記シール部材の内周面と前記突出部の外周面との間に形成され、周方向に延在する隙間部に開口している。

　上記（１１）に記載の篏合構造によれば、燃焼器とタービン静翼とシール部材から構成される篏合構造の突出部に冷却通路を形成し、冷却通路の出口開口が、篏合構造の隙間部に開口しているので、隙間部の隙間量が増加して、燃焼ガスが隙間部に巻き込まれても、冷却通路から排出される少量の冷却空気により直ちに希釈され、隙間部の雰囲気ガス温度が低下して、篏合構造の熱損傷が抑制される。

（１２）第１２の態様に係る篏合構造は、（１１）の篏合構造であって、前記シール部材は、燃焼ガス流路に接し、軸方向に延在する第１本体部と、前記第１本体部に軸方向上流端で接続し、翼高さ方向に延在する第２本体部と、前記第２本体部の翼高さ方向の中間位置から軸方向下流方向に延在する第３本体部と、を含み、前記第３本体部の外周面には、前記外周面に沿って周方向に延在する板状の固定シールが配置され、前記固定シールの外周面と、前記突出部の内周面との間にシール面が形成されている。

　上記（１２）に記載の篏合構造によれば、第３本体部の外周面に板状の固定シールが配置され、固定シールの外周面と突出部の内周面との間にシール面が形成されるので、シール部材と突出部との間の隙間から冷却空気が燃焼ガス流路に流出することを抑制できる。

　（１３）第１３の態様に係る嵌合構造は、（１１）又は（１２）の篏合構造であって、前記シュラウドは、前記翼体の前記翼高さ方向の外側の端部に形成された外側シュラウドと、前記翼体の前記翼高さ方向の内側の端部に形成された内側シュラウドと、からなる。

（１４）第１４の態様に係るガスタービンは、（１）から（１０）のタービン静翼を備える。

（１５）第１５の態様に係るガスタービンは、（１１）から（１３）の篏合構造を備える。

（１６）第１６の態様に係る篏合構造の冷却空気量を調整する方法は、翼体と、シュラウドと、からなるタービン静翼と、燃焼器と、燃焼ガス流路に面し、前記タービン静翼と前記燃焼器の軸方向の間に配置されたシール部材と、からなる篏合構造であって、前記シュラウドは、前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部を含み、前記シール部材は、軸方向に延在し、外周面が燃焼ガス流路に接する第１本体部を含み、前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて複数配置され、前記突出部の内周面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備え、前記突出部の外周面と前記シール部材の内周面との間に翼高さ方向に形成された隙間部を備える前記篏合構造の冷却空気量を調整する方法であって、前記隙間部が小さい第１領域では、前記隙間部の隙間量に制限されて、排出する冷却空気量が少量に抑えられ、前記第１領域より前記隙間量が大きくなる第２領域では、前記隙間量の増加と共に、排出する冷却空気量が増加し、前記第２領域より前記隙間量が大きくなった第３領域では、前記冷却孔の開口面積に制限されて、排出される冷却空気量が抑えられる。

　上記（１６）に記載の篏合構造の冷却空気量を調整する方法によれば、タービン静翼と、燃焼器と、タービン静翼と燃焼器の間に配置されたシール部材と、からなる篏合構造の冷却空気の調整方法であって、隙間部の隙間量が小さい間は、冷却空気量は隙間部の隙間量に制限されて、隙間部に排出される冷却空気量が少量に抑えることにより篏合構造が適正冷却され、熱損傷が抑制されるので、ガスタービンの信頼性が向上する。また、冷却空気量が低減され、ガスタービンの冷却効率が向上する。

１　ガスタービン
２　圧縮機
４　燃焼器
６　タービン
８　ロータ
１０　圧縮機車室
１２　吸気室
１４　入口案内翼
１６　圧縮機静翼
１８　圧縮機動翼
２０　ケーシング
２１　空間
２２　タービン車室
２６　タービン動翼
２８　排気車室
２９　排気室
３０　燃焼ノズル
３２　燃焼筒
３３　内筒
３４　尾筒
３５　フランジ
３７　燃焼ガス流路
４０　タービン静翼
４２　翼体
４３　翼面
４３ａ　前縁
４３ｂ　後縁
４４　シュラウド（内側シュラウド４５、外側シュラウド４６）
４４ａ　ガスパス面
４７　主部材
４７ａ　側端部
４７ｂ　外縁
４７ｃ　底部
４７ｄ　外壁部
４７ｅ　外壁端部
４７ｆ　下流端部
４７ｇ　正圧面側端部
４７ｈ　負圧面側端部
４７ｉ　内表面
４８　突出部
４８ａ　外周面
４８ｂ　上流端
４８ｃ　内周面
４９　冷却通路
４９ａ　出口開口
４９ｂ　入口開口
５０　衝突板
５０ａ　貫通孔
５１　キャビティ（内側キャビティ５１ａ、外側キャビティ５１ｂ）
５２　耐熱被膜部
５２ａ　被膜部上流端
６０　シール部材（内側シール部材６１、外側シール部材６２）
６０ａ　第１本体部
６０ａａ　下流端
６０ｂａ　内周面
６０ｂ　第２本体部
６０ｃ　第３本体部
６０ｃａ　外周面
６０ｄ　接続部
６０ｅ　冷却流路
６０ｅａ　出口開口
６１ａ　径方向外表面
６２ａ　径方向内表面
６３　凹部
６４　固定シール
６４ａ　外周面
７０　篏合構造
７１　隙間部
７１ａ　隙間部入口
Ｒ１　第１領域
Ｒ２　第２領域
Ｒ３　第３領域
Ａ　圧縮空気
ＣＢ　隙間量
ＡＶ　冷却空気量

Claims

　翼体と、
　前記翼体の翼高さ方向の両端に形成されたシュラウドと、
からなるタービン静翼であって、
　前記シュラウドは、
　ガスパス面の軸方向上流端から下流端まで延在する耐熱被膜部を有する主部材と、
　前記主部材の前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、
を含み、
　前記突出部は、
　周方向に所定間隔を空けて環状に複数配置され、
　前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備える
タービン静翼。
　前記冷却通路の前記出口開口は、
　前記主部材に形成された前記耐熱被膜部の軸方向上流側の被膜部上流端の位置より軸方向上流側に形成されている
請求項１に記載のタービン静翼。
　前記冷却通路の前記出口開口は、前記突出部の軸方向上流側の上流端の位置より軸方向下流側で、前記被膜部上流端の位置に接近して配置されている
請求項２に記載のタービン静翼。
　前記冷却通路の前記突出部の前記内周面に形成された前記入口開口は、前記主部材の前記前縁側の前記側端部に接近して形成されている
請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービン静翼。
　前記シュラウドは、
　前記主部材の底面を形成する底部と、前記シュラウドの外縁に形成され、翼高さ方向に突出する外壁部と、により形成されたキャビティを含み、
　前記主部材の内表面に形成された前記入口開口は、前記キャビティに連通する
請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービン静翼。
　前記シュラウドは、
　前記キャビティを、翼高さ方向の前記ガスパス面側に形成された内側キャビティと、前記内側キャビティに対して、前記翼高さ方向で前記ガスパス面とは反対方向に隣接して配置された外側キャビティと、に区分けする衝突板を含み、
　前記冷却通路の前記入口開口は、前記内側キャビティの前縁側の前記外壁部の内表面に形成されている
請求項５に記載のタービン静翼。
　前記複数の冷却通路は、前記シュラウドの負圧面側端部から正圧面側端部までの周方向の全幅ではなく部分的な幅の範囲に配置され、
　前記複数の冷却通路が配置された範囲の周方向の中心位置は、前記翼体の前縁の位置より正圧面側端部側に寄っている
請求項１に記載のタービン静翼。
　前記冷却通路は、前記入口開口から前記出口開口に接近すると共に、軸方向上流側に傾斜する
請求項１に記載のタービン静翼。
　前記冷却通路は、前記入口開口から前記出口開口に接近すると共に、前記シュラウドの負圧面側端部に接近する傾斜流路を形成する
請求項１に記載のタービン静翼。
　前記シュラウドは、
　前記翼体の前記翼高さ方向の外側の端部に形成された外側シュラウドと、
前記翼体の前記翼高さ方向の内側の端部に形成された内側シュラウドと、からなる
　請求項１に記載されたタービン静翼。
　燃焼器と、
　翼体とシュラウドと、からなるタービン静翼と、
　燃焼ガス流路に面し、前記タービン静翼と前記燃焼器の間に配置されたシール部材と、
からなる篏合構造であって、
　前記シュラウドは、
　軸方向上流端から下流端まで延在する主部材と、
　前記主部材の前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部と、を含み、
　前記突出部は、周方向に所定間隔を空けて複数配置され、
　前記突出部の内周面又は前記主部材の内表面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、
を接続する複数の冷却通路を備え、
　前記出口開口は、前記シール部材の軸方向下流端の位置より上流側であって、前記シール部材の内周面と前記突出部の外周面との間に形成され、周方向に延在する隙間部に開口している
篏合構造。
　前記シール部材は、
　燃焼ガス流路に接し、軸方向に延在する第１本体部と、
　前記第１本体部に軸方向上流端で接続し、翼高さ方向に延在する第２本体部と、
　前記第２本体部の翼高さ方向の中間位置から軸方向下流方向に延在する第３本体部と、を含み、
　前記第３本体部の外周面には、前記外周面に沿って周方向に延在する板状の固定シールが配置され、
　前記固定シールの外周面と、前記突出部の内周面との間にシール面が形成されている請求項１１に記載の篏合構造。
　前記シュラウドは、
　前記翼体の前記翼高さ方向の外側の端部に形成された外側シュラウドと、
　前記翼体の前記翼高さ方向の内側の端部に形成された内側シュラウドと、からなる
　請求項１１又は１２の何れかに記載された嵌合構造。
　請求項１に記載のタービン静翼を備えたガスタービン。
　請求項１１に記載の篏合構造を備えたガスタービン。
　翼体と、シュラウドと、からなるタービン静翼と、燃焼器と、燃焼ガス流路に面し、前記タービン静翼と前記燃焼器の軸方向の間に配置されたシール部材と、からなる篏合構造であって、
　前記シュラウドは、前縁側の側端部から軸方向上流側に突出する突出部を含み、
　前記シール部材は、軸方向に延在し、外周面が燃焼ガス流路に接する第１本体部を含み、
　前記突出部は、
　周方向に所定間隔を空けて複数配置され、
　前記突出部の内周面に形成された入口開口と、前記突出部の外周面に形成された出口開口と、を接続する複数の冷却通路を備え、
　前記突出部の外周面と前記シール部材の内周面との間に翼高さ方向に形成された隙間部を備える前記篏合構造の冷却空気量を調整する方法であって、
　前記隙間部の隙間量が小さい第１領域では、前記隙間部の前記隙間量に制限されて、排出する冷却空気量が少量に抑えられ、
　前記第１領域より前記隙間量が大きくなる第２領域では、前記隙間量の増加と共に、排出する冷却空気量が増加し、
　前記第２領域より前記隙間量が大きくなった第３領域では、前記冷却孔の開口面積に制限されて、排出される冷却空気量が抑えられる
篏合構造の冷却空気量を調整する方法。