(57)【要約】【課題】チップクリアランスを適切に設定することを容易とし、チップクリアランスにおけるリーク流れに起因した損失を抑制できるタービン動翼を提供する。【解決手段】タービン動翼は、ロータ軸に固定される基端部と、正圧面と負圧面と正圧面と負圧面とを接続する頂面とを含み内部に冷却流路が形成された翼型部と、を備え、タービン動翼頂面は、前縁側に位置しタービン動翼ロータ軸に平行に形成される前縁領域と、タービン動翼前縁領域に隣接する後縁領域とを含み、後縁領域は、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を備える。【選択図】  図５
2020090936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸に固定される基端部と、
正圧面と、負圧面と、前記正圧面と前記負圧面とを接続する頂面と、を含み、内部に冷却流路が形成された翼型部と、
を備えるタービン動翼であって、
前記頂面は、前縁側に位置し前記ロータ軸に平行に形成される前縁領域と、前記前縁領域に隣接する後縁領域とを含み、
前記後縁領域は、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を備える、
タービン動翼。
【請求項２】
ロータ軸に固定される基端部と、
正圧面と、負圧面と、前記正圧面と前記負圧面とを接続する頂面と、を含み、内部に冷却流路が形成された翼型部と、
を備えるタービン動翼であって、
前記頂面は、前縁側に位置する前縁領域と、前記前縁領域に隣接する後縁領域とを含み、
前記後縁領域は、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように前記前縁領域に対して傾斜する傾斜面を備え、
前記頂面において、前記前縁領域と前記後縁領域との境界線と前記負圧面との交点の位置をＰ１、前記負圧面上の位置のうち隣接するタービン動翼の後縁と前記負圧面との間にスロートが形成される位置をＰ２とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ２と一致する又は前記位置Ｐ２よりも前記翼型部の後縁側に位置する、
タービン動翼。
【請求項３】
前記頂面において、前記前縁領域と前記後縁領域との境界線と前記負圧面との交点の位置をＰ１、前記負圧面上の位置のうち隣接するタービン動翼の後縁と前記負圧面との間にスロートが形成される位置をＰ２とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ２と一致する又は前記位置Ｐ１は前記位置Ｐ２よりも後縁側に位置する、
請求項１に記載のタービン動翼。
【請求項４】
前記頂面は、開口の中心位置Ｐ３である少なくとも一つの出口開口を有し、
前記頂面において、前縁側に位置し前記位置Ｐ２を通る第１仮想線、と後縁側に位置し前記位置Ｐ３を通る第２仮想線とを選定し、
前記第１仮想線は、前記位置Ｐ２を通り周方向に延在する第１周方向仮想線と、前記位置Ｐ２を通りキャンバーラインに直交する方向に延在する第１キャンバーライン直交仮想線と、前記位置Ｐ２を通りロータ軸方向に延在する第１ロータ軸方向仮想線と、によって画定される範囲に位置し、
前記第２仮想線は、前記位置Ｐ３を通り周方向に延在する第２周方向仮想線と、前記位置Ｐ３を通りキャンバーラインに直交する方向に延在する第２キャンバーライン直交仮想線と、前記位置Ｐ３を通りロータ軸方向に延在する第２ロータ軸方向仮想線と、によって画定される範囲に位置し、
前記境界線は、前記位置Ｐ１を通る直線であり、前記第１仮想線と前記第２仮想線との間の前記頂面上に形成される、
請求項２又は３の何れか一項に記載のタービン動翼。
【請求項５】
前記第２周方向仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ４とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ４よりも前記翼型部の前縁側に位置する、
請求項４に記載のタービン動翼。
【請求項６】
前記第２キャンバーライン直交仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ５とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ５よりも前記翼型部の前縁側に位置する、
請求項４に記載のタービン動翼。
【請求項７】
前記第２ロータ軸方向仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ６とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ６よりも前記翼型部の前縁側に位置する、
請求項４に記載のタービン動翼。
【請求項８】
前記境界線は、前記ロータ軸に直交する方向に沿って延在する、請求項２乃至７の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項９】
前記境界線は、前記ロータ軸の軸方向に沿って延在する、請求項２乃至７の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１０】
前記境界線は、キャンバーラインに直交する方向に沿って延在する、請求項２乃至７の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１１】
前記頂面の周方向の前記負圧面側の端部には、前記頂面から径方向外側に突出する凸部が翼面に沿って形成され、前記凸部の頂部の前記頂面に対する径方向の高さは、前縁から後縁まで一定である、請求項１乃至１０の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１２】
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記天板は、前記前縁領域の少なくとも一部に対応する範囲において、前記後縁に近づくにつれて厚さが大きくなるように構成されており、
前記天板は、前記後縁領域の少なくとも一部に対応する範囲において、前記後縁に近づくにつれて厚さが小さくなるように構成されている、
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１３】
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記天板は、前記前縁領域及び前記後縁領域において同じ厚さで形成されている、請求項１乃至１２の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１４】
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記冷却流路は、前縁側から後縁側まで配置されたサーペンタイン流路を含み、
前記サーペンタイン流路の径方向外側端部は、流れを反転させるための少なくとも一つのリターン部を含み、
前記天板のうち前記頂面と反対側の壁面は、前記リターン部を形成する少なくとも一つのリターン部形成壁面を含み、
前記リターン部形成壁面は、前記後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜している、請求項１乃至１３の何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１５】
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記冷却流路は、前縁側から後縁側まで配置されたサーペンタイン流路を含み、
前記サーペンタイン流路の径方向外側端部は、流れを反転させるための第１リターン部及び第２リターン部を含み、
前記天板のうち前記頂面と反対側の壁面は、前記第１リターン部を形成する第１リターン部形成壁面と、前記第１リターン部形成壁面に対して仕切壁を挟んで後縁側に隣接するとともに前記第２リターン部を形成する第２リターン部形成壁面とを含み、
前記第１リターン部形成壁面及び前記第２リターン部形成壁面の各々は、前記ロータ軸に平行に形成され、
前記第１リターン部形成壁面の前記ロータ軸からの高さは、前記第２リターン部形成壁面の前記ロータ軸からの高さより大きい、請求項１乃至１４何れか１項に記載のタービン動翼。
【請求項１６】
ロータ軸と、
請求項１乃至１５の何れか１項に記載のタービン動翼と、
前記タービン動翼の頂面に対向する環状の静止壁面と、
を備えるタービン。
【請求項１７】
タービン動翼の頂面とタービンの静止壁面とのチップクリアランスを計測するチップクリアランス計測方法であって、
前記頂面は、前縁側に位置し前記静止壁面に平行に形成される前縁領域と、後縁に近づくにつれて前記静止壁面との間隔が大きくなるように傾斜した後縁領域とを含み、
前記チップクリアランス計測方法は、前記前縁領域と前記静止壁面とのチップクリアランスを計測する前縁領域計測ステップを含む、
チップクリアランス計測方法。
【請求項１８】
前記前縁領域計測ステップでは、前記タービン動翼の負圧面側から前記前縁領域と前記静止壁面とのチップクリアランスを計測する、請求項１７に記載のチップクリアランス計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービン動翼、タービン及びチップクリアランス計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンにおけるタービンケーシング側の静止壁面とタービン動翼の頂面との隙間の大きさ（以下、「チップクリアランス」という。）は、タービン動翼の熱変形及び遠心力による変形の影響を受けて変化する。特許文献１には、このようなタービン動翼の変形に応じたタービン動翼のチップ形状の例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスタービン運転中において、適正なチップクリアランスを選定して、タービン動翼チップにおけるリーク流れを抑制することが、ガスタービンの性能を向上させるために望まれている。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、適正なチップクリアランスを備えたタービン動翼、タービン及びチップクリアランス計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン動翼は、
ロータ軸に固定される基端部と、
正圧面と、負圧面と、前記正圧面と前記負圧面とを接続する頂面と、を含み、内部に冷却流路が形成された翼型部と、
を備えるタービン動翼であって、
前記頂面は、前縁側に位置し前記ロータ軸に平行に形成される前縁領域と、前記前縁領域に隣接する後縁領域とを含み、
前記後縁領域は、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を備える。
【０００７】
ガスタービンの運転時（タービン動翼の温度が上昇した高温状態）において、タービン動翼は、遠心力、ガス流れから受ける力、及び熱伸びの影響を受けて変形する。特に、冷却流路を流れる冷却媒体の温度はタービン動翼の後縁側で高くなりやすく、後縁側の熱伸び量が大きくなりやすい。このため、ガスタービンの運転停止時（タービン動翼の温度が上昇しておらず常温に近い状態）においてタービン動翼の頂面とタービン車室の静止壁面とのチップクリアランスが前縁から後縁にかけて一定に設定されている場合には、ガスタービンの運転時において熱伸び量が大きい後縁側でタービン動翼の頂面とタービン車室の静止壁面との接触リスクが高くなりやすい。一方、後縁側でタービン動翼の頂面とタービン車室の静止壁面とが接触しないように、チップクリアランスを前縁から後縁にかけて一様に大きくすると、ガスタービンの運転時に前縁側におけるチップクリアランスが過度に大きくなり、ガスタービンの性能が低下する。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、熱伸び量が大きくなりやすい後縁側に設けられた後縁領域が、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を含んでいる。このため、ガスタービンの運転時に前縁領域と比較して後縁領域が大きく変形することで、頂面の各所におけるチップクリアランスを均一に近づけることができる。
【０００９】
（２）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン動翼は、
ロータ軸に固定される基端部と、
正圧面と、負圧面と、前記正圧面と前記負圧面とを接続する頂面と、を含み、内部に冷却流路が形成された翼型部と、
を備えるタービン動翼であって、
前記頂面は、前縁側に位置する前縁領域と、前記前縁領域に隣接する後縁領域とを含み、
前記後縁領域は、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように前記前縁領域に対して傾斜する傾斜面を備え、
前記頂面において、前記前縁領域と前記後縁領域との境界線と前記負圧面との交点の位置をＰ１、前記負圧面上の位置のうち隣接するタービン動翼の後縁と前記負圧面との間にスロートが形成される位置をＰ２とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ２と一致する又は前記位置Ｐ２よりも前記翼型部の後縁側に位置する。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、タービン動翼のチップの熱伸びによる変形が、前縁領域と比較して後縁領域の方が大きい翼の場合、タービン車室の静止壁面との接触リスクが低減し、適正なチップクリアランスが維持される。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記頂面において、前記前縁領域と前記後縁領域との境界線と前記負圧面との交点の位置をＰ１、前記負圧面上の位置のうち隣接するタービン動翼の後縁と前記負圧面との間にスロートが形成される位置をＰ２とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ２と一致する又は前記位置Ｐ１は前記位置Ｐ２よりも後縁側に位置する。
【００１２】
上記（３）の構成のように位置Ｐ１が位置Ｐ２と一致する又は位置Ｐ２よりも後縁側に位置することにより、適正なチップクリアランスが維持できる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記頂面は、少なくとも一つの出口開口を有し、
前記頂面において、前縁側に位置し前記位置Ｐ２を通る第１仮想線、と後縁側に位置し前記出口開口の中心位置Ｐ３を通る第２仮想線とを選定し、
前記第１仮想線は、前記位置Ｐ２を通り周方向に延在する第１周方向仮想線と、前記位置Ｐ２を通りキャンバーラインに直交する方向に延在する第１キャンバーライン直交仮想線と、前記位置Ｐ２を通りロータ軸方向に延在する第１ロータ軸方向仮想線と、によって画定される範囲に位置し、
前記第２仮想線は、前記位置Ｐ３を通り周方向に延在する第２周方向仮想線と、前記位置Ｐ３を通りキャンバーラインに直交する方向に延在する第２キャンバーライン直交仮想線と、前記位置Ｐ３を通りロータ軸方向に延在する第２ロータ軸方向仮想線と、によって画定される範囲に位置し、
前記境界線は、前記位置Ｐ１を通る直線であり、前記第１仮想線と前記第２仮想線との間の前記頂面上に形成される。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第２周方向仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ４とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ４よりも前記翼型部の前縁側に位置する。
【００１５】
冷却流路における後縁に最も近い出口開口の近傍では、特に熱伸び量が大きくなりやすく、頂面と静止壁面との接触リスクが高くなりやすい。このため、上記（５）の構成のように、位置Ｐ１を位置Ｐ４よりも前縁側に位置させることにより、出口開口の近傍における頂面と静止壁面との接触リスクを効果的に低減しつつ、タービン動翼の頂面からの燃焼ガスのリーク流れを抑制できる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記第２キャンバーライン直交仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ５とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ５よりも前記翼型部の前縁側に位置する。
【００１７】
冷却流路における後縁に最も近い出口開口の近傍では、特に熱伸び量が大きくなりやすい。このため、上記（６）の構成のように、位置Ｐ１を位置Ｐ５よりも前縁側に位置させることにより、頂面と静止壁面との接触リスクを効果的に低減しつつ、出口近傍における適正なチップクリアランスを維持することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記ロータ軸方向仮想線と前記負圧面との交点の位置をＰ６とすると、
前記位置Ｐ１は、前記位置Ｐ６よりも前記翼型部の前縁側に位置する。
【００１９】
冷却流路における後縁に最も近い出口開口の近傍では、特に熱伸び量が大きくなりやすい。このため、上記（７）の構成のように、位置Ｐ１を位置Ｐ６よりも前縁側に位置させることにより、頂面と静止壁面との接触リスクを効果的に低減しつつ、出口近傍における適正なチップクリアランスを維持することができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかの構成において、
前記境界線は、前記ロータ軸に直交する方向に沿って延在する。
【００２１】
前縁領域と後縁領域との境界線がロータ軸に直交する周方向に沿って延在するようにタービン動翼の頂面を構成することにより、境界線の形成が容易になる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかの構成において、
前記境界線は、前記ロータ軸の軸方向に沿って延在する。
前縁領域と後縁領域との境界線がロータ軸の軸方向に沿って延在するようにタービン動翼の頂面を構成することにより、境界線の形成が容易になる。
【００２３】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかの構成において、
前記境界線は、キャンバーラインに直交する方向に沿って延在する。
前縁領域と後縁領域との境界線がキャンバーラインに直交する方向に沿って延在するようにタービン動翼の頂面を構成することにより、境界線の形成が容易になる。
【００２４】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、前記頂面の周方向の前記負圧面側の端部には、前記頂面から径方向外側に突出する凸部が翼面に沿って形成され、前記凸部の頂部の前記頂面に対する径方向の高さは、前縁から後縁まで一定である。
【００２５】
前記頂面の負圧面側端部に凸部を備えるようにタービン動翼の頂面を構成することにより、頂面を流れるリーク流れが一層低減され、タービンの空力性能が改善される。
【００２６】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記天板は、前記前縁領域の少なくとも一部に対応する範囲において、前記後縁に近づくにつれて厚さが大きくなるように構成されており、
前記天板は、前記後縁領域の少なくとも一部に対応する範囲において、前記後縁に近づくにつれて厚さが小さくなるように構成されている。
【００２７】
上記（１２）の構成によれば、前縁領域と後縁領域の温度が均一化され、天板のメタル温度の上昇が抑制される。
【００２８】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記天板は、前記前縁領域及び前記後縁領域において同じ厚さで形成されている。
【００２９】
上記（１３）の構成によれば、前縁領域から後縁領域に至る天板の厚さが均一化されているので、天板における熱応力の発生を抑制することができる。
【００３０】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかの構成において、
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記冷却流路は、前縁側から後縁側まで配置されたサーペンタイン流路を含み、
前記サーペンタイン流路の径方向外側端部は、流れを反転させるための少なくとも一つのリターン部を含み、
前記天板のうち前記頂面と反対側の内壁面は、前記リターン部を形成する少なくとも一つのリターン部形成壁面を含み、
前記リターン部形成壁面は、前記後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜している。
【００３１】
上記（１４）の構成によれば、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を設けた場合であっても、リターン部形成壁面の各々を後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜させることにより、天板の厚さが均一化され、熱応力の発生を抑制できる。
【００３２】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記翼型部は、前記頂面を形成する天板を含み、
前記冷却流路は、前縁側から後縁側まで配置されたサーペンタイン流路を含み、
前記サーペンタイン流路の径方向外側端部は、流れを反転させるための第１リターン部及び第２リターン部を含み、
前記天板のうち前記頂面と反対側の壁面は、前記第１リターン部を形成する第１リターン部形成壁面と、前記第１リターン部形成壁面に対して仕切壁を挟んで後縁側に隣接するとともに前記第２リターン部を形成する第２リターン部形成壁面とを含み、
前記第１リターン部形成壁面及び前記第２リターン部形成壁面の各々は、前記ロータ軸に平行に形成され、
前記第１リターン部形成壁面の前記ロータ軸からの高さは、前記第２リターン部形成壁面の前記ロータ軸からの高さより大きい。
【００３３】
上記（１５）の構成によれば、後縁に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面を設けた場合であっても、第１リターン部形成壁面のロータ軸からの高さを第２リターン部形成壁面のロータ軸からの高さより大きくすることにより、天板の厚さが均一化され、熱応力の発生を抑制できる。
【００３４】
（１６）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
ロータ軸と、
上記（１）乃至（１５）の何れか１項に記載のタービン動翼と、
前記タービン動翼の頂面に対向する環状の静止壁面と、
を備える。
【００３５】
上記（１６）の構成によれば、上記（１）乃至（１５）の何れか１項に記載のタービン動翼を備えるため、チップクリアランスを均一に近づけて、頂面と静止壁面との隙間におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制することができる。
【００３６】
（１７）本発明の少なくとも一実施形態に係るチップクリアランス計測方法は、
タービン動翼の頂面とタービンの静止壁面とのチップクリアランスを計測するチップクリアランス計測方法であって、
前記頂面は、前縁側に位置し前記静止壁面に平行に形成される前縁領域と、後縁に近づくにつれて前記静止壁面との間隔が大きくなるように傾斜した後縁領域とを含み、
前記チップクリアランス計測方法は、前記前縁領域と前記静止壁面とのチップクリアランスを計測する前縁領域計測ステップを含む。
【００３７】
上記（１７）の方法によれば、熱伸び量が大きくなりやすい後縁側に設けられた後縁領域が、後縁に近づくにつれて静止壁面との間隔が大きくなるように傾斜した傾斜面を含んでいる。このため、ガスタービンの運転時に主として後縁領域が変形することで、頂面の各所におけるチップクリアランスを均一に近づけることができる。
【００３８】
また、前縁領域がロータ軸に平行に形成されているため、前縁領域のチップクリアランスが各所において均一である。このため、前縁領域計測ステップにて前縁領域のチップクリアランスを計測する際に、前縁領域の何れの位置で計測しても精度よくチップクリアランスを計測することができ、チップクリアランスの管理が容易である。
【００３９】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１７）の方法において、
前記前縁領域計測ステップでは、前記タービン動翼の負圧面側から前記前縁領域と前記静止壁面とのチップクリアランスを計測する。
【００４０】
上記（１８）の方法によれば、タービン動翼の負圧面側からテーパーゲージ等の計測器を頂面と静止壁面との隙間に差し込むことにより、チップクリアランスを精度よく計測することができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、チップクリアランスを適切に設定することを容易とし、チップクリアランスにおけるリーク流れに起因した損失を抑制でき、ガスタービンの熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係るタービン動翼の概略構成図である。
【図３】一実施形態に係る隣接するタービン動翼を示した動翼列を径方向外側から視た構成図を示し、最上流側境界線と最下流側境界線を示した構成図である。
【図４】一実施形態に係る最適境界線と最上流側境界線及び最下流側境界線を示した構成図である。
【図５】他の実施形態に係るタービン動翼の概略構成図である。
【図６】他の実施形態に係る最適境界線と最上流側境界線を示した構成図である。
【図７】他の実施形態に係るタービン動翼の概略構成図である。
【図８】図７におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図９】一実施形態に係る翼型部の構成の一例を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る翼型部の他の構成を示す断面図である。
【図１１】一実施形態に係る翼型部の他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている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、本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。
【００４４】
図１は、一実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。
図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン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る。
【００４５】
圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ軸８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。
【００４６】
燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。図１に示すように、ガスタービン１は、ケーシング２０内にロータを中心として周方向に沿って複数配置された燃焼器４を有する。
【００４７】
タービン６は、タービン車室２２によって形成される燃焼ガス流路２８を有し、該燃焼ガス流路２８に設けられる複数のタービン静翼２４及びタービン動翼２６を含む。タービン静翼２４はタービン車室２２側から支持されており、ロータ軸８の周方向に沿って配列される複数のタービン静翼２４が静翼列を構成している。また、タービン動翼２６はロータ軸８に植設されており、ロータ軸８の周方向に沿って配列される複数のタービン動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ軸８の軸線方向において交互に配列されている。
【００４８】
タービン６では、燃焼ガス流路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数のタービン静翼２４及び複数のタービン動翼２６を通過することでロータ軸８が回転駆動され、ロータ軸８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。
【００４９】
以下では、ガスタービン１の軸方向（ロータ軸８の軸線方向）を単に「軸方向」と記載し、ガスタービン１の径方向（ロータ軸８の径方向）を単に「径方向」と記載し、ガスタービン１の周方向（ロータ軸８の周方向）を単に「周方向」と記載することとする。また、燃焼ガス流路２８における燃焼ガスの流れ方向について、軸方向における上流側を単に「上流側」と記載し、軸方向における下流側を単に「下流側」と記載することとする。
【００５０】
図２は、一実施形態に係るタービン動翼２６の概略構成図である。図３は、互いに周方向に隣接するタービン動翼２６を示した動翼列を径方向外側から視た図である。
【００５１】
図２に示すように、タービン動翼２６は、ロータ軸８に固定される基端部３２と、内部に冷却流路３４が形成された翼型部３６とを備える。また、図３に示すように、翼型部３６は、正圧面３８と、負圧面４０と、正圧面３８と負圧面４０とを接続する頂面４２と、を含む。頂面４２は、タービン車室２２（図１参照）の環状の静止壁面５４（図２参照）と対向するように配置されている。
【００５２】
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図３に示すように、頂面４２は、前縁４８側に位置しロータ軸８（ロータ軸８の軸線）に平行に形成される前縁領域４４と、前縁領域４４に対して軸方向に隣接する後縁領域４６とを含み、前縁領域４４と後縁領域４６との間に境界線が形成される。後縁領域４６は、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように境界線を境にして前縁領域４４に対して傾斜する傾斜面５２を含む。
【００５３】
ガスタービン１の翼型部３６が、ロータ軸８に平行なフラットな頂面４２で形成された動翼２６の場合は、通常の運転時（例えば、定格負荷運転時のタービン動翼の温度が上昇した高温状態）において、タービン動翼２６は、遠心力、ガス流れから受ける力、及び熱伸びの影響を受けて変形する。特に、冷却流路を流れる冷却媒体の温度は、タービン動翼２６の後縁５０側で燃焼ガスからの入熱によるヒートアップにより高くなりやすく、後縁５０側の径方向の熱伸び量が大きくなりやすい。このため、ガスタービン１の運転停止時（タービン動翼２６の温度が上昇しておらず常温又は常温に近い状態）においてタービン動翼２６の頂面４２とタービン車室２２の静止壁面５４との距離（以下、「チップクリアランス」という。）が前縁４８から後縁５０にかけて一定の隙間量に設定されている場合には、ガスタービン１の運転時において熱伸び量が大きい後縁５０側でタービン動翼２６の頂面４２とタービン車室２２の静止壁面５４との接触リスクが高くなりやすい。一方、後縁５０側でタービン動翼２６の頂面４２とタービン車室２２の静止壁面５４とが接触しないように、運転停止時におけるチップクリアランスが前縁４８から後縁５０にかけて一様に大きくなるような翼型部３６を形成すると、ガスタービンの通常運転時における前縁側におけるチップクリアランスが過度に大きくなり、ガスタービンの性能が低下する。すなわち、前縁４８側は、後縁５０側と比較して翼型部３６内を流れる冷却媒体の温度が低く、径方向の熱伸び量が比較的小さく抑えられているため、ガスタービン１の通常運転時における前縁４８側のクリアランスが大きくなる傾向になる。
従って、前縁４８から後縁５０までのチップ高さ（ロータ軸８の中心から頂面４２までの高さ）を同じとすると、通常運転時における前縁４８側のチップクリアランスが、後縁５０側と比較して相対的に大きくなり、前縁４８側のチップ（頂面４２）からの燃焼ガスのリーク流れが増加して、タービン動翼２６の空力性能が低下する原因になる。
【００５４】
これに対し、図２に示すタービン動翼２６では、熱伸び量が大きくなりやすい後縁５０側に設けられた後縁領域４６が、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面５２を含んでいる。すなわち、後縁領域４６は、ガスタービンの運転停止時において、後縁５０に近づくにつれてチップクリアランスが大きくなるように傾斜した傾斜面５２を含む。このため、図２の破線に示すように、ガスタービン１の通常運転時に主として後縁領域４６が熱伸びにより径方向外側方向へ変形して、頂面４２の前縁４８から後縁５０までのチップクリアランスが均一な隙間量に近づくように傾斜面５２を形成している。
【００５５】
また、前縁領域４４がロータ軸８に平行に形成されているため、前縁領域４４において、ロータ軸８の中心から頂面４２（天板６０）までの高さが均一に形成され、タービン動翼２６のチップクリアランスが前縁領域４４の各所において均一である。このため、テーパーゲージ等の計測器１４によりチップクリアランスを計測する際に、前縁領域４４の何れの位置で計測してもチップクリアランスを適切に管理することができ、チップクリアランスの管理が容易である。すなわち、前縁領域４４は翼型部３６の径方向への熱伸びが小さいため、定常運転中におけるチップクリアランスの変化量が小さく、天板６０（頂面４２）と静止壁面５４との間の隙間量を適正量に管理し易い。このため、前縁領域４４における頂面４２と静止壁面５４との隙間におけるリーク流れに起因した損失を効果的に抑制することができる。
【００５６】
上述したように、タービン動翼２６の運転条件及び翼構造等により、前縁領域と後縁領域を区分けする最適境界線の位置が変化し、条件に合った最適境界線を選定する必要がある。
ここで、境界線の選定の基本的な考え方を以下に説明する。チップクリアランスは、タービン車室２２の静止壁面５４とタービン動翼２６の頂面との間の隙間計測を前提として、管理される。すなわち、翼型部３６の熱伸びの変化が前縁４８側に近い範囲まで及ぶタービン動翼２６の場合には、境界線は前縁４８に近い位置に配置する必要があり、熱伸びが小さいタービン動翼２６の場合は、後縁５０に近い位置に配置してもよい。
【００５７】
しかし、前縁４８に近い位置に境界線を配置する場合、境界線を配置する位置の選定には限界がある。すなわち、上述したように、チップクリアランス管理の前提になる隙間量の計測は、計測器を翼面３７に垂直に当てて計測する必要があり、それが不可能であれば正確な隙間量は計測できない。以下に説明するように、前縁４８近傍で隙間計測をする場合、タービン動翼２６の翼面３７である負圧面４０のスロート位置が、軸方向で最も上流側の計測可能な限界位置である。この位置より軸方向上流側での計測は、隣接する動翼２６が障害になり、正確な計測が不可能である。図３に示すように、隣接するタービン動翼２６の後縁５０（後縁端部５０ａ）から負圧面４０上に下した垂線Ｖが、隣接する動翼２６との間のスロート５８に相当し、垂線Ｖと負圧面４０との交点が、負圧面４０上のスロートの位置Ｐ２である。位置Ｐ２を通り、前縁領域４４と後縁領域４６とを区画する仮の境界線を仮想線と呼び、最も前縁４８に近い位置に形成される仮想線を最上流側仮想線（第１仮想線）ＬＬ１として選定する。
【００５８】
但し、位置Ｐ２を通る最上流側仮想線ＬＬ１は無数に存在するが、頂面４２上に境界線を形成する容易さの観点からは、ある程度の範囲に限定される。図３に示す仮想線Ｌ１は、位置Ｐ２を通りロータ軸８に直交し周方向に伸びる最上流側周方向仮想線である。仮想線Ｌ２は、位置Ｐ２を通りキャンバーラインＣＬに直交するキャンバーライン最上流側直交仮想線である。仮想線Ｌ３は、位置Ｐ２を通りロータ軸８に沿って延びる最上流側ロータ軸方向仮想線である。いずれの仮想線も、位置Ｐ２を起点として、位置Ｐ２を通り直線状に延在し、両端で翼面３７と交わる線である。
但し、３つの仮想線の中では、仮想線Ｌ３が最も前縁４８に近い最上流側仮想線ＬＬ１である。最上流側仮想線ＬＬ１は、仮想線Ｌ１、仮想線Ｌ２及び仮想線Ｌ３によって画定される範囲に位置し、仮想線Ｌ１（最上流側周方向仮想線）から反時計方向廻りで仮想線Ｌ３（最上流側ロータ軸方向仮想線）までの間の範囲で選定し得る。
【００５９】
次に、最適境界線を画定する他の仮想線として想定する最下流側仮想線ＬＬ２の選定について、以下に説明する。詳細は後述するが、図３に示す後縁５０側に配置された出口開口５６の位置である位置Ｐ３を通る直線が、最下流側仮想線（第２仮想線）ＬＬ２に相当する。出口開口５６付近の翼型部３６は、最も径方向に伸び易い構造である。
図３に示す仮想線Ｌ１１は、位置Ｐ３を通りロータ軸８に直交し周方向に伸びる最下流側周方向仮想線である。仮想線Ｌ１２は、位置Ｐ３を通りキャンバーラインＣＬに直交する最下流側キャンバーライン直交仮想線である。仮想線Ｌ１３は、位置Ｐ３を通りロータ軸８に沿って延びる最下流側ロータ軸方向仮想線である。最下流側仮想線ＬＬ２は、仮想線Ｌ１１、仮想線Ｌ１２及び仮想線Ｌ１３によって画定される範囲に位置し、仮想線Ｌ１１（最下流側周方向仮想線）から反時計方向廻りで仮想線Ｌ１３（最下流側ロータ軸方向仮想線）の間の範囲で選定し得る。
【００６０】
タービン動翼２６は、翼構造及び運転条件及び翼型部３６の位置により熱伸び量が異なる。図４は、最適境界線ＬＬが、最上流側仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、最下流側仮想線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３との間に形成された例を示す。図４に示す例は、最適境界線ＬＬとして、位置Ｐ１を通りロータ軸８に直交し周方向に伸びる周方向仮想線を一例として示したものである。
以上に述べた基本的な考え方に基づき、以下に具体的に説明する。
【００６１】
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と負圧面４０上の交点の位置を、隣接するタービン動翼２６との間にスロート５８が形成される位置Ｐ２とする。なお、「負圧面４０上の隣接するタービン動翼２６との間にスロート５８が形成される位置」とは、隣接するタービン動翼２６の後縁５０から負圧面４０上に下した垂線Ｖと負圧面４０との交点であり、負圧面４０上のスロート５８の位置を示す位置Ｐ２を意味する。
【００６２】
チップクリアランスを精度よく計測するためには、タービン動翼２６の負圧面４０側から負圧面４０に垂直な方向Ｈである垂線Ｖに沿ってテーパーゲージ等の計測器１４を頂面４２と静止壁面５４との隙間に差し込むことが望ましい。隙間量を正確に計測するためには、計測器１４は、計測点の翼面（負圧面４０）に対して垂直に当てることが望ましい。つまり、隣接するタービン動翼２６側から計測器１４を当ててチップクリアランスの隙間量を計測する場合、前縁４８から後縁５０までの負圧面４０上の内、最も前縁４８に近い位置は、上述の負圧面４０上のスロート５８の位置Ｐ２である。この位置Ｐ２より前縁４８側に寄った位置は、隣接する動翼２６が障害になり、計測器１４を負圧面４０に対して垂直に当てることが出来ず、正確な隙間量の計測が困難である。
【００６３】
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、位置Ｐ２を通る仮想線は、最も前縁４８に近い最上流側仮想線を画定する。上述のように、最上流側仮想線として、仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が選定できる。仮想線Ｌ１は、ロータ軸８に直交し周方向に沿って直線状に延在して、前縁４８側の前縁領域４４と、後縁５０側の後縁領域５０を区分けする仮想線である。
仮想線Ｌ１をロータ軸８に直交する方向に定めれば、仮想線Ｌ１の位置決めが容易になる。このため、前縁領域４４と後縁領域４６との仮想線Ｌ１がロータ軸に直交する周方向に沿って延在するように頂面４２を構成することにより、前縁領域４４と後縁領域４６との間の仮想線Ｌ１を頂面４２上の正確な位置に形成でき、チップクリアランスである天板６０（頂面４２）と静止壁面５４との間の隙間量を正確に管理が可能になる。
【００６４】
仮想線Ｌ２は、位置Ｐ２を通りキャンバーラインＣＬに直交する方向に直線状に延びるキャンバーライン方向仮想線である。仮想線Ｌ２は、キャンバーラインＣＬに直交する直線であるため、位置決めが容易であり、境界線の加工も容易である。
【００６５】
仮想線Ｌ３は、位置Ｐ２を通りロータ軸８方向に沿って直線状に延びるロータ軸方向仮想線である。仮想線Ｌ３は、ロータ軸８方向にロータ軸８に平行に伸びる直線であるため、位置決めが容易であり、境界線の加工も容易である。
【００６６】
次に、最下流側仮想線ＬＬ２の選定について、以下に説明する。
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図３に示すように、冷却流路３４は、後述するサーペンタイン流路６２を形成し、最も後縁５０に近い最終冷却流路３４ａを流下した冷却媒体は、頂面４２に形成された出口開口５６から排出される。なお、出口開口５０は、最終冷却流路３４ａの径方向外側端の天板６０に形成され、最終冷却流路３４ａに直結している。冷却媒体の一部は、最終冷却流路３４ａから分岐して、後縁５０の端部５０ａの軸方向下流側を向く後縁端面５０ｂに開口し、径方向に配列された複数の冷却孔６３から燃焼ガス中に排出される。冷却媒体が複数の冷却孔６３を介して燃焼ガス中に排出される過程で、後縁５０の端部５０ａが冷却され、後縁端部５０ａの熱損傷が防止される。
【００６７】
最も後縁５０に近い出口開口５６近傍の翼型部３６は、冷却媒体のヒートアップ等に対する対策により、冷却が種々強化されているが、それでも最も径方向の熱伸びが大きくなる部分である。そのため、出口開口５６ｂの中心の位置をＰ３として、位置Ｐ３を通る仮想線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３が、最下流側仮想線ＬＬ２の一部として形成される。なお、出口開口５６ｂの位置Ｐ３は、図３において破線で示すように、径方向外側から翼断面を見た場合、最終冷却流路３４ａの流路断面内に形成されている。
【００６８】
仮想線Ｌ１１は、位置Ｐ３を通り、ロータ軸８に直交し、周方向に伸びる直線状の周方向仮想線である。仮想線Ｌ１１が、負圧面４０上で交わる交点が位置Ｐ４である。仮想線Ｌ１１は、ロータ軸８に直交する直線であるため、位置決めが容易であり、境界線の加工も容易である。
【００６９】
仮想線Ｌ１２は、位置Ｐ３を通り、キャンバーラインＣＬに直交する方向に直線状に延びるキャンバーライン方向仮想線である。仮想線Ｌ１２が、負圧面４０上で交わる交点が位置Ｐ５である。仮想線Ｌ１２は、キャンバーラインＣＬに直交する直線であるため、位置決めが容易であり、境界線の加工も容易である。
【００７０】
仮想線Ｌ１３は、位置Ｐ３を通りロータ軸８方向に沿って直線状に延びるロータ軸方向仮想線である。仮想線Ｌ１３が、負圧面４０上で交わる交点が位置Ｐ６である。仮想線Ｌ１３は、ロータ軸８方向にロータ軸８に平行に伸びる直線であるため、位置決めが容易であり、境界線の加工も容易である。
【００７１】
最下流側仮想線ＬＬ２は、上述のように、最下流側周方向線である仮想線Ｌ１１と最下流側ロータ軸方向仮想線であるＬ１３の間の境界線を選定することが望ましい。つまり、最下流側仮想線ＬＬ２は、仮想線Ｌ１１（最下流側周方向仮想線）から反時計方向廻りで仮想線Ｌ１３（最下流側ロータ軸方向仮想線）までの範囲で選定することが望ましい。
【００７２】
図４は、タービン動翼２６の頂面４２において、境界線の軸方向上流側の限界である最上流側仮想線ＬＬ１と、軸方向下流側の限界である最下流側仮想線ＬＬ２を示すとともに、翼構造や運転条件から選定される最適境界線ＬＬを一例として表示した構成図である。最適境界線ＬＬは、最上流側仮想線ＬＬ１と最下流側仮想線ＬＬ２の間に形成される。最適境界線ＬＬの選定にあたっては、翼構造や運転条件等を考慮して、チップクリアランス（隙間量）を推測し、位置Ｐ１と最適境界線ＬＬを選定する。
【００７３】
図４において、前縁４８に近い軸方向上流側の位置Ｐ１は、少なくとも位置Ｐ２と一致するか又は位置Ｐ１が位置Ｐ２よりも後縁５０側に位置することが望ましい。また、後縁５０側に近い軸方向下流側の位置Ｐ１は、仮想線Ｌ１１（最下流側周方向仮想線）との交点である位置Ｐ４と一致するか、位置Ｐ４より前縁４８側に配置することが望ましい。或いは、位置Ｐ１は、仮想線Ｌ１２（最下流側キャンバーライン直交方向仮想線）との交点である位置Ｐ５と一致するか、位置Ｐ５より前縁４８側に配置することが望ましい。或いは、位置Ｐ１は、仮想線Ｌ１３（最下流側ロータ軸方向仮想線）との交点である位置Ｐ６と一致するか、位置Ｐ６より前縁４８側に配置することが望ましい。このような位置Ｐ１を配置して、最上流側仮想線ＬＬ１と最下流側仮想線ＬＬ２との間に形成される所定の境界線を最適境界線ＬＬとして選定すれば、前縁領域４４と静止壁面５４とのチップクリアランスを容易に精度よく計測することができる。また、正確な最適境界線ＬＬを形成できれば、正確なチップクリアランス（隙間量）が選定できるので、頂面４２からの燃焼ガスのリーク流れを抑制できる。また、隣接するタービン動翼２６の後縁５０に干渉することなくスムーズにテーパーゲージ等の計測器１４を前縁領域４４と静止壁面５４との隙間に差し込むことができる。
【００７４】
上述のように、冷却流路３４における後縁５０に最も近い出口開口５６ｂの近傍では、特に熱伸び量が大きくなりやすく、頂面４２と静止壁面５４との接触リスクが高くなりやすい。このため、上記のように、位置Ｐ１を仮想線Ｌ１１との交点である位置Ｐ４よりも前縁４８側に位置させることにより、出口開口５６ｂの近傍における頂面４２と静止壁面５４との接触リスクを効果的に低減できる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、頂面４２において位置Ｐ３を通り周方向に平行な直線Ｌ３と負圧面４０との交点をＰ５とすると、位置Ｐ１は、位置Ｐ５よりも翼型部３６の前縁４８側に位置する。
【００７６】
冷却流路３４における後縁５０に最も近い出口開口５６ｂの近傍では、サーペンタイン流路６２を流れる冷却媒体の温度が燃焼ガスからの入熱によりヒートアップされ、特に熱伸び量が大きくなりやすく、頂面４２と静止壁面５４との接触リスクが高くなりやすい。このため、上記のように、位置Ｐ１を仮想線Ｌ１２との交点である位置Ｐ５よりも前縁４８側に位置させることにより、頂面４２と静止壁面５４との接触リスクを効果的に低減しつつ、タービン動翼２６の頂面４２（傾斜面５２）からの燃焼ガスのリーク流れを抑制できる。
【００７７】
冷却流路３４における後縁５０に最も近い出口開口５６ｂの近傍では、特に径方向外側への熱伸び量が大きくなりやすく、頂面４２と静止壁面５４との接触リスクが高くなりやすい。このため、上述のように、位置Ｐ１を仮想線Ｌ１３との交点である位置Ｐ６よりも前縁４８側に位置させることにより、出口開口５６ｂの近傍における頂面４２と静止壁面５４との接触リスクを効果的に低減できる。
【００７８】
最適境界線ＬＬを選定する場合、最上流側仮想線ＬＬ１と最下流側仮想線ＬＬ２の位置を勘案して、推定する隙間量の分布から境界線の位置Ｐ１を選定し、前縁領域４４と後縁領域４６の隙間量の分布から位置Ｐ１を通る仮想線を選定し、この仮想線を最適境界線ＬＬとしてもよい。
【００７９】
幾つかの実施形態では、図５及び図６に示すように、タービン動翼２６の後縁５０に冷却媒体の出口開口がない態様を示す。図５は、他の実施形態に係るタービン動翼の概略構成図である。図６は、他の実施形態に係る最適境界線と最上流側境界線を示した構成図である。タービン動翼２６の翼型部３６の内部に形成される冷却流路３４は、サーペンタイン流路６２を形成し、最も後縁５０に近い最終冷却流路３４ａの径方向外側端には、前述のような頂面４２に最終冷却流路３４ａに直結して形成された出口開口を備えていない。最終冷却流路３４ａは、一端が前記最終冷却流路３４ａに連通し、他端が後縁５０の軸方向下流側を向く後縁端部５０ａに開口して、径方向に配列された複数の冷却孔６３に接続している。最終冷却流路３４ａに供給された冷却媒体の全量は、最終冷却流路３４ａから冷却孔６３を流れ、後縁端部５０ａから燃焼ガス中に排出される過程で、後縁５０の後縁端部５０ａを対流冷却して、後縁端部５０ａの熱損傷を防止している。
【００８０】
最終冷却流路３４ａの径方向外側端近傍の翼型部３６は、サーペンタイン流路６２を流れる過程で冷却媒体がヒートアップされる。従って、径方向外側近傍の最終冷却流路３４ａに接続する冷却孔６３近傍の頂面４２側の後縁端部５０ａ近傍は、冷却媒体で冷却されるものの、翼型部３６の中では最も過熱される箇所になり、径方向外側方向への熱伸びが最も大きくなる。
【００８１】
図６に示すように、本実施形態の場合、最適境界線ＬＬは、軸方向上流側に位置する最上流側仮想線ＬＬ１を上限とし、後縁端部５０ａである最下流側仮想線ＬＬ２（実質、後縁端面５０ｂに相当）を下限として、この間に形成される。最適境界線ＬＬが負圧面４０と交わる位置Ｐ１は、少なくとも位置Ｐ２と一致するか又は位置Ｐ１が位置Ｐ２よりも後縁５０側に位置することが望ましい。また、最適境界線ＬＬの下限を定める位置Ｐ１は、上述のように後縁端部５０ａの位置と一致する。なお、図６において破線で示すように、径方向外側から翼断面を見た場合、後縁５０側の最終冷却流路３４ａの流路断面内の頂面４２上には、冷却媒体の出口開口が形成されていない。
【００８２】
このような位置Ｐ１を配置して、最上流側仮想線ＬＬ１と最下流側仮想線ＬＬ２との間に形成される所定の境界線を最適境界線ＬＬとして選定すれば、隣接するタービン動翼２６の後縁５０に干渉することなくスムーズにテーパーゲージ等の計測器１４を前縁領域４４と静止壁面５４との隙間に差し込むことができる。これにより、前縁領域４４と静止壁面５４とのチップクリアランスを容易に精度よく計測することができる。また、正確な最適境界線ＬＬを形成できれば、正確なチップクリアランス（隙間量）が選定できるので、頂面４２からの燃焼ガスのリーク流れを抑制できる。
【００８３】
図７は、他の実施形態に係るタービン動翼２６の頂面４２の構造を示す平面図である。図８は、他の実施形態に係るタービン動翼２６の軸方向から見た断面図であり、図７におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００８４】
幾つかの実施形態では、例えば図７及び図８に示すように、タービン動翼２６は、頂面４２上の周方向の負圧面４０側の端部であって、翼面３７に沿って前縁４８から後縁５０までの間に形成され、頂面４２から径方向外側方向に突出する凸部５１（チップシニング又はスキーラとも呼ぶ）を含んでいる。
【００８５】
図８に示すように、凸部５１はタービン動翼２６の負圧面４０側の翼面３７に沿って、頂面４２の表面から高さＨで径方向外側方向に突出するように形成され、前縁４８から後縁５０まで延在する。
【００８６】
本実施形態においても、例えば図７及び図８に示すように、頂面４２は、前縁４８側に位置しロータ軸８に平行に形成される前縁領域４４と、前縁領域４４に対して軸方向に隣接する後縁領域４６とを含んでいる。後縁領域４６は、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように前縁領域４４に対して傾斜する傾斜面５２を含んでいる。
【００８７】
図８に示すように、頂面４２上の負圧面４０側の翼面３７に沿って延在する凸部５１は、頂面４２から径方向外側方向に高さＨを維持して、前縁４８から後縁５０まで形成されている。すなわち、頂面４２上に形成される前縁領域４４及び後縁領域４６は、周方向に隣接する凸部５１の径方向外側を向く平面形状の頂部５１ａにも形成される。
【００８８】
本実施形態の場合、タービン動翼２６の翼型部３６と静止壁面５４の間の隙間計測は、負圧面４０側に形成された凸部５１の頂部５１ａと静止壁面３６の間の隙間量を計測して行われる。従って、スロート位置に相当する位置Ｐ２は、凸部５１の頂部５１ａ上に形成される。本実施形態においても、凸部５１の頂部５１ａに定められた位置Ｐ２を通る仮想線は、最も前縁４８に近い最上流側仮想線ＬＬ１を画定し、最上流側仮想線ＬＬ１として、仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が選定される。具体的には、図７に示すように、仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、ロータ軸８に直交する最上流側周方向仮想線Ｌ１及びキャンバーラインＣＬに直交する最上流側キャンバーライン直交仮想線Ｌ２並びにロータ軸８に平行に伸びる最上流側ロータ軸方向仮想線Ｌ３が相当する。
【００８９】
但し、最上流側仮想線ＬＬ１は、仮想線Ｌ１、仮想線Ｌ２及び仮想線Ｌ３によって画定される範囲に位置し、仮想線Ｌ１（最上流側周方向仮想線）から反時計方向廻りで仮想線Ｌ３（最上流側ロータ軸方向仮想線）までの間の範囲で選定し得る。
【００９０】
凸部５１の頂部５１ａの翼面３７に沿って形成された位置Ｐ２を一端として、直線状に
他方の翼面３７の位置まで延長された最上流側仮想線ＬＬ１は、頂面４２上にも形成される。
【００９１】
幾つかの実施形態では、例えば図７及び図８に示すように、頂面４２に形成された最終冷却流路６２ａの出口開口５６ｂの中心の位置をＰ３として、位置Ｐ３を通る仮想線が、最下流側仮想線を形成する。ロータ軸８に直交し、周方向に伸びる直線状の周方向仮想線Ｌ１１及びキャンバーラインＣＬに直交するキャンバーライン方向仮想線Ｌ１２並びにロータ軸８に平行に伸びるロータ軸方向仮想線Ｌ１３が、最下流側仮想線ＬＬ２の一部として形成される。なお、最下流側仮想線ＬＬ２は、仮想線Ｌ１１（最下流側周方向仮想線）から反時計方向廻りで仮想線Ｌ１３（最下流側ロータ軸方向仮想線）までの範囲で選定することが望ましい。最下流側仮想線ＬＬ２は、頂面４２上に形成されると共に、凸部５１の頂部５１ａ上にも形成される。
【００９２】
本実施形態における最適境界線ＬＬの一例を図７に示す。頂面４２上に形成された最適境界線ＬＬは、翼面３７に沿った同じ位置で、凸部５１の頂部５１ａ上にも形成される。従って、頂面４２に対する凸部５１の頂部５１ａの間の高さＨは、前縁４８から後縁５０まで同じ高さが維持される。なお、最適境界線ＬＬは、翼構造や運転条件等を考慮して、チップクリアランス（隙間量）を推測値等から選定され、その位置Ｐ１と最適境界線ＬＬが延在する方向が選定される。
【００９３】
最適境界線ＬＬを境界として、頂面４２上に形成された前縁領域４４及び後縁領域４６は、凸部５１の頂部５１上にも形成される。頂面４２に形成された前縁領域４４と後縁領域４６の境界線の位置は、凸部５１の頂部５１ａ上に形成された前縁領域４４と後縁領域４６の境界線の位置Ｐ１と、翼面３７に沿った方向で一致する。従って、頂面４２上の前縁領域４４と凸部５１の頂部５１ａ上の前縁領域４４は、ロータ軸８に平行に形成される。また、凸部５１の頂部５１ａ上の後縁領域４６には、頂面４２上の後縁領域４６と同様に、最適境界線ＬＬの位置から後縁５０の方向に、後縁５０に近づくと共に径方向内側に傾く傾斜面５１ｂが形成されている。この場合であっても、上述のように、頂面４２に対する凸部５１の頂部５１ａの間の高さＨは、前縁４８から後縁５０まで同じ高さＨが維持される。
【００９４】
本実施形態の構成によれば、翼型部３６の頂面４２上の負圧面４０側に形成された凸部を設けることにより、頂面４２と静止壁面５４との間の隙間が小さくなり、頂面４２を越える燃焼ガスのリーク流れが減少して、タービンの空力性能が向上する。
【００９５】
凸部５１の頂部５１ａの前縁４８から後縁５０までの翼面に沿った形状を頂面４２と同じ形状とするので、燃焼ガスのリーク流れが減少すると共に、静止壁面５４との干渉も回避され、ガスタービン１の安定運転が可能になる。
【００９６】
図９は、一実施形態に係る翼型部３６の構成の一例を示す断面図である。図１０は、一実施形態に係る翼型部３６の他の構成を示す断面図である。図１１は、一実施形態に係る翼型部３６の他の構成を示す断面図である。
【００９７】
幾つかの実施形態では、例えば図９〜図１１に示すように、翼型部３６は、頂面４２を形成する天板６０を含む。
【００９８】
幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、天板６０の厚さｔは、前縁領域４４の少なくとも一部に対応する範囲において、後縁５０に近づくにつれて大きくなる。また、天板６０の厚さｔは、後縁領域４６の少なくとも一部に対応する範囲において、後縁５０に近づくにつれて小さくなる。図示する例示的形態では、天板６０は、前縁領域４４の全範囲において、後縁５０に近づくにつれて厚さｔが大きくなるように構成されており、後縁領域４６の全範囲において、後縁５０に近づくにつれて厚さｔが小さくなるように構成されている。
かかる構成によれば、前縁４８から後縁５０までの天板６０の厚さｔの変化が小さく、前縁領域４４と後縁領域４６の温度が均一化され、天板６０のメタル温度の上昇が抑制される。
【００９９】
幾つかの実施形態では、例えば図１０に示すように、天板６０は、前縁領域４４及び後縁領域４６のいずれにおいても同じ厚さｔで形成されている。
かかる構成によれば、翼型部３６の前縁領域から後縁領域に至る天板の厚さが均一化されているので、天板における熱応力の発生を抑制ことができる。
【０１００】
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図９〜図１１に示すように、冷却流路３４は、前縁４８側に配置されたストレート流路５９を含む。ストレート流路５９は、基端部３２に設けられた入口開口３５ａと、頂面４２に設けられた出口開口５６ａとを含み、翼型部３６の内部を径方向に沿って一方向に延在する。
【０１０１】
幾つかの実施形態では、例えば図２及び図９〜図１１に示すように、冷却流路３４は、前縁４８側から後縁５０側まで配置されたサーペンタイン流路６２を含む。図示する例示的形態では、サーペンタイン流路６２は、前縁側にて基端部３２に設けられた入口開口３５ｂと、後縁側にて頂面４２に設けられた上述の出口開口５６ｂとを含み、入口開口３５ｂと出口開口５６ｂとの間で径方向に折り返しながら蛇行するように構成されている。サーペンタイン流路６２の径方向外側端部６４は、冷却媒体の流れを反転させるための少なくとも一つ以上のリターン部６６（６６ａ，６６ｂ）を含む。図示する例示的形態では、サーペンタイン流路６２の径方向外側端部６４は、流れを反転させるための第１リターン部６６ａ及び第２リターン部６６ｂを含む。
【０１０２】
図９〜図１１に示すように、天板６０のうち頂面４２と径方向内側の反対側の壁面６８は、リターン部６６を形成する少なくとも一つ以上のリターン部形成壁面７０（７０ａ，７０ｂ）を含む。図示する例示的形態では、天板６０のうち頂面４２と径方向内側の反対側の壁面６８は、第１リターン部６６ａを形成する第１リターン部形成壁面７０ａと、第１リターン部形成壁面７０ａに対して仕切壁７２を挟んで後縁５０側に隣接するとともに第２リターン部６６ｂを形成する第２リターン部形成壁面７０ｂとを含む。
【０１０３】
幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、リターン部形成壁面７０（７０ａ，７０ｂ）の各々は、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜している。図示する例示的形態では、軸方向に対する傾斜面５２の傾斜角をθ１、軸方向に対するリターン部形成壁面７０（７０ａ，７０ｂ）の各々の傾斜角をθ２とすると、θ１＞θ２を満たす。
【０１０４】
かかる構成によれば、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面５２を設けた場合であっても、リターン部形成壁面７０（７０ａ，７０ｂ）の各々を後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜させることにより、熱伸び量の大きくなりやすい後縁５０側の天板６０の肉厚を確保することが容易となる。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、第１リターン部形成壁面７０ａ及び第２リターン部形成壁面７０ｂの各々は、ロータ軸８に平行に形成され、第１リターン部形成壁面７０ａのロータ軸８からの高さｈ１は、第２リターン部形成壁面７０ｂのロータ軸８からの高さｈ２より大きい。すなわち、天板６０のうち頂面４２と反対側の内壁面６８は、下流側に向かうにつれてロータ軸８からの高さが小さくなるように階段状になっている。
【０１０６】
かかる構成によれば、後縁５０に近づくにつれて径方向内側に向かうように傾斜する傾斜面５２を設けた場合であっても、第１リターン部形成壁面７０ａのロータ軸８からの高さｈ１を第２リターン部形成壁面７０ｂのロータ軸８からの高さｈ２より大きくすることにより、熱伸び量の大きくなりやすい後縁５０側の天板６０の比較的一様な肉厚を確保することが容易となり、熱応力の発生を抑制できる。
【０１０７】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ガスタービン
２  圧縮機
４  燃焼器
６  タービン
８  ロータ軸
１０  圧縮機車室
１２  入口
１４  計測器
１６  静翼
１８  動翼
２２  タービン車室
２４  タービン静翼
２６  タービン動翼
２８  燃焼ガス流路
３０  排気室
３２  基端部
３４  冷却流路
３４ａ  冷却孔
３５（３５ａ，３５ｂ）  入口開口
３６  翼型部
３７  翼面
３８  正圧面
４０  負圧面
４２  頂面
４４  前縁領域
４６  後縁領域
４８  前縁
５０  後縁
５０ａ  後縁端部
５０ｂ  後縁端面
５１  凸部
５１ａ  頂部
５２，５１ｂ  傾斜面
５４  静止壁面
５６（５６ａ，５６ｂ）  出口開口
５８  スロート
５９  ストレート流路
６０  天板
６２  サーペンタイン流路
６２ａ  最終冷却流路
６３  冷却孔
６４  径方向外側端部
６６  リターン部
６６ａ  第１リターン部
６６ｂ  第２リターン部
６８  内壁面
７０  リターン部形成壁面
７０ａ  第１リターン部形成壁面
７０ｂ  第２リターン部形成壁面
７２  仕切壁
ＬＬ  境界線
ＬＬ１  最上流側仮想線（第１仮想線）
ＬＬ２  最下流側仮想線（第２仮想線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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