(57)【要約】【課題】過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供する。【解決手段】一実施形態に係る高温部品は、ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、を備え、前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品。
【請求項２】
前記ヘッダ部における上流側内壁部と下流側内壁部との離間距離は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域における等価直径の１倍以上３倍以下である
請求項１に記載の高温部品。
【請求項３】
前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む
請求項１又は２に記載の高温部品。
【請求項４】
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する
請求項１乃至３の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項５】
前記複数の冷却通路を形成する壁部は、前記冷却通路の下流端において角部が面取りされている
請求項１乃至４の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項６】
前記出口通路の数は、１である
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項７】
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であり、
前記複数の分割体は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路に面する内表面をそれぞれ有し、
前記複数の冷却通路は、前記複数の分割体のそれぞれの内部に形成され、
前記１以上の出口通路は、前記複数の分割体のそれぞれにおける軸方向の下流側端部で前記燃焼ガス中に開口する
請求項１乃至６の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項８】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品の製造方法。
【請求項９】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する
請求項８に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１０】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える
請求項８又は９に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１１】
前記機械加工を施すステップは、前記１以上の出口通路をドリルによって切削する
請求項１０に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１２】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の内部を流れる前記冷却媒体の流量調節方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップと、
を備える
流量調節方法。
【請求項１３】
前記高温部品は、１の前記ヘッダ部と、該ヘッダ部に下流端が接続された少なくとも２以上の前記冷却通路と、該ヘッダ部に接続された１以上の前記出口通路とを含む冷却通路グループを複数含み、
前記複数の冷却通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記ヘッダ部を形成し、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路をドリルによって切削する
請求項１２に記載の流量調節方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高温部品、高温部品の製造方法及び流量調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービン等、高温の作動ガスが内部を流れる機械では、その機械を構成する部品には、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品が含まれる。このような高温部品の冷却構造として、部品の内部に冷却空気が流通可能な複数の配送チャネル（冷却通路）に冷却空気を流通させることで高温部品の冷却を行うことが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４８８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガスタービン等のように高温の作動ガスによって作動する機械では、一般的に、冷却によって熱が奪われることは機械の熱効率の低下につながる。そのため、出来るだけ少ない冷却媒体で効率的に高温部品を冷却することが望ましい。したがって、冷却通路における流路断面積は必要以上に大きくしない方がよい。
しかし、流路断面積が小さいと、高温部品の製造上の制約から冷却通路の寸法精度が低下する傾向があるため、冷却通路における冷却空気の流量の精度が低下するおそれがある。
冷却通路における冷却空気の流量の精度が低下して、冷却空気の流量が設計上の流量より多くなると、冷却空気に必要以上に熱が奪われて、機械の熱効率が低下するおそれがある。また、冷却空気の流量が設計上の流量より少なくなると、冷却不足によって高温部品が損傷するおそれがある。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供することを目的とする。
【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高温部品は、
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい。
【０００７】
複数の冷却通路の各々において、それぞれを流れる冷却媒体の流量を複数の冷却通路の各々の流路断面積で決定しようとすると、上述したように、流路断面積が小さいと、高温部品の製造上の制約から冷却通路の寸法精度が低下する傾向があるため、冷却通路における冷却媒体の流量の精度が低下するおそれがある。
これに対して、上記（１）の構成によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和がヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さいので、複数の冷却通路における冷却媒体の流量を出口通路の最小流路断面積によって規定できる。これにより、複数の冷却通路のそれぞれでは、冷却媒体の流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、冷却通路の寸法精度が向上し、複数の冷却通路同士での冷却媒体の流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、上記（１）の構成によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積がヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であるので、出口通路の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、上記（１）の構成によれば、１以上の出口通路の数が複数の冷却通路の数未満であるので、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記ヘッダ部における上流側内壁部と下流側内壁部との離間距離は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域における等価直径の１倍以上３倍以下である。
【０００９】
上流側内壁部、すなわち複数の冷却通路の下流端とヘッダ部との接続位置と、下流側内壁部、すなわち１以上の出口通路の上流端とヘッダ部との接続位置とが接近しすぎていると、冷却通路の下流端と出口通路の上流端との距離が小さい冷却通路と大きい冷却通路とで冷却媒体の流量の差が大きくなってしまう。
これに対して、上記（２）の構成によれば、上流側内壁部、すなわち複数の冷却通路の下流端とヘッダ部との接続位置と、下流側内壁部、すなわち１以上の出口通路の上流端とヘッダ部との接続位置とが少なくとも上記等価直径の１倍以上離れていることで、複数の冷却通路同士での冷却媒体の流量のばらつきを抑制できる。
また、ヘッダ部では、複数の冷却通路の下流端が接続されていることから、ヘッダ部における空間容積が大きくなり、ヘッダ部における冷却媒体の流速が低下するので、冷却媒体への熱伝達率が低下する。そのため、ヘッダ部では冷却能力が低下するおそれがあるため、上流側内壁部と下流側内壁部との離間距離は大きくない方がよい。
その点、上記（２）の構成によれば、上流側内壁部と下流側内壁部との離間距離が上記等価直径の３倍以下であるので、高温部品において冷却能力が不足する領域が生じることを抑制できる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、流路断面積縮小部の下流側から出口通路の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路における最小流路断面積の調節が容易となる。したがって、出口通路の下流側における出口通路の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却媒体の流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、複数の冷却通路の内壁面が上記の粗度を有するので、冷却通路における冷却性能を向上できる。また、上記（４）の構成によれば、出口通路の流路断面積が最小となる領域における出口通路の内壁面が上記の粗度を有するので、出口通路における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路において異物が通過し易くなり、出口通路が閉塞するリスクを低減できる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記複数の冷却通路を形成する壁部は、前記冷却通路の下流端において角部が面取りされている。
【００１５】
複数の冷却通路を形成する壁部は、伝熱性能向上の観点から必要に応じて壁部の厚さをできるだけ小さくする場合がある。このような場合に、冷却通路の下流端において角部が面取りされていないような形状にしようとすると、例えば精密鋳造法や金属積層造形法によって高温部品を形成する際や、その後の熱処理の際に、該角部の形状が崩れてしまうおそれがある。該角部の形状が崩れてしまうと、冷却通路を流通する冷却媒体の流れに悪影響を及ぼして、冷却性能を低下させるおそれがある。
これに対して、上記（５）の構成によれば、冷却通路の下流端において角部が面取りされているので、上述したような該角部の形状が崩れてしまうことによる悪影響を抑制できる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記出口通路の数は、１である。
【００１７】
上述したように、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることが望ましい。その点、上記（６）の構成によれば、出口通路の数が１であるので、通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であり、
前記複数の分割体は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路に面する内表面をそれぞれ有し、
前記複数の冷却通路は、前記複数の分割体のそれぞれの内部に形成され、
前記１以上の出口通路は、前記複数の分割体のそれぞれにおける軸方向の下流側端部で前記燃焼ガス中に開口する。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、ガスタービンの分割環が上記（１）乃至（６）の何れかの構成を備えることで、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和がヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さくなるので、複数の冷却通路における冷却媒体の流量を出口通路の最小流路断面積によって規定できる。これにより、複数の冷却通路のそれぞれでは、冷却媒体の流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、冷却通路の寸法精度が向上し、複数の冷却通路同士での冷却媒体の流量のばらつきを抑制できる。したがって、分割環において過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、上記（７）の構成によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積がヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であるので、分割環において出口通路の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、上記（７）の構成によれば、１以上の出口通路の数が複数の冷却通路の数未満であるので、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割環の製造コストを抑制できる。
【００２０】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る高温部品の製造方法は、
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい。
【００２１】
上記（８）の方法によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和がヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さくなるので、複数の冷却通路における冷却媒体の流量を出口通路の最小流路断面積によって規定できる。これにより、複数の冷却通路のそれぞれでは、冷却媒体の流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、冷却通路の寸法精度が向上し、複数の冷却通路同士での冷却媒体の流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、上記（８）の方法によれば、１以上の出口通路の各々の最小流路断面積をヘッダ部と冷却通路との接続部における複数の冷却通路の各々の流路断面積以上とすることができるので、出口通路の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、上記（８）の方法によれば、１以上の出口通路の数が複数の冷却通路の数未満となるので、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する。
【００２３】
上記（９）の方法によれば、流路断面積縮小部において出口通路における最小流路断面積を有するように出口通路を形成することで、冷却媒体の流量の管理上、流路断面積縮小部において最も下流側の領域の寸法精度を管理すればよいこととなるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、高温部品の製造コストを抑制できる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の方法において、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える。
【００２５】
上記（１０）の方法によれば、出口通路を機械加工だけによって形成する場合と比べて、高温部品の製造コストを抑制できる。また、上記（１０）の方法によれば、出口通路を金属積層造形法又は精密鋳造法だけによって形成する場合と比べて、出口通路の内壁面の寸法精度を向上でき、冷却媒体の流量の調節精度を向上できる。さらに、上記（１０）の方法によれば、出口通路の内壁面の寸法を冷却媒体の流量を確認しながら調節できるので、冷却媒体の流量の過不足を抑制できる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、前記機械加工を施すステップは、前記１以上の出口通路をドリルによって切削する。
【００２７】
上記（１１）の方法によれば、ドリルの直径によって出口通路の内壁面の寸法を規定できるので、製造が容易となる。
【００２８】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る流量調節方法は、
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の内部を流れる前記冷却媒体の流量調節方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップと、
を備える。
【００２９】
上記（１２）の方法によれば、ドリルの直径によって出口通路の内壁面の寸法を規定できるので、冷却媒体の流量調節が容易となる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることが容易となる。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の方法において、
前記高温部品は、１の前記ヘッダ部と、該ヘッダ部に下流端が接続された少なくとも２以上の前記冷却通路と、該ヘッダ部に接続された１以上の前記出口通路とを含む冷却通路グループを複数含み、
前記複数の冷却通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記ヘッダ部を形成し、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路をドリルによって切削する。
【００３１】
上記（１３）の方法によれば、ドリルの直径によって各出口通路の内壁面の寸法を規定できるので、複数の冷却通路グループ同士の冷却媒体の流量のばらつきの抑制が容易となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【図２】タービンのガス流路を表す断面図である。
【図３】幾つかの実施形態に係る分割体を径方向外側から見た模式的な平面図、及び、周方向に沿ってロータの回転方向下流側から回転方向上流側に向かって見た模式的な側面図である。
【図４】図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。
【図５】図４におけるヘッダ部近傍の拡大図である。
【図６】幾つかの実施形態に係る分割体を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】出口通路切削工程について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付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。
【００３５】
以下の説明では、ガスタービンに用いられる高温部品を例に挙げて、幾つかの実施形態に係る高温部品について説明する。
図１は、ガスタービンの全体構成を表す概略図であり、図２は、タービンのガス流路を表す断面図である。
【００３６】
本実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３がロータ１４により同軸上に配置されて構成され、ロータ１４の一端部に発電機１５が連結されている。なお、以下の説明では、ロータ１４の軸線が延びる方向を軸方向Ｄａ、このロータ１４の軸線を中心とした周方向を周方向Ｄｃとし、ロータ１４の軸線Ａｘに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、周方向Ｄｃのうち、ロータ１４の回転方向を回転方向Ｒとして表す。
【００３７】
圧縮機１１は、空気取入口から取り込まれた空気ＡＩが複数の静翼及び動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気ＡＣを生成する。燃焼器１２は、この圧縮空気ＡＣに対して所定の燃料ＦＬを供給し、燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスＦＧが生成される。タービン１３は、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスＦＧが複数の静翼及び動翼を通過することでロータ１４を駆動回転し、このロータ１４に連結された発電機１５を駆動する。
【００３８】
また、図２に示すように、タービン１３にて、タービン静翼（静翼）２１は、翼型部２３のハブ側が内側シュラウド２５に固定され、先端側が外側シュラウド２７に固定されて構成されている。タービン動翼（動翼）４１は、翼型部４３の基端部がプラットフォーム４５に固定されて構成されている。そして、外側シュラウド２７と動翼４１の先端部側に配置される分割環５０とが遮熱環３５を介して車室（タービン車室）３０に支持され、内側シュラウド２５がサポートリング３１に支持されている。そのため、燃焼ガスＦＧが通過する燃焼ガス流路３２は、内側シュラウド２５と、外側シュラウド２７と、プラットフォーム４５と、分割環５０により囲まれた空間として軸方向Ｄａに沿って形成される。
【００３９】
なお、内側シュラウド２５、外側シュラウド２７及び分割環５０は、ガスパス面形成部材として機能する。ガスパス面形成部材とは、燃焼ガス流路３２を区画すると共に燃焼ガスＦＧが接触するガスパス面を有するものである。
【００４０】
燃焼器１２、動翼４１（例えばプラットフォーム４５）、静翼２１（例えば内側シュラウド２５や外側シュラウド２７）及び分割環５０等は、燃焼ガスＦＧが接触する高温環境下で使用される高温部品であり、冷却媒体による冷却を必要とする。以下の説明では、高温部品の冷却構造の例として、分割環５０の冷却構造について説明する。
【００４１】
図３は、幾つかの実施形態に係る分割環５０を構成する分割体５１の一つを径方向Ｄｒ外側から見た模式的な平面図、及び、周方向Ｄｃに沿ってロータ１４の回転方向Ｒ下流側から回転方向Ｒ上流側に向かって見た模式的な側面図である。図４は、図３におけるＡ４−Ａ４矢視断面図である。なお、図３では、分割体５１の構造を簡略化して描いている。したがって、例えば図３では、分割体５１を遮熱環３５に取り付けるためのフック等の記載を省略している。
【００４２】
幾つかの実施形態に係る分割環５０は、周方向Ｄｃに環状に形成された複数の分割体５１から構成される。各分割体５１は、内部に冷却流路が形成された本体５２を主要な構成品とする。図２に示すように、分割体５１は、径方向Ｄｒの内表面５２ａが燃焼ガスＦＧが流れる燃焼ガス流路３２に面するように配置される。分割体５１の径方向Ｄｒ内側には、一定の隙間を設けて、ロータ１４を中心に回転する動翼４１が配置されている。高温の燃焼ガスＦＧによる熱損傷を防止するため、分割体５１には、軸方向Ｄａに延在する複数の軸方向通路（冷却通路）６０が形成されている。
冷却通路６０は、周方向Ｄｃに並列させて複数配設されている。
幾つかの実施形態では、冷却通路６０における周方向Ｄｃを冷却通路６０の幅方向と呼ぶ。また、幾つかの実施形態では、冷却通路６０において該幅方向に直交する径方向Ｄｒを冷却通路６０の高さ方向と呼ぶ。
【００４３】
図示はしないが、一実施形態に係るガスタービン１０では、幾つかの実施形態に係る各分割体５１には、外表面５２ｂ側から冷却空気ＣＡが供給されるように構成されている。分割体５１に供給された冷却空気ＣＡは、冷却通路６０を流通し、燃焼ガスＦＧ中に排出する過程で、分割体５１の本体５２を対流冷却している。
【００４４】
以下、幾つかの実施形態に係る分割体５１の冷却構造について説明する。
幾つかの実施形態に係る冷却通路６０のそれぞれは、上流端が冷却空気マニホールド５５に接続されている。幾つかの実施形態に係る冷却通路６０のそれぞれの内部には、冷却通路６０を途中から複数の分岐流路６３に分割する仕切壁７０が形成されている。幾つかの実施形態では、仕切壁７０は、冷却通路６０を途中から冷却通路６０の幅方向に一対の分岐流路６３に分割する。
【００４５】
幾つかの実施形態に係る冷却通路６０、すなわち、仕切壁７０よりも上流側の区間、及び、分岐流路６３において、冷却通路６０の延在方向から見たときの冷却通路６０の流路の断面形状は、矩形であってもよく、円形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよく、楕円形であってもよい。また、冷却通路６０における仕切壁７０よりも上流側の区間と分岐流路６３とで、流路の断面形状の種類が異なっていてもよい。すなわち、仕切壁７０よりも上流側の区間における流路の断面形状が矩形であり、分岐流路６３における流路の断面形状が円形であってもよい。また、分岐流路６３における流路の断面形状は、円や楕円を仕切壁７０で２分割したような形状であってもよい。
冷却通路６０は、冷却通路６０の内壁面を冷却することで分割体５１を冷却する。そのため、冷却通路６０は、冷却通路６０の等価直径の５倍以上の長さを有する。なお、冷却通路６０の等価直径とは、冷却通路６０の断面形状が円形以外の形状である場合に、冷却空気ＣＡの流動の点から等価となる円形の流路に置き換えたときの流路の直径である。
【００４６】
複数の分岐流路６３のそれぞれは、下流端６５がヘッダ部８０に接続されている。幾つかの実施形態では、例えば、それぞれ隣り合う３つの冷却通路６０における６つの分岐流路６３の下流端６５が１つのヘッダ部８０の上流側内壁部８１に接続されている。幾つかの実施形態では、分割体５１には、複数のヘッダ部８０が形成されている。
【００４７】
各ヘッダ部８０は、軸方向Ｄａで対向する一対の壁部である上流側内壁部８１及び下流側内壁部８２と、周方向Ｄｃで対向する一対の壁部である側方内壁部８３、８４と、径方向Ｄｒ対向する一対の壁部である不図示の内壁部とによって囲まれた、直方体状の空間部である。
【００４８】
各ヘッダ部８０の下流側内壁部８２には、ヘッダ部８０に流入した冷却空気ＣＡをヘッダ部８０の外部、すなわち分割体５１の外部に排出するための少なくとも１以上の出口通路１１０が形成されている。なお、図３に示す実施形態では、ヘッダ部８０には、下流側内壁部８２における周方向Ｄｃの中央近傍に１つの出口通路１１０が形成されている。出口通路１１０は、分割体５１における軸方向Ｄａの下流側端部５３で燃焼ガスＦＧ中に開口する。
【００４９】
幾つかの実施形態では、分割体５１は、１つのヘッダ部８０と、該ヘッダ部８０に下流端が接続された３つの冷却通路６０と、該ヘッダ部８０に接続された１つの出口通路１１０とを含む冷却通路グループ６を複数含む。
【００５０】
分割体５１の外部から分割体５１に供給される冷却空気ＣＡは、冷却空気マニホールド５５に供給された後、冷却空気マニホールド５５から各冷却通路６０に分配される。各冷却通路６０に分配された冷却空気ＣＡは、仕切壁７０で分割されて、各分岐流路６３に流れ込む。各分岐流路６３に流れ込んだ冷却空気ＣＡは、各ヘッダ部８０で集められて、出口通路１１０から分割体５１の外部に排出される。
【００５１】
ガスタービン１０等のように高温の作動ガスによって作動する機械では、一般的に、冷却によって熱が奪われることは機械の熱効率の低下につながる。そのため、出来るだけ少ない冷却媒体で効率的に高温部品を冷却することが望ましい。したがって、冷却通路６０における流路断面積は必要以上に大きくしない方がよい。
しかし、流路断面積が小さいと、高温部品である分割体５１の製造上の制約から冷却通路６０の寸法精度が低下する傾向があるため、冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量の精度が低下するおそれがある。
冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量の精度が低下して、冷却空気ＣＡの流量が設計上の流量より多くなると、冷却空気ＣＡに必要以上に熱が奪われて、ガスタービン１０の熱効率が低下するおそれがある。また、冷却空気ＣＡの流量が設計上の流量より少なくなると、冷却不足によって分割体５１が損傷するおそれがある。
【００５２】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる高温部品を提供することを目的とする。
【００５３】
そこで、幾つかの実施形態では、分割体５１における冷却構造を以下で述べるような構成とすることで、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにしている。
図５は、図４におけるヘッダ部８０近傍の拡大図である。
【００５４】
幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、分割体５１において、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の数は、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０の数未満である。例えば、幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、１つのヘッダ部８０に対して、仕切壁７０で分割された６つの冷却通路６０（６つの分岐流路６３）と、１つの出口通路１１０とが接続されている。
【００５５】
幾つかの実施形態では、図５によく示すように、出口通路１１０は、上流側領域１１１と下流側領域１１５とを有する。上流側領域１１１には、下流側に向かって流路断面積が漸減する流路断面積縮小部１１３が形成されている。下流側領域１１５には、流路断面積が最も小さくなる最小流路断面積部１１７が形成されている。
幾つかの実施形態では、出口通路１１０の延在方向から見たときの出口通路１１０の流路の断面形状は、上流側領域１１１及び下流側領域１１５において円形である。しかし、出口通路１１０の流路の断面形状は、上流側領域１１１及び下流側領域１１５において矩形であってもよく、矩形以外の多角形であってもよく、楕円形であってもよい。また、上流側領域１１１と下流側領域１１５とで、流路の断面形状の種類が異なっていてもよい。すなわち、上流側領域１１１における流路の断面形状が矩形であり、下流側領域１１５における流路の断面形状が円形であってもよい。
【００５６】
なお、下流側領域１１５における流路の断面形状が円形以外である場合も考慮して、以下の説明では、下流側領域１１５（最小流路断面積部１１７）において流路の大きさについて言及する場合、最小流路断面積部１１７の等価直径によって説明する。
最小流路断面積部１１７の等価直径とは、最小流路断面積部１１７の断面形状が円形以外の形状である場合に、冷却空気ＣＡの流動の点から等価となる円形の流路に置き換えたときの最小流路断面積部１１７の直径である。なお、最小流路断面積部１１７の断面形状が円形である場合、最小流路断面積部１１７の等価直径とは、最小流路断面積部１１７の直径である。
【００５７】
幾つかの実施形態では、分割体５１において、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、ヘッダ部８０と冷却通路６０との接続部６７における複数の冷却通路６０（分岐流路６３）の各々の流路断面積ＳＡ以上である。
幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、分割体５１において、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０（分岐流路６３）の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さい。
なお、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されていた場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎは、接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上である。
また、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されていた場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎは、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さい。
【００５８】
後述するように、分割体５１は、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって形成できる。そのため、冷却通路６０の流路断面積ＳＡが小さいと、分割体５１の製造上の制約から冷却通路６０の寸法精度が低下する傾向がある。
複数の冷却通路６０の各々において、それぞれを流れる冷却空気ＣＡの流量を複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡで決定しようとすると、流路断面積ＳＡが小さいと、上述したように冷却通路６０の寸法精度が低下して冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量の精度が低下するおそれがある。
【００５９】
これに対して、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さいので、複数の冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量を出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎによって規定できる。これにより、複数の冷却通路６０のそれぞれでは、冷却空気ＣＡの流量調整のために流路断面積ＳＡを必要以上に小さくしなくてもよくなるので、冷却通路６０の寸法精度が向上し、複数の冷却通路６０同士での冷却空気ＣＡの流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
【００６０】
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上であるので、出口通路１１０の径方向の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路１１０において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、１以上の出口通路１１０の数が複数の冷却通路６０の数未満であるので、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００６１】
幾つかの実施形態では、図５に示すように、分割体５１において、ヘッダ部８０における上流側内壁部８１と下流側内壁部８２との離間距離Ｌｄ、すなわち、ヘッダ部８０の上流側端部と下流側端部との長さは、出口通路１１０の流路断面積が最小となる領域である下流側領域１１５における等価直径ＤＢｍｉｎの１倍以上３倍以下である。
【００６２】
上流側内壁部８１、すなわち複数の冷却通路６０の下流端６５とヘッダ部８０との接続位置と、下流側内壁部８２、すなわち出口通路１１０の上流端１１０ａとヘッダ部８０との接続位置とが接近しすぎていると、冷却通路６０の下流端６５と出口通路１１０の上流端１１０ａとの距離が小さい冷却通路６０と大きい冷却通路６０とで冷却空気ＣＡの流量の差が大きくなってしまう。
これに対して、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、上流側内壁部８１と下流側内壁部８２とが少なくとも上記等価直径ＤＢｍｉｎの１倍以上離れていることで、複数の冷却通路６０同士での冷却空気ＣＡの流量のばらつきを抑制できる。
また、ヘッダ部８０では、複数の冷却通路６０の下流端６５が接続されていることから、ヘッダ部８０における空間容積が大きくなり、ヘッダ部８０における冷却空気ＣＡの流速が低下するので、冷却空気ＣＡへの熱伝達率が低下する。そのため、ヘッダ部８０では冷却能力が低下するおそれがあるため、上流側内壁部８１と下流側内壁部８２との離間距離Ｌｄは大きくない方がよい。
その点、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、上流側内壁部８１と下流側内壁部８２との離間距離Ｌｄが上記等価直径ＤＢｍｉｎの３倍以下であるので、分割体５１において冷却能力が不足する領域が生じることを抑制できる。
また、上流側内壁部８１と下流側内壁部８２との離間距離Ｌｄが上記等価直径ＤＢｍｉｎの３倍以下であれば、ヘッダ部８０の容積、すなわち分割体５１の内部の空間部の容積を抑制して、分割体５１の強度低下を抑制できる。
【００６３】
幾つかの実施形態に係る分割体５１では、出口通路１１０は、出口通路１１０の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部１１３を含む。
これにより、流路断面積縮小部１１３の下流側から出口通路１１０の延在方向と直交する方向の大きさを調節することで、出口通路１１０における最小流路断面積ＳＢｍｉｎの調節が容易となる。したがって、出口通路１１０の下流側における出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法を管理すれば、冷却空気ＣＡの流量を管理できるので、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
なお、上流側領域１１１に流路断面積縮小部１１３が形成されていることから、後述するように、出口通路１１０の下流端１１０ｂから上流端１１０ａに向かって三角ドリルによって出口通路１１０に機械加工を施すことで、下流端１１０ｂから上流側に遡った一部の区間の内径が一定となり、該区間が下流側領域１１５となる。したがって、下流側領域１１５に最小流路断面積部１１７を容易に形成できる。
【００６４】
幾つかの実施形態に係る分割体５１では、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度は、出口通路１１０の流路断面積が最小となる領域において、複数の冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下である。すなわち、幾つかの実施形態に係る分割体５１では、下流側領域１１５における内壁面１１５ａの粗度が、複数の冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下である。
出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度を上述のようにすることで、出口通路１１０における圧損のばらつきが小さくなるので、冷却空気ＣＡの流量の調節精度を向上できる。また、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの粗度を上述のようにすることで、出口通路１１０において異物が通過し易くなるので、出口通路１１０が閉塞するリスクを低減できる。
なお、幾つかの実施形態に係る分割体５１では、上流側領域１１１における内壁面１１１ａの粗度は、複数の冷却通路６０の内壁面６０ａの粗度以下でなくてもよい。
【００６５】
例えば、幾つかの実施形態では、出口通路１１０の内壁面１１０ｃは、下流側領域１１５において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有する。また、幾つかの実施形態では、複数の冷却通路６０の内壁面６０ａは、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する。
幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、複数の冷却通路６０の内壁面６０ｃが上記の粗度を有するので、冷却通路６０における冷却性能を向上できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、出口通路１１０の下流側領域１１５における内壁面１１５ｃが上記の粗度を有するので、出口通路１１０における圧力損失のばらつきを抑制できるとともに、出口通路１１０において異物が通過し易くなり、出口通路１１０路が閉塞するリスクを低減できる。
【００６６】
幾つかの実施形態に係る分割体５１では、複数の冷却通路６０を形成する壁部、すなわち仕切壁７０は、冷却通路６０の下流端６５において角部７５が面取りされている。
複数の冷却通路６０（分岐流路６３）を形成する壁部でもある仕切壁７０は、伝熱性能向上の観点から必要に応じて壁部の厚さ、すなわち仕切壁７０の周方向Ｄｃの寸法をできるだけ小さくする場合がある。このような場合に、冷却通路６０（分岐流路６３）の下流端６５において角部７５が面取りされていないような形状にしようとすると、例えば精密鋳造法や金属積層造形法によって分割体５１を形成する際や、その後の熱処理の際に、該角部の形状が崩れてしまうおそれがある。該角部の形状が崩れてしまうと、冷却通路６０を流通する冷却空気ＣＡの流れに悪影響を及ぼして、冷却性能を低下させるおそれがある。
これに対して、幾つかの実施形態に係る分割体５１によれば、冷却通路６０の下流端６５において角部７５が面取りされているので、上述したような該角部７５の形状が崩れてしまうことによる悪影響を抑制できる。
【００６７】
例えば、幾つかの実施形態では、図３〜図５に示すように、１つのヘッダ部８０に対して、１つの出口通路１１０とが接続されている。
上述したように、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることが望ましい。その点、図３〜図５に示した幾つかの実施形態によれば、１つのヘッダ部８０に対して接続された出口通路１１０の数が１であるので、通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００６８】
（分割体５１の製造方法について）
以下、上述した幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法について説明する。幾つかの実施形態に係る分割体５１は、例えば金属積層造形法や精密鋳造法によって製作できる。図６は、幾つかの実施形態に係る分割体５１を金属積層造形法で作成する場合の作成手順の一例を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法は、冷却通路形成工程Ｓ１０と、ヘッダ部形成工程Ｓ２０と、出口通路形成工程Ｓ３０と、出口通路切削工程Ｓ４０を備える。
幾つかの実施形態に係る分割体５１の形成方法は、例えば、パウダーベッド方式であってもよく、メタルデポジッション方式であってもよく、バインダージェット方式であってもよく、上述した方式以外の他の方式であってもよい。以下の説明では、幾つかの実施形態に係る分割体５１の形成方法が、例えば、パウダーベッド方式や、メタルデポジッション方式である場合について説明する。
【００６９】
冷却通路形成工程Ｓ１０は、冷却空気ＣＡが流通可能な複数の冷却通路６０を形成するステップである。冷却通路形成工程Ｓ１０では、例えば、軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１を冷却通路６０の下流端６５まで形成する。
【００７０】
ヘッダ部形成工程Ｓ２０は、複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップである。ヘッダ部形成工程Ｓ２０では、冷却通路形成工程Ｓ１０に続いて軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１をヘッダ部８０の下流側内壁部８２まで形成する。
【００７１】
出口通路形成工程Ｓ３０は、ヘッダ部８０に流入した冷却空気ＣＡをヘッダ部８０の外部に排出するための１以上の出口通路１１０を形成するステップである。出口通路形成工程Ｓ３０では、ヘッダ部形成工程Ｓ２０に続いて軸方向Ｄａ上流側から軸方向Ｄａ下流側に向かって原料粉末を積層させて分割体５１を出口通路１１０の下流端１１０ｂまで形成する。
なお、出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路１１０の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部１１３を含むように出口通路１１０を形成する。
【００７２】
図７は、後述する出口通路切削工程Ｓ４０について説明するための図である。図７では、出口通路切削工程Ｓ４０において出口通路１１０を三角ドリル１９によって切削する前の出口通路１１０の下流側の形状及び三角ドリル１９を二点鎖線で描いている。
幾つかの実施形態に係る出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路１１０の下流側における、出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法が、三角ドリル１９の直径Ｄｄよりも小さくなるように、出口通路１１０の下流側を形成する。すなわち、幾つかの実施形態に係る出口通路形成工程Ｓ３０では、出口通路切削工程Ｓ４０の実施前の出口通路１１０において、流路断面積縮小部１１３の最も下流側における出口通路１１０の延在方向と直交する方向の寸法Ｍが、三角ドリル１９の直径Ｄｄよりも小さくなるように、流路断面積縮小部１１３を形成する。
【００７３】
出口通路切削工程Ｓ４０は、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの少なくとも一部に機械加工を施すステップである。具体的には、出口通路切削工程Ｓ４０は、出口通路１１０を三角ドリル１９によって切削するステップである。出口通路切削工程Ｓ４０では、出口通路１１０の下流端１１０ｂから上流端１１０ａに向かって三角ドリル１９によって出口通路１１０に機械加工を施す。これにより、下流端１１０ｂから上流側に遡った一部の区間の内径が一定となり、該区間が下流側領域１１５となる。
【００７４】
なお、冷却通路形成工程Ｓ１０及びヘッダ部形成工程Ｓ２０は、必ずしも金属積層造形法によって実施する必要はなく、精密鋳造法によって実施してもよい。そして、出口通路形成工程Ｓ３０を金属積層造形法によって実施してもよい。また、冷却通路形成工程Ｓ１０から出口通路形成工程Ｓ３０までを精密鋳造法によって実施してもよい。
【００７５】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の数が、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０の数未満となるように分割体５１を形成する。
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、ヘッダ部８０と冷却通路６０との接続部６７における複数の冷却通路６０（分岐流路６３）の各々の流路断面積ＳＡ以上となるように分割体５１を形成する。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法では、出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０（分岐流路６３）の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるように分割体５１を形成する。
【００７６】
なお、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されるように分割体５１を形成する場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎが、接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上となるように分割体５１を形成する。
また、１つのヘッダ部８０に対して２以上の出口通路１１０が接続されるように分割体５１を形成する場合、１つのヘッダ部８０に接続されている出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが、１つのヘッダ部８０に接続されている複数の冷却通路６０の接続部６７における各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるように分割体５１を形成する。
【００７７】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎの和ΣＳＢｍｉｎが接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡの和ΣＳＡより小さくなるので、複数の冷却通路６０における冷却空気ＣＡの流量を出口通路１１０の最小流路断面積ＳＢｍｉｎによって規定できる。これにより、複数の冷却通路６０のそれぞれでは、冷却空気ＣＡの流量調整のために流路断面積を必要以上に小さくしなくてもよくなるので、冷却通路６０の寸法精度が向上し、複数の冷却通路６０同士での冷却空気ＣＡの流量のばらつきを抑制できる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることができる。
また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の各々の最小流路断面積ＳＢｍｉｎを接続部６７における複数の冷却通路６０の各々の流路断面積ＳＡ以上とすることができるので、出口通路１１０の寸法精度が確保し易くなるとともに、出口通路１１０において異物の詰まりも起こし難くなる。
さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、１以上の出口通路１１０の数が複数の冷却通路６０の数未満となるので、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき箇所を少なくすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００７８】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、流路断面積縮小部１１３において出口通路１１０における最小流路断面積を有するように出口通路１１０を形成することで、冷却空気ＣＡの流量の管理上、流路断面積縮小部１１３において最も下流側の領域の寸法精度を管理すればよいこととなる。そのため、流路断面積の精度、すなわち通路の寸法精度を確保すべき領域を狭くすることができ、分割体５１の製造コストを抑制できる。
【００７９】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０を機械加工だけによって形成する場合と比べて、分割体５１の製造コストを抑制できる。また、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０を金属積層造形法又は精密鋳造法だけによって形成する場合と比べて、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法精度を向上でき、冷却空気ＣＡの流量の調節精度を向上できる。さらに、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法を冷却空気ＣＡの流量を確認しながら調節できるので、冷却空気ＣＡの流量の過不足を抑制できる。
【００８０】
幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法によれば、三角ドリル１９の直径Ｄｄによって出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法、より具体的には最小流路断面積部１１７の内径Ｄｉを規定できるので、分割体５１の製造が容易となる。
【００８１】
なお、幾つかの実施形態に係る分割体５１の製造方法を実施することで、分割体５１における冷却空気ＣＡの流量を調整することができる。すなわち、上述した幾つかの実施形態に係る分割体５１における冷却空気ＣＡの流量調節方法は、冷却通路形成工程Ｓ１０と、ヘッダ部形成工程Ｓ２０と、出口通路形成工程Ｓ３０と、出口通路切削工程Ｓ４０を備える。
幾つかの実施形態に係る冷却空気ＣＡの流量調節方法によれば、三角ドリル１９の直径Ｄｄによって出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法（最小流路断面積部１１７の内径Ｄｉ）を規定できるので、冷却空気ＣＡの流量調節が容易となる。したがって、過剰な冷却を抑制しつつ、冷却能力が不足しないようにすることが容易となる。
【００８２】
幾つかの実施形態に係る冷却空気ＣＡの流量調節方法では、冷却通路形成工程Ｓ１０において、複数の冷却通路グループ６に含まれる各々の冷却通路６０を形成する。
また、幾つかの実施形態に係る冷却空気ＣＡの流量調節方法では、ヘッダ部形成工程Ｓ２０において、複数の冷却通路グループ６に含まれる各々のヘッダ部８０を形成する。
幾つかの実施形態に係る冷却空気ＣＡの流量調節方法では、出口通路形成工程Ｓ３０において、複数の冷却通路グループ６に含まれる各々の出口通路１１０を形成する。
幾つかの実施形態に係る冷却空気ＣＡの流量調節方法では、出口通路切削工程Ｓ４０において、複数の冷却通路グループ６に含まれる各々の出口通路１１０を三角ドリル１９によって切削する。
これにより、三角ドリル１９の直径Ｄｄによって各出口通路１１０の内壁面１１０ｃの寸法（最小流路断面積部１１７の内径Ｄｉ）を規定できるので、複数の冷却通路グループ６同士の冷却空気ＣＡの流量のばらつきの抑制が容易となる。
【００８３】
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。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の例として分割環５０を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、燃焼器１２、動翼４１（例えばプラットフォーム４５）、静翼２１（例えば内側シュラウド２５や外側シュラウド２７）等、他の高温部品についても適用できる。また、本発明が適用できる高温部品は、ガスタービン１０における構成部品に限定されず、ターボチャージャ等、ガスタービン１０以外のターボ機械における構成部品であってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
６  冷却通路グループ
１０  ガスタービン
１２  燃焼器
１３  タービン
２１  タービン静翼（静翼）
４１  タービン動翼（動翼）
５０  分割環
５１  分割体
５２  本体
５２ｂ  外表面（被加熱面）
６０  軸方向通路（冷却通路）
６３  分岐流路
６５  下流端
６７  接続部
７０  仕切壁
８０  ヘッダ部
８１  上流側内壁部
８２  下流側内壁部
１１０  出口通路
１１１  上流側領域
１１３  流路断面積縮小部
１１５  下流側領域
１１７  最小流路断面積部
【図１】
2020165359.tif 000003
【図２】
2020165359.tif 000004
【図３】
2020165359.tif 000005
【図４】
2020165359.tif 000006
【図５】
2020165359.tif 000007
【図６】
2020165359.tif 000008
【図７】
2020165359.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月25日(2019.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さく、
前記１以上の出口通路の内壁面は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域において、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下の粗度を有し、
前記複数の冷却通路の内壁面は、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以上２０μｍ以下の粗度を有する
高温部品。
【請求項２】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さく、
前記高温部品は、複数の分割体が周方向に沿って環状に配設されて構成されるガスタービンの分割環であり、
前記複数の分割体は、燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路に面する内表面をそれぞれ有し、
前記複数の冷却通路は、前記複数の分割体のそれぞれの内部に形成され、
前記１以上の出口通路は、前記複数の分割体のそれぞれにおける軸方向の下流側端部で前記燃焼ガス中に開口する
高温部品。
【請求項３】
前記ヘッダ部における上流側内壁部と下流側内壁部との離間距離は、前記出口通路の流路断面積が最小となる領域における等価直径の１倍以上３倍以下である
請求項１又は２に記載の高温部品。
【請求項４】
前記１以上の出口通路は、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含む
請求項１乃至３の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項５】
前記複数の冷却通路を形成する壁部は、前記冷却通路の下流端において角部が面取りされている
請求項１乃至４の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項６】
前記出口通路の数は、１である
請求項１乃至５の何れか一項に記載の高温部品。
【請求項７】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部と、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路と、
を備え、
前記複数の冷却通路は、前記ヘッダ部よりも長さ寸法が長く、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品。
【請求項８】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の製造方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
を備え、
前記複数の冷却通路は、前記ヘッダ部よりも長さ寸法が長く、
前記１以上の出口通路の数は、前記複数の冷却通路の数未満であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積以上であり、
前記１以上の出口通路の各々の最小流路断面積の和は、前記ヘッダ部と前記冷却通路との接続部における前記複数の冷却通路の各々の流路断面積の和より小さい
高温部品の製造方法。
【請求項９】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記出口通路の流路断面積が下流側に向かって漸減する流路断面積縮小部を含むように前記１以上の出口通路を形成する
請求項８に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１０】
前記１以上の出口通路を形成するステップは、金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記１以上の出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路の内壁面の少なくとも一部に機械加工を施すステップ
をさらに備える
請求項８又は９に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１１】
前記機械加工を施すステップは、前記１以上の出口通路をドリルによって切削する
請求項１０に記載の高温部品の製造方法。
【請求項１２】
ターボ機械に用いられ、冷却媒体による冷却を必要とする高温部品の内部を流れる前記冷却媒体の流量調節方法であって、
前記冷却媒体が流通可能な複数の冷却通路を形成するステップと、
前記複数の冷却通路の下流端が接続されたヘッダ部を形成するステップと、
金属積層造形法又は精密鋳造法によって、前記ヘッダ部に流入した前記冷却媒体を前記ヘッダ部の外部に排出するための１以上の出口通路を形成するステップと、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップと、
を備え、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップは、前記出口通路の内壁面の寸法を前記冷却媒体の流量を確認しながら調節するステップを含む
流量調節方法。
【請求項１３】
前記高温部品は、１の前記ヘッダ部と、該ヘッダ部に下流端が接続された少なくとも２以上の前記冷却通路と、該ヘッダ部に接続された１以上の前記出口通路とを含む冷却通路グループを複数含み、
前記複数の冷却通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記冷却通路を形成し、
前記ヘッダ部を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記ヘッダ部を形成し、
前記１以上の出口通路を形成するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路を形成し、
前記１以上の出口通路をドリルによって切削するステップは、前記複数の冷却通路グループに含まれる各々の前記出口通路をドリルによって切削する
請求項１２に記載の流量調節方法。