(57)【要約】【課題】燃焼器と静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する燃焼器の出口部間における燃焼振動を抑制可能なタービン静翼及びガスタービンを提供する。【解決手段】中空の翼体を備えるタービン静翼であって、翼体は、圧力面、負圧面及び後縁を含む翼型を部分的に形成する第１部分と、第１部分に対して翼型の前縁側に位置し、凸部を有する第２部分と、を含み、第２部分の外面又は内面は、凹部を含む。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の翼体を備えるタービン静翼であって、
前記翼体は、
圧力面、負圧面及び後縁を含む翼型を部分的に形成する第１部分と、
前記第１部分に対して前記翼型の前縁側に位置し、凸部を有する第２部分と、
を含み、
前記第２部分の外面又は内面は、凹部を含む、タービン静翼。
【請求項２】
前記凹部は、翼高さ方向における中央位置を含む範囲に形成された、請求項１に記載のタービン静翼。
【請求項３】
前記翼体の端部に接続し流路壁を形成するシュラウド壁部と、
前記翼体の翼面と前記シュラウド壁部の壁面とによって形成された角部に設けられたフィレット部と、
を備え、
前記翼高さ方向において、前記凹部の存在範囲をＳ１、前記フィレット部の上流側端面の存在範囲をＳ２とすると、前記範囲Ｓ１は前記範囲Ｓ２の少なくとも一部とオーバーラップしない、請求項１又は２に記載のタービン静翼。
【請求項４】
前記凹部は、前記第２部分のうちタービンの燃焼ガスの流れに晒されない部分の外面又は内面に形成された、請求項１乃至３の何れか１項に記載のタービン静翼。
【請求項５】
前記凹部は、前記第２部分の内面のうち前記凸部に対応する部分に形成された、請求項１乃至４の何れか１項に記載のタービン静翼。
【請求項６】
前記凹部は、前記第２部分の内面に形成されており、
ロータの周方向において、前記凹部の存在範囲をＳ３、前記凸部の存在範囲をＳ４とすると、前記範囲Ｓ３は、前記範囲Ｓ４の内側に位置する、請求項１乃至５の何れか１項に記載のタービン静翼。
【請求項７】
前記凹部の深さをｄ、前記第２部分のうち前記凸部に隣接する部分の肉厚をｔとすると、ｄ＞ｔを満たす、請求項５又は６に記載のタービン静翼。
【請求項８】
前記凹部は、前記凸部の外面に形成された、請求項１乃至４の何れか１項に記載のタービン静翼。
【請求項９】
前記第２部分は、前記凸部に隣接する平坦面が外面に形成された平坦部を含み、
前記凹部の少なくとも一部は、前記平坦部の内面に形成された、請求項１乃至４の何れか１項に記載のタービン静翼。
【請求項１０】
ロータの径方向に沿った径方向壁部を有する出口部を含むとともに、前記ロータの周方向に配置される複数の燃焼器と、
前記周方向に隣り合う前記燃焼器の前記出口部のうち互いに対向する一対の前記径方向壁部の下流側に位置する、請求項１乃至９の何れか１項に記載のタービン静翼と、
を備えるガスタービン。
【請求項１１】
前記径方向壁部は前記凸部と嵌合されている、請求項１０に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記径方向壁部の下流側の端面に前記ロータの径方向に沿った凸部受入溝を含み、前記凸部受入溝と前記凸部の少なくとも一部は前記ロータの軸方向において一部オーバーラップしている請求項１０又は請求項１１に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービン静翼及びガスタービン
【背景技術】
【０００２】
複数の燃焼器を備えるガスタービンでは、燃焼器の出口部近傍において、燃焼器間での音響的な伝搬により燃焼振動が発生することがある。このような燃焼振動は、ガスタービンの安定運転を阻害する要因となり得るため、燃焼器の出口部近傍で生じる燃焼振動を抑制するための工夫が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のガスタービンでは、燃焼器移行部（尾筒）が、軸方向において燃焼器出口部を超えてタービン側の空間内に延びる側壁延長部を有している。側壁延長部は、タービンの最上流側に配置されるタービン静翼の上流側にて該タービン静翼の近傍まで延びており、燃焼器出口部とタービン静翼との間の環状空間を周方向において部分的に仕切っている。これにより、隣接する燃焼器の出口部間における熱音響的な接続に起因する熱音響的脈動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７２６２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のガスタービンでは、燃焼器の尾筒とタービン静翼との間には、仕切りが存在しない軸方向位置が存在し、該軸方向位置では燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されるため、隣接する燃焼器間における音響的伝搬の抑制効果が限定的となりうる。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、燃焼器とタービン静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する燃焼器の出口部間における燃焼振動を抑制可能なタービン静翼及びガスタービン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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン静翼は、
中空の翼体を備えるタービン静翼であって、
前記翼体は、
圧力面、負圧面及び後縁を含む翼型を部分的に形成する第１部分と、
前記第１部分に対して前記翼型の前縁側に位置し、凸部を有する第２部分と、
を含み、
前記第２部分の外面又は内面は、凹部を含む。
【０００８】
上記（１）に記載のタービン静翼によれば、タービン静翼の第２部分が有する凸部を、燃焼器の径方向壁部に嵌合させたときに、タービン静翼の凸部と燃焼器の径方向壁部とを軸方向においてオーバーラップさせることができる。これにより、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができる。したがって、燃焼器とタービン静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する、燃焼器の出口部間における燃焼振動を低減することができる。
【０００９】
一方、タービン静翼のうちタービンの燃焼ガスの流れに晒されない部分の温度は、タービン静翼のうち燃焼ガスの流れに晒される部分と比較して低くなりやすい。このため、タービン静翼における燃焼ガスの流れに晒される部分の熱伸びは、燃焼ガスの流れに晒されない部分（相対的に温度が低い部分）に拘束され、翼体の翼面（特に圧力面側）に大きな圧縮応力が発生しやすい。
【００１０】
この点、上記（１）に記載のタービン静翼によれば、凸部を含む第２部分の外面又は内面が凹部を含むことにより、凸部を含む第２部分の剛性を低くすることができる。これにより、上記熱伸びに対する拘束を弱めて翼面に生じる圧縮応力を低減し、翼体を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼の破損を抑制することができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のタービン静翼において、
前記凹部は、翼高さ方向における中央位置を含む範囲に形成される。
【００１２】
上記（２）に記載のタービン静翼によれば、凹部を形成することによるフィレット部の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のタービン静翼において、
前記翼体の端部に接続し流路壁を形成するシュラウド壁部と、
前記翼体の翼面と前記シュラウド壁部の壁面とによって形成された角部に設けられたフィレット部と、
を備え、
前記翼高さ方向において、前記凹部の存在範囲をＳ１、前記フィレット部の上流側端面の存在範囲をＳ２とすると、前記範囲Ｓ１は前記範囲Ｓ２の少なくとも一部とオーバーラップしない。
【００１４】
仮に、凹部を翼高さ方向における翼体の全範囲に亘って形成した場合、圧縮応力が高くなりやすいフィレット部の剛性が低下して、フィレット部の応力が増大してしまう場合がある。そこで、上記（３）のように範囲Ｓ１が範囲Ｓ２の少なくとも一部とオーバーラップしないように凹部を形成することにより、フィレット部の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
なお、上記（３）における「シュラウド壁部」は、例えば、後述の「外側シュラウド壁部６０」であってもよいし、「内側シュラウド壁部６２」であってもよい。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第２部分のうち前記タービンの燃焼ガスの流れに晒されない部分の外面又は内面に形成される。
【００１６】
上記（４）に記載のタービン静翼によれば、第２部分のうち燃焼ガスの流れに晒されない部分の剛性を低下させることができるため、燃焼ガスの流れに晒される部分の熱伸びに対する、燃焼ガスの流れに晒されない部分（相対的に温度が低い部分）による拘束を弱めることができる。これにより、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第２部分の内面のうち前記凸部に対応する部分（凸部の裏側部分）に形成される。
【００１８】
凸部は、燃焼器の径方向壁部に嵌合させることにより、燃焼ガスの流れの影響を特に受けにくくなり、凸部の周囲よりも低温となりやすい。この点、上記（５）に記載のタービン静翼によれば、第２部分の内面のうち凸部に対応する部分に凹部が形成されるため、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記第２部分の内面に形成されており、
ロータの周方向において、前記凹部の存在範囲をＳ３、前記凸部の存在範囲をＳ４とすると、前記範囲Ｓ３は、前記範囲Ｓ４の内側に位置する。
【００２０】
上記（６）に記載のタービン静翼によれば、範囲Ｓ３が範囲Ｓ４の内側に位置するため、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載のタービン静翼において、
前記凹部の深さをｄ、前記第２部分のうち前記凸部に隣接する部分の肉厚をｔとすると、ｄ＞ｔを満たす。
【００２２】
上記（７）に記載のタービン静翼によれば、凸部及び凸部の周囲の剛性を効果的に低減することができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のタービン静翼において、
前記凹部は、前記凸部の外面に形成される。
【００２４】
上記（８）に記載のタービン静翼によれば、凹部が凸部の外面に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部の剛性を低くすることができ、凸部の周りの部分の熱伸びに対する凸部による拘束を弱めることができる。これにより、凸部の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼Ａの破損を抑制することができる。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載のタービン静翼において、
前記第２部分は、前記凸部に隣接する平坦面が外面に形成された平坦部を含み、
前記凹部の少なくとも一部は、前記平坦部の内面に形成される。
【００２６】
上記（９）に記載のタービン静翼によれば、凸部に隣接する平坦部の内面に凹部の少なくとも一部を形成することにより、平坦部を含む第２部分の剛性を低くすることができる。これにより、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００２７】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
ロータの径方向に沿った径方向壁部を有する出口部を含むとともに、前記ロータの周方向に配置される複数の燃焼器と、
前記周方向に隣り合う前記燃焼器の前記出口部のうち互いに対向する一対の前記径方向壁部の下流側に位置する、上記（１）乃至（９）の何れかに記載のタービン静翼と、
を備える。
【００２８】
上記（１０）に記載のガスタービンによれば、上記（１）乃至（９）の何れかに記載のタービン静翼を備えるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。また、翼面に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼の破損を抑制することができる。
【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載のガスタービンにおいて、
前記径方向壁部は前記凸部と嵌合されている。
【００３０】
上記（１１）に記載のガスタービンによれば、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。
【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）に記載のガスタービンにおいて、
前記径方向壁部の下流側の端面に前記ロータの径方向に沿った凸部受入溝を含み、前記凸部受入溝と前記凸部の少なくとも一部は前記ロータの軸方向において一部オーバーラップしている。
【００３２】
上記（１２）に記載のガスタービンによれば、燃焼器とタービン静翼との隙間が周方向に直線的に形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器の出口部間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、燃焼器と静翼との隙間を介した音響的伝搬に起因する燃焼器の出口部間における燃焼振動を抑制可能なタービン静翼及びガスタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態に係るガスタービン１の概略構成図である。
【図２】一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４及びタービン６の入口部分を示す概略図である。
【図３】一実施形態に係る燃焼器４（燃焼器アセンブリ１０）の出口部５２の構成を示す図であり、周方向に配置される複数の燃焼器４のうち、隣り合う２つの燃焼器を示している。
【図４】周方向に沿った断面図であり、図５は径方向に沿った断面図である。
【図５】それぞれ、一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４の出口部５２及びタービン６の入口部の構成を示す概略図である。
【図６】図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
【図７】図６に示した形態における凹部１８が形成される径方向範囲の一例を示す図である。
【図８】図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
【図９】図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
【図１０】図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
【図１１】図１０に示した形態における凹部１８が形成される径方向範囲の一例を示す図である。
【図１２】図１０に示した形態における凹部１８が形成される径方向範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
図１は、一実施形態に係るガスタービン１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。
【００３７】
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８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。
【００３８】
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８に植設されており、ロータ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８の軸線方向において交互に配列されている。
【００３９】
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８が回転駆動され、ロータ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、排気車室３０を介して外部へ排出される。
【００４０】
以下では、ガスタービン１の軸方向（ロータ８の軸方向）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。
【００４１】
図２は、一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４及びタービン６の入口部分を示す概略図である。
図２に示すように、ロータ８を中心として環状に複数配置される燃焼器４（図１参照）の各々は、ケーシング２０により画定される燃焼器車室３２に設けられた燃焼器ライナ３６と、燃焼器ライナ３６内にそれぞれ配置された第１燃焼バーナ３８及び第１燃焼バーナ３８を囲うように配置された複数の第２燃焼バーナ４０と、を含む。なお、燃焼器４は、燃焼ガスをバイパスさせるためのバイパス管（不図示）等の他の構成要素を備えていてもよい。
【００４２】
燃焼器ライナ３６は、第１燃焼バーナ３８及び複数の第２燃焼バーナ４０の周囲に配置される内筒４８と、内筒４８の先端部に連結された尾筒５０と、を有している。なお、内筒４８と尾筒５０とが一体的な燃焼筒を構成していてもよい。
【００４３】
第１燃焼バーナ３８及び第２燃焼バーナ４０は、それぞれ、燃料を噴射するための燃料ノズル（不図示）と、該燃料ノズルを囲むように配置されたバーナ筒（不図示）と、を含む。各々の燃料ノズルには、燃料ポート４２，４４をそれぞれ介して燃料が供給されるようになっている。また、圧縮機２（図１参照）で生成された圧縮空気が、車室入口４１を介して燃焼器車室３２内に供給され、該圧縮空気が燃焼器車室３２から各々のバーナ筒に流入するようになっている。そして、各バーナ筒では、燃料ノズルから噴射される燃料と圧縮空気とが混合され、この混合気が燃焼器ライナ３６に流れ込み、着火されて燃焼することにより、燃焼ガスが発生するようになっている。
【００４４】
なお、第１燃焼バーナ３８は拡散燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよく、第２燃焼バーナ４０は予混合気を燃焼させ予混合燃焼火炎を発生させるためのバーナであってもよい。すなわち、第２燃焼バーナ４０において、燃料ポート４４からの燃料と圧縮空気とが予混合されて、該予混合気がスワラ（不図示）によって主として旋回流を形成し、燃焼器ライナ３６に流れ込む。
【００４５】
また、圧縮空気と、燃料ポート４２を介して第１燃焼バーナ３８から噴射された燃料とが燃焼器ライナ３６内で混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスが発生する。このとき、燃焼ガスの一部が火炎を伴って周囲に拡散することで、各第２燃焼バーナ４０から燃焼器ライナ３６内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、第１燃焼バーナ３８から噴射された拡散燃焼用燃料による拡散燃焼火炎によって、第２燃焼バーナ４０からの予混合気（予混合燃料）の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。その際、燃焼領域は例えば内筒４８に形成され、尾筒５０には形成されなくてもよい。
【００４６】
上述のようにして燃焼器４において燃料の燃焼により発生した燃焼ガスは、尾筒５０の下流端部（燃焼器４の下流端部）に位置する燃焼器４の出口部５２を介して、１段目のタービン静翼２４に流入する。
【００４７】
図３は、一実施形態に係る燃焼器４（燃焼器アセンブリ１０）の出口部５２の構成を示す図であり、周方向に配置される複数の燃焼器４のうち、隣り合う２つの燃焼器を示している。図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係るガスタービン１の燃焼器４の出口部５２及びタービン６の入口部の構成を示す概略図である。このうち図４は周方向に沿った断面図であり、図５は径方向に沿った断面図である。
【００４８】
例えば図３に示すように、各燃焼器４の出口部５２は、径方向に沿って延在する径方向壁部５４ａ，５４ｂと、周方向に沿って延在する周方向壁部５６ａ，５６ｂと、を含む。ここで、周方向に隣り合う燃焼器４の出口部５２のうち、一方の燃焼器４の径方向壁部５４ａと、他方の燃焼器４の径方向壁部５４ｂとは、互いに対向する一対の径方向壁部５４ａ，５４ｂである。各燃焼器４の出口部５２において、径方向壁部５４ａ，５４ｂと周方向壁部５６ａ，５６ｂとの各角部１３２は丸みを帯びている。
【００４９】
例えば図４に示すように、ガスタービン１は、周方向に配置される複数の燃焼器４と、燃焼器４の出口部５２よりも下流側に位置する第１段のタービン静翼２４（１段静翼）と、を備える。すなわち、燃焼器４と、タービン静翼２４とは別々に設けられている。周方向に配置される複数の燃焼器４は、燃焼器アセンブリ１０を構成する。
【００５０】
周方向に沿って配列される第１段の複数のタービン静翼２４は、上述の一対の径方向壁部５４ａ，５４ｂの下流側に位置するタービン静翼２４Ａを含む。また、第１段の複数のタービン静翼２４は、周方向に隣り合う一対のタービン静翼２４Ａ，２４Ａの間の周方向位置に設けられる他のタービン静翼２４Ｂをさらに含む。第１段のタービン静翼２４Ａは、第１段の他のタービン静翼２４Ｂの前縁よりも上流側まで延在している。図４における一点鎖線Ｌ１は、他の第１段のタービン静翼２４Ｂの軸方向における前縁の位置を示している。図示する例示的形態では、タービン静翼２４Ａ及び他のタービン静翼２４Ｂは、周方向において交互に配置される。
【００５１】
例えば図５に示すように、タービン静翼２４Ａは、翼体７０と、径方向における翼体７０の外側端部８０に接続して径方向における外側の流路壁面８１を形成する外側シュラウド壁部６０と、径方向における翼体７０の内側端部８２に接続して径方向における内側の流路壁面８３を形成する内側シュラウド壁部６２と、を含む。タービン静翼２４は外側シュラウド壁部６０を介してタービン車室２２（図１参照）に支持される。
【００５２】
翼体７０の翼面７１（翼体７０の表面）と外側シュラウド壁部６０の流路壁面８１とによって形成された角部１０２には、外側フィレット部１０３が設けられている。翼面７１と内側シュラウド壁部６２の流路壁面８３とによって形成された角部１０６には、内側フィレット部１０７が設けられている。外側フィレット部１０３は、燃焼器４の出口部５２における対応する角部１３２（図３参照）との段差を無くす又は小さくするように、上流側に向かうにつれてフィレット半径が大きくなるフィレット半径拡大部１０４を含む。内側フィレット部１０７は、燃焼器４の出口部５２における対応する角部１３２との段差を無くす又は小さくするように、上流側に向かうにつれてフィレット半径が大きくなるフィレット半径拡大部１０８を含む。
【００５３】
図４に示すように、翼体７０は中空に形成されており、翼体７０を冷却するための冷却空気が内部に流れるように構成されている。翼体７０は、圧力面７２、負圧面７４及び後縁７６を含む翼型７８を部分的に形成する第１部分１２と、第１部分１２に対して翼型７８の前縁側に位置し、凸部１４を有する第２部分１６と、を含む。
【００５４】
図示する例示的形態では、第２部分１６は、軸方向における翼体７０の上流側端部であり、凸部１４に隣接する平坦面６４が外面にそれぞれ形成された一対の平坦部６６を含む。凸部１４は周方向において一対の平坦部６６の間に位置し、凸部１４は、平坦面６４に対して軸方向における上流側に突出している。凸部１４は、軸方向と略直交する頂面８８と、周方向と略直交し互いに略平行な一対の側面９０とを含み、一対の側面９０は、一対の平坦面６４にそれぞれ接続している。凸部１４は、図５に示すように、外側シュラウド壁部６０から内側シュラウド壁部まで径方向に沿って直線状に延在しており、燃焼器４の出口部５２の径方向壁部５４ａ，５４ｂの下流側の端面に径方向に沿って形成された凸部受入溝５８に嵌合する。これにより、凸部１４および平坦面６４の一部は燃焼ガスＦに晒されない部分８６となる。また、燃焼ガスＦ（軸方向の流れ）に晒されない部分８６とは、翼体７０において相対的に温度が低い部分を指す。
【００５５】
図４に示すように、上記タービン静翼２４Ａによれば、タービン静翼２４Ａの第２部分１６が有する凸部１４を、燃焼器４の径方向壁部５４ａ，５４ｂに嵌合させたときに、タービン静翼２４Ａの凸部１４と燃焼器４の径方向壁部５４ａ，５４ｂの凸部受入溝５８とを軸方向において一部オーバーラップさせることができる。これにより、燃焼器４とタービン静翼２４Ａとの隙間が周方向に直線的に（厳密には円弧状に）形成されることを回避することができるため、複数の燃焼器４の出口部５２間における音響伝搬に起因した燃焼振動を低減することができる。
【００５６】
図６は、図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、タービン静翼２４Ａの第２部分１６の内面８４は、凹部１８を含む。図示する形態では、凹部１８は、第２部分１６のうちタービン６の燃焼ガスの流れＦ（軸方向の流れ）に晒されない部分８６の内面８４に形成されている。
【００５７】
図６に示す例示的形態では、周方向において、凹部１８の存在範囲をＳ３、凸部１４の存在範囲をＳ４とすると、範囲Ｓ３は、範囲Ｓ４の内側に位置する。すなわち、凹部１８は、第２部分１６の内面８４のうち凸部１４に対応する部分９２（凸部１４の裏側部分）に形成されている。また、凹部１８の深さをｄ、第２部分１６のうち凸部１４に隣接する平坦部６６の肉厚をｔとすると、ｄ＞ｔを満たす。また、凹部１８は、翼体７０の内部に形成された冷却空気が通るための冷却流路１９と連通している。
【００５８】
タービン静翼２４Ａのうち、凸部１４および平坦部６６の凸部１４近接側は、タービン６の燃焼ガスの流れＦに晒されない部分８６となり、圧力面７２、負圧面７４、後縁７６および平坦部６６の凸部１４遠隔側は、タービン６の燃焼ガスの流れＦに晒される部分８７となる。タービン静翼２４Ａのうちタービン６の燃焼ガスの流れＦに晒されない部分８６の温度は、タービン静翼２４Ａのうち燃焼ガスの流れＦに晒される部分８７と比較して低くなりやすい。このため、タービン静翼２４Ａにおける燃焼ガスの流れＦに晒される部分８７の熱伸びは、燃焼ガスの流れＦに晒されない部分８６（相対的に温度が低い部分）に拘束され、翼体７０の翼面７１における特に圧力面７２側に大きな圧縮応力が発生しやすい。
【００５９】
この点、図６に示す形態では、凸部１４を含む第２部分１６の内面８４に凹部１８を形成することにより、凸部１４を含む第２部分１６の剛性を低くすることができる。これにより、上記熱伸びに対する拘束を弱めて翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができるため、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００６０】
また、凸部１４は、燃焼器４の径方向壁部５４ａ，５４ｂに嵌合することにより、燃焼ガスの流れＦの影響を特に受けにくく、凸部１４の周囲よりも低温となりやすい。このため、上記のように範囲Ｓ３が、範囲Ｓ４の内側に位置するように凹部１８を形成することにより、凸部１４の周りの部分の熱伸びに対する凸部１４による拘束を弱めることができる。これにより、凸部１４の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００６１】
また、ｄ＞ｔを満たすように凹部１８が形成されているため、凸部１４及び凸部１４の周囲の剛性を効果的に低減することができる。これにより、凸部１４の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、タービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００６２】
図７は、図６に示した形態における凹部１８が形成される翼高さ方向の範囲の一例を示す図である。
図７に示す形態では、凹部１８は翼高さ方向に沿って直線状に延在している。翼高さ方向において、凹部１８の存在範囲をＳ１、外側フィレット部１０３の上流側端面１０５の存在範囲をＳ２ａ、内側フィレット部１０７の上流側端面１０９の存在範囲をＳ２ｂとすると、範囲Ｓ１は、範囲Ｓ２ａ及び範囲Ｓ２ｂの各々に対してオーバーラップしていない。また、範囲Ｓ１は、翼高さ方向における中央位置Ｍを含んでいる。ここで、翼高さ方向における中央位置Ｍとは、内側シュラウド壁部６２の流路壁面８３と外側シュラウド壁部６０の流路壁面８１との中点である。
【００６３】
仮に、凹部１８を翼高さ方向において内側シュラウド壁部６２から外側シュラウド壁部６０に亘って形成した場合、圧縮応力が高くなりやすいフィレット部１０３，１０７の剛性が低下して、フィレット部１０３，１０７の応力が増大してしまう場合がある。そこで、上記のように範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ａ及び範囲Ｓ２ｂの各々とオーバーラップしないように凹部１８を形成することにより、フィレット部１０３，１０７の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減し、タービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。また、範囲Ｓ１が翼高さ方向における中央位置Ｍを含むことにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３，１０７の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００６４】
図８は、図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図８に示す形態では、図６に示す形態とは凹部１８の配置が異なる。
幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、タービン静翼２４Ａの第２部分１６の外面９６は、凹部１８を含む。図示する形態では、凹部１８は、第２部分１６のうちタービン６の燃焼ガスの軸方向の流れＦに晒されない部分８６の外面９６に形成されている。凹部１８は、具体的には、凸部１４の頂面８８に形成されている。
【００６５】
このように、凸部１４を含む第２部分１６の外面９６に凹部１８を形成することにより、凸部１４を含む第２部分１６の剛性を低くすることができる。これにより、図６及び図７に示した形態と同様に、翼面７１に生じる圧縮応力を低減し、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００６６】
また、凹部１８が凸部１４の頂面８８に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部１４の剛性を低くすることができ、凸部１４の周りの部分の熱伸びに対する凸部１４による拘束を弱めることができる。これにより、凸部１４の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００６７】
また、図６及び図７に示した形態と同様に、凹部１８の存在範囲をＳ１、外側フィレット部１０３の上流側端面１０５の存在範囲をＳ２ａ、内側フィレット部１０７の上流側端面１０９の存在範囲をＳ２ｂとすると、範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ａ及び範囲Ｓ２ｂの各々とオーバーラップしないように凹部１８を形成してもよく、範囲Ｓ１が翼高さ方向における中央位置Ｍを含んでもよい。これにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３，１０７の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００６８】
図９は、図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図９に示す形態では、図６及び図８に示す形態とは凹部１８の配置が異なる。
幾つかの実施形態では、例えば図９に示すように、タービン静翼２４Ａの第２部分１６の外面９６は、凹部１８を含む。図示する形態では、凹部１８は、第２部分１６のうちタービン６の燃焼ガスの軸方向の流れＦに晒されない部分８６の外面９６に形成されている。凹部１８は、具体的には、凸部１４の一対の側面９０の各々に形成されている。
【００６９】
このように、凸部１４を含む第２部分１６の外面９６に凹部１８を形成することにより、凸部１４を含む第２部分１６の剛性を低くすることができる。これにより、図６及び図７に示した形態と同様に、翼面７１に生じる圧縮応力を低減し、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００７０】
また、凹部１８が凸部１４の一対の側面９０の各々に形成されているため、相対的に温度が低くなりやすい凸部１４の剛性を低くすることができ、凸部１４の周りの部分の熱伸びに対する凸部１４による拘束を弱めることができる。これにより、凸部１４の周囲に生じる圧縮応力を効果的に低減し、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００７１】
また、図６及び図７に示した形態と同様に、凹部１８の存在範囲をＳ１、外側フィレット部１０３の上流側端面１０５の存在範囲をＳ２ａ、内側フィレット部１０７の上流側端面１０９の存在範囲をＳ２ｂとすると、範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ａ及び範囲Ｓ２ｂの各々とオーバーラップしないように凹部１８を形成してもよく、範囲Ｓ１が翼高さ方向における中央位置Ｍを含んでもよい。これにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３，１０７の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００７２】
図１０は、図４に示したタービン静翼２４Ａの具体的な構成例を示す拡大断面図である。図１１は、図１０に示した形態における凹部１８が形成される径方向範囲の一例を示す図である。図１０及び図１１に示す形態では、図６、図８及び図９の各々に示す形態とは凹部１８の配置が異なる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、例えば図１０及び図１１に示すように、凹部１８の少なくとも一部は、平坦部６６の内面８４に形成される。図１１に示すように、凹部１８は、平坦部６６の内面８４のうち、翼高さ方向における一部の範囲に形成されており、このため、平坦部６６は、翼高さ方向において部分的に薄くなっている。また、図１０に示すように、凹部１８は、一対の平坦部６６のうち一方の平坦部６６の内面８４から凸部１４の裏側を通って他方の平坦部６６の内面８４に至るように形成されている。
【００７４】
このように、凹部１８の少なくとも一部を凸部１４に隣接する平坦部６６の内面８４に形成することにより、平坦部６６を含む第２部分１６の剛性を低くすることができる。これにより、図６及び図７に示した形態と同様に、翼面７１に生じる圧縮応力を低減し、翼体７０を冷却するための冷却空気を増加させることなくタービン静翼２４Ａの破損を抑制することができる。
【００７５】
また、図１１に示すように、凹部１８の存在範囲をＳ１、外側フィレット部１０３の上流側端面１０５の存在範囲をＳ２ａ、内側フィレット部１０７の上流側端面１０９の存在範囲をＳ２ｂとすると、範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ａ及び範囲Ｓ２ｂとオーバーラップしないように凹部１８は形成されてもよく、範囲Ｓ１が翼高さ方向における中央位置Ｍを含んでもよい。これにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３，１０７の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００７６】
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。
【００７７】
例えば、図６、図８、図９及び図１０に示した幾つかの実施形態では、範囲Ｓ１と範囲Ｓ２ａとがオーバーラップしないように凹部１８が形成された形態を例示したが、範囲Ｓ１は範囲Ｓ２ａの一部とオーバーラップしてもよいし、範囲Ｓ１は範囲Ｓ２ａの全部とオーバーラップしてもよい。ただし、範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ａの少なくとも一部とオーバーラップしないことにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００７８】
また、図６、図８、図９及び図１０に示した幾つかの実施形態では、範囲Ｓ１と範囲Ｓ２ｂとがオーバーラップしないように凹部１８が形成された形態を例示したが、範囲Ｓ１は範囲Ｓ２ｂの一部とオーバーラップしてもよいし、範囲Ｓ１は範囲Ｓ２ｂの全部とオーバーラップしてもよい。ただし、範囲Ｓ１が範囲Ｓ２ｂの少なくとも一部とオーバーラップしないことにより、凹部１８を形成することによるフィレット部１０３の剛性に与える影響を抑制しつつ、翼面７１に生じる圧縮応力を低減することができる。
【００７９】
また、幾つかの実施形態では、例えば図１２示すように、内側シュラウド壁部６２の流路壁面８３は、下流側に向かうにつれて径方向における外側に向かうように傾斜する傾斜面８５を含んでいてもよい。これにより、傾斜面８５に沿った流れの速度を落として周方向の圧力分布を均一化し、燃焼器４の出口部５２の周方向壁部５６ｂと内側シュラウド壁部６２との隙間からの径方向内側への燃焼ガスの巻き込みｆを抑制することができる。
【符号の説明】
【００８０】
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  燃焼器アセンブリ
１２  第１部分
１４  凸部
１６  第２部分
１８  凹部
１９  冷却流路
２０  ケーシング
２２  タービン車室
２４，２４Ａ，２４Ｂ  タービン静翼
２６  タービン動翼
２８  燃焼ガス流路
３０  排気車室
３２  燃焼器車室
３８  第１燃焼バーナ
４０  第２燃焼バーナ
４１  車室入口
４２，４４  燃料ポート
４８  内筒
５０  尾筒
５２  出口部
５４ａ，５４ｂ  径方向壁部
５６ａ，５６ｂ  周方向壁部
６０  外側シュラウド壁部
６２  内側シュラウド壁部
６４  平坦面
６６  平坦部
７０  翼体
７１  翼面
７２  圧力面
７４  負圧面
７６  後縁
７８  翼型
８０  外側端部
８１，８３  流路壁面
８２  内側端部
８４  内面
８５  傾斜面
８６，８７，９２，９４  部分
８８  頂面
９０  側面
９６  外面
１０２，１０６，１３２  角部
１０３  外側フィレット部
１０４，１０８  フィレット半径拡大部
１０５，１０９  上流側端面
１０７  内側フィレット部
【図１】
2020094508.tif 000003
【図２】
2020094508.tif 000004
【図３】
2020094508.tif 000005
【図４】
2020094508.tif 000006
【図５】
2020094508.tif 000007
【図６】
2020094508.tif 000008
【図７】
2020094508.tif 000009
【図８】
2020094508.tif 000010
【図９】
2020094508.tif 000011
【図１０】
2020094508.tif 000012
【図１１】
2020094508.tif 000013
【図１２】
2020094508.tif 000014