(57)【要約】【課題】タービン翼およびガスタービンにおいて、性能の低下を抑制する一方でフィレット部における熱応力を低減する。【解決手段】内部に冷却空気通路６０を有する翼形部４１と、翼形部４１の翼高さ方向Ｄｈの基端５５に設けられるプラットフォーム（基端部）４２と、翼形部４１とプラットフォーム４２との接続部の全周に設けられるフィレット部８０とを備える。フィレット部８０は、翼形部４１の背側翼面５３側であって、翼形部４１の背側翼面５３とプラットフォーム４２の背側端部４４との距離が最も短い位置より後縁５２側に設けられ、フィレット幅Ｗがフィレット部８０における他の領域のフィレット幅Ｗより大きい第１フィレット部８１を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却空気通路を有する翼形部と、
前記翼形部の翼高さ方向の端部に設けられる基端部と、
前記翼形部と前記基端部との接続部の全周に設けられるフィレット部と、
を含み、
前記フィレット部は、前記翼形部の背側であって、前記翼形部の背側翼面と前記基端部の背側端部との距離が最も短い位置より後縁側に設けられ、フィレット幅が前記フィレット部における他の領域の前記フィレット幅より大きい第１フィレット部を有する、
タービン翼。
【請求項２】
前記第１フィレット部は、隣接する前記翼形部との間のスロート部より後縁側に設けられる請求項１に記載のタービン翼。
【請求項３】
前記第１フィレット部は、前記フィレット幅に対するフィレット高さの比であるアスペクト比が前記フィレット部における他の領域の前記アスペクト比より小さい請求項１または請求項２に記載のタービン翼。
【請求項４】
前記第１フィレット部は、前記アスペクト比が前記フィレット部の周方向に沿って一定である領域を有する請求項３に記載のタービン翼。
【請求項５】
前記第１フィレット部は、前記アスペクト比が１．０である請求項３または請求項４に記載のタービン翼。
【請求項６】
前記第１フィレット部は、前記フィレット部の翼面に沿った前記翼形部の前縁側に設けられる第１端部と、前記フィレット部の前記翼面に沿った前記翼形部の後縁側に設けられる第２端部とを有し、前記第１端部および前記第２端部は、前記フィレット幅または前記フィレット高さが前記フィレット部の前記翼面に沿って変化するフィレット変化部に接続される請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項７】
前記翼形部は、後縁部に翼高さ方向に所定間隔を空けて複数配列され、一端が前記冷却空気通路に連通し、他端が前記後縁部の後縁端面に開口する複数の冷却孔を有し、前記フィレット部は、前記冷却孔より前記基端部に隣接して前記後縁の端面に設けられ、前記フィレット高さが前記フィレット部における他の領域の前記フィレット高さより小さい第２フィレット部を有する請求項６に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記フィレット部は、前記翼形部の前縁を挟んで背側翼面に沿って前記第１フィレット部まで延在する第３端部と、腹側翼面に沿って後縁部まで延在する第４端部とを有する第３フィレット部を含む請求項７に記載のタービン翼。
【請求項９】
前記第３フィレット部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が前記フィレット部の前記翼面に沿って一定である領域を有する請求項８に記載のタービン翼。
【請求項１０】
前記フィレット変化部は、前記第１端部と前記第３端部との間に設けられる第１フィレット変化部を含み、前記第１フィレット変化部は、前記第１端部から前記第３端部に向かって前記フィレット幅が小さくなり、前記フィレット高さが一定に維持される請求項８または請求項９に記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記第１フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する請求項１０に記載のタービン翼。
【請求項１２】
前記フィレット変化部は、前記第２端部と前記第２フィレット部との間に設けられる第２フィレット変化部を含み、前記第２フィレット変化部は、前記第２端部から前記第２フィレット部に向かって前記フィレット幅および前記フィレット高さが小さくなる請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項１３】
前記第２フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する請求項１２に記載のタービン翼。
【請求項１４】
前記フィレット変化部は、前記第４端部と前記第２フィレット部との間に設けられる第３フィレット変化部を含み、前記第３フィレット変化部は、前記第４端部から前記第２フィレット部に向かって前記フィレット幅が一定に維持され、前記フィレット高さが小さくなる請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項１５】
前記第３フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する請求項１４に記載のタービン翼。
【請求項１６】
前記複数の冷却孔は、前記翼形部における前記基端部側で前記第２フィレット部に隣接する位置に開口密度が他の複数の冷却孔の開口密度より大きい端部冷却孔を含み、前記端部冷却孔は、前記第２フィレット部における翼高さ方向の前記翼形部側に隣接して配置される請求項１５に記載のタービン翼。
【請求項１７】
前記第１フィレット部は、前記冷却空気通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路の翼壁に沿って設けられる請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項１８】
前記冷却空気通路は、前記翼形部の内部に設けられる蛇行通路を有し、前記第１フィレット部は、前記蛇行通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の前記最終通路に沿って設けられ、前記第１フィレット部におけるコード方向の長さは、前記最終通路のコード方向の長さの範囲に含まれる請求項１７に記載のタービン翼。
【請求項１９】
前記基端部は、前記翼形部の翼高さ方向に直交する方向に延在するプラットフォームを含み、前記プラットフォームは、前記プラットフォームの後縁部端面に形成され、該後縁部端面から前縁側へ向かって凹むぬすみ部を有し、前記ぬすみ部は、前記プラットフォームの腹側端部から背側端部まで延在し、前記ぬすみ部の前縁側の端部が前記プラットフォームの前記腹側端部から前記背側端部に向かって前記プラットフォームの前記後縁部端面に接近するように設けられる請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項２０】
前記ぬすみ部は、前記プラットフォームにおける前縁側の端部が、前記プラットフォームの平面視において、前記冷却空気通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路と前記翼形部の後縁部の間に位置する請求項１９に記載のタービン翼。
【請求項２１】
前記ぬすみ部は、前記プラットフォームにおける前記前縁側の端部が、前記プラットフォームの前記腹側端部から前記背側端部に向けて直線状に形成される請求項１９または請求項２０に記載のタービン翼。
【請求項２２】
前記プラットフォームは、前記プラットフォームにおける前記背側端部に沿って前縁から後縁に延在する第１冷却通路と、前記プラットフォームにおける前記腹側端部に沿って前縁から後縁に延在する第２冷却通路と、を含み、前記第１冷却通路および前記第２冷却通路は、冷却空気の流れ方向の上流側が前記翼形部の前記冷却空気通路に連通し、下流側が前記後縁部端面で燃焼ガス中に開口する請求項１９から請求項２１のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項２３】
前記タービン翼は、動翼である請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載のタービン翼。
【請求項２４】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
請求項１から請求項２３のいずれか一項に記載のタービン翼を有して前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに適用される動翼や静翼などのタービン翼、このタービン翼を備えたガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンを有する。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、圧縮空気に燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
【０００３】
ガスタービンにおける動翼や静翼などのタービン翼において、タービン翼の内部に冷却通路を設け、冷却通路に冷却流体を流すことにより、高温のガス流れに曝されるタービン翼を冷却することが知られている。例えば、下記特許文献１には、動翼の内部に冷却空気通路を設け、冷却空気が冷却空気通路を通った後に、後縁側の穴から吹出すものが記載されている。また、この動翼において、翼基端とプラットフォームとの間に楕円形状をなすフィレット部を設けることにより、熱応力を低減させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−００２１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、上述したように、動翼などのタービン翼では、翼基端とプラットフォームとの接続部に熱応力が生じやすい。そのため、翼基端とプラットフォームとの接続部における熱応力を緩和するため、接続部にフィレット部を形成している。接続部にフィレット部を形成することにより、熱応力を低減させることができる。一方で、タービン翼は、高温のガス流れを受けることから、空気力学的に翼基端とプラットフォームとのフィレット部を小さくしたいという要望がある。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、性能の低下を抑制する一方でフィレット部における熱応力を低減するタービン翼およ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】
上記の目的を達成するための本発明の一実施態様であるタービン翼は、内部に冷却空気通路を有する翼形部と、前記翼形部の翼高さ方向の端部に設けられる基端部と、前記翼形部と前記基端部との接続部の全周に設けられるフィレット部と、含み、前記フィレット部は、前記翼形部の背側であって、前記翼形部の背側翼面と前記基端部の背側端部との距離が最も短い位置より後縁側に設けられ、フィレット幅が前記フィレット部における他の領域の前記フィレット幅より大きい第１フィレット部を有する。
【０００８】
そのため、フィレット部における翼形部の背側の後縁側の部分は、熱応力を受けやすい。この部分にフィレット幅をフィレット部における他の領域のフィレット幅より大きい第１フィレット部を設けることで、フィレット部における熱応力を低減することができる。また、翼形部の背側の後縁側の第１フィレット部は、流体に大きな影響を与える部分ではないことから、性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、隣接する前記翼形部との間のスロート部より後縁側に設けられる。
【００１０】
そのため、フィレット部における熱応力を低減することができる一方で、空力性能の低下を抑制することができる。
【００１１】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、前記フィレット幅に対するフィレット高さの比であるアスペクト比が前記フィレット部における他の領域の前記アスペクト比より小さい。
【００１２】
そのため、第１フィレット部は、他のフィレット部よりも、フィレット幅が大きいことから、フィレット部における熱伸びによる熱応力の発生を低減することができる。
【００１３】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、前記アスペクト比が前記フィレット部の周方向に沿って一定である領域を有する。
【００１４】
そのため、フィレット部の周方向における所定の領域で、熱応力を低減することができる。
【００１５】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、前記アスペクト比が１．０である。
【００１６】
そのため、第１フィレット部の熱応力を低減することができる。
【００１７】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、前記フィレット部の翼面に沿った前記翼形部の前縁側に設けられる第１端部と、前記フィレット部の前記翼面に沿った前記翼形部の後縁側に設けられる第２端部とを有し、前記第１端部および前記第２端部は、前記フィレット幅または前記フィレット高さが前記フィレット部の前記翼面に沿って変化するフィレット変化部に接続される。
【００１８】
そのため、第１フィレット部と他のフィレット部とをフィレット幅またはフィレット高さが変化するフィレット変化部により接続することから、翼形部と基端部との接続部に滑らかに連続するフィレット部を設けることとなり、空力性能の低下および急激な熱応力の変化を抑制することができる。
【００１９】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記翼形部は、後縁側に翼高さ方向に所定間隔を空けて複数配列され、一端が前記冷却空気通路に連通し、他端が前記後縁側の後縁端面に開口する複数の冷却孔を有し、前記フィレット部は、前記冷却孔より前記基端部に隣接して前記後縁に設けられ、前記フィレット高さが前記フィレット部における他の領域の前記フィレット高さより小さい第２フィレット部を有する。
【００２０】
そのため、冷却孔より基端部に隣接して設けられる第２フィレット部は、フィレット高さが他のフィレット部のフィレット高さより小さいことから、冷却孔の翼高さ方向の位置が、他の領域のフィレット部より最も基端部に接近するので、冷却孔を流れる冷却空気により第２フィレット部を介して基端部を効率良く冷却することができ、基端部の後縁側の熱応力を低減することができる。
【００２１】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記フィレット部は、前記翼形部の前縁を挟んで背側翼面に沿って前記第１フィレット部まで延在する第３端部と、腹側翼面に沿って後縁側まで延在する第４端部とを有する第３フィレット部を含む。
【００２２】
そのため、第１フィレットおよび第２フィレット部に加えて、翼形部の前縁を挟んで背側翼面から腹側翼面にかけて第３フィレット部を設けることから、翼形部と基端部との間の全周に適正形状のフィレットを設けることができる。
【００２３】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第３フィレット部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が前記フィレット部の前記翼面に沿って一定である領域を有する。
【００２４】
そのため、フィレット部の周方向における所定の領域で、熱応力を低減することができる。
【００２５】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記フィレット変化部は、前記第１端部と前記第３端部との間に設けられる第１フィレット変化部を含み、前記第１フィレット変化部は、前記第１端部から前記第３端部に向かって前記フィレット幅が小さくなり、前記フィレット高さが一定に維持される。
【００２６】
そのため、第１フィレット変化部により第１フィレット部と第３フィレット部を滑らかに接続することができ、空力性能の低下および急激な熱応力の変化を抑制することができる。
【００２７】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する。
【００２８】
そのため、第１フィレット変化部により第１フィレット部と第３フィレット部を滑らかに接続することができる。
【００２９】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記フィレット変化部は、前記第２端部と前記第２フィレット部との間に設けられる第２フィレット変化部を含み、前記第２フィレット変化部は、前記第２端部から前記第２フィレット部に向かって前記フィレット幅および前記フィレット高さが小さくなる。
【００３０】
そのため、第２フィレット変化部により第１フィレット部と第２フィレット部を滑らかに接続することができ、空力性能の低下および急激な熱応力の変化を抑制することができる。
【００３１】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第２フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する。
【００３２】
そのため、第２フィレット変化部により第１フィレット部と第２フィレット部を滑らかに接続することができる。
【００３３】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記フィレット変化部は、前記第４端部と前記第２フィレット部との間に設けられる第３フィレット変化部を含み、前記第３フィレット変化部は、前記第４端部から前記第２フィレット部に向かって前記フィレット幅が一定に維持され、前記フィレット高さが小さくなる。
【００３４】
そのため、第３フィレット変化部により第２フィレット部と第３フィレット部を滑らかに接続することができ、性能の低下を抑制することができる。
【００３５】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第３フィレット変化部は、前記フィレット幅に対する前記フィレット高さの前記アスペクト比が１．０より大きい楕円形状のフィレットを有する。
【００３６】
そのため、第３フィレット変化部により第２フィレット部と第３フィレット部を滑らかに接続することができる。
【００３７】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記複数の冷却孔は、前記翼形部における前記基端部側で前記第２フィレット部に隣接する位置に開口密度が他の複数の冷却孔の開口密度より大きい端部冷却孔を含み、前記端部冷却孔は、前記第２フィレット部における翼高さ方向の前記翼形部側に隣接して配置される。
【００３８】
そのため、端部冷却孔を流れる冷却空気の流量を増加させることで、第２フィレット部の冷却性能を向上することができる。
【００３９】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記第１フィレット部は、前記冷却空気通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路の翼壁に沿って設けられる。
【００４０】
そのため、冷却空気通路における最終通路を流れる冷却空気により第１フィレット部を効果的に冷却することができる。
【００４１】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記冷却空気通路は、前記翼形部の内部に設けられる蛇行通路を有し、前記第１フィレット部は、前記蛇行通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の前記最終通路に沿って設けられ、前記第１フィレット部におけるコード方向の長さは、前記最終通路のコード方向の長さの範囲に含まれる。
【００４２】
そのため、第１フィレット部におけるコード方向の長さより最終通路のコード方向の長さが長いことから、最終通路を流れる冷却空気により第１フィレット部を適正に冷却することができる。
【００４３】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記基端部は、前記翼形部の翼高さ方向に直交する方向に延在するプラットフォームを含み、前記プラットフォームは、前記プラットフォームの後縁部端面に形成され、該後縁部端面から前縁側へ向かって凹むぬすみ部を有し、前記ぬすみ部は、前記プラットフォームの腹側端部から背側端部まで延在し、前記ぬすみ部の前縁側端部が前記プラットフォームの前記腹側端部から前記背側端部に向かって前記プラットフォームの前記後縁部端面に接近するように設けられる。
【００４４】
そのため、ぬすみ部の前縁側端部を翼形部の腹側から背側に向かってプラットフォームの後縁部に接近するように設けることから、ぬすみ部を設けた部分では、プラットフォーム４２の剛性が低下するため、翼形部の翼後縁部における応力を低減することができる。
【００４５】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記ぬすみ部は、前記プラットフォームにおける前記前縁側部が、前記プラットフォームの平面視において、前記冷却空気通路における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路と前記翼形部の後縁端面の間に位置する。
【００４６】
そのため、ぬすみ部が冷却空気通路における最終通路に接近することで、翼形部の翼後縁部とプラットフォームとの接続部の近傍で、ぬすみ部を十分に深く形成することができる。
【００４７】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記ぬすみ部は、前記プラットフォームにおける前記前縁側部が、前記プラットフォームの前記腹側端部から前記背側端部に向けて直線状に形成される。
【００４８】
そのため、ぬすみ部の端部が直線状をなすことから、加工性を向上することができる。
【００４９】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記プラットフォームは、前記翼形部プラットフォームにおける前記背側端部に沿って前縁から後縁に延在する第１冷却通路と、前記プラットフォームにおける前記腹側端部に沿って前縁から後縁に延在する第２冷却通路と、を含み、前記第１冷却通路および前記第２冷却通路は、冷却空気の流れ方向の上流側が前記翼形部の前記冷却空気通路に連通し、下流側が前記後縁部端面で燃焼ガス中に開口する。
【００５０】
そのため、プラットフォームに冷却通路を設け、冷却空気通路に連通することから、翼形部を冷却した冷却空気をプラットフォームに供給し、このプラットフォームを効率良く冷却することができる。
【００５１】
本発明の一実施態様であるタービン翼では、前記タービン翼は、動翼である。
【００５２】
そのため、動翼の性能の低下を抑制することができる一方で、フィレット部における熱応力を低減することができる。
【００５３】
また、本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記タービン翼を有して前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、を備える。
【００５４】
そのため、タービンの性能の低下を抑制することができる一方で、フィレット部における熱応力を低減することができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明のタービン翼およびガスタービンによれば、空力性能の低下を抑制することができる一方で、フィレット部における熱応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、第１実施形態のガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態のタービン翼としての動翼を表す一部を断面した背面図である。
【図３】図３は、図２のIII−IIIに沿うタービン翼としての動翼を表す断面図である。
【図４】図４は、第１フィレット部の断面図である。
【図５】図５は、第２フィレット部の断面図である。
【図６】図６は、第３フィレット部の断面図である。
【図７】図７は、タービン翼としての動翼の変形例を表す断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態のタービン翼としての動翼を表す断面図である。
【図９】図９は、図８のＩＶ−ＩＶ矢視に沿うタービン翼の基端部廻りの断面図である。
【図１０】図１０は、図９の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００５８】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のガスタービンの全体構成を表す概略図である。なお、以下の説明では、ガスタービンのロータの中心軸線をＯとしたとき、中心軸線Ｏが延びる方向を軸方向Ｄａとし、ロータの中心軸線Ｏに直交するロータの径方向を翼高さ方向Ｄｈ、ロータの中心軸線Ｏを中心とした周方向を周方向Ｄｃとして説明する。
【００５９】
第１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とを備える。ガスタービン１０は、同軸上に図示しない発電機が連結され、発電機により発電が可能である。
【００６０】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet  Guide  Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が軸方向Ｄａに交互に配設され、その外側に抽気室２５が設けられる。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能である。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が軸方向Ｄａに交互に配設される。タービン車室２６は、下流側に排気車室２９を介して排気室３０が配設され、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有する。
【００６１】
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ３２が位置する。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持され、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持される。ロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、排気室３０側の端部に発電機（図示略）の駆動軸が連結される。
【００６２】
ガスタービン１０は、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持される。
【００６３】
そのため、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４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。燃焼器１２にて、圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、ロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、タービン１３を駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
【００６４】
図２は、第１実施形態のタービン翼としての動翼を表す一部を断面した背面図、図３は、図２のIII−IIIに沿うタービン翼としての動翼を表す断面図、図４は、第１フィレット部の断面図、図５は、第２フィレット部の断面図、図６は、第３フィレット部の断面図である。
【００６５】
図２および図３に示すように、タービン翼である動翼２８は、翼形部４１と、基端部としてのプラットフォーム４２と、翼根部４３とを備える。翼形部４１は、翼高さ方向Ｄｈに沿って配置され、基端５５部側がプラットフォーム４２の上面７１に接続し、プラットフォーム４２と共に一体に形成されている。プラットフォーム４２は、基端５５部側で翼根部４３に接続され、一体に形成されている。翼根部４３は、ロータ３２（図１参照）側に固定される。そのため、動翼２８は、ロータ３２と共に回転する。
【００６６】
翼形部４１は、翼高さ方向Ｄｈに延在する負圧面側の凸面形状を有する背側翼面５３と、圧力面側の凹面形状を有する腹側翼面５４とからなる翼面５７と、翼高さ方向Ｄｈの先端５６側に形成された天板５９とにより、一体に形成されている。翼形部４１は、中空形状を備え、背側翼面５３と腹側翼面５４は、軸方向Ｄａに沿う燃焼ガスＦＧの流れ方向の上流側で接続されて前縁５１が形成され、下流側で接続されて後縁５２が形成され、後縁下流側端面に後縁端面５２ａが形成されている。翼形部４１は、基端５５から先端５６に向けて先細り形状を備え、翼高さ方向Ｄｈの先端５６側で天板５９に接合する。
【００６７】
翼形部４１は、内部に冷却空気通路６０が設けられる。冷却空気通路６０は、第１冷却空気通路６１と、第２冷却空気通路６２と、第１供給通路６１ａと、第２供給通路６２ａとを有する。第１冷却空気通路６１は、翼形部４１の前縁５１側に翼高さ方向Ｄｈに沿って設けられ、基端５５側で第１供給通路６１ａに接続し、先端５６側で天板５９に開口している。第１供給通路６１ａおよび第２供給通路６２ａは、翼根部４３に形成され、外部から冷却空気を受け入れている。第１冷却空気通路６１は、第１供給通路６１ａから供給された冷却空気を前縁５１に沿って翼高さ方向の一方向に流れ、先端５６側の天板５９に形成された開口から外部の燃焼ガスＦＧ中に排出される。第２冷却空気通路６２は、基端５５側で第２供給通路６２ａに接続し、第２供給通路６２ａから冷却空気が供給されている。第２冷却空気通路６２は、翼形部４１の内部に蛇行通路（サーペンタイン通路）として形成され、第１冷却空気通路６１に隣接して後縁５２側に設けられる。第２冷却空気通路６２は、第１通路６３、第１折り返し通路６４、第２通路６５、第２折り返し通路６６、第３通路６７を有する。第１通路６３と第２通路６５と第３通路６７が翼高さ方向Ｄｈに沿って設けられ、第３通路６７の先端５６側が天板５９に形成された開口に接続している。第２冷却空気通路６２は、第２供給通路６２ａから供給された冷却空気が第１通路６３、第１折り返し通路６４、第２通路６５、第２折り返し通路６６、第３通路６７の順に流れ、先端５６の天板５９に形成された開口から外部に排出する。
【００６８】
また、翼形部４１は、後縁５２側の翼後縁部５２ｂに複数の冷却孔６８が設けられる。複数の冷却孔６８は、翼高さ方向Ｄｈに所定間隔を空けて配列され、冷却空気の流れ方向の上流端である一端１０２が第２冷却空気通路６２における第３通路６７に連通し、冷却空気の流れ方向の下流端である他端１０３が後縁５２の後縁端面５２ａに開口する。
【００６９】
プラットフォーム４２は、翼形部４１における背側翼面５３側に第１冷却通路７２が設けられ、腹側翼面５４側に第２冷却通路７３が設けられる。第１冷却通路７２と第２冷却通路７３は、プラットフォーム４２の前縁部７４から後縁部７５に向かって軸方向Ｄａにプラットフォーム４２の上面７１に沿って延在する。第１冷却通路７２は、冷却空気の流れ方向の上流端が翼形部４１の第２冷却空気通路６２に連通し、冷却空気の流れ方向の下流端が後縁部端面７５ａに開口する。第２冷却通路７３は、冷却空気の流れ方向の上流端が翼形部４１の第１冷却空気通路６１に連通し、冷却空気の流れ方向の下流端が後縁部端面７５ａに開口する。なお、第１冷却通路７２が接続する上流端は、第１冷却空気通路６１であってもよいし、第２冷却通路７３が接続する上流端は、第２冷却空気通路６２であってもよい。
【００７０】
プラットフォーム４２は、プラットフォーム４２に発生する熱応力を抑制するため、後縁部７５にぬすみ部１１１が設けられる。ぬすみ部１１１は、プラットフォーム４２の後縁部７５の後縁部端面７５ａに形成され、前縁５１側の方向へ向かって凹むように設けられる。つまり、ぬすみ部１１１は、ぬすみ部７６の一部を形成する前縁側端部１１２を軸方向Ｄａの最も上流側の端部として、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａに向かって開口する。ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２は、プラットフォーム４２の背側端部４４側から腹側端部４５側に向かって周方向Ｄｃに沿って設けられる。従って、ぬすみ部の開口は、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａの背側端部４４側から腹側端部４５まで形成されると共に、背側端部４４側および腹側端部４５の一部であって、後縁部端面７５ａから軸方向Ｄａの上流側の前縁側端部１１２との接続位置までの範囲にも形成される。
【００７１】
また、動翼２８は、翼形部４１とプラットフォーム４２のとの接続部の応力集中を回避するため、翼形部４１の翼面５７の全周にフィレット部８０が設けられる。フィレット部８０は、第１フィレット部８１と、第２フィレット部８２と、第３フィレット部８３とを有する。図４から図６に示す第１フィレット部８１から第３フィレット部８３の形状は、翼形部４１の翼面５７に沿って各フィレットを見た断面形状である。
【００７２】
第１フィレット部８１は、翼形部４１の背側翼面５３側であって、翼形部４１の背側翼面５３の翼面５７とプラットフォーム４２の背側端部４４との距離が最も短いく幅の狭い位置よりプラットフォーム４２の後縁部７５側に設けられる。第１フィレット部８１は、周方向Ｄｃに隣接する動翼２８の翼形部４１の間に形成されるスロート部１１０より後縁部７５側に設けられる。第１フィレット部８１は、フィレット幅Ｗが第１フィレット部８１以外の他のフィレット部８０の領域のフィレット幅Ｗより大きく設定される。ここで、スロート部とは、周方向Ｄｃに隣接する動翼２８間において、燃焼ガスＦＧの流動方向の最小流路幅を定める位置である。
【００７３】
ここで、スロート部１１０と第１フィレット部８１の位置関係について、図３により説明する。図３において、スロート部１１０は、隣接する動翼２８の翼形部４１の後縁５２の位置から動翼２８の背側翼面５３に垂直にスロート線ＳＬを下し、背側翼面５３に交わる背側翼面５３上の位置を言う。一方、第１フィレット部８１を形成する前縁５１側の第１端部８１ａは、スロート部１１０の位置より後縁５２側に形成されている。
【００７４】
第２フィレット部８２は、第１フィレット部８１より後縁５２側に設けられる。第２フィレット部８２は、翼形部４１の後縁端面５２ａに形成され、翼高さ方向Ｄｈに配列された複数の冷却孔６８（図２参照）と翼高さ方向Ｄｈに隣接して基端５５側に形成され、翼形部４１とプラットフォーム４２の接続部に設けられる。第２フィレット部８２は、フィレット高さＨが第２フィレット部８２以外の他の領域のフィレット部８０のフィレット高さＨより小さく設定される。
【００７５】
第３フィレット部８３は、翼形部４１の前縁５１を挟んで、前縁５１から背側翼面５３側の第１フィレット部８１まで延在して設けられると共に、前縁５１から腹側翼面５４側を通って後述する第３フィレット変化部８６まで延在して設けられる。
【００７６】
すなわち、図３および図４に示すように、第１フィレット部８１は、翼形部４１の背側翼面５３側の翼面５７に沿った領域Ａ１に設けられる。第１フィレット部８１は、フィレット幅Ｗ１であり、フィレット高さＨ１である。ここで、フィレット部８０は、翼形部４１の翼面５７とプラットフォーム４２の上面７１とを滑らかに連続する湾曲部（湾曲凹面）で形成される。フィレット幅Ｗ１とは、翼形部４１の翼面５７に直交する方向のプラットフォーム４２の上面７１に沿った方向のフィレット部８０の長さである。フィレット高さＨ１とは、プラットフォーム４２の上面７１に直交する方向の翼面５７に沿った翼高さＤｈ方向のフィレット部８０の長さである。第１フィレット部８１は、翼形部４１の翼面５７とプラットフォーム４２の上面７１とが接続するコーナー部分に形成され、第１フィレット部８１の断面形状は、真円Ｒ１の円弧形状で前縁５１側から後縁５２の方向に連続して形成されている。そのため、第１フィレット部８１のフィレット幅Ｗ１は、真円Ｒ１におけるフィレット幅Ｗ方向の長さ（直径）であるＷＲ１の１／２（半径）であり、フィレット高さＨ１は、真円Ｒ１におけるフィレット高さ方向の長さ（直径）ＨＲ１の１／２（半径）の長さである。なお、第１フィレット部８１のフィレット幅Ｗ方向のプラットフォーム４２の上面７１に形成される第１フィレット部８１の先端は、下部外縁８０ｂを形成し、図４における翼面５７からフィレット幅Ｗ１の位置に相当する。また、翼面５７に沿った翼高さ方向Ｄｈに形成される第１フィレット部８１の先端は、上部外縁８０ａを形成し、図４におけるプラットフォーム４２の上面７１からフィレット高さＨ１の位置に相当する。
【００７７】
図３および図５に示すように、第２フィレット部８２は、翼形部４１の後縁端面５２ａに形成され、翼面５７に沿った領域Ａ２に一定の幅で周方向に形成されている。第２フィレット部８２は、フィレット幅Ｗ２であり、フィレット高さＨ２である。
第２フィレット部８２は、翼形部４１の翼面５７とプラットフォーム４２の上面７１とが接続するコーナー部分に形成され、第２フィレット部８２の形状は、翼高さ方向が長径であり、プラットフォーム４２の上面７１に沿う方向が短径である楕円Ｒ２の楕円形状で連続して形成される。そのため、フィレット幅Ｗ２は、楕円Ｒ２におけるフィレット幅方向の長さ（短径）ＷＲ２の１／２であり、フィレット高さＨ２は、楕円Ｒ２におけるフィレット高さ方向の長さ（長径）ＨＲ２の１／２である。なお、第２フィレット部８２のフィレット幅Ｗ方向のプラットフォーム４２の上面に形成される第２フィレット部８２の先端は、下部外縁８０ｂを形成し、図５における翼面５７からフィレット幅Ｗ２の位置に相当する。また、翼面５７に沿った翼高さ方向Ｄｈに形成される第２フィレット部８２の先端は、上部外縁８０ａを形成し、図５におけるプラットフォーム４２の上面７１からフィレット高さＨ２の位置に相当する。また、第２フィレット部８２のフィレット高さＨ２は、他の領域のフィレット部８０のフィレット高さＨより低く、第２フィレット部８２のフィレット高さＨが最も低く形成されている。
【００７８】
図３および図６に示すように、第３フィレット部８３は、翼形部４１の背側翼面５３側および腹側翼面５４側の翼面５７に沿った領域Ａ３に設けられる。第３フィレット部８３は、フィレット幅Ｗ３であり、フィレット高さＨ３である。第３フィレット部８３は、翼形部４１の翼面５７とプラットフォーム４２の上面７１とが接続するコーナー部分に形成され、第３フィレット部８３の形状は、翼高さ方向が長径であり、プラットフォーム４２の上面７１に沿う方向が短径である楕円Ｒ３の楕円形状で連続して形成される。そのため、フィレット幅Ｗ３は、楕円Ｒ３におけるフィレット幅方向の長さ（短径）ＷＲ３の１／２であり、フィレット高さＨ３は、楕円Ｒ３におけるフィレット高さ方向の長さ（長径）ＨＲ３の１／２である。なお、第３フィレット部８３のフィレット幅Ｗ方向のプラットフォーム４２の上面に形成される第３フィレット部８３の先端は、下部外縁８０ｂを形成し、図６における翼面５７からフィレット幅Ｗ３の位置に相当する。また、翼面５７に沿った翼高さ方向Ｄｈに形成される第３フィレット部８３の先端は、上部外縁８０ａを形成し、図６におけるプラットフォーム４２の上面７１からフィレット高さＨ３の位置に相当する。
【００７９】
そして、図４から図６に示すように、第１フィレット部８１は、フィレット幅Ｗ１に対するフィレット高さＨ１のアスペクト比が、第１フィレット部８１以外の他の領域のフィレット部８０のアスペクト比より小さく設定される。すなわち、第１フィレット部８１は、フィレット幅Ｗ１とフィレット高さＨ１が同じ長さであることから、アスペクト比が１．０である。なお、第１フィレット部８１のアスペクト比は、１．０に限らず、第１フィレット部８１以外の他の領域のフィレット部８０のアスペクト比より小さければよい。一方、第２フィレット部８２は、フィレット幅Ｗ２に対してフィレット高さＨ２が大きいことから、アスペクト比が１．０より大きい。また、第３フィレット部８３は、フィレット幅Ｗ３に対してフィレット高さＨ３が大きいことから、アスペクト比が１．０より大きい。そのため、第１フィレット部８１のアスペクト比は、第２フィレット部８２のアスペクト比および第２フィレット部８２のアスペクト比より小さくなる。
【００８０】
また、図２３に示すように、第１フィレット部８１は、アスペクト比がフィレット部８０の翼面５７に沿って一定の比率を維持する領域Ａ１を有する。第２フィレット部８２は、アスペクト比が翼形部４１の後縁端面５２ａの翼面５７に沿って一定の比率を維持する領域Ａ２を有する。第３フィレット部８３は、アスペクト比がフィレット部８０の翼面５７に沿って一定の比率を維持する領域Ａ３を有する。
【００８１】
第１フィレット部８１は、図３から図６に示すように、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の背側翼面５３側の前縁５１側に設けられる第１端部８１ａと、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の背側翼面５３側の後縁５２側に設けられる第２端部８１ｂとを有する。第１端部８１ａおよび第２端部８１ｂは、フィレット幅Ｗとフィレット高さＨがフィレット部８０の翼面５７に沿って変化するフィレット変化部に接続される。また、第３フィレット部８３は、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の背側翼面５３側に形成された第１フィレット部８１側に設けられる第３端部８３ａと、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の腹側翼面５４側で後縁５２側に形成された第４端部８３ｂとを有する。第３端部８３ａおよび第４端部８３ｂは、フィレット幅Ｗとフィレット高さＨがフィレット部８０の翼面５７に沿って変化するフィレット変化部に接続される。
【００８２】
フィレット変化部は、第１フィレット変化部８４と、第２フィレット変化部８５と、第３フィレット変化部８６とを有する。第１フィレット変化部８４は、第１端部８１ａと第１端部８１ａより前縁５１側に配置された第３端部８３ａとの間に形成され、背側翼面５３に沿った領域Ａ１１に設けられる。第１フィレット変化部８４は、第１端部８１ａから第３端部８３ａに向かってフィレット幅Ｗが小さくなり、フィレット高さＨが一定の高さに維持される。つまり、第１フィレット部８１から第１フィレット変化部８４を経て第３フィレット部８３の第３端部８３ａまでの間は、フィレット幅Ｗが小さくなるが、フィレット高さＨが一定の高さに維持される。
【００８３】
第２フィレット変化部８５は、第２端部８１ｂと第２フィレット部８２との間に形成され、背側翼面５３に沿った領域Ａ１２に設けられる。第２フィレット変化部８５は、第２端部８１ｂから第２フィレット部８２に向かってフィレット幅Ｗおよびフィレット高さＨが小さくなる。第３フィレット変化部８６は、第４端部８３ｂと第２フィレット部８２との間に形成され、腹側翼面５４に沿った領域Ａ１３に設けられる。第３フィレット変化部８６は、第４端部８３ｂから第２フィレット部８２に向かってフィレット幅Ｗが一定の幅に維持され、フィレット高さＨが小さくなる。
【００８４】
また、図３に示すように、第１フィレット部８１は、第２冷却空気通路６２における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路７０、つまり、第３通路６７の翼壁５８に沿って設けられる。更に、第１フィレット部８１は、第２冷却空気通路６２における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路７０、つまり、第３通路６７のコード方向に延在する通路断面に沿って設けられ、第１フィレット部８１におけるコード方向の長さは、第３通路６７の通路断面のコード方向の長さの範囲内に含まれる。
【００８５】
ここで、上述した翼形部４１の翼面５７に沿ったフィレット部８０の位置により、フィレット部８０の形状が異なる理由を以下に説明する。
【００８６】
まず、フィレット部８０の形状に影響を与える翼形部４１の後縁５２側の冷却構造について説明する。上述のように、翼形部４１に形成された第２冷却空気通路６２は、第１通路６３、第１折り返し通路６４、第２通路６５、第２折り返し通路６６、第３通路６７と、からなる蛇行通路を形成する。従って、第２冷却空気通路６２を流れる冷却空気は、冷却空気通路６０内を流れる過程で過熱され、最終通路７０を流れる冷却空気の温度は、高温になるため、最終通路７０を形成する後縁５２側の翼壁４８のメタル温度が高温化する傾向にある。一方、翼形部４１とプラットフォーム４２が接続するフィレット部８０には、遠心力等に起因する応力が発生する。従って、後縁５２側のフィレット部８０には、高い熱応力が発生する傾向にあり、何らかの冷却手段および熱応力の抑制手段が必要になる場合がある。
【００８７】
第１フィレット部８１は、翼形部４１の背側翼面５３側に形成されている。翼形部４１の背側翼面５３とプラットフォーム４２の背側端部４４と後縁部端面７５ａによって囲まれたプラットフォーム４２の後縁部７５の軸方向下流側領域の冷却は、上述した第１冷却通路７２が、背側端部４４に沿って前縁５１から後縁５２に向けて配列されているのみである。従って、第１冷却通路７２が配置された領域を除くプラットフォーム４２の後縁部７５の軸方向下流側領域は無冷却の状態になる。
【００８８】
上述のように、翼形部４１の第２冷却空気通路６２の最終通路７０（第３通路６７）は、冷却空気による過熱と遠心力等の相互作用による翼形部４１側に生ずる熱応力と、プラットフォーム４２の無冷却領域の存在による熱伸び差に起因する熱応力の発生が重なり、翼形部４１の背側翼面５３側の軸方向下流側領域近傍の第１フィレット部８１には、プラットフォーム４２の上面７１に沿って、他の領域のフィレット部８０より高い熱応力が発生する。
【００８９】
図３および図４に示すように、第１フィレット部８１に発生するプラットフォーム４２の上面７１に沿った水平方向の熱応力を許容値以下に抑えるため、第１フィレット８１部を形成する曲面の内、プラットフォーム４２の上面７１に沿った方向のフィレット幅Ｗ１を大きくして、応力を低下させる必要がある。従って、第１フィレット部８１は、他の領域のフィレット部８０のフィレット幅Ｗより大きい幅が選定される。図４に示される第１フィレット部８１は、円形形状の凹面状の曲面で形成され、フィレット高さＨ１とフィレット幅Ｗ１の比であるアスペクト比が、１．０となる凹状曲面形状を備え、他のフィレット部８０よりアスペクト比が最も小さい形状となっている。
【００９０】
第２フィレット部８２は、翼形部４１の後縁端面５２ａに形成されている。上述のように、翼形部４１の翼後縁部５２ｂを冷却するため、翼後縁部５２ｂには翼高さ方向に複数配列された冷却孔６８が配置され、後縁端面５２ａに開口している。一方、後縁端面５２ａに形成された第２フィレット部８２を冷却するため、第２フィレット部８２を貫通して冷却孔６８を形成することは、冷却孔６８の廻りに発生する応力集中の観点から望ましくない。従って、翼後縁部５２ｂのフィレット部８０であって、特に冷却孔６８が開口する後縁端面５２ａにおける開口６８ａの翼高さ方向の位置は、第２フィレット部８２を含めたフィレット部８０を冷却するため、加工可能な範囲で出来るだけフィレット部８０の上部外縁８０ａに接近させて配置することが望ましい。そのため、後縁端面５２ａに形成される第２フィレット部８２は、他の領域のフィレット部８０と比較して、フィレット高さＨ２を最も低くして、冷却孔６８の開口６８ａの位置を、第２フィレット部８２の上部外縁８０ａに近づけて配置している。
【００９１】
第３フィレット部８３は、翼形部４１の前縁５１を挟んで背側翼面５３側と腹側翼面５４に形成されている。第３フィレット部８３の断面形状は、図６に示すように、フィレット幅Ｗ３よりフィレット高さＨ３の方が大きく、フィレット高さＨ３とフィレット幅Ｗ３の比であるアスペクト比が１.０を越え、翼高さ方向Ｄｈに長い楕円形状のフィレットとして形成されている。第３フィレット部８３が形成されたプラットフォーム４２と翼形部４１との接続部分には、第１フィレット部８１が形成されたプラットフォーム４２の軸方向下流側領域ほどの高い熱応力が発生しない。従って、空力性能の点からはアスペクト比が大きい方が有利な点を勘案して、第３フィレット部８３は、第１フィレット部と比較して、フィレット高さＨは変えずに、フィレット幅Ｗを小さくすることにより、アスペクト比が１より大きくなるようなフィレット形状を選定している。
【００９２】
なお、第１フィレット部８１の領域Ａ１および第２フィレット部８２の領域Ａ２並びに第３フィレット部８３の領域Ａ３は、いずれもフィレット高さＨおよびフィレット幅Ｗは変わらず一定の高さＨおよびフィレット幅Ｗを維持しているが、それぞれのフィレット部８０を繋ぐ中間に配置されたフィレット変化部は、フィレット高さＨ又はフィレット幅Ｗを徐々に変えて滑らかに接続するように形成されている。各接続点（第１端部８１ａ、第２端部８１ｂ、第３端部８３ａ、第４端部８３ｂ）で、フィレットの形状を急変させるのは、空力性能および応力集中の点から望ましくないからである。
【００９３】
なお、本発明のタービン翼は、上述した構成の動翼２８に限定されるものではない。図７は、タービン翼としての動翼の変形例を表す断面図である。
【００９４】
図７に示すように、変形例の動翼２８Ａは、上述した図２から図６に示す動翼２８の第１実施形態に対して、翼形部４１の冷却空気通路の構成が相違し、その他の構成は同様である。動翼２８Ａは、翼形部４１と、プラットフォーム４２と、翼根部４３（図２参照）とを備える。
【００９５】
翼形部４１は、内部に冷却空気通路９０が設けられる。冷却空気通路９０は、第１冷却空気通路９１と、第２冷却空気通路９２とを有する。第１冷却空気通路９１は、翼形部４１の前縁５１側に翼高さ方向Ｄｈに沿って設けられ、先端５６側で天板５９に開口している。第１冷却空気通路９１は、翼根部４３側に供給された冷却空気が前縁５１に沿って一方向に流れ、先端５６側の天板５９に形成された開口から外部の燃焼ガスＦＧ中に排出する。第１実施形態に示される動翼２８と同様に、第２冷却空気通路９２は、翼形部４１の内部に蛇行通路（サーペンタイン通路）として形成され、第１冷却空気通路９１に隣接して後縁５２側に設けられる。第２冷却空気通路９２は、第１通路９３、第１折り返し通路（図示略）、第２通路９４、第２折り返し通路（図示略）、第３通路９５と、第３折り返し通路（図示略）、第４通路９６、第４折り返し通路（図示略）、第５通路９７とを有する。第１通路９３と第２通路９４と第３通路９５と第４通路９６と第５通路９７が翼高さ方向Ｄｈに沿って設けられ、第５通路９７の先端５６側が天板５９に形成された開口に接続している。第２冷却空気通路６２は、翼根部４３側に供給された冷却空気が第１通路９３、第１折り返し通路、第２通路９４、第２折り返し通路、第３通路９５、第３折り返し通路、第４通路９６、第４折り返し通路、第５通路９７の順に流しれ、先端５６の天板５９に形成された開口から外部に排出する。第５通路９７は、第２冷却空気通路９２の最終通路７０でもある。
【００９６】
また、動翼２８Ａは、翼形部４１とプラットフォーム４２との接続部の応力集中を回避するため、翼形部４１の翼面５７に沿って全周にフィレット部８０が設けられる。第１実施形態に示す動翼２８と同様に、フィレット部８０は、第１フィレット部８１と、第２フィレット部８２と、第３フィレット部８３とを有する。そして、フィレット変化部として、第１フィレット変化部８４と、第２フィレット変化部８５と、第３フィレット変化部８６とが設けられる。フィレット部８０とフィレット変化部の構成は、上述した第１実施形態の構成と同様であることから、説明は省略する。
【００９７】
このように第１実施形態のタービン翼にあっては、内部に冷却空気通路６０を有する翼形部４１と、翼形部４１の翼高さ方向Ｄｈの基端５５に設けられるプラットフォーム（基端部）４２と、翼形部４１とプラットフォーム４２との接続部の翼面５７に沿って全周に設けられるフィレット部８０とを備える。フィレット部８０は、翼形部４１の背側翼面５３側であって、翼形部４１の背側翼面５３とプラットフォーム４２の背側端部４４との距離が最も短く間隔が狭い位置より後縁５２側に設けられ、フィレット幅Ｗがフィレット部８０における他の領域のフィレット幅Ｗより大きい第１フィレット部８１を有する。
【００９８】
そのため、フィレット部８０におけるプラットフォーム４２の背側翼面５３側の後縁５２側の部分は、他の領域より高い熱応力が発生し易い。この部分にフィレット幅Ｗをフィレット部８０における他の領域のフィレット幅Ｗより大きい第１フィレット部８１を設けることで、フィレット部８０における熱応力を低減することができる。また、プラットフォーム４２の背側翼面５３側の後縁５２側の第１フィレット部８１は、前縁５１側の第３フィレット部８３と比較してフィレット形状が空力性能に与える影響が小さいので、第３フィレット部８３よりフィレット幅Ｗの大きいフィレットを選定できる。
【００９９】
第１実施形態のタービン翼では、隣接する翼形部４１の間に形成されるスロート部１１０より後縁側に第１フィレット部８１を設ける。その結果、フィレット部８０における熱応力を低減することができる一方で、空力性能の低下を抑制することができる。
【０１００】
第１実施形態のタービン翼では、第１フィレット部８１は、フィレット幅Ｗに対するフィレット高さＨのアスペクト比が他のフィレット部におけるアスペクト比より小さい。そのため、第１フィレット部８１は、他のフィレット部よりも、フィレット幅Ｗが大きいことから、フィレット部８０における熱伸び差等による熱応力の発生を低減することができる。
【０１０１】
第１実施形態のタービン翼では、第１フィレット部８１は、アスペクト比がフィレット部８０の翼面５７に沿って一定の比率を維持する領域である。そのため、フィレット部８０の翼面５７沿った所定の領域で、熱応力を低減することができる。
【０１０２】
第１実施形態のタービン翼では、第１フィレット部８１のアスペクト比が１．０である。そのため、第１フィレット部８１の熱応力を低減することができる。
【０１０３】
第１実施形態のタービン翼では、第１フィレット部８１は、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の前縁５１側に設けられる第１端部８１ａと、フィレット部８０の翼面５７に沿った翼形部４１の後縁５２側に設けられる第２端部８１ｂとを有する。第１フィレット部８１の第１端部８１ａおよび第２端部８１ｂは、フィレット幅Ｗまたはフィレット高さＨが他の領域のフィレット部８０の翼面５７に沿って変化するフィレット変化部８４，８５に接続される。そのため、第１フィレット部８１と他のフィレット部８０（第２フィレット部８２、第３フィレット部８３）とが、フィレット幅Ｗまたはフィレット高さＨが変化するフィレット変化部８４，８５を介して接続することから、翼形部４１とプラットフォーム４２との接続部に滑らかに接続するフィレット部８０を設けることとなり、空力性能の低下と応力集中を抑制することができる。
【０１０４】
第１実施形態のタービン翼では、翼形部４１は、後縁５２側の翼後縁部５２ｂに翼高さ方向Ｄｈに所定間隔を空けて複数配列された冷却孔６８が配置されている。冷却孔６８は、一端が冷却空気通路６０に連通し、他端が後縁５２の後縁端面５２ａに開口している。フィレット部８０は、翼高さ方向Ｄｈで冷却孔６８よりプラットフォーム４２側に隣接して後縁端面５２ａに設けられ、フィレット高さＨが他のフィレット部８０のフィレット高さＨより小さい第２フィレット部８２を有する。そのため、第２フィレット部８２は、フィレット高さＨが他のフィレット部８０のフィレット高さＨより小さいため、冷却孔６８を流れる冷却空気により第２フィレット部８２を含めた翼後縁部５２ｂのフィレット部８０を効率良く冷却することができ、第２フィレット部８２を含めた翼後縁部５２ｂのフィレット部８０の熱応力を低減することができる。
【０１０５】
第１実施形態のタービン翼では、フィレット部８０は、翼形部４１の前縁５１を挟んで第３端部８３ａが背側翼面５３側の第１フィレット変化部８４を介して第１フィレット部８１まで延在する。また、フィレット部８０は、前縁５１から腹側翼面５４側を翼面５７に沿って第４端部８３ｂに至り、更に第３フィレット変化部８６を介して第２フィレット部８２まで延在する。そのため、フィレット部８０は、翼形部４１の前縁５１を起点にして、背側翼面５３側が、第３フィレット部８３および第１フィレット部８１を介して第２フィレット部８２まで延在し、腹側翼面５４側が、第３フィレット部８３及び第１フィレット部８１を介して第２フィレット部８２まで延在する。従って、翼形部４１とプラットフォーム４２との間の接続部の全周に適正形状のフィレット部８０を設けることができる。
【０１０６】
第１実施形態のタービン翼では、第３フィレット部８３は、フィレット幅Ｗに対するフィレット高さＨのアスペクト比がフィレット部８０の翼面５７に沿って一定の比率を維持する。そのため、フィレット部８０の翼面５７における所定の領域で、熱応力を低減することができる。
【０１０７】
第１実施形態のタービン翼では、第１端部８１ａと第３端部８３ａとの間に第１フィレット変化部８４を設けている。第１フィレット変化部８４は、第１端部８１ａから第３端部８３ａに向かってフィレット幅Ｗが小さくなり、フィレット高さＨが一定に維持される。この場合、第１フィレット変化部８４の形状は、アスペクト比が１．０より大きい楕円形状をなす。そのため、第１フィレット変化部８４により第１フィレット部８１と第３フィレット部８３を滑らかに接続することができ、空力性能の低下と応力集中を抑制することができる。
【０１０８】
第１実施形態のタービン翼では、第２端部８１ｂと第２フィレット部８２との間に第２フィレット変化部８５を設けている。第２フィレット変化部８５は、第２端部８１ｂから第２フィレット部８２に向かってフィレット幅Ｗおよびフィレット高さＨが小さくなる。なお、第２フィレット変化部８５では、フィレット高さＨの変化割合と比較してフィレット幅Ｗの変化割合の方が大きい。この場合、第２フィレット変化部８５の形状は、アスペクト比が１．０より大きい楕円形状をなす。そのため、第２フィレット変化部８５により第１フィレット部８１と第２フィレット部８２を滑らかに接続することができ、空力性能の低下と応力集中を抑制することができる。
【０１０９】
第１実施形態のタービン翼では、第４端部８３ｂと第２フィレット部８２との間に第３フィレット変化部８６を設けている。第３フィレット変化部８６は、第４端部８３ｂから第２フィレット部８２に向かってフィレット幅Ｗが一定の幅に維持され、フィレット高さＨが小さくなる。この場合、第３フィレット変化部８６の形状は、アスペクト比が１．０より大きい楕円形状をなす。そのため、第３フィレット変化部８６により第２フィレット部８２と第３フィレット部８３を滑らかに接続することができ、空力性能の低下と応力集中を抑制することができる。
【０１１０】
第１実施形態のタービン翼では、第１フィレット部８１は、冷却空気通路６０における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路７０である第３通路６７の翼壁５８に沿って設けられる。そのため、冷却空気通路６０における第３通路６７を流れる冷却空気により第１フィレット部８１を効果的に冷却することができる。
【０１１１】
第１実施形態のタービン翼では、翼形部の内部に蛇行通路としての第２冷却空気通路６２を設け、第１フィレット部８１は、第２冷却空気通路６２における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路７０である第３通路６７のコード方向に延在する通路断面に沿って設けられ、第１フィレット部８１におけるコード方向の長さが第３通路６７のコード方向の長さの範囲内に含まれる。そのため、第１フィレット部８１におけるコード方向の長さより第３通路６７のコード方向の長さが長いことから、第３通路６７を流れる冷却空気により第１フィレット部８１を適正に冷却することができる。
【０１１２】
第１実施形態のタービン翼では、翼形部４１における腹側翼面５４側と背側翼面５３側に、プラットフォーム４２の前縁部７４から後縁部７５に延在する第１冷却通路７２，第２冷却通路７３を設け、第１冷却通路７２，第２冷却通路７３における冷却空気の流れ方向の上流側を冷却空気通路６０に連通させている。そのため、翼形部４１に供給される冷却空気の一部をプラットフォーム４２に配置された第１冷却通路７２，第２冷却通路７３に供給し、プラットフォーム４２を効率良く冷却することができる。
【０１１３】
第１実施形態のタービン翼では、タービン翼を動翼２８に適用する。そのため、動翼２８の性能の低下を抑制することができる一方で、フィレット部８０における熱応力を低減することができる。
【０１１４】
また、第１実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１と、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器１２と、タービン翼としての動翼２８を有して燃焼器１２が生成した燃焼ガスＦＧにより回転動力を得るタービン１３とを備える。そのため、タービン１３の性能の低下を抑制することができる一方で、フィレット部８０における熱応力を低減することができる。
【０１１５】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態のタービン翼としての動翼を表す断面図、図９は、図８のIX−IXＩＶ―ＩＶ矢視に沿うタービン翼の基端部廻りの断面図、図１０は、図９の要部拡大図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１６】
第２実施形態において、図８および図９に示すように、動翼２８Ｂは、上述した第１実施形態の動翼２８と同様に、翼形部４１と、プラットフォーム４２と、翼根部４３（図２参照）とを備える。
【０１１７】
また、動翼２８Ｂは、翼形部４１とプラットフォーム４２のとの接続部の応力集中を回避するため、翼形部４１の翼面５７に沿って全周にフィレット部８０が設けられる。第１実施形態に示す動翼２８と同様に、フィレット部８０は、第１フィレット部８１と、第２フィレット部８２と、第３フィレット部８３とを有する。そして、フィレット変化部として、第１フィレット変化部８４と、第２フィレット変化部８５と、第３フィレット変化部８６とが設けられる。フィレット部８０とフィレット変化部の構成は、上述した第１実施形態の構成と同様であることから、説明は省略する。
【０１１８】
翼形部４１は、後縁５２側の翼後縁部５２ｂに複数の冷却孔６８が設けられる。複数の冷却孔６８は、翼高さ方向Ｄｈに所定間隔を空けて配列され、一端が第２冷却空気通路６２における第３通路６７に連通し、他端が後縁５２の後縁端面５２ａに開口する。また、冷却孔６８は、翼形部４１の後縁端面５２ａにおけるプラットフォーム４２側に接近した位置で、第２フィレット部８２の上部外縁８０ａに隣接する翼高さ方向Ｄｈの外側の位置に配置され、開口密度が他の複数の冷却孔６８の開口密度より大きい複数の端部冷却孔１０１を含んでいる。
【０１１９】
図１０に示すように、複数の端部冷却孔１０１は、上流側である一端１０２が第２冷却空気通路６２における第３通路６７に連通し、下流側である他端１０３が後縁５２の後縁端面５２ａに開口する。
【０１２０】
第２フィレット部８２が設けられる基端５５（図２参照）側に位置する端部冷却孔１０１は、端部冷却孔１０１よりも先端５０（図２参照）側に位置する冷却孔６８に比べて、翼高さ方向Ｄｈにおいて開口密度が大きい。そのため、端部冷却孔１０１を介した冷却空気の供給量を十分に確保することで、第２フィレット部８２の冷却をより効果的に行うことができる。なお、冷却孔６８の開口密度Ｄは、冷却孔６８の配列ピッチＰとし、冷却孔６８の濡れ長さＳとすれば、Ｄ＝（Ｓ／Ｐ）で表示される。すなわち、冷却孔６８の配列ピッチＰが大きくなれば、開口密度Ｄは小さくなり、濡れ長さＳが大きくなれば、開口密度Ｄは大きくなる。濡れ長さＳは、冷却孔６８が円形であれば、円周長さに相当する。
【０１２１】
図８および図９に示すように、プラットフォーム４２は、後縁部７５にぬすみ部１１１が設けられる。ぬすみ部１１１は、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａに形成され、後縁部端面７５ａから前縁５１側へ向かって凹むように設けられる。つまり、ぬすみ部１１１は、ぬすみ部１１１の一部を形成する前縁側端部１１２の位置を軸方向Ｄａの最も上流側の端部として、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａに向かって開口する。ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２は、プラットフォーム４２の背側端部４４側から腹側端部４５側まで周方向Ｄｃに沿って設けられる。従って、ぬすみ部１１１の開口は、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａの背側端部４４側から腹側端部４５まで形成されると共に、背側端部４４側および腹側端部４５の一部であって、後縁部端面７５ａから軸方向Ｄａの上流側の前縁側端部１１２との接続位置までの範囲にも形成される。
【０１２２】
ぬすみ部１１１は、プラットフォーム４２の腹側端部４５側から背側端部４４側まで延在する。ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２は、プラットフォーム４２の腹側端部４５側から背側端部４４側に向かうと共に、プラットフォーム４２の後縁部端面７５ａに接近するように形成される。すなわち、ぬすみ部１１１は、プラットフォーム４２における前縁５１側の前縁側端部１１２が、プラットフォーム４２の平面視（図８）において、翼形部４１の第２冷却空気通路６２における冷却空気の流れ方向の最下流側の最終通路７０、つまり、第３通路６７の後縁５２側の端部と翼形部４１の後縁端面５２ａの間に位置する。ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２は、プラットフォーム４２の腹側端部４５から背側端部４４に向けて直線状に形成され、且つ、周方向Ｄｃに対して傾斜している。ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２が、直線状に形成されるため、加工が容易である。
【０１２３】
プラットフォーム４２の後縁部７５にぬすみ部１１１を設けることは、プラットフォームの後縁部７５の剛性が低下し、剛性を小さくする意義がある。プラットフォームの後縁部７５の剛性を小さくすることにより、プラットフォームの後縁部７５並びにフィレット部８０の熱応力を低減することができる。
【０１２４】
プラットフォーム４２の幅方向（周方向Ｄｃ）における後縁部７５の位置近傍において、ぬすみ部１１１の前縁側端部１１２が背側端部４４側から腹側端部４５側に向かうにつれて前縁５１側に近づくように、プラットフォーム４２の幅方向（周方向Ｄｃ）に対して傾斜して設けられている。そのため、応力低減の必要性が高い翼形部４１の後縁端面５２ａとプラットフォーム４２との接続部（第２フィレット部８２）の近傍でぬすみ部１１１を前縁５１側の方向に十分に深く形成することができ、これにより第２フィレット部８２を含めたフィレット部８０とプラットフォーム４２の後縁部７５における熱応力を低減することができる。
【０１２５】
なお、上述した実施形態では、本発明のタービン翼を動翼２８に適用して説明したが、静翼２７に適用してもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１０  ガスタービン
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
２７  静翼
２８，２８Ａ、２８Ｂ  動翼（タービン翼）
３２  ロータ
４１  翼形部
４２  プラットフォーム（基端部）
４３  翼根部
４４  背側端部
４５  腹側端部
５１  前縁
５２  後縁
５２ａ  後縁端面
５２ｂ  翼後縁部
５３  背側翼面
５４  腹側翼面
５５  基端
５６  先端
５７  翼面
５８  翼壁
５９  天板
６０，９０  冷却空気通路
６１，９１  第１冷却空気通路
６１ａ  第１供給通路
６２，９２  第２冷却空気通路
６２ａ  第２供給通路
６８  冷却孔
６８ａ  開口
７０  最終通路
７１  上面
７２  第１冷却通路
７３  第２冷却通路
７４  前縁部
７５  後縁部
７５ａ  後縁部端面
８０  フィレット部
８０ａ  上部外縁
８０ｂ  下部外縁
８１  第１フィレット部
８１ａ  第１端部
８１ｂ  第２端部
８２  第２フィレット部
８３  第３フィレット部
８３ａ  第３端部
８３ｂ  第４端部
８４  第１フィレット変化部
８５  第２フィレット変化部
８６  第３フィレット変化部
１０１  端部冷却孔
１０２  一端
１０３  他端
１１０  スロート部
１１１  ぬすみ部
１１２  前縁側端部
Ｄａ  軸方向
Ｄｃ  周方向
Ｄｈ  翼高さ方向
ＳＬ  スロート線
【図１】
2020153320.tif 000003
【図２】
2020153320.tif 000004
【図３】
2020153320.tif 000005
【図４】
2020153320.tif 000006
【図５】
2020153320.tif 000007
【図６】
2020153320.tif 000008
【図７】
2020153320.tif 000009
【図８】
2020153320.tif 000010
【図９】
2020153320.tif 000011
【図１０】
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