(57)【要約】タービン翼は、翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数のフィルム冷却孔が形成された翼部と、前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、を備え、前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を含み、前記高密度開口領域の形状中心は、前縁―後縁方向において、前記翼部の負圧面側に位置し、前記高密度開口領域の前記形状中心は、前記翼高さ方向において、前記翼部の中間位置よりも径方向外側に位置し、前記複数のフィルム冷却孔は、前記翼部の前記負圧面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置より前縁側に設けられる複数の上流側フィルム冷却孔を含む。
2019003590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数のフィルム冷却孔が形成された翼部と、
前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、を備え、
前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を含み、
前記高密度開口領域の形状中心は、前縁―後縁方向において、前記翼部の負圧面側に位置し、
前記高密度開口領域の前記形状中心は、前記翼高さ方向において、前記翼部の中間位置よりも径方向外側に位置し、
前記複数のフィルム冷却孔は、前記翼部の前記負圧面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置より前縁側に設けられる複数の上流側フィルム冷却孔を含む
タービン翼。
【請求項２】
前記複数の上流側フィルム冷却孔によって形成される上流側フィルム冷却孔配列が、少なくとも前記高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている
請求項１に記載のタービン翼。
【請求項３】
前記高密度開口領域の形状中心は、前縁−後縁方向において、前記上流側フィルム冷却孔配列の位置より後縁側に形成されている
請求項２に記載のタービン翼。
【請求項４】
前記高密度開口領域は、
前記翼部の前縁側に形成された前縁高密度開口領域と、
前記前縁高密度開口領域より前記翼部の後縁側に形成された後縁高密度開口領域と、
を含み、
前記前縁高密度開口領域の開口密度は、前記後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されている
請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項５】
前記前縁高密度開口領域の前記翼部の翼高さ方向に延在する範囲は、
前記後縁高密度開口領域の前記翼部の翼高さ方向に延在する範囲より大きい
請求項４に記載のタービン翼。
【請求項６】
前記前縁高密度開口領域は、
前記翼部の前記翼高さ方向の径方向外側に形成された外側前縁高密度開口領域と、
前記翼高さ方向の径方向内側に形成された内側前縁高密度開口領域と、
を含み、
前記外側前縁高密度開口領域の開口密度は、前記内側前縁高密度開口領域の開口密度より高い請求項４又は５の何れかに記載のタービン翼。
【請求項７】
前記内側前縁高密度開口領域の開口密度は、前記後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されている
請求項６に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記上流側フィルム冷却孔は、前縁―後縁方向において、前記前縁高密度開口領域と前記後縁高密度開口領域との間に配置されている
請求項４乃至７の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項９】
前記上流側フィルム冷却孔は、
前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第１フィルム冷却孔と、
前記複数の第１フィルム冷却孔より前縁側に設けられた複数の第２フィルム冷却孔と、
を含み、
前記複数の第１フィルム冷却孔は、前記翼部の負圧面上において、前記高密度開口領域に対応する位置であって、前記第２フィルム冷却孔より後縁側に設けられている
請求項１乃至８の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１０】
前記複数の第１フィルム冷却孔は、前縁―後縁方向において、前記第２フィルム冷却孔の位置と前記高密度開口領域の後縁側端との間に配置されている請求項９に記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列が、少なくとも前記高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている請求項９又は１０の何れかに記載のタービン翼。
【請求項１２】
前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列が、少なくとも、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されている請求項９乃至１１の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１３】
前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第３フィルム冷却孔が形成されており、
前記複数の第３フィルム冷却孔は、前記翼部の前記負圧面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の後縁側に設けられる請求項９乃至１２の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１４】
前記翼部には、前記翼部の前記負圧面上において前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記前縁側に、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
前記翼部の前記負圧面上にて、前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列と、前記複数の第３フィルム冷却孔によって形成される第３フィルム冷却孔配列との間の距離をＬ２３としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と、前記第２フィルム冷却孔配列との間の距離Ｌ１２は、０．３Ｌ２３≦Ｌ１２≦０．５Ｌ２３を満たす請求項１３に記載のタービン翼。
【請求項１５】
前記翼部の前記負圧面上にて、前記高密度開口領域の前縁側端から後縁側端までの距離をＬ＊としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と前記高密度開口領域の前記前縁側端との間の距離Ｌ１＊が、０．３Ｌ＊≦Ｌ１＊≦０．７Ｌ＊を満たす
請求項９乃至１４の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１６】
前記中空部の内壁面上にて前記翼部の前記前縁側から後縁側に向かって延在するリブをさらに備え、
前記インピンジメント冷却孔は、前記翼高さ方向において、前記リブに対しずれた位置に設けられた
請求項１乃至１５の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１７】
前記翼部の表面を覆うように設けられた遮熱コーティングを備える請求項１乃至１６の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１８】
前記タービン翼は、ガスタービン静翼である請求項１乃至１７の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の何れか一項に記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービン翼及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン等のタービン翼において、フィルム冷却やインピンジメント冷却等の冷却手法が用いられることがある。【０００３】
例えば、特許文献１には、多数のフィルム冷却孔を有するタービン翼壁と、多数のインピンジ孔を有するインサートとが間隙をおいて配置されたタービン翼が開示されている。このタービン翼では、タービン翼壁の内部からの冷却空気をフィルム冷却孔を介してタービン翼壁の外壁面に導き、該外壁面を覆う冷却空気のフィルム境界層を形成することによりタービン翼外壁を冷却するようになっている。また、このタービン翼では、インサートの内部からの冷却空気をインピンジ孔を介してタービン翼壁の内壁面に吹き付けることにより、タービン翼壁を内側から冷却するようになっている。【０００４】
また、特許文献２には、翼壁内部の空洞の中に、複数の衝撃穴（インピンジメント冷却孔）が形成された衝撃スリーブ（インサート）が設けられた静翼が開示されている。この静翼では、静翼のスパン方向における中央部を選択的に冷却するために、衝撃スリーブのうち、静翼のスパン方向中央部に対応する部分に複数の衝撃穴が形成されている。また、この静翼では、負圧面側（背側）壁に比べて正圧面側（腹側）壁の内面の冷却効果を高めるため、衝撃スリーブのうち静翼の正圧面側壁に対応する面において衝撃穴の開口密度が大きくなるように、衝撃スリーブに衝撃穴が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６２５０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、タービン翼の翼面を高温ガスの熱から保護するために、上述のフィルム冷却又はインピンジメント冷却等の冷却媒体による冷却に加えて、タービン翼の翼面に遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ）を施すことがある。
遮熱コーティングは、タービンの運転中、高温ガスやガス中の粒子の衝突等によりタービン翼の翼面から剥離することがある。遮熱コーティングの剥離が生じると、その剥離部分においてタービン翼の耐熱性が低下するため、タービン翼が熱により損傷する可能性が高まる。
そこで、例えば遮熱コーティングの剥離等が生じた場合であっても、タービン翼の熱損傷を抑制できるように、タービン翼を効果的に冷却することが望まれる。【０００７】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、熱損傷を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼高さ方向に沿って延在する中空部を有するとともに、前記翼高さ方向に沿って配列する複数のフィルム冷却孔が形成された翼部と、
前記翼高さ方向に沿って前記中空部内に設けられ、複数のインピンジメント冷却孔が形成されたインサートと、を備え、
前記インサートは、前記インサートの他の表面領域よりも前記インピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域を含み、
前記高密度開口領域の形状中心は、前縁―後縁方向において、前記翼部の負圧面側に位置し、
前記高密度開口領域の前記形状中心は、前記翼高さ方向において、前記翼部の中間位置よりも径方向外側に位置し、
前記複数のフィルム冷却孔は、前記翼部の前記負圧面上において、前記高密度開口領域に対応する位置又は該位置より前縁側に設けられる複数の上流側フィルム冷却孔を含む。
なお、本明細書において、「上流側フィルム冷却孔」は、「高密度開口領域」に対して上述の位置関係にて設けられるフィルム冷却孔であることを意味し、「上流側フィルム冷却孔」からみて下流側に他のフィルム冷却孔が存在することを要求するものではない。【０００９】
上記（１）の構成では、インピンジメント冷却孔の開口密度が他の領域よりも高い高密度開口領域をインサートに設けたので、該高密度開口領域に対応した位置において冷却媒体によるインピンジメント冷却効果により、翼部の内壁面を効果的に冷却することができる。また、上記（１）の構成では、上述の高密度開口領域に対応する位置または該位置よりも前縁側において翼部の負圧面上に上流側フィルム冷却孔を設けたので、高密度開口領域を覆うように形成されたフィルム境界層により、高温の燃焼ガスから翼部の負圧面への入熱が抑制され、高密度開口領域に対応した位置における翼部の負圧面に対するフィルム冷却効果を向上させることができる。【００１０】
また、翼高さ方向における翼部の径方向外側の位置より径方向の外側にインピンジメント冷却孔の高密度開口領域の形状中心を設けたので、遮熱コーティングの剥離が生じやすい翼部の径方向外側の位置における熱損傷を効果的に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）の構成において、
前記複数の上流側フィルム冷却孔によって形成される上流側フィルム冷却孔配列が、少なくとも前記高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。【００１２】
上記（２）の構成によれば、上流側フィルム冷却孔配列は、少なくともインピンジメント冷却孔の高密度開口領域の翼高さ範囲にわたって形成されているので、上流側フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制され、高密度開口領域に対応した位置における翼部を効果的に冷却することができる。【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記高密度開口領域の形状中心は、前縁−後縁方向において、前記上流側フィルム冷却孔配列の位置より後縁側に形成されている。【００１４】
上記（３）の構成では、翼部の他の領域よりもインピンジメント冷却孔の開口密度が高い高密度開口領域の形状中心が、上流側フィルム冷却孔配列より後縁側に位置するので、広範囲の高密度開口領域において、インピンジメント冷却孔によるインピンジメント冷却効果と上流側フィルム冷却孔によるフィルム冷却効果とが重畳的に作用して、高密度開口領域に対する冷却効果を一層向上させることが出来る。【００１５】
（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、
前記高密度開口領域は、
前記翼部の前縁側に形成された前縁高密度開口領域と、
前記前縁高密度開口領域より前記翼部の後縁側に形成された後縁高密度開口領域と、
を含み、
前記前縁高密度開口領域の開口密度は、前記後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されている。【００１６】
翼部の翼面のうち、前縁側の翼面は後縁側の翼面より遮熱コーティングの剥離が生じ易い。この点、上記（４）の構成によれば、高密度開口領域のうち前縁側の前縁高密度開口領域の開口密度が、後縁側の後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されているので、前縁側の遮熱コーティングの剥離が生じやすい位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の何れかの構成において、
前記前縁高密度開口領域の前記翼部の翼高さ方向に延在する範囲は、
前記後縁高密度開口領域の前記翼部の翼高さ方向に延在する範囲より大きい。【００１８】
翼部の翼面の前縁側の領域は、後縁側の領域よりコーティングの剥離が生じ易く、且つ熱負荷が高い領域である。その点、上記（５）の構成では、前縁側の前縁高密度開口領域の翼高さ方向の延在する範囲を、後縁側の後縁高密度開口領域の翼高さ方向の延在する範囲より大きくして、前縁側の翼部の熱損傷をより広範囲に効果的に抑制できる。【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の何れかの構成において、
前記前縁高密度開口領域は、
前記翼部の前記翼高さ方向の径方向外側に形成された外側前縁高密度開口領域と、
前記翼高さ方向の径方向内側に形成された内側前縁高密度開口領域と、
を含み、
前記外側前縁高密度開口領域の開口密度は、前記内側前縁高密度開口領域の開口密度より高い。【００２０】
上記（６）の構成では、前縁高密度開口領域のうち、翼高さ方向の外側に形成された外側前縁高密度開口領域の開口密度が、翼高さ方向の内側に形成された内側前縁開口領域の開口密度より高く形成されているので、熱負荷が高く、コーティングの剥離が生じ易い前縁側の翼高さ方向の外側の領域の冷却が一層強化され、前縁側の翼部の熱損傷が抑制される。【００２１】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記内側前縁高密度開口領域の開口密度は、前記後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されている。【００２２】
上記（７）の構成では、前縁側の翼高さ方向の内側の内側前縁高密度開口領域の開口密度が、後縁側の後縁高密度開口領域の開口密度より高く形成されているので、後縁側の翼面と比較して、熱負荷の高い前縁側の翼高さ方向の外側から内側に至る広範囲の領域の冷却が強化される。【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（７）の構成において、
前記上流側フィルム冷却孔は、前縁―後縁方向において、前記前縁高密度開口領域と前記後縁高密度開口領域との間に配置されている。【００２４】
上記（８）の構成では、上流側フィルム冷却孔が前縁側の前縁高密度開口領域と後縁側の後縁高密度開口領域の間に配置されているので、前縁側の高密度開口領域は後縁側の高密度開口領域よりインピンジメント冷却が強化されることにより、また、後縁側の高密度開口領域はインピンジメント冷却とフィルム冷却の重畳的な冷却効果により、翼部の負圧面の前縁側から後縁側に至る広範な範囲の冷却が強化される。【００２５】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記上流側フィルム冷却孔は、
前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第１フィルム冷却孔と、
前記複数の第１フィルム冷却孔より前縁側に設けられた複数の第２フィルム冷却孔と、
を含み、
前記複数の第１フィルム冷却孔は、前記翼部の負圧面上において、前記高密度開口領域に対応する位置であって、前記第２フィルム冷却孔より後縁側に設けられている。【００２６】
上記（９）の構成によれば、翼高さ方向に沿って配列された第１フィルム冷却孔が、高密度開口領域に対応する位置に配置され、第２フィルム冷却孔より後縁側に配置されているので、第１フィルム冷却孔を設けない場合に比べて、第１フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層により、第１フィルム冷却孔の位置より後縁側の高密度開口領域の冷却が一層強化される。【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記複数の第１フィルム冷却孔は、前縁―後縁方向において、前記第２フィルム冷却孔配列の位置と前記高密度開口領域の後縁側端との間に配置されている。【００２８】
上記（１０）の構成によれば、第１フィルム冷却孔が、第２フィルム冷却孔の位置と高密度開口領域の後縁側端の間に配置されているので、第１フィルム冷却孔の位置より後縁側の高密度開口領域は、第１フィルム冷却孔と第２フィルム冷却孔とのオーバラップ効果により一層冷却が強化される。【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（９）又は（１０）の構成において、
前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列が、少なくとも、高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。【００３０】
上記（１１）の構成によれば、第１フィルム冷却孔配列は、少なくとも、高密度開口領域を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔及び第２フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制され、高密度開口領域に対応した位置における翼部を効果的に冷却することができる。【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１１）の何れかの構成において、
前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列が、少なくとも、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。【００３２】
上記（１２）の構成によれば、第２フィルム冷却孔配列は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔及び第２フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、高密度開口領域に対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。【００３３】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記翼部には、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第３フィルム冷却孔が形成されており、
前記複数の第３フィルム冷却孔は、前記翼部の前記負圧面上において、前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記翼部の後縁側に設けられる。【００３４】
上記（１３）の構成によれば、第１フィルム冷却孔よりも翼部の後縁側に第３フィルム冷却孔が設けられているので、第１フィルム冷却孔よりも翼部の後縁側をより効果的に冷却することができる。よって、上記（１３）の構成によれば翼部の熱損傷をより効果的に抑制することができる。【００３５】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記翼部には、前記翼部の前記負圧面上において前記複数の第１フィルム冷却孔よりも前記前縁側に、前記翼高さ方向に沿って配列する複数の第２フィルム冷却孔が形成されており、
前記翼部の前記負圧面上にて、前記複数の第２フィルム冷却孔によって形成される第２フィルム冷却孔配列と、前記複数の第３フィルム冷却孔によって形成される第３フィルム冷却孔配列との間の距離をＬ２３としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と、前記第２フィルム冷却孔配列との間の距離Ｌ１２は、０．３Ｌ２３≦Ｌ１２≦０．５Ｌ２３を満たす。【００３６】
上記（１４）の構成では、０．３Ｌ２３≦Ｌ１２であるので、燃焼ガス流路における圧力が比較的低い後縁側の位置に第１フィルム冷却孔配列が配置されるため、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保しやすい。また、上記（１４）の構成では、Ｌ１２≦０．５Ｌ２３であるので、第１フィルム冷却孔配列をある程度前縁側に配置することができ、前縁と後縁との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔で形成されるフィルム境界層により燃焼ガス側からの入熱が抑制できる。よって、上記（１４）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００３７】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（９）乃至（１４）の何れかの構成において、
前記翼部の前記負圧面上にて、前記高密度開口領域の前縁側端から後縁側端までの距離をＬ＊としたとき、前記複数の第１フィルム冷却孔によって形成される第１フィルム冷却孔配列と前記高密度開口領域の前記前縁側端との間の距離Ｌ１＊が、０．３Ｌ＊≦Ｌ１＊≦０．７Ｌ＊を満たす。【００３８】
上記（１５）の構成では、０．３Ｌ＊≦Ｌ１＊であるので、燃焼ガス流路における圧力が比較的低い後縁側の位置に第１フィルム冷却孔配列が配置されるため、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保しやすい。また、上記（１０）の構成では、Ｌ１＊≦０．７Ｌ＊であるので、第１フィルム冷却孔配列をある程度前縁側に配置することができ、前縁と後縁との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔で形成されるフィルム境界層により冷却することができる。よって、上記（１０）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００３９】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１５）の何れかの構成において、
前記タービン翼は、
前記中空部を形成する前記翼部の内壁面上にて前記翼部の前記前縁側から後縁側に向かって延在するリブをさらに備え、
前記インピンジメント冷却孔は、前記翼高さ方向において、前記リブに対しずれた位置に設けられる。【００４０】
翼部の内壁面には、翼部を補強するためのリブが設けられることがある。
上記（１６）の構成にでは、翼部の前縁側から後縁側に向かって延在するリブが設けられたタービン翼において、翼高さ方向においてリブに対してずれた位置にインピンジメント冷却孔が設けられている。よって、上述のリブが設けられたタービン翼において、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００４１】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１６）の何れかの構成において、
前記翼部の表面を覆うように設けられた遮熱コーティングを備える。【００４２】
上記（１７）の構成によれば、翼部の表面が遮熱コーティングに覆われているので、翼部の熱損傷が抑制される。【００４３】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１７）の何れかの構成において、前記タービン翼は、ガスタービン静翼である。【００４４】
上記（１８）の構成によれば、タービン翼としてのガスタービン静翼が上記（１）の構成を有するので、タービン翼としてのガスタービン静翼について、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００４５】
（１９）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（１）乃至（１８）の何れかに記載のタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備える。【００４６】
上記（１９）の構成によれば、インピンジメント冷却孔の開口密度が他の領域よりも高い高密度開口領域をインサートに設けたので、該高密度開口領域に対応した位置において翼部を効果的に冷却することができる。また、上記（１９）の構成では、上述の高密度開口領域に対応する位置または該位置よりも前縁側において翼部に第１フィルム冷却孔を設けたので、高密度開口領域に対応した位置における翼部のフィルム冷却効果を向上させることができる。さらに、翼部に設けた第１フィルム冷却孔により、インピンジメント冷却孔前後の差圧を確保可能となり、上述のインピンジメント冷却孔による高い冷却効果を享受できる。よって、上記（１９）の構成によれば、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。【００４７】
（２０）幾つかの実施形態では、上記（１９）の構成において、
前記ガスタービンは、
前記燃焼ガス流路に設けられる複数段の動翼と、
前記燃焼ガス流路に設けられる複数段の静翼と、を備え、
前記タービン翼は、前記複数段の動翼のうち１段動翼よりも下流側に位置する前記静翼又は前記動翼である。【００４８】
本発明者の知見によれば、燃焼器からの燃焼ガス及び燃焼ガスに含まれる粒子は、１段静翼を通過するときに流速が増大し、さらに、１段動翼によって旋回成分が付与されて、１段動翼よりも下流側に位置する静翼及び動翼に流入する。その結果、１段動翼よりも下流側に位置する静翼又は動翼において、遮熱コーティングの剥離が生じやすくなる。
この点、上記（２０）の構成では、１段動翼よりも下流側に位置する静翼又は動翼が上記（１）の構成を有するので、該静翼又は動翼について、インサートの高密度開口領域に対応した位置における翼部の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、熱損傷を抑制可能なタービン翼及びこれを備えたガスタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。
【図２】一実施形態に係る静翼（タービン翼）の斜視図である。
【図３】図２に示す静翼（タービン翼）の翼高さ方向に直交する概略断面図である。
【図４Ａ】一実施形態に係る翼部の負圧面側から見たインサートの側面の展開図の一例である。
【図４Ｂ】一実施形態に係る翼部の正圧面側から見たインサートの側面の展開図の一例である。
【図５Ａ】インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。
【図５Ｂ】インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。
【図６】インサートの表面におけるインピンジメント冷却孔の配列の一例を示す図である。
【図７】一実施形態に係るタービン翼の翼部の斜視図である。
【図８】一実施形態に係るタービン翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。
【図９】フィルム冷却のオーバラップ効果の説明図である。
【図１０】一実施形態に係るタービン動翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。
【図１１】一実施形態に係るタービン動翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。
【図１２】一実施形態に係るタービン動翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。
【図１３】一実施形態に係るタービン動翼の翼部の負圧面の平面展開図を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
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。
【００５２】
まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。
なお、幾つかの実施形態に係るタービン翼は、ガスタービン以外のタービン（例えば蒸気タービン等）に適用されてもよい。
【００５３】
図１は、一実施形態に係るタービン翼が適用され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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。燃焼器４は、図１に示すように、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ていてもよい。
【００５６】
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静翼２４及び動翼２６を含む。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼はロータ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の軸方向において交互に配列されている。
【００５７】
ロータ８の軸方向に配列される複数の静翼列のうち、燃焼ガス流路２８の最も上流側に設けられる静翼列は、複数の１段静翼２５によって構成される。また、ロータ８の軸方向に配列される複数の動翼列のうち、燃焼ガス流路２８の最も上流側に設けられる動翼列は、複数の１段動翼２７によって構成されている。典型的には、燃焼ガス流路２８において、１段静翼２５の下流側に１段動翼２７が設けられ、該１段動翼２７の下流側に、２段目以降の静翼２４及び動翼２６が配列される。
【００５８】
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静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、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、排気室３０を介して外部へ排出される。
【００５９】
幾つかの実施形態において、複数のタービン６の動翼２６又は複数の静翼２４のうち少なくとも１つは、以下に説明するタービン翼４０である。
【００６０】
図２は、一実施形態に係るタービン翼４０としての静翼２４の斜視図であり、図３は、図２に示す静翼２４（タービン翼４０）の翼高さ方向に直交する概略断面図である。
図２及び図３に示すように、タービン翼４０としての静翼２４は、翼部４２と、翼部４２に対してロータ８（図１参照）の径方向外側及び径方向内側にそれぞれ位置する外側シュラウド４４及び内側シュラウド４６と、翼部４２の中空部４３に設けられたインサート７０と、を備えている。なお、図２において、図の簡略化のため、外側シュラウド４４を二点鎖線で示している。
【００６１】
外側シュラウド４４はタービン車室２２（図１参照）に支持され、静翼２４は外側シュラウド４４を介してタービン車室２２に支持される。翼部４２は、外側シュラウド４４側（すなわち径方向外側）に位置する外側端８２と、内側シュラウド４６側（すなわち径方向内側）に位置する内側端８４と、を有する。
【００６２】
図２及び図３に示すように、静翼２４（タービン翼４０）の翼部４２は、外側端８２から内側端８４に掛けて、前縁３２及び後縁３４を有する。また、翼部４２の外形は、外側端８２と内側端８４との間において、翼高さ方向に沿って延在する正圧面（腹面）３６と負圧面（背面）３８とによって形成される。
【００６３】
翼部４２は、翼高さ方向に沿って延在するように形成された中空部４３を有する。該中空部４３は、翼部４２の内壁面４２Ａ（図３参照）によって形成される。
図２及び図３に示す例示的な実施形態では、静翼２４は、翼部４２の内部において翼高さ方向に延びる隔壁部６２を有し、中空部４３は、隔壁部６２よりも前縁３２側に位置する前方中空部４３ａと、隔壁部６２よりも後縁３４側に位置する後方中空部４３ｂと、を含む。
【００６４】
翼部４２の中空部４３に設けられるインサート７０は、翼高さ方向に沿って延びるスリーブ状の形状を有し、翼部４２の正圧面３６側の内壁面４２Ａに対向する表面７２と、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４と、を含む。
図２及び図３に示す例示的な実施形態では、翼部４２は、複数のインサート７０を備え、前方中空部４３ａ内に設けられる前方インサート７０ａと、後方中空部４３ｂ内に設けられる後方インサート７０ｂと、を含む。前方インサート７０ａは、上述の表面７２，７４である表面７２ａ，７４ａを含み、後方インサート７０ｂは、上述の表面７２，７４である表面７２ｂ，７４ｂを含む。
【００６５】
他の幾つかの実施形態では、静翼２４には隔壁部６２が設けられておらず、翼部４２は、翼部４２内部において前縁部から後縁部にかけて、翼高さ方向に沿って延在するよう形成された単一の中空部４３を有していてもよく（すなわち、中空部４３は、隔壁部６２によって、上述した前方中空部４３ａと後方中空部４３ｂとに分割されていなくてもよい）、また、インサート７０は、このような中空部４３に１つの部材として設けられていてもよい（すなわち、インサート７０は、上述した前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ等の２以上の部材を含まなくてもよい）。
【００６６】
なお、以下の説明において、前方中空部４３ａ及び後方中空部４３ｂを、まとめて中空部４３と称することがある。また、前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂを、まとめてインサート７０と称し、前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂに関連する部位（例えば、表面７２ａ及び表面７２ｂ等）等も、同様にまとめて称することがある。
【００６７】
翼部４２にインサート７０を設けることにより、中空部４３は、インサート７０内の空間を形成するメインキャビティ４７と、翼部４２の内壁面４２Ａとインサート７０との間に形成される中間キャビティ４８と、に区切られる。図３に示す例では、前方中空部４３ａは、前方メインキャビティ４７ａと前方中間キャビティ４８ａに区切られ、後方中空部４３ｂは、後方メインキャビティ４７ｂと後方中間キャビティ４８ｂに区切られる。
【００６８】
また、図３に示すように、インサート７０には、複数のインピンジメント冷却孔６０が形成されている。インピンジメント冷却孔６０は、インサート７０を構成する上述の表面７２又は表面７４（翼部４２の正圧面３６側及び負圧面３８側の内壁面４２Ａにそれぞれ対向する表面）に少なくとも設けられている。
【００６９】
外部からインサート７０の内側の空間であるメインキャビティ４７に導かれた冷却媒体は、インサート７０に形成されたインピンジメント冷却孔６０を介して翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けられる（図３の矢印ｇ参照）。インピンジメント冷却孔６０の前後の圧力差、すなわち、メインキャビティ４７と中間キャビティ４８の差圧を利用して、冷却媒体がインピンジメント冷却孔６０を介して内壁面４２Ａに吹き付けられる。これにより、翼部４２の内壁面４２Ａが冷却されるようになっている。
【００７０】
図２及び図３に示すように、翼部４２には、複数のフィルム冷却孔５０が形成されている。
フィルム冷却孔５０は、翼部４２の負圧面３８上において、後述するインピンジメント冷却孔６０の開口密度が他の領域に比べて高い高密度開口領域ＳＨに対応する位置、又は、該位置よりも前縁側に設けられる複数の上流側フィルム冷却孔（５３，５５）を含む。図２及び図３に示す例示的な実施形態では、フィルム冷却孔５０は、翼部４２の内壁面４２Ａ及び外壁面４２Ｂ（図３参照）に開口するように複数の第１フィルム冷却孔５３、複数の第２フィルム冷却孔５５及び複数の第３フィルム冷却孔５７を含み、これらのうち第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５が「上流側フィルム冷却孔」である。なお、「上流側フィルム冷却孔」の具体的構成は、図２及び図３に示す例に限定されず、例えば、第１フィルム冷却孔５３又は第２フィルム冷却孔５５の何れか一方のみを含むものであってもよい。
なお、図２に示す例示的な実施形態では、複数の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７は、それぞれ、翼高さ方向に沿って配列されており、それぞれ、翼高さ方向に沿った第１フィルム冷却孔配列５２、第２フィルム冷却孔配列５４及び第３フィルム冷却孔配列５６を形成している。なお、上流側フィルム冷却孔（５３，５５）によって形成されるフィルム冷却孔配列（５２，５４）は「上流側フィルム冷却孔配列」に該当する。
また、複数の第２フィルム冷却孔５５は、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において第１フィルム冷却孔５３よりも前縁側に設けられている。また、複数の第３フィルム冷却孔５７は、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において第１フィルム冷却孔５３よりも後縁側に設けられている。
【００７１】
また、図３に示す実施形態では、前縁３２には、前縁３２を挟んで正圧面３６側及び負圧面３８側の一定の範囲に広がる前縁領域３３が存在する。すなわち、前縁領域３３は、翼高さ方向には外側端８２から内側端８４まで延在し、燃焼ガス流がこの領域に衝突して翼面沿って流れるので、熱伝達率が高く、熱負荷が高くなり易いため、最も高温化し易い領域である。前縁領域３３のうち負圧面３８側は、前縁３２の位置から負圧面３８に沿って第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）の開口近傍の前縁３２側に寄った位置まで広がる領域であり、この位置が、負圧面３８側の前縁領域３３の負圧面側端部３３ｂを形成する。また、正圧面３６側は、前縁３２の位置から正圧面３６に沿って、前縁―後縁方向の翼面に沿わせた負圧面側端部３３ｂまでの長さと同じ長さの位置まで広がる。この位置が、正圧面３６側の前縁領域３３の正圧面側端部３３ａを形成する。前縁領域３３は、前縁３２を挟んで、翼面に沿って正圧面側端部３３ａと負圧面側端部３３ｂの間に形成される領域である。
【００７２】
なお、図２及び図３に示す実施形態では、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７は、それぞれ、負圧面３８上に設けられている。
他の幾つかの実施形態では、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７の少なくとも一つが、それぞれ正圧面３６上に設けられていてもよい。あるいは、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７とは別に、正圧面３６上に他のフィルム冷却孔が設けられていてもよい。
【００７３】
翼部４２の中間キャビティ４８に導かれた冷却媒体は、中間キャビティ４８と燃焼ガス側との圧力差を利用して、フィルム冷却孔を介して翼面の外表面に排出し、外表面に沿って流れる際、外表面にフィルム境界層が形成される。冷却媒体は、上述の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７を介して翼部４２の外壁面４２Ｂに導かれ、該外壁面４２Ｂ上でフィルム状の流れであるフィルム境界層（図３の矢印ｆ参照）を形成する。このフィルム状の冷却媒体流れｆにより、燃焼ガス側から翼部４２への熱移動が抑制される。
【００７４】
冷却媒体が、翼部４２内のメインキャビティ４７から燃焼ガス中に排出する過程で、翼部４２の適正な冷却が行われるためには、インピンジメント冷却とフィルム冷却の適切な組み合わせが重要になる。すなわち、メインキャビティ４７に供給される冷却媒体の圧力は比較的安定しているが、翼部４２の外壁面４２Ｂ側の圧力は、翼面の位置によって異なる。つまり、正圧面３６側は圧力が高く、負圧面３８側は圧力が低い。また、同一の翼面上でも前縁３２は高く、翼面に沿って徐々に低下し、後縁３４で最も圧力が低くなる。
【００７５】
フィルム冷却孔の位置によって、インピンジメント冷却の効果が異なり、フィルム冷却の効果も異なる。一般に、フィルム冷却の目的は、フィルム冷却孔５０より燃焼ガスの流れ方向の下流側の翼面に境界層を形成し、燃焼ガス側から翼部４２への熱移動を抑制することにある。一方、インピンジメント冷却は、インピンジメント冷却孔６０からの冷却媒体を翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けて、内壁面４２Ａを衝突冷却させるので、対流冷却よりも冷却効果が大きい。インピンジメント冷却孔６０の前後の差圧が大きければ、衝突冷却の効果は大きくなる。従って、インピンジメント冷却とフィルム冷却を適切に組み合わせ、中間キャビティ４８の圧力を出来るだけ低くして、メインキャビティ４７と中間キャビティ４８の差圧を大きくするのが、翼部４２の冷却に有効である。
【００７６】
なお、静翼２４（タービン翼４０）は、翼部４２の後縁３４側において、正圧面３６側の翼部４２の内壁面４２Ａと、負圧面３８側の翼部４２の内壁面４２Ａとの間に設けられるピンフィン５８を有していてもよい。このようなピンフィン５８を設けることで、翼部４２の後縁３４側をより効果的に冷却することができる。
【００７７】
幾つかの実施形態では、インサート７０は、インサート７０の他の表面領域よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高い高密度開口領域ＳＨを含む。
ここで、図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態に係るインサート７０の側面図を平面上に展開した図である。図４Ａ及び図４Ｂは、インサート７０（前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ）を、翼部４２の負圧面３８側及び正圧面３６側からそれぞれ見た側面の展開図の一例である。
【００７８】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、インサート７０（前方インサート７０ａ及び後方インサート７０ｂ）には、複数のインピンジメント冷却孔６０が形成されている。そして、図４Ａに示すように、インサート７０は、翼部４２の負圧面３８側において内壁面４２Ａに対向する表面７４（負圧面３８側の表面７４）に、高密度開口領域ＳＨを含む。すなわち、高密度開口領域ＳＨは、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに面するように形成されている。
なお、図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態では、高密度開口領域ＳＨは、前方インサート７０ａの表面７４ａにおいて形成されている。
【００７９】
高密度開口領域ＳＨは、インサート７０の表面において、他の表面領域よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高い表面領域である。
【００８０】
ここで、図５Ａ、図５Ｂ及び図６は、それぞれ、インサート７０の表面におけるインピンジメント冷却孔６０の配列の一例を示す図である。また、図７は、一実施形態に係るタービン翼４０の翼部４２の斜視図である。
【００８１】
開口密度は、隣接するインピンジメント冷却孔６０の中心間の距離（ピッチ）Ｐで表すことができる。例えば、図５Ａに示すインサート７０の表面において、高密度開口領域ＳＨにおけるインピンジメント冷却孔６０のピッチＰ１は、他の表面領域におけるインピンジメント冷却孔６０のピッチＰ２よりも小さい。
【００８２】
また、開口密度は、隣接するインピンジメント冷却孔６０の内径ｄと中心間の距離（ピッチ）Ｐの比率で表すこともできる。例えば、図５Ｂに示すように、インピンジメント冷却孔６０の内径が異なる場合は、〔ｄ／Ｐ〕でも表示できる。高密度開口領域ＳＨ及び他の領域におけるインピンジメント冷却孔６０の場合、開口密度は、それぞれ〔ｄ３／Ｐ３〕及び〔ｄ４／Ｐ４〕で表示できる。いずれの領域の開口密度が大きいか否かは、比率の大小による。同一の孔径ｄであれば、ピッチＰが小さければ、開口密度〔ｄ／Ｐ〕が高くなる。
なお、インピンジメント冷却孔６０の配列は、図４Ａ、図４Ｂ及び図５における高密度開口領域ＳＨを除く領域は四角配列であるが、図５Ｂのように、インピンジメント冷却孔６０を結ぶ辺が三角形を形成する千鳥配列であってもよい。
【００８３】
また、開口密度は、ある特定の方向において、インピンジメント冷却孔６０の内径が同じであれば、隣接するインピンジメント冷却孔６０の中心間の距離Ｄで表すことができる。例えば、図６に示すインサート７０の表面において、高密度開口領域ＳＨにおけるインピンジメント冷却孔６０間の前縁−後縁方向（コード方向とも呼ぶ）における距離Ｄ１は、他の表面領域におけるインピンジメント冷却孔６０間の同方向における距離Ｄ２よりも小さい。
なお、前縁−後縁方向とは、翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）又はインサート７０の表面（表面７２又は７４）上で、翼高さ方向に直交する方向である。
【００８４】
あるいは、開口密度は、インサート７０の表面の単位面積に対するインピンジメント冷却孔６０の合計面積の比率（面積比）で表すことができる。
【００８５】
なお、幾つかの実施形態では、図７に示すように、タービン翼４０の翼部４２の内壁面４２Ａ上に、翼部４２の前縁３２側から後縁３４側に向かって延在するリブ６４が設けられる。リブ６４は、例えば、翼部４２の熱変形を抑制するために設けられる。
タービン翼４０に上述のリブ６４が設けられる場合、例えば図６に示すように、インピンジメント冷却孔６０は、翼高さ方向において、リブ６４に対しずれた位置に設けられていてもよい。すなわち、翼高さ方向において隣接するリブ６４とリブ６４との間に、インピンジメント冷却孔６０が設けられていてもよい。
【００８６】
幾つかの実施形態では、高密度開口領域ＳＨは、該高密度開口領域ＳＨが形成されるインサート７０の表面における他の表面領域よりも、開口密度が高い。例えば、負圧面３８側のインサート７０の表面７４に高密度開口領域ＳＨが形成される場合、高密度開口領域ＳＨは、該表面７４におけるインサート７０の他の表面領域よりも開口密度が高い。
あるいは、幾つかの実施形態では、高密度開口領域ＳＨは、該高密度開口領域ＳＨが形成されるインサート７０の表面と反対側の表面における表面領域よりも、開口密度が高い。例えば、負圧面３８側のインサート７０の表面７４に高密度開口領域ＳＨが形成される場合、高密度開口領域ＳＨは、負圧面３８側のインサート７０の表面７４と反対側の正圧面３６側の表面７２（即ち、翼部４２の正圧面３６側において内壁面４２Ａに対向するインサート７０の正圧面３６側の表面７２）における表面領域よりも、開口密度が高い。
【００８７】
図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態では、高密度開口領域ＳＨは、該高密度開口領域ＳＨが形成される負圧面３８側のインサート７０の表面７４における他の表面領域Ｓ１及びＳ２よりも開口密度が高く、かつ、上述の正圧面３６側のインサート７０の表面７２における表面領域Ｓ３及びＳ４よりも開口密度が高い。
なお、上述の表面領域Ｓ１は、前方インサート７０ａの負圧面３８側の表面７４ａにおける高密度開口領域ＳＨ以外の表面領域であり、表面領域Ｓ２は、後方インサート７０ｂの負圧面３８側の表面７４ｂにおける表面領域であり、表面領域Ｓ３は、前方インサート７０ａの正圧面３６側の表面７２ａにおける表面領域であり、表面領域Ｓ４は、後方インサート７０ｂの正圧面３６側の表面７２ｂにおける表面領域である。
【００８８】
高密度開口領域ＳＨでは、他の表面領域Ｓ１〜Ｓ４よりもインピンジメント冷却孔６０の開口密度が高いため、インサート７０の内側の空間であるメインキャビティ４７からインピンジメント冷却孔６０を介して翼部４２の内壁面４２Ａに吹き付けられる冷却媒体の流量が他の表面領域Ｓ１〜Ｓ４よりも大きくなる。このため、高密度開口領域ＳＨに対応した位置、即ち、翼部４２の負圧面３８側において、翼部４２を効果的に冷却することができる。
【００８９】
図８は、一実施形態に係るタービン翼４０の翼部４２の負圧面３８の平面展開図を模式的に示すグラフである。
図８の横軸は、翼部４２の負圧面３８の平面展開図において、前縁−後縁方向における前縁３２（図３参照）の位置を０とし、前縁−後縁方向における後縁３４（図３参照）の位置を１としたときの前縁−後縁方向の位置Ｘを示す。
図８の縦軸は、翼部４２の負圧面３８の平面展開図において、内側端−外側端方向（即ちロータ８（図１参照）の径方向）における内側端８４（図２参照）の位置を０とし、前述の径方向における外側端８２（図２参照）の位置を１としたときの径方向の位置Ｙを示す。
【００９０】
図８のグラフには、複数の第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７、及び、第１〜第３フィルム冷却孔５３，５５，５７によってそれぞれ形成される第１〜第３フィルム冷却孔配列５２，５４，５６が示されている。
また、図８のグラフには、翼部４２の中空部４３に設けられるインサート７０の高密度開口領域ＳＨに対応する翼面上の領域が斜線によって示されている。
【００９１】
図８に示す例では、高密度開口領域ＳＨは、点ＡＢＣＤで囲われた矩形形状の領域（領域ＡＢＣＤ）として表示される。辺ＡＢは、高密度開口領域ＳＨの後縁３４に最も近い位置を画定する後縁側端を意味する。辺ＣＤは、高密度開口領域ＳＨの前縁３２に最も近い位置を画定する前縁側端を意味する。また、辺ＡＤは、高密度開口領域ＳＨの翼高さ方向の外側端８２に最も近い位置を画定する外側縁部を意味する。辺ＢＣは、高密度開口領域ＳＨの翼高さ方向の内側端８４に最も近い位置を画定する内側縁部を意味する。また、領域ＡＢＣＤの中心位置を形状中心Ｇとすれば、形状中心Ｇの前縁―後縁方向の位置は、前縁側端と後縁側端との中間位置であり、辺ＡＤ又は辺ＢＣの長さの中間点の位置と前縁―後縁方向で一致する。また、形状中心Ｇの翼高さ方向の位置は、外側縁部と内側縁部の中間位置であり、辺ＡＢ又は辺ＣＤの長さの中間点の位置と翼高さ方向で一致する。
なお、高密度開口領域ＳＨの形状は、図８に示した例に限らず、任意の形状であってもよい。図８に示す矩形形状の高密度開口領域ＳＨの場合、形状中心Ｇは、高密度開口領域ＳＨの中の前縁―後縁方向の中間位置であり、翼高さ方向の中間位置でもある。しかしながら、非対称形状を含む任意の高密度開口領域ＳＨの場合について考える場合、高密度開口領域ＳＨを一つの図形として捉え、形状中心Ｇは領域ＡＢＣＤで画定される図形の図形中心（図形を面積として捉えた場合の面積中心）として定義する。この定義の下で、以下で述べる形状中心Ｇに関する特徴に関して、任意の形状の高密度開口領域ＳＨについても同様のことが当て嵌まる。
【００９２】
また、図８に示すように、高密度開口領域ＳＨは、前縁領域３３に形成された前縁高密度開口領域ＳＨ１と、前縁高密度開口領域ＳＨ１に前縁―後縁方向に隣接して、後縁３４側に近い後縁高密度開口領域ＳＨ２と、を含んでいる。
具体的には、前縁高密度開口領域ＳＨ１は、点ＤＣＥＪで囲まれた矩形形状の領域（領域ＤＣＥＪ）として表示されている。前縁高密度開口領域ＳＨ１は、前縁―後縁方向において、前縁領域３３（図３参照）の少なくとも一部に設けられていてもよい。図８に示す例では、前縁高密度開口領域ＳＨ１の前縁側端である辺ＣＤは前縁３２の位置と一致しているが、他の実施形態においては、前縁高密度開口領域ＳＨ１は、前縁３２の両側にまたがって、大略前縁領域３３（図３参照）の前縁―後縁方向の全幅に渡って形成されていてもよい。
また、後縁高密度開口領域ＳＨ２は、隣接する前縁高密度開口領域ＳＨ１と、翼高さ方向の範囲で大略同じ範囲を占め、点ＡＢＥＪで囲われた矩形形状の領域（領域ＡＢＥＪ）として表示されている。前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度より高く形成されている。なお、前縁高密度開口領域ＳＨ１と後縁高密度開口領域ＳＨ２の境界を形成する辺ＥＪは、負圧面側端部３３ｂの位置と一致し、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）に沿って翼高さ方向に延伸する境界線である。
【００９３】
前述のように、前縁領域３３は、背側翼面の他の領域と比較して熱伝達率が高く、過熱され易い領域であるが、前縁領域３３の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２を含めた背側翼面の他の領域より開口密度が高いので、翼部４２の前縁領域３３の熱損傷が抑制される。
【００９４】
図８の平面展開図に係る翼部４２において、複数の第１フィルム冷却孔５３は、翼部４２の負圧面３８上において、高密度開口領域ＳＨに対応する位置に設けられており、「上流側フィルム冷却孔」に相当する。
具体的には、図８の平面展開図上で、上述の前縁−後縁方向における、複数の第１フィルム冷却孔５３の位置（すなわち第１フィルム冷却孔配列の位置）をＸＦ１とし、高密度開口領域ＳＨの前縁側端の位置及び後縁側端の位置をそれぞれＸＳ１及びＸＳ２とすると、ＸＦ１は、ＸＳ１とＸＳ２との間に位置している（すなわち、ＸＳ１≦ＸＦ１≦ＸＳ２の関係を満たす）。
すなわち、第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１は、前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離が、前縁側端の位置ＸＳ１の前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離より長く、後縁側端の位置ＸＳ２の前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離より短い。
【００９５】
また、本実施形態の場合、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向における形状中心Ｇの位置をＸＳ３とすると、形状中心Ｇの位置ＸＳ３は、前縁側端の位置ＸＳ１と後縁側端の位置ＸＳ２の間の負圧面側に存在する。つまり、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の中間位置は、負圧面側に形成される。また、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの翼高さ方向の位置は、辺ＡＤと辺ＢＣの中間位置を結ぶ直線上に存在する。
【００９６】
このように、「上流側フィルム冷却孔」としての第１フィルム冷却孔５３を、高密度開口領域ＳＨに対応する位置（すなわち、上述のＸＳ１≦ＸＦ１≦ＸＳ２の関係を満たす位置）に設けることにより、高密度開口領域ＳＨに対応した位置（すなわち、図８の平面展開図において斜線で示される領域）における翼部４２のフィルム冷却効果を向上させることができる。
すなわち、高密度開口領域ＳＨにおける冷却媒体による翼部４２の内壁面４２Ａに対するインピンジメント冷却効果に加えて、上流側フィルム冷却孔（５３，５５）の配置により高密度開口領域ＳＨを覆うように形成されるフィルム境界層の冷却効果が重畳的に加わり、高密度開口領域ＳＨは一層冷却が強化される。更に、高密度開口領域ＳＨのうち、前縁領域３３に形成された前縁高密度開口領域ＳＨ１は、後縁３４側に形成された後縁高密度開口領域ＳＨ２より、インピンジメント冷却孔６０の開口密度が高いので、熱負荷の高い前縁３２側の翼部４２の冷却が強化され、熱損傷が一層抑制される。
【００９７】
また、インサート７０に高密度開口領域ＳＨを設けることにより、インサート７０の表面７２又は表面７４と、翼部４２の内壁面４２Ａとの間の中間キャビティ４８の圧力が比較的大きくなり、インピンジメント冷却孔６０の前後の差圧が比較的小さくなることがある。この場合、インピンジメント冷却孔６０を介した冷却媒体の流れが滞り、翼部４２の冷却効果が十分発揮されない場合がある。
この点、上述の実施形態のように、翼部４２に上述の上流側フィルム冷却孔（５３，５５）を設けることにより、上流側フィルム冷却孔（５３，５５）近傍の中間キャビティ４８の圧力が低下する。その結果、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすくなり、これにより、インピンジメント冷却孔６０による高い冷却効果を享受できる。よって、インサート７０の高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【００９８】
なお、フィルム冷却孔５０のフィルム境界層は、翼部４２の翼面に沿って、フィルム冷却孔５０から燃焼ガスの流れ方向（前縁―後縁方向）の下流側に形成されるが、フィルム境界層が及ぶ効果には限界がある。従って、第１フィルム冷却孔５３の位置は、フィルム冷却孔５０の前後の適正な差圧が維持できる範囲内の出来るだけ上流側であって、高密度開口領域ＳＨより上流側の高密度開口領域ＳＨの前縁側端の位置ＸＳ１又は位置ＸＳ１に近接した上流側又は下流側の位置が望ましい。また、高密度開口領域ＳＨを設ける範囲が、前縁―後縁方向に長い場合は、前縁―後縁方向に一定間隔を空けて複数の第１フィルム冷却孔配列５２を設けてもよい。
【００９９】
幾つかの実施形態では、図８に示すように、高密度開口領域ＳＨの翼高さ方向の中間位置（形状中心Ｇ）は、翼高さ方向における翼部４２の中間位置よりも径方向外側に位置してもよい。すなわち、図８の平面展開図において、高密度開口領域ＳＨの翼高さ方向の中間位置は、内側端８４の翼高さ方向位置をＹ＝０とし、外側端８２の翼高さ方向位置をＹ＝１としたとき、翼高さ方向位置Ｙが０．５よりも大きい領域に位置してもよい。
なお、図８に示す例示的な実施形態では、高密度開口領域ＳＨ全体が、翼高さ方向位置Ｙが０．５よりも大きい領域内に収まっているが、他の実施形態では、高密度開口領域ＳＨの一部が、翼高さ方向位置Ｙが０．５よりも大きい領域からはみ出していてもよい。
【０１００】
本発明者の知見によれば、タービン翼４０の翼面に遮熱コーティングを施した場合、翼高さ方向における翼部の中間位置（Ｙ＝０．５の位置）よりも径方向外側（０．５＜Ｙ≦１の領域）において、遮熱コーティングの剥離が生じやすい傾向がある。
この点、上述のように、翼高さ方向における翼部４２の径方向外側の領域（０．５＜Ｙ≦１の領域）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇが含まれるようにしたので、遮熱コーティングの剥離が生じやすい位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【０１０１】
幾つかの実施形態では、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇは、内側端８４の翼高さ方向位置をＹ＝０とし、外側端８２の翼高さ方向位置をＹ＝１としたとき、翼高さ方向位置Ｙが０．７５以上の領域又は翼高さ方向位置Ｙが０．８以上の領域に位置していてもよい。
この場合、高密度開口領域ＳＨの全体が、翼高さ方向位置Ｙが０．７５以上の領域又は翼高さ方向位置Ｙが０．８以上の領域の中に収まっていてもよい。
【０１０２】
なお、幾つかの実施形態では、タービン翼４０は動翼２６であってもよい。この場合、動翼２６（タービン翼４０）の径方向内側は、動翼２６の基端側に相当し、径方向外側は、動翼２６の先端側に相当する。
【０１０３】
幾つかの実施形態では、図８に示すように、複数の第１フィルム冷却孔５３によって形成される第１フィルム冷却孔配列５２が、少なくともインサート７０の高密度開口領域ＳＨを含む翼高さ範囲にわたって形成されている。すなわち、図８の平面展開図において、高密度開口領域ＳＨが形成される翼高さ方向の範囲Ｈｓは、第１フィルム冷却孔配列５２を形成する複数の第１フィルム冷却孔５３が形成される翼高さ方向の範囲ＨＹ１に含まれている。
【０１０４】
このように、第１フィルム冷却孔配列５２は、少なくともインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨを含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、高密度開口領域に対応した位置における翼部を効果的に冷却することができる。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、複数の第２フィルム冷却孔５５は、インサート７０においてインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが形成された表面（表面７２又は７４）に対応する翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に設けられる。
例えば、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、インサート７０には、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４（図３参照）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが形成されている。そして、複数の第２フィルム冷却孔５５は、該表面７４に対応する翼部４２の負圧面３８上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に設けられている。
図８の平面展開図を参照して説明すれば、該平面展開図に係る翼部４２において、前縁−後縁方向における複数の第２フィルム冷却孔５５の位置（即ち第２フィルム冷却孔配列の位置）をＸＦ２とすると、該ＸＦ２と、同方向における上述の第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１とは、ＸＦ２＜ＸＦ１の関係を満たす。すなわち、第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１は、前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離が、第２フィルム冷却孔５５の位置ＸＦ２の前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離より長い位置に配置される。
【０１０６】
本実施形態においては、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の中間位置は、第２フィルム冷却孔（第２フィルム冷却孔配列５４）より後縁側に配置されている。従って、高密度開口領域ＳＨのうちの少なくとも過半数を越える後縁側の領域が、第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制されている。また、第２フィルム冷却孔５５の前縁―後縁方向の後縁側に、第１フィルム冷却孔５３が配置されているので、第１フィルム冷却孔５３と第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却効果により、高密度開口領域ＳＨの冷却が一層強化される。
【０１０７】
このように、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の前縁３２側に第２フィルム冷却孔５５を設けたので、第２フィルム冷却孔５５を設けない場合に比べて、翼部４２の前縁３２と後縁３４との間におけるより広範な領域を冷却媒体のフィルム境界層によって冷却することができる。これにより、翼部４２の熱損傷をより効果的に抑制することができる。
【０１０８】
一方、第２フィルム冷却孔５５の位置ＸＦ２より前縁―後縁方向の前縁側の高密度開口領域ＳＨ（前縁側高密度開口領域ＳＨ１）は、フィルム冷却の効果はないものの、後縁側の領域（後縁側高密度開口領域ＳＨ２）よりインピンジメント冷却孔の開口密度を高くして、熱負荷の高い前縁３２側の翼部の冷却が強化されている。
【０１０９】
なお、図８に示す例では、高密度開口領域ＳＨを規定する前縁側端の位置ＸＳ１は、前縁３２に一致させている。しかし、前縁側端の位置ＸＳ１は前縁３２に一致させる必要はなく、前縁３２より更に前縁―後縁方向の下流側（後縁３４側）に設けてもよい。
【０１１０】
ここで、第１フィルム冷却孔５３の前縁側に、更に第２フィルム冷却孔を設けた場合のフィルム冷却のオーバラップ効果について、説明する。図９は、フィルム冷却のオーバラップ効果を説明した説明図である。横軸は、前縁−後縁方向における前縁３２の位置を０とし、前縁−後縁方向における後縁３４の位置を１としたときの前縁−後縁方向の位置Ｘを示す。
図９の左側縦軸は、内側端−外側端方向（ロータ８の径方向）における内側端８４の位置を０とし、前述の翼高さ方向における外側端８２の位置を１としたときの径方向の位置Ｙを示す。また、図９の右側縦軸は、燃焼ガス温度Ｔを示す。
【０１１１】
図９において、燃焼ガスの流れ方向の上流側からタービン翼に流入する燃焼ガスは、温度Ｔ０でタービン翼の前縁３２に接触して、正圧面３６及び負圧面３８に沿って流れる。第２フィルム冷却孔配列５４に達した燃焼ガスは、第２フィルム冷却孔５５から排出される冷却媒体（空気）と接触して、温度Ｔ１に低下する。しかし、その後、翼面に沿って流下する過程で周辺の高温の燃焼ガスの影響を受け、次第に温度が上昇する。第１フィルム冷却孔配列５２の位置では、温度Ｔ２まで上昇する。更に、燃焼ガスは、第１フィルム冷却孔５３から排出される冷却媒体と接触して、温度Ｔ３に低下する。第１フィルム冷却孔配列５２を通過した燃焼ガスは、周囲の高温の燃焼ガスの影響により、再び温度が上昇して、第１フィルム冷却孔配列５２より後縁３４側の位置Ｘ１では、温度Ｔ５に達する。
【０１１２】
一方、第１フィルム冷却孔配列５２を設けない場合には。第１フィルム冷却孔配列５２における燃焼ガスの温度Ｔ２は更に上昇して、位置Ｘ１では、温度Ｔ４に達する。すなわち、第１フィルム冷却孔配列５２の有無により、第１フィルム冷却孔配列５２より後縁３４の位置Ｘ１における燃焼ガスの温度は、〔Ｔ４−Ｔ５〕の温度差が発生する。すなわち、フィルム冷却は、燃焼ガスと翼面との間に冷却媒体のフィルム境界層を形成して、燃焼ガスから翼面への熱移動を抑制することにある。更に、上述のように、第２フィルム冷却孔配列５４の燃焼ガスの流れ方向の下流側に第１フィルム冷却孔配列５２を配置することにより、第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の燃焼ガスの温度が更に低下する。つまり、位置Ｘ１のような第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の領域では、燃焼ガス温度が、温度Ｔ４から温度Ｔ５低下するため、燃焼ガスから翼面に移動する熱が更に低減される。すなわち、第１フィルム冷却孔配列５２の下流側の領域は、フィルム冷却のオーバラップ効果により、燃焼ガスからの熱移動を一層抑制する効果が生まれる。
【０１１３】
従って、第１フィルム冷却孔配列５２の前縁側に、更に第２フィルム冷却孔配列５４を設けた高密度開口領域ＳＨにおいては、インピンジメント冷却孔６０によるインピンジメント冷却効果と第１フィルム冷却孔配列５２のフィルム冷却効果に加えて、上述したフィルム冷却のオーバラップ効果が重畳的に加わり、高密度開口領域ＳＨに対して、一層の冷却効果が生ずる。なお、図９に示す例では、高密度開口領域ＳＨの設ける範囲の上流側が前縁３２に一致せず、幾分下流側に寄っているが、図８に示すように、前縁３２に一致させてもよい。
【０１１４】
幾つかの実施形態では、図８に示すように、複数の第２フィルム冷却孔５５によって形成される第２フィルム冷却孔配列５４が、少なくとも、複数の第１フィルム冷却孔５３によって形成される第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されている。すなわち、図８の平面展開図において、第１フィルム冷却孔配列５２を形成する複数の第１フィルム冷却孔５３が形成される翼高さ方向の範囲ＨＹ１は、第２フィルム冷却孔配列５４を形成する複数の第２フィルム冷却孔５５が形成される翼高さ方向の範囲ＨＹ２に含まれている。
【０１１５】
このように、第２フィルム冷却孔配列５４は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルムによって、高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。
【０１１６】
幾つかの実施形態では、複数の第３フィルム冷却孔５７は、インサート７０においてインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが形成された表面（表面７２又は７４）に対応する翼部４２の翼面（正圧面３６又は負圧面３８）上において、上述した上流側フィルム冷却孔（５３，５５）よりも翼部４２の後縁３４側に設けられる。
例えば、図２及び図３に示す例示的な実施形態では、上述したように、インサート７０には、翼部４２の負圧面３８側の内壁面４２Ａに対向する表面７４（図３参照）にインピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが形成されている。そして、複数の第３フィルム冷却孔５７は、該表面７４に対応する翼部４２の負圧面３８上において、複数の第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側に設けられている。
図８の平面展開図を参照して説明すれば、該平面展開図に係る翼部４２において、前縁−後縁方向における複数の第３フィルム冷却孔５７の位置（即ち第３フィルム冷却孔配列の位置）をＸＦ３とすると、該ＸＦ３と、同方向における上述の第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１とは、ＸＦ１＜ＸＦ３の関係を満たす。すなわち、第３フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ３は、前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離が、第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１の前縁３２を起点に前縁―後縁方向の翼面に沿わせた距離より長い。
【０１１７】
このように、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側に第３フィルム冷却孔５７を設けることにより、第１フィルム冷却孔５３よりも翼部４２の後縁３４側をより効果的に冷却することができる。これにより、翼部４２の熱損傷をより効果的に抑制することができる。
【０１１８】
幾つかの実施形態では、翼部４２の翼面（例えば負圧面３８）上にて、第１フィルム冷却孔配列５２と第２フィルム冷却孔配列５４との距離をＬ１２（図８参照）とし、第２フィルム冷却孔配列５４と第３フィルム冷却孔配列５６との距離をＬ２３（図８参照）としたとき、距離Ｌ１２と距離Ｌ２３とは、０．３Ｌ２３≦Ｌ１２≦０．５Ｌ２３を満たす。
【０１１９】
上述の距離Ｌ１２と距離Ｌ２３とが０．３Ｌ２３≦Ｌ１２の関係を満たせば、燃焼ガス流路２８（図１参照）における圧力が比較的低い後縁３４側の位置に第１フィルム冷却孔配列５２が配置されるため、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすい。また、上述の距離Ｌ１２と距離Ｌ２３とがＬ１２≦０．５Ｌ２３の関係を満たせば、第１フィルム冷却孔配列５２をある程度前縁３２側に配置することができ、前縁３２と後３４との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔５３で形成されるフィルムにより冷却することができる。
よって、インサート７０の高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【０１２０】
幾つかの実施形態では、翼部４２の翼面（例えば負圧面３８）上にて、高密度開口領域ＳＨの前縁側端（前縁−後縁方向位置ＸＳ１）から後縁側端（前縁−後縁方向位置ＸＳ２）までの距離をＬ＊とし、第１フィルム冷却孔配列５２と高密度開口領域ＳＨの前縁側端との間の距離Ｌ１＊としたとき、距離Ｌ＊と距離Ｌ１＊とは、０．３Ｌ＊≦Ｌ１＊≦０．７Ｌ＊を満たす。
【０１２１】
上述の距離Ｌ＊と距離Ｌ１＊とが０．３Ｌ＊≦Ｌ１＊の関係を満たせば、燃焼ガス流路２８（図１参照）における圧力が比較的低い後縁３４側の位置に第１フィルム冷却孔配列５２が配置されるため、インピンジメント冷却孔６０前後の差圧を確保しやすい。また、上述の距離Ｌ＊と距離Ｌ１＊とがＬ１＊≦０．７Ｌ＊の関係を見たせば、第１フィルム冷却孔配列５２をある程度前縁３２側に配置することができ、前縁３２と後縁３４との間の比較的広い領域を、第１フィルム冷却孔５３で形成されるフィルムにより冷却することができる。
よって、インサート７０の高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【０１２２】
なお、コーティングの剥離状況とガスタービンの運転条件によっては、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の形成範囲を、前縁領域３３から背側翼面に沿って第３フィルム冷却孔５７（第３フィルム冷却孔配列５６）近傍まで拡張してもよい。その結果、負圧面３８上における前縁―後縁方向の広範囲に亘って冷却強化が図れる。
【０１２３】
次に、高密度開口領域ＳＨの他の一実施形態について、図１０を用いて説明する。本実施形態は、図８に示す実施形態に対して、高密度開口領域ＳＨの形成範囲を、前縁３２を越えて正圧面側端部３３ａまで拡張し、前縁領域３３の冷却強化を図った態様である。図１０に示す態様は、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の前縁側端の位置ＸＳ１を、前縁３２の位置より更に正圧面３６側の正圧面側端部３３ａまで拡張している。図１０に示すように、本実施形態における高密度開口領域ＳＨは、点ＡＢＣＤで囲われた矩形形状の領域（領域ＡＢＣＤ）として表示される。高密度開口領域ＳＨが形成される範囲を、翼部の翼面上の負圧面３８側の後縁側端である位置ＸＳ２から前縁３２を間に挟んで正圧面３６側の翼面上に形成された前縁側端の位置ＸＳ１までの範囲までとしている。つまり、図８に示す構造と比較すると、辺ＣＤの位置を前縁３２の位置より更に正圧面３６側に広げ、インピンジメント冷却孔６０を高密度に配置する領域を正圧面３６側に拡張し、前縁領域３３の冷却強化を図った構造である。燃焼ガスは、前縁領域３３に直接接触して翼面に沿って流れる。従って、燃焼ガスが直接接触した前縁領域３３の翼面は、高温雰囲気に晒され、熱伝達率が高く、高温化され易い。また、前縁領域３３の前縁３２の近傍に発生した遮熱コーティングの剥離は、発生箇所を起点として、運転の経過と共に正圧面３６側及び負圧面３８側に広がる場合もある。従って、図１０に示すように、前縁領域３３の内の正圧面３６側の翼面もインピンジメント冷却を強化してもよい。
【０１２４】
図１０に示ように、高密度開口領域ＳＨを画定する領域ＡＢＣＤの中心位置（形状中心Ｇ）の前縁―後縁方向の位置は、高密度開口領域ＳＨを画定する前縁側端の位置ＸＳ１と後縁側端の位置ＸＳ２の中間位置にあり、辺ＡＤ又は辺ＢＣの長さの中間点の位置と一致する。また、形状中心Ｇの翼高さ方向の位置は、高密度開口領域ＳＨを画定する外側縁部と内側縁部の中間位置にあり、辺ＡＢ又は辺ＣＤの長さの中間点の位置と一致する。つまり、高密度開口領域ＳＨを一つの図形として捉えた場合、形状中心Ｇは領域ＡＢＣＤで画定する図形の図形中心（＝図心）である。形状中心Ｇは、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の中間位置にあり、翼高さ方向の中間位置にもある。
【０１２５】
本実施形態においても、図８に示す一実施形態と同様に、高密度開口領域ＳＨは、前縁領域３３に形成された前縁高密度開口領域ＳＨ１と、前縁高密度開口領域ＳＨ１に前縁―後縁方向に隣接して、後縁３４側に近い後縁高密度開口領域ＳＨ２と、を含む。具体的には、前縁高密度開口領域ＳＨ１は、前縁３２を間に挟んで、大略前縁領域３３の前縁―後縁方向の全幅に渡って形成され、点ＤＣＥＪで囲まれた矩形形状の領域（領域ＤＣＥＪ）として表示されている。また、後縁高密度開口領域ＳＨ２は、隣接する前縁高密度開口領域ＳＨ１と、翼高さ方向の範囲で大略同じ範囲を占め、点ＡＢＥＪで囲われた矩形形状の領域（領域ＡＢＥＪ）として表示されている。前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度より高く形成されている。なお、前縁高密度開口領域ＳＨ１と後縁高密度開口領域ＳＨ２の境界を形成する辺ＥＪは、負圧面側端部３３ｂの位置と一致し、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）に沿って翼高さ方向に延伸する境界線である。
【０１２６】
なお、第１フィルム冷却孔５３と第２フィルム冷却孔５５と第３フィルム冷却孔５７の翼面上の位置及びフィルム冷却孔相互の位置関係並びに高密度開口領域ＳＨとの相対的な位置関係は、図８に示す一実施形態と同様であり、フィルム冷却孔の作用、効果も同じである。
【０１２７】
また、本実施形態においても、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の中間位置は、第２フィルム冷却孔（第２フィルム冷却孔配列５４）より後縁側に配置されている。従って、高密度開口領域ＳＨのうちの少なくとも半分を超える後縁側の領域が、第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制され得る。また、第２フィルム冷却孔５５の前縁―後縁方向の後縁側に、第１フィルム冷却孔５３が配置されている。従って、第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１より後縁側の高密度開口領域ＳＨは、第１フィルム冷却孔５３と第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却のオーバラップ効果により、翼部の冷却が一層強化される。
【０１２８】
一方、第２フィルム冷却孔５５の位置ＸＦ２より前縁―後縁方向の前縁側の高密度開口領域ＳＨ（前縁側高密度開口領域ＳＨ１）は、フィルム冷却の効果はないものの、後縁側の領域（後縁高密度開口領域ＳＨ２）よりインピンジメント冷却孔の開口密度を高くして、翼部の冷却が強化されている。
【０１２９】
本実施形態においても、第２フィルム冷却孔５５より前縁―後縁方向の後縁側の領域は、インピンジメント冷却効果に加えて、第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５の配置により高密度開口領域ＳＨを覆うように形成されるフィルム境界層の冷却効果が重畳的に加わり、高密度開口領域ＳＨは一層冷却が強化される。一方、第２フィルム冷却孔５５より前縁―後縁方向の前縁側の前縁領域３３に形成された高密度開口領域ＳＨ（前縁高密度開口領域ＳＨ１）は、後縁３４側に形成された後縁高密度開口領域ＳＨ２より、インピンジメント冷却孔６０の開口密度が高いので、インピンジメント冷却が強化され、熱負荷の高い前縁領域３３側の翼部４２の熱損傷が一層抑制される。
【０１３０】
また、第２フィルム冷却孔配列５４は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルム冷却のオーバラップ効果によって、高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。
【０１３１】
次に、高密度開口領域ＳＨの他の一実施形態について、図１１を用いて説明する。本実施形態は、図１０に示す実施形態に対して、更に、前縁領域３３のうち、翼高さ方向の内側領域の冷却強化を図った態様である。図１１は、図１０に示す実施形態に対して、高密度開口領域ＳＨのうちの前縁領域３３に含まれる領域が、翼高さ方向の内側方向に拡張された場合を示す。図１１に示すように、本実施形態における高密度開口領域ＳＨは、点ＡＢＥＦＨＤで囲われた多角形形状の領域（領域ＡＢＥＦＨＤ）として表示される。図１０に示す前縁―後縁方向に延在する領域ＡＢＣＤに対して、辺ＢＣの内の前縁領域３３に含まれる辺ＣＥの幅で、翼高さ方向の内側方向で直角方向に曲げ、辺ＦＨの位置まで高密度開口領域ＳＨを広げたものである。高密度開口領域ＳＨの形状全体が、Ｌ字形状の多角形形状に形成され、図１０に示す実施形態より更に、熱負荷の高い前縁領域３３の冷却強化を図った構造である。
【０１３２】
領域ＡＢＣＤを上部領域ＳＨＵとし、領域ＥＦＨＣを下部領域ＳＨＤとすれば、領域ＡＢＣＤからなる上部領域ＳＨＵは、前縁―後縁方向に負圧面側から正圧面側に矩形状に長く延在する領域であり、領域ＥＦＨＣからなる下部領域ＳＨＤは、前縁領域３３において翼高さ方向に矩形状に長く延在する領域である。つまり、図１１に示す領域ＡＢＥＦＨＤは、上部領域ＳＨＵと下部領域ＳＨＤとを含み、形状全体としてＬ字形状の多角形形状に形成されている。本実施形態の上部領域ＳＨＵの前縁―後縁方向の位置を画定する前縁側端の位置ＸＳ１は辺ＤＣであり、後縁側端の位置ＸＳ２は辺ＡＢである。また、上部領域ＳＨＵの翼高さ方向の位置を画定する外側縁部は辺ＡＤであり、内側縁部は辺ＢＥＣである。また、下部領域ＳＨＤの前縁―後縁方向の位置を画定する前縁側端は辺ＣＨであり、辺ＤＣと前縁―後縁方向の位置ＸＳ１で一致する。後縁側端は辺ＥＦであり、負圧面側端部３３ｂと前縁―後縁方向の位置で一致する。また、下部領域ＳＨＤの翼高さ方向の位置を画定する外側縁部は辺ＥＣであり、内側縁部は辺ＦＨである。従って、領域ＡＢＥＦＨＤの前縁側端は辺ＤＨで表示される。また、上部領域ＳＨＵの翼高さ方向の範囲はＨs1で表示され、下部領域ＳＨＤの翼高さ方向の範囲は、Ｈs2で表示される。辺ＣＥを介して結合された上部領域ＳＨＵと下部領域ＳＨＤの前縁側端を画定する辺ＤＨの翼高さ方向の範囲は、Ｈsで表示される。また、領域ＡＢＥＦＨＤの形状中心Ｇは、上部領域ＳＨＵと下部領域ＳＨＤとを合体した全体形状がＬ字形状の高密度開口領域ＳＨの図形中心である。
【０１３３】
また、本実施形態における高密度開口領域ＳＨは、点ＤＨＦＪで囲われた翼高さ方向の内側方向に長く延びた矩形形状の領域（領域ＤＨＦＪ）である前縁高密度開口領域ＳＨ１と、点ＡＢＥＪで囲われ、前縁高密度開口領域ＳＨ１に辺ＥＪで隣接して、前縁―後縁方向の後縁３４側に長く延びた矩形形状の領域（領域ＡＢＥＪ）である後縁高密度開口領域ＳＨ２と、から形成されている。具体的には、前縁高密度開口領域ＳＨ１は、前縁３２を間に挟んで、大略前縁領域３３の前縁―後縁方向の全幅に渡って形成され、径方向の内側方向に延在する領域ＤＨＦＪとして表示されている。また、後縁高密度開口領域ＳＨ２は、隣接する前縁高密度開口領域ＳＨ１のうち、翼高さ方向の最も外側に延在する領域ＤＣＥＪと大略同じ翼高さの範囲を占め、後縁３４側に延在する矩形形状の領域ＡＢＥＪとして表示されている。前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度より高く形成されている。なお、前縁高密度開口領域ＳＨ１と後縁高密度開口領域ＳＨ２の境界を形成する辺ＥＪは、負圧面側端部３３ｂの位置と一致し、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）に沿って翼高さ方向に延伸する境界線である。
【０１３４】
また、本実施形態における前縁高密度開口領域ＳＨは、点ＤＣＥＪで囲われ、翼高さ方向の外側に形成され、前縁―後縁方向に延在する矩形形状の領域（領域ＤＣＥＪ）である外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１と、点ＣＨＦＥで囲われ、辺ＣＥを介して外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１に隣接し、辺ＣＥから翼高さ方向の内側方向に延在する矩形形状の内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２と、から形成されている。更に、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の開口密度は、内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２の開口密度より高く形成されている。また、内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度より高く形成されている。従って、本実施形態の場合、最も開口密度が高い領域から低い領域に並べると、開口密度が高い方から、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１、内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２、後縁高密度開口領域ＳＨ２の順番になる（外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１＞内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２＞後縁高密度開口領域ＳＨ２）。
【０１３５】
第１フィルム冷却孔５３と第２フィルム冷却孔５５と第３フィルム冷却孔５７の翼面上の位置及びフィルム冷却孔相互の位置関係並びに高密度開口領域ＳＨとの相対的な位置関係は、基本的には図８及び図１０に示す幾つかの実施形態と同様である。
【０１３６】
更に、前縁領域３３は熱負荷の高い領域であり、前縁領域３３の冷却強化の観点から、前縁領域３３に含まれる上部領域ＳＨＵの一部の領域ＤＣＥＪと下部領域ＳＨＤを形成する領域ＣＨＦＥは、全体として一つの前縁高密度開口領域ＳＨ１として形成され、後縁高密度開口領域ＳＨ２より高い開口密度を備えている。更に、前縁領域３３の中で、翼高さ方向の外側である領域ＤＣＥＪは、翼高さ方向の内側である領域ＣＨＦＥと比較して、コーティングの剥離が生じ易く、熱負荷が高くなる領域である。前縁領域３３の外側の領域の冷却強化の観点から、領域ＤＣＥＪは外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１として形成され、内側高密度開口領域ＳＨ１２より高い開口密度を備えている。前縁領域３３は、第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却効果は享受できないものの、上述のインピンジメント冷却孔６０の開口密度の構成で、前縁領域３３の冷却強化を図り、前縁領域３３の翼部４２の熱損傷を抑制している。
【０１３７】
なお、下部領域ＳＨＤが形成される翼高さ方向の範囲は、前縁領域３３の翼面のメタル温度により選定される。下部領域ＳＨＤの内側縁部を画定する辺ＦＨの翼高さ方向の上限位置は、辺ＣＥであり、下限位置は、内側端８４に設けてもよい。
【０１３８】
また、図１０に示す実施形態の場合、第１フィルム冷却孔５３の翼高さ方向に配置した範囲ＨＹ１は、前縁―後縁方向に延在する高密度開口領域ＳＨが配置された範囲Ｈｓより翼高さ方向の両側に一孔程度のやや広い範囲に配置されていてもよい。一方、図１１に示す本実施形態の場合、高密度開口領域ＳＨを形成する領域ＡＢＥＦＨＤは、Ｌ字形状の多角形の形状である。従って、第１フィルム冷却孔５３が配置される範囲は、高密度開口領域ＳＨを形成する領域の中で、翼高さ方向の範囲を図１０に示す実施形態より広く設けてもよい。すなわち、第１フィルム冷却孔５３が配置される範囲は、高密度開口領域ＳＨの前縁側端を画定する辺ＤＨの翼高さ方向の範囲Ｈｓを含み、範囲Ｈｓより広く、例えば翼高さ方向に一孔程度広く形成してもよい。但し、高密度開口領域ＳＨにおけるインピンジメント冷却孔の配置によっては、高密度開口領域ＳＨにおけるインピンジメント冷却孔の総開口面積と、第１フィルム冷却孔５３の総流路断面積が大略同じとなるように、第１フィルム冷却孔５３の配置する翼高さ方向の範囲を短縮してもよい。つまり、第１フィルム冷却孔５３の孔径及び孔ピッチを変えて、辺ＡＢの翼高さ方向の範囲Ｈs1を含み、範囲Ｈs1より翼高さ方向の両側に一孔伸ばした程度の短い範囲に形成してもよい。
【０１３９】
本実施形態における高密度開口領域ＳＨは、多角形形状の領域（領域ＡＢＥＦＨＤ）として形成されてはいるが、領域全体の中心は形状中心Ｇである。
また、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの前縁―後縁方向の位置は、負圧面３８側にある。高密度開口領域ＳＨの領域全体の形状中心Ｇの翼高さ方向の位置は、翼部４２の翼高さ方向の中間位置より径方向の外側に形成されている。なお、前縁領域３３に配置された前縁高密度開口領域ＳＨ１の翼高さ方向の中間位置は、翼部４２の翼高さ方向の中間位置、または、該位置よりも径方向外側に形成されてもよい。
【０１４０】
上記に述べた本実施形態の態様によれば、幾つかの実施形態と同様に、本実施形態においても、コーティングの剥離を生じやすい翼面の対応する位置に、高密度開口領域ＳＨを形成し、他の領域よりインピンジメント冷却孔６０の開口密度を高くしているので、翼部４２の冷却が強化され、熱損傷が抑制される。更に、前縁領域３３の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２を含めた他の領域より開口密度が高いので、翼部４２の前縁領域３３の熱損傷が一層抑制される。
【０１４１】
また、翼部４２の前縁領域３３の翼高さ方向の径方向外側の領域、特に、翼高さ方向の中間位置より径方向外側の領域であって、前縁領域３３に含まれる領域ＤＣＥＪは、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１を含む領域であり、コーティングの剥離が生じ易い領域である。従って、この領域は、背側翼面の中でインピンジメント冷却孔６０の最も高い開口密度が選定され、熱負荷の高い前縁領域３３の翼高さ方向の外側の領域の冷却強化が強化されている。また、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の径方向の内側に隣接して延在する内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２は、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の開口密度より低いものの、後縁高密度開口領域ＳＨ２より高い開口密度を有する。従って、熱伝達率が高く、高温化され易い径方向の内側の翼部４２の前縁領域３３の領域ＣＨＦＥの冷却が強化されている。
【０１４２】
また、本実施形態においても、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態と同様に、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの前縁―後縁方向の位置は、第２フィルム冷却孔（第２フィルム冷却孔配列５４）より後縁側に配置されている。従って、高密度開口領域ＳＨのうちの少なくとも半分を超える後縁側の領域が、第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制され得る。また、第２フィルム冷却孔５５の前縁―後縁方向の後縁側に、第１フィルム冷却孔５３が配置されている。従って、第１フィルム冷却孔５３の位置ＸＦ１より後縁側の高密度開口領域ＳＨは、第１フィルム冷却孔５３と第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却のオーバラップ効果により、翼部の冷却が一層強化される。
【０１４３】
また、第２フィルム冷却孔配列５４は、少なくとも、第１フィルム冷却孔配列５２を含む翼高さ範囲にわたって形成されているので、第１フィルム冷却孔５３及び第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルムによって、高密度開口領域ＳＨに対応した位置における翼部をより効果的に冷却することができる。
【０１４４】
次に、他の一実施形態について、図１２を用いて以下に説明する。本実施形態は、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態に対して、第１フィルム孔５３が配置されていない態様を示す。図１０に示す実施形態の態様と比較して、高温ガスやガス中の粒子の衝突等が少なく、タービン翼の翼面でのコーティングの剥離が軽度の場合、高密度開口領域ＳＨは設けるものの、第１フィルム孔５３は設けなくてもよい場合がある。また、コーティングの剥離が軽度である点を踏まえ、高密度開口領域ＳＨのインピンジメント冷却孔６０の開口密度は、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態の開口密度と比べて、より低くしてもよい場合がある。
【０１４５】
すなわち、図１２に示す本実施形態の態様は、図１０に示す実施形態と比較して、第１フィルム冷却孔５３（第１フィルム冷却孔配列５２）が設けられていない点、また、高密度開口領域ＳＨの領域全体の平均開口密度が、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態の各高密度開口領域ＳＨにおける平均開口密度より低く、小さく形成されている点が、主な相違点である。インサート７０に形成される高密度開口領域ＳＨが配置される前縁―後縁方向の位置及び配置された範囲並びに高密度開口領域ＳＨの翼高さ方向の位置及び配置された範囲は、図１０に示す実施形態に示された高密度開口領域ＳＨと同じである。特に明記のない限り、その他の発明の構成も図１０に示す実施形態と同じである。図１０に示す実施形態と共通する構成は、同一の符号及び名称を適用し、共通する内容の詳細な説明を省略する。
【０１４６】
図１２に示す実施形態の高密度開口領域ＳＨは、前縁―後縁方向に長く延在する領域ＡＢＣＤで表示され、前縁３２側の前縁側の側端の位置ＸＳ１は、辺ＤＣであり、正圧面側端部３３ａの位置と一致する。また、高密度開口領域ＳＨの後縁側端の位置ＸＳ２は辺ＡＢである。高密度開口領域ＳＨを一つの図形として捉えた場合、形状中心Ｇは、領域ＡＢＣＤで画定する図形の図形中心であり、高密度開口領域ＳＨの前縁―後縁方向の中間位置にあり、翼部４２の翼高さ方向の中間位置にある。
【０１４７】
また、本実施形態においても、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態と同様に、高密度開口領域ＳＨは、前縁領域３３に形成された前縁高密度開口領域ＳＨ１と、前縁高密度開口領域ＳＨ１に前縁―後縁方向に隣接して、後縁３４側に近い位置に形成された後縁高密度開口領域ＳＨ２と、から構成されている。前縁高密度開口領域ＳＨ１のインピンジメント冷却孔６０の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度より高く形成されている。但し、図１２に示す実施形態の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度より低く選定されている。一方、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度は、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度と同じ開口密度となるように形成されていてもよい。つまり、高密度開口領域ＳＨの平均開口密度で比較した場合、図１２に示す実施形態の開口密度の方が、図８及び図１０に示す幾つかの実施形態の開口密度より低く形成されていてもよい。
【０１４８】
前述のように、本実施形態は、第１フィルム冷却孔５３は存在しないが、第２フィルム冷却孔５５と第３フィルム冷却孔５７の翼面上の位置及びフィルム冷却孔相互の位置関係並びに高密度開口領域ＳＨとの相対的な位置関係は、基本的には図８及び図１０に示す幾つかの実施形態と同様である。すなわち、負圧面側端部３３ｂに沿って複数の第２フィルム冷却孔５５が配置され、第２フィルム冷却孔５５及び高密度開口領域ＳＨの位置より更に後縁３４側に寄った位置に複数の第３フィルム冷却孔５７が設けられている。
【０１４９】
本実施形態のようなフィルム冷却孔の構成であっても、フィルム冷却の効果が生ずる。すなわち、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）は、前縁領域３３の負圧面側端部３３ｂに沿って翼高さ方向の翼面上に外側端８２から内側端８４までの範囲に形成されている。図９に示すように、第２フィルム冷却孔配列５４に達した燃焼ガスは、第２フィルム冷却孔５５から排出される冷却媒体と接触して、温度Ｔ０から温度Ｔ１に低下する。その後、翼面に沿って流下する過程で、燃焼ガス温度は次第に上昇しつつ、第３フィルム冷却孔５７（第３フィルム冷却孔配列５６）の位置ＸＦ３に達する。本実施形態では、第１フィルム冷却孔５３（第１フィルム冷却孔配列５２）が存在しないので、第１フィルム冷却孔５３の位置では、燃焼ガス温度は低下せず上昇し続ける。第３フィルム冷却孔５７の位置ＸＦ３では、燃焼ガス温度は温度Ｔ６に達する。しかし、燃焼ガス温度Ｔ６であっても、第２フィルム冷却孔５５に達する前の燃焼ガス温度Ｔ０より低くなっている。つまり、第２フィルム冷却孔５５によって形成される冷却媒体のフィルム境界層により、第２フィルム冷却孔５５の位置ＸＦ２より下流側の領域の翼面に対する燃焼ガスからの入熱が低減される。
【０１５０】
上記に述べた図１２に示す実施形態によれば、他の幾つかの実施形態と同様に、コーティングの剥離を生じやすい翼面の対応する位置に、高密度開口領域ＳＨを形成し、他の領域よりインピンジメント冷却孔６０の開口密度を高くしているので、翼部４２の冷却が強化され、熱損傷が一層抑制される。更に、前縁領域３３の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２を含めた他の領域より開口密度が高いので、他の幾つかの実施形態より、翼部４２の前縁領域３３の熱損傷が一層抑制される。一方、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度は、前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度より低いものの、後縁高密度開口領域ＳＨ２のインピンジメント冷却効果と第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却効果が重畳的に作用して、第２フィルム冷却孔５５より下流側の翼面の熱損傷が抑制される。
【０１５１】
なお、本実施形態では、第１フィルム冷却孔５３（第１フィルム冷却孔配列５２）が配置されていない態様である。図８及び図１０並びに図１１と比べて、高温ガスやガス中の粒子の衝突等が少なく、タービン翼の翼面でのコーティングの剥離が軽度の場合には、燃焼ガス側からの入熱により、コーティングの剥離部を起点に剥離が進行することもない。従って、前縁領域３３の翼高さ方向の外側の領域のインピンジメント冷却と、第１フィルム冷却孔５３によるフィルム冷却の効果を弱めても、翼部４２の熱損傷を抑制できる。
【０１５２】
また、本実施形態においても、図８及び図１０並びに図１１に示す幾つかの実施形態と同様に、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの前縁―後縁方向の位置は、第２フィルム冷却孔（第２フィルム冷却孔配列５４）より後縁側に配置されている。従って、高密度開口領域ＳＨのうちの少なくとも半分を超える後縁側の領域が、第２フィルム冷却孔５５のフィルム境界層によって、燃焼ガス側からの入熱が抑制されている。
【０１５３】
次に、他の実施形態について、図１３を用いて以下に説明する。図１３に示す実施形態は、図１２に示す実施形態に対して、図１１に示す実施形態と同様に、高密度開口領域ＳＨの内の前縁領域３３に含まれる領域を、翼高さ方向の内側方向に延在させた態様である。すなわち図１３に示す実施形態は、高密度開口領域ＳＨのうち前縁領域３３に含まれる領域を上部領域ＳＨＵとし、上部領域ＳＨＵに隣接させて翼高さ方向の径方内側に下部領域ＳＨＤを配置して、前縁高密度開口領域ＳＨを上部領域ＳＨＵと下部領域ＳＨＤで構成させた態様である。前縁高密度開口領域ＳＨの構成は、図８及び図１０及び図１１並びに図１２に示す実施形態と同様である。
【０１５４】
図１３に示す実施形態は、図１１に示す実施形態と比較して、第１フィルム冷却孔５３（第１フィルム冷却孔配列５２）が配置されていない点と、高密度開口領域ＳＨの平均開口密度が低く形成されている点が、主な相違点である。他の構成は、図８及び図１０並びに図１１に示す実施形態と同じである。図１２に示す実施形態との主な相違点は、前述の通りである。
【０１５５】
図１３に示す実施形態の場合、第１フィルム冷却孔５３は存在しないが、第２フィルム冷却孔５５と第３フィルム冷却孔５７の翼面上の位置及びフィルム冷却孔相互の位置関係並びに高密度開口領域ＳＨとの相対的な位置関係は、後述する例外を除き、図８及び図１０及び図１１並びに図１２に示す実施形態と同様である。
【０１５６】
すなわち、図１３に示す実施形態における高密度開口領域ＳＨは、図１１に示す実施形態と同様に、Ｌ字形状の多角形形状の領域（領域ＡＢＥＦＨＤ）で形成されている。高密度開口領域ＳＨの前縁領域３３に含まれる領域（領域ＤＨＦＪ）は、前縁高密度開口領域ＳＨ１を形成している。負圧面側端部３３ｂより前縁―後縁方向の後縁３４側の高密度開口領域ＳＨは、後縁高密度開口領域ＳＨ２を形成している。更に、前縁高密度開口領域ＳＨ１は、翼高さ方向の径方向外側に配置された外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１と、翼高さ方向の径方向内側に配置された内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２と、を含む。外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１と内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２の前縁―後縁方向の後縁３４側の端部の位置は、負圧面側端部３３ｂの位置に一致し、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）の位置ＸＦ２近傍の前縁３２側の位置に一致する。
【０１５７】
本実施形態における高密度開口領域ＳＨは、図８及び図１０及び図１１並びに図１２に示す実施形態と同様に、領域全体の中心は形状中心Ｇである。また、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの前縁―後縁方向の位置は、負圧面３８側にあり、高密度開口領域ＳＨの形状中心Ｇの翼高さ方向の位置も、翼部の径方向の中間位置より径方向の外側に形成されている。
【０１５８】
上記に述べた図１３に示す実施形態によれば、他の幾つかの実施形態と同様に、コーティングの剥離を生じやすい翼面の対応する位置に、高密度開口領域ＳＨを形成し、他の領域よりインピンジメント冷却孔６０の開口密度を高くしているので、翼部４２の冷却が強化され、熱損傷が一層抑制される。更に、前縁領域３３の前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度は、後縁高密度開口領域ＳＨ２を含めた他の領域より開口密度が高いので、他の幾つかの実施形態より、翼部４２の前縁領域３３の熱損傷が一層抑制される。一方、後縁高密度開口領域ＳＨ２の開口密度は、前縁高密度開口領域ＳＨ１の開口密度より低いものの、後縁高密度開口領域ＳＨ２のインピンジメント冷却効果と第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却効果が重畳的に作用して、第２フィルム冷却孔５５より後縁３４側の翼面の熱損傷が抑制される。
【０１５９】
更に、翼面の前縁領域３３の翼高さ方向の外側の領域、特に、翼高さ方向の中間位置より外側の領域であって、前縁領域３３に含まれる領域は、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１を含む領域であり、他の領域と比較して背側翼面の中で最も開口密度が高い。従って、コーティングの剥離が生じ易く、熱負荷の高い前縁領域３３の翼高さ方向の外側の領域の冷却強化が図られる。また、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の径方向の内側に延在する内側前縁高密度開口領域ＳＨ１２は、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の開口密度より低いものの、後縁高密度開口領域ＳＨ２より高い開口密度を有する。従って、熱伝達率が高く、高温化され易い径方向の内側の翼部４２の前縁領域３３の領域ＣＨＦＥの冷却が強化される。
【０１６０】
なお、本実施形態におけるフィルム冷却とインピンジメント冷却を組み合わせた冷却構造について、図１１に示す実施形態と比較した場合、第１フィルム冷却孔５３が適用されない点と、外側前縁高密度開口領域ＳＨ１１の開口密度が低く形成されている点と、が異なっている。図１３に示す実施形態は、図１２に示す実施形態同様に、タービン翼の翼面でのコーティングの剥離が軽度の場合には、前縁領域３３の翼高さ方向の外側の領域のインピンジメント冷却と、第１フィルム冷却孔５３によるフィルム冷却の効果を弱めても、翼部４２の熱損傷を抑制できる。
【０１６１】
以上で説明した幾つかの実施形態において、コーティングの剥離が生ずる前縁―後縁方向の位置によっては、高密度開口領域ＳＨが前縁３２より前縁―後縁方向の後縁３４側に配置され、第２フィルム冷却孔５５（第２フィルム冷却孔配列５４）の位置ＸＦ２が、高密度開口領域ＳＨの前縁側端の位置ＸＳ１より前縁３２側（高密度開口領域ＳＨの対応位置より前縁側）に配置されてもよい場合がある。このような配置であれば、第２フィルム冷却孔５５のフィルム境界層が高密度開口領域ＳＨの全範囲を覆うことになり、第２フィルム冷却孔５５のフィルム冷却効果が高密度開口領域ＳＨの全範囲に及ぶことになり、翼部４２の冷却が強化される。
【０１６２】
以上、静翼２４を例としてタービン翼４０について説明したが、タービン翼４０は動翼２６であってもよい。
【０１６３】
ガスタービン１（図１参照）において、上述のタービン翼４０は、燃焼ガス流路２８に設けられる複数段の動翼２６と複数段の静翼２４のうち、１段動翼２７よりも下流側に位置する静翼２４又は動翼２６であってもよい。すなわち、図１に示すガスタービンにおいて、上述のタービン翼４０は、２段目以降の静翼２４又は２段目以降の動翼２６であってもよい。
【０１６４】
本発明者の知見によれば、燃焼器４からの燃焼ガス及び燃焼ガスに含まれる粒子は、動翼の回転に伴い旋回成分が付与されて、燃焼ガス流路の径方向の外側を流れやすくなる。その結果、静翼２４の外側シュラウド４４側に寄った翼面又は動翼２６の先端側の翼面に遮熱コーティングの剥離が生ずる場合がある。
また、１段動翼２７よりも下流側に位置する静翼２４又は動翼２６が上述のタービン翼４０の構成を有する場合には、燃焼ガス中の粒子は、一層燃焼ガス流路の径方向の外側を流れやすくなる。そのため、１段動翼２７より下流側の静翼２４（タービン翼４０）又は動翼２６（タービン翼４０）についても、静翼２４の外側シュラウド４４側に寄った翼面又は動翼２６の先端側の翼面に遮熱コーティングの剥離が生じやすくなる。従って、このような翼面の位置に対応した位置にインサート７０の高密度開口領域ＳＨを配置することにより翼部４２の熱損傷を効果的に抑制することができる。
【０１６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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。
【０１６６】
例えば、上記実施形態では、インピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが翼部４２の負圧面３８側に対応するインサート７０の表面７４に形成された例について説明したが、幾つかの実施形態では、インピンジメント冷却孔６０の高密度開口領域ＳＨが翼部４２の正圧面３６側に対応するインサート７０の表面７２に形成されていてもよい。この場合、翼部４２の正圧面３６側における熱損傷を効果的に抑制することができる。
【０１６７】
本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。
【符号の説明】
【０１６８】
１      ガスタービン
２      圧縮機
４      燃焼器
６      タービン
８      ロータ
１０    圧縮機車室
１２    空気取入口
１６    静翼
１８    動翼
２０    ケーシング
２２    タービン車室
２４    静翼
２５    １段静翼
２６    動翼
２７    １段動翼
２８    燃焼ガス流路
３０    排気室
３２    前縁
３３    前縁領域
３３ａ  正圧面側端部
３３ｂ  負圧面側端部
３４    後縁
３６    正圧面
３８    負圧面
４０    タービン翼
４２    翼部
４２Ａ  内壁面
４２Ｂ  外壁面
４３    中空部
４３ａ  前方中空部
４３ｂ  後方中空部
４４    外側シュラウド
４６    内側シュラウド
４７    メインキャビティ
４８    中間キャビティ
５０    フィルム冷却孔
５２    第１フィルム冷却孔配列
５３    第１フィルム冷却孔
５４    第２フィルム冷却孔配列
５５    第２フィルム冷却孔
５６    第３フィルム冷却孔配列
５７    第３フィルム冷却孔
５８    ピンフィン
６０    インピンジメント冷却孔
６２    隔壁部
６４    リブ
７０    インサート
７０ａ  前方インサート
７０ｂ  後方インサート
７２    表面
７２ａ  表面
７２ｂ  表面
７４    表面
７４ａ  表面
７４ｂ  表面
８２    外側端
８４    内側端
ＳＨ     高密度開口領域
ＳＨ１   前縁高密度開口領域
ＳＨ２   後縁高密度開口領域
ＳＨ１１  外側前縁高密度開口領域
ＳＨ１２  内側前縁高密度開口領域
【図１】
2019003590.tif 000003
【図２】
2019003590.tif 000004
【図３】
2019003590.tif 000005
【図４Ａ】
2019003590.tif 000006
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019003590.tif 000009
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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