(57)【要約】【課題】高温化に対処する翼列冷却【解決手段】静翼列環（１）の上流側と動翼列環（２）の下流側との間の環状隙間（１２）から遠心方向に流出する冷却空気流を壁面流化する適正化面（１７）が形成される。適正化面（１７）は、基準面（１８）に対して曲面に形成されている。冷却空気流はシュラウド表面の温度分布を均一化し、更に、二次流れの生成を抑制する。【選択図】      図１
2006125282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静翼列環と、
前記静翼列環に対向し前記静翼列環より下流側に配置される動翼列環とを具え、
前記静翼列環は、
円周方向に並んで配列される複数の静翼取付体と、
前記複数の静翼取付体の外周面から遠心方向に立ち上がり前記静翼取付体にそれぞれに固着される静翼とを備え、
前記静翼取付体の外周面は、
基準面と、
冷却空気の流れを適正化する適正化面とを具え、
前記適正化面は前記基準面に対して曲面に形成され、
前記静翼列環の上流側と前記動翼列環の下流側との間の環状隙間から遠心方向に流出し前記基準面と高温ガス流の間で前記基準面に沿う境界層を形成する前記冷却空気の前記流れは前記適正化面により偏向する
タービンの翼列構造。
【請求項２】
前記基準面は円筒面であり、前記適正化面は曲面である
請求項１のタービンの翼列構造。
【請求項３】
前記基準面は展開図表現で平面であり、前記適正化面は前記展開図表現で曲面である
請求項２のタービンの翼列構造。
【請求項４】
前記曲面は前記基準面に対して遠心方向に滑らかに凸である
請求項２又は３のタービンの翼列構造。
【請求項５】
前記曲面は翼面形状部分を備え、前記翼面形状部分は前記静翼の遠心方向の中位の部位の翼面形状として転写されている
請求項４のタービンの翼列構造。
【請求項６】
前記翼面形状部分の軸方向上流側部位は前記軸方向上流側部位で開口する複数の冷却空気噴出口を有し、前記冷却空気噴出口は前記軸方向上流側部位の翼面に沿って配列され、前記冷却空気噴出口は前記静翼列環の内側に連通している
請求項５のタービンの翼列構造。
【請求項７】
前記適正化面は前記静翼の最上流縁より軸方向上流側に位置する
請求項１のタービンの翼列構造。
【請求項８】
前記適正化面の遠心方向最大高さを有する位置は、前記最上流縁を通り前記静翼列環の回転軸心を含む平面又は前記平面の近傍に含まれる
請求項７のタービンの翼列構造。
【請求項９】
前記適正化面は前記静翼の回転方向前方翼面より回転方向前方側に位置する
請求項１のタービンの翼列構造。
【請求項１０】
前記適正化面は、前記基準面に対して遠心方向に滑らかに凹であり、前記静翼の回転方向前方翼面に沿って上流側から下流側に延びる溝として形成されている
請求項９のタービンの翼列構造。
【請求項１１】
前記溝は前記溝の凹面で開放される冷却空気噴出口を有し、冷却空気噴出口は前記静翼列環の内側に連通している
請求項１０のタービンの翼列構造。
【請求項１２】
前記適正化面は前記静翼の軸方向下流側縁に形成され、且つ、前記適正化面は前記基準面より半径方向内側に形成されている
請求項１〜１１から選択される１請求項のタービンの翼列構造。
【請求項１３】
前記適正化面の曲率は、回転方向に変化する
請求項１２のタービンの翼列構造。
【請求項１４】
前記曲率は連続的に変化する
請求項１３のタービンの翼列構造。
【請求項１５】
前記適正化面は、回転方向前方側に形成されている
請求項１２のタービンの翼列構造。
【請求項１６】
前記動翼列環は、
円周方向に並んで配列される複数の動翼取付体と、
前記複数の動翼取付体の外周面から遠心方向に立ち上がり前記動翼取付体にそれぞれに固着される動翼とを備え、
前記基準面は第１基準面といわれ、前記適正化面は第１適正化面といわれ、前記冷却空気の流れは第１冷却空気の流れといわれ、
前記動翼取付体の外周面は、
第２基準面と、
第２冷却空気の流れを適正化する第２適正化面とを具え、
前記第２適正化面は前記第２基準面に対して曲面に形成され、
前記動翼列環の上流側と前記静翼列環の下流側との間の環状隙間から遠心方向に流出し前記第２基準面と高温ガス流の間で前記第２基準面に沿う境界層を形成する前記第２冷却空気の流は前記第２適正化面により偏向する
請求項１〜１５から選択される１請求項のタービンの翼列構造。
【請求項１７】
請求項１の翼列構造の静翼取付体の前記外周面を冷却するタービン翼列構造の冷却方法であり、複数の下記ステップ：
前記静翼列環の上流側と前記動翼列環の下流側との間の環状隙間から遠心方向に空気を流出させること、
前記空気を高温ガスの流れで誘導して前記外周面と前記高温ガス流の間に前記空気の流れの境界層を形成すること
を具えるタービン翼列構造の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンの翼列構造に関し、特に、冷却空気流れを形成するタービンの翼列構造、及び、タービン翼列構造の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の需要量の増大の要請を受けて、ガスタービンの高温化が求められている。燃焼ガスの高温化は、タービンの静翼、動翼を支持するシュラウド、プラットフォームのような支持構造環、その他の機器部位を劣化させその寿命に影響を与える恐れがある。タービン構造は、複数の静翼列環と、その静翼列環を支持する静翼側支持環と、静翼列環の間で回転軸方向に挟まれる動翼列環と、その同翼列環を支持する動翼側支持環（ハブに同体化されている。）と、その他の構造体とから形成されている。
【０００３】
回転する動翼列環と固定されている静翼列環との間には、隙間が必然的に与えられている。その隙間から侵入する高温ガス流は、動翼列環より半径方向内側に存在する支持構造の部位を劣化させることが知られている。そのような劣化を防止するために、特許文献１で知られているように、内側に向かう高温ガス流の侵入を防止するためにラビリンスシールのようなシール機構が配置されている。
【０００４】
ガスタービンの高温化は、今後は更に促進されることが必定である。今後に予想される高温化ガスタービンでは、動的な高温熱応力を受ける動翼又は静翼の品質劣化に対する事前の対策が必要であると考えられる。翼列環を冷却する技術は、知られていない。動静翼列環に支持される静翼、動翼の基部の冷却又は温度分布の適正化は今後の課題である。
【０００５】
今後の高温化に対処する静翼列環の劣化の抑制が求められる。劣化の抑制のために適正な冷却の技術を確立することが求められる。特に、動翼の上流側の静翼、動翼の下流側の静翼、又は、動翼の前後の静翼の間の静翼の基部又は基部近傍の静翼列環（通称：シュラウド）の近傍流れの適正化により、静列翼環の温度分布の適正化が求められる。更に、動翼に対する相対的二次流れに対して温度分布が適正化されることが重要である。結果的に、静翼列環の表面部位の適正な冷却の技術の確立が求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６４４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、将来の高温化に対処する翼列冷却の技術を確立するタービンの翼列構造、及び、タービン翼列構造の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるタービンの翼列構造は、静翼列環（１）と、静翼列環（１）に対向し静翼列環（１）より下流側に配置される動翼列環（２）と、その他の構成機器とから構成されている。静翼列環（１）は、円周方向に並んで配列される複数の静翼取付体（３）と、複数の静翼取付体（３）の外周面から遠心方向に立ち上がり静翼取付体（３）にそれぞれに固着される静翼（５）と、その他の構成部位とから形成されている。静翼取付体（３）の外周面は、基準面（１８）と、冷却空気の流れを適正化する適正化面（１７、２７、３２、３８、以下１７で代表）と、その他の面とから構成されている。適正化面（１７）は、基準面（１８）に対して曲面に形成されている。静翼列環（１）の上流側と動翼列環（２）の下流側との間の環状隙間（１２）から遠心方向に流出し基準面（１８）と高温ガス流の間で基準面（１８）に沿う境界層（壁面流、薄膜層流を含む基準面近傍流層）を形成する冷却空気流は、適正化面（１７）により偏向する。基準面（１８）は、エネルギー変換効率の極大化、製造の容易化、その他の条件から最適正に設計されるが、標準形では円筒面である。適正化面は、基準面に対して定義される曲面である。基準面が円筒面であれば、適正化面は円筒面ではない。円筒面は展開図表現では平面で表現され得る。
【０００９】
適正化面はエネルギー変換効率の点で周面を最適化しないが、適正化面に沿う境界層の厚みは高温ガスの流れの厚さに比較して微小であるので、適正化面の曲面性がその効率に与える影響は無視され得る程度に小さい。冷却流の境界層を積極的に与えることは、タービン装置の劣化を有効に回避することができ、総合的に優れている。
【００１０】
そのような曲面の有効な形態は、基準面に対して遠心方向に滑らかに凸であり得る。滑らかであることは、冷却流の境界層の壁面流れを確保し、冷却流の高温ガス流の混合・攪乱を抑制する点で効果的である。
【００１１】
そのような曲面は、翼面形状部分（２７）を備えることが更に有効である。翼面形状部分（２７）は静翼（５）の遠心方向の中位の部位の翼面形状として転写されている。翼面形状部分（２７）に沿う冷却流は、高温ガス流の平均的流れ（中位の流れ）に概ね一致し、冷却流の壁面流れを良好に保持することができる。
【００１２】
翼面形状部分（２７）の軸方向上流側部位に開口する複数の冷却空気噴出口（３１）が形成されている。冷却空気噴出口（３１）は軸方向上流側部位の翼面に沿って配列されている。冷却空気噴出口（３１）は、静翼列環（１）の内側に連通している。多数の冷却空気噴出口（３１）から流出する冷却空気流は、翼面形状部分（２７）の軸方向上流側部位に沿って境界層の壁面流れを形成する。
【００１３】
適正化面が静翼（５）の最上流縁より軸方向上流側に位置することは、上流側から下流側に向かう冷却空気流の全体を壁面流化することができる点で有効であるが、適正化面を静翼（５）の下流側に設けることにより、下流側に隣り合う動翼に向かう冷却空気流れの動翼に対する侵入方向を適正化し、結果的に、静翼で流れる冷却空気流の流れを適正化することができる。
【００１４】
適正化面の遠心方向最大高さを有する位置を最上流縁を通り静翼列環の回転軸心を含む平面又はその平面の近傍（１６）に含ませることは、冷却空気流を静翼の回転方向後方側に回り込ませることができる点で有効である。適正化面を静翼の回転方向後方翼面より回転方向後方側に位置させることは、二次流れを抑制することができる点で有効である。このような２様の適正化面を組み合わせることは更に有効である。適正化面を基準面に対して遠心方向に滑らかに凹に形成し、静翼の回転方向後方翼面に沿って上流側から下流側に延びる溝（１７’）として適正化面を形成することは、冷却空気流を翼面により確実に沿わせることができ、結果的に二次流れを抑制することができる。このような溝（１７’）の凹面で開放される冷却空気噴出口（２６）を形成することは、境界層を確実に形成することができる点で、特に有効である。この場合、冷却空気噴出口（２６）は静翼列環の内側に連通している。
【００１５】
適正化面を静翼の軸方向下流側縁に形成し、且つ、その適正化面を基準面より半径方向内側に形成することは、下流側に隣り合う動翼との関係で有効である。この場合に、適正化面の曲率を回転方向に、特に連続的に変化させることは有効である。
【００１６】
動翼列環（２）は、円周方向に並んで配列される複数の動翼取付体（６）と、複数の動翼取付体（６）の外周面から遠心方向に立ち上がり動翼取付体（６）にそれぞれに固着される動翼（８）と、その他の部位とから形成されている。静翼列環（１）の下流側と動翼列環（２）の上流側との間の環状隙間（１３）から他の冷却空気が遠心方向に流出する他の冷却空気流を形成することは、互いに隣り合う静翼と動翼の全体に冷却空気流の流れを形成することができ、タービン装置全体の劣化抑制を更に効果的にする。静翼列環と同じに動翼列環の動翼取付体（６）の外周面に対しても適正化面を形成することにより、軸流方向に多段に隣り合う静翼列環と動翼列環の間で冷却空気の流れをダイナミックに調整して、タービン全体の冷却を適正化することができる。
【００１７】
既述の翼列構造の静翼取付体の外周面が冷却対象とされるタービンの翼列構造は、静翼列環の上流側と動翼列環の下流側との間の環状隙間から遠心方向に空気を流出させ、且つ、その空気を高温ガスの流れで誘導して外周面と高温ガス流の間に空気の壁面流れを形成することにより、冷却空気流による冷却効果が甚大であり、且つ、タービン効率に悪影響を及ぼすことが実質的に回避される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によるタービンの翼列構造、及び、タービン翼列構造の冷却方法は、タービン効率に影響を与えないで、冷却効果を適正化することができる。その冷却効果は、空気流の壁面流れにより冷却の均一性を有し、結果的に、熱伝達率分布を適正化し、今後の高温化に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明によるタービンの翼列構造の実施の最良の形態は、図に対応して、詳細に記述される。展開図として表される図１に示されるように、初段の静翼列環を含む複数段の静翼列環１が軸方向に配列されている。複数の動翼列環２は、軸方向に隣り合う２段の静翼列環１の間にそれぞれに配列されている。互いに隣り合う静翼列環１と動翼列環２は、回転軸方向（流れ方向）Ａに対向している。静翼列環１は、図示されない基環と、それぞれの１つの基環の周囲面に植え付けられて固着される複数の静翼取付基体３の集合（通称：シュラウド）４と、その他の構造部位とから構成されている。複数の静翼（又は静翼要素、通称はブレード）５は、複数の静翼取付基体３にそれぞれに植え付けられて取り付けられ、円周方向（回転方向）に配列されている。動翼列環２は、図示されない基環と、それぞれの１つの基環の周囲面に植え付けられて固着される複数の動翼取付基体６の集合（通称：プラットフォーム）７と、その他の構造部位とから構成されている。複数の動翼（又は動翼要素、通称はブレード）８は、複数の動翼取付基体６にそれぞれに植え付けられて取り付けられ、円周方向（回転方向）に配列されている。
【００２０】
静翼列環１と動翼列環２の間には隙間が与えられている。図２に示されるように、動翼列環２の動翼取付基体６の下流側縁面９と静翼列環１の静翼取付基体３の上流側縁面１１との間には、適正な軸方向幅の第１軸方向環状隙間１２が与えられている。動翼列環２の動翼取付基体６の上流側縁面と静翼列環１の静翼取付基体３の下流側縁面との間には、適正な軸方向幅の第２軸方向環状隙間１３が与えられている。動翼列環２の動翼取付基体６の下流側部位と静翼列環１の静翼取付基体３の上流側部位との半径方向隙間には、図１に示されるように、環状の第１ラビリンスシール１４が配置されている。動翼列環２の動翼取付基体６の上流側部位と静翼列環１の静翼取付基体３の下流側部位との半径方向隙間には、環状の第２ラビリンスシール１５が配置されている。
【００２１】
図３は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい形態を示している。図３に示される静翼取付基体３の前縁部位（上流側領域）１６の半径方向外側面は、図４に示されるように、冷却空気流最適化曲面１７として与えられる。静翼取付基体３の前縁部位１６の大部分は、基準面（例示：円筒面、展開図では平面）１８に形成されている。冷却空気流最適化曲面１７は、基準面（シュラウド面又はプラットフォーム面）１８に対して半径方向外側に凸状に滑らかに膨らんでいる。基準面１８と冷却空気流最適化曲面１７とで囲まれる膨らみ部位１９は、図３に示されるように、静翼５の最前端点（最上流側端点）２１に対して、回転方向前方領域と回転方向後方領域に延びている。図３に示される静翼５の翼形状線は、基準面１８と静翼５の交叉面に現れ、基準面１８の面上に現れる周囲線として示され、又は、後述される中位面として示されている。最前端点２１は、基準面１８の上（断面上）で翼形状線の最上流点として定義されている。膨らみ部位１９は、複数の静翼取付基体３にそれぞれに形成されている。膨らみ部位１９は、静翼取付基体３に一体であり、単一金属を削り出し又は電解加工を行う際に、静翼取付基体３に一体化されて成形されている。冷却空気流最適化曲面１７の最高位置点２２は、最前端点２１に対して軸方向に真正面又は真正面領域に位置づけられている。膨らみ部位１９は、円筒面である基準面に対して膨らみ、特には、２次元的に曲率が変化する２次元曲面である。その変化は、連続的であることが好ましい。
【００２２】
静翼５の翼面の断面形状と動翼８の翼面の断面形状は、展開図として表現され、その断面として、内側のシュラウド面１８と外側のシュラウド（図示されず）の内側面（円筒面）との間の中間面（等分面、中位、又は、中位面）が選択されている。そのような中間面に現れる翼面形状線は、概ね、高温ガス流の主流線を平均的に規定する。図２と図３に示される翼面形状は、そのような中間面に現れている。
【００２３】
高温ガス流は、図１に示されるように、軸方向成分を有する軸流２３を形成している。軸流２３のうち静翼列環１の静翼５により斜流化される静翼列通過流は、動翼列環２の動翼８に対して回転力（揚力）を与える。静翼列環１の静翼取付基体３の表面に沿って流れる静翼表面近傍流は、高温ガス流であり、静翼取付基体３を高温化する。ガスタービンの高温化により、静翼取付基体３特に静翼取付基体３の半径方向外側部位は更に高温化し、静翼取付基体３と静翼取付基体３から熱伝達を受ける機械要素部位が劣化する恐れがある。列環の内側に存在する空気は、ラビリンスシール１４を介して、更に第１軸方向環状隙間１２を介して列環の内側からそれの外側に適正な圧力差で強制的に漏出させられる。公知技術では、高温ガス流が第１軸方向環状隙間１２を介して半径方向内側に漏れ入ることを防止することにより、内側機器の劣化を防止している。公知技術のラビリンスシールは、このような漏れ入り防止のために用いられている。本発明で用いられる第１ラビリンスシール１４は、翼列環の内側から翼列環の外側に第１軸方向環状隙間１２を介して空気を積極的に漏れ出させるために用いられる。そのような漏れ出し空気流は、冷却用空気流（図１参照）２４として利用される。第１ラビリンスシール１４は、そのような冷却用空気流２４の漏れ出しを適正化するための圧力差を調整するために用いられている。第１ラビリンスシール１４は、第１ラビリンスシール１４の第１軸方向環状隙間１２に対向する側の圧力が第１ラビリンスシール１４の翼列環内側に対向する側の圧力より適正に高くなるように調整し、且つ、漏れ出し量の上限を制限するように調整している。
【００２４】
静翼５と動翼８の回転方向位相差は、連続的に且つ周期的に変化する。シュラウド４から下流側に供給されるガス流とプラットフォーム７に流入するガス流の一連の流れは、連続的に且つ周期的に変化する。このような高温ガス流の流れは、冷却用空気流２４の流れに影響を強く与える。図３は、高温ガス流のある瞬間の流れの様相を示している。第１高温流れＩは、ダイナミックに変化する流線のうちのある瞬間の１つを示している。第１高温流れＩは、動翼８の回転方向前方翼面に沿って流れ動翼８の後端縁（下流側縁）から放出され、回転方向後方側の静翼５Ａの回転方向後方翼面に沿うようにシュラウド４に流入する一次流れである。ここで、回転方向は、動翼の回転方向Ｋとして定義される。第１軸方向環状隙間１２から遠心方向に流れ出す冷却用空気流れのうち第１高温流れＩに遠心方向に向かう冷却用空気流れは、第１高温流れＩに誘導されて第１高温流れＩに点Ｐで合流する。このように合流する冷却用空気流れは、翼面と基準面１８とに沿う薄い壁面流れを形成して乱れがなく、静翼取付基体３の表面領域を広域的に円滑に冷却し、静翼取付基体３の全体の温度分布を適正化し、熱伝達率の局在化を抑制する。
【００２５】
第２高温流れＩＩは、動翼８の回転方向前方翼面に沿って流れ動翼８の後端縁（下流側縁）から翼面に沿う方向にプラットフォーム７から放出される。第２高温流れＩＩは、公知技術では、プラットフォーム７から放出された後に、回転方向前方側の静翼５Ｂの前縁面に向かって流れるが、静翼５Ｂによりその向きが転向される。ここで、静翼取付基体３の表面付近では、回転方向後方側の静翼５Ａから回転方向前方側の静翼５Ｂに向かう二次流れ２５が発現する。点Ｒに向かって遠心方向に流出する冷却空気流は、点Ｒで合流し二次流れ２５に誘導されて大きい曲率で曲げられて、回転方向前方側の静翼５Ｂの回転方向後方翼面に向かう。基準面に沿う薄い冷却用空気流れの壁面流れは、二次流れ２５により乱されて、その冷却性能を失って、静翼取付基体３の表面領域（基準面領域）を広域的に円滑に冷却する冷却性能が悪化し、静翼取付基体３の全体の温度分布の適正化が阻止され、熱伝達率の局在化が促進される。第２高温流れＩＩは、本発明では、前縁部位１６に配置されている膨らみ部位１９の冷却空気流最適化曲面１７により、点Ｑに向かう方向に流れ、流路の減少により速度が増加し、静翼５Ａの回転方向前方翼面に沿って流れ、二次流の発現が抑制される。第２高温流れＩＩに遠心方向に向かう冷却用空気流れは、第２高温流れＩＩに点Ｑで合流し、その第２高温流れＩＩに誘導されて薄い壁面流れを乱されることなく、回転方向後方側の静翼５Ａの回転方向前方翼面に沿って流れる。本発明による冷却空気流は、静翼取付基体３の表面領域を広域的に円滑に冷却し、静翼取付基体３の全体の温度分布を適正化し、熱伝達率の局在化を抑制する。
【００２６】
冷却空気流最適化曲面１７の位置特に最高位置点２２の位置と曲面形状は、ガス流速、ガス温度、静翼列環１と動翼列環２の相対的回転速度、翼形状、翼枚数に対応して設計される。冷却空気流最適化曲面１７の形状は、単数又は複数の薄い円柱、単数又は複数の薄い部分球面、単数又は複数の薄い部分楕円面のような曲面が基調とされ、全体に滑らかに設計される。冷却空気流の薄い壁面流れと高温ガス流とは相対的にずれる流れを形成していて、薄い膨らみ部位１９は、高温ガス流の全体の流れには影響を与えないので、タービン翼の設計に影響を与えない。膨らみ部位１９は、冷却空気流の拡散化を促進し、シュラウド表面の流れを広域的に分散させることにより冷却効率を最適化する。更に、高温ガス流の二次流れに誘導される冷却空気流をガス流から独立させることにより、二次流れ誘導流をコントロールすることにより、シュラウド表面（基準面）の熱伝達率分布を最適化することができる。
【００２７】
図５は、冷却空気流最適化曲面分布の実回転方向後方側の静翼５Ａに対して小角度で流入する実施の好ましい他の形態を示している。図５に示される第２高温流れＩＩは、図３の既述の第１高温流れＩ又は第２高温流れＩＩを示している。膨らみ部位１９は、本形態では、図３の既述の膨らみ部位１９より下流側に配置され、静翼５の上流側縁と下流側縁の間で概ねそれらの中央領域に配置され、且つ、１つの静翼５に対して静翼５の回転方向前方翼面の側に配置されている。膨らみ部位１９が薄く形成される点は、既述の形態に同じである。第２高温流れＩＩは、公知技術では点線で示されるように、回転方向前方翼面に対して大きい入射角度方向に流入するが、本発明では実線で示されるように、基準面に沿う薄い壁面流れである冷却空気流は、膨らみ部位１９により第２高温流れＩＩから下流側に（回転方向後方側に）偏寄し、高温ガス流の二次流れの誘導から回避される。このような冷却空気流は、静翼５の回転方向後方翼面に沿う流れとして静翼５の下流側縁から下流側に隣り合う動翼列環２に対して射出され、このような二次流れ誘導流のコントロールにより、シュラウド表面の熱伝達率分布の最適化が実現する。膨らみ部位１９の形状面として、薄い部分球面又は薄い楕円（体）面が適正である。滑らかに形成されることは既述の通りである。
【００２８】
図６は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい更に他の形態を示している。図６に現れる翼面形状の表現は、既述の中間面が断面として選択されておらず、基準面１８が断面として選択されている。基準面１８に対して凹状に窪む流線形凹面１７’が静翼取付基体３に形成されている。流線形凹面１７’は、逆膨らみ１９’を形成する。流線形凹面１７’は、流線に沿って上流側から下流側に延びている。その流線は、既述の中間面が断面として選択される場合の翼面形状線又は既述の中間面の近傍の面が断面として選択される場合の中間位置翼面形状線に概ね一致する。流線形凹面１７’の上に現れる流線は、中間位置翼面形状の対基準面投影曲線として定義される。その投影は、展開図の直射投影又は基準面である円筒面に対して翼列環１の中心軸心線に向かう斜軸投影である。このような定義による流線形凹面１７’の流線は、静翼５の基底の形状線（基準面１８が断面として選択される場合の形状線）に結果的に沿っている。逆膨らみ１９’は、円筒面に対して窪む２次元的曲面である。
【００２９】
本形態の流線形凹面１７’は、高温ガス流の平均的流れに影響し、その平均的流れに二次流れが生じることを抑制し、且つ、冷却空気流を確実に案内して冷却空気流自体に二次流れが発生することを有効に防止する。本形態の流線形凹面１７’を図３に示される冷却空気流最適化曲面１７と組み合わせて形成することにより、熱伝達率分布をより適正化することができる。
【００３０】
図６は、図６の既述の形態に追加する改善を更に示している。流線形凹面１７’で開口する複数の冷却空気噴出口２６が静翼取付基体３に形成されている。冷却空気噴出口２６から噴出する冷却空気は、静翼取付基体３を支持する静翼列環１の内側の空間から供給される。その空間は、第１ラビリンスシール１４より上流側に存在する。冷却空気噴出口２６の口径は小さく、過度に多い流量の冷却空気はシュラウド表面に供給されない。複数の冷却空気噴出口２６は、流線形凹面１７’の流線に沿って配列されている。複数の冷却空気噴出口２６から遠心方向に噴出する冷却空気は、冷却空気噴出口２６に沿って流れる冷却空気と流線形凹面１７’に沿う高温ガス流に誘導され、シュラウド表面の熱伝達率分布を更に最適化する。本形態は、図４の既述の膨らみ部位１９とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。
【００３１】
図７は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい更に他の形態を示している。底上げ離隔体（ベーン）２７が、基準面１８と静翼５の間に介設されている。底上げ離隔体２７の側周面の上流側部位は、静翼５の既述の中間位置又は中間位置近傍の中間位置翼面形状の上流側部位２８が投影的に基準面１８に転写される翼面形状に概ね一致している。段面２９は、静翼５の中間位置翼面形状と基底面位置（基準面位置）翼面形状の相違により、静翼５の底面から外側に現れ又はその底面から内側に隠れる。底上げ離隔体２７に沿う高温ガス流は、上流側部位２８に沿う高温ガス流の流れに相似的又は同形的に形成されるが、静翼５の基底面と基準面１８の間の隙間（Ｋ：隙間幅）の存在は、基準面近傍で二次流れを阻止し、冷却空気流が高温ガス流の二次流れに誘導されることが抑止される。二次流れ誘導の抑止は、既述の通り、熱伝達率分布の悪化を抑止することができる。底上げ離隔体２７の高さ幅が大き過ぎる場合の隙間は高温ガス流の本来の流れに悪影響を及ぼし、その高さ幅が小さ過ぎる場合の隙間は二次流れ誘導の阻止に効果的ではない。その高さ幅Ｄは、静翼５の高さの１０％以下であり２％以上であることが好ましく、且つ、冷却空気流の壁面流れの層厚より大きいことが好ましい。
【００３２】
図８は、既述の離隔体２７の変形例を示している。本形態の離隔体２７’は、翼表面より周方向翼後縁間隔（＝ピッチＰ）の２５％以内の距離位置に設置されている。離隔体２７’の側周面の上流側部位は、静翼５の既述の中間位置又は中間位置近傍の流線形状の上流側部位（既述の２８に対応する上流側部位）が投影的に基準面１８に転写される翼面形状に概ね一致している。離隔体２７’に沿う高温ガス流は、上流側部位２８に沿う高温ガス流の流れに相似的に又は同形的に形成されるが、段面２９と基準面１８の間の隙間（図７のＤ：隙間）の存在は、基準面近傍で二次流れを阻止し、冷却空気流が高温ガス流の二次流れに誘導されることが抑止される。二次流れ誘導の抑止は、既述の通り、熱伝達率分布の悪化を抑止することができる。離隔体２７’の高さ幅が大き過ぎる場合の隙間は高温ガス流の本来の流れに悪影響を及ぼし、その高さ幅が小さ過ぎる場合の隙間は二次流れ誘導の阻止に効果的ではない。その高さ幅Ｄは、静翼５の高さの１０％以下であり２％以上であることが好ましく、且つ、冷却空気流の層流の層厚より大きいことが好ましい。
【００３３】
図８は、図８の既述の形態に更に改善を追加した形態を更に示している。底上げ離隔体２７の側周面の既述の上流側部位で開口する複数の冷却空気噴出口３１が底上げ離隔体２７に形成されている。冷却空気噴出口３１から噴出する冷却空気は、静翼取付基体３を支持する静翼列環１の内側の空間から供給される。その空間は、第１ラビリンスシール１４より上流側に存在する。冷却空気噴出口３１の口径は小さく、過度に多い流量の冷却空気はシュラウド表面に供給されない。複数の冷却空気噴出口３１は、底上げ離隔体２７の側周面の上流側部位の流線に沿って配列されている。複数の冷却空気噴出口３１から基準面内方向に噴出する冷却空気は、底上げ離隔体２７に沿って流れる高温ガス流とに誘導され、シュラウド表面の熱伝達率分布を更に最適化する。更に、このような冷却空気は、底上げ離隔体２７を冷却し底上げ離隔体２７の熱的劣化を抑制し、且つ、二次流れをコントロールすることにより、シュラウド表面の熱伝達率分布を更に一層最適化する。本形態は、図４の既述の膨らみ部位１９とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。
【００３４】
図９は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい更に他の形態を示している。本形態の静翼取付基体３の後縁部位は、曲面部位３２として形成される。図中の点線３３は、静翼取付基体３の表面である基準面１８と曲面部位３２の境界を示している。曲面部位３２の曲率（曲率半径の逆数）は、回転方向Ｋに依存して変化する。曲面部位３２の回転方向後方部位３４の曲率は、曲面部位３２の回転方向前方部位３５の曲率より小さく、且つ、回転方向後方部位３４の流線長さは、回転方向前方部位３５の流線長さより長い。このような大小と長短は、下流側に隣り合う動翼列環２の動翼８の翼面形状に関係して規定される。曲面部位３２の存在は、高温ガス流の流れと冷却空気流の流れを改善し、熱伝達率分布を最適化する。本形態は、図４の既述の膨らみ部位１９、図６の逆膨らみ１９’、図６の冷却空気噴出口２６、図７の底上げ離隔体２７、図７の冷却空気噴出口３１とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。
【００３５】
図１０は、図９の形態の付加的効果を示している。図１０（ａ）は公知のシュラウド３Ａを示し、図１０（ｂ）は本発明の図９の形態の静翼取付基体３を示している。公知技術では、シュラウド３Ａの表面と動翼取付基体６の表面の段差が急激であるが、本発明では、曲面部位３２が形成される静翼取付基体３の表面と動翼取付基体６の表面の段差の急激性は緩和されている。段差が急激である公知技術では、シュラウド３Ａの後面（下流側側面）の下流側領域で渦流が発生し、シュラウド３Ａの表面に生起される境界層が厚くなり馬蹄渦のような二次流れが強く発現する。段差が緩和される本発明では、静翼取付基体３の後面の下流側領域で渦流の発生が抑制され、静翼取付基体３の表面に生起される境界層が薄くなって二次流れの発現が抑制される。このような段差の緩和は、動翼取付基体６に下流側に隣り合う動翼取付基体６に支持される動翼８に対する冷却空気流の流れを改善する。本発明では、静翼シュラウド表面に供給される冷却空気とともに、動翼取付基体６の動翼シュラウド表面（既述のプラットフォームの表面）３６に対しても冷却空気３７が供給される。動翼シュラウド表面３６に供給される冷却空気は、図１に示される第２ラビリンスシール１５を介して供給される。二次流れの抑止は、冷却空気３７の整流性が乱されることを抑制する。本形態は、既述の複数の形態とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。曲面部位３２は、滑らかに形成される。
【００３６】
図１１は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい更に他の形態を示している。本形態の静翼取付基体３は、それの後縁の回転方向後方部位が軸方向上流側に窪む窪み３８が形成されている。窪み３８は、静翼５の下流側部位の概中心線方向Ｓに位置づけられている。静翼５の回転方向前方翼面の側の流速は静翼５の回転方向後方翼面の側の流速より速く、静翼５の回転方向前方翼面の側の圧力は静翼５の回転方向後方翼面の側の圧力より低く（その圧力差は揚力を与える）、圧力が低く流速が速い側で流れる高温ガスのシュラウド近傍流（表面流）は、窪み３８の上流側により偏寄する後縁（下流側縁）が下流側に隣り合う動翼取付基体６の前縁（上流側縁）からより遠ざかり、流れの半径方向変化率が緩和され、図９（ｂ）に示される段差緩和効果に同効に冷却空気３７の整流性の乱れを抑制する。本形態は、既述の複数の形態とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。窪み３８の曲面は、図８の曲面部位３２のような二次元曲率が滑らかに与えられることが好ましい。
【００３７】
図１２は、冷却空気流最適化曲面分布の実施の好ましい更に他の形態を示している。本形態の静翼取付基体３には、それの後縁の回転方向後方部位が求心方向（半径方向内側）に窪む窪み３９が形成されている。窪み３９は、静翼５の下流側部位の概中心線方向Ｓに位置づけられている。図９（ｂ）に示される既述の段差緩和効果に同効に冷却空気の整流性の乱れを抑制する。本形態は、既述の複数の形態とともに提供することにより、熱伝達率分布を相乗的に最適化する。
【００３８】
静翼取付基体３と動翼取付基体６は、相対的に高速に回転する。相対的に回転する両翼の間をくぐり抜けて上流側から下流側に流れる冷却空気壁面流は、静翼取付基体３の基準面に対して曲面形状化されている静翼側適正化面により適正化されるだけでなく、動翼取付基体６の基準面に対して曲面形状化されている動翼側適正化面により適正化される。静翼側適正化面による適正化と動翼側適正化面による適正化との間には、強い相関が存在する。滑らかに曲折的に流れる高温ガス流と冷却空気壁面流は、両適正化面により二次流れの発生が抑制され、壁面流れが保持され、熱伝達率分布が軸流の全体で適正化される。動翼側適正化面は、静翼側適正化面に位置的に対応することが好ましい。動翼側適正化面が動翼の前縁（上流側縁）より前方に（上流側に）配置される場合には、静翼側適正化面は静翼の前縁より前方に配置されることが好ましく、動翼側適正化面が動翼の回転方向後方側に配置される場合には、静翼側適正化面は静翼の回転方向後方側に配置されることが好ましく、動翼側適正化面が動翼の後縁（下流側縁）より後方に配置される場合には、静翼側適正化面は静翼の前縁より前方に配置されることが好ましく、動翼側適正化面が動翼の後縁（下流側縁）より後方に（下流側に）配置される場合には、静翼側適正化面は静翼の後縁より後方に配置されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明によるタービンの翼列構造の実施の好ましい形態を示す展開平面図である。
【図２】図２は、翼列を示す展開平面図である。
【図３】図３は、膨らみ（適正化面）と流れ解析を示す展開図である。
【図４】図４は、膨らみを示す側面図である。
【図５】図５は、膨らみの他の形態を示す平面展開図である。
【図６】図６は、適正化面の更に他の形態を示す平面展開図である。
【図７】図７は、適正化面の更に他の形態を示す斜軸投影図である。
【図８】図８は、適正化面の更に他の形態を示す展開図である。
【図９】図９は、適正化面の更に他の形態を示す斜軸投影図である。
【図１０】図１０は公知技術と本発明との比較を示し、同図（ａ）は公知の技術を示し、同図（ｂ）本発明の適正化面をそれぞれに示す断面図である。
【図１１】図１１は、適正化面の更に他の形態を示す平面展開図である。
【図１２】図１２は、適正化面の更に他の形態を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…静翼列環
２…動翼列環
３…静翼取付体
５…静翼
６…動翼取付体
８…動翼
１２…環状隙間
１３…環状隙間
１６…近傍
１７’…溝
１８…基準面
１７…適正化面
２６…冷却空気噴出口
２７…適正化面（翼面形状部分）
３１…冷却空気噴出口
３２…適正化面
３８…適正化面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006125282.tif 000009
【図８】
2006125282.tif 000010
【図９】
2006125282.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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