【手続補正書】
【提出日】令和2年8月27日(2020.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼体と、
前記翼体の内部において翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在するとともに互いに連通して蛇行流路を形成する複数の冷却通路と、を備え、
前記冷却通路は、
前記複数の冷却通路のうち上流側通路の内壁面に設けられる第１タービュレータと、
前記複数の冷却通路のうち、前記上流側通路よりも下流側に配置される下流側通路の内壁面に設けられる第２タービュレータと、を備え、
前記下流側通路は、前記複数の冷却通路のうち冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路を含み、
前記最下流通路は、前記翼体の先端に出口開口を備え、前記冷却流体の流れの下流側に向かって流路面積が小さくなるように形成され、
前記最下流通路の隣に配置された前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータがなす第１角度よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータがなす第２角度の方が小さいことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータの高さとピッチで規定される第１形状係数よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータの高さとピッチで規定される第２形状係数の方が小さいことを特徴とする請求項１に記載のタービン翼。
【請求項３】
前記上流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第１タービュレータが設けられており、
前記下流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第２タービュレータが設けられており、
前記複数の前記第２タービュレータの第２角度の平均は、前記複数の前記第１タービュレータの第１角度の平均よりも小さい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン翼。
【請求項４】
前記上流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第１タービュレータが設けられており、
前記下流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第２タービュレータが設けられており、
前記複数の前記第２タービュレータの前記第２形状係数の平均は、前記複数の前記第１タービュレータの前記第１形状係数の平均よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のタービン翼。
【請求項５】
一部の前記第１タービュレータの前記第１形状係数が、同一通路内の他の前記第１タービュレータの前記第１形状係数の平均よりも小さいことを特徴とする請求項２又は４に記載のタービン翼。
【請求項６】
前記上流側通路に設けられ、前記第１角度が９０度である前記第１タービュレータを備える
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項７】
前記第１形状係数は、前記複数の前記第１タービュレータのうち隣り合う一対の第１タービュレータのピッチＰ１と、前記上流側通路の内壁面を基準とした前記一対の第１タービュレータの高さｅ１との比Ｐ１／ｅ１で表され、
前記第２形状係数は、前記複数の前記第２タービュレータのうち隣り合う一対の第２タービュレータのピッチＰ２と、前記下流側通路の内壁面を基準とした前記一対の第２タービュレータの高さｅ２との比Ｐ２／ｅ２で表されることを特徴とする請求項２、４又は５の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記上流側通路は、前記最下流通路に隣接して配置された前記冷却通路を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項９】
前記複数の冷却通路は、３以上の前記冷却通路を含む蛇行通路であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１０】
前記複数の冷却通路は、該複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れ方向の最上流側に位置する最上流通路を含み、
前記最上流通路の内壁面は、タービュレータが設けられていない平滑面により形成されることを特徴とする請求項９に記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記下流側通路は、前記複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路を含み、
前記最下流通路の上流部に連通するように設けられ、外部からの冷却流体を前記上流側通路を介さずに前記最下流通路に供給するように構成された冷却流体供給路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１２】
前記タービン翼は、ガスタービンの動翼である
ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１３】
前記タービン翼は、ガスタービンの静翼である
ことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１４】
請求項１乃至１３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、を備えることを特徴とするガスタービン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】タービン翼及びガスタービン
【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、タービン翼の内部に形成された冷却通路に冷却流体を流すことにより、高温のガス流れ等に曝されるタービン翼を冷却することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１〜３には、翼高さ方向に沿って延びる複数の冷却通路により形成される蛇行流路（サーペンタイン流路）が翼部の内部に設けられたタービン翼が開示されている。これらのタービン翼の冷却通路の内壁面には、リブ状のタービュレータが設けられている。タービュレータは、冷却通路における冷却流体の流れの乱れを促進させて、冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率を向上させることを目的として設けられるものである。
また、特許文献３には、タービュレータ（リブ）と、各冷却通路における冷却流の方向との間に形成される傾斜角が実質的に一定となるように、タービュレータを設け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１１−２２９８０６号公報
【特許文献２】特開２００４−１３７９５８号公報
【特許文献３】特開２０１５−２１４９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、タービン翼の翼形状や運転状態によっては、熱伝達率が高く冷却性能のよいタービュレータの選定が、かえってタービン翼の性能に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の少なくとも一実施形態は、適正なタービュレータを選定することにより、タービンの効率的な冷却が可能なタービン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翼は、
翼体と、
前記翼体の内部において翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在するとともに互いに連通して蛇行流路を形成する複数の冷却通路と、を備え、
前記冷却通路は、
前記複数の冷却通路のうち上流側通路の内壁面に設けられる第１タービュレータと、
前記複数の冷却通路のうち、前記上流側通路よりも下流側に配置される下流側通路の内壁面に設けられる第２タービュレータと、を備え、
前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータがなす第１角度よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータがなす第２角度の方が小さい
ことを特徴とする。
【０００８】
（１’）あるいは、本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼体と、
前記翼体の内部において翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在するとともに互いに連通して蛇行流路を形成する複数の冷却通路と、
前記複数の冷却通路のうち上流側通路の内壁面に設けられるリブ状の第１タービュレータと、
前記複数の冷却通路のうち、前記蛇行流路において前記上流側通路よりも下流側に位置する下流側通路の内壁面に設けられるリブ状の第２タービュレータと、を備え、
前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータがなす第１角度よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータがなす第２角度の方が小さいことを特徴とする。
【０００９】
冷却通路において、冷却流体の流れ方向に対してタービュレータがなす角（以下、「傾き角」ともいう。）が９０度付近の範囲では、該傾き角が小さいほど、冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率が大きい傾向がある。
この点、上記（１）の構成によれば、蛇行流路の上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度）に比べて下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度）のほうが小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率が相対的に小さくなりタービン翼の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、下流側通路において上述の熱伝達率が相対的に大きくなりタービン翼の冷却が促進されるため、蛇行流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータの高さとピッチで規定される第１形状係数よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータの高さとピッチで規定される第２形状係数の方が小さい。
【００１１】
（３）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、翼体と、前記翼体の内部において翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在するとともに互いに連通して蛇行流路を形成する複数の冷却通路と、を備え、前記冷却通路は、前記複数の冷却通路のうち上流側通路の内壁面に設けられる第１タービュレータと、前記複数の冷却通路のうち、前記上流側通路に連通し、前記上流側通路よりも下流側に位置する下流側通路の内壁面に設けられる第２タービュレータと、を備え、前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータの高さとピッチで規定される第１形状係数よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータの高さとピッチで規定される第２形状係数の方が小さいことを特徴とする。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、上流側通路における第１形状係数が下流側通路における第２形状係数よりも小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率が相対的に小さくなりタービン翼の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、下流側通路において上述の熱伝達率が相対的に大きくなりタービン翼の冷却が促進されるため、折り返し流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために折り返し流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して前記第１タービュレータがなす第１角度よりも、前記下流側通路における前記冷却流体の流れ方向に対して前記第２タービュレータがなす第２角度の方が小さい。
【００１４】
冷却通路において、冷却流体の流れ方向に対してタービュレータがなす角（以下、「傾き角」ともいう。）が９０度付近の範囲では、該傾き角が小さいほど、冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率が大きい傾向がある。
この点、上記（４）の構成によれば、折り返し流路の上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度）に比べて下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度）のほうが小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率が相対的に小さくなりタービン翼の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、下流側通路において上述の熱伝達率が相対的に大きくなりタービン翼の冷却が促進されるため、折り返し流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために折り返し流路に供給する冷却流体の量をより削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率をより向上させることができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）又（４）の何れかの構成において、
前記上流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第１タービュレータが設けられており、
前記下流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第２タービュレータが設けられており、
前記複数の前記第２タービュレータの第２角度の平均は、前記複数の前記第１タービュレータの第１角度の平均よりも小さい。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、蛇行流路の上流側通路における複数の第１タービュレータの傾き角（第１角度）の平均に比べて下流側通路における複数の第２タービュレータの傾き角（第２角度）の平均のほうが小さい。よって、上記（１）で述べたように、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、蛇行流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかの構成において、
前記上流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第１タービュレータが設けられており、前記下流側通路には、前記翼高さ方向に沿って配列された複数の前記第２タービュレータが設けられており、前記複数の前記第２タービュレータの前記第２形状係数の平均は、前記複数の前記第１タービュレータの前記第１形状係数の平均よりも小さい。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）又は（６）の構成において、
一部の前記第１タービュレータの前記第１形状係数が、同一通路内の他の前記第１タービュレータの前記第１形状係数の平均よりも小さい。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、同一通路内の翼内壁にホットスポットが生じた場合でも、該当箇所の第１タービュレータの第１形状係数を、他の第１タービュレータの第１形状係数より小さくして、局所的な冷却強化を図ることができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記タービン翼は、
前記上流側通路に設けられ、前記第１角度が９０度である前記第１タービュレータを備える。
【００２１】
上述したように、冷却通路におけるタービュレータの傾き角が９０度付近の範囲では、該傾き角が小さいほど冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率が大きい傾向がある。この点、上記（８）の構成によれば、上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度）が９０度であるとともに、下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度）が９０度未満であるので、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、蛇行流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）、（６）又は（７）の何れかの構成において、
前記第１形状係数は、前記複数の前記第１タービュレータのうち隣り合う一対の第１タービュレータのピッチＰ１と、前記上流側通路の内壁面を基準とした前記一対の第１タービュレータの高さｅ１との比Ｐ１／ｅ１で表され、
前記第２形状係数は、前記複数の前記第２タービュレータのうち隣り合う一対の第２タービュレータのピッチＰ２と、前記下流側通路の内壁面を基準とした前記一対の第２タービュレータの高さｅ２との比Ｐ２／ｅ２で表される。
【００２３】
冷却通路に設けられた複数のタービュレータのうち隣り合う一対のタービュレータのピッチＰと、該冷却通路の内壁面を基準としたこれらのタービュレータの平均高さｅとの比Ｐ／ｅを形状係数としたとき、形状係数Ｐ／ｅが小さいほど、冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率が大きい傾向がある。
この点、上記（９）の構成によれば、上流側通路における第１形状係数Ｐ１／ｅ１が下流側通路における第２形状係数Ｐ２／ｅ２よりも小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率が相対的に小さくなりタービン翼の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、下流側通路において上述の熱伝達率が相対的に大きくなりタービン翼の冷却が促進されるため、蛇行流路の下流側領域においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量をより削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率をより向上させることができる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記下流側通路は、前記複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れ方向の最下流側に位置する最下流通路を含み、
前記上流側通路は、前記最下流通路に隣接して配置された前記冷却通路を含む。
【００２５】
蛇行流路を形成する複数の冷却通路を流れる冷却流体は、冷却対象であるタービン翼との熱交換により、下流に向かうにつれて温度が上昇し、冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路において、温度が最も高くなる。
この点、上記（１０）の構成によれば、最下流通路を含む下流側通路において、該最下流通路に隣接して配置された上流側通路よりもタービュレータの傾き角が小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率が相対的に小さくなりタービン翼の冷却が抑制されるため、上流側通路から最下流通路に向かう冷却流体の温度を比較的維持することができるとともに、最下流通路において上述の熱伝達率が相対的に大きくなりタービン翼の冷却が促進されるため、最下流通路においてタービン翼の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼の冷却のために折り返し流路に供給する冷却流体の量を効果的に削減し、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、前記複数の冷却通路は、３以上の前記冷却通路を含む蛇行流路である。
【００２７】
上記（１１）の構成によれば、蛇行流路を形成する３以上の冷却通路のうちの上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度）に比べて、これら３以上の冷却通路のうち下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度）のほうを小さくすることができる。よって、上記（１）で述べたように、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン等を含むタービンの熱効率を向上させることができる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、
前記複数の冷却通路は、該複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れ方向の最上流側に位置する最上流通路を含み、
前記最上流通路の内壁面は、タービュレータが設けられていない平滑面により形成される。
【００２９】
冷却通路の内壁面が、タービュレータが設けられていない平滑面により形成される場合、冷却通路の内壁面にタービュレータが設けられる場合に比べて、冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率は小さい。
この点、上記（１２）の構成によれば、複数の冷却通路のうち最上流側に位置する最上流通路の内壁面は、タービュレータが設けられていない平滑面により形成されているので、該最上流通路における上述の熱伝達率は、上流側通路における上述の熱伝達率よりも小さい。すなわち、蛇行流路を形成する最上流通路、上流側通路及び下流側通路における上述の熱伝達率は、この順に大きくなる。よって、蛇行流路において熱伝達率を段階的に変化させやすくなり、それぞれの冷却通路における冷却性能の調節がしやすくなる。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記下流側通路は、前記複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路を含み、
前記最下流通路は、前記冷却流体の流れの下流側に向かって流路面積が小さくなるように形成される。
【００３１】
上記（１３）の構成によれば、最下流通路は、冷却流体の流れの下流側に向かって流路面積が小さくなるように形成されているので、該最下流通路では、下流側に向かうにしたがい冷却流体の流速が増加される。これにより、冷却流体が比較的高温となっている最下流通路における冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかの構成において、
前記下流側通路は、前記複数の冷却通路のうち前記冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路を含み、
前記タービン翼は、
前記最下流通路の上流部に連通するように設けられ、外部からの冷却流体を前記上流側通路を介さずに前記最下流通路に供給するように構成された冷却流体供給路をさらに備える。
【００３３】
上記（１４）の構成によれば、最下流通路には、上流側通路からの冷却流体が流入するのに加えて、これとは別に、冷却流体供給路を介して、外部からの冷却流体が供給される。よって、上流側通路からの冷却流体が比較的高温となっている最下流通路における冷却をさらに強化することができる。
【００３４】
（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）のいずれかの構成において、
前記タービン翼は、ガスタービンの動翼である。
【００３５】
上記（１５）の構成によれば、タービン翼としてのガスタービンの動翼が上記（１）〜（１４）の何れかの構成を有するので、動翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【００３６】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）のいずれかの構成において、
前記タービン翼は、ガスタービンの静翼である。
【００３７】
上記（１６）の構成によれば、タービン翼としてのガスタービンの静翼が上記（１）〜（１４）の何れかの構成を有するので、静翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【００３８】
（１７）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（１６）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。
【００３９】
上記（１７）の構成によれば、タービン翼が上記（１）〜（１６）の何れかの構成を有するので、タービン翼の冷却のために蛇行流路に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービンの効率的な冷却が可能なタービン翼及びガスタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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２Ａ】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の翼高さ方向に沿った部分断面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ断面を示す図である。
【図３Ａ】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の翼高さ方向に沿った部分断面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面を示す図である。
【図４】一実施形態に係るタービュレータの構成を説明するための模式図である。
【図５】一実施形態に係るタービュレータの構成を説明するための模式図である。
【図６】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図７】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図８】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図９】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図１０】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図１１】一実施形態に係る静翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図１２】一実施形態に係る動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図１３】熱伝達率比αとタービュレータの傾き角θとの相関関係の一例を示すグラフである。
【図１４】熱伝達率比αとタービュレータの形状係数Ｐ／ｅとの相関関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
後述する幾つかの実施形態に共通する本発明の基本的な考え方について、以下に説明する。
代表的なタービン翼は、高温の燃焼ガス雰囲気の中に配置されるため、翼体の燃焼ガスからの熱損傷を防止するため、翼体内部は冷却流体で冷却されている。翼体は、翼体内に形成された蛇行流路（サーペンタイン流路）内に冷却流体を流すことにより冷却されている。また、翼体の冷却流体による冷却性能を更に高めるため、冷却流体が流れる通路の翼内壁に乱流促進部材（タービュレータ）を配置している。すなわち、最適なタービュレータを選択して、冷却流体と翼内壁との間の熱伝達率を極力上げて、最適な翼体の冷却構造を実現している。
【００４５】
しかしながら、ガスタービンの熱効率を更に向上させるため、冷却流体の流量の一層の低減が必要になる場合がある。冷却流体の流量の低減は、冷却流体の流速の低下をもたらし、翼体の冷却性能が低下して、翼体のメタル温度の上昇を招く。そのため、通路断面積を縮小して流速を上げる等の対応策が必要になる。
【００４６】
しかし、通路断面積を縮小し、最も熱伝達率のよいタービュレータを適用した冷却構造が、その翼にとって適正な冷却構造とはならない場合があり、その翼の翼形状や運転条件に合った冷却構造を選定する必要がある。例えば、翼長さ（コード方向長さ）に対して、相対的に翼高さ（スパン方向）が高い翼形状を備えた翼や、熱負荷に対して相対的に冷却流体の流量を抑制し、ガスタービンの熱効率の向上を狙った翼に対して冷却性能の良い冷却構造を適用した場合、冷却流体がサーペンタイン流路を流れる過程で、過熱（ヒートアップ）され、最終通路（最下流通路）のメタル温度が使用限界温度を越える場合がある。このような翼に対しては、ヒートアップを抑制すると共に、最終通路のメタル温度が使用限界温度を越えない適正な冷却構造を選定することが重要である。
【００４７】
具体的には、最終通路より上流側の上流側通路のタービュレータは、冷却流体の流れと翼面との間の熱伝達率を低く抑えたタービュレータを選定し、最終通路は最も熱伝達率の良いタービュレータを選定することが望ましい。この選定により、上流側通路を流れる冷却流体のヒートアップが抑制され、ヒートアップが抑制された冷却流体が最終通路を流れる過程で、熱伝達率の大きいタービュレータの適用により冷却流体による翼体に対する冷却性能が向上する。その結果、最終通路のメタル温度を使用限界温度以下に抑えることが出来る。また、前述のように、熱伝達率を低く抑えることは、冷却流体の圧力損失を低減する効果がある。従って、冷却流体のヒートアップ抑制効果と圧力損失の低減効果の重畳的な効果により、最終通路における冷却性能が最大限に発揮される。
【００４８】
詳細な説明は後述するが、図４及び図５に示すように、タービュレータは冷却流路を形成する翼内壁に設けられた突起状のリブにより形成される。リブは、冷却流体の流れ方向に所定間隔で配置される。冷却流体がリブを乗り越える際、流れ方向の下流側に渦流を発生させて、翼内壁と冷却流体の流れとの間の熱伝達を促進させる。従って、リブのない平滑面の翼内壁とリブを備えた翼内壁とでは、熱伝達率に大きな違いがある。
【００４９】
タービュレータの性能及び仕様を定める要素は、タービュレータの傾き角と形状係数である。
詳細は後述するが、図１３は、冷却流体と翼内壁との間の熱伝達率とタービュレータの傾き角の関係を示し、図１４は、冷却流体と翼内壁との間の熱伝達率とタービュレータの形状係数の関係を示す。傾き角が最適角（最適値）であって、形状係数も最適係数（最適値）のタービュレータであれば、最も熱伝達率が高く、冷却性能が最も良くなる。その結果、翼内壁面の冷却が促進され、冷却流路のメタル温度を低下させることが出来る。一方、傾き角が最適値より大きい角度の中間角（中間値）であって、形状係数も最適値より大きい値の中間係数（中間値）のタービュレータを選定した場合、傾き角及び形状係数の最適値を適用した場合と比較すると熱伝達率が低くなり、冷却性能が抑制される。
【００５０】
前述したように、翼形状や運転条件によっては、最も熱伝達率が高く、冷却性能の良いタービュレータを選定するよりは、上流側通路では冷却性能を抑制し、最終通路では冷却性能を最大限に高めた冷却構造を備える翼構造とした方が、翼全体の冷却構造として適正な場合がある。この考え方に沿った具体的な翼構成を、後述する各実施形態の翼構成を引用して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の冷却構造では、上流側通路のタービュレータ仕様は各実施形態により異なる構成であるが、最終通路のタービュレータの傾き角及び形状係数は、いずれも最適値を選定している点で、各実施形態に共通した構成である。
【００５１】
図６に示す実施形態は、タービュレータの傾き角が、全ての通路について最適値である傾き角を選定している。形状係数は、最終通路は最適値を選択して、最終通路より上流側の上流側通路は中間値を選定している。このような冷却構造であれば、上流側通路における冷却流体のヒートアップが抑制される。一方、冷却性能がよい最終通路を冷却流体が流れる過程では、翼体が十分に冷却されるので、翼内壁のメタル温度の上昇が抑制され、使用限界温度を越えることがない。
【００５２】
図７に示す実施形態は、図６の冷却構造に対して、上流側通路の冷却性能を更に抑制した例である。すなわち、図６の冷却構造と比較して、上流側通路のタービュレータの傾き角を最適角（最適値）より角度の大きい中間角（中間値）を選定した例である。図６の冷却構造より、更に上流側通路の熱伝達率を抑制しても、上流側通路のメタル温度が使用限界温度を越えない場合は、最終通路の冷却能力に余裕が生まれるので、最終通路の冷却能力の面から、図６の冷却構造より更に有利になる。つまり、図７に示す冷却構造では、最終通路より上流側の全ての上流側通路のタービュレータの傾き角が、最終通路のタービュレータの傾き角（最適値）より大きい角度である中間値が選定されている。但し、各通路の傾き角は異なる中間値が選定されている。上流側通路の内の最上流通路のタービュレータの傾き角は９０度より小さく、最終通路に近づくと共に、各上流側通路のタービュレータの傾き角が徐々に小さくなるように選定されている。また、タービュレータの形状係数は、図６の冷却構造と同じ構成として、上流側通路で同一の中間値を選定し、最終通路で最適値を選定している。このような冷却構造であれば、図６に示す冷却構造と比較して、上流側通路での冷却が抑制され、冷却流体の温度が図６に示す構造より低下して、最終通路での冷却能力に余裕が生ずる。従って、上流側通路での冷却流体のヒートアップを抑制しつつ、徐々に冷却性能を高めることが出来るので、最終通路での冷却能力不足を補うことが出来る。
【００５３】
図８に示す実施形態は、図７の冷却構造に対して、上流側通路の冷却性能を更に抑制した例である。つまり、図８に示す冷却構造であっても、上流側通路のメタル温度が使用限界温度を越えない場合は、最終通路の冷却能力に更に余裕が生まれる。すなわち、図８に示す冷却構造は、上流側通路のタービュレータの傾き角を９０度で一律とし、最終通路のタービュレータの傾き角のみを最適値としている。また、タービュレータの形状係数は、図６の冷却構造と同じ構成として、上流側通路で中間値を選定し、最終通路で最適値を選定している。このような冷却構造であれば、図７に示す冷却構造と比較して、上流側通路における冷却流体のヒートアップが更に抑制される。従って、最終通路に供給される冷却流体の流入温度は、図７に示す構造より更に低くなる。冷却流体が最終通路を流れる過程では、図７の構造と比較して、最終通路の冷却が更に容易になり、翼内壁のメタル温度の上昇が抑制され、最終通路のメタル温度を使用限界温度内に抑制できる。
【００５４】
図９に示す実施形態は、図８の冷却構造に対して、上流側通路の冷却性能を更に抑制した実施形態である。すなわち、本実施形態に示す翼構成は、上流側通路の内の最上流通路には、タービュレータを配置せず、流路内壁は平滑面で形成されている。最上流通路のメタル温度が、タービュレータのない平滑面であっても、使用限界温度より低いメタル温度になるのであれば、冷却流体のヒートアップが更に抑制され、最終通路の冷却能力に更に余裕が生まれる。すなわち、図９に示す構造では、最上流通路を平滑面とし、最上流通路を除く他の上流側通路のタービュレータの傾き角は中間値を選定し、タービュレータの形状係数は、図８と同じ構成の中間値を選定している。最終通路のタービュレータの傾き角及び形状係数は、図６の構成と同じである。このような冷却構造であれば、図８に示す冷却構造より、上流側通路における冷却流体のヒートアップが更に抑制出来る。また、最終通路では冷却流体の冷却能力に余裕が生まれ、最終通路の冷却が更に容易になる。
【００５５】
図１０に示す実施形態は、図９の冷却構造に対して、上流側通路の冷却性能を更に抑制した実施形態である。最上流通路が平滑面で形成され、タービュレータを備えない点では、図９の実施形態と共通する。しかし、最上流通路に続く隣接する２つの他の上流側通路のタービュレータの傾き角は９０度である点が、図９に示す冷却構造とは異なっている。なお、最終通路に隣接する上流側通路のタービュレータの傾き角は、図９に示す構造と同じである。また、最終通路のタービュレータの傾き角及び形状係数は、図６に示す構成と同じである。このような冷却構造であっても、上流側通路のメタル温度が使用限界温度を越えない場合には、上流側通路における冷却流体のヒートアップが抑制出来、最終通路の冷却能力に更に余裕が生まれる。図１０に示す冷却構造であれば、最終通路の冷却が更に容易になり、最終通路の翼内壁のメタル温度の上昇が抑制され、メタル温度を使用限界温度内に抑制できる。
【００５６】
図１１に示す実施形態は、本発明の基本的な考え方を静翼に適用した例である。静翼の場合、サーペンタイン流路に供給される冷却流体の入口が翼体の径方向外側にあり、最終通路を流れる冷却流体の径方向の流れ方向が、動翼とは逆方向である。しかし、タービュレータの傾き角及び形状係数は、図６と同様の構成である。このような冷却構造であっても、タービュレータの傾き角及び形状係数として最適値を選定した翼構成と比較すれば、上流側通路における冷却流体のヒートアップが抑制され、冷却流体が最終通路を流れる過程では、翼内壁のメタル温度の上昇が抑制され、メタル温度を使用限界温度内に抑制できる。
【００５７】
上述したように、翼形状及び運転条件に合った適正なタービュレータ仕様を選定することにより、上流側通路における冷却流体のヒートアップが抑制され、最終通路の翼体のメタル温度の上昇を抑制すると共に、ガスタービンの効率的な冷却が可能になる。以下では、各実施形態の具体的な内容について詳細に説明する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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において燃料と圧縮空気が混合され、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。
【００６１】
タービン６は、タービン車室２２内に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。
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。
【００６２】
幾つかの実施形態において、タービン６の動翼２６又は静翼２４の少なくとも一方は、以下に説明するタービン翼４０である。
以下においては、主としてタービン翼４０としての動翼２６の図を参照しながら説明するが、タービン翼４０としての静翼２４についても、基本的には同様の説明が適用できる。
【００６３】
図２Ａ及び図３Ａは、それぞれ、一実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）の翼高さ方向に沿った部分断面図であり、図２Ｂ及び図３Ｂは、それぞれ、図２ＡのＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ断面及びＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面を示す図である。なお、図中の矢印は、冷却流体の流れの向きを示す。
【００６４】
図２Ａ〜図３Ｂに示すように、一実施形態に係るタービン翼４０である動翼２６は、翼体４２と、プラットフォーム８０と、翼根部８２と、を備えている。翼根部８２は、ロータ８（図１参照）に埋設され、動翼２６は、ロータ８と共に回転する。プラットフォーム８０は、翼根部８２と一体的に構成されている。
【００６５】
翼体４２は、ロータ８の径方向（以下、単に「径方向」又は「スパン方向」ということがある。）に沿って延在するように設けられており、プラットフォーム８０に固定される基端５０（端部１）と、翼高さ方向（ロータ８の径方向）において基端５０とは反対側（径方向外側）に位置し、翼体４２の頂部を形成する天板４９からなる先端４８（端部２）と、を有する。
また、動翼２６の翼体４２は、基端５０から先端４８にかけて前縁４４及び後縁４６を有し、該翼体４２の翼面は、基端５０と先端４８との間において翼高さ方向に沿って延在する圧力面（腹面）５６と負圧面（背面）５８とを含む。
【００６６】
翼体４２の内部には、タービン翼４０を冷却するための冷却流体（例えば空気）を流すための冷却流路が設けられている。図２Ａ〜図３Ｂに示す例示的な実施形態では、翼体４２には、冷却流路として、蛇行流路６１と、蛇行流路６１よりも前縁４４側に位置する前縁側流路３６とが形成されている。折り返し流路６１及び前縁側流路３６には、内部流路８４，３５をそれぞれ介して外部からの冷却流体が供給されるようになっている。
このように、蛇行流路６１や前縁側流路３６等の冷却流路に冷却流体を供給することにより、タービン６の燃焼ガス流路２８に設けられて高温の燃焼ガスに曝される翼体４２を冷却するようになっている。
【００６７】
タービン翼４０において、蛇行流路６１は、翼高さ方向に沿ってそれぞれ延在する複数の冷却通路６０ａ，６０ｂ，６０ｃ…（以下、まとめて「冷却通路６０」ともいう。）を含む。タービン翼４０の翼体４２の内部には、翼高さ方向に沿って複数のリブ３２が設けられており、各々のリブ３２によって、隣り合う冷却通路６０が仕切られている。
図２Ａ及び図２Ｂに示す例示的な実施形態では、蛇行流路６１は、３本の冷却通路６０ａ〜６０ｃを含み、冷却通路６０ａ〜６０ｃは前縁４４側から後縁４６側に向かってこの順に配列されている。また、図３Ａ及び図３Ｂに示す例示的な実施形態では、折り返し流路６１は、５本の冷却通路６０ａ〜６０ｅを含み、冷却通路６０ａ〜６０ｅは、前縁４４側から後縁４６側に向かってこの順に配列されている。
【００６８】
蛇行流路６１を形成する複数の冷却通路６０のうち互いに隣り合う冷却通路（例えば冷却通路６０ａと冷却通路６０ｂ）は、先端４８側又は基端５０側において互いに接続され、この接続部において、冷却流体の流れの方向が翼高さ方向において逆向きに折り返すリターン流路が形成され、蛇行流路６１全体として径方向に蛇行した形状を有している。すなわち、複数の冷却通路６０は、互いに連通して蛇行流路（サーペンタイン流路）６１を形成している。
【００６９】
蛇行流路６１を形成する複数の冷却通路６０は、これらの複数の冷却通路６０のうち最上流側に位置する最上流通路と、最下流側に位置する最下流通路と、を含む。図２Ａ〜図３Ｂに示す例示的な実施形態では、複数の冷却通路６０のうち最も前縁４４側に位置する冷却通路６０ａが最上流通路６５であり、最も後縁４６側に位置する冷却通路６０ｃ（図２Ａ〜図２Ｂ）又は冷却通路６０ｅ（図３Ａ〜図３Ｂ）が最下流通路６６である。
【００７０】
上述した蛇行流路６１を有するタービン翼４０では、冷却流体は、例えば翼根部８２の内部に形成された内部流路８４及び翼体４２の基端５０側に設けられた入口開口６２（図２Ａ及び図３Ａ参照）を介して蛇行流路６１の最上流通路６５に導入され、複数の冷却通路６０を下流側に向かって順に流れる。そして、複数の冷却通路６０のうち、冷却流体流れ方向の最も下流側の最下流通路６６を流れる冷却流体は、翼体４２の先端４８側に設けられた出口開口６４を介してタービン翼４０の外部の燃焼ガス流路２８に流出するようになっている。出口開口６４は天板４９に形成される開口であり、最下流通路６６を流れる冷却流体の一部が、出口開口６４から排出される。出口開口６４を設けることにより、最下流通路６６の天板４９付近の空間に冷却流体のよどみ空間が発生し、天板４９の内壁面６３が過熱されるのを抑制できる。
【００７１】
なお、折り返し流路６１の形状は、図２Ａ〜図３Ｂに示される形状に限定されるものではない。例えば、１つのタービン翼４０の翼体４２の内部に、複数の折り返し流路が形成されていてもよい。あるいは、蛇行流路６１は、該蛇行流路６１上の分岐点において複数の流路に分岐していてもよい。
【００７２】
幾つかの実施形態では、図２Ａ及び図３Ａに示すように、翼体４２の後縁部４７（後縁４６を含む部分）には、翼高さ方向に沿って配列するように複数の冷却孔７０が形成されている。複数の冷却孔７０は、翼体４２の内部に形成された冷却流路（図示する例においては蛇行流路６１の最下流通路６６）に連通するとともに、翼体４２の後縁部４７における表面に開口している。
【００７３】
冷却流路（図示する例においては蛇行流路６１の最下流通路６６）を流れる冷却流体の一部は、冷却孔７０を通過して、翼体４２の後縁部４７の開口からタービン翼４０の外部の燃焼ガス流路２８に流出する。このようにして冷却流体が冷却孔７０を通過することにより、翼体４２の後縁部４７が対流冷却されるようになっている。
【００７４】
複数の冷却通路６０のうち少なくとも幾つかの内壁面６３には、リブ状のタービュレータ３４が設けられている。図２Ａ〜図３Ｂに示す例示的な実施形態では、複数の冷却通路６０の各々の内壁面６３に、複数のタービュレータ３４が設けられている。
【００７５】
ここで、図４及び図５は、それぞれ、一実施形態に係るタービュレータ３４の構成を説明するための模式図であり、図４は、図２Ａ〜図３Ｂに示すタービン翼４０の翼高さ方向及び翼厚さ方向（ロータ８の周方向）を含む平面に沿った部分的な断面の模式図であり、図４は、図２Ａ〜図３Ｂに示すタービン翼４０の翼高さ方向及び翼幅方向（ロータ８の軸方向）を含む平面に沿った部分的な断面の模式図である。
【００７６】
図４に示すように、各タービュレータ３４は、冷却通路６０の内壁面６３に設けられており、該タービュレータ３４の該内壁面６３を基準とした高さはｅである。また、図４及び図５に示すように、冷却通路６０において、複数のタービュレータ３４は、ピッチＰの間隔で設けられている。また、図５に示すように、冷却通路６０における冷却流体の流れ方向（図５の矢印ＬＦ）と、各タービュレータ３４との間の鋭角をなす角度（以下、「傾き角」ともいう。）は、傾き角θである。
【００７７】
冷却通路６０に上述のタービュレータ３４が設けられていると、冷却流体が冷却通路６０を流れるときに、タービュレータ３４近傍で渦の発生等の流れの乱れが促進される。すなわち、タービュレータ３４を乗り越えた冷却流体は、下流側に配置された隣接のタービュレータ３４の間に渦流を形成する。これにより、冷却流体の流れ方向において隣り合うタービュレータ３４同士の中間位置付近では、冷却流体の渦流が冷却通路６０の内壁面６３に付着し、冷却流体と、翼体４２との間の熱伝達率を増大させることができ、タービン翼４０を効果的に冷却することができる。しかし、タービュレータ３４の傾き角により、冷却流体の渦流の発生状態が変化し、翼内壁との間の熱伝達率に影響する。また、タービュレータのピッチと比較して、タービュレータの高さが高すぎる場合、渦流が内壁面６３に付着しない場合がある。従って、熱伝達率とタービュレータの傾き角並びに熱伝達率とピッチと高さとの比率との間には、後述のように適正な範囲が存在する。また、タービュレータの高さが高すぎると、冷却流体の圧力損失を増大させる原因になる。
【００７８】
図６〜図１０及び図１２は、それぞれ、一実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）の模式的な断面図である。また、図１１は、一実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）の模式的な断面図である。図中の矢印は、冷却流体の流れの向きを示す。
なお、図６〜図１０及び図１２に示す動翼２６は、上述した動翼２６と同様の構成を有する。
また、図６〜図１２に示すタービン翼４０に形成された蛇行流路６１は、それぞれ、５本の冷却通路６０ａ〜６０ｅにより形成されており、このうち、最も前縁４４側に位置する冷却通路６０ａが最上流通路６５であり、最も後縁４６側に位置する冷却通路６０ｅが最下流通路６６である。
【００７９】
以下、図２Ａ〜図３Ｂ、及び、図６〜図１２を参照して幾つかの実施形態に係るタービン翼４０におけるタービュレータ３４の特徴について説明するが、その前に、図１１を参照して、一実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）の構成について説明する。
【００８０】
図１１に示すように、一実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）は、翼体４２と、翼体４２に対して径方向内側に位置する内側シュラウド８６と、翼体４２に対して径方向外側に位置する外側シュラウド８８と、を備えている。外側シュラウド８８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８８を介してタービン車室２２に支持される。翼体４２は、外側シュラウド８８側（すなわち径方向外側）に位置する外側端５２と、内側シュラウド８６側（すなわち径方向内側）に位置する内側端５４と、を有する。
【００８１】
静翼２４の翼体４２は、外側端５２から内側端５４にかけて前縁４４及び後縁４６を有し、翼体４２の翼面は、外側端５２と内側端５４との間において、翼高さ方向に沿って延在する圧力面（腹面）５６と負圧面（背面）５８を含む。
【００８２】
静翼２４の翼体４２の内部には、複数の冷却通路６０により形成される蛇行流路６１が形成され、該蛇行流路６１は、上述した動翼２６における蛇行流路６１と同様の構成を有する。図１１に示す例示的な実施形態では、５本の冷却通路６０ａ〜６０ｅにより蛇行流路６１が形成されている。
【００８３】
図１１に示す静翼２４（タービン翼４０）では、冷却流体は、外側シュラウド８８の内部に形成された内部流路（不図示）及び翼体４２の外側端５２側に設けられた入口開口６２を介して蛇行流路６１に導入され、複数の冷却通路６０を下流側に向かって順に流れる。そして、複数の冷却通路６０のうち、冷却流体の流れ方向の最も下流側の最下流通路６６を流れる冷却流体は、翼体４２の内側端５４側（内側シュラウド８６側）に設けられた出口開口６４を介して静翼２４（タービン翼４０）の外部の燃焼ガス流路２８に流出するか、又は後述する後縁部４７の冷却孔７０から燃焼ガス中に排出されるようになっている。
【００８４】
静翼２４において、複数の冷却通路６０のうち少なくとも幾つかの内壁面には、上述したタービュレータ３４が設けられている。図１１に示す例示的な実施形態では、複数の冷却通路６０の各々の内壁面に、複数のタービュレータ３４が設けられている。
【００８５】
静翼２４において、翼体４２の後縁部４７には、翼高さ方向に沿って配列するように、複数の冷却孔７０が形成されていてもよい。
【００８６】
次に、図２Ａ〜図３Ｂ、及び、図６〜図１２を参照して幾つかの実施形態に係るタービン翼４０におけるタービュレータ３４の特徴について説明する。
ここで、図６〜図１２に示すタービン翼４０において、冷却通路６０ａ〜６０ｅの各々におけるタービュレータ３４の傾き角を、それぞれθａ、θｂ、θｃ、θｄ、θｅとし、冷却通路６０ａ〜６０ｅの各通路における隣り合うタービュレータ３４のピッチを、それぞれＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅとし、各通路における該隣り合うタービュレータ３４の高さ（又は平均高さを）、それぞれ、ｅａ、ｅｂ、ｅｃ、ｅｄ、ｅｅとする。
【００８７】
図６に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ＝θｅ（＜９０度）であるとともに、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチは、Ｐａ＝Ｐｂ＝Ｐｃ＝Ｐｄ＞Ｐｅである。
図７に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θａ（＝９０度）＞θｂ＞θｃ＞θｄ＞θｅであるとともに、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチは、Ｐａ＝Ｐｂ＝Ｐｃ＝Ｐｄ＞Ｐｅである。
図８に示す動翼２６及び図１１に示す静翼２４では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ（＝９０度）＞θｅであるとともに、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチは、Ｐａ＝Ｐｂ＝Ｐｃ＝Ｐｄ＞Ｐｅである。
図９に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、（９０度＞）θｂ＝θｃ＞θｄ＞θｅであるとともに、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチは、Ｐｂ＝Ｐｃ＝Ｐｄ＞Ｐｅである。
図１０に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θｂ＝θｃ（＝９０度）＞θｄ＝θｅであるとともに、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチは、Ｐｂ＝Ｐｃ＝Ｐｄ＞Ｐｅである。
図１２に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ＝θｅ（＜９０度）である。図１２に示す動翼２６の冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４のピッチについては後述する。
【００８８】
なお、図９〜図１０に示す動翼２６の冷却通路６０ａには、タービュレータ３４は設けられておらず、冷却通路６０ａの内壁面は、平滑面により形成されている。
【００８９】
幾つかの実施形態では、複数の冷却通路６０のうち上流側通路の内壁面に設けられるリブ状の第１タービュレータ（タービュレータ３４）と、複数の冷却通路６０のうち、蛇行流路６１において上流側通路よりも下流側に位置する下流側通路の内壁面に設けられるリブ状の第２タービュレータ（タービュレータ３４）と、を備える。そして、上流側通路における冷却流体の流れ方向に対して第１タービュレータがなす第１角度θ１（傾き角）よりも、下流側通路における冷却流体の流れ方向に対して第２タービュレータがなす第２角度θ２（傾き角）の方が小さい。
すなわち、複数の冷却通路６０は、傾き角が第１角度θ１である第１タービュレータが設けられた上流側通路と、傾き角が第１角度θ１よりも小さい第２角度θ２である第２タービュレータが設けられた下流側通路と、を含む。
【００９０】
図７〜８及び図９〜図１１に示すタービン翼４０（動翼２６又は静翼２４）は、それぞれ本実施形態に係るタービン翼である。
【００９１】
例えば、図８に示す動翼２６及び図１１に示す静翼２４では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θａ＝θｂ＝θｃ＝θｄ＞θｅとなっている。よって、タービュレータ３４の傾き角がθａ〜θｄ（第１角度θ１）である冷却通路６０ａ〜６０ｄは上述の上流側通路であり、タービュレータ３４の傾き角が、第１角度θ１よりも小さいθｅ（第２角度θ２）である冷却通路６０ｅ（すなわち最下流通路６６）は、上述の下流側通路である。
また、例えば、図９に示す動翼２６では、冷却通路６０ａ〜６０ｅにおけるタービュレータ３４の傾き角は、θｂ＝θｃ＞θｄ＞θｅとなっている。よって、タービュレータ３４の傾き角がθｂ（第１角度θ１）である冷却通路６０ｂは上述の上流側通路であり、タービュレータ３４の傾き角が、第１角度θ１よりも小さいθｄ〜θｅ（第２角度θ２）である冷却通路６０ｄ〜６０ｅは、上述の下流側通路である。同様に、冷却通路６０ｃを傾き角が第１角度θ１（θｃ）である上流側通路とすれば、冷却通路６０ｄ〜６０ｅは、傾き角が第２角度θ２（＜θ１）である下流側通路である。また、同様に、冷却通路６０ｄを傾き角が第１角度θ１（θｄ）である上流側通路とすれば、冷却通路６０ｅは、傾き角が第２角度θ２（＜θ１）である下流側通路である。
このように、「上流側通路」及び「下流側通路」は、複数の冷却通路６０のうち２つの冷却通路６０の相対的な位置関係を示すものである。
【００９２】
ここで、図１３は、熱伝達率比αと、タービュレータの傾き角θとの相関関係の一例を示すグラフである。ただし、熱伝達率比αは、冷却通路の内壁面にタービュレータが設けられている場合の該冷却通路における冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率ｈと、冷却通路にタービュレータが設けられておらず、冷却通路の内壁面が平滑面で形成されている場合の、該冷却通路における冷却流体とタービン翼との間の熱伝達率ｈ０との比ｈ／ｈ０である。
【００９３】
図１３に示すように、冷却通路６０におけるタービュレータ３４の傾き角θが９０度未満の範囲では、該傾き角θが小さいほど、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率比αが大きい傾向がある。なお、冷却通路の内壁面が平滑面でるときの熱伝達率ｈ０は、タービュレータ３４の傾き角には左右されず、一定の定数である。従って、熱伝達率比α（＝ｈ／ｈ０）が大きいことは、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率ｈが大きいことを意味する。つまり、冷却通路６０におけるタービュレータ３４の傾き角θが９０度未満の範囲では、該傾き角θが小さいほど、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率ｈは大きい傾向がある。一方、タービュレータ３４の傾き角θが大きくなると、通路を流れる冷却流体の圧力損失は小さくなる。従って、傾き角θを小さくすることによる熱伝達率の増加と圧力損失の増加のバランスを取りながらタービュレータ３４の傾き角θを選定することが重要である。なお、図１３に示すように、傾き角θは、最も熱伝達率比αが高くなる最適な角度が存在する。便宜上、この傾き角θを最適角（最適値）と呼ぶ。最適角の１例は、６０度である。また、最適角より大きく９０度より小さい傾き角で、最適角における熱伝達率比αより熱伝達率が小さくなる傾き角を中間角（中間値）と呼ぶ。
【００９４】
この点、上述の実施形態では、蛇行流路６１の上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度θ１）に比べて下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度θ２）のほうが小さい。この場合、第２タービュレータの傾き角（第２角度θ２）は、最適角（最適値）が選定され、第１タービュレータの傾き角（第１角度θ１）は、中間角（中間値）が選定されている。よって、上流側通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に小さくなりタービン翼４０の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができる。一方、下流側通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に大きくなりタービン翼４０の冷却が促進されるため、蛇行流路６１の下流側領域においてタービン翼４０の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を削減できるため、タービン６の熱効率を向上させることができる。
【００９５】
幾つかの実施形態では、複数の第２タービュレータ（タービュレータ３４）の第２角度θ２の平均は、複数の第１タービュレータ（タービュレータ３４）の第１角度θ１の平均よりも小さい。
この場合も、上述と同様の理由により、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、蛇行流路６１の下流側領域においてタービン翼４０の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を削減できるため、タービン６の熱効率を向上させることができる。
【００９６】
幾つかの実施形態では、例えば、図７、図８、図１０及び図１１に示すように、  タービン翼４０は、上流側通路に設けられ、第１角度θ１が９０度である第１タービュレータ（タービュレータ３４）を備える。
すなわち、図７における冷却通路６０ａ、図８における冷却通路６０ａ〜６０ｄの何れか、図１０における冷却通路６０ｂ又は６０ｃ、または、図１１における６０ａ〜６０ｄの何れかは、第１角度θ１が９０度である第１タービュレータ（タービュレータ３４）を備えた上流側通路であってもよく、上流側通路の各々の下流側に位置する少なくとも１つの冷却通路６０が下流側通路であってもよい。
【００９７】
上述したように、冷却通路６０におけるタービュレータ３４の傾き角θが９０度又は９０度未満の範囲では、該傾き角θが小さいほど冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が大きい傾向がある。この点、上述の実施形態では、上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度θ１）が９０度であるとともに、下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度θ２）が９０度未満である。従って、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができるとともに、蛇行流路６１の下流側領域においてタービン翼４０の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン１の熱効率を向上させることができる。
【００９８】
ここで、冷却通路６０において、隣り合う一対のタービュレータ３４のピッチＰ（図４及び図５参照）と、冷却通路６０の内壁面６３を基準としたタービュレータ３４の高さｅ（又は、一対のタービュレータ３４の平均高さｅ）との比Ｐ／ｅを、形状係数と定義する。
幾つかの実施形態では、上流側通路に設けられた複数の第１タービュレータ（タービュレータ３４）の第１形状係数Ｐ１／ｅ１よりも、下流側通路に設けられた複数の第２タービュレータ（タービュレータ３４）の第２形状係数Ｐ２／ｅ２のほうが小さい。
ただし、第１形状係数Ｐ１／ｅ１は、複数の第１タービュレータ（タービュレータ３４）のうち隣り合う一対の第１タービュレータのピッチＰ１と、該第１タービュレータの高さｅ１（又は、一対の第１タービュレータの平均高さｅ１）との比Ｐ１／ｅ１である。また、第２形状係数Ｐ２／ｅ２は、複数の第２タービュレータ（タービュレータ３４）のうち隣り合う一対の第２タービュレータのピッチＰ２と、該第２タービュレータの高さｅ２（又は、一対の第２タービュレータの平均高さｅ２）との比Ｐ２／ｅ２である。
【００９９】
図６〜図１２に示すタービン翼４０（動翼２６又は静翼２４）は、それぞれ本実施形態に係るタービン翼である。
【０１００】
例えば、図６〜図８及び図１１に示す動翼２６又は静翼２４では、冷却通路６０ｅにおける形状係数Ｐｅ／ｅｅは、冷却通路６０ｅよりも上流側に位置する冷却通路６０ａ〜６０ｄにおける形状係数（Ｐａ／ｅａ〜Ｐｄ／ｅｄ）よりも小さい。
あるいは、図９〜図１０に示す動翼２６では、冷却通路６０ｅにおける形状係数Ｐｅ／ｅｅは、冷却通路６０ｅよりも上流側に位置する冷却通路６０ｂ〜６０ｄにおける形状係数（Ｐｂ／ｅｂ〜Ｐｄ／ｅｄ）よりも小さい。
すなわち、冷却通路６０ｅは、タービュレータ３４の形状係数が小さい第２形状係数Ｐ２／ｅ２（Ｐｅ／ｅｅ）である下流側通路であるとともに、該下流側通路（冷却通路６０ｅ）よりも上流側に位置し、タービュレータ３４の形状係数が第２形状係数Ｐ１／ｅ２よりも大きい第１形状係数Ｐ１／ｅ１（Ｐａ／ｅａ〜Ｐｄ／ｅｄ、又は、Ｐｂ／ｅｂ〜Ｐｄ／ｅｄ）である冷却通路６０ａ〜６０ｄ又は冷却通路６０ｂ〜６０ｄが上流側通路である。
【０１０１】
ここで、図１４は、熱伝達率比αと、タービュレータの形状係数Ｐ／ｅとの相関関係の一例を示すグラフである。ただし、熱伝達率比αは、上述した熱伝達率ｈと熱伝達率ｈ０との比ｈ／ｈ０である。
図１４に示すように、冷却通路６０におけるタービュレータ３４の形状係数Ｐ／ｅが小さいほど、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率比αが大きく、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率ｈが大きい傾向がある。一方、タービュレータ３４の形状係数Ｐ／ｅを小さくすると、通路を流れる冷却流体の圧力損失は大きくなる傾向がある。例えば、タービュレータの高さｅは変えずに、ピッチＰを小さくすれば、形状係数Ｐ／ｅは小さくなるが、冷却流体の圧力損失は大きくなる。従って、形状係数Ｐ／ｅを小さくすることによる熱伝達率の増加と圧力損失の増加のバランスを取りながら、タービュレータ３４の形状係数Ｐ／ｅを選定することが重要である。但し、図１４に示すように、形状係数Ｐ／ｅを小さくしても、熱伝達率比αの増加には限界がある。最も熱伝達率比αが高くなる最適な形状係数を、便宜上、最適係数（最適値）と呼ぶ。また、形状係数Ｐ／ｅが最適係数より大きく、熱伝達率比αが最適係数の形状係数Ｐ／ｅより小さくなる形状係数Ｐ／ｅを、中間係数（中間値）と呼ぶ。
【０１０２】
この点、上述の実施形態では、上流側通路における第１形状係数Ｐ１／ｅ１が下流側通路における第２形状係数Ｐ２／ｅ２よりも大きい。この場合、第２タービュレータの形状係数（第２形状係数）は、最適係数が選定され、第１タービュレータの形状係数（第１形状係数）は、中間係数が選定されている。よって、上流側通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に小さくなりタービン翼４０の冷却が抑制されるため、上流側通路から下流側通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができる。一方、下流側通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に大きくなりタービン翼４０の冷却が促進されるため、蛇行流路６１の下流側領域においてタービン翼４０の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン１の熱効率を向上させることができる。
【０１０３】
前述のように、タービュレータ３４の形状係数Ｐ／ｅは、隣り合う一対のタービュレータ３４のピッチＰと、タービュレータ３４の高さｅとの比Ｐ／ｅで表される。また、図１４に示すように、形状係数Ｐ／ｅを変化させれば、熱伝達率ｈ（熱伝達率比α）が変わる。例えば、タービュレータ３４の高さｅ又はピッチＰを変えることで、形状係数Ｐ／ｅを変えて、目標とする熱伝達率ｈを選定できる。なお、タービュレータの高さｅは、形状係数Ｐ／ｅに関係すると共に、通路の背腹方向幅Ｄ（図４参照）とも関係する。すなわち、背腹方向幅Ｄに対して、タービュレータ３４の高さｅを大きくし過ぎると、通路を流れる冷却流体の圧力損失を大きくする。特に、最終通路（最下流通路６６）は、背腹方向幅Ｄが小さくなるため、タービュレータ３４の高さｅは、上流側通路におけるタービュレータ３４の高さｅより小さく（低く）することが望ましい。適正なタービュレータ３４の高さｅを選定することにより、熱伝達率ｈを維持しながら、冷却流体の圧力損失を低減できる。
【０１０４】
幾つかの実施形態では、下流側通路は、複数の冷却通路６０のうち冷却流体の流れの最下流側に位置する最下流通路６６を含み、上流側通路は、最下流通路６６に隣接して配置された冷却通路６０を含む。
例えば、図６〜図１０に示す例示的な実施形態では、複数の冷却通路６０のうち最下流側に位置する冷却通路６０ｅ（最下流通路６６）は下流側通路であり、上流側通路は、冷却通路６０ｅ（最下流通路６６）に隣接して配置された冷却通路６０ｄを含む。
【０１０５】
蛇行流路６１を形成する複数の冷却通路６０を流れる冷却流体は、冷却対象であるタービン翼４０との熱交換によりヒートアップされ、下流に向かうにつれて温度が上昇し、冷却流体の流れ方向の最下流側に位置する最下流通路６６において、温度が最も高くなる。
この点、上述の実施形態では、最下流通路６６を含む下流側通路において、上流側通路よりもタービュレータ３４の傾き角が小さいか、又は、上流側通路よりもタービュレータ３４の形状係数Ｐ／ｅが小さい。よって、上流側通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に小さくなりタービン翼４０の冷却が抑制されるため、上流側通路から最下流通路に向かう冷却流体の温度を比較的低く維持することができる。一方、最下流通路において上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）が相対的に大きくなりタービン翼４０の冷却が促進されるため、最下流通路においてタービン翼４０の冷却を強化することができる。これにより、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を効果的に削減し、ガスタービン１の熱効率を向上させることができる。
【０１０６】
例えば図２Ａ〜図３Ｂ及び図６〜図１２に示すように、複数の冷却通路６０は、３以上の冷却通路６０を含んでいてもよい。
あるいは、例えば図３Ａ〜図３Ｂ及び図６〜図１２に示すように、複数の冷却通路６０は、５以上の冷却通路６０を含んでいてもよい。
【０１０７】
この場合、蛇行流路６１を形成する３または５パス以上の冷却通路６０のうちの上流側通路における第１タービュレータの傾き角（第１角度θ１）に比べて、これら３又は５パス以上の冷却通路６０のうち下流側通路における第２タービュレータの傾き角（第２角度θ２）のほうを小さくすることができる。あるいは、上流側通路における第１タービュレータの形状係数Ｐ１／ｅ１に比べて、これら３又は５パス以上の冷却通路６０のうち下流側通路における第２タービュレータの形状係数Ｐ２／ｅ２のほうを小さくすることができる。
よって、タービン翼４０の冷却のために蛇行流路６１に供給する冷却流体の量を削減できるため、ガスタービン１の熱効率を向上させることができる。
【０１０８】
また、蛇行流路６１を形成する冷却通路６０が３又は５パス以上として、冷却通路６０の数を増加させることにより、各冷却通路６０の通路断面積が減少し、これにより、冷却流体の流速を増加することができ、タービン翼４０の冷却を促進することができる。
また、蛇行流路６１を形成する冷却通路６０が３又は５パス以上として、冷却通路６０の数を増加させると、隣接する冷却通路６０間に設けられるリブ３２の数も増加するので、タービン翼４０のうち冷却流体に接する表面積が増加する。よって、タービン翼４０の断面平均温度を効果的に低下させることができるとともに、断面平均クリープ強度の裕度が大きくなるため、冷却流体の量を削減することができる。
【０１０９】
幾つかの実施形態では、例えば図９〜図１０に示すように、複数の冷却通路６０のうち冷却流体の流れ方向の最上流側に位置する最上流通路６５の内壁面は、タービュレータが設けられていない平滑面６７により形成される。
【０１１０】
冷却通路６０の内壁面が、タービュレータが設けられていない平滑面６７により形成される場合、冷却通路６０の内壁面にタービュレータが設けられる場合に比べて、冷却流体とタービン翼４０との間の熱伝達率ｈ＝ｈ０（又は熱伝達率比α＝１）は小さい。
この点、上述の実施形態では、最上流通路６５の内壁面は、タービュレータが設けられていない平滑面に６７により形成されているので、最上流通路６５における上述の熱伝達率ｈ＝ｈ０（又は熱伝達率比α＝１）は、上流側通路における上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）よりも小さい。すなわち、蛇行流路６１を形成する最上流通路６５、上流側通路及び下流側通路における上述の熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）は、この順に大きくなる。よって、蛇行流路６１において熱伝達率ｈ（又は熱伝達率比α）を段階的に変化させやすくなり、それぞれの冷却通路６０における冷却性能の調節がしやすくなる。
【０１１１】
幾つかの実施形態では、下流側通路は、複数の冷却通路６０のうち冷却流体の流れ方向の最下流側に位置する最下流通路６６を含み、該最下流通路６６は、冷却流体の流れ方向の下流側に向かって流路断面積が小さくなるように形成される。
例えば図２Ａ及び図３Ａに示す例示的な実施形態では、最下流通路６６は、該最下流通路６６よりも上流側に位置する冷却通路６０に比べて、タービュレータ３４の傾き角θ又は形状係数Ｐ／ｅが小さい下流側通路である。そして、最下流通路６６は、該最下流通路６６における冷却流体の流れ方向の上流側（翼体４２の基端５０側（端部１））から下流側（翼体４２の先端４８側（端部２））に向かって、流路断面積が小さくなるように形成されている。また、最下流通路６６に隣接し、最下流通路６６に連通する上流側通路である冷却通路６０ｄは、冷却流体の流れ方向の上流側（翼体４２の先端４８側）から下流側（翼体４２の基端５０側）に向かって、流路断面積が小さくなるように形成されている。
【０１１２】
この場合、最下流通路６６は、冷却流体の流れ方向の下流側に向かって流路断面積が小さくなるように形成されているので、該最下流通路６６では、下流側に向かうにしたがい冷却流体の流速が増加される。また、冷却通路６０ｄは、最下流通路６６と同様に、冷却流体の流れ方向の下流側に向かって流路断面積が小さくなるように形成されているので、冷却通路６０ｄでは、下流側に向かうにしたがい冷却流体の流速が増加される。これにより、冷却通路６６ｄの下流側である基端５０側の翼内壁のメタル温度の上昇を抑制できる。更に、最下流通路６６の流路断面積が、冷却流体の流れ方向の下流側である先端４８側に向かって小さくなるように形成されているので、冷却流体の流速が増加して、翼内壁を効率よく冷却できる。その結果、最下流通路６６の翼内壁のメタル温度の上昇が抑制され、冷却流体が比較的高温となっている最下流通路６６における冷却効率を向上させることができる。上記の説明は、図３Ａの翼構成の場合であるが、図２Ａに示す翼構成における最下流通路６６と冷却通路６０ｂにおける流路断面積の変化も同様に説明できる。また、図１１の模式図に示す静翼２６の場合であっても、最下流通路６６の外側端５２（端部１）から冷却流体の流れ方向の下流側の内側端５４（端部２）に向かって流路断面積が小さくなるように形成されていてもよい。その結果、冷却流体の流速が増加して、最下流通路６６の翼内壁のメタル温度の上昇が抑制できる。
【０１１３】
幾つかの実施形態では、下流側通路は、複数の冷却通路６０のうち冷却流体の流れ方向の最下流側に位置する最下流通路６６を含むとともに、タービン翼４０は、最下流通路６６の上流部に連通するように設けられ、外部からの冷却流体が上流側通路を介さずに最下流通路６６（下流側通路）に供給するように構成された冷却流体供給路９２をさらに備える。
例えば、図２Ａ及び図３Ａに示す例示的な実施形態では、下流側通路である最下流通路６６の上流部（翼体４２の基端５０側）に連通するように、翼根部８２の内部に冷却流体供給路９２が設けられている。そして、外部からの冷却流体が、最下流通路６６よりも上流側に位置する上流側通路（冷却通路６０ａ〜の６０ｄの少なくとも１つ）を介さずに、該冷却流体供給路９２を介して最下流通路６６に供給可能になっている。
【０１１４】
この場合、最下流通路６６には、蛇行流路６１の上流側通路からの冷却流体が流入するのに加えて、これとは別に、冷却流体供給路９２を介して、外部からの冷却流体が供給され、最下流通路を流れる冷却流体の流速が増加する。よって、蛇行流路６１の上流側通路からの冷却流体が比較的高温となっている最下流通路６６における冷却をさらに強化することができる。
【０１１５】
なお、図１１に示す静翼２４（タービン翼４０）は、図８に示す動翼２６（タービン翼４０）に対応するタービュレータ３４の構成（各冷却通路６０における傾き角θ又は形状係数Ｐ／ｅの大小関係等）を有するものであるが、幾つかの実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）は、図６、図７、図９、図１０及び図１２に示す動翼２６（タービン翼４０）の何れかに対応する構成を有していてもよい。
【０１１６】
幾つかの実施形態では、第１タービュレータを備えた上流側通路であって、一部の前記第１タービュレータの前記第１形状係数が、同一通路内の他の前記第１タービュレータの前記第１形状係数の平均よりも小さい。
図１２に示すように、上流側通路の内の最も下流側の冷却通路６０ｄに設けられた第１タービュレータの第１形状係数が、同一通路における他の第１タービュレータの第１形状係数又は複数の他の第１タービュレータの第１形状係数の平均値より小さい係数が選定されている。例えば、最も下流側の冷却通路６０ｄの同一通路内の一部にホットスポットが発生し、翼内壁のメタル温度が他の翼内壁より局所的に高温になる場合がある。このような場合、例えば、該当する内壁のタービュレータ３４ａの高さｅは変えずに、ピッチＰを小さくして、タービュレータ３４の第１形状係数Ｐ／ｅを小さくしている。つまり、ホットスポットの発生した通路内壁の第１タービュレータの第１形状係数を他の箇所より小さくして熱伝達率ｈを上げ、部分的に冷却の強化が図れる。図１２に示す例は、冷却通路６６ｄの例を示したが、この実施形態に限定されず、他の上流側通路でも適用可能である。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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】
【０１１９】
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
２６    動翼
２８    燃焼ガス流路
３０    排気室
３２    リブ
３４    タービュレータ
３５    内部流路
３６    前縁側流路
４０    タービン翼
４２    翼体
４４    前縁
４６    後縁
４７    後縁部
４８    先端
４９    天板
５０    基端
５２    外側端
５４    内側端
６０，６０ａ〜６０ｅ  冷却通路
６１    蛇行流路
６２    入口開口
６３    内壁面
６４    出口開口
６５    最上流通路
６６    最下流通路（最終通路）
６７    平滑面
７０    冷却孔
８０    プラットフォーム
８２    翼根部
８４    内部流路
８６    内側シュラウド
８８    外側シュラウド
９２    冷却流体供給路
Ｐ      ピッチ
ｅ      高さ
θ      傾き角