(57)【要約】【課題】シンプルな構造でタービン効率を向上させることができるタービン静翼列を提供する。【解決手段】          ケーシング１１の内部に設けられた支持部材１３，１５と、支持部材１３，１５に支持された複数の静翼１４とを備えるタービン静翼列１２において、複数の静翼１４は、支持部材１３，１５に対して径方向に延びる軸部材３１を中心に回転可能に支持された複数の可動静翼１４Ａと、支持部材１３，１５に対して回転不能に設けられた複数の固定静翼１４Ｂとを備え、複数の可動静翼１４Ａと複数の固定静翼１４Ｂは、ケーシング１１の内周面１１ａの周方向に並べて配置され、複数の固定静翼１４Ｂは、ケーシング１１の外周側の空間に連通しケーシング１１の外周側の空間から供給された冷却流体が流通する第１冷却流路３８を備えていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に設けられた支持部材と、前記支持部材に支持された複数の静翼とを備えるタービン静翼列において、
前記複数の静翼は、前記支持部材に対して径方向に延びる軸部材を中心に回転可能に支持された複数の可動静翼と、前記支持部材に対して回転不能に設けられた複数の固定静翼とを備え、
前記複数の可動静翼と前記複数の固定静翼は、前記ケーシングの内周面の周方向に並べて配置され、
前記複数の固定静翼は、前記ケーシングの外周側の空間に連通し前記ケーシングの外周側の空間から供給された冷却流体が流通する第１冷却流路を備えていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン静翼列において、
前記固定静翼は、前記可動静翼よりも少なく配置されていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項３】
請求項２に記載のタービン静翼列において、
前記固定静翼の内周側に保持された隔壁部を備え、
前記隔壁部は、前記第１冷却流路に連通し前記第１冷却流路から供給された冷却流体が流通する第２冷却流路を備えていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項４】
請求項３に記載のタービン静翼において、
前記軸部材は、前記ケーシングの外周側の空間と前記第２冷却流路を繋ぐ中空部を有していることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項５】
請求項２に記載のタービン静翼列において、
前記支持部材は、前記ケーシングの内周面の周方向に前記複数の静翼に対応して複数のセグメントに分割されていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項６】
請求項２に記載のタービン静翼列において、
前記支持部材は、前記ケーシングの内周面の周方向に少なくとも前記固定静翼を１つ含むように複数のセグメントに分割されていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項７】
請求項２に記載のタービン静翼列において、
前記固定静翼は、前縁側翼部及び後縁側翼部を備え、
前記後縁側翼部は、前記支持部材に対して径方向に延びる軸部材を中心に回転可能に支持されていることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項８】
請求項２に記載のタービン静翼列において、
二つ以上の前記可動静翼が前記ケーシングの内周面の周方向に隣接して配置されており、
前記ケーシングの内周面の周方向に隣接して配置された前記可動静翼の回転角が異なることを特徴とするタービン静翼列。
【請求項９】
空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気と燃料とを混合して燃焼し燃焼ガスを生成する燃焼器と、
請求項１に記載のタービン静翼列と、前記タービン静翼列に対して前記燃焼ガスの流れ方向の下流側に配置されたタービン動翼列とを有するタービンと
を備えることを特徴とするガスタービン。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスタービンにおいて、
前記固定静翼の数は、前記燃焼器の缶数の整数倍であることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンに備えられたタービン静翼列に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービンでは、燃焼器に供給される燃料流量と圧縮機に吸い込まれる空気流量を制御することにより負荷を制御している。この場合、タービンの前側で負荷制御に関与する条件が全て決定されるため、タービンに備えられた各タービン段落での負荷の配分や圧力のバランスに対する自由度が低く、特に、部分負荷運転においてタービン効率が低下し得る。これに対し、タービン段落の静翼列（以下、タービン静翼列）の静翼を可変静翼とし、負荷制御に関与する条件を増やすことにより、各タービン段落での負荷の配分等に対する自由度を高める方法がある。この方法により、部分負荷運転におけるタービン効率を向上させることができ得る。
【０００３】
ところで、ガスタービンの一種に静翼の内部に冷却空気を流通させて静翼を冷却するものがある（特許文献１等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８８４４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、静翼の外周壁に冷却空気を導入するための空気孔を設け、空気孔を介して導かれた冷却空気を静翼の内部に設けた冷却空気導入路に流通させている。そのため、特許文献１の静翼を可変静翼とする場合、静翼を冷却するための機構（静翼冷却機構）に加えて、静翼を駆動するための機構（静翼駆動機構）を設ける必要があり、それだけタービン静翼列の構造が非常に複雑となる。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、シンプルな構造でタービン効率を向上させることができるタービン静翼列を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、ケーシングの内部に設けられた支持部材と、前記支持部材に支持された複数の静翼とを備えるタービン静翼列において、前記複数の静翼は、前記支持部材に対して径方向に延びる軸部材を中心に回転可能に支持された複数の可動静翼と、前記支持部材に対して回転不能に設けられた複数の固定静翼とを備え、前記複数の可動静翼と前記複数の固定静翼は、前記ケーシングの内周面の周方向に並べて配置され、前記複数の固定静翼は、前記ケーシングの外周側の空間に連通し前記ケーシングの外周側の空間から供給された冷却流体が流通する第１冷却流路を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シンプルな構造でタービン効率を向上させることができるタービン静翼列を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二軸ガスタービンの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るタービンの要部の内部構造を表す断面図である。
【図３】図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線による矢視断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るタービン静翼列の一部を拡大して示した部分拡大図である。
【図５】低圧タービン初段静翼列に供給された冷却空気の流れを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る可動静翼及び固定静翼を径方向外側から見た図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る可動静翼及び固定静翼を径方向外側から見た図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例に係る可動静翼及び固定静翼を径方向外側から見た図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る可動静翼及び固定静翼を径方向外側から見た図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るタービン静翼列の一部を拡大して示した部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１実施形態＞
（構成）
１．二軸ガスタービン
本実施形態では、本発明を二軸ガスタービンに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る二軸ガスタービンの模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る二軸ガスタービン１００は、圧縮機１、燃焼器２及びタービン３（高圧タービン３Ａ及び低圧タービン３Ｂ）を備えている。
【００１２】
圧縮機１は、吸気部（不図示）を介して吸い込まれた空気４を圧縮して高圧の圧縮空気５を生成し、燃焼器２に供給する。燃焼器２は、圧縮機１より得た圧縮空気５と燃料を混合して燃焼し、高温の燃焼ガス（主流ガス）６を発生させて高圧タービン３Ａに供給する。高圧タービン３Ａの高圧タービンロータ７Ａ（後述する）は、燃焼器２より得た燃焼ガス６が膨張することにより回転駆動される。高圧タービンロータ７Ａは、圧縮機１の圧縮機ロータ（不図示）と連結しており、高圧タービン３Ａで得られる回転動力により圧縮機１が駆動される。高圧タービン３Ａを駆動した燃焼ガス６は、低圧タービン３Ｂに供給される。低圧タービン３Ｂの低圧タービンロータ７Ｂ（後述する）は、高圧タービン３Ａより得た燃焼ガス６が膨張することにより回転駆動される。低圧タービンロータ７Ｂは、発電機やポンプ等の負荷機器８に連結しており、低圧タービン３Ｂで得られる回転動力により負荷機器８が駆動される。低圧タービン３Ｂを駆動した燃焼ガス６は、排ガス９として低圧タービン３Ｂから排出される。
【００１３】
２．タービン
図２は、本実施形態に係るタービンの要部の内部構造を表す断面図であり、回転中心となる回転軸を含む断面を表している。
【００１４】
図２に示すように、タービン３は、高圧タービン３Ａと低圧タービン３Ｂとで構成されている。低圧タービン３Ｂは、高圧タービン３Ａの燃焼ガス６の流れ方向の下流側に配置されている。以下、燃焼ガス６の流れ方向の上流側、下流側を単に「上流側」、「下流側」と言う。
【００１５】
図２に示すように、タービン３は、静止体１０と、静止体１０に対して回転する回転体を構成する高圧タービンロータ７Ａ及び低圧タービンロータ７Ｂを備えている。高圧タービンロータ７Ａと低圧タービンロータ７Ｂは、それぞれ独立に回転する。
【００１６】
高圧タービンロータ７Ａは、高圧タービン軸部２３及び複数の高圧タービン動翼列４５を備えている。
【００１７】
高圧タービン軸部２３は、高圧タービンロータ７Ａの回転軸（中心軸）Ｌに沿って延在している。
【００１８】
複数の高圧タービン動翼列４５は、燃焼ガス６の流れ方向に並べて配置されている。高圧タービン動翼列４５は、高圧タービンディスク２５及び高圧タービン動翼２４を備えている。高圧タービンディスク２５は、高圧タービン軸部２３の外周面から高圧タービンロータ７Ａの径方向外側に延在している。高圧タービン動翼２４は、高圧タービンディスク２５の外周面に高圧タービンロータ７Ａの周方向に沿って複数設けられている。高圧タービン動翼２４は、燃焼ガス流路（主流ガスパス）２６を流れる燃焼ガス６により、高圧タービン軸部２３とともに回転軸Ｌを中心に回転する。
【００１９】
低圧タービンロータ７Ｂは、低圧タービン軸部２７及び複数の低圧タービン動翼列４６を備えている。
【００２０】
低圧タービン軸部２７は、低圧タービンロータ７Ｂの回転軸Ｌに沿って延在している。
【００２１】
複数の低圧タービン動翼列４６は、燃焼ガス６の流れ方向に並べて配置されている。低圧タービン動翼列４６は、低圧タービンディスク２９及び低圧タービン動翼２８を備えている。低圧タービンディスク２９は、低圧タービン軸部２７の外周面から低圧タービンロータ７Ｂの径方向外側に延在している。低圧タービン動翼２８は、低圧タービンディスク２９の外周面に低圧タービンロータ７Ｂの周方向に沿って複数設けられている。低圧タービン動翼２８は、燃焼ガス流路２６を流れる燃焼ガス６により、低圧タービン軸部２７とともに回転軸Ｌを中心に回転する。
【００２２】
静止体１０は、ケーシング１１及び複数のタービン静翼列１２を備えている。
【００２３】
ケーシング１１は、タービン３（高圧タービン３Ａ及び低圧タービン３Ｂ）の外周壁を形成する円筒状の部材である。ケーシング１１内に、タービン静翼列１２、高圧タービンロータ７Ａ及び低圧タービンロータ７Ｂが収容されている。
【００２４】
複数のタービン静翼列１２は、燃焼ガス６の流れ方向に並べて配置されている。タービン静翼列１２は、タービン静翼５３を備えている。タービン静翼５３は、高圧及び低圧タービンロータ７Ａ，７Ｂの周方向に沿って複数設けられている。高圧タービン動翼列４５及び低圧タービン動翼列４６とタービン静翼列１２とは、燃焼ガス６の流れ方向に交互に設けられており、高圧タービン動翼列４５及び低圧タービン動翼列４６は、タービン静翼列１２に対して下流側に配置されている。つまり、高圧タービン３Ａ側では、複数の高圧タービン動翼列４５のうち初段（最上流側の段落）の高圧タービン動翼列の上流側に初段のタービン静翼列１２が配置されており、上流側から下流側に向かって、初段のタービン静翼列１２、高圧タービン動翼列４５、タービン静翼列１２、高圧タービン動翼列４５・・・となるように、タービン静翼列１２と高圧タービン動翼列４５とが交互に設けられている。低圧タービン３Ｂ側では、上流側から下流側に向かって、タービン静翼列１２、低圧タービン動翼列４６、タービン静翼列１２、低圧タービン動翼列４６・・・となるように、タービン静翼列１２と低圧タービン動翼列４６とが交互に設けられている。
【００２５】
本実施形態では、複数の低圧タービン動翼列４６のうち初段に配置された低圧タービン初段動翼列４６Ａの直前、つまり、複数の高圧タービン動翼列４５のうち最終段（最下流側の段落）に配置された高圧タービン最終段動翼列４５Ａと低圧タービン初段動翼列４６Ａの間に設置されたタービン静翼列（低圧タービン初段静翼列）１２Ａに本発明を適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
低圧タービン初段静翼列１２Ａは、外輪１３、静翼１４、内輪１５、ダイヤフラム１６及び隔壁部３０を備えている。
【００２７】
外輪１３は、低圧タービンロータ７Ｂの周方向に延在する円筒状の部材である。外輪１３は、ケーシング１１の内周面１１ａに支持されている。具体的に、外輪１３の上流側及び下流側の端部にはフック１７，１８が設けられており、フック１７，１８がケーシング１１の内周面１１ａに支持されたケーシングシュラウド１９，２０にそれぞれ嵌合している。これにより、外輪１３はケーシングシュラウド１９，２０の内周面に保持される。ケーシングシュラウド１９，２０は、ケーシング１１の内周面１１ａに設けられたフック２１，２２を介してケーシング１１の内周面１１ａに保持されている。
【００２８】
内輪１５は、外輪１３の内周側（低圧タービンロータ７Ｂの径方向内側）に設けられている。内輪１５は、低圧タービンロータ７Ｂの周方向に延在する円筒状の部材である。
【００２９】
ダイヤフラム１６は、内輪１５の内周面に取り付けられており、低圧タービンロータ７Ｂの周方向に延在している。
【００３０】
静翼１４は、外輪１３の内周面に低圧タービンロータ７Ｂの周方向に沿って複数設けられている。静翼１４は、外輪１３と内輪１５との間に設けられており、外輪１３の内周面から低圧タービンロータ７Ｂの径方向内側に向かって延伸している。
【００３１】
図３は、図２の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩ線による矢視断面図である。図３に示すように、低圧タービン初段静翼列１２Ａが備える複数の静翼１４は、複数の可動静翼１４Ａと複数の固定静翼１４Ｂとで構成されている。
【００３２】
複数の可動静翼１４Ａと複数の固定静翼１４Ｂは、ケーシング１１の内周面１１ａの周方向（図３の矢印Ｒで示す方向）に並べて配置されている。以下、ケーシング１１の内周面１１ａの周方向を単に「ケーシング周方向」と言う。本実施形態では、複数の固定静翼１４Ｂは、複数の可動静翼１４Ａよりも少なく配置されている。図３に例示する構成では、ケーシング周方向に隣接する固定静翼１４Ｂ同士の間に可動静翼１４Ａが３つ設けられている。なお、固定静翼１４Ｂが可動静翼１４Ａよりも少なく配置されている限りにおいては、可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの個数比は限定されない。
【００３３】
図４は、本実施形態に係るタービン静翼列の一部を拡大して示した部分拡大図である。
【００３４】
図４に示すように、可動静翼１４Ａは、外輪１３に対して径方向外側に延びる軸部材３１を中心に回転可能に支持されている。具体的に、可動静翼１４Ａは、外輪１３及び内輪１５に対して軸部材３１を中心に回転可能に支持された翼付け根部５６を備えており、可動静翼１４Ａの翼部が翼付け根部５６に座すように支持されて構成されている。つまり、可動静翼１４Ａの翼部は、径方向内側の端部が内輪１５の外周面に接続しておらず、自由端に構成されている。本実施形態では、外輪１３の可動静翼１４Ａに対応する部分は可動静翼１４Ａを支持する支持部材（外周側支持部材）１３Ａ、内輪１５の可動静翼１４Ａに対応する部分は可動静翼１４Ａを支持する支持部材（内周側支持部材）１５Ａとして機能する。軸部材３１は、翼付け根部５６の径方向外側の端部に接続している。
【００３５】
図３に示すように、軸部材３１は、翼付け根部５６の径方向外側の端部から低圧タービンロータ７Ｂの径方向外側に向かって、ケーシング１１の周壁面を貫通して延在する棒状部材である。軸部材３１のケーシング１１の周壁面から突出した部分には、アーム３２が接続している。本実施形態では、アーム３２はケーシング１１の外周側に設けられたリング部材（不図示）に接続しており、リング部材を介してアーム３２が駆動され、軸部材３１が外輪１３に対して回転することにより、可動静翼１４Ａが外輪１３に対して軸部材３１を中心に回転駆動される。
【００３６】
図４に示すように、固定静翼１４Ｂは、外輪１３に対して回転不能に設けられている。具体的に、固定静翼１４Ｂは、径方向外側の端部が外輪１３の内周面に接続（固定）し、径方向内側の端部が内輪１５の外周面に接続している。固定静翼１４Ｂの翼部表面には、冷却孔５５が複数形成されている。
本実施形態では、外輪１３の固定静翼１４Ｂに対応する部分は固定静翼１４Ｂを固定して支持する支持部材（外周側固定部材）１３Ｂ、内輪１５の固定静翼１４Ｂに対応する部分は固定静翼１４Ｂを固定して支持する支持部材（内周側固定部材）１５Ｂとして機能する。
【００３７】
本実施形態では、外輪１３及び内輪１５は、ケーシング周方向に複数の静翼に対応して複数のセグメントに分割されている。つまり、外輪１３及び内輪１５は、ケーシング周方向に複数の可動静翼１４Ａ及び複数の固定静翼１４Ｂ毎に複数のセグメントに分割されている。そして、複数の外輪１３及び複数の内輪１５をタービン周方向に接合することにより、低圧タービン初段静翼列１２Ａが構成されている。
【００３８】
図２に示すように、隔壁部３０は、ダイヤフラム１６の内周面に設けられた溝（不図示）に嵌まり込んでダイヤフラム１６の内周部に保持されている。隔壁部３０は、高圧タービンロータ７Ａと低圧タービンロータ７Ｂのホイール間に位置しており、高圧タービンロータ７Ａと低圧タービンロータ７Ｂの間にあるホイールスペース３３を上流側ホイールスペース３３Ａと下流側ホイールスペース３３Ｂに隔てている。
【００３９】
本実施形態では、ケーシング１１、低圧タービン初段静翼列１２Ａの外輪１３、内輪１５及びダイヤフラム１６は、それぞれ空気孔３４，３５，３６，３７を備えている。また、隔壁部３０及び低圧タービン初段静翼列１２Ｂの固定静翼１４Ｂは中空構造に形成されており、それぞれ低圧タービンロータ７Ｂの径方向内側（回転軸Ｌ側）に延びる静翼冷却流路（第１冷却流路）３８及び隔壁冷却流路（第２冷却流路）３９を備えている。第１冷却流路３８は、ケーシング１１の外周側の空間に連通し、ケーシング１１の外周側の空間から供給された冷却空気（冷却流体）が流通するように形成されている。第２冷却流路３９は、第１冷却流路３８に連通し、第１冷却流路３８から供給された冷却空気が流通するように形成されている。ケーシング１１の空気孔３４には、圧縮機１（図１を参照）から抽気した空気を導く圧縮空気導入管（不図示）が接続している。隔壁部３０の中心部には上流側に開口する上流側孔部４０と下流側に開口する下流側孔部４１が形成されており、第２冷却流路３９は、上流側孔部４０を介して上流側ホイールスペース３３Ａに、下流側孔部４１を介して下流側ホイールスペース３３Ｂにそれぞれ連通している。
【００４０】
図５は、低圧タービン初段静翼列１２Ａに供給された冷却空気の流れを示す図である。図２，５に示すように、本実施形態では、圧縮機１から抽気した冷却空気は、空気孔３４及び空気孔３５を経由して第１冷却流路３８に流入し、固定静翼１４Ｂを冷却する。第１冷却流路３８を流れる冷却空気は、一部が固定静翼１４Ｂの翼部表面に形成された冷却孔５５を通って燃焼ガス流路２６に噴出する。一方、冷却孔５５を通って燃焼ガス流路２６に噴出されなかった冷却空気は、空気孔３６、空気孔３７、第２冷却流路３９並びに上流側及び下流側孔部４０，４１を経由して、上流側ホイールスペース３３Ａ及び下流側ホイールスペース３３Ｂにそれぞれ噴出する。上流側ホイールスペース３３Ａ及び下流側ホイールスペース３３Ｂに噴出した冷却空気は、上流側ホイールスペース３３Ａ及び下流側ホイールスペース３３Ｂを満たす。これにより、燃焼ガス流路２６を流れる燃焼ガス６が上流側ホイールスペース３３Ａ及び下流側ホイールスペース３３Ｂに漏れ込むことを抑制することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、低圧タービン初段静翼列１２Ｂの可動静翼１４Ａは中実構造に構成されている。可動静翼１４Ａを中空構造とする場合、例えば、軸部材３１にケーシングの外周側の空間と可動静翼１４Ａの内部を繋ぐ中空部を設け、ケーシング１１の外周側の空間から軸部材３１を介して可動静翼１４Ａの内部に冷却空気を供給することができる。可動静翼１４Ａを冷却し温度が上昇した冷却空気は、燃焼ガス流路２６に排出しても良いし、軸部材３１を介して再びケーシング１１の外周側の空間へ戻しても良い。また、可動静翼１４Ａの翼部表面に冷却孔を複数形成し、可動静翼１４Ａの内部を流れる冷却空気を冷却孔から燃焼ガス流路２６に噴出させても良い。また、可動静翼１４Ａの内部を流れる冷却空気を内輪１５を介してダイヤフラム１６側へ導いても良い。
【００４２】
（動作）
図６は、本実施形態に係る可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂを径方向外側から見た図である。
【００４３】
図６に示すように、本実施形態では、可動静翼１４Ａを駆動する前の状態（初期状態）において、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間のスロート幅４２，４４と、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅４３とが同じ大きさになっている。なお、本実施形態において、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間のスロート幅とは、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの翼面の最小距離を言い、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅とは、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の翼面の最小距離を言う。
【００４４】
図７は、本実施形態に係る可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂを径方向外側から見た図であって、可動静翼１４Ａを駆動した状態を例示している。図７に例示する構成では、可動静翼１４Ａの前縁側がケーシング周方向の下流側（図７の紙面上方向）に移動し、後縁側がケーシング周方向の上流側（図７の紙面下方向）に移動するように、可動静翼１４Ａを駆動している。なお、本実施形態では、複数の可動静翼１４Ａを同時に駆動する。
【００４５】
図７に示すように、可動静翼１４Ａが駆動されると、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間のスロート幅４２，４４、及びケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅４３が異なる大きさとなるように各スロート幅が調整される。図７に例示する構成では、スロート幅４３，４４は大きくなる（広がる）ようにスロート幅４３´，４４´に変化し、スロート幅４２は小さくなる（狭まる）ようにスロート幅４２´に変化する。これは、ケーシング周方向に可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂが隣接して並べられているためである。従って、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂとの間のスロート幅４２，４４、及びケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅４３を操作意図通りに広げる又は狭めるためには、スロート幅４２，４３，４４の合計量が可動静翼１４Ａを駆動する前後で操作意図通りに変化するように可動静翼１４Ａを駆動する必要がある。このような構成を実現するためには、上述したように、複数の固定静翼１４Ｂが複数の可動静翼１４Ａよりも少なく配置されるようにすることが望ましい。
【００４６】
図７に例示する構成では、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間のスロート幅４２´，４４´の合計量は、初期状態におけるケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間のスロート幅４２，４４の合計量と等しくなる。そのため、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａと固定静翼１４Ｂの間を流れる燃焼ガスの流量は可動静翼１４Ａを駆動する前後で等しくなると推定される。一方、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅４３´の合計量は、初期状態におけるケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅４３の合計量より増加する。そのため、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間を流れる燃焼ガスの流量が増加するように調節（制御）される。
【００４７】
（効果）
（１）本実施形態に係るタービン静翼列では、ケーシング１１の内部に設けられた支持部材に対して径方向に延びる軸部材３１を中心に回転可能に支持された複数の可動静翼１４Ａと支持部材に対して回転不能に設けられた複数の固定静翼１４Ｂとをケーシング周方向に並べて配置している。つまり、本実施形態に係るタービン静翼列では、静翼駆動機構を有する（静翼冷却機構を有していない）可動静翼１４Ａと静翼冷却機構を有する（静翼駆動機構を有していない）固定静翼１４Ｂとで複数の静翼を構成し、静翼駆動機構と静翼冷却機構を異なる静翼に適用している。そのため、静翼冷却機構に加えて静翼駆動機構を設ける必要がなくシンプルな構造のタービン静翼列とすることができる。そして、タービン静翼列の静翼に可変静翼を適用することにより、燃焼ガス６の流量を制御することができ、静翼の上流側の圧力を高めることができる。これにより、燃焼ガス６の流速を抑制して、静翼の上流側で澱みの影響を受け難くし、その分、タービン効率を向上させることができる。以上のことから、本実施形態に係るタービン静翼列によれば、シンプルな構造でタービン効率を向上させることができる。
【００４８】
（２）本実施形態に係るタービン静翼列では、固定静翼１４Ｂに第１冷却流路３８を設けて冷却空気を流通させている。そのため、固定静翼１４Ｂを冷却することができ、タービン静翼列の健全性を高めることができる。
【００４９】
（３）二軸ガスタービンの一種に、高圧タービンロータと低圧タービンロータのホイール間に位置し、高圧タービンロータと低圧タービンロータの間にあるホイールスペースを上流側ホイールスペースと下流側ホイールスペースに隔てるための隔壁部をタービン静翼列の静翼で保持するものがある。この種のガスタービンでは、タービン静翼列の静翼を可変静翼とした場合、隔壁部を保持する分、可変静翼を駆動するにはより容量の大きい静翼駆動機構が必要となる。
【００５０】
これに対し、本実施形態に係るタービン静翼列では、複数の固定静翼１４Ｂで隔壁部３０を保持している。つまり、タービン静翼列の可動静翼１４Ａは隔壁部３０を保持していない。そのため、可動静翼１４Ａを駆動するための静翼駆動機構の容量が大きくなることを抑制することができる。
【００５１】
（４）本実施形態に係るタービン静翼列では、固定静翼１４Ｂの第１冷却流路３８に連通する第２冷却流路３９を隔壁部３０に設けて、固定静翼１４Ｂからの冷却空気を流通させている。そのため、隔壁部３０を冷却することができ、タービン静翼列の健全性をより高めることができる。
【００５２】
（５）本実施形態では、外輪１３及び内輪１５が、ケーシング周方向に複数の静翼に対応するように複数のセグメントに分割されている。そのため、可動静翼１４Ａ、軸部材３１、外周側支持部材１３Ａ及び内周側支持部材１５Ａにより構成される可動セグメントと、固定静翼１４Ｂ、外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂにより構成される固定セグメントとが互いに独立して構成される。従って、可動セグメントと固定セグメントをタービン周方向に接続するだけでタービン静翼列を容易に製作及び組み立てることができ、タービン静翼列の製造及び組み立て効率を向上させることができる。
【００５３】
（変形例１）
図８は、本変形例に係る可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂを径方向外側から見た図であって、可動静翼１４Ａを駆動した状態を例示している。
【００５４】
図８に示すように、本変形例では、可動静翼１４Ａの回転角（転向角）を固定静翼１４Ｂに対する相対位置に応じて異ならせて、ケーシング周方向に隣接する可動静翼１４Ａ同士の間のスロート幅をケーシング周方向に徐々に変化させる。図８に例示する構成では、可動静翼１４Ａを駆動した後において、ケーシング周方向の上流側（図８の紙面下方向）から下流側（図８の紙面上方向）に向かってスロート幅４７，４８，４９，５０の順に大きくなるように、可動静翼１４Ａの回転角を固定静翼１４Ｂに対する相対位置に応じて変化させて、各スロート幅を調整している。これにより、固定静翼１４Ｂの周辺を流れる燃焼ガスの流速が急激に変化することを抑制することができる。なお、本実施形態において、可動静翼１４Ａの回転角とは、可動静翼１４Ａを径方向外側から見た場合において、可動静翼１４Ａの径方向外側の端部（端面）における軸部材３１との接続部から可動静翼１４Ａの前縁部に向かって延在する直線を基準線Ｘと定義した場合、可動静翼１４Ａを駆動する前後の基準線Ｘ，Ｘ´のなす角度αを言う。可動静翼１４Ａの回転角を変化させる方法としては、例えば、軸部材３１に対するアーム３２の取付け角度を複数の可動静翼１４Ａ毎に変える方法がある。
【００５５】
（変形例２）
本変形例では、ケーシング周方向に急激な流速変化が起こることを積極的に利用する構成とする。
【００５６】
本実施形態に係る可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂの上流側の条件によっては、低圧タービン初段静翼列１２Ａに予め全温の周方向分布が付加されている場合がある。このような全温の周方向分布が発生する要因として、燃焼ガス流路２６において可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂの上流側に配置されているタービン静翼列の静翼の影響や可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂの前側に設置されている燃焼器（図１を参照）の影響が考えられる。
【００５７】
本変形例では、燃焼ガス流路２６において可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂの上流側に配置されているタービン静翼列の静翼や可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂの前側に設置されている燃焼器との相対的な位置関係がタービン周方向に一定となるように可動静翼１４Ａ及び固定静翼１４Ｂを配置する。上述した実施形態に係る構成では、ケーシング周方向に速度分布を付与することができるため、本変形例に係る構成とすることにより、ケーシング周方向の全温分布を均一化することができる。例えば、燃焼器２の缶数に対して固定静翼１４Ｂの数を整数倍、つまり１倍（同数）、２倍、３倍・・・とし、燃焼器２の中央部に対応する全温の高い位置の後側にスロート幅が最小であるスロート幅４２が、燃焼器２の側端部に対応する全温の低い位置の後側にスロート幅が最大であるスロート幅４４が配置されるように構成することで、ケーシング周方向の全温を均一化することができる。
【００５８】
＜第２実施形態＞
図９は、本実施形態に係る可動静翼１４Ａ及び固定静翼１１４Ｂを径方向外側から見た図であって、可動静翼１４Ａを駆動した状態を例示している。図９において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５９】
本実施形態に係るタービン静翼列は、固定静翼１４Ｂの後縁側が外輪１３（図２，４を参照）に対して回転可能に支持されている点で第１実施形態に係るタービン静翼列と異なる。その他の構成は、第１実施形態に係るタービン静翼列と同様である。
【００６０】
図９に示すように、本実施形態では、固定静翼１１４Ｂは、前縁側翼部１１５及び後縁側翼部１１６を備えている。つまり、固定静翼１１４Ｂは、前縁側翼部１１５と後縁側翼部１１６とに分割して構成されている。
【００６１】
前縁側翼部１１５は、外輪１３に対して回転不能に設けられている。具体的に、前縁側翼部１１５は、径方向外側の端部が外輪１３の内周面に接続し、径方向内側の端部が内輪１５の外周面に接続している。
【００６２】
後縁側翼部１１６は、外輪１３に対して径方向に延びる軸部材１１７を中心に回転可能に支持されている。具体的に、後縁側翼部１１６は、外輪１３及び内輪１５に対して軸部材１１７を中心に回転可能に支持された翼付け根部（不図示）を備えており、後縁側翼部１１６が翼付け根部に座すように支持されて構成されている。つまり、後縁側翼部１１６は、径方向内側の端部が内輪１５の外周面に接続しておらず、自由端に構成されている。軸部材１１７は、翼付け根部の径方向外側の端部に接続している。軸部材１１７は、翼付け根部の径方向外側の端部から低圧タービンロータ７Ｂの径方向外側に向かって、ケーシング１１の周壁面を貫通して延在する棒状部材である。軸部材１１７のケーシング１１の周壁面から突出した部分には、アーム（不図示）が接続している。本実施形態では、アームはケーシング１１の外周側に設けられたリング部材（不図示）に接続しており、リング部材を介してアームが駆動され、軸部材１１７が外輪１３に対して回転することにより、後縁側翼部１１６が外輪１３に対して軸部材１１７を中心に回転駆動される。なお、軸部材１１７に接続したアームを駆動するリング部材は、軸部材３１に接続したアーム３２（図３を参照）を駆動するリング部材を適用しても良いし、軸部材３１に接続したアーム３２を駆動するリング部材とは別に設けても良い。
【００６３】
本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。
【００６４】
本実施形態では、固定静翼１４Ｂが、外輪１３に対して径方向に延びる軸部材１１７を中心に回転可能に支持された後縁側翼部１１６を備えている。そのため、可動静翼１４Ａと固定静翼１１４Ｂの間のスロート幅１４２´を調整することで固定静翼１１４Ｂの周辺を流れる燃焼ガスの流量を調整することができる。これにより、固定静翼１１４Ｂの周辺を流れる燃焼ガスの流速が急激に変化することをより抑制することができる。
【００６５】
＜第３実施形態＞
図１０は、本実施形態に係るタービン静翼列の一部を拡大して示した部分拡大図である。図１０において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
本実施形態に係るタービン静翼列は、可動静翼１４Ａが外周側支持部材１３Ａ及び内周側支持部材１５Ａの代わりに外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂに支持されている点で第１実施形態に係るタービン静翼列と異なる。その他の構成は、第１実施形態に係るタービン静翼列と同様である。
【００６７】
図１０に示すように、本実施形態では、外輪１３及び内輪１５がケーシング周方向に少なくとも固定静翼１４Ｂを１つ含むように複数のセグメントに分割されている。つまり、少なくとも１つの固定静翼１４Ｂを含む外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂに複数（図１０に例示する構成では３つ）の可動静翼１４Ａが支持されている。
【００６８】
本実施形態では、ケーシング周方向において、固定静翼１４Ｂが隣接する可動静翼１４Ａで挟まれるように（隣接する可動静翼１４Ａ間に位置するように）設けられている。つまり、固定静翼１４Ｂは、各セグメントを構成する外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂの両端部を除く位置に設けられている。
【００６９】
本実施形態では、外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂに可動静翼１４Ａをケーシング周方向から挿入して取り付けるための取り付け経路５４が形成されている。取り付け経路５４には、スペーサー５１が取り付けられている（埋め込まれている）。これにより、取付け経路５４を介してリーク（漏れ流れ）が発生することを抑制している。
【００７０】
本実施形態では、外輪１３及び内輪１５が、ケーシング周方向に少なくとも固定静翼１４Ｂを１つ含むように複数のセグメントに分割されている。そのため、少なくとも１つの固定静翼１４Ｂを含む外周側固定部材１３Ｂ及び内周側固定部材１５Ｂに複数の可動静翼１４Ａを組み込んで、ケーシング周方向に接続するだけでタービン静翼列を容易に製作及び組み立てることができ、タービン静翼列の製造及び組み立て効率を向上させることができる。また、外輪１３及び内輪１５をケーシング周方向に複数の可動静翼１４Ａ及び複数の固定静翼１４Ｂ毎に複数のセグメントに分割する構成に比べて、燃焼ガス流路を形成した際のずれや脱落の発生を抑制することができる。
【００７１】
＜その他＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することも可能である。また、各実施形態の構成の一部を削除することも可能である。
【００７２】
上述した各実施形態では、複数の可動静翼１４Ａを同時に駆動する構成を例示した。しかしながら、本発明の本質的効果は、シンプルな構造でタービン効率を向上させることができるタービン静翼列を提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、複数の可動静翼１４Ａを個別に独立して駆動する構成としても良い。
【００７３】
また、上述した各実施形態では、本発明を二軸ガスタービンに適用した場合を例に挙げて説明したが、一軸ガスタービンにも本発明は適用可能である。また、ガスタービンに限定されず、ジェットエンジンにも本発明は適用可能である。これらの場合でも、シンプルな構造でタービン効率を向上させることができる。
【００７４】
また、上述した各実施形態では、本発明を低圧タービン３Ｂの初段の静翼列に適用した場合を例に挙げて説明したが、低圧タービン３Ｂの初段の下流側に配置された各段の静翼列にも本発明は適用可能である。この場合でも、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１１  ケーシング
１２  タービン静翼列
１３  外輪（支持部材）
１４  静翼
１４Ａ  可動静翼
１４Ｂ  固定静翼
１５  内輪（支持部材）
３１  軸部材
３８  静翼冷却流路（第１冷却流路）
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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