(57)【要約】【課題】タービン翼の重量増大と耐久性低下を抑制しながら、タービン翼を高効率に冷却可能な冷却構造を提供する。【解決手段】タービン翼（１）を冷却する構造において、高温ガス流路（ＧＰ）に対して凹状に湾曲する第１翼壁（３）と、凸状に湾曲する第２翼壁（５）との間に形成された冷却通路（１７）と、前記冷却通路に面する両壁面上に設けられた複数の主リブ（３１Ａ，３１Ｂ）を格子状に重ねて構成したラティス構造体（２３）とを設け、ラティス構造体（２３）に、隣接する主リブ間に形成されたラティス流路（３５）に突出するように前記主リブ（３１Ａ，３１Ｂ）に一体的に設けられた副リブ（３７Ａ，３７Ｂ）を有し、前記第１翼壁の内壁面に設けられた副リブ（３７Ａ）と前記第２翼壁の内壁面に設けられた副リブ（３７Ｂ）とが互いに重ならない位置に設けられている。【選択図】図５
2018150828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガスによって駆動されるタービンのタービン翼を冷却するための構造であって、
前記タービン翼の、互いに対向する第１翼壁と第２翼壁との間に形成された冷却通路と、
前記冷却通路に面する前記第１翼壁の第１内壁面上に設けられた、互いに平行に配置された、直線状に延びる複数の第１主リブを有する第１リブ組と、
前記冷却通路に面する前記第２翼壁の第２内壁面上に設けられた、互いに平行に配置されかつ前記第１組に格子状に重ねられた、直線状に延びる複数の第２主リブを有する第２リブ組と、
を有するラティス構造体を備え、
前記第１リブ組が、前記第１内壁面上に設けられ、かつ隣接する第１主リブ間に形成されたラティス流路に突出するように前記第１主リブに一体的に設けられた第１副リブを有し、
前記第２リブ組が、前記第２内壁面上に設けられ、かつ隣接する第２主リブ間に形成されたラティス流路に突出するように前記第２主リブに一体的に設けられた第２副リブであって、前記第１内壁面と前記第２内壁面との対向方向において前記第１副リブに重ならない位置に設けられた第２副リブを有する
ガスタービンエンジンの冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却構造において、
前記冷却媒体全体の移動方向が、前記タービン翼の高さ方向における根元部から先端部へ向かう方向であり、
前記第１副リブおよび第２副リブが、前記ラティス構造体における前記タービン翼の根元部側の部分により多く配置されている
冷却構造。
【請求項３】
請求項２に記載の冷却構造において、前記第１副リブおよび第２副リブが、前記ラティス構造体における前記タービン翼の根元部側半分の部分にのみ配置されている冷却構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却構造において、前記第１翼壁および第２翼壁の少なくとも一方において、前記ラティス構造体が設けられた内壁面から当該翼壁の外壁面へ貫通するフィルム冷却孔が形成されている冷却構造。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却構造において、前記ラティス構造体が、複数の前記第１主リブ間に形成されたラティス流路と複数の前記第２主リブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、
前記第２翼壁に前記フィルム冷却孔が形成されており、当該フィルム冷却孔は、前記第２内壁面の、前記第２主リブ間のラティス流路における前記第１副リブに対応する位置よりも下流側であって、当該第１副リブに対応する位置のラティス連通部との間に少なくとも１つのラティス連通部が介在する部分から前記第２翼壁の外壁面へ貫通している冷却構造。
【請求項６】
高温ガスによって駆動されるタービンのタービン翼を冷却するための構造であって、
前記タービン翼の、互いに対向する第１翼壁と第２翼壁との間に形成された冷却通路と、
前記冷却通路に面する前記第１翼壁の内壁面上に設けられた複数のリブからなる第１リブ組と、前記冷却通路に面する前記第２壁の内壁面上に設けられた複数のリブからなり、前記第１リブ組に格子状に重ねられた第２リブ組とを有するラティス構造体と、
を備え、
前記第１翼壁および第２翼壁の少なくとも一方において、隣接するリブ間に形成されたラティス流路における前記内壁面から当該翼壁の外壁面へ貫通するフィルム冷却孔が形成されている
冷却構造。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却構造において、前記ラティス構造体の両側部にそれぞれ設けられて、各リブ組の流路を実質的に閉塞する仕切り体をさらに備え、
前記ラティス構造体が、前記第１リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路と前記第２リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、
前記フィルム冷却孔が、当該フィルム冷却孔が形成されたラティス流路において、前記仕切り体の下流側であって当該仕切り体が面するラティス連通部との間に少なくとも１つのラティス連通部が介在する位置に形成されている
冷却構造。
【請求項８】
請求項請求項６または７に記載の冷却構造において、前記ラティス構造体が、前記第１リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路と前記第２リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、同一のラティス流路上に複数の前記フィルム冷却孔が形成されており、これらフィルム冷却孔の間に少なくとも１つのラティス連通部が介在している冷却構造。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか一項に記載の冷却構造において、前記ラティス構造体の両側部にそれぞれ設けられて、各リブ組の流路を実質的に閉塞する仕切り体をさらに備え、
前記ラティス構造体が、前記第１リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路と前記第２リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、
前記フィルム冷却孔が、前記仕切り体が面するラティス連通部における下流側の内壁面に形成されている
冷却構造。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれか一項に記載の冷却構造において、
前記フィルム冷却孔が、前記内壁面および外壁面に対して傾斜するように延設されており、
前記フィルム冷却孔の平面視における延設方向と、前記高温ガスの流れ方向との間の角度αが０°≦α≦９０°の範囲にあり、
前記フィルム冷却孔の平面視における延設方向と、当該フィルム冷却孔が形成されたラティス流路の流れ方向との間の角度βが−９０°≦β≦９０°の範囲にある、
冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンのタービンにおける静翼および動翼を、内部から冷却するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンを構成するタービンは、燃焼器の下流に配置され、燃焼器で燃焼された高温のガスが供給されるため、ガスタービンエンジンの運転中は高温に曝される。したがって、タービン翼、つまり静翼および動翼を冷却する必要がある。このようなタービン翼を冷却する構造として、圧縮機で圧縮された空気の一部を、翼内に形成した冷却通路に導入し、圧縮空気を冷却媒体としてタービン翼を冷却することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
圧縮空気の一部をタービン翼の冷却に用いる場合、外部から冷却媒体を導入する必要がなく、冷却構造を簡単にできるメリットがある一方、圧縮機で圧縮された空気を多量に冷却に用いるとエンジン効率の低下につながるので、できるだけ少ない空気量で効率的に冷却を行う必要がある。タービン翼を高い効率で冷却するための構造として、複数のリブを格子状に組み合わせて形成した、いわゆるラティス構造体を採用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。一般に、ラティス構造体では、その両側端が端部壁面により閉塞されている。一方の流路を流れる冷却媒体が、構造体の内外を仕切る壁面である仕切り板に接触し、転向して他方の流路に流入する。同様に、他方の流路を流れる冷却媒体が構造体の仕切り板に接触し、転向して一方の流路に流入する。このように、冷却媒体が端部壁面への接触・転向を繰り返すことで冷却が促進される。また、冷却媒体が格子状のリブを横切る際に発生する渦流により冷却が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６０３６０６号明細書
【特許文献２】特許第４９５７１３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のラティス構造体は、冷却媒体の移動方向に沿って延設された複数の仕切り板により分割されている。端部壁面に加え、この仕切り板でも冷却媒体を転向させている。つまり、冷却媒体が壁面に接触する頻度を増やすことで冷却を促進している。しかし、ラティス構造体に多数の仕切り板を設けて仕切り板間の流路数を減少させた場合、何らかの原因で一部の流路が閉塞した場合に仕切り板間の流路全体における流量バランスが大きく偏る。その結果、翼内における冷却分布が偏ることによってタービン翼の耐久性が低下する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決すべく、タービン翼の耐久性低下を抑制しながら、タービン翼を高効率に冷却可能な冷却構造を提供することにある。
【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、本発明の第１構成に係るタービン翼の冷却構造は、高温ガスによって駆動されるタービンのタービン翼を冷却するための構造であって、
前記タービン翼の、互いに対向する第１翼壁と第２翼壁との間に形成された冷却通路と、
前記冷却通路に面する前記第１翼壁の第１内壁面上に設けられた、互いに平行に配置された、直線状に延びる複数の第１主リブを有する第１リブ組と、
前記冷却通路に面する前記第２翼壁の第２内壁面上に設けられた、互いに平行に配置されかつ前記第１組に格子状に重ねられた、直線状に延びる複数の第２主リブを有する第２リブ組と、
を有するラティス構造体を備え、
前記第１リブ組が、前記第１内壁面上に設けられ、かつ隣接する第１主リブ間に形成されたラティス流路に突出するように前記第１主リブに一体的に設けられた第１副リブを有し、
前記第２リブ組が、前記第２内壁面上に設けられ、かつ隣接する第２主リブ間に形成されたラティス流路に突出するように前記第２主リブに一体的に設けられた第２副リブであって、前記第１内壁面と前記第２内壁面との対向方向において前記第１副リブに重ならない位置に設けられた第２副リブを有する。
【０００８】
この構成によれば、冷却媒体がラティス連通部を通過し、ラティス流路を横断する方向に延びる他方のリブ組を横切ることにより、冷却媒体流れの中に渦流が発生し、壁面の冷却が促進される。しかも、ラティス流路に突出する副リブに冷却媒体が衝突することにより、冷却媒体が他方のラティス流路へ転向するので、連続的に設けられる構造体である仕切り板を設けなくとも、仕切り板を設けた場合と同様の効果を得ることができる。しかも、連続的な仕切り板と異なり、副リブは、タービン翼内の熱負荷分布に応じて、ラティス構造体による冷却効率が最適化されるように選択的に配置することが容易である。したがって、タービン翼の耐久性低下を抑制しながら、高い冷却効率を実現できる。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記冷却媒体全体の移動方向が、前記タービン翼の高さ方向における根元部から先端部へ向かう方向であり、前記第１副リブおよび第２副リブが、前記ラティス構造体における前記タービン翼の根元部側の部分により多く配置されていてもよい。この場合、例えば、前記第１副リブおよび第２副リブが、前記ラティス構造体における前記タービン翼の根元部側半分の部分にのみ配置されていてもよい。この構成によれば、タービン翼において大きな応力がかかる部分であり、それゆえ冷却の必要性がより高い部分である根元部に重点的に副リブを配置することによって、さらに高い冷却効率が得られる。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記第１翼壁および第２翼壁の少なくとも一方において、前記ラティス構造体が設けられた内壁面から当該翼壁の外壁面へ貫通するフィルム冷却孔が形成されていてもよい。この構成によれば、副リブを有するラティス構造体において発生した冷却媒体の渦流を、タービン翼外壁面のフィルム冷却にも利用することにより、タービン翼全体を効率的に冷却することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記ラティス構造体が、複数の前記第１主リブ間に形成されたラティス流路と複数の前記第２主リブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、前記第２翼壁に前記フィルム冷却孔が形成されており、当該フィルム冷却孔は、前記第２内壁面の、前記第２主リブ間のラティス流路における前記第１副リブに対応する位置よりも下流側であって、当該第１副リブに対応する位置のラティス連通部との間に少なくとも１つのラティス連通部が介在する部分から前記第２翼壁の外壁面へ貫通していてもよい。この構成によれば、副リブによって転向した後リブを横切ることにより十分な強度の渦流が発生した状態の冷却媒体をタービン翼外壁面のフィルム冷却に利用することができるので、タービン翼全体を一層効率的に冷却することが可能になる。
【００１２】
本発明の第１構成に係るタービン翼の冷却構造は、高温ガスによって駆動されるタービンのタービン翼を冷却するための構造であって、
前記タービン翼の、互いに対向する第１翼壁と第２翼壁との間に形成された冷却通路と、
前記冷却通路に面する前記第１翼壁の内壁面上に設けられた複数のリブからなる第１リブ組と、前記冷却通路に面する前記第２壁の内壁面上に設けられた複数のリブからなり、前記第１リブ組に格子状に重ねられた第２リブ組とを有するラティス構造体と、
を備え、
前記第１翼壁および第２翼壁の少なくとも一方において、隣接するリブ間に形成されたラティス流路における前記内壁面から当該翼壁の外壁面へ貫通するフィルム冷却孔が形成されている。
【００１３】
この構成によれば、ラティス構造体において発生した冷却媒体の渦流を、タービン翼外壁面のフィルム冷却にも利用することにより、タービン翼全体を効率的に冷却することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記ラティス構造体の両側部にそれぞれ設けられて、各リブ組の流路を実質的に閉塞する仕切り体をさらに備え、
前記ラティス構造体が、前記第１リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路と前記第２リブ組の複数のリブ間に形成されたラティス流路とを互いに連通させる複数のラティス連通部を有しており、
前記フィルム冷却孔が、当該フィルム冷却孔が形成されたラティス流路において、前記仕切り体の下流側であって当該仕切り体が面するラティス連通部との間に少なくとも１つのラティス連通部が介在する位置に形成されていてもよい。この構成によれば、仕切り体で転向し、リブを横切ることにより十分な強度の渦流が発生した状態の冷却媒体がフィルム冷却孔に流入するので、外壁面のフィルム冷却を効率的に行うことができる。
【００１５】
本発明の一実施形態において、同一のラティス流路上に複数の前記フィルム冷却孔が形成されており、これらフィルム冷却孔の間に少なくとも１つのラティス連通部が介在していてもよい。この構成によれば、同一のラティス流路上に複数のフィルム冷却孔を設ける場合にも、リブを横切ることにより十分な強度の渦流が発生した状態の冷却媒体を各フィルム冷却孔から流入させることができる。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記フィルム冷却孔が、前記仕切り体が面するラティス連通部における下流側の内壁面に形成されていてもよい。この構成によれば、ラティス構造体の側部にフィルム冷却孔を形成することにより、ラティス構造体の側部にまで冷却媒体が誘導されるので、ラティス構造体全体に渡って偏りなく冷却媒体を供給することができる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記フィルム冷却孔が、前記内壁面および外壁面に対して傾斜するように延設されており、
前記フィルム冷却孔の平面視における延設方向と、前記高温ガスの流れ方向との間の角度αが０°≦α≦９０°の範囲にあり、
前記フィルム冷却孔の平面視における延設方向と、当該フィルム冷却孔が形成されたラティス流路の流れ方向との間の角度βが−９０°≦β≦９０°の範囲にあってもよい。この構成によれば、内壁面において冷却媒体をラティス流路からフィルム冷却孔へ円滑に流入させることができるとともに、外壁面において冷却媒体の渦流を効果的に壁面に沿って流すことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ラティス構造体によるタービン翼内の冷却とタービン翼後縁部のフィルム冷却を高い効率で両立することにより、タービン翼全体の冷却効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る冷却構造が適用されるタービン翼の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の冷却構造を模式的に示す縦断面図である。
【図３】図１のタービン翼の横断面図である。
【図４】図２の冷却構造に用いられるラティス構造体を模式的に示す斜視図である。
【図５】図２の冷却構造に用いられるラティス構造体を模式的に示す平面図である。
【図６】図２の冷却構造に用いられるラティス構造体における副リブの形態の一例を模式的に示す平面図である。
【図７】図２の冷却構造に用いられるラティス構造体における副リブの形態の他の一例を模式的に示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る冷却構造の配置例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る冷却構造が適用されるタービン翼の一例を示す横断面図である。
【図１０】図９の冷却構造に用いられるラティス構造体を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る冷却構造に用いられるラティス構造体を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るタービン翼の冷却構造が適用される、ガスタービンエンジンのタービンの動翼１を示す斜視図である。タービン動翼１は、図示しない燃焼器から供給された、矢印方向に流れる高温ガスＧによって駆動されるタービンを形成している。タービン動翼１は、高温ガスＧの流路ＧＰに対して凹状に湾曲する第１翼壁３と、高温ガスの流路ＧＰに対して凸状に湾曲する第２翼壁５とを有する。
【００２１】
なお、本明細書では、説明の便宜上、上述のように、高温ガスＧの流路ＧＰに対して凹状に湾曲する翼壁を第１翼壁３と呼び、高温ガスの流路ＧＰに対して凸状に湾曲する翼壁を第２翼壁５と呼ぶが、特に説明する場合を除き、第１翼壁３の構成と第２翼壁５の構成は互いに入れ替えることが可能である。また、本明細書では、高温ガスＧの流れ方向に沿った上流側（図１の左側）を前方と呼び、下流側（図１の右側）を後方と呼ぶ。なお、以下の説明では、冷却構造が設けられるタービン翼として、主としてタービン動翼１を例として示すが、特に説明する場合を除き、本実施形態に係る冷却構造は、タービン翼であるタービン静翼にも同様に適用することができる。
【００２２】
具体的には、タービン動翼１は、図２に示すように、そのプラットフォーム１１がタービンディスク１３の外周部に連結されることで、周方向に多数植設されてタービンを形成している。タービン動翼１の前部１ａの内部には、翼の高さ方向Ｈに延びて折り返す前部冷却通路１５が形成されている。タービン動翼１の後部１ｂの内部には、後部冷却通路１７が形成されている。これらの冷却通路は、図３に示すように、第１翼壁３と第２翼壁５との間の空間を利用して形成されている。
【００２３】
図２に示すように、圧縮機からの圧縮空気の一部である冷却媒体ＣＬが、径方向内側のタービンディスク１３の内部に形成された前部冷却媒体ＣＬ導入通路１９，後部冷却媒体ＣＬ導入通路２１を通って、径方向外側に向かって流れ、それぞれ前部冷却通路１５，後部冷却通路１７に導入される。前部冷却通路１５に供給された冷却媒体ＣＬは、タービン動翼１の外部に連通する図示しない排出孔から外部へ排出される。後部冷却通路１７に供給された冷却媒体ＣＬは、タービン動翼１の先端部の翼壁に設けられた図示しない排出孔から外部へ排出される。以下、本実施形態に係る冷却構造をタービン動翼１の後部１ｂに設けた例について説明するが、本実施形態に係る冷却構造は、タービン動翼１のいずれの部分に設けてもよい。本実施形態では、後部冷却通路１７内において、冷却媒体ＣＬの全体が、タービン動翼１の高さ方向Ｈにおける根元部側から先端部側へ向かう方向に流れる。本明細書では、この冷却媒体ＣＬ全体の流れ方向を、冷媒移動方向Ｍと呼ぶ。また、後部冷却通路１７における冷媒移動方向Ｍに直交する方向を横断方向Ｔと呼ぶ。
【００２４】
後部冷却通路１７の内部には、タービン動翼１を内部から冷却するための冷却構造を構成する一要素としてラティス構造体２３が設けられている。図４に示すように、ラティス構造体２３は、後部冷却通路１７の対向する壁面上に、複数の主リブ３１を備える２つのリブ組を、互いに格子状に重ねることにより形成されている。本実施形態では、互いに平行かつ等間隔に配置された複数の第１主リブ３１Ａからなる第１リブ組３３Ａ（図４における下段のリブ組）３３Ａと、互いに平行かつ等間隔に配置された複数の第２主リブ３１Ｂからなる第２リブ組３３Ｂ（図４における上段のリブ組）３３Ｂとが格子状に重ねられている。すなわち、第１リブ組３３Ａと第２リブ組３３Ｂとは、平面視における格子形状の交差部分において互いに接触している。第１主リブ３１Ａおよび第２主リブ３１Ｂは、それぞれ、タービン動翼１の翼厚方向に対向する２つの壁面、つまり、第１翼壁３の内壁面である第１内壁面３ａおよび第２翼壁５の壁面である第２内壁面５ａに設けられている。
【００２５】
ラティス構造体２３において、各リブ組３３Ａ，３３Ｂの隣り合う主リブ３１，３１間の間隙が冷却媒体ＣＬの流路（ラティス流路）３５を形成する。ラティス構造体２３において、各ラティス流路３５の最上流端は閉塞されておらず上流側に開口しており、これらの開口が、ラティス流路３５の入口（以下、単に「ラティス入口」という。）３５ａを形成している。ラティス構造体２３において、各ラティス流路３５の最下流端間は閉塞されておらず下流側に開口しており、これらの開口が、ラティス流路３５の出口（以下、単に「ラティス出口」という。）３５ｂを形成している。
【００２６】
本実施形態のラティス構造体２３では、さらに、各リブ組３３Ａ，３３Ｂが副リブ３７を有している。具体的には、第１リブ組３３Ａが、第１内壁面３ａ上に設けられ、かつ隣接する第１主リブ３１Ａ間に形成されたラティス流路３５に突出するように第１主リブ３１Ａに一体的に設けられた第１副リブ３７Ａを有している。同様に、第２リブ組が、第２内壁面上に設けられ、かつ隣接する第２主リブ３１Ｂ間に形成されたラティス流路３５に突出するように第２主リブ３１Ｂに一体的に設けられた第２副リブ３７Ｂを有している。なお、図４では、各リブ組３３Ａ，３３Ｂにそれぞれ複数設けられた第１副リブ３７Ａ，第２副リブ３７Ｂのうち一つのみを示している。
【００２７】
図５に示すように、ダブルハッチングで示す第１副リブ３７Ａとシングルハッチングで示す第２副リブ３７Ｂが、第１内壁面３ａと第２内壁面５ａとの対向方向（平面視）において互いに重ならない位置に設けられている。なお、同図では、紙面奥側に第１リブ組３３Ａを破線で示し、紙面手前側に第２リブ組３３Ｂを実線で示している。ラティス構造体２３には、第１リブ組３３Ａのラティス流路３５と第２リブ組３３Ｂのラティス流路３５とが互いに連通する部分（すなわち、平面視において第１リブ組３３Ａのラティス流路３５と第２リブ組３３Ｂのラティス流路３５とが交差する部分）であるラティス連通部２３ａが形成される。本実施形態では、第１副リブ３７Ａと第２副リブ３７Ｂは、互いに異なるラティス連通部２３ａに配置されている。
【００２８】
また、図示の例では、各リブ組３３Ａ，３３Ｂにおいて、冷媒移動方向Ｍに沿って連続して並ぶ複数のラティス連通部２３ａのそれぞれに副リブ３７が配置されている。もっとも、副リブ３７を設ける位置は、第１副リブ３７Ａと第２副リブ３７Ｂが第１内壁面３ａと第２内壁面５ａとの対向方向において互いに重ならない位置であれば、この例に限定されず、タービン翼の形状、設置環境、冷却通路の形状等に依存するタービン翼内の熱負荷分布に応じて、ラティス構造体２３による冷却効率が最適化されるように選択的に配置してよい。
【００２９】
図示の例では、各副リブ３７は、ラティス連通部２３ａをほぼ塞ぐように突設されている。もっとも、副リブ３７の形態は、主リブ３１からラティス流路３５に突出するように設けられていれば、この例に限定されない。例えば、図６に示すように、副リブ３７はラティス流路３５を塞ぎながらもラティス連通部２３ａに対しては隙間が形成されるように突設されていてもよい。あるいは、図７に示すように、副リブ３７はラティス流路３５を完全に塞がないように、つまり隣接する主リブ３１との間に隙間が存するように突設されていてもよい。
【００３０】
ラティス構造体２３に導入された冷却媒体ＣＬは、図４に破線矢印で示すように、まず一方のリブ組（図示の例では下段の第１リブ組３３Ａ）のラティス入口３５ａからラティス流路３５に流入し、他方のリブ組（図示の例では上段の第２リブ組３３Ｂ）を横切ることにより渦流を生じさせる。つまり、冷却媒体ＣＬは、ラティス構造体２３において、ラティス連通部２３ａを通過することにより渦流を生じさせる。
【００３１】
その後、冷却媒体ＣＬは仕切り体３９に衝突して転向し、同図に実線矢印で示すように、衝突した部分から他方のリブ組（図示の例では上段の第２リブ組３３Ｂ）のラティス流路３５に流れ込む。なお、仕切り体３９は、ラティス流路３５を流れてくる冷却媒体ＣＬの流通を実質的に妨げることが可能であり、かつ、ラティス構造体２３の側部において、冷却媒体ＣＬを衝突させて、一方のラティス流路３５から他方のラティス流路３５へ流れ込むように転向させることができれば、どのようなものを用いてもよい。本実施形態では、平板状の側壁を仕切り体３９として用いているが、例えば、複数の仕切り用ピンフィンを仕切り体３９として用いてもよい。
【００３２】
本実施形態では、さらに、図５に示すように、冷却媒体ＣＬは、ラティス流路３５を流れる過程で、ラティス流路３５に突出する副リブ３７に衝突する。副リブ３７への衝突によっても冷却媒体ＣＬが転向して他方のラティス流路３５に流れ込む。すなわち、仕切り体のような連続的に設けられた構造物が存在しない部分においても、仕切り体部分と同様に、冷却媒体ＣＬの他方のラティス流路３５への転向が生じる。
【００３３】
このように、ラティス構造体２３においては、冷却媒体ＣＬが、ラティス流路３５を流れ、仕切り体３９および副リブ３７において他方のラティス流路３５に流れ込むことを繰り返した後にラティス構造体２３から排出される。
【００３４】
本実施形態では、図４に示すように、ラティス流路３５の各出口３５ｂ部分において、上段と下段の各主リブ３１の高さ（内壁面からの突出高さ）、すなわち翼厚方向のラティス流路３５高さｈは同一である。また、第１リブ組３３Ａにおける主リブ３１，３１同士の間隔と、第２リブ組３３Ｂにおける主リブ３１，３１同士の間隔とは同一である。すなわち、第１リブ組３３Ａにおけるラティス流路幅ｗと、第２リブ組３３Ｂにおけるラティス流路幅ｗとは同一である。各リブ組における複数の主リブ３１の配置構成は、図示の例に限定されず、タービン翼の構造や要求される冷却性能等に応じて適宜設定してよい。
【００３５】
なお、図示の例では、副リブ３７の内壁面３ａ，５ａからの突出高さは、主リブ３１の高さ（つまり上記の翼厚方向のラティス流路３５高さ）ｈと同一である。これにより、冷却媒体ＣＬを副リブ３７によって効果的に転向させることができるとともに、副リブ３７を主リブ３１と一体的に形成することが容易となる。副リブ３７の内壁面３ａ，５ａからの突出高さは任意に設定してよいが、確実に冷却媒体ＣＬを転向させるために、主リブの高さｈの１／２以上であることが好ましい。
【００３６】
本実施形態では、後部冷却通路１７における冷媒移動方向Ｍは、タービン動翼１の高さ方向における根元部側から先端部側に向かう方向としたが、図８に示すように、冷媒移動方向Ｍを翼弦方向、すなわちタービン動翼１の外部の高温ガスＧの流れ方向に沿った方向としてもよい。その場合、同図に示すように、ラティス構造体２３を、仕切り体３９を介して高さ方向Ｈに複数並べて配置してもよい。図示の例では、４つのラティス構造体２３が、３つの仕切り体３９を介して高さ方向Ｈに並べられている。
【００３７】
以上説明した第１実施形態に係る冷却構造によれば、冷却媒体ＣＬがラティス連通部２３ａを通過し、当該ラティス流路３５を横断する方向に延びる他方のリブ組を横切ることにより、冷却媒体ＣＬ流れの中に渦流が発生し、壁面３ａ，５ａの冷却が促進される。しかも、ラティス流路３５に突出する副リブ３７に冷却媒体ＣＬが衝突することにより、冷却媒体ＣＬが他方のラティス流路３５へ転向するので、連続的に設けられる構造体である仕切り板を設けなくとも、仕切り板を設けた場合と同様の効果（流れ方向と交差する方向に広がる壁面への接触による熱伝達の促進）を得ることができる。しかも、連続的な仕切り板と異なり、副リブ３７は、タービン翼内の熱負荷分布に応じて、ラティス構造体２３による冷却効率が最適化されるように選択的に配置することが容易である。したがって、タービン翼の耐久性低下を抑制しながら、高い冷却効率を実現できる。
【００３８】
図９に、本発明の第２実施形態に係るタービン翼の冷却構造を示す。本実施形態では、図１〜図８とともに説明した第１実施形態に係る冷却構造において、第１翼壁３および第２翼壁５の少なくとも一方において、ラティス構造体２３が設けられた内壁面（図示の例では第２内壁面５ａ）から当該翼壁５の外壁面５ｂへ貫通するフィルム冷却孔４１が形成されている。このフィルム冷却孔４１を通ってタービン動翼１の内部から外壁面上へ導出された冷却媒体ＣＬが外壁面５ｂに沿って流れることにより、高温ガスＧからタービン動翼１への熱伝達を阻害するフィルム冷却が行われる。以下では、主として第１実施形態と異なる点について説明し、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３９】
各フィルム冷却孔４１は、冷却媒体ＣＬを確実に外壁面５ｂに沿って流すために、内壁面５ａおよび外壁面５ｂに対して（つまり翼壁５の厚み方向に対して）傾斜するように延設されている。すなわち、フィルム冷却孔４１の内壁面５ａにおける開口であるフィルム冷却孔入口４１ａと、外壁面５ｂにおける開口であるフィルム冷却孔出口４１ｂは、その平面視における位置が互いにずれている。
【００４０】
なお、本実施形態では、便宜上、第２翼壁５にフィルム冷却孔４１が形成されている例について説明する。この場合、図１０に示すように、フィルム冷却孔４１は、第２内壁面５ａの、第２主リブ３１Ｂ間のラティス流路３５における第１副リブ３７Ａに対応する位置よりも下流側の部分から第２翼壁５の外壁面５ｂへ貫通している。つまり、フィルム冷却孔４１は、第２主リブ３１Ｂ間のラティス流路３５における第１副リブ３７Ａに対応する位置に配置されたラティス連通部２３ａよりも下流側のラティス連通部２３ａにフィルム冷却孔入口４１ａを有する。なお、本明細書における「副リブに対応する位置」とは、副リブ３７によって冷却媒体ＣＬが転向する位置を意味する。すなわち、図１０に例示したように、副リブ３７がラティス連通部２３ａを塞ぐように設けられている場合には、この副リブ３７（同図において符号「３７ＡＸ」で示す第１副リブ）に衝突した冷却媒体ＣＬは、当該副リブ３７が配置されたラティス連通部２３ａの手前（上流側）のラティス連通部２３ａ（同図において符号「２３ａＸ」で示すラティス連通部）で転向するので、このラティス連通部２３ａＸの位置が「副リブに対応する位置」となる。他方、図６，７に例示したように、副リブ３７がラティス連通部２３ａを塞がないように設けられている場合には、当該副リブ３７が設けられているラティス連通部２３ａの位置が「副リブに対応する位置」となる。
【００４１】
もっとも、フィルム冷却孔４１は、第１翼壁３のみに形成されていてもよく、第１翼壁３と第２翼壁５の両方に形成されていてもよい。第１翼壁３にフィルム冷却孔４１を形成する場合は、当該フィルム冷却孔４１は、第１内壁面３ａの、第１主リブ３１Ａ，３１Ａ間のラティス流路３５における第２副リブ３７Ｂの位置よりも下流側であって、当該第１副リブ３７Ａが位置するラティス連通部２３ａとの間に少なくとも１つのラティス連通部２３ａが介在する部分から第１翼壁３の外壁面３ｂへ貫通している。
【００４２】
このように構成することにより、副リブ３７に衝突して転向した後に主リブ３１を横切ることにより強い渦流を有する冷却媒体ＣＬを、外壁面５ｂのフィルム冷却に有効に利用することができる。
【００４３】
また、フィルム冷却孔４１は、当該フィルム冷却孔４１が形成されたラティス流路３５において、仕切り体３９の下流側の位置であって当該仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａとの間に少なくとも１つのラティス連通部２３ａが介在する位置に形成されている。なお、上記「仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａ」とは、ラティス構造体２３の側部に形成された、両リブ組３３Ａ，３３Ｂと仕切り体３９によって画定されるラティス連通部２３ａ（同図において符号「２３ａＹ」で示すラティス連通部）を指す。このように構成することにより、主リブ３１を横切ることにより十分な強度の渦流が発生した状態の冷却媒体ＣＬがフィルム冷却孔４１に流入するので、外壁面５ｂのフィルム冷却を効率的に行うことができる。
【００４４】
同様の理由から、同一のラティス流路３５上に複数のフィルム冷却孔４１を形成する場合には、これらフィルム冷却孔４１，４１の間に少なくとも１つのラティス連通部２３ａが介在していることが好ましい。
【００４５】
さらに、フィルム冷却孔４１は、仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａＹにおける下流側の内壁面に形成されていてもよい。図１０に示した例では、左側部の仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａＹにおいて、紙面手前側の第２内壁面５ａにフィルム冷却孔４１が形成されている。この位置、つまりラティス構造体２３の側部に形成したフィルム冷却孔４１によって、ラティス構造体２３の側部にまで冷却媒体ＣＬが誘導されるので、側部よりも内方に位置するラティス連通部２３ａを介して、冷却媒体ＣＬが過剰に他方のラティス流路３５に流出することが防止される。すなわち、ラティス構造体２３の側部にフィルム冷却孔４１を形成し、その配置や大きさを適宜設定することによって、ラティス連通部２３ａを介した冷却媒体ＣＬの流出量を調整することが可能になるので、ラティス構造体２３全体に渡って偏りなく冷却媒体ＣＬを供給することができる。
【００４６】
なお、ラティス構造体２３が設けられた領域に形成するフィルム冷却孔４１の大きさおよび形状は、その位置や全体の個数等に応じて適宜設定してよい。例えば、仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａに位置するフィルム冷却孔４１の開口径は、これより内部に位置するフィルム冷却孔４１の開口径より小さくてもよい。
【００４７】
本実施形態では、フィルム冷却孔４１の平面視における延設方向Ｆと、高温ガスＧの流れ方向との間の角度αが０°≦α≦９０°の範囲にあり、かつ、フィルム冷却孔４１の平面視における延設方向Ｆと、フィルム冷却孔４１が形成されたラティス流路３５の流れ方向Ｌとの間の角度βが−９０°≦β≦９０°の範囲にある。角度αの値を上記の範囲に設定することにより、外壁面５ａにおいて冷却媒体ＣＬの渦流を効果的に壁面に沿って流すことができる。角度βの値を上記の範囲に設定することにより、内壁面５ｂにおいて冷却媒体ＣＬをラティス流路３５からフィルム冷却孔４１へ円滑に流入させることができる。
【００４８】
このように、副リブ３７を有するラティス構造体２３が設けられた内壁面５ａから外壁面５ｂへ貫通するフィルム冷却孔４１によって、副リブ３７を有するラティス構造体２３において発生した冷却媒体ＣＬの渦流を、タービン翼の外壁面５ｂのフィルム冷却にも利用することが可能になり、タービン翼全体を効率的に冷却することができる。
【００４９】
なお、図１１に第３実施形態として示すように、ラティス構造体２３が主リブ３１のみを有し、副リブ３７を有しない場合でも、第１翼壁３および第２翼壁５の少なくとも一方（図示の例では第２翼壁５）において、ラティス構造体２３が設けられた内壁面５ａから当該翼壁５の外壁面５ｂへ貫通するフィルム冷却孔４１を形成してもよい。この実施形態に係る冷却構造によれば、ラティス構造体２３において発生した冷却媒体ＣＬの渦流を、タービン翼外壁面５ｂのフィルム冷却にも利用することにより、タービン翼全体を効率的に冷却することができる。
【００５０】
また、この実施形態においても、フィルム冷却孔４１が、当該フィルム冷却孔４１が形成されたラティス流路３５において、仕切り体３９の下流側の位置であって当該仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａＹとの間に少なくとも１つのラティス連通部２３ａが介在する位置に形成されていてよい。同様に、同一のラティス流路３５上に複数のフィルム冷却孔４１を形成する場合には、これらフィルム冷却孔４１，４１の間に少なくとも１つのラティス連通部２３ａが介在していてよい。
【００５１】
また、この実施形態においても、フィルム冷却孔４１は、仕切り体３９が面するラティス連通部２３ａＹにおける下流側の内壁面に形成されていてもよい。
【００５２】
また、この実施形態においても、フィルム冷却孔４１が、内壁面５ａおよび外壁面５ｂに対して傾斜するように延設されており、フィルム冷却孔４１の平面視における延設方向Ｆと、高温ガスＧの流れ方向との間の角度αが０°≦α≦９０°の範囲にあり、かつ、フィルム冷却孔４１の平面視における延設方向Ｆと、当該フィルム冷却孔４１が形成されたラティス流路３５の流れ方向Ｌとの間の角度βが−９０°≦β≦９０°の範囲にあってよい。
【００５３】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１  タービン動翼（タービン翼）
３  第１翼壁
３ａ  第１翼壁の内壁面
３ｂ  第１翼壁の外壁面
５  第２翼壁
５ａ  第２翼壁の内壁面
５ｂ  第２翼壁の外壁面
１７  後部冷却通路（冷却通路）
２３  ラティス構造体
２３ａ  ラティス連通部
３１  主リブ
３３  リブ組
３５  ラティス流路
３７  副リブ
４１  フィルム冷却孔
ＣＬ  冷却媒体
Ｇ  高温ガス
ＧＰ  高温ガスの流路
【図１】
2018150828.tif 000003
【図２】
2018150828.tif 000004
【図３】
2018150828.tif 000005
【図４】
2018150828.tif 000006
【図５】
2018150828.tif 000007
【図６】
2018150828.tif 000008
【図７】
2018150828.tif 000009
【図８】
2018150828.tif 000010
【図９】
2018150828.tif 000011
【図１０】
2018150828.tif 000012
【図１１】
2018150828.tif 000013