(57)【要約】【課題】効果的に冷却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。【解決手段】タービン翼は、翼部と、前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、を備え、前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす。【選択図】  図２
2019015252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項３】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項４】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項５】
前記翼部の前記表面が前記後縁部の端面である請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項６】
前記複数の冷却孔は、前記翼高さ方向に直交する平面に対して傾きをもって形成された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】
前記複数の冷却孔は、互いに平行に形成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記冷却通路は、前記翼部の内部に形成されたサーペンタイン流路のうちの最終パスである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】
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼部の先端側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
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】
前記タービン翼は静翼であり、
前記翼部の内側シュラウド側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２又は請求項６乃至８の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１１】
請求項１乃至１０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。
【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、タービン翼の内部に形成された冷却通路に冷却媒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には、ガスタービンの燃焼ガス流路に配列され、内部に冷却媒体が流れる内部流路が設けられたタービン動翼が開示されている。このタービン動翼の後縁部には、翼根と翼先端とを結ぶ方向に沿って複数の吹出口が配列されており、これらの吹出口は後縁端に開口するように設けられている。タービン動翼の翼根部に設けられた供給口から内部流路に供給された冷却媒体は、該内部流路を通過しながら、その一部が後縁部に設けられた複数の吹出口から吹き出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２５６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者らの検討によれば、タービン翼内部に形成された冷却通路内において温度分布及び／又は圧力分布が生じ得る。このため、冷却通路内における温度分布及び／又は圧力分布に応じた冷却を行うことにより、より効果的に翼を冷却可能であると考えられる。
しかしながら、特許文献１には、冷却通路内における温度分布及び／又は圧力分布に応じたタービン翼の冷却を行うことについて、具体的に開示されていない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、タービン翼を効果的に冷却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、
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす。
【０００８】
翼部の内部に形成された冷却通路内では、冷却媒体は翼部を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側ほど高温となる温度分布が生じる場合がある。この点、上記（１）の構成では、冷却通路における冷却媒体流れの下流側の位置において、より上流側の位置に比べて冷却孔の開口密度を大きくしたので、冷却媒体温度が相対的に高くなる下流側において、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。これにより、冷却通路の温度分布に応じて、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【０００９】
（２）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００１０】
タービン翼が配置される燃焼ガス流路を流通するガスの温度は、翼高さ方向において、翼部の両端部（第１端及び第２端）側の領域に比べて、中央領域において高くなる傾向がある。一方、翼部の内部に形成された冷却通路内では、冷却媒体は翼部を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側ほど高温となる温度分布が生じる場合がある。このような場合には、後縁部を適切に冷却するためには、翼高さ方向の中央領域における冷却孔を介した冷却媒体流量を最大とし、且つ、冷却通路の冷却媒体流れの下流側に位置する領域の方において上流側に位置する領域よりも冷却孔を介した冷却媒体流量が大きくすることが望ましい。
この点、上記（２）の構成によれば、中央領域における冷却孔の開口密度を、該中央領域よりも上流側に位置する領域（上流側領域）及び下流側に位置する領域（下流側領域）における冷却孔の開口密度よりも大きくしたので、燃焼ガス流路を流通するガス温度が相対的に高くなる中央領域において、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。また、上記（２）の構成では、上述の下流側領域において、上述の上流側領域に比べて冷却孔の開口密度を大きくしたので、冷却媒体温度が上流側領域よりも高くなる下流側領域において、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。こうして、冷却通路の温度分布に応じて、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【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、
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たす。
【００１２】
タービンの運転時、動翼の翼部の内部に形成された冷却通路内の冷却媒体には遠心力が作用するため、該冷却通路内において翼部の先端側ほど高圧となる圧力分布が生じる場合がある。この点、上記（３）の構成では、翼部の先端側の位置において、より基端側の位置に比べて冷却孔の開口密度を小さくしたので、上述の圧力分布がある場合であっても、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量の翼高さ方向におけるばらつきを小さくすることができる。これにより、冷却通路の圧力分布に応じて、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【００１３】
（４）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００１４】
動翼（タービン翼）が配置される燃焼ガス流路を流通するガスの温度は、翼高さ方向において、翼部の両端部（先端及び基端）側の領域に比べて、中央領域において高くなる傾向がある。一方、タービンの運転時、動翼の翼部の内部に形成された冷却通路内の冷却媒体には遠心力が作用するため、該冷却通路内において翼部の先端側ほど高圧となる圧力分布が生じる場合がある。このような場合には、後縁部を適切に冷却するためには、翼高さ方向の中央領域における冷却孔を介した冷却媒体流量を最大とし、且つ、翼高さ方向における先端側に位置する領域と基端側に位置する領域とで、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量のばらつきを小さくすることが望ましい。
この点、上記（４）の構成によれば、中央領域における冷却孔の開口密度を、該中央領域よりも先端側に位置する領域（先端側領域）及び基端側に位置する領域（基端側領域）における冷却孔の開口密度よりも大きくしたので、燃焼ガス流路を流通するガス温度が相対的に高くなる中央領域において、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。また、上記（４）の構成では、上述の先端側領域において、上述の基端側領域に比べて冷却孔の開口密度を小さくしたので、上述の圧力分布がある場合であっても、先端側領域と基端側領域とで冷却孔を介した冷却媒体の供給流量のばらつきを小さくすることができる。こうして、冷却通路の圧力分布に応じて、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、前記翼部の前記表面が前記後縁部の端面である。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記複数の冷却孔は、前記翼高さ方向に直交する平面に対して傾きをもって形成されている。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、複数の冷却孔が、翼高さ方向に直行する平面に対して傾きをもって形成されるので、該冷却孔を翼高さ方向に直交する平面と平行に形成する場合に比べて、冷却孔を長くすることができる。これにより、タービン翼の後縁部を効果的に冷却することができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、前記複数の冷却孔は、互いに平行に形成されている。
【００１９】
上記（７）の構成によれば、複数の冷却孔は互いに平行に形成されるので、複数の冷却孔が互いに平行でない場合に比べて、より多くの冷却孔を翼部に形成することができる。これにより、タービン翼の後縁部を効果的に冷却することができる。
【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、前記冷却通路は、前記翼部の内部に形成されたサーペンタイン流路のうちの最終パスである。
【００２１】
上記（８）の構成によれば、サーペンタイン流路の最終パスに連通する複数の冷却孔を、後縁部における翼部の表面に開口させることで、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【００２２】
（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、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼部の先端側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている。
【００２３】
上記（９）の構成によれば、タービン翼としての動翼が上記（１）〜（４）の何れかの構成を有するので、タービン翼としての動翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）又は（６）乃至（８）の何れかの構成において、
前記タービン翼は静翼であり、
前記翼部の内側シュラウド側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている。
【００２５】
上記（１０）の構成によれば、タービン翼としての静翼が上記（１）又は（２）の構成を有するので、タービン翼としての静翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【００２６】
（１１）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（１０）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。
【００２７】
上記（１１）の構成によれば、タービン翼が上記（１）〜（４）の何れかの構成を有するので、タービン翼の後縁部を適切に冷却することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、タービン翼を効果的に冷却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】
【００２９】
【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】一実施形態に係るタービン翼である動翼の部分断面図である。
【図３】図２に示す動翼（タービン翼）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面である。
【図４】図２に示す動翼（タービン翼）の模式的な断面図である。
【図５】一実施形態に係るタービン翼である静翼の模式的な断面図である。
【図６】一実施形態における動翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図７】一実施形態における動翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図８】一実施形態における動翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図９】翼高さ方向における燃焼ガスの温度分布の一例を示すグラフである。
【図１０】一実施形態における静翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図１１】一実施形態における静翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図１２】一実施形態における静翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図１３】翼高さ方向における燃焼ガスの温度分布の一例を示すグラフである。
【図１４】一実施形態における動翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図１５】一実施形態における動翼（タービン翼）の後縁部の開口密度の分布の一例を示すグラフである。
【図１６】一実施形態に係るタービン翼の後縁部における翼高さ方向に沿った断面図である。
【図１７】一実施形態に係るタービン翼の後縁部を、翼部の後縁から前縁に向かう方向に視た図である。
【図１８ａ】本発明の基本構成を説明するタービン動翼の模式図である。
【図１８ｂ】従来翼の冷却孔の開口密度分布を示す図である。
【図１８ｃ】本発明の基本構成の冷却孔の開口密度分布の一例を示す図である。
【図１８ｄ】本発明の基本構成の冷却孔の開口密度分布を修正した例を示す図である。
【図１８ｅ】クリープ限界曲線を示す図である。
【図１８ｆ】本発明の基本構成の冷却孔の開口密度分布を示す他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
本発明の基本的な考え方について、タービン動翼を代表例に以下に説明する。
ガスターピンの動翼２６は、高速回転するロータ８に固定され（図１参照）、高温の燃焼ガス雰囲気中で稼働するため、冷却媒体を用いて翼部４２を冷却している。図１８ａに示すように、動翼２６の翼部４２の内部には冷却通路６６が形成され、基端５０側から供給された冷却媒体は、冷却通路６６内を流れて翼部４２を冷却し、後縁４６側の最終パス６０ｅの先端４８から燃焼ガス中に排出される。また、冷却媒体は、最終パス６０ｅを流れ、後縁部４７のロータ８の軸方向下流側に形成され後縁４６に開口を有する複数の冷却孔７０に供給される。冷却媒体は、冷却孔７０を流れ燃焼ガス中に排出する過程で、後縁部４７を対流冷却している。また、特許文献１に開示された冷却孔は、図１８ｂに示すように、後縁部４７の翼高さ方向の全長に渡って、同一孔径の冷却孔７０を同一のピッチで配置して、冷却孔７０の開口密度を翼高さ方向に均一としている。この例が、従来の冷却孔の配置の一例である。
【００３２】
冷却媒体は、最終パス６０ｅより上流側の冷却通路６６を流れる過程で翼部４２から加熱され、後縁４６側の最終パス６０ｅに流入する。冷却媒体は、最終パス６０ｅの流れ方向の入口側の基端５０から出口側の先端４８まで流れる過程で、翼部４２から熱を受けて更にヒートアップされる。従って、最終パス６０ｅを流れる冷却媒体の先端側領域の翼部４２の温度は高温となり、厳しい使用条件となる場合がある。動翼２６の場合、翼部４２の翼高さ方向外側（径方向外側）の先端側領域は、酸化減肉許容量から定める使用限界温度に近いメタル温度になり、使用限界温度を越えないように翼部４２を冷却する必要がある。前述の従来の翼構造の場合、冷却媒体のヒートアップにより、翼部４２の最終パス６０ｅの先端側領域が最もメタル温度が高くなり、翼部４２の中央領域は先端側領域より低く、基端側領域は中央領域より更に低くなる。従って、冷却媒体のヒートアップによる翼部４２の過熱の観点からは、各領域のメタル温度のばらつきを大きくすることなく、均一なメタル温度の分布となるように、翼高さ方向に配列された冷却孔７０の開口密度を選定することが望ましい。すなわち、動翼２６の翼高さ方向外側の先端側領域であって、冷却媒体の流れ方向の下流側領域の冷却孔７０の開口密度を、最も密な分布とし、中央領域の冷却孔７０の開口密度を中間の分布とし、基端側領域の冷却孔７０で最も疎な分布とすることが望ましい。上記の考え方に基づき、本発明に係る一実施態様としての冷却孔の模式図の一例を、図１８ｃに示す。
【００３３】
一方、最終パス６０ｅの中央領域及び基端側領域は、遠心力によるクリープ強度も併せて考慮する必要がある。動翼２６の場合、回転するロータ８に固定され一体として高速回転するため、翼部４２には遠心力が作用して、翼壁の翼高さ方向に引張応力が発生する。図１８ｅは、翼材料のクリープ限界曲線の一例を示す。縦軸は許容応力を示し、横軸はメタル温度を示す。メタル温度の増加と共に許容応力が低下する下向きの曲線になる。クリープ限界曲線より下方の応力が小さい領域であれば、翼部４２のクリープ破断は発生しないが、曲線より上方の応力が大きい領域であれば、クリープ破断により翼部４２が損傷する可能性がある。翼部４２の先端側領域は作用する遠心力が小さいため、クリープ破断は生じないが、翼部４２の中央領域と基端側領域は、先端側領域よりメタル温度が低くてもクリープ破断の可能性を考慮する必要がある。
【００３４】
図１８ｄ及び図１８ｅに示す例は、中央領域及び基端側領域のクリープ強度がクリティカルになる場合の一例を示す。図１８ｅにおいて、中央領域のＡ１点と基端側領域のＢ１点を例に挙げて説明する。この例は、Ａ１点はクリープ限界を越えている状態を示し、Ｂ１点はクリープ限界内に納まっている状態を示す。クリープ限界に納まるか否かは、該当部位における翼の大きさ、壁厚、メタル温度等に左右される。本実施形態に示す例の場合、中央領域にあるＡ１点の位置では、クリープ限界を越えているため、メタル温度を下げる必要がある。つまり、中央領域の冷却孔７０の開口密度を更に密にして冷却を強化し、Ａ２点の位置のメタル温度を下げる。一方、中央領域の冷却孔７０の開口密度を大きくすると、中央領域の冷却孔７０を流れる冷却媒体の流量が増加して、基端側領域の冷却孔７０を流れる冷却媒体の流量が低下する可能性がある。従って、中央領域の冷却を強化した場合は、基端側領域のメタル温度がＢ２点に上昇するが、Ｂ２点の位置が図１８ｅに示すようにクリープ限界内であれば、この開口密度を選定すればよい。先端側領域も同様に調整できる。つまり、先端側領域の冷却孔７０の開口密度を小さくすれば、先端側領域の冷却孔７０を流れる冷却媒体の流量を絞ることが出来る。先端側領域のメタル温度が、前述した使用限界温度を越えない範囲で冷却媒体の流量を減ずることにより、中央領域の冷却孔７０を流れる冷却媒体の流量を増加させ、中央領域の冷却を強化出来る。このような手順で、冷却孔７０の開口密度を修正した例が、図１８ｄに示されている。実線が調整後の開口密度であり、破線が調整前の開口密度を示す。各領域のいずれもが、使用限界温度又はクリープ限界内にあることを確認し、各領域の冷却孔の適切な開口密度が決定できる。
【００３５】
次に、先端４８側のメタル温度が使用限界温度よりも低く、先端４８側のメタル温度に比較的余裕がある動翼２６の場合、最終パス６０ｅを流れる冷却媒体に作用する遠心力が冷却孔７０の配置に影響する場合がある。その一例を以下に説明する。図１８ａに示すように、翼部４２の最終パス６０ｅを流れる冷却媒体には、冷却媒体の流れ方向と同じ方向に遠心力が作用する。すなわち、遠心力の作用により、冷却媒体には基端５０側から先端４８側に向かって圧力が上昇する圧力勾配が生ずる。従って、図１８ｂに示す均一な開口密度を有する冷却孔の配置では、翼部４２の先端４８の出口開口６４又は先端側領域の冷却孔７０から燃焼ガス中に排出する冷却媒体の流量が専ら増加し、中央領域及び基端側領域の冷却孔７０に供給される冷却媒体の流量が減少して、中央領域及び基端側領域が冷却不足となる場合がある。このような場合は、基端側領域から先端側領域に向かってステップ状に開口密度を小さくして、先端４８側の出口開口６４又は先端側領域の冷却孔７０から燃焼ガス中に排出する冷却媒体の流量を絞り、中央領域及び基端側領域の冷却孔７０に供給される冷却媒体量を増加させる必要がある。このような適切な冷却孔の開口密度の選定により、各領域のメタル温度を均一にすることができる。図１８ｆは、遠心力の影響を考慮した冷却孔７０の開口密度分布の一例を示す。
【００３６】
上記の考え方に基づき各領域の開口密度を決定することにより、後縁部の酸化減肉及びクリープ破断等に伴う翼の損傷が回避され、翼の信頼性が向上する。なお、上記の説明は、タービン動翼を例に挙げて説明したが、遠心力の作用がない点を除き、タービン静翼にも適用できる。次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図２は、一実施形態に係るタービン翼４０である動翼２６の部分断面図である。なお、図２には、動翼２６のうち、翼部４２の部分の断面が示されている。図３は、図２に示すタービン翼４０のＩＩＩ−ＩＩＩ断面である。図４は、図２に示す動翼２６（タービン翼４０）の模式的な断面図である。また、図５は、一実施形態に係るタービン翼４０である静翼２４の模式的な断面図である。なお、図４及び図５においては、タービン翼４０の一部の構成について図示を省略している。なお、図中の矢印は、冷却媒体の流れの向きを示す。
【００４４】
図２及び図４に示すように、一実施形態に係る動翼２６であるタービン翼４０は、翼部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。翼部４２は、ロータ８の径方向（以下、単に「径方向」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と、径方向において基端５０とは反対側に位置する先端４８と、を有する。
【００４５】
幾つかの実施形態では、タービン翼４０は静翼２４であってもよい。
図５に示すように、静翼２４であるタービン翼４０は、翼部４２と、翼部４２に対して径方向内側に位置する内側シュラウド８６と、翼部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。翼部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。
【００４６】
図２〜図５に示すように、タービン翼４０の翼部４２は、動翼２６の場合は基端５０から先端４８にかけて（図２〜図４参照）、静翼２４の場合は外側端５２から内側端５４にかけて（図５参照）、前縁４４及び後縁４６を有する。また、翼部４２の翼面は、動翼２６の場合は基端５０と先端４８との間において、静翼２４の場合は外側端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（図３参照）とによって形成される。
【００４７】
翼部４２の内部には、翼高さ方向に沿って延在する冷却通路６６が形成されている。冷却通路６６は、タービン翼４０を冷却するための冷却媒体（例えば空気等）を流すための流路である。
【００４８】
図２〜図５に示す例示的な実施形態では、冷却通路６６は、翼部４２の内部に設けられたサーペンタイン流路６０の一部を形成している。
図２〜図５に示すサーペンタイン流路６０は、それぞれ翼高さ方向に沿って延在する複数のパス６０ａ〜６０ｅを含み、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。これらの複数のパス６０ａ〜６０ｅのうち互いに隣り合うパス（例えばパス６０ａとパス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、冷却媒体流れの方向が翼高さ方向において逆向きに折り返るリターン流路のようになっており、サーペンタイン流路６０全体として蛇行した形状を有している。
【００４９】
図２〜図５に示す例示的な実施形態では、冷却通路６６は、サーペンタイン流路６０のうちの最終パス６０ｅである。典型的には、最終パス６０ｅは、サーペンタイン流路６０を構成する複数のパス６０ａ〜６０ｅのうち冷却媒体流れ方向の最も下流側の後縁４６側に設けられる。
【００５０】
タービン翼４０が動翼２６である場合、冷却媒体は、例えば翼根部８２の内部に形成された内部流路８４及び翼部４２の基端５０側に設けられた入口開口６２（図２及び図４参照）を介してサーペンタイン流路６０に導入され、複数のパス６０ａ〜６０ｅを順に流れる。そして、複数のパス６０ａ〜６０ｅのうち、冷却媒体流れ方向の最も下流側の最終パス６０ｅを流れる冷却媒体は、翼部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。
【００５１】
タービン翼４０が静翼２４である場合、冷却媒体は、例えば外側シュラウド８８の内部に形成された内部流路（不図示）及び翼部４２の外側端５２側に設けられた入口開口６２（図５参照）を介してサーペンタイン流路６０に導入され、複数のパス６０ａ〜６０ｅを順に流れる。そして、複数のパス６０ａ〜６０ｅのうち、冷却媒体流れ方向の最も下流側の最終パス６０ｅを流れる冷却媒体は、翼部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。
【００５２】
タービン翼４０を冷却するための冷却媒体として、例えば、圧縮機２（図１参照）で圧縮された圧縮空気の一部が冷却通路６６に導かれるようになっていてもよい。圧縮機２からの圧縮空気は、冷熱源との熱交換により冷却された後、冷却通路６６に供給されるようになっていてもよい。
【００５３】
なお、サーペンタイン流路６０の形状は、図２及び図３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の翼部４２の内部に、複数のサーペンタイン流路が形成されていてもよい。あるいは、サーペンタイン流路６０は、該サーペンタイン流路６０上の分岐点において複数の流路に分岐していてもよい。
【００５４】
図２及び図３に示すように、翼部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、翼部４２の内部に形成された冷却通路６６（図示する例においてはサーペンタイン流路６０の最終パス６０ｅ）に連通するとともに、翼部４２の後縁部４７における翼部４２の表面に開口している。
【００５５】
冷却通路６６を流れる冷却媒体の一部は、冷却孔７０を通過して、翼部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媒体が冷却孔７０を通過することにより、翼部４２の後縁部４７が冷却される。
【００５６】
なお、翼部４２の後縁部４７の表面は、翼部４２の後縁４６を含む表面であってもよく、あるいは、後縁４６近傍の翼面の表面であってもよく、後縁端面４９の表面であってもよい。翼部４２の後縁部４７における翼部４２の表面は、前縁４４と後縁４６とを結ぶコード方向（図３参照）において、翼部４２のうち、後縁４６を含む後縁４６側１０％の部分における翼部４２の表面であってもよい。後縁端面４９とは、正圧面（腹側）５６と負圧面（背側）とが、ロータ８の軸方向下流側の後縁４６の末端で交わり、ロータ８の軸方向下流側を向く端面を言う。
【００５７】
複数の冷却孔７０は、翼高さ方向において一定でない不均一な開口密度の分布を有する。
以下、幾つかの実施形態に係る複数の冷却孔７０の開口密度の分布について説明する。
図６〜図８、図１４及び図１５は、それぞれ、一実施形態における動翼２６（タービン翼４０）の後縁部４７の翼高さ方向における開口密度の分布の一例を示すグラフである。図９及び図１３は、それぞれ、翼高さ方向における燃焼ガスの温度分布の一例を示すグラフである。図１０〜図１２は、それぞれ、一実施形態における静翼２４（タービン翼４０）の後縁部４７の翼高さ方向における開口密度の分布の一例を示すグラフである。図１６は、一実施形態に係るタービン翼４０の後縁部４７における翼高さ方向に沿った断面図であり、図１７は、一実施形態に係るタービン翼４０の後縁部４７を、翼部の後縁から前縁に向かう方向に視た図である。
【００５８】
以下の説明において、「上流側」及び「下流側」とは、それぞれ、「冷却通路６６内における冷却媒体流れの上流側」及び「冷却通路６６内における冷却媒体流れの上流側」のことである。
【００５９】
幾つかの実施形態では、翼高さ方向における翼部４２の両端である第１端と第２端の中間位置Ｐｍを含む中央領域における冷却孔７０の開口密度を示す指標（以下、開口密度指標とも称する）ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも上流側に位置する上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、中央領域Ｒｍよりも下流側に位置する下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす。
【００６０】
また、幾つかの実施形態では、上述の中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、上述の上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、上述の下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００６１】
これらの実施形態について、タービン翼４０が動翼２６である場合と、タービン翼４０が静翼２４である場合のそれぞれについて説明する。
【００６２】
まず、上述の実施形態のうち、タービン翼４０が動翼２６である幾つかの実施形態について図４及び図６〜図９を参照して説明する。
タービン翼４０が動翼２６である場合、冷却媒体は、冷却通路６６（サーペンタイン流路６０の最終パス６０ｅ）を基端５０側から先端４８側に向かって流れるので（図２及び図４参照）、冷却通路６６内における冷却媒体流れの「上流側」及び「下流側」は、それぞれ、冷却通路６６における翼部４２の基端５０側及び先端４８側に相当する。また、翼高さ方向における翼部４２の両端である第１端及び第２端は、それぞれ先端４８及び基端５０に相当する。
【００６３】
幾つかの実施形態では、例えば図６及び図７のグラフに示すように、翼高さ方向における翼部４２の先端４８と基端５０の中間位置Ｐｍを含む中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも上流側（基端５０側）に位置する上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、中央領域よりも下流側（先端４８側）に位置する下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす。
【００６４】
図６のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、基端５０を含み中央領域Ｒｍよりも基端５０側に位置する上流側領域Ｒｕｐと、先端４８を含み中央領域Ｒｍよりも先端４８側に位置する下流側領域Ｒｄｏｗｎと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が均一で一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍで一定であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、中間位置Ｐｍよりも基端５０側の位置Ｐｒにおける開口密度指標ｄｒ（ただしｄｒ＜ｄｍ）で一定であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、中間位置Ｐｍよりも先端４８側の位置Ｐｔにおける開口密度指標ｄｔ（ただしｄｍ＜ｄｔ）で一定である。
【００６５】
図７のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向において、冷却孔７０の開口密度が、基端５０側から先端４８側に向かうにしたがい大きくなるように連続的に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍを含む範囲の値であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、基端５０側の位置Ｐｒにおける開口密度指標ｄｒ以上かつ中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍ未満の値であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、先端４８側の位置Ｐｔにおける開口密度指標ｄｔ以下かつ中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍよりも大きい値である。
【００６６】
動翼２６（タービン翼４０）の翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内では、冷却媒体は翼部４２を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側（先端４８側）ほど高温となる温度分布、すなわち、前述したヒートアップが生じる場合がある。この点、上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、冷却通路６６における冷却媒体流れの下流側（先端４８側）の位置において、より上流側（基端５０側）の位置に比べて冷却孔７０の開口密度を大きくすることにより、冷却媒体の温度が相対的に高くなる下流側（先端４８側）において、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。これにより、冷却通路６６の温度分布に応じて、動翼２６（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００６７】
また、翼部４２の翼高さ方向における一部の領域において、他の領域よりも冷却孔７０の開口密度を小さくすることにより、翼部４２全体として冷却孔７０の開口密度を比較的小さくすることができる。これにより、冷却通路６６の圧力を高く維持しやすいので、冷却通路６６と、タービン翼４０外部（例えば、ガスタービン１の燃焼ガス流路２８）の圧力との差圧を適切に維持して、冷却媒体を効果的に冷却孔７０に供給しやすくなる。
【００６８】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｕｐ及びｄ＿ｄｏｗｎがｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たすものであればよく、図６又は図７のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が、基端５０側から先端４８側に向かうにしたがい徐々に大きくなるように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、一部の領域では冷却孔７０の開口密度が連続的に変化するとともに、他の一部の領域では冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００６９】
幾つかの実施形態では、例えば図８のグラフに示すように、中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも上流側（基端５０側）に位置する上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、中央領域よりも下流側（先端４８側）に位置する下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００７０】
図８のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、基端５０を含み中央領域Ｒｍよりも基端５０側に位置する上流側領域Ｒｕｐと、先端４８を含み中央領域Ｒｍよりも先端４８側に位置する下流側領域Ｒｄｏｗｎと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおけるｄｍで一定であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、中間位置Ｐｍよりも基端５０側の位置Ｐｒにおける開口密度指標ｄｒ（ただしｄｒ＜ｄｍ）で一定であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、中間位置Ｐｍよりも先端４８側の位置Ｐｔにおける開口密度指標ｄｔ（ただしｄｒ＜ｄｔ＜ｄｍ）で一定である。
【００７１】
動翼２６（タービン翼４０）が配置される燃焼ガス流路２８（図１参照）を流通するガスの温度は、例えば図９のグラフに示すような分布となっており、翼高さ方向において、翼部４２の先端４８側の領域及び基端５０側の領域に比べて、先端４８と基端５０との中間位置Ｐｍを含む中央領域において高くなる傾向がある。
一方、翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内では、冷却媒体は翼部４２を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側（先端４８側）ほど高温となる温度分布が生じる場合がある。このような場合には、後縁部４７を適切に冷却するためには、翼高さ方向の中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０を介した冷却媒体流量を最大とし、且つ、上述の下流側領域Ｒｄｏｗｎの方において上流側領域Ｒｕｐよりも冷却孔７０を介した冷却媒体流量が大きくなるようにすることが望ましい。
【００７２】
すなわち、前述したように、冷却媒体が最終パス６０ｅ内を流れる過程でヒートアップされ、最終パス６０ｅの先端４８又は下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０のメタル温度が、最も高くなる。しかし、メタル温度が、酸化減肉許容量から定める使用限界温度を越えない範囲内に抑えられる翼の場合は、図１８ｃ及び図６に示す冷却孔７０の開口密度分布を選定することにより翼の損傷が抑制できる。一方、図９に示す燃焼ガス温度分布を示す燃焼ガスの雰囲気で稼働する翼の場合、中央領域Ｒｍにおける翼部４２が燃焼ガスから受ける入熱が大きく、図１８ｃ及び図６に示す中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標では、中央領域Ｒｍの冷却孔７０のメタル温度が、使用限界温度を越える場合がある。このような場合は、中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標を更に大きくして、冷却を強化する必要がある。つまり、下流側領域Ｒｄｏｗｎの冷却孔７０の開口密度指標を小さく、中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標を大きくして、下流側領域Ｒｄｏｗｎの冷却孔７０を流れる冷却媒体の供給流量を絞ることにより、中央領域Ｒｍの冷却孔７０を流れる冷却媒体の供給流量を増加させることができる。メタル温度によっては、更に、上流側領域Ｒｕｐの冷却孔７０の開口密度指標を小さくして、最終パス６０ｅの先端４８及び下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０のメタル温度並びに中央領域Ｒｍにおけるメタル温度が使用限界温度内に納まる開口密度分布を選定してもよい。また、併せて、中央領域Ｒｍ及び上流側領域Ｒｕｐにおける前述したクリープ強度がクリープ限界内に納まることを確認して、本実施形態における各領域の冷却孔７０の開口密度分布を選定してもよい。
【００７３】
上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄを、上述の上流側領域Ｒｕｐ及び下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐ，ｄ＿ｄｏｗｎよりも大きくすることにより、燃焼ガス流路２８を流通するガス温度が相対的に高くなる中央領域Ｒｍにおいて、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。また、上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎを上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐに比べて大きくすることにより、冷却媒体温度が上流側領域Ｒｕｐよりも高くなる下流側領域Ｒｄｏｗｎにおいて、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。こうして、冷却通路６６の温度分布に応じて、動翼２６（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００７４】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｕｐ及びｄ＿ｄｏｗｎがｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たすものであればよく、図８のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が上述の関係を満たすように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、少なくとも一部の領域において冷却孔７０の開口密度が連続的に変化していてもよい。この場合、翼部４２の翼高さ方向における他の一部の領域において冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００７５】
次に、上述の実施形態のうち、タービン翼４０が静翼２４である幾つかの実施形態について図５及び図１０〜図１３を参照して説明する。
タービン翼４０が静翼２４である場合、冷却媒体は、冷却通路６６（サーペンタイン流路６０の最終パス６０ｅ）を外側端５２側から内側端５４側に向かって流れるので（図５参照）、冷却通路６６内における冷却媒体流れの「上流側」及び「下流側」は、それぞれ、冷却通路６６内における翼部４２の外側端５２側及び内側端５４側に相当する。また、翼高さ方向における翼部４２の両端である第１端及び第２端は、それぞれ外側端５２及び内側端５４に相当する。
【００７６】
幾つかの実施形態では、例えば図１０及び図１１のグラフに示すように、翼高さ方向における翼部４２の外側端５２と内側端５４の中間位置Ｐｍを含む中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも上流側（外側端５２側）に位置する上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、中央領域よりも下流側（内側端５４側）に位置する下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす。
【００７７】
図１０のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、外側端５２を含み中央領域Ｒｍよりも外側端５２側に位置する上流側領域Ｒｕｐと、内側端５４を含み中央領域Ｒｍよりも内側端５４側に位置する下流側領域Ｒｄｏｗｎと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍで一定であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、中間位置Ｐｍよりも外側端５２側の位置Ｐｏにおける開口密度指標ｄｏ（ただしｄｏ＜ｄｍ）で一定であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、中間位置Ｐｍよりも内側端５４側の位置Ｐｉにおける開口密度指標ｄｉ（ただしｄｍ＜ｄｉ）で一定である。
【００７８】
図１１のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向において、冷却孔７０の開口密度が、外側端５２側から内側端５４側に向かうにしたがい大きくなるように連続的に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍを含む範囲の値であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、外側端５２側の位置Ｐｏにおける開口密度指標ｄｏ以上かつ中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍ未満の値であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、内側端５４側の位置Ｐｉにおける開口密度指標ｄｉ以下かつ中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍよりも大きい値である。
【００７９】
静翼２４（タービン翼４０）の翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内では、冷却媒体は翼部４２を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側（内側端５４側）ほど高温となる温度分布、すなわち、前述したヒートアップが生じる場合がある。この点、上述の実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）のように、冷却通路６６における冷却媒体流れ方向の下流側（内側端５４側）の位置において、より上流側（外側端５２側）の位置に比べて冷却孔７０の開口密度を大きくすることにより、冷却媒体の温度が相対的に高くなる下流側（内側端５４側）において、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。これにより、冷却通路６６の温度分布に応じて、静翼２４（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００８０】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｕｐ及びｄ＿ｄｏｗｎがｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たすものであればよく、図１０又は図１１のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が、内側端５４側から外側端５２側に向かうにしたがい徐々に大きくなるように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、一部の領域では冷却孔７０の開口密度が連続的に変化するとともに、他の一部の領域では冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００８１】
幾つかの実施形態では、例えば図１２のグラフに示すように、中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも上流側（外側端５２側）に位置する上流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐと、中央領域よりも下流側（内側端５４側）に位置する下流側領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎとが、ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００８２】
図１２のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、外側端５２を含み中央領域Ｒｍよりも外側端５２側に位置する上流側領域Ｒｕｐと、内側端５４を含み中央領域Ｒｍよりも内側端５４側に位置する下流側領域Ｒｄｏｗｎと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおけるｄｍで一定であり、上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、中間位置Ｐｍよりも外側端５２側の位置Ｐｏにおける開口密度指標ｄｏ（ただしｄｏ＜ｄｍ）で一定であり、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、中間位置Ｐｍよりも内側端５４側の位置Ｐｉにおける開口密度指標ｄｉ（ただしｄｏ＜ｄｉ＜ｄｍ）で一定である。
【００８３】
静翼２４（タービン翼４０）が配置される燃焼ガス流路２８（図１参照）を流通するガスの温度は、例えば図１３のグラフに示すような分布となっており、翼高さ方向において、翼部４２の外側端５２側の領域及び内側端５４側の領域に比べて、外側端５２と内側端５４との中間位置Ｐｍを含む中央領域において高くなる傾向がある。
一方、翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内では、冷却媒体は翼部４２を冷却しながら流れるため、冷却媒体流れの下流側（内側端５４側）ほど高温となる温度分布が生じる場合がある。このような場合には、後縁部４７を適切に冷却するためには、翼高さ方向の中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０を介した冷却媒体流量を最大とし、且つ、上述の下流側領域Ｒｄｏｗｎの方において上流側領域Ｒｕｐよりも冷却孔７０を介した冷却媒体流量が大きくなるようにすることが望ましい。
【００８４】
すなわち、前述したように、冷却媒体が最終パス６０ｅ内を流れる過程でヒートアップされ、最終パス６０ｅの内側端５４又は下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０のメタル温度が、最も高くなる。しかし、酸化減肉許容量から定める使用限界温度を越えない範囲内に抑えられる翼の場合は、図１０に示す冷却孔７０の開口密度分布を選定することにより翼の損傷を抑制できる。一方、図１３に示す燃焼ガス温度分布を示す燃焼ガスの雰囲気で稼働する翼の場合、中央領域Ｒｍにおける翼部４２が燃焼ガスから受ける入熱が大きく、図１０に示す中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標では、中央領域Ｒｍの冷却孔７０のメタル温度が、使用限界温度を越える場合がある。このような場合は、中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標を更に大きくして、冷却を強化する。つまり、下流側領域Ｒｄｏｗｎの冷却孔７０の開口密度指標を小さく、中央領域Ｒｍの冷却孔７０の開口密度指標を大きくして、下流側領域Ｒｄｏｗｎの冷却孔７０を流れる冷却媒体の供給流量を絞ることにより、中央領域Ｒｍの冷却孔７０を流れる冷却媒体の供給流量を増加させることができる。メタル温度によっては、更に、上流側領域Ｒｕｐの冷却孔７０の開口密度指標を小さくして、最終パス６０ｅの内側端５４及び下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０のメタル温度並びに中央領域Ｒｍにおけるメタル温度が使用限界温度内に納まる開口密度分布を選定してもよい。
【００８５】
上述の実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）のように、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄを、上述の上流側領域Ｒｕｐ及び下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐ，ｄ＿ｄｏｗｎよりも大きくすることにより、燃焼ガス流路２８を流通するガス温度が相対的に高くなる中央領域Ｒｍにおいて、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。また、上述の実施形態に係る静翼２４（タービン翼４０）のように、下流側領域Ｒｄｏｗｎにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎを上流側領域Ｒｕｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐに比べて大きくすることにより、冷却媒体温度が上流側領域Ｒｕｐよりも高くなる下流側領域Ｒｄｏｗｎにおいて、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。こうして、冷却通路６６の温度分布に応じて、静翼２４（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００８６】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｕｐ及びｄ＿ｄｏｗｎがｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たすものであればよく、図１３のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が上述の関係を満たすように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、少なくとも一部の領域において冷却孔７０の開口密度が連続的に変化していてもよい。この場合、翼部４２の翼高さ方向における他の一部の領域において冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００８７】
次に、他の幾つかの実施形態について図４、図１４及び図１５を参照して説明する。これらの実施形態において、タービン翼４０は動翼２６（図４参照）である。
【００８８】
幾つかの実施形態では、例えば図１４のグラフに示すように、翼高さ方向における翼部４２の先端４８と基端５０との中間位置Ｐｍを含む中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも先端４８側に位置する先端側領域における開口密度指標ｄ＿ｔｉｐと、中央領域よりも基端５０側に位置する基端側領域における開口密度指標ｄ＿ｒｏｏｔとが、ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たす。
【００８９】
図１４のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、先端４８を含み中央領域Ｒｍよりも先端４８側に位置する先端側領域Ｒｔｉｐと、基端５０を含み中央領域Ｒｍよりも基端５０側に位置する基端側領域Ｒｒｏｏｔと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍで一定であり、先端側領域Ｒｔｉｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｕｐは、中間位置Ｐｍよりも先端４８側の位置Ｐｔにおける開口密度指標ｄｔ（ただしｄｔ＜ｄｍ）で一定であり、基端側領域Ｒｒｏｏｔにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｄｏｗｎは、中間位置Ｐｍよりも基端５０側の位置Ｐｒにおける開口密度指標ｄｒ（ただしｄｍ＜ｄｒ）で一定である。
【００９０】
ガスタービン１の運転時、動翼２６の翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内の冷却媒体には遠心力が作用するため、該冷却通路６６内において翼部４２の先端４８側ほど高圧となる圧力分布が生じる場合がある。この点、上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、翼部４２の先端４８側の位置において、より基端５０側の位置に比べて冷却孔７０の開口密度を小さくすることにより、上述の圧力分布がある場合であっても、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量の翼高さ方向におけるばらつきを小さくすることができる。これにより、冷却通路６６の圧力分布に応じて、動翼２６（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００９１】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｔｉｐ及びｄ＿ｒｏｏｔがｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たすものであればよく、図１４のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が上述の関係を満たすように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、少なくとも一部の領域において冷却孔７０の開口密度が連続的に変化していてもよい。この場合、翼部４２の翼高さ方向における他の一部の領域において冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００９２】
また、幾つかの実施形態では、例えば図１５のグラフに示すように、上述の中央領域における冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄと、中央領域よりも先端４８側に位置する先端側領域における開口密度指標ｄ＿ｔｉｐと、中央領域よりも基端５０側に位置する基端側領域における開口密度指標ｄ＿ｒｏｏｔとが、ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす。
【００９３】
図１５のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向領域が、中央領域Ｒｍと、先端４８を含み中央領域Ｒｍよりも先端４８側に位置する先端側領域Ｒｔｉｐと、基端５０を含み中央領域Ｒｍよりも基端５０側に位置する基端側領域Ｒｒｏｏｔと、を含む３つの領域に分割されている。そして、３つの各領域において冷却孔７０の開口密度が一定であり、開口密度は翼高さ方向においてステップ状に変化している。
すなわち、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄは、中間位置Ｐｍにおける開口密度指標ｄｍで一定であり、先端側領域Ｒｔｉｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｔｉｐは、中間位置Ｐｍよりも先端４８側の位置Ｐｔにおける開口密度指標ｄｔ（ただしｄｔ＜ｄｍ）で一定であり、基端側領域Ｒｒｏｏｔにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｒｏｏｔは、中間位置Ｐｍよりも基端５０側の位置Ｐｒにおける開口密度指標ｄｒ（ただしｄｔ＜ｄｒ＜ｄｍ）で一定である。
【００９４】
動翼２６（タービン翼４０）が配置される燃焼ガス流路２８（図１参照）を流通するガスの温度は、例えば図９のグラフに示すような分布となっており、翼高さ方向において翼部４２の先端４８側の領域及び基端５０側の領域に比べて、先端４８と基端５０との中間位置Ｐｍを含む中央領域において高くなる傾向がある。
一方、ガスタービン１の運転時、動翼２６の翼部４２の内部に形成された冷却通路６６内の冷却媒体には遠心力が作用するため、該冷却通路６６内において翼部４２の先端４８側ほど高圧となる圧力分布が生じる場合がある。このような場合には、後縁部４７を適切に冷却するためには、翼高さ方向の中央領域における冷却孔７０を介した冷却媒体流量を最大とし、且つ、翼高さ方向における先端４８側に位置する領域と基端５０側に位置する領域とで、冷却孔を介した冷却媒体の供給流量のばらつきを小さくすることが望ましい。
【００９５】
この点、上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、中央領域Ｒｍにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄを、上述の先端側領域Ｒｔｉｐ及び基端側領域Ｒｒｏｏｔにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｔｉｐ，ｄ＿ｒｏｏｔよりも大きくすることにより、燃焼ガス流路２８を流通するガス温度が相対的に高くなる中央領域Ｒｍにおいて、冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量を増やすことができる。また、上述の実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）のように、先端側領域Ｒｔｉｐにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｔｉｐを基端側領域Ｒｒｏｏｔにおける冷却孔７０の開口密度指標ｄ＿ｒｏｏｔに比べて小さくすることにより、上述の圧力分布がある場合であっても、先端側領域Ｒｔｉｐと基端側領域Ｒｒｏｏｔとで冷却孔７０を介した冷却媒体の供給流量のばらつきを小さくすることができる。こうして、冷却通路６６の圧力分布に応じて、動翼２６（タービン翼４０）の後縁部４７を適切に冷却することができる。
【００９６】
なお、翼高さ方向における冷却孔７０の開口密度の分布は、上述の開口密度指標ｄ＿ｍｉｄ、ｄ＿ｔｉｐ及びｄ＿ｒｏｏｔがｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たすものであればよく、図１５のグラフに示すものに限定されない。
例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域を３つよりも多い領域に分割し、各領域における冷却孔７０の開口密度が上述の関係を満たすように、ステップ状に変化するようにしてもよい。
また、例えば、翼部４２における翼高さ方向の領域において、少なくとも一部の領域において冷却孔７０の開口密度が連続的に変化していてもよい。この場合、翼部４２の翼高さ方向における他の一部の領域において冷却孔７０の開口密度が一定であってもよい。
【００９７】
なお、例えば上述した図６、図８、図１０、図１２、図１４及び図１５のグラフに係る実施形態では、翼部４２の翼高さ方向における各領域（中央領域Ｒｍ、上流側領域Ｒｕｐ及び下流側領域Ｒｄｏｗｎ、又は、先端側領域Ｒｔｉｐ及び基端側領域Ｒｒｏｏｔ）における冷却孔７０の開口密度がそれぞれ一定であるので、各領域における冷却孔の加工がしやすくなる。
【００９８】
上述したタービン翼４０の冷却孔７０の開口密度の指標として、例えば、翼高さ方向における冷却孔７０のピッチＰ（図１６参照）と、冷却孔７０の直径Ｄ（図１６参照）との比Ｐ／Ｄを採用してもよい。なお、冷却孔７０の直径Ｄとして、冷却孔７０の最大径、最小径又は平均径を用いてもよい。
あるいは、上述の開口密度指標として、冷却孔７０の翼部４２の表面への開口端７２（図１７参照）における濡れ縁長さＳ（即ち、翼部４２表面における開口端７２の周長）と、翼高さ方向における冷却孔７０のピッチＰ（図１７参照）との比Ｓ／Ｐを採用してもよい。
あるいは、上述の開口密度指標として、翼部４２の後縁部４７における翼部４２の表面の単位面積あたり（又は単位長さあたり）の冷却孔７０の個数を採用してもよい。
【００９９】
タービン翼４０の翼部４２の後縁部４７に形成される冷却孔７０は、以下のような特徴を有していてもよい。
【０１００】
幾つかの実施形態では、冷却孔７０は、翼高さ方向に直交する平面に対して傾きをもって形成されていてもよい。
このように、冷却孔７０が、翼高さ方向に直行する平面に対して傾きをもって形成されることにより、該冷却孔７０を翼高さ方向に直交する平面と平行に形成する場合に比べて、冷却孔７０を長くすることができる。これにより、タービン翼４０の後縁部を効果的に冷却することができる。
【０１０１】
幾つかの実施形態では、冷却孔７０の延在する方向と、翼高さ方向に直交する平面とのなす角度Ａ（図１６参照）が、１５°以上４５°以下、又は、２０°以上４０°以下であってもよい。前記角度Ａが上述の範囲であれば、冷却孔７０の加工のしやすさを維持しながら、あるいは、翼部４２の後縁部４７の強度を維持しながら、比較的長い冷却孔７０を形成することができる。
【０１０２】
また、幾つかの実施形態では、冷却孔７０は、互いに平行に形成されていてもよい。
このように、複数の冷却孔７０が互いに平行に形成されることにより、複数の冷却孔７０が互いに平行でない場合に比べて、より多くの冷却孔７０を翼部４２の後縁部４７に形成することができる。これにより、タービン翼４０の後縁部４７を効果的に冷却することができる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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】
【０１０５】
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
４０          タービン翼
４２          翼部
４４          前縁
４６          後縁
４７          後縁部
４８          先端
４９          後縁端面
５０          基端
５２          外側端
５４          内側端
６０          サーペンタイン流路
６０ａ〜６０ｅ  パス
６０ｅ        最終パス
６２          入口開口
６４          出口開口
６６          冷却通路
７０          冷却孔
７２          開口端
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
Ｒｔｉｐ      先端側領域
Ｒｍ          中央領域
Ｒｒｏｏｔ    基端側領域
Ｒｕｐ        上流側領域
Ｒｄｏｗｎ    下流側領域
【図１】
2019015252.tif 000003
【図２】
2019015252.tif 000004
【図３】
2019015252.tif 000005
【図４】
2019015252.tif 000006
【図５】
2019015252.tif 000007
【図６】
2019015252.tif 000008
【図７】
2019015252.tif 000009
【図８】
2019015252.tif 000010
【図９】
2019015252.tif 000011
【図１０】
2019015252.tif 000012
【図１１】
2019015252.tif 000013
【図１２】
2019015252.tif 000014
【図１３】
2019015252.tif 000015
【図１４】
2019015252.tif 000016
【図１５】
2019015252.tif 000017
【図１６】
2019015252.tif 000018
【図１７】
2019015252.tif 000019
【図１８ａ】
2019015252.tif 000020
【図１８ｂ】
2019015252.tif 000021
【図１８ｃ】
2019015252.tif 000022
【図１８ｄ】
2019015252.tif 000023
【図１８ｅ】
2019015252.tif 000024
【図１８ｆ】
2019015252.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月29日(2017.9.29)
【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】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｕｐで一定である上流側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｄｏｗｎで一定である下流側領域と、を含み、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列して前記翼部の後縁部を対流冷却するように前記後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部を貫通して後縁端面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項３】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たすとともに、
前記開口密度を示す指標ｄ＿ｔｉｐ、ｄ＿ｍｉｄ及びｄ＿ｒｏｏｔは、前記後縁部を貫通するように設けられる前記冷却孔の貫通孔径Ｄの、前記翼高さ方向に隣り合う前記冷却孔間のピッチＰに対する比Ｄ／Ｐである
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項４】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列して前記翼部の後縁部を対流冷却するように前記後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部を貫通して後縁端面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項５】
前記翼部の前記表面が前記後縁部の端面である請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項６】
前記複数の冷却孔は、前記翼高さ方向に直交する平面に対して傾きをもって形成された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】
前記複数の冷却孔は、互いに平行に形成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記冷却通路は、前記翼部の内部に形成されたサーペンタイン流路のうちの最終パスである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】
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼部の先端側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
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】
前記タービン翼は静翼であり、
前記翼部の内側シュラウド側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２又は請求項６乃至８の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側であって前記形成領域における前記冷却媒体流れの最上流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｕｐで一定である最上流側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側であって前記形成領域における前記冷却媒体流れの最下流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｄｏｗｎで一定である最下流側領域と、
を含む
請求項２に記載のガスタービン翼。
【請求項１２】
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側であって前記形成領域のうち最も前記先端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｔｉｐで一定である先端側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側であって前記形成領域のうち最も前記基端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｒｏｏｔで一定である基端側領域と、を含む
請求項４に記載のガスタービン翼。
【請求項１３】
請求項１乃至１２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。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月2日(2018.2.2)
【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】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｕｐで一定である上流側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｄｏｗｎで一定である下流側領域と、を含み、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｄｏｗｎの関係を満たす
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列して前記翼部の後縁部を対流冷却するように前記後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部を貫通して後縁端面に開口する複数の冷却孔と、
を備え、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｕｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｄｏｗｎとしたとき、
ｄ＿ｕｐ＜ｄ＿ｄｏｗｎ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たすとともに、
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の第１端と第２端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却通路内における冷却媒体流れの上流側であって前記形成領域における前記冷却媒体流れの最上流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｕｐで一定である最上流側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記冷却媒体流れの下流側であって前記形成領域における前記冷却媒体流れの最下流側に位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｄｏｗｎで一定である最下流側領域と、
を含む
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項３】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｍｉｄ＜ｄ＿ｒｏｏｔの関係を満たすとともに、
前記開口密度を示す指標ｄ＿ｔｉｐ、ｄ＿ｍｉｄ及びｄ＿ｒｏｏｔは、前記後縁部を貫通するように設けられる前記冷却孔の貫通孔径Ｄの、前記翼高さ方向に隣り合う前記冷却孔間のピッチＰに対する比Ｄ／Ｐであり、
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側であって前記形成領域のうち最も前記先端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｔｉｐで一定である先端側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側であって前記形成領域のうち最も前記基端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｒｏｏｔで一定である基端側領域と、
を含む
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項４】
前記中央領域は、同一径の複数の冷却孔を含み、
前記中央領域より前記先端側に位置する前記先端側領域と、前記中央領域より前記基端側に位置する前記基端側領域とが、それぞれ、前記中央領域における冷却孔と同一径の複数の冷却孔を含む
請求項３に記載のタービン翼。
【請求項５】
翼部と、
前記翼部の内部において翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列して前記翼部の後縁部を対流冷却するように前記後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部を貫通して後縁端面に開口する複数の冷却孔と、
を備えるタービン翼であって、
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含む中央領域における前記冷却孔の開口密度を示す指標をｄ＿ｍｉｄとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｔｉｐとし、前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側に位置する領域における前記指標をｄ＿ｒｏｏｔとしたとき、
ｄ＿ｔｉｐ＜ｄ＿ｒｏｏｔ＜ｄ＿ｍｉｄの関係を満たし、
前記後縁部における前記複数の冷却孔の形成領域は、
前記翼高さ方向における前記翼部の先端と基端との中間位置を含み、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｍｉｄで一定である中央領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記先端側であって前記形成領域のうち最も前記先端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｔｉｐで一定である先端側領域と、
前記翼高さ方向において前記中央領域よりも前記基端側であって前記形成領域のうち最も前記基端寄りに位置し、且つ、複数の前記冷却孔の開口密度を示す指標がｄ＿ｒｏｏｔで一定である基端側領域と、
を含む
ことを特徴とするタービン翼。
【請求項６】
前記翼部の前記表面が前記後縁部の端面である請求項１乃至５の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項７】
前記複数の冷却孔は、前記翼高さ方向に直交する平面に対して傾きをもって形成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項８】
前記複数の冷却孔は、互いに平行に形成された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】
前記冷却通路は、前記翼部の内部に形成されたサーペンタイン流路のうちの最終パス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】
前記タービン翼は動翼であり、
前記翼部の先端側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記タービン翼は静翼であり、
前記翼部の内側シュラウド側に、前記冷却通路の出口開口が形成されている
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１２】
請求項１乃至１１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。