(57)【要約】  【課題】  翼スロート面積を調整可能な可動構造を有するタービン翼において、圧力損失の少ない高性能なタービン翼を提供する。  【解決手段】  前縁と後縁と圧力面と負圧面とを有する翼部と、前記翼部の両端に連結されたエンドウォールを備えるタービン翼であって、前記翼部は、前縁と圧力面と負圧面とを有する翼形部と、前記翼形部に嵌合され、前記翼形部との嵌合面に沿って移動可能な翼後縁部と、を有し、前記タービン翼が周方向に複数配置されたタービンにおける前記翼部間の最小流路面積を前記翼後縁部の移動量に応じて調整することを特徴とする。【選択図】  図５
2019210841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁と後縁と圧力面と負圧面とを有する翼部と、前記翼部の両端に連結されたエンドウォールを備えるタービン翼であって、
前記翼部は、前縁と圧力面と負圧面とを有する翼形部と、
前記翼形部に嵌合され、前記翼形部との嵌合面に沿って移動可能な翼後縁部と、を有し、
前記タービン翼が周方向に複数配置されたタービンにおける前記翼部間の最小流路面積を前記翼後縁部の移動量に応じて調整することを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼形部内に冷却空気を流通させる冷却流路を備え、
前記嵌合面に、前記冷却流路から冷却空気を排出する溝または切り欠き、多孔質体のいずれかを有することを特徴とするタービン翼。
【請求項３】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼形部内に冷却空気を流通させる冷却流路を備え、
前記嵌合面に、前記冷却流路内の冷却空気に乱流を発生させる乱流促進体または突起部、前記冷却流路からの冷却空気の流出または前記冷却流路内への冷却空気の流入を抑制するシール部のいずれかを有することを特徴とするタービン翼。
【請求項４】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼後縁部の圧力面側または負圧面側のいずれか一方の面を覆う前記翼形部の面積が、前記翼後縁部の他方の面を覆う前記翼形部の面積よりも広いことを特徴とするタービン翼。
【請求項５】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記嵌合面は円弧状の曲面を有し、
前記翼後縁部は、前記嵌合面に沿って前記曲面と同心円方向に移動することを特徴とするタービン翼。
【請求項６】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼形部および前記翼後縁部の前記エンドウォールとの接合部はフィレット形状であることを特徴とするタービン翼。
【請求項７】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記エンドウォールは、前記翼後縁部の全てまたは一部が挿入される開孔を有し、
前記翼後縁部は、前記開孔の輪郭形状に沿って移動することを特徴とするタービン翼。
【請求項８】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼後縁部は、外周側端面または軸方向上流側端面に可動軸を有し、
制御信号に応じたアクチュエータ動力を前記可動軸に伝達させ、前記翼後縁部の移動量を調整することを特徴とするタービン翼。
【請求項９】
請求項８に記載のタービン翼であって、
前記可動軸と前記アクチュエータの連結部は、リング、平板、ベルト、チェーン、レバーのいずれかの部品を組み合わせて構成されることを特徴とするタービン翼。
【請求項１０】
請求項８に記載のタービン翼であって、
前記タービンの軸方向、前記タービンの周方向、前記翼後縁部の曲面と同心円方向のいずれかに前記可動軸を移動させることで前記翼後縁部の移動量を調整することを特徴とするタービン翼。
【請求項１１】
請求項８に記載のタービン翼であって、
前記可動軸と前記アクチュエータの連結部は、スライダ・クランク機構、カム・偏心軸およびトーションバーを用いる駆動機構、スコッチ・ヨーク機構、バネ弾性体を用いる駆動機構のいずれかで構成されることを特徴とするタービン翼。
【請求項１２】
請求項２に記載のタービン翼であって、
前記翼後縁部は、外周側端面または軸方向上流側端面に可動軸を有し、
前記可動軸は、前記冷却流路内への冷却空気の流入量を制御するカバーを備えることを特徴とするタービン翼。
【請求項１３】
請求項８に記載のタービン翼であって、
前記翼形部内に冷却空気を流通させる冷却流路を備え、
前記可動軸は、中空軸であり、
前記可動軸を介して、前記冷却流路内へ冷却空気を供給することを特徴とするタービン翼。
【請求項１４】
請求項１に記載のタービン翼であって、
前記翼後縁部は前記翼形部よりも熱膨張係数の高い材質で形成され、
前記翼後縁部の熱膨張により前記最小流路面積を調整することを特徴とするタービン翼。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載のタービン翼を備えたガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン翼の構造に係り、特に、ガスタービン発電設備における部分負荷運転の高効率化に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電設備は想定される最大需要を賄える定格負荷で計画されるが、変動する電力需要に対応して発電負荷を追従させる場合も多く、実際の運転では発電容量に対して低い負荷（部分負荷）での運転時間が占める割合も多い。ガスタービンは他の内燃機関と同様に、部分負荷で運転すると効率が落ちるため、このような低負荷域での運転が多くなると当初の計画と比べ実際の発電効率が低下してしまう。
【０００３】
高負荷から低負荷の広負荷域を高効率で運用できる発電設備として、可変タービン翼を備えたガスタービン発電設備がある。可変タービン翼の「可変」とは、例えば翼のスロート面積を縮小および拡大させる可変構造を指し、２軸式ガスタービンでは、運用範囲拡大および安定した運用を補う目的で使用されている。
【０００４】
また、ガスタービンは部分負荷運転或いは外気温度の変化による空気量の増減に伴って運転条件が変わるため、定格負荷条件で最適設計された翼では、最適設計範囲から外れた運転条件において性能低下の懸念がある。このような条件において、可変タービン翼は、翼のスロート面積を調整することで最適な空気量および高圧段と低圧段のエネルギ配分を調整できるため、広い負荷範囲での性能向上を可能としている。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、可変翼を搭載した可変サイクルガスタービンが開示されている。
【０００６】
また、翼のスロート面積を調整する構造として、特許文献２から特許文献５のような構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４１３５３６２号明細書
【特許文献２】実開平４−１２３３９７号公報
【特許文献３】米国特許第５９３１６３６号明細書
【特許文献４】米国特許第５６８３２２５号明細書
【特許文献５】特開平６−２４８９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、可変タービン翼には、可変翼構造（翼の回動）に起因する課題がある。翼が回動する構造は、回動時に他の構成部品との干渉を避けるために、内周側端面および外周側端面を単一平面形状、若しくは、基準とする角度での滑動平面形状に形成する必要がある。これらの平面形状では、可変翼が回動によって基準位置から離れるのに比例して、端面部の間隙が増加し、主流空気が翼を通過する際に生じる圧力損失も増加傾向にある。
【０００９】
また、ガスタービンの運用条件によっては、可変翼の流入角および流出角は一定とはならず、下流翼の流入角にも影響するため、運用範囲内での翼性能の維持は困難を極める。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、翼スロート面積を調整可能な可動構造を有するタービン翼において、可動部の回動に伴う翼端面部の間隙変化および翼の流入・流出角変化を抑制可能で、圧力損失の少ない高性能なタービン翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、前縁と後縁と圧力面と負圧面とを有する翼部と、前記翼部の両端に連結されたエンドウォールを備えるタービン翼であって、前記翼部は、前縁と圧力面と負圧面とを有する翼形部と、前記翼形部に嵌合され、前記翼形部との嵌合面に沿って移動可能な翼後縁部と、を有し、前記タービン翼が周方向に複数配置されたタービンにおける前記翼部間の最小流路面積を前記翼後縁部の移動量に応じて調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、翼スロート面積を調整可能な可動構造を有するタービン翼において、可動部の回動に伴う翼端面部の間隙変化および翼の流入・流出角変化を最小限に抑えることが可能となり、可変翼の採用による翼性能の低下を抑制することができる。また、様々な運転条件において、最適なスロート面積に調整することができる。
【００１３】
これにより、ガスタービン発電設備全体の発電効率向上を図ることができる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】一般的な１軸式ガスタービンの構成を概念的に示す図である。
【図１Ｂ】本発明の適用対象となる２軸式ガスタービンの構成を概念的に示す図である。
【図２】可動構造を有するタービン静翼の例（特許文献１）を示す断面図である。
【図３】一般的なタービン静翼の構造を示す斜視図である。
【図４】図３におけるタービン静翼の翼形部の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係るタービン静翼の可動構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
先ず、図１Ａおよび図１Ｂを参照して、一般的な１軸式ガスタービンと本発明の適用対象となる２軸式ガスタービンについて説明する。図１Ａは比較のために示す一般的な１軸式のガスタービンの構成を示しており、図１Ｂは可変タービン翼の適用例である２軸式のガスタービンの構成を示している。
【００１８】
図１Ａに示すように、一般的な１軸式のガスタービンは、大気（空気）を吸気して高圧の圧縮空気に変換する圧縮機１０１と、燃料を供給し燃焼させることで、この圧縮空気を高温高圧ガスに変換する燃焼器１０２、圧縮機１０１と同軸で連結され、高温高圧ガスを運動（回転）エネルギに変換するタービン１０３、およびこの運動（回転）エネルギを電気エネルギに変換する発電機１０４を備えている。
【００１９】
図１Ｂに示すように、２軸式のガスタービンも１軸式と基本的な構成は略同じであるが、１軸式におけるタービン１０３の高圧段と低圧段がそれぞれ独立した軸で構成されていることが１軸式と異なる点である。２軸式において、タービンの高圧段は圧縮機１０１と同軸で連結された高圧タービン（ガスジェネレータタービン）１０５として構成され、タービンの低圧段は発電機１０４と同軸で連結された低圧タービン（パワータービン）１０６として構成される。
【００２０】
この様に、タービン部の高圧段と低圧段の軸を独立させることによって、高圧タービン１０５では、ガスタービンの運転条件に関係なく一定回転数での運転が可能であり、連結する圧縮機１０１のサージに対する裕度が確保できる。一方、低圧タービン１０６では、運転状態によって最適な回転数に調速できることから、運用範囲の拡大が可能であり、発電用や機械駆動用といった運用方法の異なる用途にも対応できる。
【００２１】
また、図１Ａ，図１Ｂに共通して示される圧縮機１０１から主流空気と異なる経路でタービンとつながっている矢印１０７，１０８，１０９は、圧縮機１０１の抽気空気経路である。圧縮機１０１の最終段１１０および中圧段１１１から導入された抽気空気は、低圧段静翼を冷却するための静翼低圧冷却空気経路１０７、高圧段静翼を冷却するための静翼高圧冷却空気経路１０８、動翼を冷却するための動翼冷却空気経路１０９を経て、高圧タービン１０５および低圧タービン１０６の各々のタービン冷却部に冷却空気として供給される。
【００２２】
冷却部にて熱交換された各冷却空気は、図示しない各翼のフィルム冷却孔や後縁噴出孔などの冷却構造部から噴出し、タービン１０３（高圧タービン１０５および低圧タービン１０６）のガスパス中に排出されると共に、主流ガスと混合して、最終的には排気として大気中に放出される。
【００２３】
次に、本願発明の特徴を分かり易くするために、公知例（背景技術）である特許文献１から特許文献５について簡単に説明する。
【００２４】
図２に可変翼を搭載した可変サイクルガスタービンの代表的な公知例である特許文献１の構成を示す。特許文献１の可変翼構造は、図２に示すように、内周および外周の端壁１２１，１２２（以下ＥＷ：End Wallと称する）より切り離された別構造体の翼部１２３と、翼部１２３の径方向両端部から延在する可動軸１２４で構成されている。
【００２５】
ここで、可動軸１２４は、ＥＷ１２１，１２２およびタービンケーシング(以下ＣＳＧ：Casingと称する)１２５と係合する位置で軸支され、所定角度に翼部１２３を回転させることで、スロート面積を調整可能な構造となっている。また、ＣＳＧ１２５外部には、可変量を制御するアクチュエータ１２６が備えられ、制御信号を受信したアクチュエータ１２６の作動量は、可変翼列外周に配置された大径のリング１２７に回転角度量として伝達し、リング１２７から可動軸１２４まで延在したアームレバー１２８を介して可変角度量に変換される。
【００２６】
上記の構造を採用することで、スロート面積は調整可能であるが、可動部によって形成される間隙部１２９での漏れや逆流、翼部１２３とＥＷ１２１，１２２が別構造に起因する熱伸びや摺動等の摩耗、冷却構造の有無および翼の強度低下等、可変翼構造特有の課題があり、可変構造採用においては、スロート面積が調整可能なメリットと上記のようなデメリットのバランスを十分に吟味する必要がある。
【００２７】
スロート面積を調整する他の構造例として、特許文献２から特許文献５のような構造が挙げられる。
【００２８】
特許文献２では、翼を上流側の固定翼と下流側の可動翼で構成し、可動翼を周方向に任意の距離回転移動させることでスロート幅を変更している。本構造は、特許文献１の構造とは異なり、翼の可動対象を翼後縁近傍のみに限定していることを特徴としている。全翼を可動させる構造と比較して、可動に伴う翼性能低下の抑制および漏れ・間隙の濡れ縁長さを短くとることができ、また、固定翼部による内周部材の保持が可能である。
【００２９】
また、特許文献３では、翼の上流背側部が翼周方向に可動する構造となっており、この可動量によって上流背側部と対面の翼下流腹側部とのスロート面積を変更することを特徴としている。本構造は特許文献２と同様に翼の一部のみを可動させる構造だが、可動部が偏心軸を用いた往復移動構造であり、翼圧力面のプロファイルの変形が無いため、翼の流入・流出角の変化によるインシデンス損失の低減が可能である。
【００３０】
また、特許文献４では、可動構造を翼ではなくＥＷ（端壁）に採用した例であり、ＥＷを径方向ガスパス側に押し出すことでスロート面積を調整している。ＥＷ可動による翼プロファイルの変形が無いため、特許文献３と同様に、可変構造に伴うインシデンス損失を低減できる。
【００３１】
また、特許文献５は、翼と外周ＥＷ（端壁）をそれぞれ固定部材と移動部材に分割し、移動部材を軸方向に相対移動させることで、翼と外周ＥＷにかけて形成されたスリット状の吸込開口より翼に付着した水滴を回収する構造である。本構造は、翼部とＥＷ（端壁）が一体構造になった移動部材であることと、蒸気タービンのエロージョン対策として、スリット開口部を可動させて翼に付着した水滴の除去を目的としていることが特徴である。
【００３２】
以上説明したように、多様なタービン翼可変構造が存在している。
【００３３】
次に、図３および図４を参照して、一般的なタービン静翼の構造を説明する。図４は図３のタービン翼の断面図である。一般的なタービン翼１は、翼前縁２、翼後縁３、圧力面４、負圧面５、内周エンドウォール６、外周エンドウォール７、および冷却空気の供給を目的とした翼内部の冷却流路８を有しており、それぞれ一体成型されている。
【００３４】
続いて、図５から図８を参照して、実施例１のタービン翼とその動作（作用）について説明する。
【００３５】
図３および図４に示す一般的なタービン翼の翼構造に対して、本実施例では図５に示すように、翼後縁３と翼後縁近傍の圧力面４と負圧面５を含む任意の領域が翼形部１から切り離された別構造体となっている。ここで、説明の便宜上、切り離された別構造体を翼後縁部１１、もう一方の翼部を翼形部１２と称する。
【００３６】
この翼形部１２と翼後縁部１１の切り離された断面形状の基本的な構造例は、図５の翼断面図からも明らかなように、翼形部１２は凹形状、翼後縁部１１は翼形部１２の凹形状の溝部に収まる板状に形成されており、翼後縁部１１を翼形部１２の凹部に嵌合すると、切断面に所定の隙間１３が形成され、概ね図４のタービン翼と同様の輪郭が形成される。
【００３７】
以上の構成により、翼後縁部１１が翼形部１２と接する面に沿って滑動（摺動）し、翼表面上の作動流体（主流ガス３２）の流れ方向１４へ翼後縁部１１を移動させることが可能であり、翼のスロート幅（スロート面積）１５を調整することができる。
【００３８】
図６に本実施例の可動部構造２１を示す。図中の符号２２は固定翼、符号２３は可動翼、符号２４は可動軸、符号２５はリング、符号２６はアクチュエータである。
【００３９】
本実施例のタービン翼の動作は、外部制御信号によりアクチュエータ２６から所定の変位量２７がリング２５に伝わり、リング２５に伝えられた変位量２７が可動軸２４に伝達して可動翼２３が滑動（摺動）する構成となっている。
【００４０】
ここで、アクチュエータ２６およびリング２５の一構造例は、図６に示すように、油圧シリンダ等のアクチュエータ２６による軸方向の変位量２７によって、リング２５は軸方向へ直線移動し、可動軸２４との接続部で軸方向への直線移動を可動翼２３（翼後縁部）の滑動方向移動１４に変換するスライダ構造となっている。可動軸２４とアクチュエータ２６の連結部は、リング、平板、ベルト、チェーン、レバーなどの部品を組み合わせて構成することができる。
【００４１】
なお、上記の説明では、本実施例の必要最小限の構成を示しているが、製品開発においては、机上の発明案を実機適用する際には、その対象に応じて追加構造の適用や製作上の公差への対策が必要となることもあり、発明を実現させるために、請求の制約範囲内で想定し得る多様な構造を検討するのが常である。
【００４２】
図７を用いて、翼形部１２および翼後縁部１１間の隙間１３に関する対策例を説明する。
【００４３】
図５に示す本実施例のタービン翼の構成では、翼後縁部１１と翼形部１２の滑動面（摺動面）３１には隙間１３が形成されるため、主流ガス３２の冷却流路８内への侵入や冷却空気３３の漏れ出しが懸念される。そこで、図７に示すように、冷却空気３３を意図的に隙間１３から主流ガスパス３４に噴出す構造とし、主流ガス３２の冷却流路８内への侵入を抑制する。
【００４４】
冷却流路８から噴出した冷却空気３３によって翼表面３５と主流ガス３２の間に冷却空気３３の膜を形成し、翼後縁部１１のメタル温度低減を図ることが可能となる。また、冷却空気３３が隙間１３を通過すことによる対流冷却効果も見込まれるため、翼形部１２と翼後縁部１１の滑動面（摺動面）３１のメタル温度も低減可能である。
【００４５】
なお、より高い冷却効果やリーク空気量を制御（排出）する目的で、冷却溝３６や冷却孔３７、ピンやリブなどの乱流促進体３８、切り欠き、多孔質体、突起部を翼形部１２と翼後縁部１１の滑動面（摺動面）３１間に形成することも可能である。乱流促進体３８や突起部は、冷却流路８内の冷却空気に乱流を発生させる目的で設置する。
【００４６】
また、滑動面（摺動面）３１は、冷却空気３３が主流ガスパス３４へ噴出す構造とは反対に、翼形部１２と翼後縁部１１の滑動面（摺動面）３１間にラビリンス等のシール３９や突起部を設け、主流ガス３２の冷却流路８内への侵入の抑制および冷却空気３３の漏れだしを抑制することを目的とした構造とすることもできる。
【００４７】
翼形部１２と翼後縁部１１の分割構造に関する変形例を図８に示す。図５に示すタービン翼では、翼後縁部１１に圧力面４および負圧面５の一部領域の両方を含んでいる。つまり、翼後縁部１１の圧力面側または負圧面側のいずれか一方の面を覆う翼形部１２の面積が、翼後縁部１１の他方の面を覆う翼形部１２の面積よりも広く形成されている。
【００４８】
図８では、翼後縁部１１が翼後縁３と翼後縁３近傍の圧力面４および負圧面５のどちらか一方を含む構造であり、翼のスロート幅（スロート面積）１５の調整や図７に示す冷却構造およびシール構造など設計条件に応じて構造を選択することができる。
【００４９】
なお、上記の構成に加えて、翼後縁部１１を翼形部１２よりも熱膨張係数の高い材質で形成し、翼後縁部１１の熱膨張により最小流路面積を調整する機能を付加的に持たせることも可能である。
【実施例２】
【００５０】
図９を参照して、実施例２のタービン翼とその動作（作用）について説明する。図９は、本実施例のタービン翼の可動構造を示す図であり、その動作（作用）を概念的に示している。
【００５１】
図５に示すように、実施例１では翼後縁部１１は板状であるが、本実施例のタービン翼では、翼後縁部１１が圧力面４側に凹んだ曲がり板４０の形状である点において実施例１と異なっている。
【００５２】
本実施例のように、翼後縁部１１を曲がり板４０の形状にすることで、曲率が大きい翼形への適用や可動翼２３の軸方向移動量を直線移動形状より少なくすることが可能である。翼形部１２と翼後縁部１１との嵌合面は円弧状の曲面を有しており、翼後縁部１１は、翼形部１２と翼後縁部１１の嵌合面に沿って曲面と同心円方向に移動する。曲がり板４０を滑動（摺動）させるための移動には、図９に例示するようにアームレバー４１や偏心軸４２構造を用いた回転軸移動による可動を採用することができる。
【実施例３】
【００５３】
図１０Ａから図１０Ｃを参照して、実施例３のタービン翼とその動作（作用）について説明する。図１０Ａから図１０Ｃは、翼後縁部１１と内周側エンドウォール６，外周側エンドウォール７部の滑動面（摺動面）３１の形状例である。
【００５４】
図１０Ａは、翼後縁部１１の径方向端部とエンドウォール６，７の滑動面（摺動面）３１周りの作動流体の流れ損失を低減する目的でフィレット４３を形成した例である。
【００５５】
一方、図１０Ｂは、エンドウォール６,７表面上の翼後縁部１１が滑動（摺動）する範囲の輪郭形状に任意の深さだけ穿孔したエンドウォール６,７構造である。翼後縁部１１は、穿孔した深さに応じて径方向に任意の長さだけ延長可能であり、翼後縁部１１のエンドウォール６,７に埋設させた穿孔部４４は、翼後縁部１１可動方向への動作以外の拘束を受ける。
【００５６】
また、図１０Ｃは、エンドウォール６,７表面に係合する可動軸２４の輪郭形状に基づいて穿孔した穴４５を有する例である。
【実施例４】
【００５７】
図１１および図１２を参照して、実施例４のタービン翼とその動作（作用）について説明する。本実施例は、冷却空気供給構造に関する実施例である。
【００５８】
図６の可動部構造では、可動翼２３の可動軸２４は中実軸として図示しているが、図１１に示す本実施例の可動部構造は、可動軸２４を中空軸として冷却流路５１を形成し、外周側ケーシング５２から供給される冷却空気３３を可動翼２３内周端部と嵌合する内周側構成部品５３や翼後縁部１１に形成された翼後縁冷却構造部５４に供給する例である。
【００５９】
図１２は可動翼２３または可動軸２４の可動量に追従して作動するよう、エンドウォール６，７端面に取付けられた流量調整カバー５５を有する構造である。流量調整カバー５５の作動量に応じて、翼内部の冷却流路８に冷却空気３３を供給する量を調整できる。
【００６０】
例えば、ガスタービン発電設備の定格負荷時は流量調整カバー５５を有する翼と無い翼で同じ冷却空気３３の供給量とし（Ａ’＝Ａ）、部分負荷時には流量調整カバー５５の位置を変えることで流量調整カバー５５を有する翼における冷却空気３３の供給量を抑制する。（Ａ’＜Ａ）
【実施例５】
【００６１】
図１３から図１６を参照して、実施例５のタービン翼とその動作（作用）について説明する。本実施例は、可変翼の可動構造に関する実施例である。
【００６２】
図６の可動部構造は本発明の一実施形態であり、可動軸２４からアクチュエータ２６までの伝達方法には種々の方法が考えられる。
【００６３】
図１３に示す構造例は、基本的な構成は前述の図６と同じアクチュエータ２６とリング２５であるが、アクチュエータ２６の変位伝達方向が翼後縁部１１の滑動方向１４と同じ方向となるように配置した構造である。アクチュエータ２６、リング２５または平板６０、可動軸２４、翼後縁部１１の全可動部材を同一方向に移動可能である。
【００６４】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、アクチュエータ２６によってガスタービンの軸方向に変位量を与えられたリング２５または平板６０と可動軸２４にスライダ機構を適用した例である。
【００６５】
図１４Ａでは、リング２５または平板６０を軸方向に移動可能な１つ目のスライダ、可動翼２３を可変翼の滑動範囲で移動可能な２つ目のスライダに見立て、両スライダ間で可動軸２４がリング２４または平板６０と干渉する周方向範囲にスロット６１を形成することで、２つのスライダ間を伝達可能とするスコッチ・ヨーク機構を取り入れた構造である。
【００６６】
図１４Ｂでは、図１４Ａのリング２５または平板６０の移動方向と可動軸２４の滑動範囲を変更した構成例であり、可動軸２４の滑動方向を決定するスロット６１の形状を周方向より任意（所定）の角度傾けることで、リング２５または平板６０の移動方向を軸方向・周方向間の任意（所定）の角度に選定することを可能とし、設計の自由度を広げることができる。
【００６７】
図１５は、図１３から図１４Ｂに示すようなリング２５または平板６０に軸方向の変位を与えるためにカム６２を用いた構成例である。本構造では、紙面垂直方向より図１５のカム６２にアクチュエータ２６から回転変位量を伝達する軸６３が嵌合される。
【００６８】
回転変位量が与えられたカム６２は、隣接するリング２５または平板６０と軸方向上流側または下流側の側面と接する位置に配置され、回転変位量を前記側面から伝達することでガスタービンの軸方向への直線変位量に変換することが可能である。軸方向への直線変位量を与えられたリング２５または平板６０から可動軸２４への伝達構造は図１３から図１４Ｂに示す通りである。
【００６９】
図１６に示す構造例は、可動軸２４とアクチュエータ２６の移動方向が直交する構成例である。可動軸２４と接続するリング２５またはアームレバー４１の先端と、アクチュエータ軸先端部６４が直交し、任意（所定）の角度で滑動する形状を有することを特徴とする。本構造では、アクチュエータ２６より与えられる径方向変位量が任意（所定）の角度での滑動によってリング２５またはアームレバー４１（平板６０）に伝達されることで、翼後縁部１１の滑動方向１４への変位量に変換され、可変翼の可動量を調整することができる。
【００７０】
なお、図１３から図１６に示した構造例の他、アクチュエータ２６とリング２５の変位量伝達構造を、偏心軸やレバーといった回動による伝達で制御する方法や、スライダ・クランク機構やカムを用いた機構、バネ弾性体やトーションバー等に変更した構成も採用可能である。
【００７１】
以上、挙げられた各実施形態は、本発明の特定の形態の説明を容易にするものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記説明した実施例において、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必要はなく、実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【００７２】
例えば、本発明のタービン可変翼は、翼後縁部を主流流れ方向に滑動させ、接合面に冷却構造を設けることにより、翼部材の冷却とともに可変翼列間のスロート面積を効果的に調整できる。したがって、タービン翼部に他の冷却構造を設けることなく、タービン翼を構成することが可能となる。例えば、このタービン可変翼がガスタービン静翼の場合、翼面に従来設けられていたフィルム孔や後縁対流冷却構造を省略して構成することも可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１…タービン翼、２…（翼）前縁、３…（翼）後縁、４…圧力面、５…負圧面、６…内周側エンドウォール、７…外周側エンドウォール、８…冷却流路、１１…翼後縁部、１２…翼形部、１３…隙間（間隙）、１４…作動流体の流れ方向（翼後縁部の滑動方向）、１５…スロート幅（スロート面積）、２１…可動部構造、２２…固定翼、２３…可動翼、２４…可動軸、２５…リング、２６…アクチュエータ、２７…（軸方向の）変位量、３１…滑動面（摺動面）、３２…主流ガス、３３…冷却空気、３４…主流ガスパス、３５…翼表面、３６…冷却溝、３７…冷却孔、３８…乱流促進体、３９…シール、４０…曲がり板、４１…アームレバー、４２…偏心軸、４３…フィレット、４４…穿孔部、４５…穴、５１…冷却流路、５２…外周側ケーシング、５３…内周側構成部品、５４…翼後縁冷却構造部、５５…流量調整カバー、６０…平板、６１…スロット、６２…カム、６３…軸（カム中心軸）、６４…アクチュエータ軸先端部、１０１…圧縮機、１０２…燃焼器、１０３…タービン、１０４…発電機、１０５…高圧タービン、１０６…低圧タービン、１０７…静翼低圧冷却空気経路、１０８…静翼高圧冷却空気経路、１０９…動翼冷却空気経路、１１０…（圧縮機の）最終段、１１１…（圧縮機の）中圧段、１２１…内周側端壁、１２２…外周側端壁、１２３…翼部、１２４…可動軸、１２５…タービンケーシング、１２６…アクチュエータ、１２７…リング、１２８…アームレバー、１２９…間隙部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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