(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの周りに燃焼ガスが流れる環状の燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品であって、
前記燃焼ガス流路における前記ロータの径方向の内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面を有する板状部材を備え、
前記板状部材は、前記ガスパス面と交差する外周面に沿って内部に冷却流通路が形成され、前記冷却流通路の内面のうち前記外周面側から突出する外周面側タービュレータを有し、
前記冷却流通路の内面のうち前記ガスパス面側から突出するガスパス面側タービュレータを備えるガスタービンの高温部品。
【請求項２】
前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、
前記外周面側タービュレータは、前記蓋部に設けられる請求項１に記載のガスタービンの高温部品。
【請求項３】
前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、
前記外周面側タービュレータは、前記蓋部に設けられ、
前記ガスパス面側タービュレータは、前記溝部に設けられる請求項１に記載のガスタービンの高温部品。
【請求項４】
前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、
前記外周面側タービュレータ及び前記ガスパス面側タービュレータは、前記蓋部に設けられる請求項１に記載のガスタービンの高温部品。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービンの高温部品を備えるガスタービン。
【請求項６】
ロータの周りに燃焼ガスが流れる環状の燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品の製造方法であって、
前記燃焼ガス流路における前記ロータの径方向の内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面を有する板状部材に対して、前記ガスパス面と交差する外周面から凹む溝部を前記外周面に沿って形成する溝部形成工程と、
前記溝部の開口を閉塞する蓋部を形成する蓋部形成工程と、
前記蓋部を前記溝部に固定する蓋部固定工程とを含み、
前記蓋部形成工程では、前記蓋部から突出する外周面側タービュレータを形成し、
前記蓋部固定工程では、前記外周面側タービュレータを前記溝部に向けて固定し、
前記溝部形成工程では、前記外周面側から加工を施すことによって、前記溝部の内面の前記ガスパス面側から突出するガスパス面側タービュレータを形成するガスタービンの高温部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの高温部品、これを備えるガスタービン、及びガスタービンの高温部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、圧縮機で加圧された空気を燃焼器において燃料と混合して高温の流体である燃焼ガスを発生させ、静翼及び動翼が交互に配設されたタービンの燃焼ガス流路内に導入する。タービンでは、燃焼ガス流路内を流通する燃焼ガスによって動翼及びロータを回転させることにより、燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーとして出力するとともに、圧縮機や発電機に回転駆動力を与えている。
【０００３】
燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路は、内周側と外周側とが壁部で囲まれて環状に形成されている。燃焼ガス流路の壁部は、板状の高温部品を周方向及び軸方向に配列することによって構成されている。具体的には、燃焼ガス流路の内周側においては、静翼基端に取り付けられた内側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って軸方向に隣り合う位置には動翼基端に取り付けられたプラットフォームが周方向に環状に配列される。これにより、内側シュラウド及びプラットフォームのそれぞれの環状体がロータの軸方向に交互に配列され、内周側の壁部が構成されている。また、燃焼ガス流路の外周側においては、静翼先端に取り付けられた外側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って軸方向に隣り合う位置には円弧状に湾曲した分割環が周方向に環状に配列される。これにより、外側シュラウド及び分割環のそれぞれの環状体が軸方向に交互に配列され、外周側の壁部が構成されている。
【０００４】
このような燃焼ガス流路を構成して高温の燃焼ガスに接する高温部品は、圧縮空気の一部を冷却空気として利用して冷却されている。ガスタービンの高温部品を冷却する構造としては、例えば、特許文献１に開示されている冷却構造がある。この冷却構造では、静翼のシュラウドの端面に軸方向に延びる冷却空気流路を形成している。具体的には、静翼のシュラウドの端面に軸方向に延びる溝を形成し、この溝の開口部をプラグで塞ぐことで、軸方向に延びる冷却空気流路を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−２２８８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した静翼の外側シュラウドや内側シュラウド、分割環のような高温部品は、他の高温部品と軸方向に隣接するために、軸方向に隙間が形成されている。また、これらの高温部品は、環状に配列されることで、ロータの周方向に隙間が形成されて隣接している。燃焼ガス流路を流通する燃焼ガスが軸方向や周方向の隙間に流入してしまうことで、高温部品の燃焼ガス流路に面するガスパス面だけでなく、ガスパス面の周りの外周面も高温となってしまう。そのため、高温部品の外周面を効率的に冷却することが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記課題を要望に応えるためになされたものであって、外周面を効率的に冷却することが可能なガスタービンの高温部品、該ガスタービンの高温部品を備えるガスタービン、及びガスタービンの高温部品の製造方法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】
【０００８】
本発明の第一の態様におけるガスタービンの高温部品は、ロータの周りに燃焼ガスが流れる環状の燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品であって、前記燃焼ガス流路における前記ロータの径方向の内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面を有する板状部材を備え、前記板状部材は、前記ガスパス面と交差する外周面に沿って内部に冷却流通路が形成され、前記冷却流通路の内面のうち前記外周面側から突出する外周面側タービュレータを有し、前記冷却流通路の内面のうち前記ガスパス面側から突出するガスパス面側タービュレータを備える。
【０００９】
このような構成によれば、冷却流通路の内面のうち外周面側から突出する外周面側タービュレータが形成されていることで、冷却空気は外周面側タービュレータに衝突しながら冷却流通路内を流通する。冷却空気が外周面側タービュレータに衝突することで、冷却流通路の外周面側の内面に沿って生じる冷却空気の境界層を壊すように、冷却空気の流れを乱すことができる。そのため、冷却流通路の外周面側の内面の近傍を流れる冷却空気の流速が上昇し、外周面側の熱伝達率を向上させることができる。
【００１１】
このような構成によれば、冷却流通路の内面のうちガスパス側から突出するガスパス面側タービュレータが形成されていることで、冷却空気はガスパス面側タービュレータに衝突しながら冷却流通路内を流通する。冷却空気がガスパス面側タービュレータに衝突することで、冷却流通路のガスパス面側の内面に沿って生じる冷却空気の境界層を壊すように、冷却空気の流れを乱すことができる。そのため、冷却流通路のガスパス面側の内面の近傍を流れる冷却空気の流速が上昇し、ガスパス面側の熱伝達率を向上させることができる。したがって、高温部品のガスパス面を効率的に冷却することができる。
【００１２】
また、上記ガスタービンの高温部品では、前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、前記外周面側タービュレータは、前記蓋部に設けられていてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、外周面から凹む溝部を蓋部で閉塞することによって、冷却流通路を容易に形成できる。さらに、板状部材と分離可能な蓋部に外周面側タービュレータが形成されることで、外周面側タービュレータを容易に加工することができる。したがって、冷却流通路内に外周面側タービュレータを任意の箇所や任意の形状で形成することが容易にできる。これにより、外周面を効率的に冷却可能な冷却流通路を容易に形成することができる。
【００１４】
また、上記ガスタービンの高温部品では、前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、前記外周面側タービュレータは、前記蓋部に設けられ、前記ガスパス面側タービュレータは、前記溝部に設けられていてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、外周面から窪む溝部に対して、ガスパス面側の内面から突出するガスパス面側タービュレータを形成することで、ガスパス面側タービュレータを容易に形成することができる。具体的には、溝部の開口に繋がるガスパス面側の内面から突出するように形成することで、外周面側からガスパス面側タービュレータを容易に加工することができる。したがって、冷却流通路内にガスパス面側タービュレータを任意の箇所や任意の形状で形成することが容易にできる。これにより、ガスパス面を効率的に冷却可能な冷却流通路を容易に形成することができる。
【００１６】
また、上記ガスタービンの高温部品では、前記冷却流通路は、前記板状部材の前記外周面から凹む溝部と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部とによって形成され、前記外周面側タービュレータ及び前記ガスパス面側タービュレータは、前記蓋部に設けられていてもよい。
【００１７】
このような構成によれば、ガスパス面側タービュレータが外周面側タービュレータとともに板状部材と分離可能な蓋部に形成されることで、ガスパス面側タービュレータを容易に加工することができる。そして、溝部として、単純な窪みを外周面に形成するだけで、冷却流通路を形成することができる。したがって、冷却流通路内にガスパス面側タービュレータを任意の箇所や任意の形状で形成することが、より容易にできる。これにより、ガスパス面を効率的に冷却可能な冷却流通路を、より容易に形成することができる。
【００１８】
また、本発明の第二の態様におけるガスタービンは、前記ガスタービンの高温部品を備える。
【００１９】
このような構成によれば、外周面を効率的に冷却することができるため、冷却空気を効率的に利用することができる。そのため、冷却空気として圧縮空気の一部をタービンに供給する量を減少でき、ガスタービンとして効率を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の第三の態様におけるガスタービンの高温部品の製造方法は、ロータの周りに燃焼ガスが流れる環状の燃焼ガス流路を画定するガスタービンの高温部品の製造方法であって、前記燃焼ガス流路における前記ロータの径方向の内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面を有する板状部材に対して、前記ガスパス面と交差する外周面から凹む溝部を前記外周面に沿って形成する溝部形成工程と、前記溝部の開口を閉塞する蓋部を形成する蓋部形成工程と、前記蓋部を前記溝部に固定する蓋部固定工程とを含み、前記蓋部形成工程では、前記蓋部から突出する外周面側タービュレータを形成し、前記蓋部固定工程では、前記外周面側タービュレータを前記溝部に向けて固定し、前記溝部形成工程では、前記外周面側から加工を施すことによって、前記溝部の内面の前記ガスパス面側から突出するガスパス面側タービュレータを形成する。
【００２１】
このような構成によれば、溝部形成工程で外周面側から溝部を形成しながら、蓋部形成工程で外周面側タービュレータを蓋部に形成することができる。そのため、板状部材と分離可能な蓋部に外周面側タービュレータを形成することで、外周面側タービュレータを容易に加工することができる。そして、蓋部固定工程で、蓋部を溝部に固定し、溝部の開口を蓋部によって閉塞することで、冷却流通路を外周面側から容易に形成することができる。したがって、外周面側タービュレータが設けられた冷却流通路を容易に形成することができる。
【００２３】
このような構成によれば、溝部形成工程で、溝部とともにガスパス面側タービュレータを外周面側から形成することで、ガスパス面側タービュレータを容易に形成することができる。これにより、ガスパス面側タービュレータが設けられた冷却流通路を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明に係るガスタービンの高温部品、該ガスタービンの高温部品を備えるガスタービン、及びガスタービンの高温部品の製造方法によれば、内部に外周側タービュレータが設けられた冷却流通路が形成されることで、外周面を効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面である。
【図２】本発明の実施形態におけるガスタービンの要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるガスタービンの内側シュラウド（高温部品）の概略形状を説明する模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態における冷却流通路の断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態における冷却流通路の断面図である。
【図６】本発明の変形例として冷却流通路の形成された動翼のプラットフォームの概略形状を説明する模式図である。
【図７】本発明の変形例として冷却流通路の形成された分割環の概略形状を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
《第一実施形態》
以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図４を参照して説明する。
ガスタービン１は、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１０と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気中で燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器２０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン３０と、を備えている。
【００２７】
タービン３０は、ケーシング３１と、このケーシング３１内でロータ軸Ａｒを中心として回転するタービンロータ３３とを備えている。このタービンロータ３３は、例えば、このタービンロータ３３の回転で発電する発電機（不図示）と接続されている。
【００２８】
圧縮機１０は、タービン３０に対して、ロータ軸Ａｒに平行な軸方向Ｄａの一方側に配置されている。タービン３０のケーシング３１は、ロータ軸Ａｒを中心として円筒状をなしている。複数の燃焼器２０は、ロータ軸Ａｒに対する周方向Ｄｃに互いの間隔をあけて、このケーシング３１に取り付けられている。圧縮機１０では、生成した圧縮空気の一部を冷却空気としてタービン３０や燃焼器２０に供給している。
【００２９】
なお、以下では、軸方向Ｄａで圧縮機１０が配置されている側を上流側、その反対側のタービン３０が配置されている側を下流側とする。また、ロータ軸Ａｒに対する径方向Ｄｒで、ロータ軸Ａｒから遠ざかる側を径方向外側、ロータ軸Ａｒに近づく側を径方向内側とする。
【００３０】
タービンロータ３３は、図２に示すように、ロータ軸Ａｒを中心として、軸方向Ｄａに延びているロータ本体３４と、軸方向Ｄａに並んでロータ本体３４に取り付けられている複数の動翼列３５と、を有している。各動翼列３５は、いずれも、ロータ軸Ａｒに対して周方向Ｄｃに並んでロータ軸Ａｒに取り付けられている複数の動翼３６を有している。動翼３６は、径方向Ｄｒに延びる動翼本体３７と、この動翼本体３７の径方向内側に設けられているプラットフォーム３８と、このプラットフォーム３８の径方向内側に設けられている翼根３９とを有している。動翼３６は、この翼根３９がロータ本体３４に埋め込まれることで、ロータ本体３４に固定されている。
【００３１】
複数の動翼列３５の各上流側には、静翼列４０が配置されている。各静翼列４０は、いずれも、複数の静翼４１が周方向Ｄｃに並んで構成されている。各静翼４１は、いずれも、径方向Ｄｒに延びる静翼本体４２と、静翼本体４２の径方向外側に設けられている外側シュラウド４３と、静翼本体４２の径方向内側に設けられている内側シュラウド４５と、を有している。
【００３２】
動翼列３５及び静翼列４０の径方向外側であって、ケーシング３１の径方向内側には、ロータ軸Ａｒを中心として円筒状の翼環５０が配置されている。この翼環５０は、ケーシング３１に固定されている。静翼４１の外側シュラウド４３と翼環５０とは、遮熱環５２により連結されている。
【００３３】
軸方向Ｄａで隣接する静翼列４０の外側シュラウド４３同士の間には、ロータ軸Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１が配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１は環状を成し、その径方向内側には、動翼列３５が配置されている。周方向Ｄｃに並んだ複数の分割環６１は、いずれも、遮熱環５２により翼環５０に連結されている。
【００３４】
タービン３０のケーシング３１内には燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路Ｐｇが形成されている。燃焼ガス流路Ｐｇは、静翼列４０を構成する複数の静翼４１の内側シュラウド４５及び外側シュラウド４３と、その下流側の動翼列３５を構成する複数の動翼３６のプラットフォーム３８及びこれに対向する分割環６１とによって、ロータ本体３４の周りに環状に画定されている。静翼４１、動翼３６及び分割環６１は、いずれも、燃焼ガス流路Ｐｇ内を流通する高温高圧の燃焼ガスＧに接するガスタービン１の高温部品である。
【００３５】
次に、図３及び図４を用いて、本発明に係る高温部品の一実施形態について説明する。
本実施形態では、高温部品として、静翼列４０を構成する静翼４１の外側シュラウド４３や内側シュラウド４５を総称して、シュラウド４５０を例に挙げて説明する。
【００３６】
シュラウド４５０は、本実施形態の燃焼ガス流路Ｐｇにおけるロータ軸Ａｒの径方向Ｄｒの内側に面するガスパス面４５１を有する板状部材である。シュラウド４５０は、ロータ軸Ａｒを中心とする円弧状に湾曲した板状をなしている。図３は、本実施形態におけるシュラウド４５０の概略形状を説明する模式図である。シュラウド４５０は、ガスパス面４５１から静翼本体４２が一体をなして径方向外側に向かって突出している。本実施形態のシュラウド４５０では、ガスパス面４５１と交差する外周面として、ロータを基準に周方向Ｄｃを向く側端面４５２と、ロータを基準に軸方向Ｄａの上流側を向く前縁端面４５３と、下流側を向く後縁端面４５４とが形成されている。即ち、側端面４５２は、シュラウド４５０において、ガスパス面４５１の周方向Ｄｃの端部でそれぞれガスパス面４５１と交差し、軸方向Ｄａに長く延在する面である。前縁端面４５３は、ガスパス面４５１の軸方向Ｄａの上流側の端部でガスパス面４５１と交差し、周方向Ｄｃに長く延在する面である。後縁端面４５４は、ガスパス面４５１の軸方向Ｄａの下流側の端部でガスパス面４５１と交差し、周方向Ｄｃに長く延在する面である。
【００３７】
シュラウド４５０は、内部に冷却空気を流通させる冷却流通路４６が形成されている。本実施形態の冷却流通路４６は、シュラウド４５０の内部で側端面４５２に沿って形成されている。具体的には、図３に示すように、本実施形態では、静翼本体４２には、内部に冷却空気を流通させるための前縁通路４２１と後縁通路４２２とが形成されている。本実施形態の冷却流通路４６は、この前縁通路４２１と連通する接続流通路４６１と、両側の側端面４５２に沿って形成される主冷却流通路４６２とを有する。
【００３８】
接続流通路４６１は、シュラウド４５０の内部において前縁通路４２１から前縁端面４５３側に向かって延びた後に、前縁端面４５３に沿って両側の側端面４５２に向うように分岐して形成されている。
主冷却流通路４６２は、接続流通路４６１と接続されている。主冷却流通路４６２は、両側の側端面４５２に沿ってそれぞれ形成されている。本実施形態の主冷却流通路４６２は、前縁端面４５３側が接続流通路４６１に接続され、前縁端面４５３側が後縁端面４５４に形成されている開口に接続されている。
【００３９】
また、シュラウド４５０は、図４に示すように、板状部材の外周面である側端面４５２や前縁端面４５３から凹む溝部４７と、溝部４７の開口を閉塞する蓋部４８とを有する。この溝部４７と蓋部４８とによって、冷却流通路４６がシュラウド４５０の内部に側端面４５２や前縁端面４５３に沿って形成されている。
【００４０】
溝部４７は、側端面４５２の延在する方向である軸方向Ｄａ成分を含む方向に沿って前縁端面４５３側から後縁端面４５４まで形成されている。本実施形態の溝部４７は、前縁端面４５３の延在する方向である周方向Ｄｃ成分を含む方向に沿って側端面４５２同士の間にも形成されている。本実施形態の溝部４７は、蓋部４８がはめ込まれる第一溝部４７１と、第一溝部４７１よりもシュラウド４５０の内部に形成される第二溝部４７２とを有する。
【００４１】
第一溝部４７１は、側端面４５２や前縁端面４５３から垂直に窪む角溝である。
第二溝部４７２は、第一溝部４７１よりも小さな断面形状をなして、第一溝部４７１の内面のうち、側端面４５２や前縁端面４５３と平行な内面から垂直に窪む角溝である。本実施形態の第二溝部４７２は、内面のうち、ガスパス面４５１側にガスパス面側タービュレータ４７３が形成されている。
【００４２】
ガスパス面側タービュレータ４７３は、第二溝部４７２のガスパス面４５１側の内面から突出している。本実施形態のガスパス面側タービュレータ４７３は、第二溝部４７２のガスパス面４５１側の内面において、第一溝部４７１側の開口から内側に向かって直方状をなして突出している。側端面４５２に形成される溝部４７のガスパス面側タービュレータ４７３は、側端面４５２の延在する方向に離間して複数形成されている。前縁端面４５３に形成される溝部４７のガスパス面側タービュレータ４７３は、前縁端面４５３の延在する方向に離間して複数形成されている。
【００４３】
側端面４５２に形成される溝部４７の開口を閉塞する蓋部４８は、側端面４５２に沿って前縁端面４５３側から後縁端面４５４まで延在して形成されている。前縁端面４５３に形成される溝部４７の開口を閉塞する蓋部４８は、前縁端面４５３に沿って側端面４５２同士の間を延在して形成されている。本実施形態の蓋部４８は、第一溝部４７１に嵌まり込むように形成される蓋部本体４８１と、蓋部本体４８１が第一溝部４７１に嵌まり込んだ状態で第二溝部４７２に向かって突出する外周面側タービュレータ４８２とを有する。
【００４４】
蓋部本体４８１は、第一溝部４７１に嵌まり込むように側端面４５２や前縁端面４５３の延在する方向に沿って延在している。蓋部本体４８１は、第一溝部４７１に嵌まり込んだ状態で、その断面形状における第二溝部４７２側に、第二溝部４７２の開口を閉塞する平面である溝部閉塞面４８１ａが形成されている。また、蓋部本体４８１は、その断面形状における外側に向かうにしたがって縮径するよう形成されている。例えば、側端面４５２に配置される蓋部本体４８１は、その断面形状における外側である側端面４５２側が、側端面４５２側に向かうにしたがって縮径するよう形成されている。
【００４５】
外周面側タービュレータ４８２は、蓋部本体４８１の溝部閉塞面４８１ａから突出している。したがって、外周面側タービュレータ４８２は、蓋部本体４８１が第一溝部４７１に嵌まり込んだ状態で、冷却流通路４６における側端面４５２側や前縁端面４５３側から突出している。外周面側タービュレータ４８２は、溝部閉塞面４８１ａの幅方向に横切るように、溝部閉塞面４８１ａから直方状をなして突出している。外周面側タービュレータ４８２は、蓋部本体４８１の延在する方向に沿って離間して複数形成されている。
【００４６】
次に、本実施形態におけるガスタービン１の高温部品の製造方法について説明する。
ガスタービン１の高温部品の製造方法では、ロータ本体３４の周りに燃焼ガスＧが流れる燃焼ガス流路Ｐｇを画定するガスタービン１の高温部品を製造する。本実施形態のガスタービン１の高温部品の製造方法では、板状部材であるシュラウド４５０を製造する場合を例に挙げて説明する。本実施形態のガスタービン１の高温部品の製造方法は、シュラウド４５０に対して外周面から凹む溝部４７を形成する溝部形成工程Ｓ１と、溝部４７の開口を閉塞する蓋部４８を形成する蓋部形成工程Ｓ２と、蓋部４８を溝部４７に固定する蓋部固定工程Ｓ３とを含む。
【００４７】
溝部形成工程Ｓ１は、シュラウド４５０の側端面４５２や前縁端面４５３に溝部４７を形成する。溝部形成工程Ｓ１では、側端面４５２側から加工を施すことによって、側端面４５２の延在する方向に沿って溝部４７を形成する。また、溝部形成工程Ｓ１では、前縁端面４５３側から加工を施すことによって、前縁端面４５３の延在する方向に沿って溝部４７を形成する。具体的には、本実施形態の溝部形成工程Ｓ１は、側端面４５２側から加工を施すことによって、第一溝部４７１を側端面４５２に形成する。その後、溝部形成工程Ｓ１は、側端面４５２側から加工を施すことによって、ガスパス面４５１側の内面から突出するガスパス面側タービュレータ４７３を形成しながら、側端面４５２と平行な第一溝部４７１の内面にから窪む第二溝部４７２を形成する。より具体的には、本実施形態の溝部形成工程Ｓ１は、放電加工によって側端面４５２側からシュラウド４５０を彫り込むことで、第一溝部４７１、第二溝部４７２及びガスパス面側タービュレータ４７３を形成する。同様に、本実施形態の溝部形成工程Ｓ１は、前縁端面４５３側から放電加工を施すことで、第一溝部４７１、第二溝部４７２及びガスパス面側タービュレータ４７３を前縁端面４５３に形成する。
【００４８】
蓋部形成工程Ｓ２は、溝部４７に嵌め込まれる蓋部４８を形成する。本実施形態の蓋部形成工程Ｓ２では、第一溝部４７１に嵌まり込んで第二溝部４７２の開口を閉塞するような形状の蓋部本体４８１と、溝部閉塞面４８１ａから突出する外周面側タービュレータ４８２とを形成する。溝部形成工程Ｓ１では、蓋部本体４８１が第一溝部４７１に嵌まり込んだ状態で、側端面４５２から突出せずに、蓋部本体４８１の側端面４５２側や前縁端面４５３側に第一溝部４７１に対して空間が生じるよう蓋部本体４８１を形成する。
【００４９】
蓋部固定工程Ｓ３は、溝部形成工程Ｓ１で形成した溝部４７に、蓋部形成工程Ｓ２で形成した蓋部４８を外周面側タービュレータ４８２が溝部４７を向くように嵌め込んで固定する。本実施形態の蓋部固定工程Ｓ３は、外周面側タービュレータ４８２を第二溝部４７２に向けて第一溝部４７１に蓋部本体４８１を嵌め込み、側端面４５２側や前縁端面４５３側から蓋部本体４８１と第一溝部４７１との隙間を埋めるように溶接ビード４９を形成しながら溶接することで固定する。
【００５０】
次に、上記ガスタービン１の高温部品の作用について説明する。
第一実施形態のガスタービン１によれば、圧縮機１０からの圧縮空気は、タービン３０のケーシング３１内に入り、燃焼器２０内に流れ込む。燃焼器２０では、この圧縮空気と共に外部から供給される燃料を燃焼して、燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路Ｐｇを通る過程で、動翼本体３７に接して、タービンロータ３３をロータ軸Ａｒ回りに回転させる。この際、燃焼ガス流路Ｐｇを通る燃焼ガスＧは、シュラウド４５０同士の周方向Ｄｃの隙間や、シュラウド４５０とプラットフォーム３８との軸方向Ｄａの隙間等の隣接する高温部品同士の隙間に流入しながら、下流側に流れていく。
【００５１】
また、圧縮機１０からの圧縮空気の一部は冷却空気として、動翼３６や静翼４１を冷却するために、タービン３０のケーシング３１内において、プラットフォーム３８の径方向内側の領域や翼環５０の径方向外側の領域に流れ込む。プラットフォーム３８の径方向内側の領域に流れ込んだ冷却空気は、各部品の内部に形成されている不図示の流路を介してプラットフォーム３８や動翼本体３７を内部から冷却する。
【００５２】
翼環５０の径方向外側の領域に流れ込んだ冷却空気は、その径方向内側に配置されている外側シュラウド４３や分割環６１の径方向外側に流れ込み、外側シュラウド４３や分割環６１を冷却する。外側シュラウド４３の径方向外側に流れ込んだ冷却空気は、外側シュラウド４３の内部の不図示の流路を介して静翼本体４２の前縁通路４２１や後縁通路４２２に流れ込む。その後、冷却空気は、前縁通路４２１からシュラウド４５０の接続流通路４６１に流れ込む。
【００５３】
接続流通路４６１に流れ込んだ冷却空気は、蓋部４８が第一溝部４７１に嵌め込まれて溶接されて固定されることで、第二溝部４７２と蓋部４８の溝部閉塞面４８１ａとによって形成される主冷却流通路４６２に流れ込む。主冷却流通路４６２や接続流通路４６１では、内面のうち、側端面４５２側や前縁端面４５３側から突出する外周面側タービュレータ４８２と、ガスパス面４５１側から突出するガスパス面側タービュレータ４７３とが形成されている。そのため、前縁通路４２１から流入してくる冷却空気は、外周面側タービュレータ４８２とガスパス面側タービュレータ４７３とに衝突しながら後縁端面４５４に向かって流通する。冷却流通路４６内の冷却空気は、前縁端面４５３側から軸方向Ｄａに沿って流通し、後縁端面４５４の開口からシュラウド４５０の外部に排出される。
【００５４】
上記のようなガスタービン１の高温部品によれば、冷却流通路４６の内面のうち側端面４５２側や前縁端面４５３側から突出する外周面側タービュレータ４８２が形成されていることで、冷却空気は外周面側タービュレータ４８２に衝突しながら冷却流通路４６内を流通する。冷却空気が外周面側タービュレータ４８２に衝突することで、冷却流通路４６の側端面４５２側や前縁端面４５３側の内面である蓋部４８の溝部閉塞面４８１ａに沿って生じる冷却空気の境界層を壊すように、冷却空気の流れを乱すことができる。そのため、溝部閉塞面４８１ａの近傍を流れる冷却空気の流速が上昇し、側端面４５２側や前縁端面４５３側の熱伝達率を向上させることができる。したがって、燃焼ガス流路Ｐｇから周方向Ｄｃに隣接するシュラウド４５０の隙間に流入する高温の燃焼ガスＧに曝されて、高温となる側端面４５２や前縁端面４５３を効率的に冷却することができる。
【００５５】
また、第二溝部４７２の内面のうちガスパス面４５１側から突出するガスパス面側タービュレータ４７３が形成されていることで、冷却流通路４６内の冷却空気はガスパス面側タービュレータ４７３に衝突しながら流通する。冷却空気がガスパス面側タービュレータ４７３に衝突することで、第二溝部４７２のガスパス面４５１側の内面に沿って生じる冷却空気の境界層を壊すように、冷却空気の流れを乱すことができる。そのため、第二溝部４７２のガスパス面４５１側の内面の近傍を流れる冷却空気の流速が上昇し、ガスパス面４５１側の熱伝達率を向上させることができる。したがって、燃焼ガス流路Ｐｇに面することで高温の燃焼ガスＧに曝されるシュラウド４５０のガスパス面４５１を効率的に冷却することができる。
【００５６】
さらに、主冷却流通路４６２が側端面４５２の延在する方向に沿って形成されていることで、側端面４５２を全域にわたって効率的に冷却することができる。また、接続流通路４６１が前縁端面４５３の延在する方向に沿って形成されていることで、前縁端面４５３を全域にわたって効率的に冷却することができる。
【００５７】
また、側端面４５２や前縁端面４５３から凹む溝部４７を蓋部４８で閉塞することによって、冷却流通路４６を容易に形成できる。さらに、シュラウド４５０と分離可能な蓋部４８に外周面側タービュレータ４８２が形成されることで、外周面側タービュレータ４８２を容易に加工することができる。したがって、冷却流通路４６内に外周面側タービュレータ４８２を任意の箇所や任意の形状で形成することが容易にできる。これにより、側端面４５２や前縁端面４５３を効率的に冷却可能な冷却流通路４６をシュラウド４５０に容易に形成することができる。
【００５８】
さらに、側端面４５２や前縁端面４５３から窪む第二溝部４７２に対して、ガスパス面４５１側の内面から突出するガスパス面側タービュレータ４７３を形成することで、ガスパス面側タービュレータ４７３を容易に形成することができる。具体的には、第二溝部４７２の開口に繋がるガスパス面４５１側の内面から突出するように形成することで、側端面４５２側や前縁端面４５３側から第二溝部４７２の開口を介してガスパス面側タービュレータ４７３を容易に加工することができる。したがって、冷却流通路４６内にガスパス面側タービュレータ４７３を任意の箇所や任意の形状で形成することが容易にできる。これにより、ガスパス面４５１を効率的に冷却可能な冷却流通路４６をシュラウド４５０に容易に形成することができる。
【００５９】
また、上記のようなガスタービン１によれば、側端面４５２や前縁端面４５３を効率的に冷却することができるため、冷却空気を効率的に利用することができる。そのため、冷却空気として圧縮空気の一部をタービン３０に供給する量を減少でき、ガスタービン１として効率を向上させることができる。
【００６０】
また、上記のようなガスタービン１の高温部品の製造方法によれば、溝部形成工程Ｓ１で側端面４５２側や前縁端面４５３側から第一溝部４７１と第二溝部４７２とを形成しながら、蓋部形成工程Ｓ２で外周面側タービュレータ４８２を蓋部４８に形成することができる。そのため、シュラウド４５０の本体と分離可能な蓋部４８に外周面側タービュレータ４８２を形成することで、外周面側タービュレータ４８２を容易に加工することができる。そして、蓋部固定工程Ｓ３で、蓋部４８を第一溝部４７１に溶接して固定し、第二溝部４７２の開口を蓋部４８の溝部閉塞面４８１ａによって閉塞することで、冷却流通路４６を側端面４５２側や前縁端面４５３側から容易に形成することができる。したがって、外周面側タービュレータ４８２が設けられた冷却流通路４６を容易に形成することができる。
【００６１】
さらに、溝部形成工程Ｓ１で、第二溝部４７２とともにガスパス面側タービュレータ４７３を側端面４５２側や前縁端面４５３側から彫り込んで形成することで、ガスパス面側タービュレータ４７３を容易に形成することができる。これにより、ガスパス面側タービュレータ４７３が設けられた冷却流通路４６を容易に形成することができる。
【００６２】
《第二実施形態》
次に、図５を参照して第二実施形態のガスタービン１の高温部品について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この第二実施形態のガスタービン１の高温部品は、溝部４７と蓋部４８の構成について第一実施形態と相違する。なお、第二実施形態においても高温部品として、シュラウド４５０を例に挙げて説明する。
【００６３】
第二実施形態のシュラウド４５０では、図５に示すように、溝部４７ではなく、蓋部４８にガスパス面側タービュレータ４７３が形成されている。具体的には、第二実施形態のシュラウド４５０は、ガスパス面側タービュレータ４７３が形成されていない変形溝部４７ａと、外周面側タービュレータ４８２及びガスパス面側タービュレータ４７３が形成される変形蓋部４８ａとを有する。
【００６４】
変形溝部４７ａは、ガスパス面側タービュレータ４７３を有していない点で第一実施形態の溝部４７と異なる。本実施形態の変形溝部４７ａは、溝部４７と同様の形状の第一溝部４７１と、第二溝部４７２とを有する。
【００６５】
変形蓋部４８ａは、ガスパス面側タービュレータ４７３が形成されている点で第一実施形態の蓋部４８と異なる。本実施形態の変形蓋部４８ａは、蓋部本体４８１と、外周面側タービュレータ４８２と、蓋部本体４８１から外周面側タービュレータ４８２よりも突出する変形ガスパス面側タービュレータ４８３とを有する。なお、蓋部本体４８１及び外周面側タービュレータ４８２は、第一実施形態と同様の形状をなしている。
【００６６】
変形ガスパス面側タービュレータ４８３は、変形蓋部４８ａが変形溝部４７ａの開口を閉塞した状態で、冷却流通路４６のガスパス面４５１側の内面から突出するよう変形蓋部４８ａに複数形成されている。具体的には、本実施形態の変形ガスパス面側タービュレータ４８３は、蓋部本体４８１の外周面側タービュレータ４８２が形成されている位置に形成されている。変形ガスパス面側タービュレータ４８３は、溝部閉塞面４８１ａの幅方向の所定の位置から垂直に直方状をなして突出している。本実施形態における溝部閉塞面４８１ａの幅方向の所定の位置とは、蓋部本体４８１が第一溝部４７１に嵌め込まれた状態で、蓋部本体４８１から突出する変形ガスパス面側タービュレータ４８３が第二溝部４７２のガスパス面４５１側の内面に当接する位置である。
【００６７】
上記のようなガスタービン１の高温部品によれば、変形ガスパス面側タービュレータ４８３が外周面側タービュレータ４８２とともにシュラウド４５０と分離可能な蓋部４８に形成されることで、変形ガスパス面側タービュレータ４８３を容易に加工することができる。そして、変形溝部４７ａとして、単純な窪みである角溝を側端面４５２や前縁端面４５３に形成するだけで、冷却流通路４６を形成することができる。したがって、冷却流通路４６内に変形ガスパス面側タービュレータ４８３を任意の箇所や任意の形状で形成することが、より容易にできる。これにより、ガスパス面４５１を効率的に冷却可能な冷却流通路４６をシュラウド４５０内に、より容易に形成することができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【００６９】
なお、本実施形態ではガスタービン１の高温部品として、シュラウド４５０を例に挙げて説明したが、本発明のガスタービン１の高温部品はシュラウド４５０に限定されるものではない。例えば、板状部品を備えるガスタービン１の高温部品としては、動翼３６のプラットフォーム３８や、分割環６１であってもよく、燃焼ガス流路Ｐｇにおけるロータ軸Ａｒの径方向Ｄｒの内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面４５１を有する板状部材を備える部品であればよい。
【００７０】
具体的には、板状部品を備えるガスタービン１の高温部品が動翼３６のプラットフォーム３８である場合には、図６に示すように、プラットフォーム３８の周方向Ｄｃを向くプラットフォーム側端縁３８２側と、軸方向Ｄａの上流側を向くプラットフォーム前縁端面３８３側とに冷却流通路４６ａが形成されていてもよい。
【００７１】
また、板状部品を備えるガスタービン１の高温部品が分割環６１である場合には、図７に示すように、分割環６１の周方向Ｄｃを向く分割環側端縁６１２側と、軸方向Ｄａの上流側を向く分割環前縁端面６１３側とに冷却流通路４６ｂが形成されていてもよい。
【００７２】
また、本実施形態のように、主冷却流通路４６２は側端面４５２に沿って形成されることに限定されるものではなく、外周面に沿って形成されていればよい。例えば、主冷却流通路４６２は、外周面のうちの前縁端面４５３や後縁端面４５４に沿って形成されていてもよく、外周面の全周に沿うように前縁端面４５３、後縁端面４５４、及び側端面４５２の全ての面に沿って形成されていてもよい。また、主冷却流通路４６２は、側端面４５２に沿って形成される場合であっても、両側の側端面４５２に沿ってそれぞれ形成されていることに限定されるものではなく、いずれか一方側のみの側端面４５２に沿って形成されていてもよい。
【００７３】
さらに、外周面側タービュレータ４８２やガスパス面側タービュレータ４７３の形状は、本実施形態の形状に限定されるものではなく、外周面側タービュレータ４８２は冷却流通路４６の内面のうち外周面側から突出していればよく、ガスパス面側タービュレータ４７３は冷却流通路４６の内面のうちガスパス面４５１側から突出していればよい。
【００７４】
また、冷却流通路４６の接続流通路４６１は、本実施形態のような形状に限定されるものではなく、静翼本体４２の前縁通路４２１と主冷却流通路４６２とを接続していればよい。例えば、接続流通路４６１は、本実施形態のように前縁通路４２１から前縁端面４５３側に向かって延びた後に分岐して主冷却流通路４６２に接続する形状ではなく、両側の主冷却流通路４６２に対して異なる接続流通路４６１がそれぞれ接続されるように形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…ガスタービン  １０…圧縮機  ２０…燃焼器  ３０…タービン  Ｄａ…軸方向  Ｄｃ…周方向  Ｄｒ…径方向  ３１…ケーシング  Ａｒ…ロータ軸  ３３…タービンロータ  ３４…ロータ本体  ３５…動翼列  ３６…動翼  ３７…動翼本体  ３８…プラットフォーム  ３９…翼根  ４０…静翼列  ４１…静翼  ４２…静翼本体  ４２１…前縁通路  ４２２…後縁通路  ４３…外側シュラウド  ４５…内側シュラウド  ４５１…ガスパス面  ４５２…側端面  ４５３…前縁端面  ４５４…後縁端面  ４６…冷却流通路  ４６１…接続流通路  ４６２…主冷却流通路  ４７…溝部  ４７１…第一溝部  ４７２…第二溝部  ４７３…ガスパス面側タービュレータ  ４８…蓋部  ４８１…蓋部本体  ４８１ａ…溝部閉塞面  ４８２…外周面側タービュレータ  ５０…翼環  ５２…遮熱環  ６１…分割環  Ｇ…燃焼ガス  Ｐｇ…燃焼ガス流路  Ｓ１…溝部形成工程  Ｓ２…蓋部形成工程  Ｓ３…蓋部固定工程  ４７ａ…変形溝部  ４８ａ…変形蓋部  ４８３…変形ガスパス面側タービュレータ  ３８２…プラットフォーム側端縁  ３８３…プラットフォーム前縁端面  ６１２…分割環側端縁  ６１３…分割環前縁端面
【要約】
【課題】本発明のガスタービンの高温部品は、外周面を効率的に冷却することができる。
【解決手段】ガスタービンの高温部品４５０は、燃焼ガス流路における前記ロータの径方向の内側または外側の少なくとも一方に面するガスパス面４５１を有する板状部材を備える。この板状部材は、ガスパス面４５１と交差する外周面４５２に沿って内部に冷却流通路が形成され、冷却流通路の内面のうち外周面４５２側から突出する外周面側タービュレータ４８２を有する。
【選択図】図４【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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