(57)【要約】【課題】冷却空気（冷却媒体）量を低減させることができ、かつ、フィルム冷却孔から温度の低い冷却空気が吹き出されることを防止すること。【解決手段】翼本体１１の腹側に位置する内周面１７をインピンジ冷却した冷却媒体の一部が、前記翼本体１１の背側に位置する内周面１７をさらにインピンジ冷却した後、前記翼本体１１の背側に位置するフィルム冷却孔１３から吹き出されるように構成されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、
前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、
前記翼本体の腹側に位置する内周面をインピンジ冷却した冷却媒体の一部が、前記翼本体の背側に位置する内周面をさらにインピンジ冷却した後、前記翼本体の背側に位置するフィルム冷却孔から吹き出されるように構成されていることを特徴とするタービン用翼。
【請求項２】
複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、
前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、
前記インサートが、前記キャビティの腹側および背側にそれぞれ一つずつ配置されており、腹側に配置されたインサートのインピンジメント冷却孔から前記翼本体の腹側に位置する内周面に向かって吹き出された冷却媒体の一部が、前記冷却空間を通って背側に配置されたインサートの内部に一旦導入された後、背側に配置されたインサートのインピンジメント冷却孔から前記翼本体の背側に位置する内周面に向かって吹き出されるように構成されていることを特徴とするタービン用翼。
【請求項３】
複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、
前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、
前記キャビティの背側に、前記キャビティの背側に位置する外周面と前記翼本体の背側に位置する内周面との間に形成された冷却空間を、前記キャビティの背側に位置する外周面および前記翼本体の背側に位置する内周面に沿って二分するとともに、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられたインピンジメント板が設けられていることを特徴とするタービン用翼。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のタービン用翼を備えてな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、ガスタービンに関し、より詳しくは、ガスタービンのタービン用翼（動翼・静翼）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンのタービン部におけるタービン用翼（例えば、第二段静翼）としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開平３−２５３７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたタービン用翼では、翼本体の内壁面（内周面）を効率よく冷却するため、インピンジメント孔が翼本体の内壁面にできるだけ近い位置にくるようにインサートの壁面を配置しなければならない。そのため、インサートの流路断面積が必然的に大きくなり、冷却空気量が多くなって、ガスタービンの性能が低下してしまうといった問題点があった。
また、インサートの内部に導入された冷却空気は、インサートに形成された複数個のインピンジメント孔を通って翼本体の内壁をインピンジメント冷却した後、翼本体に形成された複数個のフィルム冷却孔から吹き出されるようになっている。すなわち、インサートの内部に導入された冷却空気はすべて、インピンジメント冷却を１回だけ行ってフィルム冷却孔から翼本体の外部に流出するようになっている。そのため、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔から吹き出され、ガスタービンのガス温度を下げ、ガスタービンの熱効率を低下させてしまうおそれもあった。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、冷却空気（冷却媒体）量を低減させることができ、かつ、フィルム冷却孔から温度の低い冷却空気が吹き出されることを防止することができるタービン用翼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】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るタービン用翼は、複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、前記翼本体の腹側に位置する内周面をインピンジ冷却した冷却媒体の一部が、前記翼本体の背側に位置する内周面をさらにインピンジ冷却した後、前記翼本体の背側に位置するフィルム冷却孔から吹き出されるように構成されている。
【０００６】
本発明に係るタービン用翼によれば、キャビティ内におけるインサートの流路断面積が低減することとなるので、全体の冷却空気量（冷却空気の消費量）を低減させることができる。
また、インサートの内部に導入された冷却空気の一部が、インサートの内部に導入されて、翼本体の背側の内壁面をインピンジメント冷却するとともに、翼本体の背側の外壁面（外周面）をフィルム冷却するのに利用されることとなる。
これにより、インサートの内部に導入される冷却空気量を低減させる、あるいは極少量とすることができ、全体の冷却空気量をさらに（従来よりも、１０％程度）低減させることができるとともに、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔から吹き出されるのを防止することができる。
【０００７】
本発明に係るタービン用翼は、複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、前記インサートが、前記キャビティの腹側および背側にそれぞれ一つずつ配置されており、腹側に配置されたインサートのインピンジメント冷却孔から前記翼本体の腹側に位置する内周面に向かって吹き出された冷却媒体の一部が、前記冷却空間を通って背側に配置されたインサートの内部に一旦導入された後、背側に配置されたインサートのインピンジメント冷却孔から前記翼本体の背側に位置する内周面に向かって吹き出されるように構成されている。
【０００８】
本発明に係るタービン用翼によれば、例えば、図２に示すように、キャビティ内におけるインサートの流路断面積が低減することとなるので、全体の冷却空気量（冷却空気の消費量）を低減させることができる。
また、インサートの内部に導入された冷却空気の一部が、インサートの内部に導入されて、翼本体の背側の内壁面をインピンジメント冷却するとともに、翼本体の背側の外壁面（外周面）をフィルム冷却するのに利用されることとなる。
これにより、インサートの内部に導入される冷却空気量を低減させる、あるいは極少量とすることができ、全体の冷却空気量をさらに（従来よりも、１０％程度）低減させることができるとともに、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔から吹き出されるのを防止することができる。
【０００９】
本発明に係るタービン用翼は、複数個のフィルム冷却孔が設けられ、かつ、立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁と後縁とを結ぶ中心線に対して略直交して設けられた少なくとも１つの板状のリブによって、内部に少なくとも２つのキャビティが形成された翼本体と、前記各キャビティ内に、自身の外周面と前記翼本体の内周面との間に冷却空間を形成するように配置され、かつ、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられた中空のインサートとを具備したタービン用翼であって、前記キャビティの背側に、前記キャビティの背側に位置する外周面と前記翼本体の背側に位置する内周面との間に形成された冷却空間を、前記キャビティの背側に位置する外周面および前記翼本体の背側に位置する内周面に沿って二分するとともに、複数個のインピンジメント冷却孔が設けられたインピンジメント板が設けられている。
【００１０】
本発明に係るタービン用翼によれば、例えば、図３に示すように、キャビティ内におけるインサートの流路断面積が低減することとなるので、全体の冷却空気量（冷却空気の消費量）を低減させることができる。
また、インサートの内部に導入された冷却空気の一部が、インピンジメント板に形成されたインピンジメント孔から冷却空間内に吹き出して、翼本体の背側の内壁面をインピンジメント冷却するとともに、翼本体の背側の外壁面（外周面）をフィルム冷却するのに利用されることとなるので、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔から吹き出されるのを防止することができる。
【００１１】
本発明に係るガスタービンは、全体の冷却空気量を低減させることができるとともに、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔から吹き出されるのを防止することができるタービン用翼を備えている。
【００１２】
本発明に係るガスタービンによれば、全体の冷却空気量が低減されることとなるので、ガスタービンの性能を向上させることができるとともに、フィルム冷却孔からの温度の低い冷却空気の吹き出しが防止されることとなるので、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷却空気（冷却媒体）量を低減させることができ、かつ、フィルム冷却孔から温度の低い冷却空気が吹き出されることを防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るタービン用翼の一実施形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１は本発明に係るタービン用翼１０を具備したガスタービン１を示す図であって、車室上半部を取り外した状態を示す概略斜視図、図２は本実施形態に係るタービン用翼１０の略中央部を、その立設方向軸線に対して略直交する面で切った要部断面図である。
【００１５】
図１に示すように、ガスタービン１は、燃焼用空気を圧縮する圧縮部２と、この圧縮部２から送られてきた高圧空気中に燃料を噴射して燃焼させ、高温燃焼ガスを発生させる燃焼部３と、この燃焼部３の下流側に位置し、燃焼部３を出た燃焼ガスにより駆動されるタービン部４とを主たる要素とするものである。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態に係るタービン用翼１０は、例えば、タービン部４における第二段静翼に適用され得るものであり、翼本体１１と、複数個のインサート１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，・・・とを備えている。
翼本体１１には、複数個のフィルム冷却孔１３と、翼本体１１の立設方向軸線に対して略直交する断面における前縁Ｌ．Ｅ．と後縁（図示せず）とを結ぶ中心線（図示せず）に対して略直交して設けられ、翼本体１１の内部を複数個のキャビティＣ１，Ｃ２，・・・に区画する板状のリブ１４と、最も後縁側に位置するキャビティ内の冷却空気（冷却媒体）を翼本体１１の外部に導くとともに複数のピンフィン（図示せず）を有する空気孔（図示せず）とが設けられている。
【００１７】
インサート１２ａ，１２ｂ，１２ｃはそれぞれ、複数個のインピンジメント冷却孔１５が設けられた中空状のものであり、最も前縁側に位置するキャビティＣ１内には２つのインサート１２ａ，１２ｂが設けられており、その他のキャビティＣ２内にはそれぞれ１つのインサート１２ｃが設けられている。
インサート１２ａはキャビティＣ１内の腹側に配置され、インサート１２ｂはキャビティＣ１内の背側に配置されており、インサート１２ａ，１２ｂの外周面１６と翼本体１１の内壁面（内周面）１７との間、インサート１２ａ，１２ｂの外周面１６とリブ１４の壁面１８との間、およびインサート１２ａの外周面１６とインサート１２ｂの外周面１６との間にはそれぞれ、冷却空間、すなわち、冷却空気の通路が形成されている。
一方、その他のキャビティＣ２内に配置されたインサート１２ｃの外周面１６と翼本体１１の内壁面１７との間、およびインサート１２ｃの外周面１６とリブ１４の壁面１８との間にもそれぞれ、冷却空間、すなわち、冷却空気の通路が形成されている。
【００１８】
このように構成されたタービン用翼１０では、冷却空気が図示していない手段によってインサート１２ａ，１２ｂ，１２ｃの内部に導入され、複数個のインピンジメント孔１５を通って冷却空間内に吹き出して、翼本体１１の内壁面１７がインピンジメント冷却されるようになっている。
また、翼本体１１の内壁面１７をインピンジメント冷却した冷却空気は、翼本体１１の複数個のフィルム冷却孔１３から吹き出して、翼本体１１のまわりに冷却空気によるフィルム層を形成し、翼本体１１がフィルム冷却されるようになっている。
さらに、翼本体１１の後縁からは、空気孔（図示せず）を通って冷却空気が噴出され、この際にピンフィン（図示せず）を冷却して翼本体１１の後縁近傍が冷却されるようになっている。
【００１９】
さらにまた、本実施形態に係るタービン用翼１０では、図２に実線矢印で示すように、インサート１２ａの内部に導入され、翼本体１１の腹側の内壁面１７に向かって開口するインピンジメント孔１５から冷却空間内に吹き出して翼本体１１の腹側の内壁面１７をインピンジメント冷却した冷却空気の一部が、インサート１２ａの外周面１６と翼本体１１の内壁面１７との間に形成された冷却空間を通ってインサート１２ａの外周面１６とインサート１２ｂの外周面１６との間に形成された冷却空間に流れ込むようになっている。そして、インサート１２ａの外周面１６とインサート１２ｂの外周面１６との間に形成された冷却空間に流れ込んだ冷却空気は、インサート１２ａ（より詳しくは、インサート１２ａの背側に位置する壁面）に向かって開口するインピンジメント孔１５からインサート１２ｂの内部に流入し、図示していない手段によってインサート１２ｂの内部に導入された冷却空気とともに、翼本体１１の背側の内壁面１７に向かって開口するインピンジメント孔１５から冷却空間内に吹き出して翼本体１１の背側の内壁面１７をインピンジメント冷却した後、フィルム冷却孔１３から吹き出されるようになっている。
【００２０】
本実施形態に係るタービン用翼１０によれば、キャビティＣ１内におけるインサート１２ａ，１２ｂの流路断面積が低減することとなるので、全体の冷却空気量（冷却空気の消費量）を低減させることができる。
【００２１】
また、インサート１２ａの内部に導入された冷却空気の一部が、インサート１２ｂの内部に導入されて、翼本体１１の背側の内壁面１７をインピンジメント冷却するとともに、翼本体１１の背側の外壁面（外周面）をフィルム冷却するのに利用されることとなる。
これにより、インサート１２ｂの内部に導入される冷却空気量を低減させる、あるいは極少量とすることができ、全体の冷却空気量をさらに（従来よりも、１０％程度）低減させることができるとともに、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔１３から吹き出されるのを防止することができる。
【００２２】
また、本実施形態に係るタービン用翼１０を備えたガスタービン１によれば、全体の冷却空気量が低減されることとなるので、ガスタービンの性能を向上させることができるとともに、フィルム冷却孔１３からの温度の低い冷却空気の吹き出しが防止されることとなるので、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係るタービン用翼の他の実施形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本実施形態に係るタービン用翼２０の略中央部を、その立設方向軸線に対して略直交する面で切った要部断面図である。
本実施形態に係るタービン用翼２０は、インサート１２ａの代わりにインサート２１が設けられ、インサート１２ｂの代わりにインピンジメント板２２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
【００２４】
インサート２１は、複数個のインピンジメント冷却孔１５が設けられた中空状のものであり、インピンジメント板２２は、複数個のインピンジメント冷却孔１５が設けられた板状のものであって、これらインサート２１およびインピンジメント板２２は、最も前縁側に位置するキャビティＣ１内に収められて（収容されて）いる。
インピンジメント板２２は、その内壁面（内周面）２３がインサート２１の背側に位置する外壁面（外周面）２４と対向し、かつ、その外壁面（外周面）２５が翼本体１１の背側に位置する内壁面１７と対向するように配置されている。
そして、インサート２１の外壁面２４と翼本体１１の腹側に位置する内壁面１７との間、インサート２１の外壁面２４とリブ１４の壁面１８との間、インサート２１の外壁面２４とインピンジメント板２２の内壁面２３との間、およびインピンジメント板２２の外壁面２５と翼本体１１の背側に位置する内周面１７との間にはそれぞれ、冷却空間、すなわち、冷却空気の通路が形成されている。
【００２５】
このように構成されたタービン用翼２０では、冷却空気が図示していない手段によってインサート２１，１２ｃの内部に導入され、複数個のインピンジメント孔１５を通って冷却空間内に吹き出して、翼本体１１の内壁面１７がインピンジメント冷却されるようになっている。
また、翼本体１１の内壁面１７をインピンジメント冷却した冷却空気は、翼本体１１の複数個のフィルム冷却孔１３から吹き出して、翼本体１１のまわりに冷却空気によるフィルム層を形成し、翼本体１１がフィルム冷却されるようになっている。
さらに、翼本体１１の後縁からは、空気孔（図示せず）を通って冷却空気が噴出され、この際にピンフィン（図示せず）を冷却して翼本体１１の後縁近傍が冷却されるようになっている。
【００２６】
さらにまた、本実施形態に係るタービン用翼２０では、図３に実線矢印で示すように、インサート２１の内部に導入され、翼本体１１の腹側の内壁面１７に向かって開口するインピンジメント孔１５から冷却空間内に吹き出して翼本体１１の腹側の内壁面１７をインピンジメント冷却した冷却空気の一部が、インサート２１の外壁面２４と翼本体１１の内壁面１７との間に形成された冷却空間、およびインサート２１の外壁面２４とリブ１４の壁面１８との間に形成された冷却空間を通ってインサート２１の外壁面２４とインピンジメント板２２の内壁面２３との間に形成された冷却空間に流れ込むようになっている。そして、インサート２１の外壁面２４とインピンジメント板２２の内壁面２３との間に形成された冷却空間に流れ込んだ冷却空気は、翼本体１１の背側の内壁面１７に向かって開口するインピンジメント孔１５から冷却空間内に吹き出して翼本体１１の背側の内壁面１７をインピンジメント冷却した後、フィルム冷却孔１３から吹き出されるようになっている。
【００２７】
本実施形態に係るタービン用翼２０によれば、キャビティＣ１内におけるインサート２１の流路断面積が低減することとなるので、全体の冷却空気量（冷却空気の消費量）を低減させることができる。
【００２８】
また、インサート２１の内部に導入された冷却空気の一部が、インピンジメント板２２に形成されたインピンジメント孔１５から冷却空間内に吹き出して、翼本体１１の背側の内壁面１７をインピンジメント冷却するとともに、翼本体１１の背側の外壁面（外周面）をフィルム冷却するのに利用されることとなるので、温度の低い冷却空気がフィルム冷却孔１３から吹き出されるのを防止することができる。
【００２９】
また、本実施形態に係るタービン用翼２０を備えたガスタービン１によれば、全体の冷却空気量が低減されることとなるので、ガスタービンの性能を向上させることができるとともに、フィルム冷却孔１３からの温度の低い冷却空気の吹き出しが防止されることとなるので、ガスタービンの熱効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、本発明は第二段静翼のみに適用され得るものではなく、その他の段の静翼、あるいは動翼にも適用可能である。
【００３１】
また、本発明は最も前縁側に位置するキャビティＣ１内のみに適用され得るものではなく、その他のキャビティＣ２内にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るタービン用翼を具備したガスタービンを示す図であって、車室上半部を取り外した状態を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るタービン用翼の略中央部を、その立設方向軸線に対して略直交する面で切った要部断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るタービン用翼の略中央部を、その立設方向軸線に対して略直交する面で切った要部断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ガスタービン
１０    タービン用翼
１１    翼本体
１２ａ  インサート
１２ｂ  インサート
１２ｃ  インサート
１３    フィルム冷却孔
１４    リブ
１５    インピンジメント冷却孔
１６    外壁面（外周面）
１７    内壁面（内周面）
２０    タービン用翼
２１    インサート
２２    インピンジメント板
２４    外壁面（外周面）
Ｃ１    キャビティ
Ｃ２    キャビティ
Ｌ．Ｅ．前縁
【図１】
2008274906.tif 000003
【図２】
2008274906.tif 000004
【図３】
2008274906.tif 000005