(57)【要約】  流体回転機械用のタービン翼であって、翼板（４）を備えており、該翼板（４）は、凹状の圧力側壁（６）と凸状の吸込み側壁（７）とによって画成されており、これらの圧力側壁（６）と吸込み側壁（７）とは、前記翼板（４）に配設可能な翼前縁（５）の領域（Ｂ）で結合されていて、該翼前縁（５）の長手方向延在部内に延在する中空室（９）を包囲しており、該中空室（９）は、前記翼前縁（５）の領域の圧力側壁（６）及び吸込み側壁（７）の内壁と、前記翼前縁（５）に向かって長手方向に延在していて、前記吸込み側壁（７）と圧力側壁（６）の内壁を結合している中間壁（８）とによって画成されているものを説明する。開示された翼は、前記中間壁（８）が、前記吸込み側壁（７）及び／又は圧力側壁（６）に対する接続領域において、前記中間壁（８）の弾性を高めるために、少なくとも部分的に穿孔部（１６）を有している点において優れている。
2015511678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体回転機械用のタービン翼であって、翼板（４）を備えており、該翼板（４）は、凹状の圧力側壁（６）と凸状の吸込み側壁（７）とによって画成されており、これらの該圧力側壁（６）と該吸込み側壁（７）とは、前記翼板（４）に配設可能な翼前縁（５）の領域（Ｂ）で結合されていて、該翼前縁（５）の長手方向延在部内に延在する中空室（９）を包囲しており、該中空室（９）は、前記翼前縁（５）の領域の前記圧力側壁（６）及び前記吸込み側壁（７）の内壁と、前記翼前縁（５）に向かって長手方向に延在していて、前記吸込み側壁（７）と前記圧力側壁（６）の内壁を結合している中間壁（８）とによって画成されているものにおいて、
該中間壁（８）は、前記吸込み側壁（７）及び／又は前記圧力側壁（６）に対する接続領域において、該接続領域における前記中間壁（８）の弾性を高めるために、少なくとも部分的に穿孔部（１６）を有していることを特徴とする、流体回転機械用のタービン翼。
【請求項２】
前記穿孔部（１６）は、１列の円筒状の孔（１８）を有している、請求項１記載のタービン翼。
【請求項３】
前記穿孔部は、１列の長孔（１９）又はスリットを有しており、該長孔（１９）又はスリットの長辺は、隣接する前記吸込み側壁（７）及び／又は前記圧力側壁（６）に対して平行に延びている、請求項１記載のタービン翼。
【請求項４】
前記吸込み側壁（７）及び／又は前記圧力側壁（６）に対する前記中間壁（８）の接続領域は、凹溝（１７）を有しており、前記穿孔部（１６）は、少なくとも部分的に前記凹溝（１７）を通って延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項５】
前記中間壁（８）は、前記中空室（９）とは反対の側に、前記吸込み側壁（７）及び前記圧力側壁（６）と共に少なくとも１つの別の中空室（１０）を画成する壁面を有しており、前記中空室（９，１０）は、内部に冷却媒体を導入可能な冷却通路である、請求項１から４までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項６】
前記穿孔部（１６）の開口は、前記中間壁（８）の接続領域の前記吸込み側壁（７）若しくは前記圧力側壁（６）の表面に対して平行に形成されていて、運転中にこれらの開口を通って冷却空気が一方の中空室（１０）から別の中空室（９）に流入し、各開口の流出流は、各前記吸込み側壁（７）若しくは前記圧力側壁（６）の内壁に対して接線方向に流出する、請求項５記載のタービン翼。
【請求項７】
前記中間壁（８）は、前記吸込み側壁（７）から前記圧力側壁（６）までの延在部又は前記圧力側壁（６）から前記吸込み側壁（７）までの延在部に、直線的な壁延在部とは異なる、湾曲して形成された少なくとも１つの壁区分を有しており、該少なくとも１つの湾曲した壁区分は、前記吸込み側壁（７）から前記圧力側壁（６）までの前記中間壁（８）の延在方向又は前記圧力側壁（６）から前記吸込み側壁（７）までの前記中間壁（８）の延在方向に、湾曲に起因する弾性を有するように形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項８】
前記少なくとも１つの湾曲して形成された壁区分は、前記翼前縁（５）を断面した横断面で見てＶ字形又はＵ字形に形成されている、請求項７記載のタービン翼。
【請求項９】
前記Ｖ字形又はＵ字形に形成された前記中間壁（８）の横断面の底部は、少なくとも部分的に穿孔部（１６）を有しており、該穿孔部（１６）は、弾性を高めるために、前記接続領域の穿孔部に対して平行に延びている、請求項８記載のタービン翼。
【請求項１０】
前記Ｖ字形又はＵ字形に形成された壁区分の凸状の壁面は、前記翼前縁（５）において結合されていて、前記中空室（９）を画成する前記吸込み側壁（７）及び前記圧力側壁（６）に対して概ね平行に形成され且つ配置されている、請求項７から９までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項１１】
前記中間壁（８）に、前記翼前縁（５）において結合された前記吸込み側壁（７）及び前記圧力側壁（６）の衝突冷却用の通流通路（１５）が設けられている、請求項７から１０までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項１２】
前記中間壁（８）内に配置された通流通路は、該通流通路に配設可能な通流通路長手方向延在部に基づき規定される通流方向に関して、少なくとも３つのグループに分けることができ、第１グループの通流通路（１５ａ）は、前記吸込み側壁（７）に対して方向付けられた通流方向を有しており、第２グループの通流通路（１５ｂ）は、前記翼前縁（５）に対して方向付けられた通流方向を有しており、第３グループの通流通路（１５ｃ）は、前記圧力側壁（６）に対して方向付けられた通流方向を有している、請求項７から１１までのいずれか１項記載のタービン翼。
【請求項１３】
当該タービン翼は、ガスタービン装置のタービン段の静翼又は動翼である、請求項１から１２までのいずれか１項記載のタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体回転機械用のタービン翼であって、翼板を備えており、該翼板は、凹状の圧力側壁と凸状の吸込み側壁とによって画成されており、圧力側壁と吸込み側壁とは、これらの圧力側壁及び吸込み側壁、並びに長手方向に延在していて、圧力側壁と吸込み側壁とを内壁側で結合している中間壁によって画成された中空室を包囲しているものに関する。
【０００２】
背景技術
上で述べたタービン翼は、耐熱性の構成部材を成していて、特にガスタービン装置のタービン段において使用され、且つ静翼又は動翼の形態で、燃焼室から直接に流出する高温ガスに晒されている。
【０００３】
このようなタービン翼の耐熱性は、一方では耐熱性の材料の使用に基づき且つ他方では高温ガスに直接に晒されるタービン翼の高効率冷却に基づいている。タービン翼は、冷却媒体、好適には冷却空気の連続的な通流及び供給の目的で、相応の中空室を有しており、これらの中空室は、ガスタービン装置の冷却媒体供給系に接続されており、冷却媒体供給系は、熱に晒される全てのガスタービン構成部材を冷却するために、ガスタービン運転中に冷却空気を、特にタービン翼に提供する。
【０００４】
従来のタービン翼は、翼根元部を有しており、翼根元部には半径方向に、翼板が間接的又は直接的に続いており、翼板は、凹状に成形された圧力側壁と、凸状に成形された吸込み側壁とを有しており、圧力側壁と吸込み側壁とは、翼前縁領域において一体に結合されており、圧力側壁と吸込み側壁との間には中間室が画成されており、中間室には、冷却目的で、翼根元部の側から冷却空気が供給される。この場合、「半径方向」とは、ガスタービン装置内に組み込まれた状態のタービン翼の延在方向を意味するものであって、タービン翼は、ロータユニットの回転軸線に対して半径方向に向けられている。タービン翼を最適に冷却するために、吸込み側壁と圧力側壁との間に閉じ込められた中間室内に冷却空気を供給して分散させるためには、中間室に半径方向に延在する中間壁が設けられており、これらの中間壁は、翼板の内部でそれぞれ半径方向に向けられた中空室を互いに仕切っており、これらの中空室のうちのいくつかは、流体接続部を有している。タービン翼前縁及び／又は後縁の領域、又はタービン翼先端部の、中空室に沿った適当な箇所において、通流開口が吸込み側壁又は圧力側壁に設けられており、これにより、冷却空気は外部に向かってタービン段の高温ガス通路内へ流出することができる。
【０００５】
ＥＰ１３１９８０３Ａ２に記載された、冷却目的のために最適化されたガスタービン翼は、タービン翼板の内部に、半径方向に向けられた多数の冷却通路中空室を備えており、これらの冷却通路中空室は、それぞれ蛇行状に流体接続されていて、異なる強さで熱負荷される翼板領域に応じて、多かれ少なかれ冷却空気が通流するようになっている。特に、高温ガスの流れや熱に最も暴露される翼前縁領域を、特に効率的に冷却することが重要である。このために翼前縁の内壁に沿って延在する中空室は、翼前縁において一体化された吸込み側壁及び圧力側壁、並びに吸込み側の内壁と圧力側の内壁とを互いに結合する中間壁によって画成されていて、翼根元部の側から冷却空気を供給される。一般に、中空室を通流する冷却空気は、翼板先端部の領域で外部に流出する。翼板壁と、中空室を通流する冷却空気との間の熱伝達を改善するためには、更に、中空室を包囲している壁領域に沿って、冷却空気流を渦動させる構造体が設けられている。
【０００６】
タービン翼の翼前縁領域の更に好適な冷却は、ＵＳ５６８８１０４に記載されている。翼前縁に沿って中空室が延在しており、この中空室は、翼前縁において一体化する吸込み側壁及び圧力側壁、並びに翼板内で吸込み側壁と圧力側壁とを互いに堅固に結合している中間壁によって画成されている。翼前縁に沿って延在している中空室には、冷却空気が供給され、この冷却空気は専ら、中間壁内に設けられた冷却通路開口を通って中空室に流入する。直線状に形成された中間壁は、半径方向を向いた長手方向延在部に、多数の個別の貫通通路を有しており、これらの貫通通路を通って冷却空気は、翼板に沿って隣接して半径方向に延在する冷却通路から、衝突冷却の形態で、翼前縁に向かって前記中空室内に流入する。中空室内にもたらされた冷却空気を導出するためには、それぞれ翼前縁に沿って吸込み側の外壁及び圧力側の外壁に対して方向付けられた膜冷却開口が設けられており、これらの膜冷却開口を通って、中空室内にもたらされた冷却空気が、それぞれ圧力側の外壁と吸込み側の外壁とにもたらされて、膜冷却を形成する。
【０００７】
特にタービン翼の翼前縁の冷却作用を改善するために、公知の冷却技術によって、一方では冷却空気供給量が増大され、他方では衝突冷却の冷却機構が最適化される。
【０００８】
しかしながら、特に翼前縁領域の耐熱性を最適化する目的のために、上述した冷却手段を有するタービン翼は、圧力側壁及び吸込み側壁に沿った翼前縁領域において、しばしば疲労現象を示し、この疲労現象は、終盤には亀裂形成となって現れる。このような亀裂形成の理由は、翼前縁領域の吸込み側壁及び圧力側壁内での熱機械的応力の発生にあり、この熱機械的応力は、高温ガスにより負荷される翼前縁と、冷却空気が供給される翼板の内側の壁領域との間の大きな温度差に起因する。特に、タービン段の始動時や負荷変動に際して発生するような、ガスタービン装置の過渡的な運転状態においては、高温ガスにより負荷される翼前縁と、冷却空気が供給される中間壁区分及び内壁区分との間に、約１０００℃の温度差が生じることがある。このように大きな温度差では、かなりの熱機械的応力が、翼前縁に沿った吸込み側壁及び圧力側壁内に発生して、上述したように、著しい材料負荷をもたらす。
【０００９】
発明の開示
本開示の根底を成す課題は、流体回転機械用のタービン翼であって、翼板を備えており、該翼板は、凹状の圧力側壁と凸状の吸込み側壁とによって画成されており、これらの圧力側壁と吸込み側壁とは、翼板に配設可能な翼前縁の領域で結合されていて、翼前縁の長手方向延在部内に延在する中空室を包囲しており、該中空室は、翼前縁領域の圧力側壁及び吸込み側壁の内壁と、翼前縁に向かって長手方向に延在していて、吸込み側壁と圧力側壁の内壁を結合している中間壁とによって画成されているタービン翼を改良して、温度差に起因する翼前縁領域の疲労現象を減少させ、遂には完全に回避しようとするものであり、このようにして、激しく熱に暴露されるタービン翼の耐用年数を改良する点にある。
【００１０】
このために必要とされる手段は、できるだけ自体公知の冷却手段を妨げずに、更に改良して支援することが望ましい。このために必要とされる手段にもコストはかからず、且つ製造に関連する高価な費用も要さないことが望ましい。
【００１１】
前記課題を解決する流体回転機械用のタービン翼は、凹状の圧力側壁と、凸状の吸込み側壁とによって画成された翼板を有している。これらの壁は、翼板に配設可能な翼前縁領域において結合されていて、翼前縁の長手方向延在部内に延在する中空室を包囲しており、該中空室は、翼前縁領域の圧力側壁及び吸込み側壁の内壁と、翼前縁に向かって長手方向に延びていて、吸込み側壁と圧力側壁の内壁を結合している中間壁とによって画成されている。これらの中間壁並びに吸込み側壁及び／又は圧力側壁は、１つのつながった部品である。この部品は、典型的には鋳造部品として製造されている。開示されたタービン翼は、中間壁が、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する接続領域に、少なくとも部分的に穿孔部を有していて、これにより、中間壁の弾性が高められている点において優れている。この場合、穿孔部として、多数の孔を設けることができる。これらの孔は、典型的には１本の線に沿って配置されている。典型的には、この線は少なくとも部分的に直線である。例えば、３つ以上の孔が、１本の直線に沿って配置されていてよい。これにより特に、中間壁の弾性が高められる。弾性的な接続領域に基づいて、中間壁の、翼全体に対する支持作用はあまり高くないので、圧力側壁と吸込み側壁との間の歪みも減少される。ここで、中間壁の、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に隣接する領域は、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する中間壁の接続領域と呼ぶ。この接続領域は、吸込み側壁と圧力側壁との間の距離の４分の１まで、延びていてよい。典型的には前記接続領域は、中間壁の厚さよりも小さな距離まで延在しているか、又は中間壁の厚さの１〜２倍未満の距離まで延在している。１つの構成では、前記接続領域は、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する中間壁の移行部に設けられた湾曲部又は凹溝に限定されている。別の構成では、前記接続領域は、側壁から見て、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する中間壁の移行部に設けられた湾曲部又は凹溝の半径の２倍に相当する領域に限定されている。
【００１２】
本開示の根底を成す認識は、高温ガスに暴露されるタービン翼の翼前縁領域における疲労亀裂形成は、特に、翼前縁領域の圧力側壁及び吸込み側壁領域の、熱に基づく膨張及び収縮に対して、翼板内で翼前縁の直後に配置されていて、吸込み側壁と圧力側壁とを互いに固く結合している、剛性に形成されていて、常に周囲を冷却空気流が流れる中間壁の非可撓性が機械的に抵抗することに起因しており、これにより、激しく加熱された、熱暴露された吸込み側壁及び圧力側壁領域では、やはり高い材料負荷を招く機械的な内部応力が高まり、この内部応力が最終的には、耐用年数を減少させる疲労現象につながる、という点にある。翼前縁に沿った圧力側壁及び吸込み側壁領域に作用して、疲労現象を惹起する機械的な強制力に対処するために、本発明では、圧力側壁及び吸込み側壁の内壁と共に、翼前縁に沿って延在する中空室を画成する、翼前縁の直後に配置された中間壁を変更して、該中間壁若しくは該中間壁の接続領域に弾性を与え、これにより、翼前縁に沿った吸込み側壁及び圧力側壁領域の、熱に起因する膨張及び収縮に、少なくとも部分的に屈して追従することができるようになっている。このために中間壁は、中間壁と、吸込み側壁及び圧力側壁との間の、従来の堅固な壁結合部に反して、側壁に対する少なくとも一方の接続領域に穿孔部を有していて、この穿孔部によって、上述した弾性を実現することができる。
【００１３】
１つの構成では、穿孔部は１列の円筒状の孔を有している。別の構成では、穿孔部は１列の長孔又はスリットを有していて、これらの長孔又はスリットの長辺側は、それぞれ隣接する吸込み側壁又は圧力側壁に対して平行に延びている。
【００１４】
側壁に対する中間壁の接続部によって、材料集合部の相対的な厚さが形成され、材料集合部の表面積対体積の比は、自由な壁区分におけるよりもはるかに小さい。更に、接続部によって壁の内側の流れが妨げられるので、高温ガス温度又は冷却空気温度の過渡的な変化に際して、接続領域の翼材料の温度は、自由な壁区分の材料温度よりもゆっくりと変化する。このことは、付加的な熱応力をもたらすが、この熱応力は、穿孔部によって低下される。
【００１５】
典型的には、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する中間壁の接続領域は、更に湾曲部又は凹溝を備えて形成されている。この凹溝は、鋳造された翼の場合は製造に起因するものである。凹溝により、一方では壁接続部における応力集中が低下され、他方では凹溝により、吸込み側壁及び／又は圧力側壁に対する中間壁の接続領域における材料集合部が更に拡大される。接続領域に設けられた穿孔部は、壁の内側における熱伝達を改善するので、過渡的な温度変化に、より良好に従うことができる。材料集合部の影響に更に抗して、接続領域における熱伝達を改善するために、１つの構成において穿孔部は、少なくとも部分的に凹溝を通って延びている。
【００１６】
タービン翼の１つの好適な構成において、中間壁は、吸込み側壁から圧力側壁まで又は圧力側壁から吸込み側壁までの延在部に、直線的な壁延在部とは異なる、湾曲されて形成された少なくとも１つの壁区分を有している。この湾曲部は弾性を高めるので、特に中間壁の穿孔された接続領域との組み合わせにおいて、フレキシブルな中間壁を生ぜしめる。
【００１７】
１つの好適な構成では、翼前縁にすぐに面していて、吸込み側壁と圧力側壁とを互いに結合している中間壁は、「Ｖ」字形若しくは「Ｕ」字形の壁区分を有しており、この壁区分は、好適には中間壁の半径方向長さ全体にわたって延びている。本発明に基づきこのように形成された中間壁の湾曲部は、吸込み側壁から圧力側壁まで、若しくは圧力側壁から吸込み側壁まで延びていて、まさにこの空間方向で、湾曲に基づく壁弾性を可能にしており、翼前縁領域の吸込み側壁及び圧力側壁に、熱的に誘起された膨張が生じた場合は、湾曲された中間壁の弾性的な伸長に基づいて、互いに離れようとする吸込み側壁と圧力側壁とに屈して追従することが可能である。反対に、翼前縁領域の吸込み側壁と圧力側壁との間の相互間隔を減少させる、熱に起因する材料収縮の場合は、湾曲して形成された中間壁が、壁湾曲の増大に基づいて、減少する壁間隔に追従することができる。
【００１８】
別の構成では、タービン翼は「Ｖ」字形又は「Ｕ」字形に形成された中間壁の横断面の底部に、少なくとも部分的に穿孔部を有していて、この穿孔部は接続領域の穿孔部に対して平行に延びており、これにより弾性が高められる。このように全体としては、「Ｖ」字形又は「Ｕ」字形に形成された横断面の両脚部間のヒンジ状の構造が中間壁にもたらされ、この構造は、穿孔部を中心とした脚部の回動を可能にし、延いては圧力側壁と吸込み側壁との間の相互間隔が変化した場合の補償手段として働く。
【００１９】
上で説明した中間壁の可撓性に基づき、翼前縁領域の圧力側壁と吸込み側壁との間の相互間隔は、温度レベルに応じて調節可能であり、その際に、特に内部に位置する中間壁に対する接続領域における圧力側壁及び吸込み側壁の内部に、不都合な機械的な歪みが発生することはない。
【００２０】
もちろん当該の中間壁は、「Ｖ」字形若しくは「Ｕ」字形の壁横断面形状とは異なって湾曲されて形成された壁輪郭を備えて形成することも考えられる。つまり例えば、横断面が波形又はアコーディオン状に形成された中間壁形状が可能である。本発明に基づいてこのように形成しようとするあらゆる壁区分に共通して、これらの壁区分は湾曲に起因する壁弾性を有していて、穿孔部に基づき外壁にフレキシブルに接続されている。
【００２１】
壁弾性を更に改良するために１つの好適な構成では、中間壁が少なくとも部分的に、翼前縁領域の吸込み側壁及び圧力側壁の壁厚さに比べて等しい、又は好適には小さな中間壁厚さを備えて形成されている。中間壁が、その壁横断面全体に沿って一定の壁厚さを有している必要がある、ということは必須ではない。このようにして、中間壁厚さと、穿孔された接続領域の弾性と、中間壁の湾曲特性とが互いに最適に合わせられて、特に適切な壁弾性を得ることができる。特に高い壁弾性を実現することが重要な場合は、中間壁にわたり特に強く湾曲され且つ／又は薄く選択された壁区分が適している。
【００２２】
また、本発明による、穿孔された接続領域を備える中間壁の手段は、必ずしも翼前縁にすぐに面した中間壁に限定されるものではない。熱的に誘起される圧力側壁及び吸込み側壁の収縮作用又は膨張作用に、応力を生ぜしめずに屈して追従することができるようにするために、翼断面内に設けられる別の中間壁も、本発明に基づき穿孔部を備えて、又は穿孔部と湾曲部とを備えて構成することは、もちろん可能である。
【００２３】
翼前縁にすぐに面した中間壁の、「Ｖ」字形若しくは「Ｕ」字形に形成された壁湾曲部は、「Ｖ」字形又は「Ｕ」字形に形成された壁区分の凸状の壁面が翼前縁領域に面しているように形成されて配置されていることが、特に有利であると判った。
【００２４】
更に、吸込み側壁から圧力側壁に向かって、若しくは逆の方向に延びている中間壁の湾曲部の輪郭は、中間壁の、翼前縁に面した凸状の壁面が、中空室を画成していて翼前縁において結合された吸込み側壁及び圧力側壁に対して概ね平行に形成され且つ配置されているように形成することが有利である。このような構成は、特にいわゆる衝突冷却の実現において、関連する構成に基づき更に説明するように、特に有利である。この場合、目標に向かって方向付けられる衝突冷却空気流を、それぞれ中間壁の内部に形成された通流通路を通して、翼前縁領域の特定の内壁領域に方向付けることが可能である。このようにして、温度に起因する材料応力は、翼前縁領域を最適に冷却することにより、効果的に対処され得る。
【００２５】
十分なフレキシビリティーを達成するために、１つの構成では、１列の孔を穿孔部と見なし、この穿孔部では、穿孔方向に見た孔長さは、穿孔される領域の全長の少なくとも３０％である。高いフレキシビリティーを得るために、別の構成では、孔長さは、穿孔される領域の全長の少なくとも５０％である。このことは例えば、それぞれ直径の２倍の間隔で隔てられた１列の円筒状の孔によって実現される。特に、長孔又はスリットを備える構成では、孔長さは穿孔される領域の全長の７０％を上回っていてよい。
【００２６】
圧力側壁又は吸込み側壁に対する中間壁の接続領域は、例えばそれぞれ両側壁間の間隔の最大２０％を有している。典型的には、接続領域は、中間壁の壁厚さの１倍又は２倍だけ、中間壁の接続方向に延びている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】１つのタービン段におけるタービン静翼及びタービン動翼の概略的な配置図である。
【図２】タービン翼の代表的な断面を示した図である。
【図３】図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、翼前縁領域の中間壁に設けられる穿孔部の構成に関する択一的な変化態様をそれぞれ示す図である。
【図４】図４ａ、図４ｂ、図４ｃ及び図４ｄは、翼前縁領域に設けられる中間壁の構成に関する択一的な変化態様をそれぞれ示す図である。
【００２８】
詳細な説明
以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。
【００２９】
図１には、静翼２と動翼３とが１つのタービン段１（詳細には図示せず）内で、それぞれ静翼列と動翼列に沿って配置されている様子が概略的に示されている。静翼２並びに動翼３は、図中左から右に向かって、静翼２と動翼３の各翼板４を流過する高温ガス流Ｈと接触することが想定される。静翼２及び動翼３の翼板４は、ガスタービン装置のタービン段１の高温ガス通路に突入しており、この高温ガス通路は、それぞれ半径方向内側に位置するシュラウド２ｉ，３ｉ、並びに半径方向外側に位置する静翼２のシュラウド２ａ、並びに半径方向外側に位置する熱だまりセグメント３ａによって画成されている。動翼３は、回転軸線Ａを中心として回転可能に支承されたロータユニットＲ（詳細には図示せず）に取り付けられている。
【００３０】
図２には、図１から看取可能な断面Ａ−Ａに沿った、静翼若しくは動翼の横断面図が示されている。タービン静翼又はタービン動翼の典型的な翼断面は、空気動力学的に成形された翼板４が、凸状の吸込み側壁７と、凹状の圧力側壁６とによって両側を画成されている、という点において優れている。凸状に形成された吸込み側壁７と、凹状に形成された圧力側壁６とは、既に述べたように、ガスタービン装置のタービン段を貫流する高温ガス流に直接に晒されている翼前縁５の領域において、一体化している。翼前縁５に沿ったタービン翼領域が、特に激しい熱負荷を受けることは明白である。
【００３１】
高温ガスに晒されるタービン翼を冷却するためには、翼板４の内部に半径方向に向けられた中空室９，１０，１１等が設けられており、これらの中空室９，１０，１１等を、冷却空気が通流する。個々の中空室９，１０，１１等は、中間壁８，１２，１３等によって相互に仕切られている。タービン翼の構成及び加工成形によっては、個々の冷却通路９，１０，１１等は互いに連通している。
【００３２】
冒頭で述べた、翼前縁５付近の吸込み側壁７及び圧力側壁６における、疲労に起因した亀裂形成の問題を解決するためには、最も前方の中間壁８の、吸込み側壁７及び／又は圧力側壁６に対する接続領域において、少なくとも部分的に、穿孔部１６が設けられている。穿孔部１６の実施形態は、図３ａ、図３ｂ及び図３ｃに示されている。
【００３３】
第１の実施形態は、図３ａに示されている。中間壁８の、吸込み側壁７及び圧力側壁６に対する接続領域には、各１つの穿孔部１６が設けられている。図示の実施形態の穿孔部は、それぞれ吸込み側壁７及び圧力側壁６に対して平行に配置された、１列の円筒状の孔１８である。圧力側壁６の穿孔部１６は、本実施形態では中間壁８の一部にわたってのみ、延在している。
【００３４】
第２の実施形態は、図３ｂに示されている。中間壁８の、吸込み側壁７及び圧力側壁６に対する接続領域には、各１つの穿孔部１６が設けられている。本実施形態の穿孔部は、それぞれ吸込み側壁７及び圧力側壁６に対して平行に配置されていて、長辺側が、それぞれ隣接する吸込み側壁７及び圧力側壁６に対して平行に延在する、１列の長孔１９である。
【００３５】
図３ｃに示す第３の実施形態では、図３ｂに示した実施形態の穿孔部１６に加えて更に付加的に、中間穿孔部２０が設けられており、この中間穿孔部２０は、中間壁８の中間で、吸込み側壁７及び圧力側壁６に対して平行に延びている。つまり、吸込み側壁７及び圧力側壁６に対する接続流域に設けられた穿孔部１６と相まって、２分割された中間壁８が形成され、２分割された中間壁８は、フレキシブルに折り畳むことができる。
【００３６】
中間壁構成のより良好な図面については、図４ａに詳細に図示した、翼前縁領域の翼断面を示す実施形態を参照されたい。図４ａには、吸込み側壁７の接続領域に設けられた穿孔部１６と、圧力側壁６の接続領域に設けられた穿孔部１６とが示されている。側壁６，７の材料が膨張若しくは伸縮しようとする主方向は、本実施形態では中間壁８の延在部に対してほぼ平行に延びている。
【００３７】
図１、図２、図３及び図４ａに示した中間壁８，１２，１３のような、直線的な構成とは異なり、図４ｂには、湾曲された中間壁８を備えた実施形態が示されている。この中間壁８は、Ｕ字形に形成された壁横断面を有しており、この壁横断面は両側で、吸込み側壁７に対しても、圧力側壁６に対しても、内壁と一体に結合されている。中間壁８のＵ字形の壁の構成は、翼成形領域に、付加的な弾性変形性を付与し、これにより、熱に起因する吸込み側壁及び圧力側壁の材料膨張若しくは収縮に屈して追従することができるようになり、延いては壁長さｗは従来のように固定的ではなく、中間壁８の形状及び曲率弾性並びに穿孔部１６の弾性により決定される、ある程度の範囲内で可変である。
【００３８】
図４ｃには、付加的な中間穿孔部２０を備えた実施形態が詳細に示されている。この中間穿孔部２０は、中間壁８を２つの脚部に分けており、これらの脚部は側壁６，７に対する接続領域から出発して、所定の角度で互いに向かって延びており、この場合、前記角度は中間穿孔部２０によってフレキシブルに変更されてよく、延いては圧力側壁６と吸込み側壁７との間の間隔の、膨張に起因する変化が容易に補償され得る。
【００３９】
更に図４ｃには、可能な膜冷却装置の一例が示されている。複数の膜冷却孔１４を通って、中空室９から冷却空気が外部に向かって流出し、それぞれ吸込み側壁７及び圧力側壁６の外側表面に密着する冷却空気膜を形成する。両側で、吸込み側壁７の内壁とも、圧力側壁６の内壁とも一体に結合された、Ｕ字形に形成された中間壁８は、好適には凸側に、翼前縁５に面していて中空室９を画成する、翼前縁５において一体に結合された吸込み側壁７及び圧力側壁６に対して概ね平行に形成された壁延在部を有している。冷却空気は、本実施形態では少なくとも部分的に、穿孔部１６と中間穿孔部２０とを通って前方の中空室９に流入する。
【００４０】
図４ｄに示した別の実施形態では、冷却部が詳細に示されている。この場合、中間壁は、吸込み側壁７及び圧力側壁６に対する接続領域に、穿孔部１６をそれぞれ有している。穿孔部１６の他に、中間壁は更に、冷却空気通流通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有しており、これらの冷却空気通流通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、翼壁前縁の内壁側を衝突空気で冷却するために用いられる。特に有利には、冷却空気通流通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、その通流通路長手方向延在部と、これに基づき規定される通流方向とに関して、少なくとも３つのグループに分けられる。第１グループの通流通路１５ａは、吸込み側壁７に対して方向付けられた通流方向という点において優れており、第２グループの通流通路１５ｂは、翼前縁に対して方向付けられた通流方向という点において優れており、第３グループの通流通路１５ｃは、圧力側壁６に対して方向付けられた通流方向という点において優れている。通流通路１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、中間壁８の半径方向延在部全体に沿って分散しており、このようにしてタービン翼の翼前縁領域の効果的な個別冷却に役立つ。もちろん、最適化された衝突冷却の目的で、中間壁８に更に別の通流通路を取り付けることができる。
【００４１】
更に、衝突空気冷却と、中間穿孔部とを組み合わせることができる。典型的には、衝突空気冷却空気孔は、穿孔部の孔よりも大きな直径、例えば２倍の大きさの直径を有している。
【符号の説明】
【００４２】
１  タービン翼、  ２  静翼、  ２ｉ  静翼の内側のシュラウド、  ２ａ  静翼の外側のシュラウド、  ３  動翼、  ３ｉ  動翼の内側のシュラウド、  ３ａ  熱だまりセグメント、  ４  翼板、  ５  翼前縁、  ６  凹状の圧力側壁、  ７  凸状の吸込み側壁、  ８  中間壁、  ９  中空室、  １０，１１  中空室、  １２，１３  中間壁、  １４  膜冷却孔、  １５  通流通路、  １６  穿孔部、  １７  凹溝、  １８  孔、  １９  長孔、  ２０  中間穿孔部、  ２１  材料が膨張若しくは収縮しようとする主方向、  Ｒ  ロータユニット、  Ａ  回転軸線、  Ｅ  弾性自由度、  ｗ  壁長さ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【国際調査報告】
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