(57)【要約】【課題】製品の信頼性を向上させ得るガスタービンを提供すること。【解決手段】このガスタービン１は、タービンの動翼４１に冷却通路４１３、４１４が形成されると共に冷却通路４１３、４１４に冷却空気を流通させて動翼４１の冷却を行う。また、冷却通路４１３、４１４が、動翼４１の内部に形成された空洞部４１３と、空洞部４１３から動翼４１の長手方向に延在する孔４１４とから成る。そして、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて拡張されている（ｗ１＜ｗ２）。【選択図】        図５
2007211618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの動翼に冷却通路が形成されると共に前記冷却通路に冷却空気を流通させて前記動翼の冷却を行うガスタービンであって、
前記冷却通路が、前記動翼の内部に形成された空洞部と、前記空洞部から前記動翼の長手方向に延在する孔とを含み、且つ、前記動翼の肉厚方向の断面視にて、前記空洞部の幅が前記孔との境界部にて拡張されていることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記動翼の肉厚方向の断面視にて、前記境界部がラウンド形状を有する請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
タービンの動翼に冷却通路が形成されると共に前記冷却通路に冷却空気を流通させて前記動翼の冷却を行うガスタービンであって、
前記冷却通路が、前記動翼の内部に形成された空洞部と、前記空洞部から前記動翼の長手方向に延在する孔とを含み、且つ、前記動翼の肉厚方向の断面視にて前記空洞部の幅が前記孔との境界部にて減縮されると共に前記境界部がラウンド形状を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
前記境界部の前記孔側の壁面が平坦に形成される請求項２または３に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスタービンに関し、さらに詳しくは、製品の信頼性を向上させ得るガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のガスタービンでは、タービンの動翼に冷却通路が形成されており、この冷却通路に冷却空気が流通することにより動翼が冷却される。かかる構成を採用する従来のガスタービン（ガスタービン動翼）には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来のガスタービンは、翼先端にシュラウドを有し、同翼内部に基部から先端に向けて冷却通路を設けて冷却空気を流して前記シュラウド内に導き、同シュラウドの周囲より流出させるガスタービン動翼において、前記冷却通路は基部側が一体の空洞と同空洞に設けた多数のピンフィン、先端側が先端に向かう多数の細穴からなり、同先端側の細穴の長さは翼の全長に対して１／２以下としている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２９８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来のガスタービンでは、動翼１００の冷却通路が、動翼１００の基部に形成された空洞部１０１と、この空洞部１０１から動翼１００の先端部に向かう多数の細穴（孔）１０２とから成る（図１２参照）。また、この冷却通路は、通常、空洞部１０１が動翼１００本体と共に鋳造により一時に成形され、その後に動翼１００の先端部側からドリル加工により細穴１０２が開けられる。
【０００５】
しかしながら、かかる構成では、動翼１００の肉厚方向にかかる空洞部１０１の幅ｗ１が狭いため、細穴１０２の加工時に位置ズレが生じて細穴１０２と空洞部１０１との連通が不完全となるおそれがある。すると、この位置にて冷却不良などが生じて製品の信頼性が低下するおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、製品の信頼性を向上させ得る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】
上記目的を達成するため、この発明にかかるガスタービンは、タービンの動翼に冷却通路が形成されると共に前記冷却通路に冷却空気を流通させて前記動翼の冷却を行うガスタービンであって、前記冷却通路が、前記動翼の内部に形成された空洞部と、前記空洞部から前記動翼の長手方向に延在する孔とを含み、且つ、前記動翼の肉厚方向の断面視にて、前記空洞部の幅が前記孔との境界部にて拡張されていることを特徴とする。
【０００８】
このガスタービンでは、動翼の肉厚方向の断面視にて、空洞部の幅が孔との境界部にて拡張されているので、幅狭な（拡幅されていない）空洞部に対して動翼の長手方向から孔が開けられる構成と比較して、孔の加工が容易である。これにより、加工時の位置ズレによる孔の連通不良などが低減されるので、製品の信頼性が向上する利点がある。
【０００９】
また、この発明にかかるガスタービンは、前記動翼の肉厚方向の断面視にて、前記境界部がラウンド形状を有する。
【００１０】
このガスタービンでは、境界部がスクエア形状を有する構成と比較して、孔の開口部付近における動翼の断面形状（肉厚）が緩やかに変化する。これにより、孔の開口部付近における応力集中が緩和されて動翼の破壊（クリープ亀裂などの発生）が抑制されるので、製品の信頼性が向上する利点がある。
【００１１】
また、この発明にかかるガスタービンは、タービンの動翼に冷却通路が形成されると共に前記冷却通路に冷却空気を流通させて前記動翼の冷却を行うガスタービンであって、前記冷却通路が、前記動翼の内部に形成された空洞部と、前記空洞部から前記動翼の長手方向に延在する孔とを含み、且つ、前記動翼の肉厚方向の断面視にて前記空洞部の幅が前記孔との境界部にて減縮されると共に前記境界部がラウンド形状を有することを特徴とする。
【００１２】
このガスタービンでは、（１）境界部がラウンド形状を有するので、孔の開口部付近における動翼の断面形状が緩やかに変化する。これにより、孔の開口部付近における応力集中が緩和されて動翼の破壊が抑制される。また、（２）空洞部の幅が境界部にて減縮されているので、空洞部の幅が拡張されている構成と比較して、孔の開口部付近における動翼の肉厚が確保される。これにより、動翼が補強されて動翼の破壊がさらに抑制される。これらにより、製品の信頼性がさらに向上する利点がある。
【００１３】
また、この発明にかかるガスタービンは、前記境界部の前記孔側の壁面が平坦に形成される。
【００１４】
このガスタービンでは、境界部の孔側の壁面が平坦なので、孔の加工位置がズレた場合にも冷却通路の形状が良好に確保される利点がある。
【発明の効果】
【００１５】
この発明にかかるガスタービンでは、動翼の肉厚方向の断面視にて、空洞部の幅が孔との境界部にて拡張されているので、幅狭な空洞部に対して動翼の長手方向から孔が開けられる構成と比較して、孔の加工が容易である。これにより、加工時の位置ズレによる孔の連通不良などが低減されるので、製品の信頼性が向上する利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例】
【００１７】
図１は、この発明の実施例にかかるガスタービンを示す全体構成図である。図２〜図５は、図１に記載したガスタービンの動翼を示す縦断面図（図２）、要部拡大図（図３）、Ａ−Ａ視断面図（図４）およびＢ−Ｂ視断面図（図５）である。図６〜図１１は、図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。図１２は、従来のガスタービンの動翼を示す説明図である。
【００１８】
［ガスタービン］
このガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン４とを有する（図１参照）。圧縮機２は、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器３は、この圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン４は、この燃焼ガスの熱エネルギーをロータ５の回転エネルギーに変換して駆動力を発生させる。そして、この駆動力がロータ５に連結された発電機（図示省略）などに伝達される。
【００１９】
また、タービン４は、複数の動翼４１および複数の静翼４２を有する。これらの動翼４１および静翼４２は、ロータ５の外周かつ軸方向に交互に配列される。そして、これらの動翼４１および静翼４２間を燃料ガスが膨張しつつ通過することにより動翼４１と共にロータ５が回転して駆動力が発生する。なお、このタービン４では、圧縮空気の一部が冷却空気として圧縮機２から抽出され、この冷却空気により動翼４１、静翼４２、プラットフォーム、静翼４２の内側シュラウドおよび外側シュラウドなどが冷却される。
【００２０】
タービン４の動翼４１は、その基部４１１にてロータ５に取り付けられ、その先端部４１２をロータ５の径方向に向けて配置される（図２参照）。また、動翼４１は、冷却空気を流通させるための冷却通路４１３、４１４を有する。この冷却通路４１３、４１４は、空洞部４１３と、複数の孔（マルチホール）４１４とにより構成される。空洞部４１３は、動翼４１の基部４１１側に形成される。また、空洞部４１３の内部には、複数のピンフィン４１５が形成される。孔４１４は、空洞部４１３から動翼４１の長手方向に延びる細孔であり、動翼４１の先端部４１２側に形成される。
【００２１】
かかる構成では、タービン稼働時にて、冷却空気が冷却通路（空洞部４１３および複数の孔４１４）を流通することにより熱交換が行われて動翼４１が冷却される。具体的には、冷却空気が動翼４１の基部４１１側から空洞部４１３に流入し、複数の孔４１４を通って動翼４１の先端部４１２側に流れる。これにより、動翼４１全体の冷却が行われる。また、空洞部４１３内にて冷却空気がピンフィン４１５に衝突することにより、熱交換が促進されて冷却効率が向上する。
【００２２】
［空洞部と孔との境界部］
また、この動翼４１では、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて拡張される（図５参照）。言い換えると、空洞部４１３と孔４１４との境界部４１６には、空洞部４１３の幅ｗを拡張して成る拡幅部（キャビティ）が形成される。また、この境界部４１６では、孔４１４が配置される範囲（動翼４１の前縁側から後縁側に至る領域）の略全域に渡って、空洞部４１３の幅ｗが拡張される（図４参照）。そして、この拡幅された空洞部４１３（境界部４１６）に対して孔４１４が開口する。
【００２３】
また、これらの空洞部４１３および孔４１４は、以下の工程により成形加工される。まず、空洞部４１３が動翼４１本体と共に一時に鋳造される。このとき、境界部４１６が空洞部４１３の一部として併せて成形される。次に、孔４１４が切削加工（ドリル加工）により動翼４１の先端部４１２側から空洞部４１３に向かって開けられる。
【００２４】
かかる構成では、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて拡張されている（ｗ１＜ｗ２）ので、幅狭な（拡幅されていない）空洞部に対して動翼４１の長手方向から孔が開けられる構成（図１２参照）と比較して、孔４１４の加工が容易である。これにより、加工時の位置ズレによる孔４１４の連通不良などが低減されるので、製品の信頼性が向上する利点がある。
【００２５】
なお、このガスタービン１では、冷却通路の空洞部４１３および境界部４１６が隣接かつ連続する空間であるため、便宜上、境界部４１６が空洞部４１３の一部を構成するものとして説明した。しかし、これに限らず、境界部４１６と空洞部４１３とが別個の構成要素として扱われても良い。すなわち、従来のガスタービンが有する空洞部４１３に対して新たに境界部４１６が形成されたものと考えても良い。
【００２６】
［変形例１］
また、このガスタービン１では、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、境界部４１６がラウンド形状を有することが好ましい（図６参照）。具体的には、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、空洞部４１３の壁面のうち孔４１４の開口部を有する側の壁面が、孔４１４側に凸となる（空洞部４１３側に中心を有する）略円弧形状を有することが好ましい。例えば、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、空洞部４１３が孔４１４との境界部４１６で略円形状あるいは略楕円形状に膨らんで拡幅された形状を有する。
【００２７】
かかる構成では、境界部４１６がスクエア形状を有する構成（図５参照）と比較して、孔４１４の開口部付近における動翼４１の断面形状（肉厚）が緩やかに変化する（図６参照）。すなわち、孔４１４の開口部付近では、境界部４１６がラウンド形状を有するので、境界部４１６により区画された動翼４１の前縁側および後縁側の肉厚が冷却通路の上流側から下流側（孔４１４側）に向かうに連れて徐々に増加する。また、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、孔４１４の開口部の縁が鈍角となる（境界部４１６と孔４１４とが鈍角にて緩やかに接続される）。これにより、孔４１４の開口部付近における応力集中が緩和されて動翼４１の破壊（クリープ亀裂などの発生）が抑制されるので、製品の信頼性が向上する利点がある。
【００２８】
［変形例２］
また、変形例１の構成は、動翼４１の肉厚方向の断面視にて空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて拡張される構成（図６参照）に限らず、空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて徐々に減少する構成に対して採用されても良い（図７参照）。すなわち、この変形例２のガスタービン１では、動翼４１の肉厚方向の断面視にて空洞部４１３の幅ｗが孔４１４との境界部４１６にて減縮され、且つ、境界部４１６がラウンド形状を有する。
【００２９】
かかる構成では、（１）境界部４１６がラウンド形状を有するので、孔４１４の開口部付近における動翼４１の断面形状が緩やかに変化する。これにより、孔４１４の開口部付近における応力集中が緩和されて動翼４１の破壊が抑制される。また、（２）空洞部４１３の幅ｗが境界部４１６にて減縮されているので、空洞部４１３の幅ｗが拡張されている構成（図５参照）と比較して、孔４１４の開口部付近における動翼４１の肉厚が確保される。これにより、動翼４１が補強されて動翼４１の破壊がさらに抑制される。これらにより、製品の信頼性がさらに向上する利点がある。
【００３０】
［変形例３］
また、上記のガスタービン１では、境界部４１６の孔４１４側の壁面（下流側の壁面）が平坦に形成されることが好ましい（図８参照）。すなわち、この変形例３のガスタービン１では、境界部４１６がラウンド形状を有し、且つ、境界部４１６の孔４１４側の壁面が平坦に形成される。具体的には、動翼４１の肉厚方向の断面視にて、境界部４１６の孔４１４側の壁面が孔４１４の延在方向（冷却空気の流れ方向）に対して略垂直となるように形成される。
【００３１】
かかる構成では、境界部４１６の孔４１４側の壁面が平坦なので、孔４１４の加工位置がズレた場合にも冷却通路の形状が良好に確保される利点がある。例えば、動翼４１の肉厚方向の断面視にて境界部４１６がラウンド形状を有する構成では、境界部４１６孔４１４側の壁面がシャープエッジ（ヘアピン状に湾曲した形状）Ｓとなる（図１０参照）。すると、孔４１４の加工位置がズレたときに、このシャープエッジＳが残って冷却通路の形状に不備が生じる。この点において、この変形例３にかかるガスタービン１では、孔４１４の加工位置がズレた場合にも、かかるシャープエッジＳが生じない点で好ましい（図９参照）。なお、上記の構成は、図６に記載した構成においても同様に適用可能である（図１１参照）。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明にかかるガスタービンは、製品の信頼性を向上させ得る点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施例にかかるガスタービンを示す全体構成図である。
【図２】図１に記載したガスタービンの動翼を示す縦断面図である。
【図３】図１に記載したガスタービンの動翼を示す要部拡大図である。
【図４】図１に記載したガスタービンの動翼を示すＡ−Ａ視断面図である。
【図５】図１に記載したガスタービンの動翼を示すＢ−Ｂ視断面図である。
【図６】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図７】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図８】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図９】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図１０】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図１１】図１に記載したガスタービンの変形例を示す説明図である。
【図１２】従来のガスタービンの動翼を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１     ガスタービン
２     圧縮機
３     燃焼器
４     タービン
５     ロータ
４１   動翼
４２   静翼
４１１ 基部
４１２ 先端部
４１３ 空洞部
４１４ 孔
４１５ ピンフィン
４１６ 境界部
【図１】
2007211618.tif 000003
【図２】
2007211618.tif 000004
【図３】
2007211618.tif 000005
【図４】
2007211618.tif 000006
【図５】
2007211618.tif 000007
【図６】
2007211618.tif 000008
【図７】
2007211618.tif 000009
【図８】
2007211618.tif 000010
【図９】
2007211618.tif 000011
【図１０】
2007211618.tif 000012
【図１１】
2007211618.tif 000013
【図１２】
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