特許 5655210 翼部材及び回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5655210

(24)【登録日】2014年12月5日

(45)【発行日】2015年1月21日

(54)【発明の名称】翼部材及び回転機械

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/18 20060101AFI20141225BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20141225BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20141225BHJP

【ＦＩ】

   F01D5/18

   F01D9/02 102

   F02C7/18 A

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-510903(P2013-510903)

(86)(22)【出願日】2012年1月26日

(86)【国際出願番号】JP2012051655

(87)【国際公開番号】WO2012144244

(87)【国際公開日】20121026

【審査請求日】2013年7月29日

(31)【優先権主張番号】特願2011-96459(P2011-96459)

(32)【優先日】2011年4月22日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】桑原 正光

【審査官】 西中村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０２２４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０３３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０８６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０２５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１０６４６２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／１８

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０２Ｃ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

翼本体と、
前記翼本体の翼幅方向における端部に設けられ、前記翼幅方向に交差するように延びる端壁と、
前記翼本体の端部と前記端壁とを滑らかに繋ぐフィレット部と、
前記翼本体と前記端壁との内部において冷却媒体を流通させると共に、前記翼幅方向に沿って延びる二つのメイン流路が前記端壁側に形成されたリターン流路で折れ曲がるようにして接続された冷却流路と、を備える翼部材であって、
前記リターン流路は、前記翼本体の翼型中心線に交差する断面において、前記フィレット部に沿うように形成されていると共に、その翼厚方向幅が前記メイン流路における翼厚方向の流路幅より大きく形成され、
前記リターン流路は、前記翼本体の翼厚方向の中央側に形成され、前記冷却媒体の流れ方向を前記翼厚方向両側に案内する突出部を有する翼部材。

【請求項2】

前記リターン流路は、前記リターン流路の内表面において前記フィレット部の外表面に沿って形成された冷却面を有する請求項１に記載の翼部材。

【請求項3】

前記リターン流路は、前記リターン流路の上流側に位置する前記メイン流路における上流側流路との仕切壁に冷却孔を備える請求項１又は２に記載の翼部材。

【請求項4】

前記冷却面は、前記フィレット部の外表面からの距離が、前記翼本体の外表面から前記メイン流路の内表面までの距離と略同一となるように形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の翼部材。

【請求項5】

前記冷却面は、前記翼型中心線に沿って延びている請求項１から４のいずれか一項に記載の翼部材。

【請求項6】

請求項１に記載の翼部材を具備する回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、翼部材及び回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、回転機械における最も重要な要素の一つとして翼部材がある。例えば、ステータ側に設けられる翼部材は、作動流体を整流する静翼として機能する。また、ロータ側に設けられる翼部材は、作動流体からエネルギーを回収したり、作動流体にエネルギーを付与したりする動翼として機能する。

【0003】

このような翼部材を高温環境下で用いる場合には、翼部材に生じる酸化減肉や疲労を抑制するために、翼部材を冷却する必要がある。
例えば、下記特許文献１に記載される静翼は、タービン半径方向に延びる翼本体と、この翼本体の先端部に形成され、タービン半径方向に交差するように延びる端壁と、を備えており、翼本体の内部に、それぞれタービン半径方向に延びる複数の冷却流路を蛇行状に接続したサーペンタイン流路が形成されている。そして、このサーペンタイン流路に冷却空気を流通させることで、翼部材の冷却を図っている。
同様の冷却流路を採用した動翼としては、下記特許文献２がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−２９９４０９号公報

【特許文献2】特開２００６−１７０１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記の翼部材においては、図１３及び図１４に示すように、サーペンタイン流路７４を流れる冷却空気ｃが、翼本体７０を内側から冷却する。
しかしながら、上記の翼部材においては、翼本体７０の端部７１（基部）と端壁７２（プラットフォーム）を滑らかに繋ぐフィレット部７３が形成されるのが通常である。従って、図１４に示すように、フィレット部７３の周辺には、サーペンタイン流路７４のリターン部７５からフィレット部７３の外表面までの翼壁肉厚が大きい部位が生じる。これにより、この翼壁肉厚が大きい部位で冷却空気ｃによる冷却が不十分になる可能性がある。

【0006】

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、フィレット部の冷却を十分に行うことを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る翼部材は、翼本体と、前記翼本体の翼幅方向における端部に設けられ、前記翼幅方向に交差するように延びる端壁と、前記翼本体の端部と前記端壁とを滑らかに繋ぐフィレット部と、前記翼本体と前記端壁との内部において冷却媒体を流通させると共に、前記翼幅方向に沿って延びる二つのメイン流路が前記端壁側に形成されたリターン流路で折れ曲がるようにして接続された冷却流路と、を備える翼部材であって、前記リターン流路は、前記翼本体の翼型中心線に交差する断面において、前記フィレット部に沿うように形成されていると共に、その翼厚方向幅が前記メイン流路における翼厚方向の流路幅より大きく形成され、前記リターン流路は、前記翼本体の翼厚方向の中央側に形成され、前記冷却媒体の流れ方向を前記翼厚方向両側に案内する突出部を有する。
このようにすれば、リターン流路が、翼型中心線に交差する断面においてフィレット部に沿うようにして形成されているので、リターン流路からフィレット部の外表面までの肉
厚がほぼ均一になる。これにより、翼壁肉厚が大きくなる部位が生じることを抑止し、フィレット部を均一的に十分に冷却することが可能になる。
また、突出部を有するので、冷却媒体が翼厚方向両側に導かれる。これにより、リターン流路の翼厚方向両側に位置するフィレット部を十分に冷却することができる。

【0008】

また、前記リターン流路は、前記リターン流路の内表面において前記フィレット部の外表面に沿って形成された冷却面を有してもよい。
このようにすれば、冷却面を有するので、当該冷却面に背向するフィレット部を、より十分に冷却することができる。

【0010】

また、前記リターン流路は、前記リターン流路の上流側に位置する前記メイン流路における上流側流路との仕切壁に冷却孔を備えてもよい。
このようにすれば、リターン流路の冷却面近傍を流れる圧縮空気が更新されて、冷却面の冷却性能が一層向上する。

【0011】

また、前記冷却面は、前記フィレット部の外表面からの距離が、前記翼本体の外表面から前記メイン流路の内表面までの距離と略同一となるように形成されてもよい。
このようにすれば、冷却面のフィレット部の外表面からの距離が、翼本体の外表面からメイン流路の内表面までの距離と略同一に形成されているので、翼本体とフィレット部との間で冷却を均一的にすることができる。

【0012】

また、前記冷却面は、前記翼型中心線に沿って延びていてもよい。
このようにすれば、冷却面が翼型中心線に沿って延びているので、翼型中心線に沿った広い範囲に亘って、フィレット部を均一的に十分に冷却することができる。

【0013】

さらに、本発明に係る回転機械は、上記の翼部材を具備する。
このようにすれば、上記の翼部材を具備するので、翼部材の冷却効果を高め、信頼性の高い回転機械を提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る翼部材によれば、フィレット部において冷却を均一的に十分に行うことが可能となる。

【0015】

また、本発明に係る回転機械によれば、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第一実施形態に係るガスタービンＧＴの概略構成を示す半断面図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係るタービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係るタービン動翼３の翼型中心線Ｑに沿って切断した断面図であって、図４におけるII−II線断面図である。

【図4】本発明の第一実施形態に係るタービン動翼３の翼幅方向に交差する翼型断面図であって、図３におけるIII−III線断面図である。

【図5】本発明の第一実施形態に係る動翼３の要部拡大断面図であって、図３の要部IVの拡大図である。

【図6】本発明の第一実施形態に係る冷却流路５０の翼型中心線Ｑに交差する断面図であって、図５のＶ−Ｖ線断面図である。

【図7】本発明の第一実施形態に係る冷却流路５０の翼型中心線Ｑに交差する断面図であって、図５のVI−VI線断面図である。

【図8】本発明の第二実施形態に係るタービン静翼２の翼型中心線に沿って切断した断面図である。

【図9】本発明の第三実施形態に係わるタービン動翼３の翼型中心線Ｑに沿って切断した断面図を示す。

【図10】図９の要部拡大図（図９の要部VIIの拡大図）である。

【図11】本発明の第三実施形態に係わる冷却流路の断面図であって、図１０のVIII―VIII線断面図である。

【図12】本発明の第三実施形態に係わる冷却流路の断面図であって、図１１のIX―IX線断面図である。

【図13】従来のタービン動翼の縦断面図である。

【図14】図１３におけるＸ−Ｘ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係るガスタービン（回転機械）ＧＴの概略構成を示す半断面図である。図１に示すように、ガスタービンＧＴは、圧縮空気（冷却媒体）ｃを生成する圧縮機Ｃと、圧縮機Ｃから供給される圧縮空気ｃに燃料を供給して燃焼ガスｇを生成する複数の燃焼器Ｂと、燃焼器Ｂから供給される燃焼ガスｇにより回転動力を得るタービン（回転機械）Ｔとを備えている。
ガスタービンＧＴにおいては、圧縮機ＣのロータＲ_ＣとタービンＴのロータＲ_Ｔとは、それぞれの軸端で連結されてタービン軸Ｐ上に延びている。
なお、以下の説明においては、ロータＲ_Ｔの延在方向をタービン軸方向と、ロータＲ_Ｔの円周方向をタービン周方向と、ロータＲ_Ｔの半径方向をタービン径方向という。

【0018】

図２は、タービンＴの要部拡大断面図であって、図１における要部Ｉの拡大図である。
図２に示すように、タービンＴは、タービンケーシング１内においてタービン軸方向に交互に四段に配設されたタービン静翼２及びタービン動翼（翼部材）３を備えている。各段のタービン静翼２は、タービン周方向に間隔をあけて環状の静翼列を構成しており、それぞれタービンケーシング１側に固定されていると共に、ロータＲ_Ｔ側に向けて延出している。
同様に、各段のタービン動翼３は、タービン周方向に間隔をあけて環状の動翼列を構成しており、ロータＲ_Ｔのロータディスク４Ａ〜４Ｄに固定されていると共に、タービンケーシング１側に向けて延出している。

【0019】

図２に示すように、ロータＲ_Ｔは、タービン軸方向に重ねられて、全体的に見てシャフト状となったロータディスク４Ａ〜４Ｄを備えている。これらロータディスク４Ａ〜４Ｄは、第一段〜第四段のタービン動翼３Ａ〜３Ｄをそれぞれの外周に固定している。なお、以下の説明において、符号３Ａ〜３Ｄ，４Ａ〜４Ｄ，７Ａ〜７Ｄについては、特定のものを個別に指し示す場合に符号の後の大文字のアルファベットを付し、不特定のものを指し示す場合に大文字のアルファベットを省略する。

【0020】

これらロータディスク４Ａ〜４Ｄのうちタービン軸方向に隣り合う二つの間には、タービン周方向に延びるマニホールド５が形成されている。なお、第一段のロータディスク４Ａの上流側には、中心軸をタービン軸方向に向けたシールディスク６がロータディスク４Ａに接続されており、このシールディスク６とロータディスク４Ａとの間にマニホールド５が形成されている。

【0021】

これらマニホールド５は、ロータディスク４Ａ〜４Ｃ及びシールディスク６のそれぞれに穿孔された接続孔５ａを介して連続的に接続されており、圧縮機Ｃから抽気された圧縮空気ｃがシールディスク６側から各マニホールド５に順番に流入していく。
また、ロータディスク４Ａ〜４Ｄには、それぞれの上流側のマニホールド５から、各タービン動翼３Ａ〜３Ｄの内部に形成された冷却流路５０（図３参照）まで、圧縮空気ｃを導くラジアルホール７Ａ〜７Ｄが形成されている。これらラジアルホール７Ａ〜７Ｄは、それぞれ、ロータディスク４Ａ〜４Ｄにおいてタービン周方向に間隔を空けて複数形成されている。

【0022】

図３は、タービン動翼３の翼型中心線Ｑに沿って切断した断面図（図４におけるII−II線断面図）であり、図４は、タービン動翼３の翼幅方向に交差する翼型断面図（図３におけるIII−III線断面図）である。
図３に示すように、タービン動翼３は、翼本体１０と、プラットフォーム（端壁）２０と、翼根部３０とが、翼本体１０の翼幅方向の他方側から一方側に、上記の順に続いて構成されている。

【0023】

翼本体１０は、図３に示すように、翼幅方向をタービン径方向に向けており、図２に示すように、ロータディスク４（４Ａ〜４Ｄ）側に形成された基端（端部）１４（図３に示す）から、タービンケーシング１側に位置する先端１５まで延びている。
また、翼本体１０は、図４に示すように、翼厚方向をタービン周方向に向けており、翼幅方向に交差する翼型断面において前縁１１が丸みを帯びて形成されており、後縁１２が先鋭状に形成されている。また、図４に示すように、翼本体１０には、翼表面１３におけるタービン周方向の一方側において背面１３ａが凸状に形成されており、タービン周方向の他方側において腹面１３ｂが凹状に形成されている。

【0024】

プラットフォーム２０は、図３に示すように、翼本体１０の基端１４に対してタービン軸方向一方側に続いて形成されており、翼幅方向に交差するように延びている。
このプラットフォーム２０と翼本体１０の基端１４とは、フィレット部４０で滑らかに接続されている。このフィレット部４０は、基端１４の翼型断面輪郭に沿って周状に形成されており、翼幅方向に沿って切断した断面輪郭が四半円弧状になっている（図６及び図７参照）。

【0025】

翼根部３０は、図３に示すように、プラットフォーム２０に対してタービン径方向一方側（タービン軸Ｐ側）に続いて形成されており、例えばクリスマスツリー形状や三角形状に形成されている。この翼根部３０は、ロータディスク４の外周に形成された図示しない翼根溝に嵌合しており、ロータディスク４の外周部に拘束されている（図２参照）。

【0026】

上記構成からなるタービン動翼３の内部には、冷却流路５０が形成されている。
冷却流路５０は、図３及び図４に示すように、前縁１１から後縁１２に向けて順に配置された前縁側流路５１と、サーペンタイン流路５２，５３とを備えている。

【0027】

前縁側流路５１は、サーペンタイン流路５２，５３よりも前縁１１側において、翼根部３０から翼本体１０の先端１５まで翼幅方向に延在している。この前縁側流路５１の上流端は、ラジアルホール７（図２参照）と連通した導入流路５１ｉに接続されている。また、前縁側流路５１は、前縁１１の翼表面１３と前縁側流路５１の流路壁面とをそれぞれ貫通する複数の冷却孔５１ｈに連通している。
前縁側流路５１は、ラジアルホール７から翼本体１０の先端１５まで流れる圧縮空気ｃによって前縁１１を冷却し、冷却孔５１ｈから圧縮空気ｃを流出させて前縁１１をシャワーヘッドフィルム冷却する。

【0028】

サーペンタイン流路５２は、図３及び図４に示すように、翼型中心線Ｑ上に位置するように、前縁側流路５１とサーペンタイン流路５３との間において蛇行状に形成されており（図３参照）、それぞれ翼幅方向に延在する三つのメイン流路５２ａ〜５２ｃがＵ字状に形成されたリターン流路５２ｄ，５２ｅで接続されている。
三つのメイン流路５２ａ〜５２ｃは、それぞれ翼本体１０の先端１５から翼本体１０の基端１４まで延びており、上記の順に後縁１２側から前縁１１側に向けて並設されている。そして、メイン流路５２ａの外周端とメイン流路５２ｂの外周端とがリターン流路５２ｄで接続されており、メイン流路５２ｂの内周端とメイン流路５２ｃの内周端とがリターン流路５２ｅで接続されている。また、メイン流路５２ａの上流端は、ラジアルホール７（図２参照）と連通した導入流路５２ｉに接続されている。さらに、メイン流路５２ｃは、翼表面１３とメイン流路５２ｃの流路内壁とをそれぞれ貫通する複数の冷却孔５２ｈに連通している。
サーペンタイン流路５２において、圧縮空気ｃは、導入流路５２ｉからメイン流路５２ａに流入した後に、このメイン流路５２ａを通り、リターン流路５２ｄにおいて１８０°転回してメイン流路５２ｂに流入し、メイン流路５２ｂを通り、リターン流路５２ｅにおいて１８０°転回してメイン流路５２ｃに流入する。この過程において、メイン流路５２ｃ内を流れる圧縮空気ｃの一部は、図４に示すように、冷却孔５２ｈより斜めに流出し、翼表面１３をフィルム冷却する。

【0029】

サーペンタイン流路５３は、図３及び図４に示すように、翼型中心線Ｑ上に位置するように、後縁１２側において蛇行状に形成されており（図３参照）、それぞれ翼幅方向に延在する三つのメイン流路５３ａ〜５３ｃが、Ｕ字状に形成されたリターン流路５３ｄ，５３ｅで接続されている。
三つのメイン流路５３ａ〜５３ｃは、それぞれ翼本体１０の先端１５から翼本体１０の基端１４まで延びており、上記の順に前縁１１側から後縁１２側に向けて並設されている。そして、メイン流路５３ａの外周端とメイン流路５３ｂの外周端とがリターン流路５３ｄで接続されており、メイン流路５３ｂの内周端とメイン流路５３ｃの内周端とがリターン流路５３ｅで接続されている。また、メイン流路５３ａの上流端は、ラジアルホール７と連通した導入流路５３ｉ，５３ｊに接続されている。さらに、メイン流路５３ｃは、図４に示すように、翼表面１３とメイン流路５３ｃとをそれぞれ貫通する複数の冷却孔５３ｈに連通している。
サーペンタイン流路５３において、圧縮空気ｃは、導入流路５３ｉ，５３ｊからメイン流路５３ａに流入した後に、このメイン流路５３ａを通り、リターン流路５３ｄにおいて１８０°転回してメイン流路５３ｂに流入し、メイン流路５３ｂを通り、リターン流路５３ｅにおいて１８０°転回してメイン流路５３ｃに流入する。この過程において、メイン流路５３ｃ内を流れる圧縮空気ｃの一部は、冷却孔５３ｈより表面に流出してフィルム冷却を行い、残りの圧縮空気ｃが後縁１２より流出する際、後縁端部のピンフィン冷却を行う。
なお、圧縮空気ｃは、サーペンタイン流路５３において導入流路５３ｉ，５３ｊからメイン流路５３ａ，５３ｂ，５３ｃ、リターン流路５３ｄ，５３ｅを経て、最終的に燃焼ガス中に排出されるが、流路内をリターン流路５３ｄ，５３ｅで折り返しながら流れる過程で圧力損失により、徐々に圧力が低下する。

【0030】

上記のように概略構成されるタービン動翼３は、上述したリターン流路５２ｅ，５３ｅがタービン径方向において、翼本体１０の基端１４とフィレット部４０とプラットフォーム２０とに亘って形成されている。このリターン流路５２ｅ，５３ｅは、翼型中心線Ｑに交差する断面においてフィレット部４０に沿って形成されている。
なお、リターン流路５２ｅ，５３ｅは同様の構成となっているので、以下の説明においては、リターン流路５３ｅについて説明することとし、リターン流路５２ｅの説明を省略する。

【0031】

図５は図３の要部拡大図（図３の要部IVの拡大図）であり、図６は図５のＶ−Ｖ線断面図であり、図７は図５のVI−VI線断面図である。
図６及び図７に示すように、リターン流路５３ｅは、翼型中心線Ｑに直交する断面（以下、単に翼型中心線Ｑの交差断面と称する）において、メイン流路５３ｂ及びメイン流路５３ｃに比べて翼厚方向寸法Ｌが大きく形成されている（Ｌ_１＞Ｌ_２）。また、リターン流路５３ｅは、図６に示すように、翼型中心線Ｑの交差断面において翼厚方向寸法Ｌ１よりも翼幅方向寸法が短い扁平状に形成されている。
図５に示すように、リターン流路５３ｅにおける流路内壁面（内表面）の翼厚方向両側には、フィレット部４０の外表面４０ａに沿って形成された冷却面５５が形成されている。

【0032】

冷却面５５は、翼型中心線Ｑに沿って延びていると共に、図６及び図７に示すように、交差断面において四半円弧状に形成されたフィレット部４０の外表面４０ａに沿って円弧状に形成されている。より具体的には、冷却面５５は、図７に示すように、翼型中心線Ｑの交差断面において、メイン流路５３ｂとメイン流路５３ｃとを仕切る仕切壁５４の前後の位置で、フィレット部４０に沿って四半円弧状の断面輪郭を有し、且つ、仕切壁５４が含まれる位置（中間部５３ｅ１）で、図６に示すように、フィレット部４０に沿って小円弧状の断面輪郭を有している。

【0033】

図６及び図７に示すように、リターン流路５３ｅの流路幅（Ｌ_１）を形成する流路内壁６０を大略フィレット部４０の外縁４０ｂ近傍まで拡幅させることが望ましい。翼型中心線Ｑを中心として流路幅（Ｌ_１）を翼厚方向の両側に向けてフィレット部４０の外縁４０ｂ近傍まで拡幅させることにより、冷却面５５がフィレット部４０に沿って翼厚方向に拡張される。なお、フィレット部４０の外縁４０ｂとは、フィレット部４０とプラットフォーム２０の表面との境界線をいう。

【0034】

また、タービン動翼３の外表面の法線方向における、該タービン動翼３の外表面と冷却流路５０の流路内壁面との距離を翼壁肉厚ｄと定義した場合において、冷却面５５とフィレット部４０との間の翼壁肉厚ｄ_１は、各部位において略均一に形成されている。
また、冷却面５５とフィレット部４０との間の翼壁肉厚ｄ_１は、メイン流路５３ｂ及びメイン流路５３ｃにおける翼壁肉厚ｄ_２と略同一に形成されている。

【0035】

また、リターン流路５３ｅの流路内壁面の翼根部３０側には、翼厚方向中央側において流路内壁面の法線方向に突出した突出部５６が形成されている。突出部５６は、図６に示すように、翼型中心線Ｑの各交差断面において台形状となっている。この突出部５６は、図５に示すように、リターン流路５３ｅにおいてメイン流路５３ｂ側から中間部５３ｅ１に進むに従って漸次突出量を大きくした後に、中間部５３ｅ１からメイン流路５３ｃに進むに従って漸次突出量を小さくする。
この突出部５６は、以下に説明する圧縮空気ｃのガイド機能の他、リターン流路５３ｅの流路断面の調整機能を有している。本実施形態においては、リターン流路５３ｅの流路幅（Ｌ_１）を上述のように翼厚方向に拡幅することにより、圧縮空気ｃがリターン流路５３ｅの中央を流れ、中間部５３ｅ１の流路内壁６０近傍は、流れのよどみが生ずるのを避け、流路断面の均一な流れを確保するために設けている。

【0036】

次に、上記の構成からなるガスタービンＧＴにおけるタービン動翼３の作用について説明する。
上述したように、圧縮空気ｃが導入流路５３ｉ，５３ｊを介してサーペンタイン流路５３に流入すると、メイン流路５３ａを通り、リターン流路５３ｄにおいて１８０°転回してメイン流路５３ｂに流入し、メイン流路５３ｂを通り、リターン流路５３ｅにおいて１８０°転回してメイン流路５３ｃに流入する。

【0037】

リターン流路５３ｅを通過する圧縮空気ｃには、冷却面５５において翼壁肉厚ｄ_１が略均一に形成されていることから、フィレット部４０の各部位において均一的に熱を奪う。
すなわち、図５に示すように、翼型中心線Ｑの延在方向に亘ってフィレット部４０の各部位を均一的に冷却する。また、翼型中心線Ｑの各交差断面において（図６及び図７参照）、流路幅（Ｌ_１）をフィレット部４０の外縁近傍まで拡幅するので、フィレット部４０の翼幅方向及び翼厚方向に亘って各部位を均一的に冷却する。

【0038】

また、リターン流路５３ｅにおいて突出部５６の上流端に達した圧縮空気ｃは、突出部５６が中間部５３ｅ１に向かうほど突出量を大きくすることから、次第に翼厚方向の両側に導かれる。リターン流路５３ｅにおいて、翼厚方向の両側に導かれた圧縮空気ｃは、主に冷却面５５を介してフィレット部４０から熱を奪って冷却する。
また、突出部５６の突出量を調整することにより、リターン流路５３ｅの流路断面での圧縮空気ｃの不均一流れが改善できる。

【0039】

以上説明したように、ガスタービンＧＴにおけるタービン動翼３によれば、リターン流路５３ｅが、翼型中心線Ｑの交差断面においてフィレット部４０に沿うようにして形成されているので、リターン流路５３ｅからフィレット部４０の外表面４０ａまでの翼壁肉厚ｄが均一的になる。これにより、翼壁肉厚ｄが大きくなる部位が生じることを抑止し、フィレット部４０を均一的に十分に冷却することが可能になる。従って、タービン動翼３に生じる酸化減肉や疲労を抑制することが可能となる。なお、リターン流路５２ｅにおいても同様の効果を得ることができる。

【0040】

また、冷却面５５を有するので、当該冷却面５５に背向するフィレット部４０を、より十分に冷却することができる。

【0041】

また、突出部５６を有するので、圧縮空気ｃが翼厚方向両側に導かれる。これにより、リターン流路５３ｅの翼厚方向両側に位置するフィレット部４０を十分に冷却することができる。

【0042】

また、冷却面５５の、フィレット部４０の外表面４０ａまでの距離が、メイン流路５３ｂ，５３ｃの流路内壁面から翼本体１０の外表面までの距離と略同一に形成されているので、翼本体１０とフィレット部４０との間で冷却を均一的にすることができる。

【0043】

また、冷却面５５が翼型中心線Ｑに沿って延びているので、翼型中心線Ｑに沿った広い範囲に亘って、フィレット部４０を均一的に十分に冷却することができる。

【0044】

さらに、上記のタービン動翼３を具備するので、タービン動翼３の冷却効果を高め、信頼性を向上させることができる。

【0045】

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。

【0046】

図８は本実施形態に係るタービン静翼２の翼型中心線に沿って切断した断面図である。
上述した第一実施形態がタービン動翼３に本発明を適用していたのに対して、本実施形態においては、タービンＴのタービン静翼２（図２参照）に本発明を適用している。

【0047】

図８に示すように、タービン静翼２は、翼本体２ａの基端（タービン径方向外側、端部）５８に外側シュラウド（端壁）２ｂが接合され、翼本体２ａの先端（タービン径方向内側、端部）５９に内側シュラウド（端壁）２ｃが接合されている。
翼本体２ａの基端５８と外側シュラウド２ｂとはフィレット部４１で滑らかに繋がっており、翼本体２ａの先端５９と内側シュラウド２ｃとはフィレット部４２で滑らかに繋がっている。
このタービン静翼２の内部には、サーペンタイン流路（冷却流路）５７が形成されている。

【0048】

サーペンタイン流路５７は、図４に示す翼型中心線Ｑ上に位置するように、図８に示すように前縁１１と後縁１２との間に亘って蛇行状に形成されており、それぞれ翼幅方向に延在する五つのメイン流路５７ａ〜５７ｃ，５７ｆ，５７ｇが、Ｕ字状に形成されたリターン流路５７ｄ（５７ｄＡ，５７ｄＢ），５７ｅ（５７ｅＡ，５７ｅＢ）で接続されている。

【0049】

五つのメイン流路５７ａ〜５７ｃ，５７ｆ，５７ｇは、それぞれ翼本体２ａの基端５８側から翼本体２ａの先端５９側まで延びており、上記の順に前縁１１側から後縁１２側に向けて並設されている。そして、メイン流路５７ａの内周端とメイン流路５７ｂの内周端とがリターン流路５７ｅＡで接続されており、メイン流路５７ｂの外周端とメイン流路５７ｃの外周端とがリターン流路５７ｄＡで接続されている。さらに、メイン流路５７ｃの内周端とメイン流路５７ｆの内周端とがリターン流路５７ｅＢで接続されており、メイン流路５７ｆの外周端とメイン流路５７ｇの外周端とがリターン流路５７ｄＢで接続されている。

【0050】

また、メイン流路５７ａの上流端は、圧縮空気ｃが供給される翼環フィードホール７０に連通しており、メイン流路５７ｇは、後縁１２の冷却穴５３ｍに連通し、後縁端部を対流冷却した後、燃焼ガス中に排出される。

【0051】

上述したリターン流路５７ｄ（５７ｄＡ，５７ｄＢ），５７ｅ（５７ｅＡ，５７ｅＢ）は、翼本体２ａの翼型中心線に交差する断面において、フィレット部４１，４２に沿うように形成されている。
より具体的には、リターン流路５７ｄ（５７ｄＡ，５７ｄＢ），５７ｅ（５７ｅＡ，５７ｅＢ）のそれぞれにおいて、フィレット部４１，４２の外表面に沿って冷却面５５が形成されている。さらに、リターン流路５７ｄに、翼厚方向中央側において流路内壁面の法線方向に突出した突出部５７ｄ１が形成され、リターン流路５７ｅに、翼厚方向中央側において流路内壁面の法線方向に突出した突出部５７ｅ１が形成されている。

【0052】

本実施形態によれば、上述した第一実施形態の主要な効果を得ることができる他、タービン静翼２のフィレット部４１，４２を十分に冷却することができる。

【0053】

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した第一実施形態においては、翼型中心線Ｑの交差断面において冷却面５５を円弧状の断面輪郭に形成してフィレット部４０の外表面に沿わしたが、フィレット部４０の外表面の接線方向に斜めに延びる直線状の断面輪郭に形成してフィレット部４０の外表面に沿わしてもよい。第二実施形態においても同様である。

【0054】

また、上述した第一実施形態においては、リターン流路５２ｅ，５３ｅに本発明を適用したが、どちらか一方にのみ本発明を適用してもよい。また、リターン流路５２ｅ，５３ｅと同様のリターン流路を複数形成し、そのうちの少なくとも一つに本発明を適用してもよい。第二実施形態においても同様である。

【0055】

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の説明及びその説明に用いる図面において、既に説明を終えた構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、重複した説明を省略する。

【0056】

本実施形態は、上述したサーペンタイン流路のリターン部に冷却孔を設ける実施例であり、第一および第二実施形態の双方に適用できる。図９は、第一実施形態の図３と同様のタービン動翼の翼断面図において、それぞれのリターン部入口の圧縮空気ｃの流れ方向の上流側の仕切壁に冷却孔を設けた例を示したものである。図１０は、図９の要部拡大図（図９の要部VIIの拡大図）である。図１１は、図１０のリターン流路５３ｅ廻りの前縁方向に見た断面VIII―VIIIを示したものであり、図１２は、図１１のリターン流路５３ｅ廻りの断面IX―IXを示したものである。図９から図１２により、サーペンタイン流路５３のリターン流路５３ｅを例に、本実施形態を以下に説明する。

【0057】

図９及び図１０は、サーペンタイン流路５３の基端１４近傍であって、メイン流路５３ａと５３ｂとの間を区切る仕切壁５４に冷却孔５３ｋが設けられ、リターン流路５３ｅの底面に向けて傾斜させて配置した例が示されている。

【0058】

また、図１１に示すように、リターン流路５３ｅの翼厚方向の両側の流路内壁６０で形成された流路断面は、翼幅方向の断面視で流路幅（Ｌ１）がフィレット部４０の外縁４０ｂ近傍まで拡幅され、拡幅された両側の流路内壁６０に向かって圧縮空気ｃが吹き出すように、メイン流路５３ｂの背側および腹側よりに２つの冷却孔５３ｋが配置されている。冷却孔５３ｋは、一方がサーペンタイン流路５３の上流側のメイン流路５３ａの上流側流路に連通し、他方は下流側のメイン流路５３ｂに開口している。

【0059】

図１２に示すように、リターン流路５３ｅの流路は、メイン流路５３ｂおよび５３ｃの流路より、翼厚方向の背側および腹側に膨張した拡張部６１を備える形状となっている。それぞれの背側および腹側に設けられた冷却孔５３ｋは、翼型中心線Ｑに対して傾きをもち、圧縮空気ｃが流路内壁６０にあたる方向に向けられている。

【0060】

前述のようにサーペンタイン流路を流れる圧縮空気ｃは、流路内を流れる過程で発生する圧力損失のため、圧縮空気ｃの圧力が低下する。サーペンタイン流路５３を例に説明すれば、導入流路５３ｉ，５３ｊからメイン流路５３ａに流入した低温の圧縮空気ｃは、基端側１４から先端１５に向かって流れ、リターン部５３ｄで１８０°転回して折返し、更に基端１４に向かって流下してリターン部５３ｅに到達するまでの間に、流路内の圧力損失のため、圧力が低下する。つまり、メイン流路５３ａの上流側基端１４とメイン流路５３ｂの下流側のリターン流路５３ｅの入口近傍とでは、圧力損失により一定の差圧が生ずるため、冷却孔５３ｋの入口側と出口側の差圧により、メイン流路５３ａを流れる圧縮空気ｃの一部が冷却孔５３ｋを流れて、リターン流路５３ｅに吹出す。

【0061】

本実施形態によれば、リターン流路５３ｅの流路断面で翼厚方向に膨れた拡張部６１には圧縮空気ｃがよどむ可能性があるが、本実施形態の冷却孔５３ｋを設けることにより、圧縮空気ｃの一部がリターン流路５３ｅの流路内壁６０に向かって斜め下向き（径方向の内側方向）に吹出すので、拡張部６１に滞留するよどんだ圧縮空気が下流側にパージされ、リターン流路５３ｅの冷却面５５近傍を流れる圧縮空気流が更新されて、冷却面５５の冷却性能が向上する。

【0062】

同様に、サーペンタイン流路５２のリターン流路５２ｅにも、メイン流路５２ａと５２ｂの間の仕切壁５４に冷却孔５２ｋを設け、リターン流路５３ｅと同様の構造を適用できる。

【0063】

また、上述したタービンＴのタービン動翼３、及びタービンＴのタービン静翼２に本発明を適用したが、各種回転機械の動翼及び静翼（例えば圧縮機Ｃの動翼及び静翼（図１参照））について本発明を適用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明は、翼本体と、前記翼本体の翼幅方向における端部に設けられ、前記翼幅方向に交差するように延びる端壁と、前記翼本体の端部と前記端壁とを滑らかに繋ぐフィレット部と、前記翼本体と前記端壁との内部において冷却媒体を流通させると共に、前記翼幅方向に沿って延びる二つのメイン流路が前記端壁側に形成されたリターン流路で折れ曲がるようにして接続された冷却流路と、を備える翼部材であって、前記リターン流路は、前記翼本体の翼型中心線に交差する断面において、前記フィレット部に沿うように形成されていると共に、その翼厚方向幅が前記メイン流路における翼厚方向の流路幅より大きく形成されている翼部材に関する。本発明によれば、フィレット部において冷却を均一的に十分に行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0065】

２…タービン静翼（翼部材）
２ａ…翼本体
２ｂ…外側シュラウド（端壁）
２ｃ…内側シュラウド（端壁）
３（３Ａ〜３Ｄ）…タービン動翼（翼部材）
１０…翼本体
１４…基端（端部）
２０…プラットフォーム（端壁）
４０…フィレット部
４１…フィレット部
４２…フィレット部
４０ａ…外表面
５０…冷却流路
５２ｂ，５２ｃ…メイン流路
５２ｅ…リターン流路
５２ｋ、５３ｋ 冷却孔
５３ｂ，５３ｃ…メイン流路
５３ｅ…リターン流路
５５…冷却面
５６…突出部
５７…サーペンタイン流路（冷却流路）
５７ａ〜５７ｃ，５７ｆ，５７ｇ…メイン流路
５７ｄ（５７ｄＡ，５７ｄＢ），５７ｅ（５７ｅＡ，５７ｅＢ）…リターン流路
５８…基端（端部）
５９…先端（端部）
６０ 流路内壁
６１ 拡張部
Ｃ…圧縮機（回転機械）
ＧＴ…ガスタービン（回転機械）
Ｑ…翼型中心線
Ｔ…タービン（回転機械）
ｃ…圧縮空気（冷却媒体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】