特許 6134193 フィルム冷却構造

(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】6134193

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】フィルム冷却構造

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/02 20060101AFI20170515BHJP

   F01D 5/18 20060101ALI20170515BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/02 102

   F01D5/18

   F02C7/18 A

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-90387(P2013-90387)

(22)【出願日】2013年4月23日

(65)【公開番号】特開2014-214632(P2014-214632A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2016年4月13日

(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】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】田川 久人

(72)【発明者】

【氏名】堀内 康広

(72)【発明者】

【氏名】船▲崎▼ 健一

(72)【発明者】

【氏名】川端 浩和

(72)【発明者】

【氏名】高橋 大地

(72)【発明者】

【氏名】中田 諒太

【審査官】 稲葉 大紀

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１２３４０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−０８９００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１００７７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０１Ｄ ５／１８

Ｆ０２Ｃ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温気体の流れに表面が晒される高温部材のフィルム冷却構造であって、
部材表面に開口したフィルム冷却孔、及び
前記部材表面に設けた一対の突起を備え、
前記一対の突起が、前記フィルム冷却孔の前記高温気体の流れ方向の上流側の位置において、前記高温気体の流れ方向から見て前記フィルム冷却孔の中心を挟んで両側に互いに離して配置してあり、かつ前記部材表面と直交する方向から見てそれぞれ短軸及び長軸を有する形状をしていて、互いの長軸の間隔が前記高温気体の流れ方向の下流側に向かって広がるように配置されていることを特徴とするフィルム冷却構造。

【請求項2】

請求項１のフィルム冷却構造において、前記突起の前記部材表面から突出した部分は、表面に角部がないように曲面で形成されていることを特徴とするフィルム冷却構造。

【請求項3】

請求項１のフィルム冷却構造において、前記フィルム冷却孔が円孔であることを特徴とするフィルム冷却構造。

【請求項4】

請求項１のフィルム冷却構造において、前記突起の短軸長が前記フィルム冷却孔の直径以下であることを特徴とするフィルム冷却構造。

【請求項5】

請求項１のフィルム冷却構造を備えたことを特徴とするタービン翼。

【請求項6】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機からの圧縮空気とともに燃料を燃焼する燃焼器と、
請求項５のタービン翼を備え前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動するタービンと
を備えたことを特徴とするガスタービン。

【請求項7】

高温気体の流れに表面が晒される高温部材のフィルム冷却方法であって、
部材表面に開口したフィルム冷却孔の前記高温気体の流れ方向の上流側の位置において、前記高温気体の流れ方向から見て前記フィルム冷却孔の中心を挟んで両側に位置するように互いに離して前記部材表面に配置し、
前記一対の突起の間を通る高温気体に前記フィルム冷却孔に向かって吹き下ろす向きの旋回成分を付与し、当該旋回成分を付与された高温気体で前記フィルム冷却孔から噴き出す冷却気体を押えて前記部材表面からの剥離を抑制する
ことを特徴とするフィルム冷却方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面が高温気体に晒されるタービン部材（タービン翼等の高温部材）のフィルム冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

タービン翼等の高温気体に晒される部材の冷却方式の一つとして部材内部から部材表面に冷却気体を吹き出させるフィルム冷却が知られており、従来からフィルム冷却性能を向上させるための様々な工夫がなされている。

【0003】

例えばフィルム冷却孔を断面が非円形（例えば高温気体の流れ方向の下流側に向かって拡大する形状）のシェイプト孔とすることにより、冷却気体の吹き出し流速を抑えて高温気体との混合を抑制し、また高温気体の流れに対して横方向へ冷却気体の流れを拡げて隣接するフィルム冷却孔の間の部分の冷却性能の向上を図った例がある（特許文献１等参照）。

【0004】

また、同文献にはフィルム冷却孔の高温気体の流れ方向における上流側にＶ字状の突起を設け、フィルム冷却孔の近傍に向かう高温空気の流れを遮って迂回させることにより、高温空気と冷却気体との干渉の抑制を図った例もある（特許文献２等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４７９４３１７号公報

【特許文献2】米国特許第６９８４１００号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

フィルム冷却では高温気体に晒される部材にフィルム冷却孔（細孔）を設け、このフィルム冷却孔を介して部材内部から吹き出させた冷却気体で部材表面を覆うことにより、高温気体から部材への入熱を抑制する。したがって、部材内部から吹き出した冷却気体が部材表面に沿って流れることがフィルム冷却性能を向上する上で重要である。

【0007】

本発明はこの点に鑑みなされたもので、冷却気体の部材表面からの剥離を抑制してフィルム冷却性能を向上させることができるフィルム冷却構造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】

上記目的を達成するために、本発明は、高温部材の低温表面から高温表面に貫通するフィルム冷却孔を有し、高温表面の吹出口から冷却気体を吹き出させるフィルム冷却構造において、高温表面における吹出口の高温気体の流れ方向の上流側に、フィルム冷却孔の軸を挟んで一対の突起を設ける。一対の突起は、高温部材の表面と直交する方向から見てそれぞれ短軸及び長軸を有する形状とし、互いの長軸の間隔が高温気体の流れ方向の下流側に向かって広がるように配置する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、冷却気体の部材表面からの剥離を抑制してフィルム冷却性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施の形態に係るフィルム冷却構造を示す斜視図である。

【図2】図１のフィルム冷却構造を高温表面と直交する方向から見た平面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ線による矢視断面図である。

【図4】図２の高温部材のＢ−Ｂ線による矢視断面図である。

【図5】比較例に係るフィルム冷却構造を表す平面図である。

【図6】図５の高温部材のＢ’−Ｂ’線による矢視断面図である。

【図7】本発明の一実施の形態に係るフィルム冷却構造における平均フィルム冷却効率の計測結果を示す図である。

【図8】本発明の一実施の形態に係るフィルム冷却構造における全圧損失の計測結果を示す図である。

【図9】本発明のフィルム冷却構造の適用例１を示す図である。

【図10】本発明のフィルム冷却構造の適用例２を示す図である。

【図11】本発明のフィルム冷却構造の適用例３を示す図である。

【図12】本発明のフィルム冷却構造の一適用対象であるガスタービンの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

【0012】

１．フィルム冷却構造
図１は本発明の一実施の形態に係るフィルム冷却構造を示す斜視図である。同図では、高温部材１のフィルム冷却構造近傍を抜き出して部分的に表している。

【0013】

図示したフィルム冷却構造は、高温気体１０の流れに表面（高温表面）２が晒される高温部材１をフィルム冷却するものであり、高温表面２に吹出口５が開口したフィルム冷却孔４、及び高温表面２に設けた一対の突起３０を備えている。

【0014】

本フィルム冷却構造においては、高温表面２に沿って高温気体１０が矢印方向に流れる。高温部材１には冷却気体２０を流通させる内部空間があり、内部空間に臨む高温部材１の内壁面を低温表面３と称する。この低温表面３は高温表面２と表裏の関係にある。フィルム冷却孔４は、低温表面３から高温表面２に向かって高温部材１を貫通していて、高温部材１内に導かれた冷却気体２０が低温表面３側の流入口６からフィルム冷却孔４に流入し、吹出口５から高温気体１０の流れの中へ吹き出す。吹出口５から噴き出した冷却気体２０が高温表面２を覆うことによって高温気体１０から高温表面２への入熱を抑制する。

【0015】

一対の突起３０は、フィルム冷却孔４における高温気体１０の流れ方向の上流側の位置において、高温気体１０の流れ方向から見てフィルム冷却孔４の中心（図２中のＡ−Ａ線）を挟んで両側に互いに離して配置してある。突起３０の高温表面２から突出した部分の表面（突起３０の高温気体１０に接し得る表面）は、角部がないように曲面で形成されている。具体的には、突起３０は全体としては高温表面２から離れる方向に凸の曲面形状をしていて、好ましくは、高温表面２との境界付近では変曲して高温表面２に向かって凸の曲面で形成されていて高温表面２に滑らかに接続する。

【0016】

図２は図１のフィルム冷却構造を高温表面２と直交する方向から見た（高温気体１０の流路側から見た）平面図である。

【0017】

同図に示すように、高温表面２と直交する方向から見ると、一対の突起３０はそれぞれ短軸及び長軸を有する細長い形状をしていて、互いの長軸の間隔が高温気体１０の流れ方向の下流側に向かって広がるようにＶ字型に配置されている。突起３０の短軸方向には幅Ｗ、長軸方向には長さＬ（＞Ｗ）の寸法を持つ。一対の突起３０の中心点はＡ−Ａ線を挟んで間隔Ｓで離間している。また、フィルム冷却孔４の中心と一対の突起３０の中心位置を通って高温表面２に直交する面（Ａ−Ａ線断面）に対して突起３０の長軸は角度θで傾斜している。吹出口５の中心から突起３０の中心までのＡ−Ａ線方向に採った距離はＤであり、フィルム冷却孔４の孔径（直径）はｄである。本実施の形態では、突起３０の短軸長（Ｗ）がフィルム冷却孔４の直径（ｄ）以下に設定してある。

【0018】

図３は図２のＡ−Ａ線による矢視断面図である。

【0019】

同図に示したように、フィルム冷却孔４から吹き出した冷却気体２０が極力高温表面２に沿って吹き出すように、フィルム冷却孔４は、低温表面３から高温表面２に向かって高温気体１０の流れ方向に傾斜している。フィルム冷却孔４の中心線と高温表面２がなす角度は、制作上可能な範囲で小さく設定される（例えば３０°程度）。Ｈは突起３０の高さ（高温表面２からの突出量）である。

【0020】

２．比較例
図５は比較例に係るフィルム冷却構造を表す平面図、図６は図５の高温部材のＢ’−Ｂ’線による矢視断面図である。図５は図２に対応している。

【0021】

同図の比較例は、本実施の形態に係るフィルム冷却構造から突起３０を省略した構成に相当する。高温気体１１０が矢印方向に流れ、吹出口１０５から冷却気体が吹き出している。フィルム冷却孔１０４は、高温表面１０２に対する冷却気体１２０の密着性を向上させるために低温表面１０３から高温表面１０２に向かって高温気体１１０の流れ方向に傾斜している。こうしたフィルム冷却孔１０４から冷却気体１２０が吹き出すと、図６に示したように両脇から高温気体を巻き込むような一対の渦１５０，１５１が冷却気体１２０の周りに発生する。同図に示したように高温気体１１０の流れ方向から見ると、冷却気体１２０の右側の渦１５０は右回り（時計回り）に、冷却気体１２０の左側の渦１５１は左回り（反時計回り）に回転する。これら一対の渦１５０，１５１は冷却気体１２０と高温表面１０２の間に高温気体１１１，１１２を引き込み、冷却気体１２０の高温表面１０２からの剥離を促してフィルム冷却性能を低下させ得る。

【0022】

３．効果
（１）フィルム冷却性能の向上
図４は図２の高温部材のＢ−Ｂ線による矢視断面図であり、図６に対応する図である。

【0023】

同図において、高温気体１０は紙面に直交する方向の手前から奥に向かって流れており、冷却気体２０も吹出口５から紙面直交方向の奥に向かって流れている。高温表面２に沿って流れる高温気体１０には、一対の突起３０を越える際にフィルム冷却孔４に向かって吹き下ろす向きの旋回成分を付与される。具体的には、高温気体１０の流れ方向の上流側から見て冷却気体２０の右側の渦５０は左回り（反時計回り）に、冷却気体２０の左側の渦５１は右回り（時計回り）に回転する。これら渦５０，５１は、冷却気体２０の噴出に伴う一対の渦１５０，１５１（図６参照）とそれぞれ反対方向に回転し渦１５０，１５１を弱める。その結果、旋回成分を付与された高温気体１０（渦５０，５１）でフィルム冷却孔４から噴き出す冷却気体２０が押えられ、冷却気体２０の高温表面２からの剥離が抑制されてフィルム冷却性能が向上する。

【0024】

特に本実施の形態では、突起３０を分離して一対の突起３０の間に間隙流路を確保したことにより、高温気体１０を間隙流路に通過させて渦５０、５１を強めることができる。これによって例えば突起３０を一体構造にした場合に比べて冷却気体２０の高温表面２からの剥離をより効果的に抑制することができる。

【0025】

また、本願発明者等は、フィルム冷却孔４の上流側に一対の突起３０を設ける構成について、突起３０の形状や配置のパターンを変えて幾通りかフィルム冷却性能を検討した。その結果、次の知見が得られた。

【0026】

まず、本実施の形態においては、前述した通り突起３０の長さＬを幅Ｗより長くして細長い形状とし、高温気体１０の流れ方向の下流側に向かって開くＶ字型に一対の突起３０を配置した。このフィルム冷却構造の場合、例えば突起３０を円形に構成した場合や平行に配置した構成に比べて、図４に示す渦５０、５１の速度成分が強化されフィルム冷却性能がより向上することが分かった。また、突起３０の幅Ｗをフィルム冷却孔４の孔径ｄより小さくすることにより、渦５０，５１の強度がより強まり、フィルム冷却性能の向上に一層効果的であることも判った。

【0027】

また、検討したパターンの中では、突起の長さＬを幅Ｗの５倍以上、突起の幅Ｗをフィルム冷却孔４の孔径ｄの半分以下、突起の間隔Ｓを孔径ｄの２倍程度、突起３０の傾斜角θを１５°〜４５°、突起３０の高さＨを孔径ｄと同程度、突起３０とフィルム冷却孔４との距離Ｄを孔径ｄの２倍程度の範囲に設定した場合に渦５０，５１が最も強まり、とりわけフィルム冷却性能の向上の効果が顕著であった。

【0028】

図７は本実施の形態に係るフィルム冷却構造における平均フィルム冷却効率の計測結果を示す図である。同図には、突起３０の形状及び配置のパラメータを上記範囲で種々変更した場合にフィルム冷却性能が最も向上した例のフィルム冷却効率の計測結果を例示した。

【0029】

縦軸に示すフィルム冷却効率比は突起３０を省略した単に円形のフィルム冷却孔を備えただけのフィルム冷却構造（以下、基準構造と称する）に対するフィルム冷却効率の比（平均フィルム冷却効率比）を表している。平均フィルム冷却効率は、フィルム冷却孔４の下流側の高温表面２の一定領域（高温気体１０の横断方向に３ｄ、流れ方向に１０ｄの領域）における冷却効率の値の平均をとった。

【0030】

ここで、フィルム冷却効率は次の式（１）で表わすことができる。

【0031】

η＝（Ｔｇ−Ｔｍ）／（Ｔｇ−Ｔｃ）
η：フィルム冷却効率
Ｔｇ：高温気体１０の温度
Ｔｃ：冷却気体２０の温度
Ｔｍ：高温表面２の温度
フィルム冷却効率ηは０から１の範囲の値である。

【0032】

また、図７の横軸は冷却気体２０の吹き出し比を表している。吹き出し比は次の式（２）で表わされる。

【0033】

ＢＲ＝（ρｃ×ｕｃ）／（ρｇ×ｕｇ）
ＢＲ：吹き出し比
ρｇ：高温気体１０の密度
ρｃ：冷却気体２０の密度
ｕｇ：高温気体１０の流速
ｕｃ：冷却気体２０の流速
すなわち、吹き出し比ＢＲは、高温気体１０の質量流束に対する冷却気体２０の質量流束の比を示している。

【0034】

同図に示したように、本実施の形態に係るフィルム冷却構造の平均フィルム冷却効率は、吹き出し比０．５〜１．０の範囲において基準構造に比べて１．８〜４．０倍に向上する結果得られた。比較のために先述した特許文献１のシェイプト孔の平均フィルム冷却効率を計測した結果、本実施の形態に係るフィルム冷却構造はシェイプト孔と同等の冷却性能が得られることが確認された。

【0035】

（２）空力損失の抑制
本実施の形態によれば、一対の突起３０を分離した配置して渦５０，５１を強化することにより、突起３０を設けたことによる空力損失を抑制することができる。突起３０を曲面で形成したことも空力損失の抑制に寄与する。

【0036】

図８は本実施の形態に係るフィルム冷却構造における全圧損失の計測結果を示す図である。同図の縦軸は、上記基準構造における全圧損失に対する本実施の形態における全圧損失の比である。横軸は図７と同様である。また、図７と同様に比較のためにシェイプト孔における全圧損失の計測結果を併せて示している。

【0037】

図８に示したように、吹き出し比が０．５から１．０の範囲においては、吹き出し比が大きくなるほど本実施の形態に係るフィルム冷却構造における全圧損失は基準構造に比較して幾分増加する。しかし、シェイプト孔に比較すると増加量が小さいことがわかる。すなわち、図７に示したようなシェイプト孔と同等の高いフィルム冷却効率の向上の効果が得られつつも、シャイプト孔に比べて空力損失を抑制することができる。

【0038】

（３）製作容易性の確保
本実施の形態に係るフィルム冷却構造は、突起３０を高温部材１と一体に鋳造することができ、高温部材１の鋳造後に突起３０を接合する工程は必要ない。またフィルム冷却孔は鋳造後に放電加工などで単純な円孔を穿孔すれば良いので、従来のフィルム冷却孔の加工と比べて複雑になることはない。したがって、シェイプト孔を加工する場合より製作時間の短縮とコストの低減を図ることができる。またフィルム冷却孔の構造が単純なので加工精度を高くすることができ、冷却性能の低下やフィルム冷却孔毎のばらつきを抑えることができる。

【0039】

（４）その他
例えば高温表面に溝を設けてフィルム冷却孔の吹出口を溝の内部に配置した場合、フィルム冷却孔から吹き出した冷却気体が溝の内壁に衝突して一時的に溝の内部に滞留し、冷却気体の高温気体に対する干渉が抑制されて冷却効率が向上し得る。しかし、例えばタービン翼の圧力面又は負圧面のような曲面に施工する場合には均一な深さの溝を加工することは困難である。また、高温ガスタービン翼に適用されるセラミックス製の遮熱被膜が溝加工に伴って部分的に除去される場合、遮熱被膜が溝付近から剥離し易くなって耐久性に課題が生じ得る。

【0040】

それに対し、本実施の形態の場合、フィルム冷却孔４以外に特に加工の必要がなく、上記のような課題も生じない。

【0041】

４．ガスタービン
図１２は本発明のフィルム冷却構造の一適用対象であるガスタービンの部分断面図である。この図に示したガスタービンは、大気Ａを吸い込んで圧縮する圧縮機１００、圧縮機１００からの圧縮空気Ｂを燃料Ｃとともに燃焼する燃焼器２００、及び燃焼器２００からの燃焼ガスＤによって駆動するタービン３００を備えている。圧縮機１００の圧縮機ロータ１００Ａとタービン３００のタービンロータ３００Ａと同軸上に連結されている。また、圧縮機ロータ１００Ａ又はタービンロータ３００Ａには、発電機（図示せず）が連結される。これによってタービンロータ３００Ａとともに負荷機器が駆動し、タービンロータ３００Ａの回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。なお、タービンロータ３００Ａに軸動力を与えた燃焼ガスＥは機外に排出され、例えば浄化装置等に導かれた後、放出される。

【0042】

タービン３００は、上記タービンロータ３００Ａと、このタービンロータ３００Ａの周方向外側を覆うケーシング３１５とを備えている。タービンロータ３００Ａは、外周部に動翼３１６を周方向に複数設けたタービンディスク３１７とスペーサ３１８とを軸方向に交互に複数積層して構成されている。また、ケーシング３１５の内側には、各段落において動翼３１６の下流側に対向するように静翼３２１の環状翼列が固定されている。

【0043】

前述した本実施の形態に係るフィルム冷却構造は、このようなガスタービンのタービン部材、例えば静翼３２１や動翼３１６に適用することができる。特に燃焼ガスＤの温度が高い初段に好適に適用することができる。適用例を順次例示していく。

【0044】

５．適用例１
まず、本発明の高温部材のフィルム冷却構造をガスタービン翼の翼面部に適用した例について説明する。

【0045】

図９はガスタービンの静翼３２１の翼面２０１に本発明に係るフィルム冷却構造を適用した例を示す図である。静翼３２１は同一段落において円環状に複数配列されるが、同図ではそのうちの一つを抜き出して図示している。ガスタービンの燃焼ガスＤ（高温気体）が静翼３２１に流れ込むと、翼面２０１とエンドウォール面２０２，２０３が高温の燃焼ガスＤに晒される。静翼３２１の翼面２０１の腹側面（圧力面）には、本発明に係るフィルム冷却構造が設けられている。本例では本発明に係るフィルム冷却構造をタービン径方向（静翼の翼長方向）に複数のフィルム冷却構造を一列設けた場合を例示している。フィルム冷却構造は図１−図４で説明した例と同様であり、翼面２０１におけるフィルム冷却孔４の燃焼ガスＤの流れ方向の上流側に一対の突起３０が設けてある。

【0046】

ここで、ガスタービンシステムでは、省資源化及び環境保全の観点から、熱効率向上のために燃焼ガスの高温化が進められている。そのため高温気体に晒されるタービン翼のような部材においては、その健全性を確保するために材料の制限温度以下に冷却して、高温腐食や構造強度の低下を抑制する必要がある。それに対し、ガスタービンの高温部材の冷却には、一般に圧縮機から抽気した圧縮空気を使用するため、高温化に伴って冷却気体量が増加すると燃焼器で燃焼する空気量が減って出力が低下する。また、燃焼ガスが流れるタービンのガスパスに部材冷却後の冷却気体が放出されると、燃焼ガスの温度が低下して熱効率が低下する。

【0047】

それに対し、本例では本発明に係るフィルム冷却構造を適用したことによって冷却効率が向上するため、燃焼ガスの温度を上昇させても冷却気体量の増加を抑制することができる。前述したように、突起３０のない基準構造に比べて本発明のフィルム冷却構造はシャイプト孔と同等の高い冷却効率を得ることができ、かつシェイプト孔に比べて空力損失を抑制することができる。

【0048】

また、ガスタービン翼は、通常、精密鋳造で翼と内部フィルム冷却構造を一体に製作するが、突起３０も翼と一体で精密鋳造することができるので、従来の製作工程を変更することなく、製作時間もコストも増やすことなく製作することができる。また、フィルム冷却孔４の加工も従来と同様に、精密鋳造で翼を製作した後、前述した通り放電加工等で穿孔することができる。フィルム冷却孔４は円孔で良いので、シェイプト孔に比べて加工が格段に容易であり、製作時間とコストを抑制することができる。また静翼３２１のように、翼面２０１とエンドウォール２０２，２０３の境目付近や翼間の狭隘部分等、フィルム冷却孔４を放電加工するための電極が入り難いような場所でも円孔であれば一回の放電加工で済むので容易に製作することができる。

【0049】

なお、一般的に翼面の背側よりも腹側のフィルム冷却孔から吹き出した冷却気体の方が翼面から剥がれ易い。したがって、図９の例のように翼面２０２の腹側に本発明に係るフィルム冷却構造を適用することによって特に効果的にフィルム冷却性能を向上させることができる。但し、腹側面のみならず、背側面にも本発明に係るフィルム冷却構造は適用可能であって前述した効果を奏することができる。背側及び腹側の少なくとも一方に本発明に係るフィルム冷却構造を設けることができる。また、図９にはフィルム冷却構造を一列設けた場合を例示しているが、複数列設けることも可能である。

【0050】

６．適用例２
本発明に係るフィルム冷却構造をガスタービン静翼のエンドウォールに適用した例を説明する。

【0051】

図１０はガスタービンの静翼３２１のエンドウォール２０３に本発明に係るフィルム冷却構造を適用した例を示す図である。本例では一つのエンドウォール２０３に２枚の静翼３２１を組み合わせた構成を例示している。翼面２０１と同様にガスパスを構成するエンドウォール２０３の表面も高温の燃焼ガスＤに晒される。したがって、エンドウォール２０３の健全性を確保するため、エンドウォール２０３に複数のフィルム冷却孔４が設けられていて、ここから冷却気体を噴き出すことによってエンドウォール２０３の温度を低減している。本例ではフィルム冷却孔４はエンドウォール２０３の前縁３０６の近くに配置されていて、その上流側に一対の突起３０が設けてある。フィルム冷却構造は図１−図４で説明した例と同様である。

【0052】

図９の例と同様、ガスタービンの熱効率向上のために燃焼温度を上げた場合でも、冷却気体量や空力損失の増加を抑制することができるので、ガスタービンの熱効率を効果的に向上することができる。

【0053】

また、翼間３０７の領域では翼前縁２０８で発生した馬蹄形渦等によって翼間３０７を流れる燃焼ガスＤの乱れが大きく、フィルム冷却孔４の上流側に設けた突起３０の効果が低減されてしまう。それに対し、本実施の形態のように翼間３０７を避けてエンドウォール２０３の前縁３０６の近くに発明を適用したことによって特に効果的にフィルム冷却効率を向上させることができる。但し、翼間３０７に発明を適用してフィルム冷却性能の向上を図ること自体は可能である。また、図１０では、エンドウォール２０３に発明を適用した場合を図示したが、エンドウォール２０２，２０３の少なくとも一方に本発明に係るフィルム冷却構造を設けることができる。また、フィルム冷却構造を一列設けた場合を例示しているが、複数列設けることも可能である。

【0054】

また、翼本体と同様にエンドウォール２０２，２０３も精密鋳造で製作するので、突起３０も一体に精密鋳造することによって従来の製作工程から製作時間やコストを増やすことなく製作可能である。製作容易性についても図９の例と同様に確保できる。また、翼面２０１に近いエンドウォール２０２，２０３の表面に複雑な形状の孔を穿つことは難しいが、フィルム冷却孔４の場合は円孔で足りるので容易に穿孔することができる。

【0055】

７．適用例３
図１１はガスタービンの動翼３１６の翼面３０１に本発明に係るフィルム冷却構造を適用した例を示す図である。

【0056】

図示したように、動翼３１６の内部は隔壁３３１によって前側の流路３３２と後側の流路３３３に仕切られた複数の流路で構成される蛇行流路構造となっている。本図では、前縁側の３つの流路と後縁側の３つの流路が一組となっており、それぞれ翼の付根側と先端側で繋がった蛇行流路となっている。翼の付根部に冷却空気の導入口があり、圧縮機１００からの圧縮空気の一部が冷却気体としてタービン軸を介して導かれていて、翼前縁部や腹側部分に設けたフィルム冷却孔４から冷却気体がガスパスに放出される。本例では、腹側と背側のフィルム冷却孔４の上流側に一対の突起３０を設けた場合を例示している。このフィルム冷却構造は図１−図４で説明した例と同様である。

【0057】

本例のように動翼３１６に発明を適用した場合も図９や図１０の場合と同様の効果が得られる。なお、図１１では、フィルム冷却構造は翼スパン方向に複数個並べた列をコード長方向に背側と腹側それぞれ１列ずつ設けた構成を例示したが、背側あるいは腹側のみ、またはコード長方向に複数列のフィルム冷却構造を設けても勿論良い。

【0058】

８．その他
適用例１−３は、それぞれ単独で適用することもできるし、他の少なくとも１つの適用例と組み合わせて適用することもできる。また、本発明に係るフィルム冷却構造をガスタービンの静翼３２１、エンドウォール２０２，２０３、動翼３１６に適用した例を説明したが、例えば動翼３１６のプラットフォーム、シュラウド等、一般にフィルム冷却が採用されている種々の高温部材にも本発明は適用可能であり同様の効果が得られる。また、タービン以外の高温機器、例えば燃焼器２００においてフィルム冷却が採用され得る部材には本発明に係るフィルム冷却構造は適用可能であり同様の効果が得られる。

【符号の説明】

【0059】

１ 高温部材
２ 高温表面（部材表面）
４ フィルム冷却孔
１０ 高温気体
３０ 突起
１００ 圧縮機
２００ 燃焼器
２０２ エンドウォール
２０３ エンドウォール
３００ タービン
３１６ 動翼（タービン翼）
３２１ 静翼（タービン翼）
ｄ 冷却孔の直径
Ｂ 圧縮空気
Ｃ 燃料
Ｄ 燃焼ガス
Ｗ 突起の幅（短軸長）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】