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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6963701
(24)【登録日】2021年10月19日
(45)【発行日】2021年11月10日
(54)【発明の名称】ガスタービン静翼およびガスタービン
(51)【国際特許分類】
F01D 9/04 20060101AFI20211028BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20211028BHJP
【ＦＩ】
F01D9/04
F02C7/18 A
【請求項の数】16
【全頁数】36
(21)【出願番号】特願2021-14274(P2021-14274)
(22)【出願日】2021年2月1日
【審査請求日】2021年2月1日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱パワー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】岡本 拓也
(72)【発明者】
【氏名】森川 朋子
(72)【発明者】
【氏名】羽田 哲
【審査官】
吉田 昌弘
(56)【参考文献】
【文献】
特許第６７９９７０２（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開平０８−０７４５０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２９９６０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０２０−０６３７１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１０５６５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｆ０１Ｄ ９／０４
Ｆ０２Ｃ ７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
翼体と、
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備えるタービン静翼であって、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記周壁は、
前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、
前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、
前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、
前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、
を含み、
前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、
前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の前記冷却孔を備える第４キャビティと、
を含み、
前記第１仕切リブは、前記第１仕切リブの前縁側の前記底板の内表面に形成された入口開口と前記第１仕切リブの後縁側の前記底板のガスパス面に形成された出口開口を接合する複数の前記冷却孔からなる冷却孔列を備え、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第１キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい、
タービン静翼。
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備えるタービン静翼であって、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記周壁は、
前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、
前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、
前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、
前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、
を含み、
前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、
前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の前記冷却孔を備える第４キャビティと、
を含み、
前記第１仕切リブは、前記第１仕切リブの前縁側の前記底板の内表面に形成された入口開口と前記第１仕切リブの後縁側の前記底板のガスパス面に形成された出口開口を接合する複数の前記冷却孔からなる冷却孔列を備え、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第１キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい、
タービン静翼。
【請求項2】
翼体と、
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備えるタービン静翼であって、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記周壁は、
前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、
前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、
前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、
前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、
を含み、
前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、
前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の前記冷却孔を備える第４キャビティと、
を含み、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第１キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さく、
前記第４キャビティは、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブにより区分けされ、軸方向上流側から下流側に向けて前記翼体の前記正圧面に沿って配置された複数の中間キャビティを備え、
前記中間キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度は、軸方向下流側に向かうと共に、軸方向上流側の前記中間キャビティより前記中間仕切リブを介して軸方向下流側に配置された前記中間キャビティの方が小さくなる、
タービン静翼。
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備えるタービン静翼であって、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記周壁は、
前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、
前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、
前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、
前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、
を含み、
前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、
前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の前記冷却孔を備える第４キャビティと、
を含み、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第１キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さく、
前記第４キャビティは、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブにより区分けされ、軸方向上流側から下流側に向けて前記翼体の前記正圧面に沿って配置された複数の中間キャビティを備え、
前記中間キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度は、軸方向下流側に向かうと共に、軸方向上流側の前記中間キャビティより前記中間仕切リブを介して軸方向下流側に配置された前記中間キャビティの方が小さくなる、
タービン静翼。
【請求項3】
前記第１キャビティは、一端が前記底板に形成された入口開口に接続し、他端が前記底板のガスパス面に形成された出口開口に接続する複数の前記冷却孔からなる冷却孔列を備えるとともに、前記正圧面側通路の上流端部に接続し、
前記第４キャビティは、一端が前記底板に形成された前記入口開口に接続し、他端が前記底板の前記ガスパス面に形成された前記出口開口に接続する複数の前記冷却孔からなる冷却孔列を備え、
前記冷却孔列の前記冷却孔の前記出口開口の中心を結ぶ開口中心線は、前記第１仕切リブに平行に配置されている、
請求項１又は２に記載のタービン静翼。
前記第４キャビティは、一端が前記底板に形成された前記入口開口に接続し、他端が前記底板の前記ガスパス面に形成された前記出口開口に接続する複数の前記冷却孔からなる冷却孔列を備え、
前記冷却孔列の前記冷却孔の前記出口開口の中心を結ぶ開口中心線は、前記第１仕切リブに平行に配置されている、
請求項１又は２に記載のタービン静翼。
【請求項4】
複数の前記冷却孔は、前記入口開口と前記出口開口を結ぶ冷却孔中心線の長さが同一であり、前記翼体の正圧面側から前記負圧面側端部又は前記前縁端部に向けて所定間隔を空けて互いに平行に複数配置されている、
請求項３に記載のタービン静翼。
請求項３に記載のタービン静翼。
【請求項5】
前記第４キャビティは、
前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブにより区分けされ、軸方向上流側から下流側に向けて前記翼体の前記正圧面に沿って配置された複数の中間キャビティと、
前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記中間キャビティを形成する最下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁までの間に配置された正圧面側後縁キャビティと、
から形成され、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブにより区分けされ、軸方向上流側から下流側に向けて前記翼体の前記正圧面に沿って配置された複数の中間キャビティと、
前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記中間キャビティを形成する最下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁までの間に配置された正圧面側後縁キャビティと、
から形成され、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項6】
前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブは、少なくとも２以上の前記中間仕切リブからなり、
前記第１仕切リブが前記翼体と接合する位置は、前記翼体の翼体中間空気通路が形成された範囲内にあり、
前記第２仕切リブが前記翼体と接合する位置は、翼体後縁空気通路が形成された範囲の中間位置から前記翼体の前記後縁までの範囲に配置されている
請求項１〜５のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記第１仕切リブが前記翼体と接合する位置は、前記翼体の翼体中間空気通路が形成された範囲内にあり、
前記第２仕切リブが前記翼体と接合する位置は、翼体後縁空気通路が形成された範囲の中間位置から前記翼体の前記後縁までの範囲に配置されている
請求項１〜５のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項7】
前記第１キャビティは、前記前縁端部と前記翼体の前縁を接続する第３仕切リブと前記第１仕切リブの間に形成され、
前記第４キャビティは、
第２仕切リブにより翼面に沿って区分けされた複数の中間キャビティと、
前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、軸方向の最も下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁の間に形成された正圧面側後縁キャビティと、
から形成され
前記第１キャビティ及び前記第４キャビティの前記翼体のコード方向線に沿った軸方向幅は、
前記第１キャビティが最も大きく、
前記正圧面側後縁キャビティは、前記第１キャビティより小さく、
前記第１キャビティと前記正圧面側後縁キャビティの間に配置された複数の前記中間キャビティの個別キャビティの前記軸方向幅は、前記正圧面側後縁キャビティより小さい、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記第４キャビティは、
第２仕切リブにより翼面に沿って区分けされた複数の中間キャビティと、
前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、軸方向の最も下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁の間に形成された正圧面側後縁キャビティと、
から形成され
前記第１キャビティ及び前記第４キャビティの前記翼体のコード方向線に沿った軸方向幅は、
前記第１キャビティが最も大きく、
前記正圧面側後縁キャビティは、前記第１キャビティより小さく、
前記第１キャビティと前記正圧面側後縁キャビティの間に配置された複数の前記中間キャビティの個別キャビティの前記軸方向幅は、前記正圧面側後縁キャビティより小さい、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項8】
前記第４キャビティは、第２仕切リブにより翼面に沿って区分けされた複数の中間キャビティを備え、
前記第４キャビティの前記中間キャビティの個別キャビティの前記軸方向幅は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる
請求項１〜７のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記第４キャビティの前記中間キャビティの個別キャビティの前記軸方向幅は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる
請求項１〜７のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項9】
前記第１キャビティは、前記冷却孔が配置された第１正圧面側前縁領域と、前記冷却孔が配列されていない第２正圧面側前縁領域を備え、
前記第２正圧面側前縁領域は、前記前縁端部の前縁端面の位置から翼体前縁仕切リブを前記正圧面側端部又は前記前縁端部の方向に延伸し、前記前縁端部又は前記正圧面側端部に接続する位置までの範囲の領域を少なくとも含み、
前記第１正圧面側前縁領域は、前記第２正圧面側前縁領域に対して軸方向下流側に隣接して配置されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記第２正圧面側前縁領域は、前記前縁端部の前縁端面の位置から翼体前縁仕切リブを前記正圧面側端部又は前記前縁端部の方向に延伸し、前記前縁端部又は前記正圧面側端部に接続する位置までの範囲の領域を少なくとも含み、
前記第１正圧面側前縁領域は、前記第２正圧面側前縁領域に対して軸方向下流側に隣接して配置されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項10】
前記複数のキャビティは、
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁負圧面側に配置され、前記底板に形成された前記冷却孔に接続すると共に、前記負圧面側通路に接続する第２キャビティと、
前記第２キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記翼体の負圧面と前記負圧面側端部を接続する第４仕切リブを介して配置され、翼体中間空気通路に接続する第３キャビティと、
を含み、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第２キャビティ及び前記第３キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい
請求項１に記載のタービン静翼。
前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁負圧面側に配置され、前記底板に形成された前記冷却孔に接続すると共に、前記負圧面側通路に接続する第２キャビティと、
前記第２キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記翼体の負圧面と前記負圧面側端部を接続する第４仕切リブを介して配置され、翼体中間空気通路に接続する第３キャビティと、
を含み、
前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第２キャビティ及び前記第３キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい
請求項１に記載のタービン静翼。
【請求項11】
前記シュラウドは、前記翼体の前記翼高さ方向の外側に配置された外側シュラウドと、
前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタービン静翼。
前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のタービン静翼。
【請求項12】
請求項１〜１１の何れか一項に記載のタービン静翼と、
前記タービン静翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備えるガスタービン。
前記タービン静翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、
を備えるガスタービン。
【請求項13】
翼体と、
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備え、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に区分けして複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記複数のキャビティは、
前記内側キャビティから形成され、
前記翼体の正圧面側の翼面に沿って、軸方向下流方向に縦列するように隣接して配置され、
軸方向下流側に向かうと共に開口密度が小さくなる前記貫通孔を有する前記衝突板を備え、
前記底板の内表面に形成された入口開口を介して前記内側キャビティに連通し、前記底板のガスパス面に形成された出口開口を介して燃焼ガス流路に連通する複数の冷却孔を有する冷却孔列を備えたタービン静翼の冷却方法であって、
外部から冷却空気を前記外側キャビティに供給する工程と、
前記冷却空気が、前記複数のキャビティに配置された前記衝突板に形成された前記貫通孔を介して、前記外側キャビティから前記内側キャビティに供給され、軸方向下流側に向かうと共に前記キャビティの内圧が低下し、前記内側キャビティと前記燃焼ガス流路との差圧を一定に維持する前記冷却空気の圧力を減圧する工程と、
前記冷却空気が前記底板の内表面をインピンジメント冷却する工程と、
前記インピンジメント冷却後の前記冷却空気を、前記底板に形成された前記冷却孔から前記燃焼ガス流路に排出する際、前記ガスパス面をフィルム冷却する工程と、
を含む、
タービン静翼の冷却方法。
前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、
を備え、
前記シュラウドは、
燃焼ガス流路に接する底板と、
前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、
前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、
前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に区分けして複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、
前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、
を備え、
前記複数のキャビティは、
前記内側キャビティから形成され、
前記翼体の正圧面側の翼面に沿って、軸方向下流方向に縦列するように隣接して配置され、
軸方向下流側に向かうと共に開口密度が小さくなる前記貫通孔を有する前記衝突板を備え、
前記底板の内表面に形成された入口開口を介して前記内側キャビティに連通し、前記底板のガスパス面に形成された出口開口を介して燃焼ガス流路に連通する複数の冷却孔を有する冷却孔列を備えたタービン静翼の冷却方法であって、
外部から冷却空気を前記外側キャビティに供給する工程と、
前記冷却空気が、前記複数のキャビティに配置された前記衝突板に形成された前記貫通孔を介して、前記外側キャビティから前記内側キャビティに供給され、軸方向下流側に向かうと共に前記キャビティの内圧が低下し、前記内側キャビティと前記燃焼ガス流路との差圧を一定に維持する前記冷却空気の圧力を減圧する工程と、
前記冷却空気が前記底板の内表面をインピンジメント冷却する工程と、
前記インピンジメント冷却後の前記冷却空気を、前記底板に形成された前記冷却孔から前記燃焼ガス流路に排出する際、前記ガスパス面をフィルム冷却する工程と、
を含む、
タービン静翼の冷却方法。
【請求項14】
前記ガスパス面をフィルム冷却する工程では、
前記冷却孔は、前記出口開口の開口中心線が、前記ガスパス面を流れる燃焼ガス流の等圧線に平行に配置され、前記内側キャビティの内圧変動が抑制される
請求項１３に記載のタービン静翼の冷却方法。
前記冷却孔は、前記出口開口の開口中心線が、前記ガスパス面を流れる燃焼ガス流の等圧線に平行に配置され、前記内側キャビティの内圧変動が抑制される
請求項１３に記載のタービン静翼の冷却方法。
【請求項15】
複数の前記キャビティが、前記翼体の前縁正圧面側に配置された第１キャビティ及び前記第１キャビティに対して軸方向下流側に隣接して配置された第４キャビティである請求項１３又は１４のいずれかに記載のタービン静翼の冷却方法。
【請求項16】
前記シュラウドは、
前記翼体の前記翼高さ方向の外側に配置された外側シュラウドと、
前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む、
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のタービン静翼の冷却方法。
前記翼体の前記翼高さ方向の外側に配置された外側シュラウドと、
前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む、
請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のタービン静翼の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスタービン静翼およびガスタービンに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンの静翼は、燃焼ガス中に晒されるため、冷却空気により冷却されている。例えば、特許文献１に開示されたガスタービン静翼は、翼体及びシュラウドを冷却する構造が記載され、シュラウドは複数のリブにより複数のキャビティに区分けし、各キャビティを冷却する構造が開示さている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２００９／０１７０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１に開示された冷却構造は、翼体の冷却構造が主体であり、翼体とシュラウドを含めた冷却構造を開示していない。
【0005】
本開示は、シュラウドを複数のキャビティに区分けしてマルチキャビティ（複数のキャビティからなるキャビティの集合）化して、それぞれのキャビティの冷却構造の適正化を図ったガスタービン静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】
【0006】
本開示に係る少なくとも一実施形態は、翼体と、前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、を備えるタービン静翼であって、前記シュラウドは、燃焼ガス流路に接する底板と、前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、を備え、前記周壁は、前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、
前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、を含み、前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された前記冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の冷却孔を備える第４キャビティと、を含み、前記第４キャビティの前記衝突板の開口密度は、少なくとも前記第１キャビティの前記衝突板の前記開口密度より小さい。
【発明の効果】
【0007】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、マルチキャビティからなるシュラウドの適正な冷却構造が形成され、冷却空気量が低減されて、ガスタービンの効率が改善される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施形態について、添付図面に基づき説明する。
【0010】
《ガスタービンの構成》タービン静翼が適用されるガスタービンについて、図１を参照して説明する。なお、図１は、タービン静翼２４が適用される一実施形態のガスタービン１を示す概略構成図である。
【0011】
図１に示すように、一実施形態に係るガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスＧを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスＧによって回転駆動されるタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結され、タービン６の回転エネルギーによって発電が行われるようになっている。
【0012】
ガスタービン１における各構成について、図１を用いて説明する。圧縮機２は、圧縮機車室１０と、圧縮機車室１０の入口側に設けられ、空気を取り込むための吸気室１２と、圧縮機車室１０及び後述するタービン車室２２を共に貫通するように設けられたロータ８と、圧縮機車室１０内に配置された各種の翼と、を備える。各種の翼は、吸気室１２側に設けられた入口案内翼１４と、圧縮機車室１０側に固定された複数の圧縮機静翼１６と、圧縮機静翼１６に対して軸方向に交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の圧縮機動翼１８と、を含む。なお、圧縮機２は、不図示の抽気室等の他の構成要素を備えていてもよい。このような圧縮機２において、吸気室１２から取り込まれた空気は、複数の圧縮機静翼１６及び複数の圧縮機動翼１８を通過して圧縮されることで圧縮空気が生成される。圧縮空気は圧縮機２から軸方向下流側の燃焼器４に送られる。
【0013】
燃焼器４は、ケーシング２０内に配置される。図１に示すように、燃焼器４は、ケーシング２０内にロータ８を中心として環状に複数配置されていてもよい。燃焼器４には燃料と圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給され、燃料を燃焼させることによって、タービン６の作動流体である高温高圧の燃焼ガスＧを発生させる。発生した燃焼ガスＧは燃焼器４から軸方向下流側の後段のタービン６に送られる。
【0014】
タービン６は、タービン車室（ケーシング）２２と、タービン車室２２内に配置された各種のタービン翼と、を備える。各種のタービン翼は、タービン車室２２側に固定された複数のタービン静翼２４と、タービン静翼２４に対して軸方向に交互に配列されるようにロータ８に植設された複数のタービン動翼２６と、を含む。なお、タービン６では、ロータ８は、軸方向に延在し、タービン車室２２から排出された燃焼ガスＧは、軸方向の下流側の排気車室２８に排出される。図１では、図示左側が軸方向上流側であり、図示右側が軸方向下流側である。また、以下の説明では、単に径方向と記載した場合、ロータ８に直交する方向を表す。また、周方向と記載した場合、ロータ８の回転方向を表す。
【0015】
タービン動翼２４は、タービン静翼２４とともにタービン車室２２内を流れる高温高圧の燃焼ガスＧから回転駆動力を発生させるように構成される。この回転駆動力がロータ８に伝達され、ロータ８に連結された不図示の発電機が駆動される。
【0016】
タービン車室２２の軸方向下流側には、排気車室２８を介して排気室２９が連結されている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスＧは、排気車室２８及び排気室２９を通って外部へ排出される。
【0017】
《タービン静翼の構成》図２に示すように、タービン６の静翼２４は、翼高さ方向に延びる翼体４０と、翼体４０の翼高さ方向の両端にシュラウド６０を有する。シュラウド６０は、翼体４０の翼高さ方向の外側に形成されている外側シュラウド６０ａと、翼体４０の翼高さ方向の内側に形成されている内側シュラウド６０ｂと、を有する。翼体４０は、燃焼ガスＧが通る燃焼ガス流路４７内に配置されている。外側シュラウド６０ａは、環状の燃焼ガス流路４７のうち翼高さ方向の外側の位置を画定している。内側シュラウド６０ｂは、環状の燃焼ガス流路４７のうち翼高さ方向の内側の位置を画定している。
【0018】
静翼４０の外側シュラウド６０ａのうち、翼体４０の後縁４３側には、静翼２４をタービン車室２２に支持するためのフック９４が設けられている。この静翼２４のフック９４は、外側シュラウド６０ａの後縁４３側の周壁７０に設けられている。
【0019】
図２〜図５に示すように、翼体４０は、翼形状を形成している。翼体４０は、翼高さ方向に延在して、翼高さ方向の外側でフィレット部４６（図４）を介して外側シュラウド６０ａに接続し、翼高さ方向の内側でフィレット部４６を介して内側シュラウド６０ｂに接続している。翼体４０は、外側シュラウド６０ａ及び内側シュラウド６０ｂと一体となってタービン静翼２４を形成している。翼体４０の翼高さ方向の外側及び翼高さ方向の内側のそれぞれの翼体４０の翼体端部４０ａは、外側シュラウド６０ａ及び内側シュラウド６０ｂの底板８２の内表面８３から、それぞれ翼高さ方向の外側及び翼高さ方向の内側にわずかに突出している。
【0020】
翼体４０は、軸方向上流側に前縁４２を有し、軸方向下流側に後縁４３を有している。翼体４０は、翼面４１の周方向を向く面のうち、凸状の面を成す負圧面４４と、凹状の面を成す正圧面４５とを有している。負圧面４４及び正圧面４５は、前縁４２及び後縁４３で接合し、一体となって一つの翼体４０を形成している。なお、以下の説明では、周方向で翼体４０の正圧面側を腹側、翼体４０の負圧面側を背側と呼ぶこともある。
【0021】
図２及び図３に示すように、翼体４０は、翼高さ方向に延び、内部を冷却空気が流れる翼体空気通路５１を備えている。翼体空気通路５１は、外側シュラウド６０ａから、内側シュラウド６０ｂに至る範囲で連なって形成されている。この実施形態では、翼体４０の前縁４２と後縁４３とを結ぶ前縁−後縁方向に４つの翼体空気通路５１を配置した例を図４に一例として示している。
【0022】
翼体空気通路５１は、一端が負圧面４４側の翼壁４０ｂに接続し、他端が正圧面４５側の翼壁４０ｂに接続する複数の翼体仕切リブ４９により複数の通路に区分けされている。翼体空気通路５１は、翼体４０の前縁４２側に配置された翼体前縁空気通路５２と、翼体前縁空気通路５２の軸方向下流側に隣接して配置された翼体中間空気通路５３と、翼体中間空気通路５３に対して軸方向下流側に隣接して配置された翼体後縁空気通路５５で構成されている。翼体中間空気通路５３は、前縁―後縁方向に２分割され、前縁４２側の第１翼体中間空気通路５３ａと、後縁４３側の第２翼体中間空気通路５３ｂで構成されている。前縁４２側に配置された翼体前縁空気通路５２は、軸方向下流側で翼体前縁仕切リブ４９ａを間に挟んで、翼体中間空気通路５３の内の第１翼体中間空気通路５３ａに隣接して配置されている。翼体後縁空気通路５５は、翼体後縁空気通路５５の軸方向上流側に形成された翼体後縁仕切リブ４９ｃを間に挟んで、翼体中間空気通路５３に対して、前縁―後縁方向の後縁４３側に隣接して配置されている。翼体中間空気通路５３を形成する第１翼体中間空気通路５３ａと第２翼体中間空気通路５３ｂとは、翼体中間仕切リブ４９ｂを間に挟んで前縁―後縁方向に隣接して配置されている。それぞれの翼体空気通路５１は、互いに連通することなく、外側シュラウド６０ａ又は内側シュラウド６０ｂのいずれか一方のシュラウド６０に開口し、他方の翼体空気通路５１の翼体端部４０ａは蓋５６等を設け、閉塞されている。
【0023】
翼体中間空気通路５３を構成する第１翼体中間空気通路５３ａと第２翼体中間空気通路５３ｂのうちの一方は、翼体中間空気通路５３（例えば、第１翼体中間空気通路５３ａ）の外側シュラウド６０ａに接続する位置において、翼体端部４０ａに形成された開口５６ａを介して、後述する外側シュラウド６０ａの負圧面側中間キャビティ１０５の内側キャビティ１０９に接続している（図５）。同様に、他方の第２翼体中間空気通路５３ｂは、内側シュラウド６０ｂに接続する位置に形成された不図示の開口を介して、後述する内側シュラウド６０ｂの負圧面側中間キャビティ１０５の内側キャビティ１０９に接続している。
【0024】
なお、図２及び図３に示す翼体４０の翼体空気通路５１は、翼体中間空気通路５３が前縁―後縁方向に２分割され、第１翼体中間空気通路５３ａと第２翼体中間空気通路５３ｂで構成されている例であるが、２分割せずに、一つの翼体中間空気通路５３で形成されていてもよい。この場合、外側シュラウド６０ａ及び内側シュラウド６０ｂの両側の負圧面中間キャビティ１０５の中間キャビティが、翼体端部４０ａの両端に形成された不図示のそれぞれの開口５６ａに接続してもよい。
【0025】
《外側シュラウドの構成》図３及び図４に示すように、外側シュラウド６０ａは、シュラウド６０の底面を形成する底板８２と、底板８２の外周縁に形成され、底板８２の内表面８３から翼高さ方向に立設する周壁７０と、底板８２と周壁７０により形成される凹部９３を複数のキャビティ１００に区分けする仕切リブ９０と、それぞれのキャビティ１００を翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９に区分けする衝突板１１０と、から構成されている。それぞれのキャビティ１００に配置される衝突板１１０は、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９を連通する複数の貫通孔１１１を有する。 周壁７０は、軸方向上流側の前縁４２側に形成された前縁端部７１と、前縁端部７１に対して軸方向下流側に対向して配置され、後縁４３側の周方向に延在する後縁端部７２と、周方向の翼体４０の負圧面４４側の端部に形成された負圧面側端部７３と、負圧面側端部７３に対して周方向に対向して配置され、翼体４０の正圧面４５側の端部に形成された正圧面側端部７４と、から構成されている。底板８２は、翼高さ方向の内側の燃焼ガス流路４７に接するガスパス面８４と、ガスパス面８４とは反対方向の反流路側である翼高さ方向の外側を向く内表面（反流路面）８３と、を備えている。
【0026】
本実施形態で例示する外側シュラウド６０ａは、前縁端部７１と後縁端部７２とが、ほぼ平行であり、負圧面側端部７３と正圧面側端部７４とが、ほぼ平行である。従って、翼高さ方向から見た場合、外側シュラウド６０ａの形状は、平行四辺形状である。
【0027】
周方向で隣り合う二つのタービン静翼２４（図３、図８）のうち一方の静翼２４（２４ａ）の外側シュラウド６０ａの正圧面側端部７４は、他方の静翼２４（２４ｂ）の外側シュラウド６０ａの負圧面側端部７３に周方向で隙間６８をあけて対向して配置されている。
【0028】
《外側シュラウドの仕切リブの構成》図３は、外側シュラウド６０ａを翼高さ方向の外側から見た平面断面図を示し、図４は、図３のＡ―Ａ線に沿った断面図を示す。図５は、図３のＢ―Ｂ線に沿った断面図を示す。
外側シュラウド６０ａは、断面が突部状の複数の仕切リブ９０を備え、仕切リブ９０が周壁７０と翼体４０の翼体端部４０ａで囲まれた空間である凹部９３を複数のキャビティ１００に区分けして、マルチキャビティ１０１が形成されている。仕切リブ９０は、外側シュラウド６０ａの底板８２の内表面８３から翼高さ方向の外側に突出して、内表面８３に沿って延在し、翼体４０の翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａを接合している。図３に示すように、本実施形態の外側シュラウド６０ａには、７つの仕切リブ９０が形成され、８つのキャビティ１００が形成されている。
【0029】
外側シュラウド６０ａの前縁部６１には、翼体４０の前縁４２の翼体端部４０ａと前縁端部７１を接続する前縁仕切リブ９０ａ（第３仕切リブ）が配置されている。前縁仕切リブ９０ａが、翼体４０に接続する位置は、翼体４０を形成する負圧面４４と正圧面４５が軸方向上流側で接続する翼面４１上の前縁４２の位置である。外側シュラウド６０ａの負圧面側端部７３の前縁部６１側に接近する位置には、翼体４０の負圧面４４側の翼体端部４０ａと負圧面側端部７３を接続する負圧面側前縁仕切リブ９０ｂ（第４仕切リブ）が配置されている。外側シュラウド６０ａの後縁部６２には、翼体４０の後縁４３側に接近する位置の翼体端部４０ａと後縁端部７２を接続する負圧面側後縁仕切リブ９０ｃが配置されている。正圧面側端部７４には、翼体４０の正圧面４５側の翼体端部４０ａと正圧面側端部７４を接続する４つの仕切リブ９０が配置されている。外側シュラウド６０ａの軸方向上流側の前縁部６１に最も近い位置には、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ（第１仕切リブ）が配置されている。また、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄの軸方向下流側には、３つの中間仕切リブ９０ｅ（第２仕切リブ）が配置されている。中間仕切リブ９０ｅは、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄに最も近い第１中間仕切リブ９０ｅ１と、第１中間仕切リブ９０ｅ１の軸方向下流側に配置された第２中間仕切リブ９０ｅ２と、第２中間仕切リブ９０ｅ２の軸方向下流側に配置された第３中間仕切リブ９０ｅ３と、から構成されている。負圧面側前縁仕切リブ９０ｂは、翼体端部４０ａの翼体前縁空気通路５２と翼体中間空気通路５３の間を仕切る翼体前縁仕切リブ４９ａの位置の近傍に接続されている。負圧面側後縁仕切リブ９０ｃは、翼体端部４０ａの翼体後縁空気通路５５が配置された位置より後縁４３側の位置に接続されている。正圧面側前縁仕切リブ９０ｄは、翼体端部４０ａの翼体中間空気通路５３が形成された範囲の中間位置であって、翼体後縁仕切リブ４９ｃの位置より前縁４２側に接続され、正圧面側側端部７４側は、正圧面側通路７８の上流端７８ａより軸方向下流側であって、上流端７８ａに接近した位置に接続されている。中間仕切リブ９０ｅは、翼体端部４０ａの翼体後縁空気通路５５が形成された範囲の中間位置から翼体４０の後縁４３の位置までの範囲に配置され、正圧面側側端部７４側は、正圧面側通路７８の上流端７８ａより軸方向下流側に接続されている。第１中間仕切リブ９０ｅ１及び第２中間仕切リブ９０ｅ２は、翼体端部４０ａの翼体後縁空気通路５５が形成された範囲に接続されている。第３中間仕切リブ９０ｅ３は、翼体端部４０ａの翼体後縁空気通路５５が形成された位置より後縁４３側の位置に接続されている。図６に示すように、翼体４０の正圧面４５側に配置された正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ及び複数の仕切リブ９０からなる中間仕切リブ９０ｅは、翼体４０の前縁４２と後縁４３を結ぶコード方向線ＣＬに略直交し、互いに平行に配置されている。
【0030】
《外側シュラウドのマルチキャビティの構成》図３に示すように、外側シュラウド６０ａのマルチキャビティ１０１は、以下のような複数のキャビティ１００で構成されている。外側シュラウド６０ａの前縁４２側は、前縁仕切リブ９０ａを配置することにより、シュラウド６０の負圧面側前縁領域６４に配置された負圧面側前縁キャビティ（第２キャビティ）１０４と、正圧面側前縁領域６５に配置された正圧面側前縁キャビティ（第１キャビティ）１０３に区分けされる。正圧面側前縁キャビティ１０３は、軸方向上流側の前縁仕切リブ９０ａと軸方向下流側の正圧面側前縁仕切リブ９０ｄにより画定される領域である。この領域は、翼体４０に形成された翼体前縁空気通路５２の内の前縁４２から正圧面４５側の翼面４１に沿って形成された領域及び翼体中間空気通路５３に沿って形成された領域である。負圧面側前縁キャビティ１０４は、軸方向上流側の前縁仕切リブ９０ａと軸方向下流側の負圧面側前縁仕切リブ９０ｂにより画定される領域である。この領域は、翼体４０に形成された翼体前縁空気通路５２の内の前縁４２から負圧面４４側の翼面４１に沿って形成された領域である。なお、正圧面側前縁キャビティ１０３は、後述する内側キャビティ１０９を介して正圧面側端部７４の正圧面側通路７８の上流端７８ａに接続している。負圧面側前縁キャビティ１０４は、内側キャビティ１０９を介して負圧面側端部７３の負圧面側通路７７の上流端７７ａに接続している。
【0031】
外側シュラウド６０ａの負圧面側中間領域６６には、負圧面側前縁仕切リブ９０ｂを間に挟んで、負圧面側前縁キャビティ１０４の軸方向下流側に隣接して、負圧面側中間キャビティ１０５が配置されている。負圧面側中間キャビティ１０５は、負圧面側前縁仕切リブ９０ｂと軸方向下流側の負圧面側後縁仕切リブ９０ｃにより画定される領域である。この領域は、翼体４０に形成された翼体中間空気通路５３及び翼体後縁空気通路５５に沿った範囲である。なお、負圧面側中間キャビティ１０５は、内側キャビティ１０９に接続する翼体端部４０ａに形成された開口５６ａを介して翼体中間空気通路５３に接続している。負圧面側中間キャビティ１０５の軸方向下流側には、負圧面側後縁仕切リブ９０ｃと後縁端部７２の間に形成され、翼体４０の後縁４３まで延在する負圧面側後縁キャビティ１１２４が配置されている。
【0032】
外側シュラウド６０ａの正圧面側中間領域６７には、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄを間に挟んで、正圧面側前縁キャビティ１０３の軸方向下流側に隣接して複数のキャビティ１００からなる正圧面側中間キャビティ１０６（第４キャビティ）が形成されている。正圧面側中間キャビティ１０６は、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄと軸方向下流側の後縁端部７２で挟まれる領域に形成されている。この領域は、翼体４０に形成された翼体中間空気通路５３の軸方向下流側の位置を画定する翼体後縁仕切リブ４９ｃの位置を含み、翼体４０の後縁４３までの正圧面４５側の翼面４１に沿って形成された範囲である。図３に示す態様では、正圧面側中間キャビティ１０６は、軸方向の前縁―後縁方向に、第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ及び第３中間キャビティ１０６ｃ並びに正圧面側後縁キャビティ１０７の順に正圧面４５側の翼面４１に沿って軸方向に縦列して配置されている。正圧面側中間キャビティ１０６の軸方向の最も下流側に位置する正圧面側後縁キャビティ１０７は、中間仕切リブ９０ｅの内の軸方向の最も下流側であって、翼体後縁空気通路５５の軸方向下流端より後縁４３側の位置で翼体４０に接続する第３中間仕切リブ９０ｅ３と、翼体４０の後縁４３の間に配置されている。
【0033】
なお、図３及び図４に示す態様では、３つの中間仕切リブ９０ｅを配置して、４つの正圧面側中間キャビティ１０６を配置した例であるが、正圧面側中間キャビティ１０６のキャビティの配列数は、この例に示す４つのキャビティに限定することなく、３つでもよく、５つ以上であってもよい。但し、中間仕切リブ９０ｅの内の軸方向の最も下流側の仕切リブ９０が翼体４０と接続する位置は、翼体後縁空気通路５５の軸方向下流端より後縁４３側の位置である点は変わらない。
【0034】
《外側シュラウドの衝突板の構成》外側シュラウド６０ａの仕切リブ９０で区切られたキャビティ１００は、図３〜図５に一例で示すように、衝突板１１０が配置され、凹部９３の空間は、翼高さ方向で外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９に区分けされる。衝突板１１０は、複数の貫通孔１１１を備え、貫通孔１１１を介して外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９が連通している。衝突板１１０は、外側シュラウド６０ａに配置された仕切リブ９０の翼高さ方向に延びた端部の頂面と周壁７０の内壁７０ａ及び翼体４０の翼体端部４０ａに固定されている。外側キャビティ１０８は、外側シュラウド６０ａの翼高さ方向の外側に形成され、前縁端部７１と後縁端部７２と負圧面側端部７３と正圧面側端部７４の間に延在する空間である。内側キャビティ１０９は、翼高さ方向で、衝突板１１０を介して外側キャビティ１０８の内側に配置され、衝突板１１０により内部に個別の空間が形成された複数のキャビティ１００の集合である。
【0035】
《外側シュラウドの後縁端部》図３に示すように、外側シュラウド６０ａは、負圧面側端部７３を冷却する負圧面側通路７７と、正圧面側端部７４を冷却する正圧面側通路７８と、を有する。負圧面側通路７７は、前縁―後縁方向に延びる負圧面側端部７３の内部に形成され、軸方向下流側の後縁端部７２に形成された開口７２ａに接続している。正圧面側通路７８は、前縁―後縁方向に延びる正圧面側端部７４の内部に形成され、軸方向下流側の後縁端部７２に形成された開口７２ａに接続している。
【0036】
《内側シュラウドの構成》内側シュラウド６０ｂの構成は、上述した外側シュラウド６０ａの構成とほぼ同様の構成である。すなわち、図３に示す構造は、外側シュラウド６０ａの例であるが、内側シュラウド６０ｂの構成も、図３に示す構造を適用できる。従って、内側シュラウド６０ｂの各構成の名称及び符号は、特段の説明がある構成を除き、外側シュラウド６０ａの各構成の説明をそのまま流用してもよい。以下の図４から図８を用いた説明においても、特段の説明がある場合を除き、外側シュラウド６０ａに係る説明は、内側シュラウド６０ｂでも適用可能である。なお、内側シュラウド６０ｂの場合、外側シュラウド６０ａの翼高さ方向の外側は、翼高さ方向の内側と読み替え、翼高さ方向の内側は、翼高さ方向の外側と読み替える。
【0037】
《シュラウドのマルチキャビティ化》上述の構成により、シュラウド６０は、複数の仕切リブ９０を用いて翼体４０の翼体端部４０ａと周壁７０を接続して、シュラウド６０の凹部９３を区分けし、複数のキャビティ１００からなるマルチキャビティ１０１を形成している。仕切リブ９０は、シュラウド６０の底板８２の内表面８３から翼高さ方向の外側（反流路側）に延び、翼体端部４０ａから放射状に周壁７０側に向かって延び、翼体４０を囲むように翼体４０の外周側に複数のキャビティ１００を形成し、シュラウド６０のマルチキャビティ化を図っている。それぞれのキャビティ１００は、互いに独立し、キャビティ１００間で冷却空気が流通する構造を有しない。
【0038】
以下の説明では、タービン静翼２４のシュラウド６０のマルチキャビティ化に伴うキャビティ間の構造及び機能、作用、効果の違いについて、各実施形態について説明する。以下の実施形態の説明にあたっては、外側シュラウド６０ａと内側シュラウド６０ｂを包含するシュラウド６０として説明する。従って、特段の説明のない限り、シュラウド６０は、外側シュラウド６０ａと内側シュラウド６０ｂの両方に適用できるものとする。
【0039】
《第１実施形態》図３及び図４に基づき、シュラウド６０のマルチキャビティ１０１を形成するキャビティ１００の内、正圧面側中間キャビティ１０６と、残りの他のキャビティ（前縁側キャビティ１００（正圧面側前縁キャビティ１０３、負圧面側前縁キャビティ１０４）、負圧面側中間キャビティ１０５）との構造の比較により、各キャビティ１００間のインピンジメント冷却構造の違いについて、以下に説明する。
【0040】
図３及び図４において、上述のように、正圧面側前縁キャビティ１０３は、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第１衝突板１１０ａを有する。形成された内側キャビティ１０９が、正圧面側前縁キャビティ１０３を構成する。第１衝突板１１０ａを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（前縁仕切リブ９０ａ、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ）で囲まれた空間を有する。第１衝突板１１０ａには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。なお、正圧面側前縁キャビティ１０３である内側キャビティ１０９は、正圧面側端部７４に形成された正圧面側通路７８の上流端７８ａに接続している。
【0041】
負圧面側前縁キャビティ１０４は、シュラウド６０の凹部９３を翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第２衝突板１１０ｂを有する。形成された内側キャビティ１０９が、負圧面側前縁キャビティ１０４を構成する。第２衝突板１１０ｂを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（前縁仕切リブ９０ａ、負圧面側前縁仕切リブ９０ｂ）で囲まれた空間を有する。第２衝突板１１０ｂには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。なお、負圧面側前縁キャビティ１０４である内側キャビティ１０９は、負圧面側端部７３に形成された負圧面側通路７７の上流端７７ａに接続している。
【0042】
負圧面側中間キャビティ１０５は、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第３衝突板１１０ｃを有する。形成された内側キャビティ１０９が、負圧面側中間キャビティ１０５を構成する。第３衝突板１１０ｃを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（負圧面側前縁仕切リブ９０ｂ、負圧面側後縁仕切リブ９０ｃ）で囲まれた空間を有する。第３衝突板１１０ｃには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２は、冷却孔１２０を備えず、図５に示すように、負圧面側中間キャビティ１０５である内側キャビティ１０９は、翼体４０に形成された翼体中間空気通路５３の開口５６ａを介して翼体中間空気通路５３に接続されている。
【0043】
正圧面側中間キャビティ１０６の内の軸方向の最も上流側の第１中間キャビティ１０６ａは、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第４衝突板１１０ｄを有する。形成された内側キャビティ１０９が、正圧面側中間キャビティ１０６の第１中間キャビティ１０６ａを構成する。第４衝突板１１０ｄを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ、第１中間仕切リブ９０ｅ１）で囲まれた空間を有する。第４衝突板１１０ｄには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。
【0044】
正圧面側中間キャビティ１０６の内の第２中間キャビティ１０６ｂは、第１中間キャビティ１０６ａに隣接して軸方向下流側に配置され、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第５衝突板１１０ｅを有する。形成された内側キャビティ１０９が、正圧面側中間キャビティ１０６の第２中間キャビティ１０６ｂを構成する。第５衝突板１１０ｅを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（第１中間仕切リブ９０ｅ１、第２中間仕切リブ９０ｅ２）で囲まれた空間を有する。第５衝突板１１０ｅには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。
【0045】
正圧面側中間キャビティ１０６の内の第３中間キャビティ１０６ｃは、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第６衝突板１１０ｆを有する。形成された内側キャビティ１０９が、正圧面側中間キャビティ１０６の第３中間キャビティ１０６ｃを構成する。第６衝突板１１０ｆを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体４０の翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（第２中間仕切リブ９０ｅ２、第３中間仕切リブ９０ｅ３）で囲まれた空間を有する。第６衝突板１１０ｆには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。
【0046】
正圧面側中間キャビティ１０６の内の正圧面側後縁キャビティ１０７は、シュラウド６０の凹部９３の翼高さ方向の外側の外側キャビティ１０８と翼高さ方向の内側の内側キャビティ１０９を区分けする第７衝突板１１０ｇを有する。形成された内側キャビティ１０９が、正圧面側中間キャビティ１０６の内の正圧面側後縁キャビティ１０７を構成する。 第７衝突板１１０ｇを配置することにより形成される内側キャビティ１０９は、底板８２の内表面８３と翼体４０の後縁４３側の翼体端部４０ａと周壁７０の内壁７０ａと仕切リブ９０（第３中間仕切リブ９０ｅ３）で囲まれた空間を有する。第７衝突板１１０ｇには複数の貫通孔１１１が形成され、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９は貫通孔１１１を介して連通している。底板８２には、複数の冷却孔１２０が形成され、底板８２の外表面であるガスパス面８４で開口している。
【0047】
図４及び図５に示すように、正圧面側前縁キャビティ１０３、負圧面側前縁キャビティ１０４、負圧面側中間キャビティ１０５に固定される衝突板１１０（第１衝突板１１０ａ、第２衝突板１１０ｂ、第３衝突板１１０ｃ）は、底板８２の内表面８３から翼高さ方向の外側（反流路側）方向の高さｈ１の位置に固定され、孔径ｄ１で、配列ピッチＬ１の貫通孔１１１が配列されている。一方、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）に固定される衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）は、底板８２の内表面８３から翼高さ方向の外側（反流路側）方向の高さｈ２の位置に固定され、孔径ｄ２の貫通孔１１１が配列されている。また、図４に示す態様では、正圧面側中間キャビティ１０６に固定される衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の貫通孔１１１は、第４衝突板１１０ｄが配列ピッチＬ２、第５衝突板１１０ｅが配列ピッチＬ３、第６衝突板１１０ｆが配列ピッチＬ４及び第７衝突板１１０ｇが配列ピッチＬ５、で形成されている。
【0048】
上述のように、前縁部６１及び負圧面側中間領域６６に配置された正圧面側前縁キャビティ１０３と負圧面側前縁キャビティ１０４及び負圧面側中間キャビティ１０５において、適用される衝突板１１０（第１衝突板１１０ａ、第２衝突板１１０ｂ、第３衝突板１１０ｃ）の貫通孔１１１の孔径ｄ１に対して、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）に適用される衝突板１１０の貫通孔１１１の孔径は、孔径ｄ１より小径の孔径ｄ２で形成されている。一方、衝突板１１０の底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈは、第２衝突板１１０ａ、第３衝突板１１０ｂ、第４衝突板１１０ｃの高さｈ１に対して、正圧面側中間キャビティ１０６の第５衝突板１１０ｄ、第６衝突板１１０ｅ、第７衝突板１１０ｆの取り付け高さは、高さｈ１より低い高さｈ２が選択されている。貫通孔１１１の配列は、千鳥配列でもよく、四角配列でもよい。
【0049】
キャビティ１００によって、衝突板１１０の高さ及び貫通孔１１１の孔径ｄ及び配列ピッチＬが異なるのは、以下の理由による。上述のように、負圧面側前縁キャビティ１０４は、底板８２に形成された冷却孔１２０に加えて、負圧面側通路７７に接続する構造を有する。正圧面側前縁キャビティ１０３は、底板８２に形成された冷却孔１２０に加えて、正圧面側通路７８に接続する構造を有する。負圧面側中間キャビティ１０５は、底板８２には冷却孔１２０が形成されていないが、翼体４０の翼体中間空気通路５３に接続する構造を有する。シュラウド６０の前縁４２側に配置された負圧面側前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３は、軸方向上流側の燃焼ガス流路４７から流入する燃焼ガスＧからの入熱により、翼体４０の前縁４２を中心にシュラウド６０のガスパス面８４が過熱される。シュラウド６０の前縁４２側では、外部からシュラウド６０の外側キャビティ１０８に供給された冷却空気は、衝突板１１０の貫通孔１１１から内側キャビティ１０９に供給され、底板８２の内表面８３に衝突して、内表面８３をインピンジメント冷却（衝突冷却）する。更に、インピンジメント冷却後の冷却空気は、底板８２に形成された冷却孔１２０からガスパス面８４に排出する過程で、シュラウド６０のガスパス面８４をフィルム冷却している。シュラウド６０の前縁４２側は、インピンジメント冷却（衝突冷却）とフィルム冷却の組合せにより、シュラウド６０の燃焼ガスからの入熱による熱損傷を抑制している。
【0050】
一方、上述のように、シュラウド６０の前縁４２側に配置された負圧面前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３は、負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８に接続され、軸方向下流側の後縁端部７２の開口７２ａに連通している。外部からシュラウド６０に供給された冷却空気は、シュラウド６０のガスパス面８４を冷却する目的の他に、負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８が形成された負圧面側端部７３及び正圧面側端部７４を冷却する目的を有する。前縁部６１の負圧面側前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３の場合は、少なくともキャビティ１００の底板８２を冷却する冷却空気量を上回る冷却空気が、負圧面側前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３の内側キャビティ１０９に供給される。内側キャビティ１０９の底板８２の内表面８３をインピンジメント冷却した冷却空気の一部は、更に負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８に供給されている。すなわち、負圧面側前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３には、キャビティ１００の底板８２の内表面８３及びガスパス面８４の冷却に必要な冷却空気量を上回る過剰な冷却空気が供給され、衝突板１１０の貫通孔１１１を介して内側キャビティ１０９に供給されている。内側キャビティ１０９から負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８に供給された冷却空気は、内側キャビティ１０９の底板８２の内表面８３をインピンジメント冷却（衝突冷却）した後の冷却空気であるため、負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８を冷却することにより冷却空気の使い回しがされ、冷却空気量が低減される。
【0051】
また、負圧面側中間キャビティ１０５は、底板８２には冷却孔１２０を備えていない。負圧面側中間キャビティ１０５の底板８２のガスパス面８４のフィルム冷却は行われず、外部から供給された冷却空気は、負圧面側中間キャビティ１０５では、底板８２の内表面８３のインピンジメント冷却のみがされる。インピンジメント冷却後の冷却空気の全量は、翼体４０の翼体中間空気通路５３に供給され、翼体４０を冷却する。冷却空気は、翼体４０に形成された不図示の翼体４０の冷却孔から燃焼ガス流路４７に排出する過程で、翼体４０をフィルム冷却している。
【0052】
なお、負圧面前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３並びに負圧面側中間キャビティ１０５に供給された冷却空気の大半は、負圧面側通路７７及び正圧面側通路７８並びに翼体中間空気通路５３に供給され、負圧面側端部７３、正圧面側端部７４及び翼体４０を冷却する。いずれの冷却空気も各キャビティ１００をインピンジメント冷却した後の冷却空気が適用されるため、冷却空気の使い回しがされ、冷却空気量が低減されるので、冷却空気の有効利用の点から有利である。
【0053】
ここで、正圧面側前縁キャビティ１０３及び負圧面前縁キャビティ１０４並びに負圧面側中間キャビティ１０５に供給される冷却空気は、それぞれのキャビティ１００の冷却に必要な冷却空気量を上回る過剰な冷却空気量が供給されている。一方、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）に供給される冷却空気量は、それぞれのキャビティ１００の底板８２を冷却するに必要な冷却空気量に留めている。すなわち、正圧面側前縁キャビティ１０３、負圧面前縁キャビティ１０４、負圧面側中間キャビティ１０５及び正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）に配置された衝突板１１０の取り付け高さを同一とし、貫通孔１１１の開口密度を同一とすると、各キャビティ１００の底板８２に対するインピンジメント冷却に関して、冷却空気のクロスフローの点から適正なインピンジメント冷却が行われない可能性がある。ここで、貫通孔１１１の孔径ｄ及び配列ピッチＬとすれば、開口密度は（ｄ／Ｌ）で表示できる。
【0054】
つまり、正圧面側中間キャビティ１０６のように、キャビティ１００の底板８２の冷却に必要な冷却空気量を基準に衝突板１１０の取り付け高さｈ及び貫通孔１１１の仕様（孔径ｄ、配列ピッチＬ）を選定した場合、過剰な冷却空気が供給される負圧面前縁キャビティ１０４及び正圧面側前縁キャビティ１０３並びに負圧面側中間キャビティ１０５の衝突板１１０に対して同じ基準を適用した場合、適正なインピンジメント冷却が行われないという問題が生ずる。すなわち、衝突板１１０の貫通孔１１１から内側キャビティ１０９に供給された冷却空気の噴流は、底板８２の内表面８３に衝突した後、負圧面側通路７７の上流端７７ａ又は正圧面側通路７８の上流端７８ａ又は翼体中間空気通路５３の開口５６ａに向かって内側キャビティ１０９内の内表面８３に沿って冷却空気の流れ（クロスフロー）を生ずる。このクロスフローの流速が早ければ早い程、貫通孔１１１から噴出するインピンジメント冷却空気の噴流を弱め、内表面８３における冷却空気の噴流の熱伝達率を低下させ、インピンジメント冷却効果に悪影響を及ぼす。一方、正圧面側中間キャビティ１０６の場合は、インピンジメント冷却とフィルム冷却の組合せのみのため、インピンジメント冷却した後の冷却空気は、底板８２に形成された冷却孔１２０からガスパス面８４側に排出されるため、冷却空気のクロスフローの影響は少ない。
【0055】
クロスフローの影響を低減するためには、底板８２からの衝突板１１０の取り付け高さｈを高くして、クロスフローの流速を遅くする必要がある。そのため、図４及び図５に示すように、正圧面側前縁キャビティ１０３及び負圧面前縁キャビティ１０４並びに負圧面側中間キャビティ１０５に設けられる衝突板１１０（第１衝突板１１０ａ、第２衝突板１１０ｂ、第３衝突板１１０ｃ）の取り付け高さｈ１は、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）に設けられる衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の取り付け高さｈ２と比較して高く、深くして（ｈ１＞ｈ２）、クロスフローの流速を遅くしている。
【0056】
一方、衝突板１１０の取り付け高さｈを高くしても、貫通孔１１１の孔径ｄが同一であれば、冷却空気の噴流が内表面８３に到達する前に拡散してしまい、内表面８３における冷却空気の熱伝達率が低下する可能性がある。そのため、図４及び図５に示す態様では、正圧面側前縁キャビティ１０３及び負圧面側前縁キャビティ１０４並びに負圧面側中間キャビティ１０５に設けられる衝突板１１０の孔径ｄ１は、正圧面側中間キャビティ１０６に設けられる衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の孔径ｄ２より大きくしている（ｄ１＞ｄ２）。孔径ｄを大きくすることにより、冷却空気が貫通孔１１１を通過した後の噴流の勢いを大きくして、内表面８３における冷却空気の熱伝達率の低下を抑制している。
【0057】
なお、キャビティ１００の底板８２の冷却効果を向上させるため、貫通孔１１１の仕様（孔径ｄ、配列ピッチＬ）を調整することに加えて、底板８２の内表面８３から翼高さ方向の外側の衝突板１１０の方向に突起状のピン（不図示）を配置して、冷却効果を増加させる冷却構造も考えられるが、本実施形態には望ましくない構造である。底板８２の内表面８３にピンを設けることにより、上述のインピンジメント冷却後の冷却空気のクロスフローの流速を早め、インピンジメント冷却効果を減少させるため、逆効果となるからである。
【0058】
《第２実施形態》シュラウド６０のマルチキャビティ１０１を形成するキャビティ１００の内、図６〜図９に基づき、翼体４０の正圧面４５側のキャビティ１００のフィルム冷却構造の違いについて、以下に説明する。
図６は、シュラウド６０（外側シュラウド６０ａ、内側シュラウド６０ｂ）の平面断面を示している。図６は、外側シュラウド６０ａの場合、翼高さ方向の外側から見た平面断面図であり、内側シュラウド６０ｂの場合、翼高さ方向の内側から見た平面断面図である。シュラウド６０の正圧面４５側の正圧面側前縁キャビティ１０３及び正圧面側中間キャビティ１０６には、底板８２に形成された冷却孔１２０の配置図の一例が示されている。
【0059】
正圧面側前縁キャビティ１０３は、前縁４２側の前縁仕切リブ９０ａと後縁４３側の正圧面側前縁仕切リブ９０ｄで囲まれた領域である。正圧面側前縁キャビティ１０３は、冷却孔１２０が配置された第１正圧面側前縁領域６５ａと冷却孔１２０が配列されていない第２正圧面側前縁第２領域６５ｂに区分される。第２正圧面側前縁領域６５ｂは、前縁端部７１の前縁端面７１ａの位置から翼体前縁仕切リブ４９ａを正圧面側端部７４の方向に延長し、前縁端部７１又は正圧面側端部７４に接続する位置までの領域を少なくとも含む範囲である。第１正圧面側前縁領域６５ａは、第２正圧面側前縁領域６５ｂの軸方向下流側に隣接して配置され、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄまで延在する領域である。
【0060】
図６に示すように、第１正圧面側前縁領域６５ａには、複数の冷却孔１２０から形成され、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄに平行に所定間隔をあけて配列された複数の冷却孔列１２１が形成されている。図６及び図７のＢ部詳細に示すように、底板８２に形成された冷却孔１２０は、内表面８３に開口する入口開口１２２とガスパス面８４に開口する出口開口１２３を有する。入口開口１２２の位置より後縁４３側の位置に出口開口１２３が配置されている。ここで、冷却孔列１２１を形成する複数の冷却孔１２０の入口開口１２２の中心と出口開口１２３の中心を結ぶ線を冷却孔中心線ＦＬと呼び、実線で示される。正圧面側前縁仕切リブ９０ｄが延伸する方向に互いに隣接する冷却孔１２０の出口開口１２３の中心を結ぶ線を開口中心線ＯＬと呼び、点線で示される。冷却孔列１２１を形成する複数の冷却孔１２０の冷却孔中心線ＦＬは、互いに平行に同一の所定間隔を維持して配列されている。周方向に隣接して配置された複数の冷却孔１２０の出口開口１２３は、開口中心線ＯＬが正圧面側前縁仕切リブ９０ｄの中心線に平行になるように配置されている。複数の冷却孔列１２１は、ほぼ前縁４２と後縁４３を結ぶコード方向線ＣＬに平行し、正圧面４５側の翼面４１から正圧面側端部７４又は前縁端部７１までの間に配置されている。また、冷却孔列１２１の開口中心線ＯＬは、コード方向線ＣＬに略直交している。なお、入口開口１２２と出口開口１２３の中心線の長さは、同一とすることが望ましい。冷却孔１２０の長さが不均一になると、冷却孔１２０を流れる冷却空気の圧力損失が不均一となり、冷却空気量が不均一となるからである。
【0061】
図４に示すように、正圧面側前縁キャビティ１０３には、第１衝突板１１０ａが配置され、第１衝突板１１０ａと底板８２の間には、内側キャビティ１０９が形成されている。底板８２には、上述の複数の冷却孔１２０を備えた冷却孔列１２１が形成されている。また、正圧面側前縁キャビティ１０３の後縁４３側に隣接する第１中間キャビティ１０６ａとの間に配置された正圧面側前縁仕切リブ９０ｄには、複数の冷却孔１２０を配列した冷却孔列１２１が形成されている。冷却孔列１２１は、正圧面４５側の翼面４１から正圧面側端部７４までの間に配置されている。図６及び図７のＣ部詳細に示すように、冷却孔１２０の入口開口１２２及び出口開口１２３は、底板８２から外側（反流路側）に向かって伸びる断面が突部状の仕切リブ９０を間に挟んで配置されている。入口開口１２２は、仕切リブ９０の前縁４２側の底板８２に形成され、出口開口１２３は仕切リブ９０の後縁４３側の底板８２に形成されている。冷却孔１２０の冷却孔中心線ＦＬは、仕切リブ９０が延びる方向に直交する方向に配置されている。冷却孔１２０の開口中心線ＯＬは、仕切リブ９０が延びる方向に平行に配置されている。入口開口１２２は、正圧面側前縁キャビティ１０３に開口し、出口開口１２３は、第１中間キャビティ１０６ａ側のガスパス面８４に開口している。入口開口１２２は、仕切リブ９０の前縁４２側の側面９１に形成してもよい。冷却孔１２０は、平面断面視で、仕切リブ９０を横切るように底板８２に形成されているため、仕切リブ９０と仕切リブ９０近傍の底板８２を対流冷却している。なお、第１衝突板１１０ａは、底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈ１で配置され、孔径ｄ１、配列ピッチＬ１の複数の貫通孔１１１を有する。
【0062】
正圧面側前縁キャビティ１０３の第２正圧面側前縁領域６５ｂには、冷却孔１２０は配置されていない。第２正圧面側前縁領域６５ｂは、シュラウド６０の正圧面側前縁領域６５に配置されているが、前縁端部７１の軸方向上流側からの漏れ空気の流れ込みにより、他の前縁４２側のシュラウド６０の領域と比較して燃焼ガス温度が低い。従って、第２正圧面側前縁領域６５ｂの冷却は、正圧面側前縁キャビティ１０３の衝突板１１０の貫通孔１１１から供給される冷却空気によるインピンジメント冷却（衝突）のみで底板８２の過熱を抑制でき、冷却孔１２０による冷却が不要な領域である。
【0063】
図４及び図６に示すように、正圧面側中間キャビティ１０６の一部を構成する第１中間キャビティ１０６ａは、前縁４２側の正圧面側前縁仕切リブ９０ｄと後縁４３側の第１中間仕切リブ９０ｅ１で囲まれた領域である。正圧面側前縁仕切リブ９０ｄと第１中間仕切リブ９０ｅ１は、翼体後縁仕切リブ４９ｃを正圧面側端部７４方向に延長した位置を間に挟んで、前縁４２側と後縁４３側に配置されている。第１中間キャビティ１０６ａは、正圧面側前縁キャビティ１０３の第１正圧面側前縁領域６５ａと同様に、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄに平行に複数の冷却孔１２０が配置され、所定間隔をあけて配列した冷却孔列１２１が形成されている。図７のＢ部詳細に示す冷却孔１２０の構造及び冷却孔中心線ＦＬ並びに開口中心線ＯＬの考え方は、第１中間キャビティ１０６ａの冷却孔１２０にも適用できる。冷却孔列１２１は、コード方向線ＣＬに直交する方向に所定間隔を空けて配列された複数の冷却孔１２０から形成され、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。
【0064】
図４に示すように、第１中間キャビティ１０６ａには、第４衝突板１１０ｄが配置され、第４衝突板１１０ｄと底板８２の間には、内側キャビティ１０９が形成されている。内側キャビティ１０９の底板８２には、上述の複数の冷却孔１２０を備えた冷却孔列１２１が形成されている。冷却孔列１２１は、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。なお、第４衝突板１１０ｄは、底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈ２で配置され、孔径ｄ２、配列ピッチＬ２の複数の貫通孔１１１を有する。
【0065】
図６に示すように、第２中間キャビティ１０６ｂは、第１中間キャビティ１０６ａの後縁４３側に隣接して配置され、前縁４２側の第１中間仕切リブ９０ｅ１と後縁４３側の第２中間仕切リブ９０ｅ２で囲まれた領域である。第２中間キャビティ１０６ｂは、第１中間キャビティ１０６ａと同様に、第１中間仕切リブ９０ｅ１に平行に複数の冷却孔１２０が配置され、所定間隔をあけて配列した冷却孔からなる冷却孔列１２１が形成されている。図７のＢ部詳細に示す冷却孔１２０の構造及び冷却孔中心線ＦＬ並びに開口中心線ＯＬの考え方は、第２中間キャビティ１０６ｂの冷却孔１２０にも適用できる。冷却孔列１２１は、コード方向線ＣＬに直交する方向に配列され、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。
【0066】
図４に示すように、第２中間キャビティ１０６ｂには、第５衝突板１１０ｅが配置され、第５衝突板１１０ｅと底板８２の間には、内側キャビティ１０９が形成されている。内側キャビティ１０９の底板８２には、上述の複数の冷却孔１２０を備えた冷却孔列１２１が形成されている。冷却孔列１２１は、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。なお、第５衝突板１１０ｅは、底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈ２で配置され、孔径ｄ２、配列ピッチＬ３の複数の貫通孔１１１を有する。
【0067】
図６に示すように、第３中間キャビティ１０６ｃは、第２中間キャビティ１０６ｂの後縁４３側に隣接して配置され、前縁４２側の第２中間仕切リブ９０ｅ２と後縁４３側の第３中間仕切リブ９０ｅ３で囲まれた領域である。第３中間キャビティ１０６ｃは、第２中間キャビティ１０６ｂと同様に、第２中間仕切リブ９０ｅ２に平行に冷却孔１２０が配置され、所定間隔をあけて配列した複数の冷却孔１２０からなる冷却孔列１２１が形成されている。図７のＢ部詳細に示す冷却孔１２０の構造及び冷却孔中心線ＦＬ並びに開口中心線ＯＬの考え方は、第３中間キャビティ１０６ｃの冷却孔１２０にも適用できる。冷却孔列１２１は、コード方向線ＣＬに直交する方向に配列され、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。
【0068】
図４に示すように、第３中間キャビティ１０６ｃには、第６衝突板１１０ｆが配置され、第６衝突板１１０ｆと底板８２の間には、内側キャビティ１０９が形成されている。内側キャビティ１０９の底板８２には、上述の複数の冷却孔１２０を備えた冷却孔列１２１が形成されている。冷却孔列１２１は、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。なお、第６衝突板１１０ｆは、底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈ２で配置され、孔径ｄ２、配列ピッチＬ４の複数の貫通孔１１１を有する。
【0069】
図６に示すように、正圧面側後縁キャビティ１０７は、第３中間キャビティ１０６ｃの後縁４３側に隣接して配置され、前縁４２側の第３中間仕切リブ９０ｅ３と翼体４０の後縁４３までの間に配置されている。正圧面側後縁キャビティ１０７は、第３中間キャビティ１０６ｃと同様に、第３中間仕切リブ９０ｅ３に平行に複数の冷却孔１２０が配置され、所定間隔をあけて配列した冷却孔１２０からなる冷却孔列１２１が形成されている。図７のＢ部詳細に示す冷却孔１２０の構造及び冷却孔中心線ＦＬ並びに開口中心線ＯＬの考え方は、正圧面側後縁キャビティ１０７の冷却孔１２０にも適用できる。複数の冷却孔列１２１は、コード方向線ＣＬに直交する方向に配列され、正圧面４５側の翼体端部４０ａから正圧面側端部７４までの間に配置されている。
【0070】
図４に示すように、正圧面側後縁キャビティ１０７には、第７衝突板１１０ｇが配置され、第７衝突板１１０ｇと底板８２の間には、内側キャビティ１０９が形成されている。内側キャビティ１０９の底板８２には、上述の複数の冷却孔１２０を備えた冷却孔列１２１が形成されている。なお、第７衝突板１１０ｇは、底板８２の内表面８３からの取り付け高さｈ２で配置され、孔径ｄ２、配列ピッチＬ５の複数の貫通孔１１１を有する。
【0071】
本実施形態の衝突板１１０は、衝突板１１０の取り付け高さの点では、正圧面側前縁キャビティ１０３の第１衝突板１１０ａの取り付け高さｈ１は、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）の衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の取り付け高さｈ２より大きい。
【0072】
衝突板１１０に形成された貫通孔１１１の孔径ｄの点では、正圧面側前縁キャビティ１０３の第１衝突板１１０ａの貫通孔１１１の孔径ｄ１に対して、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）の衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の貫通孔１１１の孔径ｄ２は、小さい（ｄ１＞ｄ２）。
【0073】
衝突板１１０に形成された貫通孔１１１の配列ピッチＬの点では、正圧面側前縁キャビティ１０３の第１衝突板１１０ａの貫通孔１１１の配列ピッチＬ１に対して、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）の衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の貫通孔１１１の配列ピッチＬは、第４衝突板１１０ｄの貫通孔１１１が配列ピッチＬ２、第５衝突板１１０ｅの貫通孔１１１が配列ピッチＬ３、第６衝突板１１０ｆの貫通孔１１１が配列ピッチＬ４及び第７衝突板１１０ｇの貫通孔１１１が配列ピッチＬ５であり、いずれも正圧面側前縁キャビティ１０３の第１衝突板１１０ａの貫通孔１１１の配列ピッチＬ１より小さい。但し、図４に示す態様では、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）の衝突板１１０（第４衝突板１１０ｄ、第５衝突板１１０ｅ、第６衝突板１１０ｆ、第７衝突板１１０ｇ）の配列ピッチＬは、他のいずれのキャビティ１００の衝突板１１０の貫通孔１１１の配列ピッチＬ１より小さい。また、第４衝突板１１０ｄの貫通孔１１１の配列ピッチＬ２は、第５衝突板１１０ｅの貫通孔１１１の配列ピッチＬ３より小さい（Ｌ２＜Ｌ３）。第５衝突板１１０ｅの貫通孔１１１の配列ピッチＬ３は、第６衝突板１１０ｆの貫通孔１１１の配列ピッチＬ４より小さい（Ｌ３＜Ｌ４）。第７衝突板１１０ｇの貫通孔１１１の配列ピッチＬ５は、第６衝突板１１０ｆの貫通孔１１１の配列ピッチＬ４より小さい（Ｌ４＜Ｌ５）。つまり、本実施形態における正圧面側中間キャビティ１０６の貫通孔１１１の配列ピッチＬの大きさを比較すると、軸方向下流側から上流側方向に向けて貫通孔１１１の配列ピッチＬは、Ｌ５＞Ｌ４＞Ｌ３＞Ｌ２と表示できる。
【0074】
《燃焼ガス流の圧力分布》図８は、周方向に隣接して配置された２つのタービン静翼２４ａ、２４ｂの間に形成された燃焼ガス流路４７を一例に挙げて、燃焼ガスＧが燃焼ガス流路４７のシュラウド６０のガスパス面８４に沿って流れる際の燃焼ガスＧの部分的な圧力分布を翼高さ方向から見た図である。燃焼ガスＧの流れのガス圧（静圧）の圧力分布の等圧線ＩＢＬは、鎖線で示されている。タービン静翼２４の等圧線ＩＢＬの一例を挙げれば、タービン静翼２４ｂ側の前縁４２側の翼面４１上の起点Ｘ１ａの位置でのガス圧（静圧）ＧＰを有する等圧線１ＢＬ１は、周方向に隣接するタービン静翼２４ａの正圧面４５側の翼面４１上の終点Ｘ１ｂまでの間の鎖線で示され、ＩＢＬ１に沿ったいずれの位置であっても、同一のガス圧（静圧）ＧＰが維持される。図８に示すように、等圧線ＩＬＢの内、タービン静翼２４ｂの前縁４２側の翼体前縁空気通路５２に接する負圧面４４側の翼面４１及び第１中間空気通路５３に接する負圧面４４側の翼面４１を起点とする等圧線ＩＢＬは、周方向に隣接するタービン静翼２４ａの正圧面４５側のシュラウド６０の正圧面側前縁キャビティ１０３の第１正圧面側前縁領域６５ａが配置された領域から翼体４０の後縁４３までの範囲に配置される。この領域の等圧線ＩＢＬは、タービン静翼２４ａの翼体４０のコード方向線ＣＬに大略直交するように形成される。上述のように、タービン静翼２４ａの正圧面４５側に配置された仕切リブ９０（正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄ、第１中間仕切リブ（ＲＢ２）９０ｅ１、第２中間仕切リブ（ＲＢ３）９０ｅ２、第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３）は、コード方向線ＣＬに大略直交する。すなわち、翼体４０の正圧面４５側のキャビティ１００（正圧面側前縁キャビティ１０３、正圧面側中間キャビティ１０６）に配置された冷却孔１２０の冷却孔中心線ＦＬは、仕切リブ９０が翼体端部４０ａから正圧面側端部７４に延伸する方向に対して大略直交し、冷却孔１２０の開口中心線ＯＬは、仕切リブ９０が延伸する方向に平行にガスパス面８４に沿って形成される。図８に鎖線で示す燃焼ガス流の圧力分布は等圧線の一部を示すが、タービン静翼２４ａの正圧面側前縁仕切リブ９０ｄの位置の近傍から翼体４０の後縁４３近傍までの範囲の正圧面４５側の翼面４１側の等圧線ＩＢＬは、互いにほぼ平行な圧力分布を形成し、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ及び中間仕切リブ９０ｅの各仕切リブ９０の近傍の等圧線ＩＢＬは、大略仕切リブ９０が延伸する方向に平行に形成されている。
【0075】
上述のように、冷却孔列１２１の冷却孔中心線ＦＬを仕切リブ９０が延伸する方向に対して直交させる意味は、燃焼ガスＧの流れ方向が、翼間の燃焼ガス流路４７を流れる領域では、ほぼ等圧線ＩＬＢに直交する方向であり、冷却孔中心線ＦＬを仕切リブ９０に対して直交させることにより、各冷却孔１２０を流れる冷却空気量の均一化が容易になるからである。また、冷却孔１２０の開口中心線ＯＬを仕切リブ９０が延伸する方向に平行に配置する意味は、冷却孔１２０のガスパス面８４に開口する各出口開口１２３の中心位置が、同じ圧力の等圧線ＩＬＢ上に配置されることを意味する。従って、冷却孔列１２１の冷却孔１２０の出口開口１２３の位置を、等圧線ＩＢＬ上に配置することにより、出口開口１２３における圧力が同一となり、出口開口１２３における燃焼ガス圧（静圧）ＧＰの変動を小さくして、内側キャビティ１０９側の内圧に与える影響を抑制して、内側キャビティ１０９の内圧変動を抑制する効果がある。その結果、同一の冷却孔列１２１の各冷却孔１２０を流れる冷却空気量が均一化され、底板８２のメタル温度の温度分布が均一化され、底板８２に発生する熱応力が低減される。
【0076】
燃焼ガスＧの圧力ＧＰは、燃焼ガスＧの下流方向に向かって次第に低下する。図９は、縦軸に冷却空気又は燃焼ガスＧの圧力（静圧）Ｐを示し、横軸に燃焼ガス流路４７の軸方向の位置を示している。横軸の符号は、左端は翼体４０の前縁（ＬＥ）４２の位置を示し、右端は翼体４０の後縁（ＴＥ）４３の位置を示す。また、前縁４２と後縁４３の間のシュラウド６０側に配置された仕切リブ９０の位置は、軸方向の上流側から下流側に向かって、正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ、第１中間仕切リブ９０ｅ１、第２中間仕切リブ９０ｅ２、第３中間仕切リブ９０ｅ３の位置を、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３、ＲＢ４で表示している。また、冷却空気が供給される外側キャビティ１０８の内圧をＡＰ１とし、冷却空気が衝突板１１０の貫通孔１１１を通過した後の内側キャビティ１０９の冷却空気の内圧をＡＰ２で表示している。
【0077】
図９に示すように、燃焼ガス圧力ＧＰは、燃焼ガスＧが前縁（ＬＥ）４２から後縁（ＴＥ）４３に流下すると共に低下する。特に、翼体４０の翼面４１の前縁４２から後縁４３までの中間位置である正圧面側前縁仕切リブ９０ｄ（ＲＢ１）近傍の位置から後縁４３までの燃焼ガス流路４７での圧力低下が大きい。一方、冷却孔１２０から排出される冷却空気は、冷却孔１２０の入口開口１２２が形成された内側キャビティ１０９側の圧力ＡＰ２と、冷却空気が出口開口１２３を介して燃焼ガス流路４７側に排出する際の燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧ＤＰＧにより、冷却孔１２０から排出するフィルム冷却用冷却空気の空気量が変動する。差圧ＤＰＧが大きければ、冷却空気量は増加し、差圧ＤＰＧが小さければ、冷却空気量は減少する。内側キャビティ１０９側の内圧ＡＰ２とガスパス面８４側の圧力ＧＰで定まる差圧ＤＰＧは、極力一定とすることが望ましい。シュラウド６０のガスパス面８４に形成されるいずれの冷却孔列１２１の冷却孔１２０であっても、同一の冷却空気量を維持することにより、冷却孔１２０の位置の違いによる冷却空気量の偏流やばらつきが抑制され、底板８２のメタル温度の分布が均一化され、熱応力の発生が抑制される。従って、かかる観点から、各冷却孔列１２１の冷却孔１２０は、同一の差圧ＤＰＧを維持することが望ましい。
【0078】
本実施形態では、図９に示すように、燃焼ガスＧの圧力（静圧）ＧＰの低下が始まる位置に正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄを配置し、燃焼ガスＧの圧力ＧＰの低下が大きい正圧面側中間領域６７から翼体４０の後縁４３までの間に、中間仕切リブ９０ｅ（第１中間仕切リブ９０ｅ１、第２中間仕切リブ９０ｅ２、第３中間仕切リブ９０ｅ３）を配置して、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）を形成している。本実施形態では、正圧面側中間仕切リブ９０ｅとして、３つの仕切リブ９０を配置し、４つの正圧面側中間キャビティ１０６を配置しているが、２つの仕切リブ９０を配置し、３つの正圧面側中間キャビティ１０６を配置してもよい。また、４つ以上の仕切リブ９０を配置し、５つ以上の正圧面側中間キャビティ１０６を配置してもよい。
【0079】
特に、冷却空気量の低減の観点から、正圧面側前縁キャビティ１０３の第１正圧面側前縁領域６５ａ及び正圧面側中間キャビティ１０６の領域において、各キャビティ１００の内側キャビティ１０９側の内圧ＡＰ２と、ガスパス面８４側の燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧ＤＰＧを一定とすることが望ましい。燃焼ガスＧの圧力ＧＰは、軸方向下流側に向かって低下するため、構造面の制約のない限り、正圧面側中間キャビティ１０６を軸方向に細分化して、燃焼ガスＧの圧力ＧＰの低下に沿って、各キャビティ１００の衝突板１１０の貫通孔１１１における冷却空気の圧力損失を増加させ、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２を小刻みに低下させることが望ましい。
【0080】
図９に示すように、本実施形態では、正圧面側前縁キャビティ１０３において、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１と内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２との間の差圧はＤＰＡ１で表示され、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２とガスパス面８４の燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧はＤＰＧ１で表示されている。 第１中間キャビティ１０６ａにおいて、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１と内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２との間の差圧はＤＰＡ２で表示され、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２と燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧はＤＰＧ２で表示されている。第２中間キャビティ１０６ｂにおいて、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１と内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２との間の差圧はＤＰＡ３で表示され、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２と燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧はＤＰＧ３で表示されている。第３中間キャビティ１０６ｃにおいて、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１と内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２との間の差圧はＤＰＡ４で表示され、内側キャビティ１０９の内圧Ｐ２と燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧はＤＰＧ４で表示されている。正圧面側後縁キャビティ１０７において、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１と内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２との間の差圧はＤＰＡ５で表示され、内側キャビティ１０９の圧力ＡＰ２と燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧はＤＰＧ５で表示されている。
【0081】
上述のように、冷却孔１２０の内側キャビティ１０９側の内圧ＡＰ２と、ガスパス面８４側の燃焼ガスＧの圧力ＧＰとの差圧ＤＰＧを一定の値とすることが望ましい。従って、正圧面側前縁キャビティ１０３及び正圧面側中間キャビティ１０６の内側キャビティ１０９と燃焼ガスＧ側の圧力ＧＰとの差圧ＤＰＧ１、ＤＰＧ２、ＤＰＧ３、ＤＰＧ４及びＤＰＧ５は、可能な限り同一の値を維持することが望ましい。
【0082】
冷却空気が供給される外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１は、シュラウド６０の前縁４２から後縁４３までのシュラウド６０の全面が一定の圧力である。一方、燃焼ガス流路４７は、軸方向上流側から下流側に向けて燃焼ガスＧの圧力ＧＰが低下する。燃焼ガスＧの圧力ＧＰが低下する過程に合せて、内側キャビティ１０９と燃焼ガス圧力ＧＰとの差圧ＤＰＧを一定とするためには、軸方向下流側に向かうと共に、内側キャビティ１０９の内圧を低下させる必要がある。外側シュラウド１０８と内側キャビティ１０９との間の差圧ＤＰＡが、燃焼ガス圧力ＧＰの低下に合せて増加するように、衝突板１１０の貫通孔１１１の孔仕様で調整することが望ましい。つまり、貫通孔１１１の孔径ｄを同一とした条件では、軸方向の下流側に向かうと共に、衝突板１１０の貫通孔１１１の配列ピッチＬを大きくして貫通孔１１１の孔数を減少させればよい。これにより、一つの貫通孔１１１を通過する冷却空気の圧力損失が増加し、内側キャビティ１０９の内圧を低下させることが出来る。あるいは、キャビティ１００によって孔径ｄが異なる場合は、貫通孔１１１の配列ピッチＬと孔径ｄより定まる開口密度（ｄ／Ｌ）が、軸方向下流側に向かうと共に開口密度では小さくなるように、孔仕様を選定してもよい。すなわち、正圧面側中間キャビティ１０６（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）の各キャビティ１００の衝突板１１０の貫通孔１１１の開口密度（ｄ／Ｌ）が、前縁４２側のキャビティ１００より後縁４３側のキャビティ１００の方が小さくなるように選定すればよい。その結果、燃焼ガス圧力ＧＰの低下に合せて内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２が低下して、冷却孔１２０の入口開口１２２と出口開口１２３との間の差圧が、一定の差圧ＤＰＧ（ＤＰＧ１〜ＤＰＧ５）に維持され、過剰な冷却空気の流出が抑制される。
【0083】
また、図９に示す態様のように、軸方向の燃焼ガス圧力ＧＰの変化が、燃焼ガスＧが正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄの位置を通過すると共に燃焼ガス圧力ＧＰが低下し始め、第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３までに間に急激に低下するタービン静翼２４においては、正圧面側中間仕切リブ９０ｅ（第１中間仕切リブ９０ｅ１、第２中間仕切リブ９０ｅ２、第３中間仕切リブ９０ｅ３）の仕切リブ９０の軸方向（前縁―後縁方向）の間隔を軸方向下流側に行くほど縮小することが望ましい。図６に示すように、前縁仕切リブ９０ａ（前縁４２の位置）と正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄの軸方向の間隔をＬＬ１とし、正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄと第１中間仕切リブ（ＲＢ２）９０ｅ１の軸方向の間隔をＬＬ２とし、第１中間仕切リブ（ＲＢ２）９０ｅ１と第２中間仕切リブ（ＲＢ３）９０ｅ２の軸方向の間隔をＬＬ３とし、第２中間仕切リブ（ＲＢ３）９０ｅ２と第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３の軸方向の間隔をＬＬ４とし、第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３と翼体４０の後縁４３の軸方向の間隔をＬＬ５とすれば、第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３まの間は、軸方向下流側に向かうと共に仕切リブ９０の間の間隔ＬＬを小さくすることが望ましい（ＬＬ１＞ＬＬ２＞ＬＬ３＞ＬＬ４）。前縁仕切リブ９０ａと正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄで挟まれた正圧面側前縁キャビティ１０３の領域は、燃焼ガス圧力ＧＰの低下は小さい。従って、この領域の軸方向の間隔ＬＬ１は、正圧面側前縁仕切リブ（ＲＢ１）９０ｄと第１中間仕切リブ（ＲＢ２）９０ｅ１の軸方向の間隔をＬＬ２より大きい。一方、第３中間仕切リブ（ＲＢ４）９０ｅ３と翼体４０の後縁４３までの領域の正圧面側後縁キャビティ１０７は、軸方向上流側の他の正圧面側中間中間キャビティ１０６より燃焼ガス圧力ＧＰの低下が小さく、軸方向の間隔ＬＬ５は、他の正圧面側中間中間キャビティ１０６の軸方向の間隔（ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４）より大きく、正圧面側前縁キャビティ１０３の軸方向の間隔ＬＬ１より小さい。ここで、軸方向幅ＬＬとは、翼体４０のコード方向線ＣＬに沿った軸方向幅を意味する。
【0084】
正圧面側前縁キャビティ１０３及び正圧面側中間キャビティ１０６と比較した場合、正圧面側前縁キャビティ１０３の軸方向の間隔ＬＬ１が最も大きい。正圧面側後縁キャビティ１０７の軸方向間隔ＬＬ５は、正圧面側前縁キャビティより小さく、軸方向上流側の第１中間キャビティ１０６ａから第３中間キャビティ１０６ｃのいずれよりも大きい。つまり、正圧面側前縁キャビティ１０３と正圧面側後縁キャビティ１０７の間に配置された複数の中間キャビティ１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの個別の軸方向幅ＬＬは、前記正圧面側後縁キャビティ１０７より小さい。また、第１中間キャビティ１０６ａの軸方向幅ＬＬ２は、第２中間キャビティ１０６ｂの軸方向幅ＬＬ３より大きく、第２中間キャビティ１０６ｂの軸方向幅ＬＬ３は、第３中間キャビティ１０６ｃの軸方向幅ＬＬ４より大きい。
【0085】
このような構造を適用することにより、急激な燃焼ガス圧力ＧＰを伴う燃焼ガス流路４７の領域においても、シュラウド６０に配置された冷却孔１２０の差圧ＤＰＧを適正に管理して、各キャビティの圧力の適正化を図り、フィルム冷却の冷却空気量の過剰な流失を抑制できる。
【0086】
《第３実施形態》上述の第２実施形態で説明したタービン静翼２４の正圧面側中間キャビティ１０６の冷却方法の手順について、図１０に基づき説明する。
図１０に示すように、タービン静翼２４の翼体４０の正圧面４５側のキャビティ１００（正圧面側前縁キャビティ１０３、正圧面側中間キャビティ１０６）の冷却方法は、シュラウド６０の外側キャビティ１０８に冷却空気を供給する工程Ｓ１と、冷却空気を衝突板で減圧し、内側キャビティ１０９に供給する工程Ｓ２と、冷却空気で底板をインピンジメント冷却する工程Ｓ３と、冷却空気で底板をフィルム冷却する工程Ｓ４と、を含んでいる。
【0087】
シュラウド６０の外側キャビティ１０８に冷却空気を供給する工程Ｓ１では、冷却空気は、タービン静翼２４の外部のケーシング２０又はタービン車室２２からシュラウド６０に供給される（Ｓ１）。
【0088】
冷却空気を衝突板１１０で減圧する工程Ｓ２では、衝突板１１０に形成された複数の貫通孔１１１を介して内側キャビティ１０９に排出する過程で減圧される（Ｓ２）。上述のように、正圧面側中間キャビティ１０６は、複数の中間キャビティ（第１中間キャビティ１０６ａ、第２中間キャビティ１０６ｂ、第３中間キャビティ１０６ｃ、正圧面側後縁キャビティ１０７）から構成され、軸方向上流側から下流側に向かって配列されている。いずれの中間キャビティ１００も、冷却空気が衝突板１１０の貫通孔１１１を通過する際に冷却空気が貫通孔１１１で減圧され、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２は、外側キャビティ１０８の圧力ＡＰ１より低下する。但し、図９に示すように、正圧面側中間キャビティ１０６が形成された底板８２のガスパス面８４側の燃焼ガス流路４７を流れる燃焼ガス圧力ＧＰは、軸方向上流側から下流側に向かって急激に低下する。底板８２に形成された冷却孔１２０における差圧ＤＰＧ（内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２と燃焼ガス圧力ＧＰとの圧力差）を一定に維持するため、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２は、軸方向下流側の正圧面側中間キャビティ１０６の内圧ほど低下させる必要がある。そのため、軸方向下流側の正圧面側中間キャビティ１０６ほど、衝突板１１０の貫通孔１１１の開口密度（ｄ／Ｌ）を小さくして、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２を低下させ、冷却孔１２０の差圧ＤＰＧを一定に維持している。
【0089】
冷却空気で底板８２をインピンジメント冷却する工程Ｓ３では、衝突板１１０の貫通孔１１１から内側キャビティ１０９内に噴出した冷却空気は、底板８２の内表面８３に衝突して、内表面８３をインピンジメント冷却（衝突冷却）する（Ｓ３）。内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２は、軸方向下流側に配置された正圧面側中間キャビティ１０６では、軸方向上流側に配置された正圧面側中間キャビティ１０６より内圧が低く、軸方向の下流側に向かうと共に、正圧面側中間キャビティ１０６の内圧は低下する。
【0090】
冷却空気で底板８２をフィルム冷却する工程Ｓ４では、底板８２の内表面８３をインピンジメント冷却した後の冷却空気を複数の冷却孔１２０に供給し、燃焼ガス流路４７に排出する際、シュラウド６０のガスパス面８４をフィルム冷却している（Ｓ４）。なお、上述のように、複数の冷却孔１２０の冷却孔列１２１の開口中心線ＯＬは、燃焼ガスＧの等圧線ＩＢＬに沿って平行に配置され、且つ、軸方向下流側に向けて配列された複数の中間キャビティの冷却孔１２０の差圧ＤＰＧが一定に維持される。
【0091】
本実施形態のタービン静翼２４の冷却方法によれば、軸方向下流側の正圧面側中間キャビティ１０６ほど、衝突板１１０の貫通孔１１１の開口密度（ｄ／Ｌ）を小さくして、軸方向下流側のキャビティ１００であるほど、内側キャビティ１０９の内圧ＡＰ２を低下させている。また、底板８２に形成された複数の冷却孔１２０の冷却孔列１２１の開口中心線ＯＬを、燃焼ガスＧの等圧線ＩＢＬに沿って平行に配置して、内側キャビティ１０９の内圧変動を安定させている。従って、軸方向下流側に向けて正圧面側中間キャビティ１０６の冷却孔列１２１の冷却孔１２０の差圧ＤＰＧが一定に維持することが可能になり、冷却孔１２０からの過剰な冷却空気量の排出が抑制され、冷却空気量の低減が可能になる。また、冷却孔列１２１の冷却孔１２０から排出される冷却空気量を均一化させて、底板８２のメタル温度の分布を均一化して、熱応力の発生が抑制される。
【0092】
上述の実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0093】
上記各実施形態に記載の内容は、以下のように把握される。（１）第１の態様に係るタービン静翼は、翼体と、前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、を備えるタービン静翼であって、前記シュラウドは、燃焼ガス流路に接する底板と、前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に仕切り、複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、を備え、前記周壁は、前記翼体の前縁側に延在する前縁端部と、前記翼体の負圧面側の前縁から後縁に延び、内部に負圧面側通路を備えた負圧面側端部と、前記翼体の正圧面側の前縁から後縁に延び、内部に正圧面側通路を備えた正圧面側端部と、前記翼体の後縁側に延在する後縁端部と、を含み、前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁正圧面側に配置され、前記底板に形成された前記冷却孔に接続すると共に、前記正圧面側通路に接続する第１キャビティと、前記第１キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記仕切リブの内の前記正圧面側の最も軸方向上流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する第１仕切リブを介して配置され、前記底板に複数の冷却孔を備える第４キャビティと、を含み、前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第１キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい。
【0094】
上記（１）に記載のガスタービン静翼によれば、第１キャビティは正圧面側通路に接続している。第１キャビティを冷却するために必要な冷却空気は、外側キャビティから衝突板の貫通孔を介して第１キャビティ（内側キャビティ）に供給され、底板の内表面をインピンジメント冷却した後、底板に形成された冷却孔から排出される際、底板がフィルム冷却され、インピンジメント冷却とフィルム冷却の組合せで、第１キャビティの底板は冷却されている。更に、第１キャビティには、正圧面側通路を冷却する冷却空気が、供給される。従って、第１キャビティには、第１キャビティ自体を冷却する冷却空気の他に、正圧面側通路を冷却する冷却空気を上乗せして供給されている。一方、第４キャビティには、第４キャビティの底板をインピンジメント冷却した後、冷却孔から排出される際にフィルム冷却する冷却空気のみが供給されている。従って、第４キャビティは、過剰な冷却空気が供給される第１キャビティと比較して衝突板の貫通孔の開口密度を小さくして、シュラウドに供給される冷却空気量を低減している。すなわち、シュラウドを区分けする仕切リブを配置して、シュラウドをマルチキャビティ化して、シュラウドの各キャビティの目的に応じた構造の適正化を図り、シュラウドに供給される冷却空気量の低減を図っている。
【0095】
（２）第２の態様に係るタービン静翼は、（１）のタービン静翼であって、一端が前記底板に形成された入口開口に接続し、他端が前記底板のガスパス面に形成された出口開口に接続する複数の冷却孔を備えるとともに、前記正圧面側通路の上流端部に接続し、前記第４キャビティは、前記第１キャビティに対して前記第１仕切リブを介して軸方向下流側に隣接して配置され、一端が前記底板に形成された前記入口開口に接続し、他端が前記底板の前記ガスパス面に形成された前記出口開口に接続する複数の前記冷却孔を備え、前記冷却孔列の前記冷却孔の前記出口開口の中心を結ぶ開口中心線は、前記第１仕切リブに平行に配置されている。
【0096】
上記（２）に記載のガスタービン静翼によれば、第１キャビティ及び第４キャビティに配置された冷却孔列の出口開口の開口中心線は、第１仕切リブに平行に配置されている。 一方、第１仕切リブは、燃焼ガス流の等圧線に平行になるように配置されている。従って、第１キャビティ又は第４キャビティの冷却孔列から冷却空気がガスパス面に排出する出口開口における燃焼ガス側の圧力は同一の圧力となり、各冷却孔列の冷却孔の入口開口と出口開口の間の圧力差が一定となる。従って、各冷却孔列の冷却孔から排出する冷却空気量が均一化され、冷却孔の上流側の内側キャビティの内圧が安定する。従って、冷却孔列の冷却孔から排出される冷却空気量の変動が少なく、冷却孔列の安定した冷却性能が得られる。
【0097】
（３）第３の態様に係るタービン静翼は、（２）のタービン静翼であって、複数の冷却孔は、入口開口と出口開口を結ぶ冷却孔中心線の長さが同一であり、翼体の正圧面側から負圧面側端部又は前縁端部に向けて所定間隔を空けて互いに平行に複数配置された冷却孔列を形成する。
【0098】
上記（３）に記載のガスタービン静翼によれば、複数の冷却孔は、入口開口と出口開口を結ぶ冷却孔中心線の長さが同一で、翼体の正圧面側から負圧面側端部又は前記前縁端部に向けて所定間隔を空けて互いに平行に配置されているので、冷却孔から排出される冷却空気量の均一化が容易である。
【0099】
（４）第４の態様に係るタービン静翼は、（１）から（３）の何れか一つのタービン静翼であって、前記第４キャビティは、前記第１仕切リブの軸方向下流側に配置され、前記翼体の前記正圧面と前記正圧面側端部とを接続する複数の中間仕切リブからなる第２仕切リブにより区分けされ、軸方向上流側から下流側に向けて前記翼体の前記正圧面に沿って配置された複数の中間キャビティと、前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記中間キャビティを形成する最下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁までの間に配置された正圧面側後縁キャビティと、から形成され、前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる。
【0100】
上記（４）に記載のガスタービン静翼によれば、第４キャビティは、第１仕切リブに平行に配置された中間仕切リブにより翼体に沿って配置された複数のキャビティに区分けされ、複数のキャビティの衝突板の貫通孔の開口密度を軸方向下流側のキャビティほど小さくすることにより、貫通孔を通過する冷却空気の圧力損失を下流側ほど増加させ、燃焼ガス流の圧力の低下に応じて各内側キャビティの内圧を低下させ、冷却孔列の冷却孔の入口開口と出口開口の間の差圧を一定として、各冷却孔列の冷却孔から排出する冷却空気量を均一にして、底板の熱応力を低減し、冷却空気量を低減させることが出来る。
【0101】
（５）第５の態様に係るタービン静翼は、（４）のタービン静翼であって、前記第２仕切リブは、少なくとも２以上の前記中間仕切リブからなり、前記第１仕切リブが前記翼体と接合する位置は、前記翼体の翼体中間空気通路が形成された範囲内にあり、前記第２仕切リブが前記翼体と接合する位置は、翼体後縁空気通路が形成された範囲の中間位置から前記翼体の前記後縁までの範囲に配置されている。
【0102】
上記（５）に記載のガスタービン静翼によれば、第２仕切リブを形成する中間仕切リブの前記翼体との接合位置を翼体後縁キャビティが形成された範囲の中間位置から後縁までの範囲に配置することにより、翼体に沿って流れる燃焼ガス流路の圧力低下が大きい領域におけるシュラウドのキャビティ区分を細分化させ、冷却孔から排出される冷却空気量を適正化させ、冷却空気量を低減できる。
【0103】
（６）第６の態様に係るタービン静翼は、（１）から（５）の何れか一つのタービン静翼であって、前記第１キャビティは、前記前縁端部と前記翼体の前縁を接続する第３仕切リブと前記第１仕切リブの間に形成され、 前記第４キャビティは、 前記第２仕切リブにより翼面に沿って区分けされた複数の中間キャビティと、 前記中間キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、軸方向の最も下流側の前記第２仕切リブと前記翼体の後縁の間に形成された正圧面側後縁キャビティと、から形成され 前記第１キャビティ及び前記第４キャビティの前記翼体のコード方向線に沿った軸方向幅は、前記第１キャビティが最も大きく、 前記正圧面側後縁キャビティは、前記第１キャビティより小さく、前記第１キャビティと前記正圧面側後縁キャビティの間に配置された複数の前記中間キャビティの個別キャビティの前記軸方向幅は、前記正圧面側後縁キャビティより小さい。
【0104】
上記（６）に記載のガスタービン静翼によれば、翼体に沿って流れる燃焼ガス流の静圧は、翼体中間部から後縁に向けて急激に低下する。従って、燃焼ガス流の圧力低下が最も小さい第１キャビティの軸方向幅は、第４キャビティの各キャビティの軸方向幅より大きく、中間キャビティより圧力低下が小さい正圧面側後縁キャビティの軸方向幅は、第１キャビティより小さく、中間キャビティの各キャビティより大きくすることにより、燃焼ガス流の圧力が急激に低下する中間キャビティの軸方向幅を小さくして、一つの中間キャビティの当たりの内側キャビティの内圧変動を小さく抑え、冷却孔列の冷却孔から排出される冷却空気量の変動を抑制できる。
【0105】
（７）第７の態様に係るタービン静翼は、（６）のタービン静翼であって、前記第４キャビティの前記中間キャビティの前記個別キャビティの前記軸方向幅は、軸方向下流側に向かうと共に小さくなる。
【0106】
上記（７）に記載のガスタービン静翼によれば、第４キャビティの中間キャビティの軸方向幅を軸方向下流側に向かうと共に小さくすることにより、燃焼ガス流の圧力低下が大きくなる軸方向下流側の中間キャビティの内側キャビティの圧力の低下を大きくすると共に、内側キャビティの圧力変動を小さく抑えることにより、軸方向下流側の冷却孔から排出される冷却空気量の排出が抑制され、冷却空気量が低減される。
【0107】
（８）第８の態様に係るタービン静翼は、（２）から（７）の何れか一つのタービン静翼であって、前記第１仕切リブは、前記第１仕切リブの前縁側の前記底板の内表面側に形成された前記入口開口と前記第１仕切リブの後縁側の前記底板のガスパス面側に形成された前記出口開口を接合する複数の前記冷却孔からなる前記冷却孔列を備える。
【0108】
上記（８）に記載のガスタービン静翼によれば、第１仕切リブに冷却孔を配置することにより、メタル温度が高くなる第１仕切リブの熱損傷が抑制される。
【0109】
（９）第９の態様に係るタービン静翼は、（１）から（８）の何れか一つのタービン静翼であって、前記第１キャビティは、前記冷却孔が配置された第１正圧面側前縁領域と、前記冷却孔が配列されていない第２正圧面側前縁領域を備え、前記第２正圧面側前縁領域は、前記前縁端部の前縁端面の位置から翼体前縁仕切リブを前記正圧面側端部又は前記前縁端部の方向に延伸し、前記前縁端部又は前記正圧面側端部に接続する位置までの範囲の領域を少なくとも含み、前記第１正圧面側前縁領域は、前記第２正圧面側前縁領域に対して軸方向下流側に隣接して配置されている。
【0110】
上記（９）に記載のガスタービン静翼によれば、第２正圧面側前縁領域は、シュラウドの前縁端面側からの漏れ空気の流入によりガスパス面の過熱が抑制される。従って、第１キャビティに冷却孔のない第２正圧面側前縁領域を設けることにより、第１キャビティに供給される冷却空気量が低減される。
【0111】
（１０）第１０の態様に係るタービン静翼は、（１）のタービン静翼であって、前記複数のキャビティは、前記翼体と前記周壁との間で前記翼体の外周を囲むように前縁負圧面側に配置され、前記底板に形成された前記冷却孔に接続すると共に、前記負圧面側通路に接続する第２キャビティと、前記第２キャビティの軸方向下流側に隣接して配置され、前記翼体の負圧面と前記負圧面側端部を接続する第４仕切リブを介して配置され、前記翼体中間空気通路に接続する第３キャビティと、を含み、前記第４キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の開口密度は、前記第２キャビティ及び前記第３キャビティの前記衝突板の前記貫通孔の前記開口密度より小さい。
【0112】
上記（１０）に記載のガスタービン静翼によれば、第１キャビティ、第２キャビティ及び第３キャビティは、負圧面側通路及び翼体中間空気通路に接続している。第１キャビティ、第２キャビティ及び第３キャビティを冷却するために必要な冷却空気は、外側キャビティから衝突板の貫通孔を介して内側キャビティに供給され、底板の内表面をインピンジメント冷却した後、底板に形成された冷却孔から排出される際、底板がフィルム冷却される。インピンジメント冷却とフィルム冷却の組合せ又はインピンジメント冷却のみで、前縁側キャビティの底板は冷却されている。更に、第１キャビティ、第２キャビティ及び第３キャビティは、負圧面側通路及び翼体を冷却する冷却空気が供給される。従って、第１キャビティ、第２キャビティ及び第３キャビティには、第２キャビティ及び第３キャビティ自体を冷却する冷却空気の他に、正圧面側通路、負圧面側通路及び翼体を冷却するため、過剰な冷却空気が供給されている。一方、第４キャビティには、第４キャビティの底板をインピンジメント冷却した後、底板に形成された冷却孔から排出される際にフィルム冷却する冷却空気のみが供給されている。従って、過剰な冷却空気が供給される第１キャビティ、第２キャビティ及び第３キャビティと比較して、自身の冷却に必要な冷却空気量のみが供給される第４キャビティは、貫通孔の開口密度を相対的に小さくして、冷却空気量を絞ることが出来る。
【0113】
（１１）第１１の態様に係るタービン静翼は、（１）から（１０）の何れか一つのタービン静翼であって、前記シュラウドは、前記翼体の前記翼高さ方向の外側に配置された外側シュラウドと、前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む。
【0114】
（１２）第１２の態様に係るタービンは、（１）〜（１１）を備えるタービン静翼と、前記タービン静翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、を備える。
【0115】
上記（１２）に記載のガスタービンによれば、マルチキャビティからなるシュラウドの適正な冷却構造が形成された静翼を備えるので、冷却空気量が低減されて、ガスタービンの効率が改善される。
【0116】
（１３）第１３の態様に係るタービン静翼の冷却方法は、翼体と、前記翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウドと、を備え、前記シュラウドは、燃焼ガス流路に接する底板と、前記底板の周縁に沿って前記翼高さ方向に形成される周壁と、前記周壁と前記底板に囲まれた空間を形成する凹部と、前記翼体と前記周壁を接続し、前記凹部を複数の空間に区分けして複数のキャビティを形成する複数の仕切リブと、前記空間を前記翼高さ方向の外側に形成される外側キャビティと前記外側キャビティの内側に形成される内側キャビティと、に区分けし、前記外側キャビティと前記内側キャビティとを連通する複数の貫通孔を備えた衝突板と、を備え、前記複数のキャビティは、前記内側キャビティから形成され、前記翼体の正圧面側の翼面に沿って、軸方向下流方向に縦列するように隣接して配置され、 軸方向下流側に向かうと共に開口密度が小さくなる前記貫通孔を有する前記衝突板を備え、前記底板の内表面に形成された入口開口を介して前記内側キャビティに連通し、前記底板のガスパス面に形成された出口開口を介して燃焼ガス流路に連通する複数の冷却孔を有する冷却孔列を備えたタービン静翼の冷却方法であって、外部から冷却空気を前記外側キャビティに供給する工程と、前記冷却空気が、前記複数のキャビティに配置された前記衝突板に形成された前記貫通孔を介して、前記外側キャビティから前記内側キャビティに供給され、軸方向下流側に向かうと共に前記キャビティの内圧が低下し、前記内側キャビティと前記燃焼ガスとの差圧を一定に維持する冷却空気の圧力を減圧する工程と、前記冷却空気が前記底板の内表面をインピンジメント冷却する工程と、前記インピンジメント冷却後の前記冷却空気を、前記底板に形成された前記冷却孔から燃焼ガス流路に排出する際、前記ガスパス面をフィルム冷却する工程と、を含む。
【0117】
上記（１３）に記載のタービン静翼の冷却方法によれば、シュラウドのキャビティに配置された衝突板の貫通孔の開口密度が、軸方向下流方向に向かうキャビティほど小さくなるように形成され、貫通孔での冷却空気の圧力損失を大きくして、冷却孔の入口開口と出口開口の圧力差を一定に維持している。従って、キャビティに供給された冷却空気は、前縁から後縁に向かって衝突板で圧力損失を増加させ、軸方向下流側に向かうと共に、内側キャビティの圧力が低下する。その結果、燃焼ガスＧの流れ方向のキャビティ間での冷却孔から排出される冷却空気量が均一化され、軸方向下流側のキャビティからの過剰な冷却空気の排出が抑制され、冷却空気量が低減される。
【0118】
（１４）第１４の態様に係るタービン静翼の冷却方法は、（１３）のタービン静翼の冷却方法であって、前記ガスパス面をフィルム冷却する工程では、前記冷却孔は、前記出口開口の開口中心線が、前記ガスパス面を流れる燃焼ガス流の等圧線に平行に配置され、前記内側キャビティの内圧変動が抑制される。
【0119】
上記（１４）に記載のタービン静翼の冷却方法によれば、冷却孔列を形成する冷却孔の出口開口を結ぶ開口中心線が、燃焼ガス流の等圧線に平行に配置されているので、冷却空気が配置される出口開口における圧力が同一圧力に維持され、冷却孔の上流側に接続する内側キャビティの内圧変動が抑制され、冷却孔から排出される冷却空気量が安定し、冷却空気量が低減される。
【0120】
（１５）第１５の態様に係るタービン静翼の冷却方法は、（１３）又は（１４）のタービン静翼の冷却方法であって、複数の前記キャビティが、前記翼体の前縁正圧面側に配置された第１キャビティ及び前記第１キャビティに対して軸方向下流側に隣接して配置されている。
【0121】
（１６）第１６に係るタービン静翼の冷却方法は、（１３）から（１５）の何れか一つのタービン静翼の冷却方法であって、前記シュラウドは、前記翼体の前記翼高さ方向の外側に配置された外側シュラウドと、前記翼体の前記翼高さ方向の内側に配置された内側シュラウドと、を含む。
【符号の説明】
【0122】
１ ガスタービン２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 吸気室
１４ 入口案内翼
１６ 圧縮機静翼
１８ 圧縮機動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４、２４ａ、２４ｂ タービン静翼
２６ タービン動翼
２８ 排気車室
２９ 排気室
４０ 翼体
４０ａ 翼体端部
４０ｂ 翼壁
４１ 翼面
４２ 前縁（ＬＥ）
４２ａ 前縁領域
４３ 後縁（ＴＥ）
４４ 負圧面
４５ 正圧面
４６ フィレット部
４７ 燃焼ガス流路
４９ 翼体仕切リブ（翼体前縁仕切リブ４９ａ、翼体中間仕切リブ４９ｂ、翼体後縁仕切リブ４９ｃ）
５１ 翼体空気通路
５２ 翼体前縁空気通路
５３ 翼体中間空気通路
５３ａ 第１翼体中間空気通路
５３ｂ 第２翼体中間空気通路
５５ 翼体後縁空気通路
５６ 蓋
５６ａ 開口
６０ シュラウド（外側シュラウド６０ａ、内側シュラウド６０ｂ）
６１ 前縁部
６２ 後縁部
６４ 負圧面側前縁領域
６５ 正圧面側前縁領域
６５ａ 第１正圧面側前縁領域
６５ｂ 第２正圧面側前縁領域
６６ 負圧面側中間領域
６７ 正圧面側中間領域
６８ 隙間
７０ 周壁
７０ａ 内壁
７１ 前縁端部
７１ａ 前縁端面
７２ 後縁端部
７２ａ 開口
７３ 負圧面側端部
７４ 正圧面側端部
７７ 負圧面側通路
７７ａ 上流端
７８ 正圧面側通路
７８ａ 上流端
８２ 底板
８３ 内表面
８４ ガスパス面（外表面）
９０ 仕切リブ
９０ａ 前縁仕切リブ（第３仕切リブ）
９０ｂ 負圧面側前縁仕切リブ（第４仕切リブ）
９０ｃ 負圧面側後縁仕切リブ
９０ｄ 正圧面側前縁仕切リブ（第１仕切リブ、ＲＢ１）
９０ｅ 中間仕切リブ（第２仕切リブ）
９０ｅ１ 第１中間仕切リブ（ＲＢ２）
９０ｅ２ 第２中間仕切リブ（ＲＢ３）
９０ｅ３ 第３中間仕切リブ（ＲＢ４）
９１ リブ壁面
９３ 凹部
９４ フック
１００ キャビティ
１０１ マルチキャビティ（複数のキャビティ１００の集合）
１０３ 正圧面側前縁キャビティ（第１キャビティ）
１０４ 負圧面側前縁キャビティ（第２キャビティ）
１０５ 負圧面側中間キャビティ（第３キャビティ）
１０６ 正圧面側中間キャビティ（第４キャビティ）
１０６ａ 第１中間キャビティ（第４キャビティ）
１０６ｂ 第２中間キャビティ（第４キャビティ）
１０６ｃ 第３中間キャビティ（第４キャビティ）
１０７ 正圧面側後縁キャビティ（第４キャビティ）
１０８ 外側キャビティ
１０９ 内側キャビティ
１１０ 衝突板
１１０ａ 第１衝突板
１１０ｂ 第２衝突板
１１０ｃ 第３衝突板
１１０ｄ 第４衝突板
１１０ｅ 第５衝突板
１１０ｆ 第６衝突板
１１０ｇ 第７衝突板
１１１ 貫通孔
１２０ 冷却孔
１２１ 冷却孔列
１２２ 入口開口
１２３ 出口開口
１２４ 負圧面側後縁キャビティ
Ｇ 燃焼ガス
ＣＬ コード方向線
ＦＬ 冷却孔中心線
ＯＬ 開口中心線
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 配列ピッチ
ＬＬ、ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４、ＬＬ５ 間隔
ＩＢＬ、ＩＢＬ１ 等圧線
Ｘ１ａ 起点
Ｘ１ｂ 終点
ＤＰＡ、ＤＰＡ１、ＤＰＡ２、ＤＰＡ３、ＤＰＡ４、ＤＰＡ５ 差圧（貫通孔）
ＤＰＧ、ＤＰＧ１、ＤＰＧ２、ＤＰＧ３、ＤＰＧ４、ＤＰＧ５ 差圧（冷却孔）
ＡＰ１ 外側キャビティ圧力
ＡＰ２ 内側キャビティ内圧
ＧＰ 燃焼ガス圧力
ｈ 取り付け高さ
【要約】 （修正有）
【課題】シュラウドを複数のキャビティに区分けしてマルチキャビティ化したシュラウド冷却構造の適正化を図った静翼を提供する。【解決手段】タービン静翼２４は、翼体４０と、翼体の翼高さ方向の端部に形成されたシュラウド６０ａとを備えるタービン静翼であって、シュラウドは複数のキャビティ１００を形成する複数の仕切リブ９０と、外側キャビティ１０８と内側キャビティ１０９とを連通する複数の貫通孔１１１を備えた衝突板１１０とを備え、第４キャビティ１０６，１０７の衝突板の貫通孔の開口密度は、第１キャビティ１０３の衝突板の貫通孔の開口密度より小さい。
【選択図】図３