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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】
(24)【登録日】2024-12-19
(45)【発行日】2024-12-27
(54)【発明の名称】動翼、及びこれを備えているガスタービン
(51)【国際特許分類】
F01D 5/18 20060101AFI20241220BHJP
F01D 25/12 20060101ALI20241220BHJP
F02C 7/18 20060101ALI20241220BHJP
【ＦＩ】
F01D5/18
F01D25/12 E
F02C7/18 A
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2024154077
(22)【出願日】2024-09-06
【審査請求日】2024-10-28
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】林 卓哉
(72)【発明者】
【氏名】辻 良史
(72)【発明者】
【氏名】大友 宏之
(72)【発明者】
【氏名】森本 一毅
【審査官】家喜 健太
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２３－１８３１１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１０５６６２８３（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許第８４４４３８６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】中国特許出願公開第１１２９４３３８０（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３２１２５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－４３１１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－９０５１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２０３３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ ５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
断面が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向に延びる翼体と、前記翼高さ方向におけるチップ側とハブ側とうち、前記翼体の前記ハブ側の端に設けられているプラットフォームと、
前記プラットフォームの前記ハブ側に設けられている翼根と、
前記翼根、前記プラットフォーム及び前記翼体にかけて形成され、冷却空気が流通可能な冷却空気通路と、
を備え、
前記翼体は、前記翼高さ方向に対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面と、前記翼高さ方向における前記チップ側を向くチップ面と、を有し、
前記翼面は、前記翼高さ方向に延びる前縁及び後縁と、前記翼高さ方向に延びて前記前縁から前記後縁にまで広がっている正圧面及び負圧面と、を有し、
前記冷却空気通路は、
少なくとも前記翼根内に形成されている導入通路と、
少なくとも前記翼体内に形成されている翼体通路と、
前記チップ面で開口している出口を有し、前記出口から冷却空気を噴出可能な複数のチップ噴出孔と、を有し、
前記導入通路は、第一導入通路部及び第二導入通路部を有し、
前記第一導入通路部及び前記第二導入通路部は、いずれも、前記翼根の表面で開口している入口を有し、前記入口から冷却空気が流入可能であり、
前記翼体通路は、前記翼高さ方向に延び、前記翼体のキャンバーラインに沿って、前記前縁の側から前記後縁の側に並んでいる六つの翼体通路部と、前記六つの翼体通路部中で互いに隣接している二つ翼体通路部を連通させる連通部と、を有し、
前記六つの翼体通路部は、最も前記前縁の側の第一翼体通路部と、前記第一翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第一翼体通路部に隣接している第二翼体通路部と、前記第二翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第二翼体通路部に隣接している第三翼体通路部と、前記第三翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第三翼体通路部に隣接している第四翼体通路部と、前記第四翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第四翼体通路部に隣接している第五翼体通路部と、最も前記後縁の側に位置して、前記第五翼体通路部に隣接している第六翼体通路部と、を有し、
前記連通部は、
前記第一翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第二翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる１－２ハブ側連通部と、
前記第二翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第三翼体通路部の前記チップ側の部分と、を連通させる２－３チップ側連通部と、
前記第四翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第五翼体通路部の前記チップ側の部分と、連通させる４－５チップ側連通部と、
前記第五翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第六翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる５－６ハブ側連通部と、
を有し、
前記第一導入通路部は、前記第三翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通し、前記第二導入通路部は、前記第四翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通し、
前記チップ面は、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第二翼体通路部、前記２－３チップ側連通部、及び前記第三翼体通路部が存在する２－３領域と、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第四翼体通路部、前記４－５チップ側連通部、及び前記第五翼体通路部が存在する４－５領域と、を有し、
前記複数のチップ噴出孔のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記２－３領域で開口し、
前記複数のチップ噴出孔のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記４－５領域で開口し、
前記４－５領域における単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の数である面積密度は、前記２－３領域における単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の数である面積密度よりも高い、
動翼。
【請求項2】
請求項１に記載の動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の２倍以上である、
動翼。
【請求項3】
請求項２に記載の動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の１０倍以下である、
動翼。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼において、前記複数のチップ噴出孔毎の前記出口は、前記キャンバーラインに沿って、前記前縁の側から前記後縁の側に並び、
前記キャンバーラインの単位長さあたりの前記複数のチップ噴出孔における前記出口の数を線密度とすると、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記線密度よりも高い、
動翼。
【請求項5】
請求項４に記載の動翼において、前記４－５領域における前記キャンバーラインに沿った方向の長さは、前記２－３領域における前記キャンバーラインに沿った方向の長さよりも長い、
動翼。
【請求項6】
請求項４に記載の動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記線密度の１．５倍以上である、
動翼。
【請求項7】
請求項６に記載の動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記線密度の２．５倍以下である、
動翼。
【請求項8】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼において、前記複数のチップ噴出孔のうち、少なくとも前記複数の４－５領域噴出孔は、前記チップ側に向かうに連れて次第に前記後縁の側に近づくよう、前記チップ面に対して傾斜している、
動翼。
【請求項9】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼において、前記冷却空気通路は、前記正圧面と前記チップ面との境部である正圧側角部で開口している出口を有し、前記前縁の側から前記後縁の側に並んで、前記翼体通路からの冷却空気を前記正圧側角部の前記出口から噴出可能な複数の正圧側角部噴出孔を有する、
動翼。
【請求項10】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼において、前記冷却空気通路は、前記負圧面と前記チップ面との境部である負圧側角部で開口している出口を有し、前記前縁の側から前記後縁の側に並んで、前記翼体通路からの冷却空気を前記負圧側角部の前記出口から噴出可能な複数の負圧側角部噴出孔を有する、
動翼。
【請求項11】
請求項１から３のいずれか一項に記載の動翼を複数備えると共に、軸線を中心として回転可能で、複数の前記動翼が前記軸線に対する周方向に並んで取り付けられているロータ軸と、
複数の前記動翼及び前記ロータ軸の外周側を覆うタービンケーシングと、
を備え、
前記動翼は、前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になり、前記チップ側が前記軸線に対する径方向外側になるよう、前記ロータ軸に取り付けられている、
ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動翼、及びこれを備えているガスタービンに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動するタービンと、を備える。タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、このロータを覆うタービンケーシングと、複数の静翼列と、を備える。タービンロータは、軸線を中心とするロータ軸と、ロータ軸に取り付けられている複数の動翼列と、を有する。複数の動翼列は、軸線が延びる軸線方向に並んでいる。各動翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の動翼を有する。複数の静翼列は、軸線方向に並んで、タービンケーシングの内周側に取り付けられている。複数の静翼列のそれぞれは、複数の動翼列のうちのいずれか一の動翼列の軸線上流側に配置されている。各静翼列は、いずれも、軸線に対する周方向に並ぶ複数の静翼を有する。
【0003】
動翼は、一般的に、翼体と、プラットフォームと、翼根と、を有する。翼体は、軸線に対する径方向に垂直な断面が翼形を成し、径方向に延びている。プラットフォームは、翼体の径方向内側に端に設けられている。翼根は、プラットフォームの径方向内側に設けられている。この翼根は、動翼をロータ軸に取り付ける部分である。
【0004】
ガスタービンの動翼は、高温の燃焼ガスに晒される。このため、動翼は、一般的に、空気等で冷却される。
【0005】
例えば、以下の特許文献１に記載の動翼は、静翼の翼体には、冷却空気が流通可能な冷却空気通路が形成されている。翼根の表面で開口して冷却空気が流入可能な導入通路と、翼体内に形成され、導入通路からの冷却空気が流通可能な翼体通路と、を有する。導入通路は、少なくとも翼根内で、翼高さ方向に延び、前縁の側から後縁の側に並んでいる二つの導入通路部を有する。翼体通路は、翼体内で、翼高さ方向に延び、翼体のキャンバーラインに沿って、前縁の側から前記後縁の側に並んでいる複数の翼体通路部と、を有する。
【0006】
複数の翼体通路部は、第一翼体通路部と、第二翼体通路部と、第三翼体通路部と、第四翼体通路部と、第五翼体通路部と、第六翼体通路部と、を有する。第一翼体通路部、第二翼体通路部、第三翼体通路部、第四翼体通路部、第五翼体通路部、及び第六翼体通路部は、以上の順で、前縁の側から後縁の側に並んでいる。
【0007】
六つの翼体通路部のうちで最も前縁の側の第一翼体通路部のハブ側の部分と、この第一翼体通路部に隣接している第二翼体通路部のハブ側の部分とは、互いに連通している。第二翼体通路部のチップ側の部分と、この第二翼体通路部に隣接している第三翼体通路部のチップ側の部分とは、互いに連通している。第三翼体通路部に隣接している第四翼体通路部のチップ側の部分と、この第四翼体通路部に隣接している第五翼体通路部のチップ側の部分とは、互いに連通している。第五翼体通路部のハブ側の部分と、六つの翼体通路部のうちで最も後縁の側に位置して、第五翼体通路に隣接している第六翼体通路部のハブ側の部分とは、互いに連通している。
【0008】
二つの導入通路部のうち、前縁の側の第一導入通路部は、第三翼体通路のハブ側の部分に連通し、後縁の側の第二導入通路部は、第四翼体通路部のハブ側の部分に連通している。
【0009】
第一導入通路部内に流入した冷却空気は、第三翼体通路部、第二翼体通路部、第一翼体通路部を流れて、翼体の前縁から噴出される。第二導入通路部内に流入した冷却空気は、第四翼体通路部、第五翼体通路部、第六翼体通路部を流れて、翼体の後縁から噴出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１４－００１６３３号公報 （図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上記特許文献１に記載の動翼では、前述したように、第一導入通路部に流入した冷却空気は、第三翼体通路部、第二翼体通路部、第一翼体通路部を流れてから、翼体の前縁から噴出される。また、この動翼では、前述したように、第二導入通路部に流入した冷却空気は、第四翼体通路部、第五翼体通路部、第六翼体通路部を流れてから、翼体の後縁から噴出される。このため、上記特許文献１に記載の動翼では、冷却空気の量を抑えつつも、動翼を冷却することができる。
【0012】
ところで、高温の燃焼ガスに晒されるガスタービンの動翼には、冷却空気の使用量を抑えつつも、耐久性を高めることが求められる。
【0013】
そこで、本開示は、冷却空気の使用量を抑えつつも、耐久性を高めることができる動翼、及びこの動翼を備え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】
【0014】
前記目的を達成するための発明に係る一態様の動翼は、
断面が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向に延びる翼体と、
前記翼高さ方向におけるチップ側とハブ側とうち、前記翼体の前記ハブ側の端に設けられているプラットフォームと、前記プラットフォームの前記ハブ側に設けられている翼根と、前記翼根、前記プラットフォーム及び前記翼体にかけて形成され、冷却空気が流通可能な冷却空気通路と、を備える。
前記翼体は、前記翼高さ方向に対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面と、前記翼高さ方向における前記チップ側を向くチップ面と、を有する。前記翼面は、前記翼高さ方向に延びる前縁及び後縁と、前記翼高さ方向に延びて前記前縁から前記後縁にまで広がっている正圧面及び負圧面と、を有する。
前記冷却空気通路は、少なくとも前記翼根内に形成されている導入通路と、少なくとも前記翼体内に形成されている翼体通路と、前記チップ面で開口している出口を有し、前記出口から冷却空気を噴出可能な複数のチップ噴出孔と、を有する。
前記導入通路は、第一導入通路部及び第二導入通路部を有する。前記第一導入通路部及び前記第二導入通路部は、いずれも、前記翼根の表面で開口している入口を有し、前記入口から冷却空気が流入可能である。
前記翼体通路は、前記翼高さ方向に延び、前記翼体のキャンバーラインに沿って、前記前縁の側から前記後縁の側に並んでいる六つの翼体通路部と、前記六つの翼体通路部中で互いに隣接している二つ翼体通路部を連通させる連通部と、を有する。
前記六つの翼体通路部は、最も前記前縁の側の第一翼体通路部と、前記第一翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第一翼体通路部に隣接している第二翼体通路部と、前記第二翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第二翼体通路部に隣接している第三翼体通路部と、前記第三翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第三翼体通路部に隣接している第四翼体通路部と、前記第四翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第四翼体通路部に隣接している第五翼体通路部と、最も前記後縁の側に位置して、前記第五翼体通路部に隣接している第六翼体通路部と、を有する。
前記連通部は、前記第一翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第二翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる１－２ハブ側連通部と、前記第二翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第三翼体通路部の前記チップ側の部分と、を連通させる２－３チップ側連通部と、前記第四翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第五翼体通路部の前記チップ側の部分と、連通させる４－５チップ側連通部と、前記第五翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第六翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる５－６ハブ側連通部と、を有する。
前記第一導入通路部は、前記第三翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通し、前記第二導入通路部は、前記第四翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通する。前記チップ面は、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第二翼体通路部、前記２－３チップ側連通部、及び前記第三翼体通路部が存在する２－３領域と、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第四翼体通路部、前記４－５チップ側連通部、及び前記第五翼体通路部が存在する４－５領域と、を有する。
前記複数のチップ噴出孔のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記２－３領域で開口する。 前記複数のチップ噴出孔のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記４－５領域で開口する。
前記４－５領域における単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の数である面積密度は、前記２－３領域における単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の数である面積密度よりも高い。
断面が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向に延びる翼体と、
前記翼高さ方向におけるチップ側とハブ側とうち、前記翼体の前記ハブ側の端に設けられているプラットフォームと、前記プラットフォームの前記ハブ側に設けられている翼根と、前記翼根、前記プラットフォーム及び前記翼体にかけて形成され、冷却空気が流通可能な冷却空気通路と、を備える。
前記翼体は、前記翼高さ方向に対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面と、前記翼高さ方向における前記チップ側を向くチップ面と、を有する。前記翼面は、前記翼高さ方向に延びる前縁及び後縁と、前記翼高さ方向に延びて前記前縁から前記後縁にまで広がっている正圧面及び負圧面と、を有する。
前記冷却空気通路は、少なくとも前記翼根内に形成されている導入通路と、少なくとも前記翼体内に形成されている翼体通路と、前記チップ面で開口している出口を有し、前記出口から冷却空気を噴出可能な複数のチップ噴出孔と、を有する。
前記導入通路は、第一導入通路部及び第二導入通路部を有する。前記第一導入通路部及び前記第二導入通路部は、いずれも、前記翼根の表面で開口している入口を有し、前記入口から冷却空気が流入可能である。
前記翼体通路は、前記翼高さ方向に延び、前記翼体のキャンバーラインに沿って、前記前縁の側から前記後縁の側に並んでいる六つの翼体通路部と、前記六つの翼体通路部中で互いに隣接している二つ翼体通路部を連通させる連通部と、を有する。
前記六つの翼体通路部は、最も前記前縁の側の第一翼体通路部と、前記第一翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第一翼体通路部に隣接している第二翼体通路部と、前記第二翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第二翼体通路部に隣接している第三翼体通路部と、前記第三翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第三翼体通路部に隣接している第四翼体通路部と、前記第四翼体通路部よりも前記後縁の側に位置して前記第四翼体通路部に隣接している第五翼体通路部と、最も前記後縁の側に位置して、前記第五翼体通路部に隣接している第六翼体通路部と、を有する。
前記連通部は、前記第一翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第二翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる１－２ハブ側連通部と、前記第二翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第三翼体通路部の前記チップ側の部分と、を連通させる２－３チップ側連通部と、前記第四翼体通路部の前記チップ側の部分と、前記第五翼体通路部の前記チップ側の部分と、連通させる４－５チップ側連通部と、前記第五翼体通路部の前記ハブ側の部分と、前記第六翼体通路部の前記ハブ側の部分と、を連通させる５－６ハブ側連通部と、を有する。
前記第一導入通路部は、前記第三翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通し、前記第二導入通路部は、前記第四翼体通路部の前記ハブ側の部分に連通する。前記チップ面は、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第二翼体通路部、前記２－３チップ側連通部、及び前記第三翼体通路部が存在する２－３領域と、前記チップ面よりも前記ハブ側に、前記第四翼体通路部、前記４－５チップ側連通部、及び前記第五翼体通路部が存在する４－５領域と、を有する。
前記複数のチップ噴出孔のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記２－３領域で開口する。 前記複数のチップ噴出孔のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔は、前記出口が前記チップ面中の前記４－５領域で開口する。
前記４－５領域における単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の数である面積密度は、前記２－３領域における単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の数である面積密度よりも高い。
【0015】
本態様における動翼では、第一導入通路部に流入した冷却空気は、第三翼体通路部、２－３チップ側連通部、第二翼体通路部、１－２ハブ側連通部、第一翼体通路部を流れ、これら通路部及び連通部を流れる過程で、これら通路部周り及び連通部周りを対流冷却する。本態様における動翼では、第二導入通路部に流入した冷却空気は、第四翼体通路部、４－５チップ側連通部、第五翼体通路部、５－６ハブ側連通部、第六翼体通路部を流れ、これら通路部及び連通部を流れる過程で、これら通路部周り及び連通部周りを対流冷却する。このため、本態様における動翼では、冷却空気の量を抑えつつも、動翼を冷却することができる。
【0016】
前縁の側から翼体に向かってきた燃焼ガスの一部は、この翼体の正圧面に沿って後縁の側に流れ、他の一部は、この翼体の負圧面に沿って後縁の側に流れる。翼体を基準にして、正圧面側の燃焼ガスの圧力は、負圧面側の燃焼ガスの圧力より高い。翼体には、この燃焼ガスの圧力差により、周方向の力が作用する。翼体のチップ面とタービンケーシングとの間には、隙間がある。前述したように、翼体を基準にして、正圧面側の燃焼ガスの圧力は、負圧面側の燃焼ガスの圧力より高いため、正圧面側の燃焼ガスの一部は、チップ面とタービンケーシングとの間の隙間に流入した後、負圧面の側に流出する。よって、翼体のチップ面も高温の燃焼ガスに晒される。
【0017】
本態様における動翼は、複数のチップ噴出孔を有する。複数のチップ噴出孔には、翼体通路を流れる冷却空気の一部が流入する。この冷却空気は、チップ噴出孔を流れる過程で、チップ噴出孔周りを対流冷却する。複数のチップ噴出孔を流れた冷却空気は、チップ面で開口しているチップ噴出孔の出口から噴出する。複数のチップ噴出孔から噴出した冷却空気は、チップ面をフィルム冷却する。
【0018】
よって、本態様では、燃焼ガスによるチップ面の熱損傷を抑えることができ、動翼の耐久性を高めることができる。
【0019】
前述したように、翼体を基準にして、正圧面側の燃焼ガスと負圧面側の燃焼ガスとの間には圧力差がある。この圧力差は、翼体の前縁から後縁の側に向かうに連れて、次第に大きくなってから次第に小さくなる。この圧力差が最大になる位置は、翼体中で第四翼体通路部及び４－５チップ側連通部が存在する領域内である。このため、翼体中で、第四翼体通路部、４－５チップ側連通部、第五翼体通路部が存在する領域での圧力差は、翼体中で、第三翼体通路部、２－３チップ側連通部、及び第二翼体通路部が存在する領域の圧力差よりも大きくなる。この場合、チップ面中の４－５領域を通過する燃焼ガスの流速は、チップ面中の２－３領域を通過する燃焼ガスの流速より高くなる。燃焼ガスの流速が高いと、燃焼ガスと翼体との間の熱伝達率が高まるため、チップ面中の４－５領域と燃焼ガスとの間の熱伝達率は、チップ面中の２－３領域と燃焼ガスとの間の熱伝達率よりも高くなる。
【0020】
本態様では、チップ面中で熱伝達率が低い２－３領域で開口している２－３領域噴出孔の出口の面積密度を低くする一方で、チップ面中で熱伝達率が高い４－５領域で開口している４－５領域噴出孔の出口の面積密度を高くしている。この結果、本態様では、チップ面中で相対的に加熱されにくい２－３領域の出口から噴出する冷却空気の量が抑えられ、チップ面中で相対的に加熱され易い４－５領域に対する冷却性能が高まる。よって、本実施形態では、冷却空気の使用量を抑えつつも、動翼の耐久性を高めることができる。
【0021】
前記目的を達成するための発明に係る一態様のガスタービンは、
前記態様における動翼を複数備えると共に、軸線を中心として回転可能で、複数の前記動翼が前記軸線に対する周方向に並んで取り付けられているロータ軸と、複数の前記動翼及び前記ロータ軸の外周側を覆うタービンケーシングと、を備える。前記動翼は、前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になり、前記チップ側が前記軸線に対する径方向外側になるよう、前記ロータ軸に取り付けられている。
前記態様における動翼を複数備えると共に、軸線を中心として回転可能で、複数の前記動翼が前記軸線に対する周方向に並んで取り付けられているロータ軸と、複数の前記動翼及び前記ロータ軸の外周側を覆うタービンケーシングと、を備える。前記動翼は、前記翼高さ方向が前記軸線に対する径方向になり、前記チップ側が前記軸線に対する径方向外側になるよう、前記ロータ軸に取り付けられている。
【発明の効果】
【0022】
本開示の一態様によれば、冷却空気の使用量を抑えつつも、動翼の耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本開示に係る一実施形態におけるガスタービンの模式的な断面図である。
【図2】本開示に係る一実施形態における動翼の斜視図である。
【図7】本開示に係る一実施形態の第一変形例における動翼の要部断面図である。
【図8】本開示に係る一実施形態の第二変形例における動翼を径方向外側から見た図である。
【図9】本開示に係る一実施形態の第三変形例における動翼を径方向外側から見たである。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本開示の動翼、及びこの動翼を備えるガスタービンの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
「ガスタービンの実施形態」
ガスタービンの実施形態について、図１を参照して説明する。
ガスタービンの実施形態について、図１を参照して説明する。
【0026】
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１０は、空気Ａを圧縮する圧縮機２０と、圧縮機２０で圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスＧを生成する燃焼器３０と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン４０と、を備えている。
【0027】
圧縮機２０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２１と、圧縮機ロータ２１を覆う圧縮機ケーシング２５と、複数の静翼列２６と、を有する。タービン４０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４１と、タービンロータ４１を覆うタービンケーシング４５と、複数の静翼列４６と、を有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａ、この軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。また、軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、その反対側を軸線下流側Ｄａｄとする。また、径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側Ｄｒｉ、その反対側を径方向外側Ｄｒｏとする。
【0028】
圧縮機２０は、タービン４０に対して軸線上流側Ｄａｕに配置されている。
【0029】
圧縮機ロータ２１とタービンロータ４１とは、同一軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ１１を成す。このガスタービンロータ１１には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。ガスタービン１０は、さらに、中間ケーシング１４を備える。この中間ケーシング１４は、軸線方向Ｄａで、圧縮機ケーシング２５とタービンケーシング４５との間に配置されている。圧縮機ケーシング２５と中間ケーシング１４とタービンケーシング４５とは、互いに接続されてガスタービンケーシング１５を成す。
【0030】
圧縮機ロータ２１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸２２と、このロータ軸２２に取り付けられている複数の動翼列２３と、を有する。複数の動翼列２３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列２３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列２３の各軸線下流側Ｄａｄには、複数の静翼列２６のうちのいずれか一の静翼列２６が配置されている。各静翼列２６は、圧縮機ケーシング２５の内側に設けられている。各静翼列２６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。
【0031】
タービンロータ４１は、軸線Ａｒを中心として軸線方向Ｄａに延びるロータ軸４２と、このロータ軸４２に取り付けられている複数の動翼列４３と、を有する。複数の動翼列４３は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各動翼列４３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成されている。複数の動翼列の各軸線上流側Ｄａｕには、複数の静翼列４６のうちのいずれか一の静翼列４６が配置されている。各静翼列４６は、タービンケーシング４５の内側に設けられている。各静翼列４６は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成されている。
【0032】
燃焼器３０は、中間ケーシング１４に取り付けられている。
【0033】
圧縮機２０は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する。この圧縮空気は、燃焼器３０内に流入する。燃焼器３０には、燃料Ｆが供給される。燃焼器３０内では、圧縮空気中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスＧが生成される。この燃焼ガスＧは、燃焼器３０からタービンケーシング４５内の環状の燃焼ガス流路４９に送られる。燃焼ガスＧは、燃焼ガス流路４９内を軸線下流側Ｄａｄへ流れる過程で、タービンロータ４１を回転させる。このタービンロータ４１の回転で、ガスタービンロータ１１に接続されている発電機ＧＥＮのロータが回転する。この結果、発電機ＧＥＮは発電する。
【0034】
以下、タービン４０の動翼列４３を構成する動翼に関する実施形態、及びその変形例について説明する。
【0035】
【0036】
【0037】
翼体５１は、断面が翼形を成し、断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向に延びている。この翼体５１は、翼高さ方向に対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面５２と、翼高さ方向におけるチップ側とハブ側とのうち、チップ側を向くチップ面５５と、を有する。翼面５２は、翼高さ方向に延びる前縁５３ｆ及び後縁５３ｂと、前縁５３ｆから後縁５３ｂにまで広がっている正圧面５４ｐ及び負圧面５４ｎと、を有する。正圧面５４ｐと負圧面５４ｎとは、互に背合わせの関係である。正圧面５４ｐは、凹曲面であり、負圧面５４ｎは凸曲面である。
【0038】
この動翼５０を前述のロータ軸４２に取り付けると、図１を用いて前述した燃焼ガス流路４９内に翼体５１が存在することになる。このため、本実施形態における動翼５０は、翼体５１を冷却するため、冷却空気Ａｃが流れる冷却空気通路６０を備える。
【0039】
この動翼５０を前述のロータ軸４２に取り付けると、前述の翼高さ方向が径方向Ｄｒになり、チップ側が径方向外側Ｄｒｏになり、ハブ側が径方向内側Ｄｒｉになる。また、後縁５３ｂに対して前縁５３ｆが存在する前側が軸線上流側Ｄａｕになり、前縁５３ｆに対して後縁５３ｂが存在する後側が軸線下流側Ｄａｄになる。さらに、正圧面５４ｐと負圧面５４ｎとが並んでいる方向が周方向Ｄｃになる。そこで、以下では、翼高さ方向を翼高さ方向Ｄｒとして示し、チップ側をチップ側Ｄｒｏとして示し、ハブ側をハブ側Ｄｒｉとして示す。また、後縁５３ｂに対して前縁５３ｆが存在する前側を前側Ｄａｕとして示し、前縁５３ｆに対して後縁５３ｂが存在する後側を後側Ｄａｄとして示す。
【0040】
プラットフォーム５８は、翼体５１のハブ側Ｄｒｉに設けられている。このプラットフォーム５８は、翼高さ方向Ｄｒに垂直な方向の方向成分を含む方向に広がる四角板状の部材（図４参照）である。
【0041】
翼根５９は、プラットフォーム５８のハブ側Ｄｒｉに設けられている。この翼根５９は、動翼５０をロータ軸４２に取り付けるための部分である。この翼根５９は、断面形状がクリスマスツリー形状を成している。
【0042】
冷却空気通路６０は、翼根５９、プラットフォーム５８及び翼体５１にかけて形成され、冷却空気Ａｃが流通可能な通路である。この冷却空気通路６０は、導入通路６１と、翼体通路６３と、複数の前噴出孔６６と、複数の後噴出孔６７と、複数のチップ噴出孔６８と、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと、複数の負圧側角部噴出孔６９ｎと、を有する。
【0043】
導入通路６１は、図２及び図３に示すように、少なくとも翼根５９内で、翼高さ方向Ｄｒに延び、翼体５１のキャンバーラインＣＬに沿って並んでいる二つの導入通路部６２を有する。二つの導入通路部６２のうち、前側Ｄａｕの第一導入通路部６２ａ及び後側Ｄａｄの第二導入通路部６２ｂは、いずれも、翼根５９の底面５９ｂで開口している入口６２ｉを有し、この入口６２ｉから冷却空気Ａｃが流入可能である。なお、翼根５９の底面５９ｂとは、翼根５９中で、ハブ側Ｄｒｉを向き且つ最もハブ側Ｄｒｉに位置している面である。
【0044】
翼体通路６３は、翼体５１内で、翼高さ方向Ｄｒに延び、キャンバーラインＣＬに沿って、前側Ｄａｕから後側Ｄａｄに並んでいる六つの翼体通路部６４と、六つの翼体通路部６４中で互いに隣接している二つ翼体通路部６４を連通させる連通部６５と、を有する。ここで、六つの翼体通路部６４のうち、最も前側Ｄａｕの翼体通路部６４を第一翼体通路部６４ａとし、第一翼体通路部６４ａよりも後側Ｄａｄに位置して第一翼体通路部６４ａに隣接している翼体通路部６４を第二翼体通路部６４ｂとし、第二翼体通路部６４ｂよりも後側Ｄａｄに位置して第二翼体通路部６４ｂに隣接している翼体通路部６４を第三翼体通路部６４ｃとする。さらに、六つの翼体通路部６４のうち、第三翼体通路部６４ｃよりも後側Ｄａｄに位置して第三翼体通路部６４ｃに隣接している翼体通路部６４を第四翼体通路部６４ｄとし、第四翼体通路部６４ｄよりも後側Ｄａｄに位置して第四翼体通路部６４ｄに隣接している翼体通路部６４を第五翼体通路部６４ｅとし、最も後側Ｄａｄに位置して第五翼体通路部６４ｅに隣接している翼体通路部６４を第六翼体通路部６４ｆとする。
【0045】
連通部６５は、１－２ハブ側連通部６５ａと、２－３チップ側連通部６５ｃと、４－５チップ側連通部６５ｄと、５－６ハブ側連通部６５ｅと、を有する。１－２ハブ側連通部６５ａは、第一翼体通路部６４ａのハブ側Ｄｒｉの部分と、第二翼体通路部６４ｂのハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる。２－３チップ側連通部６５ｃは、第二翼体通路部６４ｂのチップ側Ｄｒｏの部分と、第三翼体通路部６４ｃのチップ側Ｄｒｏの部分と、を連通させる。４－５チップ側連通部６５ｄは、第四翼体通路部６４ｄのチップ側Ｄｒｏの部分と、第五翼体通路部６４ｅのチップ側Ｄｒｏの部分と連通させる。５－６ハブ側連通部６５ｅは、第五翼体通路部６４ｅのハブ側Ｄｒｉの部分と、第六翼体通路部６４ｆのハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる。
【0046】
第一導入通路部６２ａは、第三翼体通路部６４ｃのハブ側Ｄｒｉの部分に連通し、第二導入通路部６２ｂは、第四翼体通路部６４ｄのハブ側Ｄｒｉの部分に連通している。
【0047】
複数の前噴出孔６６は、いずれも、翼面５２中で前縁５３ｆ及びこの前縁５３ｆ近傍の領域で開口している出口を有し、第一翼体通路部６４ａを流れている冷却空気Ａｃの一部をこの出口から噴出可能である。複数の後噴出孔６７は、翼面５２中の後縁５３ｂで開口している出口を有し、第六翼体通路部６４ｆを流れている冷却空気Ａｃの一部をこの出口から噴出可能である。
【0048】
複数のチップ噴出孔６８は、図２～図６に示すように、いずれも、チップ面５５で開口している出口６８ｏ（図２参照）を有し、翼体通路６３からの冷却空気Ａｃをこの出口６８ｏから噴出可能である。複数のチップ噴出孔６８毎の出口６８ｏは、キャンバーラインＣＬに沿って、前側Ｄａｕから後側Ｄａｄに並んでいる。
【0049】
複数の正圧側角部噴出孔６９ｐは、図２、図４～図５に示すように、いずれも、正圧面５４ｐとチップ面５５との境部である正圧側角部５６ｐで開口している出口を有し、翼体通路６３からの冷却空気Ａｃをこの出口から噴出可能である。複数の正圧側角部噴出孔６９ｐ毎の出口は、正圧側角部５６ｐで、前側Ｄａｕから後側Ｄａｄに並んでいる。複数の負圧側角部噴出孔６９ｎは、いずれも、負圧面５４ｎとチップ面５５との境部である負圧側角部５６ｎで開口している出口を有し、翼体通路６３からの冷却空気Ａｃをこの出口から噴出可能である。複数の負圧側角部噴出孔６９ｎ毎の出口は、負圧側角部５６ｎで、前側Ｄａｕから後側Ｄａｄに並んでいる。
【0050】
ここで、チップ面５５のうち、チップ面５５よりもハブ側Ｄｒｉに、第一翼体通路部６４ａが存在する領域を１領域５５ａとする。また、チップ面５５のうち、チップ面５５よりもハブ側Ｄｒｉに、第二翼体通路部６４ｂ、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第三翼体通路部６４ｃが存在する領域を２－３領域５５ｃとする。チップ面５５のうち、チップ面５５よりもハブ側Ｄｒｉに、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、及び第五翼体通路部６４ｅが存在する領域を４－５領域５５ｄとする。また、チップ面５５のうち、チップ面５５よりもハブ側Ｄｒｉに、第六翼体通路部６４ｆが存在する領域を６領域５５ｆとする。また、キャンバーラインＣＬの単位長さ当たりのチップ噴出孔６８における出口６８ｏの数を線密度とする。本実施形態では、４－５領域５５ｄにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さは、２－３領域５５ｃにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さよりも長い。
【0051】
複数のチップ噴出孔６８のうちの一部の１領域噴出孔６８ａの出口６８ｏは、チップ面５５中の１領域５５ａで開口している。１領域噴出孔６８ａは、第一翼体通路部６４ａを流れてきた冷却空気Ａｃをこの出口６８ｏから噴出可能である。複数のチップ噴出孔６８のうちの他の一部の複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏは、チップ面５５中の２－３領域５５ｃで開口している。複数の２－３領域噴出孔６８ｃは、第三翼体通路部６４ｃ、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第二翼体通路部６４ｂにかけて流れる冷却空気Ａｃの一部を、この出口６８ｏから噴出可能である。複数のチップ噴出孔６８のうちのさらに他の一部の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏは、チップ面５５中の４－５領域５５ｄで開口している。複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、及び第五翼体通路部６４ｅにかけて流れる冷却空気Ａｃの一部を、この出口６８ｏから噴出可能である。
【0052】
４－５領域噴出孔６８ｄにおける出口６８ｏの線密度は、２－３領域噴出孔６８ｃにおける出口６８ｏの線密度よりも高い。具体的に、４－５領域噴出孔６８ｄにおける出口６８ｏの線密度は、２－３領域噴出孔６８ｃにおける出口６８ｏの線密度の１．５倍以上で、２．５倍以下である。例えば、４－５領域噴出孔６８ｄにおける出口６８ｏの線密度は、２－３領域噴出孔６８ｃにおける出口６８ｏの線密度の２倍である。
【0053】
また、４－５領域５５ｄにおける単位面積当たりの複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの数である面積密度は、２－３領域５５ｃにおける単位面積当たりの複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの数である面積密度よりも高い。具体的に、４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの面積密度は、２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの面積密度２倍以上で、１０倍以下である。例えば、４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの面積密度は、２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの面積密度５倍である。
【0054】
第一導入通路部６２ａに流入した冷却空気Ａｃは、第三翼体通路部６４ｃに流入する。この冷却空気Ａｃは、第三翼体通路部６４ｃをチップ側Ｄｒｏに流れ、この過程で、第三翼体通路部６４ｃ周りを対流冷却する。第三翼体通路部６４ｃを流れた冷却空気Ａｃは、２－３チップ側連通部６５ｃに流入する。この冷却空気Ａｃは、２－３チップ側連通部６５ｃを前側Ｄａｕに流れ、この過程で、２－３チップ側連通部６５ｃ周りを対流冷却する。２－３チップ側連通部６５ｃを流れた冷却空気Ａｃは、第二翼体通路部６４ｂに流入する。この冷却空気Ａｃは、第二翼体通路部６４ｂをハブ側Ｄｒｉに流れ、この過程で、第二翼体通路部６４ｂ周りを対流冷却する。第二翼体通路部６４ｂを流れた冷却空気Ａｃは、１－２ハブ側連通部６５ａに流入する。この冷却空気Ａｃは、１－２ハブ側連通部６５ａを前側Ｄａｕに流れ、この過程で、１－２ハブ側連通部６５ａ周りを対流冷却する。１－２ハブ側連通部６５ａを流れた冷却空気Ａｃは、第一翼体通路部６４ａに流入する。この冷却空気Ａｃは、第一翼体通路部６４ａをチップ側Ｄｒｏに流れ、この過程で、第一翼体通路部６４ａ周りを対流冷却する。第一翼体通路部６４ａを流れる冷却空気Ａｃの一部は、複数の前噴出孔６６に流入する。この冷却空気Ａｃは、複数の前噴出孔６６を流れ、この過程で、複数の前噴出孔６６周りを対流冷却する。複数の前噴出孔６６を流れた冷却空気Ａｃは、複数の前噴出孔６６の出口から噴出する。複数の前噴出孔６６から噴出した冷却空気Ａｃは、翼面５２中の前縁５３ｆ周りをフィルム冷却する。
【0055】
第二導入通路部６２ｂに流入した冷却空気Ａｃは、第四翼体通路部６４ｄに流入する。この冷却空気Ａｃは、第四翼体通路部６４ｄをチップ側Ｄｒｏに流れ、この過程で、第四翼体通路部６４ｄ周りを対流冷却する。第四翼体通路部６４ｄを流れた冷却空気Ａｃは、４－５チップ側連通部６５ｄに流入する。この冷却空気Ａｃは、４－５チップ側連通部６５ｄを後側Ｄａｄに流れ、この過程で、４－５チップ側連通部６５ｄ周りを対流冷却する。４－５チップ側連通部６５ｄを流れた冷却空気Ａｃは、第五翼体通路部６４ｅに流入する。この冷却空気Ａｃは、第五翼体通路部６４ｅをハブ側Ｄｒｉに流れ、この過程で、第五翼体通路部６４ｅ周りを対流冷却する。第五翼体通路部６４ｅを流れた冷却空気Ａｃは、５－６ハブ側連通部６５ｅに流入する。この冷却空気Ａｃは、５－６ハブ側連通部６５ｅを後側Ｄａｄに流れ、この過程で、５－６ハブ側連通部６５ｅ周りを対流冷却する。５－６ハブ側連通部６５ｅを流れた冷却空気Ａｃは、第六翼体通路部６４ｆに流入する。この冷却空気Ａｃは、第六翼体通路部６４ｆをチップ側Ｄｒｏに流れ、この過程で、第六翼体通路部６４ｆ周りを対流冷却する。第六翼体通路部６４ｆを流れる冷却空気Ａｃの一部は、複数の後噴出孔６７に流入する。この冷却空気Ａｃは、複数の後噴出孔６７を流れ、この過程で、複数の後噴出孔６７周りを対流冷却する。複数の後噴出孔６７を流れた冷却空気Ａｃは、複数の後噴出孔６７の出口から噴出する。複数の後噴出孔６７から噴出した冷却空気Ａｃは、翼面５２中の後縁５３ｂ周りをフィルム冷却する。
【0056】
以上のように、本実施形態における動翼５０では、前述したように、第一導入通路部６２ａに流入した冷却空気Ａｃは、第三翼体通路部６４ｃ、２－３チップ側連通部６５ｃ、第二翼体通路部６４ｂ、１－２ハブ側連通部６５ａ、第一翼体通路部６４ａを流れてから、翼体５１の前縁５３ｆから噴出される。また、この動翼５０では、前述したように、第二導入通路部６２ｂに流入した冷却空気Ａｃは、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、第五翼体通路部６４ｅ、５－６ハブ側連通部６５ｅ、第六翼体通路部６４ｆを流れてから、翼体５１の後縁５３ｂから噴出される。このため、本実施形態における動翼５０では、冷却空気Ａｃの量を抑えつつも、動翼５０を冷却することができる。
【0057】
ところで、図４に示すように、前側Ｄａｕから翼体５１に向かってきた燃焼ガスＧの一部は、この翼体５１の正圧面５４ｐに沿って後側Ｄａｄに流れ、他の一部は、この翼体５１の負圧面５４ｎに沿って後側Ｄａｄに流れる。翼体５１を基準にして、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの圧力は、負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧの圧力より高い。翼体５１には、この燃焼ガスＧの圧力差により、周方向Ｄｃの力が作用する。
【0058】
図５及び図６に示すように、翼体５１のチップ面５５とタービンケーシング４５との間には、隙間がある。前述したように、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの圧力は、負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧの圧力より高いため、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの一部は、チップ面５５とタービンケーシング４５との間の隙間に流入した後、負圧面５４ｎの側に流出する。このため、翼体５１のチップ面５５も高温の燃焼ガスＧに晒される。
【0059】
本実施形態における動翼５０は、複数のチップ噴出孔６８を有する。複数のチップ噴出孔６８には、翼体通路６３を流れる冷却空気Ａｃの一部が流入する。この冷却空気Ａｃは、チップ噴出孔６８を流れる過程で、チップ噴出孔６８周りを対流冷却する。複数のチップ噴出孔６８を流れた冷却空気Ａｃは、チップ面５５で開口しているチップ噴出孔６８の出口６８ｏから噴出する。複数のチップ噴出孔６８から噴出した冷却空気Ａｃは、チップ面５５をフィルム冷却する。
【0060】
よって、本実施形態では、燃焼ガスＧによるチップ面５５の熱損傷を抑えることができ、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0061】
前述したように、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの圧力は負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧの圧力より高く、翼体５１を基準にして、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧと負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧとの間には圧力差がある。この圧力差は、翼体５１の前縁５３ｆから後縁５３ｂの側に向かうに連れて、次第に大きくなってから次第に小さくなる。この圧力差が最大になる位置は、翼体５１中で第四翼体通路部６４ｄ及び４－５チップ側連通部６５ｄが存在する領域内である。このため、翼体５１中で、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、第五翼体通路部６４ｅが存在する領域での圧力差は、翼体５１中で、第三翼体通路部６４ｃ、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第二翼体通路部６４ｂが存在する領域の圧力差よりも大きくなる。この場合、チップ面５５中の４－５領域５５ｄを通過する燃焼ガスＧの流速は、チップ面５５中の２－３領域５５ｃを通過する燃焼ガスＧの流速より高くなる。燃焼ガスＧの流速が高いと、燃焼ガスＧと翼体５１との間の熱伝達率が高まるため、チップ面５５中の４－５領域５５ｄと燃焼ガスＧとの間の熱伝達率は、チップ面５５中の２－３領域５５ｃと燃焼ガスＧとの間の熱伝達率よりも高くなる。
【0062】
本実施形態では、チップ面５５中で熱伝達率が低い２－３領域５５ｃで開口している２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの線密度を低くする一方で、チップ面５５中で熱伝達率が高い４－５領域５５ｄで開口している４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの線密度を高くしている。この結果、本実施形態では、チップ面５５中で相対的に加熱されにくい２－３領域５５ｃの出口６８ｏから噴出する冷却空気Ａｃの量が抑えられ、チップ面５５中で相対的に加熱され易い４－５領域５５ｄに対する冷却性能が高まる。よって、本実施形態では、冷却空気Ａｃの使用量を抑えつつも、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0063】
正圧側角部５６ｐに沿った位置での燃焼ガスＧの流れ、及び負圧側角部５６ｎに沿った位置での燃焼ガスＧの流れは、乱れる。これは、正圧側角部５６ｐが、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧがチップ面５５とタービンケーシング４５との間の狭い隙間に流入する位置であり、負圧側角部５６ｎが、チップ面５５とタービンケーシング４５との間の狭い隙間から広い負圧面５４ｎ側の空間に流出する位置であるからである。燃焼ガスＧと翼体５１との間の熱伝達率は、燃焼ガスＧの流れが以上のように乱れる場所でも高くなる。本実施形態における動翼５０は、周りの領域よりも相対的に熱伝達率が高くなる正圧側角部５６ｐで開口している正圧側角部噴出孔６９ｐ、及び、周りの領域よりも相対的に熱伝達率が高くなる負圧側角部５６ｎで開口している負圧側角部噴出孔６９ｎを有する。このため、周りの領域よりも加熱され易い正圧側角部５６ｐ及び負圧側角部５６ｎの冷却性能を高めることができる。
【0064】
正圧面５４ｐと負圧面５４ｎとの間の間隔である翼幅は、翼体５１の前縁５３ｆから後縁５３ｂの側に向かうに連れて、次第に大きくなってから次第に小さくなる。この翼幅が最大になる位置は、前縁５３ｆの側に寄った位置で、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第二翼体通路部６４ｂが存在する領域内である。この関係で、４－５チップ側連通部６５ｄの翼幅方向における幅は、２－３チップ側連通部６５ｃの翼幅方向における幅よりも狭い。このため、４－５チップ側連通部６５ｄを流れる冷却空気Ａｃの流速は、２－３チップ側連通部６５ｃを流れる冷却空気Ａｃの流速よりも高くなり、４－５チップ側連通部６５ｄを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果は、２－３チップ側連通部６５ｃを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果よりも高くなる。本実施形態では、前述したように、チップ面５５中で４－５領域５５ｄにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さは、チップ面５５中で２－３領域５５ｃにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さよりも長い。しかしながら、本実施形態では、チップ面５５中で相対的に加熱されにくい２－３領域５５ｃに対する対流冷却効果よりも、チップ面５５中で相対的に加熱され易い４－５領域５５ｄに対する対流冷却効果が高い。よって、本実施形態では、この観点からも、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0065】
「動翼の第一変形例」
図７に示すように、複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、チップ側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に後縁５３ｂの側に近づくよう、チップ面５５に対して傾斜してもよい。この場合、複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さが、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さよりも長くなる。また、複数の４－５領域噴出孔６８ｄのチップ面５５に対する投影面積が、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの投影面積よりも広くなる。このため、この変形例では、チップ面５５中の広い領域にわたって、複数の４－５領域噴出孔６８ｄを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果を作用させることができる。
図７に示すように、複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、チップ側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に後縁５３ｂの側に近づくよう、チップ面５５に対して傾斜してもよい。この場合、複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さが、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さよりも長くなる。また、複数の４－５領域噴出孔６８ｄのチップ面５５に対する投影面積が、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの投影面積よりも広くなる。このため、この変形例では、チップ面５５中の広い領域にわたって、複数の４－５領域噴出孔６８ｄを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果を作用させることができる。
【0066】
なお、複数のチップ噴出孔６８の全てを、以上の変形例と同様に、チップ面５５に対して傾斜してもよい。
【0067】
「動翼の第二変形例及び第三変形例」
以上の実施形態における複数のチップ噴出孔６８の出口６８ｏは、全てキャンバーラインＣＬ上に位置している。しかしながら、複数のチップ噴出孔６８は、キャンバーラインＣＬ上に位置していなくてもよい。例えば、図８に示す第二変形例のように、２－３領域５５ｃにおける複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏのうち、いずれかの出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより正圧面５４ｐの側に位置し、他の出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。さらに、４－５領域５５ｄにおける複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏのうち、いずれかの出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより正圧面５４ｐの側に位置し、他の出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。また、例えば、図９に示す第三変形例のように、２－３領域５５ｃにおける複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏ、及び、４－５領域５５ｄにおける複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏのいずれもが、キャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。
以上の実施形態における複数のチップ噴出孔６８の出口６８ｏは、全てキャンバーラインＣＬ上に位置している。しかしながら、複数のチップ噴出孔６８は、キャンバーラインＣＬ上に位置していなくてもよい。例えば、図８に示す第二変形例のように、２－３領域５５ｃにおける複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏのうち、いずれかの出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより正圧面５４ｐの側に位置し、他の出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。さらに、４－５領域５５ｄにおける複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏのうち、いずれかの出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより正圧面５４ｐの側に位置し、他の出口６８ｏがキャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。また、例えば、図９に示す第三変形例のように、２－３領域５５ｃにおける複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏ、及び、４－５領域５５ｄにおける複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏのいずれもが、キャンバーラインＣＬより負圧面５４ｎの側に位置してもよい。
【0068】
なお、以上の第二変形例及び第三変形例においても、以上の実施形態と同様、４－５領域５５ｄにおける単位面積当たりの複数の４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの数である面積密度は、２－３領域５５ｃにおける単位面積当たりの複数の２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの数である面積密度よりも高い。具体的に、４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの面積密度は、２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの面積密度２倍以上で、１０倍以下である。
【0069】
「その他の変形例」
以上の実施形態における動翼５０は、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとの両方を有する。しかしながら、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとのうち、少なくとも一方を省略してもよい。複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとのうち、一方のみを省略する場合には、複数の負圧側角部噴出孔６９ｎを省略し、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐを残すことが好ましい。
以上の実施形態における動翼５０は、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとの両方を有する。しかしながら、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとのうち、少なくとも一方を省略してもよい。複数の正圧側角部噴出孔６９ｐと複数の負圧側角部噴出孔６９ｎとのうち、一方のみを省略する場合には、複数の負圧側角部噴出孔６９ｎを省略し、複数の正圧側角部噴出孔６９ｐを残すことが好ましい。
【0070】
本開示は、以上で説明した実施形態及び変形例に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲において、種々の追加、変更、置き換え、部分的削除等が可能である。
【0071】
「付記」
以上の実施形態及び変形例における動翼５０は、例えば、以下のように把握される。
以上の実施形態及び変形例における動翼５０は、例えば、以下のように把握される。
【0072】
（１）第一態様における動翼５０は、
断面が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向Ｄｒに延びる翼体５１と、前記翼高さ方向Ｄｒにおけるチップ側Ｄｒｏとハブ側Ｄｒｉとうち、前記翼体５１の前記ハブ側Ｄｒｉの端に設けられているプラットフォーム５８と、前記プラットフォーム５８の前記ハブ側Ｄｒｉに設けられている翼根５９と、前記翼根５９、前記プラットフォーム５８及び前記翼体５１にかけて形成され、冷却空気Ａｃが流通可能な冷却空気通路６０と、を備える。
前記翼体５１は、前記翼高さ方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面５２と、前記翼高さ方向Ｄｒにおける前記チップ側Ｄｒｏを向くチップ面５５と、を有する。前記翼面５２は、前記翼高さ方向Ｄｒに延びる前縁５３ｆ及び後縁５３ｂと、前記翼高さ方向Ｄｒに延びて前記前縁５３ｆから前記後縁５３ｂにまで広がっている正圧面５４ｐ及び負圧面５４ｎと、を有する。
前記冷却空気通路６０は、少なくとも前記翼根５９内に形成されている導入通路６１と、少なくとも前記翼体５１内に形成されている翼体通路６３と、前記チップ面５５で開口している出口６８ｏを有し、前記出口６８ｏから冷却空気Ａｃを噴出可能な複数のチップ噴出孔６８と、を有する。
前記導入通路６１は、第一導入通路部６２ａ及び第二導入通路部６２ｂを有する。第一導入通路部６２ａ及び第二導入通路部６２ｂは、いずれも、前記翼根５９の表面で開口している入口６２ｉを有し、前記入口６２ｉから冷却空気Ａｃが流入可能である。
前記翼体通路６３は、前記翼高さ方向Ｄｒに延び、前記翼体５１のキャンバーラインＣＬに沿って、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んでいる六つの翼体通路部６４と、六つの翼体通路部６４中で互いに隣接している二つ翼体通路部６４を連通させる連通部６５と、を有する。
前記六つの翼体通路部６４は、最も前記前縁５３ｆの側の第一翼体通路部６４ａと、前記第一翼体通路部６４ａよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第一翼体通路部６４ａに隣接している第二翼体通路部６４ｂと、前記第二翼体通路部６４ｂよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第二翼体通路部６４ｂに隣接している第三翼体通路部６４ｃと、前記第三翼体通路部６４ｃよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第三翼体通路部６４ｃに隣接している第四翼体通路部６４ｄと、前記第四翼体通路部６４ｄよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第四翼体通路部６４ｄに隣接している第五翼体通路部６４ｅと、最も前記後縁５３ｂの側に位置して、前記第五翼体通路部６４ｅに隣接している第六翼体通路部６４ｆと、を有する。
前記連通部６５は、前記第一翼体通路部６４ａの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、前記第二翼体通路部６４ｂの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる１－２ハブ側連通部６５ａと、前記第二翼体通路部６４ｂの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、前記第三翼体通路部６４ｃの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、を連通させる２－３チップ側連通部６５ｃと、前記第四翼体通路部６４ｄの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、前記第五翼体通路部６４ｅの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、連通させる４－５チップ側連通部６５ｄと、前記第五翼体通路部６４ｅの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、前記第六翼体通路部６４ｆの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる５－６ハブ側連通部６５ｅと、を有する。
前記第一導入通路部６２ａは、前記第三翼体通路部６４ｃの前記ハブ側Ｄｒｉの部分に連通し、前記第二導入通路部６２ｂは、前記第四翼体通路部６４ｄの前記ハブ側Ｄｒｉの部分に連通している。
前記チップ面５５は、前記チップ面５５よりも前記ハブ側Ｄｒｉに、前記第二翼体通路部６４ｂ、前記２－３チップ側連通部６５ｃ、及び前記第三翼体通路部６４ｃが存在する２－３領域５５ｃと、前記チップ面５５のうち、前記チップ面５５よりも前記ハブ側Ｄｒｉに、前記第四翼体通路部６４ｄ、前記４－５チップ側連通部６５ｄ、及び前記第五翼体通路部６４ｅが存在する４－５領域５５ｄと、を有する。
前記複数のチップ噴出孔６８のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔６８ｃは、前記出口６８ｏが前記チップ面５５中の前記２－３領域５５ｃで開口する。前記複数のチップ噴出孔６８のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、前記出口６８ｏが前記チップ面５５中の前記４－５領域５５ｄで開口する。
前記４－５領域５５ｄにおける単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄの前記出口６８ｏの数である面積密度は、前記２－３領域５５ｃにおける単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃの前記出口６８ｏの数である面積密度よりも高い。
断面が翼形を成し、前記断面に対して垂直な方向成分を含む翼高さ方向Ｄｒに延びる翼体５１と、前記翼高さ方向Ｄｒにおけるチップ側Ｄｒｏとハブ側Ｄｒｉとうち、前記翼体５１の前記ハブ側Ｄｒｉの端に設けられているプラットフォーム５８と、前記プラットフォーム５８の前記ハブ側Ｄｒｉに設けられている翼根５９と、前記翼根５９、前記プラットフォーム５８及び前記翼体５１にかけて形成され、冷却空気Ａｃが流通可能な冷却空気通路６０と、を備える。
前記翼体５１は、前記翼高さ方向Ｄｒに対して垂直な方向成分を有する方向を向く翼面５２と、前記翼高さ方向Ｄｒにおける前記チップ側Ｄｒｏを向くチップ面５５と、を有する。前記翼面５２は、前記翼高さ方向Ｄｒに延びる前縁５３ｆ及び後縁５３ｂと、前記翼高さ方向Ｄｒに延びて前記前縁５３ｆから前記後縁５３ｂにまで広がっている正圧面５４ｐ及び負圧面５４ｎと、を有する。
前記冷却空気通路６０は、少なくとも前記翼根５９内に形成されている導入通路６１と、少なくとも前記翼体５１内に形成されている翼体通路６３と、前記チップ面５５で開口している出口６８ｏを有し、前記出口６８ｏから冷却空気Ａｃを噴出可能な複数のチップ噴出孔６８と、を有する。
前記導入通路６１は、第一導入通路部６２ａ及び第二導入通路部６２ｂを有する。第一導入通路部６２ａ及び第二導入通路部６２ｂは、いずれも、前記翼根５９の表面で開口している入口６２ｉを有し、前記入口６２ｉから冷却空気Ａｃが流入可能である。
前記翼体通路６３は、前記翼高さ方向Ｄｒに延び、前記翼体５１のキャンバーラインＣＬに沿って、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んでいる六つの翼体通路部６４と、六つの翼体通路部６４中で互いに隣接している二つ翼体通路部６４を連通させる連通部６５と、を有する。
前記六つの翼体通路部６４は、最も前記前縁５３ｆの側の第一翼体通路部６４ａと、前記第一翼体通路部６４ａよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第一翼体通路部６４ａに隣接している第二翼体通路部６４ｂと、前記第二翼体通路部６４ｂよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第二翼体通路部６４ｂに隣接している第三翼体通路部６４ｃと、前記第三翼体通路部６４ｃよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第三翼体通路部６４ｃに隣接している第四翼体通路部６４ｄと、前記第四翼体通路部６４ｄよりも前記後縁５３ｂの側に位置して前記第四翼体通路部６４ｄに隣接している第五翼体通路部６４ｅと、最も前記後縁５３ｂの側に位置して、前記第五翼体通路部６４ｅに隣接している第六翼体通路部６４ｆと、を有する。
前記連通部６５は、前記第一翼体通路部６４ａの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、前記第二翼体通路部６４ｂの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる１－２ハブ側連通部６５ａと、前記第二翼体通路部６４ｂの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、前記第三翼体通路部６４ｃの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、を連通させる２－３チップ側連通部６５ｃと、前記第四翼体通路部６４ｄの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、前記第五翼体通路部６４ｅの前記チップ側Ｄｒｏの部分と、連通させる４－５チップ側連通部６５ｄと、前記第五翼体通路部６４ｅの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、前記第六翼体通路部６４ｆの前記ハブ側Ｄｒｉの部分と、を連通させる５－６ハブ側連通部６５ｅと、を有する。
前記第一導入通路部６２ａは、前記第三翼体通路部６４ｃの前記ハブ側Ｄｒｉの部分に連通し、前記第二導入通路部６２ｂは、前記第四翼体通路部６４ｄの前記ハブ側Ｄｒｉの部分に連通している。
前記チップ面５５は、前記チップ面５５よりも前記ハブ側Ｄｒｉに、前記第二翼体通路部６４ｂ、前記２－３チップ側連通部６５ｃ、及び前記第三翼体通路部６４ｃが存在する２－３領域５５ｃと、前記チップ面５５のうち、前記チップ面５５よりも前記ハブ側Ｄｒｉに、前記第四翼体通路部６４ｄ、前記４－５チップ側連通部６５ｄ、及び前記第五翼体通路部６４ｅが存在する４－５領域５５ｄと、を有する。
前記複数のチップ噴出孔６８のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔６８ｃは、前記出口６８ｏが前記チップ面５５中の前記２－３領域５５ｃで開口する。前記複数のチップ噴出孔６８のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、前記出口６８ｏが前記チップ面５５中の前記４－５領域５５ｄで開口する。
前記４－５領域５５ｄにおける単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄの前記出口６８ｏの数である面積密度は、前記２－３領域５５ｃにおける単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃの前記出口６８ｏの数である面積密度よりも高い。
【0073】
本態様における動翼５０では、第一導入通路部６２ａに流入した冷却空気Ａｃは、第三翼体通路部６４ｃ、２－３チップ側連通部６５ｃ、第二翼体通路部６４ｂ、１－２ハブ側連通部６５ａ、第一翼体通路部６４ａを流れ、これら通路部及び連通部を流れる過程で、これら通路部周り及び連通部周りを対流冷却する。本態様における動翼５０では、第二導入通路部６２ｂに流入した冷却空気Ａｃは、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、第五翼体通路部６４ｅ、５－６ハブ側連通部６５ｅ、第六翼体通路部６４ｆを流れ、これら通路部及び連通部を流れる過程で、これら通路部周り及び連通部周りを対流冷却する。このため、本態様における動翼５０では、冷却空気Ａｃの量を抑えつつも、動翼５０を冷却することができる。
【0074】
前縁５３ｆの側から翼体５１に向かってきた燃焼ガスＧの一部は、この翼体５１の正圧面５４ｐに沿って後縁５３ｂの側に流れ、他の一部は、この翼体５１の負圧面５４ｎに沿って後縁５３ｂの側に流れる。翼体５１を基準にして、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの圧力は、負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧの圧力より高い。翼体５１には、この燃焼ガスＧの圧力差により、周方向Ｄｃの力が作用する。翼体５１のチップ面５５とタービンケーシング４５との間には、隙間がある。前述したように、翼体５１を基準にして、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの圧力は、負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧの圧力より高いため、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧの一部は、チップ面５５とタービンケーシング４５との間の隙間に流入した後、負圧面５４ｎの側に流出する。よって、翼体５１のチップ面５５も高温の燃焼ガスＧに晒される。
【0075】
本態様における動翼５０は、複数のチップ噴出孔６８を有する。複数のチップ噴出孔６８には、翼体通路６３を流れる冷却空気Ａｃの一部が流入する。この冷却空気Ａｃは、チップ噴出孔６８を流れる過程で、チップ噴出孔６８周りを対流冷却する。複数のチップ噴出孔６８を流れた冷却空気Ａｃは、チップ面５５で開口しているチップ噴出孔６８の出口６８ｏから噴出する。複数のチップ噴出孔６８から噴出した冷却空気Ａｃは、チップ面５５をフィルム冷却する。
【0076】
よって、本態様では、燃焼ガスＧによるチップ面５５の熱損傷を抑えることができ、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0077】
前述したように、翼体５１を基準にして、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧと負圧面５４ｎ側の燃焼ガスＧとの間には圧力差がある。この圧力差は、翼体５１の前縁５３ｆから後縁５３ｂの側に向かうに連れて、次第に大きくなってから次第に小さくなる。この圧力差が最大になる位置は、翼体５１中で第四翼体通路部６４ｄ及び４－５チップ側連通部６５ｄが存在する領域内である。このため、翼体５１中で、第四翼体通路部６４ｄ、４－５チップ側連通部６５ｄ、第五翼体通路部６４ｅが存在する領域での圧力差は、翼体５１中で、第三翼体通路部６４ｃ、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第二翼体通路部６４ｂが存在する領域の圧力差よりも大きくなる。この場合、チップ面５５中の４－５領域５５ｄを通過する燃焼ガスＧの流速は、チップ面５５中の２－３領域５５ｃを通過する燃焼ガスＧの流速より高くなる。燃焼ガスＧの流速が高いと、燃焼ガスＧと翼体５１との間の熱伝達率が高まるため、チップ面５５中の４－５領域５５ｄと燃焼ガスＧとの間の熱伝達率は、チップ面５５中の２－３領域５５ｃと燃焼ガスＧとの間の熱伝達率よりも高くなる。
【0078】
本態様では、チップ面５５中で熱伝達率が低い２－３領域５５ｃで開口している２－３領域噴出孔６８ｃの出口６８ｏの面積密度を低くする一方で、チップ面５５中で熱伝達率が高い４－５領域５５ｄで開口している４－５領域噴出孔６８ｄの出口６８ｏの面積密度を高くしている。この結果、本態様では、チップ面５５中で相対的に加熱されにくい２－３領域５５ｃの出口６８ｏから噴出する冷却空気Ａｃの量が抑えられ、チップ面５５中で相対的に加熱され易い４－５領域５５ｄに対する冷却性能が高まる。よって、本実施形態では、冷却空気Ａｃの使用量を抑えつつも、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0079】
（２）第二態様における動翼５０は、
前記第一態様における動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の２倍以上である。
前記第一態様における動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の２倍以上である。
【0080】
（３）第三態様における動翼５０は、
前記第二態様における動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の１０倍以下である。
前記第二態様における動翼において、前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の前記面積密度は、前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の前記面積密度の１０倍以下である。
【0081】
（４）第四態様における動翼５０は、
前記第一態様から前記第三態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、
前記複数のチップ噴出孔６８毎の前記出口６８ｏは、前記キャンバーラインＣＬに沿って、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並ぶ。前記キャンバーラインＣＬの単位長さあたりの前記複数のチップ噴出孔６８における前記出口６８ｏの数を線密度とすると、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度よりも高い。
前記第一態様から前記第三態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、
前記複数のチップ噴出孔６８毎の前記出口６８ｏは、前記キャンバーラインＣＬに沿って、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並ぶ。前記キャンバーラインＣＬの単位長さあたりの前記複数のチップ噴出孔６８における前記出口６８ｏの数を線密度とすると、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度よりも高い。
【0082】
（５）第五態様における動翼５０は、
前記第四態様における動翼５０において、前記４－５領域５５ｄにおける前記キャンバーラインＣＬに沿った方向の長さは、前記２－３領域５５ｃにおける前記キャンバーラインＣＬに沿った方向の長さよりも長い。
前記第四態様における動翼５０において、前記４－５領域５５ｄにおける前記キャンバーラインＣＬに沿った方向の長さは、前記２－３領域５５ｃにおける前記キャンバーラインＣＬに沿った方向の長さよりも長い。
【0083】
正圧面５４ｐと負圧面５４ｎとの間の間隔である翼幅は、翼体５１の前縁５３ｆから後縁５３ｂの側に向かうに連れて、次第に大きくなってから次第に小さくなる。この翼幅が最大になる位置は、前縁５３ｆの側に寄った位置で、２－３チップ側連通部６５ｃ、及び第二翼体通路部６４ｂが存在する領域内である。この関係で、４－５チップ側連通部６５ｄの翼幅方向における幅は、２－３チップ側連通部６５ｃの翼幅方向における幅よりも狭い。このため、４－５チップ側連通部６５ｄを流れる冷却空気Ａｃの流速は、２－３チップ側連通部６５ｃを流れる冷却空気Ａｃの流速よりも高くなり、４－５チップ側連通部６５ｄを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果は、２－３チップ側連通部６５ｃを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果よりも高くなる。本態様では、チップ面５５中で４－５領域５５ｄにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さは、チップ面５５中で２－３領域５５ｃにおけるキャンバーラインＣＬに沿った方向の長さよりも長い。しかしながら、本態様では、チップ面５５中で相対的に加熱されにくい２－３領域５５ｃに対する対流冷却効果よりも、チップ面５５中で相対的に加熱され易い４－５領域５５ｄに対する対流冷却効果が高い。よって、本態様では、動翼５０の耐久性を高めることができる。
【0084】
（６）第六態様における動翼５０は、
前記第四態様又は前記第五態様における動翼５０において、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度の１．５倍以上である。
前記第四態様又は前記第五態様における動翼５０において、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度の１．５倍以上である。
【0085】
（７）第七態様における動翼５０は、
前記第六態様における動翼５０において、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度の２．５倍以下である。
前記第六態様における動翼５０において、前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄにおける前記出口６８ｏの前記線密度は、前記複数の２－３領域噴出孔６８ｃにおける前記出口６８ｏの前記線密度の２．５倍以下である。
【0086】
（８）第八態様における動翼５０は、
前記第一態様から前記第七態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記複数のチップ噴出孔６８のうち、少なくとも前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、前記チップ側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に前記後縁５３ｂの側に近づくよう、前記チップ面５５に対して傾斜している。
前記第一態様から前記第七態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記複数のチップ噴出孔６８のうち、少なくとも前記複数の４－５領域噴出孔６８ｄは、前記チップ側Ｄｒｏに向かうに連れて次第に前記後縁５３ｂの側に近づくよう、前記チップ面５５に対して傾斜している。
【0087】
本態様では、複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さが、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの長さよりも長くなる。また、本態様では、複数の４－５領域噴出孔６８ｄのチップ面５５に対する投影面積が、複数の４－５領域噴出孔６８ｄがチップ面５５に対して垂直な方向に延びている場合の複数の４－５領域噴出孔６８ｄの投影面積よりも広くなる。このため、本態様では、チップ面５５中の広い領域にわたって、複数の４－５領域噴出孔６８ｄを流れる冷却空気Ａｃによる対流冷却効果を作用させることができる。
【0088】
（９）第九態様における動翼５０は、
前記第一態様から前記第八態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記冷却空気通路６０は、前記正圧面５４ｐと前記チップ面５５との境部である正圧側角部５６ｐで開口している出口を有し、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んで、前記翼体通路６３からの冷却空気Ａｃを前記正圧側角部５６ｐの前記出口から噴出可能な複数の正圧側角部噴出孔６９ｐを有する。
前記第一態様から前記第八態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記冷却空気通路６０は、前記正圧面５４ｐと前記チップ面５５との境部である正圧側角部５６ｐで開口している出口を有し、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んで、前記翼体通路６３からの冷却空気Ａｃを前記正圧側角部５６ｐの前記出口から噴出可能な複数の正圧側角部噴出孔６９ｐを有する。
【0089】
正圧側角部５６ｐに沿った位置での燃焼ガスＧの流れは、乱れる。これは、正圧側角部５６ｐが、正圧面５４ｐ側の燃焼ガスＧがチップ面５５とタービンケーシング４５との間の狭い隙間に流入する位置であるからである。燃焼ガスＧと翼体５１との間の熱伝達率は、燃焼ガスＧの流れが以上のように乱れる場所でも高くなる。本態様における動翼５０は、周りの領域よりも相対的に熱伝達率が高くなる正圧側角部５６ｐで開口している正圧側角部噴出孔６９ｐを有する。このため、本態様では、周りの領域よりも加熱され易い正圧側角部５６ｐの冷却性能を高めることができる。
【0090】
（１０）第十態様における動翼５０は、
前記第一態様から前記第九態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記冷却空気通路６０は、前記負圧面５４ｎと前記チップ面５５との境部である負圧側角部５６ｎで開口している出口を有し、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んで、前記翼体通路６３からの冷却空気Ａｃを前記負圧側角部５６ｎの前記出口から噴出可能な複数の負圧側角部噴出孔６９ｎを有する。
前記第一態様から前記第九態様のうちのいずれか一態様における動翼５０において、前記冷却空気通路６０は、前記負圧面５４ｎと前記チップ面５５との境部である負圧側角部５６ｎで開口している出口を有し、前記前縁５３ｆの側から前記後縁５３ｂの側に並んで、前記翼体通路６３からの冷却空気Ａｃを前記負圧側角部５６ｎの前記出口から噴出可能な複数の負圧側角部噴出孔６９ｎを有する。
【0091】
負圧側角部５６ｎに沿った位置での燃焼ガスＧの流れは、乱れる。これは、負圧側角部５６ｎが、チップ面５５とタービンケーシング４５との間の狭い隙間から広い負圧面５４ｎ側の空間に流出する位置であるからである。燃焼ガスＧと翼体５１との間の熱伝達率は、燃焼ガスＧの流れが以上のように乱れる場所でも高くなる。本態様における動翼５０は、周りの領域よりも相対的に熱伝達率が高くなる負圧側角部５６ｎで開口している負圧側角部噴出孔６９ｎを有する。このため、本態様では、周りの領域よりも加熱され易い負圧側角部５６ｎの冷却性能を高めることができる。
【0092】
以上の実施形態及び変形例におけるガスタービン１０は、例えば、以下のように把握される。
（１１）第十一態様におけるガスタービン１０は、
前記第一態様から前記第十態様のうちのいずれか一態様における動翼５０を複数備えると共に、軸線Ａｒを中心として回転可能で、複数の前記動翼５０が前記軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んで取り付けられているロータ軸４２と、複数の前記動翼５０及び前記ロータ軸４２の外周側を覆うタービンケーシング４５と、を備える。前記動翼５０は、前記翼高さ方向Ｄｒが前記軸線Ａｒに対する径方向になり、前記チップ側Ｄｒｏが前記軸線Ａｒに対する径方向外側になるよう、前記ロータ軸４２に取り付けられている。
（１１）第十一態様におけるガスタービン１０は、
前記第一態様から前記第十態様のうちのいずれか一態様における動翼５０を複数備えると共に、軸線Ａｒを中心として回転可能で、複数の前記動翼５０が前記軸線Ａｒに対する周方向Ｄｃに並んで取り付けられているロータ軸４２と、複数の前記動翼５０及び前記ロータ軸４２の外周側を覆うタービンケーシング４５と、を備える。前記動翼５０は、前記翼高さ方向Ｄｒが前記軸線Ａｒに対する径方向になり、前記チップ側Ｄｒｏが前記軸線Ａｒに対する径方向外側になるよう、前記ロータ軸４２に取り付けられている。
【符号の説明】
【0093】
１０：ガスタービン
１１：ガスタービンロータ
１４：中間ケーシング
１５：ガスタービンケーシング
２０：圧縮機
２１：圧縮機ロータ
２２：ロータ軸
２３：動翼列
２５：圧縮機ケーシング
２６：静翼列
３０：燃焼器
４０：タービン
４１：タービンロータ
４２：ロータ軸
４３：動翼列
４５：タービンケーシング
４９：燃焼ガス流路
５０：動翼
５１：翼体
５２：翼面
５３ｆ：前縁
５３ｂ：後縁
５４ｎ：負圧面
５４ｐ：正圧面
５５：チップ面
５５ａ：１領域
５５ｃ：２－３領域
５５ｄ：４－５領域
５５ｆ：６領域
５６ｎ：負圧側角部
５６ｐ：正圧側角部
５８：プラットフォーム
５９：翼根
５９ｂ：底面
６０：冷却空気通路
６１：導入通路
６２：導入通路部
６２ａ：第一導入通路部
６２ｂ：第二導入通路部
６２ｉ：入口
６３：翼体通路
６４：翼体通路部
６４ａ：第一翼体通路部
６４ｂ：第二翼体通路部
６４ｃ：第三翼体通路部
６４ｄ：第四翼体通路部
６４ｅ：第五翼体通路部
６４ｆ：第六翼体通路部
６５：連通部
６５ａ：１－２ハブ側連通部
６５ｃ：２－３チップ側連通部
６５ｄ：４－５チップ側連通部
６５ｅ：５－６ハブ側連通部
６６：前噴出孔
６７：後噴出孔
６８：チップ噴出孔
６８ｏ：出口
６８ａ：１領域噴出孔
６８ｃ：２－３領域噴出孔
６８ｄ：４－５領域噴出孔
６９ｎ：負圧側角部噴出孔
６９ｐ：正圧側角部噴出孔
Ａ：空気
Ａｃ：冷却空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
Ａｒ：軸線
ＣＬ：キャンバーライン
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：前側（又は、軸線上流側）
Ｄａｄ：後側（又は、軸線下流側）
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：翼高さ方向（又は、径方向）
Ｄｒｉ：ハブ側（又は、径方向内側）
Ｄｒｏ：チップ側（又は径方向外側）
１１：ガスタービンロータ
１４：中間ケーシング
１５：ガスタービンケーシング
２０：圧縮機
２１：圧縮機ロータ
２２：ロータ軸
２３：動翼列
２５：圧縮機ケーシング
２６：静翼列
３０：燃焼器
４０：タービン
４１：タービンロータ
４２：ロータ軸
４３：動翼列
４５：タービンケーシング
４９：燃焼ガス流路
５０：動翼
５１：翼体
５２：翼面
５３ｆ：前縁
５３ｂ：後縁
５４ｎ：負圧面
５４ｐ：正圧面
５５：チップ面
５５ａ：１領域
５５ｃ：２－３領域
５５ｄ：４－５領域
５５ｆ：６領域
５６ｎ：負圧側角部
５６ｐ：正圧側角部
５８：プラットフォーム
５９：翼根
５９ｂ：底面
６０：冷却空気通路
６１：導入通路
６２：導入通路部
６２ａ：第一導入通路部
６２ｂ：第二導入通路部
６２ｉ：入口
６３：翼体通路
６４：翼体通路部
６４ａ：第一翼体通路部
６４ｂ：第二翼体通路部
６４ｃ：第三翼体通路部
６４ｄ：第四翼体通路部
６４ｅ：第五翼体通路部
６４ｆ：第六翼体通路部
６５：連通部
６５ａ：１－２ハブ側連通部
６５ｃ：２－３チップ側連通部
６５ｄ：４－５チップ側連通部
６５ｅ：５－６ハブ側連通部
６６：前噴出孔
６７：後噴出孔
６８：チップ噴出孔
６８ｏ：出口
６８ａ：１領域噴出孔
６８ｃ：２－３領域噴出孔
６８ｄ：４－５領域噴出孔
６９ｎ：負圧側角部噴出孔
６９ｐ：正圧側角部噴出孔
Ａ：空気
Ａｃ：冷却空気
Ｆ：燃料
Ｇ：燃焼ガス
Ａｒ：軸線
ＣＬ：キャンバーライン
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｕ：前側（又は、軸線上流側）
Ｄａｄ：後側（又は、軸線下流側）
Ｄｃ：周方向
Ｄｒ：翼高さ方向（又は、径方向）
Ｄｒｉ：ハブ側（又は、径方向内側）
Ｄｒｏ：チップ側（又は径方向外側）
【要約】
【課題】冷却空気の使用量を抑えつつも、動翼の耐久性を高める。
【解決手段】動翼の冷却空気通路は、翼体通路と、翼体のチップ面で開口し、翼体通路からの冷却空気を噴出可能な複数のチップ噴出孔と、を有する。前記複数のチップ噴出孔のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔は、前記チップ面中の２－３領域で開口し、前記複数のチップ噴出孔のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔は、前記チップ面中の４－５領域で開口する。前記４－５領域における単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の数である面積密度は、前記２－３領域における単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の数である面積密度よりも高い。
【選択図】図３
【解決手段】動翼の冷却空気通路は、翼体通路と、翼体のチップ面で開口し、翼体通路からの冷却空気を噴出可能な複数のチップ噴出孔と、を有する。前記複数のチップ噴出孔のうち、一部の複数の２－３領域噴出孔は、前記チップ面中の２－３領域で開口し、前記複数のチップ噴出孔のうち、他の一部の複数の４－５領域噴出孔は、前記チップ面中の４－５領域で開口する。前記４－５領域における単位面積当たりの前記複数の４－５領域噴出孔における前記出口の数である面積密度は、前記２－３領域における単位面積当たりの前記複数の２－３領域噴出孔における前記出口の数である面積密度よりも高い。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】