JP6725273B2 - 翼、これを備えているガスタービン - Google Patents
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Description
以上のいずれかの前記流路形成板と、翼形を成し、前記流路形成板の前記ガスパス面から前記流路側に延びる翼体と、を備える。
前記第一ガスパス面噴出通路を備える、以上のいずれかの前記流路形成板と、翼形を成し、前記流路形成板の前記ガスパス面から前記流路側に延びる翼体と、を備え、複数の前記第一ガスパス面噴出通路における前記ガスパス面での開口は、前記翼体よりも前記軸方向下流側である。
燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路を画定する流路形成板と、翼体と、を備える。前記流路形成板は、前記燃焼ガスに接するガスパス面と、前記ガスパス面の側である流路側とは反対側の反流路側を向く反ガスパス面と、前記ガスパス面の周縁に形成されている端面と、前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間で、前記端面の一部であって前記燃焼ガスが流れる軸方向下流側を向く後端面に沿った方向に延び、冷却空気が流れる第一側通路と、前記第一側通路に連通し、前記後端面で開口する複数の端面噴出通路と、を備える。前記端面噴出通路の通路断面積は、前記第一側通路の通路断面積より小さい。前記第一側通路は、複数の通路形成面で画定されている。複数の前記通路形成面のうち、第一形成面は、前記反流路側を向き、前記軸方向下流側に向かうに連れて次第に前記ガスパス面から遠ざかる。複数の前記端面噴出通路は、前記第一形成面で開口している。前記翼体は、翼形を成し、前記流路形成板の前記ガスパス面から前記流路側に延びる。前記流路形成板の前記端面は、前記第一側通路が延びる第一方向における前記後端面の第一端から前記後端面とは交差する方向に延びる腹側端面と、前記第一方向における前記後端面の前記第一端とは反対側の第二端から前記後端面とは交差する方向に延びる背側端面と、を有し、前記後端面中で前記背側端面との縁及び前記腹側端面との縁を含まない中領域と、前記後端面中で前記背側端面との縁を含み前記中領域と前記第一方向で隣接する背側領域と、前記後端面中で前記腹側端面との縁を含み前記中領域と前記第一方向で隣接する腹側領域とのそれぞれには、複数の前記端面噴出通路の開口が前記第一方向に並んで形成され、前記背側領域と前記腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における、複数の前記端面噴出通路の開口の間隔に対する複数の前記端面噴出通路の濡れ縁長さの割合である開口密度よりも、前記中領域における複数の前記端面噴出通路の前記開口密度の方が高い。
端面噴出通路は、第一側通路を形成する通路形成面のうち、反流路側を向き、端面側に向かうに連れて次第にガスパス面から遠ざかる第一形成面で開口している。このため、端面噴出通路の反端面側の端は、第一側通路を形成する通路形成面上で、最も端面側に近い部分よりも反端面側の位置で開口することになる。この結果、当該流路形成板では、冷却効果の高い端面噴出通路の通路長が長くなる。当該流路形成板では、ガスパス面から反ガスパス面に向かう方向から見て、第一側通路と端面噴出通路とが重なり合う部分が存在する。従って、当該流路形成板では、冷却空気の流量を増加させずに、ガスパス面の端面側の部分を効果的に冷却することができる。なお、燃焼ガス流路が軸線を中心として環状を成す場合、前述の「ガスパス面から反ガスパス面に向かう方向」とは、この軸線に対して交差する方向である径方向になる。
ガスパス面中で、翼体よりも軸方向下流側の部分では、腹側領域や背側領域に比べて中領域の方が燃焼ガスにより加熱され易く、第一側通路を流れる冷却空気により冷却され難い。当該翼では、後端面中の背側領域と腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における複数の端面噴出通路の開口密度よりも、後端面中の中領域における複数の端面噴出通路の前記開口密度の方が高い。このため、当該翼では、ガスパス面中で、翼体よりも軸方向下流側で且つ中領域の部分を効果的に冷却することができる。
以上のいずれかの前記翼と、前記燃焼ガスを生成する燃焼器と、を備える。
本発明に係るガスタービンの実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
以下、本発明に係る静翼の実施形態及び各種変形例について、図3〜図15を参照して説明する。なお、以下で説明する静翼は、いずれも、上記「ガスタービンの実施形態」で説明した静翼の具体例である。
本変形例の後側通路90iaの断面形状は、ほぼ等脚台形形状を成している。このため、この後側通路90iaは、第一形成面91a、第三形成面93a、第四形成面94a、第五形成面95aを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90iaの通路断面を形成する複数の辺のうち、第一形成面91aに含まれる辺、第三形成面93aに含まれる辺、第四形成面94aに含まれる辺、第五形成面95aに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、第一形成面91a、第三形成面93a、第四形成面94a、第五形成面95aは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。本変形例の第一形成面91aは、上記実施形態の第一形成面91と同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかる。第四形成面94aは、軸方向下流側Dadを向き、第一形成面91aの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。この第四形成面94aは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。第三形成面93aは、上記実施形態の第三形成面93と同様に、径方向外側Droを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。この第三形成面93aは、外側反ガスパス面64ioと実質的に平行である。第三形成面93aの軸方向上流側Dauの端は、第四形成面94aの径方向内側Driの端につながっている。第五形成面95aは、軸方向上流側Dauを向き、第三形成面93aの軸方向下流側Dadの端から径方向外側Droに広がる。第五形成面95aは、第四形成面94aと実質的に平行である。第五形成面95aの径方向外側Droの端は、第一形成面91aの軸方向下流側Dadの端につながっている。すなわち、本変形例では、第一形成面91aと第四形成面94aとが直接つながり、上記実施形態のように、第一形成面91と第四形成面94との間に第二形成面92が存在しない。一方で、本変形例では、上記実施形態と異なり、第三形成面93aと第一形成面91aとの間に第五形成面95aが存在する。
本変形例の後側通路90ibの断面形状は、ほぼ台形形状を成している。このため、この後側通路90ibは、第一形成面91b、第四形成面94b、第五形成面95b、第六形成面96bを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90ibの通路断面を形成する複数の辺のうち、第一形成面91bに含まれる辺、第四形成面94bに含まれる辺、第五形成面95bに含まれる辺、第六形成面96bに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、第一形成面91b、第四形成面94b、第五形成面95b、第六形成面96bは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。本変形例の第一形成面91bは、上記実施形態の第一形成面91と同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかる。第四形成面94bは、軸方向下流側Dadを向き、第一形成面91bの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。この第四形成面94bは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。第六形成面96bは、径方向外側Droを向き、ガスパス面64pと実質的に平行である。第六形成面96bの軸方向上流側Dauの端は、第四形成面94bの径方向内側Driの端につながっている。第五形成面95bは、軸方向上流側Dauを向き、第六形成面96bの軸方向下流側Dadの端から径方向外側Droに広がる。第五形成面95bは、第四形成面94bと実質的に平行である。第五形成面95bの径方向外側Droの端は、第一形成面91bの軸方向下流側Dadの端につながっている。
本変形例の後側通路90icの断面形状は、ほぼ正三角形状を成している。
このため、この後側通路90icは、第一形成面91c、第三形成面93c、第四形成面94cを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90icの通路断面を形成する複数の辺のうち、第一形成面91cに含まれる辺、第三形成面93cに含まれる辺、第四形成面94cに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、第一形成面91c、第三形成面93c、第四形成面94cは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。本変形例の第一形成面91cは、上記実施形態の第一形成面91と同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかる。第四形成面94cは、軸方向下流側Dadを向き、第一形成面91cの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。この第四形成面94cは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。第三形成面93cは、上記実施形態の第三形成面93と同様に、径方向外側Droを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。この第三形成面93cは、外側反ガスパス面64ioと実質的に平行である。第三形成面93cの軸方向上流側Dauの端は、第四形成面94cの径方向内側Driの端につながっている。この第三形成面93cの軸方向下流側Dadの端は、第一形成面91cの軸方向下流側Dadの端につながっている。すなわち、本変形例では、第一形成面91cと第四形成面94cとが直接つながり、上記実施形態のように、第一形成面91と第四形成面94との間に第二形成面92が存在しない。
本変形例の後側通路90idの断面形状は、不等六角形状を成している。この後側通路90idは、第一形成面91d、第二形成面92d、第三形成面93d、第四形成面94d、第五形成面95d、第六形成面96dを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90idの通路断面を形成する複数の辺のうち、第一形成面91cに含まれる辺、第二形成面92dに含まれる辺、第三形成面93dに含まれる辺、第四形成面94cに含まれる辺、第五形成面95dに含まれる辺、第六形成面96dに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、第一形成面91d、第二形成面92d、第三形成面93d、第四形成面94d、第五形成面95d、第六形成面96dは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。本変形例の第一形成面91dは、上記実施形態の第一形成面91と同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかる。第二形成面92dは、径方向内側Driを向き、第一形成面91dの軸方向上流側Dauの端から軸方向上流側Dauに広がっている。この第二形成面92dは、ガスパス面64pと実質的に平行である。第四形成面94dは、軸方向下流側Dadを向き、第二形成面92dの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。この第四形成面94dは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。第六形成面96dは、径方向外側Droを向き、ガスパス面64p及び第二形成面92dと実質的に平行である。第六形成面96dの軸方向上流側Dauの端は、第四形成面94dの径方向内側Driの端につながっている。第三形成面93dは、径方向外側Droを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。第三形成面93dの軸方向上流側Dauの端は、第六形成面96dの軸方向下流側Dadの端につながっている。第五形成面95dは、軸方向上流側Dauを向き、第三形成面93dの軸方向下流側Dadの端から径方向外側Droに広がる。この第五形成面95dは、第四形成面94dと実質的に平行である。第五形成面95dの径方向外側Droの端は、第一形成面91dの軸方向下流側Dadの端につながっている。
本変形例の後側通路90ieは、上記実施形態と同様、第一形成面91e、第二形成面92e、第三形成面93e、第四形成面94eを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90ieの通路断面を形成する複数の辺のうち、第二形成面92eに含まれる辺、第三形成面93eに含まれる辺、第四形成面94eに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、第二形成面92e、第三形成面93e、第四形成面94eは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。但し、本変形例の第一形成面91eは、上記実施形態の第一形成面91と同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかるものの、後側通路90ieの通路断面を形成する辺のうち、第一形成面91eに含まれ辺は、後側通路90ieの内側から外側に向かって凸の滑らかの曲線である。なお、第一形成面91eも、他の形成面92e,93e,94eと同様、周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。また、本変形例においても、第二形成面92eは、ガスパス面64pと実質的に平行である。
本変形例の後側通路90ifは、第一形成面91f、第四形成面94f、第三形成面93fを含む複数の通路形成面で画定される。本変形例の第一形成面91fも、第五変形例の第一形成面91eと同様に、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかるものの、後側通路90ifの内側から外側に向かって凸の滑らかの曲面である。第四形成面94fは、軸方向下流側Dadを向き、第一形成面91fの軸方向下流側Dadの端から径方向内側Driに広がっている。この第四形成面94fは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行な平面である。第三形成面93fは、上記実施形態の第三形成面93と同様、径方向外側Dro向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づくものの、後側通路90ifの内側から外側に向かって凸の滑らかな曲面である。第一形成面91fと第三形成面93fとは、滑らかに連続している。よって、第一形成面91fと第三形成面93fとは、一つの形成面を構成している。よって、本変形例では、後側通路90ifの通路断面を形成する複数の辺のうち、第四形成面94fを除く残りの形成面91f,93fに含まれる辺の全てが曲線である。
第一比較例の後側通路90igの断面形状は、ほぼ正方形又は長方形形状を成している。このため、この後側通路90igは、形成面a、形成面b、形成面c、形成面dから成る四つの通路形成面で画定される。この後側通路90igの通路断面を形成する複数の辺のうち、形成面aに含まれる辺、形成面bに含まれる辺、形成面cに含まれる辺、形成面dに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、形成面a、形成面b、形成面c、形成面dは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。形成面aは、径方向内側Driを向き、ガスパス面64pと実質的に平行である。形成面bは、形成面aの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がっている。形成面bは、形成面aに対して実質的に垂直で、且つ後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。形成面cは、径方向外側Droを向き、形成面bの径方向内側Driの端から軸方向下流側Dadに広がっている。この形成面cは、形成面bに対して実質的に垂直で且つガスパス面64p及び形成面aと実質的に平行である。形成面dは、形成面cの軸方向下流側Dadの端から径方向外側Droに広がっている。この形成面dの径方向外側Droの端は、形成面aの軸方向下流側Dadの端につながっている。この形成面dは、形成面a及び形成面cに対して実質的に垂直で、形成面bと実質的に平行である。
第二比較例の後側通路90ihの断面形状は、二つの長方形が交差した形状を成している。このため、この後側通路90ihは、形成面e、形成面f、形成面g、形成面h、形成面i、形成面jから成る六つの通路形成面で画定される。この後側通路90ihの通路断面を形成する複数の辺のうち、形成面eに含まれる辺、形成面fに含まれる辺、形成面gに含まれる辺、形成面hに含まれる辺、形成面iに含まれる辺、形成面jに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。形成面e、形成面f、形成面g、形成面h、形成面i、形成面jは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。形成面eは、径方向内側Driを向き、ガスパス面64pと実質的に平行である。形成面fは、形成面eの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。この形成面fは、形成面eに対して実質的に垂直で且つ後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。形成面gは、径方向外側Droを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。形成面gの軸方向上流側Dauの端は、形成面fの径方向内側Driの端につながっている。形成面hは、形成面gの軸方向下流側Dadの端から径方向外側Dro広がっている。この形成面hは、形成面gに対して実質的に垂直である。形成面iは、径方向内側Driを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。この形成面iは、形成面gと実質的に平行である。形成面iの軸方向下流側Dadの端は、形成面hの径方向外側Droの端につながっている。形成面jは、形成面iの軸方向上流側Dauの端から径方向外側Droに広がり、形成面fと実質的に平行である。この形成面jの径方向外側Droの端は、形成面eの軸方向下流側Dadの端につながっている。
第三比較例の後側通路90iiの断面形状は、三角形状を成している。このため、この後側通路90iiは、形成面k、形成面l、形成面mから成る三つの通路形成面で画定される。この後側通路90iiの通路断面を形成する複数の辺のうち、形成面kに含まれる辺、形成面lに含まれる辺、形成面mに含まれる辺は、いずれも実質的に直線である。また、形成面k、形成面l、形成面mは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。形成面kは、径方向内側Driを向き、ガスパス面64pと実質的に平行である。形成面lは、形成面kの軸方向上流側Dauの端から径方向内側Driに広がる。形成面lは、形成面kに対して実質的に垂直で且つ後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。形成面mは、径方向外側Droを向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pに近づく。形成面mの軸方向上流側Dauの端は、形成面lの径方向内側Driの端につながっている。形成面mの軸方向下流側Dadの端は、形成面kの軸方向下流側Dadの端につながっている。
本変形例の後側通路90ohの断面形状は、三角形状を成している。このため、この後側通路90ohは、第一形成面91h、第三形成面93h、第四形成面94hを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90ohの通路断面を形成する複数の辺のうち、第一形成面91hに含まれる辺、第三形成面93hに含まれる辺、第四形成面94hに含まれる辺は、いずれも、実質的に直線である。また、第一形成面91h、第三形成面93h、第四形成面94hは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。本変形例の第一形成面91hは、径方向外側Dro(反流路側)を向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかる。第四形成面94hは、第一形成面91hの軸方向上流側Dauの端から径方向外側Droに広がる。この第四形成面94hは、後壁65bの面であって凹部66に面する内面と実質的に平行である。第三形成面93hは、径方向内側Driを向き、反ガスパス面64iと実質的に平行である。第三形成面93hの軸方向上流側Dauの端は、第四形成面94hの径方向外側Droの端につながっている。また、第三形成面93hの軸方向下流側Dadの端は、第一形成面91hの軸方向下流側Dadの端につながっている。
本変形例の後側通路90oiも、第一変形例の後側通路90ohと同様、第一形成面91i、第三形成面93i、第四形成面94iを含む複数の通路形成面で画定される。この後側通路90oiの通路断面を形成する複数の辺のうち、第三形成面93iに含まれる辺、第四形成面94iに含まれる辺は、いずれも、実質的に直線である。また、第三形成面93i、第四形成面94iは、いずれも周方向Dcに延び、周方向Dcに向うに連れて次第に曲がる曲面である。但し、本変形例の第一形成面91iは、第一変形例と同様に、径方向外側Dro(反流路側)を向き、軸方向下流側Dadに向かうに連れて次第にガスパス面64pから遠ざかるものの、後側通路90oiの通路断面を形成する辺のうち、第一形成面91iに含まれる辺は、後側通路90oiの内側から外側に向かって凸の滑らかの曲線である。
以下、本発明に係る動翼の実施形態及び各種変形例について、図22〜図24を参照して説明する。なお、以下で説明する動翼は、いずれも、上記「ガスタービンの実施形態」で説明した動翼の具体例である。
以下、本発明に係る分割環の実施形態及び各種変形例について、図25〜図29を参照して説明する。なお、以下で説明する分割環は、いずれも、上記「ガスタービンの実施形態」で説明した分割環の具体例である。
本変形例の分割環250aには、上記実施形態の分割環250と同様、前側通路240aと、複数の前側連通路276とが形成されている。本変形例の分割環250aには、さらに、複数の前端面噴出通路249が形成されている。複数の前端面噴出通路249は、軸方向Daに延びている。複数の前端面噴出通路249の軸方向下流側Dadの端は、前側通路240aに連通している。また、複数の前端面噴出通路249の軸方向上流側Dauの端は、分割環本体261の前端面262fで開口している。前側通路240aの通路断面積は、前端面噴出通路249の断面積より大きい。
以上で説明した流路形成板の製造方法について、図30に示すフローチャートに従って説明する。なお、以上で説明した流路形成板とは、静翼50における内側シュラウド60i及び外側シュラウド60o、動翼150におけるプラットフォーム160、及び分割環250である。
Claims (3)
- 燃焼ガスが流れる燃焼ガス流路を画定する流路形成板と、
翼体と、
を備え、
前記流路形成板は、
前記燃焼ガスに接するガスパス面と、
前記ガスパス面の側である流路側とは反対側の反流路側を向く反ガスパス面と、
前記ガスパス面の周縁に形成されている端面と、
前記ガスパス面と前記反ガスパス面との間で、前記端面の一部であって前記燃焼ガスが流れる軸方向下流側を向く後端面に沿った方向に延び、冷却空気が流れる第一側通路と、
前記第一側通路に連通し、前記後端面で開口する複数の端面噴出通路と、
を備え、
前記端面噴出通路の通路断面積は、前記第一側通路の通路断面積より小さく、
前記第一側通路は、複数の通路形成面で画定され、
複数の前記通路形成面のうち、第一形成面は、前記反流路側を向き、前記軸方向下流側に向かうに連れて次第に前記ガスパス面から遠ざかり、
複数の前記端面噴出通路は、前記第一形成面で開口し、
前記翼体は、翼形を成し、前記流路形成板の前記ガスパス面から前記流路側に延び、
前記流路形成板の前記端面は、前記第一側通路が延びる第一方向における前記後端面の第一端から前記後端面とは交差する方向に延びる腹側端面と、前記第一方向における前記後端面の前記第一端とは反対側の第二端から前記後端面とは交差する方向に延びる背側端面と、を有し、
前記後端面中で前記背側端面との縁及び前記腹側端面との縁を含まない中領域と、前記後端面中で前記背側端面との縁を含み前記中領域と前記第一方向で隣接する背側領域と、前記後端面中で前記腹側端面との縁を含み前記中領域と前記第一方向で隣接する腹側領域とのそれぞれには、複数の前記端面噴出通路の開口が前記第一方向に並んで形成され、
前記背側領域と前記腹側領域とのうち、少なくとも一方の側領域における、複数の前記端面噴出通路の開口の間隔に対する複数の前記端面噴出通路の濡れ縁長さの割合である開口密度よりも、前記中領域における複数の前記端面噴出通路の前記開口密度の方が高い、
翼。 - 請求項1に記載の翼において、
前記背側領域及び前記腹側領域には、それぞれ、前記第一方向に並ぶ少なくとも3以上の前記端面噴出通路の開口が形成されている、
翼。 - 請求項1又は2に記載の翼と、
前記燃焼ガスを生成する燃焼器と、
を備えるガスタービン。
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