JP2003129803A

JP2003129803A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2003129803A
Application number: JP2001326860A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hiyama; 貴志檜山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】セグメント縁部の焼損を抑止できるガスター
ビンを提供すること。【解決手段】複数のセグメント２００を環状に接合し
て形成されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するター
ビン分割環、タービン静翼シュラウドその他のタービン
流路壁において、シール板４００を、セグメント２０
０、２００間の対向する接合面２１０、２１０に形成し
たシール溝２１１、２１１に嵌め込み、接合面２１０、
２１０間に渡してその隙間３００を封止する。そして、
シール溝２１１の内面には、タービン流路壁の背面２４
０側からシール板４００の前面２５０側に冷却空気を通
す空気溝１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンに
関し、更に詳しくは、タービン動翼の分割環、タービン
動翼のプラットフォーム、タービン静翼のシュラウド等
の分割可能なタービン流路壁を備えるガスタービンに関
する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼ガスの流路壁となるタービン動翼の
分割環、タービン動翼のプラットフォームやタービン静
翼のシュラウドには、一般に、分割式の環状壁が採用さ
れる。図２０は、従来のガスタービンのタービン静翼を
示す全体構成図である。タービン静翼は、翼１００と、
この翼１００を両端にて支持するセグメント２００、２
００とを含み構成される。セグメント２００は、鋳製の
板状部材であり、複数環状に接合してタービン静翼の内
側シュラウドおよび外側シュラウドを構成する。図２１
は、図２０に記載したセグメント２００の接合部を示す
組立斜視図である。セグメント２００は、ガスタービン
稼働時の熱膨張を考慮して、対向する接合面２１０、２
１０間に所定の隙間３００を開けて設置される。しか
し、この隙間３００は、タービン稼働時にて、完全には
塞がらずに約１〜２ｍｍ程度の幅を残す。このため、従
来のガスタービンでは、接合面２１０に前縁２２０から
後縁２２１に渡るシール溝２１１を形成し、このシール
溝２１１にハステロイ部材からなるシール板４００を挿
入して、かかる隙間３００を封止していた。なお、シー
ル板４００は、セグメント２００を組み立ててボルト締
めした後に、前縁２２０側からシール溝２１１に挿入さ
れる（図２１参照）。

【０００３】この従来技術において、高温の燃焼ガス５
００は、シュラウド表面に沿って流れて接合面２００、
２００間の隙間３００に巻き込む（図２２参照）。する
と、セグメント２００の縁部２３０に焼損５１０が生
じ、さらには縁部２３０が減肉してシール板４００の落
下等、種々の深刻な問題を生じる。このため、従来から
上記問題を解決する技術が盛んに研究開発されてきた。
かかる技術としては、セグメント２００の背面２４０側
に冷却空気を溜めるキャビティ（図示省略）を形成し、
この冷却空気を前面２５０側に放出して接合面２１０縁
部２３０を冷却する技術が知られている。以下、これら
の従来技術を順次示しつつその解決課題および解決手段
につき詳細に説明する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術として
は、実開平６−６０７０２号公報に記載される技術が知
られている。図２３は、この従来技術１にかかるタービ
ン静翼の接合部を示す正面断面図であり、図２４は、図
２３に記載したシール板を示す斜視図である。この従来
技術１のガスタービンは、接合面２１０、２１０間の隙
間３００に、段差部４１１を形成したシール板４１０を
採用する点に特徴を有する。段差部４１１は、従来のシ
ール板４００を、厚さ方向および幅方向に一定間隔おき
に切り欠き形成される（図２４参照）。これにより、シ
ール板４１０の段差部４１１は、シール溝２１１に嵌み
込まれた状態にて、冷却空気６００をセグメント２００
の背面２４０側から前面２５０側に通す通路を形成する
（図２３参照）。この従来技術１において、冷却空気６
００は、セグメント２００の背面２４０側から段差部４
１１が作る通路を通ってシール板４１０の前面２４０側
に放出され、接合面２１０、２１０間の隙間３００を埋
めてその縁部２３０を冷却する。これにより、接合面２
１０縁部２３０の焼損５１０が抑止される。

【０００５】ここで、シール板４００は、弾性変形でき
る程度の薄型構造を有する。しかしながら、かかる薄い
シール板４００を切り欠き、段差部４１１を形成する加
工は、容易ではない。また、薄いシール板４００を切り
欠けば、その強度が著しく低下するという問題点もあ
る。他方、シール板４００を厚くすれば、それに伴いセ
グメント２００の厚みも増加し、タービン稼働時のセグ
メント２００の熱変形に対してシール板４００が変形で
きず、セグメント２００の破損やシール板４００の外れ
が生じるという問題点もある。加えて、セグメント２０
０を厚くすれば、その熱容量も増加して過度の冷却を要
するという問題点もある。そこで、この発明は、上記に
鑑みてなされたものであって、既存のシール板４００を
採用しつつ上記接合面２１０縁部２３０に生ずる焼損５
１０を抑止できるガスタービンを提供することを第１の
目的とする。

【０００６】また、第２の従来技術としては、シール板
４００に孔を設けた構成が知られている。図２５は、こ
の従来技術２にかかるタービン静翼の接合部を示す正面
断面図であり、図２６は、図２５に記載したシール板を
示す斜視図であり、図２７は、図２５に記載した接合部
の側面断面図である。この従来技術２のガスタービン
は、従来のシール板４００の中央に、複数の貫通孔４２
１を真上から垂直に明けたシール板４２０を採用する
（図２６参照）。シール板４２０は、セグメント２００
のシール溝２１１、２１１に挿入して嵌め込まれる。こ
の従来技術２において、冷却空気６００は、シール板４
２０の貫通孔４２１を通り、シュラウド背面２４０側か
ら前面２５０側に噴出する。これにより、冷却空気６０
０は、セグメント２００縁部２３０を冷却してその焼損
５１０を抑止する。

【０００７】しかしながら、上記従来技術２のガスター
ビンでは、シール板４２０の貫通孔４２１は、板面に対
して垂直に明けられるので、冷却空気６００は、貫通孔
４２１から垂直に噴出してセグメント２００縁部２３０
を通過し、燃焼ガス５００の流れと直ちに混合する（図
２７参照）。このため、縁部２３０を効果的に冷却でき
ないという問題点があった。また、貫通孔４２１の径を
拡大して冷却空気６００の流量を増加させ、冷却効果を
高める方法もある。しかしながら、かかる方法では、燃
焼ガス５００と混合する冷却空気６００量も増加するた
め、燃焼ガス５００の圧力損失が著しく、ガスタービン
効率が低下するという問題点があった。そこで、この発
明は、セグメント２００縁部２３０の焼損５１０を抑止
しつつ、上記冷却空気６００と燃焼ガス５００との混合
ロスを低減できるガスタービンを提供することを第２の
目的とする。

【０００８】また、上記従来技術２のガスタービンで
は、貫通孔４２１はシール板４２０を真直ぐに貫通する
ため、冷却空気６００がシール板４２０の通過にあたり
受ける抵抗は小さい。このため、従来技術２のシール板
４２０は、接合面２１０、２１０間を封止する機能が低
く、必要以上に冷却空気６００を通過させるため、燃焼
ガス５００の圧力損失が大きいという問題点があった。
そこで、この発明は、上記シール板４２０の封止機能を
担保しつつ、セグメント２００縁部２３０に生ずる焼損
５１０を有効に抑止できるガスタービンを提供すること
を第３の目的とする。

【０００９】また、第３の従来技術としては、特開２０
００−２５７４４号公報に記載される技術が知られてい
る。図２９は、この従来技術３にかかるタービン静翼の
要部を示す斜視図であり、図３０は、図２９に記載した
セグメントの接合部を示す正面断面図である。この従来
技術３のガスタービンは、片方のセグメント２００の前
面２５０側端部２５１に沿って、前縁２２０から後縁２
２１に渡り冷却空気６００の吹き出し孔４３０を複数有
する（図２９参照）。吹き出し孔４３０は、セグメント
２００の縁部２３０寄りに傾斜し、セグメント２００を
背面２４０側から前面２５０側に貫通して形成される
（図３０参照）。この従来技術３において、冷却空気６
００は、セグメント２００の背面２４０側から吹き出し
孔４３０を通って前面２５０側に吹き出す。これによ
り、冷却空気６００は、接合面２１０、２１０間の隙間
３００に流れ込み、セグメント２００の縁部２３０を冷
却する。

【００１０】しかしながら、上記従来技術３のガスター
ビンにおいて、吹き出し孔４３０の効果的かつ効率的な
配置については、何ら踏み込んだ研究がなされていな
い。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、より効果的にセグメント２００縁部２３０を冷
却できるガスタービンを提供することを第４の目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、この発明であるガスタービンは、複数のセグ
メントを環状に接合して形成されると共に、燃焼ガスの
流路壁を構成するタービン分割環、タービン動翼のプラ
ットフォーム、タービン静翼シュラウドその他のタービ
ン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形成
したシール溝に嵌め込まれると共に、前記接合面間に渡
して前記接合面間の隙間を封止するシール板とを有し、
且つ、前記シール溝の内面には、前記タービン流路壁の
背面側から前記シール板の前面側に冷却空気を通す空気
溝を設けることを特徴とする。

【００１２】この発明において、冷却空気は、シール溝
の内面に形成された空気溝を通り、タービン流路壁の背
面側からシール板の前面側に噴出して、セグメントの接
合面を冷却する。これにより、セグメント縁部の焼損が
抑止される。

【００１３】また、上記第１の目的を達成するために、
この発明であるガスタービン（請求項２）は、請求項１
に記載のガスタービンにおいて、さらに、前記空気溝
は、前記タービン流路壁に対して前面側と背面側とで平
面的に異なる位置に設けられることを特徴とする。

【００１４】この発明において、冷却空気は、背面側の
空気溝からシール溝に入り、シール溝内を長手方向に移
動して前面側の空気溝の出口から噴出する。ここで、冷
却空気は、空気溝とシール溝とが形成するクランク状の
流路により減速されるので、その噴出流量が抑制され
る。これにより、シール板の封止機能を維持しつつ、セ
グメント縁部を冷却できる。なお、平面的に異なる位置
とは、例えば、空気溝を、シール溝の前面側内面と背面
側内面とで千鳥状に交互に形成する場合が含まれる。

【００１５】また、上記第２の目的を達成するために、
この発明であるガスタービン（請求項３）は、複数のセ
グメントを環状に接合して形成されると共に、燃焼ガス
の流路壁を構成するタービン分割環、タービン動翼のプ
ラットフォーム、タービン静翼シュラウドその他のター
ビン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形
成したシール溝に嵌め込まれると共に、前記接合面間に
渡して当該接合面間の隙間を封止するシール板とを有
し、且つ、前記シール板は、前記タービン流路壁の後縁
側に傾斜する貫通孔を有することを特徴とする。

【００１６】この発明において、冷却空気は、シール板
の貫通孔が後縁側に傾斜するので、シール板の前面側に
て後縁側に傾斜しつつ噴出する。これにより、冷却空気
は、貫通孔をシール板に対して垂直に形成する場合と比
較して滑らかに噴出し、シール板前面上に冷却空気層を
形成する。

【００１７】また、上記第２の目的を達成するために、
この発明であるガスタービン（請求項４）は、請求項３
に記載のガスタービンにおいて、前記貫通孔の傾斜角
は、噴出する前記冷却空気が、前記タービン流路壁の縁
部に届く下限値より大きくなるように、且つ、前記ター
ビン流路壁の縁部を越えて前記燃焼ガスに混入する上限
値より小さくなるように、前記角度を設定することを特
徴とする。

【００１８】この発明において、冷却空気は、セグメン
トの縁部を冷却してその焼損を抑止する。なお、縁部に
届く下限値とは、噴出した冷却空気が縁部まで届かず、
縁部を冷却することなく下流に流れる角度の臨界値をい
う。また、燃焼ガスに混入する上限値とは、噴出した冷
却空気が縁部を越えて燃焼ガスに直ちに混入し、縁部付
近にて冷却空気層を形成しない臨界値をいう。これらの
臨界値は、具体的には、３次元流体解析により個々のガ
スタービンの仕様、構造等に応じて決定される。

【００１９】また、上記第３の目的を達成するために、
この発明であるガスタービン（請求項５）は、複数のセ
グメントを環状に接合して形成されると共に、燃焼ガス
の流路壁を構成するタービン分割環、タービン動翼のプ
ラットフォーム、タービン静翼シュラウドその他のター
ビン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形
成したシール溝に嵌め込まれると共に、前記接合面間に
渡して前記接合面間の隙間を封止するシール板とを有
し、且つ、前記シール板は、その上下面の側部であって
前記タービン流路壁に対して上面側と下面側とで平面的
に異なる位置に、切り欠き部を設けたことを特徴とす
る。

【００２０】この発明において、冷却空気は、シール板
の下面側の切り欠き部からシール溝内に入り、シール板
の側方を通り上面側の切り欠き部から吹き出される。こ
こで、冷却空気は、切り欠き部とシール溝とが形成する
クランク状の流路により減速されて、その噴出流量が抑
制される。これにより、シール板の封止機能を維持しつ
つ、セグメント縁部を冷却できる。

【００２１】ところで、上記従来技術３に関し、発明者
らの研究によれば、燃焼ガス５００の流れはシュラウド
表面上にて一様でなく、場所によりその流線方向が変化
する。図３１は、図２９に記載したタービン１段静翼の
シュラウドを示す平面断面図である。セグメント２００
の接合面２１０は、前縁２２０から後縁２２１に向かっ
て翼１００ｂ側に傾き、斜めに形成される。この従来技
術３において、燃焼ガス５００は、前縁２２０側からほ
ぼ垂直に流入してシュラウド表面上を流れ、隙間３００
の前縁２２０側を翼１００ｂ方向から跨いで翼１００ａ
の腹１１０にあたる。そして、燃焼ガス５００は、翼１
００ａにガイドされて流線方向を変え、隙間３００の後
縁２２１側を翼１００ａ方向から跨いで翼１００ｂの背
１２０に沿って後縁２２１に抜ける。すなわち、燃焼ガ
ス５００は、シュラウド２００前縁２２０側と後縁２２
１側とで、接合面２１０間の隙間３００を異なる方向か
ら跨ぐ。

【００２２】ここで、吹き出し孔４３０は、接合面２１
０の隙間３００より上流側になければ冷却空気６００を
隙間３００に供給しない。また、上記従来技術３のガス
タービンは、吹き出し孔４３０を翼１００ａ側のセグメ
ント２００端部２５１に有するので、燃焼ガス５００
は、隙間３００の前縁２２０側を翼１００ｂ側から跨
ぐ。したがって、上記従来技術３のガスタービンでは、
前縁２２０側の吹き出し孔４３０は、隙間３００より下
流側に位置してしまい、冷却されないという問題点があ
る。また、かかる問題点は、上記タービン１段静翼に限
らず、タービン動翼や、より後段のタービン静翼にも存
在する。そこで、この発明は、発明者らの研究による上
記新たな課題に鑑みなされたものであって、燃焼ガス５
００が隙間３００を跨ぐ方向の変化に対し、より効果的
にセグメント２００縁部２３０を冷却できるガスタービ
ンを提供することを第４の目的とする。

【００２３】上記第４の目的を達成するために、この発
明であるガスタービン（請求項６）は、タービン動翼、
タービン静翼その他の翼と、前記翼を支持する複数のセ
グメントを環状に接合して形成されると共に、燃焼ガス
の流路壁を構成するタービン分割環、タービン動翼のプ
ラットフォーム、タービン静翼シュラウドその他のター
ビン流路壁と、前記セグメントの対向する接合面間の隙
間を基準として当該隙間を跨ぐ前記燃焼ガスの流れ方向
が変わる付近を境に、一方のセグメントの端部から他方
のセグメントの端部に切り替えて複数形成した冷却空気
の吹き出し孔とを有することを特徴とする。

【００２４】この発明において、ガスタービンは、吹き
出し孔の形成位置を燃焼ガスの流線方向に応じて切り替
えて形成したので、従来技術３のガスタービンと比較し
て、より多くの冷却空気の吹き出し孔を接合面間の隙間
に対して上流側に形成できる。これにより、冷却作用を
奏しない吹き出し孔の数が減少し、セグメント縁部の冷
却効果を向上できる。なお、燃焼ガスの流れ方向が変わ
る付近の境は、タービン流路壁ごとに異なり、また、タ
ービンの運転開始時と一定時間経過後とでも異なるの
で、３次元流路解析その他の当業者公知の手法により、
個々のタービンごとに適宜変更して決定することが好ま
しい。また、この付近では、隙間を跨ぐ燃焼ガスの流線
方向が隙間と平行になる場合もあるので、「境」は、一
定の範囲を有する場合があり、必ずしも一点を意味しな
い。

【００２５】また、上記第４の目的を達成するために、
この発明であるガスタービン（請求項７）は、タービン
動翼、タービン静翼その他の翼と、前記翼を支持する複
数のセグメントを環状に接合して形成されると共に、燃
焼ガスの流路壁を構成するタービン分割環、タービン動
翼のプラットフォーム、タービン静翼シュラウドその他
のタービン流路壁と、前記セグメントの前記翼の腹側に
位置する端部に複数形成される冷却空気の吹き出し孔と
を有し、且つ、前記セグメントの対向する接合面間の隙
間は、当該隙間を跨ぐ前記燃焼ガスの流れ方向が変わる
付近を境に、前縁側を、前記隙間に背を向ける前記翼側
に屈折させて、前記吹き出し孔が前記隙間より上流側に
位置するように形成されることを特徴とする。

【００２６】この発明において、ガスタービンは、吹き
出し孔が接合面間の隙間より上流側に位置するように隙
間の前縁側を屈折させて形成したので、従来技術３のガ
スタービンと比較して、より多くの冷却空気の吹き出し
孔を接合面間の隙間に対して上流側に形成できる。これ
により、セグメント縁部の焼損をより効果的に抑止でき
る。なお、隙間を跨ぐ燃焼ガスが流れ方向を変える付近
の境は、タービン流路壁ごとに異なるので、具体的に
は、３次元流路解析その他の当業者公知の手法により、
個々のタービン流路壁ごとに確定することが好ましい。
また、この付近では、隙間を跨ぐ燃焼ガスの流線方向が
隙間と平行になる場合もあるので、「境」は、一定の範
囲を有する場合があり必ずしも一点を意味しない。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、以下に示す実
施の形態の構成要素には、当業者が通常設計変更できる
ものが含まれるものとする。

【００２８】（実施の形態１）図１は、この発明にかか
る実施の形態１であるガスタービンの要部を示す斜視図
である。図２は、図１に記載したセグメントの接合部を
示すＡ−Ａ視断面図であり、図３は、図１に記載したシ
ュラウド接合面を示すＢ視断面図である。また、図４
は、図１〜図３に記載したセグメントの接合面を示す斜
視図である。これらの図において、上記従来のガスター
ビンと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明
を省略する。このガスタービンは、上記従来技術１のガ
スタービンと比較して、シール板４００には加工せず、
セグメント２００の接合面２１０側に空気溝１を形成す
る点で相異する。すなわち、このガスタービンのシール
板４００は、単純な板状形状を有し、従来技術１のシー
ル板４１０のような段差部４１１（図２４参照）を有さ
ない。なお、シール板４００は、接合面２１０のシール
溝２１１に挿入して嵌め込まれ、接合面２１０、２１０
間の隙間３００を封止する。

【００２９】ここで、シール板４００の側方には、ター
ビン稼働時におけるセグメント２００の熱膨張を吸収す
るため、一定の空間２１１が確保される。また、シール
溝２１１の内面には、断面長方形状の空気溝１が、接合
面２１０と垂直方向にシール溝２１１の奥まで切り欠き
形成される（図１〜図４参照）。また、空気溝１は、シ
ール溝２１１の内面にて上下交互かつ等間隔に、セグメ
ント２００の前縁２２０から後縁２２１に渡り千鳥状に
形成される（図３および図４参照）。これにより、空気
溝１は、シール板４００の設置状態にて、クランク状に
屈折した冷却空気６００の通路を形成する（図２および
図３参照）。

【００３０】この実施の形態１において、冷却空気６０
０は、背面２４０側の空気溝１ａからシール板４００側
方の空間２１２に入り込み、この空間２１２内をシール
板４００に沿って後縁２３０方向に流れて前面２５０側
の空気溝１ｂに入り込む。そして、冷却空気６００は、
空気溝１ｂの出口３から接合面２１０、２１０間の隙間
３００に噴出する（図２および図３参照）。これによ
り、冷却空気６００は、セグメント２００縁部２３０を
冷却してその焼損５１０を抑止する。

【００３１】この実施の形態１によれば、冷却空気６０
０の通路（空気溝１）をセグメント２００側に形成する
ので、上記従来技術１のシール板４１０と比較して、よ
り強度の高いシール板４００を採用できる。また、セグ
メント２００側を加工対象とすることにより、薄いシー
ル板４００を加工する上記従来技術１のシール板４１０
と比較して、より容易に冷却空気６００の通路を形成で
きる。また、空気溝１は、上下交互かつ等間隔に形成さ
れるので、セグメント２００縁部２３０を均一にムラな
く冷却できる。また、空気溝１は、シュラウドに対して
平面的に異なる位置に形成されるので、上記従来技術１
のように段差部４１１により平面的に同じ位置に冷却空
気６００の入口および出口が形成される場合と比較し
て、冷却空気６００の流速をより減速できる。これによ
り、接合面２１０、２１０間のシール性が向上し、過度
の冷却空気６００の噴出による燃焼ガスの圧力損失を抑
制できる。

【００３２】なお、この実施の形態１において、空気溝
１は、長方形の断面形状を有するが、これに限らず、半
円形、三角形その他の断面形状でも良い（図５参照）。
また、空気溝１の幅や深さも特に限定はないが、シール
板４００の本来的役割を考慮すれば、焼損５１０を必要
十分に抑制できる程度の寸法とすることが好ましい。空
気溝１の断面積を過度に大きくすると、冷却空気６００
の流量が増加して燃焼ガス５００の圧力損失が生じるた
めである。

【００３３】また、この実施の形態１において、空気溝
１は、シール溝２１１の奥側まで切り欠かれるが、これ
に限らず、シール板４００側方の空間２１２と連通する
長さを有すれば良い。また、空気溝１の数や間隔４にも
特に限定はない。ただし、セグメント２００、２００間
のシール性を確保する観点から、焼損５１０を必要十分
に抑制できる数もしくは間隔４とすることが好ましい。

【００３４】また、この実施の形態１において、空気溝
１は、上下交互に千鳥状に形成したが、これに限らず、
例えば、焼損５１０の著しい箇所に集中的に形成しても
良い（図６参照）。この構成によれば、冷却空気６００
の流量を必要十分に抑えつつ、セグメント２００縁部２
３０の焼損５１０を有効に抑止できる。

【００３５】また、この実施の形態１において、空気溝
１ｂは、その出口３を燃焼ガス５００の下流側もしくは
シュラウドの後縁２２１側に傾斜させて形成しても良
い。図７は、かかる傾斜した空気溝１ｂを有するセグメ
ント２００の接合部を示す平面図である。この構成にお
いて、冷却空気６００は、傾斜した空気溝１ｂの出口３
から噴出して接合面２１０間の隙間３００を前縁２２０
側から後縁２２１側に向かい滑らかに流れる。これによ
り、空気溝１を接合面２１０に垂直に設けた場合と比較
して、冷却空気６００をより滑らかに流せるので、セグ
メント２００縁部２３０の焼損５１０をより効果的に抑
止できる。

【００３６】（実施の形態２）図８は、この発明にかか
る実施の形態２であるガスタービンの要部を示す斜視図
であり、図９は、図８に記載したセグメントの接合部を
示すＣ視断面図である。これらの図において、上記従来
のガスタービンと同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略する。このガスタービンは、上記従
来技術２のガスタービンと比較して、後縁２２１側に傾
斜した貫通孔１１を有するシール板１０を採用する点で
相異する。貫通孔１１は、冷却空気６００の噴出口を後
縁２２１側に６０度傾けて形成され、シール板１０の中
央に前縁２２０側から後縁２２１側に渡り複数設けられ
る（図９参照）。なお、シール板１０は、従来のシール
板４００に貫通孔１１を明けて形成される。

【００３７】この実施の形態２において、冷却空気６０
０は、シュラウドの背面２４０側からシール板１０の貫
通孔１１を通り前面２５０側の隙間３００に噴出する。
このとき、冷却空気６００は、後縁２２１側に約６０度
傾いて噴出して接合面２１０、２１０間の隙間３００に
層を形成し、セグメント２００縁部２３０を冷却してそ
の焼損５１０を抑止する。

【００３８】この実施の形態２によれば、貫通孔１１は
後縁２２１側に傾斜するので、冷却空気６００は、上記
従来技術２の場合と比較して、燃焼ガス５００と混合し
難くなり、接合面２１０、２１０間の隙間３００を埋め
てその縁部２３０を効果的に冷却する。また、縁部２３
０の冷却が効果的に行えるので、冷却空気６００の流量
を抑制でき、冷却空気６００と燃焼ガス５００との混合
による圧力損失を減少できる。

【００３９】なお、この実施の形態２において、貫通孔
１１の傾斜角は約６０度（好ましくは５５度から６５
度）であるが、これに限らず、シュラウドの平面に対し
て、４０度以上かつ７５度以下の角度で後縁２３０側に
傾斜することとしても良い。ここで、４０度以上という
下限は、これ以下の傾斜角では、貫通孔１１から噴出し
た冷却空気６００がセグメント２００の縁部２３０まで
届かずに隙間３００に沿って後縁２２１側に流れてしま
い、縁部２３０を有効に冷却できないという発明者らの
知見に基づく（図２８参照）。また、７５度以上という
上限は、これ以上の傾斜角では、冷却空気６００は、縁
部２３０を通過して燃焼ガス５００と直ちに混合するた
め、縁部２３０を有効に冷却できないという発明者らの
知見に基づく（図２７参照）。なお、かかる傾斜角の範
囲の存在は従来知られておらず、発明者らの研究に基づ
き新たに開示するものである。また、この傾斜角の範囲
は、燃焼ガスの流速、貫通孔１１の径、冷却空気６００
の流量その他の要因により変化するため、上記数値を目
安とし、当業者自明の範囲内で適宜変更することが好ま
しい。なお、６０度という角度は、既存のガスタービン
に対して好適な結果が得られる数値である。

【００４０】（実施の形態３）図１０は、この発明にか
かる第３の実施の形態であるガスタービンの要部を示す
斜視図であり、図１１は、図１０に記載したセグメント
の接合部を示すＤ−Ｄ視断面図である。図１２は、図１
１に示したセグメントの接合部を示すＥ−Ｅ視断面図で
あり、図１３は、図１０〜図１２に記載したシール板の
要部を示す斜視図である。これらの図において、上記従
来のガスタービンと同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略する。このガスタービンは、上記従
来技術３のガスタービンと比較して、切り欠き部２１を
有するシール板２０を採用する点に特徴を有する。切り
欠き部２１は、シール板２０の長手方向に、上下面およ
び両側縁に複数かつ交互に形成される（図１３参照）。
したがって、切り欠き部２０は、上下面では平面的に異
なる位置に形成され、両側縁では互いに対向しない位置
に形成される（図１１〜図１３参照）。なお、シール板
２０は、接合面２１０のシール溝２１１、２１１にその
両縁を挿入して嵌め込まれ、接合面２１０、２１０間に
渡されてその隙間３００を封止する。

【００４１】この実施の形態３において、冷却空気６０
０は、シュラウドの背面２４０側からシール板２０下面
の切り欠き部２１ａを通り、シール板２０側方の空間２
１２に進入する（図１１参照）。つぎに、冷却空気６０
０は、圧力差によりこの空間２１２を後縁２２１側に流
れてシール板２０上面の切り欠き部２１ｂに入り（図１
２参照）、その出口２２から接合面２１０、２１０間の
隙間３００に噴出してセグメント２００縁部２３０を冷
却する（図１１参照）。

【００４２】この実施の形態３によれば、シール板２０
は、上面側の切り欠き部２１ａと下面側の切り欠き部２
１ｂとを平面的に異なる位置に有するので、クランク状
の冷却空気６００の通路を形成する。これにより、従来
技術１のシール板４１０（図２４参照）と比較して、冷
却空気６００の流速は低下し、その流量が抑制されてシ
ール板２０の封止機能が確保される。また、切り欠き部
２１がシール板２０の両側縁にて対向しない位置に形成
されるので、従来技術１のシール板４１０（図２４参
照）と比較して、シール板２０の強度が向上する。ま
た、切り欠き部２１はシール板２０に形成するので、セ
グメント２００の接合面２１０に加工する場合（図１〜
図４参照）と比較して、切り欠き部２１数の増減等の事
後的な設計変更を、コストの低いシール板側で調整でき
る利点もある。

【００４３】なお、この実施の形態３において、切り欠
き部２１の形状、断面形状、断面積、間隔等は、特に限
定はなく、セグメント２００縁部２３０の焼損５１０を
抑止できる形状等であればよい。したがって、切り欠き
部２１の形状等については、当業者自明の範囲内で適宜
設計変更することが望ましい。また、切り欠き部２１
は、千鳥状に形成する場合に限られず、例えば、焼損５
１０の著しい範囲に集中的に設置する構成としても良い
（図示省略）。

【００４４】（実施の形態４）図１４は、この発明にか
かる第４の実施の形態であるガスタービンのタービン１
段静翼を示す斜視図である。また、図１５は、図１４に
記載したタービン１段静翼のシュラウドを示す平面断面
図であり、図１６は、図１５に記載したセグメントの接
合部を示すＦ−Ｆ視断面図である。これらの図におい
て、上記従来のガスタービンと同一の構成要素には同一
の符号を付し、その説明を省略する。このガスタービン
は、上記従来技術３のガスタービンと比較して、冷却空
気６００の吹き出し孔３０を、接合面２１０、２１０間
の隙間３００を跨ぐ燃焼ガス５００の流線方向が逆にな
る境界前後で、異なる側のセグメント２００端部２５１
に切り替え形成することを特徴とする。これにより、こ
のガスタービンは、上記従来技術３のガスタービンと比
較して、より多くの吹き出し孔３０を隙間３００に対し
て上流側に配置する。具体的には、吹き出し孔３０は、
隙間３００に腹１１０を向ける翼１００ａの前縁端部１
３０と、背を向ける翼１００ｂの後縁端部１４０とを直
線で結び、この直線と隙間３００との交点３１（以下
「切り替え点」という。）を基準として、対向するセグ
メント２００側端部２５１に切り替え形成される（図１
５参照）。そして、吹き出し孔３０は、切り替え点３１
より前縁２２０側では、翼１００ｂ側のセグメント２０
０縁部２３０に形成され、切り替え点３１より後縁２２
１側では、翼１００ａ側のセグメント２００縁部２３０
に形成される。なお、これらの吹き出し孔３０は、セグ
メント２００を背面２４０から前面２５０に貫通し、縁
部２３０寄りに傾斜して形成される（図１６参照）。

【００４５】この実施の形態４において、燃焼ガス５０
０は、前縁２２０側からほぼ垂直に流入してシュラウド
表面上を流れ、隙間３００の前縁２２０側を翼１００ｂ
方向から跨いで翼１００ａの腹１１０にあたる。そし
て、燃焼ガス５００は、翼１００ａにガイドされて流線
方向を変え、隙間３００の後縁２２１側を翼１００ａ方
向から跨いで翼１００ｂの背１２０に沿って後縁２２１
に抜ける。すなわち、燃焼ガス５００は、シュラウド２
００前縁２２０側と後縁２２１側とで、接合面２１０間
の隙間３００を異なる方向から跨ぐ。ここで、切り替え
点３１は、ほぼ上記燃焼ガス５００が隙間３００を跨ぐ
方向を変える境界付近に位置する。これにより、吹き出
し孔３０は、冷却空気６００を隙間３００の上流側から
流し込み、セグメント２００縁部２３０を冷却する（図
１７参照）。

【００４６】この実施の形態４によれば、吹き出し孔３
０は、形成位置の切り替えにより隙間３００の上流側に
形成されるので、従来技術４のガスタービンと比較し
て、より効果的に冷却空気６００を隙間３００に流し込
むことができる。これにより、冷却空気６００のロスが
減少して効率的にセグメント２００縁部２３０の焼損５
１０を抑止できる。また、吹き出し孔３０の数は、従来
技術４とほぼ同数なので、吹き出される冷却空気６００
の量もほぼ同量となり、燃焼ガス５００との混合による
圧力損失は増加しない。

【００４７】なお、この実施の形態４において、吹き出
し孔３０の切り替え点３１は、翼１００ａの前縁端部１
３０および翼１００ｂの後縁端部１４０を基準として一
義的に規定したが、当業者自明の設計変更により好適な
位置に適宜変更すべきである。なお、上記実施の形態４
に開示した切り替え点３１の位置は、かかる位置付近に
設定すれば既存のガスタービンに一般的に適用可能であ
るとの発明者の知見によるものである。

【００４８】また、この実施の形態４において、切り替
え点３１は、複数箇所あっても良く、実機において流体
解析その他の当業者公知の手法により燃焼ガスの流路を
解析して好適な個数を好適な位置に設けても良い。この
切り替え点３１は、一様でない燃焼ガス５００流れに対
して、隙間３００よりも下流側に位置する吹き出し孔３
０の数を減少させる目的で決定すべきだからである。

【００４９】また、この実施の形態４において、吹き出
し孔３０は、セグメント２００を縁部２３０寄りに傾斜
して貫通するが、これに限らず、その噴出口がセグメン
ト２００端部２５１にあれば傾斜してなくとも良い。こ
れにより、冷却空気６００を接合面２１０間の隙間３０
０に流し込めるからである。ただし、かかる傾斜した吹
き出し孔３０は、冷却空気６００をセグメント２００前
面２５０に滑らかに吹き出す点で好ましい。

【００５０】（実施の形態５）図１８は、この発明にか
かる第５の実施の形態であるガスタービンのタービン１
段静翼のシュラウドを示す平面断面図である。同図にお
いて、上記従来のガスタービンと同一の構成要素には同
一の符号を付し、その説明を省略する。このガスタービ
ンは、上記従来技術３のガスタービンと比較して、接合
面２１０の隙間４０の前縁２２０側を、翼１００ｂ側に
屈折させて吹き出し孔４２が隙間４０より上流側に位置
するように形成した点に特徴を有する。この隙間４０の
屈折点４１は、燃焼ガス５００が従来技術３の隙間３０
０を跨ぐ流線方向を変える境界付近に決定される。具体
的には、従来技術３の隙間３００と、隙間３００に腹１
１０を向ける翼１００ａの前縁端部４１ａおよび隙間３
００に背１２０を向ける翼１００ｂの後縁端部１３０を
結ぶ直線との交点である。隙間４０は、この屈折点４１
を基準として、前縁２２０側を翼１００ｂ側に燃焼ガス
５００の流入方向よりも傾けて屈折する。また、翼１０
０ａ側のセグメント２００端部２５１には、前縁２２０
から後縁２２１に渡り一様に冷却空気６００の吹き出し
孔４２が形成される。また、接合面２１０間には、一対
のシール板４００が前縁２２０側および後縁２２１側の
双方向から差し込まれ、その隙間４０を封止する。

【００５１】この実施の形態５において、燃焼ガス５０
０の一部は、シュラウドの前縁２２０からほぼ垂直に流
入し、隙間４０を屈折点４１より前縁２２０側にて翼１
００ａ側から跨ぐ。このとき、吹き出し孔４２は、翼１
００ａ側のセグメント２００端部２５１にあるので、隙
間４０に対して上流側から冷却空気６００を吹き出す。
これにより、冷却空気６００は、セグメント２００端部
２５１にフィルム冷却層を作りつつ隙間４０に流れ込
み、セグメント２００縁部２３０を冷却する。また、燃
焼ガス５００の他の一部は、翼１００ａの腹１００によ
りガイドされ、隙間４０を屈折点４１より後縁２２１側
にて翼１００ａ側から跨ぐ。このとき、吹き出し孔４２
は、翼１００ａ側のセグメント２００端部２５１にある
ので、隙間４０に対して上流側から冷却空気６００を吹
き出して、上記前縁２２０側と同様にセグメント２００
縁部２３０を冷却する。

【００５２】この実施の形態５によれば、接合面２１０
の隙間４０は、屈折点４１より前縁２２０側を屈折させ
て、吹き出し孔４２を隙間４０より上流側に位置させる
ので、吹き出した冷却空気６００を無駄なく隙間４０に
流し込みセグメント２００縁部２３０を冷却する。これ
により、冷却効率を高められる。また、吹き出し孔４２
の数は、従来技術３のガスタービンとほぼ同数であるの
で、冷却空気６００の流量の増加による燃焼ガス５００
の圧力損失を抑制できる。

【００５３】なお、この実施の形態５において、屈折点
４１の位置は、翼１００ａの前縁端部１３０および翼１
００ｂの後縁端部１４０を基準として一義的に規定した
が、当業者自明の設計変更により好適な位置に適宜変更
すべきである。なお、上記実施の形態５に開示した屈折
点４１の位置は、かかる位置付近に設定すれば既存のガ
スタービンに一般的に適用可能であるとの発明者の知見
によるものである。

【００５４】また、この実施の形態５において、屈折点
４１は、複数箇所あっても良く、実機において流体解析
その他の当業者公知の手法により燃焼ガスの流路を解析
して好適な個数を好適な位置に設けても良い。隙間４０
を屈折させるのは、一様でない燃焼ガス５００流れに対
して、隙間４０よりも下流側に位置する吹き出し孔４２
の数を減少させる目的で決定すべきだからである。

【００５５】また、この実施の形態５において、隙間４
０は、前縁２２０側を燃焼ガス５００の流入方向よりも
傾けて屈折するが、前縁側４０ａを燃焼ガス５００の流
入方向と同一方向に形成し（図１９参照）、セグメント
２００の前縁２２０側には、上記実施の形態１〜３にか
かる冷却構造を採用しても良い。この変形例において、
セグメント２００前縁２２０側の縁部２３０は、上記実
施の形態１〜３にかかる冷却構造により冷却される。ま
た、後縁２２１側は、吹き出し孔４２から吹き出される
冷却空気６００により冷却される。この変形例によれ
ば、実施の形態５に、上記実施の形態１〜３にかかる冷
却構造を併用することにより、燃焼ガス５００が、接合
面２１０の隙間４０に前縁２２０側から平行に入り込む
場合にも、セグメント２００縁部２３０の焼損５１０を
有効に抑止できる。

【発明の効果】以上説明したように、この発明かかるガ
スタービン（請求項１）によれば、冷却空気の通路とし
ての空気溝をセグメント側に設けたので、従来技術１の
ガスタービンのようにシール板に段差部を設ける必要が
なくなり、より薄型のシール板を採用できる。

【００５６】また、この発明であるガスタービン（請求
項２）によれば、空気溝をタービン流路壁に対して平面
的に異なる位置に設けることにより、冷却空気の通路を
クランク状に形成したので、セグメント縁部の冷却効果
を確保しつつ、噴出する冷却空気の流量を抑制してシー
ル板の封止機能を維持できる。

【００５７】また、この発明であるガスタービン（請求
項３）によれば、シール板の貫通孔を後縁側に傾斜させ
て形成したので、冷却空気は、貫通孔をシール板に対し
て垂直に形成する場合と比較して、滑らかに噴出してシ
ール板前面上に冷却空気層を形成する。

【００５８】また、この発明であるガスタービン（請求
項４）によれば、貫通孔は、冷却空気が適切にセグメン
ト縁部を冷却しうる傾斜角を有するので、セグメント縁
部の焼損が効果的に抑制できる。

【００５９】また、この発明であるガスタービン（請求
項５）によれば、切り欠き部を平面的に異なる位置に設
けることにより、冷却空気の通路をクランク状に形成し
たので、セグメント縁部の冷却効果を確保しつつ、噴出
する冷却空気の流量を抑制してシール板の封止機能を維
持できる。

【００６０】また、この発明であるガスタービン（請求
項６）によれば、従来技術３のガスタービンと比較し
て、より多くの冷却空気の吹き出し孔を接合面間の隙間
に対して上流側に形成できるので、セグメント縁部の焼
損をより効果的に抑止できる。

【００６１】また、この発明であるガスタービン（請求
項７）によれば、従来技術３のガスタービンと比較し
て、より多くの冷却空気の吹き出し孔を接合面間の隙間
に対して上流側に形成できるので、セグメント縁部の焼
損をより効果的に抑止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかるガスタービン
の要部を示す斜視図である。

【図２】図１に記載したセグメントの接合部を示すＡ−
Ａ視断面図である。

【図３】図１に記載したシュラウド接合面を示すＢ視断
面図である。

【図４】図１〜図３に記載したセグメントの接合面を示
す斜視図である。

【図５】図１に記載したガスタービンの変形例を示す側
面断面図である。

【図６】図１に記載したガスタービンの変形例を示す側
面断面図である。

【図７】図１に記載したガスタービンの変形例を示す平
面図である。

【図８】この発明の実施の形態２にかかるガスタービン
の要部を示す斜視図である。

【図９】図８に記載したセグメントの接合部を示すＣ視
断面図である。

【図１０】この発明の実施の形態３にかかるガスタービ
ンの要部を示す斜視図である。

【図１１】図１０に記載したセグメントの接合部を示す
Ｄ−Ｄ視断面図である。

【図１２】図１１に示したセグメントの接合部を示すＥ
−Ｅ視断面図である。

【図１３】図１０〜図１２に記載したシール板の要部を
示す斜視図である。

【図１４】この発明の実施の形態４にかかるガスタービ
ンのタービン１段静翼を示す斜視図である。

【図１５】図１４に記載したタービン１段静翼のシュラ
ウドを示す平面断面図である。

【図１６】図１５に記載したセグメントの接合部を示す
Ｆ−Ｆ視断面図である。

【図１７】図１４に記載したタービン１段静翼のシュラ
ウドを示す平面断面図である。

【図１８】この発明の実施の形態５にかかるガスタービ
ンのタービン１段静翼のシュラウドを示す平面断面図で
ある。

【図１９】図１８に記載したガスタービンの変形例を示
す平面断面図である。

【図２０】従来のガスタービンのタービン静翼を示す全
体構成図である。

【図２１】図２０に記載したセグメントの接合部を示す
組立斜視図である。

【図２２】従来のガスタービンの要部を示す正面断面図
である。

【図２３】従来技術１のガスタービンにかかるタービン
静翼を示す正面断面図である。

【図２４】図２３に記載したシール板を示す斜視図であ
る。

【図２５】従来技術２のガスタービンにかかるタービン
静翼を示す正面断面図である。

【図２６】図２５に記載したシール板を示す斜視図であ
る。

【図２７】図２５に記載した接合部の側面断面図であ
る。

【図２８】図９に記載したガスタービンが備えるシール
板の貫通孔の傾斜角が３０度の場合を示す側面断面図で
ある。

【図２９】従来技術３にかかるタービン静翼の要部を示
す斜視図である。

【図３０】図２９に記載したセグメントの接合部を示す
正面断面図である。

【図３１】図２９に記載したタービン１段静翼のシュラ
ウドを示す平面断面図である。

【符号の説明】

１空気溝１０シール板１１貫通孔２０シール板２１切り欠き部３０吹き出し孔３１切り替え点４０隙間４１屈折点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセグメントを環状に接合して形成
されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するタービン分
割環、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静翼
シュラウドその他のタービン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形成したシール溝
に嵌め込まれると共に、前記接合面間に渡して当該接合
面間の隙間を封止するシール板と、を有し、且つ、前記シール溝の内面には、前記タービン流路壁の背面側
から前記シール板の前面側に冷却空気を通す空気溝を設
けることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】さらに、前記空気溝は、前記タービン流路壁に対して前面側と背面側とで平面的
に異なる位置に設けられることを特徴とする請求項１に
記載のガスタービン。
【請求項３】複数のセグメントを環状に接合して形成
されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するタービン分
割環、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静翼
シュラウドその他のタービン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形成したシール溝
に嵌め込まれると共に、前記接合面間に渡して当該接合
面間の隙間を封止するシール板と、を有し、且つ、前記シール板は、前記タービン流路壁の後縁側に傾斜す
る貫通孔を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項４】前記貫通孔の傾斜角は、噴出する前記冷
却空気が、前記タービン流路壁の縁部に届く下限値より大きくなる
ように、且つ、前記タービン流路壁の縁部を越えて前記
燃焼ガスに混入する上限値より小さくなるように、前記
角度を設定することを特徴とする請求項３に記載のガス
タービン。
【請求項５】複数のセグメントを環状に接合して形成
されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するタービン分
割環、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静翼
シュラウドその他のタービン流路壁と、前記セグメント間の対向する接合面に形成したシール溝
に嵌め込まれると共に、前記接合面間に渡して前記接合
面間の隙間を封止するシール板と、を有し、且つ、前記シール板は、その上下面の側部であって前記タービ
ン流路壁に対して上面側と下面側とで平面的に異なる位
置に、切り欠き部を設けたことを特徴とするガスタービ
ン。
【請求項６】タービン動翼、タービン静翼その他の翼
と、前記翼を支持する複数のセグメントを環状に接合して形
成されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するタービン
分割環、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静
翼シュラウドその他のタービン流路壁と、前記セグメントの対向する接合面間の隙間を基準として
当該隙間を跨ぐ前記燃焼ガスの流れ方向が変わる付近を
境に、一方のセグメントの端部から他方のセグメントの
端部に切り替えて複数形成した冷却空気の吹き出し孔
と、を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項７】タービン動翼、タービン静翼その他の翼
と、前記翼を支持する複数のセグメントを環状に接合して形
成されると共に、燃焼ガスの流路壁を構成するタービン
分割環、タービン動翼のプラットフォーム、タービン静
翼シュラウドその他のタービン流路壁と、前記セグメントの前記翼の腹側に位置する端部に複数形
成される冷却空気の吹き出し孔とを有し、且つ、前記セグメントの対向する接合面間の隙間は、当該隙間
を跨ぐ前記燃焼ガスの流れ方向が変わる付近を境に、前
縁側を、前記隙間に背を向ける前記翼側に屈折させて、
前記吹き出し孔が前記隙間より上流側に位置するように
形成されることを特徴とするガスタービン。