JP3782637B2 - ガスタービン冷却静翼 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン冷却静翼に関し、特に２段静翼に適用されるもので、熱応力に対する強度を向上させると共に、冷却効果を高めるような改善を施したものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０はガスタービンのガス通路部分で前段の部分を示す一般的な断面図である。図において、燃焼器３０の取付フランジ３１には１段静翼（１ｃ）３２が外側シュラウド３３と内側シュラウド３４とに両端が固定されており、１段静翼３２は円周方向に複数枚が配置され静止側の車室に固定されている。１段静翼３２の後流側には１段動翼（１ｓ）３５が円周方向に複数枚配置されており、この１段動翼３５はプラットフォーム３６に固定され、プラットフォーム３６はロータディスクの周囲に取付けられており、動翼３５はロータと共に回転する。１段動翼３５の後流側には、２段静翼（２ｃ）３７の両端が外側シュラウド３８、内側シュラウド３９に固定され、同様に周方向に複数枚が静止側に取付けられている。同様に、後流側に２段動翼（２ｓ）４０がプラットフォーム４１を介してロータディスクに取付けられている。このような翼の配列を有するガスタービンは通常４段で構成され、燃焼器３０で燃焼して高温となった燃焼ガス５０が１段静翼（１ｃ）３２から流入し、２段〜４段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ動翼３５，４０、等を回転させ、ロータに回転動力を与えて排出するものである。
【０００３】
図１１は上記した２段静翼の詳細な斜視図である。図において、２段静翼３２は外側シュラウド３３と内側シュラウド３４に固定されており、外側シュラウド３３は四方の周囲を端部フランジ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄで囲い、内部に底面３３ｅを有している。同様に内側シュラウド３４の下側（内側）も四方周囲は端部フランジ３４ａ，３４ｃと取付フランジ４１，４２の面により囲まれて底面３４ｅを有している。２段静翼３２には外側シュラウド３３側から図示していないインピンジ板を介して冷却空気がシュラウド内へ流入し、シュラウド内面を冷却すると共に、静翼３２の上部開口部から流入し、内部の通路へ流れて翼を冷却し、冷却後の空気は内側シュラウド３４内へ流入し、内側シュラウド３４を冷却して外部へ流出する。
【０００４】
図１２は２段静翼の詳細な断面図である。図において６１は翼壁であり、通常板厚は４．０mmの厚さの壁を形成している。内部にはリブ６２が設けられ２区分された空間を形成し、各空間には、それぞれ前縁側のインサート６３、後縁側のインサート６４が挿入され、壁６１の内周囲壁面と一定の隙間を保って固定されている。各インサート６３，６４には周囲に複数の吹出穴６６が設けられ、内部の冷却空気を壁６１とインサートとの隙間に流出できるようになっている。又、壁６１には冷却空気が吹出す冷却穴６０が前縁部、背側、腹側の複数個所に設けられ、壁６１内壁とインサート６３，６４との隙間に流出した冷却空気を吹出し前縁部ではシャワーヘッド冷却、腹側、背側ではフィルム冷却を行い、高温の影響を少なくするようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ガスタービンの静翼では、外側シュラウドより冷却空気が流入し、外側シュラウドの内面を冷却すると共に、静翼内へ流入し、翼内部を冷却し、その後、内側シュラウドへ流入して内側シュラウドも冷却する構造である。しかし、２段静翼は高温にさらされる翼であり、特にシュラウドが高温により変形したり、酸化による減肉、コーティングの剥離が生じ、又、後縁の翼付根部や端面でのクラックが発生することがある。
【０００６】
そこで本発明では、特に２段静翼のうち高温にさらされて熱的に厳しい状態におかれるシュラウドや翼の壁の強度を向上させる共に、冷却構造に改良を加え、熱の影響による変形やクラックの発生を抑えるようにする改善を施したガスタービン冷却静翼を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の（１）〜（７）の手段を提供する。
【０００８】
（１）外側シュラウドから翼内部を通り内側シュラウドへ挿入された吹出穴付筒状インサートに冷却空気を流し同吹出穴より流出させ、翼壁を貫通する冷却穴より外部へ流出させると共に、前記内側シュラウドへも導き同内側シュラウドを冷却して外部へ流出させるガスタービン２段静翼において、前記翼前縁部背側の前記インサートとの間で高さ１００％から７５％の範囲の翼肉厚を他の翼肉厚よりも厚くすると共に、高さ０〜１００％全体の背側の前記インサートとの間には翼壁内側で横方向に伸び上下に複数本からなる翼リブを形成し、前記外側及び内側シュラウドのそれぞれの背側及び腹側の両端部に設けられ、前縁側から後縁側へ冷却空気を流して後縁側へ開口して流出させる冷却通路と、前記内側及び外側シュラウドの前記背側及び腹側の冷却通路に沿って配列し、一端が同通路へ連通し他端が端面に開口して冷却空気を吹出す複数の冷却穴とを備えてなることを特徴とするガスタービン冷却静翼。
【０００９】
（２）前記内側シュラウドの前縁側端部には背側から腹側の両端面に至る範囲にわたって複数のピンフィンを立設した空間を形成し、背側と腹側の両端部において前記冷却通路に連通させることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１０】
（３）前記翼に設けられた冷却穴は背側にのみ設けられていることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１１】
（４）前記外側及び内側シュラウドの背側及び腹側の端部には、それぞれフランジ面が形成され、周方向に互いに隣接する前記外側及び内側シュラウド同志を前記フランジ面によりボルト結合可能とすることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１２】
（５）前記外側シュラウドの翼付根部の特定個所の周囲のシュラウド肉厚は他のシュラウド肉厚よりも薄くすることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１３】
（６）前記翼の前縁部の断面形状は楕円形状の曲面であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
【００１４】
本発明（１）においては、翼の前縁部の翼の肉厚は高さ１００％から７５％の範囲にわたって肉厚が厚くなっている。従って外側シュラウドへの翼の付根部で高温高圧燃焼ガスによる曲げ荷重の影響の厳しい前縁が補強されているので翼倒れが防止される。又、翼の高さ０〜１００％全体の翼壁の内周側で背側には複数の翼リブが上下に突設しているので、これら領域での翼壁が補強され、翼の膨れを防止する。更に、外側シュラウドの背側、腹側の両側に設けられた冷却通路には、それぞれ前縁側から冷却空気が流れ両側を冷却しながら後縁側へ流出すると共に、これら通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹き出すことにより、外側シュラウドの背側、腹側の両端部が効果的に冷却される。同様にインサートを通り、内側シュラウドへ流入する空気は、それぞれ両側の冷却通路を流れて両端部を冷却しながら後縁部から流出すると共に、冷却通路から、この通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹出すことにより、両側端面も効果的に冷却される。
【００１５】
本発明の（１）においては、これら翼壁の外側シュラウドへの付根部の構造、翼リブ、外側シュラウドの冷却通路、及び冷却穴、内側シュラウドの冷却通路及び冷却穴との構造により、翼の付根部、外側，内側シュラウドの冷却効果が向上し、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００１６】
本発明の（２）では、前縁側が背側、腹側の両端に至るまで全面にピンフィンを立設した空間を形成しているので、両端部にピンフィンを有する空間がなかった従来のものよりも、ピンフィンによる冷却領域が拡大し、ピンフィンによる冷却空気の冷却効果が向上するようになり、上記（１）の発明の前縁部の冷却効果が一層高まるものである。
【００１７】
本発明の（３）では、翼に設けられた冷却穴は腹側には設けずに、高温ガスの影響を最も受ける背側にのみ設けるようにしたので、冷却空気量が従来よりも少なくすることができる。
【００１８】
本発明の（４）では、円周方向に配列する外側及び内側シュラウド同志をフランジによりボルト結合して連結することができるので、取付の強度が確実に確保され、上記（１）の発明の熱応力の影響を抑える効果をより一層確実に得ることができる。
【００１９】
本発明の（５）では、外側シュラウドの翼付根部のうち、熱応力の発生しやす個所、例えば、翼後縁端部、前縁等の近辺のシュラウド面を薄肉化することにより、この部分のシュラウドの熱容量を小さくして翼とシュラウド間の温度差を小さくし、熱応力の発生を少なくすることができる。
【００２０】
本発明の（６）では、翼の前縁部の曲面を楕円形状とすることにより、前段の動翼から流入する全方向のガス流をスムーズに受け入れることができ、上記（１）の発明の空力特性が向上し、高温ガスの影響のアンバランスをなくし、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るガスタービン冷却静翼を示す側面図、図２〜図４は翼の断面図、図５は外側シュラウドの外側の平面図、図６は内側シュラウドの側面及び内側の平面図である。
【００２２】
図１において、２０は２段静翼の全体を示し、１は翼、２は外側シュラウド、３は内側シュラウドである。図中Ｘで示す部分は前縁部１００％と７５％の高さの間の前縁の領域であり、肉厚を５mmとしている。これは２段静翼１０は外側が固定され、内側がロータと近接する片持の状態であるため翼倒れ防止のために補強するものである。
【００２３】
４はリブであり、０〜１００％全体までの間で背側のみの翼内壁に所定のピッチで上下に配設され、内側に突出して翼壁の剛性を高め、翼の膨れを防止するものである。又、図２で後述する後縁の空気吹出口の厚みを全断面において、従来は５．４mmあったものを４．４mmとして薄肉化している。その他の壁の厚みは従来４．５mmであったものを腹側３．０mm、背側４．０mmとし、薄肉形状とし、翼全体にＴＢＣ（Thermal Barrier Coating)を施す。
【００２４】
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、前縁部高さ７５％〜１００％の範囲を示し、背側には図中Ｘで示すように後縁の空気吹出口の厚さｔ2 を従来５．４mmあったものを、４．４mmと薄肉化して空力性能を向上させる形状としている。又、腹側の壁の厚さｔ3 は、従来の４．５mmからｔ3 ＝３．０mmとして薄肉化している。
【００２５】
又、後縁の部分Ｙは、ピンフィンが多数設けられており、ピンの幅は１．２mm、後縁の壁厚さは１．２mmとし、更にＴＢＣが０．３mmにアンダーコートが０．１mm施されており、前記したように冷却空気が吹出す後縁厚みをｔ2 ＝４．４mmと薄くしている。更に、冷却穴６０は従来存在していた腹側の冷却穴をなくし、背側のみとして冷却空気量を削減している。
【００２６】
図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、前縁部高さ５０％以下の部分を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。図において、翼の厚さはｔ3 ＝３．０mmであるが、背側の前縁部には多数のリブ４を上下に配列している。（ｂ）図に示すように肉厚は、ｔ3 ＝３mmとし、ピッチＰ＝１５mmごとにリブ４を上下に配列して形成している。リブ４の幅はＷ＝３．０mm、高さＨ＝３．０mmとしてリブ４で背側を補強している。リブの先端は矩形、面取り、（Ｒ）とし基部は壁に曲面Ｒで形成されている。このようなリブ４を背側に設けることにより、翼が外側に膨れるのを防止している。その他の構成は図２と同様である。
【００２７】
図４は図１におけるＣ−Ｃ断面図であり、後縁部０％の部分を示し、基本的には図３と同じ構造であり、背側の前縁部はリブ４、又は壁の肉厚を厚くして補強している。本実施の第１形態では、図示していないが、図２，図３，図４に示す翼の断面形状は翼高さ方向にねじれて変化させており、インサート６３，６４の組立時の挿入性を考慮し、ねじれを最少限度にとどめ、翼の薄肉化と共に、垂直方向からインサート６３，６４を挿入可能にねじれた形状とし、空力性能を向上させる形状としている。
【００２８】
図５は本実施の第１形態における外側シュラウドを示し、図１におけるＥ−Ｅ矢視図である。図において、外側シュラウド２の周囲はフランジ部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄで囲まれており、シュラウドの肉厚は、図８（ｂ）にも示すように前縁側１７mm〜後縁側５．０mmまでテーパ形状としている。フランジ部２ｄ，２ａ内には冷却通路５ａが、フランジ部２ｄ，２ｃ内には冷却通路５ｂが、それぞれ設けられている。これら冷却通路５ａ，５ｂは前縁側の端部から、それぞれ背側、腹側の両側端部を通り、後縁側に抜ける通路を形成している。又、冷却通路５ａ，５ｂ内にはそれぞれタービュレータ６が設けられている。又、従来と同様に後縁側のフランジ部２ｂには多数の冷却穴７が穿設されており、外側シュラウド内部の空間に連通して冷却空気を後縁へ吹出すようになっている。
【００２９】
上記構成の外側シュラウドにおいて、外側からシュラウドの面に流入する冷却空気の一部は、翼１のインサート６３，６４で形成される空間に入り、翼内部を冷却し、翼周囲の冷却穴から吹出して翼を冷却すると共に、内側シュラウドへも流入する。残りの冷却空気は、前縁側より左右に分かれて、それぞれ５０ａ，５０ｄで示すように冷却通路５ａ，５ｂに流入し、冷却通路５ａでは、５０ａ，５０ｂのように流れ５０ｃのように、又、冷却通路５ｂでは、５０ｄ，５０ｅのように流れ５０ｆのように、それぞれタービュレータ６で流れが攪拌されて熱伝達効果を高めながら、後縁側より流出し、外側シュラウド２の前縁端部及び両側を冷却する。更に、シュラウド内側空間からの空気は、空間内の５０ｇから、それぞれ後縁側のフランジ部２ｂに設けられた複数の冷却穴７より５０ｈのように流出し、後縁側端部を冷却する。このように外側シュラウド２の全面及び全周囲が冷却空気により効果的に冷却される。なお、外側シュラウドにおいても図６（ｂ）で後述するように冷却通路５ａ，５ｂの両側面に多数の冷却穴を設け、冷却空気を吹き出すようしても良い。
【００３０】
図６は本実施の第１形態における内側シュラウドを示し、（ａ）は内側シュラウドの側面図、（ｂ）はそのＦ−Ｆ矢視図である。両図において、内側シュラウド３の内側にはシールリング保持環を取付けるための取付フランジ８ａ，８ｂが設けられているが、後縁側の取付フランジ８ａは従来の取付フランジ４２よりも後方に移動し、翼１の後縁端の位置から外して配置されている。これにより後段の隣接する２段動翼とで形成される空間７０が狭くなり、この空間７０内の圧力が高まり、シール性能を向上させると共に、高温燃焼ガスの内側への流入を確実に防止し、これにより内側シュラウド３の後縁端部の冷却効果を一層高めるものである。
【００３１】
図６（ｂ）において、内側シュラウド３の周囲は、それぞれ背側、腹側の両端フランジ部３ａ，３ｂ、取付フランジ８ａ，８ｂにより囲まれており、前縁側には多数のピンフィン１０が立設する空間を設け、後縁側には内側空間に連通し、後縁側に開口する多数の冷却穴１２が設けられている。両フランジ部３ａ，３ｂ内には、それぞれ冷却通路９ａ，９ｂが設けられ、前縁側のピンフィン１０からなる空間と、後縁側にそれぞれ開口し、前縁側のピンフィン１０の空間から後縁へ冷却空気を流すようになっている。又、シュラウド内側の空間とピンフィン１０からなる空間とは開口部１１で連通しており、更に、両フランジ部３ａ，３ｂの側面には、それぞれ冷却通路９ａ，９ｂに連通して側面へ開口する多数の冷却穴１３ａ，１３ｂが配列し、冷却空気を側面へ吹出すようになっている。
【００３２】
上記構成の内側シュラウドにおいて、インサート６３の空間から吹出した冷却空気５０ｈは、開口部１１よりピンフィン１０が配列する空間に入り、この部分の流れを攪拌して効果的に冷却し、それぞれ５０ｉ，５０ｎのように左右に分かれて冷却通路９ａ，９ｂに流入する。冷却通路９ａでは、５０ｉ，５０ｊ，５０ｋのように流れ、又、冷却通路９ｂでは、５０ｐ，５０Ｑ，５０ｒのように流れて、それぞれ両側を冷却して後縁側へ流出する。更に、この過程において、各冷却通路９ａ，９ｂに連通する多数の冷却穴１３ａ，１３ｂから、それぞれ背側、腹側の両端へ５０ｍ，５０ｓのように冷却空気を吹出し、両側を効果的に冷却する。
【００３３】
又、インサート６４内の空間から吹出した空気は５０ｔのように内側の空間に入り、５０Ｕのように後縁側へ流れ、後縁側の多数の冷却穴１２より後縁側へ吹出し、後縁を効果的に冷却する。このように、内側シュラウド３は、前縁側は背側、腹側両端部に至る全面をピンフィン１０を設けた空間とし、後縁には従来と同様に多数の冷却穴１２による通路を設け、背側、腹側の両端は冷却通路９ａ，９ｂ及び多数の冷却穴１３ａ，１３ｂを配列した構成とし全周辺を有効に冷却できる。更に、後縁側の取付フランジ８ａを後方に移動させて隣接する後流側の動翼との空間７０を狭くし、シュラウド後流側の冷却を良好にすることができる。
【００３４】
以上説明の実施の第１形態においては、翼１の前縁部で高さ１００％〜７５％の範囲の背側の肉厚を厚くし、又、高さ０〜１００％全体にリブ４を設け、その他の翼の肉厚を薄く、更に後縁の空気吹出口の厚みを薄くする構成とし、翼からの空気を吹出す冷却穴を腹側をなくして背側のみとする。又、外側シュラウド２には背側と腹側とに冷却通路５ａ，５ｂを設け、内側シュラウド３には前縁部を全面ピンフィン１０を配置し、背側と腹側に冷却通路９ａ，９ｂを設けると共に、多数の冷却穴１３ａ，１３ｂを配置する構成とし、熱的に厳しい外側，内側シュラウド２，３の周辺部、翼の付根部が効果的に冷却され、これら部分クラックの発生が防止される。
【００３５】
図７は本発明の実施の第２形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、外側シュラウド同志を互いにフランジとボルト結合として強度を確保するようにしたものであり、その他の構成は実施の第１形態と同じである。なお、内側シュラウドも同様にフランジで結合されることができるが、本例では外側シュラウドで代表して説明する。図７において、外側シュラウド２には背側の周辺にフランジ１４ａが、腹側の周辺にフランジ１４ｂが取付けられ、それぞれフランジ１４ａと１４ｂとを接してボルト・ナット１５で連結されている。このようにフランジ１４ａ，１４ｂとボルト・ナット１５による結合で外側シュラウド２の車室側への取付けがより強固となるものである。これにより強度が確保され、ガス圧力による翼のクリープ倒れを防止する一助となる。また、ボルト結合することで一体鋳造の２枚つづり翼と比べ、翼同士の拘束が弱くなり翼付根の過大な熱応力を抑えることができる。その他の構成、効果は実施の第１形態と同じであるので、詳しい説明は省略する。
【００３６】
図８は本発明の実施の第３形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は翼の付根部近辺のシュラウドの肉厚を薄くした部分の断面図で、翼とシュラウドの剛性のバランスを図るようにしたものであり、その他の構成は、実施の第１形態と同じものである。図８において、外側シュラウド２の翼１の付根部のうち前縁の腹側の曲率の大きい突設部のシュラウド部分１６、後縁のフィン部分が取付けられるシュラウド部分１８、のそれぞれの近辺の肉厚を他の部分よりも薄く形成する。このように外側シュラウド２の翼付根部の熱応力の厳しい部分１６，１８の肉厚を薄くすると、この部分の剛性が小さくなり、翼１との剛性の差が少なくなる。これにより、この部分に発生する熱応力も小さくなって熱応力により発生するクラックも抑えることができる。なお、内側シュラウド３についても、説明は省略するが、同様に、このような構成とすることができる。その他の構成は実施の第１形態と同じであり、本実施の第３形態では、そのシュラウドの冷却効果がより一層確実となるものである。
【００３７】
図９は本発明の実施の第４形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、翼１の前縁部の形状を従来の円弧状断面から楕円状断面としたものであり、その他の構成は実施の第１形態と同じである。図において、（ａ）は従来の前縁部の形状で、円弧形状１９ａであったが、（ｂ）に示すように楕円形状で楕円の長軸の円弧形状１９ｂとしている。このような形状とすることにより、前段の動翼からの広範囲の注入角を持つガス流れに対し、どのような流れ方向に対しても対応ができるようになり、空力的な性能向上につながる。これにより翼１への高温燃焼ガスの影響のアンバランスを小さくし、熱応力の影響を小さくすることができる。その他の構成、効果については、実施の第１形態と同じであるので説明は省略する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のガスタービン冷却静翼は、（１）外側シュラウドから翼内部を通り内側シュラウドへ挿入された吹出穴付筒状インサートに冷却空気を流し同吹出穴より流出させ、翼壁を貫通する冷却穴より外部へ流出させると共に、前記内側シュラウドへも導き同内側シュラウドを冷却して外部へ流出させるガスタービン２段静翼において、前記翼前縁部背側の前記インサートとの間で高さ１００％から７５％の範囲の翼肉厚を他の翼肉厚よりも厚くすると共に、高さ０〜１００％全体の背側の前記インサートとの間には翼壁内側で横方向に伸び上下に複数本からなる翼リブを形成し、前記外側及び内側シュラウドのそれぞれの背側及び腹側の両端部に設けられ、前縁側から後縁側へ冷却空気を流して後縁側へ開口して流出させる冷却通路と、前記内側及び外側シュラウドの前記背側及び腹側の冷却通路に沿って配列し、一端が同通路へ連通し他端が端面に開口して冷却空気を吹出す複数の冷却穴とを備えてなることを特徴としている。このような構成により、次のような効果を有する。
【００３９】
翼の前縁部の翼の肉厚は高さ１００％から７５％の範囲にわたって厚肉が厚くなっている。従って外側シュラウドへの翼の付根部で高温燃焼ガスの影響の厳しい前縁が補強されているので翼倒れが防止される。又、翼の高さ全体の翼壁が翼リブで補強され、翼の膨れを防止する。更に、外側シュラウドの背側、腹側の両側に設けられた冷却通路には、それぞれ前縁側から冷却空気が流れ両側を冷却しながら後縁側へ流出すると共に、両側の多数の冷却穴からも側面に吹き出すので、外側及び内側シュラウドの背側、腹側の両端部が効果的に冷却される。同様にインサートを通り、内側シュラウドへ流入する空気は、それぞれ両側の冷却通路を流れて両端部を冷却しながら後縁部から流出すると共に、冷却通路から、この通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹出すことにより、両側端面も効果的に冷却される。本発明の（１）においては、これら翼壁の外側シュラウドへの付根部の構造、翼リブ、外側シュラウドの冷却通路、内側シュラウドの冷却通路及び冷却穴との構造により、翼の付根部、外側，内側シュラウドの冷却効果が向上し、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００４０】
本発明の（２）では、前縁側が背側、腹側の両端に至るまで全面にピンフィンを立設した空間を形成しているので、両端部にピンフィンを有する空間がなかった従来のものよりも、ピンフィンによる冷却領域が拡大し、ピンフィンによる冷却空気の冷却効果が向上するようになり、前縁部の冷却効果が高まるものである。
【００４１】
本発明の（３）では、翼に設けられた冷却穴は腹側には設けずに、高温ガスの影響を最も受ける背側にのみ設けるようにしたので、冷却空気量が従来よりも少なくすることができる。
【００４２】
本発明の（４）では、円周方向に配列する外側及び内側シュラウド同志をフランジによりボルト結合して連結することができるので、取付の強度が確実に確保され、上記（１）の発明の効果をより一層確実に得ることができる。
【００４３】
本発明の（５）では、外側シュラウドの翼付根部のうち、熱応力の発生しやす個所、例えば、翼後縁端部、前縁等の近辺のシュラウド面を薄肉化することにより、この部分のシュラウドの熱容量を小さくして翼とシュラウド間の温度差を小さくし、熱応力の発生を少なくすることができる。
【００４４】
本発明の（６）では、翼の前縁部の曲面を楕円形状とすることにより、前段の動翼から流入する全方向のガス流をスムーズに受け入れることができ、上記（１）の発明の空力特性が向上し、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン冷却静翼の全体側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面を示し、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図４】図１におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図１におけるＥ−Ｅ矢視図である。
【図６】本発明の実施の第１形態に係る内側シュラウドを示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ矢視図である。
【図７】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン冷却静翼の外側シュラウドの連結を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の第３形態に係るガスタービン冷却静翼の外側シュラウドを示し、（ａ）は平面図で、（ｂ）は断面図である。
【図９】本発明の実施の第４形態に係るガスタービン冷却静翼の翼断面形状を示し、（ａ）は従来、（ｂ）は本発明を、それぞれ示す。
【図１０】従来のガスタービンの前段部分を示す断面図である。
【図１１】従来の２段静翼を示す斜視図である。
【図１２】従来の２段静翼の断面図である。
【符号の説明】
１ 翼
２ 外側シュラウド
３ 内側シュラウド
４ リブ
５ａ，５ｂ，９ａ，９ｂ 冷却通路
６ タービュレータ
７ 冷却穴
８ａ，８ｂ 取付フランジ
１０ ピンフィン
１１ 開口部
１２，１３ａ，１３ｂ 冷却穴
１４ａ，１４ｂ フランジ
１５ ボルト・ナット
６０ 冷却穴
６３，６４ インサート
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービン冷却静翼に関し、特に２段静翼に適用されるもので、熱応力に対する強度を向上させると共に、冷却効果を高めるような改善を施したものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０はガスタービンのガス通路部分で前段の部分を示す一般的な断面図である。図において、燃焼器３０の取付フランジ３１には１段静翼（１ｃ）３２が外側シュラウド３３と内側シュラウド３４とに両端が固定されており、１段静翼３２は円周方向に複数枚が配置され静止側の車室に固定されている。１段静翼３２の後流側には１段動翼（１ｓ）３５が円周方向に複数枚配置されており、この１段動翼３５はプラットフォーム３６に固定され、プラットフォーム３６はロータディスクの周囲に取付けられており、動翼３５はロータと共に回転する。１段動翼３５の後流側には、２段静翼（２ｃ）３７の両端が外側シュラウド３８、内側シュラウド３９に固定され、同様に周方向に複数枚が静止側に取付けられている。同様に、後流側に２段動翼（２ｓ）４０がプラットフォーム４１を介してロータディスクに取付けられている。このような翼の配列を有するガスタービンは通常４段で構成され、燃焼器３０で燃焼して高温となった燃焼ガス５０が１段静翼（１ｃ）３２から流入し、２段〜４段の各翼間を流れる過程において膨張して、それぞれ動翼３５，４０、等を回転させ、ロータに回転動力を与えて排出するものである。
【０００３】
図１１は上記した２段静翼の詳細な斜視図である。図において、２段静翼３２は外側シュラウド３３と内側シュラウド３４に固定されており、外側シュラウド３３は四方の周囲を端部フランジ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄで囲い、内部に底面３３ｅを有している。同様に内側シュラウド３４の下側（内側）も四方周囲は端部フランジ３４ａ，３４ｃと取付フランジ４１，４２の面により囲まれて底面３４ｅを有している。２段静翼３２には外側シュラウド３３側から図示していないインピンジ板を介して冷却空気がシュラウド内へ流入し、シュラウド内面を冷却すると共に、静翼３２の上部開口部から流入し、内部の通路へ流れて翼を冷却し、冷却後の空気は内側シュラウド３４内へ流入し、内側シュラウド３４を冷却して外部へ流出する。
【０００４】
図１２は２段静翼の詳細な断面図である。図において６１は翼壁であり、通常板厚は４．０mmの厚さの壁を形成している。内部にはリブ６２が設けられ２区分された空間を形成し、各空間には、それぞれ前縁側のインサート６３、後縁側のインサート６４が挿入され、壁６１の内周囲壁面と一定の隙間を保って固定されている。各インサート６３，６４には周囲に複数の吹出穴６６が設けられ、内部の冷却空気を壁６１とインサートとの隙間に流出できるようになっている。又、壁６１には冷却空気が吹出す冷却穴６０が前縁部、背側、腹側の複数個所に設けられ、壁６１内壁とインサート６３，６４との隙間に流出した冷却空気を吹出し前縁部ではシャワーヘッド冷却、腹側、背側ではフィルム冷却を行い、高温の影響を少なくするようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ガスタービンの静翼では、外側シュラウドより冷却空気が流入し、外側シュラウドの内面を冷却すると共に、静翼内へ流入し、翼内部を冷却し、その後、内側シュラウドへ流入して内側シュラウドも冷却する構造である。しかし、２段静翼は高温にさらされる翼であり、特にシュラウドが高温により変形したり、酸化による減肉、コーティングの剥離が生じ、又、後縁の翼付根部や端面でのクラックが発生することがある。
【０００６】
そこで本発明では、特に２段静翼のうち高温にさらされて熱的に厳しい状態におかれるシュラウドや翼の壁の強度を向上させる共に、冷却構造に改良を加え、熱の影響による変形やクラックの発生を抑えるようにする改善を施したガスタービン冷却静翼を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために、次の（１）〜（７）の手段を提供する。
【０００８】
（１）外側シュラウドから翼内部を通り内側シュラウドへ挿入された吹出穴付筒状インサートに冷却空気を流し同吹出穴より流出させ、翼壁を貫通する冷却穴より外部へ流出させると共に、前記内側シュラウドへも導き同内側シュラウドを冷却して外部へ流出させるガスタービン２段静翼において、前記翼前縁部背側の前記インサートとの間で高さ１００％から７５％の範囲の翼肉厚を他の翼肉厚よりも厚くすると共に、高さ０〜１００％全体の背側の前記インサートとの間には翼壁内側で横方向に伸び上下に複数本からなる翼リブを形成し、前記外側及び内側シュラウドのそれぞれの背側及び腹側の両端部に設けられ、前縁側から後縁側へ冷却空気を流して後縁側へ開口して流出させる冷却通路と、前記内側及び外側シュラウドの前記背側及び腹側の冷却通路に沿って配列し、一端が同通路へ連通し他端が端面に開口して冷却空気を吹出す複数の冷却穴とを備えてなることを特徴とするガスタービン冷却静翼。
【０００９】
（２）前記内側シュラウドの前縁側端部には背側から腹側の両端面に至る範囲にわたって複数のピンフィンを立設した空間を形成し、背側と腹側の両端部において前記冷却通路に連通させることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１０】
（３）前記翼に設けられた冷却穴は背側にのみ設けられていることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１１】
（４）前記外側及び内側シュラウドの背側及び腹側の端部には、それぞれフランジ面が形成され、周方向に互いに隣接する前記外側及び内側シュラウド同志を前記フランジ面によりボルト結合可能とすることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１２】
（５）前記外側シュラウドの翼付根部の特定個所の周囲のシュラウド肉厚は他のシュラウド肉厚よりも薄くすることを特徴とする（１）記載のガスタービン冷却静翼。
【００１３】
（６）前記翼の前縁部の断面形状は楕円形状の曲面であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
【００１４】
本発明（１）においては、翼の前縁部の翼の肉厚は高さ１００％から７５％の範囲にわたって肉厚が厚くなっている。従って外側シュラウドへの翼の付根部で高温高圧燃焼ガスによる曲げ荷重の影響の厳しい前縁が補強されているので翼倒れが防止される。又、翼の高さ０〜１００％全体の翼壁の内周側で背側には複数の翼リブが上下に突設しているので、これら領域での翼壁が補強され、翼の膨れを防止する。更に、外側シュラウドの背側、腹側の両側に設けられた冷却通路には、それぞれ前縁側から冷却空気が流れ両側を冷却しながら後縁側へ流出すると共に、これら通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹き出すことにより、外側シュラウドの背側、腹側の両端部が効果的に冷却される。同様にインサートを通り、内側シュラウドへ流入する空気は、それぞれ両側の冷却通路を流れて両端部を冷却しながら後縁部から流出すると共に、冷却通路から、この通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹出すことにより、両側端面も効果的に冷却される。
【００１５】
本発明の（１）においては、これら翼壁の外側シュラウドへの付根部の構造、翼リブ、外側シュラウドの冷却通路、及び冷却穴、内側シュラウドの冷却通路及び冷却穴との構造により、翼の付根部、外側，内側シュラウドの冷却効果が向上し、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００１６】
本発明の（２）では、前縁側が背側、腹側の両端に至るまで全面にピンフィンを立設した空間を形成しているので、両端部にピンフィンを有する空間がなかった従来のものよりも、ピンフィンによる冷却領域が拡大し、ピンフィンによる冷却空気の冷却効果が向上するようになり、上記（１）の発明の前縁部の冷却効果が一層高まるものである。
【００１７】
本発明の（３）では、翼に設けられた冷却穴は腹側には設けずに、高温ガスの影響を最も受ける背側にのみ設けるようにしたので、冷却空気量が従来よりも少なくすることができる。
【００１８】
本発明の（４）では、円周方向に配列する外側及び内側シュラウド同志をフランジによりボルト結合して連結することができるので、取付の強度が確実に確保され、上記（１）の発明の熱応力の影響を抑える効果をより一層確実に得ることができる。
【００１９】
本発明の（５）では、外側シュラウドの翼付根部のうち、熱応力の発生しやす個所、例えば、翼後縁端部、前縁等の近辺のシュラウド面を薄肉化することにより、この部分のシュラウドの熱容量を小さくして翼とシュラウド間の温度差を小さくし、熱応力の発生を少なくすることができる。
【００２０】
本発明の（６）では、翼の前縁部の曲面を楕円形状とすることにより、前段の動翼から流入する全方向のガス流をスムーズに受け入れることができ、上記（１）の発明の空力特性が向上し、高温ガスの影響のアンバランスをなくし、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係るガスタービン冷却静翼を示す側面図、図２〜図４は翼の断面図、図５は外側シュラウドの外側の平面図、図６は内側シュラウドの側面及び内側の平面図である。
【００２２】
図１において、２０は２段静翼の全体を示し、１は翼、２は外側シュラウド、３は内側シュラウドである。図中Ｘで示す部分は前縁部１００％と７５％の高さの間の前縁の領域であり、肉厚を５mmとしている。これは２段静翼１０は外側が固定され、内側がロータと近接する片持の状態であるため翼倒れ防止のために補強するものである。
【００２３】
４はリブであり、０〜１００％全体までの間で背側のみの翼内壁に所定のピッチで上下に配設され、内側に突出して翼壁の剛性を高め、翼の膨れを防止するものである。又、図２で後述する後縁の空気吹出口の厚みを全断面において、従来は５．４mmあったものを４．４mmとして薄肉化している。その他の壁の厚みは従来４．５mmであったものを腹側３．０mm、背側４．０mmとし、薄肉形状とし、翼全体にＴＢＣ（Thermal Barrier Coating)を施す。
【００２４】
図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、前縁部高さ７５％〜１００％の範囲を示し、背側には図中Ｘで示すように後縁の空気吹出口の厚さｔ2 を従来５．４mmあったものを、４．４mmと薄肉化して空力性能を向上させる形状としている。又、腹側の壁の厚さｔ3 は、従来の４．５mmからｔ3 ＝３．０mmとして薄肉化している。
【００２５】
又、後縁の部分Ｙは、ピンフィンが多数設けられており、ピンの幅は１．２mm、後縁の壁厚さは１．２mmとし、更にＴＢＣが０．３mmにアンダーコートが０．１mm施されており、前記したように冷却空気が吹出す後縁厚みをｔ2 ＝４．４mmと薄くしている。更に、冷却穴６０は従来存在していた腹側の冷却穴をなくし、背側のみとして冷却空気量を削減している。
【００２６】
図３は図１におけるＢ−Ｂ断面図であり、前縁部高さ５０％以下の部分を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。図において、翼の厚さはｔ3 ＝３．０mmであるが、背側の前縁部には多数のリブ４を上下に配列している。（ｂ）図に示すように肉厚は、ｔ3 ＝３mmとし、ピッチＰ＝１５mmごとにリブ４を上下に配列して形成している。リブ４の幅はＷ＝３．０mm、高さＨ＝３．０mmとしてリブ４で背側を補強している。リブの先端は矩形、面取り、（Ｒ）とし基部は壁に曲面Ｒで形成されている。このようなリブ４を背側に設けることにより、翼が外側に膨れるのを防止している。その他の構成は図２と同様である。
【００２７】
図４は図１におけるＣ−Ｃ断面図であり、後縁部０％の部分を示し、基本的には図３と同じ構造であり、背側の前縁部はリブ４、又は壁の肉厚を厚くして補強している。本実施の第１形態では、図示していないが、図２，図３，図４に示す翼の断面形状は翼高さ方向にねじれて変化させており、インサート６３，６４の組立時の挿入性を考慮し、ねじれを最少限度にとどめ、翼の薄肉化と共に、垂直方向からインサート６３，６４を挿入可能にねじれた形状とし、空力性能を向上させる形状としている。
【００２８】
図５は本実施の第１形態における外側シュラウドを示し、図１におけるＥ−Ｅ矢視図である。図において、外側シュラウド２の周囲はフランジ部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄで囲まれており、シュラウドの肉厚は、図８（ｂ）にも示すように前縁側１７mm〜後縁側５．０mmまでテーパ形状としている。フランジ部２ｄ，２ａ内には冷却通路５ａが、フランジ部２ｄ，２ｃ内には冷却通路５ｂが、それぞれ設けられている。これら冷却通路５ａ，５ｂは前縁側の端部から、それぞれ背側、腹側の両側端部を通り、後縁側に抜ける通路を形成している。又、冷却通路５ａ，５ｂ内にはそれぞれタービュレータ６が設けられている。又、従来と同様に後縁側のフランジ部２ｂには多数の冷却穴７が穿設されており、外側シュラウド内部の空間に連通して冷却空気を後縁へ吹出すようになっている。
【００２９】
上記構成の外側シュラウドにおいて、外側からシュラウドの面に流入する冷却空気の一部は、翼１のインサート６３，６４で形成される空間に入り、翼内部を冷却し、翼周囲の冷却穴から吹出して翼を冷却すると共に、内側シュラウドへも流入する。残りの冷却空気は、前縁側より左右に分かれて、それぞれ５０ａ，５０ｄで示すように冷却通路５ａ，５ｂに流入し、冷却通路５ａでは、５０ａ，５０ｂのように流れ５０ｃのように、又、冷却通路５ｂでは、５０ｄ，５０ｅのように流れ５０ｆのように、それぞれタービュレータ６で流れが攪拌されて熱伝達効果を高めながら、後縁側より流出し、外側シュラウド２の前縁端部及び両側を冷却する。更に、シュラウド内側空間からの空気は、空間内の５０ｇから、それぞれ後縁側のフランジ部２ｂに設けられた複数の冷却穴７より５０ｈのように流出し、後縁側端部を冷却する。このように外側シュラウド２の全面及び全周囲が冷却空気により効果的に冷却される。なお、外側シュラウドにおいても図６（ｂ）で後述するように冷却通路５ａ，５ｂの両側面に多数の冷却穴を設け、冷却空気を吹き出すようしても良い。
【００３０】
図６は本実施の第１形態における内側シュラウドを示し、（ａ）は内側シュラウドの側面図、（ｂ）はそのＦ−Ｆ矢視図である。両図において、内側シュラウド３の内側にはシールリング保持環を取付けるための取付フランジ８ａ，８ｂが設けられているが、後縁側の取付フランジ８ａは従来の取付フランジ４２よりも後方に移動し、翼１の後縁端の位置から外して配置されている。これにより後段の隣接する２段動翼とで形成される空間７０が狭くなり、この空間７０内の圧力が高まり、シール性能を向上させると共に、高温燃焼ガスの内側への流入を確実に防止し、これにより内側シュラウド３の後縁端部の冷却効果を一層高めるものである。
【００３１】
図６（ｂ）において、内側シュラウド３の周囲は、それぞれ背側、腹側の両端フランジ部３ａ，３ｂ、取付フランジ８ａ，８ｂにより囲まれており、前縁側には多数のピンフィン１０が立設する空間を設け、後縁側には内側空間に連通し、後縁側に開口する多数の冷却穴１２が設けられている。両フランジ部３ａ，３ｂ内には、それぞれ冷却通路９ａ，９ｂが設けられ、前縁側のピンフィン１０からなる空間と、後縁側にそれぞれ開口し、前縁側のピンフィン１０の空間から後縁へ冷却空気を流すようになっている。又、シュラウド内側の空間とピンフィン１０からなる空間とは開口部１１で連通しており、更に、両フランジ部３ａ，３ｂの側面には、それぞれ冷却通路９ａ，９ｂに連通して側面へ開口する多数の冷却穴１３ａ，１３ｂが配列し、冷却空気を側面へ吹出すようになっている。
【００３２】
上記構成の内側シュラウドにおいて、インサート６３の空間から吹出した冷却空気５０ｈは、開口部１１よりピンフィン１０が配列する空間に入り、この部分の流れを攪拌して効果的に冷却し、それぞれ５０ｉ，５０ｎのように左右に分かれて冷却通路９ａ，９ｂに流入する。冷却通路９ａでは、５０ｉ，５０ｊ，５０ｋのように流れ、又、冷却通路９ｂでは、５０ｐ，５０Ｑ，５０ｒのように流れて、それぞれ両側を冷却して後縁側へ流出する。更に、この過程において、各冷却通路９ａ，９ｂに連通する多数の冷却穴１３ａ，１３ｂから、それぞれ背側、腹側の両端へ５０ｍ，５０ｓのように冷却空気を吹出し、両側を効果的に冷却する。
【００３３】
又、インサート６４内の空間から吹出した空気は５０ｔのように内側の空間に入り、５０Ｕのように後縁側へ流れ、後縁側の多数の冷却穴１２より後縁側へ吹出し、後縁を効果的に冷却する。このように、内側シュラウド３は、前縁側は背側、腹側両端部に至る全面をピンフィン１０を設けた空間とし、後縁には従来と同様に多数の冷却穴１２による通路を設け、背側、腹側の両端は冷却通路９ａ，９ｂ及び多数の冷却穴１３ａ，１３ｂを配列した構成とし全周辺を有効に冷却できる。更に、後縁側の取付フランジ８ａを後方に移動させて隣接する後流側の動翼との空間７０を狭くし、シュラウド後流側の冷却を良好にすることができる。
【００３４】
以上説明の実施の第１形態においては、翼１の前縁部で高さ１００％〜７５％の範囲の背側の肉厚を厚くし、又、高さ０〜１００％全体にリブ４を設け、その他の翼の肉厚を薄く、更に後縁の空気吹出口の厚みを薄くする構成とし、翼からの空気を吹出す冷却穴を腹側をなくして背側のみとする。又、外側シュラウド２には背側と腹側とに冷却通路５ａ，５ｂを設け、内側シュラウド３には前縁部を全面ピンフィン１０を配置し、背側と腹側に冷却通路９ａ，９ｂを設けると共に、多数の冷却穴１３ａ，１３ｂを配置する構成とし、熱的に厳しい外側，内側シュラウド２，３の周辺部、翼の付根部が効果的に冷却され、これら部分クラックの発生が防止される。
【００３５】
図７は本発明の実施の第２形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、外側シュラウド同志を互いにフランジとボルト結合として強度を確保するようにしたものであり、その他の構成は実施の第１形態と同じである。なお、内側シュラウドも同様にフランジで結合されることができるが、本例では外側シュラウドで代表して説明する。図７において、外側シュラウド２には背側の周辺にフランジ１４ａが、腹側の周辺にフランジ１４ｂが取付けられ、それぞれフランジ１４ａと１４ｂとを接してボルト・ナット１５で連結されている。このようにフランジ１４ａ，１４ｂとボルト・ナット１５による結合で外側シュラウド２の車室側への取付けがより強固となるものである。これにより強度が確保され、ガス圧力による翼のクリープ倒れを防止する一助となる。また、ボルト結合することで一体鋳造の２枚つづり翼と比べ、翼同士の拘束が弱くなり翼付根の過大な熱応力を抑えることができる。その他の構成、効果は実施の第１形態と同じであるので、詳しい説明は省略する。
【００３６】
図８は本発明の実施の第３形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は翼の付根部近辺のシュラウドの肉厚を薄くした部分の断面図で、翼とシュラウドの剛性のバランスを図るようにしたものであり、その他の構成は、実施の第１形態と同じものである。図８において、外側シュラウド２の翼１の付根部のうち前縁の腹側の曲率の大きい突設部のシュラウド部分１６、後縁のフィン部分が取付けられるシュラウド部分１８、のそれぞれの近辺の肉厚を他の部分よりも薄く形成する。このように外側シュラウド２の翼付根部の熱応力の厳しい部分１６，１８の肉厚を薄くすると、この部分の剛性が小さくなり、翼１との剛性の差が少なくなる。これにより、この部分に発生する熱応力も小さくなって熱応力により発生するクラックも抑えることができる。なお、内側シュラウド３についても、説明は省略するが、同様に、このような構成とすることができる。その他の構成は実施の第１形態と同じであり、本実施の第３形態では、そのシュラウドの冷却効果がより一層確実となるものである。
【００３７】
図９は本発明の実施の第４形態に係るガスタービン冷却静翼を示し、翼１の前縁部の形状を従来の円弧状断面から楕円状断面としたものであり、その他の構成は実施の第１形態と同じである。図において、（ａ）は従来の前縁部の形状で、円弧形状１９ａであったが、（ｂ）に示すように楕円形状で楕円の長軸の円弧形状１９ｂとしている。このような形状とすることにより、前段の動翼からの広範囲の注入角を持つガス流れに対し、どのような流れ方向に対しても対応ができるようになり、空力的な性能向上につながる。これにより翼１への高温燃焼ガスの影響のアンバランスを小さくし、熱応力の影響を小さくすることができる。その他の構成、効果については、実施の第１形態と同じであるので説明は省略する。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のガスタービン冷却静翼は、（１）外側シュラウドから翼内部を通り内側シュラウドへ挿入された吹出穴付筒状インサートに冷却空気を流し同吹出穴より流出させ、翼壁を貫通する冷却穴より外部へ流出させると共に、前記内側シュラウドへも導き同内側シュラウドを冷却して外部へ流出させるガスタービン２段静翼において、前記翼前縁部背側の前記インサートとの間で高さ１００％から７５％の範囲の翼肉厚を他の翼肉厚よりも厚くすると共に、高さ０〜１００％全体の背側の前記インサートとの間には翼壁内側で横方向に伸び上下に複数本からなる翼リブを形成し、前記外側及び内側シュラウドのそれぞれの背側及び腹側の両端部に設けられ、前縁側から後縁側へ冷却空気を流して後縁側へ開口して流出させる冷却通路と、前記内側及び外側シュラウドの前記背側及び腹側の冷却通路に沿って配列し、一端が同通路へ連通し他端が端面に開口して冷却空気を吹出す複数の冷却穴とを備えてなることを特徴としている。このような構成により、次のような効果を有する。
【００３９】
翼の前縁部の翼の肉厚は高さ１００％から７５％の範囲にわたって厚肉が厚くなっている。従って外側シュラウドへの翼の付根部で高温燃焼ガスの影響の厳しい前縁が補強されているので翼倒れが防止される。又、翼の高さ全体の翼壁が翼リブで補強され、翼の膨れを防止する。更に、外側シュラウドの背側、腹側の両側に設けられた冷却通路には、それぞれ前縁側から冷却空気が流れ両側を冷却しながら後縁側へ流出すると共に、両側の多数の冷却穴からも側面に吹き出すので、外側及び内側シュラウドの背側、腹側の両端部が効果的に冷却される。同様にインサートを通り、内側シュラウドへ流入する空気は、それぞれ両側の冷却通路を流れて両端部を冷却しながら後縁部から流出すると共に、冷却通路から、この通路に沿って配列する複数の冷却穴を通って両側に吹出すことにより、両側端面も効果的に冷却される。本発明の（１）においては、これら翼壁の外側シュラウドへの付根部の構造、翼リブ、外側シュラウドの冷却通路、内側シュラウドの冷却通路及び冷却穴との構造により、翼の付根部、外側，内側シュラウドの冷却効果が向上し、熱応力によるクラックの発生を防止することができる。
【００４０】
本発明の（２）では、前縁側が背側、腹側の両端に至るまで全面にピンフィンを立設した空間を形成しているので、両端部にピンフィンを有する空間がなかった従来のものよりも、ピンフィンによる冷却領域が拡大し、ピンフィンによる冷却空気の冷却効果が向上するようになり、前縁部の冷却効果が高まるものである。
【００４１】
本発明の（３）では、翼に設けられた冷却穴は腹側には設けずに、高温ガスの影響を最も受ける背側にのみ設けるようにしたので、冷却空気量が従来よりも少なくすることができる。
【００４２】
本発明の（４）では、円周方向に配列する外側及び内側シュラウド同志をフランジによりボルト結合して連結することができるので、取付の強度が確実に確保され、上記（１）の発明の効果をより一層確実に得ることができる。
【００４３】
本発明の（５）では、外側シュラウドの翼付根部のうち、熱応力の発生しやす個所、例えば、翼後縁端部、前縁等の近辺のシュラウド面を薄肉化することにより、この部分のシュラウドの熱容量を小さくして翼とシュラウド間の温度差を小さくし、熱応力の発生を少なくすることができる。
【００４４】
本発明の（６）では、翼の前縁部の曲面を楕円形状とすることにより、前段の動翼から流入する全方向のガス流をスムーズに受け入れることができ、上記（１）の発明の空力特性が向上し、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るガスタービン冷却静翼の全体側面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面を示し、（ａ）はＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図４】図１におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図１におけるＥ−Ｅ矢視図である。
【図６】本発明の実施の第１形態に係る内側シュラウドを示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＦ−Ｆ矢視図である。
【図７】本発明の実施の第２形態に係るガスタービン冷却静翼の外側シュラウドの連結を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の第３形態に係るガスタービン冷却静翼の外側シュラウドを示し、（ａ）は平面図で、（ｂ）は断面図である。
【図９】本発明の実施の第４形態に係るガスタービン冷却静翼の翼断面形状を示し、（ａ）は従来、（ｂ）は本発明を、それぞれ示す。
【図１０】従来のガスタービンの前段部分を示す断面図である。
【図１１】従来の２段静翼を示す斜視図である。
【図１２】従来の２段静翼の断面図である。
【符号の説明】
１ 翼
２ 外側シュラウド
３ 内側シュラウド
４ リブ
５ａ，５ｂ，９ａ，９ｂ 冷却通路
６ タービュレータ
７ 冷却穴
８ａ，８ｂ 取付フランジ
１０ ピンフィン
１１ 開口部
１２，１３ａ，１３ｂ 冷却穴
１４ａ，１４ｂ フランジ
１５ ボルト・ナット
６０ 冷却穴
６３，６４ インサート
Claims (6)
- 外側シュラウドから翼内部を通り内側シュラウドへ挿入された吹出穴付筒状インサートに冷却空気を流し同吹出穴より流出させ、翼壁を貫通する冷却穴より外部へ流出させると共に、前記内側シュラウドへも導き同内側シュラウドを冷却して外部へ流出させるガスタービン２段静翼において、前記翼前縁部背側の前記インサートとの間で高さ１００％から７５％の範囲の翼肉厚を他の翼肉厚よりも厚くすると共に、高さ０〜１００％全体の背側の前記インサートとの間には翼壁内側で横方向に伸び上下に複数本からなる翼リブを形成し、前記外側及び内側シュラウドのそれぞれの背側及び腹側の両端部に設けられ、前縁側から後縁側へ冷却空気を流して後縁側へ開口して流出させる冷却通路と、前記内側及び外側シュラウドの前記背側及び腹側の冷却通路に沿って配列し、一端が同通路へ連通し他端が端面に開口して冷却空気を吹出す複数の冷却穴とを備えてなることを特徴とするガスタービン冷却静翼。
- 前記内側シュラウドの前縁側端部には背側から腹側の両端面に至る範囲にわたって複数のピンフィンを立設した空間を形成し、背側と腹側の両端部において前記冷却通路に連通させることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
- 前記翼に設けられた冷却穴は背側にのみ設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
- 前記外側及び内側シュラウドの背側及び腹側の端部には、それぞれフランジ面が形成され、周方向に互いに隣接する前記外側及び内側シュラウド同志を前記フランジ面によりボルト結合可能とすることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
- 前記外側シュラウドの翼付根部の特定個所の周囲のシュラウド肉厚は他のシュラウド肉厚よりも薄くすることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
- 前記翼の前縁部の断面形状は楕円形状の曲面であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン冷却静翼。
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