JP4801618B2 - ガスタービンの静翼およびこれを備えたガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン静翼およびこれを備えたガスタービンに関するものである。

圧縮機により空気を圧縮し、圧縮された空気を用いて燃焼器にて燃料を燃焼させ、得られた燃焼ガスをタービンに導入してタービンを回転させるガスタービンが知られている。そして、産業用のガスタービンでは、タービンにて得られる回転出力を発電機により電気エネルギーに変換することによって電力を得ている。
このようなガスタービンの効率は、燃焼ガスのタービン入口温度を上昇させることによって向上させることができる。現在では、１７００℃程度のタービン入口温度を実現できるガスタービンが鋭意検討されている。
しかし、タービン入口温度が上昇すると、タービン翼の熱的環境が厳しくなり、特に燃焼ガスが最初に流入する第１段のガスタービン静翼では最も過酷な状況となる。

そこで、ガスタービン静翼の冷却方法が種々提案されており、例えば特許文献１に記載されたガスタービン静翼が知られている。同文献に記載されたガスタービン静翼は、冷却空気を用いたフィルム冷却によって前縁を冷却するとともに、静翼の後縁側は内部に形成した冷却通路内に冷却蒸気を流すことにより冷却するようになっている。

特開平９−２８０００４号公報

しかし、上記特許文献１に記載のガスタービン静翼は、翼部については蒸気冷却および空気冷却を用いて効果的に冷却しているものの、翼部の両端に設けられたシュラウドの冷却については一切考慮されていない。
ガスタービン静翼には、母材を保護するために遮熱コーティング（TBC: Thermal Barrier Coating）が施されており、シュラウドの冷却が不十分であればシュラウドに形成した遮熱コーティングが損傷あるいは剥離してしまい、ガスタービン静翼の損傷を招いてしまう。特に、１７００℃級のガスタービンではこのような状況が想定される。

一方、ガスタービン静翼を冷却する際に用いられる冷却空気は、圧縮機にて圧縮された空気が用いられるため、冷却空気を大量に使用するとタービン出力に寄与しない無駄な仕事を圧縮機に強いることになり、タービン効率の低下を招くため得策ではない。特に、１７００℃級のガスタービンでは冷却空気として必要とされる空気量が飛躍的に増大するため、なるべく冷却空気を使用しないガスタービン静翼の冷却システムが望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷却空気使用量を低減しつつ翼部だけでなくシュラウドをも冷却することができるガスタービン静翼およびこれを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスタービン静翼およびこれを備えたガスタービンは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガスタービン静翼は、翼部と、該翼部の外周側に接続された外側シュラウドと、前記翼部の内周側に接続された内側シュラウドとを備え、前記翼部の内部には、冷却媒体が流通する翼部冷却通路が形成され、前記外側シュラウドの内部には、冷却媒体が流通する外側シュラウド冷却通路と、該外側シュラウドの端部に沿って形成された外側シュラウド端部冷却通路とが形成され、前記内側シュラウドの内部には、冷却媒体が流通する内側シュラウド冷却通路と、該内側シュラウドの端部に沿って形成された内側シュラウド端部冷却通路とが形成され、冷却媒体としての冷却蒸気が、前記翼部冷却通路、前記外側シュラウド冷却通路、及び前記内側シュラウド冷却通路を流れるとともに、前記外側シュラウド端部冷却通路および前記内側シュラウド端部冷却通路を流れることを特徴とする。

冷却媒体として蒸気を用い、この冷却蒸気によって翼部だけでなく、外側シュラウドおよび内側シュラウドをも冷却することとした。これにより、冷却空気の使用量を可及的に低減することができる。
また、外側シュラウドおよび内側シュラウドの端部の近傍に沿って形成されたシュラウド端部冷却通路を形成し、冷却蒸気を流すこととしたので、シュラウドの端部を含めたシュラウド全体を効果的に冷却することができ、高い熱負荷にも対応できる静翼を提供することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記外側シュラウドには、前記外側シュラウド冷却通路を外側シュラウド上流部屋と外側シュラウド下流部屋に仕切る仕切壁が形成され、前記内側シュラウドには、前記内側シュラウド冷却通路を内側シュラウド上流部屋と内側シュラウド下流部屋に仕切る仕切壁が形成され、前記翼部冷却通路は、前記外側シュラウド上流部屋と前記内側シュラウド上流部屋とを接続する翼部上流流路と、前記内側シュラウド上流部屋と前記外側シュラウド下流部屋とを接続する翼部中間流路と、前記外側シュラウド下流部屋と前記内側シュラウド下流部屋とを接続する翼部下流流路とを備え、
前記冷却蒸気は、前記外側シュラウド上流部屋、前記翼部上流流路、前記内側シュラウド上流部屋、前記翼部中間流路、前記外側シュラウド下流部屋、前記翼部下流流路、前記内側シュラウド下流部屋の順に流れた後に回収されることを特徴とする。

外側シュラウド上流部屋へと供給した蒸気を、翼部上流流路、内側シュラウド上流部屋、翼部中間流路、外側シュラウド下流部屋、翼部下流流路、内側シュラウド下流部屋の順に通過させた後に回収することとした。このように、冷却が必要とされる部位を順次通過する一連の冷却流路を形成することにより、冷却蒸気を無駄なく流通させることができる。
また、外側シュラウドおよび内側シュラウドの仕切壁を、例えば翼部の前縁側と後縁側とを仕切るように配置して、熱負荷が大きい位置を上流部屋とすることにより、熱負荷に応じた冷却通路を形成することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記外側シュラウド端部冷却通路を通過した冷却蒸気は、前記翼部上流流路、前記翼部中間流路および前記翼部下流流路を迂回して蒸気回収経路へと導かれ、前記翼部上流流路から導かれて前記内側シュラウド端部冷却通路を通過した冷却蒸気は、前記翼部中間流路および前記翼部下流流路を迂回して蒸気回収経路へと導かれることを特徴とする。

シュラウド端部冷却通路を通過した冷却蒸気を蒸気回収経路へと導くこととし、翼部冷却通路を迂回できる経路とした。これにより、シュラウド端部冷却通路の圧力損失を軽減することができ、必要な冷却蒸気流量を容易に確保することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記外側シュラウド上流部屋、前記外側シュラウド下流部屋、前記内側シュラウド上流部屋および前記内側シュラウド下流部屋の少なくともいずれかには、インピンジメント冷却を行うための多孔板が設けられていることを特徴とする。

インピンジメント冷却を行うことにより、シュラウドを効果的に冷却することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記翼部冷却通路には、前記多孔板によりインピンジメント冷却を行った後の冷却蒸気と、該多孔板を介さずに該翼部冷却通路に直接流入する冷却蒸気とが導かれることを特徴とする。

翼部冷却通路に対して、多孔板によりインピンジメント冷却を行った後の冷却蒸気と、多孔板を介さずに翼部冷却通路に直接流入する冷却蒸気とを導くこととして、冷却蒸気を振り分けることとした。これにより、インピンジメント冷却に必要な蒸気流量を調整することができ、無駄のない冷却を実現することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記翼部冷却通路は、前記内側シュラウド下流部屋と冷却蒸気回収部とを接続する翼部最終流路を備えていることを特徴とする。

内側シュラウド下流部屋と冷却蒸気回収部とを接続する翼部最終流路を翼部冷却通路として設けることとした。これにより、内側シュラウド下流部屋にて冷却を終えた冷却蒸気を、翼部最終流路を通過させて翼部を冷却した上で冷却蒸気を回収することができるので、冷却通路を無駄なく構成することができる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記翼部冷却通路は、前記翼部の最前縁に位置するとともに、該翼部のスパン方向に形成されて冷却空気が導入される最前縁空気冷却流路を備え、該最前縁空気冷却流路には、冷却空気によるフィルム冷却を行うフィルム冷却孔が形成されていることを特徴とする。

翼部の最前縁は、熱的に厳しい状況となるので空気によるフィルム冷却が効果的である。そこで、最前縁に位置する翼部冷却通路には、空気によるフィルム冷却を行うフィルム冷却孔が形成された最前縁空気冷却流路を設けることとした。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記翼部冷却通路は、前記翼部の最後縁に位置するとともに、該翼部のスパン方向に形成されて冷却空気が導入される最後縁空気冷却流路を備え、該最後縁空気冷却流路には、冷却空気を前記翼部の後縁から該翼部の外部へと流出させる流出孔が形成されていることを特徴とする。

翼部の最後縁は肉厚が薄くなっており冷却蒸気を流すための流路を確保することが難しい。本発明では、最後縁に位置する翼部冷却通路には、冷却空気による最後縁空気冷却流路を設け、さらに、後縁から翼部の外部へと流出する流出孔を形成することとした。このように、流出孔から冷却空気を流出させることで、肉厚が薄い翼部の最後縁の冷却が可能となる。

さらに、本発明のガスタービン静翼では、前記翼部冷却通路は、前記最前縁空気冷却流路と、前記最後縁空気冷却流路と、これら空気冷却流路の間に設けられた前記翼部上流流路と、前記翼部中間流路と、前記翼部下流流路とから構成されていることを特徴とする。

翼部冷却通路としては、最前縁と最後縁のみ空気冷却とし、それ以外の部分は蒸気冷却とする。これにより、必要部分のみに限定して冷却空気を用いることとしたので、空気使用量を可及的に低減することができる。

また、本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスが導かれ、静翼および動翼を有するタービンとを備え、前記タービンの前記静翼は、上記のいずれかのガスタービン静翼とされていることを特徴とする。

上述した冷却性能に優れたガスタービン静翼を備えていることにより、タービンに流入する燃焼ガス温度を上げることができ、高効率のガスタービンを提供することができる。
また、外側シュラウドおよび内側シュラウドの端部の近傍に沿って形成されたシュラウド端部冷却通路に冷却蒸気を流すこととしたので、シュラウドの端部を含めたシュラウド全体を効果的に冷却することができる。

冷却蒸気により、翼部だけでなく外側シュラウドおよび内側シュラウドを冷却することとしたので、冷却空気使用量を低減することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態にかかるガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスが導かれるタービンとを備えている。タービンは、静翼と動翼が回転軸方向に交互に設けられた軸流タービンとなっている。
図１には静翼（ガスタービン静翼）の部分断面斜視図が示されており、この静翼は、最も上流側に設けられた第１段静翼となっている。ただし、同図に示された静翼は、第２段以降の静翼に用いることもできる。
静翼１は、翼部３と、翼部３の外周側に接続された外側シュラウド５と、翼部３の内周側に接続された内側シュラウド７とを備えている。
燃焼器から導入される燃焼ガスは、外側シュラウド５と内側シュラウド７との間を流れ、翼部３の周囲を通過するように、図において左方から右方へと流れる。

翼部３の内部には、冷却媒体が流通する翼部冷却通路１０が形成されている。冷却媒体としては、蒸気および空気が用いられる。冷却蒸気は、例えばガスタービンの排気ガスから熱を回収する排熱回収ボイラからの蒸気が用いられ、冷却空気は、ガスタービンの圧縮機にて圧縮された空気が用いられる。

翼部冷却通路１０は、冷却空気が供給される流路として、翼部３の最前縁に位置するとともに、翼部３のスパン方向に形成された最前縁空気冷却流路１２と、翼部３の最後縁に位置するとともに、翼部３のスパン方向に形成された最後縁空気冷却通路１４とを備えている。
これら空気冷却流路１２，１４は、両端が車室（図示せず）に連通しており、車室から冷却空気が供給されるようになっている。図１に示しているように、空気冷却流路１２，１４の両端から冷却空気が導入される。

最前縁空気冷却流路１２には、図２に示すように、多数のフィルム冷却孔１２ａが形成されている。フィルム冷却孔１２ａから冷却空気を翼部３の外部へと流出させ、翼部３の壁部に沿って冷却空気の膜（フィルム）を形成することにより、翼部３をフィルム冷却する。
また、最前縁空気冷却流路１２内には、流路１２を前縁側と内部側に仕切るインピンジ板１２ｂが挿入されている。インピンジ板１２ｂには、冷却空気を噴出させるための多数の孔が形成されている。これら孔から噴出する冷却空気の噴流が翼部３の壁部内側に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。
インピンジ板１２ｂと翼部３の前縁壁部との間には、インピンジ板１２ｂと翼部３の前縁壁部との間の空間を２つに区画する区画壁１２ｃが設けられている。この区画壁１２ｃにより、インピンジ板１２ｂから噴出した冷却空気の流路が２つに分割される。この区画壁１２ｃの位置を調整することによって、翼部３の腹側に流れるフィルム冷却空気量と、翼部３の背側に流れるフィルム冷却空気量との流量比を調整することができる。

最後縁空気冷却流路１４には、図２に示すように、多数のフィルム冷却孔（流出孔）１４ａと、翼部３の後縁端側に開口するスロット孔（流出孔）１４ｂとが形成されている。フィルム冷却孔１４ａは、翼部３の腹側に形成されており、フィルム冷却孔１４ａから流出した冷却空気は下流側に向かって冷却空気の膜（フィルム）を形成し、翼部３の後縁をフィルム冷却する。翼部３の後縁端に形成したスロット孔１４ｂから冷却空気を流出させる際の対流熱伝達により、翼部３の後縁端を冷却する。

さらに、翼部冷却通路１０は、冷却蒸気が供給される流路として、最前縁冷却空気流路１２と最後縁冷却空気流路１４との間に、翼部３の両端で折り返すサーペンタイン流路を備えている。具体的には、翼部３の内部には、図１及び図２に示すように、翼部３の後縁側から、第１流路１６ａ，第２流路１６ｂ，第３流路１６ｃ，第４流路１６ｄ，第５流路１６ｅ，第６流路１６ｆ，及び第７流路１６ｇが設けられている。
第１流路１６ａは、最後縁空気冷却流路１４に隣接しており、第７流路１６ｇは最前縁空気冷却流路１２に隣接している。

第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂは、図１に示すように、外側シュラウド上流部屋５ａと内側シュラウド上流部屋７ａとを接続している。このように、第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂは、外側シュラウド上流部屋５ａと内側シュラウド上流部屋７ａとを接続する翼部上流流路を形成している。

第３流路１６ｃの上流端（図１において下端）は、内側シュラウド上流部屋７ａに連通しており、第３流路１６ｃの下流端と第４流路１６ｄの上流端とは折り返した状態で接続されている。なお、図１から理解できるように、第３流路１６ｃと第４流路１６ｄとが接続された折り返し部では、外側シュラウド上流部屋５ａに連通していない。
第４流路１６ｄの下流端（図１において下端）と第５流路１６ｅの上流端とは折り返した状態で接続されている。なお、図１から理解できるように、第４流路１６ｄと第５流路１６ｅとが接続された折り返し部では、内側シュラウド下流部屋７ｂに連通していない。
第５流路１６ｅの下流端（図１において上端）は、外側シュラウド下流部屋５ｂに連通している。このように、第３流路１６ｃ，第４流路１６ｄ及び第５流路１６ｅは、内側シュラウド上流部屋７ａと外側シュラウド下流部屋５ｂとを接続する翼部中間流路を形成している。

第６流路１６ｆは、上流端が外側シュラウド下流部屋５ｂに連通しており、下流端が内側シュラウド下流部屋７ｂに連通している。このように、第６流路１６ｆは、外側シュラウド下流部屋５ｂと内側シュラウド下流部屋７ｂとを接続する翼部下流流路を形成している。

第７流路１６ｇは、上流端が内側シュラウド下流部屋７ｂに連通しており、下流端が図示しない蒸気回収口（冷却蒸気回収部）に連通している。このように、第７流路１６ｇは、内側シュラウド下流部屋７ｂと蒸気回収口とを接続する翼部最終流路を形成している。

図１に示すように、外側シュラウド５は、外周壁部に蒸気供給口５ｃを備えている。この蒸気供給口５ｃから冷却蒸気が供給される。
外側シュラウド５は、仕切壁５ｄによって、外側シュラウド上流部屋５ａと外側シュラウド下流部屋５ｂとに仕切られている。
外側シュラウド上流部屋５ａおよび外側シュラウド下流部屋５ｂには、インピンジ板（多孔板）５ｅが設けられている。インピンジ板５ｅには、多数の孔５ｆが形成されており、各孔５ｆから噴出した噴流が外側シュラウド５の内周壁５ｉの内側に衝突し、インピンジメント冷却が行われる。これにより、燃焼ガスに面する外側シュラウド５の内周壁５ｉが効果的に冷却される。
外側シュラウド５には、端部に沿って形成された外側シュラウド端部冷却通路５ｈが形成されている。

図３には、外側シュラウド５に設けたインピンジ板５ｅを外周側（図１において上方）から見た断面図が示されている。同図から分かるように、仕切壁５ｄによって、外側シュラウド上流部屋５ａと外側シュラウド下流部屋５ｂとに仕切られている。
同図に矢印で示されているように、冷却蒸気は、翼部３の第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂに流入する。第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂには、インピンジ板５ｅの孔５ｆを通過してインピンジメント冷却を行った後の冷却蒸気と、インピンジ板５ｅを介さずに直接流入する冷却蒸気とが合流して流入するようになっている。
なお、第３流路１６ｃ及び第４流路１６ｄは、図１に示したように、外側シュラウド上流部屋５ａに開口していない。同様に、第６流路１６ｆの図３において右側部分も外側シュラウド上流部屋５ａに開口していない。

外側シュラウド上流部屋５ａには、翼部３の背側に位置する一側に、冷却空気を流通させるための冷却空気流通部２０が設けられている。冷却空気流通部２０には、インピンジメント冷却のためのインピンジ孔２０ａと、フィルム冷却のためのフィルム孔２０ｂとが形成されている。インピンジ孔２０ａは、図３において白丸で示しており、このインピンジ孔２０ａを通過して噴流となった冷却空気が外側シュラウド５の内周壁５ｉの内側に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。フィルム孔２０ｂは、図３において黒丸で示しており、外側シュラウド５の内周壁５ｉを貫通する貫通孔となっている。フィルム孔２０ｂに導かれた冷却空気は、外側シュラウド５の内周壁５ｉの表面側に流出し、燃焼ガスに接する内周壁５ｉの表面をフィルム冷却する。このように冷却空気流通部２０を設けることにより、熱負荷が大きい領域の冷却を促進することができる。

図３に矢印で示しているように、外側シュラウド下流部屋５ｂには、翼部３の第５流路１６ｅ及び第６流路１６ｆが開口している。第５流路１６ｅから冷却蒸気が外側シュラウド下流部屋５ｂ内に流れ込み、インピンジ板５ｅによってインピンジメント冷却した後に、第６流路１６ｆへと流れ込む。
翼部３の第７流路１６ｇは、外側シュラウド下流部屋５ｂ内に開口しているのではなく、図１に示すように、蒸気回収口（図示せず）に連通している。したがって、図３の第７流路１６ｇに示した矢印は、蒸気回収口へと流れることを示している。

図４には、外側シュラウド５に形成した外側シュラウド端部冷却通路５ｈの位置にて断面視した図が示されている。同図に示すように、冷却蒸気は、外側シュラウド上流部屋５ａ側に位置する供給口５ｊから供給され、外側シュラウド端部冷却通路５ｈ内で２方向に分岐して流れ、外側シュラウド下流部屋５ｂ側に位置する流出口５ｋから流出する。流出口５ｋから流出する冷却蒸気は、図１に示すように、第７流路１６ｇ内へと導かれ、回収される。
本実施形態では、外側シュラウド端部冷却通路５ｈに供給される冷却蒸気は、インピンジ板５ｅを介さずに直接導入されるようになっている。ただし、インピンジ板５ｅを通過した後の冷却蒸気を外側シュラウド端部冷却通路５ｈに導入するようにしても良い。

図１に示すように、内側シュラウド７は、仕切壁７ｄによって、内側シュラウド上流部屋７ａと内側シュラウド下流部屋７ｂとに仕切られている。
内側シュラウド上流部屋７ａおよび内側シュラウド下流部屋７ｂには、インピンジ板（多孔板）７ｅが設けられている。インピンジ板７ｅには、多数の孔７ｆが形成されており、各孔７ｆから噴出した噴流が内側シュラウド７の外周壁７ｉの内側に衝突し、インピンジメント冷却が行われる。これにより、燃焼ガスに面する内側シュラウド７の外周壁７ｉが効果的に冷却される。
内側シュラウド７には、端部に沿って形成された内側シュラウド端部冷却通路７ｈが形成されている。

図５には、内側シュラウド７に設けたインピンジ板７ｅを内周側（図１において下方）から見た断面図が示されている。同図から分かるように、仕切壁７ｄによって、内側シュラウド上流部屋７ａと内側シュラウド下流部屋７ｂとに仕切られている。
同図に矢印で示されているように、翼部３の第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂを通過した冷却蒸気が内側シュラウド上流部屋７ａに流入する。内側シュラウド上流部屋７ａに流れ込んだ冷却蒸気は、インピンジ板７ｅによってインピンジメント冷却した後に、第３流路１６ｃへと流れ込む。
なお、第４流路１６ｄは、内側シュラウド上流部屋７ａに開口していない。同様に、第５流路１６ｅの図５において右側部分も内側シュラウド上流部屋７ａに開口していない。

内側シュラウド上流部屋７ａには、翼部３の背側に位置する一側に、冷却空気を流通させるための冷却空気流通部２１が設けられている。冷却空気流通部２１には、インピンジメント冷却のためのインピンジ孔２１ａと、フィルム冷却のためのフィルム孔２１ｂとが形成されている。インピンジ孔２１ａは、図５において白丸で示しており、このインピンジ孔２１ａを通過して噴流となった冷却空気が内側シュラウド７の外周壁７ｉの内側に衝突することにより、インピンジメント冷却が行われる。フィルム孔２１ｂは、図５において黒丸で示しており、内側シュラウド７の外周壁７ｉを貫通する貫通孔となっている。フィルム孔２１ｂに導かれた冷却空気は、内側シュラウド７の外周壁７ｉの表面側に流出し、燃焼ガスに接する外周壁７ｉの表面をフィルム冷却する。このように冷却空気流通部２１を設けることにより、熱負荷が大きい領域の冷却を促進することができる。

図５に矢印で示しているように、内側シュラウド下流部屋７ｂには、翼部３の第６流路１６ｆ及び第７流路１６ｇが開口している。第６流路１６ｆから冷却蒸気が内側シュラウド下流部屋７ｂ内に流れ込み、インピンジ板７ｅによってインピンジメント冷却した後に、第７流路１６ｇへと流れ込む。

図６には、内側シュラウド７に形成した内側シュラウド端部冷却通路７ｈの位置にて断面視した図が示されている。同図に示すように、冷却蒸気は、内側シュラウド上流部屋７ａ側に位置する供給口７ｊから供給され、内側シュラウド端部冷却通路７ｈ内で２方向に分岐して流れ、内側シュラウド下流部屋７ｂ側に位置する流出口７ｋから流出する。流出口７ｋから流出する冷却蒸気は、図１に示すように、第７流路１６ｇ内へと導かれ、回収される。

上述した構成の静翼１について、冷却蒸気および冷却空気の流れについて以下に説明する。
［冷却蒸気］
冷却蒸気は、外側シュラウド５の蒸気供給口５ｃから供給され、外側シュラウド上流部屋５ａ内に流れ込む。外側シュラウド上流部屋５ａ内に流れ込んだ冷却蒸気は、インピンジ板５ｅを通過する経路と、インピンジ板５ａを通過せずに翼部３の第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂに直接流入する経路と、外側シュラウド端部冷却通路５ｈへと流入する経路とからなる３つの経路に分岐される。
インピンジ板５ｅを通過して噴流となった冷却蒸気は、外側シュラウド５の内周壁５ｉに衝突してインピンジメント冷却した後に、第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂへと導かれる。
外側シュラウド端部冷却通路５ｈへと流入した冷却蒸気は、図４に示したように、外側シュラウド５の端部である４辺を通過した後に、流出口５ｋから第７流路１６ｇへと流れ込み、蒸気回収口にて回収される。

第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂに流入した冷却蒸気は、第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂの下流端から内側シュラウド上流部屋７ａ内に流入する。内側シュラウド上流部屋７ａ内に流れ込んだ冷却蒸気は、インピンジ板７ｅを通過する経路と、インピンジ板７ａを通過せずに翼部３の第３流路１６ｃに直接流入する経路と、内側シュラウド端部冷却通路７ｈへと流入する経路とからなる３つの経路に分岐される。
インピンジ板７ｅを通過して噴流となった冷却蒸気は、内側シュラウド７の外周壁７ｉに衝突してインピンジメント冷却した後に、第３流路１６ｃへと導かれる。
内側シュラウド端部冷却通路７ｈへと流入した冷却蒸気は、図６に示したように、内側シュラウド７の端部である４辺を通過した後に、流出口７ｋから第７流路１６ｇへと流れ込み、蒸気回収口にて回収される。

第３流路１６ｃに流入した冷却蒸気は、第３流路１６ｃの下流端で折り返して第４流路１６ｄに流れ込み、さらに第４流路１６ｄの下流端で折り返して第５流路１６ｅに流れ込む。第５流路１６ｅを通過した冷却蒸気は、外側シュラウド下流部屋５ｂ内に流れ込む。外側シュラウド下流部屋５ｂ内に流れ込んだ冷却蒸気は、インピンジ板５ｅを通過する経路と、インピンジ板５ａを通過せずに翼部３の第６流路１６ｆに直接流入する経路とからなる２つの経路に分岐される。
インピンジ板５ｅを通過して噴流となった冷却蒸気は、外側シュラウド５の内周壁５ｉに衝突してインピンジメント冷却した後に、第６流路１６ｆへと導かれる。

第６流路１６ｆに流入した冷却蒸気は、第６流路１６ｆ内を通過して内側シュラウド下流部屋７ｂ内に流入する。内側シュラウド下流部屋７ｂ内に流れ込んだ冷却蒸気は、インピンジ板７ｅを通過する経路と、インピンジ板７ａを通過せずに翼部３の第７流路１６ｇに直接流入する経路とからなる２つの経路に分岐される。
インピンジ板７ｅを通過して噴流となった冷却蒸気は、内側シュラウド７の外周壁７ｉに衝突してインピンジメント冷却した後に、第７流路１６ｇへと導かれる。

第７流路１６ｇに流入した冷却蒸気は、第７流路１６ｇを通過し、図示しない蒸気回収口へと導かれて回収される。

［冷却空気］
冷却空気は、最前縁空気冷却流路１２及び最後縁空気冷却流路１４の両端側から供給される。
最前縁空気冷却流路１２に流れ込んだ冷却空気は、インピンジ板１２ｂ（図２参照）に形成された孔から噴出して翼部３の前縁壁部に衝突した後に、フィルム冷却孔１２ａから翼部３の外部へと流出する。翼部３の外部へと流出した冷却空気は、翼部３の壁部表面にフィルムを形成することにより、フィルム冷却する。
最後縁空気冷却流路１４に流れ込んだ冷却空気は、フィルム冷却孔１４ａ及びスロット口１４ｂから流出する。フィルム冷却孔１４ａから流出した冷却空気は下流側に向かって冷却空気のフィルムを形成し、翼部３の後縁をフィルム冷却する。また、冷却空気は、スロット孔１４ｂを通過する際に翼部３の後縁端を冷却する。

以上説明したように、本実施形態の静翼１によれば以下の作用効果を奏する。
冷却蒸気によって翼部３だけでなく、外側シュラウド５および内側シュラウド７をも冷却することとしたので、冷却空気の使用量を可及的に低減することができる。
また、外側シュラウド５および内側シュラウド７の端部の近傍に沿って形成されたシュラウド端部冷却通路５ｈ，７ｈを形成し、冷却蒸気を流すこととしたので、シュラウドの端部を含めたシュラウド全体を効果的に冷却することができ、高い熱負荷にも対応できる静翼１を提供することができる。

外側シュラウド上流部屋５ａへと供給した冷却蒸気を、第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂ、内側シュラウド上流部屋７ａ、第３流路１６ｃ乃至第５流路１６ｅ、外側シュラウド下流部屋５ｂ、第６流路１６ｆ、内側シュラウド下流部屋７ｂの順に通過させた後に回収することとした。このように、冷却が必要とされる部位を順次通過する一連の冷却流路を形成することにより、冷却蒸気を無駄なく流通させることができる。
また、外側シュラウド５および内側シュラウド７の仕切壁５ｄ，７ｄを、翼部３の前縁側と後縁側とを仕切るように配置して、熱負荷が大きい後縁側を上流部屋５ａ，７ａとすることにより、熱負荷に応じた冷却通路を実現した。

外側シュラウド端部冷却通路５ｈを通過した冷却蒸気を蒸気回収経路である第７流路１６ｇへと導くこととし、第１流路１６ａ乃至第６流路１６ｆを迂回する経路とした。また、第１流路１６ａ及び第２流路１６ｂから導かれて内側シュラウド端部冷却通路７ｈを通過した冷却蒸気を蒸気回収経路である第７流路１６ｇへと導くこととし、第３流路１６ｃ乃至第６流路１６ｆを迂回する経路とした。これらにより、シュラウド端部冷却通路５ｈ，７ｈの圧力損失を軽減することができ、必要な冷却蒸気流量を容易に確保することができる。

インピンジ板５ｅ，７ｅによりインピンジメント冷却を行った後に第１流路１６ａ等の翼部冷却通路１０に流れ込む経路と、インピンジ板５ｅ，７ｅを介さずに第１流路１６ａ等の翼部冷却通路１０に直接流入する経路とを設け、冷却蒸気を振り分けることとした。これにより、インピンジメント冷却に必要な蒸気流量を調整することができ、無駄のない冷却を実現することができる。

内側シュラウド下流部屋７ｂと冷却蒸気回収部とを接続する第７流路１６ｇを翼部冷却通路として設けることとした。これにより、内側シュラウド下流部屋７ｂにて冷却を終えた冷却蒸気を、第７流路１６ｇを通過させて翼部３を冷却した上で冷却蒸気を回収することができるので、冷却通路を無駄なく構成することができる。

翼部冷却通路１０としては、最前縁と最後縁のみ空気冷却（最前縁空気冷却流路１２と最後縁空気冷却流路１４による空気冷却）とし、それ以外の部分は蒸気冷却としたので、必要部分のみに限定して冷却空気を用いることができ、空気使用量を可及的に低減することができる。

本発明の一実施形態であるガスタービン静翼の部分断面斜視図である。 図１のガスタービン静翼の翼部を示した横断面図である。 図１のガスタービン静翼の外側シュラウドの内部を示した断面図である。 図１のガスタービン静翼の外側シュラウドの端部に形成した端部冷却通路を示した断面図である。 図１のガスタービン静翼の内側シュラウドの内部を示した断面図である。 図１のガスタービン静翼の内側シュラウドの端部に形成した端部冷却通路を示した断面図である。

符号の説明

１ 静翼（ガスタービン静翼）
３ 翼部
５ 外側シュラウド
５ａ 外側シュラウド上流部屋（外側シュラウド冷却通路）
５ｂ 外側シュラウド下流部屋（外側シュラウド冷却通路）
５ｈ 外側シュラウド端部冷却通路
７ 内側シュラウド
７ａ 内側シュラウド上流部屋（内側シュラウド冷却通路）
７ｂ 内側シュラウド下流部屋（内側シュラウド冷却通路）
７ｈ 内側シュラウド端部冷却通路
１０ 翼部冷却通路

Claims (8)

1. 翼部と、該翼部の外周側に接続された外側シュラウドと、前記翼部の内周側に接続された内側シュラウドとを備え、
   前記翼部の内部には、冷却媒体が流通する翼部冷却通路が形成され、
   前記外側シュラウドの内部には、冷却媒体が流通する外側シュラウド冷却通路と、該外側シュラウドの端部に沿って形成された外側シュラウド端部冷却通路とが形成され、
   前記内側シュラウドの内部には、冷却媒体が流通する内側シュラウド冷却通路と、該内側シュラウドの端部に沿って形成された内側シュラウド端部冷却通路とが形成され、
   冷却媒体としての冷却蒸気が、前記翼部冷却通路、前記外側シュラウド冷却通路、及び前記内側シュラウド冷却通路を流れるとともに、
   前記外側シュラウド端部冷却通路および前記内側シュラウド端部冷却通路を流れ、
   前記外側シュラウドには、前記外側シュラウド冷却通路を外側シュラウド上流部屋と外側シュラウド下流部屋に仕切る仕切壁が形成され、
   前記内側シュラウドには、前記内側シュラウド冷却通路を内側シュラウド上流部屋と内側シュラウド下流部屋に仕切る仕切壁が形成され、
   前記翼部冷却通路は、前記外側シュラウド上流部屋と前記内側シュラウド上流部屋とを接続する翼部上流流路と、前記内側シュラウド上流部屋と前記外側シュラウド下流部屋とを接続する翼部中間流路と、前記外側シュラウド下流部屋と前記内側シュラウド下流部屋とを接続する翼部下流流路とを備え、
   前記冷却蒸気は、前記外側シュラウド上流部屋、前記翼部上流流路、前記内側シュラウド上流部屋、前記翼部中間流路、前記外側シュラウド下流部屋、前記翼部下流流路、前記内側シュラウド下流部屋の順に流れた後に回収され、
   前記外側シュラウド端部冷却通路を通過した冷却蒸気は、前記翼部上流流路、前記翼部中間流路および前記翼部下流流路を迂回して蒸気回収経路へと導かれ、
   前記翼部上流流路から導かれて前記内側シュラウド端部冷却通路を通過した冷却蒸気は、前記翼部中間流路および前記翼部下流流路を迂回して蒸気回収経路へと導かれることを特徴とするガスタービン静翼。
2. 前記外側シュラウド上流部屋、前記外側シュラウド下流部屋、前記内側シュラウド上流部屋および前記内側シュラウド下流部屋の少なくともいずれかには、インピンジメント冷却を行うための多孔板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン静翼。
3. 前記翼部冷却通路には、前記多孔板によりインピンジメント冷却を行った後の冷却蒸気と、該多孔板を介さずに該翼部冷却通路に直接流入する冷却蒸気とが導かれることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン静翼。
4. 前記翼部冷却通路は、前記内側シュラウド下流部屋と冷却蒸気回収部とを接続する翼部最終流路を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン静翼。
5. 前記翼部冷却通路は、前記翼部の最前縁に位置するとともに、該翼部のスパン方向に形成されて冷却空気が導入される最前縁空気冷却流路を備え、
   該最前縁空気冷却流路には、冷却空気によるフィルム冷却を行うフィルム冷却孔が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン静翼。
6. 前記翼部冷却通路は、前記翼部の最後縁に位置するとともに、該翼部のスパン方向に形成されて冷却空気が導入される最後縁空気冷却流路を備え、
   該最後縁空気冷却流路には、冷却空気を前記翼部の後縁から該翼部の外部へと流出させる流出孔が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガスタービン静翼。
7. 前記翼部冷却通路は、前記最前縁空気冷却流路と、前記最後縁空気冷却流路と、これら空気冷却流路の間に設けられた前記翼部上流流路と、前記翼部中間流路と、前記翼部下流流路とから構成されていることを特徴とする請求項６に記載のガスタービン静翼。
8. 空気を圧縮する圧縮機と、
   該圧縮機により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、
   該燃焼器からの燃焼ガスが導かれ、静翼および動翼を有するタービンとを備え、
   前記タービンの前記静翼は、請求項１から７のいずれかに記載されたガスタービン静翼とされていることを特徴とするガスタービン。

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