JP2004169694A

JP2004169694A - タービン翼及びガスタービン

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Publication number: JP2004169694A
Application number: JP2003370723A
Authority: JP
Inventors: Yasuoki Tomita; 康意富田; Shunsuke Torii; 俊介鳥井; Friedrich Soechting; フレドリッヒ・セクティング
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-06-17
Also published as: EP1422383A2; CA2449335C; US6994514B2; EP1422383B1; CA2449335A1; CN1502788A; US20040096328A1; CN100346059C; EP1422383A3

Abstract

【課題】タービン翼の頂部に形成された冷却用の各吹き出し孔をラビング等で塞ぐことなく、的確にタービン翼を冷却して安定した運転を行うことが可能なタービン翼及びガスタービンを提供すること。
【解決手段】動翼を冷却するための各吹き出し孔３８，３９は、上流側開口部３８ｂ，３９ｂよりも下流側開口部３８ａ，３９ａの方が大きい断面積を有して動翼の頂部ＴＰに形成される。そしてこれらの形状は、テーパ形状Ｔ１，Ｔ２または段付き形状とされ、より好ましくは下流側開口部３８ａ，３９ａが上流側開口部３８ｂ，３９ｂよりも移動方向に偏心している構成とした。さらに、チップスキーラー３７が形成されている場合、この側面をくり抜くように各吹き出し孔３８を形成する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電プラント等に用いられて好適なガスタービンに関し、特に冷却構造を備えたタービン翼に関する。

発電プラント等に用いられる産業用ガスタービン（industrial gas turbine）の熱効率を向上させるためには、タービン入口における作動用の燃焼ガス（流体）の温度を高くすることが効果的である。一方、タービンの動翼（moving blade）や静翼（stationary blade）のタービン翼（turbine blade）を始めとする燃焼ガスにさらされる各部材の耐熱性能は、その材料の物質的特性によって制限されているため、単純にタービン入口温度を高めることはできない。

そこで、上述したタービン翼を冷却空気等の冷却媒体によって冷却しつつ、タービン入口を高温化することによって、タービン翼の耐熱性能を確保して熱効率を高めることが行われている。
このようなタービン翼の冷却方法としては、該タービン翼の内部に冷却媒体を流す対流冷却（convection cooling）やインピンジ冷却（impingement cooling）があり、また、この冷却媒体をタービン翼の外表面に吹き出して冷却媒体の膜を形成させるフィルム冷却（film cooling）等がある。

さらに、図４を用いて従来の動翼（タービン翼）の構造について説明する。
図４（ａ）は動翼部品５０の一構成例を説明する斜視図、図４（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面における動翼５１の先端部である頂部ＴＰ（tip）の断面図である。図において、符号５１は動翼、５４ａ，５４ｂは頂部ＴＰに形成された各チップスキーラー(squealer)（突出部）を示している。

図４（ａ）に示すように、動翼５１は、図示しない回転軸（turbine rotor）に固定される嵌め込み部５６上のプラットフォーム５５上に立設されている。そして、動翼５１の両側面には、動翼５１の回転によって比較的高圧な燃焼ガスが流れる高圧側翼面５３（外表面）と、それに比べて低圧な燃焼ガスが流れる低圧側翼面５２（外表面）とが形成されている。

図４（ｂ）に示すように、動翼５１の先端である頂部ＴＰには、チップスキーラー５４ａ，５４ｂと称する突部が、高さｈ２を有して動翼５１の両翼面５２，５３に沿って形成されている。これら両チップスキーラー５４ａ，５４ｂは、ガスタービン起動時において頂部ＴＰが対向する壁面に接触する際の削りしろの役目を担っている。

動翼５１は燃焼器（図示せず）（combustor）から吹き出される燃焼ガスの流路内に配列されており、該流路はプラットフォーム５５の壁面と、タービンの外観をなすケーシング（casing）の内壁面（図示せず）とによって形成されている。なお、ケーシングは分割環として構成されているものである。
ガスタービンの起動時には、この動翼５１に高温なガスが衝突して動翼５１の熱膨張が生じる。無論、静翼においても同様に熱膨張が生じる。しかし、ケーシングは直接高温ガスに接触しないので、これら各翼に比べて比較的ゆっくりと熱膨張する。従って、ケーシングの熱膨張は各翼の熱膨張に対応することができない。この状態で動翼５１等が回転軸とともにケーシング内を回転するので、動翼５１の頂部ＴＰがケーシングの内壁面に接触して削られる場合がある。この現象はラビング（tip rub）と呼ばれ、動翼５１の頂部ＴＰとケーシングの内壁面との隙間にて圧力漏れがないように近接して形成されているために生じるものである。ラビングが発生した場合の削りしろ、また圧力保持などの役目を担って形成されたチップスキーラー５４ａ，５４ｂは、十分な高さｈ２を有して形成されているので、ラビングが生じた場合に必要とされる削りしろに十分対応している。

しかし、高温となる動翼５１の頂部ＴＰに、このような比較的大きな凹形状を有することは多くの面で不利である。これは、例えば冷却面からの距離が長く、冷却されにくいことによる頂部ＴＰの焼損、さらにはクラック等が発生してタービンの運転に対して耐久性の低下が懸念されるからである。

これを解決すべく、図５に示すような動翼５１の頂部ＴＰの構成がある。図５は動翼５１の頂部ＴＰを示した断面図であって、図５（ａ）はラビング発生前の状態、図５（ｂ）はラビング発生後の状態を示している。
図において、符号５４は高圧側翼面５３に沿って形成されたチップスキーラー（突出部）、５６，５７は頂部端面に複数形成された各吹き出し孔（hole）を示している。各吹き出し孔５６，５７は、２方向に分かれて形成されており、一方は図４で示したチップスキーラー（５４ａ）よりも低い高さｈ３を有する段付き形状のチップスキーラー５４に貫通するように形成され、他方は図４で示したチップスキーラー（５４ｂ）が除去された頂部ＴＰの端面に形成されている。

各吹き出し孔５６，５７は、動翼５１内の空洞部Ｒと連通しており、動翼５１内に流入した冷却媒体を、各吹き出し孔５６，５７の各上流側開口部５６ｂ，５７ｂから取り込んで、各下流側開口部５６ａ，５７ａから吹き出す。これによって、これら開口部から吹き出された冷却媒体が、頂部ＴＰ、各翼面５２，５３、及び相対するケーシングの内壁面等を冷却することとなる。
各上流側開口部５６ｂ，５７ｂ、及び各下流側開口部５６ａ，５７ａは同一な断面積を有して直径１ｍｍ程の孔として形成されており、放電加工、またはレーザ加工等によって形成されることが一般的である。

以上の構成により、これら各吹き出し孔５６，５７から吹き出される冷却媒体が用いられて頂部ＴＰ等の冷却がなされるので、チップスキーラー５４の熱応力は緩和され、焼損及びクラックの発生が抑制されることになる。また、チップスキーラー５４の高さが図４に示したものより低く、さらに片方のみに形成されているので、熱応力の集中が大幅に回避されて焼損及びクラックの発生が抑制されることとなった。
特開平０７−０６３００２号公報

しかしながら、上記従来のタービン翼である動翼５１において、頂部ＴＰにラビングが生じた場合、冷却媒体の各吹き出し孔５６，５７の周囲が削られて、これら吹き出し孔５６，５７が塞がれるという問題が生じていた。これは、削られた頂部ＴＰの部材が変形して、各吹き出し孔５６，５７の周囲に例えばバリ（burr)として残存してしまうことによるものである。

図５（ｂ）を参照しながらラビング発生後の状態を説明する。動翼５１の頂部ＴＰが、熱膨張によってケーシングの内壁面等に接触すると、頂部ＴＰは次第に削られて高さαが除去される。すると、今まで頂部ＴＰの端面にまで形成されていた吹き出し孔５６，５７も同時に削りとられて、先端の位置が下方に変化した下流側開口部５６ａ’，５７ａ’が形成される。それとともに、これら下流側開口部５６ａ’，５７ａ’の周囲が削られることによってバリが発生し、下流側開口部５６ａ’，５７ａ’の断面積はバリに阻まれて減少し、各吹き出し孔５６’，５７’の目詰まりが引き起こされる。以上により、頂部ＴＰから冷却媒体を吹き出すことが困難となっていた。

つまり、動翼５１の空洞部Ｒの冷却媒体は、各吹き出し孔５６’，５７’の上流側開口部５６ｂ，５７ｂから流入しようとしても、下流側開口部５６ａ’，５７ａ’が塞がっていることで冷却に必要となる十分な冷却媒体を頂部ＴＰ等に吹き出すことができない。頂部ＴＰ等の冷却が正常に行われない場合、頂部ＴＰの焼損、クラック等が発生し、タービンの耐久性が低下するという問題が再び生じてくることになる。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、タービン翼の頂部に形成された冷却用の各吹き出し孔をラビング等で塞ぐことなく、的確にタービン翼を冷却して安定した運転を行うことが可能なタービン翼及びガスタービンを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、流路内に配列されるとともに、外表面に冷却媒体を吹き出すための複数の吹き出し孔が頂部に形成されたタービン翼において、
前記各吹き出し孔が、上流側開口部よりも下流側開口部の方が大きい断面積を有していることを特徴とする。

タービン翼の外表面を冷却するために設けられた各吹き出し孔は、タービン翼の先端である頂部に複数形成される。そして、冷却媒体がタービン翼の内部から頂部の外側に向かって各吹き出し孔から吹き出される。
各吹き出し孔の断面の大きさは、冷却媒体の上流側と下流側とで異なっており、タービン翼の外側に吹き出される側の下流側開口部の方が、各吹き出し孔に流入する側の上流側開口部よりも大きい断面積とされる。
従って、冷却媒体は、比較的小さな形状の上流側開口部から流入して、最終的には比較的大きな形状の下流側開口部から吹き出されることとなる。
また、ラビングが生じた場合においても、下流側開口部が塞がれることなく、ここから常に冷却媒体が頂部の外側に向けて吹き出されることにとなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔が、テーパ形状とされていることを特徴とする。

各吹き出し孔は、冷却媒体の流れにおける上流側開口部よりも下流側開口部の方が大きな断面積で形成される。この断面の差をテーパ形状でつなぐことによって、上流側開口部から下流側開口部までの断面を緩やかに拡大させた形状の各吹き出し孔が形成されることとなる。そして、テーパ形状とされた各吹き出し孔から冷却媒体が吹き出され、タービン翼等の冷却がなされる。

テーパ形状で吹き出し孔を形成した場合、例えば、頂部が削られて吹き出し孔がバリ等で部分的に塞がれてしまうことがあっても、上流側開口部よりも大きな断面積を有しているので、上流側開口部よりも小さな断面積になることはバリ等の生成状態から推測して考えにくい。
また、テーパ形状の角度を大きくすることで、このテーパ形状の壁面と頂部端面とのなす角がなだらかになり、バリ等の発生を抑えることも可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔が、断面積の異なる少なくとも２段以上の段付き形状とされていることを特徴とする。

各吹き出し孔は、冷却媒体の流れにおける上流側開口部よりも下流側開口部の方が大きな断面積で形成される。この断面の差を２段以上の段付き形状でつなぐことによって、下流側開口部の断面積が上流側開口部の断面積よりも大きいとされた各吹き出し孔が形成されることとなる。そして、段付き形状とされた各吹き出し孔から冷却媒体が吹き出され、タービン翼等の冷却がなされる。

例えば、タービン翼の頂部が削られて、各吹き出し孔がバリ等で部分的に塞がれてしまう場合、予想される削りしろの高さ分だけ大きな断面積の下流側開口部を形成しておくことが望ましい。つまり、下流側開口部が序々に削られても、断面積の大きい下流側開口部を確保することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔の前記下流側開口部が、前記頂部に相対する壁面の相対的な移動方向に広がるように形成されていることを特徴とする。

タービン翼の頂部は、これに対向する相対的に移動する壁面と近接している。この相対的に移動する壁面と頂部とが相対的に移動しながら接触した場合、各吹き出し孔が形成されている頂部は次第に削られる。頂部が削られると、各吹き出し孔には相対的な移動方向に従ったバリ等が発生する。しかし、各吹き出し孔の上流側開口部よりも大きく形成された下流側開口部が、壁面の相対的な移動方向側に広がるように形成されているので、バリ等が下流側開口部に直接覆い被さることが回避される。つまり、各吹き出し孔から吹き出される冷却媒体は、バリ等が発生した状況下でもこれに阻害されないで吹き出されることになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタービン翼において、
前記頂部の少なくとも一方の縁には、一方が前記外表面に沿って延在し、他方が前記頂部からさらに突出するように形成された突出部が形成され、
前記吹き出し孔が、前記突出部の他方側の壁面に沿って形成されていることを特徴とする。

タービン翼の頂部には、外表面に延在した突出部が形成され、その外表面に延在している反対側の突出部の壁面に沿って、冷却媒体が吹き出される各吹き出し孔が形成される。この突出部が、例えばラビング等によって削られて、その際にバリ等が発生しても、突出部の壁面に対してほぼ垂直方向に空けられた各吹き出し孔が常に確保されることになる。
つまり、これら各吹き出し孔は、頂部端面に向かって形成されるが、バリ等の発生による各吹き出し孔の上方が塞がれることによって、突出部の壁面に吹き出し孔が形成されたような構成、換言すると、タービン翼の長手方向に対して横方向に向いた孔形状ともなりうる。

請求項６に記載の発明は、空気を圧縮する圧縮機と、高温高圧の流体を生成する燃焼器と、前記流体のエネルギーを翼で機械仕事に変換して軸トルクを発生させるタービンとを備えたガスタービンにおいて、
前記タービンが、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタービン翼を備えていることを特徴とする。

タービン翼には、冷却媒体を吹き出すための複数の各吹き出し孔が設けられ、それら各吹き出し孔の下流側開口部が上流側開口部よりも大きな断面積を有して形成される。そして、このタービン翼がガスタービンのタービンに取り付けられることになる。
従って、タービン翼の頂部に形成された各吹き出し孔は、ラビング等によるバリの発生があっても塞がることはなく、ここからタービン翼を冷却する冷却媒体が吹き出される。そして、外表面及び頂部を含めた冷却がなされるタービン翼の採用によって、タービン入口を高温化しながらタービン翼の耐熱性能を確保してガスタービンの運転が行われることになる。

請求項１記載の発明は、各吹き出し孔が、上流側開口部よりも下流側開口部の方が大きい断面積を有して頂部に開口して形成されているので、ラビング等が生じても各吹き出し孔が塞がれることがなく、的確なタービン翼の冷却を行うことができる。従って、頂部の焼損、クラック等の不具合を未然に回避して耐久性の高いタービン翼を提供することができる。

請求項２記載の発明は、各吹き出し孔がテーパ形状とされているので、冷却媒体をスムーズに頂部に導くことができ、バリ等の発生箇所がなだらかになるのでバリ等の発生が抑えられ、各吹き出し孔の目詰まりを防止して的確なタービン翼の冷却を行うことが可能となる。

請求項３記載の発明は、各吹き出し孔が、断面積の異なる少なくとも２段以上の段付き形状とされているので、ラビングによるバリ等の発生によって生じる各吹き出し孔の目詰まりを防止して、これら各吹き出し孔を容易に形成することができる。

請求項４記載の発明は、各吹き出し孔の下流側開口部が、頂部に相対する壁面の相対的な移動方向に広がるように形成されているので、ラビング等によるバリの発生によって各吹き出し孔が塞がれることがより的確に回避され、さらに冷却性能の信頼性が高いタービン翼を提供することができる。また、テーパ形状に形成した場合、バリ等が発生する箇所がなだらかに形成されるので、バリ等の影響を格段に低下させることが可能となる。

請求項５記載の発明は、頂部の少なくとも一方の縁には、一方が外表面に沿って延在し、他方が頂部からさらに突出するように形成された突出部が形成され、吹き出し孔がこの突出部の他方側の壁面に沿って形成されているので、バリ等が発生した場合でも各吹き出し孔を確保できるとともに、頂部に対して的確に冷却媒体を吹き付けることが可能となる。また、突出部の冷却を効果的に行うことができ、頂部の焼損、クラックの発生等を抑えて耐久性が向上したタービン翼を提供することができる。

請求項６記載の発明は、ガスタービンのタービンに、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタービン翼が備えられているので、タービン翼の冷却性能が初期運転時から継続的に維持することができ、信頼性、耐久性、さらに整備の簡略化がなされたガスタービンを提供することができる。

次に、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本実施形態におけるガスタービン１の概略構成を説明する断面図である。図において、符号１０は圧縮機（compressor）、２０は燃焼器、３０はタービンである。そして、圧縮機１０とタービン３０とが回転軸２によって接続された配置をなしており、圧縮機１０とタービン３０との間に燃焼器２０が設けられている。

圧縮機２０は、多量の空気をその内部にとり入れて圧縮するものである。通常のガスタービン１では、回転軸２で得られるタービン３０の動力の一部が、圧縮機１０の動力（compressor input）として利用されている。
燃焼器２０は、圧縮機１０で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させ、タービン３０につながる流路３２に燃焼ガス（流体）を送っている。

そして、タービン３０は、外観をなすケーシング３１内に少なくとも圧縮機１０からつながる回転軸２と、複数の動翼３４及び静翼３３（共にタービン翼をいう）とを備えている。
動翼３４は、回転軸２の周囲に固定されており、回転軸２の軸方向に流れる燃焼ガスの圧力を受けて回転軸２を回転させる役目を担っている。
また、静翼３３はケーシング３１の内壁を構成する分割環に固定されており、ケーシング内の流れの方向，圧力，速度を変化させる目的で使用されている。そして、これら静翼３３の頂部には回転軸２との隙間を塞ぐ軸シール機構３３ａが備えられている。

これら動翼３４と静翼３３とは、回転軸２とケーシング３１の内壁面との間に形成される燃焼ガスの流路に交互に取り付けられ、燃焼器２０で発生した燃焼ガスをその内部の流路３２に導入して膨張させ、これらに吹き付けることで燃焼ガスの熱エネルギーを機械仕事の回転エネルギーに変換して動力を発生させている。この動力は上述したように圧縮機１０の動力としても利用され、一般的には発電プラントの発電機（generator）等の動力として利用されている。

さて、図１の符号Ａに示される、動翼３４の先端である頂部の構造について図２を用いて説明する。図２（ａ）は頂部に形成された各吹き出し孔を説明する断面を含む斜視図、図２（ｂ）はラビング発生後の状態を示した頂部の断面図である。
図２に示される符号３８、３９は、冷却媒体を吹き出す頂部ＴＰに形成された各吹き出し孔を示している。これら複数の各吹き出し孔３８，３９は、低圧側翼面３５（外表面）側と高圧側翼面３６（外表面）側との２方向に分かれてそれぞれ形成されている。また、低圧側翼面３５に延在するようにチップスキーラー３７（突出部）が頂部ＴＰに突出して設けられており、ここに低圧側翼面３５側に向けられた各吹き出し孔３８がチップスキーラー３７の側壁面をくり抜くように形成されている。

２方向に形成された各吹き出し孔３８，３９は、動翼３４の内部にある空洞部Ｒと頂部端面とを連通させる方向性を有して形成されている。そして、空洞部Ｒを流動する冷却媒体は、各吹き出し孔３８，３９の上流側開口部３８ｂ，３９ｂから取り込まれてテーパ形状Ｔ１，Ｔ２とされた通路を通り、これに連通する上流側開口部３８ｂ，３９ｂよりも大きな断面積とされた下流側開口部３８ａ，３９ａに導かれて、動翼３４の外側に吹き出される。
なお、本実施形態では、上流側開口部３８ｂ，３９ｂの直径を０．８〜１．０ｍｍ程度とし、下流側開口部３８ａ，３９ａの直径を２〜３ｍｍ程度として形成している。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）では吹き出し孔３８及び３９は円筒形状であるが、特にこれに限定されるものではない。例えば、楕円形や、三角形、多角形等という形であってもよい。

動翼３４が回転方向（direction of rotation）に従って紙面左から右に回転すると、動翼３４の頂部ＴＰはケーシング３１（図１参照）の内壁面と接触する場合がある。これは、動翼３４に燃焼ガスの高熱が作用することで熱膨張が引き起こされるためであり、動翼３４の高さが増すことによってケーシング３１の内壁と接触するものである。
なぜなら、ケーシング３１は動翼３４に比べて比較的熱膨張が遅く、動翼３４が先に熱膨張すると、変化が遅いケーシング３１に接触するからである。この現象は、ガスタービン１の初期運転時や、運転開始時に特に顕著に発生する。なお、頂部ＴＰに相対する壁面は、ここでいうケーシングの内壁面をいうものであり、実際の動翼３４の動きに対して相対的に移動している。

頂部ＴＰがケーシング３１の内壁に接触すると、頂部ＴＰは次第に削られることになる。このことは、一般的にラビングと呼ばれている。
頂部ＴＰにラビングが発生すると、図２（ｂ）に示すようにチップスキーラー３７は削られて、ここに形成された各吹き出し孔３８、及び頂部端面に形成された各吹き出し孔３９にそれぞれバリＢが発生する。これらバリＢは、回転方向に従って各吹き出し孔３８，３９に覆い被さるように生成される。

しかし、本実施形態における頂部ＴＰに形成された各吹き出し孔３８，３９は、上流側開口部３８ｂ，３９ｂに比べて直径が２〜３倍の断面積を有するようにテーパ形状に形成されているため、バリＢが生じても各吹き出し孔３８，３９が塞がれることはない。従って、空洞部Ｒ内の冷却媒体はそれぞれの各吹き出し孔３８，３９から問題なく吹き出され、吹き出された冷却媒体は矢印に示すように高圧側から低圧側へと流れることで動翼３４の頂部ＴＰ、チップスキーラー３７、各翼面３５，３６、及び頂部ＴＰに相対するケーシング３１の内壁面等を冷却することになる。

以上説明した動翼３４の構成によれば、ラビングが生じても冷却媒体を吹き出す各吹き出し孔３８，３９が塞がれることはなく、動翼３４の冷却を的確に且つ継続的に行うことができる。これとともに、チップスキーラー３７及び頂部ＴＰの熱負荷が低減されるので、焼損、クラック等の不具合を回避して、安定したガスタービン１の運転を行うことができる。

なお、本実施形態の変形例として、以下の構成としてもよい。
図３は、本実施形態の変形例を示す動翼３４の頂部ＴＰの断面図である。なお、図に示される符号は、上述した実施形態と同じ符号であるので、その説明を省略する。
まず、図３（ａ）を用いて説明する。図３（ａ）は、各吹き出し孔３８，３９のそれぞれ各下流側開口部３８ａ，３９ａの中心が、各々に対応する各上流側開口部３８ｂ、３９ｂの中心と比較して偏心したテーパ形状Ｔ１，Ｔ２の吹き出し孔３８，３９を備えた頂部ＴＰの断面を示している。

動翼３４の空洞部Ｒから頂部端面に向かって形成された各吹き出し孔３８，３９は、直径が１ｍｍほどの狭い上流側開口部３８ｂ，３９ｂから次第にテーパ形状Ｔ１，Ｔ２に合わせて断面積が拡大する。そして、この断面積が拡大する方向は、動翼３４を静止状態として見た場合、この動翼３４に対する相対的なケーシング２の内壁面の移動方向に向かって紙面右側にずれている。つまり、上流側開口部３８ｂ，３９ｂの中心に比べて、下流側開口部３８ａ，３９ａの中心がケーシング２の内壁面の相対的な移動方向の逆方向に広がるように偏心している。
また、このような下流側開口部３８ａ，３９ａの偏心にともなって、頂部端面とテーパ形状Ｔ１，Ｔ２の壁面とのなす角がなだらかになる。

これらのことによって、バリ等が発生しても、各吹き出し孔３８，３９が塞がれることはさらに減少する。また、バリ等が発生する箇所がなだらかとされているので、バリの発生が減少する効果が得られる。

次に、図３（ｂ），（ｃ）を用いて段付き形状の各吹き出し孔３８，３９について説明する。図３（ｂ）、（ｃ）は図３（ａ）と同様に動翼３４の頂部ＴＰの断面を示した断面図である。
図３（ｂ）を用いて段付き形状Ｓ１，Ｓ２の各吹き出し孔３８，３９を説明する。各吹き出し孔３８，３９は、直径１ｍｍ程度の上流側開口部３８ｂ，３９ｂと、直径２〜３ｍｍ程の下流側開口部３８ａ，３９ａとを有しており、これらを段付き形状Ｓ１，Ｓ２でつなげている。

これによって、各下流側開口部３８ａ，３９ａを各上流側開口部３８ｂ，３９ｂよりも２〜３倍の断面積を有して形成することができ、バリ等による各吹き出し孔３８，３９の目詰まりが回避される。また、段付き形状Ｓ１，Ｓ２とされているため、これらを放電加工あるいは機械加工等で容易に形成することができる。

さらに、図３（ｃ）を用いて上記説明した段付き形状Ｓ１，Ｓ２が偏心した場合の各吹き出し孔３８，３９を説明する。
動翼３４の空洞部Ｒから頂部端面に向かって形成された各吹き出し孔３８，３９は、直径が１ｍｍほどの狭い上流側開口部３８ｂ，３９ｂから段付き形状Ｓａ１，Ｓａ２によって通路の断面積が拡大する。そして、この断面積が拡大する方向は、動翼３４を静止状態として見た場合、この動翼３４に対する相対的なケーシング２の内壁面の移動方向に向かって紙面右側にずれている。つまり、上流側開口部３８ｂ，３９ｂの中心に比べて、下流側開口部３８ａ，３９ａの中心がケーシング２の内壁面の相対的な移動方向に広がるように偏心して形成されている。

これによって、各下流側開口部３８ａ，３９ａを各上流側開口部３８ｂ，３９ｂよりも大きな断面積を有して形成することができるとともに、バリ等が発生しても各吹き出し孔３８，３９が塞がれることがより効果的に回避される。また、段付き形状Ｓａ１，Ｓａ２とされているため、これらを放電加工あるいは機械加工等で容易に形成することも可能となる。

本発明の一実施形態におけるガスタービンの概略構成を説明する断面図である。本発明の一実施形態における図１の符号Ａにおける動翼の頂部を説明する図であって、（ａ）はラビング発生前の頂部の構成を説明する断面を含む斜視図、（ｂ）はラビング発生後の頂部を示した断面図である。本発明の一実施形態における変形例を示した動翼の頂部の断面図であって、（ａ）は偏心したテーパ形状の各吹き出し孔を備えた頂部の断面図、（ｂ）は段付き形状の各吹き出し孔を備えた頂部の断面図、（ｃ）は偏心した段付き形状の各吹き出し孔を備えた頂部の断面図である。従来の動翼の構成を説明する図であって、図４（ａ）は動翼部品の一構成例を示した斜視図、図４（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面における頂部の断面図である。従来の動翼の頂部を説明する図であって、（ａ）はラビング発生前の頂部の断面図、（ｂ）はラビング発生後の頂部の断面図である。

符号の説明

３０ガスタービン
３１ケーシング
３２流路
３３静翼（タービン翼）
３４動翼（タービン翼）
３７チップスキーラー（突出部）
３８，３９各吹き出し孔
３８ａ，３９ａ下流側開口部
３８ｂ，３９ｂ上流側開口部
ＴＰ頂部
Ｂバリ
Ｒ空洞部
Ｔ１，Ｔ２テーパ形状
Ｓ１，Ｓ２段付き形状
Ｓａ１，Ｓａ２段付き形状

Claims

流路内に配列されるとともに、外表面に冷却媒体を吹き出すための複数の吹き出し孔が頂部に形成されたタービン翼において、
前記各吹き出し孔は、上流側開口部よりも下流側開口部の方が大きい断面積を有していることを特徴とするタービン翼。
請求項１記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔は、テーパ形状とされていることを特徴とするタービン翼。
請求項１または請求項２記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔は、断面積が異なる少なくとも２段以上の段付き形状とされていることを特徴とするタービン翼。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタービン翼において、
前記各吹き出し孔の前記下流側開口部は、前記頂部に相対する壁面の相対的な移動方向に広がるように形成されていることを特徴とするタービン翼。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタービン翼において、
前記頂部の少なくとも一方の縁には、一方が前記外表面に沿って延在し、他方が前記頂部からさらに突出するように形成された突出部が形成され、
前記吹き出し孔は、前記突出部の他方側の壁面に沿って形成されていることを特徴とするタービン翼。
空気を圧縮する圧縮機と、高温高圧の流体を生成する燃焼器と、前記流体のエネルギーを翼で機械仕事に変換して軸トルクを発生させるタービンとを備えたガスタービンにおいて、
前記タービンは、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のタービン翼を備えていることを特徴とするガスタービン。