JP6943706B2 - タービン翼及びガスタービン - Google Patents

Description

本開示は、タービン翼及びガスタービンに関する。

ガスタービン等のタービン翼において、タービン翼の内部に形成された冷却通路に冷却流体を流すことにより、高温のガス流れ等に曝されるタービン翼を冷却することが知られている。

例えば、特許文献１には、冷却空気を流通させるための冷却通路が翼内部に設けられたガスタービンの動翼が開示されている。このガスタービンの動翼の後縁部には上述の冷却通路に連通する冷却孔が設けられており、冷却通路を流れる冷却空気の一部が、該冷却穴を介して動翼の後縁部表面に流出して、該後縁部を冷却するようになっている。また、該動翼において、翼（翼部）のプラットフォームの付根部にはフィレットが形成されており、フィレットの曲率半径を従来よりも大きくすることが開示されている。

特開２００１−２３４７０３号公報

ところで、動翼を含むタービン翼において、翼部のプラットフォームへの接続部には、応力集中が生じやすい。このため、翼部のプラットフォームへの接続部における応力集中を緩和するためには、特許文献１にも記載されているように、当該部分にフィレット部を形成することが考えられる。
他方、翼部のプラットフォームへの接続部における応力を低減するための方策として、フィレット部近傍の後縁部に冷却孔を設けることも考えられるが、冷却孔の開口位置近傍における応力集中が問題になり得る。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、応力集中を抑制しながらフィレット部の効果的な冷却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。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン翼は、
翼部と、
少なくとも前記翼部の内部において前記翼部の翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
前記翼部の基端部に形成されたフィレット部に接続されるプラットフォームと、
を備え、
前記複数の冷却孔は、
前記翼高さ方向における前記フィレット部の延在範囲内にて前記冷却通路の内壁面に開口する一端と、前記フィレット部よりも前記翼部の先端側において前記後縁部における前記翼部の前記表面に開口する他端と、を有する少なくとも１つの基端側冷却孔と、
前記翼高さ方向において前記フィレット部の前記延在範囲よりも前記翼部の先端側に位置する冷却孔のうち少なくとも一つである先端側冷却孔と、
を含み、
前記基端側冷却孔は、
（ａ）前記先端側冷却孔に比べて、前記翼高さ方向において開口密度が大きい；
（ｂ）前記先端側冷却孔に比べて、前記翼高さ方向に直交する平面に対する傾斜角度が大きい；又は
（ｃ）前記先端側冷却孔に比べて、直径が小さい
ことを特徴とする。

上記（１）の構成では、翼高さ方向においてフィレット部に近い側に設けられる基端側冷却孔は、翼高さ方向におけるフィレット部の延在範囲内にて冷却通路の内壁面に開口する一端と、フィレット部よりも翼部の先端側において後縁部における翼部の表面に開口する他端とを有する。すなわち、基端側冷却孔の他端は、フィレット部が形成される翼部の表面においてフィレット部から離れた位置に開口しているので、後縁部とプラットフォームとの接続部における応力集中を緩和するというフィレット部の本来の役割を基端側冷却孔によって阻害することが実質的にない。また、基端側冷却孔の一端は、翼高さ方向におけるフィレット部の延在範囲内にて冷却通路の内壁面に開口しているので、基端側冷却孔がフィレット部近傍を通過するため、フィレット部の冷却を効果的に行うことができる。よって、応力集中を抑制しながらフィレット部を効果的に冷却することができる。

また、上述の（ａ）の場合、フィレット部が設けられる基端側に位置する基端側冷却孔は、該基端側冷却孔よりも先端側に位置する先端側冷却孔に比べて、翼高さ方向において開口密度が大きい。このため、基端側冷却孔を介した冷却流体の供給量を十分に確保することで、フィレット部の冷却をより効果的に行うことができる。
また、上述の（ｂ）の場合、上述の基端側冷却孔は、上述の先端側冷却孔に比べて、翼高さ方向に直交する平面に対する傾斜角度が大きい。このため、基端側冷却孔を翼高さ方向においてフィレット部により近づいた位置に形成し、フィレット部の冷却をより効果的に行うことができる。
また、上述の（ｃ）の場合、上述の基端側冷却孔は、上述の先端側冷却孔に比べて直径が小さい。このため、基端側冷却孔における冷却流体の流速が増大する結果、境界層が薄くなることにより冷却流体と翼部との間の熱伝達率を大きくすることができる。よって、フィレット部の冷却をより効果的に行うことができる。

以上より、上記（１）の構成によれば、フィレット部における応力集中を抑制しながら、フィレット部近傍を効果的に冷却することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記プラットフォームは、該プラットフォームの後方端に向かって開口するように形成されたぬすみ部を有し、
前記冷却通路は、前記翼部及び前記プラットフォームの内部において前記翼部の翼高さ方向に沿って延在し、
前記ぬすみ部の最奥部は、前記プラットフォームの平面視において、少なくとも前記翼部の後縁における前記プラットフォームの幅方向位置において、前記翼部の圧力面側に向かうにつれて前方に近づくように、前記プラットフォームの幅方向に対して斜めに延在している。

上記（２）の構成によれば、プラットフォームの幅方向における後縁の位置近傍において、ぬすみ部の最奥部が、圧力面側に向かうにつれて前方に近づくようにプラットフォーム幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、応力低減の必要性が高い後縁部とプラットフォームとの接続部（フィレット部）近傍でぬすみ部を十分に深く形成することができ、これにより接続部近傍における応力を低減できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記プラットフォームの平面視において、前記冷却通路の後縁端と前記後縁との間を通って延在している。

上記（３）の構成によれば、ぬすみ部の最奥部が、プラットフォームの平面視において、翼部の内部に形成された冷却通路の後縁端と翼部の後縁との間を通って延在しているので、ぬすみ部と冷却通路との距離を確保することができる。よって、タービン翼の鋳造時における鋳型と中子との間隙を十分に確保して、鋳造により得られるタービン翼の信頼性を高めながら、後縁部とプラットフォームとの接続部近傍でぬすみ部を十分に深く形成することができる。これにより、タービン翼の信頼性向上と、接続部近傍における応力低減を両立することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）の構成において、
前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記冷却通路の後縁端に対して前記翼部の負圧面側における前記プラットフォームの幅方向領域の少なくとも一部において、前記冷却通路の前記後縁端から離れるにつれて後方に向かうように前記幅方向に対して斜めに延在している。

上記（４）の構成によれば、プラットフォームの幅方向において冷却通路の後縁端よりも負圧面側の位置において、ぬすみ部の最奥部が、冷却通路の後縁端から離れるにつれて後方に向かうようにプラットフォーム幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、応力低減の必要性が高い接続部に近づくほどぬすみ量を大きく確保することができ、接続部近傍における応力を効果的に低減することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかの構成において、
前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記プラットフォームの幅方向における全領域に亘って、前記翼部の圧力面側に向かうにつれて前方に近づくように、前記プラットフォームの幅方向に対して斜めに延在している。

上記（５）の構成によれば、プラットフォーム幅方向の全域にわたって、ぬすみ部の最奥部が、翼部の圧力面側に向かうにつれて前方に近づくように、プラットフォーム幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、圧力面側に位置する接続部に近づくほどぬすみ量を大きく確保することができ、応力低減の必要性が高い接続部近傍における応力を効果的に低減することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記タービン翼は、ガスタービンの動翼である。

上記（６）の構成によれば、タービン翼としてのガスタービンの動翼が上記（１）〜（５）の何れかの構成を有するので、動翼のフィレット部における応力集中を抑制しながら、フィレット部近傍を効果的に冷却することができる。

（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
上記（１）乃至（６）の何れかのタービン翼と、
前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、を備える。

上記（７）の構成によれば、タービン翼が上記（１）〜（６）の何れかの構成を有するので、タービン翼のフィレット部における応力集中を抑制しながら、フィレット部近傍を効果的に冷却することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、応力集中を抑制しながらフィレット部の効果的な冷却が可能なタービン翼及びガスタービンが提供される。

一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。 一実施形態に係る動翼（タービン翼）を背側から見た図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ断面を示す図である。 一実施形態に係るタービン翼の後縁部の翼高さ方向に沿った断面図である。 一実施形態に係るタービン翼の後縁部の翼高さ方向に沿った断面図である。 一実施形態に係るタービン翼の後縁部の翼高さ方向に沿った断面図である。 タービン翼を構成する材料における疲労強度特性の一例を模式的に示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、幾つかの実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンについて説明する。

図１は、一実施形態に係るタービン翼が適用されるガスタービンの概略構成図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成するための圧縮機２と、圧縮空気及び燃料を用いて燃焼ガスを発生させるための燃焼器４と、燃焼ガスによって回転駆動されるように構成されたタービン６と、を備える。発電用のガスタービン１の場合、タービン６には不図示の発電機が連結される。

圧縮機２は、圧縮機車室１０側に固定された複数の静翼１６と、静翼１６に対して交互に配列されるようにロータ８に植設された複数の動翼１８と、を含む。
圧縮機２には、空気取入口１２から取り込まれた空気が送られるようになっており、この空気は、複数の静翼１６及び複数の動翼１８を通過して圧縮されることで高温高圧の圧縮空気となる。

燃焼器４には、燃料と、圧縮機２で生成された圧縮空気とが供給されるようになっており、該燃焼器４において燃料が燃焼され、タービン６の作動流体である燃焼ガスが生成される。燃焼器４は、図１に示すように、ケーシング２０内にロータを中心として周方向に沿って複数配置されていてもよい。

タービン６は、タービン車室２２内に形成される燃焼ガス流路２８を有し、該燃焼ガス流路２８に設けられる複数の静翼２４及び動翼２６を含む。
静翼２４はタービン車室２２側に固定されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の静翼２４が静翼列を構成している。また、動翼２６はロータ８に植設されており、ロータ８の周方向に沿って配列される複数の動翼２６が動翼列を構成している。静翼列と動翼列とは、ロータ８の軸方向において交互に配列されている。
タービン６では、燃焼ガス流路２８に流れ込んだ燃焼器４からの燃焼ガスが複数の静翼２４及び複数の動翼２６を通過することでロータ８が回転駆動され、これにより、ロータ８に連結された発電機が駆動されて電力が生成されるようになっている。タービン６を駆動した後の燃焼ガスは、排気室３０を介して外部へ排出される。

幾つかの実施形態において、タービン６の動翼２６は、以下に説明するタービン翼４０であってもよい。

図２は、一実施形態に係る動翼２６（タービン翼４０）を背側から見た図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ断面を示す図である。
図２及び図３に示すように、一実施形態に係るタービン翼４０である動翼２６は、翼部４２と、プラットフォーム３２と、翼根部３４と、を備えている。翼根部３４は、ロータ８（図１参照）に埋設され、動翼２６は、ロータ８と共に回転する。プラットフォーム３２は、翼根部３４と一体的に構成されている。

翼部４２は、ロータ８の径方向（以下、単に「径方向」ということがある。）に沿って延在するように設けられており、プラットフォーム３２に固定される基端５０と、翼高さ方向（ロータ８の径方向）において基端５０とは反対側に位置する先端４８と、を有する。
また、動翼２６の翼部４２は、基端５０から先端４８にかけて前縁４４及び後縁４６を有し、該翼部４２の翼面は、基端５０と先端４８との間において翼高さ方向に沿って延在する圧力面（腹面）５６と負圧面（背面）５８とを含む。

図３に示すように、翼部４２の内部には、翼部４２の翼高さ方向に沿って延在する冷却通路６０が設けられている。冷却通路６０には、タービン翼４０を冷却するための冷却流体（例えば空気）が流れるようになっている。冷却通路６０に冷却流体を供給することにより、タービン６の燃焼ガス流路２８に設けられて高温の燃焼ガスに曝される翼部４２が冷却される。
幾つかの実施形態では、図４に示すように、冷却通路６０は、翼部４２及びプラットフォーム３２の少なくとも一部を含む翼高さ方向の範囲にわたって延在している。
なお、図３に示すように、タービン翼４０は、複数の冷却通路６０を有していてもよい。また冷却通路６０はさらに、翼根部３４にわたって延在していてもよい。

図４に示すように、翼部４２の後縁部４７（後縁４６を含む部分）には、翼高さ方向に沿って配列するように複数の冷却孔７２，７６が形成されている。複数の冷却孔７２，７６は、翼部４２の内部に形成された冷却通路６０に連通するとともに、翼部４２の後縁部４７における表面に開口している。複数の冷却孔７２，７６は、翼高さ方向において、翼部４２の基端５０側に位置する少なくとも１つの基端側冷却孔７２と、基端側冷却孔７２よりも翼部４２の先端４８側に位置する少なくとも１つの先端側冷却孔７６と、を含む。
なお、翼部４２の内部に複数の冷却通路６０が形成されている場合、上述の冷却孔７２，７６は、複数の冷却通路６０のうち最も後縁４６側に位置する冷却通路６０に連通するように設けられる。

冷却通路６０を流れる冷却流体の一部は、冷却孔７２，７６を通過して、翼部４２の後縁部４７の開口からタービン翼４０の外部の燃焼ガス流路２８に流出する。このようにして冷却流体が冷却孔７２，７６を通過し対流冷却することにより、翼部４２の後縁部４７が冷却されるようになっている。

翼部４２の基端５０側の部分である基端部５１には、フィレット部３６が形成されている。そして、翼部４２はフィレット部３６を介してプラットフォーム３２に接続されている。

後縁部４７における翼部４２とプラットフォーム３２との接続部には、応力集中が生じやすい。
例えば、燃焼ガス流路２８においては、翼部４２の圧力面５６側と負圧面５８側とで圧力差が生じるので、翼部４２の後縁部４７には、該圧力差に応じた曲げ荷重が作用する。また、タービン翼４０としての動翼２６は、ロータ８とともに回転するので、該タービン翼４０に遠心力が作用する。さらに、タービン翼４０において、燃焼ガス流路２８に露出している翼部４２及びプラットフォーム３２は高温の燃焼ガス流れに曝される一方、ロータ８に植設される翼根部３４は、燃焼ガスに曝されず比較的低温であるため、タービン翼４０には、翼高さ方向において温度差が生じ、これによりタービン翼４０において熱変形が生じ得る。
これらの要因により、タービン翼４０に応力が生じ、特に、タービン翼４０の形状に起因して、後縁部４７における翼部４２とプラットフォーム３２との接続部には応力集中が生じやすい。
そこで、上述の接続部にフィレット部３６を形成することにより、翼部４２とプラットフォーム３２との接続部における応力集中の緩和を図っている。

ところで、後縁部に設けられる冷却孔は、対流冷却により熱応力の低減に寄与し得るが、一方応力集中が生じ得る。そこで、フィレット部３６の応力集中緩和という役割を損なわずに、フィレット部３６近傍を含む後縁部４７を効果的に冷却するため、後縁部に形成される冷却孔７２，７６は、以下に説明する特徴を有している。

図５〜図７は、それぞれ、一実施形態に係るタービン翼４０の後縁部４７の翼高さ方向に沿った断面図である。
上述したように、翼部４２の後縁部４７に形成される複数の冷却孔７２，７６は、少なくとも１つの基端側冷却孔７２と、少なくとも１つの先端側冷却孔７６と、を含む。

基端側冷却孔７２は、冷却通路６０の内壁面に開口する一端７３と、後縁部４７における翼部４２の表面に開口する他端７４と、を有する。冷却通路６０の内壁面における一端７３の開口位置は少なくとも一部あるいは全部が、翼高さ方向におけるフィレット部３６の延在範囲ＲＦ内であり、翼部４２の表面における他端７４の開口位置は少なくとも一部あるいは全部が、翼高さ方向においてフィレット部３６よりも翼部４２の先端４８側の位置（すなわち、フィレット部３６の延在範囲ＲＦよりも先端４８側の位置）である。
先端側冷却孔７６は、翼高さ方向においてフィレット部３６の延在範囲ＲＦよりも翼部４２の先端４８側に位置する。すなわち、先端側冷却孔７６は、翼高さ方向においてフィレット部３６の延在範囲ＲＦよりも翼部４２の先端４８側において、一端が冷却通路６０の内壁面に開口し、かつ、他端が後縁部４７における翼部４２の表面に開口している。

なお、図５〜図７に示す例示的な実施形態では、翼部４２の後縁部４７において、翼高さ方向における基端５０側に３本の基端側冷却孔７２が形成されているとともに、これら３本の基端側冷却孔７２よりも先端４８側に、複数の先端側冷却孔７６が設けられている。

この場合、基端側冷却孔７２の他端７４は、フィレット部３６が形成される翼部４２の表面においてフィレット部３６から離れた位置に開口しているので、後縁部４７とプラットフォーム３２との接続部における応力集中を緩和するというフィレット部の３６本来の役割を基端側冷却孔によって阻害することが実質的にない。また、基端側冷却孔７２の一端７３は、翼高さ方向におけるフィレット部３６の延在範囲ＲＦ内にて冷却通路６０の内壁面に開口しているので、基端側冷却孔７２がフィレット部３６近傍を通過するため、フィレット部３６の冷却を効果的に行うことができる。よって、応力集中を抑制しながらフィレット部３６を効果的に冷却することができる。

また、タービン翼４０は、以下（ａ）〜（ｃ）のうち少なくともいずれかの特徴を有する。

（ａ）幾つかの実施形態では、基端側冷却孔７２は、先端側冷却孔７６に比べて、翼高さ方向において開口密度が大きい。

例えば、図５に示す例示的な実施形態では、基端側冷却孔７２のピッチＰ１は、先端側冷却孔７６のピッチＰ２よりも小さい。ここで、冷却孔のピッチとは、隣り合う一対の冷却孔の中心線同士の距離である。
すなわち、翼高さ方向において基端側冷却孔７２及び先端側冷却孔７６のそれぞれの存在範囲内において、翼高さ方向における単位長さあたりの冷却孔の個数は、基端側冷却孔７２のほうが、先端側冷却孔７６よりも多い。

この場合、フィレット部３６が設けられる基端５０側に位置する基端側冷却孔７２は、該基端側冷却孔７２よりも先端４８側に位置する先端側冷却孔７６に比べて、翼高さ方向において開口密度が大きい。このため、基端側冷却孔７２を介した冷却流体の供給量を十分に確保することで、フィレット部３６の冷却をより効果的に行うことができる。

（ｂ）幾つかの実施形態では、基端側冷却孔７２は、先端側冷却孔７６に比べて、翼高さ方向に直交する平面に対する傾斜角度が大きい。

例えば、図６に示す例示的な実施形態では、基端側冷却孔７２の翼高さ方向に直交する平面Ｌ１に対する傾斜角度Ａ１は、先端側冷却孔７６の翼高さ方向に直交する平面Ｌ２に対する傾斜角度Ａ２よりも大きい。

この場合、基端側冷却孔７２の上記傾斜角度Ａ１は、先端側冷却孔７６の上記傾斜角度Ａ２よりも大きいため、基端側冷却孔７２を翼高さ方向においてフィレット部３６により近づいた位置に形成し、フィレット部３６の冷却をより効果的に行うことができる。また濡れ長さが増大するため、フィレット部３６の冷却をより効果的に行うことができる。

（ｃ）幾つかの実施形態では、基端側冷却孔７２は、先端側冷却孔７６に比べて、直径が小さい。

例えば、図７に示す例示的な実施形態では、基端側冷却孔７２の直径ｄ１は、先端側冷却孔７６の直径ｄ２に比べて小さい。

この場合、基端側冷却孔７２は、先端側冷却孔７６よりも小さい直径を有するため、基端側冷却孔７２における冷却流体の流速が増大する結果、境界層が薄くなることにより冷却流体と翼部４２との間の熱伝達率を大きくすることができる。よって、フィレット部３６の冷却をより効果的に行うことができる。

以上に説明したように、幾つかの実施形態に係るタービン翼４０によれば、フィレット部３６における応力集中を抑制しながら、フィレット部３６近傍を効果的に冷却することができる。

ここで、図８は、タービン翼４０を構成する材料における疲労強度特性の一例を模式的に示すグラフである。図８のグラフにおいて、縦軸は繰り返し応力を示し、翼軸は静応力を示す。また、グラフ中の２本の曲線は、それぞれ異なる温度Ｔ１、Ｔ２（ただしＴ１＜Ｔ２）における材料の疲労強度特性を示す。
なお、繰り返し応力は、タービンの運転中に時間的に変動する応力であり、例えば、燃焼ガス流路２８を流れる燃焼ガスに起因する曲げ応力である。また、静応力は、タービンの運転中に時間的な変動を実質的に伴わない応力であり、例えば、タービン翼４０における温度差に起因する熱応力や、遠心力に起因する応力である。

図８に示すように、ある材料について、温度によって異なる特性曲線が得られる。この特性曲線は、所定条件で試験をしたときに、材料が破壊する強度繰り返し応力と静応力との組み合わせをグラフで表したものである。そして、各特性曲線よりも下方の繰り返し応力及び静応力の範囲においては、材料強度が十分に高いということができる。

ここで、図８に示すように、異なる温度条件では、温度を低くしたほうが特性曲線が上方に移動し、十分な材料強度が得られる繰り返し応力及び静応力の範囲が大きくなる。例えば、図８に示すように、材料温度がＴ２の場合には、グラフ中の点Ｍ２は、温度Ｔ２の場合の特性曲線より上方に位置するため、材料強度が十分であるとはいえない。一方、材料温度がＴ２よりも低いＴ１の場合には、グラフ中の点Ｍ２は、温度Ｔ１の場合の特性曲線より下方に位置するようになり、この場合、温度Ｔ２の場合に比べて、材料強度が向上するといえる。
よって、上述のように、応力集中を緩和するためのフィレット部３６近傍を効果的に冷却することにより、接続部（フィレット部３６）近傍の材料強度を高めることができる。

幾つかの実施形態に係るタービン翼４０は、さらに以下に述べる特徴を有していてもよい。

幾つかの実施形態では、図２〜図４に示すように、プラットフォーム３２は、該プラットフォーム３２の後方端３３に向かって開口するように形成されたぬすみ部８０を有する。すなわち、該プラットフォーム３２は、プラットフォーム３２の前方端３１に向かって凹む凹形状の表面により形成される。
タービン翼４０内部の温度差による熱変形の例として、プラットフォーム３２の熱反りが挙げられる。プラットフォーム３２に熱反りが生じると、プラットフォーム３２に接続される翼部４２の後縁部４７においても応力が生じる。そこで、プラットフォーム３２に上述のぬすみ部８０を設けることにより、該ぬすみ部８０を設けた部位においては、プラットフォーム３２と翼部４２の後縁部４７とが翼高さ方向において物理的に切り離れるので、翼部４２の後縁部４７における応力を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、ぬすみ部８０の最奥部８２は、プラットフォーム３２の平面視において、少なくとも翼部４２の後縁４６におけるプラットフォーム３２の幅方向位置において、翼部４２の圧力面５６側に向かうにつれて前方に近づくように、プラットフォーム３２の幅方向に対して斜めに延在している。ここで、ぬすみ部８０の最奥部８２とは、ぬすみ部８０を形成する凹形状の表面のうち、もっとも前方端３１側に位置する部分である。

このように、プラットフォーム３２の幅方向における後縁４６の位置近傍において、ぬすみ部８０の最奥部８２が、圧力面５６側に向かうにつれて前方に近づくようにプラットフォーム３２幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、応力低減の必要性が高い後縁部４７とプラットフォーム３２との接続部（フィレット部３６）近傍でぬすみ部８０を十分に深く形成することができ、これにより接続部近傍における応力を低減できる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、ぬすみ部８０の最奥部８２は、プラットフォーム３２の平面視において、冷却通路６０の後縁端６１と翼部４２の後縁４６との間を通って延在している。

この場合、ぬすみ部８０の最奥部８２が、プラットフォーム３２の平面視において、翼部４２の内部に形成された冷却通路６０の後縁端６１と翼部４２の後縁４６との間を通って延在しているので、ぬすみ部８０と冷却通路６０との距離を確保することができる。よって、タービン翼４０の鋳造時における鋳型（ぬすみ部８０を形成）と中子（冷却通路６０を形成）との間隙を十分に確保して、鋳造により得られるタービン翼４０の信頼性を高めながら、後縁部４７とプラットフォーム３２との接続部近傍でぬすみ部８０を十分に深く形成することができる。これにより、タービン翼４０の信頼性向上と、接続部近傍における応力低減を両立することができる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、ぬすみ部８０の最奥部８２は、冷却通路６０の後縁端６１に対して翼部４２の負圧面５８側におけるプラットフォーム３２の幅方向領域の少なくとも一部において、冷却通路６０の後縁端６１から離れるにつれて後方に向かうようにプラットフォーム３２の幅方向に対して斜めに延在している。
なお、図３に示す例示的な実施形態では、ぬすみ部８０の最奥部８２は、冷却通路６０の後縁端６１に対して翼部４２の負圧面５８側におけるプラットフォーム３２の幅方向の全領域において、冷却通路６０の後縁端６１から離れるにつれて後方に向かうようにプラットフォーム３２の幅方向に対して斜めに延在している。

この場合、プラットフォーム３２の幅方向において冷却通路６０の後縁端６１よりも負圧面５８側の位置において、ぬすみ部８０の最奥部８２が、冷却通路６０の後縁端６１から離れるにつれて後方に向かうようにプラットフォーム３２の幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、応力低減の必要性が高い接続部に近づくほどぬすみ量を大きく確保することができ、接続部近傍における応力を効果的に低減することができる。

幾つかの実施形態では、図３に示すように、ぬすみ部８０の最奥部８２は、プラットフォーム３２の幅方向における全領域に亘って、翼部４２の圧力面５６側に向かうにつれて前方に近づくように、プラットフォーム３２の幅方向に対して斜めに延在している。

この場合、プラットフォーム３２幅方向の全域にわたって、ぬすみ部８０の最奥部８２が、翼部４２の圧力面５６側に向かうにつれて前方に近づくように、プラットフォーム３２の幅方向に対して傾斜して設けられている。このため、圧力面５６側に位置する接続部に近づくほどぬすみ量を大きく確保することができ、応力低減の必要性が高い接続部近傍における応力を効果的に低減することができる。

再度図８のグラフを参照すると、図８のグラフに示すように、ある材料に生じる静応力を低減させると、グラフ上において、繰り返し応力と静応力との組み合わせを示す点が、例えば、グラフ中の点Ｍ１から点Ｍ２に移動する。このため、材料温度がＴ１である場合、静応力低減前の点Ｍ１は、温度Ｔ１における特性曲線よりも上方に位置するのに対し、静応力低減後の点Ｍ２は、該特性曲線よりも下方に位置する。したがって、静応力を低減させることにより、材料強度が向上するといえる。
よって、上述のように、プラットフォーム３２にぬすみ部８０を設けて接続部近傍の応力を低減させることにより、接続部（フィレット部３６）近傍の材料強度を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ ガスタービン
２ 圧縮機
４ 燃焼器
６ タービン
８ ロータ
１０ 圧縮機車室
１２ 空気取入口
１６ 静翼
１８ 動翼
２０ ケーシング
２２ タービン車室
２４ 静翼
２６ 動翼
２８ 燃焼ガス流路
３０ 排気室
３１ 前方端
３２ プラットフォーム
３３ 後方端
３４ 翼根部
３６ フィレット部
４０ タービン翼
４２ 翼部
４４ 前縁
４６ 後縁
４７ 後縁部
４８ 先端
５０ 基端
５１ 基端部
５６ 圧力面
５８ 負圧面
６０ 冷却通路
６１ 後縁端
７２ 基端側冷却孔
７３ 一端
７４ 他端
７６ 先端側冷却孔
８０ ぬすみ部
８２ 最奥部
８５ 壁面

Claims (7)

1. 翼部と、
   少なくとも前記翼部の内部において前記翼部の翼高さ方向に沿って延在する冷却通路と、
   前記翼高さ方向に沿って配列するように前記翼部の後縁部に形成され、前記冷却通路に連通するとともに前記後縁部における前記翼部の表面に開口する複数の冷却孔と、
   前記翼部の基端部に形成されたフィレット部に接続されるプラットフォームと、
   を備え、
   前記複数の冷却孔は、
   前記翼高さ方向における前記フィレット部の延在範囲内にて前記冷却通路の内壁面に開口する一端と、前記フィレット部よりも前記翼部の先端側において前記後縁部における前記翼部の前記表面に開口する他端と、を有する少なくとも１つの基端側冷却孔と、
   前記翼高さ方向において前記フィレット部の前記延在範囲よりも前記翼部の先端側に位置する冷却孔のうち少なくとも一つである先端側冷却孔と、
   を含み、
   前記基端側冷却孔は、
   （ａ）前記先端側冷却孔に比べて、前記翼高さ方向において開口密度が大きい；
   （ｂ）前記先端側冷却孔に比べて、前記翼高さ方向に直交する平面に対する傾斜角度が大きい；又は
   （ｃ）前記先端側冷却孔に比べて、直径が小さい
   ことを特徴とするタービン翼。
2. 前記プラットフォームは、該プラットフォームの後方端に向かって開口するように形成されたぬすみ部を有し、
   前記冷却通路は、前記翼部及び前記プラットフォームの内部において前記翼部の翼高さ方向に沿って延在し、
   前記ぬすみ部の最奥部は、前記プラットフォームの平面視において、少なくとも前記翼部の後縁における前記プラットフォームの幅方向位置において、前記翼部の圧力面側に向かうにつれて前方に近づくように、前記プラットフォームの幅方向に対して斜めに延在している
   ことを特徴とする請求項１に記載のタービン翼。
3. 前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記プラットフォームの平面視において、前記冷却通路の後縁端と前記後縁との間を通って延在している
   ことを特徴とする請求項２に記載のタービン翼。
4. 前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記冷却通路の後縁端に対して前記翼部の負圧面側における前記プラットフォームの幅方向領域の少なくとも一部において、前記冷却通路の前記後縁端から離れるにつれて後方に向かうように前記幅方向に対して斜めに延在している
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のタービン翼。
5. 前記ぬすみ部の前記最奥部は、前記プラットフォームの幅方向における全領域に亘って、前記翼部の圧力面側に向かうにつれて前方に近づくように、前記プラットフォームの幅方向に対して斜めに延在している
   ことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載のタービン翼。
6. 前記タービン翼は、ガスタービンの動翼である
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のタービン翼。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン翼と、
   前記タービン翼が設けられる燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスを生成するための燃焼器と、を備えることを特徴とするガスタービン。

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