ガスタービン翼
【課題】翼構造に起因するフィルム孔の加工制限に関わらず、冷却効率に優れたフィルム孔を備えたガスタービン翼を提供すること。
【解決手段】ガスパス６０側に位置する第１翼面７１と、冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する第２翼面７２と、この２つの翼面７１，７２を連通するフィルム孔１０とを備える。フィルム孔１０は、第２翼面７２に開口する入口部１１と、入口部１１に連通し第１翼面７１に向かって流路断面積が拡大する出口部１２とを有する。出口部１２は、入口部１１の中心軸Ａが鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面１３，１４を側面として有する。
【解決手段】ガスパス６０側に位置する第１翼面７１と、冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する第２翼面７２と、この２つの翼面７１，７２を連通するフィルム孔１０とを備える。フィルム孔１０は、第２翼面７２に開口する入口部１１と、入口部１１に連通し第１翼面７１に向かって流路断面積が拡大する出口部１２とを有する。出口部１２は、入口部１１の中心軸Ａが鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面１３，１４を側面として有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンに使用されるガスタービン翼の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼器で燃料と混合して燃焼して高温高圧の作動媒体（燃焼ガス）を発生させ、この作動媒体を複数のタービン動翼及びタービン静翼を備えたタービンに導いてタービンを駆動させてタービンの回転動力（運動エネルギー）を得る熱機関である。例えば、タービンの回転動力は発電機を介して電力エネルギーに変換されることがある。
【０００３】
ガスタービンでは、消費された燃料に対して得られる電気エネルギーはできるだけ多い方が望ましく、周知のごとくタービン入口における燃焼ガスの高温化による性能向上が期待されている。しかし、ガスタービンの燃焼ガス温度は、翼材が主にガス温度に起因する高温酸化腐食に耐え得る能力および熱応力に耐え得る能力によって制限される。そこで、燃焼ガス温度の高温化に際し、翼材の耐用温度を満足させるため、ガスタービン翼に冷却媒体を供給し、様々な手法でガスタービン翼を冷却する方法が採られている。
【０００４】
燃焼ガス温度が高温となる翼の冷却構造としては、フィルム冷却が利用されることがある。フィルム冷却は、翼部の表面に設けたフィルム孔（フィルム冷却孔）から燃焼ガスが通過するガスパス部に冷却空気を放出し、翼表面の燃焼ガスの温度を低下させることで翼を冷却するものである。一般に、このフィルム孔は翼表面に線状に等間隔で配値されたフィルム孔列として翼面に加工される。フィルム孔の穴径と間隔は、その位置での熱負荷に応じて最適に選択することが好ましい。
【０００５】
また、冷却孔の性能を向上させるために、翼表面に向かって流路断面積が拡大するようにフィルム孔を形成することで冷却流拡散を行うことがある。一般的に、フィルム孔からガスパスへ放出された冷却空気は、ただちに燃焼ガスに流されて、燃焼ガスの流線方向に沿って帯状に流れる。しかし、上記のように冷却流を拡散させると、フィルム孔からの冷却空気の吐出速度が低下するとともにその静圧が増大する。これにより冷却空気が翼表面上で膜状に広がることが促進されるので、単純な円孔のフィルム孔よりも冷却性能を向上できる。この種のフィルム孔（拡散冷却孔）は、適切なブローレシオ及び逆流マージンでフィルム冷却効率の向上を図った公知の技術で見られる。
【０００６】
例えば、米国特許第５７７９４３７号（特許文献１）には、冷却空気の入口は円孔で、翼表面に近づくにつれて断面の面積比を適切に増大させた円錐形とした出口拡大部を設けることで冷却効率を高める円錐形の拡散フィルム孔の技術が開示されている。また、米国特許第５６８３６００号、第５３８２１３３号（特許文献２，３）には矩形形状の拡散フィルム孔（拡散冷却孔）が開示されている。これらの矩形の拡散フィルム孔もまた、円錐形の拡散フィルム孔と同様に、冷却空気が翼面に沿って吐出されるときに、三次元の拡散を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５７７９４３７号
【特許文献２】米国特許第５６８３６００号
【特許文献３】米国特許第５３８２１３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フィルム孔の位置や間隔は、翼材料の限界温度や限界強度を満たすように設計しなければならない。また、冷却空気は、一般に、ガスタービン圧縮機から抽気した空気の一部を利用するため、冷却空気の多量の消費はガスタービン効率の低下をきたす。そこでガスタービン翼の設計においては、出来る限り少ない空気を用いて効率良く冷却することが重要である。また、特に翼面の燃焼ガスの熱負荷が高い場所においては、翼面の全てを冷却空気で覆うようにフィルム孔を配置することが望ましい。
【０００９】
ここで、拡散フィルム孔の配置設計について２つの要求が発生する。１つ目は、冷却空気を翼面に対して浅い角度でガスパスへ放出させることである。これは、冷却空気が翼面から剥離してしまうと冷却性能が著しく低下することがあるからである。
【００１０】
次に２つ目の要求である。一般にガスタービン翼の表面付近の燃焼ガスの流線方向は、翼形状等に起因して場所によって異なるが、フィルム冷却による冷却性能を向上させる観点からは、その燃焼ガスの流線方向に応じて拡散フィルム孔からの冷却空気の拡散方向を設定することが好ましい。具体的には、冷却空気の拡散方向が燃焼ガス流に対して垂直に近づくように、拡散フィルム孔の出口拡大部を形成することが好ましい。このように拡散フィルム孔における出口拡大部を形成すると、冷却空気の拡散効果が最大化するので、翼表面を冷却空気で容易に覆うことができる。
【００１１】
しかしながら、実際のガスタービン翼は翼形状が複雑なため、拡散フィルム孔を機械加工するための機器（例えば、放電加工における電極）と翼の関係や、上記の拡散フィルム孔の形状とその加工スペースの関係等により、フィルム孔の加工位置に制限が掛かって所望の位置に貫通孔（入口円孔部）が設けられないことがある。また、貫通孔自体を設けることができた場合であっても、上記文献の拡散フィルム孔のようには貫通孔（入口円孔部）と出口拡大部の形成方向が一致せず、燃焼ガス流の方向に合わせてフィルム孔を形成することが困難な場所も存在する。すなわち、実際のガスタービン翼では、上記各文献が開示する形状の拡散フィルム孔を上記２つの要望を満たしながら設けることが困難な場所が存在する。
【００１２】
たとえば、ガスタービン静翼では、内部が中空の複数の翼部と、内径側エンドウォールと外径側エンドウォールが一体となったセグメント構造を採用している。そして、複数のセグメントを環状に配置することで燃焼ガスの流路を形成し、隣接する静翼エンドウォール同士の間には熱変形による応力集中を緩和するための間隙が設けられている。このような構造では、狭い領域にフィルム孔を配置しなければならない場所や、フィルム孔の形成方向が限定される場所が少なくない。狭い領域には仰角の浅いフィルム孔を設けることは困難であるし、フィルム孔の形成方向が限定される場所では出口拡大部の拡散方向を燃焼ガスの流線に対して垂直方向に設定できないため、冷却性能の低い場所が発生するおそれがある。このような場所の冷却性能を向上する方策としては、圧縮空気（冷却空気）の抽気量を増加するものがあるが、これではガスタービン効率が低下してしまう。
【００１３】
本発明の目的は、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限に関わらず、冷却効率に優れたフィルム孔を備えたガスタービン翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、作動流体に曝される作動流体流路側に位置する第１翼面と、冷却媒体が流通する冷却流路側に位置する第２翼面と、前記第１翼面と前記第２翼面を連通するフィルム孔とを備え、前記フィルム孔は、前記第２翼面に開口する入口部と、当該入口部に連通し前記第１翼面に向かって流路断面積が拡大する出口部とを有し、前記出口部は、前記入口部の中心軸が鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、当該対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面を側面として有するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限を緩和することができるので、フィルム冷却による冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼の斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼のエンドウォール図。
【図３】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔の上面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔における入口円孔部の中心断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔における出口拡大部についての対称面Ｂにおける断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼の斜視図であり、図２は図１中のII-II断面図（内径側エンドウォール図）である。なお、図１は、ガスタービンロータ（以下、ロータと称することがある）の外周に環状配列されたガスタービン静翼を構成する複数のセグメントのうちの１つを背側から斜視したものである。
【００１８】
これらの図に示すガスタービン静翼１は、ロータの回転軸心を中心にして湾曲した外径側エンドウォール１５及び内径側エンドウォール１６と、これら２つのエンドウォール１５，１６の間に設けられた２つの翼部１７，１８を備えている。
【００１９】
ガスタービン静翼１をガスタービンに組み込む際には、図１に示したセグメントをロータの円周方向に複数連ね、これにより２つのエンドウォール１５，１６によって仕切られた環状の作動流体（燃焼ガス）用の流路６０（ガスパス）が形成される。これによりエンドウォール１５，１６及び翼部１７，１８において作動流体流路６０側に位置する翼面（第１翼面７１（図４等参照））は、ガスタービン稼働中に高温高圧の作動流体に曝されることになる。
【００２０】
エンドウォール１５，１６の側面にはシール溝３０が設けられている。シール溝３０は、ロータ周方向及び／又は軸方向で隣接する他のセグメントのシール溝３０との間にシール部材（例えば、プレート（図示せず））を架け渡すことで、ガスパス６０からの作動流体の漏洩を抑制するためのものである。
【００２１】
また、内径側エンドウォール１６における内径側と外径側エンドウォール１５の外径側にはそれぞれフック３１が設けられている。外径側エンドウォール１５はフック３１を介してケーシング（図示せず）の内周壁に保持されており、内径側エンドウォール１６はフック３１を介して当該ケーシングに取り付けられたサポートリング（図示せず）に保持されている。これにより、外径側エンドウォール１５の外径側とケーシングの内周壁との間には外径キャビティ２３が形成され、内径側エンドウォール１６の内径側とサポートリングの外周壁との間には内径キャビティ２４が形成される。外径キャビティ２３及び内径キャビティ２４には静翼１を冷却するための冷却媒体が供給され、これらキャビティ２３，２４は冷却流路として機能する。なお、以下においては、外径キャビティ２３及び内径キャビティ２４をそれぞれ冷却流路２３，２４と表記することがある。
【００２２】
また、図２に示すように、翼部１７，１８の内部には冷却媒体を流すための冷却流路１９，２０が設けられている。各冷却流路１９，２０はパーティション（隔壁）２１，２２によって仕切られている。特に図示しないが、冷却流路１９，２０は、エンドウォール１５，１６によって形成される冷却流路２３，２４の一方（又は双方）に開口しており、冷却流路２３，２４から冷却流路１９，２０内に冷却媒体が導入されるように構成されている。これによりエンドウォール１５，１６及び翼部１７，１８において冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する翼面（第２翼面７２（図４等参照））は、ガスタービン稼働中に冷却媒体に曝されることになる。なお、冷却流路２３，２４に導入する冷却媒体としては、ガスタービン圧縮機（図示せず）から抽気した圧縮空気が利用できる。また、空気以外にも、蒸気などの冷媒を使用しても良い。
【００２３】
翼部１７，１８及びエンドウォール１５，１６には、ガスパス６０側に位置する第１翼面７１に開口する複数の拡散フィルム孔１０が設けられている。拡散フィルム孔１０は、冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する第２翼面７２と第１翼面７１を連通する貫通孔であり、冷却流路１９，２０，２３，２４から供給される冷却媒体を第１翼面７１側に導いて燃焼ガス８との間に温度境界層を形成することにより第１翼面７１を冷却する。
【００２４】
図３は本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔１０の上面図（第１翼面７１に鉛直な方向からフィルム孔１０を見た図）であり、図４は拡散フィルム孔１０における入口部１１の中心断面図（すなわち、図３の紙面と直交し中心軸Ａを通過するIV-IV面における断面図）であり、図５は拡散フィルム孔１０における出口部１２についての対称面Ｂ（V-V面）における断面図である。
【００２５】
これらの図に示すように、拡散フィルム孔１０は、第２翼面７２に開口する入口部（円孔部）１１と、入口部１１に連通し第１翼面７１（ガスパス６０）に向かって流路面積が拡大する出口部（拡大部）１２を備えている。冷却媒体は、冷却流路１９，２０，２３，２４から入口部１１に流入し、出口部１２を介して翼表面に放出される。
【００２６】
出口部１２は、第１翼面７１に対して略直交する面（対称面）Ｂに対して面対称に形成されており、対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面１３，１４を側面として有している。この２つの側面１３，１４が第１翼面７１と交差して表れる２つの直線状の辺５２，５３は、出口部１２の開口端５１の一部を成すものであり、それぞれ対称面Ｂと同じ角度δを成している。すなわち、側面１３，１４は、静翼１の後縁側（図３中の右側）に向かって一定の角度δで対称面Ｂから遠ざかるように形成されている。
【００２７】
このように出口部１２を面対称に形成すると、ガスパス６０に対して冷却媒体を略均等に放出させることができる。なお、本実施の形態の対称面Ｂは、第１翼面７１に略垂直で、作動流体（燃焼ガス）の流通方向８（図３参照）と略平行に設定されているので、作動流体の流れに対して略均等に冷却媒体を放出させることができる。
【００２８】
また、出口部１２は、静翼１の後縁側で２つの側面１３，１４を接続する平面状の連結面５４を備えている。連結面５４が第１翼面７１と交差して表れる直線状の辺５５（すなわち、開口端５１における後縁端の辺）は、開口端５１の一部を成すもので、出口部１２からガスパス６０に放出される冷却媒体の拡散方向を規定する。すなわち、冷却媒体は辺５５の軸方向と同方向に拡散される。そのため、辺５５の近傍を流れる作動流体の流通方向８に合わせて辺５５の向きを調節することが好ましい。冷却空気で第１翼面７１を広く覆ってフィルム冷却効果を向上させる観点からは、辺５５の近傍を流れる作動流体の流通方向８と辺５５のなす角が直角に近づくように出口部１２を形成することが好ましい。そのため図３の例では、作動媒体の流れ８に対して辺５５が直交するように設定されている。
【００２９】
ところで、本実施の形態における出口部１２の開口端５１は、図３に示すように等脚台形状に形成されており、出口部１２は対称面Ｂを有する四角錐の一部で形成されている。すなわち、出口部１２は、等脚台形状の開口端５１を底面とし、冷却流路１９，２０，２３，２４側に頂点を有する四角錐の頂点側を省略した形状となっている。なお、ここでは四角錐状に形成された出口部１２を例に挙げて説明するが、対称面Ｂに対して面対称に形成され、側面１３，１４及び連結面５４を有するものであれば出口部１２は他の形状でも良い。
【００３０】
入口部１１は中心軸Ａ（図３，４参照）を有している。中心軸Ａは、出口部１２の対称面Ｂと鋭角βで交差している。このとき、中心軸Ａは、対称面Ｂ上に存在しない連結点Ｐ（図３，４参照）において出口部１２と交差する。
【００３１】
また、図４に示すように、入口部１１が第１翼面７１に対して傾斜している角度をαとする（すなわち、αは入口部１１の中心軸Ａが第１翼面７１と成す角）。このとき、フィルム孔１０から第１翼面７１に放出されたときに冷却媒体が第１翼面７１から大きく剥離することを抑制する観点からは、角度αは４０度以下とすることが好ましく、さらには３０度以下にすることが好ましい。また、図５に示すように、出口部１２における連結面５４が第１翼面７１に対して傾斜している角度をγとする（すなわち、γは連結面５４が第１翼面７１と成す角）。このとき、冷却媒体が第１翼面７１から剥離しにくく、フィルム冷却効率を向上する観点からは、角度γが角度α以下になるように出口部１１（連結面５４）を形成することが好ましい。
【００３２】
ところで、図３中に二点鎖線で示した形状４１は、中心軸Ａに沿って入口部１１を第１翼面７１まで仮想的に延長して形成したものである。図３に示すように、出口部１２は当該形状４１が内部に全て含まれるように形成されている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、出口部１２の開口端５１における前縁端の長さは入口部１１の直径と略等しく、出口部１２の開口端５１における後縁端（辺５５）の長さは入口部１１の直径の略２倍に設定している。また、本実施の形態における入口部１１は流路断面が円形の円筒状に形成されているが、入口部１１はその他の形状でも良い。
【００３４】
次に上記のように構成される拡散フィルム孔１０の加工手順について説明する。ここでは、２つのエンドウォール１５，１６と２つの翼部１７，１８を鋳造等の加工方法で一体に成形した後に、電極を利用した放電加工で拡散フィルム孔１０を機械加工する場合について説明する。
【００３５】
まず、入口部１１より先に出口部１２を形成する場合について説明する。この場合には、対称面を介して左右対称に形成された四角錐からその頂点側の一部を省略した形状を有する第１の電極（すなわち、出口部１２と同等の形状を有する電極）を用意し、当該対称面が第１翼面７１と略直交するように当該第１の電極を保持しながら放電加工によって静翼１に出口部１２（凹部）を形成する。そして、略円筒型の第２の電極を用意し、第２翼面７２と出口部１２（凹部）を連通する入口部１１（貫通孔）を当該第２の電極で形成し、拡散フィルム孔１０の加工を完了する。このように出口部１２を先に加工すると、入口部１１を加工するための第２の電極の位置決め精度を向上させることができるので、拡散フィルム孔１０の加工精度を向上させることができる。
【００３６】
次に、入口部１１を先に形成する場合について説明する。この場合には、まず、第１翼面７１と第２翼面７２を連通する入口部１１（貫通孔）を第２の電極で形成する。そして、入口部１１の中心軸Ａに第１の電極の対称面が鋭角βに交差し、かつ当該対称面が第１翼面７１に直交するように第１の電極を保持することで、四角錐の一部を側面とする出口部１２（凹部）を第１翼面７１側に形成する。その際、先に形成しておいた貫通孔の第１翼面７１側における断面積が拡大するように凹部を形成し、貫通孔の第１翼面７１側が凹部によって除外されるようにする。このような順番で加工しても、拡散フィルム孔１０を形成することができる。
【００３７】
なお、ガスタービン翼へのフィルム孔の機械加工としては、上記の放電加工の他にレーザ穿孔法が知られているが、拡散フィルム１０の加工にはこのうちのいずれの方法を用いても良い。
【００３８】
ここで図１に戻り、上記のように構成した拡散フィルム孔１０を翼部に１７，１８に設けたことによる作用及び効果について説明する。拡散フィルム孔１０の位置、間隔、及び形状（入口部１１の径及び第１翼面７１に対する仰角、出口部１２の形状等）等は、当該フィルム孔１０の設置位置における熱負荷に応じて最適に選択することが好ましい。しかし、図１に示した静翼１では、翼部１７，１８内のパーティション２１，２２の存在によって拡散フィルム孔の設計が制限される。例えば、先述のように翼面とフィルム孔の成す角（仰角）は小さくすることが好ましいが、入口部と出口部の中心軸を略一致させた従来型の拡散フィルム孔では、パーティション２１，２２が存在すると翼コード長方向（前縁と後縁を結んだ直線方向）に延びる長いフィルム孔を設計することが難しいので、仰角を小さくすることが難しくなってしまう。また、フィルム孔の仰角を小さくすることを優先させる（例えば、翼高さ方向にフィルム孔を設ける）と、出口部からの冷却媒体の拡散方向が作動流体の流通方向と無関係になる可能性が高くなる。
【００３９】
これに対して、本実施の形態では、図１に示すような拡散フィルム孔１０を翼部１７，１８に設けた。この拡散フィルム孔１０は、翼高さ方向に斜めに延びる入口部１１と、冷却媒体の拡散方向と作動流体８の流通方向が直角に近づくように形成した出口部１２を備えており、入口部１１の中心軸と出口部１２の対称面Ｂは鋭角βで交差している。すなわち、本実施の形態に係る拡散フィルム孔１０では、入口部１１と出口部１２の形成方向が異なるものとした。このように拡散フィルム孔１０を形成すると、拡散フィルム孔１０の仰角が小さくなるように入口部１１を設けることができるとともに、作動流体８の流通方向に冷却媒体の拡散方向が対応するように出口部１２を設けることができる。すなわち、入口部１１と出口部１２のそれぞれを冷却に最適な形状にすることができるので、翼構造に起因する拡散フィルム孔の加工制限を緩和することができ、結果的にフィルム冷却の冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
次に、図２を用いて、上記のように構成した拡散フィルム孔１０をエンドウォール１５，１６に設けた場合について説明する。エンドウォール１５，１６では、第１翼面７１付近の作動流体の流通方向は翼部１７，１８の近傍と比較して非常に複雑になり、さらに、翼部１７，１８、シール溝３０及びフック３１といった構造に起因するフィルム孔の加工制限が多くなる。そのため、従来型の拡散フィルム孔によって最適なフィルム冷却を行うことはさらに困難になる。
【００４１】
これに対して、本実施の形態では、図２に示すような拡散フィルム孔１０をエンドウォール１６に設けた。この図に示すように、各拡散フィルム孔１０の出口部１２からの冷却媒体の拡散方向は作動流体８の流通方向に合わせて調節されており、拡散フィルム孔１０の仰角が小さくなるように長く設けた入口部１１を介して各出口部１２と冷却流路２３は連通されている。これにより図１の場合と同様にフィルム冷却の冷却効率を向上させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限を緩和することができるので、フィルム冷却による冷却効率を向上させることができる。これにより冷却媒体に圧縮機からの圧縮空気を利用している場合には、圧縮空気の抽気量を低減させることができるので、ガスタービン効率を向上させることができる。さらには、冷却効率の向上により、長期の運転に対しても、高温酸化による腐食や、温度差に起因する翼の局所熱応力による亀裂等の発生を抑制できるので、ガスタービン翼の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
ところで、発明者らは、角度βが角度δの２倍以下になるように拡散フィルム孔１０を形成すると、中心軸Ａに沿って入口部１１を第１翼面７１まで仮想的に延長して形成した形状４１（図３参照）が出口部１２の内部に全て含まれることを三次元形状の検討により知見した。したがって、このように拡散フィルム孔１０の形状を定義すれば、拡散フィルム孔１０の設計を容易に行うことができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では翼部１７，１８及びエンドウォール１５，１６のすべてに拡散フィルム孔１０を設けた場合について説明したが、この中の少なくとも１つに拡散フィルム孔１０を設けて静翼１を構成しても良い。さらに、本実施の形態では静翼１を例に挙げて説明したが、ガスタービン動翼の翼部に拡散フィルム孔１０を設けても上記の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスタービン静翼
８ 作動流体（燃焼ガス）
１０ 拡散フィルム孔
１１ 入口部（円孔部）
１２ 出口部（拡大部）
１３，１４ 出口部１２の側面
１５ 外径側エンドウォール
１６ 内径側エンドウォール
１７，１８ 翼部
１９，２０，２３，２４ 冷却流路
４１ 入口部１１の仮想形状
５１ 出口部１２の開口端
５４ 出口部１２の連結面
５２，５３，５５ 開口端５１の辺
６０ 作動流体流路（ガスパス）
７１ 第１翼面（高温翼面）
７２ 第２翼面（低温翼面）
Ａ 入口部１１の中心軸
Ｂ 出口部１２の対称面
Ｐ 連結点
β 対称面Ｂと中心軸Ａのなす角
δ 辺５２，５３と対称面Ｂのなす角
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンに使用されるガスタービン翼の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機で圧縮された圧縮空気を燃焼器で燃料と混合して燃焼して高温高圧の作動媒体（燃焼ガス）を発生させ、この作動媒体を複数のタービン動翼及びタービン静翼を備えたタービンに導いてタービンを駆動させてタービンの回転動力（運動エネルギー）を得る熱機関である。例えば、タービンの回転動力は発電機を介して電力エネルギーに変換されることがある。
【０００３】
ガスタービンでは、消費された燃料に対して得られる電気エネルギーはできるだけ多い方が望ましく、周知のごとくタービン入口における燃焼ガスの高温化による性能向上が期待されている。しかし、ガスタービンの燃焼ガス温度は、翼材が主にガス温度に起因する高温酸化腐食に耐え得る能力および熱応力に耐え得る能力によって制限される。そこで、燃焼ガス温度の高温化に際し、翼材の耐用温度を満足させるため、ガスタービン翼に冷却媒体を供給し、様々な手法でガスタービン翼を冷却する方法が採られている。
【０００４】
燃焼ガス温度が高温となる翼の冷却構造としては、フィルム冷却が利用されることがある。フィルム冷却は、翼部の表面に設けたフィルム孔（フィルム冷却孔）から燃焼ガスが通過するガスパス部に冷却空気を放出し、翼表面の燃焼ガスの温度を低下させることで翼を冷却するものである。一般に、このフィルム孔は翼表面に線状に等間隔で配値されたフィルム孔列として翼面に加工される。フィルム孔の穴径と間隔は、その位置での熱負荷に応じて最適に選択することが好ましい。
【０００５】
また、冷却孔の性能を向上させるために、翼表面に向かって流路断面積が拡大するようにフィルム孔を形成することで冷却流拡散を行うことがある。一般的に、フィルム孔からガスパスへ放出された冷却空気は、ただちに燃焼ガスに流されて、燃焼ガスの流線方向に沿って帯状に流れる。しかし、上記のように冷却流を拡散させると、フィルム孔からの冷却空気の吐出速度が低下するとともにその静圧が増大する。これにより冷却空気が翼表面上で膜状に広がることが促進されるので、単純な円孔のフィルム孔よりも冷却性能を向上できる。この種のフィルム孔（拡散冷却孔）は、適切なブローレシオ及び逆流マージンでフィルム冷却効率の向上を図った公知の技術で見られる。
【０００６】
例えば、米国特許第５７７９４３７号（特許文献１）には、冷却空気の入口は円孔で、翼表面に近づくにつれて断面の面積比を適切に増大させた円錐形とした出口拡大部を設けることで冷却効率を高める円錐形の拡散フィルム孔の技術が開示されている。また、米国特許第５６８３６００号、第５３８２１３３号（特許文献２，３）には矩形形状の拡散フィルム孔（拡散冷却孔）が開示されている。これらの矩形の拡散フィルム孔もまた、円錐形の拡散フィルム孔と同様に、冷却空気が翼面に沿って吐出されるときに、三次元の拡散を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５７７９４３７号
【特許文献２】米国特許第５６８３６００号
【特許文献３】米国特許第５３８２１３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フィルム孔の位置や間隔は、翼材料の限界温度や限界強度を満たすように設計しなければならない。また、冷却空気は、一般に、ガスタービン圧縮機から抽気した空気の一部を利用するため、冷却空気の多量の消費はガスタービン効率の低下をきたす。そこでガスタービン翼の設計においては、出来る限り少ない空気を用いて効率良く冷却することが重要である。また、特に翼面の燃焼ガスの熱負荷が高い場所においては、翼面の全てを冷却空気で覆うようにフィルム孔を配置することが望ましい。
【０００９】
ここで、拡散フィルム孔の配置設計について２つの要求が発生する。１つ目は、冷却空気を翼面に対して浅い角度でガスパスへ放出させることである。これは、冷却空気が翼面から剥離してしまうと冷却性能が著しく低下することがあるからである。
【００１０】
次に２つ目の要求である。一般にガスタービン翼の表面付近の燃焼ガスの流線方向は、翼形状等に起因して場所によって異なるが、フィルム冷却による冷却性能を向上させる観点からは、その燃焼ガスの流線方向に応じて拡散フィルム孔からの冷却空気の拡散方向を設定することが好ましい。具体的には、冷却空気の拡散方向が燃焼ガス流に対して垂直に近づくように、拡散フィルム孔の出口拡大部を形成することが好ましい。このように拡散フィルム孔における出口拡大部を形成すると、冷却空気の拡散効果が最大化するので、翼表面を冷却空気で容易に覆うことができる。
【００１１】
しかしながら、実際のガスタービン翼は翼形状が複雑なため、拡散フィルム孔を機械加工するための機器（例えば、放電加工における電極）と翼の関係や、上記の拡散フィルム孔の形状とその加工スペースの関係等により、フィルム孔の加工位置に制限が掛かって所望の位置に貫通孔（入口円孔部）が設けられないことがある。また、貫通孔自体を設けることができた場合であっても、上記文献の拡散フィルム孔のようには貫通孔（入口円孔部）と出口拡大部の形成方向が一致せず、燃焼ガス流の方向に合わせてフィルム孔を形成することが困難な場所も存在する。すなわち、実際のガスタービン翼では、上記各文献が開示する形状の拡散フィルム孔を上記２つの要望を満たしながら設けることが困難な場所が存在する。
【００１２】
たとえば、ガスタービン静翼では、内部が中空の複数の翼部と、内径側エンドウォールと外径側エンドウォールが一体となったセグメント構造を採用している。そして、複数のセグメントを環状に配置することで燃焼ガスの流路を形成し、隣接する静翼エンドウォール同士の間には熱変形による応力集中を緩和するための間隙が設けられている。このような構造では、狭い領域にフィルム孔を配置しなければならない場所や、フィルム孔の形成方向が限定される場所が少なくない。狭い領域には仰角の浅いフィルム孔を設けることは困難であるし、フィルム孔の形成方向が限定される場所では出口拡大部の拡散方向を燃焼ガスの流線に対して垂直方向に設定できないため、冷却性能の低い場所が発生するおそれがある。このような場所の冷却性能を向上する方策としては、圧縮空気（冷却空気）の抽気量を増加するものがあるが、これではガスタービン効率が低下してしまう。
【００１３】
本発明の目的は、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限に関わらず、冷却効率に優れたフィルム孔を備えたガスタービン翼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、作動流体に曝される作動流体流路側に位置する第１翼面と、冷却媒体が流通する冷却流路側に位置する第２翼面と、前記第１翼面と前記第２翼面を連通するフィルム孔とを備え、前記フィルム孔は、前記第２翼面に開口する入口部と、当該入口部に連通し前記第１翼面に向かって流路断面積が拡大する出口部とを有し、前記出口部は、前記入口部の中心軸が鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、当該対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面を側面として有するものとする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限を緩和することができるので、フィルム冷却による冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼の斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼のエンドウォール図。
【図３】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔の上面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔における入口円孔部の中心断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔における出口拡大部についての対称面Ｂにおける断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態に係るガスタービン静翼の斜視図であり、図２は図１中のII-II断面図（内径側エンドウォール図）である。なお、図１は、ガスタービンロータ（以下、ロータと称することがある）の外周に環状配列されたガスタービン静翼を構成する複数のセグメントのうちの１つを背側から斜視したものである。
【００１８】
これらの図に示すガスタービン静翼１は、ロータの回転軸心を中心にして湾曲した外径側エンドウォール１５及び内径側エンドウォール１６と、これら２つのエンドウォール１５，１６の間に設けられた２つの翼部１７，１８を備えている。
【００１９】
ガスタービン静翼１をガスタービンに組み込む際には、図１に示したセグメントをロータの円周方向に複数連ね、これにより２つのエンドウォール１５，１６によって仕切られた環状の作動流体（燃焼ガス）用の流路６０（ガスパス）が形成される。これによりエンドウォール１５，１６及び翼部１７，１８において作動流体流路６０側に位置する翼面（第１翼面７１（図４等参照））は、ガスタービン稼働中に高温高圧の作動流体に曝されることになる。
【００２０】
エンドウォール１５，１６の側面にはシール溝３０が設けられている。シール溝３０は、ロータ周方向及び／又は軸方向で隣接する他のセグメントのシール溝３０との間にシール部材（例えば、プレート（図示せず））を架け渡すことで、ガスパス６０からの作動流体の漏洩を抑制するためのものである。
【００２１】
また、内径側エンドウォール１６における内径側と外径側エンドウォール１５の外径側にはそれぞれフック３１が設けられている。外径側エンドウォール１５はフック３１を介してケーシング（図示せず）の内周壁に保持されており、内径側エンドウォール１６はフック３１を介して当該ケーシングに取り付けられたサポートリング（図示せず）に保持されている。これにより、外径側エンドウォール１５の外径側とケーシングの内周壁との間には外径キャビティ２３が形成され、内径側エンドウォール１６の内径側とサポートリングの外周壁との間には内径キャビティ２４が形成される。外径キャビティ２３及び内径キャビティ２４には静翼１を冷却するための冷却媒体が供給され、これらキャビティ２３，２４は冷却流路として機能する。なお、以下においては、外径キャビティ２３及び内径キャビティ２４をそれぞれ冷却流路２３，２４と表記することがある。
【００２２】
また、図２に示すように、翼部１７，１８の内部には冷却媒体を流すための冷却流路１９，２０が設けられている。各冷却流路１９，２０はパーティション（隔壁）２１，２２によって仕切られている。特に図示しないが、冷却流路１９，２０は、エンドウォール１５，１６によって形成される冷却流路２３，２４の一方（又は双方）に開口しており、冷却流路２３，２４から冷却流路１９，２０内に冷却媒体が導入されるように構成されている。これによりエンドウォール１５，１６及び翼部１７，１８において冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する翼面（第２翼面７２（図４等参照））は、ガスタービン稼働中に冷却媒体に曝されることになる。なお、冷却流路２３，２４に導入する冷却媒体としては、ガスタービン圧縮機（図示せず）から抽気した圧縮空気が利用できる。また、空気以外にも、蒸気などの冷媒を使用しても良い。
【００２３】
翼部１７，１８及びエンドウォール１５，１６には、ガスパス６０側に位置する第１翼面７１に開口する複数の拡散フィルム孔１０が設けられている。拡散フィルム孔１０は、冷却流路１９，２０，２３，２４側に位置する第２翼面７２と第１翼面７１を連通する貫通孔であり、冷却流路１９，２０，２３，２４から供給される冷却媒体を第１翼面７１側に導いて燃焼ガス８との間に温度境界層を形成することにより第１翼面７１を冷却する。
【００２４】
図３は本発明の実施の形態に係る拡散フィルム孔１０の上面図（第１翼面７１に鉛直な方向からフィルム孔１０を見た図）であり、図４は拡散フィルム孔１０における入口部１１の中心断面図（すなわち、図３の紙面と直交し中心軸Ａを通過するIV-IV面における断面図）であり、図５は拡散フィルム孔１０における出口部１２についての対称面Ｂ（V-V面）における断面図である。
【００２５】
これらの図に示すように、拡散フィルム孔１０は、第２翼面７２に開口する入口部（円孔部）１１と、入口部１１に連通し第１翼面７１（ガスパス６０）に向かって流路面積が拡大する出口部（拡大部）１２を備えている。冷却媒体は、冷却流路１９，２０，２３，２４から入口部１１に流入し、出口部１２を介して翼表面に放出される。
【００２６】
出口部１２は、第１翼面７１に対して略直交する面（対称面）Ｂに対して面対称に形成されており、対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面１３，１４を側面として有している。この２つの側面１３，１４が第１翼面７１と交差して表れる２つの直線状の辺５２，５３は、出口部１２の開口端５１の一部を成すものであり、それぞれ対称面Ｂと同じ角度δを成している。すなわち、側面１３，１４は、静翼１の後縁側（図３中の右側）に向かって一定の角度δで対称面Ｂから遠ざかるように形成されている。
【００２７】
このように出口部１２を面対称に形成すると、ガスパス６０に対して冷却媒体を略均等に放出させることができる。なお、本実施の形態の対称面Ｂは、第１翼面７１に略垂直で、作動流体（燃焼ガス）の流通方向８（図３参照）と略平行に設定されているので、作動流体の流れに対して略均等に冷却媒体を放出させることができる。
【００２８】
また、出口部１２は、静翼１の後縁側で２つの側面１３，１４を接続する平面状の連結面５４を備えている。連結面５４が第１翼面７１と交差して表れる直線状の辺５５（すなわち、開口端５１における後縁端の辺）は、開口端５１の一部を成すもので、出口部１２からガスパス６０に放出される冷却媒体の拡散方向を規定する。すなわち、冷却媒体は辺５５の軸方向と同方向に拡散される。そのため、辺５５の近傍を流れる作動流体の流通方向８に合わせて辺５５の向きを調節することが好ましい。冷却空気で第１翼面７１を広く覆ってフィルム冷却効果を向上させる観点からは、辺５５の近傍を流れる作動流体の流通方向８と辺５５のなす角が直角に近づくように出口部１２を形成することが好ましい。そのため図３の例では、作動媒体の流れ８に対して辺５５が直交するように設定されている。
【００２９】
ところで、本実施の形態における出口部１２の開口端５１は、図３に示すように等脚台形状に形成されており、出口部１２は対称面Ｂを有する四角錐の一部で形成されている。すなわち、出口部１２は、等脚台形状の開口端５１を底面とし、冷却流路１９，２０，２３，２４側に頂点を有する四角錐の頂点側を省略した形状となっている。なお、ここでは四角錐状に形成された出口部１２を例に挙げて説明するが、対称面Ｂに対して面対称に形成され、側面１３，１４及び連結面５４を有するものであれば出口部１２は他の形状でも良い。
【００３０】
入口部１１は中心軸Ａ（図３，４参照）を有している。中心軸Ａは、出口部１２の対称面Ｂと鋭角βで交差している。このとき、中心軸Ａは、対称面Ｂ上に存在しない連結点Ｐ（図３，４参照）において出口部１２と交差する。
【００３１】
また、図４に示すように、入口部１１が第１翼面７１に対して傾斜している角度をαとする（すなわち、αは入口部１１の中心軸Ａが第１翼面７１と成す角）。このとき、フィルム孔１０から第１翼面７１に放出されたときに冷却媒体が第１翼面７１から大きく剥離することを抑制する観点からは、角度αは４０度以下とすることが好ましく、さらには３０度以下にすることが好ましい。また、図５に示すように、出口部１２における連結面５４が第１翼面７１に対して傾斜している角度をγとする（すなわち、γは連結面５４が第１翼面７１と成す角）。このとき、冷却媒体が第１翼面７１から剥離しにくく、フィルム冷却効率を向上する観点からは、角度γが角度α以下になるように出口部１１（連結面５４）を形成することが好ましい。
【００３２】
ところで、図３中に二点鎖線で示した形状４１は、中心軸Ａに沿って入口部１１を第１翼面７１まで仮想的に延長して形成したものである。図３に示すように、出口部１２は当該形状４１が内部に全て含まれるように形成されている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、出口部１２の開口端５１における前縁端の長さは入口部１１の直径と略等しく、出口部１２の開口端５１における後縁端（辺５５）の長さは入口部１１の直径の略２倍に設定している。また、本実施の形態における入口部１１は流路断面が円形の円筒状に形成されているが、入口部１１はその他の形状でも良い。
【００３４】
次に上記のように構成される拡散フィルム孔１０の加工手順について説明する。ここでは、２つのエンドウォール１５，１６と２つの翼部１７，１８を鋳造等の加工方法で一体に成形した後に、電極を利用した放電加工で拡散フィルム孔１０を機械加工する場合について説明する。
【００３５】
まず、入口部１１より先に出口部１２を形成する場合について説明する。この場合には、対称面を介して左右対称に形成された四角錐からその頂点側の一部を省略した形状を有する第１の電極（すなわち、出口部１２と同等の形状を有する電極）を用意し、当該対称面が第１翼面７１と略直交するように当該第１の電極を保持しながら放電加工によって静翼１に出口部１２（凹部）を形成する。そして、略円筒型の第２の電極を用意し、第２翼面７２と出口部１２（凹部）を連通する入口部１１（貫通孔）を当該第２の電極で形成し、拡散フィルム孔１０の加工を完了する。このように出口部１２を先に加工すると、入口部１１を加工するための第２の電極の位置決め精度を向上させることができるので、拡散フィルム孔１０の加工精度を向上させることができる。
【００３６】
次に、入口部１１を先に形成する場合について説明する。この場合には、まず、第１翼面７１と第２翼面７２を連通する入口部１１（貫通孔）を第２の電極で形成する。そして、入口部１１の中心軸Ａに第１の電極の対称面が鋭角βに交差し、かつ当該対称面が第１翼面７１に直交するように第１の電極を保持することで、四角錐の一部を側面とする出口部１２（凹部）を第１翼面７１側に形成する。その際、先に形成しておいた貫通孔の第１翼面７１側における断面積が拡大するように凹部を形成し、貫通孔の第１翼面７１側が凹部によって除外されるようにする。このような順番で加工しても、拡散フィルム孔１０を形成することができる。
【００３７】
なお、ガスタービン翼へのフィルム孔の機械加工としては、上記の放電加工の他にレーザ穿孔法が知られているが、拡散フィルム１０の加工にはこのうちのいずれの方法を用いても良い。
【００３８】
ここで図１に戻り、上記のように構成した拡散フィルム孔１０を翼部に１７，１８に設けたことによる作用及び効果について説明する。拡散フィルム孔１０の位置、間隔、及び形状（入口部１１の径及び第１翼面７１に対する仰角、出口部１２の形状等）等は、当該フィルム孔１０の設置位置における熱負荷に応じて最適に選択することが好ましい。しかし、図１に示した静翼１では、翼部１７，１８内のパーティション２１，２２の存在によって拡散フィルム孔の設計が制限される。例えば、先述のように翼面とフィルム孔の成す角（仰角）は小さくすることが好ましいが、入口部と出口部の中心軸を略一致させた従来型の拡散フィルム孔では、パーティション２１，２２が存在すると翼コード長方向（前縁と後縁を結んだ直線方向）に延びる長いフィルム孔を設計することが難しいので、仰角を小さくすることが難しくなってしまう。また、フィルム孔の仰角を小さくすることを優先させる（例えば、翼高さ方向にフィルム孔を設ける）と、出口部からの冷却媒体の拡散方向が作動流体の流通方向と無関係になる可能性が高くなる。
【００３９】
これに対して、本実施の形態では、図１に示すような拡散フィルム孔１０を翼部１７，１８に設けた。この拡散フィルム孔１０は、翼高さ方向に斜めに延びる入口部１１と、冷却媒体の拡散方向と作動流体８の流通方向が直角に近づくように形成した出口部１２を備えており、入口部１１の中心軸と出口部１２の対称面Ｂは鋭角βで交差している。すなわち、本実施の形態に係る拡散フィルム孔１０では、入口部１１と出口部１２の形成方向が異なるものとした。このように拡散フィルム孔１０を形成すると、拡散フィルム孔１０の仰角が小さくなるように入口部１１を設けることができるとともに、作動流体８の流通方向に冷却媒体の拡散方向が対応するように出口部１２を設けることができる。すなわち、入口部１１と出口部１２のそれぞれを冷却に最適な形状にすることができるので、翼構造に起因する拡散フィルム孔の加工制限を緩和することができ、結果的にフィルム冷却の冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
次に、図２を用いて、上記のように構成した拡散フィルム孔１０をエンドウォール１５，１６に設けた場合について説明する。エンドウォール１５，１６では、第１翼面７１付近の作動流体の流通方向は翼部１７，１８の近傍と比較して非常に複雑になり、さらに、翼部１７，１８、シール溝３０及びフック３１といった構造に起因するフィルム孔の加工制限が多くなる。そのため、従来型の拡散フィルム孔によって最適なフィルム冷却を行うことはさらに困難になる。
【００４１】
これに対して、本実施の形態では、図２に示すような拡散フィルム孔１０をエンドウォール１６に設けた。この図に示すように、各拡散フィルム孔１０の出口部１２からの冷却媒体の拡散方向は作動流体８の流通方向に合わせて調節されており、拡散フィルム孔１０の仰角が小さくなるように長く設けた入口部１１を介して各出口部１２と冷却流路２３は連通されている。これにより図１の場合と同様にフィルム冷却の冷却効率を向上させることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、翼構造に起因するフィルム孔の加工制限を緩和することができるので、フィルム冷却による冷却効率を向上させることができる。これにより冷却媒体に圧縮機からの圧縮空気を利用している場合には、圧縮空気の抽気量を低減させることができるので、ガスタービン効率を向上させることができる。さらには、冷却効率の向上により、長期の運転に対しても、高温酸化による腐食や、温度差に起因する翼の局所熱応力による亀裂等の発生を抑制できるので、ガスタービン翼の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
ところで、発明者らは、角度βが角度δの２倍以下になるように拡散フィルム孔１０を形成すると、中心軸Ａに沿って入口部１１を第１翼面７１まで仮想的に延長して形成した形状４１（図３参照）が出口部１２の内部に全て含まれることを三次元形状の検討により知見した。したがって、このように拡散フィルム孔１０の形状を定義すれば、拡散フィルム孔１０の設計を容易に行うことができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では翼部１７，１８及びエンドウォール１５，１６のすべてに拡散フィルム孔１０を設けた場合について説明したが、この中の少なくとも１つに拡散フィルム孔１０を設けて静翼１を構成しても良い。さらに、本実施の形態では静翼１を例に挙げて説明したが、ガスタービン動翼の翼部に拡散フィルム孔１０を設けても上記の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスタービン静翼
８ 作動流体（燃焼ガス）
１０ 拡散フィルム孔
１１ 入口部（円孔部）
１２ 出口部（拡大部）
１３，１４ 出口部１２の側面
１５ 外径側エンドウォール
１６ 内径側エンドウォール
１７，１８ 翼部
１９，２０，２３，２４ 冷却流路
４１ 入口部１１の仮想形状
５１ 出口部１２の開口端
５４ 出口部１２の連結面
５２，５３，５５ 開口端５１の辺
６０ 作動流体流路（ガスパス）
７１ 第１翼面（高温翼面）
７２ 第２翼面（低温翼面）
Ａ 入口部１１の中心軸
Ｂ 出口部１２の対称面
Ｐ 連結点
β 対称面Ｂと中心軸Ａのなす角
δ 辺５２，５３と対称面Ｂのなす角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体に曝される作動流体流路側に位置する第１翼面と、
冷却媒体が流通する冷却流路側に位置する第２翼面と、
前記第１翼面と前記第２翼面を連通するフィルム孔とを備え、
前記フィルム孔は、前記第２翼面に開口する入口部と、当該入口部に連通し前記第１翼面に向かって流路断面積が拡大する出口部とを有し、
前記出口部は、前記入口部の中心軸が鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、当該対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面を側面として有することを特徴とするガスタービン翼。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン翼において、
前記出口部における前記２つの平面が前記第１翼面と交差して表れる２つの直線がそれぞれ前記対称面Ｂと成す角をδとすると、
前記角度βは、前記角度δの２倍以下であることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン翼において、
前記出口部は、前記ガスタービン翼の後縁側で前記２つの側面を接続する平面状の連結面をさらに備え、
前記出口部は、前記連結面が前記第１翼面と交差して表れる直線と当該直線近傍における作動媒体の流通方向とのなす角が直角に近づくように形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記出口部は、前記中心軸に沿って前記入口部を前記第１翼面まで仮想的に延長して形成した形状が前記出口部の内部に全て含まれるように形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記入口部の中心軸と前記出口部の連結点は、前記対称面Ｂ上に存在しないことを特徴とするガスタービン翼。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記対称面Ｂは、前記第１翼面に対して略直交していることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記入口部の中心軸が前記第１翼面となす角は４０度以下であることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項８】
ガスタービン翼において作動流体に曝される第１翼面に対して、当該第１翼面に略直交する面Ｂに対して面対称の四角錐の一部を側面とする凹部を形成する第１手順と、
前記ガスタービン翼において冷却媒体に曝される第２翼面と前記凹部とを連通する貫通孔であって、前記対称面Ｂに鋭角βで交差する中心軸を有するものを形成する第２手順とを含むことを特徴とするガスタービン翼の製造方法。
【請求項９】
ガスタービン翼において作動流体に曝される第１翼面と冷却媒体に曝される第２翼面を連通する貫通孔を形成する第１手順と、
前記貫通孔の中心軸に鋭角βで交差する面Ｂに対して面対称の四角錐の一部を側面とする凹部を前記第１翼面に形成し、これにより前記貫通孔における前記第１翼面側の断面積を拡大する第２手順とを含むことを特徴とするガスタービン翼の製造方法。
【請求項１】
作動流体に曝される作動流体流路側に位置する第１翼面と、
冷却媒体が流通する冷却流路側に位置する第２翼面と、
前記第１翼面と前記第２翼面を連通するフィルム孔とを備え、
前記フィルム孔は、前記第２翼面に開口する入口部と、当該入口部に連通し前記第１翼面に向かって流路断面積が拡大する出口部とを有し、
前記出口部は、前記入口部の中心軸が鋭角βで交差する面Ｂに対して対称に形成されており、当該対称面Ｂを挟んで対向する２つの平面を側面として有することを特徴とするガスタービン翼。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン翼において、
前記出口部における前記２つの平面が前記第１翼面と交差して表れる２つの直線がそれぞれ前記対称面Ｂと成す角をδとすると、
前記角度βは、前記角度δの２倍以下であることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン翼において、
前記出口部は、前記ガスタービン翼の後縁側で前記２つの側面を接続する平面状の連結面をさらに備え、
前記出口部は、前記連結面が前記第１翼面と交差して表れる直線と当該直線近傍における作動媒体の流通方向とのなす角が直角に近づくように形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記出口部は、前記中心軸に沿って前記入口部を前記第１翼面まで仮想的に延長して形成した形状が前記出口部の内部に全て含まれるように形成されていることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記入口部の中心軸と前記出口部の連結点は、前記対称面Ｂ上に存在しないことを特徴とするガスタービン翼。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記対称面Ｂは、前記第１翼面に対して略直交していることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のガスタービン翼において、
前記入口部の中心軸が前記第１翼面となす角は４０度以下であることを特徴とするガスタービン翼。
【請求項８】
ガスタービン翼において作動流体に曝される第１翼面に対して、当該第１翼面に略直交する面Ｂに対して面対称の四角錐の一部を側面とする凹部を形成する第１手順と、
前記ガスタービン翼において冷却媒体に曝される第２翼面と前記凹部とを連通する貫通孔であって、前記対称面Ｂに鋭角βで交差する中心軸を有するものを形成する第２手順とを含むことを特徴とするガスタービン翼の製造方法。
【請求項９】
ガスタービン翼において作動流体に曝される第１翼面と冷却媒体に曝される第２翼面を連通する貫通孔を形成する第１手順と、
前記貫通孔の中心軸に鋭角βで交差する面Ｂに対して面対称の四角錐の一部を側面とする凹部を前記第１翼面に形成し、これにより前記貫通孔における前記第１翼面側の断面積を拡大する第２手順とを含むことを特徴とするガスタービン翼の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７９５８８（Ｐ２０１３−７９５８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９１３３（Ｐ２０１１−２１９１３３）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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