端壁部材及びガスタービン
【課題】流路の端壁を構成する隣り合う端壁部材同士の間の隙間への燃焼ガスの流入を抑えることが可能な端壁部材、及び、ガスタービンを提供する。
【解決手段】端壁部材２２は、流路Ｆに沿って、隣り合う部材と隙間２３を有して配設され、流路Ｆと外部とを隔て、流路Ｆに面する端壁面２６と、流路Ｆ上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面２７と、上流側端面２７と端壁面２６とを接続する接続面２８とを備え、接続面２８には、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる流体を剥離させる剥離部３０が設けられている。
【解決手段】端壁部材２２は、流路Ｆに沿って、隣り合う部材と隙間２３を有して配設され、流路Ｆと外部とを隔て、流路Ｆに面する端壁面２６と、流路Ｆ上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面２７と、上流側端面２７と端壁面２６とを接続する接続面２８とを備え、接続面２８には、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる流体を剥離させる剥離部３０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路と外部とを隔てる端壁部材及びこれを備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機において加圧された空気が燃焼器において燃料と混合されて発生した高温の流体である燃焼ガスを、静翼及び動翼が交互に配設されたタービンの燃焼ガス流路内に導入して、動翼及びロータを回転させることにより、燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーとして出力するとともに、圧縮機や発電機に回転駆動力を与えている。
【０００３】
燃焼ガス流路においては、端壁部材を周方向及び軸方向に配列することによって端壁を構成して、軸方向に沿う燃焼ガス流路と外部とを隔てて、燃焼ガス流路に燃焼ガスを流通させている。具体的には、燃焼ガス流路内周側においては、静翼先端に取り付けられた内側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って隣り合う位置には動翼基端に取り付けられたエンドウォールが周方向に環状に配列され、内側シュラウド及びエンドウォールのそれぞれの環状体が軸方向に交互に配列することによって端壁が構成されている。また、燃焼ガス流路外周側においては、静翼基端に取り付けられた外側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って隣り合う位置には円弧状に湾曲した分割環が周方向に環状に配列され、外側シュラウド及び分割環のそれぞれの環状体が軸方向に交互に配列することによって端壁が構成されている。これらの部材は、通常鋳造により形成されており、角部分には必要に応じてラウンド処理が施されている。また、端壁部材同士の間には、軸方向に隙間が形成されており、該隙間を通して外部から燃焼ガス流路側へとシール空気を供給することにより、燃焼ガス流路側から外部へ燃焼ガスが漏れ出して外部に配置された部材や隙間の側端壁が高温になるのを防止している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のガスタービンによれば、燃焼ガス流路において端壁部材近傍を流れる高温の燃焼ガスの一部は、燃焼ガスの流れと対向する端壁部材の燃焼ガス流路上流側の縁部に衝突し、端面に沿って端壁部材同士の隙間に流入してしまう。
【０００６】
以下、図に基づいて詳細を述べる。図１０は、燃焼ガス流路Ｆ内周側の詳細を示しており、燃焼ガス流路Ｆに沿って端壁部材として、静翼の内側シュラウド１０１と、動翼のエンドウォール１０２とが隙間１０３を有して配列している。そして、燃焼ガス流路Ｆにおいて、内側シュラウド１０１及びエンドウォール１０２近傍を流れる高温の燃焼ガスＧは、その一部が、下流側に位置し燃焼ガスＧの流れと対向するエンドウォール１０２の上流側の縁部１０２ａに衝突し、燃焼ガスＧよりも低温のシール空気Ｓを送出する隙間１０３に流入してしまうこととなる。特に、縁部１０２ａに、角部処理としてラウンド処理を行った場合には、ラウンド処理によって形成された断面円弧状の曲面１０４に燃焼ガスＧが衝突し、該曲面１０４から内側シュラウド１０１と対向する端面１０２ｂに沿って隙間１０３へと流入してしまう。そして、このように隙間１０３に燃焼ガスＧが流入してしまうと、隙間１０３の内部、すなわち燃焼ガス流路Ｆの外部が高温となって端壁を構成する内側シュラウド１０１やエンドウォール１０２などの端壁部材が高温となってしまう問題があった。
これは、高温の燃焼ガスを作動流体とするガスタービン以外のターボ機械でも同様であり、これらの流路でも、端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間には、流路を流れる流体が流路上流側の縁部に衝突し、隙間に流入してしまい、同様の問題が生じうる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、流路の端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間への流路を流れる流体の流入を抑えることが可能な端壁部材、及び、ガスタービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明は、流路に沿って、隣り合う部材と隙間を有して配設され、前記流路と外部とを隔てる端壁部材であって、前記流路に面する端壁面と、前記流路上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、該上流側端面と前記端壁面とを接続する接続面とを備え、該接続面には、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れる流体を剥離させる剥離部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、流路を流れる流体の一部が、端壁部材において、流体の流れに対向する上流側端面と端壁面とを接続する接続面に当って該接続面に沿って流れても、剥離部によって剥離させられることで、上流側端面にまで沿うように逆流して隣り合う部材との隙間に流入してしまうのを抑えることができる。
【００１０】
また、上記の端壁部材において、前記接続面は、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成され、前記上流側端面及び前記端壁面のそれぞれに対して傾斜しているとともに、前記剥離部が該接続面と前記上流側端面との稜線として構成されていることが好ましい。
【００１１】
この発明は、剥離部が、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成された接続面と上流側端面との稜線として構成されていることで、接続面に沿って流れる流体を稜線で効果的に剥離させ、該稜線から折れ曲がって延びる上流側端面に沿って流れてしまうことを抑えることができる。
【００１２】
また、上記の端壁部材において、前記端壁部材の端壁面は、翼が突出しており、該翼の前縁から前記接続面まで延出する部分を有することが好ましい。
【００１３】
この発明は、翼の端部壁（内側シュラウド、外側シュラウド、エンドウォール、分割環など）として構成され、翼の前縁から接続面まで端壁面の一部分が延出していることで、端壁面で翼前縁から接続面に向かって隙間に流入してしまう流れを効果的に抑えることができる。
【００１４】
また、上記の端壁部材において、前記流路はガスタービンの作動流体が流れる流路であり、前記隙間にはシール空気が流通可能であるものとしても良い。
さらに、上記の端壁部材において、前記作動流体は燃焼ガスであるものとしても良い。
【００１５】
また、本発明のガスタービンは、上記の端壁部材を備えることを特徴としている。
この発明は、上記端壁部材を用いることで、流体による端壁部材の高温化を防止することができるので、流体の高温化とともにガスタービンの信頼性の向上を図り、また、隙間を流通させるシール空気を最小限として効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の端壁部材によれば、流路の端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間への流路を流れる流体の流入を抑えることができる。
また、本発明のガスタービンによれば、上記端壁部材により効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のガスタービンを示す一部を破断した側面図である。
【図２】本発明の実施形態のガスタービンにおいて内側シュラウドとエンドウォールとの接続部分の詳細を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図４】ＣＦＤ解析を行った内側シュラウドとエンドウォールとの接続部分の形状の詳細を示す断面図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図５】ＣＦＤ解析結果に基づく流体の流れ図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図６】ＣＦＤ解析結果に基づいて、エンドウォールを燃焼ガス流路側から内周側に向かって概略径方向視して、端壁に沿う面における冷却効率分布を表わした図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図７】図６における線Ｅ−Ｅ上におけるタービン動翼との相対位置（周方向ピッチ）と、冷却効率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態の第１の変形例のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第２の変形例のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図１０】従来のエンドウォールにおける接続面の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
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圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスＧを生成する燃焼器３と、タービン静翼４及びタービン動翼５が交互に配設され、燃焼器３から供給される燃焼ガスによりタービン動翼５が取り付けられたロータ６を回転させるタービン７とを備える。タービン７は、ロータ６の軸線Ｏと同軸上に配設された筒状のケーシング８の内部を燃焼ガス流路Ｆとしている。該燃焼ガス流路Ｆは、その外周側において、ケーシング８の内周側に設けられた筒状の外周側端壁１０によってケーシング８と隔てられ、また、内周側において、ロータ６の外周側に設けられた筒状の内周側端壁１１によってロータ６と隔てられており、断面ドーナツ状の軸線Ｏ方向に沿った流路となっている。そして、該燃焼ガス流路Ｆ内に、各段のタービン静翼４及びタービン動翼５がそれぞれ放射状に複数配設されている。
【００１９】
ここで、外周側端壁１０及び内周側端壁１１は、それぞれ複数の円弧状に湾曲した端壁部材２０が周方向に環状に配列して環状体を構成し、該環状体が軸線Ｏ方向に複数配列することで、それぞれ構成されている。より詳しくは、図１及び図２に示すように、内周側端壁１１において、端壁部材２０は、タービン静翼４の内周側となる先端に取り付けられた内側シュラウド２１と、タービン動翼５の内周側となる基端に取り付けられたエンドウォール２２とによって構成されている。すなわち、各段のタービン静翼４が放射状に配設することで、各タービン静翼４の先端に取り付けられた内側シュラウド２１が環状に接続されて環状体を構成している。また、各段のタービン動翼５が放射状に配設されることで、各タービン動翼５の基端に取り付けられたエンドウォール２２が環状に接続されて環状体を構成している。そして、これら内側シュラウド２１の環状体と、エンドウォール２２の環状体とが軸線Ｏ方向に交互に配設されることで、筒状の内周側端壁１１が構成されている。また、燃焼ガス流路Ｆ（軸線Ｏ）に沿って隣り合う内側シュラウド２１と、エンドウォール２２とは、互いの間に隙間２３が設けられ、圧縮機２２から抽気された圧縮空気がシール空気Ｓとして、内周側から隙間２３を流通して燃焼ガス流路Ｆに流入していることで、燃焼ガス流路Ｆに主流として流れる流体である燃焼ガスＧが、ロータ６が位置する内周側に漏れ出すことを防止している。
【００２０】
同様に、図１に示すように、外周側端壁１０において、端壁部材２０は、タービン静翼４の外周側となる基端に取り付けられた外側シュラウド２４と、タービン動翼５の先端の外周側に対向して配置された分割環２５とによって構成されている。すなわち、各タービン静翼４の基端に取り付けられた外側シュラウド２４が環状に接続されて環状体を構成し、また、タービン動翼５の外周側に対向する分割環２５が、複数環状に接続されて環状体を構成し、これらが軸線Ｏ方向に交互に配設されることで、筒状の外周側端壁１０が構成されている。また、燃焼ガス流路Ｆ（軸線Ｏ）に沿って隣り合う外側シュラウド２４と、分割環２５とは、互いの間に隙間が設けられ、圧縮機２から抽気された圧縮空気がシール空気として外周側から隙間を流通して燃焼ガス流路Ｆに流入していることで、燃焼ガス流路Ｆに流れる流体である燃焼ガスＧがケーシング８が位置する外周側に漏れ出すことを防止している。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照して、エンドウォール２２と、該エンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆの上流側に隣り合う内側シュラウド２１との接続部分の詳細について説明する。図２及び図３に示すように、エンドウォール２２と、内側シュラウド２１との間には、前述のシール空気Ｓを流通させるための隙間２３が形成されている。エンドウォール２２は、燃焼ガス流路Ｆに面しタービン動翼５が突出して設けられた端壁面２６と、燃焼ガス流路Ｆの上流側に隣り合う部材である内側シュラウド２３と向き合う上流側端面２７と、端壁面２６と上流側端面２７とを接続する接続面２８と、上流側端面２７から突出するアーム部２９とを有する。アーム部２９は、内側シュラウド２１の径方向内周側となる位置で、燃焼ガス流路Ｆ上流側へと突出している。そして、互いに対向する内側シュラウド２１の内周面とエンドウォール２２のアーム部２９との間には、ハニカムシール３１が設けられている。このため、燃焼ガスＧは、ハニカムシール３１によって該ハニカムシール３１よりも内周側が燃焼ガス流路Ｆ側よりも高圧になっているとともに、ハニカムシール３１とアーム部２９との間を通って隙間２３に漏れ出すシール空気Ｓが隙間２３を通って燃焼ガス流路Ｆに流入することにより、隙間２３自体への流入が規制されている。
【００２２】
また、端壁面２６は、全体として、軸線Ｏに直交する平面内で円弧状に、かつ軸線Ｏを含む平面内で直線状に形成、すなわち円筒外周面の一部を構成するように形成されているとともにタービン動翼５の基端において曲面状を呈してフィレット２６ａを構成し、タービン動翼５と接続されている。また、端壁面２６は、その平面部分がタービン動翼５の前縁５ａよりも燃焼ガス流路Ｆ上流側に張り出すように設けられていて、接続面２８を介して上流側端面２７に接続されている。ここで、接続面２８は、本実施形態では、軸線Ｏに直交する平面内で円弧状に、かつ軸線Ｏを含む平面（端壁面２６及び上流側端面２７に直交する平面）内で直線状に形成、すなわち円錐外周面の一部を構成するように形成されている。そして、接続面２８は、端壁面２６及び上流側端面２７とのそれぞれとの間で稜線２８ａ、２８ｂが形成されていて、上流側端面２７との間の稜線２８ｂによって接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れるガスなどの流体を剥離させる剥離部３０が構成されている。
【００２３】
すなわち、燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧにおいて、内周側端壁１１近傍を流通するものの一部が、エンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆの上流側となる接続面２８が形成された縁部に衝突することとなる。そして、該接続面２８が形成されていることで、その一部の燃焼ガスＧ１は、端壁面２６側へと流れ、燃焼ガス流路Ｆに沿って再び流れることとなる。また、他の燃焼ガスＧ２は、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れることとなる。ここで、接続面２８において上流側端面２７との間には、剥離部３０として稜線２８ｂが形成されていることで、接続面２８に沿った他の燃焼ガスＧ２を、稜線２８ｂで剥離させて上流側端面２７に沿って流れないようにすることができる。
次に、本発明の隔離部材２０を構成するエンドウォール２２に係る実施例と、従来技術に係る比較例について、ＣＦＤ解析を行った結果について説明する。
【実施例】
【００２４】
図４は、ＣＦＤ解析を行う対象としたエンドウォールと内側シュラウドとの接続部分の詳細を示しており、（ａ）が実施例を、（ｂ）が比較例を、それぞれ示している。図４（ａ）に示すように本発明に係る実施例のエンドウォール２２は、上流側端面２７と、端壁面２６とのなす角が９０度に設定されており、その間に設けられた接続面２８の上流側端面２７とのなす角θが４０度に設定されており、上流側端面２７との稜線２８ｂから端壁面２６までの接続面２８の半径方向に沿う高さＨ２８は、４ｍｍに設定されている。また、エンドウォール２２と内側シュラウド２１との間の隙間２３の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１が１２ｍｍに、内側シュラウド２１から端壁面２６と接続面２８との稜線２８ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ２が１７ｍｍに、内側シュラウド２１からタービン動翼５の前縁５ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ３が１９ｍｍに設定されている。
【００２５】
一方、図４（ｂ）に示すように、従来技術に係る比較例のエンドウォール２２´では、上流側端面２７と端壁面２６とを接続する接続面２８´が断面円弧状の曲面で形成されており、その曲率半径Ｒ２８´は、４ｍｍに設定されている。なお、エンドウォール２２´と内側シュラウド２１´との間の隙間２３´の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１と同じ設定となっている。また、内側シュラウド２１´から、接続面２８´と端壁面２６とが接続される位置までの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ２´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ２と同じ設定となっている。また、内側シュラウド２１´からタービン動翼５の前縁５ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ３´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ３と同じ設定となっている。
【００２６】
次に、ＣＦＤ解析結果について図５から図７を参照して説明する。ここで、図５は、周方向に配列するタービン動翼５同士の中間位置における断面でのＣＦＤ解析結果に基づく流体の流れ図であり、（ａ）が実施例を、（ｂ）が比較例をそれぞれ示している。図５（ｂ）に示すように、比較例では、内周側端壁近傍を流れる燃焼ガスＧの一部がエンドウォール２２´の接続面２８´に衝突し、その一部の燃焼ガスＧ２が断面円弧状の接続面２８´に沿って上流側端面２７に向かって流れ、さらに上流側端面２７に沿って内周側へと隙間２３´の内部に深くまで流入していることがわかる（Ｃ部）。そして、隙間２３´内部では、内周側から外周側の燃焼ガス流路Ｆに向かって流れるシール空気Ｓと、流入した燃焼ガスＧとが混合された渦が形成される（Ｄ部）こととなる。このため、隙間２３´の内部は、流入した燃焼ガスＧ２によって高温となり、比較的低温で供給されることによりシール機能とともに期待されるシール空気Ｓによる冷却が効果的に行われなくなってしまう。すなわち、シール空気Ｓによって上流側端面２７を覆うことができず、高温の燃焼ガスＧ２に曝された上流側端面２７が高温になってしまう。
【００２７】
一方、実施例では、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２は、剥離部３０において剥離して、上流側端面２７に沿って流れず、内側シュラウド２１に向かう流れとなる（Ａ部）。このため、接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ２は、隙間２３に流入せず、隙間２３よりも燃焼ガス流路Ｆ側で隙間２３から燃焼ガス流路Ｆに向かって流入するシール空気Ｓと混合されて、再び燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧと合流することとなる（Ｂ部）。このため、隙間２３は、比較的低温のシール空気Ｓによって満たされるとともに効果的に冷却され、また、シール空気Ｓの流通により燃焼ガスＧが流入して高温となってしまうことを防止することができる。よって、上流側端面２７はシール空気Ｓによって覆われるので、燃焼ガスＧ２によって曝されることなく高温になることを防止することができる。また、従来は上流側端面２７まで施す必要があった遮熱コーティングが、本発明を適用することにより不要となるため耐久性を低下させることなく製造コストの削減を図ることができる。
【００２８】
図６は、エンドウォールを燃焼ガス流路Ｆ側から内周側に向かって概略径方向視した図であり、（ａ）が実施例について、（ｂ）が比較例について上記ＣＦＤ解析によって得られた冷却効率の分布を示している。図７は、図６において周方向におけるタービン動翼との相対位置（周方向ピッチ）と、冷却効率との関係を示しており、実線Ｐが実施例について、破線Ｑが比較例について、それぞれ隙間２３、２３´における周方向に沿う線Ｅ−Ｅ（図６参照）上での冷却効率分布を示している。図７において、タービン動翼５との相対位置が０％（１００％）とは、周方向の位置が前縁５ａと一致する位置であり、５０％とは、周方向の位置がタービン動翼５同士の中間位置と一致する位置である。図６（ｂ）及び図７の破線Ｑに示すように、比較例では、前縁５ａから約２５％背側にずれた位置で最大値を示し、ある程度の冷却効率を示しているが、全体として冷却効率が低く、特にタービン動翼５の前縁５ａ近傍での冷却効率の低下が顕著である。一方、実施例では、前縁５ａから１０％から５０％背側にずれた位置で比較例の最大値より高い値を示すとともに、前縁５ａ近傍でも高い冷却効率を示している。すなわち、実施例においては、周方向のいずれの位置においても、剥離部３０による燃焼ガスＧ２の剥離効果により、隙間２３への燃焼ガスＧ２の漏れ込みが防止され、これによりシール空気Ｓにより効率良く冷却が行われていることが分かる。
【００２９】
以上のように、本実施形態のような剥離部３０を有するエンドウォール２２によれば、剥離部３０によって接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることにより、上流側端面２７にまで沿うようにして隣り合う内側シュラウド２１との隙間２３に流入してしまうのを抑えることができる。このため、燃焼ガスＧが隙間２３に流入することで高温となってしまうのを防止し、シール空気Ｓにより効率的に冷却を行うことが可能であり、それ故にシール空気Ｓの流量を最小限として、圧縮機２で生成された圧縮空気を最大限燃焼用の空気として利用し、また、燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧのさらなる高温化を図ることができるので、タービン効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、上記のように剥離部３０が、円錐外周面として形成された接続面２８と上流側端面２７との稜線２８ｂとして、断面視して折れ点を形成していることで、接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ１を稜線２８ｂで効果的に剥離させ、該稜線２８ｂから折れ曲がって延びる上流側端面２７に沿って流れてしまうことを抑えることができる。端壁部材２０であるエンドウォール２２は、タービン動翼５の端部壁として構成され、タービン動翼５の前縁５ａと接続面２８との間に端壁面２６の一部分が延出し、特に軸線Ｏを含む平面内で直線状となる面が形成されていることで、端壁面２６でタービン動翼５の前縁５ａから接続面２８に向かって隙間２３に流入してしまう流れを効果的に抑えることができる。
【００３１】
なお、エンドウォール２２において、剥離部を有する接続面としては、上記実施形態に限られるものではない。図８及び図９は、その変形例を示している。図８に示すように、第１の変形例のエンドウォール４０では、接続面２８と端壁面２６及び上流側端面２７との稜線部分２８ｃ、２８ｄにラウンド処理が施されている。ここで、稜線部分２８ｃ、２８ｄに形成されるラウンド処理の曲率半径Ｒ１は、接続面２８の高さに対して十分に小さいものである。例えば、接続面２８の高さＨ２８（図４参照）が４ｍｍであるのに対して、稜線部分２８ｃ、２８ｄの曲率半径Ｒは、１ｍｍ程度である。このため、このような稜線部分２８ｄにおいても剥離部３０として接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることができるとともに、エンドウォール４０を鋳造する場合の鋳造性を向上させることができる。
【００３２】
また、図９に示すように、第２の変形例のエンドウォール４１では、端壁面２６と上流側端面２７とを接続する接続面４２が、断面視して、上流側端面２７側で曲率半径Ｒ２が最小となり、端壁面２６側で曲率半径Ｒ２が最大となる楕円弧状の曲面に形成されている。このようなエンドウォール４１の接続面４２においても、曲率半径Ｒ２が小さくなる上流側端面２７との接続部分４２ａが、剥離部４３として、接続面４２に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることができる。
【００３３】
また、上記実施形態及びその変形例では、内周側端壁１１を構成する端壁部材２０の内の一つであるエンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆ上流側の縁部に剥離部３０、４３を有する接続面が形成されているものとして説明したが、これに限るものではない。内側端壁１１を構成する端壁部材２０の他の一つである内側シュラウド２１でも同様であり、また、外側端壁１０を構成する端壁部材２０である外側シュラウド２４及び分割環２５においても同様である。いずれの端壁部材２０においても、燃焼ガス流路Ｆ上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、該上流側端面と端壁面とを接続する接続面とを備え、該接続面に、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れるガスを剥離させる剥離部が設けられることにより、隙間に接続面に沿う燃焼ガスの流れが隙間に流入することを抑えて、隙間を流通するシール空気により効果的に冷却を行うことができる。
また、上記実施形態及びその変形例では、いずれも、剥離部は、接続面と上流側端面との境界部分に設けられるものとしたが、これに限られるものではなく、接続面の中間位置に設けられるものとしても良い。
また、上記実施形態及びその変形例では、端壁部材２０として、ガスタービン１のタービン７において燃焼ガス流路Ｆと外部とを隔てるものを例に挙げたがこれに限るものではなく、蒸気タービンや圧縮機などの流路において、外部と隔てる端壁部材に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ガスタービン
５ タービン動翼（動翼）
５ａ 前縁
２０ 端壁部材
２１ 内側シュラウド（端壁部材）
２２、４０、４１ エンドウォール（端壁部材）
２３ 隙間
２４ 外側シュラウド（端壁部材）
２５ 分割環（端壁部材）
２６ 端壁面
２７ 上流側端面
２８、４２ 接続面
２８ｂ 稜線
２８ｄ 稜線部分
３０、４３ 剥離部
Ｆ 燃焼ガス流路
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 燃焼ガス
Ｓ シール空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路と外部とを隔てる端壁部材及びこれを備えたガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機において加圧された空気が燃焼器において燃料と混合されて発生した高温の流体である燃焼ガスを、静翼及び動翼が交互に配設されたタービンの燃焼ガス流路内に導入して、動翼及びロータを回転させることにより、燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーとして出力するとともに、圧縮機や発電機に回転駆動力を与えている。
【０００３】
燃焼ガス流路においては、端壁部材を周方向及び軸方向に配列することによって端壁を構成して、軸方向に沿う燃焼ガス流路と外部とを隔てて、燃焼ガス流路に燃焼ガスを流通させている。具体的には、燃焼ガス流路内周側においては、静翼先端に取り付けられた内側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って隣り合う位置には動翼基端に取り付けられたエンドウォールが周方向に環状に配列され、内側シュラウド及びエンドウォールのそれぞれの環状体が軸方向に交互に配列することによって端壁が構成されている。また、燃焼ガス流路外周側においては、静翼基端に取り付けられた外側シュラウドが周方向に環状に配列されるとともに、燃焼ガス流路に沿って隣り合う位置には円弧状に湾曲した分割環が周方向に環状に配列され、外側シュラウド及び分割環のそれぞれの環状体が軸方向に交互に配列することによって端壁が構成されている。これらの部材は、通常鋳造により形成されており、角部分には必要に応じてラウンド処理が施されている。また、端壁部材同士の間には、軸方向に隙間が形成されており、該隙間を通して外部から燃焼ガス流路側へとシール空気を供給することにより、燃焼ガス流路側から外部へ燃焼ガスが漏れ出して外部に配置された部材や隙間の側端壁が高温になるのを防止している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のガスタービンによれば、燃焼ガス流路において端壁部材近傍を流れる高温の燃焼ガスの一部は、燃焼ガスの流れと対向する端壁部材の燃焼ガス流路上流側の縁部に衝突し、端面に沿って端壁部材同士の隙間に流入してしまう。
【０００６】
以下、図に基づいて詳細を述べる。図１０は、燃焼ガス流路Ｆ内周側の詳細を示しており、燃焼ガス流路Ｆに沿って端壁部材として、静翼の内側シュラウド１０１と、動翼のエンドウォール１０２とが隙間１０３を有して配列している。そして、燃焼ガス流路Ｆにおいて、内側シュラウド１０１及びエンドウォール１０２近傍を流れる高温の燃焼ガスＧは、その一部が、下流側に位置し燃焼ガスＧの流れと対向するエンドウォール１０２の上流側の縁部１０２ａに衝突し、燃焼ガスＧよりも低温のシール空気Ｓを送出する隙間１０３に流入してしまうこととなる。特に、縁部１０２ａに、角部処理としてラウンド処理を行った場合には、ラウンド処理によって形成された断面円弧状の曲面１０４に燃焼ガスＧが衝突し、該曲面１０４から内側シュラウド１０１と対向する端面１０２ｂに沿って隙間１０３へと流入してしまう。そして、このように隙間１０３に燃焼ガスＧが流入してしまうと、隙間１０３の内部、すなわち燃焼ガス流路Ｆの外部が高温となって端壁を構成する内側シュラウド１０１やエンドウォール１０２などの端壁部材が高温となってしまう問題があった。
これは、高温の燃焼ガスを作動流体とするガスタービン以外のターボ機械でも同様であり、これらの流路でも、端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間には、流路を流れる流体が流路上流側の縁部に衝突し、隙間に流入してしまい、同様の問題が生じうる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、流路の端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間への流路を流れる流体の流入を抑えることが可能な端壁部材、及び、ガスタービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明は、流路に沿って、隣り合う部材と隙間を有して配設され、前記流路と外部とを隔てる端壁部材であって、前記流路に面する端壁面と、前記流路上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、該上流側端面と前記端壁面とを接続する接続面とを備え、該接続面には、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れる流体を剥離させる剥離部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、流路を流れる流体の一部が、端壁部材において、流体の流れに対向する上流側端面と端壁面とを接続する接続面に当って該接続面に沿って流れても、剥離部によって剥離させられることで、上流側端面にまで沿うように逆流して隣り合う部材との隙間に流入してしまうのを抑えることができる。
【００１０】
また、上記の端壁部材において、前記接続面は、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成され、前記上流側端面及び前記端壁面のそれぞれに対して傾斜しているとともに、前記剥離部が該接続面と前記上流側端面との稜線として構成されていることが好ましい。
【００１１】
この発明は、剥離部が、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成された接続面と上流側端面との稜線として構成されていることで、接続面に沿って流れる流体を稜線で効果的に剥離させ、該稜線から折れ曲がって延びる上流側端面に沿って流れてしまうことを抑えることができる。
【００１２】
また、上記の端壁部材において、前記端壁部材の端壁面は、翼が突出しており、該翼の前縁から前記接続面まで延出する部分を有することが好ましい。
【００１３】
この発明は、翼の端部壁（内側シュラウド、外側シュラウド、エンドウォール、分割環など）として構成され、翼の前縁から接続面まで端壁面の一部分が延出していることで、端壁面で翼前縁から接続面に向かって隙間に流入してしまう流れを効果的に抑えることができる。
【００１４】
また、上記の端壁部材において、前記流路はガスタービンの作動流体が流れる流路であり、前記隙間にはシール空気が流通可能であるものとしても良い。
さらに、上記の端壁部材において、前記作動流体は燃焼ガスであるものとしても良い。
【００１５】
また、本発明のガスタービンは、上記の端壁部材を備えることを特徴としている。
この発明は、上記端壁部材を用いることで、流体による端壁部材の高温化を防止することができるので、流体の高温化とともにガスタービンの信頼性の向上を図り、また、隙間を流通させるシール空気を最小限として効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の端壁部材によれば、流路の端壁を構成し流路に沿って隣り合う端壁部材同士の間の隙間への流路を流れる流体の流入を抑えることができる。
また、本発明のガスタービンによれば、上記端壁部材により効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のガスタービンを示す一部を破断した側面図である。
【図２】本発明の実施形態のガスタービンにおいて内側シュラウドとエンドウォールとの接続部分の詳細を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図４】ＣＦＤ解析を行った内側シュラウドとエンドウォールとの接続部分の形状の詳細を示す断面図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図５】ＣＦＤ解析結果に基づく流体の流れ図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図６】ＣＦＤ解析結果に基づいて、エンドウォールを燃焼ガス流路側から内周側に向かって概略径方向視して、端壁に沿う面における冷却効率分布を表わした図であり、（ａ）実施例、（ｂ）比較例を示している。
【図７】図６における線Ｅ−Ｅ上におけるタービン動翼との相対位置（周方向ピッチ）と、冷却効率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態の第１の変形例のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第２の変形例のエンドウォールにおいて接続面の詳細を示す断面図である。
【図１０】従来のエンドウォールにおける接続面の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る一実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
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圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスＧを生成する燃焼器３と、タービン静翼４及びタービン動翼５が交互に配設され、燃焼器３から供給される燃焼ガスによりタービン動翼５が取り付けられたロータ６を回転させるタービン７とを備える。タービン７は、ロータ６の軸線Ｏと同軸上に配設された筒状のケーシング８の内部を燃焼ガス流路Ｆとしている。該燃焼ガス流路Ｆは、その外周側において、ケーシング８の内周側に設けられた筒状の外周側端壁１０によってケーシング８と隔てられ、また、内周側において、ロータ６の外周側に設けられた筒状の内周側端壁１１によってロータ６と隔てられており、断面ドーナツ状の軸線Ｏ方向に沿った流路となっている。そして、該燃焼ガス流路Ｆ内に、各段のタービン静翼４及びタービン動翼５がそれぞれ放射状に複数配設されている。
【００１９】
ここで、外周側端壁１０及び内周側端壁１１は、それぞれ複数の円弧状に湾曲した端壁部材２０が周方向に環状に配列して環状体を構成し、該環状体が軸線Ｏ方向に複数配列することで、それぞれ構成されている。より詳しくは、図１及び図２に示すように、内周側端壁１１において、端壁部材２０は、タービン静翼４の内周側となる先端に取り付けられた内側シュラウド２１と、タービン動翼５の内周側となる基端に取り付けられたエンドウォール２２とによって構成されている。すなわち、各段のタービン静翼４が放射状に配設することで、各タービン静翼４の先端に取り付けられた内側シュラウド２１が環状に接続されて環状体を構成している。また、各段のタービン動翼５が放射状に配設されることで、各タービン動翼５の基端に取り付けられたエンドウォール２２が環状に接続されて環状体を構成している。そして、これら内側シュラウド２１の環状体と、エンドウォール２２の環状体とが軸線Ｏ方向に交互に配設されることで、筒状の内周側端壁１１が構成されている。また、燃焼ガス流路Ｆ（軸線Ｏ）に沿って隣り合う内側シュラウド２１と、エンドウォール２２とは、互いの間に隙間２３が設けられ、圧縮機２２から抽気された圧縮空気がシール空気Ｓとして、内周側から隙間２３を流通して燃焼ガス流路Ｆに流入していることで、燃焼ガス流路Ｆに主流として流れる流体である燃焼ガスＧが、ロータ６が位置する内周側に漏れ出すことを防止している。
【００２０】
同様に、図１に示すように、外周側端壁１０において、端壁部材２０は、タービン静翼４の外周側となる基端に取り付けられた外側シュラウド２４と、タービン動翼５の先端の外周側に対向して配置された分割環２５とによって構成されている。すなわち、各タービン静翼４の基端に取り付けられた外側シュラウド２４が環状に接続されて環状体を構成し、また、タービン動翼５の外周側に対向する分割環２５が、複数環状に接続されて環状体を構成し、これらが軸線Ｏ方向に交互に配設されることで、筒状の外周側端壁１０が構成されている。また、燃焼ガス流路Ｆ（軸線Ｏ）に沿って隣り合う外側シュラウド２４と、分割環２５とは、互いの間に隙間が設けられ、圧縮機２から抽気された圧縮空気がシール空気として外周側から隙間を流通して燃焼ガス流路Ｆに流入していることで、燃焼ガス流路Ｆに流れる流体である燃焼ガスＧがケーシング８が位置する外周側に漏れ出すことを防止している。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照して、エンドウォール２２と、該エンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆの上流側に隣り合う内側シュラウド２１との接続部分の詳細について説明する。図２及び図３に示すように、エンドウォール２２と、内側シュラウド２１との間には、前述のシール空気Ｓを流通させるための隙間２３が形成されている。エンドウォール２２は、燃焼ガス流路Ｆに面しタービン動翼５が突出して設けられた端壁面２６と、燃焼ガス流路Ｆの上流側に隣り合う部材である内側シュラウド２３と向き合う上流側端面２７と、端壁面２６と上流側端面２７とを接続する接続面２８と、上流側端面２７から突出するアーム部２９とを有する。アーム部２９は、内側シュラウド２１の径方向内周側となる位置で、燃焼ガス流路Ｆ上流側へと突出している。そして、互いに対向する内側シュラウド２１の内周面とエンドウォール２２のアーム部２９との間には、ハニカムシール３１が設けられている。このため、燃焼ガスＧは、ハニカムシール３１によって該ハニカムシール３１よりも内周側が燃焼ガス流路Ｆ側よりも高圧になっているとともに、ハニカムシール３１とアーム部２９との間を通って隙間２３に漏れ出すシール空気Ｓが隙間２３を通って燃焼ガス流路Ｆに流入することにより、隙間２３自体への流入が規制されている。
【００２２】
また、端壁面２６は、全体として、軸線Ｏに直交する平面内で円弧状に、かつ軸線Ｏを含む平面内で直線状に形成、すなわち円筒外周面の一部を構成するように形成されているとともにタービン動翼５の基端において曲面状を呈してフィレット２６ａを構成し、タービン動翼５と接続されている。また、端壁面２６は、その平面部分がタービン動翼５の前縁５ａよりも燃焼ガス流路Ｆ上流側に張り出すように設けられていて、接続面２８を介して上流側端面２７に接続されている。ここで、接続面２８は、本実施形態では、軸線Ｏに直交する平面内で円弧状に、かつ軸線Ｏを含む平面（端壁面２６及び上流側端面２７に直交する平面）内で直線状に形成、すなわち円錐外周面の一部を構成するように形成されている。そして、接続面２８は、端壁面２６及び上流側端面２７とのそれぞれとの間で稜線２８ａ、２８ｂが形成されていて、上流側端面２７との間の稜線２８ｂによって接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れるガスなどの流体を剥離させる剥離部３０が構成されている。
【００２３】
すなわち、燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧにおいて、内周側端壁１１近傍を流通するものの一部が、エンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆの上流側となる接続面２８が形成された縁部に衝突することとなる。そして、該接続面２８が形成されていることで、その一部の燃焼ガスＧ１は、端壁面２６側へと流れ、燃焼ガス流路Ｆに沿って再び流れることとなる。また、他の燃焼ガスＧ２は、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れることとなる。ここで、接続面２８において上流側端面２７との間には、剥離部３０として稜線２８ｂが形成されていることで、接続面２８に沿った他の燃焼ガスＧ２を、稜線２８ｂで剥離させて上流側端面２７に沿って流れないようにすることができる。
次に、本発明の隔離部材２０を構成するエンドウォール２２に係る実施例と、従来技術に係る比較例について、ＣＦＤ解析を行った結果について説明する。
【実施例】
【００２４】
図４は、ＣＦＤ解析を行う対象としたエンドウォールと内側シュラウドとの接続部分の詳細を示しており、（ａ）が実施例を、（ｂ）が比較例を、それぞれ示している。図４（ａ）に示すように本発明に係る実施例のエンドウォール２２は、上流側端面２７と、端壁面２６とのなす角が９０度に設定されており、その間に設けられた接続面２８の上流側端面２７とのなす角θが４０度に設定されており、上流側端面２７との稜線２８ｂから端壁面２６までの接続面２８の半径方向に沿う高さＨ２８は、４ｍｍに設定されている。また、エンドウォール２２と内側シュラウド２１との間の隙間２３の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１が１２ｍｍに、内側シュラウド２１から端壁面２６と接続面２８との稜線２８ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ２が１７ｍｍに、内側シュラウド２１からタービン動翼５の前縁５ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ３が１９ｍｍに設定されている。
【００２５】
一方、図４（ｂ）に示すように、従来技術に係る比較例のエンドウォール２２´では、上流側端面２７と端壁面２６とを接続する接続面２８´が断面円弧状の曲面で形成されており、その曲率半径Ｒ２８´は、４ｍｍに設定されている。なお、エンドウォール２２´と内側シュラウド２１´との間の隙間２３´の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ１と同じ設定となっている。また、内側シュラウド２１´から、接続面２８´と端壁面２６とが接続される位置までの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ２´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ２と同じ設定となっている。また、内側シュラウド２１´からタービン動翼５の前縁５ａまでの軸線Ｏ方向に沿う距離Ｗ３´は、実施例の軸線Ｏ方向に沿う幅Ｗ３と同じ設定となっている。
【００２６】
次に、ＣＦＤ解析結果について図５から図７を参照して説明する。ここで、図５は、周方向に配列するタービン動翼５同士の中間位置における断面でのＣＦＤ解析結果に基づく流体の流れ図であり、（ａ）が実施例を、（ｂ）が比較例をそれぞれ示している。図５（ｂ）に示すように、比較例では、内周側端壁近傍を流れる燃焼ガスＧの一部がエンドウォール２２´の接続面２８´に衝突し、その一部の燃焼ガスＧ２が断面円弧状の接続面２８´に沿って上流側端面２７に向かって流れ、さらに上流側端面２７に沿って内周側へと隙間２３´の内部に深くまで流入していることがわかる（Ｃ部）。そして、隙間２３´内部では、内周側から外周側の燃焼ガス流路Ｆに向かって流れるシール空気Ｓと、流入した燃焼ガスＧとが混合された渦が形成される（Ｄ部）こととなる。このため、隙間２３´の内部は、流入した燃焼ガスＧ２によって高温となり、比較的低温で供給されることによりシール機能とともに期待されるシール空気Ｓによる冷却が効果的に行われなくなってしまう。すなわち、シール空気Ｓによって上流側端面２７を覆うことができず、高温の燃焼ガスＧ２に曝された上流側端面２７が高温になってしまう。
【００２７】
一方、実施例では、接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２は、剥離部３０において剥離して、上流側端面２７に沿って流れず、内側シュラウド２１に向かう流れとなる（Ａ部）。このため、接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ２は、隙間２３に流入せず、隙間２３よりも燃焼ガス流路Ｆ側で隙間２３から燃焼ガス流路Ｆに向かって流入するシール空気Ｓと混合されて、再び燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧと合流することとなる（Ｂ部）。このため、隙間２３は、比較的低温のシール空気Ｓによって満たされるとともに効果的に冷却され、また、シール空気Ｓの流通により燃焼ガスＧが流入して高温となってしまうことを防止することができる。よって、上流側端面２７はシール空気Ｓによって覆われるので、燃焼ガスＧ２によって曝されることなく高温になることを防止することができる。また、従来は上流側端面２７まで施す必要があった遮熱コーティングが、本発明を適用することにより不要となるため耐久性を低下させることなく製造コストの削減を図ることができる。
【００２８】
図６は、エンドウォールを燃焼ガス流路Ｆ側から内周側に向かって概略径方向視した図であり、（ａ）が実施例について、（ｂ）が比較例について上記ＣＦＤ解析によって得られた冷却効率の分布を示している。図７は、図６において周方向におけるタービン動翼との相対位置（周方向ピッチ）と、冷却効率との関係を示しており、実線Ｐが実施例について、破線Ｑが比較例について、それぞれ隙間２３、２３´における周方向に沿う線Ｅ−Ｅ（図６参照）上での冷却効率分布を示している。図７において、タービン動翼５との相対位置が０％（１００％）とは、周方向の位置が前縁５ａと一致する位置であり、５０％とは、周方向の位置がタービン動翼５同士の中間位置と一致する位置である。図６（ｂ）及び図７の破線Ｑに示すように、比較例では、前縁５ａから約２５％背側にずれた位置で最大値を示し、ある程度の冷却効率を示しているが、全体として冷却効率が低く、特にタービン動翼５の前縁５ａ近傍での冷却効率の低下が顕著である。一方、実施例では、前縁５ａから１０％から５０％背側にずれた位置で比較例の最大値より高い値を示すとともに、前縁５ａ近傍でも高い冷却効率を示している。すなわち、実施例においては、周方向のいずれの位置においても、剥離部３０による燃焼ガスＧ２の剥離効果により、隙間２３への燃焼ガスＧ２の漏れ込みが防止され、これによりシール空気Ｓにより効率良く冷却が行われていることが分かる。
【００２９】
以上のように、本実施形態のような剥離部３０を有するエンドウォール２２によれば、剥離部３０によって接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることにより、上流側端面２７にまで沿うようにして隣り合う内側シュラウド２１との隙間２３に流入してしまうのを抑えることができる。このため、燃焼ガスＧが隙間２３に流入することで高温となってしまうのを防止し、シール空気Ｓにより効率的に冷却を行うことが可能であり、それ故にシール空気Ｓの流量を最小限として、圧縮機２で生成された圧縮空気を最大限燃焼用の空気として利用し、また、燃焼ガス流路Ｆを主流として流れる燃焼ガスＧのさらなる高温化を図ることができるので、タービン効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、上記のように剥離部３０が、円錐外周面として形成された接続面２８と上流側端面２７との稜線２８ｂとして、断面視して折れ点を形成していることで、接続面２８に沿って流れる燃焼ガスＧ１を稜線２８ｂで効果的に剥離させ、該稜線２８ｂから折れ曲がって延びる上流側端面２７に沿って流れてしまうことを抑えることができる。端壁部材２０であるエンドウォール２２は、タービン動翼５の端部壁として構成され、タービン動翼５の前縁５ａと接続面２８との間に端壁面２６の一部分が延出し、特に軸線Ｏを含む平面内で直線状となる面が形成されていることで、端壁面２６でタービン動翼５の前縁５ａから接続面２８に向かって隙間２３に流入してしまう流れを効果的に抑えることができる。
【００３１】
なお、エンドウォール２２において、剥離部を有する接続面としては、上記実施形態に限られるものではない。図８及び図９は、その変形例を示している。図８に示すように、第１の変形例のエンドウォール４０では、接続面２８と端壁面２６及び上流側端面２７との稜線部分２８ｃ、２８ｄにラウンド処理が施されている。ここで、稜線部分２８ｃ、２８ｄに形成されるラウンド処理の曲率半径Ｒ１は、接続面２８の高さに対して十分に小さいものである。例えば、接続面２８の高さＨ２８（図４参照）が４ｍｍであるのに対して、稜線部分２８ｃ、２８ｄの曲率半径Ｒは、１ｍｍ程度である。このため、このような稜線部分２８ｄにおいても剥離部３０として接続面２８に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることができるとともに、エンドウォール４０を鋳造する場合の鋳造性を向上させることができる。
【００３２】
また、図９に示すように、第２の変形例のエンドウォール４１では、端壁面２６と上流側端面２７とを接続する接続面４２が、断面視して、上流側端面２７側で曲率半径Ｒ２が最小となり、端壁面２６側で曲率半径Ｒ２が最大となる楕円弧状の曲面に形成されている。このようなエンドウォール４１の接続面４２においても、曲率半径Ｒ２が小さくなる上流側端面２７との接続部分４２ａが、剥離部４３として、接続面４２に沿って上流側端面２７に向かって流れる燃焼ガスＧ２を剥離させることができる。
【００３３】
また、上記実施形態及びその変形例では、内周側端壁１１を構成する端壁部材２０の内の一つであるエンドウォール２２の燃焼ガス流路Ｆ上流側の縁部に剥離部３０、４３を有する接続面が形成されているものとして説明したが、これに限るものではない。内側端壁１１を構成する端壁部材２０の他の一つである内側シュラウド２１でも同様であり、また、外側端壁１０を構成する端壁部材２０である外側シュラウド２４及び分割環２５においても同様である。いずれの端壁部材２０においても、燃焼ガス流路Ｆ上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、該上流側端面と端壁面とを接続する接続面とを備え、該接続面に、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れるガスを剥離させる剥離部が設けられることにより、隙間に接続面に沿う燃焼ガスの流れが隙間に流入することを抑えて、隙間を流通するシール空気により効果的に冷却を行うことができる。
また、上記実施形態及びその変形例では、いずれも、剥離部は、接続面と上流側端面との境界部分に設けられるものとしたが、これに限られるものではなく、接続面の中間位置に設けられるものとしても良い。
また、上記実施形態及びその変形例では、端壁部材２０として、ガスタービン１のタービン７において燃焼ガス流路Ｆと外部とを隔てるものを例に挙げたがこれに限るものではなく、蒸気タービンや圧縮機などの流路において、外部と隔てる端壁部材に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１ ガスタービン
５ タービン動翼（動翼）
５ａ 前縁
２０ 端壁部材
２１ 内側シュラウド（端壁部材）
２２、４０、４１ エンドウォール（端壁部材）
２３ 隙間
２４ 外側シュラウド（端壁部材）
２５ 分割環（端壁部材）
２６ 端壁面
２７ 上流側端面
２８、４２ 接続面
２８ｂ 稜線
２８ｄ 稜線部分
３０、４３ 剥離部
Ｆ 燃焼ガス流路
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 燃焼ガス
Ｓ シール空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に沿って、隣り合う部材と隙間を有して配設され、前記流路と外部とを隔てる端壁部材であって、
前記流路に面する端壁面と、
前記流路上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、
該上流側端面と前記端壁面とを接続する接続面とを備え、
該接続面には、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れる流体を剥離させる剥離部が設けられていることを特徴とする端壁部材。
【請求項２】
請求項１に記載の端壁部材において、
前記接続面は、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成され、前記上流側端面及び前記端壁面のそれぞれに対して傾斜しているとともに、前記剥離部が該接続面と前記上流側端面との稜線として構成されていることを特徴とする端壁部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の端壁部材において、
前記端壁部材の端壁面は、翼が突出しており、該翼の前縁から前記接続面まで延出する部分を有することを特徴とする端壁部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の端壁部材において、
前記流路はガスタービンの作動流体が流れる流路であり、
前記隙間にはシール空気が流通可能であることを特徴とする端壁部材。
【請求項５】
請求項４に記載の端壁部材において、
前記作動流体は燃焼ガスであることを特徴とする端壁部材。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の端壁部材を備えることを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
流路に沿って、隣り合う部材と隙間を有して配設され、前記流路と外部とを隔てる端壁部材であって、
前記流路に面する端壁面と、
前記流路上流側に隣り合う部材と向き合う上流側端面と、
該上流側端面と前記端壁面とを接続する接続面とを備え、
該接続面には、該接続面に沿って前記上流側端面に向かって流れる流体を剥離させる剥離部が設けられていることを特徴とする端壁部材。
【請求項２】
請求項１に記載の端壁部材において、
前記接続面は、前記流路に沿って形成された平面内で直線状になるように形成され、前記上流側端面及び前記端壁面のそれぞれに対して傾斜しているとともに、前記剥離部が該接続面と前記上流側端面との稜線として構成されていることを特徴とする端壁部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の端壁部材において、
前記端壁部材の端壁面は、翼が突出しており、該翼の前縁から前記接続面まで延出する部分を有することを特徴とする端壁部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の端壁部材において、
前記流路はガスタービンの作動流体が流れる流路であり、
前記隙間にはシール空気が流通可能であることを特徴とする端壁部材。
【請求項５】
請求項４に記載の端壁部材において、
前記作動流体は燃焼ガスであることを特徴とする端壁部材。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の端壁部材を備えることを特徴とするガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７５９５３（Ｐ２０１０−２７５９５３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３０３７８（Ｐ２００９−１３０３７８）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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