涡轮动叶、涡轮以及顶隙测量方法与流程

本公开涉及涡轮动叶、涡轮以及顶隙测量方法。

背景技术：

涡轮中的涡轮外壳侧的静止壁面与涡轮动叶的顶面的间隙的大小(以下，称为顶隙。)受到涡轮动叶的由热变形以及离心力引起的变形的影响而发生变化。在专利文献1中，公开了与这样的涡轮动叶的变形相应的涡轮动叶的叶端形状的例子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-84730号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在燃气轮机运转中，为了提高燃气轮机的性能，期望选定适当的顶隙，以抑制涡轮动叶叶端处的漏流。

本发明的至少一实施方式是鉴于上述那样以往的课题而完成的，其目的在于提供具备适当的顶隙的涡轮动叶、涡轮以及顶隙测量方法。

用于解决课题的方案

(1)对于本发明的至少一实施方式的涡轮动叶具备：

基端部，其固定于转子轴；以及

翼型部，其包括正压面、负压面以及将所述正压面与所述负压面连接的顶面，且在内部形成有冷却流路，

其中，

所述顶面包括位于前缘侧且形成为与所述转子轴平行的前缘区域、以及与所述前缘区域相邻的后缘区域，

所述后缘区域具备以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面。

在燃气轮机的运转时(涡轮动叶的温度上升了的高温状态)，涡轮动叶受到离心力、从气体流动受到的力以及热伸长的影响而发生变形。特别是，在冷却流路中流动的冷却介质的温度在涡轮动叶的后缘侧容易升高，从而后缘侧的热伸长量容易增大。因此，在燃气轮机的运转停止时(涡轮动叶的温度未上升而成为接近常温的状态)涡轮动叶的顶面与涡轮机室的静止壁面之间的顶隙从前缘到后缘被设定为恒定的情况下，在燃气轮机的运转时热伸长量较大的后缘侧，涡轮动叶的顶面与涡轮机室的静止壁面的接触风险容易升高。另一方面，若为了使涡轮动叶的顶面与涡轮机室的静止壁面在后缘侧不会发生接触而使顶隙从前缘到后缘同样地增大，则在燃气轮机的运转时，前缘侧处的顶隙变得过大，燃气轮机的性能降低。

根据上述(1)的结构，在热伸长量容易增大的后缘侧设置的后缘区域包括以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面。因此，由于在燃气轮机的运转时后缘区域与前缘区域相比较大地发生变形，因此能够使顶面各处的顶隙接近均匀。

(2)对于本发明的至少一实施方式的涡轮动叶具备：

基端部，其固定于转子轴；以及

翼型部，其包括正压面、负压面以及将所述正压面与所述负压面连接的顶面，且在内部形成有冷却流路，

其中，

所述顶面包括位于前缘侧的前缘区域、以及与所述前缘区域相邻的后缘区域，

所述后缘区域具备以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式相对于所述前缘区域倾斜的倾斜面，

在所述顶面中，在将所述前缘区域和所述后缘区域的边界线与所述负压面的交点的位置设为p1，将所述负压面上的位置中的在相邻的涡轮动叶的后缘与所述负压面之间形成喉部的位置设为p2时，

所述位置p1与所述位置p2一致、或者位于比所述位置p2靠所述翼型部的后缘侧的位置。

根据上述(2)的结构，在涡轮动叶的叶端的热伸长所引起的变形在后缘区域比在前缘区域大的情况下，与涡轮机室的静止壁面的接触风险降低，能够维持适当的顶隙。

(3)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，

在所述顶面中，在将所述前缘区域和所述后缘区域的边界线与所述负压面的交点的位置设为p1，将所述负压面上的位置中的在相邻的涡轮动叶的后缘与所述负压面之间形成喉部的位置设为p2时，

所述位置p1与所述位置p2一致，或者所述位置p1位于比所述位置p2靠后缘侧的位置。

通过如上述(3)的结构所示那样使位置p1与位置p2一致或者位于比位置p2靠后缘侧的位置，从而能够维持适当的顶隙。

(4)在几个实施方式中，在上述(2)或(3)的结构的基础上，

所述顶面具有作为开口的中心位置p3的至少一个出口开口，

在所述顶面中，选定位于前缘侧且通过所述位置p2的第一假想线、以及位于后缘侧且通过所述位置p3的第二假想线，

所述第一假想线位于由第一周向假想线、第一弧线正交假想线以及第一转子轴方向假想线限定的范围内，所述第一周向假想线通过所述位置p2且沿周向延伸，所述第一弧线正交假想线通过所述位置p2且沿与弧线正交的方向延伸，所述第一转子轴方向假想线通过所述位置p2且沿转子轴方向延伸，

所述第二假想线位于由第二周向假想线、第二弧线正交假想线以及第二转子轴方向假想线限定的范围内，所述第二周向假想线通过所述位置p3且沿周向延伸，所述第二弧线正交假想线通过所述位置p3且沿与弧线正交的方向延伸，所述第二转子轴方向假想线通过所述位置p3且沿转子轴方向延伸，

所述边界线是通过所述位置p1的直线，且形成于所述第一假想线与所述第二假想线之间的所述顶面上。

(5)在几个实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，

在将所述第二周向假想线与所述负压面的交点的位置设为p4时，

所述位置p1位于比所述位置p4靠所述翼型部的前缘侧的位置。

在冷却流路中的最接近后缘的出口开口附近，热伸长量尤其容易增大，顶面与静止壁面的接触风险容易升高。因此，通过如上述(5)的结构所示那样使位置p1位于比位置p4靠前缘侧的位置，从而能够有效地降低出口开口附近的顶面与静止壁面的接触风险，并且抑制涡轮动叶的来自顶面的燃烧气体的漏流。

(6)在几个实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，

在将所述第二弧线正交假想线与所述负压面的交点的位置设为p5时，

所述位置p1位于比所述位置p5靠所述翼型部的前缘侧的位置。

在冷却流路中的最接近后缘的出口开口附近，热伸长量尤其容易增大。因此，通过如上述(6)的结构所示那样使位置p1位于比位置p5靠前缘侧的位置，从而能够有效地降低顶面与静止壁面的接触风险，并且维持出口附近的适当的顶隙。

(7)在几个实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，

在将所述第二转子轴方向假想线与所述负压面的交点的位置设为p6时，

所述位置p1位于比所述位置p6靠所述翼型部的前缘侧的位置。

在冷却流路中的最接近后缘的出口开口附近，热伸长量尤其容易增大。因此，通过如上述(7)的结构所示那样使位置p1位于比位置p6靠前缘侧的位置，从而能够有效地降低顶面与静止壁面的接触风险，并且维持出口附近的适当的顶隙。

(8)在几个实施方式中，在上述(2)至(7)中任一结构的基础上，

所述边界线沿着与所述转子轴正交的方向延伸。

通过以前缘区域与后缘区域的边界线沿着与转子轴正交的周向延伸的方式构成涡轮动叶的顶面，边界线的形成变得容易。

(9)在几个实施方式中，在上述(2)至(7)中任一结构的基础上，

所述边界线沿着所述转子轴的轴向延伸。

通过以前缘区域与后缘区域的边界线沿着转子轴的轴向延伸的方式构成涡轮动叶的顶面，边界线的形成变得容易。

(10)在几个实施方式中，在上述(2)至(7)中任一结构的基础上，

所述边界线沿着与弧线正交的方向延伸。

通过以前缘区域与后缘区域的边界线沿着与弧线正交的方向延伸的方式构成涡轮动叶的顶面，边界线的形成变得容易。

(11)在几个实施方式中，在上述(1)至(10)中任一结构的基础上，在所述顶面的周向上的所述负压面侧的端部沿着叶片面形成有从所述顶面向径向外侧突出的凸部，所述凸部的顶部相对于所述顶面在径向上的高度从前缘到后缘恒定。

通过以在所述顶面的负压面侧端部具备凸部的方式构成涡轮动叶的顶面，能够进一步减少流过顶面的漏流，从而改善涡轮的空气动力性能。

(12)在几个实施方式中，在上述(1)至(11)中任一结构的基础上，

所述翼型部包括形成所述顶面的顶板，

所述顶板在与所述前缘区域的至少一部分对应的范围内构成为随着接近所述后缘而厚度增大，

所述顶板在与所述后缘区域的至少一部分对应的范围内构成为随着接近所述后缘而厚度减小。

根据上述(12)的结构，前缘区域与后缘区域的温度被均匀化，从而能够抑制顶板的金属温度的上升。

(13)在几个实施方式中，在上述(1)至(12)中任一结构的基础上，

所述翼型部包括形成所述顶面的顶板，

所述顶板在所述前缘区域以及所述后缘区域中以相同的厚度形成。

根据上述(13)的结构，从前缘区域到后缘区域的顶板的厚度被均匀化，因此能够抑制顶板中的热应力的产生。

(14)在几个实施方式中，在上述(1)至(13)中任一结构的基础上，

所述翼型部包括形成所述顶面的顶板，

所述冷却流路包括从前缘侧配置到后缘侧的迂回流路，

所述迂回流路的径向外侧端部包括用于使流动反转的至少一个返回部，

所述顶板中的与所述顶面相反一侧的壁面包括形成所述返回部的至少一个返回部形成壁面，

所述返回部形成壁面以随着接近所述后缘而趋向径向内侧的方式倾斜。

根据上述(14)的结构，即使在设置了以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面的情况下，通过使各返回部形成壁面以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式倾斜，从而顶板的厚度被均匀化，进而能够抑制热应力的产生。

(15)在几个实施方式中，在上述(1)至(14)中任一结构的基础上，

所述翼型部包括形成所述顶面的顶板，

所述冷却流路包括从前缘侧配置到后缘侧的迂回流路，

所述迂回流路的径向外侧端部包括用于使流动反转的第一返回部以及第二返回部，

所述顶板中的与所述顶面相反一侧的壁面包括：第一返回部形成壁面，其形成所述第一返回部；以及第二返回部形成壁面，其相对于所述第一返回部形成壁面以隔着分隔壁的方式在后缘侧相邻，并且形成所述第二返回部，

所述第一返回部形成壁面以及所述第二返回部形成壁面分别形成为与所述转子轴平行，

所述第一返回部形成壁面距所述转子轴的高度比所述第二返回部形成壁面距所述转子轴的高度大。

根据上述(15)的结构，即使在设置了以随着接近后缘而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面的情况下，通过使第一返回部形成壁面距转子轴的高度比第二返回部形成壁面距转子轴的高度大，从而顶板的厚度被均匀化，进而能够抑制热应力的产生。

(16)本发明的至少一实施方式的涡轮具备：

转子轴；

上述(1)至(15)中任一项所记载的涡轮动叶；以及

环状的静止壁面，其与所述涡轮动叶的顶面对置。

根据上述(16)的结构，由于具备上述(1)至(15)中任一项所记载的涡轮动叶，因此能够使顶隙接近均匀，从而有效地抑制顶面与静止壁面的间隙处的漏流所引起的损失。

(17)本发明的至少一实施方式的顶隙测量方法对涡轮动叶的顶面与涡轮的静止壁面之间的顶隙进行测量，其中，

所述顶面包括位于前缘侧且形成为与所述静止壁面平行的前缘区域、以及以随着接近后缘而与所述静止壁面之间的间隔增大的方式倾斜的后缘区域，

所述顶隙测量方法包括前缘区域测量步骤，在该前缘区域测量步骤中，对所述前缘区域与所述静止壁面之间的顶隙进行测量。

根据上述(17)的方法，在热伸长量容易增大的后缘侧设置的后缘区域包括以随着接近后缘而与静止壁面的间隔增大的方式倾斜的倾斜面。因此，由于在燃气轮机的运转时主要是后缘区域发生变形，因此能够使顶面各处的顶隙接近均匀。

另外，由于前缘区域形成为与转子轴平行，因此前缘区域的顶隙在各处均匀。因此，在前缘区域测量步骤中对前缘区域的顶隙进行测量时，无论在前缘区域的任何位置进行测量都能够高精度地对顶隙进行测量，顶隙的管理容易。

(18)在几个实施方式中，在上述(17)的方法的基础上，

在所述前缘区域测量步骤中，从所述涡轮动叶的负压面侧对所述前缘区域与所述静止壁面之间的顶隙进行测量。

根据上述(18)的方法，通过从涡轮动叶的负压面侧将锥度规等测量器插入顶面与静止壁面之间的间隙，从而能够高精度地测量顶隙。

发明效果

根据本发明的至少一个实施方式，能够容易地适当设定顶隙，从而抑制由顶隙出的漏流引起的损失，进而提高燃气轮机的热效率。

附图说明

图1是一实施方式的燃气轮机的概要结构图。

图2是一实施方式的涡轮动叶的概要结构图。

图3是从径向外侧观察示出一实施方式的相邻的涡轮动叶的动叶栅时的结构图，且是示出最上游侧边界线和最下游侧边界线的结构图。

图4是示出一实施方式的最佳边界线、最上游侧边界线以及最下游侧边界线的结构图。

图5是其他实施方式的涡轮动叶的概要结构图。

图6是示出其他实施方式的最佳边界线和最上游侧边界线的结构图。

图7是其他实施方式的涡轮动叶的概要结构图。

图8是示出图7中的a-a剖面的图。

图9是示出一实施方式的翼型部的结构的一例的剖视图。

图10是示出一实施方式的翼型部的其他结构的剖视图。

图11是示出一实施方式的翼型部的其他结构的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是简单的说明例。

例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对的或绝对的配置的表达不仅表示严格上那样的配置，还表示具有公差或者能够得到相同功能的程度的角度、距离而相对地位移了的状态。

例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示物事相等的状态的表达不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差或者能够得到相同功能的程度的差的状态。

例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表达不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。

另一方面，“具备”、“配备”、“含有”、“包括”或“具有”一构成要素这样的表达不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。

图1是一实施方式的燃气轮机的概要结构图。

如图1所示，燃气轮机1具备用于生成压缩空气的压缩机2、用于使用压缩空气以及燃料来产生燃烧气体的燃烧器4、以及构成为由燃烧气体驱动旋转的涡轮6。在发电用的燃气轮机1的情况下，在涡轮6连结有未图示的发电机。

压缩机2包括固定于压缩机机室10侧的多个静叶16、以及以相对于静叶16交替排列的方式植设于转子轴8的多个动叶18。

从空气取入口12取入的空气被送向压缩机2，该空气通过多个静叶16以及多个动叶18而被压缩，由此成为高温高压的压缩空气。

向燃烧器4供给燃料、以及由压缩机2生成的压缩空气，在该燃烧器4中燃烧燃料，从而生成作为涡轮6的工作流体的燃烧气体。如图1所示，燃气轮机1具有在外壳20内以转子为中心沿周向配置多个的燃烧器4。

涡轮6具有由涡轮机室22形成的燃烧气体流路28，且包括设置于该燃烧气体流路28的多个涡轮静叶24以及涡轮动叶26。涡轮静叶24被从涡轮机室22侧支承，沿转子轴8的周向排列的多个涡轮静叶24构成静叶栅。另外，涡轮动叶26植设于转子轴8，沿转子轴8的周向排列的多个涡轮动叶26构成动叶栅。静叶栅与动叶栅在转子轴8的轴线方向上交替地排列。

在涡轮6中，流入燃烧气体流路28的来自燃烧器4的燃烧气体通过多个涡轮静叶24以及多个涡轮动叶26，从而驱动转子轴8旋转，进而驱动与转子轴8连结的发电机而生成电力。驱动涡轮6后的燃烧气体经由排气室30向外部排出。

以下，将燃气轮机1的轴向(转子轴8的轴线方向)简单地记载为“轴向”，将燃气轮机1的径向(转子轴8的径向)简单地记载为“径向”，将燃气轮机1的周向(转子轴8的周向)简单地记载为“周向”。另外，对于燃烧气体流路28中的燃烧气体的流动方向，将轴向上的上游侧简单地记载为“上游侧”，将轴向上的下游侧简单地记载为“下游侧”。

图2是一实施方式的涡轮动叶26的概要结构图。图3是从径向外侧观察示出彼此在周向上相邻的涡轮动叶26的动叶栅时的图。

如图2所示，涡轮动叶26具备固定于转子轴8的基端部32、以及在内部形成有冷却流路34的翼型部36。另外，如图3所示，翼型部36包括正压面38、负压面40、以及将正压面38与负压面40连接的顶面42。顶面42以与涡轮机室22(参照图1)的环状的静止壁面54(参照图2)对置的方式配置。

在几个实施方式中，例如如图2以及图3所示，顶面42包括前缘区域44，其形成于前缘48侧，且形成为与转子轴8(转子轴8的轴线)平行；以及后缘区域46，其与前缘区域44在轴向上相邻，在前缘区域44与后缘区域46之间形成有边界线。后缘区域46包括倾斜面52，该倾斜面52以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式以边界线为界相对于前缘区域44倾斜。

在燃气轮机1的翼型部36由与转子轴8平行的平坦的顶面42形成的动叶26的情况下，在通常的运转时(例如，额定负载运转时的涡轮动叶的温度上升了的高温状态)，涡轮动叶26受到离心力、从气体流动受到的力以及热伸长的影响而发生变形。特别是，在冷却流路中流动的冷却介质的温度容易在涡轮动叶26的后缘50侧因由来自燃烧气体的热量输入引起的加热而升高，从而后缘50侧的径向上的热伸长量容易增大。因此，在燃气轮机1的运转停止时(涡轮动叶26的温度未上升而成为常温或接近常温的状态)涡轮动叶26的顶面42与涡轮机室22的静止壁面54之间的距离(以下，称为“顶隙”。)从前缘48到后缘50为止被设定为恒定的间隙量的情况下，在燃气轮机1的运转时热伸长量较大的后缘50侧，涡轮动叶26的顶面42与涡轮机室22的静止壁面54的接触风险容易升高。另一方面，若以涡轮动叶26的顶面42与涡轮机室22的静止壁面54在后缘50侧不会发生接触的方式形成运转停止时的顶隙从前缘48到后缘50为止同样地增大的翼型部36，则燃气轮机的通常运转时的前缘侧处的顶隙变得过大，燃气轮机的性能降低。即，与后缘50侧相比，前缘48侧的在翼型部36内流动的冷却介质的温度较低，径向上的热伸长量被抑制得较小，因此存在燃气轮机1的通常运转时的前缘48侧的间隙增大的倾向。

因此，若使从前缘48到后缘50为止的叶端高度(从转子轴8的中心到顶面42的高度)相同，则通常运转时的前缘48侧的顶隙与后缘50侧相比相对增大，来自前缘48侧的叶端(顶面42)的燃烧气体的漏流增加，从而成为涡轮动叶26的空气动力性能降低的原因。

对此，在图2所示的涡轮动叶26中，在热伸长量容易增大的后缘50侧设置的后缘区域46包括以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面52。即，后缘区域46包括在燃气轮机的运转停止时以随着接近后缘50而顶隙增大的方式倾斜的倾斜面52。因此，如图2的虚线所示，将倾斜面52形成为，由于在燃气轮机1的通常运转时主要是后缘区域46由于热伸长而向径向外侧方向变形，从而顶面42的从前缘48到后缘50为止的顶隙接近均匀的间隙量。

另外，由于前缘区域44形成为与转子轴8平行，因此在前缘区域44中形成为从转子轴8的中心到顶面42(顶板60)为止的高度均匀，涡轮动叶26的顶隙在前缘区域44的各部位均匀。因此，在通过锥度规等测量器14测量顶隙时，无论在前缘区域44的任何位置进行测量都能够适当地管理顶隙，顶隙的管理容易。即，在前缘区域44中，翼型部36的径向上的热伸长较小，因此稳定运转中的顶隙的变化量较小，从而容易将顶板60(顶面42)与静止壁面54之间的间隙量管理为适当量。因此，能够有效地抑制由前缘区域44中的顶面42与静止壁面54之间的间隙处的漏流引起的损失。

如上所述，划分前缘区域与后缘区域的最佳边界线的位置根据涡轮动叶26的运转条件以及叶片结构等发生变化，需要选定符合条件的最佳边界线。

在此，以下对边界线的选定的基本思路进行说明。顶隙以涡轮机室22的静止壁面54与涡轮动叶26的顶面之间的间隙测量为前提而被管理。即，在翼型部36的热伸长的变化影响到接近前缘48侧的范围的涡轮动叶26的情况下，需要将边界线配置于接近前缘48的位置，在热伸长较小的涡轮动叶26的情况下，也可将边界线配置于接近后缘50的位置。

但是，在将边界线配置于接近前缘48的位置的情况下，配置边界线的位置的选定存在极限。即，如上所述，成为顶隙管理的前提的间隙量的测量需要使测量器与叶片面37垂直地接触来进行测量，若无法做到这一点则无法测量出准确的间隙量。如以下说明的那样，在前缘48附近进行间隙测量的情况下，涡轮动叶26的叶片面37即负压面40的喉部位置是轴向上最靠上游侧的能够进行测量的极限位置。对于比该位置靠轴向上游侧处的测量，相邻的动叶26成为阻碍，从而无法进行准确的测量。如图3所示，从相邻的涡轮动叶26的后缘50(后缘端部50a)引至负压面40上的垂线v相当于与相邻的动叶26之间的喉部58，垂线v与负压面40的交点是负压面40上的喉部的位置p2。将通过位置p2且划分前缘区域44与后缘区域46的假设的边界线称为假想线，将在最接近前缘48的位置形成的假想线选定为最上游侧假想线(第一假想线)ll1。

但是，虽然通过位置p2的最上游侧假想线ll1存在有无数条，但从在顶面42上形成边界线的容易性的观点出发，该最上游侧假想线ll1被限定于一定程度的范围内。图3所示的假想线l1是通过位置p2且与转子轴8正交并沿周向延伸的最上游侧周向假想线。假想线l2是通过位置p2且与弧线cl正交的弧线最上游侧正交假想线。假想线l3是通过位置p2且沿转子轴8延伸的最上游侧转子轴方向假想线。任一假想线都以是位置p2为起点、通过位置p2并呈直线状延伸、且在两端与叶片面37相交的线。

但是，在三条假想线中，假想线l3是最接近前缘48的最上游侧假想线ll1。最上游侧假想线ll1位于由假想线l1、假想线l2以及假想线l3限定的范围内，能够在从假想线l1(最上游侧周向假想线)绕逆时针方向至假想线l3(最上游侧转子轴方向假想线)为止之间的范围内进行选定。

接下来，关于设想为对最佳边界线进行限定的其他假想线的最下游侧假想线ll2的选定，在下文进行说明。图3所示的通过配置于后缘50侧的出口开口56的位置即位置p3的直线相当于最下游侧假想线(第二假想线)ll2，其详情后述。出口开口56附近的翼型部36是最容易在径向上延伸的结构。

图3所示的假想线l11是通过位置p3且与转子轴8正交并沿周向延伸的最下游侧周向假想线。假想线l12是通过位置p3且与弧线cl正交的最下游侧弧线正交假想线。假想线l13是通过位置p3且沿转子轴8延伸的最下游侧转子轴方向假想线。最下游侧假想线ll2位于由假想线l11、假想线l12以及假想线l13限定的范围内，能够在从假想线l11(最下游侧周向假想线)绕逆时针方向至假想线l13(最下游侧转子轴方向假想线)为止之间的范围内进行选定。

在涡轮动叶26中，根据叶片结构、运转条件以及翼型部36的位置而热伸长量不同。图4示出最佳边界线ll形成在最上游侧假想线l1、l2、l3与最下游侧假想线l11、l12、l13之间的例子。图4所示的例子示出将通过位置p1且与转子轴8正交并沿周向延伸的周向假想线作为最佳边界线ll的一例。

基于以上所述的基本思路，以下具体地进行说明。

在几个实施方式中，例如如图3所示，将假想线l1、l2、l3与负压面40上的交点的位置设为位置p2，在该位置p2与相邻的涡轮动叶26之间形成喉部58。需要说明的是，“负压面40上的与相邻的涡轮动叶26之间形成喉部58的位置”是指从相邻的涡轮动叶26的后缘50引至负压面40上的垂线v与负压面40的交点、且表示负压面40上的喉部58的位置的位置p2。

为了高精度地测量顶隙，优选从涡轮动叶26的负压面40侧沿着与负压面40垂直的方向h即垂线v将锥度规等测量器14插入顶面42与静止壁面54的间隙。为了准确地测量间隙量，测量器14优选与测量点的叶片面(负压面40)垂直地接触。也就是说，在从相邻的涡轮动叶26侧使测量器14抵接来测量顶隙的间隙量的情况下，在从前缘48到后缘50为止的负压面40上的范围内，最接近前缘48的位置是上述的负压面40上的喉部58的位置p2。对于比该位置p2靠近前缘48侧的位置，相邻的动叶26成为阻碍，无法使测量器14与负压面40垂直地接触，从而难以进行准确的间隙量的测量。

在几个实施方式中，例如如图3所示，通过位置p2的假想线对最接近前缘48的最上游侧假想线进行限定。如上所述，作为最上游侧假想线，能够选定假想线l1、l2、l3。假想线l1是与转子轴8正交、沿着周向呈直线状延伸、并对前缘48侧的前缘区域44与后缘50侧的后缘区域46进行划分的假想线。

若将假想线l1被确定在与转子轴8正交的方向上，则假想线l1的定位变得容易。因此，通过以前缘区域44与后缘区域46的假想线l1沿着与转子轴正交的周向延伸的方式构成顶面42，能够使前缘区域44与后缘区域46之间的假想线l1形成于顶面42上的准确的位置，从而能够准确地管理顶隙即顶板60(顶面42)与静止壁面54之间的间隙量。

假想线l2是通过位置p2且沿与弧线cl正交方向呈直线状延伸的弧线方向假想线。假想线l2是与弧线cl正交的直线，因此定位容易，边界线的加工也容易。

假想线l3是通过位置p2且沿着转子轴8方向呈直线状延伸的转子轴方向假想线。假想线l3是在转子轴8方向上与转子轴8平行地延伸的直线，因此定位容易，边界线的加工也容易。

接下来，对最下游侧假想线ll2的选定进行说明。

在几个实施方式中，例如如图2以及图3所示，冷却流路34形成后述的迂回流路62，在最接近后缘50的最终冷却流路34a中流下的冷却介质从形成于顶面42的出口开口56排出。需要说明的是，出口开口56形成于最终冷却流路34a的径向外侧端的顶板60，并与最终冷却流路34a直接连结。冷却介质的一部分从最终冷却流路34a分支而从多个冷却孔63排出到燃烧气体中，该多个冷却孔63在后缘50的朝向端部50a的轴向下游侧的后缘端面50b开口且在径向上排列。在冷却介质经由多个冷却孔63排出到燃烧气体中的过程中，后缘50的端部50a被冷却，从而能够防止后缘端部50a的热损伤。

对于最接近后缘50的出口开口56附近的翼型部36，虽然通过针对冷却介质的加热等的对策而使冷却得到各种强化，但其依旧是径向上的热伸长最大的部分。因此，将出口开口56b的中心的位置设为p3，通过位置p3的假想线l11、l12、l13作为最下游侧假想线ll2的一部分而形成。需要说明的是，如图3中以虚线所示那样，在从径向外侧观察叶片截面的情况下，出口开口56b的位置p3形成于最终冷却流路34a的流路截面内。

假想线l11是通过位置p3、与转子轴8正交、并沿周向延伸的直线状的周向假想线。假想线l11在负压面40上相交的交点是位置p4。假想线l11是与转子轴8正交的直线，因此定位容易，边界线的加工也容易。

假想线l12是通过位置p3、且沿与弧线cl正交的方向呈直线状延伸的弧线方向假想线。假想线l12在负压面40上相交的交点是位置p5。假想线l12是与弧线cl正交的直线，因此定位容易，边界线的加工也容易。

假想线l13是通过位置p3、且沿着转子轴8方向呈直线状延伸的转子轴方向假想线。假想线l13在负压面40上相交的交点是位置p6。假想线l13是在转子轴8方向上与转子轴8平行地延伸的直线，因此定位容易，边界线的加工也容易。

如上所述，最下游侧假想线ll2优选选定最下游侧周向线即假想线l11与最下游侧转子轴方向假想线即l13之间的边界线。也就是说，最下游侧假想线ll2优选在从假想线l11(最下游侧周向假想线)绕逆时针方向至假想线l13(最下游侧转子轴方向假想线)为止的范围内进行选定。

图4是在涡轮动叶26的顶面42中示出边界线的轴向上游侧的极限即最上游侧假想线ll1以及轴向下游侧的极限即最下游侧假想线ll2、并且作为一例表示出根据叶片结构、运转条件选定的最佳边界线ll的结构图。最佳边界线ll形成在最上游侧假想线ll1与最下游侧假想线ll2之间。在最佳边界线ll的选定时，考虑叶片结构、运转条件等来推测顶隙(间隙量)，从而选定位置p1和最佳边界线ll。

在图4中，优选接近前缘48的轴向上游侧的位置至少与位置p2一致、或者位置p1位于比位置p2靠后缘50侧的位置。另外，接近后缘50侧的轴向下游侧的位置p1优选与关于假想线l11(最下游侧周向假想线)的交点即位置p4一致、或配置于比位置p4靠前缘48侧的位置。或者，位置p1优选与关于假想线l12(最下游侧弧线正交方向假想线)的交点即位置p5一致、或配置于比位置p5靠前缘48侧的位置。或者，位置p1优选与关于假想线l13(最下游侧转子轴方向假想线)的交点即位置p6一致、或配置于比位置p6靠前缘48侧的位置。若配置这样的位置p1，并将形成于最上游侧假想线ll1与最下游侧假想线ll2之间的规定的边界线选定为最佳边界线ll，则能够容易且高精度地测量前缘区域44与静止壁面54之间的顶隙。另外，若能够形成准确的最佳边界线ll，则能够选定准确的顶隙(间隙量)，因此能够抑制来自顶面42的燃烧气体的漏流。另外，能够以不与相邻的涡轮动叶26的后缘50发生干涉的方式顺畅地将锥度规等测量器14插入前缘区域44与静止壁面54的间隙。

如上所述，在冷却流路34中的最接近后缘50的出口开口56b附近，热伸长量尤其容易增大，顶面42与静止壁面54的接触风险容易升高。因此，如上所述，通过使位置p1位于比关于假想线l11的交点即位置p4靠前缘48侧的位置，能够有效地降低出口开口56b附近的顶面42与静止壁面54的接触风险。

在几个实施方式中，例如如图3所示，在顶面42中，在将通过位置p3且与周向平行的直线l3与负压面40的交点设为p5时，位置p1位于比位置p5靠翼型部36的前缘48侧的位置。

在冷却流路34中的最接近后缘50的出口开口56b附近，在迂回流路62中流动的冷却介质的温度由于来自燃烧气体的热量输入而被加热，热伸长量尤其容易增大，顶面42与静止壁面54的接触风险容易升高。因此，如上所述，通过使位置p1位于比关于假想线l12的交点即位置p5靠前缘48侧的位置，能够有效地降低顶面42与静止壁面54的接触风险，并且抑制涡轮动叶26的来自顶面42(倾斜面52)的燃烧气体的漏流。

在冷却流路34中的最接近后缘50的出口开口56b附近，向径向外侧的热伸长量尤其容易增大，顶面42与静止壁面54的接触风险容易升高。因此，如上所述，通过使位置p1位于比关于假想线l13的交点即位置p6靠前缘48侧的位置，能够有效地降低出口开口56b附近的顶面42与静止壁面54的接触风险。

在选定最佳边界线ll的情况下，也可以考虑最上游侧假想线ll1和最下游侧假想线ll2的位置，根据推定的间隙量的分布来选定边界线的位置p1，根据前缘区域44与后缘区域46的间隙量的分布来选定通过位置p1的假想线，并将该假想线设为最佳边界线ll。

在几个实施方式中，如图5以及图6所示，示出在涡轮动叶26的后缘50没有冷却介质的出口开口的方案。图5是其他实施方式的涡轮动叶的概要结构图。图6是示出其他实施方式的最佳边界线和最上游侧边界线的结构图。在涡轮动叶26的翼型部36的内部形成的冷却流路34形成迂回流路62，在最接近后缘50的最终冷却流路34a的径向外侧端不具备前述那样的在顶面42以与最终冷却流路34a直接连结的方式形成的出口开口。最终冷却流路34a与在径向上排列的冷却孔63连接，该冷却孔63的一端与所述最终冷却流路34a连通，另一端在后缘50的朝向轴向下游侧的后缘端部50a开口。在供给到最终冷却流路34a的冷却介质的全部量从最终冷却流路34a流过冷却孔63、并从后缘端部50a排出到燃烧气体中的过程中，对后缘50的后缘端部50a进行对流冷却，从而防止后缘端部50a的热损伤。

最终冷却流路34a的径向外侧端附近的翼型部36在冷却介质在迂回流路62中流动的过程中被冷却介质加热。因此，对于与径向外侧附近的最终冷却流路34a连接的冷却孔63附近的顶面42侧的后缘端部50a附近，尽管被冷却介质冷却，但还是成为翼型部36中最过热的部位，因此向径向外侧方向的热伸长最大。

如图6所示，在本实施方式的情况下，最佳边界线ll以位于轴向上游侧的最上游侧假想线ll1为上限、以后缘端部50a及最下游侧假想线ll2(实质上相当于后缘端面50b)为下限而形成在它们中间。最佳边界线ll与负压面40相交的位置p1优选至少与位置p2一致、或位置p1位于比位置p2靠后缘50侧的位置。另外，确定最佳边界线ll的下限的位置p1如上述那样与后缘端部50a的位置一致。需要说明的是，如图6中以虚线所示那样，在从径向外侧观察叶片截面的情况下，在后缘50侧的最终冷却流路34a的流路截面内的顶面42上未形成有冷却介质的出口开口。

若配置这样的位置p1，并将形成在最上游侧假想线ll1与最下游侧假想线ll2之间的规定的边界线选定为最佳边界线ll，则能够以不与相邻的涡轮动叶26的后缘50发生干涉的方式顺畅地将锥度规等测量器14插入前缘区域44与静止壁面54的间隙。由此，能够容易且高精度地测量前缘区域44与静止壁面54的顶隙。另外，若能够形成准确的最佳边界线ll，则能够选定准确的顶隙(间隙量)，因此能够抑制来自顶面42的燃烧气体的漏流。

图7是示出其他实施方式的涡轮动叶26的顶面42的结构的俯视图。图8是从轴向观察其他实施方式的涡轮动叶26时的剖视图，且是示出图7的a-a截面的图。

在几个实施方式中，例如如图7以及图8所示，涡轮动叶26包括凸部51(也被称为叶尖或叶顶)，该凸部51是顶面42上的周向上的负压面40侧的端部，沿着叶片面37形成于从前缘48至后缘50之间，并从顶面42向径向外侧方向突出。

如图8所示，凸部51沿着涡轮动叶26的负压面40侧的叶片面37以从顶面42的表面向径向外侧方向突出高度h的方式形成，并从前缘48延伸至后缘50。

在本实施方式中也同样地，例如如图7以及图8所示，顶面42包括：前缘区域44，其位于前缘48侧，且形成为与转子轴8平行；以及后缘区域46，其与前缘区域44在轴向上相邻。后缘区域46包括倾斜面52，该倾斜面52以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式相对于前缘区域44倾斜。

如图8所示，顶面42上的沿着负压面40侧的叶片面37延伸的凸部51以从顶面42向径向外侧方向维持高度h的方式从前缘48形成至后缘50。即，形成在顶面42上的前缘区域44以及后缘区域46也形成于在周向上相邻的凸部51的朝向径向外侧的平面形状的顶部51a。

在本实施方式的情况下，涡轮动叶26的翼型部36与静止壁面54之间的间隙测量通过测量形成于负压面40侧的凸部51的顶部51a与静止壁面54之间的间隙量来进行。因此，相当于喉部位置的位置p2形成于凸部51的顶部51a上。在本实施方式中也同样地，通过凸部51的顶部51a上确定的位置p2的假想线也对最接近前缘48的最上游侧假想线ll1进行限定，作为最上游侧假想线ll1而选定假想线l1、l2、l3。具体而言，如图7所示，假想线l1相当于与转子轴8正交的最上游侧周向假想线l1，假想线l2相当于与弧线cl正交的最上游侧弧线正交假想线l2，假想线l3相当于与转子轴8平行地延伸的最上游侧转子轴方向假想线l3。

但是，最上游侧假想线ll1位于由假想线l1、假想线l2以及假想线l3限定的范围内，能够在从假想线l1(最上游侧周向假想线)绕逆时针方向至假想线l3(最上游侧转子轴方向假想线)为止之间的范围内进行选定。

以凸部51的顶部51a的沿着叶片面37形成的位置p2作为一端而呈直线状延长至另一方的叶片面37的位置的最上游侧假想线ll1也形成在顶面42上。

在几个实施方式中，例如如图7以及图8所示，将形成于顶面42的最终冷却流路62a的出口开口56b的中心的位置设为p3，通过位置p3的假想线形成最下游侧假想线。与转子轴8正交且沿周向延伸的直线状的周向假想线l11、与弧线cl正交的弧线方向假想线l12、以及与转子轴8平行地延伸的转子轴方向假想线l13形成为最下游侧假想线ll2的一部分。需要说明的是，最下游侧假想线ll2优选在从假想线l11(最下游侧周向假想线)绕逆时针方向至假想线l13(最下游侧转子轴方向假想线)为止的范围内进行选定。最下游侧假想线ll2形成在顶面42上，并且也形成在凸部51的顶部51a上。

在图7中示出本实施方式的最佳边界线ll的一例。形成于顶面42上的最佳边界线ll在沿着叶片面37的相同位置也形成在凸部51的顶部51a上。因此，凸部51的顶部51a相对于顶面42之间的高度h从前缘48到后缘50维持相同的高度。需要说明的是，对于最佳边界线ll，考虑叶片结构、运转条件等，根据推测值等选定顶隙(间隙量)，从而选定其位置p1和最佳边界线ll延伸的方向。

以最佳边界线ll为边界而形成在顶面42上的前缘区域44以及后缘区域46也形成在凸部51的顶部51a上。形成于顶面42的前缘区域44与后缘区域46的边界线的位置与形成在凸部51的顶部51a上的前缘区域44与后缘区域46的边界线的位置p1在沿着叶片面37的方向上一致。因此，顶面42上的前缘区域44和凸部51的顶部51a上的前缘区域44形成为与转子轴8平行。另外，与顶面42上的后缘区域46同样地，在凸部51的顶部51a上的后缘区域46形成有倾斜面51b，该倾斜面51b从最佳边界线ll的位置向后缘50的方向随着接近后缘50而向径向内侧倾斜。在该情况下，凸部51的顶部51a相对于顶面42之间的高度h也如上述那样从前缘48到后缘50维持相同的高度h。

根据本实施方式的结构，通过设置在翼型部36的顶面42上的负压面40侧形成的凸部，顶面42与静止壁面54之间的间隙缩小，越过顶面42的燃烧气体的漏流减少，涡轮的空气动力性能提高。

由于将凸部51的顶部51a的从前缘48到后缘50为止的沿着叶片面的形状设为与顶面42相同的形状，因此能够减少燃烧气体的漏流，并且也能够避免与静止壁面54的干涉，从而实现燃气轮机1的稳定运转。

图9是示出一实施方式的翼型部36的结构的一例的剖视图。图10是示出一实施方式的翼型部36的其他结构的剖视图。图11是示出一实施方式的翼型部36的其他结构的剖视图。

在几个实施方式中，例如如图9～图11所示，翼型部36包括形成顶面42的顶板60。

在几个实施方式中，例如如图9所示，顶板60的厚度t在与前缘区域44的至少一部分对应的范围内随着接近后缘50而增大。另外，顶板60的厚度t在与后缘区域46的至少一部分对应的范围内随着接近后缘50而减小。在图示的例示性的方案中，顶板60在前缘区域44的全部范围内构成为随着接近后缘50而厚度t增大，且在后缘区域46的全部范围内构成为随着接近后缘50而厚度t减小。

根据上述结构，从前缘48到后缘50的顶板60的厚度t的变化较小，前缘区域44与后缘区域46的温度被均匀化，从而能够抑制顶板60的金属温度的上升。

在几个实施方式中，例如如图10所示，顶板60在前缘区域44以及后缘区域46的任一区域中都以相同的厚度t形成。

根据上述结构，翼型部36的从前缘区域到后缘区域的顶板的厚度被均匀化，因此能够抑制顶板中的热应力的产生。

在几个实施方式中，例如如图2以及图9～图11所示，冷却流路34包括配置于前缘48侧的直线流路59。直线流路59包括设置于基端部32的入口开口35a、以及设置于顶面42的出口开口56a，且该直线流路59在翼型部36的内部沿着径向向一个方向延伸。

在几个实施方式中，例如如图2以及图9～图11所示，冷却流路34包括从前缘48侧配置到后缘50侧的迂回流路62。在图示的例示性的方案中，迂回流路62包括在前缘侧设置于基端部32的入口开口35b、以及在后缘侧设置于顶面42的上述的出口开口56b，且该迂回流路62构成为在入口开口35b与出口开口56b之间一边在径向上折回一边蛇行。迂回流路62的径向外侧端部64包括用于使冷却介质的流动反转的至少一个以上的返回部66(66a、66b)。在图示的例示性的方案中，迂回流路62的径向外侧端部64包括用于使流动反转的第一返回部66a以及第二返回部66b。

如图9～图11所示，顶板60中的在径向内侧与顶面42相反一侧的壁面68包括形成返回部66的至少一个以上的返回部形成壁面70(70a、70b)。在图示的例示性的方案中，顶板60中的在径向内侧与顶面42相反一侧的壁面68包括：第一返回部形成壁面70a，其形成第一返回部66a；以及第二返回部形成壁面70b，其相对于第一返回部形成壁面70a以隔着分隔壁72的方式在后缘50侧相邻，并且形成第二返回部66b。

在几个实施方式中，例如如图9所示，各返回部形成壁面70(70a、70b)以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式倾斜。在图示的例示性的方案中，在将倾斜面52相对于轴向的倾斜角设为θ1，将各返回部形成壁面70(70a、70b)相对于轴向的倾斜角设为θ2时，满足θ1＞θ2。

根据上述结构，即使在设置了以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面52的情况下，通过使各返回部形成壁面70(70a、70b)以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式倾斜，从而容易确保热伸长量容易增大的后缘50侧的顶板60的壁厚。

在几个实施方式中，例如如图11所示，第一返回部形成壁面70a以及第二返回部形成壁面70b分别形成为与转子轴8平行，第一返回部形成壁面70a距转子轴8的高度h1比第二返回部形成壁面70b距转子轴8的高度h2大。即，顶板60中的与顶面42相反侧的内壁面68以随着趋向下游侧而距转子轴8的高度减小的方式成为台阶状。

根据上述结构，即使在设置了以随着接近后缘50而趋向径向内侧的方式倾斜的倾斜面52的情况下，通过使第一返回部形成壁面70a距转子轴8的高度h1比第二返回部形成壁面70b的距转子轴8的高度h2大，由此容易确保热伸长量容易增大的后缘50侧的顶板60的相对相同的壁厚，从而能够抑制热应力的产生。

本发明不限定于上述的实施方式，还包括对上述的实施方式施加变形而得的方式、将这些方式适当组合而得的方式。

附图标记说明：

1...燃气轮机；

2...压缩机；

4...燃烧器；

6...涡轮；

8...转子轴；

10...压缩机机室；12...入口；

14...测量器；

16...静叶；

18...动叶；

22...涡轮机室；

24...涡轮静叶；

26...涡轮动叶；

28...燃烧气体流路；30...排气室；

32...基端部；

34...冷却流路；

34a...冷却孔；

35(35a、35b)...入口开口；

36...翼型部；

37...叶片面；

38...正压面；

40...负压面；

42...顶面；

44...前缘区域；

46...后缘区域；

48...前缘；

50...后缘；

50a...后缘端部；

50b...后缘端面；

51...凸部；

51a...顶部；

52、51b...倾斜面；

54...静止壁面；

56(56a、56b)...出口开口；

58...喉部；

59...直线流路；

60...顶板；

62...迂回流路；

62a...最终冷却流路；

63...冷却孔；

64...径向外侧端部；

66...返回部；

66a...第一返回部；

66b...第二返回部；

68...内壁面；

70...返回部形成壁面；

70a...第一返回部形成壁面；

70b...第二返回部形成壁面；

72...分隔壁；

ll...边界线；

ll1...最上游侧假想线(第一假想线)；

ll2...最下游侧假想线(第二假想线)。