高温部件以及高温部件的制造方法与流程

1.本发明涉及高温部件以及高温部件的制造方法。


背景技术：

2.例如，在燃气轮机、火箭发动机等在内部流动有高温的工作气体的机械中，构成该机械的部件包括需要由冷却介质进行冷却的高温部件。作为这样的高温部件的冷却结构，已知有通过在部件的内部使冷却空气流通于能够供冷却空气流通的多个配送通道(冷却通路)来进行高温部件的冷却的结构(例如参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2015
‑
48848号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.在由冷却通路的内壁面传递的热的作用下，在冷却通路流通的冷却空气(冷却介质)随着流向冷却通路的下游侧而温度上升。因此，随着趋向冷却通路的下游侧，内壁面与冷却介质之间的温度差变小，从而传热量降低，冷却能力降低。若因此而例如通过增加冷却介质的流通量等来避免冷却能力在冷却通路的下游侧不足，则冷却能力会在冷却通路的上游侧过剩。
8.在如燃气轮机、火箭发动机等那样利用高温的工作气体来进行工作的机械中，一般而言，过剩的冷却会招致机械的热效率的降低。因此，希望抑制过剩的冷却，并且避免冷却能力不足。
9.鉴于上述的情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供能够抑制过剩的冷却并且避免冷却能力不足的高温部件。
10.用于解决课题的方案
11.(1)本发明的至少一实施方式的高温部件需要由冷却介质进行冷却，其中，
12.所述高温部件具备：
13.多个冷却通路，它们能够供所述冷却介质流通；以及
14.第一分隔壁，其设置于各个所述冷却通路内，且将所述冷却通路分隔为多个第一分支流路，
15.所述第一分隔壁包括倾斜部，所述倾斜部在所述第一分隔壁的上游侧区域形成为使从所述冷却通路的延伸方向进行观察时的所述冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。
16.根据上述(1)的结构，通过在冷却通路内设置第一分隔壁，能够将从冷却通路的延伸方向进行观察时的冷却通路的流路截面积减小。由此，对于在冷却通路流动的冷却介质的流速而言，与作为未设置第一分隔壁的区间的比第一分支流路靠上游侧的区间相比，在
作为设置有第一分隔壁的区间的第一分支流路较快。因此，能够使第一分支流路中的向冷却介质的热传递率大于比第一分支流路靠上游侧的区间。
17.另外，通过在冷却通路内设置第一分隔壁，从而与比第一分支流路靠上游侧的区间中的每单位长度的冷却通路的内壁面的面积相比，能够使多个第一分支流路中的每单位区间的多个第一分支流路的内壁面的面积的合计面积较大。
18.由此，能够在比第一分支流路靠上游侧的区间抑制过剩的冷却，并且，尽管在第一分支流路中冷却介质的温度随着趋向下游侧而上升，也能够避免冷却能力不足。
19.需要说明的是，若冷却通路的流路截面积从上游侧趋向下游侧急剧减小，则在从流路截面积急剧减小前(上游侧)的区间至急剧减小后(下游侧)的区间，向冷却介质的热传递率急剧增加，有可能产生高温部件的温度急剧降低的区域。另外，若每单位长度的冷却通路的内壁面的面积从上游侧趋向下游侧急剧增加，则从内壁面的面积急剧增加前(上游侧)的区间至急剧增加后(下游侧)的区间，向冷却介质的传热量急剧增加，有可能产生高温部件的温度急剧降低的区域。
20.若在高温部件中产生了温度根据场所而急剧变化的区域，则存在热应力变大而对高温部件的耐久性造成不良影响的可能性。另外，还可能关系到由过剩的冷却引起的热效率的降低。
21.关于这方面，根据上述(1)的结构，在冷却通路中的形成有倾斜部的区间，冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。由此，抑制了冷却通路的流路截面积从上游侧趋向下游侧急剧减小的情况、以及每单位长度的冷却通路的内壁面的面积从上游侧趋向下游侧急剧增加的情况，从而能够抑制如上所述的向冷却介质的热传递率、传热量的急剧增加。因此，能够抑制产生高温部件的温度急剧降低的区域的情况，从而不会损害高温部件的耐久性。另外，能够抑制由过剩的冷却引起的热效率的降低。
22.(2)在若干实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，
23.各个所述冷却通路被所述第一分隔壁在所述冷却通路的宽度方向上分隔为一对所述第一分支流路，
24.各个所述第一分支流路形成为，在与所述第一分隔壁的所述倾斜部在所述宽度方向上相邻的所述第一分支流路的上游端区域，使所述冷却通路的与所述宽度方向正交的高度方向的尺寸hp随着趋向下游侧而逐渐增大。
25.根据上述(2)的结构，能够在第一分支流路的上游端区域使流路截面积逐渐增大。由此，能够抑制由于设置第一分隔壁而引起的流路截面积的减小，从而能够抑制如上所述的向冷却介质的热传递率的急剧增加。
26.(3)在若干实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，
27.各个所述冷却通路被所述第一分隔壁在所述冷却通路的宽度方向上分隔为一对所述第一分支流路，
28.各个所述第一分支流路包括流路高度缩小部，所述流路高度缩小部至少在比所述倾斜部靠下游侧的位置使所述冷却通路的与所述宽度方向正交的高度方向的尺寸hp随着趋向下游侧而逐渐减小。
29.根据上述(3)的结构，能够在流路高度缩小部中逐渐减小流路截面积。由此，能够在流路高度缩小部中逐渐增大冷却介质的流速、即热传递率，因此，尽管在流路高度缩小部
中冷却介质的温度随着趋向下游侧而上升，也能够避免冷却能力不足。
30.(4)在若干实施方式中，在上述(3)的结构的基础上，在所述冷却通路的所述延伸方向上，所述流路高度缩小部与所述倾斜部至少局部重叠。
31.根据上述(4)的结构，在流路高度缩小部与倾斜部重叠的区间，相比流路高度缩小部与倾斜部不重叠的区间，能够增大冷却通路中的每单位长度的流路截面积的减小率。因此，通过在更需要冷却的区域设置流路高度缩小部与倾斜部重叠的区间，能够确保所需的冷却能力。
32.(5)在若干实施方式中，在上述(3)或(4)的结构的基础上，
33.形成所述流路高度缩小部的所述第一分支流路的内壁面具有锥形壁面，所述锥形壁面相对于所述冷却通路的所述延伸方向倾斜，
34.所述倾斜部相对于所述冷却通路的所述延伸方向的倾斜角度大于所述锥形壁面相对于所述延伸方向的倾斜角度。
35.例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作高温部件的情况下，若倾斜部相对于冷却通路的延伸方向的倾斜角度变小，则难以在倾斜部中的指向相对于冷却通路的延伸方向交叉的方向的前端部与冷却通路的壁面之间的间隙变小的区域确保间隙，因此难以高精度地形成倾斜部。
36.相对于此，由于在流路高度缩小部中必须使冷却介质流动，因此，即使是流路高度缩小部中的最下游侧的区域，锥形壁面也相对于与该锥形壁面对置的壁面分开一定程度以上。因此，即使例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作高温部件情况下，锥形壁面相对于冷却通路的延伸方向的倾斜角度假设为0度也能够形成流路高度缩小部。
37.根据上述(5)的结构，由于倾斜部相对于冷却通路的延伸方向的倾斜角度大于锥形壁面相对于冷却通路的延伸方向的倾斜角度，因此，例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作高温部件的情况下，容易高精度地形成倾斜部。
38.(6)在若干实施方式中，在上述(1)至(5)中任一结构的基础上，
39.各个所述冷却通路被所述第一分隔壁在所述冷却通路的宽度方向上分隔为一对所述第一分支流路，
40.所述倾斜部形成为，使在与所述宽度方向正交的所述冷却通路的高度方向上的尺寸ht随着趋向下游侧而逐渐增大。
41.在上述(6)的结构中，在冷却通路的沿着冷却介质的流动的区间中的设置有倾斜部的区间，在高度方向上对置的一对内壁面(一对通路内壁面)中，一方的通路内壁面与倾斜部连接，另一方的通路内壁面在与倾斜部之间存在间隙。因此，在设置有倾斜部的区间，由冷却介质进行冷却的容易度、即冷却能力在一方的通路内壁面与另一方的通路内壁面之间产生差异。因此，根据上述(6)的结构，考虑上述的冷却能力的差异来决定高温部件中的倾斜部的配置，由此能够抑制对于高温部件所要求的冷却能力而言的过剩或不足。
42.(7)在若干实施方式中，在上述(6)的结构的基础上，
43.所述高温部件在所述冷却通路的所述高度方向上的一侧具有被加热面，
44.所述倾斜部从以形成所述冷却通路的方式在所述高度方向上对置的一对通路内壁面中的、距所述高温部件的所述被加热面较近的一方的第一通路内壁面朝向第二通路内壁面立起设置。
45.在上述(7)的结构中，在冷却通路的沿着冷却介质的流动的区间中的设置有倾斜部的区间，第一通路内壁面与倾斜部连接，第二通路内壁面在与倾斜部之间存在间隙。因此，与第二通路内壁面相比，能够提高第一通路内壁面的冷却能力。另外，第一通路内壁面是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面较近的一方的通路内壁面。因此，根据上述(7)的结构，能够将来自被加热面的热有效地向冷却介质传递，从而能够抑制第一通路内壁面的过热。
46.(8)在若干实施方式中，在上述(6)的结构的基础上，
47.所述高温部件在所述冷却通路的所述高度方向上的一侧具有被加热面，
48.所述倾斜部从以形成所述冷却通路的方式在所述高度方向上对置的一对通路内壁面中的、距所述高温部件的所述被加热面较远的一方的第二通路内壁面朝向第一通路内壁面立起设置。
49.在上述(8)的结构中，在冷却通路的沿着冷却介质的流动的区间中的设置有倾斜部的区间，第二通路内壁面与倾斜部连接，第一通路内壁面在与倾斜部之间存在间隙。因此，与第二通路内壁面相比，能够抑制第一通路内壁面的冷却能力。另外，第二通路内壁面是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面较远的一方的通路内壁面。即，第一通路内壁面是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面较近的一方的通路内壁面。因此，根据上述(8)的结构，能够抑制来自被加热面的热向冷却介质传递的情况，从而能够抑制第一通路内壁面被过剩地冷却的情况。
50.(9)在若干实施方式中，在上述(6)至(8)中任一结构的基础上，所述倾斜部相对于所述冷却通路的所述延伸方向的倾斜角度为45度以下。
51.根据上述(9)的结构，通过将倾斜部的倾斜角度设为45度以下，能够抑制冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而急剧减小的情况，因此能够抑制向冷却介质的热传递率的急剧增加。因此，能够抑制产生高温部件的温度急剧降低的区域的情况，从而不会损害高温部件的耐久性。
52.另外，若高温部件由金属层叠造型法形成，则在从冷却通路的上游侧朝向下游侧进行层叠而形成的情况下，能够将倾斜部的悬伸角度抑制在45度以下，因此能够高精度地形成倾斜部。
53.(10)在若干实施方式中，在上述(1)至(5)中任一结构的基础上，
54.各个所述冷却通路被所述第一分隔壁在所述冷却通路的宽度方向上分隔为一对所述第一分支流路，
55.所述倾斜部形成为使在所述宽度方向上的尺寸wt随着趋向下游侧而逐渐增大。
56.在上述(10)的结构中，在冷却通路的沿着冷却介质的流动的区间中的设置有倾斜部的区间，能够使在与宽度方向的正交的高度方向上对置的一对内壁面(一对通路内壁面)双方均与倾斜部连接。因此，在设置有倾斜部的区间，能够抑制由冷却介质进行冷却的容易度、即冷却能力在一方的通路内壁面与另一方的通路内壁面之间产生差异的情况。因此，上述(10)的结构适于冷却能力在一方的通路内壁面与另一方的通路内壁面之间产生差异的方案不优选的情况。
57.(11)在若干实施方式中，在上述(1)至(10)中任一结构的基础上，所述高温部件还具备第二分隔壁，所述第二分隔壁在所述第一分隔壁的下游侧设置于所述第一分支流路内
且将所述第一分支流路从中途分隔为多个第二分支流路。
58.根据上述(11)的结构，能够通过将第一分支流路从中途分隔为多个第二分支流路来增加分支的级数，从而能够增大冷却能力的调整幅度。
59.(12)在若干实施方式中，在上述(1)至(11)中任一结构的基础上，所述倾斜部的与所述第一分隔壁的侧面相连的所述倾斜部的上游端部的角部被倒角。
60.根据上述(12)的结构，能够抑制形成有倾斜部的区域中的冷却通路的压力损失。
61.(13)在若干实施方式中，在上述(1)至(12)中任一结构的基础上，
62.所述高温部件在所述冷却通路的高度方向上的一侧具有被加热面，
63.以形成所述冷却通路的方式在所述高度方向上对置的一对通路内壁面中的、距所述被加热面较近的一方的第一通路内壁面以随着从所述冷却通路的上游侧趋向下游侧而使与所述被加热面之间的距离变小的方式相对于所述被加热面倾斜。
64.根据上述(13)的结构，由于随着从冷却通路的上游侧趋向下游侧而使被加热面与第一通路内壁面之间的距离变小，因此，能够在冷却通路中的上游侧的区间抑制过剩的冷却，并且尽管在冷却通路中冷却介质的温度随着趋向下游侧而上升，也能够避免冷却能力不足。
65.(14)本发明的至少一实施方式的高温部件的制造方法是需要由冷却介质进行冷却的高温部件的制造方法，其中，
66.所述高温部件的制造方法具备如下步骤：通过金属层叠造型法，在所述高温部件的内部形成能够供所述冷却介质流通的多个冷却通路，并且形成在各个所述冷却通路内设置且将所述冷却通路分隔为多个第一分支流路的第一分隔壁，
67.所述第一分隔壁包括倾斜部，所述倾斜部在所述第一分隔壁的上游侧区域形成为使从所述冷却通路的延伸方向进行观察时的所述冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。
68.根据上述(14)的方法，能够在冷却通路内设置第一分隔壁而减小从冷却通路的延伸方向进行观察时的冷却通路的流路截面积。由此，如上所述，对于在冷却通路流动的冷却介质的流速而言，与作为未设置第一分隔壁的区间的比第一分支流路靠上游侧的区间相比，在作为设置有第一分隔壁的区间的第一分支流路较快。因此，能够使第一分支流路中的向冷却介质的热传递率大于比第一分支流路靠上游侧的区间。
69.另外，如上所述，通过在冷却通路内设置第一分隔壁，从而与比第一分支流路靠上游侧的区间中的每单位长度的冷却通路的内壁面的面积相比，能够使多个第一分支流路中的每单位区间的多个第一分支流路的内壁面的面积的合计面积较大。
70.由此，能够提供如下的高温部件，该高温部件构成为，在比第一分支流路靠上游侧的区间抑制过剩的冷却，并且尽管在第一分支流路中冷却介质的温度随着趋向下游侧而上升也能避免冷却能力不足。
71.另外，根据上述(14)的方法，在冷却通路中的形成有倾斜部的区间，冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。由此，抑制了冷却通路的流路截面积从上游侧趋向下游侧急剧减小的情况、以及每单位长度的冷却通路的内壁面的面积从上游侧趋向下游侧急剧增加的情况，从而能够抑制如上所述的向冷却介质的热传递率、传热量的急剧增加。因此，能够抑制产生高温部件的温度急剧降低的区域的情况，从而不会损害高温部
件的耐久性。
72.发明效果
73.根据本发明的至少一实施方式，可以提供能够抑制过剩的冷却并且避免冷却能力不足的高温部件。
附图说明
74.图1是表示燃气轮机的整体结构的概要图。
75.图2是表示涡轮的气体流路的剖视图。
76.图3是从径向外侧对若干实施方式的分割体进行观察而得到的示意性的俯视图、以及沿周向从转子的旋转方向下游侧朝向旋转方向上游侧对若干实施方式的分割体进行观察而得到的示意性的侧视图。
77.图4是图3的a4
‑
a4向视剖视图。
78.图5是图3的a5
‑
a5向视剖视图。
79.图6是针对一实施方式的分割体的冷却通路的一部分的示意性的剖视图。
80.图7是针对另一实施方式的分割体的冷却通路的一部分的示意性的剖视图。
81.图8是针对又一实施方式的分割体的冷却通路的一部分的示意性的剖视图。
82.图9是针对再一实施方式的分割体的冷却通路的一部分的示意性的剖视图。
83.图10是一并显示了倾斜部的前端部的朝向不同的两个情形的图。
84.图11是一并显示了在倾斜部中随着趋向下游侧而使高度方向的尺寸逐渐增大的情形、以及在倾斜部中随着趋向下游侧而使宽度方向的尺寸逐渐增大的情形这两个情形的图。
85.图12是用于说明关于倾斜部的上游端部的一实施方式的图。
86.图13是示出针对其他实施方式的分割体的、与图3的a4
‑
a4向视剖视图相当的截面的一部分的图。
87.图14是示出通过金属层叠造型法来制成若干实施方式的分割体的情况下的制成步骤的一例的流程图。
88.图15是示出倾斜部的变形例的图。
89.图16是示出第一分隔壁的变形例的图。
具体实施方式
90.以下，参照附图对本发明的若干实施方式进行说明。然而，作为实施方式而记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等并不意在将本发明的范围限定于此，而只不过是说明例。
91.例如，“在某方向上”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格上那样的配置，还表示具有公差、或者能够获得相同功能的程度的角度、距离而相对地位移了的状态。
92.例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物是相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，还表示存在公差、或能够获得相同功能的程度的差的状态。
93.例如，表示四边形状、圆筒形状等形状的表述不仅表示几何学上严格意义下的四
边形状、圆筒形状等形状，还表示在能够获得相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
94.另一方面，“具备”、“含有”、“配备”、“包括”或者“具有”一个构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
95.在以下的说明中，举出用于燃气轮机的高温部件为例，来对若干实施方式的高温部件进行说明。
96.图1是表示燃气轮机的整体结构的概要图，图2是表示涡轮的气体流路的剖视图。
97.在本实施方式中，如图1所示，燃气轮机10通过利用转子14将压缩机11、燃烧器12及涡轮13配置于同轴上而构成，且在转子14的一端部连结有发电机15。需要说明的是，在以下的说明中，将转子14的轴线所延伸的方向设为轴向da，将以该转子14的轴线为中心的周向设为周向dc，将相对于转子14的轴线ax垂直的方向设为径向dr。另外，在周向dc中，将转子14的旋转方向表示为旋转方向r。
98.压缩机11使被从空气取入口取入的空气ai通过多个静叶片以及动叶片而被压缩，由此生成高温、高压的压缩空气ac。燃烧器12对该压缩空气ac供给规定的燃料fl并进行燃烧，由此生成高温、高压的燃烧气体fg。涡轮13使在燃烧器12生成的高温、高压的燃烧气体fg通过多个静叶片以及动叶片，由此驱动转子14旋转，并驱动与该转子14连结的发电机15。
99.另外，如图2所示，在涡轮13中，涡轮静叶片(静叶片)21构成为，翼型部23的轮毂侧固定于内侧护罩25且前端侧固定于外侧护罩27。涡轮动叶片(动叶片)41构成为，翼型部43的基端部固定于平台45。并且，外侧护罩27和在动叶片41的前端部侧配置的分割环50经由隔热环35而支承于机室(涡轮机室)30，内侧护罩25支承于支承环31。因此，供燃烧气体fg通过的燃烧气体流路32沿轴向da形成为被内侧护罩25、外侧护罩27、平台45以及分割环50包围的空间。
100.需要说明的是，内侧护罩25、外侧护罩27以及分割环50作为气体通路面形成构件而发挥功能。气体通路面形成构件是指，具有对燃烧气体流路32进行划分并且与燃烧气体fg接触的气体通路面的构件。
101.燃烧器12、动叶片41(例如平台45)、静叶片21(例如内侧护罩25、外侧护罩27)以及分割环50等是与燃烧气体fg接触的、在高温环境下使用的高温部件，需要由冷却介质进行冷却。在以下的说明中，作为高温部件的冷却结构的例子，对分割环50的冷却结构进行说明。
102.图3是从径向dr外侧对若干实施方式的构成分割环50的分割体51之一进行观察而得到的示意性的俯视图、以及沿周向dc从转子14的旋转方向r下游侧朝向旋转方向r上游侧对若干实施方式的构成分割环50的分割体51之一进行观察而得到的示意性的侧视图。图4是图3的a4
‑
a4向视剖视图。图5是图3的a5
‑
a5向视剖视图。需要说明的是，在图3～图5中，简化地描绘了分割体51的结构。因此，例如，在图3以及图5中省略了用于将分割体51安装于隔热环35的钩等的记载。
103.若干实施方式的分割环50由沿周向dc形成为环状的多个分割体51构成。各分割体51以在内部形成有冷却流路的主体52为主要的构成件。如图2所示，分割体51以使径向dr上的内表面52a面向供燃烧气体fg流动的燃烧气体流路32的方式配置。在分割体51的径向dr内侧以设置有一定的间隙的方式配置有以转子14为中心旋转的动叶片41。为了防止由高温
的燃烧气体fg导致的热损伤，而在分割体51形成有沿轴向da延伸的多个轴向通路(冷却通路)60。
104.冷却通路60沿周向dc并列地配设有多个。
105.虽然未图示，但在一实施方式的燃气轮机10中构成为，从外表面52b侧向若干实施方式的各分割体51供给冷却空气ca。供给至分割体51的冷却空气ca在流通于冷却通路60并向燃烧气体fg中排出的过程中，对分割体51的主体52进行对流冷却。
106.以下，对若干实施方式的冷却通路60进行说明。
107.若干实施方式的冷却通路60各自的上游端与冷却空气集管55连接。在若干实施方式的冷却通路60各自的内部形成有第一分隔壁70，该第一分隔壁70将冷却通路60从中途分隔为多个第一分支流路63。在若干实施方式中，第一分隔壁70将冷却通路从中途分隔为一对第一分支流路63。在图5、以及后述的图6～图12中，与第一分隔壁70的截面相当的部分由交叉阴影线表示。
108.需要说明的是，第一分隔壁70既可以将冷却通路60完全地分割为多个第一分支流路63，也可以将冷却通路60不完全地分割。即，第一分隔壁70既可以在后述的第一通路内壁面601与第二通路内壁面602之间沿径向dr连续地形成，也可以在第一通路内壁面601与第二通路内壁面602之间具有在径向dr上分开的间隙。
109.多个第一分支流路63各自的下游端与集流部80连接。在若干实施方式中，例如，分别相邻的三个冷却通路60的六个第一分支流路63的下游端与一个集流部80的上游侧的内壁81连接。在若干实施方式中，在分割体51形成有多个集流部80。
110.在各集流部80的下游侧的内壁82形成有用于将流入集流部的冷却空气ca向集流部80的外部、即分割体51的外部排出的一个出口通路110。出口通路110在分割体51中的轴向da的下游侧端部53向燃烧气体fg中开口。
111.在若干实施方式中，分割体51包括多个冷却通路组6，该冷却通路组6包括：一个集流部80；三个冷却通路60，它们的下游端与该集流部80连接；以及一个出口通路110，其与该集流部80连接。
112.从分割体51的外部向分割体51供给的冷却空气ca在供给至冷却空气集管55之后，从冷却空气集管55向各冷却通路60分配。分配到各冷却通路60的冷却空气ca被第一分隔壁70分隔而向各第一分支流路63流入。流入各第一分支流路63的冷却空气ca在各集流部80汇集，并从出口通路110向分割体51的外部排出。
113.从冷却空气集管55导入各冷却通路60的冷却空气ca在朝向轴向da的下游侧流动的过程中，被来自主体52的输入热量进行加热。因此，冷却空气ca越向轴向da的下游侧行进，则在各冷却通路60流动的冷却空气ca越会过热，冷却空气ca的冷却能力越降低。因此，分割体51的轴向da的下游侧的区域比其他区域容易高温化。若因此而例如通过增加冷却空气ca的流通量等来避免冷却能力在冷却通路60的下游侧不足，则冷却能力会在冷却通路60的上游侧过剩。
114.在如燃气轮机、火箭发动机等那样利用高温的工作气体进行工作的机械中，一般而言，过剩的冷却会招致机械的热效率的降低。因此，希望抑制过剩的冷却，并且避免冷却能力不足。
115.于是，在若干实施方式中，通过将分割体51中的冷却结构设为以下所述那样的结
构，从而抑制过剩的冷却，并且避免冷却能力不足。
116.图6是针对一实施方式的分割体51的冷却通路60的一部分的示意性的剖视图。在图6中，一并显示了将图5中的第一分隔壁70的上游侧的端部的附近放大后的剖视图、以及该剖视图的a6
‑
a6向视图、b6
‑
b6向视图、c6
‑
c6向视图、d6
‑
d6向视图及e6
‑
e6向视图。
117.图7是针对另一实施方式的分割体51的冷却通路60的一部分的示意性的剖视图。在图7中，一并显示了与将图5中的第一分隔壁70的上游侧的端部的附近放大后的剖视图相当的剖视图、以及该剖视图的b7
‑
b7向视图、c7
‑
c7向视图、d7
‑
d7向视图及e7
‑
e7向视图。
118.图8是针对又一实施方式的分割体51的冷却通路60的一部分的示意性的剖视图。在图8中，一并显示了与将图5中的第一分隔壁70的上游侧的端部的附近放大后的剖视图相当的剖视图、以及该剖视图的b8
‑
b8向视图、c8
‑
c8向视图、d8
‑
d8向视图及e8
‑
e8向视图。
119.图9是针对再一实施方式的分割体51的冷却通路60的一部分的示意性的剖视图。在图9中，一并显示了与将图5中的第一分隔壁70的上游侧的端部的附近放大后的剖视图相当的剖视图、以及该剖视图的b9
‑
b9向视图、c9
‑
c9向视图、d9
‑
d9向视图及e9
‑
e9向视图。
120.(关于设置第一分隔壁70)
121.在若干实施方式中，如图3～图9所示，分割体51具备第一分隔壁70，该第一分隔壁70将冷却通路60从中途分隔为多个第一分支流路63。
122.通过在冷却通路60内设置第一分隔壁70，从而能够如图6～图9所示的那样将从冷却通路60的延伸方向进行观察时的冷却通路60的流路截面积减小。由此，对于在冷却通路60流动的冷却介质(冷却空气ca)的流速而言，与作为未设置第一分隔壁70的区间的比第一分支流路63靠上游侧的区间61相比，在作为设置有第一分隔壁70的区间的第一分支流路63较快。因此，能够使第一分支流路63中的向冷却空气ca的热传递率大于比第一分支流路63靠上游侧的区间61。
123.另外，通过在冷却通路60内设置第一分隔壁70，从而与比第一分支流路63靠上游侧的区间61中的每单位长度的冷却通路60的内壁面60a(内壁面61a)的面积相比，能够使多个第一分支流路63中的每单位区间的多个第一分支流路63的内壁面63a的面积的合计面积较大。
124.由此，能够在比第一分支流路63靠上游侧的区间61抑制过剩的冷却，并且，尽管在第一分支流路63中冷却空气ca的温度随着趋向下游侧而上升，电能够避免冷却能力不足。
125.需要说明的是，若冷却通路60的流路截面积从上游侧趋向下游侧急剧减小，则在从流路截面积的急剧减小前(上游侧)的区间(区间61)至急剧减小后(下游侧)的区间，向冷却空气ca的热传递率急剧增加，有可能产生作为高温部件的分割体51的温度急剧降低的区域。另外，若每单位长度的冷却通路60的内壁面60a的面积从上游侧趋向下游侧急剧增加，则从内壁面60a的面积急剧增加前(上游侧)的区间(区间61)至急剧增加后(下游侧)的区间，向冷却空气ca的传热量急剧增加，有可能产生分割体51的温度急剧降低的区域。
126.若在分割体51那样的高温部件中产生了温度根据场所而急剧变化的区域，则存在热应力变大而对高温部件的耐久性造成不良影响的可能性。另外，还可能关系到由过剩的冷却引起的热效率的降低。
127.于是，在若干实施方式中，如图5～图9所示，以使第一分隔壁70包括倾斜部71的方式形成了第一分隔壁70。在若干实施方式中，如图5～图9所示，倾斜部71在第一分隔壁70的
上游侧区域70a形成为，使从冷却通路60的延伸方向进行观察时的冷却通路60的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。
128.由此，在冷却通路60中的形成有倾斜部71的区间64，冷却通路60的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。这是通过如下方式实现的：倾斜部71的高度、即倾斜部71的径向dr的尺寸随着从上游侧趋向下游侧而逐渐增大，由此沿着径向dr的冷却通路60的截面中的倾斜部71的截面的比率随着从上游侧趋向下游侧而逐渐增大。换言之，是通过如下方式实现的：倾斜部71的径向dr的尺寸相对于冷却通路60的径向dr的尺寸的比率随着从上游侧趋向下游侧而逐渐增大，由此沿着径向dr的冷却通路60的截面中的倾斜部71的截面的比率随着从上游侧趋向下游侧而逐渐增大。
129.由此，抑制了冷却通路60的流路截面积从上游侧趋向下游侧而急剧减小的情况、以及每单位长度的冷却通路60的内壁面60a的面积从上游侧趋向下游侧而急剧增加的情况，从而能够抑制如上所述的向冷却空气ca的热传递率、传热量的急剧增加。因此，能够抑制产生分割体51的温度急剧降低的区域的情况，从而不会损害分割体51的耐久性。另外，能够抑制由过剩的冷却引起的热效率的降低。
130.需要说明的是，在若干实施方式中，冷却通路60的宽度方向的尺寸wp设为在未被第一分隔壁70分隔的区间(区间61)与被第一分隔壁70分隔开的区间(区间65)是相同的。但是，只要是未对通过设置第一分隔壁70而产生的作用效果造成损害的范围内，则冷却通路60的宽度方向的尺寸wp在未被第一分隔壁70分隔的区间(区间61)与被第一分隔壁70分隔开的区间(区间65)也可以不同。
131.在若干实施方式中，将冷却通路60的周向dc称为冷却通路60的宽度方向。另外，在若干实施方式中，将在冷却通路60中与该宽度方向正交的径向dr称为冷却通路60的高度方向。
132.(关于冷却通路60的高度方向的尺寸hp)
133.例如，如图5所示，冷却通路60包括流路高度缩小部66、67，该流路高度缩小部66、67使冷却通路60的高度方向的尺寸hp随着趋向下游侧而逐渐减小。需要说明的是，在流路高度缩小部67，冷却通路60的高度方向的尺寸hp与第一分隔壁70的高度方向的尺寸相等。
134.由此，能够在流路高度缩小部66、67逐渐减小冷却通路60的流路截面积，因此能够在流路高度缩小部66、67逐渐增大冷却空气ca的流速、即热传递率。因此，尽管在流路高度缩小部66、67冷却空气ca的温度随着趋向下游侧而上升，也能够避免冷却能力不足。
135.流路高度缩小部66在比第一分支流路63靠上游侧的区间61使冷却通路60的流路截面积逐渐减小。流路高度缩小部67在被第一分隔壁70分隔开的区间65中的至少比倾斜部71靠下游侧的区间使冷却通路60(第一分支流路63)的流路截面积逐渐减小。
136.需要说明的是，也将流路高度缩小部66称为第一流路高度缩小部66，也将流路高度缩小部67称为第二流路高度缩小部67。
137.在图5所示的实施方式中，在第一流路高度缩小部66与第二流路高度缩小部67之间，存在冷却通路60的高度方向的尺寸hp恒定的区间，也将该区间称为第一流路高度不变部69a。在图5所示的实施方式中，在第一流路高度不变部69a设置有倾斜部71。
138.例如，在图7所示的实施方式中，第一分支流路63在与第一分隔壁70的倾斜部71在宽度方向上相邻的第一分支流路的上游端区域68(即区间64)形成有高度渐增区域68a，该
高度渐增区域68a使冷却通路60的高度方向的尺寸hp随着趋向下游侧而逐渐增大。
139.由此，能够在第分支流路63的上游端区域68使流路截面积逐渐增大。因此，能够抑制由于设置第一分隔壁70而导致的流路截面积的减小，从而能够抑制如上所述的向冷却空气ca的热传递率的急剧增加。
140.需要说明的是，在高度渐增区域68a，被第一分隔壁70分隔开的一对第一分支流路63各自的流路截面积的合计面积既可以随着趋向下游侧而逐渐减小，也可以随着趋向下游侧而逐渐增大，或者还可以随着趋向下游侧而不增不减、即不变。
141.在图7所示的实施方式中，在逐渐增大的高度渐增区域68a与第二流路高度缩小部67之间，存在冷却通路60的高度方向的尺寸hp恒定的区间，也将该区间称为第二流路高度不变部69b。在图7所示的实施方式中，在第二流路高度不变部69b中的至少上游侧的一部分区间设置有倾斜部71。
142.例如，在图8所示的实施方式中，在冷却通路60的延伸方向上，流路高度缩小部67与倾斜部71重叠。即，流路高度缩小部67与倾斜部71可以例如像图5所示的实施方式那样在冷却通路60的延伸方向上不重叠，但也可以像图8所示的实施方式那样重叠。
143.需要说明的是，也可以是，在冷却通路60的延伸方向上，流路高度缩小部67与倾斜部71至少局部重叠。
144.由此，在流路高度缩小部67与倾斜部71重叠的区间，相比例如图5所示的那样流路高度缩小部67与倾斜部71不重叠的区间，能够增大冷却通路60中的每单位长度的流路截面积的减小率。因此，通过在更需要冷却的区域设置流路高度缩小部67与倾斜部71重叠的区间，能够确保所需的冷却能力。
145.例如，在图7所示的实施方式中，形成流路高度缩小部67的第一分支流路63的内壁面63a具有相对于冷却通路60的延伸方向倾斜的锥形壁面63b。在如图7所示的实施方式中，倾斜部71相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度θt大于锥形壁面63b相对于该延伸方向的倾斜角度θw。
146.例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作分割体51的情况下，若倾斜部71相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度θt变小，则难以在倾斜部71中的指向相对于冷却通路60的延伸方向交叉的方向的前端部71a与冷却通路的内壁面60a之间的间隙变小的区域确保间隙，因此难以高精度地形成倾斜部71。
147.相对于此，由于在流路高度缩小部67中必须使冷却空气ca流动，因此，即使是流路高度缩小部67中的最下游侧的区域，锥形壁面63b也相对于与该锥形壁面63b对置的内壁面63a分开一定程度以上。因此，即使例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作分割体51的情况下，锥形壁面63b相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度假设为0度也能够形成流路。
148.因此，根据图7所示的实施方式，由于倾斜部71相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度θt大于锥形壁面63b相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度θw，因此例如在通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作高温部件的情况下，容易高精度地形成倾斜部71。
149.在图5～图9所示的实施方式中，倾斜部71相对于冷却通路60的延伸方向的倾斜角度θt(参照图7)为45度以下。
150.通过将倾斜部71的倾斜角度θt设为45度以下，能够抑制冷却通路60的流路截面积
随着从上游侧趋向下游侧而急剧减小的情况，因此能够抑制向冷却空气ca的热传递率的急剧增加。因此，能够抑制产生分割体51的温度急剧降低的区域的情况，从而不会损害分割体51的耐久性。
151.另外，如后所述那样，若分割体51由金属层叠造型法形成，则在从冷却通路60的上游侧朝向下游侧进行层叠而形成的情况下，能够将倾斜部71的悬伸角度抑制在45度以下，因此能够高精度地形成倾斜部71。
152.图10是一并显示了倾斜部71的前端部71a的朝向不同的两个情形的图。图10的上侧的图是示出如图5～图9所示的那样，倾斜部71a从径向dr外侧的内壁面60a朝向径向dr内侧立起设置的情形的图。图10的下侧的图是示出倾斜部71b从径向dr内侧的内壁面60a朝向径向dr外侧立起设置的情形的图。
153.分割体51中的径向dr的内表面52a是由燃烧气体fg加热的被加热面。因此，在以下的说明中，也将分割体51中的径向dr的内表面52a称为被加热面52a。
154.在为如图10的上侧的图那样，倾斜部71a从径向dr外侧的内壁面60a朝向径向dr内侧立起设置的情形时，倾斜部71a从以形成冷却通路60的方式在高度方向上对置的一对通路内壁面(内壁面60a)中的、距被加热面52a较远的一方的第二通路内壁面602朝向第一通路内壁面601立起设置。
155.在该情况下，在冷却通路60的沿着冷却空气ca的流动的区间中的设置有倾斜部71a的区间64，第二通路内壁面602与倾斜部71a连接，第一通路内壁面601在与倾斜部71a之间存在间隙。因此，与第二通路内壁面602相比，能够抑制第一通路内壁面601的冷却能力。另外，第二通路内壁面602是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面52a较远的一方的通路内壁面。即，第一通路内壁面601是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面52a较近的一方的通路内壁面。因此，在图10的上侧的图所示的例子中，能够抑制来自被加热面52a的热向冷却空气ca传递的情况，从而能够抑制第一通路内壁面601被过剩地冷却的情况。
156.在为图10的下侧的图那样，倾斜部71b从径向dr内侧的内壁面60a朝向径向dr外侧立起设置的情形时，倾斜部71b从以形成冷却通路60的方式在高度方向上对置的一对通路内壁面(内壁面60a)中的、距被加热面52a较近的一方的第一通路内壁面601朝向第二通路内壁面602立起设置。
157.在该情况下，在冷却通路60的沿着冷却空气ca的流动的区间中的设置有倾斜部71b的区间64，第一通路内壁面601与倾斜部71b连接，第二通路内壁面602在与倾斜部71b之间存在间隙。因此，与第二通路内壁面602相比，能够提高第一通路内壁面601的冷却能力。另外，第一通路内壁面601是在高度方向上对置的一对通路内壁面中的距被加热面52a较近的一方的通路内壁面。因此，在图10的下侧的图所示的例子中，能够将来自被加热面52a的热有效地向冷却介质传递，从而能够抑制第一通路内壁面601的过热。
158.(关于第一通路内壁面601相对于被加热面52a倾斜的情况)
159.在图5～图8所示的实施方式中，从冷却通路60的上游侧至下游侧，第一通路内壁面601与被加热面52a之间的距离d是相同的。相对于此，在图9所示的实施方式中，以形成冷却通路60的方式在高度方向上对置的一对通路内壁面中的、距被加热面52a较近的一方的第一通路内壁面601以随着从冷却通路的上游侧趋向下游侧而使与被加热面52a之间的距
离d变小的方式相对于被加热面52a倾斜。
160.因此，由于被加热面52a与第一通路内壁面601之间的距离d随着从冷却通路60的上游侧趋向下游侧而变小，因此，能够在冷却通路60中的上游侧的区间抑制过剩的冷却，并且尽管在冷却通路60中冷却空气ca的温度随着趋向下游侧而上升，也能够避免冷却能力不足。
161.图11是一并显示了在倾斜部71中随着趋向下游侧而使高度方向的尺寸逐渐增大的情形、以及在倾斜部71中随着趋向下游侧而使宽度方向的尺寸逐渐增大的情形这两个情形的图。图11的左侧的图是示出如图5～图9所示的那样，在倾斜部71a中随着趋向下游侧而使高度方向的尺寸逐渐增大的情形的图。图11的右侧的图是示出在倾斜部71c中随着趋向下游侧而使宽度方向的尺寸逐渐增大的情形的图。
162.当为如图11的左侧的图那样，在倾斜部71a中随着趋向下游侧而使高度方向的尺寸逐渐增大的情形时，倾斜部71a形成为，使在冷却通路60的高度方向上的尺寸ht随着趋向下游侧而逐渐增大。
163.在该情况下，在冷却通路60的沿着冷却空气ca的流动的区间中的设置有倾斜部71a的区间，在高度方向上对置的一对内壁面60a(一对通路内壁面)中，一方的通路内壁面(例如第二通路内壁面602)与倾斜部71a连接，另一方的通路内壁面(例如第一通路内壁面601)在与倾斜部71a之间存在间隙。因此，在设置有倾斜部71a的区间64，由冷却空气ca进行冷却的容易度、即冷却能力在一方的通路内壁面(例如第二通路内壁面602)与另一方的通路内壁面(例如第一通路内壁面601)之间产生差异。因此，在图11的左侧的图所示的例子中，考虑上述的冷却能力的差异来决定分割体51中的倾斜部71的配置，由此能够抑制对于分割体51所要求的冷却能力而言的过剩或不足。
164.当为如图11的右侧的图那样，在倾斜部71c中使宽度方向的尺寸逐渐增大的情形时，倾斜部71c形成为，使在宽度方向上的尺寸wt随着趋向下游侧而逐渐增大。
165.在该情况下，在冷却通路60的沿着冷却空气ca的流动的区间中的设置有倾斜部71c的区间64，能够使在高度方向上对置的一对内壁面60a(一对通路内壁面)双方均与倾斜部71c连接。因此，在设置有倾斜部71c的区间64，能够抑制由冷却空气ca进行冷却的容易度、即冷却能力在一方的通路内壁面(例如第二通路内壁面602)与另一方的通路内壁面(例如第一通路内壁面601)之间产生差异的情况。因此，在图11的右侧的图所示的例子中，例如适于如动叶片41、静叶片21中的翼型部的腹侧的壁面与背侧的壁面那样，冷却能力在一方的通路内壁面与另一方的通路内壁面之间产生差异的方案不优选的情况。
166.图12是用于说明关于倾斜部71的与第一分隔壁70的侧面72相连的倾斜部71的上游端部73(前端部71a)的一实施方式的图。
167.在图12所示的实施方式中，倾斜部71的上游端部73的角部被倒角。由此，能够抑制在形成有倾斜部71的区域中的冷却通路60的压力损失。
168.图13是示出针对其他实施方式的分割体51的、与图3的a4
‑
a4向视剖视图相当的截面的一部分的图。图13所示的实施方式的分割体51还具备第二分隔壁77，该第二分隔壁77在第一分隔壁70的下游侧设置于第一分支流路63内，且该第二分隔壁77将第一分支流路63从中途分隔为多个第二分支流路92。
169.由此，能够通过将第一分支流路63从中途分隔为多个第二分支流路92来增加分支
的级数，从而能够增大冷却能力的调整幅度。
170.需要说明的是，在图13所示的实施方式中，由第二分隔壁77将一个第一分支流路63从中途分隔为两个第二分支流路92，但也可以分隔为三个以上的第二分支流路92。另外，在图13所示的实施方式中，由两个第一分隔壁70将一个冷却通路60分隔为三个第一分支流路63。然而，如图4等所示，由一个第一分隔壁70将一个冷却通路60分隔为两个第一分支流路63，可以由第二分隔壁77将这两个第一分支流路63分别从中途分隔为两个第二分支流路92，也可以分隔为三个以上的第二分支流路92。
171.(关于分割体51的制造方法)
172.若干实施方式的分割体51例如能够通过金属层叠造型法、精密铸造法来制作。图14是示出通过金属层叠造型法来制成若干实施方式的分割体51的情况下的制成步骤的一例的流程图。若干实施方式的分割体51的制造方法包括层叠造型工序s10。层叠造型工序s10具备如下步骤：通过金属层叠造型法，在分割体51的内部形成能够供冷却空气ca流通的多个冷却通路60，并且形成在各个冷却通路60内设置且将冷却通路60从中途分隔为多个第一分支流路63的第一分隔壁70。
173.在层叠造型工序s10中，以如下方式形成第一分隔壁70：包括倾斜部71，该倾斜部71在第一分隔壁70的上游侧区域70a形成为，使从所述冷却通路的延伸方向进行观察时的所述冷却通路的流路截面积随着从上游侧趋向下游侧而逐渐减小。
174.在层叠造型工序s10中，例如，使原料粉末从轴向da上游侧朝向轴向da下游侧进行层叠而形成分割体51。层叠造型工序s10中的分割体51的形成方法例如既可以是粉末床(powder bed)方式，也可以是金属沉积(metal deposit)方式，也可以是粘合剂喷射(binder jet)方式，还可以是除了上述方式以外的其他方式。
175.通过利用金属层叠造型法形成若干实施方式的分割体51，从而能够比较容易地形成在内部具有复杂的冷却结构的分割体51。
176.另外，通过利用金属层叠造型法形成若干实施方式的分割体51，从而能够提供如下的分割体51，该分割体51构成为，在比第一分支流路63靠上游侧的区间61抑制过剩的冷却，并且尽管在第一分支流路63中冷却空气ca的温度随着趋向下游侧而上升也能避免冷却能力不足。
177.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到的方式、将这些方式适当组合而得到的方式。
178.例如，在上述的若干实施方式中，对于倾斜部71的倾斜角度θt而言，既可以是从倾斜部71的上游端至下游端恒定的角度，也可以例如如图15所示在从倾斜部71的上游端至下游端的中途发生变化。需要说明的是，图15是与将图5中的第一分隔壁70的上游侧的端部的附近放大后的剖视图相当的剖视图，且是示出倾斜部71的变形例的图。需要说明的是，在图15所示的变形例中，倾斜部71中的上游侧倾斜部74a的倾斜角度θta小于倾斜部71中的下游侧倾斜部74b的倾斜角度θtb，但也可以大于下游侧倾斜部74b的倾斜角度θtb。另外，倾斜部71的倾斜角度θt也可以在从倾斜部71的上游端至下游端的中途变化两次以上。需要说明的是，倾斜部71的倾斜角度θt也可以在从倾斜部71的上游端至下游端的过程中连续地变化。即，倾斜部71也可以形成为，在从周向dc进行观察时前端部71a描绘出圆弧。
179.例如，在上述的若干实施方式中，第一分隔壁70从冷却通路60的中途将冷却通路
60分隔为多个第一分支流路63。然而，也可以如图16所示，第一分隔壁70从冷却通路60的上游端将冷却通路60分隔为多个第一分支流路63。即，倾斜部71的上游端的位置也可以与冷却通路60的上游端的位置相同。图16是与图3的a4
‑
a4向视剖视图相当的剖视图，且是示出第一分隔壁70的变形例的图。需要说明的是，在图16中，仅有一条冷却通路60改变了第一分隔壁70的上游端的位置，但不限于此，也可以使多个第一分隔壁70的上游端的位置发生变化。
180.例如，在上述的若干实施方式中，作为需要由冷却介质进行冷却的高温部件的例子，举出分割环50为例而进行了说明，但本发明不限定于此，对于燃烧器12、动叶片41、静叶片21、内侧护罩25、外侧护罩27等其他高温部件，也能够应用。另外，本发明所能够应用的高温部件不限定于燃气轮机10中的构成部件，也可以是锅炉、火箭发动机等对高温的介质进行处理的各种机械中的构成部件。
181.附图标记说明
182.6 冷却通路组
183.10 燃气轮机
184.12 燃烧器
185.13 涡轮
186.21 涡轮静叶片(静叶片)
187.41 涡轮动叶片(动叶片)
188.50 分割环
189.51 分割体
190.52 主体
191.52b 外表面(被加热面)
192.60 轴向通路(冷却通路)
193.63 第一分支流路
194.63b 锥形壁面
195.68 上游端区域
196.68a 高度渐增区域
197.70 第一分隔壁
198.71、71a、71b、71c 倾斜部
199.73 上游端部
200.77 第二分隔壁
201.80 集流部
202.92 第二分支流路。