特許 6100626 ガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6100626

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】ガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 9/06 20060101AFI20170313BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20170313BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20170313BHJP

   F02C 3/10 20060101ALI20170313BHJP

   F01D 25/12 20060101ALI20170313BHJP

   F01D 5/08 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   F01D9/06

   F01D9/02 102

   F02C7/18 E

   F02C7/18 A

   F02C3/10

   F01D25/12 E

   F01D5/08

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-130126(P2013-130126)

(22)【出願日】2013年6月21日

(65)【公開番号】特開2015-4313(P2015-4313A)

(43)【公開日】2015年1月8日

【審査請求日】2016年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】樋口 眞一

【審査官】 稲葉 大紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−９４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１０１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０８５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０９７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３１５８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４０５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−９４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５２７６６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／１２− ７／１８

Ｆ０２Ｃ ３／０４− ３／１３

Ｆ０１Ｄ２５／１２

Ｆ０１Ｄ ９／０２− ９／０６

Ｆ０１Ｄ ５／０２− ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮機で生成された圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより回転軸を中心に回転駆動するタービンとを備えたガスタービンであって、
前記タービンが、静翼列と、
前記回転軸に取り付けられて、前記静翼列の燃焼ガス流れ方向上流側又は下流側に配置された動翼列と、
前記静翼列の前記回転軸側に配置されたダイアフラムと、
前記ダイアフラムに対向し、前記回転軸に連結しているスペーサと、
前記ダイアフラム内周面と前記スペーサ外周面との間に設けられた、流体流れを抑制或いは低減するシール構造とを備え、
前記ダイアフラムの内周面を通過して、前記動翼用の冷媒を供給する冷媒供給孔を備え、
前記スペーサの外周面側に、前記冷媒供給孔からの冷媒を受け取り前記回転軸内部に導く冷媒導入孔を備え、
前記冷媒供給孔の冷媒出口および前記冷媒導入孔の冷媒入口の半径位置が、前記シール構造のリーク部位の半径位置よりも前記回転軸中心側にある
ことを特徴とするガスタービン。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記スペーサの外周面に、前記回転軸の周方向に延びる溝を備え、
前記冷媒供給孔が前記溝に挿入され、前記冷媒導入孔が前記溝に形成されている
ことを特徴とするガスタービン。

【請求項3】

請求項２に記載のガスタービンにおいて、
前記冷媒供給孔の冷媒出口が前記溝の底面に対向し、
前記冷媒導入孔の冷媒入口が、前記溝の底面に形成されている
ことを特徴とするガスタービン。

【請求項4】

請求項２または３に記載のガスタービンにおいて、
前記溝の側面に前記冷媒供給孔から供給された冷媒のリークを抑制或いは低減するシール構造を備えた
ことを特徴とするガスタービン。

【請求項5】

請求項１から４の何れか一項に記載のガスタービンにおいて、
前記冷媒供給孔は、噴出する冷媒が、半径方向内向きの速度成分と前記回転軸の回転方向と同じ向きの周方向速度成分とを有す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。

【請求項6】

請求項１から４の何れか一項に記載のガスタービンにおいて、
前記冷媒導入孔は、前記回転軸内部に流入する冷媒が該冷媒導入孔を通過する際の前記回転軸に対する相対速度の周方向成分の向きが、前記回転軸の回転方向と逆向きとな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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービン及びガスタービンのタービン翼冷却方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高温の燃焼ガスに晒されるタービン翼は酸化・腐食・クリープ変形などを防ぐために、圧縮機から抽気した空気などにより冷却されることがある。かつては、タービン後段側の翼の周りを流れる主流ガスの温度は冷却が必要となるほどは高くなかったため、タービン後段側の翼は無冷却であった。しかし、近年、効率向上などの観点からガスタービンの燃焼温度を上昇させる傾向にある。燃焼温度が高くなることにより、タービン後段側でも翼を冷却する必要が生じる。

【0003】

そのため、燃焼温度の高いガスタービンでは、後段側翼冷却用の冷却空気供給経路が設けられている。例えば、１軸式ガスタービンの第３段動翼に冷却空気を供給する冷却空気供給経路として第３段静翼を用いる技術が特許文献１に開示されている。また、特許文献２には、高圧タービンと低圧タービンとが独立した軸系を備えた２軸式ガスタービンの低圧タービンの第１段動翼に冷却空気を供給する冷却空気供給経路として、低圧タービンの第２段静翼を用いる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−３１０１２７号公報

【特許文献2】特開２０１１−２０８５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１や特許文献２に開示された構成は、後段側動翼に供給する冷却空気を静止系から回転系へ導入する際に、冷却空気を、静翼のダイアフラムとロータの一部であるスペーサとシールとで規定される環状のキャビティに導入する構成となっている。静止系からの冷却媒体をシール構造によって規定されたキャビティに一度充満させてから回転系へ導入する場合、シール構造からの冷却媒体のリークや冷媒流路の急拡大と急縮小による圧力損失が生じる。このような冷却媒体のリークや圧力損失は、ガスタービンの出力や熱効率を低下させる要因の一つとなる。

【0006】

本発明の目的は、タービン冷却媒体を静止系から回転系への供給する冷却媒体供給構造を備えたガスタービンの出力や熱効率の低下を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮機で生成された圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより回転軸を中心に回転駆動するタービンとを備えたガスタービンの、前記タービンが、静翼列と、前記回転軸に取り付けられて、前記静翼列の燃焼ガス流れ方向上流側又は下流側に配置された動翼列と、前記静翼列の前記回転軸側に配置されたダイアフラムと、前記ダイアフラムに対向し、前記回転軸に連結しているスペーサと、前記ダイアフラム内周面と前記スペーサ外周面との間に設けられた、流体流れを抑制或いは低減するシール構造とを備え、前記ダイアフラムの内周面を通過して、前記動翼用の冷媒を供給する冷媒供給孔を備え、前記スペーサの外周面側に、前記冷媒供給孔からの冷媒を受け取り前記回転軸内部に導く冷媒導入孔を備え、前記冷媒供給孔の冷媒出口および前記冷媒導入孔の冷媒入口の半径位置が、前記シール構造のリーク部位の半径位置よりも前記回転軸中心側にあることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、静止系から回転系へタービン冷却媒体を供給する冷却媒体供給構造を備えたガスタービンの出力や熱効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施例であるガスタービンの子午面断面の部分図。

【図2】本発明の一実施例であるガスタービンの軸方向断面の部分図。

【図3】本発明の一実施例であるガスタービンの子午面断面の部分図。

【図4】本発明の一実施例であるガスタービンの軸方向断面の部分図。

【図5】本発明の一実施例であるガスタービンの子午面断面の部分図。

【図6】本発明の一実施例であるガスタービンの軸方向断面の部分図。

【図7】本発明の一実施例であるガスタービンの概略構成図。

【図8】本発明の一実施例であるガスタービンの子午面断面の部分図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

１軸式ガスタービンと異なり、２軸式ガスタービンは低圧タービン軸と高圧タービン軸が分断されている。そのため、２軸式ガスタービンの低圧タービン軸側の翼に、第１段動翼や第２段動翼など高圧タービン側への冷却空気供給手法をそのまま適用するのは難しい。例えば、圧縮機吐出部からの冷却空気通路として、ロータ中心に設けた冷却空気通路をタービン後段動翼部へ直結させた通路を設けるのは困難である。

【0011】

また、１軸式ガスタービンには容易に適用可能な技術も、２軸式ガスタービンに採用するのが難しい場合も多い。例えば特許文献１に記載の発明では、１軸式ガスタービンにおいて第３段静翼部から第３段動翼部へと至る冷却空気通路を形成している。しかし２軸式ガスタービンでは、第３段静翼内周側に軸が存在しない。そのため、第３段動翼無冷却ガスタービンと比べ、軸の延長などの新たな設計変更や施工が必要となり、タービンの設計や製造に必要な時間や労力、コストが増大する。このような設計変更を行う際には通常、他の多くの箇所の設計変更も必要となる。従来機の運転実績で積み上げてきた信頼性を引き継げないと言うことになれば、信頼性担保のための試験等にもさらに多くの時間を要することとなる。この影響はガスタービンのような大型の発電設備では特に甚大である。

【0012】

そこで、以下、本発明の実施例として、２軸式ガスタービンの構造例について図面を用いて説明することとする。なお、以下に示す各実施例の冷媒供給構造は１軸式ガスタービンにも適用可能な構成であり、２軸式ガスタービンに限定された構造ではない点には留意されたい。

【実施例1】

【0013】

まず、本発明の実施例である２軸式ガスタービンの構成を図７を用いて説明する。

【0014】

図７は２軸式ガスタービンの概略構成図である。２軸式ガスタービンは、主に、ガスジェネレータとパワータービンから構成される。ガスジェネレータは、主に、圧縮機１、燃焼器２及び高圧タービン３から構成される。パワータービンは低圧タービン４から構成される。圧縮機１は、大気空気１１を圧縮して圧縮空気１２を生成し、生成された圧縮空気１２を燃焼器２へ送る。燃焼器２は、生成された圧縮空気１２と燃料１３とを混合燃焼させて燃焼ガス１４を生成し、高圧タービン３へ送る。

【0015】

高圧タービン３は、燃焼器２から送られた、高いエネルギーを持つ燃焼ガス１４により、高圧タービン軸６に回転力を生じさせる。低圧タービン４は、高圧タービン３より送られる燃焼ガス１５のエネルギーを回収することで、低圧タービン軸４に回転力を生じさせる。低圧タービン軸の回転力によって、低圧タービン４に接続される負荷５を駆動させる。燃焼ガス１５は、エネルギーを低圧タービン４で回収された後、排気１６として排出される。

【0016】

図７に示したように、高圧タービン３を含むガスジェネレータと低圧タービン４を含むパワータービンは互いに独立した回転軸である。すなわち、高圧タービン軸と低圧タービン軸は互いに独立に回転する。

【0017】

図８に２軸式ガスタービンの部分断面図を示す。図７と同一符号の要素は同一要素である。図８には第１段静翼３１ｎ、第１段動翼３１ｂ、第２段静翼３２ｎ、第２段動翼３２ｂ、第３段静翼４３ｎ、第３段動翼４３ｂ、第４段静翼４４ｎ、第４段動翼４４ｂ、仕切り板４１が示されている。

【0018】

圧縮機１と、高圧側中間回転軸６と、外周側に第１段動翼３１ｂが組み付けられた第１段ホイール３１ｗと、高圧側スペーサ３２ｓと、外周側に第２段動翼３２ｂが組み付けられた第２段ホイール３２ｗとがスタッキングボルトにより連結され、高圧タービン軸を構成している。燃焼ガス１４は高圧タービン３において仕事をし、高圧タービン軸に回転動力を発生させる。発生した動力は圧縮機１の駆動動力として消費される。

【0019】

同様に、外周側に第３段動翼４３ｂが組み付けられた第３段ホイール４３ｗと、低圧側スペーサ４４ｓと、外周側に第４段動翼４４ｂが組み付けられた第４段ホイール４４ｗとがスタッキングボルトにより連結され、低圧タービン軸を構成している。燃焼ガス１５は低圧タービン４において仕事をし、低圧タービン軸に回転動力を発生させる。発生した動力により負荷５が駆動される。

【0020】

第３段静翼４３ｎは、ガスタービンケーシングに取り付けられ、第２段動翼３２ｂと第３段動翼４３ｂとの間に設置されている。高圧タービン３と低圧タービン４を分断する仕切り部材である仕切り板４１は、高圧タービン３と低圧タービン４との間に配置され、第３段静翼ダイアフラム４３ｄを介して第３段静翼４３ｎに固定されている。

【0021】

第４段静翼４４ｎは、タービンケーシングに取り付けられ、第３段動翼４３ｂと第４段動翼４４ｂとの間に設置されている。第４段静翼４４ｎの内周側には、第４段静翼ダイアフラム４４ｄが取り付けられている。

【0022】

図１及び図２を用いて第３段動翼４３ｂへの冷却空気供給構造を説明する。図１は本実施例に係るガスタービンの第３段動翼４３ｂ、第４段静翼４４ｎ及び第４段動翼４４ｂを含む部分断面図である。図２は図１中の断面Ａ−Ａを矢印の方向に見た図である。図１、図２、図７及び図８において、同符号の要素は同一要素である。

【0023】

第４段静翼４４ｎの外周部にはキャビティが形成されており、ここへ圧縮機１の中間段から延びた抽気配管が接続されている。圧縮機１から一部の空気が冷却空気として抽気され、抽気配管を介してキャビティに導かれる。

【0024】

第４段静翼４４ｎは中空構造となっており、前記外周キャビティと連通している。また、第４段静翼４４ｎの内周側には第４段静翼ダイアフラム４４ｄが取り付けられておりキャビティが形成されている。すなわち、外周キャビティに導かれた冷却空気は、第４段静翼４４ｎ内部を通過して内周キャビティへ４４ｉへと導かれる。なお、冷却空気は、第４段静翼４４ｎ内部を通過する際に対流冷却を行う。

【0025】

第４段静翼ダイアフラム４４ｄには、前側オリフィス４４ｐと後側オリフィス４４ｑが形成されている。内周キャビティ４４ｉに導かれた冷却空気の一部が、前側オリフィス４４ｐを通って、第３段動翼４３ｂと第４段静翼４４ｎの軸方向間隙であるホイールスペース４４ｅに噴出される。噴出された冷却空気は主流ガスがホイールスペース４４ｅに侵入してくるのを防止する。また、内周キャビティ４４ｉに導かれた冷却空気の残りが、後側オリフィス４４ｑを通って、第４段静翼４４ｎと第４段動翼４４ｂの軸方向間隙であるホイールスペース４４ｆに噴出される。噴出された冷却空気は主流ガスがホイールスペース４４ｆに侵入してくるのを防止する。

【0026】

第３段動翼４３ｂが植え込まれている第３段ホイール４３ｗと、第４段動翼４４ｂが植え込まれている第４段ホイール４４ｗとの間には、第３第４段間スペーサ４４ｓが組み込まれている。このスペーサ４４ｓの外周面と第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面は対向しており、両面間にはハニカムシール４４ｈが形成されている。前述したホイールスペース４４ｅとホイールスペース４４ｆの静圧を比べると、ホイールスペース４４ｅの方が高い。ハニカムシール４４ｈは、静圧差によって生じるホイールスペース４４ｅからホイールスペース４４ｆへのガスの流れ、すなわちリークを抑制或いは低減している。

【0027】

次に静翼を経由した動翼への冷媒供給構造について説明する。本実施例では、冷媒供給管８１Ａが前述した第４段静翼４４ｎの外周部キャビティに接続している。この冷媒供給管８１Ａは、第４段静翼４４ｎと第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内部を通ってダイアフラムの内周面を通過し、第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面から第３第４段間スペーサ４４ｓの外周面に向かって伸びた構造となっている。冷媒供給管８１Ａの噴出口は、噴出した冷媒の速度が、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有するように形成されている。このような構成により、冷媒供給管８１Ａから噴出した冷媒が冷媒導入孔８２に流入し易くなるため、リークの低減が可能である。

【0028】

一方、スペーサ４４ｓには周方向全周に亘って溝が形成されており、その溝の底面からスペーサ４４ｓの内周面に向かって周方向断続的にスペーサ冷媒導入孔８２が形成されている。導入孔の大きさは，冷媒供給管の噴出口と同程度である。本実施例では、スペーサ冷媒導入孔８２は、冷媒がこの冷媒導入孔８２を通過する際の相対速度の周方向成分の向きが、スペーサ４４ｓの回転方向と逆向きとなるように形成されている。このような構成によっても、冷媒が冷媒導入孔８２に流入し易くなるため、リークの低減が可能である。

【0029】

第４段静翼４４ｎの外周側キャビティに導かれた冷却空気は、冷媒供給管８１Ａを流れ噴出される。噴出した冷媒（冷却空気）は、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有しており、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致しない時には、一旦、溝に沿って周方向に流れて、冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ａから噴出し溝に流れ込む際に急拡大し、スペーサ冷媒導入孔８２に流入する際に急縮小する。

【0030】

一方、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致した時には、直接的に冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ａから噴出した後、すぐにスペーサ冷媒導入孔８２に流入するので、位相が一致しない時に見られた流路の急拡大及び急縮小がない。

【0031】

第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれた冷媒は、第３段動翼４３ｂの底面に形成されたスリット４３ｊを経由し、動翼内部に形成された冷媒流路４３ｋに導かれ、動翼４３ｂを冷却する。

【0032】

このように本実施例においては、冷媒供給管８１Ａの冷媒噴出口および冷媒導入孔８２の冷媒入口の半径位置は、スペーサ４４ｓ外周面に形成されたハニカムシール４４ｈのリーク部位にあたる歯先端の半径位置よりも回転軸中心側に設定される。ホイールスペース４４ｅからホイールスペース４４ｆへのリーク流れが通過するハニカムシール４４ｈの歯先端と、冷媒供給管８１Ａの冷媒噴出口の半径位置を異ならしめた本実施例の構成によれば、冷媒噴出口から噴出された冷却媒体がリーク部位である歯先端の外周側へ直接的に流れるのを防止することができるため、動翼用冷媒の供給経路途中の減少を抑制或いは低減することが可能となる。

【0033】

さらに本実施例の構成では、冷媒供給管８１Ａがスペーサ４４ｓの周方向に延びる溝に挿入されると共に、冷媒導入孔８２が溝に形成されているため、冷媒がリーク部位に直接的に流入することをより顕著に防止できる。

【0034】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の減少率を考慮して圧縮機から抽出する冷媒流量が決定される。減少率が小さくなれば圧縮機から抽出する量を減じることが可能となる。したがって、冷媒の減少を抑制する本実施例の構成によれば、ガスタービン出力と熱効率を向上させることができる。

【0035】

また、本実施例では、冷媒供給管８１Ａの噴出口が溝の底面に対向するよう配置されると共に、冷媒導入孔８２の冷媒入口が溝の底面に形成されている。これにより、冷媒供給管８１Ａの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が一致した時には、冷媒から見て流路の急拡大と急縮小がないために、第３第４ホイールキャビティ４４ｃまで到達するまでの圧力損失を低減することができる。

【0036】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の圧力損失を考慮して圧縮機から抽出する冷媒圧力が決定される。圧力損失が小さくなれば圧縮機から抽出する冷媒の圧力を減じることが可能となる。したがって、本実施例の構成によれば、冷媒供給管８１Ａの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が定期的に一致することで平均的な圧力損失が低減するため、ガスタービン出力と熱効率を向上させることができる。

【実施例2】

【0037】

次に図３及び図４を用いて第２実施例について説明する。図３は本実施例に係るガスタービンの第３段動翼４３ｂ、第４段静翼４４ｎ及び第４段動翼４４ｂを含む部分断面図である。図４は図３中の断面Ａ−Ａを矢印の方向に見た図である。図１から図４、図７及び図８において、同符号の要素は同一要素である。以下、実施例１と同様の構造についての説明は省略し、異なる構造について重点的に説明する。

【0038】

本実施例では、第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面側には、冷媒噴出孔８１Ｂが形成されている。この冷媒供給管８１Ｂは、第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面から第３第４段間スペーサ４４ｓの外周面に向かって伸びた構造となっている。冷媒供給管８１Ｂの噴出口は、噴出した冷媒の速度が、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有するように形成されている。

【0039】

一方、スペーサ４４ｓには周方向全周に亘って溝が形成されており、その溝の底面からスペーサ４４ｓの内周面に向かって周方向断続的にスペーサ冷媒導入孔８２が形成されている。導入孔の大きさは，冷媒供給管の噴出口と同程度である。本実施例では、スペーサ冷媒導入孔８２は、冷媒がこの冷媒導入孔８２を通過する際の相対速度の周方向成分の向きが、スペーサ４４ｓの回転方向と逆向きとなるように形成されている。

【0040】

第４段静翼ダイアフラムキャビティ４４ｉに導かれた冷却空気は、冷媒供給管８１Ｂを流れ噴出される。噴出した冷媒は、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有しており、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致しない時には、一旦、溝に沿って周方向に流れて、冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ｂから噴出し溝に流れ込む際に急拡大し、スペーサ冷媒導入孔８２に流入する際に急縮小する。

【0041】

一方、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致した時には、直接的に冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ｂから噴出した後、すぐにスペーサ冷媒導入孔８２を流れるので、位相が一致しない場合に見られた流路の急拡大及び急縮小がない。

【0042】

第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれた冷媒は、第３段動翼４３ｂの底面に形成されたスリット４３ｊを経由し、動翼内部に形成された冷媒流路４３ｋに導かれ、動翼４３ｂを冷却する。

【0043】

このように本実施例においては、冷媒供給管８１Ｂの冷媒噴出口および冷媒導入孔８２の冷媒入口の半径位置は、スペーサ４４ｓ外周面に形成されたハニカムシール４４ｈのリーク部位にあたる歯先端の半径位置よりも回転軸中心側に設定される。ホイールスペース４４ｅからホイールスペース４４ｆへのリーク流れが通過するハニカムシール４４ｈの歯先端と、冷媒供給管８１Ｂの冷媒噴出口の半径位置を異ならしめることによって、冷媒噴出口から噴出された冷却媒体がリーク部位である歯先端の外周側へ直接的に流れるのを防止することができ、動翼用冷媒の供給経路途中の減少を抑制或いは低減することが可能となる。

【0044】

さらに、本実施例ではより具体的な構成として、冷媒供給管８１Ｂがスペーサ４４ｓの周方向に延びる溝に挿入されると共に、冷媒導入孔８２が溝に形成されているため、冷媒がリーク部位に直接的に流入することをより顕著に防止できる。なお、静翼ダイアフラムとロータにより形成される環状空間を流れる冷媒の流速あるいは圧力を一様にするために、環状空間にせり出す冷媒供給管を設ける部位は可能な限り小さい方がよい。また、図４に示すように、せり出す部位を半径方向に対して傾斜させることにより、冷媒の流れが乱れるのを低減することができ、流速あるいは圧力が一様となりやすい。

【0045】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の減少率を考慮して圧縮機から抽出する冷媒流量が決定される。減少率が小さくなれば圧縮機から抽出する量を減じることが可能となる。したがって、冷媒の減少を抑制する本実施例の構成によれば、ガスタービン出力と熱効率を向上させることができる。

【0046】

また、本実施例では、冷媒供給管８１Ｂの噴出口が溝の底面に対向するよう配置されると共に、冷媒導入孔８２の冷媒入口が溝の底面に形成されている。これにより、冷媒供給管８１Ｂの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が一致した時には、冷媒から見て流路の急拡大と急縮小がないために、第３第４ホイールキャビティ４４ｃまで到達するまでの圧力損失を低減することができる。

【0047】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の圧力損失を考慮して圧縮機から抽出する冷媒圧力が決定される。圧力損失が小さくなれば圧縮機から抽出する冷媒の圧力を減じることが可能となる。したがって、本実施例の構成によれば、冷媒供給管８１Ｂの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が定期的に一致することで平均的な圧力損失が低減するため、ガスタービン出力と熱効率を向上させることができる。

【0048】

なお、本実施例では冷媒噴出孔８１Ｂを第４段静翼ダイアフラム４４ｄと一体構造としたが、冷媒噴出孔８１Ｂを別部品とし、第４段静翼ダイアフラム４４ｄに組み付ける構造としてもよい。

【実施例3】

【0049】

次に図５及び図６を用いて第３実施例について説明する。図５は本実施例に係るガスタービンの第３段動翼４３ｂ、第４段静翼４４ｎ及び第４段動翼４４ｂを含む部分断面図である。図６は図５中の断面Ａ−Ａを矢印の方向に見た図である。図１から図８において、同符号の要素は同一要素である。実施例１及び実施例２と同様の構造についての説明は省略し、異なる構造について重点的に説明する。

【0050】

本実施例では、実施例２と同様に第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面側に、冷媒噴出孔８１Ｂが形成されている。この冷媒供給管８１Ｂは、第４段静翼ダイアフラム４４ｄの内周面から第３第４段間スペーサ４４ｓの外周面に向かって伸びた構造となっている。冷媒供給管８１Ｂの噴出口は、噴出した冷媒の速度が、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有するように形成されている。

【0051】

一方、スペーサ４４ｓには周方向全周に亘って溝が形成されており、その溝の底面からスペーサ４４ｓの内周面に向かって周方向断続的にスペーサ冷媒導入孔８２が形成されている。導入孔の大きさは，冷媒供給管の噴出口と同程度である。また、溝の軸方向側面にはラビリンスシール８３が形成されている。本実施例では、スペーサ冷媒導入孔８２は、冷媒がこの冷媒導入孔８２を通過する際の相対速度の周方向成分の向きが、スペーサ４４ｓの回転方向と逆向きとなるように形成されている。

【0052】

第４段静翼ダイアフラムキャビティ４４ｉに導かれた冷却空気は、冷媒供給管８１Ｂを流れ噴出される。噴出した冷媒は、半径内側成分とスペーサ４４ｓの回転方向と同じ向きの周方向成分とを有しており、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致しない時には、一旦、溝に沿って周方向に流れて、冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ｂから噴出し溝に流れ込む際に急拡大し、スペーサ冷媒導入孔８２に流入する際に急縮小する。

【0053】

一方、スペーサ冷媒導入孔８２と周方向位相が一致した時には、直接的に冷媒導入孔８２に流入し、第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれる。この場合、冷媒から流路を見ると、冷媒供給管８１Ｂから噴出した後、すぐにスペーサ冷媒導入孔８２を流れるので、位相が一致しない場合に見られた流路の急拡大及び急縮小がない。

【0054】

第３第４ホイールキャビティ４４ｃに導かれた冷媒は、第３段動翼４３ｂの底面に形成されたスリット４３ｊを経由し、動翼内部に形成された冷媒流路４３ｋに導かれ、動翼４３ｂを冷却する。

【0055】

このように本実施例においては、冷媒供給管８１Ｂの冷媒噴出口および冷媒導入孔８２の冷媒入口の半径位置は、スペーサ４４ｓ外周面に形成されたハニカムシール４４ｈのリーク部位にあたる歯先端の半径位置よりも回転軸中心側に設定される。ホイールスペース４４ｅからホイールスペース４４ｆへのリーク流れが通過するハニカムシール４４ｈの歯先端と、冷媒供給管８１Ｂの冷媒噴出口の半径位置を異ならしめることによって、冷媒噴出口から噴出された冷却媒体がリーク部位である歯先端の外周側へ直接的に流れるのを防止することができ、動翼用冷媒の供給経路途中の減少を抑制或いは低減することが可能となる。

【0056】

さらに、本実施例では、溝の側面に設けられたラビリンスシール８３によっても、冷媒噴出口から噴出された冷却媒体がハニカムシール４４ｈのリーク部位である歯先端の外周側へ直接的に流れるのを防止することができ、動翼用冷媒の供給経路途中の減少をより顕著に抑制或いは低減することが可能となる。

【0057】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の減少率を考慮して圧縮機から抽出する冷媒流量が決定される。減少率が小さくなれば圧縮機から抽出する量を減じることが可能となる。したがって、ラビリンスシール８３の作用によって冷媒の減少をより一層抑制する本実施例の構成によれば、ガスタービン出力と熱効率をより一層向上させることができる。

【0058】

また、本実施例では、冷媒供給管８１Ｂの噴出口が溝の底面に対向するよう配置されると共に、冷媒導入孔８２の冷媒入口が溝の底面に形成されている。これにより、冷媒供給管８１Ｂの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が一致した時には、冷媒から見て流路の急拡大と急縮小がないために、第３第４ホイールキャビティ４４ｃまで到達するまでの圧力損失を低減することができる。

【0059】

ガスタービン設計においては、供給経路途中の圧力損失を考慮して圧縮機から抽出する冷媒圧力が決定される。圧力損失が小さくなれば圧縮機から抽出する冷媒の圧力を減じることが可能となる。したがって、本実施例の構成によれば、冷媒供給管８１Ｂの噴出口とスペーサ冷媒導入孔８２の位相が定期的に一致することで平均的な圧力損失が低減するため、ガスタービン出力と熱効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0060】

１：圧縮機、２：燃焼器、３、４：タービン、６、７：回転軸、４３ｂ、４４ｂ：動翼、４４ｃ：回転軸内部、４４ｄ：ダイアフラム、４４ｈ：シール、４４ｎ：静翼、４４ｓ：スペーサ、８１Ａ：８１Ｂ：冷媒供給孔、８３：溝、８４：シール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】