特許 6245739 ガスタービンの冷却構造

(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】6245739

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】ガスタービンの冷却構造

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/18 20060101AFI20171204BHJP

   F02C 9/16 20060101ALI20171204BHJP

   F01D 25/12 20060101ALI20171204BHJP

   F01D 25/24 20060101ALI20171204BHJP

   F01D 5/08 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/18 E

   F02C9/16 A

   F01D25/12 E

   F01D25/12 B

   F01D25/24 D

   F01D25/24 K

   F01D25/24 T

   F01D5/08

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-238983(P2013-238983)

(22)【出願日】2013年11月19日

(65)【公開番号】特開2015-98826(P2015-98826A)

(43)【公開日】2015年5月28日

【審査請求日】2016年10月24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】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(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】松井 智之

(72)【発明者】

【氏名】前川 隼人

(72)【発明者】

【氏名】川合 亮

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０１０１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０８５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５５０５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２９９４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−００９６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／０８

Ｆ０１Ｄ ２５／１２

Ｆ０１Ｄ ２５／２４

Ｆ０２Ｃ ７／１８

Ｆ０２Ｃ ９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気と燃料を燃焼させる燃焼器と、外周部にタービン動翼を備えたタービンホイールを少なくとも１段有し前記燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンとを備えるガスタービンの冷却構造であって、
前記圧縮機の出口スペースと前記タービンホイールの上流側のホイールスペースとを区画する隔壁に設けられ、前記圧縮機の出口スペースの圧縮空気を前記タービンホイール及び前記タービン動翼の前記タービンホイールとの連結部外表面に衝突させる一群のインピンジ冷却孔と、
前記一群のインピンジ冷却孔の圧縮空気流入側に着脱可能に設置され、前記一群のインピンジ冷却孔に流入する圧縮空気の流量又は圧力を調整可能な調整部と、
前記調整部を介した圧縮空気を前記一群のインピンジ冷却孔へ分配するヘッダとを備える
ことを特徴とするガスタービンの冷却構造。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービンの冷却構造において、
前記一群のインピンジ冷却孔は、前記隔壁の周方向に複数設けられた
ことを特徴とするガスタービンの冷却構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンの冷却構造に係り、更に詳しくは、ガスタービンのタービンホイール及びタービン動翼の翼植込み部を冷却するための冷却構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機、圧縮空気を燃料と共に燃焼させる燃焼器、燃焼ガスの熱エネルギを回転エネルギに変換するタービン等により構成されている。圧縮機に吸い込まれた空気は圧縮され、燃焼器で加えられた燃料の燃焼により高温の燃焼ガスとなり、タービンで膨張する。タービンは圧縮機を駆動し、残った出力で発電機等の負荷を駆動する。

【0003】

この燃焼ガスは１０００℃以上の高温であるため、燃焼ガスが流通する流路に配置されるタービン動翼及び静翼やその流路周辺のケーシング及びロータ表面は、非常に高温となる。また、燃焼ガスに曝された動翼及びロータの温度が高いことに起因して、動翼の翼植込み部及び動翼が取り付けられているタービンホイールも高温となるため、これらを冷却する必要がある。しかし、タービンホイール等を含むタービンロータは回転体であるため、タービンロータに対して外周側から冷却空気を供給することは一般的に難しい。

【0004】

ガスタービンのタービンホイール及びタービン動翼の翼植込み部の冷却方法として、圧縮機ロータとタービンロータとを連結する連結軸に設けた中心孔を介して圧縮機から抽気した圧縮空気をタービンロータに導く冷却空気流路の入口部に、圧縮空気の流量もしくは圧力を調整する調整手段を着脱可能に設け、適正な流量及び圧力の圧縮空気をタービンのホイールスペースやタービンロータの内部に導き、シール空気や冷却空気として用いるものが知られている。（特許文献１参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−３２０８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記した特許文献１に記載の技術においては、タービンのホイールスペースに冷却空気を流通させてそのスペースを冷却することにより、間接的にタービンホイール及びタービン動翼の翼植込み部を冷却している。そのため、熱伝達率が低く、タービンホイール及びタービン動翼の翼植込み部に対する冷却効率が低い。このことから、多くの圧縮空気を冷却空気として抽気しなければならず、ガスタービンの性能低下の原因となっている。

【0007】

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、タービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部を効率的に冷却することができるガスタービンの冷却構造を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気と燃料を燃焼させる燃焼器と、外周部にタービン動翼を備えたタービンホイールを少なくとも１段有し前記燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンとを備えるガスタービンの冷却構造であって、前記圧縮機の出口スペースと前記タービンホイールの上流側のホイールスペースとを区画する隔壁に設けられ、前記圧縮機の出口スペースの圧縮空気を前記タービンホイール及び前記タービン動翼の前記タービンホイールとの連結部外表面に衝突させる一群のインピンジ冷却孔と、前記一群のインピンジ冷却孔の圧縮空気流入側に着脱可能に設置され、前記一群のインピンジ冷却孔に流入する圧縮空気の流量又は圧力を調整可能な調整部と、前記調整部を介した圧縮空気を前記一群のインピンジ冷却孔へ分配するヘッダとを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、圧縮機からの圧縮空気をインピンジ冷却孔を介して直接タービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部に噴き付けてこれらを冷却するので、タービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部を効率的に冷却することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を適用したガスタービンの要部構成を示す縦断面図である。

【図2】図１の符号Ａで示す本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を拡大して示す断面図である。

【図3】図１に示す本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を適用したガスタービンの要部構成をIII−III矢視から見た横断面図である。

【図4】本発明のガスタービンの冷却構造の第２の実施の形態を示す断面図である。

【図5】図４に示す本発明のガスタービンの冷却構造の第２の実施の形態を構成するカートリッジを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のガスタービンの冷却構造の実施の形態を図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１乃至図３は本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を示す図であり、図１は本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を適用したガスタービンの要部構成を示す縦断面図、図２は図１の符号Ａで示す本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を拡大して示す断面図、図３は図１に示す本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態を適用したガスタービンの要部構成をIII−III矢視から見た横断面図である。図１中、下半部を省略している。また、図１中、破線の矢印は圧縮空気及び冷却空気の流れを示している。

【0012】

本実施の形態においては、圧縮機の出口スペースとタービン１段ホイールの上流側ホイールスペースとを区画する隔壁に設けたインピンジ冷却孔を介して、圧縮機出口の圧縮空気をタービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部に噴き付けてこれらを直接冷却するガスタービンの冷却構造を説明する。

【0013】

図１において、ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器２と、燃焼器２で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービン３とを備えている。

【0014】

このガスタービンでは、圧縮機１の圧縮機ロータ４と、タービン３のタービンロータ５と、圧縮機ロータ４及びタービンロータ５を同心円状に連結する中間軸６とで、一体となって回転するガスタービンロータが構成されている。ガスタービンロータは、ケーシング９によって覆われている。

【0015】

圧縮機ロータ４は、詳細には図示していないが、外周部に圧縮機動翼７を複数備えた圧縮機ホイール８を軸方向に複数（図１では最終段のみ図示）積み重ねることで形成されている。圧縮機ホイール８とケーシング９との間には、圧縮機主流路４０が形成されている。圧縮機主流路４０内において、ケーシング９の内壁に固定された圧縮機静翼１０が圧縮機動翼７と軸方向に交互に設置されている。

【0016】

タービンロータ５は、外周部にタービン動翼１１（図１ではタービン１段動翼１１ａのみ図示）を複数備えたタービンホイール１２（図１ではタービン１段ホイール１２ａのみ図示）とスペーサ１３とを軸方向に交互に少なくとも１段積み重ねることで形成され、接続する中間軸６と共にスタッキングボルト１４により締結されている。タービン１段ホイール１２ａの回転中心には、中心孔１８が設けられている。タービンホイール１２の外周部には、翼溝（図示せず）が所定の間隔をもって複数形成されている。タービン動翼１１は、タービンホイール１２との連結部である翼植込み部（図示せず）を有している。すなわち、タービン動翼１１は、翼植込み部をタービンホイール１２の翼溝に嵌合させることでタービンホイール１２に連結するように構成されている。タービンホイール１２とケーシング９との間には、燃焼器２で生成された燃焼ガスが通過する流路４１が形成されている。流路４１内において、ケーシング９の内周側に固定したタービン静翼１５がタービン動翼１１と軸方向に交互に設置されている。

【0017】

中間軸６には、軸方向に延びる中心孔１９が設けられている。この中心孔１９は、タービン１段ホイール１２ａの中心孔１８に連通している。中間軸６は、インナーケーシング１６によって間隙を介して外周を覆われている。インナーケーシング１６は、圧縮機１の出口スペース４２とタービン１段ホイール１２ａの上流側のホイールスペース４３ａとを区画する隔壁部１６ａを有しており、ストラット１７等を介しケーシング９等に固定されている。中間軸６とインナーケーシング１６との間には、冷却空気流路４４が形成されている。中間軸６には、冷却空気流路４４と中間軸６の中心孔１９とを連通する流入孔２０が設けられている。流入孔２０は、中間軸６の径方向に延びており、中間軸６の周方向に所定間隔で複数設けられている。インナーケーシング１６の内周側における流入孔２０より下流側には、シール２１が設置されている。シール２１は、冷却空気流路４４とタービン１段ホイール１２ａの上流側のホイールスペース４３ａとを隔て、冷却空気流路４４を流れる圧縮空気がホイールスペース４３ａ内に侵入するのを抑制するものである。

【0018】

圧縮機主流路４０を流れる圧縮空気１０１の一部は、圧縮機ロータ４とインナーケーシング１６の間隙から、インナーケーシング１６の内周側に流入する。この圧縮空気１０１は、冷却空気流路４４を通り、中間軸６の流入孔２０及び中心孔１９やタービン１段ホイール１２ａの中心孔１８を介してタービンロータ５の内部に流入し、シール空気や冷却空気１０２として使用される。このとき、冷却空気流路４４を流通する圧縮空気１０１は、シール２１によりタービン１段ホイール１２ａの上流側のホイールスペース４３ａ内への流入が抑制される。

【0019】

インナーケーシング１６の隔壁部１６ａには、圧縮機１の出口スペース４２からホイールスペース４３ａに向かって、インピンジ冷却構造３０が設けられている。

【0020】

次に、本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態の詳細な構造を図２及び図３を用いて説明する。図２中、破線の矢印は圧縮空気及び冷却空気の流れを示している。また、図３中、下半部を省略している。また、図３中では省略されているが、静翼１５はケーシング９の内周側に同心円状に一定間隔で複数固定されている。なお、図２及び図３において、図１に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図２において、インピンジ冷却構造３０では、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａにおける圧縮機１（図１参照）の出口スペース４２側に、タービン１段ホイール１２ａのホイールスペース４３ａ側に貫通しない段付穴３１が形成されている。段付穴３１は、出口スペース４２側の大径穴部と、ホイールスペース４３ａ側の小径穴部とで構成されている。

【0021】

段付穴３１の底面となる隔壁部１６ａには、段付穴３１とホイールスペース４３ａとを連通するインピンジ冷却孔３２が複数設けられている。インピンジ冷却孔３２は、その出口部の向きがタービン１段ホイール１２ａの表面及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部の表面の向きに対向するように設けられている。インピンジ冷却孔３２は、圧縮機１の出口スペース４２の圧縮空気１０１をタービン１段ホイール１２ａの表面及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部の表面に噴き付けるものである。

【0022】

段付穴３１の大径穴部側（隔壁部１６ａにおけるインピンジ冷却孔３２の圧縮空気流入側）には、インピンジ冷却孔３２に流入する圧縮空気（冷却空気）１０３の流量又は圧力を調整可能な調整部としてのオリフィスプレート３３が着脱可能に設置されており、例えば、ボルトや螺子(図示せず)で固定されている。オリフィスプレート３３は、オリフィス径の異なる複数種類のプレートが予め用意されている。オリフィスプレート３３と段付穴３１の小径穴部とで、複数のインピンジ冷却孔３２に圧縮空気（冷却空気）１０３を分配する冷却空気ヘッダ３４が形成される。

【0023】

インピンジ冷却構造３０は、図３に示すように、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａに所定の間隔で同心円状に複数（図３では上半部で７個）設けられている。

【0024】

次に、本発明のガスタービンの冷却構造の第１の実施の形態の作用を図１乃至図３を用いて説明する。
本実施の形態において、図１に示す圧縮機主流路４０を流れて圧縮機１の出口スペース４２に流入した圧縮空気１０１の一部は、図２に示すように、オリフィスプレート３３を通って圧力又は流量を調整され、冷却空気１０３として冷却空気ヘッダ３４に供給される。冷却空気ヘッダ３４に供給された冷却空気１０３は、複数のインピンジ冷却孔３２からタービン１段ホイール１２ａのホイールスペース４３ａに噴出する。

【0025】

インピンジ冷却孔３２から噴出したインピンジ冷却空気１０４は、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部の外表面に衝突する。この衝突噴流により、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部が直接冷却される。このとき、ホイールスペース４３ａもインピンジ冷却空気１０４により冷却されてホイールスペース４３ａの温度も低下するため、ホイールスペース４３ａで対流する冷却空気によりタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部は間接的にも冷却される。

【0026】

タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部を冷却した後の冷却空気は、タービン１段動翼１１ａの翼植込み部とインナーケーシング１６の間隙から流路４１に流入して、流路４１を通過する燃焼ガスに合流する。

【0027】

本実施の形態においては、インピンジ冷却構造３０のインピンジ冷却孔３２の出口を、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａにおけるタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａに対向する面に設けて、インピンジ冷却空気１０４をタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に直接噴き付けることにより、これらを直接冷却している。このため、圧縮機から抽気した圧縮空気でタービン１段ホイールの上流側ホイールスペースを冷却して間接的にタービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部を冷却することでメタル温度を低下させる従来の冷却方法に比べて、熱伝達率が高く、メタル温度を効率的に低下させることができる。このため、冷却空気として抽気する圧縮空気の流量を低減させることができ、ガスタービンの効率及び出力が向上する。

【0028】

また、本実施の形態においては、インピンジ冷却構造３０を隔壁部１６ａの周方向に複数設置しているので、タービン１段ホイール１２ａ及び１段動翼１１ａの翼植込み部を均一に冷却することができる。さらに、インピンジ冷却構造３０を所定の間隔で同心円状に配置することにより、より均一で効率的な冷却が可能となる。

【0029】

ところで、圧縮機から抽気した圧縮空気でタービン１段ホイールの上流側ホイールスペースを冷却して間接的にタービン１段ホイール及びタービン１段動翼の翼植込み部を冷却する従来の冷却方法においては、ホイールスペースの径方向及び周方向位置により温度偏差が生じやすく、高温の箇所を基準に冷却空気の流量を調整する必要があった。

【0030】

それに対して、本実施の形態においては、各インピンジ冷却構造３０のオリフィスプレート３３として、オリフィス径の異なる複数種類のオリフィスプレートを予め用意している。このため、ガスタービンの使用条件などにより、冷却空気の流量や圧力に過不足が生じた場合や、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部の周方向に温度偏差が生じた場合には、ガスタービンの据付後であっても、燃焼器２を取り外して、各インピンジ冷却構造３０のオリフィスプレート３３をそれぞれ適切なオリフィス径を持つオリフィスプレートに変更することができる。このことにより、冷却空気ヘッダ３４内に流入する冷却空気１０３の流量や圧力をインピンジ冷却構造３０ごとに独立にかつ容易に調整することができるため、タービン１段ホイール１２ａ及び１段動翼１１ａの翼植込み部を一層均一に冷却することができる。この結果、高温の箇所を基準に冷却空気の流量を調整する必要がなくなり、冷却空気として抽気する圧縮空気の流量を一層低減させることができ、ガスタービンの効率及び出力が一層向上する。

【0031】

さらに、ガスタービンの性能向上ため、燃焼温度や翼等の材質を変更する場合においても、インナーケーシング１６や中間軸６を分解、再加工及び再組立することなしに、オリフィスプレート３３を適切なオリフィス径を持つオリフィスプレートに交換することで、インピンジ冷却空気１０４の流量や圧力を容易に調整することができ、分解組立にかかる労力や時間及びコストを削減することができる。

【0032】

また、インナーケーシング１６における流入孔１８より下流側にシール２１を設置しているので、冷却空気流路４４を流通する圧縮空気（冷却空気）１０２がタービン１段ホイール１２ａのホイールスペース４３ａに流入することを抑制できる。したがって、インピンジ冷却孔３２から噴出するインピンジ冷却空気１０４の流れが冷却空気流路４４からホイールスペース４３ａに流入する冷却空気により乱されることがないので、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部の部分に確実にインピンジ冷却空気１０４を噴き付けることができる。

【0033】

上述したように、本発明のガスタービン冷却構造の第１の実施の形態によれば、圧縮機１からの圧縮空気をインピンジ冷却孔３２を介して直接タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に噴き付けてこれらを冷却するので、タービンホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部を効率的に冷却することができる。

【0034】

［第２の実施の形態］
次に、本発明のガスタービン冷却構造の第２の実施の形態を図４及び図５を用いて説明する。
図４及び図５は本発明のガスタービン冷却構造の第２の実施の形態を示す図であり、図４は本発明のガスタービンの冷却構造の第２の実施の形態を示す断面図、図５は図４に示す本発明のガスタービンの冷却構造の第２の実施の形態を構成するカートリッジを示す斜視図である。図４中、カートリッジ６０をインナーケーシング１６から取り外した状態で示している。また、矢印はカートリッジ６０のインナーケーシング１６に対する取付方向を示している。なお、図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

【0035】

本発明のガスタービン冷却構造の第２の実施の形態は、第１の実施の形態がインピンジ冷却孔３２をインターケーシング１６の隔壁部１６ａに形成するものであるのに対して、インピンジ冷却孔６２を有するカートリッジ６０を隔壁部１６ａに着脱可能に取り付けるものである。

【0036】

具体的には、図４に示すインピンジ冷却構造５０では、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａに、圧縮機１（図１参照）の出口スペース４２とタービン１段ホイール１２ａのホイールスペース４３ａとを連通する段付きの取付孔５１が形成されている。取付孔５１は、出口スペース４２側の大径穴部と、ホイールスペース４３ａ側の小径穴部とで構成されている。取付孔５１のホイールスペース４３ａ側の開口は、隔壁部１６ａにおけるタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に対向する部分に設けられている。取付孔５１は、図３に示す第１の実施の形態と同様に、隔壁部１６ａに所定の間隔で同心円状に複数設けられている。

【0037】

インナーケーシング１６の各取付孔５１には、出口スペース４２の圧縮空気をタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に直接噴き付けるためのカートリッジ６０がそれぞれ取り付けられている。図４及び図５に示すように、カートリッジ６０は、一方側に出口スペース４２の圧縮空気が流入する開口部６１ａを有する共に他方側の底部にインピンジ冷却孔６２を有する有底筒状の本体部６１と、本体部６１の開口部６１ａに取り付けたオリフィスプレート３３とで構成されている。オリフィスプレート３３は、カートリッジ６０のインピンジ冷却孔６２に流入する圧縮空気（冷却空気）の流量又は圧力を調整可能な調整部として機能する。本体部６１とオリフィスプレート３３とで冷却空気ヘッダ６４が形成されている。各カートリッジ６０は、取付孔５１に対してそれぞれ独立して着脱可能である。また、各カートリッジ６０に対しては、オリフィスプレート３３のオリフィス径及びインピンジ冷却孔６２の孔径や孔位置、員数が異なる複数種類のカートリッジが予め用意されている。カートリッジ６０は、オリフィスプレート３３が出口スペース４２側に、インピンジ冷却孔６２が形成された本体部６１の底部がホイールスペース４３ａ側になるように固定されている。カートリッジ６０の固定方法として、例えば、オリフィスプレート３３にボルト用下穴３３ａを、取付孔５１の大径部側の底面にねじ穴５１ａを設けて、ボルトや螺子などの締結具（図示せず）で固定する方法が用いられる。

【0038】

本発明のガスタービン冷却構造の第２の実施の形態によれば、インピンジ冷却孔６２を有するカートリッジ６０を、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａにおけるタービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に対向する部分に設けた取付孔５１に取り付けるので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0039】

また、本実施の形態によれば、インピンジ冷却孔６２を、インナーケーシング１６の隔壁部１６ａでなく、カートリッジ６０の本体部６１の底部に形成するので、インナーケーシング１６の加工に必要な時間や労力、コストを削減することができる。

【0040】

さらに、本実施の形態によれば、各カートリッジ６０をインーケーシング１６の各取付孔５１に対して独立して着脱可能としたので、ガスタービンの運転条件、タービン１段ホイール１２ａやタービン１段動翼１１ａの翼植込みのメタル温度、又はタービン１段ホイール１２ａのホイールスペース４３ａの雰囲気温度に応じて、既設のカートリッジ６０を、オリフィスプレート３３のオリフィス径又はインピンジ冷却孔６２の位置や員数、冷却孔径の異なるカートリッジに変更することができる。すなわち、ガスタービンの諸条件や諸状態に応じて、既設の各カートリッジ６０に対して適切なカートリッジに個別に交換することができる。このため、インピンジ冷却空気１０４の流量や圧力を第１の実施の形態よりも詳細に調整することができると共にインピンジ冷却を行う冷却範囲も調整することができる。したがって、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込みをより一層均一に冷却することができる。この結果、冷却空気として抽気する圧縮空気の流量をより一層低減させることができ、ガスタービンの効率及び出力がより一層向上する。

【0041】

また、本実施の形態によれば、インピンジ冷却空気１０４の流量や圧力を調整する場合、燃焼器２を取り外し、既設の各カートリッジ６０に対して適切なカートリッジに個別に交換すればよいので、容易にインピンジ冷却空気１０４の流量や圧力を調整することができる。特に、インピンジ冷却孔６２の位置や員数、冷却孔径を変更することでインピンジ冷却空気１０４の流量や圧力、冷却範囲を調整しようとする場合、カートリッジ６０を交換するだけなので、インナーケーシング１６に対してインピンジ冷却孔３２の再加工等を行う必要が生じる第１の実施の形態の場合よりも容易に調整することができる。

【0042】

［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、インピンジ冷却孔を備える冷却構造をインナーケーシング１６に設けた例を示したが、本発明の本質的な効果は、圧縮機１の出口スペース４２とタービン１段ホイール１２ａの上流側のホイールスペース４３ａとを区画する隔壁にインピンジ冷却孔を設けることにより、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に冷却空気を直接噴き付けて、効率的に冷却することであり、必ずしも、この冷却構造をインナーケーシング１６に設ける必要はない。例えば、第１段静翼サポートリングが出口スペース４２とホイールスペース４３ａとを区画する場合には、このサポートリングにこの冷却構造を適用することができる。

【0043】

また、上述した実施の形態においては、インピンジ冷却孔３２、６２に流入する圧縮空気（冷却空気）１０３の流量又は圧力を調整可能な調整部として、オリフィスプレート３３を例に示したが、本発明の本質的な効果は、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼の翼植込み部に噴き付ける冷却空気の流量又は圧力を調整することであり、上記の本質的な効果を得る限りにおいては、必ずしもオリフィスプレート３３に限定されるものではない。

【0044】

なお、上述した実施の形態においては、インピンジ冷却孔を備える冷却構造を隔壁部１６ａに同心円状に複数設けた例を示したが、本発明の本質的な効果は、出口スペース４２とホイールスペース４３ａを区画する隔壁にインピンジ冷却孔を複数備えることにより、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼の翼植込み部を均一に冷却することであり、上記の本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも冷却構造を上記配置に限定するものではない。

【0045】

また、上述した実施の形態においては、オリフィスプレート３３を備える冷却構造の例を示したが、本発明の本質的な効果は、インピンジ冷却孔を備えることにより、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に冷却空気を直接噴き付けて効率的に冷却することであり、必ずしも、オリフィスプレート３３を必要としない。例えば、インピンジ冷却孔６２の位置や員数、冷却孔径を適切に選択することで、タービン１段ホイール１２ａ及びタービン１段動翼１１ａの翼植込み部に噴き付ける冷却空気の流量や圧力、冷却範囲を適切に調整して効率的に冷却することも可能である。

【0046】

なお、上述した第１の実施の形態においては、オリフィスプレート３３をインナーケーシング１６の段付穴３１の大径穴部側にボルトや螺子の締結具で固定する例を示したが、オリフィスプレート３３及び段付穴３１の大径穴部側の側面にねじを形成し、オリフィスプレート３３を段付穴３１の大径穴部側の側面に螺着させて固定することもできる。

【0047】

また、上述した第２の実施の形態においては、カートリッジ６０をインナーケーシング１６の取付孔５１にボルトや螺子などの締結具で固定する例を示したが、カートリッジ６０の外側面及び取付孔５１の側面にねじを形成し、カートリッジ６０を取付孔５１の側面に螺着させて固定することもできる。

【0048】

なお、上述した第２の実施の形態においては、カートリッジ６０を、有底筒状の本体部６１と、本体部６１に取り付けたオリフィスプレート３３とで構成した例を示したが、カートリッジを、オリフィスプレート３３とは別体で、本体部６１のみで構成することもできる。この場合、取付孔５１の圧縮空気流入側にオリフィスプレート３３を取り付け、オリフィスプレート３３より下流側の取付孔５１にカートリッジ６０をオリフィスプレート３３とは別個に取り付ける。この場合も、上述した第２の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、ガスタービンの諸条件や諸状態に応じて、オリフィスプレート３３とカートリッジを別個に変更することができるので、インピンジ冷却空気１０４の流量や圧力を一層微調整することができる。

【0049】

また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0050】

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
１１ａ タービン１段動翼（タービン動翼）
１２ａ タービン１段ホイール（タービンホイール）
１６ａ 隔壁部（隔壁）
３２、６２ インピンジ冷却孔
３３ オリフィスプレート（調整部）
５１ 取付孔
６０ カートリッジ
６１ 本体部
６１ａ 開口部
４２ 出口スペース
４３ａ ホイールスペース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】