特許 6961340 回転機械

(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】6961340

(24)【登録日】2021年10月15日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】回転機械

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20211025BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20211025BHJP

   F02C 7/18 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/44 S

   F04D29/44 W

   F01D9/02 102

   F02C7/18 A

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-243697(P2016-243697)

(22)【出願日】2016年12月15日

(65)【公開番号】特開2018-96329(P2018-96329A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年12月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】青山 邦明

(72)【発明者】

【氏名】枡谷 穣

【審査官】 上野 力

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０８６９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１４８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７４３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２９４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７６０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２０９９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５７４４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ０２Ｃ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線回りに回転する回転軸と、
前記回転軸に固定されて、前記回転軸の回転に伴って回転することで前記軸線方向から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラと、
前記インペラから排出される流体を径方向外側に流通させる排出流路と、
前記排出流路の径方向外側で、径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が配置され、前記排出流路を流通した流体が流通する冷却通路が形成された静翼と、
前記排出流路に設けられて、周方向に間隔をあけて複数配置されたディフューザ翼を有するディフューザと、
を備え、
前記ディフューザ翼は、径方向内側から外側に向かうにしたがって、前記インペラの回転方向に延びる第一ディフューザ翼と、前記第一ディフューザ翼の径方向外側に設けられて、内周端部が前記第一ディフューザ翼の外周端部に沿い、外周端部が前記径方向に対して周方向に±１０°となるように傾斜している第二ディフューザ翼と、を有し、
１つの前記静翼に対して前記第一ディフューザ翼は１つのみ設けられ、前記第二ディフューザ翼は複数設けられ、前記第一ディフューザ翼は、前記１つの静翼に対応する前記複数の第二ディフューザ翼のうち、前記回転軸の回転方向における最も後方側の前記第二ディフューザ翼と周方向に一致する位置に設けられている回転機械。

【請求項2】

前記第一ディフューザ翼と前記第二ディフューザ翼とが接続されている請求項１に記載の回転機械。

【請求項3】

Ｓを前記静翼の枚数、Ｄ１を前記第一ディフューザ翼の枚数、Ｄ２を前記第二ディフューザ翼の枚数、ｎを整数とすると、
前記第一ディフューザ翼の枚数Ｄ１、及び前記第二ディフューザ翼の枚数Ｄ２は、以下の数式（１）、（２）を満たす請求項１に記載の回転機械。
Ｄ２ ＝ ｎ ×Ｓ ・・・ （１）
Ｄ１ ＝ Ｓ ・・・ （２）

【請求項4】

前記ディフューザは、軸線方向下流側を向く第一壁と軸線方向上流側を向く第二壁とを有し、前記ディフューザは、前記第一壁と前記第二壁との間隔が径方向外側に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転機械。

【請求項5】

前記排出流路と前記冷却通路との間に設けられている多孔板を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ガスタービンを構成するタービンのような回転機械において、タービン静翼等の翼の内部に冷却用空気を流して翼を冷却する手法が知られている。このような翼は、翼の内部に冷却用空気を流すための冷却通路を備え、冷却通路に多数の孔を有するインサートなどを配置し、翼壁を冷却用空気でインピンジメント冷却している（例えば、特許文献１参照。）。

【0003】

また、翼に供給される冷却用空気を昇圧するために、翼の内側に空気昇圧装置が設けられた回転機械も知られている。空気昇圧装置は、回転機械のロータとともに回転するインペラを有している遠心圧縮機である。
このような空気昇圧装置においては、インペラから吐出される圧縮された冷却用空気の運動エネルギーは、ディフューザによって効率良く圧力に回復されている。また、この空気昇圧装置に使用されているディフューザは、高圧力比や高効率を達成するために、ディフューザ翼が設けられた羽根付きディフューザ（ベーンドディフューザ）とすることが一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４０８７５８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記従来の回転機械においては、ディフューザから吐出される冷却用空気の流れ方向に、旋回成分（周方向に沿う成分）が残っているため、冷却を要する翼の入口における圧力損失が大きくなるという課題がある。

【0006】

この発明は、静翼を冷却するための冷却通路を有する回転機械において、冷却通路に導入される流体の旋回成分を低減して、圧力損失を低減することができる回転機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第一の態様によれば、回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と、前記回転軸に固定されて、前記回転軸の回転に伴って回転することで前記軸線方向から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラと、前記インペラから排出される流体を径方向外側に流通させる排出流路と、前記排出流路の径方向外側で、径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が配置され、前記排出流路を流通した流体が流通する冷却通路が形成された静翼と、前記排出流路に設けられて、周方向に間隔をあけて複数配置されたディフューザ翼を有するディフューザと、を備え、前記ディフューザ翼は、径方向内側から外側に向かうにしたがって、前記インペラの回転方向に延びる第一ディフューザ翼と、前記第一ディフューザ翼の径方向外側に設けられて、内周端部が前記第一ディフューザ翼の外周端部に沿い、外周端部が前記径方向に対して周方向に±１０°となるように傾斜している第二ディフューザ翼と、を有し、１つの前記静翼に対して前記第一ディフューザ翼は１つのみ設けられ、前記第二ディフューザ翼は複数設けられ、前記第一ディフューザ翼は、前記１つの静翼に対応する前記複数の第二ディフューザ翼のうち、前記回転軸の回転方向における最も後方側の前記第二ディフューザ翼と周方向に一致する位置に設けられている。

【0008】

このような構成によれば、インペラから吐出される流体の流れをより径方向に転向させることができる。これにより、静翼へ流れる流体の圧力損失を低減することができる。即ち、外周端部が径方向に沿うように形成されている第二ディフューザ翼によって、流体が径方向に沿うように流れて旋回成分が抑制されることによって、静翼の冷却通路に流入する流体の圧力損失を低減することができる。

【0009】

上記回転機械において、前記第一ディフューザ翼と前記第二ディフューザ翼とが接続されてよい。

【0010】

このような構成によれば、第一ディフューザ翼と第二ディフューザ翼との間の隙間による流れの乱れを抑制することができる。

【0011】

上記回転機械において、Ｓを前記静翼の枚数、Ｄ１を前記第一ディフューザ翼の枚数、Ｄ２を前記第二ディフューザ翼の枚数、ｎを整数とすると、前記第一ディフューザ翼の枚数Ｄ１、及び前記第二ディフューザ翼の枚数Ｄ２は、以下の数式（１）、（２）を満たしてよい。
Ｄ２ ＝ ｎ × Ｓ ・・・ （１）
Ｄ１ ＝ Ｓ ・・・ （２）

【0012】

このような構成によれば、第一ディフューザによる摩擦損失を低減しながら、流体の流れを転向させることができる。

【0013】

上記回転機械において、前記ディフューザは、軸線方向下流側を向く第一壁と軸線方向上流側を向く第二壁とを有し、前記ディフューザは、前記第一壁と前記第二壁との間隔が径方向外側に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されてよい。

【0014】

このような構成によれば、ディフューザの面積拡大率を抑えて、ディフューザを流れる流体の剥離を抑制することができる。

【0015】

上記回転機械において、前記排出流路と前記冷却通路との間に設けられている多孔板を有してよい。

【0016】

このような構成によれば、軸線方向の流体の流速の分布を均一にすることができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、インペラから吐出される流体の流れをより径方向に転向させることができる。これにより、静翼へ流れる流体の圧力損失を低減することができる。即ち、外周端部が径方向に沿うように形成されている第二ディフューザ翼によって、流体が径方向に沿うように流れて旋回成分が抑制されることによって、静翼の冷却通路に流入する流体の圧力損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第一実施形態のガスタービンの模式的全体側面図である。

【図2】本発明の第一実施形態のガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。

【図3】本発明の第一実施形態のガスタービンの排出流路周辺の拡大断面図である。

【図4】本発明の第一実施形態のガスタービンの空気昇圧装置の軸線方向から見た概略図である。

【図5】本発明の第一実施形態のガスタービンの空気昇圧装置のディフューザ翼の詳細形状を説明する概略図である。

【図6】本発明の第二実施形態のガスタービンの空気昇圧装置のディフューザ翼の詳細形状を説明する概略図である。

【図7】本発明の第三実施形態のガスタービンの排出流路の拡大断面図である。

【図8】本発明の第四実施形態のガスタービンの排出流路周辺の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の回転機械であるガスタービンについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１は、外気Ａｏを圧縮して圧縮空気Ａを生成する圧縮機２と、圧縮空気Ａ中で燃料を燃焼させて燃焼ガスＧを生成する複数の燃焼器３と、燃焼ガスＧにより駆動するタービン４と、を備えている。

【0020】

圧縮機２は、ガスタービン軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ６と、圧縮機ロータ６を回転可能に覆う圧縮機車室７と、複数の圧縮機静翼列８と、を有している。
なお、以下では、ガスタービン軸線Ａｒが延びる方向を軸線方向Ｄａとする。また、ガスタービン軸線Ａｒを中心とした周方向を単に周方向Ｄｃとし、ガスタービン軸線Ａｒに対して垂直な方向を径方向Ｄｒとする。径方向Ｄｒで、ガスタービン軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側とし、ガスタービン軸線Ａｒに近づく側を径方向内側とする。

【0021】

圧縮機ロータ６は、ガスタービン軸線Ａｒに沿って軸線方向Ｄａに延びる圧縮機ロータ軸９と、圧縮機ロータ軸９に取り付けられている複数の圧縮機動翼列１０と、を有している。複数の圧縮機動翼列１０は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各々の圧縮機動翼列１０は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成される。複数の圧縮機動翼列１０の各下流側には、圧縮機静翼列８が配置されている。各々の圧縮機静翼列８は、いずれも、圧縮機車室７の内側に固定されている。各々の圧縮機静翼列８は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の静翼で構成される。

【0022】

タービン４は、ガスタービン軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ１１と、タービンロータ１１を回転可能に覆うタービン車室１２と、複数のタービン静翼列１３と、を有している。タービンロータ１１は、ガスタービン軸線Ａｒに沿って軸線方向Ｄａに延びるタービンロータ軸１４と、タービンロータ軸１４に取り付けられている複数のタービン動翼列１５と、を有している。

【0023】

複数のタービン動翼列１５は、軸線方向Ｄａに並んでいる。各々のタービン動翼列１５は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数の動翼で構成される。複数のタービン動翼列１５の各上流側には、タービン静翼列１３が配置されている。各々のタービン静翼列１３は、タービン車室１２の内側に固定されている。各々のタービン静翼列１３は、いずれも、周方向Ｄｃに並んでいる複数のタービン静翼５で構成されている。

【0024】

ガスタービン１は、さらに、ガスタービン軸線Ａｒを中心として筒状の中間車室１６を備えている。中間車室１６は、軸線方向Ｄａで、圧縮機車室７とタービン車室１２との間に配置されている。圧縮機車室７、中間車室１６、タービン車室１２は、互いに接続されてガスタービン車室２１を成している。圧縮機ロータ６とタービンロータ１１とは、同一ガスタービン軸線Ａｒ上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ２０（回転軸）を成している。ガスタービンロータ２０には、例えば、発電機ＧＥＮのロータが接続されている。

【0025】

燃焼器３は、圧縮機２で圧縮された圧縮空気Ａに対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスＧを生成するものである。
複数の燃焼器３は、周方向Ｄｃに互いの間隔をあけて、中間車室１６に固定されている。燃焼器３は、圧縮空気Ａと燃料を混合して燃焼させる燃焼筒１７と、燃焼筒１７から燃焼ガスＧをタービン４に導く尾筒１８とを有している。燃焼筒１７は、圧縮機２に対して圧縮機ディフューザ１９を介して接続されている。圧縮機ディフューザ１９は、圧縮機２からの圧縮空気Ａを燃焼筒１７に導く空気通路をなす筒体である。
図２に示すように、各々の燃焼器３の燃焼筒１７は、筒型に形成され、その内部の中心にパイロット燃焼バーナ３１が配置されている。燃焼筒１７は、その内周面に沿ってパイロット燃焼バーナ３１を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ３２が配置されている。

【0026】

ガスタービン１は、圧縮機２に取り込まれた外気Ａｏが、複数の圧縮機静翼列８と圧縮機動翼列１０とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気Ａとなる。この圧縮空気Ａに対し、燃焼器３において燃料が混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスＧが生成される。そして、燃焼ガスＧがタービン４のタービン静翼列１３とタービン動翼列１５とを通過することでタービンロータ軸１４が回転駆動され、ガスタービンロータ２０に連結された発電機ＧＥＮに回転動力を付与することで発電を行う。

【0027】

図２に示すように、圧縮機ディフューザ１９は、抽気部２３を有している。抽気部２３は、圧縮機ディフューザ１９から圧縮空気Ａを抽気するための孔である。抽気部２３により、圧縮機ディフューザ１９を介して圧縮機２から燃焼筒１７に送られる圧縮空気Ａの一部が、中間車室１６内に取り出される。

【0028】

抽気部２３に関連し、ガスタービン１は、ガスタービンロータ２０の径方向外側に、周方向Ｄｃに沿ってリング形状をなす中間軸カバー２４が装着されている。
また、ガスタービン１は、冷却装置２５を有している。冷却装置２５は、中間車室１６の下流側に設けられた排気管２６と、中間車室１６の上流側に設けられた給気管３３と、排気管２６と給気管３３とを連通する冷却管２７と、冷却管２７の途中に設けられた熱交換器２８（ＴＣＡクーラ）と、中間軸カバー２４の内部に設けられている空気昇圧装置２９と、を有している。給気管３３は、中間車室１６を貫通して中間軸カバー２４の内部に設けられている中間軸カバー流路３４に連通している。中間軸カバー流路３４は、軸線方向Ｄａに延在している環状の流路である。

【0029】

抽気部２３により中間車室１６の内部空間に取り出された圧縮空気Ａは、排気管２６から中間車室１６の外部の冷却管２７に排気され熱交換器２８にて冷媒と熱交換されて給気管を介して中間軸カバー流路３４の内部に供給される。そして、冷却された圧縮空気Ａである冷却用空気ＣＡにより、タービン静翼５を冷却することができる。

【0030】

図３に示すように、空気昇圧装置２９は、遠心圧縮機であり、ガスタービンロータ２０に固定されているインペラ３０を有している。インペラ３０は、ガスタービンロータ２０の回転に伴って回転方向Ｒ（図４参照）に回転することで中間軸カバー流路３４を介して軸線方向Ｄａから流入する流体である冷却用空気ＣＡを径方向外側に圧送する。

【0031】

空気昇圧装置２９の圧縮段は、冷却用空気ＣＡを圧縮する圧縮流路３５（インペラ３０）と、圧縮された冷却用空気ＣＡを径方向内側から径方向外側に案内する排出流路３６と、を備えている。
インペラ３０は、軸線方向Ｄａから見て略円形の断面を有するディスク３８と、ディスク３８の上流側の面に設けられた複数の羽根３９と、これら複数の羽根３９を上流側から覆うシュラウド４０と、を有している。
なお、各々のインペラ３０は、シュラウドを有していないオープンインペラであってもよい。

【0032】

圧縮流路３５は、インペラ３０のディスク３８の上流側の面、シュラウド４０の下流側の面、及び周方向Ｄｃに隣り合う一対の羽根３９によって囲まれた流路である。圧縮流路３５は、径方向内側から径方向外側に向かうに従って、その断面積が次第に減少している。これにより、インペラ３０が回転している状態で圧縮流路３５中を流通する冷却用空気ＣＡは、徐々に圧縮されて高圧となる。

【0033】

排出流路３６は、径方向内側から外側に向かって延びる流路である。排出流路３６における径方向内側の端部は、圧縮流路３５の径方向外側の端部に連通されている。
排出流路３６は、径方向内側に配置されたディフューザ４１と、ディフューザ４１の径方向外側に配置されたマニホールド４２と、を有している。

【0034】

ディフューザ４１は、軸線方向Ｄａに対向する第一ディフューザプレート４３ａ（第一壁）及び第二ディフューザプレート４３ｂ（第二壁）によって形成されている。第一ディフューザプレート４３ａと第二ディフューザプレート４３ｂの軸線方向Ｄａの間隔は、圧縮流路３５の径方向外側の端部の軸線方向Ｄａの間隔と略等しい。
マニホールド４２は、ディフューザ４１に対して軸線方向Ｄａの幅を拡大させた部位である。マニホールド４２の軸線方向Ｄａの幅は、後述する内側シュラウド６４の軸線方向Ｄａの幅と略等しい。
ディフューザ４１には、周方向Ｄｃに間隔をあけて複数配置されたディフューザ翼５０が設けられている。

【0035】

次に、冷却空気によって冷却されるタービン静翼５について説明する。
タービン静翼５は、燃焼ガスＧの圧力を下降させてその流速を増加させる。図３に示すように、タービン静翼５は、ガスタービンロータ２０の径方向Ｄｒに相当する翼高さ方向に延設される翼本体５４と、翼本体５４の径方向外側に設けられた外側シュラウド５８と、翼本体５４の径方向内側に設けられた内側シュラウド６４と、を有している。

【0036】

外側シュラウド５８は、周方向Ｄｃに複数設けられたタービン静翼５をその先端部において互いに連結する。外側シュラウド５８は、径方向外側が開口された筐体である本体部５９と、本体部５９の開口を封止する蓋体６０と、本体部５９の内部に設けられたインピンジメントプレート６１と、蓋体６０に形成された排出口６２と、を有している。排出口６２は、外側シュラウド５８の内部空間から冷却用空気ＣＡを排出する配管である。本体部５９の底面には、翼本体５４が接続されている。

【0037】

インピンジメントプレート６１は、本体部５９をインピンジメント冷却する役割を果たすものである。インピンジメントプレート６１には、複数の冷却孔６３が形成されている。

【0038】

内側シュラウド６４は、周方向Ｄｃに複数設けられたタービン静翼５をその基端部において互いに連結する。内側シュラウド６４は、下面が開口された筐体である本体部６５と、本体部６５の内部に設けられたインピンジメントプレート６６と、を有している。インピンジメントプレート６６には、複数の冷却孔６７が形成されている。

【0039】

翼本体５４は、翼形の外形を成し内部が空洞の外フレーム５５と、外フレーム５５の内部を区画するように設けられた複数の区画フレーム５６と、外フレーム５５の内部に挿入された複数の挿入部材５７と、を備えている。

【0040】

翼本体５４の内部には、外フレーム５５と区画フレーム５６とによって冷却通路４５が複数形成されている。区画フレーム５６は、外フレーム５５と一体的に構成してもよいし、別部材として構成してもよい。

【0041】

挿入部材５７は、冷却通路４５に流入した冷却用空気ＣＡを翼壁である外フレーム５５に向かって噴出させるための部材である。挿入部材５７の径方向内側には、供給用開口６８が形成されている。
挿入部材５７は、区画フレーム５６に面接触する第一面６９と外フレーム５５と区画フレーム５６との間に配置される第二面７０と、を有している。挿入部材５７の第二面７０には、複数の噴出孔７１が形成されている。複数の噴出孔７１は、第二面７０の全面にわたって形成されている。
挿入部材５７は、供給用開口６８を径方向内側に向けた状態で、冷却通路４５に対して径方向内側から挿入されている。挿入部材５７は、供給用開口６８の縁部が外フレーム５５及び区画フレーム５６に対して溶接部Ｗを介して固定されている。

【0042】

高温環境下に曝されるタービン静翼５を冷却すべく、圧縮機２で圧縮した圧縮空気Ａを冷却装置２５で冷却することによって冷却用空気ＣＡが生成され、この冷却用空気ＣＡがタービン静翼５に供給される。

【0043】

より詳細に説明すると、圧縮空気Ａを冷却して生成した冷却用空気ＣＡは、空気昇圧装置２９によって昇圧された後、タービン静翼５の内側シュラウド６４に供給される。冷却用空気ＣＡは、インピンジメントプレート６６に形成された冷却孔６７から径方向外側に噴射される。これにより、内側シュラウド６４の本体部６５がインピンジメント冷却される。

【0044】

次いで、冷却用空気ＣＡは、供給用開口６８から挿入部材５７の内部に流入する。冷却用空気ＣＡは、挿入部材５７の内部を径方向外側へ流通しながら、第二面７０の噴出孔７１から外フレーム５５の内面へ噴射されることにより、外フレーム５５をインピンジメント冷却する。このように、外フレーム５５の冷却にインピンジメント冷却方式を用いることにより、対流冷却方式を用いる場合と比較してより効率的な冷却が可能となる。

【0045】

次いで、冷却用空気ＣＡは、外フレーム５５の内面に沿って径方向外側へ流れて外側シュラウド５８に供給される。冷却用空気ＣＡは、インピンジメントプレート６１に形成された冷却孔６３から径方向内側に噴射される。これにより、外側シュラウド５８の本体部５９がインピンジメント冷却される。
その後、冷却用空気ＣＡは、排出口６２を介してタービン静翼５の外部へ回収される。

【0046】

次に、本実施形態のディフューザ４１に設けられているディフューザ翼５０について説明する。ディフューザ翼５０は、ディフューザ４１を形成する第一ディフューザプレート４３ａと第二ディフューザプレート４３ｂの間に、第一ディフューザプレート４３ａと第二ディフューザプレート４３ｂ同士を接続するように、配置されている。ディフューザ翼５０は、周方向Ｄｃに等間隔に配置されている。

【0047】

図４及び図５に示すように、ディフューザ翼５０は、第一ディフューザ翼５１と、第一ディフューザ翼５１の径方向外側に配置された第二ディフューザ翼５２と、を有している。
第一ディフューザ翼５１は、径方向内側から外側に向かうにしたがって、インペラ３０の回転方向Ｒに延びるように形成されている。第一ディフューザ翼５１の転向角は、第二ディフューザ翼５２の転向角よりも小さい。ここで、転向角とは、周方向に沿う流れを径方向に向けるための角度である。

【0048】

第二ディフューザ翼５２は、径方向内側の端部５２ａ（内周端部）が第一ディフューザ翼５１に沿うように形成され、径方向外側の端部５２ｂ（外周端部）が径方向Ｄｒに沿うように形成されている。
具体的には、第二ディフューザ翼５２の径方向外側の端部５２ｂは、径方向Ｄｒに対する周方向Ｄｃの角度αが±１０°となるように傾斜している。第二ディフューザ翼５２は、円弧状に形成されており、第一ディフューザ翼５１を経てインペラ３０の回転方向Ｒ（周方向）に沿うような冷却用空気ＣＡの流れ方向が、径方向Ｄｒに転向するように形成されている。第二ディフューザ翼５２は、圧力面７２負圧面７３とを有し、負圧面７３が回転方向Ｒに向かって凸となるような形状に形成されている。

【0049】

Ｓをタービン静翼５の枚数、Ｄ１を第一ディフューザ翼５１の枚数、Ｄ２を第二ディフューザ翼５２の枚数、ｎを整数とすると、第一ディフューザ翼５１の枚数Ｄ１、及び第二ディフューザ翼５２の枚数Ｄ２は、以下の数式（１）、（２）、又は、（３）、（４）を満たしてよい。
Ｄ２ ＝ ｎ × Ｓ ・・・ （１）
Ｄ１ ＝ Ｓ ・・・ （２）
Ｄ２ ＝ Ｓ ・・・ （３）
Ｄ１ ＝ Ｓ ／ ｎ ・・・ （４）

【0050】

即ち、第二ディフューザ翼５２の枚数Ｄ２は、タービン静翼５の枚数Ｓと同数か、その整数倍である。また、第一ディフューザ翼５１の枚数Ｄ１は、第二ディフューザ翼５２の枚数Ｄ２の整数分の一である。
本実施形態の第二ディフューザ翼５２の枚数Ｄ２は、タービン静翼５の枚数Ｓの５倍である。
また、複数のディフューザ翼５０によって構成される複数の第二ディフューザ翼５２は、等間隔に配置されていることが好ましい。

【0051】

本実施形態のタービン４は、周方向Ｄｃに等間隔に配置された１６枚のタービン静翼５を有している。本実施形態のディフューザ４１には、１枚の第一ディフューザ翼５１と５枚の第二ディフューザ翼５２とからなる、ディフューザ翼５０が周方向Ｄｃに等間隔に１６組配置されている。

【0052】

次に、本実施形態の空気昇圧装置２９の作用について説明する。
インペラ３０によって圧縮された冷却用空気ＣＡは、ディフューザ４１によって減速される。その際、冷却用空気ＣＡの流れ方向は、ディフューザ翼５０によって径方向Ｄｒに転向される。これにより、冷却用空気ＣＡの流れが効率よく減速される。

【0053】

上記実施形態によれば、空気昇圧装置２９のインペラ３０から吐出される冷却用空気ＣＡの流れをより径方向Ｄｒに転向させることができる。これにより、タービン静翼５へ流れる冷却用空気ＣＡの圧力損失を低減することができる。即ち、径方向外側の端部５２ｂが径方向Ｄｒに沿うように形成されている第二ディフューザ翼５２によって、冷却用空気ＣＡが径方向Ｄｒに沿うように流れて旋回成分が抑制されることによって、タービン静翼５の冷却通路４５に流入する冷却用空気ＣＡの圧力損失を低減することができる。

【0054】

また、第一ディフューザ翼５１の枚数Ｄ１を第二ディフューザ翼５２の枚数Ｄ２の整数分の一とすることによって、第一ディフューザ翼による摩擦損失を低減しながら、冷却用空気ＣＡの流れを転向させることができる。
また、ディフューザ翼５０を
第一ディフューザ翼５１と第二ディフューザ翼５２とに分割して製造することができる。これにより、製造コストを低くすることができる。

【0055】

なお、上記実施形態では、ディフューザ翼５０として、１枚の第一ディフューザ翼５１と５枚の第二ディフューザ翼５２とを有するものとしたが、これに限ることはなく、それぞれの枚数は適宜変更することができる。
また、第一ディフューザ翼５１と第二ディフューザ翼５２の位置は、周方向に異なる位置としてもよい。

【0056】

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、第二実施形態のディフューザ翼５０は、複数の第二ディフューザ翼５２のうち一つの第二ディフューザ翼５２と第一ディフューザ翼５１とが接続されている。

【0057】

上記実施形態によれば、ディフューザ翼５０を構成する第一ディフューザ翼５１と第二ディフューザ翼５２との間の隙間による流れの乱れを抑制することができる。

【0058】

〔第三実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

【0059】

図７に示すように、第三実施形態のディフューザ４１は、軸線方向Ｄａの幅が径方向外側に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている。換言すれば、ディフューザ４１は、軸線方向Ｄａの下流側を向く第一ディフューザプレート４３ａと軸線方向Ｄａの上流側を向く第二ディフューザプレート４３ｂの間隔が径方向外側に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている。

【0060】

具体的には、ディフューザ４１は、第一ディフューザ翼５１の径方向内側の端部５１ａにおけるディフューザ４１の幅をＷ１、第一ディフューザ翼５１の径方向外側の端部５１ｂ、及び第二ディフューザ翼５２の径方向内側の端部５２ａにおけるディフューザ４１の幅をＷ２、第二ディフューザ翼５２の径方向外側の端部５２ｂにおけるディフューザ４１の幅をＷ３とすると、以下の数式（５）を満たすように形成されている。
Ｗ１ ＞ Ｗ２ ＞ Ｗ３ ・・・（５）

【0061】

上記実施形態によれば、ディフューザ４１の面積拡大率を抑えて、ディフューザ４１を流れる冷却用空気ＣＡの剥離を抑制することができる。これにより、タービン静翼５に流入する冷却用空気ＣＡの圧力損失をより低減することができる。

【0062】

〔第四実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の排出流路３６（ディフューザ４１）と冷却通路４５（タービン静翼５）との間には、多孔板７５が設けられている。多孔板７５は、複数の貫通孔７６を有する板状の部材である。

【0063】

上記実施形態によれば、軸線方向Ｄａの冷却用空気ＣＡの流速の分布を均一にすることができる。
なお、上記実施形態において、内側シュラウド６４のインピンジメントプレート６６を多孔板としてもよい。このような構成とすることによって、圧力損失を低減することができる。

【0064】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、空気昇圧装置２９は一段の圧縮段を備えているが、これに限ることはなく、圧縮段の段数を複数の圧縮段を有する空気昇圧装置２９としてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ ガスタービン
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ タービン静翼
１１ タービンロータ
１２ タービン車室
１３ タービン静翼列
１４ タービンロータ軸
１５ タービン動翼列
１６ 中間車室
２０ ガスタービンロータ（回転軸）
２１ ガスタービン車室
２４ 中間軸カバー
２５ 冷却装置
２８ 熱交換器
２９ 空気昇圧装置
３０ インペラ
３４ 中間軸カバー流路
３５ 圧縮流路
３６ 排出流路
３８ ディスク
３９ 羽根
４０ シュラウド
４１ ディフューザ
４２ マニホールド
４３ａ 第一ディフューザプレート（第一壁）
４３ｂ 第二ディフューザプレート（第二壁）
４５ 冷却通路
５０ ディフューザ翼
５１ 第一ディフューザ翼
５２ 第二ディフューザ翼
５４ 翼本体
５７ 挿入部材
５８ 外側シュラウド
６１ インピンジメントプレート
６３ 冷却孔
６４ 内側シュラウド
６５ 本体部
６６ インピンジメントプレート
７５ 多孔板
Ａ 圧縮空気
Ａｒ ガスタービン軸線
Ｄａ 軸線方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
Ｒ 回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】