CN103573297A - 轴流式涡轮和发电设备 - Google Patents
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Abstract
一种轴流式涡轮，具备：涡轮喷嘴，其沿着在隔膜外轮和隔膜内轮之间形成的环状流路的圆周方向被列状地配置，并沿旋转中心轴方向配置在每个涡轮级上；涡轮动叶片，其在沿着由上述隔膜内轮形成的筒状流路的上述旋转中心轴方向设置的涡轮转子的转子盘上，沿上述圆周方向列状地植设，沿着上述旋转中心轴方向在各个上述涡轮喷嘴的下游侧在上述每个涡轮级设置；隔热板，其被设置为在与沿着上述旋转中心轴方向相邻的两个上述转子盘间的上述涡轮转子外表面之间具有空间部；第1连通孔，其形成于上述涡轮转子内，流入冷却剂，并与上述空间部连接；第1开口部，其形成于相邻的两个上述转子盘中的至少一个上，以与上述空间部连接；第2连通孔，其经由上述第1开口部和上述空间部连接，将上述转子盘中的上述涡轮动叶片的植入部连通；第3连通孔，其与上述第2连通孔连接，沿着上述涡轮动叶片的有效长度部连通；与上述第3连通孔连接，在上述涡轮动叶片的侧面开口的第2开口部，和与上述第3连通孔连接，或者在上述涡轮动叶片的外周端面开口的第3开口部。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及轴流式涡轮（turbine）和发电设备/发电厂（electrical generating plant）。
本申请基于2012年7月20日在日本提出的专利申请2012-161734号要求优先权，将其内容援引于本申请中。
背景技术
近年来，迫切希望抑制地球温室化，其中，希望通过在发电设备中改善发电效率来减少发电用的燃料消耗，抑制CO2、SOx、NOx等的产生量。
在使用蒸汽涡轮或燃气涡轮等的火力发电设备/火力发电厂中，作为高效率化的有效方法，采用使涡轮的入口温度上升的方法。
另一方面，涡轮具备静止部件和转子、动叶片等的旋转部件，为了在静止部件和旋转部件之间避免接触，设置间隙是必不可少的。
因此，涡轮叶片列以外的间隙中必定会有工作流体泄漏，金属表面被暴露在工作流体的温度下。因此，在高温工作流体的情况下，可能会出现不能满足耐热合金中所要求的强度特性的情况。
因此，曾提出了根据需要部分地进行冷却的结构。例如，以下记载的专利文献1中，曾提出了下述结构：将在涡轮级的中途的下游结束工作、温度降低了的工作流体的一部分导向上游级的涡轮转子的外表面或动叶片前端的外周壁进行冷却，并将冷却了的工作流体从压盖（gland）排出。在该结构中，虽然认为在主流的温度成为600℃左右的蒸汽涡轮中没有障碍，但在燃气涡轮等主流的气体温度超过1000℃的情况下，即使在涡轮级下游也成为高温因此不能得到充分的冷却。另外，由于从中途级抽取工作流体用于冷却并向压盖排出，因此在不能作为动力回收的状态下排出，效率不得不降低。
另外，例如在专利文献2中，具有通路部的主流接触的外面、和在保持有叶片的外面上被作出的空间，并且在动叶片的植入部具备导通部。根据该结构，动叶片的上游和下游的空间连通，使冷却介质通过来进行冷却。在这样连通的结构中，明确的是，越向冷却空间的下游冷却介质的温度就越上升，冷却效率下降。认为在主流的工作流体的温度不高的情况下，由于冷却介质的温度上升较少，因此没有特别的障碍。但是，在高温的工作流体中进行充分的冷却较困难。
这样，在主流的工作流体的温度变为高温的情况下，现有技术难以得到充分的冷却效果。因此，通过增多冷却介质的量来进行冷却。但是，较多地使用冷却介质，会招致设备整体的效率降低，高温化成为了使发电效率提高的阻碍。
发明内容
本发明的一方式涉及的轴流式涡轮，具备：
涡轮喷嘴，其沿着在隔膜（导流板，diaphragm）外环和隔膜内环之间形成的环状流路的圆周方向被列状地配置，并沿旋转中心轴方向在每个涡轮级上配置；
涡轮动叶片，其在沿着由上述隔膜内环形成的筒状流路的上述旋转中心轴方向设置的涡轮转子的转子盘上，沿上述圆周方向被列状地植设，沿着上述旋转中心轴方向在各个上述涡轮喷嘴的下游侧在每个上述涡轮级配置；
隔热板，其被设置为在与沿着上述旋转中心轴方向相邻的两个上述转子盘间的上述涡轮转子的外表面之间具有空间部；
第1连通（贯通）孔，其形成于上述涡轮转子内，流入冷却介质，并与上述空间部连接；
第1开口部，其形成于相邻的两个上述转子盘中的至少一个上，以与上述空间部连接；
第2连通孔，其经由上述第1开口部与上述空间部连接，将上述转子盘中的上述涡轮动叶片的植入部连通；
第3连通孔，其与上述第2连通孔连接，沿着上述涡轮动叶片的有效长度部连通；和
与上述第3连通孔连接，在上述涡轮动叶片的侧面开口的第2开口部，或者与上述第3连通孔连接，在上述涡轮动叶片的外周端面开口的第3开口部。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的轴流式涡轮的涡轮级的概略构成的纵截面图。
图2是将相同实施方式1的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图3是将本发明的实施方式2的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图4是将本发明的实施方式3的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图5是将本发明的实施方式4的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图6是将本发明的实施方式5的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图7是将本发明的实施方式6的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图8是将本发明的实施方式7的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
图9是表示以CO2为工作流体的CO2涡轮的主要构成的纵截面图。
图10是表示可应用上述实施方式1～7的轴流式涡轮的以CO2为工作流体的火力发电设备的构成的系统图。
图11是将上述实施方式1和2的变形例的轴流式涡轮的涡轮级的构成部分地放大表示的纵截面图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式的轴流式涡轮，参照附图进行说明。
（1）实施方式1
将本发明的实施方式1的轴流式涡轮中的涡轮级的概略构成示于图1。
沿在隔膜外环17和隔膜内环16之间形成的环状流路的圆周方向，多枚涡轮喷嘴1列状地配置，并且沿着旋转中心轴以多级进行配置。在隔膜内环16和转子13之间，为了减少工作流体的泄漏，沿圆周方向安装有迷宫式密封件18。
在这样形成的各涡轮喷嘴1的各自的下游侧，与各涡轮喷嘴1相对地在每一级配置有涡轮动叶片5。该涡轮动叶片5，沿设置有涡轮动叶片5的植入部23的转子盘21的外周的圆周方向以一定间隔列状地植设，通过从工作流体得到转动能从而获取输出功率。
在涡轮动叶片5的前端设有抑制振动用的减振器20，在减振器20和隔膜外环17之间，为了减少工作流体的泄漏沿圆周方向安装有密封鳍（sealfin）4。沿着旋转中心轴，图中从左向右分别按顺序配置有第1级涡轮喷嘴、第1级涡轮动叶片、第2级涡轮喷嘴、第2级涡轮动叶片。
在图1中，将沿着第1级涡轮动叶片5的半径方向的截面结构、以及与第2级涡轮喷嘴1的隔膜内环16相对的第1级涡轮动叶片5和第2级涡轮动叶片5之间的部分的用虚线围成的部分201放大地示于图2。
本实施方式1中，在第1级涡轮动叶片5和第2级涡轮动叶片5之间，以在与涡轮转子13外表面之间形成空间部9的方式，遍及全周地设置有隔热板3。该隔热板3，将从主流泄漏的高温的泄漏流体22从涡轮转子13上隔离，以使得涡轮转子13的外表面不被加热。
该隔热板3，在沿着旋转中心轴方向相邻的两个转子盘21上，沿着旋转中心轴方向的两端部连接地设置。
在涡轮转子13的内部，形成有从外部供给冷却介质的连通孔2。连通孔2与形成于隔热板3和涡轮转子13的外表面之间的空间部9连接。
另外，空间部9与转子盘21的开口部6连接，还与通过涡轮动叶片5的植入部23，遍及涡轮动叶片5内的有效长度部而形成的连通孔7连接。连通孔7与在涡轮动叶片5的侧面开口的开口部7a连接，或者连通孔7与在涡轮动叶片5的外周端面的减振器20上开口的开口部7b连接。
冷却介质通过涡轮转子13的连通孔2，并依次通过空间部9、转子盘21的开口部6、涡轮动叶片5内的连通孔7。最终从连通孔7通过开口部7a或者开口部7b向主流流出。因此，需要使冷却介质的流体压力高于主流的流体压力。
从外部供给的冷却介质在隔热板3和涡轮转子13的外表面的空间部9中通过，由此涡轮转子13的外表面被冷却保护。并且，冷却介质通过涡轮动叶片5的植入部23、并遍及有效长度地通过涡轮动叶片5内部的连通孔7，由此该部分也被冷却保护。
并且，最终地，通过使温度上升了的冷却介质向主流流入，能够作为工作流体有效地利用。在此，连通孔2的出口与空间部9的工作流体的下游侧连接，冷却介质沿着工作流体的流向的反向流动，通过开口部6，流入到位于第2级涡轮喷嘴1的前一级的第1级涡轮动叶片5的连通孔7后，向主流流入。由此，通过使温度上升了的冷却介质从已冷却的地方的更上游侧作为工作流体向主流流入，能够效率更加良好地使其工作。
根据本实施方式1，通过来自外部的冷却介质的流入，能够进行各级的冷却，因此即使在工作流体为高温的情况下也能够对涡轮转子13的外表面、特别是涡轮动叶片5的有效长度部、涡轮动叶片5的植入部23进行充分的冷却保护。
同时，通过使对涡轮动叶片5和植入部23进行冷却从而温度上升了的冷却介质流入主流，冷却介质能够增加涡轮的输出功率。其结果，冷却介质不仅在冷却，还在输出上进行再利用，由此能够抑制效率降低。
在此，在图2中未显示的与第1级涡轮喷嘴1相对的涡轮转子13中没有设置连通孔2，并且在与该第1级涡轮喷嘴1相对的位置上也没有形成由隔热板3得到的空间部9。该区域的涡轮转子13，由利用图9后述的前方的压盖111，通过以比主流高的压力供给并与主流混合的冷却介质进行冷却。
再者，在例如5级构成的情况下，从上游向下游交替地配置有第1级涡轮喷嘴1、第1级涡轮动叶片5、第2级涡轮喷嘴1、第2级涡轮动叶片5、…、第5级涡轮喷嘴1、第5级涡轮动叶片5。
在本实施方式1中，除了第1级涡轮喷嘴1和第5级涡轮动叶片5以外，对于第1级涡轮动叶片5和第2级涡轮喷嘴1、第2级涡轮动叶片5和第3级涡轮喷嘴1、…、第4级涡轮动叶片5和第5级涡轮喷嘴1的各自的组合，设置了图2所示的构成。但是，只要至少对第1级涡轮动叶片5和第2级涡轮喷嘴1设置图2所示的构成即可。
（2）实施方式2
对于本发明的实施方式2的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图3进行说明。再者，对与上述实施方式1相同的构成要素附带相同的标记省略说明。
上述实施方式1中，如上所述涡轮转子13内部的连通孔2的出口的旋转中心轴方向的位置，被设置在转子盘21间的涡轮喷嘴1的下游侧。由此，冷却了隔热板3的冷却介质在将涡轮上游侧的涡轮动叶片5的植入部23和涡轮动叶片5冷却后，流入上游侧的主流，由此在涡轮旋转驱动中对更多的工作作出贡献。
与之相对在本实施方式2中，涡轮转子13内部的连通孔2发生分岔。
分岔的一方的连通孔2a，通过第1级涡轮动叶片5的植入部23，与涡轮动叶片5的内部的连通孔7直接连接。分岔的另一方的连通孔2b，与被设在转子盘21间的空间部9连接。
根据该构成，能够从连通孔2供给涡轮动叶片5的植入部23和涡轮动叶片5的冷却所需要的冷却介质、和隔热板3的冷却所需要的冷却介质。
另外，本实施方式2中，从连通孔2分岔的另一方的连通孔2b的出口与空间部9连接的旋转中心轴方向的位置，位于转子盘21间的上游侧。流入到该空间部9的冷却介质，与主流同一方向地流到空间部9后，经由在下游侧设置的开口部6与在第2级涡轮动叶片5被植入了的转子盘21的内部设置的贯通孔2a连接。
在第2级涡轮动叶片5被植入了的转子盘21中，也与图3所示的第1级涡轮动叶片5被植入了的转子盘21同样地，设有从涡轮转子13内部的另一连通孔2分岔的一方的连通孔2a，从另一连通孔2供给的冷却介质、和通过空间部9经由开口部6而来的冷却介质合流。并且该连通孔2a通过植入部23，与遍及第2级涡轮动叶片5的有效长度的连通孔7连接。
在之后的级都相同，从涡轮转子13内部的连通孔2分岔的一方的连通孔2a与第3级涡轮动叶片5内部的连通孔7连接，分叉的另一方的连通孔2b与被设在第3级涡轮动叶片5的转子盘21和第4级涡轮动叶片5的转子盘21之间的空间部9连接。
另外，与上述实施方式1相同，在本实施方式2中，与第1级涡轮喷嘴1相对的涡轮转子13的冷却，利用来自前方的压盖111的冷却介质进行。
根据本实施方式2，与上述实施方式1相同，冷却介质在隔热板3和涡轮转子13的外表面的空间部9中通过，由此涡轮转子13的外表面被冷却保护，并且冷却介质通过涡轮动叶片5的植入部23、并遍及有效长度地通过涡轮动叶片5内连通孔7，由此涡轮动叶片5被冷却保护。另外，通过使温度上升了的冷却介质向主流流入，作为工作流体有效利用，冷却介质不只用于冷却，还进行再利用，由此能够抑制效率下降。
并且，在本实施方式2中，通过使被供给到涡轮转子13内部的贯通孔2的冷却介质分别流向分岔了的两个贯通孔2a、2b，冷却介质通过连续的两个涡轮动叶片5的植入部23、并遍及有效长度地通过涡轮动叶片5内部的连通孔7，由此涡轮动叶片5效率良好地被冷却保护。
（3）实施方式3
对于本发明的实施方式3的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图4进行说明。再者，对与上述实施方式1、2相同的构成要素附带相同的标记省略说明。
本实施方式3中，在相邻的两个涡轮动叶片5被植入的转子盘23间的涡轮转子13的外表面设置的隔热板3的外周侧的表面，具备具有比隔热板3低的热传导率的热绝缘层8。
该热绝缘层8，可以使用被用于绝热涂层（绝热被膜、高温耐蚀被膜）的各种材料，例如M（镍、钴、铁或它们的组合）Cr（铬）A1（铝）Y（钇）材料，或者在MCrA1Y材料中组合了陶瓷类材料的材料等。
由此，高温的泄露流体22与隔热板3被热绝缘，因此可以使从外部流入的冷却介质的使用量更少。其结果，能够用更少的冷却介质对涡轮转子13的外表面进行冷却保护，涡轮效率提高。
（4）实施方式4
对于本发明的实施方式4的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图5进行说明。并且，对与上述实施方式1～3相同的构成要素附带相同的标记省略说明。
在本实施方式4中，其特征在于，在覆盖相邻的第1级、第2级涡轮动叶片5被植入的转子盘21间的涡轮转子13的外表面的隔热板3的内周侧，具备支持隔热板3的支脚结构体14，并且支脚结构体14的内周部分具有与植入部23同样的形状以使其可安装到涡轮转子13上。再者，本实施方式4中，虽然作为可安装到涡轮转子13上的形状的一个例子，采用了与植入部23同样的形状，但并不限定于该形状，即使是其他形状只要可以安装即可。
冷却介质通过涡轮转子13的连通孔2，依次通过空间部9、转子盘21的开口部6、涡轮动叶片5内的连通孔7。最终从连通孔7，通过在涡轮动叶片5的侧面开口的开口部7a向主流流出，或者通过在涡轮动叶片5的外周端面的减振器20开口的开口部7b向主流流出。
在隔热板3上，由于泄漏流体22和冷却介质的压力差而向外周方向被施加应力。并且，由于隔热板3在转子盘21间连接，因此与涡轮转子13一体地旋转。由此，有在隔热板3上施加离心力向外周方向变形的可能性。为了防止隔热板3与迷宫式密封件18的接触，需要确保间隙。但是，间隙大时泄漏流体22的泄漏量增加，涡轮效率降低。
因此，通过在隔热板3的内周侧设置支脚结构体14，变得可以防止因泄露流体22和冷却介质的压力差，以及离心力引起的隔热板3的变形。并且，通过防止隔热板3的变形，能够将隔热板3和迷宫式密封件18的间隙确保在适当的值，因此可以抑制涡轮效率的下降。
（5）实施方式5
对于本发明的实施方式5的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图6进行说明。再者，对与上述实施方式1～4相同的构成要素附带相同的标记省略说明。
在本实施方式5中，隔热板3具有由内周侧的隔热板11和外周侧的隔热板10构成的双重结构，该内周侧的隔热板11和外周侧的隔热板10以在半径方向上空出空间相对的方式被设置。该隔热板11、10中的至少一方的两端面被连接到涡轮转子13上。
然后，在内周侧的隔热板11形成开口部12，隔热板11和10之间的空间与转子盘21的开口部6连接形成有通路。
通过了涡轮转子13的连通孔2的冷却介质，通过内周侧的隔热板11的开口部12，流入在内周侧的隔热板11和外周侧的隔热板10之间形成的空间中。流入到该空间的冷却介质以规定的流速通过，经由转子盘21的开口部6通过涡轮动叶片5的连通孔7，最终向主流流入。在隔热板11和10之间宽度窄的空间内通过时的流速，设计者可以基于隔热板11的外表面的温度和空间的宽度任意地设定。通过使该流速高速化，可实现由对流冷却引起的高效的冷却。即，能够使用较少的冷却介质高效地进行冷却。
再者，虽然本实施方式5中隔热板11、10具有双重结构，但隔热板11、10的枚数并不被限定，可以如三重结构等等，任意地进行设定。
另外，两枚隔热板11、10之中，例如也可以使内周侧的隔热板11的一个端面以悬臂梁的状态与转子盘21连接，外周侧的隔热板10的两个端面与转子盘21连接。该情况下，冷却介质在未与转子盘21连接的隔热板11的另一个端面和转子盘21的间隙中通过，流入隔热板11和10之间的空间中。该情况下，在隔热板11上也可以不形成开口部12。
（6）实施方式6
对于本发明的实施方式6的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图7进行说明。并且，对与上述实施方式1～5相同的构成要素附带相同的标记省略说明。
在本实施方式6中，隔热板具有由内周侧的隔热板11和外周侧的隔热板10构成的双重结构，并且在隔热板11和10之间设有至少一个结构体19。另外，通过隔热板11和10之间的空间的冷却介质，从内周侧的隔热板11的开口部12如箭头22c那样通过。
如在上述实施方式5中所述，由于隔热板11、10具有双重结构，因此存在施加因泄漏流体22和冷却介质的压力差而产生的外周方向的应力和离心力而向外周方向变形的可能性。为了抑制这样的隔热板11、10的形状变形，设置了连接两者之间的结构体19。
并且，由于在隔热板11、10之间的空间设置了多个结构体19，冷却介质通过空间内部时会因结构体19使流动产生紊乱。因此，空间内部的对流热传导被促进，特别是外周侧的隔热板10的冷却更被促进。
再者，被设置在隔热板11和10之间的结构体19的形状，并不被限定为图7所示的圆柱体形状，可以设为棱柱状、圆锥状等任意的形状。
如在上述实施方式5中所述，隔热板11、10并不被限定为双重结构，可以设定为三重结构等任意的枚数。该情况下，至少在相对的两枚隔热板11、10之间设置结构体即可。或者，也可以在相对的2枚隔热板11、10之间的空间设置一体型的结构体19，在该结构体19中形成多个流路。
（7）实施方式7
对于本发明的实施方式7的轴流式涡轮，利用示出了其构成的图8（a）和（b）进行说明。再者，对与上述实施方式1～6相同的结构要素附带相同的标记省略说明。
本实施方式7，如图8（a）所示，隔热板具有由内周侧的隔热板11和外周侧的隔热板10构成的双重结构，在内周侧的隔热板11上形成有开口部12，在外周侧的隔热板10上形成有开口部15。该开口部12、15，在图8（a）中形成了一处。但是，开口部12、15可以沿着外周方向形成多个，也可以沿着旋转中心轴方向形成多个，或者可以沿着外周方向和旋转中心轴方向形成多个。
另外，开口部12、15的形状，可以如图8（a）所示沿半径方向平行地形成，或者也可以具有相对于半径方向倾斜地开口的形状。
根据本实施方式7，使通过内周侧的隔热板11的开口部12、和隔热板11与10之间的空间的冷却介质的一部分，从外周侧的隔热板10的开口部15如箭头22a那样通过，对泄漏流体22喷出。由此，如图8（b）所示的箭头22b那样，成为泄漏流体22流动的阻碍，变得可以降低泄漏流量。
另外，由于高温的泄漏流体22与冷却介质混合，泄漏流体22的温度下降，外周侧的隔热板10的温度降低，由此能够进行充分的冷却。这样的冷却效果，在外周侧的隔热板10的外周侧表面上，在泄漏流体22的上游侧形成开口部15时更有效。
接着，将可应用上述实施方式1～7的轴流式涡轮的以CO2作为工作流体的CO2涡轮101的主要部的旋转中心轴方向的截面示于图9。
在从涡轮转子103径向的外侧，涡轮动叶片105被环状地以一定间隔列状设置。这些涡轮动叶片105，在旋转中心轴方向也以规定间隔被设置在每个级，在沿旋转中心轴方向相邻的涡轮动叶片105之间，设置有涡轮喷嘴106。涡轮喷嘴106被环状地以一定间隔设置在每个级。涡轮动叶片105的植入部被植设在涡轮转子103的外周面上。
图9中，示出了涡轮动叶片105和涡轮喷嘴106沿旋转中心轴方向交替地分别设置了5个的5级结构的例子，但涡轮动叶片105和涡轮喷嘴106的级的数量并没有限制。
图9所示的CO2涡轮101，使用超临界状态的CO2作为流体驱动涡轮转子103，并且使从CO2涡轮101排出的CO2循环注入CO2涡轮101内，用于各部分的冷却。
CO2在31℃、7.4MPa具有临界点，图9所示的CO2涡轮101，是以在与该临界点相比高温且高压下使用CO2为前提的。
在图9所示的CO2涡轮101的上游侧，设有套管107，超临界状态的CO2气体作为流体从该套管107被注入到涡轮内。被注入的CO2气体，沿着旋转中心轴方向，从上游侧流向下游侧，由图中未显示的排气管被排出。
涡轮转子103，是利用流体碰撞到涡轮动叶片105的力旋转驱动的，通过涡轮动叶片105的外周面侧的间隙和涡轮喷嘴106的内周面侧的间隙泄漏。为抑制该泄漏，在涡轮动叶片105的外周面、以及涡轮喷嘴106的内周面分别设置有密封结构体108。
密封结构体108，是在涡轮动叶片105的外周面、以及涡轮喷嘴106的内周面上以规定间隔设置密封鳍109而成的结构体，由此使间隙变狭窄，流体难以泄漏。
密封结构体108，不仅设置在涡轮动叶片105的外周面和涡轮喷嘴106的内周面上，还设置在比最上级的涡轮喷嘴106更上级侧的压盖111上。
即使设置密封结构体108，高温流体也在涡轮动叶片105的外周面和涡轮喷嘴106的内周面流动，因此涡轮动叶片105和涡轮喷嘴106会被暴露在高温下。因此，在图9所示的CO2涡轮101中，也可以使用从外部供给的低温CO2气体（以下，称为冷却CO2气体）来冷却涡轮动叶片105和涡轮喷嘴106。
图9所示的CO2涡轮101所使用的涡轮转子103的一部分是中空结构，其两端侧是实心结构。更具体地讲，与涡轮动叶片105和涡轮喷嘴106交替配置的区域相对的涡轮转子103的区域115是中空的，在该中空区域115中，从该中空区域115在径向外侧的方向上，以规定间隔设置有多个流体路径116。
这样的CO2涡轮101，能够组装到可同时进行发电和CO2的分离及回收的火力发电系统中。
图10表示利用图9所示的CO2涡轮101的火力发电设备的一例的概略构成。图10所示的火力发电设备120，具备氧气制造装置121、燃烧器122、图9所示的CO2涡轮101、发电机123、再生热交换器124、冷却器125、水分分离器（moisture separator）126和CO2泵127。
氧气制造装置121除去空气中所含有的氮，只提取氧。燃烧器122使用以氧气制造装置121提取出的氧、燃料、和CO2生成高温的燃烧气体。该燃烧气体的成分是CO2和水。燃烧器122使用的燃料使用甲烷气体等不使用氮的天然气。
利用燃烧器122生成的高温且高压的CO2气体被注入图9所示的CO2涡轮101中，用于涡轮转子103的旋转驱动。涡轮转子103的旋转中心轴连接有发电机123，发电机123利用涡轮转子103的旋转驱动力进行发电。
从CO2涡轮101中被排出的CO2和水蒸汽，在再生热交换器124中被冷却后，再由冷却器125进行冷却。其后，利用水分分离器126除去水，只提取CO2。该CO2在CO2泵127被压缩升压。
在CO2泵127中被升压的CO2的一部分，在再生热交换器124中被升温。
从再生热交换器124排出的CO2，作为冷却CO2被用于CO2涡轮101的冷却的同时，也被供给到燃烧器122中。
在CO2泵127中被升压的高压CO2中，除了借由再生热交换器124被再利用于发电的CO2以外剩余的CO2，被储存或为了在其它用途的利用（例如，用于增大石油开采量的利用）而被回收。
这样，图10所示的发电设备，仅使用通过燃烧生成的CO2和水进行发电，使大部分的CO2循环再利用，所以没有排出作为有害气体的NOx的顾虑，并且不需要另行设置分离和回收CO2的设备。并且，剩余的CO2能够以高纯度的状态原样地回收，很容易用于发电以外的各种用途。
另外，CO2涡轮101是通过由燃烧器122产生的高温高压的CO2气体工作的。因此，在CO2涡轮101的内部需要转子的冷却。通过将能够高效地冷却的上述实施方式1～6的轴流式涡轮作为CO2涡轮101使用，能够抑制设备效率的降低。
虽然就本发明的一些实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提出的，没有限定发明的技术范围的意图。例如，图11表示上述实施方式1和2的变形例的轴流式涡轮的构成。
在上述实施方式1中，如图2所示，涡轮转子13内部的连通孔2的出口与空间部9连接的位置，在旋转中心轴方向位于转子盘21间的下游侧。由此，冷却介质沿着与工作流体的流向相反的方向流动，通过开口部6流到位于第2级涡轮喷嘴1的前一级的第1级涡轮动叶片5的连通孔7后，向主流流入。
另外，在上述实施方式2中，如图3所示，涡轮转子13内部的连通孔2的出口与空间部9连接的位置，在旋转中心轴方向位于转子盘21间的上游侧。由此，冷却介质沿着与工作流体的流向相同的方向流动，通过下游侧的开口部6流到位于第2级涡轮喷嘴1的下游的第2级涡轮动叶片5的连通孔7后，向主流流入。
相对于此，该变形例相当于使上述实施方式1和2组合了的例子。即，如图11所示，涡轮转子13内部的连通孔2的出口与空间部9连接的位置，在旋转中心轴方向位于转子盘21间的中间附近。由此，冷却介质分别沿着与工作流体的流向相同的方向和相反的方向流动。其后，冷却介质通过图中左侧的开口部6，流到位于第2级涡轮喷嘴1上游的第1级涡轮动叶片5的连通孔7向主流流入，并且，通过图中右侧的开口部6，流到位于第2级涡轮喷嘴1下游的第2级涡轮动叶片5的连通孔7向主流流入。通过具备了这样的结构，根据该变形例，能够通过一个连通孔2所供给的冷却介质进行两个涡轮动叶片5的冷却。
本发明的方式，不限定于上述各实施方式，也包含本领域技术人员能想到的各种变形的方式，本发明的效果也不限于上述内容。也就是说，在不脱离由请求保护的范围所规定的内容及其均等物导出的、本发明的概念性的思想和宗旨的范围，能够进行各种追加、变更和部分删除。
Claims (12)
1.一种轴流式涡轮，具备：
涡轮喷嘴，其沿着在隔膜外环和隔膜内环之间形成的环状流路的圆周方向被列状地配置，并沿旋转中心轴方向在每个涡轮级上配置；
涡轮动叶片，其在沿着由所述隔膜内环形成的筒状流路的所述旋转中心轴方向设置的涡轮转子的转子盘上，沿所述圆周方向被列状地植设，沿着所述旋转中心轴方向在各个所述涡轮喷嘴的下游侧在每个所述涡轮级配置；
隔热板，其被设置为在与沿着所述旋转中心轴方向相邻的两个所述转子盘间的所述涡轮转子的外表面之间具有空间部；
第1连通孔，其形成于所述涡轮转子内，流入冷却介质，并与所述空间部连接；
第1开口部，其形成于相邻的两个所述转子盘中的至少一个上，以与所述空间部连接；
第2连通孔，其经由所述第1开口部与所述空间部连接，将所述转子盘中的所述涡轮动叶片的植入部连通；
第3连通孔，其与所述第2连通孔连接，沿着所述涡轮动叶片的有效长度部连通；和
与所述第3连通孔连接，在所述涡轮动叶片的侧面开口的第2开口部，和与所述第3连通孔连接，或者在所述涡轮动叶片的外周端面开口的第3开口部。
2.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，所述隔热板的沿着所述旋转中心轴方向的两端部，与沿着所述旋转中心轴方向相邻的两个所述转子盘连接。
3.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，所述第1连通孔的相对于所述空间部的出口，位于沿着所述旋转中心轴方向相邻的所述转子盘间的中心的下游侧，
所述第1开口部，形成于相邻的两个所述转子盘中上游侧的所述转子盘上，所述第1开口部，位于所述第1连通孔的出口的上游侧。
4.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，所述隔热板，被设置为：在至少以第2级所述涡轮喷嘴为间隔相邻的两个所述转子盘间的所述涡轮转子外表面具有所述空间部，
所述第3连通孔，至少形成于第1级所述涡轮动叶片上。
5.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，还具备形成于所述涡轮转子内，将所述第1连通孔和所述第2连通孔直接连接的第4连通孔，
所述第1连通孔的相对于所述空间部的出口，位于沿着所述旋转中心轴方向相邻的所述转子盘间的中心的上游侧，
所述第1开口部，形成于相邻的两个所述转子盘中下游侧的所述转子盘上，与形成于该转子盘上的将所述涡轮动叶片的所述植入部连通的所述第2连通孔连接。
6.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，所述第1连通孔的相对于所述空间部的出口，位于沿着所述旋转中心轴方向相邻的所述转子盘间的中心附近，
所述第1开口部，分别形成于相邻的两个所述转子盘上，与将形成于这两个转子盘上的将所述涡轮动叶片的所述植入部连通的各自的所述第2连通孔连接。
7.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，还具备设置在所述隔热板的外周侧的表面上，具有比所述隔热板低的热传导率的热绝缘层。
8.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，还具备用于将所述隔热板安装到所述涡轮转子上的支脚结构体。
9.根据权利要求1所述的轴流式涡轮，所述隔热板，具有外周侧的第1隔热板和内周侧的第2隔热板沿着半径方向空出空间相对配置的双重结构，
所述第1隔热板，沿着所述旋转中心轴方向的两端部与所述转子盘连接，所述第2隔热板，沿着所述旋转中心轴方向的两端部的至少一方与所述转子盘连接，所述第1连通孔、和所述第1隔热板与所述第2隔热板之间的所述空间，经由形成于所述第2隔热板上的至少一个开口部或所述第2隔热板和所述转子盘之间的间隙，或者经由该开口部和该间隙连通。
10.根据权利要求9所述的轴流式涡轮，在所述第1隔热板和所述第2隔热板的表面，分别形成有至少一个开口部。
11.根据权利要求9所述的轴流式涡轮，还具备至少一个结构体，该结构体设置在所述第1隔热板和所述第2隔热板之间的所述空间。
12.一种发电设备，具备：
氧气制造装置，其将空气中所含有的氮除去，只提取氧；
燃烧器，其被给予燃料、CO2和由所述制氧装置提取出的氧，生成燃烧气体；
权利要求1～11的任一项所述的所述轴流式涡轮，其被给予所述燃烧气体，进行旋转驱动；
发电机，其从所述轴流式涡轮被给予旋转驱动力，进行发电；
再生热交换器，其被给予CO2和从所述轴流式涡轮排出的排气，将与该排气进行了热交换的CO2给予到所述燃烧器中；
冷却器，其对由所述再生热交换器进行了热交换的所述排气进行冷却；
水分分离器，其从被所述冷却器冷却了的所述排气中将水分分离除去并排出CO2；和
压缩泵，其将从所述水分分离器排出的CO2升压，并供给到所述再生热交换器中。
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