JP3518447B2 - ガスタービン,ガスタービン装置およびガスタービン動翼の冷媒回収方法 - Google Patents
ガスタービン,ガスタービン装置およびガスタービン動翼の冷媒回収方法Info
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Description
冷却を行うガスタービン,ガスタービン装置及びガスタ
ービン動翼の冷媒回収方法に関する。
ために年々高くなる傾向にあり、特に動翼は燃焼ガスに
曝され高温となるので、その内部に冷媒を流通させて冷
却することが必須となっている。
気した圧縮空気や燃焼ガスの排熱により生成した蒸気な
どである。
温度の高温化と並んで、タービン動翼冷却後の冷媒を回
収して利用することが重要である。このため、冷媒の流
通経路を閉回路とした、例えば特開平8−14064号のよう
な、いわゆる閉回路冷却構造が種々提案されている。
構造を有するガスタービンにおける大きな課題は、ガス
タービンの回転に伴う遠心力による応力および動翼とタ
ービンロータの構成部材に設けられた冷媒の流通経路の
接続部におけるシール性である。
力が問題となるのは、以下の理由による。
して非常に高速で回転するので、外周部に遠心力による
著しい応力が発生する。特にホイールは、外周部に多数
の動翼を備えており、作用する遠心力が極めて大きくな
るので、高強度が要求される。また、一般にタービンロ
ータの構成部材の内部は冷媒の流路などが設けられ、一
様ではないので特定の部位に応力が集中し、強度が低下
する可能性がある。
効率化が要求されるガスタービンにおいてガスタービン
の回転に伴う遠心力による応力に対して信頼性が高い、
高効率なガスタービンを提供することにある。
は、冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた複数の動
翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイールと、隣
接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部材とを備
えたタービンロータを有し、前記スペーサ部材は、動翼
冷却後の冷媒を流通させる複数の流路を備え、前記複数
の流路は、前記スペーサ部材に隣接する第1のホイール
上の動翼に設けられた前記冷却通路に連通し、かつ前記
スペーサ部材に隣接する第2のホイールと前記スペーサ
部材とが接する側壁面に形成された第1の空間部に連通
する第1の流路と、前記第2のホイール上の動翼に設け
られた前記冷却通路に連通し、かつ前記第1のホイール
と前記スペーサ部材とが接する側壁面に形成された第2
の空間部に連通する第2の流路とを備えていることによ
り達成される。
を内部に流通させる冷却通路を設けた複数の動翼と、外
周部に前記動翼を備えた複数のホイールと、隣接する前
記ホイール間に設置されるスペーサ部材を備えた、ター
ビンロータを有する、タービンと、圧縮機と、燃焼器と
を備え、前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通
させる複数の流路を備え、前記複数の流路は、前記スペ
ーサ部材に隣接する第1のホイール上の動翼に設けられ
た前記冷却通路に連通し、かつ前記スペーサ部材に隣接
する第2のホイールと前記スペーサ部材とが接する側壁
面に形成された第1の空間部に連通する第1の流路と、
前記第2のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路
に連通し、かつ前記第1のホイールと前記スペーサ部材
とが接する側壁面に形成された第2の空間部に連通する
第2の流路とを備え、前記第1及び第2の空間部と前記
燃焼器に供給される燃焼用空気流路とを連通させて、前
記圧縮機から抽気した圧縮空気を冷媒として前記動翼の
冷却通路に供給して該動翼を冷却し、動翼冷却後の冷媒
を前記第1および第2の流路を通じて回収して前記燃焼
器の燃焼用空気に供することにより達成される。
収方法は、冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた複
数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイール
と、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部材
を備えたタービンロータを有するものにおいて、前記ス
ペーサ部材のガス流上流側に隣接する第1のホイールに
設けられた動翼は、内部を流通する冷媒がガス流上流側
から導入されてガス流下流側に導出され、この前記動翼
から導出される前記冷媒は、前記スペーサ部材のガス流
下流側に隣接する第2のホイールと前記スペーサ部材と
の接合面に形成された第1のキャビティに前記スペーサ
部材に形成された第1の流路を通じて導出されて回収さ
れ、前記第2のホイールに設けられた動翼は、内部を流
通する冷媒がガス流下流側から導入されてガス流上流側
に導出され、この前記動翼から導出される前記冷媒は、
前記第1のホイールと前記スペーサ部材との接合面に形
成された第2のキャビティに前記スペーサ部材に形成さ
れた第2の流路を通じて導出されて回収されることによ
り達成される。
用いて説明する。
スタービン装置におけるタービンロータの軸方向断面の
一部を示す。
置の構成を以下に述べる。
沿ってガス流上流側より、円盤状の第1段ホイール1,
同じく円盤状の第1段スペーサ部材4,円盤状の第2段
ホイール2の順に配置し、これらホイール1,2並びに
スペーサ部材4を貫通するボルト11により相互に連結
して一体化したものである。つまり、複数のホイールの
うち隣り合うホイールである第1段ホイール1及び第2
段ホイール2の間にスペーサ部材4が配置されている。
ここで、ホイールに着目した場合、第1段ホイール1と
第2段ホイール2は隣接している。但し、ここで称する
ホイールの隣接は隣り合うことであり、実際に相互に接
触してもしなくても良い。
通路7aが設けられた複数の第1段動翼7が環状に植設
されており、同様に第2段ホイール2の外周には内部に
冷却通路8aが設けられた複数の第2段動翼8が環状に
植設されている。
媒を流通させる流路5,6を内部に備えている。
材4のガス流上流側に位置した第1段ホイール1との接
合面1aには、窪み状の上流側冷媒回収キャビティ9が
形成され、第1段スペーサ部材4と第1段スペーサ部材
4のガス流下流側に位置した第2段ホイール2との接合
面2aには、同じく窪み状の下流側冷媒回収キャビティ
10が形成されている。
却後の冷媒を流通させる流路5は、ガス流上流側の第1
段動翼7に設けられた冷却通路7aと下流側冷媒回収キ
ャビティ10を連通させ、流路6は、ガス流下流側の第
2段動翼8に設けられた冷却通路8aと上流側冷媒回収
キャビティ9を連通させる。
りもスペーサ部材4中央寄りの位置にそれぞれ曲部5
a,6aが位置し、いずれも動翼とスペーサ部材4の接
続部から曲部5a,6aまでは回転軸に平行に延びるよ
うに設けられる。
ィ9,10との間は図1では直線的に貫通するような形
態を示したが、曲線状に形成してもよく、加工性などを
勘案して決めれば良い。
ペーサ部材4の外周部のうち、その内周側に冷媒回収キ
ャビティ9,10が形成されている部分である。
bには窪み状の冷媒供給キャビティ18が形成され、同
様に第2段ホイール2のガス流下流側の側面2bには窪
み状の冷媒供給キャビティ19が形成されている。冷媒
供給キャビティ18は第1段ホイール1内部の通路1c
を通じて動翼7の冷却通路7aと連通し、冷媒供給キャ
ビティ19は第2段ホイール2内部の通路2cを通じて
動翼8の冷却通路8aと連通している。
ティ18,19または冷媒回収キャビティ9,10と称
している部位は、いずれも冷媒を動翼ごとに分配または
集合させるための空間もしくは流通路のことを表わす。
冷媒供給キャビティ18,19及び冷媒回収キャビティ
9,10は、タービンロータ3の周方向の全周に沿って
一つの空間もしくは流通路を形成するかあるいはいくつ
かの部分に区切られたものとしても良い。
8,19または冷媒回収キャビティ9,10よりも内周
側の回転軸まわりには、冷媒供給管12と冷媒回収管1
3がそれぞれ独立に複数配されている。
1段スペーサ4,第2段ホイール2を貫通しており、タ
ービンロータ3のガス流下流側より第2段ホイール2,
第1段スペーサ4,第1段ホイール1の順に、タービン
ロータ系外より導入した冷媒を流通させる。
bおよび第2段ホイール2のガス流下流側の側面2bに
はそれぞれ冷媒供給スリット14,15が設けられ、冷
媒供給管12と冷媒供給キャビティ18,19とを連通
させる。この冷媒供給スリット14,15は、実質的に
冷媒供給管12より分配された冷媒を冷媒供給キャビテ
ィ18,19へ導くものであれば、スリットの形状及び
設置数を問わない。
ット14,15へタービンロータ系外から導入した冷媒
を分配できるものであれば、タービンロータ中の配置,
管の形状,設置数,貫通するホイール及びスペーサ部材
の数を問わない。例えば、タービンロータ3のガス流上
流側より冷媒を導入し、第1段ホイール1,第1段スペ
ーサ4,第2段ホイール2の順に冷媒を流通させるもの
であっても良い。
ル1,2の動翼7,8に供給する冷媒の流量等に応じ、
冷媒供給スリット14,15の両方に連通するものもし
くはいずれか一方のみに連通するもののいずれであって
もよい。
1段スペーサ部材4を貫通し、タービンロータ3のガス
流上流側より、動翼冷却後の回収冷媒をタービンロータ
系外へ導出する。
面4a及びガス流下流側の側面4bにはそれぞれ冷媒回
収スリット24,25が設けられ、冷媒回収キャビティ
9,10と冷媒回収管13を連通させる。この冷媒回収
スリット24,25は、実質的に回収した動翼冷却後の
冷媒17a,16aを冷媒回収キャビティ9,10から
冷媒回収管13へ導くものであれば、スリットの形状及
び設置数を問わない。冷媒回収管13は、実質的に冷媒
回収スリット24,25より動翼冷却後の冷媒16a,
17aを回収し、タービンロータ系外へ導出できるもの
であれば、冷媒供給管12と同様にタービンロータ中の
配置,管の形状,管の設置数,貫通するホイール及びス
ペーサ部材の数を問わない。例えば、第1段スペーサ部
材4,第2段ホイール2の順に冷媒を流通させ、タービ
ンロータ3のガス流下流側より冷媒をタービンロータ系
外へ導出するものであっても良い。
ル1,2の動翼7,8から回収する冷媒の流量等に応
じ、冷媒回収スリット24,25の両方に連通するもの
もしくはいずれか一方のみに連通するもののいずれであ
ってもよい。
らに図2および図3と併せ補足説明する。
第1段スペーサ部材4を回転軸上流側からみた一部を示
す。
外周部に交互に独立して設けられ、流路5は、第1段動
翼7の冷却通路出口7bに接続し、流路6は、第2段動
翼8の冷却通路出口8bに接続するように各動翼ごとに
配されている。
段スペーサ部材4の外周部に設けられた冷媒回収キャビ
ティ10に連通し、流路6は、第1段スペーサ部材4の
外周部に設けられた冷媒回収キャビティ9に連通してい
る。
部材4の周方向全周に沿って形成するかあるいはいくつ
かの部分に区切られたものとしても良い。
部材4の側面の半径方向に形成され、冷媒回収キャビテ
ィ9とタービンロータ3の回転軸まわりに設けられた冷
媒回収管13とを連通させる。
ルト11,冷媒供給管12,冷媒回収管13がそれぞれ
独立に配され、第1段スペーサ部材4全体としては、そ
れぞれ複数設けられる。
ーサの外周からみて平面状に展開したものである。冷媒
回収通路5,6は交互に、直線状に形成され、スペーサ
内部で交わることはない。
置の動翼を冷却する冷媒の流れを以下に説明する。な
お、本実施形態では、冷媒としてガスタービン装置の圧
縮機から抽気した圧縮空気を用いた例を示す。
ンロータ系外の抽気冷媒通路36を通じ、タービンロー
タの回転軸まわりに設けられた、複数の冷媒供給管12
へ導入される。冷媒供給管12へ導入された冷媒は、第
1段ホイール1のガス流上流側の側面1bと第2段ホイ
ール2のガス流下流側の側面2bに設けられた複数の冷
媒供給スリット14,15に分配される。
た冷媒は、冷媒供給キャビティ18および19において
タービンロータ3の周方向に分配される。ついで、それ
ぞれ第1段ホイール1の通路1cおよび第2段ホイール
2の通路2cを通じて、第1段ホイール1および第2段
ホイール2の外周に植設された動翼7,8の冷却通路7
a,8aへ導入される。
れ図1の16,17のように表わされ、このとき冷媒は
外部を流れる燃焼ガスにより高温となった動翼7,8を
冷却する。
7,8よりそれぞれ独立に第1段スペーサ部材4に設け
られた流路5,6へ導出される。ここで、第1段動翼7
を冷却した冷媒16aは流路5へ導出され、第2段動翼
8を冷却した冷媒17aは流路6へ導出される。
回収キャビティ10へ導かれ、流路6を通過する冷媒1
7aは上流側冷媒回収キャビティ9へ導かれる。
収キャビティ10及び上流側冷媒回収キャビティ9よ
り、第1段スペーサ部材4の側面4a,4bの半径方向
に形成された複数の冷媒回収スリット24及び25を介
してタービンロータ3の回転軸まわりに配された冷媒回
収管13へ流れる。冷媒回収管13に達した冷媒は、タ
ービンロータ系外へ導出され、タービンロータ系外に設
けられた回収冷媒通路37を通じ、最終的に燃焼器31
の燃焼用空気に供される。
動作において得られる効果を以下に説明する。
の回転に伴う遠心力による応力に対して信頼性の高いホ
イールが得られることである。
ロータ3を構成する第1段ホイール1,第2段ホイール
2および第1段スペーサ部材4に作用する遠心力が増大
する。特にホイールは動翼7,8が植設されているた
め、外周部に著しい応力が作用する。
路を多数備えた構造であると十分な強度が得られず、冷
媒の流通路周辺へ応力集中が生じる可能性がある。さら
に動翼冷却後の高温となった冷媒の流路が存在する場
合、冷媒が直接ホイールに接触して温度上昇するのでホ
イールの許容応力を考慮する必要がある。
段ホイール2に設けられた冷媒の流路は、それぞれ動翼
冷却前の低温な冷媒の通路1c,2cのみであるため、
構造が単純であることや、温度上昇によりホイール部材
の許容応力低下に及ぼす影響が小さいことから高強度で
遠心力や熱応力による応力に対し信頼性の高いホイール
が得られる。
の回転に伴う遠心力による応力に対して信頼性の高いス
ペーサ部材が得られることである。
なるにつれ、図1および図3に示す第1段スペーサ部材
4のスペーサ腕部21には、半径方向外向きに曲げ応力
が発生し、回転数の上昇に従って増加するので、この応
力を考慮する必要がある。
サ部材4に設けられた流路の曲部5a,6aは、スペー
サ腕部21に存在しないため曲げ応力が作用しにくく、
流路の曲部に作用する応力は低下する。また、流路の曲
部5aおよび6aにおける曲率半径は、例えば仮に第1
段動翼7の冷却通路7aと上流側冷媒回収キャビティ9
を連通させ、第2段動翼8の冷却通路8aと下流側冷媒
回収キャビティ10を連通させるようにした場合よりも
大きくなる。このため、応力集中も緩和される。したが
って、第1段ホイール1及び第2段ホイール2のみなら
ず、第1段スペーサ部材4もガスタービンの回転に伴う
遠心力による応力に対する信頼性が高い。
却通路とスペーサ部材に設けられた冷媒の流路との接続
部におけるシール性が高いことである。
ると燃焼ガス温度が低下してタービン効率の低下を招く
ため、冷媒の流通路の接続部におけるシール性を高く保
つ必要がある。特にタービンロータは高温下で、高速回
転することから、実際の運転条件において熱や遠心力に
よる変形がおこりにくく、シール性の高い形状とするこ
とが重要である。
bが直接、冷媒回収キャビティ9,10などの広がりを
持った空間に面している場合、スペーサ部材4の動翼
7,8に接する周縁部4c及び4dは、構造的に強度が
低く、遠心力による変形量が大きくなりやすい。さらに
動翼7,8とスペーサ部材4との接触面積が小さく、ス
ペーサ部材の周縁部4c,4dから冷媒の漏洩を考慮す
る必要がある。
は、スペーサ部材4に設けた動翼冷却後の冷媒の流路
5,6は動翼の冷却通路出口7b,8bごとにそれぞれ
独立して設けられているので、スペーサ部材4の動翼に
接する周縁部4c,4dの強度が高く、遠心力による変
形量が小さくできる。さらに、動翼7,8とスペーサ部
材4との接触面積が大きいため、動翼の冷却通路出口7
b,8bとスペーサ部材4に設けた流路5,6の接続部
におけるシール性を高く保つことができる。
ルの強度に及ぼす影響を低減する効果がある。すなわ
ち、動翼冷却後の高温となった冷媒の流路がホイール内
部には存在しないので、ホイールが加熱されにくく、温
度上昇にともなう許容応力低下を抑制し、強度を高く保
つことができる。同時にホイール部材の内部で高温の部
分と低温の部分との温度勾配が大きくなりにくいのでホ
イールに作用する熱応力の影響を低減できる。
のホイールが得られ、ホイールおよびスペーサ部材に作
用する遠心力による応力集中を軽減できるので、信頼性
の高いガスタービンが提供できる。さらに動翼の冷却通
路とスペーサ部材に設けた流路の接続部におけるシール
性が向上するので冷媒の漏洩が抑制され、高効率が実現
できる。
スタービン装置におけるタービンロータの軸方向断面の
一部を示す。なお、第1の実施形態と共通する構成およ
び作用については説明を省略する。
流路5,6の曲部5b,6bがスペーサ部材4の軸方向
中央近傍に形成されている。
力によりスペーサ腕部21に作用する曲げ応力の影響を
最も受けにくい箇所であるため、曲部周辺に作用する応
力がより小さくなる。したがって、流路の曲部周辺に応
力集中が発生せず、遠心力による応力に対し、信頼性の
高いスペーサ部材が得られるという利点がある。
スタービン装置におけるタービンロータの軸方向断面の
一部を示す。第1の実施形態と共通する構成および作用
については説明を省略する。
路5c,6cをほぼ直線状に配置した。したがって流路
に曲部が存在しないため、流路の特定部位に応力集中が
発生せず、遠心力による応力に対し、信頼性の高いスペ
ーサ部材が得られる。
スタービン装置におけるタービンロータの軸方向断面の
一部を示す。第1の実施形態と共通する構成および作用
については説明を省略する。
0を周方向全体にわたり、第1段スペーサ4側の空間9
b及び10bと第1段ホイール1及び第2段ホイール2
側の空間9a及び10aとにそれぞれ分割するようにス
ペーサ板22を設置する。
1d,2dに動翼冷却後の高温となった冷媒が直接吹き
かかり温度が上昇するとホイール部材の許容応力が低下
し、強度が小さくなりやすい。また、ホイール1,2の
反対側面1b,2bに設けられた比較的低温の冷媒供給
キャビティ18,19との間に温度差が生じ、ホイール
に多大な熱応力が発生しやすい。ホイールのキャビティ
が形成されている部位は、ホイール外周部にあって、動
翼が植設されるため、遠心力による応力が大きい箇所で
もある。このため、熱の影響と遠心力による応力の影響
が重畳するので、信頼性について考慮する必要がある。
22は、ホイール1,2の冷媒回収キャビティ表面1
d,2dを動翼冷却後の高温の冷媒17a,16aから
隔離することによって、ホイール1,2に及ぼす熱の影
響を緩和している。したがって、ホイール1,2が高温
となって許容応力が低下することを防止でき、同時にホ
イール1,2に作用する熱応力を軽減できるので、ホイ
ール1,2の信頼性が一段と向上する。
とスペーサ部材4との接合面において冷媒回収キャビテ
ィ9,10全体が、それぞれホイール側の空間9a,1
0aとスペーサ部材側の空間9b,10bとに分割され
るようなものであればその形状を問わない。例えば全周
を一体として形成したリング状のものまたはいくつかの
部材を組み合わせてなるものでもよい。また、スペーサ
板22の材質は、耐熱性の材料が適し、金属材料の表面
にセラミックまたはクロム炭化物等の耐熱性材料を被覆
したものでもよい。
により、冷媒回収キャビティ9,10を分割し、ホイー
ル1,2のキャビティ表面1d,2dを動翼冷却後の高
温の冷媒17a,16aから隔離する構成を示したが、
ほかにホイール1,2のキャビティ表面1d,2dや、
冷媒回収スリット24,25の表面など高温の冷媒が通
過する部材の表面を被覆し、熱を遮断する構成としても
良い。このときの被覆材料は、セラミックまたはクロム
炭化物等の耐熱性材料もしくは多孔質体などが適する。
スタービン装置におけるタービンロータの軸方向断面の
一部を示す。第1の実施形態ないし第4の実施形態と共
通する構成および作用については説明を省略する。
路5と動翼7の冷却通路出口7bとの接続部23aにシ
ール部材23を設けている。なお、図示しない流路6と
動翼8の冷却通路出口8bとの接続部にも同様にシール
部材23を設けている。
収キャビティなどの広がりを持った空間に面している場
合、熱または遠心力による動翼とスペーサ部材の変形に
伴うシール性を考慮する必要がある。
いずれもスペーサ部材4に設けた流路5,6と動翼の冷
却通路出口7b,8bとが1対1に連通するように形成
されているため、第5の実施形態のように接続部23a
にシール部材23を設けることにより、シール性を向上
させやすい。したがって、冷媒の漏洩を防止してタービ
ン効率を高く保つことができる。なお、本実施形態で
は、シール部材23はスペーサ部材4に設けた流路5と
動翼7の冷却通路出口7bの開口形状にあわせた円管状
のものを1個ずつ一対の接続部23aに挿入する例を示
したが、他の方法も可能である。例えば一対の接続部2
3aに挿入する円管状のものをいくつか一体として形成
してもよく、実用上シール性を発揮できるものであれ
ば、その形状及び材質を問わない。
実施形態を示す。なお、前記実施形態において述べた構
成と作用については説明を省略する。
35をボルト11で一体化したタービンロータ3と圧縮
機30をタービン中心線33上に配置し、燃焼器31に
おいて燃料32を圧縮機30で圧縮した燃焼用空気と混
合して燃焼させ、得られた高温の燃焼ガスをタービン3
8に導入する。
た圧縮空気を抽気冷媒通路36を通してタービンロータ
系内へ導入し、動翼冷却用の冷媒として用いる。
系内の冷媒供給管12に接続しており、圧縮空気は以下
前記第1の実施形態ないし第5の実施形態に記載の経路
を通じ動翼の冷却通路7a,8aへ供給される。
れた圧縮空気は、第1の実施形態ないし第5の実施形態
に記載の冷媒回収管13を通じてタービンロータ系外へ
導出され、回収冷媒通路37を通じて燃焼器31へ送ら
れ、燃焼用空気の一部として利用される。
ても十分に動翼を冷却でき、熱交換にて高温化した冷媒
が燃焼用空気の一部として利用されるので高効率のガス
タービンが得られる。
素,水素等の気体及び水等の液体が考えられ、例えば水
蒸気は、ガスタービンの燃焼排熱を利用して生成したも
のが適用できる。
焼温度が高温化し、高効率化が要求されるガスタービン
においてガスタービンの回転に伴う遠心力による応力に
対して信頼性が高い、高効率なガスタービンを実現でき
る効果を奏する。
態を示す図。
の正面からみた図。
から展開した図。
を示す図。
を示す図。
を示す図。
を示す図。
第1段スペーサ)、1b…第1段ホイール側面(ガス流
上流側)、1c,2c…通路、1d…第1段ホイールの
冷媒回収キャビティ表面、2…第2段ホイール、2a…
接合面(第2段ホイールと第1段スペーサ)、2b…第
2段ホイール側面(ガス流下流側)、2d…第2段ホイ
ールの冷媒回収キャビティ表面、3…タービンロータ、
4…第1段スペーサ部材、4a…第1段スペーサ部材側
面(ガス流上流側)、4b…第1段スペーサ部材側面
(ガス流下流側)、4c,4d…第1段スペーサ周縁
部、5,6…流路、7…第1段動翼、7a,8a…冷却
通路、7b,8b…冷却通路出口、8…第2段動翼、9
…上流側冷媒回収キャビティ、9a…冷媒回収キャビテ
ィ(第1段ホイール側)、9b…冷媒回収キャビティ
(第1段スペーサ部材のガス流上流側)、10…下流側
冷媒回収キャビティ、10a…冷媒回収キャビティ(第
2段ホイール側)、10b…冷媒回収キャビティ(第1
段スペーサ部材のガス流下流側)、11…ボルト、12
…冷媒供給管、13…冷媒回収管、14,15…冷媒供
給スリット、16…冷媒の流れ(第1段動翼側)、16
a…動翼冷却後の冷媒の流れ(第1段動翼側)、17…
冷媒の流れ(第2段動翼側)、17a…動翼冷却後の冷
媒の流れ(第2段動翼側)、18…上流側冷媒供給キャ
ビティ、19…下流側冷媒供給キャビティ、20…燃焼
ガスの流れ、21…スペーサ腕部、22…スペーサ板、
23…シール部材、23a…接続部、24,25…冷媒
回収スリット、30…圧縮機、31…燃焼器、32…燃
料、33…タービン中心線、34…ホイール、35…ス
ペーサ部材、36…抽気冷媒通路、37…回収冷媒通
路、38…タービン。
Claims (17)
- 【請求項1】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた
複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイー
ルと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部
材とを備えたタービンロータを有するガスタービンにお
いて、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記複数の流路は、前記スペーサ部材
に隣接する第1のホイール上の動翼に設けられた前記冷
却通路に連通し、かつ前記スペーサ部材に隣接する第2
のホイールと前記スペーサ部材とが接する側壁面に形成
された第1の空間部に連通する第1の流路と、前記第2
のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路に連通
し、かつ前記第1のホイールと前記スペーサ部材とが接
する側壁面に形成された第2の空間部に連通する第2の
流路とを備えていることを特徴とするガスタービン。 - 【請求項2】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた
複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイー
ルと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部
材を備えたタービンロータを有するガスタービンにおい
て、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記複数の流路は、前記スペーサ部材
のガス流上流側に隣接する第1のホイール上の動翼に設
けられた前記冷却通路と前記スペーサ部材のガス流下流
側の側面とを連通させて該冷媒を導く第1の流路と、前
記スペーサ部材のガス流下流側に隣接する第2のホイー
ル上の動翼に設けられた前記冷却通路と前記スペーサ部
材のガス流上流側の側面とを連通させて該冷媒を導く第
2の流路とを備えていることを特徴とするガスタービ
ン。 - 【請求項3】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた
複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイー
ルと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部
材を備えたタービンロータを有するガスタービンにおい
て、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記スペーサ部材に隣接する第1のホ
イールと前記スペーサ部材との接合部に形成された第1
のキャビティと、前記スペーサ部材に隣接する第2のホ
イールと前記スペーサ部材との接合部に形成された第2
のキャビティを有し、前記スペーサ部材に設けられた複
数の流路は、前記第1のホイール上の動翼に設けられた
前記冷却通路と前記第2のキャビティを連通する第1の
流路と、前記第2のホイール上の動翼に設けられた前記
冷却通路と前記第1のキャビティを連通する第2の流路
とを備えていることを特徴とするガスタービン。 - 【請求項4】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設けた
複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイー
ルと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ部
材を備えたタービンロータを有するガスタービンにおい
て、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記スペーサ部材のガス流上流側に位
置した第1のホイールと前記スペーサ部材との接合部に
形成された第1のキャビティと、前記スペーサ部材のガ
ス流下流側に位置した第2のホイールと前記スペーサ部
材との接合部に形成された第2のキャビティを有し、前
記スペーサ部材に設けられた前記複数の流路は、前記第
1のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路と前記
第2のキャビティを連通させる第1の流路と、前記第2
のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路と前記第
1のキャビティを連通させる第2の流路とを備えている
ことを特徴とするガスタービン。 - 【請求項5】前記複数のキャビティに耐熱部材を設け、
キャビティのホイール側の面を動翼から回収した冷媒と
隔離することを特徴とする請求項3ないし4のいずれか
に記載のガスタービン。 - 【請求項6】前記スペーサ部材に設けた複数の流路はス
ペーサ部材の軸方向中央近傍に曲部が形成されているこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のガ
スタービン。 - 【請求項7】前記スペーサ部材に設けた複数の流路は、
ほぼ直線状に形成されていることを特徴とする請求項1
ないし5のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項8】前記スペーサ部材に設けた複数の流路は、
動翼に設けた各冷却通路と夫々連通するように配設され
ていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに
記載のガスタービン。 - 【請求項9】前記第1の流路と前記第2の流路とは、互
いに独立して形成されていることを特徴とする請求項1
ないし8のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項10】前記スペーサ部材に設けられた前記複数
の流路と、前記動翼に設けられた前記冷却通路との接続
部にシール部材を挿入したことを特徴とする請求項1な
いし9のいずれかに記載のガスタービン。 - 【請求項11】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えた、タービンロータを有する、タービンと、
圧縮機と、燃焼器とを備えたガスタービン装置におい
て、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記複数の流路は、前記スペーサ部材
に隣接する第1のホイール上の動翼に設けられた前記冷
却通路に連通し、かつ前記スペーサ部材に隣接する第2
のホイールと前記スペーサ部材とが接する側壁面に形成
された第1の空間部に連通する第1の流路と、前記第2
のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路に連通
し、かつ前記第1のホイールと前記スペーサ部材とが接
する側壁面に形成された第2の空間部に連通する第2の
流路とを備え、前記第1及び第2の空間部と前記燃焼器
に供給される燃焼用空気流路とを連通させて、前記圧縮
機から抽気した圧縮空気を冷媒として前記動翼の前記冷
却通路に供給して該動翼を冷却し、動翼冷却後の冷媒を
前記第1および第2の流路を通じて回収して前記燃焼器
の燃焼用空気に供することを特徴とするガスタービン装
置。 - 【請求項12】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えた、タービンロータを有する、タービンと、
圧縮機と、燃焼器とを備えたガスタービン装置におい
て、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記複数の流路は、前記スペーサ部材
のガス流上流側に隣接する第1のホイール上の動翼に設
けられた前記冷却通路と前記スペーサ部材のガス流下流
側の側面とを連通させて動翼冷却後の該冷媒を導く第1
の流路と、前記スペーサ部材のガス流下流側に隣接する
第2のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路と前
記スペーサ部材のガス流上流側の側面とを連通させて動
翼冷却後の該冷媒を導く第2の流路とを備え、前記圧縮
機から抽気した圧縮空気を冷媒として前記動翼の該冷却
通路に導いて前記動翼を冷却し、動翼冷却後の前記冷媒
を前記第1及び第2の流路を通じて回収して前記燃焼器
の燃焼用空気に供することを特徴とするガスタービン装
置。 - 【請求項13】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えた、タービンロータを有するタービンと、圧
縮機と、燃焼器とを備えたガスタービン装置において、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記スペーサ部材に隣接する第1のホ
イールと前記スペーサ部材との接合部に形成された第1
のキャビティと、前記スペーサ部材に隣接する第2のホ
イールと前記スペーサ部材との接合部に形成された第2
のキャビティを有し、前記スペーサ部材に設けられた前
記複数の流路は、第1のホイール上の動翼に設けられた
前記冷却通路と第2のキャビティを連通させる第1の流
路と、第2のホイール上の動翼に設けられた前記冷却通
路と第1のキャビティを連通させる第2の流路とを備
え、前記圧縮機から抽気した圧縮空気を冷媒として前記
動翼の前記冷却通路に導いて前記動翼を冷却し、動翼冷
却後の該冷媒を前記第1および第2の流路に導いて回収
して前記燃焼器の燃焼用空気に供することを特徴とする
ガスタービン装置。 - 【請求項14】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えた、タービンロータを有するタービンと、圧
縮機と、燃焼器とを備えたガスタービン装置において、 前記スペーサ部材は、動翼冷却後の冷媒を流通させる複
数の流路を備え、前記スペーサ部材のガス流上流側に位
置した第1のホイールと前記スペーサ部材との接合部に
形成された第1のキャビティと、前記スペーサ部材のガ
ス流下流側に位置した第2のホイールと前記スペーサ部
材との接合部に形成された第2のキャビティを有し、前
記スペーサ部材に設けられた前記複数の流路は、第1の
ホイール上の動翼に設けられた前記冷却通路と第2のキ
ャビティを連通させる第1の流路と、第2のホイール上
の動翼に設けられた前記冷却通路と第1のキャビティを
連通させる第2の流路とを備え、前記圧縮機から抽気し
た圧縮空気を冷媒として前記動翼の前記冷却通路に供給
して前記動翼を冷却し、動翼冷却後の冷媒を前記第1,
第2の流路及び第1,第2のキャビティを通じて回収し
て前記燃焼器の燃焼用空気に供することを特徴とするガ
スタービン装置。 - 【請求項15】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えたタービンロータを有するガスタービンの動
翼の冷媒回収方法において、 前記スペーサ部材に動翼冷却後の冷媒を流通させる複数
の流路を設け、前記スペーサ部材に隣接する第1のホイ
ール上の動翼を冷却する冷媒は、前記第1のホイールに
形成された供給経路から前記動翼の該冷却通路に導入さ
れ、動翼冷却後の冷媒は前記動翼の該冷却通路から前記
スペーサ部材に設けられた第1の流路へ導出されて前記
スペーサ部材に隣接する第2のホイールと前記スペーサ
部材との接合面に形成された第1の空間部に回収され、
前記スペーサ部材に隣接する第2のホイール上の動翼を
冷却する冷媒は、前記第2のホイールに形成された供給
経路から前記動翼の該冷却通路に導入され、動翼冷却後
の冷媒は前記動翼の該冷却通路から前記スペーサ部材に
設けられた第2の流路へ導出されて前記第1のホイール
と前記スペーサ部材との接合面に形成された第2の空間
部に回収されることを特徴とするガスタービン動翼の冷
媒回収方法。 - 【請求項16】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えたタービンロータを有するガスタービンの動
翼の冷媒回収方法において、 前記スペーサ部材に隣接する第1のホイールに設けられ
た動翼は、内部を流通する冷媒がガス流上流側から導入
されてガス流下流側に導出され、この導出された前記冷
媒は、前記スペーサ部材に設けられた第1の流路を通じ
て前記スペーサ部材のガス流下流側に導出されて回収さ
れ、前記スペーサ部材に隣接する第2のホイールに設け
られた動翼は、内部を流通する冷媒がガス流下流側から
導入されてガス流上流側に導出され、この導出された前
記冷媒は、前記スペーサ部材に設けられた第2の流路を
通じて前記スペーサ部材のガス流上流側に導出されて回
収されることを特徴とするガスタービン動翼の冷媒回収
方法。 - 【請求項17】冷媒を内部に流通させる冷却通路を設け
た複数の動翼と、外周部に前記動翼を備えた複数のホイ
ールと、隣接する前記ホイール間に設置されるスペーサ
部材を備えたタービンロータを有するガスタービンの動
翼の冷媒回収方法において、 前記スペーサ部材のガス流上流側に隣接する第1のホイ
ールに設けられた動翼は、内部を流通する冷媒がガス流
上流側から導入されてガス流下流側に導出され、この前
記動翼から導出される前記冷媒は、前記スペーサ部材の
ガス流下流側に隣接する第2のホイールと前記スペーサ
部材との接合面に形成された第1のキャビティに前記ス
ペーサ部材に形成された第1の流路を通じて導出されて
回収され、 前記第2のホイールに設けられた動翼は、内部を流通す
る冷媒がガス流下流側から導入されてガス流上流側に導
出され、この前記動翼から導出される前記冷媒は、前記
第1のホイールと前記スペーサ部材との接合面に形成さ
れた第2のキャビティに前記スペーサ部材に形成された
第2の流路を通じて導出されて回収されることを特徴と
するガスタービン動翼の冷媒回収方法。
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