JP7004595B2 - インペラ、遠心圧縮機、及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、インペラ、遠心圧縮機、ガスタービン及びインペラの製造方法に関するものである。

従来、インペラとして、軸心部に円筒形状の吸込口を設けたクローズドタイプのインペラが知られている（例えば、特許文献１参照）。このインペラは、円板部と、円板部の両側から突出する一対の突起部とを有し、片側の突起部の内部に、吸込口が形成され、吸込口に連なる流体流路が、円板部に形成されている。

登録実用新案第３１５７４９３号公報

ところで、一般的なクローズドインペラは、ハブ、シュラウド及び複数の羽根からなっている。このようなクローズドインペラを製造する場合、先ず、金属塊をＮＣ加工することで、ハブと複数の羽根とを一体に切り出し、この後、複数の羽根に、シュラウドを溶接やロウ付け等により接合する。この場合、金属塊をＮＣ加工により、ハブと複数の羽根とを含む複雑な形状に切削することから、加工コストの抑制を図ることが困難となる。また、複数の羽根とシュラウドとを接合する場合、接合部が形成されることから、この接合部がインペラの構造強度の低下を招く部位となる可能性がある。

ここで、特許文献１において、円板部には、吸込口に連なる流体流路が形成されており、流体流路は、円板部の中心から外側に向かって直線状に形成されている。しかしながら、インペラの吸込口（流入口）と、吸込口から吐出口（流出口）へ向かう流体流路とは、それぞれ独立した流路として形成されていることから、吸込口と流体流路とを一体に形成することはできず、加工の簡素化を図ることが難しく、加工コストの抑制を図ることが困難となっている。

そこで、本発明は、製造コストの低減を図りつつ、構造強度の向上を図ることができるインペラ、遠心圧縮機、ガスタービン及びインペラの製造方法を提供することを課題とする。

本発明のインペラは、回転軸を中心に回転するハブと、前記回転軸の軸方向において前記ハブに対向して設けられるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に設けられ、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の羽根と、前記ハブ、前記シュラウド及び複数の前記羽根により区画され、前記回転軸の軸方向から流体を流入させ、前記回転軸の径方向外側へ向かって流体を流出させる、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の昇圧流路と、を備え、前記昇圧流路は、前記回転軸の軸方向の端面に形成される流入口と、前記回転軸の径方向の外側の外周面に形成される流出口と、を有し、前記流入口から前記流出口に向かって直線状に貫通形成される貫通孔であることを特徴とする。

この構成によれば、直線状となる貫通孔を貫通形成することで、昇圧流路を形成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。また、貫通孔を形成することで昇圧流路を形成できるため、ハブ、シュラウド及び複数の羽根を分割して製造する必要がないことから、ハブ、シュラウド及び複数の羽根へ接合部を形成することなく、一体に形成できる。つまり、ハブ、シュラウド及び複数の羽根を一体に形成することで、接合部の形成を省くことができ、これにより、構造強度の向上を図ることができる。

また、前記回転軸の軸方向から見た面内において、前記流入口から前記流出口へ向かう前記貫通孔の貫通方向は、前記回転軸の中心と前記流入口とを結ぶ線分に対して直交する、前記流入口における接線方向であることが、好ましい。

この構成によれば、回転軸の中心から昇圧流路までの径方向の距離を、流入口から流出口に向かうにつれて大きくすることができる。このため、インペラによる昇圧機能を適切に発揮させることができる。

また、前記回転軸の径方向から見た面内において、前記軸方向の端面に対する前記貫通孔の傾斜方向は、前記流入口に流入する前記流体の相対流入角の方向に沿った方向となっていることが、好ましい。

この構成によれば、流入口を介して流体を昇圧流路に好適に導入させることができる。

また、前記ハブは、軸中心に前記回転軸が挿通される挿通孔が形成された円環形状に形成されており、前記回転軸の軸方向から見た面内において、前記ハブの内周面と前記流入口との間の距離は、前記流入口と前記ハブの外周面との間の距離よりも短いことが、好ましい。

この構成によれば、ハブの内周面と流入口との間の距離を短くすることで、回転軸の中心から流入口までの径方向の距離を短くできる。このため、回転軸の中心から昇圧流路までの径方向の距離を、流入口から流出口に向かうにつれてより大きくすることができ、インペラによる昇圧機能をより高めることができる。

本発明の遠心圧縮機は、上記のインペラと、前記インペラに接続され、前記インペラを回転させる回転軸と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、構造強度が高く、コストの低いインペラを用いた遠心圧縮機を提供することができる。

本発明のガスタービンは、空気を取り込んで圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮した圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器により前記燃料を燃焼させることで発生した燃焼ガスにより回転するタービンと、前記圧縮機から抽気した圧縮空気を取り込んで昇圧し、昇圧した圧縮空気を冷却空気として吐出する、上記の遠心圧縮機と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、遠心圧縮機により圧縮空気を昇圧し、冷却空気として供給することができる。

本発明のインペラの製造方法は、回転軸を中心に回転するハブと、前記回転軸の軸方向において前記ハブに対向して設けられるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に設けられ、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の羽根と、前記ハブ、前記シュラウド及び複数の前記羽根により区画され、前記回転軸の軸方向から流体を流入させ、前記回転軸の径方向外側へ向かって流体を流出させる、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の昇圧流路と、を備えるインペラを製造するインペラの製造方法において、前記昇圧流路は、前記回転軸の軸方向の端面に形成される流入口と、前記回転軸の径方向の外側の外周面に形成される流出口と、を有しており、前記流入口から前記流出口に向かって直線状に貫通孔を貫通形成して、前記貫通孔を昇圧流路とする加工工程を行うことを特徴とする。

この構成によれば、加工工程において、直線状となる貫通孔を貫通形成することで、昇圧流路を容易に形成することができるため、加工コストの低減を図ることができる。

また、前記加工工程では、ドリル加工またはフライス加工を行って、前記貫通孔を形成することが、好ましい。

この構成によれば、貫通孔をドリル加工またはフライス加工により貫通形成することで、簡易な加工設備で、効率のよい加工作業を行うことができるため、加工コストの低減をより図ることができる。

また、前記貫通孔の内周面を研磨する研磨工程を、さらに備えることが、好ましい。

この構成によれば、研磨工程により貫通孔の内周面を滑らかにできるため、昇圧流路における流路抵抗の増大を抑制することができる。

図１は、実施形態１に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、実施形態１に係るガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面である。 図３は、実施形態１に係るインペラの平面図である。 図４は、実施形態１に係るインペラの側面図である。 図５は、実施形態１に係るインペラの斜視図である。 図６は、実施形態１に係るインペラの子午断面を示す概略断面図である。 図７は、実施形態２に係るインペラの貫通孔の断面図である。 図８は、実施形態２に係るインペラの一部を拡大した側面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るガスタービンの概略構成図である。図２は、実施形態１に係るガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面である。図３は、実施形態１に係るインペラの平面図である。図４は、実施形態１に係るインペラの側面図である。図５は、実施形態１に係るインペラの斜視図である。図６は、実施形態１に係るインペラの子午断面を示す概略断面図である。

図１に示すように、ガスタービン１０１は、圧縮機１と燃焼器２とタービン３とを備えている。このガスタービン１０１は、圧縮機１、燃焼器２およびタービン３の中心部に、回転軸であるタービン軸４が貫通して配置されている。圧縮機１、燃焼器２およびタービン３は、タービン軸４の軸心Ｃに沿い、空気の流れの前側から後側に向かって順に並設されている。なお、以下の説明において、タービン軸方向とは軸心Ｃに平行な方向をいい、タービン周方向とは軸心Ｃを中心とした周り方向をいい、タービン径方向とは軸心Ｃに直交する方向をいう。また、タービン径方向内側はタービン径方向において軸心Ｃに向かう側で、タービン径方向外側はタービン径方向において軸心Ｃから離れる側である。

圧縮機１は、空気を圧縮して圧縮空気とするものである。圧縮機１は、空気を取り込む空気取入口１１を有した円筒形状の圧縮機ケーシング１２内に圧縮機静翼１３および圧縮機動翼１４が設けられている。圧縮機静翼１３は、圧縮機ケーシング１２側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機動翼１４は、タービン軸４側に取り付けられてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数並設されている。これら圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。圧縮機１は、出口１６に最終段静翼１３ａがタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機１は、出口１６において最終段静翼１３ａよりも下流に出口案内静翼１５がタービン周方向に複数並設される場合がある。

燃焼器２は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器２は、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させる燃焼筒２１と、燃焼筒２１から燃焼ガスをタービン３に導く尾筒２２とを有している。燃焼筒２１は、車室Ｒをなす円筒形状の燃焼器ケーシング２３内においてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。

各燃焼筒２１は、図２に示すように、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２１Ａが配置されている。また、燃焼筒２１は、その内周面に沿ってパイロット燃焼バーナ２１Ａを取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ２１Ｂが配置されている。パイロット燃焼バーナ２１Ａは、燃焼筒２１に支持されたパイロットコーン２１Ａａと、パイロットコーン２１Ａａの内部に配置されたパイロットノズル２１Ａｂとから構成されている。また、各メイン燃焼バーナ２１Ｂは、メインノズル２１Ｂａと、メインノズル２１Ｂａの外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）２１Ｂｂとから構成されている。また、燃焼筒２１は、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル２１Ａｂに連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メインノズル２１Ｂａに連結されている。また、燃焼筒２１は、パイロット燃焼バーナ２１Ａを囲む内筒２１Ｃにより、当該内筒２１Ｃの内側にパイロット燃焼バーナ２１Ａ側に圧縮空気を送る流路が形成され、内筒２１Ｃの外側にメイン燃焼バーナ２１Ｂ側に圧縮空気を送る流路が形成される。この燃焼筒２１は、筒型の軸がタービン軸方向に沿って配置され、給気口２４が筒型の開口部とされて、当該給気口２４を圧縮機１の出口１６側に向けて配置される。この燃焼筒２１は、高温・高圧の圧縮空気の空気流が給気口２４から内部に流れ込むと、この圧縮空気がメイン燃焼バーナ２１Ｂから噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となる。また、圧縮空気は、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼筒２１内に噴出される。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼筒２１内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出されることで、各メイン燃焼バーナ２１Ｂから燃焼筒２１内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射されたパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃焼バーナ２１Ｂからの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

また、各燃焼筒２１は、圧縮機１に対して圧縮機ディフューザ５を介して接続されている。圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１からの圧縮空気を燃焼筒２１に導く空気通路をなす筒体であり、一端５１が圧縮機１における出口１６に接続され、他端５２が燃焼器２における燃焼筒２１の給気口２４に接側されて、圧縮機１と個々の燃焼器２とを繋ぐ。

タービン３は、燃焼器２で燃焼された燃焼ガスにより回転動力を生じるものである。タービン３は、円筒形状のタービンケーシング３１内にタービン静翼３２およびタービン動翼３３が設けられている。タービン静翼３２は、タービンケーシング３１側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、タービン動翼３３は、タービン軸４側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。これらタービン静翼３２とタービン動翼３３とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。また、タービンケーシング３１の後側には、タービン３に連続する排気ディフューザ３４ａを有した排気室３４が設けられている。

タービン軸４は、圧縮機１側の端部が軸受部４１により支持され、排気室３４側の端部が軸受部４２により支持されて、軸心Ｃを中心として回転自在に設けられている。そして、タービン軸４は、図には明示しないが、圧縮機１側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。

このようなガスタービン１０１は、圧縮機１の空気取入口１１から取り込まれた空気が、複数の圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気に対し、燃焼器２において燃料が混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスがタービン３のタービン静翼３２とタービン動翼３３とを通過することでタービン軸４が回転駆動され、このタービン軸４に連結された発電機に回転動力を付与することで発電を行う。そして、タービン軸４を回転駆動した後の排気ガスは、排気室３４の排気ディフューザ３４ａを経て排気ガスとして大気に放出される。

実施形態１のガスタービン１０１は、圧縮機ディフューザ５に抽気部５５が設けられている。抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５から圧縮空気を抽気するため圧縮機ディフューザ５の内外に通じる穴として形成されている。実施形態１において、抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５の一端５１と他端５２との少なくとも一方に設けられている。例えば、抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５の一端５１の縁部分や他端５２の縁部分に形成された穴である。従って、抽気部５５により、圧縮機ディフューザ５を介して圧縮機１から燃焼筒２１に送られる圧縮空気Ｐの一部が、車室Ｒをなす円筒形状の燃焼器ケーシング２３内に取り出される。

この抽気部５５に関連し、ガスタービン１０１は、タービン軸４の外周に、タービン周方向に沿ってリング形状をなす中間軸カバー６が装着されている。そして、この中間軸カバー６の外周において、燃焼器ケーシング２３内であって複数の燃焼筒２１の外側に車室Ｒが区画される。

そして、実施形態１のガスタービン１０１は、冷却装置７を有している。冷却装置７は、車室Ｒから燃焼器ケーシング２３の外部に通じる排気管７１と、燃焼器ケーシング２３の外部から燃焼器ケーシング２３を貫通して中間軸カバー６の内部（タービン軸４側）に通じる給気管７２と、排気管７１と給気管７２とを連通する冷却管７３と、冷却管７３の途中に設けられた熱交換器（ＴＣＡクーラ）７４と、を有する。

従って、抽気部５５により車室Ｒに取り出された圧縮空気Ｐは、排気管７１から燃焼器ケーシング２３の外部の冷却管７３に排気され熱交換器７４にて冷媒と熱交換されて冷却空気となり、給気管７２を介して中間軸カバー６の内部に供給される。そして、この圧縮空気Ｐの冷却空気により、タービン静翼３２やタービン動翼３３やタービン軸４などを冷却することができる。

さらに、実施形態１のガスタービン１０１は、昇圧装置８と、ディフューザ９と、マニホールド１０と、を有している。

昇圧装置８は、中間軸カバー６の内部であってタービン静翼（実施形態１ではタービン３の入口部に配置された第一段タービン静翼）３２のタービン径方向内側に設けられている。昇圧装置８は、タービン軸４に固定されるクローズタイプのインペラ８１からなる、いわゆる遠心圧縮機として構成されている。インペラ８１は、シュラウド８ａと、シュラウド８ａにタービン軸方向で対向するハブ８ｂと、シュラウド８ａとハブ８ｂとの間に設けられた羽根８ｃとを有しており、シュラウド８ａとハブ８ｂとの間にタービン軸方向からタービン径方向外側に向く昇圧流路８ｄが形成されている。この昇圧装置８は、タービン軸４の回転に伴ってシュラウド８ａ、ハブ８ｂおよび羽根８ｃが回転することで、冷却装置７により中間軸カバー６の内部に供給された圧縮空気Ｐの冷却空気をタービン軸方向からシュラウド８ａとハブ８ｂとの間の昇圧流路８ｄに吸い込んでタービン径方向外側に向け昇圧しつつ昇圧流路８ｄから吐出する。

ディフューザ９は、タービンケーシング３１に固定されており、昇圧装置８のタービン径方向外側でタービン周方向に連続して設けられている。ディフューザ９は、板材がリング状に形成された１対の案内板９ａがタービン軸方向で対向しタービン軸４を中心として配置されることでタービン径方向外側に向かって断面積が増大する通路９ｂを形成している。そして、通路９ｂは、そのタービン径方向内側端が昇圧装置８における昇圧流路８ｄの吐出口であるタービン径方向外側端に向き合って設けられている。従って、ディフューザ９は、昇圧装置８のタービン径方向外側において昇圧装置８で昇圧されて昇圧流路８ｄから吐出された圧縮空気Ｐの冷却空気をタービン径方向外側に案内しつつ減速させる。なお、ディフューザ９は、案内板９ａを有さずにタービンケーシング３１に形成された環状の空間により通路９ｂが形成されていてもよい。また、ディフューザ９は、通路９ｂ内に圧縮空気Ｐの冷却空気のタービン径方向外側への流れを整える固定の羽根が設けられていてもよい。

マニホールド１０は、タービンケーシング３１に固定されており、図２に示すように、タービン周方向に複数並設されたタービン静翼３２と、ディフューザ９との間に配置されている。マニホールド１０は、タービン軸４を中心としてタービン周方向に連続するリング状通路１０ａが形成されている。マニホールド１０は、リング状通路１０ａのタービン径方向内側がタービン周方向に連続して開放された開口部１０ｂを有しており、当該開口部１０ｂがディフューザ９における通路９ｂのタービン径方向外側端に連通するようにディフューザ９に連結されている。また、マニホールド１０は、リング状通路１０ａのタービン径方向外側がタービン径方向に貫通し、タービン周方向に複数並設された穴部１０ｃを有しており、当該穴部１０ｃが各タービン静翼３２に設けられた冷却通路３２ａに連通するように各タービン静翼３２のシュラウド部３２ｂに連結されている。冷却通路３２ａは、１つのタービン静翼３２の内部に複数形成され、タービン径方向内側のシュラウド部３２ｂにおいて１つの入口部３２ｂａにまとめられ、穴部１０ｃは、この入口部３２ｂａに連通するように形成されている。従って、マニホールド１０は、ディフューザ９によりタービン径方向外側に案内された圧縮空気Ｐの冷却空気をタービン周方向に案内しつつ各タービン静翼３２の冷却通路３２ａに供給する。

このようなガスタービン１０１によれば、昇圧装置８で昇圧された圧縮空気Ｐの冷却空気をディフューザ９によりタービン径方向外側に案内し、かつディフューザ９によりタービン径方向外側に案内された圧縮空気Ｐの冷却空気をマニホールド１０により各タービン静翼３２の冷却通路３２ａに供給する。このため、昇圧装置８で昇圧されて各タービン静翼３２に供給する圧縮空気Ｐの冷却空気の圧力損失を低減することができる。

次に、図３から図６を参照して、昇圧装置８のインペラ８１について説明する。インペラ８１は、タービン軸４に固定されることから、円環形状となっている。このインペラ８１は、タービン軸４が大径となる一方で、インペラ８１を設置するスペースに制限があることから、内径及び外径が大きく、内外径差が小さいものとなっている。また、インペラ８１は、タービン軸方向における幅も狭いものとなっている。

インペラ８１は、タービン軸方向から流体としての冷却空気（圧縮空気Ｐ）を導入し、タービン径方向外側へ向かって冷却空気を吐出する。インペラ８１は、上記したように、ハブ８ｂと、シュラウド８ａと、複数の羽根８ｃとを有し、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃにより複数の昇圧流路８ｄが区画されている。換言すれば、このインペラ８１は、円環形状となる部材に対して、複数の昇圧流路８ｄを形成することで、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃが一体となったインペラ８１として形成される。

昇圧流路８ｄは、タービン軸方向の端面に形成される流入口８３と、タービン径方向の外側の外周面に形成される流出口８４と、を有している。また、昇圧流路８ｄは、流入口８３から流出口８４に向かって直線状に貫通形成される貫通孔８２により形成されている。このため、複数の昇圧流路８ｄは、上記の貫通孔８２が、軸心Ｃを中心にして、タービン周方向に点対称に複数並べて形成されることで配置される。また、貫通孔８２は、断面円形となる丸穴に形成される。

図３に示すように、タービン軸方向の端面に形成される流入口８３は、その中心と軸心Ｃとを結ぶタービン径方向の線分に対して、直交する接線方向に延在して形成されている。つまり、タービン軸方向から見た平面内において、貫通孔８２は、流入口８３の中心から接線方向へ向かう方向に貫通形成されている。

また、図４に示すように、タービン径方向外側の外周面に形成される流出口８４は、その延在する方向が、タービン軸方向に直交する面に対して傾斜して形成されている。つまり、タービン径方向から見た側面内において、貫通孔８２は、タービン軸方向に直交する面に対して所定の貫通方向（傾斜方向）に延在している。換言すれば、貫通孔８２は、タービン軸方向に直交する面に対して傾斜角度θが所定の傾斜角度となるように貫通形成されている。ここで、貫通孔８２の貫通方向は、流入口８３に流入する冷却空気の相対流入角の方向に沿った方向となっており、具体的に、貫通孔８２の所定の傾斜角度θとしては、例えば、流入口８３に流入する冷却空気の相対流入角に対して±５°程度の範囲となっている。

再び、図３を参照するに、インペラ８１は、軸心Ｃから昇圧流路８ｄまでの径方向の距離を、流入口８３から流出口８４に向かうにつれて大きくすることで、圧縮性能を高めることができる。つまり、軸心Ｃから流入口８３までのタービン径方向の距離と、軸心Ｃから流出口８４までのタービン径方向の距離との差分が大きければ大きいほど、インペラ８１の圧縮性能を高いものとすることができる。このため、タービン軸方向から見た面内において、ハブ８ｂの内周面と流入口８３（の中心）との間のタービン径方向における距離Ｌｉは、流入口８３（の中心）とシュラウド８ａの外周面との間の距離Ｌｏよりも短くなっている。これにより、流入口８３を軸心Ｃ側に近づけることができるため、上記の差分を大きくすることが可能となる。なお、実施形態１では、距離Ｌｉを、距離Ｌｏよりも短くしたが、特に限定されず、距離Ｌｉと距離Ｌｏとが同じ距離であってもよい。

次に、上記のインペラ８１を製造する製造方法について説明する。上記のインペラ８１を製造する場合、先ず、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃの外形を含む円環形状の部材を用意する。つまり、複数の昇圧流路８ｄが形成される前の形状となる円環形状の部材を用意する。この円環形状の部材に対して、貫通孔８２を貫通形成して昇圧流路８ｄを形成する加工工程を実行する。

この加工工程では、ドリル加工またはフライス加工等の切削加工によって、円環形状の部材に対し、直線状の貫通孔８２を貫通形成する。このとき、貫通孔８２の貫通方向は、タービン軸方向から見た面内において、形成される流入口８３の中心から、タービン径方向に直交する接線方向へ向かう方向となっている。また、貫通孔８２の貫通方向は、タービン径方向から見た面内において、流入口８３に流入する冷却空気の相対流入角となる傾斜角度θの方向となっている。

そして、加工工程の実行後、貫通孔８２の内面を研磨する研磨加工を行ってもよい。研磨工程では、貫通孔８２の内面が滑らかとなるように研磨することで、貫通孔８２の流路抵抗を低減する。

以上のように、実施形態１によれば、直線状となる貫通孔８２を貫通形成することで、簡易な加工により昇圧流路８ｄを形成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。また、貫通孔８２を形成することで昇圧流路８ｄを形成できるため、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃを分割して製造する必要がないことから、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃへ接合部を形成することなく、一体に形成できる。つまり、ハブ８ｂ、シュラウド８ａ及び複数の羽根８ｃを一体に形成することで、接合部の形成を省くことができ、これにより、インペラ８１の構造強度の向上を図ることができる。

また、実施形態１によれば、貫通孔８２の貫通方向を、流入口８３の中心から接線方向へ向かう方向としているため、軸心Ｃから昇圧流路８ｄまでの径方向の距離を、流入口８３から流出口８４に向かうにつれて大きくすることができる。このため、昇圧機能を適切に発揮できるインペラ８１とすることができる。

また、実施形態１によれば、貫通孔８２の貫通方向を、流入口８３に流入する冷却空気の相対流入角の方向に沿った方向にすることができる。具体的には前述のとおり、貫通孔８２の傾斜角度θを、冷却空気の相対流入角に対して±５°程度の範囲にすることにより、流入口８３を介して冷却空気を昇圧流路８ｄに好適に導入させることができる。

また、実施形態１によれば、ハブ８ｂの内周面と流入口８３との間の距離を短くすることで、軸心Ｃから流入口８３までの径方向の距離を短くできる。このため、軸心Ｃから昇圧流路８ｄまでの径方向の距離を、流入口８３から流出口８４に向かうにつれてより大きくすることができ、インペラ８１による昇圧機能をより高めることができる。

また、実施形態１によれば、貫通孔８２をドリル加工またはフライス加工により貫通形成することで、簡易な加工設備で、効率のよい加工作業を行うことができるため、加工コストの低減をより図ることができる。

また、実施形態１によれば、研磨工程により貫通孔８２の内周面を滑らかにできるため、昇圧流路８ｄにおける流路抵抗の増大を抑制することができる。

［実施形態２］
次に、図７及び図８を参照して、実施形態２に係るインペラ８１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態２に係るインペラの貫通孔の断面図である。図８は、実施形態２に係るインペラの一部を拡大した側面図である。

実施形態２のインペラ８１は、流入口８３から流出口８４に亘って形成される貫通孔８２の流路断面積を、実施形態１の貫通孔８２に比して広くしたものである。具体的に、実施形態１の貫通孔８２は、断面円形となる丸穴であったが、実施形態２の貫通孔８２は、図７に示すように、断面長円形となる長穴となっている。つまり、実施形態２の貫通孔８２は、実施形態１の貫通孔８２を隣接してつなげた形状となっている。

実施形態２の貫通孔８２は、貫通方向に直交する面で切った断面において、半円形状と２つの円弧と、向かい合う円弧の両端部同士をそれぞれ結ぶ２つの直線と、からなる形状となっている。実施形態２の貫通孔８２は、ドリル加工を行う場合、例えば、２つの丸穴を平行に連ねることで、長穴とする。また、実施形態２の貫通孔８２は、フライス加工を行う場合、フライスを平行移動させることで、長穴とする。

なお、実施形態２の貫通孔８２は、複数の丸穴を平行に連ねて形成することで、長穴をしたが、この構成に限定されない。昇圧流路８ｄの流入口８３側から流出口８４側へ向かって流路断面積が大きくなるように、１つの丸穴に対して他の丸穴を斜めになるようにして、連ねて形成してもよい。つまり、流入口８３から流出口８４側へ向かって複数の丸穴同士が広がるように、複数の丸穴を連ねて形成してもよい。

以上のように、実施形態２によれば、実施形態１に比して貫通孔８２の流路断面積を広くすることができるため、冷却空気を多く取り込むことができ、また、圧縮した冷却空気を多く吐出することができる。

また、実施形態２によれば、流入口８３側から流出口８４側へ向かって流路断面積が大きくなるように貫通孔８２を形成することで、流出口８４における冷却空気の流速を減速させることができ、これにより、圧縮効率の向上を図ることができる。

なお、実施形態１及び実施形態２では、ドリル加工またはフライス加工を考慮したため、貫通孔８２の形状を丸穴または長穴としたが、例えば、貫通孔８２の流路断面積を更に広くとる場合には、貫通孔８２の形状を、断面矩形状となる角穴としてもよく、この場合、放電加工等により角穴となる貫通孔８２を形成してもよい。

１ 圧縮機
１１ 空気取入口
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機静翼
１３ａ 最終段静翼
１４ 圧縮機動翼
１５ 出口案内静翼
１６ 出口
２ 燃焼器
２１ 燃焼筒
２１Ａ パイロット燃焼バーナ
２１Ａａ パイロットコーン
２１Ａｂ パイロットノズル
２１Ｂ メイン燃焼バーナ
２１Ｂａ メインノズル
２１Ｂｂ 旋回翼
２１Ｃ 内筒
２２ 尾筒
２３ 燃焼器ケーシング
２４ 給気口
３ タービン
３１ タービンケーシング
３２ タービン静翼
３２ａ 冷却通路
３２ｂ シュラウド部
３２ｂａ 入口部
３３ タービン動翼
３４ 排気室
３４ａ 排気ディフューザ
４ タービン軸（回転軸）
４１ 軸受部
４２ 軸受部
５ 圧縮機ディフューザ
５１ 一端
５２ 他端
５５ 抽気部
６ 中間軸カバー
７ 冷却装置
７１ 排気管
７２ 給気管
７３ 冷却管
７４ 熱交換器
８ 昇圧装置
８ａ シュラウド
８ｂ ハブ
８ｃ 羽根
８ｄ 昇圧流路
８１ インペラ
８２ 貫通孔
８３ 流入口
８４ 流出口
９ ディフューザ
９ａ 案内板
９ｂ 通路
１０ マニホールド
１０ａ リング状通路
１０ｂ 開口部
１０ｃ 穴部
１０１ ガスタービン
Ｃ 軸心
Ｐ 圧縮空気
Ｒ 車室

Claims (3)

1. 回転軸を中心に回転するハブと、
   前記回転軸の軸方向において前記ハブに対向して設けられるシュラウドと、
   前記ハブと前記シュラウドとの間に設けられ、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の羽根と、
   前記ハブ、前記シュラウド及び複数の前記羽根により区画され、前記回転軸の軸方向から流体を流入させ、前記回転軸の径方向外側へ向かって流体を流出させる、前記回転軸の周方向に並べて設けられる複数の昇圧流路と、を備え、
   前記昇圧流路は、前記回転軸の軸方向の端面に形成される流入口と、前記回転軸の径方向の外側の外周面に形成される流出口と、を有し、前記流入口から前記流出口に向かって直線状に貫通形成される貫通孔であり、
   前記回転軸の軸方向から見た面内において、前記流入口から前記流出口へ向かう前記貫通孔の貫通方向は、前記回転軸の中心と前記流入口の中心とを結ぶ線分に対して直交する、前記流入口の中心における接線方向であり、
   前記貫通孔は、前記貫通方向に直交する面で切った断面において、半円形状の２つ の円弧と、向かい合う円弧の両端部同士をそれぞれ結ぶ２つの直線と、からなる形状となっており、
   前記回転軸の径方向から見た面内において、前記軸方向の端面に対する前記貫通孔の傾斜方向は、前記流入口に流入する前記流体の相対流入角の方向に沿った方向となっていることを特徴とするインペラ。
2. 請求項１に記載のインペラと、
   前記インペラに接続され、前記インペラを回転させる回転軸と、を備えることを特徴とする遠心圧縮機。
3. 空気を取り込んで圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機により圧縮した圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、
   前記燃焼器により前記燃料を燃焼させることで発生した燃焼ガスにより回転するタービンと、
   前記圧縮機から抽気した圧縮空気を取り込んで昇圧し、昇圧した圧縮空気を冷却空気として吐出する、請求項２に記載の遠心圧縮機と、を備えることを特徴とするガスタービン。

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