JP7096058B2 - ガスタービンシステム - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンシステムに関する。
ガスタービンは、高圧空気を生成する圧縮機と、高圧空気と燃料の混合気を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備えている。ガスタービンでは、タービン入口における燃焼ガスの温度（タービン入口温度）が高いほど効率を向上させることができる。近年では効率向上を図るために、タービン入口温度のさらなる高温化が進められている。これに伴って、タービンに対する冷却性能もさらに高める必要がある。具体的には、タービン内の動翼や静翼を効率的に冷却する技術が求められる。
このようにタービンを冷却するための技術として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたガスタービンは、回転軸（車軸）と同軸に設けられた空気昇圧装置を備えている。空気昇圧装置は、圧縮機の出口からの吐出供給空気を昇圧してタービンの静翼内、及び動翼内に冷却空気として圧送する。
ところで、タービンの効率を向上させるためには、静翼の内周側の端面と回転軸の外周面との間のクリアランス、及び動翼の外周側の端面とケーシングの内周面との間のクリアランスにおける燃焼ガスの漏れを抑える必要がある。燃焼ガスの漏れを低減するために、これらクリアランスにはラビリンスシール等のシール装置が設けられている。
特開平５－８６９０１号公報
ここで、圧縮機からの吐出空気は、タービン内の燃焼ガスに比べて圧力が非常に大きい。このような吐出空気をタービンの冷却空気として用いれば、該冷却空気と燃焼ガスとの差圧が大きくなる。そのため、クリアランス（シール装置）を介しての冷却空気の漏れ量が多くなる。その結果、タービンの効率が低下する場合がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、効率の低下を抑制しつつ、タービンを冷却することが可能なガスタービンシステムを提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、ガスタービンシステムは、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、を備えるタービンと、該タービンを冷却するタービン冷却系統と、を備え、前記タービン冷却系統は、前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、を有する。
また、上記ガスタービンシステムは、前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、をさらに有していてもよい。
この構成によれば第一翼内流路、及び第二翼内流路を冷却空気が流通することで静翼が冷却される。さらに、冷却空気は、ブースト圧縮機によって第一翼内流路、回転軸内流路、第二翼内流路、及びタービン外流路を循環する。そのため、ブースト圧縮機の圧力比を適宜設定することで、冷却空気と燃焼ガスとの差圧を抑えることができる。これによって、燃焼ガスへの冷却空気の漏れを抑制することができる。
本発明の第二の態様によれば、前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、互いに異なる前記静翼列にそれぞれ形成されていてもよい。
この構成によれば、第一翼内流路と第二翼内流路とが、互いに異なる静翼列にそれぞれ形成されている。これにより、１つのタービン冷却系統によってより多くの静翼列を冷却することができる。その結果、ガスタービンシステムの部品点数、組立の工数が削減されるため、コスト低減を実現することができる。
本発明の第三の態様によれば、前記第一翼内流路は、前記第二翼内流路が形成された前記静翼列よりも前記主流方向における下流側の前記静翼列に形成され、前記ブースト圧縮機は、前記回転軸内流路と前記第二翼内流路との間に設けられていてもよい。
本発明の第四の態様によれば、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、を備えるタービンと、該タービンを冷却するタービン冷却系統と、を備え、前記タービン冷却系統は、前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、をし、前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、互いに異なる前記静翼列にそれぞれ形成されており、前記第一翼内流路は、前記第二翼内流路が形成された前記静翼列よりも前記主流方向における下流側の前記静翼列に形成され、前記ブースト圧縮機は、前記回転軸内流路と前記第二翼内流路との間に設けられている。
ここで、タービン内では主流方向の上流側から下流側に向かうに従って燃焼ガスの圧力が次第に低くなる。上記の構成では、相対的に圧力の低い下流側の静翼列に第一翼内流路が形成され、相対的に圧力の高い上流側の静翼列に第二翼内流路が形成されている。さらに、ブースト圧縮機は、回転軸内流路と第二翼内流路との間、即ち第一翼内流路の下流側に設けられている。したがって、第一翼内流路には相対的に低圧の冷却空気を供給し、第二翼内流路にはブースト圧縮機で昇圧された相対的に高圧の冷却空気を供給することができる。その結果、第一翼内流路、及び第二翼内流路の双方で、主流（燃焼ガス）と冷却空気との圧力差が低減され、冷却空気が主流中に漏洩する可能性をさらに低減することができる。
一方で、例えば第一翼内流路が第二翼内流路よりも上流側の静翼列に形成されている場合、第一翼内流路内への主流の逆流を防ぐために、主流（燃焼ガス）よりもさらに高い圧力の冷却空気を第一翼内流路に供給する必要がある。第二翼内流路にはこの高圧の冷却空気が供給される。その結果、第二翼内流路から主流中に冷却空気が漏洩し、タービンの熱効率が低下してしまう可能性がある。さらに、上流側の静翼列を冷却する際に昇温された冷却空気が、相対的に低温である下流側の静翼列に供給されてしまうため、冷却効果も低下してしまう虞がある。しかしながら、上記の構成によればこのような事態を回避することができる。
本発明の第五の態様によれば、前記ブースト圧縮機は、前記回転軸と一体に設けられ、軸線を中心とする円盤状のインペラディスクと、該インペラディスクの軸線方向を向く面上で軸線を中心とする放射状に配列された複数のブレードと、該ブレードを径方向外側から覆うことで前記インペラディスクとの間にインペラ流路を形成するインペラカバーと、を有し、前記インペラ流路の入口は前記回転軸内流路の出口に向かって開口し、前記インペラ流路の出口は前記第二翼内流路の入口に向かって開口していてもよい。
この構成によれば、ブースト圧縮機が回転軸と一体に設けられていることから、例えばブースト圧縮機をタービンと独立して外部に設けた場合に比べて、機器の設置スペースの節約を実現することができる。さらに、ブースト圧縮機がタービンと同軸で駆動されることから、ブースト圧縮機の駆動に要する動力を低減することもできる。加えて、このブースト圧縮機は、回転軸内流路の出口から供給された冷却空気を昇圧して第二翼内流路に供給する。ここで、回転軸内流路から供給された冷却空気は、第一翼内流路を流通する際に圧力が低下している。しかしながら、上記の構成によれば、ブースト圧縮機によって昇圧された状態で冷却空気を第二翼内流路に供給することができる。即ち、第二翼内流路における冷却空気の流通を促進することができる。
本発明の第六の態様によれば、前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、同一の前記静翼列に形成されていてもよい。
この構成によれば、第一翼内流路と第二翼内流路とが同一の静翼列に形成されていることから、例えばこれら流路が互いに異なる静翼列にそれぞれ形成されている場合に比べて、第一翼内流路から第二翼内流路にかけて冷却空気を流通させるために必要となる圧力を小さく抑えることができる。即ち、ブースト圧縮機の圧縮比を小さくすることができるため、当該ブースト圧縮機を駆動するための動力を低減することができる。さらに、ブースト圧縮機の圧縮比を小さく抑えられることによって、冷却空気と主流（燃焼ガス）との間の圧力差がさらに小さくなる。これにより、冷却空気が主流中に漏洩する可能性をさらに低減することができる。
加えて、２つの流路（第一翼内流路、及び第二翼内流路）によって同一の静翼列を冷却することによって、各流路当たりの冷却負荷を下げることができる。特に、第一翼内流路の冷却負荷が下がることによって、例えば第一翼内流路を通過した後の冷却空気の一部を取り出して、さらに他の構成部材の冷却に用いることも可能となる。即ち、タービン内におけるより広い範囲を冷却することができる。
本発明の第七の態様によれば、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、を備えるタービンと、該タービンを冷却するタービン冷却系統と、を備え、前記タービン冷却系統は、前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、を有し、前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、同一の前記静翼列に形成されており、前記ブースト圧縮機は、前記回転軸と一体に設けられ、軸線を中心とする円盤状のインペラディスクと、該インペラディスクの軸線方向を向く面上で軸線を中心とする放射状に配列された複数のブレードと、該ブレードを径方向外側から覆うことで前記インペラディスクとの間に、前記回転軸内流路としてのインペラ流路を形成するインペラカバーと、を有する。
この構成によれば、ブースト圧縮機が回転軸と一体に設けられていることから、例えばブースト圧縮機をタービンと独立して外部に設けた場合に比べて、機器の設置スペースの節約を実現することができる。さらに、ブースト圧縮機がタービンと同軸で駆動されることから、ブースト圧縮機の駆動に要する動力を低減することもできる。加えて、このブースト圧縮機は、第一翼内流路を経て相対的に低圧となった冷却空気を再び昇圧して第二翼内流路に供給することができる。これにより、第二翼内流路における冷却空気の流通を促進することができる。
本発明の第八の態様によれば、前記動翼には、該動翼を径方向に貫通するとともに、前記第一翼内流路を通過した前記冷却空気の少なくとも一部が流通する動翼内流路が形成されていてもよい。
この構成によれば、第一翼内流路を通過した冷却空気が動翼内流路を流通することで、静翼に加えて動翼も冷却することができる。即ち、単一の冷却系統（タービン冷却系統）によって、静翼、及び動翼の双方を効果的に冷却することができる。したがって、動翼の冷却を行うために他の装置を設ける必要がなく、ガスタービンシステムの建造コストやメンテナンスコストを低減することができる。
本発明の第九の態様によれば、前記回転軸とともに回転することで空気を圧縮して前記冷却空気を生成する圧縮機をさらに備え、前記タービン冷却系統は、前記圧縮機から抽気された空気を前記タービン外流路に供給する供給流路をさらに有していてもよい。
ここで、回転軸及び動翼はケーシング及び静翼に対して相対回転することから、静翼と回転軸の外周面との間、及び動翼とケーシングの内周面との間には一定のクリアランスが形成されることが一般的である。即ち、上述の第一翼内流路と回転軸内流路との間、及び回転軸内流路と第二翼内流路との間には隙間が形成されている。これにより、冷却空気の一部はタービン冷却系統を流通するにつれて、この隙間からタービン内にわずかずつ流れ出る。これに対して、上記の構成によれば、圧縮機から抽気された空気をタービン冷却系統に冷却空気として補充することができる。これにより、タービン冷却系統内における冷却空気の量を常態的に維持することができる。
本発明によれば、効率の低下を抑制しつつ、タービンを冷却することが可能なガスタービンシステムを提供することができる。
本発明の第一実施形態に係るガスタービンシステムの構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係るガスタービンシステムの要部拡大図である。 本発明の第一実施形態に係るブースト圧縮機の構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係るガスタービンシステムの変形例を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係るガスタービンシステムの他の変形例を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係るガスタービンシステムの構成を示す模式図である。 本発明の第二実施形態に係るブースト圧縮機の構成を示す断面図である。
［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。本実施形態に係るガスタービンシステム１００は、ガスタービン本体９０と、ガスタービン本体９０を冷却するためのタービン冷却系統８０と、を備えている。図１に示すように、ガスタービン本体９０は、圧縮機１と、燃焼器２と、タービン３と、を有している。圧縮機１は、外部から取り込んだ空気を圧縮して高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器２は、圧縮機１から供給された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービン３は、燃焼器２から供給された燃焼ガスによって回転駆動する。タービン３の回転力はガスタービン本体９０と同軸に接続された発電機Ｇに伝達される。
圧縮機１は、軸線Ａｍ回りに回転可能な圧縮機ロータ１１と、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼列１２と、圧縮機ロータ１１及び圧縮機動翼列１２を外側から覆う筒状の圧縮機ケーシング１３と、圧縮機ケーシング１３の内周面に設けられた複数の圧縮機静翼列１４と、を有している。複数の圧縮機静翼列１４は、圧縮機ケーシング１３の内周面上で、圧縮機動翼列１２と軸線Ａｍ方向に交互に配列されている。各圧縮機動翼列１２は、圧縮機ロータ１１の外周面上で、軸線Ａｍに対する周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼１５を有している。各圧縮機静翼列１４は、圧縮機ケーシング１３の内周面上で、軸線Ａｍに対する周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼１６を有している。軸線Ａｍ方向一方側（以下、上流側と呼ぶことがある。）から取り込まれた外部の空気は、軸線Ａｍ方向他方側（下流側）に向かって流れる中途で圧縮機動翼列１２、及び圧縮機静翼列１４を交互に通過することで次第に圧縮されて高圧の圧縮空気となる。
燃焼器２は、軸線Ａｍに対して交差する方向に延びる筒状の燃焼器本体２１と、燃焼器本体２１の内部に燃料を供給する燃料ノズル２２と、を有している。圧縮機１から供給された圧縮空気に、燃料ノズル２２を通じて燃料を混合することで混合気が生成される。燃焼器２は、この混合気を燃焼させることで、高温高圧の燃焼ガスを生成する。
タービン３は、軸線Ａｍ回りに回転可能なタービンロータ３１（回転軸）と、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼列３２（動翼列）と、タービンロータ３１及びタービン動翼列３２を外側から覆う筒状のタービンケーシング３３と、タービンケーシング３３の内周面に設けられた複数のタービン静翼列３４（静翼列）と、を有している。複数のタービン静翼列３４は、タービンケーシング３３の内周面上で、タービン動翼列３２と軸線Ａｍ方向に交互に配列されている。各タービン動翼列３２は、タービンロータ３１の外周面上で、軸線Ａｍに対する周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼３５（動翼）を有している。各タービン静翼列３４は、タービンケーシング３３の内周面上で、軸線Ａｍに対する周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼３６（静翼）を有している。上流側の燃焼器２から供給された燃焼ガスは、タービンケーシング３３内を上流側から下流側に向かう流れ（主流Ｆｍ）を形成する。主流Ｆｍは、上流側から下流側に向かって流れる中途でタービン動翼列３２、及びタービン静翼列３４に交互に衝突する。これにより、タービン動翼列３２を通じてタービンロータ３１に回転力が付与される。
上記の圧縮機ロータ１１と、タービンロータ３１とは、軸線Ａｍ方向に一体かつ同軸に接続されることで全体としてガスタービンロータ９１を形成する。即ち、圧縮機ロータ１１とタービンロータ３１とは軸線Ａｍ回りに一体に回転する。圧縮機ケーシング１３と、タービンケーシング３３とは、軸線Ａｍ方向に一体かつ同軸に接続されることで全体としてガスタービンケーシング９３（ケーシング）を形成する。
タービン冷却系統８０は、上記のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）、及びタービン動翼列３２（タービン動翼３５）を冷却して、これらタービン静翼列３４、及びタービン動翼列３２を、タービン３内を流通する燃焼ガスの熱から保護する。タービン冷却系統８０の詳細な構成については後述する。
続いて、タービン静翼列３４（タービン静翼３６）、及びタービン動翼列３２（タービン動翼３５）の構成について、図２を参照して説明する。なお、図２は軸線Ａｍ方向に配列された複数のタービン静翼列３４、及びタービン動翼列３２のうち、互いに隣接する２つずつのタービン静翼列３４、及びタービン動翼列３２のみを図示している。以降の説明では、これら隣接する２つのタービン静翼列３４（タービン静翼３６）のうち、軸線Ａｍ方向他方側（下流側）のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）を第一タービン静翼列３４Ａ（第一タービン静翼３６Ａ）と呼び、軸線Ａｍ方向一方側（上流側）のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）を第二タービン静翼列３４Ｂ（第二タービン静翼３６Ｂ）と呼ぶ。
第一タービン静翼３６Ａは、第一外側シュラウド４１と、第一タービン静翼本体４２と、第一内側シュラウド４３と、を有している。第一外側シュラウド４１は、タービンケーシング３３の内周面に取り付けられている。第一タービン静翼本体４２は、この第一外側シュラウド４１から軸線Ａｍに対する径方向内側に向かって延びている。詳しくは図示しないが、第一タービン静翼本体４２は、軸線Ａｍに対する径方向から見て、上流側から下流側に向かって延びる翼型の断面を有している。
第一内側シュラウド４３は、第一タービン静翼本体４２の径方向内側の端部に取り付けられている。第一内側シュラウド４３は、第一タービン静翼本体４２と接続された第一内側シュラウド基部４３Ａと、第一内側シュラウド基部４３Ａのさらに径方向内側に一体に設けられた第一内側シュラウド環状部４３Ｂと、を有している。第一内側シュラウド環状部４３Ｂは、軸線Ａｍを中心とする円環状をなしている。軸線Ａｍ方向における第一内側シュラウド環状部４３Ｂの寸法は、軸線Ａｍ方向における第一内側シュラウド基部４３Ａの寸法よりも小さい。一方で、径方向における第一内側シュラウド環状部４３Ｂの寸法は、径方向における第一内側シュラウド基部４３Ａの寸法よりも大きい。第一内側シュラウド環状部４３Ｂの内周面（径方向内側を向く面：第一内周面４３Ｓ）には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のシールフィン６Ａが設けられている。これらシールフィン６Ａは、後述するタービン動翼３５のプラットフォーム６１に対向している。
第一外側シュラウド４１の内部、第一タービン静翼本体４２の内部、及び第一内側シュラウド４３の内部には、後述するタービン冷却系統８０から供給された冷却空気が流通する流路（第一翼内流路Ｃ１）が形成されている。第一翼内流路Ｃ１は、これら第一外側シュラウド４１、第一タービン静翼本体４２、及び第一内側シュラウド４３を軸線Ａｍに対する径方向に貫通している。なお、第一翼内流路Ｃ１のうち、第一タービン静翼本体４２を通る部分の構成や形状は図２の例に限定されず、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。
第二タービン静翼３６Ｂは、第二外側シュラウド５１と、第二タービン静翼本体５２と、第二内側シュラウド５３と、を有している。第二外側シュラウド５１は、タービンケーシング３３の内周面に取り付けられている。第二タービン静翼本体５２は、この第二外側シュラウド５１から軸線Ａｍに対する径方向内側に向かって延びている。詳しくは図示しないが、第二タービン静翼本体５２は、軸線Ａｍに対する径方向から見て、上流側から下流側に向かって延びる翼型の断面を有している。
第二内側シュラウド５３は、第二タービン静翼本体５２の径方向内側の端部に取り付けられている。第二内側シュラウド５３は、第二タービン静翼本体５２と接続された第二内側シュラウド基部５３Ａと、第二内側シュラウド基部５３Ａのさらに径方向内側に一体に設けられた第二内側シュラウド環状部５３Ｂと、を有している。第二内側シュラウド環状部５３Ｂは、軸線Ａｍを中心とする円環状をなしている。軸線Ａｍ方向における第二内側シュラウド環状部５３Ｂの寸法は、軸線Ａｍ方向における第二内側シュラウド基部５３Ａの寸法よりも小さい。一方で、径方向における第二内側シュラウド環状部５３Ｂの寸法は、径方向における第二内側シュラウド基部５３Ａの寸法よりも大きい。第二内側シュラウド環状部５３Ｂの内周面（径方向内側を向く面：第二内周面５３Ｓ）には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のシールフィン６Ｂが設けられている。これらシールフィン６Ｂは、後述するタービン動翼３５のプラットフォーム６１に対向している。
第二外側シュラウド５１の内部、第二タービン静翼本体５２の内部、及び第二内側シュラウド５３の内部には、後述するタービン冷却系統８０から供給された冷却空気が流通する流路（第二翼内流路Ｃ２）が形成されている。第二翼内流路Ｃ２は、これら第二外側シュラウド５１、第二タービン静翼本体５２、及び第二内側シュラウド５３を軸線Ａｍに対する径方向に貫通している。なお、第二翼内流路Ｃ２のうち、第二タービン静翼本体５２を通る部分の構成や形状は図２の例に限定されず、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。
次に、タービン動翼３５の構成について説明する。なお、以降では複数のタービン動翼３５について同一の符号を付すとともに、上記の第一タービン静翼３６Ａと第二タービン静翼３６Ｂとの間に配置されているタービン動翼３５についてのみ代表的に説明する。タービン動翼３５は、プラットフォーム６１と、タービン動翼本体６２と、を有している。プラットフォーム６１は、タービンロータ３１の外周面（ロータ外周面３１Ｓ）から軸線Ａｍに対する径方向外側に向かって突出するプラットフォーム本体６１Ａと、プラットフォーム本体６１Ａにおける軸線Ａｍ方向両側を向く面にそれぞれ設けられた一対の突出部（上流側突出部７Ａ、下流側突出部７Ｂ）と、を有している。
下流側突出部７Ｂは、プラットフォーム本体６１Ａにおける軸線Ａｍ方向他方側（下流側）を向く面（下流面Ｓ２）から、軸線Ａｍ方向他方側（下流側）に向かって突出している。下流側突出部７Ｂにおける径方向外側を向く面は、上述のシールフィン６Ａを介して第一内側シュラウド環状部４３Ｂと対向している。これにより、下流側突出部７Ｂと第一内側シュラウド環状部４３Ｂとの間の隙間における燃焼ガスの流れがシールされている。
上流側突出部７Ａは、プラットフォーム本体６１Ａにおける軸線Ａｍ方向一方側（上流側）を向く面（上流面Ｓ１）から、軸線Ａｍ方向一方側（上流側）に向かって突出している。上流側突出部７Ａにおける径方向外側を向く面は、上述のシールフィン６Ｂを介して第二内側シュラウド環状部５３Ｂと対向している。これにより、上流側突出部７Ａと第二内側シュラウド環状部５３Ｂとの間の隙間における燃焼ガスの流れがシールされている。
下流側突出部７Ｂは、タービン動翼３５に隣接する下流側の他のタービン動翼３５の上流側突出部７Ａと軸線Ａｍ方向に隙間（第一連通口Ｐ１）をあけて対向している。この第一連通口Ｐ１は、上述の第一翼内流路Ｃ１と軸線Ａｍ方向において同一の位置に形成されている。これら互いに対向する下流側突出部７Ｂ及び上流側突出部７Ａと、ロータ外周面３１Ｓと、上流側のプラットフォーム６１の下流面Ｓ２と、下流側のプラットフォーム６１の上流面Ｓ１とによって、軸線Ａｍを中心とする環状の空間（第一空間Ｖ１）が形成されている。即ち、第一翼内流路Ｃ１は、上記の第一連通口Ｐ１を介してこの第一空間Ｖ１と連通されている。
上流側突出部７Ａは、タービン動翼３５に隣接する上流側のさらに他のタービン動翼３５の下流側突出部７Ｂと軸線Ａｍ方向に隙間（第二連通口Ｐ２）をあけて対向している。この第二連通口Ｐ２は、上述の第二翼内流路Ｃ２と軸線Ａｍ方向において同一の位置に形成されている。これら互いに対向する下流側突出部７Ｂ及び上流側突出部７Ａと、ロータ外周面３１Ｓと、上流側のプラットフォーム６１の下流面Ｓ２と、下流側のプラットフォーム６１の上流面Ｓ１とによって、軸線Ａｍを中心とする環状の空間（第二空間Ｖ２）が形成されている。即ち、第二翼内流路Ｃ２は、上記の第二連通口Ｐ２を介してこの第二空間Ｖ２と連通されている。
プラットフォーム本体６１Ａの内部には２つの流路（回転軸内流路Ｃ３、動翼内流路Ｃ４）が形成されている。回転軸内流路Ｃ３は、プラットフォーム本体６１Ａ内を軸線Ａｍ方向に貫通している。即ち、回転軸内流路Ｃ３の一端はプラットフォーム本体６１Ａの下流面Ｓ２上に開口し、他端はプラットフォーム本体６１Ａの上流面Ｓ１上に開口している。この回転軸内流路Ｃ３によって、上記の第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２とが連通されている。動翼内流路Ｃ４は、回転軸内流路Ｃ３よりも径方向外側に形成されている。動翼内流路Ｃ４の一端はプラットフォーム本体６１Ａの下流面Ｓ２上に開口している。動翼内流路Ｃ４の他端はタービン動翼本体６２の表面に開口している。即ち、動翼内流路Ｃ４は、一端側から上流側（軸線Ａｍ方向一方側）に向かって延びた後、方向を変えて径方向外側に向かって延びている。動翼内流路Ｃ４は、冷却空気を流通させることでタービン動翼３５を燃焼ガスの熱から保護するために形成されている。なお、動翼内流路Ｃ４のうち、タービン動翼本体６２を通る部分の構成や形状は、設計や仕様に応じて適宜変更することが可能である。
次に、タービン冷却系統８０の構成について説明する。タービン冷却系統８０は、上述の第一翼内流路Ｃ１、回転軸内流路Ｃ３、及び第二翼内流路Ｃ２と、タービン外流路Ｃ５と、冷却部８１と、供給流路８２と、ブースト圧縮機８３と、上述の動翼内流路Ｃ４と、を有している。タービン外流路Ｃ５は、第一翼内流路Ｃ１の入口（径方向外側の端部）と、第二翼内流路Ｃ２の出口（径方向外側の端部）とを接続している。タービン外流路Ｃ５上には、このタービン外流路Ｃ５内を流通する空気を冷却して冷却空気を生成する冷却部８１が設けられている。冷却部８１は、外部から供給された相対的に低温の冷却媒体とタービン外流路Ｃ５内の空気との間で熱交換を行う。
さらに、このタービン外流路Ｃ５には供給流路８２が接続されている。供給流路８２は、タービン外流路Ｃ５と上記の圧縮機１とを接続している。より具体的には、供給流路８２の一端は、圧縮機１における複数の圧縮段のうち、上下流方向における中途位置の圧縮段に接続されている。即ち、供給流路８２上には、圧縮機１から抽気された空気が流通している。当該圧縮機からの空気は、圧縮機１の出口（最下流）から吐出される圧縮空気よりも圧力が低い中圧空気とされている。ここで圧縮段とは、互いに隣接する１つずつの圧縮機動翼列１２、及び圧縮機静翼列１４が形成する構成単位を指す。なお、本実施形態では供給流路８２への空気供給源として圧縮機１を用いているが、空気供給源として圧縮機１以外の他の装置を用いることも可能である。
ブースト圧縮機８３は、第一翼内流路Ｃ１、回転軸内流路Ｃ３、第二翼内流路Ｃ２、タービン外流路Ｃ５の順で冷却空気を流通させる。ブースト圧縮機８３は、上述の第二空間Ｖ２内で、タービンロータ３１と一体に設けられている。詳しくは図３に示すように、ブースト圧縮機８３は、インペラディスク８３Ａと、複数のブレード８３Ｂと、インペラカバー８３Ｃと、を有している。インペラディスク８３Ａは、軸線Ａｍを中心とする円盤状をなしている。インペラディスク８３Ａの軸線Ａｍ方向他方側（下流側）を向く面には、軸線Ａｍを中心として放射状に配列された複数のブレード８３Ｂが設けられている。各ブレード８３Ｂは、軸線Ａｍに対する径方向内側から外側に向かうに従って周方向一方側から他方側に向かって次第に湾曲している。これらブレード８３Ｂは、軸線Ａｍ方向他方側（下流側）からインペラカバー８３Ｃによって覆われている。インペラカバー８３Ｃ、インペラディスク８３Ａ、及び互いに隣接する一対のブレード８３Ｂによって囲まれた空間は、インペラ流路８３Ｄとされている。インペラ流路８３Ｄは、軸線Ａｍ方向他方側（下流側）から一方側（上流側）に向かうに従って、次第に径方向内側から外側に向かって湾曲している。図２に示すように、インペラ流路８３Ｄの入口（軸線Ａｍ方向他方側の端部：インペラ入口Ｆ１）は、軸線Ａｍに対する径方向において上述の回転軸内流路Ｃ３と同一の位置に開口している。インペラ流路８３Ｄの出口（径方向外側の端部：インペラ出口Ｆ２）は、軸線Ａｍ方向において上述の第二連通口Ｐ２と同一の位置に開口している。
次に、本実施形態に係るガスタービンシステム１００の動作について説明する。ガスタービンシステム１００を運転するに当たっては、まずガスタービン本体９０の圧縮機１を外部の駆動源（電動機）によって駆動する。圧縮機１が駆動することで、高圧の圧縮空気が生成される。燃焼器２は、この圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで、高温高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン３に供給される。燃焼ガスの流れ（主流Ｆｍ）は、上流側から下流側に向かって流れる中途で、タービン静翼列３４による整流と、タービン動翼列３２への衝突とを繰り返す。燃焼ガスがタービン動翼列３２に衝突することでタービンロータ３１に回転力が付与される。タービンロータ３１の回転は軸端から取り出されて発電機の駆動に利用される。
ところで、ガスタービンでは、タービン３入口における燃焼ガスの温度（タービン３入口温度）が高いほど効率を向上させることができる。近年では効率向上を図るために、タービン３入口温度のさらなる高温化が進められている。これに伴って、タービン３に対する冷却性能もさらに高める必要がある。そこで、本実施形態では、タービン冷却系統８０によってタービン静翼列３４、及びタービン動翼列３２に冷却空気を供給する構成を採っている。より具体的には、タービンロータ３１の回転に伴って、上記のブースト圧縮機８３が回転する。ブースト圧縮機８３の回転によって、第二空間Ｖ２内の冷却空気が昇圧され、第二連通口Ｐ２を通じて第二翼内流路Ｃ２に流入する。第二翼内流路Ｃ２に冷却空気が流れることで、第二タービン静翼本体５２が冷却される。第二翼内流路Ｃ２から流れ出た冷却空気は、タービン外流路Ｃ５を流通する中途で、冷却部８１における熱交換を経て相対的に低温となる。低温となった冷却空気は、タービン外流路Ｃ５から第一翼内流路Ｃ１に流入する。第一翼内流路Ｃ１に冷却空気が流れることで、第一タービン静翼本体４２が冷却される。第一翼内流路Ｃ１から流れ出た冷却空気は、第一連通口Ｐ１を通じて第一空間Ｖ１内に流入する。第一空間Ｖ１内に流入した冷却空気の一部は、回転軸内流路Ｃ３を通じて下流側から上流側に向かって流れ、再び第二空間Ｖ２に到達する。
一方で、第一空間Ｖ１内に流入した冷却空気の残余の成分は、動翼内流路Ｃ４内を流れることでタービン動翼本体６２を冷却する。タービン動翼本体６２を冷却した後、冷却空気は主流Ｆｍ中に排出される。即ち、このタービン冷却系統８０では、第一翼内流路Ｃ１、回転軸内流路Ｃ３、ブースト圧縮機８３、第二翼内流路Ｃ２、及びタービン外流路Ｃ５の順で冷却空気が循環している。他方で、上記の動翼内流路Ｃ４に分配される分だけ、冷却空気の流量が減少する。この冷却空気の減少分は、上記の空気供給源としての圧縮機１から供給流路８２を通じて補充される。即ち、このタービン冷却系統８０において、冷却空気の流通に要する圧力はブースト圧縮機８３のみによって生成されるため、供給流路８２を通じて供給される圧縮機１からの抽気には高い圧力が要求されない。このため、本実施形態では、上記のように圧縮機１の中間の圧縮段から空気を抽気する構成を採っている。
以上説明したように、本実施形態に係る構成によれば、タービン冷却系統８０は、第一翼内流路Ｃ１、回転軸内流路Ｃ３、第二翼内流路Ｃ２、及びタービン外流路Ｃ５と、これら流路に冷却空気を流通させるブースト圧縮機８３と、冷却空気を冷却する冷却部８１と、を有している。第一翼内流路Ｃ１、及び第二翼内流路Ｃ２を冷却空気が流通することでタービン静翼３６が冷却される。さらに、冷却空気はブースト圧縮機８３によって第一翼内流路Ｃ１、回転軸内流路Ｃ３、第二翼内流路Ｃ２、及びタービン外流路Ｃ５を循環する。そのため、ブースト圧縮機８３の圧力比を適宜設定することで、冷却空気と燃焼ガスとの差圧を抑えることができる。これによって、燃焼ガスへの冷却空気の漏れを抑制することができ、熱効率を向上させることができる。
さらに、上記の構成によれば、第一翼内流路Ｃ１と第二翼内流路Ｃ２とが、互いに異なるタービン静翼列３４（タービン静翼３６）にそれぞれ形成されている。これにより、１つのタービン冷却系統８０によってより多くのタービン静翼列３４を冷却することができる。その結果、ガスタービンシステム１００の部品点数、組立の工数が削減されるため、コスト低減を実現することができる。
ここで、タービン３内では主流Ｆｍ方向の上流側から下流側に向かうに従って燃焼ガスの圧力が次第に低くなる。上記の構成では、相対的に圧力の低い下流側の第一タービン静翼列３４Ａに第一翼内流路Ｃ１が形成され、相対的に圧力の高い上流側の第二タービン静翼列３４Ｂに第二翼内流路Ｃ２が形成されている。さらに、ブースト圧縮機８３は、回転軸内流路Ｃ３と第二翼内流路Ｃ２との間、即ち第一翼内流路Ｃ１の下流側に設けられている。したがって、第一翼内流路Ｃ１には相対的に低圧の冷却空気を供給し、第二翼内流路Ｃ２にはブースト圧縮機８３で昇圧された相対的に高圧の冷却空気を供給することができる。その結果、第一翼内流路Ｃ１、及び第二翼内流路Ｃ２の双方で、主流Ｆｍ（燃焼ガス）と冷却空気との圧力差が低減され、冷却空気が主流Ｆｍ中に漏洩する可能性をさらに低減することができる。特に、上述の上流側突出部７Ａ及び下流側突出面と第一内周面４３Ｓ（第二内周面５３Ｓ）との間の隙間における冷却空気の漏れを低減することができる。
一方で、例えば第一翼内流路Ｃ１が相対的に上流側のタービン静翼列３４に形成されている場合、第一翼内流路Ｃ１内への主流Ｆｍの逆流を防ぐために、主流Ｆｍ（燃焼ガス）よりもさらに高い圧力の冷却空気を第一翼内流路Ｃ１に供給する必要がある。第二翼内流路Ｃ２にはこの高圧の冷却空気が供給されてしまう。その結果、第二翼内流路Ｃ２から主流Ｆｍ中に冷却空気が漏洩し、タービン３の熱効率が低下してしまう可能性がある。さらに、上流側のタービン静翼列３４を冷却する際に昇温された冷却空気が、相対的に低温である下流側のタービン静翼列３４に供給されてしまうため、冷却効果も低下してしまう虞がある。しかしながら、上記の構成によればこのような事態を回避することができる。
加えて、上記の構成によれば、ブースト圧縮機８３が回転軸と一体に設けられていることから、例えばブースト圧縮機８３をタービン３と独立して外部に設けた場合に比べて、機器の設置スペースの節約を実現することができる。さらに、ブースト圧縮機８３がタービン３と同軸で駆動されることから、ブースト圧縮機８３の駆動に要する動力を低減することもできる。加えて、このブースト圧縮機８３は、回転軸内流路Ｃ３の出口から供給された冷却空気を昇圧して第二翼内流路Ｃ２に供給する。ここで、回転軸内流路Ｃ３から供給された冷却空気は、第一翼内流路Ｃ１を流通する際に圧力が低下している。上記の構成によれば、ブースト圧縮機８３によって昇圧された状態で冷却空気を第二翼内流路Ｃ２に供給することができる。即ち、第二翼内流路Ｃ２における冷却空気の流通を促進することができる。
さらに加えて、上記の構成によれば、第一翼内流路Ｃ１を通過した冷却空気が動翼内流路Ｃ４を流通することで、タービン静翼３６に加えてタービン動翼３５も冷却することができる。即ち、単一の冷却系統（タービン冷却系統８０）によって、タービン静翼３６、及びタービン動翼３５の双方を効果的に冷却することができる。したがって、タービン動翼３５の冷却を行うために他の装置を設ける必要がなく、ガスタービンシステム１００の建造コストやメンテナンスコストを低減することができる。
ここで、タービンロータ３１及びタービン動翼３５は、タービンケーシング３３及びタービン静翼３６に対して相対回転することから、タービン静翼３６とロータ外周面３１Ｓとの間、及びタービン動翼３５とタービンケーシング３３の内周面との間には一定のクリアランスが形成されることが一般的である。即ち、上述の第一翼内流路Ｃ１と回転軸内流路Ｃ３との間、及び回転軸内流路Ｃ３と第二翼内流路Ｃ２との間には隙間が形成されている。これにより、冷却空気の一部はタービン冷却系統８０を流通するにつれて、この隙間から主流Ｆｍ中にわずかずつ流れ出る。その結果、冷却空気の流量が減少し、冷却効果が次第に低下する虞がある。しかしながら、上記の構成によれば、圧縮機１から抽気された空気を冷却空気として補充することができる。これにより、タービン冷却系統８０内における冷却空気の量を常態的に維持することができる。なお、圧縮機１から抽気された空気は、該圧縮機１の出口からの吐出空気に比べて圧力が低い。そのため、注記された空気をタービン冷却系統８０に導入したとしての冷却空気の圧力が大きく上昇することはない。
以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、供給流路８２が、タービン外流路Ｃ５上における冷却部８１の上流側に接続されている構成について説明した。しかしながら、供給流路８２の態様は上記に限定されず、他の例として図４に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、供給流路８２が、タービン外流路Ｃ５上における冷却部８１の下流側に接続されている。このような構成によっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、上記実施形態では、ブースト圧縮機８３がタービンロータ３１に一体に設けられている構成について説明した。しかしながら、ブースト圧縮機８３の態様は上記に限定されず、他の例として図５に示す構成を採ることも可能である。同図の例では、Ｂブースト圧縮機２８３が、タービンロータ３１ではなく、タービン外流路Ｃ５上に設けられている。このＢブースト圧縮機２８３は、外部の駆動源（不図示）によって駆動される。この構成によれば、Ｂブースト圧縮機２８３の出力をガスタービン本体９０の回転数（出力）とは独立して変化させることができる。これにより、タービン３冷却系等に供給される冷却空気の圧力をさらに精緻に調節することができる。その結果、主流Ｆｍと冷却空気との圧力差がさらに縮小し、主流Ｆｍ中への冷却空気の漏洩をさらに低減することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図６と図７を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図６に示すように、本実施形態では、タービン静翼３６のＢ内側シュラウド環状部２４３Ｂの形状が上記第一実施形態と異なっている。Ｂ内側シュラウド環状部２４３Ｂは、Ｂ内側シュラウド基部２４３Ａの径方向内側に取り付けられるとともに軸線Ａｍを中心とする環状をなす環状部本体２４４と、環状部本体２４４の内周面からさらに径方向内側に向かって突出する環状の延長部２４５と、を有している。延長部２４５の軸線Ａｍ方向一方側（上流側）を向く面（延長部上流面２４５Ａ）は、環状部本体２４４の軸線Ａｍ方向一方側（上流側）を向く面（本体上流面２４４Ａ）と面一となっている。軸線Ａｍ方向における延長部２４５の寸法は、軸線Ａｍ方向における環状部本体２４４の寸法よりも小さい。即ち、延長部２４５の軸線Ａｍ方向他方側（下流側）を向く面（延長部下流面２４５Ｂ）と環状部本体２４４の軸線Ａｍ方向他方側（下流側）を向く面（本体下流面２４４Ｂ）とは、軸線Ａｍ方向における位置が異なっている。延長部２４５の径方向内側の端面（延長部内周面２４５Ｃ）は、ロータ外周面３１Ｓに対して径方向に隙間をあけて対向している。
さらに、本実施形態では、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１、及びＢ第二翼内流路Ｃ２２が、同一のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）に形成されている。Ｂ第一翼内流路Ｃ２１は、上記の延長部２４５、環状部本体２４４、及びタービン静翼３６本体を軸線Ａｍに対する径方向に貫通している。Ｂ第一翼内流路Ｃ２１の径方向内側の端部は延長部下流面２４５Ｂ上に開口している。Ｂ第二翼内流路Ｃ２２は、環状部本体２４４、及びタービン静翼３６本体を軸線Ａｍに対する径方向に貫通している。Ｂ第二翼内流路Ｃ２２の径方向内側の端部は環状部本体２４４の内周面（本体内周面２４４Ｃ）上に開口している。即ち、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１は、Ｂ第二翼内流路Ｃ２２よりも上流側に形成されている。
環状部本体２４４とロータ外周面３１Ｓとの間であって、延長部２４５よりも軸線Ａｍ方向他方側（下流側）には、Ｃブースト圧縮機３８３が設けられている。図７に示すように、Ｃブースト圧縮機３８３は、上述の第一実施形態で説明したブースト圧縮機８３と同様に、Ｃインペラディスク３８３Ａと、複数のＣブレード３８３Ｂと、Ｃインペラカバー３８３Ｃと、を有している。Ｃインペラディスク３８３ＡとＣインペラカバー３８３Ｃとの間にはＣインペラ流路３８３Ｄが形成されている。Ｃインペラ流路３８３Ｄは、軸線Ａｍ方向一方側から他方側に向かうに従って、次第に径方向内側から外側に向かって湾曲している。図６に示すように、Ｃインペラ流路３８３Ｄの軸線Ａｍ方向一方側の端部（Ｃインペラ入口Ｆ１１）は、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１の径方向内側の端部と径方向において同一の位置に形成されている。Ｃインペラ流路３８３Ｄの径方向外側の端部（Ｃインペラ出口Ｆ２１）は、Ｂ第二翼内流路Ｃ２２の径方向内側の端部と軸線Ａｍ方向において同一の位置に形成されている。
さらに、再び図７に示すように、Ｃブースト圧縮機３８３のＣインペラディスク３８３Ａには、軸線Ａｍに対して交差する方向に延びる流路（分岐流路３８３Ｅ）が形成されている。分岐流路３８３Ｅの一端はＣインペラ流路３８３Ｄにおける径方向の中途位置に開口している。分岐流路３８３Ｅの他端（分岐流路出口Ｆ３１）は、Ｃインペラディスク３８３Ａの軸線Ａｍ方向他方側（下流側）に向かって開口している。分岐流路３８３Ｅは、上流側から下流側に向かうに従って、径方向内側から外側に向かって延びている。
図６に示すように、本実施形態では、Ｂ動翼内流路Ｃ４１の構成・形状が上記第一実施形態と異なっている。Ｂ動翼内流路Ｃ４１の一端（Ｂ動翼内流路入口Ｅ１）は、上記の分岐流路出口Ｆ３１と径方向において同一の位置に形成されている。Ｂ動翼内流路Ｃ４１の他端は、タービン動翼本体６２の表面に開口している。
上記の構成では、タービン冷却系統８０の動作に伴って、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１に冷却空気が供給される。冷却空気がＢ第一翼内流路Ｃ２１を通過することで、タービン静翼３６本体の少なくとも一部が冷却される。Ｂ第一翼内流路Ｃ２１を通過した冷却空気は、Ｃブースト圧縮機３８３によって昇圧されて、Ｂ第二翼内流路Ｃ２２に流れ込む。冷却空気がＢ第二翼内流路Ｃ２２を通過することで、タービン静翼３６本体の残余の部分が冷却される。Ｂ第二翼内流路Ｃ２２から流れ出た冷却空気は、タービン外流路Ｃ５に流れ込み、冷却部８１における熱交換を経て相対的に低温となる。低温となった冷却空気は再びＢ第一翼内流路Ｃ２１に流入する。さらに、Ｃブースト圧縮機３８３で昇圧された冷却空気の一部は、分岐流路３８３Ｅを経てＢ動翼内流路Ｃ４１に流入する。
以上説明したように、本実施形態に係る構成によれば、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１とＢ第二翼内流路Ｃ２２とが同一のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）に形成されていることから、例えばこれら流路が互いに異なるタービン静翼列３４（タービン静翼３６）にそれぞれ形成されている場合に比べて、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１からＢ第二翼内流路Ｃ２２にかけて冷却空気を流通させるために必要となる圧力を小さく抑えることができる。即ち、Ｃブースト圧縮機３８３に要求される圧縮比を小さくすることができるため、当該Ｃブースト圧縮機３８３を駆動するための動力を低減することができる。さらに、Ｃブースト圧縮機３８３の圧縮比が小さく抑えられることによって、冷却空気と主流Ｆｍ（燃焼ガス）との間の圧力差がさらに小さくなる。これにより、冷却空気が主流Ｆｍ中に漏洩する可能性をさらに低減することができる。
加えて、２つの流路（Ｂ第一翼内流路Ｃ２１、及びＢ第二翼内流路Ｃ２２）によって同一のタービン静翼列３４（タービン静翼３６）を冷却することによって、各流路当たりの冷却負荷を下げることができる。特に、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１の冷却負荷が下がることによって、例えばＢ第一翼内流路Ｃ２１を通過した後の冷却空気の一部を取り出して、さらに他の構成部材の冷却に用いることも可能となる。本実施形態では、上記のように隣接するタービン動翼３５に分岐流路３８３Ｅを通じて冷却空気の一部を供給することでこれを冷却している。このように、上記の構成によれば、タービン３内におけるより広い範囲を冷却することができる。
さらに加えて、上記の構成によれば、Ｃブースト圧縮機３８３がタービンロータ３１と一体に設けられていることから、例えばＣブースト圧縮機３８３をタービン３と独立して外部に設けた場合に比べて、機器の設置スペースの節約を実現することができる。さらに、Ｃブースト圧縮機３８３がタービン３と同軸で駆動されることから、Ｃブースト圧縮機３８３の駆動に要する動力を低減することもできる。加えて、このＣブースト圧縮機３８３は、Ｂ第一翼内流路Ｃ２１を経て相対的に低圧となった冷却空気を再び昇圧してＢ第二翼内流路Ｃ２２に供給することができる。これにより、Ｂ第二翼内流路Ｃ２２における冷却空気の流通を促進することができる。
以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態で変形例として説明した図４及び図５に示す構成を、本実施形態のガスタービンシステム１００に適用することも可能である。さらに、本実施形態のタービン冷却系統８０を、互いに隣接するタービン静翼３６とタービン動翼３５の対ごとに１つずつ設けることも可能である。
１…圧縮機
２…燃焼器
３…タービン
６Ａ，６Ｂ…シールフィン
１１…圧縮機ロータ
１２…圧縮機動翼列
１３…圧縮機ケーシング
１４…圧縮機静翼列
１５…圧縮機動翼
１６…圧縮機静翼
２１…燃焼器本体
２２…燃料ノズル
３１…タービンロータ
３２…タービン動翼列
３３…タービンケーシング
３４…タービン静翼列
３５…タービン動翼
３６…タービン静翼
４１…第一外側シュラウド
４２…第一タービン静翼本体
４３…第一内側シュラウド
５１…第二外側シュラウド
５２…第二タービン静翼本体
５３…第二内側シュラウド
６１…プラットフォーム
６２…タービン動翼本体
８０…タービン冷却系統
８１…冷却部
８２…供給流路
８３…ブースト圧縮機
９０…ガスタービン本体
９１…ガスタービンロータ
９３…ガスタービンケーシング
１００…ガスタービンシステム
２４４…環状部本体
２４５…延長部
２８３…Ｂブースト圧縮機
３８３…Ｃブースト圧縮機
２４３Ａ…Ｂ内側シュラウド基部
２４３Ｂ…Ｂ内側シュラウド環状部
２４４Ａ…本体上流面
２４４Ｂ…本体下流面
２４４Ｃ…本体内周面
２４５Ａ…延長部上流面
２４５Ｂ…延長部下流面
２４５Ｃ…延長部内周面
３１Ｓ…ロータ外周面
３４Ａ…第一タービン静翼列
３４Ｂ…第二タービン静翼列
３６Ａ…第一タービン静翼
３６Ｂ…第二タービン静翼
３８３Ａ…Ｃインペラディスク
３８３Ｂ…Ｃブレード
３８３Ｃ…Ｃインペラカバー
３８３Ｄ…Ｃインペラ流路
３８３Ｅ…分岐流路
４３Ａ…第一内側シュラウド基部
４３Ｂ…第一内側シュラウド環状部
４３Ｓ…第一内周面
５３Ａ…第二内側シュラウド基部
５３Ｂ…第二内側シュラウド環状部
５３Ｓ…第二内周面
６１Ａ…プラットフォーム本体
７Ａ…上流側突出部
７Ｂ…下流側突出部
８３Ａ…インペラディスク
８３Ｂ…ブレード
８３Ｃ…インペラカバー
８３Ｄ…インペラ流路
Ａｍ…軸線
Ｃ１…第一翼内流路
Ｃ２…第二翼内流路
Ｃ２１…Ｂ第一翼内流路
Ｃ２２…Ｂ第二翼内流路
Ｃ３…回転軸内流路
Ｃ４…動翼内流路
Ｃ４１…Ｂ動翼内流路
Ｃ５…タービン外流路
Ｅ１…Ｂ動翼内流路入口
Ｆ１…インペラ入口
Ｆ１１…Ｃインペラ入口
Ｆ２…インペラ出口
Ｆ２１…Ｃインペラ出口
Ｆ３１…分岐流路出口
Ｆｍ…主流
Ｐ１…第一連通口
Ｐ２…第二連通口
Ｓ１…上流面
Ｓ２…下流面
Ｖ１…第一空間
Ｖ２…第二空間

Claims (9)

  1. 軸線回りに回転する回転軸と、
    該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、
    前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、
    前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、
    を備えるタービンと、
    該タービンを冷却するタービン冷却系統と、
    を備え、
    前記タービン冷却系統は、
    前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、
    前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、
    前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、
    前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、
    を有するガスタービンシステム。
  2. 前記タービン冷却系統は、
    前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、
    前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、
    をさらに有する請求項１に記載のガスタービンシステム。
  3. 前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、
    前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、互いに異なる前記静翼列にそれぞれ形成されている請求項１又は２に記載のガスタービンシステム。
  4. 軸線回りに回転する回転軸と、
    該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、
    前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、
    前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、
    を備えるタービンと、
    該タービンを冷却するタービン冷却系統と、
    を備え、
    前記タービン冷却系統は、
    前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、
    前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、
    前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、
    前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、
    前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、
    前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、
    をし、
    前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、
    前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、互いに異なる前記静翼列にそれぞれ形成されており、
    前記第一翼内流路は、前記第二翼内流路が形成された前記静翼列よりも前記主流方向における下流側の前記静翼列に形成され、
    前記ブースト圧縮機は、前記回転軸内流路と前記第二翼内流路との間に設けられているガスタービンシステム。
  5. 前記ブースト圧縮機は、
    前記回転軸と一体に設けられ、軸線を中心とする円盤状のインペラディスクと、
    該インペラディスクの軸線方向を向く面上で軸線を中心とする放射状に配列された複数のブレードと、
    該ブレードを径方向外側から覆うことで前記インペラディスクとの間にインペラ流路を形成するインペラカバーと、
    を有し、
    前記インペラ流路の入口は前記回転軸内流路の出口に向かって開口し、前記インペラ流路の出口は前記第二翼内流路の入口に向かって開口している請求項４に記載のガスタービンシステム。
  6. 前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、
    前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、同一の前記静翼列に形成されている請求項１又は２に記載のガスタービンシステム。
  7. 軸線回りに回転する回転軸と、
    該回転軸の外周に周方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼からなる動翼列と、
    前記回転軸及び前記複数の動翼を囲うケーシングと、
    前記ケーシングに固定されて周方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼からなる静翼列と、
    を備えるタービンと、
    該タービンを冷却するタービン冷却系統と、
    を備え、
    前記タービン冷却系統は、
    前記静翼内を径方向に貫通する第一翼内流路と、
    前記静翼内を径方向に貫通する第二翼内流路と、
    前記回転軸内に形成されて前記第一翼内流路と前記第二翼内流路との径方向内側の端部を接続する回転軸内流路と、
    前記第一翼内流路の径方向外側の端部と前記第二翼内流路の径方向外側の端部とを接続するタービン外流路と、
    前記第一翼内流路、前記回転軸内流路、前記第二翼内流路および前記タービン外流路の順で冷却空気を流通させるブースト圧縮機と、
    前記タービン外流路に設けられ、前記冷却空気を冷却する冷却部と、
    を有し、
    前記タービンは、軸線に沿う主流方向に配列された複数の前記静翼列を備え、
    前記第一翼内流路と前記第二翼内流路とは、前記複数の静翼列のうち、同一の前記静翼列に形成されており、
    前記ブースト圧縮機は、
    前記回転軸と一体に設けられ、軸線を中心とする円盤状のインペラディスクと、
    該インペラディスクの軸線方向を向く面上で軸線を中心とする放射状に配列された複数のブレードと、
    該ブレードを径方向外側から覆うことで前記インペラディスクとの間に、前記回転軸内流路としてのインペラ流路を形成するインペラカバーと、
    を有するガスタービンシステム。
  8. 前記動翼には、該動翼を径方向に貫通するとともに、前記第一翼内流路を通過した前記冷却空気の少なくとも一部が流通する動翼内流路が形成されている請求項２、４、５及び７のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
  9. 前記回転軸とともに回転することで空気を圧縮して前記冷却空気を生成する圧縮機をさらに備え、前記タービン冷却系統は、前記圧縮機からから抽気された空気を前記タービン外流路に供給する供給流路をさらに有する請求項２、４、５、７及び８のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。
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