JPH1073004A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない冷却媒体量でタービン翼を効果的に冷却
することができ、システム全体の出力効率を一層向上さ
せることができ、しかも翼面温度の均一化を図って翼本
体の長寿命化も実現できるガスタービンを提供する。 【解決手段】低圧の冷却媒体をタービン翼４５の内部に
設けられた冷却流路５５，５６，５７に通流させた後に
翼の表面部から外部へ吹出す流路構造に形成された低圧
冷却系統５３と、高圧の冷却媒体をタービン翼４５の内
部に設けられた冷却流路８１に通流させた後にタービン
外へ導く流路構造に形成された高圧冷却系統５４と、低
圧冷却系統５３には低圧の冷却媒体を、高圧冷却系統５
４には高圧の冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、
高圧冷却系統５４を介してタービン外に導かれた冷却媒
体からエネルギを回収するエネルギ回収手段８４とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンに係
り、特に、より少ない量の冷却媒体でタービン翼を効率
よく冷却できるガスタービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンでは、燃焼ガスに
より駆動されるタービン自身が燃焼器へ空気を供給する
ための送風機または圧縮機を駆動する自立的駆動方式を
採用している。このため、ガスタービンの出力効率を高
める最も有効な方法は、タ一ビン入口における燃焼ガス
温度を高めることである。

【０００３】しかし、この燃焼ガス温度の上限は、タ一
ビン翼、特に第一段の動翼や静翼を構成している材料の
耐熱応力性や高温下での酸化、腐食等の耐性によって制
限される。

【０００４】そこで従来は、図５および図６に示すよう
に、タービン翼を内側から冷却空気で強制的に冷却する
リターンフロータイプの翼を用いるようにしている。な
お、これらの図は動翼の一例を示すもので、図５は翼の
縦断面図を示し、図６は同じく翼の横断面図を示してい
る。

【０００５】この動翼は、翼本体１と、この翼本体１を
支持する翼根部２と、プラットホーム部３とから構成さ
れている。翼根部２内と翼本体１内には、翼本体１の高
さ方向に延びる２つの冷却流路１１，１２が仕切壁１３
によって形成されており、これら冷却流路１１，１２の
翼根部２内に位置する端部は図示しない回転軸に設けら
れた冷却空気供給路に接続されている。

【０００６】冷却流路１１は、翼根部２から翼本体１の
先端部近傍まで延びるように仕切壁１３と前縁部１４側
に設けられた仕切壁１５とによって形成された流路１６
と、仕切壁１５と前縁部１４との間に形成された空洞１
７と、仕切壁１５に複数設けられた小孔１８と、空洞１
７と前縁部１４との間に存在する前縁壁１９に複数設け
られたフィルム冷却用の噴出し孔２０と、流路１６を構
成する壁で腹側および背側の壁２１，２２に複数設けら
れたフィルム冷却用の噴出し孔２３で構成されている。

【０００７】したがって、この冷却流路１１に供給され
た冷却空気は、翼根部２から流入し、流路１６を翼の高
さ方向に流れて先端壁付近に達し、その間に、一部が噴
出し孔２３から翼外に噴き出して翼本体１における前縁
部の腹側表面および背側表面をフィルム冷却する。ま
た、残りの冷却空気が仕切壁１５に設けられた複数の小
孔１８から空洞１７内に噴射流入して前縁壁１９に衝突
し、この前縁壁１９の内面をインピンジメント冷却し、
さらに前縁壁１９に設けられた複数の噴出し孔２０を通
過して、翼外部に流出して前縁部１４の表面をフィルム
冷却する。

【０００８】この冷却流路１１の冷却性能は、主に、流
路１６における対流冷却効果と、流路１６から小孔１８
を通過して前縁壁１９の内面に噴流として衝突すること
によるインピンジメント冷却効果と、噴出し孔２０を介
して翼外に噴き出した冷却空気が翼本体１の前縁部１４
ならびに前縁部の背側，腹側に沿って流れることによる
フィルム冷却効果と、噴出し孔２３を介して翼外に噴き
出した冷却空気が翼本体１の背側，腹側に沿って流れる
ことによるフィルム冷却効果との相乗効果で与えられ
る。

【０００９】一方、冷却流路１２は、仕切壁１３と仕切
壁２４との間に形成されて翼本体１の先端壁近傍まで延
びた流路２５と、この流路２５に続いて一旦、後縁部２
６側回りにリターンしてプラットホーム部３の近くまで
延びた後に再び後縁部２６側回りにリターンして先端壁
の近傍まで延びる屈折流路２７と、この屈折流路２７の
最終流路部分の壁２８に複数設けられた噴出し孔２９
と、この噴出し孔２９から噴き出された冷却空気と接触
する複数のピンフィン３０を備えた冷却路３１と、屈折
流路２７を構成する腹側の壁２１に複数設けられた噴出
し孔３２（図６参照）とを主体にして構成されている。

【００１０】したがって、この冷却流路１２に導かれた
冷却空気は、流路２５内を翼根部２から翼本体１の先端
部へ向けて流れた後、後縁部２６側回りにリターンして
屈折流路２７を流れ、壁２８に設けられた噴出し孔２９
から冷却路３１へと流れる。また、屈折流路２７を流れ
る間に、一部が屈折流路２７を構成する腹側の壁２１に
設けられた噴出し孔３２から翼外へと流れる。なお、図
６中、３３は乱流促進リブを示している。

【００１１】この冷却流路１２の冷却性能は、屈折流路
２７での対流冷却効果と、噴出し孔２９，３２内での対
流冷却効果と、噴出し孔３２から吹出した冷却空気が翼
の腹側外面に沿って流れることによるフィルム冷却効果
と、ピンフィン３０による対流冷却効果との相乗作用と
して与えられる。

【００１２】このような冷却構造であると、主流ガス温
度（燃焼ガス温度）が1200℃級のガスタービンの場合、
主流ガス流量の数パーセントの冷却空気量でタービン翼
の表面平均温度を850 ℃程度に保つことが可能である。

【００１３】しかしながら、最近では出力効率を一層向
上させるために、主流ガス温度を1300℃〜1500℃級、も
しくはそれ以上に高めることが望まれている。このよう
な高温条件、たとえば主流ガス温度が1300℃級の条件で
従来のタービン翼を用いた場合、翼の温度を設計条件に
抑え込むことはできるが、抑え込むためには多量の冷却
空気が必要となる。このため、システム全体の出力効率
を著しく低下させてしまい、主流ガス温度を上昇させた
意味がなくなる。なお、最近では冷却空気を抽気して強
制冷却することも考えられているが、この方式で1500℃
級もしくはそれ以上の超高温ガスタービンの冷却設計を
満たすことは極めて困難である。

【００１４】さらに、翼の平均温度や最高局所温度の設
計条件を満たしている1200℃級程度のタービン翼にあっ
ても、翼面温度分布の不均一性が翼本体の寿命に大きく
影響することが文献（ＡＳＭＥ９４−ＧΤ−６５）等に
よって明らかとなっており、次世代の高温ガスタービン
のタービン翼だけではなく、従来のタービン翼において
も翼面温度の均一化が冷却設計上重要な問題となってい
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の冷
却方式を採用したガスタービンにあっては、燃焼ガス温
度をさらに高めようとすると、タービン翼を効率良く冷
却することができないという問題があった。

【００１６】そこで本発明は、少ない冷却媒体量でター
ビン翼を効果的に冷却することができ、システム全体の
出力効率を一層向上させることができ、しかも翼面温度
の均一化を図って翼本体の長寿命化も実現できるガスタ
ービンを提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、タービン翼の内部に冷却流路を設け、こ
の冷却流路に冷却媒体を通流させるようにしたガスター
ビンにおいて、供給された冷却媒体を前記タービン翼の
内部に設けられた冷却流路に通流させた後に上記タービ
ン翼の表面部から外部へ噴出す流路構造に形成された第
１の冷却系統と、供給された冷却媒体を前記タービン翼
の内部に設けられた冷却流路に通流させるとともに該冷
却流路を通流した上記冷却媒体の少なくとも一部をター
ビン外へ導く流路構造に形成された第２の冷却系統と、
前記第１の冷却系統に冷却媒体を供給するとともに前記
第２の冷却系統には上記第１の冷却系統より圧力の高い
冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、前記第２の冷
却系統を介してタービン外に導かれた冷却媒体からエネ
ルギを回収するエネルギ回収手段とを備えている。

【００１８】なお、前記冷却媒体供給手段は、前記第２
の冷却系統に供給される圧力の高い冷却媒体を圧力調整
用絞り手段で減圧して得た冷却媒体を前記第１の冷却系
統に供給する流路を備えていてもよい。

【００１９】また、前記冷却媒体供給手段は、少なくと
も前記第２の冷却系統に対して、冷却媒体としての水ま
たは水蒸気の単相流体、もしくは両者の気液２相流体を
供給するものでもよい。

【００２０】また、前記第１の冷却系統に属する前記翼
内の冷却流路は、１つの翼について複数設けてあり、そ
のうちの少なくとも１つは通流した冷却媒体を動翼と静
翼との間をシールするためのシール流体として供給する
流路構成に形成されていてもよい。

【００２１】さらに、前記第２の冷却系統に属する前記
翼内の冷却流路は、途中に前記冷却媒体の一部を動翼と
静翼との間をシールするためのシール流体として供給す
る分岐路を備えていてもよい。

【００２２】さらにまた、前記第２の冷却系統は、前段
に位置している翼内の冷却流路を通過した冷却媒体を後
段に位置している翼内の冷却流路に通流させる流路構成
に形成されていてもよい。

【００２３】本発明に係るガスタービンでは、(1) ター
ビン翼の内部に設けられた冷却流路で、第２の冷却系統
に属する冷却流路には、対流冷却効果の大きい圧力の高
い冷却媒体を通流させて主として対流冷却を行わせ、冷
却後にこの冷却媒体をタービン外に導いてエネルギ回収
手段でエネルギを回収している。したがって、圧力の高
い冷却媒体の使用による対流冷却効果の向上で従来のガ
スタービンに比べてタービン翼を良好に冷却できる。ま
た、主流ガスに混ざる冷却媒体量を大幅に抑えることが
でき、しかも冷却媒体から熱エネルギを回収することが
できる。

【００２４】また、(2) タービン翼の内部に設けられた
冷却流路で、第１の冷却系統に属する冷却流路には、第
２の冷却系統より圧力の低い冷却媒体を流し、この冷却
媒体をタービン翼の表面部から外部へ吹出すようにして
いる。したがって、この第１の冷却系統を翼外面で熱伝
達率の高い翼前縁近傍や冷却媒体の回収が困難である翼
後縁部に適用することによって、これらの外面での熱流
束を効果的に低減させることが可能となる。

【００２５】このように、上述した(1) と(2) との併用
によって、主流ガスの温度を高めた状態で、なおかつ翼
表面を均一に良好に冷却でき、しかもシステム全体の出
力効率を向上させることができる。したがって、たとえ
ば1500℃級のガスタービンに適用した場合でも熱的な設
計条件を満たし、しかも高い出力効率の確保が可能とな
る。

【００２６】なお、第２の冷却系統に供給される圧力の
高い冷却媒体を圧力調整用絞り手段で減圧して得た冷却
媒体を第１の冷却系統に供給する構成を採用すると、流
量配分の容易化を図れるばかりか、システム全体の単純
化を図ることができる。

【００２７】また、少なくとも第２の冷却系統に対し
て、冷却媒体としての水または水蒸気の単相流体、もし
くは両者の気液２相流体を供給することによって冷却媒
体として空気を用いた場合に比べて冷却効率を飛躍的に
向上させることができる。

【００２８】また、第１の冷却系統に属する翼内の冷却
流路を複数に分岐し、そのうちの少なくとも１つを通流
した冷却媒体を動翼と静翼との間をシールするためのシ
ール流体として供給する構成を採用すると、冷却媒体に
冷却機能とシール機能との両方を発揮させることができ
るので、冷却媒体の全使用量を節減することが可能とな
る。同様に、第２の冷却系統に属する翼内の冷却流路の
途中に冷却媒体の一部を動翼と静翼との間をシールする
ためのシール流体として供給する分岐路を設ける構成を
採用しても、冷却媒体に冷却機能とシール機能との両方
を発揮させることができるので、冷却媒体の全使用量を
節減することが可能となる。

【００２９】また、第２の冷却系統について、前段に位
置している翼内の冷却流路を通過した冷却媒体を後段に
位置している翼内の冷却流路に通流させる構成を採用す
ると、使用冷却媒体流量を抑えることが可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。図１には本発明の一実施形態に係
るガスタービン、ここには蒸気タービンと組合せてハイ
ブリッド型発電プラントの一要素を構成するガスタービ
ンの要部を局部的に取出した模式図が示されている。

【００３１】同図において、番号４１は静止部を示し、
４２は回転部を示している。これら静止部４１と回転部
４２との間に図中太矢印４３で示す方向に主流ガスが図
示しない燃焼器より噴射される。

【００３２】静止部４１はケーシング４４を備えてお
り、このケーシング４４の内周部には主流ガスの流れ方
向を基準にして上流側から順に第一段静翼４５，第二段
静翼４６，第三段静翼４７が相互間に所定の間隔をあけ
て取付けられている。なお、これらの静翼は周方向に複
数個ずつ設けられている。一方、回転部４２は回転軸４
８を備えており、この回転軸４８の外周部で第一段静翼
４５と第二段静翼４６との間に位置する部分および第二
段静翼４６と第三段静翼４７との間に位置する部分に
は、それぞれ第一段動翼４９と第二段動翼５０とが取付
けられている。なお、これらの動翼も周方向に複数個ず
つ設けられている。

【００３３】この例において、各静翼は静翼冷却系統５
１によって冷却され、各動翼は動翼冷却系統５２によっ
て冷却される。静翼冷却系統５１は、低圧冷却系統（第
１の冷却系統）５３と、高圧冷却系統（第２の冷却系
統）５４とで構成されている。

【００３４】低圧冷却系統５３は、基本的には供給され
た冷却媒体を第一段静翼４５および第二段静翼４６の内
部に設けられた冷却流路に通流させた後に各静翼の表面
部から外部へ噴出す流路構造に形成されている。

【００３５】すなわち、低圧冷却系統５３は、図示しな
い蒸気タービン系のたとえば蒸気供給系統から分岐して
導かれた低圧の水蒸気（温度は数100 ℃）を第一段静翼
４５の内部に３系統に分離して設けられた低圧冷却流路
５５，５６，５７に通流させるとともに第二段静翼４６
の内部に２系統に分離して設けられた低圧冷却流路５
８，５９に通流させる。

【００３６】低圧冷却流路５５は、第一段静翼４５の前
縁部に設けてあり、図２に示すように、ケーシング４４
側に位置している翼根部から回転軸４８側に位置してい
る翼の先端部近傍まで延びるように仕切壁６０と前縁６
１側に設けられた仕切壁６２とによって形成された流路
６３と、仕切壁６２と前縁６１との間に形成された空洞
６４と、流路６３のたとえば中心軸を中心にして仕切壁
６２に放射状に複数設けられた小孔６５と、空洞６４と
前縁６１との間に存在する前縁壁６６に複数設けられた
フィルム冷却用の噴出し孔６７と、流路６３を構成する
壁で背側の壁６８に複数設けられたフィルム冷却用の噴
出し孔６９で構成されている。

【００３７】この低圧冷却流路５５に供給された低圧の
水蒸気は、翼根部側から流入し、流路６３を翼の先端方
向に流れて先端壁付近に達し、その間に、一部が噴出し
孔６９から翼外に噴き出して翼における前縁部の背側表
面をフィルム冷却する。また、残りの水蒸気が仕切壁６
２に設けられた複数の小孔６５から空洞６４内に噴射流
入して前縁壁６６に衝突し、この前縁壁６６の内面をイ
ンピンジメント冷却し、さらに前縁壁６６に設けられた
複数の噴出し孔６７を通過し、翼外部に流出して前縁６
１の表面をフィルム冷却する。

【００３８】この低圧冷却流路５５の冷却性能は、主
に、流路６３における対流冷却効果と、流路６３から小
孔６５を通過して前縁壁６６の内面に噴流として衝突す
ることによるインピンジメント冷却効果と、噴出し孔６
７を介して翼外に噴き出した水蒸気が前縁６１ならびに
前縁部の背側，腹側に沿って流れることによるフィルム
冷却効果と、噴出し孔６９を介して翼外に噴き出した水
蒸気が翼の背側に沿って流れることによるフィルム冷却
効果と、噴出し孔６７，６９内における対流冷却効果と
の相乗効果で与えられる。

【００３９】低圧冷却流路５６は、第一段静翼４５の中
間部に設けてあり、図２に示すように、翼根部から翼の
先端部近傍まで延びるように形成された流路７０と、こ
の流路７０の先端部を外部、つまり第一段静翼４５と回
転軸４８との間に形成された空間７１（図１参照）に通
じさせるようにシールリング７２の内部に設けられた図
示しない案内路とで構成されている。

【００４０】この低圧冷却流路５６に供給された低圧の
水蒸気は、翼根部側から流入し、流路７０を翼の先端方
向に流れて先端壁付近に達した後に案内路を通って空間
７１へと流れ、静翼の先端部と動翼の基端側との間をシ
ールして主流ガスが回転軸４８に触れるのを阻止するた
めのシール流体として使われる。

【００４１】この低圧冷却流路５６の冷却性能は、主に
流路７０における対流冷却効果で与えられる。低圧冷却
流路５７は、第一段静翼４５の後縁部に設けてあり、図
２に示すように、翼根部から翼の先端部近傍まで延びる
ように形成された流路７３と、この流路７３を構成して
いる壁で腹側および背側の壁に設けられたフイルム冷却
用の噴出し孔７４と、流路７３を構成している壁で後端
側の壁に複数設けられた図示しない噴出し孔と、この噴
出し孔から噴き出された水蒸気と接触する複数のピンフ
ィンを備えた冷却路７５とを主体にして構成されてい
る。

【００４２】この低圧冷却流路５７に導かれた低圧の水
蒸気は、流路７３内を翼根部から翼先端部へ向けて流れ
る間に一部が噴出し孔７４から翼外へ噴出し、残りが冷
却路７５を介して翼外へと流れる。

【００４３】この低圧冷却流路５７の冷却性能は、流路
７３での対流冷却効果と、噴出し孔７４内での対流冷却
効果と、噴出し孔７４から噴き出した水蒸気が翼の腹側
および背側の外面に沿って流れることによるフィルム冷
却効果と、冷却路７５内におけるピンフィンによる対流
冷却効果との相乗効果として与えられる。

【００４４】低圧冷却流路５８は、第二段静翼４６の中
間部に設けてあり、図２に示した第一段静翼４５の低圧
冷却流路５６と同様に構成されている。また、低圧冷却
流路５９は、第二段静翼４６の後縁部に設けてあり、図
２に示した第一段静翼４５の低圧冷却流路５７と同様に
構成されている。したがって、これら低圧冷却流路５
８，５９における冷却性能は、第一段静翼４６における
低圧冷却流路５６，５７と同様の冷却効果として与えら
れる。

【００４５】高圧冷却系統５４は、基本的には供給され
た冷却媒体を第一段静翼４５および第二段静翼４６の内
部に設けられた冷却流路に通流させた後に回収系に導く
流路構造に形成されている。

【００４６】すなわち、高圧冷却系統５４は、図示しな
い蒸気タービン系のたとえば蒸気供給系統から分岐して
導かれた高圧（低圧冷却系統５３より高い圧力）の水蒸
気（温度は数100 ℃）を第一段静翼４５，第二段静翼４
６，第三段静翼４７の内部にそれぞれ設けられた高圧冷
却流路８１，８２，８３に直列に通流させる。

【００４７】高圧冷却流路８１は、第一段静翼４５の中
間部に設けてあり、図２に示すように、低圧冷却流路７
０を構成している背側および腹側の壁に翼根部と先端部
との間を複数回に亘って蛇行するように形成されてい
る。高圧冷却流路８２，８３も高圧冷却流路８１と同様
に第二段静翼４６，第三段静翼４７のたとえば中間部で
背および腹に近い位置に翼根部と先端部との間を複数回
に亘って蛇行するように形成されている。

【００４８】これら高圧冷却流路８１，８２，８３にお
ける冷却性能は、主として対流冷却効果によって与えら
れる。高圧冷却流路８１，８２，８３を通流した高圧の
水蒸気は、図１に示すように、蒸気タービン系の蒸気加
熱系８４に戻されてエネルギの回収が行われる。

【００４９】一方、動翼冷却系統５２は、基本的には回
転軸４８内に形成された流路を介して供給された冷却媒
体、たとえば低圧の水蒸気（温度は数100 ℃）を第一段
動翼４９および第二段動翼５０の内部に設けられた低圧
冷却流路８５，８６に通流させた後に各動翼の表面部か
ら外部へ吹出す流路構造に形成されている。この動翼冷
却系統５２に導かれた水蒸気の一部は、流路８７を介し
てシール用流体としても使われている。

【００５０】なお、図１および図２中、８８は各流路の
流量を目標値に合せるための流量調整機構を示してい
る。このように、タービンの翼内に低圧の冷却媒体を通
流させる低圧冷却系統５３と高圧の冷却媒体を通流させ
る高圧冷却系統５４とを設け、低圧冷却系統５３につい
ては圧力の低い冷却媒体を翼内に設けられた低圧冷却流
路に流した後に翼の表面部から外部へ噴き出すようにし
て、翼外面で熱伝達率の高い翼前縁近傍や冷却媒体の回
収が困難である翼後縁部での熱流束を低減させ、高圧冷
却系統５４については対流冷却効果の大きい圧力の高い
冷却媒体を通流させて主として対流冷却を行わせ、冷却
後にこの冷却媒体をタービンの外に導いて蒸気加熱系８
４等でエネルギを回収している。

【００５１】したがって、高圧冷却系統５４での圧力の
高い冷却媒体の使用による対流冷却効果の向上と低圧冷
却系統５３での翼外面の熱流速低減効果の向上とで翼表
面を均一に良好に冷却できる。また、高圧冷却系統５４
では冷却媒体を回収しているので、主流ガスに混ざる冷
却媒体量を大幅に抑えることができる。さらに、高圧冷
却系統５４を流れた冷却媒体から熱エネルギを回収して
いるので、結局、上記各作用と相俟って、翼表面を均一
に良好に冷却した状態で主流ガス温度を高めることがで
き、しかもシステム全体の出力効率を向上させることが
できる。したがって、たとえば1500℃級のガスタービン
に適用した場合でも熱的な設計条件を満たし、しかも高
い出力効率を確保することができる。

【００５２】なお、図１および図２に示す例のように、
冷却に用いた冷却媒体、具体的には低圧冷却流路５６，
５８を通流した後の冷却媒体を空間７１に導いて動翼と
静翼との間をシールするためのシール流体として利用す
る構成を採用すると、冷却媒体に冷却機能とシール機能
との両方を発揮させることができるので、冷却媒体の全
使用量を節減することが可能となる。

【００５３】また、図１および図２に示す例のように、
翼の前縁部については、前縁壁６６の曲率に略合った形
状に仕切壁６２を設け、この仕切壁６２に流路６３のた
とえば中心軸を中心にして放射状に複数の小孔６５を設
け、これら小孔６５を使って前縁壁６６の内面をインピ
ンジメント冷却する構成であると、大きなインピンジメ
ント冷却効果と対流冷却効果とを得ることができる。

【００５４】また、図１および図２に示す例のように、
高圧冷却系統５４について、前段に位置している翼内の
冷却流路を通過した冷却媒体を後段に位置している翼内
の冷却流路に通流させる構成を採用すると、流路構成を
単純にできるとともに使用冷却媒体流量を抑えることが
可能となる。

【００５５】図３には本発明の別の実施形態に係るガス
タービン、ここにも蒸気タービンと組合せてハイブリッ
ド型発電プラントの一要素を構成するガスタービンの要
部を局部的に取出した模式図が示されている。

【００５６】なお、この図では図１と同一機能部分が同
一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳
しい説明は省略する。この例に係るガスタービンが図１
に示したガスタービンと異なる点は、静翼冷却系統５１
ａの構成にある。

【００５７】すなわち、静翼冷却系統５１ａは、高圧冷
却系統（第２の冷却系統）５４ａと、この高圧冷却系統
５４ａに導かれた高圧の冷却媒体を圧力調整用絞り手段
によって減圧して得た冷却媒体を用いる低圧冷却系統
（第１の冷却系統）５３ａとで構成されている。

【００５８】高圧冷却系統５４ａは、図示しない蒸気タ
ービン系のたとえば蒸気供給系統から分岐して導かれた
高圧の水蒸気（温度は数100 ℃）を第一段静翼４５，第
二段静翼４６，第三段静翼４７の内部にそれぞれ設けら
れた高圧冷却流路９１，９２，９３に直列に通流させ
る。

【００５９】高圧冷却流路９１は、第一段静翼４５の中
間部に設けてあり、図４に示すように、翼根部から延び
て先端部において折り返すＵ字状の流路構造に形成され
ている。高圧冷却流路９２，９３も高圧冷却流路９１と
同様に第二段静翼４６，第三段静翼４７のたとえば中間
部に翼根部から延びて先端部において折り返すＵ字状の
流路構造に形成されている。なお、高圧冷却流路９１，
９２で翼の先端部に位置する部分には、それぞれ分岐流
路９４，９５が設けてあり、これら分岐流路９４，９５
は流量調整機構９６，９７およびシールリング９８，９
９に設けられた図示しない案内路を介して第一段静翼４
５および第二段静翼４６と回転軸４８との間にそれぞれ
形成された空間７１に通じている。

【００６０】これら高圧冷却流路９１，９２，９３にお
ける冷却性能は、主として対流冷却効果によって与えら
れる。一方、低圧冷却系統５３ａは、高圧冷却系統５４
ａの供給管１００に圧力調整用絞り機構１０１，１０
２，１０３を接続し、圧力調整用絞り機構１０１を介し
て得られた低圧の水蒸気を第一段静翼４５の前縁部に設
けられた低圧冷却流路５５に供給し、圧力調整用絞り機
構１０２を介して得られた低圧の水蒸気を第一段静翼４
５の後縁部に設けられた低圧冷却流路５７に供給し、圧
力調整用絞り機構１０３を介して得られた低圧の水蒸気
を第二段静翼４６の後縁部に設けられた低圧冷却流路５
９に供給するように構成されている。

【００６１】このような構成であると、冷却原理は図１
および図２に示したものと同じであるが、この例の場合
には高圧冷却系統５４ａに導かれた高圧の水蒸気を圧力
調整用絞り機構１０１，１０２，１０３で減圧して得た
水蒸気を冷却媒体として低圧冷却流路５５，５７，５９
に供給しているので、冷却媒体供給系の構成を大幅に単
純化することができる。

【００６２】また、この例においては、高圧冷却流路９
１，９２を通流する冷却媒体の一部を空間７１に導いて
動翼と静翼との間をシールするためのシール流体として
利用する構成を採用しているので、冷却媒体に冷却機能
とシール機能との両方を発揮させることができ、冷却媒
体の全使用量を節減することができる。

【００６３】なお、本発明は上述した各例に限定される
ものではない。すなわち、上述した各例は蒸気タービン
と組合せてハイブリッド型発電プラントの一要素を構成
するガスタービンに本発明を適用しているが、単独で用
いられるガスタービンにも適用できる。したがって、冷
却媒体も水蒸気に限定されるものではなく、水、水蒸
気、空気、不活性ガス、その他の液体や気体の単相、混
合媒体を使用でき、冷却設計上最適な冷却媒体を選択で
きる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
供給された冷却媒体をタービン翼の内部に設けられた冷
却流路に通流させた後にタービン翼の表面部から外部へ
噴出す流路構造に形成された第１の冷却系統と、供給さ
れた冷却媒体をタービン翼の内部に設けられた冷却流路
に通流させるとともに上記冷却流路を通流した冷却媒体
の少なくとも一部をタービン外へ導く流路構造に形成さ
れた第２の冷却系統と、第１の冷却系統に冷却媒体を供
給するとともに第２の冷却系統には第１の冷却系統より
圧力の高い冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを組
合せてタービン翼を冷却しているので、第２の冷却系統
での圧力の高い冷却媒体の使用による対流冷却効果の向
上と第１の冷却系統での翼外面の熱流速低減効果の向上
とで翼表面を均一に良好に冷却できる。しかも第２の冷
却系統では冷却媒体を回収しているので、主流ガスに混
ざる冷却媒体量を大幅に抑えることができ、さらに第２
の冷却系統を流れた冷却媒体から熱エネルギを回収して
いるので、結局、主流ガス温度を高めた状態で翼表面を
均一に良好に冷却でき、しかもシステム全体の出力効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの要部
模式図

【図２】同ガスタービンの第一段静翼の冷却流路構造を
説明するための図

【図３】本発明の別の実施形態に係るガスタービンの要
部模式図

【図４】同ガスタービンの第一段静翼の冷却流路構造を
説明するための図

【図５】冷却流路を備えた従来のガスタービンの動翼縦
断面図

【図６】同動翼の横断面図

【符号の説明】

４１…静止部 ４２…回転部 ４３…主流ガスの流れ方向 ４４…ケーシング ４５…第一段静翼 ４６…第二段静翼 ４７…第三段静翼 ４８…回転軸 ４９…第一段動翼 ５０…第二段動翼 ５１，５１ａ…静翼冷却系統 ５２…動翼冷却系統 ５３，５３ａ…低圧冷却系統 ５４，５４ａ…高圧冷却系統 ５５，５６，５７，５８，５９…低圧冷却流路 ６０，６２…仕切壁 ６１…前縁 ６３，７０，７３…流路 ６４…空洞 ６５…小孔 ６６…前縁壁 ６７，７４…噴出し孔 ７１…空間 ７２，９８，９９…シールリング ８１，８２，８３，９１，９２，９３…高圧冷却流路 ８４…蒸気加熱系 ８５，８６…低圧冷却流路 ８８，９６，９７…流量調整機構 ９４，９５…分岐流路 １００…供給管 １０１，１０２，１０３…圧力調整用絞り機構

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 岩太郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 岡村 隆成 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 福田 雅文 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 宇都宮 正治 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 堂園 義一 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン翼の内部に冷却流路を設け、この
   冷却流路に冷却媒体を通流させるようにしたガスタービ
   ンにおいて、 供給された冷却媒体を前記タービン翼の内部に設けられ
   た冷却流路に通流させた後に上記タービン翼の表面部か
   ら外部へ噴出す流路構造に形成された第１の冷却系統
   と、 供給された冷却媒体を前記タービン翼の内部に設けられ
   た冷却流路に通流させるとともに該冷却流路を通流した
   上記冷却媒体の少なくとも一部をタービン外へ導く流路
   構造に形成された第２の冷却系統と、 前記第１の冷却系統に冷却媒体を供給するとともに前記
   第２の冷却系統には上記第１の冷却系統より圧力の高い
   冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と、 前記第２の冷却系統を介してタービン外に導かれた冷却
   媒体からエネルギを回収するエネルギ回収手段とを具備
   してなることを特徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】前記冷却媒体供給手段は、前記第２の冷却
   系統に供給される圧力の高い冷却媒体を圧力調整用絞り
   手段で減圧して得た冷却媒体を前記第１の冷却系統に供
   給する流路を備えていることを特徴とする請求項１に記
   載のガスタービン。
3. 【請求項３】前記冷却媒体供給手段は、少なくとも前記
   第２の冷却系統に対して、冷却媒体としての水または水
   蒸気の単相流体、もしくは両者の気液２相流体を供給し
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス
   タービン。
4. 【請求項４】前記第１の冷却系統に属する前記タービン
   翼内の前記冷却流路は、１つの翼について複数設けてあ
   り、そのうちの少なくとも１つは通流した冷却媒体を動
   翼と静翼との間をシールするためのシール流体として供
   給する流路構成に形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載のガスタービン。
5. 【請求項５】前記第２の冷却系統に属する前記タービン
   翼内の前記冷却流路は、途中に前記冷却媒体の一部を動
   翼と静翼との間をシールするためのシール流体として供
   給する分岐路を備えていることを特徴とする請求項１に
   記載のガスタービン。
6. 【請求項６】前記第２の冷却系統は、前段に位置してい
   るタービン翼内の前記冷却流路を通過した冷却媒体を後
   段に位置しているタービン翼内の前記冷却流路に通流さ
   せる流路構成に形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載のガスタービン。