KR102056045B1

KR102056045B1 - 압축기 로터, 이를 구비하는 가스 터빈 로터, 및 가스 터빈

Info

Publication number: KR102056045B1
Application number: KR1020187010798A
Authority: KR
Inventors: 신야 하시모토; 게이타 다카무라
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2019-12-16
Also published as: US20200165935A1; US10883381B2; CN108138656B; CN108138656A; KR20180053389A; DE112016004816T5; JP2017082606A; WO2017069201A1; JP6773404B2

Abstract

압축기 로터 축(21)에는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 동익 열(51) 사이를 흐르는 압축 기체를 자신의 내부에 안내하는 벤틸레이션 유로(22)가 형성되어 있다. 벤틸레이션 유로(22)는 도입부(23)와, 복수의 분기부(27)와, 집합부(28)를 가진다. 도입부(23)는 두 개의 동익 열(51) 사이를 흐르는 압축 기체를 압축기 로터 축(21) 안에 안내한다. 복수의 분기부(27)는 도입부(23)로부터 분기하여, 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 형성되어 있다. 집합부(28)는 복수의 분기부(27)의 각각과 접속되어, 복수의 분기부(27)를 통한 압축 기체가 유입되고, 유입된 압축 기체를 외부에 유출시킨다.

Description

압축기 로터, 이를 구비하는 가스 터빈 로터, 및 가스 터빈

본 발명은 압축기 로터, 이를 구비하는 가스 터빈 로터, 및 가스 터빈에 관한 것이다.

본원은 2015년 10월 23일에 일본에 출원된 특허출원 제2015-208945호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.

압축기는, 차실(車室)과, 이 차실 안에서 축선을 중심으로 하여 회전하는 로터를 구비하고 있다. 축류 압축기(軸流壓縮機)의 로터는, 축선을 중심으로 하여 축 방향으로 연장되어 있는 로터 축과, 로터 축의 외주에 고정되어 축 방향으로 나란히 있는 복수의 동익 열(動翼列)을 가진다.

이러한 축류 압축기의 로터로서는, 이하의 특허문헌 1에 개시되어 있는 것이 있다. 이 로터에 있어서의 로터 축은 축 방향으로 적층되는 복수의 휠(wheel)(디스크)을 가져서 구성되어 있다. 복수의 휠 중, 제1 휠에는, 하나의 동익 열이 고정된다. 제1 휠에 대하여 축 방향 하류 측에 인접하는 제2 휠과 제1 휠 사이에는, 유입 유로가 형성되어 있다. 이 유입 유로에는, 제1 휠에 고정되어 있는 동익 열과 제2 휠에 고정되어 있는 동익 열 사이로부터 압축 공기가 유입한다. 또한, 제1 휠에 대하여 축 방향 상류 측에 인접하는 제3 휠과 제1 휠 사이에는, 유출 유로가 형성되어 있다. 이 유출 유로로부터는, 제1 휠에 고정되어 있는 동익 열과 제3 휠에 고정되어 있는 동익 열 사이에, 유입 유로로부터의 압축 공기가 유출한다. 이 때문에, 제1 휠의 축 방향 하류 측의 면에는, 유입 유로를 형성하기 위해, 축 방향 상류 측에 우묵하게 들어간 홈(groove)이 형성되어 있다. 또한, 제1 휠의 축 방향 상류 측의 면에는, 유출 유로를 형성하기 위해, 축 방향 하류 측에 우묵하게 들어간 홈이 형성되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 공기 압축 유로 속의 압축 공기를 로터 축 안에 안내함으로써, 공기 압축 유로 속의 압축 공기의 온도 변화에 대한 로터 축의 열 응답성을 높이고 있다.

일본 공개특허공보 제2013-204593호

특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 하나의 휠마다 공기 압축 유로 속의 압축 공기를 지름 방향 내측에 안내한 후, 이 압축 공기를 공기 압축 유로 안에 되돌리고 있다. 따라서 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 하나의 휠마다 일단 승압(昇壓)한 압축 공기를 재승압하게 된다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 로터 축의 열 응답성을 광범위에 걸쳐서 높이기 위해, 이러한 휠을 다수 설치하면, 재승압하는 압축 공기의 유량이 많아져서 압축기의 효율이 저하한다는 문제점이 있다.

본 발명은 내부를 광범위에 걸쳐서 압축 기체로 환기(換氣)하면서도 압축기의 효율 저하를 억제할 수 있는 압축기 로터, 이를 구비하는 가스 터빈 로터, 및 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제1 양태의 압축기 로터는,

축선을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터 축과, 상기 압축기 로터 축의 외주에 부착되어 축 방향으로 늘어서는 복수의 동익 열을 가지고, 상기 압축기 로터 축에는, 복수의 동익 열 중 축 방향으로 인접하는 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체를 자신의 내부에 안내하는 벤틸레이션 유로(ventilation flow path)가 형성되고, 상기 벤틸레이션 유로는, 상기 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체를 상기 압축기 로터 축 안에 안내하는 도입부와, 상기 도입부로부터 분기하여 축 방향으로 서로 상이한 위치에 형성되고, 상기 도입부로부터의 압축 기체가 유입하는 복수의 분기부와, 상기 복수의 분기부의 각각과 접속되고, 상기 복수의 분기부를 통한 압축 기체가 유입되고, 유입된 압축 기체를 외부에 유출시키는 집합부를 가진다.

당해 압축기 로터에서는, 도입부에 유입한 압축 기체가 복수의 분기부에 유입하기 때문에, 도입부에 유입한 압축 기체로 압축기 로터 축 안의 넓은 범위를 환기할 수 있다. 또한, 당해 압축기 로터에서는, 복수의 분기부를 통한 압축 기체가 집합부에 모이고 나서 이 압축 기체를 집합부로부터 외부에 유출시킨다. 이 때문에, 당해 압축기 로터에서는 동익 열마다 압축 기체를 로터 축 안에 도입하고, 또한 이 압축 기체를 기체 압축 유로에 되돌리기보다도 압축기의 효율 저하를 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제2 양태의 압축기 로터는,

상기 제1 양태의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 도입부는, 상기 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체가 유입하는 유입구가 형성되고, 상기 유입구로부터 상기 축선에 대한 지름 방향 내측으로 연장되는 유입부와, 상기 유입부로부터 축 방향으로 연장되는 분배부를 가지며, 상기 복수의 분기부는 상기 분배부에 접속되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제3 양태의 압축기 로터는,

상기 제2 양태의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 분배부는 상기 유입부로부터 축 방향 상류 측으로 연장되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제4 양태의 압축기 로터는,

상기 제1 또는 상기 제2 양태의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 분배부는 상기 유입부로부터 축 방향 하류 측으로 연장되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제5 양태의 압축기 로터는,

상기 제1부터 상기 제4 양태 중 어느 하나의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 집합부는, 상기 복수의 분기부 중 가장 축 방향 상류 측의 분기부로부터 축 방향 하류 측으로 연장되고, 내부를 통해 온 압축 기체를 외부에 유출시키는 유출구가 형성되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제6 양태의 압축기 로터는,

상기 제1부터 상기 제5 양태 중 어느 하나의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 집합부는 상기 도입부보다도 상기 축선에 대한 지름 방향 내측에 형성되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제7 양태의 압축기 로터는,

상기 제1부터 상기 제6 양태 중 어느 하나의 상기 압축기 로터에 있어서, 상기 집합부는, 상기 압축기 로터 축의 축 방향에 있어서의 단면으로부터 축 방향으로 압축 기체를 유출시키는 유출구가 형성되어 있다.

압축기 로터 축의 내부를 환기한 압축 기체가 압축기의 기체 압축 유로에 되돌아오면, 일단 압축한 압축 기체를 다시 압축하게 되어, 압축기의 압축 효율이 저하한다. 이에 대하여, 당해 압축기 로터에서는, 압축기 로터 축의 내부를 환기한 압축 기체가 압축기 로터 축의 축 방향에 있어서의 단면으로부터 축 방향으로 유출하고, 이 압축 기체는 기체 압축 유로에 되돌아오지 않기 때문에, 압축 효율의 저하를 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제8 양태의 가스 터빈 로터는,

상기 제1부터 상기 제7 양태 중 어느 하나의 상기 압축기 로터와, 상기 축선 위에 위치하여 상기 압축기 로터에 접속되고, 상기 축선을 중심으로 상기 압축기 로터와 일체 회전하는 터빈 로터를 구비하며, 상기 터빈 로터에는, 상기 압축기 로터의 상기 벤틸레이션 유로와 연결되고, 상기 벤틸레이션 유로로부터의 압축 기체가 유입하는 냉각용 공기 유로가 형성되어 있다.

당해 가스 터빈 로터에서는, 압축기 로터 축의 내부를 환기한 압축 기체가 압축기의 공기 압축 유로에 되돌아오지 않기 때문에, 압축 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 당해 가스 터빈 로터에서는 압축기 로터 축의 내부를 환기한 압축 기체를 터빈 로터의 냉각용에 이용함으로써, 이 압축 기체를 유효하게 활용할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제9 양태의 가스 터빈 로터는,

상기 제8 양태의 상기 가스 터빈 로터에 있어서, 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터 축과, 상기 터빈 로터 축의 외주에 부착되어 축 방향으로 늘어서는 복수의 동익 열을 가지고, 상기 냉각용 공기 유로는 상기 터빈 로터 축 안을 거쳐서 복수의 동익 열 중 가장 축 방향 상류 측의 제1 동익 열보다도 축 방향 하류 측의 동익 열에 연결되어 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제10 양태의 가스 터빈 로터는,

상기 제9 양태의 상기 가스 터빈 로터에 있어서, 상기 터빈 로터 축에는, 상기 벤틸레이션 유로를 흐르는 압축 기체보다도 저온의 냉각 공기를 상기 제1 동익 열에 안내하는 냉각 공기 유로가 형성되어 있다.

당해 가스 터빈 로터에서는 터빈 로터의 복수의 동익 열 중 가장 고온의 연소 가스에 노출되는 제1 동익 열을 저온의 냉각 공기로 냉각할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 발명에 관한 제11 양태로서의 가스 터빈은,

상기 제8부터 상기 제10 양태 중 어느 하나의 상기 가스 터빈 로터와, 상기 가스 터빈 로터를 덮는 가스 터빈 차실을 구비한다.

본 발명에 관한 일 양태에 의하면, 압축기 로터 축 안을 광범위에 걸쳐서 압축 기체로 환기하면서도 압축 효율의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈 설비의 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 압축기의 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 압축기의 로터 디스크를 나타내고, 동도(同圖)의 (A)는 로터 디스크의 단면도이며, 동도의 (B)는 동도의 (A)에 있어서의 화살표(B)에서 본 도면이다.
도 4는 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 압축기의 동익 및 정익(靜翼) 주변의 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 연소기 주변의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 터빈의 요부 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 일 실시형태에 있어서의 터빈의 동익 및 정익 주변의 요부 단면도이다.
도 8은 비교예에 있어서의 가스 터빈의 모식적 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 일 실시형태의 제1 변형예에 있어서의 압축기의 요부 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 일 실시형태의 제2 변형예에 있어서의 압축기의 요부 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 일 실시형태의 제3 변형예에 있어서의 압축기의 요부 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 일 실시형태의 제4 변형예에 있어서의 압축기의 요부 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 일 실시형태의 변형예에 있어서의 터빈의 요부 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 가스 터빈의 일 실시형태 및 각종 변형예에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

「실시형태」

본 발명에 관한 가스 터빈의 일 실시형태에 대하여, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1)은, 외기(A)를 압축하여 압축 공기(Acom)를 생성하는 압축기(10)와, 연료 공급원으로부터의 연료(F)를 압축 공기(Acom) 속에서 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(80)와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(110)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 이 가스 터빈(1)과, 냉각 공기를 생성하는 냉각 계통(200)으로 가스 터빈 설비를 구성한다.

압축기(10)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(20)와, 이 압축기 로터(20)를 덮는 통상(筒狀)의 압축기 차실(11)을 가진다. 또한, 이하에서는, 축선(Ar)이 연장되어 있는 방향을 축 방향(Da)으로 한다. 또한, 축 방향(Da)의 한 방향 측을 축 방향 상류 측(Dau), 이 축 방향(Da)의 다른 방향 측을 축 방향 하류 측(Dad)으로 한다. 축선(Ar)을 기준으로 한 지름 방향을 단지 지름 방향(Dr)으로 한다. 또한, 이 지름 방향(Dr)에서 축선(Ar)으로부터 멀어지는 측을 지름 방향 외측(Dro)으로 하고, 이 지름 방향(Dr)에서 축선(Ar)에 근접하는 측을 지름 방향 내측(Dri)으로 한다.

압축기(10)는 축류 압축기이다. 이 때문에, 압축기 로터(20)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축 방향(Da)으로 연장되어 있는 압축기 로터 축(21)과, 이 압축기 로터 축(21)의 외주에 고정되어 축 방향(Da)으로 나란히 있는 복수의 동익 열(51)을 가진다. 압축기 차실(11)의 축 방향 상류 측(Dau)의 끝은 개구(開口)하고 있고, 이 개구가 공기 취입구(12)를 이룬다. 압축기 차실(11)의 내주 측에는, 각 동익 열(51)의 축 방향 하류 측(Dad)의 위치에 정익 열(靜翼列)(61)이 고정되어 있다. 하나의 정익 열(61)은 복수의 정익(62)을 가진다. 이들 복수의 정익(62)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 원주 방향(Dc)으로 나란히 하나의 정익 열(61)을 구성한다. 또한, 하나의 동익 열(51)은 복수의 동익(52)을 가진다. 이들 복수의 동익(52)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 원주 방향(Dc)으로 나란히 하나의 동익 열(51)을 구성한다.

터빈(110)은 압축기(10)의 축 방향 하류 측(Dad)에 배치되어 있다. 이 터빈(110)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(120)와, 이 터빈 로터(120)를 덮는 통상의 터빈 차실(111)을 가진다. 터빈 로터(120)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축 방향(Da)으로 연장되어 있는 터빈 로터 축(121)과, 이 터빈 로터 축(121)의 외주에 고정되어 축 방향(Da)으로 나란히 있는 복수의 동익 열(151)을 가진다. 터빈 차실(111)의 내주 측에는, 각 동익 열(151)의 상류 측 위치에 정익 열(161)이 고정되어 있다. 하나의 정익 열(161)은 복수의 정익(162)을 가진다. 이들 복수의 정익(162)은 축선(Ar)을 중심으로 원주 방향(Dc)으로 나란히 하나의 정익 열(161)을 구성한다. 또한, 하나의 동익 열(151)은 복수의 동익(152)을 가진다. 이들 복수의 동익(152)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 원주 방향(Dc)으로 나란히 하나의 동익 열(151)을 구성한다.

본 실시형태의 가스 터빈(1)은, 추가로 중간 로터 축(171)과, 중간 로터 축 커버(181)와, 냉각 공기관(189)과, 중간 차실(191)을 구비한다. 중간 로터 축(171)은 압축기 로터(20)와 터빈 로터(120)를 접속한다. 따라서 중간 로터 축(171)은 축 방향(Da)에서 압축기 로터(20)와 터빈 로터(120) 사이에 위치한다. 압축기 로터(20), 중간 로터 축(171) 및 터빈 로터(120)는 동일 축선(Ar) 위에 위치하여 축선(Ar)을 중심으로 일체 회전한다. 이들은 가스 터빈 로터(2)를 구성한다. 이 가스 터빈 로터(2)에는, 예를 들면, 발전기(9)의 로터가 접속된다. 중간 차실(191)은 중간 로터 축(171)의 외주 측을 덮는다. 따라서 이 중간 차실(191)은 축 방향(Da)에서 압축기 차실(11)과 터빈 차실(111) 사이에 위치한다. 압축기 차실(11), 중간 차실(191) 및 터빈 차실(111)은 서로 접속되어 가스 터빈 차실(3)을 구성한다. 연소기(80)는 이 중간 차실(191)에 부착되어 있다. 중간 차실(191)에는, 압축기(10)로부터의 압축 공기(Acom)가 유입한다. 이 압축 공기(Acom)는 중간 차실(191)로부터 연소기(80) 안에 유입한다. 중간 로터 축 커버(181)는 가스 터빈 차실(3)의 지름 방향 내측(Dri)에 배치되어 중간 로터 축(171)의 지름 방향 외측(Dro)을 덮는다. 이 중간 로터 축 커버(181)는 가스 터빈 차실(3)에 고정되어 있다. 냉각 공기관(189)의 제1 단(端)은 중간 차실(191)에 고정되며, 이 냉각 공기관(189)의 제2 단은 중간 로터 축 커버(181)에 고정되어 있다.

냉각 계통(200)은, 냉각 공기 라인(201)과, 냉각기(205)를 구비한다. 냉각 공기 라인(201)은 가스 터빈 차실(3)의 외부에 배치되어 있다. 이 냉각 공기 라인(201)의 제1 단은 중간 차실(191)에 접속되고, 냉각 공기 라인(201)의 제2 단은 가스 터빈(1)의 냉각 공기관(189)에 접속되어 있다. 중간 차실(191) 안의 압축 공기(Acom)는 냉각 공기 라인(201)의 제1 단으로부터 냉각 공기 라인(201) 안에 유입한다. 냉각기(205)는 냉각 공기 라인(201)에 설치되어 있다. 냉각기(205)는 냉각 공기 라인(201) 안에 유입한 압축 공기(Acom)를 냉각하고, 이 압축 공기(Acom)를 냉각 공기(Ac)로 한다. 냉각기(205)는, 예를 들면, 냉각 공기 라인(201) 속의 압축 공기(Acom)와 냉각 매체를 열교환시키고, 이 압축 공기(Acom)를 냉각하는 열교환기이다. 또한, 냉각기(205)는, 내부를 압축 공기(Acom)가 흐르는 라디에이터(radiator)와, 이 라디에이터의 외부에 공기를 내뿜는 팬(fan)을 가져서 구성해도 좋다. 냉각기(205)에서 생성된 냉각 공기(Ac)는 냉각 공기 라인(201)을 거쳐서 냉각 공기관(189) 안에 유입한다.

압축기 차실(11)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 압축기 차실 본체(13)와, 이 압축기 차실 본체(13) 안에 배치되어 있는 정익 유지 환(14)을 가진다. 정익 유지 환(14)은 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고 있다. 이 정익 유지 환(14)은 압축기 차실 본체(13)에 고정되어 있다. 이 정익 유지 환(14)에는, 복수의 정익(62)이 고정되어 있다.

정익(62)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 지름 방향(Dr)으로 연장되는 날개 본체(翼體)(63)와, 날개 본체(63)의 지름 방향 외측(Dro)에 설치되어 있는 외측 슈라우드(shroud)(64)와, 날개 본체(63)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 내측 슈라우드(65)를 가진다. 외측 슈라우드(64)는 정익 유지 환(14)의 지름 방향 내측(Dri)에 부착되어 있다. 내측 슈라우드(65)에는, 그 지름 방향 내측(Dri)에 시일 링(seal ring)(66)이 설치되어 있다. 동익(52)은, 지름 방향(Dr)으로 연장되는 날개 본체(53)와, 날개 본체(53)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 플랫폼(54)과, 플랫폼(54)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 날개 뿌리(翼根)(55)를 가진다. 날개 뿌리(55)는 압축기 로터 축(21)에 매립되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 이 압축기(10)에서 압축 과정의 공기가 통과하는 공기 압축 유로(15)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고 있다. 이 공기 압축 유로(15)의 외주 측은 압축기 차실(11) 및 정익(62)의 외측 슈라우드(64)에 의해 획정(劃定)되어 있다. 또한, 이 공기 압축 유로(15)의 내주 측은 동익(52)의 플랫폼(54) 및 정익(62)의 내측 슈라우드(65)에 의해 획정되어 있다.

복수의 정익 열(61) 중 가장 축 방향 하류 측(Dad)의 정익 열(61)의 축 방향 하류 측(Dad)에는, 디퓨저(diffuser)(16)가 설치되어 있다. 디퓨저(16)는, 환상(環狀)의 외측 디퓨저(16o)와, 이 외측 디퓨저(16o)의 지름 방향 내측(Dri)에 배치되어 있는 환상의 내측 디퓨저(16i)를 가진다. 외측 디퓨저(16o)는, 가장 축 방향 하류 측(Dad)의 정익 열(61)을 구성하는 복수의 정익(62)의 외측 슈라우드(64)로부터의 축 방향 하류 측(Dad)으로 연장되고, 내경이 점차로 커진다. 한편, 내측 디퓨저(16i)는, 가장 축 방향 하류 측(Dad)의 정익 열(61)을 구성하는 복수의 정익(62)의 내측 슈라우드(65)로부터의 축 방향 하류 측(Dad)으로 연장되고, 외경이 점차로 작아진다. 환상의 외측 디퓨저(16o)와 환상의 내측 디퓨저(16i) 사이의 환상 공간은 환상의 공기 압축 유로(15)와 연통하는 공기 토출 유로(17)를 형성한다. 이 공기 토출 유로(17)의 축 방향 하류 측(Dad)의 끝은 중간 차실(191) 안에서 개구하고 있다. 이 개구는 압축기(10)의 공기 토출구(18)를 이룬다.

외기(A)는 압축기 로터(20)의 회전에 의해 공기 취입구(12)(도 1 참조)로부터 공기 압축 유로(15) 안에 유입하고, 이 공기 압축 유로(15) 안에서 압축되면서 축 방향 상류 측(Dau)으로부터 축 방향 하류 측(Dad)으로 흘러간다. 공기 압축 유로(15) 안에서 압축된 공기인 압축 공기(Acom)는 공기 토출 유로(17) 안에 유입한다. 이 압축 공기(Acom)는 공기 토출구(18)로부터 중간 차실(191) 안에 유입한다.

압축기 로터 축(21)에는, 복수의 동익 열(51)의 상호 간의 축 방향(Da)에 있어서의 각 위치에, 환언하면 복수의 정익 열(61)의 축 방향(Da)에 있어서의 각 위치에 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고, 지름 방향(Dr)에서 서로 이간(離間)하고 있는 복수의 캐비티(cavity)(33)가 형성되어 있다. 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 동익 열(51)의 상호 간의 축 방향(Da)에 있어서의 위치에 형성되어 있는 복수의 캐비티(33)는 하나의 캐비티 군(32)을 구성한다. 따라서 압축기 로터 축(21)에는, 복수의 캐비티 군(32)이 축 방향(Da)으로 나란히 형성되어 있다.

하나의 캐비티 군(32)은, 압축기 로터 축(21) 안에서 가장 지름 방향 외측(Dro)에 형성되어 있는 외측 캐비티(33o)와, 이 외측 캐비티(33o)보다도 지름 방향 내측(Dri)에 형성되어 있는 중간 캐비티(33m)와, 압축기 로터 축(21) 안에서 가장 지름 방향 내측(Dri)에 형성되어 있는 내측 캐비티(33i)의 세 개의 캐비티(33)로 구성되어 있다.

압축기 로터 축(21)에는, 추가로 외측 캐비티(33o)와 공기 압축 유로(15)를 연통시키는 지름 방향 외측 유로(31)가 형성되어 있다.

압축기 로터 축(21)은, 축 방향(Da)으로 적층되는 복수의 로터 디스크(41)와, 복수의 로터 디스크(41) 및 복수의 중간 캐비티(33m)를 축 방향(Da)으로 관통하는 스핀들 볼트(29)와, 인접하는 로터 디스크(41) 상호의 상대 회전을 규제하는 원주상 토크 핀(torque pin)(39)을 가진다.

하나의 로터 디스크(41)에는, 하나의 동익 열(51)이 부착된다. 따라서 로터 디스크(41)는 복수의 동익 열(51)마다 존재한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 하나의 캐비티 군(32)을 구성하는 복수의 캐비티(33), 및 지름 방향 외측 유로(31)는 모두 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 사이에 형성되어 있다. 또한, 동도의 (A)는 로터 디스크(41)의 단면도이며, 동도의 (B)는 동도의 (A)에 있어서의 화살표(B)에서 본 도면이다.

각 로터 디스크(41)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 하나의 동익 열(51)을 구성하는 복수의 동익(52)의 날개 뿌리(55)가 부착되는 날개 부착부(49)가 형성되어 있다.

각 로터 디스크(41)에는, 상류 측 제1 오목부(43u)와, 상류 측 제2 오목부(45u)와, 상류 측 제3 오목부(47u)가 형성되어 있다. 상류 측 제1 오목부(43u)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 상류 측(Dau)에 외측 캐비티(33o)를 형성하기 위해, 로터 디스크(41) 안의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어간다. 상류 측 제2 오목부(45u)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 상류 측(Dau)에 중간 캐비티(33m)를 형성하기 위해, 상류 측 제1 오목부(43u)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 이 로터 디스크(41) 안의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어간다. 상류 측 제3 오목부(47u)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 상류 측(Dau)에 내측 캐비티(33i)를 형성하기 위해, 상류 측 제2 오목부(45u)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 이 로터 디스크(41) 안의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어간다. 따라서 상류 측 제1 오목부(43u)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 상류 측 제1 오목부(43u)의 저면(底面)에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 제1 아암부(42u)가 형성되어 있다. 또한, 상류 측 제1 오목부(43u)와 상류 측 제2 오목부(45u) 사이에는, 상류 측 제1 오목부(43u)의 저면 및 상류 측 제2 오목부(45u)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 제2 아암부(44u)가 형성되어 있다. 또한, 상류 측 제2 오목부(45u)와 상류 측 제3 오목부(47u) 사이에는, 상류 측 제2 오목부(45u)의 저면 및 상류 측 제3 오목부(47u)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 제3 아암부(46u)가 형성되어 있다. 또한, 상류 측 제3 오목부(47u)의 지름 방향 내측(Dri)에는, 상류 측 제3 오목부(47u)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 돌출부(48u)가 형성되어 있다.

환상의 상류 측 제2 아암부(44u)에는, 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어가고, 상류 측 제1 오목부(43u)와 상류 측 제2 오목부(45u)를 연통시키는 복수의 상류 측 핀 홈(44up)이 형성되어 있다. 복수의 상류 측 핀 홈(44up)은 원주 방향(Dc)으로 나란히 있다.

게다가, 각 로터 디스크(41)에는, 하류 측 제1 오목부(43d)와, 하류 측 제2 오목부(45d)와, 하류 측 제3 오목부(47d)가 형성되어 있다. 하류 측 제1 오목부(43d)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 하류 측(Dad)에 외측 캐비티(33o)를 형성하기 위해, 로터 디스크(41) 안의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어간다. 하류 측 제2 오목부(45d)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 하류 측(Dad)에 중간 캐비티(33m)를 형성하기 위해, 하류 측 제1 오목부(43d)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 로터 디스크(41) 안의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어간다. 하류 측 제3 오목부(47d)는, 이 로터 디스크(41)의 축 방향 하류 측(Dad)에 내측 캐비티(33i)를 형성하기 위해, 하류 측 제2 오목부(45d)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 이 로터 디스크(41) 안의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어간다. 따라서 하류 측 제1 오목부(43d)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 하류 측 제1 오목부(43d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 제1 아암부(42d)가 형성되어 있다. 또한, 하류 측 제1 오목부(43d)와 하류 측 제2 오목부(45d) 사이에는, 하류 측 제1 오목부(43d)의 저면 및 하류 측 제2 오목부(45d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 제2 아암부(44d)가 형성되어 있다. 또한, 하류 측 제2 오목부(45d)와 하류 측 제3 오목부(47d) 사이에는, 하류 측 제2 오목부(45d)의 저면 및 하류 측 제3 오목부(47d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 제3 아암부(46d)가 형성되어 있다. 또한, 하류 측 제3 오목부(47d)의 지름 방향 내측(Dri)에는, 하류 측 제3 오목부(47d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류(Dad)를 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 돌출부(48d)가 형성되어 있다.

환상의 하류 측 제2 아암부(44d)에는, 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어가고, 하류 측 제1 오목부(43d)와 하류 측 제2 오목부(45d)를 연통시키는 복수의 하류 측 핀 홈(44dp)이 형성되어 있다. 복수의 하류 측 핀 홈(44dp)은 원주 방향(Dc)으로 나란히 있다.

외측 캐비티(33o)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 하류 측 제1 오목부(43d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 상류 측 제1 오목부(43u)에 의해 획정된다. 중간 캐비티(33m)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 하류 측 제2 오목부(45d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 상류 측 제2 오목부(45u)에 의해 획정된다. 내측 캐비티(33i)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 하류 측 제3 오목부(47d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 상류 측 제3 오목부(47u)에 의해 획정된다.

축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 하류 측 제1 아암부(42d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 상류 측 제1 아암부(42u)는 서로 축 방향(Da)에서 대향하고 동시에 이간하고 있다. 지름 방향 외측 유로(31)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 하류 측 제1 아암부(42d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 상류 측 제1 아암부(42u)에 의해 획정된다.

축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41)에 있어서의 복수의 하류 측 핀 홈(44dp)과 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)에 있어서의 복수의 상류 측 핀 홈(44up)은 축 방향(Da)에서 서로 대향하고 있다. 토크 핀(39)이 장착되는 핀 구멍은 하류 측 핀 홈(44dp)과 상류 측 핀 홈(44up)에 의해 획정된다. 토크 핀(39)이 장착되는 핀 구멍은 원주상 토크 핀(39)의 형상에 대응하여 원주상을 이룬다.

로터 디스크(41)에는, 상류 측 제2 오목부(45u)의 저면으로부터 하류 측 제2 오목부(45d)의 저면을 관통하여, 스핀들 볼트(29)가 삽통(揷通)되는 볼트 관통 구멍(38)이 형성되어 있다.

압축기 로터 축(21)에는, 추가로 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 동익 열(51) 중 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 동익 열(51) 사이를 흐르는 공기를 자신의 내부에 안내하는 벤틸레이션 유로(22)가 형성되어 있다. 여기서, 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 동익 열(51)은 복수의 동익 열(51) 중 가장 축 방향 하류 측(Dad)의 동익 열(51)과 가장 축 방향 상류 측(Dau)의 동익 열(51) 사이에 있는 두 개의 동익 열(51)이다. 그래서, 이하에서는 이들 두 개의 동익 열(51)을 중간 동익 열(51a)이라고 부른다. 또한, 중간 동익 열(51a)이 부착되어 있는 로터 디스크(41)를 중간 로터 디스크(41a)라고 부른다. 또한, 도 3의 (A)에 도시되어 있는 축 방향 상류 측(Dau)(도면에서 좌측)의 로터 디스크(41)는 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 중의 축 방향 하류 측(Dad)의 중간 로터 디스크(41a)이다. 또한, 도 3의 (A)에 도시되어 있는 축 방향 하류 측(Dad)(도면에서 우측)의 로터 디스크(41)는 축 방향 하류 측(Dad)의 중간 로터 디스크(41a)의 축 방향 하류 측(Dad)에 인접하는 로터 디스크(41)이다.

벤틸레이션 유로(22)는, 도입부(23)와, 복수의 분기부(27)와, 집합부(28)를 가진다. 도입부(23)는, 유입부(24)와, 분배부(26)를 가진다. 유입부(24)에는, 두 개의 중간 동익 열(51a) 사이를 흐르는 압축 공기(Acom)가 압축기 추기(compressor bleed air)(Bcom)로서 유입하는 유입구(25)가 형성되어 있다. 이 유입부(24)는 유입구(25)로부터 지름 방향 내측(Dri)으로 연장된다. 분배부(26)는 유입부(24)로부터 축 방향 상류 측(Dau) 및 축 방향 하류 측(Dad)으로 연장된다. 복수의 분기부(27)는 도입부(23)의 분배부(26)로부터 분기되고, 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 형성되어 있다. 복수의 분기부(27)의 유로는 지름 방향(Dr)으로 연장되어 있다. 집합부(28)는 복수의 분기부(27)의 지름 방향 내측(Dri)에 있어서의 끝의 각각과 접속되어 있다. 이 집합부(28)는 축 방향(Da)으로 연장되어, 압축기 로터 축(21)의 축 방향 하류 측(Dad)의 단면에서 개구하고 있다. 이 개구는 벤틸레이션 유로(22)의 유출구(25o)를 이룬다. 집합부(28)에는, 복수의 분기부(27)를 통과한 공기가 흘러들고, 흘러든 공기를 유출구(25o)로부터 외부에 유출시킨다.

유입부(24)의 유입구(25)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 사이에 형성되어 있는 지름 방향 외측 유로(31)에 있어서의 지름 방향 외측(Dro)의 개구에서 형성된다. 두 개의 중간 로터 디스크(41a)에는, 축 방향(Da)으로 관통하는 관통 구멍(37)이 형성되어 있다. 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 중 축 방향 상류 측(Dau)의 중간 로터 디스크(41a)보다도 축 방향 상류 측(Dau)의 하나 또는 복수의 로터 디스크(41)에도 중간 로터 디스크(41a)의 관통 구멍(37)에 연통하는 관통 구멍(37)이 형성되어 있다. 또한, 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 중 축 방향 하류 측(Dad)의 중간 로터 디스크(41a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 하나 또는 복수의 로터 디스크(41)에도 중간 로터 디스크(41a)의 관통 구멍(37)에 연통하는 관통 구멍(37)이 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(37)은 모두 로터 디스크의 상류 측 핀 홈(44up)의 홈 바닥으로부터 하류 측 핀 홈(44dp)의 홈 바닥을 관통하고 있다.

두 개의 중간 로터 디스크(41a) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 중간 로터 디스크(41a)에 있어서의 복수의 하류 측 핀 홈(44dp)과 축 방향 하류 측(Dad)의 중간 로터 디스크(41a)에 있어서의 복수의 상류 측 핀 홈(44up)으로 형성되는 복수의 핀 구멍 중 어느 하나 이상의 핀 구멍에는, 토크 핀(39)이 설치되어 있지 않다. 이 때문에, 이 핀 구멍은 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 사이에 형성되어 있는 외측 캐비티(33o)와 중간 캐비티(33m)를 연통시키는 제1 중간 유로(34)를 형성한다. 두 개의 중간 로터 디스크(41a)에 형성되어 있는 관통 구멍(37)은 이 제1 중간 유로(34)에 연통하고 있다. 또한, 여기서는 토크 구멍을 제1 중간 유로(34)로서 이용하고 있지만, 토크 구멍 이외에 별도 구멍을 형성하고, 이를 제1 중간 유로(34)로 해도 좋다.

축 방향 상류 측(Dau)의 중간 로터 디스크(41a), 및 이 중간 로터 디스크(41a)보다도 축 방향 상류 측(Dau)의 하나 또는 복수의 로터 디스크(41)의 상호 간에 형성되어 있는 복수의 핀 구멍 중 어느 하나 이상의 핀 구멍에는, 이 핀 구멍의 지름 방향(Dr)에 있어서의 중간 위치로부터 지름 방향 외측(Dro)으로 연장되는 토크 핀(39a)이 설치되어 있다. 따라서 이 핀 구멍의 지름 방향 외측(Dro)의 개구는 이 토크 핀(39a)에 의해 막혀 있는 반면에, 이 핀 구멍의 지름 방향 내측(Dri)의 개구는 이 토크 핀(39a)에 의해 막혀 있지 않다. 이 핀 구멍 중에서 지름 방향 외측(Dro)의 부분은 중간 캐비티(33m)에 연통하는 제2 중간 유로(34a)를 이룬다.

또한, 축 방향 하류 측(Dad)의 중간 로터 디스크(41a), 및 이 중간 로터 디스크(41a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 하나 또는 복수의 로터 디스크(41)의 상호 간에 형성되어 있는 복수의 핀 구멍 중 어느 하나 이상의 핀 구멍에는, 이 핀 구멍의 지름 방향(Dr)에 있어서의 중간 위치로부터 지름 방향 외측(Dro)으로 연장되는 토크 핀(39a)이 설치되어 있다. 따라서 이 핀 구멍의 지름 방향 외측(Dro)의 개구는 이 토크 핀(39a)에 의해 막혀 있는 반면에, 이 핀 구멍의 지름 방향 내측(Dri)의 개구는 이 토크 핀(39a)에 의해 막혀 있지 않다. 이 핀 구멍 중에서 지름 방향 외측(Dro)의 부분도 중간 캐비티(33m)에 연통하는 제2 중간 유로(34a)를 이룬다. 또한, 여기서는 토크 구멍의 일부를 제2 중간 유로(34a)로서 이용하고 있지만, 토크 구멍 이외에 별도 구멍을 형성하고, 이를 제2 중간 유로(34a)로 해도 좋다.

중간 로터 디스크(41a)를 포함하는 각 로터 디스크(41)에 형성되어 있는 관통 구멍(37)은 제2 중간 유로(34a)에 연통하고 있다.

벤틸레이션 유로(22)의 유입부(24)는, 두 개의 중간 로터 디스크(41a) 사이에 형성되어 있는 지름 방향 외측 유로(31), 외측 캐비티(33o), 및 제1 중간 유로(34)의 지름 방향 외측(Dro)의 부분으로 형성된다. 벤틸레이션 유로(22)의 분배부(26)는 중간 로터 디스크(41a)를 포함하는 각 로터 디스크(41)에 형성되어 있는 관통 구멍(37)으로 형성된다.

관통 구멍(37)이 형성되어 있는 복수의 로터 디스크(41) 중 가장 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(41), 및 이 로터 디스크(41)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 모든 로터 디스크(41)에는, 내측 캐비티(33i)보다도 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 축 방향(Da)의 관통하는 구멍이 형성되어 있다. 벤틸레이션 유로(22)의 집합부(28)는 이 구멍으로 형성된다.

중간 로터 디스크(41a)를 포함하는 각 로터 디스크(41)의 상호 간에는, 중간 캐비티(33m)와 내측 캐비티(33i)를 연통시키는 제1 내측 유로(35)와, 내측 캐비티(33i)와 집합부(28)를 연통시키는 제2 내측 유로(36)가 형성되어 있다. 벤틸레이션 유로(22)에 있어서의 복수의 분기부(27) 중 하나의 분기부(27)는, 제1 중간 유로(34)의 지름 방향 내측(Dri)의 부분과, 이 제1 중간 유로(34)에 연통하는 중간 캐비티(33m)와, 이 중간 캐비티(33m)에 연통하는 제1 내측 유로(35)와, 이 제1 내측 유로(35)에 연통하는 내측 캐비티(33i)와, 이 내측 캐비티(33i)에 연통하는 제2 내측 유로(36)에 의해 형성된다. 또한, 벤틸레이션 유로(22)에 있어서의 복수의 분기부(27) 중 다른 분기부(27)는, 제2 중간 유로(34a)와, 이 제2 중간 유로(34a)에 연통하는 중간 캐비티(33m)와, 이 중간 캐비티(33m)에 연통하는 제1 내측 유로(35)와, 이 제1 내측 유로(35)에 연통하는 내측 캐비티(33i)와, 이 내측 캐비티(33i)에 연통하는 제2 내측 유로(36)에 의해 형성된다.

중간 로터 축(171)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 축선을 중심으로 원통상의 원통부(172)와, 이 원통부(172)의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 지름 방향 내측(Dri)으로 돌출하는 상류 측 플랜지부(173)와, 이 원통부(172)의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 지름 방향 내측(Dri)으로 돌출하는 하류 측 플랜지부(175)를 가진다. 원통부(172), 상류 측 플랜지부(173) 및 하류 측 플랜지부(175)의 지름 방향 내측(Dri)은 중공(中空)으로 되어 있다. 이 중공 부분은 혼합 공간(177)을 형성한다. 상류 측 플랜지부(173)에는, 압축기(10)의 스핀들 볼트(29)가 삽통되는 볼트 관통 구멍(174)이 형성되어 있다. 중간 로터 축(171)과 압축기 로터 축(21)은 이 스핀들 볼트(29)에 의해 연결되어 있다. 하류 측 플랜지부(175)에는, 후술하는 터빈(110)의 스핀들 볼트(129)가 삽통되는 볼트 관통 구멍(176)이 형성되어 있다. 중간 로터 축(171)과 터빈 로터 축(121)은 이 스핀들 볼트(129)에 의해 연결되어 있다.

이 중간 로터 축(171)에는, 중간 로터 축(171)의 지름 방향 외측(Dro)으로부터 하류 측 플랜지부(175)를 거쳐서 혼합 공간(177)을 관통하는 제1 냉각 공기 유로(178)가 형성되어 있다.

중간 로터 축 커버(181)는 중간 차실(191) 안에 배치되어 있다. 이 중간 로터 축 커버(181)는, 중간 로터 축(171)의 지름 방향 외측(Dro)을 덮는 통상의 내측 커버(183)와, 이 내측 커버(183)의 지름 방향 외측(Dro)을 덮는 통상의 외측 커버(182)를 가진다. 외측 커버(182)의 축 방향 상류 측(Dau)의 끝은 압축기(10)의 디퓨저(16)를 개재시켜 가스 터빈 차실(3)에 고정되어 있다. 또한, 외측 커버(182)의 축 방향 하류 측(Dad)의 끝은 터빈(110)의 복수 정익 열(161) 중에서 가장 축 방향 상류 측의 제1 정익 열(161a)을 개재시켜 가스 터빈 차실(3)에 고정되어 있다. 내측 커버(183)는 중간 로터 축(171)의 지름 방향 외측(Dro)으로, 중간 로터 축(171)의 외주면에 있어서의 제1 냉각 공기 유로(178)의 개구를 포함하는 영역을 덮는다. 내측 커버(183)의 축 방향 상류 측(Dau)의 끝은 외측 커버(182)의 내주면에 접속되어 있다. 내측 커버(183)의 축 방향 상류(Dau)의 끝보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 부분 전부는 외측 커버(182)의 내주면으로부터 지름 방향 내측(Dri)으로 이간하고 있다. 이 외측 커버의 내주면과 내측 커버의 외주면 사이의 공간은 공기 도입 공간(184)을 이룬다. 외측 커버(182)에는, 냉각 공기관(189)이 접속되어 있다. 내측 커버(183)에는, 축 방향(Da)에서 중간 로터 축(171)의 제1 냉각 공기 유로(178)의 개구와 실질적으로 동일한 위치에, 지름 방향 외측(Dro)으로부터 지름 방향 내측(Dri)을 관통하는 관통 구멍(185)이 형성되어 있다. 또한, 내측 커버(183)의 내주면에는, 중간 로터 축(171)과의 사이를 실링하는 상류 측 시일(186)과 하류 측 시일(187)이 설치되어 있다. 상류 측 시일(186)은 내측 커버(183)의 관통 구멍(185)보다도 축 방향 상류 측(Dau)에 설치되어 있다. 하류 측 시일(187)은 내측 커버(183)의 관통 구멍(185)보다도 축 방향 하류 측(Dad)에 설치되어 있다.

냉각 계통(200)으로부터의 냉각 공기(Ac)를 가스 터빈 로터(2)에 안내하는 냉각 공기 도입 부재(188)는 냉각 공기관(189)과 중간 로터 축 커버(181)를 가져서 구성된다.

압축기 로터 축(21)에 형성되어 있는 벤틸레이션 유로(22)의 집합부(28)는 혼합 공간(177)에 연통하고 있다. 따라서 압축기 로터 축(21)의 벤틸레이션 유로(22)를 거친 압축기 추기(Bcom)는 혼합 공간(177) 안에 유입한다. 또한, 중간 로터 축 커버(181)의 공기 도입 공간(184)에는, 냉각 공기관(189)으로부터의 냉각 공기(Ac)가 유입한다. 공기 도입 공간(184) 안의 냉각 공기(Ac)는 내측 커버(183)의 관통 구멍(185), 중간 로터 축(171)의 제1 냉각 공기 유로(178)를 거쳐서 중간 로터 축(171)의 혼합 공간(177) 안에 유입한다. 이 때문에, 냉각 계통(200)으로부터의 냉각 공기(Ac)와 압축기 로터 축(21)으로부터의 압축기 추기(Bcom)는 이 혼합 공간(177) 안에서 혼합한다.

터빈 차실(111)은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 터빈 차실 본체(112)와, 이 터빈 차실 본체(112) 안에 배치되어 있는 날개 고리(翼環)(113)와, 날개 고리(113)의 지름 방향 내측(Dri)에 배치되어 있는 분할 환(分割環)(114)을 가진다. 날개 고리(113)는 터빈 차실 본체(112)의 지름 방향 내측(Dri)에 고정되어 있다. 분할 환(114)은 터빈(110)의 각 동익 열(151)의 지름 방향 외측(Dro)에 위치에 배치되어 있다. 날개 고리(113)의 지름 방향 내측(Dri)에는, 복수의 정익(162)과 복수의 분할 환(114)이 고정되어 있다.

터빈(110)의 정익(162)은, 도 7에 나타내는 바와 같이, 지름 방향(Dr)으로 연장되는 날개 본체(163)와, 날개 본체(163)의 지름 방향 외측(Dro)에 설치되어 있는 외측 슈라우드(164)와, 날개 본체(163)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 내측 슈라우드(165)를 가진다. 외측 슈라우드(164)는 날개 고리(113)의 지름 방향 내측(Dri)에 부착되어 있다. 내측 슈라우드(165)에는, 그 지름 방향 내측(Dri)에 시일 링(166)이 설치되어 있다. 터빈(110)의 동익(152)은, 지름 방향(Dr)으로 연장되는 날개 본체(153)와, 날개 본체(153)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 플랫폼(154)과, 플랫폼(154)의 지름 방향 내측(Dri)에 설치되어 있는 날개 뿌리(155)를 가진다. 날개 뿌리(155)는 터빈 로터 축(121)에 매립되어 있다. 동익(152)에는, 공기 유로(156)가 형성되어 있다. 이 공기 유로(156)는 날개 뿌리(155)의 외면(外面)에서 개구하고, 날개 뿌리(155) 및 플랫폼(154)을 거쳐서 날개 본체(153)까지 연장되어 있다.

이 터빈(110)에서 연소기(80)로부터의 연소 가스(G)가 통과하는 연소 가스 유로(115)는 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고 있다. 이 연소 가스 유로(115)의 외주 측은 분할 환(114) 및 정익(162)의 외측 슈라우드(164)에 의해 획정되어 있다. 또한, 이 연소 가스 유로(115)의 내주 측은 동익(152)의 플랫폼(154) 및 정익(162)의 내측 슈라우드(165)에 의해 획정되어 있다.

터빈 로터 축(121)에는, 복수의 동익 열(151)의 상호 간의 축 방향(Da)에 있어서의 각 위치에, 환언하면 복수의 정익 열(161)의 축 방향(Da)에 있어서의 각 위치에 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루고, 지름 방향(Dr)에서 서로 이간하고 있는 복수의 캐비티(133)가 형성되어 있다. 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 동익 열(151)의 상호 간의 축 방향(Da)에 있어서의 위치에 형성되어 있는 복수의 캐비티(133)는 하나의 캐비티 군(132)을 구성한다. 따라서 터빈 로터 축(121)에는, 복수의 캐비티 군(132)이 축 방향(Da)으로 나란히 형성되어 있다.

하나의 캐비티 군(132)은, 터빈 로터 축(121) 안에서 가장 지름 방향 외측(Dro)에 형성되어 있는 외측 캐비티(133o)와, 이 외측 캐비티(133o)보다도 지름 방향 내측(Dri)에 형성되어 있는 내측 캐비티(133i)의 두 개의 캐비티(133)로 구성되어 있다.

터빈 로터 축(121)은, 축 방향(Da)으로 적층되는 복수의 로터 디스크(141)와, 복수의 로터 디스크(141) 및 복수의 내측 캐비티(133i)를 축 방향(Da)으로 관통하는 스핀들 볼트(129)를 가진다. 복수의 로터 디스크(141)의 각각은, 축 방향(Da)에서 인접하는 로터 디스크(141) 상호의 상대 회전을 규제하기 위한 기어 커플링(gear coupling)(미도시)이 형성되어 있다.

하나의 로터 디스크(141)에는, 하나의 동익 열(151)이 부착된다. 따라서 로터 디스크(141)는 복수의 동익 열(151)마다 존재한다.

하나의 캐비티 군(132)을 구성하는 복수의 캐비티(133)는 압축기 로터 축(21)의 캐비티(33)와 마찬가지로 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141) 사이에 형성되어 있다.

각 로터 디스크(141)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 하나의 동익 열(151)을 구성하는 복수의 동익(152)의 날개 뿌리(155)가 부착되는 날개 부착부(149)가 형성되어 있다.

각 로터 디스크(141)에는, 상류 측 제1 오목부(143u)와, 상류 측 제2 오목부(145u)가 형성되어 있다. 상류 측 제1 오목부(143u)는, 이 로터 디스크(141)의 축 방향 상류 측(Dau)에 외측 캐비티(133o)를 형성하기 위해, 로터 디스크(141) 안의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어간다. 상류 측 제2 오목부(145u)는, 이 로터 디스크(141)의 축 방향 상류 측(Dau)에 내측 캐비티(133i)를 형성하기 위해, 상류 측 제1 오목부(143u)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 이 로터 디스크(141) 안의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분으로부터 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어간다. 따라서 상류 측 제1 오목부(143u)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 상류 측 제1 오목부(143u)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 제1 아암부(142u)가 형성되어 있다. 또한, 상류 측 제1 오목부(143u)와 상류 측 제2 오목부(145u) 사이에는, 상류 측 제1 오목부(143u)의 저면 및 상류 측 제2 오목부(145u)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 돌출하는 환상의 상류 측 제2 아암부(144u)가 형성되어 있다.

환상의 상류 측 제2 아암부(144u)에는, 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 우묵하게 들어가서 상류 측 제1 오목부(143u)와 상류 측 제2 오목부(145u)를 연통시키는 복수의 상류 측 연통 홈(144up)이 형성되어 있다. 복수의 상류 측 연통 홈(144up)은 원주 방향(Dc)으로 나란히 있다. 이 상류 측 연통 홈(144up)은, 예를 들면, 로터 디스크(141)에 있어서의 전술한 기어 커플링의 이(齒)의 선단부를 절단한 것이다.

게다가, 각 로터 디스크(141)에는, 하류 측 제1 오목부(143d)와, 하류 측 제2 오목부(145d)가 형성되어 있다. 하류 측 제1 오목부(143d)는, 이 로터 디스크(141)의 축 방향 하류 측(Dad)에 외측 캐비티(133o)를 형성하기 위해, 로터 디스크(141) 안의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어간다. 하류 측 제2 오목부(145d)는, 이 로터 디스크(141)의 축 방향 하류 측(Dad)에 내측 캐비티(133i)를 형성하기 위해, 하류 측 제1 오목부(143d)보다 지름 방향 내측(Dri)의 위치에서 로터 디스크(141) 안의 축 방향 하류 측(Dad)의 부분으로부터 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어간다. 따라서 하류 측 제1 오목부(143d)의 지름 방향 외측(Dro)에는, 하류 측 제1 오목부(143d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 제1 아암부(142d)가 형성되어 있다. 또한, 하류 측 제1 오목부(143d)와 하류 측 제2 오목부(145d) 사이에는, 하류 측 제1 오목부(143d)의 저면 및 하류 측 제2 오목부(145d)의 저면에 대하여 상대적으로 축 방향 하류 측(Dad)을 향해서 돌출하는 환상의 하류 측 제2 아암부(144d)가 형성되어 있다.

환상의 하류 측 제2 아암부(144d)에는, 축 방향 상류 측(Dau)을 향해서 우묵하게 들어가고, 하류 측 제1 오목부(143d)와 하류 측 제2 오목부(145d)를 연통시키는 복수의 하류 측 연통 홈(144dp)이 형성되어 있다. 복수의 하류 측 연통 홈(144dp)은 원주 방향(Dc)으로 나란히 있다. 이 하류 측 연통 홈(144dp)은, 예를 들면, 로터 디스크(141)에 있어서의 전술한 기어 커플링의 이의 선단부를 절단한 것이다.

외측 캐비티(133o)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(141)에 있어서의 하류 측 제1 오목부(143d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(141)에 있어서의 상류 측 제1 오목부(143u)에 의해 획정된다. 내측 캐비티(133i)는 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(141)에 있어서의 하류 측 제2 오목부(145d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(141)에 있어서의 상류 측 제2 오목부(145u)에 의해 획정된다.

축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(141)에 있어서의 하류 측 제1 아암부(142d)와 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(141)에 있어서의 상류 측 제1 아암부(142u)는 서로 축 방향(Da)에서 대향하고 동시에 이간하고 있다.

축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141) 중의 축 방향 상류 측(Dau)의 로터 디스크(141)에 있어서의 복수의 하류 측 연통 홈(144dp)과 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(141)에 있어서의 복수의 상류 측 연통 홈(144up)은 축 방향(Da)에서 서로 대향하고 있다. 연통 구멍은 하류 측 연통 홈(144dp)과 상류 측 연통 홈(144up)에 의해 획정된다.

로터 디스크(141)에는, 상류 측 제2 오목부(145u)의 저면으로부터 하류 측 제2 오목부(145d)의 저면을 관통하여, 스핀들 볼트(129)가 삽통되는 볼트 관통 구멍(138)이 형성되어 있다. 스핀들 볼트(129)는, 축 방향(Da)에 수직한 단면 형상이 원형이다. 한편, 볼트 관통 구멍(138)은, 축 방향(Da)의 단면 형상이 계란형 등이다. 이 때문에, 스핀들 볼트(129)를 볼트 관통 구멍(138)에 삽통시켰을 때, 스핀들 볼트(129)의 외주면의 일부와 볼트 관통 구멍(138)의 내주면의 일부 사이에 틈(138s)이 형성된다. 이 틈(138s)은 상류 측 제2 오목부(145u)의 저면으로부터 하류 측 제2 오목부(145d)의 저면을 관통하는 제1 혼합 공기 유로(134)를 형성한다. 또한, 볼트 관통 구멍의 단면 형상은, 스핀들 볼트(129)의 외주면의 일부와 볼트 관통 구멍(138)의 내주면의 일부 사이에 틈(138s)이 형성되면, 어떠한 형상이라도 좋고, 예를 들면, 서로의 중심 위치가 상이하고, 또한 서로 부분적으로 겹쳐 있는 두 개의 원을 합친 형상 등이라도 좋다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 복수의 로터 디스크(141) 중 가장 축 방향 상류 측(Dau)의 제1 로터 디스크(141a)의 상류 측 제2 아암부(144u)보다 지름 방향 외측(Dro)의 부분은 공기 도입 공간(184)에 면(面)하고 있다. 이 제1 로터 디스크(141a)에는, 제2 냉각 공기 유로(122)가 형성되어 있다. 제2 냉각 공기 유로(122)는 제1 로터 디스크(141a)에서 공기 도입 공간(184)에 면하고 있는 면으로부터 날개 부착부(149)의 외면을 관통하고 있다. 이 때문에, 공기 도입 공간(184) 안의 냉각 공기(Ac)는 이 제2 냉각 공기 유로(122) 및 날개 부착부(149)를 거쳐서, 이 제1 로터 디스크(141a)에 부착되는 제1 동익 열(151a)의 각 동익(152)에 보내진다.

제1 로터 디스크(141a)의 상류 측 제2 아암부(144u)보다도 지름 방향 내측(Dri)의 부분, 보다 구체적으로는 상류 측 제2 오목부(45u)를 형성하는 면은 혼합 공간(177)에 면하고 있다. 이 때문에, 제1 로터 디스크(141a)에 형성되며, 그 상류 측 제2 오목부(45u)의 저면에서 개구하고 있는 제1 혼합 공기 유로(134) 안에는, 혼합 공기(Am)가 유입한다. 이 혼합 공기(Am)는, 제1 로터 디스크(141a)의 제1 혼합 공기 유로(134)로부터, 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이에 형성되어 있는 내측 캐비티(133i) 안에 유입한다. 이 혼합 공기(Am)는 이후 각 로터 디스크(141)에 형성되어 있는 제1 혼합 공기 유로(134)를 거쳐서 각 로터 디스크(141)의 상호 간에 형성되어 있는 내측 캐비티(133i)에 유입한다.

제1 로터 디스크(141a), 및 제1 로터 디스크(141a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 복수의 로터 디스크(141)의 각 상호 간에 형성되어 있는 전술의 복수의 연통 구멍은 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(141)의 상호 간에 형성되어 있는 외측 캐비티(133o)와 내측 캐비티(133i)를 연통시키는 제2 혼합 공기 유로(135)를 형성한다. 따라서 제1 로터 디스크(141a), 및 제1 로터 디스크(141a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 복수의 로터 디스크(141)의 각 상호 간에 형성되어 있는 내측 캐비티(133i) 속의 혼합 공기(Am)는 제2 혼합 공기 유로(135)를 거쳐서 이들 로터 디스크(141)의 각 상호 간에 형성되어 있는 외측 캐비티(133o) 안에 유입한다. 또한, 여기서는 로터 디스크(141)에 있어서의 전술한 기어 커플링의 이의 선단부를 절단한 것으로 형성되는 연통 구멍을 제2 혼합 공기 유로(135)로서 이용하고 있지만, 별도 구멍을 형성하고, 이것을 제2 혼합 공기 유로(135)로 할 수도 있다.

제1 로터 디스크(141a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 복수의 로터 디스크(141)에는, 상류 측 제1 오목부(143u)를 형성하는 면으로부터 날개 부착부(149)의 외면을 관통하는 제3 혼합 공기 유로(136)가 형성되어 있다. 따라서 제1 로터 디스크(141a), 및 제1 로터 디스크(141a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 복수의 로터 디스크(141)의 각 상호 간에 형성되어 있는 내측 캐비티(133i) 속의 혼합 공기(Am)는 제3 혼합 공기 유로(136)를 거쳐서 제1 로터 디스크(141a)보다도 축 방향 하류 측(Dad)의 복수의 로터 디스크(141)에 부착되어 있는 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다.

혼합 공기(Am)가 흐르는 터빈 로터 축(121)의 혼합 공기 유로(또는 냉각용 공기 유로)(137)는, 제1 혼합 공기 유로(134)와, 내측 캐비티(133i)와, 제2 혼합 공기 유로(135)와, 외측 캐비티(133o)와, 제3 혼합 공기 유로(136)를 가져서 구성된다.

다음에, 이상에서 설명한 가스 터빈 설비의 동작에 대하여 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 압축기 로터(20)가 회전하면, 압축기(10)의 공기 취입구(12)로부터 외기(A)가 공기 압축 유로(15) 안에 유입한다. 공기(A)는, 이 공기 압축 유로(15) 안을 축 방향 상류 측(Dau)으로부터 축 방향 하류 측(Dad)으로 흘러가는 과정에서 점차로 압축되어, 압축 공기(Acom)가 된다. 공기 압축 유로(15)로부터의 압축 공기(Acom)는 공기 토출 유로(17)를 거쳐서 압축기(10)의 공기 토출구(18)로부터 중간 차실(191) 안에 유입한다.

중간 차실(191) 안에 유입한 압축 공기(Acom)의 일부는, 도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 연소기(80) 안에 유입한다. 이 연소기(80)에는 연료 공급원으로부터의 연료(F)도 공급된다.

연소기(80) 안에서는, 이 연료(F)가 압축 공기(Acom) 속에 연소하여, 고온·고압의 연소 가스(G)가 생성된다.

고온·고압의 연소 가스(G)는, 도 1 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 연소기(80)로부터 터빈(110)의 연소 가스 유로(115) 안에 유입한다. 이 연소 가스(G)는 연소 가스 유로(115) 안을 흐르는 과정에서 터빈 로터(120)를 회전시킨다. 연소기(80)로부터 터빈(110)의 연소 가스 유로(115) 안에 유입할 때의 연소 가스(G)의 온도는 천수백 ℃도 된다. 이 연소 가스(G)의 온도는, 연소 가스(G)가 연소 가스 유로(115) 안을 흐르는 과정에서 점차로 저하된다.

중간 차실(191) 안에 유입한 압축 공기(Acom)의 다른 일부는, 도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉각 계통(200)의 냉각 공기 라인(201)을 거쳐서 냉각기(205) 안에 유입한다. 이 압축 공기(Acom)는, 냉각기(205)에 유입하면 냉각되어, 냉각 공기(Ac)가 된다. 여기에서는 중간 차실(191) 안에 유입한 압축 공기(Acom)의 온도를, 예를 들면, 500℃로 한다. 또한, 냉각기(205)에 의해 냉각된 압축 공기(Acom), 즉 냉각 공기(Ac)의 온도를, 예를 들면, 200℃로 한다. 이 냉각 공기(Ac)는 냉각 공기 라인(201), 및 중간 차실(191) 안에 설치되어 있는 냉각 공기관(189)을 거쳐서 중간 로터 축 커버(181)의 공기 도입 공간(184) 안에 유입한다. 공기 도입 공간(184) 안에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 터빈(110)의 제1 로터 디스크(141a)에 형성되어 있는 제2 냉각 공기 유로(122)를 거쳐서, 이 제1 로터 디스크(141a)에 부착되어 있는 제1 동익 열(151a)의 각 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다. 냉각 공기(Ac)는 동익(152)의 공기 유로(156)를 흐르는 과정에서 동익(152)을 냉각한다. 이 냉각 공기(Ac)는 이 공기 유로(156)를 거쳐서 동익(152) 밖, 즉 연소 가스 유로(115) 안에 유출한다. 따라서 본 실시형태에서는, 제1 로터 디스크(141a)에 부착되어 있는 복수의 동익(152), 즉 복수의 제1 단 동익(152)은, 예를 들면, 200℃의 냉각 공기(Ac)에 의해 냉각된다.

압축기(10)의 공기 압축 유로(15) 안을 흐르고 있는 압축 공기(Acom)의 일부는 압축기 추기(Bcom)로서, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 압축기 로터 축(21)에 형성되어 있는 벤틸레이션 유로(22)의 유입구(25)로부터 이 벤틸레이션 유로(22) 안에 유입한다. 환언하면, 압축기(10)의 공기 압축 유로(15) 안을 흐르고 있는 압축 공기(Acom)의 일부는 압축기 추기(Bcom)로서, 축 방향(Da)에서 인접하는 중간 로터 디스크(41a)의 상호 간에 유입한다. 벤틸레이션 유로(22)의 유입구(25)로부터 벤틸레이션 유로(22) 안에 유입한 압축기 추기(Bcom)는 이 벤틸레이션 유로(22)에서 지름 방향(Dr)으로 연장되는 유입부(24)를 거쳐서 축 방향(Da)으로 연장되는 분배부(26)에 유입한다. 분배부(26)에 유입한 압축기 추기(Bcom)는 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 형성되어 있는 복수의 분기부(27)에 유입한다. 각 분기부(27)에 유입한 압축기 추기(Bcom)는 모두 축 방향(Da)으로 연장되는 집합부(28)에 유입하고, 이 집합부(28)를 거쳐서 유출구(25o)로부터 중간 로터 축(171) 안의 혼합 공간(177)에 유출한다.

그런데, 도 4에 나타내는 바와 같이, 압축기(10)의 동익(52)의 지름 방향 외측(Dro) 끝과, 이 지름 방향 외측(Dro) 끝과 지름 방향(Dr)에서 대향하는 압축기 차실(11)의 내주면 사이에는, 클리어런스(clearance)가 있다. 이 클리어런스는 일반적으로 팁 클리어런스(tip clearance)(CC)라고 불리며, 압축기 성능의 관점에서 가능한 한 작은 것이 바람직하다.

압축기 로터(20), 특히 압축기 로터 축(21)은 지름 방향(Dr)의 치수가 압축기 차실(11)의 지름 방향(Dr)의 두께 치수에 비하여 크다. 이 때문에, 압축기 로터(20)는 압축기 차실(11)에 대하여 열 용량이 크고, 공기 압축 유로(15)를 흐르는 압축 공기(Acom)의 온도 변화에 대한 열 응답성이 압축기 차실(11)보다도 낮다. 따라서 공기 압축 유로(15)를 흐르는 압축 공기(Acom)가 온도 변화한 경우에, 압축기 로터(20)와 압축기 차실(11)과의 열 응답성의 차이에 의해 팁 클리어런스(CC)에 변화가 생긴다.

팁 클리어런스(CC)의 변화가 큰 경우, 정상 클리어런스를 크게 할 필요가 있다. 또한, 정상 클리어런스란, 가스 터빈(1)의 안정 운전이 계속하고, 또한 압축기 로터(20) 및 압축기 차실(11)이 함께 계속하여 동일 온도가 되어 있을 때의 팁 클리어런스(CC)이다. 이 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈(1)의 정상 운전 시, 동익(52)의 지름 방향 외측(Dro) 끝과 압축기 차실(11)의 내주면 사이를 통과하는 압축 공기(Acom)의 유량이 많아진다. 이 때문에, 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈(1)의 정상 운전 시에 있어서의 압축기 성능이 낮아질뿐더러 가스 터빈 성능도 낮아진다.

그래서 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 압축기 로터 축(21) 속에 공기 압축 유로(15)로부터 추기한 압축기 추기(Bcom)를 흘리고, 압축기 로터 축(21) 안을 환기함으로써, 공기 압축 유로(15)를 흐르는 압축 공기(Acom)의 온도 변화에 대한 압축기 로터(20)의 열 응답성을 높여서 팁 클리어런스(CC)의 변화를 작게 하고 있다. 본 실시형태에서는, 이와 같이 기동 시의 팁 클리어런스(CC)의 변화가 작아지므로, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다. 따라서 본 실시형태에서는, 가스 터빈(1)의 정상 운전 시에 있어서의 압축기 성능을 높일 수 있고, 결과로서 가스 터빈 성능을 높일 수 있다.

축류 압축기에서는, 축 방향 상류 측(Dau)으로부터 축 방향 하류 측(Dad)으로 흐르는 과정에서, 그 압력이 높아지는 동시에 그 온도도 높아진다. 이 때문에, 정지 시와 운전 시에 있어서의 온도 변화는 축류 압축기의 축 방향 상류 측(Dau)의 부분보다도 축 방향 하류 측(Dad) 부분 쪽이 크다. 그래서 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 두 개의 중간 동익 열(51a) 사이를 흐르는 압축 공기(Acom)의 일부를, 가장 축 방향 하류 측(Dad)의 로터 디스크(41)를 포함시키고, 이 로터 디스크(41)로부터 축 방향 상류 측(Dau)의 복수의 로터 디스크(41)의 상호 간에 압축기 추기(Bcom)로서 흘리고, 압축기 로터(20)의 속에서 축 방향 하류 측(Dad)의 부분의 열 응답성을 높이고 있다.

중간 로터 축(171) 안의 혼합 공간(177)에는, 도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 압축기 로터 축(21)으로부터의 압축기 추기(Bcom) 이외에, 냉각 계통(200)에서 생성된 냉각 공기(Ac)도 유입한다. 냉각 계통(200)의 냉각기(205)에서 생성된 냉각 공기(Ac)는 냉각 공기 라인(201), 및 중간 차실(191) 안에 설치되어 있는 냉각 공기관(189)을 거쳐서 중간 로터 축 커버(181)의 공기 도입 공간(184) 안에 유입한다. 공기 도입 공간(184) 안에 유입한 냉각 공기(Ac)의 일부는 중간 로터 축(171)에 형성되어 있는 제1 냉각 공기 유로(178)를 거쳐서, 이 중간 로터 축(171) 내의 혼합 공간(177) 안에 유입한다. 이 냉각 공기(Ac)의 온도는, 전술한 바와 같이, 예를 들면, 200℃이다. 또한, 이 혼합 공간(177)에 유입하는 압축기 로터 축(21)으로부터의 압축기 추기(Bcom)의 온도는, 예를 들면, 400℃이다. 혼합 공간(177) 안에서는, 압축기 로터 축(21)으로부터의 압축기 추기(Bcom)와 냉각 계통(200)으로부터의 냉각 공기(Ac)가 서로 섞여서, 예를 들면, 300℃의 혼합 공기(Am)가 된다.

이 혼합 공기(Am)는, 도 1 및 도 6에 나타내는 바와 같이, 터빈(110)의 제1 로터 디스크(141a)에 형성되어 있는 제1 혼합 공기 유로(134)를 거쳐서 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 내측 캐비티(133i) 안에 유입한다. 이 내측 캐비티(133i)에 유입한 혼합 공기(Am)의 일부는 제2 혼합 공기 유로(135)를 거쳐서 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 외측 캐비티(133o) 안에 유입한다. 이 혼합 공기(Am)는 제2 로터 디스크(141b)에 형성되어 있는 제3 혼합 공기 유로(136)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다. 혼합 공기(Am)는 동익(152)의 공기 유로(156)를 흐르는 과정에서 동익(152)을 냉각한다. 이 혼합 공기(Am)는 이 공기 유로(156)를 거쳐서 동익(152) 밖, 즉 연소 가스 유로(115) 안에 유출한다.

제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 내측 캐비티(133i)에 유입한 혼합 공기(Am)의 다른 일부는 제2 로터 디스크(141b)에 형성되어 있는 제1 혼합 공기 유로(134)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)와 제3 로터 디스크(141b) 사이의 내측 캐비티(133i) 안에 유입한다. 이 내측 캐비티(133i)에 유입한 혼합 공기(Am)의 일부는 제2 혼합 공기 유로(135)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)와 제3 로터 디스크(141c) 사이의 외측 캐비티(133o) 안에 유입한다. 이 혼합 공기(Am)는 제3 로터 디스크(141c)에 형성되어 있는 제3 혼합 공기 유로(136)를 거쳐서 제3 로터 디스크(141c)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다. 혼합 공기(Am)는 동익(152)의 공기 유로(156)를 흐르는 과정에서 동익(152)을 냉각한다. 이 혼합 공기(Am)는 이 공기 유로(156)를 거쳐서 동익(152) 밖, 즉 연소 가스 유로(115) 안에 유출한다.

따라서 본 실시형태에서는, 터빈 로터 축(121)이, 예를 들면, 300℃의 혼합 공기(Am)에 의해 냉각된다. 또한, 본 실시형태에서는, 제2 로터 디스크(141b) 및 제3 로터 디스크(141c)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)도 이 300℃의 혼합 공기(Am)에 의해 냉각된다.

임시로, 압축기 로터 축(21)으로부터 유출한 압축기 추기(Bcom)를 그대로 터빈 로터 축(121)에 안내하는 것으로 한다. 이 경우, 예를 들면, 400℃의 공기로 터빈 로터 축(121)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)이 냉각되게 된다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 터빈(110)의 제1 동익 열(151a)의 각 동익(152)을 냉각 계통(200)으로부터의 냉각 공기(Ac)(예를 들면, 200℃)로 냉각한다. 또한, 본 실시형태에서는, 터빈(110)의 제1 동익 열(151a)보다 축 방향 하류 측(Dad)의 동익 열(151)의 각 동익(152)을 냉각 계통으로부터의 냉각 공기(Ac)와 압축기 로터 축(21)으로부터의 압축기 추기(Bcom)와의 혼합 공기(Am)(예를 들면, 300℃)로 냉각한다.

이 때문에, 본 실시형태에서는, 압축기 로터 축(21)으로부터 유출한 압축기 추기(Bcom)로 터빈(110)의 동익(152)을 냉각하는 경우보다도 온도가 낮은 공기로 터빈(110)의 동익(152)을 냉각할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에서는, 터빈(110)의 동익(152) 중에서 가장 고온의 연소 가스(G)에 노출되는 제1 동익 열(151a)의 각 동익(152)을 200℃의 냉각 공기(Ac)로 냉각한다. 따라서 본 실시형태에서는, 연소기(80)에서 생성되는 연소 가스(G)의 온도를 보다 높게 할 수 있고, 결과로서, 가스 터빈(1)의 출력을 향상시킬 수 있다.

여기서, 본 실시형태의 추가의 효과를 설명하기 위해, 비교예의 가스 터빈에 대하여 설명한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 비교예의 가스 터빈(1x)도 본 실시형태의 가스 터빈(1)과 마찬가지로 압축기(10x)와, 연소기(80x)와, 터빈(110x)을 구비한다. 압축기(10x)는, 압축기 로터(20x)와, 이 압축기 로터(20x)를 덮는 통상의 압축기 차실(11)을 가진다. 이 압축기(10x)도 축류 압축기이다. 이 때문에, 압축기 로터(20x)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축 방향(Da)으로 연장되어 있는 압축기 로터 축(21x)과, 이 압축기 로터 축(21x)의 외주에 고정되어 축 방향(Da)으로 나란히 있는 복수의 동익 열(51)을 가진다.

여기서, 이하의 설명의 편의상 복수의 동익 열(51) 중에서 가장 축 방향 하류 측의 동익 열을 n단 동익 열(51n)로 한다. 이하, 이 n단 동익 열(51n)에 대하여 축 방향 상류 측에 인접하는 동익 열을 (n-1)단 동익 열(51-1), 이 (n-1)단 동익 열(51-1)에 대하여 축 방향 상류 측에 인접하는 동익 열을 (n-2)단 동익 열(51-2), 이 (n-2)단 동익 열(51-2)에 대하여 축 방향 상류 측에 인접하는 동익 열을 (n-3)단 동익 열(51-3), 이 (n-3)단 동익 열(51-3)에 대하여 축 방향 상류 측에 인접하는 동익 열을 (n-4)단 동익 열(51-4)로 한다.

압축기 로터 축(21x)에는, 계통이 상이한 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2)가 형성되어 있다. 각 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2)는, 모두 도입 유로(23x)와, 연통 유로(26x)와, 배기 유로(28x)를 가진다. 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2) 중 제1 벤틸레이션 유로(22x1)의 도입 유로(23x)는 n단 동익 열(51n)과 (n-1)단 동익 열(51-1) 사이를 흐르는 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21x) 안의 지름 방향 내측(Dri)으로 안내한다. 제1 벤틸레이션 유로(22x1)의 연통 유로(26x)는 이 도입 유로(23x)의 지름 방향 내측(Dri) 끝으로부터 (n-1)단 동익 열(51-1)과 (n-2)단 동익 열(51-2) 사이의 위치까지 축 방향 상류 측(Dau)으로 연장된다. 제1 벤틸레이션 유로(22x1)의 배기 유로(28x)는 이 연통 유로(26x)의 축 방향 상류 측(Dau) 끝으로부터 지름 방향 외측(Dro)으로 연장되고, 압축기 로터 축(21x)의 외주로, (n-1)단 동익 열(51-1)과 (n-2)단 동익 열(51-2) 사이의 위치에서 개구한다. 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2) 중 제2 벤틸레이션 유로(22x2)의 도입 유로(23x)는 (n-2)단 동익 열(51-2)과 (n-3)단 동익 열(51-3) 사이를 흐르는 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21x) 안의 지름 방향 내측(Dri)에 안내한다. 제2 벤틸레이션 유로(22x2)의 연통 유로(26x)는 이 도입 유로(23x)의 지름 방향 내측(Dri) 끝으로부터 (n-3)단 동익 열(51-3)과 (n-4)단 동익 열(51-4) 사이의 위치까지 축 방향 상류 측(Dau)으로 연장된다. 제2 벤틸레이션 유로(22x2)의 배기 유로(28x)는 이 연통 유로(26x)의 축 방향 상류 측(Dau) 끝으로부터 지름 방향 외측(Dro)으로 연장되고, 압축기 로터 축(21x)의 외주로, (n-3)단 동익 열(51-3)과 (n-4)단 동익 열(51-4) 사이의 위치에서 개구한다.

따라서 이 비교예의 압축기 로터(20x)에서도 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2)에 의해 압축기 로터 축(21x) 안을 광범위에 걸쳐서 압축기 추기(Bcom)로 환기할 수 있다.

그런데, 이 비교예의 압축기 로터(20x)에서는, (n-2)단 동익 열(51-2)과 (n-3)단 동익 열(51-3) 사이의 공기 압축 유로(15)를 흐르는 압축 공기(Acom)가 압축기 추기(Bcom)로서 제2 벤틸레이션 유로(22x2)를 통하여 (n-3)단 동익 열(51-3)과 (n-4)단 동익 열(51-4) 사이의 공기 압축 유로(15)에 되돌아간다. 공기 압축 유로(15)에 되돌아간 압축 공기(Acom)는 축 방향 하류 측(Dad)으로 흐르는 과정에서 재승압된다. 또한, n단 동익 열(51n)과 (n-1)단 동익 열(51-1) 사이의 공기 압축 유로(15)를 흐르는 압축 공기(Acom)는 압축기 추기(Bcom)로서 제1 벤틸레이션 유로(22x1)를 통하여 (n-1)단 동익 열(51-1)과 (n-2)단 동익 열(51-2) 사이의 공기 압축 유로(15)에 되돌아간다. 공기 압축 유로(15)에 되돌아간 압축 공기(Acom)는 축 방향 하류 측(Dad)으로 흐르는 과정에서 재승압된다. 더욱이, n단과 (n-1)단 사이의 공기 압축 유로(15) 중에서는 제1 벤틸레이션 유로(22x1)를 거쳐서 (n-1)단 동익 열(51-1)과 (n-2)단 동익 열(51-2) 사이의 공기 압축 유로(15)에 되돌아간 압축 공기(Acom)와 제2 벤틸레이션 유로(22x2)를 거쳐서 (n-3)단 동익 열(51-3)과 (n-4)단 동익 열(51-4) 사이의 공기 압축 유로(15)에 되돌아간 압축 공기(Acom)가 재승압되는 것으로 된다.

이 때문에, 비교예의 압축기 로터(20x)에서는, 재승압하는 압축 공기(Acom)의 유로가 많아지고, 압축기(10x)의 효율이 저하된다.

한편, 본 실시형태의 벤틸레이션 유로(22)는, 공기 압축 유로(15) 속의 축 방향(Da)의 한 개소(箇所)로부터 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21) 안에 도입하고, 이 압축기 추기(Bcom)를 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 분배한 후, 분배된 압축기 추기(Bcom)를 모으고, 이를 중간 로터 축(171) 안의 혼합 공간(177)에 유출되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 압축기 로터(20)에서는 비교예의 압축기 로터(20x)와 마찬가지로 압축기 로터 축(21) 안을 넓은 범위에 걸쳐서 압축기 추기(Bcom)로 환기할 수 있다. 더욱이, 본 실시형태의 압축기 로터(20)에서는 벤틸레이션 유로(22)를 통한 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15)로 되돌리지 않고, 중간 로터 축(171) 안의 혼합 공간(177)에 유출시키므로, 압축기(10)의 효율 저하를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 혼합 공간(177)에 유출시킨 압축기 추기(Bcom)로 터빈 로터(120)를 냉각하므로, 이 압축기 추기(Bcom)를 유효하게 이용할 수 있다.

「압축기 로터의 제1 변형예」

이상에서 설명한 실시형태에 있어서의 압축기 로터의 제1 변형예에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다.

상기 실시형태의 압축기 로터(20)에서는 공기 압축 유로(15) 내의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21)의 축 방향(Da)의 한 개소에서 압축기 로터 축(21) 안에 안내하고 있다. 즉, 상기 실시형태의 벤틸레이션 유로(22)는 축 방향(Da)의 한 개소를 유입구(25)로 하고 있다.

그러나 도 9에 나타내는 본 변형예의 압축기 로터(20a)처럼 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)의 복수 개소로부터 압축기 로터 축(21a) 안에 안내해도 좋다. 즉, 본 변형예의 벤틸레이션 유로(22a)는 축 방향(Da)의 복수 개소를 유입구(25)로 한다. 이 경우, 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)의 하나의 개소에서 개구하고 있는 유입구(25)가 형성되어 있는 도입부(23d)에서 압축기 로터 축(21a) 안에 압축기 추기(Bcom)를 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 형성되어 있는 복수의 분기부(27)에 분배한다. 또한, 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)의 다른 개소에서 개구하고 있는 유입구(25)가 형성되어 있는 다른 도입부(23d)에서 압축기 로터 축(21a) 안에 압축기 추기(Bcom)를 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)에서 서로 상이한 위치에 형성되어 있는 복수의 분기부(27)에 분배한다. 그리고 압축기 로터 축(21a)의 축 방향(Da)의 복수 개소로부터 압축기 로터 축(21a) 안에 도입한 압축기 추기(Bcom)를 하나의 집합부(28)에 도입하고, 이 집합부(28)를 거쳐서 이 압축기 추기(Bcom)를 혼합 공간(177)에 유출시킨다.

「압축기 로터의 제2 변형예」

이상에서 설명한 실시형태에 있어서의 압축기 로터의 제2 변형예에 대하여, 도 10을 참조하여 설명한다.

상기 실시형태의 압축기 로터(20)에서는, 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21) 안으로 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 축 방향 상류 측(Dau)과 축 방향 하류 측(Dad)에 분배하고 있다. 즉, 상기 실시형태의 벤틸레이션 유로(22)는, 유입부(24)를 기준으로 하여, 분배부(26)를 축 방향 상류 측(Dau)으로 연장시키는 동시에 축 방향 하류 측(Dad)에도 연장시키고, 축 방향 상류 측(Dau)의 분배부(26), 게다가 축 방향 하류 측(Dad)의 분배부(26)의 각각에 대하여 복수의 분기부(27)를 접속하고 있다.

그러나 도 10에 나타내는 본 변형예의 압축기 로터(20b)처럼 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21b) 안으로 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 축 방향 상류 측(Dau)의 복수 개소에만 분배해도 좋다. 즉, 본 변형예의 벤틸레이션 유로(22b)는, 유입부(24b)를 기준으로 하여, 분배부(26b)를 축 방향 상류 측(Dau)에만 연장시키고, 이 분배부(26b)에 대하여 복수의 분기부(27)를 접속하고 있다. 복수의 분기부(27)는 상기 실시형태와 마찬가지로 하나의 집합부(28)에 접속되어 있다.

「압축기 로터의 제3 변형예」

이상에서 설명한 실시형태에 있어서의 압축기 로터의 제3 변형예에 대하여, 도 11을 참조하여 설명한다.

상기 제2 변형예의 압축기 로터(20b)에 있어서의 벤틸레이션 유로(22b)는 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21b) 안에 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 축 방향 상류 측(Dau)의 복수 개소에만 분배한다.

그러나 도 11에 나타내는 본 변형예의 압축기 로터(20c)처럼 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21c) 안에 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 축 방향 하류 측(Dad)의 복수 개소에만 분배할 수도 있다. 즉, 본 변형예의 벤틸레이션 유로(22c)는, 유입부(24c)를 기준으로 하여, 분배부(26c)를 축 방향 하류 측(Dad)에만 연장시키고, 이 분배부(26c)에 대하여 복수의 분기부(27)를 접속하고 있다. 복수의 분기부(27)는 상기 실시형태 및 제2 변형예와 마찬가지로 하나의 집합부(28)에 접속되어 있다.

「압축기 로터의 제4 변형예」

이상에서 설명한 실시형태에 있어서의 압축기 로터의 제4 변형예에 대하여, 도 12를 참조하여 설명한다.

상기 실시형태 및 상기 각 변형예의 압축기 로터에서는, 공기 압축 유로(15) 내의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축 안에 안내한 후, 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌리지 않고, 이 압축기 로터 축의 축 방향 하류 측(Dad)의 단면으로부터 외부에 유출시키고 있다. 즉, 상기 실시형태 및 상기 각 변형예의 벤틸레이션 유로의 유출구는 압축기 로터 축의 축 방향 하류 측(Dad)의 단면에 형성되어 있다.

그러나 도 12에 나타내는 본 변형예의 압축기 로터(20d)처럼 공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21d) 안에 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌려도 좋다. 즉, 본 변형예의 벤틸레이션 유로(22d)는 상기 실시형태 및 상기 각 변형예의 벤틸레이션 유로와 마찬가지로 도입부(23d), 복수의 분기부(27) 및 집합부(28d)를 가지지만, 이 집합부(28d)는 복수의 분기부(27)로부터의 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안에 유출시킨다.

본 변형예의 벤틸레이션 유로(22d)에 있어서의 집합부(28d)는, 복수의 분기부(27)로부터의 압축기 추기(Bcom)가 유입하는 분기 공기 수납부(28di)와, 분기 공기 수납부(28di)에 유입한 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안에 유출시키는 배기부(28do)를 가진다. 분기 공기 수납부(28di)는 축 방향(Da)으로 연장되고, 복수의 분기부(27)의 지름 방향 내측(Dri)의 끝과 접속되어 있다. 배기부(28do)는 분기 공기 수납부(28di)의 축 방향 상류 측(Dau)의 끝으로부터 지름 방향 외측(Dro)으로 연장되고, 압축기 로터 축(21d)의 외주에서 개구하고 있다. 이 개구가 압축기 추기(Bcom)의 유출구(25do)로 된다. 이 유출구(25do)는 압축기 로터 축(21d)을 구성하는 복수의 로터 디스크(41) 중 축 방향(Da)에서 인접하는 두 개의 로터 디스크(41) 사이에 형성되어 있는 지름 방향 외측 유로(31)에 있어서의 지름 방향 외측(Dro)의 개구에서 형성된다(도 3 참조).

공기 압축 유로(15) 안의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21d) 안에 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌리는 경우, 벤틸레이션 유로(22d)의 유출구(25do)에 있어서의 압력은 이 벤틸레이션 유로(22d)의 유입구(25di)에 있어서의 압력보다 낮을 필요가 있다. 이 때문에, 본 변형예의 벤틸레이션 유로(22d)의 유출구(25do)는 벤틸레이션 유로(22d)의 유입구(25di)보다도 축 방향 상류 측(Dau)에 위치하고 있다.

본 변형예에서는, 도 8을 이용하여 전술한 비교예와 마찬가지로 공기 압축 유로(15) 내의 압축 공기(Acom)를 압축기 추기(Bcom)로 하여 압축기 로터 축(21d) 내로 안내한 후, 이 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌린다. 이 때문에, 본 변형예에서도 비교예와 마찬가지로 일단 승압한 압축 공기(Acom)를 재승압하는 것으로 된다.

그런데, 비교예에서는, 압축기 로터 축(21x) 안을 광범위에 걸쳐서 환기하기 위해, 분기부(27)를 가지고 있지 않은 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2)를 설치하고 있다. 이 때문에, 비교예에서는, 분기부(27)를 가지고 있지 않은 복수의 벤틸레이션 유로(22x1, 22x2)마다 공기 압축 유로(15) 속의 압축기 추기(Bcom)를 받아 들이고, 이 압축기 추기(Bcom)를 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌리고 있다. 한편, 본 변형예에서는 도입부(23d)에 유입한 압축기 추기(Bcom)를 복수의 분기부(27)에 분배하고, 복수의 분기부(27)로부터의 압축기 추기(Bcom)를 집합부(28d)로 모으고 나서, 이 집합부(28d)로부터 공기 압축 유로(15) 안으로 되돌리고 있다. 따라서 본 변형예에서는 재승압하는 압축 공기(Acom)의 유량을 비교예보다도 적게 할 수 있다. 이 때문에, 본 변형예에서는 압축기 로터 축(21d) 안을 광범위에 걸쳐서 환기하면서도, 비교예보다도 압축기의 효율 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 변형예에서는 압축기 추기(Bcom)가 공기 압축 유로(15) 안에 되돌아오기 때문에, 중간 로터 축(171)의 내주 측의 공간(177d)에는 벤틸레이션 유로(22d)로부터 압축기 추기(Bcom)는 유입하지 않는다. 이 때문에, 본 변형예에서는 중간 로터 축(171) 안의 공간(177d)이 압축기 추기(Bcom)와 냉각 공기(Ac)가 혼합하는 공간으로서 기능하지 않는다.

「가스 터빈 로터의 변형예」

이상에서 설명한 실시형태에 있어서의 가스 터빈 로터의 변형예에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다.

상기 실시형태의 가스 터빈 로터(2)의 중간 로터 축(171)은 내주 측이 중공으로, 이 공간이 혼합 공간(177)을 이루고 있다. 또한, 이 중간 로터 축(171)에는, 지름 방향 외측(Dro)으로부터 혼합 공간(177)을 관통하는 제1 냉각 공기 유로(178)가 형성되어 있다.

그러나 도 13에 나타내는 본 변형예의 중간 로터 축(171e)처럼 지름 방향 외측(Dro)으로부터 지름 방향 내측(Dri)의 공간(177e)을 관통하는 제1 냉각 공기 유로(178)가 형성되어 있지 않을 수도 있다. 이 경우, 중간 로터 축(171e) 안의 공간(177e)에는 냉각 공기(Ac)가 보내지지 않게 되고, 오로지 압축기 로터 축으로부터 압축기 추기(Bcom)가 유입한다. 이 때문에, 이 공간(177e)은 혼합 공간으로서 기능하지 않고, 추기 공기 공간으로 된다.

본 변형예의 경우, 공간(177e)에 유입한 압축기 추기(Bcom)는 제1 실시형태에 있어서의 혼합 공기(Am)와 마찬가지로 터빈(110)의 제1 로터 디스크(141a)에 형성되어 있는 제1 혼합 공기 유로(134)를 거쳐서 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 내측 캐비티(133i) 안에 유입한다. 이 내측 캐비티(133i)에 유입한 압축기 추기(Bcom)의 일부는 제2 혼합 공기 유로(135)를 거쳐서 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 외측 캐비티(133o) 안에 유입한다. 이 압축기 추기(Bcom)는 제2 로터 디스크(141b)에 형성되어 있는 제3 혼합 공기 유로(136)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다.

또한, 제1 로터 디스크(141a)와 제2 로터 디스크(141b) 사이의 내측 캐비티(133i)에 유입한 압축기 추기(Bcom)의 다른 일부는 제2 로터 디스크(141b)에 형성되어 있는 제1 혼합 공기 유로(134)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)와 제3 로터 디스크(141c) 사이의 내측 캐비티(133i) 안에 유입한다. 이 내측 캐비티(133i)에 유입한 압축기 추기(Bcom)의 일부는 제2 혼합 공기 유로(135)를 거쳐서 제2 로터 디스크(141b)와 제3 로터 디스크(141c) 사이의 외측 캐비티(133o) 안에 유입한다. 이 압축기 추기(Bcom)는 제3 로터 디스크(141c)에 형성되어 있는 제3 혼합 공기 유로(136)를 거쳐서 제3 로터 디스크(141c)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)의 공기 유로(156)에 유입한다.

또한, 본 변형예에 있어서도, 제1 로터 디스크(141a)에 부착되어 있는 복수의 동익(152)에는 상기 실시형태와 마찬가지로 냉각 공기(Ac)가 유입한다.

「기타」

상기 실시형태 및 상기 각 변형예의 압축기는 모두 가스 터빈의 일부를 구성한다. 그러나 압축기는 가스 터빈의 일부를 구성하지 않을 수도 있다. 따라서 압축기 로터는 가스 터빈의 터빈 로터와 접속되지 않을 수도 있다. 이와 같이, 압축기가 가스 터빈의 위치를 구성하지 않는 경우, 압축기가 압축하는 기체는 공기가 아닐 수도 있다.

산업상 이용 가능성

본 발명에 관한 일 양태에 의하면, 압축기 로터 축 안을 광범위에 걸쳐서 압축 기체로 환기하면서도, 압축 효율의 저하를 억제할 수 있다.

1: 가스 터빈
2: 가스 터빈 로터
3: 가스 터빈 차실
9: 발전기
10: 압축기
11: 압축기 차실
12: 공기 취입구
13: 압축기 차실 본체
14: 정익 유지 환
15: 공기 압축 유로
16: 디퓨저
17: 공기 토출 유로
18: 공기 토출구
20, 20a, 20b, 20c, 20d: 압축기 로터
21, 21a, 21b, 21c, 21d: 압축기 로터 축
22, 22a, 22b, 22c, 22d: 벤틸레이션 유로
23, 23d: 도입부
24, 24b: 유입부
25, 25di: 유입구
25o, 25do: 유출구
26: 분배부
27: 분기부
28, 28d: 집합부
28di: 분기 공기 수납부
28do: 배기부
29: 스핀들 볼트
32: 캐비티 군
33: 캐비티
33o: 외측 캐비티
33m: 중간 캐비티
33i: 내측 캐비티
38: 볼트 관통 구멍
39, 39a: 토크 핀
41: 로터 디스크
41a: 중간 로터 디스크
49: 날개 부착부
51: 동익 열
51a: 중간 동익 열
52: 동익
61: 정익 열
62: 정익
80: 연소기
110: 터빈
111: 터빈 차실
115: 연소 가스 유로
120, 120a: 터빈 로터
121, 121a: 터빈 로터 축
122: 제2 냉각 공기 유로
123: 제3 냉각 공기 유로
129: 스핀들 볼트
132: 캐비티 군
133: 캐비티
133o: 외측 캐비티
133i: 내측 캐비티
134: 제1 혼합 공기 유로
135: 제2 혼합 공기 유로
136: 제3 혼합 공기 유로
137: 혼합 공기 유로(또는 냉각용 공기 유로)
138: 볼트 관통 구멍
138s: 틈
141: 로터 디스크
141a: 제1 로터 디스크
141b: 제2 로터 디스크
141c: 제3 로터 디스크
149: 날개 부착부
151: 동익 열
151a: 제1 동익 열
151b: 제2 동익 열
151c: 제3 동익 열
152: 동익
156: 공기 유로
161: 정익 열
161a: 제1 정익 열
162: 정익
171, 171e: 중간 로터 축
177: 혼합 공간
178: 제1 냉각 공기 유로(또는 단지 냉각 공기 유로)
181: 중간 로터 축 커버
184: 공기 도입 공간
188: 냉각 공기 도입 부재
189: 냉각 공기관
191: 중간 차실
200: 냉각 계통
201: 냉각 공기 라인
205: 냉각기

Claims

축선을 중심으로 하여 회전하고, 축 방향으로 적층된 복수의 로터 디스크를 갖는 압축기 로터 축과,
상기 압축기 로터 축의 외주에 부착되며, 축 방향으로 늘어서는 복수의 동익 열
을 가지며,
상기 압축기 로터 축에는, 복수의 동익 열 중 축 방향으로 인접하는 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체를 자신의 내부에 안내하는 벤틸레이션 유로가 형성되고,
상기 벤틸레이션 유로는,
상기 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체를 상기 압축기 로터 축 안에 안내하는 도입부와,
상기 도입부로부터 분기하여 축 방향으로 서로 상이한 위치에 형성되고, 상기 도입부로부터의 압축 기체가 유입되는 복수의 분기부와,
상기 복수의 분기부의 각각과 접속되며, 상기 복수의 분기부를 통한 압축 기체가 유입되고, 유입된 압축 기체를 외부에 유출시키는 집합부
를 가지며,
복수의 상기 분기부는 각각 캐비티를 가지며,
상기 도입부는, 상기 복수의 상기 동익 열 중, 상기 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체가 유입되고, 축 방향에서 인접하는 다른 두 개의 동익 열 사이를 흐르는 압축 기체가 유입되지 않는 유입구가 형성되고, 상기 유입구로부터 상기 축선에 대한 지름 방향 내측으로 연장되는 유입부와, 상기 유입부의 지름 방향 내측의 끝으로부터 축 방향으로 연장되고, 상기 로터 디스크를 축 방향으로 관통하는 관통 구멍인 분배부를 가지며,
상기 분배부는 지름 방향에서 상기 유입부와 상기 복수의 분기부 사이에 형성되고, 상기 복수의 분기부에 접속되어 있는,
압축기 로터.
제1항에 있어서,
상기 로터 디스크는 상기 축선을 중심으로 하여 환상의 아암을 가지며,
상기 관통 구멍은 상기 아암을 축 방향으로 관통하는,
압축기 로터.
제1항에 있어서,
상기 분배부는 상기 유입부로부터 축 방향 상류 측으로 연장되어 있는,
압축기 로터.
제1항에 있어서,
상기 분배부는 상기 유입부로부터 축 방향 하류 측으로 연장되어 있는,
압축기 로터.
제1항에 있어서,
상기 집합부는, 상기 복수의 분기부 중 가장 축 방향 상류 측의 분기부로부터 축 방향 하류 측으로 연장되며, 내부를 통과한 압축 기체를 외부에 유출시키는 유출구가 형성되어 있는,
압축기 로터.
제1항에 있어서,
상기 집합부는 상기 도입부보다도 상기 축선에 대한 지름 방향 내측에 형성되어 있는,
압축기 로터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 집합부는, 상기 압축기 로터 축의 축 방향에 있어서의 단면으로부터 축 방향으로 압축 기체를 유출시키는 유출구가 형성되어 있는,
압축기 로터.
제1항에 기재한 압축기 로터와,
상기 축선 위에 위치하여 상기 압축기 로터에 접속되고, 상기 축선을 중심으로 하여 상기 압축기 로터와 일체 회전하는 터빈 로터
를 구비하며,
상기 터빈 로터에는, 상기 압축기 로터의 상기 벤틸레이션 유로와 연결되고, 상기 벤틸레이션 유로로부터의 압축 기체가 유입하는 냉각용 공기 유로가 형성되어 있는,
가스 터빈 로터.
제8항에 있어서,
상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터 축과, 상기 터빈 로터 축의 외주에 부착되고, 축 방향으로 나란한 복수의 동익 열을 가지며,
상기 냉각용 공기 유로는 상기 터빈 로터 축 안을 거쳐서 복수의 동익 열 중 가장 축 방향 상류 측의 제1 동익 열보다도 축 방향 하류 측의 동익 열에 연결되는,
가스 터빈 로터.
제9항에 있어서,
상기 터빈 로터 축에는, 상기 벤틸레이션 유로를 흐르는 압축 기체보다도 저온의 냉각 공기를 상기 제1 동익 열에 안내하는 냉각 공기 유로가 형성되어 있는,
가스 터빈 로터.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재한 가스 터빈 로터와, 상기 가스 터빈 로터를 덮는 가스 터빈 차실
을 구비하는 가스 터빈.