(57)【要約】【課題】低圧タービン軸と高圧タービン軸が分断されている２軸式ガスタービンに関し、後段動翼に冷却空気を供給することが可能な２軸式ガスタービンを提供する。【解決手段】低圧タービンに設けられた第一後段動翼である第３段動翼４と、第３段動翼４の下流に設けられた第二後段静翼である第４段静翼５と備えた２軸式ガスタービンにおいて、圧縮機からの空気を第４段静翼５に供給する第一の空気供給系統と、第４段静翼５に供給された空気を第３段動翼４に供給する第二の空気供給系統とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2011208504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮機で生成された圧縮空気と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービンと、
前記高圧タービンから排出された排出ガスにより回転駆動する低圧タービンと、
前記低圧タービンに設けられた第一後段動翼と、
前記低圧タービンの前記第一後段動翼の下流に設けられた第二後段静翼と備え、
前記高圧タービンと前記低圧タービンは独立した軸系を備えた２軸式ガスタービンにおいて、
前記圧縮機からの空気を前記第二後段静翼に供給する第一の空気供給系統と、
前記第二後段静翼に供給された空気を前記第一後段動翼に供給する第二の空気供給系統と、
を有することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項２】
請求項１の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第二後段静翼の軸中心側に設けられた第二後段静翼ダイヤフラムと、
前記第二後段静翼ダイヤフラムに対向し、前記低圧タービンの軸に接続されたスペーサと、
前記第一後段動翼の軸中心側に設けられた第一後段動翼ホイールと、
前記第一後段動翼ホイール内部から前記第一後段動翼内部へ連通する第一後段動翼ホイール内部流路と、
を備え、
前記第二の空気供給系統は、前記第二後段静翼ダイヤフラムに設けられたダイヤフラム空気孔と、前記スペーサの一部を有し、前記第一後段動翼ホイール内部流路に接続されていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項３】
請求項１または２の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第一後段動翼の上流側に設けられた第一後段静翼と、
前記第一後段静翼の軸中心側に接続された第一後段静翼ダイヤフラムと、
前記第一後段静翼ダイヤフラムの軸中心側に接続され、前記高圧タービンの軸と前記低圧タービンの軸の間に配置された仕切り部材と、
を有することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかの２軸式ガスタービンにおいて、
前記第二後段静翼ダイヤフラムと前記スペーサとの間で環状空間を形成するよう設けられたシール機構を有し、
前記スペーサは、前記第二の空気供給系統の一部であるスペーサ空気孔を有し、
前記スペーサ空気孔の入口は、前記ダイヤフラム空気孔の延長線上に位置することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項５】
請求項４の２軸式ガスタービンにおいて、
前記スペーサ空気孔が、前記ダイヤフラム空気孔よりも大きいことを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項６】
請求項４または５の２軸式ガスタービンにおいて、
前記スペーサ空気孔の出口が前記スペーサ空気孔の入口に比べて回転方向側に設けられていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項７】
請求項４または６の２軸式ガスタービンにおいて、
前記スペーサは外周表面に全周にわたる溝を有し、
前記スペーサ空気孔は、前記溝に設けられていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項８】
請求項２の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第一後段動翼ホイールは、下流側にフィンを有し、
前記第一後段静翼ダイヤフラムと前記フィンの間と、前記第一後段静翼ダイヤフラムと前記スペーサとの間にシール機構を有することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項９】
圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮機で生成された圧縮空気と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービンと、
前記高圧タービンから排出された排出ガスにより回転駆動する低圧タービンと、
前記低圧タービンに設けられた第一後段動翼と、
前記低圧タービンの前記第一後段動翼の下流に設けられた第二後段静翼と備え、
前記高圧タービンと前記低圧タービンは独立した軸系を備えた２軸式ガスタービンのタービン翼冷却方法において、
前記第二後段静翼を通過した空気を用いて前記第一後段動翼を冷却することを特徴とする２軸式ガスタービンのタービン翼冷却方法。
【請求項１０】
請求項９の２軸式ガスタービンのタービン翼冷却方法において、
前記圧縮機からの空気で前記第二後段静翼を冷却した後に、前記第二後段静翼を冷却した空気を用いて前記第一後段動翼の軸中心側に設けられた第一後段動翼ホイールを冷却することを特徴とする２軸式ガスタービンのタービン翼冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸式ガスタービン及び２軸式ガスタービンのタービン翼冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温の燃焼ガスに晒されるタービン翼は酸化・腐食・クリープ変形などを防ぐために、圧縮機から抽気した空気などにより冷却されることがある。かつてタービン後段側の翼の周りを流れる主流ガスの温度は、冷却が必要となるほどは高くなかったため無冷却であった。
【０００３】
近年、効率向上などの観点からガスタービンの燃焼温度を上昇させる傾向にある。燃焼温度が高くなることにより、タービン後段側でも翼を冷却する必要が生じる。そのため燃焼温度の高いガスタービンでは、後段側翼冷却用の冷却空気供給経路が設けられている。
【０００４】
例えば、１軸式ガスタービンにおいて第３段動翼への冷却空気供給に関する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１０１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスタービンには１軸式のものだけでなく、２軸式のものもある。２軸式ガスタービンは低圧タービン軸と高圧タービン軸が分断されている。そのため、２軸式ガスタービンの低圧タービン軸側の翼に、第１段動翼や第２段動翼など高圧タービン側への冷却空気供給手法をそのまま適用するのは難しい。また、１軸式ガスタービンには容易に適用可能な技術も、２軸式ガスタービンに採用することが難しい場合も多い。
【０００７】
本発明の目的は、低圧タービン軸側の動翼に冷却空気を供給することが可能な２軸式ガスタービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
低圧タービンに設けられた第一後段動翼と、この第一後段動翼の下流に設けられた第二後段静翼と備えた２軸式ガスタービンにおいて、圧縮機からの空気を第二後段静翼に供給する第一の空気供給系統と、第二後段静翼に供給された空気を第一後段動翼に供給する第二の空気供給系統とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、後段動翼に冷却空気を供給することが可能な２軸式ガスタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例である２軸ガスタービンの部分断面図。
【図２】本発明を適用する２軸式ガスタービンの一実施の形態の概念図。
【図３】本発明の一実施例である２軸ガスタービンの部分断面図。
【図４】本発明の一実施例であるスペーサの正面図及び、側面図。
【図５】従来の２軸式ガスタービンの部分断面図。
【図６】本発明の一実施例である、スペーサの正面図，側面図、及び断面図。
【図７】本発明の一実施例である２軸ガスタービンの部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
２軸式ガスタービンは低圧タービン軸と高圧タービン軸が分断されている。そのため、２軸式ガスタービンの低圧タービン軸側の翼に、第１段動翼や第２段動翼など高圧タービン側への冷却空気供給手法をそのまま適用するのは難しい。例えば、圧縮機吐出部からの冷却空気通路として、ロータ中心に設けた冷却空気通路をタービン後段動翼部へ直結させた通路を設けるのは困難である。
【００１２】
また１軸式ガスタービンには容易に適用可能な技術も、２軸式ガスタービンに採用するのが難しい場合も多い。例えば特許文献１に記載の発明では、１軸式ガスタービンにおいて第３段静翼部から第３段動翼部へと至る冷却空気通路を形成している。しかし２軸式ガスタービンでは、第３段静翼内周側に軸が存在しない。そのため、第３段動翼無冷却ガスタービンと比べ、軸の延長などの新たな設計変更や施工が必要となり、タービンの設計や製造に必要な時間や労力，コストが増大する。このような設計変更を行う際には通常、他の多くの箇所の設計変更も必要となる。従来機の運転実績で積み上げてきた信頼性を引き継げないと言うことになれば、信頼性担保のための試験等にもさらに多くの時間を要することとなる。この影響はガスタービンのような大型の発電設備では特に甚大である。
【００１３】
また、冷却空気は通常、圧縮機から抽気した空気を使用している。そのためガスタービンの熱効率向上の観点からは、より冷却空気量を少なくし、より低圧な冷却空気を使用することが望ましい。
【００１４】
冷却空気量を少なくするためには、冷却対象にできるだけ低温な冷却空気を送ることが重要であるが、冷却空気が高温部を経由して冷却対象に至る場合、高温部において冷却空気温度が上昇してしまうという問題がある。
【００１５】
また、より低圧な冷却空気を使用するためには、圧縮機から冷却対象に至る経路中での圧力損失を小さく抑えることが必要となる。
【００１６】
さらに、２軸式ガスタービンでは第３段静翼内周側でＨＰタービン軸，ＬＰタービン軸が分断され、この場所に軸の端面が現れる。この第３段動翼内周側の空間は、ガスパスからの燃焼ガスの混入を防ぐための冷却空気が導かれているため、周囲に比べて低温な空間となっている。２軸式ガスタービンではこの空間内における冷却空気とタービン軸の接触面積が１軸式ガスタービンに比べ広いため、タービン軸端面はより強い冷却を受ける。これによって、ホイール内の温度勾配が増加し、熱応力が大きくなるという問題が生じる。
【００１７】
以下、実施例を用いて説明する本発明によれば、低圧タービン軸側の動翼に冷却空気を供給可能な現実的な２軸ガスタービンを提供できる。すなわち、後段動翼無冷却ガスタービンからの構造変更を極力抑えることで、設計変更やタービン製造のコスト増加が抑制されたガスタービンを提供できる。また、圧力や温度の面でより好ましい冷却空気を第３段動翼へ供給することが可能である。さらにタービン軸に発生する熱応力を低減することが可能な２軸式ガスタービンを提供することができる。
【００１８】
まず、本発明の実施例である２軸式ガスタービンの構成を、図２を用いて説明する。
【００１９】
図２は２軸式ガスタービンの構成図を示す。２軸式ガスタービンは、主に、ガスジェネレータ１０１とパワータービン１０２より構成される。ガスジェネレータ１０１は、主に、圧縮機１０３，燃焼器１０４，高圧タービン（以下、ＨＰタービン１０５と称する）から構成される。パワータービン１０２は低圧タービン（以下、ＬＰタービン１１１と称する）から構成される。圧縮機１０３は、大気空気１１５を圧縮して圧縮空気１０８を生成し、生成された圧縮空気１０８を燃焼器１０４へ送る。燃焼器１０４は、圧縮機１０３により生成された圧縮空気１０８と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガスを生成し、ＨＰタービン１０５へ排出する。
【００２０】
ＨＰタービン１０５は、燃焼器１０４から排出された、高いエネルギーを持つ燃焼ガス１０９により、ＨＰタービン軸１０６に回転力を生じさせる。ＬＰタービン１１１は、ガスジェネレータ１０１のＨＰタービン１０５より排出される排出ガス１０７のエネルギーを回収することで、ＬＰタービン軸１１２に回転力を生じさせる。ＬＰタービン軸１１２の回転力によって、パワータービン１０２に接続される機器１１３を駆動させる。排出ガス１０７は、エネルギーをＬＰタービン１１１で回収された後、ＬＰタービン１１１より排気１１６として排出される。
【００２１】
図２にも示したように、ＨＰタービン１０５を含むガスジェネレータ１０１とＬＰタービン１１１を含むパワータービン１０２とは独立した軸系である。すなわち、ＨＰタービン軸１０６とＬＰタービン軸１１２とは独立に回転する。両者の間には、後述する仕切り板７が配置されている。
【００２２】
圧縮機１０３で圧縮された空気の一部はＨＰタービン冷却空気１１４，ＬＰタービン冷却空気１１５として抽気され、燃焼器１０４を経ずにＨＰタービン１０５、及びＬＰタービン１１１へ供給される。
【００２３】
図３に、２軸式ガスタービンの部分断面図を示す。第２段静翼１，第２段動翼２，第３段静翼３，第３段動翼４，第４段静翼５，第４段動翼６，仕切り板７が示されている。ＨＰタービン１０５，ＬＰタービン１１１内の燃焼ガス１０９の流れ方向を矢印８で示す。
【００２４】
第２段動翼２は、第２段ホイール９の外周に接続されており、第１段動翼（図示しない）が接続された第１段ホイール（図示しない）、圧縮機１０３に接続された高圧タービンロータ（図示しない）、及び高圧側スペーサ１０とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、ＨＰタービン軸１０６を構成している。ＨＰタービン軸１０６は、燃焼器１０４から排出される燃焼ガス１０９のエネルギーを第１段動翼（図示しない）、及び第２段動翼２で回収し圧縮機１０３を駆動する。
【００２５】
同様に、第３段動翼４及び第４段動翼６は第３段ホイール１１及び、第４段ホイール１２の外周に接続されており、負荷に接続されたＬＰタービンロータ１３及び、低圧側スペーサ１４とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、ＬＰタービン軸１１２を構成している。ＬＰタービン軸１１２は、ＨＰタービン１０５から排出される排出ガス１０７のエネルギーを第３段動翼４、及び第４段動翼６で回収して回転駆動され、ＬＰタービン軸端部１３ａに接続された発電機などの機器を駆動する。
【００２６】
第３段静翼３は、ガスタービンケーシング１５に取り付けられ、第２段動翼２と第３段動翼４との間に設置されている。ＨＰタービン軸１０６とＬＰタービン軸１１２を分断する仕切り部材である仕切り板７は、ＨＰタービン軸１０６とＬＰタービン軸１１２との間に配置され、第３段ダイヤフラム１６を介して第３段静翼３に固定されている。
【００２７】
第４段静翼５は、ガスタービンケーシング１５に取り付けられ、第３段動翼４と第４段動翼６との間に設置されている。第４段静翼５の内周側には、第４段ダイヤフラム１７が接続されている。
【００２８】
（実施例１）
図１を用いて第３段動翼４への冷却空気供給構造を説明する。図１は第３段動翼４，第４段静翼５の拡大図である。
【００２９】
第４段静翼５の外周部には冷却空気供給孔１８が設けられており、ここへ圧縮機中間段からの抽気配管が接続される。冷却空気はこの冷却空気供給孔１８を通じ第４段静翼外キャビティ１９内に流入する。第４段静翼５の内部は空洞となっており、第４段静翼外キャビティ１９と第４段ダイヤフラムキャビティ２０を連通させ冷却空気通路を形成している。
【００３０】
第４段ダイヤフラム１７には冷却空気流量調整のために前側オリフィス２１，後側オリフィス２２が設置されている。前側オリフィス２１は、ホイールスペース２３を冷却する空気量を調整し、後側オリフィス２２は、ホイールスペース２４を冷却する空気量を調整している。
【００３１】
第４段ダイヤフラム１７の内周側には、冷却空気供給孔２５が設けられており、これと対向するように、低圧側スペーサ１４に低圧側スペーサ空気導入孔２６が周方向に断続的に開けられている。第４段ダイヤフラムキャビティ２０内の冷却空気は、冷却空気供給孔２５から噴出し、低圧側スペーサ空気導入孔２６より、第３段ホイールキャビティ２７へと流入し、第３段動翼ダブテイル根元部分の冷却空気入口３５から動翼内部の冷却空気通路２９へと流入する。この冷却空気は、第３段動翼４の軸中心側に設けられて第３段ホイール１１の内部流路を経由して、第３段動翼４の内部に設けられた冷却空気通路２９に供給される。
【００３２】
本実施例の２軸式ガスタービンは、第一後段静翼である第３段静翼３と、第３段静翼３の軸中心側に接続された第一後段静翼ダイヤフラムである第３段ダイヤフラム１６と、第３段ダイヤフラム１６の軸中心側に接続され、ＨＰタービン軸１０６とＬＰタービン軸１１２の間に配置された仕切り部材である仕切り板７とを有している。このような２軸式ガスタービンでは、以下のような傾向がある。
【００３３】
冷却空気が第３段ホイールキャビティ２７に流入することで、第３段ホイール１１の軸方向後側の温度が低下する。２軸式ガスタービンでは、ＬＰタービン軸１１２の軸端が第３段静翼内周空間２８に晒されている。この空間は、ガスパスからの高温ガスの混入を抑制するために、第３段静翼３から、第３段ダイヤフラム１６，仕切り板７の内部を経由し、仕切り板中心部へと至る冷却空気通路を用いて冷却空気が導入されている。２軸式ガスタービンでは、この冷却空気とＬＰタービン軸端の接触面積が増加するため１軸式ガスタービンに比べ、第３段ホイール軸方向前側の温度が低下する。２軸式ガスタービンでは、第３段ホイール１１の軸方向前側の温度低下により、ホイール内温度勾配が大きくなり、熱応力が増加する傾向にある。
【００３４】
これに対し本実施例では、第３段ホイールキャビティ２７に冷却空気を導入しているため、第３段ホイール１１の後側の温度を低下させることができる。すなわち本実施例では、第４段静翼５を冷却した空気を用いて第３段ホイール１１を冷却することができるので、複雑な冷却構造を追加することなく、ホイールの熱応力を低減させることができる。
【００３５】
また、スペーサ・ダイヤフラム間キャビティ３０には、シール機構であるブラシシール３１が設けられている。第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４とブラシシール３１で環状空間であるキャビティ３０を形成することで、ホイールスペース２３，２４への冷却空気のリークを抑制している。
【００３６】
ここで、冷却空気供給孔２５は第３段動翼の冷却に必要な空気量を流すことが可能な孔径で、かつ極力小さい孔径としている。こうすることにより、冷却空気供給孔２５からの噴出速度が速くなり、第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４とブラシシール３１で囲まれた環状空間の冷却空気の静圧を低下させることができる。そうすると、リークの主要因である、この空間とホイールスペースとの圧力差を小さくすることができる。
【００３７】
冷却空気供給孔２５の孔径は、冷却空気供給孔１８の孔径よりも小さくなる。冷却空気供給孔１８が周方向４個程度しか空いていないためである。この孔径は、冷却空気入口３５よりも大きい方が製造上有利である。精密鋳造でできた翼には寸法のばらつきが有り、冷却空気の流量特性が１枚１枚異なる。実機では冷却空気入口３５の孔径を現物合わせで調整することで、適切な量の冷却空気が各翼に流れるようにすることが可能である。このような理由から、流量のネックとならないように、冷却空気供給孔２５の孔径を冷却空気入口３５より大きくしておくことが望ましい。ただし、冷却空気供給孔２５の孔径を冷却空気入口３５よりも小さくしておけば、リーク抑制効果の高い、効率に優れた構造とすることができる。
【００３８】
また、スペーサ空気孔である低圧側スペーサ空気導入孔２６の入口は、冷却空気供給孔２５の延長線上に位置させている。ここで延長線上に位置させるとは、両孔の回転方向の位相が一致したときに、冷却空気供給孔２５の軸中心側延長孔上に低圧側スペーサ空気導入孔２６の入口が位置することを意味する。このようにすることで、冷却空気供給孔２５からの噴出速度の低下を抑えることができ、リークを抑制することができる。
【００３９】
図４に低圧側スペーサ１４の拡大図を示す。（ａ）は低圧側スペーサを軸方向上流側から見た図であり、（ｂ）は、その側面図である。低圧側スペーサ空気導入孔２６は周方向に傾きを持たせて設けている。この傾きは、冷却空気供給孔２５からの冷却空気噴出速度と、低圧側スペーサ１４の外周側の旋回速度の合ベクトルの傾きと略一致させたものとなっている。このように傾きを設定することにより、冷却空気が低圧側スペーサ空気導入孔２６を通過する際に、軸の回転方向の速度成分を持つことなく滑らかに第３段ホイールキャビティ２７内に流入させることが可能となる。そうすると、第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４とブラシシール３１で囲まれた空間の冷却空気の静圧を低下させ、リークの主要因であるこの空間とホイールスペースとの圧力差を小さくすることができる。
【００４０】
なお、低圧側スペーサ空気導入孔２６の傾きを合ベクトルと一致させなくとも、少なくとも低圧側スペーサ空気導入孔２６の出口が、低圧側スペーサ空気導入孔２６の入口に比べて回転方向側に設けられているようにすれば、上記空間とホイールスペースとの圧力差を小さくする効果を得ることができる。
【００４１】
また、低圧側スペーサ１４はＬＰタービン軸１１２に固定されており、第４段ダイヤフラム１７はガスタービンケーシング１５側に固定されている。ガスタービン起動過程から定格定常運転まで、ガスタービンケーシング１５側とＬＰタービン軸１１２側の径方向熱伸び差の違いなどにより、低圧側スペーサ１４と第４段ダイヤフラム１７の間隙は変化する。ブラシシール３１の長さはこの間隙変化に追従可能な長さとし、運転中のリークを常時抑制することが望ましい。リーク抑制のためには少なくとも、低圧側スペーサ空気導入孔２６を冷却空気供給孔２５よりも大きくするのがよい。
【００４２】
また、軸方向の熱伸び差により冷却空気供給孔２５と、低圧側スペーサ空気導入孔２６の相対位置が変化する。低圧側スペーサ空気導入孔２６の孔径を、軸方向伸び差の分大きくしておくことで、この位置ズレの影響を緩和することが可能となる。なお、冷却空気導入孔は真円ではなく、軸方向に伸びた楕円形状としても構わない。
【００４３】
なお、本実施例では、一例としてブラシシールを挙げたが、ハニカムシールやラビリンスシールなど他のシール構造を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
また、２軸式ガスタービンにおいては、第３段静翼３の付近でＨＰタービン軸とＬＰタービン軸が分断されている。また、第３段静翼３と第３段動翼４の間には３段ホイールキャビティ２７のように冷却空気チャンバーとしての機能を有する部分が存在しない。そのため、上段側からの冷却空気の供給が困難である。また、第３段動翼４への冷却空気供給のためだけに、新たに第３段ホイールキャビティ２７のような空間を設けようとすると、タービンの設計や製造にかかる負担が増大してしまう。
【００４５】
また、他の手法として、ＬＰタービン軸端部１３ａより冷却空気を供給する方法も考えられる。本実施例では、第３段動翼への冷却空気抽気配管は、ホイールスペース冷却のための抽気配管と供用である。しかし、軸端注入においては、あらたに配管の設置などが必要となるため、タービンの設計や製造にかかる負担が増大してしまう。
【００４６】
本実施例の２軸式ガスタービンは、圧縮機１０３からの空気を第二後段静翼である第４段静翼５に供給する第一の空気供給系統と、第４段静翼５に供給された空気を第一後段動翼である第３段動翼４に供給する第二の空気供給系統とを有している。そのため、２軸式ガスタービンにおいても、簡易な構造で第３段動翼４に冷却空気を供給できる。
【００４７】
比較例として、図５に第３段動翼無冷却ガスタービンの断面図を示す。この第３段動翼無冷却ガスタービンからの本実施例の構造の代表的な変更点は、第３段動翼４及び第３段ホイール１１を内部流路を有するものに取り替えたことと、第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４に空気流路を設けたことである。すなわち本実施例の２軸式ガスタービンは、第３段動翼４に冷却を必要としないものに比べて、大幅な設計変更，構造変更を必要としないものといえる。そのため本実施例の構造を採用すれば、第３段動翼冷却にともなうタービンの設計や製造負担の増加を抑制することが可能であり、短期間で、安価で信頼性の高い２軸式ガスタービンが提供できる。
【００４８】
具体的には本実施例の２軸式ガスタービンの第一の空気供給系統は、圧縮機中間段からの抽気配管と、冷却空気供給孔１８，第４段静翼外キャビティ１９とを有し、第４段静翼５の内部に連通している。
【００４９】
第二の空気供給系統は、第４段のダイヤフラムキャビティ２０と冷却空気供給孔２５，低圧側スペーサ空気導入孔２６とを有し、第３段動翼ダブテイル根元部分の冷却空気入口３５に連通している。
【００５０】
第４段ダイヤフラム１７は第４段静翼５の軸中心側に設けられている。低圧側スペーサ１４はこの第４段ダイヤフラム１７に対向するようにＬＰタービン軸１１２に接続されている。なお、本実施例では低圧側スペーサ空気導入孔２６を設けているが必ずしも孔でなくともよく、後述する実施例のように低圧側スペーサ１４の一部とフィン３４などの構造物とで第２の空気供給系統を形成しても同種の効果を得ることができる。
【００５１】
また、タービンにおいては、後段側の静翼ほど翼の断面積が大きいため、冷却空気通路の断面積をより広く取ることができる。断面積増加により、冷却空気の静翼内通過流速を遅くすることができ、この部分での圧力損失を小さく抑えることができる。そのため、前段静翼の冷却に利用した冷却空気を後段の動翼の冷却に用いる場合よりも、より低圧な空気源で冷却空気を供給することが可能となる。
【００５２】
さらに、タービンにおいては後段側の静翼ほど雰囲気の温度が低いため、静翼通過時の冷却空気温度の上昇を小さく抑えることができるという特性もある。この特性を利用することにより、前段静翼の冷却に利用した冷却空気を後段の動翼の冷却に用いる場合よりも、より低温な冷却空気を動翼へ供給することが可能となる。
【００５３】
以上のように本実施例の２軸式ガスタービンによると、経済性に優れ、適切な冷却が可能な２軸式ガスタービンを得ることができる。
【００５４】
なお、本実施例では第一後段動翼を第３段動翼４、第二後段静翼を第４段静翼５とした例を説明した。しかし、第一後段動翼と第二後段静翼の対象はこの組み合わせに限らない。低圧軸動翼とその下段静翼の組み合わせであれば、上記構造の適用により同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（実施例２）
図６を用いて実施例２のガスタービンについて説明する。図６（ａ）は低圧側スペーサを軸方向上流側から見た図であり、図６（ｂ）は、その側面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）を矢印ＸＸ方向より見た断面図である。各図には低圧側スペーサ空気導入孔２６，冷却空気導入孔キャビティ３２が示されている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５６】
実施例１では、低圧側スペーサ空気導入孔２６は周方向に断続的に設けられているため、ＬＰタービン軸１１２の回転により、冷却空気供給孔２５と低圧側スペーサ空気導入孔２６の位相が合わない瞬間が存在する。この瞬間、冷却空気は低圧側スペーサ外面３３に衝突し、冷却空気が流れの向きを変え、ブラシシール３１へ衝突するような流れが形成される。このブラシシール３１への冷却空気の衝突により、ブラシシール３１からのリーク量が増大する。
【００５７】
本実施例では、低圧側スペーサ空気導入孔２６を、低圧側スペーサ外周端に設けた冷却空気導入孔キャビティ３２内部に設けている。この冷却空気導入孔キャビティ３２は、スペーサの外周表面設けられた全周にわたる溝である。本実施例では、この溝に低圧側スペーサ空気導入孔２６を設けている。
【００５８】
こうすることにより低圧側スペーサ外面３３に衝突した冷却空気の、軸方向への流れが冷却空気導入孔キャビティ３２の壁面により抑制され、ブラシシール３１へと衝突する流れを抑制することができる。これによりブラシシール３１からのリークを抑制することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例では、一例としてブラシシールを挙げたが、ハニカムシールやラビリンスシールなど他のシール構造を使用しても同様の効果を得ることができる。
【００６０】
（実施例３）
図７に実施例３のガスタービンを示す。第３段動翼４，第４段静翼５，第４段動翼６が示されており、図５と同じ領域を表す図である。本実施例では、第３段動翼４の下流側の側面にフィン３４が設けられており、低圧側スペーサ空気導入孔２６を、低圧側スペーサ１４とフィン３４の間の周方向に連続的な間隙として構成している。その他の構成は実施例１と同様である。
【００６１】
実施例１では、低圧側スペーサ空気導入孔２６は断続的に配置されており、ＬＰタービン軸１１２の回転によって冷却空気供給孔２５と低圧側スペーサ空気導入孔２６の位相が合わない瞬間においては、冷却空気は低圧側スペーサ外面３３に衝突していた。本実施例の２軸式ガスタービンは、第４段ダイヤフラム１７とフィン３４の間と、第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４との間にシール機構であるブラシシール３１を有している。このように、低圧側スペーサ空気導入孔２６の代わりに、フィン３４と低圧側スペーサ１４との間隙２６ａを配置することにより、上記衝突をなくしている。そうすると、第４段ダイヤフラム１７と低圧側スペーサ１４とブラシシール３１で囲まれた空間の冷却空気の静圧が低下し、リークを抑制することが可能となる。
【００６２】
また、軸方向の熱伸び差により冷却空気供給孔２５と、間隙２６ａの相対位置が変化する。間隙２６ａの幅を、軸方向伸び差の分大きくしておくことで、この位置ズレの影響を緩和し、さらにリークを抑制することも可能となる。なお、本実施例では、一例としてブラシシールを挙げたが、ハニカムシールやラビリンスシールなど他のシール構造を使用しても構わない。
【００６３】
以上説明した各実施例の２軸式ガスタービンは、ＨＰタービンが２段、ＬＰタービンが２段として説明したが、この限りではない。例えばＨＰタービンが３段のものであれば、第３段動翼を第一後段静翼、第４段動翼を第一後段動翼として扱えば、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  第２段静翼
２  第２段動翼
３  第３段静翼
４  第３段動翼
５  第４段静翼
６  第４段動翼
７  仕切り板
８  主流ガスの流れ方向
９  第２段ホイール
１０  高圧側スペーサ
１１  第３段ホイール
１２  第４段ホイール
１３  ＬＰタービンロータ
１３ａ  ＬＰタービン軸端部
１４  低圧側スペーサ
１５  ガスタービンケーシング
１６  第３段ダイヤフラム
１７  第４段ダイヤフラム
１８，２５  冷却空気供給孔
１９  第４段静翼外キャビティ
２０  第４段ダイヤフラムキャビティ
２１  前側オリフィス
２２  後側オリフィス
２３，２４  ホイールスペース
２６  低圧側スペーサ空気導入孔
２６ａ  間隙
２７  第３段ホイールキャビティ
２８  第３段静翼内周空間
２９  冷却空気通路
３０  キャビティ
３１  ブラシシール
３２  冷却空気導入孔キャビティ
３３  低圧側スペーサ外面
３４  フィン
３５  冷却空気入口
１０１  ガスジェネレータ
１０２  パワータービン
１０３  圧縮機
１０４  燃焼器
１０５  ＨＰタービン（高圧タービン）
１０６  ＨＰタービン軸
１０７  排出ガス
１０８  圧縮空気
１０９  燃焼ガス
１１１  ＬＰタービン（低圧タービン）
１１２  ＬＰタービン軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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