(57)【要約】【課題】ガスタービンにおいて、ケーシングと動翼とのクリアランスを適正量として性能の向上を図る。【解決手段】圧縮機１１として、リング形状の空気通路４９を形成する圧縮機車室２１と、圧縮機車室２１の中心部に回転自在に支持されるロータ３２と、ロータ３２の外周部に軸方向に所定間隔をあけて複数固定されて空気通路４９に配置される動翼体４６と、各動翼体４６の間で圧縮機車室２１に複数固定されて空気通路４９に配置される複数の静翼体４５と、圧縮機車室２１における複数の動翼体４６の外側に対向して設けられる冷却空気流路６１と、圧縮空気Ａの一部を冷却空気流路６１に供給する第１冷却空気供給経路７１と、第１冷却空気供給経路７１の圧縮空気を冷却する冷却器７２と、冷却空気流路６１の冷却空気をタービン１３の冷却部に供給する第２冷却空気供給経路７３とを設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記空気により回転軸線を中心に回転する回転軸と、
を有するガスタービンにおいて、
前記圧縮機は、
前記回転軸線回りにリング形状をなす空気通路を形成するケーシングと、
前記回転軸の外周部に軸方向に所定間隔をあけて複数固定されて前記空気通路に配置される動翼体と、
前記複数の動翼体の間で前記ケーシングに複数固定されて前記空気通路に配置される複数の静翼体と、
前記複数の動翼体の径方向の外側に対向して設けられ、内部に冷却空気流路が形成された翼環部と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気の一部を前記冷却空気流路に供給する第１冷却空気供給経路と、
前記冷却空気流路の冷却空気を前記タービンの冷却部に供給する第２冷却空気供給経路と、
を有することを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
前記翼環部は、
径方向内側に突出する前記翼環部の支持部を介して前記翼環部から支持され、回転軸線回りにリング状をなす遮熱環を備え、
前記遮熱環は、前記静翼体の外側シュラウドを介して前記静翼体を支持する鍔部を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
前記冷却空気流路は、前記空気通路における空気の流動方向に所定間隔をあけて配置される複数のマニホールドと、前記複数のマニホールドを直列に連結する連結通路とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記複数のマニホールドは、第１冷却空気供給経路が連結される第１マニホールドと、前記空気通路における空気の流動方向の上流側に配置される第２マニホールドと、前記空気通路における空気の流動方向の下流側に配置されて前記第２冷却空気供給経路が連結される第３マニホールドとを有し、前記連結通路は、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとを連結する第１連結通路と、前記第２マニホールドと前記第３マニホールドとを連結する第２連結通路とを有することを特徴とする請求項３に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記ケーシングは、円筒形状をなして前記空気通路を形成すると共に前記複数の静翼体の外周部を支持する翼環部を有し、前記冷却空気流路は、前記翼環部内に空洞部として形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項６】
前記遮熱部材は、周方向に一定の隙間を設けて複数に分割されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項７】
前記遮熱部材は、前記回転軸線回りにリング形状をなして前記複数の動翼体及び前記複数の静翼体より前記空気通路における圧縮空気の流動方向の下流側における前記翼環部の内周部に固定されることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一項に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、この燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
【０００３】
このガスタービンにおける圧縮機は、車室内に複数の静翼と動翼が空気の流動方向ら沿って交互に配設されて構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が、複数の静翼と動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。このようなガスタービンとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４３４４０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のガスタービンの圧縮機にて、例えば、ホット起動時、各動翼は、高速回転することで先端部が径方向における外側に伸張する一方、車室側における空気通路（翼環）は、取り込まれる低温の空気により冷却されることで内側に収縮する。このとき、動翼の先端と空気通路を構成する翼環の内壁面との隙間が一時的に減少する。その後、各動翼及び翼環は、高温・高圧の圧縮空気により加熱されることで伸張する。しかし、動翼と翼環とでは、熱容量が相違することから、動翼の先端と翼環の内壁面との隙間が増加する。そのため、ホット起動直後における動翼の先端と翼環の内壁面との隙間を所定隙間以上に確保する必要から、各動翼や空気通路（翼環）などが高温となった圧縮機の定常運転における動翼の先端と翼環の内壁面との隙間が必要以上大きくなってしまう。すると、圧縮機による圧縮効率が低下し、ガスタービン自体の性能が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
なお、上述した特許文献１に記載された圧縮機では、圧縮した熱流体を抽気し、この熱流体を翼環の流路に供給してタービンへ排気するようにしている。しかし、圧縮機から抽気した熱流体をそのまま翼環の流路に供給してもこの翼環を十分に冷却することは困難である。
【０００７】
また、圧縮空気の高圧化、高温化の傾向に対して、動翼の先端と翼環の内壁面との隙間を低減する観点から、圧縮空気からの入熱を抑制することが必要であるが、特許文献１はその考慮がされていない。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ケーシングと動翼との隙間を適正量として性能の向上を図るガスタービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記空気により回転軸線を中心に回転する回転軸と、を有するガスタービンにおいて、前記圧縮機は、前記回転軸線回りにリング形状をなす空気通路を形成するケーシングと、前記回転軸の外周部に軸方向に所定間隔をあけて複数固定されて前記空気通路に配置される動翼体と、前記複数の動翼体の間で前記ケーシングに複数固定されて前記空気通路に配置される複数の静翼体と、前記複数の動翼体の径方向の外側に対向して設けられ、内部に冷却空気流路が形成された翼環と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気の一部を前記冷却空気流路に供給する第１冷却空気供給経路と、前記冷却空気流路の冷却空気を前記タービンの冷却部に供給する第２冷却空気供給経路と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、圧縮機から圧縮空気の一部が抽気され、抽気された圧縮空気が冷却器により冷却され、第１冷却空気供給経路によりケーシングの冷却空気流路に供給され、第２冷却空気供給経路によりタービンの冷却部に供給される。そのため、ケーシングにおける複数の動翼体の外側が冷却空気により冷却されることで、この部分が圧縮空気から熱を受けて大きく変位することはなく、ケーシングと動翼との隙間を適正量として圧縮機における圧縮性能の低下を抑制し、ガスタービンの性能を向上することができる。
【００１１】
本発明のガスタービンでは、前記翼環部は、径方向内側に突出する前記翼環部の支持部を介して前記翼環部から支持され、回転軸線回りにリング状をなす遮熱環を備え、前記遮熱環は、前記静翼体の外側シュラウドを介して前記静翼体を支持する鍔部を有すること、を特徴とするものである。
【００１２】
従って、空気通路側から翼環部への入熱が大幅に低減され、翼環の温度上昇が抑制できる。
【００１３】
本発明のガスタービンでは、前記冷却空気流路は、前記空気通路における空気の流動方向に所定間隔をあけて配置される複数のマニホールドと、前記複数のマニホールドを直列に連結する連結通路とを有することを特徴としている。
【００１４】
従って、ケーシング内にて、複数のマニホールドの間で冷却空気を連結通路を通して流通させることで、ケーシングにおける複数の動翼体の外側部分を効率良く冷却することができる。
【００１５】
本発明のガスタービンでは、前記複数のマニホールドは、第１冷却空気供給経路が連結される第１マニホールドと、前記空気通路における空気の流動方向の上流側に配置される第２マニホールドと、前記空気通路における空気の流動方向の下流側に配置されて前記第２冷却空気供給経路が連結される第３マニホールドとを有し、前記連結通路は、前記第１マニホールドと前記第２マニホールドとを連結する第１連結通路と、前記第２マニホールドと前記第３マニホールドとを連結する第２連結通路とを有することを特徴としている。
【００１６】
従って、第１冷却空気供給経路により第１マニホールドに供給された冷却空気は、第２連結通路を通して第２マニホールドに供給され、第２連結通路を通して第３マニホールドに供給され、第２冷却空気供給経路により排出されることとなり、冷却空気の通路を長く確保することで、ケーシングにおける複数の動翼体の外側部分を効率良く冷却することができる。
【００１７】
本発明のガスタービンでは、前記ケーシングは、円筒形状をなして前記空気通路を形成すると共に前記複数の静翼体の外周部を支持する翼環部を有し、前記冷却空気流路は、前記翼環部内に空洞部として形成されることを特徴としている。
【００１８】
従って、ケーシングにおける複数の動翼体が対向する位置に翼環部を設け、この翼環部に冷却空気流路を空洞部として形成することで、冷却空気流路を容易に形成することができる。
【００１９】
本発明のガスタービンでは、前記遮熱環は、周方向に一定の隙間を設けて複数に分割されていることを特徴としている。
【００２０】
従って、遮熱環は周方向に一定の隙間を設けて複数に分割されているので、遮熱環の径方向の変位が抑制され、翼環部の径方向の変位に影響しない。
【００２１】
本発明のガスタービンでは、前記遮熱部材は、前記回転軸線回りにリング形状をなして前記複数の動翼体及び前記複数の静翼体より前記空気通路における圧縮空気の流動方向の下流側における前記翼環部の内周部に固定されることを特徴としている。
【００２２】
従って、断熱部材により動翼体及び静翼体を通過した圧縮空気から翼環部への入熱を効果的に遮断することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明ガスタービンによれば、ケーシングにおける複数の動翼体の外側に対向して冷却空気流路を設けるので、ケーシングにおける複数の動翼体の外側が冷却空気により冷却されて大きく変位することはなく、ケーシングと動翼との隙間を適正量として圧縮機における圧縮性能の低下を抑制し、ガスタービンの性能を向上することができる。
【００２４】
また、翼環部の内周側に遮熱環を配置して、空気通路側からの入熱を低減するので、タービン冷却部に供給される冷却空気の温度上昇を抑えることができ、ガスタービンの性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本実施形態のガスタービンにおける燃焼器の近傍を表す断面図である。
【図２】図２は、圧縮機の翼環部の近傍を表す断面図である。
【図３】図３は、翼環部の断面を表す図２のIII−III断面図である。
【図４】図４は、遮熱環の近傍を表す断面図である。
【図５】図５は、ガスタービンのホット起動時における圧縮機の構成部材の隙間の挙動を表すグラフである。
【図６】図６は、ガスタービンのコールド起動時における圧縮機の構成部材の隙間の挙動を表すグラフである。
【図７】図７は、ガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２７】
図７は、本実施形態のガスタービンの全体構成を表す概略図である。
【００２８】
本実施形態のガスタービンは、図７に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンは、同軸上に図示しない発電機が連結され、発電可能となっている。
【００２９】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet  Guide  Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と複数の動翼２４が空気の流動方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。この圧縮機１１は、空気取入口２０から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、車室１４に供給される。
【００３０】
燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮され車室１４に溜められた高温・高圧の圧縮空気と燃が供給され、燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と複数の動翼２８が燃焼ガスの流動方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。そして、このタービン車室２６は、下流側に排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連結する排気ディフューザ３１を有している。このタービンは、燃焼器１２からの燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
【００３１】
圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３は、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が配置されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持されると共に、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。また、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。
【００３２】
そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
【００３３】
従って、圧縮機１１にて、空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。タービンにて、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３における複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、燃焼ガスは、運動エネルギーが排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換されて減速されてから大気に放出される。
【００３４】
このように構成されたガスタービンにて、圧縮機１１における各動翼２４の先端と圧縮機車室２１との隙間は、動翼２４や圧縮機車室２１などの熱延びを考慮した隙間（クリアランス）となっており、圧縮機１１による圧縮効率が低下、しいては、ガスタービン自体の性能の低下の観点から、圧縮機１１における各動翼２４の先端と圧縮機車室２１側との隙間をできるだけ小さい隙間にすることが望ましい。
【００３５】
そこで、本実施形態では、動翼２４の先端と圧縮機車室２１側との初期隙間を大きくすると共に、圧縮機車室２１側を適正に冷却することで、定常運転時における動翼２４の先端と圧縮機車室２１側との隙間を小さくすることで、圧縮機１１による圧縮効率の低下を防止している。
【００３６】
図１は、本実施形態のガスタービンにおける燃焼器の近傍を表す断面図、図２は、圧縮機の翼環部の近傍を表す断面図、図３は、翼環部の断面を表す図２のIII−III断面図である。
【００３７】
圧縮機１１において、図１に示すように、本発明のケーシングは、圧縮機車室２１及び翼環部４１により構成されている。ロータ３２の回転軸線Ｃ回りに円筒形状をなす圧縮機車室２１は、その内側に円筒形状をなす翼環部４１が固定されることで、圧縮機車室２１と翼環部４１との間に抽気室２５が形成されている。ロータ３２（図７参照）は、外周部に複数のディスク４３が一体に連結されてなり、軸受部３３（図７参照）により圧縮機車室２１に回転自在に支持されている。
【００３８】
複数の静翼体４５と複数の動翼体４６は、翼環部４１の内側に圧縮空気Ａの流動方向に沿って交互に配設されている。静翼体４５は、複数の静翼２３が周方向に均等間隔で配置され、ロータ３２側の基端部がリング形状をなす内側シュラウド４７に固定され、翼環部４１側の先端部がリング形状をなす外側シュラウド４８に固定されて構成されている。そして、静翼体４５は、外側シュラウド４８を介して翼環部４１に支持されている。
【００３９】
動翼体４６は、複数の動翼２４が周方向に均等間隔で配置され、基端部がディスク４３の外周部に固定され、先端部が翼環部４１側の内周面に対向して配置されている。この場合、各動翼２４の先端と翼環部４１の内周面との間に、所定の隙間（クリアランス）が確保されている。
【００４０】
圧縮機１１は、翼環部４１と、内側シュラウド４７の間にリング形状をなす空気通路４９が形成されており、この空気通路４９に複数の静翼体４５と複数の動翼体４６が圧縮空気Ａの流動方向に沿って交互に配設されている。
【００４１】
燃焼器１２は、ロータ３２の外側に周方向に沿って複数所定間隔で配置され、タービン車室２６に支持されている。この燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮されて空気通路４９から車室１４に送られた高温・高圧の圧縮空気Ａに対して燃料を供給して燃焼することで、燃焼ガス（排気ガス）Ｇを生成する。
【００４２】
タービン１３は、タービン車室２６によりガス通路５１が形成されており、このガス通路５１に複数の静翼体５２と複数の動翼体５３が排気ガスＧの流動方向に沿って交互に配設されている。静翼体５２は、複数の静翼２７が周方向に均等間隔で配置され、ロータ３２側の基端部がリング形状をなす内側シュラウド５４に固定され、タービン車室２６側の先端部がリング形状をなす外側シュラウド５５に固定されて構成されている。そして、静翼体５２は、外側シュラウド５５がタービン車室２６の翼環５６に支持されている。
【００４３】
動翼体５３は、複数の動翼２８が周方向に間隔をあけて配置され、基端部がロータ３２に固定されたディスク５７の外周部に固定され、先端部が翼環５６側に延出されて構成されている。この場合、各動翼２８の先端と翼環部５６の内周面との間に、所定の隙間（クリアランス）が確保されている。
【００４４】
そして、圧縮機１１は、図１及び図２に示すように、翼環部４１における複数の動翼体４６（動翼２４）の先端部に対向して、翼環部４１の内周面側に冷却空気流路６１が設けられている。この冷却空気流路６１は、翼環部４１内に空洞部として形成されている。
【００４５】
冷却空気流路６１は、空気通路４９における圧縮空気Ａの流動方向に沿って、所定間隔をあけて配置される複数（本実施形態では、３個）のマニホールド６２，６３，６４と、この複数のマニホールド６２，６３，６４を直列に連結する連結通路６５，６６とを有している。
【００４６】
具体的には、冷却空気流路６１として、翼環部４１における空気通路４９の圧縮空気Ａの流動方向の中間位置に形成される第１マニホールド６２と、翼環部４１における空気通路４９の圧縮空気Ａの流動方向の上流側に配置される第２マニホールド６３と、翼環部４１における空気通路４９の圧縮空気Ａの流動方向の下流側に配置されて第３マニホールド６４が設けられている。そして、第１マニホールド６２と第２マニホールド６３とが第１連結通路６５により連結され、第２マニホールド６３と第３マニホールド６４とが第２連結通路６６により連結されている。
【００４７】
この場合、図３に示すように、各マニホールド６２，６３，６４は、翼環部４１内でロータ３２の回転軸線Ｃ回りにリング形状をなす空洞部として形成されている。そして、第１マニホールド６２と第２マニホールド６３とを連結する第１連結通路６５は、翼環部４１の外周部側に周方向に所定間隔で複数形成されている。第２マニホールド６３と第３マニホールド６４とを連結する第２連結通路６６は、翼環部４１の第１連結通路６５より内周部側で周方向に所定間隔で複数形成されている。この第１連結通路６５と第２連結通路６６は、周方向にずれる千鳥状に配置されているが、周方向で同位置に配置してもよい。
【００４８】
また、圧縮機１１は、図１及び図２に示すように、圧縮した圧縮空気Ａの一部を車室１４から抜き出し、冷却空気流路６１に供給する第１冷却空気供給経路７１と、第１冷却空気供給経路７１の圧縮空気を冷却する冷却器７２と、冷却空気流路６１の冷却空気をタービン１３の冷却部に供給する第２冷却空気供給経路７３と、が設けられている。
【００４９】
第１冷却空気供給経路７１は、基端部が車室１４に連結され、先端部が冷却空気流路６１の第１マニホールド６２に連結されている。冷却器７２は、第１冷却空気供給経路７１に設けられており、圧縮空気Ａの一部を冷却することができる。また、第２冷却空気供給経路７３は、基端部が第３マニホールド６４に連結され、先端部がタービン１３の冷却部に連結されている。ここで、タービン１３の冷却部とは、例えば、タービン１３の動翼２８であり、ディスク５７から動翼２８に向けて冷却通路が形成されており、翼環部４１を冷却した圧縮空気Ａが第３マニホールド６４から第２冷却空気供給経路７３によりこの冷却通路に供給可能となっている。
【００５０】
次に、圧縮機１１の空気通路４９側から翼環部４１への入熱を遮断する構造について、図４を参照しながら説明する。図４は、軸方向に複数列に配列された静翼体４５及び動翼体４６の軸方向位置に対向するように、複数列に配置された遮熱環８２、８３を一例として表示している。圧縮空気Ａの流れ方向を、矢印で示す。以下の遮熱環の構造は、遮熱環８３を中心に説明する。
【００５１】
翼環部４１の径方向の内周側には、径方向の内側に突出して、回転軸線Ｃ回りにリング状に形成された支持部４１ａが形成されている。支持部４１ａの径方向内側端部には、圧縮空気Ａの流れ方向の上流側及び下流側に突出する上流縁部４１ｃ、下流縁部４１ｄが形成され、各静翼体４５の外側シュラウド４８に対向するように配置されている。軸方向の上流側及び下流側に配置された支持部材４１ａの間には、径方向外側に凹むように形成された翼環溝４１ｂが形成されている。
【００５２】
前記翼環溝４１ｂには、回転軸線Ｃ回りにリング状に形成され、周方向に複数個に分割された遮熱環８２、８３が一定の隙間をあけて配置されている。遮熱環８３の軸方向の下流側側面には、径方向の内側末端に形成され、軸方向の上流側及び下流側に突出する遮熱環鍔部８３ａが配置されている。また、前記下流側側面には、前記遮熱環鍔部８３ａより径方向外側に配置され、軸方向の下流側に突出する固定部８３ｂと、前記固定部８３ｂより径方向外側で前記固定部に平行に配置され、軸方向下流側に突出する側壁突出部８３ｃが形成されている。更に、遮熱環鍔部８３ａ及び前記固定部８３ｂの間には、軸方向上流側に向かって凹むように形成された下部溝８３ｅが形成され、側壁突出部８３ｃと固定部８３ｂの間には、軸方向上流側に向かって凹み、下部溝８３ｅに平行に配置された上部溝８３ｆが形成されている。また、翼環溝４１の内周面に対向して、遮熱環８３の径方向外側の外周面の軸方向上流端には、径方向の外側に突出する上部突出部８３ｄが回転軸線Ｃ回りにリング状に形成されている。遮熱環８２も同様の形状を備えている。
【００５３】
また、静翼体４５の外側シュラウド４８の径方向外側端には、軸方向の上流側及び下流側に突出するシュラウド鍔部４８ａが形成されている。
【００５４】
翼環部４１が、上述のような構造を備えることにより、支持部４１ａの上流縁部４１ｃは、遮熱環の上部溝８３ｆに軸方向下流側から挿入され、支持部４１ａの上流縁部４１ｃ及び側壁突出部８３ｃ並びに固定部８３ｂを介して翼環部４１から支持されている。また、静翼体４５のシュラウド鍔部４８ａが、軸方向の下流側から上流側に向かって遮熱環８３の下部溝８３ｅに挿入され、静翼体４５は、シュラウド鍔部４８ａ及び遮熱環鍔部８３ａ並びに固定部８３ｂを介して遮熱環８３から支持されている。
【００５５】
通常運転の場合、静翼体４５は、軸方向の下流側から上流側に向かう方向（図４の紙面上で右側から左側に向かう方向）へ反力を受ける。そのため、静翼体４５の外側シュラウド４８は、シュラウド鍔部４８ａの上流側端部を介して遮熱環８３の下部溝８３ｅに接触し、軸方向上流側に遮熱環８３を押し付ける。一方、静翼体４５のシュラウド鍔部４８ａは、固定部８３ｂと遮熱環鍔部８３ａの間に形成された下部溝８３ｅに挿入され、静翼体４５の径方向の動きが拘束される。同様に、支持部４１ａの上流縁部４１ｃが、固定部８３ｂと側壁突出部８３ｃの間に形成された上部溝８３ｆに挿入され、遮熱環８３の径方向の動きが拘束される。
【００５６】
上述の構造及び拘束条件により、遮熱環８３は、軸方向の下流側で、側壁突出部８３ｃの径方向内側内周面を介して支持部４１ａの上流縁部４１ｃの径方向外周面に接触する。また、軸方向の上流側で、遮熱環８３の軸方向の上流側側壁８３ｇが、支持部４１ａの下流縁部４１ｄに接触する。また、径方向の外側で、遮熱環８３の上部突出部８３ｄが、翼環溝４１ｂに接触する。即ち、通常運転時においては、遮熱環が翼環部に接触するのは、上述の３個所（上流縁部４１ｃ、下流縁部４１ｄ、上部突出部８３ｄ）に限られ、翼環溝４１ｂの内周面の全面及び翼環溝４１ｂの軸方向上流側または下流側の内壁に接触することはない。
【００５７】
また、静翼体４５の外側シュラウド４８は、外側シュラウド４８の上流側及び下流側に延在するシュラウド鍔部４８ａと遮熱環８３の遮熱環鍔部８３ａを介して遮熱環８３に接触するのみであり、翼環部４１に直接接触することはない。以上の説明は、遮熱環８３を中心に説明したが、遮熱環８２も同様の構造である。また、遮熱環８２の各部の符号は、例えば、遮熱環８３の遮熱環鍔部８３ａを遮熱環８２ａと読み替えればよい。
【００５８】
次に、遮熱環８２を例に挙げて、空気通路４９を流動する圧縮空気Ａから翼環部４１への熱の移動を説明する。上述のように、空気通路４９を流動する圧縮空気Ａから翼環部４１への熱の移動は、遮熱環８２との接触部からの入熱に限られる。図４に示す空気通路４９側からの熱の移動は、矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４で示されている。翼環部４１への入熱は、遮熱環８２の内周面の空気通路４９側に面した面からの熱伝達による入熱Ｆ１と静翼体４５からの熱伝導による入熱Ｆ２とがある。遮熱環８２に入った熱Ｆ１、Ｆ２は、翼環部４１との接触部から翼環部４１に逃げる。即ち、第１の熱Ｆ３は、側壁突出部８２ｃの内周端（上部溝８２ｆ）及び支持部４１ａの上流縁部４１ｃを介して翼環部４１の支持部４１ａに移動する熱であり、第２の熱Ｆ４は遮熱環８２の上流側側壁８２ｇから支持部４１ａの下流縁部４１ｄを介して翼環部４１に移動する熱であり、第３の熱Ｆ５は上部突出部８３ｄを介して翼環部４１に移動する熱とに限られる。ここでは、遮熱環８２を例に説明したが、他の遮熱環でも同様である。
【００５９】
上述の構造を備えることにより、ガスタービンの運転中、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気Ａの一部が車室１４から抽気され、第１冷却空気供給経路７１に設けられた冷却器７２で冷却された後、冷却空気流路６１に供給される。即ち、翼環部４１では、低温の圧縮空気Ａが第１マニホールド６２に供給され、第１連結通路６５を通して第２マニホールド６３に供給され、第２連結通路６６を通して第３マニホールド６４に供給される。そのため、翼環部４１は、内部を循環される冷却空気により冷却され、高温化が抑制される。その後、翼環部４１を冷却した冷却空気は、第３マニホールド６４から第２冷却空気供給経路７３によりタービン１３の冷却部に供給される。この冷却空気流路６１では、マニホールド６２，６３，６４の通路断面積よりも各連結通路６５，６６の通路断面積の方が小さいことから、冷却空気が各連結通路６５，６６を通過するときに流速が上昇し、翼環部４１が効果的に冷却される。
【００６０】
また、翼環部４１は、空気通路４９側に遮熱部材８１，８２，８３，８４が設けられているため、空気通路４９を通過する高温・高圧の圧縮空気からの入熱を大幅に低減できる。
【００６１】
また、遮熱環８１、８２、８３、８４は、周方向に複数個に分割され、一定の隙間を設けて回転軸線Ｃ回りにリング状に配置されている。従って、周方向に一定の隙間を設けられているので、例え遮熱環８１、８２、８３、８４が、空気通路４９側からの入熱により周方向に延伸しても、周方向の伸び代は隙間に吸収される。従って、遮熱環の径方向外側への変位はほとんど発生せず、翼環部４１の径方向の変位に影響することはない。
【００６２】
ここで、ガスタービンの起動時における圧縮機１１の構成部材における径方向の変位について説明する。
【００６３】
図５は、ガスタービンのホット起動時における圧縮機の構成部材の隙間の挙動を表すグラフ、図６は、ガスタービンのコールド起動時における圧縮機の構成部材の隙間の挙動を表すグラフである。
【００６４】
従来のガスタービンのホット起動時、図１及び図５に示すように、時間ｔ１にて、ガスタービンを起動する場合、ロータ３２の回転数が上昇し、時間ｔ２にて、ロータ３２の回転数が定格回転数に到達して一定に維持される。この間、圧縮機１１は、空気取入口２０から空気を取り込み、複数の静翼２３及び動翼２４を通過して空気を圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気を生成する。燃焼器１２は、ロータ３２の回転数が定格回転数に達する前に点火され、圧縮空気に燃料を供給して燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスを生成し、タービン１３は、燃焼ガスが複数の静翼２７及び動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転する。そのため、ガスタービンは、時間ｔ３にて、負荷（出力）が上昇し、時間ｔ４にて、定格負荷（定格出力）に到達して一定に維持される。
【００６５】
このようなガスタービンのホット起動時、動翼２４は、高速回転することで径方向における外側に変位（伸張）し、その後、空気通路４９を通過する高温・高圧の圧縮空気から熱を受けることで更に外側に変位（伸張）する。一方、翼環部４１は、停止直後で高温であるが、ガスタービンの起動直後の一定時間の間は、圧縮機１１から低温の抽気空気が翼環部４１に供給され、一旦冷却される。そのため、翼環部４１は、一時的に径方向の内側に変位（収縮）し、その後、圧縮機１１からの抽気空気の温度が上昇して、翼環部４１の抽気空気による冷却効果が薄れ、再び外側に変位（伸張）する。
【００６６】
このとき、従来のガスタービンにて、図５に点線で表す翼環部４１は、時間ｔ２にて、低温の空気により冷却されることで内側に変位するため、動翼の先端と翼環部の内周面との隙間が一時的に大きく減少するピンチポイントが発生してしまう。その後、翼環部が高温・高圧の圧縮空気により加熱されて外側に変位（伸張）する。そして、時間ｔ４後の定格運転にて、翼環部は、外側に大きく変位することで、動翼の先端と翼環部の内周面との隙間が必要以上大きくなってしまう。
【００６７】
一方、本実施形態のガスタービンにて、図５に実線で表す翼環部４１は、時間ｔ２にて、低温の空気により冷却されることで内側に変位するものの、起動前の動翼２４の先端と翼環部４１の内周面との隙間が大きく確保されていることから、動翼２４の先端と翼環部４１の内周面との隙間が従来の構造に比較して減少しない。そして、時間ｔ４後の定格運転にて、翼環部４１は、冷却空気流路６１に供給される冷却空気により冷却されると共に、遮熱環８１，８２，８３，８４により空気通路４９の高温・高圧の圧縮空気からの入熱が抑制される。そのため、翼環部４１は、若干外側に変位するものの、動翼２４の先端と翼環部４１の内周面との隙間が従来の構造に比較して大きくなることはない。
【００６８】
また、ガスタービンのコールド起動時は、図１及び図６に示すように、ホット起動時と比較して翼環部４１が径方向の内側に変位することはないので、ホット起動時よりも更にピンチポイントの発生の可能性は薄い。
【００６９】
このように本実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３とを有する。圧縮機１１として、リング形状をなす空気通路４９を形成する圧縮機車室２１と、圧縮機車室２１の中心部に回転自在に支持されるロータ３２と、ロータ３２の外周部に軸方向に所定間隔をあけて複数固定されて空気通路４９に配置される動翼体４６と、複数の動翼体４６の間で圧縮機車室２１に複数固定されて空気通路４９に配置される複数の静翼体４５と、圧縮機車室２１における複数の動翼体４６の外側に対向して設けられて内部に冷却空気流路６１が形成された翼環部４１と、圧縮空気Ａの一部を冷却空気流路６１に供給する第１冷却空気供給経路７１と、第１冷却空気供給経路７１の圧縮空気Ａを冷却する冷却器７２と、冷却空気流路６１の冷却空気をタービン１３の冷却部に供給する第２冷却空気供給経路７３とを設けている。
【００７０】
従って、圧縮機１１から圧縮空気の一部が抽気され、抽気された圧縮空気が冷却器７２により冷却され、第１冷却空気供給経路７１により圧縮機車室２１の冷却空気流路６１に供給され、第２冷却空気供給経路７３によりタービン１３の冷却部に供給される。そのため、圧縮機車室２１における複数の動翼体４６の外側が冷却空気により冷却されることで、この部分が熱を受けて大きく変位することはなく、圧縮機車室２１と動翼２４との隙間を適正量に維持して、圧縮機１１における圧縮性能の低下を抑制し、ガスタービンの性能を向上することができる。
【００７１】
このとき、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気Ａを冷却器７２により冷却してから冷却空気流路６１に供給するため、空気通路４９の外側に位置する圧縮機車室２１の内周面を効率良く冷却することができる。そして、圧縮機車室２１の内周面を冷却した冷却空気をタービン１３の冷却部に供給して使用するため、冷却空気を効率的に使用することができる。
【００７２】
本実施形態のガスタービンでは、冷却空気流路６１として、空気通路４９における空気の流動方向に所定間隔をあけて配置される複数のマニホールド６２，６３，６４と、各マニホールド６２，６３，６４を直列に連結する連結通路６５，６６とを設けている。従って、圧縮機車室２１内にて、複数のマニホールド６２，６３，６４の間で冷却空気を連結通路６５，６６を通して流通させることで、圧縮機車室２１における複数の動翼体４６の外側部分を効率良く冷却することができる。
【００７３】
本実施形態のガスタービンでは、第１冷却空気供給経路７１が連結される第１マニホールド６２と、空気通路４９における空気の流動方向の上流側に配置される第２マニホールド６３と、空気通路４９における空気の流動方向の下流側に配置されて第２冷却空気供給経路７３が連結される第３マニホールド６４とを設け、第１マニホールド６２と第２マニホールド６３を第１連結通路６５により連結し、第２マニホールド６３と第３マニホールド６４を第２連結通路６６により連結している。従って、第１冷却空気供給経路７１により第１マニホールド６２に供給された冷却空気は、第２連結通路６５を通して第２マニホールド６３に供給され、第２連結通路６６を通して第３マニホールド６４に供給され、第２冷却空気供給経路７３により排出されることとなる。そのため、冷却空気は、翼環部４１内を圧縮空気Ａと逆方向に流れてから圧縮空気Ａと同方向に流れることとなり、冷却空気の通路を長く確保することで、圧縮機車室２１おける複数の動翼体４６の外側部分を効率良く冷却することができる。
【００７４】
本実施形態のガスタービンでは、圧縮機車室２１として、円筒形状をなして空気通路４９を形成すると共に複数の静翼体４５の外周部を支持する翼環部４１を設け、冷却空気流路６１をこの翼環部４１内に空洞部として形成している。従って、圧縮機車室２１全体の構成に影響を与えることなく、翼環部４１だけを加工すればよく、冷却空気流路６１を容易に形成することができる。
【００７５】
本実施形態のガスタービンでは、翼環部４１の空気通路４９側に面する面に、翼環溝との接触面積を小さくした構造の遮熱環８１，８２，８３，８４を設けている。従って、高温・高圧の圧縮空気Ａが空気通路４９を通るとき、遮熱環８１，８２，８３，８４により圧縮空気Ａから翼環部４１への入熱が遮断されることで、翼環部への入熱が大幅に低減され、翼環部の温度上昇を抑え、翼環部の径方向の変位を抑制することができる。
【００７６】
本実施形態のガスタービンでは、リング形状をなして複数の動翼体４６の外周側に対向する翼環部４１の内周部に遮熱環８１，８２，８３を固定している。従って、遮熱環８１，８２，８３により圧縮空気Ａから各動翼２４に対向する翼環部４１の内周面への入熱を効果的に遮断することができる。
【００７７】
本実施形態のガスタービンでは、リング形状をなして複数の動翼体４６及び複数の静翼体４５より空気通路４９における圧縮空気Ａの流動方向の下流側における翼環部４１の内周部に遮熱環８４を固定している。従って、遮熱環８４により動翼体４６及び静翼体４５を通過した圧縮空気Ａから翼環部４１の内周面への入熱を効果的に遮断することができる。
【００７８】
なお、上述した実施形態にて、複数のマニホールド６２，６３，６４と複数の連結通路６５，６６を翼環部４１に形成して冷却空気流路６１を構成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、マニホールド６２，６３，６４の形状、数、形成位置などは、動翼２４や翼環部４１に形状や位置に応じて適宜設定すればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１１  圧縮機
１２  燃焼器
１３  タービン
１４  車室
２１  圧縮機車室
２３  静翼
２４  動翼
３２  ロータ（回転軸）
４１  翼環部
４１ａ支持部
４５  静翼体
４８  外側シュラウド
４８ａシュラウド鍔部（鍔部）
４６  動翼体
４９  空気通路
６１  冷却空気流路
６２  第１マニホールド
６３  第２マニホールド
６４  第３マニホールド
６５  第１連結通路
６６  第２連結通路
７１  第１冷却空気供給経路
７２  冷却器
７３  第２冷却空気供給経路
８１，８２，８３，８４  断熱部材遮熱環
Ｃ    回転軸線
【図１】
2015078622.tif 000003
【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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