(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ケーシング内で軸線を中心として回転する圧縮機ロータにおいて、
前記軸線を中心として、軸方向に延びているロータ軸と、
前記ロータ軸の外周に固定され、前記軸方向に並んでいる複数の動翼列と、
を備え、
前記ロータ軸には、複数の前記動翼列の相互間の軸方向における各位置に、前記軸線を中心として環状を成し、前記軸線に対する径方向で互いに離間している複数のキャビティで構成されるキャビティ群が形成され、
前記ロータ軸の外周側であって前記軸方向で複数の前記動翼列が存在する気体圧縮流路中を気体が流れてくる圧力の低い側が前記軸方向における上流側を成し、前記上流側の反対側で気体の圧力が高くなる側が前記軸方向における下流側を成し、
前記キャビティ群を構成する複数の前記キャビティのうちで、最も径方向外側のキャビティが外側キャビティを成し、前記外側キャビティよりも径方向内側のいずれかのキャビティが軸方向連通キャビティを成し、
少なくとも二つの前記キャビティ群のうち、上流側の一以上のキャビティ群が上流側キャビティ群を成し、前記上流側キャビティ群に対して下流側に位置する残りのキャビティ群が下流側キャビティ群を成し、
前記ロータ軸には、さらに、
前記気体圧縮流路中の気体を、前記下流側キャビティ群の前記外側キャビティに流入させる入口流路と、
前記下流側キャビティ群の前記外側キャビティ内に流入した気体が前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに至るよう、前記径方向を含む方向に延びて、該外側キャビティから該軸方向連通キャビティまでの複数のキャビティで、前記径方向で隣り合う二つのキャビティ相互を連通させる径方向流路と、
前記軸方向を含む方向に延びて、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティと前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティとを連通させる軸方向流路と、
前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティ内の気体が前記上流側キャビティ群の前記外側キャビティに至るよう、前記径方向を含む方向に延びて、該軸方向連通キャビティから該外側キャビティまでの複数のキャビティで、前記径方向で隣り合う二つのキャビティ相互を連通させる径方向流路と、
前記上流側キャビティ群の前記外側キャビティ内の気体を前記気体圧縮流路中に流出させる出口流路と、
が形成され、
前記軸方向流路における前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに対する開口である入口開口の径方向外側縁は、環状の該軸方向連通キャビティを画定する内周面のうちの径方向外側内周面よりも径方向内側に位置し、
前記軸方向流路における前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに対する開口である出口開口の径方向外側縁は、環状の該軸方向連通キャビティを画定する内周面のうちの径方向外側内周面よりも径方向内側に位置し、
前記ロータ軸は、前記軸方向で互いに積層されている複数のロータディスクと、前記径方向に延びて、前記軸方向で隣接する前記ロータディスクのそれぞれに係合して、隣接するロータディスク相互の相対回転を規制するトルクピンと、を有し、
前記トルクピンは、前記下流側キャビティ群を構成する複数のキャビティのうちで前記径方向で隣り合うキャビティの相互間の位置と、前記上流側キャビティ群を構成する複数のキャビティのうちで前記径方向で隣り合うキャビティの相互間の位置と、に配置され、
前記トルクピンには、前記径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記径方向流路を形成する、
圧縮機ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記軸方向流路における前記入口開口の径方向外側縁は、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティの径方向における中央位置よりも径方向内側に位置し、
前記軸方向流路における前記出口開口の径方向外側縁は、前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティの径方向における中央位置よりも径方向内側に位置する、
圧縮機ロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記ロータ軸には、前記軸線に対する周方向で互いに離間している複数の前記軸方向流路が形成されている、
圧縮機ロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記上流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向内側の開口である入口開口が、前記ロータ軸の回転方向側に傾く前記入口開口を含む前記径方向流路の入口側部分と、
前記軸方向流路における前記入口開口が、前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に傾く前記入口開口を含む前記軸方向流路の入口側部分と、
のうち、少なくともいずれか一つの入口側部分を備える、
圧縮機ロータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記下流側キャビティ群は、３以上の前記キャビティを有し、
前記３以上のキャビティのうち、前記外側キャビティを除く２以上の前記キャビティ相互を連通させる前記径方向流路における径方向外側の開口である入口開口を含む該径方向流路の入口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に向かうよう傾いている、
圧縮機ロータ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記下流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向内側の開口である出口開口を含む前記径方向流路の出口側部分と、
前記上流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向外側の開口である出口開口を含む前記径方向流路の出口側部分と、
前記軸方向流路における前記出口開口を含む前記軸方向流路の出口側部分と、
のうちいずれか一つの出口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側又は前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に傾いている、
圧縮機ロータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記入口開口を含む流路の入口側部分は、前記入口開口から前記流路の前記入口開口とは反対側の出口開口側に向かうに連れて次第に、流路内径が小さくなる、
圧縮機ロータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記ロータ軸は、前記軸方向に延びて、複数の前記ロータディスク、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティ及び前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティを貫通するスピンドルボルトと、を有し、
前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティと前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティとの間に存在するロータディスクに形成され、前記スピンドルボルトが貫通するボルト貫通孔は、前記スピンドルボルトとの間に前記軸方向に延びる隙間を有し、
前記ボルト貫通孔の前記隙間は、前記軸方向流路を形成する、
圧縮機ロータ。
【請求項９】
請求項８に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記ボルト貫通孔のうちで前記軸方向流路を形成する前記隙間は、前記スピンドルボルトに対する径方向内側に位置している、
圧縮機ロータ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記キャビティ群を構成する複数の前記キャビティのうち、最も径方向内側のキャビティが前記軸方向連通キャビティを成す、
圧縮機ロータ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧縮機ロータにおいて、
前記軸方向で隣り合う二つの前記キャビティ群のうち、前記上流側のキャビティ群が上流側キャビティ群を成し、前記下流側のキャビティ群が下流側キャビティ群を成す、
圧縮機ロータ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧縮機ロータと、
前記圧縮機ケーシングと、
を備える圧縮機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスで駆動するタービンと、
を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機ケーシング内で軸線を中心として回転する圧縮機ロータ、圧縮機、及びガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、ケーシングと、このケーシング内で軸線を中心として回転するロータと、を備えている。軸流圧縮機のロータは、軸線を中心として軸方向に延びているロータ軸と、ロータ軸の外周に固定され軸方向に並んでいる複数の動翼列と、を有する。
【０００３】
このような軸流圧縮機のロータとしては、以下の特許文献１に開示されているものがある。このロータには、ロータの軽量化等のために複数のチャンバ（又はキャビティ）が形成されている。複数のチャンバのうち、第一チャンバと第二チャンバとは、径方向の位置が互いに同じで軸方向に並んでいる。第二チャンバは、第一チャンバに対して軸方向の上流側に位置している。また、複数のチャンバのうち、第三チャンバは、軸方向における第一チャンバと第二チャンバとの間の位置であって第一チャンバ及び第二チャンバよりも径方向内側の位置に形成されている。第一チャンバ及び第二チャンバは、いずれも、ロータ軸の外周側とケーシングの内周側との間の環状の空間で形成される空気圧縮流路と連通している。第三チャンバは、第一チャンバに連通していると共に、第二チャンバにも連通している。
【０００４】
空気圧縮流路中の空気の一部は、第二チャンバよりも下流側に位置している第一チャンバ内に流入する。この空気は、第一チャンバから第三チャンバ内に流入してから、第二チャンバを経て、空気圧縮流路中に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２０４５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されている技術では、空気圧縮流路中の空気の一部を各チャンバを経て空気圧縮流路に戻すことで、空気圧縮流路を流れる空気の温度変化に対するロータ軸の熱応答性を高めている。
【０００７】
本発明は、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対するロータ軸の熱応答性をより高めることができる圧縮機ロータ、この圧縮機ロータを備える圧縮機、及びこの圧縮機を備え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】
【０００８】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての圧縮機ロータは、
圧縮機ケーシング内で軸線を中心として回転する圧縮機ロータにおいて、前記軸線を中心として、軸方向に延びているロータ軸と、前記ロータ軸の外周に固定され、前記軸方向に並んでいる複数の動翼列と、を備え、前記ロータ軸には、複数の前記動翼列の相互間の軸方向における各位置に、前記軸線を中心として環状を成し、前記軸線に対する径方向で互いに離間している複数のキャビティで構成されるキャビティ群が形成され、前記ロータ軸の外周側であって前記軸方向で複数の前記動翼列が存在する気体圧縮流路中を気体が流れてくる圧力の低い側が前記軸方向における上流側を成し、前記上流側の反対側で気体の圧力が高くなる側が前記軸方向における下流側を成し、前記キャビティ群を構成する複数の前記キャビティのうちで、最も径方向外側のキャビティが外側キャビティを成し、前記外側キャビティよりも径方向内側のいずれかのキャビティが軸方向連通キャビティを成し、少なくとも二つの前記キャビティ群のうち、上流側の一以上のキャビティ群が上流側キャビティ群を成し、前記上流側キャビティ群に対して下流側に位置する残りのキャビティ群が下流側キャビティ群を成し、前記ロータ軸には、さらに、前記気体圧縮流路中の気体を、前記下流側キャビティ群の前記外側キャビティに流入させる入口流路と、前記下流側キャビティ群の前記外側キャビティ内に流入した気体が前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに至るよう、前記径方向を含む方向に延びて、該外側キャビティから該軸方向連通キャビティまでの複数のキャビティで、前記径方向で隣り合う二つのキャビティ相互を連通させる径方向流路と、前記軸方向を含む方向に延びて、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティと前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティとを連通させる軸方向流路と、前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティ内の気体が前記上流側キャビティ群の前記外側キャビティに至るよう、前記径方向を含む方向に延びて、該軸方向連通キャビティから該外側キャビティまでの複数のキャビティで、前記径方向で隣り合う二つのキャビティ相互を連通させる径方向流路と、前記上流側キャビティ群の前記外側キャビティ内の気体を前記気体圧縮流路中に流出させる出口流路と、が形成され、前記軸方向流路における前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに対する開口である入口開口の径方向外側縁は、環状の該軸方向連通キャビティを画定する内周面のうちの径方向外側内周面よりも径方向内側に位置し、前記軸方向流路における前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティに対する開口である出口開口の径方向外側縁は、環状の該軸方向連通キャビティを画定する内周面のうちの径方向外側内周面よりも径方向内側に位置する。前記ロータ軸は、前記軸方向で互いに積層されている複数のロータディスクと、前記径方向に延びて、前記軸方向で隣接する前記ロータディスクのそれぞれに係合して、隣接するロータディスク相互の相対回転を規制するトルクピンと、を有し、前記トルクピンは、前記下流側キャビティ群を構成する複数のキャビティのうちで前記径方向で隣り合うキャビティの相互間の位置と、前記上流側キャビティ群を構成する複数のキャビティのうちで前記径方向で隣り合うキャビティの相互間の位置と、に配置され、前記トルクピンには、前記径方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔が前記径方向流路を形成する。
【０００９】
当該圧縮機ロータでは、気体圧縮流路内の軸方向における圧力差をドライビングフォースとして、気体圧縮流路中の気体の一部が、入口流路を経て下流側キャビティ群の外側キャビティに流入する。外側キャビティに流入した気体は、径方向流路を経て、場合によってはさらに一以上のキャビティを経て、下流側キャビティ群の軸方向連通キャビティに流入する。下流側キャビティ群の軸方向連通キャビティに流入した気体は、軸方向流路を経て、上流側キャビティ群の軸方向連通キャビティに流入する。上流側キャビティ群の軸方向連通キャビティに流入した気体は、径方向流路を経て、場合によってはさらに一以上のキャビティを経て、上流側キャビティ群の外側キャビティに流入する。上流側キャビティ群の外側キャビティに流入した気体は、出口流路を経て気体圧縮流路に戻る。
【００１０】
よって、当該圧縮機ロータでは、空気圧縮流路内の軸方向における圧力差をドライビングフォースとして、下流側キャビティ群の外側キャビティ、下流側キャビティ群の外側キャビティと軸方向連通キャビティとの間のキャビティ、さらに、上流側キャビティ群の外側キャビティ、上流側キャビティ群の外側キャビティと軸方向連通キャビティとの間のキャビティ内を、気体圧縮流路中の気体の一部で効率的に換気することができる。さらに、当該圧縮機ロータでは、下流側キャビティ群の軸方向連通キャビティ内における径方向外側縁から径方向で軸方向流路が開口している位置までの間、さらに、上流側キャビティ群の軸方向連通キャビティ内における径方向外側縁から径方向で軸方向流路が開口している位置までの間も、気体圧縮流路中の気体で効率的に換気することができる。さらに、当該圧縮機ロータでは、キャビティ内を流れる空気とこのキャビティとの周速差により、キャビティを画定する壁面の熱伝達率を高めることができる。
【００１１】
従って、当該圧縮機ロータでは、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対する圧縮機ロータの熱応答性を高めることができる。
さらに、当該圧縮機ロータでは、トルクピンに貫通孔を形成すれば、ロータディスクに径方向流路を形成する必要がない。このため、当該圧縮機ロータでは、ロータディスクの加工工数の増加を抑えることができる。
【００１２】
ここで、前記圧縮機ロータにおいて、前記軸方向流路における前記入口開口の径方向外側縁は、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティの径方向における中央位置よりも径方向内側に位置し、前記軸方向流路における前記出口開口の径方向外側縁は、前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティの径方向における中央位置よりも径方向内側に位置してもよい。
【００１３】
当該圧縮機ロータでは、下流側キャビティ群の軸方向連通キャビティ内及び上流側キャビティ群の軸方向連通キャビティ内を広い範囲にわたって、気体圧縮流路中の気体で効率的に換気することができる。さらに、当該圧縮機ロータでは、これらキャビティ内を流れる空気とこのキャビティとの周速差により、キャビティを画定する壁面の熱伝達率を高めることができる。従って、当該圧縮機ロータでは、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対する圧縮機ロータの熱応答性をより高めることができる。
【００１４】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記ロータ軸には、前記軸線に対する周方向で互いに離間している複数の前記軸方向流路が形成されてもよい。
【００１５】
当該圧縮機ロータでは、軸方向流路内を流れる気体の周速は、ロータ軸の周速に拘束され、ロータ軸の周速と実質的に同じになる。一方、軸方向流路と連通している各軸方向連通キャビティは、軸線を中心として環状に形成されているため、この軸方向連通キャビティ内を流れる気体は、ロータ軸の周速に基本的に拘束されない。このため、各軸方向連通キャビティを流れる気体は、ロータ軸の周速に対して周速差が生じる。特に、上流側キャビティ群の軸方向連通キャビティ内における径方向外側では、ロータ軸の周速に対して周速差が径方向内側より大きくなる。このため、キャビティを画定するロータ軸構成部材の表面と空気との間の熱伝達率を高めることができる。
【００１６】
従って、当該圧縮機ロータでは、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対する圧縮機ロータの熱応答性をより高めることができる。
【００１７】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記上流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向内側の開口である入口開口が、前記ロータ軸の回転方向側に傾く前記入口開口を含む前記径方向流路の入口側部分と、前記軸方向流路における前記入口開口が、前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に傾く前記入口開口を含む前記軸方向流路の入口側部分と、のうち、少なくともいずれか一つの入口側部分を備えてもよい。
【００１８】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記下流側キャビティ群の前記外側キャビティと該外側キャビティに径方向で隣接する前記キャビティとを連通させる前記径方向流路における径方向外側の開口である入口開口を含む該径方向流路の入口側部分と、前記上流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向内側の開口である入口開口を含む該径方向流路の入口側部分とのうち、少なくとも一の入口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側に向かうよう傾いていてもよい。
【００１９】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記軸方向流路における前記入口開口を含む前記軸方向流路の入口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に向かうよう傾いていてもよい。
【００２０】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記下流側キャビティ群は、３以上の前記キャビティを有し、前記３以上のキャビティのうち、前記外側キャビティを除く２以上の前記キャビティ相互を連通させる前記径方向流路における径方向外側の開口である入口開口を含む該径方向流路の入口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に向かうよう傾いていてもよい。
【００２１】
当該圧縮機ロータでは、気体と流路とに周速差があっても、この気体が流路の入口開口で向かい受けられるため、この気体をスムーズに流路に流入させることができる。
【００２２】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記下流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向内側の開口である出口開口を含む前記径方向流路の出口側部分と、前記上流側キャビティ群の前記径方向流路における径方向外側の開口である出口開口を含む前記径方向流路の出口側部分と、前記軸方向流路における前記出口開口を含む前記軸方向流路の出口側部分と、のうちいずれか一つの出口側部分は、前記ロータ軸の回転方向側又は前記ロータ軸の回転方向側とは反対側に傾いていてもよい。
【００２３】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記入口開口を含む流路の入口側部分は、前記入口開口から前記流路の前記入口開口とは反対側の出口開口側に向かうに連れて次第に、流路内径が小さくなってもよい。
【００２６】
以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記ロータ軸は、前記軸方向で互いに積層されている複数のロータディスクと、前記軸方向に延びて、複数の前記ロータディスク、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティ及び前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティを貫通するスピンドルボルトと、を有し、前記下流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティと前記上流側キャビティ群の前記軸方向連通キャビティとの間に存在するロータディスクに形成され、前記スピンドルボルトが貫通するボルト貫通孔は、前記スピンドルボルトとの間に前記軸方向に延びる隙間を有し、前記ボルト貫通孔の前記隙間は、前記軸方向流路を形成してもよい。
【００２７】
前記ボルト貫通孔が形成されている圧縮機ロータにおいて、前記ボルト貫通孔のうちで前記軸方向流路を形成する前記隙間は、前記スピンドルボルトに対する径方向内側に位置してもよい。
【００２８】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記キャビティ群を構成する複数の前記キャビティのうち、最も径方向内側のキャビティが前記軸方向連通キャビティを成してもよい。
【００２９】
当該圧縮機ロータでは、キャビティ群を構成する複数のキャビティ内の全てを、気体圧縮流路中の気体で効率的に換気することができる。従って、当該圧縮機ロータでは、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対する圧縮機ロータの熱応答性をより高めることができる。
【００３０】
また、以上のいずれかの前記圧縮機ロータにおいて、前記軸方向で隣り合う二つの前記キャビティ群のうち、前記上流側のキャビティ群が上流側キャビティ群を成し、前記下流側のキャビティ群が下流側キャビティ群を成してもよい。
【００３１】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての圧縮機は、
以上のいずれかの前記圧縮機ロータと、前記圧縮機ケーシングと、を備える。
【００３２】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としてのガスタービンは、
前記圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動するタービンと、を備える。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る一態様によれば、気体圧縮流路を流れる気体の温度変化に対するロータ軸の熱応答性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る一実施形態におけるガスタービンの要部切欠側面図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態における圧縮機の要部断面図である。
【図３】本発明に係る第一実施形態におけるロータディスクを示し、同図（Ａ）はロータディスクの断面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態における圧縮機の動翼及び静翼周りの要部断面図である。
【図５】本発明に係る第一実施形態におけるトルクピンの斜視図である。
【図６】本発明に係る第一実施形態における圧縮機内での気体の流れを示す説明図である。
【図７】本発明に係る第一実施形態におけるロータ軸内での気体の周速変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係る第一実施形態に対する比較例におけるロータ軸内での気体の周速変化を示すグラフである。
【図９】本発明に係る第一実施形態に対する比較例におけるロータ軸の要部断面図である。
【図１０】本発明に係る第二実施形態における圧縮機の要部断面図である。
【図１１】本発明に係る第二実施形態におけるロータディスクを示し、同図（Ａ）はロータディスクの断面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【図１２】本発明に係る第二実施形態における圧縮機内での気体の流れを示す説明図である。
【図１３】本発明に係る第二実施形態におけるロータ軸内での気体の周速変化を示すグラフである。
【図１４】図１１におけるＸIＶ矢視図に対応する矢視図であって、本発明に係る第二実施形態の第一変形例におけるロータディスクの矢視図である。
【図１５】図１１におけるＸＶ矢視図に対応する矢視図であって、本発明に係る第二実施形態の第一変形例におけるロータディスクの矢視図である。
【図１６】図１４における位置Ｐ２周りの詳細模式図である。
【図１７】図１４における位置Ｐ３周りの詳細模式図である。
【図１８】図１４における位置Ｐ４周りの詳細模式図である。
【図１９】図１５における位置Ｐ５周りの詳細模式図である。
【図２０】図１６における位置Ｐ６周りの詳細模式図である。
【図２１】本発明に係る第二実施形態の第一変形例における下流側キャビティ群のトルクピンの斜視図である。
【図２２】本発明に係る第二実施形態の第一変形例における上流側キャビティ群のトルクピンの斜視図である。
【図２３】本発明に係る第二実施形態の第二変形例であって、図１４における位置Ｐ７又はＰ８周りの詳細模式図である。
【図２４】本発明に係る第二実施形態の第二変形例における他の例であって、図１４における位置Ｐ７又はＰ８周りの詳細模式図である。
【図２５】本発明に係る第二実施形態の第二変形例であって、図１５における位置Ｐ９周りの詳細模式図である。
【図２６】本発明に係る第二実施形態の第二変形例における他の例であって、図１５における位置Ｐ９周りの詳細模式図である。
【図２７】本発明に係る第二実施形態の第二変形例であって、図１５における位置Ｐ１０周りの詳細模式図である。
【図２８】本発明に係る第二実施形態の第二変形例における他の例であって、図１５における位置Ｐ１０周りの詳細模式図である。
【図２９】本発明に係る第二実施形態の第二変形例であって、図１５における位置Ｐ１１周りの詳細模式図である。
【図３０】本発明に係る第二実施形態の第三変形例であって、径方向流路又は軸方向流路の断面図である。
【図３１】本発明に係る第二実施形態の第三変形例における他の例であって、径方向流路又は軸方向流路の断面図である。
【図３２】本発明に係る第一実施形態の他の変形例における圧縮機内での気体の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
「ガスタービンの実施形態」
ガスタービンの一実施形態について、図１を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態のガスタービンは、図１に示すように、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２と、燃焼ガスにより駆動するタービン３と、を備えている。
【００３８】
圧縮機１は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２０と、この圧縮機ロータ２０を覆う筒状の圧縮機ケーシング１０とを有する。なお、以下では、軸線Ａｒが延びている方向を軸方向Ｄａとする。また、軸方向Ｄａの一方側を上流側、この軸方向の他方側を下流側とする。軸線Ａｒを基準にした径方向を単に径方向Ｄｒとする。また、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒから遠ざかる側を径方向外側とし、この径方向Ｄｒで軸線Ａｒに近づく側を径方向内側とする。圧縮機ケーシング１０の上流側は、開口が形成されている。この開口は、圧縮機１が外部から空気を取り込む取込口１１iを成す。
【００３９】
タービン３は、圧縮機１の下流側に配置されている。このタービン３は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ４と、このタービンロータ４を覆う筒状のタービンケーシング５とを有する。圧縮機ロータ２０及びタービンロータ４は、同一の軸線Ａｒを中心として回転するもので、相互に連結され、ガスタービンロータ８を成している。圧縮機ケーシング１０及びタービンケーシング５は、相互に連結されてガスタービンケーシング９を成している。燃焼器２は、このガスタービンケーシング９に固定されている。
【００４０】
「圧縮機の第一実施形態」
圧縮機の第一実施形態について、図２〜図９を参照して説明する。
【００４１】
本実施形態の圧縮機は、先に説明したガスタービンの圧縮機１である。よって、本実施形態の圧縮機１は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ２０と、この圧縮機ロータ２０を覆う筒状の圧縮機ケーシング１０とを有している。
【００４２】
この圧縮機１は、図２に示すように、軸流圧縮機である。このため、圧縮機ロータ２０は、軸線Ａｒを中心として軸方向Ｄａに延びているロータ軸２１と、このロータ軸２１の外周に固定され軸方向Ｄａに並んでいる複数の動翼列８１と、を有している。圧縮機ケーシング１０の内周側には、各動翼列８１の下流側の位置に静翼列１１が固定されている。
【００４３】
１つの静翼列１１は、複数の静翼１２を有している。これら複数の静翼１２は、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで、１つの静翼列１１を構成する。また、１つの動翼列８１は、複数の動翼８２を有している。これら複数の動翼８２は、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで、１つの動翼列８１を構成する。
【００４４】
静翼１２は、図４に示すように、径方向Ｄｒに延びる翼体１３と、翼体１３の径方向Ｄｒ外側に設けられている外側シュラウド１４と、翼体１３の径方向Ｄｒ内側に設けられている内側シュラウド１５と、を有する。外側シュラウド１４は、圧縮機ケーシング１０の内周側に取り付けられている。内側シュラウド１５には、その径方向Ｄｒ内側にシールリング１６が設けられている。動翼８２は、径方向Ｄｒに延びる翼体８３と、翼体８３の径方向Ｄｒ内側に設けられているプラットフォーム８４と、プラットフォーム８４の径方向Ｄｒ内側に設けられている翼根８５と、を有する。翼根８５はロータ軸２１に埋め込まれている。
【００４５】
この圧縮機１で圧縮過程の空気が通る空気圧縮流路１９は、軸線Ａｒを中心として環状を成している。この空気圧縮流路１９の外周側は、圧縮機ケーシング１０及び静翼１２の外側シュラウド１４により画定されている。また、この空気圧縮流路１９の内周側は、動翼８２のプラットフォーム８４及び静翼１２の内側シュラウド１５により画定されている。空気は、圧縮機ロータ２０の回転により、この空気圧縮流路１９内を圧縮されつつ上流側から下流側に流れていく。
【００４６】
ロータ軸２１には、図２に示すように、複数の動翼列８１の相互間の軸方向Ｄａにおける各位置に、言い換えると、複数の静翼列１１の軸方向Ｄａにおける各位置に、軸線Ａｒを中心として環状を成し、径方向Ｄｒで互いに離間している複数のキャビティ２３が形成されている。軸方向Ｄａで隣接する二つの動翼列８１の相互間の軸方向Ｄａにおける位置に形成されている複数のキャビティ２３は、一つのキャビティ群２２を構成する。よって、ロータ軸２１には、複数のキャビティ群２２が軸方向Ｄａに並んで形成されている。
【００４７】
一つのキャビティ群２２は、ロータ軸２１内で最も径方向Ｄｒ外側に形成されている外側キャビティ２４と、この外側キャビティ２４よりも径方向Ｄｒ内側に形成されている中間キャビティ２５と、ロータ軸２１内で最も径方向Ｄｒ内側に形成されている内側キャビティ２６の三つのキャビティで構成されている。
【００４８】
ロータ軸２１には、さらに、外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４と、外側キャビティ２４と中間キャビティ２５とを連通させる複数の径方向中間流路３５と、が形成されている。径方向外側流路３４は、軸線Ａｒを中心として環状に広がる流路である。一方、複数の径方向中間流路３５は、周方向Ｄｃで互い離間している。
【００４９】
ロータ軸２１は、軸方向Ｄａで互いに積層される複数のロータディスク４１と、複数のロータディスク４１及び複数の中間キャビティ２５を軸方向Ｄａに貫通するスピンドルボルト５１と、隣り合うロータディスク４１相互の相対回転を規制する円柱状のトルクピン５５と、を有する。
【００５０】
一つのロータディスク４１には、一つの動翼列８１が取り付けられている。よって、ロータディスク４１は、複数の動翼列８１毎に存在する。
【００５１】
図３に示すように、一つのキャビティ群２２を構成する複数のキャビティ２３、このキャビティ群２２の外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４、このキャビティ群２２の外側キャビティ２４と中間キャビティ２５とを連通させる径方向中間流路３５は、いずれも、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１間に形成されている。なお、同図（Ａ）は、ロータディスク４１の断面図であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【００５２】
一つのロータディスク４１の上流側には、このロータディスク４１の上流側の外側キャビティ２４を形成するために下流側に向かって凹む上流側第一凹部４３ｕと、このロータディスク４１の上流側の中間キャビティ２５を形成するために下流側に向かって凹む上流側第二凹部４５ｕと、このロータディスク４１の上流側に内側キャビティ２６を形成するために下流側に向かって凹む上流側第三凹部４７ｕと、が形成されている。よって、上流側第一凹部４３ｕの径方向Ｄｒ外側には、上流側第一凹部４３ｕの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ上流側に向かって突出する環状の上流側第一アーム部４２ｕが形成されている。また、上流側第一凹部４３ｕと上流側第二凹部４５ｕとの間には、上流側第一凹部４３ｕの底面及び上流側第二凹部４５ｕの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ上流側に向かって突出する環状の上流側第二アーム部４４ｕが形成されている。また、上流側第二凹部４５ｕと上流側第三凹部４７ｕとの間には、上流側第二凹部４５ｕの底面及び上流側第三凹部４７ｕの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ上流側に向かって突出する環状の上流側第三アーム部４６ｕが形成されている。
【００５３】
環状の上流側第二アーム部４４ｕには、下流側に向かって凹んで、上流側第一凹部４３ｕと上流側第二凹部４５ｕとを連通させる複数の上流側ピン溝４４ｕｐが形成されている。
【００５４】
また、一つのロータディスク４１の下流側には、このロータディスク４１の下流側の外側キャビティ２４を形成するために上流側に向かって凹む下流側第一凹部４３ｄと、このロータディスク４１の下流側の中間キャビティ２５を形成するために上流側に向かって凹む下流側第二凹部４５ｄと、このロータディスク４１の下流側に内側キャビティ２６を形成するために上流側に向かって凹む下流側第三凹部４７ｄと、が形成されている。よって、下流側第一凹部４３ｄの径方向Ｄｒ外側には、下流側第一凹部４３ｄの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ下流側に向かって突出する環状の下流側第一アーム部４２ｄが形成されている。また、下流側第一凹部４３ｄと下流側第二凹部４５ｄとの間には、下流側第一凹部４３ｄの底面及び下流側第二凹部４５ｄの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ下流側に向かって突出する環状の下流側第二アーム部４４ｄが形成されている。また、下流側第二凹部４５ｄと下流側第三凹部４７ｄとの間には、下流側第二凹部４５ｄの底面及び下流側第三凹部４７ｄの底面に対して、相対的に軸方向Ｄａ下流側に向かって突出する環状の下流側第三アーム部４６ｄが形成されている。
【００５５】
環状の下流側第二アーム部４４ｄには、上流側に向かって凹んで、下流側第一凹部４３ｄと下流側第二凹部４５ｄとを連通させる複数の下流側ピン溝４４ｄｐが形成されている。
【００５６】
外側キャビティ２４は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第一凹部４３ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第一凹部４３ｕとにより画定される。中間キャビティ２５は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第二凹部４５ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第二凹部とにより画定される。内側キャビティ２６は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第三凹部４７ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第三凹部４７ｕとにより画定される。
【００５７】
軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第一アーム部４２ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第一アーム部４２ｕとは、互いに軸方向Ｄａで対向し且つ離間している。径方向外側流路３４は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第一アーム部４２ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第一アーム部４２ｕとにより画定される。
【００５８】
軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における複数の下流側ピン溝４４ｄｐと、下流側のロータディスク４１における複数の上流側ピン溝４４ｕｐとは、軸方向Ｄａで互いに対向している。トルクピン５５が装着されるピン孔は、下流側ピン溝４４ｄｐと上流側ピン溝４４ｕｐとにより画定される。トルクピン５５が装着されるピン孔は、円柱状のトルクピン５５の形状に対応して円柱状を成す。
【００５９】
ロータディスク４１には、上流側第二凹部４５ｕの底面から下流側第二凹部４５ｄの底面に貫通して、スピンドルボルト５１が挿通されるボルト貫通孔４８が形成されている。また、ロータディスク４１の径方向Ｄｒ外側であって、上流側第一アーム部４２ｕと下流側第二アーム部４４ｄとの間には、動翼８２の翼根８５（図４参照）が装着される動翼装着部４９が形成されている。
【００６０】
円柱状のトルクピン５５には、図５に示すように、円柱の一方の端面から他方の端面に貫通する貫通孔５６が形成されている。この貫通孔５６は、径方向中間流路３５を形成する。
【００６１】
ロータ軸２１で最も下流側の第一キャビティ群２２と、図２に示すように、この第一キャビティ群２２と軸方向Ｄａで隣り合う上流側の第二キャビティ群２２とは、一組を成す。この組では、第一キャビティ群２２が下流側キャビティ群２２ｄを成し、第二キャビティ群２２が上流側キャビティ群２２ｕを成す。第二キャビティ群２２と軸方向Ｄａで隣り合う上流側の第三キャビティ群２２と、第三キャビティ群２２と軸方向Ｄａで隣り合う上流側の第四キャビティ群２２とは、一組を成す。この組では、第三キャビティ群２２が下流側キャビティ群２２ｄを成し、第四キャビティ群２２が上流側キャビティ群２２ｕを成す。第四キャビティ群２２と軸方向Ｄａで隣り合う上流側の第五キャビティ群２２と、第五キャビティ群２２と軸方向Ｄａで隣り合う上流側の第六キャビティ群２２とは、一組を成す。この組では、第五キャビティ群２２が下流側キャビティ群２２ｄを成し、第六キャビティ群２２が上流側キャビティ群２２ｕを成す。
【００６２】
下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４は、空気圧縮流路１９中の空気を外側キャビティ２４に流入させる入口流路３４ｄを成す。また、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４は、外側キャビティ２４内の空気を空気圧縮流路１９中に流出させる出口流路３４ｕを成す。
【００６３】
下流側キャビティ群２２ｄと上流側キャビティ群２２ｕとの間のロータディスク４１には、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを連通させる軸方向流路３７が形成されている。このロータディスク４１のボルト貫通孔４８は、図３に示すように、ここに挿通されるスピンドルボルト５１の径方向Ｄｒ内側の面との間に軸方向Ｄａに延びる隙間４８ｓを形成する。この隙間４８ｓが軸方向流路３７を形成する。この軸方向流路３７における下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５に対する開口は、入口開口３７ｉを成す。また、この軸方向流路３７における上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５に対する開口は、出口開口３７ｏを成す。この軸方向流路３７における入口開口３７ｉの径方向Ｄｒ外側縁は、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置する。同様に、この軸方向流路３７における出口開口３７ｏの径方向Ｄｒ外側縁も、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置する。なお、中間キャビティ２５の径方向Ｄｒにおける中央位置とは、環状の中間キャビティ２５を画定する内周面のうち、径方向内側内周面から径方向外側内周面までの径方向Ｄｒの高さの１／２の位置を示す。
【００６４】
このように、本実施形態では、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを連通させる軸方向流路３７が形成されている。このため、本実施形態において、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５は、いずれも、軸方向連通キャビティを成す。ロータディスク４１には、スピンドルボルト５１が挿通される複数のボルト貫通孔４８が軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで形成されている。よって、ロータディスク４１には、軸方向流路３７も軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで複数形成されている。
【００６５】
次に、圧縮機ケーシング１０内での空気の流れについて、図６を用いて説明する。
【００６６】
圧縮機ケーシング１０の取込口１１iから供給された空気が空気圧縮流路１９内に流入すると、空気は、この空気圧縮流路１９内を下流側に流れつつ、次第に圧縮される。従って、空気圧縮流路１９内の圧力は、下流側の方が高い。このため、一の動翼列８１を基準にして下流側の空気圧縮流路１９に連通する下流側キャビティ群２２ｄの径方向外側流路３４内の圧力は、この一の動翼列８１を基準にして上流側の空気圧縮流路１９に連通する上流側キャビティ群２２ｕの径方向外側流路３４内の圧力より高い。よって、下流側キャビティ群２２ｄの径方向外側流路３４には、空気圧縮流路１９内の空気が流入する。このため、この径方向外側流路３４は、前述したように、入口流路３４ｄとして機能する。
【００６７】
入口流路３４ｄ内に流入した空気は、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４に流入する。この空気は、トルクピン５５に形成されている径方向中間流路３５を経て、中間キャビティ２５に流入する。中間キャビティ２５に流入した空気は、ロータディスク４１のボルト貫通孔４８とスピンドルボルト５１との間の隙間４８ｓで形成される軸方向流路３７を経て、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５に流入する。この空気は、トルクピン５５に形成されている径方向中間流路３５を経て、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４に流入する。外側キャビティ２４に流入した空気は、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４から空気圧縮流路１９に流出する。このため、この径方向外側流路３４は、前述したように、出口流路３４ｕとして機能する。
【００６８】
すなわち、本実施形態では、空気圧縮流路１９内の軸方向Ｄａにおける圧力差をドライビングフォースとして、空気圧縮流路１９中の空気の一部がここから下流側キャビティ群２２ｄ及び上流側キャビティ群２２ｕを経て空気圧縮流路１９に戻る循環流を生じさせている。この循環流は、ロータ軸２１中の各キャビティ内の換気を促進する。
【００６９】
ところで、図４に示すように、動翼８２の径方向外側端と、この径方向外側端と径方向Ｄｒで対向する圧縮機ケーシング１０の内周面との間には、クリアランスがある。このクリアランスは、一般的にチップクリアランスＣＣと呼ばれ、圧縮機性能の観点から、できる限り小さいことが好ましい。
【００７０】
圧縮機ロータ２０、特にロータ軸２１は、径方向Ｄｒの寸法が、圧縮機ケーシング１０の径方向Ｄｒの厚さ寸法に比べて大きい。このため、圧縮機ロータ２０は、圧縮機ケーシング１０に対して熱容量が大きく、空気圧縮流路１９を流れる空気の温度変化に対する熱応答性が圧縮機ケーシング１０よりも低い。よって、空気圧縮流路１９を流れる空気が温度変化した場合に、圧縮機ロータ２０と圧縮機ケーシング１０との熱応答性の差により、チップクリアランスＣＣに変化が生じる。
【００７１】
チップクリアランスＣＣの変化が大きい場合、定常クリアランスを大きくする必要がある。なお、定常クリアランスとは、ガスタービンの安定運転が継続し、且つ圧縮機ロータ２０及び圧縮機ケーシング１０が共に継続して同じ温度になっているときのチップクリアランスＣＣである。この定常クリアランスが大きいと、ガスタービンの定常運転時、動翼８２の径方向外側端と圧縮機ケーシング１０の内周面との間を通過する空気が多くなる。このため、定常クリアランスが大きいと、ガスタービンの定常運転時における圧縮機性能が低くなるばかりか、ガスタービン性能も低くなる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、前述したように、ロータ軸２１中に空気圧縮流路１９内の空気を流すことで、空気圧縮流路１９を流れる空気の温度変化に対する圧縮機ロータ２０の熱応答性を高め、チップクリアランスＣＣの変化を小さくしている。本実施形態では、このように、チップクリアランスＣＣの変化が小さくなるので、定常クリアランスを小さくすることができる。よって、本実施形態では、ガスタービンの定常運転時時における圧縮機性能を高めることができ、結果としてガスタービン性能を高めることができる。
【００７３】
次に、図７及び図８を用いて、本実施形態において、圧縮機ロータ２０の熱応答性が向上する理由について説明する。なお、図７及び図８において、横軸は空気の周速を示し、縦軸は径方向Ｄｒにおける軸線Ａｒからの距離を示す。また、図７及び図８において、太破線はロータ軸２１の周速を示し、細実線はロータ軸２１内の空気の周速を示す。
【００７４】
図７は、本実施形態におけるロータ軸２１内での空気の周速変化を示す。同図に示すように、ロータ軸２１は、軸線Ａｒ上の位置での周速が０である。また、ロータ軸２１は、軸線Ａｒから遠ざかるに連れて、軸線Ａｒからの距離に比例して周速が増加する。このため、ロータ軸２１は、その外周面で最大周速Ｖになる。
【００７５】
空気圧縮流路１９の空気は、図６を用いて前述したように、入口流路３４ｄを経て下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４に流入する。この外側キャビティ２４に流入した直後の空気の周速ｖ１は、ロータ軸２１の外周面における周速Ｖのほぼ半分である０．５Ｖとすることができる。なお、ここでは、外側キャビティ２４に流入した直後の空気の周速ｖ１を０．５Ｖとしているが、これは一例であり、クリアランス調整等によって、この周速ｖ１を変えることができる。外側キャビティ２４に流入した空気は、外側キャビティ２４内をこの外側キャビティ２４に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ内側に流れる。この空気の周速は、角運動量保存の法則により、軸線Ａｒからの距離に反比例して大きくなる。このため、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、この空気の周速は増加する。空気が外側キャビティ２４の径方向Ｄｒ内側端に至ると、この空気の周速はｖ２になる。この周速ｖ２は、外側キャビティ２４に流入した直後の空気の周速ｖ１よりも大きい。この空気は、ここで開口している複数の径方向中間流路３５のうちのいずれかに流入する。径方向中間流路３５に流入した空気は、径方向中間流路３５内を径方向Ｄｒ内側に向かって流れて、中間キャビティ２５に流入する。径方向中間流路３５内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、径方向中間流路３５内の空気の周速は、径方向中間流路３５の周速とほぼ同じになる。
【００７６】
なお、外側キャビティ２４の径方向Ｄｒ内側端に至ったときの空気の周速ｖ２と、径方向中間流路３５における径方向外側の開口である入口開口３５ｄｉ（図６参照）の周速Ｖ２との間には、周速差（ｖ２−Ｖ２）がある。このため、空気が外側キャビティ２４から径方向中間流路３５に流入した直後に、空気の周速が入口開口３５ｄｉの周速と一致して、この周速差（ｖ２−Ｖ２）が０になる。
【００７７】
空気が中間キャビティ２５内に流入すると、この空気は、中間キャビティ２５内をこの中間キャビティ２５に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ内側に流れる。この中間キャビティ２５内でも、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は増加する。このため、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、中間キャビティ２５に対する周速差が大きくなる。空気が複数の軸方向流路３７の入口開口３７iのうち、いずれかの入口開口３７iに至る直前では、この空気の周速はｖ３になる。この空気は、入口開口３７iから軸方向流路３７内に流入する。空気は、軸方向流路３７内を上流側に向かって流れ、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５内に流入する。軸方向流路３７内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、軸方向流路３７内の空気の周速は、軸方向流路３７の周速Ｖ３とほぼ同じになる。
【００７８】
なお、軸方向流路３７の入口開口３７i（図６参照）に至る直前の空気の周速ｖ３と、軸方向流路３７の入口開口３７iの周速Ｖ３との間には、周速差（ｖ３−Ｖ３）がある。このため、空気が中間キャビティ２５から軸方向流路３７に流入した直後に、空気の周速が入口開口３７ｉの周速と一致して、この周速差（ｖ３−Ｖ３）が０になる。
【００７９】
空気が上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５内に流入すると、中間キャビティ２５内をこの中間キャビティ２５に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ外側に流れる。この中間キャビティ２５内では、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は減少する。このため、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、中間キャビティ２５に対する周速差が大きくなる。空気が中間キャビティ２５の径方向Ｄｒ外側端に至ると、この空気の周速はｖ４ａになる。空気は、ここで開口している複数の径方向中間流路３５のうちのいずれかに流入する。空気は、径方向中間流路３５内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れて、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４に流入する。径方向中間流路３５内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、径方向中間流路３５内の空気の周速は、径方向中間流路３５の周速Ｖ４ａとほぼ同じになる。
【００８０】
なお、中間キャビティ２５の径方向Ｄｒ外側端に至ったときの空気の周速ｖ４ａと、径方向中間流路３５における径方向外側の開口である入口開口３５ｕｉ（図６参照）の周速Ｖ４ａとの間には、周速差（ｖ４ａ−Ｖ４ａ）がある。このため、空気が中間キャビティ２５から径方向中間流路３５に流入した直後に、空気の周速が入口開口３５ｕｉの周速と一致して、この周速差（ｖ４ａ−Ｖ４ａ）が０になる。
【００８１】
空気が外側キャビティ２４内に流入すると、この空気は、外側キャビティ２４内をこの外側キャビティ２４に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ外側に流れる。この外側キャビティ２４内でも、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は減少する。このため、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、外側キャビティ２４に対する周速差が大きくなる。
【００８２】
この空気は、出口流路３４ｕを経て、空気圧縮流路１９内に戻る。
【００８３】
このように、本実施形態では、前述したように、空気圧縮流路１９内の軸方向Ｄａにおける圧力差をドライビングフォースとして、空気圧縮流路１９中の空気の一部がここから下流側キャビティ群２２ｄ及び上流側キャビティ群２２ｕを経て空気圧縮流路１９に戻る循環流を生じさせている。すなわち、本実施形態では、空気圧縮流路１９内の空気の一部が、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４内を、以上の順で流れて、空気圧縮流路１９に戻る。このため、本実施形態では、ロータ軸２１が回転している限り、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４内を流れる空気の循環流により、これらのキャビティ内を換気することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、空気圧縮流路１９からの空気が流れる各キャビティ２３内では、空気とキャビティ２３との間に周速差がある。このため、キャビティ２３を画定するロータディスク４１の表面の熱伝達率を高めることができる。
【００８５】
すなわち、本実施形態では、各キャビティ２３内を空気圧縮流路１９内を流れる空気で換気することができる。しかも、本実施形態では、ロータディスク４１の壁面における熱伝達率を高めることができる。従って、本実施形態では、空気圧縮流路１９を流れる空気の温度変化に対する圧縮機ロータ２０の熱応答性を高めることができる。
【００８６】
なお、ロータディスク４１には、軸線Ａｒを中心として周方向Ｄｃに並んで形成されている複数の軸方向流路３７の軸方向Ｄａの中間位置で、複数の軸方向流路３７を互いに連通させる周方向流路を形成してもよい。この周方向流路は、軸線Ａｒを中心として環状に形成されている。この周方向流路を形成した場合、軸方向流路３７の入口開口３７ｉに流入した空気は、軸方向Ｄａの上流側に向かって軸方向流路３７内を流れて周方向流路に到達し、周方向流路を周方向に流れて、いずれかの軸方向流路３７から上流側の中間キャビティ２５に流入する。このような形態を採用しても、本実施形態と同様に圧縮機ロータ２０の熱応答性を高める効果を得ることができる。
【００８７】
次に、図８及び図９を用いて、上記実施形態に対する比較例におけるロータ軸内での空気の周速変化について説明する。
【００８８】
本比較例は、図９に示すように、上記実施形態における下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とが一体化し、一つのキャビティ２３を成しているものである。ここでは、以下の説明の都合上、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを一体化したキャビティを共有キャビティ２５ｘとする。
【００８９】
本比較例では、空気圧縮流路１９内の空気が、ロータ軸２１内の入口流路３４ｄ、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５、共有キャビティ２５ｘ、上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４、出口流路３４ｕを、以上の順で流れて、空気圧縮流路１９に戻る。
【００９０】
空気圧縮流路１９内の空気が共有キャビティ２５ｘに至る直前までの空気の周速変化は、上記実施形態と同様である。よって、共有キャビティ２５ｘに至る直前の空気、つまり下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５の径方向Ｄｒ内側端における空気の周速は、この位置でのロータ軸２１の周速とほぼ同じである。
【００９１】
下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５から共有キャビティ２５ｘ内に流入した空気は、上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５に流入する。共有キャビティ２５ｘには、その下流側部分の径方向Ｄｒ外側縁に下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５の出口開口が形成され、その上流側部分の径方向Ｄｒ外側縁に上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５の入口開口が形成されている。一方で、この共有キャビティ２５ｘの径方向Ｄｒ内側の領域には、流路の開口が一切形成されていない。このため、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５から共有キャビティ２５ｘ内に流入した空気は、共有キャビティ２５ｘ内の径方向Ｄｒ外側領域を上流側に向かって流れて、上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５に流入する。よって、共有キャビティ２５ｘ内の径方向Ｄｒ内側領域では、空気が滞留し、空気圧縮流路１９からの空気の流れがほとんどない。
【００９２】
上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５に流入した空気の周速変化は、以降、上記実施形態と同様である。
【００９３】
本比較例では、空気圧縮流路１９内の空気が共有キャビティ２５ｘ内に流入するものの、前述したように、この空気は、共有キャビティ２５ｘ内の径方向Ｄｒ外側領域を上流側に向かって流れ、共有キャビティ２５ｘ内の径方向Ｄｒ内側領域では、空気が滞留している。このため、本比較例では、共有キャビティ２５ｘ内に径方向Ｄｒ内側領域を効果的に換気することができない。さらに、本比較例では、共有キャビティ２５ｘ内に流入した空気が、その後、共有キャビティ２５ｘ内であまり径方向Ｄｒに流れないため、径方向Ｄｒへの流れに伴う空気とキャビティ２３との間の周速差がほとんど生じない。
【００９４】
そこで、上記実施形態では、本比較例の共有キャビティ２５ｘに対応する下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを連通させる軸方向流路３７における入口開口３７ｉ及び出口開口３７ｏの位置を前述した位置に形成している。すなわち、上記実施形態では、図６に示すように、軸方向流路３７における入口開口３７ｉの径方向Ｄｒ外側縁を、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置させると共に、この軸方向流路３７における出口開口３７ｏの径方向Ｄｒ外側縁も、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置させている。
【００９５】
「圧縮機の第二実施形態」
圧縮機の第二実施形態について、図１０〜図１３を参照して説明する。
【００９６】
上記第一実施形態における圧縮機では、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを軸方向流路３７で連通させている。本実施形態では、図１０に示すように、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６と上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６とを軸方向流路３９で連通させている。よって、本実施形態において、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６と上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６が、軸方向連通キャビティを成す。
【００９７】
また、本実施形態のロータ軸２１には、外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４と、外側キャビティ２４と中間キャビティ２５とを連通させる複数の径方向中間流路３５の他に、中間キャビティ２５と内側キャビティ２６とを連通させる複数の径方向内側流路３８が形成されている。本実施形態における複数の径方向中間流路３５は、上記第一実施形態における複数の径方向中間流路３５と同様に、周方向Ｄｃで互いに離間している。また、本実施形態における複数の径方向内側流路３８も、上記第一実施形態における複数の径方向中間流路３５と同様に、周方向Ｄｃで互いに離間している。
【００９８】
一つのキャビティ群２２を構成する複数のキャビティ２３、このキャビティ群２２の外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４、このキャビティ群２２の外側キャビティ２４と中間キャビティ２５とを連通させる径方向中間流路３５、さらに、このキャビティ群２２の中間キャビティ２５と内側キャビティ２６とを連通させる径方向内側流路３８は、図１１に示すように、いずれも、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１間に形成されている。なお、同図（Ａ）は、ロータディスク４１の断面図であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）におけるＢ矢視図である。
【００９９】
一つのロータディスク４１の上流側には、上記第一実施形態と同様、上流側第一アーム部４２ｕ、上流側第一凹部４３ｕ、上流側第二アーム部４４ｕ、上流側第二凹部４５ｕ、上流側第三アーム部４６ｕ、上流側第三凹部４７ｕが形成されている。環状の上流側第二アーム部４４ｕには、上記第一実施形態と同様、下流側に向かって凹んで、上流側第一凹部４３ｕと上流側第二凹部４５ｕとを連通させる複数の上流側ピン溝４４ｕｐが形成されている。さらに、環状の上流側第三アーム部４６ｕには、下流側に向かって凹んで、上流側第二凹部４５ｕと上流側第三凹部４７ｕとを連通させる複数の上流側流路溝４６ｕｐが形成されている。
【０１００】
また、一つのロータディスク４１の下流側には、下流側第一アーム部４２ｄ、下流側第一凹部４３ｄ、下流側第二アーム部４４ｄ、下流側第二凹部４５ｄ、下流側第三アーム部４６ｄ、下流側第三凹部４７ｄが形成されている。環状の下流側第二アーム部４４ｄには、上記第一実施形態と同様、上流側に向かって凹んで、下流側第一凹部４３ｄと下流側第二凹部４５ｄとを連通させる複数の下流側ピン溝４４ｄｐが形成されている。さらに、環状の下流側第三アーム部４６ｄには、上流側に向かって凹んで、下流側第二凹部４５ｄと下流側第三凹部４７ｄとを連通させる複数の下流側流路溝４６ｄｐが形成されている。
【０１０１】
上記第一実施形態と同様、本実施形態でも、外側キャビティ２４は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第一凹部４３ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第一凹部４３ｕとにより画定される。中間キャビティ２５は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第二凹部４５ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第二凹部４５ｕとにより画定される。内側キャビティ２６は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第三凹部４７ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第三凹部４７ｕとにより画定される。
【０１０２】
また、径方向外側流路３４は、軸方向Ｄａで隣接する二つのロータディスク４１のうちの上流側のロータディスク４１における下流側第一アーム部４２ｄと、下流側のロータディスク４１における上流側第一アーム部４２ｕとにより画定される。
【０１０３】
トルクピン５５が装着されるピン孔は、下流側ピン溝４４ｄｐと上流側ピン溝４４ｕｐとにより画定される。このトルクピン５５には、上記第一実施形態と同様、径方向中間流路３５を成す貫通孔５６が形成されている。
【０１０４】
ロータ軸２１で組を成すキャビティ群２２のうち、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４は、空気圧縮流路１９中の空気を外側キャビティ２４に流入させる入口流路３４ｄを成す。また、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４は、外側キャビティ２４内の空気を空気圧縮流路１９中に流出させる出口流路３４ｕを成す。
【０１０５】
下流側キャビティ群２２ｄと上流側キャビティ群２２ｕとの間のロータディスク４１には、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６と上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６とを連通させる前述の軸方向流路３９が形成されている。このため、下流側キャビティ群２２ｄと上流側キャビティ群２２ｕとの間のロータディスク４１には、第一実施形態のように、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５とを連通させる軸方向流路３７は形成されていない。
【０１０６】
軸方向流路３９における下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６に対する開口は、入口開口３９ｉを成す。この軸方向流路３９における入口開口３９ｉの径方向Ｄｒ外側縁は、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置する。軸方向流路３９における上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６に対する開口は、出口開口３９ｏを成す。この軸方向流路３９における出口開口３９ｏの径方向Ｄｒ外側縁も、同様に、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６の径方向Ｄｒにおける中央位置よりも径方向Ｄｒ内側に位置する。なお、内側キャビティ２６の径方向Ｄｒにおける中央位置とは、環状の内側キャビティ２６を画定する内周面のうち、径方向内側内周面から径方向外側内周面までの径方向Ｄｒの高さの１／２の位置を示す。
【０１０７】
次に、圧縮機ケーシング１０内での空気の流れについて、図１２を用いて説明する。
【０１０８】
本実施形態でも、上記第一実施形態と同様、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４と空気圧縮流路１９とを連通させる径方向外側流路３４は、入口流路３４ｄとして機能し、ここに空気圧縮流路１９内の空気が流入する。
【０１０９】
本実施形態でも、上記実施形態と同様、空気圧縮流路１９内の空気が、ロータ軸２１内の入口流路３４ｄ、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５を、以上の順で流れる。その後、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５に流入した空気は、下流側キャビティ群２２ｄの径方向内側流路３８、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６を、以上の順で流れる。下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６に流入した空気は、軸方向流路３９を経て、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６に流入する。上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６に流入した空気は、上流側キャビティ群２２ｕの径方向内側流路３８を経て、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５に流入する。上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５に流入した空気は、上記実施形態と同様、上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４、出口流路３４ｕを、以上の順で流れて、空気圧縮流路１９に戻る。
【０１１０】
次に、図１３を用いて、本実施形態におけるロータ軸２１内での空気の周速変化について説明する。
【０１１１】
空気圧縮流路１９内の空気が下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５に至るまでの、この空気の周速変化は、上記実施形態と同様である。空気が下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５内に流入すると、中間キャビティ２５内をこの中間キャビティ２５に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ内側に流れる。この中間キャビティ２５内では、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は増加する。このため、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、中間キャビティ２５に対する周速差が大きくなる。空気が中間キャビティ２５の径方向Ｄｒ内側端に至ると、空気は、ここで開口している複数の径方向内側流路３８のうちのいずれかに流入する。空気は、径方向内側流路３８内を径方向Ｄｒ内側に向かって流れて、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６に流入する。径方向内側流路３８内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、径方向内側流路３８内の空気の周速は、径方向内側流路３８の周速とほぼ同じになる。
【０１１２】
空気が内側キャビティ２６内に流入すると、この空気は、内側キャビティ２６内をこの内側キャビティ２６に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ内側に流れる。この内側キャビティ２６内でも、空気が内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は増加する。このため、空気が内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、内側キャビティ２６に対する周速差が大きくなる。空気が複数の軸方向流路３９の開口のうち、いずれかの開口に至ると、この開口から軸方向流路３９内に流入する。空気は、軸方向流路３９内を上流側に向かって流れ、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６内に流入する。軸方向流路３９内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、軸方向流路３９内の空気の周速は、軸方向流路３９の周速とほぼ同じになる。
【０１１３】
空気が上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６内に流入すると、内側キャビティ２６内をこの内側キャビティ２６に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ外側に流れる。この内側キャビティ２６内では、空気が内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、角運動量保存の法則により、この空気の周速は減少する。このため、空気が内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、内側キャビティ２６に対する周速差が大きくなる。空気が内側キャビティ２６の径方向Ｄｒ外側端に至ると、空気は、ここで開口している複数の径方向内側流路３８のうちのいずれかに流入する。空気は、径方向内側流路３８内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れて、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５に流入する。径方向内側流路３８内の空気は、軸線Ａｒを中心としてロータ軸２１と一体に回転するため、径方向内側流路３８内の空気の周速は、径方向内側流路３８の周速とほぼ同じになる。
【０１１４】
以降、空気が、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５、径方向中間流路３５、外側キャビティ２４、出口流路３４ｕを経て、空気圧縮流路１９に戻るまでの空気の周速変化は、上記実施形態と同様である。
【０１１５】
以上、本実施形態では、上記第一実施形態と同様、空気圧縮流路１９内の軸方向Ｄａにおける圧力差をドライビングフォースとして、空気圧縮流路１９中の空気の一部が、ここから下流側キャビティ群２２ｄ及び上流側キャビティ群２２ｕを経て空気圧縮流路１９に戻る循環流を生じさせている。すなわち、本実施形態では、空気圧縮流路１９内の空気の一部が、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５、上流側キャビティ群２２ｕの外側キャビティ２４内を、以上の順で流れて、空気圧縮流路１９内に戻る。このため、本実施形態では、ロータ軸２１が回転している限り、下流側キャビティ群２２ｄの各キャビテイ内及び上流側キャビティ群２２ｕの各キャビティ内を流れる空気の循環流により、これらのキャビティ内を換気することができる。特に、本実施形態では、下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６内も循環流が流れる関係で、これらキャビティ内も換気することができる。
【０１１６】
また、本実施形態でも、空気圧縮流路１９からの空気が流れる各キャビティ２３内では、空気とキャビティ２３との間に周速差がある。このため、キャビティ２３を画定するロータディスク４１の表面の熱伝達率を高めることができる。
【０１１７】
従って、本実施形態では、上記第一実施形態以上に、空気圧縮流路１９を流れる空気の温度変化に対する圧縮機ロータ２０の熱応答性を高めることができる。
【０１１８】
「第二実施形態の第一変形例」
上記第二実施形態の第一変形例について、図１４〜図２２を参照して説明する。
【０１１９】
上記第一及び第二実施形態において、いずれかのキャビティ２３から径方向流路又は軸方向流路に空気が流入する際、この空気と流路とに大きな周速差があると、この空気が流路内にスムーズに流入しなくなり、空気流に圧力損失が生じる。
【０１２０】
そこで、本変形例では、空気と流路とに周速差があっても、この空気が流路内にスムーズに流入するようにして、空気流の圧力損失を低減している。このため、本変形例では、流路における入口開口を含む入口側部分は、入口開口に近づくに連れて、この入口開口に流入する空気の周方向Ｄｃの流れの入口開口に対する相対的な向きと反対側に向かうよう、形成されている。
【０１２１】
具体的に、図１４及び図１６に示すように、下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４と中間キャビティ２５とを連通させる径方向中間流路３５ｄにおける径方向Ｄｒ外側の開口である入口開口３５ｄｉを含む入口側部分は、入口開口３５ｄｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃのうちロータ軸２１の回転側に向くよう形成されている。なお、図１４は、図１１におけるＸIＶ矢視を変形した本変形例のロータディスク４１の要部矢視図である。すなわち、図１４は、本変形例のロータディスク４１を軸方Ｄａの下流側から上流側に向かって見た図である。また、図１６は、図１４における、径方向中間流路３５ｄの入口開口３５ｄｉの位置Ｐ２周りの詳細模式図である。
【０１２２】
図７を用いて前述したように、空気圧縮流路１９から入口流路３４ｄを経て下流側キャビティ群２２ｄの外側キャビティ２４に流入した直後の空気の周速ｖ１は、ロータ軸２１の外周面における周速Ｖのほぼ半分である０．５Ｖとすることができる。この空気は、外側キャビティ２４内をこの外側キャビティ２４に対して相対的に周方向Ｄｃに流れつつ径方向Ｄｒ内側に流れる。この空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて増加する。よって、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、この空気の周速が径方向中間流路３５ｄの入口開口３５ｄｉの周速に近づく。しかしながら、空気が外側キャビティ２４の径方向Ｄｒ内側端に至った時点でも、図７及び図１４に示すように、この空気の周速ｖ２は、径方向中間流路３５ｄの入口開口３５ｄｉの周速Ｖ２よりも遅い。
【０１２３】
従って、図１４及び図１６に示すように、この入口開口３５ｄｉに流入する空気の入口開口３５ｄｉに対する相対周速ｖｒ２（＝ｖ２−Ｖ２＜０）の向きは、周方向Ｄｃのうちロータ軸２１の回転側とは反対側の反回転側となる。空気は、前述したように、外側キャビティ２４から径方向中間流路３５ｄに流入する過程で、相対周速ｖｒ２（＝ｖ２−Ｖ２＜０）が０になるよう、その周速が増加する。そこで、ここでは、入口開口３５ｄｉに対して相対的に周方向Ｄｃの反回転側に流れる空気が、この入口開口３５ｄｉで向かい受けられるようにするために、入口開口３５ｄｉを含む入口側部分を、入口側開口に近づくに連れて、周方向Ｄｃの回転側に向くよう形成している。すなわち、径方向中間流路３５ｄの入口部分を残りの部分に対して、回転側（回転方向側）に傾き角α２で傾ける。具体的に、外側キャビティ２４内の入口開口３５ｄｉ付近での空気の相対速度をＶＡ２とし、この径方向成分である空気の径方向Ｄｒの相対流速をｖｄｒｉとした場合、ｔａｎ-1α２＝ｖｒ２／ｖｄｒｉとすることが好ましい。この傾き角α２は、相対流速ＶＡ２のベクトルの方向と一致する。このような傾き角α２を選定すれば、単に入口側部分を傾けるよりも、空気が外側キャビティ２４から径方向中間流路３５ｄに流入する過程での圧力損失をより小さくすることができる。
【０１２４】
なお、前述したように、入口流路３４ｄを経て外側キャビティ２４に流入した直後の空気の流速Ｖ１は、入口流路３４ｄの構造や圧縮機の運転条件等により、変化する。このため、入口開口３５ｄｉに対する空気の相対周速ｖｒ２（＝ｖ２−Ｖ２）の向きは、ロータ軸２１の回転側になる場合がある。この場合、径方向中間流路３５ｄの入口開口３５ｄｉを含む入口側部分を、所定の角度だけ回転側（回転方向側）とは逆の反回転側（反回転方向側）に傾けるのが望ましい。
【０１２５】
本実施形態では、トルクピン５５ｄにこの径方向中間流路３５ｄを形成している。このため、この径方向中間流路３５ｄを成すトルクピン５５ｄの貫通孔５６ｄは、図２１に示すように、径方向Ｄｒ外側の開口である入口開口３５ｄｉを含む入口側部分が、入口開口３５ｄｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの回転側に向くよう形成されている。
【０１２６】
また、本変形例において、図１４及び図１７に示すように、下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５と内側キャビティ２６とを連通させる径方向内側流路３８ｄにおける径方向Ｄｒ外側の開口である入口開口３８ｄｉを含む入口側部分は、入口開口３８ｄｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃのうち反回転側に向くよう形成されている。さらに、図１４及び図１８に示すように、軸方向流路３９における下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６に対する開口である入口開口３９ｉを含む入口側部分は、入口開口３９ｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃのうち反回転側に向くよう形成されている。なお、図１７は、図１４における、径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉの位置Ｐ３周りの詳細模式図である。また、図１８は、図１４における、軸方向流路３９の入口開口３９ｉの位置Ｐ４周りの詳細模式図である。
【０１２７】
図１３を用いて前述したように、空気が下流側キャビティ群２２ｄの中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、この空気の周速は増加する。このため、この空気が中間キャビティ２５の径方向Ｄｒ内側端に至った時点で、この空気の周速ｖ３は、径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉの周速Ｖ３よりも速い。
【０１２８】
従って、図１４及び図１７に示すように、径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉに流入する空気の入口開口３８ｄｉに対する相対周速ｖｒ３（＝ｖ３−Ｖ３＞０）の向きは、周方向Ｄｃの回転側になる。空気は、前述したように、空気が中間キャビティ２５から径方向内側流路３８ｄに流入する過程で、相対周速ｖｒ３（＝ｖ３−Ｖ３＞０）が０になるよう、その周速が減少する。そこで、ここでは、径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉに対して相対的に周方向Ｄｃの回転側に流れる空気が、この入口開口３８ｄｉで向かい受けられるようにするために、この入口開口３８ｄｉを含む入口側部分を、入口開口３８ｄｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの反回転側に向くよう形成している。すなわち、径方向内側流路３８ｄの入口部分を残りの部分に対して、反回転側（反回転方向側）に傾き角α３で傾ける。具体的に、中間キャビティ２５内の入口開口３８ｄｉ付近での空気の相対速度をＶＡ３とし、この径方向成分である空気の径方向Ｄｃの相対流速をｖｄｒｉとした場合、ｔａｎ−１α３＝ｖｒ３／ｖｄｒｉとすることが好ましい。この傾き角α３は、相対流速ＶＡ３のベクトルの方向と一致する。このような傾き角α３を選定すれば、単に入口側部分を傾けるよりも、空気が中間キャビティ２５から径方向内側流路３８ｄに流入する過程での圧力損失をより小さくすることができる。
【０１２９】
また、図１３を用いて前述したように、空気が下流側キャビティ群２２ｄの内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて、この空気の周速は増加する。このため、この空気が内側キャビティ２６内で軸方向流路３９の入口開口３９ｉに至る直前での空気の周速ｖ４は、軸方向流路３９の入口開口３９ｉの周速Ｖ４よりも速い。
【０１３０】
従って、図１４及び図１８に示すように、軸方向流路３９の入口開口３９ｉに流入する直前の空気の入口開口３９ｉに対する相対周速ｖｒ４（＝ｖ４−Ｖ４＞０）の向きは、周方向Ｄｃの回転側になる。空気は、前述したように、空気が内側キャビティ２６から軸方向流路３９に流入する過程で、相対周速ｖｒ４（＝ｖ４−Ｖ４＞０）が０になるよう、その周速が減少する。そこで、ここでは、軸方向流路３９の入口開口３９ｉに対して相対的に周方向Ｄｃの回転側に流れる空気が、この入口開口３９ｉで向かい受けられるようにするために、これらの入口開口３９ｉを含む入口側部分を、入口開口３９ｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの反回転側に向くよう形成している。すなわち、軸方向流路３９の入口部分を残りの部分に対して、反回転側（反回転方向側）に傾き角α４で傾ける。具体的に、内側キャビティ２６内の入口開口３９ｉ付近での空気の相対速度をＶＡ４とし、この軸方向成分である空気の軸方向Ｄａの相対流速をｖｄａとした場合、ｔａｎ-1α４＝ｖｒ４／ｖｄａとすることが好ましい。この傾き角α４は、相対流速ＶＡ４のベクトルの方向と一致する。このような傾き角α４を選定すれば、単に入口側部分を傾けるよりも、空気が内側キャビティ２６から軸方向流路３９に流入する過程での圧力損失をより小さくすることができる。
【０１３１】
また、本変形例において、図１５及び図１９に示すように、上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６と中間キャビティ２５とを連通させる径方向内側流路３８ｕにおける径方向Ｄｒ内側の開口である入口開口３８ｕｉを含む入口側部分は、入口開口３８ｕｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃのうち回転側に向くよう形成されている。さらに、図１５及び図２０に示すように、上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５と外側キャビティ２４とを連通させる径方向中間流路３５ｕにおける径方向Ｄｒ内側の開口である入口開口３５ｕｉを含む入口側部分も、入口開口３５ｕｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃのうち回転側に向くよう形成されている。なお、図１５は、図１１におけるＸＶ矢視を変形した本変形例のロータディスク４１の要部矢視図である。すなわち、図１５は、本変形例のロータディスク４１を軸方Ｄａの上流側から下流側に向かって見た図である。従って、図１４に描かれている周方向Ｄｃの回転側に対して、図１５に描かれている周方向Ｄｃの回転側が逆側になる。また、図１９は、図１５における、径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉの位置Ｐ５周りの詳細模式図である。図２０は、図１５における、径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉの位置Ｐ６周りの詳細模式図である。
【０１３２】
図１３を用いて前述したように、空気が上流側キャビティ群２２ｕの内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、この空気の周速は減少する。このため、この空気が内側キャビティ２６の径方向Ｄｒ外側端に至った時点で、この空気の周速ｖ５は、径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉの周速Ｖ５よりも遅い。
【０１３３】
従って、図１５及び図１９に示すように、上流側キャビティ群２２ｕにおける径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉに流入する空気の入口開口３８ｕｉに対する相対周速ｖｒ５（＝ｖ５−Ｖ５＜０）の向きは、周方向Ｄｃの反回転側である。空気は、前述したように、内側キャビティ２６から径方向内側流路３８ｕに流入する過程で、相対周速ｖｒ５（＝ｖ５−Ｖ５＜０）が０になるよう、その周速が増加する。そこで、ここでは、径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉに対して相対的に周方向Ｄｃの反回転側に流れる空気が、これらの入口開口３８ｕｉで向かい受けられるようにするため、これらの入口開口３８ｕｉを含む入口側部分を、入口開口３８ｕｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの回転側に向くよう形成している。すなわち、径方向内側流路３８ｕの入口部分を残りの部分に対して、回転側（回転方向側）に傾き角α５だけ傾ける。具体的に、内側キャビティ２６内の入口開口３８ｕｉ付近での空気の相対速度をＶＡ５とし、この径方向成分である空気の径方向Ｄｃの相対流速をｖｄｒｏとした場合、ｔａｎ-1α５＝ｖｒ５／ｖｄｒｏとすることが好ましい。この傾き角α５は、相対流速ＶＡ５のベクトルの方向と一致する。このような傾き角α５を選定すれば、単に入口側部分を傾けるよりも、空気が内側キャビティ２６から径方向内側流路３８ｕに流入する過程での圧力損失をより小さくすることができる。
【０１３４】
また、図１３を用いて前述したように、空気が上流側キャビティ群２２ｕの中間キャビティ２５を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、この空気の周速も減少する。このため、この空気が中間キャビティ２５の径方向Ｄｒ外側端に至った時点で、この空気の周速ｖ６は、径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉの周速Ｖ６よりも遅い。
【０１３５】
従って、図１５及び図２０に示すように、上流側キャビティ群２２ｕにおける径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉに流入する空気の入口開口３５ｕｉに対する相対周速ｖｒ６（＝ｖ６−Ｖ６＜０）の向きは、周方向Ｄｃの反回転側である。空気は、前述したように、中間キャビティ２５から径方向中間流路３５ｕに流入する過程で、相対周速ｖｒ６（＝ｖ６−Ｖ６）が０になるよう、その周速が増加する。そこで、ここでは、径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉに対して相対的に周方向Ｄｃの反回転側に流れる空気が、この入口開口３５ｕｉで向かい受けられるようにするため、これらの入口開口３５ｕｉを含む入口側部分を、入口開口３５ｕｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの回転側に向くよう形成している。すなわち、径方向中間流路３５ｕの入口部分を残りの部分に対して、回転側（回転方向側）に傾き角α６だけ傾ける。具体的に、中間キャビティ２５内の入口開口３５ｕｉ付近での空気の相対速度をＶＡ６とし、この径方向成分である空気の径方向Ｄｃの相対流速をｖｄｒｏとした場合、ｔａｎ-1α６＝ｖｒ６／ｖｄｒｏとすることが好ましい。この傾き角α６は、相対流速ＶＡ６のベクトルの方向と一致する。このような傾き角α６を選定すれば、単に入口側部分を傾けるよりも、空気が中間キャビティ２５から径方向中間流路３５ｕに流入する過程での圧力損失をより小さくすることができる。
【０１３６】
本実施形態では、トルクピン５５ｕにこの径方向中間流路３５ｕを形成している。このため、この径方向中間流路３５ｕを成すトルクピン５５ｕの貫通孔５６ｕは、図２２に示すように、径方向Ｄｒ内側の開口である入口開口３５ｕｉを含む入口側部分が、入口開口３５ｕｉに近づくに連れて、周方向Ｄｃの回転側に向くよう形成されている。
【０１３７】
なお、本変形例は、第二実施形態の第一変形例であるが、第一実施形態においても同様に変形してもよい。
【０１３８】
「第二実施形態の第二変形例」
次に、上記第二実施形態の第二変形例について、図２３〜図２９を参照して説明する。
【０１３９】
本変形例は、径方向流路又は軸方向流路の出口部分に、ロータ軸２１の回転方向側、又回転方向側に対して反対側の反回転側に向けて傾きを与えた例である。前述した第一変形例に示す下流側キャビティ群２２ｄの径方向流路と上流側キャビティ群２２ｕの径方向流路及び軸方向流路の各流路の出口部分は、回転方向に対して傾くことなく、径方向Ｄｒ又は軸方向Ｄａに一致する方向に開口する例である。しかしながら、これらの出口部分を回転方向側に又は回転方向側に対して反対側（反回転側）に傾けてもよい。
【０１４０】
図２３は、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５ｄの径方向内側の出口開口３５ｄｏを含む出口側部分３５ｄｏｐを、回転方向側に傾けた例を示す。また、図２４は、径方向中間流路３５ｄの出口開口３５ｄｏを含む出口側部分３５ｄｏｐを、回転方向側に対して反対側の反回転側に傾けた例を示す。なお、図２３及び図２４は、図１４における径方向中間流路３５ｄの出口開口３５ｄｏの位置Ｐ７周りの詳細模式図である。
【０１４１】
図２３に示すように、径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐを径方向中間流路３５ｄの残りの部分に対して回転方向側に傾き角β２１で傾けた場合、径方向中間流路３５ｄ内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ２、径方向速度ｖｄｒｉで流れる。径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐを、回転方向側に傾き角β２１で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３５ｄｏｐにおける軸方向速度（出口側部分３５ｄｏｐにおける流路の軸方向速度）は、ｖｄｒｉＬになる。この出口側部分３５ｄｏｐの軸方向速度ｖｄｒｉＬの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ２１が、空気の周速Ｖ２に付加される。すなわち、径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐにおいて、空気の周速Ｖ３は、（Ｖ２＋ｖｒ２１）となる。つまり、出口側部分３５ｄｏｐから中間キャビティ２５（軸方向連通キャビティ）に流入した直後の空気は、中間キャビティ２５との相対周速差ｖｒ２１だけ速い周速Ｖ３で径方向Ｄｒ内側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて増加する。つまり、空気が径方向Ｄｒ内側方向に流れるに連れて、中間キャビティ２５との間の周速差が拡大して、空気が径方向内側流路３８ｄに流入する際の圧力損失は増加するものの、空気と中間キャビティ２５との間の熱伝達率が高まり、熱伝達が促進される。
【０１４２】
一方、図２４に示すように、径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐを径方向中間流路３５ｄの残りの部分に対して反回転側に傾き角β２２で傾けた場合、径方向中間流路３５ｄ内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ２、径方向速度ｖｄｒｉで流れる。径方向中間流路３５ｄの径方向Ｄｒ内側の出口側部分３５ｄｏｐを回転方向側に対して逆方向の反回転側に傾き角β２２で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３５ｄｏｐにおける軸方向速度（出口側部分３５ｄｏｐにおける流路の軸方向速度）は、ｖｄｒｉＭになる。出口側部分３５ｄｏｐにおいて、この出口側部分３５ｄｏｐの軸方向速度ｖｄｒｉＭの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ２２だけ、空気の周速は減少する。すなわち、径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐにおいて、空気の周速V３は、（Ｖ２-ｖｒ２２）となる。つまり、出口側部分３５ｄｏｐから中間キャビティ２５（軸方向連通キャビティ）に流入した直後の空気は、径方向中間流路３５ｄ内の空気の周速Ｖ２に対して中間キャビティ２５との相対周速差ｖｒ２２だけ小さい周速で、径方向Ｄｒ内側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が中間キャビティ２５を径方向Ｄｒ内側に流れるに連れて増加する。一方、中間キャビティ２５の周速は、径方向Ｄｒ内側に向かうに連れて小さくなる。従って、空気が、中間キャビティ２５を径方向Ｄｒ内側に向かって流れる過程で、空気と中間キャビティ２５との周速差が次第に小さくなる。空気と中間キャビティ２５との間の周速差が小さくなり、中間キャビティ２５との間の熱伝達率は低下する。一方で、中間キャビティ２５から空気が流入する径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉにおいて、上述の中間キャビティ２５と空気との周速差が小さくなる位置を選定すれば、中間キャビティ２５から径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｉに流入する際の圧力損失を大幅に低減できる。
【０１４３】
図２３では、径方向内側流路３８ｄの出口開口３８ｄｏを含む出口側部分３８ｄｏｐを径方向内側流路３８ｄの残りの部分に対して回転方向側に傾き角β３１で傾けた例も示す。なお、図２３では、径方向内側流路３８ｄに関する各符号に関しては、（）内に記している。また、図２３の（）内の部分は、図１４における径方向内側流路３８ｄの出口開口３８ｄｏの位置Ｐ８周りの詳細模式図である。径方向内側流路３８ｄから内側キャビティ２６に流入する空気の周速の考え方は、径方向中間流路３５ｄを流れる空気流と同じである。また、径方向内側流路３８ｄから内側キャビティ２６に流入した空気が、径方向Ｄｒ内側方向に流れる過程で、空気と内側キャビティ２６との間の周速差が拡大し、熱伝達率が高まる効果も、径方向中間流路３５ｄから中間キャビティ２５に流入する空気流と同様である。
【０１４４】
図２４では、径方向内側流路３８ｄの出口側部分３８ｄｏｐを径方向内側流路３８ｄの残りの部分に対して反回転方向側に傾き角β３２で傾けた例も示す。なお、図２４では、径方向内側流路３８ｄに関する各符号に関しては、（）内に記している。また、図２４の（）内の部分は、図１４における径方向内側流路３８ｄの出口開口３８ｄｏの位置Ｐ８周りの詳細模式図である。この場合における径方向内側流路３８ｄから内側キャビティ２６に流入する空気の周速の考え方は、径方向中間流路３５ｄを流れる空気流と同じである。また、空気が軸方向流路３９へ流入する際の周速の変化による圧力損失の低減効果も、径方向中間流路３５ｄから中間キャビティ２５に流入する空気流と同様である。
【０１４５】
図２５は、下流側キャビティ群２２ｄの軸方向流路３９の上流側（軸方向Ｄａの上流側）の出口開口３９ｏを含む出口側部分３９ｏｐを、軸方向流路３９の残りの部分に対して回転方向側に傾けた例を示す。また、図２６は、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを回転方向側に対して反対側の反回転側に傾けた例を示す。なお、図２５及び図２６は、図１５における軸方向流路３９の出口開口３９ｏの位置Ｐ９周りの詳細模式図である。
【０１４６】
図２５に示すように、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを軸方向流路３９の残りの部分に対して回転方向側に傾き角β４１で傾けた場合、軸方向流路３９内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ４、軸方向速度（軸方向Ｄａの流路内速度）ｖｄａで流れる。軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを回転方向側に傾き角β４１で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３９ｏｐにおける空気の軸方向速度（出口側部分３５ｄｏｐにおける流路内の流路方向速度）は、ｖｄａＬになる。この出口側部分３９ｏｐの軸方向速度ｖｄａＬの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ４１が、空気の周速Ｖ４に付加される。すなわち、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐにおいて、空気の周速Ｖ５は、（Ｖ４＋ｖｒ４１）となる。つまり、出口側部分３９ｏｐから内側キャビティ２６に流入した直後の空気は、内側キャビティ２６との相対周速差ｖｒ４１だけ速い周速Ｖ５で内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が内側キャビティ２６を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて次第に小さくなる。一方、内側キャビティ２６の周速は、径方向Ｄｒ外側に向かうに連れて大きくなる。従って、空気が、内側キャビティ２６を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる過程で、空気と内側キャビティ２６の周速差が次第に小さくなる。空気と内側キャビティ２６との間の周速差が小さくなることにより、内側キャビティ２６との間の熱伝達率は低下する。一方で、内側キャビティ２６から空気が流入する径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉにおいて、上述の内側キャビティ２６と空気との周速差が小さくなる径方向内側流路３８ｄの位置を選定すれば、内側キャビティ２６から径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉに流入する際の圧力損失を大幅に低減できる。
【０１４７】
一方、図２６に示すように、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを軸方向流路３９の残りの部分に対して反回転側に傾き角β４２で傾けた場合、軸方向流路３９内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ４、軸方向速度（軸方向Ｄａの流路内速度）ｖｄａで流れる。軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを反回転側に傾き角β４２で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３９ｏｐにおける空気の軸方向速度（出口側部分３９ｏｐにおける流路内の流路方向速度）は、ｖｄａＭになる。この出口側部分３５ｏｐの軸方向速度ｖｄａＭの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ４２だけ、空気の周速は減少する。すなわち、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐにおいて、空気の周速Ｖ５は、（Ｖ４−ｖｒ４２）となる。つまり、軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐから内側キャビティ２６に流入した直後の空気は、軸方向流路３９内の空気の周速Ｖ４に対して内側キャビティ２６との相対周速差ｖｒ４２だけ小さい周速で、内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて小さくなる。一方、内側キャビティ２６の周速は、径方向Ｄｒ外側に向かうに連れて大きくなる。つまり、空気が、内側キャビティ２６を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と内側キャビティ２６との周速差が拡大する。すなわち、空気が径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と内側キャビティ２６との間の周速差が拡大して、空気が径方向内側流路３８ｕに流入する際の圧力損失は増加するものの、内側キャビティ２６との間の熱伝達率が高まり、熱伝達が促進される。
【０１４８】
図２７は、上流側キャビティ群２２ｕにおける径方向内側流路３８ｕの出口開口３８ｕｏを含む出口側部分３８ｕｏｐを、径方向内側流路３８ｕの残りの部分に対して回転方向側に傾けた例を示す。また、図２８は、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐを、径方向内側流路３８ｕの残りの部分に対して回転方向側と反対側の反回転側に傾けた例を示す。なお、図２７及び図２８は、図１５における径方向内側流路３８ｕの出口開口３８ｕｏの位置Ｐ１０周りの詳細模式図である。
【０１４９】
図２７に示すように、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐを径方向内側流路３８ｕの残りの部分に対して回転方向側に傾き角β５１で傾けた場合、径方向内側流路３８ｕ内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ５、径方向速度ｖｄｒｏで流れる。径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐを回転方向側に傾き角β５１で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３８ｕｏｐにおける空気の軸方向速度（出口側部分３８ｕｏｐにおける流路内の流路方向速度）は、ｖｄｒｏＭになる。この出口側部分３８ｕｏｐの軸方向速度ｖｄｒｏＭの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ５１が、空気の周速Ｖ５に付加される。すなわち、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐにおいて、空気の周速Ｖ６は、（Ｖ５＋ｖｒ５１）となる。つまり、出口側部分３８ｕｏｐから中間キャビティ２５（軸方向連通キャビティ）に流入した直後の空気は、中間キャビティ２５との相対周速差ｖｒ５１だけ速い周速Ｖ６で径方向Ｄｒ外側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて小さくなる。一方、中間キャビティ２５の周速は、径方向Ｄｒ外側に向かうに連れて大きくなる。従って、空気が、中間キャビティ２５を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる過程で、空気と中間キャビティ２５との周速差が次第に小さくなる。空気と中間キャビティ２５との間の周速差が小さくなることにより、中間キャビティ２５との間の熱伝達率は低下する。一方で、中間キャビティ２５から空気が流入する径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉにおいて、上述の中間キャビティ２５と空気との周速差が小さくなる径方向中間流路３５ｕの位置を選定すれば、中間キャビティ２５から径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉに流入する際の圧力損失を大幅に低減できる。
【０１５０】
一方、図２８に示すように、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐを径方向内側流路３８ｕの残りの部分に対して反回転側に傾き角β５２で傾けた場合、径方向内側流路３８ｕ内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ５、径方向速度ｖｄｒｏで流れる。径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐを傾き角β５２で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３８ｕｏｐにおける空気の軸方向速度（出口側部分３８ｕｏｐにおける流路内の流路方向速度）は、ｖｄｒｏＭになる。この出口側部分３８ｕｏｐの軸方向速度ｖｄｒｏＭの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ５２だけ、空気の周速は減少する。すなわち、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐにおいて、空気の周速Ｖ６は、（Ｖ５-ｖｒ５２）となる。つまり、径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐから中間キャビティ２５に流入した直後の空気は、径方向内側流路３８ｕ内の空気の周速Ｖ５に対して中間キャビティ２５との相対周速差ｖｒ５２だけ小さい周速Ｖ６で、内側キャビティ２６内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて小さくなる。一方、中間キャビティ２５の周速は、径方向Ｄｒ外側に向かうに連れて大きくなる。つまり、空気が、中間キャビティ２５を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と中間キャビティ２５との周速差が拡大する。すなわち、空気が中間キャビティ２５内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と中間キャビティ２５との間の周速差が拡大して、空気が径方向中間流路３５ｕに流入する際の圧力損失は増加するものの、中間キャビティ２５との間の熱伝達率が高まり、熱伝達が促進される。
【０１５１】
図２９は、上流側キャビティ群２２ｕにおける径方向中間流路３５ｕの出口開口３５ｕｏを含む出口側部分３５ｕｏｐを、径方向中間流路３５ｕの残りの部分に対して回転方向側に傾けた例を示す。なお、図２９は、図１５における径方向中間流路３５ｕの出口開口３５ｕｏの位置Ｐ１１周りの詳細模式図である。
【０１５２】
図２９に示すように、径方向中間流路３５ｕの出口側部分３５ｕｏｐを径方向中間流路３５ｕの残りの部分に対して反回転側に傾き角β６２で傾けた場合、径方向内側流路３８ｕ内の中間部を流れる空気は、周速Ｖ６、径方向速度ｖｄｒｏで流れる。径方向中間流路３５ｕの出口側部分３５ｕｏｐで、回転方向側に対して逆方向の反回転側に傾き角β６２で傾けることにより、傾けた後の出口側部分３５ｕｏｐにおける空気の軸方向速度（出口側部分３５ｕｏｐにおける流路内の流路方向速度）は、ｖｄｒｏＭになる。この出口側部分３５ｕｏｐの軸方向速度ｖｄｒｏＭの周方向Ｄｃの速度成分（相対周速）ｖｒ６２だけ、空気の周速は減少する。すなわち、径方向中間流路３５ｕの出口側部分３５ｕｏｐにおいて、空気の周速Ｖ７は、（Ｖ６−ｖｒ６２）となる。つまり、径方向中間流路３５ｕの出口側部分３５ｕｏｐから外側キャビティ２４に流入した直後の空気は、径方向中間流路３５ｕ内の空気の周速Ｖ６に対して外側キャビティ２４との相対周速差ｖｒ６２だけ小さい周速Ｖ７で、外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に向かって流れる。空気の周速は、角運動量保存の法則により、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて小さくなる。一方、外側キャビティ２４の周速は、径方向Ｄｒ外側に向かうに連れて大きくなる。つまり、空気が、外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と外側キャビティ２４との周速差が拡大する。すなわち、空気が外側キャビティ２４内を径方向Ｄｒ外側に流れるに連れて、空気と外側キャビティ２４との間の周速差が拡大して、外側キャビティ２４との間の熱伝達率が高まり、熱伝達が促進される。
【０１５３】
上述のように、径方向流路の出口部分を回転方向に対して傾ける方向（回転方向側又は反回転方向側）により生ずる効果が、上流側キャビティ群２２ｕと下流側キャビティ群２２ｄでは異なっている。
すなわち、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐ又は径方向内側流路３８ｄの出口側部分３８ｄｏｐを回転方向側に傾けた場合は、空気と中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６との周速差が拡大する。このため、この場合、空気と中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６との間で、熱伝達の促進が図られ、中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６の熱応答性を改善することができる。
【０１５４】
また、下流側キャビティ群２２ｄの径方向中間流路３５ｄの出口側部分３５ｄｏｐ又は径方向内側流路３８ｄの出口側部分３８ｄｏｐを反回転側に傾けた場合は、空気と中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６との周速差が小さくなる。このため、この場合、中間キャビティ２５から径方向内側流路３８ｄの入口開口３８ｄｏ又は内側キャビティ２６から軸方向流路３９の入口開口３９ｉに流入する際の圧力損失を大幅に低減できる。
【０１５５】
一方、上流側キャビティ群２２ｕの径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐ又は軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを、回転方向側に傾けた場合は、空気と中間キャビティ２５又は空気と内側キャビティ２６との周速差が小さくなる。このため、この場合、中間キャビティ２５から径方向中間流路３５ｕの入口開口３５ｕｉ又は内側キャビティ２６から径方向内側流路３８ｕの入口開口３８ｕｉに流入する際の圧力損失を大幅に低減できる。
【０１５６】
また、上流側キャビティ群２２ｕの径方向中間流路３５ｕの出口側部分３５ｕｏｐ又は径方向内側流路３８ｕの出口側部分３８ｕｏｐ又は軸方向流路３９の出口側部分３９ｏｐを、反回転側に傾けた場合は、空気と外側キャビティ２４又は空気と中間キャビティ２５又は空気と内側キャビティ２６との周速差が拡大する。このため、この場合、空気と外側キャビティ２４又は中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６との間で、熱伝達の促進が図られ、外側キャビティ２４又は中間キャビティ２５又は内側キャビティ２６の熱応答性を改善することができる。
【０１５７】
すなわち、上流側キャビティ群２２ｕ及び下流側キャビティ群２２ｄの径方向流路（径方向中間流路３５ｄ、３５ｕ、径方向内側流路３８ｄ、３８ｕ）及び軸方向流路３７、３９の入口側部分又は出口側部分に関して、回転方向に対して傾ける方向及び傾き角の選定は、圧縮機の性能及び構造を考慮して、熱応答性が最も高くなる組合せを適宜選定可能である。
【０１５８】
なお、本変形例は、第二実施形態の第二変形例であるが、第一実施形態においても同様に変形してもよい。また、第一変形例と第二変形例を適宜組み合わせてもよい。
【０１５９】
「第二実施形態の第三変形例」
図３０及び図３１に示すように、径方向流路（径方向中間流路３５ｄ，３５ｕ、径方向内側流路３８ｄ，３８ｕ）又は軸方向流路３７，３９の入口側部分を、入口開口から出口開口に進むに連れて流路内径が小さくように形成してもよい。具体的に、図３０は、入口形状がベルマウス状を成し、これらの流路の長手方向に平行な断面で見た場合、入口流路を画定する面が曲面状に形成された斜面４０ｉである。また、図３１は、入口形状が漏斗状を成し、これらの流路の長手方向に平行な断面で見た場合、入口形状を画定する面が直線状の傾きで形成された斜面４０ｉである。このような入口形状であれば、空気が流路に流入する際、空気流の乱れが発生せず、圧力損失の低減ができる。
【０１６０】
なお、本変形例は、第二実施形態の第三変形例であるが、第一実施形態においても同様に変形してもよい。また、第一変形例と第二変形例と第三変形例を適宜組み合わせてもよい。
【０１６１】
「第一実施形態の他の変形例」
上記第一実施形態の他の変形例について、図３２を参照して説明する。
【０１６２】
上記第一及び第二実施形態では、軸方向Ｄａで隣り合う二つのキャビティ群２２を一組としている。しかしながら、軸方向Ｄａで隣り合う３以上のキャビティ群２２を一組としてもよい。
【０１６３】
例えば、軸方向Ｄａで隣り合う３つのキャビティ群２２を一組とする場合、図３２に示すように、この組を構成する３つのキャビティ群２２のうち、最も上流側のキャビティ群２２を上流側キャビティ群２２ｕとし、残りの２つのキャビティ群２２を下流側キャビティ群２２ｄとしてもよい。
【０１６４】
この場合、二つの下流側キャビティ群２２ｄのうち、下流側の第一下流側キャビティ群２２ｄ１と上流側の第二下流側キャビティ群２２ｄ２とにおける中間キャビティ（軸方向連通キャビティ）２５相互を軸方向流路３７で連通させると共に、第二下流側キャビティ群２２ｄ２と上流側キャビティ群２２ｕとにおける中間キャビティ（軸方向連通キャビティ）２５相互を軸方向流路３７で連通させる。
【０１６５】
また、軸方向Ｄａで隣り合う４つのキャビティ群２２を一組とする場合には、この組を構成する４つのキャビティ群２２のうち、最も上流側のキャビティ群２２を上流側キャビティ群とし、残りの３つのキャビティ群２２を下流側キャビティ群としてもよい。また、この組を構成する４つのキャビティ群２２のうち、上流側の２つのキャビティ群２２を上流側キャビティ群とし、残りの２つのキャビティ群２２を下流側キャビティ群としてもよい。
【０１６６】
以上のように、軸方向Ｄａで隣り合う３以上のキャビティ群２２を一組とする場合、例えば、最も下流側のキャビティ群２２と、これに軸方向Ｄａで隣接するキャビティ群２２とにおける軸方向連通キャビティ相互を連通させる軸方向流路３７では、この中を空気が上流側に流れなければ、空気圧縮流路１９からの空気がこの空気圧縮流路１９に戻らない。そこで、この軸方向流路３７を含む各流路における流路抵抗を適宜定めて、この軸方向流路３７内を空気が上流側に流れるようにする必要がある。
【０１６７】
なお、本変形例は、上記第一実施形態の変形例であるが、上記第二実施形態やその変形例に適用してもよい。
【０１６８】
「その他の変形例」
以上の各実施形態及び各変形例では、いずれも、ロータ軸２１で最も下流側の第一キャビティ群２２から上流側の第六キャビティ群２２までのキャビティ群２２を本発明の適用対象にしている。しかしながら、ロータ軸２１で最も下流側の第一キャビティ群２２から、例えば、上流側の第八キャビティ群２２までのキャビティ群２２を本発明の適用対象にしてもよいし、最も下流側の第一キャビティ群２２から上流側の全キャビティ群２２を本発明の適用対象にしてもよい。また、例えば、ロータ軸２１で最も下流側の第一キャビティ群２２から上流側の第四キャビティ群２２までのキャビティ群２２を本発明の適用対象にしてもよいし、ロータ軸２１で最も下流側の第一キャビティ群２２から上流側の第二キャビティ群２２までのキャビティ群２２を本発明の適用対象にしてもよい。
【０１６９】
すなわち、軸方向Ｄａで隣接する複数のキャビティ群２２であって、ロータ軸２１中で最も下流側の第一キャビティ群２２を含む複数のキャビティ群２２であれば、本発明の適用対象にすることができる。このように、本発明の適用対象として、ロータ軸２１中で最も下流側に第一キャビティ群２２を含めている。これは、空気圧縮流路１９中で、この第一キャビティ群２２が存在する軸方向Ｄａの位置での圧力が他の位置に比べて圧力が高くなり、ロータ軸２１中でこの位置での温度変化が他の位置に比べて大きいからである。
【０１７０】
また、以上の各実施形態及び各変形例は、いずれもガスタービンの圧縮機であるが、本発明はこれに限定されない。このため、本発明において、圧縮機に流入する気体は、空気に限らない。
【０１７１】
なお、以上の各実施形態及び各変形例では、いずれも圧縮機１の空気圧縮流路１９を流れる圧縮過程の空気の一部をロータ軸２１内に導き、ロータ軸２１の各キャビティ内をこの空気で換気している。この方法に対して、圧縮機１の空気圧縮流路１９から流出し、ガスタービンケーシング９内に存在する出口空気をロータ軸２１内に導き、ロータ軸２１の各キャビティ内をこの空気で換気する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、目的の圧力にまで高まって空気圧縮流路１９から流出して空気をロータ軸２１の各キャビティ内の換気に利用するため、換気に利用する空気の圧力を高めるために利用させるエネルギーが以上の各実施形態及び各変形例よりも大きくなる。しかも、換気に利用する空気の温度が、ロータ軸２１中で静翼列１１が設けられている部分の温度より高いため、以上の各実施形態及び各変形例よりも換気効果が小さい。よって、繰り返すことになるが、以上の各実施形態及び各変形例のように、圧縮機１の空気圧縮流路１９を流れる圧縮過程の空気の一部をロータ軸２１内に導き、ロータ軸２１の各キャビティ内をこの空気で換気することが好ましい。
【符号の説明】
【０１７２】
１：圧縮機、２：燃焼器、３：タービン、１０：圧縮機ケーシング、１１：静翼列、１２：静翼、１９：空気圧縮流路（気体圧縮流路）、２０：圧縮機ロータ、２１：ロータ軸、２２：キャビティ群、２２ｄ：下流側キャビティ群、２２ｕ：上流側キャビティ群、２３：キャビティ、２４：外側キャビティ、２５：中間キャビティ（軸方向連通キャビティ）、２６：内側キャビティ（軸方向連通キャビティ）、３４：径方向外側流路、３４ｄ：入口流路、３４ｕ：出口流路、３５，３５ｄ，３５ｕ：径方向中間流路、３５ｄｉ，３５ｕｉ，３７ｉ，３９ｉ：入口開口、３７，３７ａ：軸方向流路、３５ｄｏ，３７ｏ，３８ｄｏ，３８ｕｏ，３９ｏ：出口開口、３５ｄｏｐ，３８ｄｏｐ，３８ｕｏｐ，３９ｏｐ：出口側部分、３８：径方向内側流路、３９：軸方向流路、４１：ロータディスク、４８：ボルト貫通孔、４８ｓ：隙間、５１：スピンドルボルト、５５，５５ｄ，５５ｕ：トルクピン、５６，５６ｄ，５６ｕ：貫通孔、８１：動翼列、８２：動翼
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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