(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼と一体に回転軸線を中心に所定の回転方向に回転するディスクが、前記回転軸線に沿って複数段配置されるとともに、前記ディスクには、前記動翼を冷却するための冷却空気を下流側のディスクに供給するためのディスクホールが周方向に沿って複数形成された、タービンの冷却構造において、
前記ディスクの少なくとも一つは、
前記ディスクホールの少なくとも一つが、前記ディスクの前記回転方向を正と規定し前記回転方向と反対方向を負と規定した場合において、前記ディスクホールの入口における前記冷却空気の速度ベクトルの前記回転方向の成分である入口絶対周速度ベクトルよりも、前記ディスクホールの出口における前記冷却空気の速度ベクトルの前記回転方向の成分である出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定された、動力回収型ディスクであり、
前記冷却空気の流通方向で上流側から二番目以降のディスクの内の少なくとも一つが前記動力回収型ディスクとして構成され、
前記冷却空気が、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクから、前記動力回収型ディスクに供給される
ことを特徴とする、タービンの冷却構造。
【請求項２】
前記動力回収型ディスクと、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクとで、前記ディスクホールの傾斜角度を異なる角度に設定することで、前記動力回収型ディスクにおいて、前記入口絶対周速度ベクトルよりも前記出口絶対周速度ベクトルが小さくなるようにした
ことを特徴とする、請求項１に記載のタービンの冷却構造。
【請求項３】
前記動力回収型ディスクと、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクとで、前記ディスクホールの前記回転軸線からの距離を異なる距離に設定することで、前記動力回収型ディスクにおいて、前記入口絶対周速度ベクトルよりも前記出口絶対周速度ベクトルが小さくなるようにした
ことを特徴とする、請求項１に記載のタービンの冷却構造。
【請求項４】
前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールは、前記冷却空気の入口よりも前記冷却空気の出口が、前記回転方向で上流側に配置された
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のタービンの冷却構造。
【請求項５】
前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが、前記周方向に沿って切断した断面において前記ディスクホールを画成する壁面が直線となるように形成された
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のタービンの冷却構造。
【請求項６】
前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが、前記周方向に沿って切断した断面において、前記冷却空気の流通方向下流側に向かって前記動力回収型ディスクの回転方向と反対方向に湾曲する翼形状である
ことを特徴とする、請求項４に記載のタービンの冷却構造。
【請求項７】
前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが前記冷却空気の流通方向下流側で絞られた
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のタービンの冷却構造。
【請求項８】
前記動力回収型ディスクの回転方向と同方向に回転する冷却空気の旋回流を形成するTOBIノズルを備え、前記TOBIノズルから前記動力回収型ディスクに冷却空気を供給する
ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のタービンの冷却構造。
【請求項９】
前記複数のディスクの相互間の少なくとも１つに前記TOBIノズルを設けた
ことを特徴とする、請求項８に記載のタービンの冷却構造。
【請求項１０】
空気を吸入して圧縮する圧縮部と、圧縮された空気および外部から供給された燃料からなる混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、生成された燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、を備え、
前記タービン部に、請求項１〜９の何れか１項に記載のタービンの冷却構造が設けられていることを特徴とする、ガスタービン。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動翼と一体に回転するシールディスクやロータディスクなどのディスクが回転軸線に沿って複数段配置されるとともに、前記ディスクには、前記動翼を冷却するための冷却空気を下流側のディスクに供給するためのディスクホールが形成された、タービンの冷却構造及びそれを使用したガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいては、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器に導き、燃料とともに燃焼させて発生した高温ガスを、タービン部に導いてこのタービン部を駆動する。タービン部はその回転軸線に沿って静翼と動翼とが交互に複数段設けられており、圧縮空気の一部を抽気して、これを冷却空気としてタービン部の静翼及び動翼に導くようにしている。
【０００３】
動翼の冷却について説明すると、動翼が取り付けられたロータディスクには、その回転軸線を中心とする円周上に間隔（例えば等角度間隔、但し、等角度間隔でない場合もある）をあけてディスクホールが複数形成されている。クーラを通して冷却した前記抽気を冷却空気として（又はクーラを使用せずに前記抽気をそのまま冷却空気として）これらのディスクホールを通過させることで、回転軸線に沿って複数段設けられたロータディスクのそれぞれに冷却空気が供給される。ロータディスクに供給された冷却空気は、ロータディスク内の流路を通って動翼内へと導かれて、動翼を内側から冷却する。
【０００４】
動翼を冷却する技術として、冷却空気を、TOBIノズル（Tangential On Board Injection Nozzle）と呼ばれるノズルを介してロータのディスクホールへ供給する技術が提案されている（特許文献１など参照）。TOBIノズルは、冷却空気をロータの回転方向に沿った旋回流にしてディスクホールへ供給するものであり、これによりポンピングロスを低減することができる。
つまり、ディスクの回転方向の流速成分を持たない冷却空気をディスクホールへ供給すると、冷却空気がディスクの内部に流入する際に、エネルギー損失（ポンピングロス）が発生して、ガスタービンの性能が低下してしまう。そこで、冷却空気に、ロータの回転方向の流速成分を与えて旋回流とすることにより、冷却空気における回転方向の流速成分と、ロータの回転速度との差を小さくすることでポンピングロスの発生を抑制しているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４１４６２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の技術では、燃焼器へ燃焼空気として供給する圧縮空気の一部を抽気して冷却空気としているため、冷却空気として抽気した分、燃焼器へ供給する圧縮空気の量ひいては燃焼器の燃焼量が低下してタービン出力が低下してしまう。また、抽気をクーラに通して冷却してから、これを冷却空気として使用する場合は、クーラにより冷却を行うための動力が必要となって、これがエネルギー損失となってしまう。
また、TOBIノズルを使用した場合、ポンピングロスの発生を抑制してタービン出力を向上することができるが、より一層タービン出力を向上させることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、タービン出力の向上を可能とした、タービンの冷却構造及び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】
（１）上記の目的を達成するために、本発明のタービンの冷却構造は、動翼と一体に回転軸線を中心に所定の回転方向に回転するディスクが、前記回転軸線に沿って複数段配置されるとともに、前記ディスクには、前記動翼を冷却するための冷却空気を下流側のディスクに供給するためのディスクホールが周方向に沿って複数形成された、タービンの冷却構造において、前記ディスクの少なくとも一つは、前記ディスクホールの少なくとも一つが、前記ディスクの前記回転方向を正と規定し前記回転方向と反対方向を負と規定した場合において、前記ディスクホールの入口における前記冷却空気の速度ベクトルの前記回転方向の成分である入口絶対周速度ベクトルよりも、前記ディスクホールの出口における前記冷却空気の速度ベクトルの前記回転方向の成分である出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定された、動力回収型ディスクであり、前記冷却空気の流通方向で上流側から二番目以降のディスクの内の少なくとも一つが前記動力回収型ディスクとして構成され、前記冷却空気が、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクから、前記動力回収型ディスクに供給されることを特徴としている。
【０００９】
（２）前記動力回収型ディスクと、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクとで、前記ディスクホールの傾斜角度を異なる角度に設定することで、前記動力回収型ディスクにおいて、前記入口絶対周速度ベクトルよりも前記出口絶対周速度ベクトルが小さくなるようにすることが好ましい。
（３）前記動力回収型ディスクと、前記動力回収型ディスクよりも前記冷却空気の流通方向で上流側に配置されたディスクとで、前記ディスクホールの前記回転軸線からの距離を異なる距離に設定することで、前記動力回収型ディスクにおいて、前記入口絶対周速度ベクトルよりも前記出口絶対周速度ベクトルが小さくなるようにすることが好ましい。
（４）前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールは、前記冷却空気の入口よりも前記冷却空気の出口が、前記回転方向で上流側に配置されることが好ましい。
（５）前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが、前記周方向に沿って切断した断面において前記ディスクホールを画成する壁面が直線となるように形成されることが好ましい。
（６）前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが、前記周方向に沿って切断した断面において、前記冷却空気の流通方向下流側に向かって前記動力回収型ディスクの回転方向と反対方向に湾曲する翼形状であることが好ましい。
（７）前記動力回収型ディスクの前記ディスクホールが前記冷却空気の流通方向下流側で絞られることが好ましい。
【００１０】
（８）前記動力回収型ディスクの回転方向と同方向に回転する冷却空気の旋回流を形成するTOBIノズルを備え、前記TOBIノズルから前記動力回収型ディスクに冷却空気を供給することが好ましい。
（９）この場合、前記複数のディスクの相互間の少なくとも１つに前記TOBIノズルを設けることが好ましい。
（１０）上記の目的を達成するために、本発明のガスタービンは、空気を吸入して圧縮する圧縮部と、圧縮された空気および外部から供給された燃料からなる混合気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部と、生成された燃焼ガスから回転駆動力を抽出するタービン部と、を備え、前記タービン部に、前記のタービンの冷却構造が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ディスクホールの入口における冷却空気の入口絶対周速度ベクトルよりも、ディスクホールの出口における冷却空気の出口絶対周速度ベクトルが小さい分は、ロータディスクを駆動する動力として回収されるので、冷却空気の流通を利用してタービン出力を向上することができる。
さらに、この回収の際、冷却空気は仕事をしてその温度が低下するので、この低下分、冷却空気量を低減してタービン効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１〜４実施形態としてのガスタービンの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態としてのタービン部及びその冷却構造の模式的な部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に、冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に、冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【図６】本発明の第２実施形態の変形例に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【図７】本発明の第３実施形態としてのタービン及びその冷却構造の模式的な部分断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【図９】本発明の第４実施形態としてのタービン部及びその冷却構造の模式的な部分断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るTOBIノズル及びディスクホールの構造を説明するための模式図であって、TOBIノズル及びロータディスクを周方向に沿って切断した断面図に冷却空気の速度ベクトル及びロータディスクの回転速度ベクトルを付記した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００１４】
［１．第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてガスタービン及びタービンの冷却構造について、図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
［１−１．ガスタービンの構成］
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１は、例えば発電機（図示略）等の機器を駆動するものであり、圧縮機（圧縮部）２と、燃焼器（燃焼部）３と、タービン部（タービン）４と、回転軸５と、タービン部４へ冷却空気を供給するための冷却供給ライン６とを備えている。
【００１６】
圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。燃焼器３は、圧縮機２により圧縮された空気と外部から供給された燃料とが混合した混合気を燃焼することにより、高温ガス（燃焼ガス）を生成するものである。回転軸５は、回転軸線（軸線）Ｌまわりに回転可能に支持される円柱状の部材であり、タービン部４により発生した回転駆動力を圧縮機２や発電機等の機器に伝達するものである。
なお、以下、単に、周方向、径方向、内周側及び外周側と記載した場合は、回転軸線Ｌを中心とした場合における周方向、径方向、内周側及び外周側を意味する。
【００１７】
タービン部４は、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。
冷却供給ライン６は、タービン部４を冷却するためのものであり、圧縮機２からの圧縮空気の一部を抽気してこの抽気を冷却空気としてタービン部４の動翼へと供給するものである。この冷却供給ライン６は、クーラ７により上記抽気を冷却してタービン部４に供給するライン６１と、クーラ７をバイパスさせて上記抽気をタービン部４に供給するライン６２とを備えて構成されている。なお、冷却供給ライン６を、クーラ７を備えたライン６１及びクーラ７を備えていないライン６２の何れか一方だけとしても良い。
【００１８】
［１−２．タービン部及びその冷却構造］
タービン部４及びその冷却構造について、図２を参照して説明する。
タービン部４には、燃焼器３（図１参照）から発生した燃焼ガスＧの通路（以下、ガス通路ともいう）に、第１段静翼２０，第１段動翼３０，第２段静翼４０及び第２段動翼５０が、燃焼ガスＧの流れ方向上流側からこの順に配設されている。つまり、静翼と動翼とがガス通路に交互に複数配設されている。
なお、第１段静翼２０は燃焼器３に最も近い静翼であり、第１段動翼３０は燃焼器３に最も近い動翼である。図２はタービン部４の一部を示す図であるため燃焼器３の近くに配置された翼２０〜５０のみ示されているが、これらの翼２０〜５０よりも燃焼ガスＧの流通方向下流側（以下、後段ともいう）にも静翼と動翼とが交互に配設されている。
【００１９】
各静翼２０，４０は、回転軸線Ｌを中心とする円筒状に形成されたケーシング１０に内周側に垂下するようにして設けられた翼であり、ガス通路内に、周方向に等間隔に並んで配置されている。
第１段静翼２０の内周側の端部には、内側シュラウド２１が設けられている。内側シュラウド２１は、周方向に延びる板状の部材であり、ガス通路の一部を形成するものである。この内側シュラウド２１は、ここでは、分割されていない単一の部材により構成されるとともに冷却空気が供給されるキャビティ（図示略）が内部に形成された殻部２２に固定されているが、周方向に分割された複数の部材により構成しても良いし、固定方法も上記態様（殻部２２に固定）に限定されない。
また、この殻部２２には、上記の冷却空気が供給されるキャビティと連通接続する冷却通路２３が設けられており、この冷却通路２３の出口には後述のTOBIノズル（Tangential On Board Injection Nozzle）２４が設置されている。
【００２０】
第２段静翼４０における内周側の端部には、内側シュラウド４１が設けられている。 内側シュラウド４１は、内側シュラウド２１と同様に、周方向に延びる板状の部材であってガス通路の一部を形成するものである。この内側シュラウド４１の内周側には、周方向に等間隔に並んで配置された支持部材４２を介してハブ４３が取り付けられている。ここでは、内側シュラウド４１は、分割されていない単一の部材により構成されているが、周方向に分割された複数の部材から構成しても良い。また、ハブ４３を支持する複数の支持部材４２も等間隔に並べる必要はなく、ハブ４３の支持方法も上記態様に限定されるものではない。
ハブ４３は、内部に環状空間を有する二重環状体として構成されている。すなわち、ハブ４３は、周方向に延びる板状の外周側円環部材４３ａと、周方向に延びる板状の内周側円環部材４３ｂとを径方向に間隔を空けて同一軸線（回転軸線Ｌ）上に配置したものである。そして外周側円環部材４３ａと内周側円環部材４３ｂとの間の環状空間に後述のTOBIノズル４４が設置されている。
ここでは、外周側円環部材４３ａ及び内周側円環部材４３ｂは、それぞれ、分割されていない単一の部材により構成されているが、周方向に分割された複数の部材により構成しても良い。
【００２１】
第１段動翼３０は、円板状に形成された第１段ロータディスク３１における外周面に起立するようにして設けられた翼であり、ガス通路内に、周方向に等間隔に並んで配置されている。第１段動翼３０は、プラットフォーム３４及び翼根部（図示略）を介して第１段ロータディスク３１に取り付けられており、このプラットフォーム３４は周方向に延びてガス流路の一部を形成している。
【００２２】
第１段ロータディスク３１は、回転軸線Ｌを中心とする円板状の部材であり、回転軸５（図１参照）に対して回転駆動力を伝達可能に取り付けられており、第１段動翼３０が燃焼ガスＧを受けることにより第１段ロータディスク３１が回転駆動され、ひいては回転軸５が回転駆動される。
【００２３】
この第１段ロータディスク３１には、ディスクホール３２及び冷却流路３３が形成されている。
ディスクホール３２は、第１段ロータディスク３１を回転軸線Ｌ方向に貫通して形成され、同一径方向位置において周方向に等間隔に複数配置されている。各ディスクホール３２の径方向位置は、TOBIノズル２４，４４と同じ径方向位置に設定されており、各ディスクホール３２は、TOBIノズル２４から吐出された冷却空気の一部を第１段動翼３０よりも下流側（以下、後段ともいう）に配された第２段動翼５０に供給するための流路をなしている。なお、複数のディスクホール３２を、同一径方向位置に配置しなくとも良いし、等間隔に配置しなくとも良く、さらには、TOBIノズル２４，４４と同じ径方向位置に配置しなくてもよい。
冷却流路３３は、第１段ロータディスク３１の内部、翼根部及びプラットフォーム３４を貫通して、TOBIノズル２４から吐出された冷却空気の一部を矢印ａ１で示すように第１段動翼３０の内部に導く流路である。この冷却流路３３は、周方向に等間隔に複数配列されており、第１段動翼３０と同じ周方向位置に配置されている。なお、冷却流路３３は、等間隔に配列しなくとも良いし、第１段動翼３０と同じ周方向位置に配置しなくても良いし（第１段動翼３０毎に配置しなくても良いし）、さらには、第１段動翼３０と異なる数を設けるようにしても良い。
【００２４】
第２段動翼５０及び第２段ロータディスク５１は、第１段動翼３０及び第１段ロータディスク３１と同様に構成されている。
つまり、第２段動翼５０は、円板状の第２段ロータディスク５１の外周面に起立するようにして設けられた翼であり、ガス通路内に、周方向に等間隔に並んで配置され、周方向に延びるプラットフォーム５４及び翼根部（図示略）を介して第２段ロータディスク５１に取り付けられている。
第２段ロータディスク５１は、回転軸線Ｌを中心とする円板状の部材であり、回転軸５に対して回転駆動力を伝達可能に取り付けられており、この第２段ロータディスク５１には、ディスクホール５２及び冷却流路５３が形成されている。
ディスクホール５２は、第２段ロータディスク５１を回転軸線Ｌ方向に貫通して形成され、同一径方向位置において周方向に等間隔に複数配置されている。各ディスクホール５２の径方向位置はTOBIノズル４４と同じ径方向位置に設定されており、各ディスクホール５２はTOBIノズル４４から吐出された冷却空気の一部を下流側の図示しない動翼に供給するための流路をなしている。なお、複数のディスクホール５２を、同一径方向位置に配置しなくとも良く、等間隔に配置しなくとも良いし、さらには、TOBIノズル４４と同じ径方向位置に配置しなくてもよい。
冷却流路５３は、第２段ロータディスク５１の内部、翼根部及びプラットフォーム５４を貫通して、TOBIノズル４４から吐出された冷却空気の一部を矢印ａ２で示すように第２段動翼５０の内部に導く流路であり、各第２段動翼５０と同じ周方向位置に配置されている。冷却流路５３は、等間隔に配列しなくとも良いし、第２段動翼５０と同じ周方向位置に配置しなくても良いし（第２段動翼５０毎に配置しなくても良いし）、さらには、第２段動翼５０と異なる数を設けるようにしても良い。
【００２５】
なお、ロータディスク３１に取り付けられたシール部材３５及びロータディスク５１に取り付けられたシール部材５５，５６は、静翼４０に取り付けられた内周側円環部材４３ｂ及び静翼４０よりも後段の図示しない静翼に取り付けられた内周側円環部材との間に微小な隙間をあけて設けられた部材であって、冷却空気の漏洩を防止するためのシール用の部材である。
【００２６】
TOBIノズル２４，４４及びディスクホール３２，５２についてさらに説明する。TOBIノズル２４とTOBIノズル４４とは略同様に構成され、また、ディスクホール３２とディスクホール５２とは略同様に構成されているので、TOBIノズル２４及びディスクホール３２を例に取り、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３は、TOBIノズル２４及びロータディスク３１を周方向に沿って切断した模式的断面図（但し、一部分のみ示す）に、冷却空気の速度ベクトル及びロータディスク３１の回転速度ベクトルを付記した図である。
TOBIノズル２４は、冷却通路２３を流通する冷却空気に、ロータディスク３１の回転方向と同一方向の旋回成分を付与するものである。
【００２７】
具体的に説明すれば、TOBIノズル２４は、回転軸線Ｌを中心とする円環状に形成された外輪部２４ａ、回転軸線Ｌを中心とする円環状に形成されるとともに外輪部２４ａ（図２参照）の径方向内側に間隔をあけて配された内輪部２４ｂ、及び、外輪部２４ａと内輪部２４ｂとの間に配されて周方向に等間隔で配列された複数の翼形部２４ｃを備えており、外輪部２４ａ及び内輪部２４ｂは翼形部２４ｃを介して一体に固定されている。
そして、周方向に隣り合う翼形部２４ｃの間にノズル部２４ｄが形成されており、各ノズル部２４ｄは、その周方向に沿って切断した断面形状が、図３に示すように、冷却空気の流通方向Ａ１に向かって、ロータディスク３１の回転方向（以下、ディスク回転方向ともいう）Ｕ側に徐々に傾斜し且つ流路幅が徐々に小さくなる形状となっており、この断面形状は径方向（図３の紙面に対して垂直な方向）に対して一定の断面形状となっている。つまり、ノズル部２４ｄは、上記流通方向Ａ１で下流側になるにしたがってディスク回転方向Ｕに向く湾曲形状且つ流路断面積が小さくなる絞り形状に形成されている。
このような構成のTOBIノズル２４の構成により、冷却空気は加速されつつディスク回転方向Ｕに旋回する旋回流としてTOBIノズル２４から吐出されるようになっている。
【００２８】
また、各ディスクホール３２は、その周方向に沿って切断した断面形状が、図３に示すように、入口部（冷却空気の流通方向Ａ２の上流部）ではディスク回転方向Ｕと直交する方向に略沿った形状となっているが出口部（冷却空気の流通方向Ａ２の下流部）に近づくにしたがってディスク回転方向Ｕとは反対方向に徐々に傾斜する形状となっており、この断面形状は径方向（図３の紙面に対して垂直な方向）に対して一定の断面形状となっている。つまり、各ディスクホール３２は、TOBIノズル２４のノズル部２４ｄとは逆向きの翼形に形成されており、上記流通方向Ａ２で下流側になるにしたがってディスク回転方向Ｕとは反対方向に向く湾曲形状且つ流路断面積が小さくなる絞り形状に形成されている。
【００２９】
ここで、本発明の大きな特徴である、TOBIノズル２４のノズル部２４ｄの冷却空気の出口（以下、ノズル出口ともいう）２４ｅにおける流路断面積及び吐出角度、並びに、ディスクホール３２の冷却空気の出口（以下、ホール出口ともいう）３２ａにおける流路断面積及び吐出角度の設定方法について、引き続き、図３を参照して、TOBIノズル２４及びディスクホール３２を例に取り説明する。
【００３０】
図３において、符号C1は、ノズル出口２４ｅにおける冷却空気の速度ベクトル［換言すればディスクホール３２の冷却空気の入口（以下、ホール入口ともいう）３２ｂにおける冷却空気の速度ベクトル］を表し、符号C2は、ホール出口３２ａにおける冷却空気の速度ベクトルを表している。
ノズル出口２４ｅの速度ベクトルC1は、ノズル部２４ｄに流入する冷却空気の単位時間当たりの体積流量、ノズル出口２４ｅにおける流路断面積及び吐出角度から求まる速度ベクトルである。
TOBIノズル２４が設けられる（すなわちノズル出口２４ｅが配置される）殻部２２は静止状態であるから、速度ベクトルC1は絶対速度ベクトルであり、この絶対速度ベクトルC1のディスク回転方向Ｕの成分が、ノズル出口２４ｅにおける絶対周速度ベクトル（すなわちホール入口３２ｂにおける入口絶対周速度ベクトルであり、以下、入口絶対周速度ベクトルともいう）Vtである。
ホール出口３２ａの速度ベクトルC2は、ディスクホール３２に流入する冷却空気の単位時間当たりの体積流量、ホール出口３２ａにおける流路断面積及び吐出角度から求まる速度ベクトルであって、ロータディスク３１を基準とした相対速度ベクトルである。ホール出口３２ａにおける冷却空気の絶対速度ベクトルC_Dは、図３に示すように、相対速度ベクトルC2と、ホール出口３２ａにおけるロータディスク３１の周速度ベクトルVuとを合成して得られ、この絶対速度ベクトルC_Dのディスク回転方向Ｕの成分が、ホール出口３２ａにおける冷却空気の絶対周速度ベクトルVt_D（以下、出口絶対周速度ベクトルVt_Dともいう）である。
【００３１】
そして、ノズル出口２４ｅにおける流路断面積及び吐出角度、並びに、ホール出口３２ａにおける流路断面積及び吐出角度は、ディスク回転方向Ｕを正側（プラス側）として、ノズル出口２４ｅにおける冷却空気の絶対周速度ベクトルVtよりも、ホール出口３２ａにおける冷却空気の絶対周速度ベクトルVt_Dが小さくなるように設定されている。
ノズル出口２４ｅにおける冷却空気の絶対周速度ベクトルVtは、上述した通りホール入口３２に流入する冷却空気の入口絶対周速度ベクトルである。そして、入口絶対周速度ベクトルVtと出口絶対周速度ベクトルVt_Dとの差ΔVt（=Vt-Vt_D）は、冷却空気が矢印Ａ２で示すようにディスクホール３２を通過する過程で、燃焼ガスＧにより駆動されるロータディスク３１をディスク回転方向Ｕに向けてアシスト駆動する動力として回収されることとなる。すなわち、ロータディスク３１は動力回収型ディスクとして構成されているのである。
【００３２】
ここで、入口絶対周速度ベクトルVt及び出口絶対周速度ベクトルVt_Dにおける「絶対」とは、ロータディスク３１を基準とした相対周速度ベクトルであるのとは違い、固定系を基準とした絶対系での周速度ベクトルであることを意味するものであり、絶対値（大きさ）を意味するものではない。さらに説明すれば、入口絶対周速度ベクトルVtよりも出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さいとは、両絶対周速度ベクトルVt，Vt_Dの大きさ（絶対値）を表すスカラー量での比較ではなく、ディスク回転方向Ｕを正側（プラス側）としディスク回転方向Ｕと反対方向を負側（マイナス側）と規定した場合におけるベクトル量での比較をいう。したがって、例えば、入口絶対周速度ベクトルVtの方向がディスク回転方向Ｕと同方向（プラス側）であり、出口絶対周速度ベクトルVt_Dがディスク回転方向Ｕと反対方向（マイナス側）であれば、絶対周速度ベクトルVt，Vt_Dの大きさ（絶対値）に関わらず、入口絶対周速度ベクトルVtよりも出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さいこととなる。
【００３３】
また、静翼４０に取り付けられたTOBIノズル４４のノズル出口における流路断面積及び吐出角度、並びに、ロータディスク５１のディスクホール５２の出口における流路断面積及び吐出角度も、同様に、ディスクホール５２の入口絶対周速度ベクトルよりも出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定されている。したがって、図２に示すように、矢印Ａ３で示すようにTOBIノズル４４を通過して再びディスク回転方向Ｕ側に変向された冷却空気は、矢印Ａ４で示すようにディスクホール５２を通過する過程で今度はディスク回転方向Ｕとは反対側に変向され、この際に、ロータディスク５１をディスク回転方向Ｕに向けてアシスト駆動するようになっている。すなわち、ロータディスク５１も動力回収型ディスクとして構成されているのである。
なお、第２段ロータディスク５１のディスクホール５２の出口における流路断面積及び吐出角度は、入口絶対周速度ベクトルよりも出口絶対周速度ベクトルが小さければ、第１段ロータディスク３１のディスクホール３２の出口における流路断面積及び吐出角度と同じでなくても良い。
【００３４】
［１−３．作用・効果］
本発明の第１実施形態としてのガスタービン及びタービンの冷却構造によれば、上述のように、ロータディスク３１，５１を、その各ディスクホール３２，５２が入口絶対周速度ベクトルよりも出口周速度ベクトルが小さくなるように設定された動力回収型ディスクとして構成したので、冷却空気が、ディスクホール３２,５２を通過する過程で仕事をして、燃焼ガスＧにより駆動されるロータディスク３１，５１をアシスト駆動する。
【００３５】
さらに本実施形態では、TOBIノズル２４，４４を用いてその絞りによりディスク回転方向Ｕ側に冷却空気を加速することできるので、ロータディスク３１，５１のディスクホール３２,５２の入口絶対周速度ベクトルを大きくすることができる。一方、ディスクホール３２,５２の冷却空気の吐出方向をディスク回転方向Ｕとは逆向きにし且つディスクホール３２,５２の出口を絞っているので、ディスク回転方向Ｕの成分である出口絶対周速度ベクトルを小さくすることができる。したがって、入口絶対周速度ベクトルと出口絶対周速度ベクトルとの差（＝入口絶対周速度ベクトル−出口絶対周速度ベクトル）を大幅に大きくすることが可能となって、冷却空気から一層多くの動力を回収できる。
【００３６】
また、第１段ロータディスク３１と第２段ロータディスク５１との間（すなわち第２段ロータディスク５１の冷却空気の流通方向上流側）にもTOBIノズル４４を配置しているので、ディスクホール３１を通過後のディスク回転方向Ｕとは反対側の周速度ベクトルを有する冷却空気にTOBIノズル４４によりディスク回転方向Ｕ側の周速度ベクトルを付与することができる。したがって、第２段ロータディスク５１のディスクホール５２の入口絶対周速度ベクトルを大きくすることができるので、第１段ロータディスク３１に加えて第２段ロータディスク５１も動力回収型ディスクとすることが可能となって、冷却空気から多段階に動力を回収できる。
【００３７】
さらに、本実施形態のディスクホール３２，５２は、出口部に近づくにしたがってディスク回転方向Ｕとは逆方向に向くようになる滑らかな湾曲形状の翼形状となっている。したがって、TOBIノズル２４,４４からディスク回転方向Ｕに向かって吐出された冷却空気の流れが、効率的にロータディスク３１，５１を駆動する動力として回収できるとともに、冷却空気は出口に向けて滑らかに向きが変わるようになるので圧力損失を少なくできる。
【００３８】
また、冷却空気から動力が回収される際、冷却空気は仕事をしてその温度が低下する。したがって、この低下分、クーラの負荷を減らすことが可能となり、冷却空気を冷却するための動力を低減することが可能となる。また、冷却空気の温度が下がるので、この分、冷却空気すなわち圧縮空気の抽気量を削減することが可能となる。抽気量を削減した分、燃焼器に供給する燃焼空気である圧縮空気の量を増加することができるので、燃焼器の燃焼量を増加してタービン出力を向上させることが可能となる。
【００３９】
［１−４．変形例］
本実施形態の変形例のガスタービン及びタービンの冷却構造について図４を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
本変形例のタービンの冷却構造は上記実施形態のものと同じであるが、上記実施形態よりも、ホール入口３２ｂにおける冷却空気の速度ベクトルC1が小さく設定されるとともに、ロータディスク３１の周速度ベクトルVuが小さく設定されている。
この結果、入口絶対周速度ベクトルVtの大きさ（絶対値）よりも、出口絶対周速度ベクトルVt_Dの大きさ（絶対値）が大きいものの、入口絶対周速度ベクトルVtの方向がディスク回転方向Ｕと同方向（プラス側）であり、出口絶対周速度ベクトルVt_Dがディスク回転方向Ｕと反対方向（マイナス側）となっているため、ディスク回転方向Ｕを正（プラス）としディスク回転方向Ｕと反対方向を負（マイナス）と規定した場合において入口絶対周速度ベクトルVtよりも出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さくなっており、ロータディスク３１は上記実施形態と同様に動力回収型ディスクとして構成されている。
【００４０】
［１−５．その他］
前記の実施形態では、静翼４０に取り付けたTOBIノズル４４には、前段の第１段ロータディスク３１のディスクホール３２を通過した冷却空気が供給されるものとしたが、図２に二点鎖線で示すようにケーシング１０の外側から静翼４０の内部を挿通させた配管４５から冷却空気を供給するようにしても良い。
【００４１】
［２．第２実施形態］
本発明の第２実施形態のガスタービン及びタービンの冷却構造について、図１，図２及び図５を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
［２−１．タービン部及びその冷却構造の構成］
本実施形態のタービン部４（図１参照）及びその冷却構造は、図２及び図３に示す第１実施形態の構造に対し、TOBIノズル２４，４４及びロータディスク３１，５１のそれぞれに代えて、図５に示すTOBIノズル１２４及びロータディスク１３１を使用するものである。
TOBIノズル１２４は、外輪部と内輪部との間に配されて周方向に等間隔で配列された複数の柱状部材１２４ｃを備えており、周方向に隣り合う柱状部材１２４ｃの間にノズル部１２４ｄが形成されている。このノズル部１２４ｄは、その周方向に沿って切断した断面形状が、図５に示すように、冷却空気の流通方向Ａ５に向かって、ディスク回転方向Ｕ側に傾斜する先細りの台形状となっており、この断面形状は径方向（図５の紙面に対して垂直な方向）に対して一定の断面形状となっている。つまり、ノズル部１２４ｄは、周方向に沿って切断した断面においてノズル部１２４ｄを画成する壁面が直線となるように形成され、上記流通方向Ａ５で下流側になるほど流路断面積が小さくなる絞り形状に形成されている。
【００４３】
ロータディスク１３１は、第１実施形態のロータディスク３１に対し、そのディスクホール１３２の形状が異なるだけであるので、ディスクホール１３２についてのみ説明する。
各ディスクホール１３２は、その周方向に沿って切断した断面形状が、図５に示すように冷却空気の流通方向Ａ６に向かって、ディスク回転方向Ｕとは逆向きに傾斜する先細りの台形状であり、この断面形状は径方向に対して一定の断面形状となっている。つまり、ディスクホール１３２は、周方向に沿って切断した断面においてディスクホールを画成する壁面が直線となるように形成され、上記流通方向Ａ６で下流側になるほど流路断面積が小さくなる絞り形状に形成されている。
【００４４】
そして、ノズル出口１２４ｅにおける流路断面積及び吐出角度と、ホール出口１３２ａにおける流路断面積及び吐出角度とは、ホール入口１３２ｂにおける冷却空気の入口絶対周速度ベクトル（ノズル出口１２４ｅにおける冷却空気の絶対周速度ベクトル）Vtよりも、ホール出口１３２ａにおける出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さくなるように設定されている。すなわち、ロータディスク１３１は動力回収型ディスクとして構成されている。
なお、第１段ロータディスクのディスクホールの出口における流路断面積及び吐出角度と、第２段ロータディスクのディスクホールの出口における流路断面積及び吐出角度とは同じでなくても良い。
【００４５】
［２−２．作用・効果］
本発明の第２実施形態としてのガスタービン及びその冷却構造は上述のように構成されているので、第１実施形態と同様の効果が得られる他、ノズル部１２４ｄ及びディスクホール１３２が、周方向に沿って切断した断面においてノズル部１２４ｄ及びディスクホール１３２を画成する壁面が直線となるような形状なので、ノズル部１２４ｄ及びディスクホール１３２を成型するための加工が容易となり、製作費の低減及び製作期間の短縮を図ることができる。
【００４６】
［２−３．その他］
上記第２実施形態では、ディスクホール１３２をホール出口１３２ａ側に近くなるほど流路断面積が減少する絞り形状としたが、ホール入口１３２ｂにおける冷却空気の入口絶対周速度ベクトルVtよりも、ホール出口１３２ａにおける出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さくなるように設定されていれば、ディスクホール１３２は図５に二点鎖線で示すように流路断面積が冷却空気の流通方向に対し一定の形状であっても良い。この場合、ディスクホール１３２を成型するための加工がさらに容易となる。
さらには、上記第２実施形態では、ディスクホール１３２を、冷却空気の流通方向Ａ６に向かって、ディスク回転方向Ｕとは逆向きに傾斜する構成としたが、このような傾斜のディスクホール１３２に代えて、図６に示すように、冷却空気の流通方向Ａ６の下流側に向かってディスク回転方向Ｕ側に傾斜するディスクホール２３２を採用しても良い。ディスク回転方向Ｕが比較的遅い場合には、このような傾斜のディスクホールでも、冷却空気の入口絶対周速度ベクトルVtよりも出口絶対周速度ベクトルVt_Dを小さくすることが可能である。なお、このようにディスクホールをディスク回転方向Ｕ側に傾斜させる場合には、ホール出口２３２ａを絞ると出口絶対周速度ベクトルVt_Dが大きくなってしまうので、ディスクホール２３２は、ここでは図６に示すような絞りのない形状としているが、ホール入口２３２ｂからホール出口２３２ａに向かって流路断面積を拡大させる形状としても良い。
【００４７】
［３．第３実施形態］
本発明の第３実施形態のガスタービン及びタービンの冷却構造について、図１，図７及び図８を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図８は、TOBIノズル２４，第１段ロータディスク３３１及び第２段ロータディスク３５１を周方向に沿って切断した模式的断面図（但し、一部分のみ示す）であって、冷却空気及びロータディスク３３１，３５１の速度ベクトルを付記した図である。
【００４８】
［３−１．タービン及びその冷却構造の構成］
本実施形態のタービン部４（図１参照）及びその冷却構造は、図７に示すように構成されており、図２に示す第１実施形態のものに対し、動翼３０,５０の相互間に配置された静翼４０にTOBIノズル４４（詳しくはさらにTOBIノズル４４を取り付けるための部材４２，４３及びシール部材３５,５５, ５６）が設けられていない点で相違し、第１段ロータディスク３３１及び第２段ロータディスク３５１の構成（詳しくはそれらのディスクホールの構成）が相違する。
【００４９】
以下、第１段ロータディスク３３１及び第２段ロータディスク３５１について説明する。
第１段ロータディスク３３１にはディスクホール３３２が設けられ、ディスクホール３３２は、第１段ロータディスク３３１を回転軸線Ｌ方向に貫通して形成され、同一径方向位置において周方向に等間隔に複数配置されている。また、ディスクホール３３２は、流路断面（冷却空気の流通方向Ａ２に対し垂直に切った断面）の形状が冷却空気の流通方向Ａ２に対し一定の形状（例えば正方形、長方形、円形、楕円形など）とされている。
同様に、第２段ロータディスク３５１にはディスクホール３５２が設けられ、ディスクホール３５２は、第２段ロータディスク３５１を回転軸線Ｌ方向に貫通して形成され、同一径方向位置において周方向に等間隔に複数配置されている。また、ディスクホール３５２は、流路断面積が冷却空気の流通方向Ａ４に対し一定の形状（例えば正方形、や長方形、円形、楕円形など）となっている。
各ディスクホール３３２及び各ディスクホール３５２は図７に示すように何れもTOBIノズル２４と同じ径方向位置に配置され、また、その個数は同じであり、そのホール出口３３２ａとホール出口３５２ａとの流路断面積は同一に設定されている。また、ディスクホール３３２，３５２の周方向に沿った断面形状は、径方向（図８の紙面に対して垂直な方向）に対して一定でも良いし、一定でなくとも良い。
【００５０】
なお、複数のディスクホール３３２を、同一径方向位置に配置しなくとも良く、等間隔に配置しなくとも良いし、さらには、TOBIノズル２４と同じ径方向位置に配置しなくてもよい。同様に、複数のディスクホール３５２を、同一径方向位置に配置しなくとも良く、等間隔に配置しなくとも良いし、さらには、TOBIノズル２４と同じ径方向位置に配置しなくてもよい。また、ディスクホール３３２の個数とディスクホール３５２の個数とが異なっていても良いし、ディスクホール３３２とディスクホール３５２とで流路断面形状や流路断面積が異なっていても良い。さらには、ディスクホール３３２，３５２の各流路断面形状は、流通方向に対して一定の断面形状でなくてもよい。
【００５１】
図８に示すように、ノズル出口２４ｅにおける流路断面積及び吐出角度、並びに、第１段ロータディスク３３１の各ディスクホール３３２のホール出口３３２ａにおける流路断面積及び吐出角度は、ホール入口３３２ｂにおける冷却空気の入口絶対周速度ベクトル（すなわちTOBIノズル２４のノズル出口２４ｅにおける冷却空気の絶対周速度ベクトル）Vtよりも、ホール出口３３２ａにおける出口絶対周速度ベクトルVt_Dが小さくなるように設定されている。すなわち、ロータディスク１３１は動力回収型ディスクとして構成されている。
【００５２】
また、本実施形態の特徴であるが、第２段ロータディスク３５１の各ディスクホール３５２は、冷却空気を、第１段ロータディスク３３１のディスクホール３３２よりもさらにディスク回転方向Ｕとは反対側に傾けて吐出するようになっている。
つまり、各ディスクホール３５２の冷却空気の流通方向下流側に向かう傾斜角度θ２を、ディスクホール３３２の同傾斜角度θ１よりも大きくなるように、ディスク回転方向Ｕとは反対方向に傾けて設定している。
これにより、図８に示すように、後段のディスクホール３５２においても冷却空気より動力を回収できるようにしている。
つまり、後段のディスクホール３５２から、前段のディスクホール３３２よりもディスク回転方向Ｕとは反対側に大きく傾けて冷却空気を吐出することで、ディスク回転方向Ｕを正としディスク回転方向Ｕと反対方向を負として規定した場合に、ホール出口３５２ａにおける冷却空気の絶対速度ベクトルC_D′（冷却空気の速度ベクトルC3とディスク周速度ベクトルVuとを合成して得られる速度ベクトル）の周速度成分である出口絶対周速度ベクトルVt_D′を、前段のホール出口３３２ａおける冷却空気の出口絶対周速度ベクトル（すなわちホール入口３５２ｂにおける冷却空気の入口絶対周速度ベクトル）Vt_DよりもΔVｔ′だけ小さくして、後段のロータディスク３５１においても冷却空気から動力を回収できるようにしている。すなわち、前段のロータディスク３３１に加え後段のロータディスク３５１も動力回収型ディスクとして構成しているのである。
【００５３】
なお、ここではディスクホール３３２とディスクホール３５２とでホール出口の流路断面積及び個数が同じである例を示しているが、上述のとおりディスクホール３３２とディスクホール３５２とでホール出口の流路断面積や個数が相違していても良く、この場合でも、当然であるが、後段のディスクホール３５２から、前段のディスクホール３３２よりもディスク回転方向Ｕとは反対側に大きく傾けて冷却空気を吐出することで、ディスクホール３５２の出口絶対周速度ベクトルVt_D′を小さくすることができる。
ここで、出口絶対周速度ベクトルVt_D′は、入口絶対周速度ベクトルVt及び出口絶対周速度ベクトルVt_Dと同様に、固定系を基準とする絶対系での速度ベクトルであり、出口絶対周速度ベクトルVt_D′が入口絶対周速度ベクトル）Vt_Dよりも小さいとは、ディスク回転方向Ｕを正（プラス）と規定しディスク回転方向Ｕと反対方向を負（マイナス）と規定したベクトル量での比較をいう。
【００５４】
［３−２．作用・効果］
本発明の第３実施形態としてのガスタービン及びその冷却構造によれば、後段のロータディスク３５１も動力回収型ディスクとして構成されているので、ガスタービンの出力の向上及び動力回収に伴う冷却空気の低温化をより一層効果的に実現できる。
【００５５】
［３−３．その他］
上記第３実施形態では、ディスクホール３３２，３５２の各流路断面形状を冷却空気の流通方向に対し一定の形状としたが、ディスクホール３３２，３５２に、第１実施形態（図３参照）又は第２実施形態（図５参照）のような絞り形状のディスクホールを使用しても良い。
【００５６】
［４．第４実施形態］
本発明の第４実施形態のガスタービン及びタービンの冷却構造について、図１，図９及び図１０を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図１０は、TOBIノズル２４，第１段ロータディスク３３１及び第２段ロータディスク４５１を周方向に沿って切断した模式的断面図（但し、一部分のみ示す）であって、冷却空気及びロータディスク３３１，４５１の速度ベクトルを付記した図である。
【００５７】
［４−１．タービン及びその冷却構造の構成］
本実施形態のタービン部４（図１参照）及びその冷却構造は、図９及び図１０に示すように構成されており、図７及び図８に示す第３実施形態のものに対し、第２段ロータディスクの構成（詳しくはディスクホールの配置）が相違する。
【００５８】
以下、第２段ロータディスク４５１について説明する。
第２段ロータディスク４５１にはディスクホール４５２が同一径方向位置において周方向に等間隔に複数配置されており、各ディスクホール４５２は、第２段ロータディスク４５１を回転軸線Ｌ方向に貫通して形成されている。
また、各ディスクホール４５２は、第１段ロータディスク３３１のディスクホール３３２と同一個数及び同一形状に構成され、その傾斜角度（吐出角度）θ1、個数及びホール出口４５２ａの流路断面積はディスクホール３３２のものと同一であるが、ディスクホール４５２は図９に示すようにディスクホール３３２よりも回転軸線Ｌに近い位置（内周側）に配置され、その回転半径が小さく設定されている。なお、複数のディスクホール４５２は、ディスクホール３３２よりも内周側に配置されていれば、同一径方向位置に配置しなくとも良く、等間隔に配置しなくとも良い。さらに、ディスクホール４５２の形状（傾斜角度及びホール出口４５２ａの流路断面積など）や個数はディスクホール３３２のものと同じでなくとも良い。
【００５９】
このようにディスクホール４５２をディスクホール３３２よりも内周側に配置することにより、図１０に示すように、後段のディスクホール４５２においても冷却空気から動力を回収できるようにしている。
つまり、各ディスクホール４５２はその回転半径が小さく設定されているため、ディスクホール４５２の径方向位置におけるディスク周速度ベクトルVu′は、ディスクホール３３２の径方向位置におけるディスク周速度ベクトルVuよりも小さくなる。ディスク周速度ベクトルVu′が小さくなる分、ホール出口４５２ａにおける冷却空気の絶対速度ベクトルC_D′（冷却空気の速度ベクトルC2とディスク周速度ベクトルVu′とを合成して得られる速度ベクトル）の周速度成分である出口絶対周速度ベクトルVt_D′を、前段のホール出口３３２ａおける冷却空気の出口絶対周速度ベクトル（すなわちホール入口４５２ｂにおける冷却空気の入口絶対周速度ベクトル）Vt_DよりもΔVt′だけ小さくして冷却空気から動力を回収するようにしている。
すなわち、前段のロータディスク３３１に加え後段のロータディスク４５１も動力回収型ディスクとして構成しているのである。
【００６０】
なお、ここではディスクホール３３２とディスクホール４５２とで、傾斜角度、ホール出口の流路断面積及び個数が同じである例を示しているが、上述のとおりディスクホール３３２とディスクホール４５２とで傾斜角度やホール出口の流路断面積や個数が相違していても良く、この場合でも、当然であるが、後段のディスクホール４５２をディスクホール３３２よりも内周側に配置することで、ディスクホール４５２の出口絶対周速度ベクトルVt_D′を小さくすることができる。
【００６１】
［４−２．作用・効果］
本発明の第４実施形態としてのガスタービン及びその冷却構造によれば、第３実施形態と同様に後段のロータディスク４５１も動力回収型ディスクとして構成されているので、ガスタービンの出力の向上及び動力回収に伴う冷却空気の低温化をより一層効果的に実現できる。
【００６２】
［４−３．その他］
上記第４実施形態では、外周側のディスクホール３３２と、内周側のディスクホール４５２とを同一形状としたが、異なる形状としても良く、例えば、内周側のディスクホール４５２を、上記第３実施形態のディスクホール３５２（図８参照）のように、ディスクホール３３２よりもディスク回転方向Ｕとは反対側に向けて冷却空気を吐出させるようにしても良い。これにより、ディスクホール４５２における冷却空気の出口絶対周速度ベクトルVt_D′をさらに小さくして冷却空気から動力をより多く回収することができる。
【００６３】
［５．その他］
（１）上記各実施形態では、ロータディスクを動力回収型ディスクとしたが、ロータディスクの前段にこのロータディスクと一体に回転する（すなわち動翼と一体に回転する）シールディスクを設ける場合には、シールディスクのディスクホールについて、各実施形態及びその変形例として記載されたロータディスクのディスクホールの構成（例えば第１実施形態及び第２実施形態の絞り形状を有するディスクホールの構成）を適用して、冷却空気の入口絶対周速度ベクトルよりも冷却空気の出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定してもよい。これにより、シールディスクを動力回収型ディスクとして構成することができる。
【００６４】
（２）上記各実施形態では、第１段ロータディスクの前段にTOBIノズル２４を設け、殻部２２内部のキャビティから冷却空気をTOBIノズル２４により旋回流として第１段ロータディスクに供給するようにしたが、TOBIノズル２４を設けずに（旋回流とせずに）キャビティから冷却空気を第１段ロータディスクに供給する構成も可能である。
【００６５】
（３）上記各実施形態では、TOBIノズルに、図３に示すように複数の翼形部２４ｃを周方向に並べその相互間にノズル部２４ｄを形成する翼型式のものを使用したが、翼型式に代えて、周方向に並べた管状ノズルにより冷却空気を旋回させて供給する管状ノズル形式のものを使用しても良い。
【００６６】
（４）上記第１実施形態では、図２に示すようにロータディスク３１，５１の相互間に設けるTOBIノズル４４を静翼４０に支持させたが、ロータディスクの相互間に設けるTOBIノズルは必ずしも静翼に支持させる必要はなく、例えば、TOBIノズルを管状ノズル型とし、管状ノズルをケーシング１０により支持させるようにしても良い。
【００６７】
（５）ディスクホールにおける入口絶対周速よりも出口絶対周速を遅く設定するための設定手法は、上記各実施形態の設定手法に限定されない。
例えば、上記第１及び第２実施形態において、TOBIノズルよりもディスクホールの回転半径を小径にするなど、上記各実施形態で用いられた方法を適宜組み合わせても良い。
または、図８に示す上記第３実施形態において、前段のディスクホール３３２と後段のディスクホール３５２とでその傾斜角度を異なる角度に設定する代わりに次のようにしても良い。
つまり、後段のディスクホール３５２の出口に絞りを設けてその冷却空気の速度ベクトルを大きくし、これにより出口絶対周速度ベクトルVt_D′を小さくするようにしても良い。
【００６８】
（６）上記各実施形態では、ノズル部やディスクホールは、周方向に沿って切断した断面形状が径方向に対して一定としたが、これに限らず、径方向に沿った断面形状が円形（丸穴）や円錐形（テーパ穴）のように径方向に対して一定でない断面形状でも良い。さらには、図２中に二点鎖線で示すディスクホール３２，５２のように、ディスクホールを、周方向に沿った断面形状を径方向に対し一定としつつ（或いは周方向に沿った断面形状を径方向に対し変化させつつ）径方向に傾斜させたて入口と出口とを異なる径方向位置としたり、径方向に絞った形状としたりしても良い。また、ディスクホールによる動力回収が可能な範囲で、ディスクホールとTOBIノズルとの径方向位置を異なる位置としても良い。
（７）上記各実施形態では、各ディスクホールは、それを有するディスク内において、その形状（傾斜角度や流路断面積）や径方向位置は同じとしたが、これに限らず、その形状や径方向位置を一部異ならせても良い。
【００６９】
（８）上記各実施形態では、ロータディスクに設けられた複数のディスクホールのそれぞれについて、冷却空気の入口絶対周速度ベクトルよりも出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定したが、ロータディスクに設けられた複数のディスクホールの内の少なくとも一つが、冷却空気の入口絶対周速度ベクトルよりも出口絶対周速度ベクトルが小さくなるように設定されていればよい。また、ロータディスクやシールディスクなどの複数のディスクの内の少なくとも一つが、動力回収型ディスクとして構成されていればよい。
（９）上記各実施形態では、本発明のガスタービンを発電用ガスタービンに適用した例を示したが、本発明のガスタービンは、発電用ガスタービンに適用したものに限定されず、例えば航空用ガスタービンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  ガスタービン
２  圧縮機（圧縮部）
３  燃焼器（燃焼部）  
４  タービン部（タービン）
５  回転軸
２０，４０  静翼
２４，４４，１２４  TOBIノズル
３０，５０  動翼
３１，５１，１３１，３３１，３５１，４５１  ロータディスク（動力回収型ディスク）
３２，５２，１３２，２３２，３３２，３５２，４５２  ディスクホール
３２ａ，５２ａ，１３２ａ，２３２ａ，３３２ａ，３５２ａ，４５２ａ  ホール出口
３２ｂ，５２ｂ，１３２ｂ，２３２ｂ，３３２ｂ，３５２ｂ，４５２ｂ  ホール入口
C1，C2，C3  冷却空気の速度ベクトル
Ｌ  回転軸線
Ｕ  ディスク回転方向
Vt，Vt_D，Vt_D′  絶対周速度ベクトル
θ１，θ２  ディスクホールの傾斜角度（吐出角度）
【図１】
0006484430.tif 000002
【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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