(57)【要約】【課題】出力タービンの回転数変化に伴って冷却空気流量のアンバランスが生じた場合でも、それに柔軟に対応して冷却空気流量を最適化し、出力タービンを効率的に冷却することができる二軸式ガスタービン及びその冷却空気供給方法を提供する。【解決手段】圧縮機駆動タービン５と、この圧縮機駆動タービン５と独立して回転する出力タービン２と、この出力タービン２各段のホイールスペース３６〜３８のうち、少なくとも初段の静翼４０及び動翼１０間のホイールスペース３６に圧縮機３からの冷却空気を導く常時開放の冷却空気流路７０と、出力タービン２の初段動翼１０よりも下流側に位置するホイールスペース３７，３８に、圧縮機３から抽気された冷却空気を導く補助冷却空気流路８０と、この補助冷却空気流路８０を開閉する開閉手段８３とを備える。【選択図】  図２
2005240573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼して得た燃焼ガスにより軸動力を得る二軸式ガスタービンにおいて、
前記圧縮機に連結された圧縮機駆動タービンと、
この圧縮機駆動タービンの下流側に設けられ、該圧縮機駆動タービンと独立して回転する出力タービンと、
この出力タービン各段の静翼及び動翼間のホイールスペースのうち、少なくとも前記出力タービン初段の静翼及び動翼間のホイールスペースに、前記圧縮機から抽気された冷却空気を導く常時開放の冷却空気流路と、
前記ホイールスペースのうち、前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースに、前記圧縮機から抽気された冷却空気を導く補助冷却空気流路と、
この補助冷却空気流路を開閉する開閉手段と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項２】
圧縮機からの圧縮空気を燃料とともに燃焼して得た燃焼ガスにより軸動力を得る二軸式ガスタービンにおいて、
前記圧縮機に連結された圧縮機駆動タービンと、
この圧縮機駆動タービンの下流側に設けられ、該圧縮機駆動タービンと独立して回転する出力タービンと、
この出力タービン各段の静翼及び動翼間のホイールスペースの温度を検出する温度センサと、
前記ホイールスペースのうち、少なくとも前記出力タービン初段の静翼及び動翼間のホイールスペースに、前記圧縮機から抽気された冷却空気を、前記出力タービンの初段静翼を介し静止体側から導く常時開放の冷却空気流路と、
前記ホイールスペースのうち、前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースに、前記圧縮機から抽気された冷却空気を導く補助冷却空気流路と、
この補助冷却空気流路を開閉する開閉手段と、
前記温度センサにより検出された前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースの温度が設定のしきい値を超えた場合、前記開閉手段を開放する制御手段と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項３】
請求項１に記載の二軸式ガスタービンにおいて、前記補助冷却空気流路は、前記冷却空気流路から分岐してなることを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項４】
請求項１に記載の二軸式ガスタービンにおいて、前記補助冷却空気流路は、前記冷却空気流路と独立して設けられ、その抽気位置が、前記圧縮機における前記冷却空気流路の抽気位置よりも上流側であることを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項５】
請求項１に記載の二軸式ガスタービンにおいて、前記冷却空気流路は、前記出力タービンの初段静翼を介し静止体側から冷却空気を導くとともに、前記圧縮機駆動タービン及び前記出力タービン間の隔壁を経由する分岐流路を有し、かつ、前記出力タービンの初段ディスクホイールは中心孔を有しており、該中心孔を介し、前記冷却空気流路の分岐流路からの冷却空気が、前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースに導かれることを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項６】
請求項１に記載の二軸式ガスタービンにおいて、前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースに、前記圧縮機から抽気された冷却空気を前記出力タービンの軸端に位置するスタブシャフト、及び前記出力タービンのロータ内部を経由して回転体側から導く常時開放の第２の冷却空気流路を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項７】
請求項６に記載の二軸式ガスタービンにおいて、前記第２の冷却空気流路は、前記出力タービンの最終段ディスクホイールに設けた中心孔を経由することを特徴とする二軸式ガスタービン。
【請求項８】
互いに独立して回転する圧縮機駆動タービンと出力タービンとを有する二軸式ガスタービンの冷却空気供給方法において、
前記出力タービン各段の静翼及び動翼間のホイールスペースのうち、少なくとも初段の静翼及び動翼間のホイールスペースに連通する常時開放の冷却空気流路と、前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースに連通する開閉可能な補助冷却空気流路とを形成し、
前記出力タービンの初段動翼よりも下流側に位置するホイールスペースの温度が設定のしきい値を超えた場合、前記補助冷却空気流路を開放し、該ホイールスペースへの冷却空気供給量を増加させる
ことを特徴とする二軸式ガスタービンの冷却空気供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに独立して回転する圧縮機駆動タービン及び出力タービンを有する二軸式ガスタービンに係り、詳しくは、圧縮機から抽気された空気をタービンロータ内で冷却媒体として用いる二軸式ガスタービン及びその冷却空気供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスタービンの高効率化を狙って燃焼ガス温度を高める傾向がある。しかし、燃焼ガス温度が高温化すれば、タービンの静翼及び動翼の冷却能力を強化しなければならず、ホイールスペース及びディスクホイールの温度上昇を抑制するためにも、タービン主流路を流れる燃焼ガスのタービンロータへの洩れ込みをシールする冷却空気を増加させる必要性が生じる。そこで、ホイールスペース及びディスクホイールの温度上昇を抑制するために、圧縮機で抽気した空気をタービン静翼内に設けた冷却通路に導き、静翼を冷却した後、静翼のダイアフラムに設けた空気供給孔からホイールスペースにシール空気を噴出する技術が提唱されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８４３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二軸式ガスタービンは、圧縮機、燃焼器とともにガスジェネレータを構成する圧縮機駆動タービンと出力タービンとを備えており、これら圧縮機駆動タービンと出力タービンとは、別々の回転軸を有し互いに独立して回転する。従来、主に発電用に用いられるガスタービンは一軸式であり、定格回転数で運用されるのが一般的であったが、二軸式ガスタービンでは、ガスジェネレータを定格回転数とする一方、出力タービンを接続した負荷機器に応じた回転数で運用できる利点がある。この種の二軸式ガスタービンの出力タービンにおけるホイールスペースの冷却においても、上記従来技術と同様、圧縮機からの冷却空気を静翼を介してホイールスペースへ導くのが一般的であるが、通常、この冷却空気の一部は、さらに下流側のホイールスペースの冷却に用いられる。
【０００５】
しかしながら、二軸式ガスタービンでは、連結する負荷機器によって出力タービンの回転数を変化させるために、圧縮機吸込み流量や燃焼器での燃焼温度を変化させる。このように圧縮機吸込流量や燃焼温度を変化させると、冷却空気流量のバランスが崩れ、出力タービンの各ホイールスペースへの冷却空気量に過不足が生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、以上に鑑みなされたもので、その目的とするところは、出力タービンの回転数変化に伴って冷却空気流量のアンバランスが生じた場合でも、それに柔軟に対応して冷却空気流量を最適化し、出力タービンを効率的に冷却することができる二軸式ガスタービン及びその冷却空気供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すために、本発明は、互いに独立して回転する圧縮機駆動タービンと出力タービンとを有する二軸式ガスタービンにおいて、上記出力タービンの静翼及び動翼間のホイールスペースに冷却空気を供給する常時開放の冷却空気流路と、上記ホイールスペースのうち、冷却性能が不足する可能性がある箇所に冷却空気を供給する開閉可能な補助冷却空気流路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、出力タービンの回転数変化に伴って冷却空気流量のアンバランスが生じても、それに応じて補助冷却空気流路を開閉して各ホイールスペースの冷却空気流量を最適化し、出力タービンを効率的に冷却することができる。よって、エネルギー効率及び信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の二軸式ガスタービンの第１実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、二軸式ガスタービンの全体構成を簡略的に示した回路図である。
この図１において、二軸式ガスタービン１００は、ガスジェネレータ１と、出力タービン２とで構成されている。
【００１０】
ガスジェネレータ１は、空気（大気）ａを吸入し所定の圧力まで圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機３と、この圧縮機３からの圧縮空気ｂを燃料ｃとともに燃焼し、高温高圧の燃焼ガスｄを生成する燃焼器４と、この燃焼器４からの燃焼ガスｄによって軸動力を得る圧縮機駆動タービン５とを備えている。圧縮機３と圧縮機駆動タービン５とは、回転軸６を介して互いに同心状に連結されており、圧縮機駆動タービン５で得られた軸動力は、圧縮機３の駆動に利用される。
【００１１】
一方、出力タービン２は、圧縮機駆動タービン５の下流側に設けられ、圧縮機駆動タービン５とともにタービン部を構成し、圧縮機駆動タービン５から排出される燃焼ガスｅによって圧縮機駆動タービン５と独立して回転する。出力タービン２を通過した排気ガスｆは、出力タービン２から排出される。この出力タービン２には、例えばパイプラインのポンプや発電機等といった様々な負荷機器７が連結軸８を介して連結され、連結された負荷機器７は、連結軸８を介して伝達される出力タービン２からの軸動力により駆動される。
【００１２】
このように、二軸式ガスタービン１００では、圧縮機３と圧縮機駆動タービン５とを連結する回転軸６と、出力タービン２と負荷機器７とを連結する連結軸８とが分離され、圧縮機駆動タービン５と出力タービン２とが互いに独立して回転するため、出力タービン２側の回転数を、ガスジェネレータ１側の回転数と変えて運転することが可能である。したがって、ガスジェネレータ１側の回転数を定格回転数とし、出力タービン２側の回転数を連結した負荷機器７に適した回転数に制御することが可能となり、ガスタービンとしての運用の幅を拡大することができる。
【００１３】
図２は、本実施形態の二軸式ガスタービンの要部の詳細図であり、出力タービン２付近における上半部の軸方向断面を示している。
図２において、出力タービン２の回転体側の構成を説明すると、その初段動翼１０は、初段動翼シャンク１１及び初段動翼ダブテール１２を介し、中心孔１４を有する中空の初段ディスクホイール１３の外周部に植設されている。第二段動翼（本例では最終段動翼）２０は、第二段動翼シャンク２１及び第二段動翼ダブテール２２を介し、中実の第二段ディスクホイール２３の外周部に植設されている。上記ディスクホイール１３，２３の間には、スペーサディスク３０が介設されており、これらディスクホイール１３，２３及びスペーサディスク３０は、出力タービン２のロータ軸端に位置するスタブシャフト３１に対し、周方向に均等に配置された複数本のスタッキングボルト３２によって強固に締結されている。
【００１４】
一方、出力タービン２の静止体側の構成を説明すると、その初段静翼４０は、外径側エンドウォール４１と内径側エンドウォール４２との間に環状に配置され、タービンケーシング（図示せず）の内周部に固定されている。初段静翼４０の内径側には、ダイアフラム４３が装着されている。同様に、第二段静翼５０は、外径側エンドウォール５１と内径側エンドウォール５２との間に環状に配置され、タービンケーシング（図示せず）の内周部に固定されている。第二段静翼５０の内径側には、ダイアフラム５３が装着されている。
【００１５】
なお、出力タービン２の軸方向前側に位置する圧縮機駆動タービン５も、出力タービン２とほぼ同様の構成であり、その最終段動翼６０は、最終段動翼シャンク６１及び最終段動翼ダブテール６２を介し、圧縮機駆動タービン５の最終段ディスクホイール６３の外周部に植設されている。この圧縮機駆動タービン５の最終段ディスクホイール６３と出力タービン２の初段動翼ディスクホイール１３の間は、出力タービン２における初段静翼４０のダイアフラム４３の内周側に接合された隔壁（仕切り板）３３によって隔てられている。
【００１６】
ここで、圧縮機駆動タービン５及び出力タービン２は、静翼に対して動翼を回転させるので、静止体側と回転体側との間に間隙が存在し、軸方向において各段の静翼及び動翼間にホイールスペースが形成されている。例えば、図２において、出力タービン２の初段静翼４０の前側には、圧縮機駆動タービン５における最終段動翼６０のシャンク６１、ダブテール６２、出力タービン２における初段静翼４０の内径側エンドウォール４２、ダイアフラム４３で囲まれて初段静翼前側ホイールスペース３５が形成されている。また、出力タービン２の初段静翼４０及び初段動翼１０間には、初段静翼４０の内径側エンドウォール４２、ダイアフラム４３、初段動翼１０のシャンク１１、ダブテール１２で囲まれて初段動翼前側ホイールスペース３６が形成されている。同様に、初段動翼１０及び第二段静翼５０間には、初段動翼１０のシャンク１１、ダブテール１２、第二段静翼５０の内径側エンドウォール５２、ダイアフラム５３で囲まれた第二段静翼前側ホイールスペース３７が、第二段静翼５０及び第二段動翼２０間には、第二段静翼５０の内径側エンドウォール５２、ダイアフラム５３、第二段動翼２０のシャンク２１、ダブテール２２で囲まれた第二段動翼前側ホイールスペース３８が、それぞれ形成されている。
【００１７】
このように構成された本実施形態の二軸式ガスタービンにおいては、上記ホイールスペース３５〜３８のうち、初段動翼前側ホイールスペース３６に、圧縮機３における主流路の所定の抽気位置（ホイールスペース３６に流入しようとする燃焼ガスよりも高圧位置）から抽気された冷却空気を、出力タービン２の初段静翼４０を介し静止体側から導く常時開放の冷却空気流路７０が設けられている。この冷却空気流路７０は、初段静翼４０のダイアフラム４３内のキャビティ、ダイアフラム４３の後側に設けた冷却空気供給孔７１を介し、初段静翼前側ホイールスペース３６に連通している。
【００１８】
上記冷却空気流路７０はまた、圧縮機駆動タービン５及び出力タービン２間の隔壁３３を経由する分岐流路７２を有し、冷却空気の一部を出力タービン２の回転中心に向かって導くようになっている。この分岐流路７２からの冷却空気は、出力タービン２の初段ディスクホイール１３の中心孔１４を介し、出力タービン２の初段動翼１０よりも下流側に位置するホイールスペース３７，３８に導かれる。
【００１９】
また、出力タービン２のホイールスペース３６〜３８のうち、初段動翼１０よりも下流側に位置するホイールスペース３７，３８に圧縮機３からの冷却空気を導くように、冷却空気流路７０から分岐してなる補助冷却空気流路８０が設けられている。この補助冷却空気流路８０は、第二段静翼５０、第二段静翼５０のダイアフラム５３内のキャビティ、該ダイアフラム５３の前後に設けた冷却空気供給孔８１，８２を介し、第二段静翼前側ホイールスペース３７、第二段動翼前側ホイールスペース３８にそれぞれ連通している。補助冷却空気流路８０には、例えばオリフィス等、該補助冷却空気流路８０を開閉する開閉手段８３が設けられている。
【００２０】
さらに、前述した出力タービン２の各ホイールスペース３６〜３８には、これら各ホイールスペース３６〜３８の温度を検出する温度センサ９０〜９２が設けられている。これら温度センサ９０〜９２は、それぞれ静止体側、例えば各ホイールスペース３６〜３８に臨むダイアフラム４３，５３に取り付けてあり、それぞれ図示しない制御手段に電気的に接続している。図示しない制御手段は、これら温度センサ９０〜９２からの検出信号に応じて、例えば燃焼器４への燃料噴射量や圧縮機３の吸込空気量等を制御し、出力タービン２の回転数等を制御するようになっている。このとき、本実施形態において、該制御手段は、特に温度センサ９１，９２により検出されたホイールスペース３７，３８のいずれかの温度が設定のしきい値を超えた場合、開閉手段８３を開放するようにプログラムされている。
【００２１】
以上のように構成された二軸式ガスタービンにおいて、燃焼器４からの高温高圧の燃焼ガスは、圧縮機駆動タービン５に流入し、圧縮機駆動タービン５の最終段動翼６０を通過した後、さらに、出力タービン２の初段静翼４０、初段動翼１０、第二段静翼５０、第二段動翼２０を通過する。
【００２２】
こうして圧縮機駆動タービン５、出力タービン２を通過する際、燃焼ガスは、前述したホイールスペース３５〜３８内に流入しようとする。燃焼ガスがホイールスペース３６〜３８に流入してしまうと、ホイールスペース３５〜３８を取り囲む動翼ダブテール１２，２２等が温度上昇し、動翼ダブテール１２，２２の熱変形を招きガスタービンの信頼性の低下を招く。そればかりか、ホイールスペース３６〜３８に燃焼ガスが流入すると、ディスクホイール１３，２３及びスペーサディスク３０に不均一な温度上昇をもたらし、ディスクホイール１３，２３及びスペーサディスク３０に熱応力が発生し熱アンバランスの原因となる。こうした熱アンバランスも、ロータ回転体の振動を増加させる可能性があり、ガスタービンの信頼性を低下させる一因となる。
【００２３】
このようなホイールスペース３５〜３８への燃焼ガスの流入を回避するため、圧縮機３から抽気した圧縮空気を冷却空気流路７０により出力タービン２の初段静翼４０に導き、この圧縮空気をホイールスペース３６〜３８の冷却及びシールに用いる。初段静翼４０に導かれた冷却空気は、初段静翼ダイアフラム４３に流入し、一部はダイアフラム４３に設けた冷却空気供給孔７１を通って、ホイールスペース３６に導かれ、ホイールスペース３６の冷却及びシールに用いられる。また、この初段静翼４０に導かれた冷却空気の一部は、隔壁３３内に設けた冷却空気流路７０における分岐流路７２を通ってロータ中心に向かい、初段ディスクホイール１３の中心孔１４を介してディスクホイール１３，２３の間に導かれる。そして、ディスクホイール１３，２３間に導かれた冷却空気は、それぞれディスクホイール１３及びスペーサディスク３０間、ディスクホイール２３及びスペーサディスク３０間の間隙を通ってキャビティ９５，９６に流入する。こうしたキャビティ９５，９６に蓄えられた冷却空気は、それぞれホイールスペース３７，３８の冷却及びシールに用いられる。このように、初段ディスクホイール１３の中心孔１４を通して冷却空気をホイールスペース３７，３８へ導入することで、ホイールスペース３７，３８のシールのみならず、ガスタービンの起動、停止時におけるディスクホイール１３，２３の温度を均一化することも可能となり、ディスクホイール１３，２３の温度不均一による熱アンバランスを回避して、信頼性を確保することができる。
【００２４】
このとき、冷却空気流路７０からの冷却空気は、上記したように複数箇所のホイールスペースに導かれる。タービンは増速翼列であるため、このタービンに供給された燃焼ガスは、タービン翼列を通過する際に増速され温度及び圧力を低下させるので、上流ほど高温高圧である。したがって、初段動翼前側ホイールスペース３６に流入しようとする燃焼ガスは、それよりも下流に位置するホイールスペース３７，３８に流入しようとする燃焼ガスよりも高圧であり、初段動翼前側ホイールスペース３６の温度が最も高温となり得る。よって、初段動翼前側ホイールスペース３６に流入しようとする燃焼ガスをシールするためには、この初段動翼前側ホイールスペース３６に導かれる冷却空気が、初段動翼前側ホイールスペース３６に流入しようとする燃焼ガスよりも高圧でなければならない。
【００２５】
本実施形態においては、ガスタービン運転中、温度センサ９０〜９２によって各ホイールスペース３６〜３８の温度を監視しているが、例えば、初段動翼前側ホイールスペース３６の温度だけが上昇したとする。ホイールスペース３６の温度が上昇すれば、このホイールスペース３６への冷却空気流量を増加させる必要があるが、ホイールスペース３６への冷却空気流量を増加させることで、ホイールスペース３６の冷却性能及びシール性能は向上するものの、初段ディスクホイール１３の中心孔１４を介し下流側のホイールスペース３７，３８に供給される冷却空気流量も増加してしまい、適正な冷却状態にあるホイールスペース３７，３８が過冷却状態となる場合がある。このような必要以上の冷却空気を導入することは、ガスタービンの効率低下に大きく関わる。さらに、冷却空気流量を増大させることで、ロータ内部のスタッキングボルト３２とディスクホイール１３，２３との間隙等からの冷却空気の漏洩量も増加し、冷却空気の圧力損失が増大する。これもガスタービン効率低下の一因となる。
但し、この場合には、例えば、分岐流路７２に設けた絞り（図示せず）を調整して分岐流路７２を絞ることによって、下流側のホイールスペース３７，３８への冷却空気流量の増大を防止することは可能である。
【００２６】
しかしながら、本実施形態においては、二軸式ガスタービンであるがゆえ、連結する負荷機器２によって出力タービン２の回転数を変更する場合があることから、単に分岐流路７２に絞りを設けただけでは冷却空気流量のアンバランスを防止することが困難なケースが起こり得る。すなわち、出力タービン２の回転数を変更する際には、圧縮機３の入口案内翼（図示せず）の開度を調整したり、燃焼器４での燃料噴射量を制御し燃焼温度を調整したりする。一例として、出力タービン２の回転数を下げるために、例えば、圧縮機３の入口案内翼の開口面積を小さくし、圧縮機吸込み流量を低減させたとする。一般にガスタービンシステムは、流量がバランスするように設計されるが、圧縮機３の吸込み流量を低減した場合、全体の流量バランスが崩れて下流側のホイールスペース３７，３８に十分な冷却空気が供給されなくなる恐れがある。
【００２７】
そこで、本実施形態では、補助冷却空気流路８０を設け、ホイールスペース３７，３８への冷却空気流量が不足した場合に、開閉手段８３を開いて補助的にホイールスペース３７，３８への冷却空気流量を増大させる。通常、これ以外の時には、開閉手段８３は閉状態とし、補助冷却空気流路８３を介してホイールスペース３７，３８に冷却空気が流れない状態とする。補助冷却空気流路８０の開閉制御は、例えば温度センサ９１，９２によるホイールスペース３７，３８の検出温度が設定のしきい値を超えた場合に、図示しない制御手段によって開閉手段８３に指令信号が出力され、この指令信号を受けて開閉手段８３が開閉することにより行われる。但し、これに限らず、例えば、温度センサ９０〜９２によるホイールスペース３６〜３８の検出温度をモニタしながら、操作盤等を適宜操作して手動で開閉手段８３の開閉を行うようにしても構わない。この場合には、温度センサ９０〜９２の検出温度に応じて開閉手段８３を開閉するように制御手段にプログラムする必要はない。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、出力タービン２の回転数を変更した場合に、冷却空気流量のアンバランスが生じた場合でも、これに追従して各ホイールスペース３６〜３８への冷却空気流量を最適化し、各ホイールスペース３６〜３８の温度上昇を抑制することができる。しかも、下流側のホイールスペース３７，３８の温度が上昇したときにのみ補助冷却空気流路８０を開放するので、ホイールスペース３７，３８に対し適正流量の冷却空気を導入でき、過冷却を防止することができる。よって、ガスタービン効率の低下を最小限に抑制し、信頼性を向上させることができる。
【００２９】
図３は、本発明の二軸式ガスタービンの第２実施形態の要部の詳細図であり、図２と同様、出力タービン２付近における上半部の軸方向断面を示している。
図３において、本実施形態が前述した第１実施形態と相違する点は、補助冷却空気流路８０が、冷却空気流路７０から分岐したものではなく、冷却空気流路７０と独立して設けられている点にある。補助冷却空気流路８０の抽気位置は、圧縮機３の主流路における冷却空気流路７０の抽気位置よりも上流側、すなわち冷却空気流路７０の抽気段よりも低圧段であり、好ましくは、ホイールスペース３７における燃焼ガスのシールに必要最低限の圧力が確保される程度に設定する。その他の構成及び動作については第１実施形態と同様であり、このような構成としても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
ここで、圧縮機３から抽気される冷却空気の圧力は、冷却されるホイールスペースに流入しようとする燃焼ガスの圧力よりも高くなければならない。しかし、冷却空気の精製にも圧縮機３にて相応のエネルギーを要するため、抽気する冷却空気の圧力が必要以上に高いと、目的のホイールスペースに流入しようとする燃焼ガスのシール効果は十分に得られるものの、ガスタービン効率は低減する。したがって、シール性とガスタービン効率とのバランスを考慮すれば、抽気する冷却空気の圧力は、目的となるホイールスペースに流入しようとする燃焼ガスよりも若干高い程度が最適値となる。それに対し、先の第１実施形態においては、補助冷却空気流路８０が冷却空気流路７０から分岐しているため、下流側のホイールスペース３７，３８に対し、補助冷却空気流路８０を介して高圧側のホイールスペース３６に合わせた圧力の冷却空気が流れ込むようになっていた。
【００３１】
本実施形態によれば、補助冷却空気流路８０を通る冷却空気は、冷却空気流路７０に導かれる冷却空気よりも低圧で、必要最小限の圧力に設定してあるので、出力タービン２の回転数を変化させた際、冷却空気流路７０からの冷却空気流量のアンバランスから下流側のホイールスペース３７，３８の温度が上昇しても、ホイールスペース３７，３８に対し、エネルギー効率の低下を最小限に止めて十分な冷却空気を供給することができる。よって、ガスタービン効率をさらに向上させ、より高い信頼性を確保することができる。
【００３２】
図４は、本発明の二軸式ガスタービンの第３実施形態の要部の詳細図であり、図２及び図３と同様、出力タービン２付近における上半部の軸方向断面を示している。
図４において、本実施形態が前述した第２実施形態と主に相違する点は、出力タービン２の初段動翼１０よりも下流側に位置するホイールスペース３７，３８に、圧縮機３から抽気された冷却空気を出力タービン２の軸端に位置するスタブシャフト３１、及び出力タービンのロータ内部を経由して回転体側から導く常時開放の第２の冷却空気流路７５を備えたことである。
【００３３】
第２の冷却空気流路７５は、排気ディフューザ９３の内周側に設けたスタブシャフト３１の軸受支持部９４に設けた冷却空気孔７６と、スタブシャフト３１に設けた冷却空気孔７７と、中空の最終段ディスクホイール２３に設けた中心孔２４とを経由し、さらにディスクホイール１３及びスペーサディスク３０間、スペーサディスク３０及びディスクホイール２３間の間隙、キャビティ９５，９６を介し、それぞれ冷却空気をホイールスペース３７，３８に供給するようになっている。本実施形態において、冷却空気流路７０は、その分岐流路７２を省略し、ホイールスペース３６のみに冷却空気を流通する構成となっている。これに伴い、初段ディスクホイール１３は中実のもので構成してある。また、第２の冷却空気流路７５の抽気位置は、冷却空気流路７０の抽気位置よりも低圧段とする。その他の構成や動作は、前述した第２実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態においても、前述した第１及び第２実施形態と同様の効果が得られる。加えて、通常時、ホイールスペース３８と、その下流側のホイールスペース３７，３８とに別系統で冷却空気を導入することにより、それぞれ適正圧力の冷却空気を導入することができるので、エネルギー効率の低下を最小限に抑制することができ、なおかつ、ガスタービンの起動、停止時における出力タービン２の各ディスクホイール１３，２３の温度均一化も可能となり、より高い信頼性を確保することができる。
【００３５】
なお、以上において、一般に、タービン側の仕様やロータの構造によって冷却系統の構成も異なるが、本発明は、冷却系統の構成や配置、或いは冷却媒体の種類等が異なる場合においても、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の二軸式ガスタービンの全体構成を簡略的に示した回路図である。
【図２】本発明の二軸式ガスタービンの第１実施形態の要部の詳細図であり、出力タービン付近における上半部の軸方向断面を示している。
【図３】本発明の二軸式ガスタービンの第２実施形態の要部の詳細図であり、出力タービン付近における上半部の軸方向断面を示している。
【図４】本発明の二軸式ガスタービンの第３実施形態の要部の詳細図であり、出力タービン付近における上半部の軸方向断面を示している。
【符号の説明】
【００３７】
２      出力タービン
３      圧縮機
５      圧縮機駆動タービン
１０    初段動翼（動翼）
１３    初段ディスクホイール
１４    中心孔
２０    第二段動翼（動翼、最終段動翼）
２３    第二段ディスクホイール（最終段ディスクホイール）
２４    中心孔
３１    スタブシャフト
３６    ホイールスペース
３７    ホイールスペース
３８    ホイールスペース
４０    初段静翼（静翼）
５０    第二段静翼（静翼、最終段静翼）
７０    冷却空気流路
７２    分岐流路
７５    第２の冷却空気流路
８０    補助冷却空気流路
８３    開閉手段
９０    温度センサ
９１    温度センサ
９２    温度センサ
１００  二軸式ガスタービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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