(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周囲に取り付けられ、該回転軸とともに回転する複数の動翼列と、
内面に複数の静翼列が取り付けられるとともに、前記動翼列の外周側を覆って内部に圧縮流路を形成するケーシングと、
該ケーシングにおける該圧縮流路の軸線方向中間位置に設けられ、該圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第一の抽気部と、を備える軸流圧縮機であって、
前記第一の抽気部よりも下流側位置に設けられ、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第二の抽気部と、
該第二の抽気部で抽気された圧縮空気を流す第二の抽気流路と、
前記第一の抽気部で抽気された前記圧縮気体を、前記第一の抽気部から前記第二の抽気部よりも下流側に位置する前記ケーシングの外周面に沿って流す第一の抽気流路と、が備えられており、
前記第一の抽気流路は、前記ケーシングの外周面を覆うように備えられ、
前記第二の抽気流路は、前記第一の抽気流路に接してその外周面を覆うように備えられていることを特徴とする軸流圧縮機。
【請求項２】
前記第一の抽気流路から分岐する第三の抽気流路を備え、
前記第三の抽気流路は前記第二の抽気流路に接してその外周面を覆うように備えられていることを特徴とする請求項１に記載の軸流圧縮機。
【請求項３】
前記第一の抽気流路が、前記第一の抽気部近傍から前記圧縮流路の下流端である圧縮機出口近傍まで到っていることを特微とする請求項１または２に記載の軸流圧縮機。
【請求項４】
前記第三の抽気流路に配分調節部材が備えられていることを特微とする請求項２に記載の軸流圧縮機。
【請求項５】
前記配分調整部材は、複数の円弧状板で構成されたことを特徴とする請求項４に記載の軸流圧縮機。
【請求項６】
前記第一の抽気部および第二の抽気部の少なくとも一方が、周方向に長い長円形状または周方向に略連続したスリット形状であることを特微とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項７】
前記ケーシング、前記第一の抽気流路、前記第二の抽気流路の少なくとも一つの外周面に、タービュレータが設けられていることを特微とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項８】
前記第一の抽気流路の下流部の外周側に低圧抽気室が備えられており、
該低圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項９】
前記第二の抽気流路の下流部の外周側に高圧抽気室が備えられており、
該高圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項１０】
前記第三の抽気流路の下流部の外周側に低圧抽気室が備えられており、
該低圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする請求項２に記載の軸流圧縮機。
【請求項１１】
前記外部配管にオリフィスが備えられていることを特微とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の軸流圧縮機。
【請求項１２】
回転軸の周囲に取り付けられた複数の動翼列を回転させ、前記動翼列を覆って内面に複数の静翼列を取り付けたケーシング内部の圧縮流路で気体を圧縮する工程と、
前記圧縮流路の中間位地に設けられた第一の抽気部で、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第一抽気工程と、
前記第一の抽気部よりも下流側位置に設けられた第二の抽気部で、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第二抽気工程と、
前記第一抽気工程および前記第二抽気工程で抽気した抽気空気を、抽気流路を形成する板に沿って流すことで前記板を介して熱交換する工程と、を備えたことを特徴とする抽気空気の冷却および熱回収方法。
【請求項１３】
前記第一の抽気部からの抽気空気を分岐する分岐工程と、
前記第二抽気工程で抽気した抽気空気と前記分岐工程で分岐した抽気空気を、抽気流路を形成する板に沿って流すことで前記板を介して熱交換する工程と、を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の抽気空気の冷却および熱回収方法。
【請求項１４】
空気を圧縮して圧縮空気を生成する請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の軸流圧縮機と、
該軸流圧縮機から供給される圧縮空気と燃料とを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼器と該燃焼器からの燃焼ガスによって回転させられるタービンと、を備え、
前記軸流圧縮機から抽気された圧縮空気を前記タービンの冷却に用いていることを特微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、軸流圧縮機およびこれを用いたガスタービン、ならびに抽気空気の冷却および熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、圧縮機が空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器はこの圧縮空気と燃料とを燃焼させ高温高圧の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスによってタービンは回転駆動される。
このガスタービンのエネルギー効率を高めるために種々の対策が施されている。この中に、たとえば、燃焼ガスの高温化を図ることがある。このためには、燃焼ガスが通る燃焼ガス通路に位置する動翼、静翼等は耐熱性能の高い材料で形成されるとともにあまり高温とならないように冷却されている。
【０００３】
動翼、静翼等を冷却する冷熱源としては、圧縮機の中間段から抽気される圧縮空気が用いられるのが通常である。
この場合、燃焼ガスの圧力は軸線方向で変化するので、各部位の燃焼ガス圧力に見合った圧力の圧縮空気を供給する必要がある。このため、圧縮機の軸線方向に間隔を空けた複数箇所（中間段）から抽気してタービンの所定部位に供給するようにされている。
【０００４】
一方、圧縮機において、ケーシングの内面と動翼の外端部とのクリアランスは、小さいほど圧縮機効率は向上する。この点を考慮した抽気空気による冷却構造として、たとえば、特許文献１および特許文献２に示されるものがある。
【０００５】
特許文献１は、圧縮機の中間段から抽気した圧縮空気により、圧縮機の内側ケーシングを周囲より冷却して、圧縮機の軸方向の温度勾配を小さくして、ケーシングの内面と動翼の外端部との間のクリアランスの最適化を図ったものである。特許文献２は、圧縮機出口の圧縮空気の一部を抽気して冷却クーラで冷却した後、冷却空気を圧縮機のキャビティ内に流通させてディスクを冷却し、その後冷却空気をタービン側の動静翼の冷却系に供給するものであり、この方法により、圧縮機ケーシングと動翼先端とのクリアランス制御を行うことを目的としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４９２号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に示すものは、高圧中間段から抽気している。言い換えると、比較的高温の圧縮空気を抽気して、高圧抽気段から圧縮機出口近傍までの限られた範囲のケーシングを冷却している。すなわち、これは、ケーシングを外周面から冷却してクリアランス制御を行うことを目的としてはいるが、高圧段近傍から圧縮機出口近傍の比較的狭い範囲の圧縮機ケーシングの冷却に限定されているため、定常クリアランス（ガスタービンの最大負荷時を基準としたクリアランス）を抑制するにも限界があり、クリアランス制御の精度および効果は限定的である。
【０００８】
また、特許文献２に示すものは、圧縮機出口空気を抽気してクーラで冷却した後、圧縮機のクリアランス制御に資するものであるが、クーラで圧縮空気を冷却する分が熱損失となり、ガスタービン全体の効率の低下に繋がる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、定常運転時におけるケーシングの内面と動翼の外端部とのクリアランス制御を効果的に実現可能な構造を備えた軸流圧縮機を提供することを目的とする。
また、クーラを用いずに抽気空気同士の間で熱回収を図ることが可能な構造として、圧縮機全体の効率を向上させた軸流圧縮機およびこれを用いたガスタービン、ならびに抽気空気の冷却および熱回収方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明にかかる軸流圧縮機は、回転軸の周囲に取り付けられ、該回転軸とともに回転する複数の動翼列と、内面に複数の静翼列が取り付けられるとともに、前記動翼列の外周側を覆って内部に圧縮流路を形成するケーシングと、該ケーシングにおける該圧縮流路の軸線方向中間位置に設けられ、該圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第一の抽気部と、を備える軸流圧縮機であって、前記第一の抽気部よりも下流側位置に設けられ、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第二の抽気部と、該第二の抽気部で抽気された圧縮空気を流す第二の抽気流路と、前記第一の抽気部で抽気された前記圧縮気体を、前記第一の抽気部から前記第二の抽気部よりも下流側に位置する前記ケーシングの外周面に沿って流す第一の抽気流路と、が備えられており、前記第一の抽気流路は、前記ケーシングの外周面を覆うように備えられ、前記第二の抽気流路は、前記第一の抽気流路に接してその外周面を覆うように備えられていることを特徴とする。
【００１１】
圧縮流路を通過する気体は、下流側に向かい順次圧縮されるので、下流側に行くにしたがって昇温され、高温となる。すなわち、上流側の圧縮空気の温度は下流側よりも低くなる。定常運転になると、ケーシングの温度も圧縮空気の温度と略同等になり、その温度によって熱伸びする。
圧縮流路の軸線方向中間位置に設けられ第一の抽気部で圧縮流路から抽気された圧縮気体が、第一の抽気流路を通って下流側の第二の抽気部よりもさらに下流側に位置するケーシングの外周面に沿って流れるので、比較的低温の圧縮空気が比較的高温のケーシングの外周面の広い範囲に亘り、それに沿って流れることになる。このため、第一の抽気流路を流れる比較的低温の圧縮空気が、比較的高温のケーシングの熱を広範囲に亘り奪う、言い換えると、下流側のケーシングを広範囲に亘り冷却するので、温度が高く熱伸びが大きい下流側のケーシングの径方向の熱伸びを抑制、すなわち、小さくすることができる。
【００１２】
このように、ケーシングの径方向の熱伸びを小さくすることができるので、この部分のケーシングの内面と動翼の外端部との間のクリアランス、特に、定常クリアランスを確実に小さくすることができる。したがって、軸流圧縮機の圧縮効率を向上させることができる。
また、圧縮機ケーシングを広範囲に亘り冷却できるので、ケーシングの軸方向の温度勾配を小さくでき、低圧段から最終段まで広範囲のクリアランス制御が達成できる。
なお、第一の抽気流路は、低圧中間段の抽気空気である第一の抽気部近傍から圧縮流路の下流端である圧縮機出口近傍まで到っているのが望ましい。このようにすると、圧縮機ケーシングを一層広範囲に亘り冷却できるので、ケーシングの軸方向の温度勾配を一層小さくでき、ケーシングの熱ひずみを抑制できるので、より均一なクリアランス制御が達成できる。
【００１４】
第一の抽気流路は、ケーシングの外周面を覆うように備えられているので、ケーシングの全周に亘り、広範囲に略均一に冷却することができる。
したがって、ケーシングの内面と動翼の外端部との間のクリアランスも全周に亘り略均一にできるので、その寸法を確実に最適な寸法に設定することを容易に行うことができる。
第二の抽気部は第一の抽気部よりも下流側に設けられているので、圧力の高い圧縮空気を抽気することになる。したがって、圧力の高い抽気を提供することができる。
第二の抽気流路は、第一の抽気流路に接してその外周面を覆うように備えられているので、第二の抽気流路を流れる比較的圧力の高い抽気、言い換えると、高圧段圧縮空気と第一の抽気流路を流れる比較的圧力の低い抽気、言い換えると、低圧段圧縮空気とは熱交換される。したがって、比較的高温の第二の抽気流路を流れる圧縮空気は冷却されるので、たとえば、これを冷却媒体として用いる場合、冷却能力を向上させることができる。
すなわち、第二の抽気流路が第一の抽気流路と接しているため、第二の抽気流路を流れる高温の高圧段抽気空気と第一の抽気流路を流れる低温の低圧段抽気空気との間で熱交換が行われ、高圧段抽気空気の冷却と熱回収が同時にできる。そのため、高圧段抽気空気の冷却のためのクーラを必要とせず、コストダウンを図れるとともに、熱回収によりガスタービン全体の効率向上も実現できる。
【００１５】
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第一の抽気流路から分岐する第三の抽気流路を備え、前記第三の抽気流路は前記第二の抽気流路に接してその外周面を覆うように備えられていることを特徴とする。
【００１６】
第一の抽気部で抽気された低圧の圧縮空気を第一の抽気流路と第三の抽気流路に分岐しているので、たとえば、第一の抽気流路および第三の抽気流路の流量配分比を調整することにより第一の抽気流路を流れる圧縮空気の流量の調整を容易に行うことができる。
また、第二の抽気流路は、第三の抽気流路の内側に設けられているので、第二の抽気流路のほとんど全周が第三の抽気流路を通る圧縮空気に接触することになる。このため、熱交換される範囲が大きくなるので、第二の抽気流路を流れる圧縮空気を一層多く冷却することができる。
【００１９】
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第一の抽気流路が、前記第一の抽気部近傍から前記圧縮流路の下流端である圧縮機出口近傍まで到っていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第三の抽気流路に配分調節部材が備えられていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記配分調整部材が、複数の円弧状板で構成されたことを特徴とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第一の抽気部および第二の抽気部の少なくとも一方が、周方向に長い長円形状または周方向に略連続したスリット形状であることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記ケーシング、前記第一の抽気流路、前記第二の抽気流路の少なくとも一つの外周面に、タービュレータが設けられていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第一の抽気流路の下流部の外周側に低圧抽気室が備えられており、該低圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第二の抽気流路の下流部の外周側に高圧抽気室が備えられており、該高圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記第三の抽気流路の下流部の外周側に低圧抽気室が備えられており、該低圧抽気室には圧縮空気をタービンへ送る外部配管が接続されていることを特微とする。
また、本発明にかかる軸流圧縮機は、前記外部配管にオリフィスが備えられていることを特微とする。
また、本発明にかかる抽気空気の冷却および熱回収方法は、回転軸の周囲に取り付けられた複数の動翼列を回転させ、前記動翼列を覆って内面に複数の静翼列を取り付けたケーシング内部の圧縮流路で気体を圧縮する工程と、前記圧縮流路の中間位地に設けられた第一の抽気部で、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第一抽気工程と、前記第一の抽気部よりも下流側位置に設けられた第二の抽気部で、前記圧縮流路から圧縮気体の一部を抽気する第二抽気工程と、前記第一抽気工程および前記第二抽気工程で抽気した抽気空気を、抽気流路を形成する板に沿って流すことで前記板を介して熱交換する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる抽気空気の冷却および熱回収方法は、前記第一の抽気部からの抽気空気を分岐する分岐工程と、前記第二抽気工程で抽気した抽気空気と前記分岐工程で分岐した抽気空気を、抽気流路を形成する板に沿って流すことで前記板を介して熱交換する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかるガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する上記に記載された軸流圧縮機と、該軸流圧縮機から供給される圧縮空気と燃料とを燃焼し、燃焼ガスを生成する燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスによって回転させられるタービンと、を備え、前記軸流圧縮機から抽気された圧縮空気を前記タービンの冷却に用いていることを特徴とする。
【００２１】
圧縮効率の向上した圧縮機を用いているので、ガスタービンのエネルギー効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、第一の抽気部で抽気された圧縮気体を、第一の抽気部よりも下流側に位置するケーシングの外周面に沿って流す第一の抽気流路が備えられているので、温度が高く熱伸びが大きい下流側のケーシングの熱伸びを抑制、すなわち、小さくすることができる。このように、ケーシングの熱伸びを小さくすることができるので、特に、定常クリアランスを確実に小さくすることができる。これにより、均一なクリアランス制御が達成できるので、軸流圧縮機の圧縮効率を向上させることができる。
また、クーラ等の冷却手段を用いずに、中間段抽気空気の冷却および熱回収が図れるので、ガスタービン全体のエネルギー効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかるガスタービン１の概略構成を示す模式図の一例である。図２は本実施形態にかかる圧縮機を示す部分断面図である。図３は、図２のＸ−Ｘ断面図である。図４は、図２のＹ−Ｙ断面図である。図５は、ケーシング内径と動翼先端との半径位置の変化を示すグラフである。
図１に示すように、ガスタービン１は、空気（気体）を圧縮する圧縮機（軸流圧縮機）３と、圧縮機３により圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器５と、燃焼器５からの燃焼ガスが導かれるタービン７とを備えている。
【００２４】
圧縮機３、燃焼器５、タービン７等の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）９が位置しており、圧縮機３側の端部が図示しない軸受部により回転自在に支持される一方、タービン７側の端部が図示しない軸受部により回転自在に支持されている。
ロータ９のタービン７側端部には、たとえば、発電機１１が連結されている。
圧縮機３、燃焼器５およびタービン７を含むガスタービン１を構成する機器は、ケーシング１３によって覆われている。ケーシング１３の内部は、圧縮機３部分で圧縮機車室１５、燃焼器５部分で燃焼器室、タービン７部分でタービン車室を形成している。
【００２５】
圧縮機３は、図示しない空気取入口から取り込んだ空気を圧縮し、圧縮空気（圧縮気体）を生成するものである。
圧縮機車室１５には、動翼列１７と、静翼列１９とが軸線方向に交互に複数段備えられている。
動翼列１７は、ロータ９の周囲に突出するように取り付けられたディスクプレート２１と、ディスクプレート２１の外周面に周方向に所定間隔を空けて固定して取り付けられた複数の動翼２３とで構成されており、ロータ９とともに回転する。
静翼列１９は、ケーシング１３の内周部に周方向に所定間隔を空けて固定して取り付けられた複数の静翼２５で構成されている。
動翼２３および静翼２５は、軸線方向下流側に向かって半径方向長さが順次小さくされている。動翼２３および静翼２５で形成される空間が圧縮流路Ｐである。
【００２６】
燃焼器５は、圧縮機３から圧縮空気を供給され、別途供給される燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成し、タービン７へ供給するものである。
タービン７は、圧縮機３の動翼列１７および静翼列１９と類似した構造の動翼列および静翼列が軸線方向に交互に複数段備えられている。
【００２７】
圧縮機３の軸線方向下流側部分のケーシング１３には、抽気構造２７が備えられている。
抽気構造２７には、低圧抽気ホール（第一の抽気部）２９と、低圧抽気流路（第一の抽気流路）３１と、低圧抽気室３３と、高圧抽気ホール（第二の抽気部）３５と、高圧抽気流路（第二の抽気流路）３７と、高圧抽気室３９とが備えられている。
【００２８】
低圧抽気ホール２９は、圧縮機車室１５の軸線方向略中間位置に位置するケーシング１３に、周方向に略等間隔を空けて貫通するように複数備えられている。低圧抽気ホール２９は、周方向に長い長円形状をしている。なお、低圧抽気ホール２９は、周方向に略連続したスリットとしてもよい。
低圧抽気ホール２９は、圧縮流路Ｐを通過している圧縮空気の一部を低圧抽気通路３１へ抜き出す（抽気）ものである。
【００２９】
低圧抽気流路３１は、ケーシング１３に固定して取り付けられた外壁部材４１によって一体的に形成されている。外壁部材４１は、軸線方向において低圧抽気ホール３１から圧縮流路Ｐの下流端部、すなわち、ディフューザ５０の上流端位置までのケーシング１３の全周を覆うようにされており、環状の低圧抽気流路３１を形成している。
低圧抽気流路３１の下流側部分には、低圧抽気室３３が外周側に突出するように設けられている。
【００３０】
高圧抽気ホール３５は、低圧抽気ホール２９に対して軸線方向下流側位置に位置するケーシング１３に、周方向に略等間隔を空けて貫通するように複数備えられている。高圧抽気ホール３５は、周方向に長い長円形状をしている。
高圧抽気ホール３５は、圧縮流路Ｐを通過している圧縮空気の一部を高圧抽気通路３７へ抜き出す（抽気する）ものである。
高圧抽気ホール３５のある位置には、その周囲を完全に囲むような中空部を有する円環状の支柱４３がケーシング１３に固定して取付けられている。支柱４３は、図３に示されるように周方向に間隔を空けて複数取り付けられている。
【００３１】
支柱４３の上端部には、高圧抽気流路３７の内側面を形成する略円筒状をした内側板４５が固定して取り付けられている。内側板４５の外側面には、それと協働して略環状の高圧抽気流路３７を形成する外側板４７が固定して取り付けられている。
外側板４７は外壁部材４１よりも内周側に位置させられている。したがって、高圧抽気流路３７は、低圧抽気流路３１の内部に形成されている。また、低圧抽気流路３１は、高圧抽気流路３７によって、ケーシング１３に沿った流路である内側低圧抽気流路（第一の抽気流路）３１ａと、高圧抽気流路３７の外周側に沿った流路である外側低圧抽気流路（第三の抽気流路）３１ｂと、に分割されている、言い換えると、内側低圧抽気流路３１ａから外側低圧抽気流路３１ｂが分岐されていることになる。
【００３２】
内側低圧抽気流路３１ａの下流側は、圧縮流路Ｐの下流端部、すなわち、圧縮機３の出口（ディフューザ５０の上流端）位置までケーシング１３に沿って設置されている。内側低圧抽気流路３１ａを通る圧縮空気は、その下流端位置で外周側に折曲し、外側板４７の外周側を通って低圧抽気室３３に入り、外側低圧抽気流路３１ｂを通った圧縮空気と合流する。
【００３３】
また、ケーシング１３、内側板４５および外側板４７の外周面には、リング状の突起であるタービュレータ１３ａ、４５ａ，４７ａが、軸線方向に適宜間隔を空けて複数設けられている。
タービュレータ１３ａ、４５ａ，４７ａは、内側低圧抽気流路３１ａ、高圧抽気流路３７あるいは外側低圧抽気流路３１ｂを流れる抽気空気に乱流を発生させ、熱交換を促進する機能を有する。
なお、高圧抽気流路３７は、外壁部材４１の内側あるいは外側に接するように形成してもよい。
【００３４】
高圧抽気流路３７の下流部には、その外周側に高圧抽気室３９が備えられている。外側低圧抽気流路３１ｂを貫通し、高圧抽気流路３７ａと高圧抽気室３９とを連通させる円環状の支柱４９が、図４に示されるように周方向に所定間隔を空けて複数備えられている。
【００３５】
低圧抽気室３３には、圧縮空気をタービン７へ送る外部配管である低圧抽気配管５１が接続されている。
低圧抽気配管５１には、タービン７へ送る圧縮空気の量を調節するオリフィス５３が備えられている。
外壁部材４１の下流側位置には、外側低圧抽気流路３１ｂ内に抽気空気の流れを制限するように、複数の円弧状板で構成された配分調節部材５５が備えられている。配分調節部材５５は、内側低圧抽気流路３１ａと外側低圧抽気流路３１ｂとを流れる圧縮空気流量の配分比を調節するものである。
【００３６】
高圧抽気室３９には、圧縮空気をタービン７へ送る外部配管である高圧抽気配管５７が接続されている。
高圧抽気配管５７には、図示は省略したが、低圧抽気配管５１と同様にタービン７へ送る圧縮空気の量を調節するオリフィスが備えられている。
【００３７】
以上説明した構造を持つガスタービン１は、ロータ９が回転することで圧縮機３の動翼列１７が回転する。動翼列１７が回転すると、圧縮機３の図示しない空気取入口から空気が取り込まれる。この空気は複数の静翼列１９と動翼列１７とを通過する間に順次圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器５に送られる。
燃焼器５は、この圧縮空気と別途供給される燃料とを燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。
そして、この燃焼器５で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン７を構成する複数の静翼列と動翼列とを通過することでロータ９を駆動回転し、圧縮機３の動翼列１７を回転するとともに発電機１１に回転動力を付与し、発電を行う。
【００３８】
このとき、圧縮機３におけるケーシング１３の内周面と動翼２３の先端（外周端）とのクリアランスの変化について、コールド状態からの起動時を一例に挙げて、図５に基づいて説明する。
圧縮機３が起動、すなわち、ロータ９が回転を開始すると、ロータ９、ディスクプレート２１および動翼２３の回転系に遠心力が作用するので、この遠心力によって動翼２３の先端は急激に外周側に変位する。
一方、ケーシング１３には遠心力が作用しないので、その内面は高温の圧縮空気による熱伸びで外周方向へ変位することになる。しかし、圧縮空気の温度上昇による影響、すなわち、ケーシング１３等への熱伝達は、徐々に行われるので、ケーシング１３の内面の外周側への変位は徐々に行われる。
【００３９】
このため、この起動初期にケーシング１３の内周面と動翼２３の先端とのクリアランスは、最も接近するピンチクリアランスＰＣとなる。このピンチクリアランスＰＣの時に、ケーシング１３と動翼２３とが接触しないように当初のクリアランスが設定される。
圧縮機３の運転が継続されると、圧縮空気の温度上昇による影響が浸透し、その熱量によってケーシング１３の拡張が進展する。このとき、回転系の重量はケーシング１３等静止系のそれに比べて重いので、この影響がケーシング１３よりもゆっくりと進展する。
そして、回転系および静止系において圧縮空気の温度上昇に伴う影響が平衡になると、ケーシング１３の内周面と動翼２３の先端とのクリアランスは、定常クリアランスＳＣとなる。
【００４０】
圧縮流路Ｐを通過する空気は、下流側に向かい順次圧縮されるので、下流側に行くにしたがって昇温され、高温となる。すなわち、上流側の圧縮空気の温度は下流側よりも低くなる。
低圧抽気ホール２９から抽気された比較的低温の圧縮空気は、内側低圧抽気流路３１ａおよび外側低圧抽気流路３１ｂを流れ、低圧抽気室３３に流入する。
内側低圧抽気流路３１ａを流れる圧縮空気は、ケーシング１３の外周面に沿って流れるので、比較的低温の圧縮空気が比較的高温のケーシング１３の外周面に沿って流れることになる。しかも、内側低圧抽気流路３１ａは圧縮機３出口部まで配置されているので、比較的低温の圧縮空気はケーシング１３の低圧段から最終段に亘り広い範囲を流れることになる。
【００４１】
このため、内側低圧抽気流路３１ａを流れる比較的低温の圧縮空気が、比較的高温のケーシング１３の熱を広範囲に亘り奪う、言い換えると、下流側のケーシング１３を広範囲に亘り冷却するので、温度が高く熱伸びが大きい下流側のケーシング１３の熱伸びを抑制、すなわち、小さくすることができる。
すなわち、図５に二点鎖線で示す抽気した圧縮空気による冷却効果がない場合の定常クリアランスＳＣ０に比べて本実施形態による定常クリアランスＳＣは小さくなる。
このように、ケーシング１３の熱伸びを小さくすることができるので、この部分のケーシング１３の内面と動翼２３の先端との間のクリアランス、特に、定常クリアランスを確実に小さくすることができる。したがって、圧縮機３の圧縮効率を向上させることができる。
【００４２】
このとき、内側低圧抽気流路３１ａは、圧縮流路Ｐの低圧抽気ホール２９より下流側の圧縮機３出口部（ディフューザ５０入口部）までの圧縮流路Ｐの大半をカバーしているので、温度が高い圧縮流路Ｐの大部分をカバーしていることになる。すなわち、低圧抽気ホール２９から下流側の内側低温抽気流路３１ａ内を圧縮機３出口部に至るまで、比較的低温の低圧抽気空気によって、ケーシング１３の外表面の大半を均一に冷却することができる。このため、特に、定常クリアランスＳＣを確実に所定の範囲に収めることができる。
また、内側低圧抽気流路３１ａは、ケーシング１３の外周面の全域を覆うように備えられているので、ケーシング１３の全周に亘り、低圧段から最終段までの広い範囲で、略均一に冷却することができる。
したがって、ケーシング１３の内面と動翼の先端との間のクリアランスも低圧段から最終段までの広い範囲に亘り略均一にできるので、その寸法を確実に最適な寸法に設定することが容易に行なわれ、より小さい定常クリアランスの選定が可能である。
【００４３】
高圧抽気ホール３５から抽気された比較的高温・高圧の圧縮空気は、高圧抽気流路３７を流れ、支柱４９を通って高圧抽気室３９に流入する。
低圧抽気室３３および高圧抽気室３９に集められた抽気された圧縮空気は、低圧抽気配管５１および高圧抽気配管５７によって燃焼ガスの圧力に対応するタービン７の図示しない導入室へ搬送され、タービン７の静翼、動翼の冷却に用いられる。
【００４４】
支柱４３，４９および高圧抽気流路３７は、内側低圧抽気流路３１ａおよび外側低圧抽気流路３１ｂに接しているので、高圧抽気流路３７を流れる圧縮空気と内側低圧抽気流路３１ａおよび外側低圧抽気流路３１ｂを流れる圧縮空気とは熱交換される。したがって、比較的高温の高圧抽気流路３７を流れる圧縮空気は冷却されるので、冷却能力を向上させることができる。
したがって、冷却能力を向上させるために、クーラ等の冷却手段を用いて冷却する必要がなくなるので、それらを備える必要がなく、安価に製造することができる。
【００４５】
また、高圧抽気流路３７は、内周面および外周面が内側低圧抽気流路３１ａおよび外側低圧抽気流路３１ｂに接している、言い換えると、高圧抽気流路３７は、内側低圧抽気流路３１ａおよび外側低圧抽気流路３１ｂにサンドイッチ状態に挟まれているので、高圧抽気流路３７のほとんど全周が低圧抽気流路３１を通る圧縮空気に接触することになる。
このとき、高圧抽気流路３７を通過する圧縮空気は、タービュレータ４５ａによって乱流とされるので、高圧抽気流路３７の圧縮空気と内側低圧抽気流路３１ａの圧縮空気との熱交換が促進される。また、内側低圧抽気流路３１ａを通過する圧縮空気は、タービュレータ１３ａによって乱流とされるので、内側低圧抽気流路３１ａの圧縮空気と圧縮機車室１５内の圧縮空気との熱交換が促進される。更に、外側低圧抽気流路３１ｂを通過する圧縮空気は、タービュレータ４７ａによって乱流とされるので、外側低圧抽気流路３１ｂの圧縮空気と高圧抽気流路３７の圧縮空気との熱交換が促進される。
このため、熱交換される範囲が大きくなるので、圧縮機車室１５内の圧縮空気および高圧抽気流路３７を流れる圧縮空気を一層多く冷却することができる。すなわち、圧縮機車室１５内の圧縮空気から内側低圧抽気流路３１ａの圧縮空気および高圧抽気流路３７の圧縮空気から低圧抽気流路３１の圧縮空気への熱回収が進むので、ガスタービン全体の効率が向上する。
【００４６】
なお、以上説明した本実施形態におけるガスタービン１は、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるガスタービンの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる圧縮機を示す部分断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図である。
【図５】ケーシング内径と動翼先端との半径位置の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１  ガスタービン
３  圧縮機
５  燃焼器
７  タービン
９  ロータ（回転軸）
１３  ケーシング
１３ａ，４５ａ，４７ａ  タービュレータ
１７  動翼列
１９  静翼列
２９  低圧抽気ホール（第一の抽気部）
３１  低圧抽気流路
３１ａ  内側低圧抽気流路（第一の抽気流路）
３１ｂ  外側低圧抽気流路（第三の抽気流路）
３３  低圧抽気室
３５  高圧抽気ホール（第二の抽気部）
３７  高圧抽気流路（第二の抽気流路）
３９  高圧抽気室
５１  低圧抽気配管（外部配管）
５３  オリフィス
５５  配分調節部材
５７  高圧抽気配管（外部配管）
Ｐ  圧縮流路
【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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