(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に動翼が嵌合され両側面にハブ部が形成された複数の回転ディスクと、これらの回転ディスクがスペーサを介して回転ディスクの軸方向に複数段スタックさせるためのスタック手段と、前記動翼を冷却するための動翼冷却手段とを備えたガスタービンにおいて、
前記動翼冷却手段は、前記ガスタービンの外部から供給される冷却媒体が前記回転ディスクの内部または前記スペーサの内部まで導入されるように構成された第１の冷却冷媒流路と、この第１の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記回転ディスク内または前記スペーサ内を前記回転ディスクの外周方向に移動して前記動翼に供給されるように構成された第２の冷却冷媒流路と、前記動翼から放出される前記冷却冷媒が前記回転ディスク内または前記スペーサ内を前記回転ディスクの内周方向に移動するように構成された第３の冷却冷媒流路と、この第３の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記ガスタービンの外部に放出されるように構成された第４の冷却冷媒流路とを備えており、
前記第１の冷却冷媒流路及び前記第４の冷却冷媒流路は、前記回転ディスクを前記回転ディスクの軸方向に貫通する部分と、前記スペーサを前記スペーサの軸方向に貫通する部分と、前記タブ部の前記回転ディスク内周側の面に接する部分とを有し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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスタービンに係り、特に動翼冷却システムを備えたガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタービンの動翼冷却システムは、圧縮機の任意の段から抽気された空気をタービン内部へ導くことによりディスクの暖気もしくは冷却を行うことでディスクに発生する温度勾配を緩和した後に、その空気を動翼内部に導入して動翼メタル温度を低減し、さらにその空気をタービンガス流路中に放出するオープン冷却システムが一般的であった。
しかし近年ガスタービン設備においては省エネルギー、環境保全を目的として、システムの高効率化が、また夏場の電力需要の増大に伴い大出力化が求められるようになってきた。
【０００３】
高効率化の一手段として動翼冷却用媒体を、動翼冷却後にタービンガス流路中に放出せずに回収するクローズド冷却システムが採用されつつある。また出力増大を目的とし、ガスタービンのロータ外径寸法の増加による環状流路面積の増大を図る傾向にある。
クローズド冷却システムを採用する場合には、動翼冷却後に高温となった冷却用媒体を別途回収する必要が生じる。従来のオープン冷却システムでは動翼冷却後に高温になった冷却用媒体はタービンガス流路に放出できたために、タービン冷却システム内においてこのような回収システムは特に必要にならなかった。しかしクローズド冷却システムを採用する場合には、冷却効率の面からこの冷却用媒体を冷却前と冷却後の状態で互いに触れさせる事なく動翼へ供給し、冷却後に回収するシステムが必要となる。
【０００４】
このような冷却用媒体の供給−回収システムの一例として、特開平3-275946号公報に次にようなクローズド冷却システムが開示されている。図２は上記従来技術のタービン部の構造断面図である。図２は複数枚の動翼が嵌合されるディスクを、スペーサを介して多段単位で回転中心軸方向に重ね合わせるスタックドロータの断面図であり、左側が上流前段側、右側が下流後段側である。図中１はディスク、２は動翼、３はスタッキングボルト、４は静翼、５はシュラウドを示す。前記ディスク１は、スタッキングボルト３によって隣接するディスク１’との当たり面６にあけられたボルト孔７を貫通され、両端からスタックされることで締結されている。
【０００５】
図２において動翼冷却前の媒体は、まず冷却媒体入出管８により外部より導入され、ディスク１の外周側ホイールスペース９、および冷却媒体用パイプ１０を経由した後に動翼２の内部へ導かれている。そして動翼冷却後の媒体は、外周側ホイールスペース９’、冷却媒体用パイプ１０’および１段ディスク１１を経由して中心孔へ導かれた後に、冷却媒体入出管８’を用いて外部へ回収されることにより、動翼冷却前後の媒体が互いに隔離された状態でのクローズド冷却システムが実現されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、冷却用媒体をディスクのハブ部に設けた孔に流すので、冷却用媒体が有する熱量が孔の表面を介してディスクに流出して、ディスクのハブ部周辺温度がディスクの外周側温度より上昇する。
その結果、ディスクのハブ部周辺の熱膨張量がディスクの外周側の熱膨張量よりも多くなるため、ディスク内部には、ハブ部周辺の熱膨張量が外周側により拘束されることにより熱応力が発生するという問題がある。
【０００７】
ガスタービンにおいては今後さらなる高効率化、およびその一手段としてのタービン入口温度の上昇が求められることが予想されており、この熱応力の問題はより重要となる。
また応力集中の要因となる動翼冷却用媒体を流すための流路を従来技術の延長により低応力部であるディスクおよびスペーサのハブ部に設けるためには、ハブ部に設けられるスタッキングボルト用の孔と流路用の孔の間隔を応力集中の干渉を避けるためにある程度大きく設定する必要があるためハブ部寸法を大きくする必要がある。しかしハブ部寸法の増大はディスク内部に発生する遠心力が増大するという問題がある。
【０００８】
また今後さらなるガスタービンの大出力化が求められることが予想されるが、この要求に応えるためにロータ外径寸法を増加させることは、やはりディスク内部に発生する遠心力が増大するため、ディスクには熱応力と遠心力が重畳して発生するという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の問題は、外周面に動翼が嵌合され両側面にハブ部が形成された複数の回転ディスクと、これらの回転ディスクを回転ディスクの軸方向に複数段スタックさせるためのスタック手段と、前記動翼を冷却するための動翼冷却手段とを備えたガスタービンにおいて、前記動翼冷却手段に、前記ガスタービンの外部から供給される冷却媒体が前記回転ディスクの内部まで導入されるように構成された第１の冷却冷媒流路と、この第１の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記回転ディスク内を前記回転ディスクの外周方向に移動して前記動翼に供給されるように構成された第２の冷却冷媒流路と、前記動翼から放出される前記冷却冷媒が前記回転ディスク内を前記回転ディスクの内周方向に移動するように構成された第３の冷却冷媒流路と、この第３の冷却冷媒流路から導入された前記冷却冷媒が前記ガスタービンの外部に放出されるように構成された第４の冷却冷媒流路とを備えることで解決できる。
【００１０】
またさらに、前記第１の冷却冷媒流路及び前記第４の冷却冷媒流路は、前記回転ディスクを前記回転ディスクの軸方向に貫通する部分と、前記タブ部の前記回転ディスク内周側の面に接する部分とを有することで解決できる。
【００１１】
本願発明のガスタービンの実施形態として次のものが考えられる。
（１）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するように、ディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
（２）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスク間の前記当たり面に設けられた溝を用いて行うこと。
（３）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の前記当たり面に設けられた溝、およびディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
（４）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブの内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の前記当たり面に設けられた溝、およびディスクの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
（５）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスク間の当たり面に設けられた溝、およびディスクの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフト、およびディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
（７）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびスペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
（８）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へパイプまであけられた孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
（９）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部からディスク中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝を介して行うこと。
（１０）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部からディスク中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク，スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
（１１）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびスペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔を用いて行うこと。
（１２）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク，スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
（１３）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、およびディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝を介して行うこと。
（１４）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
（１５）冷却用媒体の動翼への供給もしくは回収を、ハブ部の内周表面に接するようにディスクおよびスペーサを貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ、ディスクの動翼嵌合部から中心方向へハブ部の外周側へ貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔、スペーサ外周部から中心方向へパイプまで貫通した孔、ディスクとスペーサの当たり面に設けられた溝、およびディスク、スペーサの中心孔に回転中心軸方向に配置された中空シャフトを用いて行うこと。
【００１２】
本発明のタービンは上記の構成により、ディスクのハブ部と外周側での温度差が少なくなるため、ディスク内部の熱応力を低減することができ、タービンの信頼性を高めることが可能である。
本発明の場合、ディスクの板厚方向（回転中心軸方向）には温度勾配が発生するが、この温度勾配によるディスクの熱膨張は拘束されることなくディスクの変形により解放されるため、ディスク内部に熱応力が生じることはない。
【００１３】
またトルクの伝達をハブ部の当たり面に設けられた溝を介して行うことにより、ハブ部の寸法低減によるディスクの発生遠心応力の低減が可能となる。したがって応力集中の要因となる回転中心軸方向の貫通孔を、従来のハブ部から応力の低減したディスク円板部に移動することができる。
【００１４】
また、動翼冷却用媒体を流すパイプをこの貫通孔へ差し込み、このパイプがハブ部の内周表面に接するように配置することにより、ディスクの回転とともにパイプに発生する遠心たわみをハブ部の内周表面にて抑制することが可能である。
そしてこの場合、動翼冷却用媒体を流すパイプとハブ部の内周表面との接触部は極僅かであり、動翼冷却用媒体の有する熱量がディスクに流入出する表面積を低減できるため、ディスクの内部における温度勾配を低減することが可能である。
【００１５】
このように、本発明によれば、ディスク内で発生する応力を低減することが可能であるため、信頼性の高いガスタービンを提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のロータディスクは、流体から仕事を受け取る複数枚の動翼と、動翼が植え込まれる回転ディスクと、ディスクを複数段貫通して締結するためのスタッキングボルトを備えている。動翼はその根元部にディスクに植え込まれるためのファーツリーを有し、ディスクの外周表面には回転中心軸方向もしくは周方向に任意の角度をもって溝が切られ、動翼のファーツリーが植え込まれるようになっている。またディスク両側面には隣接するディスクもしくはスペーサとの当たり面として定肉厚リング状のハブ部が設けられ、ハブ部には周方向に等間隔に回転中心軸から放射状に切られた溝を有している。
【００１７】
各ディスクおよびスペーサは回転中心軸からの径位置がともに等しく周方向に等間隔にあけられた孔群を有しており、複数本のスタッキングボルトにより貫通され、ハブ部を介して締結されることによって、複数段のディスクがスタックされて軸方向に固定されている。さらに各ディスクと隣接するディスクもしくはスペーサ間の径方向の固定はこの溝により行われる。
【００１８】
以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図１および図３は、本発明の一実施例の特徴を最も良く表しているガスタービンの断面図である。図１はガスタ−ビンの回転中心軸方向断面図であり、図３は図１中の１段ディスク１１の構造模式図である。
図１中において、２点鎖線は動翼冷却前の媒体の流れ１２を示し、点線が動翼冷却後の媒体の流れ１３である。
図１および図３において、動翼２と静翼４および各翼間ガス圧シール用ダイアフラム１４とは、タービンの上流側から下流側へ向かって交互に配置される。動翼２は根元部に設けられたファーツリー１５をディスク１の外周部にあけられたファーツリー溝１６に植え込まれることによって固定される。ディスク１の外周部と、静翼４の先端に設けられるシュラウド５との間には、ダイアフラム１４が設けられている。またタービン流路断面積は上流から下流へ向かって増加するように構成されている。
【００１９】
ディスク１には隣接するディスク１'との当たり面６にハブ部１７が設けられ、当たり面に設けられた回転中心軸１８から放射状に切られた溝１９を介して、隣接するディスク同士が互いに噛み合う事によって径方向に拘束される。さらにディスク１には、回転中心軸１８からの半径位置が等しいボルト孔７があけられ、そこへスタッキングボルト３が貫通し、ナット２０および２０'によりディスタントピース２１、スタブシャフト２２を介して両端を締め付けることで全段が締結され、ディスク１が回転中心軸方向に拘束されている。
【００２０】
実施例のタービンの冷却システムにおいては、図１に示すようにタービンの外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置された冷却媒体用パイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０'まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体はディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔２３'を介して、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２１】
図４に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２２】
図５に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０'まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２３】
図６に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１および隣接するディスク１'間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２４】
図７に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、ディスク１および隣接するディスク１'間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１および隣接するディスク１'間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２５】
図８に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０'まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体はディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔２３'を介して、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２６】
図９に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０'まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、スペーサ２７内部にてハブ部１７の外周側から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔２８を介して、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２７】
図１０に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、スペーサ２７の外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔２８を介して、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１およびスペーサ２７の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面６の内周側でのディスク１の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク１の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク１内で発生する熱応力が低減される。
【００２８】
図１１に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０'まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００２９】
図１２に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、ディスク１内部にて動翼嵌合部から中心方向へパイプ１０まで貫通した冷却媒体用縦孔２３を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１および隣接するスペーサ２７の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１およびスペーサ２７の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００３０】
図１３に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、スペーサ２７内部にてハブ部１７の外周側から中心方向へ貫通した冷却媒体用縦孔２８を介して、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００３１】
図１４に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、スペーサ２７内部にてパイプ１０から外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２８、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１およびスペーサ２７の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面６の内周側でのディスク１の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク１の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク１内で発生する熱応力が低減される。
【００３２】
図１５に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却前の媒体用に選択されたパイプ１０'と、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０のうち、動翼冷却後の媒体用に選択されたパイプ１０''へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、ディスク１においては、ハブ部近傍と外周側との温度差を低減することができるのでディスク１内で発生する熱応力が低減され、タービンの信頼性が向上できる。
【００３３】
図１６に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９を介して、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１およびスペーサ２７の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面６の内周側でのディスク１の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク１の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク１内で発生する熱応力が低減される。
【００３４】
図１７に示す実施例においては、タービン構造の外から供給された動翼冷却用媒体は、ディスク１およびスペーサ２７のハブ部１７の内周表面に接するようにディスク１およびスペーサ２７を貫通して回転中心軸方向に配置されたパイプ１０と、スペーサ２７内部にてパイプ１０から外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２８、動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４を冷却前の状態で通り、ディスク１の外周側へ導かれることでまず動翼２を冷却する。そして冷却後の媒体は動翼嵌合部からハブ部１７の外周側へ貫通した冷却媒体用縦孔２４'、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の当たり面６に設けられた溝１９、およびスペーサ２７の外周部から中心方向へ中心孔表面まで貫通した孔２８'を介して、ディスク１および隣接するスペーサ２７間の内周側ホイールスペース２５へ導かれ、ディスク１およびスペーサ２７の中心孔内に配置された中空のシャフト２６内へと導かれる。
冷却後の媒体はその後スタブシャフト２２へ導かれて、タービン構造の外へ回収されることによって、当たり面６の内周側でのディスク１の表面には、冷却前と冷却後の動翼冷却用媒体の両方が同時に触れることがない。よってディスク１の内部における温度勾配が低減されることで、ディスク１内で発生する熱応力が低減される。ここで、図１８は図１７で示した実施例における１、２段ディスク間スペーサに設けられた各種孔の配置図を示すものである。
【００３５】
なお、以上の各実施例において、冷却用媒体の流れは図中の矢印と逆方向、すなわち動翼冷却前が点線で、動翼冷却後が２点鎖線の流れ方向でも良い。
また、ディスク１およびスペーサ２７は中心孔を有する中空タイプ、もしくは中心孔を有しない中実タイプのいづれでも良い。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクの熱応力の低減、動翼冷却用媒体を流すパイプのたわみ抑制、動翼冷却用媒体を流すパイプからディスクへの放熱の低減等により信頼性の高いタービンを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図２】従来のクローズド冷却システムを採用したガスタービン構造断面図。
【図３】本発明の一実施例であるガスタ-ビンの１段ディスクの構造模式図。
【図４】本発明の他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図５】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図７】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図８】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図９】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１０】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１１】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１２】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１３】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１４】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１５】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１６】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１７】本発明のさらに他の実施例であるガスタービンの構造断面図。
【図１８】図１７の１、２段ディスク間スペーサに設けられた各種孔の配置図。
【符号の説明】
１…ディスク、２…動翼、３…スタッキングボルト、４…静翼、５…シュラウド、６…当たり面、７…ボルト孔、８…冷却媒体入出管、９…外周側ホイールスペース、１０…冷却媒体用パイプ、１１…１段ディスク、１２…動翼冷却前媒体流、１３…動翼冷却後媒体流、１４…ダイアフラム、１５…ファーツリー、１６…ファーツリー溝、１７…リング状ハブ部、１８…回転中心軸、１９…溝、２０…ナット、２１…ディスタントピース、２２…スタブシャフト、２３…冷却媒体用縦孔、２４…外周側冷却媒体用縦孔、２５…内周側ホイールスペース、２６…中空シャフト、２７…スペーサ、２８…スペーサ冷却媒体用縦孔。
【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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