JP6185169B2 - ガスタービン - Google Patents

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Description

本発明は、内部に冷却空気が流れるガスタービンに関する。
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮させることで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスとする。タービンは、ケーシング内の通路に複数のタービン静翼およびタービン動翼が交互に配設されて構成されており、通路に供給された燃焼ガスによりタービン動翼が駆動されることで、発電機に連結されたタービン軸を回転駆動する。タービンを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。
ガスタービンは、圧縮器で圧縮された圧縮空気を取り出して熱交換器（ＴＣＡクーラ）等で冷却した後、タービン側のタービン動翼や回転体と固定部との境界に供給して各部を冷却する冷却空気系統（冷却空気供給手段）がある。
また、特許文献１には、ガスタービンの回転体を冷却する冷却媒体を静止体から回転体に向かって導くとともに、回転体の回転方向に導く複数の冷却媒体流路と、該複数の冷却媒体流路の間を仕切るとともに壁面を構成する冷却媒体ガイド部と、該冷却媒体ガイド部の少なくとも一方の端部に配置されたシュラウド部と、を有するガスタービンの冷却流路構造が記載されている。また、冷却流路構造は、冷却媒体ガイド部およびシュラウド部を有する複数のセグメントにより構成され、少なくとも１つのセグメントにおける一の冷却媒体ガイド部の形状が、他のセグメントにおける他の冷却媒体ガイド部の形状と異なり、一の冷却媒体ガイド部と隣接する冷却媒体流路における流路断面積が、他の冷却媒体ガイド部に挟まれた冷却媒体流路における流路断面積と異なる。
特開２０１１−１３７３８９号公報
特許文献１に示される冷却流路構造のように、流路断面積を調整することで、冷却空気の供給量を調整することができる。しかしながら、特許文献１に記載の構造は、冷却空気の供給量を調整するための作業が煩雑となり、作業も難しい。
本発明は上述した課題を解決するものであり、冷却空気の供給量を効率よく簡単に調整することができるガスタービンを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明のガスタービンは、静止体と回転体とを有し、前記回転体に冷却空気が供給されるガスタービンであって、前記静止体の内部に形成され、冷却空気が供給される第１キャビティと、前記静止体と前記回転体との間に形成される第２キャビティと、前記第１キャビティと前記第２キャビティとの間に形成され、前記第１キャビティの前記冷却空気を前記回転体の回転方向に沿って旋回させ前記第２キャビティへ供給する旋回流ガイドノズルが配置された第１冷却通路と、前記回転体に形成され、前記第２キャビティと連通し、前記第２キャビティの前記冷却空気が供給される第２冷却通路と、前記第１冷却通路とは異なる前記冷却空気の流路であって前記第１キャビティと前記第２キャビティとの間に形成され、冷却空気が前記第１キャビティから前記第２キャビティへ供給される流量調整路と、を備え、前記流量調整路は、前記冷却空気の流量を調整する流量調整手段を有することを特徴とする。
また、前記旋回流ガイドノズルは、前記回転体の軸周りに複数配置され、前記流量調整路は、前記回転体の軸周りに複数配置されていることが好ましい。
また、前記流量調整手段は、前記流量調整路に着脱可能なプラグであり、前記プラグは、前記冷却空気が流れるガイド孔が形成されていることが好ましい。
また、前記ガイド孔は、前記回転体の軸方向から見た場合、前記回転体の中心を通り前記回転体の径方向に伸びた線に対して傾斜していることが好ましい。
また、前記流量調整路は、前記回転体の軸方向から見た場合、前記回転体の中心を通り前記回転体の径方向に伸びた線に対して傾斜していることが好ましい。
また、前記流量調整路は、前記第２キャビティへの吐出口が、前記静止体の回転軸の径方向かつ周方向に延在する面に形成され、前記吐出口側の端部が前記回転体の軸方向と平行または前記回転体の軸方向に対して前記回転体の回転方向に傾斜した方向に延在していることが好ましい。
また、前記流量調整路は、前記第２キャビティへの吐出口が、前記静止体の回転軸の軸方向かつ周方向に延在する面に形成され、前記吐出口側の端部が前記回転体の径方向と平行または前記回転体の径方向に対して前記回転体の回転方向に傾斜した方向に延在していることが好ましい。
また、前記流量調整路は、前記第１キャビティ側の開口が、前記回転体の周方向において、前記旋回流ガイドノズルの前縁と重なる位置に配置されていることが好ましい。
また、前記回転体の径方向かつ周方向に延在する面と前記静止体との間に形成されたリムシール空間と、前記第１冷却通路及び前記流量調整路とは異なる前記冷却空気の流路であって前記第１キャビティと前記リムシール空間との間に形成されたリムシール空気流量調整路と、を有し、前記リムシール空気流量調整路は、前記第１キャビティから前記リムシール空間へ供給される前記冷却空気の流量を調整するリムシール空気流量調整手段を有することが好ましい。
また、前記リムシール空気流量調整手段は、前記リムシール空気流量調整路に着脱可能なプラグであり、前記プラグは、前記冷却空気が流れるガイド孔が形成されていることが好ましい。
また、前記リムシール空気流量調整路は、前記第１キャビティ側の開口が、前記回転体の周方向において、前記旋回流ガイドノズルの前縁と重なる位置に配置されていることが好ましい。
また、前記リムシール空気流量調整路は、前記回転体の周方向において、前記流量調整路と重なる位置に形成され、前記静止体は、前記リムシール空気流量調整路よりも前記回転体の径方向外側であり、かつ、前記リムシール空気流量調整路の前記リムシール空間への吐出口と対向する位置にメンテナンス口が形成されていることが好ましい。
本発明によれば、旋回流ガイドノズルが配置されている流路とは別に、流量調整路を設け、流量調整手段で流量を調整することで、冷却空気の供給量を効率よく簡単に調整することができる。
図１は、本実施例にかかるガスタービンを表す概略図である。 図２は、ガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。 図３は、旋回流ガイドノズルの周辺の構造を示す概略図である。 図４は、第１流量調整路と第２流量調整路の配置を示す概略図である。 図５は、第１流量調整路と第２流量調整路を示す拡大概略図である。 図６は、プラグを示す拡大概略図である。 図７は、ガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。 図８は、ガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。 図９は、ガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
図１は、本実施例にかかるガスタービンを表す概略図である。図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０には、発電機が連結されており、発電可能となっている。
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２１を有し、圧縮機車室２２内に複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室（ケーシング）２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）３２が配置されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、圧縮機１１側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。
そして、このガスタービン１０は、圧縮機１１の圧縮機車室２２が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
なお、タービン車室２６は、その内側にリング形状をなす燃焼ガス通路４０が形成され、この燃焼ガス通路４０に複数の静翼２７と動翼２８が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配設されている。即ち、各段の静翼２７は、複数の静翼４１が周方向に均等間隔で配置され、タービン車室２６に固定されている。また、各段の動翼２８は、複数の動翼４２が周方向に均等間隔に配置され、ロータ３２に固定されている。
従って、圧縮機１１の空気取入口２１から取り込まれた空気が、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
次に、図２から図６を用いて、ガスタービンの冷却流路構造について説明する。図２は、ガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。図３は、旋回流ガイドノズルの周辺の構造を示す概略図である。図４は、第１流量調整路と第２流量調整路の配置を示す概略図である。図５は、第１流量調整路と第２流量調整路を示す拡大概略図である。図６は、プラグを示す拡大概略図である。
冷却流路構造５０は、ガスタービン１０の圧縮機１１で圧縮された圧縮空気がＴＣＡクーラ等の冷却機構で冷却された後、冷却空気として供給される。冷却流路構造５０は、供給された冷却空気をガスタービン１０の各部、特に燃焼器１２の近傍の各部に流し、燃焼ガスにより加熱される各部を冷却する。
冷却流路構造５０は、回転体５１と静止体５２のそれぞれと、回転体５１と静止体５２との間に形成された冷却空気が流れる流路である。ここで、回転体５１は、ロータ３２、動翼２８等である。図２では、回転体５１のロータ３２と１段動翼５４を示している。静止体５２は、静翼２７や静翼２７を支持する車室等である。図２では、静翼２７のうち、１段動翼５４よりも燃焼ガスの流れ方向の上流側の１段静翼５５を示している。また、１段静翼５５が配置されている位置よりも燃焼ガスの上流側には燃焼器１２の尾筒５６が配置されている。
冷却流路構造５０は、供給通路６０と、第１キャビティ６２と、第２キャビティ６４と、第１冷却通路６６と、第２冷却通路６７と、第３冷却通路６９と、冷却空間７０と、迂回空間７２と、ジャンパチューブ７４と、リムシール空間７５と、を有する。
供給通路６０は、静止体５２と接続されており、静止体５２の内部に冷却空気を供給する配管である。第１キャビティ６２は、供給通路６０と接続され、静止体５２の内部に形成された空間である。第１キャビディ６２は、回転体５１の回転方向（周方向）の全周に延在している。第１キャビティ６２は、回転方向（周方向）に複数に分割された空間でもよいし、１つの空間でもよい。第２キャビティ６４は、回転体５１の軸方向において、第１キャビティ６２と１段動翼５４との間であり、回転体５１と静止体５２とで囲まれた領域に形成されている空間である。第２キャビディ６４は、回転体５１の回転方向（周方向）の全周に延在している。第２キャビティ６４は、回転方向（周方向）に複数に分割された空間でもよいし、１つの空間でもよい。
第１冷却通路６６は、第１キャビティ６２と第２キャビティ６４とを接続する通路である。第１冷却通路６６は、回転体５１の軸周りに周状に形成されたリング状の管路であり、第１キャビティ６２側の端が開口９０となり、第２キャビティ６４側の端が吐出口９２となる。第１冷却通路６６は、図３に示すように、周方向に所定の間隔で旋回流ガイドノズル７９が配置されている。旋回流ガイドノズル７９は、いわゆるＴＯＢＩノズルである。ここで、ＴＯＢＩとは（Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）の頭文字を取ったものである。旋回流ガイドノズル７９は、第１キャビティ６２から第２キャビティ６４に流入する冷却空気（冷却媒体）を、膨張させながら回転体５１の回転方向に加速し、回転方向の流速成分を与える。
旋回流ガイドノズル７９は、図３に示すように、冷却空気の流れ方向４４の上流の端面７９ａから下流に向かって、幅が細くなる形状が、回転方向４８に傾斜して配置されている。第１冷却通路６６を流れる冷却空気は、旋回流ガイドノズル７９の間を流れ、旋回流ガイドノズル７９の間の通過時に流れ方向４４が回転方向４８に傾けられる。なお、旋回流ガイドノズル７９は、回転方向の流速成分を与え、かつ空気を膨張させることができればよく、その形状は特に限定されない。
第２冷却通路６７は、回転体５１に形成されており、第２キャビティ６４と繋がっている。第２冷却通路６７は、第２キャビティ６４に供給された冷却空気を回転体５１の内部の各部に供給する。具体的には、第２冷却通路６７は、１段動翼５４の内部に形成された通路と接続され、１段動翼５４の内部に冷却空気を供給する。第２冷却通路６７は、２段動翼以降の各部にも冷却空気を供給する。
第３冷却通路６９は、第１キャビティ６２の径方向内側の面に形成されており、冷却空間７０と繋がっている。第３冷却通路６９には、第１冷却通路６６と同様に旋回流ガイドノズルが設けられている。これにより、冷却空間７０に供給される空気は、回転方向に流速成分が与えられた流れとなる。
冷却空間７０は、回転体５１と静止体５２との間に形成された空間であり、軸方向４６において第２キャビティ６４よりも供給通路６０側に形成されている。冷却空間７０は、第３冷却通路６９から第１キャビティ６２の冷却空気が供給される。冷却空間７０は、冷却空気が供給されることで、周囲の回転体５１と静止体５２を冷却する。
迂回空間７２は、回転体５１と静止体５２との間に形成された空間であり、冷却空間７０と第２キャビティ６４との間に形成されている。迂回空間７２には、回転体５１と静止体５２との間をシールするシール機構８０、８１、８２が配置されている。シール機構８０、８１、８２は、ラビリンスシールである。迂回空間７２は、シール機構８０、８１、８２が設けられているが圧力差の関係で一部の空気が冷却空間７０から第２キャビティ６４に向けて流れる。
ジャンパチューブ７４は、静止体５２に形成され、迂回空間７２のシール機構８２と、第２キャビティ６４との間と接続されている。ジャンパチューブ７４は管路であり、リムシール空間７５と繋がっている。
リムシール空間７５は、回転体５１の径方向かつ周方向に延在する面、具体的にはロータ３２と一段静翼５５と繋ぐ部分で、回転体５１の径方向に延びた第１キャビティ６２側の面と静止体５２との間に形成された空間である。リムシール空間７５は、第２キャビティ６４よりも径方向外側に形成されている。リムシール空間７５と第２キャビティ６４との間にはシール機構８３が配置されている。リムシール空間７５は、静止体５２の面にジャンパチューブ７４の開口が形成されている。つまり、リムシール空間７５は、ジャンパチューブ７４と繋がっている。リムシール空間７５は、回転体５１の回転方向４８（周方向４９）の全周に延在している。リムシール空間７５は、回転方向４８（周方向４９）に複数に分割された空間でもよいし、１つの空間でもよい。
本実施例の冷却流路構造５０は、さらに第１流量調整路７６と第２流量調整路（リムシール空気流量調整路）７８とを有する。第１流量調整路７６は、旋回流ガイドノズル７９が配置された第１冷却通路６６とは異なる冷却空気の流路である。第１流量調整路７６は、図４に示すように、回転体５１の回転方向４８（周方向４９）に所定の間隔で複数形成されている。
第１流量調整路７６は、第１キャビティ６２と第２キャビティ６４との間に形成された管路である。第１流量調整路７６は、第１キャビティ６２側の端が開口１００となり、第２キャビティ６４側の端が吐出口１０２となる。また、第１流路調整路７６は、径方向に対して回転方向に傾斜している。
第１流量調整路７６は、流路本体（プラグ穴）７６ａと、流路本体７６ａに着脱可能な状態で設けられたプラグ７６ｂと、を有する。流路本体７６ａは、静止体５２を貫通した穴であり、第１キャビティ６２と第２キャビティ６４とを繋げている。流路本体７６ａには、プラグ７６ｂを支持するための構造、例えば、ねじ穴や凹凸が形成されている。図４から図６に示すように、プラグ７６ｂは、流路本体７６ａに着脱可能なボルト、ピン等である。プラグ７６ｂは流路本体７６ａに沿った方向に貫通したガイド孔７６ｃが形成されている。
第１流量調整路７６は、流路本体７６ａにプラグ７６ｂが挿入されることで、冷却空気がガイド孔７６ｃを通過して第１キャビティ６２から第２キャビティ６４へ供給される。第１流量調整路７６は、回転方向に傾斜していることで、第２キャビティ６４へ供給される冷却空気に回転方向の速度成分を付与することができる。第１流量調整路７６は、流路本体７６ａに挿入するプラグ７６ｂのガイド孔７６ｃの面積や位置を調整することで、流路抵抗や冷却空気の通り易さを調整することができる。ガイド孔７６ｃの面積は、孔の開口の面積であり、開口の径や辺の長さを変更することで、調整することができる。第１流路調整路７６は、流路本体７６ａに挿入するプラグ７６ｂを変更することでガイド孔７６ｃの面積を変更することができる。また、第１流路調整路７６は、プラブ７６ｂを、流路本体７６ａに対する挿入方向の位置に応じて、開口の面積が変化する構造とし、流路本体７６ａに対する挿入方向の位置を調整し、ガイド孔７６ｃの面積を調整するようにしてもよい。
第２流量調整路（リムシール空気流量調整路）７８は、第１キャビティ６２とリムシール空間７５との間に形成された管路である。第２流量調整路７８は、第１キャビティ６２側の端が開口１２０となり、リムシール空間７５側の端が吐出口１２２となる。また、第２流量調整路７８は、径方向に平行な向きで配置されている。
第２流量調整路７８は、流路本体（プラグ穴）７８ａと、流路本体７８ａに着脱可能な状態で設けられたプラグ７８ｂと、を有する。流路本体７８ａは、静止体５２を貫通した穴であり、第１キャビティ６２とリムシール空間７５とを繋げている。流路本体７８ａには、プラグ７８ｂを支持するための構造、例えば、ねじ穴や凹凸が形成されている。プラグ７８ｂは、流路本体７８ａに着脱可能なボルト、ピン等である。プラグ７８ｂは流路本体７８ａに沿った方向に貫通したガイド孔７８ｃが形成されている。
第２流量調整路７８は、流路本体７８ａにプラグ７８ｂが挿入されることで、冷却空気がガイド孔７８ｃを通過して第１キャビティ６２からリムシール空間７５へ供給される。第２流量調整路７８は、流路本体７８ａに挿入するプラグ７８ｂのガイド孔７８ｃの面積や位置を調整することで、流路抵抗や冷却空気の通り易さを調整することができる。ガイド孔７８ｃの面積は、ガイド孔７６ｃの面積と同様に孔の開口の面積であり、開口の径や辺の長さを変更することで、調整することができる。ガイド孔７８ｃの面積の調整方法は、ガイド孔７６ｃの面積の調整方法と同様の調整を行うことができる。
また、冷却流路構造５０は、第２流量調整路７８の径方向外側で、かつ、回転方向（周方向）の位置が第２流量調整路７８と一致する部分の静止体５２にメンテナンス孔９８が形成されている。メンテナンス孔９８は、着脱可能なシール機構で塞がれている。冷却流路構造５０は、メンテナンス孔９８を設けることで、第２流量調整路７８の流量調整手段であるプラグ７８ｂの交換や、調整を行うことができる。これにより、メンテナンスを簡単にすることができる。なお冷却流路構造５０は、第２流量調整路７８が径方向に対して傾斜した方向に延在している場合、第２流量調整路７８のリムシール空間７５への吐出口１２２と第２流量調整路７８の延在する方向において対向する位置にメンテナンス孔９８を設けることで、メンテナンス孔９８から第２流量調整路７８へアクセスすることができる。
また、冷却流路構造５０は、第１流量調整路７６を本実施例のように回転方向（周方向）の位置が第２流量調整路７８と一致する位置に形成することで、第２流量調整路７８のプラグ７８ｂを取り外して第１流量調整路７６の流量調整手段であるプラグ７６ｂの交換や、調整を行うことができる。またこの場合、第１流量調整路７６は、流路を径方向と平行な方向に形成することが好ましい。さらに第１流量調整路７６は、プラグ７６ｂの頭（回転体の径方向外側の端部）がメンテナンス孔９８の方向へ向いた状態で挿入されていることが好ましい。これにより、メンテナンスをより実行しやすくできる。なお、冷却流路構造５０は、第１流量調整路７６や第２流量調整路７８が径方向に対して傾斜した方向に延在している場合、それぞれの流量調整路の延在する方向において対向する位置に第１流量調整路７６、第２流量調整路７８、またはメンテナンス孔９８を設けることで、メンテナンス孔９８から第１流量調整路７６や第２流量調整路７８へアクセスすることができる。
冷却流路構造５０は、以上のような構造であり、供給通路６０から第１キャビティ６２に冷却空気が供給される。第１キャビティ６２に供給された冷却空気は、一部が第１冷却通路６６を介して、第２キャビティ６４に供給され、一部が第１流量調整路７６を介して第２キャビティ６４に供給され、一部が第２流量調整路７８を介してリムシール空間７５に供給され、一部が第３冷却通路６９を介して冷却空間７０に供給される。冷却空間７０に供給された冷却空気は、迂回空間７２に供給される。迂回空間７２に供給された冷却空気は、一部がジャンパチューブ７４を介してリムシール空間７５に供給され、一部が第２キャビティ６４に供給される。第２キャビティ６４に供給された冷却空気は、第２冷却通路６７に供給される。冷却流路構造５０は、供給された冷却空気を各部に流すことで、各部を冷却する。
冷却流路構造５０は、第１冷却通路６６とともに第１流量調整路７６を設けることにより、第１流量調整路７６の流量調整手段であるプラグ７６ｂを調整することで、第１キャビティ６２から第２キャビティ６４に供給する冷却空気の流量を調整することができる。これにより、旋回流ガイドノズル７９の形状や配置を調整せずに、第１キャビティ６２から第２キャビティ６４に供給する冷却空気を調整することができるため、調整が簡単になり、仕様の変更や、経年変化によりガスタービンの冷却空気特性が変化した場合でも簡単に各部に供給する流量を調整することができる。
また、冷却流路構造５０は、第２流量調整路７８を設けることにより、第２流量調整路７８の流量調整手段であるプラグ７８ｂを調整することで、第１キャビティ６２からリムシール空間７５に供給する冷却空気を調整することができる。これにより、プラグの交換等で、第１キャビティ６２からリムシール空間７５に供給する冷却空気を調整することができるため、調整が簡単になり、仕様の変更や、経年変化によりガスタービンの冷却空気特性が変化した場合でも簡単に各部に供給する流量を調整することができる。また、冷却流路構造５０は、第１キャビティ６２から供給する冷却空気の量を調整できるため、ジャンパチューブ７４で調整するよりも簡単により大きい幅で空気の供給量を調整することができる。
ここで、冷却流路構造５０は、図３に示すように、第１流量調整路７６の第１キャビティ６２側の開口１００が、回転体５１の回転方向４８（周方向４９）において、旋回流ガイドノズル７９の流れ方向４４の上流側の端面７９ａと対面する位置配置されていることが好ましい。つまり、冷却流路構造５０は、開口１００が、周方向４９において旋回流ガイドノズル７９の端面７９ａ（軸方向４６の前縁）と重なる位置に配置されていることが好ましい。開口１００を旋回流ガイドノズル７９の流れ方向４４の上流側の端面７９ａと対面する位置に配置することで、冷却空気の流速が低い部分から冷却空気を流入させることができ、効率よくつまり圧力損失が少ない状態で冷却空気を流入させることができる。同様に冷却流路構造５０は、図３に示すように、第２流量調整路７８の第１キャビティ６２側の開口１２０が、回転体５１の周方向４９において、旋回流ガイドノズル７９の流れ方向４４の上流側の端面７９ａと対面する位置に配置されていることが好ましい。つまり、冷却流路構造５０は、開口１２０が、周方向４９において旋回流ガイドノズル７９の端面７９ａ（軸方向４６の前縁）と重なる位置に配置されていることが好ましい。開口１２０を旋回流ガイドノズル７９の流れ方向４４の上流側の端面７９ａと対面する位置に配置することで、冷却空気の流速が低い部分から冷却空気を流入させることができ、効率よくつまり圧力損失が少ない状態で冷却空気を流入させることができる。
また、冷却流路構造５０は、回転体５１の径方向において、旋回流ガイドノズル７９の位置と第２冷却通路６７の位置とを近づけることが好ましい。これにより、効率よく冷却空気を第２冷却通路６７に供給することができる。
上記実施例の冷却流路構造は、第１流量調整路７６の第２キャビティ６４への吐出口１０２が、第２キャビティ６４の回転軸の軸方向かつ周方向に延在する面に形成され、吐出口１０２側の端部が回転体５１の径方向に対して回転体５１の回転方向に傾斜した方向に延在する形状としたが、これに限定されない。例えば、吐出口１０２側の端部が回転体５１の径方向に対して平行としてもよい。また、上記実施例の冷却流路構造は、第１流量調整路７６の第２キャビティ６４への吐出口１０２が、第２キャビティ６４の回転軸の径方向かつ周方向に延在する面に形成されていてもよい。つまり、第１流量調整路７６は、管路が軸方向に沿って延在する構造としてもよい。この場合、第１流量調整路７６は、吐出口側の端部が回転体５１の軸方向と平行に延在している形状としても、回転体５１の軸方向に対して回転体の回転方向に傾斜した方向に延在している形状としてもよい。これらの点は、第２流量調整路７８も同様である。
また、第１流量調整路７６は、本実施形態のように、回転体の軸方向から見た場合、ガイド孔７６ｃが、回転体５１の中心を通り回転体５１の径方向に伸びた線に対して傾斜していることが好ましい。これにより、空気の流れを回転方向に旋回させることができ、第２キャビティ６４に流入する空気の損失を低減することができる。また、本実施形態では、ガイド孔７６ｃが設けられた構造としたが、これに限定されない。冷却流路構造は、第１流量調整路７６が回転体の軸方向から見た場合、回転体５１の中心を通り回転体５１の径方向に伸びた線に対して傾斜した形状とすることで、空気の流れを回転方向に旋回させることができ、第２キャビティ６４に流入する空気の損失を低減することができる。
また、第１流量調整路７６と第２流量調整路７８は、本実施例のように、回転体５１の回転方向（周方向）において、複数配置することが好ましく、回転方向（周方向）に均等に配置することが好ましい。これにより、冷却空気の供給状態が回転方向（周方向）の位置によってばらつくことを抑制することができ、均一に冷却することができる。また、上述したように第１流量調整路７６と第２流量調整路７８は、回転方向（周方向）に均一に配置することが好ましいが不均一に配置してもよい。また、第１流量調整路７６と第２流量調整路７８は、配置される位置によって向きが異なっていてもよいし、形状が異なっていてもよい。
ここで、第１流量調整路７６と第２流量調整路７８の形成位置は、特に限定されず、それぞれの空間を繋げていればよい。また、第１流量調整路７６は、第１冷却通路６６と異なる流路として形成されていればよい。具体的には、第１流量調整路７６の吐出口１０２を結んだ回転軸を中心とする円が、第１冷却通路６６の吐出口９２を結んだ回転軸を中心とする円に対して、回転体５１の径方向及び軸方向の少なくとも一方にずれていればよい。
例えば、第１流量調整路７６は、回転体５１の軸方向に対して直角方向に沿っており、かつ、旋回流ガイドノズル７９よりも回転体５１の径方向中心側へ形成されてもよい。
以下、図７から図９を用いて、第１冷却通路と第１流量調整路との相対位置の変形例について説明する。図７から図９は、それぞれガスタービンの冷却流路構造を表す概略図である。図７に示す冷却流路構造５０ａは、第１キャビティ１６２ａと第２キャビティ１６４ａとを繋げる流路として、第１冷却通路１６６ａと第１流量調整路１７６ａとが設けられている。第１流量調整路１７６ａは、第２キャビティ１６４ａへの吐出口が静止体５２の回転軸の軸方向かつ周方向に延在する面に形成されている。第１冷却通路１６６ａと第１流量調整路１７６ａとは、回転体５１の径方向の位置が重なっているが軸方向の位置がずれている。冷却流路構造５０ａのような構造としても、第１流量調整路１７６ａを設けることで、上記効果を得ることができる。
図８に示す冷却流路構造５０ｂは、第１キャビティ１６２ｂと第２キャビティ１６４ｂとを繋げる流路として、第１冷却通路１６６ｂと第１流量調整路１７６ｂとが設けられている。第１流量調整路１７６ｂは、第２キャビティ１６４ｂへの吐出口が静止体５２の回転軸の径方向かつ周方向に延在する面に形成されている。第１冷却通路１６６ｂと第１流量調整路１７６ｂとは、回転体５１の径方向の位置がずれているが、軸方向の位置が一部重なっている。冷却流路構造５０ｂのような構造としても、第１流量調整路１７６ｂを設けることで、上記効果を得ることができる。
図９に示す冷却流路構造５０ｃは、第１キャビティ１６２ｃと第２キャビティ１６４ｃとを繋げる流路として、第１冷却通路１６６ｃと第１流量調整路１７６ｃとが設けられている。第１冷却通路１６６ｃは、回転体５１の軸方向において、第１流量調整路１７６ｃよりも供給通路６０側（回転体５１の径方向外側）に形成されている。また、第１流量調整路１７６ｃは、管路が軸方向と径方向に対し傾斜した方向に延在している。冷却流路構造５０ｃのような構造としても、第１流量調整路１７６ｃを設けることで、上記効果を得ることができる。
また、上記実施例では、第１流量調整路７６と第２流量調整路７８の流量調整手段をいずれもガイド孔が形成されたプラグとしたが、本発明はこれに限定されない。第１流量調整路７６と第２流量調整路７８の流路本体に着脱自在な状態で、第１流量調整路７６と第２流量調整路７８の流路抵抗、冷却空気の流れやすさを調整できる機構であればよい。例えば、流路本体への差し込み量に応じて、大きさが変化する開口を設けたねじを流量調整手段としてもよい。
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
５０ 冷却流路構造
５１ 回転体
５２ 静止体
６０ 供給通路
６２ 第１キャビティ
６４ 第２キャビティ
６６ 第１冷却通路
６７ 第２冷却通路
６９ 第３冷却通路
７０ 冷却空間
７２ 迂回空間
７４ ジャンパチューブ
７５ リムシール空間
７６ 第１流量調整路
７６ａ、７８ａ 流路本体（プラグ穴）
７６ｂ、７８ｂ プラグ（流量調整手段）
７６ｃ、７８ｃ ガイド孔
７８ 第２流量調整路（リムシール空気流量調整路）
７９ 旋回流ガイドノズル
７９ａ 端面
８０、８１、８２、８３ シール機構（ラビリンスシール）
９０、１００、１２０ 開口
９２、１０２、１２２ 吐出口

Claims (12)

  1. 静止体と回転体とを有し、前記回転体に冷却空気が供給されるガスタービンであって、
    前記静止体の内部に形成され、冷却空気が供給される第１キャビティと、
    前記静止体と前記回転体との間に形成される第２キャビティと、
    前記第１キャビティと前記第２キャビティとの間に形成され、前記第１キャビティの前記冷却空気を前記回転体の回転方向に沿って旋回させ前記第２キャビティへ供給する旋回流ガイドノズルが配置された第１冷却通路と、
    前記回転体に形成され、前記第２キャビティと連通し、前記第２キャビティの前記冷却空気が供給される第２冷却通路と、
    前記第１冷却通路とは異なる前記冷却空気の流路であって前記第１キャビティと前記第２キャビティとの間に形成され、前記第１キャビティから前記第２キャビティへ冷却空気が供給される流量調整路と、を備え、
    前記流量調整路は、前記冷却空気の流量を調整する流量調整手段を有することを特徴とするガスタービン。
  2. 前記旋回流ガイドノズルは、前記回転体の軸周りに複数配置され、
    前記流量調整路は、前記回転体の軸周りに複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  3. 前記流量調整手段は、前記流量調整路に着脱可能なプラグであり、
    前記プラグは、前記冷却空気が流れるガイド孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン。
  4. 前記ガイド孔は、前記回転体の軸方向から見た場合、前記回転体の中心を通り前記回転体の径方向に伸びた線に対して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン。
  5. 前記流量調整路は、前記回転体の軸方向から見た場合、前記回転体の中心を通り前記回転体の径方向に伸びた線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。
  6. 前記流量調整路は、前記第２キャビティへの吐出口が、前記静止体の回転軸の径方向かつ周方向に延在する面に形成され、
    前記吐出口側の端部が前記回転体の軸方向と平行または前記回転体の軸方向に対して前記回転体の回転方向に傾斜した方向に延在していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン。
  7. 前記流量調整路は、前記第２キャビティへの吐出口が、前記静止体の回転軸の軸方向かつ周方向に延在する面に形成され、
    前記吐出口側の端部が前記回転体の径方向と平行または前記回転体の径方向に対して前記回転体の回転方向に傾斜した方向に延在していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン。
  8. 前記流量調整路は、前記第１キャビティ側の開口が、前記回転体の周方向において、前記旋回流ガイドノズルの前縁と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガスタービン。
  9. 前記回転体の径方向かつ周方向に延在する面と前記静止体との間に形成されたリムシール空間と、
    前記第１冷却通路及び前記流量調整路とは異なる前記冷却空気の流路であって前記第１キャビティと前記リムシール空間との間に形成されたリムシール空気流量調整路と、を有し、
    前記リムシール空気流量調整路は、前記第１キャビティから前記リムシール空間へ供給される前記冷却空気の流量を調整するリムシール空気流量調整手段を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のガスタービン。
  10. 前記リムシール空気流量調整手段は、前記リムシール空気流量調整路に着脱可能なプラグであり、
    前記プラグは、前記冷却空気が流れるガイド孔が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン。
  11. 前記リムシール空気流量調整路は、前記第１キャビティ側の開口が、前記回転体の周方向において、前記旋回流ガイドノズルの前縁と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のガスタービン。
  12. 前記リムシール空気流量調整路は、前記回転体の周方向において、前記流量調整路と重なる位置に形成され、
    前記静止体は、前記リムシール空気流量調整路よりも前記回転体の径方向外側であり、かつ、前記リムシール空気流量調整路の前記リムシール空間への吐出口と対向する位置にメンテナンス口が形成されている請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のガスタービン。
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