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JPH08277725A - Gas turbine - Google Patents

Gas turbine

Info

Publication number
JPH08277725A
JPH08277725A JP8102895A JP8102895A JPH08277725A JP H08277725 A JPH08277725 A JP H08277725A JP 8102895 A JP8102895 A JP 8102895A JP 8102895 A JP8102895 A JP 8102895A JP H08277725 A JPH08277725 A JP H08277725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steam
gas turbine
rotor
recovery
cooling
Prior art date
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Granted
Application number
JP8102895A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3303592B2 (en
Inventor
Manabu Matsumoto
学 松本
Kazuhiko Kawaike
和彦 川池
Takashi Ikeguchi
隆 池口
Shunichi Anzai
俊一 安斉
Masami Noda
雅美 野田
Nobuaki Kitsuka
宣明 木塚
Shinichi Higuchi
眞一 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP08102895A priority Critical patent/JP3303592B2/en
Priority to KR1019960009831A priority patent/KR100389990B1/en
Priority to US08/627,397 priority patent/US5695319A/en
Priority to CN96104566A priority patent/CN1056212C/en
Publication of JPH08277725A publication Critical patent/JPH08277725A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3303592B2 publication Critical patent/JP3303592B2/en
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Abstract

PURPOSE: To clarify the constitution of steam supply or recovery by providing, in a cooling system, a supply system to supply steam to a moving blade and a recovery system to recover the steam from the moving blade, and forming a recovery channel on an inside of a supply channel. CONSTITUTION: Steam supplied from a steam supply port 43 at a stub shaft end is branched in three systems in such a process that it axially flows into a supply channel 74 through a steam channel 44 in a shaft center hole. In a first system, the steam flows into a cavity 62 after cooling a second stage moving blade 52. In a second system, the steam flows into the cavity 62 after cooling a first stage moving blade 51, joined with the recovery steam in the first system and flows toward a recovery channel 72 which is a part centering around a cavity 65. In a third system, the steam is led to the recovery channel 72 of a rotor center part through a cavity on side surfaces of rotor discs 21, 22 after cooling the outer circumference of a compressor rotor 2, joined with steam after it cools the moving blade and recovered from a recovery port 46 to the outside. Low temperature steam thusly flows into the supply channel 74 which is passing through the discs, so that thermal stress of each part can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気を用いて動翼を冷
却する蒸気冷却式を採用したガスタービンに係り、特
に、動翼を冷却した後の蒸気を回収したガスタービンに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine which employs a steam cooling system for cooling moving blades using steam, and more particularly to a gas turbine which recovers steam after cooling the moving blades.

【0002】[0002]

【従来の技術】蒸気冷却式ガスタービンとしては、例え
ば、文献エイ・エス・エム・イー/アイ・イー・イー・
イー パワー ゼネレーション コンファレンス(Jt.A
SME/IEEE Power Generation Conference)の論文集8
7−JPGC−GT−1(1987)に記載されているよう
に、冷却に供した蒸気を回収してプラントに戻すものが
ある。
2. Description of the Related Art As a steam-cooled gas turbine, for example, the document A.S.M.E./I.E.E.
EPower General Conference (Jt.A
Proceedings 8 of SME / IEEE Power Generation Conference)
As described in 7-JPGC-GT-1 (1987), there is one that recovers the steam used for cooling and returns it to the plant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、実際のプラントとして蒸気冷却式ガスタービンを採
用する際の蒸気の供給及び回収に関して、具体的に開示
されているとは言えない。
However, it cannot be said that the prior art specifically discloses the supply and recovery of steam when the steam-cooled gas turbine is used as an actual plant.

【0004】そこで、本発明は蒸気冷却式ガスタービン
に用いる蒸気の供給又は回収の具体的な構成を明確にす
ることを目的とする。又、更に、プラントの効率を向上
させたガスタービンを提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to clarify a concrete configuration of supply or recovery of steam used in a steam-cooled gas turbine. Another object of the present invention is to provide a gas turbine with improved plant efficiency.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン
は、蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系統を有するもの
である。
The gas turbine of the present invention has a cooling system for cooling moving blades using steam.

【0006】本発明におけるガスタービンは、空気(大
気)を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された空気
と燃料とを燃やし、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器
と、この燃焼器からの燃焼ガスによって動翼するタービ
ンと、を有し、この他、タービンに蒸気を供給する系統
等を具備する。
The gas turbine according to the present invention comprises a compressor for compressing air (atmosphere), a combustor for combusting the air and fuel compressed by the compressor to generate high temperature combustion gas, and a combustor for combusting the combustor. And a turbine for moving the blades by the combustion gas of the above. In addition to this, a system for supplying steam to the turbine is provided.

【0007】燃焼器では、1400℃級以上、例えば、
1350乃至1650℃の燃焼ガスが生成され、この温
度が高いほど出力を大きくすることが出来る。また、タ
ービンは、静翼と動翼とを組み合わせた段落を3又は4
段有する。
In the combustor, 1400 ° C. or higher, for example,
Combustion gas of 1350 to 1650 ° C. is generated, and the higher the temperature, the larger the output. In addition, the turbine has three or four paragraphs in which a stationary blade and a moving blade are combined.
Have steps.

【0008】本発明の冷却系統は、動翼に蒸気を供給す
る供給系統と動翼から蒸気を回収する回収系統とを具備
するとともに、回収系統の回収流路を供給系統の供給流
路より内側に形成したことを特徴とする。ここで蒸気と
は、具体的に、蒸気発生装置、例えば廃熱回収ボイラ等
によって生成させたものであり、その成分的にはH2Oを
主成分とした、所謂水蒸気である。
The cooling system of the present invention comprises a supply system for supplying steam to the moving blade and a recovery system for recovering steam from the moving blade, and the recovery passage of the recovery system is located inside the supply passage of the supply system. It is characterized in that it is formed. Here, the steam is specifically generated by a steam generator, such as a waste heat recovery boiler, and the so-called steam is mainly composed of H 2 O.

【0009】本発明にいう蒸気の供給系統は、蒸気発生
装置からタービンの動翼まで蒸気を供給する系統をい
い、この系統の一部に供給流路を有する。ここで供給流
路は、タービンのロータ内に形成される。また、回収系
統は、タービンの動翼から蒸気を回収して再利用する装
置、例えば、廃熱回収ボイラや復水器等までの系統をい
い、この系統の一部に回収流路を有する。ここで回収流
路は、タービンのロータの中心方向に形成される。ま
た、供給系統又は回収系統を、それぞれ動翼からタービ
ンのロータ軸端までと考えてもよい。
The steam supply system referred to in the present invention is a system for supplying steam from the steam generator to the moving blades of the turbine, and has a supply passage in a part of this system. Here, the supply channel is formed in the rotor of the turbine. Further, the recovery system refers to a system for recovering and reusing steam from the moving blades of the turbine, for example, a system including a waste heat recovery boiler and a condenser, and a recovery flow path is provided in a part of this system. Here, the recovery passageway is formed toward the center of the rotor of the turbine. Further, the supply system or the recovery system may be considered from the moving blade to the rotor shaft end of the turbine, respectively.

【0010】また、本発明の冷却系統は、動翼に蒸気を
供給しロータ軸端に形成される供給口と、動翼から蒸気
を回収しロータ軸端に形成される回収口とを有し、前記
回収口は前記供給口よりロータ軸中心側に形成されるこ
とを特徴とする。
The cooling system of the present invention has a supply port formed at the rotor shaft end for supplying steam to the moving blade, and a recovery port formed at the rotor shaft end for collecting steam from the moving blade. The recovery port is formed closer to the center of the rotor shaft than the supply port.

【0011】このように、回収される蒸気を供給される
蒸気よりロータの中心軸側を通すことにより、ロータ等
における熱応力を緩和し、安定したタービン運転が可能
となる。
As described above, by passing the recovered steam through the central axis side of the rotor with respect to the supplied steam, thermal stress in the rotor and the like is relieved and stable turbine operation becomes possible.

【0012】更に、供給流路は、ロータの最終段ディス
クとスタブシャフトとの間に形成されたキャビティ、及
びディスクとディスクとが接合している部分に形成され
ることが好ましい。また、一つの回収流路は初段及び2
段のディスクの間に形成されることが好ましく、初段動
翼と2段動翼とに供給された蒸気を回収するキャビティ
を利用することが好ましい。
Further, the supply passage is preferably formed in a cavity formed between the final stage disc of the rotor and the stub shaft, and in a portion where the disc and the disc are joined. In addition, one recovery channel consists of the first stage and 2
It is preferably formed between the discs of the stages, and it is preferable to utilize a cavity for collecting the vapor supplied to the first stage rotor blade and the second stage rotor blade.

【0013】一方、本発明は、蒸気を用いて、圧縮機ロ
ータを冷却することを特徴とする。この蒸気は、タービ
ンロータと圧縮機ロータとを連結するディスタントピー
スに形成された蒸気流路を介して供給され、前記ディス
タントピースより軸中心側に形成される蒸気流路を介し
て回収される。圧縮機のロータをも蒸気を用いて冷却す
ることにより、蒸気の有効利用を図ることが可能とな
る。
On the other hand, the present invention is characterized in that the compressor rotor is cooled by using steam. This steam is supplied through a steam flow path formed in a distant piece that connects the turbine rotor and the compressor rotor, and is recovered through a steam flow path formed on the axial center side of the distant piece. It Cooling the rotor of the compressor with steam also enables effective use of steam.

【0014】また、冷却した蒸気を回収する際、回収蒸
気をロータのディスクとディスクとの間に形成されるス
ペーサ部をとおし、ディスクとディスクとの間に形成さ
れるキャビティの内部に、蒸気を回収する蒸気流路を形
成することが好ましい。この部分を通し蒸気を回収する
ことによりロータ内のスペースを有効に利用することが
できる。
Further, when the cooled steam is recovered, the recovered steam is passed through the spacer portion formed between the disks of the rotor, and the steam is injected into the cavity formed between the disks. It is preferable to form a vapor flow path for recovery. By collecting steam through this portion, the space in the rotor can be effectively used.

【0015】さらに、スペーサ部は、回収される蒸気を
前記蒸気流路に導く突出部分を有することが好ましい。
これにより、より効率良く蒸気を回収することが出来
る。また、合わせて、供給流路を流れる蒸気の一部を用
いて、前記ディスクの側面を冷却することによって、熱
応力の緩和が図れる。
Further, it is preferable that the spacer portion has a protruding portion that guides the recovered steam to the steam passage.
Thereby, steam can be recovered more efficiently. In addition, in addition, a part of the steam flowing through the supply channel is used to cool the side surface of the disk, whereby the thermal stress can be relaxed.

【0016】一方、更に、本発明のガスタービンは、蒸
気を用いて動翼を冷却し、その蒸気を回収する、所謂、
クローズド蒸気冷却システムを採用したものである。そ
して、動翼と静翼との段落構造を3又は4段のものであ
って、タービンに導入される燃焼ガス温度が1400℃
以上級出力が400MW以上のものに限定して考えた場
合、供給口及び回収口のそれぞれにおける温度で、動翼
に供給する蒸気の温度を250℃以下、例えば250〜
180℃とし、動翼から回収する蒸気の温度を450℃
以下例えば450〜380℃とすることによって、蒸気
冷却システムを達成出来る。また、これらの温度を変え
て、運用することも可能であって、前者を300〜23
0℃、後者を500〜430℃とする場合もある。つま
り、タービンにおける熱負荷及び動翼の材料許容温度等
を考慮することにより決定される。また、蒸気の流量及
びロータの材料許容温度を考慮することにより決定され
る。
On the other hand, in the gas turbine of the present invention, the moving blade is cooled by using steam and the steam is recovered.
It uses a closed steam cooling system. And, the paragraph structure of the moving blade and the stationary blade has three or four stages, and the combustion gas temperature introduced into the turbine is 1400 ° C.
When the above class output is limited to 400 MW or more, the temperature of the steam supplied to the moving blade is 250 ° C. or less, for example, 250 to
180 ℃, the temperature of the steam recovered from the rotor blade 450 ℃
A steam cooling system can be achieved by setting the temperature to 450 to 380 ° C., for example. It is also possible to operate by changing these temperatures.
In some cases, the temperature is 0 ° C, and the latter is 500 to 430 ° C. That is, it is determined by considering the heat load in the turbine, the allowable material temperature of the moving blades, and the like. It is also determined by considering the steam flow rate and the allowable material temperature of the rotor.

【0017】このような構成をとることにより、オープ
ン冷却システムを採用したガスタービンより効率で5乃
至6%、出力で13乃至16%の向上を図ることが出来
る。また、従来のクローズド冷却システムよりも更に、
効率で0.8乃至1.2%、出力で2乃至3%の向上を図
ることが出来る。
By adopting such a configuration, it is possible to improve the efficiency by 5 to 6% and the output by 13 to 16% as compared with the gas turbine adopting the open cooling system. Moreover, more than the conventional closed cooling system,
It is possible to improve the efficiency by 0.8 to 1.2% and the output by 2 to 3%.

【0018】つまり、動翼の冷却に供した蒸気を回収す
るには、動翼を支持しているロータの内部に供給と回収
との2系統の蒸気経路を構成することが好ましく、作動
ガス温度が1400℃を越えるガスタービンでは、供給
蒸気と回収蒸気との温度差が200度以上にもなるた
め、2系統の流れが交差しないこと、高速回転体である
こと等を、十分考慮して回収蒸気によるロータの温度上
昇を耐熱温度以下に抑えること、温度差に起因して発生
する熱応力を許容応力以下に抑えることが重要である。
That is, in order to recover the steam used for cooling the moving blades, it is preferable to construct two steam paths for supply and recovery inside the rotor supporting the moving blades. In the case of a gas turbine whose temperature exceeds 1400 ° C, the temperature difference between the supplied steam and the recovered steam will be 200 degrees or more, so there is sufficient consideration that the flows of the two systems do not intersect and that it is a high-speed rotating body. It is important to keep the temperature rise of the rotor due to steam below the heat-resistant temperature and to keep the thermal stress caused by the temperature difference below the allowable stress.

【0019】また、ガスタービンの比出力(単位燃料当
たりの出力)を高めるためには圧縮機の圧縮比を大きく
する必要があるが、圧縮比を大きくすると圧縮された吐
出空気の温度が上昇するために圧縮機ロータの外周部が
加熱され、許容温度を越えるため、本発明のように冷却
が必要になる。圧縮機ロータとタービンロータとは連結
されて一体に回転するため、タービンロータと圧縮機ロ
ータとは蒸気系統を共用して冷却できる。
Further, in order to increase the specific output of the gas turbine (output per unit fuel), it is necessary to increase the compression ratio of the compressor. However, if the compression ratio is increased, the temperature of the compressed discharge air rises. Therefore, the outer peripheral portion of the compressor rotor is heated and exceeds the allowable temperature, so that cooling is required as in the present invention. Since the compressor rotor and the turbine rotor are connected and rotate integrally, the turbine rotor and the compressor rotor can be cooled by sharing the steam system.

【0020】本発明は、ロータ内に高速回転体として支
障の少ない蒸気供給或いは回収経路を構成することによ
り、効率向上に好適な蒸気冷気式ガスタービンを提供す
ることができる。
The present invention can provide a steam-cooled gas turbine suitable for improving efficiency by constructing a steam supply or recovery path as a high-speed rotating body in the rotor, which is less troublesome.

【0021】更に、本発明のガスタービンと蒸気タービ
ンとを複合したコンバインド発電プラントでは、ガスタ
ービン排気ガスの排熱を利用して蒸気タービン用の蒸気
を発生しており、ガスタービンの作動ガスの温度を高く
することによって、タービン単体の熱効率のみならずプ
ラント全体の発電効率を向上させることが出来る。
Further, in the combined power generation plant of the present invention in which the gas turbine and the steam turbine are combined, the exhaust heat of the gas turbine exhaust gas is used to generate steam for the steam turbine. By increasing the temperature, not only the thermal efficiency of the turbine alone but also the power generation efficiency of the entire plant can be improved.

【0022】このため、作動ガスの温度は翼の耐熱温度
を大幅に越えているが、本発明によって耐熱温度内に納
めることが出来る。
Therefore, the temperature of the working gas greatly exceeds the heat resistant temperature of the blade, but can be kept within the heat resistant temperature by the present invention.

【0023】冷媒として蒸気を用いているため、圧縮空
気を使用する場合に比較して、作動ガス温度が高くなる
に連れて冷媒としての空気流量が増大するための余分な
圧縮動力を消費する必要が無くなる。しかも、冷却に供
した温度の低い空気が作動ガスの流路(以下、ガスパ
ス)に放出されないために、希釈されて作動ガスの温度
が下がることが無く、タービンの出力が低下するという
問題も無い。従って、蒸気を冷却に使用することによっ
て、燃焼用の圧縮ガスを冷媒とするガスタービン比較し
て、効率向上を図ることが出来る。
Since vapor is used as the refrigerant, it is necessary to consume extra compression power for increasing the flow rate of the air as the refrigerant as the temperature of the working gas becomes higher than in the case of using compressed air. Disappears. Moreover, since the air having a low temperature used for cooling is not discharged to the working gas flow path (hereinafter referred to as a gas path), the working gas is not diluted and the temperature of the working gas is not lowered, and there is no problem that the output of the turbine is reduced. . Therefore, by using the steam for cooling, the efficiency can be improved as compared with the gas turbine using the compressed gas for combustion as the refrigerant.

【0024】本発明のコンバインドサイクル発電プラン
トでは、他の系統から導入する蒸気を冷媒に用いる蒸気
冷却式のガスタービンを提案している。
In the combined cycle power plant of the present invention, a steam-cooling type gas turbine using steam introduced from another system as a refrigerant is proposed.

【0025】蒸気は、冷却流路に水分中の不純物が堆積
するのを避けるために排熱を利用して生成された過熱蒸
気が使用されることが好ましく、粘性係数やプラント数
等の影響で空気に比べて熱伝達率が大きく(約1.5倍
)、また比熱が大きいために熱が負荷されたときの温
度上昇が少ない(空気の2分の1以下)等の利点があ
る。
As the steam, it is preferable to use superheated steam generated by utilizing exhaust heat in order to avoid the accumulation of impurities in the water in the cooling flow path, because of the influence of the viscosity coefficient and the number of plants. It has advantages such as a larger heat transfer coefficient (about 1.5 times) than that of air, and a small specific temperature rise when heat is applied (one half or less of air) due to its large specific heat.

【0026】尚、蒸気冷却式においても、プラント全体
の効率を高める上から冷却に供する蒸気の流量は少ない
ほど良く、また冷却後の蒸気を作動ガス中に放出するの
ではなく、蒸気を回収して、作動ガスに影響を与えず、
効率向上を図る。
Also in the steam cooling type, the smaller the flow rate of steam used for cooling is, the better in order to improve the efficiency of the entire plant, and the steam after cooling is not released into the working gas but recovered. And does not affect the working gas,
Improve efficiency.

【0027】[0027]

【作用】上記したように、蒸気を用いて動翼を冷却する
冷却系統を有するガスタービンにおいて、前記動翼に蒸
気を供給する供給系統と冷却後の蒸気を回収する回収系
統とを前記ガスタービンのロータ内に具備し、前記回収
系統の回収流路を前記供給系統の供給流路より内側に形
成することにより、高温の回収蒸気は低温の供給蒸気よ
りも内側を流れるようになるため、熱膨張によりロータ
中心部の遠心応力が緩和される。
As described above, in a gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, the gas turbine includes a supply system for supplying steam to the moving blades and a recovery system for collecting cooled steam. Since the recovery flow path of the recovery system is formed inside the supply flow path of the supply system, the high-temperature recovery steam flows inside the low-temperature supply steam. The expansion relaxes the centrifugal stress in the center of the rotor.

【0028】また、ロータの軸端に供給口と回収口を設
け、前記回収口を前記供給口よりロータの軸中心側に形
成することによって、前述した高温の回収蒸気の流れを
より円滑に形成し易い利点が得られる。
Further, a supply port and a recovery port are provided at the shaft end of the rotor, and the recovery port is formed closer to the axial center of the rotor than the supply port, so that the above-mentioned high-temperature recovery steam flow can be formed more smoothly. The advantage is that it is easy to do.

【0029】更に、蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系
統を有するガスタービンにおいて、前記ガスタービンの
ロータの最終段ディスクとスタブシャフトとの間にキャ
ビティを形成するとともに、ディスクとディスクとが接
合している部分に供給流路を形成して蒸気を供給するこ
とにより、前記接合部の温度が供給蒸気によって回収蒸
気より低い温度に保持され、同部の熱歪みが減少する。
Further, in a gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, a cavity is formed between the stub shaft and the final stage disk of the rotor of the gas turbine, and the disks are joined together. By supplying the steam by forming the supply flow path in the portion where the steam is supplied, the temperature of the joint portion is maintained at a temperature lower than that of the recovered steam by the supply steam, and the thermal strain of the portion is reduced.

【0030】更に、ガスタービンのロータのディスクと
ディスクとが接合している部分に供給流路を形成して蒸
気を供給し、初段及び2段のディスクの間に形成したキ
ャビティを介して蒸気を回収することにより、高温の蒸
気によるディスクの温度上昇及び熱応力の発生を極力軽
減して回収できる。
Further, a supply passage is formed in a portion where the disks of the rotor of the gas turbine are joined to each other to supply steam, and the steam is supplied through a cavity formed between the first-stage and second-stage disks. By collecting, the temperature rise of the disk and the generation of thermal stress due to the high temperature steam can be reduced as much as possible.

【0031】更に、蒸気を用いて圧縮機ロータを冷却す
るように設備し、該設備を、タービンロータと圧縮機ロ
ータとを連結するディスタントピースに形成された蒸気
流路を介して蒸気を供給し、前記ディスタントピースよ
り軸中心側に形成される蒸気流路を介して蒸気を回収す
るように構成することにより、タービンロータと蒸気流
路を共用して圧縮機ロータを冷却できる。
Further, steam is used to cool the compressor rotor, and the steam is supplied through a steam passage formed in a distant piece connecting the turbine rotor and the compressor rotor. The compressor rotor can be cooled by sharing the steam flow path with the turbine rotor by recovering the steam via the steam flow path formed on the axial center side of the distant piece.

【0032】更に、蒸気を用いて動翼を冷却するガスタ
ービンにおいて、前記ガスタービンのロータのディスク
とディスクとの間に蒸気を回収する蒸気流路を有するス
ペーサを介在させ、前記スペーサが前記ディスクとディ
スクとの間に形成されるキャビティの内部に形成するこ
とによって、ディスク接合部が回収蒸気に直接曝される
のを防止できるほか、前記スペーサに回収される蒸気を
前記蒸気流路に導く突出部分を形成することによって、
ディスク外周部側面の回収蒸気の流れが反らされて伝熱
が弱まり、ディスクの熱応力が低減する。
Further, in a gas turbine for cooling moving blades using steam, a spacer having a steam flow path for recovering steam is interposed between the disk of the rotor of the gas turbine and the disk, and the spacer has the disk. By forming it inside the cavity formed between the disk and the disk, it is possible to prevent the disk joint from being directly exposed to the recovered steam, and to project the steam recovered by the spacer into the steam flow path. By forming parts
The flow of the recovered steam on the side surface of the outer peripheral portion of the disk is deflected, heat transfer is weakened, and the thermal stress of the disk is reduced.

【0033】更に、前記ガスタービンにおいて、前記デ
ィスクとディスクとが接合している部分に蒸気流路を形
成し、前記蒸気流路の蒸気の一部を用いて前記ディスク
の側面を冷却することにより、ディスクの側面が流出し
た低温の蒸気によって効果的に冷却されるために温度上
昇及び熱応力がより一層効果的に低減される。
Further, in the gas turbine, a steam passage is formed in a portion where the disks are joined to each other, and a side surface of the disk is cooled by using a part of steam in the steam passage. Since the side surface of the disk is effectively cooled by the low temperature steam flowing out, the temperature rise and the thermal stress are reduced more effectively.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1及び図2を用
いて詳しく説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS.

【0035】図1は空気圧縮型の3段タービンの場合を
例にガスタービン上半部の断面構造を示しており、ケー
シング80,圧縮機ロータ2と外周部の翼列からなる圧
縮機、燃焼器84,静翼81〜83及び動翼51〜53
を交互に配置して形成されたガスパス85,タービンロ
ータ1等によって構成されている。
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the upper half of the gas turbine, taking a case of an air compression type three-stage turbine as an example. A casing 80, a compressor rotor 2 and a compressor composed of blade rows at the outer peripheral portion, and a combustion Vessel 84, stationary blades 81 to 83 and moving blades 51 to 53
The gas paths 85 and the turbine rotor 1 are formed by alternately arranging.

【0036】タービンロータ1は3個のディスク11,
12,13及びスタブシャフト4からなり、接合部14
で高速回転体として密着接合されている。各ディスクの
外周には動翼51〜53が植設されているほか、ディス
タントピース3を介して圧縮機ロータ2と連結されてお
り、軸受40によって回転支持されている。
The turbine rotor 1 has three disks 11,
12 and 13 and the stub shaft 4 and the joint 14
It is closely joined as a high-speed rotating body. Moving blades 51 to 53 are planted on the outer circumference of each disk, and are connected to the compressor rotor 2 via a distant piece 3 and are rotatably supported by a bearing 40.

【0037】かかる構成において、圧縮機で圧縮された
空気を用いて燃焼器84で生成された高温,高圧の作動
ガスが、ガスパス85を膨張しながら流れることによっ
てタービンロータが回転され、動力が発生される。
In such a structure, the high-temperature, high-pressure working gas generated in the combustor 84 using the air compressed by the compressor flows while expanding the gas path 85, whereby the turbine rotor is rotated and power is generated. To be done.

【0038】たとえば燃焼器出口の作動ガスの圧力を2
2〜25ata 、温度1500℃にすると、ロータ外径が
2.5m 程度のガスタービンでも400MW以上の動力
が発生するが、動翼入口のガス相対全温は初段が約12
50〜1300℃、2段が約950〜1000℃で翼の
許容温度(通常の翼材料で850〜900℃)を遥るや
かに越え、熱負荷はそれぞれ出力の約1.5%(約6000k
W)及び1.2%(5000kW)にもなる。
For example, the pressure of the working gas at the outlet of the combustor is set to 2
When the temperature is 2 to 25 ata and the temperature is 1500 ° C, the power of 400 MW or more is generated even in a gas turbine with a rotor outer diameter of about 2.5 m, but the gas relative total temperature at the blade inlet is about 12
50 to 1300 ° C, the second stage is about 950 to 1000 ° C, which far exceeds the allowable temperature of the blade (850 to 900 ° C for normal blade material), and the heat load is about 1.5% of the output (about 6000k
W) and 1.2% (5000kW).

【0039】また作動ガスの圧力を22〜25ata にす
るためには、圧縮比を22以上にする必要があり、この
場合の圧縮機の吐出温度は約500℃となり、通常のロ
ータ材(許容温度450℃)を使用する場合には圧縮機
ロータ2の外周部を冷却する必要がある。
In order to set the pressure of the working gas to 22 to 25 ata, the compression ratio must be 22 or more. In this case, the discharge temperature of the compressor is about 500 ° C. When using (450 ° C.), it is necessary to cool the outer peripheral portion of the compressor rotor 2.

【0040】そこで、初段及び2段の動翼と圧縮機ロー
タの外周部を蒸気によって冷却するために、タービンロ
ータ1のディスク接合部14には軸方向に蒸気を供給す
る複数の供給流路74が3個のディスクを貫通するよう
形成されており、ロータの中心部には回収流路72が形
成されている。
Therefore, in order to cool the outer peripheral portions of the first and second rotor blades and the compressor rotor with steam, a plurality of supply passages 74 for supplying steam to the disk joint portion 14 of the turbine rotor 1 in the axial direction. Are formed so as to pass through the three disks, and a recovery passage 72 is formed in the center of the rotor.

【0041】また、ディスタントピース3と初段ディス
ク11,ディスク11〜13間、最終段ディスク13と
スタブシャフト4との間には接合部14より外周側にキ
ャビティ61,62,63、内周側にキャビティ64,
65,66,67が形成されており、供給流路74の一
端のスタブシャフト側にはキャビティ67に通ずるよう
に蒸気流路75が、他端のディスタントピース側の外径
側にはキャビティ61を通ずるように蒸気流路76及び
内径側には蒸気流路77が形成されているほか、2段デ
ィスク12と最終段ディスク13の接合部にはキャビテ
ィ63に連通する蒸気流路78が形成されている。
Further, between the distant piece 3 and the first-stage disc 11 and the discs 11 to 13, and between the last-stage disc 13 and the stub shaft 4, there are cavities 61, 62 and 63 on the outer peripheral side of the joint portion 14, and on the inner peripheral side. The cavity 64,
65, 66, 67 are formed, a steam flow path 75 is provided on one end of the supply flow path 74 so as to communicate with the cavity 67, and a cavity 61 is provided on the outer diameter side of the other end on the distant piece side. A steam flow path 76 and a steam flow path 77 are formed on the inner diameter side so as to communicate with each other, and a steam flow path 78 communicating with the cavity 63 is formed at the joint between the second-stage disk 12 and the final-stage disk 13. ing.

【0042】更に、初段ディスク11及び2段ディスク
12の外周部には動翼51,52の冷却流路に連通する
蒸気流路54,55及び56,57が外周から側面に開
口するように形成されており、同初段ディスクと2段デ
ィスクの間にはキャビティ62と65が連通するように
蒸気流路79が形成され、前述のディスク接合部14に
穿けた供給流路74と連通しないように短管15が装着
されている。
Further, steam passages 54, 55 and 56, 57 communicating with the cooling passages of the rotor blades 51, 52 are formed on the outer peripheral portions of the first-stage disc 11 and the second-stage disc 12 so as to open from the outer periphery to the side faces. A vapor passage 79 is formed between the first-stage disc and the second-stage disc so that the cavities 62 and 65 communicate with each other, so that the vapor passage 79 does not communicate with the supply passage 74 formed in the disc joint portion 14 described above. The short pipe 15 is attached.

【0043】一方、スタブシャフト4に穿けた中心孔内
には案内管41が設置されており、フランジ43によっ
て固着されている。同案内管41と前記中心孔の内壁の
間には蒸気流路44が形成され、同蒸気流路の一端は蒸
気供給口45としてロータ外に開口されている。また前
記蒸気流路44の内側には蒸気流路42が形成され、そ
の一端は蒸気回収口46として前記蒸気供給口45より
軸中心側に開口され、他端は回収流路72の内壁に密着
するように装着されている。
On the other hand, a guide tube 41 is installed in the center hole formed in the stub shaft 4 and fixed by a flange 43. A steam flow path 44 is formed between the guide tube 41 and the inner wall of the center hole, and one end of the steam flow path is opened to the outside of the rotor as a steam supply port 45. Further, a steam flow path 42 is formed inside the steam flow path 44, one end of which is opened as a steam recovery port 46 to the axial center side from the steam supply port 45, and the other end is closely attached to the inner wall of the recovery flow path 72. It is installed to do.

【0044】他方、ディスタントピース3には一端がキ
ャビティ77に、他端が圧縮機ディスク22外周側のキ
ャビティ23に通ずる複数の蒸気流路31が形成されて
おり、また中心部には蒸気流路32が形成されている。
On the other hand, the distant piece 3 is formed with a plurality of steam flow passages 31 each having one end communicating with the cavity 77 and the other end communicating with the cavity 23 on the outer peripheral side of the compressor disk 22. A passage 32 is formed.

【0045】図2は、図1のX−X矢視図を示してい
る。ディスク11外周部の蒸気流路55は動翼51の枚
数と同数だけ穿けられており、供給流路74及び蒸気流
路76は、ロータ1を締結しているスタッキングボルト
16の位相間を利用して配置されている。本図で供給流
路74は蒸気流路79の幅内に含まれるように配置した
が、流路断面図が充分確保できる場合には、供給流路7
4を蒸気流路79の幅外に設けて短管15を省いてもよ
い。
FIG. 2 shows a view taken along the line XX of FIG. The same number of steam flow passages 55 as the number of blades 51 are formed in the outer peripheral portion of the disk 11, and the supply flow passages 74 and the steam flow passages 76 utilize the phases between the stacking bolts 16 fastening the rotor 1. Are arranged. In this figure, the supply flow path 74 is arranged so as to be included within the width of the steam flow path 79.
4 may be provided outside the width of the steam flow passage 79 to omit the short pipe 15.

【0046】以上に構成されたロータ内の蒸気流路にお
いて、スタブシャフト軸端の蒸気供給口43からロータ
1内に供給された蒸気は、矢印90で示すように、スタ
ブシャフト中心孔内の蒸気流路44,キャビティ67,
蒸気流路75を経て供給流路74を軸方向に流れ、この
軸流過程で3系統に分流する。
In the steam flow path in the rotor configured as described above, the steam supplied from the steam supply port 43 at the axial end of the stub shaft into the rotor 1 is steam in the center hole of the stub shaft as shown by an arrow 90. Channel 44, cavity 67,
The supply flow path 74 flows in the axial direction via the steam flow path 75, and is divided into three systems in the axial flow process.

【0047】第1の系統は2段動翼52を冷却する蒸気
系統で、蒸気流路78からキャビティ63及び蒸気流路
57を経て該動翼に供給され、冷却した後は蒸気流路5
6を経てキャビティ62に流入する。
The first system is a steam system for cooling the two-stage rotor blade 52, which is supplied from the steam passage 78 through the cavity 63 and the steam passage 57 to the rotor blade, and after cooling, the steam passage 5
6 and flows into the cavity 62.

【0048】第2の系統は初段動翼51を冷却する蒸気
系統で、蒸気流路76からキャビティ61及び蒸気流路
54を経て該動翼に供給され、冷却した後は蒸気流路5
5を経てキャビティ62に流入し、第1系統の回収蒸気
と合流して蒸気流路79,キャビティ65をロータ中心
部の回収流路72に向かって流れる。
The second system is a steam system for cooling the first stage moving blade 51, which is supplied from the steam flow path 76 to the moving blade via the cavity 61 and the steam flow path 54, and after cooling, the steam flow path 5
5, it flows into the cavity 62, merges with the recovered steam of the first system, and flows through the steam passage 79 and the cavity 65 toward the recovery passage 72 in the center of the rotor.

【0049】第3の系統は圧縮機ロータ2の外周部を冷
却する蒸気系統で、蒸気流路77からキャビティ64及
びディスタントピースの蒸気流路31を経て該圧縮機ロ
ータ外周部のキャビティ23に供給され、同外周部を冷
却した後は圧縮機ロータディスク21もしくは22側面
のキャビティ24,同ディスクの中心孔25,ディスタ
ントピースの中心部蒸気流路32を経てタービンロータ
中心部の回収流路72に至り、同回収流路72内で動翼
を冷却した後の蒸気と合流し、案内管内の蒸気流路42
を経て回収口46からロータ外に回収される。
The third system is a steam system for cooling the outer peripheral portion of the compressor rotor 2, and flows from the steam passage 77 through the cavity 64 and the steam passage 31 of the distant piece into the cavity 23 at the outer peripheral portion of the compressor rotor. After being supplied and after cooling the outer peripheral portion thereof, it passes through the cavity 24 on the side surface of the compressor rotor disk 21 or 22, the central hole 25 of the disk, the steam passage 32 in the central portion of the distant piece, and the recovery passage in the central portion of the turbine rotor. 72, and joins the steam after cooling the moving blades in the recovery flow path 72, and the steam flow path 42 in the guide pipe.
After that, it is recovered from the recovery port 46 to the outside of the rotor.

【0050】以上に説明した蒸気経路によって、先ずデ
ィスクを貫通して形成された供給流路74には低温の供
給蒸気が流れるために、ディスク接合部14の温度は回
収蒸気流路79が形成された接合部分を除けばほぼ供給
蒸気の低温度に保持される。このため同接合部の熱歪み
や熱応力の発生が軽減し、高速回転体としての安定性を
持続できるほか、回転力を円滑に伝達できる。
By the steam path described above, the low-temperature supply steam first flows through the supply flow path 74 formed through the disk, so that the temperature of the disk joint portion 14 forms the recovery steam flow path 79. Except for the joints, the temperature of the supplied steam is kept low. Therefore, the occurrence of thermal strain or thermal stress in the joint is reduced, the stability as a high-speed rotating body can be maintained, and the rotational force can be smoothly transmitted.

【0051】また、ロータ中心部の回収流路には回収蒸
気が流れるために、接合部14より中心側のディスクの
大部分は高温の蒸気に曝され、ほぼ同温度近くに上昇す
る。前述した作動ガスの温度が1500℃のガスタービ
ンの場合、熱負荷による蒸気の温度上昇は200度を上
回るが、ディスクの許容温度(通常450℃)より温度
上昇分だけ低い温度の蒸気(250℃)の蒸気を供給す
れば、ロータ中心部の温度を許容温度以下に抑えること
ができる。
Further, since the recovered steam flows in the recovery passageway in the center of the rotor, most of the disk on the center side of the joint 14 is exposed to the high temperature steam and rises to almost the same temperature. In the case of the gas turbine whose working gas temperature is 1500 ° C. as described above, the steam temperature rise due to the heat load exceeds 200 ° C., but the steam temperature (250 ° C.) is lower than the allowable temperature of the disk (usually 450 ° C.). ), The temperature at the center of the rotor can be suppressed below the allowable temperature.

【0052】またディスクの中心部には遠心力による最
大の応力が発生するが、接合部14の温度を低温に維持
して中心部だけの温度を高くすることにより、同部の熱
膨張による歪みが応力を緩和するために、ディスク中心
部の遠心応力を軽減する大きな利点がえられる。
Further, the maximum stress due to the centrifugal force is generated in the central portion of the disk, but by maintaining the temperature of the joint portion 14 at a low temperature and raising the temperature only in the central portion, the distortion due to the thermal expansion of the portion is caused. Since the stress relieves the stress, the great advantage of reducing the centrifugal stress at the center of the disk is obtained.

【0053】更に、回転を支持している軸受部の軸の温
度は極力低温に保つ必要があるが、本発明ではスタブシ
ャフト4の中心孔において回収蒸気の外側に低温の供給
蒸気を流すために、蒸気の回収に基づく温度上昇を最小
限に止めることができる。
Further, it is necessary to keep the temperature of the shaft of the bearing portion supporting the rotation as low as possible, but in the present invention, in order to flow the low temperature supply steam to the outside of the recovered steam in the central hole of the stub shaft 4, The temperature rise due to the recovery of steam can be minimized.

【0054】一方ディスクの外周部側面は、いずれのデ
ィスクにおいても少なくとも片面が低温の供給蒸気によ
って冷却されているために、同ディスク外周部の平均温
度は供給蒸気と回収蒸気のほぼ中間温度(約350℃)
となり、温度分布を考慮しても回収温度を越えることは
無く、ディスクの温度上昇を許容温度以下に抑えること
ができる。またディスク外周の半径方向の熱膨張による
伸びを最小限にできるために、動翼先端隙間91及びラ
ビリンスシール92のシール隙間を小さくして、ガスタ
ービンの効率向上に寄与できる。
On the other hand, at least one side of the outer peripheral side surface of the disk is cooled by the low-temperature supply steam, so that the average temperature of the outer peripheral section of the disk is approximately the intermediate temperature between the supply steam and the recovered steam (about 350 ° C)
Therefore, even if the temperature distribution is taken into consideration, the recovery temperature will not be exceeded, and the temperature rise of the disk can be suppressed below the allowable temperature. Further, since the expansion due to the thermal expansion of the outer circumference of the disk in the radial direction can be minimized, it is possible to reduce the sealing clearance between the blade tip clearance 91 and the labyrinth seal 92 to contribute to the improvement of the efficiency of the gas turbine.

【0055】更に、ディスタントピースに蒸気流路31
及び32を形成し第3の蒸気系統を構成することによっ
て、簡単な構造でタービンロータの蒸気系統と共用して
圧縮機ロータ外周部の冷却が可能になり、通常使用され
ている安価な材料を用いて圧縮比を高めることができ、
ひいてはガスタービンの作動ガス高温化に寄与できる。
Further, the steam flow path 31 is provided in the distant piece.
And 32 to form the third steam system, it is possible to cool the outer peripheral portion of the compressor rotor by sharing the steam system of the turbine rotor with a simple structure. Can be used to increase the compression ratio,
As a result, it can contribute to raising the working gas temperature of the gas turbine.

【0056】またディスタントピース3の外周部には、
隙間93を通ってガスパス85から高温の作動ガスが流
出するのを防止するために、シール空気94が供給され
る。この空気は圧縮機の吐出部から抽出されるために、
ディスタントピースは圧縮機の外周部と同様に加温され
るが、第3の蒸気系統は該ディスタントピースをも一様
に冷却する効果がある。
On the outer peripheral portion of the distant piece 3,
Sealing air 94 is supplied to prevent the hot working gas from flowing out of the gas path 85 through the gap 93. Because this air is extracted from the compressor discharge,
The distant piece is heated similarly to the outer peripheral portion of the compressor, but the third steam system has an effect of uniformly cooling the distant piece.

【0057】図3は、本発明による他の実施例を示して
いる。この実施例ではロータが4段タービンで構成され
ており、3段動翼までが蒸気冷却されている。
FIG. 3 shows another embodiment according to the present invention. In this embodiment, the rotor is composed of a four-stage turbine, and steam is cooled up to the third-stage rotor blade.

【0058】ロータ5は4個のディスク16,17,1
8及び19で構成され、ディスタントピース3とスタブ
シャフト4に挾まれて接合部35で締結されている。同
ディスク16〜19の外周には動翼36,37,38及
び39が植設されており、この内36〜38の動翼が内
部に蒸気流路を有して冷却されている。
The rotor 5 has four disks 16, 17, 1
8 and 19, which are sandwiched between the distant piece 3 and the stub shaft 4 and fastened at the joint portion 35. Moving blades 36, 37, 38 and 39 are planted on the outer circumference of the disks 16 to 19, and the moving blades 36 to 38 are cooled by having a steam flow passage inside.

【0059】この場合も接合部35にディスクを貫通す
る蒸気供給流路33を形成し、初段,2段及び最終段の
ディスク16,17,19については前実施例と全く同
様の蒸気流路を形成する。新たに冷却が必要な動翼38
を支持している3段ディスク18について、ディスクの
外周部に蒸気流路26と27を形成し、接合部35に短
管20を介して蒸気流路34を形成するとともに、該3
段ディスクと4段ディスクとの間にキャビティ29及び
30を形成する。
Also in this case, the steam supply passage 33 penetrating the disc is formed in the joint portion 35, and the same vapor passages as those in the previous embodiment are formed for the first, second and final discs 16, 17 and 19. Form. Moving blade 38 that needs new cooling
With respect to the three-stage disc 18 that supports the above, the vapor passages 26 and 27 are formed in the outer peripheral portion of the disc, and the vapor passage 34 is formed in the joint portion 35 via the short pipe 20.
Cavities 29 and 30 are formed between the stage disc and the four-stage disc.

【0060】上記の蒸気経路を構成することにより、ロ
ータ内には供給口46から供給された蒸気が矢印95に
示した経路に沿って流れ、3段動翼38のための第4の
蒸気冷却系統として、キャビティ28から蒸気流路26
を経て該動翼に蒸気を供給し、蒸気流路27,キャビテ
ィ29,蒸気流路34及びキャビティ30を経てロータ
中心部に至る蒸気経路が構成され、同中心部の回収経路
で他の経路と合流して軸端の回収口45から回収され
る。
By constructing the above steam path, the steam supplied from the supply port 46 flows in the rotor along the path shown by the arrow 95, and the fourth steam cooling for the three-stage rotor blade 38 is carried out. As a system, the cavity 28 to the steam flow path 26
Steam is supplied to the moving blade via the steam flow path 27, the cavity 29, the steam flow path 34 and the cavity 30 to reach the rotor central portion, and the recovery path at the central portion is connected to another path. They are merged and recovered from the recovery port 45 at the shaft end.

【0061】すなわち4段タービンロータにおいても、
3段タービンロータと全く同様の思想で蒸気冷却式ガス
タービンの蒸気の供給及び回収経路を構成でき、前述し
たディスク接合部の低温化による高速回転の安定性維
持、ディスク中心部の熱膨張による遠心応力緩和、ディ
スク外周部の高温蒸気回収に起因する温度上昇の軽減等
の効果が得られる。
That is, even in the four-stage turbine rotor,
The steam supply and recovery paths of the steam-cooled gas turbine can be constructed with the same concept as the three-stage turbine rotor, the stability of high-speed rotation can be maintained by lowering the temperature of the disk joint described above, and the centrifugal due to thermal expansion of the disk center part. Effects such as stress relaxation and reduction of temperature rise due to recovery of high temperature steam in the outer peripheral portion of the disk can be obtained.

【0062】図4は、ディスク間の回収流路に対して更
に改良を加えた他の実施例を示している。
FIG. 4 shows another embodiment in which the recovery flow path between the disks is further improved.

【0063】即ちガスタービンロータ6は、図1に示し
たロータの初段ディスクと2段のディスク間にスペーサ
10を介在させて構成されており、ディスク58と59
間に形成したキャビティ88,89内に収納されてい
る。該スペーサ10には、周方向に配列された複数の蒸
気流路49が、ディスク及びスペーサの接合部96を貫
通して形成された蒸気供給流路60と連通しないように
短管70を介して形成されており、外周部には突出部4
7及び48が形成されている。
That is, the gas turbine rotor 6 is constructed by interposing the spacer 10 between the first-stage disc and the second-stage disc of the rotor shown in FIG.
It is housed in cavities 88 and 89 formed between them. A plurality of vapor flow channels 49 arranged in the circumferential direction are provided in the spacer 10 via a short pipe 70 so as not to communicate with a vapor supply flow channel 60 formed by penetrating a joint portion 96 of the disc and the spacer. Is formed, and the protrusion 4 is formed on the outer peripheral portion.
7 and 48 are formed.

【0064】そこで、軸端供給口45から供給されて動
翼51及び動翼52を冷却した後の蒸気は、ディスク外
周の蒸気流路55及び56を経てキャビティ88内に流
出し、スペーサ内の蒸気流路49及びキャビティ89を
経て回収口46から回収される。
Therefore, the steam supplied from the shaft end supply port 45 and after cooling the moving blades 51 and 52 flows out into the cavity 88 via the steam flow passages 55 and 56 on the outer periphery of the disk, and inside the spacer. It is recovered from the recovery port 46 via the vapor flow path 49 and the cavity 89.

【0065】従ってディスク接合部が高温の回収蒸気に
直接曝されなくなるために、同接合部をより一層低温且
つ均一に保持できる。また突出部47及び48を形成す
ることによってディスク側面の回収蒸気の流れが反らさ
れるために伝熱が抑制され、熱応力が低減される。
Therefore, since the disk joint is not directly exposed to the high temperature recovered vapor, the joint can be maintained at a lower temperature and uniformly. Further, by forming the protrusions 47 and 48, the flow of the recovery steam on the side surface of the disk is deflected, so that heat transfer is suppressed and thermal stress is reduced.

【0066】更に、ディスクとスペーサの接合部には供
給流路60とキャビティ88を連通する蒸気流路86,
87を形成することにより、該蒸気流路を介して低温の
供給蒸気の一部をキャビティ88内に流出して該キャビ
ティを形成しているディスクの側面を這うように流れる
ため、同側面のみならず外壁97が冷却される。従って
ディスク外周部の温度上昇は更に抑制され且つ温度分布
も平滑化されるために、蒸気回収に伴う熱応力は一層低
減する。
Further, at the joint between the disk and the spacer, a vapor flow path 86 for connecting the supply flow path 60 and the cavity 88,
By forming 87, a part of the low-temperature supply steam flows out into the cavity 88 through the steam flow path and flows so as to crawl on the side surface of the disk forming the cavity. Instead, the outer wall 97 is cooled. Therefore, the temperature rise in the outer peripheral portion of the disk is further suppressed and the temperature distribution is smoothed, so that the thermal stress associated with the vapor recovery is further reduced.

【0067】また低温の蒸気を高温の回収蒸気を混入す
ることによって回収蒸気の温度が下がるために、混入流
量を適量に設定すれば、特に作動ガスの温度が高い場合
にディスクの温度上昇防止及び熱応力低減に有効に活用
できる。
Further, since the temperature of the recovered steam is lowered by mixing the low temperature steam with the high temperature recovered steam, if the mixing flow rate is set to an appropriate amount, it is possible to prevent the temperature rise of the disk especially when the temperature of the working gas is high. It can be effectively used for reducing thermal stress.

【0068】なお、回転する動翼に蒸気を供給するに
は、回転半径r,角速度ω,蒸気流量Gに対してCr2
ω のポンピング動力を必要とするが、この動力は冷却
後に内径側に流れる過程でロータの回転動力として回収
される。回収される動力は蒸気流路49の出口50の流
出半径位置で決まり、半径が小さくなるほど回収動力は
増大する。従って、スペーサを装着することにより前記
流出半径位置を小さくするために、冷却に伴う蒸気ポン
ピング動力の低減に大きな効果がある。
In order to supply steam to the rotating rotor blade, Cr 2 with respect to the radius r of rotation, the angular velocity ω, and the flow rate G of steam is used.
The pumping power of ω 1 is required, and this power is recovered as the rotational power of the rotor in the process of flowing to the inner diameter side after cooling. The power recovered is determined by the outflow radius position of the outlet 50 of the steam flow path 49, and the recovery power increases as the radius decreases. Therefore, since the spacer is attached to reduce the outflow radius position, there is a great effect in reducing steam pumping power accompanying cooling.

【0069】また、キャビティ内の自由渦流からディス
ク中心孔の軸流過程で流れの大きな圧力損出が発生する
ことが知られている。この圧力損出はキャビティ内の渦
の強さによって影響されるが、スペーサを装着して前記
流出半径位置を小さくすることにより渦が弱まるため、
スペーサの装着は圧力損出低減の上でも大きな効果があ
る。
Further, it is known that a large pressure loss of the flow occurs in the axial flow process of the disk center hole from the free vortex flow in the cavity. This pressure loss is affected by the strength of the vortex in the cavity, but since the vortex is weakened by installing a spacer to reduce the outflow radius position,
Mounting the spacer has a great effect on reducing pressure loss.

【0070】なお、以上の実施例ではガスタービンの作
動流体を生成するのに圧縮空気を用いる場合について説
明したが、他のガスを使用しても蒸気を用いて動翼を冷
却する限りは同等の効果が得られる。
In the above embodiments, the case where the compressed air is used to generate the working fluid of the gas turbine has been described. However, even if other gases are used, the same applies as long as the moving blade is cooled by using steam. The effect of is obtained.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明によれば、以上に説明したように
高温の蒸気回収に伴う諸問題点を解消することによって
動翼冷却後の蒸気の回収が可能となるほか、圧縮機ロー
タをも冷却でき、これによって作動ガスをより一層高温
化できるために、効率向上に好適な蒸気冷気式ガスター
ビンが得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to recover the steam after cooling the moving blades by solving the problems associated with the recovery of the high-temperature steam as described above. Since the working gas can be cooled and the temperature of the working gas can be further increased, a steam-cooled gas turbine suitable for improving efficiency can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】蒸気冷却式ガスタービンの上半部断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of the upper half of a steam-cooled gas turbine.

【図2】図1のX−X断面図。2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図3】蒸気冷却式ガスタービンロータの他の実施例。FIG. 3 is another embodiment of a steam cooled gas turbine rotor.

【図4】蒸気冷却式ガスタービンロータの他の実施例。FIG. 4 is another embodiment of the steam cooled gas turbine rotor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5,6…タービンロータ、2…圧縮機ロータ、10
…スペーサ、11,12,13…ディスク、14,3
5,96…接合部、33,60,74…供給流路、3
8,51,52…動翼、45…蒸気供給口、46…蒸気
回収口、61,62,63,64,65,66,67…
キャビティ、31,32,49…蒸気流路、47,48
…スペーサ突出部、72…回収流路、74,79,8
6,87…接合部蒸気流路。
1, 5, 6 ... Turbine rotor, 2 ... Compressor rotor, 10
... Spacers, 11, 12, 13 ... Disks, 14, 3
5, 96 ... Joined portion, 33, 60, 74 ... Supply channel, 3
8, 51, 52 ... Moving blades, 45 ... Steam supply port, 46 ... Steam recovery port, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 ...
Cavities, 31, 32, 49 ... Steam flow paths, 47, 48
... Spacer protrusion, 72 ... Recovery flow path, 74, 79, 8
6, 87 ... junction vapor flow path.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安斉 俊一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 野田 雅美 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 木塚 宣明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 樋口 眞一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shunichi Anzai 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Institute, Hiritsu Seisakusho Co., Ltd. Mechanical Research Laboratory (72) Inventor Nobuaki Kizuka 502 Jinritsucho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.Mechanical Research Laboratory (72) Inventor Shinichi Higuchi, 502 Jinmachicho, Tsuchiura City, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系統を有
するガスタービンにおいて、 前記冷却系統が、前記動翼に蒸気を供給する供給系統と
前記動翼から蒸気を回収する回収系統とを具備するとと
もに、前記回収系統の回収流路を前記供給系統の供給流
路より内側に形成したことを特徴とするガスタービン。
1. A gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, wherein the cooling system includes a supply system for supplying steam to the moving blades and a recovery system for collecting steam from the moving blades. A gas turbine, comprising: a recovery flow path of the recovery system formed inside a supply flow path of the supply system.
【請求項2】蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系統を有
するガスタービンにおいて、 前記冷却系統は、前記動翼に蒸気を供給し、前記ガター
ビンのロータ軸端に形成される供給口と、前記動翼から
蒸気を回収し、前記ガスタービンのロータ軸端に形成さ
れる回収口とを有し、前記回収口は前記供給口より前記
ガスタービンのロータ軸中心側に形成されることを特徴
とするガスタービン。
2. A gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, wherein the cooling system supplies steam to the moving blades, and a supply port formed at a rotor shaft end of the gas turbine, And a recovery port formed at the rotor shaft end of the gas turbine, the recovery port being formed closer to the rotor shaft center of the gas turbine than the supply port. And a gas turbine.
【請求項3】蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系統を有
するガスタービンにおいて、 前記ガスタービンのロータの最終段ディスクとスタブシ
ャフトとの間に形成されたキャビティ、及びディスクと
ディスクとが接合している部分に蒸気の供給流路を具備
することを特徴とするガスタービン。
3. A gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, wherein a cavity formed between a stub shaft and a final stage disk of a rotor of the gas turbine, and the disk and the disk are joined together. A gas turbine characterized in that a steam supply passage is provided in a portion where the gas is supplied.
【請求項4】蒸気を用いて動翼を冷却する冷却系統を有
するガスタービンにおいて、 前記冷却系統は、前記ガスタービンのロータのディスク
とディスクとが接合している部分に形成された供給流路
と、初段及び2段のディスクの間に形成され、初段動翼
と2段動翼とに供給された蒸気を回収するキャビティと
を有することを特徴とするガスタービン。
4. A gas turbine having a cooling system for cooling moving blades using steam, wherein the cooling system is a supply passage formed in a portion of a rotor of the gas turbine where disks are joined to each other. And a cavity formed between the first-stage and second-stage disks for collecting steam supplied to the first-stage moving blade and the second-stage moving blade.
【請求項5】蒸気を用いて、圧縮機ロータを冷却するこ
とを特徴とするガスタービン。
5. A gas turbine characterized in that steam is used to cool a compressor rotor.
【請求項6】請求項5記載のガスタービンにおいて、 タービンロータと前記圧縮機ロータとを連結するディス
タントピースに形成された蒸気流路を介して蒸気を供給
し、前記ディスタントピースより軸中心側に形成される
蒸気流路を介して蒸気を回収することを特徴とするガス
タービン。
6. The gas turbine according to claim 5, wherein steam is supplied through a steam passage formed in a distant piece connecting the turbine rotor and the compressor rotor, and a shaft center is provided from the distant piece. A gas turbine, wherein steam is recovered through a steam flow path formed on the side.
【請求項7】蒸気を用いて動翼を冷却するガスタービン
において、 前記ガスタービンのロータのディスクとディスクとの間
のスペーサ部をとおし、前記ディスクとディスクとの間
に形成されるキャビティの内部に、前記動翼を冷却した
蒸気を回収する蒸気流路を形成したことを特徴とするガ
スタービン。
7. A gas turbine for cooling a moving blade using steam, wherein the inside of a cavity formed between the disks of the gas turbine rotor is passed through a spacer portion between the disks. A gas turbine, characterized in that a steam flow path for collecting steam that has cooled the moving blade is formed in the gas turbine.
【請求項8】請求項7記載のガスタービンにおいて、 前記スペーサ部は、回収される蒸気を前記蒸気流路に導
く突出部分を有することを特徴とするガスタービン。
8. The gas turbine according to claim 7, wherein the spacer portion has a protruding portion that guides the recovered steam to the steam passage.
【請求項9】請求項8記載のガスタービンにおいて、 更に、前記ディスクとディスクとが接合している部分に
動翼に蒸気を供給する供給流路を有し、前記供給流路の
蒸気の一部を用いて、前記ディスクの側面を冷却するこ
とを特徴とするガスタービン。
9. The gas turbine according to claim 8, further comprising a supply passage for supplying steam to a moving blade at a portion where the disks are joined to each other, and one of the steam in the supply passage is provided. A gas turbine, wherein a side surface of the disk is cooled by using a portion.
【請求項10】蒸気を用いて3又は4段の動翼を冷却
し、燃焼ガス温度が1400℃以上級であって、出力4
00MW以上のガスタービンにおいて、 前記動翼に供給する蒸気の温度を250℃以下とし、前
記動翼から回収する蒸気の温度を450℃以下とするこ
とを特徴とするガスタービン。
10. A steam turbine is used to cool three or four stages of moving blades, the combustion gas temperature is 1400 ° C. or higher, and the output is 4.
A gas turbine of 00 MW or more, wherein the temperature of the steam supplied to the moving blade is 250 ° C. or lower, and the temperature of the steam recovered from the moving blade is 450 ° C. or lower.
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