JP5908063B2

JP5908063B2 - ガスタービン

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Publication number: JP5908063B2
Application number: JP2014505965A
Authority: JP
Inventors: 栄一堤; 謙一荒瀬; 橋本　真也; 真也橋本
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: DE112012006059T5; WO2013140655A1; CN104053860A; DE112012006059B4; US20130243576A1; JPWO2013140655A1; KR101640334B1; US9085982B2; KR20140100576A; CN104053860B

Description

本発明は、翼環に冷却蒸気等の冷却媒体が流通する流路が設けられたガスタービンに関する。
本願は、２０１２年３月１９日に出願された特願２０１２−０６２１２６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

ガスタービンの運転時には、内部を流れる高温の燃焼ガスにより翼環が熱膨張して、該翼環と動翼先端とのクリアランスが大きくなりやすい。しかしながら、クリアランスが増大することは、ガスタービンの性能を安定して維持する上で、好ましくはない。

そこで、翼環に冷却蒸気（冷却媒体）が流通する流路を設け、該翼環の熱膨張を抑制することが行われている（例えば、下記特許文献１、２を参照）。ガスタービンにおける翼環のタービン軸方向の上流側には、複数の燃焼器が周方向に配列されている。これら燃焼器を、翼環を通る冷却蒸気を用いて冷却することも行われている。

下記特許文献１に記載のガスタービンでは、翼環の冷却蒸気の流路として、内部流路と外部流路とが設けられている。内部流路は翼環に形成されている。外部流路は、内部流路に連結されて翼環の外部に配設されるとともに該翼環の周方向に延びる管状をなしている。
そして、冷却蒸気は、内部流路を流通することにより熱交換されて翼環を冷却するとともに燃焼器へ送られて燃焼器を冷却する。内部流路及び燃焼器との熱交換により高温となった冷却蒸気（過熱蒸気）は、翼環の温度を上昇させないように、主に外部流路を通って回収される。

特許第４２７４６６６号公報特開２００２−３０９９０６号公報

しかしながら、前述した従来のガスタービンでは、下記の課題があった。
すなわち、翼環と、その外部に延びる外部流路との間には、互いの温度差による熱伸び差が生じる。これにより、外部流路の翼環への固定部などに高い熱応力が発生する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、翼環とその外部流路との熱伸び差による熱応力を緩和できるガスタービンを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明の第一態様に係るガスタービンは、タービン軸に直交する径方向の外側から動翼に対向する翼環と、前記翼環に設けられ、内部に冷却媒体が流通する流路と、前記翼環のタービン軸方向の上流側に配置された燃焼器の位置に対応して、前記翼環に設けられ、前記燃焼器へ冷却媒体を受け渡す接続口を有するポートと、を備え、前記流路は、前記翼環内に形成された内部流路と、前記内部流路に連結されて前記翼環の外部に配設されるとともに、該翼環の周方向に延びる管状の外部流路と、を備え、前記内部流路は、供給系統を形成し、前記燃焼器へ冷却媒体を供給する前記接続口に接続する第１の内部流路と、排出系統を形成し、前記燃焼器から冷却媒体を受け入れる前記接続口に接続し、前記第１の内部流路より全長が短い第２の内部流路と、を備え、前記外部流路は、前記翼環に固定される複数の固定部と、前記周方向に隣り合う前記固定部同士の間に配置されて、前記周方向に伸縮可能な熱応力吸収部と、供給系統をなす第１の外部流路と、前記第１の外部流路のタービン軸方向に隣接し、排出系統をなす第２の外部流路と、を備え、前記第１の外部流路は、前記第１の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部と、前記第１の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部から分岐して、前記径方向の内側に延び、前記固定部を介して前記第１の内部流路に接続する複数の管部と、を有し、前記第２の外部流路は、前記第２の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部と、前記第２の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部から分岐して、前記径方向の内側に延び、前記固定部を介して前記第２の内部流路に接続する複数の管部と、を有する。

本発明の第一態様に係るガスタービンでは、流路に冷却蒸気等の冷却媒体を流通させることにより翼環を冷却して、該翼環の径方向外側へ向けた熱膨張を抑制している。これにより、運転時における翼環と動翼先端とのクリアランスの増大が抑制されて、ガスタービンの性能が安定して維持される。
尚、冷却媒体は、内部流路を流通することにより熱交換されて翼環を冷却する。この熱交換により高温となった冷却媒体は、翼環の温度を上昇させないように、外部流路を通って回収される。

本発明の第一態様に係るガスタービンによれば、外部流路が、その周方向に隣り合う固定部同士の間に、周方向に伸縮可能とされた熱応力吸収部を備えているので、下記の効果を奏する。
すなわち、翼環と、その外部に配設されて周方向に延在する外部流路との間に、互いの温度差による熱伸び差が生じても、熱応力吸収部が伸縮することでこの熱伸び差を吸収でき、熱応力が低減される。
これにより、流路（例えば外部流路の固定部など）の変形や破損が防止されるので、ガスタービンの性能を安定して高めることができる。

上記ガスタービンの前記熱応力吸収部は、ベローズ管であってもよい。

この場合、熱応力吸収部を簡単に作製できる。

上記ガスタービンの前記熱応力吸収部は、前記周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられた管であってもよい。

この場合、翼環と、その外部に配設されて周方向に延在する外部流路との間に、互いの温度差による熱伸び差が生じても、周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられた管が周方向に撓むことによって（つまり熱応力吸収部として周方向に伸縮することによって）、この熱応力が低減される。
従って、熱応力吸収部の性能を確保しつつ、作製費用を削減できる。

本発明のガスタービンによれば、翼環とその外部流路との熱伸び差による熱応力を緩和できる。

本発明の第１実施形態に係るガスタービン翼環の冷却媒体の系統図を示す。本発明の第１実施形態に係るガスタービンの翼環をタービン軸方向から見た正面図である。本発明の第１実施形態に係るガスタービンの翼環を径方向から見た上面図である。図２の翼環における蒸気供給用の外部流路を説明する図である。図２の翼環における蒸気排出用の外部流路を説明する図である。第２実施形態に係る蒸気供給用の外部流路を説明する図である。第２実施形態に係る蒸気排出用の外部流路を説明する図である。

（第１実施形態）
本発明の実施形態に係るガスタービンは、圧縮機において生成された圧縮空気を、燃焼器において燃料と混合して燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。そして、この燃焼ガスをタービンへ流入させることによって、タービンのロータをタービン軸Ｃ回りに回転させ、回転動力を得る。
タービンには、タービン軸Ｃに同軸とされた環状の翼環１が、タービン軸Ｃ方向に複数配設されている。翼環１は、静翼を径方向外側から支持している。翼環１は、該静翼のタービン軸Ｃ方向に隣り合う動翼先端との間に隙間（クリアランス）をあけて、該動翼に径方向外側から対向している。
尚、本明細書では、タービン軸Ｃ方向に沿う燃焼器の圧縮機側を上流側といい、燃焼器のタービン側を下流側という。タービン軸Ｃ方向に直交する方向を径方向といい、タービン軸Ｃ回りに周回する方向を周方向という。
以下、本発明の第１実施形態に係るガスタービンについて、図面を参照して説明する。

本実施形態のガスタービンは、冷却媒体の一例として冷却蒸気を用いて翼環１を冷却するガスタービンである。ガスタービンは、前述した翼環１と、翼環１に設けられ、内部に冷却蒸気が流通する流路２と、を備えている。
翼環１は、半円環状の分割体が一対組み合わされて、全体として円環状をなしている。
翼環１の外周面には、筒状の蒸気供給部１ａ及び蒸気排出部１ｂが、その軸を径方向に向けるように突設されている。

冷却蒸気は、蒸気タービンボトミング系から蒸気供給部１ａを通して流路２に供給される。この冷却蒸気は、翼環１を冷却した後、蒸気排出部１ｂから蒸気タービンボトミング系に戻される。
尚、本実施形態の翼環１は、燃焼器に接近配置される第１段動翼に対向する翼環１である。冷却蒸気は、翼環１を冷却した後、さらに燃焼器の流路に流通されて該燃焼器を冷却する。その後、冷却蒸気は、再び翼環１の流路２から蒸気タービンボトミング系に戻される。

図１に、翼環用冷却蒸気の系統図を示す。図１では、半円環状の上半部翼環１ｍの冷却系統を示している。下半部翼環１ｎの系統の説明は省略しているが、上半部翼環１ｍと同様な系統を備えている。上半部翼環１ｍと下半部翼環１ｎが一体化されて、一つの翼環１が形成されている。

図１において、冷却蒸気は、蒸気ボトミング系２０から翼環１の冷却媒体として上半部翼環１ｍに設けられた蒸気供給部１ａに供給される。一方、翼環１を冷却後の冷却蒸気は、翼環１に設けられた蒸気排出部１ｂから蒸気ボトミング系２０に戻される。なお、以下に述べる流路２の符号は、蒸気供給系統は符号２Ａを付し、蒸気戻り系統（蒸気排出系統）は符号２Ｂを付して区分けしている。

翼環１に供給された冷却蒸気は、翼環１を冷却後、燃焼器を冷却して一旦翼環１に戻され、蒸気排出部１ｂから蒸気ボトミング系２０に排出される。翼環１には、それぞれの対応する燃焼器との冷却蒸気の受け渡しのため、翼環１に一体に形成されたポート５が各燃焼器の位置に対応して設けられている。各ポート５は、燃焼器へ冷却蒸気を送り出す接続口５Ａと燃焼器から戻る冷却蒸気を受け入れる接続口５Ｂを備えている。なお、図１に示す例では、上半部翼環１ｍに対して燃焼器を８基配置した例を示しているが、この例に限定されるものではない。

図１において、蒸気供給部１ａから上半部翼環１ｍに供給された冷却蒸気は、２系統に分かれて流路２Ａを流れる。そして冷却蒸気は、翼環１ｍを冷却しつつポート５に供給され、接続口５Ａから燃焼器に供給される。燃焼器を冷却後の冷却蒸気は、ポート５の接続口５Ｂから上半部翼環１ｍ内に供給され、流路２Ｂを経て蒸気排出部１ｂに戻される。

蒸気供給部１ａからポート５の接続口５Ａに冷却蒸気を供給する流路２Ａは、後述する流路４Ａ、６Ａ及び７Ａを有している。ポート５の接続口５Ｂから蒸気排出部１ｂに排出される燃焼器からの戻り冷却蒸気が流れる流路２Ｂは、後述する流路４Ｂ、６Ｂおよび流路７Ｂを有している。

流路２Ａおよび流路２Ｂのうち、翼環１の外部に配置される管状の外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）は実線で示される。外部流路と各ポート５の接続口５Ａ、５Ｂの間の翼環１内部には、破線で示される内部流路４（４Ａ、４Ｂ）が設けられ、冷却蒸気により翼環１が冷却される。なお、図１に示す外部流路および内部流路の区分けおよび組合せは一例であり、この例に限定されるものではない。

次に、図２〜図７を用いて、冷却媒体で翼環を冷却する流路の構成の詳細を、以下に説明する。流路２Ａ、２Ｂは、翼環１内に形成された内部流路４Ａ、４Ｂと、内部流路４Ａ、４Ｂに連結されて翼環１の外部に配設されるとともに、該翼環１の周方向に延びる管状の外部流路６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂと、を備えている。

図２において、翼環１のタービン軸Ｃ方向の上流側を向く端面１ｃには、それぞれの燃焼器に対向する位置に、燃焼器との冷却蒸気を受け渡す配管の接続口５Ａ、５Ｂを備えるポート５が配置されている。接続口５Ａは、内部流路４Ａから燃焼器の流路に向けて冷却蒸気を供給する。接続口５Ｂは、接続口５Ａから燃焼器に供給され、熱交換後の蒸気を燃焼器の流路から内部流路４Ｂに回収する。接続口５Ａ、５Ｂは周方向に隣り合って開口されている。接近して隣り合う接続口５Ａ、５Ｂの対は、これら接続口５Ａ、５Ｂに対向する燃焼器の流路の両端部に連結される。

図２において、内部流路４は、翼環１内に周方向に間隔をあけて複数形成されている。
具体的に、内部流路４（４Ａ、４Ｂ）は、第１の内部流路４Ａと第２の内部流路４Ｂを備えている。第１の内部流路４Ａは、翼環１及び燃焼器を冷却する蒸気が流通する蒸気供給系統である。第二の内部流路４Ｂは、燃焼器から回収された熱交換後の蒸気が流通する蒸気排出系統である。図示の例では、これら第１、第２の内部流路４Ａ、４Ｂが、周方向に交互に配置されている。具体的には、半円環状をなす翼環１の分割体（上半部翼環１ｍ、下半部翼環１ｎ）内に、周方向に配列される燃焼器の位置に対応して、８対の内部流路４Ａ、４Ｂが形成されている。

第１の内部流路４Ａは、タービン軸Ｃ方向に延びる流路部分４１Ａと周方向に延びる流路部分４２Ａとが連なって形成されているとともに、翼環１内においてＵ字状に湾曲させられるように延びている。図２の例では、第１の内部流路４Ａは、翼環１においてタービン軸Ｃ方向の上流側（図２の紙面に垂直な方向のうち、手前側）を向く端面１ｃから、タービン軸Ｃ方向の下流側（図２の紙面に垂直な方向のうち、奥側）へ向けて延びた後、周方向に曲げられ、さらに折り返されるように上流側へ向けて延びている（翼環１におけるタービン軸Ｃ方向の上流側、下流側については、図３を参照）。

図２において、第１の内部流路４Ａのうち、前記タービン軸Ｃ方向に延びる流路部分４１Ａは、各第１の内部流路４Ａにおいて周方向に離間して一対ずつ形成されている。これら流路部分４１Ａはいずれも翼環１の端面１ｃに開口されている接続口５Ａに接続する。一対の流路部分４１Ａのうち、一方の流路部分４１Ａ（図２では右側の流路部分４１Ａ）の端面１ｃへの開口部は、後述する第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）の固定部１６Ａに連結されている。その後流側に配置される他方の流路部分４１Ａ（図２では左側の流路部分４１Ａ）の端面１ｃへの開口部が、接続口５Ａとされている。これら流路部分４１Ａは、図２に破線で示されるように、タービン軸Ｃ方向に沿って互いに平行に延びている。

図２において、第１の内部流路４Ａのうち、前記周方向に延びる流路部分４２Ａは、各第１の内部流路４Ａにおける一対の流路部分４１Ａのタービン軸Ｃ方向の下流側の端部同士を連結して、直線状又は曲線状に延びている。流路部分４２Ａは、前記一対の流路部分４１Ａに対応して、翼環１の本体内に形成され、両端は流路４１Ａに連結している。
図２において、内部流路４（４Ａ、４Ｂ）のうち、第１の内部流路４Ａは、前述したようにその全長が長く確保されるように形成されている。第２の内部流路４Ｂは、その全長が極力短くなるように形成されている。

図４において、蒸気供給系統の外部流路（第１の外部流路）は、翼環１の径方向外側に配設されるとともに、管部６Ａと管部７Ａとを備えている。管部６Ａは、周方向に沿って延びている。管部７Ａは、管部６Ａから分岐して径方向に沿って延びるとともに、その端部が翼環１の第１の内部流路４Ａに連結する。

同様に、図５において、蒸気排出系統の外部流路（第２の外部流路）は、翼環１の径方向外側に配設されるとともに、管部６Ｂと管部７Ｂとを備えている。管部６Ｂは、周方向に沿って延びている。管部７Ｂは、管部６Ｂから分岐して径方向に沿って延びるとともに、その端部が翼環１の第２の内部流路４Ｂに連結する。

管部６Ａは、蒸気供給部１ａに連結されており、図示の例では、該蒸気供給部１ａを挟む周方向の両側に、管部６Ａが一対設けられている。管部６Ａの管径（内径）は、蒸気供給部１ａとの連結部分が最も太くされている。管部６Ａの管径は、蒸気供給部１ａから離間するに従い段階的に小さくなるように（管部７Ａとの分岐部分を越えるごとに段階的に小さくなるように）設定されている。

図２及び図４において、管部７Ａの径方向内側の端部１６Ａは、翼環１においてタービン軸Ｃ方向の上流側を向く端面１ｃに固定支持されている。管部７Ａの前記端部１６Ａは、第１の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。
管部６Ａにおける蒸気供給部１ａとの連結端１３Ａも、第１の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。
一対の管部６Ａのうち一方（図４において蒸気供給部１ａの右側に位置するもの）は、該一方の管部６Ａにおける周方向の両端部のうち、蒸気供給部１ａとは反対側の端部１４Ａが、管部７Ａを介さずに直接翼環１の外周面に固定されている。当該端部１４Ａも、第１の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。

第１の外部流路の固定部は、翼環１側に設けられる固定部と分岐配管継手１２Ａと、湾曲配管継手１５Ａとを備えている。分岐配管継手１２Ａは、管部６Ａから管部７Ａに流路を分岐する。湾曲配管継手１５Ａは、管部６Ａから管部７Ａに流路の向きを変える。
図４において、前記翼環１側に設けられる固定部とは、前述した連結端１３Ａ及び端部１４Ａである。前記分岐配管継手１２Ａは、管部６Ａと管部７ＡとをＴ字状に連結しており、その管部７Ａの径方向内側の端部１６Ａが翼環１に固定されている。前記湾曲配管継手１５Ａは、図４の左端部に示されて管部６Ａと管部７ＡとをＬ字状に連結しており、その管部７Ａの径方向内側の端部１６Ａが翼環１に固定されている。なお、蒸気供給系統のこれら固定部の形状や配置等は一例であり、この例に限定されるものではない。

そして、第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）は、周方向に隣り合う固定部同士の間に配置されて、周方向に伸縮可能な熱応力吸収部８Ａを備えている。熱応力吸収部８Ａは、管部６Ａに設けられており、翼環１に固定される固定部、分岐配管継手１２Ａおよび湾曲配管継手１５Ａのいずれかに挟まれた中間部分に配置されている。

本実施形態の熱応力吸収部８Ａは、管の周壁が管の径方向に複数折り返された蛇腹構造をなしている。熱応力吸収部８Ａとしては、翼環１の周方向に伸縮可能とされたベローズ管（フレキシブルチューブ）を用いることができる。ベローズ管の管径は、配置される管部６Ａ部分の管径に応じてそれぞれ設定されており、蒸気供給部１ａに近いものが最も大きく、該蒸気供給部１ａから離間されていくに従い、管部６Ａの管径に応じて段階的に小さくなっている。

図５に示されるように、第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）は翼環１に複数配置され、管部６Ｂと管部７Ｂとを備えている。管部６Ｂは、翼環１の径方向外側に配設されるとともに、周方向に沿って延びている。管部７Ｂは、径方向に沿って延びるとともに、その両端部が管部６Ｂと翼環１の第２の内部流路４Ｂとに連結される。
図３において、第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）は、第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）のタービン軸Ｃ方向の下流側（図３における上側）に隣接するように配設されている。

図５に示されるように、管部６Ｂは、蒸気排出部１ｂに連結されており、図示の例では、一対の蒸気排出部１ｂをそれぞれ挟む周方向の両側に、管部６Ｂが一対ずつ設けられている。管部６Ｂの管径（内径）は、蒸気排出部１ｂとの連結部分が最も太くされており、該蒸気排出部１ｂから離間するに従い段階的に小さくなるように（具体的には、管部７Ｂとの分岐部分を越えるごとに段階的に小さくなるように）設定されている。

図５において、管部７Ｂの径方向内側の端部１６Ｂは、翼環１の外周面に固定支持されている。管部７Ｂの前記端部１６Ｂは、第２の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。
管部６Ｂにおける蒸気排出部１ｂとの連結端１３Ｂも、第２の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。
管部６Ｂにおける周方向の両端部のうち、蒸気排出部１ｂとは反対側の端部１４Ｂは、管部７Ｂを介さずに直接翼環１の外周面に固定されている。端部１４Ｂも、第２の外部流路を翼環１に固定する固定部となっている。

第２の外部流路の固定部は、翼環１側に設けられる固定部と分岐配管継手１２Ｂとを備えている。分岐配管継手１２Ｂは、管部６Ｂから管部７Ｂに流路を分岐する。図５において、前記翼環１側に設けられる固定部とは、前述した連結端１３Ｂ及び端部１４Ｂである。前記分岐配管継手１２Ｂは、管部６Ｂと管部７ＢとをＴ字状に連結しており、その管部７Ｂの径方向内側の端部１６Ｂが翼環１に固定されている。なお、蒸気排出系統のこれら固定部の形状や配置等は一例であり、この例に限定されるものではない。

そして、第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）は、周方向に隣り合う固定部同士の間に配置されて、周方向に伸縮可能な熱応力吸収部８Ｂを備えている。熱応力吸収部８Ｂは、管部６Ｂに設けられており、翼環１に固定される固定部および分岐配管継手１２Ｂに挟まれた中間部分に配置されている。

本実施形態の熱応力吸収部８Ｂも、前述した熱応力吸収部８Ａと同様の構成とされたベローズ管を用いることができる。ベローズ管の管径は、配置される管部６Ｂ部分の管径に応じてそれぞれ設定されており、蒸気排出部１ｂに近いものが最も大きく、該蒸気排出部１ｂから離間されていくに従い、管部６Ｂの管径に応じて段階的に小さくなっている。

以上説明した本実施形態のガスタービンでは、流路２に冷却蒸気を流通させることにより翼環１を冷却して、該翼環１の径方向外側へ向けた熱膨張を抑制している。これにより、運転時における翼環１と動翼先端とのクリアランスの増大が抑制されて、ガスタービンの性能が安定して維持される。
尚、図４において冷却蒸気は、まず、蒸気供給部１ａから第１の外部流路６Ａを通り、分岐配管継手１２Ａまたは湾曲配管継手１５Ａを介して管部７Ａに流れる。次いで第１の内部流路４Ａに連通することにより熱交換されて翼環１を冷却する。なお、管部６Ａの端部１４Ａにおいては、管部７Ａを通ることなく冷却蒸気が第１の内部流路４Ａに連通している。冷却蒸気は、さらに燃焼器の流路に流通して熱交換されることにより、燃焼器を冷却する。熱交換により高温となった冷却蒸気は、燃焼器から翼環１に戻される。冷却蒸気は、翼環１の温度を上昇させないように、図５に示される全長の短い第２の内部流路４Ｂを通り、管部７Ｂを流れて分岐配管継手１２Ｂで他の系統からの蒸気と合流して、第２の外部流路６Ｂを通って、蒸気排出部１ｂから回収される。なお、管部６Ｂの端部１４Ｂにおいては、管部７Ｂを通ることなく冷却蒸気が他の系統からの蒸気と合流している。
このような冷却蒸気の流通により、運転時には、第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）、翼環１、第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）の順で、温度が高くなる（つまり外部流路６Ｂの温度が最も高い）。

本実施形態のガスタービンによれば、外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）が、その周方向に隣り合う固定部同士の間に、周方向に伸縮可能とされた熱応力吸収部８Ａ、８Ｂを備えているので、下記の効果を奏する。
すなわち、翼環１と、その外部に配設されて周方向に延在する外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）との間に、互いの温度差による熱伸び差が生じても、熱応力吸収部８Ａ、８Ｂが伸縮することでこの熱伸び差を吸収でき、熱応力が低減される。
これにより、流路２（例えば外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）の固定部など）の変形や破損が防止されるので、ガスタービンの性能を安定して高めることができる。

第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）においては、該流路（６Ａ、７Ａ）より高温となる翼環１との熱伸び差によって、周方向に伸長させられる向きの熱応力が発生することが考えられる。これに対して本実施形態のガスタービンでは、該第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）に設けられた熱応力吸収部８Ａが周方向に伸長することにより、この熱応力が低減される。

第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）においては、翼環１より該流路（６Ｂ、７Ｂ）が高温となることによる熱伸び差によって、周方向に収縮させられる向きの熱応力が発生することが考えられる。これに対して本実施形態のガスタービンでは、該第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）に設けられた熱応力吸収部８Ｂが周方向に収縮することにより、この熱応力が低減される。

そして、本実施形態では、熱応力吸収部８Ａ、８Ｂをベローズ管で形成しているので、これら熱応力吸収部８Ａ、８Ｂを簡単に作製できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るガスタービンについて、図面を参照して説明する。
尚、前述の実施形態で説明したものと同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、図１に示す冷却媒体の系統の考え方は、本実施形態にも適用可能である。

図６及び図７に示されるように、本実施形態では、第１実施形態で前述したベローズ管を用いる代わりに、周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられた管（以下、湾曲管８Ａ、８Ｂと省略）を用いている点が異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。

図６は蒸気供給系統の外部配管（６Ａ、７Ａ）を示し、図７は蒸気排出系統の外部配管（６Ｂ、７Ｂ）を示す。第２実施形態では、第１実施形態で適用された熱応力吸収手段としてのベローズ管の代わりに、翼環１に固定された固定部または分岐配管継手で両端を支持された外部配管（６Ａ、６Ｂ）の中央部分に湾曲管（８Ａ、８Ｂ）を設けた例である。但し、一部の配管については、固定部または分岐配管継手の間に湾曲管（８Ａ、８Ｂ）を配置する十分なスペースがないため、第１実施形態と同様なベローズ管を配置している。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態のガスタービンによれば、前述の実施形態と同様の効果を奏する。
熱応力吸収部８Ａ、８Ｂが、周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられた管（湾曲管）であるので、下記の作用効果が得られる。

すなわち、運転時において、翼環１は第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）より高温となるため、これら翼環１と流路（６Ａ、７Ａ）との熱伸び差によって、管部６Ａには、周方向に伸長させられる向きの熱応力が生じるが、管部６Ａの湾曲管８Ａが周方向に撓むことによって（つまり熱応力吸収部８Ａとして周方向に伸長することによって）、この熱応力が低減される。第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）は翼環１より高温となるため、これら流路（６Ｂ、７Ｂ）と翼環１との熱伸び差によって、管部６Ｂには、周方向に収縮させられる向きの熱応力が生じることが考えられるが、管部６Ｂの湾曲管８Ｂが周方向に撓むことによって（つまり熱応力吸収部８Ｂとして周方向に収縮することによって）、この熱応力が低減される。
これにより、前述の実施形態で説明した熱応力吸収部８Ａ、８Ｂと同様の性能を確保しつつも、作製費用を削減できる。なお、本実施形態の湾曲管は、ベローズ管よりコストが安いので、ガスタービンの経済性の観点から有利である。

尚、本発明は前述の実施形態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において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、前述の実施形態では、冷却媒体として冷却蒸気を用いて説明したが、冷却蒸気以外の例えばエア等の冷却媒体であっても構わない。ガスタービンには、冷却蒸気が流通する流路２を備えた翼環１が、タービン軸Ｃ方向に複数配設されているとしたが、これに限定されるものではなく、このような翼環１が、少なくとも１つ以上設けられていればよい。

冷却蒸気が、翼環１を冷却した後、さらに燃焼器の流路に流通されて該燃焼器を冷却するとしたが、冷却蒸気は、少なくとも翼環１を冷却すればよく、燃焼器を冷却せずに回収されてもよい。

外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）において、熱応力吸収部８Ａ、８Ｂは、周方向に隣り合う固定部同士の間に１つずつ配置されているとしたが、これら固定部同士の間に複数配置されていても構わない。

外部流路（６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ）のうち、蒸気供給用の第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）は内部流路とし、蒸気排出用の第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）のみが外部配管として設けられていることとしてもよい。これとは反対に、蒸気供給用の第１の外部流路（６Ａ、７Ａ）のみが設けられており、蒸気排出用の第２の外部流路（６Ｂ、７Ｂ）の代わりに内部流路を設けるとしても構わない。

前述の第２実施形態では、熱応力吸収部８Ａ、８Ｂである湾曲管（管部６Ａ、６Ｂの周方向に隣り合う固定部または分岐配管継手の間の部分）が、径方向に折り返されるようにして形成されているが、これに限定されるものではない。すなわち、湾曲管８Ａ、８Ｂは、周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられていればよく、例えば、タービン軸Ｃ方向に折り返されるようにして形成されていても構わない。

その他、本発明の前述の実施形態及び変形例（前記尚書き等）で説明した構成要素を、適宜組み合わせても構わない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の構成要素を周知の構成要素に置き換えることも可能である。

１（１ｍ、１ｎ）翼環
２（２Ａ、２Ｂ）流路
４（４Ａ、４Ｂ）内部流路
６Ａ、６Ｂ、７Ａ、７Ｂ外部流路
８Ａ、８Ｂ熱応力吸収部
１１連結管（連結流路）
１２Ａ、１２Ｂ分岐配管継手（固定部）
１３Ａ、１３Ｂ連結端（固定部）
１４Ａ、１４Ｂ翼環に直接固定される管部６Ａ、６Ｂの端部（固定部）
１５Ａ湾曲配管継手（固定部）
１６Ａ、１６Ｂ管部７Ａ、７Ｂの端部（固定部）
Ｃタービン軸

Claims

タービン軸に直交する径方向の外側から動翼に対向する翼環と、
前記翼環に設けられ、内部に冷却媒体が流通する流路と、
前記翼環のタービン軸方向の上流側に配置された燃焼器の位置に対応して、前記翼環に設けられ、前記燃焼器へ冷却媒体を受け渡す接続口を有するポートと、を備え、
前記流路は、
前記翼環内に形成された内部流路と、
前記内部流路に連結されて前記翼環の外部に配設されるとともに、該翼環の周方向に延びる管状の外部流路と、を備え、
前記内部流路は、
供給系統を形成し、前記燃焼器へ冷却媒体を供給する前記接続口に接続する第１の内部流路と、
排出系統を形成し、前記燃焼器から冷却媒体を受け入れる前記接続口に接続し、前記第１の内部流路より全長が短い第２の内部流路と、を備え、
前記外部流路は、
前記翼環に固定される複数の固定部と、
前記周方向に隣り合う前記固定部同士の間に配置されて、前記周方向に伸縮可能な熱応力吸収部と、
供給系統をなす第１の外部流路と、
前記第１の外部流路のタービン軸方向に隣接し、排出系統をなす第２の外部流路と、を備え、
前記第１の外部流路は、
前記第１の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部と、
前記第１の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部から分岐して、前記径方向の内側に延び、前記固定部を介して前記第１の内部流路に接続する複数の管部と、を有し、
前記第２の外部流路は、
前記第２の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部と、
前記第２の外部流路の前記周方向に沿って延びる管部から分岐して、前記径方向の内側に延び、前記固定部を介して前記第２の内部流路に接続する複数の管部と、を有するガスタービン。
請求項１に記載のガスタービンであって、
前記熱応力吸収部は、ベローズ管であるガスタービン。
請求項１に記載のガスタービンであって、
前記熱応力吸収部は、前記周方向に交差する向きに折り返されるように曲げられた管であるガスタービン。