本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)及使用該冷卻結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)，所述渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)沿旋轉(zhuǎn)軸線配置有多級(jí)與密封盤、盤形轉(zhuǎn)子等動(dòng)葉片一體旋轉(zhuǎn)的圓盤，并且在所述圓盤上形成有用于將冷卻所述動(dòng)葉片的冷卻空氣供應(yīng)給下游側(cè)圓盤的圓盤孔。

背景技術(shù)：

在燃?xì)廨啓C(jī)中，將來(lái)自壓縮機(jī)的壓縮空氣導(dǎo)入燃燒器中，和燃料一同燃燒，產(chǎn)生高溫氣體，將該高溫氣體導(dǎo)入渦輪部中，對(duì)該渦輪部進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在渦輪部中，沿其旋轉(zhuǎn)軸線交替地設(shè)置有多級(jí)靜葉片和動(dòng)葉片，對(duì)一部分壓縮空氣進(jìn)行抽吸，將該被抽吸的壓縮空氣作為冷卻空氣導(dǎo)入渦輪部的靜葉片及動(dòng)葉片中。

動(dòng)葉片的冷卻如下所述：在安裝有動(dòng)葉片的盤形轉(zhuǎn)子上，在以其旋轉(zhuǎn)軸線為中心的圓周上以一定間隔(例如等角度間隔，但也包括非等角度間隔的情況)形成有多個(gè)圓盤孔。使通過(guò)冷卻器而被冷卻的所述抽吸的壓縮空氣作為冷卻空氣(或者不使用冷卻器，直接將所述抽吸的壓縮空氣作為冷卻空氣)，通過(guò)這些圓盤孔，從而分別向沿旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置的多級(jí)盤形轉(zhuǎn)子供應(yīng)冷卻空氣。使供應(yīng)給盤形轉(zhuǎn)子的冷卻空氣通過(guò)盤形轉(zhuǎn)子內(nèi)的流道，向動(dòng)葉片內(nèi)導(dǎo)入，從內(nèi)側(cè)對(duì)動(dòng)葉片進(jìn)行冷卻。

關(guān)于冷卻動(dòng)葉片的技術(shù)，提議有經(jīng)由被稱為tobi噴嘴(tangentialonboardinjectionnozzle，切向注入噴嘴)的噴嘴，將冷卻空氣向轉(zhuǎn)子的圓盤孔供應(yīng)的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)1等)。tobi噴嘴使冷卻空氣成為沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的旋流，并向圓盤孔供應(yīng)，從而能夠降低泵氣損失。

也就是說(shuō)，如果向圓盤孔供應(yīng)不具有圓盤旋轉(zhuǎn)方向流速分量的冷卻空氣，在該冷卻空氣流入圓盤內(nèi)部時(shí)，會(huì)發(fā)生能量損失(泵氣損失)，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)性能降低。對(duì)此，向冷卻空氣賦予轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的流速分量，形成旋流，從而可以減小冷卻空氣的旋轉(zhuǎn)方向流速分量和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度之差，抑制發(fā)生泵氣損失。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特許4146257號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

然而，上述技術(shù)會(huì)對(duì)作為燃燒空氣供應(yīng)給燃燒器的一部分壓縮空氣進(jìn)行抽吸，將該被抽吸的壓縮空氣作為冷卻空氣使用，因此，相應(yīng)于作為冷卻空氣而被抽吸的量，供應(yīng)給燃燒器的壓縮空氣量乃至燃燒器的燃燒量會(huì)減少，渦輪機(jī)的輸出會(huì)降低。此外，抽吸的壓縮空氣通過(guò)冷卻器而被冷卻后，將該抽吸的壓縮空氣用作冷卻空氣時(shí)，需要準(zhǔn)備動(dòng)力以便利用冷卻器進(jìn)行冷卻，從而會(huì)造成能量損失。

另外，使用tobi噴嘴時(shí)，雖然可以抑制發(fā)生泵氣損失，提高渦輪機(jī)的輸出，但業(yè)者希望能更進(jìn)一步提高渦輪機(jī)的輸出。

本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題開發(fā)而成，目的在于提供一種可以提高渦輪機(jī)輸出的渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)以及燃?xì)廨啓C(jī)。

技術(shù)方案

(1)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)沿旋轉(zhuǎn)軸線配置有多級(jí)與動(dòng)葉片一體地以所述旋轉(zhuǎn)軸線為中心、沿規(guī)定的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)的圓盤，并且在所述圓盤上，沿圓周方向形成有多個(gè)用于將冷卻所述動(dòng)葉片的冷卻空氣供應(yīng)給下游側(cè)圓盤的圓盤孔，該渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)特征在于，所述圓盤中的至少一個(gè)為動(dòng)力回收型圓盤，其中所述圓盤孔中的至少一個(gè)設(shè)定為，在將所述圓盤的所述旋轉(zhuǎn)方向規(guī)定為正方向，將所述旋轉(zhuǎn)方向的相反方向規(guī)定為負(fù)方向時(shí)，所述圓盤孔的出口處所述冷卻空氣的速度向量在所述旋轉(zhuǎn)方向上的分量即出口絕對(duì)周速度向量小于所述圓盤孔的入口處所述冷卻空氣的速度向量在所述旋轉(zhuǎn)方向上的分量即入口絕對(duì)周速度向量。

(2)優(yōu)選所述動(dòng)力回收型圓盤的所述圓盤孔中所述冷卻空氣的出口相較于所述冷卻空氣的入口，配置在所述旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)。

(3)優(yōu)選所述動(dòng)力回收型圓盤的所述圓盤孔在沿所述圓周方向切斷的剖面上，為朝向所述冷卻空氣的流通方向下游側(cè)，向所述動(dòng)力回收型圓盤旋轉(zhuǎn)方向的相反方向彎曲的葉片形狀。

(4)優(yōu)選所述動(dòng)力回收型圓盤的所述圓盤孔在所述冷卻空氣的流通方向下游側(cè)收縮。

(5)優(yōu)選所述動(dòng)力回收型圓盤的所述圓盤孔形成為，在沿所述圓周方向切斷的剖面上，畫出所述圓盤孔的壁面為直線。

(6)優(yōu)選具備tobi噴嘴，從所述tobi噴嘴向所述動(dòng)力回收型圓盤供應(yīng)冷卻空氣，所述tobi噴嘴會(huì)形成沿與所述動(dòng)力回收型圓盤旋轉(zhuǎn)方向相同的方向旋轉(zhuǎn)的冷卻空氣的旋流。

(7)優(yōu)選在所述多個(gè)圓盤彼此之間的至少一個(gè)上設(shè)置所述tobi噴嘴。

(8)可以將所述冷卻空氣的流通方向上從上游側(cè)開始第2個(gè)以后的圓盤中的至少一個(gè)構(gòu)成為所述動(dòng)力回收型圓盤，從相較于所述動(dòng)力回收型圓盤配置在所述冷卻空氣的流通方向上游側(cè)的圓盤，將所述冷卻空氣直接供應(yīng)給所述動(dòng)力回收型圓盤。

(9)該情況下，優(yōu)選針對(duì)所述動(dòng)力回收型圓盤和相較于所述動(dòng)力回收型圓盤配置在所述冷卻空氣的流通方向上游側(cè)的圓盤，將圓盤孔的傾斜角度設(shè)定為不同的角度，從而使所述動(dòng)力回收型圓盤中所述出口絕對(duì)周速度向量小于所述入口絕對(duì)周速度向量。

(10)或者，優(yōu)選針對(duì)所述動(dòng)力回收型圓盤和相較于所述動(dòng)力回收型圓盤配置在所述冷卻空氣的流通方向上游側(cè)的圓盤，將所述圓盤孔與所述旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離設(shè)定為不同的距離，從而使所述動(dòng)力回收型圓盤中所述出口絕對(duì)周速度向量小于所述入口絕對(duì)周速度向量。

(11)為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)特征在于，具備：吸入空氣并壓縮的壓縮部，使被壓縮的空氣及從外部供應(yīng)的燃料所構(gòu)成的混合氣體進(jìn)行燃燒，生成燃燒氣體的燃燒部，以及從所生成的燃燒氣體提取旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的渦輪部；所述渦輪部中設(shè)有所述渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，圓盤孔出口處冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量小于圓盤孔入口處冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量的部分會(huì)作為驅(qū)動(dòng)盤形轉(zhuǎn)子的動(dòng)力(動(dòng)力能量)而被回收，從而可以利用冷卻空氣的流動(dòng)來(lái)提高渦輪機(jī)的輸出。

進(jìn)而，進(jìn)行該回收時(shí)冷卻空氣做功，其溫度會(huì)降低，可以相應(yīng)于該降低量來(lái)減少冷卻空氣量，提高渦輪機(jī)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明第1～4實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)的整體構(gòu)成的模式圖。

圖2是本發(fā)明第1實(shí)施方式的渦輪部及其冷卻結(jié)構(gòu)的模式性局部剖面圖。

圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明第1實(shí)施方式的改進(jìn)例所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施方式的改進(jìn)例所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

圖7是本發(fā)明第3實(shí)施方式的渦輪機(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)的模式性局部剖面圖。

圖8是用于說(shuō)明本發(fā)明第3實(shí)施方式所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

圖9是本發(fā)明第4實(shí)施方式的渦輪部及其冷卻結(jié)構(gòu)的模式性局部剖面圖。

圖10是用于說(shuō)明本發(fā)明第4實(shí)施方式所涉及的tobi噴嘴及圓盤孔的結(jié)構(gòu)的模式圖，是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴及盤形轉(zhuǎn)子的剖面圖上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，以下所示實(shí)施方式僅為例示，并非要排除以下實(shí)施方式中未明示的各種變形及技術(shù)的應(yīng)用。以下實(shí)施方式的構(gòu)成在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。

[1.第1實(shí)施方式]

作為本發(fā)明的第1實(shí)施方式，參照?qǐng)D1～圖3對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

[1-1.燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)成]

如圖1所示，本實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)1是驅(qū)動(dòng)例如發(fā)電機(jī)(省略圖示)等機(jī)器的設(shè)備，具備壓縮機(jī)(壓縮部)2、燃燒器(燃燒部)3、渦輪部(渦輪機(jī))4、旋轉(zhuǎn)軸5以及用于向渦輪部4供應(yīng)冷卻空氣的冷卻供給管線6。

壓縮機(jī)2吸入外部空氣即大氣進(jìn)行壓縮，將壓縮后的空氣供應(yīng)給燃燒器3。燃燒器3對(duì)由壓縮機(jī)2壓縮的空氣和從外部供應(yīng)的燃料混合，對(duì)混合氣體進(jìn)行燃燒，從而生成高溫氣體(燃燒氣體)。旋轉(zhuǎn)軸5是以旋轉(zhuǎn)軸線(軸線)l為中心，被可旋轉(zhuǎn)地支撐的圓柱狀構(gòu)件，將通過(guò)渦輪部4所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞給壓縮機(jī)2及發(fā)電機(jī)等機(jī)器。

另外，以下簡(jiǎn)單記載為圓周方向、徑向、內(nèi)周側(cè)及外周側(cè)時(shí)，是指以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心時(shí)的圓周方向、徑向、內(nèi)周側(cè)及外周側(cè)。

渦輪部4接受由燃燒器3生成的高溫氣體的供應(yīng)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，并將所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳遞給旋轉(zhuǎn)軸5。

冷卻供給管線6用于冷卻渦輪部4，從壓縮機(jī)2抽吸一部分壓縮空氣，并將該抽吸的壓縮空氣作為冷卻空氣，供應(yīng)給渦輪部4的動(dòng)葉片。該冷卻供給管線6由管線61和管線62構(gòu)成，管線61利用冷卻器7對(duì)上述抽吸的壓縮空氣進(jìn)行冷卻，并供應(yīng)給渦輪部4，管線62繞過(guò)冷卻器7，將上述抽吸的壓縮空氣供應(yīng)給渦輪部4。另外，也可以只由具備冷卻器7的管線61及不具備冷卻器7的管線62中的任一個(gè)構(gòu)成冷卻供給管線6。

[1-2.渦輪部及其冷卻結(jié)構(gòu)]

參照?qǐng)D2，對(duì)渦輪部4及其冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

在渦輪部4中，在由燃燒器3(參照?qǐng)D1)產(chǎn)生的燃燒氣體g的通道(以下，有時(shí)也會(huì)稱為氣體通道)上，從燃燒氣體g的流動(dòng)方向上游側(cè)開始依次配設(shè)有第1級(jí)靜葉片20、第1級(jí)動(dòng)葉片30、第2級(jí)靜葉片40及第2級(jí)動(dòng)葉片50。也就是說(shuō)，在氣體通道上交替地配設(shè)有多個(gè)靜葉片和動(dòng)葉片。

另外，第1級(jí)靜葉片20是最靠近燃燒器3的靜葉片，第1級(jí)動(dòng)葉片30是最靠近燃燒器3的動(dòng)葉片。圖2是表示部分渦輪部4的圖，因此，僅例示了配置在燃燒器3附近的葉片20～50，相較于這些葉片20～50，在燃燒氣體g的流動(dòng)方向下游側(cè)(以下，有時(shí)也會(huì)稱為后段)也交替地配設(shè)有靜葉片和動(dòng)葉片。

各靜葉片20、40是在以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心、形成為圓筒形的殼體10的內(nèi)周側(cè)垂下設(shè)置的葉片，在氣體通道內(nèi)，沿圓周方向等間隔地排列、配置。

在第1級(jí)靜葉片20的內(nèi)周側(cè)的端部設(shè)置有內(nèi)側(cè)覆環(huán)21。內(nèi)側(cè)覆環(huán)21是沿圓周方向延伸的板狀構(gòu)件，形成氣體通道的一部分。這里，該內(nèi)側(cè)覆環(huán)21由未被分割的單一構(gòu)件構(gòu)成，并且固定在內(nèi)部形成有用于供應(yīng)冷卻空氣的空腔(省略圖示)的殼部22上，但也可以由沿圓周方向分割的多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成，固定方法也不限定于上述形態(tài)(固定于殼部22上)。

此外，在該殼部22上設(shè)置有與上述用于供應(yīng)冷卻空氣的空腔連通、連接的冷卻通道23，該冷卻通道23的出口處設(shè)置有后述tobi噴嘴(tangentialonboardinjectionnozzle)24。

在第2級(jí)靜葉片40的內(nèi)周側(cè)的端部設(shè)置有內(nèi)側(cè)覆環(huán)41。和內(nèi)側(cè)覆環(huán)21一樣，內(nèi)側(cè)覆環(huán)41也是沿圓周方向延伸的板狀構(gòu)件，形成氣體通道的一部分。在該內(nèi)側(cè)覆環(huán)41的內(nèi)周側(cè)，經(jīng)由沿圓周方向等間隔地排列、配置的支撐構(gòu)件42，安裝有輪轂43。這里，內(nèi)側(cè)覆環(huán)41由未被分割的單一構(gòu)件構(gòu)成，但也可以由沿圓周方向分割的多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成。此外，支撐輪轂43的多個(gè)支撐構(gòu)件42也不需要等間隔地排列，輪轂43的支撐方法也并不限定于上述形態(tài)。

輪轂43構(gòu)成為內(nèi)部具有環(huán)狀空間的雙重環(huán)狀體。也就是說(shuō)，沿徑向以一定間隔將沿圓周方向延伸的板狀外周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43a和沿圓周方向延伸的板狀內(nèi)周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43b配置在同一軸線(旋轉(zhuǎn)軸線l)上，構(gòu)成輪轂43。并且，在外周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43a和內(nèi)周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43b之間的環(huán)狀空間內(nèi)設(shè)置有后述tobi噴嘴44。

這里，外周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43a及內(nèi)周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43b分別由未被分割的單一構(gòu)件構(gòu)成，但也可以由沿圓周方向分割的多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成。

第1級(jí)動(dòng)葉片30是在形成為圓板狀的第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31的外周面上立起設(shè)置的葉片，在氣體通道內(nèi)，沿圓周方向等間隔地排列、配置。第1級(jí)動(dòng)葉片30經(jīng)由平臺(tái)34及葉片根部(省略圖示)安裝到第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31上，該平臺(tái)34沿圓周方向延伸，形成氣體流道的一部分。

第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31是以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心的圓板狀構(gòu)件，安裝為可以向旋轉(zhuǎn)軸5(參照?qǐng)D1)傳遞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，第1級(jí)動(dòng)葉片30接受燃燒氣體g，從而對(duì)第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)旋轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。

在該第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31上形成有圓盤孔32以及冷卻流道33。

沿旋轉(zhuǎn)軸線l方向貫穿第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31，形成圓盤孔32，在同一徑向位置上沿圓周方向等間隔地配置有多個(gè)圓盤孔32。各圓盤孔32的徑向位置設(shè)定為和tobi噴嘴24、44相同的徑向位置，各圓盤孔32構(gòu)成用于將從tobi噴嘴24噴出的冷卻空氣的一部分供應(yīng)給配置在第1級(jí)動(dòng)葉片30下游側(cè)(以下，有時(shí)也稱為后段)的第2級(jí)動(dòng)葉片50的流道。另外，也可以不將多個(gè)圓盤孔32配置在同一徑向位置上，也可以不等間隔地配置，進(jìn)而，也可以不配置在和tobi噴嘴24、44相同的徑向位置上。

冷卻流道33是貫穿第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31的內(nèi)部、葉片根部以及平臺(tái)34，將從tobi噴嘴24噴出的冷卻空氣的一部分如箭頭a1所示導(dǎo)入第1級(jí)動(dòng)葉片30的內(nèi)部的流道。該冷卻流道33沿圓周方向等間隔地排列有多個(gè)，配置在和第1級(jí)動(dòng)葉片30相同的圓周方向位置上。另外，冷卻流道33也可以不等間隔地排列，也可以不配置在和第1級(jí)動(dòng)葉片30相同的圓周方向位置上(也可以不針對(duì)每一個(gè)第1級(jí)動(dòng)葉片30配置)，進(jìn)而，設(shè)置數(shù)量也可以和第1級(jí)動(dòng)葉片30不同。

第2級(jí)動(dòng)葉片50及第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的構(gòu)成和第1級(jí)動(dòng)葉片30及第1及盤形轉(zhuǎn)子31相同。

也就是說(shuō)，第2級(jí)動(dòng)葉片50是在圓板狀的第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的外周面上立起設(shè)置的葉片，在氣體通道內(nèi)，沿圓周方向等間隔地排列、配置，經(jīng)由沿圓周方向延伸的平臺(tái)54及葉片根部(省略圖示)，安裝到第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51上。

第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51是以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心的圓板狀構(gòu)件，安裝為可以向旋轉(zhuǎn)軸5傳遞旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，在該第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51上形成有圓盤孔52及冷卻流道53。

沿旋轉(zhuǎn)軸線l方向貫穿第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51，形成圓盤孔52，在同一徑向位置上沿圓周方向等間隔地配置有多個(gè)圓盤孔52。各圓盤孔52的徑向位置設(shè)定為和tobi噴嘴44相同的徑向位置，各圓盤孔52構(gòu)成用于將從tobi噴嘴44噴出的冷卻空氣的一部分供應(yīng)給下游側(cè)未圖示的動(dòng)葉片的流道。另外，也可以不將多個(gè)圓盤孔52配置在同一徑向位置上，也可以不等間隔地配置，進(jìn)而，也可以不配置在和tobi噴嘴44相同的徑向位置上。

冷卻流道53是貫穿第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的內(nèi)部、葉片根部以及平臺(tái)54，將從tobi噴嘴44噴出的冷卻空氣的一部分如箭頭a2所示導(dǎo)入第2級(jí)動(dòng)葉片50的內(nèi)部的流道，配置在和各第2級(jí)動(dòng)葉片50相同的圓周方向位置上。冷卻流道53也可以不等間隔地排列，也可以不配置在和第2級(jí)動(dòng)葉片50相同的圓周方向位置上(也可以不針對(duì)每一個(gè)第2級(jí)動(dòng)葉片50配置)，進(jìn)而，設(shè)置數(shù)量也可以和第2級(jí)動(dòng)葉片50不同。

另外，安裝于盤形轉(zhuǎn)子31上的密封構(gòu)件35以及安裝于盤形轉(zhuǎn)子51上的密封構(gòu)件55、56是在與靜葉片40上所安裝的內(nèi)周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件43b及靜葉片40后段未圖示的靜葉片上所安裝的內(nèi)周側(cè)圓環(huán)構(gòu)件之間，以微小間隙設(shè)置的構(gòu)件，是用于防止冷卻空氣泄漏的密封用構(gòu)件。

進(jìn)而，對(duì)tobi噴嘴24、44及圓盤孔32、52進(jìn)行說(shuō)明。tobi噴嘴24和tobi噴嘴44的構(gòu)成大致相同，并且圓盤孔32和圓盤孔52的構(gòu)成大致相同，因此，以tobi噴嘴24及圓盤孔32為例，參照?qǐng)D2及圖3進(jìn)行說(shuō)明。另外，圖3是在沿圓周方向切斷tobi噴嘴24及盤形轉(zhuǎn)子31的模式性剖面圖(其中，僅顯示一部分)上標(biāo)記有冷卻空氣的速度向量及盤形轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)速度向量的圖。

tobi噴嘴24是對(duì)流過(guò)冷卻通道23的冷卻空氣賦予和盤形轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)方向(以下，有時(shí)也會(huì)稱為圓盤旋轉(zhuǎn)方向)u相同方向的回旋分量者。

具體說(shuō)明為，tobi噴嘴24具備：以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心形成為圓環(huán)狀的外圈部24a，以旋轉(zhuǎn)軸線l為中心形成為圓環(huán)狀且在外圈部24a(參照?qǐng)D2)的徑向內(nèi)側(cè)以一定間隔配置的內(nèi)圈部24b，以及配置在外圈部24a和內(nèi)圈部24b之間、沿圓周方向等間隔地排列的多個(gè)葉片形狀部24c。外圈部24a及內(nèi)圈部24b經(jīng)由葉片形狀部24c固定為一體。

并且，在沿圓周方向相鄰的葉片形狀部24c之間形成有噴嘴部24d。各噴嘴部24d沿其圓周方向切斷的剖面形狀如圖3所示，是朝向冷卻空氣的流通方向a1，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)逐漸傾斜且流道寬度逐漸變小的形狀，相對(duì)于徑向(垂直于圖3的紙面的方向)而言，該剖面形狀為固定的剖面形狀。也就是說(shuō)，噴嘴部24d形成為彎曲形狀，在上述流通方向a1上隨著趨向下游側(cè)而愈發(fā)面向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u，并且形成為流道剖面積逐漸變小的收縮形狀。

通過(guò)這種構(gòu)成的tobi噴嘴24的構(gòu)成，可以一邊對(duì)冷卻空氣進(jìn)行加速一邊形成沿圓盤旋轉(zhuǎn)方向u回旋的旋流，并從tobi噴嘴24噴出。

此外，各圓盤孔32沿其圓周方向切斷的剖面形狀如圖3所示，在入口部(冷卻空氣的流通方向a2的上游部)為大致沿著與圓盤旋轉(zhuǎn)方向u垂直相交的方向的形狀，隨著靠近出口部(冷卻空氣的流通方向a2的下游部)而逐漸向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向傾斜的形狀，相對(duì)于徑向(垂直于圖3的紙面的方向)而言，該剖面形狀為固定的剖面形狀。也就是說(shuō)，各圓盤孔32形成為方向與tobi噴嘴24的噴嘴部24d相反的葉片形狀，并形成為彎曲形狀，在上述流通方向a2上隨著趨向下游側(cè)而愈發(fā)面向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向，并且形成為流道剖面積逐漸變小的收縮形狀。

接下來(lái)，參照?qǐng)D3，以tobi噴嘴24及圓盤孔32為例，對(duì)本發(fā)明的一大特征即tobi噴嘴24的噴嘴部24d的冷卻空氣出口(以下，有時(shí)也會(huì)稱為噴嘴出口)24e處的流道剖面積及噴出角度、以及圓盤孔32的冷卻空氣出口(以下，有時(shí)也會(huì)稱為孔出口)32a處的流道剖面積及噴出角度的設(shè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。

在圖3中，符號(hào)c1表示噴嘴出口24e處冷卻空氣的速度向量[換言之，圓盤孔32的冷卻空氣入口(以下，有時(shí)也會(huì)稱為孔入口)32b處冷卻空氣的速度向量]，符號(hào)c2表示孔出口32a處冷卻空氣的速度向量。

噴嘴出口24e的速度向量c1是根據(jù)流入噴嘴部24d的冷卻空氣的單位時(shí)間體積流量、噴嘴出口24e處的流道剖面積及噴出角度計(jì)算出的速度向量。

由于設(shè)置有tobi噴嘴24(即，配置有噴嘴出口24e)的殼部22為靜止?fàn)顟B(tài)，因此速度向量c1為絕對(duì)速度向量，該絕對(duì)速度向量c1在圓盤旋轉(zhuǎn)方向u上的分量為噴嘴出口24e處絕對(duì)周速度向量(即，孔入口32b處的入口絕對(duì)周速度向量，以下，有時(shí)也會(huì)稱為入口絕對(duì)周速度向量)vt。

孔出口32a的速度向量c2是根據(jù)流入圓盤孔32的冷卻空氣的單位時(shí)間體積流量、孔出口32a處的流道剖面積及噴出角度計(jì)算出的速度向量，是以盤形轉(zhuǎn)子31為基準(zhǔn)的相對(duì)速度向量。如圖3所示，對(duì)相對(duì)速度向量c2和孔出口32a處的盤形轉(zhuǎn)子31的周速度向量vu合成而獲得孔出口32a處的冷卻空氣的絕對(duì)速度向量c_d，該絕對(duì)速度向量c_d在圓盤旋轉(zhuǎn)方向u上的分量是孔出口32a處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量vt_d(以下，有時(shí)也會(huì)稱為出口絕對(duì)周速度向量vt_d)。

并且，在將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u設(shè)為正側(cè)(plus側(cè))時(shí)，對(duì)噴嘴出口24e處的流道剖面積及噴出角度、以及孔出口32a處的流道剖面積及噴出角度進(jìn)行設(shè)定，使得孔出口32a處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量vt_d小于噴嘴出口24e處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量vt。

如上所述，噴嘴出口24e處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量vt是流入孔入口32的冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量。此外，入口絕對(duì)周速度向量vt和出口絕對(duì)周速度向量vt_d之差δvt(＝vt-vt_d)會(huì)被作為如下動(dòng)力(動(dòng)力能量)而回收，即在冷卻空氣如箭頭a2所示通過(guò)圓盤孔32的過(guò)程中，朝向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u，對(duì)由燃燒氣體g驅(qū)動(dòng)的盤形轉(zhuǎn)子31進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。也就是說(shuō)，盤形轉(zhuǎn)子31構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

這里，入口絕對(duì)周速度向量vt及出口絕對(duì)周速度向量vt_d中的“絕對(duì)”不同于以盤形轉(zhuǎn)子31為基準(zhǔn)的相對(duì)周速度向量，是指以固定系統(tǒng)為基準(zhǔn)的絕對(duì)系統(tǒng)中的周速度向量，并非表示絕對(duì)值(大小)。進(jìn)一步說(shuō)明為，出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于入口絕對(duì)周速度向量vt并非用表示兩個(gè)絕對(duì)周速度向量vt、vt_d大小(絕對(duì)值)的標(biāo)量進(jìn)行的比較，而是將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u規(guī)定為正側(cè)(plus側(cè))，將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向規(guī)定為負(fù)側(cè)(minus側(cè))時(shí)的向量比較。因此，例如如果入口絕對(duì)周速度向量vt的方向和圓盤旋轉(zhuǎn)方向u為同一方向(plus側(cè))，出口絕對(duì)周速度向量vt_d的方向?yàn)閳A盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向(minus側(cè))，則無(wú)論絕對(duì)周速度向量vt、vt_d的大小(絕對(duì)值)如何，出口絕對(duì)周速度向量vt_d都小于入口絕對(duì)周速度向量vt。

此外，對(duì)安裝于靜葉片40上的tobi噴嘴44的噴嘴出口處的流道剖面積及噴出角度、以及盤形轉(zhuǎn)子51的圓盤孔52的出口處的流道剖面積及噴出角度也一樣進(jìn)行設(shè)定，使得出口絕對(duì)周速度向量小于圓盤孔52的入口絕對(duì)周速度向量。因此，如圖2所示，冷卻空氣如箭頭a3所示通過(guò)tobi噴嘴44，方向再次變?yōu)閳A盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)，然后如箭頭a4所示在通過(guò)圓盤孔52的過(guò)程中，本次方向變化為圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反側(cè)，此時(shí)，朝向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u對(duì)盤形轉(zhuǎn)子51進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，盤形轉(zhuǎn)子51也構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

另外，如果出口絕對(duì)周速度向量小于入口絕對(duì)周速度向量，則第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的圓盤孔52的出口處的流道剖面積及噴出角度可以和第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31的圓盤孔32的出口處的流道剖面積及噴出角度不同。

[1-3.作用與效果]

根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)，如上所述，盤形轉(zhuǎn)子31、51構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤，其各圓盤孔32、52設(shè)定為出口周速度向量小于入口絕對(duì)周速度向量，因此，冷卻空氣在通過(guò)圓盤孔32、52的過(guò)程中做功，對(duì)由燃燒氣體g驅(qū)動(dòng)的盤形轉(zhuǎn)子31、51進(jìn)行輔助驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)而，本實(shí)施方式使用tobi噴嘴24、44，通過(guò)其收縮，可以向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)加速冷卻空氣，因此，能夠增大盤形轉(zhuǎn)子31、51的圓盤孔32、52的入口絕對(duì)周速度向量。另一方面，使圓盤孔32、52的冷卻空氣噴出方向和圓盤旋轉(zhuǎn)方向u相反，并且收縮圓盤孔32、52的出口，從而能夠減小圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的分量即出口絕對(duì)周速度向量。因此，可以大幅度地增大入口絕對(duì)周速度向量和出口絕對(duì)周速度向量之差(＝入口絕對(duì)周速度向量-出口絕對(duì)周速度向量)，可以從冷卻空氣回收到更多的動(dòng)力。

此外，在第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31和第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51之間(即第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的冷卻空氣流通方向上游側(cè))也配置有tobi噴嘴44，因此，可以通過(guò)tobi噴嘴44，對(duì)通過(guò)圓盤孔31后的、具有圓盤旋轉(zhuǎn)方向u相反側(cè)的周速度向量的冷卻空氣賦予圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)的周速度向量。因此，可以增大第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51的圓盤孔52的入口絕對(duì)周速度向量，除第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31以外，第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子51也可以構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤，從而能夠多階段地從冷卻空氣回收動(dòng)力。

進(jìn)而，本實(shí)施方式的圓盤孔32、52為光滑的彎曲、葉片形狀，越靠近出口部，愈發(fā)面向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向。因此，能夠有效地對(duì)從tobi噴嘴24、44朝向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u噴出的冷卻空氣的流動(dòng)進(jìn)行回收，作為驅(qū)動(dòng)盤形轉(zhuǎn)子31、51的動(dòng)力，并且冷卻空氣的流向朝向出口平滑地變化，從而能夠減少壓力損失。

另外，從冷卻空氣回收動(dòng)力時(shí)，冷卻空氣做功，其溫度會(huì)降低。因此，可以相應(yīng)于該降低量，減少冷卻器7(參照?qǐng)D1)的負(fù)載，從而能夠降低對(duì)冷卻空氣進(jìn)行冷卻所需要的動(dòng)力。并且，由于冷卻空氣的溫度會(huì)降低，可以相應(yīng)地削減冷卻空氣即壓縮空氣的抽吸量。削減抽吸量后，就可以相應(yīng)地增加供應(yīng)給燃燒器的燃燒空氣即壓縮空氣量，從而能夠增加燃燒器的燃燒量，提高渦輪機(jī)的輸出。

[1-4.改進(jìn)例]

參照?qǐng)D4，對(duì)本實(shí)施方式的改進(jìn)例的燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)于和上述實(shí)施方式相同的要素標(biāo)記相同符號(hào)，省略其說(shuō)明。

本改進(jìn)例的渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)和上述實(shí)施方式相同，但相較于上述實(shí)施方式，可以將孔入口32b處的冷卻空氣的速度向量c1設(shè)定為更小，并且可以將盤形轉(zhuǎn)子31的周速度向量vu設(shè)定為更小。

其結(jié)果為，雖然出口絕對(duì)周速度向量vt_d的大小(絕對(duì)值)大于入口絕對(duì)周速度向量vt的大小(絕對(duì)值)，但入口絕對(duì)周速度向量vt的方向和圓盤旋轉(zhuǎn)方向u相同(plus側(cè))，而出口絕對(duì)周速度向量vt_d的方向和圓盤旋轉(zhuǎn)方向u相反(minus側(cè))。因此，在將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u規(guī)定為正方向(plus)，將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向規(guī)定為負(fù)方向(minus)時(shí)，出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于入口絕對(duì)周速度向量vt，盤形轉(zhuǎn)子31和上述實(shí)施方式一樣，構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

[1-5.其他]

在所述實(shí)施方式中，對(duì)于安裝于靜葉片40上的tobi噴嘴44，供應(yīng)通過(guò)前段的第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子31的圓盤孔32后的冷卻空氣，如圖2中的雙點(diǎn)劃線所示，也可以由從殼體10的外側(cè)插通靜葉片40內(nèi)部的配管45供應(yīng)冷卻空氣。

[2.第2實(shí)施方式]

參照?qǐng)D1、圖2及圖5，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)于和第1實(shí)施方式相同的要素標(biāo)記相同符號(hào)，省略其說(shuō)明。

[2-1.渦輪部及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成]

相對(duì)于圖2及圖3所示的第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)而言，本實(shí)施方式的渦輪部4(參照?qǐng)D1)及其冷卻結(jié)構(gòu)使用圖5所示的tobi噴嘴124及盤形轉(zhuǎn)子131分別代替tobi噴嘴24、44及盤形轉(zhuǎn)子31、51。

tobi噴嘴124具備配置在外圈部和內(nèi)圈部之間、沿圓周方向等間隔地排列的多個(gè)柱狀構(gòu)件124c，在沿圓周方向相鄰的柱狀構(gòu)件124c之間形成有噴嘴部124d。該噴嘴部124d沿其圓周方向切斷的剖面形狀如圖5所示，是朝向冷卻空氣的流通方向a5，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)傾斜的梯形，前端逐漸變細(xì)，相對(duì)于徑向(垂直于圖5的紙面的方向)而言，該剖面形狀為固定的剖面形狀。也就是說(shuō)，噴嘴部124d形成為在沿圓周方向切斷的剖面上，畫出噴嘴部124d的壁面為直線，并形成為收縮形狀，在上述流通方向a5上越靠近下游側(cè)流道剖面積就越小。

和第1實(shí)施方式的盤形轉(zhuǎn)子31相比，盤形轉(zhuǎn)子131儀圓盤孔132的形狀不同，因此，只對(duì)圓盤孔132進(jìn)行說(shuō)明。

各圓盤孔132沿其圓周方向切斷的剖面形狀如圖5所示，是朝向冷卻空氣的流通方向a6，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向傾斜的梯形，前端逐漸變細(xì)，相對(duì)于徑向而言，該剖面形狀為固定的剖面形狀。也就是說(shuō)，圓盤孔132形成為在沿圓周方向切斷的剖面上，畫出圓盤孔的壁面為直線，并且形成為收縮形狀，在上述流通方向a6上越靠近下游側(cè)流道剖面積就越小。

并且，對(duì)噴嘴出口124e處的流道剖面積及噴出角度、以及孔出口132a處的流道剖面積及噴出角度進(jìn)行設(shè)定，使得孔出口132a處的出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于孔入口132b處的冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量(噴嘴出口124e處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量)vt。也就是說(shuō)，盤形轉(zhuǎn)子131構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

另外，可以使第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子的圓盤孔出口處的流道剖面積及噴出角度和第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子的圓盤孔出口處的流道剖面積及噴出角度不同。[2-2.作用與效果]

本發(fā)明第2實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成如上所述，因此，可以獲得和第1實(shí)施方式相同的效果，此外，噴嘴部124d及圓盤孔132的形狀為，在沿圓周方向切斷的剖面上畫出噴嘴部124d及圓盤孔132的壁面為直線，因此，容易開展用于成型噴嘴部124d及圓盤孔132的加工，可以降低制造費(fèi)用，縮短制造時(shí)間。

[2-3.其他]

在上述第2實(shí)施方式中，使圓盤孔132形成為越靠近孔出口132a側(cè)流道剖面積越小的收縮形狀，但如果能夠設(shè)定為孔出口132a處的出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于孔入口132b處的冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量vt，則如圖5中的雙點(diǎn)劃線所示，圓盤孔132也可以為相對(duì)于冷卻空氣的流通方向，流道剖面積固定的形狀。該情況下，成型圓盤孔132的加工更加容易。

進(jìn)而，在上述第2實(shí)施方式中，將圓盤孔132構(gòu)成為朝向冷卻空氣的流通方向a6，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向傾斜，除了這種傾斜的圓盤孔132以外，如圖6所示，也可以采用朝向冷卻空氣的流通方向a6的下游側(cè)，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)傾斜的圓盤孔232。沿圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的旋轉(zhuǎn)相對(duì)較慢時(shí)，即便采用這種傾斜的圓盤孔，也能使冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于入口絕對(duì)周速度向量vt。另外，像這樣使圓盤孔向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u側(cè)傾斜時(shí)，如果收縮孔出口232a，出口絕對(duì)周速度向量vt_d會(huì)變大，因此，在這里圓盤孔232設(shè)計(jì)為圖6所示無(wú)收縮的形狀，但也可以設(shè)計(jì)為從孔入口232b朝向孔出口232a增大流道剖面積的形狀。

[3.第3實(shí)施方式]

參照?qǐng)D1、圖7及圖8，對(duì)本發(fā)明的第3實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)于和上述實(shí)施方式相同的要素標(biāo)記相同符號(hào)，省略其說(shuō)明。另外，圖8是沿圓周方向切斷tobi噴嘴24、第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331及第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351的模式性剖面圖(其中，僅顯示一部分)，是標(biāo)記有冷卻空氣及盤形轉(zhuǎn)子331、351的速度向量的圖。

[3-1.渦輪機(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成]

本實(shí)施方式的渦輪部4(參照?qǐng)D1)及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成如圖7所示。和圖2所示的第1實(shí)施方式相比，該冷卻結(jié)構(gòu)的不同之處在于，在配置于動(dòng)葉片30、50彼此之間的靜葉片40上未設(shè)置tobi噴嘴44(詳細(xì)而言，進(jìn)而未設(shè)置用于安裝tobi噴嘴44的構(gòu)件42、43及密封構(gòu)件35、55、56)，并且第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331及第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351的構(gòu)成(詳細(xì)而言，該等盤形轉(zhuǎn)子的圓盤孔的構(gòu)成)也不同。

以下，針對(duì)第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331及第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351進(jìn)行說(shuō)明。

第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331上設(shè)置有圓盤孔332，沿旋轉(zhuǎn)軸線l方向貫穿第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331，形成圓盤孔332，在同一徑向位置上沿圓周方向等間隔地配置有多個(gè)圓盤孔332。此外，相對(duì)于冷卻空氣的流通方向a2而言，圓盤孔332的流道剖面(垂直于冷卻空氣的流通方向a2切割而成的剖面)形狀為固定的形狀(例如正方形、長(zhǎng)方形、圓形、橢圓形等)。

同樣，第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351上也設(shè)置有圓盤孔352，沿旋轉(zhuǎn)軸線l方向貫穿第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351，形成圓盤孔352，在同一徑向位置上沿圓周方向等間隔地配置有多個(gè)圓盤孔352。此外，圓盤孔352為相對(duì)于冷卻空氣的流通方向a4而言，流道剖面積固定的形狀(例如正方形、長(zhǎng)方形、圓形、橢圓形等)。

如圖7所示，各圓盤孔332及各圓盤孔352均配置在和tobi噴嘴24相同的徑向位置上，并且，其個(gè)數(shù)也相同，其孔出口332a和孔出口352a的流道剖面積設(shè)定為相同。并且，相對(duì)于徑向(垂直于圖8的紙面的方向)而言，圓盤孔332、352的沿圓周方向的剖面形狀可以固定，也可以不固定。

另外，也可以不將多個(gè)圓盤孔332配置在同一徑向位置上，也可以不等間隔地配置，進(jìn)而，也可以不配置在和tobi噴嘴24相同的徑向位置上。同樣，也可以不將多個(gè)圓盤孔352配置在同一徑向位置上，也可以不等間隔地配置，進(jìn)而，也可以不配置在和tobi噴嘴24相同的徑向位置上。此外，圓盤孔332的個(gè)數(shù)和圓盤孔352的個(gè)數(shù)可以不同，圓盤孔332和圓盤孔352中的流道剖面形狀及流道剖面積也可以不同。進(jìn)而，相對(duì)于流通方向而言，圓盤孔332、352的各流道剖面形狀可以不是固定的剖面形狀。

如圖8所示，對(duì)噴嘴出口24e處的流道剖面積及噴出角度、以及第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331各圓盤孔332的孔出口332a處的流道剖面積及噴出角度進(jìn)行設(shè)定，使得孔出口332a處的出口絕對(duì)周速度向量vt_d小于孔入口332b處的冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量(即，tobi噴嘴24的噴嘴出口24e處的冷卻空氣的絕對(duì)周速度向量)vt。也就是說(shuō)，盤形轉(zhuǎn)子131構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

此外，本實(shí)施方式的特征在于，相較于第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331的圓盤孔332，第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子351的各圓盤孔352使冷卻空氣更進(jìn)一步地向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反側(cè)傾斜地噴出。

也就是說(shuō)，向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向傾斜地設(shè)定圓盤孔352，使各圓盤孔352的朝向冷卻空氣流通方向下游側(cè)的傾斜角度θ2大于圓盤孔332的同一傾斜角度θ1。

借此，如圖8所示，即便在后段的圓盤孔352中，也能從冷卻空氣回收動(dòng)力。

也就是說(shuō)，相較于前段圓盤孔332，從后段圓盤孔352向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反側(cè)更大地傾斜并噴出冷卻空氣，從而在將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u規(guī)定為正方向，將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向規(guī)定為負(fù)方向時(shí)，可以使孔出口352a處的冷卻空氣絕對(duì)速度向量c_d′(對(duì)冷卻空氣的速度向量c3和圓盤周速度向量vu合成而獲得的速度向量)的周速度分量即出口絕對(duì)周速度向量vt_d′比前段孔出口332a處的冷卻空氣出口絕對(duì)周速度向量(即，孔入口352b處的冷卻空氣入口絕對(duì)周速度向量)vt_d小δvt′。借此，即便在后段的盤形轉(zhuǎn)子351中，也能從冷卻空氣回收動(dòng)力。也就是說(shuō)，除前段的盤形轉(zhuǎn)子331外，后段的盤形轉(zhuǎn)子351也構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

另外，這里例示的是圓盤孔332和圓盤孔352中孔出口的流道剖面積及個(gè)數(shù)相同的示例，但是，如上所述，圓盤孔332和圓盤孔352中孔出口的流道剖面積及個(gè)數(shù)也可以不同。在該情況下，相較于前段圓盤孔332，從后段圓盤孔352向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反側(cè)更大地傾斜并噴出冷卻空氣，自然也可以減小圓盤孔352的出口絕對(duì)周速度向量vt_d′。

這里，和入口絕對(duì)周速度向量vt及出口絕對(duì)周速度向量vt_d一樣，出口絕對(duì)周速度向量vt_d′是以固定系統(tǒng)為基準(zhǔn)的絕對(duì)系統(tǒng)中的速度向量，出口絕對(duì)周速度向量vt_d′小于入口絕對(duì)周速度向量vt_d是將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u規(guī)定為正方向(plus)，將圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反方向規(guī)定為負(fù)方向(minus)時(shí)的向量比較。

[3-2.作用與效果]

根據(jù)本發(fā)明第3實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)，后段盤形轉(zhuǎn)子351也構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤，因此，能夠更進(jìn)一步有效地實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)輸出的提高以及伴隨動(dòng)力回收而出現(xiàn)的冷卻空氣的低溫化。

[3-3.其他]

在上述第3實(shí)施方式中，使圓盤孔332、352的各流道剖面形狀相對(duì)于冷卻空氣的流通方向?yàn)楣潭ǖ男螤?，但圓盤孔332、352也可以使用第1實(shí)施方式(參照?qǐng)D3)或第2實(shí)施方式(參照?qǐng)D5)所述的收縮形狀的圓盤孔。

[4.第4實(shí)施方式]

參照?qǐng)D1、圖9及圖10，對(duì)本發(fā)明的第4實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及渦輪機(jī)的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。另外，對(duì)于和上述實(shí)施方式相同的要素標(biāo)記相同符號(hào)，省略其說(shuō)明。另外，圖10是沿圓周方向切斷tobi噴嘴24、第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331及第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子451的模式性剖面圖(其中，僅顯示一部分)，是標(biāo)記有冷卻空氣及盤形轉(zhuǎn)子331、451的速度向量的圖。

[4-1.渦輪機(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成]

本實(shí)施方式的渦輪部4(參照?qǐng)D1)及其冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成如圖9及圖10所示，和圖7及圖8所示的第3實(shí)施方式相比，第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子的構(gòu)成(詳細(xì)為圓盤孔的配置)不同。

以下，針對(duì)第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子451進(jìn)行說(shuō)明。

在第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子451上，在同一徑向位置上沿圓周方向等間隔地配置有多個(gè)圓盤孔452，沿旋轉(zhuǎn)軸線l方向貫穿第2級(jí)盤形轉(zhuǎn)子451，形成各圓盤孔452。

此外，各圓盤孔452構(gòu)成為和第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子331的圓盤孔332相同個(gè)數(shù)及相同形狀，其傾斜角度(噴出角度)θ1、個(gè)數(shù)及孔出口452a的流道剖面積和圓盤孔332相同，但是，如圖9所示，圓盤孔452配置在相較于圓盤孔332更靠近旋轉(zhuǎn)軸線l的位置(內(nèi)周側(cè))上，其旋轉(zhuǎn)半徑設(shè)定為較小值。另外，如果多個(gè)圓盤孔452相較于圓盤孔332配置在內(nèi)周側(cè)，則也可以不配置在同一徑向位置上，也可以不等間隔地配置。進(jìn)而，圓盤孔452的形狀(傾斜角度及孔出口452a的流道剖面積等)及個(gè)數(shù)也可以和圓盤孔332不同。

通過(guò)將圓盤孔452相較于圓盤孔332配置在內(nèi)周側(cè)，如圖10所示，即便在后段的圓盤孔452中，也能從冷卻空氣回收動(dòng)力。

也就是說(shuō)，各圓盤孔452的旋轉(zhuǎn)半徑設(shè)定為較小值，因此，圓盤孔452的徑向位置上的圓盤周速度向量vu′小于圓盤孔332的徑向位置上的圓盤周速度向量vu。相應(yīng)于圓盤周速度向量vu′的變小量，使孔出口452a處的冷卻空氣絕對(duì)速度向量c_d′(對(duì)冷卻空氣的速度向量c2和圓盤周速度向量vu′合成而獲得的速度向量)的周速度分量即出口絕對(duì)周速度向量vt_d′比前段孔出口332a處的冷卻空氣出口絕對(duì)周速度向量(即，孔入口452b處的冷卻空氣入口絕對(duì)周速度向量)vt_d小δvt′，從冷卻空氣回收動(dòng)力。

也就是說(shuō)，除前段的盤形轉(zhuǎn)子331外，后段的盤形轉(zhuǎn)子451也構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

另外，這里例示的是圓盤孔332和圓盤孔452中傾斜角度、孔出口的流道剖面積及個(gè)數(shù)相同的示例，但是，如上所述，圓盤孔332和圓盤孔452中傾斜角度、孔出口的流道剖面積或個(gè)數(shù)也可以不同。在該情況下，通過(guò)將后段的圓盤孔452相較于圓盤孔332配置在內(nèi)周側(cè)，自然也可以減小圓盤孔452的出口絕對(duì)周速度向量vt_d′。

[4-2.作用與效果]

根據(jù)本發(fā)明第4實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)及其冷卻結(jié)構(gòu)，和第3實(shí)施方式一樣，后段盤形轉(zhuǎn)子451也構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤，因此，能夠更進(jìn)一步有效地實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)輸出的提高以及伴隨動(dòng)力回收而出現(xiàn)的冷卻空氣的低溫化。

[4-3.其他]

在上述第4實(shí)施方式中，使外周側(cè)的圓盤孔332和內(nèi)周側(cè)的圓盤孔452為相同形狀，但也可以為不同形狀。例如，可以如上述第3實(shí)施方式的圓盤孔352(參照?qǐng)D8)所示，使內(nèi)周側(cè)的圓盤孔452相較于圓盤孔332更加朝向圓盤旋轉(zhuǎn)方向u的相反側(cè)噴出冷卻空氣。從而可以進(jìn)一步減小圓盤孔452中冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量vt_d′，從冷卻空氣更多地回收動(dòng)力。

[5.其他]

(1)在上述各實(shí)施方式中將盤形轉(zhuǎn)子構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤，但動(dòng)力回收型圓盤的應(yīng)用并不僅限于盤形轉(zhuǎn)子。例如，要在盤形轉(zhuǎn)子的前段設(shè)置與該盤形轉(zhuǎn)子一體旋轉(zhuǎn)(即，與動(dòng)葉片一體旋轉(zhuǎn))的密封盤時(shí)，可以對(duì)密封盤的圓盤孔應(yīng)用各實(shí)施方式及其改進(jìn)例所記載的盤形轉(zhuǎn)子的圓盤孔構(gòu)成(例如第1實(shí)施方式及第2實(shí)施方式中具有收縮形狀的圓盤孔的構(gòu)成)，并將其設(shè)定為冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量小于冷卻空氣的入口絕對(duì)周速度向量。從而可以將密封盤構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

(2)在上述各實(shí)施方式中，在第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子的前段設(shè)置tobi噴嘴24，利用tobi噴嘴24將冷卻空氣形成旋流，并從殼部22內(nèi)部的空腔供應(yīng)給第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子，但也可以采用不設(shè)置tobi噴嘴24(不形成旋流)，而將冷卻空氣直接從空腔供應(yīng)給第1級(jí)盤形轉(zhuǎn)子的構(gòu)成。

(3)在上述各實(shí)施方式中，tobi噴嘴如圖3所示使用的是葉片型噴嘴，沿圓周方向排列多個(gè)葉片形狀部24c，并在葉片形狀部24c彼此之間形成噴嘴部24d，但也可以使用管狀噴嘴代替葉片型噴嘴，利用沿圓周方向排列的管狀噴嘴使冷卻空氣回旋并供應(yīng)。

(4)在上述第1實(shí)施方式中，如圖2所示，利用靜葉片40支撐設(shè)置在盤形轉(zhuǎn)子31、51彼此之間的tobi噴嘴44，但設(shè)置于盤形轉(zhuǎn)子彼此之間的tobi噴嘴并不一定需要用靜葉片支撐，例如也可以將tobi噴嘴構(gòu)成為管狀噴嘴，利用殼體10支撐管狀噴嘴。

(5)用于使圓盤孔的出口絕對(duì)周速度比入口絕對(duì)周速度慢的設(shè)定方法并不僅限于上述各實(shí)施方式的設(shè)定方法。

例如，在上述第1及第2實(shí)施方式中，使圓盤孔配置在相較于tobi噴嘴更靠旋轉(zhuǎn)軸線l側(cè)，從而可以使圓盤孔的旋轉(zhuǎn)半徑比tobi噴嘴小，可以適當(dāng)?shù)亟M合上述各實(shí)施方式所采用的方法。

或者，在圖8所示的上述第3實(shí)施方式中，也可以采用以下設(shè)計(jì)，代替將前段圓盤孔332和后段圓盤孔352的傾斜角度設(shè)定為不同角度的操作。

即，使后段圓盤孔352的出口處收縮，增大冷卻空氣的速度向量，從而可以減小出口絕對(duì)周速度向量vt_d′。

(6)在上述各實(shí)施方式中，噴嘴部或圓盤孔沿圓周方向切斷的剖面形狀相對(duì)于徑向而言固定，但并不僅限于此，沿徑向的剖面形狀也可以為圓形(圓孔)或圓錐形(圓錐孔)等，相對(duì)于徑向而言，剖面形狀不固定。進(jìn)而，如圖2中的雙點(diǎn)劃線所示的圓盤孔32、52，可以使圓盤孔沿圓周方向的剖面形狀相對(duì)于徑向而言固定(或者沿圓周方向的剖面形狀相對(duì)于徑向而言發(fā)生變化)，并向徑向傾斜，使入口和出口為不同的徑向位置，或者沿徑向收縮的形狀。此外，在可以通過(guò)圓盤孔回收動(dòng)力的范圍內(nèi)，可以使圓盤孔和tobi噴嘴的徑向位置為不同的位置。

(7)在上述各實(shí)施方式中，各圓盤孔在具有其的圓盤內(nèi)形狀(傾斜角度或流道剖面積)或徑向位置相同，但并不僅限于此，也可以使其形狀、徑向位置有一部分不同。

(8)在上述各實(shí)施方式中，對(duì)于盤形轉(zhuǎn)子上所設(shè)置的多個(gè)圓盤孔，分別設(shè)定為冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量小于入口絕對(duì)周速度向量，但也可以將盤形轉(zhuǎn)子上所設(shè)置的多個(gè)圓盤孔中的至少一個(gè)設(shè)定為冷卻空氣的出口絕對(duì)周速度向量小于入口絕對(duì)周速度向量。此外，可以將盤形轉(zhuǎn)子或密封盤等多個(gè)圓盤中的至少一個(gè)構(gòu)成為動(dòng)力回收型圓盤。

(9)在上述各實(shí)施方式中，例示了將本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用于發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)的示例，但本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)并不僅限于適用于發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)，例如也可以應(yīng)用于航空用燃?xì)廨啓C(jī)。

符號(hào)說(shuō)明

1燃?xì)廨啓C(jī)

2壓縮機(jī)(壓縮部)

3燃燒器(燃燒部)

4渦輪部(渦輪機(jī))

5旋轉(zhuǎn)軸

20、40靜葉片

24、44、124tobi噴嘴

30、50動(dòng)葉片

31、51、131、331、351、451盤形轉(zhuǎn)子(動(dòng)力回收型圓盤)

32、52、132、232、332、352、452圓盤孔

32a、52a、132a、232a、332a、352a、452a孔出口

32b、52b、132b、232b、332b、352b、452b孔入口

c1、c2、c3冷卻空氣的速度向量

l旋轉(zhuǎn)軸線

u圓盤旋轉(zhuǎn)方向

vt、vt_d、vt_d′絕對(duì)周速度向量

θ1、θ2圓盤孔的傾斜角度(噴出角度)