(57)【要約】【課題】  燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置関係の最適化を図ってタービン効率の向上が図れる燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造を提供する。【解決手段】  回転軸周りに複数配設された燃焼器１内で空気圧縮機４からの圧縮空気にて燃料を燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを、各燃焼器尾筒よりタービン６入口に流入させ、タービン内における燃焼ガス通路部の周方向に複数配設された静翼７および動翼８からなる複数のタービン段落を順次通過させることで動力を発生するガスタービンにおいて、前記隣接する燃焼器尾筒５間で形成されるウェークフロー１２を前記１段静翼の前縁寄りの圧力面７ａ側に流入させるように燃焼器尾筒とタービン入口とを連通接続した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに複数配設された燃焼器内で圧縮機からの圧縮空気にて燃料を燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを、各燃焼器尾筒よりタービン入口に流入させ、タービン内における燃焼ガス通路部の周方向に複数配設された静翼および動翼からなる複数のタービン段落を順次通過させることで動力を発生するガスタービンにおいて、前記隣接する燃焼器尾筒間で形成されるウェークフローを前記１段静翼の前縁寄りの圧力面側に流入させるように燃焼器尾筒とタービン入口とを連通接続したことを特徴とする燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造。
【請求項２】
前記ウェークフローを、１段静翼の前縁から同１段静翼の１／４ピッチの範囲内に流入させることを特徴とする請求項１記載の燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造。
【請求項３】
前記１段静翼の前縁位置を高さ方向で周方向に分布をつけないで前記ウェークフローと１段静翼の相対位置関係を保持したことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造。
【請求項４】
前記１段静翼の前縁位置に合わせて前記尾筒側面の周方向位置を分布させ前記ウェークフローと１段静翼の相対位置関係を保持したことを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンにおける燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンは、空気圧縮機（以下「圧縮機」と記すことがある）、燃焼器、及びタービンを主な構成要素とし、互いに回転軸で直結された圧縮機とタービンの間に燃焼器が配設されてなり、作動流体となる空気が回転軸の回転により圧縮機に吸入されて圧縮され、その圧縮空気が燃焼器に導入されて燃料とともに燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスがタービンに吐出されてタービンとともに回転軸を回転駆動させる。このようなガスタービンは、回転軸の前端に発電機等を接続することでその駆動源として活用される（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１０７７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスタービンにおける燃焼器は複数個存在し、燃焼器からの高温ガスは尾筒からタービン１段静翼に流入する。タービン入口に対して尾筒は燃焼器と同数存在し隣接する尾筒間には構造部（所定の厚さを有した尾筒側壁部）が存在するため、その後方でタービン側にはウェークフロー（伴流又は後流）が生じる。このため、タービン入口の流れには周方向に分布が形成される。
【０００５】
ところが、現状では燃焼器尾筒と静翼の位置関係は適当に決められるか、もしくは、特許文献１に開示されているように、燃焼器出口の温度分布を考慮してタービン１段静翼の熱の流入を減らすように設定されている。そのため、燃焼器尾筒（ウェークフロー）と１段静翼の相対位置如何によっては、タービン効率を低下させるという不具合があった。
【０００６】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置関係の最適化を図ってタービン効率の向上が図れる燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯かる目的を達成するための本発明に係る燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造は、回転軸周りに複数配設された燃焼器内で圧縮機からの圧縮空気にて燃料を燃焼させ、これにより発生した燃焼ガスを、各燃焼器尾筒よりタービン入口に流入させ、タービン内における燃焼ガス通路部の周方向に複数配設された静翼および動翼からなる複数のタービン段落を順次通過させることで動力を発生するガスタービンにおいて、前記隣接する燃焼器尾筒間で形成されるウェークフローを前記１段静翼の前縁寄りの圧力面側に流入させるように燃焼器尾筒とタービン入口とを連通接続したことを特徴とする。
【０００８】
また、前記ウェークフローを、１段静翼の前縁から同１段静翼の１／４ピッチの範囲内に流入させることを特徴とする。
【０００９】
また、前記１段静翼の前縁位置を高さ方向で周方向に分布をつけないで前記ウェークフローと１段静翼の相対位置関係を保持したことを特徴とする。
【００１０】
また、前記１段静翼の前縁位置に合わせて前記尾筒側面の周方向位置を分布させ前記ウェークフローと１段静翼の相対位置関係を保持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構成によれば、ウェークフローの剪断による吹降しと１段静翼の循環による吹上が相殺しインシデンスが減少するので、１段静翼の前縁寄りの負圧面側流速が低下してタービン効率が向上されると共に、燃焼器尾筒間からのシール空気による一段静翼の圧力面の冷却効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃焼器尾筒とタービン入口との連通構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図、図２はガスタービンの要部概略構成図、図３は燃焼器尾筒（ウェークフロー）と１段静翼との相対位置による作用の比較説明図、図４は性能、冷却の観点から好ましい燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置を示すグラフ、図５は燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置と効率の関係を解析したグラフである。
【００１４】
図２に示すように、ガスタービンは、図示しない主軸（回転軸）の周りに燃焼器１が複数（例えば１６個）配設される。各燃焼器１においては、燃焼器内筒２に臨設された燃料ノズル３から噴射された燃料Ｆと、空気圧縮機（以下単に圧縮機という）４から吐出され燃焼器内筒２上流側に導入された圧縮空気ＰＡとが混合され、次いで燃焼器内筒２の下流側もしくは燃焼器尾筒５の上流側の燃焼域で燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスＣＧとしてタービン６に導入する。タービン６では、この燃焼ガスＣＧを静翼７及び動翼８からなる複数のタービン段落を順次通過・膨張させることで動力を発生させ、圧縮機４を駆動すると共に余剰の駆動力を外部へ出力するようにしている。
【００１５】
また、燃焼器内筒２に導入される圧縮空気ＰＡと燃料Ｆとの比率（空燃比）はガスタービンの運転状態（すなわち投入される燃料量）に応じて最適な値となるよう制御する必要があるが、この目的のため圧縮空気ＰＡの全部を燃焼器１の燃焼域へ導入せず、一部をバイパスさせて車室９から燃焼器尾筒５へ流入させる構成としている。このために設けられるのがバイパス弁１０であり、圧縮空気ＰＡの一部が、車室９内に設けたバイパス管１１の開口部から燃焼器尾筒５内に流入・供給される。
【００１６】
そして、本実施例では、図１に示すように、隣接する燃焼器尾筒５間で形成されるウェークフロー１２を１段静翼７の前縁７ｃ寄りの圧力面７ａ側に流入させるように燃焼器尾筒５とタービン６入口とを連通接続している。即ち、図４にも示すように、θ／θ尾筒が例えば１段静翼７の前縁７ｃから同１段静翼の１／４ピッチの範囲内（図４中の破線領域内）に流入させるようになっている。
【００１７】
このようにして、ウェークフロー１２と１段静翼７との相対位置を設定することにより、タービン効率（１段効率）が向上されると共に、燃焼器尾筒５間からのシール空気による冷却作用で１段静翼７の表面最高温度が下がることから、１段静翼７の圧力面７ａの冷却空気量を減少させることができる（図４参照）。
【００１８】
上記タービン効率の向上は、図５に示すように、本発明者等の解析結果により確認されている。これは、図３に示すように、ウェークフロー１２の剪断による吹降しと１段静翼７の循環による吹上が相殺しインシデンス（迎え角）が減少するので、１段静翼７の前縁７ｃ寄りの負圧面７ｂ側流速が低下してタービン効率が向上されると考えられる。
【００１９】
逆に、現状の実機相当では、ウェークフロー１２が１段静翼７の前縁７ｃから負圧面７ｂ側に流入するような相対位置になっていることから、ウェークフロー１２の剪断による吹上と１段静翼７の循環による吹上でインシデンス（迎え角）が増加し、１段静翼７の前縁７ｃ寄りの負圧面７ｂ側流速が高まることからタービン効率が低下すると考えられる。
【実施例２】
【００２０】
図６は本発明の実施例２を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【００２１】
これは、実施例１における燃焼器尾筒５の側壁を可及的に肉薄に形成してウェークフロー１２自体の発生を抑制して燃焼器尾筒５での圧力損失を低減するようにした例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例３】
【００２２】
図７は本発明の実施例３を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【００２３】
これは、実施例１における燃焼器尾筒５の側壁における出口側を可及的に肉薄に形成してウェークフロー１２自体の発生を抑制して燃焼器尾筒５での圧力損失を低減するようにした例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例４】
【００２４】
図８は本発明の実施例４を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【００２５】
これは、実施例１における燃焼器尾筒５と１段静翼７との間隔Ｌを可及的に近づけてウェークフロー１２自体の発生を抑制して燃焼器尾筒５での圧力損失を低減するようにした例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例５】
【００２６】
図９は本発明の実施例５を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。尚、図９は燃焼ガス流れの下流側から燃焼器尾筒を見た図である。
【００２７】
これは、実施例１における１段静翼７の前縁７ｃ位置を高さ方向で周方向に分布をつけないで実施例１におけるウェークフロー１２と１段静翼７の相対位置関係を保持した例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例６】
【００２８】
図１０は本発明の実施例６を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。尚、図１０は燃焼ガス流れの下流側から燃焼器尾筒を見た図である。
【００２９】
これは、実施例１における１段静翼７の前縁７ｃ位置に合わせて燃焼器尾筒５側面（側壁）の周方向位置を分布させて実施例１におけるウェークフロー１２と１段静翼７の相対位置関係を保持した例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例７】
【００３０】
図１１は本発明の実施例７を示す燃焼器尾筒と１段静翼及び２段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【００３１】
これは、実施例１において、１段静翼７と２段静翼７の静翼枚数が一致もしくは比が整数となる場合に、燃焼器尾筒５間と１段静翼７からの一体になったウェークフロー１２を、実施例１におけるウェークフロー１２と１段静翼７の相対位置関係と同様の相対位置関係を保持して、２段静翼７に流入させるようにした例であり、２段効率を高めてより一層の効率向上が図れる。
【実施例８】
【００３２】
図１２は本発明の実施例８を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。尚、図１２は燃焼ガス流れの下流側から燃焼器尾筒を見た図である。
【００３３】
これは、実施例５における静翼７のハブ側とチップ側で静翼７の周方向位置を変更して、エンドウォールへの２次流れ低減による圧力損失の低減と、２段静翼７でのクロッキングによる性能向上幅の増加を図った例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【実施例９】
【００３４】
図１３は本発明の実施例９を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。尚、図１３は燃焼ガス流路を側面から見た図である。
【００３５】
これは、実施例５における静翼７のハブ側とチップ側で静翼７の軸方向位置を変更して（図中面取り部７ｄ参照）、エンドウォールへの２次流れ低減による圧力損失の低減と、２段静翼７でのクロッキングによる性能向上幅の増加を図った例であり、より一層のタービン効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例１を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図２】ガスタービンの要部概略構成図である。
【図３】燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置による作用の比較説明図である。
【図４】性能、冷却の観点から好ましい燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置を示すグラフである。
【図５】燃焼器尾筒と１段静翼の相対位置と効率の関係を解析したグラフである。
【図６】本発明の実施例２を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例３を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例４を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図９】本発明の実施例５を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施例６を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施例７を示す燃焼器尾筒と１段静翼及び２段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施例８を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施例９を示す燃焼器尾筒と１段静翼との相対位置関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  燃焼器
２  燃焼器内筒
３  燃料ノズル
４  空気圧縮機
５  燃焼器尾筒
６  タービン
７  静翼
７ａ  圧力面
７ｂ  負圧面
７ｃ  翼前縁
７ｄ  面取り部
８  動翼
９  車室
１０  バイパス弁
１１  バイパス管
１２  ウェークフロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006052910.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006052910.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2006052910.tif 000013
【図１２】
2006052910.tif 000014
【図１３】
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