(57)【要約】【課題】  排気ディフューザのストラットに生じる衝撃波に起因するタービン効率の低下を防ぐことができるガスタービンの提供を課題とする。【解決手段】  ストラットカバー１０２の前縁部ＬＥ１における断面外形状が、燃焼ガスＦの流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼型形状をなす構成を採用した。【選択図】      図２
2004190664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ側に設けられて該ロータとともに回転する動翼と、これら動翼の最終段からの燃焼ガスを取り込んで圧力回復させる排気ディフューザとを備え、
前記排気ディフューザが、該排気ディフューザ内に通された前記ロータを軸支するストラットを備えているガスタービンにおいて、
前記ストラットの前縁部における断面外形状が、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼型形状をなしている
ことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ストラットの後縁部における断面外形状が、半円形状をなしていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えて構成されている（図示略）。このガスタービンによれば、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気が、前記燃焼器に供給され、別途供給されてくる燃料と混合して燃焼される。燃焼によって発生された燃焼ガスは、前記タービンへと供給される。このタービン内で燃焼ガスのエネルギーが引き出され、前記圧縮機の回転駆動力と、発電機（図示略）に発電させるための駆動力とに供される。そして、このタービンに回転駆動力を発生させた後の燃焼ガスは、排気ディフューザを介して排気される。
【０００３】
図４に、この種の排気ディフューザを備えたタービンの一例を示す。同図に示すように、タービンの内部には、回転軸線ＣＬ回りに回転するロータ１と、該ロータ１側に環状に取り付けられた複数枚の動翼２と、ロータ１の周囲を覆うタービンケーシング３に設けられた複数枚の静翼（図示せず）とが、ロータ１の回転軸線ＣＬ方向（同図の紙面左右方向）に交互に配置されており、これらを通過する燃焼ガス流路４が形成されている。なお、図４において、燃焼ガスFは、紙面左から右の方向に流れている。各動翼２及び前記各静翼は、回転軸線ＣＬ方向の一対で組をなす、多段構造となっており、同図の動翼２は、これらのうちの最終段（最下流位置）における動翼を示している。
そして、前記排気ディフューザは、この最終段の動翼２の下流側に同軸に接続されている。この排気ディフューザは、内部に、燃焼ガス流路４に連続してかつ次第に流路断面積が拡大する燃焼ガス流路５を形成する排気ケーシング６と、該排気ケーシング６内に通されたロータ１を軸支するジャーナル軸受７を周囲より支持する複数枚のストラット８とを備えて構成されている。
各ストラット８は、ジャーナル軸受７を支持するストラット本体８ａと、これらストラット本体８ａを燃焼ガスＦより被覆し、加熱より保護するストラットカバー８ｂとを備えている。なお、この種のストラットについては、例えば下記特許文献１にも開示されている。
【特許文献１】実公平４−３０３４８公報（第１図ｂ参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記説明の従来のガスタービンでは、各ストラット８の前縁部分において強い衝撃波が形成されることに起因して、タービン効率が低下するという問題を有していた。
図５は、ストラット８の外形を示す図であって、図４のＡ−Ａ断面で見た場合の断面図である。この、図５に示すように、従来のストラットカバー８ｂは、その長手方向に垂直な断面での外形状が、燃焼ガスＦの流れ方向に長く、かつその前縁部ＬＥ及び後縁部ＴＥの双方で半円形状をなしている。より詳しく言うと、ストラットカバー８ｂの外形は、燃焼ガスＦの流れ方向に沿った互いに平行な２本の直線と、これら直線の前後に接続されてそれぞれが前縁部ＬＥ及び後縁部ＴＥをなす２つの半円とを組み合わせた形状をなしている。
このような鈍頭形状の前縁部ＬＥに対して高マッハ数（例えばＭ＝０．６５）の燃焼ガスＦが流れ込むと、鈍頭形状の前縁部ＬＥの壁面に衝突して淀んだ後、急激な膨張に伴って加速し、ついには超音速に達するため、同図のａ部（流れが分岐した後の肩部）で強い衝撃波を発生する。このような強い衝撃波の形成は、排気ディフューザの性能、さらにはタービン効率の低下を招く。この問題は、低大気温度時に特に問題となる。すなわち、低大気温度時では、通常の大気温度時よりもガスタービンに入ってくる空気流量が多くなるため、排気ディフューザに入り込んでくる燃焼ガスのマッハ数が高くなる。これにより、前縁部ＬＥでの衝撃波がさらに強くなるため、排気ディフューザのさらなる性能低下が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気ディフューザのストラットに生じる衝撃波に起因するタービン効率の低下を防ぐことができるガスタービンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のガスタービンは、ロータ側に設けられて該ロータとともに回転する動翼と、これら動翼の最終段からの燃焼ガスを取り込んで圧力回復させる排気ディフューザとを備え、前記排気ディフューザが、該排気ディフューザ内に通された前記ロータを軸支するストラットを備えているガスタービンにおいて、前記ストラットの前縁部における断面外形状が、前記燃焼ガスの流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼型形状をなしていることを特徴とする。
請求項２に記載のガスタービンは、請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記ストラットの後縁部における断面外形状が、半円形状をなしていることを特徴とする。
上記請求項１または請求項２に記載のガスタービンによれば、従来の鈍頭形状に比較して、前縁部での流れを、壁面に沿って滑らかに沿わせることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のガスタービンは、ストラットの前縁部における断面外形状が、燃焼ガスの流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼型形状をなす構成を採用した。この構成によれば、従来の鈍頭形状に比較して、流れを壁面に沿って滑らかに沿わせることができるため、強い衝撃波の形成を防ぐことができる。これにより、排気ディフューザのストラットに生じる衝撃波に起因するタービン効率の低下を防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のガスタービンの一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、図１は、本実施形態のガスタービンの概略構成を説明する説明図である。また、図２は、同ガスタービンのタービンに備えられている排気ディフューザのストラット外形を示す図であって、その長手方向に垂直をなす断面で見た場合の断面図である。すなわち、この図２は、従来の技術において説明した図４のＡ−Ａ断面に相当する。また、図３は、同ガスタービンの同ストラットに沿ったマッハ数分布を示すグラフであって、横軸が前縁からの距離寸法、縦軸がその距離寸法位置における流れのマッハ数を示している。
【０００９】
図１に、本実施形態のガスタービンの概略構成を示す。同図において、符号１０は圧縮機、符号２０は燃焼器、符号３０はタービンである。圧縮機１０は、多量の空気をその内部に取り入れて圧縮するものである。通常、ガスタービンでは、タービン３０で得られる動力の一部が、圧縮機１０の動力として利用される。燃焼器２０は、圧縮機１０で圧縮された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させるものである。タービン３０は、燃焼器２０で発生させた燃焼ガスをその内部に導入して膨張させ、ロータ３２側に設けられた動翼３４間を流れることで燃焼ガスの熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換して動力を発生させるものである。
【００１０】
タービン３０には、ロータ３２側に設けられた複数枚の動翼３４の他に、ケーシング３１側（静止側）に設けられた複数枚の静翼３３が備えられており、これら動翼３４と静翼３３とがロータ３２の回転軸線方向に交互に配列されている。各動翼３４は、ロータ３２の回転軸線方向に流れる燃焼ガスの流れによりロータ３２を回転させ、該ロータ３２に与えられた回転エネルギーを軸端から取り出して利用するようになっている。すなわち、ロータ３３に発電機（図示せず）を接続することにより、発電することができる。
ケーシング３１は、各動翼３３及びロータ３２の周囲を覆って内部に燃焼ガス流路３５を形成する。なお、このケーシング３１は、図４で説明した前記タービンケーシング３と前記排気ケーシング６を組み合わせたものに相当する。
【００１１】
本実施形態のガスタービンは、そのタービン３０に備えられている排気ディフューザのストラット形状が特に特徴的となっているので、以下、このストラット形状を中心に説明を行うものとする。なお、排気ディフューザの概略構成については、従来の技術において図４で説明した構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００１２】
図２に示すように、本実施形態のストラット（従来のストラット８と区別するために、以下、新たな符号１００を与えて説明する。）は、前記ジャーナル軸受７を介して前記ロータ１を軸支するストラット本体１０１と、このストラット本体１０１を燃焼ガスＦより被覆し、加熱より保護するストラットカバー１０２とを備えている。
そして、本実施形態のストラットカバー１０２は、その長手方向に垂直な断面での外形状が、前縁部ＬＥ１で、燃焼ガスＦの流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼型形状をなしている。すなわち、ストラットカバー１０２の幅方向（燃焼ガスＦの流れ方向であり、同図の紙面左右方向。）に対して交差する方向（同図の紙面上下方向）の厚み寸法が、従来では、急激に増大する半円形状であったものを、徐々に増大する楕円形状としている。
【００１３】
このような、上流側に向かって先細りとなる翼型形状を前縁部ＬＥ１に採用することにより、この前縁部ＬＥ１に流れ込んでくる燃焼ガスＦの流れを、前縁部ＬＥ１の緩やかな曲面に沿わせることができるようになる。
これにより、図３のグラフの破線に示すように、前縁部ＬＥ１におけるマッハ数の急激な立ち上がりを抑えることができるようになる（実線が、従来の鈍頭形状の場合を示している。）。したがって、マッハ数が高くなることによる強い衝撃波の形成を防ぐことができるので、排気ディフューザのストラット１００に生じる衝撃波に起因するディフューザ性能の低下、さらにはタービン効率の低下を防ぐことが可能となる。
【００１４】
なお、本実施形態では、前縁部ＬＥ１に加えて、後縁部ＴＥ１も翼型形状を採用しているが、これは必ずしも必須ではなく、後縁部ＴＥ１のみ、従来の半円形状（鈍頭形状）としたり、または、単純に曲面を切り落としたような形状にしても良い。
また、ストラットカバー１０２の外形状としては、図２に示す形状の他に、いわゆるＮＡＣＡ翼をその断面形状に採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のガスタービンの一実施形態を示す図であって、その概略構成を説明する説明図である。
【図２】同ガスタービンのタービンに備えられている排気ディフューザのストラット外形を示す図であって、その長手方向に垂直をなす断面で見た場合の断面図である。
【図３】同ガスタービンの同ストラットに沿ったマッハ数分布を示すグラフであって、横軸が前縁からの距離寸法、縦軸がその距離寸法におけるマッハ数を示している。
【図４】タービンに備えられている排気ディフューザ構造を示す図であって、ロータの回転軸線を含む断面で見た場合の断面図である。
【図５】同排気ディフューザに備えられている従来のストラットの外形を示す図であって、図４のＡ−Ａ断面で見た場合の断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
３２・・・ロータ
３４・・・動翼
３５・・・燃焼ガス流路
１００・・・ストラット
ＣＬ・・・回転軸線
Ｆ・・・燃焼ガス
ＬＥ１・・・前縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004190664.tif 000006
【図５】
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