【手続補正書】
【提出日】平成22年2月26日(2010.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の尾筒入口の断面積Ｄｉｎに対し、尾筒出口の断面積Ｄｏｕｔを、０．７９≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．９の範囲に設定し、かつ前記尾筒出口が接続されるタービンの第１段タービン静翼において、前記静翼の径方向内側壁をなす内側シュラウドの上流側端と、前記尾筒出口の径方向内側端とが、ロータの軸方向に接するように配置し、かつ前記静翼の径方向外側壁をなす外側シュラウドの上流側端と、前記尾筒出口の径方向外側端とが、ロータの軸方向に接するように配置し、前記内側シュラウドと前記外側シュラウドとの間の上流側端の径方向寸法を前記尾筒出口の径方向寸法と同一としたことを特徴とする燃焼器接続構造。
【請求項２】
前記内側シュラウドをロータの軸心と平行に配置し、かつ前記外側シュラウドを、前記ロータの軸心に対して斜めに配置したことを特徴とする請求項１に記載の燃焼器接続構造。
【請求項３】
圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、  請求項１または２に記載の燃焼器接続構造を備えたことを特徴とするガスタービン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】  ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮させることで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスとする。タービンは、ケーシング内の排気通路に複数のタービン静翼およびタービン動翼が交互に配設されて構成されており、この排気通路に供給された燃焼ガスによりタービン動翼が駆動されることで、例えば、発電機に連結されたロータを回転駆動する。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、タービン下流のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】  上記の目的を達成するために、本発明の燃焼器接続構造では、燃焼器の尾筒入口の断面積Ｄｉｎに対し、尾筒出口の断面積Ｄｏｕｔを、０．７９≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．９の範囲に設定し、かつ前記尾筒出口が接続されるタービンの第１段タービン静翼において、前記静翼の径方向内側壁をなす内側シュラウドの上流側端と、前記尾筒出口の径方向内側端とが、ロータの軸方向に接するように配置し、かつ前記静翼の径方向外側壁をなす外側シュラウドの上流側端と、前記尾筒出口の径方向外側端とが、ロータの軸方向に接するように配置し、前記内側シュラウドと前記外側シュラウドとの間の上流側端の径方向寸法を前記尾筒出口の径方向寸法と同一としたことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】  また、本発明の燃焼器接続構造では、前記内側シュラウドをロータの軸心と平行に配置し、かつ前記外側シュラウドを、前記ロータの軸心に対して斜めに配置したことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】  上述したガスタービンにおいて、図２および図３に示すように、燃焼器２の尾筒２２は、筒状に形成され、一方の開口である尾筒入口２２１が内筒２１に接続され、他方の開口である尾筒出口２２２がタービン３における排気通路の入口である第１段タービン静翼３２１に接続されている。尾筒入口２２１が接続される内筒２１は、円筒形状に形成されている。このため、尾筒入口２２１は円形断面形状に形成されている（図３参照）。また、尾筒出口２２２が接続される第１段タービン静翼３２１は、翼部３２２と、該翼部３２２を径方向で挟むように支持する内側シュラウド３５１および外側シュラウド３５２とから構成されている。内側シュラウド３５１は、第１段タービン静翼３２１の径方向内側壁をなし、外側シュラウド３５２は、第１段タービン静翼３２１の径方向外側壁をなす。そして、第１段タービン静翼３２１の周方向の配置に従って燃焼ガスの通路が円環状に形成されている。また、上述したように燃焼器２は、周方向に複数並設されている。このため、尾筒出口２２２は、第１段タービン静翼３２１に対応する円環状を燃焼器２の数で分割した弧形断面形状であって、言い換えると扇形から円弧部を切り取った略四辺形断面形状に形成されている（図３参照）。すなわち、尾筒２２は、尾筒入口２２１から尾筒出口２２２に至り断面形状が変形している。この尾筒出口２２２が接続される第１段タービン静翼３２１は、その円環状の円周がタービン３の空力的形状によりに決められている。このため、尾筒出口２２２の断面形状は、第１段タービン静翼３２１に対応する円環状を燃焼器２の数で分割した弧形の寸法が決められている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】  ここで、第１段タービン静翼３２１は、内側シュラウド３５１と外側シュラウド３５２との間の下流側径方向寸法がタービン３の空力的形状によって決められている。本実施例では、第１段タービン静翼３２１の下流側開口の径方向寸法（下流側翼高さ）Ｈｏｕｔを空力的に決められた寸法とし、内側シュラウド３５１および外側シュラウド３５２の上流側端部の径方向寸法（上流側翼高さ）Ｈｉｎを尾筒出口２２２の径方向寸法（ａ）と同一の寸法となるように合わせてある。具体的には、内側シュラウド３５１は、ロータ４の軸心Ｒと平行（製造上の誤差を含む）に配置され、その上流側端と尾筒出口２２２の径方向内側端とがロータ４の軸方向に接するように配置されている。また、外側シュラウド３５２は、その上流側端と尾筒出口２２２の径方向外側端とがロータ４の軸方向に接するように配置され、かつ上流側開口の径方向寸法（上流側翼高さ）Ｈｉｎが下流側開口の径方向寸法（下流側翼高さ）Ｈｏｕｔよりも大きく、下流側開口から上流側開口が漸次広がるようにロータ４の軸心Ｒに対して斜めに配置されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】  また、燃焼器２の尾筒２２は、燃焼ガスの流れを安定させるため、尾筒入口２２１から尾筒出口２２２に至り断面積が減少するように絞りが形成されている。より好ましくは、尾筒入口２２１の断面積Ｄｉｎに対する尾筒出口２２２の断面積Ｄｏｕｔの絞り比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ＝０．９である。すなわち、尾筒入口２２１の断面積（直径（ｂ））が決められると、絞り比により尾筒出口２２２の断面積（径方向寸法（ａ））が決まる。なお、図４に実線で示すように、尾筒入口２２１の直径（ｂ）の範囲を設定し、絞り比が０．９となる尾筒出口２２２の断面積Ｄｏｕｔでの径方向寸法（ａ）に対し、内側シュラウド３５１および外側シュラウド３５２の上流側端部の径方向寸法Ｈｉｎと第１段タービン静翼３２１の下流側開口の径方向寸法Ｈｏｕｔとの比を翼高さ比Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔとし、この最小値をＸ＝１．１８とする。そして、図４に破線で示すように、第１段タービン静翼３２１のＨｉｎ／Ｈｏｕｔの最小値Ｘ＝１．１８において、尾筒入口２２１の直径（ｂ）が最大寸法とした場合の絞り比は、０．７９となる。そこで、尾筒入口２２１の直径（ｂ）の範囲内で、第１段タービン静翼３２１のＨｉｎ／Ｈｏｕｔの最小値Ｘ＝１．１８を基準とした好ましい絞り比として、０．７９≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．９の範囲が得られる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】  かかる燃焼器接続構造およびガスタービンでは、燃焼器２について、尾筒出口２２２の径方向寸法（ａ）が、尾筒入口２２１の直径（ｂ）に対する絞り比を、０．７９≦Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ≦０．９の範囲として最適化されている。このため、燃焼ガスの壁面流速が低減されるので、尾筒出口２２２部分の交換熱量を削減でき、コンバインド効率を向上できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】  さらに、タービン３については、第１段タービン静翼３２１の上流側での流入速度が落ちるので、空力性能が改善され、コンバインド効率を向上できる。一方、タービン３について、第１段タービン静翼３２１の上流側での翼高さ（第１段タービン静翼３２１の上流側の径方向寸法Ｈｉｎ）が増加するので、前記第１段タービン静翼３２１の翼部３２２の冷却面積が増加することから冷却空気が増加してコンバインド効率は悪化する要因となる。しかし、前記第１段タービン静翼３２１においても燃焼ガスの壁面流速が低減されることから、熱伝達率が低下するため、前記第１段タービン静翼３２１全体の冷却空気量の増加は少ない。さらに、タービン３での空力性能の改善により、前述の効率悪化分は相殺され、かつ最適な絞り比の範囲で尾筒出口２２２の断面積が定められていることで、ガスタービン全体としてコンバインド効率が向上する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】  さらに、かかる燃焼器接続構造およびガスタービンでは、タービン３の第１段タービン静翼３２１について、内側シュラウド３５１をロータ４の軸心Ｒと平行に配置してその上流側端部と尾筒出口２２２の径方向内側端とがロータ４の軸方向に接するように配置し、かつ外側シュラウド３５２の上流側端部と尾筒出口２２２の径方向外側端とがロータ４の軸方向に接するようにロータ４の軸心Ｒに対して斜めに配置してある。このため、図２に示すように燃焼器２の中心線Ｓを軸心Ｒに対して斜めに配置した構成において、尾筒２２から第１段タービン静翼３２１への燃焼ガスの流速の増減がないため、交換熱量を低減でき、コンバインド効率の向上を図れる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】  これらを、図５〜図８を用いて説明する。図６は、内側シュラウド３５１および外側シュラウド３５２の上流側端部の径方向寸法Ｈｉｎと第１段タービン静翼３２１の下流側開口の径方向寸法Ｈｏｕｔの比（翼高さ比Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔ）とタービン効率との関係を示す図である。図６に示すように、Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔの比が大きくなるほど、タービン効率が向上することがわかる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】  次に、図７は、翼高さ比Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔと第１段タービン静翼３２１の冷却空気量の増加率との関係を示す図である。この図の中で、細い破線は翼部の冷却空気量、太い破線はシュラウド部の冷却空気量、太い実線はこれらの合計の冷却空気量を示している。図７に示すように、Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔの比が大きくなるほど、翼部については冷却面積が増加することから冷却空気量は増加するが、燃焼ガスの壁面流速の低下により、熱伝達率が低下するため、シュラウドについては冷却空気量が減少することから、合計の冷却空気量の増加は少ないことがわかる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】  次に、図５は、翼高さ比Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔに対する燃焼器尾筒の交換熱量の比率を示す図である。図５に示すように、外側シュラウド３５２をロータ４の軸心Ｒに対して斜めに配置していない場合、つまりＨｉｎ／Ｈｏｕｔ＝１を基準とした場合に対し、Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔの比が大きくなるほど、交換熱量が低減されることがわかる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】  次に、図８は、翼高さ比Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔとコンバインド効率増加分との関係を示す図である。この図の中で、細い破線はタービン効率の感度、太い破線はタービン静翼の冷却空気量の感度、細い一点鎖線は、燃焼器尾筒の交換熱量の感度を示す。図８に示すとおり、翼高さ比の増加が冷却空気量はコンバインド効率を悪化させる要因となっているが、タービン効率が向上し、燃焼器尾筒の交換熱量が低減されることから、全体的にはコンバインド効率は向上することがわかる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】  １  圧縮機  ２  燃焼器  ２１  内筒  ２２  尾筒  ２２１  尾筒入口  ２２２  尾筒出口  ２３  外筒  ２４  燃焼器ケーシング  ２５１  パイロットノズル  ２５２  メインノズル  ２５２ｂ  バーナー筒  ３  タービン  ３１  タービンケーシング  ３２  タービン静翼  ３２１  第１段タービン静翼  ３２２  翼部  ３３  タービン動翼  ３５１  内側シュラウド  ３５２  外側シュラウド  ４  ロータ  Ｄｉｎ  尾筒入口の断面積  Ｄｏｕｔ  尾筒出口の断面積  Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ  絞り比  Ｈｉｎ  内側シュラウドおよび外側シュラウドの上流側端部の径方向寸法（上流側翼高さ）  Ｈｏｕｔ  第１段タービン静翼の下流側開口の径方向寸法（下流側翼高さ）  Ｈｉｎ／Ｈｏｕｔ  径方向寸法比（翼高さ比）  Ｒ  ロータの軸心  Ｓ  燃焼器の中心線
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010084704.tif 000001
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2010084704.tif 000002