(57)【要約】  【課題】  静翼面或いはエンドウォールの最高温度を低減して、冷却効率の向上及び信頼性の向上を図ったガスタービンを提供する。  【解決手段】  燃焼器尾筒１が１個に対して第１段静翼２が１枚となるように設定し、一点鎖線Ｌで示す燃焼器尾筒１中心が、第１段静翼２前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒１に対して第１段静翼２を配設する構成とする。これにより、燃焼器からの燃焼ガスが主に静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、
燃焼器尾筒１個に対して第１段静翼が１枚或いは偶数倍の枚数であり、前記燃焼器尾筒中心が前記第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、
燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの最高温度部が第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、
燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの高温部断面のスパン方向に対する傾きに沿って第１段静翼を傾け、前記燃焼ガスの高温部が前記第１段静翼の翼間を通過するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、
燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの高温部が近接するエンドウォール側で、第１段静翼による２次流れが前記燃焼ガスの旋回方向に対向するように設定して成ることを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、
第１段静翼をエンドウォール側で該第１段静翼の圧力面から負圧面に向かって湾曲させ、前記第１段静翼の圧力面から前記エンドウォールへ向かう２次流れを抑制するようにして成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ものであり、更に詳しくは、燃焼器からの高温，高圧の燃焼ガスに曝される静翼面或いはエンドウォールの温度低減技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、このようなガスタービンには冷却系が設けられており、例えば、空気圧縮機からの吐出空気の一部が第１段静翼へ供給され、これを冷却している。また、空気圧縮機の中間段抽気は、第２段以降の静翼へ供給され、各段の静翼を冷却している（以上、不図示）。
【０００３】
また、時計方向にずらしたタービン翼形部の冷却構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、タービンの第３列翼形部が第１列翼形部に対して円周方向に沿って時計方向にずらされ、運転されているガスタービンエンジンの最高温度作動状態の間に第１列翼形部から放出される比較的冷たい後流で第３列翼形部を浸す構成となっている。
【０００４】
その他、ガスタービンのエアフォイルのクロッキング構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。これは、第１ステージベーンからのウェークフローが、回転ブレードを通過した後に第２ステージベーンの前縁上若しくはその周囲に流れるような位置関係とし、ガスタービンの作動効率を向上させた構成となっている。
【特許文献１】特開２００２−１５５７０１号公報
【特許文献２】特表平９−５１２３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、ガスタービンの高効率化（高温化）に伴い、タービン入口温度は１５００℃にも達している。しかも、上述したような従来のガスタービンにおいては、燃焼器からタービンへ流入する燃焼ガスは温度分布が一様ではないため、これに曝される第１段静翼の翼面、及びエンドウォール（ハブ面やケーシング面等）は偏った温度分布を呈する。
【０００６】
従来はこのような温度分布の偏りを抑える上で、燃焼器と静翼が最適な相対位置関係となっていなかった。また、静翼二次流れ方向を考慮した燃焼ガス旋回方向の設定や、燃焼ガスの温度分布を考慮した静翼形状の設計はなされていなかった。このため、部分的に冷却が足りなくなったり、また過冷却となったりして、ガスタービンの冷却効率が悪くなるとともに、信頼性が低下していた。
【０００７】
図９は、従来のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置に基づく、ＣＦＤ（Computed Fluid Dynamics）による全温分布解析例である。同図（ａ）は燃焼器直後の第１段静翼前縁におけるガスタービン半径方向断面を燃焼器側から見たときの全温分布を示しており、ハブ側をａ、ケーシング側をｂとしている。また、同図（ｂ）はガスタービン外側（ケーシング側）から見たハブ面の全温分布を示しており、１は燃焼器尾筒、２は第１段静翼である。
【０００８】
同図（ａ）より分かるように、燃焼器直後の温度分布は、１４５０℃以上の高温部がハブ側寄り（ハブに近接）となっている。また、同図（ｂ）に示すように、ハブ面の温度分布は、１４００℃以上の高温部が第１段静翼の腹側後縁部付近に集中している。本発明は、以上のような問題点に鑑み、静翼面或いはエンドウォールの最高温度を低減して、冷却効率の向上及び信頼性の向上を図ったガスタービン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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、その燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温，高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、燃焼器尾筒１個に対して第１段静翼が１枚或いは偶数倍の枚数であり、前記燃焼器尾筒中心が前記第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とする。
【００１０】
また、燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの最高温度部が第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とする。
【００１１】
また、燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの高温部断面のスパン方向に対する傾きに沿って第１段静翼を傾け、前記燃焼ガスの高温部が前記第１段静翼の翼間を通過するように、前記燃焼器尾筒に対して前記第１段静翼を配設して成ることを特徴とする。
【００１２】
また、燃焼器尾筒から出た前記燃焼ガスの高温部が近接するエンドウォール側で、第１段静翼による２次流れが前記燃焼ガスの旋回方向に対向するように設定して成ることを特徴とする。
【００１３】
また、第１段静翼をエンドウォール側でその第１段静翼の圧力面から負圧面に向かって湾曲させ、前記第１段静翼の圧力面から前記エンドウォールへ向かう２次流れを抑制するようにして成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、静翼面或いはエンドウォールの最高温度を低減して、冷却効率の向上及び信頼性の向上を図ったガスタービンを提供することができる。
【００１５】
具体的には、燃焼器尾筒１個に対して第１段静翼が１枚或いは偶数倍の枚数であり、燃焼器尾筒中心が第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒に対して第１段静翼を配設することにより、燃焼器からの燃焼ガスが主に静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減することができる。
【００１６】
また、燃焼器尾筒から出た燃焼ガスの最高温度部が第１段静翼前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒に対して第１段静翼を配設して成る構成とすることにより、燃焼器からの燃焼ガスの最高温度部が静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減することができる。
【００１７】
また、燃焼器尾筒から出た燃焼ガスの高温部断面のスパン方向に対する傾きに沿って第１段静翼を傾け、燃焼ガスの高温部が第１段静翼の翼間を通過するように、燃焼器尾筒に対して第１段静翼を配設して成る構成とすることにより、翼面最高温度を低減することができる。
【００１８】
また、燃焼器尾筒から出た燃焼ガスの高温部が近接するエンドウォール側で、第１段静翼による２次流れが燃焼ガスの旋回方向に対向するように設定して成る構成とすることにより、このエンドウォール側における静翼の２次流れを抑制し、高温ガスのエンドウォールへの偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減することができる。
【００１９】
また、第１段静翼をエンドウォール側でその第１段静翼の圧力面から負圧面に向かって湾曲させ、第１段静翼の圧力面からエンドウォールへ向かう２次流れを抑制するようにして成る構成とすることにより、高温ガスのエンドウォールへの偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では、燃焼器と第１段静翼の相対位置を考慮することにより、翼面或いはエンドウォールの最高温度を低減する構成としている。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図はガスタービン外側（ケーシング側）からハブ面を見た様子を示しており、１は燃焼器尾筒、２は第１段静翼である。また、矢印Ｘはタービンの軸方向、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向を示している。
【００２２】
本実施例では、燃焼器尾筒１の個数、若しくは第１段静翼２の枚数を従来より変更して、同図に示すように、燃焼器尾筒１が１個に対して第１段静翼２が１枚となるように設定し、一点鎖線Ｌで示す燃焼器尾筒１中心が、第１段静翼２前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒１に対して第１段静翼２を配設する構成としている。これにより、燃焼器からの燃焼ガスが主に静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減している。
【実施例２】
【００２３】
図２は、本発明の実施例２のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図はガスタービン外側（ケーシング側）からハブ面を見た様子を示しており、１は燃焼器尾筒、２は第１段静翼である。また、矢印Ｘはタービンの軸方向、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向を示している。
【００２４】
本実施例では、燃焼器尾筒１の個数、若しくは第１段静翼２の枚数を従来より変更して、同図に示すように、燃焼器尾筒１が１個に対して第１段静翼２が２枚（偶数倍）となるように設定し、一点鎖線Ｌで示す燃焼器尾筒１中心が、第１段静翼２前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒１に対して第１段静翼２を配設する構成としている。これにより、燃焼器からの燃焼ガスが主に静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減している。
【実施例３】
【００２５】
図３は、本発明の実施例３のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図はガスタービン外側（ケーシング側）からハブ面を見た様子を示しており、１は燃焼器尾筒、２は第１段静翼である。また、矢印Ｘはタービンの軸方向、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向を示している。
【００２６】
本実施例では、同図のガス温度分布Ｔで示すように、燃焼ガスの最高温度部（破線ｌで示す）が片側に偏在し、一点鎖線Ｌで示す燃焼器尾筒１中心と一致していない場合、この最高温度部が第１段静翼２前縁部における翼間中心と略一致するように、燃焼器尾筒１に対して第１段静翼２を配設する構成としている。これにより、燃焼器からの燃焼ガスの最高温度部が静翼の翼間を通過するようにして、翼面最高温度を低減している。なお、最高温度部は実圧試験若しくは上記ＣＦＤで特定可能である。また、各燃焼器尾筒１は同じ構造であるため、燃焼ガスの温度分布はそれぞれ同様の特性を示す。
【実施例４】
【００２７】
図４は、本発明の実施例４のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図は燃焼ガスの下流側から静翼及び燃焼器を見た様子を示しており、１は燃焼器尾筒、２は第１段静翼、３はハブ、４はケーシングである。また、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向、矢印Ｚは静翼のスパン方向（ガスタービン半径方向）を示している。さらに、丸印Ｆは燃焼ガスの流れ方向を示しており、ここでは紙面の向こう側から手前側へと流れていることを示している。
【００２８】
本実施例では、同図に示すように、燃焼器尾筒１からの燃焼ガスの高温部Ｈ断面が、スパン方向に対して傾きを有している場合、この傾きに沿って第１段静翼２を傾け、燃焼ガスの高温部Ｈが静翼の翼間を通過するように、燃焼器尾筒１に対して第１段静翼２を配設する構成としている。これにより、翼面最高温度を低減している。なお、最高温度部は実圧試験若しくは上記ＣＦＤで特定可能である。
【実施例５】
【００２９】
図５は、本発明の実施例５のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図は燃焼ガスの下流側から静翼を見た様子を示しており、２は第１段静翼、３はハブ、４はケーシングである。また、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向、矢印Ｚは静翼のスパン方向（ガスタービン半径方向）を示している。さらに、丸印Ｆは燃焼ガスの流れ方向を示しており、ここでは紙面の向こう側から手前側へと流れていることを示している。
【００３０】
また、第１段静翼２に関して、ＰＳは圧力面（Pressure Side）、ＳＳは負圧面（Suction Side）である。一般に、静翼の腹側が圧力面となり、背側が負圧面となる。さて、燃焼器からの燃焼ガスは、通常、第１段静翼２間において圧力面から負圧面へと流れる静翼の２次流れにより、ハブ３或いはケーシング４のエンドウォールに向かい偏向する。このため、エンドウォールの表面は偏った温度分布を呈する。
【００３１】
一方、上述したように、燃焼器直後の温度分布は、高温部がハブ側寄り（又はケーシング寄り）となる場合があるので、ハブ側寄り（又はケーシング寄り）の２次流れ（同図の矢印Ｂで示す）に注目し、これが燃焼器からの燃焼ガスの旋回方向（同図の矢印Ａで示す）にハブ側（又はケーシング側）で対向させるように設定している。これにより、ハブ側（又はケーシング側）における静翼の２次流れを抑制し、高温ガスのエンドウォール（ハブ面又はケーシング面）への偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減している。
【実施例６】
【００３２】
図６は、本発明の実施例６のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図である。同図は燃焼ガスの下流側から静翼を見た様子を示しており、２は第１段静翼、３はハブ、４はケーシングである。また、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向、矢印Ｚは静翼のスパン方向（ガスタービン半径方向）を示している。さらに、丸印Ｆは燃焼ガスの流れ方向を示しており、ここでは紙面の向こう側から手前側へと流れていることを示している。
【００３３】
本実施例では、上記実施例５の構成に加えて、静翼の２次流れが同図の矢印Ｂで示すように過大である場合、これにより高温ガスがハブ側へと偏流するのを防ぐために、燃焼器と第１段静翼２の相対位置を変更し、燃焼ガスが負圧側、即ち２次流れが生じる静翼に隣接する静翼の背側に寄るようにしている。これにより、静翼の２次流れによる高温ガスのエンドウォールへの偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減している。
【実施例７】
【００３４】
図７は、本発明の実施例７のガスタービンにおける第１段静翼の構造を模式的に示す断面図である。同図は燃焼ガスの下流側から静翼を見た様子を示しており、２は第１段静翼、３はハブ、４はケーシングである。また、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向、矢印Ｚは静翼のスパン方向（ガスタービン半径方向）を示している。さらに、丸印Ｆは燃焼ガスの流れ方向を示しており、ここでは紙面の向こう側から手前側へと流れていることを示している。
【００３５】
本実施例では、一般に略直線状である第１段静翼２ハブ側断面（破線で示す）を、圧力面から負圧面に向かって湾曲させた構造とすることにより、静翼圧力面からエンドウォール（この場合はハブ面）へ向かう２次流れを、矢印Ｂで示すように拡散させ、高温ガスのエンドウォールへの偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減している。
【実施例８】
【００３６】
図８は、本発明の実施例８のガスタービンにおける第１段静翼の構造を模式的に示す断面図である。同図は燃焼ガスの下流側から静翼を見た様子を示しており、２は第１段静翼、３はハブ、４はケーシングである。また、矢印Ｙは静翼の配列ピッチ方向、矢印Ｚは静翼のスパン方向（ガスタービン半径方向）を示している。さらに、丸印Ｆは燃焼ガスの流れ方向を示しており、ここでは紙面の向こう側から手前側へと流れていることを示している。
【００３７】
本実施例では、燃焼ガスの高温部がミッドスパン付近にある場合を想定し、一般に略直線状である第１段静翼２ハブ側及びケーシング側断面（破線で示す）を、圧力面から負圧面に向かって湾曲させた構造とすることにより、静翼圧力面からエンドウォール（ハブ面及びケーシング面）へ向かう２次流れを、それぞれ矢印Ｂ，Ｃで示すように拡散させ、高温ガスのエンドウォールへの偏流を抑制して、エンドウォールの最高温度を低減している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施例２のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図。
【図３】本発明の実施例３のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図
【図４】本発明の実施例４のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の実施例５のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図。
【図６】本発明の実施例６のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置関係を模式的に示す断面図。
【図７】本発明の実施例７のガスタービンにおける第１段静翼の構造を模式的に示す断面図。
【図８】本発明の実施例８のガスタービンにおける第１段静翼の構造を模式的に示す断面図。
【図９】従来のガスタービンにおける燃焼器と第１段静翼の相対位置に基づく、ＣＦＤによる全温分布解析例。
【符号の説明】
【００３９】
１    燃焼器尾筒
２    第１段静翼
３    ハブ
４    ケーシング
【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】
2005120871.tif 000009
【図８】
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【図９】
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