(57)【要約】【課題】ガスタービン及び蒸気タービンと共に用いる排気ディフューザを提供すること。【解決手段】１つの実施形態によれば、システムはガスタービンディフューザ（１８８）を含む。ガスタービンディフューザ（１８８）は、該ガスタービンディフューザ（１８８）の中心線（２０８）に沿って軸方向流路（２１４）を有する第１のダクト部分（２１２）を含む軸方向ディフューザセクション（２０２）を含む。ガスタービンディフューザ（１８８）はまた、軸方向ディフューザセクション（２０２）に結合される軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）を含み、軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）は、中心線（２０８）に沿って軸方向流路（２１４）から半径方向流路（２３４）への湾曲流路（２３２）を有する第２のダクト部分（２３０）を含み、該軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）が、第２のダクト部分（２３０）内にどのような転向ベーンも含まない。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンディフューザ（１８８）を含むシステムであって、
前記ガスタービンディフューザが、
前記ガスタービンディフューザ（１８８）の中心線（２０８）に沿って軸方向流路（２１４）を有し、且つ該軸方向流路（２１４）に沿って拡大する第１の断面積（２２８）を有する第１のダクト部分（２１２）を含む軸方向ディフューザセクション（２０２）と、
前記軸方向ディフューザセクション（２０２）に結合された軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）と
を備えており、前記軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）が、前記軸方向流路（２１４）から半径方向流路（２３４）に前記中心線（２０８）に沿った湾曲流路（２３２）を有する第２のダクト部分（２３０）を含み、第２のダクト部分（２３０）が、前記湾曲流路（２３２）に沿って拡大する第２の断面積（２４４）を有し、前記湾曲流路（２３２）が３０ｃｍ以上の半径（２４３）を有し、前記軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）が、第２のダクト部分（２３０）内にどのような転向ベーンも含まない、システム。
【請求項２】
前記ガスタービンディフューザ（１８８）が、前記軸方向−半径方向ディフューザセクション（２０４）に結合された半径方向ディフューザセクション（２０６）を備え、該半径方向ディフューザセクション（２０６）が、前記ガスタービンディフューザの中心線（２０８）に沿って前記半径方向流路（２３４）を有する第３のダクト部分（２４８）を含み、第３のダクト部分（２４８）が、前記半径方向流路（２３４）に沿って拡大する第３の断面積（２４８）を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記半径（２４３）が１００ｃｍ以上である、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
第２のダクト部分（２３０）が、第２の湾曲壁部（２３８）からオフセットした第１の湾曲壁部（２３６）を含み、第１の湾曲壁部（２３６）が、第１の曲率半径（２４０）を有する前記湾曲流路（２３２）に沿って湾曲しており、第２の湾曲壁部（２３８）が、第２の曲率半径（２４２）を有する前記湾曲流路（２３２）に沿って湾曲している、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
第１の湾曲壁部（２３６）が、ガスタービン（１３０）の回転軸（２２０）に対して隣接しており、第２の湾曲壁部（２３８）が、ガスタービン（１３０）の回転軸（２２０）に対して遠位にある、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
第１の半径（２４０）及び第２の半径（２４２）が互いに同じである、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
第１の半径（２４０）及び第２の半径（２４２）が互いに異なっている、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
第１の湾曲壁部（２３６）及び第２の湾曲壁部（２３８）が、前記湾曲流路（２３２）に沿って互いに発散している、請求項４記載のシステム。
【請求項９】
第１のダクト部分（２１２）が、第２の壁部（２１８）からオフセットした第１の壁部（２１６）を含み、第１の壁部（２１６）がガスタービン（１３０）の回転軸（２２０）に対して隣接しており、第２の壁部（２１８）が、ガスタービン（１３０）の回転軸（２２０）に対して遠位にあり、第１の壁部（２１６）及び第２の壁部（２１８）が、軸方向流路（２１４）に沿って互いから発散している、請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
第１の壁部（２１６）が、前記回転軸（２２０）に対して第１の角度（２２２）で前記軸方向流路（２１４）に沿って延在しており、第２の壁部（２１８）が、前記回転軸（２２０）に対して第２の角度（２２６）で前記軸方向流路（２１４）に沿って延在しており、第１の角度（２２２）及び第２の角度（２２６）が０度ではない、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、タービンに関し、より具体的には、ガスタービン及び蒸気タービンと共に用いる排気ディフューザに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントは、例えば、ガスタービンエンジンのようなタービンを組み込むことが多い。ガスタービンエンジンは、燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスがタービンを流れて負荷及び／又は圧縮機を駆動する。排気ガスは、高速及び高温でタービンから出て排気ディフューザに流入する。排気ディフューザは、軸方向からの流れを半径方向に移行させる軸方向−半径方向ディフューザとすることができる。軸方向−半径方向ディフューザは、ストラット及び転向ベーンなどの内部構造機構を組み込む。内部ストラットは、互いに対して固定した関係でディフューザの壁を保持し、ロータから基盤に荷重を伝達させる。内部転向ベーンは、軸方向から半径方向に流れをそらすのを助ける。残念なことに、排気ディフューザ設計は、特に内部ストラット及び転向ベーンにおいて有意な圧力損失をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６３８２９１２号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態によれば、システムはガスタービンディフューザを含む。ガスタービンディフューザは、該ガスタービンディフューザの中心線に沿って軸方向流路を有する第１のダクト部分を含む軸方向ディフューザセクションを含み、第１のダクト部分は、軸方向流路に沿って拡大する第１の断面積を有する。ガスタービンディフューザはまた、軸方向ディフューザセクションに結合される軸方向−半径方向ディフューザセクションを含み、軸方向−半径方向ディフューザセクションは、中心線に沿って軸方向流路から半径方向流路への湾曲流路を有する第２のダクト部分を含み、第２のダクト部分が、湾曲流路に沿って拡大する第２の断面積を有し、湾曲流路が、およそ３０ｃｍ以上の半径を有し、軸方向−半径方向ディフューザセクションが、第２のダクト部分内にどのような転向ベーンも含まない。
【０００６】
第２の実施形態によれば、システムはガスタービンディフューザを含む。ガスタービンディフューザは、ガスタービンディフューザの中心線に沿って軸方向流路を有する第１のダクト部分を含む軸方向ディフューザセクションを含む。ガスタービンディフューザはまた、軸方向ディフューザセクションに結合される軸方向−半径方向ディフューザセクションを含み、軸方向−半径方向ディフューザセクションは、中心線に沿って軸方向流路から半径方向流路への湾曲流路を有する第２のダクト部分を含み、軸方向−半径方向ディフューザセクションが、第２のダクト部分内にどのような転向ベーンも含まない。
【０００７】
第３の実施形態によれば、方法は、どのような転向ベーンも無しに、タービンから湾曲流路に沿って湾曲ダクトを通る排気流を軸方向−半径方向に拡散する段階を含み、湾曲流路は、湾曲ダクトの断面幅の２倍以上の半径を有する。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】長手方向軸線に沿った断面のガスタービンエンジンの１つの実施形態の断面図。
【図２】１つの実施形態による、図１のガスタービンエンジンの曲線輪郭排気ディフューザの１つの実施形態の断面図。
【図３】図１のガスタービンエンジンの曲線輪郭排気ディフューザの１つの実施形態の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
開示される実施形態は、ディフューザの圧力回復を最大にしながら、転向ベーンなしで軸方向から半径方向に流れを移行させる円滑流路を提供する曲線輪廓のタービンディフューザに関する。以下で検討するように、開示されるタービンディフューザは、軸方向ディフューザセクション、軸方向−半径方向ディフューザセクション及び半径方向ディフューザセクションを含むことができる。軸方向ディフューザセクションは、ストラットの周りの圧力損失を低減し且つ軸方向−半径方向ディフューザセクションへ漸次的に移行するようにする１以上のストラットの周りの発散壁部を含む。軸方向ディフューザセクションは、流れ剥離及び圧力損失を低減するための大きな曲率半径を備えたベーンレスダクトを含む。例えば、軸方向−半径方向ディフューザセクションは、軸方向及び半径方向の間でどのような急激な変化もなく排気流を漸次的に転向させ、これにより内部転向ベーンの必要性が排除される。鋭い転向又は小さな曲率半径の代わりに、軸方向−半径方向ディフューザセクションは、半径方向内向き及び外向きの壁部に沿って大きな曲率半径を有する。曲率半径は、タービンディフューザの断面幅のおよそ１〜１００倍とすることができる。例えば、曲率半径は、タービンディフューザの断面幅のおよそ１．５、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０倍以上とすることができる。加えて、流れ性能を改善するために、開示のタービンディフューザは、転向ベーンに関連する亀裂などの機械的問題を排除する。
【００１３】
図１は、長手方向軸線１５８に沿ったガスタービンエンジン１１８の１つの実施形態の側断面図である。理解されるように、転向ベーンの無い曲線輪廓の排気ディフューザは、ガスタービンエンジン及び蒸気タービンエンジンのような回転機械を含むあらゆる流体流システムで用いることができ、どのような特定の機械又はシステムにも限定することを意図するものではない。以下で更に詳細に説明するように、曲線輪廓の排気ディフューザをガスタービンエンジン１１８内で用いて、ディフューザを通る流れを軸方向から半径方向に移行させる円滑流路を提供することによりディフューザ性能を最大にすることができる。例えば、ディフューザ入口近傍に角度を付けて早期流れ拡散を提供し、１以上の内部ストラットの周りの圧力損失を低減し且つ軸方向から半径方向への流路の急変を軽減してより大きな曲線にすることができる。更に、ディフューザは、流路に沿って漸次的に拡大する部分を含み、軸方向から半径方向への流れの移行を更に向上させ、従って、ディフューザの空気力学特性を改善すると共に、性能損失の発生源（例えば、内部転向ベーン）を排除する。
【００１４】
ガスタービンエンジン１１８は、燃焼器セクション１６２内部に位置付けられた１以上の燃料ノズル１６０を含む。特定の実施形態において、ガスタービンエンジン１１８は、燃焼器セクション１６２内に環状配列で配置された複数の燃焼器１２０を含むことができる。更に、各燃焼器１２０は、環状又は他の配列で各燃焼器１２０のヘッド端部に又はその付近に取り付けられた複数の燃料ノズル１６０を含むことができる。
【００１５】
空気は、吸気セクション１６３を通って流入し、圧縮機１３２により加圧される。圧縮機１３２からの加圧空気は次いで、燃焼器セクション１６２に配向され、ここで加圧空気が燃料と混合される。加圧空気と燃料の混合気は一般に、燃焼器セクション１６２内で燃焼されて高温高圧の燃焼ガスを発生し、該燃焼ガスを用いてタービンセクション１３０内でトルクを発生させる。上述のように、複数の燃焼器１２０は、燃焼器セクション１６２内に環状に配置することができる。各燃焼器１２０は、該燃焼器１２０からタービンセクション１３０に高温燃焼ガスを配向する移行部品１７２を含む。詳細には、各移行部品１７２は、一般に、燃焼器１２０から、タービン１３０の第１の段１７４内に含まれるタービンセクション１３０のノズル組立体への高温ガス経路を定める。
【００１６】
図示のように、タービンセクション１３０は、３つの別個の段１７４、１７６及び１７８を含む。各段１７４、１７６及び１７８は、シャフト１８４に回転可能に取り付けられたロータホイールに結合される複数のブレード１８０を含む。各段１７４、１７６及び１７８はまた、ブレード１８０の各セットの直ぐ上流側に配置されるノズル組立体１８６を含む。ノズル組立体１８６は、高温燃焼ガスをブレード１８０に向けて配向し、ここで高温燃焼ガスがブレードに対して駆動力を加えてブレード１８０を回転させ、これによりシャフト１８４を転向させる。高温燃焼ガスは、段１７４、１７６及び１７８の各々を通って流れ、段１７４、１７６及び１７８内のブレード１８０に駆動力を加える。次いで、高温燃焼ガスは、排気ディフューザ１８８を通ってガスタービンセクション１３０から流出することができる。排気ディフューザ１８８は、該排気ディフューザ１８８を通る作動流体の速度を低減すると共に、静圧を増大させてガスタービンエンジン１１８の仕事を減少させることにより機能する。排気ディフューザは、該排気ディフューザ１８８の壁間に配置されたストラット１９０を含む。ストラット１９０は、互いに固定関係で壁部内に保持する。ストラット１９０の数は可変であり、１〜１０又はそれ以上の範囲にわたることができる。排気ディフューザ１８８は、どのような内部転向ベーンも無く、軸方向から半径方向に流体流を移行させる曲線輪廓形状を含むと同時に、早期の流れ拡散を可能にするよう排気ディフューザ１８８の入口１９２付近に角度を含む。
【００１７】
図２は、図１の排気ディフューザ１８８の側断面図であり、更に、排気ディフューザ１８８の入口付近の角度と、曲線輪廓形状とを示している。排気ディフューザ１８８は、軸方向ディフューザセクション２０２、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４及び半径方向ディフューザセクション２０６を含む。一般に流路を定める中心線２０８は、排気ディフューザ１８８の入口１９２から出口２１０に向かって延在する。一般に、排気ディフューザ１８８の断面積は、入口１９２から出口２１０に向かって流路に沿って下流側に延在する。
【００１８】
軸方向ディフューザセクション２０２は、排気ディフューザ１８８の中心線２０８に沿って軸方向流路２１４を有する第１のダクト部分２１２を含む。第１のダクト部分２１２は、第２の壁部２１８からオフセットした第１の壁部２１６を含む。更に、第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８は、軸方向流路２１４の周りで互いに対向して配置される。第１の壁部２１６は、タービン１３０の回転軸（破線２２０で示される）に対してより近接又は隣接して装着され、第２の壁部２１８は、回転軸２２０に対してより遠位にある。第１の壁部２１６は、タービン１３０の回転軸２２０に対して第１の角度２２２にて軸方向流路２１４に沿って延在する。特定の実施形態において、第１の角度２２２は、およそ０〜８度、２〜６度又は４〜５度の間にわたる負の角度とすることができる。例えば、第１の角度２２２は、およそ２、４、６又は８度の間の範囲、或いはこれらの間の何れかの角度に少なくとも等しいか又はそれ以上とすることができる。加えて、第２の壁部２１８は、回転軸２２０に対して第２の角度２２６にて軸方向流路２１４に沿って延在する。特定の実施形態において、第２の角度２２６は、およそ１６〜２０度又は１７〜１９度の範囲の正の角度とすることができる。例えば、第２の角度２２６は、およそ１６、１７、１８、１９又は２０度、或いはこれらの間の何れかの角度に少なくとも等しいか又はそれ以上とすることができる。図示の実施形態において、第１の角度２２２及び第２の角度２２６は０度ではない。幾つかの実施形態において、第１の角度２２２は、およそ８度以下であり、第２の角度２２６は、およそ１６度以上である。
【００１９】
第１及び第２の角度２２２、２２６にそれぞれ起因して、第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８は、軸方向流路２１４に沿って互いから発散する。第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８の発散の結果として、図２に示す第１のダクト部分２１２は、第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８の間を軸方向流路２１４に沿って延在する第１の断面積２２８（すなわち、中心線２０８に垂直）を含む。流路にわたる断面積２２８の拡大は、ストラット１９０のディフューザ性能における圧力損失を低減する早期の流れ拡散を提供することができる。更に、この拡大により、以下で説明するように、軸方向から半径方向への流路移行を円滑にする。
【００２０】
軸方向ディフューザセクション２０２は、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４に結合される。軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４は、軸方向ディフューザセクション２０２からの流れを半径方向ディフューザセクション２０６に移行させる。軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４は、軸方向流路２１４から半径方向流路２３４まで中心線２０８に沿って湾曲した流路２２２を有する第２のダクト部分２３０を含む。第２のダクト部分２３０は、第２の湾曲壁部２３８からオフセットした第１の湾曲壁部２３６を含む。更に、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８は、湾曲流路２３２の周りで互いに対向して配置される。第１の湾曲壁部２３６は、タービン１３０の回転軸２２０に対してより近接又は隣接して装着され、第２の湾曲壁部２３８は、回転軸２２０に対してより遠位にある。第１及び第２の角度２２２、２２６は、第１及び第２の湾曲壁部２３６、２４８それぞれに向かって延在する。実際に、幾つかの実施形態において、
第１及び第２の角度２２２、２２６は、第１及び第２の湾曲壁部２３６、２４８それぞれに直接延在することができる。第１及び第２の角度２２２、２２６が第１及び第２の湾曲壁部２３６、２４８に延在することにより、軸方向ディフューザセクション２０２から軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４への流路移行の空力性が向上し、これにより、通常は流路方向の鋭い移行に付随する、ディフューザ性能の圧力損失が低減される。
【００２１】
第１の湾曲壁部２３６は、第１の曲率半径２４０で湾曲流路２３２に沿って湾曲し、第２の湾曲壁部２３８は、第２の曲率半径２４２で湾曲流路２３２に沿って湾曲する。これらの半径２４０及び２４２の平均は、湾曲流路２３２に沿った中心線２０８に対して平均曲率半径２４３により定義することができる。特定の実施形態において、曲率半径２４０、２４２、２４３は、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８の長さに沿って変わることができる。これに応じて、半径２４０、２４２、２４３の中心２４１は、半径２４０、２４２、２４３を増減するようシフトすることができる。第２のダクト部分２３０の長さに沿った特定の点において、第１の曲率半径２４０及び第２の曲率半径２４２は、互いに異なることができ、他の点において、第１の曲率半径２４０及び第２の曲率半径２４２は同じとすることができる。或いは、第１の曲率半径２４０及び第２の曲率半径２４２は、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８の全長に沿って異なることができる。特定の実施形態において、第１の曲率半径２４０と第２の曲率半径２４２との間の差違は、およそ０〜５０％、１０〜４０％又は２０〜３０％の間の範囲とすることができる。例えば、差違は、およそ１５、２０、２５、３０又は３５％、或いはこれらの間の何れかの％とすることができる。特定の実施形態において、第１の曲率半径２４０は、第２の曲率半径２４２よりも大きいとすることができる。代替の実施形態において、第２の曲率半径２４２は、第１の曲率半径２４０よりも大きいとすることができる。他の実施形態において、第１の曲率半径２４０及び第２の曲率半径２４２は同じとすることができる。
【００２２】
特定の実施形態において、第１の曲率半径２４０は、およそ３０ｃｍ〜３９０ｃｍ、８０〜３４０ｃｍ、１３０〜３９０ｃｍ、１８０〜３００ｃｍ又は２２０〜２６０ｃｍの範囲とすることができる。例えば、第１の曲率半径２４０は、およそ３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０又は１００ｃｍ、或いはこれらの間の何れかの距離とすることができる。幾つかの実施形態において、第１の曲率半径２４０は、およそ１００ｃｍ以上とすることができる。幾つかの実施形態において、第２の曲率半径２４２は、およそ３０ｃｍ〜５１０ｃｍ、８０〜４６０ｃｍ、１３０〜４１０ｃｍ、１８０〜３６０ｃｍ又は２３０〜３１０ｃｍの範囲とすることができる。例えば、第２の曲率半径２４２は、およそ３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０又は１００ｃｍ、或いはこれらの間の何れかの距離とすることができる。幾つかの実施形態において、第１の曲率半径２４０は、およそ１００ｃｍ以上とすることができる。幾つかの実施形態において、湾曲流路２３２の半径２４３は、およそ３０ｃｍ〜４５０ｃｍ、８０〜４００ｃｍ、１３０〜３５０ｃｍ、１８０〜３００ｃｍ、或いは２２０〜２６０ｃｍの範囲とすることができる。例えば、半径２４３は、
およそ３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０又は１００ｃｍ、或いはこれらの間の何れかの距離とすることができる。幾つかの実施形態において、半径２４３は、およそ３０ｃｍ以上とすることができる。他の実施形態において、半径２４３は、およそ１００ｃｍ以上とすることができる。
【００２３】
第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８の曲率は、第２のダクト部分２３０において内部転向ベーンの必要性を排除する、円滑で空力性に優れた流路移行をもたらす。従って、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４は、どのような内部転向ベーンをも含まない。実際には、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８はそれぞれ、湾曲流路２３２に沿って互いから発散し、軸方向から半径方向への移行中により大きな拡散を可能にする。湾曲した第２のダクト部分２３０は、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８間で湾曲流路２３２に沿って延在する第２の断面積２４４（すなわち、中心線２０８に垂直）を有する。換言すると、断面積２４４は、湾曲流路２３２に沿って延在する断面幅２４６を有する。軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４内の断面幅２４６の拡大は、流れの拡散を増大させると同時に、軸方向から半径方向に流れを移行させることができる。
【００２４】
特定の実施形態において、半径２４０、２４２及び２４３は、湾曲流路２３２の断面幅２４６の少なくともおよそ１〜１００、１〜５０又は１〜１０倍とすることができる。例えば、半径２４０、２４２及び２４３は、断面幅２４６のおよそ１．５、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０倍以上以上とすることができる。
【００２５】
流れは、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４から半径方向ディフューザセクション２０６に移行する。軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４は、半径方向ディフューザセクション２０６に結合される。半径方向ディフューザセクション２０６は、ディフューザ１８８の中心線２０８に沿った半径方向流路２３４を有する第３のダクト部分２４８を含む。第３のダクト部分２４８は、第２の垂直壁部２５２からオフセットした第１の垂直壁部２５０を含む。更に、第１の垂直壁部２５０及び第２の垂直壁部２５２は、半径方向流路２３４の周りで互いに対向して配置される。第２のダクト部分２３０の発散する第１及び第２の湾曲壁部２３６及び２３８は、第１の垂直壁部２５０及び第２の垂直壁部２５２にそれぞれ延在する。第１の垂直壁部２５０はまた、半径方向流路２３４に沿って第２の垂直壁部２５２から発散する。その結果として、第３のダクト部分２４８は、第１の垂直壁部２５０と第２の垂直壁部２５２との間で半径方向流路２３４に沿って延在して、拡散及びディフューザ性能を向上させる第３の断面積２５４（すなわち、中心線２０８に垂直）を含む。流れは、半径方向ディフューザセクション２０６からディフューザ１８８の出口２１０に配向される。
【００２６】
図３は、ディフューザ１８８の曲線輪廓及び拡大を示す排気ディフューザ１８８の斜視図である。排気ディフューザ１８８は、上述のように、軸方向ディフューザセクション２０２、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４及び半径方向ディフューザセクション２０６を含む。軸方向ディフューザセクション２０２は、第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８を含む。軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４は、第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８を含む。第１の壁部２１６及び第２の壁部２１８、並びに第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８の少なくとも一部は共に、ガスタービンエンジン１１８の長手方向軸線１５８を横切る、矢印２６２で示された円周方向の半環状曲率を含む。壁部２１６、２１８、２３６及び２３８の環状曲率は、タービン１３０の出口付近での排気ディフューザ１８８の環状配置を可能にする。幾つかの実施形態において、１以上の排気ディフューザ１８８は、タービン１３０の出口付近に配置することができる。図３に示すように、排気ディフューザ１８８は、中心線２０８により全体的に定められる流路に従う第３の壁部２６４及び第４の壁部２６６を含む。第３の壁部２６４及び第４の壁部２６６は、互いに対向して配置され、ディフューザ１８８の長さに沿って、第１の壁部２１６と第２の壁部２１８、第１の湾曲壁部２３６と第２の湾曲壁部２３８及び第１の垂直壁部２５０と第２の垂直壁部２５２との間に位置付けられる。第３の壁部２６４及び第４の壁部２６６は、下流方向２６８で入口１９２から出口２１０に互いに発散している。また、排気ディフューザ１８８の断面積（すなわち、下流方向２６８に垂直な）は、垂直方向寸法２７０及び水平方向寸法の両方において、ディフューザ１８８の入口１９２から出口２１０まで下流側に拡大している。寸法２７０は、軸線１５８に対する半径方向寸法として定めることができ、他方、寸法２７２は、軸線１５８に対する円周方向寸法として定めることができる。
【００２７】
特定の実施形態によれば、上記の排気ディフューザ１８８は、タービン１３０と連動して作動することができる。例えば、作動方法は、どのような転向ベーンも無しに、タービンから湾曲流路２３２に沿って湾曲ダクトを通る排気流を軸方向−半径方向に拡散する段階を含むことができ、ここで湾曲流路２３２は、流れ剥離及び圧力損失を低減するための大きな半径２４３を有する。幾つかの実施形態において、半径２４３は、およそ３０ｃｍ及び／又は幅２４６の１〜１０倍以上とすることができる。他の実施形態では、半径２４３は、幅２４６の２倍以上とすることができる。また、本方法において、排気流を軸方向−半径方向に拡散する段階は、湾曲流路２３２に沿って湾曲した第１の湾曲壁部２３６及び第２の湾曲壁部２３８間の排気流を拡大する段階を含むことができる。上記で検討したように、第１の湾曲壁部２３６は、第２の湾曲壁部２３８よりもタービン１３０の回転軸２２０により近接して配向することができる。本方法は更に、排気流を軸方向−半径方向に拡散する段階の前に、排気流を軸方向に拡散する段階を含むことができる。排気流を軸方向に拡散する段階は、軸方向流路２１４に対して角度が付けられた、第１の角度付き壁部２１６及び第２の角度付き壁部２１８間に排気流を拡大する段階を含む。上記で検討したように、第１の角度付き壁部２１６は、第２の角度付き壁部２１８よりもタービン２３０の回転軸２２０により近接して配向することができる。
【００２８】
開示された実施形態の技術的作用は、角度付き壁部２１６及び２１８を設けて、早期流れ拡散をもたらし、ストラット１９０にわたる圧力損失を低減することを含む。加えて、角度付き壁部２１６及び２１８は、流れ方向での軸方向から半径方向のシフト中に圧力損失を低減するために、軸方向ディフューザセクション２０２から軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４へのより円滑な移行を可能にする。また、軸方向−半径方向ディフューザセクションに湾曲壁部２３６及び２３８を備えることにより、転向ベーンの必要性を排除しながら、軸方向−半径方向移行が円滑になる。更に、軸方向ディフューザセクション２０２、軸方向−半径方向ディフューザセクション２０４及び半径方向ディフューザセクション２０６に沿った発散する壁部により、流路に沿って流れが拡大しディフューザ性能を向上させることができる。全体として、ディフューザ１８８の空力的設計は、
ディフューザ性能を改善すると共に、性能損失及び機械的問題の発生源（すなわち転向ベーン）を排除する。
【００２９】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３０】
１１８  ガスタービンエンジン
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１３２  圧縮機
１５８  長手方向軸線
１６０  燃料ノズル
１６２  燃焼器セクション
１６３  吸気セクション
１７２  移行部品
１７４  段
１７６  段
１７８  段
１８０  ブレード
１８２  ロータホイール
１８４  シャフト
１８６  ノズル組立体
１８８  排気ディフューザ
１９０  ストラット
１９２  入口
２０２  軸方向ディフューザセクション
２０４  軸方向−半径方向ディフューザセクション
２０６  半径方向ディフューザセクション
２０８  中心線
２１０  出口
２１２  第１のダクト部分
２１４  軸方向流路
２１６  第１の壁部
２１８  第２の壁部
２２０  長手方向軸線
２２２  第１の角度
２２６  第２の角度
２２８  第１の断面積
２３０  第２のダクト部分
２３２  湾曲流路
２３４  半径方向流路
２３６  第１の湾曲壁部
２３８  第２の湾曲壁部
２４０  第１の曲率半径
２４１  中心
２４２  第２の曲率半径
２４３  ａｖｅｒａｇｅ曲率半径
２４４  第２の断面積
２４６  断面積幅
２４８  第３のダクト部分
２５０  第１の垂直壁部
２５２  第２の垂直壁部
２５４  第３の断面積
２６２  矢印
２６４  第３の壁部
２６６  第４の壁部
２６８  下流方向
２７０  垂直寸法
２７２  水平寸法
【図１】
2012036891.tif 000003
【図２】
2012036891.tif 000004
【図３】
2012036891.tif 000005