(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンおよび蒸気タービンに使用されるディフューザを提供する。【解決手段】ガスタービン用ディフューザ２００が、ガスタービンに結合するように適合された吸入口２１１を備える。ディフューザはまた、ディフューザ端部の近傍に配置された少なくとも１つの排出口２２０を備え、ディフューザ端部は吸入口の下流に配置されている。ディフューザは、外壁２０６と、実質的にディフューザ端部へ延在する内筒２０２とをさらに備える。【選択図】図１
2013144979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用ディフューザであって、
前記ガスタービンに結合するように適合された吸入口と、
ディフューザ端部の近傍に配置された少なくとも１つの排出口であって、前記ディフューザ端部が前記吸入口の下流に配置されている、排出口と、
外壁と、
実質的に前記ディフューザへ延在する内筒と
を備えるディフューザ。
【請求項２】
前記外壁と前記内筒とが、筒前記吸入口と前記排出口との間の前記ディフューザの長さに沿って変化する半径を画成する、請求項１記載のディフューザ。
【請求項３】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、前記排出口では前記吸入口におけるよりも大きい、請求項２記載のディフューザ。
【請求項４】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、ある外半径位置を有する、請求項２記載のディフューザ。
【請求項５】
前記吸入口と前記排出口との間の相対的中間点に配置された中点をさらに有し、吸入口部分が前記吸入口および前記中点によって定義され、排出口部分が前記中点および前記排出口によって定義され、前記外半径位置が前記吸入口部分に近接している、請求項４記載のディフューザ。
【請求項６】
軸流タービンと組み合わされた、請求項１記載のディフューザ。
【請求項７】
前記排出口が隣接する物体と結合するように適合されている、請求項１記載のディフューザ。
【請求項８】
排ガス用ディフューザであって、
吸入口と、
排出口と、
実質的に前記吸入口から実質的に前記排出口へ延在する内筒と、
前記内筒から半径方向に離間する外壁であって、外壁と前記内筒とが、前記吸入口と前記排出口との間の前記ディフューザの長さに沿って変化する半径を画成する、外壁と
を備えるディフューザ。
【請求項９】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、前記排出口では前記吸入口におけるよりも大きい、請求項８記載のディフューザ。
【請求項１０】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、ある外半径位置を有する、請求項８記載のディフューザ。
【請求項１１】
前記吸入口と前記排出口との間の相対的中間点に配置された中点をさらに有し、吸入口部分が前記吸入口および前記中点によって定義され、排出口部分が前記中点および前記排出口によって定義され、前記外半径位置が前記吸入口部分に近接している、請求項１０記載のディフューザ。
【請求項１２】
軸流ガスタービンと組み合わされた、請求項８記載の排ガス用ディフューザ。
【請求項１３】
前記吸入口が、前記軸流ガスタービンと結合するように適合されている、請求項１２記載の排ガス用ディフューザ。
【請求項１４】
前記排出口が隣接する物体と結合するように適合されている、請求項１２記載の排ガス用ディフューザ。
【請求項１５】
ガスタービンの一部分を囲繞するタービンケーシングと、
前記タービンケーシングに結合された排ガス用ディフューザと
を備え、
前記ディフューザが、前記ガスタービンに結合されるように適合された吸入口と、外壁と、内筒と、前記吸入口の下流にあるディフューザ端部とを備え、前記内筒が実質的に前記ディフューザ端部へ延在する、
ガスタービン。
【請求項１６】
前記排ガス用ディフューザが、前記ディフューザ端部に近接して配置された排出口をさらに備える、請求項１５記載のガスタービン。
【請求項１７】
前記外壁と前記内筒とが、前記吸入口と前記排出口との間の前記ディフューザの長さに沿って変化する半径を画成する、請求項１６記載のガスタービン。
【請求項１８】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、前記排出口では前記吸入口におけるよりも大きい、請求項１７記載のガスタービン。
【請求項１９】
前記外壁と前記内筒とによって画成される前記変化する半径が、ある外半径位置を有する、請求項１７記載のガスタービン。
【請求項２０】
前記排ガス用ディフューザが、前記吸入口と前記排出口との間の相対的中間点に配置された中点をさらに有し、吸入口部分が前記吸入口および前記中点によって定義され、排出口部分が前記中点および前記排出口によって定義され、前記外半径位置が前記吸入口部分に近接している、請求項１９記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、タービンに関し、詳細には、ガスタービンおよび蒸気タービンに使用されるディフューザに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のガスタービンは、ロータの最終段のバケットに連結されたディフューザコーンまたはディフューザを有する。ディフューザは、一般に、排気ガスの運動エネルギーを減少させることによって、排気ガスの静圧を増加させる働きをする。一般に、これは、排気ガスの流れの方向にディフューザの断面積を増加させることによって達成することができる。
【０００３】
ガスタービンは、しばしば最大負荷状態では作動しないが、そのような最大負荷状態の効率に対して設計される。したがって、最大負荷状態の設計に基づいて、部分負荷状態の性能効率が犠牲になる。そのような効率低下は、少なくとも部分的に、ディフューザ内筒での流れの剥離に起因し、外周（ｔｉｐ）の強いフロープロフィールに至る。タービンの最終段の作動など、他の要因もフロープロフィールに影響し得る。さらに、ディフューザの中心物体上を通過する流れが、その上さらにシステムの効率低下を生じさせる大きな渦を発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２７２９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスタービンおよび蒸気タービンに使用されるディフューザを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ガスタービン用ディフューザが、ガスタービンに結合するように適合された吸入口を備える。ディフューザはまた、ディフューザ端部の近傍に配置された少なくとも１つの排出口を備え、ディフューザ端部は吸入口の下流に配置されている。ディフューザは、外壁と、実質的にディフューザ端部へ延在する内筒とをさらに備える。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、排ガス用ディフューザは、吸入口と、排出口とを備える。排ガス用ディフューザはまた、実質的に吸入口から実質的に排出口へ延在する内筒を備える。ディフューザは、内筒から半径方向に離間する外壁をさらに備え、外壁と内筒とが、吸入口と排出口との間のディフューザの長さに沿って変化する半径を画成する。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によれば、ガスタービンは、ガスタービンの一部分を囲繞するタービンケーシングを備える。ガスタービンはまた、タービンケーシングに結合された排ガス用ディフューザを備える。ディフューザは、ガスタービンに結合されるように適合された吸入口と、外壁と、内筒と、吸入口の下流にあるディフューザ端部とを備え、内筒は実質的にディフューザ端部へ延在する。
【０００９】
これらおよび他の利点および特徴が、図面に併せて行われる以下の説明からより明らかになるであろう。
【００１０】
本発明と見なされる主題が、本明細書に添付の特許請求の範囲に詳細に示され明確に主張される。本発明の前述および他の特徴および利点が、添付図面に併せて行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様によるディフューザの側断面図である。
【図２】図１に示したディフューザに伴うフロープロフィールの図である。
【図３】流れの剥離を示す、ディフューザのフロープロフィールの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な記述により、例として、本発明の実施形態が、利点および特徴と共に、図面を参照して説明される。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるディフューザ２００の一態様を示す。作動中、ガスタービンからの排気ガスは、矢印Ａによって示される方向に、ディフューザ２００の中を流れる。本記述では、物体が別の物体または位置から矢印Ａの方向に変位している場合、物体は別の物体または位置の「下流」にあり、物体が別の物体または位置から矢印Ａの反対方向に変位している場合、「上流」にある。
【００１４】
ディフューザ２００は、ロータの一部分がその中を通ることのある内室２０８を形成する内壁２０４を備える内筒２０２を具備する。ディフューザ２００は、ディフューザ入口端部２１０の近くに配置された吸入口２１１と、ディフューザ出口端部２２２の近くに配置された排出口２２０とを備える。吸入口２１１はタービンに結合することができ、排出口２２０は、サイレンサなどの隣接する物体に結合することができる。ディフューザはまた、内筒２０２の内壁２０４から半径方向に離隔した外壁２０６を備える。内壁２０４と外壁２０６との間の領域は、流体またはガスがそこを通って下流へ、ディフューザ２００の吸入口２１１から排出口２２０へ流れることができる。
【００１５】
ディフューザ２００はまた、内壁２０４と外壁２０６との間に形成された１つまたは複数のストラット２１６を備え得る。ストラット２１６は、内壁２０４および外壁２０６を互いに固定された関係に保持するように働くと共に、軸受の支持体も形成する。ストラット２１６の数は、決まっていないが、通常、約４から約１０の範囲である。
【００１６】
内筒２０２の内壁２０４は、吸入口２１１またはディフューザ入口端部２１０から、排出口２２０またはディフューザ出口端部２２２まで延在する。内筒２０２、したがって内壁２０４は、吸入口２１１近くに配置された第１の端部２２４と、排出口２２０の近くに配置された第２の端部２２６とを備え、内筒２０２は、第１の端部２２４から第２の端部２２６へ延在する際、多数の長手方向輪郭を取ることができる。内筒２０２は、第１の端部２２４から第２の端部２２６まで連続的に僅かに湾曲してもよく、第１の端部２２４と第２の端部２２６との間のいくつかの部分だけ僅かに湾曲してもよく、実質的に直線方向に延在してもよく、または、内筒２０２の長手方向全体が上記の曲線経路の任意の組合せを有するように、複数の分割された部分を有してもよい。内筒２０２の形状、より詳細には内壁２０４の形状に関わりなく、内筒２０２および内壁２０４は、ディフューザ排出口２２０またはディフューザ出口２２２まで延在する。
【００１７】
外壁２０６は、吸入口２１１またはディフューザ入口端部２１０から、実質的に下流方向へ、それと共に内壁２０４から離れる方向へ延在する第１の部分２３０を有する。外壁２０６の第１の部分２３０の傾斜曲線の方向は、ある外半径位置２３２を終端とする。外壁２０６はまた、前記外半径位置２３２から実質的に下流方向に排出口２２０またはディフューザ出口端部２２２まで延在する第２の部分２３４を有する。外壁２０６の第１の部分２３０は、前記外半径位置２３２を内筒２０２の長手方向中点２３６よりはるかに上流に配置することによって、外壁２０６の第２の部分よりも大幅に内壁２０４から角度が開いている。内筒２０２の、長手方向中点２３６の上流に位置する部分は、吸入口部分２３８であり、内筒の、長手方向中点２３６の下流に位置する部分は、排出口部分２４０である。したがって、外壁２０６は、従来のディフューザ外壁構造よりはるかに上流で前記外半径に広げられている。
【００１８】
図２は、図１に示されたディフューザ２００の流路プロフィールを示す。見て分かるように、図１のディフューザ２００のフロープロフィールは、ディフューザ２００の半径領域全体に亘って、内壁２０４に沿っても、健全である。ディフューザ２００は、流れの剥離を抑え、それによって、図３に示されるような流れの剥離を示すディフューザフロープロフィールを制してディフューザ性能を改善する。
【００１９】
上記のディフューザ２００構造の採用による流れの剥離の抑制に加えて、ディフューザ２００に２次空気流れを導入することができる。ディフューザ２００内へ、それによるディフューザ主流内へのそのような２次空気流れが、主流と内壁２０４および／または外壁２０６との間に形成される剪断層にエネルギーを与えることによって全体流れを変化させ、流れの剥離自体に遅れを生じさせる。主流が広がり、より大きな静圧の回復が達成される。
【００２０】
２次空気流れの導入を達成する様々な手法が考案され、１つのそのような手法は、ポンプなどの流れ操作装置を内筒２０２内に設置することによる。内筒２０２の内壁２０４が、１つまたは複数の駆動体開口と、その１つまたは複数の駆動体開口の下流に配置された１つまたは複数の吸込み開口とを備える。吸込み開口は、内壁２０４の直ぐ上を通過する一般的に脆弱な流れを内筒２０２に流入させ、流れ操作装置を通過させ、ディフューザ２００のフロープロフィールを操作するように、十分な力を持たせて駆動開口から出て行かせる。流れを操作することにより流れの剥離を抑制し、それによって、拡散面積を増加させる。
【００２１】
有利には、ディフューザ２００の流路は、速度が高い領域近傍の拡散勾配に焦点を置き、流れを半径方向に再配分することによって制御される。特に全体システムの部分負荷運転に際し、ディフューザ２００内の流れの剥離を抑制するために、内筒２０２は、ディフューザ２００の関連する排出口２２０まで延在する。さらに、ディフューザ２００の外壁２０６は、ディフューザ２００の関連する吸入口２１１での上流を始点として、急速に内筒２０２から半径方向に離れる向きに延在する。その結果は、ウェークに伴い損失を生じる渦を減少させ、ディフューザ性能の著しい向上およびそれによるシステム熱効率の著しい向上をもたらす。本発明が、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明されてきたが、本発明が、そのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、これまで説明されていないが、本発明の趣旨および範囲に適う変形、代替、置換、または等価な機構をいくつでも組み込んで変更することができる。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されてきたが、本発明の態様は、説明された実施形態の一部分を含むのみでもよいことは理解されるべきである。したがって、本発明は、上述の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付特許請求の範囲のみによって限定される。
【符号の説明】
【００２２】
２００  ディフューザ
２０２  内筒
２０４  内壁
２０６  外壁
２０８  内室
２１０  ディフューザ入口端部
２１１  吸入口
２１６  ストラット
２２０  排出口
２２２  ディフューザ出口端部
２２４  第１の端部
２２６  第２の端部
２３０  第１の部分
２３２  外半径位置
２３４  第２の部分
２３６  長手方向中点
２３８  吸入口部分
２４０  排出口部分
Ａ  矢印
【図１】
2013144979.tif 000003
【図２】
2013144979.tif 000004
【図３】
2013144979.tif 000005