DE112017006555T5 - Turbine und gasturbine - Google Patents

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Germany
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axis
turbine
strut
combustion chamber
vortex
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DE112017006555.0T
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Naonori Nagai
Hiroyoshi Torikai
Hiroshi Watanabe
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

Eine Turbine (2) umfasst einen Diffusor (4A). Dieser Diffusor (4A) umfasst einen Brennkammerkorb (41), eine Außenhaut, welche einen Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb (41) und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben (43A), welche im Abgasströmungspfad in einem Abstand in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, verbinden den Brennkammerkorb (41) mit der Außenhaut und sind in einer Rotationsrichtung des Turbinenrotors an einer Vorderseite in einer Radialrichtung von einer Innenseite zu einer Außenseite angeordnet, und ein Vorsprung (50), welcher zwischen den zueinander in Umfangsrichtung benachbartenStreben (43A) angeordnet ist, steht von einer äußeren Umfangsoberfläche (41A) des Brennkammerkorbs (41) vor und erstreckt sich in einer Richtung einer Achse (Am) . Der Vorsprung (50) ist eingerichtet, dass ein Vorderende (51) dessen, welches in der Richtung der Achse (Am) auf einer Seite angeordnet ist zwischen einer Vorderkante (43a) der Strebe (43A) auf der in der Richtung der Achse (Am) einen Seite und einer Hinterkante (43b) der Strebe (43A) auf der in der Richtung der Achse (Am) anderen Seite angeordnet ist, und ein Hinterende (52) dessen, welches auf der in der Richtung der Achse (Am) anderen Seite angeordnet ist, ist in der Richtung der Achse (Am) weiter auf der anderen Seite angeordnet wie die Hinterkante (43b).

Description

  • [Gebiet der Erfindung]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbine und eine Gasturbine.
  • Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-252008 , angemeldet am 26. Dezember 2016 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-252020 , angemeldet am26. Dezember2016, beansprucht, deren Inhalt hierin durch Inbezugnahme eingebunden wird.
  • [Hintergrund]
  • Üblicherweise weist eine Gasturbine einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine auf. Der Verdichter verdichtet Außenluft und erzeugt Hochdruckluft und die Brennkammer mischt und verbrennt die Hochdruckluft, erzeugt durch den Verdichter, und einen Brennstoff und erzeugt Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas. Die Turbine wird durch das Verbrennungsgas, welches durch die Brennkammer erzeugt wird, angetrieben.
  • Ein Diffusor ist auf einer Stromabwärtsseite der Turbine (siehe beispielsweise Patentliteratur 1) vorgesehen. Der Diffusor umfasst einen Brennkammerkorb, eine Außenhaut und eine Strebe. Der Brennkammerkorb ist auf einer inneren Umfangsseite des Diffusors angeordnet, und die Außenhaut deckt den Brennkammerkorb von einer äußeren Umfangsseite her ab und bildet einen Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut. Eine Vielzahl von Streben ist in Abständen in einer Umfangsrichtung vorgesehen und erstreckt sich von einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs in einer Radialrichtung der Turbine. Der Brennkammerkorb und die Außenhaut sind über diese Streben verbunden.
  • Der Abgasströmungspfad des Diffusors ist derart gebildet, dass ein Bereich des Strömungspfads in einer Strömungsrichtung von einer Stromaufwärtsseite zu einer Stromabwärtsseite des Verbrennungsgases graduell zunimmt. Das Verbrennungsgas (Abgas), welches die Turbine angetrieben hat, wird auf einen statischen Druck durch das Passieren des Abgasströmungspfads, der so geformt ist, zurückgeführt. Weil ein Druckverhältnis der Gasturbine wesentlich ansteigt, wenn sich die Leistung des Diffusors verbessert, trägt eine Leistungsverbesserung des Diffusors zu einer Effizienzverbesserung der ganzen Gasturbine bei.
  • [Zitierungsliste]
  • [Patentliteratur]
  • [Patentliteratur1]
  • Japanische Patentveröffentlichung Nr. 5693315
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Eine Strömung des Verbrennungsgases, welches von der Turbine entladen wird, umfasst eine Axialrichtungskomponente und eine Wirbelströmungskomponente (Wirbelkomponente), welche in der Umfangsrichtung um eine Achse wirbelt. Deswegen, wenn die Strömung des Abgases um die Strebe gelangt, wird ein Formwiderstand erzeugt oder eine Strömungsablösung tritt aufgrund der Streben auf. Diese Formwiderstände und die Strömungsablösung sind ein Faktor, welcher einen Druckverlust steigert. Diese Steigerung im Druckverlust kann einen Rückgewinnungsbetrag des statischen Drucks im Diffusor reduzieren und kann die Effizienz der gesamten Gasturbine reduzieren. Insbesondere ist die Strömungsablösung ein Faktor, welcher den Druckverlust steigert. Auch wenn die Turbine unter einer Teillast läuft, steigt ein Winkel einer Wirbelströmung (Wirbelwinkel) an. Deswegen ist es wahrscheinlicher, dass die Strömungsablösung in den Streben auftritt, und der Druckverlust kann ansteigen. Der Anstieg in diesen Druckverlusten reduziert den Rückgewinnungsbetrag des statischen Drucks im Diffusor und reduziert die Effizienz der gesamten Gasturbine.
  • Die vorliegende Erfindung wurde mit Blick auf die obigen Umstände gemacht und eine Aufgabe dieser ist es, eine Turbine und eine Gasturbine zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, durch Minimierung eines Druckverlustes die Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • [Lösung des Problems]
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, wird der nachfolgende Aufbau vorgeschlagen.
  • Gemäß einemersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist eine Turbine auf: einen Turbinenrotor, der sich entlang einer Achse erstreckt und in einer Umfangsrichtung der Achse zu einer Seite drehbar ist, ein Turbinengehäuse, welches den Turbinenrotor von einer äußeren Umfangsseite dessen abdeckt, eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, welche auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors in der Umfangsrichtung der Achse angeordnet sind und bei denen wenigstens Abschnitte dieser in einer Richtung der Achse auf einer anderen Seite von der einen Seite zur anderen Seite in der Umfangsrichtung gekrümmt sind, eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln, die auf einer inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses vorgesehen sind, derart, dass sie benachbart zu den Turbinenlaufschaufeln in der Axialrichtung sind und in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und einen Diffusor, welcher in der Richtung der Achse auf der anderen Seite der Turbinenlaufschaufel vorgesehen ist und einen Abgasströmungspfad, durch den Abgas in der Richtung der Achse von der einen Seite zur anderen Seite strömt, bildet, wobei der Diffusor umfasst: einen Brennkammerkorb, welcher sich entlang der Achse erstreckt, eine Außenhaut, welche den Brennkammerkorb von der äußeren Umfangsseite her abdeckt und den Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben, welche im Abgasströmungspfad in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, verbinden den Brennkammerkorb mit der Außenhaut und sind an einer Vorderseite in einer Rotationsrichtung des Turbinenrotors in einer Radialrichtung von einer Innenseite zu einer Außenseite vorgesehen, und ein Vorsprung, welcher zwischen den zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben angeordnet ist, steht von einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs vor und erstreckt sich in der Richtung der Achse, ein Vorderende des Vorsprungs auf der in der Richtung der Achse einen Seite ist zwischen einer Vorderkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse einen Seite und einer Hinterkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse anderen Seite angeordnet, und ein Hinterende des Vorsprungs auf der anderen Seite ist weiter in der Richtung der Achse auf der anderen Seite angeordnet wie die Hinterkante.
  • Ein Fluid, welches durch die Turbinenlaufschaufel gelangt ist, bildet oftmals eine Wirbelströmung aufgrund einer Strömungsmustergestaltung der Turbinenlaufschaufel und der Turbinenleitschaufel. Auch wenn die Strömungsgeschwindigkeit in der Richtung der Achse relativ klein ist, wie in einem Fall einer Teillast, wird eine Wirbelströmung größer als in einem Fall einer Nennlast.
  • Üblicherweise, wenn in einer Strömung eines Fluids eine Struktur vorhanden ist, wird ein sogenannter Hufeisenwirbel erzeugt. In diesem Hufeisenwirbel werden Wirbel, die auf beiden Seiten der Struktur erzeugt werden, Wirbelröhren und erstrecken sich, derart, dass sie sich um die Struktur winden.
  • Beispielsweise, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in der Richtung der Achse relativ klein ist, wie im Fall der Teillast der Turbine, steigt ein Winkel (ein Wirbelwinkel) der Wirbelströmung in Bezug auf die Achse an. Wenn der Winkel der Wirbelströmung in Bezug auf die Achse ansteigt, wie oben beschrieben, tritt eine Ablösung des Fluids in einem Bereich in der Nähe der Vorderkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse anderen Seite auf. Aufgrund dieser Ablösung wird ein Ablösungswirbel (Querwirbel), der eine Wirbelachse hat, die sich in einer Radialrichtung der Achse (im Folgenden einfach als „Radialrichtung“ bezeichnet) erstreckt. Dieser Ablösungswirbel vergrößert eine Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung in der Radialrichtung zur Außenseite. Außerdem vergrößert dieser Ablösungswirbel auch den Hufeisenwirbel, der in der Rotationsrichtung auf der Vorderseite der Strebe gebildet ist, zur Außenseite hin in der Radialrichtung. Aufgrund einer solchen Vergrößerung wird die Grenzschicht, die auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs von einer Mitte der Strebe zur Vorderkante der Strebe in der Richtung der Achse gebildet wird, instabil, und deswegen kann eine Ablösung auftreten.
  • Weil jedoch die Vorsprünge, die von der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs vorstehen und sich in der Richtung der Achse zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung erstrecken, angeordnet sind, dienen die Vorsprünge als eine Grenze, und deswegen kann der Ablösungswirbel, der an der Strebe, die in der Rotationsrichtung auf der Rückseite unter den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung angeordnet ist, erzeugt wird, daran gehindert werden, Einfluss zu nehmen wie z. B. auf das Vergrößern des Hufeisenwirbels, der auf der Rückseite in der Rotationsrichtung der Strebe, angeordnet in der Rotationsrichtung auf der Vorderseite erzeugt wird. Dementsprechend ist es möglich, die Instabilität der Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs von der Mitte der Strebe zur Hinterkante der Strebe in der Richtung der Achse aufgrund des Hufeisenwirbels, der auf der Rückseite der Strebe, angeordnet in der Rotationsrichtung auf der Vorderseite gebildet wird, zu minimieren.
  • Außerdem, wenn der Ablösungswirbel, der an der Strebe, angeordnet in der Rotationsrichtung auf der Rückseite gebildet ist, gerichtet ist zur Strebe, angeordnet in der Rotationsrichtung auf der Vorderseite zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung, kreuzt ein Teil des Ablösungswirbels den Vorsprung. Deswegen wird ein Längswirbel, der eine Wirbelachse entlang des Vorsprungs, der sich in der Richtung der Achse erstreckt, hat, erzeugt. Der Längswirbel ist eine Wirbelröhre, welche in der gleichen Richtung rotiert wie die Rotationsrichtung des Hufeisenwirbels gebildet in der Rotationsrichtung auf der Vorderseite der Strebe und erstreckt sich zu einer Stromabwärtsseite der Strebe. Auf diese Art und Weise werden, weil die Rotationsrichtungen der Längswirbel und der Hufeisenwirbel die gleichen sind, Kräfte auf den Längswirbel und den Hufeisenwirbel in Richtungen in der Umfangsrichtung weg voneinander erzeugt. Das bedeutet, dass die Anordnung der Längswirbel und der Hufeisenwirbel in einfacher Art und Weise aufrechterhalten wird. Deswegen werden sogar stromabwärts von der Strebe, der Längswirbel und der Hufeisenwirbel in einfacher Art und Weise aufrechterhalten und die Entwicklung einer Grenzschicht kann minimiert werden.
  • Im Ergebnis, sogar wenn der Winkel der Wirbelströmung groß ist, kann die Strömungsablösung von der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs minimiert werden, ein Druckverlust im Abgasströmungspfad kann minimiert werden, und deswegen kann die Leistungsfähigkeit verbessert werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der Vorsprung gemäß dem ersten Aspekt gebildet sein, um zur in der Richtung der Achse einen Seite verjüngt zu sein und kann gebildet sein, um verjüngt zur in der Richtung der Achse anderen Seite, gesehen von einer Außenseite in der Radialrichtung der Achse, zu sein.
  • Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, den Formwiderstand auf eine Hauptströmung eines Abgases, welches in der Richtung der Achse strömt, zu reduzieren.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann die Turbine gemäß dem ersten Aspekt einen konvexen Abschnitt aufweisen, welcher von einer Ansaugseite der Strebe vorsteht.
  • Mit einem solchen Aufbau kann, wie der oben erwähnte Hufeisenwirbel, ein Wirbel auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts gebildet werden. Der Wirbel, gebildet durch den konvexen Abschnitt, interferiert mit dem Ablösungswirbel, gebildet auf der Ansaugseite der Strebe aufgrund der Wirbelströmung. Deswegen ist es möglich, die Entwicklung des Ablösungswirbels zu minimieren. Das bedeutet, dass es möglich ist, das Vergrößern der Grenzschicht des Brennkammerkorbs aufgrund des Ablösungswirbels zu reduzieren.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der konvexe Abschnitt gemäß dem dritten Aspekt auf einer Seite näher beim Brennkammerkorb als eine Mitte in der Radialrichtung der Achse angeordnet sein.
  • Mit einem solchen Aufbau kann ein Wirbel, der mit dem Ablösungswirbel interferiert, der durch den konvexen Abschnitt, insbesondere an einem Ort näher am Brennkammerkorb als die Mitte in der Radialrichtung, in dem der Ablösungswirbel wahrscheinlich durch die Wirbelströmung gebildet wird, gebildet werden. Deswegen kann die Erzeugung des Ablösungswirbels effizient minimiert werden.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist eine Gasturbine einen Verdichter, der verdichtete Luft, erhalten durch Verdichten von Luft, erzeugt, eine Brennkammer, welche einen Brennstoff mit der verdichteten Luft mischt und ein Verbrennungsgas erzeugt, und die Turbine, welche in einer der ersten bis vierten Aspekte beschrieben ist und welche durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, auf.
  • Mit einemsolchen Aufbau kann, weil eine Druckrückgewinnung in dem Diffusor der Turbine effizient durchgeführt werden kann, die Leistung verbessert werden.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der Diffusor ein Diffusor, vorgesehen auf einer Stromabwärtsseite der Turbine, sein, welcher um die Achse rotiert und einen Brennkammerkorb umfassen, welcher sich entlang der Achse erstreckt, eine Außenhaut, welche den Brennkammerkorb von der äußeren Umfangsseite her abdeckt und einen Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben, welche in dem Abgasströmungspfad in Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, verbinden den Brennkammerkorb mit der Außenhaut und erstrecken sich zur Vorderseite in der Rotationsrichtung der Turbine in der Radialrichtung von einer Innenseite zu einer Außenseite, und einen konvexen Abschnitt, welcher auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs, angeordnet ist in einer Mitte zwischen einem Paar von Streben benachbart zueinander in der Umfangsrichtung und angeordnet innerhalb eines Bereichs von ±10% einer gesamten Länge der Strebe in der Richtung der Achse in Bezug auf einen Ort der Vorderkante der Strebe auf einer Seite in der Richtung der Achse.
  • Im Diffusor bildet üblicherweise eine Strömung zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung um die Achse eine Grenzschicht auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs. Weil die Diffusorströmung ein Rückwärtsdruckgradient ist, neigt der Impuls/das Momentum dazu, in einer Grenzschichtströmung abzunehmen. Deswegen, wenn ein Ablösebereich aufgrund von lokalem Impuls-/Momentumverlust erzeugt wird, kann die Ablösung stromabwärts der Strömung wandern und deren Betrag kann groß sein.
  • Üblicherweise tritt auf der Stromaufwärtsseite der Strebe in der Grenzschicht aufgrund einer Einströmung eines Dichtgases aus einer Lücke zwischen einem Rotorkörper und dem Diffusor auf der Stomaufwärtsseite der Strebe auf, und die Grenzschicht wird instabil. Außerdem steigt die Vortizität in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungsrichtung an. Weil der konvexe Abschnitt in der Grenzschicht angeordnet ist, wird ein Fluid in der Grenzschicht um den konvexen Abschnitt herum gewunden, und der Längswirbel, der die Wirbelachse in der Strömungsrichtung des Fluids hat, wird auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts in der Umfangsrichtung gebildet. Dieser Längswirbel erstreckt sich stromabwärts vom konvexen Abschnitt und bildet eine Wirbelröhre (den Hufeisenwirbel). Deswegen, weil ein stabiler Längswirbel auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs erzeugt werden kann, ist es möglich, das Auftreten der Ablösung aufgrund der Entwicklung der Grenzschicht durch das Vorsehen eines Impulses auf das Fluid in der Grenzschicht wegen des Längswirbels zu minimieren. Im Ergebnis kann der Druckverlust minimiert werden, und die Leistungsfähigkeit kann verbessert werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der Diffusor gemäß dem sechsten Aspekt eine Leitplatte aufweisen, welche sich in der Richtung der Achse in einem Abstand auf der Stromabwärtsseite des konvexen Abschnitts erstreckt.
  • Mit einem solchen Aufbau kann der Längswirbel, der durch den konvexen Abschnitt gebildet wird, auf der Stromabwärtsseite aufrechterhalten werden, und die Störung der Längswirbel kann reguliert (gerichtet) werden.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der konvexe Abschnitt gemäß dem sechsten Aspekt innerhalb eines Bereichs von ±5% der gesamten Länge der Strebe in der Richtung der Achse in Bezug auf den Ort der Vorderkante der Strebe auf einer Seite in der Axialrichtung angeordnet sein.
  • Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, den konvexen Abschnitt an einem Ort näher an dem Ort der Vorderkante der Strebe anzuordnen. Deswegen kann der Längswirbel durch den konvexen Abschnitt erzeugt werden, bevor sich die Grenzschicht ausbildet, und der Impuls/das Momentum kann auf das Fluid in der Grenzschicht einwirken. Im Ergebnis kann die Grenzschicht stabil minimiert werden.
  • Gemäß einemneunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann der konvexe Abschnitt gemäß einem der sechsten bis achten Aspekte derart gebildet sein, dass er zugespitzt/verjüngt zur Außenseite in der Radialrichtung der Achse ausgebildet ist.
  • Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, einen Anstieg des Formwiderstandes für die Hauptströmung des Diffusors zu minimieren. Im Ergebnis kann der Druckverlust reduziert werden.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann ein Diffusor ein Diffusor, vorgesehen auf einer Stromabwärtsseite der Turbine, sein, welcher um die Achse rotiert, und einen Brennkammerkorb aufweisen, welcher sich entlang der Achse erstreckt, eine Außenhaut, welche den Brennkammerkorb von der äußeren Umfangsseite her abdeckt und einen Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben, welche in dem Abgasströmungspfad in Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen sind, verbinden den Brennkammerkorb mit der Außenhaut und erstrecken sich in der Rotationsrichtung zur Vorderseite der Turbine in der Radialrichtung von einer Innenseite zu einer Außenseite, und ein konvexer Leitabschnitt, welcher auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs gebildet ist, ist angeordnet in einer Mitte zwischen einem Paar von zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben und angeordnet in einem Bereich von ±10% einer gesamten Länge der Strebe in der Richtung der Achse in Bezug auf einen Ort der Vorderkante der Strebe in der Richtung der Achse zum Ort der Hinterkante der Strebe.
  • Mit einem solchen Aufbau wird das Fluid in der Grenzschicht um den konvexen Leitabschnitt auf der Seite nahe der Vorderkante der Strebe herumgewunden, und der Längswirbel, der die Wirbelachse in der Strömungsrichtung des Fluids hat, wird auf beiden Seiten des konvexen Leitabschnitts in der Umfangsrichtung gebildet. Dieser Längswirbel erstreckt sich stromabwärts des konvexen Leitabschnitts und bildet die Wirbelröhre (den Hufeisenwirbel). Im Ergebnis kann der stabile Längswirbel auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs erzeugt werden. Außerdem, weil sich der konvexe Leitabschnitt kontinuierlich zum Ort der Hinterkante der Strebe erstreckt, kann der konvexe Abschnitt als eine Leitplatte dienen. Das bedeutet, dass es aufgrund des konvexen Leitabschnitts möglich ist, die Turbulenz der Längswirbel zu regeln (richten), während der Längswirbel auf der Stromabwärtsseite aufrechterhalten wird. Im Ergebnis kann der Impuls/das Momentum auf das Fluid in der Grenzschicht durch den Längswirbel zur Verfügung gestellt werden, und es ist möglich, die Entwicklung der Grenzschicht und deswegen das Auftreten von Ablösung zu minimieren. Im Ergebnis kann der Druckverlust minimiert werden und die Leistungsfähigkeit kann verbessert werden.
  • Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst eine Turbine einen Turbinenrotor, welcher sich entlang einer Achse erstreckt und rotierbar zu einer Seite in einer Umfangsrichtung der Achse ist, ein Turbinengehäuse, welches den Turbinenrotor von einer äußeren Umfangsseite her abdeckt, eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, die auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors in der Umfangsrichtung der Achse angeordnet sind, eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln, die auf einer inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses vorgesehen sind, derart, dass sie benachbart zu den Turbinenlaufschaufeln in einer Richtung der Achse sind und in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und der Diffusor gemäß einem der sechsten bis zehnten Aspekte.
  • Mit einem solchen Aufbau, weil die Ablösung des Fluids im Diffusor minimiert werden kann, kann der Druckverlust der Turbine minimiert werden. Im Ergebnis kann kinetische Energie des Abgases, welches von der Turbine entladen wird, effizient in Druckenergie umgewandelt werden.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung, weist eine Gasturbine auf, einen Verdichter, welcher verdichtete Luft, erhalten durch Luftverdichtung, erzeugt, eine Brennkammer, welche einen Brennstoff mit der verdichteten Luft mischt und es verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und die Turbine gemäß einem elften Aspekt, welche durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
  • Mit einem solchen Aufbau, weil der Druckverlust der Turbine minimiert werden kann, kann die Leistungsfähigkeit der Gasturbine verbessert werden.
  • Der oben beschriebene erste Aspekt der Erfindung kann auch wie folgt erklärt werden.
  • Gemäß demersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst eine Turbine einen Turbinenrotor, der sich entlang einer Achse erstreckt und zu einer Seite in einer Umfangsrichtung der Achse drehbar ist, ein Turbinengehäuse, welches den Turbinenrotor von einer äußeren Umfangsseite her abdeckt, eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, welche auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors in der Umfangsrichtung der Achse angeordnet sind und bei denen wenigstens Teile dieser auf der in einer Richtung der Achse anderen Seite von der einen Seite zur anderen Seite in der Umfangsrichtung gekrümmt sind, eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln, vorgesehen auf einer inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses, derart, dass sie zu den Turbinenlaufschaufeln in der Axialrichtung benachbart und in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und einen Diffusor, welcher auf der anderen Seite der Turbinenlaufschaufel in der Richtung der Achse vorgesehen ist und einen Abgasströmungspfad bildet, durch den ein Abgas von der in der Richtung der Achse einen Seite zur anderen Seite strömt, wobei der Diffusor umfasst, einen Brennkammerkorb, der sich entlang der Achse erstreckt, eine Außenhaut, welche den Brennkammerkorb von der äußeren Umfangsseite her abdeckt und den Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben, welche in dem Abgasströmungspfad in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, verbinden den Brennkammerkorb mit der Außenhaut und sind an einer Vorderseite in einer Rotationsrichtung des Turbinenrotors von einer Innenseite zu einer Außenseite in einer Radialrichtung vorgesehen, und Vorsprung, welcher zwischen den zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben angeordnet ist, springt von einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs hervor und erstreckt sich in der Richtung der Achse, ein Vorderende des Vorsprungs auf der in der Richtung der Achse einen Seite ist zwischen einer Vorderkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse einen Seite und einer Hinterkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse anderen Seite angeordnet, und ein Hinterende des Vorsprungs auf der anderen Seite ist weiter auf der anderen Seite in der Richtung der Achse angeordnet wie die Hinterkante.
  • Das Fluid, welches durch die Turbinenlaufschaufel gelangt ist, bildet oftmals eine Wirbelströmung aufgrund einer Strömungsmustergestaltung der Turbinenlaufschaufel und der Turbinenleitschaufel. Auch wenn eine Strömungsgeschwindigkeit in der Richtung der Achse relativ klein ist, wie in dem Fall einer Teillast, wird eine Wirbelströmung größer als in dem Fall einer Nennlast.
  • Üblicherweise wird, wenn eine Struktur in der Strömung des Fluids vorhanden ist, ein sogenannter Hufeisenwirbel erzeugt. Der Hufeisenwirbel ist eine Sekundärströmung, in der die Vortizität von einem Geschwindigkeitsgradient an der Grenzschicht in der Nähe einer Wandoberfläche eine Wirbelröhre geliefert wird und sich um eine Strukturbasis herumwindet und eine Wirbelachse der Wirbelröhre sich zur Strömungsrichtung hin erstreckt.
  • Beispielsweise, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Turbine in der Richtung der Achse relativ klein ist, wie im Fall der Teillast der Turbine, steigt ein Winkel (ein Wirbelwinkel) der Wirbelströmung in Bezug auf die Achse an. Wenn der Winkel der Wirbelströmung in Bezug auf die Achse ansteigt, wie oben beschrieben, tritt eine Ablösung des Fluids in einem Bereich in der Nähe der Vorderkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse anderen Seite auf. Aufgrund dieser Ablösung wird ein Ablösungswirbel (Querwirbel), der eine Wirbelachse hat, die sich in einer Radialrichtung der Achse erstreckt (nachfolgend einfach als „Radialrichtung“ bezeichnet), erzeugt. Wenn der Ablösungswirbel mit der Grenzschicht interferiert, die auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung gebildet ist, bewirkt der Ablösungswirbel eine Vergrößerung einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeitsregion der Grenzschicht zur Außenseite in der Radialrichtung. Als ein Ergebnis der Einwirkung dieses Ablösungswirbels wird auch eine Drehachse des Hufeisenwirbels auf beiden Seiten der Strebe auch in einer Richtung beeinflusst, in der sie zur Außenseite in der Radialrichtung aufgewunden wird, wenn sie stromabwärts geht. Deswegen hat die Drehachse des Hufeisenwirbels einen Winkel in Bezug auf die Strömungsrichtung der Hauptströmung. Im Ergebnis wirkt der Hufeisenwirbel in einer Richtung, in der er die Hauptströmung stört, und die Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs von der Mitte der Strebe zur Hinterkante der Strebe in der Richtung der Achse, wird instabiler, und eine Ablösungszustand nimmt ab/lässt nach.
  • Jedoch, weil die Vorsprünge, die von der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs vorspringen und sich in der Richtung der Achse erstrecken, zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung angeordnet sind, dienen die Vorsprünge als eine Grenze, und deswegen können die Ablösungswirbel, die von einer Spitze der Schaufel auf der Ansaugseite der Strebe unter den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung entwickelt wird, daran gehindert werden, eine Auswirkung zu haben, wie z. B. das Aufwickeln/Aufschaukeln des Hufeisenwirbels, der sich auf der Stromabwärtsseite der Ansaugseite der Strebe befindet. Dementsprechend ist es aufgrund eines Verhaltenswechsels des Hufeisenwirbels, angeordnet auf der Stromabwärtsseite einer Rückseite der Strebe, möglich, die Instabilität der Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs von der Mitte der Strebe zur Hinterkante der Strebe in der Richtung der Achse, zu minimieren.
  • Außerdem, wenn der Ablösungswirbel, gebildet auf der Ansaugseite der Strebe, zur Druckseite der gegenüberliegenden Strebe zwischen den benachbarten Streben in der Umfangsrichtung geleitet wird, kreuzt ein Teil des Ablösungswirbels den Vorsprung. Zu dieser Zeit fällt eine Richtung der Wirbelachse des Ablösungswirbels hin zur Hauptströmungsseite, und ein Längswirbel, der eine Wirbelachse entlang des Vorsprungs hat, der sich in der Richtung der Achse erstreckt, wird erzeugt. Dieser Längswirbel rotiert in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung des Hufeisenwirbels auf der Druckseite der gegenüberliegenden Strebe und wird eine Wirbelröhrenanordnung, die sich zur Stromabwärtsseite der Strebe erstreckt. Üblicherweise zeigen, wenn äquivalente Wirbel benachbart zueinander sind und in der gleichen Richtung rotieren, beide von diesen ein Verhalten des sich voneinander Trennens, aber weil die Rotationsrichtungen der Längswirbel und der Hufeisenwirbel die gleichen sind, wie oben beschrieben, wirken Kräfte auf den Längswirbel und den Hufeisenwirbel in Richtungen weg voneinander in der Umfangsrichtung ein. Das bedeutet, dass die Anordnung der Längswirbel und der Hufeisenwirbel aufrechterhalten wird, und eine Richtung der Wirbelachse hält auch leicht eine Form entlang der Wandoberfläche aufrecht. Deswegen sind die Längswirbel sogar stromabwärts von Streben in der Strömungsrichtung entlang der Wandoberfläche angeordnet, der Impuls/das Momentum des Hauptströmungsabschnittes wird nahe der Wandoberfläche geliefert, und deswegen kann die Entwicklung der Grenzschicht minimiert werden.
  • Im Ergebnis, sogar wenn der Winkel der Wirbelströmung groß ist, ist es möglich, die Ablösung der Strömung von der äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs zu minimieren, und deswegen ist es möglich, den Druckverlust in dem Abgasströmungspfad zu minimieren und die Leistungsfähigkeit zu verbessern.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Gemäß der Turbine und der Gasturbine ist es möglich, die Leistungsfähigkeit durch Minimierung eines Druckverlusts zu verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Aufbaudarstellung, welche einen schematischen Aufbau einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine Schnittansicht eines Diffusors entlang einer Achse in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der 2.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Brennkammerkorb zwischen ersten zueinander benachbarten Streben in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist ein Graph, der einen Wirbelwinkel eines Abgases in Bezug auf einen radialen Ort eines Einlasses eines Abgasströmungspfads in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 6 ist eine Ansicht, die eine Rotationsrichtung eines Längswirbels und eines Hufeisenwirbels in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Seite in einer Axialrichtung, zeigt.
    • 7 ist eine Schnittansicht korrespondieren zu 3 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht korrespondierend zu 4 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine Aufbaudarstellung, die einen schematischen Aufbau einer Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 10 ist eine Schnittansicht eines Diffusors entlang der Achse in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennkammerkorbs zwischen ersten zueinander benachbarten Streben in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist eine Ansicht eines Wirbels um einen konvexen Abschnitt in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Seite in der Axialrichtung.
    • 13 ist eine Ansicht korrespondierend zu 11 in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine Ansicht korrespondierend zu 11 in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • (Erste Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine Turbine und eine Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • 1 ist eine Aufbaudarstellung, die einen schematischen Aufbau einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie gezeigt in 1, umfasst eine Gasturbine 100A gemäß der ersten Ausführungsform einen Verdichter 1, eine Brennkammer 3 und eine Turbine 2.
  • Der Verdichter 1 erzeugt Hochdruckluft. Der Verdichter 1 umfasst einen Verdichterrotor 11 und ein Verdichtergehäuse 12. Das Verdichtergehäuse 12 deckt den Verdichterrotor 11 von einer äußeren Umfangsseite her ab und erstreckt sich entlang der Achse Am.
  • Eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufelstufen 13, angeordnet in Abständen in einer Richtung der Achse Am, sind auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Verdichterrotors 11 vorgesehen. Jede der Verdichterlaufschaufelstufen 13 hat eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufeln 14. Die Verdichterlaufschaufeln 14 jeder der Verdichterlaufschaufelstufen 13 sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Verdichterrotors 11 in Abständen in einer Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Eine Vielzahl von Verdichterleitschaufelstufen 15, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, ist auf einer inneren Umfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12 vorgesehen. Diese Verdichterleitschaufelstufen 15 sind abwechselnd mit den Verdichterlaufschaufelstufen 13 in der Richtung der Achse Am angeordnet. Jede der Verdichterleitschaufelstufen 15 umfasst eine Vielzahl von Verdichterleitschaufeln 16. Die Verdichterleitschaufeln 16 jeder der Verdichterleitschaufelstufen 15 sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 12 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Die Brennkammer 3 erzeugt ein Verbrennungsgas durch Mischen der Hochdruckluft, erzeugt durch den Verdichter 1, mit einem Brennstoff und verbrennt dieses. Die Brennkammer 3 ist zwischen dem Verdichtergehäuse 12 und einem Turbinengehäuse 22 der Turbine 2 vorgesehen. Das Verbrennungsgas, erzeugt durch die Brennkammer 3, wird zur Turbine 2 geliefert.
  • Die Turbine 2 wird durch das Verbrennungsgas, erzeugt durch die Brennkammer 3, angetrieben. Die Turbine 2 umfasst einen Turbinenrotor 21, das Turbinengehäuse 22 und einen Diffusor 4A.
  • Der Turbinenrotor 21 erstreckt sich entlang der Achse Am. Eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 23, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, sind auf einer äußeren Umfangsoberfläche der Turbinenrotor 21 vorgesehen. Jede der Turbinenlaufschaufelstufen 23 umfasst eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln 24. Die Turbinenlaufschaufeln 24 jeder der Turbinenlaufschaufelstufen 23 sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors 21 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • In den Turbinenlaufschaufeln 24, die die letzte Turbinenlaufschaufelstufe 23, angeordnet am weitesten stromabwärts unter der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 23, bilden, sind Abschnitte dieser auf der in der Richtung der Achse Am anderen Seite von einer Seite in der Umfangsrichtung um die Achse Am zur anderen Seite gekrümmt. In anderen Worten, die Turbinenlaufschaufeln 24 der letzten Turbinenlaufschaufelstufe 23 sind derart gekrümmt, dass Kantenabschnitte (Hinterkanten) dieser auf der Stromabwärtsseite einer Rückseite in einer Rotationsrichtung des Turbinenrotors 21 gegenüberliegen. Es ist nur notwendig, für wenigstens die Turbinenlaufschaufeln 24 der letztstufigen Turbinenlaufschaufelstufe 23, dass sie, wie oben beschrieben, gekrümmt ausgebildet sind, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau begrenzt. Beispielsweise können die Turbinenlaufschaufeln 24 der anderen Turbinenlaufschaufelstufen 23 wie die Turbinenlaufschaufeln 24 der letztstufigen Turbinenlaufschaufelstufe 23 gekrümmt sein.
  • Das Turbinengehäuse 22 deckt den Turbinenrotor 21 von der äußeren Umfangsseite her ab. Eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelstufen 25, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, ist vorgesehen auf der inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 22. Die Turbinenleitschaufelstufen 25 sind abwechselnd mit den Turbinenlaufschaufelstufen 23 in der Richtung der Achse Am angeordnet. Jede der Turbinenleitschaufelstufen 25 umfasst eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 26. Die Turbinenleitschaufeln 26 jede der Turbinenleitschaufelstufen 25 sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 22 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Der Verdichterrotor 11 und der Turbinenrotor 21 sind integral in der Richtung der Achse Am verbunden. Ein Gasturbinenrotor 91 ist durch den Verdichterrotor 11 und den Turbinenrotor 21 ausgebildet. In ähnlicher Art und Weise sind das Verdichtergehäuse 12 und das Turbinengehäuse 22 entlang der Achse Am integral miteinander verbunden. Ein Gasturbinengehäuse 92 ist durch das Verdichtergehäuse 12 und das Turbinengehäuse 22 ausgebildet.
  • Der Gasturbinenrotor 91 ist um die Achse Am innerhalb des Gasturbinengehäuses 92 integral drehbar.
  • Während des Betriebs der Gasturbine 100A, wird zuerst der Verdichterrotor 11 (der Gasturbinenrotor 91) unter Verwendung einer externen Antriebsquelle drehend angetrieben. Wenn der Verdichterrotor 11 rotiert, wird Außenluft nacheinander verdichtet und Hochdruckluft wird erzeugt. Diese Hochdruckluft wird in die Brennkammer 3 durch das Verdichtergehäuse 12 geliefert. In der Brennkammer 3 wird Brennstoff mit der Hochdruckluft vermischt und verbrannt, um ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas zu erzeugen. Das Verbrennungsgas wird in die Turbine 2 durch das Turbinengehäuse 22 geliefert. In der Turbine 2 kollidiert das Verbrennungsgas aufeinanderfolgend mit den Turbinenlaufschaufelstufen 23 und den Turbinenleitschaufelstufen 25, und deswegen wird eine Drehantriebskraft auf den Turbinenrotor 21 (den Gasturbinenrotor 91) ausgeübt. Diese Drehenergie wird beispielsweise zum Antrieb eines Generator G verwendet, der mit einem Wellenende verbunden ist. Das Verbrennungsgas, welches die Turbine 2 angetrieben hat, wird zur Außenseite als ein Abgas ausgelassen, nachdem ein Druck (statischer Druck) erhöht wurde, wenn es durch den Diffusor 4A gelangt.
  • 2 ist eine Schnittansicht des Diffusors entlang der Achse in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 1 und 2, ist der Diffusor 4A integral mit dem Turbinengehäuse 22 (das Gasturbinengehäuse 92) vorgesehen. Der Diffusor 4A umfasst einen Brennkammerkorb 41, eine Außenhaut 42, eine erste Strebe 43A und eine zweite Strebe 44.
  • Der Brennkammerkorb 41 ist in einer zylindrischen Form gebildet, welche sich entlang der Achse Am erstreckt. Der Brennkammerkorb 41 ist derart gebildet, dass ein Durchmesser einer äußeren Umfangsoberfläche 41A dessen graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite abnimmt. Eine Lagervorrichtung (nicht gezeigt) oder dergleichen, welche ein Wellenende 91A des Gasturbinenrotors 91 drehbar unterstützt, ist innerhalb des Brennkammerkorbs 41 vorgesehen.
  • Die Außenhaut 42 ist in einer zylindrischen Form gebildet, welche den Brennkammerkorb 41 von der äußeren Umfangsseite her abdeckt. Die Außenhaut 42 bildet einen Abgasströmungspfad C, durch den das Abgas, welches von der Turbine 2 entladen wurde, zwischen die Außenhaut 42 und den Brennkammerkorb 41 strömt. Die Außenhaut 42 ist derart gebildet, dass ein Durchmesser einer inneren Umfangsoberfläche 42A dieser graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite ansteigt. Das bedeutet, dass ein Durchmesser eines Abschnittsbereichs des Abgasströmungspfads C, gebildet zwischen der Außenhaut 42 und dem Brennkammerkorb 41 (ein Abschnittsbereich senkrecht zur Achse Am), graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite ansteigt. Weil sich der Abschnittsbereich des Abgasströmungspfads C graduell vergrößert, wird kinetische Energie des Abgases, welches in den Abgasströmungspfad C strömt, graduell in Druckenergie (Druckrückgewinnung) umgewandelt.
  • Die erste Strebe 43A und die zweite Strebe 44 sind im Abgasströmungspfad C angeordnet und verbinden den Brennkammerkorb 41 mit der Außenhaut 42. Die Außenhaut 42 ist befestigt an und unterstützt durch den Brennkammerkorb 41 durch die erste Strebe 43A und die zweite Strebe 44.
  • Die erste Strebe 43A ist derart angeordnet, dass sie benachbart zur letzten Turbinenlaufschaufelstufe 23, die am weitesten auf der in der Richtung der Achse Am anderen Seite unter der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 23 in der Richtung der Achse Am angeordnet ist, angeordnet ist.
  • 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der 2.
  • Wie gezeigt in 3, ist eine Vielzahl von ersten Streben 43A innerhalb des Abgasströmungspfads C in Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse Am vorgesehen. In der ersten Ausführungsform wird ein Fall, bei dem sich sechs erste Streben 43A radial zur äußeren Umfangsseite hin erstrecken, vorgesehen sind, um den Brennkammerkorb 41 beispielhaft erläutert. Die ersten Streben 43A sind in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet.
  • Diese ersten Streben 43A sind sogenannte Tangentialstreben, geneigt in Bezug auf eine senkrechte Linie der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41. Insbesondere sind die ersten Streben 43A geneigt, um auf einer Vorderseite des Turbinenrotors 21 in der Rotationsrichtung (angezeigt durch einen Pfeil A in 3) von einer Innenseite in der Radialrichtung der Achse Am zu einer Außenseite hin angeordnet zu sein. Es ist möglich, die Abweichung einer axialen Mitte aufgrund einer thermischen Ausdehnung unter Verwendung solcher Tangentialstreben zu vermindern.
  • In der Rotationsrichtung des Turbinenrotors 21 ist eine Oberfläche der ersten Strebe 43A, die einer Rückseite in der Rotationsrichtung gegenüberliegt, eine Druckseite S1, und eine Oberfläche der ersten Strebe 43A, die einer Vorderseite in der Rotationsrichtung gegenüberliegt, ist eine Ansaugseite S2. In der ersten Ausführungsform sind sowohl die Druckseite S1 als auch die Ansaugseite S2 derart gebildet, dass sie sich in derselben Richtung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 und der inneren Umfangsoberfläche 42A der Außenhaut 42 erstrecken.
  • Wie gezeigt in 2, ist die zweite Strebe 44 für den Hauptzweck vorgesehen, die Lastaufbringung der ersten Strebe 43A zu verteilen. Die zweite Strebe 44 ist an einem Ort, beabstandet von der ersten Strebe 43A zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite, vorgesehen. In der ersten Ausführungsform ist beispielhaft ein Fall erläutert, in dem zwei zweite Streben 44 vorgesehen sind und sich in Richtungen entgegengesetzt voneinander von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 erstrecken. Die zweiten Streben 44 erstrecken sich in der Radialrichtung der Achse Am.
  • Die erste Strebe 43A und die zweite Strebe 44 haben in der ersten Ausführungsform eine Form, welche den Formwiderstand gegenüber dem Abgas reduzieren können. Beispielsweise kann die Form, welche in der Lage ist, den Formwiderstand auf das Abgas zu reduzieren, eine Form umfassen, welche einen elliptischen Querschnitt, langgesteckt in der Strömungsrichtung des Abgases, hat, und ein Schaufelprofil, in dem sich eine Sehne in der Strömungsrichtung des Abgases erstreckt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Brennkammerkorbs zwischen den ersten zueinander benachbarten Streben in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 4, umfasst der Diffusor 4A einen Vorsprung 50 zwischen den zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten ersten Streben 43A um die Achse Am. Die Vorsprünge 50 sind vorgesehen nacheinander zwischen der Vielzahl von ersten Streben 43A angeordnet und verteilt in der Umfangsrichtung. Der Vorsprung 50 springt von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 vor und erstreckt sich in der Richtung der Achse Am. Der Vorsprung 50 in der ersten Ausführungsform springt auswärts von der äußeren Umfangsoberfläche 41A in der Radialrichtung der Achse Am vor.
  • Unter der Annahme, dass ein Abstand zwischen den in der Umfangsrichtung benachbarten ersten Streben 43A um die Achse Am 100% ist, kann der Vorsprung 50 in der ersten Ausführungsform in einem Bereich von ±30% von einem Ort einer Mitte (50%) der benachbarten ersten Streben 43A gebildet sein. Außerdem kann der Vorsprung 50 an einem Ort von ±20% vom Ort der oben erwähnten Mitte (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein. Weiterhin kann der Vorsprung 50 an einem Ort von ±10% von dem Ort des Zentrums (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein.
  • Ein Vorderende (in anderen Worten, ein Ende in der Richtung der Achse Am auf einer Seite) 51 des Vorsprungs 50 ist zwischen einer Vorderkante (in anderen Worten, eine Kante in der Richtung der Achse Am auf einer Seite) 43a der ersten Strebe 43A und einer Hinterkante (in anderen Worten, eine Kante auf der in der Richtung der Achse Am anderen Seite) 43b der ersten Strebe 43A angeordnet. Beispielsweise, unter der Annahme, dass eine Sehnenlänge der ersten Strebe 43A, welche ein Schaufelprofil hat, 100% ist, kann ein Ort des Vorderendes 51 des Vorsprungs 50 in einem Bereich von ±30% von einem Ort von 50% der Sehnenlänge in einer Sehnenrichtung der ersten Strebe 43A angeordnet sein. Außerdem kann beispielsweise der Ort des Vorderendes 51 des Vorsprungs 50 in einem Bereich von ±20% von einem Ort von 50% der Sehnenlänge in der Sehnenrichtung der ersten Strebe 43A angeordnet sein. Weiterhin kann beispielsweise der Ort des Vorderendes 51 des Vorsprungs 50 in einem Bereich von ±10% von dem Ort von 50% der Sehnenlänge in der Sehnenrichtung der ersten Strebe 43A angeordnet sein.
  • Ein Hinterende (in anderen Worten, ein Ende auf der anderen Seite in der Richtung der Achse Am) 52 des Vorsprungs 50 ist weiter auf der anderen Seite in der Richtung der Achse Am angeordnet als die Hinterkante 43b der ersten Strebe 43A. Das Hinterende 52 kann so weit wie möglich von der Hinterkante 43b in einem Bereich auf der anderen Seite von der Hinterkante 43b in der Richtung der Achse Am angeordnet sein. Das bedeutet, dass der Vorsprung 50 so lang wie möglich zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite hin gebildet sein kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen schnellen Anstieg in dem Strömungspfadabschnittsbereich des Abgasströmungspfads C aufgrund der Abwesenheit der ersten Strebe 43A auf einer Stromabwärtsseite von der Hinterkante 43b der ersten Strebe 43A zu vermindern. Deswegen kann eine Ablösung einer Grenzschicht stromabwärts von der Hinterkante 43b minimiert werden. In 4 ist der Ort der Vorderkante 43a in der Richtung der Achse Am angezeigt durch ein Symbol „F“, der Ort des Zentrums ist angezeigt durch ein Symbol „M“ und der Ort der Hinterkante 43b ist angezeigt durch ein Symbol „R“.
  • Eine Höhe des Vorsprungs 50, welcher von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 vorsteht, kann derart gewählt sein, dass der Druckverlust aufgrund des Formwiderstands des Vorsprungs 50 kleiner wird als der Druckverlust aufgrund der Ablösung des Abgases, welches auf der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 auftritt. Außerdem kann die Höhe des Vorsprungs 50 derart auf eine Höhe korrespondieren zu einer Dicke der Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche 41A, gewählt sein und kann auf eine Höhe gesetzt sein, welche beispielsweise ungefähr 3% bis 1% einer Profilhöhe der ersten Strebe 43A ist. Weil die Dicke der Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche 41A, sich gemäß den Eigenschaften des Diffusors 4A ändert, kann die Höhe des Vorsprungs 50 in passender Art und Weise gemäß der Dicke der Grenzschicht angepasst werden. Außerdem kann der Vorsprung 50 so gebildet sein, dass er höher ist als die Dicke der Grenzschicht. Es ist möglich, eine Hauptströmung des Abgases zu beeinflussen und die Entwicklung der Grenzschicht durch Bilden des Vorsprungs 50, der höher ist als die Dicke der Grenzschicht, wie oben beschrieben, weiter zu minimieren.
  • Der Vorsprung 50 hat ein Schaufelprofil. Insbesondere ist der Vorsprung 50 so gebildet, dass er sich zur in der Richtung der Achse Am einen Seite verjüngt und derart gebildet ist, dass er sich zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite, gesehen von einer Außenseite in der Radialrichtung der Achse Am, hin verjüngt. In anderen Worten, eine Breitendimension des Vorsprungs 50 nimmt graduell zu beiden Seiten in der Richtung der Achse Am hin ab. In der ersten Ausführungsform, ist der Fall, in dem der Vorsprung 50 eine Breitendimension hat, die zur Außenseite in der Radialrichtung hin graduell abnimmt und eine Kammlinie, welche sich in der Richtung der Achse Am erstreckt, beispielhaft erläutert, aber der Vorsprung 50 ist nicht auf diese Formbegrenzt.
  • 5 ist ein Graph, der einen Wirbelwinkel des Abgases in Bezug auf einen radialen Ort eines Einlasses des Abgasströmungspfads in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 ist eine Ansicht, die eine Rotationsrichtung eines Längswirbels und eines Hufeisenwirbels in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Seite in einer Axialrichtung, zeigt.
  • In 5 zeigt eine horizontale Achse einen Wirbelwinkel einer Wirbelströmung, und eine vertikale Achse zeigt den radialen Ort des Einlasses des Abgasströmungspfads C. Eine Plus (+) -Seite der horizontalen Achse zeigt einen Zustand, in dem die Wirbelströmung von der anderen Seite zur einen Seite in der Umfangsrichtung strömt, und eine Minus (-) -Seite der horizontalen Achse zeigt einen Zustand, in dem die Wirbelströmung von der einen Seite zur anderen Seite in der Umfangsrichtung strömt. Außerdem zeigt die vertikale Achse einen Ort in dem Abgasströmungspfad C auf der Außenseite in der Radialrichtung der Achse Am mit einem Ort der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 als einen Ursprungspunkt an. In dem Fall, in dem die Turbinenlaufschaufel 24, wie oben beschrieben, gekrümmt ist, umfasst das Abgas, welches von der Turbine 2 entladen wird, eine Wirbelströmungskomponente, welche in der Umfangsrichtung der Achse Am wirbelt.
  • Wenn die Gasturbine 100A, die den oben beschriebenen Aufbau hat, in einem Nennbetrieb ist, ist der Wirbelwinkel der Wirbelströmung um die erste Strebe 43A, das bedeutet, am Einlass des Abgasströmungspfads C, verteilt, wie durch eine unterbrochene Linie in dem Graph der 5 angezeigt. Insbesondere wird eine Richtung des Wirbelwinkels der Wirbelströmung in der Nähe der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 und der Nähe der inneren Umfangsoberfläche 42A der Außenhaut 42 negativ, und die Richtung des Wirbelwinkels der Wirbelströmung wird in der Nähe eines Zentrums/einer Mitte in der Radialrichtung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 41A und der inneren Umfangsoberfläche 42A positiv. Dies ist, weil der Druckverlust von Interferenz zwischen einer Strömung eines Fluids und einer Struktur innerhalb des Strömungspfades ausgelegt ist, derart, dass er zu einer Zeit des Nennbetriebes am kleinsten ist. Ein absoluter Wert des Wirbelwinkels der Wirbelströmung in dem Nennbetrieb kann durch die Verteilung des Wirbelwinkels der Wirbelströmung, wie gezeigt durch die unterbrochene Linie in 5, klein gemacht werden.
  • Auf der anderen Seite wird in einem Zustand, in dem die Gasturbine 100A mit einer Teillast betrieben wird, anstelle des Nennbetriebes der Wirbelwinkel der Wirbelströmung zur Minusseite am gesamten Einlass des Abgasströmungspfads C in der Radialrichtung hin ansteigen. Dies, weil die Verteilung des Wirbelwinkels, wenn die Gasturbine 100A mit der Teillast betrieben wird, solch eine Verteilung hat, dass die Verteilung (angezeigt durch eine unterbrochene Linie in 5) des Wirbelwinkels während des Nennbetriebs zur Minusseite hin verschoben ist, wie angezeigt durch eine durchgezogene Linie in dem Graph der 5. Weil der Wirbelwinkel zur Minusseite hin, wie oben beschrieben, ansteigt, tendiert die Ablösung der Strömung durch die Struktur im Abgasströmungspfad C dazu, groß zu sein, und deswegen kann der Druckverlust, der in dem Diffusor 4A erzeugt wird, ansteigen.
  • Jedoch ist, wie gezeigt in 4, im Diffusor 4A gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, der Vorsprung 50 zwischen den ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 43A um die Achse Am angeordnet. Zudem stehen diese Vorsprünge 50 von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 vor und erstrecken sich in der Richtung der Achse Am. Deswegen dienen die Vorsprünge 50 als eine Grenze, und deswegen kann ein Ablösungswirbel V2, erzeugt auf der Seite der Ansaugseite S2 der ersten Strebe 43A, die auf der Rückseite in der Rotationsrichtung des Turbinenrotors 21 unter den ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 43A um die Achse Am angeordnet ist, vermindert werden, dass er einwirkt wie z. B. das Aufschaukeln des Hufeisenwirbels V1, erzeugt auf der Seite der Druckseite S1 der ersten Strebe 43A, angeordnet auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung.
  • Dementsprechend ist es möglich, die Instabilität der Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 von dem Zentrum der ersten Strebe 43A zur Hinterkante 43b der ersten Strebe 43A in der Richtung der Achse Am zu minimieren aufgrund des Hufeisenwirbels V1, gebildet auf der Seite der Druckseite S1 (der Rückseite in der Rotationsrichtung) der ersten Strebe 43A, angeordnet auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung.
  • Außerdem kreuzen, wenn der Ablösungswirbel V2, gebildet an der ersten Strebe 43A auf der Rückseite in der Rotationsrichtung, gerichtet ist zur ersten Strebe 43A auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung zwischen den ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 43A um die Achse Am, Teile des Ablösungswirbels V2 den Vorsprung 50. Deswegen ist ein Längswirbel V3, der eine Wirbelachse entlang des Vorsprungs 50, die sich in der Richtung der Achse Am erstreckt, erzeugt. Wie gezeigt in 6, ist der Längswirbel V3 eine Wirbelröhre, welche in der gleichen Richtung rotiert wie die Rotationsrichtung des Hufeisenwirbels V1, der auf der Vorderseite in der Rotationsrichtung der ersten Strebe 43A gebildet ist und sich zur Stromabwärtsseite der ersten Strebe 43A hin erstreckt.
  • Auf diese Art und Weise wird, weil die Rotationsrichtungen der Längswirbel V3 und der Hufeisenwirbel V1 die gleichen sind, eine Kraft auf den Längswirbel V3 und den Hufeisenwirbel V1 in einer Richtung weg voneinander in der Umfangsrichtung ausgeübt. Das bedeutet, dass die Anordnung der Längswirbel V3 und der Hufeisenwirbel V1 in einfacher Art und Weise aufrechterhalten wird. Deswegen werden sogar auf der Stromabwärtsseite der ersten Strebe 43A, die Längswirbel V3 und die Hufeisenwirbel V1 in einfacher Art und Weise aufrechterhalten, und die Entwicklung der Grenzschicht kann minimiert werden.
  • Dementsprechend kann die Ablösung der Strömung des Abgases von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 minimiert werden, sogar wenn der Wirbelwinkel des Abgases groß ist, in dem Fall der oben beschriebenen Teillast. Deswegen kann der Druckverlust im Abgasströmungspfad C minimiert werden, und die Druckrückgewinnung aufgrund des Diffusors 4A kann effizient durchgeführt werden.
  • Im Ergebnis ist es möglich, die Leistungsfähigkeit der Turbine 2 und der Gasturbine 100A zu verbessern.
  • Weiterhin, gesehen von der Außenseite in der Radialrichtung der Achse Am, ist der Vorsprung 50 gebildet, um sich zur in der Richtung der Achse Am einen Seite zu verjüngen und gebildet, um sich zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite zu verjüngen. Es ist möglich, den Formwiderstand des Vorsprungs 50 in Bezug auf die Hauptströmung des Abgases, welches in der Richtung der Achse Am strömt, durch Bilden des Vorsprungs 50 in dieser Art und Weise zu vermindern.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Eine Gasturbine der zweiten Ausführungsform ist nur in der Beschaffenheit/im Aufbau des Diffusors zur Gasturbine der oben beschriebenen ersten Ausführungsform unterschiedlich. Deswegen werden die gleichen Teile wie diejenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und doppelte Beschreibungen werden vermieden.
  • 7 ist eine Schnittansicht korrespondieren zur 3 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine perspektivische Ansicht korrespondierend zur 4 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 7 und 8, ist ein Diffusor 4B einer Gasturbine 100B gemäß der zweiten Ausführungsform integral mit dem Turbinengehäuse 22 vorgesehen (dem Gasturbinengehäuse 92), wie der Diffusor 4A der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • Die Gasturbine 100B der zweiten Ausführungsform umfasst einen Verdichter 1, eine Brennkammer 3 und eine Turbine 2, entsprechend wie die Gasturbine 100A der ersten Ausführungsform.
  • Der Diffusor 4B umfasst einen Brennkammerkorb 41, eine Außenhaut 42, eine erste Strebe 43B und eine zweite Strebe 44.
  • Wie die oben beschriebene erste Strebe 43A, ist die erste Strebe 43B innerhalb des Abgasströmungspfad C angeordnet und verbindet den Brennkammerkorb 41 mit der Außenhaut 42. Die Außenhaut 42 ist festgelegt an und unterstützt durch den Brennkammerkorb 41 durch die ersten Streben 43B und die zweite Strebe 44. Die ersten Streben 43B sind angeordnet derart, dass sie benachbart zur letzten Turbinenlaufschaufelstufe 23, angeordnet am weitesten auf der in der Richtung der Achse Am anderen Seite, unter der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 23 in der Richtung der Achse Am, angeordnet sind.
  • Eine Vielzahl von ersten Streben 43B ist innerhalb des Abgasströmungspfads C in Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse Am vorgesehen. In der zweiten Ausführungsform, wie in der ersten Ausführungsform, wird ein Fall, in dem sich sechs erste Streben 43B radial zur äußeren Umfangsseite zentrierend auf dem Brennkammerkorb 41, beispielhaft erläutert. Die ersten Streben 43B sind in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet.
  • Wie die oben beschriebenen ersten Streben 43A, sind diese ersten Streben 43B sogenannte Tangential streben, geneigt in Bezug auf eine normale (senkrechte) Linie der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41. Insbesondere sind die ersten Streben 43B geneigt, um auf einer Vorderseite des Turbinenrotors 21 in der Rotationsrichtung (angezeigt durch einen Pfeil A in 7) von der Innenseite in der Radialrichtung der Achse Am zur Außenseite angeordnet zu sein.
  • In der Rotationsrichtung des Turbinenrotors 21 ist eine Oberfläche der ersten Strebe 43B, welche einer Rückseite in der Rotationsrichtung gegenüberliegt, eine Druckseite S1, und eine Oberfläche der ersten Strebe 43B, welche einer Vorderseite in der Rotationsrichtung gegenüberliegt, eine Ansaugseite S2. In der ersten Ausführungsform sind sowohl die Druckseite S1 als auch die Ansaugseite S2 gebildet, um sich in der gleichen Richtung zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 und der inneren Umfangsoberfläche 42A der Außenhaut 42 zu erstrecken.
  • Der Diffusor 4B hat einen konvexen Abschnitt 53. Der konvexe Abschnitt 53 steht von der Ansaugseite S2 von jeder der Vielzahl von ersten Streben 43B hervor. Der konvexe Abschnitt 53 erzeugt einen Längswirbel V4 auf der Ansaugseite S2 der ersten Strebe 43B. Dieser Längswirbel V4 wird auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts 53 in der Radialrichtung der Achse Am erzeugt. Der Längswirbel V4 ist ein Wirbelröhre, welche sich zur Stromabwärtsseite (zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite) des Abgases erstreckt, um sich um den konvexen Abschnitt 53 herumzuwinden. Der Längswirbel V4, der aufgrund des konvexen Abschnitts 53 erzeugt wird, interferiert mit dem Ablösungswirbel V2, erzeugt in einer Region in der Nähe einer Vorderkante 43a der ersten Strebe 43B. Aufgrund dieser Interferenz, wir die Entwicklung des Ablösungswirbels V2 behindert.
  • In der obigen Beschreibung wurde ein Fall, in dem nur ein konvexer Abschnitt 53 vorgesehen ist, für eine erste Strebe 43B beschrieben. Jedoch kann eine Vielzahl von Vorsprüngen 53 für eine erste Strebe 43B vorgesehen sein.
  • Beispielsweise kann der konvexe Abschnitt 53 auf einer Stromaufwärtsseite des Abschnitts, an dem der Ablösungswirbel V2 erzeugt wird, angeordnet sein. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die Erzeugung des Ablösungswirbels V2 aufgrund des Längswirbels V4, der durch den Vorsprung 53 gebildet wird, zu minimieren.
  • Außerdem, unter der Annahme, dass ein Abstand von der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 zur inneren Umfangsoberfläche 42A der Außenhaut 42 100% ist, kann der konvexe Abschnitt 53 auf der Seite näher bei der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 als ein Ort von 50% in der Radialrichtung der Achse Am, angeordnet sein. Weiterhin kann der konvexe Abschnitt 53 auf der Seite näher bei der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41 als ein Ort von 30% in der Radialrichtung der Achse Am angeordnet sein. Auf diese Art und Weise, weil er insbesondere an solch einem Ort angeordnet sein kann, dass der negative Wirbelwinkel des Abgases groß wird, kann die Entwicklung des Ablösungswirbels V2 effektiv verhindert werden.
  • Außerdem kann eine Dimension des konvexen Abschnitts 53, welcher von der Ansaugseite S2 vorsteht, eine Dimension sein, dass der Druckverlust aufgrund des Formwiderstands des konvexen Abschnitts 53 nicht größer wird als der Druckverlust verursacht durch den Ablösungswirbel V2. Der Druckverlust kann durch das Setzen der Vorsprungsdimension des konvexen Abschnitts 53 in dieser Art und Weise effektiv reduziert werden.
  • Eine Form des konvexen Abschnitts 53 ist nicht begrenzt auf die Form gezeigt in den 7 und 8, solange er von der Ansaugseite S2 vorsteht.
  • Wie der oben beschriebene Diffusor 4A, umfasst der Diffusor 4B einen Vorsprung 50 zwischen ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 43B um die Achse Am. Weil dieser Vorsprung 50 den gleichen Aufbau hat wie der der ersten Ausführungsform, wird eine detaillierte Beschreibung dessen weggelassen.
  • Deswegen ist gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, zusätzlich zum Betrieb und Effekt der ersten Ausführungsform, der Längswirbel V4, welcher der gleiche ist wie der oben beschriebene Hufeisenwirbel, auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts 53 durch Vorsehen des konvexen Abschnitts 53 gebildet. Der Längswirbel V4, gebildet durch den konvexen Abschnitt 53, interferiert mit dem Ablösungswirbel V2, gebildet auf der Ansaugseite S2 der ersten Strebe 43B, aufgrund der Wirbelströmung des Abgases. Deswegen wird die Entwicklung des Ablösungswirbels V2 minimiert. Das bedeutet, dass die Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche 41A des Brennkammerkorbs 41, daran gehindert werden kann, nach außen in der Radialrichtung durch den Ablösungswirbel V2 aufgeschaukelt zu werden.
  • Außerdem ist der konvexe Abschnitt 53 an einem Ort näher beim Brennkammerkorb 41 als ein Ort einer Mitte in der Radialrichtung (der oben beschriebene Ort von 50%) angeordnet. Deswegen kann der Längswirbel V4, der mit dem Ablösungswirbel V2 interferiert, durch den konvexen Abschnitt 53 teilweise an einem Ort, an dem der Ablösungswirbel V2 durch die Wirbelströmung in einfacher Art und Weise gebildet wird, gebildet werden. Im Ergebnis kann die Erzeugung des Ablösungswirbels V2 effizient minimiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf den Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsformen, und das Design kann ohne das Verlassen des Geistes der Erfindung geändert werden.
  • Beispielsweise kann in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall, in dem die Vielzahl der Vorsprünge 50, vorgesehen in einem Diffusor 4A oder einem Diffusor 4B, alle den gleichen beschrieben Aufbau haben. Jedoch kann die Vielzahl von Vorsprüngen 50 verschiedene Aufbaue (Formen, Anordnungen und dergleichen) haben, die verschieden voneinander sind. Beispielsweise können die Orte, die Höhen und die Breiten des Vorderendes 51 und des Hinterendes 52 des Vorsprungs 50 unterschiedlich voneinander für jeden der Vielzahl von Vorsprüngen 50 sein.
  • Außerdem wurde bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Fall, in dem der konvexe Abschnitt 53 auf der Seite näher bei dem Brennkammerkorb 41 als die Mitte in der Radialrichtung der Achse Am angeordnet ist, beispielhaft erklärt, aber der konvexe Abschnitt 53 kann auf der Seite näher bei der Außenhaut 42 als die Mitte in der Radialrichtung der Achse Am sein.
  • Außerdem wurde in der zweiten Ausführungsform der Fall beschrieben, bei dem der konvexe Abschnitt 53 auf der Seite näher beim Brennkammerkorb angeordnet ist als der Ort von 50% oder der Ort von 30% in der Radialrichtung der Achse Am, aber der Bereich ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann der konvexe Abschnitt 53 innerhalb eines Bereichs von ±30% in der Radialrichtung in Bezug auf den Ort von 50% angeordnet sein.
  • Außerdem wurde in jeder der Ausführungsformen der Fall beschrieben, in dem die ersten Streben 43A und 43B und die zweite Strebe 44 vorgesehen sind, aber nur die ersten Streben 43A und 43B können vorgesehen sein.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine Turbine und eine Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
  • 9 ist eine Aufbaudarstellung, die einen schematischen Aufbau einer Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie gezeigt in 9, umfasst eine Gasturbine 1000 gemäß der dritten Ausführungsform einen Verdichter 10, eine Brennkammer 30 und eine Turbine 20A.
  • Der Verdichter 10 erzeugt Hochdruckluft. Der Verdichter 10 umfasst einen Verdichterrotor 110 und ein Verdichtergehäuse 120. Das Verdichtergehäuse 120 deckt den Verdichterrotor 110 von einer äußeren Umfangsseite her ab und erstreckt sich entlang der Achse Am.
  • Eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufelstufen 130, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, sind vorgesehen auf der äußeren Umfangsoberfläche des Verdichterrotors 110. Jede der Verdichterlaufschaufelstufen 130 umfasst eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufeln 140. Die Verdichterlaufschaufeln 140 jeder der Verdichterlaufschaufelstufen 130 sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Verdichterrotors 110 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Eine Vielzahl von Verdichterleitschaufelstufen 150, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 120 vorgesehen. Diese Verdichterleitschaufelstufen 150 sind abwechselnd mit den Verdichterlaufschaufelstufen 130 in der Richtung der Achse Am angeordnet. Jede der Verdichterleitschaufelstufen 150 umfasst eine Vielzahl von Verdichterleitschaufeln 160. Die Verdichterleitschaufeln 160 jeder der Verdichterleitschaufelstufen 150 sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Verdichtergehäuses 120 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Die Brennkammer 30 mischt die Hochdruckluft, erzeugt durch den Verdichter 10, mit Brennstoff und verbrennt es zur Erzeugung eines Verbrennungsgases. Die Brennkammer 30 ist zwischen dem Verdichtergehäuse 120 und dem Turbinengehäuse 220 der Turbine 20A vorgesehen. Das Verbrennungsgas, erzeugt durch die Brennkammer 30, wird zur Turbine 20A geliefert.
  • Die Turbine 20A wird durch das Verbrennungsgas, erzeugt durch die Brennkammer 30, angetrieben. Die Turbine 20A umfasst einen Turbinenrotor 210, ein Turbinengehäuse 220 und einen Diffusor 40A.
  • Der Turbinenrotor 210 erstreckt sich entlang der Achse Am. Eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 230, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors 210 vorgesehen. Jede der Turbinenlaufschaufelstufen 230 umfasst eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln 240. Die Turbinenlaufschaufeln 240 jede der Turbinenlaufschaufelstufen 230 sind auf der äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors 210 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Bei den Turbinenlaufschaufeln 240, die die End-Turbinenlaufschaufelstufe 230 bilden, welche am weitesten stromabwärts unter der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen 230 angeordnet ist, sind Abschnitte dieser auf der in der Richtung der Achse Am anderen Seite von einer Seite in der Umfangsrichtung um die Achse Am zur anderen Seite gekrümmt. In anderen Worten, die Turbinenlaufschaufeln 240 der End-Turbinenlaufschaufelstufe 230 sind gekrümmt, sodass Kantenabschnitte (Hinterkanten) dieser auf der Stromabwärtsseite eine Rückseite in einer Rotationsrichtung der Turbinenrotor 210 gegenüberliegen. Es ist nur notwendig, für wenigstens die Turbinenlaufschaufeln 240 der letztstufigen Turbinenlaufschaufelstufe 230 derart ausgebildet zu sein, dass sie gekrümmt sind, wie oben beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Beispielsweise können die Turbinenlaufschaufeln 240 der anderen Turbinenlaufschaufelstufen 230 wie die Turbinenlaufschaufeln 240 der letztstufigen Turbinenlaufschaufelstufe 230 gekrümmt sein.
  • Das Turbinengehäuse 220 deckt den Turbinenrotor 210 von der äußeren Umfangsseite her ab. Eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelstufen 250, angeordnet in Abständen in der Richtung der Achse Am, sind auf einer inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 220 vorgesehen. Die Turbinenleitschaufelstufen 250 sind abwechselnd mit den Turbinenlaufschaufelstufen 230 in der Richtung der Achse Am angeordnet. Jede der Turbinenleitschaufelstufen 250 umfasst eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 260. Die Turbinenleitschaufeln 260 jeder der der Turbinenleitschaufelstufen 250 sind auf der inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses 220 in Abständen in der Umfangsrichtung der Achse Am angeordnet.
  • Der Verdichterrotor 110 und der Turbinenrotor 210 sind integral in der Richtung der Achse Am miteinander verbunden. Ein Gasturbinenrotor 910 ist durch den Verdichterrotor 110 und den Turbinenrotor 210 aufgebaut. In ähnlicher Art und Weise sind das Verdichtergehäuse 120 und das Turbinengehäuse 220 integral entlang der Achse Am miteinander verbunden. Ein Gasturbinengehäuse 920 ist durch das Verdichtergehäuse 120 und das Turbinengehäuse 220 ausgebildet.
  • Der Gasturbinenrotor 910 ist um die Achse Am innerhalb des Gasturbinengehäuse 920 integral drehbar.
  • Im Betrieb der Gasturbine 1000 wird zuerst der Verdichterrotor 110 (der Gasturbinenrotor 910) durch eine äußere Antriebsquelle drehend angetrieben. Wenn der Verdichterrotor 110 rotiert, wird Außenluft nach und nach verdichtet, und Hochdruckluft wird erzeugt. Diese Hochdruckluft wird in die Brennkammer 30 durch das Verdichtergehäuse 120 geliefert. In der Brennkammer 30 wird der Brennstoff mit der Hochdruckluft vermischt und verbrannt, um ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas zu erzeugen. Das Verbrennungsgas wird zur Turbine 20A durch das Turbinengehäuse 220 geliefert. In der Turbine 20A kollidiert das Verbrennungsgas aufeinanderfolgend mit den Turbinenlaufschaufelstufen 230 und den Turbinenleitschaufelstufen 250, und deswegen wird eine Drehantriebskraft auf den Turbinenrotor 210 (den Gasturbinenrotor 910) ausgeübt. Diese Rotationsenergie wird beispielsweise zum Antreiben eines Generators G oder dergleichen, verbunden mit einem Wellenende, verwendet. Das Verbrennungsgas, welches die Turbine 20A angetrieben hat, wird zur Außenseite als ein Abgas ausgegeben, nachdem ein Druck (statischer Druck) angehoben wurde, wenn es durch den Diffusor 40A gelangt.
  • 10 ist eine Schnittansicht des Diffusors entlang der Achse in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 10, ist der Diffusor 40A integral mit dem Turbinengehäuse 220 (dem Gasturbinengehäuse 920) vorgesehen. Der Diffusor 40A umfasst einen Brennkammerkorb 410, eine Außenhaut 420, eine erste Strebe 430, eine zweite Strebe 440 und einen konvexen Abschnitt 500 (siehe 11).
  • Der Brennkammerkorb 410 ist in einer zylindrischen Form gebildet, die sich entlang der Achse Am erstreckt. Der Brennkammerkorb 410 ist derart gebildet, dass ein Durchmesser einer äußeren Umfangsoberfläche 410A dessen sich graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite hin verringert. Eine Lagervorrichtung 300, die ein Wellenende 910A des Gasturbinenrotors 910 drehbar unterstütz, ist innerhalb des Brennkammerkorbs 410 vorgesehen. Die Lagervorrichtung 300 umfasst ein Lager 310 und ein Lagergehäuse 320. Das Lagergehäuse 320 wird hauptsächlich durch die Außenhaut 420 über die erste Strebe 430 unterstützt.
  • Die Außenhaut 420 ist in einer zylindrischen Form gebildet, welche den Brennkammerkorb 410 von der äußeren Umfangsseite her abdeckt, die Außenhaut 420 bildet einen Abgasströmungspfad C, durch den das Abgas, welches von der Turbine 20A entladen wurde, zwischen der Außenhaut 420 und dem Brennkammerkorb 410 strömt. Die Außenhaut 420 ist derart gebildet, dass ein Durchmesser einer inneren Umfangsoberfläche 420A dieser graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite ansteigt. Das bedeutet, dass ein Durchmesser eines Abschnittsbereichs des Abgasströmungspfads C, gebildet zwischen der Außenhaut 420 und dem Brennkammerkorb 410 (ein Abschnittsbereich senkrecht zur Achse Am), graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite zunimmt. Weil der Abschnittsbereich des Abgasströmungspfads C auf diese Art und Weise graduell ansteigt, wird auf diese Art und Weise kinetische Energie des Abgases, welches in dem Abgasströmungspfad C strömt, graduell in Druckenergie (Druckrückgewinnung) umgewandelt werden.
  • Die ersten Streben 430 sind durch eine Strebenabdeckung 450 abgedeckt, sodass sie nicht dem Hochtemperaturabgas ausgesetzt sind. Die ersten Streben 430 können sogenannte Tangentialstreben geneigt in Bezug auf eine normale Linie der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 verwenden. Es ist möglich, eine Abweichung eines axialen Zentrums aufgrund von thermischer Ausdehnung durch Anwenden solcher Tangentialstreben zu reduzieren.
  • Die zweite Strebe 440 ist vorgesehen, um eine Lastbelastung der ersten Strebe 430 zu verteilen und dient beispielsweise als ein Kanal, welches den Eintritt einer Person in das Lager 310 der Gasturbine 1000 ermöglicht. Die zweite Strebe 440 ist in einer zylindrischen Form gebildet, welche sich in der Radialrichtung der Achse Am erstreckt. Die zweite Strebe 440 ist an einem Ort vorgesehen, der von der ersten Strebe 430 hin zur in der Richtung der Achse Am anderen Seite beabstandet ist.
  • Die Strebenabdeckung 450 und die zweite Strebe 440 in der dritten Ausführungsform haben eine Form, welche den Formwiderstand gegenüber dem Abgas reduzieren können. Beispielsweise kann die Form, welche in der Lage ist, den Formwiderstand gegenüber dem Abgas zu vermindern, eine Form umfassen, die einen elliptischen Querschnitt hat, der sich in der Strömungsrichtung des Abgases erstreckt und ein Schaufelprofil, bei dem sich eine Sehne in der Strömungsrichtung des Abgases erstreckt.
  • Die Gasturbine 1000 hat einen Dichtmechanismus (nicht gezeigt). Der Dichtmechanismus verursacht, dass ein Teil der verdichteten Luft, die durch den Verdichter 10 erzeugt wurde, als ein Dichtgas von einem Spalt zwischen dem Brennkammerkorb 410 des oben beschriebenen Diffusors 40A und den Turbinenrotor 210 zur Innenseite des Abgasströmungspfads C strömt. Mit diesem Dichtmechanismus wird verhindert, dass das Abgas aus dem Spalt ausströmt.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennkammerkorbs zwischen den ersten zueinander benachbarten Streben in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 11, hat der Diffusor 40A den konvexen Abschnitt 500 zwischen den ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 430 (die Strebenabdeckung 450) um die Achse Am. Die konvexen Abschnitte 500 sind vorgesehen einer nach dem anderen zwischen der Vielzahl der ersten Streben 430 angeordnet und in der Umfangsrichtung verteilt. Der konvexe Abschnitt 500 steht von der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 vor. Der konvexe Abschnitt 500 in der dritten Ausführungsform steht auswärts von der äußeren Umfangsoberfläche 410A in der Radialrichtung der Achse Am vor.
  • Hier kann ein Vorsprungsbetrag (in anderen Worten, eine Höhe in der Radialrichtung) des konvexen Abschnitts 500 gebildet sein, dass dieser geringfügig niedriger ist als eine Dicke einer Grenzschicht (nicht gezeigt), gebildet durch eine Strömung des Abgases auf der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410. Insbesondere kann der Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 5% einer Höhe (Profilhöhe) der ersten Strebe 430 in der Radialrichtung der Achse Am sein. Außerdem kann der Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 3% der Höhe der ersten Strebe 430 sein. Weiterhin kann der Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 1% der Höhe der ersten Strebe 430 sein. Weil sich die Dicke der Grenzschicht gemäß Eigenschaften des Diffusors 40A ändert, kann der Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 in passender Art und Weise gemäß der Dicke der Grenzschicht angepasst werden.
  • Unter der Annahme, dass ein Abstand zwischen den benachbarten ersten Streben 430 in der Umfangsrichtung um die Achse Am 100% ist, kann der konvexe Abschnitt 500 in der dritten Ausführungsform in einem Bereich von ±30% von einem Ort eines Zentrums (50%) der benachbarten ersten Streben 430 gebildet sein. Außerdem kann der konvexe Abschnitt 500 an einem Ort von ±20% von dem Ort des oben erwähnten Zentrums (Mitte) (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein. Weiterhin kann der konvexe Abschnitt 500 an einem Ort von ±10% vom Ort des Zentrums (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein.
  • Außerdem, unter der Annahme, dass die gesamte Länge der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am 100% ist, kann der konvexe Abschnitt 500 innerhalb eines Bereichs von ±10% der gesamten Länge der ersten Strebe 430 in Bezug auf einen Ort (im Folgenden einfach als ein „Vorderkantenort“ bezeichnet, ein Ort, angezeigt durch eine Zweipunkt-Kettenlinie F in 11) einer Vorderkante (in anderen Worten, eine Kante auf der in der Richtung der Achse Am einen Seite) 430a der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am, angeordnet sein. Außerdem kann der konvexe Abschnitt 500 innerhalb eines Bereichs von ±5% in Bezug auf den Vorderkantenort in der Richtung der Achse Am angeordnet sein. Weiterhin kann der konvexe Abschnitt 500 innerhalb eines Bereichs von ±3% in Bezug auf den Vorderkantenort in der Richtung der Achse Am angeordnet sein. Auch kann der konvexe Abschnitt 500 innerhalb eines Bereichs von ±2% in Bezug auf den Vorderkantenort in der Richtung der Achse Am angeordnet sein.
  • Die Länge des konvexen Abschnitts 500 in der Richtung der Achse Am kann jede Länge sein, so lang sie innerhalb des oben Bereichs in Bezug auf den Ort der Vorderkante 430a ist. Beispielsweise kann sie gebildet sein, um eine Länge gleich zur Länge des oben beschriebenen Bereichs in der Richtung der Achse Am zu haben.
  • Der konvexe Abschnitt 500 kann derart gebildet sein, dass er verjüngend zur Außenseite in der Radialrichtung der Achse Am hin ausgebildet ist. In 11 wurde der Fall, in dem der Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 von einer Seite (einer Stromaufwärtsseite) in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite (einer Stromabwärtsseite) ansteigt, als ein Beispiel der verjüngenden Form beschrieben. Jedoch, solange er verjüngend ist, ist er nicht auf diese Form begrenzt.
  • Jedoch kann während des Betriebs der Gasturbine 1000 das Dichtgas einwärts in die Radialrichtung der Achse Am an einem Einlass des Diffusors 40A strömen. Dieses Dichtgas interferiert mit der Strömung in der instabilen Grenzschicht, gebildet auf der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410. Hier wird die Strömung in der Grenzschicht eine Sekundärströmung, repräsentiert durch einen Hufeisenwirbel, der an einem Verbindungsabschnitt zwischen der ersten Strebe 430 und der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 erzeugt wird, oder eine dreidimensionale Strömung, welche durch einen Druckgradienten aufgrund einer umfänglichen Neigung der ersten Strebe 430 verursacht wird, und eine Ablösung kann auftreten, wenn sich die Störung ausdehnt. Die Strömung in der Grenzschicht steigt in der Vortizität in der vertikalen Richtung aufgrund des Einströmens des Dichtgases an. Das bedeutet, die Strömung in der Grenzschicht umfasst einen Wirbel V20 (siehe 11), der eine Wirbelachse in der Umfangsrichtung hauptsächlich um die Achse Am hat. Die Grenzschicht, in der die Vortizität in der Verikalrichtung erhöht ist, entwickelt sich wesentlich zur Stromabwärtsseite im Vergleich mit einem Fall, in dem das Dichtgas nicht einströmt. Insbesondere, weil der Abschnittsbereich des Strömungspfades schnell mit einem Ort einer Hinterkante 430b der ersten Strebe 430 als eine Grenze ansteigt, kann eine Strömungsgeschwindigkeit weiter abnehmen, und die Ablösung der Grenzschicht kann auftreten.
  • Wie oben beschrieben, ist im Diffusor 40A der dritten Ausführungsform, der konvexe Abschnitt 500 zwischen den ersten zueinander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 430 um die Achse Am angeordnet. Diese konvexen Abschnitte 500 sind nahe dem Ort der Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am angeordnet. Die Strömung in der Grenzschicht, welche die Vortizität in der Vertikalrichtung als ein Ergebnis der oben beschriebenen Interferenz des Dichtgases hat, wird um den konvexen Abschnitt 500 in der Nähe des Orts der Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 herumgewunden.
  • Dementsprechend wird ein Längswirbel V30, der eine Wirbelachse in der Strömungsrichtung des Abgases hat, auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts 500 in der Umfangsrichtung gebildet. Dieser Längswirbel V30 erstreckt sich stromabwärts von dem konvexen Abschnitt 500 und bildet eine Wirbelröhre . Dieser Längswirbel V30 liefert einen Impuls/ein Momentum an das Abgas in der Grenzschicht, welches stromabwärts von der Nähe der Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 angeordnet ist. Deswegen ist es, sogar wenn das Dichtgas, wie oben beschrieben, einströmt, möglich, das Auftreten der sogenannten Grenzschichtablösung aufgrund der Entwicklung der Grenzschicht durch Vorsehen des Impulses/des Momentums an der Strömung in der Grenzschicht, bevor sich die Grenzschicht entwickelt, zu minimieren. Im Ergebnis ist es möglich, die Leistungsfähigkeit durch Minimierung des Druckverlustes des Diffusors 40A zu verbessern.
  • 12 ist eine Ansicht eines Wirbels um den konvexen Abschnitt in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gesehen von einer Seite in der Axialrichtung.
  • Wie gezeigt in 12, rotiert der Längswirbel V30 in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des benachbarten Hufeisenwirbels V10. Weil die Rotationsrichtungen der Längswirbel V30 und des Hufeisenwirbels V10 entgegengesetzt zueinander sind, wie oben beschrieben, strömen die Strömung des Längswirbels V30 und die Strömung des Hufeisenwirbels V10 in der gleichen Richtung an einem benachbarten Ort und wirken in einer Richtung, um die Rotation eines jeden, ohne zu stören, zu fördern, und deswegen werden die Längswirbel V30 und die Hufeisenwirbel V10 stabilisiert. Deswegen werden der Längswirbel V30 und der Hufeisenwirbel V10 in einfacher Art und Weise aufrechterhalten, sogar auf der Stromabwärtsseite der ersten Strebe 430, und die Entwicklung der Grenzschicht kann weiter minimiert werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Diese vierte Ausführungsform ist nur dahingehend unterschiedlich, dass eine Leitplatte in der oben beschriebenen dritten Ausführungsform vorgesehen ist. Deswegen werden die gleichen Teile wie diejenigen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wiederholte Erklärungen dieser werden weggelassen.
  • Eine Gasturbine 1000 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst einen Verdichter 10, eine Brennkammer 30 und eine Turbine 20B, wie die oben beschriebene dritte Ausführungsform. Außerdem umfasst die Turbine 20B einen Turbinenrotor 210, ein Turbinengehäuse 220 und einen Diffusor 40B.
  • 13 ist eine Ansicht korrespondierend zu 11 in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 13, umfasst der Diffusor 40B gemäß der vierten Ausführungsform einen Brennkammerkorb 410, eine Außenhaut 420 (nicht gezeigt in 13), eine erste Strebe 430, eine zweite Strebe 440, einen konvexen Abschnitt 500 und eine Leitplatte 510.
  • Der konvexe Abschnitt 500 hat den gleichen Aufbau wie der der dritten Ausführungsform und ist nacheinander vorgesehen zwischen einer Vielzahl von ersten Streben 430 angeordnet und in der Umfangsrichtung um die Achse Am ausgebildet. Diese konvexen Abschnitte 500 stehen von der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 vor.
  • Die Leitplatte 510 leitet einen Längswirbel V30, erzeugt an dem konvexen Abschnitt 500, zur Stromabwärtsseite. Die Leitplatte 510 ist vorgesehen nacheinander (eine neben der anderen) zwischen der Vielzahl von ersten Streben 430 angeordnet und in der Umfangsrichtung um die Achse Am ausgebildet, wie der konvexe Abschnitt 500. Diese Leitplatten 510 sind derart gebildet, dass sie sich in der Richtung der Achse Am erstrecken und sind in Abständen auf der Stromabwärtsseite des konvexen Abschnitts 500 in der Strömungsrichtung des Abgases angeordnet.
  • Auch ist die Leitplatte 510 gebildet, um von der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 zu einer Außenseite in der Radialrichtung der Achse Am vorzustehen. Die Leitplatte 510, die beispielhaft in der vierten Ausführungsform erklärt wird, ist in einer Flachplattenform ausgebildet, welche sich auswärts in der Radialrichtung erstreckt. Außerdem ist die Leitplatte 510, die beispielhaft in der vierten Ausführungsform erwähnt ist, derart gebildet, sodass ein Vorsprungsbetrag graduell von einer Seite in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite ansteigt. Die Leitplatte 510 kann derart gesetzt sein, dass ein maximaler Vorsprungsbetrag dieser zu einem Vorsprungsbetrag des konvexen Abschnitts 500 gleich ist.
  • Die Leitplatte 510, welche in der vierten Ausführungsform beispielhaft erläutert wird, erstreckt sich von einem Ort von 50% der Sehnenlänge der ersten Strebe 430 relativ zur Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 (in anderen Worten, in einem Zwischenort zwischen der Vorderkante 430a und der Hinterkante 430b in der Richtung der Achse Am) zu einem Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430. In 13 ist der Ort der Hinterkante 430b mit einem Symbol „R“ gekennzeichnet, und der Zwischenort zwischen der Vorderkante 430a und der Hinterkante 430b ist mit einem Symbol „M“ angezeigt.
  • Eine Dicke (Dimension) der Leitplatte 510 in der Umfangsrichtung um die Achse Am ist derart gebildet, dass sie gleich ist zu einer Dimension des konvexen Abschnitts 500 in der Umfangsrichtung um die Achse Am.
  • Wie durch eine unterbrochene Linie in 13 angedeutet, kann sich die Leitplatte 510 zur Stromabwärtsseite von dem Ort der Hinterkante 430b erstrecken. Auf diese Art und Weise ist es möglich, einen schnellen Anstieg in einem Strömungspfadabschnittsbereich des Abgases auf der Stromabwärtsseite von dem Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430 zu minimieren. Außerdem ist jeder Ort eines Stromaufwärtsendes und eines Stromabwärtsendes der Leitplatte 510 gemäß der vierten Ausführungsform in der Richtung der Achse Am ein Beispiel und ist nicht auf den obigen Ort begrenzt, solange dies ein Ort ist, der in der Lage ist, den Längswirbel V30, gebildet durch den konvexen Abschnitt 500, zu leiten.
  • Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform kann, wie in der dritten Ausführungsform, der Längswirbel V30 durch den konvexen Abschnitt 500 gebildet werden. Auch wird, weil die Leitplatte 510 vorgesehen ist, der Längswirbel V30, gebildet durch den konvexen Abschnitt 500, auf der weiteren Stromabwärtsseite aufrechterhalten, und die Störung der Längswirbel V30 kann reguliert werden (gerichtet werden).
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Diese fünfte Ausführungsform ist nur dahingehend unterschiedlich, dass der konvexe Abschnitt und die Leitplatte der vierten Ausführungsform integral vorgesehen sind. Deswegen werden die gleichen Teile, wie diejenigen der oben beschriebenen vierten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und wiederholte Erklärungen dieser werden weggelassen.
  • Eine Gasturbine 1000 gemäß der fünften Ausführungsform umfasst einen Verdichter 10, eine Brennkammer 30 und eine Turbine 20C, wie die oben beschriebene dritte Ausführungsform. Auch hat die Turbine 20C einen Turbinenrotor 210, ein Turbinengehäuse 220 und einen Diffusor 40C.
  • 14 ist eine Ansicht korrespondierend zu 11 in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie gezeigt in 14 umfasst der Diffusor 40C gemäß der fünften Ausführungsform einen Brennkammerkorb 410, eine Außenhaut 420 (nicht gezeigt in 14), eine erste Strebe 430, eine zweite Strebe 440 und einen konvexen Leitabschnitt 520.
  • Die konvexen Leitabschnitte 520 sind vorgesehen einer nach dem anderen zwischen der Vielzahl der ersten Streben 430 angeordnet und ausgebildet in der Umfangsrichtung um die Achse Am.
  • Angenommen, dass ein Abstand zwischen den benachbarten ersten Streben 430 in der Umfangsrichtung um die Achse Am 100% ist, können die konvexen Leitabschnitte 520 gemäß der fünften Ausführungsform in einem Bereich von ±30% von einem Ort eines Zentrums (50%) der benachbarten ersten Streben 430 gebildet sein. Außerdem können die konvexen Leitabschnitte 520 an einem Ort von ±20% von dem Ort des Zentrums (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein. Weiterhin kann der konvexe Abschnitt 500 an einem Ort von ±10% vom Ort des Zentrums (50%) in der Umfangsrichtung um die Achse Am angeordnet sein.
  • Die konvexen Leitabschnitte 520 haben eine Form, in der eine Länge dieser in der Richtung der Achse Am verlängert ist, sodass das Stromaufwärtsende (das Ende in der Richtung der Achse Am) der Leitplatte 510 der oben beschriebenen vierten Ausführungsform in der Nähe der Vorderkante 430a der oben erwähnten ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am angeordnet ist. Das bedeutet, dass diese konvexen Leitabschnitte 520 gebildet sind, um sich in der Richtung der Achse Am zu erstrecken.
  • Die konvexen Leitabschnitte 520 erstrecken sich von einer Innenseite des Bereiches von ±10% der gesamten Länge der Strebe 430 in der Richtung der Achse Am in Bezug auf den Ort der Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am zu dem Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430. Die konvexen Leitabschnitte 520 können sich von einer Innenseite des Bereiches von ±5% der gesamten Länge der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am in Bezug auf den Ort der Vorderkante 430a zum Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430 erstrecken. Außerdem können sich die konvexen Leitabschnitte 520 von einer Innenseite des Bereiches von ±3% der gesamten Länge der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am in Bezug auf den Ort der Vorderkante 430a der ersten Strebe 430 zum Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430 erstrecken.
  • Die konvexen Leitabschnitte 520 sind gebildet, um weiter auswärts von der äußeren Umfangsoberfläche 410A des Brennkammerkorbs 410 in der Radialrichtung der Achse Am vorzustehen. Der konvexe Leitabschnitt 520, der beispielhaft in der fünften Ausführungsform erklärt wird, ist in einer Flachplattenformgebildet, die sich auswärts in der Radialrichtung erstreckt. Außerdem ist der konvexe Leitabschnitt 520, beispielhaft in der fünften Ausführungsform erläutert, derart gebildet, sodass der Vorsprungsbetrag graduell von einer Seite (die Stromaufwärtsseite) in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite (die Stromabwärtsseite) ansteigt. Der maximale Vorsprungsbetrag des konvexen Leitabschnitts 520 kann derart gebildet sein, dass er der gleich ist wie der des konvexen Abschnitts 500 der oben beschriebenen dritten Ausführungsform.
  • Deswegen wird gemäß der fünften Ausführungsform, die Strömung in der Grenzschicht, welche die Vortizität in der Vertikalrichtung aufgrund der Interferenz des Dichtgases hat, um den konvexen Leitabschnitt 520 herumgewunden, und der Längswirbel V30 kann gebildet werden. Weiterhin, weil der konvexe Leitabschnitt 520 sich zum Ort der Hinterkante 430b der ersten Strebe 430 in der Richtung der Achse Am erstreckt, ist es möglich, den Längswirbel V30, gebildet durch den konvexen Leitabschnitt 520 auf der Stromabwärtsseite entlang des konvexen Leitabschnitts 520, zu bilden und die Störung der Längswirbel V30 zu regeln.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf den Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsformen, und die Gestaltung kann geändert werden, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.
  • Beispielsweise wurde in den oben beschriebenen vierten und fünften Ausführungsformen der Fall beschrieben, in dem sowohl die Leitplatte 510 und der konvexe Leitabschnitt 520 in der Form einer Platte ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Plattenform beschränkt und kann beispielsweise ein Schaufelprofil haben oder kann gebildet sein, um sich in der Radialrichtung der Achse Am nach außen zu verjüngen.
  • Außerdem wurde der Fall, in dem die Leitplatte 510 und der konvexe Leitabschnitt 520 derart gebildet sind, dass der Vorsprungsbetrag graduell ansteigt von einer Seite (der Stromaufwärtsseite) in der Richtung der Achse Am zur anderen Seite (der Stromabwärtsseite) beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Form beschränkt. Beispielsweise kann der Vorsprungsbetrag gleichmäßig von der Stromaufwärtsseite zur Stromabwärtsseite hin sein.
  • Außerdem wurde in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall, bei dem der konvexe Abschnitt 500, die Leitplatte 510 und der konvexe Leitabschnitt 520 einer neben dem anderen zwischen den ersten in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 430 gebildet sind, beschrieben. Jedoch können zwei oder mehrere konvexe Abschnitte 500, Leitplatten 510 und konvexe Leitabschnitte 520 zwischen den ersten in der Umfangsrichtung benachbarten Streben 430 gebildet sein.
  • Außerdem wurde in der dritten Ausführungsform der Fall, in dem die Vielzahl von konvexen Abschnitten 500, vorgesehen in einem Diffusor 40A, den gleichen Aufbau haben, beschrieben. Jedoch kann die Vielzahl der konvexen Abschnitte 500 unterschiedliche Aufbaue (Formen, Anordnungen oder dergleichen) haben. Beispielsweise kann der Ort, die Länge, die Höhe und die Breite des konvexen Abschnitts 500 für jeden der Vielzahl der konvexen Abschnitte 500 unterschiedlich sein. In ähnlicher Art und Weise können die Vielzahl von Leitplatten 510 gemäß der vierten Ausführungsform und die Vielzahl von konvexen Leitabschnitten 520 gemäß der fünften Ausführungsform, vorgesehen in einem Diffusor, unterschiedliche Aufbaue (Formen, Anordnungen oder dergleichen) haben.
  • [Gewerbliche Anwendbarkeit]
  • Gemäß der Turbine und der Gasturbine ist es möglich, die Leistungsfähigkeit durch Minimierung des Druckverlustes zu verbessern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 10
    Verdichter
    2, 20A, 20B, 20C
    Turbine
    3, 30
    Brennkammer
    4A, 4B, 40A, 40B, 40C
    Diffusor
    11, 110
    Verdichterrotor
    12, 120
    Verdichtergehäuse
    13, 130
    Verdichterlaufschaufelstufe
    14, 140
    Verdichterlaufschaufel
    15, 150
    Verdichterleitschaufelstufe
    16, 160
    Verdichterleitschaufel
    21, 210
    Turbinenrotor
    22, 220
    Turbinengehäuse
    23, 230
    Turbinenlaufschaufelstufe
    24, 240
    Turbinenlaufschaufel
    25, 250
    Turbinenleitschaufelstufe
    26, 260
    Turbinenleitschaufel
    300
    Lagervorrichtung
    310
    Lager
    320
    Lagergehäuse
    41, 410
    Brennkammerkorb
    41A, 410A
    Äußere Umfangsoberfläche
    42, 420
    Außenhaut
    42A, 420A
    Innere Umfangsoberfläche
    43A, 43B, 430
    Erste Strebe (Strebe)
    43a, 430a
    Vorderkante
    43b, 430b
    Hinterkante
    44, 440
    Zweite Strebe
    450
    Strebenabdeckung
    50
    Vorsprung
    51
    Vorderende
    52
    Hinterende
    53, 500
    Konvexer Abschnitt
    510
    Leitplatte
    520
    Konvexer Leitabschnitt
    91, 910
    Gasturbinenrotor
    91A, 910A
    Wellenende
    92, 920
    Gasturbinengehäuse
    100A, 100B, 1000
    Gasturbine
    Am
    Achse
    C
    Abgasströmungspfad
    G
    Generator
    S1
    Druckseite
    S2
    Ansaugseite
    V1, V10
    Hufeisenwirbel
    V2
    Ablösungswirbel
    V3
    Längswirbel
    V4, V30
    Längswirbel
    V20
    Wirbel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016252008 [0002]
    • JP 2016252020 [0002]

Claims (5)

  1. Eine Turbine umfassend: einen Turbinenrotor, der sich entlang einer Achse erstreckt und zu einer Seite in einer Umfangsrichtung der Achse drehbar ist; ein Turbinengehäuse, welches den Turbinenrotor von dessen äußerer Umfangsseite her abdeckt; eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, die auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Turbinenrotors in der Umfangsrichtung der Achse angeordnet sind und bei denen wenigstens Teile dieser auf einer in einer Richtung der Achse anderen Seite von der einen Seite zur anderen Seite in der Umfangsrichtung gekrümmt sind; eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln, vorgesehen auf einer inneren Umfangsoberfläche des Turbinengehäuses, derart, dass sie benachbart zu den Turbinenlaufschaufeln in der Axialrichtung sind und in der Umfangsrichtung angeordnet sind; und einen Diffusor, welcher auf der in der Richtung der Achse anderen Seite der Turbinenlaufschaufel vorgesehen ist und einen Abgasströmungspfad bildet, durch den ein Abgas von der in der Richtung der Achse einen Seite zur anderen Seite strömt, wobei der Diffusor einen Brennkammerkorb, der sich entlang der Achse erstreckt, eine Außenhaut, welche den Brennkammerkorb von der äußeren Umfangsseite her abdeckt und einen Abgasströmungspfad zwischen dem Brennkammerkorb und der Außenhaut bildet, eine Vielzahl von Streben, die in dem Abgasströmungspfad in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, den Brennkammerkorb mit der Außenhaut verbinden und in einer Rotationsrichtung des Turbinenrotors an einer Vorderseite von einer Innenseite zu einer Außenseite in einer Radialrichtung angeordnet sind, und einen Vorsprung, welcher zwischen einander in der Umfangsrichtung benachbarten Streben angeordnet ist, von einer äußeren Umfangsoberfläche des Brennkammerkorbs vorsteht und sich in der Richtung der Achse erstreckt, umfasst, wobei ein Vorderende des Vorsprungs auf der in der Richtung der Achse einen Seite zwischen einer Vorderkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse einen Seite und einer Hinterkante der Strebe auf der in der Richtung der Achse anderen Seite angeordnet ist, und wobei ein Hinterende des Vorsprungs auf der anderen Seite weiter in der Richtung der Achse auf der anderen Seite angeordnet ist wie die Hinterkante.
  2. Die Turbine gemäß Anspruch 1, wobei der Vorsprung derart gebildet ist, dass er zur in der Richtung der Achse einen Seite hin verjüngt ausgebildet ist, und er derart ausgebildet ist, dass er zur in der Richtung der Achse anderen Seite verjüngt ausgebildet ist, gesehen in der Radialrichtung der Achse von einer Außenseite.
  3. Die Turbine gemäß Anspruch 1, umfassend einen konvexen Abschnitt, der von einer Ansaugseite der Strebe vorsteht.
  4. Die Turbine gemäß Anspruch 3, wobei der konvexe Abschnitt auf einer Seite näher beim Brennkammerkorb als eine Mitte der Achse in der Radialrichtung angeordnet ist.
  5. Eine Gasturbine umfassend: einen Verdichter, der verdichtete Luft, erhalten durch Luftverdichtung, erzeugt; eine Brennkammer, welche einen Brennstoff mit der verdichteten Luft mischt und ein Verbrennungsgas erzeugt; und die Turbine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, welche durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
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