JP2009174331A - 吸気ダクトおよびガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機に導く空気流れの整流化を図ることにより、圧力損失の発生を抑制するとともに圧縮機の性能低下を抑制することができる吸気ダクトおよびガスタービンを提供する。
【解決手段】 圧縮機３の回転軸線に対して交差する方向に開口する吸込み口１５を有する吸気室１１と、回転軸線ＲＬを覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシング２３および外側ケーシング２４の間に形成され、吸気室１１から空気を圧縮機３に導く流入路１３と、内側ケーシング２３から回転軸線ＲＬに対して径方向に沿って延び、外側ケーシング２４を支持する複数のストラット１４と、が設けられ、流入路１３における空気の流入口から、ストラット１４における空気の流れに対する上流側の端部までの距離である助走距離ＥＤは、ストラット１４における空気の流れに対する上流側の端部から下流側の端部までの長さの約０．６倍の距離よりも長いことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸気ダクトおよびガスタービンに関する。

一般に、回転軸線に対して側方から空気を吸込む、いわゆる片吸込み式のガスタービンにおいては、圧縮機に流入する空気を整流化する吸気ケーシングが設けられている。言い換えると、圧縮機に対して周方向に均一な流れを与える働きをする吸気ケーシングが設けられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
実開平０７−０１７９９４号公報 特開２００６−０３７９６１号公報

しかしながら、上述の特許文献１および２などに記載された吸気ケーシングでは、圧縮機に流入する空気の整流化が不十分であり、残留したディストーションによる、圧縮機の性能が悪化するなどの悪影響があった。つまり、圧縮機に流入する空気の流れが周方向において不均一なため、圧縮機における圧縮性能が低下するという問題があった。

一方、圧縮機の吸入口近傍には、空気の流路を横切って径方向に延び、流入空気の流れをガイドするストラットが配置されている。上述のような片吸込み式のガスタービンでは、外部から流入する空気が圧縮機の回転軸線方向に流れの向きを変える際に、ストラットにおいて圧力損失が発生するという問題があった。

特に、外部から流入する空気の流れ方向に対して略直交する方向に延びるストラットの外周端近傍では、流入する空気が当該ストラットの延びる方向に対して大きな角度で流入するため、圧力損失が発生するという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、圧縮機に導く空気流れの整流化を図ることにより、圧力損失の発生を抑制するとともに圧縮機の性能低下を抑制することができる吸気ダクトおよびガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の吸気ダクトは、圧縮機の回転軸線に対して交差する方向に開口する吸込み口を有する吸気室と、前記回転軸線を覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシングおよび外側ケーシングの間に形成され、前記吸気室から空気を前記圧縮機に導く流入路と、前記内側ケーシングから前記回転軸線に対して径方向に沿って延び、前記外側ケーシングを支持する複数のストラットと、が設けられ、前記流入路における空気の流入口から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離である助走距離は、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部から下流側の端部までの長さの約０．６倍の距離よりも長いことを特徴とする。

本発明によれば、流入流路の助走距離を確保することにより、圧縮機に流入する空気流れの整流化が図られ、圧縮機における性能低下が抑制される。つまり、圧縮機に流入する空気流れにおける、回転軸線を中心とした周方向における流速分布のばらつきが小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制される。
さらに、空気流れの整流化が図られるため、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットのポテンシャルが吸気室に及んで吸気室の出口における流れの乱れを防止し、ストラットに流入する流れが整えられるため、言い換えると、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。

上記発明においては、前記吸気室における前記外側ケーシングとの接続部には、前記回転軸線に沿って前記圧縮機から遠ざかる方向に突出したベルマウスが設けられ、前記助走距離は、前記ベルマウスにおける突出端から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離であることが望ましい。

本発明によれば、ベルマウスを圧縮機から遠ざかる方向、つまり吸気室内に突出させることにより、流入路の長さを確保するとともに、吸気ダクトの長さが抑えられる。
さらに、空気が、吸気室から流入路に流入する際の流れの乱れ発生が防止される。

上記発明においては、前記流入路の前記ストラットが設けられた位置における空気の流速は、音速に対して約０．４倍の流速よりも遅いことが望ましい。

本発明によれば、ストラットが設けられた位置、特にストラットの中央付近における空気の流速を、音速に対して約０．４倍、つまり約マッハ０．４よりも遅くすることにより、ストラットにおける圧力損失の増大が抑制される。
なお、ストラットが設けられた位置における空気の流速は、上述のように約マッハ０．４よりも遅くてもよいし、より好ましくは約マッハ０．３５よりも遅く、さらに好ましくは約マッハ０．３２よりも遅いことが望ましい。

上記発明においては、前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに対して略直交する断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約０．５倍の面積であることが望ましい。

本発明によれば、流入路における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。

上記発明においては、前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに沿って延びる断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約０．２倍から約０．３倍の面積であることが望ましい。

本発明によれば、流入路における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。

本発明のガスタービンは、上記本発明の吸気ダクトと、該吸気ダクトにより導かれた空気を圧縮する圧縮機と、燃料と圧縮された空気とを燃焼させ、排気ガスを排出する燃焼器と、該燃焼器から排出された排気ガスにより回転駆動されるタービンと、が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明の吸気ダクトが設けられているため、圧縮機に導かれる空気流れの整流化が図られ、圧力損失の発生が防止されるとともに圧縮機の性能低下が防止される。

本発明の吸気ダクトおよびガスタービンによれば、流入流路の助走距離を確保することにより、圧縮機に流入する空気流れの整流化を図り、圧力損失の発生を防止するとともに圧縮機の性能低下を防止することができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスタービンについて図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるガスタービンの構成を説明する概略断面図である。
本実施形態のガスタービン１は、図１に示すように、側方から空気を吸入するいわゆる片吸込み式のガスタービンである。言い換えると、ガスタービン１の回転軸線ＲＬに対して略直交する方向から空気が流入するガスタービンである。

ガスタービン１には、圧縮機３に供給する空気を吸い込む吸気ダクト２と、吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機３と、供給された燃料と圧縮された空気とを混合して燃焼させる燃焼器４と、燃焼により生成された燃焼ガスにより回転駆動されるタービン５と、が設けられている。

図２は、図１の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。
吸気ダクト２は、図２に示すように、ガスタービン１の回転軸線ＲＬに対して側方から吸入した外部の空気を圧縮機３に導くものであって、圧縮機３に流入する空気流れを整流化するものである。
吸気ダクト２には、外部から空気が流入する吸気室１１と、流入路１３に流入する空気を整流化するベルマウス１２と、吸気室１１に流入した空気を圧縮機３に導く流入路１３と、圧縮機３に流入する空気を整流化するストラット１４と、が設けられている。

吸気室１１は、圧縮機３の前方（図２の左側）に配置された空間であって、圧縮機３に流入する空気の流速、または、回転軸線ＲＬを中心とした周方向にわたって流量を均一化する空間である。
吸気室１１には、回転軸線ＲＬに対して側方に開口した吸込み口１５が設けられている。吸込み口１５は、外部から吸気室１１に空気が流入する開口である。本実施形態では、吸込み口１５が上方（図２の上側）に開口している場合に適用して説明する。

一方、吸気室１１を構成する壁面には、ガスタービン１の回転軸６が挿通される孔を形成する円筒壁面２１と、前面を構成する前壁面２２と、が設けられている。

円筒壁面２１は、回転軸６の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機３に向かって回転軸６に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、円筒壁面２１は、後述する内側ケーシング２３と略同じ傾斜角を有し、内側ケーシング２３と連続するように接続されている。
前壁面２２は、吸気室１１に対して前方（図２の左側）に配置された壁面であって、吸込み口１５から離れる方向に向かって、圧縮機３に接近する傾斜を有している。

ベルマウス１２は、図２に示すように、流入路１３に流入する空気流れの整流化を図るものであって、流入路１３の助走距離ＥＤを確保するとともに、吸気ダクト２の全長の増大を抑制するものでもある。

ベルマウス１２は、吸気室１１を構成する壁面のうちの後ろ側（図２に右側）の壁面から前壁面２２に向かって環状に突出して形成されている。さらに、ベルマウス１２の内周面は流入路１３を構成する外側ケーシング２４と滑らかに接続されている。
このようにベルマウス１２を設けることにより、吸気室１１から流入路１３に空気が流入する際の空気流れの乱れを防止し、空気流れの整流化を図ることができる。

流入路１３は、空気を吸気室１１から圧縮機３に導くものであって、圧縮機３に流入する空気流れの整流化を図るものである。さらに、流入路１３は、回転軸線ＲＬを覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシング２３および外側ケーシング２４により構成された空間である。

流入路１３の助走距離ＥＤ、つまりベルマウス１２の突出端１２Ａからストラット１４の前縁までの長さは、後述するストラット１４におけるコード長ＣＬの約０．６倍の距離よりも長く設定されている。ここで、ストラット１４の前縁とは、ストラット１４における空気流れに対する上流側（図２の左側）の端部のことである。

内側ケーシング２３は、回転軸６の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機３に向かって回転軸６に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、内側ケーシング２３は、円筒壁面２１と略同じ傾斜角を有し、円筒壁面２１と連続するように接続されている。
外側ケーシング２４は、回転軸６の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機３に向かって回転軸６に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、外側ケーシング２４は、ベルマウス１２の内周面と滑らかに接続されている。

図３は、図２のストラットの配置を説明する図である。
ストラット１４は、図２に示すように、圧縮機３に流入する空気流れを整流化するとともに、外側ケーシング２４を支持するものである。ストラット１４は、流入路１３における圧縮機３側端部の近傍に配置され、流入路１３を横切って回転軸線ＲＬを中心とした径方向に延び、内側ケーシング２３と外側ケーシング２４とに接続された部材である。さらに、図３に示すように、回転軸線ＲＬを中心とした周方向に等間隔に複数のストラット１４が設けられている。

ストラット１４は、断面形状が翼形状などの流線形状に形成されており、本実施形態では、空気流れの上流側端部である前縁から、下流側端部である後縁までの長さをコード長ＣＬと表記する。

圧縮機３は、図１に示すように、吸気ダクト２の下流側に配置され、吸気ダクト２により導かれた空気を圧縮するものである。
圧縮機３には、回転軸６により回転駆動される複数の動翼３１と、固定配置された複数の静翼３２と、が設けられている。
なお、圧縮機３としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

燃焼器４は、図１に示すように、圧縮機３の下流側に配置され、圧縮された空気を用いて外部から供給された燃料を燃焼させるものである。
なお、燃焼器４としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

タービン５は、図１に示すように、燃焼器４の下流側に配置され、燃焼器４からは排出された排気ガスにより回転軸６を回転駆動させるものである。
タービン５には、回転軸６を回転駆動する複数の動翼５１と、固定配置された複数の静翼５２と、が設けられている。
なお、タービン５としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなるガスタービン１における作用について説明する。
まず、ガスタービン１の基本的な動作について説明し、その後に、本実施形態の特徴である吸気ダクト２における空気流れについて説明する。

図１に示すように、空気は、吸気ダクト２の吸込み口１５から吸気室１１に流入し、流入路１３を介して圧縮機３に吸入される。圧縮機３に流入した空気は、固定配置された複数の静翼３２と、回転軸６により回転駆動される複数の動翼３１との間を通過する際に圧縮され、圧縮された空気は燃焼器４に供給される。

燃焼器４では、供給された燃料が圧縮空気中に噴射され、圧縮空気を用いて燃料が燃焼される。燃焼により生成された排気ガスは、タービン５に供給される。
排気ガスは、複数の静翼５２と複数の動翼５１との間を通過する際に、複数の動翼５１を回転駆動し、その後、外部に排気される。
複数の動翼５１の回転駆動力は回転軸６に伝達され、回転軸６は圧縮機３の動翼３１を回転駆動するとともに、外部の被駆動機器（図示せず）に得られた回転駆動力を供給する。

次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト２内の空気流れについて説明する。
まず、空気は、図１および図２に示すように、上方に開口した吸込み口１５から吸気室１１に流入し、吸気室１１内を上方から下方に向かって流れる。

吸気室１１に流入した空気は、円筒壁面２１の周囲に沿って下方に向かって流れるとともに、流入路１３に流入する。このとき、吸気室１１の流路断面積は、下方に向かうにしたがって狭くなるため、流入路１３に流入する空気の流速は、回転軸線ＲＬを中心とした周方向にわたって均一化される。言い換えると、流入路１３に流入する空気の流量は、周方向にわたって均一化される。

さらに、流入路１３の上流側にはベルマウス１２が配置されているため、空気は、ベルマウス１２の内周面に沿って流れて流入路１３に流入し、流れの乱れの発生が抑制される。
空気は流入路１３内をストラット１４に向かって流れる間に、空気の流速に含まれる回転軸線ＲＬを中心とする周方向の流速成分が小さくなる。言い換えると、空気の流速は、回転軸線ＲＬに沿う方向の流速成分が大半を占める流速になる。

その後、流入路１３を流れる空気はストラット１４の間を流れることにより、さらに空気の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。このように整流化された空気は、圧縮機３に供給される。
このように、ストラット１４に流入する空気流れが整流化されることにより、ストラット１４におけるプロファイル損失の低減が図られ、圧縮機３に流入する空気流れの周方向の歪み（インレットディストーション）の低減が図られる。

図４は、図２の吸気ダクトにおける全圧損失を説明するグラフである。
図４では、従来の吸気ダクトにおける全圧損失（図４の左側の棒グラフ）に対する本実施形態の吸気ダクト２における全圧損失（図４の右側の棒グラフ）の割合を示している。
両棒グラフにおける下部（右下がりのハッチング部分）は、吸気室１１の入口（吸込み口１５）からストラット１４の入口（前縁）までの全圧損失を示し、上部（右上がりのハッチング部分）は、ストラット１４の入口（前縁）からストラット１４の出口（後縁）までの全圧損失を示している。

図４に示されているように、本実施形態の吸気ダクト２では、従来の吸気ダクトと比較して、全圧損失が約３０％低減されている。特に、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が大きく低減されている。

これは、本実施形態の吸気ダクト２では、ストラット１４の周囲における流れ場が改善されたため、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。

図５は、図２のストラットにおけるスパン方向の全圧損失を説明するグラフである。
図５では、従来の吸気ダクトのストラットにおけるスパン方向の全圧損失（図５中の◆で表されるグラフ）と、本実施形態の吸気ダクト２のストラットにおけるスパン方向の全圧損失（図５中の○で表されるグラフ）とが示されている。両グラフは、それぞれ複数のストラット１４における全圧損失の平均値が示されている。
図５における縦軸は、ストラット１４におけるハブ側、つまり径方向内側の端部を０％とし、チップ側、つまり径方向外側の端部を１００％として表示するものである。

図５に示されているように、本実施形態の吸気ダクト２におけるストラット１４のチップ側では、従来の吸気ダクトと比較して、全圧損失が大幅に低減していることが示されている。

これは、本実施形態の吸気ダクト２では、ストラット１４の周囲における流れ場が改善されたためであり、具体的には、ストラット１４への空気の流入条件が２次元的になったため、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。
言い換えると、ストラット１４へ流入する空気の流速に含まれる周方向成分が小さくなり、ストラット１４への空気の流入角度が小さくなったため、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。

特に、ストラット１４におけるチップ側（図５における１００％側）における全圧損失の低減幅が大きくなっている。つまり、助走距離ＥＤが短い従来の吸気ダクトでは、ストラット１４へ流入する空気のうち、チップ側を流れる空気の流速に含まれる周方向成分の割合が大きく、この周方向成分の流速により、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が増えていた。
本実施形態の吸気ダクト２では、助走距離ＥＤをとることにより、空気流れにおける周方向成分の割合を全体的に、特にチップ側の領域で減らしているため、ストラット１４の前縁からストラット１４の後縁までの全圧損失が低減されている。

図６は、図２の吸入路に対するストラットの配置位置と、吸入路における全圧損失との関係を説明するグラフである。
図６では、本実施形態の流入路１３に対するストラット１４の配置位置を変更した場合における全圧損失の変化が示されている。
より具体的には、流入路１３の入口つまりベルマウス１２の突端からストラット１４の前縁までの距離、つまり助走距離を変更した場合における全圧損失の変化が示されている。なお、図６の横軸は助走距離を表すものであり、ストラット１４のコード長ＣＬを基準とした百分率（％）で示されている。

図６に示されているように、助走距離が０％の場合、例えば従来のストラット１４の配置位置の場合が最も全圧損失が大きく、助走距離が長くなるにともない、全圧損失が減少する。
助走距離が約６０％にまで達すると全圧損失の減少が止まり、以後、助走距離をより長くしても全圧損失の値に変化は生じない。

上記の構成によれば、流入路１３の助走距離ＥＤを確保することにより、圧縮機３に流入する空気流れの整流化が図られ、圧縮機３における性能低下が抑制される。つまり、圧縮機３に流入する空気流れにおける、回転軸線ＲＬを中心とした周方向における流速分布のばらつきが小さくなるため、圧縮機３における性能低下を抑制することができる。

さらに、空気流れの整流化が図られるため、ストラット１４における圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラット１４のポテンシャルが吸気室１１に及んで吸気室１１の出口における流れの乱れを防止し、ストラット１４に流入する流れが整えられるため、言い換えると、ストラット１４に対する空気流れの流入角度が小さくなるため、ストラット１４における圧力損失の低下を抑制することができる。

ベルマウス１２を圧縮機３から遠ざかる方向、つまり吸気室１１内に突出させることにより、流入路１３の長さを確保するとともに、吸気ダクト２の長さの増大を抑えることができる。
さらに、空気が、吸気室１１から流入路１３に流入する際の流れの乱れ発生を防止することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図７および図８を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、吸気ダクトの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７および図８を用いて吸気ダクトの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図７は、本実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のガスタービン１０１における吸気ダクト１０２は、上述の第１の実施形態の吸気ダクト２と比較して、空気の流路断面積の変化の点において異なり、その他構成等については略同一である。
言い換えると、吸気ダクト１０２内における空気の流速分布が、第１の実施形態の吸気ダクト２と異なっている。

本実施形態の吸気ダクト１０２における流路断面積比（Ａ／Ａｒｅｆ）は、吸込み口１５（Ｐ０）の流路断面積を基準（Ａｒｅｆ）とすると、ベルマウス１２の突出端１２Ａ（Ｐ１）では約０．３６であり、外側ケーシング２４の上流端近傍（Ｐ２）では約０．２５であり、外側ケーシング２４の中央付近（Ｐ３）では約０．１９であり、ストラット１４の前縁近傍（Ｐ４）では約０．１６であり、ストラット１４の中央付近（Ｐ５）では約０．１４であり、圧縮機３の入口近傍（Ｐ６）では約０．１２とされている。

次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト１０２内における空気の流速分布について説明する。
吸気ダクト１０２の吸込み口１５（Ｐ０）における空気の流速は約マッハ０．０４であり、ベルマウス１２の突出端１２Ａ（Ｐ１）では約マッハ０．１３となる。流入路１３に流入した空気は圧縮機３に向かうにつれて流速が速くなり、外側ケーシング２４の上流端近傍（Ｐ２）では約マッハ０．１７、外側ケーシング２４の中央付近（Ｐ３）では約マッハ０．２３、ストラット１４の前縁近傍（Ｐ４）では約マッハ０．２９、ストラット１４の中央付近（Ｐ５）では約マッハ０．３２、圧縮機３の入口近傍（Ｐ６）では約マッハ０．３９となる。

図８は、ストラットの中央におけるマッハ数と、ストラットにおける全圧力損失との関係を説明するグラフである。
図８における横軸は、ストラット１４の中央付近における空気流れのマッハ数を示し、縦軸はストラット１４における全圧損失を示している。
図８に示すように、ストラット１４の中央付近におけるマッハ数が約０．４より大きくなると、ストラット１４における全圧損失が急激に大きくなる。

なお、本実施形態ではストラット１４の中央付近におけるマッハ数が約０．３２の場合に適用して説明しているが、マッハ数が約０．３５や、約０．４の場合であってもよく、特に限定するものではない。

上記の構成によれば、ストラット１４が設けられた位置、特にストラット１４の中央付近における空気の流速を、音速に対して約０．４倍つまり約マッハ０．４よりも遅い、約マッハ０．３２とすることにより、ストラット１４における圧力損失の増大を抑制することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図９から図１１を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、吸気ダクトが異なっている。よって、本実施形態においては、図９から図１１を用いて吸気ダクトの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図９は、本実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。図１０は、図９の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。図１１は、図９の吸気ダクトにおける流路断面積を説明する部分断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のガスタービン２０１における吸気ダクト２０２は、上述の第１の実施形態の吸気ダクト２と比較して、吸気室２１１における流路断面積の変化の点において異なり、その他構成等については略同一である。
言い換えると、吸気ダクト２０２のストラット１４に流入する空気の流入角が、第１の実施形態の吸気ダクト２と異なっている。

本実施形態では、図１１に示すように、回転軸線ＲＬから垂直方向上方を０°と規定し、空気流れの下流側から上流側を見て時計回り（右回り）に向かって角度θが増える座標系を用いて説明する。
さらに、本実施形態の吸気室２１１における流路断面積比（２Ａ／Ａｒｅｆ）は、吸込み口１５の流路断面積を基準（（１／２）Ａｒｅｆ）とし、基準となる流路断面積（（１／２）Ａｒｅｆ）と、回転軸線ＲＬから径方向に延びる断面からみた流路断面積（Ａ）との比を用いて説明する。

吸気室２１１を構成する壁面には、ガスタービン１の回転軸６が挿通される孔を形成する円筒壁面２１と、前面を構成する前壁面２２２と、が設けられている。
前壁面２２２は、図１０に示すように、第１の実施形態における前壁面２２と比較して、流入路１３側（図１０の右側）に接近して配置されている。

図１２は、図１１の吸気室における流路断面積比の変化を説明するグラフである。
より具体的には、吸気室２１１における流路断面積比（２Ａ／Ａｒｅｆ）が、図１２の実線および●で示されるグラフとなるように前壁面２２２などが配置されている。
図１２における点線および◆で示されるグラフは、従来の吸気室における流路断面積比（２Ａ／Ａｒｅｆ）を示すグラフである。

本実施形態では、角度θが約９０度の時に流路断面積比が０．５となり、角度θが約１８０度の時に流路断面積比が０．２から０．３の間に含まれるように設定されている。

次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト２０２内における空気の流速分布について説明する。
吸込み口１５から吸気室２１１に流入した空気は、吸気室２１１から流入路１３に流入する。ことのとき、吸気室２１１における流路断面積比の変化が、従来の吸気ダクトと比較して、流入路１３に一定流速で空気を流入させる場合の理論値ＴＬに近いため、より均一な流速で空気が流入路１３に流入する。
言い換えると、空気は回転軸線ＲＬを中心とする周方向にわたって均一な流量で流入路１３に流入する。

そのため、流入路１３に流入する空気の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。具体的には、周方向の流速成分が比較的大きなストラット１４、つまり、配置されている角度が約９０度および約２７０度のストラット１４におけるチップ側における空気の流入角度のばらつきが小さくなる。つまり、インレットディストーションが低減される。

例えば、従来の吸気ダクトにおいて吸入角度のばらつきが−３０°から＋３０°までの範囲であったのが、本実施形態の吸気ダクト２０２では、−２０°から＋２０°までの範囲となる。

上記の構成によれば、流入路１３における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機３における性能低下が抑制されるとともに、ストラット１４における圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラット１４に対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機３における性能低下を抑制することができるとともに、ストラット１４における圧力損失の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態におけるガスタービンの構成を説明する概略断面図である。 図１の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。 図２のストラットの配置を説明する図である。 図２の吸気ダクトにおける全圧損失を説明するグラフである。 図２のストラットにおけるスパン方向の全圧損失を説明するグラフである。 図２の吸入路に対するストラットの配置位置と、吸入路における全圧損失との関係を説明するグラフである。 本発明の第２の実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。 ストラットの中央におけるマッハ数と、ストラットにおける全圧力損失との関係を説明するグラフである。 本発明の第３の実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。 図９の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。 図９の吸気ダクトにおける流路断面積を説明する部分断面図である。 図１１の吸気室における流路断面積比の変化を説明するグラフである。

符号の説明

１，１０１，２０１ ガスタービン
２，１０２，２０２ 吸気ダクト
３ 圧縮機
４ 燃焼器
５ タービン
１１，２１１ 吸気室
１２ ベルマウス
１３ 流入路
１４ ストラット
１５ 吸込み口
２３ 内側ケーシング
２４ 外側ケーシング
ＥＤ 助走距離
ＣＬ コード長
ＲＬ 回転軸線

Claims (6)

1. 圧縮機の回転軸線に対して交差する方向に開口する吸込み口を有する吸気室と、
   前記回転軸線を覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシングおよび外側ケーシングの間に形成され、前記吸気室から空気を前記圧縮機に導く流入路と、
   前記内側ケーシングから前記回転軸線に対して径方向に沿って延び、前記外側ケーシングを支持する複数のストラットと、が設けられ、
   前記流入路における空気の流入口から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離である助走距離は、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部から下流側の端部までの長さの約０．６倍の距離よりも長いことを特徴とする吸気ダクト。
2. 前記吸気室における前記外側ケーシングとの接続部には、前記回転軸線に沿って前記圧縮機から遠ざかる方向に突出したベルマウスが設けられ、
   前記助走距離は、前記ベルマウスにおける突出端から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離であることを特徴とする請求項１記載の吸気ダクト。
3. 前記流入路の前記ストラットが設けられた位置における空気の流速は、音速に対して約０．４倍の流速よりも遅いことを特徴とする請求項１または２に記載の吸気ダクト。
4. 前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに対して略直交する断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約０．５倍の面積であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の吸気ダクト。
5. 前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに沿って延びる断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約０．２倍から約０．３倍の面積であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の吸気ダクト。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の吸気ダクトと、
   該吸気ダクトにより導かれた空気を圧縮する圧縮機と、
   燃料と圧縮された空気とを燃焼させ、排気ガスを排出する燃焼器と、
   該燃焼器から排出された排気ガスにより回転駆動されるタービンと、
   が設けられていることを特徴とするガスタービン。

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