JP2011169172A - Turbine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine which can effectively perform pressure recovery of fluid, while inhibiting occurrence of pressure loss due to peeling to exhaust the fluid, with minimum configuration. <P>SOLUTION: A gas turbine 1 includes: a rotor 2; a casing 11 forming a working fluid channel 14 through which the fluid is circulated: a turbine body 10 having a plurality of stationary blades radially provided on the inner circumferential surface of the casing 11 and a plurality of moving blades 13 radially provided on the other side of the central axis S direction of the stationary blades; and a diffuser 20 connected with the casing 11, which is formed radially expanding, gradually from one side of the central axis S direction toward the other side, with a substantially tubular shape, and forms an exhaust fluid channel 21 inside thereof, which exhausts the fluid. An open angle θ is set to 15° or above and 30° or below, and tip clearance C formed between the inner circumferential surface of the casing 11 and one of the moving blades 13, which is most adjacent to the diffuser 20, is set to 0.1% or above and 1.0% or below for the channel height H of the working fluid channel at the position of the moving blade 13. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、作動流体により回転駆動するタービンに関する。   The present invention relates to a turbine that is rotationally driven by a working fluid.

従来、タービンとしては、ガスタービンや蒸気タービンなどがある。例えば、ガスタービンは、ロータと、該ロータの回転駆動により圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮機で生成された圧縮空気を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成された燃焼ガスを作動流体としてロータ中心軸方向に沿って流通させてロータを回転駆動させるタービン本体とを備える。また、このようなガスタービンにおいてタービン本体には、ロータを回転駆動させた作動流体の排出を行うディフューザが接続されている。ディフューザは、中心軸方向に沿って次第に拡径するように形成されている。これにより流通する作動流体は、該ディフューザによって減速され圧力回復した後に大気に排出され、あるいは、他の設備において再利用されることとなる。   Conventional turbines include gas turbines and steam turbines. For example, a gas turbine is generated by a rotor, a compressor that generates compressed air by rotational driving of the rotor, a combustor that generates combustion gas by burning compressed air generated by the compressor, and a combustor. And a turbine main body for rotating the rotor by causing the combustion gas to flow along the central axis of the rotor as a working fluid. Further, in such a gas turbine, a diffuser that discharges the working fluid that rotates the rotor is connected to the turbine body. The diffuser is formed so as to gradually expand in diameter along the central axis direction. Thus, the circulating working fluid is decelerated by the diffuser and recovered in pressure, and then discharged to the atmosphere or reused in another facility.

ここで、ディフューザの入口における流路高に対して出口側の流路高が大きければ大きいほど、すなわちロータ中心軸に対するディフューザの開き角が大きければ大きいほど、入口に対する出口の流路面積比が大きくなり、効果的に作動流体を減速させることができる。その一方で、ディフューザの開き角が大きく、急激に流路面積が変化すると、内周面に沿って流通する作動流体に剥離が生じ、圧力損失が発生して効率が低下してしまう。ディフューザの中心軸方向に沿う寸法を長くすることで、ディフューザの開き角を抑えつつ入口に対する出口の流路面積比を大きくして効果的に作動流体を減速させて圧力回復を図れるが、設置スペースなどの制限により、十分な長さを確保することが困難な場合があり、寸法が長いことによる損失増加も生じる。そこで、ディフューザの入口の上方及び下方に下流側に面する壁面を設け、該壁面から内周面に沿って、上流側のタービン段や圧縮機段から抽気することで生成した二次ジェットを噴射させることが提案されている。また、二次ジェットの供給源としては、上記タービン段、圧縮機のみならず、独立したブースターユニットや、周囲空気を利用する点が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Here, the larger the channel height on the outlet side relative to the channel height at the inlet of the diffuser, that is, the larger the opening angle of the diffuser with respect to the rotor central axis, the larger the ratio of the outlet channel area to the inlet. Thus, the working fluid can be effectively decelerated. On the other hand, if the opening angle of the diffuser is large and the flow path area changes suddenly, separation occurs in the working fluid flowing along the inner peripheral surface, resulting in a pressure loss and a reduction in efficiency. By increasing the dimension along the central axis direction of the diffuser, the working fluid can be decelerated effectively by reducing the opening angle of the diffuser and increasing the flow area ratio of the outlet to the inlet, but pressure recovery can be achieved. Due to such limitations, it may be difficult to ensure a sufficient length, and an increase in loss due to long dimensions may occur. Therefore, a wall surface facing the downstream side is provided above and below the inlet of the diffuser, and a secondary jet generated by extracting from the upstream turbine stage or compressor stage is injected along the inner peripheral surface from the wall surface. It has been proposed to let Further, as a supply source of the secondary jet, not only the above-described turbine stage and compressor but also an independent booster unit and a point of using ambient air have been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開2004−162715号公報JP 2004-162715 A

しかしながら、特許文献1のようなタービンにおけるディフューザでは、二次ジェットを供給する構造及び噴射させる構造を新たに設ける必要があり、装置構造が複雑になってしまう問題があった。また、ディフューザの入口には、二次ジェットを噴射させるための壁面を設けるために段差を形成する必要があり、新たな剥離の原因となってしまう場合もある。さらに、二次ジェットをタービン段や圧縮機段からの抽気により行う場合には、作動流体を減少させることとなり、タービン効率を低下させてしまうこととなる。また、ブースターユニットを追設する場合には、当該ユニットの動力源が別途必要となり、結局全体として効率を低下させてしまうこととなる。同様に、周囲空気を利用する場合も必要な圧力まで圧縮させる手段が必要となり、結局全体として効率が低下してしまうこととなる。   However, in the diffuser in the turbine as in Patent Document 1, it is necessary to newly provide a structure for supplying the secondary jet and a structure for injecting, and there is a problem that the apparatus structure becomes complicated. Moreover, it is necessary to form a level | step difference in order to provide the wall surface for injecting a secondary jet in the entrance of a diffuser, and it may become a cause of new peeling. Furthermore, when the secondary jet is extracted by extraction from the turbine stage or the compressor stage, the working fluid is reduced, and the turbine efficiency is reduced. In addition, when a booster unit is additionally installed, a power source for the unit is required separately, which ultimately reduces the efficiency as a whole. Similarly, when ambient air is used, a means for compressing to a necessary pressure is required, and as a result, the efficiency is lowered as a whole.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、最小限の構成で、剥離による圧力損失の発生を抑えつつ流体を効果的に圧力回復させて排出させることが可能なタービンを提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a turbine capable of effectively recovering the pressure of the fluid and discharging it while suppressing the occurrence of pressure loss due to separation with a minimum configuration. The challenge is to do.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明のタービンは、中心軸回りに回転可能なロータと、該ロータの外周に配設された略筒状で、内部に前記中心軸方向一方側から他方側に向かって流体が流通する作動流体流路を形成するケーシング、該ケーシングの内周面に放射状に複数設けられる静翼、及び、該静翼の前記中心軸方向他方側に放射状に複数設けられる動翼を有するタービン本体と、該タービン本体の前記ケーシングと接続され、略筒状で前記中心軸方向一方側から他方側に向かって次第に拡径するように形成され、内部に前記流体を排出させる排出流体流路を形成するディフューザとを備え、該ディフューザは、内周面の周方向同位置で、前記排出流体流路の入口と、前記排出流体流路の入口から前記中心軸に沿って他方側に該入口の流路高の1.5倍だけ異なる位置とを結んだ線と前記中心軸とがなす開き角度が、15度以上30度以下に設定され、前記動翼のうち、前記ディフューザに最も近接するものは、前記ケーシングの内周面との間に形成するチップクリアランスが、当該動翼の位置における前記作動流体の流路高の0.1%以上1.0%以下に設定されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The turbine according to the present invention has a rotor rotatable around a central axis, and a substantially cylindrical shape disposed on the outer periphery of the rotor, and a working fluid in which fluid flows from one side to the other side in the central axis direction. A turbine body having a casing forming a flow path, a plurality of vanes radially provided on an inner peripheral surface of the casing, a plurality of blades radially provided on the other side in the central axis direction of the vanes, and the turbine A diffuser that is connected to the casing of the main body, is formed in a substantially cylindrical shape so as to gradually increase in diameter from one side to the other side in the central axis direction, and forms a discharge fluid passage that discharges the fluid inside. The diffuser is disposed at the same position in the circumferential direction on the inner peripheral surface, and the inlet of the exhaust fluid passage and the height of the inlet passage from the inlet of the exhaust fluid passage to the other side along the central axis. .5 times different position The opening angle formed by the line connecting the central axis and the central axis is set to 15 degrees or more and 30 degrees or less, and among the moving blades, the one closest to the diffuser is between the inner peripheral surface of the casing. The tip clearance to be formed is set to 0.1% to 1.0% of the flow path height of the working fluid at the position of the moving blade.

この構成によれば、流体が、タービン本体の作動流体流路を、静翼及び動翼の間を通って中心軸方向に流通することにより、動翼が設けられたロータを回転駆動させる。また、作動流体流路を流通した流体は、ケーシングに接続されたディフューザ内部の排出流体流路に流入し、ディフューザが中心軸方向他方側に向かって次第に拡径して流路面積が拡大することにより、減速して圧力回復が図られた後に排出されることとなる。ここで、前記開き角度が15度以上に設定されていることで、効果的に流体の圧力回復を図りつつ、ディフューザに最も近接する動翼の前記チップクリアランスが当該動翼の前記中心軸方向の位置における前記作動流体の流路高の0.1%以上に設定されていることで、チップクリアランスからディフューザの内周面に沿って積極的に漏れ流れを導入して流体の内周面からの剥離を抑え、剥離による圧力損失の発生を防止することができる。また、前記開き角度が30度以下に設定されていることで流体のディフューザの内周面からの剥離を確実に防止することができる。また、ディフューザに最も近接する動翼の前記チップクリアランスが当該動翼の中心軸方向の位置における作動流体の流路高の1.0%以下に設定されていることで、漏れ流れが増大してタービン効率が低下してしまうのを防止することができる。また、上記のとおり、前記開き角及び前記チップクリアランスを調整するだけで良いので、最小限の構成としつつ、ディフューザにおける流体の圧力回復と、剥離による圧力損失の発生の抑制を両立させることができる。   According to this configuration, the fluid flows in the central axis direction through the working fluid flow path of the turbine main body between the stationary blades and the moving blades, thereby rotating the rotor provided with the moving blades. In addition, the fluid that has flowed through the working fluid flow path flows into the exhaust fluid flow path inside the diffuser connected to the casing, and the diffuser gradually expands in diameter toward the other side in the central axis direction, thereby increasing the flow path area. Thus, the pressure is reduced and the pressure is recovered, and then discharged. Here, the opening angle is set to 15 degrees or more, so that the tip clearance of the moving blade closest to the diffuser is in the direction of the central axis of the moving blade while effectively recovering the pressure of the fluid. By setting it to 0.1% or more of the flow path height of the working fluid at the position, a leakage flow is positively introduced from the tip clearance along the inner peripheral surface of the diffuser, and from the inner peripheral surface of the fluid. Peeling can be suppressed and pressure loss due to peeling can be prevented. Further, since the opening angle is set to 30 degrees or less, it is possible to reliably prevent the fluid from peeling from the inner peripheral surface of the diffuser. Further, since the tip clearance of the moving blade closest to the diffuser is set to 1.0% or less of the flow path height of the working fluid at the position in the central axis direction of the moving blade, the leakage flow is increased. It can prevent that turbine efficiency falls. In addition, as described above, it is only necessary to adjust the opening angle and the tip clearance, so that it is possible to achieve both the pressure recovery of the fluid in the diffuser and the suppression of the occurrence of pressure loss due to the separation, with a minimum configuration. .

また、上記のタービンにおいて、前記排出流体流路には、径方向に横断するとともに、断面翼形状を呈し、断面幅が最大となる位置が、前記排出流体流路の前記入口から、前記中心軸方向に沿って該入口の流路高の1.5倍以上離れた位置となるように横断部材が設けられていることがより好ましい。   In the turbine described above, the exhaust fluid flow path has a cross-section in the radial direction, has a cross-sectional blade shape, and has a maximum cross-sectional width from the inlet of the exhaust fluid flow path to the central axis. It is more preferable that the cross member is provided so as to be a position separated by 1.5 times or more of the flow path height of the inlet along the direction.

この構成によれば、横断部材が、断面幅が最大となる位置で、排出流体流路の入口から、中心軸方向に沿って該入口の流路高の1.5倍以上離れた位置となるように設けられていることで、排出流体流路の入口に流入した流体は、十分に減速した後に横断部材の側方を流れることになる。このため、流体が横断部材で分岐して側方を流れる際に生じる圧力損失を抑えることができる。   According to this configuration, the transverse member is located at a position where the cross-sectional width is maximum, and is separated from the inlet of the exhaust fluid flow path by 1.5 times or more of the flow path height of the inlet along the central axis direction. By being provided in this way, the fluid that has flowed into the inlet of the exhaust fluid flow path flows through the side of the transverse member after being sufficiently decelerated. For this reason, the pressure loss which arises when a fluid branches by a crossing member and flows to the side can be suppressed.

また、上記のタービンにおいて、前記ディフューザの前記排出流体流路に面する周面で、前記横断部材よりも前記中心軸方向一方側には、前記流体を該中心軸方向に沿うように案内する案内手段が設けられていることがより好ましい。   Further, in the turbine described above, a guide for guiding the fluid along the central axis direction on one side in the central axis direction with respect to the transverse member on the circumferential surface facing the exhaust fluid flow path of the diffuser. More preferably, means are provided.

この構成によれば、タービン本体の作動流体流路から、ディフューザの排出流体流路に周方向の速度成分を有して流入する流体は、横断部材よりも中心軸一方側に設けられた案内手段により案内されることで、中心軸に沿った流れとして横断部材に向かって流れることとなる。このため、排出流体流路を流れる流体が、周方向成分を有して横断部材に衝突することを抑制し、圧力損失を最小限に抑えることができる。   According to this configuration, the fluid that flows from the working fluid flow path of the turbine body into the exhaust fluid flow path of the diffuser with a circumferential velocity component is provided on one side of the central axis with respect to the transverse member. As a result, the air flows toward the cross member as a flow along the central axis. For this reason, it can suppress that the fluid which flows through an exhaust fluid flow path has a circumferential direction component, and collides with a crossing member, and can suppress a pressure loss to the minimum.

また、上記のタービンにおいて、前記ディフューザの前記排出流体流路に面する周面で、前記横断部材よりも前記中心軸方向他方側には、局所的に前記流体に渦を発生させる渦発生手段が設けられていることがより好ましい。   Further, in the turbine described above, vortex generating means for locally generating a vortex in the fluid is provided on the other side in the central axis direction of the circumferential surface facing the discharge fluid flow path of the diffuser. More preferably, it is provided.

この構成によれば、排出流体流路内部において、横断部材の側方を流れて中心軸方向他方側へと流れる流体は、渦発生手段により局所的に渦が発生させられることとなる。このため、当該渦により、横断部材よりも中心軸方向他方側の流体は、ディフューザ内周面からの剥離が抑制されて、剥離によって生じる圧力損失を抑えることができる。   According to this configuration, the vortex is locally generated by the vortex generating means in the fluid flowing through the side of the transverse member and flowing toward the other side in the central axis direction inside the discharge fluid flow path. For this reason, the fluid on the other side in the central axial direction than the cross member is suppressed from being peeled off from the inner peripheral surface of the diffuser by the vortex, and pressure loss caused by the peeling can be suppressed.

本発明のタービンによれば、最小限の構成で、剥離による圧力損失を抑えつつ、流体を効果的に圧力回復させて排出させることができる。   According to the turbine of the present invention, it is possible to effectively recover the pressure of the fluid and discharge it while suppressing the pressure loss due to separation with a minimum configuration.

本発明の第1の実施形態のガスタービンの概略構成を示す半断面図である。It is a half sectional view showing a schematic structure of a gas turbine of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図であって、図1における要部Iを示している。It is a principal part expanded sectional view of the gas turbine which concerns on embodiment of this invention, Comprising: The principal part I in FIG. 1 is shown. 本発明の実施例1における解析に使用したガスタービンのモデルを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the model of the gas turbine used for the analysis in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1における解析結果を示し、チップクリアランス/流路高と、タービン効率(段効率)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result in Example 1 of this invention, and shows the relationship between a tip clearance / flow path height and turbine efficiency (stage efficiency). 本発明の実施例1において、開き角度12度となるときの解析結果を示し、チップクリアランスが(a)0.00%、(b)0.15%、(c)0.3%のときの排出ガス流路内の流れの状態を示す流線図である。In Example 1 of this invention, the analysis result when the opening angle is 12 degrees is shown, and when the tip clearance is (a) 0.00%, (b) 0.15%, (c) 0.3% It is a stream diagram which shows the state of the flow in an exhaust gas flow path. 本発明の実施例1において、開き角度20度となるときの解析結果を示し、チップクリアランスが(a)0.00%、(b)0.15%、(c)0.3%のときの排出ガス流路内の流れの状態を示す流線図である。In Example 1 of this invention, the analysis result when the opening angle is 20 degrees is shown, and when the tip clearance is (a) 0.00%, (b) 0.15%, (c) 0.3% It is a stream diagram which shows the state of the flow in an exhaust gas flow path. 本発明の実施例1において、開き角度28度となるときの解析結果を示し、チップクリアランスが(a)0.00%、(b)0.15%、(c)0.3%のときの排出ガス流路内の流れの状態を示す流線図である。In Example 1 of this invention, the analysis result when the opening angle is 28 degrees is shown, and when the tip clearance is (a) 0.00%, (b) 0.15%, (c) 0.3% It is a stream diagram which shows the state of the flow in an exhaust gas flow path. 本発明の第2の実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the gas turbine which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の実施例2における解析結果を示し、チップクリアランス/流路高と、タービン効率(段効率)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result in Example 2 of this invention, and shows the relationship between a tip clearance / flow path height and turbine efficiency (stage efficiency). 本発明の第3の実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the gas turbine which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の変形例に係るガスタービンにおいて、案内手段の詳細を説明する詳細図である。In the gas turbine which concerns on the modification of the 3rd Embodiment of this invention, it is detail drawing explaining the detail of a guide means. 本発明の第3の実施形態の変形例に係るガスタービンにおいて、案内手段の詳細を説明する詳細図である。In the gas turbine which concerns on the modification of the 3rd Embodiment of this invention, it is detail drawing explaining the detail of a guide means. 本発明の第4の実施形態に係るガスタービンの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the gas turbine which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態の係るガスタービンにおいて、渦発生手段の詳細を説明する詳細図である。In the gas turbine which concerns on the 4th Embodiment of this invention, it is detail drawing explaining the detail of a vortex generating means. 本発明の第4の実施形態の変形例に係るガスタービンにおいて、渦発生手段の詳細を説明する詳細図である。It is a detailed view explaining the details of a vortex generating means in the gas turbine concerning the modification of the 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の他の変形例に係るガスタービンにおいて、渦発生手段の詳細を説明する詳細図である。FIG. 10 is a detailed diagram illustrating details of vortex generating means in a gas turbine according to another modification of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the gas turbine which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

(第1の実施形態)
以下、本発明に係る第1の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す半断面図である。
図1に示すように、ガスタービン1は、中心軸S回りに回転可能なロータ2と、圧縮空気Aを生成する圧縮機3と、圧縮機3で生成された圧縮空気Aを燃焼させて燃焼ガスGを生成する燃焼器4と、燃焼器4で生成された燃焼ガスGを作動流体としてロータ2を回転駆動させるタービン本体10と、燃焼ガスGの排出を行うディフューザ20とを備える。ロータ2は、圧縮機3及びタービン本体10に挿通されており、圧縮機3とタービン本体10との配列の両側で軸受7、8により中心軸S回りに回転可能に支持されている。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a half sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the gas turbine 1 burns by burning a rotor 2 that can rotate around a central axis S, a compressor 3 that generates compressed air A, and the compressed air A generated by the compressor 3. A combustor 4 that generates gas G, a turbine body 10 that rotationally drives the rotor 2 using the combustion gas G generated by the combustor 4 as a working fluid, and a diffuser 20 that discharges the combustion gas G are provided. The rotor 2 is inserted into the compressor 3 and the turbine body 10 and is supported by bearings 7 and 8 so as to be rotatable around the central axis S on both sides of the arrangement of the compressor 3 and the turbine body 10.

圧縮機3は、ロータ2の外周に配設された略筒状の圧縮機ケーシング3aと、圧縮機ケーシング3aの内周面に放射状に複数設けられた圧縮機静翼3bからなる圧縮機静翼列と、ロータ2の外周に放射状に複数設けられた圧縮機動翼3cからなる圧縮機動翼列とを有する。圧縮機静翼列と圧縮機動翼列とは、中心軸S方向に沿って複数列交互に設けられており、これら翼列を通過するように圧縮空気流路3dが形成されている。これら圧縮機静翼列と圧縮機動翼列は、中心軸S方向に隣接する一対で組(段)をなして多段構造となっている。この圧縮機3は、ロータ2とともに圧縮機動翼3cを回転させることで、圧縮空気流路3dに取り入れた空気を、圧縮空気流路3dの上流側から下流側に向けて断熱圧縮させて圧縮空気Aを生成する。燃焼器4は、圧縮機3とタービン本体10との間に配設されており、圧縮機3で圧縮された高圧の圧縮空気Aに燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスGを生成し、タービン本体10に送っている。   The compressor 3 is composed of a substantially cylindrical compressor casing 3 a disposed on the outer periphery of the rotor 2, and a compressor stationary blade including a plurality of compressor stationary blades 3 b provided radially on the inner peripheral surface of the compressor casing 3 a. And a compressor blade row composed of a plurality of compressor blades 3 c provided radially on the outer periphery of the rotor 2. The compressor stationary blade row and the compressor rotor blade row are alternately provided in a plurality of rows along the central axis S direction, and a compressed air flow path 3d is formed so as to pass through these blade rows. The compressor stationary blade row and the compressor rotor blade row have a multistage structure with a pair (stage) adjacent to each other in the direction of the central axis S. The compressor 3 rotates the compressor blades 3c together with the rotor 2, thereby adiabatically compressing the air taken into the compressed air flow path 3d from the upstream side to the downstream side of the compressed air flow path 3d. A is generated. The combustor 4 is disposed between the compressor 3 and the turbine body 10, and generates combustion gas G by mixing the high-pressure compressed air A compressed by the compressor 3 and burning it. To the turbine body 10.

タービン本体10は、ロータ2の外周に配設された略筒状のタービンケーシング11と、タービンケーシング11の内周面に放射状に複数設けられたタービン静翼12からなるタービン静翼列と、ロータ2の外周に複数設けられたタービン動翼13からなるタービン動翼列とを有する。タービン静翼列とタービン動翼列とは、中心軸S方向に沿って複数列交互に設けられており、これら翼列を通過するように燃焼ガス流路14が形成されている。これらタービン静翼列とタービン動翼列は、中心軸S方向に隣接する一対で組(段)をなし多段構造となっている。そして、このタービン本体10は、燃焼器4で生成した燃焼ガスGを膨張させながら中心軸Sに沿って下流に流すことで、タービン動翼13を介してロータ2を回転させ、これにより燃焼ガスGの熱エネルギーを機械仕事の回転エネルギーに変換している。ここで、図2に示すように、最終段のタービン動翼13の先端13aと、タービンケーシング11の内周面11aとの隙間であるチップクリアランスCは、所定の大きさに設定されている。具体的には、チップクリアランスCは、当該タービン動翼13が設けられた中心軸S方向の位置における燃焼ガス流路14の燃焼ガス流路高H(以下、単に燃焼ガス流路高Hと称する)、言い換えれば当該タービン動翼13の基端に設けられたプラットフォーム13bの外周面13cとタービンケーシング11の内周面11aとの離間距離に対して、0.1%以上1.0%以下となる大きさに設定されている。なお、当該チップクリアランスCは、運転条件により変動するものであり、上記範囲は定格運転時におけるチップクリアランスCとして定義したものである。   The turbine body 10 includes a substantially cylindrical turbine casing 11 disposed on the outer periphery of the rotor 2, a turbine stationary blade row including a plurality of turbine stationary blades 12 provided radially on the inner peripheral surface of the turbine casing 11, and a rotor A plurality of turbine blades 13 provided on the outer periphery of the turbine blades 13. The turbine stationary blade row and the turbine rotor blade row are alternately provided in a plurality of rows along the central axis S direction, and a combustion gas flow path 14 is formed so as to pass through these blade rows. The turbine stationary blade row and the turbine rotor blade row have a multistage structure in which a pair (stage) adjacent to each other in the direction of the central axis S is formed. The turbine body 10 rotates the rotor 2 via the turbine rotor blade 13 by causing the combustion gas G generated by the combustor 4 to flow downstream along the central axis S, thereby expanding the combustion gas G. The thermal energy of G is converted into rotational energy of mechanical work. Here, as shown in FIG. 2, the tip clearance C, which is a gap between the tip 13a of the turbine blade 13 at the final stage and the inner peripheral surface 11a of the turbine casing 11, is set to a predetermined size. Specifically, the tip clearance C is a combustion gas flow path height H (hereinafter simply referred to as a combustion gas flow path height H) of the combustion gas flow path 14 at a position in the direction of the central axis S where the turbine rotor blade 13 is provided. ), In other words, 0.1% or more and 1.0% or less with respect to the separation distance between the outer peripheral surface 13c of the platform 13b provided at the base end of the turbine rotor blade 13 and the inner peripheral surface 11a of the turbine casing 11. Is set to a size. The tip clearance C varies depending on operating conditions, and the above range is defined as the tip clearance C during rated operation.

また、図1に示すように、ディフューザ20は、タービンケーシング11と接続された略筒状で、内部に、燃焼ガス流路14から流入する燃焼ガスGを、排出ガスG1として排出させる排出ガス流路21を形成する。具体的には、ディフューザ20は、略筒状でタービンケーシング11と接続された排気ケーシング22と、排気ケーシング22内部に配設された略筒状で、軸受8などを内部に収容する保護ケーシング23とを有し、排気ケーシング22と保護ケーシング23との間に形成された断面環状の空間が排出ガス流路21として構成される。排気ケーシング22は、排出ガス流路21の入口21a側となる中心軸S方向一方S1側から、出口21b側となる他方S2側に向かって次第に拡径するように形成されている。一方、保護ケーシング23は、中心軸S方向一方S1側から他方S2側に向かって略等しい外径となるように形成されている。このため、排気ケーシング22と保護ケーシング23との間に形成される排出ガス流路21は、入口21aから出口21bに向かって次第に、流路高を大きくして断面積が拡大するように形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the diffuser 20 has a substantially cylindrical shape connected to the turbine casing 11, and an exhaust gas flow for discharging the combustion gas G flowing from the combustion gas passage 14 into the inside as the exhaust gas G <b> 1. A path 21 is formed. Specifically, the diffuser 20 has a substantially cylindrical exhaust casing 22 connected to the turbine casing 11, and a substantially cylindrical casing disposed inside the exhaust casing 22, and a protective casing 23 that accommodates the bearing 8 and the like therein. A space having an annular cross section formed between the exhaust casing 22 and the protective casing 23 is configured as the exhaust gas passage 21. The exhaust casing 22 is formed so as to gradually expand in diameter from one S1 side in the central axis S direction on the inlet 21a side of the exhaust gas passage 21 toward the other S2 side on the outlet 21b side. On the other hand, the protective casing 23 is formed to have substantially the same outer diameter from one S1 side to the other S2 side in the central axis S direction. For this reason, the exhaust gas flow path 21 formed between the exhaust casing 22 and the protective casing 23 is formed so that the cross-sectional area is enlarged by gradually increasing the flow path height from the inlet 21a toward the outlet 21b. ing.

ここで、図2に示すように、ディフューザ20の排気ケーシング22は、排出ガス流路21の入口21aから出口21b側へと向かって、所定の開き角θで拡径するように設定されている。本発明における開き角θは、排気ケーシング22の内周面22aの周方向同位置において、排出ガス流路21の入口21aと、入口21aから中心軸Sに沿って他方S2側に、該入口21aの入口流路高Bの1.5倍だけ異なる位置21bとを結んだ線Lと、前記中心軸Sとがなす角度として定義される。そして、本実施形態では、上記開き角θが、15度以上30度以下に設定されている。   Here, as shown in FIG. 2, the exhaust casing 22 of the diffuser 20 is set to expand at a predetermined opening angle θ from the inlet 21 a to the outlet 21 b side of the exhaust gas passage 21. . In the present invention, the opening angle θ is the same as that of the inner circumferential surface 22a of the exhaust casing 22, and the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 and the inlet 21a along the central axis S from the inlet 21a to the other S2 side. Is defined as an angle formed by a line L connecting a position 21b different by 1.5 times the inlet flow path height B and the central axis S. In the present embodiment, the opening angle θ is set to 15 degrees or more and 30 degrees or less.

また、排気ケーシング22と保護ケーシング23との間には、排出ガス流路21を径方向に横断するように設けられた横断部材として軸受支持部材25が設けられている。軸受支持部材25は、外周端が排気ケーシング22の内周面22aに支持されているとともに、内周端が軸受7、8が取り付けられ、これによりロータ2は、軸受7、8、軸受支持部材25及び排気ケーシング22を介してディフューザ20の外側より支持されている。ここで、横断部材を構成する軸受支持部材25は、断面翼形状(流線形状)を呈しており、すなわち中心軸S一方S1側から他方S2側に向かって次第に断面幅が厚くなって最大幅となった後に次第に断面幅が薄くなるような構成となっている。ここで、このような横断部材の位置としては、断面幅が最大となる位置で、排出ガス流路21の入口21aから中心軸Sに沿って他方S2側に入口流路高Bの1.5倍以上離れた位置とすることが望ましい。 また、軸受支持部材25よりも中心軸S方向他方S2側にマンホール26が設けられている。マンホール26は、略筒状で、外周端が排気ケーシング22に接続されて外側に開口しており、内周端が保護ケーシング23に接続されて内側に開口している。このため、マンホール26を介してディフューザ20の外側から、保護ケーシング23の内部の軸受7、8等にアクセスすることが可能となっている。   A bearing support member 25 is provided between the exhaust casing 22 and the protective casing 23 as a transverse member provided so as to traverse the exhaust gas passage 21 in the radial direction. The bearing support member 25 has an outer peripheral end supported by the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 and an inner peripheral end to which the bearings 7 and 8 are attached. As a result, the rotor 2 includes the bearings 7 and 8 and the bearing support member. 25 and the exhaust casing 22 are supported from the outside of the diffuser 20. Here, the bearing support member 25 constituting the transverse member has a cross-sectional wing shape (streamline shape), that is, the cross-sectional width gradually increases from the one S1 side to the other S2 side of the central axis S, and the maximum width. After that, the cross-sectional width is gradually reduced. Here, the position of such a cross member is a position where the cross-sectional width is maximum, and the inlet passage height B is 1.5 to the other side S2 from the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 along the central axis S. It is desirable to set it at a position more than double. Further, a manhole 26 is provided on the other side S <b> 2 in the central axis S direction from the bearing support member 25. The manhole 26 is substantially cylindrical and has an outer peripheral end connected to the exhaust casing 22 and opened to the outside, and an inner peripheral end connected to the protective casing 23 and opened to the inside. For this reason, it is possible to access the bearings 7, 8 and the like inside the protective casing 23 from the outside of the diffuser 20 through the manhole 26.

次に、この実施形態のガスタービン1の作用について説明する。
図1及び図2に示すように、この実施形態のガスタービン1において、燃焼ガス流路14を流通してロータ2を回転駆動させた燃焼ガスGは、ディフューザ20の排出ガス流路21に排出ガスG1として流入する。そして、排出ガスG1は、排出ガス流路21の断面積が次第に拡大していくことで、次第に減速し圧力回復が図られる。ここで、開き角θを15度以上とすることで、排出ガス流路21の断面積を中心軸S方向一方S1側から他方S2側に向かって積極的に拡大させて、これにより排出ガスG1を効果的に減速させ、圧力回復を図ることができる。
Next, the operation of the gas turbine 1 of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, in the gas turbine 1 of this embodiment, the combustion gas G that circulates through the combustion gas passage 14 and rotationally drives the rotor 2 is discharged to the exhaust gas passage 21 of the diffuser 20. It flows in as gas G1. The exhaust gas G1 gradually decelerates and recovers its pressure as the cross-sectional area of the exhaust gas passage 21 gradually increases. Here, by setting the opening angle θ to 15 degrees or more, the cross-sectional area of the exhaust gas passage 21 is actively expanded from the one S1 side to the other S2 side in the central axis S direction, thereby the exhaust gas G1. Can be effectively decelerated and pressure recovery can be achieved.

一方、燃焼ガス流路14を流通する燃焼ガスGの一部は、最終段のタービン動翼13のチップクリアランスCから漏れ流れGaとして、排出ガス流路21に流入し、排気ケーシング22の内周面22aに沿って流れることになる。ここで、チップクリアランスCを燃焼ガス流路高Hの0.1%以上とすることにより、最終段のタービン動翼13のチップクリアランスCからの漏れ流れGaの流量が増大して、漏れ流れGaが積極的にディフューザ20側に供給される。これにより、ディフューザ20の排気ケーシング22の内周面22a近傍においては、境界層内部での全圧を高めることができる。このため、上記のとおり、従来に比して大きな開き角θでディフューザ20の排気ケーシング22を拡径させて断面積を拡大させても、排気ケーシング22の内周面22aに沿って積極的に漏れ流れGaが導入されることにより、排出ガスG1の排気ケーシング22の内周面22aからの剥離を抑制して、剥離による圧力損失の発生を抑えることができる。その一方で、開き角θを30度以下とすることで、排出ガスG1がディフューザ20の排気ケーシング22の内周面22aから剥離してしまうのを確実に防止し、また、最後段のタービン動翼13のチップクリアランスCが1.0%以下に設定されていることで、漏れ流れGaの流量が過剰に増大して出力に寄与する主流の流量が減少してタービン効率(段効率)が低下してしまうのを防止することができる。   On the other hand, a part of the combustion gas G flowing through the combustion gas passage 14 flows into the exhaust gas passage 21 as a leakage flow Ga from the tip clearance C of the turbine blade 13 at the final stage, and the inner periphery of the exhaust casing 22. It will flow along the surface 22a. Here, by setting the tip clearance C to 0.1% or more of the combustion gas flow path height H, the flow rate of the leakage flow Ga from the tip clearance C of the turbine blade 13 at the final stage increases, and the leakage flow Ga Is positively supplied to the diffuser 20 side. Thereby, in the vicinity of the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 of the diffuser 20, the total pressure inside the boundary layer can be increased. For this reason, as described above, even when the exhaust casing 22 of the diffuser 20 is enlarged in diameter by a larger opening angle θ than in the conventional case, the cross-sectional area is increased, the positively along the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 By introducing the leakage flow Ga, it is possible to suppress the exfoliation of the exhaust gas G1 from the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 and to suppress the generation of pressure loss due to the exfoliation. On the other hand, by setting the opening angle θ to 30 degrees or less, it is possible to reliably prevent the exhaust gas G1 from being separated from the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 of the diffuser 20, and the turbine operation at the final stage. Since the tip clearance C of the blade 13 is set to 1.0% or less, the flow rate of the leakage flow Ga is excessively increased, the flow rate of the main flow contributing to the output is reduced, and the turbine efficiency (stage efficiency) is lowered. Can be prevented.

次に、この実施形態のガスタービン1についての実施例について説明する。
本実施例では、図3に示すようなモデルにおいて、チップクリアランスC及び開き角θを上記範囲内で変化させた複数の実施例及び、上記範囲外とした複数の比較例で、それぞれタービン効率(段効率)をCFD解析により求めた。具体的には、図3に示すように、本モデルでは、軸受支持部材25を、断面幅が最大となる位置で、排出ガス流路21の入口21aから中心軸Sに沿って他方S2側に入口流路高Bの1.5倍離れた位置となるように設定している。また、当該位置は、最終段のタービン静翼12の後縁先端12aを起点として、当該起点から排出ガス流路21の出口21bまでの距離をLとした場合に、0.2Lの位置となっている。そして、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して0.00%(比較例)、0.15%(実施例)、0.3%(実施例)、0.45%(実施例)に設定した。また、開き角θを、12度(比較例)、20度(実施例)、28度(実施例)に設定した。なお、排気ケーシング22の内周面22aは、排出ガス流路21の入口21aから、入口流路高Bの1.5倍となる位置(0.2L)まで、0.08Lとなる中間位置で折れ曲がり、2面で構成されるように設定されている。
Next, examples of the gas turbine 1 of this embodiment will be described.
In the present embodiment, in the model as shown in FIG. 3, the turbine efficiency (in each of the plurality of embodiments in which the tip clearance C and the opening angle θ are changed within the above range and the plurality of comparative examples outside the above range are respectively shown. Stage efficiency) was determined by CFD analysis. Specifically, as shown in FIG. 3, in this model, the bearing support member 25 is moved from the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 to the other S2 side along the central axis S at a position where the cross-sectional width is maximum. The position is set to be 1.5 times the inlet flow path height B. Further, the position is a position of 0.2L, where L is the distance from the starting point to the outlet 21b of the exhaust gas passage 21 with the trailing edge tip 12a of the turbine stationary blade 12 at the final stage as the starting point. ing. The tip clearance C is 0.00% (comparative example), 0.15% (example), 0.3% (example), 0.45% (example) with respect to the combustion gas flow path height H. ). Further, the opening angle θ was set to 12 degrees (comparative example), 20 degrees (example), and 28 degrees (example). The inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 is an intermediate position that becomes 0.08L from the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 to a position (0.2L) that is 1.5 times the inlet passage height B. It is set to be bent and consist of two surfaces.

図4は、各実施例及び比較例でタービン効率(段効率)を求めた結果を、横軸をチップクリアランスC/燃焼ガス流路高H(%)、縦軸をタービン効率(段効率)(%)として整理したものである。また、図5、図6、図7は、順に開き角θが12度、20度、28度における解析結果に基づく流線図を示しており、それぞれの図において(a)、(b)、(c)が順にチップクリアランスCが0.00%、0.15%、0.30%である状態を示している。図4に示すように、開き角θが20度及び28度の場合においては、チップクリアランスCが0.1%以上であると高いタービン効率(段効率)を得ることができた。これは、開き角θを20度または28度とすることで排出ガスG1の圧力回復を効果的に図れるとともに、積極的に漏れ流れGaを導入することで、排気ケーシング22の内周面22aにおける排出ガスG1の剥離を抑制し、剥離による圧力損失を抑えることができていることによる。図6(b)、(c)及び図7(b)、(c)にそれぞれ示す流線図において、剥離Eが認められないか、あるいは、認められても僅かであることからも明らかである。一方、開き角θが20度及び28度の場合において、チップクリアランスCが0%である場合には、0.15%の場合と比してタービン効率(段効率)が低下していることがわかる。これは、図6(a)及び図7(a)に示すように、チップクリアランスCからの漏れ流れGaが供給されないために、排気ケーシング22の内周面22aに沿って排出ガスG1の剥離が顕著に生じ、圧力損失が発生してしまっていることによる。   FIG. 4 shows the result of obtaining the turbine efficiency (stage efficiency) in each example and comparative example, the horizontal axis is the tip clearance C / combustion gas flow path height H (%), and the vertical axis is the turbine efficiency (stage efficiency) ( %). 5, 6, and 7 show streamlines based on the analysis results when the opening angle θ is 12 degrees, 20 degrees, and 28 degrees in order, and (a), (b), (C) shows a state in which the tip clearance C is 0.00%, 0.15%, and 0.30% in order. As shown in FIG. 4, when the opening angle θ is 20 degrees and 28 degrees, a high turbine efficiency (stage efficiency) can be obtained when the tip clearance C is 0.1% or more. This is because it is possible to effectively recover the pressure of the exhaust gas G1 by setting the opening angle θ to 20 degrees or 28 degrees, and by actively introducing the leakage flow Ga, the inner circumferential surface 22a of the exhaust casing 22 This is because exfoliation of the exhaust gas G1 is suppressed and pressure loss due to exfoliation can be suppressed. In the streamline diagrams shown in FIGS. 6 (b), 6 (c), 7 (b), and 7 (c), the separation E is not recognized, or even if it is recognized, it is clear. . On the other hand, when the opening angle θ is 20 degrees and 28 degrees, the turbine efficiency (stage efficiency) is lower when the tip clearance C is 0% than when the tip clearance C is 0.15%. Recognize. As shown in FIGS. 6A and 7A, the leakage flow Ga from the chip clearance C is not supplied, so that the exhaust gas G1 is peeled along the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22. This is due to the fact that pressure loss has occurred.

また、開き角θが12度の場合には、図5(a)〜図5(c)に示すように、チップクリアランスCが0.00%でも僅かにしか剥離が生じないものの、図4に示すようにタービン効率(段効率)としてはいずれも開き角θが20度、28度の場合と比較して低い値しか示さなかった。これは、開き角θが小さいために、ディフューザ20において排出ガスG1の圧力回復が十分に図られていないことによる。   Further, when the opening angle θ is 12 degrees, as shown in FIGS. 5A to 5C, even though the tip clearance C is 0.00%, the peeling occurs only slightly. As shown, the turbine efficiencies (stage efficiencies) all showed only low values compared to the cases where the opening angle θ was 20 degrees and 28 degrees. This is because the pressure recovery of the exhaust gas G1 is not sufficiently achieved in the diffuser 20 because the opening angle θ is small.

以上のように、本実施形態のガスタービン1では、開き角θ及びチップクリアランスCを上記範囲に調整するだけの最小限の構成で、ディフューザ20における排出ガスG1の圧力回復と、剥離による圧力損失の発生の抑制を両立させて、タービン効率(段効率)の向上を図ることができる。また、横断部材である軸受支持部材25が、断面幅が最大となる位置で、排出ガス流路21の入口21aから入口流路高Bの1.5倍以上離れた位置となるように設けられていることで、排出ガス流路21の入口21aに流入した排出ガスG1は、十分に減速した後に軸受支持部材25やマンホール26の側方を流れることになる。このため、排出ガスG1が軸受支持部材25やマンホール26で分岐して側方を流れる際に生じる圧力損失を最小限に抑えて、さらにタービン効率(段効率)の向上を図ることができる。   As described above, in the gas turbine 1 of the present embodiment, the pressure loss of the exhaust gas G1 in the diffuser 20 and the pressure loss due to the separation are achieved with a minimum configuration that only adjusts the opening angle θ and the tip clearance C to the above ranges. Therefore, it is possible to improve the turbine efficiency (stage efficiency). The bearing support member 25, which is a transverse member, is provided at a position where the cross-sectional width is the maximum, at a position separated from the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 by 1.5 times or more of the inlet passage height B. As a result, the exhaust gas G1 flowing into the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 flows through the bearing support member 25 and the manhole 26 after being sufficiently decelerated. For this reason, it is possible to minimize the pressure loss that occurs when the exhaust gas G1 branches off at the bearing support member 25 and the manhole 26 and flows to the side, thereby further improving the turbine efficiency (stage efficiency).

(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図8及び図9は、本発明の第2の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 8 and 9 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図8に示すように、この実施形態のガスタービン30において、タービン動翼31は、図2に示す第1の実施形態のガスタービン1のタービン動翼13とは異なり、先端31aに略板状のシュラウド32が張り出すようにして設けられている。ここで、タービンケーシング11の内周面11aにおいてタービン動翼31が設けられた中心軸S方向の位置には、環状に凹部11bが形成されており、シュラウド32は、該凹部11bに所定のサイドクリアランス及びチップクリアランスCをもって収容されている。また、シュラウド32は、内周面32aがタービンケーシング11の内周面11aとほぼ同一曲面上となるように配設されており、本実施形態において燃焼ガス流路高Hは、プラットフォーム31bの外周面とシュラウド32の内周面32aとの離間距離により定義される。
また、シュラウド32の外周面32bには、対向する凹部11bの内周面に向かって突出するフィン33が設けられている。そして、本実施形態においても、同様に、チップクリアランスCは、当該タービン動翼31が設けられた中心軸S方向の位置における燃焼ガス流路高Hに対して、0.1%以上1.0%以下となる大きさに設定されている。また、ディフューザ20の排気ケーシング22の上記開き角θが、15度以上30度以下に設定されている。
As shown in FIG. 8, in the gas turbine 30 of this embodiment, the turbine rotor blade 31 differs from the turbine rotor blade 13 of the gas turbine 1 of the first embodiment shown in FIG. The shroud 32 is provided so as to overhang. Here, a concave portion 11b is formed in an annular shape at a position in the direction of the central axis S where the turbine rotor blade 31 is provided on the inner peripheral surface 11a of the turbine casing 11, and the shroud 32 has a predetermined side on the concave portion 11b. It is accommodated with clearance and tip clearance C. Further, the shroud 32 is disposed so that the inner peripheral surface 32a is substantially on the same curved surface as the inner peripheral surface 11a of the turbine casing 11, and in this embodiment, the combustion gas flow path height H is the outer periphery of the platform 31b. It is defined by the distance between the surface and the inner peripheral surface 32a of the shroud 32.
Moreover, the fin 33 which protrudes toward the outer peripheral surface 32b of the shroud 32 toward the internal peripheral surface of the recessed part 11b which opposes is provided. In the present embodiment, similarly, the tip clearance C is 0.1% or more and 1.0 with respect to the combustion gas flow path height H at the position in the direction of the central axis S where the turbine rotor blade 31 is provided. The size is set to be less than%. Further, the opening angle θ of the exhaust casing 22 of the diffuser 20 is set to 15 degrees or more and 30 degrees or less.

上記構成を除いて図3同様のモデルで、実施例1同様にCFD解析を実施した。本実施例では、以下のとおり、複数の開き角θにおいて、それぞれチップクリアランスCを変化させてタービン効率(段効率)を求めた。すなわち、開き角10度において、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して、0.00%(比較例)、0.09%(比較例)、0.72%(比較例)に設定した。また、開き角12度において、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して、0.09%(比較例)、0.69%(比較例)に設定した。また、開き角16度において、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して、0.09%(比較例)、0.68%(実施例)に設定した。また、開き角20度において、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して、0.09%(比較例)、0.22%(実施例)、0.43%(実施例)、0.67%(実施例)に設定した。また、開き角24度において、チップクリアランスCを、燃焼ガス流路高Hに対して、0.09%(比較例)、0.66%(実施例)に設定した。   Except for the above configuration, CFD analysis was performed in the same manner as in Example 1 using the same model as in FIG. In this example, the turbine efficiency (stage efficiency) was obtained by changing the tip clearance C at each of the plurality of opening angles θ as follows. That is, at an opening angle of 10 degrees, the tip clearance C is 0.00% (comparative example), 0.09% (comparative example), and 0.72% (comparative example) with respect to the combustion gas flow path height H. Set. Further, at an opening angle of 12 degrees, the tip clearance C was set to 0.09% (comparative example) and 0.69% (comparative example) with respect to the combustion gas flow path height H. Further, at an opening angle of 16 degrees, the tip clearance C was set to 0.09% (comparative example) and 0.68% (example) with respect to the combustion gas flow path height H. Further, at an opening angle of 20 degrees, the tip clearance C is 0.09% (comparative example), 0.22% (example), 0.43% (example) with respect to the combustion gas flow path height H, It was set to 0.67% (Example). Further, at the opening angle of 24 degrees, the tip clearance C was set to 0.09% (comparative example) and 0.66% (example) with respect to the combustion gas flow path height H.

図9は、解析結果に基づくチップクリアランスC/燃焼ガス流路高H(%)とタービン効率(段効率)(%)との関係を示したものである。本実施形態でも同様に、開き角θが15度以上30度以下で、チップクリアランスCが燃焼ガス流路高Hに対して0.1%以上1.00%以下の場合では高い効率を示した。これは、シュラウド32を有するタービン動翼31においても同様に、チップクリアランスCが上記範囲であることで、漏れ流れGaによってディフューザ20の排気ケーシング22の内周面22aにおける排出ガスG1の剥離を効果的に抑制することができることによる。   FIG. 9 shows the relationship between the tip clearance C / combustion gas flow path height H (%) and turbine efficiency (stage efficiency) (%) based on the analysis result. Similarly, in this embodiment, when the opening angle θ is 15 degrees or more and 30 degrees or less and the tip clearance C is 0.1% or more and 1.00% or less with respect to the combustion gas flow path height H, high efficiency is shown. . Similarly, in the turbine rotor blade 31 having the shroud 32, the tip clearance C is in the above range, so that the exhaust gas G1 is effectively separated from the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 of the diffuser 20 by the leakage flow Ga. This is because it can be suppressed.

(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図10及び図11は、本発明の第3の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. 10 and 11 show a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図10に示すように、この実施形態のガスタービン40において、ディフューザ20は、排気ケーシング22の内周面22aで、横断部材である軸受支持部材25より上流側となる中心軸S方向一方S1側に、排出ガスG1を中心軸S方向に沿うように案内する案内手段41が設けられている。図11に示すように、案内手段41は、具体的には断面翼形状をした翼形部材であり、断面中心線が、上流側である中心軸S方向一方S1側では排出ガス流路21の入口21aに周方向の速度成分を有して流入する排出ガスG1の流入方向に沿っているとともに、次第に中心軸S方向他方S2側に向かうに従って中心軸Sに沿うような曲線上に形成されている。また、翼形部材は、周方向に間隔を有して複数配列されている。このため、排出ガス流路入口21aから流入された排出ガスG1は、排気ケーシング22の内周面22a近傍(排出ガス流路21における外周部)において翼形部材によって中心軸S方向に沿う流れとなるように案内された後に軸受支持部材25の側方を流れるようになる。このため、排出ガス流路21を流れる排出ガスG1が、周方向成分を有して横断部材である軸受支持部材25に衝突することを抑制し、圧力損失を最小限に抑えてタービン効率(段効率)の向上をさらに図ることができる。   As shown in FIG. 10, in the gas turbine 40 of this embodiment, the diffuser 20 is on the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22, and on the one side S1 side in the central axis S direction that is upstream from the bearing support member 25 that is a transverse member. Further, guide means 41 for guiding the exhaust gas G1 along the direction of the central axis S is provided. As shown in FIG. 11, the guide means 41 is specifically an airfoil member having a blade shape in cross section, and the center line of the cross section of the exhaust gas passage 21 is located on the upstream side in the central axis S direction on the one side S1. Along the inflow direction of the exhaust gas G1 flowing into the inlet 21a with a circumferential velocity component, the curve is formed on a curve along the central axis S gradually toward the other S2 side in the central axis S direction. Yes. A plurality of airfoil members are arranged at intervals in the circumferential direction. For this reason, the exhaust gas G1 flowing in from the exhaust gas passage inlet 21a is a flow along the central axis S direction by the airfoil member in the vicinity of the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 (outer peripheral portion in the exhaust gas passage 21). After being guided in such a way, it flows on the side of the bearing support member 25. For this reason, the exhaust gas G1 flowing through the exhaust gas passage 21 is prevented from colliding with the bearing support member 25, which is a transverse member, having a circumferential component, minimizing pressure loss and turbine efficiency (stage). (Efficiency) can be further improved.

なお、上記においては、案内手段41の具体的な位置としては、対象となる軸受支持部材25の前縁よりも、当該軸受支持部材25の中心軸S方向長さの約20%以上、中心軸S方向一方側に離間していることが好ましい。また、案内手段41の高さ(径方向長さ)としては、タービン動翼13の翼高さの5%以上とすることが好ましい。また、案内手段41を構成する翼形部材の中心軸S方向長さとしては、内周面22aから突出する高さの1〜3倍とすることが好ましい。また、互いの翼形部材の間隔としては、中心軸S方向長さの0.5〜1.5倍とすることがより好ましい。また、本実施形態においては、案内手段41が排気ケーシング22の内周面に設けられるものとしたが、保護ケーシング23の外周面に設けられるものとしても良く、また、両面に設けられるものとしても良い。   In the above, the specific position of the guide means 41 is about 20% or more of the length of the bearing support member 25 in the direction of the central axis S relative to the front edge of the target bearing support member 25, and the central axis. It is preferable that they are separated on one side in the S direction. Further, the height (the length in the radial direction) of the guide means 41 is preferably 5% or more of the blade height of the turbine rotor blade 13. The length of the airfoil member constituting the guide means 41 in the central axis S direction is preferably 1 to 3 times the height protruding from the inner peripheral surface 22a. Further, the interval between the airfoil members is more preferably 0.5 to 1.5 times the length in the central axis S direction. In the present embodiment, the guide means 41 is provided on the inner peripheral surface of the exhaust casing 22, but may be provided on the outer peripheral surface of the protective casing 23, and may be provided on both surfaces. good.

また、上記においては、横断部材である軸受支持部材25と、案内手段41である翼形部材とが別部材として構成されているものとしたが、これに限るものではなく、軸受支持部材25と案内手段とが一体的に構成されていても良い。すなわち、図12に示すように、軸受支持部材25は、中心軸S方向一方S1側の縁部25aが、中心軸S方向一方S1側に向かうに従って次第に、排出ガス流路21の入口21aに流入する排出ガスG1の流れに沿うように中心軸Sに沿って傾斜するように設けられて、当該縁部25aにより案内手段42を構成している。このようにすることで、排出ガスG1は、案内手段42を構成する縁部25aによって中心軸S方向に沿うように案内された後に、軸受支持部材25の本体部分25bの側方を流れることとなり、同様の効果を奏する。   In the above description, the bearing support member 25 that is a transverse member and the airfoil member that is the guide means 41 are configured as separate members. However, the present invention is not limited to this, and the bearing support member 25 and The guide means may be integrally formed. That is, as shown in FIG. 12, the bearing support member 25 gradually flows into the inlet 21a of the exhaust gas passage 21 as the edge 25a on the one S1 side in the central axis S direction goes toward the one S1 side in the central axis S direction. It is provided so as to be inclined along the central axis S so as to follow the flow of the exhaust gas G1 to be guided, and the edge portion 25a constitutes the guide means 42. By doing so, the exhaust gas G1 flows through the side of the main body portion 25b of the bearing support member 25 after being guided along the central axis S direction by the edge portion 25a constituting the guide means 42. Have the same effect.

(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図13及び図14は、本発明の第4の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. 13 and 14 show a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図13に示すように、この実施形態のガスタービン50において、ディフューザ20は、排気ケーシング22の内周面22aで、横断部材である軸受支持部材25より下流側となる中心軸S方向他方S2側に、局所的に排出ガスG1に渦を発生させる渦発生手段51が設けられている。図14は、内周側から外周側に向かって排気ケーシング22の内周面22aの一部を径方向視した平面図である。図13及び図14に示すように、渦発生手段51は、具体的には、内周面22aから突出する突起であり、径方向視して中心軸Sから傾斜して細長に形成されている。本実施形態では、断面輪郭が一方において直線状を呈するとともに、他方において円弧状を呈している。そして、このような渦発生手段51を構成する突起は、周方向に等間隔に、同じ向きで、中心軸Sに対して同じ傾斜角度で傾斜して配設されている。   As shown in FIG. 13, in the gas turbine 50 of this embodiment, the diffuser 20 is the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22, and the other side S2 side in the central axis S direction that is downstream from the bearing support member 25 that is a transverse member. In addition, a vortex generating means 51 for locally generating a vortex in the exhaust gas G1 is provided. FIG. 14 is a plan view in which a part of the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 is viewed in the radial direction from the inner peripheral side toward the outer peripheral side. As shown in FIGS. 13 and 14, the vortex generating means 51 is specifically a protrusion protruding from the inner peripheral surface 22a, and is formed in an elongated shape inclined from the central axis S as viewed in the radial direction. . In the present embodiment, the cross-sectional contour has a linear shape on one side and an arc shape on the other side. And the protrusion which comprises such a vortex generating means 51 is arrange | positioned in the circumferential direction at equal intervals, the same direction, and the inclination with respect to the central axis S with the same inclination angle.

本実施形態のガスタービン50においてディフューザ20の排出ガス流路21を流通する排出ガスG1は、軸受支持部材25の側方から中心軸S他方S2側へと流れた後、排気ケーシング22の内周面22aに沿う流れのうち、渦発生手段51となる突起の衝突する流れについては、渦G2が形成されることなる。ここで、上記のとおり、突起が周方向に等間隔に、同じ向きで、中心軸Sに対して同じ傾斜角度で傾斜して配設されていることから、排気ケーシング22の内周面近傍では、略間隔に同じ向きに流れる渦G2が形成されることとなり、当該渦G2により排気ケーシング22の内周面近傍に流れる排出ガスG1が内周面から剥離してしまうのを抑制することができ、剥離よって生じる圧力損失を抑えてタービン効率(段効率)の向上をさらに図ることができる。   In the gas turbine 50 of the present embodiment, the exhaust gas G1 flowing through the exhaust gas passage 21 of the diffuser 20 flows from the side of the bearing support member 25 toward the center axis S and the other side S2, and then the inner periphery of the exhaust casing 22 Of the flow along the surface 22a, the vortex G2 is formed for the flow that the projection that becomes the vortex generating means 51 collides with. Here, as described above, since the protrusions are arranged at equal intervals in the circumferential direction, in the same direction, and inclined at the same inclination angle with respect to the central axis S, in the vicinity of the inner peripheral surface of the exhaust casing 22. Thus, the vortex G2 flowing in the same direction at substantially the same interval is formed, and the vortex G2 can prevent the exhaust gas G1 flowing in the vicinity of the inner peripheral surface of the exhaust casing 22 from being separated from the inner peripheral surface. Further, it is possible to further improve the turbine efficiency (stage efficiency) by suppressing the pressure loss caused by the separation.

なお、渦発生手段51の設けられる位置としては、横断部材である軸受支持部材25の中心軸S方向他方側において剥離が生じるうる位置と対応付けて設定することが好ましい。具体的には、CFD解析を実施して内周面22aにおける摩擦係数Cfを計算し、Cfが0.002以下となる位置に設定することが好ましい。また、渦発生手段51である突起の高さとしては、CFD解析により排出ガスG1の境界層の厚みを求め、当該境界層の厚みの0.5〜1.5倍程度に設定することが好ましい。また、突起の中心軸S方向長さとしては高さの1〜3倍、互いの間隔としては長さの0.5〜3倍とすることが好ましい。   The position where the vortex generating means 51 is provided is preferably set in association with a position where separation can occur on the other side in the central axis S direction of the bearing support member 25 which is a transverse member. Specifically, it is preferable to perform a CFD analysis to calculate a friction coefficient Cf on the inner peripheral surface 22a, and set the Cf to a position where it is 0.002 or less. In addition, the height of the protrusion that is the vortex generating means 51 is preferably set to about 0.5 to 1.5 times the thickness of the boundary layer by obtaining the thickness of the boundary layer of the exhaust gas G1 by CFD analysis. . Further, the length of the projection in the direction of the central axis S is preferably 1 to 3 times the height, and the distance between the projections is preferably 0.5 to 3 times the length.

また、渦発生手段51についても、排気ケーシング22の内周面に限られるものではなく、保護ケーシング23の外周面に設けるものとしてもよく、また、両面に設けられるものとしても良い。また、渦発生手段51を構成する突起としては、上記に限るものではない。図15は、渦発生手段51の変形例を示し、図14同様に内周側から外周側に向かって排気ケーシング22の内周面22aの一部を径方向視した平面図である。すなわち、例えば図15に示すように、渦発生手段51を構成する突起を2つ一組として中心軸Sを対称線として互いに向かい合うように傾斜させて配列させるものとしても良い。このようにすることで、向きの異なる渦G2が交互に形成されて、これによって剥離を効果的に抑制することができる。   Further, the vortex generating means 51 is not limited to the inner peripheral surface of the exhaust casing 22, but may be provided on the outer peripheral surface of the protective casing 23, or may be provided on both surfaces. Further, the protrusions constituting the vortex generating means 51 are not limited to the above. FIG. 15 shows a modification of the vortex generating means 51, and is a plan view in which a part of the inner peripheral surface 22a of the exhaust casing 22 is viewed in the radial direction from the inner peripheral side toward the outer peripheral side as in FIG. That is, for example, as shown in FIG. 15, two protrusions constituting the vortex generating means 51 may be paired and arranged so as to be inclined so as to face each other with the central axis S as a symmetry line. By doing in this way, the vortex G2 from which direction differs is formed alternately, and this can suppress peeling effectively.

また、突起の形状としても、図14や図15に示すような形状に限られるものではない。図16に示すように、様々な形状が選択可能である。例えば、図16(a)の渦発生手段52では、周方向視して断面翼形状を呈する本体部52aと、本体部52aを周面から離間して支持する支柱52bとを有する構成となっている。また、図16(b)に示す渦発生手段53ように、三角錐状で、上流側から衝突する流れが下流側に向かって分岐するように形成されるものや、図16(c)に示す渦発生手段54のように、同様に三角錐状で、上流側から衝突する流れが下流側に向かって周面から離間するように案内される斜面54aが形成されるとともに、側方を流れる流れが下流側へ合流するように形成されるものとしても良い。また、図16(e)に示す渦発生手段55のように、三角形状の板が、上流側となる下流側に向かうに従って次第に周面から張り出すように形成されていても良い。また、図16(d)、図16(f)、図16(g)に示す渦発生手段56、57、58のように、上流側からの流れの内、周面より離間した流れが周面に沿うように案内する傾斜面56a、57a、58aを有するとともに、周面に沿う流れが傾斜面56a、57a、58aの下側で側方に案内されるように形成されていても良い。   Further, the shape of the protrusion is not limited to the shape shown in FIGS. As shown in FIG. 16, various shapes can be selected. For example, the vortex generating means 52 in FIG. 16A includes a main body portion 52a that has a cross-sectional wing shape when viewed in the circumferential direction and a support column 52b that supports the main body portion 52a apart from the peripheral surface. Yes. Further, like the vortex generating means 53 shown in FIG. 16B, a triangular pyramid is formed so that the flow colliding from the upstream side branches off toward the downstream side, as shown in FIG. 16C. Like the vortex generating means 54, a slope 54a is formed, which is similarly triangular pyramid and is guided so that the flow colliding from the upstream side is separated from the peripheral surface toward the downstream side, and the flow flowing in the lateral direction It is good also as what is formed so that may join downstream. Further, like the vortex generating means 55 shown in FIG. 16 (e), the triangular plate may be formed so as to gradually protrude from the peripheral surface toward the downstream side which is the upstream side. Further, like the vortex generating means 56, 57, and 58 shown in FIGS. 16D, 16F, and 16G, the flow separated from the peripheral surface is the peripheral surface. May be formed such that the flow along the circumferential surface is guided laterally below the inclined surfaces 56a, 57a, 58a.

(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。図17は、本発明の第5の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the same members as those used in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図17に示すように、この実施形態のガスタービン60では、ロータ61と、ロータ61の外周側に設けられたタービンケーシング63と、タービンケーシング63の内部においてロータ61に取り付けられたタービンランナー64と、タービンケーシング63に対してロータ61の中心軸Sに沿う方向に接続された略筒状のディフューザ65とを備える。   As shown in FIG. 17, in the gas turbine 60 of this embodiment, a rotor 61, a turbine casing 63 provided on the outer peripheral side of the rotor 61, and a turbine runner 64 attached to the rotor 61 inside the turbine casing 63 And a substantially cylindrical diffuser 65 connected to the turbine casing 63 in a direction along the central axis S of the rotor 61.

タービンケーシング63には、環状で、径方向外周側及び内周側に連通し、燃焼ガス流路の一部を構成する第一流路63aが形成されており、該第一流路63a内には放射状にタービン静翼66が設けられている。タービンケーシング63の外周側には、吸込ケーシング67が設けられており、該吸込ケーシング67内の吸込流路67aが第一流路63aの外周側で連通しており、第一流路63a内に径方向に外周側から内周側に向かって作動流体として燃焼ガスGを供給することが可能となっている。   The turbine casing 63 is formed with a first flow path 63a that is annular and communicates with the radially outer peripheral side and the inner peripheral side, and forms a part of the combustion gas flow path. The first flow path 63a has a radial shape. Turbine stationary blades 66 are provided. A suction casing 67 is provided on the outer peripheral side of the turbine casing 63, and a suction flow path 67 a in the suction casing 67 communicates with an outer peripheral side of the first flow path 63 a, and the first flow path 63 a has a radial direction. It is possible to supply the combustion gas G as a working fluid from the outer peripheral side toward the inner peripheral side.

また、タービンランナー64は、ロータ61に取り付けられたディスク70と、ディスク70に取り付けられたタービン動翼71とを有する。ディスク70のタービン動翼71が取り付けられた外周面70aは、外周側で径方向に沿うとともに、外周側から内周側に向かうに従って、次第に中心軸S方向一方S1側から他方S2側へと向かうように湾曲形成されており、タービンケーシング63のディスク70と対向する内周面63bも対応する湾曲形状を呈している。   The turbine runner 64 includes a disk 70 attached to the rotor 61 and a turbine rotor blade 71 attached to the disk 70. The outer peripheral surface 70a to which the turbine rotor blade 71 of the disk 70 is attached runs along the radial direction on the outer peripheral side, and gradually goes from one S1 side to the other S2 side in the central axis S direction as it goes from the outer peripheral side to the inner peripheral side. The inner peripheral surface 63b of the turbine casing 63 that faces the disk 70 also has a corresponding curved shape.

また、タービン動翼71は、タービンケーシング63の内周面63bと所定のチップクリアランスCを有している。そして、ディスク70とタービンケーシング63との間に形成されタービン動翼71が配された空間は、第一流路63aとともに燃焼ガス流路を構成する第二流路64aとして、外周側で第一流路63aと径方向に連通して燃焼ガスGが外周側から内周側に向かって流入するとともに、該燃焼ガスGを中心軸S方向に沿うように案内し中心軸S方向他方S2側に向かって排出ガスG1として排出させる。ディフューザ65は、内部を排出ガス流路65aとして第二流路64aと連通しており、第二流路64aから排出された排出ガスG1を中心軸S方向一方S1側から他方S2側に向かって排出させる。   The turbine rotor blade 71 has an inner peripheral surface 63b of the turbine casing 63 and a predetermined tip clearance C. The space formed between the disk 70 and the turbine casing 63 and in which the turbine rotor blades 71 are disposed is the first flow path on the outer peripheral side as the second flow path 64a that constitutes the combustion gas flow path together with the first flow path 63a. The combustible gas G communicates with 63a in the radial direction and flows in from the outer peripheral side toward the inner peripheral side, and the combustion gas G is guided along the central axis S direction toward the other S2 side in the central axis S direction. Exhaust as exhaust gas G1. The diffuser 65 communicates with the second flow path 64a with the inside as an exhaust gas flow path 65a, and discharges the exhaust gas G1 discharged from the second flow path 64a from one side S1 to the other side S2 in the central axis S direction. Let it drain.

そして、本実施形態のガスタービン60のような半径流ガスタービンにおいても、排出ガス流路65aの入口65bから出口65c側へと向かって、開き角θが15度以上30度以下で拡径するように設定されている。なお、開き角θの定義は、第一の実施形態と同様であり、排出ガス流路65aの入口65bと、入口65bから中心軸Sに沿って他方S2側に、該入口65bの入口流路高Bの1.5倍だけ異なる位置とを結んだ線と、前記中心軸Sとがなす角度として定義される。また、チップクリアランスCも、第1の実施形態同様にタービン動翼71の後縁の位置における燃焼ガス流路の第二流路64aの燃焼ガス流路高Hに対して、0.1%以上1.0%以下となる大きさに設定されている。   And also in the radial flow gas turbine like the gas turbine 60 of the present embodiment, the opening angle θ increases from 15 degrees to 30 degrees from the inlet 65b of the exhaust gas passage 65a toward the outlet 65c. Is set to The definition of the opening angle θ is the same as in the first embodiment, and the inlet 65b of the exhaust gas passage 65a and the inlet passage of the inlet 65b from the inlet 65b to the other S2 side along the central axis S. It is defined as an angle formed by a line connecting a position different by 1.5 times the height B and the central axis S. The tip clearance C is also 0.1% or more with respect to the combustion gas flow path height H of the second flow path 64a of the combustion gas flow path at the position of the trailing edge of the turbine rotor blade 71 as in the first embodiment. The size is set to 1.0% or less.

以上、本実施形態のガスタービン60の構成について説明したが、本実施形態のような半径流ガスタービンにおいても、開き角θ及びチップクリアランスCを上記のように設定することで、第1の実施形態同様の効果を奏する。また、第2、第3の実施形態のように、排出ガス流路65a内に横断部材を設け、案内手段や渦発生手段を設けるものとしても良い。   The configuration of the gas turbine 60 of the present embodiment has been described above. In the radial flow gas turbine as in the present embodiment, the first implementation is performed by setting the opening angle θ and the tip clearance C as described above. There is an effect similar to the form. Further, as in the second and third embodiments, a cross member may be provided in the exhaust gas flow path 65a, and a guide means and a vortex generating means may be provided.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

なお、上記各実施形態では、軸受支持部材25を横断部材として説明したが、マンホール26についても同様に横断部材として、案内手段や渦発生手段を適用するものとしても良い。   In each of the above-described embodiments, the bearing support member 25 has been described as a transverse member, but the manhole 26 may be similarly applied with a guide means or a vortex generating means as a transverse member.

1、30、40、50、60 ガスタービン(タービン)
2、61 ロータ
10 タービン本体
11、63 タービンケーシング(ケーシング)
12、66 タービン静翼(静翼)
13、31、71 タービン動翼(動翼)
14、63a、64a 燃焼ガス流路(作動流体流路)
20、65 ディフューザ
21、65a 排出流体流路
41、42 案内手段
51、52、53、53、56、57 渦発生手段
C チップクリアランス
S 中心軸
θ 開き角
1, 30, 40, 50, 60 Gas turbine (turbine)
2, 61 Rotor 10 Turbine body 11, 63 Turbine casing (casing)
12, 66 Turbine stationary blade (static blade)
13, 31, 71 Turbine blade (roof blade)
14, 63a, 64a Combustion gas flow path (working fluid flow path)
20, 65 Diffuser 21, 65a Exhaust fluid flow path 41, 42 Guide means 51, 52, 53, 53, 56, 57 Vortex generating means C Tip clearance S Central axis θ Open angle

Claims (4)

中心軸回りに回転可能なロータと、
該ロータの外周に配設された略筒状で、内部に前記中心軸方向一方側から他方側に向かって流体が流通する作動流体流路を形成するケーシング、該ケーシングの内周面に複数設けられる静翼、及び、該静翼の前記中心軸方向他方側に複数設けられる動翼を有するタービン本体と、
該タービン本体の前記ケーシングと接続され、略筒状で前記中心軸方向一方側から他方側に向かって次第に拡径するように形成され、内部に前記流体を排出させる排出流体流路を形成するディフューザとを備え、
該ディフューザは、内周面の周方向同位置で、前記排出流体流路の入口と、前記排出流体流路の入口から前記中心軸に沿って他方側に該入口の流路高の1.5倍だけ異なる位置とを結んだ線と前記中心軸とがなす開き角度が、15度以上30度以下に設定され、
前記動翼のうち、前記ディフューザに最も近接するものは、前記ケーシングの内周面との間に形成するチップクリアランスが、当該動翼の位置における前記作動流体の流路高の0.1%以上1.0%以下に設定されていることを特徴とするタービン。
A rotor rotatable around a central axis;
A casing that is substantially cylindrical disposed on the outer periphery of the rotor and that forms a working fluid flow path through which fluid flows from one side to the other side in the central axis direction, and a plurality of casings provided on the inner peripheral surface of the casing And a turbine body having a plurality of moving blades provided on the other side in the central axis direction of the stationary blades;
A diffuser that is connected to the casing of the turbine main body and is formed in a substantially cylindrical shape so as to gradually increase in diameter from one side to the other side in the central axis direction, and forms a discharge fluid passage that discharges the fluid inside. And
The diffuser is arranged at the same position in the circumferential direction on the inner peripheral surface, and the inlet of the exhaust fluid passage and the inlet height of the inlet from the inlet of the exhaust fluid passage to the other side along the central axis is 1.5. The opening angle formed by the line connecting the positions different from each other and the central axis is set to 15 degrees or more and 30 degrees or less,
Among the moving blades, the one closest to the diffuser has a tip clearance formed between the inner peripheral surface of the casing and 0.1% or more of the flow path height of the working fluid at the position of the moving blade. A turbine characterized by being set to 1.0% or less.
請求項1に記載のタービンにおいて、
前記排出流体流路には、径方向に横断するとともに、断面翼形状を呈し、断面幅が最大となる位置が、前記排出流体流路の前記入口から、前記中心軸方向に沿って該入口の流路高の1.5倍以上離れた位置となるように横断部材が設けられていることを特徴とするタービン。
The turbine according to claim 1,
The discharge fluid flow path has a cross-section in the radial direction and has a cross-sectional wing shape, and the position where the cross-sectional width is maximum is from the inlet of the discharge fluid flow path along the central axis direction of the inlet. A turbine characterized in that a transverse member is provided so as to be at a position separated by 1.5 times or more of the flow path height.
請求項2に記載のタービンにおいて、
前記ディフューザの前記排出流体流路に面する周面で、前記横断部材よりも前記中心軸方向一方側には、前記流体を該中心軸方向に沿うように案内する案内手段が設けられていることを特徴とするタービン。
The turbine according to claim 2,
Guiding means for guiding the fluid along the central axis direction is provided on the circumferential surface facing the exhaust fluid flow path of the diffuser on one side in the central axis direction with respect to the transverse member. Turbine characterized by
請求項2または請求項3に記載のタービンにおいて、
前記ディフューザの前記排出流体流路に面する周面で、前記横断部材よりも前記中心軸方向他方側には、局所的に前記流体に渦を発生させる渦発生手段が設けられていることを特徴とするタービン。
The turbine according to claim 2 or claim 3,
Vortex generating means for locally generating a vortex in the fluid is provided on the other side in the central axis direction of the peripheral surface of the diffuser facing the exhaust fluid flow path with respect to the transverse member. Turbine.
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