JP2012202242A - Exhaust diffuser - Google Patents

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耕一郎 飯田
Koichi Ishizaka
浩一 石坂
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貴志 桧山
Yasuaki Sakamoto
康朗 坂元
Eisaku Ito
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust diffuser controlling an exhaust gas flow to be more ideal.SOLUTION: A manhole 14 includes: a front edge 14a located in an upstream side in a main flow direction where an exhaust gas E flows; and a rear edge 14b located in a downstream side in a flow direction of a combustion gas G. An inner cylinder 11 includes a diameter-reduced part 11b where the diameter is reduced from a predetermined start position St in the main flow direction to an end position En at an end in the downstream side. The front edge 14a and the start position St, and the rear edge 14b and the end position En are set to be coincide with each other.

Description

本発明は、排気ディフューザに関するものである。   The present invention relates to an exhaust diffuser.

図7に示すように、ガスタービン(軸流タービン)100は前方の入り口から取り込んだ空気を圧縮機120で圧縮した後、燃焼室130で加熱し、更に後方にあるタービン140で流れを整え動力を得て、最後に後部の排気ディフューザ150を通して排気を行う。
図8はタービン140の動翼と排気ディフューザ150の位置関係の一例を示すガスタービン100の概略部分断面図である。ガスタービン100は、外側にタービンケーシング110を備え、その中に静翼111と動翼112の組み合わせを複数段配置している。動翼112を取り付けたロータ113の後端を軸受ハウジング114に納められた軸受(ジャーナル軸受)115が支持する。軸受ハウジング114は排気ガスの流れを横切るように放射状に配置された複数のストラット153によりタービンケーシング110の中心と同心に支持される。
なお、ここでは排気ガスの流れる方向に一段のストラット153を設けた例を示しているが、下流にマンホールとも称されるストラットをもう一段設ける場合もある。このマンホールも支持の役割を果たす強度部材として機能するので、本願発明ではマンホールも含めて、ストラットと総称する。
As shown in FIG. 7, the gas turbine (axial turbine) 100 compresses the air taken in from the front entrance with the compressor 120, heats it in the combustion chamber 130, and further regulates the flow with the turbine 140 at the rear to adjust the power. Finally, exhaust is performed through the rear exhaust diffuser 150.
FIG. 8 is a schematic partial cross-sectional view of the gas turbine 100 showing an example of the positional relationship between the moving blades of the turbine 140 and the exhaust diffuser 150. The gas turbine 100 includes a turbine casing 110 on the outside, and a plurality of stages of combinations of stationary blades 111 and moving blades 112 are arranged therein. A bearing (journal bearing) 115 housed in a bearing housing 114 supports the rear end of the rotor 113 to which the moving blade 112 is attached. The bearing housing 114 is supported concentrically with the center of the turbine casing 110 by a plurality of struts 153 arranged radially so as to cross the flow of exhaust gas.
Here, an example in which a single-stage strut 153 is provided in the direction in which the exhaust gas flows is shown, but another single-stage strut called a manhole may be provided downstream. Since this manhole also functions as a strength member that plays a supporting role, in the present invention, the manhole and the manhole are collectively referred to as a strut.

図8中の矢印Fは排気ガスの流れを示す。最終段の動翼112を出た排気ガスは排気ディフューザ150を通じて排出される。排気ディフューザ150はハブ側チューブ(内筒)151とその周囲にチップ側チューブ(外筒)152を同心に配置したものであり、両チューブの間に環状の流路が形成される。ハブ側チューブ151は円筒形状であるがチップ側チューブ152は下流ほど直径が大きくなる円錐台形状を呈しており、このため排気ディフューザ150は、上流から下流に向かって流路の断面積が次第に大きくなる、いわゆるコニカルディフューザーとなっている。ハブ側チューブ151とチップ側チューブ152の間隔を保って環状流路の形状を維持すること、及びこれをタービンケーシング110の中で支持することもストラット153の役割である。   An arrow F in FIG. 8 indicates the flow of exhaust gas. The exhaust gas exiting the final stage moving blade 112 is exhausted through the exhaust diffuser 150. The exhaust diffuser 150 has a hub side tube (inner cylinder) 151 and a tip side tube (outer cylinder) 152 concentrically disposed around the hub side tube (inner cylinder) 151, and an annular flow path is formed between the tubes. The hub side tube 151 has a cylindrical shape, but the tip side tube 152 has a truncated cone shape whose diameter increases toward the downstream side. Therefore, the exhaust diffuser 150 has a gradually increasing cross-sectional area from the upstream side toward the downstream side. It is a so-called conical diffuser. It is also the role of the struts 153 to maintain the shape of the annular flow path by keeping the distance between the hub side tube 151 and the tip side tube 152 and to support it in the turbine casing 110.

排気ディフューザにおいてストラットは不可欠なものであるが、ストラットが配設された範囲を排気ガスが通過する際に、また排気ガスに対し比較的に大きな圧力損失をもたらす。これに対して、本出願人は、特許文献1、特許文献2において、圧力損失を低減できる排気ディフューザの構造を提案している。   Although a strut is indispensable in an exhaust diffuser, it causes a relatively large pressure loss when the exhaust gas passes through the area where the strut is disposed and for the exhaust gas. On the other hand, the present applicant has proposed an exhaust diffuser structure capable of reducing pressure loss in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特開2005−290985号公報JP-A-2005-290985 特開2011−32900号公報JP 2011-32900 A

ところが、本発明者等の検討によると、排気ガスの流れについては改善の余地を残している。
そこで本発明は、排気ガスの流れをより理想的なものに近づけることのできる排気ディフューザを提供することを目的とする。
However, according to the study by the present inventors, there is room for improvement in the flow of exhaust gas.
Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust diffuser that can bring the flow of exhaust gas closer to an ideal one.

本発明者等の検討によると、ハブ側チューブ(内筒)の下流端で排気流が剥離して渦流が発生する。そのために、ストラットを通過して排気流は大きく循環しており、このため流れが均一になり難く、排気ダクトでの圧力回復量に比べ、実際の圧力回復量がかなり小さい。また、渦流が消えるのに必要な軸方向の距離が相当必要である。さらに、渦流は騒音・振動を伴う。これらの課題を解消することで、排気流の流れをより理想的なものに近づけることができる。
そこでなされた本発明の排気ディフューザは、内筒と、内筒の周囲に配置され、内筒との間に排気流路が形成される外筒と、排気流路内に設けられ、内筒と外筒を繋ぐストラットと、を備える。
ストラットは、排気流路を排気ガスが流れる方向の上流側に位置する前縁と、排気ガスが流れる方向の下流側に位置する後縁と、を備える。
内筒は、排気ガスが流れる方向の上流側の所定の開始位置から下流側の端部の終了位置にかけて径が縮径する縮径部、を備える。
そして、前縁と開始位置、及び、後縁と終了位置、の各々が、排気ガスが流れる方向において一致するように設定されている、ことを特徴とする。
According to the study by the present inventors, the exhaust flow is separated at the downstream end of the hub side tube (inner cylinder) and a vortex is generated. Therefore, the exhaust flow passes through the struts and circulates greatly. Therefore, the flow is difficult to be uniform, and the actual pressure recovery amount is considerably smaller than the pressure recovery amount in the exhaust duct. In addition, a considerable axial distance is required to eliminate the vortex. Furthermore, eddy currents are accompanied by noise and vibration. By eliminating these problems, the flow of the exhaust flow can be made closer to an ideal one.
The exhaust diffuser of the present invention made there is an inner cylinder, an outer cylinder that is disposed around the inner cylinder, and an exhaust passage is formed between the inner cylinder, an inner cylinder, A strut connecting the outer cylinders.
The strut includes a front edge located on the upstream side in the direction in which the exhaust gas flows through the exhaust flow path, and a rear edge located on the downstream side in the direction in which the exhaust gas flows.
The inner cylinder includes a reduced diameter portion whose diameter decreases from a predetermined start position on the upstream side in the direction in which the exhaust gas flows to an end position on the downstream end.
Each of the leading edge and the starting position and the trailing edge and the ending position are set to coincide with each other in the direction in which the exhaust gas flows.

本発明の排気ディフューザにおいて、ストラットは、後縁が、外筒から内筒に向けて下降するように傾斜されることが、排気ガスを排気ディフューザの軸に向けて流す上で好ましい。   In the exhaust diffuser of the present invention, it is preferable that the strut is inclined so that the rear edge descends from the outer cylinder toward the inner cylinder in order to flow the exhaust gas toward the shaft of the exhaust diffuser.

本発明の排気ディフューザにおいて、内筒の周方向の全域にわたって縮径する縮径部とすることができるが、ストラットが接合される部分及びその周囲にのみ縮径領域を形成した縮径部とすることができる。ストラットに当たった排気ガスの流れは、内筒の外周面などの壁面側に押しやられる。このため、ストラットの近くの領域は、内筒の外周面で排気ガスが剥離しにくい。そこで、ストラットと内筒との接合部分及びその周囲の領域だけを縮径させるものである。   In the exhaust diffuser of the present invention, the reduced diameter portion can be reduced in diameter over the entire circumferential direction of the inner cylinder, but the reduced diameter portion is formed with a reduced diameter region only at the portion where the strut is joined and the periphery thereof. be able to. The flow of the exhaust gas hitting the strut is pushed to the wall surface side such as the outer peripheral surface of the inner cylinder. For this reason, in the area near the strut, the exhaust gas is difficult to peel off on the outer peripheral surface of the inner cylinder. Therefore, only the joint portion between the strut and the inner cylinder and the surrounding area are reduced in diameter.

本発明によれば、排気流の流れをより理想的なものに近づけることのできる排気ディフューザを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an exhaust diffuser that can bring the flow of the exhaust flow closer to an ideal one.

第1実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ近傍を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust diffuser vicinity of the gas turbine which concerns on 1st Embodiment. 図1を模式的に示す図である。It is a figure which shows FIG. 1 typically. 第2実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ近傍を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust diffuser vicinity of the gas turbine which concerns on 2nd Embodiment. 図3を模式的に示す図である。It is a figure which shows FIG. 3 typically. 第3実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ近傍を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust diffuser vicinity of the gas turbine which concerns on 3rd Embodiment. (a)は図5を模式的に示す図であり、(b)は、(a)の6b−6b矢視断面図、(c)は(a)の6c−6c矢視断面図である。(A) is a figure which shows FIG. 5 typically, (b) is 6b-6b arrow sectional drawing of (a), (c) is 6c-6c arrow sectional drawing of (a). 従来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 conventional gas turbine. 従来のガスタービンの排気ディフューザ近傍を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the exhaust diffuser vicinity of the conventional gas turbine.

[第1実施形態]
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1に示すように、排気ディフューザ10は、ロータ5を軸支するジャーナル軸受7等を内部に収容する円筒状の内筒11と、タービンケーシング4aに接続され、内筒11の周囲に配置される円筒状の外筒12と、を備えている。
また、排気ディフューザ10は、外筒12から内筒11の内部まで延びて周囲よりジャーナル軸受7を保持する複数のストラット13と、これらストラット13よりも下流側に設けられ、ジャーナル軸受7等のメンテナンスのために設けられたマンホール14とを備えている。なお、この排気ディフューザ10は、回転中心軸A方向が、排気ガスEの主流に沿った主流方向(排気ガスが流れる方向)となっている。
[First Embodiment]
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the exhaust diffuser 10 is connected to a cylindrical inner cylinder 11 that houses a journal bearing 7 and the like that pivotally supports the rotor 5, and a turbine casing 4 a, and is disposed around the inner cylinder 11. A cylindrical outer cylinder 12.
The exhaust diffuser 10 extends from the outer cylinder 12 to the inside of the inner cylinder 11 and is provided on the downstream side of the struts 13 for holding the journal bearings 7 from the periphery. Maintenance of the journal bearings 7 and the like is provided. And a manhole 14 provided for the purpose. In the exhaust diffuser 10, the direction of the rotation center axis A is the main flow direction (the direction in which the exhaust gas flows) along the main flow of the exhaust gas E.

内筒11は、排気ディフューザ10と同軸に設けられており、主流方向において、タービン4が接続された上流側から下流側に向かって延設されている。内筒11は、径が等しく設定されている等径部11aと、等径部11aの下流側の端部につらなり、下流側に向かうのにつれて径が縮小する縮径部11bと、縮径部11bの下流端を閉じる封止端11cと、を備えている。なお、縮径部11bを備えることを、以下、要素1、ということがある。
外筒12は、主流方向において、タービン4が接続された上流側から下流側に向かうのにつれて、内周壁面(壁面)12bが次第に拡径するようになっている。
The inner cylinder 11 is provided coaxially with the exhaust diffuser 10 and extends in the main flow direction from the upstream side to which the turbine 4 is connected toward the downstream side. The inner cylinder 11 includes an equal-diameter portion 11a having an equal diameter, a diameter-reduced portion 11b that is connected to an end portion on the downstream side of the equal-diameter portion 11a, and whose diameter decreases toward the downstream side, and a diameter-reduced portion And a sealing end 11c that closes the downstream end of 11b. The provision of the reduced diameter portion 11b may hereinafter be referred to as element 1.
The outer cylinder 12 has an inner peripheral wall surface (wall surface) 12b that gradually increases in diameter in the main flow direction from the upstream side to which the turbine 4 is connected toward the downstream side.

これら内筒11と外筒12との間には、外筒12の内周壁面12bと内筒11の外周壁面11dとで、概略形状が円環状の排気流路Pが形成されている。この排気流路Pは、内筒11の外周壁面11dが略同径に形成されている一方で、外筒12の内周壁面12bが下流側に進むに従って次第に拡径するために、主流方向の上流側から下流側に進むに従って、主流方向に交差する開口面積が次第に大きくなっている。   Between the inner cylinder 11 and the outer cylinder 12, an exhaust passage P having an annular shape is formed by the inner peripheral wall surface 12b of the outer cylinder 12 and the outer peripheral wall surface 11d of the inner cylinder 11. The exhaust flow path P has an outer peripheral wall surface 11d of the inner cylinder 11 formed to have substantially the same diameter, while the inner peripheral wall surface 12b of the outer cylinder 12 gradually increases in diameter toward the downstream side. As it progresses from the upstream side to the downstream side, the opening area that intersects the mainstream direction gradually increases.

ストラット13は、互いに120°の角度をなして、ロータ5の回転中心軸Aの回りに放射状に配置されている。つまり、この例では3つのストラット13によりジャーナル軸受け7を支持している。
各ストラット13は、ジャーナル軸受7を保持するストラット本体13aと、このストラット本体13aを燃焼ガスGより被覆し、加熱より保護するストラットカバー13bとを備えている。ストラットカバー13bは、内筒11から外筒12に向けて延びている。
ストラットカバー13bは、主流に交差する方向に延出しており、排気流路Pにおいて主流の抵抗を低減するために、断面形状が翼型(流線型)とされている。また、ストラットカバー13bは、前縁13c及び後縁13dを有している。
The struts 13 are arranged radially around the rotation center axis A of the rotor 5 at an angle of 120 ° to each other. That is, in this example, the journal bearing 7 is supported by the three struts 13.
Each strut 13 includes a strut body 13a that holds the journal bearing 7, and a strut cover 13b that covers the strut body 13a with combustion gas G and protects it by heating. The strut cover 13 b extends from the inner cylinder 11 toward the outer cylinder 12.
The strut cover 13b extends in a direction intersecting the main flow, and in order to reduce the main flow resistance in the exhaust flow path P, the cross-sectional shape is a wing shape (streamline type). The strut cover 13b has a front edge 13c and a rear edge 13d.

マンホール14もストラット13と同様に、互いに120°の角度をなして、ロータ5の回転中心軸Aの回りに放射状に配置されている。
マンホール14は、内筒11と外筒12とを繋ぎ、かつ外筒12の外部と内筒11の内部(収容空間)とを連通させている。
マンホール14もまた、主流に交差する方向に延出しており、排気流路Pにおいて主流の抵抗を低減するために、断面形状が翼型(流線型)とされている。
Similarly to the struts 13, the manholes 14 are arranged radially around the rotation center axis A of the rotor 5 at an angle of 120 °.
The manhole 14 connects the inner cylinder 11 and the outer cylinder 12 and communicates the outside of the outer cylinder 12 and the inside (accommodating space) of the inner cylinder 11.
The manhole 14 also extends in a direction crossing the mainstream, and in order to reduce the resistance of the mainstream in the exhaust passage P, the cross-sectional shape is a wing shape (streamline type).

さて、排気ディフューザ10において、マンホール14と、縮径部11bを備える内筒11と、が以下の関係を有している。
マンホール14の前縁14aの位置と、内筒11の等径部11aと縮径部11bの境界(縮径の開始位置St)と、が主流方向において一致するように設定されている。以下、この構成を要素2ということがある。
また、マンホール14の後縁14bの位置と、内筒11(縮径部11b)の後端の位置(縮径の終了位置En)と、が主流方向において一致するように設定されている。以下、この構成を要素3ということがある。
Now, in the exhaust diffuser 10, the manhole 14 and the inner cylinder 11 provided with the reduced diameter portion 11b have the following relationship.
The position of the front edge 14a of the manhole 14 and the boundary between the equal diameter portion 11a and the reduced diameter portion 11b (the reduced diameter start position St) of the inner cylinder 11 are set to coincide with each other in the main flow direction. Hereinafter, this configuration may be referred to as element 2.
Further, the position of the rear edge 14b of the manhole 14 and the position of the rear end of the inner cylinder 11 (the reduced diameter portion 11b) (the end position En of the reduced diameter) are set to coincide with each other in the mainstream direction. Hereinafter, this configuration may be referred to as an element 3.

排気ディフューザ10は、要素1を備えることにより、排気ガスEの流れを回転中心軸Aに向けて誘導することができる(図2参照)。
ただし、要素1、つまり縮径部11bを設けたとしても、縮径部11bの外周面から排気ガスEの流れの中で剥離する成分があり、それが渦流を形成する。そこで、排気ディフューザ10は、要素2を備えることにより、排気ガスEの流れを回転中心軸Aに向けてより効果的に誘導することができる。
内筒11(外周面)から排気ガスEの剥離を抑えるのに、排気流路Pの流路(開口)面積が一定であることが理想的である。しかし、排気流路Pにマンホール14が設けられているので、マンホール14より上流側よりも下流側の流路面積は減少する。この流路面積の減少を補完するために縮径部11bを設けることが望まれる。そこで、流路面積の減少が生じる原因であるマンホール14の存在、つまり前縁14aに合せて内筒11を縮径させれば、それよりも上流側の流路面積を維持させやすくなる。したがって、要素2を備えることで、排気ガスEの剥離を抑えることができる。
Since the exhaust diffuser 10 includes the element 1, the flow of the exhaust gas E can be guided toward the rotation center axis A (see FIG. 2).
However, even if the element 1, that is, the reduced diameter portion 11b is provided, there is a component that peels off from the outer peripheral surface of the reduced diameter portion 11b in the flow of the exhaust gas E, and this forms a vortex. Therefore, the exhaust diffuser 10 can effectively guide the flow of the exhaust gas E toward the rotation center axis A by including the element 2.
In order to suppress separation of the exhaust gas E from the inner cylinder 11 (outer peripheral surface), it is ideal that the flow path (opening) area of the exhaust flow path P is constant. However, since the manhole 14 is provided in the exhaust passage P, the passage area on the downstream side of the upstream side of the manhole 14 is reduced. In order to compensate for the decrease in the flow path area, it is desirable to provide the reduced diameter portion 11b. Therefore, if the diameter of the inner cylinder 11 is reduced in accordance with the presence of the manhole 14 that causes the reduction of the flow path area, that is, the front edge 14a, the flow area on the upstream side can be easily maintained. Therefore, by providing the element 2, exfoliation of the exhaust gas E can be suppressed.

さらに、要素3を備えることで、内筒11の外周面から排気ガスEの流れの剥離を低減する。つまり、マンホール14の後縁14bよりも下流側に内筒11の縮径部11bが突出していると、突出部分で剥離が生じうる。そこで、要素3、つまり、後縁14bと縮径部11bの後端を一致するよう設定することで、剥離の発生を抑制する。その結果、渦流発生に基づく騒音・振動を低減する。   Furthermore, by providing the element 3, separation of the flow of the exhaust gas E from the outer peripheral surface of the inner cylinder 11 is reduced. That is, if the reduced diameter portion 11b of the inner cylinder 11 protrudes downstream of the rear edge 14b of the manhole 14, separation may occur at the protruding portion. Therefore, the occurrence of peeling is suppressed by setting the element 3, that is, the rear edge 14 b and the rear end of the reduced diameter portion 11 b to coincide with each other. As a result, noise and vibration due to eddy current generation are reduced.

以上のように、要素1、要素2を備えることで、排気ディフューザ10は、マンホール14よりも下流の排気ガスEの流れを回転中心軸Aに向けて効果的に誘導できるので、マンホール14よりも下流の循環領域を小さくし、短い距離で流れを均一化することができる。その結果、圧力回復を大きくすることができるとともに、軸方向の距離を短くすることができる。また、要素3を備えることで、排気ディフューザ10は、騒音・振動を低減できる。   As described above, by providing the element 1 and the element 2, the exhaust diffuser 10 can effectively guide the flow of the exhaust gas E downstream from the manhole 14 toward the rotation center axis A. The downstream circulation region can be reduced, and the flow can be made uniform over a short distance. As a result, pressure recovery can be increased and the axial distance can be shortened. Moreover, by providing the element 3, the exhaust diffuser 10 can reduce noise and vibration.

本実施形態において、マンホール14、内筒11の仕様は、排気ディフューザ10が用いられるガスタービンにしたがって設定されるものであるが、一つの指針として、縮径部11bの傾斜角度(θ)は5〜15°の範囲で設定され、また、流路の高さTとマンホール14の前縁14aから後縁14bに到る回転中心軸A方向の長さLの比(T/L)は、0.5〜2.0の範囲で設定されるのが好ましい。   In this embodiment, the specifications of the manhole 14 and the inner cylinder 11 are set according to the gas turbine in which the exhaust diffuser 10 is used. As one guideline, the inclination angle (θ) of the reduced diameter portion 11b is 5 The ratio (T / L) between the height T of the flow path and the length L in the direction of the rotation center axis A from the front edge 14a to the rear edge 14b of the manhole 14 is 0. It is preferably set in the range of .5 to 2.0.

本実施形態において、前縁14aの位置と内縮径の開始位置Stとが一致するように設定される、とは、前縁14aの位置と内縮径の開始位置Stとが物理的に一致することに限定されものではない。後縁14bの位置と縮径部11bの後端の終了位置Enとの関係についても同様である。例えば、排気ディフューザ10を実際に製造する際に生ずる不可避的な位置ずれがあったとしても以上説明した効果が得られるのであれば、本発明に該当する。この場合に許容される位置ずれは、長さLの10%以下、好ましくは5%である。   In the present embodiment, the position of the front edge 14a and the start position St of the inner contraction diameter are set to coincide with each other. The position of the front edge 14a and the start position St of the inner contraction diameter physically match. It is not limited to doing. The same applies to the relationship between the position of the rear edge 14b and the end position En of the rear end of the reduced diameter portion 11b. For example, even if there is an inevitable misalignment that occurs when the exhaust diffuser 10 is actually manufactured, the above-described effects can be obtained if the effects described above are obtained. The positional deviation allowed in this case is 10% or less of the length L, preferably 5%.

[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態による排気ディフューザ20を説明する。
排気ディフューザ20は第1実施形態と基本的な構成が同じであるから、以下では第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第1実施形態の排気ディフューザ10と同じ構成には同じ符号を付している。
[Second Embodiment]
Hereinafter, an exhaust diffuser 20 according to a second embodiment of the present invention will be described.
Since the exhaust diffuser 20 has the same basic configuration as that of the first embodiment, the following description will focus on differences from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the exhaust diffuser 10 of 1st Embodiment.

図3に示すように、排気ディフューザ20は、マンホール24の形態が第1実施形態と相違する。つまり、マンホール24は、後縁24bを、外筒12から内筒11にかけて、かつ下流に向けて下降するように傾斜させている。そうすることで、図4に示すように、内筒11側の圧力は外筒12側の圧力に比べ低くできる。したがって、排気ガスEを回転中心軸Aに向けてより効果的に誘導することができる。なお、前縁24aは回転中心軸A方向と直交している(第1実施形態も同様)。   As shown in FIG. 3, the exhaust diffuser 20 is different from the first embodiment in the form of a manhole 24. That is, the manhole 24 inclines the rear edge 24b so as to descend from the outer cylinder 12 to the inner cylinder 11 and downstream. By doing so, as shown in FIG. 4, the pressure on the inner cylinder 11 side can be made lower than the pressure on the outer cylinder 12 side. Therefore, the exhaust gas E can be more effectively guided toward the rotation center axis A. The front edge 24a is orthogonal to the direction of the rotation center axis A (the same applies to the first embodiment).

[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態による排気ディフューザ30を図5、図6に基づいて説明する。
排気ディフューザ30は第1実施形態と基本的な構成が同じであるから、以下では第1実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第1実施形態の排気ディフューザ10と同じ構成には同じ符号を付している。
[Third Embodiment]
Hereinafter, an exhaust diffuser 30 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Since the exhaust diffuser 30 has the same basic configuration as that of the first embodiment, the following description will focus on differences from the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the exhaust diffuser 10 of 1st Embodiment.

排気ディフューザ30は、内筒31の形態が第1実施形態と相違する。つまり、内筒31は、等径部31aの下流側の端部に連なり、マンホール14が接合される部分及びその周囲に限り縮径領域31cが形成される縮径部31bを備える。縮径領域31cは、マンホール14の前縁14aから始まって連続的に深くなり、マンホール14の後縁14bで最も大きくなる傾斜の形態を示す。マンホール14の後縁14bは、第1実施形態のように回転中心軸Aと直交させてもよいし、第2実施形態のように下流に向けて下降するように傾斜させてもよい。また、前縁14aから後縁14bにかけて縮径領域31cの傾斜は、直線的なものであってもよいし、曲線的なものであってもよい。縮径領域31cを除く部分の横断面における外形は図6に示されるように円弧をなしており、全体としての横断面の形状は花びら紋様に似ている。なお、第1実施形態の内筒11は横断面における外形が円形である。   The exhaust diffuser 30 is different from the first embodiment in the form of the inner cylinder 31. That is, the inner cylinder 31 includes a reduced diameter portion 31b that is connected to the downstream end portion of the equal diameter portion 31a and in which a reduced diameter region 31c is formed only at and around the portion where the manhole 14 is joined. The diameter-reduced region 31c starts from the front edge 14a of the manhole 14 and continuously deepens, and shows a form of inclination that becomes the largest at the rear edge 14b of the manhole 14. The rear edge 14b of the manhole 14 may be orthogonal to the rotation center axis A as in the first embodiment, or may be inclined so as to descend toward the downstream as in the second embodiment. Further, the inclination of the reduced diameter region 31c from the front edge 14a to the rear edge 14b may be linear or curvilinear. The outer shape in the cross section of the portion excluding the reduced diameter region 31c forms an arc as shown in FIG. 6, and the shape of the entire cross section resembles a petal pattern. The inner cylinder 11 of the first embodiment has a circular outer shape in cross section.

排気ディフューザ30の中に設けられるマンホール14は、排気ガスEの流れを妨げる。マンホール14に当たった排気ガスEの流れは、内筒31の外周壁面31dなどの壁面側に押しやられる。このため、マンホール14の近くの領域は、内筒31の外周面で排気ガスEが剥離しにくい。そこで、マンホール14の内筒31との接合部分及びこれを含む領域(縮径領域31c)を、軸方向に沿って回転中心軸Aに向けて傾斜させることで、この領域の流れを効率的に回転中心軸Aに向け、マンホール14よりも下流の循環領域を小さくするのである。そうすることで、マンホール14よりも下流で早く排気ガスEの流れが均一化し、圧力回復が増加する。   The manhole 14 provided in the exhaust diffuser 30 prevents the flow of the exhaust gas E. The flow of the exhaust gas E hitting the manhole 14 is pushed to the wall surface side such as the outer peripheral wall surface 31 d of the inner cylinder 31. For this reason, in the area near the manhole 14, the exhaust gas E is difficult to peel off on the outer peripheral surface of the inner cylinder 31. Therefore, by inclining the joint portion of the manhole 14 with the inner cylinder 31 and the region including this (the reduced diameter region 31c) toward the rotation center axis A along the axial direction, the flow in this region can be efficiently performed. The circulation region downstream of the manhole 14 is made smaller toward the rotation center axis A. By doing so, the flow of the exhaust gas E becomes uniform earlier downstream of the manhole 14, and the pressure recovery increases.

以上説明した実施形態は、ストラット13とマンホール14(マンホール24)と、回転中心軸Aの方向に二段階のストラットを備えているが、本発明はこれに限定されず、マンホール14を備えていない排気ディフューザについて本発明を適用できる。つまり本発明は、軸方向に単段のストラットを備える排気ディフューザ及び軸方向に複数段のストラットを備える排気ディフューザの両者において、特に排気ガスが通過する最終段のストラットに適用される。
また、本発明において、マンホールも含めストラットは、周方向に配置される数は以上説明した3に限るものではなく、2又は4などの任意の数を採用できる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
The embodiment described above includes the strut 13, the manhole 14 (manhole 24), and the two-stage strut in the direction of the rotation center axis A, but the present invention is not limited to this and does not include the manhole 14. The present invention can be applied to an exhaust diffuser. In other words, the present invention is applied to both the exhaust diffuser having a single-stage strut in the axial direction and the exhaust stage diffuser having a plurality of struts in the axial direction, particularly to the last-stage strut through which the exhaust gas passes.
In the present invention, the number of struts including manholes arranged in the circumferential direction is not limited to 3 described above, and any number such as 2 or 4 can be adopted.
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.

4 タービン
4a タービンケーシング
5 ロータ
7 ジャーナル軸受
10,20,30 排気ディフューザ
11,31 内筒
11a,31a 等径部
11b,31b 縮径部
11c 封止端
11d,31d 外周壁面
31c 縮径領域
12 外筒
12b 内周壁面
13 ストラット
13a ストラット本体
13b ストラットカバー
14,24 マンホール
14a,24a 前縁
14b,24b 後縁
A 回転中心軸
P 排気流路
St 開始位置
En 終了位置
4 Turbine 4a Turbine casing 5 Rotor 7 Journal bearing 10, 20, 30 Exhaust diffuser 11, 31 Inner cylinder 11a, 31a Equal diameter part 11b, 31b Reduced diameter part 11c Sealed end 11d, 31d Outer peripheral wall surface 31c Reduced diameter area 12 Outer cylinder 12b Inner peripheral wall surface 13 Strut 13a Strut body 13b Strut covers 14, 24 Manholes 14a, 24a Front edges 14b, 24b Rear edge A Rotation center axis P Exhaust flow path St Start position En End position

Claims (3)

内筒と、
前記内筒の周囲に配置され、前記内筒との間に排気流路が形成される外筒と、
前記排気流路内に設けられ、内筒と外筒を繋ぐストラットと、を備え、
前記ストラットは、
前記排気流路を排気ガスが流れる方向の上流側に位置する前縁と、
前記排気ガスが流れる方向の下流側に位置する後縁と、を備え、
前記内筒は、
前記排気ガスが流れる方向の上流側の所定の開始位置から下流側の端部の終了位置にかけて径が縮径する縮径部、を備え、
前記前縁と前記開始位置、及び、前記後縁と前記終了位置、の各々が、前記排気ガスが流れる方向において一致するように設定されている、
ことを特徴とする排気ディフューザ。
An inner cylinder,
An outer cylinder disposed around the inner cylinder and having an exhaust passage formed between the inner cylinder;
A strut provided in the exhaust passage and connecting the inner cylinder and the outer cylinder;
The strut is
A leading edge located upstream of the exhaust gas flow direction in the exhaust flow path;
A rear edge located on the downstream side in the direction in which the exhaust gas flows, and
The inner cylinder is
A diameter-reducing portion whose diameter is reduced from a predetermined start position on the upstream side in the direction in which the exhaust gas flows to an end position on the downstream end,
Each of the front edge and the start position, and the rear edge and the end position are set to coincide with each other in a direction in which the exhaust gas flows.
Exhaust diffuser characterized by that.
前記ストラットは、
前記後縁が、前記外筒から前記内筒に向けて下降するように傾斜される、
請求項1に記載の排気ディフューザ。
The strut is
The trailing edge is inclined so as to descend from the outer cylinder toward the inner cylinder;
The exhaust diffuser according to claim 1.
前記縮径部は、
前記ストラットが接合される部分及びその周囲にのみ形成される、
請求項1又は2に記載の排気ディフューザ。
The reduced diameter portion is
Formed only at and around the part where the struts are joined,
The exhaust diffuser according to claim 1 or 2.
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