JP2012207648A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンにおいて、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とする。
【解決手段】圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成し、円筒形状をなすタービン車室の内側に静翼体と動翼体２８を燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配置し、タービン車室の後部に円筒形状をなす排気ディフューザを連結してタービンを構成し、複数の動翼２８ａを周方向に等間隔で配置して動翼体２８を構成し、この動翼２８ａを、その長手方向における端部側のスロート幅を長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンに関する。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガス（排気ガス）のエネルギは、排気ディフューザにより損失が発生しないように徐々に圧力に変換されて大気に放出される。

このように構成されたガスタービンにおけるタービンにて、排気ディフューザは、タービン出口、つまり、ディフューザ入口から排ガスの流動方向に向けてその流路面積が拡大するように構成されており、タービンで動力が回収された後の排気ガスを減速し、圧力を回復することができる。

このような排気ディフューザを有するガスタービンとしては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２００９−２０３８７１号公報

ところで、上述した排気ディフューザでは、排気ガスの減速により圧力回復量が大きくなると、タービン効率が向上してガスタービンの性能が向上する。この排気ディフューザでの圧力回復量を大きくするためには、入口の流路面積に比べて出口流路面積を大きくすることが有効的である。しかし、排気ディフューザにて、入口の流路面積に比べて出口流路面積を急激に大きくすると、排気ディフューザにおける外周側の壁面近傍や中心側の壁面近傍で、排気ガスの流れが剥離し、圧力回復量が小さくなってしまう。一方、排気ディフューザにて、入口の流路面積に比べて出口流路面積が急激に大きくならないようにすると、排気ディフューザにおける長手方向（排気ガスの流動方向）の長さが大きくなり、排気ディフューザの大型化を招いてしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とするガスタービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記タービンは、円筒形状をなすタービン車室の内側に静翼体と動翼体が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配置され、前記タービン車室の後部に円筒形状をなす排気ディフューザが連結されて構成され、前記静翼体は、複数の静翼が周方向に等間隔で配置されて構成されると共に、前記動翼体は、複数の動翼が周方向に等間隔で固定されて構成され、前記静翼または前記動翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定される、ことを特徴とするものである。

従って、静翼や動翼における端部側のスロート幅が中間部側のスロート幅より大きく設定されることで、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、排気ディフューザを流れる排気ガスの流れを適正に制御することで、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことができ、タービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

本発明のガスタービンでは、前記静翼または前記動翼は、長手方向における両端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴としている。

従って、静翼や動翼における長手方向の両端部側から排気ディフューザに流れる排気ガスの流れを適正に制御することができ、ここでの圧力回復量を適正に増加することができる。

本発明のガスタービンでは、前記動翼は、タービン軸に固定される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅が基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、先端部側のスロート幅が基端部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴としている。

従って、動翼における端部側のスロート幅が中間部側のスロート幅より大きく設定されることで、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、端部側で燃焼ガスからの動力取得量が減少するが、中間部側で燃焼ガスからの動力取得量が増加する。その結果、翼の中間部側の出口に比べて端部側の出口での燃焼ガスの全圧が高くなり、排気ディフューザの壁面近傍での排気ガスの剥離が生じにくくなることから、ここでの圧力回復量が増加し、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

本発明のガスタービンでは、前記静翼は、タービン軸側に配置される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅が基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、基端部側のスロート幅と先端部側のスロート幅とがほぼ同じに設定されることを特徴としている。

従って、静翼における端部側のスロート幅が中間部側のスロート幅より大きく設定されることで、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、前記静翼の下流に配置される動翼における端部側の流入角が小さくなる。これにより、動翼の中間部側に比べて端部側では燃焼ガスの転向角が小さくなり、端部側で燃焼ガスからの動力取得量が減少するが、中間部で燃焼ガスからの動力取得量が増加する。その結果、動翼の中間部側の出口に比べて端部側の出口での燃焼ガスの全圧が高くなり、排気ディフューザの壁面近傍での排気ガスの剥離が生じにくくなることから、ここでの圧力回復量が増加し、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

本発明のガスタービンでは、最終段動翼体にて、前記動翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴としている。

従って、最終段動翼体から排気ディフューザに流れる排気ガスの全圧を径方向で適正値とすることで、排気ディフューザにおける圧力回復量を増加させることができる。

本発明のガスタービンでは、最終段静翼体にて、前記静翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴としている。

従って、最終段動翼体から最終段動翼体を通過して排気ディフューザに流れる排気ガスの全圧を径方向で適正値とすることで、排気ディフューザにおける圧力回復量を増加させることができる。

本発明のガスタービンによれば、静翼または動翼の長手方向における端部側のスロート幅を長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定するので、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、排気ディフューザを流れる排気ガスの流れを適正に制御することで、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことができ、タービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるタービンの最終段動翼を表す概略図である。 図２は、実施例１のタービンの最終段動翼における先端部のスロート幅を表す概略図である。 図３は、実施例１のタービンの最終段動翼における中間部のスロート幅を表す概略図である。 図４は、実施例１のタービンの最終段動翼における基端部のスロート幅を表す概略図である。 図５は、最終段動翼の高さ方向における動翼相対流出角を表すグラフである。 図６は、最終段動翼の高さ方向における最終段動翼の出口絶対全圧を表すグラフである。 図７は、実施例１のガスタービンを表す概略図である。 図８は、実施例１のガスタービンにおける最終段静翼から排気ディフューザまでの構成を表す概略図である。 図９は、本発明の実施例２に係るガスタービンにおけるタービンの最終段静翼を表す概略図である。 図１０は、実施例２のタービンの最終段静翼における先端部のスロート幅を表す概略図である。 図１１は、実施例２のタービンの最終段静翼における中間部のスロート幅を表す概略図である。 図１２は、実施例２のタービンの最終段静翼における基端部のスロート幅を表す概略図である。 図１３は、最終段静翼の高さ方向における静翼相対流出角を表すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係るガスタービンにおけるタービンの最終段動翼を表す概略図、図２は、実施例１のタービンの最終段動翼における先端部のスロート幅を表す概略図、図３は、実施例１のタービンの最終段動翼における中間部のスロート幅を表す概略図、図４は、実施例１のタービンの最終段動翼における基端部のスロート幅を表す概略図、図５は、最終段動翼の高さ方向における動翼相対流出角を表すグラフ、図６は、最終段動翼の高さ方向における最終段動翼の出口絶対全圧を表すグラフ、図７は、実施例１のガスタービンを表す概略図、図８は、実施例１のガスタービンにおける最終段静翼から排気ディフューザまでの構成を表す概略図である。

実施例１のガスタービンは、図７に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２１を有し、圧縮機車室２２内に複数の静翼体２３と動翼体２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼体２７と動翼体２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼体２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼体２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、圧縮機１１側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２２が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口２１から取り込まれた空気が、複数の静翼体２３と動翼体２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼体２７と動翼体２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。

上述したタービン１３において、図８に示すように、円筒形状をなすタービン車室２６は、その内側に複数の静翼体２７と動翼体２８が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配設されている。このタービン車室２６は、排気ガスの流動方向の下流側に円筒形状をなす排気車室２９が配設されている。この排気車室２９は、排気ガスの流動方向の下流側に円筒形状をなす排気室３０が配設されている。この排気室３０は、排気ガスの流動方向の下流側に排気ダクト（図示略）が配設されている。この場合、タービン車室２６、排気車室２９、排気室３０、排気ダクトは、それぞれ上下２分割に形成され、両者が一体に連結されて構成されている。

そして、タービン車室２６と排気車室２９とは、複数の連結ボルト４１により連結され、排気車室２９と排気室３０とは、熱伸びを吸収可能な複数の排気室サポート４２，４３により連結されている。この排気室サポート４２，４３は、短冊形状をなし、タービン１３の軸方向に沿って延設されると共に、周方向に所定の間隔で複数並設されている。この排気室サポート４２，４３は、排気車室２９と排気室３０との間で温度差により熱伸びが発生したとき、変形することでその熱伸びを吸収可能となっている。この熱伸びは、タービン１３の始動時などの過渡期や高負荷時に発生しやすい。また、排気車室２９と排気室３０との間には、各排気室サポート４２，４３の間に位置してガスシール４４が設けられている。

排気車室２９は、その内側に排気室３０を構成する円筒形状をなす排気ディフューザ３１が配置されている。この排気ディフューザ３１は、円筒形状をなす外側ディフューザ４５と内側ディフューザ４６が複数のストラットシールド４７により連結されて構成されている。このストラットシールド４７は、円筒形状や楕円筒状などの中空構造をなし、排気ディフューザ３１の周方向に均等間隔で複数設けられている。なお、上述した排気室サポート４２，４３及びガスシール４４は、端部が排気室３０を構成する排気ディフューザ３１における外側ディフューザ４５に連結されている。

ストラットシールド４７内には、ストラット４８が配設されている。このストラット４８は、一端側が内側ディフューザ４６を貫通して軸受部３４を収容する軸受箱４９に連結され、この軸受３４によりロータ３２が回転自在に支持されている。また、ストラット４８は、他端側が外側ディフューザ４５を貫通して排気車室２９に固定されている。なお、ストラットシールド４７内部の空間は、排気ディフューザ３１（内側ディフューザ４６）の内側の空間や、排気車室２９と排気ディフューザ３１（外側ディフューザ４５）との間の空間に連通し、外部からこれらの空間に冷却空気を供給可能となっている。

また、タービン車室２６は、その内側に複数の静翼体２７と動翼体２８が交互に配設されており、各段の翼環構造はほぼ同様の構成となっている。この場合、静翼体２７は、複数の静翼２７ａが周方向に均等間隔で配置され、ロータ３２側の基端部に内側シュラウド２７ｂが固定され、タービン車室２６側の先端部に外側シュラウド２７ｃが固定されて構成されている。また、動翼体２８は、同様に、動翼２８ａが周方向に均等間隔で配置され、基端部がロータ３２に固定されるロータディスク２８ｂに固定され、先端部がタービン車室２６側に延出されて構成されている。そして、最終段静翼２７ａの下流側に最終段動翼２８ａが配置されている。

ここで、タービン車室２６における最終段翼環構造は、円筒形状をなすタービン車室本体５１と、タービン車室本体５１の内側に設けられて円筒形状をなす翼環５２と、最終段動翼２８ａの外方に配置されて円筒形状をなす分割環５３と、分割環５３及び翼環５２と最終段静翼２７ａの外側シュラウド２７ｃとを連結する遮熱環５４，５５，５６とから構成されている。

タービン１３は、このように各段の翼環構造が構成されることから、タービン車室２６を構成する内側シュラウド２７ｃ、分割環５３などにより燃焼ガス通路Ａが構成され、タービン車室２６及び排気車室２９の後部の内側に、排気ディフューザ３１の前部が径方向に所定隙間をもって侵入し、シール装置５７により連結されることで、排気ディフューザ３１により構成される排気ガス通路Ｂが構成され、燃焼ガス通路Ａと排気ガス通路Ｂが連続するようになっている。

このように構成された実施例１のタービン１３にて、図１に示すように、動翼（最終段動翼）２８ａは、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されている。実施例１では、動翼２８ａは、長手方向における両端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されている。この場合、動翼２８ａは、ロータ３２に固定される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅が、基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、且つ、先端部側のスロート幅が基端部側のスロート幅より大きく設定されている。

具体的に説明すると、図２は、動翼２８ａにおける先端部側（タービン車室２６及び分割環５３側）の断面形状を表すものであり、隣接する動翼２８ａ同士のスロート幅ｗ１に設定することで、流出角（ゲージング角）θ１に設定されている。また、図３は、動翼２８ａにおける長手方向の中間部側の断面形状を表すものであり、隣接する動翼２８ａ同士のスロート幅ｗ２に設定することで、流出角（ゲージング角）θ２に設定されている。更に、図４は、動翼２８ａにおける基端部側（ロータ３２及びロータディスク２８ｂ側）の断面形状を表すものであり、隣接する動翼２８ａ同士のスロート幅ｗ３に設定することで、流出角（ゲージング角）θ３に設定されている。

そして、動翼２８ａにおける先端部側及び基端部側のスロート幅ｗ１，ｗ３は、中間部側のスロート幅ｗ２より大きくなっている。また、基端部側のスロート幅ｗ３は、先端部側のスロート幅ｗ１より大きくなっている。

なお、スロートとは、周方向に隣接する動翼２８ａ間にて、燃焼ガスの流動方向の下流側における動翼２８ａの背面と腹面との間にある最小面積部であって、スロート幅ｗとは、このスロート部の幅である。また、流出方向とは、このスロート部の幅方向に直交する方向であり、流出角θとは、ロータ３２の軸心方向に対する流出方向の角度である。

従って、図５に示すように、従来の動翼は、一点鎖線で表すように、動翼の先端部側から基端部側に向けて流出角が徐々に小さくなるように設定されていた。これに対して、実施例１の動翼２８ａは、実線で表すように、流出角が動翼２８ａの先端部側から中間部に向けて徐々に大きくなった後に基端部側に向けて徐々に小さくなるように設定されている。

そのため、動翼２８ａは、先端部側と基端部側の流出角が小さい、つまり、スロート幅が大きいことから、燃焼ガスからの動力取得量が減少する一方、中間部側の流出角が大きい、つまり、スロート幅が小さいことから、燃焼ガスからの動力取得量が増加する。その結果、図６に示すように、従来は、一点鎖線で表すように、動翼の先端部側から基端部側までの動翼出口、つまり、排気ディフューザ入口での燃焼ガス（排気ガス）の全圧がほぼ一定となり、外側ディフューザや内側ディフューザの壁面近傍で排気ガスの剥離が生じやすくなり、排気ディフューザにおける圧力回復量が小さくなってしまう。これに対して、実施例１では、実線で表すように、動翼２８ａの中間部に比べて先端部側及び基端部側の動翼２８ａの出口、つまり、排気ディフューザ３１の入口での燃焼ガス（排気ガス）の全圧が高くなることから、外側ディフューザ４５及び内側ディフューザ４６の壁面近傍で排気ガスの剥離が生じにくくなり、排気ディフューザ３１における圧力回復量が大きくなる。

このように実施例１のガスタービンにあっては、圧縮機１１で圧縮した圧縮空気に燃焼器１２で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービン１３に供給することで回転動力を得るように構成し、円筒形状をなすタービン車室２６の内側に静翼体２７と動翼体２８を燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配置し、タービン車室２６の後部に円筒形状をなす排気ディフューザ３１を連結してタービン１３を構成し、複数の動翼２８ａを周方向に等間隔で配置して動翼体２８を構成し、この動翼２８ａの長手方向における端部側のスロート幅を、長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定している。

従って、動翼２８ａにおける端部側のスロート幅が中間部側のスロート幅より大きく設定されることで、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、端部側で燃焼ガスからの動力取得量が減少するが、中間部側で燃焼ガスからの動力取得量が増加する。その結果、動翼２８ａの中間部側の出口に比べて端部側の出口での燃焼ガスの全圧が高くなり、排気ディフューザ３１の壁面近傍での排気ガスの剥離が生じにくくなることから、ここでの圧力回復量が増加し、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

また、実施例１のガスタービンでは、動翼２８ａの長手方向における両端部側のスロート幅を長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定している。従って、動翼２８ａにおける長手方向の両端部側から排気ディフューザ３１に流れる排気ガスの流れを適正に制御することができ、ここでの圧力回復量を適正に増加することができる。

また、実施例１のガスタービンでは、最終段動翼体２８における動翼２８ａの端部側のスロート幅を長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定している。従って、最終段動翼体２８から排気ディフューザ３１に流れる排気ガスの全圧を径方向で適正値とすることで、排気ディフューザ３１における圧力回復量を増加させることができる。

なお、この実施例１では、動翼２８ａの長手方向における先端部側と基端部側の両方のスロート幅を中間部側のスロート幅より大きく設定したが、動翼２８ａの長手方向における先端部側のスロート幅だけ、または、基端部側のスロート幅だけを中間部側のスロート幅より大きく設定してもよい。

図９は、本発明の実施例２に係るガスタービンにおけるタービンの最終段静翼を表す概略図、図１０は、実施例２のタービンの最終段静翼における先端部のスロート幅を表す概略図、図１１は、実施例２のタービンの最終段静翼における中間部のスロート幅を表す概略図、図１２は、実施例２のタービンの最終段静翼における基端部のスロート幅を表す概略図、図１３は、最終段静翼の高さ方向における静翼相対流出角を表すグラフである。

実施例２のガスタービンのタービンにて、図９に示すように、静翼（最終段静翼）２７ａは、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されている。実施例２では、静翼２７ａは、長手方向における両端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されている。この場合、静翼２７ａは、内側シュラウド２７ｂに固定される基端部側のスロート幅及び外側シュラウド２７ｃに固定される先端部側のスロート幅が、基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、且つ、先端部側のスロート幅と基端部側のスロート幅とがほぼ同じに設定されている。

具体的に説明すると、図１０は、静翼２７ａにおける先端部側（外側シュラウド２７ｃ側）の断面形状を表すものであり、隣接する静翼２７ａ同士のスロート幅ｗ１１に設定することで、流出角（ゲージング角）θ１１に設定されている。また、図１１は、静翼２７ａにおける長手方向の中間部側の断面形状を表すものであり、隣接する静翼２７ａ同士のスロート幅ｗ１２に設定することで、流出角（ゲージング角）θ１２に設定されている。更に、図１２は、静翼２７ａにおける基端部側（内側シュラウド２７ｂ側）の断面形状を表すものであり、隣接する静翼２７ａ同士のスロート幅ｗ１３に設定することで、流出角（ゲージング角）θ１３に設定されている。

そして、静翼２７ａにおける先端部側及び基端部側のスロート幅ｗ１１，ｗ１３は、中間部側のスロート幅ｗ１２より大きくなっている。また、先端部側のスロート幅ｗ１１と基端部側のスロート幅ｗ１３とは、ほぼ同じ大きさとなっている。

なお、スロートとは、周方向に隣接する静翼２７ａ間にて、燃焼ガスの流動方向の下流側における静翼２７ａの背面と腹面との間にある最小面積部であって、スロート幅ｗとは、このスロート部の幅である。また、流出方向とは、このスロート部の幅方向に直交する方向であり、流出角θとは、ロータ３２の軸心方向に対する流出方向の角度である。

従って、図１３に示すように、従来の静翼は、一点鎖線で表すように、静翼の先端部側から基端部側に向けて流出角が徐々に小さくなるように設定されていた。これに対して、実施例２の静翼２７ａは、実線で表すように、流出角が静翼２７ａの先端部側から中間部に向けて徐々に大きくなった後に基端部側に向けて徐々に小さくなるように設定されている。

そのため、静翼２７ａは、先端部側と基端部側の流出角が小さくなり、下流側に位置する動翼２８ａの先端部側と基端部側は流入角が小さくなる。その結果、動翼２８ａの先端部側と基端部側は転向角が減少し、燃焼ガスからの動力取得量が減少する。一方、静翼２７ａの中間部は流出角が大きくなり、下流側に位置する動翼２８ａの中間部の流入角が大きくなる。その結果、動翼２８ａの中間部の転向角は増加し、燃焼ガスからの動力取得量は増加する。その結果、従来は、実施例１で説明した図６に一点鎖線で表すように、動翼の先端部側から基端部側までの動翼出口、つまり、排気ディフューザ入口での燃焼ガス（排気ガス）の全圧がほぼ一定となり、外側ディフューザや内側ディフューザの壁面近傍で排気ガスの剥離が生じやすくなり、排気ディフューザにおける圧力回復量が小さくなってしまう。これに対して、実施例２では、図６に実線で表すように、動翼２８ａの中間部に比べて先端部側及び基端部側の動翼２８ａの出口、つまり、排気ディフューザ３１の入口での燃焼ガス（排気ガス）の全圧が高くなることから、外側ディフューザ４５及び内側ディフューザ４６の壁面近傍で排気ガスの剥離が生じにくくなり、排気ディフューザ３１における圧力回復量が大きくなる。

このように実施例２のガスタービンにあっては、複数の静翼２７ａを周方向に等間隔で固定して静翼２体７を構成し、静翼２７ａのロータ３２側に配置される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅を、基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定し、基端部側のスロート幅と先端部側のスロート幅とをほぼ同じに設定している。

従って、静翼２７ａにおける端部側のスロート幅が中間部側のスロート幅より大きく設定されることで、端部側の流出角が中間部の流出角より小さくなり、端部側で下流側に位置する動翼２８ａの流入角および転向角が減少し、燃焼ガスからの動力取得量が減少するが、中間部側で燃焼ガスからの動力取得量が増加する。その結果、動翼２８ａの中間部側の出口に比べて端部側の出口での燃焼ガスの全圧が高くなり、排気ディフューザ３１の壁面近傍での排気ガスの剥離が生じにくくなることから、ここでの圧力回復量が増加し、効率的な排気ガスの圧力回復を行うことでタービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

実施例２のガスタービンでは、最終段静翼体２７にて、静翼２７ａの長手方向における端部側のスロート幅を長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定している。従って、最終段静翼体２７ａから最終段動翼体２８ａを通過して排気ディフューザ３１に流れる排気ガスの全圧を径方向で適正値とすることができ、排気ディフューザ３１における圧力回復量を増加させることができる。

なお、この実施例２では、静翼２７ａの長手方向における先端部側と基端部側の両方のスロート幅を中間部側のスロート幅より大きく設定したが、静翼２７ａの長手方向における先端部側のスロート幅だけ、または、基端部側のスロート幅だけを中間部側のスロート幅より大きく設定してもよい。

また、実施例１における動翼体２８の動翼２８ａの形状と、実施例２における静翼体２７の静翼２７ａの形状との両方を適用したタービンを適用することで、更なるタービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２６ タービン車室
２７ 静翼体
２７ａ 最終段静翼
２７ｂ 内側シュラウド
２７ｃ 外側シュラウド
２８ 動翼体
２８ａ 最終段動翼
２８ｂ ロータディスク
２９ 排気車室
３０ 排気室
３１ 排気ディフューザ
３２ ロータ（タービン軸）
４５ 外側ディフューザ
４６ 内側ディフューザ
４８ ストラット
５１ タービン車室本体
５２ 翼環
５３ 分割環
５４，５５，５６ 遮熱環
Ａ 燃焼ガス通路
Ｂ 排気ガス通路

Claims (6)

1. 圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、
   前記タービンは、円筒形状をなすタービン車室の内側に静翼体と動翼体が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配置され、前記タービン車室の後部に円筒形状をなす排気ディフューザが連結されて構成され、
   前記静翼体は、複数の静翼が周方向に等間隔で配置されて構成されると共に、前記動翼体は、複数の動翼が周方向に等間隔で固定されて構成され、
   前記静翼または前記動翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定される、
   ことを特徴とするガスタービン。
2. 前記静翼または前記動翼は、長手方向における両端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記動翼は、タービン軸に固定される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅が基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、先端部側のスロート幅が基端部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
4. 前記静翼は、タービン軸側に配置される基端部側のスロート幅及び先端部側のスロート幅が基端部側と先端部側の間の中間部側のスロート幅より大きく設定され、基端部側のスロート幅と先端部側のスロート幅とがほぼ同じに設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン。
5. 最終段動翼体にて、前記動翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガスタービン。
6. 最終段静翼体にて、前記静翼は、長手方向における端部側のスロート幅が長手方向における中間部側のスロート幅より大きく設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガスタービン。

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