JP2017198077A - 圧縮機ディフューザおよびガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減する。【解決手段】一端５１が圧縮機１の出口１６に接続され、他端５２が１つの燃焼筒２１の給気口２４に接続されており、一端５１がタービン軸４を中心とする二重円弧部５１ａを含んだ開口形状に形成され、他端５２が燃焼筒２１の筒型に対応する開口形状に形成されて、一端５１から他端５２に至り連続してタービン軸４の延在方向に沿って配置される圧縮機ディフューザ５とする。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機ディフューザおよびガスタービンに関する。

一般的なガスタービンは、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用い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によって回転駆動するタービンと、を備えている。また、上記ガスタービンにあっては、圧縮機により圧縮された圧縮空気を、回転軸の周りに形成された車室を介し、燃焼器において回転軸の周りに複数配置された各燃焼筒に供給している。また、圧縮機の出口側には、一般に、圧縮空気の動圧を静圧に変換するためのディフューザ（圧縮機ディフューザ）が設けられている。このディフューザは、車室側に向かって流路断面積が徐々に拡大するように形成され、車室に流れ込む圧縮空気の動圧を静圧に変換している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１８５５３９号公報

特許文献１に示されるようなガスタービンにあっては、圧縮機で生成された圧縮空気がディフューザから回転軸に沿ってタービン側に向けて車室に流れ込むが、その後に車室内で圧縮機側に向けて反転し、さらに燃焼器入口で反転して燃焼筒内に供給される。このように、圧縮空気は、車室内で反転しながら燃焼筒に供給され、反転する度に圧力損失が増大する。また、特許文献１に示されるようなガスタービンにあっては、圧縮機で生成された圧縮空気が車室内で急拡大されるため圧力損失が増大する。このため、主にタービンを回転駆動する効率や圧縮空気による冷却の効率が低下し、ひいてはガスタービン全体の効率を低下させることになる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することのできる圧縮機ディフューザおよびガスタービンを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザは、回転軸の周りに複数配置されてタービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、の間に設けられる圧縮機ディフューザにおいて、一端が前記圧縮機の出口に接続され、他端が１つの前記燃焼筒の給気口に接続される態様で、前記一端が前記回転軸を中心とする二重円弧部を含む開口形状に形成され、前記他端が１つの前記燃焼筒の筒型に合わせた開口形状に形成されて、前記一端から前記他端に至り連続して前記回転軸の延在方向に沿って配置される。

この圧縮機ディフューザによれば、圧縮機が生成する圧縮空気を燃焼器の各燃焼筒に直接供給する。このため、圧縮機が生成する圧縮空気を車室に流す構成と比較して、圧縮空気の反転を生じさせず、かつ急拡大を抑制するため、圧縮空気の圧力損失を低減する。この結果、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記一端を１つの環状に形成し、前記他端を二重の環状に形成する中子部材を有することが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、一端を１つの環状に形成し、他端を二重の環状に形成する中子部材を有することで、燃焼筒に供給する圧縮空気の流れを燃焼筒の筒型に合わせて環状にする。このため、燃焼筒に対する圧縮空気の供給分布が調整される。この結果、燃焼筒の燃焼効率を向上することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記一端から前記他端に連続して２つの通路に分割形成する分割部材を有することが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、一端から他端に連続して２つの空気通路に分割形成する分割部材を有することで、空気通路を分割しない場合と比較して、１つの空気通路の拡大角度が小さくなるため圧力損失を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記一端と前記他端との少なくとも一方に圧縮空気を抽気する抽気部が設けられていることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、一端から圧縮空気を抽気する場合では、一端の外周縁において圧縮機ディフューザ内の圧縮空気の速度が低い分布となるがこの速度の低い圧縮空気を取り出すため圧力損失を低減することができる。また、他端から圧縮空気を抽気する場合では、より圧力の高い圧縮空気を取り出すため高圧部の冷却を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記圧縮機の出口に設けられる静翼を前記一端側の内部に配置し、当該一端側のタービン周方向に流路を分割するタービン径方向の側壁を前記静翼の形状に合わせて形成することが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、側壁に沿って流れる圧縮空気の流れの乱れを抑制して圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記一端の側端部を前記圧縮機の出口に設けられる静翼の後端に一致させることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、側端部から他端に向けて流れる圧縮空気の流れの乱れを抑制して圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記他端が前記燃焼筒に差し込まれ、前記一端が前記圧縮機の出口側に対して取付フランジを介して取り付けられることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、他端を燃焼筒に差し込んで取付フランジを圧縮機の出口側に対して取り付けることで固定することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記他端側が前記燃焼筒と一体に形成され、前記一端が前記圧縮機の出口側に対して取付フランジを介して取り付けられることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、他端が燃焼筒と一体であるため、取付フランジを圧縮機の出口側に対して取り付けることで燃焼筒と共に固定することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記他端が前記燃焼筒に差し込まれ、前記一端を前記圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、前記燃焼筒が配置される車室に対して支持部材を介して取り付けられることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、他端を燃焼筒に差し込んで、一端を圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、支持部材を介して車室内に固定することができる。

また、本発明の一態様に係る圧縮機ディフューザでは、前記他端側が前記燃焼筒と一体に形成され、前記一端を前記圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、前記燃焼筒が配置される車室に対して支持部材を介して取り付けられることが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、他端が燃焼筒と一体であるため、一端を圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、支持部材を介して車室内に固定することができる。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るガスタービンは、回転軸を中心に設けられたタービンと、前記回転軸の周りに複数配置されて前記タービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、上述したいずれか１つの圧縮機ディフューザと、を備える。

このガスタービンによれば、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン全体の効率を向上することができる。

本発明によれば、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。 図４は、本発明の実施形態１に係る圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。 図５は、本発明の実施形態２に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図６は、本発明の実施形態２に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。 図７は、本発明の実施形態３に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図８は、本発明の実施形態３に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。 図９は、本発明の実施形態３に係る圧縮機ディフューザの一端面図である。 図１０は、本発明の実施形態３に係る圧縮機ディフューザのタービン軸方向の途中端面図である。 図１１は、本発明の実施形態３に係る圧縮機ディフューザの他端面図である。 図１２は、本発明の実施形態４に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図１３は、本発明の実施形態５に係る圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。 図１４は、本発明の実施形態５に係る圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。 図１５は、本発明の実施形態６に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図１６は、本発明の実施形態６に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図１７は、本発明の実施形態６に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、本実施形態に係るガスタービンの概略構成図である。

図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１と燃焼器２とタービン３とを備えている。このガスタービン１０は、圧縮機１、燃焼器２およびタービン３の中心部に、回転軸であるタービン軸４が貫通して配置されている。圧縮機１、燃焼器２およびタービン３は、タービン軸４の軸心Ｃに沿い、空気の流れの前側から後側に向かって順に並設されている。なお、以下の説明において、タービン軸方向とは軸心Ｃに平行な方向をいい、タービン周方向とは軸心Ｃを中心とした周り方向をいい、タービン径方向とは軸心Ｃに直交する方向をいう。

圧縮機１は、空気を圧縮して圧縮空気とするものである。圧縮機１は、空気を取り込む空気取入口１１を有した円筒形状の圧縮機ケーシング１２内に圧縮機静翼１３および圧縮機動翼１４が設けられている。圧縮機静翼１３は、圧縮機ケーシング１２側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機動翼１４は、タービン軸４側に取り付けられてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数並設されている。これら圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。

燃焼器２は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器２は、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させる燃焼筒２１と、燃焼筒２１から燃焼ガスをタービン３に導く尾筒２２とを有している。燃焼筒２１は、車室Ｒをなす円筒形状の燃焼器ケーシング２３内においてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。また、燃焼筒２１は、圧縮機１に対して圧縮機ディフューザ５を介して接続されている。圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１からの圧縮空気を燃焼筒２１に導く空気通路をなす筒体であり、詳細は後述する。

タービン３は、燃焼器２で燃焼された燃焼ガスにより回転動力を生じるものである。タービン３は、円筒形状のタービンケーシング３１内にタービン静翼３２およびタービン動翼３３が設けられている。タービン静翼３２は、タービンケーシング３１側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、タービン動翼３３は、タービン軸４側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。これらタービン静翼３２とタービン動翼３３とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。また、タービンケーシング３１の後側には、タービン３に連続する排気ディフューザ３４ａを有した排気室３４が設けられている。

タービン軸４は、圧縮機１側の端部が軸受部４１により支持され、排気室３４側の端部が軸受部４２により支持されて、軸心Ｃを中心として回転自在に設けられている。そして、タービン軸４は、図には明示しないが、圧縮機１側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。

このようなガスタービン１０は、圧縮機１の空気取入口１１から取り込まれた空気が、複数の圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４と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。この圧縮空気に対し、燃焼器２において燃料が混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスがタービン３のタービン静翼３２とタービン動翼３３とを通過することでタービン軸４が回転駆動され、このタービン軸４に連結された発電機に回転動力を付与することで発電を行う。そして、タービン軸４を回転駆動した後の排気ガスは、排気室３４の排気ディフューザ３４ａを経て排気ガスとして大気に放出される。

図２は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。図３は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。図４は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。

圧縮機ディフューザ５は、図２に示すように、筒状に形成されており、一端５１が圧縮機１における出口１６に接続され、他端５２が燃焼器２における燃焼筒２１の給気口２４に接側されて、圧縮機１と燃焼器２とを繋ぐことで、圧縮機１からの圧縮空気を燃焼筒２１に導く空気通路をなす。

ここで、圧縮機１は、上述したように、円筒形状の圧縮機ケーシング１２内に圧縮機静翼１３および圧縮機動翼１４がタービン周方向に複数並設されている。このため、圧縮機１の出口１６は、タービン軸４を中心とした円環状に形成されている。

また、燃焼器２の燃焼筒２１は、上述したように、円筒形状の燃焼器ケーシング２３内にタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。各燃焼筒２１は、図２に示すように、筒型に形成され、その内部の中心にパイロット燃焼バーナ２１Ａが配置されている。また、燃焼筒２１は、その内周面に沿ってパイロット燃焼バーナ２１Ａを取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ２１Ｂが配置されている。パイロット燃焼バーナ２１Ａは、燃焼筒２１に支持されたパイロットコーン２１Ａａと、パイロットコーン２１Ａａの内部に配置されたパイロットノズル２１Ａｂとから構成されている。また、各メイン燃焼バーナ２１Ｂは、メインノズル２１Ｂａと、メインノズル２１Ｂａの外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）２１Ｂｂとから構成されている。また、燃焼筒２１は、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル２１Ａｂに連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メインノズル２１Ｂａに連結されている。また、燃焼筒２１は、パイロット燃焼バーナ２１Ａを囲む内筒２１Ｃにより、当該内筒２１Ｃの内側にパイロット燃焼バーナ２１Ａ側に圧縮空気を送る流路が形成され、内筒２１Ｃの外側にメイン燃焼バーナ２１Ｂ側に圧縮空気を送る流路が形成される。この燃焼筒２１は、筒型の軸がタービン軸方向に沿って配置され、給気口２４が筒型の開口部とされて、当該給気口２４を圧縮機１の出口１６側に向けて配置される。この燃焼筒２１は、高温・高圧の圧縮空気の空気流が給気口２４から内部に流れ込むと、この圧縮空気がメイン燃焼バーナ２１Ｂから噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となる。また、圧縮空気は、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼筒２１内に噴出される。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼筒２１内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出されることで、各メイン燃焼バーナ２１Ｂから燃焼筒２１内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射されたパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃焼バーナ２１Ｂからの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

このような圧縮機１と燃焼筒２１とを繋ぐ圧縮機ディフューザ５は、燃焼筒２１がタービン周方向に複数並設されていることから、各燃焼筒２１に接続されるために、各燃焼筒２１の数に応じた同数がタービン周方向に並設される。そして、圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１の出口１６が円環状に形成されているため、当該出口１６に接続される一端５１が、圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割した形状に合わせて形成されている。具体的には、図３に示すように、タービン軸４を中心とするタービン周方向に沿って設けられた二重円弧部５１ａと、二重円弧部５１ａの両側を繋ぐように圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割する側端部５１ｂと、を含んだ扇型の一部をなす略矩形状の１つの環状の開口形状に形成されている。また、圧縮機ディフューザ５は、筒型に形成された燃焼筒２１の給気口２４に接続される他端５２が、１つの燃焼筒２１の筒型に合わせて円形状の１つの環状の開口形状に形成されている。そして、圧縮機ディフューザ５は、一端５１から他端５２に至りタービン軸方向に沿って連続し、扇型の一部をなす略矩形状から円形状に変化した筒形状に形成されている。

また、圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１の出口１６が空気を圧縮するために入口側に比較して窄まって形成され、燃焼筒２１の給気口２４が十分な流量の圧縮空気を給気するために比較的大きく形成されているため、図３に示すように、圧縮機１側の一端５１の二重円弧部５１ａが圧縮機１の出口１６の寸法に近似するタービン径方向寸法Ｈ１とされ、燃焼筒２１側の他端５２が燃焼筒２１の筒型の直径に近似するタービン径方向寸法Ｈ２とされている。そして、一端５１のタービン径方向寸法Ｈ１よりも他端５２のタービン径方向寸法Ｈ２が大きく形成されている。一方、圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１の出口１６が円環状に連続して形成され、燃焼筒２１がタービン周方向に複数並設されて給気口２４が筒型の開口部として形成されているため、図４に示すように、圧縮機１側の一端５１が圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割されたタービン周方向寸法Ｄ１とされ、燃焼筒２１側の他端５２が燃焼筒２１の筒型の直径に近似するタービン周方向寸法Ｄ２とされている。そして、一端５１のタービン周方向寸法Ｄ１よりも他端５２のタービン周方向寸法Ｄ２が小さく形成されている。このタービン径方向寸法Ｈ１，Ｈ２およびタービン周方向寸法Ｄ１，Ｄ２の関係において、圧縮機ディフューザ５は、タービン径方向断面の通路断面積が一端５１から他端５２に向けて漸次大きくなるように形成されている。すなわち、本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１が生成する圧縮空気の動圧を静圧に変換して燃焼器２の燃焼筒２１に供給する。

このように、本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、一端５１が圧縮機１の出口１６に接続され、他端５２が１つの燃焼筒２１の給気口２４に接続される態様で、一端５１がタービン軸４を中心とする二重円弧部５１ａを含む開口形状に形成され、他端５２が燃焼筒２１の筒型に合わせた開口形状に形成されて、一端５１から他端５２に至り連続してタービン軸４の延在方向に沿って配置される。

この圧縮機ディフューザ５によれば、圧縮機１が生成する圧縮空気を燃焼器２の各燃焼筒２１に直接供給する。このため、圧縮機１が生成する圧縮空気を車室Ｒに流す構成と比較して、圧縮空気の反転を生じさせず、かつ急拡大を抑制するため、圧縮空気の圧力損失を低減する。この結果、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、この圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。図６は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。

本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、図５および図６に示すように、上述した実施形態１に対し中子部材５３を有し、他の構成は同じである。従って、本実施形態において上述した実施形態１と同等部分には同一符号を付してその説明を省略する。

中子部材５３は、圧縮機ディフューザ５の内部に配置されている。中子部材５３は、圧縮機ディフューザ５の内部において、一端５１側に向く先端部５３ａと、他端５２に配置された後端部５３ｂとを有している。先端部５３ａは、圧縮機ディフューザ５の内部での配置箇所における圧縮機ディフューザ５のタービン径方向寸法の中央で、タービン軸４を中心とするタービン周方向に沿って設けられた円弧からなる線状に形成されている。また、先端部５３ａは、圧縮機ディフューザ５の内部での配置箇所における圧縮機ディフューザ５のタービン周方向寸法よりも短く形成されている。後端部５３ｂは、圧縮機ディフューザ５の他端５２の円形状よりも小さい径の円形状に形成されている。そして、中子部材５３は、線状の先端部５３ａから円形状の後端部５３ｂに至りタービン軸方向に沿って連続し、線状から円形状に変化した形状に形成されている。すなわち、中子部材５３は、線状の先端部５３ａが嘴状に尖っており、後端部５３ｂに向かって徐々に円形状に変化し、圧縮機ディフューザ５の外形を小さくしたような形状に形成されている。この中子部材５３は、図示しない支持部材により圧縮機ディフューザ５の内部に支持されて、圧縮機ディフューザ５の内周面に接触せず宙に浮いているように配置されている。中子部材５３は、後端部５３ｂが板材で閉塞されてしていてもよい。また、中子部材５３は、その内部が中空でも中実であってもよい。

この中子部材５３により、圧縮機ディフューザ５は、一端５１が１つの環状に形成され、他端５２が後端部５３ｂにより二重の環状（リング状）の開口形状に形成される。また、後端部５３ｂの位置おより円形状の径は、燃焼筒２１に設けられた内筒２１Ｃの位置および径に近似しており、リング状の他端５２の開口は、メイン燃焼バーナ２１Ｂに対向する。

この圧縮機ディフューザ５によれば、一端５１を１つの環状に形成し、他端５２を二重の環状に形成する中子部材５３を有することで、燃焼筒２１に供給する圧縮空気の流れを燃焼筒２１の筒型に合わせて環状にする。このため、燃焼筒２１に対する圧縮空気の供給分布が調整される。この結果、燃焼筒２１の燃焼効率を向上することができる。特に、本実施形態では、圧縮空気を主にメイン燃焼バーナ２１Ｂの流路に向けて供給するため、メイン燃焼バーナ２１Ｂとパイロット燃焼バーナ２１Ａとに対する圧縮空気の供給分布を調整することができ、この結果、燃焼筒２１の燃焼効率を向上することができる。

また、この圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、燃焼筒２１の燃焼効率を向上することができる。この結果、主にガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

［実施形態３］
図７は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。図８は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザの斜視図である。図９は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザの一端面図である。図１０は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザのタービン軸方向の途中端面図である。図１１は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザの他端面図である。

本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、図７から図１１に示すように、上述した実施形態１に対し分割部材５４を有し、他の構成は同じである。従って、本実施形態において上述した実施形態１と同等部分には同一符号を付してその説明を省略する。

分割部材５４は、圧縮機ディフューザ５の内部に配置されている。分割部材５４は、圧縮機ディフューザ５の内部において、一端５１に配置された先端部５４ａと、他端５２に配置された後端部５４ｂとを有している。先端部５４ａは、圧縮機ディフューザ５の一端５１において圧縮機ディフューザ５のタービン径方向寸法の中央であって二重円弧部５１ａの中央でタービン軸４を中心とするタービン周方向に沿って設けられた円弧からなる線状に形成され、両端が各側端部５１ｂに至り設けられている。後端部５４ｂは、圧縮機ディフューザ５の他端５２の円形状よりも小さい径の円形状に形成されている。そして、分割部材５４は、線状の先端部５４ａから円形状の後端部５４ｂに至りタービン軸方向に沿って連続し、線状から円形状に変化した形状に形成されている。すなわち、分割部材５４は、線状の先端部５４ａが嘴状に尖っており、後端部５４ｂに向かって徐々に円形状に変化し、圧縮機ディフューザ５の他端５２に向けて圧縮機ディフューザ５の外形を小さくした形状に形成されている。また、分割部材５４は、その両外側に分割板５４ｃが設けられている。分割板５４ｃは、線状の先端部５４ａから円形状の後端部５４ｂに至って両外側で連続し、かつ圧縮機ディフューザ５の内周面に一体に設けられており、圧縮機ディフューザ５の空気通路を２分割している。分割部材５４は、後端部５４ｂが板材で閉塞されてしていてもよい。また、分割部材５４は、その内部が中空でも中実であってもよい。

この分割部材５４により、圧縮機ディフューザ５は、一端５１が先端部５４ａで２分割され、他端５２が後端部５４ｂにより二重の環状（リング状）の開口形状に形成され、一端５１から他端５２に至り分割板５４ｃで２分割される。また、後端部５４ｂの位置おより円形状の径は、燃焼筒２１に設けられた内筒２１Ｃの位置および径に近似しており、リング状の他端５２の開口は、メイン燃焼バーナ２１Ｂに対向する。

この圧縮機ディフューザ５によれば、一端５１から他端５２に連続して２つの空気通路に分割形成する分割部材５４を有することで、空気通路を分割しない場合と比較して、１つの空気通路の拡大角度が小さくなるため圧力損失を低減することができる。また、本実施形態では、圧縮空気を主にメイン燃焼バーナ２１Ｂの流路に向けて供給するため、メイン燃焼バーナ２１Ｂとパイロット燃焼バーナ２１Ａとに対する圧縮空気の供給分布を調整することができ、この結果、燃焼筒２１の燃焼効率を向上することができる。

また、この圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

［実施形態４］
図１２は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。

本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、抽気部５５を有し、他の構成は上述した実施形態１から実施形態３と同じである。従って、本実施形態において上述した実施形態１から実施形態３と同等部分には同一符号を付してその説明を省略する。

抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５から圧縮空気を抽気するため圧縮機ディフューザ５の内外に通じる穴として形成されている。この抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５の一端５１と他端５２との少なくとも一方に設けられている。例えば、抽気部５５は、圧縮機ディフューザ５の一端５１の縁部分や他端５２の縁部分に形成された穴である。従って、抽気部５５により、圧縮機ディフューザ５を介して圧縮機１から燃焼筒２１に送られる圧縮空気Ｐの一部が、車室Ｒをなす円筒形状の燃焼器ケーシング２３内に取り出される。

この抽気部５５に関連し、図１２に示すように、ガスタービン１０は、タービン軸４の外周に、タービン周方向に沿ってリング形状をなす中間軸カバー６が装着されている。そして、この中間軸カバー６の外周において、燃焼器ケーシング２３内であって複数の燃焼筒２１の外側に車室Ｒが区画される。

また、ガスタービン１０は、冷却装置７を有している。冷却装置７は、車室Ｒから燃焼器ケーシング２３の外部に通じる排気管７１と、燃焼器ケーシング２３の外部から燃焼器ケーシング２３を貫通して中間軸カバー６の内部（タービン軸４側）に通じる給気管７２と、排気管７１と給気管７２とを連通する冷却管７３と、冷却管７３の途中に設けられた熱交換器（ＴＣＡクーラ）７４と、を有する。

従って、抽気部５５により車室Ｒに取り出された圧縮空気Ｐは、排気管７１から燃焼器ケーシング２３の外部の冷却管７３に排気され熱交換器７４にて冷媒と熱交換されて給気管７２を介して中間軸カバー６の内部に供給される。そして、この冷却された圧縮空気Ｐにより、タービン静翼３２やタービン動翼３３やタービン軸４などを冷却することができる。

この圧縮機ディフューザ５によれば、一端５１と他端５２との少なくとも一方に抽気部５５を設けることで、一端５１から圧縮空気を抽気する場合では、一端５１の外周縁において圧縮機ディフューザ５内の圧縮空気の速度が低い分布となるがこの速度の低い圧縮空気を取り出すため圧力損失を低減することができる。また、他端５２から圧縮空気を抽気する場合では、より圧力の高い圧縮空気を取り出すため高圧部の冷却を行うことができる。

また、この圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

［実施形態５］
図１３および図１４は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。

図２、図５、図７および図１２に示すように、圧縮機１は、出口１６に最終段静翼１３ａがタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機１は、出口１６において最終段静翼１３ａよりも下流に出口案内静翼１５がタービン周方向に複数並設される場合がある。

本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、これら、最終段静翼１３ａや出口案内静翼１５に対応して設けられており、他の構成は上述した実施形態１から実施形態４と同じである。従って、本実施形態において上述した実施形態１から実施形態４と同等部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図１３に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１が圧縮機１の出口１６に接続され、当該出口１６に設けられる静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）を一端５１側の内部に配置している。圧縮機ディフューザ５は、一端５１を静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）の先端（圧縮空気の流れの上流端）ｔに揃えるように配置されている。また、圧縮機ディフューザ５は、静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）が設けられるタービン軸方向の範囲Ｗにおいて、一端５１の側端部５１ｂから他端５２側に向かうタービン周方向に流路を分割するタービン径方向の側壁５６が、タービン周方向で隣接する静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）の形状と同様の形状に合わせて形成されている。また、タービン周方向で隣接する各圧縮機ディフューザ５は、一端５１の側端部５１ｂをタービン周方向で一致させて側壁５６が相互に接触して連続するように設けられている。

この圧縮機ディフューザ５によれば、圧縮機１の出口１６に設けられる静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）を一端５１側の内部に配置し、当該一端５１側のタービン周方向に流路を分割するタービン径方向の側壁５６を静翼の形状に合わせて形成することで、側壁５６に沿って流れる圧縮空気の流れの乱れを抑制して圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、図１４に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１を静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）の後端（圧縮空気の流れの下流端）ｅに揃えるように配置されている。また、圧縮機ディフューザ５は、一端５１の側端部５１ｂを静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）の後端（圧縮空気の流れの下流端）ｅに一致するように配置されている。

この圧縮機ディフューザ５によれば、一端５１の側端部５１ｂを圧縮機１の出口１６に設けられる静翼（最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５）の後端ｅに一致させることで、側端部５１ｂから他端５２に向けて流れる圧縮空気の流れの乱れを抑制して圧縮空気の圧力損失を低減することができる。

また、これらの圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

［実施形態６］
図１５から図１７は、本実施形態に係る圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。

本実施形態の圧縮機ディフューザ５は、その取り付けに関するもので、他の構成は上述した実施形態１から実施形態５と同じである。従って、本実施形態において上述した実施形態１から実施形態５と同等部分には同一符号を付してその説明を省略する。

図１５に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１に取付フランジ５７が設けられている。取付フランジ５７は、一端５１において圧縮機ディフューザ５の外側に突出して形成され、圧縮機１の出口１６側（例えば、最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５を固定する静翼環）に対してボルトなどで締結される。また、図１５に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２が燃焼筒２１の給気口２４に差し込まれる。従って、図１５に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２を燃焼筒２１に差し込み、一端５１を圧縮機１の出口１６側に対して取付フランジ５７を介して取り付けて固定される。また、図１５に示す圧縮機ディフューザ５は、取付フランジ５７を圧縮機１の出口１６側に対して外し、他端５２を燃焼筒２１から引き抜くことで取り外される。

ここで、燃焼筒２１は、支持部材８を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。また、尾筒２２は、支持部材９を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。

そして、燃焼器ケーシング２３は、燃焼筒２１を開放することのできる開放穴２３Ａａが燃焼筒カバー２３Ａｂで開閉可能に設けられている。燃焼筒カバー２３Ａｂは、支持部材８が取り付けられる。従って、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して燃焼筒２１の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

燃焼筒カバー２３Ａｂは、車室Ｒ内の圧縮機ディフューザ５側にアクセスすることのできるマンホール２３Ｂａが蓋２３Ｂｂで開閉可能に設けられている。従って、蓋２３Ｂｂを外すことでマンホール２３Ｂａから作業車が車室Ｒ内に入ることができ、取付フランジ５７の取り付けや取り外しが行える。そして、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して圧縮機ディフューザ５の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

また、燃焼器ケーシング２３は、車室Ｒ内の尾筒２２側にアクセスすることのできるマンホール２３Ｃａが蓋２３Ｃｂで開閉可能に設けられている。従って、蓋２３Ｃｂを外すことでマンホール２３Ｃａから作業者が車室Ｒ内に入ることができ、支持部材９の取り付けや取り外しが行える。そして、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して尾筒２２の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

このように、図１５に示す圧縮機ディフューザ５によれば、他端５２を燃焼筒２１に差し込んで取付フランジ５７を圧縮機１の出口１６側に対して取り付けることで固定することができる。

図１６に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１に取付フランジ５７が設けられている。取付フランジ５７は、一端５１において圧縮機ディフューザ５の外側に突出して形成され、圧縮機１の出口１６側（例えば、最終段静翼１３ａまたは出口案内静翼１５を固定する静翼環）に対してボルトなどで締結される。また、図１６に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２が燃焼筒２１と一体に形成されている。従って、図１６に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１を圧縮機１の出口１６側に対して取付フランジ５７を介して取り付けて固定される。また、図１６に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２側が燃焼筒２１と共に固定される。

ここで、燃焼筒２１は、支持部材８を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。また、尾筒２２は、支持部材９を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。

そして、燃焼器ケーシング２３は、燃焼筒２１を開放することのできる開放穴２３Ａａが燃焼筒カバー２３Ａｂで開閉可能に設けられている。燃焼筒カバー２３Ａｂは、支持部材８が取り付けられる。従って、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して燃焼筒２１および圧縮機ディフューザ５の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

燃焼筒カバー２３Ａｂは、車室Ｒ内の圧縮機ディフューザ５側にアクセスすることのできるマンホール２３Ｂａが蓋２３Ｂｂで開閉可能に設けられている。従って、蓋２３Ｂｂを外すことでマンホール２３Ｂａから作業者が車室Ｒ内に入ることができ、取付フランジ５７の取り付けや取り外しが行える。

また、燃焼器ケーシング２３は、車室Ｒ内の尾筒２２側にアクセスすることのできるマンホール２３Ｃａが蓋２３Ｃｂで開閉可能に設けられている。従って、蓋２３Ｃｂを外すことでマンホール２３Ｃａから作業者が車室Ｒ内に入ることができ、支持部材９の取り付けや取り外しが行える。そして、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して尾筒２２の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

このように、図１６に示す圧縮機ディフューザ５によれば、他端５２が燃焼筒２１と一体であるため、取付フランジ５７を圧縮機１の出口１６側に対して取り付けることで燃焼筒２１と共に固定することができる。

図１７に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２が燃焼筒２１の給気口２４に差し込まれる（図１５参照）。または、図１７に示す圧縮機ディフューザ５は、他端５２が燃焼筒２１と一体に形成されていてもよい。また、図１７に示す圧縮機ディフューザ５は、支持部材５８を介して燃焼器ケーシング２３側に支持される。従って、図１７に示す圧縮機ディフューザ５は、一端５１を圧縮機１の出口１６に対して付き合わせた形態で、支持部材５８を介して車室Ｒ内に固定される。

ここで、燃焼筒２１は、支持部材８を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。また、尾筒２２は、支持部材９を介して燃焼器ケーシング２３側に支持されることで車室Ｒ内に固定される。

そして、燃焼器ケーシング２３は、燃焼筒２１を開放することのできる開放穴２３Ａａが燃焼筒カバー２３Ａｂで開閉可能に設けられている。燃焼筒カバー２３Ａｂは、支持部材８が取り付けられる。従って、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して燃焼筒２１および圧縮機ディフューザ５の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

また、燃焼器ケーシング２３は、車室Ｒ内の尾筒２２側にアクセスすることのできるマンホール２３Ｃａが蓋２３Ｃｂで開閉可能に設けられている。従って、蓋２３Ｃｂを外すことでマンホール２３Ｃａから作業者が車室Ｒ内に入ることができ、支持部材９の取り付けや取り外しが行える。そして、燃焼器ケーシング２３から燃焼筒カバー２３Ａｂを外すことで開放穴２３Ａａを介して尾筒２２の車室Ｒに対する出し入れを行うことができる。

このように、図１７に示す圧縮機ディフューザ５によれば、他端５２を燃焼筒２１に差し込んで、一端５１を圧縮機１の出口１６に対して付き合わせた形態で、支持部材５８を介して車室Ｒ内に固定することができる。または、図１７に示す圧縮機ディフューザ５によれば、他端５２が燃焼筒２１と一体であるため、一端５１を圧縮機１の出口１６に対して付き合わせた形態で、支持部材５８を介して車室Ｒ内に固定することができる。

１ 圧縮機
１１ 空気取入口
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機静翼
１３ａ 最終段静翼
１４ 圧縮機動翼
１５ 出口案内静翼
１６ 出口
２ 燃焼器
２１ 燃焼筒
２１Ａ パイロット燃焼バーナ
２１Ａａ パイロットコーン
２１Ａｂ パイロットノズル
２１Ｂ メイン燃焼バーナ
２１Ｂａ メインノズル
２１Ｂｂ 旋回翼
２１Ｃ 内筒
２２ 尾筒
２３ 燃焼器ケーシング
２３Ａａ 開放穴
２３Ａｂ 燃焼筒カバー
２３Ｂａ マンホール
２３Ｂｂ 蓋
２３Ｃａ マンホール
２３Ｃｂ 蓋
２４ 給気口
３ タービン
３１ タービンケーシング
３２ タービン静翼
３３ タービン動翼
３４ 排気室
３４ａ 排気ディフューザ
４ タービン軸（回転軸）
４１，４２ 軸受部
５ 圧縮機ディフューザ
５１ 一端
５１ａ 二重円弧部
５１ｂ 側端部
５２ 他端
５３ 中子部材
５３ｂ 後端部
５３ａ 先端部
５４ 分割部材
５４ａ 先端部
５４ｂ 後端部
５４ｃ 分割板
５５ 抽気部
５６ 側壁
５７ 取付フランジ
５８ 支持部材
６ 中間軸カバー
７ 冷却装置
７１ 排気管
７２ 給気管
７３ 冷却管
７４ 熱交換器
８ 支持部材
９ 支持部材
１０ ガスタービン
ｔ 先端
ｅ 後端
Ｄ１，Ｄ２ タービン周方向寸法
Ｈ１，Ｈ２ タービン径方向寸法
Ｐ 圧縮空気
Ｃ 軸心
Ｒ 車室
Ｗ 範囲

Claims (11)

1. 回転軸の周りに複数配置されてタービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、の間に設けられる圧縮機ディフューザにおいて、
   一端が前記圧縮機の出口に接続され、他端が１つの前記燃焼筒の給気口に接続される態様で、前記一端が前記回転軸を中心とする二重円弧部を含む開口形状に形成され、前記他端が１つの前記燃焼筒の筒型に合わせた開口形状に形成されて、前記一端から前記他端に至り連続して前記回転軸の延在方向に沿って配置される、圧縮機ディフューザ。
2. 前記一端を１つの環状に形成し、前記他端を二重の環状に形成する中子部材を有する、請求項１に記載の圧縮機ディフューザ。
3. 前記一端から前記他端に連続して２つの通路に分割形成する分割部材を有する、請求項１に記載の圧縮機ディフューザ。
4. 前記一端と前記他端との少なくとも一方に圧縮空気を抽気する抽気部が設けられている、請求項１から３のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
5. 前記圧縮機の出口に設けられる静翼を前記一端側の内部に配置し、当該一端側のタービン周方向に流路を分割するタービン径方向の側壁を前記静翼の形状に合わせて形成する、請求項１から４のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
6. 前記一端の側端部を前記圧縮機の出口に設けられる静翼の後端に一致させる、請求項１から４のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
7. 前記他端が前記燃焼筒に差し込まれ、前記一端が前記圧縮機の出口側に対して取付フランジを介して取り付けられる、請求項１から６のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
8. 前記他端側が前記燃焼筒と一体に形成され、前記一端が前記圧縮機の出口側に対して取付フランジを介して取り付けられる、請求項１から６のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
9. 前記他端が前記燃焼筒に差し込まれ、前記一端を前記圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、前記燃焼筒が配置される車室に対して支持部材を介して取り付けられる、請求項１から６のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
10. 前記他端側が前記燃焼筒と一体に形成され、前記一端を前記圧縮機の出口に対して付き合わせた形態で、前記燃焼筒が配置される車室に対して支持部材を介して取り付けられる、請求項１から６のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザ。
11. 回転軸を中心に設けられたタービンと、
    前記回転軸の周りに複数配置されて前記タービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、
    前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、
    請求項１から１０のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザと、
    を備える、ガスタービン。

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