JP2021127755A - ２軸式ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー効率の低下を抑え、２軸式ガスタービンのコンパクト化を可能にする２軸式ガスタービン。
【解決手段】圧縮機と、圧縮機の回転軸と連結される第１軸を有する高圧タービンと、第１軸とは別の第２軸を有し、高圧タービンとの軸線Ｏ１方向の間に間隔をあけて同軸上に設けられた低圧タービンと、高圧タービンの最終段動翼１４と低圧タービンの初段動翼１５の軸線Ｏ１方向の間に設けられ、高圧タービンから低圧タービンに燃焼ガスを供給するための中間流路１３と、中間流路１３内に配置され、低圧タービンの初段静翼を兼ねるストラット１６と、を備え、最終段動翼１４の出口における中間流路１３の環状流路面積をＡ、ストラット１６の前縁１６ａ位置における中間流路１３の環状流路面積をＢ、ストラット１６の後縁１６ｂ位置における中間流路１３の環状流路面積をＣとしたとき、Ｂ／Ａ＞Ｃ／Ｂを満たす。
【選択図】図４

Description

本開示は、２軸式ガスタービンに関する。

従来から、高圧タービンと低圧タービンとを別軸で設け、高圧タービンを通過後の燃焼ガスを中間ダクトを介して低圧タービンに供給するようにした２軸式ガスタービンが知られている。
例えば、重構造型の２軸式ガスタービンは、回転軸の回転数を任意に調節、選択でき、広い回転数域での駆動を実現でき、また、起動時に、圧縮機駆動用タービンを回転させる起動用モータの起動時トルクが小さくて済み、さらにメンテナンス性がよいなどの多くの利点を有しているため、各種産業機械、発電装置などのタービン、特に産業機械の駆動用タービンとして多用されている。

２軸式ガスタービンは、１軸式ガスタービンと比較し、軸数が増える分、重量、軸長が増大する。このため、２軸式ガスタービンにおいては、極力コンパクトにすることが求められている。

この点、特許文献１には、中間ダクトに設けられるストラットを、静翼を兼ねる設計、すなわち、ストラット／静翼一体型として、軸長の短縮を図った航空エンジン用の２軸式ガスタービンが開示されている。

米国特許出願公開第２０１９／０１３６７０２号明細書

しかしながら、特許文献１の２軸式ガスタービンのように、中間ダクトに設けられるストラットを、静翼を兼ねる設計とした場合には、２軸式ガスタービンの軸長を短くできる反面、ストラットが設けられた軸方向位置範囲内での流速が高いために大きなエネルギー損失が生じるという問題があった。

本開示は、上記事情に鑑み、コンパクト化を図りつつ燃焼ガスのエネルギー損失を抑制可能な２軸式ガスタービンを提供することを目的とする。

本開示の２軸式ガスタービンの一態様は、圧縮機と、前記圧縮機の回転軸と連結される第１軸を有する高圧タービンと、前記第１軸とは別の第２軸を有し、前記高圧タービンとの軸線方向の間に間隔をあけて同軸上に設けられた低圧タービンと、前記高圧タービンの最終段動翼と前記低圧タービンの初段動翼の前記軸線方向の間に設けられ、前記高圧タービンから前記低圧タービンに燃焼ガスを供給するための中間流路と、前記中間流路内に配置され、前記低圧タービンの初段静翼を兼ねるストラットと、を備え、前記最終段動翼の出口における前記中間流路の環状流路面積をＡ、前記ストラットの前縁位置における前記中間流路の環状流路面積をＢ、前記ストラットの後縁位置における前記中間流路の環状流路面積をＣとしたとき、Ｂ／Ａ＞Ｃ／Ｂを満たす。

本開示の２軸式ガスタービンの一態様においては、中間流路に設けられるストラットが低圧タービンの初段静翼を兼ねることで、スケール（軸長）を短縮し、コンパクト化を図ることが可能になる。

これに加え、本開示の２軸式ガスタービンの一態様においては、ストラットの上流側における中間流路の面積拡大率Ｂ／Ａを、ストラットの軸線方向範囲内における中間流路の面積拡大率Ｃ／Ｂよりも大きく設定することで、燃焼ガスが高圧タービンの最終段動翼の出口を通過した後、ストラットに流入するまでの間に流れを減速させることができる。このため、ストラット内における損失を抑制できる。

よって、本開示の２軸式ガスタービンの一態様によれば、コンパクト化を図りつつ燃焼ガスのエネルギー損失を抑制可能な２軸式ガスタービンを実現することが可能になる。

第１実施形態、第２実施形態の２軸式ガスタービンを示す図である。 図１のＳ部を示す図であり、第１実施形態、第２実施形態の２軸式ガスタービンの中間流路区間部（中間流路）を示す図である。 比較例と、第１実施形態、第２実施形態の２軸式ガスタービンとの中間流路の流路面積比の違いを示す図である。 比較例と、第１実施形態、第２実施形態の２軸式ガスタービンとの中間流路の流路面積Ａ,Ｂ,Ｃの位置を示す図である。 第２実施形態の２軸式ガスタービンの高圧タービンから中間流路に流入する燃焼ガスの流れを示す図である。 第２実施形態の２軸式ガスタービンの高圧タービンの最終静翼の基本翼型、ミーン位置よりも径方向内側部分の翼型を示す図である。 第２実施形態の２軸式ガスタービンの高圧タービンの最終静翼を示す正面図である。 第２実施形態の２軸式ガスタービンの高圧タービンの最終静翼の設置状態の変更例を示す図である。 第２実施形態の２軸式ガスタービンの高圧タービンの最終静翼のスロートの状態の一例を示す図である。

（第１実施形態）
以下、図１から図４を参照し、第１実施形態に係る２軸式ガスタービンについて説明する。ここで、本実施形態の２軸式ガスタービンは、各種産業機械、発電装置などの重構造型のガスタービンとして用いて好適な２軸式ガスタービンに関するものである。但し、本開示の２軸式ガスタービンは、航空機用（航空エンジン用）など、他用途のガスタービンとして用いても勿論構わない。

本実施形態の２軸式ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機駆動側タービン部（ガスジェネレータ部）２と、出力側タービン部（パワータービン部）３と、を備える。２軸式ガスタービン１は、出力側タービン部３によって、産業機械、発電電動機などの負荷機器１０を駆動するように構成される。また、２軸式ガスタービン１は、不図示の制御装置、圧縮機駆動側タービン部２及び出力側タービン部３を内包するタービンケーシングなどを備えている。

圧縮機駆動側タービン部２は、大気中から取り込んだ空気Ｒ１を圧縮して圧縮空気Ｒ２を生成する圧縮機４と、圧縮機４から送られた圧縮空気Ｒ２に燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスＲ３を生成する燃焼器５と、高圧タービン６のロータを兼ねた第１軸（ガスジェネレータ軸）７を介して圧縮機４に同軸接続される高圧タービン６と、を備える。
圧縮機駆動側タービン部２では、燃焼器５から送られた高温・高圧の燃焼ガスＲ３によって高圧タービン６が回転し、第１軸７を通じて高圧タービン６の回転動力が圧縮機４に伝達され、圧縮機４が駆動される。なお、第１軸７は、高圧タービン６のロータを兼ねている。

圧縮機４は、空気取込み口にＩＧＶ（入口案内翼）が設けられている。ＩＧＶはＩＧＶ駆動装置により駆動し、ＩＧＶの開度を調整することによって圧縮機の空気取込み量を調整可能とされている。

出力側タービン部３は、低圧タービン８が主な構成要素とされている。

低圧タービン８と負荷機器１０は、低圧タービン８のロータを兼ねた第２軸（パワータービン軸）９を介して接続されている。

本実施形態の低圧タービン８は、高圧タービン６を駆動して圧力が低下した燃焼ガスＲ４が高圧タービン６から送られ、この燃焼ガスＲ４によって回転駆動する。低圧タービン８で得られた回転動力は負荷機器１０に伝達され、この負荷機器１０を駆動する。
なお、低圧タービン８を駆動した燃焼ガスＲ５は排気ガスとして排出される。

本実施形態の２軸式ガスタービン１は、図１、図２、図３、図４に示すように、圧縮機駆動側タービン部２と出力側タービン部３の間、すなわち、高圧タービン６と低圧タービン８の軸線Ｏ１方向の間に、高圧タービン６から低圧タービン８に燃焼ガスＲ４を給送するための中間ダクト１１（中間流路１３）を備えた中間流路区間部（中間流路区間）１２が設けられている。

中間ダクト１１は、第１軸及び第２軸の軸線と同軸Ｏ１上に配した内管１１ａと外管１１ｂを備えた円環状の二重管構造とされている。中間ダクト１１は、内管１１ａと外管１１ｂの間の空間が燃焼ガスＲ４を流通させる中間流路１３とされている。

中間流路１３（中間ダクト１１）は、高圧タービン６の最終段動翼１４と低圧タービン８の初段動翼１５の軸線Ｏ１方向の間に設けられ、高圧タービン６から低圧タービン８に燃焼ガスＲ４を供給する。

また、本実施形態の２軸式ガスタービン１では、中間流路１３内に配置されたストラット１６が低圧タービン８の初段静翼を兼ねるように構成されている。なお、低圧タービン８の初段静翼を兼ねるストラット１６は、中間流路１３内に軸線Ｏ１周りに放射状に複数配置される。

さらに、ストラット１６が低圧タービン８の初段静翼を兼ねるストラット／静翼一体型としたことにより、本実施形態の２軸式ガスタービン１は、軸長（中間流路区間部１２などの長さ）を短くしてコンパクト化が図られている。
なお、静翼を兼ねたストラット／静翼一体型のストラット１６とは、静翼としての翼型形状を有するストラットを意味する。

このように中間流路区間部１２の長さを短くすることで、本実施形態の中間流路１３は、図２、図３、図４に示すように、高圧タービン６側から低圧タービン８側に向うとともに、径方向外側に広がるように軸線Ｏ１に対して傾斜している。また、本実施形態の中間流路１３は、中間流路１３を径方向外側に広げるための滑らかな段部１３ａが設けられ、この段部１３ａによって一層のコンパクト化が図られている。

本実施形態において、中間流路１３は、中間流路１３の径方向内側の境界を画定するハブ側壁（中間ダクト１１の内管１１ａ）の軸線Ｏ１に対する最大傾斜角度θ１が３０°以上であるという条件を満たす。さらに、中間流路１３は、中間流路１３の径方向外側の境界を画定するチップ側壁（中間ダクト１１の外管１１ｂ）の軸線Ｏ１に対する最大傾斜角度θ２が４０°以上であるという条件を満たす。

さらに、本実施形態の２軸式ガスタービン１において、第１軸７は、図１及び図２に示すように、圧縮機４よりも軸線Ｏ１方向前方側に延出した一端部７ａ側と、圧縮機４と高圧タービン６の間の中間部とがそれぞれ、軸受（静止部材）１７で軸支されている。第２軸９は、低圧タービン８と負荷機器１０の間の中間部が軸受１８で軸支されている。

これにより、中間流路区間部１２には軸受１７、１８がなく、中間流路区間部１２に軸受１７、１８を設けた場合と比較し、中間流路区間部１２の長さをさらに短くすることができる。これにより、本実施形態の２軸式ガスタービン１は、中間流路１３を径方向外側に大きく広げ、より一層のコンパクト化が図られている。

一方、中間流路区間部１２には、図２に示すように、高圧タービン６と低圧タービン８の軸線Ｏ１方向の間、且つ中間流路１３（中間ダクト１１の内管１１ａ）よりも径方向内側に、高圧タービン６と低圧タービン８を区画する静止部材の圧力隔壁２０が設けられている。この圧力隔壁２０は、ストラット１６により保持され、中間ダクト１１の内管１１ａから径方向内側に延在し、高圧タービン６と低圧タービン８とを区画するように設けられている。

ここで、上記のように、ストラット１６が静翼を兼ね、且つ中間流路区間部１２が短く、中間流路１３が径方向外側に大きく広げた場合には、ストラット１１通過時に大きな損失が生じるおそれがある。

これに対し、本実施形態の２軸式ガスタービン１では、図３、図４（図２）に示すように、高圧タービン６の最終段動翼１４の出口における中間流路１３の環状流路面積をＡ、ストラット１６の前縁１６ａ位置における中間流路１３の環状流路面積をＢ、ストラット１６の後縁１６ｂ位置における中間流路１３の環状流路面積をＣとしたとき、中間流路１３がＢ／Ａ＞Ｃ／Ｂを満たすように構成されている。

ここで、上記の各流路面積Ａ、Ｂ、Ｃは、軸線Ｏ１直交方向の縦断面の流路面積を示す。
また、環状流路面積Ａの基準である「最終段動翼の出口」とは、最終段動翼１４の後縁の軸線Ｏ１方向位置が翼高さ位置に応じて変化する場合（すなわち、最終段動翼１４の後縁が径方向に平行ではない場合）、最終段動翼１４の後縁のうち最も軸線Ｏ１方向下流側の点を基準として、環状流路面積Ａを定義する。環状流路面積Ａは、「環状」流路の面積なので、中間流路１３のうち最終段動翼１４が存在しなくなる軸線Ｏ１方向位置での流路面積である。
同様に、環状流路面積Ｂの基準である「ストラットの前縁位置」とは、静翼を兼ねるストラット１６の前縁１６ａの軸線Ｏ１方向位置が翼高さ位置に応じて変化する場合（すなわち、ストラット１６の前縁１６ａが径方向に平行ではない場合）、ストラット１６の前縁１６ａのうち最も軸線Ｏ１方向上流側の点を基準として、環状流路面積Ｂを定義する。環状流路面積Ｂは、「環状」流路の面積なので、中間流路１３のうちストラット１６の前縁１６ａから僅かに上流側でストラット１６が存在しない軸線Ｏ１方向位置での流路面積である。
また、環状流路面積Ｃの基準である「ストラットの後縁位置」とは、静翼を兼ねるストラット１６の後縁１６ｂの軸線Ｏ１方向位置が翼高さ位置に応じて変化する場合（すなわち、ストラット１６の後縁１６ｂが径方向に平行ではない場合）、ストラット１６の後縁１６ｂのうち最も軸線Ｏ１方向下流側の点を基準として、環状流路面積Ｃを定義する。環状流路面積Ｃは、「環状」流路の面積なので、中間流路１３のうちストラット１６が存在しなくなる軸線Ｏ１方向位置での流路面積である。

本実施形態の２軸式ガスタービン１の中間流路１３は、中間流路１３の環状流路面積Ａと、中間流路１３の環状流路面積Ｃとの面積比Ｃ／Ａが１．８以上（Ｃ／Ａ≧１．８）となっている。

例えば、図３、図４に示すように、比較例１〜３の中間流路の構造を比較し、本実施形態の２軸式ガスタービン１の中間流路１３は、面積比Ｂ／Ａが大きく、面積比Ｃ／Ｂが小さく、面積比Ｃ／Ａが従来とほぼ同等になるように構成されている。

すなわち、図３のＣａｓｅ１及びＣａｓｅ２の例では、静翼を兼ねるストラット１６に入るまでに環状面積を拡大させ、ストラット１６内での環状面積の拡大率を抑えるようにしている。また、Ｃ／Ａが凡そ一定になるという制約下で、ストラット１６の上流側での面積拡大量を大きく確保するようにしている。

そして、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、まず、中間流路１３に設けられるストラット１６が低圧タービン８の初段静翼を兼ねることで、軸長を短縮し、コンパクト化を図ることが可能になる。

さらに、ストラット１６の上流側における中間流路１３の面積拡大率Ｂ／Ａを、ストラット１６の軸線Ｏ１方向範囲内における中間流路１３の面積拡大率Ｃ／Ｂよりも大きく設定することで、燃焼ガスＲ４が高圧タービン６の最終段動翼１４の出口を通過した後、ストラット１６に流入するまでの間にその流れを減速させることができる。
即ち、ストラット１６の上流側における中間流路１３の環状面積拡大率を従来よりも大きく設定する一方、ストラット１６が設けられた軸方向位置範囲内で拡大する必要がある中間流路１３の環状面積拡大率を従来よりも小さく抑えることで、ストラット１６に入るまでに燃焼ガスＲ４の流れを十分に減速し、周方向に隣り合うストラット１６間を通過する際のエネルギー損失を低減／抑制することが可能になる。

よって、本実施形態の２軸式ガスタービン１によれば、コンパクト化を図りつつ燃焼ガスのエネルギー損失を抑制可能な２軸式ガスタービン１を実現することが可能になる。

また、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、Ｃ／Ａ≧１．８であることで、Ｃ／Ａを大きく確保しつつ中間流路１３、すなわち、中間流路区間部１２の軸長を短くすることができる。これにより、ストラット１６内での損失を抑制できるとともに、スケールを小さく抑えることができ、より一層、高効率でコンパクトな２軸式ガスタービン１を実現することが可能になる。

次に、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、中間流路１３が、高圧タービン６側から低圧タービン８側に向うとともに、径方向外側に広がるように軸線Ｏ１に対して傾斜している。

これにより、高効率化を図りつつ、軸長を短縮することができ、従来、大型化しやすい２軸式ガスタービン１のコンパクト化を図ることが可能になる。

また、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、中間流路１３の径方向内側の境界を画定するハブ側壁（内管１１ａ）の軸線Ｏ１に対する最大傾斜角度θ１が３０°以上であることにより、高効率化を図りつつ、好適に、軸長を短縮することができ、２軸式ガスタービン１のコンパクト化を図ることが可能になる。

さらに、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、中間流路１３の径方向外側の境界を画定するチップ側壁（外管１１ｂ）の軸線Ｏ１に対する最大傾斜角度θ２が４０°以上であることにより、やはり、高効率化を図りつつ、好適に、軸長を短縮することができ、２軸式ガスタービン１のコンパクト化を図ることが可能になる。

さらに、本実施形態の２軸式ガスタービン１においては、高圧タービン６と低圧タービン８の軸線Ｏ１方向の間、且つ中間流路１３よりも径方向内側に設けられて高圧タービン６と低圧タービン８を区画する圧力隔壁２０を、静翼を兼ねるストラット１６で支持（保持）させて備えることで、一層、高効率化を図りつつ軸長を短縮することができ、２軸式ガスタービン１のコンパクト化を図ることが可能になる。

また、第１軸７を、圧縮機４よりも軸線Ｏ１方向前方側に延出した一端部７ａ側と、圧縮機４と高圧タービン６の間の中間部とのそれぞれに設けた軸受１７で軸支することで、高圧タービン６と低圧タービン８の間の中間流路区間部１２に軸受１７を設けずに第１軸７を軸支することができる。これにより、中間流路区間部１２の軸長を短くすることができ、一層、高効率化を図りつつ２軸式ガスタービン１のコンパクト化を図ることが可能になる。

以上、２軸式ガスタービンの第１実施形態について説明したが、本開示の２軸式ガスタービンは、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、中間流路区間部１２に第１軸７を支持する軸受１７がないものとして説明を行ったが、中間流路区間部１２に第１軸７を支持する軸受１７を設け、この静止部材の軸受１７をスラット１６で支持するように構成してもよい。

（第２実施形態）
次に、図５から図９（及び図１、図２、図３、図４）を参照し、第２実施形態に係る２軸式ガスタービンについて説明する。ここで、本実施形態の２軸式ガスタービンは、第１実施形態の２軸式ガスタービンの構成に対して、高圧タービンの最終段の静翼の形状、配置が異なり、他の構成は同様である。よって、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述の第１実施形態では、ストラット１６の上流側における中間流路１３の面積拡大率Ｂ／Ａを、ストラット１６の軸線Ｏ１方向範囲内における中間流路１３の面積拡大率Ｃ／Ｂよりも大きく設定することによって、燃焼ガスＲ４が高圧タービン６の最終段動翼１４の出口を通過した後、ストラット１６に流入するまでの間にその流れを減速させるようにした。そして、ストラット１６が設けられた軸方向位置範囲内で拡大する必要がある中間流路１３の環状面積拡大率を従来よりも小さく抑えることで、ストラット１６に入るまでに燃焼ガスＲ４の流れを十分に減速し、周方向に隣り合うストラット１６間を通過する際のエネルギー損失を低減／抑制できるようにした。

一方、第１実施形態の２軸式ガスタービン１のように、ストラット１６に燃焼ガスＲ４が流入する前の部分で大きく中間流路１３の流路面積を拡大すると、図５に示すように、軸方向に沿った燃焼ガスＲ４の流れ（図５中の破線矢印Ｍ１）が中間流路１３に流入すると、チップ側壁（中間ダクト１１の外管１１ｂ）近傍で剥離Ｓ１が生じるおそれがある。特に、中間流路１３に段部１３ａがあると、チップ側壁のうち、この段部１３ａ近傍で剥離Ｓ１が生じやすくなる。

これに対し、本実施形態の２軸式ガスタービン１では、図１、図２、図３、図４を参照して説明した第１実施形態の２軸式ガスタービン１に対し、高圧タービン６の最終段の静翼２２に関する以下の構成を加えることとした。

高圧タービン６の最終段の静翼２２は、図６及び図７に示すように、ミーン高さ（平均径）における基準翼型Ｐ１よりも径方向内側に位置する部分の翼型Ｐ２の少なくとも一部が、周方向において、基準翼型Ｐ１よりも前縁２２ａ位置を圧力面２２ｃ側にずらした形で形成されている。

このように、ミーン高さよりも径方向内側に位置する翼型Ｐ２に関して、ミーン高さの基準翼型Ｐ１よりも、前縁２２ａの位置が周方向において圧力面２２ｃ側にずれている場合、最終段の静翼２２を通過する燃焼ガスＲ４の流れは径方向内側に変向する。そして、最終段の静翼２２から流出した燃焼ガスＲ４は、径方向内側へと変向されて高圧タービン６の最終段の動翼１４へと向かい、高圧タービン６の最終段の動翼１４の通過時に径方向外側に変向されることになる（図５中の実線矢印Ｍ２参照）。
こうして、最終段の動翼１４から流出する燃焼ガスの流れＭ２が、軸方向に沿った燃焼ガス流れＭ１との比較において径方向外側に変向されることになり、中間流路１３のチップ側壁近傍の剥離を抑制することができる（図５中、剥離Ｓ２参照）。

さらに、本実施形態の高圧タービン６の最終段の静翼２２においては、基準翼型Ｐ１よりも径方向内側に位置する部分の翼型Ｐ２が、周方向において、基準翼型Ｐ１よりも後縁２２ｂの位置を負圧面側にずらした形で形成されていてもよい。
これにより、周方向において隣り合う最終段静翼２２の間のスロート長が、ミーン高さにおける基準スロート長ｔｈ１に比べて、ハブ側（ミーン高さよりも径方向内側）のスロート長ｔｈ２が長くなるようなスロート長の分布を径方向に関して実現することができる。その結果、最終段静翼２２間において、より多くの燃焼ガスがハブ側に偏って流れるようになり、最終段の静翼２２を通過する燃焼ガスＲ４の流れを径方向内側に効果的に変向させることができ、剥離の抑制に寄与し得る上記燃焼ガスの流れＭ２を確実に形成できる。

他の実施形態では、図８に示すように、高圧タービン６の最終段の静翼２２は、径方向に対して傾けて配置される。具体的には、ハブ側（径方向内側）に近づくにつれ、静翼２２は負圧面側に翼型の位置がずれるように、径方向に対して傾斜して静翼２２が配置される。

このように静翼２２を径方向に対して傾斜させる場合においても、最終段静翼２２間における燃焼ガスの流れがハブ側に偏ることになり、最終段の静翼２２を通過する燃焼ガスＲ４の流れを径方向内側に変向し、剥離の抑制に寄与し得る上記燃焼ガスの流れＭ２を形成できる。

なお、高圧タービン６の最終段の静翼２２が図７に示した構成を具備することで実現されるスロート長の分布は、最終段静翼間における燃焼ガスの流れをハブ側に偏らせるものであれば特に限定されない。
例えば、図９に示すように、周方向において隣り合う高圧タービン６の最終段静翼２２の間のスロート長が、最終段静翼２２のミーン高さよりも径方向内側、すなわち、ハブ側の位置で、ミーン高さにおける基準スロート長ｔｈ１よりも大きくなるように構成されていてもよい。なお、最終段静翼２２のミーン高さよりも径方向外側、すなわち、チップ側の位置のスロート長ｔｈがミーン高さにおける基準スロート長ｔｈ１よりも小さくなるように構成されていてもよい。

以上述べたように、本実施形態の２軸式ガスタービン１によれば、中間流路１３が高圧タービン６側から低圧タービン８側に向うとともに径方向外側に広がるように形成されている場合であっても、燃焼ガスＲ４の流れが壁面から剥離する剥離現象の発生を抑えることができ、第１実施形態の作用効果を奏功しつつ、剥離現象による損失を抑制できる。

また、本実施形態の２軸式ガスタービン１において、基準翼型Ｐ１よりも径方向内側に位置する翼型Ｐ２は、基準翼型Ｐ１よりも後縁２２ｂ位置が負圧面２２ｄ側にずれているので、ハブ側におけるスロート長ｔｈ２を基準スロート長ｔｈ１に対してより大きな値に設定可能となる。よって、より効果的に、高圧タービン６から中間流路１３の入口に流れる燃焼ガスＲ４の流軸を径方向内側に変位させることが可能になる。これにより、一層好適に、燃焼ガスＲ４の流れに剥離現象が生じることを抑えることができる。

以上、２軸式ガスタービンの第２実施形態について説明したが、本開示の２軸式ガスタービンは、上記の第２実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態の構成、変更例を含め、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

最後に、上記実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一の態様に係る２軸式ガスタービン（１）は、圧縮機（４）と、圧縮機の回転軸と連結される第１軸（７）を有する高圧タービン（６）と、第１軸とは別の第２軸（９）を有し、高圧タービンとの軸線（Ｏ１）方向の間に間隔をあけて同軸上に設けられた低圧タービン（８）と、高圧タービンの最終段動翼（１４）と低圧タービンの初段動翼（１５）の軸線方向の間に設けられ、高圧タービンから低圧タービンに燃焼ガス（Ｒ４）を供給するための中間流路（１３）と、中間流路内に配置され、低圧タービンの初段静翼を兼ねるストラット（ストラット１６）と、を備え、最終段動翼の出口における中間流路の環状流路面積をＡ、ストラットの前縁（１６ａ）位置における中間流路の環状流路面積をＢ、ストラットの後縁（１６ｂ）位置における中間流路の環状流路面積をＣとしたとき、Ｂ／Ａ＞Ｃ／Ｂを満たす。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、中間流路に設けられるストラットが低圧タービンの初段静翼を兼ねることで、軸長を短縮し、従来、大型化しやすい２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。
これに加え、ストラットの上流側における中間流路の面積拡大率Ｂ／Ａを、ストラットの軸線方向範囲内における中間流路の面積拡大率Ｃ／Ｂよりも大きく設定することで、燃焼ガスが高圧タービンの最終段動翼の出口を通過した後、ストラットに流入するまでの間に流れを減速させることができる。このため、ストラットが設けられた軸方向位置範囲内における損失を抑制できる。

よって、コンパクト化を図りつつ燃焼ガスのエネルギー損失を抑制可能な２軸式ガスタービンを実現することが可能になる。

（２）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）に記載の２軸式ガスタービンであって、中間流路は、高圧タービン側から低圧タービン側に向うとともに、径方向外側に広がるように軸線に対して傾斜している。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、高効率化を図りつつ、軸長を小さく抑えることができ、２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。

（３）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）または（２）に記載の２軸式ガスタービンであって、中間流路の径方向内側の境界を画定するとともに、軸線に対する最大傾斜角度が３０°以上であるハブ側壁（１１ａ）含む。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、高効率化を図りつつ、好適に、軸長を小さく抑えることができ、２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。

（４）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（３）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、中間流路は、中間流路の径方向外側の境界を画定するとともに、軸線に対する最大傾斜角度が４０°以上であるチップ側壁（１１ｂ）を含む。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、やはり、高効率化を図りつつ、好適に、軸長を小さく抑えることができ、２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。

（５）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）又は（２）に記載の２軸式タービンであって、高圧タービンと低圧タービンの軸線方向の間、且つ中間流路よりも径方向内側に設けられて高圧タービンと低圧タービンを区画する圧力隔壁（２０）が、ストラットに支持されている。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、例えば、高圧タービン側や低圧タービン側の軸受を、高圧タービンと低圧タービンの中間流路区間に設けずに構成した場合などに、中間流路を挟んで高圧タービン側と低圧タービン側とを区画する圧力隔壁を、中間流路内に設けられるストラット／静翼一体型のストラットで支持することができる。逆に言えば、上記のように構成することで、中間流路区間に軸受を設けることを不要にできる。これにより、一層、高効率化を図りつつ軸長を小さく抑えることができ、２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。

（６）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（４）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、第１軸は、圧縮機よりも軸線方向前方側に延出した一端部（７ａ）側と、圧縮機と高圧タービンの間の中間部とをそれぞれ、軸受（１７）で軸支されている。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、第１軸は、圧縮機よりも軸線方向前方側に延出した一端部側と、圧縮機と高圧タービンの間の中間部とをそれぞれ、軸受で軸支されているので、高圧タービンと低圧タービンの間の中間流路区間に軸受を設けずに第１軸を軸支することができる。これにより、中間流路区間の軸長を短くすることができ、一層、高効率化を図りつつ２軸式ガスタービンのコンパクト化を図ることが可能になる。

（７）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（６）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、中間流路の環状流路面積Ａと、中間流路の環状流路面積Ｃとの面積比Ｃ／Ａが１．８以上（Ｃ／Ａ≧１．８）となるように構成されている。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、Ｃ／Ａ≧１．８であることで、Ｃ／Ａを大きく確保しつつ中間流路（中間流路区間の軸長）を短くすることができる。これにより、ストラット内での損失を抑制できるとともに、軸長を小さく抑えることができ、より一層、高効率でコンパクトな２軸式ガスタービンを実現することが可能になる。

（８）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（７）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、高圧タービンの最終段の静翼（２２）が、ミーン高さにおける基準翼型（Ｐ１）よりも径方向内側に位置し、基準翼型よりも前縁（２２ａ）位置が圧力面（２２ｃ）側にずれた翼型を有する。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、高圧タービンの最終段の静翼が、ミーン高さにおける基準翼型よりも径方向内側に位置し、基準翼型よりも前縁位置が圧力面側にずれた翼型を有することで、高圧タービンの最終段動翼に向かう燃焼ガスを径方向内側に変向させることで、最終段動翼から中間流路に流入する燃焼ガスを径方向外側に変向させることが可能になる。これにより、中間流路が高圧タービン側から低圧タービン側に向うとともに径方向外側に広がるように形成されている場合であっても、燃焼ガスの流れが壁面から剥離する剥離現象の発生を抑えることができ、この剥離現象によって燃焼ガスのエネルギー損失が生じることを抑制できる。

（９）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（８）に記載の２軸式ガスタービンであって、翼型は、基準翼型よりも後縁（２２ｂ）位置が負圧面（２２ｄ）側にずれている。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、翼型は、基準翼型よりも後縁位置が負圧面側にずれているので、より効果的に、ハブ側（径方向内側）における静翼間のスロート長をミーン高さにおける基準スロート長よりも大きく設定することが可能となる。これにより、より効果的に、最終段動翼に向かう燃焼ガスの流れを径方向内側に向けるとともに、最終段動翼から中間流路に流れ込む燃焼ガスの流れを径方向外側に変向させることができる。よって、一層好適に、燃焼ガスの流れに剥離現象が生じることを抑えることができ、剥離現象によって燃焼ガスのエネルギー損失が生じることを抑制できる。

（１０）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（９）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、周方向において隣り合う高圧タービンの最終段静翼間のスロート長（ｔｈ２）は、最終段静翼のミーン高さよりも径方向内側の位置で、ミーン高さにおける基準スロート長（ｔｈ１）よりも大きい。

本開示の２軸式ガスタービンによれば、周方向において隣り合う高圧タービンの最終段静翼間のスロート長が、最終段静翼のミーン高さよりも径方向内側の位置で、ミーン高さにおける基準スロート長よりも大きいので、これにより、より効果的に、最終段動翼に向かう燃焼ガスの流れを径方向内側に向けるとともに、最終段動翼から中間流路に流れ込む燃焼ガスの流れを径方向外側に変向させることができる。中間流路が高圧タービン側から低圧タービン側に向うとともに径方向外側に広がるように形成されている場合であっても、燃焼ガスの流れに剥離現象が生じることを抑えることができ、この剥離現象によって燃焼ガスのエネルギー損失が生じることを抑制できる。

（１１）別の態様に係る２軸式ガスタービンは、（１）乃至（１０）の何れかに記載の２軸式ガスタービンであって、高圧タービンの最終段の静翼が、前記高圧タービンの最終段の動翼に向かう燃焼ガスの流軸を径方向内側に変位させるように形成されている。

上記構成の２軸式ガスタービンによれば、最終段静翼によって径方向内側に変向された燃焼ガスが最終段動翼に流入すると、最終段動翼を通過時に径方向外側に変向される。このため、最終段動翼から中間流路に流れ込む燃焼ガスは、径方向外側の速度成分を有することとなり、中間流路の径方向外側の壁面（チップ壁）における剥離を抑制できる。

１ ２軸式ガスタービン
２ 圧縮機駆動側タービン部（ガスジェネレータ部）
３ 出力側タービン部（パワータービン部）
４ 圧縮機
５ 燃焼器
６ 高圧タービン
７ 第１軸
７ａ 一端部
８ 低圧タービン
９ 第２軸
１０ 負荷機器
１１ 中間ダクト
１１ａ ハブ側壁（内管）
１１ｂ チップ側壁（外管）
１２ 中間流路区間部（中間流路区間）
１３ 中間流路
１４ 高圧タービンの最終段動翼
１５ 低圧タービンの初段動翼
１６ ストラット
１６ａ 前縁
１６ｂ 後縁
１７ 軸受
１８ 軸受
２０ 圧力隔壁
２２ 高圧タービンの最終段静翼
２２ａ 前縁
２２ｂ 後縁
２２ｃ 圧力面
２２ｄ 負圧面
Ｏ１ 軸線
Ｐ１ 基準翼型
Ｐ２ 翼型
Ｒ４ 燃焼ガス

Claims (11)

1. 圧縮機と、
   前記圧縮機の回転軸と連結される第１軸を有する高圧タービンと、
   前記第１軸とは別の第２軸を有し、前記高圧タービンとの軸線方向の間に間隔をあけて同軸上に設けられた低圧タービンと、
   前記高圧タービンの最終段動翼と前記低圧タービンの初段動翼の前記軸線方向の間に設けられ、前記高圧タービンから前記低圧タービンに燃焼ガスを供給するための中間流路と、
   前記中間流路内に配置され、前記低圧タービンの初段静翼を兼ねるストラットと、を備え、
   前記最終段動翼の出口における前記中間流路の環状流路面積をＡ、
   前記ストラットの前縁位置における前記中間流路の環状流路面積をＢ、
   前記ストラットの後縁位置における前記中間流路の環状流路面積をＣとしたとき、
   Ｂ／Ａ＞Ｃ／Ｂを満たす、
   ２軸式ガスタービン。
2. 前記中間流路は、前記高圧タービン側から前記低圧タービン側に向うとともに、径方向外側に広がるように前記軸線に対して傾斜している、
   請求項１記載の２軸式ガスタービン。
3. 前記中間流路は、
   前記中間流路の径方向内側の境界を画定するとともに、前記軸線に対する最大傾斜角度が３０°以上であるハブ側壁含む
   請求項１又は２に記載の２軸式ガスタービン。
4. 前記中間流路は、前記中間流路の径方向外側の境界を画定するとともに、前記軸線に対する最大傾斜角度が４０°以上であるチップ側壁を含む、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。
5. 前記高圧タービンと前記低圧タービンの前記軸線方向の間、且つ前記中間流路よりも前記径方向内側に設けられ、前記高圧タービンと前記低圧タービンを区画する圧力隔壁が、前記ストラットに支持されている、
   請求項１又は２に記載の２軸式ガスタービン。
6. 前記第１軸は、前記圧縮機よりも前記軸線方向前方側に延出した一端部側と、前記圧縮機と前記高圧タービンの間の中間部とをそれぞれ、軸受で軸支されている、
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。
7. 前記中間流路の環状流路面積Ａと、前記中間流路の環状流路面積Ｃとの面積比Ｃ／Ａが１．８以上（Ｃ／Ａ≧１．８）となるように構成されている、
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。
8. 前記高圧タービンの最終段の静翼が、ミーン高さにおける基準翼型よりも前記径方向内側に位置し、前記基準翼型よりも前縁位置が圧力面側にずれた翼型を有する、
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。
9. 前記翼型は、前記基準翼型よりも後縁位置が負圧面側にずれている、
   請求項８に記載の２軸式ガスタービン。
10. 周方向において隣り合う前記高圧タービンの最終段静翼間のスロート長は、前記最終段静翼のミーン高さよりも径方向内側の位置で、前記ミーン高さにおける基準スロート長よりも大きい、
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。
11. 前記高圧タービンの最終段の静翼が、前記高圧タービンの最終段の動翼に向かう前記燃焼ガスの流軸を前記径方向内側に変位させるように形成されている、
    請求項１乃至１０の何れか一項に記載の２軸式ガスタービン。

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