JP3416210B2 - ターボ装置用の多区域ディフューザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸流ターボ装置用の多
区域ディフューザ、それもディフューザ入口の屈折角度
が、ターボ装置のボス及びシリンダいずれのところで
も、最終動翼列の出口で流路全高にわたって全圧力プロ
フィールが一様化にされるように定められており、更
に、ディフューザの減速域内に回転流れの回転を除去す
る手段が、整流リブの形式で備えられており、また、流
れを案内する案内リングがディフューザを複数流路に下
分割している形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のターボ装置用の多区域ディフュ
ーザはＥＰ−Ａ２６５６３３により公知である。このデ
ィフューザの場合、部分負荷時に出来るだけ十分な圧力
回復及び非回転排出流を得る要求を達成するため、ディ
フューザ内に整流グリッドが設けられ、このグリッドが
流路の全高にわたって延びている。この回転抑止手段
は、全周にわたって一様に配置された円筒形の整流リブ
である。このリブは厚い直線的な断面を有し、ターボ装
置製造の知見に従って設計され、斜め流れに対しては出
来るかぎり不感応にされている。これらのリブの、流れ
が流入する前縁は、最終の動翼列の出口縁の比較的後方
に位置し、最終動翼列の、リブ圧力域により生ぜしめら
れる励振を防止する。この間隔は、リブ前縁が、有利に
は３のディフューザ面積比が支配する平面内に位置する
ように設定される。このため、羽根と整流リブとの間の
この第１拡散区域は、全体的な回転対称性により干渉が
生じない。リブと羽根との間に干渉作用が生じない原因
は、リブが、比較的低速度が支配するレベルで初めて作
用を発揮することにある。

【０００３】通常の高負荷タービン翼の場合、翼の開角
は、性能の良い１つのディフューザのそれをはるかに超
えているので、公知ディフューザは、半径方向での流れ
を補助するため、流れ案内リングを介して複数の部分デ
ィフューザに下分割される。これらの案内リングは、翼
の出口平面から、拡散比が３に達する平面まで延び、言
いかえると第１拡散区域全域にわたって延びている。こ
れらの案内リングは、振動上の理由から有利には一体に
構成されている。この結果、この解決策は、分離平面に
欠け、組立て面の欠点を有している。加えて、案内リン
グは直径が大きく、運搬面で問題が残る。

【０００４】第２拡散区域は、厚い整流リブの前縁から
リブの最大断面厚のことろまで延びている。この第２区
域で、流れの回転抑止の大部分が行われ、しかも僅かし
か減速されない。続く第３拡散区域は直線的な形式のデ
ィフューザであり、この区域では、この時点ではほとん
ど非回転流れとなっている流れがさらに減速される。

【０００５】こうした種々の措置により、特に部分負荷
時に、最大の圧力回復のほかに、装置の全長の短縮を達
成しようというのである。

【０００６】通常のガスタービンの場合、ディフューザ
には、無負荷運転時には約１．２速度比Ｃｔ／Ｃｎで流
入する。この場合、Ｃｔは媒体の接線方向速度であり、
Ｃｎは軸方向速度である。この斜めの流入により圧力回
復Ｃｐが下降する。

【０００７】たとえば渦層燃焼用のガスタービン又は蒸
気タービンなどの他の型式のターボ装置の場合、体積流
量は４０％まで低減され、Ｃｔ／Ｃｎ比は３までの値で
ある。この種の装置の場合、ディフューザの幾何形状は
固定的にはされない。圧力回復がマイナスになることが
あるからである。整流リブの弦に対するピッチの比が
０．５となるような場合が、それである。この種の装置
の場合には、ピッチ／弦比が約１の整流リブ、それも全
負荷時は、すなわちＣｔ／Ｃｎ＝約０のさいには、いく
ぶん大きい値の圧力回復が得られる整流リブは全く使用
できない。

【０００８】圧力回復の大幅な下降の原因は、前記の極
端な比の場合、出口動翼と整流リブとの間に強い渦流が
形成されることにある。この渦流は、整流リブにより制
限され、リブのところで速度の接線方向成分が消散せし
められる。発生する逆流により、たとえばガスタービン
の場合には固体粒子が、またたとえば蒸気タービンの場
合には水滴が連行されれば、最終動翼列の動翼の基部が
急激に腐食する危険がある。

【０００９】この対策として、ＥＰ０４１７４３３Ａ１
による公知の軸流ターボ装置の場合には、ディフューザ
内に、それも回転抑止手段と出口動翼との間に、少なく
とも１列の可変静翼が配置されている。ディフューザ内
の回転抑止手段は、この装置の場合も、直線的な骨格線
と対称的断面とを有し、周方向に一様に配置された整流
リブである。このリブは、流路の中心断面部でのピッチ
／弦比は０．５〜１である。これらの整流リブは半径方
向に円錐形に延びている。これらの措置により、部分負
荷時の装置の挙動を更に改善することが目指されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ネイビア／ストークス
（Navier-stokes）の計算方法による３Ｄ最適化にもと
づき、本発明が課題とする点は、冒頭に挙げた多区域デ
ィフューザの場合に、ディフューザの面積比、すなわち
ディフューザの入口と出口の流過横断面の比が予め定め
られ、第１拡散区域の直径が出来るだけ小さくされ、更
に物理的に可能な最大圧力回復と非回転排出流れが得ら
れるようにすると同時に、ディフューザの全長を最小限
にすることである。

【００１１】本発明によれば、この課題は次のようにす
ることにより達成された。すなわち、第１拡散区域が、
最終動翼列の出口平面から整流リブの出口平面まで延び
て、単一流路を形成するようにし、しかも経線の輪郭の
相当開角が屈折角度寸法で流れの剥離を防止するため、
低減され、この結果、一種の鐘形ディフューザが形成さ
れるようにし、更に、第２拡散区域が多流路ディフュー
ザ部分の形式に構成され、また流れ案内用の案内リング
が整流リブの下流に配置されるようにするのである。

【００１２】本発明の利点は、とりわけ次の点にある。
すなわち、著しい拡がり流れの場合に、初めて屈折角度
の思想が単一流路ディフューザを介して実現可能となっ
た点である。第１拡散区域に従来の多流路形式を用いず
に済むことにより、この区域の直径を所望の通り小さく
することができる。この直径は、組立てられた装置を鉄
道で輸送する場合に決定的に重要である。現在、通常の
極めて大きい単位出力をもつ、たとえばガスタービンに
も適用できる。

【００１３】特に有利な構成では、第２拡散区域の下流
に衝撃ディフューザの形式で第３拡散区域が形成され
る。このディフューザの軸方向長さは事実上Ｌ＝Ｄｎの
値である。この式においてＤは流路（排ガス管内の）直
径であり、ｎは第２拡散区域内の流路数である。これに
より、流れの不均質性が第２拡散区域内で補償され、圧
力回復が更に進捗する。加えて、それにより、後続の構
成要素、たとえばサイレンサ、ボイラその他による干渉
効果も防止される。更に、この補償区域により、圧力回
復感度が部分負荷条件に還元される。

【００１４】最終動翼列による干渉を十二分に防止する
には、動翼出口からのリブ間隔ａとリブのピッチｔとの
比を０．５の値にするのが有利である。この措置によ
り、加えて流れ媒体の作動能力が完全に利用し尽くされ
る。

【００１５】リブのピッチｔに対するリブの弦ｓの比が
少なくとも１の場合、敏感な拡散流が剥離することなく
排出方向へ変向され、所望の減速が行われる。

【００１６】リブの弦ｓに対する整流リブの最大断面層
ｄｍａｘの比が最大０．１５であり、リブ全高にわたっ
て大体一定であるかぎり、それによって超過速度、局部
的なマッハ数の問題、種々の変化の影響が最低限に抑え
られる。

【００１７】加えて、リブ前縁は、流線と直交するよう
に方位づけられている。こうすることによって、ｄｍａ
ｘ／ｓ＝定数とする措置ともども、流れが半径方向外方
へは押出されることなく、ボスのところでの分離が成立
する。

【００１８】リブの骨格線の曲率は、衝撃のない流入と
軸方向の流出が可能になるように選定されるのが有利で
ある。これにより、所望の高い圧力回復率と一定の不感
度が、部分負荷時に保証される。

【００１９】リブのところでの超過速度を防止するに
は、ディフューザの経線の輪郭がリブ区域で拡張される
ようにするのがよい。この措置によって、リブに起因す
る押しのけ効果が、少なくとも縁部域で補償される。

【００２０】特に効果的なのは、ディフューザの第１拡
散区域に水平の分離平面を設けておくことである。冒頭
に述べた解決策と異なり、第１拡散区域には、振動上の
理由から通例は一体に構成されている案内リングが備え
られていないため、分離平面のおかげで第１拡散区域の
覆いが可能となり、たとえば翼の取付け又は取外しが補
助器具なしで、かつまた軸方向移動なしで、簡単に可能
となる。

【００２１】第１拡散区域の分離平面の場合、偶数のリ
ブが設けられ、これらのリブが水平平面内にではなく、
垂直平面内に配置されている。下方の垂直リブは、した
がって、ディフューザの支持に用いることができ、分割
したリブを用いなくてよい。

【００２２】第２拡散区域には複数の成形中空リブが備
えられている。これらの中空リブは、周方向に一様に分
配され、垂直平面に対し対称的に配置され、限定された
剥離縁部を有している。これにより、ボス体に自然対流
を通風させることができる。支承部や、ロータ及びハウ
ジングの冷却部に必要な供給管は、この中空リブ内を通
すことができる。場合により、ガスタービン装置の圧縮
機にとって必要となる吹出し量も、この中空リブを介し
て排ガスに混合することができる。

【００２３】第２拡散区域出口のところのディフューザ
内側環状壁部に、限定された剥離縁部を備えるようにす
るのが有利である。それにより、一方では剥離横断面が
最小限にされ、他方では流れの不均一性の補償が加速さ
れる。

【００２４】

【実施例】図面には本発明の複数実施例が略示されてい
る。軸流排気ガスディフューザを有する図１のガスター
ビンには、本発明の理解にとって重要な部品のみが示さ
れている。装置のうち、たとえば圧縮機部分、燃焼室、
完全な排気ガス管、炉は示されていない。

【００２５】各実施例で等しい部材には等しい符号を付
してあるが、区別するためアルファベットを加えてあ
る。図１〜図３の実施例にはアルファベットは付加され
ていない。見やすくするために、屈折角度は図２にだけ
示されている。作動媒体の流れ方向は矢印で示してあ
る。

【００２６】図１に軸方向貫流段階の最後の３段階だけ
が示されているガスタービンは、実質的に、動翼付きロ
ータ１と静翼付きの保持部２から成っている。保持部２
はタービンのハウジング３内に懸架されている。ロータ
１は保持軸受４内に軸受けされ、保持軸受４は排気ガス
ハウジング内に支承されている。排気ガスハウジング
は、この実施例の場合、実質的にボス側の内側部材６と
外側の部材７とから成っている。これらの部材６，７に
よりディフューザ１３が制限されている。これらの部材
６，７は、軸線高さに分離平面を有する鉢形ハウジング
である。これらの部材６，７は、また、付加溶接された
複数の支持整流リブ８により結合されている。整流リブ
８は周方向に一様に分配配置され、その断面は符号９で
示されている。排気ガスハウジングは排気ガス流と接触
しないように構成されている。本来の流れ案内はディフ
ューザが受持っている。ディフューザは、その第１拡散
区域が排気ガスハウジングとして用いられるように構成
されている。この目的のために、ディフューザの外側制
限壁１４と内側制限壁１５が整流リブ８を介して保持さ
れている。そのさい、これら壁１４，１５には支持体１
０が貫通し、支持体１０は整流リブ８内を延び、排気ガ
スハウジング６，７を保持している。

【００２７】ディフューザの所望の機能形式にとって決
定的に重要なものは、翼出口のところでの双方の制限壁
１４，１５の屈折角度である。この場合、翼は開角の大
きい、高負荷を受ける反動翼である。最終動翼列は高い
マッハ数で流過される。翼基部のところの流路形状は円
筒形であり、翼先端の流路形状は約３０°の角度で傾斜
している。このテーパをディフューザ内まで継続する場
合、前記の約３０°の角度は、流れを減速し、所望の圧
力上昇を達成するには全く不適である。この角度であれ
ば、流れは壁から剥離されるであろう。純構造的に考量
するならば、ディフューザの３０°の角度は７°に減じ
られるのが普通だろう。しかし、それによってディフュ
ーザ入口の屈折個所で流線が変向され、それに関連して
不都合な圧力が発生し、この結果、勾配、すなわち翼の
ところでのガスの仕事が低減せしめられる。この結果、
出力が低下する。そのさい利用されなかったエネルギー
は、ディフューザ出口のところで局部的に超過速度を生
じ、排気ガス管内へ放出される。

【００２８】ディフューザは、したがって、もっぱら流
体工学的な観点から構成される。この観点からすれば、
流路の全高にわたって、要するにボスのところでもシリ
ンダのところでも、出来るだけ均一の全圧力プロフィル
が達成されるようにせねばならない。双方の屈折角度
は、したがって、翼とディフューザ内の流れの全体にも
とづいて決定される。

【００２９】半径方向の平衡を得るための方程式は、前
述の圧力上昇の規模を決定する要因が、第一に流線の経
線の曲率であることを教えている。要するに、圧力上昇
は、全圧力を均一に分配するためには、先ず第一に流入
角度を適合させることを通じて影響を与えられねばなら
ない。ディフューザ入口のところの内側制限壁１４の屈
折角度αＮ（図２）は、原則として、前記の観点により
決定されている。この結果、図示の例の場合には、屈折
角度αＮは水平面からプラス方向に上昇せしめられ、約
１５°とされている。この措置は、とりわけ冷却空気の
影響にも帰することができる。なぜなら、周知のよう
に、ボス、すなわちロータ表面並びに翼基部は、通例、
冷却空気によりかなりの程度まで冷却されるからであ
る。この冷却空気の一部は、ロータ表面に沿って主流路
内へ流入する。この冷却空気は、主流より低温であり、
このことのため、最終動翼後方のボスのところにエネル
ギーの乏しい区域が生じる。このガスタービン特有の事
情の結果、このエネルギーの乏しい個所に前述の圧力勾
配を強制的に生ぜしめなばならない。そして、この目的
は、内側制限壁１５の角度を増し、それによって流れの
経線を変向させることによって達成される。こうするこ
とにより得られたエネルギーによって、ディフューザの
ボスのところでの流れの剥離が防止される。こうしたす
べてのことから得られる知見は、ディフューザの内側制
限壁を任意に、たとえば円筒形にして続けることは、排
気ガス流の欠乏を補償するには、不適であるということ
である。

【００３０】シリンダのところの、すなわち外側制限壁
１４のところの屈折角αＺも、同じ観点で見なければな
らない。この制限壁１４の場合は、もちろん、翼先端と
翼保持部２との間の隙間流のため、極めて流れのエネル
ギーが豊富であることを考慮に入れなければならない。
加えて、この流れは、強力な回転流れである。したがっ
て、この場合、均一のエネルギー配分は、シリンダのと
ころの屈折角度αＺが、翼流路の傾斜に対して常に外方
へ開いている場合にのみ達成される。図示の例では、こ
れが１０°だけ付加されることで可能となる。

【００３１】この結果、ディフューザの合計開角は、翼
の開角区域では翼の開角より大きくできることが分か
る。純構造的な考量からでは、この値は決して得られな
い。

【００３２】こうすることによって、造出された条件に
より、後続するディフューザ内で圧力変換が行われ、デ
ィフューザ出口で均一で一様の排出流が得られることに
なる。

【００３３】いまや明らかとなった点は、３０°の開角
を有するディフューザは、流れを減速するには不適当で
あるという点である。冒頭に挙げた公知のディフューザ
の場合、流路は、したがって、流れ案内リングを介して
半径方向に複数の部分ディフューザに分割され、これら
部分ディフューザが公知の規定に従って寸法づけされて
いる。

【００３４】しかしながら、本発明の基本思想によれ
ば、第１拡散区域５０は単一流路として構成される。こ
の第１拡散区域５０の流れ案内部材は、図２に示されて
いる。単一流路を実現するため、いわゆる鐘形ディフュ
ーザが用いられている。このことは、経線の輪郭の相当
開角θが、前記基準に従って定められた屈折角度αＺと
αＮの下流で、流れの剥離防止のために、小さくされる
ことを意味している。この角度の減少は、先ず比較的著
しく、次いで比較的僅かに行われ、その結果、図示の鐘
形が生ぜしめられる。相当開角θとは、この場合、次式
の意味である：

【００３５】

【数１】

【００３６】この式において、 Ｕ＝流れ横断面の局部円周、 ｄＡ＝流れ横断面の局部変化、 ｄｓ＝ディフューザに沿った流れ距離の局部変化、 である。

【００３７】同じく、冒頭に述べた公知のディフューザ
と異なり、図示の例では、第１拡散区域５０が、最終動
翼列の出口平面から整流リブ８の出口平面まで延びてい
る。整流リブ８は、したがって、第１拡散区域に一緒に
含まれており、これらのリブ８の種類、形態、配置、数
の根底をなしているのが、以下の考慮である。

【００３８】まず、翼出口までの整流リブ前縁２４の間
隔ａを、リブのピッチｔとの比に取入れる。この比はリ
ブの数の基準となる。この比を少なくとも０．５の値に
すれば翼の最終列１２による干渉は大部分防止される。

【００３９】整流リブ８の弦ｓの長さを決める場合、図
示の例では２つの点が考慮されている。整流リブ８が支
持機能を有する場合は、一定の最小横断面を下回ること
はできない。リブ内部には、支持体１０を配置する十分
なスペースが設けられていなければならない。整流リブ
８の変向機能、すなわち、回転流れを整流する機能に関
しても、同じく一定の最小弦長を下回ってはならない。
いま、リブのピッチｔに対するリブの弦ｓの比が少なく
とも１であれば、前記２つの機能が実現できる。

【００４０】弦の長さが決められ、ｓ／ｔ比を介してリ
ブのピッチｔが決められると、原則としてリブ８の数も
与えられる。これらのリブの配置は、次の基準に従う。
すなわち、翼と支承部とに接近できるようにするため、
第１拡散区域５０に水平分離平面を設けるようにする。
言いかえると、ディフューザの外側制限面１４と内側制
限面１５とが分割して構成されている。この水平分離平
面内には、有利にはリブ８は設けず、リブが分割されな
いようにする。他方、垂直平面内にはリブ８を配置する
ようにする。下半部の垂直方向リブ８は、したがって支
持機能も与えられている。均衡をとるため、偶数個のリ
ブを用いる場合、最低６個のリブを周方向に分配する。
このことは小型装置の場合、すこぶる有意義である。次
に可能な、当面の目的に最適のリブ数は１０個である。
これ以上の数になると、流過横断面の邪魔になるだけで
なく、費用も著しく増大する。

【００４１】リブの弦ｓに対するリブの最大断面厚ｄｍ
ａｘの比は、最大０．５であり、この比は、リブ全高に
わたって大体一定である。公知ディフューザと異なるこ
の比較的薄いリブによって、局部的なマッハ数の問題が
避けられ、翼高さにわたって異なる押のけ作用が最低限
に抑えられる。

【００４２】更にまた、公知のディフューザと異なっ
て、リブ８が湾曲構成されている。この場合、リブの骨
格線の湾曲は、衝撃の無い流入と軸方向の排出が可能に
なるように選ばれている。

【００４３】図１〜図３から分かるように、リブ８はテ
ーパを有している。その根底には、リブ高さにわたって
ｓ／ｔ比が一定であるという知見が存在する。この半径
と無関係な形状が出発時の状態を形成しており、この状
態が引続き実際の流れにリブ高さにわたって少しずつ適
合せしめられていく。リブの前縁２４は、この目的のた
めにリブ高さにわたって、流線と直角に交差するように
方位づけられている。この結果、図３に見られるよう
に、前縁は半径方向に整列しておく必要は全くない。

【００４４】ディフューザのメリディアンの輪郭は、鐘
形とは異なってリブ８の区域で付加的に拡大されてい
る。この措置により、少なくとも、リブ前縁２４の符号
２５の区域が最大断面厚となるようにされる。これによ
って、リブ８のところでの超過速度は大幅に防止され
る。

【００４５】この第１の拡散区域５０は、リブ８の出口
で終り、面積比が１．８になるように構成されている。

【００４６】第１拡散区域には、多流路のディフューザ
部分の形式で第２拡散区域が続いている。この第２区域
は、２．５の面積比となるように構成されている。この
目的のために、リブ８の下流には２つの流れ案内リング
１６が配置されている。これら案内リング１６により流
路が３つの部分ディフューザ１７に分割されている。こ
れら部分ディフューザは、直線形ディフューザとして、
自体公知の規則に従ってそれぞれ約７．５°の相当開角
を有するように構成されている。この措置により、第２
拡散区域はＬ＝Ｌ_1K／ｎの式に従って短縮せしめられ
る。この式において、Ｌは第２拡散区域の軸方向延び、
Ｌ_1Kは等しい面積比を有する単一流路ディフューザの軸
方向延び、ｎは部分ディフューザの数である。

【００４７】この第２拡散区域の終端部には、周方向に
一様に成形中空リブ１８が分配配置され、これら中空リ
ブの１つは上半分が垂直に位置している。これらの中空
リブ内には、電気の導体や空気及び油の導管が通されて
いる。これらの中空リブの截頭後縁には、限定された剥
離縁１９が設けられている。ディフューザの環状内側制
限壁１５も、第２拡散区域５１の出口のところが截頭部
２０で終っており、限定された剥離縁２１を備えてい
る。これらの措置により剥離横断面は最小に維持され、
補償が加速され、ボス区域での死水が低減される。

【００４８】この第２の拡散区域５１は扇形に拡がって
いるため、第１拡散区域５０より著しく直径が大であ
る。しかし、この第２拡散区域は純薄板構造で、装置の
設置場所で問題なく分解部材から組立て可能なので、特
に鉄道輸送の場合も、難点は生じない。

【００４９】第２拡散区域の下流には、第３拡散区域５
２が衝動ディフューザの形式で設けられている。この第
３拡散区域は急激に拡大されている。補償区域として構
成されたこのカルノー・ディフューザの軸方向長さは、
Ｌ＝Ｄ／ｎで表わされる。この式において、Ｄは円筒形
排気ガス管２２内の流路の直径であり、ｎは第２拡散区
域５１内の流路数である。この第３拡散区域５２の面積
比は１．２であり、その場合、３つの中空リブのウェー
クも計算に入れられている。

【００５０】ディフューザの合計面積比は、したがって
５．３である。

【００５１】通例、設置現場で、円筒形の排気ガス管２
２や第２拡散区域５１の外側制限壁１４が、一体の部材
に溶接される。第２拡散区域５１に自由に接近できるよ
うにするために、この区域５１は軸方向に第３区域５２
内へ送入可能に構成されている。このことは図１の符号
２３により略示されている。

【００５２】新しい措置により、動翼最終列１２の出口
のところで一定の逆回転が可能になるようにすることも
できる。なぜなら、下流のディフューザ内では整流リブ
により軸方向流れが生ぜしめられるからである。この逆
回転は次の利点を有している： −効率が変化しないで、段階的作業が増進されるか、又
は −段階的作業が変化せずに、効率が増大する。

【００５３】−動翼最終列の動翼の捩り度が比較的小さ
く構成されており、この結果、出費が低減される。

【００５４】−最終タービン段での変向が減じられる。
このことは、特に渦層燃焼式ガスタービンの場合、粒子
分離のために効果的である。

【００５５】言うまでもなく、本発明は図１及び図２に
示した実施例に限定されるものではない。この実施例
は、軸方向出口を有するディフューザを客体とし、した
がって整流リブの配置が著しく容易であった。この配置
は、特に、蒸気タービン又はガスタービンに広く適用可
能であり、特に排気ガスタービンや、いわゆる軸流・半
径流ディフューザ又は軸流・半径流・軸流ディフューザ
を有するガスタービンの圧縮機に適用できる。

【００５６】この一例を示したのが図４のガスタービン
である。第１拡散区域５０Ｂは、図１の実施例のそれと
合致している。２つの案内リング１６Ｂにより３つの部
分ディフューザ１７Ｂに分割されている第２拡散区域５
１Ｂは、第３の拡散区域５３Ｂに開口している。第３の
区域５３Ｂでは、僅かだけ減速され、著しく変向され
る。この著しい変向は、第３区域５３Ｂ内へ続いている
案内リングの配置により著しく有利になる。この措置に
よって、第３拡散区域５３Ｂの平均曲率半径の低減がＲ
＝Ｒ_1K／ｎの法則に従って可能になる。この式におい
て、Ｒは第３拡散区域の曲率半径、Ｒ_1Kは等しい面積比
を有する単一流路拡散区域の平均曲率半径、ｎは流路の
数を表わしている。第３拡散区域５３Ｂは、排出孔２７
内へ半径方向に開口している。排出孔へのこの移行の場
合にも、衝動ディフューザの思想が実現されている。

【００５７】図１の解決策と異なり、整流リブは中空で
はなく中実に構成することもできる。たとえば本来の排
気ガスハウジングが備えられていない場合、言いかえる
と、排気ガスハウジングが流れ案内の機能を有する場
合、つまりディフューザの外側制限壁１４が外方への閉
鎖部を形成し、タービンハウジングに直接にフランジ結
合されている場合、中実の構成にされる。

【００５８】本発明の思想が圧縮機ディフューザの場合
に、どのように実現され得るかを示したのが図５であ
る。この場合の圧縮機は、図１に示したガスタービンの
圧縮機である。この場合、装置には（図示されていな
い）立形燃焼室を備えるようにしてもよい。

【００５９】その構成の場合には、ディフューザからの
出口が、図示のようにほとんど半径となる。

【００６０】流れの回転を抑止するため、この場合、第
１拡散区域内には普通の圧縮機案内列や後案内列が備え
られている。これらの列が整流リブの機能を引受けてい
る。第１整流リブ８Ｃとして働く圧縮機案内列は、既述
の基準に従って構成されている。しかし、この場合は、
リブの軸方向出口は設けられていない。なぜなら、流れ
方向でリブ８Ｃに続いて後案内列８′Ｃが配置され、更
に整流を行なうようにされているからである。この列
８′Ｃも同じように、既述の基準に従って構成できるか
らである。第１拡散区域は、動翼１２Ｃの後縁から後案
内列８′Ｃの後方平面まで達している。言うまでもな
く、双方のリブ８Ｃ，８′Ｃは単一の整流リブにまとめ
ることもできる。

【００６１】第２の拡散区域は案内リング１６Ｃにより
２つの部分ディフューザ１７Ｃに分割されている。この
案内リングは、第３の、ほとんど減速させず、著しく変
向させる拡散区域５３Ｃ内でリブ２８を介してロータの
覆い２９Ｃと外側制限壁１４Ｃのところとに所定位置に
保持されている。この実施例の場合、第３拡散区域は第
４拡散区域５４Ｃへ移行しており、この区域５４Ｃ内で
更に減速される。

【００６２】この種の単軸軸流ガスタービンの場合、タ
ービンと圧縮機との間に位置する軸部分は、ドラム３０
として構成されている。ドラム３０は、前述のロータの
覆い２９Ｃに取囲まれている。ドラム３０と覆い２９Ｃ
との間に形成される環状流路３１Ｃは、圧縮機のリブ８
Ｃと８′Ｃとの間のボス側から取出される全ロータ冷却
空気をタービン端側へ案内する。この冷却空気は、そこ
からロータ側冷却流路に達する。このロータ側冷却空気
は回転流れとして環状流路３１Ｃへ導入される。これに
より、一方では、ロータの加熱が、冷却空気と過渡電圧
レベルとにより可能な最低限度に抑えられる。加えて、
ボス側取入口を介して、出来るだけ清浄な、ほとんどほ
こりを含まない空気が環状流路内へ導入される。続くデ
ィフューザにとっては、空気の取入口により、圧縮機の
場合に際立っているエネルギーの乏しいボスのところの
区域が、大部分取除かれる利点が得られる。これにより
ディフューザ入口に関してはよりよい条件が得られる。
この措置が、動翼１２Ｃの出口のところの屈折角度を決
める場合や、第１拡散区域の単一流路鐘形ディフューザ
の設計のさいに、考慮に入れられることは言うまでもな
い。

【００６３】図６に示された多区域ディフューザの変化
形は、環状燃焼室を備えた装置に使用される。利用可能
のスペース事情により、ディフューザの流れが、ほとん
ど１８０°変向される。この形式の場合、圧縮機案内列
が１つだけ備えられ、これが整流リブ８Ｄ機能を引き受
けている。リブ８Ｄは既述の基準に従って構成されてい
る。したがって、この場合、ボスのところの、ロータ側
冷却空気は、最終動翼１２Ｄの出口のところから取出さ
れて、環状流路３１Ｄ内へ導入される、したがって、図
５の実施例に比べて、この場合、冷却空気の圧力は低い
が、回転度は高い。これは、双方の圧縮機の動翼出口の
ところの状態が等しいことを前提とした場合である。

【００６４】この実施例の場合も、案内リング１６Ｄに
より第２拡散区域が２つの部分ディフューザ１７Ｄに下
分割されている。この案内リングは、第３のほとんど減
速させず、著しく変向させる拡散区域５３Ｄ内にリブ
（図示せず）を介してロータの覆い２９Ｄと外側制限壁
１４Ｄのところで所定位置に保持されている。この実施
例では、第３拡散区域は単一流路の第４拡散区域に移行
し、ここで更に減速が行われる。

【００６５】案内リングは２部分に構成されている。そ
の第１部分は円筒形薄板外とう１６Ｄａから成ってい
る。この外とうは、周方向に分配された複数成形リブ３
２を介して翼保持体２Ｄのところの所定位置に保持され
ている。第２の変向部分は、たとえば、第１部分にねじ
結合された鋳造部材から成っている。燃焼室壁の冷却の
ため、別の環状流路３８を介して空気が第３拡散区域か
ら分岐せしめられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるディフューザを有するガスタービ
ンの部分縦断面図。

【図２】図１の円２内の部分の詳細図。

【図３】システムライン形式により流れに即したリブを
示した斜視図。

【図４】軸流／半径流排気ガスディフューザを有するガ
スタービンの部分縦断面図。

【図５】立形個別燃焼室を有するガスタービン装置の圧
縮機の部分縦断面図。

【図６】環状燃焼室を有するガスタービン装置の圧縮機
の部分縦断面図。

【符号の説明】

１ ロータ、 ２ 翼保持体、 ３ タービンハウジン
グ、 ４ 保持軸受、５ 排気ガスハウジング、 ８
整流リブ、 ９ 整流リブの断面、 １０支持体、 １
１ 静翼、 １２ 出口動翼、 １３ ディフューザ、
１４ ディフューザの外側制限壁、 １５ ディフュ
ーザの内側制限壁、 １６ 案内リング、 １７ 部分
ディフューザ、 １８ 中空リブ、 １９，２１ 剥離
縁部、 ２０ 截頭部、 ２２ 円筒形排気ガス管、
２４ 整流リブ前縁、 ２６鐘形ディフューザ、 ２
８，３２ リブ、 ２９ ロータの覆い、 ３０ ドラ
ム、 ３１ 環状流路、 ５０ 第１拡散区域、 ５１
第２拡散区域、 ５２ 第３拡散区域、 ５３ 第４
拡散区域、 ａ 出口動翼・整流リブ前縁の間隔、 ｄ
ｍａｘ 整流リブ最大断面厚、 Ｓ 整流リブの弦、
αＺ，αＮ 屈折角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−100302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−105905（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−90630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174507（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−80003（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−117702（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−57206（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−63902（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02C 1/00 - 9/58 F01D 23/00 - 25/36

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸流ターボ装置用の多区域ディフューザ
   であって、ディフューザ入口の屈折角度が、ターボ装置
   のボス及びシリンダいずれのところでも、最終動翼列
   （１２）出口のところの流路全高にわたり全圧力プロフ
   ィールを一様にする目的で定められており、また、ディ
   フューザの減速区域内には整流リブ（８）の形式で回転
   流れの回転性を除去する手段が備えられており、更に、
   流れを案内する案内リング（１６）がディフューザを多
   流路式に下区分している形式のものにおいて、 第１の拡散区域（５０）が、最終動翼列（１２）の出口
   平面から整流リブ（８）の出口平面まで延び、かつ単一
   流路として構成されており、しかも経線の輪郭の相応の
   開角（θ）が屈折角度の下流で流れの剥離防止のため小
   さくされ、この結果、一種の鐘形ディフューザ（２６）
   が形成され、更に第２の拡散区域（５１）が多流路式デ
   ィフューザ部分（１７）の形式に構成され、しかも流れ
   を案内する案内リング（１６）が整流リブ（８）の下流
   に配置されていることを特徴とする、ターボ装置用の多
   区域ディフューザ。
2. 【請求項２】 第２拡散区域の下流に第３拡散区域（５
   ２）が衝動ディフューザの形式に構成され、このディフ
   ューザの軸方向長さが事実上Ｌ＝Ｄ／ｎの値であり、こ
   の式においてＤは排気ガス管内の貫流流路の直径を表わ
   し、ｎは第２拡散区域内の流路（１７）の数を表すこと
   を特徴とする、請求項１記載の多区域ディフューザ。
3. 【請求項３】 最終動翼列（１２）による干渉を防止す
   るため、動翼列（１２）による干渉を防止するため、動
   翼出口からのリブ間隔（ａ）とリブのピッチ（ｔ）との
   比が、少なくとも０．５であることを特徴とする、請求
   項１記載の多区域ディフューザ。
4. 【請求項４】 変向の課題を配慮して、リブの弦（ｓ）
   とリブのピッチ（ｔ）との比が、少なくとも１であり、
   リブ全高にわたって大体一定であることを特徴とする、
   請求項１記載の多区域ディフューザ。
5. 【請求項５】 整流リブの最大断面積（ｄｍａｘ）とリ
   ブの弦（ｓ）との比が、最高０．１５であり、リブ全高
   にわたって大体一定であることを特徴とする、請求項１
   記載の多区域ディフューザ。
6. 【請求項６】 整流リブ（８）の骨格線の各曲率が、衝
   撃のない流入と軸方向の流出とを考慮に入れて、リブ全
   高にわたり選定されていることを特徴とする、請求項１
   記載の多区域ディフューザ。
7. 【請求項７】 整流リブ（８）のところでの超過速度を
   防止するため、ディフューザの経線の輪郭がリブ区域で
   付加的に拡大（２５）されていることを特徴とする、請
   求項１記載の多区域ディフューザ。
8. 【請求項８】 整流リブ（８）の前縁（２４）が、リブ
   全高にわたり流線と直交するように方位づけられている
   ことを特徴とする、請求項１記載の多区域ディフュー
   ザ。
9. 【請求項９】 ディフューザが、第１拡散区域（５０）
   内に水平の分離平面を有していることを特徴とする、請
   求項１記載の多区域ディフューザ。
10. 【請求項１０】 偶数個の整流リブ（８）が備えられて
    おり、しかもこれらのリブが垂直平面内に配置され、水
    平面内には配置されていないことを特徴とする、請求項
    ９記載の多区域ディフューザ。
11. 【請求項１１】 第２拡散区域（５１）内に、周方向に
    一様に分配され、垂直平面に対し対称的に配置され、限
    定された剥離縁部（１９）を有する複数の成形中空リブ
    （１８）が備えられていることを特徴とする、請求項１
    記載の多区域ディフューザ。
12. 【請求項１２】 ディフューザの内側制限壁（１５）
    が、第２拡散区域（５１）の出口のところに、限定され
    た剥離縁部（２１）を有することを特徴とする、請求項
    １記載の多区域ディフューザ。
13. 【請求項１３】 第２拡散区域（５１）が、軸方向に第
    ３拡散区域（５２）内へ送入可能に構成されていること
    を特徴とする、請求項２記載の多区域ディフューザ。
14. 【請求項１４】 第２拡散区域（５１）の下流に、同じ
    く多流路の第３の拡散区域が設けられ、この第３拡散区
    域内で僅かに減速され、著しく変向されることを特徴と
    する、請求項１記載の多区域ディフューザ。
15. 【請求項１５】 第３拡散区域（５３）の下流に単一流
    路又は多流路の第４拡散区域（５４）が配置されてお
    り、この区域では著しい減速と僅かな変向が行われるこ
    とを特徴とする、請求項１４記載の多区域ディフュー
    ザ。