JP5614954B2

JP5614954B2 - 燃焼器とタービン部との連通構造、および、ガスタービン

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Publication number: JP5614954B2
Application number: JP2009181554A
Authority: JP
Inventors: ジョナサン・オン; 仁志北川; 内田　澄生; 澄生内田; 伊藤　栄作; 栄作伊藤; 康朗坂元
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2011032966A

Description

本発明は、燃焼器とタービン部との連通構造、および、ガスタービンに関する。

一般に、ガスタービンは、圧縮機、燃焼器、および、タービン部を主な構成要素とし、圧縮機とタービンとが回転軸により連結され、圧縮機とタービン部との間に燃焼器が配置されている。
上述のガスタービンにおいては、作動流体である空気が、回転軸により回転駆動された圧縮機に吸入されて圧縮され、圧縮された空気が燃焼器に導入される。燃焼器では燃料が圧縮空気に混合され、混合気が燃焼されることにより、高温高圧の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは周囲を流れる圧縮空気等と混合され高温ガスとなり、燃焼器からタービン部に吐出され、タービン部を回転駆動させている。

具体的には、燃焼器から吐出された燃焼ガスを含む作動流体である高温ガスは、タービン部のタービン１段静翼の間を通過した後に、タービン１段動翼に流入する。タービン１段動翼において、作動流体の持つエネルギの一部が回転エネルギに変換され、回転軸に回転駆動力として伝達されている。

ここで、燃焼器からタービン部へ流入する作動流体の流れは、燃焼器で生成された高温ガスの流れであって、当該高温ガスの流れには、平均ガス温度（当該高温ガス流れにおけるガス温度の平均値）よりも温度が高い領域（以下、「ホットストリーク」（ｈｏｔ−ｓｔｒｅａｋ）と表記する。）と、燃焼器を冷却するための圧縮空気などが混合して当該ホットストリークよりも温度が低い領域と、が存在すること、言い換えると、高温ガスの流れに温度分布のムラがあることが知られている。

高温ガスにおける周方向の圧力分布はほぼ均一である為、マッハ数の分布もほぼ一様であるが、ホットストリークは、周囲を流れる高温ガスよりも温度が高いため音速が早く、流速も早くなる。そのため、タービン１段静翼を通過した後のホットストリークは、温度が低く流速が遅い周囲を流れる高温ガスと比較して、タービン１段動翼に対する迎え角が大きくなる。言い換えると、ホットストリークは、タービン１段動翼の正圧面に衝突するように流入し正圧面に堆積し、正圧面に沿って流れる。

その結果、タービン１段動翼における正圧面のガス温度が局所的に高くなり、タービン動翼を冷却する冷却空気が多量に必要になるという問題があった。

上述の問題を解決するために、タービン１段静翼にホットストリークを衝突させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
非特許文献１では、ホットストリークと、タービン１段静翼と、タービン１段動翼と、が数において１対１対１の関係にある場合において、タービン１段静翼にホットストリークを衝突させることにより、タービン１段動翼における正圧面のガス温度を低下させる技術が開示されている。

つまり、ホットストリークをタービン１段静翼に衝突させ、タービン１段静翼の周囲に沿ってホットストリークを流すことにより、タービン１段静翼との間の摩擦損失等によりホットストリークにおける流速を減速させている。このことにより、タービン１段静翼と衝突した後のホットストリークは、衝突していない場合と比較して、タービン１段動翼に対する迎え角が小さくなる。言い換えると、衝突後のホットストリークは、タービン１段動翼の正圧面から離れた位置を流れるようになり堆積しなくなる。
その結果、タービン１段動翼における正圧面のガス温度が低くなる。

ＤａｎｉｅｌＪ．Ｄｏｒｎｅｙ，ＫａｒｅｎＧｕｎｄｙ−Ｂｕｒｌｅｔ，"Ｈｏｔ−ＳｔｒｅａｋＣｌｏｃｋｉｎｇＥｆｆｅｃｔｓｉｎａ１−１／２ＳｔａｇｅＴｕｒｂｉｎｅ"，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎａｎｄＰｏｗｅｒ，Ｍａｙ−Ｊｕｎｅ１９９６，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３，Ｐ．６１９−６２０

しかしながら、ガスタービンにおける、ホットストリークと、タービン１段静翼と、タービン１段動翼との、数における比率は、上述の非特許文献１に記載された１対１対１である場合だけでなく、その他の比率、例えば１対ｎ対ｍ（ｎおよびｍは１以外の自然数）である場合もある。

その場合には、１枚のタービン１段静翼に対して一つのホットストリークを単純に衝突させるだけでは、衝突後のホットストリークにおける流速を効果的に減速させることができず、タービン動翼を冷却する冷却空気量を効果的に減らすことができないという問題が生じる場合があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、タービン動翼を冷却する冷却空気量を効果的に減らすことができる燃焼器とタービン部との連通構造、および、ガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の燃焼器とタービン部との連通構造は、回転軸まわりに複数配置され、圧縮機から供給された圧縮空気、および、燃料ノズルから供給された燃料を混合して燃焼させることにより燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスおよび前記圧縮空気を含む高温ガスを、前記回転軸まわりに複数配置されたタービン静翼およびタービン動翼からなるタービン段を順次通過させることにより回転駆動力を発生させるタービン部と、の連通構造であって、前記タービン静翼のうちの前記燃焼器に最も近いタービン１段静翼、および、前記燃焼器の少なくとも一方における前記回転軸まわりの位置は、前記高温ガスの流れのうちの平均ガス温度よりも温度が高い領域であるホットストリークと衝突する前記タービン１段静翼の枚数が最も多くなるように調節されていることを特徴とする。

本発明によれば、ホットストリークと衝突するタービン１段静翼の枚数が最も多くされているため、言い換えると、一つのホットストリークが複数枚のタービン１段静翼に衝突するため、一枚のタービン１段静翼のみに衝突する場合と比較して、タービン１段静翼の下流側に配置されたタービン１段動翼の正圧面におけるガス温度が低下する。

つまり、ホットストリークを形成する高温ガスは、タービン１段静翼に衝突した後、衝突したタービン１段静翼全体を浸すようにタービン１段静翼の表面に沿って流れる。当該表面には境界層が形成され、ホットストリークを形成する高温ガス流れのうち、表面の近傍を流れる高温ガスの流速は、摩擦損失などにより低下する。

ここで、一つのホットストリークが一枚のタービン１段静翼のみに衝突する場合と比較して、複数枚のタービン１段静翼に衝突する場合には、タービン１段静翼の表面積は、タービン１段静翼が増えた分だけ増加する。そのため、ホットストリークを形成する高温ガス流れのうち、摩擦損失などにより流速が低下する高温ガス流れの割合が増加し、ホットストリーク全体における高温ガス流れの流速はより低下する。

その結果、一つのホットストリークが一枚のタービン１段静翼のみに衝突する場合と比較して、複数のタービン１段静翼に衝突する場合には、ホットストリークは、タービン１段動翼の正圧面から、さらに離れた位置を流れるようになり堆積しなくなる。すると、タービン１段動翼の正圧面におけるガス温度はより低下する。

上記発明においては、前記ホットストリークの幅ｗが、複数の前記タービン１段静翼における前縁間の周方向の距離であるピッチｐに対して以下の式（１）の条件を満たしている場合に、前記一つのホットストリークの中心から前記ホットストリークと衝突する前記タービン１段静翼の前縁までの周方向の距離ｙを、前記ピッチｐで割った値φが、０．３から０．６までの範囲内の値、より好ましくは、０．５であることが望ましい。
２ｋ＋１≦ｗ／ｐ＜２ｋ＋２（ｋ＝０，１，２，・・・）・・・（１）

本発明によれば、ホットストリークの幅ｗと、タービン１段静翼のピッチｐと、が上述の式（１）の関係を満たす場合、φの値を０．３から０．６までの範囲内の値、より好ましくは、０．５とすることにより、偶数枚のタービン１段静翼に、一つのホットストリークを衝突させることができる。この時、一つのホットストリークを、奇数枚のタービン１段静翼に対して衝突させる場合と比較して、一つのホットストリークを、より多くのタービン１段静翼に衝突させることができる。

上記発明においては、前記ホットストリークの幅ｗが、複数の前記タービン１段静翼における前縁間の周方向の距離であるピッチｐに対して以下の式（２）の条件を満たしている場合に、前記一つのホットストリークの中心から前記ホットストリークと衝突する前記タービン１段静翼の前縁までの周方向の距離ｙを、前記ピッチｐで割った値φが、０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値、より好ましくは、０．０または１．０であることが望ましい。
２ｋ≦ｗ／ｐ＜２ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，・・・）・・・（２）

本発明によれば、ホットストリークの幅ｗと、タービン１段静翼のピッチｐと、が上述の式（２）の関係を満たす場合、φの値を０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値、より好ましくは０．０または１．０とすることにより、奇数枚のタービン１段静翼に、一つのホットストリークを衝突させることができる。この時、一つのホットストリークを偶数枚のタービン１段静翼に対して衝突させる場合と比較して、一つのホットストリークを、より多くのタービン１段静翼に衝突させることができる。

本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機から供給された圧縮空気、および、燃料ノズルから供給された燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスが有するエネルギの一部を、回転駆動力に変換するタービン部と、前記タービン部から前記回転駆動力を前記圧縮機に伝達する回転軸と、が設けられたガスタービンであって、上記本発明の燃焼器とタービン部との連通構造を有することを特徴とする。

本発明によれば、上記本発明の燃焼器とタービン部との連通構造を有することにより、タービン動翼を冷却する冷却空気量を効果的に減らすことができる。また、ガスタービン全体での効率を向上することができる。

本発明の燃焼器とタービン部との連通構造、および、ガスタービンによれば、一つのホットストリークが複数のタービン１段静翼に衝突するため、タービン動翼を冷却する冷却空気量を効果的に減らすことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を説明する模式図である。図１の圧縮機、タービン部、および燃焼器の構成を説明する模式図である。図１のタービン部の構成を説明する部分拡大図である。図３のタービン１段動翼に対する高温ガスの流れ方向を説明するベクトル図である。タービン１段動翼の表面における温度変化を解析した領域を説明する図であって、タービン１段動翼を正圧面側から見た斜視図である。図５の領域Ｚ１における温度変化を説明するグラフである。図３のタービン部における別の構成を説明する部分拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係るガスタービンについて図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態のガスタービンの構成を説明する模式図である。
本実施形態では、図１に示すように、本発明のガスタービン１を、発電機Ｇを駆動するものに適用して説明するが、ガスタービン１により駆動される対象は、発電機Ｇに限定されるものではなく、他の機器であってもよく特に限定するものではない。

ガスタービン１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、回転軸５と、が主に設けられている。

圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
圧縮機２には、圧縮機２に流入する大気の流量を調節する入口案内翼（図示せず）や、流入した大気を圧縮する１段動翼（図示せず）、および１段静翼（図示せず）など、が設けられている。

図２は、図１の圧縮機、タービン部、および燃焼器の構成を説明する模式図である。
燃焼器３は、図１および図２に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、燃焼させることにより、燃焼ガスを生成するものである。
燃焼器３には、図２に示すように、空気入口３１と、燃料ノズル３２ａおよび燃料ノズル３２ｂと、尾筒３３と、が主に設けられている。

空気入口３１は、図２に示すように、圧縮機２により圧縮された空気を、燃料ノズル３２ｂおよび尾筒３３の内部に導くものである。
なお、空気入口３１としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。

燃料ノズル３２ａおよび燃料ノズル３２ｂは、図２に示すように、外部から供給された燃料を尾筒３３の内部に向けて噴霧するものである。燃料ノズル３２ａから噴霧された燃料は、燃料ノズル３２ｂより噴射された燃料と空気との混合ガスの流れ等により攪拌されて、さらに燃料が混合された混合気となる。
なお、燃料ノズル３２ａおよび燃料ノズル３２ｂとしては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。

尾筒３３は、図２に示すように、燃料ノズル３２ａおよび燃料ノズル３２ｂからタービン部４の流入部に向かって延びる流路を形成するものである。言い換えると、尾筒３３は、その内部を、燃料と空気の混合気や、当該混合気の燃焼により生成される燃焼ガスなどを含む高温ガスが流れるものである。

なお、本実施形態では、カン型の燃焼器３に適用して説明しているが、カン型の燃焼器３に限定されることなく、アニュラ型の燃焼器など、他の形式の燃焼器に適用してもよく、特に限定するものではない。

タービン部４は、図１および図２に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。

図３は、図１のタービン部の構成を説明する部分拡大図である。
タービン部４には、図３に示すように、燃焼器３に最も近いタービン１段静翼（タービン静翼）４ＳＶと、その下流側に配置されたタービン１段動翼（タービン動翼）４ＲＢと、が設けられている。

タービン１段静翼４ＳＶは、タービン１段動翼４ＲＢとともにタービン段を構成するものであり、タービン１段動翼４ＲＢとともにタービン部４に流入した高温ガスから回転駆動力を発生させるものである。

タービン１段静翼４ＳＶは、高温ガス流れにおける尾筒３３の下流側端部（図３の右側端部）と対向する位置に、回転軸５まわりに等間隔に配置され、かつ、径方向（図３の紙面に対して垂直方向）に沿って延びるように配置された複数の翼である。さらにタービン１段静翼４ＳＶは、燃焼器３からタービン１段静翼４ＳＶの列に流入した高温ガスを、周方向（図３の上下方向）に偏向させるものでもある。

さらに、タービン１段静翼４ＳＶには、周囲を流れる高温ガスの熱からタービン１段静翼４ＳＶを保護する冷却空気が供給され、当該冷却空気により冷却（例えば、フィルム冷却やシャワーヘッド冷却、インピンジメント冷却、対流冷却など）が行われている。

タービン１段動翼４ＲＢは、タービン１段静翼４ＳＶとともにタービン段を構成するものであり、タービン１段静翼４ＳＶにより偏向された高温ガスに基づいて回転駆動力を発生させるものである。

タービン１段動翼４ＲＢは、高温ガス流れにおけるタービン１段静翼４ＳＶの下流側の位置（図３の右側の位置）に、回転軸５まわりに等間隔に配置され、かつ、径方向（図３の紙面に対して垂直方向）に沿って延びるように配置された複数の翼である。さらにタービン１段動翼４ＲＢは、タービン１段静翼４ＳＶによって偏向された高温ガスを受けて回転軸５まわりに回転駆動されるものである。
さらに、タービン１段動翼４ＲＢには、周囲を流れる高温ガスの熱からタービン１段動翼４ＲＢを保護する冷却空気が供給されている。

なお、タービン部４には、上述のようにタービン１段静翼４ＳＶおよびタービン１段動翼４ＲＢのみが設けられていてもよいし、さらに、タービン２段静翼およびタービン２段動翼や、タービン３段静翼およびタービン３段動翼などがもうけられていてもよく、特に段数を限定するものではない。

ここで、本実施形態の特徴であるタービン１段静翼４ＳＶの配置について、図３を参照しながら説明する。
本実施形態におけるガスタービン１では、燃焼器３からタービン部４に流入する高温ガス流れのうちの温度が高い領域であるホットストリークＨＳの幅ｗが、複数のタービン１段静翼４ＳＶにおける前縁ＬＥ間の周方向の距離であるピッチｐに対して、以下の式（１）の条件を満たしている。
２ｋ＋１≦ｗ／ｐ＜２ｋ＋２（ｋ＝０，１，２，・・・）・・・（１）

言い換えると、燃焼器３またはタービン１段静翼４ＳＶの一方について、回転軸５まわりの位置を調節することにより、１つのホットストリークＨＳを衝突させることが出来るタービン１段静翼４ＳＶの最大枚数が偶数枚、例えば２枚となるようなガス温度分布が生じている。

タービン１段静翼４ＳＶは、図３に示すように、１つのホットストリークＨＳ対して、２枚のタービン１段静翼４ＳＶが対応するように、言い換えると、２枚のタービン１段静翼４ＳＶに対して１つのホットストリークＨＳが衝突するように配置されている。

なお、ホットストリークＨＳは、燃焼器３における燃料ノズル３２ａ，３２ｂから、圧縮空気や高温ガスの流れに沿って下流側に向かって延びる領域に相当するものである。
そのため、ホットストリークＨＳにおける高温ガスは、周囲の高温ガスと比較して燃料が燃焼した燃焼ガスの比率が高くなり、周囲を流れる高温ガスよりも温度が高くなる。その一方で、ホットストリークＨＳの周囲における高温ガスは、ホットストリークＨＳにおける高温ガスと比較して、圧縮空気の比率が高くなり、ホットストリークＨＳにおける高温ガスよりも温度が低くなる。

回転軸５は、図１に示すように、タービン部４により発生された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達するものである。
なお、回転軸５としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。

次に、上記の構成からなるガスタービン１における一般的な運転について説明し、その後に、本実施形態の特徴である燃焼器３の出口からタービン１段静翼４ＳＶおよびタービン１段動翼４ＲＢに至るまでの高温ガスの流れについて説明する。

ガスタービン１は、図１に示すように、圧縮機２が回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。吸入された大気は、圧縮機２により圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。

燃焼器３に流入された圧縮空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温ガスが生成される。

燃焼器３において生成された高温ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸５に伝達される。回転軸５は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達する。

ここで、本実施形態の特徴である燃焼器３の出口からタービン１段静翼４ＳＶおよびタービン１段動翼４ＲＢに至るまでの高温ガスの流れについて説明する。

図２に示すように、圧縮機２により圧縮された空気の一部は、燃焼器３の空気入口３１から燃料ノズル３２ｂを経て、尾筒３３の内部に流入する。尾筒３３の内部に流入した圧縮空気は、燃料ノズル３２ｂより噴射された燃料と混合されて混合ガスを形成すると共に、旋回方向の流速成分が与えられ、尾筒３３の内部に循環流れを形成する。

このようにして形成された混合ガスの循環流れに対して、燃料ノズル３２ａから燃料が噴霧され、噴霧された燃料は循環流れを形成する混合ガス等により攪拌された後、燃焼される。燃焼ガスは周囲の混合ガスの流れに沿って、尾筒３３の内部を下流に向かって流れつつ、周囲を流れる未燃混合ガスと混合され高温ガスとなる。
このとき、圧縮空気が、尾筒３３の周囲から内部に流入するとともに、尾筒３３に沿って流れ、尾筒３３を燃焼ガスの高熱から保護する。

そのため尾筒３３の内部には、図３に示すように、圧縮空気や高温ガスの流れに沿って下流側に向かって延びる領域に相当するホットストリークＨＳが形成される。ホットストリークＨＳにおける高温ガスは、周囲の高温ガスと比較して燃焼ガスの比率が高いため温度が高くなる。その一方で、ホットストリークＨＳの周囲における高温ガスは、ホットストリークＨＳの高温ガスと比較して圧縮空気の比率が高いため温度が低くなる。

ホットストリークＨＳの高温ガスは、２つのタービン１段静翼４ＳＶと衝突して、衝突した２枚のタービン１段静翼４ＳＶ全体を浸すようにタービン１段静翼４ＳＶの周囲に沿って流れる。タービン１段静翼４ＳＶの表面には境界層が形成され、ホットストリークＨＳを形成する高温ガスの流れのうち、表面の近傍を流れる高温ガスの流速は摩擦損失などにより低下する。

さらに、ホットストリークＨＳを含む高温ガスの流れは、タービン１段静翼４ＳＶにより、回転軸５における周方向（図３の下方向）に偏向される。偏向された高温ガスの流れは、タービン１段動翼４ＲＢを回転軸５まわり（図３の下方向）に回転駆動させる。
このとき、ホットストリークＨＳにおける高温ガスは、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳから離れた位置を流れる。そのため、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳの近傍における高温ガスの温度が低くなる。

ここで、流速の低下したホットストリークＨＳにおける高温ガスが、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳから離れた位置を流れる理由について説明する。

図４は、図３のタービン１段動翼に対する高温ガスの流れ方向を説明するベクトル図である。
図４に示すように、静止した絶対系から見た場合に、タービン１段動翼４ＲＢに対する高温ガスの流れ方向は、高温ガスの流速が速い場合ＡＦであっても、遅い場合ＡＳであっても大きな変化はない。

その一方で、タービン１段動翼４ＲＢとともに回転する相対系から見た場合では、タービン１段動翼４ＲＢに対する高温ガスの流れ方向は、高温ガスの流速が速い場合ＲＦと、遅い場合ＲＳとでは異なる。具体的には、流速が速い高温ガスの流れ方向ＲＦは、流速が遅い高温ガスの流れ方向ＲＳよりもタービン１段動翼４ＲＢに対して迎え角が大きく、流速が速い高温ガスは、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳに向かって流れる。
ここで、図４における４ＲＢＳは、タービン１段動翼４ＲＢの回転速度を示すものである。

そのため、ホットストリークＨＳにおける高温ガスの流速が低下すると、上述の流れ方向ＲＳのように、タービン１段動翼４ＲＢに対する迎え角が小さくなる。すると、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳと、ホットストリークＨＳにおける高温ガスの流れ方向とがなす角度が小さくなり、ホットストリークＨＳにおける高温ガスは、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳと衝突しにくくなる。つまり、正圧面ＰＳから離れた位置を流れることとなる。

次に、ホットストリークＨＳに対するタービン１段動翼４ＲＢの配置位置を変えた場合のタービン１段動翼４ＲＢの表面における温度変化の解析結果について、図５および図６を参照しながら説明する。

図５は、タービン１段動翼の表面における温度変化を解析した領域を説明する図であって、タービン１段動翼を正圧面側から見た斜視図である。

ここでは、図５に示すように、タービン１段動翼４ＲＢの表面における領域Ｚ１における温度の変化を説明する。
領域Ｚ１は、図５に示すように、タービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳである。

図６は、図５の領域Ｚ１における温度変化を説明するグラフである。
図６における横軸は、ホットストリークＨＳに対するタービン１段静翼４ＳＶの周方向における相対位置（クロッキング・ポジション）φを示している。ここで、図３を参照しながらφについて説明すると、φは、タービン１段静翼４ＳＶにおける周方向の間隔であるピッチをｐとし、ホットストリークＨＳの中心ＣＬからタービン１段静翼４ＳＶの前縁ＬＥまでの周方向の距離をｙとすると、以下の式（３）により表される値である。
φ ＝ｙ／ｐ・・・（３）

本実施形態のように、燃焼器３またはタービン１段静翼４ＳＶの一方について、回転軸５まわりの位置を調節することにより、１つのホットストリークＨＳを衝突させることが出来るタービン１段静翼４ＳＶの最大枚数が２枚となるようなガス温度分布が生じている場合、図６に示すように、φが０．３から０．６までの範囲内の値のとき、特に好ましくは０．５のときに、領域Ｚ１における温度が低くなる一方で、φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値、特に好ましくは０．０または１．０の時には、領域Ｚ１における温度が高くなる結果となる。

具体的には、φが０．３から０．６までの範囲内の値の場合は、一つのホットストリークＨＳが２枚のタービン１段静翼４ＳＶに衝突している状態の解析結果であり、φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値の場合は、一つのホットストリークＨＳが１枚のタービン１段静翼４ＳＶに衝突している状態の解析結果である。

φが０．３から０．６までの範囲内の値の場合には、φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値の場合と比較して、ホットストリークＨＳとタービン１段動翼４ＲＢとの接触面積が約２倍となる。そのため、φが０．３から０．６までの範囲内の値の場合には、ホットストリークＨＳにおける高温ガスの流速の低下が、φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値の場合と比較して大きくなる。
その結果、φが０．３から０．６までの範囲内の値の場合のホットストリークＨＳは、φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値の場合と比較して、正圧面ＰＳから離れた位置を流れ、領域Ｚ１における温度が低くなることとなる。

ここで、φが約１．３から１．６までの範囲内の値のとき、特に好ましくは１．５のときにも、領域Ｚ１における温度が低くなっているが、これは、タービン１段静翼４ＳＶが、φが０．３から０．６までの範囲内の値の場合から１ピッチだけ移動した状態であって、φが０．３から０．６までの範囲内の値と同じ状態を示すものである。

上記の構成によれば、一つのホットストリークＨＳが２枚のタービン１段静翼４ＳＶ，４ＳＶに衝突するため、一つのタービン１段静翼４ＳＶのみに衝突する場合と比較して、タービン１段静翼４ＳＶの下流側に配置されたタービン１段動翼４ＲＢの正圧面ＰＳにおけるガス温度が低下する。そのため、タービン１段動翼４ＲＢを冷却する冷却空気量を効果的に減らすことができる。

燃焼器３またはタービン１段静翼４ＳＶの一方について、回転軸５まわりの位置を調節することにより、１つのホットストリークＨＳを衝突させることが出来るタービン１段静翼の最大枚数が偶数枚となるようなガス温度分布が生じている場合には、φの値を０．３から０．６までの範囲内の値とすることにより、偶数枚のタービン１段静翼４ＳＶに、一つのホットストリークＨＳを衝突させることができる。そのため、一つのホットストリークＨＳを、例えば、奇数枚のタービン１段静翼４ＳＶに対して衝突させる場合と比較して、一つのホットストリークＨＳを、より多くのタービン１段静翼４ＳＶに衝突させることができる。

図７は、図３のタービン部における別の構成を説明する部分拡大図である。
なお、上述の実施形態のように、ホットストリークＨＳの幅ｗとタービン１段静翼４ＳＶのピッチｐとが、上述の式（１）の関係を満たしていてもよいし、上述の式（２）の関係をみたしていてよく、特に限定するものではない。
言い換えると、燃焼器出口のガス温度分布（ホットストリークＨＳの幅ｗ）は特に限定するものではない。

燃焼器３またはタービン１段静翼４ＳＶの一方について、回転軸５まわりの位置を調節することにより、１つのホットストリークＨＳを衝突させることが出来るタービン１段静翼４ＳＶの最大枚数が奇数枚となるようなガス温度分布が生じている場合には、ホットストリークＨＳに対するタービン１段静翼４ＳＶの周方向における相対位置（クロッキング・ポジション）φが０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値、特に好ましくは０．０または１．０であることが望ましい。
このようにφの値を０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値とすることにより、奇数枚のタービン１段静翼４ＳＶに、一つのホットストリークＨＳを衝突させることができる。そのため、一つのホットストリークＨＳを偶数枚のタービン１段静翼４ＳＶに対して衝突させる場合と比較して、一つのホットストリークＨＳをより多くのタービン１段静翼４ＳＶに衝突させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１ガスタービン
２圧縮機
３燃焼器
４タービン部
５回転軸
３２ａ，３２ｂ燃料ノズル
４ＳＶタービン１段静翼（タービン静翼）
４ＲＢタービン１段動翼（タービン動翼）

Claims

回転軸まわりに配置され、圧縮機から供給された圧縮空気、および、燃料ノズルから供給された燃料を混合して燃焼させることにより複数の高温ガスをそれぞれ発生させる複数の燃焼器と、
前記複数の高温ガスを複数のタービン段を順次通過させることにより回転駆動力を発生させるタービン部とを備え、
前記複数のタービン段の各々は、前記回転軸まわりに配置された複数のタービン静翼および複数のタービン動翼から形成され、
前記複数の高温ガスに対応する複数のホットストリークのうちの一つの高温ガスに対応する一つのホットストリークの周方向の幅ｗが０より大きく、
前記複数のタービン段のうちの前記複数の燃焼器に最も近いタービン１段に形成される複数のタービン１段静翼、および、前記複数の燃焼器は、
前記幅ｗと前記複数のタービン１段静翼における前縁間の周方向の距離であるピッチｐとが、以下の式（１）：
２ｋ＋１≦ｗ／ｐ＜２ｋ＋２（ｋ＝０，１，２，・・・）・・・（１）
を満たしている場合に、前記一つのホットストリークが前記複数のタービン１段静翼のうちの（２ｋ＋２）個のタービン１段静翼に衝突するように、前記回転軸まわりに位置し、
以下の式（２）：
２ｋ≦ｗ／ｐ＜２ｋ＋１（ｋ＝０，１，２，・・・）・・・（２）
を満たしている場合に、前記一つのホットストリークが前記複数のタービン１段静翼のうちの（２ｋ＋１）個のタービン１段静翼に衝突するように、前記回転軸まわりに位置し、
前記一つのホットストリークは、前記一つの高温ガスの流れのうちの平均ガス温度よりも温度が高い領域であり、
前記平均ガス温度は、前記一つの高温ガスにおけるガス温度の平均値を示していることを特徴とする燃焼器とタービン部との連通構造。
前記式（１）の条件を満たしている場合に、前記一つのホットストリークの中心から前記（２ｋ＋２）個のタービン１段静翼のうちのあるタービン１段静翼の前縁までの周方向の距離ｙを、前記ピッチｐで割った値φが、０．３から０．６までの範囲内の値であり、
前記式（２）の条件を満たしている場合に、前記一つのホットストリークの中心から前記（２ｋ＋１）個のタービン１段静翼のうちのあるタービン１段静翼の前縁までの周方向の距離ｙを、前記ピッチｐで割った値φが、０．０から０．１までの範囲内の値、または、０．９から１．０までの範囲内の値であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼器とタービン部との連通構造。
前記値φは、
前記式（１）が満たされているときに、０．５であり、
前記式（２）を満たされているときに、０．０または１．０であることを特徴とする請求項２に記載の燃焼器とタービン部との連通構造。
前記複数のタービン１段静翼は、冷却されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃焼器とタービン部との連通構造。
空気を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機から供給された圧縮空気、および、燃料ノズルから供給された燃料を混合して燃焼させ、燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
前記燃焼ガスが有するエネルギの一部を、回転駆動力に変換するタービン部と、
前記タービン部から前記回転駆動力を前記圧縮機に伝達する回転軸と、
が設けられたガスタービンであって、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃焼器とタービン部との連通構造を有することを特徴とするガスタービン。