JP6033154B2 - 軸流回転機械、及びディフューザ - Google Patents

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Description

本発明は、ガスタービンなどに適用される軸流回転機械、及びディフューザに関する。
ガスタービンには圧縮機やタービンなどの軸流回転機械の下流につながるディフューザが設置されており、圧縮空気や燃焼ガスなどの作動流体の流れの減速及び圧力（静圧）回復がディフューザによって行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
図１２に示すガスタービン１０２において、タービンの下流につながるディフューザ１０１は、内周側内壁１０８と下流側に向かって拡径して形成されている外周側内壁１０９を同心に配置したものであり、両内壁の間に環状流路１１０が形成されている。なお、ガスタービン２は外側にタービンケーシング３を備え、その内部に、静翼５と動翼６の組み合わせが複数段配置されている。
最終段動翼６ｆが取り付けられたロータ２０の後端は、軸受１２によって支持されている。軸受１２を収容する軸受ハウジング１１は、作動流体の流れを横切るように放射状に配置された複数のストラット１４によってタービンケーシング３の中心と同心に支持されている。ストラット１４は、高温の排気ガスにさらされないようにストラットカバー１５によって覆われている。また、ストラット１４の下流側には、作動流体の流れを横切るように放射状に配置された筒状のマンホール１６が設けられている。
次に、圧縮機の下流側につながるディフューザについて、図１３を参照して説明する。ガスタービン１０２Ｂは、圧縮機５０と、圧縮機５０にて生成された圧縮空気が供給される燃焼器５１と、タービン５２を有している。圧縮機５０は、静翼５Ｂと動翼６Ｂの組み合わせが複数段配置されている構成である。
ガスタービン１０２Ｂの圧縮機５０の下流側に接続されたディフューザ１０１Ｂは、圧縮機５０の最終翼７よりも下流側位置から下流側に向かって縮径する内周側内壁１０８Ｂと、拡径する外周側内壁１０９Ｂとを同心に配置したものである。
最終翼７は、複数の静翼５Ｂ及び複数の動翼６Ｂのうち最も下流側にある翼である。静翼５Ｂ、動翼６Ｂよりも下流側にＯＧＶ、即ち出口案内翼がある場合はＯＧＶが最終翼７となる。内周側内壁１０８Ｂと外周側内壁１０９Ｂとの間には環状流路１１０Ｂが形成されている。
特開２００５−２９０９８５号公報 特開平８−２１０１５２号公報
図１２、図１３を参照すると、ディフューザ１０１，１０１Ｂは、環状流路１１０，１１０Ｂの入口部の面積と出口部の面積との比が大きいほど流れを減速させることができる。よって、環状流路１１０，１１０Ｂで内周側内壁１０８，１０８Ｂを下流側に向かって縮径させることが性能向上の点から好ましい。
ここで、内周側内壁１０８，１０８Ｂを下流側に向かって縮径させる形状とすると、作動流体の流れが内周側内壁１０８，１０８Ｂの壁面からはく離する可能性がある。流れがはく離すると、エネルギーロスが生じるため、ディフューザの性能は低下する。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、作動流体の流れをはく離させることなく、環状流路の断面積を拡大させ、性能を向上させた軸流回転機械、及びディフューザを提供することにある。
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。即ち、本発明の軸流回転機械は、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、前記ロータと前記ステータにより形成される軸流回転部と、該軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザと、を有する軸流回転機械であって、前記軸流回転部の内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成され、前記ディフューザの内周側内壁であるディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有することを特徴とする。
また、本発明のディフューザは、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、 前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、により形成される軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザであって、ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有することを特徴とする。
上記構成によれば、ディフューザの入口上流から内周側内壁の縮径がなされるため、入口上流からスムーズなディフューザ効果が得られ、ディフューザの内周側内壁の一部又は全体を緩やかな傾斜とすることができ、剥離を低減することができる。
上記軸流回転機械において、前記ディフューザ内周側内壁の縮径は、前記最終翼部内周側内壁の下流側の端部から始まっていることが好ましい。
上記構成によれば、上流側の最終翼部内周側内壁と下流側のディフューザ内周側内壁とが傾斜しつつ接続されるため、上流側からの流れをよりスムーズにすることができる。
上記軸流回転機械において、前記ディフューザ内周側内壁の傾斜角は、最終翼部内周側内壁における前記最終翼の前縁から後縁までの平均傾斜角以上、０°未満であることが好ましい。
上記構成によれば、軸流回転部では、作動流体が旋回流成分を有し半径方向の慣性力が働くので傾斜が急であっても剥離しづらいが、旋回成分がない（又は少ない）ディフューザ内では傾斜を緩やかとすることで剥離が防止される。
また、本発明の軸流回転機械は、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、前記ロータと前記ステータにより形成される軸流回転部と、該軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザと、を有する軸流回転機械であって、前記軸流回転部の内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成され、前記ディフューザの内周側内壁であるディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径しており、前記ディフューザはタービンの最終段動翼の下流につながり、前記最終翼部内周側内壁は、最終段動翼内周側内壁であり、前記最終段動翼内周側内壁の縮径が、前記最終段動翼の前縁とスロート位置との間の位置から始まっていることを特徴とする。
上記構成によれば、最終段動翼の前縁からスロート位置までは流路幅が低下するため、剥離の発生なく前縁とスロート位置との間の位置から内周側内壁の縮径を始めることができる。
また、本発明のディフューザは、タービンの最終段動翼の下流につながるディフューザであって、前記ディフューザの内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記内周側内壁との間に環状流路を画成する外周側内壁と、前記環状流路内において前記内周側内壁と前記外周側内壁とを径方向に接続し、断面翼形形状をなす接続部材と、を備え、前記内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径し、前記縮径は、前記接続部材の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である接続部材内周側内壁に及び、該接続部材内周側内壁は上流側の第一傾斜部と、該第一傾斜部より下流側の第二傾斜部とから構成されており、前記第一傾斜部と前記第二傾斜部とは、前記接続部材のスロート位置下流側、かつ、前記接続部材の後縁位置を含む該後縁よりも上流側の位置で接続され、前記第二傾斜部の傾斜角は、前記第一傾斜部の傾斜角以上、０°未満であることを特徴とする。
上記構成によれば、スロート位置から接続部材の後縁までは流路幅が増加するため、縮径による傾斜を低減することで剥離の発生を抑えることができる。
また、本発明のディフューザは、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、により形成されるとともに、内周側内壁のうち前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成された軸流回転部の下流につながるディフューザであって、軸線方向に延びる筒状をなすディフューザ内周側内壁と、該ディフューザ内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記ディフューザ内周側内壁との間に環状流路を画成するディフューザ外周側内壁と、前記環状流路内において前記ディフューザ内周側内壁と前記ディフューザ外周側内壁とを径方向に接続する接続部材と、を備え、前記ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有し、前記接続部材の前縁及び／又は後縁が、前記ディフューザ外周側内壁から前記ディフューザ内周側内壁に向かうにしたがって前記環状流路の上流側となる軸線方向他方側に向かって傾斜していることを特徴とする。
上記構成によれば、接続部材が傾斜しているとともに内周側内壁が軸線方向一方側に向かうに従って縮径していることによって、作動流体の流れをはく離させることなく、環状流路の断面積を拡大させることができるため、排気ディフューザの性能を向上させることができる。
また、本発明のディフューザは、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、を備え、内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成された軸流回転部の下流につながるディフューザであって、軸線方向に延びる筒状をなすディフューザ内周側内壁と、該ディフューザ内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記ディフューザ内周側内壁との間に環状流路を画成する外周側内壁と、を備え、前記ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有し、 前記最終翼の基端部は、最終翼の翼高さ方向の中央部と比較して、最終翼の出口での流体の全圧が高くなるように形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、内周側内壁の軸線方向の全域にわたって縮径する構成とすることによって、内周側内壁の角度をより緩やかにすることができるため、流れのはく離をより抑制することができる。
本発明によれば、ディフューザの入口上流から内周側内壁の縮径がなされるため、入口上流からスムーズなディフューザ効果が得られ、ディフューザの内周側内壁の一部又は全体を緩やかな傾斜とすることができ、剥離を低減することができる。
本発明の第一実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ付近を示す断面図。 図１の部分拡大図である。 本発明の第二実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザの部分拡大図である。 本発明の第三実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ付近を示す断面図。 ストラットの径方向からみた断面形状を示す図である。 図４の部分拡大図である。 本発明の第四実施形態に係るガスタービンの排気ディフューザ付近を示す断面図。 本発明の第四実施形態に係る排気ディフューザの模式図である。 本発明の第四実施形態の変形例に係る排気ディフューザの模式図である。 本発明の第五実施形態に係る排気ディフューザの模式図である。 本発明の第五実施形態に係るガスタービンの最終段動翼の断面図である。 従来のガスタービンの排気ディフューザ付近を示す断面図である。 従来のガスタービンを示す断面図である。
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のディフューザ１を備えるガスタービン２は、外側にタービンケーシング３を備え、その内部に、ステータ２１に固定された静翼５と、ロータ２０に固定された動翼６の組み合わせが複数段配置されている。ロータ２０とステータ２１によって軸流回転部２２が形成されており、ディフューザ１は軸流回転部２２の下流に接続されている。
ガスタービン２においては、燃焼ガスなどの作動流体は、タービンを作動させた後に流体の流れに対して下流側に設けられたディフューザ１を通って次に機器などへ送出される。なお、図中の符号Ａは、流体の流れ方向を示し、符号Ｒはガスタービン２のロータ２０の径方向を示す。
ディフューザ１は、ディフューザ１の内周側内壁であり、軸線方向に延びる筒状をなすディフューザ内周側内壁８（ハブ側チューブ）とディフューザ内周側内壁８の外周側に間隔をあけて設けられた外周側内壁９（チップ側チューブ）を同心に配置したものであり、両チューブの間に環状流路１０が画成されている。動翼６が取り付けられたロータ２０の後端は、軸受ハウジング１１に収められた軸受１２（ジャーナル軸受）によって支持されている。軸受ハウジング１１は、作動流体の流れを横切るように放射状に配置された複数のストラット１４によってタービンケーシング３の中心と同心に支持されている。
ストラット１４は、高温の排気ガスにさらされないようにストラットカバー１５（接続部材、第一接続部材）によって覆われている。また、ストラット１４の下流側には、ストラット１４と同様に、作動流体の流れを横切るように放射状に配置された筒状のマンホール１６（接続部材、第二接続部材）が設けられている。ディフューザ内周側内壁８の下流端にはベース面１７が設けられており、ベース面１７の下流には循環流れＣＶが形成される。
ストラットカバー１５は、空力損失の低減をなすために流体の流れ方向に沿う長円形状、または翼形形状をなしている。マンホール１６は、例えばガスタービン２の軸受１２への人の進入を可能にする通路として機能する筒状の部材であり、やはり流体の流れ方向に沿う長円形状、または翼形形状をなしている。
本実施形態のディフューザ内周側内壁８は、環状流路１０の下流側となる軸線方向一方側（図１の右側）に向かうにしたがって縮径する形状を有している。即ち、ディフューザ内周側内壁８は、中心軸が軸線方向に沿う円筒形状であって、軸方向他方側より軸方向一方側に向かうにしたがって徐々に直径が小さくなる円筒形状をなしている。換言すれば、ディフューザ内周側内壁８は、環状流路１０が拡大するようにオープン側に傾斜している。これにより、循環流れＣＶが小さくなり、ディフューザ１の性能向上に繋がる。
また、外周側内壁９は、下流側に向かって拡径する形状を有している。
図２に示すように、ディフューザ１の入口上流の最終段動翼６ｆが固定されているロータ２０の内周側内壁のうち最終段動翼６ｆの軸線方向の位置に対応する最終翼部内周側内壁２０ａの外径は、最終段動翼６ｆの前縁位置６ａよりも後縁位置６ｂの方が小さく形成されている。換言すれば、最終翼部内周側内壁２０ａとは、ロータ２０の内周側内壁のうち、最終段動翼６ｆが存在する軸線方向の範囲にある内周側内壁である。ここで、ロータ２０の内周側内壁とは、ロータ２０とステータ２１により形成される環状流路の内周側の内壁である。
前縁位置６ａから後縁位置６ｂの平均傾斜角α１は、−２０°〜−２°、好ましくは、−１５°〜−５°とされている。なお、図２には、一様な傾斜角α１を有するロータ２０の最終翼部内周側内壁２０ａを示す。
また、ディフューザ内周側内壁８の縮径は、ディフューザ１の入口位置、即ち、ロータ２０との接続部より始まっている。ディフューザ１の入口位置から出口位置の平均傾斜角β１は、最終翼部内周側内壁２０ａの平均傾斜角α１以上で、０°未満であることが好ましい。なお、図１及び図２には、一様な傾斜角β１を有するディフューザ内周側内壁８を示している。
上記実施形態によれば、ディフューザ１の入口上流からディフューザ１入口を介して連続的にディフューザ内周側内壁８の縮径がなされるため、入口上流からスムーズなディフューザ効果が得られる。また、ディフューザ内周側内壁８の一部又は全体を緩やかな傾斜とすることができ、剥離を低減することができる。さらに、ストラット１４前までにディフューザ断面積を大きくする事で、ストラット１４前の流速を抑えられディフューザ性能がよくなる。
また、ディフューザ１の入口位置から出口位置の平均傾斜角β１をロータ２０の最終翼部内周側内壁２０ａの平均傾斜角α１以上で、０°未満としたことによって、タービン内では、作動流体が旋回流成分を有し半径方向の慣性力が働くので、旋回成分がない（又は低減した）ディフューザ内での縮径による傾斜は緩やかとなる。これにより剥離防止効果が促進される。
また、外周側内壁９が下流側に向かって拡径する形状を有していることによって、ディフューザ内周側内壁８縮径量を低減することができるとともに、剥離防止作用を促進させることができる。
なお、本実施形態のディフューザ形状は、タービンのみならず、図１３に示すような圧縮機の下流につながるディフューザにも適用可能である。即ち、複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、複数の動翼の間に配置される複数の静翼を備えたステータと、を有する軸流回転機械の下流側につながるディフューザに適用することができる。
なお、圧縮機のディフューザに適用する場合、上記実施形態の最終段動翼６ｆに相当する翼は、圧縮機の最終段静翼である。ただし、最終段静翼よりも下流側に出口案内翼（ＯＧＶ）がある場合は、出口案内翼が上記実施形態の最終段動翼６ｆに相当する翼となる。
（第二実施形態）
以下、本発明のディフューザ１の第二実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態のディフューザ１の内周側内壁８Ｂの縮径は、最終段動翼６ｆの前縁６ａとスロート位置Ｔとの間の位置Ｐから始まっていることを特徴としている。
ここでスロート位置Ｔについて説明する。図３の上方に示す最終段動翼６ｆのプロファイルに示すように、最終段動翼６ｆは、背面６１と腹面６２を有する本体部６０と、背面６１と腹面６２とを繋ぐ前縁６ａ及び後縁６ｂとを備えている。スロート位置Ｔ１は、等間隔に配置された複数の最終段動翼６ｆ間の流路幅が最も狭くなる位置である。
上記実施形態によれば、最終段動翼６ｆの前縁６ａからスロート位置Ｔ１までは流路幅が低下するため、剥離の発生なく前縁６ａとスロート位置Ｔとの間の位置Ｐから内周側内壁８Ｂの縮径を始めることができる。
（第三実施形態）
以下、本発明のディフューザ１の第三実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態のディフューザ１の内周側内壁８Ｃの縮径は、ストラットカバー１５（接続部材）の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である接続部材内周側内壁１８に及び、軸線方向において、ストラットカバー１５のスロート位置Ｔ２（図５、図６参照）から後縁位置１５ｂの間の区間で開始されている。換言すれば、縮径開始位置Ｐ１（図６参照）は、軸線方向において、ストラットカバー１５のスロート位置Ｔ２から後縁位置１５ｂの間である。なお、縮径開始位置Ｐ１よりも上流側から縮径されている場合は、縮径開始位置Ｐ１は、さらなる縮径が始まる位置である。
図５は、ストラットカバー１５の径方向からみた断面形状を示す図である。図５に示すように、スロート位置Ｔ２とは、断面翼形形状をなし、周方向に間隔をおいて配置されたストラットカバー１５間の流路幅が最も狭くなる位置である。
図６に示すように、接続部材内周側内壁１８は、縮径開始位置Ｐ１より上流側の第一傾斜部Ｓ１と、第一傾斜部Ｓ１より下流側の第二傾斜部Ｓ２とから構成されている。
そして、第二傾斜部Ｓ２の傾斜角β２は、第一傾斜部Ｓ１の傾斜角α１以上で０°未満となるように形成されている。即ち、縮径開始位置Ｐ１から始まる縮径は、位置Ｐ２より下流側で緩やかとなることが好ましい。
上記実施形態によれば、スロート位置Ｔ２からストラットカバー１５の後縁１５ｂまでは流路幅が増加するため、縮径による傾斜を低減することで剥離の発生を抑えることができる。
なお、上記実施形態においては、ストラットカバー１５のスロート位置Ｔ２から後縁１５ｂの間において接続部材内周側内壁１８の縮径が開始される例を示したが、これに限ることはない。例えば、内周側内壁と外周側内壁とを接続する他の接続部材であるマンホール１６のスロート位置から後縁の間において内周側内壁の縮径が開始される構成としてもよい。
（第四実施形態）
以下、本発明の第四実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図７に示すように、本実施形態のディフューザ１は、ストラットカバー１５（接続部材）及びマンホール１６（接続部材）が外周側内壁９から内周側内壁８Ｄに向かうにしたがって環状流路１０の上流側となる軸線方向他方側に向かって傾斜していることを特徴としている。
図７、及び図８に示すように、本実施形態のディフューザ１の内周側内壁８Ｄは、環状流路１０の下流側となる軸線方向一方側（図７、及び図８の右側）に向かうにしたがって縮径する形状を有している。即ち、内周側内壁８Ｄは、中心軸が軸線方向に沿う円筒形状であって、軸方向他方側より軸方向一方側に向かうにしたがって徐々に直径が小さくなる円筒形状をなしている。これにより、換言すれば、内周側内壁８Ｄは、環状流路１０が拡大するようにオープン側に傾斜している。
また、本実施形態のストラットカバー１５及びマンホール１６は、外周側内壁９から内周側内壁８Ｄに向かうにしたがって環状流路１０の上流側となる軸線方向他方側に向かって傾斜する形状（Ｓｗｅｅｐ形状ともいう）をなしている。換言すれば、ストラットカバー１５及びマンホール１６の中心軸Ｂ１，Ｂ２は、ロータ２０の径方向Ｒの内周側から外周側に向かうにしたがって軸線方向一方側に傾斜しており、ストラットカバー１５及びマンホール１６の外周面は、この中心軸に沿う形状をなしている。
内周側内壁８Ｄの縮径は、ストラットカバー１５と内周側内壁８Ｄとの接続部より始まっている。内周側内壁８Ｄの縮径する範囲をＲ２で示す。一方、内周側内壁８Ｄは、ストラットカバー１５と内周側内壁８Ｄとの接続部までは、軸線方向一方側に向かうにしたがって拡径する形状をなしている。内周側内壁８Ｄの拡径する範囲をＲ１で示す。
なお、この部位Ｒ１の形状は、拡径せずに、軸線方向と平行な外周面を有する円筒形状としてもよい。即ち、軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径していなければよい。
上記実施形態によれば、上流側より流入する作動流体は、徐々に拡径する環状流路１０によって流速が低減される。ここで、本実施形態においては、ストラットカバー１５及びマンホール１６が傾斜していることによって、作動流体の流れのはく離が抑制される。即ち、内周側内壁８Ｄの縮径によって、はく離しようとする作動流体の流れが、ストラットカバー１５及びマンホール１６の傾斜によって押さえられるため、はく離が抑制される。これによりディフューザ１の性能を向上させることができる。
また、傾斜する部材が複数設けられていることによって、作動流体の流れのはく離抑制効果がより向上する。
なお、ストラット１４及びマンホール１６のＳｗｅｅｐ形状による効果は、ＣＦＤ解析によって確認されている。即ち、ストラット１４及びマンホール１６がＳｗｅｅｐ形状となっていることによって、流体の流れが内周側内壁８Ｄ側にシフトし、流体のはく離が抑制されることが確認されている。
また、内周側内壁８Ｄが傾斜していることによって、循環流れＣＶを小さくすることができる。循環流れＣＶを小さくすることによっても、ディフューザ１の性能を向上させることができる。
なお、上記実施形態においては、内周側内壁８Ｄは、接続部よりも軸線方向一方側の全域にわたって縮径する構成を示したが、これに限ることはなく、少なくとも一部が縮径する形状であってよい。
また、上記実施形態においては、ストラットカバー１５及びマンホール１６は、その前縁及び後縁の全部がＳｗｅｅｐ形状とされているが、図９に示す変形例のように、前縁１５ａ，１６ａ及び後縁１５ｂ，１６ｂの一部（特に、内周側内壁８Ｄ側）のみが傾斜した形状としてもよい。また、Ｓｗｅｅｐ形状は前縁１５ａ，１６ａのみとしてもよいし、後縁１５ｂ，１６ｂのみとしてもよい。
また、上記実施形態においては、ストラットカバー１５とマンホール１６の両方が傾斜する例を示したが、これに限ることはなく、ストラットカバー１５とマンホール１６のいずれかが傾斜していれば良い。ただし、マンホール１６が傾斜する形状を有している場合は、マンホール１６よりも軸線方向他方側の内周側内壁８Ｄは、軸線方向一方側に向かって縮径する形状であってはならない。即ち、内周側内壁８Ｄの縮径によって内周側内壁８Ｄよりはく離しようとする流体を内周側内壁８Ｄ側に押し戻す作用が発揮されない箇所においては、内周側内壁８Ｄは縮径する形状とはなっていない。
（第五実施形態）
以下、本発明のディフューザ１の第五実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第四実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の内周側内壁８Ｅは、軸線方向の全域にわたって縮径する形状を有している。内周側内壁８Ｅの縮径する範囲をＲ３で示す。内周側内壁８Ｅは、最終段動翼６の下流側直後より縮径が開始されている。即ち、ストラットカバー１５よりも上流側において、既に縮径が始まっている形状となっている。
本実施形態の最終段動翼６は、図１１に示すように、最終段動翼６の翼高さ方向の流路中央部と比較して、最終段動翼６の基端側（ハブ側）の最終段動翼６の出口での作動流体の全圧が高くなるように形成されている。これにより、最終段動翼６の基端側の流速が速くなるため、はく離のリスクが小さくなり、内周側内壁の全域にわたって縮径することができる。
上記実施形態によれば、内周側内壁８Ｅを内周側内壁８Ｅの軸線方向の全域にわたって縮径する形状とすることによって、内周側内壁８Ｅの角度をより緩やかにすることができるため、流れのはく離をより抑制することができる。
なお、本実施形態のディフューザ形状は、タービンのみならず、圧縮機の下流につながるディフューザにも適用可能である。
なお、本発明の技術範囲は上記の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、上記各実施形態においては、環状流路１０にストラット１４とマンホール１６を設ける構成を示したが、マンホール１６に代えて、第二のストラット及び第二のストラットカバーを設けてもよい。この場合、長大な排気ディフューザを形成した場合においても、排気ディフューザの強度を確保することができる。
また、二以上のストラット、マンホールを備える構造としてもよい。
１ 排気ディフューザ
２ ガスタービン
３ タービンケーシング
５ 静翼
６ 動翼
６ｆ 最終段動翼
７ 最終翼
８ ディフューザ内周側内壁
８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 内周側内壁
９ 外周側内壁
１０ 環状流路
１１ 軸受ハウジング
１２ 軸受
１４ ストラット
１５ ストラットカバー
１５ａ 前縁
１５ｂ 後縁
１６ マンホール
１６ａ 前縁
１６ｂ 後縁
１７ ベース面
１８ 接続部材内周側内壁
２０ ロータ
２０ａ 最終翼部内周側内壁
２１ ステータ
２２ 軸流回転部
Ａ 流れ方向
Ｂ１，Ｂ２ 中心軸
Ｒ 径方向
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 範囲
Ｓ１ 第一傾斜部
Ｓ２ 第二傾斜部
Ｔ１ スロート位置
Ｔ２ スロート位置

Claims (8)

  1. 複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、
    前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、
    前記ロータと前記ステータにより形成される軸流回転部と、該軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザと、を有する軸流回転機械であって、
    前記軸流回転部の内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成され、
    前記ディフューザの内周側内壁であるディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、
    前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有することを特徴とする軸流回転機械。
  2. 前記ディフューザ内周側内壁の縮径は、前記最終翼部内周側内壁の下流側の端部から始まっていることを特徴とする請求項１に記載の軸流回転機械。
  3. 前記ディフューザ内周側内壁の傾斜角は、最終翼部内周側内壁における前記最終翼の前縁から後縁までの平均傾斜角以上、０°未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸流回転機械。
  4. 複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、
    前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、
    前記ロータと前記ステータにより形成される軸流回転部と、該軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザと、を有する軸流回転機械であって、
    前記軸流回転部の内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成され、
    前記ディフューザの内周側内壁であるディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径しており、
    前記ディフューザはタービンの最終段動翼の下流につながり、
    前記最終翼部内周側内壁は、最終段動翼内周側内壁であり、
    前記最終段動翼内周側内壁の縮径が、前記最終段動翼の前縁とスロート位置との間の位置から始まっていることを特徴とする軸流回転機械。
  5. タービンの最終段動翼の下流につながるディフューザであって、
    前記ディフューザの内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記内周側内壁との間に環状流路を画成する外周側内壁と、
    前記環状流路内において前記内周側内壁と前記外周側内壁とを径方向に接続し、断面翼形形状をなす接続部材と、を備え、
    前記内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって縮径し、
    前記縮径は、前記接続部材の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である接続部材内周側内壁に及び、該接続部材内周側内壁は上流側の第一傾斜部と、該第一傾斜部より下流側の第二傾斜部とから構成されており、
    前記第一傾斜部と前記第二傾斜部とは、前記接続部材のスロート位置下流側、かつ、前記接続部材の後縁位置を含む該後縁よりも上流側の位置で接続され、
    前記第二傾斜部の傾斜角は、前記第一傾斜部の傾斜角以上、０°未満であることを特徴とするディフューザ。
  6. 複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、により形成されるとともに、内周側内壁のうち前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成された軸流回転部の下流につながるディフューザであって、
    軸線方向に延びる筒状をなすディフューザ内周側内壁と、
    該ディフューザ内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記ディフューザ内周側内壁との間に環状流路を画成するディフューザ外周側内壁と、
    前記環状流路内において前記ディフューザ内周側内壁と前記ディフューザ外周側内壁とを径方向に接続する接続部材と、を備え、
    前記ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、
    前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有し、
    前記接続部材の前縁及び／又は後縁が、前記ディフューザ外周側内壁から前記ディフューザ内周側内壁に向かうにしたがって前記環状流路の上流側となる軸線方向他方側に向かって傾斜していることを特徴とするディフューザ。
  7. 複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、を備え、内周側内壁のうち、前記複数の動翼と前記複数の静翼のうち最も下流側の翼である最終翼の軸線方向の位置に対応する内周側内壁である最終翼部内周側内壁の径が、前記最終翼の前縁位置よりも前記最終翼の後縁位置の方が小さく形成された軸流回転部の下流につながるディフューザであって、
    軸線方向に延びる筒状をなすディフューザ内周側内壁と、
    該ディフューザ内周側内壁の外周側に間隔をあけて設けられて、前記ディフューザ内周側内壁との間に環状流路を画成する外周側内壁と、を備え、
    前記ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、
    前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有し、
    前記最終翼の基端部は、最終翼の翼高さ方向の中央部と比較して、最終翼の出口での流体の全圧が高くなるように形成されていることを特徴とするディフューザ。
  8. 複数の動翼を備え軸線回りに回転自在とされたロータと、 前記複数の動翼に隣接して配置される複数の静翼を備えたステータと、により形成される軸流回転部の下流につながり、軸線方向に延びて環状流路をなすディフューザであって、
    ディフューザ内周側内壁は、下流側となる軸線方向一方側に向かうにしたがって全部又は一部が縮径し、
    前記ディフューザ内周側内壁の縮径している部分が、第一傾斜部と、該第一傾斜部の下流側に接続されて前記第一傾斜部よりも縮径の緩やかな第二傾斜部とを有することを特徴とするディフューザ。
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