JP6037877B2 - ガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンに関するものである。

従来、排気ダクトを有するガスタービンが知られている（例えば、特許文献１の従来の技術を参照）。この排気ダクトは、筒状に形成されており、排気ダクトの外周面には、周方向に延在する補強材が取り付けられている。

特開平９−１３３０２４号公報

ところで、ガスタービンの起動時または停止時において、排気ダクトの内壁とフランジ部との間で大きな温度差が生じる。温度差が発生すると、排気ダクトの熱変形量（例えば、熱伸びまたは熱縮み）と、フランジ部の熱変形量との差が大きくなることから、熱変形量の差によって排気ダクトに付与される熱応力が大きくなる。具体的に、ガスタービンの起動時において、排気ダクトに排気ガスが流通すると、排気ダクトの内壁の温度が上昇し易い一方で、フランジ部の温度が上昇し難い。一方で、ガスタービンの停止時において、排気ダクトに温度の低い蒸気が流通すると、排気ダクトの内壁の温度が下降し易い一方で、フランジ部の温度が下降し難い。このとき、ガスタービンの起動時とガスタービンの停止時とで、熱変形の変形モードが逆となる。よって、ガスタービンの起動と停止とが繰り返し行われることで、排気ダクトには、熱変形による大きな負荷が付与される。

そこで、本発明は、排気ダクトに付与される熱応力を抑制することができるガスタービンを提供することを課題とする。

本発明のガスタービンは、排気ガスが流通する排気流路が内部に形成される筒状の排気ダクトと、前記排気ダクトの外周に沿って設けられる外周部材と、前記外周部材に接して形成される空間と、前記排気流路と前記空間とを連通し、前記排気流路を流通する前記排気ガスを前記空間に流入させる流入管と、前記排気流路と前記空間とを連通し、前記空間内の前記排気ガスを前記排気流路へ流出させる流出管と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、流入管により排気流路を流通する排気ガスを空間内へ流入させ、流出管により空間内の排気ガスを排気流路へ流出させることができる。このため、空間内において排気ガスを循環させることにより、外周部材の温度を排気ガスの温度と同じ温度となるように、迅速に加熱または冷却することができる。よって、外周部材の熱変形量と、排気ダクトの熱変形量との差を小さくすることができることから、熱変形量の差に伴う熱応力を低減することができる。なお、排気ガスは、ガスタービンにより燃焼された燃焼ガスだけでなく、ガスタービンの停止時において排気ダクトに流通する蒸気または空気も含む。

この場合、前記空間内に突出する突出方向における前記流入管の長さは、前記空間内に突出する突出方向における前記流出管の長さに比して長いことが好ましい。

この構成によれば、流入管から空間内に流入する排気ガスは、空間内を通過して流出管へ向かう。このため、排気ガスを、突出方向の高いところから低いところへ向かって流通させることができるため、空間内において排気ガスを循環させることができる。よって、空間に接する外周部材を、排気ガスによって効率良く加熱または冷却することができる。このとき、空間に接する外周部材が、流入管の突出方向に対向するように配置されていれば、流入管から空間内に流入した排気ガスを、外周部材に吹き当てることができる。このため、排気ガスによって外周部材をより効率良く加熱または冷却することができる。

この場合、前記流入管は、前記排気流路側の端部に流路側流入口が形成され、前記流出管は、前記排気流路側の端部に流路側流出口が形成され、前記流路側流入口は、前記排気流路における前記排気ガスの流れ方向において、前記流路側流出口の上流側に位置していることが好ましい。

この構成によれば、流路側流出口から流出した排気ガスを、流路側流入口に流入させることなく、排気流路を流通する排気ガスを、流路側流入口に流入させることができる。

この場合、流路側流入口の開口面は、前記排気ガスの流れ方向に直交して設けられ、前記流路側流出口の開口面は、前記排気ガスの流れ方向に沿って設けられていることが好ましい。

この構成によれば、流路側流入口の開口面において、排気流路を流通する排気ガスを受けることができるため、流入管に排気ガスを好適に流入させることができる。また、流路側流出口の開口面に沿って、排気流路を流通する排気ガスを流通させることができるため、流路側流出口周りの静圧を低下させることができ、流出管から排気ガスを好適に流出させることができる。

この場合、前記流入管は、前記空間側の端部に空間側流出口が形成され、前記流出管は、前記空間側の端部に空間側流入口が形成され、前記流入管及び前記流出管は、前記排気流路における前記排気ガスの流れ方向において、前記空間側流出口が前記空間側流入口の下流側に位置するように、斜めに配置されていることが好ましい。

この構成によれば、流入管の流路側流入口が排気流路の上流側となり、流入管の空間側流出口が排気流路の下流側となるように、流入管を斜めに配置することができる。また、流出管の空間側流入口が排気流路の上流側となり、流出管の空間側流出口が排気流路の下流側となるように、流出管を斜めに配置することができる。このため、流入管から空間内に流入した排気ガスを、空間内において循環させて流出管へ向かわせることができる。よって、空間に接する外周部材を、排気ガスによって効率良く加熱または冷却することができる。

この場合、前記流出管から前記排気流路に流出する前記排気ガスの流出流量は、前記排気流路から前記流入管に流入する前記排気ガスの流入流量以上になることが好ましい。

この構成によれば、空間内に排気ガスが滞留することを抑制することができるため、空間内において排気ガスを好適に循環させることができる。なお、排気ガスの流出流量を排気ガスの流入流量以上にする場合には、流出管の本数を流入管の本数に比して多くしたり、流出管の開口面積を流入管の開口面積に比して大きくしたりする。

この場合、前記流入管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、前記流出管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、且つ、列設される複数の前記流入管に対し、前記排気ダクトの軸方向に所定の間隔を空けて設けられ、複数の前記流入管と複数の前記流出管とは、前記各流入管と前記各流出管とが軸方向に対向する格子状に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の流入管と複数の流出管とを格子状に配置することができるため、隣接する流入管同士の間を通過した排気ガスは、隣接する流出管同士の間を通過することができる。このため、流入管及び流出管は、排気流路を流通する排気ガスを乱れ難くすることができ、排気流路において排気ガスを好適に流通させることができる。

この場合、前記流入管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、前記流出管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、且つ、列設される複数の前記流入管に対し、前記排気ダクトの軸方向に所定の間隔を空けて設けられ、複数の前記流入管と複数の前記流出管とは、前記各流入管と前記各流出管とが軸方向に位置ずれする千鳥状に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の流入管と複数の流出管とを千鳥状に配置することができるため、隣接する流入管同士の間を通過した排気ガスを、流出管に吹き当てることができる。このため、流出管周りの静圧をより低下させることができ、流出管から排気ガスをより好適に流出させることができる。

この場合、前記排気ダクトに貫通して設けられ、内部に前記流入管または前記流出管が挿通される外筒管を、さらに備え、前記外筒管は、前記排気ダクトに固定され、前記流入管または前記流出管は、前記外筒管に固定され、前記外筒管と、前記流入管または前記流出管との間には、断熱層が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、流入管または流出管と外筒管とを、断熱層を介して２重管の構成とすることができる。このため、排気ダクトに固定される外筒管は、排気ガスが流通する流入管または流出管からの熱が伝わり難い。よって、排気ダクトと外筒管との固定部分に与えられる熱応力を低減することができる。

この場合、前記空間に設けられ、前記流入管から前記空間内に流入した前記排気ガスを、前記流入管に対応付けられる前記流出管へ案内する整流板を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、流入管から空間内に流入した排気ガスを、整流板により流入管に対応付けられる流出管へ案内することができるため、空間内において排気ガスを均等に流通させることができる。このため、外周部材を均等に加熱または冷却できることから、外周部材の温度むらを抑制することができる。

この場合、前記外周部材は、内部に前記空間が形成される箱状の補強リブであることが好ましい。

この構成によれば、箱状の補強リブの内部に形成される空間に、排気流路の排気ガスを流入させて、補強リブを加熱または冷却することができる。

図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３は、補強リブ周りの構成を示す説明図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 図５は、排気ダクトと流入管との溶接部周りの断面図である。 図６は、実施例２に係るガスタービンの流入管及び流出管の概略構成図である。 図７は、実施例３に係るガスタービンの流入管及び流出管の配置に関する説明図である。 図８は、実施例４に係るガスタービンの排気ダクトと外筒管との溶接部周りの断面図である。 図９は、実施例５に係るガスタービンの整流板周りの概略構成図である。 図１０は、整流板の配置の一例に関する説明図である。 図１１は、整流板の配置の一例に関する説明図である。 図１２は、実施例６に係るガスタービンの流入管及び流出管の概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例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。

図１は、実施例１に係るガスタービンの概略構成図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、補強リブ周りの構成を示す説明図である。図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図５は、排気ダクトと流入管との溶接部周りの断面図である。図１に示すように、ガスタービン１は、圧縮機１１とガスタービン燃焼器（以下、燃焼器という）１２とタービン１３と排気室１４とを備えており、タービン１３に図示しない発電機が連結されている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と複数の動翼１８とが交互に配設されている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気（燃焼用空気）に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と複数の動翼２２とが交互に配設されている。排気室１４は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２３を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室１４の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２４が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２５により回転自在に支持される一方、排気室１４側の端部が軸受部２６により回転自在に支持されている。そして、このロータ２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されると共に、排気室１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気が、複数の静翼１７と複数の動翼１８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り、燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼２１と複数の動翼２２とを通過することで、中心軸Ｉを中心にロータ２４を駆動回転させて、このロータ２４に連結された発電機を駆動する。一方、ロータ２４を駆動回転させた後の燃焼ガスである排気ガスＧは、排気室１４の排気ディフューザ２３で静圧に変換されてから大気に放出される。

次に、排気室１４について説明する。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。排気室１４は、排気ダクト３１と、排気ダクト３１を支持する一対の支持脚３２と、排気ダクト３１と各支持脚３２とを連結するための連結部材３３と、排気ダクト３１の周囲に設けられる外周部材としての補強リブ３４と、を有している。

図２に示すように、排気ダクト３１は、ロータ２４の軸方向のタービン１３側から外側へ向かって広がるテーパ状の円筒形状に形成されている。排気ダクト３１は、その内部に、排気ガスＧが流通する排気流路３５が形成されている。そして、排気ガスＧは、ロータ２４の軸方向のタービン１３側から外側へ向かって流れる。なお、排気ガスＧは、ガスタービン１により燃焼された燃焼ガスだけでなく、ガスタービン１の停止時において排気ダクト３１に供給される蒸気または空気も含む。

一対の支持脚３２は、排気ダクト３１の中心を通る水平面内において、排気ダクト３１の水平方向の両外側に接続されている。各支持脚３２は、一端（上方端）が排気ダクト３１に接続され、他端（下方端）が設置面に接続されている。

連結部材３３は、排気ダクト３１と各支持脚３２との間にそれぞれ設けられている。一対の連結部材３３は、例えばＨ鋼を用いて構成され、排気ダクト３１の中心を通る水平面内において、排気ダクト３１の水平方向の両外側に、溶接等により固定されている。

図２及び図３に示すように、補強リブ３４は、複数の箱状の第１補強リブ４１と、複数の板状の第２補強リブ４２と、を有している。複数の第１補強リブ４１は、各連結部材３３を挟んで周方向の両側に一対設けられると共に、水平方向の両側に一対設けられている。このため、本実施例では、第１補強リブ４１は、例えば、４つ設けられている。複数の第２補強リブ４２は、鉛直方向の上下両側に一対設けられると共に、軸方向に複数（例えば３つ）並べて設けられている。つまり、各連結部材３３の周方向における下方側の第１補強リブ４１の間に、第２補強リブ４２が下方側に設けられ、また、各連結部材３３の周方向における上方側の第１補強リブ４１の間に、第２補強リブ４２が上方側に設けられている。

各第１補強リブ４１は、連結部材３３に隣接して設けられ、内部に空間Ｄが形成される箱状となっている。つまり、第１補強リブ４１は、径方向の外側に設けられる上板、径方向の内側に設けられる下板となる排気ダクト３１、周方向の両側板、及び軸方向の両側板で、空間Ｄを区画している。なお、周方向の両側板のうち、連結部材３３側の側板は、連結部材３３の一部を構成しており、第２補強リブ４２側の側板は、第２補強リブ４２の端部が接続されている。また、軸方向の両側板は、軸方向に並べられた両外側に位置する一対の第２補強リブ４２により構成されている。

第２補強リブ４２は、例えば、円弧状の板状に形成されている。第２補強リブ４２は、その端部が、第１補強リブ４１の周方向における第２補強リブ４２側の側板に接続されている。なお、複数の第２補強リブ４２のうち、軸方向の両外側に位置する一対の第２補強リブ４２は、その端部が連結部材３３に接続されており、第１補強リブ４１の軸方向の両側板を構成している。

このように構成された排気室１４は、排気ダクト３１の内面と、補強リブ３４（特に、第１補強リブ４１）との間において、温度差が発生すると、排気ダクト３１の熱変形量と、補強リブ３４の熱変形量との差が大きくなることから、熱変形量の差によって排気ダクト３１に付与される熱応力が大きくなる。具体的に、排気室１４は、ガスタービン１の起動時において、排気ダクト３１の排気流路３５に排気ガスＧが流通すると、排気ダクト３１の内面の温度が上昇し易い一方で、補強リブ３４の温度が上昇し難い。一方で、排気室１４は、ガスタービン１の停止時において、排気ダクト３１の排気流路３５に温度が低い排気ガスＧが流通すると、排気ダクト３１の内面の温度が下降し易い一方で、補強リブ３４の温度が下降し難い。このとき、ガスタービン１の起動時とガスタービン１の停止時とで、熱変形の変形モードが逆となる。よって、ガスタービン１の起動と停止とが繰り返し行われることで、排気ダクト３１には、熱変形による大きな負荷が付与される。

そこで、本実施例のガスタービン１は、排気流路３５と空間Ｄとを連通する流入管５１及び流出管５２を備えている。流入管５１は、排気流路３５を流通する排気ガスＧを、第１補強リブ４１の空間Ｄに流入させている。具体的に、流入管５１は、排気流路３５と空間Ｄとを連通するように、排気ダクト３１を貫通して、排気ダクト３１に固定されている。流入管５１は、周方向に所定の間隔を空けて複数並べて設けられている。このため、複数の流入管５１は、周方向に一列となっている。

流出管５２は、第１補強リブ４１の空間Ｄ内の排気ガスＧを、排気流路３５へ流出させている。具体的に、流出管５２は、排気流路３５と空間Ｄとを連通するように、排気ダクト３１を貫通して、排気ダクト３１に固定されている。流出管５２は、周方向に所定の間隔を空けて複数並べて設けられている。このため、複数の流出管５２は、周方向に一列となっている。

また、図３に示すように、複数の流入管５１及び複数の流出管５２は、各流入管５１と各流出管５２とが軸方向に対向する格子状に配置されている。

次に、図４を参照して、流入管５１及び流出管５２について具体的に説明する。流入管５１は、排気ガスＧの流れ方向において、流出管５２の上流側に位置している。換言すれば、流出管５２は、排気ガスＧの流れ方向において、流入管５１の下流側に位置している。

流入管５１は、屈曲部を有するＬ字状に形成されている。つまり、流入管５１は、排気ダクト３１を挟んで空間Ｄ側が、径方向の外側に伸びる直管部となっており、排気ダクト３１を挟んで排気流路３５側が、径方向から軸方向に曲がる屈曲部となっている。流入管５１は、その一方の端部に流路側流入口５１ａが形成され、その他方の端部に空間側流出口５１ｂが形成されている。流路側流入口５１ａは、その開口面が、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向に直交している。なお、流路側流入口５１ａは、排気ダクト３１の内面に対して僅かに隙間を空けて配置されている。空間側流出口５１ｂは、その開口面が、第１補強リブ４１の空間Ｄの上面に対向している。

流出管５２は、直管に形成されており、径方向に延在して設けられている。流出管５２は、その一方の端部に空間側流入口５２ａが形成され、その他方の端部に流路側流出口５２ｂが形成されている。流路側流出口５２ｂは、その開口面が、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向に沿って設けられている。空間側流入口５２ａは、その開口面が、第１補強リブ４１の空間Ｄの上面に対向している。なお、流路側流出口５２ｂも、排気ダクト３１の内面に対して僅かに隙間を空けて配置されている。また、本実施例では、流入管５１は、排気ダクト３１から空間Ｄ側に突出する突出方向における長さが、流出管５２の突出方向における長さと同じ長さとなっている。

次に、図５を参照して、流入管５１または流出管５２の排気ダクト３１に対する固定について説明する。上記したように、流入管５１または流出管５２は、排気ダクト３１に貫通させて固定されている。つまり、排気ダクト３１には、流入管５１または流出管５２を挿通するための貫通孔が形成され、この貫通孔に流入管５１または流出管５２を挿通する。この状態において、排気ダクト３１と流入管５１または流出管５２の外周とを溶接により接合することで、流入管５１または流出管５２は、排気ダクト３１に固定される。

従って、排気流路３５を流れる排気ガスＧは、その一部が、流路側流入口５１ａに流入する。流路側流入口５１ａに排気ガスＧが流入すると、排気ガスＧは、流入管５１を通って空間側流出口５１ｂから、第１補強リブ４１の空間Ｄに流入する。空間Ｄに流入した排気ガスＧは、その一部が、空間Ｄ内を循環する一方で、その他の一部が、空間側流入口５２ａに流入する。空間側流入口５２ａに排気ガスＧが流入すると、排気ガスＧは、流出管５２を通って流路側流出口５２ｂから、排気ダクト３１の排気流路３５に流入する。

なお、流出管５２から排気流路３５に流出する排気ガスＧの流出流量は、排気流路３５から流入管５１に流入する排気ガスＧの流入流量以上になるように構成することが好ましい。具体的には、流出管５２の本数を流入管５１の本数に比して多くしたり、流出管５２の開口面積を流入管５１の開口面積に比して大きくしたりする。

以上のように、実施例１の構成によれば、流入管５１により排気流路３５を流通する排気ガスＧを、第１補強リブ４１の空間内へ流入させ、流出管５２により空間Ｄ内の排気ガスＧを排気流路３５へ流出させることができる。このため、空間Ｄ内において排気ガスＧを循環させることにより、第１補強リブ４１の温度を排気ガスＧの温度と同じ温度となるように、迅速に加熱または冷却することができる。よって、第１補強リブ４１の熱変形量と、排気ダクト３１の熱変形量との差を小さくすることができることから、熱変形量の差に伴う熱応力を低減することができる。

また、実施例１の構成によれば、流入管５１の流路側流入口５１ａは、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向において、流出管５２の流路側流出口５２ｂの上流側に位置させることができる。このため、流路側流出口５２ｂから流出した排気ガスＧを、流路側流入口５１ａに流入させることなく、排気流路３５を流通する排気ガスＧを、流路側流入口５１ａに流入させることができる。

また、実施例１の構成によれば、流路側流入口５１ａの開口面は、排気ガスＧの流れ方向に直交して設けることができる。このため、流路側流入口５１ａの開口面は、排気流路３５を流通する排気ガスＧを受けることができるため、流入管５１に排気ガスＧを好適に流入させることができる。また、流路側流出口５２ｂの開口面は、排気ガスＧの流れ方向に沿って設けることができる。このため、流路側流出口５２ｂの開口面は、排気流路３５を流通する排気ガスＧが流通することで、流路側流出口５２ｂ周りの静圧を低下させることができるため、流出管５２から排気ガスＧを好適に流出させることができる。

また、実施例１の構成によれば、流出管５２から排気流路３５に流出する排気ガスＧの流出流量を、排気流路３５から流入管５１に流入する排気ガスＧの流入流量以上にすることができる。このため、空間Ｄ内に排気ガスＧが滞留することを抑制することができるため、空間Ｄ内において排気ガスＧを好適に循環させることができる。

また、実施例１の構成によれば、複数の流入管５１と複数の流出管５２とを格子状に配置することができるため、隣接する流入管５１同士の間を通過した排気ガスＧは、隣接する流出管５２同士の間を通過することができる。このため、流入管５１及び流出管５２は、排気流路３５を流通する排気ガスＧを乱れ難くすることができ、排気流路３５において排気ガスＧを好適に流通させることができる。

なお、実施例１では、第１補強リブ４１の空間Ｄに流入管５１及び流出管５２を設けたが、この構成に限定されない。例えば、第１補強リブ４１及び第２補強リブ４２を含む補強リブ３４の全体を、周方向に亘って覆う被覆部材を設けることで、補強リブ３４の径方向外側に空間Ｄを形成し、形成された空間Ｄと排気流路３５とを連通するように、流入管５１及び流出管５２を設けてもよい。

また、実施例１では、外周部材として、第１補強リブ４１を適用したが、この構成に限定されず、例えば、フランジ部を適用してもよい。

次に、図６を参照して、実施例２に係るガスタービン６１について説明する。図６は、実施例２に係るガスタービンの流入管及び流出管の概略構成図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、排気ダクト３１から空間Ｄ側へ突出する流入管５１の突出方向における長さと、流出管５２の突出方向における長さとが同じ長さとなっていた。実施例２では、流入管６２の突出方向における長さと、流出管６３の突出方向における長さとを異ならせている。

図６に示すように、実施例２のガスタービン６１において、排気ダクト３１から空間Ｄ側へ突出する流入管６２の突出方向における長さをＬ１とする。また、排気ダクト３１から空間Ｄ側へ突出する流出管６３の突出方向における長さをＬ２とする。このとき、流入管６２は、長さＬ１が長さＬ２に比して長くなるように形成される。換言すれば、流出管６３は、長さＬ２が長さＬ１に比して短くなるように形成される。

従って、流入管６２から第１補強リブ４１の空間Ｄに排気ガスＧが流入すると、排気ガスＧは、その一部が、空間Ｄ内を循環する一方で、その他の一部が、流出管６３に流入する。このとき、流入管６２の突出方向における長さＬ２が、長さＬ１に比して短いことから、流入管６２から空間Ｄに流入した排気ガスＧは、突出方向の高いところから低いところへ向かって流通する。

以上のように、実施例２の構成によれば、空間Ｄ内において排気ガスＧをより好適に循環させることができるため、第１補強リブ４１を、排気ガスＧによって効率良く加熱または冷却することができる。このとき、流入管６２と空間Ｄの上面とが突出方向において近く、一方で、流出管６３と空間Ｄの上面とが突出方向において遠くなることから、流入管６２から空間Ｄ内に流入した排気ガスＧは、第１補強リブ４１に直接吹き当てることができる。このため、排気ガスＧによって第１補強リブ４１をより効率良く加熱または冷却することができる。

次に、図７を参照して、実施例３に係るガスタービン７１について説明する。図７は、実施例３に係るガスタービンの流入管及び流出管の配置に関する説明図である。なお、実施例３でも、実施例１及び実施例２と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、複数の流入管５１と複数の流出管５２とを格子状に配置したが、実施例３では、複数の流入管５１と複数の流出管５２とを千鳥状に配置している。

図７に示すように、実施例３のガスタービン７１において、複数の流入管５１及び複数の流出管５２は、各流入管５１と各流出管５２とが軸方向において位置ずれする千鳥状に配置されている。つまり、軸方向から流入管５１及び流出管５２を見た場合、隣接する流入管５１同士の間に、流出管５２が位置している。

以上のように、実施例３の構成によれば、複数の流入管５１と複数の流出管５２とを千鳥状に配置することができるため、隣接する流入管５１同士の間を通過した排気ガスＧを、流出管５２に吹き当てることができる。このため、流出管５２周りの静圧をより低下させることができ、流出管５２から排気ガスＧをより好適に流出させることができる。

次に、図８を参照して、実施例４に係るガスタービン８１について説明する。図８は、実施例４に係るガスタービンの排気ダクトと外筒管との溶接部周りの断面図である。なお、実施例４でも、実施例１から実施例３と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、流入管５１または流出管５２を、溶接により排気ダクト３１に固定したが、実施例４では、流入管５１または流出管５２を、外筒管８２を介して排気ダクト３１に固定している。

図８に示すように、実施例４のガスタービン８１において、排気ダクト３１の貫通孔には、外筒管８２が挿通され、外筒管８２の内部に、流入管５１または流出管５２が挿通される。外筒管８２は、その内径が、流入管５１または流出管５２の外径よりも大径となっている。排気ダクト３１の貫通孔に外筒管８２を挿通した状態において、排気ダクト３１と外筒管８２の外周とを溶接により接合することで、外筒管８２は、排気ダクト３１に固定される。外筒管８２に挿通される流入管５１または流出管５２の外周面には、径方向外側に突出する環状のフランジ部８３が形成されている。このフランジ部８３は、外筒管８２の排気流路３５側の端部に当接される。このとき、外筒管８２の内面と流入管５１または流出管５２の外面とは、全周において所定の隙間が形成されるように配置される。この状態において、外筒管８２とフランジ部８３とを溶接により接合することで、流入管５１または流出管５２は、外筒管８２に固定される。これにより、流入管５１または流出管５２と、外筒管８２との間には、空気による断熱層が形成される。

以上のように、実施例４の構成によれば、流入管５１または流出管５２と外筒管８２とを、断熱層を介して２重管の構成とすることができる。このため、排気ダクト３１に固定される外筒管８２は、排気ガスＧが流通する流入管５１または流出管５２からの熱が伝わり難い。よって、排気ダクト３１と外筒管８２との固定部分に与えられる熱応力を低減することができる。

次に、図９から図１１を参照して、実施例５に係るガスタービン９１について説明する。図９は、実施例５に係るガスタービンの整流板周りの概略構成図である。図１０及び図１１は、整流板の配置の一例に関する説明図である。なお、実施例５でも、実施例１から実施例４と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例５では、第１補強リブ４１の空間Ｄに、整流板９２を設けている。

図９に示すように、実施例５のガスタービン９１において、第１補強リブ４１の空間Ｄには、複数の整流板９２が設けられている。各整流板９２は、流入管５１から空間Ｄ内に流入した排気ガスＧを、流入管５１に対応付けられる流出管５２へ案内している。各整流板９２は、方形の板状に形成され、空間Ｄの径方向の外側の面（上面）に接合して設けられている。

図１０に示すように、複数の整流板９２は、所定の流入管５１と、所定の流入管５１の軸方向に対向する所定の流出管５２とをつなぐ流路を形成するように配置される。つまり、複数の整流板９２は、軸方向に沿って延在するように配置されると共に、軸方向の一端が周方向において隣接する流入管５１の間に位置し、軸方向の他端が隣接する流出管５２の間に位置するように配置される。

なお、図１１に示すように、複数の整流板９２は、所定の流入管５１と、所定の流入管５１の軸方向に対向する所定の流出管５２に隣接する流出管５２とをつなぐ流路を形成するように配置される。つまり、複数の整流板９２は、軸方向に対し斜めに延在するように配置されると共に、軸方向の一端が周方向において隣接する流入管５１の間に位置し、軸方向の他端が隣接する流出管５２の間に位置するように配置される。

以上のように、実施例５の構成によれば、所定の流入管５１から空間Ｄ内に流入した排気ガスＧを、整流板９２により所定の流入管５１に対応付けられる所定の流出管５２へ案内することができる。このため、空間Ｄ内において排気ガスＧを均等に流通させることができる。このため、第１補強リブ４１を均等に加熱または冷却できることから、第１補強リブ４１の温度むらを抑制することができる。

次に、図１２を参照して、実施例６に係るガスタービン１０１について説明する。図１２は、実施例６に係るガスタービンの流入管及び流出管の概略構成図である。なお、実施例６でも、実施例１から実施例５と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１では、流入管５１の流路側流入口５１ａ及び空間側流出口５１ｂを、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向の上流側に位置させ、流出管５２の空間側流入口５２ａ及び流路側流出口５２ｂを、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向の下流側に位置させた。実施例６では、直管となる流入管５１及び流出管５２を斜めに配置している。

図１２に示すように、実施例６のガスタービン１０１において、流入管５１は、直管に形成されており、径方向及び軸方向に対して斜めに配置されている。流入管５１は、その一方の端部に流路側流入口５１ａが形成され、その他方の端部に空間側流出口５１ｂが形成されている。流出管５２も、流入管５１と同様に、直管に形成されており、径方向及び軸方向に対して斜めに配置されている。流出管５２は、その一方の端部に空間側流入口５２ａが形成され、その他方の端部に流路側流出口５２ｂが形成されている。そして、流入管５１及び流出管５２は、排気流路３５における排気ガスＧの流れ方向において、流路側流入口５１ａが流路側流出口５２ｂの上流側に位置し、且つ、空間側流出口５１ｂが空間側流入口５２ａの下流側に位置するように、斜めに配置されている。

以上のように、実施例６の構成によれば、流入管５１の流路側流入口５１ａが排気流路３５の上流側となり、流入管５１の空間側流出口５１ｂが排気流路３５の下流側となるように、流入管５１を斜めに配置することができる。また、流出管５２の空間側流入口５２ａが排気流路３５の上流側となり、流出管５２の流路側流出口５２ｂが排気流路３５の下流側となるように、流出管５２を斜めに配置することができる。このため、流入管５１から空間Ｄ内に流入した排気ガスＧを、空間Ｄ内において循環させて流出管５２へ向かわせることができる。よって、第１補強リブ４１を、排気ガスＧによって効率良く加熱または冷却することができる。

なお、実施例１から実施例６に係る構成は、適宜組み合わせてもよく、上記した実施例に限定されない。

１ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ ガスタービン燃焼器
１３ タービン
１４ 排気室
１６ 圧縮機車室
２０ タービン車室
２３ 排気ディフューザ
２４ ロータ
３１ 排気ダクト
３２ 支持脚
３３ 連結部材
３４ 補強リブ
３５ 排気流路
４１ 第１補強リブ
４２ 第２補強リブ
５１ 流入管
５１ａ 流路側流入口
５１ｂ 空間側流出口
５２ 流出管
５２ａ 空間側流入口
５２ｂ 流路側流出口
６１ ガスタービン（実施例２）
６２ 流入管（実施例２）
６３ 流出管（実施例２）
７１ ガスタービン（実施例３）
８１ ガスタービン（実施例４）
８２ 外筒管（実施例４）
８３ フランジ部（実施例４）
９１ ガスタービン（実施例５）
９２ 整流板（実施例５）
１０１ ガスタービン（実施例６）
Ｉ 中心軸
Ｇ 排気ガス
Ｄ 空間
Ｌ１ 流入管の突出方向における長さ（実施例２）
Ｌ２ 流出管の突出方向における長さ（実施例２）

Claims (11)

1. 排気ガスが流通する排気流路が内部に形成される筒状の排気ダクトと、
   前記排気ダクトの外周に沿って設けられる外周部材と、
   前記外周部材に接して形成される空間と、
   前記排気流路と前記空間とを連通し、前記排気流路を流通する前記排気ガスを前記空間に流入させる流入管と、
   前記排気流路と前記空間とを連通し、前記空間内の前記排気ガスを前記排気流路へ流出させる流出管と、を備え、
   前記空間内に突出する突出方向における前記流入管の長さは、前記空間内に突出する突出方向における前記流出管の長さに比して長いことを特徴とするガスタービン。
2. 排気ガスが流通する排気流路が内部に形成される筒状の排気ダクトと、
   前記排気ダクトの外周に沿って設けられる外周部材と、
   前記外周部材に接して形成される空間と、
   前記排気流路と前記空間とを連通し、前記排気流路を流通する前記排気ガスを前記空間に流入させる流入管と、
   前記排気流路と前記空間とを連通し、前記空間内の前記排気ガスを前記排気流路へ流出させる流出管と、を備え、
   前記空間内に突出する突出方向における前記流入管の長さは、前記空間内に突出する突出方向における前記流出管の長さと同じ長さであることを特徴とするガスタービン。
3. 前記流入管は、前記排気流路側の端部に流路側流入口が形成され、
   前記流出管は、前記排気流路側の端部に流路側流出口が形成され、
   前記流路側流入口は、前記排気流路における前記排気ガスの流れ方向において、前記流路側流出口の上流側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
4. 前記流路側流入口の開口面は、前記排気ガスの流れ方向に直交して設けられ、
   前記流路側流出口の開口面は、前記排気ガスの流れ方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン。
5. 前記流入管は、前記空間側の端部に空間側流出口が形成され、
   前記流出管は、前記空間側の端部に空間側流入口が形成され、
   前記流入管及び前記流出管は、前記排気流路における前記排気ガスの流れ方向において、前記空間側流出口が前記空間側流入口の下流側に位置するように、斜めに配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のガスタービン。
6. 前記流出管から前記排気流路に流出する前記排気ガスの流出流量は、前記排気流路から前記流入管に流入する前記排気ガスの流入流量以上になることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガスタービン。
7. 前記流入管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、
   前記流出管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、且つ、列設される複数の前記流入管に対し、前記排気ダクトの軸方向に所定の間隔を空けて設けられ、
   複数の前記流入管と複数の前記流出管とは、前記各流入管と前記各流出管とが軸方向に対向する格子状に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスタービン。
8. 前記流入管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、
   前記流出管は、複数設けられると共に、前記排気ダクトの周方向に沿って列設され、且つ、列設される複数の前記流入管に対し、前記排気ダクトの軸方向に所定の間隔を空けて設けられ、
   複数の前記流入管と複数の前記流出管とは、前記各流入管と前記各流出管とが軸方向に位置ずれする千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガスタービン。
9. 前記排気ダクトに貫通して設けられ、内部に前記流入管または前記流出管が挿通される外筒管を、さらに備え、
   前記外筒管は、前記排気ダクトに固定され、
   前記流入管または前記流出管は、前記外筒管に固定され、
   前記外筒管と、前記流入管または前記流出管との間には、断熱層が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のガスタービン。
10. 前記空間に設けられ、前記流入管から前記空間内に流入した前記排気ガスを、前記流入管に対応付けられる前記流出管へ案内する整流板を、さらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のガスタービン。
11. 前記外周部材は、内部に前記空間が形成される箱状の補強リブであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガスタービン。

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