JP6821426B2 - ディフューザ、タービン及びガスタービン - Google Patents

Description

この発明は、ディフューザ、タービン及びガスタービンに関する。

一般に、ガスタービンは、圧縮機と、燃焼器と、タービンと、を備えている。圧縮機は、外気を圧縮して高圧空気を生成し、燃焼器は、この圧縮機によって生成された高圧空気と燃料とを混合燃焼させることで高温高圧の燃焼ガスを生成する。タービンは、この燃焼器により生成された燃焼ガスによって駆動される。
タービンの下流側にはディフューザが設けられている（例えば、特許文献１参照）。このディフューザとしては、内筒と外筒とストラットとを有しているものがある。内筒は、ディフューザの内周側に配置されており、外筒は、この内筒を外周側から覆うことで内筒との間に排気流路を形成している。ストラットは、周方向に間隔をあけて複数設けられ、それぞれ内筒の外周面からタービンの径方向に延びている。これらストラットを介して、内筒及び外筒が接続されている。
ディフューザの排気流路は、燃焼ガスの流れる方向の上流から下流に向かうにしたがって次第に流路面積が増加するように形成されている。タービンを駆動した燃焼ガス（排気ガス）は、このように形成された排気流路を通過することで静圧回復される。ディフューザの性能が向上すると、実質的なガスタービンの圧力比を増加させるので、ディフューザの性能向上は、ガスタービン全体の効率向上にも寄与する。

特許第５６９３３１５号公報

タービンから排出される燃焼ガスの流れには、軸線方向成分と、軸線を中心とした周方向に旋回する旋回流成分（スワール成分）とが含まれている。そのため、排気ガスの流れがストラットの周囲を通過する際に、ストラットによって形状抵抗が生じたり、流れの剥離が生じたりする。これら形状抵抗や流れの剥離は、圧力損失を増加させる要因となる。この圧力損失の増加は、ディフューザの静圧回復量を低下させて、ガスタービン全体の効率を低下させる可能性が有る。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、圧力損失を抑制して性能向上を図ることができるディフューザ、タービン及びガスタービンを提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明の第一態様によれば、ディフューザは、軸線回りに回転するタービンの下流側に設けられるディフューザであって、前記軸線に沿って延びる内筒と、前記内筒を外周側から覆うとともに、前記内筒との間に排気流路を形成する外筒と、前記排気流路内で周方向に間隔をあけて設けられ、前記内筒と前記外筒とを接続するとともに、径方向内側から外側に向かうにしたがって前記タービンの回転方向前方側に延びる複数のストラットと、前記内筒の外周面に形成され、前記周方向で隣り合う一対のストラット間の中央に配置されるとともに、前記ストラットの軸線方向一方側の前縁の位置を基準として前記ストラットの軸線方向の全長の±１０％の領域内に配置された凸部と、を備え、前記凸部は、前記軸線に沿って形成されて軸線方向一方側である上流側から、軸線方向他方側である下流側に向かうにしたがって、径方向の外側に向かう突出量が増加するように、軸線を中心とする径方向の外側に向かうにしたがって先細りに形成され、前記軸線を中心とした周方向で前記凸部と同位置で、前記凸部の下流側に間隔をあけて軸線方向に延びるガイド板を更に備えている。
ディフューザにおいて、軸線を中心とした周方向で隣り合うストラットの間の流れは、一般に、内筒の外周面において境界層を形成する。ディフューザ流れは、逆圧力勾配であるため、境界層流れにおいて運動量が低下し易い。そのため、局所的な運動量欠損による剥離領域が生じると、流れの下流に向けて剥離が進展して大規模化する可能性がある。
一般に、ストラットよりも上流側では、回転体とディフューザとの隙間からのシールガスの流入により、境界層に擾乱が発生し、不安定となる。また、流れ方向に対して垂直方向の渦度が増した状態となる。この境界層内に、上記の凸部を配置することで、境界層内の流体が凸部に巻きつく形となり、凸部の周方向両側に流体の流れ方向に渦軸を有する縦渦が形成される。この縦渦は、凸部よりも下流側に延びて渦管（馬蹄渦）を形成する。これにより、内筒の外周面において、安定した縦渦を生成できるため、縦渦により境界層内の流体に運動量を与えて、境界層の発達による剥離が生じることを抑制できる。その結果、圧力損失を抑制して性能向上を図ることができる。
さらに、ディフューザの主流に対して形状抵抗が増加することを抑制できる。その結果、圧力損失を低減できる。

さらに、凸部によって形成された縦渦を下流側まで維持させるとともに、縦渦の乱れを整える（整流する）ことができる。

この発明の第二態様によれば、第一態様に係る凸部は、前記ストラットの軸線方向一方側の前縁の位置を基準として、前記ストラットの軸線方向の全長の±５％の領域内に配置されていてもよい。
このように構成することで、ストラットの前縁の位置により近い位置に凸部を配置することができる。これにより、境界層が発達する前に、凸部によって縦渦を生じさせて、境界層内の流体に対して運動量を与えることができる。その結果、境界層の発達を安定して抑制できる。

この発明の第三態様によれば、タービンは、軸線に沿って延びるとともに、前記軸線の周方向一方側に向かって回転可能なタービンロータと、前記タービンロータを外周側から覆うタービンケーシングと、前記タービンロータの外周面上で前記軸線の周方向に配列された複数のタービン動翼と、前記タービンケーシングの内周面上で前記タービン動翼に対して前記軸線方向に隣り合うように設けられるとともに、周方向に配列された複数のタービン静翼と、第一又は第二態様に係るディフューザと、を備える。
このように構成することで、ディフューザにおける流体の剥離を抑制できるため、タービンの圧力損失を抑制できる。その結果、タービンから排出される排気ガスの運動エネルギーを効率よく圧力エネルギーに変換することができる。

この発明の第四態様によれば、ガスタービンは、空気を圧縮した圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気に燃料を混合させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動される第三態様に係るタービンと、を備える。
このように構成することで、タービンの圧力損失を抑制できるため、ガスタービンの性能を向上することができる。

上記ディフューザ、タービン及びガスタービンによれば、圧力損失を抑制して性能向上を図ることができる。

この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略構成を示す構成図である。 この発明の第一実施形態におけるディフューザの軸線に沿う断面図である。 この発明の第一実施形態における隣り合う第一ストラットの間の内筒の斜視図である。 この発明の第一実施形態における凸部の周囲の渦を軸線方向の一方側から見た図である。 この発明の第二実施形態における図３に相当する図である。 この発明の第三実施形態における図３に相当する図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態のタービン及びガスタービンを図面に基づき説明する。
図１は、この発明の第一実施形態におけるガスタービンの概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、この第一実施形態に係るガスタービン１００は、圧縮機１と、燃焼器３と、タービン２Ａと、を備えている。

圧縮機１は、高圧空気を生成する。圧縮機１は、圧縮機ロータ１１と、圧縮機ケーシング１２と、を備えている。圧縮機ケーシング１２は、圧縮機ロータ１１を外周側から覆っており、軸線Ａｍに沿って延びている。

圧縮機ロータ１１の外周面には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段１３が設けられている。これら圧縮機動翼段１３は、複数の圧縮機動翼１４をそれぞれ備えている。各圧縮機動翼段１３の圧縮機動翼１４は、圧縮機ロータ１１の外周面上で軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列されている。

圧縮機ケーシング１２の内周面には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段１５が設けられている。これら圧縮機静翼段１５は、軸線Ａｍ方向で上記圧縮機動翼段１３と交互に配置されている。これら圧縮機静翼段１５は、複数の圧縮機静翼１６をそれぞれ備えている。各圧縮機静翼段１５の圧縮機静翼１６は、圧縮機ケーシング１２の内周面上で軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列されている。

燃焼器３は、圧縮機１で生成された高圧空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスを生成する。燃焼器３は、圧縮機ケーシング１２とタービン２Ａのタービンケーシング２２との間に設けられている。この燃焼器３によって生成された燃焼ガスは、タービン２Ａに供給される。

タービン２Ａは、燃焼器３で生成された燃焼ガスによって駆動する。このタービン２Ａは、タービンロータ２１と、タービンケーシング２２と、ディフューザ４Ａと、を有している。
タービンロータ２１は、軸線Ａｍに沿って延びている。このタービンロータ２１の外周面には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン動翼段２３が設けられている。これらタービン動翼段２３は、複数のタービン動翼２４をそれぞれ備えている。各タービン動翼段２３のタービン動翼２４は、タービンロータ２１の外周面上で軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列されている。

複数のタービン動翼段２３のうち、最も下流側に配置された最終段のタービン動翼段２３を構成するタービン動翼２４は、その軸線Ａｍ方向他方側の部分が軸線Ａｍを中心とした周方向の一方側から他方側に向かって湾曲している。言い換えれば、最終段のタービン動翼段２３のタービン動翼２４は、その下流側のエッジ部分（後縁）が、タービンロータ２１の回転方向の後方側を向くように湾曲している。なお、少なくとも最終段のタービン動翼段２３のタービン動翼２４のみが上述したように湾曲して形成されればよく、上記構成に限られるものではない。例えば、他のタービン動翼段２３のタービン動翼２４についても、最終段のタービン動翼段２３のタービン動翼２４と同様に湾曲させても良い。

タービンケーシング２２は、タービンロータ２１を外周側から覆っている。このタービンケーシング２２の内周面には、軸線Ａｍ方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼段２５が設けられている。タービン静翼段２５は、軸線Ａｍ方向で上記タービン動翼段２３と交互に配置されている。これらタービン静翼段２５は、複数のタービン静翼２６をそれぞれ備えている。各タービン静翼段２５のタービン静翼２６は、タービンケーシング２２の内周面上で軸線Ａｍの周方向に間隔をあけて配列されている。

圧縮機ロータ１１とタービンロータ２１とは、軸線Ａｍ方向に一体に接続されている。これら圧縮機ロータ１１とタービンロータ２１とによって、ガスタービンロータ９１が構成されている。同様に、圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とは、軸線Ａｍに沿って一体に接続されている。これら圧縮機ケーシング１２とタービンケーシング２２とによってガスタービンケーシング９２が構成されている。
ガスタービンロータ９１は、ガスタービンケーシング９２の内部で軸線Ａｍ回りに一体に回転可能とされている。

ガスタービン１００を運転するに当たっては、まず外部の駆動源によって圧縮機ロータ１１（ガスタービンロータ９１）を回転駆動する。圧縮機ロータ１１の回転に伴って外部の空気が順次圧縮され、高圧空気が生成される。この高圧空気は、圧縮機ケーシング１２を通じて燃焼器３内に供給される。燃焼器３内では、燃料がこの高圧空気に混合されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスが生成される。燃焼ガスはタービンケーシング２２を通じてタービン２Ａ内に供給される。タービン２Ａ内では、タービン動翼段２３、及びタービン静翼段２５に燃焼ガスが順次衝突することで、タービンロータ２１（ガスタービンロータ９１）に対して回転駆動力が与えられる。この回転エネルギーは、例えば、軸端に連結された発電機Ｇ等の駆動に利用される。タービン２Ａを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとしてディフューザ４Ａを通過する際に圧力（静圧）が高められた後、外部に排出される。

図２は、この発明の第一実施形態におけるディフューザの軸線に沿う断面図である。
図２に示すように、ディフューザ４Ａは、タービンケーシング２２（ガスタービンケーシング９２）に一体に設けられている。このディフューザ４Ａは、内筒４１と、外筒４２と、第一ストラット４３と、第二ストラット４４と、凸部５０（図３参照）と、を備えている。

内筒４１は、軸線Ａｍに沿って延びる筒状に形成されている。内筒４１は、その外周面４１Ａが、軸線Ａｍ方向一方側から他方側に向かうにしたがって次第に縮径するように形成されている。この内筒４１の内側には、ガスタービンロータ９１の軸端部９１Ａを回転可能に支持する軸受装置３０が設けられている。この軸受装置３０は、軸受３１と、軸受ハウジング３２と、を備えている。軸受ハウジング３２は、主に、第一ストラット４３によって外筒４２に支持されている。

外筒４２は、内筒４１を外周側から覆う筒状に形成されている。外筒４２は、内筒４１との間に、タービン２Ａから排出された排気ガスが流れる排気流路Ｃを形成している。外筒４２は、その内周面４２Ａが、軸線Ａｍ方向一方側から他方側に向かうにしたがって次第に拡径するように形成されている。すなわち、外筒４２と内筒４１との間に形成される排気流路Ｃの断面積（軸線Ａｍに直交する断面積）は、軸線Ａｍ方向一方側から他方側に向かうにしたがって、次第に拡径している。このように排気流路Ｃの断面積が次第に拡径することで、排気流路Ｃ内を流れる排気ガスの運動エネルギーが、漸次圧力エネルギーに変換（圧力回復）される。

第一ストラット４３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４５によって覆われている。この第一ストラット４３は、内筒４１の外周面４１Ａの法線に対して傾斜したいわゆるタンジェンシャルストラットを用いることができる。このようなタンジェンシャルストラットを採用することで、熱伸びによる軸心のずれを少なくすることが可能となる。

第二ストラット４４は、第一ストラット４３の荷重負担を分散するとともに、例えばガスタービン１００の軸受３１への人の進入を可能にする通路として機能する。この第二ストラット４４は、軸線Ａｍを中心とした径方向に延びる筒状に形成されている。第二ストラット４４は、第一ストラット４３から軸線Ａｍ方向他方側に離間した位置に設けられている。

この第一実施形態におけるストラットカバー４５及び第二ストラット４４は、排気ガスに対する形状抵抗を低減可能な形状となっている。排気ガスに対する形状抵抗を低減可能な形状としては、例えば、排気ガスの流れる方向に長い断面長円形状や、排気ガスの流れる方向に翼弦が延びる翼型を例示できる。

ガスタービン１００は、シール機構（図示せず）を備えている。このシール機構は、圧縮機１により生成した圧縮空気の一部をシールガスとして上述したディフューザ４Ａの内筒４１と、タービンロータ２１との隙間から、排気流路Ｃの内側に向かって流入させている。このシール機構によって、上記隙間から排気ガスが流出しないようになっている。

図３は、この発明の第一実施形態における隣り合う第一ストラットの間の内筒の斜視図である。
図３に示すように、ディフューザ４Ａは、軸線Ａｍを中心とした周方向で隣り合う第一ストラット４３（ストラットカバー４５）の間に、凸部５０を備えている。凸部５０は、周方向に並んで配置された複数の第一ストラット４３の間にそれぞれ一つずつ設けられている。凸部５０は、内筒４１の外周面４１Ａから突出している。この第一実施形態における凸部５０は、外周面４１Ａから軸線Ａｍを中心とした径方向の外側に向けて突出している。

ここで、凸部５０の突出量（言い換えれば、径方向の高さ）は、内筒４１の外周面４１Ａに排気ガスの流れによって形成される境界層（図示せず）の厚さよりも僅かに低くすることができる。より具体的には、凸部５０の突出量は、軸線Ａｍを中心とする径方向における第一ストラット４３の高さ（翼高さ）に対して５％の突出量にしても良い。さらに、凸部５０の突出量は、第一ストラット４３の高さに対して３％の突出量にしても良い。また、凸部５０の突出量は、第一ストラット４３の高さに対して１％としても良い。なお、境界層の厚さは、ディフューザ４Ａの仕様に応じて変化するため、凸部５０の突出量は、境界層の厚さに応じて適宜調整してもよい。

この第一実施形態における凸部５０は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、隣り合う第一ストラット４３の間の距離を１００％とすると、隣り合う第一ストラット４３の中央（５０％）の位置から、±３０％の範囲に形成することができる。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、上記中央（５０％）の位置から±２０％の位置に配置しても良い。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、上記中央（５０％）の位置から±１０％の位置に配置しても良い。

さらに、凸部５０は、第一ストラット４３の軸線Ａｍ方向の全長を１００％とした場合、軸線Ａｍ方向における第一ストラット４３の前縁（言い換えれば、軸線Ａｍ方向一方側の縁部）４３ａの位置（以下、単に「前縁の位置」と称する。図３中、二点鎖線Ｆで示す位置）を基準として上記第一ストラット４３の全長の±１０％の領域内に配置することができる。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍ方向において上記前縁の位置を基準として±５％の領域内に配置しても良い。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍ方向において上記前縁の位置を基準として±３％の領域内に配置しても良い。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍ方向において上記前縁の位置を基準として±２％の領域内に配置しても良い。

軸線Ａｍ方向における凸部５０の長さは、前縁４３ａの位置を基準とした上記領域内に入る長さであれば、どのような長さであっても良い。例えば、軸線Ａｍ方向における上記領域の長さと同等の長さに形成しても良い。

凸部５０は、軸線Ａｍを中心とする径方向の外側に向かうにしたがって先細りに形成されていてもよい。図３においては、先細りの形状として、軸線Ａｍ方向の一方側（上流側）から他方側（下流側）に向かうにしたがって、凸部５０の突出量が増加するように形成される場合を例示しているが、先細りであれば、この形状に限られるものではない。

ところで、ガスタービン１００の運転時、ディフューザ４Ａの入口において軸線Ａｍを中心とする径方向の内側に向かってシールガスが流入する場合がある。このシールガスは、内筒４１の外周面４１Ａに形成される不安定な境界層内の流れに干渉する。ここで、境界層内の流れは、そもそも第一ストラット４３と内筒４１の外周面４１Ａとの接合部に生じる馬蹄渦を代表とした二次流れや、第一ストラット４３の周方向傾斜による圧力勾配により、三次元的な流れとなり、擾乱が拡大すると剥離が生じ易い。この境界層内の流れは、上記シールガスの流入により垂直方向の渦度が増すようになる。つまり、境界層内の流れには、主に軸線Ａｍを中心とする周方向の渦軸を有する渦Ｖ２（図３参照）が含まれることとなる。この垂直方向の渦度が増した境界層は、シールガスが流入しない場合と比較して、下流側に進むにしたがって大きく発達してしまう。特に、第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置を境にして、流路断面積が急拡大するため、更に流速が低下して、境界層剥離が生じる可能性が有る。

上述したように第一実施形態のディフューザ４Ａは、軸線Ａｍを中心とする周方向で隣り合う第一ストラット４３の間に凸部５０が配置されている。これら凸部５０は、軸線Ａｍ方向において第一ストラット４３の前縁４３ａの位置の近くに配置されている。上述したシールガスが干渉して垂直方向の渦度を有した境界層内の流れは、第一ストラット４３の前縁４３ａの位置の近傍で凸部５０に巻きつく形となる。

これにより、凸部５０の周方向両側に排気ガスの流れる方向に渦軸を有する縦渦Ｖ３が形成される。この縦渦Ｖ３は、凸部５０よりも下流側に延びて、渦管を形成する。この縦渦Ｖ３は、第一ストラット４３の前縁４３ａ付近よりも下流の境界層内の排気ガスに運動量を与える。そのため、上述したようにシールガスが流入する場合であっても、境界層が発達する前に境界層内の流れに運動量を与えて、境界層が発達していわゆる境界層剥離が生じることを抑制できる。その結果、ディフューザ４Ａの圧力損失を抑制して性能向上を図ることができる。

図４は、この発明の第一実施形態における凸部の周囲の渦を軸線方向の一方側から見た図である。
図４に示すように、縦渦Ｖ３は、隣り合う馬蹄渦Ｖ１と逆方向に回転する。このように縦渦Ｖ３と馬蹄渦Ｖ１との回転方向が互いに逆方向となることで、上記の縦渦Ｖ３の流れと馬蹄渦Ｖ１の流れとが、隣接する場所において同方向に流れるため、互いの回転を阻害せず促進する方向に作用し、縦渦Ｖ３と馬蹄渦Ｖ１とが安定する。そのため、第一ストラット４３の下流においても縦渦Ｖ３と馬蹄渦Ｖ１とが維持され易くなり、より一層、境界層の発達を抑制できる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図面に基づき説明する。この第二実施形態は、上述した第一実施形態にガイド板を設けた点でのみ相違する。そのため、上述した第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
この第二実施形態のガスタービン１００は、上述した第一実施形態と同様に、圧縮機１と、燃焼器３と、タービン２Ｂと、を備えている。さらに、タービン２Ｂは、タービンロータ２１と、タービンケーシング２２と、ディフューザ４Ｂと、を有している。

図５は、この発明の第二実施形態における図３に相当する図である。
図５に示すように、この第二実施形態におけるディフューザ４Ｂは、内筒４１と、外筒４２（図５に図示せず）と、第一ストラット４３と、第二ストラット４４と、凸部５０と、ガイド板５１と、を備えている。
凸部５０は、第一実施形態と同様の構成であり、軸線Ａｍを中心とする周方向に並んで配置された複数の第一ストラット４３の間にそれぞれ一つずつ設けられている。これら凸部５０は、内筒４１の外周面４１Ａからそれぞれ突出している。

ガイド板５１は、凸部５０で生じた縦渦Ｖ３を下流側に案内する。ガイド板５１は、凸部５０と同様に、軸線Ａｍを中心とする周方向に並んで配置された複数の第一ストラット４３の間にそれぞれ一つずつ設けられている。これらガイド板５１は、軸線Ａｍ方向に延びるように形成され、凸部５０に対して、排気ガスの流れる方向における下流側に間隔をあけて配置されている。

ガイド板５１は、更に、内筒４１の外周面４１Ａから、軸線Ａｍを中心とする径方向外側に向かって突出するように形成されている。この第二実施形態で例示するガイド板５１は、上記径方向外側に向かって延びる平板状に形成されている。また、この第二実施形態で例示するガイド板５１は、軸線Ａｍ方向の一方側から他方側に向かって徐々に突出量が増加するように形成されている。ガイド板５１は、その最大突出量が凸部５０の突出量と同等になるようにしてもよい。

この第二実施形態で例示するガイド板５１は、第一ストラット４３の前縁４３ａを基準として第一ストラット４３の翼弦長に対して５０％の位置（言い換えれば、軸線Ａｍ方向で、前縁４３ａと後縁４３ｂの中間位置）から第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置まで延びている。図５中、後縁４３ｂの位置を符号「Ｒ」、前縁４３ａ及び後縁４３ｂの中間位置を符号「Ｍ」で示す。

軸線Ａｍを中心とする周方向におけるガイド板５１の厚さ（寸法）は、軸線Ａｍを中心とする周方向における凸部５０の寸法と同等に形成されている。
なお、図５に破線で示すように、ガイド板５１は、後縁４３ｂの位置よりも下流側まで延びていても良い。このようにすることで、第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置よりも下流側において、排気ガスの流路断面積が急拡大することを抑制できる。また、第二実施形態におけるガイド板５１の軸線Ａｍ方向における上流側の端部と下流側の端部との各位置は一例であって、凸部５０により形成された縦渦Ｖ３を案内できる位置であれば上記の位置に限られない。

上述した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、凸部５０によって縦渦Ｖ３を形成することができる。さらに、ガイド板５１を備えていることで、凸部５０によって形成された縦渦Ｖ３をより下流側まで維持させるとともに、この縦渦Ｖ３の乱れを整える（整流する）ことができる。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面に基づき説明する。この第三実施形態は、上述した第二実施形態の凸部とガイド板とを一体に設けた点でのみ相違する。そのため、上述した第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複する説明を省略する。
この第三実施形態のガスタービン１００は、上述した第一実施形態と同様に、圧縮機１と、燃焼器３と、タービン２Ｃと、を備えている。さらに、タービン２Ｃは、タービンロータ２１と、タービンケーシング２２と、ディフューザ４Ｃと、を有している。

図６は、この発明の第三実施形態における図３に相当する図である。
図６に示すように、この第三実施形態におけるディフューザ４Ｃは、内筒４１と、外筒４２（図６に図示せず）と、第一ストラット４３と、第二ストラット４４と、ガイド凸部５２と、を備えている。

ガイド凸部５２は、軸線Ａｍを中心とする周方向に並んで配置された複数の第一ストラット４３の間にそれぞれ一つずつ設けられている。
この第三実施形態におけるガイド凸部５２は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、隣り合う第一ストラット４３の間の距離を１００％とすると、隣り合う第一ストラット４３の中央（５０％）の位置から、±３０％の範囲に形成することができる。さらに、ガイド凸部５２は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、上記中央（５０％）の位置から±２０％の位置に配置しても良い。さらに、凸部５０は、軸線Ａｍを中心とした周方向において、上記中央（５０％）の位置から±１０％の位置に配置しても良い。

これらガイド凸部５２は、上述した第二実施形態のガイド板５１の上流端（軸線Ａｍ方向の端部）を、軸線Ａｍ方向における上述した第一ストラット４３の前縁４３ａ付近の位置に配置されるように、軸線Ａｍ方向の長さを延長したような形状となっている。すなわち、これらガイド凸部５２は、軸線Ａｍ方向に延びるように形成されている。

ガイド凸部５２は、軸線Ａｍ方向で第一ストラット４３の前縁４３ａの位置を基準としてストラット４３の軸線Ａｍ方向の全長の±１０％の領域内から第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置に向かって延びている。なお、ガイド凸部５２は、の前縁４３ａの位置を基準として第一ストラット４３の軸線Ａｍ方向の全長の±５％の領域内から第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置に向かって延びていても良い。さらに、ガイド凸部５２は、第一ストラット４３の前縁４３ａの位置を基準として第一ストラット４３の軸線Ａｍ方向の全長の±３％の領域内から第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置に向かって延びていても良い。

ガイド凸部５２は、更に、内筒４１の外周面４１Ａから、軸線Ａｍを中心とする径方向外側に向かって突出するように形成されている。この第三実施形態で例示するガイド凸部５２は、上記径方向外側に向かって延びる平板状に形成されている。また、この第三実施形態で例示するガイド凸部５２は、軸線Ａｍ方向の一方側（上流側）から他方側（下流側）に向かって徐々に突出量が増加するように形成されている。ガイド凸部５２の最大突出量は、上述した第一実施形態の凸部５０と同程度に形成することができる。

したがって、第三実施形態によれば、シールガスが干渉して垂直方向の渦度を有した境界層内の流れがガイド凸部５２に巻きつく形となり、縦渦Ｖ３を形成することができる。更に、ガイド凸部５２が、軸線Ａｍ方向における第一ストラット４３の後縁４３ｂの位置まで延びていることで、ガイド凸部５２によって形成された縦渦Ｖ３をガイド凸部５２に沿って下流側まで維持させるとともに、この縦渦Ｖ３の乱れを整えることができる。

この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第二、第三実施形態では、ガイド板５１、ガイド凸部５２がそれぞれ板状の場合について説明した。しかし、板状に限られず、例えば、翼型を有していたり、軸線Ａｍを中心とする径方向外側に向かって先細りに形成されていたりしてもよい。
さらに、ガイド板５１、ガイド凸部５２が、軸線Ａｍ方向の一方側（上流側）から他方側（下流側）に向かって徐々に突出量が増加するように形成されている場合について説明したが、この形状に限られない。例えば、突出量が上流側から下流側に向かって均一であっても良い。

また、上述した各実施形態では、周方向で隣り合う第一ストラット４３の間にそれぞれ一つずつ凸部５０、ガイド板５１、ガイド凸部５２が形成されている場合について説明した。しかし、周方向で隣り合う第一ストラット４３の間にそれぞれ２つ以上の凸部５０、ガイド板５１、ガイド凸部５２が形成されるようにしてもよい。

さらに、第一実施形態では、一つのディフューザ４Ａに設けられる複数の凸部５０が全て同一の構成である場合について説明した。しかし、これら複数の凸部５０は、それぞれ異なる構成（形状、配置等）であっても良い。例えば、凸部５０の位置、長さ、高さ、幅は、それぞれ上記複数の凸部５０毎に異なっていても良い。同様に、一つのディフューザに設けられる第二実施形態の複数のガイド板５１、第三実施形態の複数のガイド凸部５２も、それぞれ異なる構成（形状、配置等）であっても良い。

１ 圧縮機
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ タービン
３ 燃焼器
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ ディフューザ
１１ 圧縮機ロータ
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機動翼段
１４ 圧縮機動翼
１５ 圧縮機静翼段
１６ 圧縮機静翼
２１ タービンロータ
２２ タービンケーシング
２３ タービン動翼段
２４ タービン動翼
２５ タービン静翼段
２６ タービン静翼
３０ 軸受装置
３１ 軸受
３２ 軸受ハウジング
４１ 内筒
４１Ａ 外周面
４２ 外筒
４２Ａ 内周面
４３ 第一ストラット（ストラット）
４３ａ 前縁
４３ｂ 後縁
４４ 第二ストラット
４５ ストラットカバー
５０ 凸部
５１ ガイド板
５２ ガイド凸部
９１ ガスタービンロータ
９１Ａ 軸端部
９２ ガスタービンケーシング
１００ ガスタービン
Ａｍ 軸線
Ｃ 排気流路
Ｇ 発電機
Ｖ１ 馬蹄渦
Ｖ２ 渦
Ｖ３ 縦渦

Claims (4)

1. 軸線回りに回転するタービンの下流側に設けられるディフューザであって、
   前記軸線に沿って延びる内筒と、
   前記内筒を外周側から覆うとともに、前記内筒との間に排気流路を形成する外筒と、
   前記排気流路内で周方向に間隔をあけて設けられ、前記内筒と前記外筒とを接続するとともに、径方向内側から外側に向かうにしたがって前記タービンの回転方向前方側に延びる複数のストラットと、
   前記内筒の外周面に形成され、前記周方向で隣り合う一対のストラット間の中央に配置されるとともに、前記ストラットの軸線方向一方側の前縁の位置を基準として前記ストラットの軸線方向の全長の±１０％の領域内に配置された凸部と、
   を備え、
   前記凸部は、
   前記軸線に沿って形成されて軸線方向一方側である上流側から、軸線方向他方側である下流側に向かうにしたがって、径方向の外側に向かう突出量が増加するように、軸線を中心とする径方向の外側に向かうにしたがって先細りに形成され、
   前記軸線を中心とした周方向で前記凸部と同位置で、前記凸部の下流側に間隔をあけて軸線方向に延びるガイド板を更に備えているディフューザ。
2. 前記凸部は、前記ストラットの軸線方向一方側の前縁の位置を基準として、前記ストラットの軸線方向の全長の±５％の領域内に配置されている請求項１に記載のディフューザ。
3. 軸線に沿って延びるとともに、前記軸線の周方向一方側に向かって回転可能なタービンロータと、
   前記タービンロータを外周側から覆うタービンケーシングと、
   前記タービンロータの外周面上で前記軸線の周方向に配列された複数のタービン動翼と、
   前記タービンケーシングの内周面上で前記タービン動翼に対して前記軸線方向に隣り合うように設けられるとともに、周方向に配列された複数のタービン静翼と、
   請求項１又は２に記載のディフューザと、
   を備えるタービン。
4. 空気を圧縮した圧縮空気を生成する圧縮機と、
   前記圧縮空気に燃料を混合させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
   前記燃焼ガスにより駆動される請求項３に記載のタービンと、
   を備えるガスタービン。

Images