JP6875121B2 - 圧縮機ディフューザ、及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機ディフューザ、及びガスタービンに関する。

一般的なガスタービンは、圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮機で生成された圧縮空気を用いて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成された燃焼ガスによって回転駆動するタービンと、を備えている。また、上記ガスタービンにあっては、圧縮機により圧縮された圧縮空気を、回転軸の周りに形成された車室を介し、燃焼器において回転軸の周りに複数配置された各燃焼筒に供給している。また、圧縮機の出口側には、一般に、圧縮空気の動圧を静圧に変換するためのディフューザ（圧縮機ディフューザ）が設けられている。このディフューザは、車室側に向かって流路断面積が徐々に拡大するように形成され、車室に流れ込む圧縮空気の動圧を静圧に変換している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１８５５３９号公報

しかしながら、特許文献１に示されるようなガスタービンにあっては、圧縮機で生成された圧縮空気がディフューザから回転軸に沿ってタービン側に向けて車室に流れ込むが、その後に車室内で圧縮機側に向けて反転し、さらに燃焼器入口で反転して燃焼筒内に供給される。このように、圧縮空気は、車室内で反転しながら燃焼筒に供給され、反転する度に圧力損失が増大する。
また、特許文献１に示されるようなガスタービンにあっては、圧縮機で生成された圧縮空気が車室内で急拡大されるため圧力損失が増大する。このため、主にタービンを回転駆動する効率や圧縮空気による冷却の効率が低下し、ひいてはガスタービン全体の効率を低下させることになる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することにより、熱効率を高めることができる圧縮機ディフューザ、及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、本発明に係る圧縮機ディフューザは、回転軸の周りに複数配置されてタービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、の間に設けられる圧縮機ディフューザにおいて、一端が前記圧縮機の出口に接続され、他端が１つの前記燃焼筒の給気口に接続される態様で、前記一端が前記回転軸を中心とする二重円弧部を含む開口形状に形成され、前記他端が１つの前記燃焼筒の筒型に合わせた開口形状に形成されて、前記一端から前記他端に至り連続して前記回転軸の延在方向に沿って配置される内側ディフューザと、該内側ディフューザの外周側を覆うように配置され、当該内側ディフューザの外周面に沿って連続し、かつ該外周面との間に環状流路を画成した状態で配置された外側ディフューザと、を備え、前記環状流路は、前記内側ディフューザの前記外周面と前記外側ディフューザの内周面との間で、一端が前記圧縮機の出口に連通すると共に、他端が開口していることを特徴としている。

また、本発明に係るガスタービンは、回転軸を中心に設けられたタービンと、前記回転軸の周りに複数配置されて前記タービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、上述した圧縮機ディフューザと、を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、圧縮機が生成する圧縮空気を燃焼器の各燃焼筒に直接供給する。このため、圧縮機が生成する圧縮空気を車室に流す構成と比較して、圧縮空気の反転を生じさせず、かつ急拡大を抑制するため、圧縮空気の圧力損失を低減する。この結果、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。したがって、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン全体の効率を向上することができる。
また、本発明では、内側ディフューザの外周側に外側ディフューザが設けられ、外側ディフューザの一端が圧縮機の出口に連通しているので、外側ディフューザと内側ディフューザとの間の環状流路が圧縮機で生成された圧縮空気を抽気する抽気部となる。そのため、外側ディフューザ内を通過して車室に取り出された圧縮空気はより高い圧力となるため、高圧部の冷却を行うことができる。さらに、外側ディフューザを設けることで、燃焼筒に供給される圧縮空気の流速分布をより均一にすることができる。そのため、例えばパイロット燃焼器、ロータ冷却空気通路、又は昇圧圧縮機に流入する空気の圧力を、予混合ノズルの壁面圧力よりも高くすることが可能となり、燃焼ガスの外部への漏洩を防止することができ、ガスタービン全体の効率を向上することができる。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記外側ディフューザにおける前記他端の前記一端に対する断面積比は、前記内側ディフューザにおける他端の一端に対する断面積比よりも大きいことを特徴としてもよい。

このような構成によれば、圧縮機が生成する圧縮空気の動圧を静圧に変換して例えばパイロット燃焼器、ロータ冷却空気通路、又は昇圧圧縮機に供給することができる。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記外側ディフューザの前記一端は、前記他端側に向けて前記環状流路を拡大するように湾曲した円弧面が形成され、前記内側ディフューザの前記一端に近接されるとともに、前記圧縮機の出口に設けられる静翼に接続されていてもよい。

このような構成によれば、外側ディフューザの拡大角度をより大きくすることが可能となるので、圧縮機ディフューザの軸方向の長さを短くすることができる。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記外側ディフューザの前記一端は、前記内側ディフューザの前記一端に近接されるとともに、前記圧縮機の出口に連通する部分の前記環状流路の内側に凸となる凸曲部が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、外側ディフューザの一端側、すなわち圧縮機の出口に接続される入口部分において、凸曲部が形成されることで、外側ディフューザ内の流路断面で速くなる流れが形成されるので、流れをより均一にすることができる。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記外側ディフューザの前記一端は、前記他端側に向かうに従い漸次、前記環状流路を拡大する傾斜面が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、内側ディフューザの一端側、すなわち圧縮機の出口に接続される入口部分の流れを傾斜面に沿わせてより均一にすることができるうえ、湾曲部を形成する場合に比べて加工が容易となる利点がある。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記内側ディフューザにおける前記一端から前記他端に連続して２つの通路に分割形成する分割部材を有することが好ましい。

この圧縮機ディフューザによれば、内側ディフューザにおける一端から他端に連続して２つの空気通路に分割形成する分割部材を有することで、空気通路を分割しない場合と比較して、１つの空気通路の拡大角度が小さくなるため圧力損失を低減することができる。

また、本発明に係る圧縮機ディフューザは、前記内側ディフューザにおける一端を１つの環状に形成し、他端を二重の環状に形成する中子部材を有することを特徴とてもよい。

この圧縮機ディフューザによれば、一端を１つの環状に形成し、他端を二重の環状に形成する中子部材を有することで、燃焼筒に供給する圧縮空気の流れを燃焼筒の筒型に合わせて環状にする。このため、燃焼筒に対する圧縮空気の供給分布が調整される。この結果、燃焼筒の燃焼効率を向上することができる。

本発明の圧縮機ディフューザ、及びガスタービンによれば、圧縮機から燃焼筒に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することにより、熱効率を高めることができる。

本発明の第１の実施の形態によるガスタービンの概略構成図である。 第１の実施の形態による圧縮機ディフューザを示すガスタービンの燃焼器周辺の拡大断面図である。 図２に示す圧縮機ディフューザ周辺の構成を示す断面図である。 図３に示す圧縮機ディフューザの内側ディフューザ及びその内側に設けられた分割部材の構成を示す斜視図である。 圧縮機ディフューザのタービン径方向視図である。 圧縮機ディフューザの一端面図である。 圧縮機ディフューザのタービン軸方向の途中端面図である。 圧縮機ディフューザの他端面図である。 第２の実施の形態による圧縮機ディフューザ周辺の構成を示す断面図であって、図３に対応する図である。 第３の実施の形態による圧縮機ディフューザ周辺の構成を示す断面図であって、図３に対応する図である。 第４の実施の形態による圧縮機ディフューザ周辺の構成を示す断面図であって、図３に対応する図である。

以下、本発明の実施の形態による圧縮機ディフューザ、及びガスタービンについて、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態による圧縮機ディフューザを備えたガスタービン１０について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態のガスタービン１０は、圧縮機１と燃焼器２とタービン３とを備えている。このガスタービン１０は、圧縮機１、燃焼器２およびタービン３の中心部に、回転軸であるタービン軸４が貫通して配置されている。圧縮機１、燃焼器２およびタービン３は、タービン軸４の軸心Ｃに沿い、空気の流れの前側から後側に向かって順に並設されている。なお、以下の説明において、タービン軸方向とは軸心Ｃに平行な方向をいい、タービン周方向とは軸心Ｃを中心とした周り方向をいい、タービン径方向とは軸心Ｃに直交する方向をいう。

圧縮機１は、空気を圧縮して圧縮空気とするものである。圧縮機１は、空気を取り込む空気取入口１１を有した円筒形状の圧縮機ケーシング１２内に圧縮機静翼１３および圧縮機動翼１４が設けられている。圧縮機静翼１３は、圧縮機ケーシング１２側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、圧縮機動翼１４は、タービン軸４側に取り付けられてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数並設されている。これら圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。

燃焼器２は、圧縮機１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給することで、高温・高圧の燃焼ガスを生成するものである。燃焼器２は、圧縮空気と燃料を混合して燃焼させる燃焼筒２１と、燃焼筒２１から燃焼ガスをタービン３に導く尾筒２２とを有している。
燃焼筒２１は、車室Ｒをなす円筒形状の燃焼器ケーシング２３内においてタービン軸４を中心としたタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。また、燃焼筒２１は、圧縮機１に対して圧縮機ディフューザ５を介して接続されている。圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１からの圧縮空気を燃焼筒２１に導く空気通路をなす筒体であり、詳細は後述する。

タービン３は、燃焼器２で燃焼された燃焼ガスにより回転動力を生じるものである。タービン３は、円筒形状のタービンケーシング３１内にタービン静翼３２およびタービン動翼３３が設けられている。タービン静翼３２は、タービンケーシング３１側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。また、タービン動翼３３は、タービン軸４側に取り付けられてタービン周方向に複数並設されている。これらタービン静翼３２とタービン動翼３３とは、タービン軸方向に沿って交互に設けられている。また、タービンケーシング３１の後側には、タービン３に連続する排気ディフューザ３４ａを有した排気室３４が設けられている。

タービン軸４は、圧縮機１側の端部が軸受部４１により支持され、排気室３４側の端部が軸受部４２により支持されて、軸心Ｃを中心として回転自在に設けられている。そして、タービン軸４は、図には明示しないが、圧縮機１側の端部に発電機の駆動軸が連結されている。

このようなガスタービン１０は、圧縮機１の空気取入口１１から取り込まれた空気が、複数の圧縮機静翼１３と圧縮機動翼１４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る。この圧縮空気に対し、燃焼器２において燃料が混合されて燃焼されることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。そして、この燃焼ガスがタービン３のタービン静翼３２とタービン動翼３３とを通過することでタービン軸４が回転駆動され、このタービン軸４に連結された発電機に回転動力を付与することで発電を行う。そして、タービン軸４を回転駆動した後の排気ガスは、排気室３４の排気ディフューザ３４ａを経て排気ガスとして大気に放出される。

圧縮機ディフューザ５は、図２及び図３に示すように、筒状に形成された内側ディフューザ５Ａを備え、この内側ディフューザ５Ａにおいて、内側入口部５１が圧縮機１における出口１６に接続され、内側出口部５２が燃焼器２における燃焼筒２１の給気口２４に接側されて、圧縮機１と燃焼器２とを繋ぐことで、圧縮機１からの圧縮空気を燃焼筒２１に導く空気通路をなす。

ここで、圧縮機１は、図１に示すように、円筒形状の圧縮機ケーシング１２内に圧縮機静翼１３および圧縮機動翼１４がタービン周方向に複数並設されている。このため、圧縮機１の出口１６は、タービン軸４を中心とした円環状に形成されている。

また、燃焼器２の燃焼筒２１は、上述したように、円筒形状の燃焼器ケーシング２３内にタービン周方向に複数（例えば１６個）並設されている。各燃焼筒２１は、図２に示すように、筒型に形成され、その内部の中心にパイロット燃焼バーナ２１Ａが配置されている。また、燃焼筒２１は、その内周面に沿ってパイロット燃焼バーナ２１Ａを取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ２１Ｂが配置されている。パイロット燃焼バーナ２１Ａは、燃焼筒２１に支持されたパイロットコーン２１Ａａと、パイロットコーン２１Ａａの内部に配置されたパイロットノズル２１Ａｂとから構成されている。また、各メイン燃焼バーナ２１Ｂは、メインノズル２１Ｂａと、メインノズル２１Ｂａの外周部に設けられる旋回翼（スワラーベーン）２１Ｂｂとから構成されている。

また、燃焼筒２１は、図示しないパイロット燃料ラインがパイロットノズル２１Ａｂに連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メインノズル２１Ｂａに連結されている。また、燃焼筒２１は、パイロット燃焼バーナ２１Ａを囲む内筒２１Ｃにより、当該内筒２１Ｃの内側にパイロット燃焼バーナ２１Ａ側に圧縮空気を送る流路が形成され、内筒２１Ｃの外側にメイン燃焼バーナ２１Ｂ側に圧縮空気を送る流路が形成される。この燃焼筒２１は、筒型の軸がタービン軸方向に沿って配置され、給気口２４が筒型の開口部とされて、当該給気口２４を圧縮機１の出口１６側に向けて配置される。この燃焼筒２１は、高温・高圧の圧縮空気の空気流が給気口２４から内部に流れ込むと、この圧縮空気がメイン燃焼バーナ２１Ｂから噴射された燃料と混合され、予混合気の旋回流となる。

また、圧縮空気は、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射された燃料と混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼筒２１内に噴出される。このとき、燃焼ガスの一部が燃焼筒２１内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出されることで、各メイン燃焼バーナ２１Ｂから燃焼筒２１内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。すなわち、パイロット燃焼バーナ２１Ａから噴射されたパイロット燃料による拡散火炎により、メイン燃焼バーナ２１Ｂからの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

このような圧縮機１と燃焼筒２１とを繋ぐ圧縮機ディフューザ５は、燃焼筒２１がタービン周方向に複数並設されていることから、各燃焼筒２１に接続されるために、各燃焼筒２１の数に応じた同数がタービン周方向に並設される。
圧縮機ディフューザ５は、図３に示すように、ガスタービン１０の作動空気が、圧縮機１の出口１６から燃焼筒２１に流入するまで急拡大がなく漸次、減速する流れとなる流路形状を構成する内側ディフューザ５Ａと、内側ディフューザ５Ａの外周側にこの外周面５ｂに間隔をあけて設けられて、外側入口部５３（一端）が圧縮機１の出口１６に連通すると共に、外側出口部５４（他端）が開口する環状流路Ｓを画成する外側ディフューザ５Ｂと、を備えている。

内側ディフューザ５Ａは、圧縮機１の出口１６が円環状に形成されているため、当該出口１６に接続される内側入口部５１が、圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割した形状に合わせて形成されている。具体的には、図４及び図５に示すように、タービン軸４（図１参照）を中心とするタービン周方向に沿って設けられた二重円弧部５１ａと、二重円弧部５１ａの両側を繋ぐように圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割する側端部５１ｂと、を含んだ扇型の一部をなす略矩形状の１つの環状の開口形状に形成されている。
また、内側ディフューザ５Ａは、図２に示すように、筒型に形成された燃焼筒２１の給気口２４に接続される内側出口部５２が、１つの燃焼筒２１の筒型に合わせて円形状の１つの環状の開口形状に形成されている。そして、内側ディフューザ５Ａは、内側入口部５１から内側出口部５２に至りタービン軸方向に沿って連続し、扇型の一部をなす略矩形状から円形状に変化した筒形状に形成され、内部に分割部材５Ｃが設けられている。

内側ディフューザ５Ａは、圧縮機１の出口１６が空気を圧縮するために入口側に比較して窄まって形成され、燃焼筒２１の給気口２４が十分な流量の圧縮空気を給気するために比較的大きく形成されているため、図４に示すように、圧縮機１側の内側入口部５１の二重円弧部５１ａが圧縮機１の出口１６の寸法に近似するタービン径方向寸法Ｈ１とされ、燃焼筒２１側の内側出口部５２が燃焼筒２１の筒型の直径に近似するタービン径方向寸法Ｈ２とされている。そして、内側入口部５１のタービン径方向寸法Ｈ１よりも内側出口部５２のタービン径方向寸法Ｈ２が大きく形成されている。

さらに、内側ディフューザ５Ａは、圧縮機１の出口１６が円環状に連続して形成され、燃焼筒２１がタービン周方向に複数並設されて給気口２４が筒型の開口部として形成されているため、図５に示すように、圧縮機１側の内側入口部５１が圧縮機１の出口１６が円環状を燃焼筒２１の数分に分割されたタービン周方向寸法Ｄ１とされ、燃焼筒２１側の内側出口部５２が燃焼筒２１の筒型の直径に近似するタービン周方向寸法Ｄ２とされている。そして、内側入口部５１のタービン周方向寸法Ｄ１よりも内側出口部５２のタービン周方向寸法Ｄ２が小さく形成されている。このタービン径方向寸法Ｈ１，Ｈ２およびタービン周方向寸法Ｄ１，Ｄ２の関係において、内側ディフューザ５Ａは、タービン径方向断面の通路断面積が内側入口部５１から内側出口部５２に向けて漸次大きくなるように形成されている。すなわち、本実施の形態の圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１が生成する圧縮空気の流れを減速して燃焼器２の燃焼筒２１に供給する。

分割部材５Ｃは、図３、図４、図６〜図８に示すように、内側ディフューザ５Ａの内部に配置されている。分割部材５Ｃは、内側ディフューザ５Ａの内部において、内側入口部５１に配置された先端部５５ａと、内側出口部５２に配置された後端部５５ｂとを有している。先端部５５ａは、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１において圧縮機ディフューザ５のタービン径方向寸法の中央であって二重円弧部５１ａの中央でタービン軸４を中心とするタービン周方向に沿って設けられた円弧からなる線状に形成され、両端が各側端部５１ｂに至り設けられている。後端部５５ｂは、内側ディフューザ５Ａの内側出口部５２の円形状よりも小さい径の円形状に形成されている。

そして、分割部材５Ｃは、線状の先端部５５ａから円形状の後端部５５ｂに至りタービン軸方向に沿って連続し、線状から円形状に変化した形状に形成されている。すなわち、分割部材５Ｃは、線状の先端部５５ａが嘴状に尖っており、後端部５５ｂに向かって徐々に円形状に変化し、内側ディフューザ５Ａの内側出口部５２に向けて圧縮機ディフューザ５の外形を小さくした形状に形成されている。
また、分割部材５Ｃは、その両外側に分割板５５ｃが設けられている。分割板５５ｃは、線状の先端部５５ａから円形状の後端部５５ｂに至って両外側で連続し、かつ内側ディフューザ５Ａの内周面に一体に設けられており、内側ディフューザ５Ａの空気通路を２分割している。分割部材５Ｃは、後端部５５ｂが板材で閉塞されてしていてもよい。また、分割部材５Ｃは、その内部が中空でも中実であってもよい。

分割部材５Ｃにより、内側ディフューザ５Ａは、内側入口部５１が先端部５５ａで２分割され、内側出口部５２が後端部５５ｂにより二重の環状（リング状）の開口形状に形成され、内側入口部５１から内側出口部５２に至り分割板５５ｃで２分割される。また、後端部５５ｂの位置における円形状の径は、燃焼筒２１に設けられた内筒２１Ｃの位置および径に近似しており、リング状の内側出口部５２の開口は、メイン燃焼バーナ２１Ｂに対向する。

外側ディフューザ５Ｂは、図３、図６〜図８に示すように、内側ディフューザ５Ａの外周を覆うように配置され、圧縮機１の出口１６に間隔をあけて配置される外側入口部５３における二重円弧部５３ａ、５３ａが、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１の二重円弧部５１ａ、５１ａよりタービン径方向の外側と内側に位置している。外側ディフューザ５Ｂの二重円弧部５３ａは、内側ディフューザ５Ａの二重円弧部５１ａと相似形状をなしている。そして、側端部５１ｂからタービン径方向に延長される側端部５３ｂによって各二重円弧部５３ａの両端が繋がれ、タービン径方向で内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１を挟んだ両側に扇形の開口形状を形成している。つまり、圧縮機ディフューザ５は、圧縮機１の出口１６側において、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１と、その内側入口部５１のタービン径方向の外側と内側に外側ディフューザ５Ｂの外側入口部５３と、から３つの開口部が形成されている。

さらに外側ディフューザ５Ｂは、外側入口部５３から内側ディフューザ５Ａの外周面５ａに沿って拡大されて燃焼筒２１の給気口２４側の外側出口部５４に接続された形状に形成されている。外側出口部５４は、タービン軸方向で内側ディフューザ５Ａの中間部分に位置し、内側出口部５２と同軸でかつ大径の環状の開口形状に形成されている。このように外側ディフューザ５Ｂは、外側入口部５３から外側出口部５４に至りタービン軸方向に沿って連続し、扇型の一部をなす略矩形状から円形状に変化した筒形状に形成されている。そして、外側ディフューザ５Ｂにおける外側出口部５４の外側入口部５３に対する断面積比は、内側ディフューザ５Ａにおける内側出口部５２の内側入口部５１に対する断面積比よりも大きくなっている。

また、外側ディフューザ５Ｂの外側出口部５４には、図３に示すように、滑らかに湾曲しながら径方向外側に向けて延びる拡径部５５が形成されている。上述したように内側ディフューザ５Ａの内側出口部５２が燃焼筒２１の給気口２４に接続されるのに対して、外側ディフューザ５Ｂの外側出口部５４（拡径部５５）は、燃焼筒２１を通過せずに直接、車室Ｒに開口している。つまり、外側ディフューザ５Ｂの空気は、パイロット燃焼器、ロータ冷却空気通路、又は昇圧圧縮機に流入する構成となっている。

このような内側ディフューザ５Ａによれば、内側入口部５１から内側出口部５２に連続して２つの空気通路に分割形成する分割部材５Ｃを有することで、空気通路を分割しない場合と比較して、１つの空気通路の拡大角度が小さくなるため圧力損失を低減することができる。また、本実施形態では、圧縮空気を主にメイン燃焼バーナ２１Ｂの流路に向けて供給するため、メイン燃焼バーナ２１Ｂとパイロット燃焼バーナ２１Ａとに対する圧縮空気の供給分布を調整することができ、この結果、燃焼筒２１の燃焼効率を向上することができる。

また、この圧縮機ディフューザ５が適用されるガスタービン１０によれば、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。この結果、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

このように、本実施の形態の圧縮機ディフューザ５では、圧縮機１が生成する圧縮空気を燃焼器２の各燃焼筒２１に直接供給する。このため、圧縮機１が生成する圧縮空気を車室Ｒに流す構成と比較して、圧縮空気の反転を生じさせず、かつ急拡大を抑制するため、圧縮空気の圧力損失を低減する。この結果、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することができる。したがって、主に圧力損失低減による圧縮機動力の低下により、ガスタービン全体の効率を向上することができる。

また、本実施の形態では、内側ディフューザ５Ａの外周側に外側ディフューザ５Ｂが設けられ、外側ディフューザ５Ｂの一端が圧縮機１の出口１６に連通しているので、外側ディフューザ５Ｂと内側ディフューザ５Ａとの間の環状流路Ｓが圧縮機１で生成された圧縮空気を抽気する抽気部となる。そのため、外側ディフューザ５Ｂ内を通過して車室Ｒに取り出された圧縮空気はより高い圧力となるため、高圧部の冷却を行うことができる。
さらに、外側ディフューザ５Ｂを設けることで、燃焼筒２１に供給される圧縮空気の流速分布をより均一にすることができる。そのため、例えばパイロット燃焼器、ロータ冷却空気通路、又は昇圧圧縮機に流入する空気の圧力を、予混合ノズルの壁面圧力よりも高くすることが可能となり、燃焼ガスの外部への漏洩を防止することができ、ガスタービン１０全体の効率を向上することができる。

また、本実施の形態の圧縮機ディフューザ５では、内側ディフューザ５Ａにおける内側入口部５１から内側出口部５２に連続して２つの空気通路に分割形成する分割部材５Ｃを有することで、空気通路を分割しない場合と比較して、１つの空気通路の拡大角度が小さくなるため圧力損失を低減することができる。

上述した本実施の形態による圧縮機ディフューザ、及びガスタービンでは、圧縮機１から燃焼筒２１に供給される圧縮空気の圧力損失を低減することにより、熱効率を高めることができる。

次に、本発明の圧縮機ディフューザ、及びガスタービンによる他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態による圧縮機ディフューザ５０Ａについて、図面に基づいて説明する。
図９に示す第２の実施の形態による圧縮機ディフューザ５０Ａは、外側ディフューザ５Ｂの形状を変えたものである。具体的に外側ディフューザ５Ｂの外側入口部５３（一端）は、外側出口部５４（他端）側に向けて環状流路Ｓを拡大するように湾曲した円弧面５３ｃが形成され、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１に近接されるとともに、圧縮機１の出口１６に設けられる出口案内静翼１５（静翼）に接続された構成となっている。つまりタービン径方向に対向する一対の円弧面５３ｃは、外側出口部５４側に向かうに従い互いにタービン径方向に離れるように湾曲している。

第２の実施の形態では、外側ディフューザ５Ｂの拡大角度をより大きくすることが可能となるので、圧縮機ディフューザ５の軸方向の長さを短くすることができる。

（第３の実施の形態）
次に、図１０に示す第３の実施の形態による圧縮機ディフューザ５０Ｂの外側ディフューザ５Ｂは、外側入口部５３（一端）側が、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１に近接するとともに、圧縮機１の出口１６に連通する部分の環状流路Ｓの内側に凸となる凸曲部５３ｄが形成された構成となっている。

本第３の実施の形態では、外側ディフューザ５Ｂの外側入口部５３側、すなわち圧縮機１の出口１６に接続される入口部分において、凸曲部５３ｄが形成されることで、外側ディフューザ内の流路断面で速くなる流れが形成されるので、流れをより均一にすることができる。

（第４の実施の形態）
次に、図１１に示す第４の実施の形態による圧縮機ディフューザ５０Ｃの外側ディフューザ５Ｂは、外側入口部５３（一端）側が、外側出口部５４（他端）側に向かうに従い漸次、環状流路Ｓを拡大する傾斜面５３ｅが形成された構成となっている。つまりタービン径方向に対向する一対の傾斜面５３ｅは、外側出口部５４側に向かうに従い互いにタービン径方向に離れるように漸次傾斜している。

第４の実施の形態の構成によれば、内側ディフューザ５Ａの内側入口部５１（一端）側、すなわち圧縮機１の出口１６に接続される入口部分の流れを傾斜面５３ｅに沿わせてより均一にすることができるうえ、上述した第３の実施の形態のような凸曲部５３ｄを形成する場合に比べて加工が容易となる利点がある。

以上、本発明による圧縮機ディフューザ、及びガスタービンの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、内側ディフューザ５Ａの内側に分割部材５Ｃを備えた構成となっているが、このような構成に限定されることはない。例えば、分割部材５Ｃに代えて、内側ディフューザにおける一端を１つの環状に形成し、他端を二重の環状に形成する中子部材を有する構成の圧縮機ディフューザを採用することも可能である。このような中子部材を有する圧縮機ディフューザとすることで、燃焼筒に供給する圧縮空気の流れを燃焼筒の筒型に合わせて環状にすることができるため、燃焼筒に対する圧縮空気の供給分布が調整され、燃焼筒の燃焼効率を向上することができる。
また、内側ディフューザ５Ａの内側に上述した分割部材５Ｃや中子部材を省略することも可能である。

また、外側ディフューザ５Ｂの形状、大きさ、内側ディフューザ５Ａとの離間等の構成は、内側ディフューザ５Ａの形状、圧縮機１の出口の開口、圧縮機１で生成される圧縮空気の流量等に応じて適宜設定することができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。

１ 圧縮機
１１ 空気取入口
１２ 圧縮機ケーシング
１３ 圧縮機静翼
１３ａ 最終段静翼
１４ 圧縮機動翼
１５ 出口案内静翼
１６ 出口
２ 燃焼器
２１ 燃焼筒
２１Ａ パイロット燃焼バーナ
２１Ｂ メイン燃焼バーナ
２１Ｃ 内筒
２２ 尾筒
２３ 燃焼器ケーシング
２４ 給気口
３ タービン
３１ タービンケーシング
３２ タービン静翼
３３ タービン動翼
３４ 排気室
３４ａ 排気ディフューザ
４ タービン軸（回転軸）
５、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 圧縮機ディフューザ
５Ａ 内側ディフューザ
５Ｂ 外側ディフューザ
５Ｃ 分割部材
５１ 内側入口部（内側ディフューザの一端）
５２ 内側出口部（内側ディフューザの他端）
５３ 外側入口部（外側ディフューザの一端）
５３ｃ 円弧面
５３ｄ 凸曲部
５３ｅ 傾斜面
５４ 外側出口部（外側ディフューザの他端）
５５ａ 先端部
５５ｂ 後端部
５５ｃ 分割板
１０ ガスタービン
Ｃ 軸心
Ｒ 車室
Ｓ 環状流路

Claims (8)

1. 回転軸の周りに複数配置されてタービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、の間に設けられる圧縮機ディフューザにおいて、
   一端が前記圧縮機の出口に接続され、他端が１つの前記燃焼筒の給気口に接続される態様で、前記一端が前記回転軸を中心とする二重円弧部を含む開口形状に形成され、前記他端が１つの前記燃焼筒の筒型に合わせた開口形状に形成されて、前記一端から前記他端に至り連続して前記回転軸の延在方向に沿って配置される内側ディフューザと、
   該内側ディフューザの外周側を覆うように配置され、当該内側ディフューザの外周面に沿って連続し、かつ該外周面との間に環状流路を画成した状態で配置された外側ディフューザと、を備え、
   前記環状流路は、前記内側ディフューザの前記外周面と前記外側ディフューザの内周面との間で、一端が前記圧縮機の出口に連通すると共に、他端が開口している圧縮機ディフューザ。
2. 前記外側ディフューザにおける前記他端の前記一端に対する断面積比は、前記内側ディフューザにおける他端の一端に対する断面積比よりも大きい請求項１に記載の圧縮機ディフューザ。
3. 前記外側ディフューザの前記一端は、前記他端側に向けて前記環状流路を拡大するように湾曲した円弧面が形成され、前記内側ディフューザの前記一端に近接されるとともに、前記圧縮機の出口に設けられる静翼に接続されている請求項１又は２に記載の圧縮機ディフューザ。
4. 前記外側ディフューザの前記一端は、前記内側ディフューザの前記一端に近接されるとともに、前記圧縮機の出口に連通する部分の前記環状流路の内側に凸となる凸曲部が形成されている請求項１又は２に記載の圧縮機ディフューザ。
5. 前記外側ディフューザの前記一端は、前記他端側に向かうに従い漸次、前記環状流路を拡大する傾斜面が形成されている請求項１又は２に記載の圧縮機ディフューザ。
6. 前記内側ディフューザにおける前記一端から前記他端に連続して２つの通路に分割形成する分割部材を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の圧縮機ディフューザ。
7. 前記内側ディフューザにおける一端を１つの環状に形成し、他端を二重の環状に形成する中子部材を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の圧縮機ディフューザ。
8. 回転軸を中心に設けられたタービンと、
   前記回転軸の周りに複数配置されて前記タービンに燃焼ガスを供給する筒型の燃焼筒と、
   前記回転軸を中心に回転して圧縮空気を生成する圧縮機と、
   請求項１から７のいずれか１つに記載の圧縮機ディフューザと、
   を備えるガスタービン。

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