JP6961340B2 - 回転機械 - Google Patents
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Description
このような空気昇圧装置においては、インペラから吐出される圧縮された冷却用空気の運動エネルギーは、ディフューザによって効率良く圧力に回復されている。また、この空気昇圧装置に使用されているディフューザは、高圧力比や高効率を達成するために、ディフューザ翼が設けられた羽根付きディフューザ(ベーンドディフューザ)とすることが一般的である。
D2 = n × S ・・・ (1)
D1 = S ・・・ (2)
以下、本発明の第一実施形態の回転機械であるガスタービン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、本実施形態のガスタービン1は、外気Aoを圧縮して圧縮空気Aを生成する圧縮機2と、圧縮空気A中で燃料を燃焼させて燃焼ガスGを生成する複数の燃焼器3と、燃焼ガスGにより駆動するタービン4と、を備えている。
なお、以下では、ガスタービン軸線Arが延びる方向を軸線方向Daとする。また、ガスタービン軸線Arを中心とした周方向を単に周方向Dcとし、ガスタービン軸線Arに対して垂直な方向を径方向Drとする。径方向Drで、ガスタービン軸線Arから遠ざかる側を径方向外側とし、ガスタービン軸線Arに近づく側を径方向内側とする。
複数の燃焼器3は、周方向Dcに互いの間隔をあけて、中間車室16に固定されている。燃焼器3は、圧縮空気Aと燃料を混合して燃焼させる燃焼筒17と、燃焼筒17から燃焼ガスGをタービン4に導く尾筒18とを有している。燃焼筒17は、圧縮機2に対して圧縮機ディフューザ19を介して接続されている。圧縮機ディフューザ19は、圧縮機2からの圧縮空気Aを燃焼筒17に導く空気通路をなす筒体である。
図2に示すように、各々の燃焼器3の燃焼筒17は、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31が配置されている。燃焼筒17は、その内周面に沿ってパイロット燃焼バーナ31を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ32が配置されている。
また、ガスタービン1は、冷却装置25を有している。冷却装置25は、中間車室16の下流側に設けられた排気管26と、中間車室16の上流側に設けられた給気管33と、排気管26と給気管33とを連通する冷却管27と、冷却管27の途中に設けられた熱交換器28(TCAクーラ)と、中間軸カバー24の内部に設けられている空気昇圧装置29と、を有している。給気管33は、中間車室16を貫通して中間軸カバー24の内部に設けられている中間軸カバー流路34に連通している。中間軸カバー流路34は、軸線方向Daに延在している環状の流路である。
インペラ30は、軸線方向Daから見て略円形の断面を有するディスク38と、ディスク38の上流側の面に設けられた複数の羽根39と、これら複数の羽根39を上流側から覆うシュラウド40と、を有している。
なお、各々のインペラ30は、シュラウドを有していないオープンインペラであってもよい。
排出流路36は、径方向内側に配置されたディフューザ41と、ディフューザ41の径方向外側に配置されたマニホールド42と、を有している。
マニホールド42は、ディフューザ41に対して軸線方向Daの幅を拡大させた部位である。マニホールド42の軸線方向Daの幅は、後述する内側シュラウド64の軸線方向Daの幅と略等しい。
ディフューザ41には、周方向Dcに間隔をあけて複数配置されたディフューザ翼50が設けられている。
タービン静翼5は、燃焼ガスGの圧力を下降させてその流速を増加させる。図3に示すように、タービン静翼5は、ガスタービンロータ20の径方向Drに相当する翼高さ方向に延設される翼本体54と、翼本体54の径方向外側に設けられた外側シュラウド58と、翼本体54の径方向内側に設けられた内側シュラウド64と、を有している。
挿入部材57は、区画フレーム56に面接触する第一面69と外フレーム55と区画フレーム56との間に配置される第二面70と、を有している。挿入部材57の第二面70には、複数の噴出孔71が形成されている。複数の噴出孔71は、第二面70の全面にわたって形成されている。
挿入部材57は、供給用開口68を径方向内側に向けた状態で、冷却通路45に対して径方向内側から挿入されている。挿入部材57は、供給用開口68の縁部が外フレーム55及び区画フレーム56に対して溶接部Wを介して固定されている。
その後、冷却用空気CAは、排出口62を介してタービン静翼5の外部へ回収される。
第一ディフューザ翼51は、径方向内側から外側に向かうにしたがって、インペラ30の回転方向Rに延びるように形成されている。第一ディフューザ翼51の転向角は、第二ディフューザ翼52の転向角よりも小さい。ここで、転向角とは、周方向に沿う流れを径方向に向けるための角度である。
具体的には、第二ディフューザ翼52の径方向外側の端部52bは、径方向Drに対する周方向Dcの角度αが±10°となるように傾斜している。第二ディフューザ翼52は、円弧状に形成されており、第一ディフューザ翼51を経てインペラ30の回転方向R(周方向)に沿うような冷却用空気CAの流れ方向が、径方向Drに転向するように形成されている。第二ディフューザ翼52は、圧力面72負圧面73とを有し、負圧面73が回転方向Rに向かって凸となるような形状に形成されている。
D2 = n × S ・・・ (1)
D1 = S ・・・ (2)
D2 = S ・・・ (3)
D1 = S / n ・・・ (4)
本実施形態の第二ディフューザ翼52の枚数D2は、タービン静翼5の枚数Sの5倍である。
また、複数のディフューザ翼50によって構成される複数の第二ディフューザ翼52は、等間隔に配置されていることが好ましい。
インペラ30によって圧縮された冷却用空気CAは、ディフューザ41によって減速される。その際、冷却用空気CAの流れ方向は、ディフューザ翼50によって径方向Drに転向される。これにより、冷却用空気CAの流れが効率よく減速される。
また、ディフューザ翼50を
第一ディフューザ翼51と第二ディフューザ翼52とに分割して製造することができる。これにより、製造コストを低くすることができる。
また、第一ディフューザ翼51と第二ディフューザ翼52の位置は、周方向に異なる位置としてもよい。
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。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6に示すように、第二実施形態のディフューザ翼50は、複数の第二ディフューザ翼52のうち一つの第二ディフューザ翼52と第一ディフューザ翼51とが接続されている。
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。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。
W1 > W2 > W3 ・・・(5)
以下、本発明の第二実施形態の回転機械について図面を参照して詳細に説明する。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8に示すように、本実施形態の排出流路36(ディフューザ41)と冷却通路45(タービン静翼5)との間には、多孔板75が設けられている。多孔板75は、複数の貫通孔76を有する板状の部材である。
なお、上記実施形態において、内側シュラウド64のインピンジメントプレート66を多孔板としてもよい。このような構成とすることによって、圧力損失を低減することができる。
なお、上記実施形態では、空気昇圧装置29は一段の圧縮段を備えているが、これに限ることはなく、圧縮段の段数を複数の圧縮段を有する空気昇圧装置29としてもよい。
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 タービン静翼
11 タービンロータ
12 タービン車室
13 タービン静翼列
14 タービンロータ軸
15 タービン動翼列
16 中間車室
20 ガスタービンロータ(回転軸)
21 ガスタービン車室
24 中間軸カバー
25 冷却装置
28 熱交換器
29 空気昇圧装置
30 インペラ
34 中間軸カバー流路
35 圧縮流路
36 排出流路
38 ディスク
39 羽根
40 シュラウド
41 ディフューザ
42 マニホールド
43a 第一ディフューザプレート(第一壁)
43b 第二ディフューザプレート(第二壁)
45 冷却通路
50 ディフューザ翼
51 第一ディフューザ翼
52 第二ディフューザ翼
54 翼本体
57 挿入部材
58 外側シュラウド
61 インピンジメントプレート
63 冷却孔
64 内側シュラウド
65 本体部
66 インピンジメントプレート
75 多孔板
A 圧縮空気
Ar ガスタービン軸線
Da 軸線方向
Dc 周方向
Dr 径方向
R 回転方向
Claims (5)
- 軸線回りに回転する回転軸と、
前記回転軸に固定されて、前記回転軸の回転に伴って回転することで前記軸線方向から流入する流体を径方向外側に圧送するインペラと、
前記インペラから排出される流体を径方向外側に流通させる排出流路と、
前記排出流路の径方向外側で、径方向に延びるとともに周方向に間隔をあけて複数が配置され、前記排出流路を流通した流体が流通する冷却通路が形成された静翼と、
前記排出流路に設けられて、周方向に間隔をあけて複数配置されたディフューザ翼を有するディフューザと、
を備え、
前記ディフューザ翼は、径方向内側から外側に向かうにしたがって、前記インペラの回転方向に延びる第一ディフューザ翼と、前記第一ディフューザ翼の径方向外側に設けられて、内周端部が前記第一ディフューザ翼の外周端部に沿い、外周端部が前記径方向に対して周方向に±10°となるように傾斜している第二ディフューザ翼と、を有し、
1つの前記静翼に対して前記第一ディフューザ翼は1つのみ設けられ、前記第二ディフューザ翼は複数設けられ、前記第一ディフューザ翼は、前記1つの静翼に対応する前記複数の第二ディフューザ翼のうち、前記回転軸の回転方向における最も後方側の前記第二ディフューザ翼と周方向に一致する位置に設けられている回転機械。 - 前記第一ディフューザ翼と前記第二ディフューザ翼とが接続されている請求項1に記載の回転機械。
- Sを前記静翼の枚数、D1を前記第一ディフューザ翼の枚数、D2を前記第二ディフューザ翼の枚数、nを整数とすると、
前記第一ディフューザ翼の枚数D1、及び前記第二ディフューザ翼の枚数D2は、以下の数式(1)、(2)を満たす請求項1に記載の回転機械。
D2 = n ×S ・・・ (1)
D1 = S ・・・ (2) - 前記ディフューザは、軸線方向下流側を向く第一壁と軸線方向上流側を向く第二壁とを有し、前記ディフューザは、前記第一壁と前記第二壁との間隔が径方向外側に向かうにしたがって漸次小さくなるように形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回転機械。
- 前記排出流路と前記冷却通路との間に設けられている多孔板を有する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の回転機械。
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