特許 5985056 気体案内装置、これを備えている設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5985056

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】気体案内装置、これを備えている設備

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/04 20060101AFI20160823BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20160823BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20160823BHJP

   F01D 25/30 20060101ALI20160823BHJP

   F04D 29/54 20060101ALI20160823BHJP

   F04D 29/64 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/04

   F02C7/00 B

   F01D25/00 H

   F01D25/30 B

   F04D29/54 C

   F04D29/54 F

   F04D29/64 F

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-522430(P2015-522430)

(86)(22)【出願日】2013年6月20日

(86)【国際出願番号】JP2013066927

(87)【国際公開番号】WO2014203368

(87)【国際公開日】20141224

【審査請求日】2015年10月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】橋本 真也

(72)【発明者】

【氏名】谷▲辻▼ 啓則

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 実開平５−５２２３５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−３７８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７４３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１９３４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１４７３０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ１３／００−１５／１２

２３／００−２５／３６

Ｆ０２Ｃ１／００−９／５８

Ｆ０４Ｄ１／００−１３／１６

１７／００−１９／０２

２１／００−２５／１６

２９／００−３５／００

Ｆ２３Ｒ３／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線を中心として回転する回転軸と、該軸線を中心として筒状の内側ケーシングと、該軸線を中心として筒状を成し該内側ケーシングの外周側との間に気体の流路を形成する外側ケーシングとを備えている軸流回転機械に接続され、該軸流回転機械との間で前記気体を案内する気体案内装置において、
筒状の前記外側ケーシングの端部に接続され、前記軸線を中心として環状の第一接続部と、
筒状の前記内側ケーシングの端部に接続され、前記軸線を中心として環状の第二接続部と、
前記第一接続部及び前記第二接続部との組み合わせにより、内部に前記軸線を中心として環状の流路を形成すると共に、前記軸線に対する径方向外側に開口が形成されている本体部と、
前記本体部を支持する支持部と、
を備え、
前記第一接続部は、前記軸線を中心として環状を成し、前記外側ケーシングに対する前記本体部の相対移動を許容する第一継手を有し、
前記第二接続部は、前記軸線を中心として環状を成し、前記内側ケーシングに対する前記本体部の相対移動を許容する第二継手を有する、
気体案内装置。

【請求項2】

請求項１に記載の気体案内装置において、
環状の前記第一継手の径と環状の前記第二継手の径とが同じである、
気体案内装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の気体案内装置において、
前記第一継手及び前記第二継手は、いずれも伸縮継手である、
気体案内装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の気体案内装置において、
前記本体部の前記開口は、上向きに開口している、
気体案内装置。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか一項に記載の気体案内装置において、
前記本体部の前記開口は、下向きに開口している、
気体案内装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の気体案内装置において、
前記第一接続部と前記第二接続部と前記本体部とは、前記軸流回転機械の吸気側に設けられた吸気ダクトを構成し、前記本体部の前記開口は吸気開口を形成する、
気体案内装置。

【請求項7】

請求項１から５のいずれかに記載の気体案内装置において、
前記第一接続部と前記第二接続部と前記本体部とは、前記軸流回転機械の排気側に設けられた排気ダクトを構成し、前記本体部の前記開口は排気開口を形成する、
気体案内装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の気体案内装置と、
前記軸流回転機械と、
を備えている、
軸流回転機械設備。

【請求項9】

請求項１から７のいずれか一項に記載の気体案内装置と、
前記軸流回転機械であるガスタービンと、
を備えている、
ガスタービン設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸流回転機械に接続されて、軸流回転機械との間で気体を案内する気体案内装置、これを備えている設備に関する。

【背景技術】

【0002】

軸流回転機械の一種としてガスタービンがある。このガスタービンは、例えば、以下の特許文献１に記載のように、軸線を中心として回転する回転軸と、軸線を中心として環状の内側ケーシングと、軸線を中心として環状を成し内側ケーシングの外周側との間に気体の流路を形成する外側ケーシングとを備えている。このガスタービンの軸方向の端部である吸込側には、吸気ダクトが設けられている。吸気ダクトには、内部に軸線を中心として環状の流路が形成されていると共に、軸線に対する径方向外側に吸気開口が形成されている。

【0003】

吸気ダクトは、ガスタービンの外側ケーシング及び内側ケーシングに接続され、このガスタービンによりオーバーハング状態で支持されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１７４３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の吸気ダクトは、ガスタービンの軸方向の端部にオーバーハング状態でガスタービンのケーシングに支持されている。このため、上記特許文献１に記載の技術では、ガスタービンの固有振動数が低下し、ガスタービンの振動特性が悪化する、という問題点がある。

【0006】

そこで、本発明は、上記問題点に着目し、軸流回転機械との間で気体を案内しつつ、軸流回転機械の振動特性を向上させることができる気体案内装置、これを備えている設備を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての気体案内装置は、
軸線を中心として回転する回転軸と、前記軸線を中心として筒状の内側ケーシングと、前記軸線を中心として筒状を成し前記内側ケーシングの外周側との間に気体の流路を形成する外側ケーシングとを備えている軸流回転機械に接続され、前記軸流回転機械との間で前記気体を案内する気体案内装置において、筒状の前記外側ケーシングの端部に接続され、前記軸線を中心として環状の第一接続部と、筒状の前記内側ケーシングの端部に接続され、前記軸線を中心として環状の第二接続部と、前記第一接続部及び前記第二接続部との組み合わせにより、内部に前記軸線を中心として環状の流路を形成すると共に、前記軸線に対する径方向外側に開口が形成されている本体部と、前記本体部を支持する支持部と、を備え、
前記第一接続部は、前記軸線を中心として環状を成し、前記外側ケーシングに対する前記本体部の相対移動を許容する第一継手を有し、前記第二接続部は、前記軸線を中心として環状を成し、前記内側ケーシングに対する前記本体部の相対移動を許容する第二継手を有することを特徴とする。

【0008】

当該気体案内装置では、本体部が支持部に支持され、軸流回転機械のケーシングに対する本体部の相対移動を許容する第一継手及び第二継手を介して、この本体部が軸流回転機械のケーシングに接続されている。このため、当該気体案内装置では、軸流回転機械のケーシングの軸方向の端部に、少なくとも本体部の重量が実質的にかからない。よって、当該気体案内装置では、軸流回転機械の固有振動数を高めることができ、軸流回転機械の振動特性を向上させることができる。

【0009】

ここで、前記気体案内装置において、環状の前記第一継手の径と環状の前記第二継手の径とが同じであってもよい。

【0010】

気体案内装置で気体が通る流路中では、軸流回転機械における回転軸の軸線に近い部分の方が、軸線から遠い部分に比べて、流速が高く静圧が低い。このため、気体案内装置で気体の流路を形成する部材のうちで、軸線に近い部分に対して外部から内部に向かって作用する力は、軸線から遠い部分に対して外部から内部に向かって作用する力より大きくなる。

【0011】

当該気体案内装置では、環状の第一継手の径と環状の第二継手の径とが同じである。このため、第一継手から本体部の開口までの部分に外部から内部に向かって作用する力と、第二継手から本体部の開口までの部分に外部から内部に向かって作用する力とが同じになり、両部分のかかる力のバランスが取れる。よって、当該気体案内装置では、本体部を支持する支持部や本体部等にかかる負荷を軽減することができる。

【0012】

また、以上のいずれかの気体案内装置において、前記第一継手及び前記第二継手は、いずれも伸縮継手であってもよい。

【0013】

また、以上のいずれかの気体案内装置において、前記本体部の前記開口は、上向きに開口しもよいし、前記本体部の前記開口は、下向きに開口してもよい。さらに、前記本体部の前記開口は、側方に開口してもよい。

【0014】

また、以上のいずれかの気体案内装置において、前記第一接続部と前記第二接続部と前記本体部とは、前記軸流回転機械の吸気側に設けられた吸気ダクトを構成し、前記本体部の前記開口は吸気開口を形成してもよい。また、以上のいずれかの気体案内装置において、前記第一接続部と前記第二接続部と前記本体部とは、前記軸流回転機械の排気側に設けられた排気ダクトを構成し、前記本体部の前記開口は排気開口を形成してもよい。

【0015】

上記問題点を解決するための発明に係る一態様としての軸流回転機械設備は、
以上のいずれかの気体案内装置と、前記軸流回転機械と、を備えていることを特徴とする。

【0016】

また、上記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービン設備は、以上のいずれかの気体案内装置と、前記軸流回転機械であるガスタービンと、を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る一態様によれば、軸流回転機械との間で気体を案内しつつ、軸流回転機械の振動特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の要部切欠側面図である。

【図2】本発明に係る第一実施形態における吸気ダクトの要部切欠側面図である。

【図3】本発明に係る第一実施形態における吸気ダクト及びその支持脚の第一斜視図である。

【図4】本発明に係る第一実施形態における吸気ダクト及びその支持脚の第二斜視図である。

【図5】本発明に係る第一実施形態における伸縮継手の断面図である。

【図6】本発明に係る第一実施形態の第一変形例における吸気ダクトの要部切欠側面図である。

【図7】本発明に係る第一実施形態の第二変形例における吸気ダクトの要部切欠側面図である。

【図8】本発明に係る第二実施形態におけるガスタービン設備の要部切欠側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る気体案内装置及び軸流回転機械を備えている軸流回転機械設備の各種実施形態及び各種変形例について、図面を参照して詳細に説明する。

【0020】

「第一実施形態」
まず、図１〜図５を参照して、本発明に係る気体案内装置及び軸流回転機械を備えている軸流回転機械設備の第一実施形態について説明する。

【0021】

本実施形態の軸流回転機械設備は、図１に示すように、ガスタービン設備である。ガスタービン設備は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する軸流圧縮機１０（以下、単に圧縮機１０という）と、この圧縮機１０の吸込口１９に空気Ａを案内する吸気ダクト４０と、燃料供給源からの燃料を圧縮空気に混合して燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器２０と、燃焼ガスにより駆動するタービン３０と、タービン３０からの燃焼ガスＧを排気ガスとして外部へ案内する排気ダクト７０と、を備えている。なお、本実施形態では、圧縮機１０と燃焼器２０とタービン３０とでガスタービンを構成し、このガスタービンが軸流回転機械を成している。

【0022】

圧縮機１０は、軸線Ａｒを中心として回転する圧縮機ロータ１１と、この圧縮機ロータ１１を回転可能に覆う圧縮機ケーシング１４と、を有している。なお、以下では、軸線Ａrが延びている方向を軸方向Ｄａという。また、軸線Ａrを基準にした径方向を単に径方向Ｄｒといい、軸線Ａrを基準にした周方向を単に周方向Ｄｃという。

【0023】

圧縮機ロータ１１は、軸線Ａrを中心として軸方向Ｄａに延びている回転軸１２と、軸方向Ｄａに並んで回転軸１２の外周に取り付けられている複数の動翼列と、を有している。複数の動翼列は、いずれも、周方向Ｄｃに並んで回転軸１２の外周に取り付けられている複数の動翼１３を有している。

【0024】

圧縮機ケーシング１４は、軸線Ａrを中心として筒状を成す外側ケーシング１５及び内側ケーシング１６を有している。内側ケーシング１６は、回転軸１２の軸方向Ｄａにおける一方の側を覆う。また、外側ケーシング１５は、圧縮機ロータ１１のほぼ全体を覆う。筒状の外側ケーシング１５の径方向内側と筒状の内側ケーシング１６の径方向外側との間は、環状の空気流路を形成している。この環状の空気流路の軸方向Ｄａの一方側の端は、環状の吸込口１９を形成している。なお、以下では、軸方向Ｄａの一方側を単に上流側といい、反対側を下流側という。また、筒状の外側ケーシング１５の径方向内側と、回転軸１２中で内側ケーシング１６で覆われていない部分の径方向外側との間は、上記空気流路と連通した環状の空気流路を形成している。外側ケーシング１５の内周面には、軸方向Ｄａに並ぶ複数の静翼列が取り付けられている。複数の静翼列は、いずれも、周方向Ｄｃに並んで外側ケーシング１５の内周面に取り付けられている複数の静翼１７を有している。

【0025】

タービン３０は、軸線Ａｒを中心として回転するタービンロータ３１と、このタービンロータ３１を回転可能に覆うタービンケーシング３４と、を有している。

【0026】

タービンロータ３１は、軸線Ａrを中心として軸方向Ｄａに延びている回転軸３２と、軸方向Ｄａに並んで回転軸３２の外周に取り付けられている複数の動翼列と、を有している。複数の動翼列は、いずれも、周方向Ｄｃに並んで回転軸３２の外周に取り付けられている複数の動翼３３を有している。圧縮機ロータ１１の下流端とタービンロータ３１の上流端とは接続されており、これらが一体となってガスタービンロータを構成している。

【0027】

タービンケーシング３４は、軸線Ａrを中心として筒状を成している。圧縮機１０の外側ケーシング１５の下流端とタービンケーシング３４の上流端とは接続されており、これらによりガスタービンケーシング２４を構成している。このガスタービンケーシング２４は、その上流側の部分と下流側の部分において、ガスタービン支持脚２９により支持されている。このガスタービン支持脚２９は、ガスタービン設置面Ｇに固定されている。タービンケーシング３４の径方向内側とタービンロータ３１における回転軸３２の径方向外側との間は、環状の燃焼ガス流路を形成している。タービンケーシング３４の内周面には、軸方向Ｄａに並ぶ複数の静翼列が取り付けられている。複数の静翼列は、いずれも、周方向Ｄｃに並んで外側ケーシング１５の内周面に取り付けられている複数の静翼３７を有している。

【0028】

タービン３０は、さらに、軸線Ａrを中心として筒状を成している外側ディフューザ（外側ケーシング）３５及び内側ディフューザ（内側ケーシング）３６を有している。外側ディフューザ３５及び内側ディフューザ３６は、いずれも、タービンケーシング３４の径方向内側と回転軸３２の径方向外側との間であって、回転軸３２の下流側部分に配置されている。筒状の外側ディフューザ３５の径方向内側と筒状の内側ディフューザ３６の径方向外側との間は、上記燃焼ガス流路と連通した環状の燃焼ガス流路を形成している。筒状の外側ディフューザ３５の径方向内側と筒状の内側ディフューザ３６の径方向外側との間で形成される環状の燃焼ガス流路の下流端は、環状の排気口３９を形成している。

【0029】

排気ダクト７０は、軸線Ａrを中心として筒状を成している。筒状の排気ダクト７０は、上流端がタービンケーシング３４の下流端、外側ディフューザ３５の下流端、及び内側ディフューザ３６の下流端に接続されている。排気ダクト７０の内部には、環状の排気ガス流路が形成されている。この排気ガス流路は、排気室を形成している。この排気室は、タービン３０の燃焼ガス流路と連通している。排気ダクト７０の下流端は、円形の開口を成しており、この開口が排気ガスとしての燃焼ガスＧを外部に排気する排気開口７９を成している。この排気ダクト７０は、排気ダクト支持脚８９により支持されている。この排気ダクト支持脚８９は、ガスタービン設置面Ｇに固定されている。

【0030】

吸気ダクト４０は、圧縮機１０の筒状の外側ケーシング１５の上流端部に接続されている第一接続部４１と、圧縮機１０の筒状の内側ケーシング１６の上流端部に接続されている第二接続部４５と、第一接続部４１及び第二接続部４５に接続されているダクト本体部５１と、を有している。

【0031】

第一接続部４１及び第二接続部４５は、図２〜図４に示すように、いずれも軸線Ａrを中心として環状を成している。ダクト本体部５１は、環状の第一接続部４１及び第二接続部４５と組み合わされて、内部に環状の空気流路Ｐａを形成している。この空気流路Ｐａは、圧縮機１０の空気流路とつながっている。また、この空気流路Ｐａは吸気室を成している。また、このダクト本体部５１の径方向外側には、上側を向いて開口している吸気開口４９が形成されている。

【0032】

ダクト本体部５１は、軸線Ａrに対して垂直な方向成分を有する方向に広がり、軸方向Ｄａに間隔をおいて対向している前壁板５２及び後壁板５４と、前壁板５２の径方向外側縁と後壁板５４の径方向外側縁とを連結する側壁板５７と、有している。前壁板５２は、後壁板５４に対して上流側に位置している。前壁板５２の径方向外側縁及び後壁板５４の径方外側縁のうちの上縁は、側壁板５７で連結されておらず、これらの上縁と側壁板５７の上縁とで、吸気開口４９が形成されている。前壁板５２及び後壁板５４には、軸線Ａrを中心とした円形の開口５３，５５が形成されている。前壁板５２の円形の開口５３の径と後壁板５４の円形の開口５５の径とは、実質的に同じである。

【0033】

第一接続部４１は、軸線Ａrを中心として環状の第一伸縮継手４２を有している。また、第二接続部４５は、軸線Ａrを中心として筒状の内側筒４７と、この内側筒４７の端部に接続され、軸線Ａrを中心として環状の第二伸縮継手４６と、を有している。軸線Ａrを中心として筒状の内側筒４７は、径が上流側に向かうに連れて次第に大きくなっている。この筒状の内側筒４７の下流端部は、内側ケーシング１６の上流端部に剛接続されている。なお、ここでの剛接続とは、二つの部材がボルト及びナットで接続されている場合や、二つの部材が溶接で接続されている場合のように、二つの部材を一体化し、一方の部材に対して他方の部材が実質的に相対移動できない状態に接続されていることである。この内側筒４７の他方の端部には、前述の第二伸縮継手４６が取り付けられている。

【0034】

第一伸縮継手４２及び第二伸縮継手４６は、いずれも、図５に示すように、軸線Ａrを中心として環状を成し、軸方向Ｄａに間隔をおいて対向している第一枠６１及び第二枠６２と、軸線Ａrを中心として環状を成し、第一枠６１と第二枠６２とを連結する可撓性を有する伸縮部材６３と、を有している。第一枠６１及び第二枠６２は、いずれも剛性を有する金属等で形成されている。また、伸縮部材６３は、ここでは、ゴムシートで形成されている。なお、伸縮部材６３は、樹脂や金属で形成されているべローズであってもよい。伸縮部材６３と第一枠６１及び第二枠６２とは、ボルト及びナット等で連結されている。なお、伸縮部材６３と第一枠６１及び第二枠６２とは、接着剤で連結されてもよい。また、伸縮部材６３が金属製のべローズである場合には、伸縮部材６３と第一枠６１及び第二枠６２とは、溶接で連結されてもよい。

【0035】

なお、本実施形態における第一伸縮継手４２及び第二伸縮継手４６の第一枠６１と第二枠６２とは、軸方向Ｄａに間隔をおいて互いに対向しているが、径方向Ｄｒに間隔をおいて互いに対向していてもよい。

【0036】

第一伸縮継手４２の環状の第一枠６１は、圧縮機１０の外側ケーシング１５に剛接続されている。この第一伸縮継手４２の環状の第二枠６２は、ダクト本体部５１における後壁板５４の円形の開口５５の縁に剛接続されている。第二伸縮継手４６の環状の第一枠６１は、環状の第二接続部４５の前記他方の端部に剛接続されている。この第二伸縮継手４６の環状の第二枠６２は、ダクト本体部５１における前壁板５２の円形の開口５３の縁に剛接続されている。

【0037】

環状の第一伸縮継手４２は、前述したように、ダクト本体部５１における後壁板５４の円形の開口５５の縁に剛接続され、環状の第二伸縮継手４６は、ダクト本体部５１における前壁板５２の円形の開口５３の縁に剛接続されている。また、ダクト本体部５１における後壁板５４の円形の開口５５の径と前壁板５２の円形の開口５３の径とは、前述したように、実質的に同じである。よって、本実施形態では、環状の第一伸縮継手４２の径と環状の第二伸縮継手４６の径とは、実質的に同じである。

【0038】

ダクト本体部５１は、その下方から複数の吸気ダクト支持脚（支持部）５９により支持されている。複数の吸気ダクト支持脚５９は、ガスタービン設置面Ｇに固定されている。

【0039】

本実施形態では、以上で説明した吸気ダクト４０と、複数の吸気ダクト支持脚５９とで、気体案内装置を構成している。

【0040】

以上、本実施形態では、吸気ダクト４０のダクト本体部５１が吸気ダクト支持脚５９に支持され、このダクト本体部５１の圧縮機ケーシング１４に対する相対移動を許容する第一伸縮継手４２及び第二伸縮継手４６を介して、このダクト本体部５１が圧縮機ケーシング１４に接続されている。このため、本実施形態では、圧縮機ケーシング１４の軸方向Ｄａの端部に、ダクト本体部５１の重量が実質的にかからない。よって、本実施形態では、ガスタービン全体の固有振動数を高めることができ、ガスタービン全体の振動特性を向上させることができる。

【0041】

「第一実施形態の第一変形例」
次に、図６を参照して、第一実施形態における軸流回転機械設備の第一変形例について説明する。

【0042】

本変形例の軸流回転機械設備も、第一実施形態の軸流回転機械設備と同様に、ガスタービン設備である。本変形例のガスタービン設備は、圧縮機１０の吸込口１９に空気Ａを案内する吸気ダクト４０ａの構成が第一実施形態の吸気ダクト４０の構成と異なっており、その他の部位は第一実施形態と同一である。そこで、以下では、この吸気ダクト４０ａの構成について、主として説明する。

【0043】

本変形例の吸気ダクト４０ａも、第一実施形態の吸気ダクト４０と同様に、圧縮機１０の環状の外側ケーシング１５の端部に接続されている第一接続部４１と、圧縮機１０の環状の内側ケーシング１６の端部に接続されている第二接続部４５ａと、第一接続部４１及び第二接続部４５ａに接続されているダクト本体部５１と、を有している。本変形例の第一接続部４１及びダクト本体部５１は、第一実施形態と同一である。一方、本変形例の第二接続部４５ａは、第一実施形態と若干異なっている。

【0044】

本変形例の第二接続部４５ａも、第一実施形態の第二接続部４５と同様に、軸線Ａrを中心として筒状の内側筒４７ａと、この内側筒４７ａの端部に接続され、軸線Ａrを中心として環状の第二伸縮継手４６ａと、を有している。軸線Ａrを中心として筒状の内側筒４７ａは、径が上流側に向かうに連れて次第に大きくなっている。本変形例では、この筒状の内側筒４７ａの下流側と、圧縮機１０の内側ケーシング１６の上流側との間に、第二伸縮継手４６ａが配置されている。この第二伸縮継手４６ａの第一枠６１は、圧縮機１０の内側ケーシング１６の上流端部に剛接続され、第二伸縮継手４６ａの第二枠６２は、内側筒４７ａの下流端部に剛接続されている。この内側筒４７ａの他方の端部は、ダクト本体部５１における前壁板５２の円形の開口５３の縁に、ボルト及びナット等で剛接続されている。なお、内側筒４７ａの他方の端部と前壁板５２の円形の開口５３の縁とを溶接等で剛接続してもよい。

【0045】

ダクト本体部５１は、その下方から複数の吸気ダクト支持脚５９により支持されている。複数の吸気ダクト支持脚５９は、ガスタービン設置面Ｇに固定されている。

【0046】

本変形例においても、ダクト本体部５１は、第一実施形態と同様に、その下方から複数の吸気ダクト支持脚５９で支持されている。

【0047】

以上、本変形例では、吸気ダクト４０ａのダクト本体部５１及びこのダクト本体部５１に剛接続されている内側筒４７ａが吸気ダクト支持脚５９に支持され、このダクト本体部５１及び内側筒４７ａの圧縮機ケーシング１４に対する相対移動を許容する第一伸縮継手４２及び第二伸縮継手４６ａを介して、ダクト本体部５１及び内側筒４７ａが圧縮機ケーシング１４に接続されている。このため、本変形例では、圧縮機ケーシング１４の軸方向Ｄａの端部に、ダクト本体部５１及び内側筒４７ａの重量が実質的にかからない。よって、本変形例では、圧縮機１０の固有振動数を第一実施形態よりも高めることができ、圧縮機１０の振動特性をより向上させることができる。

【0048】

ところで、吸気ダクト４０ａの吸気開口４９から吸い込まれた空気Ａは、吸気ダクト４０ａ内の吸気室を経て、圧縮機１０の吸込口１９から圧縮機１０内に流れ込む過程で次第に流速が高まり、次第に静圧が低下する。このため、吸気ダクト４０ａの吸気室内で、圧縮機１０の吸込口１９に近い部分、言い換えると、軸線Ａrに近い部分での静圧は、軸線Ａrから遠い部分と比べて低い。よって、吸気ダクト４０ａの内外の差圧は、軸線Ａrに近い部分の方が軸線Ａrから遠い部分より大きくなる。この結果、吸気ダクト４０ａを形成する部材のうちで軸線Ａrに近い部分に対して、外部から内部に向かって作用する力は、軸線Ａrから遠い部分に対して外部から内部に向かって作用する力より大きくなる。

【0049】

ここで、本変形例では、第一実施形態と異なり、ダクト本体部５１における前壁板５２と内側筒４７ａとが一体化している。また、ダクト本体部５１における後壁板５４の円形の開口５５の縁に接続されている第一伸縮継手４２の径に対して、内側筒４７ａの下流端部に接続されている第二伸縮継手４６ａの径が小さい。したがって、本変形例では、吸気ダクト４０ａの吸気開口４９から第二伸縮継手４６ａまでの径方向Ｄｒの距離は、吸気ダクト４０ａの吸気開口４９から第一伸縮継手４２までの径方向Ｄｒの距離よりも、内側筒４７ａの最大半径（上流端部の半径）と最小半径（下流端部の半径）との差分だけ長い。

【0050】

このため、本変形例では、吸気ダクト４０ａの吸気開口４９から第二伸縮継手４６ａまでを形成する部材（＝前壁板５２＋内側筒４７ａ）に対して外部から内部に向かって作用する力には、吸気ダクト４０ａの吸気開口４９から第一伸縮継手４２までを形成する部材（＝後壁板５４）に対して外部から内部に向かって作用する力よりも、内側筒４７ａに対して外部から内部に向かって作用する力分だけ大きくなる。この内側筒４７ａに対して外部から内部に向かって作用する力は、軸方向Ｄａ、つまり吸気ダクト４０ａを倒す方向に作用する。よって、本変形例では、吸気ダクト支持脚５９が吸気ダクト４０ａの自重のみならず、吸気ダクト４０ａを倒す方向に作用する力も受け得るものである必要があると共に、ダクト本体部５１及び内側筒４７ａの剛性を高める必要がある。

【0051】

すなわち、本変形例では、第一実施形態よりも、圧縮機ケーシング１４の軸方向Ｄａの端部にかかる荷重を減らすことができる一方で、吸気ダクト支持脚５９やダクト本体部５１及び内側筒４７ａの負担が増加する。逆に、第一実施形態では、本変形例よりも、圧縮機ケーシング１４の軸方向Ｄａの端部にかかる荷重が若干増加するものの、吸気ダクト支持脚５９やダクト本体部５１及び内側筒４７の負担を軽減することができる。

【0052】

よって、第一実施形態と本変形例のいずれかを選択する場合、圧縮機ケーシング１４の軸方向Ｄａの端部にかかる荷重の増減のメリット及びデメリットと、吸気ダクト支持脚５９やダクト本体部５１及び内側筒４７ａの負担の増減のメリット及びデメリットとを比較考量することが好ましい。

【0053】

なお、本変形例において、この吸気ダクト４０ａの前壁板５２や後壁板５４に接して、吸気ダクト４０ａを倒す方向に作用する軸方向Ｄａの力を受ける吸気ダクト支持脚を別途設けてもよい。

【0054】

「第一実施形態の第二変形例」
次に、図７を参照して、第一実施形態における軸流回転機械設備の第二変形例について説明する。

【0055】

本変形例の軸流回転機械設備も、第一変形例の軸流回転機械設備と同様、吸気ダクト４０ｂの構成が第一実施形態の吸気ダクト４０の構成と異なっており、その他の部位は第一実施形態と基本的に同一である。そこで、以下では、この吸気ダクト４０ｂの構成について、主として説明する。

【0056】

第一実施形態の吸気ダクト４０の吸気開口４９は、上向きに開口している。これに対して、本変形例の吸気ダクト４０ｂの吸気開口４９ｂは、下向きに開口している。すなわち、本変形例の吸気ダクト４０ｂは、第一実施形態の吸気ダクト４０の上下方向の向きを逆転したものである。このため、本変形例のガスタービン設置面Ｇには、吸気ダクト４０ｂの下方の位置に、空気Ａが通る開口が形成されている。

【0057】

本変形例の吸気ダクト４０ｂにおけるダクト本体部５１ｂの吸気開口４９ｂの縁には、外側に向かって広がっているフランジ（支持部）５９ｂが形成されている。このフランジ５９ｂは、ガスタービン設置面Ｇに接して、このガスタービン設置面Ｇに固定されている。よって、このフランジ５９ｂは、吸気ダクト４０ａを支持する支持部としての機能を担っている。

【0058】

以上のように、吸気ダクトの吸気開口は、第一実施形態のように上向きに開口していても、本変形例のように下向きに開口していても、さらに、側方に開口していてもよい。また、本変形例においても、第一変形例と同様に、内側筒４７の下流側と圧縮機１０の内側ケーシング１６の上流側との間に、第二伸縮継手４６を配置してもよい。

【0059】

「第二実施形態」
次に、図８を参照して、本発明に係る気体案内装置及び軸流回転機械を備えている軸流回転機械設備の第二実施形態について説明する。

【0060】

本実施形態の軸流回転機械設備も、第一実施形態の軸流回転機械設備と同様に、ガスタービン設備である。本実施形態のガスタービン設備は、軸流回転機械の一種であるタービン３０からの燃焼ガスＧを排気ガスとして外部へ案内する排気ダクト７０ｃの構成が第一実施形態の排気ダクト７０の構成と異なっており、圧縮機１０、燃焼器２０及びタービン３０の構成は第一実施形態と同一である。そこで、以下では、この排気ダクト７０ｃの構成について、主として説明する。

【0061】

本実施形態の排気ダクト７０ｃは、タービン３０の筒状の外側ディフューザ（外側ケーシング）３５の下流端部に接続されている第一接続部７１と、タービン３０の筒状の内側ディフューザ（内側ケーシング）３６の下流端部に接続されている第二接続部７５と、第一接続部７１及び第二接続部７５に接続されているダクト本体部８１と、を有している。

【0062】

第一接続部７１は、筒状の外側ディフューザ３５の下流端部に接続され、軸線Ａrを中心として環状の第一伸縮継手７２と、環状の第一伸縮継手７２の下流端部に接続され、軸線Ａrを中心として筒状の外側筒７３と、を有している。外側筒７３の径は、下流側に向かうに連れて次第に大きくなっている。

【0063】

第二接続部７５は、筒状の内側ディフューザ３６の下流端部に接続され、軸線Ａrを中心として環状の第二伸縮継手７６と、環状の第二伸縮継手７６の下流端部に接続され、軸線Ａrを中心として筒状の内側筒７７と、を有している。内側筒７７の径は、下流側に向かうに連れて次第に大きくなっている。

【0064】

本実施形態における第一伸縮継手７２及び第二伸縮継手７６も、前述した第一伸縮継手４２及び第二伸縮継手４６と同様に、互いに間隔をおいて配置されている第一枠及び第二枠と、第一枠と第二枠とを連結する伸縮部材と、を有している。第一枠及び第二枠は、いずれも剛性を有する金属等で形成されている。また、伸縮部材は、主としてフッ素樹脂シートで形成されている。第一伸縮継手７２及び第二伸縮継手７６は、いずれも、高温の燃焼ガスに接する。このため、本実施形態において、伸縮部材は、耐熱性の高い樹脂であるフッ素樹脂シートと、このフッ素樹脂シートと燃焼ガスとの間に配置された断熱材（不図示）と、を有している。なお、この伸縮部材は、金属で形成されているべローズであってもよい。

【0065】

ダクト本体部８１は、環状の第一接続部７１及び第二接続部７５と共同して、内部に環状のガス流路Ｐｇを形成している。このガス流路Ｐｇは、排気室を成している。また、このダクト本体部８１の径方向外側には、上側を向いて開口している排気開口７９ｃが形成されている。

【0066】

ダクト本体部８１は、第一接続部７１の上流側部分の外周側を覆い、タービンケーシング３４に接続されている本体筒８６と、軸線Ａrに対して垂直な方向成分を有する方向に広がり、軸方向Ｄａに間隔をおいて対向している前壁板８２及び後壁板８４と、前壁板８２の径方向外側縁と後壁板８４の径方向外側縁とを連結する側壁板８７と、有している。前壁板８２は、後壁板８４に対して上流側に位置している。前壁板８２の径方向外側縁及び後壁板８４の径方向外側縁のうちの上縁は、側壁板８７で連結されておらず、これらの上縁と側壁板８７の上縁とで、排気開口７９ｃが形成されている。前壁板８２及び後壁板８４には、軸線Ａrを中心とした円形の開口８３，８５が形成されている。前壁板８２の円形の開口８３の縁には、本体筒８６の下流端部及び第一接続部７１の外側筒７３が剛接続されている。また、後壁板８４の円形の開口８５の縁には、第二接続部７５の内側筒７７の下流端部が剛接続されている。

【0067】

ダクト本体部８１は、その下方から複数の排気ダクト支持脚（支持部）８９ｃにより支持されている。複数の排気ダクト支持脚８９ｃは、ガスタービン設置面Ｇに固定されている。

【0068】

本実施形態では、以上で説明した排気ダクト７０ｃと、排気ダクト支持脚８９ｃとで、気体案内装置を構成している。

【0069】

以上、本実施形態では、排気ダクト７０ｃのダクト本体部８１、第一接続部７１の外側筒７３、及び第二接続部７５の内側筒７７が排気ダクト支持脚８９ｃに支持され、これらダクト本体部８１、第一接続部７１の外側筒７３、及び第二接続部７５の内側筒７７のタービン３０に対する相対移動を許容する第一伸縮継手７２及び第二伸縮継手７６を介して、ダクト本体部８１、第一接続部７１の外側筒７３、及び第二接続部７５の内側筒７７がタービン３０に接続されている。このため、本実施形態では、タービン３０の軸方向Ｄａの下流端部に、これらダクト本体部８１、第一接続部７１の外側筒７３、及び第二接続部７５の内側筒７７の荷重が実質的にかからない。よって、本実施形態では、ガスタービン全体の固有振動数を高めることができ、ガスタービン全体の振動特性を向上させることができる。

【0070】

なお、本実施形態では、第一伸縮継手７２が第一接続部７１中の上流端部に位置しているが、この第一伸縮継手７２は第一接続部７１中の他の部分に位置していてもよい。また、本実施形態では、第二伸縮継手７６が第二接続部７５中の上流端部に位置しているが、この第二伸縮継手７６は第二接続部７５中の他の部分に位置していてもよい。

【0071】

また、本実施形態では、排気ダクト７０ｃの排気開口７９ｃが上向きに開口しているが、下向きや側方向きに開口してもよい。

【0072】

また、本実施形態において、吸気ダクト４０ｃとして、第一実施形態やその各変形例のうちのいずれか吸気ダクトを採用してもよい。

【0073】

また、以上の各実施形態及び各変形例では、継手として伸縮継手を採用しているが、二つの部材が相対移動可能に二つの部材を接続する継手であれば、いかなる継手でもよく、例えば、伸縮継手以外の他の可動式管継手を採用してもよい。

【0074】

また、以上の各実施形態及び各変形例では、ガスタービン設備における軸流圧縮機１０やガスタービン設備におけるタービン３０に対する気体案内装置を例示している。しかしながら、本発明は、これに限定されず、ガスタービン設備の一部を構成しない軸流圧縮機等の軸流回転機械に対して本発明を適用してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明に係る一態様によれば、軸流回転機械との間で気体を案内しつつ、軸流回転機械の振動特性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0076】

１０：圧縮機、１１：圧縮機ロータ、１２:回転軸、１４：圧縮機ケーシング、１５:外側ケーシング、１６:内側ケーシング、２０:燃焼器、３０:タービン、３１:タービンロータ、３２：回転軸、３４:タービンケーシング、３５:外側ディフューザ（外側ケーシング）、３６:内側ディフューザ（内側ケーシング）、３９：排気口、４０,４０ａ，４０ｂ，４０ｃ：吸気ダクト、４１:第一接続部、４２:第一伸縮継手（伸縮継手又は継手）、４５，４５ａ:第二接続部、４６，４６ａ:第二伸縮継手（伸縮継手又は継手）、４７，４７ａ：内側筒、４９，４９ｂ：吸気開口、５１，５１ｂ:ダクト本体（本体部）、５２，５２ｂ:前壁板、５４，５４ｂ:後壁板、５７，５７ｂ:側壁板、５９：吸気ダクト支持脚（支持部）、５９ｂ：フランジ（支持部）、７０,７０ｃ：排気ダクト、７１:第一接続部、７２：第一伸縮継手（伸縮継手又は継手）、７３：外側筒、７５:第二接続部、７６:第二伸縮継手（伸縮継手又は継手）、７７:内側筒、７９,７９ｃ：排気開口、８１:ダクト本体（本体部）、８２：前壁板、８４:後壁板、８６:本体筒、８７:側壁板、８９,８９ｃ：排気ダクト支持脚（支持部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】