特許 6194120 ガスタービン

(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】6194120

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】ガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/42 20060101AFI20170828BHJP

   F23R 3/46 20060101ALI20170828BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20170828BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/42 D

   F23R3/46

   F01D9/02 101

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-544233(P2016-544233)

(86)(22)【出願日】2015年8月19日

(86)【国際出願番号】JP2015073256

(87)【国際公開番号】WO2016027834

(87)【国際公開日】20160225

【審査請求日】2016年11月7日

(31)【優先権主張番号】特願2014-166922(P2014-166922)

(32)【優先日】2014年8月19日

(33)【優先権主張国】JP

(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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】坂元 康朗

(72)【発明者】

【氏名】水上 聡

(72)【発明者】

【氏名】松山 敬介

(72)【発明者】

【氏名】谷村 聡

(72)【発明者】

【氏名】由里 雅則

(72)【発明者】

【氏名】鳥井 俊介

(72)【発明者】

【氏名】岸田 宏明

【審査官】 瀬戸 康平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１１６９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−６４５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−５２９１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ９／０２

Ｆ２３Ｒ ３／４２， ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
を有し、前記燃焼器は、ロータを中心として環状に配置されるガスタービンにおいて、
前記燃焼器の尾筒の下流端部における周方向に隣接する側壁の内面に前記尾筒の通路面積が大きくなる傾斜面が設けられ、
前記タービンの第１段静翼のピッチ寸法Ｐを基準にして、隣接する前記尾筒の中間地点から前記周方向で最も近い前記第１段静翼の上流端までの周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐが０から０．２の間に設定されると共に、
前記ピッチ寸法Ｐを基準にして、前記尾筒の下流端から前記第１段静翼の上流端までの軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐが０．３から０．５５の間に設定される、
ことを特徴とするガスタービン。

【請求項2】

前記ピッチ寸法Ｐを基準にして周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐが０．０５から０．１５の間に設定されると共に、前記ピッチ寸法Ｐを基準にして、前記軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐが０．３から０．４の間に設定されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。

【請求項3】

前記燃焼器の数と前記第１段静翼の数との比が２：３以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスタービン。

【請求項4】

前記傾斜面は、前記尾筒の下流部で、前記ロータの周方向で互いに対向する一対の側壁のうち、少なくとも一方の側壁の内面が前記尾筒の軸線方向の下流側に向うに連れて、次第に隣接する他の尾筒に近づく向きに前記尾筒の下流端に至るまで傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン。

【請求項5】

前記第１段静翼の上流端の位置が前記ロータの径方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。

【請求項6】

前記第１段静翼の上流端は、前記上流端を前記ロータの径方向に結ぶ線が湾曲した位置関係に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガスタービン。

【請求項7】

周方向に隣接する複数の前記第１段静翼におけるスロート幅は、前記ロータの径方向における一端部側と他端部側の少なくともいずれか一方が径方向における中間部側より大きく設定されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のガスタービン。

【請求項8】

前記割合Ｌ／Ｐは、前記第１段静翼が支持されるシュラウドの冷却空気量とタービン効率を考慮して設定されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機に連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気ガスとして大気に放出される。

【0003】

このようなガスタービンにて、燃焼器は、周方向に沿って複数個が隣接して配置されている。各燃焼器で燃焼した燃焼ガスは、燃焼器尾筒から流出し、タービンのガス入り口から流路内に入り込む。このとき、燃焼ガスは、燃焼器尾筒から流出した直後に、隣接する燃焼器尾筒のサイドフランジ間で、その流れの中にカルマン渦列が形成される場合がある。そして、このカルマン渦列を振動源とする非定常圧力変動が音響固有値に共振し、大きな圧力変動が生じて、運転ができなくなるおそれがある。

【0004】

このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたガスタービンは、燃焼器尾筒の下流部で、タービンロータの周方向で互いに対向する側壁の内面に、尾筒の軸線方向の下流側に向うに連れて次第に隣接する尾筒に近づく向きに傾斜する傾斜面を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−０６４５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来のガスタービンでは、尾筒の下流側の側壁内面に傾斜面を設けることで、尾筒の側壁内面に沿う流れ同士が合流するため、カルマン渦列の発生を抑制することができる。ところが、燃焼器尾筒からタービンの燃焼ガス流路内に入り込む燃焼ガスは、タービンの第１段静翼と干渉し、周方向に隣接した複数の燃焼器との間で、燃焼ガスの流量に偏差が生じてしまう。複数の燃焼器間で、燃焼ガスの流量に偏差が生じると、各燃焼器間で温度差（温度ムラ）が発生し、ＮＯｘの増加やタービン効率の低下などの問題が生じる。

【0007】

本発明は上述した課題を解決するものであり、複数の燃焼器間でのカルマン渦列の発生を抑制すると共に、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することで、ＮＯｘの増加やタービン効率の低下の抑制を図るガスタービン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】

【0008】

上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、を有し、前記燃焼器は、ロータを中心として環状に配置されるガスタービンにおいて、前記燃焼器の尾筒の下流端部における周方向に隣接する側壁の内面に前記尾筒の通路面積が大きくなる傾斜面が設けられ、前記タービンの第１段静翼のピッチ寸法Ｐを基準にして、隣接する前記尾筒の中間地点から前記周方向で最も近い前記第１段静翼の上流端までの周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐが０から０．２の間に設定されると共に、前記ピッチ寸法Ｐを基準にして、前記尾筒の下流端から前記第１段静翼の上流端までの軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐが０．３から０．５５の間に設定される、ことを特徴とするものである。

【0009】

尾筒と第１段静翼との位置関係を適正な位置関係にすることで、複数の燃焼器の尾筒の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができると共に、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。その結果、主要なカルマン渦列の発生を抑制することで、尾筒の下流側部分の圧力変動を抑えることができ、また、各燃焼器間での燃焼ガスの流量差を抑制することで、ＮＯｘの増加やタービン効率の低下を抑制することができる。

【0010】

本発明のガスタービンでは、前記ピッチ寸法Ｐを基準にして周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐが０．０５から０．１５の間に設定されると共に、前記ピッチ寸法Ｐを基準にして、前記軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐが０．３から０．４の間に設定されることを特徴としている。

【0011】

尾筒と第１段静翼との位置関係を適正な位置関係にすることで、複数の燃焼器の尾筒の後端部での主要なカルマン渦列の発生を抑制することができると共に、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。

【0012】

本発明のガスタービンでは、前記燃焼器の数と前記タービンの第１段静翼の数との比が２：３以上の奇数であることを特徴としている。

【0013】

本発明のガスタービンでは、前記傾斜面は、前記尾筒の下流部で、前記ロータの周方向で互いに対向する一対の側壁のうち、少なくとも一方の側壁の内面が前記尾筒の軸線方向の下流側に向うに連れて、次第に隣接する他の尾筒に近づく向きに前記尾筒の下流端に至るまで傾斜していることを特徴としている。

【0014】

隣接する尾筒の側壁内面に沿う流れ同士が尾筒の下流端面の下流側に角度をもって合流するため、尾筒の下流端面の下流側に主要なカルマン渦列が形成されるのを抑制でき、尾筒の下流側部分の圧力変動を抑えることができる。

【0015】

本発明のガスタービンでは、前記第１段静翼の上流端の位置が前記ロータの径方向に沿って配置されることを特徴としている。

【0016】

第１段静翼の上流端の位置をロータの径方向に沿って配置するため、第１段静翼の長手方向の全ての領域にて、尾筒と第１段静翼との位置関係が適正な位置関係となり、複数の燃焼器の尾筒の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができると共に、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。

【0017】

本発明のガスタービンでは、周方向に隣接する複数の前記第１段静翼におけるスロート幅は、前記ロータの径方向における一端部側と他端部側の少なくともいずれか一方が径方向における中間部側より大きく設定されることを特徴としている。

【0018】

第１段静翼における端部側のスロート幅を中間部側のスロート幅より大きく設定するため、タービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

【0019】

本発明のガスタービンでは、前記割合Ｌ／Ｐは、前記第１段静翼が支持されるシュラウドの冷却空気量とタービン効率を考慮して設定されることを特徴としている。

【0020】

シュラウドの冷却空気量とタービン効率に基づいて割合Ｌ／Ｐを設定するため、尾筒と第１段静翼との位置関係を最適なものに設定することができる。

【0021】

本発明のガスタービンでは、前記第１段静翼の上流端は、前記上流端を前記ロータの径方向に結ぶ線が湾曲した位置関係に配置されることを特徴としている。

【発明の効果】

【0022】

本発明のガスタービンによれば、尾筒と第１段静翼との位置関係を適正な位置関係にするので、複数の燃焼器の尾筒の後端部での主要なカルマン渦列の発生を抑制することができると共に、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができ、その結果、ＮＯｘの増加やタービン効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。

【図2】図２は、ガスタービンの燃焼器を表す概略構成図である。

【図3】図３は、燃焼器尾筒を表す斜視図である。

【図4】図４は、燃焼器尾筒の断面図である。

【図5】図５は、燃焼器尾筒と第１段静翼との位置関係を表す燃焼器の側方から見た概略図である。

【図6】図６は、燃焼器尾筒と第１段静翼との位置関係を表す燃焼器の上流側から見た概略図である。

【図7】図７は、複数の燃焼器における圧力変動の大きさを表すグラフである。

【図8】図８は、複数の燃焼器における流量差を表すグラフである。

【図9】図９は、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差が少なく主要なカルマン渦列の発生しない領域を表すグラフである。

【図10】図１０は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対する冷却空気量を表すグラフである。

【図11】図１１は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対する受熱面積を表すグラフである。

【図12】図１２は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対するガスタービン効率を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0025】

図１は、本実施形態のガスタービンを表す概略構成図、図２は、ガスタービンの燃焼器を表す概略構成図である。

【0026】

本実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器（ガスタービン燃焼器）１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０は、同軸上に図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。

【0027】

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されており、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、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２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６は、下流側に排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

【0028】

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が配置されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。

【0029】

このガスタービン１０は、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。

【0030】

従って、圧縮機１１にて、空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４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。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、燃焼する。そして、タービン１３にて、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、複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、燃焼ガスは、排気室３０の排気ディフューザ３１を通り、排気ガスとして大気に放出される。

【0031】

上述した燃焼器１２において、図２に示すように、外筒４１は、内側に所定間隔をあけて内筒４２が配置され、この内筒４２の先端部に尾筒４３が連結されて燃焼器ケーシングが構成されている。この外筒４１と内筒４２と尾筒４３は、中心軸心に沿って配置されている。内筒４２は、内部の中心部に位置してパイロットバーナ４４が配置されると共に、内周面に周方向に沿ってパイロットバーナ４４を取り囲むように複数のメインバーナ４５が配置されている。パイロットバーナ４４とメインバーナ４５は、中心軸心と平行をなして配置されている。尾筒４３は、バイパス管４６が連結されており、このバイパス管４６にバイパス弁４７が設けられている。

【0032】

外筒４１は、外筒本体５１の基端部に外筒蓋部５２が密着し、複数の締結ボルト５３により締結されて構成されている。外筒４１は、外筒蓋部５２の内側にトップハット部５４が嵌合し、複数の締結ボルト５５により締結されている。内筒４２は、外筒４１の内側に所定の間隔をあけて配置されており、トップハット部５４の内面と内筒４２の外面との間に円筒形状をなす空気通路５６が形成されている。そして、空気通路５６は、一端部が圧縮機１１で圧縮された圧縮空気の供給通路５７に連通し、他端部が内筒４２における基端部側に連通している。

【0033】

内筒４２は、中心部に位置してパイロットバーナ４４が配置され、その周囲に複数のメインバーナ４５が配置されている。そして、トップハット部５４は、燃料ポート５８，５９が設けられている。図示しないパイロット燃料ラインがパイロット燃料ポート５８に連結され、図示しないメイン燃焼ラインが各メイン燃料ポート５９に連結されている。

【0034】

ここで、燃焼器１２の尾筒４３について詳細に説明する。図３は、燃焼器尾筒を表す斜視図、図４は、燃焼器尾筒の断面図である。

【0035】

尾筒４３は、図３及び図４に示すように、筒状をなし、内周側に燃焼ガスＧが流れる胴体６１と、胴体６１の下流端部に設けられて尾筒４３の軸線Ａｃから遠ざかる向きに広がる出口フランジ７１とを有している。胴体６１は、下流側の断面形状が長方形状をなし、この胴体６１は、その下流側にロータ３２の回転軸線Ａｒを中心とした周方向Ｃで互いに対向する一対の側壁６２と、この回転軸線Ａｒを中心とした放射方向で互いに対向する一対の側壁６３とを有している。

【0036】

出口フランジ７１は、胴体６１の下流端から尾筒４３の軸線Ａｃに対して遠ざかる向きに広がるフランジ本体部７２と、このフランジ本体部７２の外縁から上流側に向って延びる対向部７３とを有している。このフランジ本体部７２は、下流端面が尾筒４３の下流端面４３ａをなしている。また、尾筒４３は、出口フランジ７１の対向部７３と、周方向Ｃで隣接する他の尾筒４３の対向部７３との間に、隣接する燃焼器１２の尾筒相互間をシールするシール部材７５が設けられている。シール部材７５は、各対向部７３に形成された凹部７４内に嵌合されている。なお、本実施形態にて、胴体６１の下流側の部分、つまり胴体６１の下流側の側壁６２，６３と、出口フランジ７１のフランジ本体部７２とは、一体成形品で形成されている。

【0037】

胴体６１は、周方向Ｃで互いに対向する一対の側壁６２のそれぞれの内面が尾筒４３の軸線Ａｃ方向の下流側に向かうに連れて次第に隣接する他の尾筒４３に近づく向きに、尾筒４３の下流端６４ａに至るまで傾斜している傾斜面６４をなしている。即ち、この傾斜面６４は、側壁６２の内面における上流端６４ａから尾筒４３の下流端６４ｂまでである。

【0038】

尾筒４３内を下流側に向って流れる燃焼ガスＧは、尾筒４３内から流出した後も側壁６２の内面に沿った方向に流れようとするため、フランジ本体部７２の下流端面４３ａの下流側にカルマン渦列が形成されるおそれがある。本実施形態では、尾筒４３の下流側の側壁６２の内面に傾斜面６４が形成されているため、側壁６２の内面に対してフランジ本体部７２の下流端面４３ｂのなす角度が小さくなっている。そのため、フランジ本体部７２の下流端面４３ａの下流側にカルマン渦列が形成されるのを抑制することができ、尾筒４３の下流側部分の圧力変動を抑えることができる。

【0039】

なお、尾筒４３における傾斜面６４の形状は、上述したものに限定されるものではない。例えば、傾斜面６４は、その上流端６４ａから下流端６４ｂまでの全体が平面形状であるが、この傾斜面６４は、全体が平面である必要はなく、少なくとも一部に曲面を含んでもよい。

【0040】

ここで、燃焼器１２の尾筒４３とタービン１３の第１段静翼２７との位置関係について説明する。図５は、燃焼器尾筒と第１段静翼との位置関係を表す燃焼器の側方から見た概略図、図６は、燃焼器尾筒と第１段静翼との位置関係を表す燃焼器の上流側から見た概略図、図７は、複数の燃焼器における圧力変動の大きさを表すグラフ、図８は、複数の燃焼器における流量差を表すグラフ、図９は、複数の燃焼器における燃焼ガスの流量差が少なく主要なカルマン渦列の発生しない領域を表すグラフである。なお、図６は、尾筒４３を上流側から見たものであり、各尾筒４３の間にシール部材などが配置されることから、傾斜面６４を点線で記載している。

【0041】

図５及び図６に示すように、複数の第１段静翼２７の周方向Ｃのピッチ寸法をＰとし、特定の燃焼器１２の尾筒４３とこれに周方向Ｃの一方の側に隣接する他の燃焼器１２の尾筒４３との中間地点Ｍから周方向Ｃの一方の側で最も近い第１段静翼２７の上流端２７ａまでの周方向Ｃの寸法Ｓとする。そして、この周方向Ｃのピッチ寸法Ｐを基準にして、周方向Ｃの寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐを周方向割合Ｓ／Ｐとする。

【0042】

また、尾筒４３の下流端面４３ａから第１段静翼２７の上流端２７ａまでの軸線Ａｃ方向の寸法をＬとする。そして、周方向Ｃのピッチ寸法Ｐを基準にして、軸線Ａｃ方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐを軸線方向割合Ｌ／Ｐとする。

【0043】

この周方向割合Ｓ／Ｐと軸線方向割合Ｌ／Ｐとを用いて、複数の燃焼器１２の尾筒４３の下流端面４３ａでの圧力変動レベルと、複数の燃焼器１２における燃焼ガスの流量差の発生についてシミュレートした。なお、このシミュレートは、燃焼器１２の数Ｎｃと第１段静翼２７の数Ｎｓとの比が２：３で行った。

【0044】

このとき、第１段静翼２７の上流端２７ａの位置がロータ３２の径方向に沿って配置される。即ち、第１段静翼２７は、上流端２７ａにおける周方向の位置は、径方向におけるどの位置でも同じ位置に設定されている。そのため、第１段静翼２７の長手方向の全ての領域にて、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係が適正な位置関係となり、複数の燃焼器１２の尾筒４３の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができると共に、複数の燃焼器１２における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。

【0045】

なお、第１段静翼２７の上流端２７ａの位置がロータ３２の径方向に沿って配置されているが、第１段静翼２７の下流端２７ｂの位置がロータ３２の径方向に沿って配置される必要はなく、周方向にずれていてもよい。例えば、周方向に隣接する複数の第１段静翼２７におけるスロート幅をロータ３２の径方向における一端部側と他端部側の少なくともいずれか一方が径方向における中間部側より大きく設定してもよい。更に、第１段静翼２７の上流端２７ａは、尾筒４３の下流側の側壁６２と平行に配置されていてもよい。

【0046】

また、本実施形態の変形例として、尾筒４３と第１段静翼２７の位置関係を次のとおりに配置することができる。第１段静翼２７の長手方向の全ての領域にて、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係が適正な位置関係に配置することが難しい場合、翼の上流端２７ａの積み上げる方向をずらすことができる。

【0047】

即ち、第１段静翼２７の長手方向におけるそれぞれの翼プロファイルに示される上流端２７ａの位置が、燃焼器１２の尾筒４３の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができない場所に位置してしまう場合がある。この場合、翼のプロファイルはそのままに、翼の上流端２７ａの位置が、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係が適正な位置関係を満たす範囲に収まるように、翼の位置をずらすことができる。このとき、第１段静翼２７の上流端２７ａの位置は、必ずしもロータ３２の径方向に一直線上に配置されない。即ち、第１段静翼２７の上流端２７ａをロータ３２の径方向に結ぶ線が湾曲した位置関係となるように配置してもよい。

【0048】

図７に示すように、「○」で表した位置で圧力変動が発生し、その「〇」の大きさが圧力変動レベルを表している。また、図８に示すように、実線は各燃焼器１２における燃焼ガスの流量差ΔＱが±０．１％となる領域線であり、点線は各燃焼器１２における燃焼ガスの流量差ΔＱが±０．２％となる領域線である。その結果、図９に示すように、軸線方向割合Ｌ／Ｐが０．３（３０％）〜０．５５（５５％）で、且つ、周方向割合Ｓ／Ｐが０（０％）〜０．２（２０％）の領域Ａで、圧力変動レベルが小さく、且つ、流量差が小さいことが把握できる。また、軸線方向割合Ｌ／Ｐが０．３（３０％）〜０．４（４０％）で、且つ、周方向割合Ｓ／Ｐが０．５（５％）〜０．１５（１５％）の領域Ｂで、更に、圧力変動レベルが小さく、且つ、流量差が小さいことが把握できる。

【0049】

また、軸線方向割合Ｌ／Ｐは、第１段静翼２７が支持されるシュラウドの冷却空気量とタービン効率を考慮して設定するとよい。図１０は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対する冷却空気量を表すグラフ、図１１は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対する受熱面積を表すグラフ、図１２は、軸線方向割合Ｌ／Ｐに対するガスタービン効率を表すグラフである。

【0050】

冷却空気は、尾筒４３の各側壁６２に設けられた冷却通路内を通り、第１段静翼２７が支持される内側シュラウド及び外側シュラウドに向けて噴出される。この冷却空気量とタービン効率を考慮して軸線方向割合Ｌ／Ｐを設定する。図１０に示すように、軸線方向割合Ｌ／Ｐ（寸法Ｌ）が増加すると、冷却空気量も増加する。また、図１１に示すように、軸線方向割合Ｌ／Ｐ（寸法Ｌ）が増加すると、受熱面積も増加する。一方、図１２に示すように、軸線方向割合Ｌ／Ｐ（寸法Ｌ）が増加すると、タービン効率が低下する。冷却空気は、圧縮空気の一部を抽気して用いることから、燃焼器１２に供給される圧縮空気が減少し、併せて燃料が減少することから燃焼ガスのエネルギが減少する。そのため、シュラウドの冷却空気量とガスタービン効率を考慮して軸線方向割合Ｌ／Ｐを設定することが望ましい。

【0051】

このように本実施形態のガスタービンにあっては、燃焼器１２の尾筒４３の下流端部における周方向に隣接する側壁６２の内面に尾筒４３の通路面積が大きくなる傾斜面６４を設け、タービン１３の第１段静翼２７のピッチ寸法Ｐを基準にして、隣接する尾筒４３の中間地点から周方向で最も近い第１段静翼２７の上流端までの周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐを０から０．２の間に設定すると共に、ピッチ寸法Ｐを基準にして、尾筒４３の下流端面から第１段静翼２７の上流端までの軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐを０．３から０．５５の間に設定している。

【0052】

従って、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係を適正な位置関係にすることで、複数の燃焼器１２の尾筒４３の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができると共に、複数の燃焼器１２における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。その結果、各燃焼器１２間での燃焼ガスの流量差を抑制することで、ＮＯｘの増加やタービン効率の低下を抑制することができる。

【0053】

本実施形態のガスタービンでは、ピッチ寸法Ｐを基準にして周方向の寸法Ｓの割合Ｓ／Ｐを０．０５から０．１５の間に設定すると共に、ピッチ寸法Ｐを基準にして、軸方向の寸法Ｌの割合Ｌ／Ｐを０．３から０．４の間に設定している。従って、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係を適正な位置関係にすることで、複数の燃焼器１２の尾筒４３の後端部での主要なカルマン渦列の発生を抑制することができると共に、複数の燃焼器１２における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。

【0054】

本実施形態のガスタービンでは、燃焼器１２の数とタービン１３の第１段静翼２７の数との比を２：３以上の奇数としている。

【0055】

本実施形態のガスタービンでは、傾斜面６４は、尾筒４３の下流部で、ロータ３２の周方向で互いに対向する一対の側壁６２のうち、少なくとも一方の側壁６２の内面が尾筒４３の軸線方向の下流側に向うに連れて、次第に隣接する他の尾筒４３に近づく向きに尾筒４３の下流端に至るまで傾斜している。従って、隣接する尾筒４３の側壁内面に沿う流れ同士が尾筒４３の下流端面の下流側に角度をもって合流するため、尾筒４３の下流端面の下流側に主要なカルマン渦列が形成されるのを抑制することができ、尾筒４３の下流側部分の圧力変動を抑えることができる。

【0056】

本実施形態のガスタービンでは、第１段静翼２７の上流端の位置をロータ３２の径方向に沿って配置している。従って、第１段静翼２７の長手方向の全ての領域にて、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係が適正な位置関係となり、複数の燃焼器１２の尾筒４３の後端部でのカルマン渦列による圧力変動を抑制することができると共に、複数の燃焼器１２における燃焼ガスの流量差の発生を抑制することができる。

【0057】

本実施形態のガスタービンでは、周方向に隣接する複数の第１段静翼２７におけるスロート幅は、ロータ３２の径方向における一端部側と他端部側の少なくともいずれか一方が径方向における中間部側より大きく設定されている。従って、タービン効率を向上して性能向上を可能とすることができる。

【0058】

本実施形態のガスタービンでは、軸線方向割合Ｌ／Ｐを第１段静翼２７が支持されるシュラウドの冷却空気量とタービン効率を考慮して設定する。従って、尾筒４３と第１段静翼２７との位置関係を最適なものに設定することができる。

【符号の説明】

【0059】

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２０ 空気取入口
２１ 圧縮機車室
２２ 入口案内翼
２３ 静翼
２４ 動翼
２５ 抽気室
２６ タービン車室
２７ 静翼（第１段静翼）
２８ 動翼
２９ 排気車室
３０ 排気室
３１ 排気ディフューザ
３２ ロータ
３３，３４ 軸受部
３５，３６，３７ 脚部
４１ 外筒
４２ 内筒
４３ 尾筒
４３ａ 下流端面
４４ パイロットバーナ
４５ メインバーナ
４６ バイパス管
４７ バイパス弁
５１ 外筒本体
５２ 外筒蓋部
５３ 締結ボルト
５４ トップハット部
５５ 締結ボルト
５６ 空気通路
５７ 供給通路
５８ パイロット燃料ポート
５９ メイン燃料ポート
６１ 胴体
６２，６３ 側壁
６４ 傾斜面
６４ａ 上流端
６４ｂ 下流端
７１ 出口フランジ
７２ フランジ本体部
７３ 対向部
７４ 凹部
７５ シール部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】