JP5129588B2 - Intake duct and gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、吸気ダクトおよびガスタービンに関する。 The present invention relates to an intake duct and a gas turbine.
一般に、回転軸線に対して側方から空気を吸込む、いわゆる片吸込み式のガスタービンにおいては、圧縮機に流入する空気を整流化する吸気ケーシングが設けられている。言い換えると、圧縮機に対して周方向に均一な流れを与える働きをする吸気ケーシングが設けられている(例えば、特許文献1および2参照。)。
しかしながら、上述の特許文献1および2などに記載された吸気ケーシングでは、圧縮機に流入する空気の整流化が不十分であり、残留したディストーションによる、圧縮機の性能が悪化するなどの悪影響があった。つまり、圧縮機に流入する空気の流れが周方向において不均一なため、圧縮機における圧縮性能が低下するという問題があった。
However, in the intake casings described in the above-mentioned
一方、圧縮機の吸入口近傍には、空気の流路を横切って径方向に延び、流入空気の流れをガイドするストラットが配置されている。上述のような片吸込み式のガスタービンでは、外部から流入する空気が圧縮機の回転軸線方向に流れの向きを変える際に、ストラットにおいて圧力損失が発生するという問題があった。 On the other hand, a strut that extends in the radial direction across the air flow path and guides the flow of the incoming air is disposed in the vicinity of the suction port of the compressor. In the single suction type gas turbine as described above, there is a problem that pressure loss occurs in the strut when air flowing from outside changes the flow direction in the direction of the rotation axis of the compressor.
特に、外部から流入する空気の流れ方向に対して略直交する方向に延びるストラットの外周端近傍では、流入する空気が当該ストラットの延びる方向に対して大きな角度で流入するため、圧力損失が発生するという問題があった。 In particular, in the vicinity of the outer peripheral end of the strut extending in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the air flowing in from the outside, the inflowing air flows at a large angle with respect to the direction in which the strut extends, and thus pressure loss occurs. There was a problem.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、圧縮機に導く空気流れの整流化を図ることにより、圧力損失の発生を抑制するとともに圧縮機の性能低下を抑制することができる吸気ダクトおよびガスタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and by suppressing the generation of pressure loss and suppressing the performance deterioration of the compressor by rectifying the air flow leading to the compressor. It is an object of the present invention to provide an intake duct and a gas turbine capable of performing the above.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の吸気ダクトは、圧縮機の回転軸線に対して交差する方向に開口する吸込み口を有する吸気室と、前記回転軸線を覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシングおよび外側ケーシングの間に形成され、前記吸気室から空気を前記圧縮機に導く流入路と、前記内側ケーシングから前記回転軸線に対して径方向に沿って延び、前記外側ケーシングを支持する複数のストラットと、が設けられ、前記流入路の入口を形成する、前記外側ケーシングにおける空気の流れに対する上流側の端部から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離である助走距離は、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部から下流側の端部までの長さの約0.6倍の距離よりも長いことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
An intake duct according to the present invention includes an intake chamber having a suction port that opens in a direction intersecting with a rotation axis of a compressor, a substantially cylindrical inner casing and an outer casing disposed in a double tube so as to cover the rotation axis An inflow path formed between the casings for introducing air from the intake chamber to the compressor; a plurality of struts extending from the inner casing along the radial direction with respect to the rotation axis; and supporting the outer casing; The running distance, which is the distance from the upstream end to the air flow in the outer casing and the upstream end to the air flow in the strut that forms the inlet of the inflow passage, It is characterized by being longer than the distance of about 0.6 times the length from the upstream end to the downstream end with respect to the air flow in the strut.
本発明によれば、流入流路の助走距離を確保することにより、圧縮機に流入する空気流れの整流化が図られ、圧縮機における性能低下が抑制される。つまり、圧縮機に流入する空気流れにおける、回転軸線を中心とした周方向における流速分布のばらつきが小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制される。
さらに、空気流れの整流化が図られるため、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットのポテンシャルが吸気室に及んで吸気室の出口における流れの乱れを防止し、ストラットに流入する流れが整えられるため、言い換えると、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。
According to the present invention, by ensuring the run-up distance of the inflow channel, the flow of air flowing into the compressor is rectified, and the performance deterioration in the compressor is suppressed. That is, in the air flow flowing into the compressor, the variation in the flow velocity distribution in the circumferential direction around the rotation axis is reduced, so that the performance deterioration in the compressor is suppressed.
Further, since the air flow is rectified, a decrease in pressure loss in the strut is suppressed. In other words, the strut potential reaches the intake chamber and prevents disturbance of the flow at the outlet of the intake chamber, so that the flow flowing into the strut is adjusted.In other words, the inflow angle of the air flow with respect to the strut is reduced. Reduction of pressure loss is suppressed.
上記発明においては、前記吸気室における前記外側ケーシングとの接続部には、前記回転軸線に沿って前記圧縮機から遠ざかる方向に突出したベルマウスが設けられ、前記助走距離は、前記ベルマウスにおける突出端から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離であることが望ましい。 In the above invention, a bell mouth projecting in a direction away from the compressor along the rotational axis is provided at a connection portion of the intake chamber with the outer casing, and the run-up distance is a projecting distance in the bell mouth. It is desirable that the distance be from the end to the upstream end with respect to the air flow in the strut.
本発明によれば、ベルマウスを圧縮機から遠ざかる方向、つまり吸気室内に突出させることにより、流入路の長さを確保するとともに、吸気ダクトの長さが抑えられる。
さらに、空気が、吸気室から流入路に流入する際の流れの乱れ発生が防止される。
According to the present invention, the length of the inflow passage is ensured and the length of the intake duct is suppressed by projecting the bell mouth away from the compressor, that is, into the intake chamber.
Further, the turbulence of the flow when air flows from the intake chamber into the inflow path is prevented.
上記発明においては、前記流入路の前記ストラットが設けられた位置における空気の流速は、音速に対して約0.4倍の流速よりも遅いことが望ましい。 In the above invention, it is desirable that the flow velocity of air at the position where the struts are provided in the inflow passage is slower than the flow velocity of about 0.4 times the speed of sound.
本発明によれば、ストラットが設けられた位置、特にストラットの中央付近における空気の流速を、音速に対して約0.4倍、つまり約マッハ0.4よりも遅くすることにより、ストラットにおける圧力損失の増大が抑制される。
なお、ストラットが設けられた位置における空気の流速は、上述のように約マッハ0.4よりも遅くてもよいし、より好ましくは約マッハ0.35よりも遅く、さらに好ましくは約マッハ0.32よりも遅いことが望ましい。
According to the present invention, the pressure at the strut is reduced by making the air flow velocity at the position where the strut is provided, particularly near the center of the strut, about 0.4 times the sound speed, that is, slower than about Mach 0.4. Increase in loss is suppressed.
Note that the air flow rate at the position where the strut is provided may be slower than about Mach 0.4 as described above, more preferably slower than about Mach 0.35, and still more preferably about Mach 0. Slower than 32 is desirable.
上記発明においては、前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに対して略直交する断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約0.5倍の面積であることが望ましい。 In the above invention, the flow passage cross-sectional area of the intake chamber in a cross section that includes the rotation axis and is substantially orthogonal to the air flow flowing in from the suction port is about 0. 0 compared to the area of the suction port. It is desirable that the area be 5 times.
本発明によれば、流入路における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。 According to the present invention, since the air flow in the inflow passage can be rectified, the performance deterioration in the compressor is suppressed, and the pressure loss in the strut is suppressed. That is, since the inflow angle of the air flow with respect to the strut becomes small, the performance deterioration in the compressor is suppressed and the pressure loss reduction in the strut is suppressed.
上記発明においては、前記回転軸線を含み、前記吸込み口から流入する空気流れに沿って延びる断面における前記吸気室の流路断面積は、前記吸込み口の面積と比較して、約0.2倍から約0.3倍の面積であることが望ましい。 In the above invention, the cross-sectional area of the intake chamber in the cross section including the rotation axis and extending along the air flow flowing in from the suction port is about 0.2 times the area of the suction port. It is desirable that the area be about 0.3 times as large.
本発明によれば、流入路における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラットに対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機における性能低下が抑制されるとともに、ストラットにおける圧力損失の低下が抑制される。 According to the present invention, since the air flow in the inflow passage can be rectified, the performance deterioration in the compressor is suppressed, and the pressure loss in the strut is suppressed. That is, since the inflow angle of the air flow with respect to the strut becomes small, the performance deterioration in the compressor is suppressed and the pressure loss reduction in the strut is suppressed.
本発明のガスタービンは、上記本発明の吸気ダクトと、該吸気ダクトにより導かれた空気を圧縮する圧縮機と、燃料と圧縮された空気とを燃焼させ、排気ガスを排出する燃焼器と、該燃焼器から排出された排気ガスにより回転駆動されるタービンと、が設けられていることを特徴とする。 The gas turbine of the present invention includes an intake duct of the present invention, a compressor that compresses air guided by the intake duct, a combustor that burns fuel and compressed air, and discharges exhaust gas. And a turbine that is rotationally driven by exhaust gas discharged from the combustor.
本発明によれば、上記本発明の吸気ダクトが設けられているため、圧縮機に導かれる空気流れの整流化が図られ、圧力損失の発生が防止されるとともに圧縮機の性能低下が防止される。 According to the present invention, since the intake duct of the present invention is provided, rectification of the air flow led to the compressor is achieved, and generation of pressure loss is prevented and deterioration of the performance of the compressor is prevented. The
本発明の吸気ダクトおよびガスタービンによれば、流入流路の助走距離を確保することにより、圧縮機に流入する空気流れの整流化を図り、圧力損失の発生を防止するとともに圧縮機の性能低下を防止することができるという効果を奏する。 According to the intake duct and the gas turbine of the present invention, by ensuring the run-up distance of the inflow passage, the flow of air flowing into the compressor is rectified, the occurrence of pressure loss is prevented, and the performance of the compressor is reduced. There is an effect that can be prevented.
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係るガスタービンについて図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態におけるガスタービンの構成を説明する概略断面図である。
本実施形態のガスタービン1は、図1に示すように、側方から空気を吸入するいわゆる片吸込み式のガスタービンである。言い換えると、ガスタービン1の回転軸線RLに対して略直交する方向から空気が流入するガスタービンである。
[First Embodiment]
Hereinafter, a gas turbine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a gas turbine in the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
ガスタービン1には、圧縮機3に供給する空気を吸い込む吸気ダクト2と、吸い込んだ空気を圧縮する圧縮機3と、供給された燃料と圧縮された空気とを混合して燃焼させる燃焼器4と、燃焼により生成された燃焼ガスにより回転駆動されるタービン5と、が設けられている。
The
図2は、図1の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。
吸気ダクト2は、図2に示すように、ガスタービン1の回転軸線RLに対して側方から吸入した外部の空気を圧縮機3に導くものであって、圧縮機3に流入する空気流れを整流化するものである。
吸気ダクト2には、外部から空気が流入する吸気室11と、流入路13に流入する空気を整流化するベルマウス12と、吸気室11に流入した空気を圧縮機3に導く流入路13と、圧縮機3に流入する空気を整流化するストラット14と、が設けられている。
FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating the configuration of the intake duct of FIG.
As shown in FIG. 2, the
The
吸気室11は、圧縮機3の前方(図2の左側)に配置された空間であって、圧縮機3に流入する空気の流速、または、回転軸線RLを中心とした周方向にわたって流量を均一化する空間である。
吸気室11には、回転軸線RLに対して側方に開口した吸込み口15が設けられている。吸込み口15は、外部から吸気室11に空気が流入する開口である。本実施形態では、吸込み口15が上方(図2の上側)に開口している場合に適用して説明する。
The
The
一方、吸気室11を構成する壁面には、ガスタービン1の回転軸6が挿通される孔を形成する円筒壁面21と、前面を構成する前壁面22と、が設けられている。
On the other hand, the wall surface constituting the
円筒壁面21は、回転軸6の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機3に向かって回転軸6に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、円筒壁面21は、後述する内側ケーシング23と略同じ傾斜角を有し、内側ケーシング23と連続するように接続されている。
前壁面22は、吸気室11に対して前方(図2の左側)に配置された壁面であって、吸込み口15から離れる方向に向かって、圧縮機3に接近する傾斜を有している。
The
The
ベルマウス12は、図2に示すように、流入路13に流入する空気流れの整流化を図るものであって、流入路13の助走距離EDを確保するとともに、吸気ダクト2の全長の増大を抑制するものでもある。
As shown in FIG. 2, the
ベルマウス12は、吸気室11を構成する壁面のうちの後ろ側(図2に右側)の壁面から前壁面22に向かって環状に突出して形成されている。さらに、ベルマウス12の内周面は流入路13を構成する外側ケーシング24と滑らかに接続されている。
このようにベルマウス12を設けることにより、吸気室11から流入路13に空気が流入する際の空気流れの乱れを防止し、空気流れの整流化を図ることができる。
The
By providing the
流入路13は、空気を吸気室11から圧縮機3に導くものであって、圧縮機3に流入する空気流れの整流化を図るものである。さらに、流入路13は、回転軸線RLを覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシング23および外側ケーシング24により構成された空間である。
The
流入路13の助走距離ED、つまりベルマウス12の突出端12Aからストラット14の前縁までの長さは、後述するストラット14におけるコード長CLの約0.6倍の距離よりも長く設定されている。ここで、ストラット14の前縁とは、ストラット14における空気流れに対する上流側(図2の左側)の端部のことである。
The run-up distance ED of the
内側ケーシング23は、回転軸6の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機3に向かって回転軸6に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、内側ケーシング23は、円筒壁面21と略同じ傾斜角を有し、円筒壁面21と連続するように接続されている。
外側ケーシング24は、回転軸6の周囲に配置された円筒状の壁面であって、圧縮機3に向かって回転軸6に接近する傾斜を有する壁面である。さらに、外側ケーシング24は、ベルマウス12の内周面と滑らかに接続されている。
The
The
図3は、図2のストラットの配置を説明する図である。
ストラット14は、図2に示すように、圧縮機3に流入する空気流れを整流化するとともに、外側ケーシング24を支持するものである。ストラット14は、流入路13における圧縮機3側端部の近傍に配置され、流入路13を横切って回転軸線RLを中心とした径方向に延び、内側ケーシング23と外側ケーシング24とに接続された部材である。さらに、図3に示すように、回転軸線RLを中心とした周方向に等間隔に複数のストラット14が設けられている。
FIG. 3 is a diagram illustrating the arrangement of the struts in FIG.
As shown in FIG. 2, the
ストラット14は、断面形状が翼形状などの流線形状に形成されており、本実施形態では、空気流れの上流側端部である前縁から、下流側端部である後縁までの長さをコード長CLと表記する。
The
圧縮機3は、図1に示すように、吸気ダクト2の下流側に配置され、吸気ダクト2により導かれた空気を圧縮するものである。
圧縮機3には、回転軸6により回転駆動される複数の動翼31と、固定配置された複数の静翼32と、が設けられている。
なお、圧縮機3としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
The
In addition, as the
燃焼器4は、図1に示すように、圧縮機3の下流側に配置され、圧縮された空気を用いて外部から供給された燃料を燃焼させるものである。
なお、燃焼器4としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the combustor 4 is disposed on the downstream side of the
In addition, as a combustor 4, a well-known thing can be used and it does not specifically limit.
タービン5は、図1に示すように、燃焼器4の下流側に配置され、燃焼器4からは排出された排気ガスにより回転軸6を回転駆動させるものである。
タービン5には、回転軸6を回転駆動する複数の動翼51と、固定配置された複数の静翼52と、が設けられている。
なお、タービン5としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
The
In addition, as a
次に、上記の構成からなるガスタービン1における作用について説明する。
まず、ガスタービン1の基本的な動作について説明し、その後に、本実施形態の特徴である吸気ダクト2における空気流れについて説明する。
Next, the operation of the
First, the basic operation of the
図1に示すように、空気は、吸気ダクト2の吸込み口15から吸気室11に流入し、流入路13を介して圧縮機3に吸入される。圧縮機3に流入した空気は、固定配置された複数の静翼32と、回転軸6により回転駆動される複数の動翼31との間を通過する際に圧縮され、圧縮された空気は燃焼器4に供給される。
As shown in FIG. 1, air flows into the
燃焼器4では、供給された燃料が圧縮空気中に噴射され、圧縮空気を用いて燃料が燃焼される。燃焼により生成された排気ガスは、タービン5に供給される。
排気ガスは、複数の静翼52と複数の動翼51との間を通過する際に、複数の動翼51を回転駆動し、その後、外部に排気される。
複数の動翼51の回転駆動力は回転軸6に伝達され、回転軸6は圧縮機3の動翼31を回転駆動するとともに、外部の被駆動機器(図示せず)に得られた回転駆動力を供給する。
In the combustor 4, the supplied fuel is injected into the compressed air, and the fuel is combusted using the compressed air. Exhaust gas generated by the combustion is supplied to the
When the exhaust gas passes between the plurality of
The rotational driving force of the plurality of moving
次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト2内の空気流れについて説明する。
まず、空気は、図1および図2に示すように、上方に開口した吸込み口15から吸気室11に流入し、吸気室11内を上方から下方に向かって流れる。
Next, the air flow in the
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the air flows into the
吸気室11に流入した空気は、円筒壁面21の周囲に沿って下方に向かって流れるとともに、流入路13に流入する。このとき、吸気室11の流路断面積は、下方に向かうにしたがって狭くなるため、流入路13に流入する空気の流速は、回転軸線RLを中心とした周方向にわたって均一化される。言い換えると、流入路13に流入する空気の流量は、周方向にわたって均一化される。
The air flowing into the
さらに、流入路13の上流側にはベルマウス12が配置されているため、空気は、ベルマウス12の内周面に沿って流れて流入路13に流入し、流れの乱れの発生が抑制される。
空気は流入路13内をストラット14に向かって流れる間に、空気の流速に含まれる回転軸線RLを中心とする周方向の流速成分が小さくなる。言い換えると、空気の流速は、回転軸線RLに沿う方向の流速成分が大半を占める流速になる。
Further, since the
While the air flows in the
その後、流入路13を流れる空気はストラット14の間を流れることにより、さらに空気の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。このように整流化された空気は、圧縮機3に供給される。
このように、ストラット14に流入する空気流れが整流化されることにより、ストラット14におけるプロファイル損失の低減が図られ、圧縮機3に流入する空気流れの周方向の歪み(インレットディストーション)の低減が図られる。
Thereafter, the air flowing through the
As described above, the air flow flowing into the
図4は、図2の吸気ダクトにおける全圧損失を説明するグラフである。
図4では、従来の吸気ダクトにおける全圧損失(図4の左側の棒グラフ)に対する本実施形態の吸気ダクト2における全圧損失(図4の右側の棒グラフ)の割合を示している。
両棒グラフにおける下部(右下がりのハッチング部分)は、吸気室11の入口(吸込み口15)からストラット14の入口(前縁)までの全圧損失を示し、上部(右上がりのハッチング部分)は、ストラット14の入口(前縁)からストラット14の出口(後縁)までの全圧損失を示している。
FIG. 4 is a graph illustrating total pressure loss in the intake duct of FIG.
FIG. 4 shows the ratio of the total pressure loss (bar graph on the right side of FIG. 4) in the
The lower part (lower right hatched part) in the double bar graph indicates the total pressure loss from the inlet (inlet 15) of the
図4に示されているように、本実施形態の吸気ダクト2では、従来の吸気ダクトと比較して、全圧損失が約30%低減されている。特に、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が大きく低減されている。
As shown in FIG. 4, in the
これは、本実施形態の吸気ダクト2では、ストラット14の周囲における流れ場が改善されたため、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。
This indicates that in the
図5は、図2のストラットにおけるスパン方向の全圧損失を説明するグラフである。
図5では、従来の吸気ダクトのストラットにおけるスパン方向の全圧損失(図5中の◆で表されるグラフ)と、本実施形態の吸気ダクト2のストラットにおけるスパン方向の全圧損失(図5中の○で表されるグラフ)とが示されている。両グラフは、それぞれ複数のストラット14における全圧損失の平均値が示されている。
図5における縦軸は、ストラット14におけるハブ側、つまり径方向内側の端部を0%とし、チップ側、つまり径方向外側の端部を100%として表示するものである。
FIG. 5 is a graph illustrating total pressure loss in the span direction in the strut of FIG.
In FIG. 5, the total pressure loss in the span direction in the strut of the conventional intake duct (graph represented by ◆ in FIG. 5) and the total pressure loss in the span direction in the strut of the
The vertical axis in FIG. 5 indicates that the end of the
図5に示されているように、本実施形態の吸気ダクト2におけるストラット14のチップ側では、従来の吸気ダクトと比較して、全圧損失が大幅に低減していることが示されている。
As shown in FIG. 5, on the tip side of the
これは、本実施形態の吸気ダクト2では、ストラット14の周囲における流れ場が改善されたためであり、具体的には、ストラット14への空気の流入条件が2次元的になったため、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。
言い換えると、ストラット14へ流入する空気の流速に含まれる周方向成分が小さくなり、ストラット14への空気の流入角度が小さくなったため、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が低減されていることを示している。
This is because in the
In other words, since the circumferential component included in the flow velocity of the air flowing into the
特に、ストラット14におけるチップ側(図5における100%側)における全圧損失の低減幅が大きくなっている。つまり、助走距離EDが短い従来の吸気ダクトでは、ストラット14へ流入する空気のうち、チップ側を流れる空気の流速に含まれる周方向成分の割合が大きく、この周方向成分の流速により、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が増えていた。
本実施形態の吸気ダクト2では、助走距離EDをとることにより、空気流れにおける周方向成分の割合を全体的に、特にチップ側の領域で減らしているため、ストラット14の前縁からストラット14の後縁までの全圧損失が低減されている。
In particular, the reduction range of the total pressure loss on the tip side (100% side in FIG. 5) of the
In the
図6は、図2の吸入路に対するストラットの配置位置と、吸入路における全圧損失との関係を説明するグラフである。
図6では、本実施形態の流入路13に対するストラット14の配置位置を変更した場合における全圧損失の変化が示されている。
より具体的には、流入路13の入口つまりベルマウス12の突端からストラット14の前縁までの距離、つまり助走距離を変更した場合における全圧損失の変化が示されている。なお、図6の横軸は助走距離を表すものであり、ストラット14のコード長CLを基準とした百分率(%)で示されている。
FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the position of the strut relative to the suction path of FIG. 2 and the total pressure loss in the suction path.
In FIG. 6, the change of the total pressure loss when the arrangement position of the
More specifically, the change in the total pressure loss when the distance from the inlet of the
図6に示されているように、助走距離が0%の場合、例えば従来のストラット14の配置位置の場合が最も全圧損失が大きく、助走距離が長くなるにともない、全圧損失が減少する。
助走距離が約60%にまで達すると全圧損失の減少が止まり、以後、助走距離をより長くしても全圧損失の値に変化は生じない。
As shown in FIG. 6, when the running distance is 0%, the total pressure loss is the largest, for example, in the case of the arrangement position of the
When the approach distance reaches about 60%, the decrease in the total pressure loss stops, and thereafter, even if the approach distance is made longer, the value of the total pressure loss does not change.
上記の構成によれば、流入路13の助走距離EDを確保することにより、圧縮機3に流入する空気流れの整流化が図られ、圧縮機3における性能低下が抑制される。つまり、圧縮機3に流入する空気流れにおける、回転軸線RLを中心とした周方向における流速分布のばらつきが小さくなるため、圧縮機3における性能低下を抑制することができる。
According to said structure, by ensuring the run-up distance ED of the
さらに、空気流れの整流化が図られるため、ストラット14における圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラット14のポテンシャルが吸気室11に及んで吸気室11の出口における流れの乱れを防止し、ストラット14に流入する流れが整えられるため、言い換えると、ストラット14に対する空気流れの流入角度が小さくなるため、ストラット14における圧力損失の低下を抑制することができる。
Further, since the air flow is rectified, a decrease in pressure loss in the
ベルマウス12を圧縮機3から遠ざかる方向、つまり吸気室11内に突出させることにより、流入路13の長さを確保するとともに、吸気ダクト2の長さの増大を抑えることができる。
さらに、空気が、吸気室11から流入路13に流入する際の流れの乱れ発生を防止することができる。
By projecting the
Furthermore, it is possible to prevent the occurrence of flow disturbance when air flows from the
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図7および図8を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、吸気ダクトの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図7および図8を用いて吸気ダクトの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図7は、本実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the gas turbine of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the configuration of the intake duct is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the configuration of the intake duct will be described with reference to FIGS. 7 and 8, and description of other components and the like will be omitted.
FIG. 7 is a diagram illustrating the configuration of the intake duct in the gas turbine of the present embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態のガスタービン101における吸気ダクト102は、上述の第1の実施形態の吸気ダクト2と比較して、空気の流路断面積の変化の点において異なり、その他構成等については略同一である。
言い換えると、吸気ダクト102内における空気の流速分布が、第1の実施形態の吸気ダクト2と異なっている。
The
In other words, the flow velocity distribution of air in the
本実施形態の吸気ダクト102における流路断面積比(A/Aref)は、吸込み口15(P0)の流路断面積を基準(Aref)とすると、ベルマウス12の突出端12A(P1)では約0.36であり、外側ケーシング24の上流端近傍(P2)では約0.25であり、外側ケーシング24の中央付近(P3)では約0.19であり、ストラット14の前縁近傍(P4)では約0.16であり、ストラット14の中央付近(P5)では約0.14であり、圧縮機3の入口近傍(P6)では約0.12とされている。
The flow passage cross-sectional area ratio (A / Aref) in the
次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト102内における空気の流速分布について説明する。
吸気ダクト102の吸込み口15(P0)における空気の流速は約マッハ0.04であり、ベルマウス12の突出端12A(P1)では約マッハ0.13となる。流入路13に流入した空気は圧縮機3に向かうにつれて流速が速くなり、外側ケーシング24の上流端近傍(P2)では約マッハ0.17、外側ケーシング24の中央付近(P3)では約マッハ0.23、ストラット14の前縁近傍(P4)では約マッハ0.29、ストラット14の中央付近(P5)では約マッハ0.32、圧縮機3の入口近傍(P6)では約マッハ0.39となる。
Next, the flow velocity distribution of air in the
The flow velocity of air at the suction port 15 (P0) of the
図8は、ストラットの中央におけるマッハ数と、ストラットにおける全圧力損失との関係を説明するグラフである。
図8における横軸は、ストラット14の中央付近における空気流れのマッハ数を示し、縦軸はストラット14における全圧損失を示している。
図8に示すように、ストラット14の中央付近におけるマッハ数が約0.4より大きくなると、ストラット14における全圧損失が急激に大きくなる。
FIG. 8 is a graph illustrating the relationship between the Mach number at the center of the strut and the total pressure loss in the strut.
The horizontal axis in FIG. 8 indicates the Mach number of the air flow near the center of the
As shown in FIG. 8, when the Mach number near the center of the
なお、本実施形態ではストラット14の中央付近におけるマッハ数が約0.32の場合に適用して説明しているが、マッハ数が約0.35や、約0.4の場合であってもよく、特に限定するものではない。
In this embodiment, the description is applied to the case where the Mach number near the center of the
上記の構成によれば、ストラット14が設けられた位置、特にストラット14の中央付近における空気の流速を、音速に対して約0.4倍つまり約マッハ0.4よりも遅い、約マッハ0.32とすることにより、ストラット14における圧力損失の増大を抑制することができる。
According to the above configuration, the air flow velocity at the position where the
〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態について図9から図11を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、吸気ダクトが異なっている。よって、本実施形態においては、図9から図11を用いて吸気ダクトの構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図9は、本実施形態のガスタービンにおける吸気ダクトの構成を説明する図である。図10は、図9の吸気ダクトの構成を説明する部分拡大図である。図11は、図9の吸気ダクトにおける流路断面積を説明する部分断面図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the gas turbine of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the intake duct is different from that of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the configuration of the intake duct will be described using FIGS. 9 to 11, and description of other components and the like will be omitted.
FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the intake duct in the gas turbine of the present embodiment. FIG. 10 is a partially enlarged view illustrating the configuration of the intake duct of FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view for explaining a flow path cross-sectional area in the intake duct of FIG. 9.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態のガスタービン201における吸気ダクト202は、上述の第1の実施形態の吸気ダクト2と比較して、吸気室211における流路断面積の変化の点において異なり、その他構成等については略同一である。
言い換えると、吸気ダクト202のストラット14に流入する空気の流入角が、第1の実施形態の吸気ダクト2と異なっている。
The
In other words, the inflow angle of the air flowing into the
本実施形態では、図11に示すように、回転軸線RLから垂直方向上方を0°と規定し、空気流れの下流側から上流側を見て時計回り(右回り)に向かって角度θが増える座標系を用いて説明する。
さらに、本実施形態の吸気室211における流路断面積比(2A/Aref)は、吸込み口15の流路断面積を基準((1/2)Aref)とし、基準となる流路断面積((1/2)Aref)と、回転軸線RLから径方向に延びる断面からみた流路断面積(A)との比を用いて説明する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the vertical upper direction from the rotation axis RL is defined as 0 °, and the angle θ increases clockwise (clockwise) when viewed from the downstream side to the upstream side of the air flow. This will be described using a coordinate system.
Furthermore, the flow path cross-sectional area ratio (2A / Aref) in the
吸気室211を構成する壁面には、ガスタービン1の回転軸6が挿通される孔を形成する円筒壁面21と、前面を構成する前壁面222と、が設けられている。
前壁面222は、図10に示すように、第1の実施形態における前壁面22と比較して、流入路13側(図10の右側)に接近して配置されている。
The wall surface that forms the
As shown in FIG. 10, the
図12は、図11の吸気室における流路断面積比の変化を説明するグラフである。
より具体的には、吸気室211における流路断面積比(2A/Aref)が、図12の実線および●で示されるグラフとなるように前壁面222などが配置されている。
図12における点線および◆で示されるグラフは、従来の吸気室における流路断面積比(2A/Aref)を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph for explaining a change in the flow path cross-sectional area ratio in the intake chamber of FIG.
More specifically, the
A graph indicated by a dotted line and a black circle in FIG. 12 is a graph showing a flow path cross-sectional area ratio (2A / Aref) in a conventional intake chamber.
本実施形態では、角度θが約90度の時に流路断面積比が0.5となり、角度θが約180度の時に流路断面積比が0.2から0.3の間に含まれるように設定されている。 In this embodiment, the channel cross-sectional area ratio is 0.5 when the angle θ is about 90 degrees, and the channel cross-sectional area ratio is included between 0.2 and 0.3 when the angle θ is about 180 degrees. Is set to
次に、本実施形態の特徴である吸気ダクト202内における空気の流速分布について説明する。
吸込み口15から吸気室211に流入した空気は、吸気室211から流入路13に流入する。ことのとき、吸気室211における流路断面積比の変化が、従来の吸気ダクトと比較して、流入路13に一定流速で空気を流入させる場合の理論値TLに近いため、より均一な流速で空気が流入路13に流入する。
言い換えると、空気は回転軸線RLを中心とする周方向にわたって均一な流量で流入路13に流入する。
Next, the flow velocity distribution of air in the
The air that has flowed into the
In other words, the air flows into the
そのため、流入路13に流入する空気の流速に含まれる周方向の流速成分が小さくなる。具体的には、周方向の流速成分が比較的大きなストラット14、つまり、配置されている角度が約90度および約270度のストラット14におけるチップ側における空気の流入角度のばらつきが小さくなる。つまり、インレットディストーションが低減される。
Therefore, the circumferential flow velocity component included in the flow velocity of the air flowing into the
例えば、従来の吸気ダクトにおいて吸入角度のばらつきが−30°から+30°までの範囲であったのが、本実施形態の吸気ダクト202では、−20°から+20°までの範囲となる。
For example, the variation of the suction angle in the conventional intake duct is in the range from −30 ° to + 30 °, but in the
上記の構成によれば、流入路13における空気流れの整流化を図ることができるため、圧縮機3における性能低下が抑制されるとともに、ストラット14における圧力損失の低下が抑制される。つまり、ストラット14に対する空気流れの流入角度が小さくなるため、圧縮機3における性能低下を抑制することができるとともに、ストラット14における圧力損失の低下を抑制することができる。
According to said structure, since the rectification | straightening of the air flow in the
1,101,201 ガスタービン
2,102,202 吸気ダクト
3 圧縮機
4 燃焼器
5 タービン
11,211 吸気室
12 ベルマウス
13 流入路
14 ストラット
15 吸込み口
23 内側ケーシング
24 外側ケーシング
ED 助走距離
CL コード長
RL 回転軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201 Gas turbine 2,102,202
Claims (6)
前記回転軸線を覆って二重管状に配置された略円筒状の内側ケーシングおよび外側ケーシングの間に形成され、前記吸気室から空気を前記圧縮機に導く流入路と、
前記内側ケーシングから前記回転軸線に対して径方向に沿って延び、前記外側ケーシングを支持する複数のストラットと、が設けられ、
前記流入路の入口を形成する、前記外側ケーシングにおける空気の流れに対する上流側の端部から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離である助走距離は、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部から下流側の端部までの長さの約0.6倍の距離よりも長いことを特徴とする吸気ダクト。 An intake chamber having a suction port that opens in a direction intersecting the rotation axis of the compressor;
An inflow path formed between a substantially cylindrical inner casing and an outer casing disposed in a double tubular shape so as to cover the rotation axis, and for introducing air from the intake chamber to the compressor;
A plurality of struts extending from the inner casing along the radial direction with respect to the rotation axis and supporting the outer casing; and
The run-up distance, which is the distance from the upstream end to the air flow in the outer casing and the upstream end to the air flow in the strut that forms the inlet of the inflow passage , is the air travel distance in the strut. An air intake duct characterized by being longer than a distance of about 0.6 times the length from the upstream end to the downstream end with respect to the flow.
前記助走距離は、前記ベルマウスにおける突出端から、前記ストラットにおける空気の流れに対する上流側の端部までの距離であることを特徴とする請求項1記載の吸気ダクト。 The connecting portion with the outer casing in the intake chamber is provided with a bell mouth protruding in a direction away from the compressor along the rotation axis.
The intake duct according to claim 1, wherein the running distance is a distance from a protruding end of the bell mouth to an upstream end of the strut with respect to an air flow.
該吸気ダクトにより導かれた空気を圧縮する圧縮機と、
燃料と圧縮された空気とを燃焼させ、排気ガスを排出する燃焼器と、
該燃焼器から排出された排気ガスにより回転駆動されるタービンと、
が設けられていることを特徴とするガスタービン。 An intake duct according to any one of claims 1 to 5,
A compressor for compressing the air guided by the intake duct;
A combustor that combusts fuel and compressed air and discharges exhaust gas;
A turbine driven to rotate by exhaust gas discharged from the combustor;
The gas turbine characterized by being provided.
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