JP2008082323A - 二軸ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】ストラットカバーと低圧タービンの一段静翼との効果的な統合により、ガス流路の圧力損失を低減すると共に流路長を短縮して、タービン性能の向上とコンパクト化が図れる二軸ガスタービンを提供する。
【解決手段】高圧タービン１２における円環状のガス流路出口１５と低圧タービン１３における円環状のガス流路入口１６とを円環状の中間ダクト１７で連結すると共に、前記高圧タービンのロータ１８を軸支する軸受１９が装着された軸受ケース２０を、同軸受ケースの外周面と前記中間ダクトを囲繞する車室壁の内周面との間に、同中間ダクトを貫通して、円周方向に複数本介設されるストラット２３により支持するようにした二軸ガスタービンにおいて、前記中間ダクトの前記ストラットが貫通し得るストラットカバー２２に、前記低圧タービンにおける一段静翼の機能を持たせた。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一軸線上に配列された複数の軸からなるガスタービンに関する。

ガスタービンは、空気圧縮機と燃焼器とタービンとを備えて構成されている（図示略）。このガスタービンによれば、空気圧縮機で圧縮された圧縮空気が、燃焼器に供給され、別途供給されてくる燃料と混合して燃焼される。燃焼によって発生された燃焼ガスは、タービンへと供給される。このタービン内で燃焼ガスのエネルギーが引き出され、空気圧縮機の回転駆動力と、発電機（図示略）に発電させるための駆動力とに供される。そして、このタービンに回転駆動力を発生させた後の燃焼ガスは、排気ディフューザを介して排気される。

ところで、ジェットエンジンをはじめ、ジェットエンジン転用型のガスタービンとして、例えば図７に示すように、高圧タービン１００における円環状のガス流路出口１０１と低圧タービン１０２における円環状のガス流路入口１０３とを円環状の中間ダクト１０４で連結すると共に、前記高圧タービン１００のロータを軸支するジャーナル軸受１０５を、同ジャーナル軸受１０５の外周面と前記中間ダクト１０４を囲繞する車室壁１０６の内周面との間に、同中間ダクト１０４をストラットカバー１０７を介して貫通して、円周方向でかつ放射状に複数本介設されるストラット１０８により支持するようにした二軸ガスタービンが良く知られている（特許文献１〜３参照）。

即ち、前記高圧タービン１００は、空気圧縮機（図示略）を駆動するための高温・高圧の燃焼ガスを発生させるガス発生機（ガスジェネレータ）として、また、低圧タービン１０２は、発電機等の負荷（図示略）を駆動してエネルギーを回収するパワータービンとしてそれぞれ機能するのである。尚、図７中１０９は低圧タービン１０２の一段静翼で、１１０は一段動翼である。

特開２００４−１９０６６４号公報 米国特許第４９８９４０６号明細書 米国特許第４１９７７０２号明細書

しかしながら、上述したような従来の二軸ガスタービンにあっては、高圧タービン１００と低圧タービン１０２の一連のガス流路に、ストラット１０８が高温ガスに加熱されるのを防ぐ複数個のストラットカバー１０７が介在されるため、これらが低圧タービン１０２のガス流路入口１０３に、一段動翼１１０に対して、そのガス流れに沿って多数配される一段静翼１０９と共に、ガス流路内で空気力学上の損失を与えるという問題点があった。

また、ストラットカバー１０７と一段静翼１０９がタンデムに配されることから、ガス流路長が増大し、延いては低圧タービン１０２のロータ軸方向の長さが増大してガスタービンの大型化を招いていたという欠点もあった。

そこで、本発明の目的は、ストラットカバーと低圧タービンの一段静翼との効果的な統合により、ガス流路の圧力損失を低減すると共に流路長を短縮して、タービン性能の向上とコンパクト化が図れる二軸ガスタービンを提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明に係る二軸ガスタービンは、高圧タービンにおける円環状のガス流路出口と低圧タービンにおける円環状のガス流路入口とを円環状の中間ダクトで連結すると共に、前記高圧タービンのロータを軸支する軸受が装着された軸受ケースを、同軸受ケースの外周面と前記中間ダクトを囲繞する車室壁の内周面との間に、同中間ダクトを貫通して、円周方向に複数本介設されるストラットにより支持するようにした二軸ガスタービンにおいて、前記中間ダクトの前記ストラットが貫通し得るストラットカバーに、前記低圧タービンにおける一段静翼の機能を持たせたことを特徴とする。

また、前記中間ダクトは、円周方向へ複数個に分割形成されてその各々に前記ストラットカバーを設けると共に、これらストラットカバーの内の任意の数のストラットカバーに前記ストラットを貫通させることを特徴とする。

また、前記中間ダクトは２０個に分割形成され、その内の１０個のストラットカバーに一個おきに前記ストラットを貫通させることを特徴とする。

また、前記ストラットカバーは、その前縁部における断面外形状が、ガス流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼形形状をなしていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、中間ダクトのストラットカバーに低圧タービン１３における一段静翼（ノズル翼）の機能を付加したので、低圧タービンのガス流路入口には、従来有った一段静翼（ノズル翼）を配する必要がなく、直に一段動翼を配することができる。これにより、高圧タービンから低圧タービンに至るガス流路の圧力損失を効果的に低減すると共に低圧タービンにおける流路長を短縮して、タービン性能の向上とコンパクト化が図れる。

以下、本発明に係る二軸ガスタービンを実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す二軸ガスタービンの要部断面図、図２Ａは中間ダクト部の断面図、図２Ｂは中間ダクト部の斜視断面図、図３Ａは中間ダクト部の分解断面図、図３Ｂは中間ダクト部の分解斜視断面図、図４Ａは中間ダクト部の作用状態を示す分解断面図、図４Ｂは中間ダクト部の作用状態を示す分解斜視断面図、図５は二軸ガスタービンの全体構成概略図、図６は図１のVI−VI線断面図である。

図５に示すように、二軸ガスタービンは、空気圧縮機１０と燃焼器１１とガスジェネレータとしての高圧タービン１２及びパワータービンとしての低圧タービン１３とを備えて構成される。

この二軸ガスタービンによれば、空気圧縮機１０で圧縮された圧縮空気が、燃焼器１１に供給され、別途供給されてくる燃料と混合して燃焼される。燃焼によって発生された燃焼ガスは、高圧タービン１２及び低圧タービン１３へと供給される。そして、高圧タービン１２で発生された高温・高圧の燃焼ガスで空気圧縮機１０が例えば５０００rpmで回転駆動される一方、低圧タービン１３では例えば３０００rpmで発電機１４が回転駆動されて燃焼ガスのエネルギーが回収される。

図１及び図２Ａ，図２Ｂに示すように、前記高圧タービン１２における円環状のガス流路出口１５と低圧タービン１３における円環状のガス流路入口１６とが円環状の中間ダクト１７で連結されると共に、前記高圧タービン１２のロータ１８を軸支する軸受１９が装着された軸受ケース２０が、同軸受ケース２０の外周面と前記中間ダクト１７を囲繞する中間車室壁２１の内周面との間に、同中間ダクト１７をストラットカバー２２を介して貫通して、円周方向でかつ放射状に複数本介設されるストラット２３により支持されるようになっている。

前記高圧タービン１２のガス流路には、二段に亙って、車室内壁２４Ａに支持された静翼２５とロータ１８に支持された動翼２６とが交互に配設されている。図中２４Ｂは高圧タービン１２の車室外壁で前記中間車室壁２１とボルト結合される。一方、前記低圧タービン１３のガス流路には、複数段に亙って、車室内壁２７Ａに支持された静翼２８とロータ（図示略）に支持された動翼２９とが交互に配設されている。図中２７Ｂは低圧タービン１３の車室外壁で前記中間車室壁２１とボルト結合される。

前記ストラット２３は、その両端部がスタッドボルト３０及びナット３１と複数本の締付ボルト（図示略）で、それぞれ軸受ケース２０と中間車室壁２１に固定される。

そして、本実施例では、前記中間ダクト１７の前記ストラット２３が貫通し得るストラットカバー２２が、前記低圧タービン１３における一段静翼の機能を有している。従って、低圧タービン１３におけるガス流路入口１６には、通常であれば、一段静翼が配されるのであるが、本実施例では、一段動翼２９が配されている。

具体的には、前記中間ダクト１７は、円周方向へ例えば２０個に分割形成されてその各々に前記ストラットカバー２２を一体的に形成すると共に、これらストラットカバー２２の内の例えば１０個のストラットカバー２２に前記ストラット２３を貫通させている。つまり、ストラットカバー２２の一つおきにストラット２３を貫通させているのである。

前記分割された中間ダクト１７の各セグメントは、その内周側が取付部材３２ａ，３２ｂを介して軸受ケース２０に支持され、外周側がサポート部材３３ａ，３３ｂを介して中間車室壁２１に支持される。図示例では、ガス流れ上流側のサポート部材３３ａは連結部材３４を介して間接的に中間車室壁２１に支持されている。

図６に示すように、前記ストラットカバー２２は、その前縁部における断面外形状が、ガス流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼形形状をなしている。つまり、前縁部でのガス流れを壁面に沿って滑らかに沿わせることで衝撃波の発生を回避し、低圧タービン１３の一段動翼２９に対し、ノズル翼としての機能をフルに発揮し得るようになっている。

尚、図３Ａ，図３Ｂは、図２Ａ，図２Ｂの状態から中間車室壁２１を分離した状態を示し、また、図４Ａ，図４Ｂは、図３Ａ，図３Ｂの状態からストラット２３を引き抜いた状態を示し、二軸ガスタービンの組付時やストラット２３及び／又は中間ダクト１７の各セグメントの交換時等の作業手順を知るためのものである。

このようにして、本実施例では、中間ダクト１７のストラットカバー２２に低圧タービン１３における一段静翼（ノズル翼）の機能を付加したので、低圧タービン１３のガス流路入口１６には、従来有った一段静翼（ノズル翼）を配する必要がなく、直に一段動翼２９を配することができる。

これにより、高圧タービン１２から低圧タービン１３に至るガス流路の圧力損失を効果的に低減すると共に低圧タービン１３における流路長を短縮して、タービン性能の向上とコンパクト化が図れる。

また、本実施例では、中間ダクト１７を円周方向へ複数個に分割形成し、その各々にストラットカバー２２を一体的に形成すると共に、これらストラットカバー２２の内の任意の数のストラットカバー２２にストラット２３を貫通させているので、ストラット２３の設置数を適宜変更することができると共に、ストラット２３や分割形成された中間ダクト１７の各セグメントの交換作業等も容易に行える。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、中間ダクト１７の分割数やストラット２３の本数変更やストラットカバー２２の断面外形状変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施例を示す二軸ガスタービンの要部断面図である。 中間ダクト部の断面図である。 中間ダクト部の斜視断面図である。 中間ダクト部の分解断面図である。 中間ダクト部の分解斜視断面図である。 中間ダクト部の作用状態を示す分解断面図である。 中間ダクト部の作用状態を示す分解斜視断面図である。 二軸ガスタービンの全体構成概略図である。 図１のVI−VI線断面図である。 従来の二軸ガスタービンの要部断面図である。

符号の説明

１０ 空気圧縮機、１１ 燃焼器、１２ 高圧タービン、１３ 低圧タービン、１４ 発電機、１５ ガス流路出口、１６ ガス流路入口、１７ 中間ダクト、１８ ロータ、１９ 軸受、２０ 軸受ケース、２１ 中間車室壁、２２ ストラットカバー、２３ ストラット、２４Ａ 高圧タービンの車室内壁、２４Ｂ 高圧タービンの車室外壁、２５ 静翼、２６ 動翼、２７Ａ 低圧タービンの車室内壁、２７Ｂ 低圧タービンの車室外壁、２８ 静翼、２９ 動翼、３０ スタッドボルト、３１ ナット、３２ａ，３２ｂ 取付部材、３３ａ，３３ｂ サポート部材、３４ 連結部材。

Claims (4)

1. 高圧タービンにおける円環状のガス流路出口と低圧タービンにおける円環状のガス流路入口とを円環状の中間ダクトで連結すると共に、
   前記高圧タービンのロータを軸支する軸受が装着された軸受ケースを、同軸受ケースの外周面と前記中間ダクトを囲繞する車室壁の内周面との間に、同中間ダクトを貫通して、円周方向に複数本介設されるストラットにより支持するようにした二軸ガスタービンにおいて、
   前記中間ダクトの前記ストラットが貫通し得るストラットカバーに、前記低圧タービンにおける一段静翼の機能を持たせたことを特徴とする二軸ガスタービン。
2. 前記中間ダクトは、円周方向へ複数個に分割形成されてその各々に前記ストラットカバーを設けると共に、これらストラットカバーの内の任意の数のストラットカバーに前記ストラットを貫通させることを特徴とする請求項１に記載の二軸ガスタービン。
3. 前記中間ダクトは２０個に分割形成され、その内の１０個のストラットカバーに一個おきに前記ストラットを貫通させることを特徴とする請求項２に記載の二軸ガスタービン。
4. 前記ストラットカバーは、その前縁部における断面外形状が、ガス流れ方向に沿って肉厚が徐々に増大する翼形形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の二軸ガスタービン。

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