JP2003120214A - ガスタービン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電機のロータを支持する空気軸受を効果的
に冷却できる安価なガスタービン装置を提供する。 【解決手段】 このガスタービン装置は、ガスタービン
エンジン１と、発電機３と、前後一対のジャーナル空気
軸受５９Ａ，５９Ｂとを備える。ガスタービンエンジン
１は、圧縮機４，燃焼器６およびタービン５を備える。
発電機３は、前記ガスタービンエンジン１と回転軸５３
を共用し前記圧縮機４に隣接して設けられ、ガスタービ
ンエンジン１により駆動される。前記一対のジャーナル
空気軸受５９Ａ，５９Ｂは、発電機３の回転軸５３の軸
方向に離間して設けられ、発電機３の回転軸５３を支持
する。前記圧縮機４に近い方の後側ジャーナル空気軸受
５９Ｂの後端は、圧縮機４の吸入空気が流れる吸気通路
２３に連通しており、前記吸入空気によって後側ジャー
ナル空気軸受５９Ｂ内の空気が吸引される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンエン
ジンによって発電機を駆動するガスタービン装置におい
て、その軸受の冷却構造を改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】本件出願人は先に、コンパクトな発電用
ガスタービン装置として、圧縮機、燃焼器およびタービ
ンを備えたガスタービンエンジンの後端に熱交換器を、
前端に直結型発電機をインライン状に接続してパワーユ
ニットとしたものを提案した（特願２０００−３４３１
２３号）。このガスタービン装置では、ガスタービンエ
ンジンのタービンロータ、および圧縮機インペラが、磁
石を有する発電機のロータに接続されて、このロータを
共通の回転軸としており、ロータは前後２つのジャーナ
ル空気軸受と一つのスラスト空気軸受とで回転自在に支
持されている。

【０００３】また、ガスタービンエンジンの圧縮機イン
ペラが吸い込む吸入空気は、発電機の前端部から導入さ
れ、発電機の固定電機子の外周を通って圧縮機インペラ
の入口に至るように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記構成の
ガスタービン装置では、ガスタービンエンジンからの熱
が発電機のロータや空気軸受に伝わる。このため、前後
２個のジャーナル空気軸受のうち、タービンに近い後側
のジャーナル空気軸受は前記伝導熱の影響を受けて温度
上昇し易い。

【０００５】このため、ジャーナル空気軸受の材質選定
に当たっては、高温環境の下でも高い強度を維持する特
殊で高価な耐熱材を使用し、さらに、高い耐摩耗性が要
求される部分に施される低摩擦材のコーティングを、二
硫化モリブデンをベースとした焼付塗膜とすることによ
り、耐熱性の強化を図る必要があり、コスト低下が十分
でなかった。

【０００６】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
ので、発電機のロータを支持する空気軸受を効果的に冷
却でき、コスト低下も実現できるガスタービン装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るガスタービン装置は、圧縮機，燃焼器
およびタービンを備えたガスタービンエンジンと、この
ガスタービンエンジンと回転軸を共用し前記圧縮機に隣
接して設けられてガスタービンエンジンにより駆動され
る発電機と、この発電機の回転軸を支持する軸方向に離
間した前後一対のジャーナル空気軸受とを備え、前記圧
縮機に近い方の後側ジャーナル空気軸受の後端が前記圧
縮機の吸入空気が流れる吸気通路に連通して前記吸入空
気によって後側ジャーナル空気軸受内の空気が吸引され
るものとしている。

【０００８】前記ガスタービン装置によれば、圧縮機の
吸入空気によるエジェクタ効果で後側ジャーナル空気軸
受内を流れる冷却空気の流量を十分確保することがで
き、ガスタービンエンジンからの熱伝導の影響を受けや
すい後側ジャーナル空気軸受を十分冷却することができ
る。その結果、ジャーナル空気軸受の材質選定にあたっ
て、ＳＵＳ３０４等の通常の耐熱鋼を使用でき、また、
高い耐摩耗性が要求される部分に施す低摩擦材コーティ
ングには、テフロン（登録商標）ベースの焼付塗膜を適
用することができるので、優れた耐久性を維持しなが
ら、コスト低減を図ることができる。

【０００９】本発明の好ましい実施形態では、前記後側
ジャーナル空気軸受の外輪の後端面が前記吸気通路の内
壁面に沿った形状を有している。

【００１０】このように構成した場合には、前記後端面
近傍の吸入空気が乱れの少ない滑らかなものとなるの
で、吸入空気により後側ジャーナル空気軸受内の空気が
吸気通路側に吸引されるエジェクタ効率を高めることが
できる。

【００１１】本発明の好ましい実施形態では、前記発電
機の回転軸が磁石を有し、前記発電機の回転軸と固定電
機子との間に、前記一対のジャーナル空気軸受間を連通
する空気通路が形成され、前記発電機の外部から内部に
導入された空気を前記空気通路に供給する第１の供給路
が設けられている。

【００１２】このように構成した場合には、第１の供給
路から空気通路に空気が供給されるから、ロータの回転
に伴う前記空気通路の空気層の連れ回りにより生じる空
気通路での通気抵抗に打ち勝って、空気通路に十分な流
量の空気を流すことができ、それだけロータの冷却効率
を上げることができる。

【００１３】本発明の好ましい実施形態では、前記発電
機の回転軸の前端部を軸方向に支持するスラスト空気軸
受と、前記内部に導入された空気を前側ジャーナル空気
軸受の前端とスラスト空気軸受の径方向内端とに供給す
る第２の供給路とを備えている。

【００１４】このように構成した場合には、前側ジャー
ナル空気軸受およびスラスト空気軸受にも十分な冷却空
気を供給でき、これらの空気軸受の冷却効率を上げるこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の
一実施形態であるガスタービン装置の断面図を示す。こ
のガスタービン装置は、ガスタービンエンジン１と、こ
のガスタービンエンジン１、発電機３および電力変換器
１３等を収納したエンクロージャ２とを備えている。

【００１６】ガスタービンエンジン１は、図２に縦断面
図で示すように、遠心式圧縮機４と、タービン５と、こ
のタービン５の径方向外方に位置する環状の燃焼器６
と、後方の熱交換器７と、排気ユニット８（図１）とを
備えている。熱交換器７は、前記圧縮機４からの圧縮空
気Ａと前記タービン５からの排ガスＥとの間で熱交換を
行う。前記ガスタービンエンジン１の前部の圧縮機４の
前面には、ガスタービンエンジン１によって駆動される
被駆動機の一種である発電機３が接続されている。ガス
タービンエンジン１および発電機３によりパワーユニッ
ト１０が構成されている。

【００１７】図２において、圧縮機４のインペラ２１の
背面にはタービンロータ２２が接合されている。圧縮機
４は、発電機３から分離した空気取入口２３より取り入
れられる空気ＩＡを圧縮して、その圧縮空気Ａをガスタ
ービンエンジン１の後部の排ガス出口側に連結された熱
交換器７を経て燃焼器６に供給するものであり、タービ
ン５によって駆動される。この圧縮機４は、インペラ２
１と、このインペラ２１を覆う位置に形成されたシュラ
ウド２４とを備えている。圧縮機４の出口側である径方
向外側には、圧縮空気Ａの静圧を高めるためのディフュ
ーザ２５が配置されている。タービン５は、タービンロ
ータ２２と、このタービンロータ２２の入口側部材であ
るタービンノズル２６とを備えている。

【００１８】燃焼器６は、ガスまたは液体の燃料Ｆを燃
焼器６内の燃焼室２７に噴射する燃料ノズル２８を有
し、その燃料Ｆが、熱交換器７を経て燃焼室２７内に送
給されてくる圧縮空気Ａと混合されて燃焼する。その高
温高圧の燃焼ガスＧは前記タービンノズル２６からター
ビン５に送られ、燃焼ガスＧのエネルギによりタービン
５が駆動される。前記燃焼器６は環状のものであり、タ
ービン５の回転軸心Ｃ１と同心に配置されている。

【００１９】熱交換器７は、ガスタービンエンジン１の
タービン５を出た高温の排ガスＥと、ガスタービンエン
ジン１の圧縮機４を出た低温の圧縮空気Ａとの間で熱交
換を行うものであり、前記圧縮機４、燃焼器６およびタ
ービン５を収容した横断面円形のメインハウジング２９
の後端部に、熱交換器ハウジング３０がボルトＢ２で連
結されており、この熱交換器ハウジング３０の内方に、
横断面形状が円形の熱交換用コア３０Ｃが収納されてい
る。このコア３０Ｃは、圧縮空気Ａが流れる第１通路３
６と、高温の排ガスＥが流れる第２通路３７とを仕切る
複数の平坦な伝熱プレート３８を所定の間隔で平行に配
置して構成される。前記コア３０Ｃの後部の側面には、
圧縮空気Ａを前記第１通路３６に流入させる流入口３９
が設けられている。また、コア３０Ｃの前部の側面に
は、前記第１通路３６を通った圧縮空気Ａの流出口４０
が設けられている。

【００２０】コア３０Ｃと熱交換器ハウジング３０との
間には、圧縮空気Ａをコア３０Ｃの前方からコア３０Ｃ
の側方を通って、つまり側面の外側を通って前記流入口
３９に導入する導入路４１が形成されている。熱交換器
７の前方のメインハウジング２９と環状の燃焼器６との
間には、圧縮機４を出た圧縮空気Ａを前記導入路４１に
導く圧縮空気通路４２が形成されている。この圧縮空気
通路４２は、メインハウジング２９と同心に配置される
円筒部材４３との間にできる空間によって構成される。
メインハウジング２９の前端部には、圧縮機４を構成す
るシュラウド２４の後端部がボルトＢ１により締結固定
されている。

【００２１】さらに、熱交換器７の前面には、前記圧縮
空気通路４２の内周側に、熱交換器７の流出口４０から
の圧縮空気Ａをガスタービンエンジン１の燃焼器６に導
く燃焼器向け導出路４４が形成されている。この導出路
４４は、前記円筒部材４３と、前記コア３０Ｃの前端か
ら前方に延び、前記円筒部材４３の内側に円筒部材４３
と同心に配置されるラッパ状部材４５との間の空間によ
って構成される。ラッパ状部材４５の前端は、タービン
ノズル２６のシュラウド２６ａ後端まで延ばされてい
る。ラッパ状部材４５で囲まれる空間により、タービン
５を出た排ガスＥをコア３０Ｃの第２通路３７に流入さ
せる排ガス流入路５１が形成されている。熱交換器７の
後面には、第２通路３７を通った排ガスＥを排気ユニッ
ト８へ排出する排気口５２が形成されている。

【００２２】発電機３は、図３に示すように、ガスター
ビンエンジン１の回転部（図２のインペラ２１およびタ
ービンロータ２２）に接続された回転軸であるロータ５
３と、その周囲に配置された固定電機子（発電機ステー
タ）５４とを有する。つまり、発電機３はガスタービン
エンジン１と回転軸を共用している。ロータ５３と同心
に配置された発電機ケース５５は、横断面円形のケース
本体５５Ａの前部開口を前部カバー５５Ｂで覆ったもの
で、ケース本体５５Ａの内周に前記固定電機子５４が支
持されている。前部カバー５５Ｂは、カバー本体５５Ｂ
１とカバー本体５５Ｂ１の前面を覆うカバー部５５Ｂ２
とからなり、カバー本体５５Ｂ１がケース本体５５Ａに
ボルトＢ３で連結されている。ロータ５３は、円筒状の
パイプ５６の内側に磁石５７を挿入して構成され、その
後端部に前記ガスタービンエンジン１の回転部２１，２
２が固定されている。発電機３のロータ５３と固定電機
子５４との間には、冷却空気が導入される円環状の空気
通路５８が形成されている。

【００２３】このように構成されたロータ５３は、その
軸方向に離間した前後一対のジャーナル空気軸受５９
Ａ，５９Ｂを介して前記発電機ケース５５に回転自在に
支持されている。固定電機子５４は、発電機ケース５５
の内周側にこのケース５５と同心に配置して固定された
リング状のコア６０と、このコア６０から内径側に突出
する歯部（ティース）に巻回したコイル６１とで構成さ
れる。固定電機子５４の内部でコア６０の外径側部分に
は、軸方向に沿って前後に貫通する冷却空気導入用の複
数の冷却通路６６が形成されている。発電機ケース５５
の後端部、つまりケース本体５５Ａの後端部は、内径側
に延びて前記圧縮機４の空気取入口２３と発電機３とを
仕切る後側壁面部（後壁）６７とされている。また、発
電機ケース５５の前部を形成する前部カバー５５Ｂにも
内径側に延びる前側壁面部（前壁）６８が形成され、こ
れら両壁面部６７，６８で、前記一対のジャーナル空気
軸受５９Ａ，５９Ｂが支持されている。

【００２４】これらのジャーナル空気軸受５９Ａ，５９
Ｂは、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、外輪７０を有
し、この外輪７０と回転軸（ここではロータ５３）との
間の隙間に、横断面波形のバンプフォイル素子７１と、
平坦な板材からなるトップフォイル素子７２とを配置し
て構成され、外輪７０が前記壁面部６７，６８の内径部
に固定される。

【００２５】また、図２のロータ５３の前端は、スラス
ト空気軸受６９Ａ，６９Ｂを介して発電機ケース５５の
前部カバー５５Ｂに軸方向に支持されている。スラスト
空気軸受６９Ａ，６９Ｂは、図５に示すように、一様厚
さ、つまり場所的に均一な厚さの回転ディスク７３を有
し、この回転ディスク７３の主面の外周部とこれに対向
する平坦面を有する静止部７４との間に、バンプフォイ
ル素子７５および平坦な板材からなるトップフォイル素
子７６を配置して構成される。ここでは、回転ディスク
７３が図３の回転軸であるロータ５３の前端面に固定さ
れ、この回転ディスク７３とこれに対向する前側壁面部
６８の内径部前端面との間に、図５のバンプフォイル素
子７５およびトップフォイル素子７６を配置して、図３
の第１のスラスト空気軸受６９Ａが構成されている。

【００２６】また、前記回転ディスク７３の前面側にこ
れに対向して配置されるパッドディスク８１と回転ディ
スク７３との間に、図５のバンプフォイル素子７５およ
びトップフォイル素子７６を配置して、図３の第２のス
ラスト空気軸受６９Ｂが構成されている。この場合、前
側壁面部６８の内径部前端面は第１のスラスト空気軸受
６９Ａの静止部７４となり、パッドディスク８１は第２
のスラスト空気軸受６９Ｂの静止部７４となる。

【００２７】前記回転ディスク７３には、前記ロータ５
３の前端面に対して、回転ディスク７３の軸心、つまり
ガスタービンエンジン１の回転軸心Ｃ１から離れた複数
の位置に取付孔８２が形成され、この取付孔８２に挿通
したノックピンを兼ねる取付部材であるリーマボルト８
３を、ロータ５３の前端面に設けられたねじ孔に螺着す
ることにより、回転ディスク７３がロータ５３の前端面
に取り付けられている。この回転ディスク７３における
ロータ５３の前端面に接触する側の主面には、ロータ５
３の径方向外方の位置で、ロータ５３の前端面との摩擦
抗力による回転ディスク７３の変形を抑制する環状溝８
４が形成されている。

【００２８】前記パッドディスク８１と前側壁面部６８
との間にはスペーサ８５が介装され、パッドディスク８
１およびスペーサ８５を貫通するスタッドボルト８６に
より、パッドディスク８１が発電機ケース５５に締付固
定されている。これにより、ロータ５３およびこれに接
続されたインペラ２１（図２）、タービンロータ２２
（図２）に軸方向の所定の予圧が与えられる。スタッド
ボルト８６は、パッドディスク８１の周方向に等間隔の
位置で３本設けられている。前記スペーサ８５の介在
で、前側壁面部６８の前面とパッドディスク８１の後面
との間隔が調整される。

【００２９】発電機ケース５５のカバー部５５Ｂ２の前
端中央部には、外部からの冷却空気ＩＡを発電機３の前
部に導入する導入口８７が設けられている。また、前側
壁面部６８の外径部には、前記導入口８７から導入され
た冷却空気ＩＡを発電機３の前部に導入する通気孔８８
が、周方向に沿って複数個形成されている。また、前側
壁面部６８の内径部の後面側は後方に向け絞られたテー
パ面６８ａとされており、このテーパ面６８ａとコイル
６１の前端部との間の隙間により、前記通気孔８８から
固定電気子５４の前部に導入された冷却空気ＩＡの一部
を前記固定電機子５４とロータ５３との間の空気通路５
８に供給する、後方に向かって内径側へ傾斜した第１の
供給路８９が形成されている。

【００３０】さらに、前側壁面部６８の内径部には、前
記通気孔８８から固定電気子５４の前部に導入された冷
却空気ＩＡの一部を、前側ジャーナル空気軸受５９Ａの
前端と、第１のスラスト空気軸受６９Ａの径方向内端と
に供給する第２の供給路９０が、周方向に等間隔で複数
形成されている。さらに、パッドディスク８１の中央部
には、前記導入口８７から導入された冷却空気ＩＡの一
部を、パッドディスク８１と回転ディスク７３とで挟ま
れる第２のスラスト空気軸受６９Ｂの径方向内端に供給
する導入口９６が設けられている。また、発電機ケース
５５の後端外周部には、前記冷却通路６６および空気通
路５８を通過したのちの空気ＩＡを発電機３の外方へ導
出する導出口９７が設けられている。

【００３１】後側壁面部６７の内径部に支持されるジャ
ーナル空気軸受６９Ｂの後端は、前記圧縮機４の吸気が
流れる空気取入口２３の絞られた部分に連通させてあ
り、前記空気取入口２３を流れる吸気によるエジェクタ
効果によって、後側ジャーナル空気軸受６９Ｂ内の空気
が空気取入口２３側に吸引される。また、この後側ジャ
ーナル空気軸受６９Ｂは、図６に示すように、その外輪
７０の後端面７０ａが、前記空気取入口２３の内壁面２
３ａに沿った滑らかな形状を有している。

【００３２】図１に示す排気ユニット８は、縦向き姿勢
とされた上部が出口となったサイレンサ１２８と、図２
の熱交換器７の排気口５２を出た排ガスＥを前記サイレ
ンサ１２８の下部に導く排気通路１３０と、前記排気口
５２を出た排ガスＥを前記サイレンサ１２８の中胴部か
ら下部へと導くバイパス通路１３１とを備える。前記排
気口５２の下流で、排気通路１３０とバイパス通路１３
１が分岐する部分には、バタフライ弁１３２が設けら
れ、このバタフライ弁１３２により排ガスＥを排気通路
１３０とバイパス通路１３１とに切り替えて供給するよ
うにされている。排気通路１３０の途中にはボイラの熱
交換器１２５が介挿され、給水器（図示せず）から供給
される給水が前記熱交換器１２５により排ガスＥと熱交
換されて、温水が生成される。熱交換器１２５はガスタ
ービンエンジン１の左右方向中央部に位置し、サイレン
サ１２８は右側（図１の手前側）に位置している。

【００３３】前記エンクロージャ２内は、隔壁９によっ
て前記圧縮機４の空気取入口２３および発電機３を収納
した前部の第１室１１と、少なくとも前記燃焼器６、タ
ービン５、熱交換器７および排気ユニット８を収納した
後部の第２室１２とに区画されている。これにより、圧
縮機４の前記空気取入口２３は、第２室１２よりも低温
の第１室１１内の空気を吸入することになり、ガスター
ビンエンジン１１の効率および出力が向上する。

【００３４】また、第１室１１は、前記圧縮機４の空気
取入口２３と発電機３とを収納した上側室１９と、この
上側室１９の下方に配置されてエンクロージャ２の外部
から空気を導入する空気導入口９８を備えた下側室２０
とを有している。前記上側室１９と下側室２０の間は、
区画板９Ａによって区画され、かつ絞り通路９９によっ
て連通している。この絞り通路９９はエンクロージャ２
の幅方向に長い通路とされており、その通路長（上下
長）は、ガスタービンエンジン１からの高周波騒音（吸
気音）の波長にほぼ等しいか、またはこれを越える大き
さに設定されている。これによって、上側室１９から下
側室２０に漏れ出す高周波騒音が低減される。上側室１
９の内壁面は吸音材９１によって被覆されている。上側
室１９には、表示盤、電子制御器、ブレーカ、エキサイ
タ（図示せず）等、発熱量の少ない機器が設置されてい
る。

【００３５】前記下側室２０には、前記空気導入口９８
に対向するダストフィルタ１００が配置されて、前記空
気導入口９８とダストフィルタ１００を両端とする気液
分離室１０１と、前記ダストフィルタ１００を通過した
空気が導入される浄化空気室１０２とが形成されてい
る。気液分離室１０１の下部には、床に溜まった雨水等
を排水するドレン９２が設けられている。

【００３６】また、前記浄化空気室１０２には、浄化空
気室１０２内の空気を吸入して前記ガスタービンエンジ
ン１および発電機３を含む冷却対象部に冷却空気を供給
する送風機１０３が配置されている。この浄化空気室１
０２のダストフィルタ１００を除く内壁面も吸音材９３
で被覆されている。

【００３７】前記第２室１２には、前記発電機３の出力
を周波数変換する電力変換器１３、バッテリ１０４、燃
料圧縮機等、発熱量の多い機器が設置されている。電力
変換器１３は、発電機３から出力される高周波（エンジ
ン回転数と同一の周波数）の電力を商用の低い周波数の
電力に変換するためのＡＣ／ＡＣコンバータを有する。
バッテリ１０４は、パワーユニット１０の起動用や停電
対策用、単独運転時のスタータ電源用、急ブレーキ時の
電気負荷急増による急速充電用等として使用される。

【００３８】前記エンクロージャ２は、本体１０５と、
この本体１０５に前方（図１の左方）へ引出し可能に収
容された引出し台１０７に設けた前カバー１０６とを有
する。この前カバー１０６に前記隔壁９が設けられ、こ
の隔壁９と前記前カバー１０６とにより前記第１室１１
が形成されている。エンクロージャ本体１０５内の後部
床面側には、バッテリ１０４を収納したバッテリ室１１
１が、第２室１２内の他部と区画して設けられている。

【００３９】引出し台１０７は、その後端部に設けられ
たキャスタ１１２で後端部がエンクロージャ本体１０５
の床面の案内レール１１３上に支持されると共に、エン
クロージャ本体１０５の床面前部に設けられたキャスタ
１１４で引出し台１０７の前端部が支持されており、こ
れにより引出し台１０７が前後に移動自在とされてい
る。前記パワーユニット１０は、据付フレーム１１５を
介して前記引出し台１０７の上に支持され、電力変換器
１３や燃料圧縮機１０９は直接、引出し台１０７の上に
支持されている。

【００４０】据付フレーム１１５の前面には、前記パワ
ーユニット１０を含む複数の冷却対象部に冷却空気を供
給する前記送風機１０３が取り付けられている。すなわ
ち、送風機１０３はエンクロージャ２内の前部である第
１室１１における下側室２０に配置されている。据付フ
レーム１１５の下面には、前記送風機１０３からの冷却
空気を導入して複数の冷却対象部へ分岐させる空気溜め
１１６が取り付けられている。すなわち、この空気溜め
１１６は、電力変換器１３内と、バッテリ室１１１内
と、発電機３の導入口８７と、燃料圧縮機１０９のサー
ボモータとに連通させてある。冷却空気は、空気溜め１
１６から電力変換器１３の入口開口１３ａを経て電力変
換器１３内に入り、この内部を冷却した後の空気は、電
力変換器１３の上部および後部の出口開口１３ｂ，１３
ｃより第２室１２に排出され、第２室１２の換気用とし
て使用される。

【００４１】空気溜め１１６とバッテリ室１１１との間
は、渦巻き状に巻かれた可撓性ホース１１７によって連
通させてあり、これにより引出し台１０７の引出しに可
撓性ホース１が追従できるようにされている。バッテリ
室１１１の一面を兼ねるエンクロージャ本体１０５の背
面壁には、ルーバ付きの排気口１１８が設けられ、前記
空気溜め１１６から可撓性ホース１１７を経てバッテリ
室１１１に導入された換気用の空気が前記排気口１１８
から機外に排出される。

【００４２】また、空気溜め１１６と発電機３の導入口
８７との間は、前記絞り通路９９を通る可撓性ホース１
１９によって接続されている。可撓性ホース１１９の途
中には２次フィルタ１２０が介挿されている。この２次
フィルタ１２０は、磁性体が発電機３に入らないよう
に、磁性体粉を除去する機能を有する。空気溜め１１６
からの空気により燃料圧縮機１０９のサーボモータも冷
却され、冷却後の空気は第２室１２の換気用として使用
される。

【００４３】また、第１室１１の上側室１９に収納され
ている発電機３の導出口９７と、前記隔壁９に設けられ
第２室１２と上側室１９を連通させるパイプ１１９と
が、可撓性ホース１２７で連通されており、これにより
発電機３の導出口９７を出た空気ＩＡが第２室１２に換
気用として供給される。

【００４４】引出し台１０７がエンクロージャ本体１０
５内に収納された状態で、前記排気ユニット８における
サイレンサ１２８の出口である上端部は、エンクロージ
ャ本体１０５の天井壁に設けられた排気筒１２９内に挿
入される。また、前記排気筒１２９はエンクロージャ本
体１０５の天井壁にボルトで着脱自在に取り付けられて
おり、引出し台１０７をエンクロージャ本体１０５内か
ら引き出すときには、前記排気筒１２９のボルトを外し
て、排気筒１２９をエンクロージャ本体１０５の天井壁
から上方に引き抜くことにより、サイレンサ１２８に対
する排気筒１２９の係合を解除することができる。

【００４５】次に、前記ガスタービン装置における吸排
気経路について説明する。図１において、エンクロージ
ャ２の前部の空間である第１室１１のうち、下側室２０
の空気導入口９８から機外の空気が、先ず気液分離室１
０１に導入され、さらにダストフィルタ１００を通過し
て浄化空気室１０２に導入される。気液分離室１０１の
床面に溜まった雨水等はドレン９２により機外へ排出さ
れる。ダストフィルタ１００を通過して浄化された空気
の一部は、浄化空気室１０２の送風機１０３に吸引され
て、引出し台１０７の下の空気溜め１１６に送られる。
また、浄化空気室１０２に導入された空気の一部は、絞
り通路９９を経て上側室１９に導入される。上側室１９
に導入された空気は、圧縮機４の空気取入口２３から吸
入空気ＩＡとして導入されてガスタービンエンジン１に
使用される。

【００４６】空気溜め１１６に送られた空気は、さらに
ガスタービンエンジン１を含む冷却対象部に供給され
る。すなわち、空気溜め１１６の空気の一部は、可撓性
ホース１１９および２次フィルタ１２０を経て発電機３
の導入口８７に供給され、これにより発電機３が冷却さ
れる。空冷に使用されて発電機３の導出口９７から排出
される空気は、さらに可撓性ホース１２７を経て第２室
１２に換気用として供給される。空気溜め１１６の空気
の他の一部は、前述のとおり、電力変換器１３、燃料圧
縮機１０９のサーボモータ、およびバッテリ室１１１に
供給される。電力変換器１３およびサーボモータを冷却
した後の空気は第２室１２に排出されて、第２室１２の
換気用として使用され、バッテリ室１１１を換気したの
ちの空気は、エンクロージャ本体１０５の背面壁の排気
口１１８から機外に排出される。

【００４７】ガスタービンエンジン１の排ガスＥは、熱
交換器７で圧縮機４からの圧縮空気Ａ（図２）との熱交
換に使用された後に、排気ユニット８に排出される。排
気ユニット８に組み込んだボイラの熱交換器１２５を使
用する場合、バタフライ弁１３２は排気通路１３０を開
放する破線で示した上向きの切替位置に設定され、熱交
換器１２５を通過した排ガスＥは排気通路１３０を経
て、右側（図１の手前側）のサイレンサ１２８の下側に
供給され、サイレンサ１２８の上端部から排気筒１２９
を経て機外に排出される。このとき、排気通路１３０の
途中のボイラ熱交換器１２５では、排ガスＥと給水との
間で熱交換が行われ、ボイラ熱交換器１２５から温水が
取り出される。また、ボイラ熱交換器１２５を使用しな
い場合、バタフライ弁１３２はバイパス通路１３１を開
放する二点鎖線で示した下向きの切替位置に設定され、
熱交換器７を出た排ガスＥは上方のバイパス通路１３１
を経てサイレンサ１２８内の二重管の外側通路に入り、
ここからサイレンサ１２８の下側に供給され、サイレン
サ１２８内の二重管の内側通路を通って消音されたの
ち、サイレンサ１２８の上端部から排気筒１２９を経て
機外に排出される。

【００４８】発電機３では、送風機１０３から可撓性ホ
ース１１９を経て発電機ケース５５（図２）の前端中央
の導入口８７に導入された冷却空気ＣＡの一部が、図３
に示す前側壁面部６８の通気孔８８を通って発電機３内
の前部に導入される。前記通気孔８８から発電機３内の
前部に導入された冷却空気ＣＡの一部は、固定電機子５
４内の冷却通路６６に導入され、これにより固定電機子
５４の冷却が行われる。また、発電機３内の前部に導入
された冷却空気ＣＡの他の一部は、前側壁面部６８の内
径部テーパ面６８ａとコイル６１の前端部との間に形成
された第１の供給路８９を経て、ロータ５３と固定電機
子５４との間の空気通路５８に導入される。これによ
り、ロータ５３のパイプ５６および磁石５７が冷却され
る。

【００４９】また、発電機３内の前部に導入された冷却
空気ＣＡのさらに他の一部は、前側壁面部６８の内径部
に形成される第２の供給路９０を経て前側ジャーナル空
気軸受５９Ａの前端と、第１のスラスト空気軸受６９Ａ
の内径端とに導入され、前側ジャーナル空気軸受５９Ａ
内を後方に向けて通過すると共に、第１のスラスト空気
軸受６９Ａ内を外径側に向けて通過する。これにより、
前側ジャーナル空気軸受５９Ａおよび第１のスラスト空
気軸受６９Ａの軸受機能の維持と冷却が行われる。前側
ジャーナル空気軸受５９Ａを通過した空気は、前記空気
通路５８に導入されてロータ５３の冷却に使用され、ロ
ータ５３内の磁石の温度が上昇して磁石の特性が劣化す
るのを防止する。第１のスラスト空気軸受５９Ａを冷却
した冷却空気ＣＡは、前側壁面部６８の通気孔８８を通
って再度発電機３内の前部に導入される。

【００５０】また、発電機ケース５５の前端中央の導入
口８７に導入された冷却空気ＣＡの他の一部は、パッド
ディスク８１の中央の導入口９６を経て第２のスラスト
空気軸受６９Ｂの内径端に導入され、スラスト空気軸受
６９Ｂ内を外径側に向けて通過する。これにより、第２
のスラスト空気軸受６９Ｂの軸受機能の維持と冷却が行
われる。第２のスラスト空気軸受６９Ｂを冷却した空気
は、やはり、前側壁面部６８の通気孔８８を通って発電
機３内の前部に導入される。

【００５１】ロータ５３と固定電機子５４との間の空気
通路５８を通過した冷却空気ＣＡの一部は、固定電機子
５４の冷却通路６６を通過した冷却空気ＣＡと共に、発
電機３の後端外周部の導出口９７から発電機３の径方向
外方の斜め前方に導出される。その導出された冷却空気
ＣＡは、前記導出口９７に接続された図１の可撓性ホー
ス１２７を経てエンクロージャ２の後部の第２室１２に
換気用として供給される。

【００５２】図３のロータ５３と固定電機子５４との間
の空気通路５８を通過した冷却空気ＣＡの他の一部は、
後側ジャーナル空気軸受５９Ｂの前端に導入され、その
ジャーナル空気軸受５９Ｂ内を後方に向けて通過する。
これにより、後側ジャーナル空気軸受５９Ｂの軸受機能
の維持と冷却が行われる。ガスタービンエンジン１の運
転時には、圧縮機４の空気取入口２３に導入される吸入
空気ＩＡのエジェクタ効果により、前記ジャーナル空気
軸受５９Ｂ内を通過した空気が前記空気取入口２３側に
吸入され４４で、ジャーナル空気軸受５９Ｂ内を通過す
る空気量が増大し、ジャーナル空気軸受５９Ｂの冷却効
果が向上する。

【００５３】また、このガスタービン装置では、図２の
ガスターンビンエンジン１が運転停止したときも、送風
機１０３（図１）から冷却空気ＣＡを供給することによ
って上記したように発電機３の冷却が行われる。特に、
冷却空気ＣＡでロータ５３の磁石５７を冷却できるの
で、ガスタービンエンジン１からの熱伝導によりロータ
５３の磁石５７の温度が上昇するのを防止することがで
き、従来のように発電機をモータとしてガスタービンエ
ンジンを空転させる必要もなく、モータの消費電力を省
くことができる。

【００５４】また、発電機３の固定電機子５４の内部に
は、冷却空気ＣＡを導入する冷却通路６６が形成されて
いるので、この冷却通路６６を流れる冷却空気ＣＡによ
り固定電機子５４を冷却することもできる。

【００５５】ガスタービンエンジン１の圧縮機４の前方
に発電機３が接続されているから、発電機３の前側は、
後側よりもガスタービンエンジン１から離れているの
で、後側よりも低温であるが、この発電機３の前部に冷
却空気ＣＡを導入する導入口８７が設けられているの
で、冷却空気ＣＡが発電機３の低温の前側から高温の後
ろ側へ流れることになり、冷却効率が向上する。

【００５６】さらに、図１に示す送風機１０３はガスタ
ービンエンジン１の下方に配置され、送風機１０３と発
電機３とが冷却空気ＣＡを通す可撓性ホース１１９によ
って接続されているので、送風機１０３がガスタービン
エンジン１の熱を受け難く、熱による送風機１０３の機
能低下や送風機１０３からの冷却空気ＣＡが高温化する
のを回避できる。

【００５７】また、図２に示す発電機３の外周部に、前
記空気通路５８および冷却通路６６を通過したのちの冷
却空気ＣＡを発電機３の外方へ導出する導出口９７が設
けられているので、冷却に使用された空気が発電機３の
外方へ円滑に排気されることになり、発電機３の冷却効
果が向上する。

【００５８】このガスタービン装置では、発電機３のロ
ータ５３が軸方向に離間した前後一対のジャーナル空気
軸受５９Ａ，５９Ｂで回転自在に支持されており、圧縮
機４に近い方の後側ジャーナル空気軸受５９Ｂの後端
が、圧縮機４の吸入空気ＩＡの流れる空気取入口２３に
連通しており、圧縮機４の吸入空気ＩＡで後側ジャーナ
ル空気軸受５９Ｂ内の空気が空気取入口２３側に吸引さ
れる。したがって、圧縮機４の吸入空気ＩＡによるエジ
ェクタ効果で後側ジャーナル空気軸受５９Ｂ内を流れる
冷却空気ＣＡの流量を十分確保することができ、ガスタ
ービンエンジン１からの熱伝導の影響を受けやすい後側
ジャーナル空気軸受５９Ｂを十分冷却することができ
る。その結果、ジャーナル空気軸受５９Ｂのバンプフォ
イル素子７１およびトップフォイル素子７２の材質選定
にあたって、ＳＵＳ３０４等の通常の耐熱鋼を使用で
き、また、トップフォイル素子７２の転送面側、つま
り、高い耐摩耗性が要求される部分に施す低摩擦材コー
ティングには、テフロン（登録商標）ベースの焼付塗膜
を適用することができるので、高い耐摩耗性を維持しな
がら、コスト低減を図ることができる。

【００５９】また、図６の後側ジャーナル空気軸受５９
Ｂの外輪７０の後端面７０ａは、圧縮機３の空気取入口
２３の内壁面２３ａに沿った形状を有しているので、吸
気通路２３内における前記後端面７０ａの近傍の空気流
が乱れの少ない滑らかなものとなる結果、空気取入口２
３の吸入空気ＩＡにより後側ジャーナル空気軸受５９Ｂ
内の空気が空気取入口２３側に吸引されるエジェクタ効
率を高めることができる。

【００６０】さらに、図３の発電機３のロータ５３と固
定電機子５４の間に形成される空気通路５８に、発電機
３の外部から内部に導入された冷却空気ＣＡの一部を供
給する第１の供給路８９が設けられているので、ロータ
５３の回転に伴う前記空気通路５８の空気層の連れ回り
により生じる空気通路５８での通気抵抗に打ち勝って、
空気通路５８に十分な流量の冷却空気ＣＡを供給するこ
とができ、それだけロータ５３の冷却効率を上げること
ができる。

【００６１】また、前側ジャーナル空気軸受５９Ａの前
端と第１のスラスト空気軸受６９Ａの径方向内端とに、
発電機３の外部から内部に導入された冷却空気ＣＡの一
部を供給する第２の供給路９０が設けられているので、
前側ジャーナル空気軸受５９Ａおよび第１のスラスト空
気軸受６９Ａにも十分な冷却空気ＣＡを供給でき、これ
らの空気軸受５９Ａ，６９Ａの冷却効率を上げることが
できる。

【００６２】スラスト軸受については、ロータ５３を軸
方向に支持するスラスト空気軸受６９Ａ，６９Ｂが、ロ
ータ５３に固定される一様厚さの回転ディスク７３を使
用しており、回転ディスク７３から突出するボスがない
から、遠心力による軸方向の反りがなくなる。しかも、
回転ディスク７３における軸心から離れた複数の位置に
取付孔８２が形成され、これらの取付孔８２に挿通した
取付部材（リーマボルト）８３によって、回転ディスク
７３がロータ５３の前端面に取り付けられている。その
結果、回転ディスク７３の平面度狂いを無くすことがで
き、スラスト空気軸受６９Ａ，６９Ｂの負荷容量を大き
くできる。

【００６３】また、回転ディスク７３の取り付けのため
に、大きな遠心力のかかる中心穴が要らないので、回転
ディスク７３に高い応力が発生せず、それだけ回転ディ
スク７３の外径を大きくでき、この点からもスラスト空
気軸受６９Ａ，６９Ｂの負荷容量を大きくできる。さら
に、回転ディスク７３のロータ５３端面への取付けは圧
入によるものではないので、回転ディスク７３の着脱が
容易になると共に、回転ディスク７３がその中央にボス
のない一様厚さのものであるから、回転ディスク７３の
鏡面仕上げが容易となり、この点からもスラスト空気軸
受６９Ａ，６９Ｂの負荷容量を大きくできる。しかも、
前記回転ディスク７３をロータ５３の前端面に取り付け
る取付部材としてリーマボルト８３を用いているので、
ロータ５３に対する回転ディスク７３の取付強度を十分
確保できる。

【００６４】前記回転ディスク７３には、遠心力による
伸びのためにロータ５３の前端部との間に径方向の摩擦
抗力が発生して、回転ディスク７３の外周部が図３に二
点鎖線Ｄで示すように、後方へ反るように変形しやす
い。これに対し、回転ディスク７３におけるロータ５３
の前端面に接触する側の主面に、ロータ５３の径方向外
方の位置で環状溝８４が形成されているので、環状溝８
４よりも外周の部分は前方へ反るように変形しようとす
るから、反り返り変形がキャンセルされる。その結果、
スラスト空気軸受６９Ａ，６９Ｂの負荷容量を大きくで
きる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明のガスタービン装
置によれば、圧縮機，燃焼器およびタービンを備えたガ
スタービンエンジンと、前記ガスタービンエンジンと回
転軸を共用し前記圧縮機に隣接して設けられた発電機
と、前記発電機の回転軸を支持する軸方向に離間した前
後一対のジャーナル空気軸受とを備え、前記圧縮機に近
い方の後側ジャーナル空気軸受の後端が前記圧縮機の吸
入空気が流れる吸気通路に連通して前記吸入空気によっ
て後側ジャーナル空気軸受内の空気が吸引されるので、
圧縮機の吸入空気によるエジェクタ効果で後側ジャーナ
ル空気軸受内を流れる冷却空気の流量を十分確保するこ
とができ、ガスタービンエンジンからの熱伝導の影響を
受けやすい後側ジャーナル空気軸受を効果的に冷却する
ことができる。その結果、ジャーナル空気軸受の材質選
定にあたって、ＳＵＳ３０４等の通常の耐熱鋼を使用で
き、また、低摩擦材コーティングにはテフロンベースの
焼付塗膜を適用することができるので、優れた耐久性を
維持しながらコスト低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン装置の
右側面断面図である。

【図２】同ガスタービン装置におけるパワーユニットの
縦断面図である。

【図３】同パワーユニットにおける発電機の拡大縦断面
図である。

【図４】（Ａ）は同発電機に使用されるジャーナル空気
軸受の横断面図、（Ｂ）はその一部を拡大して示す展開
図である。

【図５】同発電機に使用されるスラスト空気軸受の要部
を示す同心円に沿った拡大断面図である。

【図６】同発電機における後側ジャーナル空気軸受を示
す拡大断面図である。

【符号の説明】

１…ガスタービンエンジン、３…発電機、４…圧縮機、
５…タービン、６…燃焼器、２３…吸気通路、２３ａ…
内壁面、５３…ロータ（回転軸）、５４…固定電機子、
５７…磁石、５８…空気通路、５９Ａ，５９Ｂ…ジャー
ナル空気軸受、６９Ａ，６９Ｂ…スラスト空気軸受、７
０…外輪、７０ａ…後端面、８９…第１の供給路、９０
…第２の供給路、ＣＡ…冷却空気、ＩＡ…吸入空気。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月８日（２００１．１１．
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 32/06 Ｆ１６Ｃ 32/06 Ｚ Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｈ０２Ｋ 7/08 Ａ 7/18 7/18 Ｚ Ｆターム(参考） 3J012 AB03 BB01 CB03 EB07 3J102 AA02 BA03 BA18 CA07 EA02 EA06 GA10 5H607 AA11 AA12 BB02 BB07 BB14 BB26 BB27 CC01 CC03 CC05 DD03 DD19 FF30 GG01 GG02 GG09 GG12 KK07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機，燃焼器およびタービンを備えた
   ガスタービンエンジンと、 前記ガスタービンエンジンと回転軸を共用し前記圧縮機
   に隣接して設けられてガスタービンエンジンにより駆動
   される発電機と、 前記発電機の回転軸を支持する軸方向に離間した前後一
   対のジャーナル空気軸受とを備え、 前記圧縮機に近い方の後側ジャーナル空気軸受の後端が
   前記圧縮機の吸入空気が流れる吸気通路に連通して前記
   吸入空気によって後側ジャーナル空気軸受内の空気が吸
   引されるガスタービン装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記後側ジャーナル
   空気軸受の外輪の後端面が前記吸気通路の内壁面に沿っ
   た形状を有しているガスタービン装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記発電機
   の回転軸が磁石を有し、前記発電機の回転軸と固定電機
   子との間に、前記一対のジャーナル空気軸受間を連通す
   る空気通路が形成され、前記発電機の外部から内部に導
   入された空気を前記空気通路に供給する第１の供給路が
   設けられたガスタービン装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、さらに、前記発電機
   の回転軸の前端部を軸方向に支持するスラスト空気軸受
   と、前記内部に導入された空気を前側ジャーナル空気軸
   受の前端とスラスト空気軸受の径方向内端とに供給する
   第２の供給路とを備えたガスタービン装置。