JP2008082323A - Two-shaft gas turbine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a gas turbine including a plurality of shafts arranged on the same axis.
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。 The gas turbine includes an air compressor, a combustor, and a turbine (not shown). According to this gas turbine, the compressed air compressed by the air compressor is supplied to the combustor, and is mixed with the separately supplied fuel and burned. The combustion gas generated by the combustion is supplied to the turbine. The energy of the combustion gas is extracted in the turbine and used for the rotational driving force of the air compressor and the driving force for causing the generator (not shown) to generate power. The combustion gas after the rotational driving force is generated in the turbine is exhausted through the exhaust diffuser.
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)。
By the way, as a jet engine diversion type gas turbine including a jet engine, as shown in FIG. 7, for example, an annular
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。
That is, the high-
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。
However, in the conventional twin-shaft gas turbine as described above, a plurality of strut covers 107 that prevent the
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。
In addition, since the
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。 Therefore, the object of the present invention is to improve the turbine performance and make it compact by reducing the pressure loss of the gas flow path and shortening the flow path length by effectively integrating the strut cover and the first stage stationary blade of the low pressure turbine. An object of the present invention is to provide a two-shaft gas turbine capable of achieving the above.
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。 A twin-shaft gas turbine according to the present invention for solving the above-described problems is formed by connecting an annular gas flow path outlet in a high-pressure turbine and an annular gas flow path inlet in a low-pressure turbine with an annular intermediate duct. A bearing case on which a bearing for supporting the rotor of the high-pressure turbine is mounted is inserted between the outer peripheral surface of the bearing case and the inner peripheral surface of the casing wall surrounding the intermediate duct. In a two-shaft gas turbine that is supported by a plurality of struts provided in the circumferential direction, the strut cover through which the struts of the intermediate duct can pass has a function of a one-stage stationary blade in the low-pressure turbine. It is characterized by that.
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。 The intermediate duct is divided into a plurality of parts in the circumferential direction, each of which is provided with the strut cover, and the struts are penetrated through an arbitrary number of the strut covers. To do.
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。 Further, the intermediate duct is divided into 20 pieces, and the struts are inserted through every other 10 strut covers.
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。 Further, the strut cover is characterized in that an outer cross-sectional shape at a front edge portion thereof has an airfoil shape in which the thickness gradually increases along the gas flow direction.
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。
According to the configuration of the present invention, since the function of the first stage stationary blade (nozzle blade) in the
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。 Hereinafter, a twin-shaft gas turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings by way of examples.
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。 1 is a cross-sectional view of a main portion of a twin-shaft gas turbine showing an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a cross-sectional view of an intermediate duct portion, FIG. 2B is a perspective cross-sectional view of the intermediate duct portion, and FIG. 3B is an exploded perspective sectional view of the intermediate duct portion, FIG. 4A is an exploded sectional view showing the operational state of the intermediate duct portion, FIG. 4B is an exploded perspective sectional view showing the operational state of the intermediate duct portion, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 1.
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。
As shown in FIG. 5, the twin-shaft gas turbine includes an
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。
According to this two-shaft gas turbine, the compressed air compressed by the
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。
As shown in FIGS. 1, 2 </ b> A, and 2 </ b> B, an annular
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。
In the gas flow path of the high-
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。
Both ends of the
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。
In this embodiment, the strut cover 22 through which the
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。
Specifically, the
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。
Each segment of the divided
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。
As shown in FIG. 6, the
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。
3A and 3B show a state where the
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。
In this way, in the present embodiment, the function of the one-stage stationary blade (nozzle blade) in the
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。
Thereby, the pressure loss of the gas flow path from the high-
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。
Further, in this embodiment, the
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。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as changing the number of divisions of the
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。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 An annular gas passage outlet in the high pressure turbine and an annular gas passage inlet in the low pressure turbine are connected by an annular intermediate duct,
A bearing case mounted with a bearing that supports the rotor of the high-pressure turbine is passed through the intermediate duct between the outer peripheral surface of the bearing case and the inner peripheral surface of the casing wall surrounding the intermediate duct. In a two-shaft gas turbine that is supported by a plurality of struts interposed in the circumferential direction,
A two-shaft gas turbine characterized in that a strut cover through which the strut of the intermediate duct can pass has a function of a single stage stationary blade in the low-pressure turbine.
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