JP2016003584A - Gas-turbine engine - Google Patents

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Yasuyuki Hamachi
康之 濱地
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俊樹 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas-turbine engine that can reduce costs for manufacturing an exhaust diffuser.SOLUTION: The gas-turbine engine includes: an inner wall 41 including the exhaust diffuser 40 at an exhaust outlet of a turbine and the exhaust diffuser 40 formed into a substantially tubular shape; an outer wall 42 disposed coaxially with the inner wall 41 outside the inner wall 41 and formed into a substantially tubular shape; and multiple vanes 43 radially partitioning an annular space formed by the inner wall 41 and the outer wall 42, where the inner wall 41, the outer wall 42 and vanes 43 are configured independently to one other.

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの排気ディフューザの技術に関する。   The present invention relates to an exhaust diffuser technology for a gas turbine engine.

ガスタービンエンジンは、内燃機関の一つとして良く知られている。また、排気ディフューザは、ガスタービンエンジンの一構成部品であって、タービンより排出される排気ガスの動圧を静圧に変換するものとして公知である。   A gas turbine engine is well known as one of internal combustion engines. An exhaust diffuser is a component of a gas turbine engine, and is known as one that converts the dynamic pressure of exhaust gas discharged from the turbine into a static pressure.

排気ディフューザは、略円筒形状に形成される内壁と、内壁と同軸上に内壁の外側に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、内壁と外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されている。   The exhaust diffuser is disposed outside the inner wall coaxially with the inner wall formed in a substantially cylindrical shape, and radially divides an annular space formed by the outer wall formed in a substantially cylindrical shape and the inner wall and the outer wall. And a plurality of vanes.

しかし、排気ディフューザは、精密鋳造部品として一体成形品として製造され、製造コストが高かった。そこで、ガスタービンエンジンでは、排気ディフューザの製造コストを低減することが望まれている。   However, the exhaust diffuser is manufactured as a single-piece product as a precision casting part, and the manufacturing cost is high. Therefore, in the gas turbine engine, it is desired to reduce the manufacturing cost of the exhaust diffuser.

特開２００５−２９０９８５号公報JP-A-2005-290985

本発明の解決しようとする課題は、排気ディフューザの製造コストを低減できるガスタービンエンジンを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a gas turbine engine capable of reducing the manufacturing cost of an exhaust diffuser.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項１においては、タービンの排気出口に排気ディフューザを備え、前記排気ディフューザが、略円筒形状に形成される内壁と、前記内壁の外側に該内壁と同軸上に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、前記内壁と前記外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されるガスタービンエンジンであって、前記内壁と前記外壁と前記ベーンとは、別体で構成されるものである。   That is, according to claim 1, an exhaust diffuser is provided at an exhaust outlet of the turbine, and the exhaust diffuser is disposed substantially coaxially with an inner wall formed in a substantially cylindrical shape and on the outer side of the inner wall coaxially with the inner wall. And a plurality of vanes radially dividing an annular space formed by the inner wall and the outer wall, wherein the inner wall, the outer wall, and the vane are It is composed of a separate body.

請求項２においては、請求項１記載のガスタービンエンジンであって、前記外壁と前記ベーンとは、溶接によって接合され、前記ベーンは、前記内壁に形成される開口部に差し込まれるものである。   According to a second aspect of the present invention, in the gas turbine engine according to the first aspect, the outer wall and the vane are joined by welding, and the vane is inserted into an opening formed in the inner wall.

請求項３においては、請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンであって、前記ベーンの径方向の断面視は、翼形状とされ、前記ベーンは、２つの板部材を接合して構成され、前記ベーンの外壁側端部は、カバーによって被装されるものである。   In Claim 3, it is a gas turbine engine of Claim 1 or 2, Comprising: The cross-sectional view of the radial direction of the said vane is made into a blade shape, and the said vane is comprised by joining two plate members. The outer wall side end of the vane is covered with a cover.

本発明のガスタービンエンジンによれば、排気ディフューザの製造コストを低減できる。   According to the gas turbine engine of the present invention, the manufacturing cost of the exhaust diffuser can be reduced.

ガスタービンエンジンの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of a gas turbine engine. 排気ディフューザの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of an exhaust diffuser. 同じく側面図及び側面断面図。Similarly side view and side sectional view. 同じく正面図。Similarly front view.

図１を用いて、ガスタービンエンジン１００の構成について説明する。
なお、図１は、ガスタービンエンジン１００の構成を一部断面視とした側面視にて模式的に表している。 The configuration of the gas turbine engine 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 1 schematically shows the configuration of the gas turbine engine 100 in a side view with a partial cross-sectional view.

ガスタービンエンジン１００は、本発明のガスタービンエンジンに係る実施形態である。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機１０と、タービン２０と、燃焼器３０と、排気ディフューザ４０と、を具備している。   The gas turbine engine 100 is an embodiment according to the gas turbine engine of the present invention. The gas turbine engine 100 includes a compressor 10, a turbine 20, a combustor 30, and an exhaust diffuser 40.

圧縮機１０は、回転することによって空気を圧縮するものである。圧縮機１０は、回転軸Ｌの周方向に螺旋状に形成された複数のインペラ１１を備えている。圧縮機１０は、回転軸Ｌを中心として回転し、各インペラ１１が空気をかくことによって空気を圧縮する。   The compressor 10 compresses air by rotating. The compressor 10 includes a plurality of impellers 11 formed in a spiral shape in the circumferential direction of the rotation axis L. The compressor 10 rotates around the rotation axis L, and each impeller 11 compresses the air by blocking the air.

なお、本ガスタービンエンジン１００における圧縮機１０は、回転軸Ｌに対して平行に供給された空気を圧縮し、回転軸Ｌに対して垂直に圧縮空気を送り出すものである。   The compressor 10 in the gas turbine engine 100 compresses air supplied in parallel to the rotation axis L and sends out the compressed air perpendicular to the rotation axis L.

燃焼器３０は、圧縮機１０から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させるものである。燃焼器３０は、燃焼器外筒３１の内部に燃料噴射ノズル３３が取り付けられたライナー３２を備えている。   The combustor 30 supplies fuel to the compressed air sent from the compressor 10 and burns it. The combustor 30 includes a liner 32 in which a fuel injection nozzle 33 is attached inside a combustor outer cylinder 31.

燃焼器３０は、燃焼器外筒３１によってライナー３２の空気孔３５及びスワラー３４からライナー３２の内部に圧縮空気を案内している。そして、燃焼器３０は、燃料噴射ノズル３３が燃料を供給することによって燃料を燃焼させる。   The combustor 30 guides compressed air from the air holes 35 and the swirler 34 of the liner 32 to the inside of the liner 32 by the combustor outer cylinder 31. And the combustor 30 burns fuel, when the fuel injection nozzle 33 supplies fuel.

なお、本ガスタービンエンジン１００における燃焼器３０は、ライナー３２の下流側に燃焼ガスを案内する尾筒（図示略）を備えており、回転軸Ｌに対して平行に燃焼ガスを送り出している。   The combustor 30 in the gas turbine engine 100 includes a tail cylinder (not shown) that guides the combustion gas on the downstream side of the liner 32, and sends the combustion gas in parallel to the rotation axis L.

タービン２０は、燃焼器３０から送り出された燃焼ガスを受けて回転するものである。ガスタービンエンジン１００において、タービン２０は、高圧タービン２１と低圧タービン２２とで構成されている。   The turbine 20 receives the combustion gas sent from the combustor 30 and rotates. In the gas turbine engine 100, the turbine 20 includes a high pressure turbine 21 and a low pressure turbine 22.

高圧タービン２１は、回転軸Ｌの周方向に回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード２３を備えている。また、低圧タービン２２も、回転軸Ｌの周方向に回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード２４を備えている。高圧タービン２１と低圧タービン２２は、各ブレード２３・２４に燃焼ガスを受け、回転軸Ｌを中心として回転する。   The high-pressure turbine 21 includes a plurality of blades 23 that form a predetermined angle with respect to the rotation axis L in the circumferential direction of the rotation axis L. The low-pressure turbine 22 also includes a plurality of blades 24 that form a predetermined angle with respect to the rotation axis L in the circumferential direction of the rotation axis L. The high-pressure turbine 21 and the low-pressure turbine 22 receive the combustion gas at the blades 23 and 24 and rotate around the rotation axis L.

なお、ガスタービンエンジン１００におけるタービン２０は、圧縮機１０を回転させるとともに圧縮機１０に接続されたクイルシャフト１２を回転させる。クイルシャフト１２は、図示しない減速装置を介して発電装置を駆動する。   The turbine 20 in the gas turbine engine 100 rotates the compressor 10 and rotates the quill shaft 12 connected to the compressor 10. The quill shaft 12 drives the power generator via a speed reducer (not shown).

このような構成とすることで、ガスタービンエンジン１００は、連続的に空気を圧縮し、燃料を燃焼させ、回転動力を得ることができる。そして、ガスタービンエンジン１００は、連続的に得られる回転動力を利用して発電装置を駆動する。   By setting it as such a structure, the gas turbine engine 100 can compress air continuously, burn a fuel, and can obtain rotational power. And the gas turbine engine 100 drives a power generator using the rotational power obtained continuously.

なお、本実施形態のガスタービンエンジン１００は、軽油等の液体燃料を用いる仕様であるが、天然ガス等の気体燃料を用いる仕様であっても良い。また、本実施形態のガスタービンエンジン１００は、いわゆる一軸式ガスタービンエンジンであるが、二軸式ガスタービンエンジンであっても良い。   The gas turbine engine 100 of the present embodiment has a specification that uses liquid fuel such as light oil, but may also have a specification that uses gaseous fuel such as natural gas. Further, the gas turbine engine 100 of the present embodiment is a so-called single-shaft gas turbine engine, but may be a two-shaft gas turbine engine.

排気ディフューザ４０は、タービン２０を通過した排気ガスの動圧を静圧に変換するものである。排気ディフューザ４０は、タービン２０の排気出口に設けられている。排気ディフューザ４０は、略円筒形状に構成されている。   The exhaust diffuser 40 converts the dynamic pressure of the exhaust gas that has passed through the turbine 20 into a static pressure. The exhaust diffuser 40 is provided at the exhaust outlet of the turbine 20. The exhaust diffuser 40 is configured in a substantially cylindrical shape.

排気ディフューザ４０は、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、を具備している。なお、排気ディフューザ４０の詳細な構成について、詳しくは後述する。   The exhaust diffuser 40 includes an inner wall 41, an outer wall 42, and a plurality of vanes 43. The detailed configuration of the exhaust diffuser 40 will be described later in detail.

図２乃至図４を用いて、排気ディフューザ４０の構成について説明する。
なお、図２では、排気ディフューザ４０の構成を斜視にて模式的に表している。 The configuration of the exhaust diffuser 40 will be described with reference to FIGS.
In FIG. 2, the configuration of the exhaust diffuser 40 is schematically shown in perspective.

また、図３（Ａ）では、排気ディフューザ４０の構成を側面視にて模式的に表している。図３（Ｂ）では、排気ディフューザ４０の構成を側面断面視にて模式的に表している。   FIG. 3A schematically shows the configuration of the exhaust diffuser 40 in a side view. In FIG. 3B, the configuration of the exhaust diffuser 40 is schematically shown in a side sectional view.

さらに、図４（Ａ）では、排気ディフューザ４０の構成を正面視にて模式的に表している。図４（Ｂ）では、排気ディフューザ４０の構成を図４（Ａ）のＡＡ断面視にて模式的に表している。図４（Ｃ）では、排気ディフューザ４０の構成を図３（Ｂ）のＢＢ断面視にて模式的に表している。   Further, in FIG. 4A, the configuration of the exhaust diffuser 40 is schematically shown in a front view. In FIG. 4B, the configuration of the exhaust diffuser 40 is schematically shown in the AA sectional view of FIG. In FIG. 4C, the configuration of the exhaust diffuser 40 is schematically shown in the BB cross-sectional view of FIG.

また、以下では、図２乃至図４に示す軸方向の先端側及び基端側、周方向、並びに径方向に従って説明するものとする。   In the following, description will be made according to the axial front end side and the base end side, the circumferential direction, and the radial direction shown in FIGS.

排気ディフューザ４０は、上述したように、略円筒形状に構成され、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、を具備している。また、排気ディフューザ４０では、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、が別体で構成されている。   As described above, the exhaust diffuser 40 is configured in a substantially cylindrical shape, and includes an inner wall 41, an outer wall 42, and a plurality of vanes 43. In the exhaust diffuser 40, the inner wall 41, the outer wall 42, and the plurality of vanes 43... 43 are configured separately.

内壁４１は、排気ディフューザ４０の内郭を形成するものであって、板金を曲げ加工して形成されている。内壁４１は、略円筒形状に形成されている。内壁４１の軸方向の先端側は、断面視にて半楕円形状となるように形成されている。   The inner wall 41 forms an inner wall of the exhaust diffuser 40 and is formed by bending a sheet metal. The inner wall 41 is formed in a substantially cylindrical shape. The tip end side in the axial direction of the inner wall 41 is formed to be a semi-elliptical shape in a cross-sectional view.

内壁４１の軸方向の中途部には、周方向に等間隔に４つの開口部４１Ａが形成されている。開口部４１Ａは、それぞれ翼形状に形成されている。   Four openings 41 </ b> A are formed at equal intervals in the circumferential direction at a midway portion in the axial direction of the inner wall 41. Each opening 41A is formed in a wing shape.

外壁４２は、排気ディフューザ４０の外郭を形成するものであって、板金を曲げ加工して形成されている。外壁４２は、内壁４１の外側に内壁４１と同軸上に配置されている。外壁４２は、軸方向の基端側が若干先細りとなるように略円筒形状に形成されている。   The outer wall 42 forms the outer shell of the exhaust diffuser 40 and is formed by bending a sheet metal. The outer wall 42 is disposed coaxially with the inner wall 41 outside the inner wall 41. The outer wall 42 is formed in a substantially cylindrical shape so that the proximal end side in the axial direction is slightly tapered.

外壁４２の軸方向の中途部には、周方向に等間隔に４つの開口部４２Ａが形成されている。開口部４２Ａは、それぞれ翼形状に形成されている。   Four openings 42 </ b> A are formed at equal intervals in the circumferential direction at a midway portion in the axial direction of the outer wall 42. Each of the openings 42A is formed in a wing shape.

ベーン４３は、排気ディフューザ４０を通過する排気ガスを整流し、内壁４１を支持するものである。ベーン４３は、内壁４１と外壁４２とによって形成される環状空間Ｓを放射状に仕切るように配置されている。本実施形態では、４枚のベーンが配置されている。   The vane 43 rectifies the exhaust gas passing through the exhaust diffuser 40 and supports the inner wall 41. The vane 43 is disposed so as to radially divide the annular space S formed by the inner wall 41 and the outer wall 42. In the present embodiment, four vanes are arranged.

ベーン４３は、径方向断面視にて翼形状となるように形成されている。ベーン４３は、板金を曲げ加工した部材４３Ａを接合して構成されている（図４（Ｃ）参照）。   The vane 43 is formed so as to have a wing shape when viewed in a radial cross section. The vane 43 is configured by joining a member 43A obtained by bending a sheet metal (see FIG. 4C).

ベーン４３の径方向の内側は、内壁４１の開口部４１Ａに差し込まれている。一方、ベーン４３の径方向の外側は、外壁４２の開口部４２Ａに差し込まれ、さらに溶接によって外壁４２に接合されている。   The inner side in the radial direction of the vane 43 is inserted into the opening 41 </ b> A of the inner wall 41. On the other hand, the radially outer side of the vane 43 is inserted into the opening 42A of the outer wall 42 and further joined to the outer wall 42 by welding.

カバー４４は、外壁４２の開口部４２Ａに溶接されたベーン４３を被装するものである。カバー４４は、ベーン４３の径方向断面視と略同等の翼形状に形成されている。カバー４４は、外壁４２の開口部４２Ａ（ベーン４３の径方向外側）に溶接によって接合されている。   The cover 44 covers the vane 43 welded to the opening 42 </ b> A of the outer wall 42. The cover 44 is formed in a blade shape that is substantially the same as the radial cross-sectional view of the vane 43. The cover 44 is joined to the opening 42A (the radially outer side of the vane 43) of the outer wall 42 by welding.

ガスタービンエンジン１００の効果について説明する。
ガスタービンエンジン１００によれば、排気ディフューザ４０の製造コストを低減できる。 The effect of the gas turbine engine 100 will be described.
According to the gas turbine engine 100, the manufacturing cost of the exhaust diffuser 40 can be reduced.

従来、ガスタービンエンジンの排気ディフューザは、精密鋳造部品として一体成形品として製造され、製造コストが高かった。しかし、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０の内壁４１、外壁４２、及び複数のベーン４３・・・４３が板金加工による別体で構成されているため、製造コストを低減できる。   Conventionally, an exhaust diffuser of a gas turbine engine has been manufactured as a single-piece product as a precision casting part, and the manufacturing cost has been high. However, since the inner wall 41, the outer wall 42, and the plurality of vanes 43... 43 of the exhaust diffuser 40 of the gas turbine engine 100 of the present embodiment are configured separately from each other by sheet metal processing, the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０では、ベーン４３の径方向の内側を内壁４１の開口部４１Ａに差し込む構成とすることによって、ガスタービンエンジン１００起動後の高温によるベーン４３の熱変形を逃がし、ベーン４３又は内壁４１での亀裂の発生等を防止することができる。   Further, in the exhaust diffuser 40 of the gas turbine engine 100 according to the present embodiment, the vane 43 is configured such that the inner side in the radial direction of the vane 43 is inserted into the opening 41A of the inner wall 41, so Thermal deformation is released, and the occurrence of cracks in the vane 43 or the inner wall 41 can be prevented.

さらに、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０では、ベーン４３の外壁４２側をカバー４４によって被装する構成とすることによって、排気ディフューザ４０内部の排気が外部へ漏洩することを防止できる。   Furthermore, in the exhaust diffuser 40 of the gas turbine engine 100 of the present embodiment, the exhaust wall inside the exhaust diffuser 40 can be prevented from leaking to the outside by adopting a configuration in which the outer wall 42 side of the vane 43 is covered by the cover 44. .

本実施形態では、ベーン４３を径方向断面視にて翼形状となるように形成したがこれに限定されない。例えば、ベーン４３を単なる板部材としても良い。   In the present embodiment, the vane 43 is formed so as to have a blade shape in a radial sectional view, but is not limited thereto. For example, the vane 43 may be a simple plate member.

１０ 圧縮機
２０ タービン
３０ 燃焼器
４０ 排気ディフューザ
４１ 内壁
４２ 外壁
４３ ベーン
４４ カバー
１００ ガスタービンエンジン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compressor 20 Turbine 30 Combustor 40 Exhaust diffuser 41 Inner wall 42 Outer wall 43 Vane 44 Cover 100 Gas turbine engine

Claims (3)

タービンの排気出口に排気ディフューザを備え、前記排気ディフューザが、略円筒形状に形成される内壁と、前記内壁の外側に該内壁と同軸上に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、前記内壁と前記外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されるガスタービンエンジンであって、
前記内壁と前記外壁と前記ベーンとは、別体で構成される、
ガスタービンエンジン。 An exhaust diffuser is provided at the exhaust outlet of the turbine, and the exhaust diffuser is disposed on the outer wall of the inner wall and coaxially with the inner wall, and has an outer wall formed in a substantially cylindrical shape. A gas turbine engine configured by a plurality of vanes radially dividing an annular space formed by an inner wall and the outer wall,
The inner wall, the outer wall, and the vane are configured separately.
Gas turbine engine. 請求項１記載のガスタービンエンジンであって、
前記外壁と前記ベーンとは、溶接によって接合され、
前記ベーンは、前記内壁に形成される開口部に差し込まれる、
ガスタービンエンジン。 A gas turbine engine according to claim 1,
The outer wall and the vane are joined by welding,
The vane is inserted into an opening formed in the inner wall,
Gas turbine engine. 請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンであって、
前記ベーンの径方向の断面視は、翼形状とされ、
前記ベーンは、２つの板部材を接合して構成され、
前記ベーンの外壁側端部は、カバーによって被装される、
ガスタービンエンジン。 A gas turbine engine according to claim 1 or 2,
The cross-sectional view of the vane in the radial direction is a wing shape,
The vane is configured by joining two plate members,
The outer wall side end of the vane is covered by a cover,
Gas turbine engine.
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