JP2914427B2 - ガスタービン駆動ポンプ - Google Patents

ガスタービン駆動ポンプ

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JP2914427B2 JP25586195A JP25586195A JP2914427B2 JP 2914427 B2 JP2914427 B2 JP 2914427B2 JP 25586195 A JP25586195 A JP 25586195A JP 25586195 A JP25586195 A JP 25586195A JP 2914427 B2 JP2914427 B2 JP 2914427B2
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博彦 古川
貴文 中川
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Kubota Corp
Kawasaki Motors Ltd
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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば上下水道、
原子力発電所、火力発電所、製鉄所、化学工場等で広く
使用されている渦巻きポンプ、遠心ポンプ、斜流ポン
プ、軸流ポンプ等のポンプを駆動するためのガスタービ
ン駆動ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ガスタービン駆動ポンプの一例と
して図5に示すものがある。これは、ポンプの一例であ
る軸流ポンプ1の上方にガスタービン2を配設したもの
であって、その軸流ポンプ1の羽根車1aに接続したポ
ンプ駆動軸3が垂直方向に延びており、また、前記ガス
タービン2のガスゼネレーター2aと出力タービンを内
蔵する出力部2bとが同心状に水平に配置されることに
より、該出力部2bから出力軸4aが水平方向に延びて
おり、該出力軸4aと前記ポンプ駆動軸3とが傘歯車減
速機5を介して連動連結されている。
【0003】上記構成において、ガスタービン2を駆動
することにより、ガスゼネレーター2a内に空気が吸入
され、その吸入空気を圧縮し、その圧縮空気により燃料
を燃焼させて高圧ガスを発生させ、その高圧ガスにより
出力部2b内の出力タービンを高速回転させ、出力軸4
a、傘歯車減速機5及びポンプ駆動軸3を介して羽根車
1aを回転させる。これにより、吸入口1bからポンプ
室1c内に液体が吸入され、その吸入された液体は羽根
車1aにより遠心力を受けて開閉弁6a付き揚水管6内
を通って揚水される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成では、
水位W.Lが羽根車1aより上がった状態で揚水可能と
なり、水位W.Lが羽根車1aより下がった状態で揚水
遮断するようになっており、このままでは、揚水可能状
態から水位W.Lを下げて揚水遮断状態にしたり(一点
鎖線状態)、その逆に、揚水遮断状態から水位W.Lを
上げて揚水可能状態にする(二点鎖線状態)ことができ
ない。
【0005】そこで、例えば空気圧縮機などを用いて、
高圧空気を軸流ポンプ1内に導入して水位W.Lを押し
下げたり、その逆に、高圧空気によりエジェクター機能
を発揮させて、軸流ポンプ1内の水位W.Lを押し上げ
ることが考えられるが、これでは、構成が複雑となり、
製作費が高くつく。
【0006】本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な構成
でポンプ内の水位を自在に調整することができるように
したガスタービン駆動ポンプを提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ガスタービンによりポンプを駆動するよ
うにしたガスタービン駆動ポンプであって、前記ガスタ
ービンの圧縮機から排出した高圧空気を前記ポンプ内に
導入して該ポンプ内の水位を押し下げるための高圧空気
導入管が設けられ、前記ガスタービンの圧縮機から排出
した高圧空気を前記ポンプの揚水管に付設したエジェク
ター部に導入して前記ポンプ内の水位を引き上げるため
のエジェクター管が設けられ、前記高圧空気導入管、前
記エジェクター管および前記揚水管のそれぞれに開閉弁
が設けられていることを特徴としている。
【0008】上記した構成において、ガスタービンを駆
動することにより、ガスゼネレーター内に空気が吸入さ
れ、その吸入空気を圧縮機で圧縮し、その高圧空気によ
り燃料を燃焼させて高圧ガスを発生させ、その高圧ガス
により出力部の出力タービンを高速回転させ、羽根車を
回転させる。これにより、ポンプの吸入口からポンプ室
内に液体が吸入され、その吸入された液体は羽根車によ
り遠心力を受けて揚水される。
【0009】ここで、水位が羽根車より上がった揚水可
能状態からポンプ内の水位を下げる場合には、高圧空気
導入管を介してガスタービンの圧縮機から排出した高圧
空気をポンプ内に導入すればよい。これにより、ポンプ
内が昇圧状態にされて水位が羽根車より下がり、そのポ
ンプを待機状態で気中運転することができる。
【0010】また、水位が羽根車より下がった揚水遮断
状態からポンプ内の水位を上げる場合には、エジェクタ
ー管を介してガスタービンの圧縮機から排出した高圧空
気をポンプに付設したエジェクター部に導入すればよ
い。これによって、ポンプ内が減圧状態にされて水位が
羽根車より上がり、そのポンプを揚水可能状態にするこ
とができる。
【0011】この場合、ガスタービンから排出した高圧
空気を利用してポンプ内の水位を自在に調整することが
でき、エアー圧縮機などの特別の水位調整装置が不要で
あるから、構成が簡単で、製作費を安くすることができ
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の実施の一形態であ
るガスタービン駆動ポンプを示すものであって、軸流ポ
ンプ1の上方に該ポンプ1を駆動するためのガスタービ
ン2が配設されている。
【0013】前記ガスタービン2は、水平に配置された
ガスゼネレーター2aと、直立に配置された出力タービ
ン4(後述する)を内蔵する出力部2bとを有し、該出
力部2bから垂直方向に延びる出力軸4aが高速減速機
8を介してポンプ駆動軸3に連動連結されている。尚、
本実施形態においては、ガスタービン2は出力軸が立型
であるが、通常のガスタービンを使用することも可能で
ある。
【0014】前記ガスタービン2と軸流ポンプ1のポン
プ室1cとの間に開閉弁20a付き高圧空気導入管20
が配設されており、その開閉弁20aを開放することに
より、高圧空気導入管20を介してガスゼネレーター2
aの圧縮機(後に詳述する)から排出した高圧空気をポ
ンプ室1c内に導入し、該ポンプ室1c内を昇圧状態に
することができる。
【0015】前記ガスタービン2と揚水管6に付設した
エジェクター部21との間に開閉弁22a付きエジェク
ター管22が配設されており、その開閉弁22aを開放
することにより、エジェクター管22を及びエジェクタ
ー部21のエジェクターノズル21aを介して揚水管6
内に高圧空気を導入し、ポンプ室1c内を減圧状態にす
ることができる。
【0016】前記ガスタービン2の詳細を図2〜図4に
基づいて説明すると、これは、二軸式の出力軸立型ガス
タービンであり、そのガスゼネレーター2aは、基台1
0上に支持枠11を介して固定されており、吸気口12
から吸入した空気を圧縮機23で圧縮して燃焼室24に
導き、該燃焼室24で燃料を燃焼させることにより発生
した高圧ガスを排気口13から排出するものであり、そ
の高圧ガスにより圧縮機駆動用タービン23aを回転駆
動するようになっている。
【0017】前記ガスタービン2の出力部2bは、ガス
ゼネレーター2aから排出された高圧ガスをスクロール
ケーシング15内のスクロール流路SFを通って出力タ
ービン4の動翼4bに向けて噴出させることにより、出
力軸4aを高速回転させるものである。
【0018】前記スクロールケーシング15は、図4に
示すように、出力軸4aと同心状に配置されてガスゼネ
レーター2aの排気口13に連通する環状樋部15a
と、該環状樋部15aに一体形成されて動翼4bに対向
する環状排気口15bとを有し、ガスゼネレーター2a
から水平方向に沿って排出された高圧ガスの向きを上方
に変更するものである。なお、16はスクロールケーシ
ング15の上部に接続した排気ダクト、17は、スクロ
ールケーシング15と基台10との間に設けた軸受枠で
あって、出力タービン4を回転可能に支持する軸受装置
を内蔵している。18はスクロールケーシング15を基
台10に固定する固定部材である。
【0019】前記高圧空気導入管20は、図2に示すよ
うに、ガスゼネレーター2a内で温度が低く、空気圧が
最も高い燃焼室24の直前に接続することが好ましい。
これによって、ガスゼネレーター2aからポンプ室1c
に高圧空気を導入して、該ポンプ室1c内の水位を確実
に下げることができる。
【0020】同様に、前記エジェクター管22も、燃焼
室24の直前に接続することが好ましい。これによっ
て、ガスゼネレーター2aから揚水管6内に高圧空気を
導入してエジェクター機能を発揮させ、ポンプ室1c内
の水位を確実に上げることができる。
【0021】上記構成によれば、ガスタービン2のガス
ゼネレーター2aと出力タービン4を内蔵する出力部2
bとが互いに直角状に配置されており、その各ガスター
ビン2が途中で屈曲した形状に形成されているから、図
5に示す従来のガスゼネレーター2aと出力部2bとが
同心状に配置されているガスタービン2に比べて、その
全長を短くすることができ、その短くなった分だけ専有
面積を小さくすることができる。
【0022】また、出力部2bの出力軸4aが垂直方向
に延びており、その垂直方向に延びる出力軸4aと軸流
ポンプ1の垂直方向に延びるポンプ駆動軸3とを高速減
速機8を介して直接的に連動連結しているから、その両
軸3,4a間に駆動方向を変換するための横長の傘歯車
減速機を介在させる必要がなく、その不要となった分だ
け専有範囲を小さくすることができる。
【0023】また、図1に示すように、運転時にはポン
プ駆動軸3に作用するアクシャルスラストを高速減速機
8で受け止めるが、その高速減速機8は土木構造物25
に支持されているので、アクシャルスラストはガスター
ビン2を支持する基台10に直接負荷されない。従っ
て、基台10の強度を過大に大きくする必要がなく、そ
れだけガスタービン2の設置に伴うコストの低減を図る
ことができる。
【0024】上記構成の作用を説明すると、ガスゼネレ
ーター2aにおいて発生する高圧空気は排気口13から
水平方向に噴出してスクロール流路SF内に流入する。
そのスクロール流路SF内に流入した高圧空気は該スク
ロール流路SFの内面に沿って環状に広がると共に、そ
の向きを上方に変更して出力タービン4の動翼4bに噴
出され、出力軸4aを高速回転させ、高速減速機8及び
ポンプ駆動軸3を介して軸流ポンプ1が駆動され、該軸
流ポンプ1の吸入口1bからポンプ室1c内に液体が吸
入され、その吸入された液体は羽根車1aにより遠心力
を受けて揚水される。
【0025】ここで、水位W.Lが羽根車1aより上が
った揚水可能状態から軸流ポンプ1内の水位W.Lを下
げる場合には、揚水管6の開閉弁6aを閉鎖すると共
に、高圧空気導入管20の開閉弁20aを開放すればよ
い。これによって、ガスゼネレーター2aから排出した
高圧空気が高圧空気導入管20を介して軸流ポンプ1内
に導入され、ポンプ室1c内が昇圧状態にされて水位
W.Lを羽根車1aより下げることができ(図1の一点
鎖線状態)、軸流ポンプ1を待機状態で気中運転するこ
とができる。
【0026】また、水位W.Lが羽根車1aより下がっ
た揚水遮断状態から軸流ポンプ1内の水位W.Lを上げ
る場合には、揚水管6の開閉弁6aを開放すると共に、
エジェクター管22の開閉弁22aを開放すればよい。
これによって、ガスゼネレーター2aから排出した高圧
空気がエジェクター管22及びエジェクター部21のエ
ジェクターノズル21aを介して揚水管6に導入され、
ポンプ室1c内が減圧状態にされて水位W.Lを羽根車
1aより上げることができ(図1の二点鎖線状態)、軸
流ポンプ1を揚水可能状態にすることができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、ガスタービンの圧縮機
から排出した高圧空気を利用してポンプ内の水位を自在
に調整することができ、空気圧縮機などの特別の水位調
整装置が不要であるから、構成が簡単で、製作費を安く
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態であるガスタービン駆動
ポンプの一部切り欠き側面図である。
【図2】同ガスタービンの縦断面図である。
【図3】同ガスタービンの平面図である。
【図4】同スクロールケーシングの斜視図である。
【図5】従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】 1 軸流ポンプ(ポンプ) 2 ガスタービン 2a ガスゼネレーター 2b 出力部 20 高圧空気導入管 21 エジェクター部 22 エジェクター管 W.L 水位
フロントページの続き (72)発明者 尾花 充 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (56)参考文献 実開 昭58−119626(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E04D 13/00 E04D 15/00 E04D 25/02 F02C 6/08 F02C 7/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンによりポンプを駆動するよ
    うにしたガスタービン駆動ポンプであって、前記ガスタ
    ービンの圧縮機から排出した高圧空気を前記ポンプ内に
    導入して該ポンプ内の水位を押し下げるための高圧空気
    導入管が設けられ、前記ガスタービンの圧縮機から排出
    した高圧空気を前記ポンプの揚水管に付設したエジェク
    ター部に導入して前記ポンプ内の水位を引き上げるため
    のエジェクター管が設けられ、前記高圧空気導入管、前
    記エジェクター管および前記揚水管のそれぞれに開閉弁
    が設けられていることを特徴とするガスタービン駆動ポ
    ンプ。
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