JP3899916B2

JP3899916B2 - ガスタービン換気装置

Info

Publication number: JP3899916B2
Application number: JP2001374488A
Authority: JP
Inventors: 茂充大島; 淳裕生山
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: JP2003172151A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶等の動力源として用いられるガスタービンに係り、特にこれを効果的に空冷するための換気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶用の動力源としてはディーゼルエンジン等のレシプロエンジンが主流となっているが、最近では、小型，軽量で大出力が得られ、かつ信頼性が極めて高い等といった優れた特長を有するガスタービンを動力源として採用したものが増えつつある。
【０００３】
すなわち、この舶用ガスタービン１は図２に示すように筒状をしたケーシング２内に圧縮部３と燃焼部４とタービン５とを直列に収容したものであり、その上流側から取り入れた燃焼用空気を圧縮部３で圧縮させた後、燃焼部４で燃料と共に燃焼させると共にその燃焼ガスの排気圧によってタービン５を回転させ、その回転力を出力軸６から取り出して推進用のスクリュー等を駆動するようにしたものである。
【０００４】
また、このような舶用ガスタービン１にあっては一般に船底Ｓ内に固定された状態で運転されることから運転に伴って生ずる熱を効果的に逃がすために、従来ではこのガスタービン１及び周辺機器７の周囲をエンクロージャー８と称される箱で覆い、そのエンクロージャー８内に通風機９によって冷却空気を押し込んでその周囲の空気を換気することでガスタービン１を強制的に冷却するようにしている。尚、この冷却空気は、ガスタービン１の熱を奪った後、ガスタービン１側の排ガス流路１０に流れ、ガスタービン１側の燃焼排ガスと共に外部に排気されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにガスタービン１の冷却を目的としてその周囲をエンクロージャー８で覆う方法ではその設置に広いスペースを要するため、スペース上不利益が多く、小型船等の限られたスペースに適用することが困難である。
【０００６】
また、ガスタービン１の発熱部位は、その略中央部に位置する燃焼部４より下流側となっているが、従来方法ではこの部分を集中的に換気することが困難であり、冷却効果が低い。
【０００７】
さらに、通風機９によってエンクロージャー８内に強制的に冷却空気を送る方式では、仮にこの通風機９が故障等によって止まってしまった場合には、ガスタービン１の冷却が全く行われなくなってしまい、ガスタービン１やその周辺機器７等が大きな熱的ダメージを受けることも考えられる。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その主な目的は省スペースでかつ冷却効果に優れた新規なガスタービン換気装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、請求項１に示すように、筒状ケーシング内に圧縮部と燃焼部とタービンとを直列に収容したガスタービンを空冷するための換気装置において、上記タービンに上記タービンの半径方向に間隙を隔てて上記タービンを囲繞するように換気リングを設け、この換気リングは、下流側の端部が上記ガスタービンの排ガス流路に換気ダクトを介して接続されているものである。
【００１０】
従って、このような構成においてガスタービンを駆動してその燃焼排ガスが排ガス流路側に流れると、この排ガス流路と換気ダクトとの接続部側でエゼクタ効果によって換気ダクト内の空気が強制的に排ガス流路側に抜き出され、これに伴ってガスタービン周囲の空気が換気リング側に吸い込まれることになる。
【００１１】
これによってガスタービン周囲の空気が換気リング内に集中して流れ込むことにより、発熱部位となる燃焼部近傍が効果的に冷却される。
【００１２】
また、このような換気リングを採用することにより従来のような大型のエンクロージャーが不要となるため、設置に要するスペースが狭くなり、小型船等への適用も可能となる。さらに、従来のように通風機によって冷却空気を強制的に送り込む方式ではなく、ガスタービンの燃焼排ガスの排気に伴うエゼクタ効果によってガスタービン周囲の空気が換気リング内に集中して流れ込むようになるため、燃焼排ガスが排出されている限り、すなわちガスタービンが運転している間は常に換気が行われるようになるため、信頼性の高い冷却を実施することができる。
【００１３】
そして、請求項２に示すように、上記換気ダクトを、上記排ガス流路を囲繞するように設けられたエゼクタノズルを介して上記排ガス流路側に接続すれば、より確実にエゼクタ効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るガスタービン１の換気装置の実施の一形態を示す側面図、図２はその平面図である。
【００１６】
図示するように、ガスタービン１は船底Ｓに固定された筒状のケーシング２内に、圧縮部３と燃焼部４とタービン５とを直列に収容したものであり、圧縮部３側の空気導入口１１から燃焼用空気を取り込んでこれを圧縮しながら燃焼部４に送り、燃焼部４で燃料を燃焼させてその燃焼排ガスの排気圧でタービン５を回転させ、その回転力を出力軸６から取り出すようになっている。
【００１７】
また、このガスタービン１の排気口１ａ側にはこれより垂直上方に延びる排気ダクト１２及び排ガス流路１３が設けられており、排気口１ａから排気される燃焼排ガスを排気ダクト１２を介して排ガス流路１３側に流すようになっている。
【００１８】
また、このガスタービン１の燃焼部４の近傍（本実施の形態にあっては燃焼部４とタービン５の境界付近）には、これと略同軸上に囲繞するような筒状の換気リング１４が設けられており、その周囲を一定の間隙を隔てて区画するようになっている。
【００１９】
また、この換気リング１４の下流側には、これと連通した換気ダクト１５が接続されており、換気リング１４内の空気を上記排ガス流路１３側に案内するようになっている。すなわち、この換気ダクト１５は、換気リング１４の下流側に連通したダクト本体１６と、排ガス流路１３を囲むようにこれに接続されるエゼクタノズル１７との間をエゼクタダクト１８で接続したものであり、換気リング１４内の空気をダクト本体１６からエゼクタダクト１８を介してエゼクタノズル１７側に送り、このエゼクタノズル１７から排ガス流路１３側に合流させて流すようになっている。
【００２０】
尚、このガスタービン１の排気ダクト１２は、その先端がテーパ状に窄められて排ガス流路１３内に挿入されるようにこれと連結されており、その周囲の隙間にエゼクタノズル１７が設けられるようになっている。また、図中７は、このガスタービン１を制御等するための周辺機器を示したものである。
【００２１】
以上において、ガスタービン１を運転することによって発生した高温の燃焼排ガスは、その排気口１ａから排気ダクト１２を介して排ガス流路１３側に流れ、さらにこれを勢い良く通過して大気中に流れ出ることになるが、この時、その排ガス流路１３内に挿入された排気ダクト１２周囲の圧力が低下し、エゼクタ効果によってその近傍に接続された換気ダクト１５のエゼクタノズル１７からその内部の空気が引っ張られるように流出する。すると、これに伴い換気ダクト１５内が負圧となってガスタービン１周囲の空気が換気リング１４内に吸い込まれるように流れ込んだ後、換気ダクト１５を介して排ガス流路１３側に合流するように流れる。
【００２２】
これによって燃焼器４で発生した熱がその空気の流れによって奪われてその近傍が効果的に冷却されることになり、この結果、ガスタービン１や周辺機器７等への熱的ダメージを確実に回避することができる。
【００２３】
また、この換気リング１４及び換気ダクト１５は、前述したような従来のエンクロージャー８等に比べて大幅に小型・コンパクト化されるため、設置に要するスペースが少なくて済み、小型船等への適用も可能となる。さらに、従来のように通風機９によって冷却空気を強制的に送り込む方式ではなく、ガスタービン１の燃焼排ガスの排気に伴うエゼクタ効果によってガスタービン１周囲の換気が行われることから、燃焼排ガスが排出されている限り、すなわちガスタービン１が運転して燃焼部４の近傍が発熱している間は常に換気が行われるようになるため、信頼性の高い冷却を実施することができる。加えて、この換気リング１４及び換気ダクト１５を厚肉金属等の堅牢な材質から構成すれば、それ自体が万一のエンジン破損時の部品等の飛散を防止するためのコンテイメントリングとしての機能も兼ね備えることが可能となるため、ガスタービン１自体の安全性向上にも貢献することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ガスタービン全体に冷却空気を流すのではなく、その発熱部位近傍に局所的に冷却空気を流すようにしたため、優れた冷却効果を発揮しつつ、大幅な省スペース化が可能となる。また、ガスタービンの運転（排気）に連動して常に冷却が行われることから、極めて優れた信頼性が得られる等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン換気装置の実施の一形態を示す側面図である。
【図２】本発明に係るガスタービン換気装置の実施の一形態を示す平面図である。
【図３】従来のガスタービン及びその換気方式の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ガスタービン
２ケーシング
３圧縮部
４燃焼部
５タービン
13 排ガス流路
14 換気リング
15 換気ダクト

Claims

筒状ケーシング内に圧縮部と燃焼部とタービンとを直列に収容したガスタービンを空冷するための換気装置において、上記タービンに上記タービンの半径方向に間隙を隔てて上記タービンを囲繞するように換気リングを設け、この換気リングは、下流側の端部が上記ガスタービンの排ガス流路に換気ダクトを介して接続されていることを特徴とするガスタービン換気装置。
上記換気ダクトは、上記排ガス流路を囲繞するように設けられたエゼクタノズルを介して上記排ガス流路側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン換気装置。