JP3988474B2 - ガスタービンエンジン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器を備えたガスタービンエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンでは、コンプレッサによって圧縮された燃焼用圧縮空気と燃料との混合気を燃焼器で燃焼させ、この燃焼にともない生じたガスによってタービンを回転させて、エンジンの駆動力(出力トルク)を得ている。また、前記構成を有するエンジン本体に熱交換器を付加し、両者をダクトによって連結したタイプのガスタービンエンジンも知られている。
【0003】
このタイプでは、タービンの回転にともないエンジン本体から排出された排気ガスが熱交換器を通過する。また、コンプレッサによる燃焼用圧縮空気が、熱交換器を通過した後に燃焼器に流入する。熱交換器では、排気ガスと燃焼用圧縮空気との間で熱交換が行われ、排気ガスの熱が燃焼用圧縮空気に回収される。このようにして温度の上昇した燃焼用圧縮空気が熱交換器に流入するため、エンジン本体の熱効率が向上する。
【0004】
ところで、前記熱交換器付ガスタービンエンジンでは高温部分が多く、この高温部分の熱膨張により過大な力が加わって、熱交換器等が変形するおそれがある。これに対しては、エンジン本体と熱交換器とを繋ぐダクトの途中にベローズ管を介在させ、そのベローズ管の圧縮、伸張によって熱膨張を吸収する技術が、例えば、特開平5−113133号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ベローズ管のばね定数と長さとは反比例の関係にある。そのため、省スペースを優先(大型化を回避)してベローズ管を短くすると、ばね定数が大きくなる。その結果、熱膨張を吸収する際にベローズ管の圧縮によって発生する力(弾性復元力)が大きく、他部品の変形を招く等の新たな不具合が発生する。逆に、前記弾性復元力を小さくするために、ベローズ管を長くしてばね定数を小さくすると、ガスタービンエンジンがベローズ管の軸線方向について長くなり、結果として大型化を招くこととなる。
【0006】
上記問題点を解消するために、本願出願人は、特願2001−131849において、エンジン本体と熱交換器とを連結する排気ダクト又は熱交換後の燃焼用圧縮空気を通すダクト(以下、加熱後空気ダクトという)にスライド継手の構造を採用したガスタービンエンジンを提案している。このガスタービンエンジンにおいては、エンジン本体と熱交換器とを連結する熱交換前の燃焼用圧縮空気を通すためのダクト(以下、加熱前空気ダクトという)は固定されている。なお、加熱後空気ダクトと排気ダクトとは多重管構造となっている。
【0007】
このようなガスタービンエンジンにおいて、排気ガスを通す排気ダクトのみをスライド継手構造とし、加熱後空気ダクト及び加熱前空気ダクトを固定したものでは、排気ダクトの熱膨張を吸収することはできる。しかしながら、加熱後空気ダクトの熱膨張は大きく、加熱前空気ダクトの熱膨張はほとんどない。従って、加熱後空気ダクトの熱膨張量と加熱前空気ダクトの熱膨張量との差に基づいて過大な力が熱交換器に作用して熱交換器が変形するおそれがある。
【0008】
また、このようなガスタービンエンジンにおいて、排気ダクト及び加熱後空気ダクトをスライド継手構造としたものではそれらの熱膨張を吸収することができ、上記した熱膨張による熱交換器の変形は防止することができる。しかしながら、加熱前空気ダクト及び加熱後空気ダクトはコンプレッサによって圧縮された高圧の空気を通しているため、この高圧の空気が加熱前空気ダクト及び加熱後空気ダクトの連結部において熱交換器の内壁に作用する。加熱後空気ダクトはスライド継手構造であるため、熱交換器は加熱後空気ダクト側において加熱後空気ダクトの伸張方向に移動して初期の配置状態から傾斜し、これにより過大な力が作用して熱交換器が変形するおそれがある。
【0009】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高温部分の熱膨張及び圧力に起因する変形抑制と、小型化との両立を図ることができるガスタービンエンジンを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、燃焼用圧縮空気及び燃料の混合気を燃焼させて生じたガスによってタービンを回転させるエンジン本体と、前記混合気の燃焼に先立ち、前記エンジン本体から排出される排気ガスの熱によって前記燃焼用圧縮空気を加熱する熱交換器と、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記エンジン本体から熱交換前の燃焼用圧縮空気を前記熱交換器に導く加熱前空気ダクトと、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記熱交換器から熱交換後の燃焼用圧縮空気を前記エンジン本体に供給する加熱後空気ダクトと、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記エンジン本体から排気ガスを前記熱交換器に導く排気ダクトとを備えるガスタービンエンジンにおいて、前記加熱前空気ダクト、前記加熱後空気ダクト及び前記排気ダクトのうち、少なくとも2つのダクトにダクト長を変更可能なスライド継手部をそれぞれ設けるとともに、そのスライド継手部の両端においてダクト長の変化を所定長に規制する規制部材を設け、前記スライド継手部は、前記エンジン本体側に設けられた第1配管部と、前記熱交換器側に設けられた第2配管部と、それら第1配管部及び第2配管部に摺動可能に嵌合された揺動ダクトとを備え、前記揺動ダクトの長さは、該揺動ダクトと前記第1配管部との第1嵌合上限値と、該揺動ダクトと前記第2配管部との第2嵌合上限値とのうちいずれか大きい方の値と、前記第1配管部及び前記第2配管部間の間隔との和よりも小さく設定され、前記揺動ダクトと前記第1配管部及び第2配管部と嵌合状態を維持する嵌合維持部材を備えることを特徴とする。
【0011】
上記の構成によれば、エンジン本体では、燃焼用圧縮空気及び燃料の混合気が燃焼され、生じた高温のガスによりタービンが回転される。熱交換器では、エンジン本体から排出される排気ガスが排気ダクトを通じて導入されるとともに、燃焼用圧縮空気がエンジン本体へ供給される途中で熱交換器を通過する。熱交換器では、これらの排気ガスと燃焼用圧縮空気との間で熱交換が行われ、排気ガスの熱が燃焼用圧縮空気に回収される。
【0012】
ところで、エンジン本体と熱交換器とを連結する加熱前空気ダクト、加熱後空気ダクト及び排気ダクトのうち、少なくとも2つのダクトにダクト長を変更可能なスライド継手部がそれぞれ設けられるとともに、そのスライド継手部の両端においてダクト長の変化を所定長に規制する規制部材が設けられている。そのため、上記ガスタービンエンジンの運転にともなう熱膨張は、スライド継手部によって吸収することができるとともに、エンジン本体と熱交換器との相対移動によるダクト長の変化を許容することができる。スライド継手部を設けた2つのダクトにおいては、それらと熱交換器との連結部において熱交換器の内壁に作用する気体の圧力によって熱交換器が移動しようとする。このとき、規制部材によってダクト長の変化が所定長に規制されるので熱交換器が初期の配置状態から傾斜するようなことはなく、熱交換器のダクト連結部付近に局部的な応力が作用するのを防止でき、熱交換器の変形を抑制することができる。また、エンジン本体と熱交換器とを連結するダクトはベローズ管を必要とせず、そのベローズ管のスペースの分、ガスタービンエンジンの小型化が可能となる。また、ベローズ管の圧縮によって発生する力(弾性復元力)がなくなるため、熱交換器等、ガスタービンエンジンの構成部品の変形が抑制される。
【0013】
なお、ガスタービンエンジンの運転停止等にともない高温部分の温度が低下すると、前記のように一旦熱膨張した部分が収縮して元の状態に戻る。この場合にも、スライド継手部によって前記収縮が吸収される。
さらに、エンジン本体と熱交換器との相対移動によってダクトの軸線がエンジン本体側と熱交換器側とでずれたとしても、揺動ダクトによってダクトに異常な外力が作用するのを防止できるとともに、気体の流路を確保することができる。
また、ガスタービンエンジンを組み立てる際、嵌合維持部材を取り外した状態で、揺動ダクトを嵌合上限値が大きい配管部側に嵌合すれば、揺動ダクトと他方の配管部との嵌合状態は解除される。この状態で揺動ダクトを嵌合した配管部の取り付け及び取り外しを容易に行うことができ、組み付け性能が向上する。
【0014】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記規制部材は、前記スライド継手部の両端において所定長の範囲内で移動可能に支持された規制ロッドであることを特徴とする。
【0015】
上記の構成によれば、上記ガスタービンエンジンの運転にともなうダクトの熱膨張及びエンジン本体と熱交換器との相対移動にともなうダクト長の変化は、スライド継手部によって吸収される。このとき、規制ロッドは所定長の範囲内で移動可能に支持されているので、異常な外力がダクトに作用することはない。エンジン本体と熱交換器との相対移動によるダクト長の変化が所定長に達すると、規制ロッドはスライド継手部の両端によって移動不能となり、この規制ロッドによりダクト長が延びる方向への変化が規制される。
【0016】
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記規制部材は、前記スライド継手部の両端において所定のたるみをもって接続された線材であることを特徴とする。
【0017】
上記の構成によれば、上記ガスタービンエンジンの運転にともなうダクトの熱膨張及びエンジン本体と熱交換器との相対移動にともなうダクト長の変化は、スライド継手部によって吸収される。このとき、線材は所定のたるみをもって接続されているので、異常な外力がダクトに作用することはない。エンジン本体と熱交換器との相対移動によるダクト長の変化が所定長に達すると、線材はスライド継手部の両端によって緊張し、この線材によりダクト長が延びる方向への変化が規制される。
【0022】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記第1嵌合上限値と前記第2嵌合上限値とは異なる値に設定され、前記揺動ダクトの長さは、前記第1嵌合上限値と前記第2嵌合上限値とのうち小さい方の値と、前記第1配管部及び前記第2配管部間の間隔との和よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【0023】
上記の構成によれば、嵌合維持部材を取り外した状態で、揺動ダクトを嵌合上限値が小さい配管部側に嵌合しても、揺動ダクトと他方の配管部との嵌合状態が解除されることはない。そのため、嵌合維持部材として嵌合上限値が小さい配管部側において揺動ダクトの嵌合を維持することができるものを1つ設ければ済み、部品点数の増加を抑制することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図9に従って説明する。
図1に示すように、ガスタービンエンジン10は、エンジン本体11、熱交換器12及び複数本のダクト(加熱前空気ダクト13、加熱後空気ダクト14、排気ダクト15)とを備えている。エンジン本体11は図示しないフレーム等に固定されている。エンジン本体11は、コンプレッサ16、燃焼器17及びタービン18を備えている。エンジン本体11において、燃焼器17及びタービン18は吸気ダクトとして機能するエンジンハウジング19によって覆われている。
【0025】
エンジン本体11内にはタービン18、排気ダクト部20が設けられており、この排気ダクト部20によってエンジンハウジング19内の空間は燃焼器17を収容する空間とタービン18を収容する空間とに区画されている。燃焼器17は排気ダクト部20内に臨むように配設されている。
【0026】
燃焼器17は、コンプレッサ16によって圧縮された燃焼用圧縮空気と、インジェクタ(図示略)から噴射される燃料との混合気を燃焼させる。タービン18は、燃焼器17での混合気の燃焼にともない生じたガスによって回転される。このタービン18の回転によってエンジン本体11の駆動力(出力トルク)が得られる。コンプレッサ16は軸によってタービン18に連結されており、そのタービン18で発生する出力トルクの一部によって駆動される。
【0027】
熱交換器12は、燃料消費量の改善、燃焼効率の向上等を目的として、前記混合気の燃焼に先立ち、エンジン本体11から排出された排気ガスによって燃焼用圧縮空気を加熱し、排気ガスの熱を回収して熱効率を向上するためのものである。熱交換器12は、エンジン本体11の近傍に配置されており、図示しない支持部により、フレーム等に対して移動可能に支持されている。
【0028】
加熱前空気ダクト13は、熱交換器12の上部とエンジン本体11のコンプレッサ16との間に接続されている。加熱前空気ダクト13は、熱交換前の燃焼用圧縮空気、すなわち、コンプレッサ16によって圧縮された中温かつ高圧の燃焼用圧縮空気を熱交換器12に導くための流路を有している。
【0029】
加熱後空気ダクト14は、エンジン本体11のエンジンハウジング19と熱交換器12との間に接続されている。加熱後空気ダクト14は、熱交換後の燃焼用圧縮空気、すなわち、排気ガスの熱を回収して昇温した高温かつ高圧の燃焼用圧縮空気をエンジン本体11内の燃焼器17に導くための流路を有している。
【0030】
排気ダクト15は、熱交換器12とエンジン本体11の排気ダクト部20との間に接続されている。排気ダクト15は、タービン18の回転にともないエンジン本体11から排出された高温かつ低圧の排気ガスを燃焼器17に導くための流路を有している。本実施形態では、加熱後空気ダクト14が排気ダクト15を包み込み、両ダクト14,15が二重管構造をなしている。なお、排気ダクト15が加熱後空気ダクト14を包み込んだ二重管構造であってもよい。また、両ダクト14,15が互いに分離した構造(非二重管構造)であってもよい。
【0031】
本実施形態のガスタービンエンジン10においては混合気の燃焼に基づく各ダクト13〜15の熱膨張の差を吸収するために、各ダクト13〜15のうち、加熱前空気ダクト13と排気ダクト15との2つのダクトにスライド継手部が設けられている。
【0032】
まず、加熱前空気ダクト13について説明する。図1に示すように、加熱前空気ダクト13は、エンジン本体11側の第1配管部23と、熱交換器12側の第2配管部24と、第1配管部23及び第2配管部24に摺動可能に嵌合された揺動ダクト25とを備える。第1配管部23はエンジン本体11の取付管21に締結具(ボルト及びナット)22にて締結されている。
【0033】
図2,図4に示すように、第1配管部23及び第2配管部24の対向端部間には、ソケット部23a、24aがそれぞれ設けられている。揺動ダクト25はその両端部に設けられた遮蔽機構30を介してソケット部23a、24aに内嵌されている。図6に示すように、揺動ダクト25の両端部外周面には環状をなす収容溝31が設けられている。収容溝31内にはパッキン32が収容されるとともに、そのパッキン32を挟むように一対の摺接リング33が収容溝31の幅方向において移動可能に収容されている。摺接リング33はソケット部23a内周面に弾性的に接触するようになっている。ここでは収容溝31とパッキン32と摺接リング33とによって遮蔽機構30が構成されている。
【0034】
上記第1配管部23のソケット部23aの長さL1は、第2配管部24のソケット部24aの長さL2よりも大きく設定されている。本実施形態において、揺動ダクト25の長さは、ソケット部23aの長さL1と、第1配管部23及び第2配管部24間の間隔L3との和よりも小さく、かつ、ソケット部24aの長さL2と、第1配管部23及び第2配管部24間の間隔L3との和よりも大きく設定されている。従って、図8に示すように、揺動ダクト25が第1配管部23のソケット部23aの最奥部まで嵌合されると、揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態が解除されることとなる。なお、揺動ダクト25が第2配管部24のソケット部24aの最奥部まで嵌合されても、揺動ダクト25と第1配管部23との嵌合状態が維持される。
【0035】
なお、加熱前空気ダクト13はコンプレッサ16によって圧縮された燃焼用圧縮空気の流速を低下させて熱交換器12に導く必要があり、揺動ダクト25の内周面は熱交換器12側が拡径するテーパ状に形成されている。そのため、加熱前空気ダクト13を介して燃焼用圧縮空気を熱交換器12に供給する際、揺動ダクト25には同揺動ダクト25を第2配管部24から抜き出すように空気の圧力が作用する。
【0036】
このような揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を維持するための嵌合維持部材が設けられている。すなわち、図1、図2に示すように、第2配管部24の外周に突設された複数の係止片24bと揺動ダクト25の外周に突設された複数の係止片25aとの間には嵌合維持部材としてのダクト支持ボルト26が挿通支持されている。図3に示されるように、ダクト支持ボルト26は係止片24b及び係止片25aに対して遊挿されるとともに、その支持ボルト26の有効長さはソケット部24aに対する揺動ダクト25の嵌合長さL4が確保されるように設定されている。ガスタービンエンジン10の組み付け状態において、揺動ダクト25に外力が作用してもダクト支持ボルト26によって揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を維持できるようになっている。
【0037】
さらに、図1、図4に示すように、第1配管部23の外周に突設された複数の係止片23bと第2配管部24の外周に突設された複数の係止片24cとの間には規制ロッドとしてのダクト長規制ボルト27が挿通支持されている。図5に示されるように、ダクト長規制ボルト27は係止片24c及び係止片23bに対して遊挿されるとともに、そのダクト長規制ボルト27はガスタービンエンジン10の初期組み付け状態において所定長L5の範囲内で移動し得るように設定されている。本実施形態では所定長L5は加熱後空気ダクト14の熱膨張量と等しい値に設定されている。ガスタービンエンジン10の組み付け状態において、エンジン本体11と熱交換器12とが相対移動してもダクト長規制ボルト27によってダクト長の変化を所定長に規制することができるようになっている。
【0038】
次に、排気ダクト15について説明する。図1に示すように、排気ダクト15の端部15aは排気ダクト部20の端部20aに対して図7に示す遮蔽機構34を介して摺動可能に連結されることにより、排気ダクト15と排気ダクト部20とが連通されている。また、排気ダクト部20の外周フランジ20bには所定位置に複数の切り欠き20cが設けられており、この切り欠き20cを介して加熱後空気ダクト14とエンジン本体11の燃焼器17を収容する空間とが連通されている。
【0039】
排気ダクト15と排気ダクト部20とを連結する遮蔽機構34の詳細を図7に従って説明する。排気ダクト部20の端部20aは排気ダクト15の端部15aに対して内嵌されている。端部20a外周面には環状をなす複数の収容溝35が設けられている。各収容溝35内には摺接リング36が収容溝35の幅方向において移動可能に収容されている。各摺接リング36は排気ダクト15の端部15a内周面に弾性的に接触するようになっている。本実施形態では複数の収容溝35と複数の摺接リング36とによって遮蔽機構34が構成されている。
【0040】
嵌合された排気ダクト15と排気ダクト部20の内部空間は低圧の排気ガス通路となり、外部空間は圧縮された燃焼用空気の通路となる。従って、排気ダクト15及び排気ダクト部20の内部空間と外部空間との間に圧力差が生じ、排気ダクト部20では、摺接リング36が収容溝35内を圧力の低い内部空間側に移動して収容溝35の側壁に当接し、排気ダクト部20と摺接リング36との間がシールされる。また、排気ダクト15側ではその端部15a内周面に対して摺接リング36が弾性的に接触するため、排気ダクト15と摺接リング36との間がシールされる。従って、嵌合された排気ダクト15と排気ダクト部20の内部空間と外部空間とは摺接リング36によって確実に遮蔽され、内部空間と外部空間との間での漏れが防止される。なお、高温の排気ガスが通過する排気ダクト部20及び排気ダクト15の熱膨張量が大きくなるが、摺接リング36によって排気ダクト15の軸線方向への移動が許容されるので、排気ダクト15と排気ダクト部20の熱膨張を吸収することができる。
【0041】
なお、本実施形態においては、排気ダクト15は加熱後空気ダクト14に包み込まれる多重管構造をなしており、加熱後空気ダクト14は固定されたダクトである。従って、加熱後空気ダクト14が排気ダクト15のダクト長を所定長に規制する規制部材として機能する。
【0042】
ここで、上記ガスタービンエンジン10の組み立て方法について説明する。
まず、フレーム等にエンジン本体11を固定したのち、エンジン本体11と熱交換器12とを加熱後空気ダクト14にて連結する。次に、図8に示すように、第1配管部23のソケット部23aの最奥部まで揺動ダクト25を嵌合する。第1配管部23をエンジン本体11の取付管21上に配置したとき、揺動ダクト25と第2配管部24のソケット部24a端部との間には隙間L6が存在する。よって、揺動ダクト25を嵌合した第1配管部23を取付管21に対して締結具22によって締結する。
【0043】
この後、揺動ダクト25を第2配管部24側に引き抜き、揺動ダクト25の他端部を第2配管部24のソケット部24a内に正規の嵌合量だけ嵌合し、ダクト支持ボルト26によって揺動ダクト25の位置決めを行い、揺動ダクト25の嵌合状態を維持する。
【0044】
最後に、第1配管部23の係止片23b及び第2配管部24の係止片24c間にダクト長規制ボルト27を挿通すると、ガスタービンエンジン10の組み付けが完了する。
【0045】
前記のように構成されたガスタービンエンジン10によると、エンジン本体11では、コンプレッサ16によって圧縮された中温かつ高圧の燃焼用圧縮空気が、加熱前空気ダクト13、熱交換器12、加熱後空気ダクト14を順に流れて燃焼器17に導かれる。燃焼器17では、燃焼用圧縮空気とインジェクタから噴射された燃料との混合気が燃焼される。燃焼により生じた高温の排気ガスによりタービン18が回転される。タービン18を通過した排気ガスは、排気ダクト15内及び熱交換器12内を順に通った後、外部に排出される。熱交換器12では、これらの排気ガスと燃焼用圧縮空気との間で熱交換が行われ、排気ガスの熱が燃焼用圧縮空気に回収される。この回収により燃焼用圧縮空気の温度が上昇する。そして、この燃焼用圧縮空気は、前述したように加熱後空気ダクト14を通じて燃焼器17に導入される。
【0046】
ところで、上記ガスタービンエンジン10においては混合気が燃焼されることから、同エンジン10の各部の温度が高くなり、熱膨張が起こる。本実施形態ではエンジン本体11と熱交換器12とを連結するダクトのうち、加熱後空気ダクト14及び排気ダクト15での熱膨張が大きくなる。排気ダクト15の熱膨張はスライド継手部によって吸収される。加熱後空気ダクト14は固定されたダクトであるため、その熱膨張分にともなう力(熱応力)が熱交換器12に伝わると、熱交換器12は自由に動ける状態となっているため、熱交換器12が熱膨張の方向に変位する。
【0047】
また、図9に示すように、スライド継手部を設けた加熱前空気ダクト13においては、第2配管部24と熱交換器12との連結部において熱交換器12の内壁に、第2配管部24の内径面積分の圧力アンバランスによる力Fが作用して熱交換器12が移動しようとする。このとき、熱交換器12が力Fの方向に移動してダクト長規制ボルト27によって加熱前空気ダクト13のダクト長の変化が所定長L5に規制される。そのため、熱交換器12が初期の配置状態から傾斜するようなことはなく、熱交換器12のダクト連結部付近に局部的な応力が作用するのを防止でき、熱交換器12の変形を抑制することができる。
【0048】
なお、ガスタービンエンジン10の運転停止等にともない高温部分の温度が低下すると、前記のように一旦熱膨張した部分が収縮して元の状態に戻る。この場合には、熱交換器12が前記熱膨張時とは逆方向に変位して元の位置に戻る。
【0049】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
・ 本実施形態では、エンジン本体11と熱交換器12とを連結する加熱前空気ダクト13にダクト長を変更可能なスライド継手部を設けるとともに、そのスライド継手部の両端においてダクト長の変化を所定長に規制するダクト長規制ボルト27を設けた。また、排気ダクト15にもダクト長を変更可能なスライド継手部を設けるとともに、そのスライド継手部の両端においてダクト長の変化を所定長に規制する規制部材(実施形態では固定された加熱後空気ダクト14)を設けた。そのため、ガスタービンエンジン10の運転にともなう加熱前空気ダクト13、排気ダクト15での熱膨張をスライド継手部によって吸収することができ、エンジン本体11と熱交換器12との相対移動によるダクト長の変化を許容することができる。
【0050】
・ また、スライド継手部を設けた加熱前空気ダクト13においては、熱交換器12の第2配管部24において熱交換器12の内壁に第2配管部24の内径面積分の圧力アンバランスによる力Fが作用して熱交換器12が移動しようとする。このとき、ダクト長規制ボルト27によって加熱前空気ダクト13のダクト長の変化が所定長L5に規制されるので、熱交換器12が初期の配置状態から傾斜するようなことはなく、熱交換器12のダクト連結部付近に局部的な応力が作用するのを防止でき、熱交換器12の変形を抑制することができる。
【0051】
・ また、エンジン本体11と熱交換器12とを連結するダクトはベローズ管を必要とせず、そのベローズ管のスペースの分、ガスタービンエンジンの小型化が可能となる。また、ベローズ管の圧縮によって発生する力(弾性復元力)がなくなるため、熱交換器等、ガスタービンエンジンの構成部品の変形が抑制される。
【0052】
・ 本実施形態において、加熱前空気ダクト13のスライド継手部は、エンジン本体11側の第1配管部23と、熱交換器12側の第2配管部24と、第1配管部23及び第2配管部24に摺動可能に嵌合された揺動ダクト25とを備える。エンジン本体11と熱交換器12との相対移動によって加熱前空気ダクト13の軸線がエンジン本体11側と熱交換器12側とでずれたとしても、揺動ダクト25によってダクトに異常な外力が作用するのを防止できるとともに、気体の流路を確保することができる。
【0053】
・ 本実施形態において、加熱前空気ダクト13を構成する第1配管部23のソケット部23aの長さL1は、第2配管部24のソケット部24aの長さL2よりも大きく設定されている。揺動ダクト25の長さは、ソケット部23aの長さL1と、第1配管部23及び第2配管部24間の間隔L3との和よりも小さく、かつ、ソケット部24aの長さL2と、第1配管部23及び第2配管部24間の間隔L3との和よりも大きく設定されている。従って、ガスタービンエンジン10を組み立てる際、ダクト支持ボルト26を取り外した状態で、揺動ダクト25を第1配管部23側のソケット部23aの最奥部に嵌合すれば、揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を解除することができる。この状態で揺動ダクト25を嵌合した第1配管部23の取り付け及び取り外しを容易に行うことができ、組み付け性能及びメンテナンス性能が向上する。また、揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を維持するためにダクト支持ボルト26を設ければよく、部品点数の増加を抑制することができる。
【0054】
・ 本実施形態では、排気ダクト15を内側に配設し、排気ダクト15の外側に加熱後空気ダクト14を配設して多重管構造とした。従って、排気ダクト15の外部空間は加熱後空気ダクト14を通る高温の空気となり、排気ガス温度とその加熱された空気の温度との温度差が小さくなるため、排気ダクト15からの放熱量が減少する。また、排気ダクト15からの放熱先は加熱後空気ダクト14を通過する加熱された空気であり、結果的に排気ダクト15の表面からの放熱による熱効率の低下はなくなり、ガスタービンエンジン10の熱効率を向上することができる。
【0055】
・ また、3つのダクトのうち、排気ダクト15と加熱後空気ダクト14とを内外に配設して多重管構造としたため、ダクトの取回し上スペースを小さくすることができ、ガスタービンエンジン10のコンパクト化を図ることができる。
【0056】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよく、その場合でも上記実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。
・ 上記実施形態において、揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を維持するダクト支持ボルト26に代えて、図10に示すように、揺動ダクト25の第1配管部23側において第1配管部23の端面に当接する係止部材38を設ける。係止部材38としてはスナップリング、ボルト等を使用することができる。この係止部材38により揺動ダクト25の第1配管部23側への嵌合量を規制することにより、揺動ダクト25と第2配管部24との嵌合状態を維持するようにしてもよい。
【0057】
・ 上記実施形態におけるダクト支持ボルト26に代えて、図11に示すように、ワイヤロープ40等の線材を使用するようにしてもよい。
・ 上記実施形態におけるダクト長規制ボルト27に代えて、図11に示すように、所定のたるみをもたせたワイヤロープ41等の線材を使用するようにしてもよい。
【0058】
・ 上記実施形態において、加熱後空気ダクト14以外のダクトを固定し、その他の2つのダクトにスライド継手部及び規制部材を設けてもよい。
・ 上記実施形態において、さらに加熱後空気ダクト14にもスライド継手部及び規制部材を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施形態のガスタービンエンジンの一部を破断して示す正面図。
【図2】同じく加熱前空気ダクトを示す正断面図。
【図3】同じく加熱前空気ダクトにおけるダクト支持ボルトの装着状態を示す拡大断面図。
【図4】同じく加熱前空気ダクトを示す平断面図。
【図5】同じく加熱前空気ダクトにおけるダクト長規制ボルトの装着状態を示す拡大断面図。
【図6】同じくエンジン側配管部と揺動ダクトとの接続状態を示す拡大断面図。
【図7】同じく加熱後空気ダクト及び排気ダクトの接続状態を示す拡大断面図。
【図8】同じく加熱前空気ダクトの組み付け方法を示す説明図。
【図9】同じく熱交換器の概略断面図。
【図10】別の実施形態における加熱前空気ダクトの組み付け状態を示す部分断面図。
【図11】別の実施形態における加熱前空気ダクトを示す正面図。
【符号の説明】
11…エンジン本体、12…熱交換器、13…加熱前空気ダクト、14…加熱後空気ダクト、15…排気ダクト、16…コンプレッサ、23…第1配管部、24…第2配管部、25…揺動ダクト、26…ダクト支持ボルト、27…ダクト長規制ボルト。
Claims (4)
- 燃焼用圧縮空気及び燃料の混合気を燃焼させて生じたガスによってタービンを回転させるエンジン本体と、前記混合気の燃焼に先立ち、前記エンジン本体から排出される排気ガスの熱によって前記燃焼用圧縮空気を加熱する熱交換器と、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記エンジン本体から熱交換前の燃焼用圧縮空気を前記熱交換器に導く加熱前空気ダクトと、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記熱交換器から熱交換後の燃焼用圧縮空気を前記エンジン本体に供給する加熱後空気ダクトと、前記エンジン本体と前記熱交換器とを連結しかつ前記エンジン本体から排気ガスを前記熱交換器に導く排気ダクトとを備えるガスタービンエンジンにおいて、
前記加熱前空気ダクト、前記加熱後空気ダクト及び前記排気ダクトのうち、少なくとも2つのダクトにダクト長を変更可能なスライド継手部をそれぞれ設けるとともに、そのスライド継手部の両端においてダクト長の変化を所定長に規制する規制部材を設け、
前記スライド継手部は、前記エンジン本体側に設けられた第1配管部と、前記熱交換器側に設けられた第2配管部と、それら第1配管部及び第2配管部に摺動可能に嵌合された揺動ダクトとを備え、
前記揺動ダクトの長さは、該揺動ダクトと前記第1配管部との第1嵌合上限値と、該揺動ダクトと前記第2配管部との第2嵌合上限値とのうちいずれか大きい方の値と、前記第1配管部及び前記第2配管部間の間隔との和よりも小さく設定され、
前記揺動ダクトと前記第1配管部及び第2配管部と嵌合状態を維持する嵌合維持部材を備えるガスタービンエンジン。 - 請求項1において、
前記規制部材は、前記スライド継手部の両端において所定長の範囲内で移動可能に支持された規制ロッドであるガスタービンエンジン。 - 請求項1において、
前記規制部材は、前記スライド継手部の両端において所定のたるみをもって接続された線材であるガスタービンエンジン。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記第1嵌合上限値と前記第2嵌合上限値とは異なる値に設定され、前記揺動ダクトの長さは、前記第1嵌合上限値と前記第2嵌合上限値とのうち小さい方の値と、前記第1配管部及び前記第2配管部間の間隔との和よりも大きく設定され、
前記揺動ダクトと前記第1配管部及び第2配管部との嵌合状態を維持する嵌合維持部材を備えるガスタービンエンジン。
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