JP5964106B2 - 圧縮機、及びガスタービン - Google Patents
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Description
即ち、本発明に係る圧縮機は、ロータとともに軸線回りに回転する動翼と、前記動翼を径方向外側から覆い内側に主流の流路を画成するケーシングと、を備える圧縮機であって、前記ケーシングを加熱または冷却する媒体を流通させる第1の系統と、前記ケーシングから前記動翼のチップに向けて前記媒体を噴出する第2の系統と、前記第1の系統と前記第2の系統とに前記媒体を供給するこれら系統に共通の媒体供給源と、前記第1の系統と前記第2の系統とを流通する前記媒体の流れを制御する制御手段とを備え、前記第1の系統の下流側に前記第2の系統が直列に接続され、前記制御手段は、前記第1の系統の入口側に設けられ、前記媒体を前記第1の系統及び前記第2の系統へ流入可能とする制御弁を有することを特徴とする。
さらに、動翼とケーシングとの間のクリアランスは、ある程度の余裕をもって形成されている。このため、第1の系統によってケーシングを冷却することで、クリアランスを低減することも可能となる。また、流路が下流に向かうに従って、主流の圧力が高くなっていくため、下流側の方が上流側と比較して温度が上昇する。従って、ケーシングに軸線方向の温度分布が生じてしまうが、ケーシングを冷却することで、熱膨張量分布による軸線方向にクリアランスの差異を低減して、軸線方向に一定のクリアランスに維持することができる。
そして、第2の系統によって、ストール発生領域の主流の増速を行なうことで、ストール発生の抑制が可能となる。
さらに、第1の系統と第2の系統へは制御手段によって、媒体の供給量を調整しながら共通の媒体供給源から媒体を供給することができるため、省スペースを図りながら、動翼とケーシングとの間のクリアランス制御とともにストール発生の抑制が可能となる。
図1に示すように、ガスタービン1は、入り口から空気を導入して圧縮空気Wを生成する圧縮機2と、この圧縮空気Wと燃料とを混合して燃焼ガスW1を生成する複数の燃焼器3と、燃焼器3から供給される燃焼ガスW1により回転動力を発生させ、ロータ6を軸線Oを回転中心として回転させるタービン4とを備えている。さらに、ガスタービン1は、タービン4を通過した燃焼ガスW1を排気する排気室5を備え、これらの構成要素を、圧縮空気W及び燃焼ガスW1の供給方向となる上流側から排気方向となる下流側に向けてこの順に備えている。
そして、このようにして燃焼ガスW1の熱エネルギーが回転エネルギーに変換され、ロータ6を介して、例えば不図示の発電装置が接続されることで電力を得ることが可能となっている。
次に、本発明の理解を助けるための比較例について説明すると、図2に示すように、ケーシング7内部に設けられ、ケーシング7の温度制御を行う第1の系統20と、動翼11のチップ12に向けてガス(媒体)Gを噴出する第2の系統30と、これら第1の系統20及び第2の系統30にガスGを供給するガス供給源(媒体供給源)50と、ガスGの流れを制御する制御手段40とを備えている。
また、第1の系統20に第1の制御弁41設け、第2の系統30に第2の制御弁42をそれぞれ独立して設ける代わりに、第1の系統20と第2の系統30の分岐点(図2では符号21a)に、三方弁を配置することにより、ガスGの流れを制御するようにしてもよい。
これ以外に、図3に示すように、一段動翼11Aのチップ12Aに向かってガスGを噴出する第2の系統30を設け、かつ第1の系統20における熱交換器23を、後段の動翼11のチップ12に対向する位置に配置することができる。また、図示はしないが、第2の系統30によって後段側の動翼11のチップ12付近にガスGを噴出し、かつ第1の系統20における熱交換器23を、一段動翼11Aのチップ12Aに対向する位置に配置してもよい。換言すると、第1の系統20と、第2の系統30とを異なる段に配置することも可能である。
しかし、前記比較形態においては、第1の制御弁41が第1の流入管21に、第2の制御弁42が第2の流入管31に別々に付けられているため、クリアランスSの制御とストール発生の抑制とを一括で行なうことができず、供給するガスGの流量を低減できない。そのため、ガスGを無駄にしてしまうことあり、コストの抑制が不十分である。
なお、前記比較形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第1の系統60、第2の系統70、制御手段74が、前記比較形態のものと異なっている。
なお、比較形態及び第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第一実施形態のガスタービン100が、バイパス系統80をさらに備えている点で、比較形態及び第一実施形態と異なっている。
なお、比較形態から第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第二実施形態のガスタービン101が、排気系統90をさらに備えている点で、比較形態、第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。
例えば、本発明における圧縮機は、ガスタービン1、100、101、111に用いられるものに限定されず、圧力比の比較的小さなファンやブロア等の送風機であってもよい。
Claims (7)
- ロータとともに軸線回りに回転する動翼と、
前記動翼を径方向外側から覆い内側に主流の流路を画成するケーシングと、を備える圧縮機であって、
前記ケーシングを加熱または冷却する媒体を流通させる第1の系統と、
前記ケーシングから前記動翼のチップに向けて前記媒体を噴出する第2の系統と、
前記第1の系統と前記第2の系統とに前記媒体を供給するこれら系統に共通の媒体供給源と、
該媒体供給源から供給されて前記第1の系統と前記第2の系統とを流通する前記媒体の流れを制御する制御手段とを備え、
前記第1の系統の下流側に前記第2の系統が直列に接続され、
前記制御手段は、前記第1の系統の入口側に設けられ、前記媒体を前記第1の系統及び前記第2の系統へ流入可能とする制御弁を有することを特徴とする圧縮機。 - 前記第1の系統と前記第2の系統との接続部分と、前記媒体供給源との間を結ぶバイパス系統をさらに備え、
前記制御手段は、前記バイパス系統に設けられ、前記媒体を該バイパス系統に流入可能とするバイパス制御弁をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。 - 前記第1の系統と前記第2の系統との接続部分に接続された排気系統をさらに備え、
前記制御手段は、
前記排気系統に設けられ、前記媒体を該排気系統へ流入可能とする排気制御弁と、
前記第1の系統と前記第2の系統との接続部分より下流側で、該第2の系統に設けられた噴出制御弁とをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の圧縮機。 - 前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、
前記第1の系統と前記第2の系統とが、同一の段に設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮機。 - 前記第1の系統と前記第2の系統とが、前記複数段のうちの最も上流側となる第一段に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の圧縮機。
- 前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、
前記第1の系統と前記第2の系統とが、異なる段に設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の圧縮機。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の圧縮機を備えることを特徴とするガスタービン。
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