JPH0331523A - 再生式ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、再生式ガスタービンに関し、特にハウジング
の構造に関する。

（従来の技術） 自動車用のガスタービンとして、２軸再生ガスタービン
と称されるものがある（特開昭６１−８９９３３号公報
等参照）。

こ、のものは、燃料噴射ノズルから噴射した燃料を圧縮
機から吐出される圧縮空気と共に燃焼器で燃焼させて、
高温ガスを生成し、これをスクロール及びガス通路を介
して膨張させることにより、圧縮機を駆動するタービン
（出力タービン）を回転駆動するようになっており、更
に、タービンを駆動した排ガスは回転蓄熱式の熱交換器
に送られる圧縮空気を加熱するようになっている。

そして、かかるガスタービンのハウジングは、内部に前
記圧縮空気が満たされる高圧室（圧縮機側空間）と略最
終段タービン出口圧となる低圧室（−排ガス側空間）と
を圧力隔壁即ち、バルクヘッドにより仕切り形成した構
成となっている。

〈発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来のガスタービンにあっ
ては、前記バルクヘッドがハウジングと一体構造であっ
たため、次のような問題点が発生していた。

即ち、第４図に示すハウジング１におけるバルクヘッド
２の中央フランジ部３は機関の運転中に高温ガスの熱伝
導によりハウジング１外部よりも高温となる。即ち、ハ
ウジング１全体をみた場合、中央フランジ部３側と外殻
４側とでは温度差が大きい。

従って、中央フランジ部３にはハウジング１の外殻４の
拘束を受けて圧縮応力が加わり、特に、中央フランジ部
３に形成された孔３ａの周囲Ａは応力集中が生じて、時
として降伏して塑性変形に到る。

又、機関停止時には、前記孔３ａ部もハウジング１外部
と同温度にまで冷却されるが、前記塑性変形分は引っ張
り応力に転する。

従って、機関停止の繰り返しに伴う引張圧縮の疲労によ
り、孔３ａにクランクが生じるという問題点があった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、バ
ルクヘッドがハウジングと一体構造であったために生じ
る問題点を解消することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明の再生式ガスタービンは、タービンと
熱交換器とを収納するハウジング内に高圧空気が満たさ
れる高圧室と略最終段タービン出口圧となる低圧室とを
仕切り形成する圧力隔壁を、ハウジングとは別体の部材
により形成した構成とする。

〈作用〉 かかる構成において、バルクヘッドとハウジングとが別
体であるため、バルクヘッド全体をみた場合、各部の温
度差が従来よりも著しく減じられる。

このため、バルクヘッドの最も高温となる部分には圧縮
応力が加わるものの、降伏して塑性変形に到る程の圧縮
応力は受けない。

従って、機関停止の繰り返しに伴う引張圧縮の疲労が軽
減され、バルクヘッドの最も高温となる部分にクランク
が生じるのが防止される。

又、バルクヘッドを構成する材料を、ハウジングとは無
関係に適宜選択して使用することにより、上記の効果を
更に向上することができ、効果的な圧縮応力低減を図る
ことができる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は再生式ガスタービンのハウジングの部分の構成
を示す図である。

即ち、ハウジング５は図示しない圧縮機から吐出される
高圧空気が供給される図示しない燃焼器と、該燃焼器か
ら供給される高温ガスで駆動される図示しない出力ター
ビンと、燃焼器に供給される高圧空気をタービンの排ガ
スで予熱する図示しない回転蓄熱式の熱交換器と、を収
納している。

例えば、ハウジング５の前面には圧縮機の支持プレート
とそのスクロールカバーを取り付けるフランジ部６が、
後面には出力タービンと連結する出力軸の軸穴７が形成
されている。

ハウジング５の上部には熱交換器を取り付ける環状段部
８が形成され、ハウジング５の中央部には、圧縮機から
吐出される高圧空気が満たされる高圧室９と略最終段タ
ービン出口圧となる低圧室１０とを仕切り形成すると共
に、図示しない圧縮機駆動タービンと出力タービンを組
み付けるためのバルクヘッド１１が設けられている。

前記高圧室９には、燃焼器と、該燃焼器からの高温ガス
をタービンに導くスクロール（図示せず）とが配設され
、低圧室１０には、タービンからの排ガスを熱交換器に
導くデイフユーザ（図示せず）が配設されるようになっ
ている。

ここで、上記バルクヘッド１１は、ハウジング５とは別
体の部材により形成される。

即ち、本実施例では、バルクヘッド１１として、低熱膨
張率の材料例えばセラミック等からなる板部材１１Ａを
設ける。ハウジング５内面の高圧室９と低圧室１０とを
仕切る個所には、該ハウジング５内面から突出する堰１
２が一体成形されており、該堰１２の先端部には溝１３
が形成されている。前記板部材１１Ａの外周部はこの溝
１３に図の上方から差し込まれて固定される。仮部材１
１Ａの低圧室１０側の側面には咳板部材１１Ａの外周に
沿って延びる溝１４が形成されており、この溝１４には
、板部材１１Ａの低圧室１０例の側面と溝１４の内側面
との間に圧接介装されるゴム若しくは繊維等からなる紐
状シール部材１５が嵌め込まれている。

かかる板部材１１Ａの略中央部には、孔１６の内周面に
凸部１７を張り出し形成した構成のフランジ部１８が形
成されている。

一方、高圧室９と低圧室ｌＯ夫々の内面には断熱材１９
．２０が張設されている。

又、ハウジング５の外周面には凹所２１が形成されてお
り、該外周面にはこの凹所２１を覆うようにカバ一部材
２２が固定取付されており、凹所２１とカバ一部材２２
間に所定の空所２３が形成されるようになっている。こ
の空所２３は、例えば圧縮機からの高圧空気が流通する
空気通路として機能する。この高圧空気は、フランジ部
６に貫通形成された空気入口孔２４がら空所２３（空気
通路）内に流入し、前記環状段部８に形成された連通孔
２５から熱交換器周りに導入され、この間にハウジング
５が冷却されるようになっている。

次に、かかる構成の作用・効果について説明する。

バルクヘッド１１の中央フランジ部１８は機関の運転中
に高温ガスの熱伝導により最も高温となるものの、バル
クヘッド１１とハウジング５とが別体であるため、バル
クヘッド１１全体をみた場合、中央フランジ部１８と外
殻５Ａ側とでは温度差が従来よりも著しく減じられる。

このため、中央フランジ部１８にはハウジング５の外殻
５Ａの拘束を受けて圧縮応力が加わるものの、降伏して
塑性変形に到る程の圧縮応力は受けない。

従って、機関停止の繰り返しに伴う引張圧縮の疲労が軽
減され、フランジ部１８の孔にクラックが生じるのが防
止される。

又、バルクヘッド１１を構成するセラミック等からなる
低熱膨張率の材料を、ハウジング５とは無関係に適宜選
択して使用することにより、上記の効果を更に向上する
ことができ、効果的な圧縮応力低減を図ることができる
。

かかる効果は、特に、高温のガスタービン（例えばセラ
ミックガスタービン）に対して有効である。

尚、バルクヘッド１１とハウジング５を別体にしたこと
による問題点は、高圧室９から低圧室１０への高圧空気
漏れであるが、本実施例においては、板部材１１Ａの低
圧室１０側の側面と溝１３の内側面との間に圧接介装さ
れるゴム若しくは繊維等からなる紐状シール部材１５を
嵌め込む構成としたから、高圧室９と低圧室１０との間
のシールが行われ、しかも高圧室９の圧力がバルクヘッ
ド１２に加わって、柔軟なシール部材１５を堰１２に押
圧変形させるので、シール性がより高められ、高圧室９
から低圧室ｌＯへの高圧空気漏れを効果的に防止するこ
とができる。

又、本実施例においては、ハウジング５の外周面部に空
気通路２３を設け、この通路２３に例えば圧縮機からの
高圧空気を流通させるようにすると共に、ハウジング５
の高圧室９と低圧室１０の夫々の内面に断熱材１９．２
０を装着するようにしたから、ハウジング５の低温化を
効果的に図れ、ハウジング５外部への伝熱を防止するこ
とができ、特に、上述した例えばセラミックガスタービ
ン等の高温のガスタービンに効果的である。

次に、本発明の他の実施例を第２図及び第３図に夫々示
す。

第２図のものは、ハウジング５の環状段部８に載置され
て、熱交換器シールが載るプラットフォームリング部２
６をバルクヘッド２７に一体成形したものであり、この
成形物は、例えばＬＡＳ（リチウム・アルミナム・シリ
ケート）等の如き極めて熱膨張率の低い材料により形成
される。

尚、プラットフォームリング部２６とハウジング５の環
状段部８との接触面には、プラットフォームリング部２
６の載置面に形成された溝２８に嵌め込まれたゴム若し
くは繊維等からなる柔軟な紐状シール部材２９が介装さ
れ、空気漏れを確実に封止するようにしている。

第３図のものは、第２図のものと同様にプラットフォー
ムリング部２６をバルクヘッド２７に一体成形すると共
に、この成形物に低圧室１０側のプラットフォームリン
グ部２６ａとバルクヘッド２７夫りの内周面から下方に
漏斗状に張り出したダクト部３０をも一体化したもので
ある。

又、低圧室１０側のプラットフォームリング部２６ａと
環状段部８との接触面に介装される紐状シール部材２９
と、バルクヘッド２７と堰１２の溝１３内側面との間に
介装される紐状シール部材１５とは、切れ目を有しない
一本の紐状シール部材からなる。このように構成すると
、高圧室９側のプラットフォームリング部２６ｂとハウ
ジング５の環状段部８との接触面にはシール部材が除去
されるが、この部分の前後の圧力差は僅かであるため大
きな空気漏れが生しることがない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る再生式ガスタービン
によると、ハウジング内に高圧空気が満たされる高圧室
と略最終段タービン出口圧となる低圧室とを仕切り形成
する圧力隔壁を、該ハウジングとは別体の部材により形
成するようにしたから、機関の起動・停止に伴うサイク
リックな熱疲労が著しく緩和され、クランクの発生等を
抑えることができ耐久性の向上を図れる。特に、別体の
バルクヘッドを構成する材料を、ハウジングとは無関係
に適宜選択して使用することにより、上記の効果を更に
向上することができる有用性大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る再生式ガスタービンの一実施例を
示すハウジングの部分の部分断面斜視図、第２図及び第
３図は夫々他の実施例の部分断面斜視図、第４図は従来
の問題点を説明する再生式ガスタービンのバルクヘッド
正面図である。 ５・・・ハウジング　　９・・・高圧室　　１０・・・
低圧室　　１１．２７・・・バルクヘッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧縮機から吐出される高圧空気が供給される燃焼器と、
   該燃焼器から供給される高温ガスで駆動されるタービン
   と、燃焼器に供給される高圧空気をタービンの排ガスで
   予熱する熱交換器と、をハウジングに収納して備えてな
   る再生式ガスタービンにおいて、前記ハウジング内に前
   記高圧空気が満たされる高圧室と略最終段タービン出口
   圧となる低圧室とを仕切り形成する圧力隔壁を、該ハウ
   ジングとは別体の部材により形成したことを特徴とする
   再生式ガスタービン。