JPH04321724A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、小型ガスタービンの
改良に関し、連結構造を簡単にするようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】原動機として用いられる小型のガスター
ビンなどに使用されるコンプレッサの一つにラジアルコ
ンプレッサがあり、必要に応じて複数段のインペラで構
成され、例えば図３に示す小型ガスタービン１では、２
段のインペラ２，３を備えたラジアルコンプレッサ４と
、２段のディスク５，６を備えたタービン７とで構成さ
れている。

【０００３】このガスタービン１では、運転にともなう
スラスト力を軽減するため、ラジアルコンプレッサ３と
タービン７との間にバランスピストン８が介装されてお
り、バランスピストン８の背面空間とタービンノズル出
口１１とを連通して低圧としコンプレッサ側へのスラス
ト力を軽減している。

【０００４】このような小型ガスタービン１では、各ケ
ーシングを環状として組み立てる構造とするとともに、
各インペラや各ディスクも分割組立構造として出力軸９
に２つのコンプレッサのインペラ２，３と、バランスピ
ストン８と、２つのタービンのディスク５，６とを装着
し、この出力軸９自体をテンションボルトとして引張力
を与えた状態で締め付けて組み立てるようにしている。 また、出力軸９上に組み立てられるコンプレッサのイン
ペラ２，３間、インペラ３とバランスピストン８との間
、バランスピストン８とタービンのディスク５との間、
ディスク５，６間の合計４か所には、カービック継手１
０が設けられ、互いの歯を噛み合わせることで確実なト
ルク伝達がなされるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなバランスピ
ストン８を設けてスラスト力を軽減しようとすると、バ
ランスピストン８の両端部にトルク伝達のためのカービ
ック継手１０が必要となり、構造が複雑となるという問
題がある。さらに、１本の出力軸９にコンプレッサのイ
ンペラ２，３とバランスピストン８とディスク５，６を
装着して締付ける構造となっているため、予め加えるテ
ンションを大きくしなければならず、しかも４つのカー
ビック継手１０の分離力を考慮すると一層大きな引張力
を与えなければならない。

【０００６】また、４か所のカービック継手１０を設け
るため構造が複雑となるとともに、高精度の加工が要求
され、高価になるという問題もある。さらに、ラジアル
コンプレッサ４では、インペラ３の背面の応力（図中、
両斜線で示してある）が大きく、設計上この応力を軽減
するようにしなければならないが、１本の出力軸９に大
きなテンションを加えて締付けるようにしているため、
出力軸９自体が太くなり、これに対応してコンプレッサ
のインペラ２，３などの取付孔を大きくせざるを得ず、
インペラ２，３に発生する応力も大きくなってしまう。

【０００７】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、簡単な構造でスラスト力の軽減と応
力を低減することができるガスタービンを提供しようと
するものである。また、この発明は、簡単な構造で組立
が容易にでき、応力を低減することができるガスタービ
ンを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明のラジアルコンプレッサを有するガスタービン
は、ラジアルコンプレッサの最終段のインペラの背面に
環状の段差部を突き出して設け、この段差部の外周面と
対向してシールするシール部材をケーシングに取付ける
と共に、段差部の側面と低圧部とを連通したことを特徴
とするものである。また、この発明のガスタービンは、
複数段のラジアルコンプレッサのインペラ同志を嵌合し
て連結位置決め可能にするとともに、隣接するインペラ
同志をテンションボルトで締付けたことを特徴とするも
のである。

【０００９】

【作用】このガスタービンによれば、バランスピストン
に代えて最終段のインペラの背面に一体に環状の段差部
を突き出して形成し、この段差部の外周をシール部材で
シールするようにしていて、構造を簡単にし、しかもシ
ール部材より外側の段差部の側面を受圧面とし受圧面の
圧力を低くしてスラスト力の低減をはかるようにしてい
る。また、このガスタービンによれば、複数段のインペ
ラ同志をインローで嵌合して連結位置決めできるように
し、しかも隣接するインペラ同志をテンションボルトで
締め付けるようにしており、カービック継手を廃止して
構造を簡単にし、隣接する２つのインペラだけを連結す
るようにしてテンションボルトを細く短いもので済むよ
うにし、インペラの取付孔を小さくして応力を低減する
ようにしている。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図１及び図２はこの発明のガスタービン
の一実施例にかかり、図１は一部分の拡大断面図、図２
は全体構造の断面図である。このラジアルコンプレッサ
２０は、小型ガスタービン２１の圧縮機として使用され
ており、２段のインペラ２２，２３を備えて構成されて
いる。

【００１１】これら２つのインペラ２２，２３のうち最
終段のインペラ２３の背面には、同心上に環状の段差部
２４と段差部２４より小径の円筒状の連結部２５が突き
出して一体に形成されている。この環状の段差部２４の
外周面２４ａはシール面とされ、２段ディフューザを構
成するケーシング２６に取付けられたシール部材、例え
ばラビリンスシール２７が対向して設けられる。このた
め段差部２４の幅（後方への突出量）は十分なシールが
できるように定められる。また、この段差部２４の側面
２４ｂは受圧面とされ、外部と通じた大気圧またはター
ビン２８側からのより低いガス圧力（ノズル出口４０の
圧力）でスラスト力を低減するようになっており、従来
のバランスピストンと同一の機能をなすようにしてある
。さらに、円筒状の連結部２５の外周には、ラジアルコ
ンプレッサ２０側とタービン２８側の流体をシールする
ためラビリンスシール２９が対向して設置してある。

【００１２】また、このラジアルコンプレッサ２０では
、出力軸を廃止し、２つのインペラ２２，２３自体を連
結することで回転軸が形成されるようになっており、２
つのインペラ２２，２３の間に嵌合凸部（インロウ）３
０と嵌合凹部（インロウ）３１とが形成されている。 インペラ２２の嵌合凸部３０はインペラ２２の背面から
後方に突き出すように一体に形成されており、インペラ
２３の嵌合凹部３１はインペラ２３の前方に突き出すよ
うに一体に形成されている。そして、この２つのインペ
ラ２２，２３の嵌合凸部３０と嵌合凹部３１とを嵌合し
て位置決めし、トルクの伝達を可能に連結するため、テ
ンションボルト３２を使用するようにしており、一方の
インペラ２２には、雌ねじ部２２ａが形成され、他方の
インペラ２３には、取付孔２３ａが形成してある。した
がって、２段のインペラ２２，２３を組み立てる場合に
は、２つのインペラ２２，２３の嵌合凸部３０と嵌合凹
部３１とを嵌合して位置決めし、テンションボルト３２
を取付孔２３ａにいれてインペラ２２の雌ねじ部２２ａ
にねじ込んだ後、テンションボルト３２に所定の引張力
を与えてナット３２ａを締め付けることで連結される。

【００１３】さらに、この実施例の小型ガスタービン２
１では、タービン２８の２段のディスク３３，３４につ
いても嵌合凹凸部３５，３６を嵌合することによる連結
位置決めが行われ、２つのディスク３３，３４を複数本
のテンションボルト３７で締め付けて連結するようにな
っている。このため２つのディスク３３，３４にそれぞ
れ取付孔３３ａ，３４ａが形成される一方、ラジアルコ
ンプレッサ２０のインペラ２３の連結部２５とタービン
２８のディスク３３との間にも嵌合凹凸部３８，３９が
形成され、連結部２５には、雌ねじ部２５ａが形成され
ている。したがって、組み立てに当たっては、ラジアル
コンプレッサ２０のインペラ２３の連結部２５とタービ
ン２８のディスク３３との間の嵌合凹凸部３８，３９を
嵌合した後、ディスク３３とディスク３４との間の嵌合
凹凸部３５，３６を嵌合し、各ディスク３３，３４の取
付孔３３ａ，３４ａを貫通させてテンションボルト３７
をいれ、インペラ２３の雌ねじ部２３ａにねじ込み、所
定の引張力を加えてナット３７ａを締め付けて連結する
。

【００１４】このようなラジアルコンプレッサ２０によ
れば、最終段のインペラ２３に段差部２４を形成し、そ
の外周面２４ａにラビリンスシール２７を設けてコンプ
レッサ側とタービン側をシールし、段差部２４の側面２
４ｂを受圧面としたので、この段差部２４の側面２４ｂ
に加わるタービン側の低い圧力でスラスト力を低減する
ことができ、バランスピストンを廃止しても同一の機能
を備えることができる。

【００１５】なお、ラビリンスシール２９とラビリンス
シール２７との間の空間を外気と連通するなどして大気
圧状態とすれば、段差部２４の側面２４ｂに加わるガス
圧力をさらに有効にスラスト力低減に利用することがで
きる。

【００１６】また、バランスピストンの廃止によって構
造が簡単になり、連結のためのカービック継手が不要と
なり、一層構造が簡単で製作や組立が容易となる。さら
に、インペラ２２の嵌合凸部３０やインペラ２３の背面
の段差部２４によってインペラ２２，２３の背面の遠心
応力を低減することができる。

【００１７】また、インペラ２２，２３同志を嵌合凹凸
部３０，３１で連結位置決めするとともに、隣接するイ
ンペラ２２，２３同志を細く短いテンションボルト３２
で締付けるようにしたので、テンションボルト３２の締
付力を小さくでき、組立が容易となるとともに、細いテ
ンションボルトに対応してインペラ２３の取付孔２３ａ
を小さくして応力を低減することもできる。

【００１８】なお、上記実施例では、■：終段のインペ
ラの背面に段差分を設けるとともに、その外周にシール
部材を設けてシールする構成と、■：複数段のインペラ
を嵌合凹凸部を介して位置決め連結するとともに、短い
テンションボルトで締め付ける構成とを同時に採用した
ラジアルコンプレッサで説明したが、いずれか一方（■
または■）だけを採用したガスタービンであっても良く
、■の段差部などを設ける構成の場合には、インペラの
連結をカービック継手と１本の太いテンションボルトを
兼ねる出力軸で行うようにすることも可能である。さら
に、この発明の要旨を変更しない範囲で各構成要素に変
更を加えるようにしても良い。

【００１９】

【発明の効果】以上、一実施例とともに具体的に説明し
たようにこの発明のガスタービンによれば、バランスピ
ストンに代えて最終段のインペラの背面に一体に環状の
段差部を突き出して形成し、この段差部の外周をシール
部材でシールするようにしたので、構造を簡単にし、し
かもシール部材より外側の段差部の側面を受圧面として
スラスト力の低減をはかることができる。また、インペ
ラの背面を段差部によって補強することができ、遠心応
力を低減することができる。

【００２０】さらに、この発明のガスタービンによれば
、複数段のインペラ同志をインローで嵌合して連結位置
決めし、隣接するインペラ同志を細く短いテンションボ
ルトで締め付けるようにしたので、カービック継手を廃
止して構造を簡単にできるとともに、隣接する２つのイ
ンペラだけを連結するので、小さな締付力で連結でき、
組立が容易となり、細く短いテンションボルトの採用で
インペラの取付孔を小さくして応力を低減することもで
きる。そして、いずれのガスタービンにおいても製作コ
ストや組立コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガスタービンの一実施例にかかる一
部分の拡大断面図である。

【図２】この発明のガスタービンの一実施例にかかる全
体構造の断面図である。

【図３】従来のガスタービンの全体構造の断面図である
。

【符号の説明】

２０　　ラジアルコンプレッサ ２１　　ガスタービン ２２　　インペラ ２３　　インペラ（最終段） ２４　　段差部 ２５　　連結部 ２６　　ケーシング ２７　　ラビリンスシール（シール部材）２８　　ター
ビン ３０　　嵌合凸部 ３１　　嵌合凹部 ３２　　テンションボルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ラジアルコンプレッサを有するガスタ
   ービンであって、ラジアルコンプレッサの最終段のイン
   ペラの背面に環状の段差部を突き出して設け、この段差
   部の外周面と対向してシールするシール部材をケーシン
   グに取付けると共に、段差部の側面と低圧部とを連通し
   たことを特徴とするガスタービン。
2. 【請求項２】　　ラジアルコンプレッサを有するガスタ
   ービンであって、複数段のラジアルコンプレッサのイン
   ペラ同志を嵌合して連結位置決め可能にするとともに、
   隣接するインペラ同志をテンションボルトで締付けたこ
   とを特徴とするガスタービン。