JPH10184386A - ガスタービン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平のガス発生タービンにより鉛直または斜
めのポンプ等の駆動軸を駆動できる安価でコンパクトな
ガスタービン装置を提供する 【解決手段】 空気を圧縮するタービン圧縮機(13)と、
その回転軸(15)に同軸に回転軸が連結され,上記圧縮機
(13)で圧縮された空気で燃焼されたガスによって回転駆
動される１次側タービン(14)と、この１次側タービン(1
4)を経た燃焼ガスによって回転駆動されるとともに,上
記１次側タービン(14)の回転軸(15)と直交して配置され
た出力軸(17)を有する出力タービン(8)と、両タービン
(5,8)の燃焼ガスの出入口を連結する屈曲したダクト(6)
と、出力タービンの出力軸(17)の端部に連結された減速
機(9)を備える。この減速機(9)の出力軸(10)の延長線
を、上記タービン圧縮機(13)と上記出力タービンの出力
軸(17)との間に位置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン装置
に関し、より詳しくは、燃焼に用いる空気を圧縮するタ
ービン圧縮機を駆動する１次側タービンと、負荷を駆動
する出力タービンが分離した２軸式ガスタービン装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の２軸式ガスタービン装置
として、例えばポンプの鉛直な駆動軸を回転駆動する図
４,図５に示すようなものが知られている。抽水場など
のポンプは、主にディーゼルエンジンで駆動されていた
が、ディーゼルエンジンは、弁機構や冷却水系などによ
り構造が複雑になって故障しやすく修理に手間がかかる
ため、最近は構造が簡単で冷却水が不要でメインテナン
スも容易なガスタービンで駆動されることが多くなって
きている。図４,図５のガスタービン装置３１は、一端
に空気取入口３２を,頂部に燃焼室３３をもつ第１ケー
シング３４内に、一端に空気を圧縮するタービン圧縮機
４３(図５参照)と圧縮された空気により上記燃焼室３３
内で燃やされた燃焼ガスで回転駆動される１次側タービ
ン４４とを回転軸４５で連結してなるガス発生タービン
３５と、上記第１ケーシング３４に接続された第２ケー
シング３６内に、１次側タービン３５を経た燃焼ガスで
回転駆動される２次側タービン４６(図５参照)の出力軸
４７を上記回転軸４５の延長線上に支承してなる出力タ
ービン３８とからなる。上記出力タービン３８の出力軸
は、減速機３７と軸継手３９を介してギヤケース４０内
の一方の傘歯車に連結され、他方の傘歯車で減速しつつ
動力伝達方向を鉛直下方に変えてポンプ４１の駆動軸４
２に連結されており、ガスタービン装置３１による水平
方向の回転動力は、ギヤケース４０を介してポンプ４１
の鉛直方向の駆動軸４２に伝えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ガスタービン装置３１は、ガス発生タービン３５の回転
軸４５と出力タービン３８の出力軸４７および軸継手３
９を一直線上に水平に配置し、傘歯車をもつギヤケース
４０で動力伝達方向を鉛直に変換しているため、伝動装
置を含むガスタービン装置３１の全長が長くなって、広
い設置スペースを要する。また、傘歯車をもつギヤケー
ス４０の使用は、装置全体のコストアップをもたらす。
一方、ガスタービン装置３１を鉛直に設置して、その出
力軸４７をポンプの鉛直の駆動軸４２に直結することも
可能であるが、その場合、ガス発生タービン３５の潤滑
油漏れを防ぐために特殊で高価な軸受シールが必要にな
り、また構造が複雑になるという問題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、タービン圧縮機
と１次側タービンの回転軸と出力タービンの出力軸を同
一直線上に配置しないことによって、例えば、ガス発生
機を水平に、出力タービンを鉛直に配置して特殊な軸受
シールや傘歯車を不要にしつつ、狭いスペースに修理,
点検がしやすいように設置できて、ポンプ等の駆動軸を
駆動することができるガスタービン装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載のガスタービン装置は、空
気を圧縮するタービン圧縮機と、このタービン圧縮機の
回転軸に同軸に回転軸が連結され、上記圧縮機で圧縮さ
れた空気を燃焼させたガスによって回転駆動される１次
側タービンからなるガス発生機と、この１次側タービン
を経た燃焼ガスによって回転駆動されるとともに、上記
１次側タービンの回転軸と同一軸線上にない出力軸を有
する出力タービンと、上記１次側タービンの燃焼ガスの
出口と上記出力タービンの燃焼ガスの入口とを連結する
屈曲した通路を有するダクトを備えたことを特徴とす
る。

【０００６】請求項１のガスタービン装置では、回転軸
の一端のタービン圧縮機で空気が圧縮され,この圧縮さ
れた空気が燃焼したガスによって上記回転軸の他端の１
次側タービンが回転駆動される一方、１次側タービンの
燃焼ガス出口に屈曲したダクトを介して燃焼ガス入口が
連結される出力タービンは、１次側タービンを経た燃焼
ガスによって回転駆動されて１次側タービンの回転軸と
同一軸線上にない出力軸から回転動力が取り出される。
従って、１次側タービンを例えばその回転軸が水平にな
るように設置して特殊な軸受シールや傘歯車を不要にし
つつ、屈曲したダクトを用いるだけで、１次側タービン
の回転軸に対して段違い平行または傾斜して配置された
ポンプ等の駆動軸を出力タービンを介して回転駆動する
ことができ、傘歯車等の省略によりガスタービン装置を
安価にできる。

【０００７】本発明の請求項２のガスタービン装置は、
ガス発生機が小型で全長の短かいガスタービンを使用
し、上記１次側タービンの回転軸と上記出力タービンの
出力軸とが直交することを特徴とする。請求項２のガス
タービン装置では、全長の短い１次側タービンを例えば
同様に水平に設置して特殊な軸受シールや軸継手および
傘歯車を不要にしつつ、直角に屈曲した短いダクトを用
いるだけで、１次側タービンの回転軸に対して直交し
て,つまり鉛直に配置されたポンプ等の駆動軸を出力タ
ービンを介して回転駆動することができる。従って、軸
継手や傘歯車の省略でガスタービン装置を安価でしかも
コンパクトにでき、狭いスペースにも容易に設置するこ
とができる。

【０００８】本発明の請求項３のガスタービン装置は、
上記出力タービンの出力軸の端部に減速機が連結され、
この減速機の出力軸の延長線が、上記ガス発生機と上記
出力タービンの出力軸との間に位置することを特徴とす
る。請求項３のガスタービン装置では、例えば水平に設
置された全長の短い１次側タービンに直角に屈曲した短
いダクトを介して出力タービンが接続され、その出力軸
端に連結された減速機の出力軸の延長線が、この出力タ
ービンの出力軸とタービン圧縮機の間に位置している。
従って、例えばポンプ等の鉛直駆動軸を上記減速機の出
力軸に連結して駆動すれば、被駆動軸の上方の抜取開口
の回りにバランスよく、コンパクトにガスタービン装置
を据え付けることができる。また、修理や点検がしやす
くなって分解,組立等の作業性が向上する。

【０００９】本発明の請求項４のポンプ駆動タービンア
センブリは、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のガ
スタービン装置と、このガスタービン装置で駆動される
ポンプを備えたことを特徴とする。従って、請求項４の
ポンプ駆動タービンアセンブリでは、１次側タービンの
回転軸と同一軸線上にないあるいは直交する被駆動軸を
もつポンプを、傘歯車等の回転方向を変える手段を要す
ることなく、駆動することができ、構造が簡単、コンパ
クトになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。図１,図２は、本発明の請求項
３のガスタービン装置の夫々一部破断側面図および構造
模式図である。このガスタービン装置１は、一端に空気
取入口２を,頂部に燃焼室３をもつ第１ケーシング４内
に、一端に空気を圧縮するタービン圧縮機のインペラ１
３を、圧縮された空気が上記燃焼室３内で燃やされた燃
焼ガスで回転駆動される１次側タービン１４を他端に有
する回転軸１５を支承してなるガス発生タービン５と、
上記１次側タービン１４を経た燃焼ガスによって回転駆
動される２次側タービン１６を有する出力軸１７を上記
１次側タービン１４の回転軸１５に直交して第２ケーシ
ング７内に支承してなる出力タービン８と、１次側ター
ビン１４の燃焼ガス出口と出力タービン８の燃焼ガス入
口を連結する直角に屈曲する通路を有するダクト６とか
らなる。このダクト６の内側は、滑らかに円弧状に屈曲
している。

【００１１】上記出力タービン８の出力軸１７の下端に
は、平歯車列を内蔵した減速機９が連結され、この減速
機９の出力軸１０の延長線が、上記出力タービンの出力
軸１７とガス発生機との間に位置している。上記ガスタ
ービン装置１は、図３に示すように、ポンプ４１の上方
の床の抜取開口４８に台板１１を介して上記減速機９を
固定することによって据え付けられ、減速機９の出力軸
１０(図１参照)をポンプ４１の鉛直な駆動軸４２に連結
して請求項４のポンプタービンアセンブリを構成してい
る。上記減速機９の出力軸１０の延長線は、図１から分
かるように、出力タービン８の出力軸１７とタービン圧
縮機のインペラ１３との間に位置していて、装置全体の
全長ができるだけ短くなるようにしている。

【００１２】上記構成のガスタービン装置１は、次のよ
うに動作する。ガス発生タービン５の空気取入口２から
吸い込まれた空気は、回転軸１５の一端のインペラ１３
で圧縮され、圧縮機された空気は燃焼室３内で燃料を燃
やして燃焼ガスとし、燃焼ガスは回転軸１５の他端の１
次側タービン１４を回転駆動した後、ダクト６の直角に
屈曲する通路を経て出力タービン８に送られて、出力軸
１７の２次側タービン１６を回転駆動する。こうして、
ガス発生タービン５の回転軸１５による水平方向の回転
動力は、燃焼ガス流を直角に曲げるダクト６のみによっ
て出力タービン８の出力軸１７の鉛直方向の回転動力に
変換され、この回転動力は、減速機９の歯車列を介して
低回転数,高トルクになり、出力軸１０から駆動軸４２
(図３参照)を経てポンプ４１を回転駆動する。

【００１３】従って、ガス発生タービン５とダクト６の
水平部分の長さの和で軸方向長さ,つまり全長が短いガ
スタービン装置１をその回転軸１５が水平になるように
設置して、従来の実績のある構造を保ちつつ、軸継手３
９(図４参照)および傘歯車のギヤケース４０を不要に
し、直角に屈曲した短いダクト６を用いるだけで、上記
回転軸１５に直交して,つまり鉛直に配置されたポンプ
４１(図３参照)の駆動軸４２を回転駆動することができ
る。それ故、軸継手や傘歯車の省略及び従来どおりのガ
ス発生機を使用することでガスタービン装置１を安価で
しかもコンパクトにでき、狭いスペースにも容易に設置
することができる。

【００１４】また、出力タービン８の出力軸１７の下端
には、減速機９が連結され、この減速機９の出力軸１０
の延長線が、上記出力軸１７とガス発生機との間に位置
していて、装置全体の水平方向の全長が短くなってお
り、ガスタービン装置１は、図３に示すように、ポンプ
４１の上方の床の抜取開口４８に台板１１を介して減速
機９を固定することによって全体を据え付けることがで
きるので、一般に高回転数,低トルクのガスタービン装
置１の出力を、コンパクトな減速機９で低回転数,高ト
ルクに変換してポンプ４１を適切に駆動することができ
るとともに、ガスタービン装置１を可能な限りコンパク
トかつ安価にできるうえ、抜取開口４８上にコンパクト
にユニット化された構成により、図４の従来例に比して
格段に修理や点検がしやすくなって、分解,組立等の作
業性が向上する。

【００１５】また、ガス発生タービン５と出力タービン
８は、上記実施の形態のように直交させる必要はなく、
ダクト６を鋭角,鈍角に屈曲させて例えばガス発生ター
ビンを船底に水平に設置して斜めのスクリュー軸を出力
タービン８で駆動することもできる。さらに、ダクト６
をＺ字状に屈曲させて、ガス発生タービン５と出力ター
ビン８を段差を付けて平行に配置することも可能であ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
請求項１に記載のガスタービン装置は、空気を圧縮する
タービン圧縮機と、このタービン圧縮機の回転軸に同軸
に回転軸が連結され、上記圧縮機で圧縮された空気を燃
焼させたガスによって回転駆動される１次側タービンか
らなるガス発生機と、この１次側タービンを経た燃焼ガ
スによって回転駆動されるとともに、上記１次側タービ
ンの回転軸と同一軸線上にない出力軸を有する出力ター
ビンと、上記１次側タービンの燃焼ガスの出口と上記出
力タービンの燃焼ガスの入口とを連結する屈曲した通路
を有するダクトを備えているので、屈曲したダクトを用
いるだけで、１次側タービンの回転軸に対して段違い平
行または傾斜して配置されたポンプ等の駆動軸を出力タ
ービンを介して回転駆動することができ、従来例の傘歯
車が不要になり、かつ従来の信頼性のあるガス発生機を
使用することで、安価でコンパクトなガスタービン装置
を提供することができる。

【００１７】本発明の請求項２のガスタービン装置は、
ガス発生機が小型で全長が短かいガスタービンを使用
し、１次側タービンの回転軸と出力タービンの出力軸と
が直交しているので、全長の短い１次側タービンを例え
ば水平に、出力タービンを鉛直に夫々配置し、両者を直
角に屈曲した短いダクトで接続するだけで、鉛直に配置
されたポンプ等の駆動軸を回転駆動でき、軸継手や傘歯
車の省略でガスタービン装置を安価でしかもコンパクト
にでき、狭いスペースにも容易に設置することができ
る。

【００１８】本発明の請求項３に記載のガスタービン装
置は、請求項２の出力タービンの出力軸の端部に減速機
が連結され、この減速機の出力軸の延長線が、上記ガス
発生機と上記出力タービンの出力軸との間に位置するの
で、例えばポンプ等の鉛直駆動軸を同様に安価かつコン
パクトな構成で回転駆動できるうえ、減速機をポンプ等
の上方床の抜取開口に固定するだけで、ガスタービン装
置を据え付けることができて、修理や点検がしやすくな
って分解,組立等の作業性が向上する。

【００１９】本発明の請求項４のポンプ駆動タービンア
センブリは、上記ガスタービン装置と、このガスタービ
ン装置で駆動されるポンプを備えているので、１次側タ
ービンの回転軸と同一軸線上にないあるいは直交する被
駆動軸をもつポンプを、上述の作用,効果を伴って回転
駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の請求項３のガスタービン装置の一例
を示す一部破断側面図である。

【図２】 図１のガスタービン装置の構造模式図であ
る。

【図３】 図１のガスタービン装置を用いた請求項４の
ポンプタービンアセンブリの一例を示す側面図である。

【図４】 従来のガスタービン装置で駆動されるポンプ
を示す側面図である。

【図５】 図４のガスタービン装置の構造模式図であ
る。

【符号の説明】

１…ガスタービン装置、３…燃焼室、４…第１ケーシン
グ、５…ガス発生機、６…ダクト、７…第２ケーシン
グ、８…出力タービン、９…減速機、１０…減速機の出
力軸、１３…インペラ(ガス発生機)、 １４…１次側タービン、１５…回転軸、１６…２次側タ
ービン、１７…出力軸、４１…ポンプ、４２…駆動軸、
４８…抜取開口。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気を圧縮するタービン圧縮機と、 このタービン圧縮機の回転軸に同軸に回転軸が連結さ
   れ、上記圧縮機で圧縮された空気を燃焼させたガスによ
   って回転駆動される１次側タービンからなるガス発生機
   と、 この１次側タービンを経た燃焼ガスによって回転駆動さ
   れるとともに、上記１次側タービンの回転軸と同一軸線
   上にない出力軸を有する出力タービンと、 上記１次側タービンの燃焼ガスの出口と上記出力タービ
   ンの燃焼ガスの入口とを連結する屈曲した通路を有する
   ダクトを備えたことを特徴とするガスタービン装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のガスタービン装置にお
   いて、ガス発生機が小型で全長が短かいガスタービンを
   使用し、上記１次側タービンの回転軸と上記出力タービ
   ンの出力軸とが直交することを特徴とするガスタービン
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のガスタービン装置にお
   いて、上記出力タービンの出力軸の端部に減速機が連結
   され、この減速機の出力軸の延長線が、上記ガス発生機
   と上記出力タービンの出力軸との間に位置することを特
   徴とするガスタービン装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   ガスタービン装置と、このガスタービン装置で駆動され
   るポンプを備えたことを特徴とするポンプ駆動タービン
   アセンブリ。