WO2020096033A2 - タービン装置 - Google Patents

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WO2020096033A2
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グエン タン レー
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グエン チー カンパニー リミテッド
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/045—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having compressor and turbine passages in a single rotor-module
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants

Definitions

  • the present invention relates to a turbine device.
  • a turbine device is known in which air or the like is applied to the turbine to rotate the turbine, and the rotation of a shaft that rotates in synchronization with the turbine is used for power generation, for example.
  • Patent Document 1 discloses an example of such a turbine device.
  • the turbine is rotated by the steam supplied through the steam passage. Further, the rotational force of the turbine is transmitted to the gear portion housed in the gear chamber through the turbine shaft connected near the rotation center of the turbine.
  • the gear unit is composed of a plurality of gears having different gear ratios.
  • the gear part is adapted to change the ratio of rotation of the turbine transmitted through the turbine shaft and transmit it to a generator or the like.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a turbine device that can efficiently use the energy from which a fluid is blown to rotate a turbine.
  • the power generation device A disk-shaped drive turbine connected to one end of a drive shaft rotatably supported, A cylindrical turbine housing containing the drive turbine; A combustor connected to the turbine housing for generating combustion gas to be sent to the turbine housing, The direction of the combustion gas blown into the turbine housing is tangential to the outer periphery of the drive turbine.
  • the drive turbine has a plurality of blades formed at predetermined intervals along a circumferential direction, and the blade has a dimension with respect to an axial direction of the drive turbine. It is characterized in that the central portion of the width is V-shaped protruding in the rotation direction.
  • the central portion in the width direction of the blade has a V-shape protruding in the rotation direction, so that the wind hitting the blade is prevented from escaping outward in the width direction. Therefore, the combustion gas is more efficiently used for rotating the drive turbine, and the drive turbine rotates at a higher speed. Thereby, power generation efficiency and the like can be increased.
  • the combustor is tubular, and further includes a compressor unit that is connected to the combustor and sends compressed gas to the combustor, and the compressor unit is the drive shaft.
  • the combustor is formed such that the first connecting portion between the combustor and the compressor portion extends in the same direction as the tangential direction of the outer circumference of the impeller.
  • the second connecting portion between the combustor and the turbine housing is formed so as to extend in the same direction as the tangential direction of the outer circumference of the turbine housing.
  • the first connecting portion between the combustor and the compressor portion is formed so as to extend in the same direction as the tangential direction of the outer circumference of the impeller, so that the compressed gas is efficiently transferred to the combustor. It is sent inside. Further, since the second connecting portion between the combustor and the turbine housing is formed so as to extend in the same direction as the tangential direction of the outer circumference of the turbine housing, the combustion gas is efficiently fed into the turbine housing. As a result, the energy can be efficiently used to rotate the drive turbine, and the power generation efficiency and the like can be increased.
  • the compressor sections are adjacent to each other in the axial direction of the drive shaft, and are configured to be symmetrical with respect to each other via a compressor connection section that is a connection section.
  • a first compressor section of the first compressor section and a second impeller section of the second compressor section, the bottom surfaces of the first impeller and the second impeller section of the second compressor section are opposed to each other;
  • One connecting portion is provided at a position that is an outer periphery of the compressor connecting portion.
  • the first compressor section and the second compressor section are configured to be symmetrical with respect to each other via the compressor connecting section which is a connecting section, and the first impeller and the second impeller have bottom surfaces facing each other.
  • the first connecting portion is provided at a position that is the outer periphery of the compressor connecting portion, so that only one compressed gas is discharged from the first compressor portion and the second compressor portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing a turbine device according to an embodiment of the present invention, as viewed from a side surface.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the same appearance.
  • FIG. 3 is an axial sectional view of the same.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the external appearance of the drive turbine of the same.
  • FIG. 3 is a view of the drive turbine as viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 3 is a sectional view for explaining the combustor.
  • FIG. 3 is a view of the turbine device seen from one end in the axial direction.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the discharge of combustion gas.
  • FIG. 3 is a perspective view of the same in the axial direction.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the second gear housing of the same.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the first gear housing of the same.
  • FIG. 3 is a view of the turbine device seen from one end in the axial direction.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a small window portion of the turbine housing of the same.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the blower device.
  • FIG. 1 shows a turbine device 1 according to the present embodiment, and is a view of the turbine device 1 as seen from a side surface.
  • FIG. 2 is a perspective view of the turbine device 1.
  • FIG. 3 is an axial sectional view of the turbine device 1. Note that, in FIG. 3, the first impeller 41 and the second impeller 42 are not shown in cross section.
  • the turbine device 1 is used, for example, in a generator, a ship engine, a train engine, or the like.
  • the turbine device 1 includes a first compressor section 100, a second compressor section 200, a drive shaft 10, and the like.
  • the first compressor section 100 includes a first housing 31, a first impeller 41, a first intake section 51, and the like.
  • the first compressor unit 100 is a centrifugal compressor.
  • the second compressor section 200 also includes a second housing 32, a second impeller 42, a second intake section 52, and the like.
  • the second compressor section 200 is a centrifugal compressor.
  • the first compressor section 100 and the second compressor section 200 are arranged side by side in the axial direction of the drive shaft 10 and are connected to each other.
  • the drive shaft 10 is inserted through the first compressor section 100 and the second compressor section 200.
  • the first compressor section 100 and the second compressor section 200 are configured to be symmetrical with respect to each other via a compressor connecting section 400 that is a connecting section (boundary) of each other.
  • the axial direction of the drive shaft 10 will be simply referred to as the axial direction.
  • a through hole is formed in the first impeller 41 in the axial direction, and the drive shaft 10 is inserted through the through hole.
  • a recess is provided in the through hole of the first impeller 41 along the axial direction, and a protrusion that engages with the recess is provided at a position of the drive shaft 10 that faces the recess. The engagement between the concave portion and the convex portion allows the first impeller 41 to rotate in synchronization with the drive shaft 10. It can be said that the first impeller 41 is axially supported by the drive shaft 10.
  • the first impeller 41 has a circular outer periphery when viewed in the axial direction.
  • a surface of the first impeller 41 which is located on the second compressor section 200 side and is perpendicular to the axial direction, is a bottom surface.
  • the end of the first impeller 41 on the side opposite to the bottom surface in the axial direction is the upper end.
  • the outer circumference circle (circumscribed circle) at the upper end has a smaller diameter than the outer circumference circle at the bottom surface.
  • the first impeller 41 is formed such that the outer diameter gradually increases from the upper end toward the bottom surface.
  • a surface formed between the upper end and the bottom surface of the first impeller 41 and inclined with respect to the axial direction is a hub surface.
  • the second impeller 42 is formed in the same manner as the first impeller 41, and thus redundant description will be omitted.
  • the second impeller 42 has a plurality of blades 42a.
  • the first impeller 41 is housed inside the first housing 31.
  • the first housing 31 is formed in a shape that covers the first impeller 41 along the outer shape of the first impeller 41.
  • the first housing 31 has a bottom portion 31a facing the bottom surface of the first impeller 41, and an end portion on the axially opposite side of the bottom portion 31a is open. In other words, the end of the first housing 31 on the axially opposite side from the bottom 31a is an open end.
  • the second housing 32 is formed in the same manner as the first housing 31, and thus redundant description will be omitted.
  • the second housing 32 has a bottom portion 32a.
  • the first housing 31 and the second housing 32 are connected to each other with the bottom 31a and the bottom 32a facing each other. Further, the bottom portion 31a and the bottom portion 32a are provided with holes 11 through which the drive shaft 10 is inserted.
  • a first intake portion 51 having a flow path 51 a is connected to an opening end of the first housing 31.
  • the flow path 51 a has a function of taking in gas from the outside in the radial direction of the first taking-in portion 51 and guiding the gas into the inside of the adjacent first housing 31.
  • the first intake portion 51 includes a support portion 51b that supports the drive shaft 10 together with the bearing 2.
  • a second intake portion 52 having a flow path 52a is connected to an opening end of the second housing 32.
  • the second loading section 52 is formed in the same manner as the first loading section 51, and thus redundant description will be omitted.
  • the second intake portion 52 includes a support portion 52b that supports the drive shaft 10 together with the bearing 2. It can be said that the drive shaft 10 is rotatably supported by the support portion 51b of the first intake portion 51 and the support portion 52b of the second intake portion 52.
  • a cylindrical turbine housing 60 is connected to an end of the first intake portion 51 on the axially opposite side from the side connected to the first housing 31.
  • a drive turbine 70 is housed inside the turbine housing 60.
  • the drive turbine 70 is connected to an end of the drive shaft 10 and is rotatable integrally with the drive shaft 10.
  • the drive turbine 70 is fixed to the drive shaft 10 by being fastened with the nut member 9 (shown in FIG. 2).
  • FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of the drive turbine 70.
  • FIG. 5 is a view of the drive turbine 70 as viewed from the outside in the radial direction.
  • the drive turbine 70 includes a disk-shaped rotating plate 71, a plurality of blades 72 standing on the outer peripheral side surface of the rotating plate 71, a shaft hole 73, and the like.
  • the shaft hole 73 is formed so that the end portion of the drive shaft 10 can be inserted therein.
  • a plurality of blades 72 are provided at predetermined intervals along the circumferential direction.
  • the blade 72 is a thin plate member and is formed to have a V shape. As shown in FIG.
  • the blade 72 has a substantially center of the width S directed toward the turbine rotation direction (arrow Z direction shown in FIG. 4). Has a protruding shape.
  • FIG. 3 It returns to FIG. 3 and demonstrates.
  • One end of the combustor 80 is connected.
  • the other end of the combustor 80 is connected to the outer peripheral surface of the turbine housing 60.
  • a first connecting portion 81 an end portion of the combustor 80 having a pipe shape (tubular shape) on the side of the first compressor portion 100 and the second compressor portion 200 is referred to as a first connecting portion 81.
  • the end portion of the combustor 80 on the turbine housing 60 side is referred to as a second connecting portion 82.
  • the first connecting portion 81 is tangential to the outer periphery of the first housing 31 on the bottom 31a side (the bottom 32a side of the second housing 32), that is, the outer periphery of the bottom surface side of the first impeller 41 (bottom surface side of the second impeller 42). Is a portion extending in substantially the same direction as the tangential direction of.
  • the second connecting portion 82 is a portion provided so as to extend in a direction substantially the same as the tangential direction of the outer circumference of the turbine housing 60.
  • the first compressor section 100 compresses the gas sucked through the first intake section 51 by the rotation of the first impeller 41, and sends the compressed gas to the combustor 80.
  • the second compressor section 200 is configured to compress the gas sucked through the second intake section 52 by the rotation of the second impeller 42 and send the compressed gas to the combustor 80.
  • the first connecting portion 81 is provided with an intake port for taking in the compressed gas sent from the first compressor unit 100 and an intake port for taking in the compressed gas sent from the second compressor unit 200. The first connecting portion 81 collects the compressed gas taken in through the two inlets into one and sends it out to the combustor 80.
  • a spark plug 83 and a fuel pump 84 are attached to the combustor 80.
  • the fuel pump 84 is provided to inject fuel such as gasoline into the combustor 80.
  • the fuel injection amount can be controlled by a fuel pump control device (not shown).
  • gasoline is injected from the fuel pump 84, a mixed gas of compressed gas and gasoline is created inside the combustor 80.
  • the spark plug 83 spark plug
  • spark plug is provided for spark ignition of the mixed gas.
  • combustion occurs, and the combustion gas is sent to the inside of the turbine housing 60 via the second connecting portion 82.
  • FIG. 9 is a perspective view of the axial sectional view shown in FIG.
  • the first impeller 41 and the second impeller 42 are adapted to rotate in the direction of arrow F.
  • the compressed gas is discharged in the same direction as the tangential direction of the outer periphery of the first impeller 41 and the second impeller 42 on the bottom surface side, but the first connecting portion 81 is provided so as to be in the same direction as the tangential direction. There is. Therefore, the first connecting portion 81 can efficiently and smoothly take in the compressed gas.
  • the second connecting portion 82 is provided so as to be in the same direction as the tangential direction of the outer circumference of the turbine housing 60. Therefore, the second connecting portion 82 can efficiently and smoothly send the combustion gas into the turbine housing 60.
  • the combustor 80 is provided so as to extend obliquely with respect to the axial direction of the drive shaft 10.
  • the position of the second connecting portion 82 is a position that is moved by a predetermined amount in the rotation direction of the drive turbine 70 with respect to the position of the first connecting portion 81.
  • FIG. 7 is a diagram of the turbine device 1 viewed from one end in the axial direction (the drive turbine 70 side).
  • a blowout guide portion 61 that restricts the direction of the flow of the combustion gas sent from the combustor 80 is provided.
  • a plurality of blowout guide portions 61 are provided at positions corresponding to the second connecting portions 82 of the combustor 80.
  • the blow-out guide portion 61 is a plate-shaped portion that is erected on the inner peripheral surface of the turbine housing 60 along the axial direction, and its angle is substantially the same as the tangential direction of the outer periphery of the drive turbine 70 (rotating plate 71). They are formed to be the same. As a result, the combustion gas guided by the blow-out guide portion 61 efficiently hits the blades 72 of the drive turbine 70, and the drive turbine 70 rotates smoothly.
  • the angle of the blowout guide portion 61 is substantially the same as the tangential direction of the outer circumference of the rotating plate 71, but the angle of the blowout guide portion 61 is the tangential line of the outer circumference of the entire drive turbine 70 including the blades 72. It may be substantially the same as the direction.
  • a thin plate member having a small window portion 63 may be further provided at the tip of the blowing guide portion 61.
  • the small window portion 63 is an opening provided to allow the combustion gas to pass therethrough, and is provided at a position facing the apex of the V-shape of the blade 72 of the drive turbine 70 and the area around it.
  • the vanes 72 are V-shaped to prevent the combustion gas hitting the vanes 72 from escaping outward in the width direction. As a result, the combustion gas is efficiently captured by the blades 72, and the rotation of the drive turbine 70 is promoted.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the discharge of combustion gas.
  • the combustion gas hitting the blades 72 is discharged to the outside in the axial direction with respect to the axial direction, and is discharged to the inside in the axial direction.
  • the turbine housing 60 is provided with an exhaust guide portion 62 for exhausting the combustion gas exhausted inward in the axial direction to the outside.
  • a plurality of discharge guide portions 62 are provided on the inner peripheral surface side of the turbine housing 60 and at a position between the adjacent blow-out guide portions 61.
  • the discharge guide portion 62 has a folded-back portion having a U-shaped cross section on the side opposite to the discharge port in the axial direction (that is, on the axially inner side).
  • the combustion gas discharged toward the inner side in the axial direction by hitting the blades 72 has its flow direction reversed by the folded portion of the discharge guide portion 62 and is guided to the outer side in the axial direction.
  • the combustion gas hitting the blades 72 does not hinder the rotation of the drive turbine 70, and the drive turbine 70 rotates more smoothly.
  • the gear housing 300 is connected to an end of the second intake portion 52 opposite to the side where the second housing 32 is connected.
  • the gear housing 300 includes a first gear housing 310 and a second gear housing 320.
  • FIG. 10 is a sectional perspective view for explaining the inside of the second gear housing 320.
  • the second gear housing 320 accommodates the drive shaft 10, the small diameter gear 121, the large diameter gear 122, the bearing 5 (shown in FIG. 3), the oil pump 123, and the like.
  • the small-diameter gear 121 is inserted through the drive shaft 10 and rotates in synchronization with the drive shaft 10.
  • the oil pump 123 also includes a pump shaft 123a. As shown in FIG. 3, the pump shaft 123 a is installed inside the second gear housing 320 so as to be rotatable via the bearing 5.
  • the large diameter gear 122 is inserted through the pump shaft 123 a and meshes with the small diameter gear 121.
  • the large diameter gear 122 is adapted to rotate as the small diameter gear 121 rotates.
  • the large diameter gear 122 is adapted to rotate in synchronization with the pump shaft 123a.
  • the inner rotor and the outer rotor are rotated as the pump shaft 123a is rotated, whereby oil is sucked, discharged, and pressure-fed.
  • the oil pump 123 for example, supplies oil to the bearing 2 (see FIG. 3) that supports the drive shaft 10.
  • the oil filter 124 in FIG. 10 is attached to remove foreign matter contained in the oil.
  • FIG. 11 is a cross-sectional perspective view for explaining the inside of the first gear housing 310.
  • a rotation transmission mechanism is provided in the first gear housing 310.
  • the rotation transmission mechanism reduces the rotation of the drive shaft 10 and outputs torque proportional to the reduction ratio.
  • the rotation transmission mechanism includes a sun gear 111, a planetary gear 112, a ring gear 113, a carrier 114, an output shaft 115, and the like.
  • the rotation transmission mechanism is a star-type planetary gear mechanism.
  • the sun gear 111 is inserted through the drive shaft 10. As a result, the sun gear 111 rotates in synchronization with the drive shaft 10. Further, the planetary shaft 6 is provided on the bottom portion 311 inside the first gear housing 310. Plural planetary shafts 6 are provided inside the first gear housing 310. The planetary gear 112 is inserted through the planetary shaft 6 together with the bearing 7 and meshes with the sun gear 111. As shown in FIG. 11, a plurality of planetary gears 112 are installed around the sun gear 111. The planetary gear 112 is adapted to rotate with the rotation of the sun gear 111. The planetary gear 112 also meshes with a ring gear 113 described later.
  • the ring gear 113 is an internal ring gear.
  • a carrier 114 which is an arm, is connected to the surface of the ring gear 113 opposite to the side facing the bottom portion 311.
  • a columnar output shaft 115 is provided, one end of which is formed to project toward the outside of the first gear housing 310.
  • the output shaft 115 is provided so as to be coaxial with the drive shaft 10. As shown in FIG. 3, the output shaft 115 is rotatably supported by the first gear housing 310 via the bearing 8.
  • FIG. 12 is a diagram of the turbine device 1 viewed from one end in the axial direction (on the output shaft 15 side).
  • the ring gear 113 serves as a driven shaft and the sun gear 111 serves as a drive shaft, and the ring gear 113 rotates in the direction opposite to the sun gear 111.
  • the turbine device 1 includes a blower device 90.
  • the blower 90 blows compressed gas into the turbine housing 60 when the power is turned on.
  • the direction in which the blower 90 blows out the compressed gas is substantially the same as the direction in which the blowout guide portion 61 guides the combustion gas, that is, the tangential direction of the outer periphery of the drive turbine 70.
  • the operation of the turbine device 1 will be described.
  • the compressed gas hits the drive turbine 70 and the drive turbine 70 starts rotating.
  • the drive turbine 70 rotates
  • the drive shaft 10 rotates and the first impeller 41 and the second impeller 42 rotate.
  • gas is taken in through the first intake section 51 and the second intake section 52, the gas is compressed, and the compressed gas is transferred to the combustor 80.
  • the mixed gas of the compressed gas and the fuel is ignited inside the combustor 80, and the combustion gas is blown into the inside of the turbine housing 60.
  • the combustion gas blown into the turbine housing 60 causes the drive turbine 70 to rotate.
  • the blower 90 is turned off.
  • the rotational speed of the drive turbine 70 can be adjusted by adjusting the fuel injection amount in the combustor 80.
  • the direction of the combustion gas blown into the turbine housing 60 is the tangential direction of the outer periphery of the drive turbine 70, the energy for blowing the fluid is efficiently generated. It can often be used to rotate the drive turbine 70. Thereby, power generation efficiency and the like can be increased.
  • the turbine device 1 has been described as having both the first compressor section 100 and the second compressor section 200, but it may be configured to have only one of them.

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Abstract

流体が排出されるエネルギーを効率よくタービンの回転に利用することができるタービン装置を提供することを目的とする。　回転可能に支持された駆動シャフトの一端に連結された円板状の駆動タービン７０と、駆動タービン７０を収容する円筒状のタービンハウジング６０と、タービンハウジング６０に連結され、タービンハウジング６０に送る燃焼ガスを発生する燃焼器８０とを備え、タービンハウジング６０の内部に吹き出される燃焼ガスの向きが、駆動タービン７０の外周の接線方向となっている。

Description

タービン装置
　本発明は、タービン装置に関する。
　空気等をタービンに当ててタービンを回転させ、タービンと同期して回転するシャフトの回転を、例えば発電等に利用するタービン装置が知られている。特許文献１には、このようなタービン装置の一例が開示されている。
　特許文献１に開示されたタービン装置では、タービンが蒸気通路を通じて供給された蒸気によって回転するようになっている。また、タービンの回転力は、タービンの回転中心近傍に連結されているタービンシャフトを通じて、ギア室に収納されたギア部へと伝達されるようになっている。ギア部は、ギア比率の異なる複数枚のギアで構成されている。ギア部は、タービンシャフトを通じて伝達されたタービンの回転の比率を変更し、発電機等に伝達するようになっている。
特開２０１２－１４９５４０号公報
　ところで、上記のタービン装置は、タービンにおける径方向外側の位置に蒸気が噴射されるものであり、蒸気の噴射方向とタービンの軸方向とが平行となっているため、噴射される蒸気のエネルギーをタービンの回転に利用する際に、エネルギーの損失が発生してしまい、効率よくタービンを回転させることができないという課題があった。
　本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、流体が吹き出されるエネルギーを効率よくタービンの回転に利用することができるタービン装置を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、
　回転可能に支持された駆動シャフトの一端に連結された円板状の駆動タービンと、
　前記駆動タービンを収容する円筒状のタービンハウジングと、
　前記タービンハウジングに連結され、前記タービンハウジングに送る燃焼ガスを発生する燃焼器とを備え、
　前記タービンハウジングの内部に吹き出される前記燃焼ガスの向きが、前記駆動タービンの外周の接線方向となっていることを特徴とする。
　このような構成によれば、タービンハウジングの内部に吹き出される燃焼ガスの向きが、駆動タービンの外周の接線方向となっているため、流体が吹き出されるエネルギーを効率よく駆動タービンの回転に利用することができる。これにより、発電効率等を上昇させることができる。
　また、本発明に係る発電装置の前記構成において、前記駆動タービンは、周方向に沿って所定の間隔ごとに形成された複数の羽根を有し、前記羽根は、前記駆動タービンの軸方向に対する寸法である幅の中央部が、回転方向に向かって突出したＶ字形状となっていることを特徴とする。
　このような構成によれば、羽根の幅方向中央部が、回転方向に向かって突出したＶ字形状となっているため、羽根に当たった風が幅方向外側に逃げるのが阻止される。このため、燃焼ガスがより効率的に駆動タービンの回転に利用され、駆動タービンがより高速で回転する。これにより、発電効率等を上昇させることができる。
　また、本発明に係る発電装置の前記構成において、前記燃焼器は管状であり、前記燃焼器に連結され、前記燃焼器に圧縮気体を送るコンプレッサー部をさらに備え、前記コンプレッサー部は、前記駆動シャフトに軸支されたインペラを有し、前記燃焼器は、前記燃焼器と前記コンプレッサー部との第１連結部が、前記インペラの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されているとともに、前記燃焼器と前記タービンハウジングとの第２連結部が、前記タービンハウジングの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、燃焼器とコンプレッサー部との第１連結部が、インペラの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されているため、圧縮気体が効率よく燃焼器の内部に送り込まれる。また、燃焼器とタービンハウジングとの第２連結部が、タービンハウジングの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されているため、燃焼ガスが効率よくタービンハウジングの内部に送り込まれる。これにより、エネルギーを効率よく駆動タービンの回転に利用し、発電効率等を上昇させることができる。
　また、本発明に係る発電装置の前記構成において、前記コンプレッサー部は、前記駆動シャフトの軸方向に隣接し、互いの連結部であるコンプレッサー連結部を介して対称となるように構成された第１コンプレッサー部および第２コンプレッサー部を備え、前記第１コンプレッサー部の第１インペラと、前記第２コンプレッサー部の第２インペラとはそれぞれの底面同士が対向するように配置されているととともに、前記第１連結部が、前記コンプレッサー連結部の外周となる位置に設けられていることを特徴とする。
　このような構成によれば、第１コンプレッサー部および第２コンプレッサー部が、互いの連結部であるコンプレッサー連結部を介して対称となるように構成され、第１インペラと第２インペラとが底面同士が対向するように配置されており、かつ第１連結部が、コンプレッサー連結部の外周となる位置に設けられているため、第１コンプレッサー部および第２コンプレッサー部から排出される圧縮気体が１つにまとめられて燃焼器に送られるようになっている。このため、燃焼器を第１コンプレッサー部と第２コンプレッサー部のそれぞれに連結することによる形状の複雑化を防ぎつつ、多量の圧縮気体を燃焼器に送り込むことができ、燃焼ガスを効率よく発生させることができる。これにより、発電効率等を上昇させることができる。
　本発明によれば、流体が吹き出されるエネルギーを効率よくタービンの回転に利用することができるタービン装置を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係るタービン装置を示すもので、側面から見た図である。 同、外観を示す斜視図である。 同、軸方向断面図である。 同、駆動タービンの外観を示す斜視図である。 同、駆動タービンを径方向外側から見た図である。 同、燃焼器について説明するための断面図である。 同、タービン装置を軸方向一端から見た図である。 同、燃焼ガスの排出について説明するための図である。 同、軸方向断面斜視図である。 同、第２ギアハウジングについて説明するための説明図である。 同、第１ギアハウジングについて説明するための説明図である。 同、タービン装置を軸方向一端から見た図である。 同、タービンハウジングの小窓部について説明するための図である。 同、送風装置について説明するための図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態に係るタービン装置１を示すもので、タービン装置１を側面から見た図である。図２は、タービン装置１の斜視図である。図３は、タービン装置１の軸方向断面図である。なお、図３において、第１インペラ４１および第２インペラ４２は断面としていない。タービン装置１は、例えば、発電機、船のエンジン、電車のエンジン等に用いられる。
　図３に示すように、タービン装置１は、第１コンプレッサー部１００、第２コンプレッサー部２００および駆動シャフト１０等を備えている。第１コンプレッサー部１００は、第１ハウジング３１、第１インペラ４１および第１取込部５１等を備えている。第１コンプレッサー部１００は、遠心圧縮機である。また、第２コンプレッサー部２００は、第２ハウジング３２、第２インペラ４２および第２取込部５２等を備えている。第２コンプレッサー部２００は、遠心圧縮機である。
　第１コンプレッサー部１００および第２コンプレッサー部２００は、駆動シャフト１０の軸方向に並べて配置され、互いに連結されている。また、第１コンプレッサー部１００および第２コンプレッサー部２００には、駆動シャフト１０が挿し通されている。第１コンプレッサー部１００と第２コンプレッサー部２００とは、互いの連結部（境界）であるコンプレッサー連結部４００を介して対称となるように構成されている。以下、駆動シャフト１０の軸方向を単に軸方向という。
　第１インペラ４１には、軸方向に対する貫通孔が形成されており、当該貫通孔には駆動シャフト１０が挿し通されている。第１インペラ４１の貫通孔には、軸方向に沿って凹部が設けられており、駆動シャフト１０における当該凹部と対向する位置には、当該凹部と係合する凸部が設けられている。当該凹部と当該凸部との係合により、第１インペラ４１は、駆動シャフト１０と同期して回転するようになっている。第１インペラ４１は、駆動シャフト１０に軸支されているということができる。
　第１インペラ４１は、軸方向から見て円形状の外周を有している。ここで、第１インペラ４１における、第２コンプレッサー部２００側に位置する軸方向と垂直な面を底面とする。また、第１インペラ４１における底面とは軸方向反対側の端部を上端とする。上端の外周円（外接円）は、底面の外周円より小径となっている。
　第１インペラ４１は、上端から底面に向かうにつれて外径が徐々に大きくなるように形成されている。また、第１インペラ４１の上端と底面との間に形成され、軸方向に対して傾斜した面をハブ面とする。第１インペラ４１のハブ面には、複数のブレード４１ａが、第１インペラ４１の周方向に沿って所定の間隔ごとに立設されている。
　第２インペラ４２は、第１インペラ４１と同様に形成されているため、重複する説明を省略する。第２インペラ４２は、複数のブレード４２ａを有している。
　第１インペラ４１は、第１ハウジング３１の内部に収容されている。第１ハウジング３１は、第１インペラ４１の外形に沿って、第１インペラ４１を覆うような形状で形成されている。第１ハウジング３１は、第１インペラ４１の底面と対向する底部３１ａを有しており、底部３１ａと軸方向反対側の端部は開口している。換言すると、第１ハウジング３１における底部３１ａとは軸方向反対側の端部は、開口端となっている。
　第２ハウジング３２は、第１ハウジング３１と同様に形成されているため、重複する説明を省略する。第２ハウジング３２は、底部３２ａを有している。
　第１ハウジング３１と第２ハウジング３２とは、底部３１ａと底部３２ａとを対向させた状態で、互いに連結されている。また、底部３１ａおよび底部３２ａには、駆動シャフト１０を挿通させるための孔１１が設けられている。
　第１ハウジング３１における開口端には、流路５１ａを有する第１取込部５１が連結されている。流路５１ａは、第１取込部５１の径方向外側から気体を取り込むとともに、隣接する第１ハウジング３１の内部に気体を導く機能を担っている。また、第１取込部５１は、軸受２とともに駆動シャフト１０を支持する支持部５１ｂを備えている。
　第２ハウジング３２における開口端には、流路５２ａを有する第２取込部５２が連結されている。第２取込部５２は、第１取込部５１と同様に形成されているため、重複する説明を省略する。第２取込部５２は、軸受２とともに駆動シャフト１０を支持する支持部５２ｂを備えている。駆動シャフト１０は、第１取込部５１の支持部５１ｂと、第２取込部５２の支持部５２ｂとに、回転可能に支持されているといえる。
　第１取込部５１における第１ハウジング３１との連結側とは軸方向反対側の端部には、円筒状のタービンハウジング６０が連結されている。タービンハウジング６０の内部には、駆動タービン７０が収容されている。駆動タービン７０は、駆動シャフト１０の端部に連結されており、駆動シャフト１０と一体となって回転可能となっている。駆動タービン７０は、ナット部材９（図２に示す）で締結されることにより、駆動シャフト１０に固定されている。
　ここで、駆動タービン７０の詳細について説明する。図４は、駆動タービン７０の外観を示す斜視図である。図５は、駆動タービン７０を径方向外側から見た図である。
　図４に示すように、駆動タービン７０は、円板状の回転板７１、回転板７１の外周側面に立設された複数の羽根７２および軸孔７３等を備えている。軸孔７３は、駆動シャフト１０の端部を挿入可能に形成されている。羽根７２は、周方向に沿って所定の間隔ごとに複数設けられている。羽根７２は、薄い板状部材で、Ｖ字形状となるように形成されている。図５に示すように、駆動タービン７０の軸方向に対する羽根７２の寸法を幅Ｓとすると、羽根７２は、幅Ｓの略中央が、タービンの回転方向（図４に示す矢印Ｚ方向）に向かって突出した形状となっている。
　図３に戻り説明する。第１コンプレッサー部１００（第１ハウジング３１の底部３１ａ）と第２コンプレッサー部２００（第２ハウジング３２の底部３２ａ）との連結部（コンプレッサー連結部４００）の外周となる位置（外周面）には、燃焼器８０の一端が連結されている。また、燃焼器８０の他端は、タービンハウジング６０の外周面に連結されている。
　以下、図１および図２に示すように、パイプ状（管状）である燃焼器８０における第１コンプレッサー部１００および第２コンプレッサー部２００側の端部を、第１連結部８１とする。また、燃焼器８０におけるタービンハウジング６０側の端部を、第２連結部８２とする。
　第１連結部８１は、第１ハウジング３１の底部３１ａ側（第２ハウジング３２の底部３２ａ側）の外周の接線方向、すなわち第１インペラ４１の底面側（第２インペラ４２の底面側）の外周の接線方向と略同一の向きに延在する部位である。また、第２連結部８２は、タービンハウジング６０の外周の接線方向と略同一の向きに延在するように設けられている部位である。
　図３に戻り説明する。第１コンプレッサー部１００は、第１インペラ４１の回転により第１取込部５１を介して吸い込んだ気体を圧縮し、圧縮気体を、燃焼器８０に送り出すようになっている。また、第２コンプレッサー部２００は、第２インペラ４２の回転により第２取込部５２を介して吸い込んだ気体を圧縮し、圧縮気体を、燃焼器８０に送り出すようになっている。第１連結部８１には、第１コンプレッサー部１００から送り出された圧縮気体を取り込む取込口と、第２コンプレッサー部２００から送り出された圧縮気体を取り込む取込口とがそれぞれ設けられている。第１連結部８１は、２つの取込口から取り込んだ圧縮気体を、１つにまとめて燃焼器８０に送り出すようになっている。
　ここで図６を用いて、燃焼器８０の詳細について説明する。燃焼器８０には、点火プラグ８３と燃料ポンプ８４とが取り付けられている。燃料ポンプ８４は、燃焼器８０の内部にガソリン等の燃料を噴射するために設けられている。燃料の噴射量は、燃料ポンプ制御装置（図示せず）により制御可能となっている。燃料ポンプ８４からガソリンが噴射されると、燃焼器８０の内部では圧縮気体とガソリンの混合気体が作り出される。また、点火プラグ８３（スパークプラグ）は、混合気体を火花点火するために設けられている。点火プラグ８３によって混合気体が火花点火されると、燃焼（爆発）が発生し、燃焼ガスが、第２連結部８２を介してタービンハウジング６０の内部に送られるようになっている。
　図９は、図３で示した軸方向断面図を斜視図としたものである。第１インペラ４１および第２インペラ４２は、矢印Ｆの方向に回転するようになっている。圧縮気体は、第１インペラ４１および第２インペラ４２における底面側の外周の接線方向と同じ向きに排出されるが、第１連結部８１は、当該接線方向と同じ向きとなるように設けられている。このため、第１連結部８１は、効率よくスムーズに圧縮気体を取り込むことができるようになっている。また、第２連結部８２は、タービンハウジング６０の外周の接線方向と同じ向きとなるように設けられている。このため、第２連結部８２は、燃焼ガスを効率よくスムーズに、タービンハウジング６０の内部に送り込むことができるようになっている。
　本実施形態では、図１等に示すように、燃焼器８０は駆動シャフト１０の軸方向に対して斜めに延在するように設けられている。具体的には、第２連結部８２の位置を、第１連結部８１の位置に対して、駆動タービン７０の回転方向に、所定の量だけ移動させた位置としている。このように、燃焼器８０を斜めに延在させ、第１連結部８１および第２連結部８２を設けることで、圧縮気体が燃焼器８０に送り込まれる際、および燃焼ガスがタービンハウジング６０の内部に送り込まれる際の抵抗を小さくし、効率よく駆動タービン７０を回転させることができるようになっている。
　次に、図７を用いて、タービンハウジング６０の内部への燃焼ガスの吹き出しについて説明する。図７は、タービン装置１を軸方向一端（駆動タービン７０側）から見た図である。タービンハウジング６０の内周面には、燃焼器８０から送られてきた燃焼ガスの流れの向きを規制する吹出ガイド部６１が設けられている。吹出ガイド部６１は、燃焼器８０の第２連結部８２と対応する位置に複数設けられている。
　吹出ガイド部６１は、タービンハウジング６０の内周面に、軸方向に沿って立設された板状の部位であり、その角度が、駆動タービン７０（回転板７１）の外周の接線方向と略同一となるように形成されている。これにより、吹出ガイド部６１によって導かれた燃焼ガスが、駆動タービン７０の羽根７２に効率的に当たり、駆動タービン７０がスムーズに回転するようになっている。なお、図７では、吹出ガイド部６１の角度を、回転板７１の外周の接線方向と略同一としているが、吹出ガイド部６１の角度は、羽根７２を含めた駆動タービン７０全体の外周の接線方向と略同一としてもよい。
　また、図１３に示すように吹出ガイド部６１の先端に、小窓部６３を有する薄板部材をさらに設けてもよい。小窓部６３は、燃焼ガスを通過させるために設けられた開口であり、駆動タービン７０における羽根７２のＶ字の頂点およびその周囲の領域と対向する位置に設けられている。小窓部６３を設けることで、最も駆動タービン７０の回転が推進される位置に的を絞って燃焼ガスを当てることができるようになり、駆動タービン７０をよりスムーズに回転させることができるようになっている。
　また、図５で示したように、羽根７２をＶ字形状とすることで、羽根７２に当たった燃焼ガスが幅方向外側に逃げるのが抑制されるようになっている。これにより、燃焼ガスを羽根７２が効率よく捉え、駆動タービン７０の回転が推進されるようになっている。
　図８は、燃焼ガスの排出について説明するための図である。
　図８中に矢印で示すように、羽根７２に当たった燃焼ガスは、軸方向に対して軸方向外側に排出されるものと、軸方向内側に排出されるものとがある。タービンハウジング６０には、軸方向内側に排出された燃焼ガスを外部に排出するための排出ガイド部６２が設けられている。排出ガイド部６２は、タービンハウジング６０の内周面側であって、隣接する吹出ガイド部６１の間となる位置に複数設けられている。排出ガイド部６２は、排出口とは軸方向反対側（すなわち軸方向内側）に、断面Ｕ字状の折り返し部を有している。このため、羽根７２に当たって軸方向内側に排出された燃焼ガスは、排出ガイド部６２の折り返し部によって流れの向きが反転され、軸方向外側に導かれるようになっている。これにより、羽根７２に当たった燃焼ガスが駆動タービン７０の回転を妨げることなく、駆動タービン７０がよりスムーズに回転するようになっている。
　図３に戻り説明する。第２取込部５２における第２ハウジング３２との連結側とは反対側の端部には、ギアハウジング３００が連結されている。ギアハウジング３００は、第１ギアハウジング３１０と第２ギアハウジング３２０とを備えている。
　まず、図３および図１０を用いて第２ギアハウジング３２０について説明する。
　図１０は、第２ギアハウジング３２０の内部について説明するための断面斜視図である。第２ギアハウジング３２０には、駆動シャフト１０、小径ギア１２１、大径ギア１２２、軸受５（図３に示す）、およびオイルポンプ１２３等が収容されている。
　図１０に示すように、小径ギア１２１は、駆動シャフト１０に挿し通されており、駆動シャフト１０と同期して回転するようになっている。また、オイルポンプ１２３は、ポンプシャフト１２３ａを備えている。図３に示すように、ポンプシャフト１２３ａは、軸受５を介して回転可能となるように、第２ギアハウジング３２０の内部に設置されている。
　図１０に示すように、大径ギア１２２は、ポンプシャフト１２３ａに挿し通され、かつ小径ギア１２１と噛合している。大径ギア１２２は、小径ギア１２１の回転に伴い回転するようになっている。また、大径ギア１２２は、ポンプシャフト１２３ａと同期して回転するようになっている。
　オイルポンプ１２３では、ポンプシャフト１２３ａが回転することに伴い、インナーロータおよびアウターロータが回転するようになっており、これによりオイルが吸入、吐出され、圧送されるようになっている。オイルポンプ１２３は、例えば、オイルを、駆動シャフト１０を支持する軸受２（図３参照）に供給するようになっている。なお、図１０におけるオイルフィルター１２４は、オイルに含まれる異物を除去するために取り付けられている。
　次に、図３および図１１を用いて第１ギアハウジング３１０について説明する。
　図１１は、第１ギアハウジング３１０の内部について説明するための断面斜視図である。第１ギアハウジング３１０には、回転伝達機構が設けられている。回転伝達機構は、駆動シャフト１０の回転を減じ、減速比に比例したトルクを出力するようになっている。回転伝達機構は、サンギア１１１、プラネタリギア１１２、リングギア１１３、キャリア１１４および出力シャフト１１５等を備えている。回転伝達機構は、スター型の遊星歯車機構である。
　図３に示すように、サンギア１１１は、駆動シャフト１０に挿し通されている。これにより、サンギア１１１は、駆動シャフト１０と同期して回転するようになっている。また、第１ギアハウジング３１０の内部には、プラネタリシャフト６が底部３１１に設けられている。このプラネタリシャフト６は、第１ギアハウジング３１０の内部に複数設けられている。プラネタリギア１１２は、軸受７とともにプラネタリシャフト６に挿し通され、サンギア１１１と噛合している。
　図１１に示すように、プラネタリギア１１２は、サンギア１１１の周囲に複数設置されている。プラネタリギア１１２は、サンギア１１１の回転に伴い、自転するようになっている。また、プラネタリギア１１２は、後述するリングギア１１３とも噛合している。
　リングギア１１３は、環状の内歯車となっている。リングギア１１３における底部３１１と対向する側とは反対側の面には、腕であるキャリア１１４が連結されている。キャリア１１４の中央部には、一端が第１ギアハウジング３１０の外部に向かって突出するように形成された柱状の出力シャフト１１５が設けられている。出力シャフト１１５は、駆動シャフト１０と同軸となるように設けられている。図３に示すように、出力シャフト１１５は、軸受８を介して第１ギアハウジング３１０に、回転可能に支持されている。
　図１１に戻り説明する。リングギア１１３は、噛合するプラネタリギア１１２の回転に伴い、回転するようになっている。このとき、リングギア１１３の回転と同期して、出力シャフト１１５が回転するようになっている。図１２は、タービン装置１を軸方向一端（出力シャフト１５側）から見た図である。回転伝達機構では、リングギア１１３が従動軸、サンギア１１１が駆動軸となっており、リングギア１１３は、サンギア１１１とは逆方向に回転するようになっている。このような回転伝達機構を設けることで、出力シャフト１５の高トルクが得られるようになっている。
　図１４に示すように、タービン装置１は送風装置９０を備えている。送風装置９０は電源をＯＮにすると、圧縮気体をタービンハウジング６０の内部に吹き出すようになっている。送風装置９０が圧縮気体を吹き出す向きは、吹出ガイド部６１が燃焼ガスを導く向きと略同一の向き、すなわち駆動タービン７０の外周の接線方向となっている。
　次に、タービン装置１の動作について説明する。
　送風装置９０の電源がＯＮになると、圧縮気体が駆動タービン７０に当たり、駆動タービン７０が回転を開始する。次に、駆動タービン７０が回転すると、駆動シャフト１０が回転し、第１インペラ４１および第２インペラ４２が回転する。次に、第１インペラ４１および第２インペラ４２が回転すると、第１取込部５１および第２取込部５２を介して気体が取り込まれ、気体が圧縮されて、圧縮気体が燃焼器８０に送り込まれる。次に、燃焼器８０の内部で圧縮気体と燃料との混合気体が点火され、燃焼ガスがタービンハウジング６０の内部に吹き出される。次に、タービンハウジング６０の内部に吹き出された燃焼ガスにより、駆動タービン７０が回転する。当該燃焼ガスによって駆動タービン７０が回転するようになると、送風装置９０は電源がＯＦＦとなる。なお、燃焼器８０における燃料の噴射量を調整することで、駆動タービン７０の回転速度が調節できるようになっている。
　以上のように、本実施の形態によれば、タービンハウジング６０の内部に吹き出される燃焼ガスの向きが、駆動タービン７０の外周の接線方向となっているため、流体が吹き出されるエネルギーを効率よく駆動タービン７０の回転に利用することができる。これにより、発電効率等を上昇させることができる。
　なお、本実施形態では、タービン装置１が、第１コンプレッサー部１００および第２コンプレッサー部２００の両方を有する場合について説明したが、いずれか一方のみを有するように構成してもよい。
１０　駆動シャフト
４１　第１インペラ（インペラ）
４２　第２インペラ（インペラ）
６０　タービンハウジング
７０　駆動タービン
７２　羽根
８０　燃焼器
８１　第１連結部
８２　第２連結部
１００　第１コンプレッサー部（コンプレッサー部）
２００　第２コンプレッサー部（コンプレッサー部）
４００　コンプレッサー連結部

Claims (4)

  1. 　回転可能に支持された駆動シャフトの一端に連結された円板状の駆動タービンと、
    　前記駆動タービンを収容する円筒状のタービンハウジングと、
    　前記タービンハウジングに連結され、前記タービンハウジングに送る燃焼ガスを発生する燃焼器とを備え、
    　前記タービンハウジングの内部に吹き出される前記燃焼ガスの向きが、前記駆動タービンの外周の接線方向となっていることを特徴とするタービン装置。
  2. 　前記駆動タービンは、周方向に沿って所定の間隔ごとに形成された複数の羽根を有し、
    　前記羽根は、前記駆動タービンの軸方向に対する寸法である幅の中央部が、回転方向に向かって突出したＶ字形状となっていることを特徴とする請求項１に記載のタービン装置。
  3. 　前記燃焼器は管状であり、
    　前記燃焼器に連結され、前記燃焼器に圧縮気体を送るコンプレッサー部をさらに備え、
    　前記コンプレッサー部は、前記駆動シャフトに軸支されたインペラを有し、
    　前記燃焼器は、前記燃焼器と前記コンプレッサー部との第１連結部が、前記インペラの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されているとともに、前記燃焼器と前記タービンハウジングとの第２連結部が、前記タービンハウジングの外周の接線方向と同じ向きに延在するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタービン装置。
  4. 　前記コンプレッサー部は、前記駆動シャフトの軸方向に隣接し、互いの連結部であるコンプレッサー連結部を介して対称となるように構成された第１コンプレッサー部および第２コンプレッサー部を備え、前記第１コンプレッサー部の第１インペラと、前記第２コンプレッサー部の第２インペラとはそれぞれの底面同士が対向するように配置されているとともに、前記第１連結部が、前記コンプレッサー連結部の外周となる位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のタービン装置。
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