(57)【要約】【課題】がたつきなく容易にスクロールにトランジションダクトを組み付けることができるガスタービンエンジンを提供する。【解決手段】燃焼器２０によって圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをトランジションダクト４０及びスクロール５０を経由させてタービン３０に導き、該燃焼ガスによってタービン３０を回転させるガスタービンエンジン１００であって、スクロール５０には、トランジションダクト４０の一側を嵌合する嵌合部５１が形成され、スクロール５０の嵌合部５１又はトランジションダクト４０の基端側には、スクロール５０の嵌合部５１にトランジションダクト４０の基端側を係止させる係止部４１が設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器によって圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをトランジションダクト及びスクロールを経由させてタービンに導き、該燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンであって、
前記スクロールには、前記トランジションダクトの一側を嵌合する嵌合部が形成され、
前記スクロールの嵌合部又は前記トランジションダクトの一側には、該スクロールの嵌合部に該トランジションダクトの一側を係止させる係止部が設けられる、
ガスタービンエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンエンジンであって、
前記嵌合部は、前記トランジションダクトの一側を内側へ嵌合させ、
前記係止部は、前記トランジションダクトの一側の一部を外側へ突起させている、
ガスタービンエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービンエンジンであって、
前記係止部は、前記トランジションダクトの一側の一部を切り抜き、該切抜き部を外側へ突起させている、
ガスタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、燃焼器によって圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをトランジションダクト及びスクロールを経由させてタービンに導き、燃焼ガスによってタービンを回転させる内燃機関として良く知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
小型のガスタービンエンジンでは、トランジションダクト部分を一体化されたスクロールをメインケーシングに収納した後に、トランジションダクト部分を一体化されたスクロールを本体に取り付けている。
【０００４】
しかし、ガスタービンが大型化すると、トランジションダクト部分と一体化されたスクロールのような所謂「円柱に出っ張りがある形状」をメインケーシングに収納する作業が困難となる。そこで、トランジションダクト部分をスクロールと別体化させる。そして、スクロールを本体側に固定した状態でメインケーシングを被せ、その後にトランジションダクトをメインケーシングの開口部から挿入し、トランジションダクトをスクロールに組み付ける作業が望ましい。
【０００５】
また、スクロールにトランジションダクトを組み付けた状態でがたつきがあった場合には、燃焼振動によって組み付け部に摩耗が生じるおそれがある。そこで、がたつきなく容易にスクロールにトランジションダクトを組み付けることができることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８１２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は、がたつきなく容易にスクロールにトランジションダクトを組み付けることができるガスタービンエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、燃焼器によって圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをトランジションダクト及びスクロールを経由させてタービンに導き、該燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンエンジンであって、前記スクロールには、前記トランジションダクトの一側を嵌合する嵌合部が形成され、前記スクロールの嵌合部又は前記トランジションダクトの一側には、該スクロールの嵌合部に該トランジションダクトの一側を係止させる係止部が設けられるものである。
【００１０】
請求項２においては、請求項１記載のガスタービンエンジンであって、前記嵌合部は、前記トランジションダクトの一側を内側へ嵌合させ、前記係止部は、前記トランジションダクトの一側の一部を外側へ突起させているものである。
【００１１】
請求項３においては、請求項２記載のガスタービンエンジンであって、前記係止部は、前記トランジションダクトの一側の一部を切り抜き、該切抜き部を外側へ突起させているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガスタービンエンジンによれば、がたつきなく容易にスクロールにトランジションダクトを組み付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービンエンジンの構成を示した模式図。
【図２】スクロールの嵌合部の構成を示した模式図。
【図３】トランジションダクトの係止部の構成を示した模式図。
【図４】トランジションダクトの別の係止部の構成を示した模式図。
【図５】シールハウジングの構成を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を用いて、ガスタービンエンジン１００の構成について説明する。
なお、図１は、ガスタービンエンジン１００の構成を側面視にて模式的に表している。
【００１５】
ガスタービンエンジン１００は、本発明のガスタービンエンジンに係る実施形態である。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機１０と、燃焼器２０と、タービン３０と、を具備している。また、ガスタービンエンジン１００は、減速装置（図示略）と、発電装置（図示略）と、を具備している。
【００１６】
圧縮機１０は、回転することによって空気を圧縮するものである。圧縮機１０は、回転軸Ｌの周方向に螺旋状に形成された複数のインペラ１１を備えている。圧縮機１０は、回転軸Ｌを中心として回転し、各インペラ１１が空気をかくことによって空気を圧縮する。
【００１７】
なお、本ガスタービンエンジン１００における圧縮機１０は、回転軸Ｌに対して平行に供給された空気を圧縮し、回転軸Ｌに対して垂直に圧縮空気を送り出すものである。
【００１８】
燃焼器２０は、圧縮機１０から送り出された圧縮空気に燃料を供給して燃焼させるものである。燃焼器２０は、燃焼器外筒２１の内部に燃料噴射ノズル２２が取り付けられたライナー２３を備えている。燃焼器２０は、燃焼器外筒２１によってライナー２３の空気孔２３Ｈからライナー２３の内部に圧縮空気を案内している。そして、燃焼器２０は、燃料噴射ノズル２２が燃料を供給することによって燃料を燃焼させる。
【００１９】
タービン３０は、燃焼器２０から送り出された燃焼ガスを受けて回転するものである。タービン３０には、トランジションダクト４０及びスクロール５０を経由して燃焼ガスが燃焼器２０から導かれる。タービン３０には、ガスタービンエンジン１００において、タービン３０は、高圧タービン３１と低圧タービン３２とで構成されている。
【００２０】
なお、本実施形態のタービン３０は、スクロール５０と共にメインケーシング６０に収納されているものとする。
【００２１】
高圧タービン３１は、回転軸Ｌの周方向に回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード３４を備えている。また、低圧タービン３２も、回転軸Ｌの周方向に回転軸Ｌに対して所定の角度をなす複数のブレード３５を備えている。高圧タービン３１と低圧タービン３２は、各ブレード３４・３５に燃焼ガスを受け、回転軸Ｌを中心として回転する。
【００２２】
なお、ガスタービンエンジン１００におけるタービン３０は、圧縮機１０を回転させるとともに圧縮機１０に接続されたクイルシャフト１２を回転させる。クイルシャフト１２は、図示しない減速装置を介して発電装置を駆動する。
【００２３】
このように、ガスタービンエンジン１００は、連続的に空気を圧縮し、燃料を燃焼させ、回転動力を得ることができる。そして、ガスタービンエンジン１００は、連続的に得られる回転動力を利用して発電装置を駆動する。
【００２４】
なお、本実施形態のガスタービンエンジン１００は、軽油等の液体燃料を用いる仕様であるが、天然ガス等の気体燃料を用いる仕様であっても良い。また、本実施形態のガスタービンエンジン１００は、いわゆる一軸式ガスタービンエンジンであるが、二軸式ガスタービンエンジンであっても良い。
【００２５】
図２を用いて、スクロール５０の嵌合部の構成について説明する。
なお、図２では、スクロール５０の嵌合部５１の構成について、図１の矢視Ａにて燃焼器外筒２１を外した状態にて模式的に表している。なお、以下では、図に示すように、ライナー２３及びトランジションダクト４０の軸方向の先端側又は基端側を基準として説明するものとする。
【００２６】
スクロール５０とライナー２３とは、嵌合部５１とトランジションダクト４０とを介して接続されている。嵌合部５１及びトランジションダクト４０は、スクロール５０とライナー２３とを連通している。スクロール５０は、燃焼器２０で発生した高温の燃焼ガスを回転軸心回りに旋回させながらタービン３０に導くものである。スクロール５０は、略円柱形状に構成されている。
【００２７】
嵌合部５１は、スクロール５０の開口部であって、高温の燃焼ガスをスクロール５０に導くものである。嵌合部５１は、スクロール５０と一体的に構成され、スクロール５０の軸方向（矢視Ａ）から見て半三日月形状に構成されている。嵌合部５１の内側には、トランジションダクト４０の基端側が嵌合されている。
【００２８】
トランジションダクト４０は、燃焼器２０で発生した高温の燃焼ガスをスクロール５０に導くものである。トランジションダクト４０は、円筒形状であって、基端側がスクロール５０の軸方向（矢視Ａ）から見て円弧形状に切り欠かれて構成されている。トランジションダクト４０の基端側の外側は、嵌合部５１の内側に嵌合されている。トランジションダクト４０の先端側の内側には、ライナー２３が嵌合されている。
【００２９】
メインケーシング６０は、スクロール５０と、スクロール５０の嵌合部５１に嵌合されたトランジションダクト４０を収納している。
【００３０】
図３を用いて、トランジションダクト４０の係止部４１の構成について説明する。
なお、図３では、トランジションダクト４０の係止部４１の構成について、スクロール５０とトランジションダクト４０とを分離した状態にて模式的に表している。また、図３の下方には、図３におけるＢＢ断面視を表している。
【００３１】
係止部４１は、トランジションダクト４０の基端側であって、嵌合部５１に嵌合される部分に設けられている。係止部４１は、嵌合部５１に対しトランジションダクト４０の基端側を係止させるものである。本実施形態のトランジションダクト４０には、略等間隔にて４つの係止部４１が設けられている。
【００３２】
係止部４１は、トランジションダクト４０を基端側の一辺を残して矩形に切り抜き、切り抜いた部分を外側に向けて突起するように折り曲げて構成されている。
【００３３】
図４を用いて、トランジションダクト４０の別の係止部４２の構成について説明する。
なお、図４では、トランジションダクト４０の別の係止部４２の構成について、スクロール５０とトランジションダクト４０とを分離した状態にて模式的に表している。また、図４の下方には、図４におけるＣＣ断面視を表している。
【００３４】
係止部４２は、トランジションダクト４０の基端側であって、嵌合部５１に嵌合される部分に設けられている。係止部４２は、嵌合部５１に対しトランジションダクト４０の基端側を係止させるものである。本実施形態のトランジションダクト４０には、略等間隔にて４つの係止部４２が設けられている。
【００３５】
係止部４２は、外側に向けて突起する略半球形状として構成されている。
【００３６】
ガスタービンエンジン１００（トランジションダクト４０）の効果について説明する。
トランジションダクト４０によれば、がたつきなく容易にスクロール５０にトランジションダクト４０を組み付けることができる。すなわち、トランジションダクト４０の基端側に外側に向けて突起する係止部４１・４２を設け、嵌合部５１の内側に嵌合させる構成によって、容易にスクロール５０にトランジションダクト４０を組み付けることができる。
【００３７】
また、スクロール５０にトランジションダクト４０を組み付けた状態では係止部４１・４２がバネ構造となって、スクロール５０に対するトランジションダクト４０のがたつきを防止できる。
【００３８】
なお、本実施形態では、スクロール５０の嵌合部５１の内側に、係止部４１・４２を設けたトランジションダクト４０を嵌合する構成としたが、これに限定されない。例えば、スクロール５０の嵌合部５１の外側に係止部４１・４２を設け、トランジションダクト４０をスクロール５０の外側に嵌合する構成としても良い。
【００３９】
図５を用いて、シールハウジング７０の構成について説明する。
なお、図５では、シールハウジング７０の構成について、図１のＤ部分を拡大して示している。
【００４０】
シールハウジング７０は、スクロール５０及びタービンノズル３８を被装するものである。シールハウジング７０は、スクロール５０に所定の隙間を設けて嵌めこまれたタービンノズル３８の外側を被装している。シールハウジング８０の外縁は、タービン３０のブレード３４・３５が破損した場合に破片が外部に飛散しないように、厚肉構造で形成されている。
【００４１】
シールハウジング７０には、貫通孔７１が形成されている。貫通孔７１は、タービン３０の回転軸Ｌとは直交する方向に形成されている（図１参照）。貫通孔７１は、シールハウジング７０とスクロール５０とタービンノズル３８とで形成される空間Ｓ１と、スクロール５０とメインケーシング６０とで形成される空間Ｓ２とを連通している。
【００４２】
ここで、シールハウジング７０はスクロール５０から輻射熱を受けている。また、輻射熱は、周辺空気の対流で冷却される。そのため、空間Ｓ２の空気は入れ替える必要があり、ガスタービンエンジン１００の起動時に空間Ｓ２から空気が漏れる（流出する）流路がなくなると、シールハウジング７０が高温となり、シールハウジング７０を支持するメインケーシング６０に塑性変形が生じてしまう。
【００４３】
本実施形態のシールハウジング７０では、貫通孔７１が形成されることによって空間Ｓ２から空間Ｓ１に空気が漏れる（流出する）流路を確保し（図中矢印Ａ１）、シールハウジング７０が高温となることを防止している。
【００４４】
シールハウジング７０には、複数の溝７２が形成されている。複数の溝７２は、シールハウジング７０のスクロール５０と対向する側にシールハウジング７０の全周に亘って形成されている。
【００４５】
ここで、タービンノズル３８の熱膨張がスクロール５０の熱膨張に追いつくまでには、圧縮空気の一部がシールハウジング７０とスクロール５０との隙間を通過して漏れることになる。シールハウジング７０とスクロール５０との隙間を通過する漏れ空気は、タービンノズル３８の入口で燃焼ガスと混合する。シールハウジング７０とスクロール５０との隙間を通過する空気と燃焼ガスが混合すると、燃焼ガス温度が上昇し、スクロール５０の壁温の上昇を招くため好ましくない。
【００４６】
本実施形態のシールハウジング７０では、クロール５０と対向する側に複数の溝７２が形成されることによって、シールハウジング７０とスクロール５０との隙間を通過する空気に抵抗が発生し（ラビリンス効果）、シールハウジング７０とスクロール５０との隙間を通過する空気量を低減できる（図中矢印Ａ２）。
【００４７】
シールハウジング７０には、平行部分７０Ｌが形成されている。平行部分７０Ｌは、スクロール５０に形成される平行部分５０Ｌと略平行になるように形成されている。
【００４８】
ここで、スクロール５０の壁温は、燃焼ガスと冷却空気の熱伝達比で高低温度差を按分した温度になる。そこで、タービンノズル３８の入口近くであってスクロール５０の出口では、燃焼ガス流速が上がっているため、冷却空気の速度を上げることで、スクロール５０の壁温を抑えることができる。
【００４９】
本実施形態のシールハウジング７０では、スクロール５０に形成される平行部分５０Ｌと略平行になるように平行部分７０Ｌを形成することで、タービンノズル３８の入口近くであってスクロール５０の出口冷却空気の速度を上げ（図中矢印Ａ３）、スクロール５０の壁温を抑えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０      圧縮機
２０      燃焼器
３０      タービン
４０      トランジションダクト
４１      係止部
５０      スクロール
５１      嵌合部
６０      メインケーシング
１００    ガスタービンエンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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