(57)【要約】  軸線（Ｏ１）回りに回転する回転体（１２）としての太陽歯車（１６）、太陽歯車（１６）の外周側に配置される遊星キャリア（１８）、及び、遊星キャリア（１８）の外周側に配置される内歯車（１９）と、遊星キャリア（１８）に支持されて太陽歯車（１６）と内歯車（１９）とに噛合する遊星歯車（１７）と、を有する遊星歯車機構（１１）と、遊星歯車機構（１１）における回転体（１２）のうちのいずれか一つに接続されたロータ（２３）を有する可変速動力源（１０）と、を備え、可変速動力源（１０）が接続された以外のいずれか一つの回転体（１２）にガスタービン（２）の回転軸（２ａ）が接続され、可変速動力源（１０）のロータ（２３）、及びガスタービン（２）の回転軸（２ａ）が接続された以外の残りの一つの回転体（１２）に圧縮装置（３）の回転軸（２ａ）が接続されているガスタービン始動装置（４）である。
2016135831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、及び、前記ガスタービンの回転軸の回転中心と同じ軸線上で該ガスタービンの駆動力によって回転駆動される流体機械を有するガスタービンシステムに設けられて、前記軸線回りに回転する回転体としての太陽歯車、該太陽歯車の外周側に配置される遊星キャリア、及び、該遊星キャリアの外周側に配置される内歯車と、前記遊星キャリアに支持されて前記太陽歯車と前記内歯車とに噛合する遊星歯車と、を有する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構における前記回転体のうちのいずれか一つを、前記軸線回りに回転させるように接続された駆動軸を有する可変速動力源と、
を備え、
前記可変速動力源が接続された以外のいずれか一つの前記回転体を、前記軸線回りに回転させるように前記ガスタービンの回転軸が接続され、
前記可変速動力源の駆動軸、及び前記ガスタービンの回転軸が接続された以外の残りの一つの前記回転体を、前記軸線回りに回転させるように前記流体機械の回転軸が接続され、
ているガスタービン始動装置。
【請求項２】
前記ガスタービンの回転軸の回転速度が、該ガスタービンの自立回転速度以上になるまで、前記流体機械の回転軸が接続されている前記回転体の回転を規制するストッパをさらに有する請求項１に記載のガスタービン始動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン始動装置と、
前記ガスタービン始動装置によって始動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの駆動力によって駆動される流体機械と、
を備えるガスタービンシステム。
【請求項４】
前記遊星歯車機構における前記回転体の回転中心、前記ガスタービンの回転軸の回転中心、及び、前記流体機械の回転軸の回転中心は、同じ軸線上に配置されている請求項３に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記可変速動力源の駆動軸の回転中心と、前記遊星歯車機構における前記回転体の回転中心とが、同じ軸線上に配置されている請求項４に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記ガスタービンと前記流体機械との間に、前記遊星歯車機構、及び前記可変速動力源が配置されている請求項５に記載のガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを始動させるガスタービン始動装置、及びこれを備えたガスタービンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転動力を取り出す原動機として、ガスタービンが一般に用いられている。ガスタービンには、例えば発電機や、液化天然ガス等を生成するＬＮＧ液化用の圧縮機等の駆動対象が接続されることで、電気や圧縮ガスを生成可能なガスタービンシステムを構成したものが知られている。【０００３】
そして、ガスタービンシステムとしては、駆動対象の回転軸と、ガスタービンの出力軸とが異なる軸上に配置された二軸式のものと、これらが同軸上に配置された一軸式のものとが知られている。【０００４】
一軸式のガスタービンシステムは二軸式のものに比べて構造が簡素であり、運用が容易であるといったメリットがある。【０００５】
ところで、ガスタービンシステムの運転開始時には、ガスタービンを着火、起動させるため、始動装置が用いられる。始動装置は、例えば特許文献１に開示されているように、自動車のエンジンを始動させる際にも用いられており、原動機を自立運転させるために、必須な装置となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一軸式のガスタービンシステムにおけるガスタービンの始動を行う場合、ガスタービンに接続された駆動対象が例えばＬＮＧ液化用の圧縮機等の流体機械である場合、この流体機械が定格回転速度に到達するまでは、回転数に応じた負荷を持っているため、流体機械の負荷までも始動装置が負担することが必要となる。従って、始動装置が複雑化し、大型化してしまったり、高コストとなってしまう問題がある。【０００８】
本発明は、構造が簡易でありつつ、小型化及び低コスト化を図ることのできるガスタービン始動装置、及びガスタービンシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様に係るガスタービン始動装置は、ガスタービン、及び、前記ガスタービンの回転軸の回転中心と同じ軸線上で該ガスタービンの駆動力によって回転駆動される流体機械を有するガスタービンシステムに設けられて、前記軸線回りに回転する回転体としての太陽歯車、該太陽歯車の外周側に配置される遊星キャリア、及び、該遊星キャリアの外周側に配置される内歯車と、前記遊星キャリアに支持されて前記太陽歯車と前記内歯車とに噛合する遊星歯車と、を有する遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構における前記回転体のうちのいずれか一つを、前記軸線回りに回転させるように接続された駆動軸を有する可変速動力源と、を備え、前記可変速動力源の駆動軸が接続された以外のいずれか一つの前記回転体を、前記軸線回りに回転させるように前記ガスタービンの回転軸が接続され、前記可変速動力源の駆動軸、及び前記ガスタービンの回転軸が接続された以外の残りの一つの前記回転体を、前記軸線回りに回転させるように前記流体機械の回転軸が接続されている。【００１０】
このようなガスタービン始動装置によると、ガスタービンの始動時に、まず、可変速動力源によって、遊星歯車機構における可変速動力源が接続された回転体を回転させる。この際、流体機械の回転軸が接続された遊星歯車機構の回転体は、流体機械の負荷によって回転しにくい状態となっている。この結果、ガスタービンの回転軸が接続された遊星歯車機構の回転体は、可変速駆動源の駆動軸が設けられた回転体の回転にともなって回転を始める。即ち、遊星歯車機構を用いることで、流体機械の回転軸を回転させないまま、又は、低い回転数でガスタービンの回転軸を、可変速動力源によって回転させることができ、ガスタービンを始動することができる。【００１１】
また、本発明の第二の態様に係るガスタービン始動装置は、上記第一の態様における前記ガスタービンの回転軸の回転速度が、該ガスタービンの自立回転速度以上になるまで、前記流体機械の回転軸が接続されている前記回転体の回転を規制するストッパをさらに有していてもよい。【００１２】
このようにストッパを設けることで、ガスタービンが自立回転速度以上となるまでは流体機械の回転を規制することが可能となる。従って、ガスタービンが自立運転可能となるまでは、流体機械を回転させることなく、可変速動力源によってガスタービンの回転数のみを上昇させていくことができる。よって、ガスタービンの始動時に、ガスタービン始動装置による流体機械の負荷の負担をさらに軽減することができる。【００１３】
また、本発明の第三の態様に係るガスタービンシステムは、上記第一又は第二の態様におけるガスタービン始動装置と、前記ガスタービン始動装置によって始動されるガスタービンと、前記ガスタービンの駆動力によって駆動される流体機械と、を備えている。【００１４】
このようなガスタービンシステムによると、遊星歯車機構を用いた上記のガスタービン始動装置を備えていることで、流体機械の回転軸を回転させないまま、又は、低い回転数でガスタービンの回転軸を、可変速動力源によって回転させることができ、ガスタービンを始動することができる。【００１５】
また、本発明の第四の態様に係るガスタービンシステムでは、上記第三の態様での前記遊星歯車機構における前記回転体の回転中心、前記ガスタービンの回転軸の回転中心、及び、前記流体機械の回転軸の回転中心は、同じ軸線上に配置されていてもよい。【００１６】
このように同一軸線上にガスタービン、遊星歯車機構、流体機械を配置することで、ガスタービンシステムをコンパクトに設計することができ、省スペース化を図ることができる。【００１７】
また、本発明の第五の態様に係るガスタービンシステムでは、上記第四の態様での前記可変速動力源の駆動軸の回転中心と、前記遊星歯車機構における前記回転体の回転中心とが、同じ軸線上に配置されていてもよい。【００１８】
このように、同一軸線上にガスタービン、遊星歯車機構、流体機械、及び可変速動力源を配置することで、ガスタービンシステムをさらにコンパクトに設計することができ、さらなる省スペース化を図ることができる。【００１９】
また、本発明の第六の態様に係るガスタービンシステムでは、上記第五の態様での前記ガスタービンと前記流体機械との間に、前記遊星歯車機構、及び前記可変速動力源が配置されていてもよい。【００２０】
このような位置に前記遊星歯車機構、及び前記可変速動力源を配置することで、ガスタービンシステムをさらにコンパクトに設計することができ、さらなる省スペース化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記のガスタービン始動装置、及びガスタービンシステムによれば、遊星歯車機構を用いることで、構造が簡易でありつつ、小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態におけるガスタービンシステムの全体概略側面図である。
【図２】本発明の第一実施形態におけるガスタービンシステムにおける遊星歯車機構を拡大して示す側面図である。
【図３】本発明の第一実施形態におけるガスタービンシステムにおける各構成要素の回転状態（回転数）の時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第二実施形態におけるガスタービンシステムの要部の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態に係るガスタービンシステム１について説明する。
図１に示すように、ガスタービンシステム１は、燃料を燃焼して回転駆動力を得るガスタービン２と、ガスタービン２の回転力によって回転駆動される圧縮装置３（流体機械）と、ガスタービン２を始動するガスタービン始動装置４とを備えている。
【００２４】
ガスタービン２は、詳細の図示は省略するが、圧縮空気を生成する圧縮機、圧縮空気と燃料を混合、燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、及び、燃焼ガスによって回転駆動するタービンを備えている。
【００２５】
また、このガスタービン２は、軸線Ｏ１を中心として回転する回転軸２ａを備え、この回転軸２ａから回転力を取出し可能となっている。回転軸２ａには、軸線Ｏ１の方向の一方側の端部（圧縮装置３側の端部）で、径方向外側に環状に突出するフランジ部２ｂが形成されている。
【００２６】
圧縮装置３は、軸線Ｏ１を中心として回転する回転軸３ａを備え、例えば空気やＬＮＧ等のガスを圧縮する装置である。回転軸３ａには、軸線Ｏ１の方向の他方側の端部（ガスタービン２側の端部）寄りの位置で、径方向外側に環状に突出するフランジ部３ｂが形成されている。
即ち、圧縮装置３の回転軸３ａと、ガスタービン２の回転軸２ａとが同じ軸線Ｏ１上に配置されるように、圧縮装置３が設けられている。
【００２７】
ガスタービン始動装置４（以下、単に始動装置４とする）は、ガスタービン２と圧縮装置３との間に軸線Ｏ１の方向から挟まれるようにして設けられており、ガスタービン２を始動する装置である。
【００２８】
この始動装置４は、複数の回転体１２を備えた遊星歯車機構１１と、遊星歯車機構１１におけるいずれか一つの回転体１２を回転させる可変速動力源１０と、圧縮装置３の回転駆動を規制可能なストッパ５とを備えている。
【００２９】
図２に示すように、遊星歯車機構１１は、軸線Ｏ１を中心として回転する複数の回転体１２と、複数の回転体１２に支持された遊星歯車１７と、これら回転体１２及び遊星歯車１７を支持するケーシング１５とを備えている。
【００３０】
複数の回転体１２は、軸線Ｏ１を中心に回転する太陽歯車１６、太陽歯車１６の外周側に配置される遊星キャリア１８、及び、遊星キャリア１８の外周側に配置される内歯車１９である。
【００３１】
回転体１２の一つである太陽歯車１６は、軸線Ｏ１を中心として円柱状をなしてガスタービン２の回転軸２ａに向かって延びる軸部１６ａと、軸部１６ａの外周面に一体に設けられた歯車部１６ｃとを有している。
軸部１６ａには、軸線Ｏ１の方向の他方側の端部（ガスタービン２側の端部）に、フランジ部１６ｂが形成されている。
また、図１に示すように、軸部１６ａには、ガスタービン２の回転軸２ａとの間に配置されて、これらを連結する円柱状の連結軸２０が設けられている。
【００３２】
連結軸２０には、軸線Ｏ１の方向の両端部にフランジ部２０ａが形成され、それぞれ軸部１６ａのフランジ部１６ｂと、ガスタービン２の回転軸２ａのフランジ部２ｂとに結合されている。これによって、太陽歯車１６の回転をガスタービン２に伝達するようになっている。
ここで、太陽歯車１６のフランジ部１６ｂと、連結軸２０のフランジ部２０ａとを設けず、太陽歯車１６と連結軸２０とを一体化してもよい。
【００３３】
また、歯車部１６ｃは、軸線Ｏ１の方向の一方側の端部（圧縮装置３側の端部）で、軸部１６ａに設けられている。
【００３４】
遊星歯車１７は、太陽歯車１６の歯車部１６ｃの外周側に配置されている。各々の遊星歯車１７は、軸線Ｏ１の方向に延びる円柱状をなす軸部１７ａと、軸部１７ａの外周面に一体に設けられた歯車部１７ｂとを有している。
遊星歯車１７の歯車部１７ｂは、太陽歯車１６の歯車部１６ｃに噛合している。
【００３５】
回転体１２の一つである遊星キャリア１８は、軸線Ｏ１を中心とした環状をなす部材であって、軸線Ｏ１の方向の両側から遊星歯車１７を挟み込んで支持している。
より詳しくは、遊星キャリア１８は、軸線Ｏ１の方向の他方側で太陽歯車１６の軸部１６ａと同じ位置まで延びるとともに、この他方側で遊星歯車１７の軸部１７ａを支持する円筒状をなす筒状部１８ａと、軸線Ｏ１の方向の一方側で遊星歯車１７の軸部１７ａを支持する円盤状部１８ｂとを有している。さらに、遊星キャリア１８は、筒状部１８ａにおける軸線Ｏ１の方向の一方側の端部に接続されて遊星歯車１７を外周側から覆う円筒状をなす大径筒状部１８ｃを有している。
【００３６】
遊星キャリア１８は、遊星歯車１７の軸部１７ａを、軸部１７ａ自身の回転軸線Ｏ２を中心として自転させつつ、各々の遊星歯車１７を、太陽歯車１６の周りで軸線Ｏ１を中心として公転させる。
【００３７】
筒状部１８ａにおける軸線Ｏ１の方向の他方側の端部には、外周面から径方向外側に環状に突出するフランジ部１８ｆが形成されている。
【００３８】
大径筒状部１８ｃにおける軸線Ｏ１の方向の一方側の端部寄りの位置には、外周面から径方向外側に環状に突出する環状突出部１８ｄが形成されている。
この環状突出部１８ｄには、遊星キャリアストッパ１８ｅが設けられている。この遊星キャリアストッパ１８ｅは、環状突出部１８ｄを軸線Ｏ１の方向の両側から挟み込むことが可能となっており、大径筒状部１８ｃの回転を規制し、遊星キャリア１８全体の回転を規制する。
【００３９】
回転体１２の一つである内歯車１９は、遊星歯車１７の外周側に配置されて、外周側から遊星歯車１７の歯車部１７ｂに噛合し、軸線Ｏ１を中心として回転可能な歯車部１９ｄと、歯車部１９ｄを外周側から覆うようにして歯車部１９ｄとともに軸線Ｏ１を中心として回転する支持部１９ｃとを有している。また、内歯車１９は、歯車部１９ｄ及び支持部１９ｃとともに軸線Ｏ１を中心として回転する軸部１９ａを有している。
【００４０】
歯車部１９ｄは、軸線Ｏ１を中心とした円筒状をなし、内周面に遊星歯車１７の歯車部１７ｂに噛合する歯が形成されている。この歯車部１９ｄは、遊星歯車１７と、遊星キャリア１８の大径筒状部１８ｃとの間に配置されることで、径方向内外から、これらに挟まれるようにして設けられている。
【００４１】
支持部１９ｃは、歯車部１９ｄよりも大径の円筒状をなし、歯車部１９ｄに接続されている。また、支持部１９ｃは、歯車部１９ｄと、遊星キャリア１８の大径筒状部１８ｃとの間に配置されることで、径方向内外から、これらに挟まれるようにして設けられている。
【００４２】
軸部１９ａは円柱状をなし、太陽歯車１６の軸部１６ａと同一の軸線Ｏ１上で、軸線Ｏ１の方向の一方側に軸部１６ａと離間して配置され、支持部１９ｃに接続されて支持部１９ｃとともに回転する。
【００４３】
この軸部１９ａには、軸線Ｏ１の方向の一方側の端部でフランジ部１９ｅが形成されている。このフランジ部１９ｅで、圧縮装置３の回転軸３ａに結合されており、内歯車１９の回転力が圧縮装置３に伝達される。また、軸部１９ａには、軸線Ｏ１の方向の中途位置で、外周面から径方向外側に環状に突出する環状突出部１９ｂが形成されている。
【００４４】
ケーシング１５は、これら遊星歯車機構１１における各回転体１２を外周側から支持している。
より具体的には、ケーシング１５は、遊星キャリア１８の筒状部１８ａの外周面との間に設けられた軸受２１と、遊星キャリア１８の大径筒状部１８ｃにおける軸線Ｏ１の方向の一方側の端部に設けられた軸受２２とを有している。これら軸受２１、２２によって、ケーシング１５に対して遊星キャリア１８が相対回転可能となるように、遊星キャリア１８がケーシング１５に支持されている。
【００４５】
また、ケーシング１５は、内歯車１９の軸部１９ａの外周面との間に設けられた軸受２６を有している。この軸受２６によって、ケーシング１５に対して内歯車１９が相対回転可能となるように、内歯車１９がケーシング１５に支持されている。
【００４６】
また、ケーシング１５は、内歯車１９における軸部１９ａを軸線Ｏ１の方向の一方側に突出させるように内歯車１９を支持している。そして、軸線Ｏ１の他方側に、遊星キャリア１８の筒状部１８ａ及び太陽歯車１６の軸部１６ａを突出させるように遊星キャリア１８及び太陽歯車１６を支持している。
【００４７】
可変速動力源１０は、例えば回転速度を適宜変更可能な可変速モータである。図１に示すように、この可変速動力源１０は、ガスタービン２と遊星歯車機構１１との間に配置されている。
【００４８】
より具体的には、連結軸２０を外周側から覆うロータ２３（駆動軸）と、ロータ２３の外周側で径方向に対向するステータ２４と、ステータ２４を内周面に固定するとともに、ステータ２４を外周側から覆う動力源ケーシング２５とを有している。
【００４９】
ロータ２３は、軸線Ｏ１を中心とした円筒状をなすとともに導体を有し、軸線Ｏ１の方向の一方側の端部には、外周面から径方向外側に環状に突出するフランジ部２３ａが形成されている。このフランジ部２３ａと、遊星キャリア１８の筒状部１８ａにおけるフランジ部１８ｆとが連結されており、ロータ２３の回転力が遊星キャリア１８に伝達されるようになっている。
ここで、フランジ部２３ａ及びフランジ部１８ｆを設ける代わりに、ロータ２３と遊星キャリア１８とをスプラインによるギヤ結合をしても構わない。
【００５０】
ステータ２４は、複数のコイルで形成されており、ロータ２３と径方向に離間して配置されている。
【００５１】
動力源ケーシング２５は、径方向内側にステータ２４を固定するとともに、軸線Ｏ１の方向の一方側の端部で、遊星歯車機構１１のケーシング１５に固定されている。また、軸線Ｏ１の方向の他方側の端部で連結軸２０の外周面との間に設けられた軸受３０を有し、連結軸２０を相対回転可能に支持している。
また、動力源ケーシング２５は、軸線Ｏ１の方向の両端部で、かつ、軸受３０よりも軸線Ｏ１の方向の一方側に、ロータ２３の外周面との間に設けられた一対の軸受３１を有し、ロータ２３を相対回転可能に支持している。
【００５２】
ストッパ５は、内歯車１９の軸部１９ａに形成された環状突出部１９ｂを軸線Ｏ１の方向の両側から挟み込むことが可能となっており、この軸部１９ａの回転を規制し、内歯車１９全体の回転を規制する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態の構成では、遊星歯車機構１１の各回転体１２の回転中心、ガスタービン２の回転軸２ａの回転中心、圧縮装置３の回転軸３ａの回転中心、及び、可変速動力源１０のロータ２３の回転中心とは、同じ軸線Ｏ１上に配置されている。
【００５４】
次に、図３を参照して、ガスタービンシステム１の始動時からの各構成要素の回転数の変化について説明する。
【００５５】
まず始めに、可変速動力源１０を駆動し、回転数を上昇させていく。この際、可変速動力源１０のロータ２３から、遊星キャリア１８の筒状部１８ａに回転力が伝達され、遊星キャリア１８が軸線Ｏ１を中心に回転し、回転数が上昇していく。
以下、この遊星キャリア１８の回転方向を正方向Ｒ１とする。
【００５６】
この時点で遊星キャリアストッパ１８ｅは解除状態（回転を規制しない状態）となっており、ストッパ５は規制状態（回転を規制する状態）となっている。
【００５７】
遊星キャリア１８が回転すると、遊星歯車１７が回転軸線Ｏ２を中心に自転しながら軸線Ｏ１を中心に太陽歯車１６の周りを公転する。この結果、太陽歯車１６及び連結軸２０が正方向Ｒ１に回転し、ガスタービン２の回転軸２ａも正方向Ｒ１に回転する。
【００５８】
ガスタービン２をある回転数にて着火させ、その後も可変速動力源１０を駆動し、ガスタービン２の回転数を上昇させていく。ここで、ガスタービン２の着火回転数にて、可変速動力源１０の回転速度をある時間保持し、着火が確実に行われたことを確認の上、可変速動力源１０を駆動し、ガスタービン２の回転数を上昇させてもよい。
【００５９】
その後、ガスタービン２の回転軸２ａの回転速度が、ガスタービン２の自立回転速度となるまで可変速動力源１０の回転数を上昇させる（図３のＡ点）。そして、ガスタービン２が自立回転速度に到達すると（図３のＢ点）、所定の時間、可変速動力源１０の回転数を一定に保つ。
【００６０】
ガスタービン２が自立回転速度に到達すると（図３の自立回転領域Ｄを参照）、ガスタービン２に設けられた回転数制御装置（不図示）が圧縮装置３の回転数を上昇させるために、ガスタービン２の回転数は、圧縮装置３のある決められた回転上昇速度に見合うように上昇させられる。この時、圧縮装置３の回転数の上昇を開始するタイミング（図３のＨ点）にてストッパ５を解除状態とすることで、圧縮装置３の回転軸３ａが回転可能な状態となるとともに、圧縮装置３が起動し、圧縮装置３の回転数が上昇していく（図３の領域Ｃ）。この際、圧縮装置３の回転軸３ａは、逆方向Ｒ２に回転する。
【００６１】
ここで、可変速動力源１０の回転数調整は、不図示の制御装置で制御してもよいし、手動で行ってもよい。
【００６２】
その後、ガスタービン２の回転数が定常運転の状態まで到達すると（図３のＥ点）、一定の回転数で回転軸２ａが正方向Ｒ１に回転した状態を維持する。
【００６３】
ガスタービン２の回転数が定常の運転状態まで到達すると、可変速動力源１０の回転数を徐々に低下させていき、圧縮装置３の回転数をさらに増加させる。
ここで、可変速動力源１０では回転数を低下させ、さらに正方向Ｒ１から逆方向Ｒ２に回転を移行させ圧縮装置３の回転数を増加させてもよい（図３の領域Ｆを参照）。
上記の通り、ガスタービン２の回転数が定常運転の状態で可変速動力源１０の回転数を徐々に低下、又は逆方向Ｒ２にすることで、圧縮装置３の回転数を任意の回転数、又は、最大回転数にまで持っていくことができる（図３の点Ｇ）。このようにしてガスタービンシステム１の始動が完了する。
ここで、ガスタービン２の回転数が定常状態のまま可変速動力源１０の回転数を変更することで、圧縮装置３をある回転数範囲での任意の回転数で、可変速で運転可能となる。
また、可変速動力源１０の回転数が正方向Ｒ１から逆方向Ｒ２に移行する場合、又は逆方向Ｒ２から正方向Ｒ１へ移行する場合、若しくは、回転数がゼロの近傍で回転数を保持させる場合等では、その回転数制御が難しくなる場合がある。この場合、遊星キャリアストッパ１８ｅを規制状態とすることで可変速動力源１０の回転数をゼロとしてもよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態のガスタービンシステム１では、始動装置４に遊星歯車機構１１を用いているため、ガスタービン２の自立回転速度までは、可変速動力源１０の回転力が圧縮装置３の回転力として使われることなく、ガスタービン２にのみに伝達させることが可能となる。
【００６５】
より具体的には、ガスタービン２の始動時に、遊星歯車機構１１のうちの可変速動力源１０によって遊星キャリア１８を回転させることで、太陽歯車１６を回転させることができ、ガスタービン２の回転軸２ａの回転を開始させることができる。
【００６６】
この際、ストッパ５によって内歯車１９の軸部１９ａの回転を規制することで、ガスタービン２が自立回転速度以上となるまでは、圧縮装置３の回転軸３ａの回転を規制することが可能となる。従って、ガスタービン２が自立運転可能となるまでは、圧縮装置３を回転させることなく、可変速動力源１０によってガスタービン２の回転数を上昇させていくことができる。
【００６７】
このように、遊星歯車機構１１を用いることで、圧縮装置３の回転軸３ａを回転させないまま、ガスタービン２の回転軸２ａのみを、可変速動力源１０によって回転させることができる。従って、ガスタービン２の始動時に、可変速動力源１０で圧縮装置３の負荷を負担する必要がなくなる。よって、可変速動力源１０の出力を小さく抑えても、ガスタービン２の始動が可能である。
【００６８】
従って、始動装置４に遊星歯車機構１１を用いることで、構造が簡易でありつつ、可変速動力源１０の小型化を図ることができるため、始動装置４の構造の簡素化、小型化、及び低コスト化が可能となる。
【００６９】
さらに、同一の軸線Ｏ１上にガスタービン２の回転軸２ａ、遊星歯車機構１１の各回転体１２、圧縮装置３の回転軸３ａ、及び可変速動力源１０のロータ２３を配置することで、ガスタービンシステム１をさらにコンパクトに設計することができ、さらなる省スペース化を図ることができる。
【００７０】
また、ガスタービン２と圧縮装置３との間に、遊星歯車機構１１、及び可変速動力源１０を配置したことによっても、ガスタービンシステム１をさらにコンパクトに設計することができ、さらなる省スペース化を図ることができる。
【００７１】
さらに、ガスタービン２の運転を停止した後には、可変速動力源１０によってガスタービン２の回転軸２ａのみを低速で回転させることができるため、始動装置４をターニング装置としても用いることが可能となる。
【００７２】
さらに、遊星歯車機構１１を用いていることで、太陽歯車１６、遊星歯車１７、及び内歯車１９の歯数を適宜調整することで、ガスタービン２と圧縮装置３の回転数の比を調整可能となる。即ち、遊星歯車機構１１を増速、減速装置として機能させることができる。
【００７３】
本実施形態では、遊星歯車機構１１の三つの回転体１２のうち、太陽歯車１６がガスタービン２に、遊星キャリア１８が可変速動力源１０に、内歯車１９が圧縮装置３に接続されている。しかしながら、このような場合に限定されず、ガスタービン２、可変速動力源１０、及び圧縮装置３がそれぞれ、遊星歯車機構１１におけるいずれか一つの回転体１２に接続されていればよい。
【００７４】
ここで、ガスタービン２、可変速動力源１０、及び圧縮装置３が接続される回転体１２の違いによって、ガスタービン２及び圧縮装置３の回転方向が変化する。このため、ガスタービン２及び圧縮装置３の配置、設計等を、適切に選択する必要がある。
【００７５】
また、圧縮装置３の回転駆動を規制可能なストッパ５は必ずしも設けられていなくともよい。ガスタービン２の始動時には、圧縮装置３は、自身の負荷によって回転しにくい状態となっているので、ストッパ５が無くともガスタービン２の回転軸２ａを回転させることが可能となる。
【００７６】
また、可変速動力源１０は、可変速モータに限られず、例えば内燃機関等であってもよい。
【００７７】
また、本実施形態では、軸線Ｏ１の一方側から他方側に向かって、圧縮装置３、遊星歯車機構１１、可変速動力源１０、及びガスタービン２がこの順で並んでいるが、軸線Ｏ１の一方側から他方側に向かって、圧縮装置３、可変速動力源１０、遊星歯車機構１１、及びガスタービン２がこの順で並んでいてもよい。
【００７８】
〔第二実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。
第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態のガスタービンシステム５１では、始動装置５４の可変速動力源６０が第一実施形態とは異なっている。
【００７９】
可変速動力源６０は、出力軸６１と、出力軸６１を回転させる動力本体部６２と、遊星歯車機構１１の遊星キャリア１８に回転力を伝達する駆動力伝達部６３とを備えている。
【００８０】
出力軸６１及び動力本体部６２は、例えば可変速モータである。出力軸６１の回転中心軸線Ｏ３は、軸線Ｏ１の外周側に配置されているとともに軸線Ｏ１と平行になっている。
【００８１】
駆動力伝達部６３は、遊星キャリア１８における筒状部１８ａの外周面に一体に設けられた第一歯車６３ａと、第一歯車６３ａに噛合するとともに出力軸６１に接続された第二歯車６３ｂとを有している。
【００８２】
第一歯車６３ａ及び第二歯車６３ｂは、例えば平歯車である。ここで、出力軸から遊星キャリア１８への回転力の伝達は、上述の歯車機構を有する駆動力伝達部６３に限らず、例えばプーリー・ベルトを用いた機構を有する駆動力伝達部を採用してもよい。
【００８３】
以上説明した本実施形態のガスタービンシステム５１によれば、第一実施形態と同様に、遊星歯車機構１１を用いることで、圧縮装置３の回転軸３ａを回転させないまま、ガスタービン２の回転軸２ａのみを可変速動力源６０によって回転させることができる。よって、可変速動力源６０の出力を小さく抑えても、ガスタービン２の始動が可能となる。
【００８４】
従って、遊星歯車機構１１を用いることで、構造が簡易でありつつ、可変速動力源６０の小型化を図ることができるため、始動装置５４の構造の簡素化、小型化が可能となる。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
上記のガスタービン始動装置、及びガスタービンシステムでは、遊星歯車機構を用いることで、構造が簡易でありつつ、小型化及び低コスト化を図ることが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１、５１    ガスタービンシステム
２    ガスタービン
２ａ    回転軸
２ｂ    フランジ部
３    圧縮装置（流体機械）
３ａ    回転軸
３ｂ    フランジ部
４、５４    始動装置（ガスタービン始動装置）
５    ストッパ
１０、６０    可変速動力源
１１    遊星歯車機構
１２    回転体
１５    ケーシング
１６    太陽歯車
１６ａ    軸部
１６ｂ    フランジ部
１６ｃ    歯車部
１７    遊星歯車
１７ａ    軸部
１７ｂ    歯車部
１８    遊星キャリア
１８ａ    筒状部
１８ｂ    円盤状部
１８ｃ    大径筒状部
１８ｄ    環状突出部
１８ｅ    遊星キャリアストッパ
１８ｆ    フランジ部
１９    内歯車
１９ａ    軸部
１９ｂ    環状突出部
１９ｃ    支持部
１９ｄ    歯車部
１９ｅ    フランジ部
２０    連結軸
２０ａ    フランジ部
２３    ロータ（駆動軸）
２３ａ    フランジ部
２４    ステータ
２５    動力源ケーシング
２１、２２、２６、３０、３１    軸受
６１    出力軸
６２    動力本体部
６３    駆動力伝達部
６３ａ    第一歯車
６３ｂ    第二歯車
Ｒ１    正方向
Ｒ２    逆方向
Ｏ１    軸線
Ｏ２    回転軸線
Ｏ３    回転中心軸線
【図１】
2016135831.tif 000003
【図２】
2016135831.tif 000004
【図３】
2016135831.tif 000005
【図４】
2016135831.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月22日(2017.8.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、及び、前記ガスタービンの回転軸の回転中心と同じ軸線上で該ガスタービンの駆動力によって回転駆動される流体機械を有するガスタービンシステムに設けられて、前記軸線回りに回転する回転体としての太陽歯車、該太陽歯車の外周側に配置される遊星キャリア、及び、該遊星キャリアの外周側に配置される歯車部を有する内歯車と、前記遊星キャリアに支持されて前記太陽歯車と前記内歯車とに噛合する遊星歯車と、を有する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、及び前記内歯車のうちのいずれか一つを、前記軸線回りに回転させるように接続された駆動軸を有する可変速動力源と、
を備え、
前記可変速動力源が接続された以外のいずれか一つの前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車を、前記軸線回りに回転させるように前記ガスタービンの回転軸が接続され、
前記可変速動力源の駆動軸、及び前記ガスタービンの回転軸が接続された以外の残りの一つの前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車を、前記軸線回りに回転させるように前記流体機械の回転軸が接続され、
ているガスタービン始動装置。
【請求項２】
前記ガスタービンの回転軸の回転速度が、該ガスタービンの自立回転速度以上になるまで、前記流体機械の回転軸が接続されている前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転を規制するストッパをさらに有する請求項１に記載のガスタービン始動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン始動装置と、
前記ガスタービン始動装置によって始動されるガスタービンと、
前記ガスタービンの駆動力によって駆動される流体機械と、
を備えるガスタービンシステム。
【請求項４】
前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転中心、前記ガスタービンの回転軸の回転中心、及び、前記流体機械の回転軸の回転中心は、同じ軸線上に配置されている請求項３に記載のガスタービンシステム。
【請求項５】
前記可変速動力源の駆動軸の回転中心と、前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転中心とが、同じ軸線上に配置されている請求項４に記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
前記ガスタービンと前記流体機械との間に、前記遊星歯車機構、及び前記可変速動力源が配置されている請求項５に記載のガスタービンシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の第一の態様に係るガスタービン始動装置は、ガスタービン、及び、前記ガスタービンの回転軸の回転中心と同じ軸線上で該ガスタービンの駆動力によって回転駆動される流体機械を有するガスタービンシステムに設けられて、前記軸線回りに回転する回転体としての太陽歯車、該太陽歯車の外周側に配置される遊星キャリア、及び、該遊星キャリアの外周側に配置される歯車部を有する内歯車と、前記遊星キャリアに支持されて前記太陽歯車と前記内歯車とに噛合する遊星歯車と、を有する遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、及び前記内歯車のうちのいずれか一つを、前記軸線回りに回転させるように接続された駆動軸を有する可変速動力源と、を備え、前記可変速動力源の駆動軸が接続された以外のいずれか一つの前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車を、前記軸線回りに回転させるように前記ガスタービンの回転軸が接続され、前記可変速動力源の駆動軸、及び前記ガスタービンの回転軸が接続された以外の残りの一つの前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車を、前記軸線回りに回転させるように前記流体機械の回転軸が接続されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の第二の態様に係るガスタービン始動装置は、上記第一の態様における前記ガスタービンの回転軸の回転速度が、該ガスタービンの自立回転速度以上になるまで、前記流体機械の回転軸が接続されている前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転を規制するストッパをさらに有していてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明の第四の態様に係るガスタービンシステムでは、上記第三の態様での前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転中心、前記ガスタービンの回転軸の回転中心、及び、前記流体機械の回転軸の回転中心は、同じ軸線上に配置されていてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明の第五の態様に係るガスタービンシステムでは、上記第四の態様での前記可変速動力源の駆動軸の回転中心と、前記遊星歯車機構における前記回転体としての前記太陽歯車、前記遊星キャリア、又は前記内歯車の回転中心とが、同じ軸線上に配置されていてもよい。
【国際調査報告】
2016135831.tif 000007
2016135831.tif 000008
2016135831.tif 000009
2016135831.tif 000010