(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともコンプレッサ、燃焼器およびタービンを備えると共に、前記コンプレッサから前記燃焼器を囲む環状空間に供給される圧縮空気を外部にも供給可能な抽気手段を備える抽気型ガスタービンであって、
前記抽気手段として、前記環状空間を区画するケーシングの円筒部には抽気ダクトが設けられ、前記ケーシングの円筒部の内側には、前記コンプレッサから圧送される圧縮空気を前記抽気ダクト側と前記燃焼器側とに分流させる円筒状仕切り板が配設されており、
前記ケーシングの円筒部と前記円筒状仕切り板との間に分流される圧縮空気の流量を円筒状仕切り板の周方向に均一化する手段として、前記ケーシングの円筒部と前記円筒状仕切り板の一端部との間に形成される抽気用環状流入口の開口幅が抽気ダクトから円筒状仕切り板の周方向に遠ざかるほど増大するように設定されていることを特徴とする抽気型ガスタービン。
【請求項２】
前記抽気ダクトが前記ケーシングの円筒部の対極位置に一対配設されており、
前記各抽気ダクトに対して最近となる位置で前記抽気用環状流入口の開口幅が最小に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の抽気型ガスタービン。
【請求項３】
前記一対の抽気ダクトの双方から最遠となる位置で前記抽気用環状流入口の開口幅が最大に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の抽気型ガスタービン。
【請求項４】
前記ケーシングの円筒部と前記円筒状仕切り板との間には、前記抽気ダクトに向かう圧縮空気の流速を一定化するスクロール流路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載の抽気型ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関し、詳しくは、コンプレッサから燃焼器に供給される圧縮空気を外部にも供給可能な抽気手段を備えた抽気型ガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンとして、コンプレッサから燃焼器に供給される圧縮空気の一部を抽気口、抽気管、抽気ポート、抽気ダクトなどの抽気手段を介して外部にも供給可能に構成された抽気型ガスタービンが従来一般に知られている。
【０００３】
この種の抽気型ガスタービンとして、特許文献１の図２には、コンプレッサから圧縮空気が供給される燃焼器の収容空間に抽気口が連通する構造が開示されている。また、特許文献１の図１には、仕切壁によって燃焼器の収容空間と仕切られたキャビティ内に抽気用ポートが連通する構造が開示されている。ここで、抽気用ポートが連通するキャビティ内には、コンプレッサのディフューザに設けられた抽気用穴を介して圧縮空気の一部が導入されるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−３５６１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の図１に示される構造の抽気型ガスタービンにおいては、コンプレッサからの圧縮空気がディフューザに設けられた抽気用穴を介してキャビティ内に供給され、このキャビティ内を経由して抽気用ポートに抽気される関係で、大量の圧縮空気を抽気することが困難である。
【０００５】
一方、特許文献１の図２に示される構造の抽気型ガスタービンにおいては、抽気口から大量の抽気が可能と思われるが、その場合、抽気口付近の圧力低下により、燃焼器に供給される圧縮空気の圧力分布が不均一となり、燃焼器の燃焼が不安定となることが懸念される。
【０００６】
そこで、本発明は、コンプレッサから圧送される圧縮空気を抽気ダクトに大量に供給する場合にも、圧縮空気を燃焼器の周方向に均一に供給できる抽気型ガスタービンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る抽気型ガスタービンは、少なくともコンプレッサ、燃焼器およびタービンを備えると共に、コンプレッサから燃焼器を囲む環状空間に供給される圧縮空気を外部にも供給可能な抽気手段を備える抽気型ガスタービンであって、抽気手段として、環状空間を区画するケーシングの円筒部には抽気ダクトが設けられ、ケーシングの円筒部の内側には、コンプレッサから圧送される圧縮空気を抽気ダクト側と燃焼器側とに分流させる円筒状仕切り板が配設されており、ケーシングの円筒部と円筒状仕切り板との間に分流される圧縮空気の流量を円筒状仕切り板の周方向に均一化する手段として、ケーシングの円筒部と円筒状仕切り板の一端部との間に形成される抽気用環状流入口の開口幅が抽気ダクトから円筒状仕切り板の周方向に遠ざかるほど増大するように設定されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る抽気型ガスタービンでは、コンプレッサから圧送される圧縮空気が円筒状仕切り板により抽気ダクト側と燃焼器側とに分流される際、抽気用環状流入口を通して抽気ダクト側に分流される圧縮空気の流量が抽気用環状流入口の周方向に均一化される。このため、円筒状仕切り板により燃焼器側に分流される圧縮空気の流量が円筒状仕切り板の周方向に均一化され、燃焼器の周方向に圧縮空気が均一に供給される。
【０００９】
本発明の抽気型ガスタービンにおいて、抽気ダクトの設置数は１つでもよいが、抽気ダクトがケーシングの円筒部の周方向に等間隔で複数設置されていると、各抽気ダクトに向けて分流される圧縮空気の流量が円筒状仕切り板の周方向に均一化され易くなるので好ましい。
【００１０】
ここで、抽気ダクトによる重量増加や構造の複雑化を最小限に留めるためには、抽気ダクトがケーシングの円筒部の対極位置に一対配設されているのが好ましい。この場合、抽気用環状流入口の開口幅は、各抽気ダクトに対して最近となる位置で最小に設定され、双方の抽気ダクトから最遠となる位置で最大に設定される。
【００１１】
また、本発明の抽気型ガスタービンにおいて、抽気ダクトに向かう圧縮空気の流速を一定化するスクロール流路がケーシングの円筒部と円筒状仕切り板との間に形成されていると、抽気ダクトに向かう圧縮空気の圧力損失が低減され、抽気ダクトから大量の抽気を円滑に行うことが可能となるので好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る抽気型ガスタービンでは、抽気用環状流入口を通して抽気ダクト側に分流される圧縮空気の流量が抽気用環状流入口の周方向に均一化されるため、円筒状仕切り板により燃焼器側に分流される圧縮空気の流量が円筒状仕切り板の周方向に均一化される。
【００１３】
従って、本発明に係る抽気型ガスタービンによれば、コンプレッサから圧送される圧縮空気を抽気ダクトに大量に供給する場合にも、圧縮空気を燃焼器の周方向に均一に供給することができる。その結果、燃焼器の周方向に均一に燃焼ガスを発生させてタービンを効率良く安定的に駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る抽気型ガスタービンの最良の実施形態を説明する。ここで、参照する図面において、図１は一実施形態に係る抽気型ガスタービンの概略構造を模式的に示す縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように、一実施形態に係る抽気型ガスタービンは、圧縮空気を遠心方向に圧送する遠心式のコンプレッサを構成するコンプレッサインペラ１と、このコンプレッサインペラ１を回転駆動するための軸流式のタービンを構成する前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３と、この前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３を回転させるための燃焼ガスを発生する燃焼器４とを図中太線で示すケーシング５内に備えている。
【００１６】
コンプレッサインペラ１の外周には複数のブレード（図示省略）が装着されている。また、前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３の外周には、それぞれ複数のブレード（図示省略）が形成されている。そして、このようなコンプレッサインペラ１と前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３とは、ケーシング５にベアリングを介して回転自在に支持された共通のシャフト６に同芯状に嵌合固定されている。
【００１７】
燃焼器４は、多数の圧縮空気流入孔４Ａを有する中空のドーナツ状に形成されており、前段のタービンディスク２の周囲に配置されている。この燃焼器４は、図示しない燃料噴射ノズルから噴射される燃料を多数の圧縮空気流入孔４Ａから流入する圧縮空気により着火させて燃焼させる。
【００１８】
ケーシング５には、コンプレッサインペラ１に空気を供給する空気供給路５Ａと、コンプレッサインペラ１から遠心方向に圧縮空気を圧送する圧縮空気流路５Ｂとが形成されている。そして、この圧縮空気流路５Ｂの上流側には、圧縮空気の圧力を徐々に上昇させるディフューザ７が介設されている。
【００１９】
また、ケーシング５には、ドーナツ状の燃焼器４を囲んで収容する環状空間５Ｃが区画形成されている。そして、このケーシング５には、燃焼器４が発生する燃焼ガスを前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３の外周の複数のブレード（図示省略）に向けて圧送する燃焼ガス圧送路５Ｄが形成されている。
【００２０】
ここで、圧縮空気流路５Ｂの下流側端部は、環状空間５Ｃの外周側の部分に向かってＬ字状の断面形状に屈曲しており、この下流側端部には、圧縮空気の旋回流（スワール）を環状空間５Ｃ側に向かう直進流に整流するためのディスワールベーン８が介設されている。
【００２１】
一方、ケーシング５において、燃焼器４の外周側を囲んで環状空間５Ｃを区画する部分は円筒状に形成されており、このケーシング５の円筒部５Ｅの直径方向の対極位置には、一対の円筒状の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇが外周側に突出して形成されている。そして、このケーシング５の円筒部５Ｅの内側には、円筒状仕切り板９が配設されている。
【００２２】
円筒状仕切り板９は、コンプレッサインペラ１から圧送される圧縮空気を一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇ側と、燃焼器４側とに分流させるように、その一端部を圧縮空気流路５ＢのＬ字状の断面形状に屈曲した下流側端部に対面させた状態で、その他端部が適宜の手段によりケーシング５の円筒部５Ｅの内周面に固定されている。
【００２３】
ここで、図２に拡大して示すように、ケーシング５の円筒部５Ｅの一端部は、圧縮空気流路５Ｂの下流側端部の外壁を構成するケーシング５の円環状外壁部５Ｈの端部に対し、周方向に絞り量が連続的に変化する絞り部５Ｉを介して連続している。そして、円筒部５Ｅの一端部の絞り部５Ｉと円筒状仕切り板９の一端部との間には、開口幅Ｗが連続的に変化する抽気用環状流入口１０が形成されている。
【００２４】
抽気用環状流入口１０の開口幅Ｗは、ケーシング５の円筒部５Ｅと円筒状仕切り板９との間に分流される圧縮空気の流量が円筒状仕切り板９の周方向に均一化されるように連続的に変化する。すなわち、図３に示すように、抽気用環状流入口１０の開口幅Ｗは、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに対して最近となる位置では最小値Ｗｍｉｎに設定され、この位置から円筒状仕切り板９の周方向に遠ざかるほど漸次増大するように設定されており、円筒状仕切り板９の周方向における一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇの双方から最遠となる両者の中間位置では最大値Ｗｍａｘに設定されている。
【００２５】
一方、図４に示すように、ケーシング５の円筒部５Ｅと円筒状仕切り板９との間には、一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向かう圧縮空気の流速を一定化するスクロール流路１１が形成されている。すなわち、円筒状仕切り板９の周方向における一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇの中間位置から各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向かって通路断面積が漸次増大する４つのスクロール流路１１が形成されている。
【００２６】
以上のように構成された本実施形態の抽気型ガスタービンでは、図１に示したコンプレッサインペラ１の回転により、空気供給路５Ａから吸引された空気が圧縮されて圧縮空気流路５Ｂに圧送される。この圧縮空気は、圧縮空気流路５Ｂの上流に介設されたディフューザ７により圧力が徐々に上昇される。
【００２７】
そして、この圧縮空気は、圧縮空気流路５ＢのＬ字状の断面形状に屈曲した下流側端部に介設されているディスワールベーン８により環状空間５Ｃ側に向かう直進流に整流されて環状空間５Ｃに供給される。
【００２８】
環状空間５Ｃに供給される圧縮空気は、円筒状仕切り板９により一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇ側と、燃焼器４側とに分流される。そして、一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇ側に分流された圧縮空気は、一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇを介して外部の機器に供給される。
【００２９】
一方、燃焼器４側に分流された圧縮空気は、燃焼器４の多数の圧縮空気流入孔４Ａから燃焼器４内に流入する。そして、この燃焼器４内に図示しない燃料噴射ノズルから燃料が噴射されることで、燃焼器４は圧縮空気により燃料を着火させて燃焼させる。
【００３０】
燃焼器４が発生する燃焼ガスは、燃焼ガス圧送路５Ｄにより前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３の外周の複数のブレード（図示省略）に向けて圧送される。これにより、前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３が回転し、この回転によりシャフト６を介してコンプレッサインペラ１が回転駆動される。
【００３１】
ここで、図２および図３に示したように、ケーシング５の絞り部５Ｉと円筒状仕切り板９の一端部との間の抽気用環状流入口１０の開口幅Ｗは、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇ付近の背圧の低い位置では小さく設定され、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇから離間して背圧が高くなるほど大きく設定されている。このため、環状空間５Ｃに供給される圧縮空気が抽気用環状流入口１０を通過して一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇ側に分流される流量は、抽気用環状流入口１０の周方向に均一化される。
【００３２】
このように、抽気用環状流入口１０を通過する圧縮空気の分流量が抽気用環状流入口１０の周方向に均一化されるため、円筒状仕切り板９により燃焼器４側に分流される圧縮空気の流量が円筒状仕切り板９の周方向に均一化される。その結果、燃焼器４の周方向に圧縮空気が均一に供給され、燃焼器４がその周方向に均一に燃焼ガスを発生するようになり、この燃焼ガスによって前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３が効率良く安定的に駆動される。
【００３３】
一方、抽気用環状流入口１０をその周方向に均一化された分流量で通過した圧縮空気は、図４に示したケーシング５の円筒部５Ｅと円筒状仕切り板９との間の４つのスクロール流路１１を各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向かって一定の流速で流通する。このため、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向かう圧縮空気の圧力損失が低減され、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇから大量の圧縮空気を円滑に抽気することが可能となる。
【００３４】
すなわち、本実施形態の抽気型ガスタービンによれば、コンプレッサインペラ１から圧送される圧縮空気を一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向けて大量に供給することができ、この場合にも、圧縮空気を燃焼器４の周方向に均一に供給することができる。その結果、燃焼器４の周方向に均一に燃焼ガスを発生させることができ、前段のタービンディスク２および後段のタービンディスク３を効率良く安定的に駆動することができる。
【００３５】
また、圧縮空気を外部に供給する抽気手段がケーシング５の円筒部５Ｅの直径方向の対極位置に形成された一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇで構成されているため、各抽気ダクト５Ｆ，５Ｇに向けて分流される圧縮空気の流量を円筒状仕切り板９の周方向に均一化するのが容易となり、重量増加や構造の複雑化も最小限に留めることができる。
【００３６】
本発明に係る抽気型ガスタービンは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、一対の抽気ダクト５Ｆ，５Ｇは何れか一方のみとしても良いし、あるいは、ケーシング５の円筒部５Ｅの円周方向に等間隔で配置される３個以上の複数個としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る抽気型ガスタービンの概略構造を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示した円筒状仕切り板の近傍の部分拡大断面図である。
【図３】図１に示したケーシングのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図１に示したケーシングのＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…コンプレッサインペラ、２…前段のタービンディスク、３…後段のタービンディスク、４…燃焼器、４Ａ…圧縮空気流入孔、５…ケーシング、５Ａ…空気供給路、５Ｂ…圧縮空気流路、５Ｃ…環状空間、５Ｄ…燃焼ガス圧送路、５Ｅ…円筒部、５Ｆ…一方の抽気ダクト、５Ｇ…他方の抽気ダクト、５Ｈ…円環状外壁部、５Ｉ…絞り部、６…シャフト、７…ディフューザ、８…ディスワールベーン、９…円筒状仕切り板、１０…抽気用環状流入口、１１…スクロール流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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