JP2016003584A

JP2016003584A - ガスタービンエンジン

Info

Publication number: JP2016003584A
Application number: JP2014122905A
Authority: JP
Inventors: 康之濱地; Yasuyuki Hamachi; 俊樹山口; Toshiki Yamaguchi
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】排気ディフューザの製造コストを低減できるガスタービンエンジンを提供する。
【解決手段】タービンの排気出口に排気ディフューザ４０を備え、排気ディフューザ４０が、略円筒形状に形成される内壁４１と、内壁４１の外側に内壁４１と同軸上に配置され、略円筒形状に形成される外壁４２と、内壁４１と外壁４２とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーン４３と、によって構成されるガスタービンエンジンであって、内壁４１と外壁４２とベーン４３とは、別体で構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの排気ディフューザの技術に関する。

ガスタービンエンジンは、内燃機関の一つとして良く知られている。また、排気ディフューザは、ガスタービンエンジンの一構成部品であって、タービンより排出される排気ガスの動圧を静圧に変換するものとして公知である。

排気ディフューザは、略円筒形状に形成される内壁と、内壁と同軸上に内壁の外側に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、内壁と外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されている。

しかし、排気ディフューザは、精密鋳造部品として一体成形品として製造され、製造コストが高かった。そこで、ガスタービンエンジンでは、排気ディフューザの製造コストを低減することが望まれている。

特開２００５−２９０９８５号公報

本発明の解決しようとする課題は、排気ディフューザの製造コストを低減できるガスタービンエンジンを提供することである。

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。

即ち、請求項１においては、タービンの排気出口に排気ディフューザを備え、前記排気ディフューザが、略円筒形状に形成される内壁と、前記内壁の外側に該内壁と同軸上に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、前記内壁と前記外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されるガスタービンエンジンであって、前記内壁と前記外壁と前記ベーンとは、別体で構成されるものである。

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、前記外壁と前記ベーンとは、溶接によって接合され、前記ベーンは、前記内壁に形成される開口部に差し込まれるものである。

請求項３においては、請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンであって、前記ベーンの径方向の断面視は、翼形状とされ、前記ベーンは、２つの板部材を接合して構成され、前記ベーンの外壁側端部は、カバーによって被装されるものである。

本発明のガスタービンエンジンによれば、排気ディフューザの製造コストを低減できる。

ガスタービンエンジンの構成を示す模式図。排気ディフューザの構成を示す斜視図。同じく側面図及び側面断面図。同じく正面図。

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の構成を一部断面視とした側面視にて模式的に表している。

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、タービン２０と、燃焼器３０と、排気ディフューザ４０と、を具備している。

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。

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。

燃焼器３０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３０は、燃焼器外筒３１の内部に燃料噴射ノズル３３が取り付けられたライナー３２を備えている。

燃焼器３０は、燃焼器外筒３１によってライナー３２の空気孔３５及びスワラー３４からライナー３２の内部に圧縮空気を案内している。そして、燃焼器３０は、燃料噴射ノズル３３が燃料を供給することによって燃料を燃焼させる。

なお、本ガスタービンエンジン１００における燃焼器３０は、ライナー３２の下流側に燃焼ガスを案内する尾筒（図示略）を備えており、回転軸Ｌに対して平行に燃焼ガスを送り出している。

タービン２０は、燃焼器３０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。ガスタービンエンジン１００において、タービン２０は、高圧タービン２１と低圧タービン２２とで構成されている。

高圧タービン２１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２３を備えている。また、低圧タービン２２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２４を備えている。高圧タービン２１と低圧タービン２２は、各ブレード２３・２４に燃焼ガスを受け、回転軸Ｌを中心として回転する。

なお、ガスタービンエンジン１００におけるタービン２０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。

このような構成とすることで、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。

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。

排気ディフューザ４０は、タービン２０を通過した排気ガスの動圧を静圧に変換するものである。排気ディフューザ４０は、タービン２０の排気出口に設けられている。排気ディフューザ４０は、略円筒形状に構成されている。

排気ディフューザ４０は、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、を具備している。なお、排気ディフューザ４０の詳細な構成について、詳しくは後述する。

図２乃至図４を用いて、排気ディフューザ４０の構成について説明する。
なお、図２では、排気ディフューザ４０の構成を斜視にて模式的に表している。

また、図３（Ａ）では、排気ディフューザ４０の構成を側面視にて模式的に表している。図３（Ｂ）では、排気ディフューザ４０の構成を側面断面視にて模式的に表している。

さらに、図４（Ａ）では、排気ディフューザ４０の構成を正面視にて模式的に表している。図４（Ｂ）では、排気ディフューザ４０の構成を図４（Ａ）のＡＡ断面視にて模式的に表している。図４（Ｃ）では、排気ディフューザ４０の構成を図３（Ｂ）のＢＢ断面視にて模式的に表している。

また、以下では、図２乃至図４に示す軸方向の先端側及び基端側、周方向、並びに径方向に従って説明するものとする。

排気ディフューザ４０は、上述したように、略円筒形状に構成され、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、を具備している。また、排気ディフューザ４０では、内壁４１と、外壁４２と、複数のベーン４３・・・４３と、が別体で構成されている。

内壁４１は、排気ディフューザ４０の内郭を形成するものであって、板金を曲げ加工して形成されている。内壁４１は、略円筒形状に形成されている。内壁４１の軸方向の先端側は、断面視にて半楕円形状となるように形成されている。

内壁４１の軸方向の中途部には、周方向に等間隔に４つの開口部４１Ａが形成されている。開口部４１Ａは、それぞれ翼形状に形成されている。

外壁４２は、排気ディフューザ４０の外郭を形成するものであって、板金を曲げ加工して形成されている。外壁４２は、内壁４１の外側に内壁４１と同軸上に配置されている。外壁４２は、軸方向の基端側が若干先細りとなるように略円筒形状に形成されている。

外壁４２の軸方向の中途部には、周方向に等間隔に４つの開口部４２Ａが形成されている。開口部４２Ａは、それぞれ翼形状に形成されている。

ベーン４３は、排気ディフューザ４０を通過する排気ガスを整流し、内壁４１を支持するものである。ベーン４３は、内壁４１と外壁４２とによって形成される環状空間Ｓを放射状に仕切るように配置されている。本実施形態では、４枚のベーンが配置されている。

ベーン４３は、径方向断面視にて翼形状となるように形成されている。ベーン４３は、板金を曲げ加工した部材４３Ａを接合して構成されている（図４（Ｃ）参照）。

ベーン４３の径方向の内側は、内壁４１の開口部４１Ａに差し込まれている。一方、ベーン４３の径方向の外側は、外壁４２の開口部４２Ａに差し込まれ、さらに溶接によって外壁４２に接合されている。

カバー４４は、外壁４２の開口部４２Ａに溶接されたベーン４３を被装するものである。カバー４４は、ベーン４３の径方向断面視と略同等の翼形状に形成されている。カバー４４は、外壁４２の開口部４２Ａ（ベーン４３の径方向外側）に溶接によって接合されている。

ガスタービンエンジン１００の効果について説明する。
ガスタービンエンジン１００によれば、排気ディフューザ４０の製造コストを低減できる。

従来、ガスタービンエンジンの排気ディフューザは、精密鋳造部品として一体成形品として製造され、製造コストが高かった。しかし、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０の内壁４１、外壁４２、及び複数のベーン４３・・・４３が板金加工による別体で構成されているため、製造コストを低減できる。

また、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０では、ベーン４３の径方向の内側を内壁４１の開口部４１Ａに差し込む構成とすることによって、ガスタービンエンジン１００起動後の高温によるベーン４３の熱変形を逃がし、ベーン４３又は内壁４１での亀裂の発生等を防止することができる。

さらに、本実施形態のガスタービンエンジン１００の排気ディフューザ４０では、ベーン４３の外壁４２側をカバー４４によって被装する構成とすることによって、排気ディフューザ４０内部の排気が外部へ漏洩することを防止できる。

本実施形態では、ベーン４３を径方向断面視にて翼形状となるように形成したがこれに限定されない。例えば、ベーン４３を単なる板部材としても良い。

１０圧縮機
２０タービン
３０燃焼器
４０排気ディフューザ
４１内壁
４２外壁
４３ベーン
４４カバー
１００ガスタービンエンジン

Claims

タービンの排気出口に排気ディフューザを備え、前記排気ディフューザが、略円筒形状に形成される内壁と、前記内壁の外側に該内壁と同軸上に配置され、略円筒形状に形成される外壁と、前記内壁と前記外壁とによって形成される環状空間を放射状に区切る複数枚のベーンと、によって構成されるガスタービンエンジンであって、
前記内壁と前記外壁と前記ベーンとは、別体で構成される、
ガスタービンエンジン。
請求項１記載のガスタービンエンジンであって、
前記外壁と前記ベーンとは、溶接によって接合され、
前記ベーンは、前記内壁に形成される開口部に差し込まれる、
ガスタービンエンジン。
請求項１又は２に記載のガスタービンエンジンであって、
前記ベーンの径方向の断面視は、翼形状とされ、
前記ベーンは、２つの板部材を接合して構成され、
前記ベーンの外壁側端部は、カバーによって被装される、
ガスタービンエンジン。