JP4898491B2 - パワータービン試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワータービン、特に、舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着されるパワータービンを、単独運転させて試験するパワータービン試験装置に関するものである。

舶用内燃機関や陸上発電機用内燃機関等に装着されるパワータービンとしては、例えば、特許文献１，２に開示されたものが知られている。
特開平０２−２４１９２６号公報 特開昭６３−１１８３４０号公報

ところで従来、このようなパワータービンを、出荷前、あるいは顧客または船級協会等からの要求により単独運転試験する場合には、大型の補助ブロワにより作り出された圧縮空気を被試験物であるパワータービンに供給してパワータービンの回転軸を回転させるとともに、この回転により得られた動力を、減速機を介して連結された負荷吸収用の動力計に吸収（回収）させる方法がとられていた。そのため、パワータービンの単独運転試験をするのに減速機、動力計、および大型の補助ブロワが必要となり、多大な設備費がかかってしまうといった問題点があった。
また、大型の補助ブロワを運転するのに多大な電力が必要となり、多大な試験費がかかってしまうといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被試験物であるパワータービンの単独運転試験に要する設備費および試験費を大幅に低減させることができるパワータービン試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るパワータービン試験装置は、燃焼ガスまたは蒸気によって被駆動機を駆動するパワータービンを、単独運転させて試験するパワータービン試験装置であって、下流側に位置する燃焼器に圧縮した外気を供給する空気圧縮機と、前記空気圧縮機によって圧縮された外気を前記燃焼器に導く第１の風路と、前記圧縮された外気と燃料とを燃焼させることにより燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器によって発生された燃焼ガスを下流側に設置された前記パワータービンに導く第２の風路とを備え、前記パワータービンの回転軸と、前記空気圧縮機の回転軸とが連結され、前記パワータービンの動力が前記空気圧縮機により回収されるように構成されている。

本発明に係るパワータービン試験装置によれば、被試験物であるパワータービンの動力が空気圧縮機により吸収（回収）されるとともに、この空気圧縮機により作り出された圧縮空気が燃焼器により消費され、かつ、この燃焼器により作り出された燃焼ガスがパワータービンにより消費されることとなる。すなわち、従来のように、パワータービンの動力を、減速機を介して連結された負荷吸収用の動力計に吸収（回収）させる必要がなくなり、また、パワータービンを駆動させるための大型の補助ブロワも必要なくなる。これにより、パワータービンの単独運転試験に要する設備費および試験費を大幅に低減させることができる。

上記パワータービン試験装置において、前記パワータービン起動時に圧縮空気を供給する補助ブロワを備えているとさらに好適である。

このようなパワータービン試験装置によれば、パワータービン起動時、補助ブロワから当該パワータービンに圧縮空気が供給され、この圧縮空気によって当該パワータービンが駆動されることとなる。

本発明に係るパワータービンの試験方法は、燃焼ガスまたは蒸気によって被駆動機を駆動するパワータービンを、単独運転させて試験するパワータービンの試験方法であって、空気圧縮機によって圧縮された外気と、燃料とを燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得て、この燃焼ガスで下流側に設置された前記パワータービンを駆動するとともに、このパワータービンの動力で前記空気圧縮機を駆動するようにしたものである。

本発明に係るパワータービンの試験方法によれば、被試験物であるパワータービンの動力が空気圧縮機により吸収（回収）されるとともに、この空気圧縮機により作り出された圧縮空気が燃焼器により消費され、かつ、この燃焼器により作り出された燃焼ガスがパワータービンにより消費されることとなる。すなわち、従来のように、パワータービンの動力を、減速機を介して連結された負荷吸収用の動力計に吸収（回収）させる必要がなくなり、また、パワータービンを駆動させるための大型の補助ブロワも必要なくなる。これにより、パワータービンの単独運転試験に要する設備費および試験費を大幅に低減させることができる。

上記パワータービンの試験方法において、前記パワータービン起動時に、補助ブロワから圧縮空気が供給されるとさらに好適である。

このようなパワータービンの試験方法によれば、パワータービン起動時、補助ブロワから当該パワータービンに圧縮空気が供給され、この圧縮空気によって当該パワータービンが駆動されることとなる。

本発明によれば、被試験物であるパワータービンの単独運転試験に要する設備費および試験費を大幅に低減させることができるという効果を奏する。

以下、本発明によるパワータービン試験装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るパワータービン試験装置の概略全体構成図であり、図２は図１の要部拡大断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るパワータービン試験装置１は、空気圧縮機２と、第１の風路３と、燃焼器４と、第２の風路５とを主たる要素として構成されたものである。

空気圧縮機２は、例えば、図２に示すような排気タービン過給機のタービン部分をカウンタウェイトに置き換えた構造の遠心圧縮機であって、被試験物であるパワータービン６により駆動されて燃焼器４（図１参照）に外気７を圧送するコンプレッサ部８と、カウンタウェイト部９とコンプレッサ部８との間に設けられてこれらを支持するケーシング１０とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシング１０には、一端をカウンタウェイト部９側に突出させ、他端をコンプレッサ部８側に突出させた回転軸１１が挿通されている。この回転軸１１は、ケーシング１０に設けられた軸受１２によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング１０には、潤滑油溜め（図示せず）から軸受１２まで潤滑油を供給する潤滑油供給路１３が設けられている。
一方、ケーシング１０の下端部は、回転軸１１の軸線方向においてケーシング１０を一点で支持する（回転軸１１の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部１０ａとなっており、この脚部１０ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、空気圧縮機２の重量は、この脚部１０ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図中の符号Ｐ１はパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰ１は、その一端部がカウンタウェイト部９の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング１０の脚部１０ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰ１は、脚部１０ａのように空気圧縮機２の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、空気圧縮機２が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。

コンプレッサ部８は、回転駆動されることで外気７を径方向外側に送出するコンプレッサ羽根車１４と、このコンプレッサ羽根車１４の周囲を囲んでコンプレッサ羽根車１４が送出した外気７を圧縮する渦巻き室１５とを有している。
コンプレッサ羽根車１４は、回転軸１１の他端部に取り付けられた、略円盤状のハブ１４ａと、このハブ１４ａの外表面から半径方向外側に向かって延びるとともに、周方向に沿って環状に設けられた複数枚の羽根１４ｂとを備えている。
コンプレッサ部８の上流側には、消音器（サイレンサ）１６が隣接配置されており、この消音器１６を通過した外気７は、流入路１７を介してコンプレッサ羽根車１４の羽根１４ｂに導かれるようになっている。また、図１に示すように、コンプレッサ部８の下流側には、第１の風路３が設けられており、渦巻き室１５を通過した外気７は、第１の風路３を通って燃焼器４に供給されるようになっている。

なお、本実施形態においては、回転軸１１の一端部（すなわち、空気圧縮機２を排気タービン過給機として使用する場合にタービン・ディスクが取り付けられる（固定される）端部）に、円盤状のカウンタウェイト（バランスウェイト）１８が取り付けられている。また、カウンタウェイト１８の軸端側端部には、第１のカップリング取付用ボス１８ａが着脱可能に取り付けられている。

図１に示すように、第１の風路３は、空気圧縮機２により圧縮された外気７を燃焼器４に導くための流路（通路）であり、その途中には、ベンチュリ管３ａが配置されている。
燃焼器４は、第１の風路３を介して圧送されてきた外気７と、LNG（液化天然ガス）やケロシン等の燃料とを燃焼させることにより燃焼ガス１９（図２参照）を発生させる装置である。
第２の風路５は、燃焼器４により作り出された燃焼ガス１９または図示しない補助ブロワから圧送された外気を、その下流側の端部に設置された、被試験物であるパワータービン６に導くための流路（通路）であり、その上流側の端部には、補助ブロワにより圧縮された外気を第２の風路５内に導く給気管５ａが接続されている。
なお、補助ブロワにより圧縮された外気を第２の風路５内に導くのは、パワータービン６を起動する際、およびパワータービン６の回転数が低く、空気圧縮機２が燃焼器４に必要最低限の圧縮空気を送出できない場合である。したがって、補助ブロワとしては大型・大電力のものは必要ではなく、小型・小電力のものが採用される。

図２に示すように、被試験物であるパワータービン６は、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン等）から導かれた排気ガス（燃焼ガス）や蒸気によって駆動されるタービン部２１と、このタービン部２１により駆動されて被駆動機（例えば、発電機や空気圧縮機等の補機類）を駆動する動力伝達部（駆動部）２２と、これらタービン部２１と動力伝達部２２との間に設けられてこれらを支持するケーシング２３とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシング２３には、一端をタービン部２１側に突出させ、他端を動力伝達部２２側に突出させた回転軸２４が挿通されている。この回転軸２４は、ケーシング２３に設けられた軸受２５によって、軸線回りに回転可能に支持されている。また、ケーシング２３には、潤滑油溜め（図示せず）から軸受２５まで潤滑油を供給する潤滑油供給路２６が設けられている。
一方、ケーシング２３の下端部は、回転軸２４の軸線方向においてケーシング２３を一点で支持する（回転軸２４の軸線方向と直交する方向においては、二点以上で支持する場合もある）脚部２３ａとなっており、この脚部２３ａは、床面に設置された基台（図示せず）に固定されるようになっている。すなわち、パワータービン６の重量は、この脚部２３ａを介して基台に伝達されるようになっている。
なお、図中の符号Ｐ２はパンチング・プレートである。このパンチング・プレートＰ２は、その一端部がタービン部２１の下端部に固定されているとともに、その他端部がケーシング２３の脚部２３ａと同様、基台に固定されている。そして、このパンチング・プレートＰ２は、脚部２３ａのようにパワータービン６の重量を支持することを主たる目的とするものではなく、パワータービン６が基台に対して動揺（振動）しないようにすることを主たる目的とするものである。

タービン部２１は、第２の風路５の下流側の端部に設置され、かつ、接続されて、燃焼器４により作り出された燃焼ガス１９または図示しない補助ブロワから圧送された外気が供給されるガス通路２７と、このガス通路２７内に供給された燃焼ガス１９または補助ブロワから圧送された外気の流れを受けて回転駆動されるタービン２８とを有している。
タービン２８は、タービン・ロータ２９と、タービン・ノズル３０とを備えている。タービン・ロータ２９は、回転軸２４の一端部に設けられた、円盤状のタービン・ディスク２９ａと、このタービン・ディスク２９ａの外周上に取り付けられた、翼型断面を有する複数枚のタービン・ブレード２９ｂとを備えている。
また、タービン・ノズル３０は、複数枚のノズル・ガイド・ベーン３０ａを環状に配置して構成されたものであり、タービン・ブレード２９ｂの上流側に配置されている。

ガス通路２７は、第２の風路５の下流側の端部と接続されてノズル・ガイド・ベーン３０ａおよびタービン・ブレード２９ｂに燃焼ガス１９を導く供給路２７ａと、タービン２８の半径方向外側に向かって設けられて、タービン２８を通過した燃焼ガス１９を系外、もしくは図示しない排気浄化装置等に導く送出路２７ｂとを有している。

なお、本実施形態においては、回転軸２４の他端部（空気圧縮機を駆動する場合にコンプレッサ羽根車が取り付けられる（固定される）端部）に、円盤状のカウンタウェイト（バランスウェイト）３１が取り付けられている。また、カウンタウェイト３１の軸端側端部には、フランジ３１ａが設けられており、このフランジ３１ａの軸端側端面には、第２のカップリング取付用ボス３１ｂが着脱可能に取り付けられている。

そして、第１のカップリング取付用ボス１８ａと、第２のカップリング取付用ボス３１ｂとは、フレキシブル・カップリング３２および複数組のボルト・ナット３３を介して連結されており、空気圧縮機２の回転軸１１と、パワータービン６の回転軸とは、ともに（一緒に）回転するようになっている。

本実施形態に係るパワータービン試験装置１によれば、被試験物であるパワータービン６の動力が空気圧縮機２により吸収（回収）されるとともに、この空気圧縮機２により作り出された圧縮空気が燃焼器４により消費され、かつ、この燃焼器４により作り出された燃焼ガスがパワータービン６により消費されることとなる。すなわち、従来のように、パワータービン６の動力を、減速機を介して連結された負荷吸収用の動力計に吸収（回収）させる必要がなくなり、また、パワータービン６を駆動させるための大型の補助ブロワも必要なくなる。これにより、パワータービン６の単独運転試験に要する設備費および試験費を大幅に低減させることができる。

本発明の一実施形態に係るパワータービン試験装置の概略全体構成図である。 図１の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ パワータービン試験装置
２ 空気圧縮機
３ 第１の風路
４ 燃焼器
５ 第２の風路
６ パワータービン

Claims (4)

1. 燃焼ガスまたは蒸気によって被駆動機を駆動するパワータービンを、単独運転させて試験するパワータービン試験装置であって、
   下流側に位置する燃焼器に圧縮した外気を供給する空気圧縮機と、
   前記空気圧縮機によって圧縮された外気を前記燃焼器に導く第１の風路と、
   前記圧縮された外気と燃料とを燃焼させることにより燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
   前記燃焼器によって発生された燃焼ガスを下流側に設置された前記パワータービンに導く第２の風路とを備え、
   前記パワータービンの回転軸と、前記空気圧縮機の回転軸とが連結され、前記パワータービンの動力が前記空気圧縮機により回収されるように構成されていることを特徴とするパワータービン試験装置。
2. 前記パワータービン起動時に圧縮空気を供給する補助ブロワを備えていることを特徴とする請求項１に記載のパワータービン試験装置。
3. 燃焼ガスまたは蒸気によって被駆動機を駆動するパワータービンを、単独運転させて試験するパワータービンの試験方法であって、
   空気圧縮機によって圧縮された外気と、燃料とを燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得て、この燃焼ガスで下流側に設置された前記パワータービンを駆動するとともに、このパワータービンの動力で前記空気圧縮機を駆動するようにしたことを特徴とするパワータービンの試験方法。
4. 前記パワータービン起動時に、補助ブロワから圧縮空気を供給するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のパワータービンの試験方法。

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