JPH09250361A

JPH09250361A - ガスタービン

Info

Publication number: JPH09250361A
Application number: JP6132696A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nakano; 博文中野; Yasuyuki Hamachi; 康之濱地; Hiroshi Ogawa; 博史小川; Mari Naito; 真理内藤; Norikazu Imai; 則和今井
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスタービンの出力特性向上を図るべく、燃
焼器、タービン吸気ダクト、タービン部における冷却構
造を改良し、圧縮器における圧力損失の低減化を図る。【解決手段】燃焼器において、燃焼器本体２の上端部
２ａの内側端に滑落面Ｃを形成し、その外側の短径部２
ａの壁面に冷却空気孔Ｈを穿設して、該冷却空気孔Ｈか
らの空気にて滑落面Ｃを滴下する液体燃料ＬＯを予混合
室Ａの空間に飛散させる。タービン吸気ダクト１５のス
クロール１５Ａに設けた冷却構造においては、内壁部に
スリットＳを、外壁部に当て座ＳＰを設けており、ター
ビン部における静翼支持部材２４に対して、冷却風を当
てるべく、静翼支持部材ハウジング２５に冷却風導入孔
２５ａを穿設する。圧縮器においては、容積拡大室であ
る段間ダクト室１３ｂを有する段間ダクト１３を前後段
圧縮器１２・１４間に介設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンにお
いて、特にその出力特性を改善することを図っての、圧
縮器、燃焼器、及び動翼に至るガス通路部分の改良構成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは圧縮器、燃焼器、及び動
翼に至るガス通路部分の圧力、温度、及び冷却性によ
り、その出力や効率面で大きく影響を受ける。以下、従
来のガスタービンにおける各部の構成について説明す
る。まず、燃焼器については、従来より、低ＮＯ_X化の
ための予混合室を設ける構造が、実開平５−９６７５９
号公報にて公知となっており、この中で、液体燃料噴射
ノズルから噴霧された液体燃料が、燃焼器の内壁面に沿
って流れるのを防止してこれを再び予混合室の空間中に
放出させるための絞り部材を配設した構造も開示されて
いる。この構造について、図１６図示の従来の燃焼器の
側面断面図より説明する。燃焼器は、外筒１内に、垂直
状の筒体である燃焼器本体２を配設し、その燃焼器本体
２内の中心部分には、上方よりライナー３を嵌入配設し
ている。該ライナー３内には、燃料通路や空気通路が穿
設されており、その下端部には、後記燃焼室Ｂに臨ませ
て、着火時のみ燃料噴射する副燃料噴射ノズル５が配設
されている。

【０００３】該燃焼器本体２の上端部２ａ’は、水平方
向に曲折させて、その外縁部にスロワーＴを形成し、該
外筒１内の空気を該燃焼器本体２内に吸入する部分とな
っている。該スロワーＴの内側近傍に、液体燃料噴射ノ
ズル４を配設しており、該ライナー３外面と該燃料器本
体２の短径部２ｂ内面との間の空間は、該スロワーＴか
ら導入した空気と、該液体燃料噴射ノズル４から噴霧さ
れた燃料とを混合させる予混合室Ａを形成する。該燃焼
器本体２にて、該予混合室Ａの下方のライナー３の存在
しない長径部２ｃ内には、点火栓Ｐの電極７を臨ませ
て、燃焼室Ｂとしている。そして、該燃焼器本体２の上
端部２ａ’と短径部２ｂとの間の曲折部分のやや下方に
て、該短径部２ｂの内壁面より水平方向に絞り板材１０
を突設しており、該絞り板材１０上に溜まった液体燃料
が、該スロワーＴから導入される空気の流れにて、予混
合室Ａの空間中に飛散される構造としている。

【０００４】また、該点火栓Ｐは、図１６、及び従来の
点火栓の取付構造を示す側面断面図である図１７のよう
に、燃焼器における外筒１から燃焼器本体２における燃
焼室Ｂ部分にかけて貫設されている。該点火栓Ｐは、外
端が端子Ｐａとなっており、内端からはボディ６より電
極７を突出させていて、該電極６を、該燃焼器本体２内
の燃焼室Ｂに対峙させている。該内端部のボディ６は、
該燃焼器本体２に対して点火栓受け９’を介して固定さ
れている。また、該ボディ６内にて、該電極７には絶縁
体８を環設している。

【０００５】さて、従来より、ガスタービンにおいて
は、燃焼して膨張させた高温空気を用いるため、適宜箇
所に冷却空気の流通路を設けている。この中で、燃焼器
においては、外筒１内の空気を燃焼器本体２内に導入す
べく、前記燃焼器本体２の壁面の適宜箇所に、スリット
状等の冷却空気孔Ｈを穿設している。また、点火栓Ｐに
おいては、内端（電極側）部分のボディ６に、該外筒１
内における燃焼器本体２よりも外側部分にて、内外貫通
状に冷却空気孔６ａを設けて、外筒１内の空気がボディ
６内に入り込み、電極７の異常加熱を抑制する構造とし
ている。

【０００６】燃焼器を経て燃焼された高温空気は、ター
ビン吸気ダクトを介してタービン部に供給されるが、従
来、このタービン吸気ダクトを形成するスクロール自体
は、一枚板で、冷却構造を設けていないか、設けられて
いる場合には、スクロール全体を二重壁にする構造、部
分的に二重壁を設けて、この間に空気を吹き付けて冷却
する構造、更にこの構造に加味して、吹き付け冷却で残
った空気をフィルム状に流出させてスクロールの一枚壁
部分を冷却する構造を採用したものが公知となってい
る。

【０００７】次に、タービン部においては、固定状の静
翼と動翼とが交互に配列されているが、静翼（タービン
ノズル）の支持構造は、静翼の外端部を環状の静翼支持
部材（タービンノズルサポート）に固設し、これらの静
翼支持部材を、一体の管状の静翼支持部材ハウジング
（タービンノズルサポートハウジング）の内側に固定し
たものとなっている。この中で、静翼の静翼支持部材に
対する固定方法に関しては、静翼支持部材に嵌合溝を設
け、この中に静翼の外端部に形成する嵌合部を嵌入する
という方法が公知となっている。

【０００８】また、タービン部分の動翼のディスクに対
する取付構造としては、以前は、図１８の如く、ディス
クへの取付部である動翼１７’のシャンク部１７’ｂ基
端部の嵌合部１７’ｃは、位置決めのため、複数の段部
を有しており、ディスク外周に設ける嵌合孔もこの段部
に嵌合させる形状にしていたが、これは加工が複雑とな
るため、加工容易化及び低コスト化のため、該嵌合部
を、単純なダブテール形状とし、ディスクの嵌合孔もこ
れに合わせた形状にしたものが、特開平４−２３７８０
２号公報にて公知となっている。

【０００９】そして、動翼に関しては、従来のその冷却
空気通路構造に関して、図１８乃至図２１より説明す
る。図１８（ａ）は従来のシャンク部先端に複数の嵌合
用の段部を有する嵌合部を設けた動翼であって、シャン
ク部側方より冷却空気を導入するタイプのものの斜視
図、（ｂ）は同じく、シャンク部側方及び先端より冷却
空気を導入するタイプのものの斜視図、（ｃ）は（ｂ）
図示の動翼の斜視断面図、図１９は静翼に固定したダク
トに沿って形成した冷却空気通路より動翼シャンク部側
方に空気を導入する構造の側面断面図、図２０はディス
クに動翼の嵌合孔に連通する冷却空気孔を穿設した構造
の側面断面図、図２１はディスクとシール部材との間に
動翼の嵌合孔に連通する冷却空気通路を形成した構造の
側面断面図である。

【００１０】従来、図１８のように、シャンク部１７’
ｂ基端の嵌合部１７’ｃが、従前の複数の段部を有する
ものとなっている動翼１７’においては、（ｃ）のよう
に、シャンク部１７’ｂより動翼１７’にかけて、冷却
空気孔ｈ’或いはｈ”が穿設されている。（ｃ）図示の
動翼１７’は、（ｂ）図示の動翼１７’と同一であっ
て、これには、冷却空気孔ｈ’及びｈ”を穿設している
が、（ａ）にて図示する動翼１７’については、冷却空
気孔ｈ’のみ穿設している。各冷却空気孔の開口位置
は、冷却空気孔ｈ’については、該シャンク部１７’ｂ
の側方位置（リブ部１７’ａの底面位置）のＸ位置とな
っており、冷却空気孔ｈ”については、嵌合部１７’ｃ
の先端であるＹ位置となっている。

【００１１】この開口部への空気通路構成として、従
来、図１９の如く、静翼１６と一体的に固定されたダク
ト２３に沿って冷却空気通路２４を形成した構成、図２
０の如く、ディスク１８’にて、該ディスク１７’の側
方に設けた空気室Ｅ’と、動翼１７’の嵌合部１７’ｃ
を嵌合するための嵌合孔１８’ａとの間を連通する冷却
空気孔１８’ｂを傾斜状に穿設する構成、或いは図２１
の如く、ディスク１８’と一体的に回転する円板状のシ
ール部材２０’にてディスク１８’を被覆し、該シール
部材２０’と該ディスク１８’との間の隙間を冷却空気
通路として嵌合孔１８’ａに連通させる構成がある。図
１９の構成は図１８（ａ）〜（ｃ）中のシャンク部１
７’ｂの側方のＸ位置に設けた冷却空気孔ｈ’の開口部
に、図２０及び図２１の構成は、図１８（ｂ）・（ｃ）
中図示の嵌合部１７’ｃの先端Ｙ位置に設けた該冷却空
気孔ｈ”の開口部に空気を導入する構成として有効であ
る。

【００１２】そして、圧縮器においては、図２２図示の
如く、多段遠心式のものが公知である。図２２の従来の
多段遠心式圧縮器は、吸気ダクト１２’ａ・インペラ１
２’ｂ・ディフューザー１２’ｃよりなる前段圧縮器１
２’と、インペラ１２’ａ・ディフューザー１４’ｃと
の間を段間ダクト１３にて連結している構成である。こ
の中で、段間ダクト１３’は、Ｓ字状のクロスオーバー
ダクトとなっており、上端にはＳ字状の入口ガイドベー
ン１３’ａを形成し、その下方に垂直方向のダクト部１
３’ｂを形成して、前段のディフューザー１２’ｃと後
段のインペラー１４’ａとの間に介設したものとなって
いる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】まず、従来の燃焼器に
関する課題を説明する。予混合室Ａは、低ＮＯ_X化の要
望により、液体燃料噴射ノズル４より噴霧する液体燃料
ＬＯを完全に空気中に噴霧させて混合し、燃焼室Ｂに送
り込むために設けているものであって、従来の図１６図
示の絞り板材１０は、燃焼器本体２の内壁面を伝って液
体燃料ＬＯが直接燃焼室Ｂに流れ落ちるのを防ぐために
設けている。これに関しては効果を発揮するものの、そ
の一方で、絞り板材１０の下方空間にて、空気の渦流Ｓ
が発生し、該渦流Ｓは、燃焼室Ｂから予混合室Ａへの火
炎の侵入を促し、燃焼効率を落とすという不具合があ
る。壁面を伝う液体燃料を予混合室Ａの空間内に飛散す
る方法については、他に短径部２ｂの上下長を伸長する
ことが考えられるが、これには燃焼器の構造上の制限が
ある。そして、燃焼器本体２に穿設する冷却空気孔Ｈは
従来は任意箇所に穿設されていて、該燃焼器本体２の内
壁面を伝う液体燃料を予混合室Ａ内に戻す機能は考えら
れていない。さらに、高温燃焼ガスをタービン部分に向
けて導くタービン吸気ベントは、熱変形（熱歪み）を生
じ易いが、その冷却機能も考えられていない。

【００１４】また、点火栓Ｐに関しては、従来、図１７
に示す如く、冷却空気孔６ａの外筒１内空間への開口面
積が大きく、該外筒１内の空気中に含まれる塵埃が、該
冷却空気孔６ａを介して、ボディ６内の、ボディ６内面
と絶縁体８外面との隙間にて形成されるエアギャップＡ
Ｇ内に侵入しやすく、この塵埃がエアギャップＡＧより
も大きい場合には、詰まってしまい、発火不良の原因と
なる。

【００１５】次に、タービン吸気ダクトの従来構造の中
で、まず、タービン吸気ダクトが一枚板で形成されて冷
却構造を持たないものでは、前記の燃焼器にて述べたよ
うに低ＮＯ_X化等を図って熱効率を高めるようにする
と、タービン吸気ダクトに流れる空気も高温高圧化し、
タービン吸気ダクトを構成するスクロールにクリープ変
形を生じるおそれがある。冷却構造を設けたものに関し
ては、全体を二重壁にする構造、更に二重壁部分に空気
吹き付け孔を設けた構造においては、冷却効果は機体で
きるものの、冷却空気を多く必要とする。この冷却空気
は、圧縮器より取り込むので、この量が多ければ、それ
だけ本来のタービン駆動用の空気圧力の損失に繋がる。

【００１６】二重壁部分に空気吹き付け孔を設け、更
に、フィルム冷却部を形成した構造においては、少ない
空気で冷却効果を得られるので、圧縮器における空気圧
損失量も低く抑制できて、最も望ましいものである。し
かし、従来のこの構造においては、二重壁部分の内壁が
高温で、外壁はそれに比べて低温となっており、この温
度差によって、内壁には圧縮応力、外壁には引っ張り応
力がかかる。これによって、内壁は、外壁側に曲がり、
正確な冷却効果が得られなくなってしまう。

【００１７】次に、タービン部における静翼の取り付け
構造であるが、この静翼内には高温の空気が流通するの
で、従来、静翼を、高温強度を有する部材にて構成する
構造はあるものの、これを支持する静翼支持部材には強
度の低い低コスト材を使用しているので、例えば、前記
のように嵌合溝に嵌合する固定構造を有するものの場
合、非常に高温の空気が静翼内を流入した場合に、静翼
支持部材にも曲げ応力がかかり、熱変形を生じてしま
う。

【００１８】そして、動翼に関しては、まず、加工容易
化のため、特開平４−２３７８０２号公報に開示された
ように、シャンク部基端の嵌合部をダブテール形状にし
たものが望ましい。一方で、冷却空気の通路構成として
は、図１９図示のものは、固定状に設けられたダクト２
３に対しての、回転する動翼１７’とディスク１８’の
シール構造を要し、空気洩れのおそれがあり、これを回
避するには、シール構造が複雑化する傾向がある。ま
た、図２０図示のものは、強い応力のかかるディスク１
８’にこのような冷却空気孔１８’ｂを穿設するのは、
強度上において不利である。

【００１９】図２１の構成は、シール部材２０’がディ
スク１８’と一体状なので、該シール部材２０’とディ
スク１８’との間の冷却空気通路Ｄ’のシール性に優れ
ているが、これは、図１８図示のような、シャンク部１
７’ｂの基端部が、複数の段部を有する嵌合部１７’ｃ
となっているものを前提としている。つまり、このよう
な段部を有して、嵌合部１７’ｃが確実にディスク１
８’の嵌合孔１８’ａに位置決めされている場合には、
嵌合孔１８’ａ内にて、嵌合部１７’ｃの先端Ｙ位置に
設けた冷却空気孔ｈ”の開口部に連通する空気溜まりを
形成しても、該嵌合孔１８’ａ内に嵌合した嵌合部１
７’ｃがぐらつくことはない。しかし、このディスク外
周の嵌合孔へのシャンク部基端の嵌合部をダブテール形
状とする場合には、このような空気溜まりを確保すべ
く、該嵌合孔と、これに嵌合させたダブテール形状の嵌
合部部との間に隙間を設けると、該嵌合部が該嵌合孔内
にてぐらついてしまい、動翼のディスク径方向の位置決
めができなくなるのである。

【００２０】最後に、従来の圧縮器における圧力損失の
問題を説明する。前記のような従来の多段遠心式圧縮器
では、段間ダクト１３’（クロスオーバーダクト）の形
状が複雑で、まず、コストがかかるという問題がある。
そして、その内部構造に関連して、圧力損失が若干生じ
るという問題がある。つまり、前段のディフューザー１
２’ｃより流出された空気は、比較的高速であり、旋回
傾向を有している。この空気が、段間ダクト１３’によ
り１８０°向きを変え、流速の速い箇所と遅い箇所を生
じ、空気は、流速の速い箇所にて整流するので、該整流
部分のみが次段のインペラーに供給される。即ち、整流
されていない、流速の遅い部分に流れ込む空気分が圧力
損失となるのである。前記のように燃焼器においても低
ＮＯ_X化を図るべく、高温化を実現する構成が設けられ
ているが、高圧化も重要な要素であり、圧縮器における
圧力損失は、燃焼器、更には、その後のタービン部にお
ける空気圧の低下に繋がるので、圧縮器における圧力損
失はできるだけ低く抑えたい。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
不具合を是正し、出力効率の高いガスタービンを提供す
べく、次のような手段を用いるものである。まず第一
に、ガスタービンの燃焼器であって、垂直方向の筒体を
なす燃焼器本体の上端部を水平外側方向に曲折して空気
吸入口を設け、該空気吸入口の内側近傍に液体燃料噴射
ノズルを配設し、該燃焼器本体の中心に垂直方向に配設
したライナーと該燃焼器本体の垂直壁面との間を予混合
室とした構成において、該燃焼器本体の上端の曲折部よ
り該予混合室に向けて、液体燃料の滑落部を設け、該滑
落部下端部に、該燃焼器本体の垂直壁面に穿設した冷却
空気孔より導入される空気が当たる構成とする。

【００２２】第二に、ガスタービンの燃焼器に取り付け
る点火栓において、該点火栓のボディに穿設した冷却空
気孔の外側開口部を被覆する部材と該ボディとの間の隙
間が、冷却空気の取り入れ空間に対して、該点火栓のエ
アギャップより小さく開口するように構成する。

【００２３】第三に、ガスタービンの燃焼器よりタービ
ン部に連通するタービン吸気ダクトであって、該タービ
ン吸気ダクトの壁部を部分的に二重壁とし、該二重壁の
外壁に空気圧縮器に連通する孔を穿設して、該孔より導
入される空気を内壁に吹き付ける吹き付け冷却部と、こ
れに続く二重壁の対流冷却部と、該二重壁の対流冷却部
からフィルム状に空気が流出して一重壁部分を冷却する
フィルム冷却部とを形成した構造のものにおいて、該フ
ィルム冷却部の近傍における該二重壁の対流冷却部の内
壁に、スリットを設けるとともに、該対流冷却部から該
フィルム冷却部への空気連通路となる外壁と内壁との隙
間を確保する当て座を設ける。

【００２４】第四に、ガスタービンの静翼を環状の静翼
支持部材にて支持し、該静翼支持部材を管状の静翼支持
部材ハウジング内にて支持した構造において、該静翼支
持部材ハウジングにて、該静翼支持部材の外縁円周の接
線方向に、空気導入用の貫通孔を設ける一方、圧縮器出
口より該静翼支持部材ハウジングの外側に連通する空気
導入路を形成する。

【００２５】第五に、ガスタービンにおける動翼のシャ
ンク部を、ディスク外周に形成した嵌合孔に嵌合する構
成であって、該シャンク部先端に形成する該嵌合孔への
嵌合部をダブテール形状としたものにおいて、該シャン
ク部の先端より動翼への冷却空気孔を穿設し、該嵌合孔
内にて、該シャンク部の嵌合部との間に、該冷却空気孔
に連通する空気溜まりとなる隙間を確保する一方、該デ
ィスクより、該シャンク部の嵌合部の先端に当接する位
置決め用突起を突設する。

【００２６】第六に、ガスタービンの多段遠心式圧縮器
において、段間通路を容積拡張室とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面より説明する。図１はガスタービンの全体側面断面
図、図２は本発明に係る燃焼器の側面断面図、図３は本
発明に係る一実施例の点火栓の取付構造を示す側面部分
断面図、図４は同じく他の実施例の点火栓の側面部分断
面図、図５はタービン吸気ダクト１５の冷却構造を示す
側面断面図、図６はスクロール１５Ａの二重壁部分にお
けるスリットＳと当て座ＳＰ配設部分の正面図、図７は
タービン吸気ダクト１５の冷却構造に示す部分拡大側面
断面図、図８は静翼１６の支持機構に対する冷却構造を
示す側面断面図、図９は図８中のＺ−Ｚ線断面図、図１
０は動翼１７部分の部分側面断面図、図１１は同じく部
分正面図、図１２はディスク１７に対する動翼１６のシ
ャンク部１６ａの嵌合を示す部分正面図、図１３は動翼
１６のシャンク部１６ａにおける冷却空気孔ｈの穿設構
造を示す正面断面図、図１４は同じく側面断面図、図１
５は多段遠心式圧縮器における段間通路構造を示す側面
断面図である。

【００２８】まず、図１にてガスタービン全体の概略構
成を説明する。本体ハウジング１２内にて、中心に駆動
軸１９を軸支しており、図中左側より、該駆動軸１９の
周囲に、前段圧縮器１２・段間ダクト１３・後段圧縮器
１４を連設してなる圧縮器を配設している。該前段圧縮
器１２は、空気入口側より吸気ダクト１２ａ・駆動軸１
９と一体に回転するインペラ１２ｂ・ディフューザー１
２ｃを連設してなり、後段圧縮器１４は、駆動軸１９と
一体に回転するインペラ１４ａ・ディフューザー１４ｂ
を連設してなる。段間ダクト１３については、後に詳述
する。この圧縮器（後段圧縮器１４）の吐出する空気
を、燃焼器を内包する外筒１内を介して燃焼器本体２内
に送り込み、該燃焼器本体２内にて燃料を供給して点火
し、燃焼させて空気を膨張させ、この膨張空気をタービ
ン吸気ダクト１５よりタービン部に送り込む。タービン
部では、静翼１６Ａ・１６Ｂ・１６Ｃ（総称して静翼１
６）と動翼１７Ａ・１７Ｂ・１７Ｃ（総称して動翼１
７）とにて、膨張空気の通風路が形成され、該通風路を
通過した膨張空気が、排気管２１を介して外部に放出さ
れる。該膨張空気がこのタービン部の通風路を通過する
過程で動翼１７を回転させ、各動翼１７Ａ・１７Ｂ・１
７Ｃと一体のディスク１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ（総称し
てディスク１８）を回転させ、全ディスク１８の同一回
転軸である駆動軸１９を回転駆動するものである。

【００２９】この中で、燃焼器の構造について、図２よ
り説明する。概略構造は、図１６図示の従来の燃焼器構
造と同一である。この中で、図２図示の燃焼器において
は、図１６図示の絞り板材１０を廃し、燃焼器本体２の
上端部２ａの内側縁を、短径部２ｂの内側の予混合室Ａ
の入口部分まで垂直方向に延出して、滑落面Ｃを形成し
ている。そして、従来は位置が任意であった短径部２ｂ
に穿設する冷却空気孔Ｈを、少なくとも、該上端部２ａ
の滑落面Ｃ形成部分の水平方向外側に位置限定して配設
する。

【００３０】このような構造において、液体燃料噴射ノ
ズル４より噴霧された液体燃料のうち、従来は絞り板材
１０上に溜まっていた液体燃料ＬＯが、該燃焼器本体２
の上端部２ａの滑落面Ｃを伝って滑落するようになる。
そして、該滑落面Ｃの外側に配設された冷却空気孔Ｈを
介し、外筒１内より燃焼器本体２内に導入された空気
が、該滑落面Ｃの下端部に対して、内側（ライナー３）
向きに当たり、該滑落面Ｃの下端より滴下する液体燃料
ＬＯを、予混合室Ａの空間へと飛散する。つまり絞り板
材１０と同様に、液体燃料を、燃焼器本体の内壁面を伝
って燃焼室Ｂに滴下させることなく、予混合室Ｃの空間
内に飛散して、充分にスロワーＴより導入された空気と
混合させる効果を奏する。

【００３１】更に、絞り板材１０では、その下方に空気
の渦流Ｓを発生させる不具合があったが、図２の構成で
は、上端部２ａの滑落面Ｃが垂直方向になっており、冷
却空気孔Ｈから導入された空気も、該滑落面Ｃに沿って
下方に流入する流れとなるので、渦流は殆ど発生せず、
発生しても極小さいものとなるのである。

【００３２】次に、燃焼器本体２内の燃焼室Ｃに臨ませ
て、外筒１より燃焼器本体２の長径部２ｃに貫設してい
る点火栓Ｐであるが、従来は、図１７の如く、該点火栓
Ｐの内端部分を該燃焼器本体２の長径部２ｃに固定する
点火栓受け９’の外側端は、点火栓Ｐのボディ６の冷却
空気孔６ａよりも内側寄りの位置にあり、従って、該冷
却空気孔６ａの外側開口部は、外筒１内の空間に対し
て、略剥き出し状態であった。

【００３３】これに対して、図３図示の点火栓Ｐの取付
構造においては、点火栓受け９の外側端を水平方向外側
（外筒１側）に延出し、該ボディ６の、段をなして、先
端部分の、該冷却空気孔６ａを穿設する短径部６ｂより
長径となっている長径部６ｃの外側部分まで被覆してい
る。これにより、該冷却空気孔６ａは、該点火栓受け９
に被覆され、外筒１から該点火栓受け９の内側への空気
導入部は、該点火栓受け９内面と該ボディ６の長径部６
ａ外面との間の隙間ＢＧとなる。つまり、該外筒１内の
空気は、該隙間ＢＧを通らなければ該冷却空気孔６ａに
導入されることはないのである。

【００３４】一方、燃焼器本体２の内部に配される点火
栓Ｐの内端では、電極７を被覆する絶縁体８外面とボデ
ィ６内面との間にエアギャップＡＧが形成されている。
該隙間ＢＧは、該エアギャップＡＧに比して小さくして
いる。塵埃がボディ６内に侵入するには、該隙間ＢＧを
通過できる大きさでなければならない。該隙間ＢＧを通
過できるならば、これよりも大きな隙間であるエアギャ
ップＡＧについては、同然、塵埃が通過可能であり、従
って、該エアギャップＡＧに塵埃が詰まるという自体が
解消される。

【００３５】図４図示の点火栓Ｐにおいては、図３のよ
うに燃焼器本体２への取付過程において、点火栓受け９
にて隙間ＢＧを形成するのではなく、点火栓Ｐ自体に、
冷却空気孔６ａに対する空気導入部に小さな（エアギャ
ップＡＧより小さい）隙間ＢＧを形成するというもので
ある。まず、該ボディ６は、前記の如く段をなして、長
径部６ｃより短径部６ｂに向けて筒部１１を延設し、該
冷却空気孔６ａを被覆している。そして、該筒部１１の
内面と、ボディ６の短径部６ｂの外面との間でエアギャ
ップＡＧより小さい隙間ＢＧを形成しているのである。

【００３６】燃焼器及びこれに取り付ける点火栓Ｐにお
ける冷却空気の通路構造については以上の如くであり、
次に、タービン吸気ダクト１５の冷却構造について、図
５乃至図７より説明する。タービン吸気ダクト１５は、
図５の如く、スクロール１５Ａとスクロール１５Ｂより
なり、スクロール１５Ａについて、冷却構造を設けてい
る。即ちスクロール１５Ａは、壁材１５ａ・１５ｂ・１
５ｃ・１５ｄを連続状に、部分的に重合させて配設した
ものであって、二重壁部分と一枚壁部分とが交互に連続
状に設けられている。例えば壁材１５ａ・１５ｂの重合
する部分では、壁材１５ａが内壁、壁１５ｂが外壁とな
っている。この重合部、即ち二重壁部分となっている部
分の外壁部（壁材１５ａ・１５ｂの重合部ならば、壁材
１５ａ）には、その上端付近において、吹き付け孔（イ
ンピンジメント孔）ＩＨを穿設している。スクロール１
５Ａの外側は、（後段）圧縮器１４の出口（燃焼器より
も上手側）より冷却風を導入する冷却風ダクトＦとなっ
ており、該冷却風ダクトＦより高圧の冷却風が、吹き付
け孔ＩＨを介して、導入され、内壁に吹き付けられる。
図７の如く、この部分を吹き付け冷却部Ｃ１としてい
る。

【００３７】吹きつけ冷却部Ｃ１にて内壁に吹き付けら
れた冷却風は、二重壁部分の外壁と内壁（例えば壁材１
５ａ・１５ｂ）の間に拡散し、対流を起こして、該二重
壁部分を冷却する。これを対流冷却部Ｃ２としている。
更に、該二重壁の外壁（壁材１５ａ・１５ｂの二重壁の
場合には壁材１５ｂ）は、内壁より下方に延設されてい
て、その下方の壁材（例えば壁材１５ｃ）と重合するま
で、一枚壁となっている。この部分には、二重壁の間、
即ち対流冷却部Ｃ２より、フィルム状に空気が流出し
て、この一枚壁部分を冷却する。この部分をフィルム冷
却部Ｃ３としている。このように三つの冷却部を連続状
に設けて、少ない冷却風で、有効にスクロール１５Ａの
冷却、即ち、タービン吸気ダクト１５の壁材の冷却を行
っており、高温化や高圧化に対応しうるタービン吸気ダ
クト１５を提供できるのである。

【００３８】しかし、このような構造のスクロール１５
Ａでは、壁材の重合部分のうち、内壁部分が、タービン
吸気ダクト１５内を流動する高温高圧空気にて高温化す
る一方で、外壁部分がその外側の冷却空気ダクトＦ内の
燃焼前の空気に触れるので温度差が高く、内壁は、外壁
側に反ってしまうおそれがある。これを回避するため
に、本実施例においては、図６及び図７のように、内壁
部の下端（即ち、フィルム冷却部Ｃ３近傍の二重壁の対
流冷却部Ｃ２における内壁部）に、スリットＳを設け
て、内壁にかかる応力を逃がすようにしている。また、
該スリットＳの端部は丸くして、端部孔Ｓａを形成し、
この部分における応力の集中を回避するようにしてい
る。

【００３９】更に、外壁における該スリットＳに対峙す
る部分には、当て座（スペーサー）ＳＰを設けており、
熱変形で内壁が外壁側に反っても、該当て座ＳＰが内壁
に当接し、該当て座ＳＰが当接している部分以外は、対
流冷却部Ｃ２からフィルム冷却部Ｃ３への空気の流れが
確保されるのである。

【００４０】次に、タービン部の静翼支持機構における
冷却構造について、図８及び図９より説明する。静翼１
６Ｂ・１６Ｃは、各々、その外端部より爪部１６ａを突
設して、環状の静翼支持部材２４Ａ・２４Ｂ（総称して
静翼支持部材２７）に係止されており、静翼支持部材２
４Ａ・２４Ｂは、各々、タービン部全体を内包する管状
の静翼支持部材ハウジング２５の内側面より径方向に突
設する取付座に螺止されている。また、該静翼支持部材
２４Ａ・２４Ｂを螺止するボルトにカバー２６を共締め
しており、カバー２６と静翼支持部材２４、及び静翼支
持部材ハウジング２５にて囲まれる部分を冷却風キャビ
ティＣＣとしている。カバー２６と静翼支持部材ハウジ
ング２５の内側面との間には小さな隙間があり、該冷却
風キャビティＣＣより該静翼支持部材ハウジング２５と
静翼１６・動翼１７の外側面との間に形成される空間Ｉ
に空気が流入可能となっている。そして、静翼支持部材
ハウジング２５には、環状の静翼支持部材２４の接線方
向に冷却風導入孔２５ａを貫通させており、その出口
は、該冷却風キャビティＣＣに連通する。

【００４１】該タービン吸気ダクト１５のスクロール１
５Ｂの外側に、（後段）圧縮器１４の出口から空気を導
入する冷却風ダクトＧが形成されており、該静翼支持部
材ハウジング２５の外側面に連通している。該冷却風ダ
クト２５からは該冷却風導入孔２５ａを介して、該冷却
風キャビティＣＣに冷却風が導入されるが、冷却風導入
孔２５ａの向きと、静翼支持部材ハウジング２５の内外
の圧力差によって、少量の冷却風で流速の速い冷却風を
導入できる。該冷却風キャビティＣＣに導入された空気
は、前記の如く、カバー２６の隙間から空間Ｉに流出
し、静翼１６・動翼１７間の隙間にも流れ、タービン冷
却に利用される。

【００４２】次に、タービン部における動翼１７の冷却
空気の通路構造について、図１０乃至図１４より説明す
る。まず、動翼１７のディスク１８への取付構成につい
て図１０乃至図１２より説明する。動翼１７は、ディス
ク１８外周面と平行状のリブ部１７ａを介して、その反
対側（ディスク取付側）にシャンク部１７ｂを形成して
いる。該シャンク部１７ｂの基端部は、ダブテール形状
の嵌合部１７ｃとしており、ディスク１８外周部に放射
状に形成した嵌合孔１８ａ・１８ａ・・・内に嵌入する
ようにし、該ディスク１８の外径方向の抜け止めとして
いる。

【００４３】また、該嵌合孔１８ａ内では、該嵌合部１
７ｃ先端との間に、動翼１７への冷却空気を導入するた
めの空気溜まりを形成すべく、図１２のように隙間Ｇを
有するが、このままでは、該動翼１７が径方向にぐらつ
くので、該径方向の位置決めのため、該嵌入孔１８ａ内
において、ディスク１８より位置決め突起１８ｂを突設
しており、該嵌合部１７ｃの先端に当接させるようにし
ている。

【００４４】該シャンク部１７ｂにおいては、図１３及
び図１４のように、錐孔状の冷却空気孔ｈが穿設されて
いて、動翼１７内に形成される冷却空気孔（図示せず）
に連通している。そして、該冷却空気孔ｈの嵌合部１７
ｃ先端における開口部は、図１２の如く、該位置決め突
起１８ｂの当接位置よりずらせて、該嵌合孔１８ａ内に
て、該嵌合部１７ｃ先端との間でできる隙間ｇに臨ませ
て、空気導入を可能にしているのである。

【００４５】このように、動翼１７内に設けた冷却空気
孔に対しては、嵌合孔１８ａ内に設けた隙間ｇを空気溜
まりとして、シャンク部１７ｂ（嵌合部１７ｃ）の先端
から空気を導入する構成であり、次に、該隙間ｇへの冷
却空気通路構成について、図１０及び図１１より説明す
る。外周上に動翼１７を放射状に取り付けたディスク１
８は、駆動軸１９に環設されている。図１０図示のディ
スク１８は、燃焼空気通路における最上手側のディスク
１８Ａであり、他のディスク１８Ｂ等に噛合させるべ
く、上手及び下手側にギア１８ｅ・１８ｅを有してい
る。（この燃焼空気の上手・下手方向を、前後方向とす
る。）このギア１８ｅを具備する上手側への突出部１８
ｆにおいて、上下傾斜方向に冷却空気孔１８ｄを貫通状
に穿設している。そして前後への突出部１８ｆ・１８ｆ
より外周側においては、該ディスク１８の前面及び後面
を各々被覆する円板状のシール部材２０・２１が配設さ
れている。

【００４６】該シール部材２０・２１の中で、該シール
部材２０とディスク１８（１８Ａ）の前面との間には、
冷却空気通路Ｄとなる隙間が形成されていて、該シール
部材２０内面よりガイドベーン２０ａを突設している。
冷却空気は、図１の如く該ディスク１８Ａの前方に形成
される駆動軸１９周囲の空気室Ｅより、該冷却空気孔１
８ｄを介して該冷却空気通路Ｄ内に導入され、該ガイド
ベーン２０ａにて該冷却空気通路Ｄの外周方向へと案内
される。該冷却空気通路Ｄの外周部分では、段部を形成
して、該ディスク１８との嵌合部を形成しており、この
嵌合部にて、該ディスク１８に、該冷却空気通路Ｄに連
通する切欠部１８ｃを形成しており、該切欠部１８ｃ
は、該嵌合孔１８ａの前方側に連通している。こうし
て、該冷却空気通路Ｄ内を外周方向に案内された冷却空
気は、該切欠部１８ｃを介して該嵌合孔１８ａ内の該隙
間ｇ内に導入されるのである。

【００４７】なお、該切欠部１８ｃの外周側近傍におい
て、該シール部材２０の内壁面より該ディスク１８に当
接させるべく、円周状の位置決め突起２０ｂが突設され
ており、これによって、ディスク１８及びその嵌合孔１
８ａ内に嵌合した動翼１７の前後方向の位置決めをして
いるのである。また、該シール部材２０の外周部は、該
動翼１７のリブ部１７ａに嵌合させており、静翼１６・
動翼１７を連通する燃焼空気通路と該シール部材２０内
の冷却空気通路とが隔絶されるようシールしている。こ
れは、後面側のシール部材２１においても同様である。

【００４８】以上は、出力特性向上を図る上でのガスタ
ービンのタービンガス高熱化に対応する各部の冷却構造
に関するものであって、最後に、出力特性向上のための
タービンガス高圧化に対応する圧力損失の低減に関し
て、圧縮器における段間ダクト１３の構成について図１
５より説明する。前段圧縮器１２のディフューザー１２
ｃと後段圧縮器１４のインペラー１４ａとの間に介設す
る段間ダクト１３内において、上端には、前段ディフュ
ーザー１２ｃの出口に連通し、旋回流を除去すべく、水
平方向（軸方向）とした前段出口ガイドベーン１３ａを
形成している。その下方には、容積を拡大した段間ダク
ト室１３ｂが形成されている。該段間ダクト室１３ｂ
は、前段入口ガイドベーン１３ａからの流れを拘束せ
ず、全体に均等に流速を低下させる。その下方には、残
りの旋回流を低減すべく、垂直方向（半径方向）に配さ
れ、後段インペラー１４ａの入口に連通する後段入口ガ
イドベーン１３ｃが形成されている。

【００４９】こうして、段間ダクト１３においては、段
間ダクト室１３ｂにおける流速の低下と、ガイドベーン
の配置による旋回流の除去にて、全体に均等に整流化さ
れた空気を、後段圧縮器１４のインペラー１４ａに送る
ことができるのである。

【００５０】

【発明の効果】本発明は、ガスタービンにおいて、その
出力特性向上のため、以上のように構成したので、次の
ような効果を奏する。まず、出力特性向上を図る上で、
燃焼器の燃焼温度を高温化するが、それに対応する冷却
構造が各部に、特に燃焼器、燃焼器より下手側のタービ
ン吸気ダクト、及びタービン部に必要となる。この中で
まず、燃焼器において、その冷却空気孔の配設位置に関
し、請求項１の如く構成したので、該冷却空気孔より燃
焼器本体内へと導入された空気が、該燃焼器本体内の滑
落部を滴下する液体燃料に当たって、該液体燃料を予混
合室の空間へと飛散し、該予混合室における充分な液体
燃料と空気との混合を確保して、ＮＯ_Xの低減効果を確
保するとともに、滑落部が垂直方向であり、かつ、該冷
却空気孔からの空気導入により、予混合室内にて空気の
渦流を発生しなくなり、燃焼効率低下の不具合を解消す
る。

【００５１】また、ガスタービンの燃焼器に配設する点
火栓において、その冷却空気通路構造に関して、請求項
２の如く構成したので、点火栓のボディ内には、外筒内
の空間より、エアギャップよりも小さな隙間から冷却空
気が導入されることとなり、エアギャップを詰まらせる
ような塵埃が侵入する自体は起こりえず、発火不良の不
具合を解消できる。

【００５２】また、タービン吸気ダクトの冷却構造に関
しては、請求項３の如く構成したので、タービン吸気ダ
クトは、吹き付け冷却、対流冷却、フィルム冷却の三通
りの冷却が交互に繰り返されて、少量の冷却風で充分な
冷却効果を得、圧縮器側の空気圧力の損失を抑制できる
とともに、スリット及び当て座の構成により、壁材の熱
変形を回避し、また、熱変形に伴う、対流冷却部からフ
ィルム冷却部への空気の流れの阻害を回避できる。

【００５３】また、タービン部の静翼支持機構に関して
は、請求項４の如く構成したので、静翼支持部材に冷却
風を送ることができて、その熱変形を抑制し、タービン
に流れる空気の高温高圧化に対処できる。また、冷却風
は、貫通孔の配設方向によって、流速を高めることがで
きるので、少ない空気で冷却効果を高くすることがで
き、圧縮器からの冷却風導入量を抑え、圧力損失を抑制
できる。

【００５４】タービン部における動翼の冷却空気通路構
造に関しては、請求項５の如く構成したので、ディスク
への嵌合部を加工容易なダブテール形状としたシャンク
部を有する動翼を採用することができて、コスト低減に
貢献する。そして、この形状の動翼を採用する場合にお
いても、嵌合孔内にて、ダブテール形状部の先端におけ
る冷却空気孔の開口部が隙間と連通して、動翼への冷却
空気導入を確保するとともに、ディスクより突設した位
置決め用突起にて、ディスク径方向の動翼の位置決めが
確保できるのである。

【００５５】そして、出力特性向上のための一要素であ
るガス高圧化に関しては、圧縮器において、請求項６の
如く構成したので、段間通路において空気の流れが全体
に均等に整流化されて、後段の圧縮器に送ることがで
き、圧力損失を低減でき、ガス高圧化に貢献できる。ま
た、低コストにてこれを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスタービンの全体側面断面図である。

【図２】本発明に係る燃焼器の側面断面図である。

【図３】本発明に係る一実施例の点火栓の取付構造を示
す側面部分断面図である。

【図４】同じく他の実施例の点火栓の側面部分断面図で
ある。

【図５】タービン吸気ダクト１５の冷却構造を示す側面
断面図である。

【図６】スクロール１５Ａの二重壁部分におけるスリッ
トＳと当て座ＳＰ配設部分の正面図である。

【図７】タービン吸気ダクト１５の冷却構造に示す部分
拡大側面断面図である。

【図８】静翼１６の支持機構に対する冷却構造を示す側
面断面図である。

【図９】図８中のＺ−Ｚ線断面図である。

【図１０】動翼１７部分の部分側面断面図である。

【図１１】同じく部分正面図である。

【図１２】ディスク１７に対する動翼１６のシャンク部
１６ａの嵌合を示す部分正面図である。

【図１３】動翼１６のシャンク部１６ａにおける冷却空
気孔ｈの穿設構造を示す正面断面図である。

【図１４】同じく側面断面図である。

【図１５】多段遠心式圧縮器における段間通路構造を示
す側面断面図である。

【図１６】従来の燃焼器の側面断面図である。

【図１７】従来の点火栓の取付構造を示す側面断面図で
ある。

【図１８】（ａ）は従来のシャンク部先端に複数の嵌合
用の段部を有する嵌合部を設けた動翼であって、シャン
ク部側方より冷却空気を導入するタイプのものの斜視
図、（ｂ）は同じく、シャンク部側方及び先端より冷却
空気を導入するタイプのものの斜視図、（ｃ）は（ｂ）
図示の動翼の斜視断面図である。

【図１９】静翼に固定したダクトに沿って形成した冷却
空気通路より動翼シャンク部側方に空気を導入する構造
の側面断面図である。

【図２０】ディスクに動翼の嵌合孔に連通する冷却空気
孔を穿設した構造の側面断面図である。

【図２１】ディスクとシール部材との間に動翼の嵌合孔
に連通する冷却空気通路を形成した構造の側面断面図で
ある。

【図２２】従来の多段遠心式圧縮器の段間通路構造を示
す側面断面図である。

【符号の説明】

１外筒２燃焼器本体２ａ上端部２ｂ短径部２ｃ長径部３ライナー４液体燃料噴射ノズルＡ予混合室Ｂ燃焼室Ｃ滑落面Ｈ冷却空気孔Ｐ点火栓６ボディ６ａ冷却空気孔７電極８絶縁体９点火栓受けＡＧエアギャップＢＧ隙間１２前段圧縮器１２ｃディフューザー１３段間ダクト１３ａ前段出口ガイドベーン１３ｂ段間ダクト室１３ｃ後段入口ガイドベーン１４後段圧縮器１４ａインペラ１５タービン吸気ダクト１５Ａ・１５Ｂスクロール１５ａ・１５ｂ・１５ｃ・１５ｄ壁材ＩＨ吹き付け孔ＳスリットＳＰ当て座（スペーサ）Ｃ１吹き付け冷却部Ｃ２対流冷却部Ｃ３フィルム冷却部１６静翼１６ａ爪部１７動翼１７ａリブ部１７ｂシャンク部１７ｃ嵌合部１８ディスク１８ａ嵌合孔１８ｂ位置決め突起１８ｃ切欠部１８ｄ冷却空気孔１９駆動軸２０シール部材２０ａガイドベーン２０ｂ位置決め突起２４静翼支持部材２５静翼支持部材ハウジング２５ａ冷却風導入孔ｈ冷却空気孔ｇ隙間Ｄ冷却空気通路Ｅ空気室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｃ 7/266 Ｆ０２Ｃ 7/266 (72)発明者内藤真理大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内 (72)発明者今井則和大阪府大阪市北区茶屋町１番32号ヤンマーディーゼル株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンの燃焼器であって、垂直方
向の筒体をなす燃焼器本体の上端部を水平外側方向に曲
折して空気吸入口を設け、該空気吸入口の内側近傍に液
体燃料噴射ノズルを配設し、該燃焼器本体の中心に垂直
方向に配設したライナーと該燃焼器本体の垂直壁面との
間を予混合室とした構成において、該燃焼器本体の上端
の曲折部より該予混合室に向けて、液体燃料の滑落部を
設け、該滑落部下端部に、該燃焼器本体の垂直壁面に穿
設した冷却空気孔より導入される空気が当たる構成とし
たことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】ガスタービンの燃焼器に取り付ける点火
栓において、該点火栓のボディに穿設した冷却空気孔の
外側開口部を被覆する部材と該ボディとの間の隙間が、
冷却空気の取り入れ空間に対して、該点火栓のエアギャ
ップより小さく開口するように構成したことを特徴とす
るガスタービン。
【請求項３】ガスタービンの燃焼器よりタービン部に
連通するタービン吸気ダクトであって、該タービン吸気
ダクトの壁部を部分的に二重壁とし、該二重壁の外壁に
空気圧縮器に連通する孔を穿設して、該孔より導入され
る空気を内壁に吹き付ける吹き付け冷却部と、これに続
く二重壁の対流冷却部と、該二重壁の対流冷却部からフ
ィルム状に空気が流出して一重壁部分を冷却するフィル
ム冷却部とを形成した構造のものにおいて、該フィルム
冷却部の近傍における該二重壁の対流冷却部の内壁に、
スリットを設けるとともに、該対流冷却部から該フィル
ム冷却部への空気連通路となる外壁と内壁との隙間を確
保する当て座を設けたことを特徴とするガスタービン。
【請求項４】ガスタービンの静翼を環状の静翼支持部
材にて支持し、該静翼支持部材を管状の静翼支持部材ハ
ウジング内にて支持した構造において、該静翼支持部材
ハウジングにて、該静翼支持部材の外縁円周の接線方向
に、空気導入用の貫通孔を設ける一方、圧縮器出口より
該静翼支持部材ハウジングの外側に連通する空気導入路
を形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項５】ガスタービンにおける動翼のシャンク部
を、ディスク外周に形成した嵌合孔に嵌合する構成であ
って、該シャンク部先端に形成する該嵌合孔への嵌合部
をダブテール形状としたものにおいて、該シャンク部の
先端より動翼への冷却空気孔を穿設し、該嵌合孔内に
て、該シャンク部の嵌合部との間に、該冷却空気孔に連
通する空気溜まりとなる隙間を確保する一方、該ディス
クより、該シャンク部の嵌合部の先端に当接する位置決
め用突起を突設したことを特徴とするガスタービン。
【請求項６】ガスタービンの多段遠心式圧縮器におい
て、段間通路を容積拡張室としたことを特徴とするガス
タービン。