JPS6229729A - 軸流ガスタ−ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン構造、特に軸流ガスタービンに関する
。

本発明に係る軸流ガスタービンは、冶金において、溶鉱
炉排出ガスからのエネルギを再生するために効果的に用
いられる。

本発明の軸流ガスタービンはまた、軸流ガスタービンの
要素の表面に堆積する塵埃を含む高圧ガスからのエネル
ギを再生するための、化学、製薬学、電力およびその他
の工業でも用いられる。

〔従来の技術〕

公知の技術は、細心上に流れの方向に連続的に配列され
たコントラクタ、翼、およびディフーーデを備えた軸流
ガスタービンである（例えば、書籍”５ｕｄｏｖｙｅ　
ｇａｚｏｔｕｒｂｉｎｎｙａ　ｕｓｔａｎａｖｋｉ　’
（”海洋ガスタービン装置つジー・エイ・アルメモフ、
ブイ・ピ−・〆イコフ、エイ・ジー・ギルムトデイノフ
著、レニンｌ”５−ＩＦ、”スドストロエニエ１発行、
１９７８年、第２４８頁、第６．３図、ｐｐ１４２〜１
４３参照）。コントラクタはガス流を圧縮するようにな
っている。

この従来技術の軸流ガスタービンの翼はガスエネルギを
機械エネルギに変換するように構成されている。

従来技術の軸流ガスタービンはまた、洗浄液を翼に供給
する手段を備える。洗浄液供給手段は本質的に、６個の
アトマイザを有する環状マニホルドである。

マニホルドは洗浄液供給源に連通し、翼の上流において
軸流ガスタービンのハウジング内で軸方向に配設される
。

洗浄液供給手段は塵埃（ガスタービン内の塩）が堆積し
た軸流ガスタービンの翼を洗浄するようになっている。

しかし、従来のガスタービンでは、翼の入口において洗
浄液滴の均一な分散が得られない。これは、洗浄液が６
個のアトマイザを介して供給され、その円錐状スプレー
が相互に重なって洗浄液滴の流れＫよシ洗浄されない区
域を排除するということに基く。円錐状スプレーが重な
る結果、洗浄液滴が強く集中する区域が形成される。

不均一な分散および特に、円錐状スプレーの重なった区
域における洗浄液滴の強い集中により、軸流ガスタービ
ンの翼が極度に侵食損傷し、これにより寿命が実質的に
短縮する。

さらに、翼の侵食損傷により、洗浄液の流速が低下し、
これにより翼の洗浄が不充分となυ、またガスタービン
の出力が低下する。

さらに従来の軸流ガスタービンにおいて、乱れはコント
ラクタの短い部分内のみのガス流に付与される。塵埃粒
子は、塵埃粒子が洗浄液滴と凝結するのを阻止する吸収
ガスの覆いを破壊せず、また、付着性すなわち軸流ガス
タービンの要素の表面に固着する性質を維持する。

以下余白 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、具の太き表侵食損傷を防止するようになって
いる洗浄液を供給する手段を有する軸流ガスタービンを
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

これは次の構成を有する軸流ガスタービンにより達成さ
れる。すなわち、流れの中にコントラクタと翼を備え、
これらの中へ洗浄液を供給する手段を有する軸流ガスタ
ービンであって、本発明に係る軸流ガスタービンは、洗
浄液供給手段は、コントラクタの入口に配設され、塵埃
粒子をガス流の中の洗浄液滴と凝結させるに充分な断面
積と長さを有する少なくとも１の流路を有するダイヤス
ラムと、軸流ガスタービンの軸心に沿ってダイヤＬはア
トマイザとダイヤフラムの間の距離、Ｄはダイヤフラム
の流路の外縁部と交叉する直径、ｋは０．２〜０．７に
等しい、実験により定まる係数、αはアトマイザの円錐
状スプレーの角度である。

軸流ガスタービンの軸心に沿って配置された単一のアト
マイザを有する洗浄液供給手段は、洗浄液滴が強く集中
する区域がなく、この丸め翼の大きな侵食損傷が防止さ
れる。

翼の極度の損傷のおそれがある、洗浄液滴の強い集中区
域がないことにより、洗浄液の流速が増加し、とれによ
り翼の塵埃の堆積をよシ効果的に洗浄することとなる。

少なくとも１の流路を有しコントラクタの入口に配置さ
れたダイヤフラムに、洗浄液を供給する手段を設けたこ
とにより、塵埃粒子の洗浄液滴との凝結に基いて、粒子
が軸流ガスタービンの要素の表面に付着する性質を減少
させることが可能になる。

さらに、少なくともｌの流路を有するダイヤフラム内に
おける洗浄液滴の速度が増加することにより、洗浄液滴
が軸流ガスタービンの翼上の塵埃の堆積を破壊する能力
を高める。

ダイヤフラムから距離りだけ上流にアトマイザを設ける
ことにより効果を生じ、この効果の説明について次に述
べる。

アトマイザの出口における洗浄液滴は、径方向の速度成
分と軸方向の速度成分を有する。ガス流は径方向の速度
成分を有しないので、ガス流内の洗浄液滴の移動の過程
における径方向速度成分はガス流内の洗浄液滴の減速に
よ）低下する。通常の契合において、洗浄液滴の軸方向
速度成分は、ガス流の軸方向速度と異なる。

したがって、流れの中での移動の過程において、洗浄液
滴はその移動方向を変える。

ダイヤフラムから距離りだけ上流に設けられたアトマイ
ザにより、実験が示すように、流路の外縁部によって囲
まれるダイヤフラム表面部の中の管路内において、ダイ
ヤフラムと交叉する洗浄液滴の移動経路が得られる。こ
れにより、コントラクタ内のダイヤスラムから下流の洗
浄液滴の移動経路内に、翼に入シ込む洗浄液滴の均一な
分散が形成される。

０．２に等しいｋの場合、洗浄液滴は壁面から剥離し、
これにより翼の侵食損傷が生じるかもしれない。０．７
に等しいｋの場合、洗浄液滴の流れは翼の周縁部を洗浄
でき々い。

遠心型のアトマイザを用いることが好ましい。

遠心型アトマイザにより、断面内において円錐状スプレ
ーを環状に形成することが可能となる。

翼の入口部は通常環状であるので、このような円錐状ス
プレーにより、洗浄液の総量がコントラクタの内壁面か
ら剥離せずに翼に入り込む。

このように、本発明に係る軸流ガスタービンは、翼をガ
ス流内に含まれる塵埃の堆積から充分洗浄するために、
流入するガス流からのエネルギを効果的に再生する。

ここに開示される軸流ガスタービンは、作用の信頼性を
維持するのが容易であシ、長い寿命を有する。

〔実施例〕

本発明に従った細流ガスタービンの縦断面を示す添付図
面を参照して、以下に本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

本発明に従った軸流ガスタービンはハウジング１を有し
、このハウシング１の入口部（図示せず）は、ガス流、
所定の場合には溶鉱炉の排出ガスを供給するように構成
されたガス管２を受容する。

軸流ガスタービンは、その軸心４に沿って配設されたコ
ントラクタ３を有する。コントラクタ３の外（ｉｌｌ　
ｍ　３　ａはタービンハウジング１によって形成され、
場合によっては先＃ｌシのシェルによって形成されても
よい。コントラクタ３の内側面は先細りのシェル５によ
り形成される。軸流ガスタービンのシャフト６はコント
ラクタ３に同軸的に配設され、発電機（図示せず）に連
結される。

軸流ガスタービンの翼７は、ガス流に対してコントラク
タ３の下流側に配置される。翼７は、一端がシェル５に
固定され、他端がハウ・ジンク１に固定された固定案内
翼８と、シャフト６に取付けられた可動翼９とを有する
。

軸心４に沿ってガス流に対して翼７のさらに下流側按は
、デイフユーザ１０が配設される。このディフーーデの
外側面はハウジング１により形成され、あるいは先細シ
シエルにより形成されてもよい。ディ７、−デ１０の内
側面は軸心４に沿って配設された先細シシエルＩＩＫよ
シ形成される。

本発明の軸流ガスタービンは、洗浄液をその内部に供給
する手段１２を備える。手段１２は、固定翼８と可動翼
９０表面と細流〃スタービンの他の要素の表面とにたま
る塵埃堆積物から翼５を清浄に保つようになっている。

洗浄液を供給する手段１２は、本実施例において、円周
上に等間隔であって軸心４の周シに対称に配置された１
２個の流路１４を有するダイヤフラム１３を備える。

本発明の他の実施例において、ダイヤフラムは１つの流
路、例えば中心として軸心４を有する環状の流路を有す
るものでもよい。

ダイヤフラム１３は、ハウジングｌを越えて延びるよう
に模式的に示されている。

ダイヤフラム１３は、ガス流に乱れを与え、したがって
塵埃粒子を洗浄液滴に強く凝結させるようになっている
。

流路１４は、これらの外縁部すなわち軸心４から最も遠
くにある縁部がディフ二−デ１０の外側面と同じ高さに
位置し、かつ内縁部す々わち軸心４に最も近い縁部がデ
ィ７エーデ１０の内側面と同じ高さに位置するように、
ダイアフラム１３Ｖｃ形成される。流路１４０間に形成
されたダイアフラム１３のリプ（図示せず）は、流路１
４内のガス流をスムーズに流入および流出させるために
、丸く成形される。

流路１４の全断面積は、流路１４内のガス流速が約８０
情／秒　よシ大きくなるように選定される。

しかし、他のガス流速が本発明の他の実施例忙おいて可
能である。

ガスの流速度が約８０情／秒まで増加すると、ガス流に
強い乱れが与えられ、この乱れは各ガス分子の周囲に吸
収され、かつ凝結を阻止するガスの覆いを破壊するとと
もに、塵埃を洗浄液滴と強く凝結させる。

流路１４は６００ｍの長さである。しかし、本発明の他
の実施例として、他の長さの流路を有してもよい。６０
０ｍ長さの流路と約８０毒／秒の速度のガス流により、
各流路１４における塵埃粒子と洗浄液滴の滞留時間は、
それらの凝固に充分表ものと女る。流路１４の長さは、
流路１４内のガス流に与えられる乱れがガス流が流路１
４の外に流出した後も残るということを考慮して６００
−に等しく選定される。

本発明はまた、固定されたものと軸心１４の周シに回転
する可動のものとの、複数のダイヤフラムを用いること
も含む。可動のダイヤフラムを反転させることにより、
流路を部分的あるいは完全に遮断する。

流路の遮断は、軸流ガスタービン容量を制御して操作モ
ードを変えたシ停止させたシするのに用いられる。

手段１２は、軸流ガスタービンの軸心４に沿っ　　　。

てダイヤフラム１３から距離りだけ上流に配置されたア
トマイザ１５を有する。距離りはアトマイザのノズル出
口断面から、ガス流に対してダイヤフラム１３の前面ま
での距離である。

ここで、 Ｌは、アトマイザ１５とダイヤフラム１３の間の距離で
あシ、本実施例において３５００■に等しい。

Ｄは、流路１４の外縁を横切るダイヤフラムの直径であ
り、本実施例において１３００ｓａ＊に等しい。

ｋは、０．２〜０．７　Ｋ等しい、実験的に求められる
係数であシ、本実施例においては０．４に等しい。

αは、アトマイザのスプレーの円錐角であシ、本実施例
では５０°に等しい。

ダイヤフラム１３から距離りの所にアトマイザ１５を配
設する仁とにより、洗浄液の円錐状スプレーを得ること
が可能になる。このスプレーの直径は、ダイヤフラム１
３の前面において、実験によ）示されるように、軸心４
に関するダイヤフラム１３の流路１４の外縁部の直径に
実質的に等しい。

アトマイザ１５をダイヤフラム１３に対してそのように
配置することにより、洗浄液滴が軸流ガスタービンのハ
ウジング１の壁面から剥離することが阻止され、また、
洗浄液滴を各流路１４の全断面にわた９てダイヤフラム
１３の流路１４内において均一に集中させることができ
る。

従来の遠心型のアトマイザをアトマイザ１５として用い
てもよい。遠心型のアトマイザは円錐状スプレーを形成
し、このスプレーの軸心４を横切る部分はダイヤフラム
１３の流路１４に及ぶリング状に形成され、流路１４の
外縁部を越えるダイヤフラム１３の領域と流路１４の内
縁部と交叉する直径を有する領域とは実質的に円錐状ス
プレーが表い。

洗浄液を供給する手段１２は公知の洗浄液供給管１６を
有する。この供給管は図中二重の細線で表わされ、本来
、参照符号１７で示されたタンクである洗浄液供給源１
７に連結される。

タンクカッ々−１８は、タンク１７内の洗浄液面上の空
間を大気に連通させるようになっている、公知の構成の
パイｆ１９を有する。供給管１６は電動モータ（図示せ
ず）Ｋよシ駆動されるポンプ２０に連結する。Ｉフグ２
０および電動モータは、目的に合致する公知の構成のも
のでもよい。

アトマイザ１５への接続部分から遠く危い所に、供給管
１６はこの管１６内の洗浄液の圧力を計測するとともに
監視するため、公知の構成の装置２１を有する。

供給管１６からアトマイザ１５へ通過する洗浄液の流れ
に対してポンプ２０の下流には、３つのゲートバルブ２
２，２２，２３を有するＴピースが取付けられる。その
うち、目的に合致した公知の構成の２つの電動式ダート
バルブ２２は、供給管１６を開閉するようになっている
。また公知の構成の第３の電動式ゲートパルプ２３は、
２つのダートパルプ２２に制限されて供給管１６の一部
を大気に連通させるパイプ２４に配設される。ダートパ
ルプ２３は／ＩＰイア＃２４を開閉するようになってい
る。

目的に合致した公知の構成の手動式パルプ２６を有する
バイパス・量イブ２５が設けられる。バイパスノンイブ
２５はダートパルプ２２とポンプ２０との間に位置する
供給管１６の一部を洗浄液供給源１７に連通させる。

パイノ臂ヌノタイゾ２５は供給管１６内の洗浄液圧を調
節するようになっている。

目的に合致した公知の構成のチェ、り弁２７が、アトマ
イザ１５へ向かう洗浄液の流れに対してゲートバルブ２
２の下流側に設けられる。チェ、り弁２７は、洗浄液の
圧力が軸流ガスタービンのハウジング１内のガス流の圧
力よシも下った時、供給管１６を閉塞するようになって
いる。

洗浄液を供給する手段１２は、′電気的に作動するダー
トパルプ２２，２３、ポンプ２０および装置２１に電気
回路を介して接続される制御ユニット２８を設けられる
。また、電気回路（図示せず）を介して制御ユニット２
８に接続される軸流ガスタービンを制御するためのユニ
、ト２９が設けられる。

制御ユニｙト２８，２９は、目的に合致した公知の構成
を有し、ダートパルプ２２，２３、ｙｊ？ング２０、お
よび電気回路を介してこれらに接続された装置２１を制
御し、また軸流ガスタービンを制御するために用いられ
る。

電気回路は図中一本の細い線で示される。

ｒ−トパルプ２２，２３、チェ、り弁２７、制御ユニ、
ト２８は、有毒な溶鉱炉ガスが細流ガスタービンの設け
られた区域に侵入するのを排除することを可能にする。

軸流ガスタービンは、洗浄液から形成された凝固物を集
めて排出するようになっている適当な公知の構成のホッ
トウェル３０を有する。

〔作　用〕

本発明に係る軸流ガスタービンは、次のように作用する
。

軸流ガスタービン作用の工程４ｃｂいて、溶鉱炉排出ガ
スは軸心４に沿ってハウジング１に入シ込む。ガス流は
ダイヤフラム１３の流路１４を通過して加速される。ダ
イヤフラム１３の下流において、ガス流はコントラクタ
３へ進み、そして軸流ガスタービンの翼下へ流動する。

ガス流が固定案内翼８および可動翼９と相互作用する結
果、流動エネルギはシャフト６の回転の・機械工ネルイ
に変換する。シャフト６の回転の機械エネルギは、発電
機の電気工ネルイーに変換される。

洗浄液を供給する手段１２は、制御ユニット２８の押が
タン（図示せず）を押すことにより作動される。

他の実施例において、洗浄液を供給する手段１２は、軸
流ガスタービン制御ユニット２９により与えられる指令
により始動してもよい。手段１２を始動させるための指
令は、軸流ガスタービンが動作モードを維持していれば
、通過するだけであってもよい。軸流ガスタービンの動
作モードの情報は、電気回路を介して制御ユニット２９
から制御ユニット２８へ供給される。

洗浄液を供給する手段１２を始動させるに際し、動作の
項序は次のとおりである。

制御ユニット２８から自動的に与えられた指令によりポ
ンｆ２０が始動し、ダートパルプ２３が閉塞し、ダート
パルプ２２が開放する。洗浄液はアトマイザ１５に供給
されて霧化される。軸流ガスタービンはダイヤフラム１
３から距離りの所に配設された遠心式アトマイザ１５を
有するので、洗浄液滴の移動経路は、実質的に、流路１
４の外縁部と交叉する直径と流路１４の内縁部と交叉す
る直径とにより形成される領域内において、ダイヤフラ
ム１３を横切る。

洗浄液滴のこのような移動経路により、軸流ガスタービ
ンのハウジング１の壁面と、流路１４の内縁部と交叉す
る直径により規定されるダイヤフラム１３の領域の一部
とにおいて洗浄液滴が剥離するのを実質的に防止する。

同時に、流路１４内において洗浄液滴の集中度が減少す
る区域もない。

流路１４において、ガス流の速度は約Ｓｏｎ／秒の大き
さ以上に増加し、すなわち、強い乱れがガス流に付与さ
れる。その結果、ガス流の中に含まれる塵埃粒子は、塵
埃粒子が洗浄液滴と凝結するのを阻止する吸収ガスの覆
いを破壊する。

これにより、塵埃粒子が洗浄液滴と強く凝結する。洗浄
液滴の中に含まれる塵埃粒子は、固定案内翼８と可動翼
９の表面に付着する性質を相当程度失なう。

概して、コントラクタ３の入口における液滴の速度はダ
イヤフラム１３０入口におけるものよシも大きい。液滴
の速度の増加のみにより、翼７の要素の表面における塵
埃の堆積を破壊する能力が改善される。

コントラクタ３を通過すると、洗浄液滴はガス流と塵埃
粒子の中に均一に分散され、それらの大部分は、実験が
示すように、洗浄液滴と凝結し、翼７に入シ込む。

翼の上流のガス流における洗浄液の均一な分散と、塵埃
粒子の洗浄液滴との凝結したがってこれらの付着力の喪
失と、塵埃の堆積を破壊する能力を改善するために１洗
浄液滴の速度をガス流の速度にほぼ等しくすることと、
翼の要素の侵食損傷をひき起こすかもしれない翼の入口
における洗浄液滴の強く集中した区域をなくすために洗
浄液流速を増加させる可能性とは、翼の要素上、塵埃の
かなシ強い堆積が生じる特に固定案内翼上に、塵埃が堆
積するのを阻止することを可能ならしめる要因である。

軸流ガスタービン内に形成された凝結は、ホットウェル
３０内に蓄積され、公知の方法でそこから排出される。

洗浄液の供給は、軸流ガスタービンが無負荷運転に変わ
るとすぐに、自動的に遮断される。細流ガスタービンの
無負荷運転の情報は、制御ユニット２９から制御ユニッ
ト２８へ与えられる。制御ユニット２８からの指令によ
り、ダートパルプ２２．２３およびポンプ２０は上述し
たのとは反対の順に作用する。

翼７を塵埃の堆、債から清浄にするため、洗浄液は、上
述したように連続的に供給するだけでなく間欠的に供給
されてもよい。洗浄液を間欠的に供給する必要性は塵埃
の堆積の性質によって決定される。

〔発明の効果〕

本発明に係る実験的な細流ガスタービンは、信頼性の高
い作用を示す実験を首尾よく終えた。

こζに開示された軸流ガスタービンは、高い技術的経済
的性能を有し、作動が単純かつ信頼性の高いものである
。−

【図面の簡単な説明】

図は本発明による軸流ガスタービンの縦断面を概略的に
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流れの中にコントラクタ（３）と翼（７）を備え、
   これらの中へ洗浄液を供給する手段（１２）を有する軸
   流ガスタービンにおいて、洗浄液供給手段（１２）は、
   コントラクタ（３）の入口に配設され、塵埃粒子をガス
   流の中の洗浄液滴と凝結させるに充分な断面積と長さを
   有する少なくとも１の流路を有するダイヤフラム（１３
   ）と、軸流ガスタービンの軸心（４）に沿ってダイヤフ
   ラム（１３）より距離Ｌ＝Ｄ／［２ｋ・ｔａｎ（α／２
   ）］だけ上流に配設されたアトマイザ（１５）とを備え
   、ここで Ｌはアトマイザとダイヤフラムの間の距離、Ｄはダイヤ
   フラムの流路の外縁部と交叉する直径、ｋは０．２〜０
   ．７に等しい、実験により定まる係数、αはアトマイザ
   の円錐状スプレーの角度 である軸流ガスタービン。 ２、アトマイザ（１５）が遠心型アトマイザである特許
   請求の範囲第１項記載の軸流ガスタービン。