JPH0447391Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はガスタービン発電装置、特にガスター
ビンの回転トルクを直接発電機に伝達するガスタ
ービン発電装置に関するものである。

［従来の技術］ 商用周波数電源が簡単に入手できない隔離地あ
るいは屋外、山間部等での一時的な電力の使用そ
して停電時における緊急用電源として各種の発電
機が有用であり、各種のエンジン、例えばガソリ
ンエンジン、ジーゼルエンジンなどのレシプロエ
ンジンを用いて発電機を駆動する装置あるいはガ
スタービンエンジンで発電機を駆動する装置が実
用化されている。

このような従来におけるエンジンにて駆動され
る発電機の場合、その発電出力の周波数が発電機
の回転速度に依存するという問題があり、特に、
商用周波数電源に適合して作られた各種電気機器
を作動させるためには、発電機出力を通常の商用
周波数に制御することが重要な課題となる。

前述したレシプロエンジンを駆動源とした場
合、商用周波数を得ることは比較的容易であり、
第２図に示されるように、レシプロエンジン１０
はその給配器と燃料Ｇの供給制御により比較的低
い、例えば数千rpmの回転出力を提供することが
でき、このレシプロエンジン１０に発電機１２を
直結すれば、その出力端子１４Ｕ，１４Ｖ，１４
Ｗにはほぼ安定した商用周波数の３相出力を得る
ことができる。

しかしながら、発電機の駆動源としてガスター
ビンエンジンを用いた場合、周知のように、この
ようなガスタービンエンジンは高速回転したとき
に効率の良い回転を行うので、発電機自体の出力
が通常の商用周波数より著しく高い周波数の出力
となつてしまうという問題があつた。

従つて、従来におけるガスタービンエンジンを
用いた発電装置では、10000〜10数万rpmで回転
するガスタービンエンジンに減速機を組み込み、
発電機の回転数を数千rpmまで低下させることが
行われている。

第３図には従来における１軸型ガスタービンエ
ンジン１６を用いて発電機１２を回転する装置が
示されている。ガスタービンエンジン１６はそれ
自体主軸１８にて直結されているタービン２０と
コンプレツサ２２とを含み、周知のようにコンプ
レツサ２２により圧縮された吸気は燃焼器２４に
て燃料供給Ｇを受け、この燃焼ガスがタービン２
０を回転させて排気される。従つて、この主軸１
８は高速回転しており、これを減速歯車２６，２
８にて減速した後に発電機１２を回転する。

従つて、発電機１２の出力１４Ｕ，１４，１４
Ｗからは減速されたほぼ所要周波数の出力を得る
ことが可能となる。

第４図は従来におけるガスタービンエンジンを
用いた発電装置であるが、２軸型ガスタービン２
９が用いられている。

この２軸型ガスタービンエンジン２９によれ
ば、コンプレツサ２２はコンプレツサタービン３
０によつて駆動され、コンプレツサタービン３０
を出た燃焼ガスがその下流においてパワータービ
ン３２を回転してその軸３４から減速器を介して
発電機１２を回転駆動する。この２軸型ガスター
ビンを用いた発電装置においても、同様に減速器
を用いなければ所望の所要周波数電源を得ること
ができない。

そして、このような減速器は発電効率を著しく
低下させ、また減速器自体の磨耗、ノイズ発生な
どの各種の問題を有しており、発電装置としての
有用性を著しく低下させていた。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、数1000rpmで回転する発電機は高周波
発電機に比較してその容積及び重量が増大すると
いう問題があつた。

一般に発電機出力Ｐは Ｐ＝KD²LN で示され、ここに、Ｋ；定数、Ｄ；発電機ロー
タ径、Ｌ；発電機ロータ長そして、Ｎ；発電機回
転数とする。

従つて、前記回転数Ｎを数千rpm以下に抑制す
る場合、所望の出力Ｐを得るためにはD²Ｌの大
きなすなわち大形で大重量の発電機を用いなけれ
ばならず、小型で可搬型の発電装置を得ることが
できないという問題があつた。

一方、このような従来の各種問題に対して、従
来の改良された装置として、特開昭54−11421で
示される高速タービン発電装置が提案されてい
る。

この装置によれば、高速タービンを発電機に直
結し、その高周波発電力を一旦整流器にて直流に
変換し、更にこの直流をインバータにて商用周波
数に逆変換することを特徴とし、これによつて、
減速器などを用いることなくガスタービンを発電
機に直結し、また発電機自体も小型の装置として
構成することができる。

しかしながら、前述した従来装置において、発
電機を駆動させるときには発電機の出力コイルに
３相交流を流してスタータとしているが、この場
合、バツテリの直流電力を３相交流に変換するイ
ンバータが必要となる。このため、スタータ系の
トータル効率が低くなり通常の40Ah程度のバテ
ツリ容量では起動速度が遅いという問題があつ
た。

すなわち、従来では40Ah程度の容量を持つバ
ツテリが必要であり、通常の40Ah程度のバテツ
リ容量では１，２回の起動しか行なえず、良好に
エンジンを起動することが出来なかつた。

また、バツテリ容量を40Ahとするために、従
来では多数個のバツテリを必要としており、発電
機の小型化が図れないという問題があつた。

考案の目的 本考案は、上記従来の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は、通常の運転時において、高回転
数であるガスタービンエンジンの起動ができ、か
つ全体として小型軽量なガスタービン発電機を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本考案は、コンプ
レツサから吸い込まれた空気を燃焼し、燃焼ガス
によりタービンを回転するガスタービンエンジン
と、高周波発電機とを直結してガスタービンエン
ジンの回転数をそのまま高周波発電機に伝達する
ガスタービン発電機において、ガスタービンエン
ジンのコンプレツサ内より延出するガスタービン
エンジンの主軸とこのガスタービンエンジンの主
軸と高周波発電機の主軸との間に設けられ、両端
がスプライン嵌合によつて前記両主軸に接続され
た中間軸と、この中間軸に噛み合わされ、回転数
を低下するためのギア系と、このギア系に接続さ
れたガスタービンエンジンおよび高周波発電機を
動作させるために必要な補器およびスタータモー
タと、を有することを特徴とする。

［作用］ 以上の構成によれば、ガスタービンエンジンと
高周波発電機を直結しているため、ガスタービン
エンジンの回転力をそのまま高周波発電機に伝達
することができる。そして、ガスタービンエンジ
ンの主軸と発電機の主軸との間に中間軸を設け、
この中間軸にギア系を介し、補器及びスタータモ
ータを接続している。そこで、発電機をガスター
ビンエンジンに直結するにもかかわらず、補器及
びスタータモータにおける回転数を低回転数に押
さえることができ、補器及びスタータモータを効
率的に運転することができる。

また、中間軸は、両端にスプライン嵌合部をも
つており、これにより、ガスタービンエンジンに
おける主軸の揺動を吸収することができ、発電機
における主軸の揺動等を減少することができる。
更に、オイルポンプ、燃料ポンプ等の補器を主軸
の回転によつて中間軸を介して駆動するため、こ
れらポンプの駆動手段を別途設ける必要がなく、
特に主軸方向において小型のガスタービン発電装
置を得ることができる。更に、ガスタービンエン
ジンの主軸は、吸気を行つてコンプレツサ側から
伸びている。そこでコンプレツサに吸引される外
気によつて主軸を冷却することができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本考案の好適な実施例を説
明する。

第１図には本考案の好適な実施例が示されてお
り、ガスタービンエンジン４０の主軸４２は軸受
４４ａ，４４ｂにて支持されている。この主軸４
２にはタービン４６及びコンプレツサ４８が接続
されており、コンプレツサ４８により吸込まれ圧
縮された空気は燃焼器５０に導かれる。そして、
この燃焼器５０では燃焼ガスと空気とが混合して
燃焼し、タービン４６にトルクを与えて回転さ
せ、例えば、86000rpmの高速にて回転させる。

また、高周波発電機５２の主軸５４にはロータ
５６が設けられており、ガスタービンエンジン４
０の回転力は直接主軸５４に伝えられロータ５６
を回転させる。

本考案において特徴的なことは、ガスタービン
エンジンと高周波発電機との間に中間軸及びギア
系を設けたことであり、中間軸５８はガスタービ
ンエンジン側ではスプライン４２ａと５８ａとを
カツプリング６０に嵌入し、一方高周波発電機側
では中間軸５８の内スプライン５８ｂにスプライ
ン５４ａを嵌入することにより接続される。ま
た、中間軸５８にはギア系が噛み合わされてお
り、中間軸ギア５８ｃには第１ギア６２、第１ギ
ア６２と同軸にある第２ギア６４には第３ギア６
６、第３ギア６６には第４ギア６８が噛み合わさ
れている。そして、第４ギアのギア軸６８ａには
スタータモータ７０が接続されている。

ここで、第２ギア６４の回転数は第３ギア６６
にて、3.7倍に上げられ、中間軸ギア５８ｃの回
転数は第１ギア６２にて５倍に上げられる。従つ
て、スタータモータ７０の回転数は低い回転数で
ガスタービンエンジン４０をスタートさせること
ができる。

このように、ガスタービンエンジン４０と高周
波発電機５２との間にこれらギア系を設けている
ので、ギア系には発電機負荷がかからない構造と
なり、ギア比を大きくしても小さいギアの組合せ
にてエンジンの起動が可能である。従つて、この
中間軸５８を含むギア系はアクセサリギアボツク
スとして非常に小型、軽量に制作できる。

なお、ガスタービンエンジン側のケーシング７
２にはインロー７４ａが嵌合して、これにより中
間軸５８の中間軸ケーシング７４が位置づけ固定
されており、中間軸５８はガスタービンエンジン
の主軸４２と同軸上に精度良く取付られる。ま
た、高周波発電機側のケーシング７６インロー７
６ａは中間軸ケーシング７４により位置づけ固定
されており、この結果、ガスタービンエンジンの
主軸４２と中間軸５８と高周波発電機の主軸５４
との三者が同軸上に精度良く取付けられている。

以上の構成によれば、ガスタービンエンジンの
回転力をそのまま高周波発電機に伝達することが
でき、減速機等による損失のない効率の良い発電
を行うことができる。そして、このようにして発
電された電力を直流に変換することにより、バツ
テリ等に電力を蓄えることができる。そして、中
間軸に接続したギア系を介し、スタータモータが
接続されているため、スタータモータにおける回
転数を低回転数に押さえることができ、スタータ
モータの効率的な運転を行うことができる。特に
この構成によれば、通常の容量のバツテリによつ
てスタータモータ７０を駆動することができ、容
易にガスタービンエンジン４０の起動を行うこと
ができる。

更に、中間軸５８は、ガスタービンエンジン側
では、スプライン４２ａと４５ａをカツプリング
６０に嵌入し、一方、高周波発電機側では中間軸
５８のうちスプライン５８ｂにスプライン５４ａ
を嵌入することにより接続されている。そこで、
このスプラインによつてガスタービンエンジンの
主軸の揺動が吸収され、発電機の主軸に伝達され
ることがない。そこで、発電機に対する悪影響を
除去することができる。また、中間軸５８の側方
にギア系を介し、オイルポンプ８０、燃料ポンプ
８２、スタータモータ７０を接続しているため、
主軸方向においてガスタービン発電装置を小型に
することができる。

また、実施例では前記ギア系にガスタービンエ
ンジンを動作させるのに必要な補器を接続して、
補器の運転を行なわせており、図に示されるよう
に、第３ギア系６６のギア軸６６ａの両端にオイ
ルポンプ８０と燃料ポンプ８２が取り付けられて
いる。

カスタービンエンジンの定格運転時において、
このギア系により補器を作動させた場合、その動
力は高周波発電機負荷の３％程度であり、中間軸
５８に与える荷重は非常に小さくガスタービンエ
ンジン４０の高速回転には何ら影響を及ぼすこと
はない。従つて、補器用駆動のためにモータ等が
必要なく、またこの駆動のためのバツテリ等も用
いることなく、補器を良好に動作させることがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本考案によれば、ガスタ
ービンエンジンにおける主軸の揺動及び熱の発電
機、補器及びスタータモータへの伝達を低減する
ことができる。このため発電機、補器及びスター
タモータの作動不良を防止することができるとと
もに、特にガスタービンエンジンの主軸方向にお
いてガスタービン発電装置を小型にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るガスタービン発電装置の
好適な実施例を示す主要断面図、第２図は従来の
レシプロエンジンを用いた発電装置の概略図、第
３図は従来の１軸型ガスタービンエンジンを用い
た発電装置の概略図、第４図は従来の２軸型ガス
タービンエンジンを用いた発電装置の概略図であ
る。 ４０……ガスタービンエンジン、４２……主
軸、５２……高周波発電機、５４……主軸、５８
……中間軸、６２……第１ギア、６４……第２ギ
ア、６６……第３ギア、６８……第４ギア、７０
……スタータモータ、８０……オイルポンプ、８
２……燃料ポンプ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 コンプレツサから吸い込まれた空気を燃焼し、
   燃焼ガスによりタービンを回転するガスタービン
   エンジンと、高周波発電機とを直結してガスター
   ビンエンジンの回転数をそのまま高周波発電機に
   伝達するガスタービン発電装置において、 ガスタービンエンジンのコンプレツサ内により
   延出するガスタービンエンジンの主軸と、 このガスタービンエンジンの主軸と高周波発電
   機の主軸との間に設けられ、両端がスプライン嵌
   合によつて前記両主軸に接続された中間軸と、 この中間軸に噛み合わされ、回転数を低下する
   ためのギア系と、 このギア系に接続されたガスタービンエンジン
   および高周波発電機を動作させるために必要な補
   器およびスタータモータと、 を有することを特徴とするガスタービン発電装
   置。