JPS6140428A

JPS6140428A - ガスタ−ビン

Info

Publication number: JPS6140428A
Application number: JP16309984A
Authority: JP
Inventors: Rikuhiro Shirahane; 白羽　陸宏; Kenji Mori; 建二森; Kenji Hamabe; 濱辺　謙二
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-08-01
Filing date: 1984-08-01
Publication date: 1986-02-26
Also published as: JPH0475371B2

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）この発明は、ガスタービンのコンプレッサとタービンの
新規な配置に関するものである。

（従来技術）一般に、ガスタービンは、コンプレッサで圧縮した空気
のような流体を燃焼器で燃焼させ、この燃焼した流体に
よりタービンを回転駆動するようになっているのである
が、従来のガスタービンは、上記コンプレッサのロータ
とタービンのロータとが別個に形成され、両者を軸方向
に並べて配置していたので・、全体の容量、特に軸方向
の長さが大きくなるは避けられなかった。したがって、
小型化するにも限度があり、船舶等、狭い場所への設置
が困難な場合が多い。

（発明の目的）この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
、コンプレッサの外周にタービンを配置するという画期
的な発想により、ガスタービンの小型化を実現すること
を目的とする。

（発明の構成）上記目的を達成するために、この発明は、コンプレッサ
のロータの外周に、コンプレッサのロータと同心状の仕
切部材を介してタービン翼な設けることにより、コンプ
レッサの外周にタービンを配置した構成とし、タービン
用のディスクを省略して、小型、軽量化を図っている。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

′第１図は、この発明を軸流型のガスタ・−ビンに適用
した第１の実施例を示す。

同図において、ケーシング１１に、図示しない軸受を介
して回転軸１２が支持されている。コンプレッサ１３は
、１０段のロータ１４を有しており、各ロータ１４は、
ディスク１５と、−一でディスク１５の外周に植設され
たコンプレッサ翼１６とからなる。各段のロータ１４の
ディスク１５は、上記回転軸１２にスプライン嵌合され
て１回転軸１２に対し回転不能に結合されている。さら
に、各ロータ１４は、筒体１７に支持されて、補強され
ている。

また、上記コンプレッサ翼１６の各段間に位置して、ケ
ーシング１１に静′ｒＡ１８が固定されている。各静翼
１８の内周の脚部１９は、上記筒体１７の外周にシール
部材２０を介して摺接している。

上記１０段のロータ１４のうち後段側の３段のロータ１
４は、第２図に示すように、その外周にロータ１４と同
心状の環状の仕切部材２２が設けられ、この仕切部材２
２の外周にタービンχ２３が設けられている。上記ロー
タ１４、仕切部材２２およびタービン翼２３は、この例
では、鋳造により一体形成されている。

こうして、第１図のコンプレッサ１３の外周に３段構造
のタービン２４が配置されている。タービン″１１２３
の各段間に位置してケーシング１１には、やはり、静翼
２５が固定されている。

２７はアニユラ型もしくはキャン型の燃焼器で、コンプ
レッサ１３からの圧縮流体、たとえば圧縮空気ａを、燃
焼器２７の内部に取り込んで、燃料噴射ノズル２８から
噴射される燃料によりＥ記圧縮空気ａを燃焼させ、得ら
れた燃焼ガスｂをタービン２４へ供給する。燃焼ガスｂ
は、タービン２４のタービン翼２３、すなわちコンプレ
ッサ１３のロータ１４を回転駆動し、排気ダクト２９か
ら外部へ排出される。

第３図に示すように、上記コンプレッサ！１６の下流部
と仕切部材２２の内周面には、空気の吸込孔３１が設け
られるとともに、タービン翼２３の下流部には、空気の
吹出孔３２が設けられ、さらにコンプレッサ翼１６．仕
切部材２２およびタービン翼２３の内部に、上記吸込孔
３１と吹出孔３２間を接続する連通路３３が形成されて
いる。これにより、コンプレッサｉ１６の下流部に生じ
る境界層を、吸込孔３１から吸い込んで境界層制御を行
なう一方で、吸込んだ空気を、連通路３３を通したのち
タービン翼２３の吹出孔３２から吹き出すことにより、
タービン式２３の内部冷却を行なっている。

上記構成によれば、つぎのような効果がある。

（１）第１図に示したように、コンプレッサ１３の外周
にタービン２４が配置されているから、コンプレッサと
タービンを軸方向に並べた従来のガスタービンと比べて
、タービン２４の分だけ他方向の畏さが短縮される。

（２）コンプレッサ１３のロータ１４の外周にタービン
翼２３が設けられているから、タービン翼２３を取り付
けるためのディスク（ロータ１４のディスク１５に相当
するもの）が不要になるので、それだけ、軽量化および
部品点数の低減が実現される。

（３）高温の燃焼ガスｂは、コンプレッサ１３の外周を
通るので、回転軸１２とその軸受（図示せず）が、コン
プレッサ１３により高温の燃焼ガスｂから隔離される形
となるから、回転軸１２とその軸受の高温による劣化が
防止される。

（４）燃焼器２７は、従来のようにコンプレッサとター
ビンの間に挾まれるのではなく、タービン２４の軸方向
外方に取り付けられるので、燃焼器２７が外部に露出す
る形となるから、燃焼器２７の分解および点検が容易で
ある。

（５）仕切部材２２が、コンプレッサ１３内を通る低温
の圧縮空気ａにより冷却される。仕切部材２２はタービ
ン翼２３の翼根を支持する部材であり、このタービン翼
２３は大きな遠心力が受けるので、仕切部材２２にはこ
の遠心力による大きな応力が発生する。しかも、仕切部
材２２は、常にタービン２４内の高温の燃焼ガスｂにさ
らされて高温になっている。したがって、上記した仕切
部材シ２の笥却により、仕切部材２２の強度の低下を防
止できる。

（６）コンプレッサ１３を通る圧縮空気ａとタービン２
４を通る燃焼ガスｂとは、仕切部材２２によって隔離さ
れているわけであるが、各ロータ１４におけるコンプレ
ッサ１３側の通路゛め１力とタービン２４側の圧力とを
比較すると、コンプレッサ１３側の圧力の方が若干大き
くなる。したがって、第３図に示すように、若干の圧縮
空気が上記仕切部材２２を通ってコンプレッサ１３から
タービンへ漏れるのは、構造上避けられない、ところが
、この漏れ空気Ｃは、いわゆるフィルム冷−却として働
き、仕切部材２２を冷却する効果がある。その結果、仕
切部材２２の冷却が一層効果的になされ、仕切部材２２
の強度がさらに向上する。

（７）第１図の排気ダクト２９からの、排気が前向き（
図の左向き）となるので、排気ダクト２９をコンプレッ
サー３の外周に配置することができ、これによって、ガ
スタービン全体の軸方向長さを一層短縮できる。

（８）コンプレッサー３のロータ１４と、仕切部材２２
と、タービン２４のタービン！Ａ２３とを一体的に鋳造
すれば、製造コストを低減できる。

（９）第３図に示したように、コンブレツナ翼１６およ
び仕切部材２２から空気の吸込みを行ない、それをター
ビン翼２３から吹き出すようにすれば、境界層制御（吸
込み）によりコンプレッサー３の効率が向上するととも
に、タービン翼２３の内部冷却によりタービン翼２３の
耐熱性が向上する。

第４図は、この発明を遠心型のガスタービンに適用した
第２の実施例を示す。

同図において、コンプレッサー３は、２段の遠、１６型ロータ１４Ａを備えており、これら２段のロータ１
４Ａ間に位置してケーシング１１に、ガイドｙＸ３５が
固定されている。上記各ロータ１４Ａは、ディスクＬ５
Ａと、このディスク１５Ａの外周に植設されたコンプレ
ッサ翼（インペラ）１６Ａとからなる。後段のロータＬ
４Ａの外周には、このロータ１４Ａと同心状の仕切部材
２２Ａを介して、タービン翼２３Ａが設けられており、
これによって、コンプレッサ１３の外周にタービン２４
が配置されている。この詳細をｉ５図に示す、ロータ１
４Ａ、仕切部材２２ＡおよびタービンＦＥ　２３　Ａは
、この例では、鋳造により−・体形成されている。

第４図に示すコンプレッサ１３からの圧縮空気ａは、燃
焼器２７内で燃料噴射ノズル２８から噴射される燃料と
混合されて燃焼し、燃焼ガスｂとなってタービン２４に
入り、タービン２４のタービン１２３Ａ、ｉなわちコン
プレッサ１３のロータ１４Ａを回転駆動し、排気ダクト
２９から外部へ排出される。

また、第３図に示したのと同様に、コンプレッサ’５１
６　Ａ　、仕切部材２２Ａおよびタービン翼２３Ａに、
吸込孔３．１．吹出孔３２および連通路３３をそれぞれ
設け、これによって、コンプレッサｙ！１６Ａおよび仕
切部材２２Ａがら空気の吸込みを行ない、それをタービ
ン翼２３Ａから吹き出すようにして、コンプレッサｊ！
ｌ　６Ａの境界層制御（吸込み）と、タービン’Ａ　２
３　Ａの内部冷却とを行なうこともできる。

一ヒ記第４図および第５図に示した第２の実施例も、ｆ
ｆ１ｌの実施例と同様に、上記（１）ないしく９）の効
果を奏する。

第６図は、この発明を軸流型と遠心型とを合わせたタイ
プのガスタービンに適用した第３の実施例を示す。

同図において、コンプレッサ１３は、前段部および中段
部が軸流型で、後段部が遠心型である。

上記中段部のロータ１４の外周には、仕切部材２２を介
して軸流型のタービン翼２３が設けられており、その構
造は、第２図に示したのと同様である。後段部のロータ
１４Ａの外周には、仕切部材２２Ａを介して遠心型のタ
ービン翼２３Ａが設けられており、その構造は、第５図
に示したのと同様である。これによって、コンプレッサ
１３の外周にタービン２４が配置されている。ロータ１
４Ａ、仕切部材２２Ａおよびタービン２２３　Ａは。

との例では、鋳造により一体形成されている。

また、第３図に示したのと同様に、コンプレッサ翼１６
，１６Ａおよび仕切部材２２，２２Ａがら空気の吸込み
を行ない、それをタービン翼２３．２３Ａから吹き出す
ようにして、コンプレッサ翼１６，１６Ａの境界層制御
（吸込゛み〕と、タービン翼２３．２３Ａの内部冷却と
を行なうこともｔ１ｆ能である。

上記第６図に示した第３の実施例も、第１の実施例と同
様に、上記（１）ないしく９）の効果を奏する。

第７図は、この発明を軸流型のガスタービンに適用した
第４の実施例を示す。

同図において、コンプレッサ１３を出た圧縮空気ａは、
排気ダクト２９に装着された熱交換器３７を通って、燃
焼ガスｂと熱交換することにより、高温の圧縮空気ａと
なり、中間ダクト３８を通って燃焼器２７に入る。した
がって、燃焼器２７の入口での圧縮空気ａの温度が上昇
するので、ガスタービンの熱効率が向上する。タービン
２４からの燃焼ガスｂは、上記排気ダクト２９を通って
、後方（図の右方向）へ排出される。

上記第７図に示した第４の実施例は、上記（１）ないし
く５）、および（８）の効果を奏するほか、（１０）コンプレッサ１３とタービン２４とに作用する
軸方向の推力が、互いに相殺する方向に向くので１回転
軸１２に作用する推力が小さくなり、それだけ、回転軸
１２とその軸受を小型化できる効果がある。

（発明の効果）以上説明したように、この発明は、コンプレッサのロー
タの外周に、コンプレッサロータと同心状の仕切部材を
介してタービン翼を設けることにより、コンプレッサの
外周にタービンを配置した構成としたから、つざのよう
な効果を奏する。

（１）タービンの分だけ軸方向の長さが短縮される。

（２）タービン翼を取り付けるためのディスクが不要に
なるので、それだけ、軽量化および部品点数の低減が実
現される。

（３）高温の燃焼ガスは、コンプレッサの外周を通るの
で１回転軸とその軸受の高温による劣化が防止される。

（４）燃焼器は外部に露出する形となるから、燃焼器の
分解および点検が容易になる。

（５）仕切部材は、コンプレッサ内を通る低温の圧縮空
気により冷却されるので、仕切部材の強度が著しく向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す縦断面図、第２
図は同実施例の要部を示す斜視図、第３図は同実施例の
空気の抽出構造を示す縦断面図、第４図は第２の実施例
を示す縦断面図、第５図は同実施例の要部を示す斜視図
、第６図はｍ３の実施例を示す縦断面図、第７図は第４
の実施例を示す縦断面図である。１２・・・回転軸、１３・・・コンプレッサ、１４．１
４Ａ・・・ロータ、１６，１６Ａ・・・コンプレッサ翼
。２２．２２Ａ・・・仕切部材、２３．２３Ａ・・・ター
ビン翼、２４・・・タービン、２７・・・燃焼器。第１図第２図第５図４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）流体を圧縮するコンプレツサと、この圧縮された
流体を燃焼させる燃焼器と、燃焼した流体により回転駆
動されるタービンとを備えたガスタービンにおいて、コ
ンプレツサのロータの外周に、このロータと同心状の仕
切部材を介してタービン翼を設けることにより、コンプ
レツサの外周にタービンを配置したことを特徴とするガ
スタービン。