JP6685833B2 - フィルタ、吸気ダクト及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ダクト内に設けられるフィルタ、吸気ダクト及びガスタービンに関するものである。

従来、ガスタービンの空気圧縮機へ送気する空気通路に設置され、空気圧縮機に異物が混入することを防止するためのトラッシュスクリーンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このトラッシュスクリーンは、金網等を用いて製作されている。

特開平８−２９６４５４号公報

ここで、空気通路等のダクト内に設けられるトラッシュスクリーン等のフィルタにおいて金網が用いられる場合、金網の縦方向の素線と横方向の素線とが交差する部分は、溶接により固定される場合がある。ダクト内に設けられるフィルタは、ダクト内を流通する流体が渦流を形成することにより、振動する場合がある。フィルタが振動すると、金網の交差部分における溶接部が疲労し易いものとなる。

そこで、本発明は、振動による負荷を抑制することができるフィルタ、吸気ダクト及びガスタービンを提供することを課題とする。

本発明のフィルタは、ダクト内に設けられるフィルタにおいて、一方向に沿って延在して設けられると共に、複数並べて設けられる第１索状部材と、他方向に沿って延在して設けられると共に、複数並べて設けられ、前記第１索状部材に交差して設けられる第２索状部材と、を備え、前記第１索状部材が延在する一方向に直交する面で切った第１断面形状、及び前記第２索状部材が延在する他方向に直交する面で切った第２断面形状の少なくとも一方は、流線型形状であることを特徴とする。

この構成によれば、第１索状部材及び第２索状部材の少なくとも一方が、流線型形状となっているため、ダクト内を流通する流体に対して、第１索状部材及び第２索状部材の抗力を小さいものとすることができる。このため、流体による渦流の形成が抑制され、振動が低減されることにより、振動による負荷を抑制することができる。また、第１索状部材及び第２索状部材の抗力を小さくすることにより圧損を低減できることから、フィルタの下流側に圧縮機が設けられる場合には、圧縮機効率の向上を図ることができる。さらに、流線型形状となる各索状部材の流れ方向における長さが長くなることにより、流線型形状となる各索状部材の剛性が向上するため、異物がフィルタに衝突しても、損傷し難いものとなる。なお、複数の第１索状部材が延在する一方向と、複数の第２索状部材が延在する他方向とを、直交して設けることで、格子状に形成してもよい。

また、前記第１断面形状が円形状であり、前記第２断面形状が流線型形状であることが好ましい。

この構成によれば、断面が流線型形状となる第２索状部材に対して、断面が円形状となる第１索状部材を容易に交差させて配置することができるため、製造コストの抑制を図ることができる。なお、第２索状部材は、ダクト内の流れ方向に対して、抗力が最も小さくなるように配置されることがよい。また、第２断面形状のダクト内の流れ方向に直交する方向を厚さ方向とすると、第１断面形状の直径と、第２断面形状の厚さ方向における厚さとは、同じ長さに形成してもよい。

また、前記第１索状部材は、前記ダクト内の流れ方向において、前記第２索状部材の上流側に配置され、前記第１索状部材と前記第２索状部材との交差部分に形成される溶接部を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、第１索状部材と第２索状部材との交差部分を溶接により固定することができる。このとき、第２索状部材に比して抗力が大きい第１索状部材を上流側に配置することで、第１索状部材が第２索状部材側（下流側）に押し当てられ、これにより、第２索状部材により第１索状部材を支持することができる。

また、前記第２断面形状の前記ダクト内の流れ方向に直交する方向を厚さ方向とすると、前記第２索状部材は、厚さ方向に貫通形成される貫通孔を有し、前記第１索状部材は、前記第２索状部材の前記貫通孔に挿通して設けられていることが好ましい。

この構成によれば、第２索状部材の貫通孔に第１索状部材を挿通して設けることで、第１索状部材と第２索状部材との交差部分を固定することができる。また、第１索状部材と第２索状部材とが振動する場合であっても、第１索状部材が貫通孔の内面に摺接することで、第１索状部材及び第２索状部材の振動を減衰させることができる。

また、前記貫通孔は、前記第２索状部材の厚さ方向において、最も厚くなる部位に形成されていることが好ましい。

この構成によれば、貫通孔の内面を大きくすることができ、第１索状部材と貫通孔との接触面積を大きくすることができるため、第１索状部材及び第２索状部材の振動を、より好適に減衰させることができる。

また、前記第１索状部材は、撚り線であることが好ましい。

この構成によれば、第１索状部材が振動する場合、撚り線を構成する複数の素線間が摺接することで、第１索状部材の振動を減衰させることができる。

本発明の吸気ダクトは、上記のフィルタを備えることを特徴とする。

この構成によれば、フィルタの圧損を低減できることから、吸気ダクトの下流側に圧縮機が設けられる場合には、効率よく吸気を行うことができるため、圧縮機効率の向上を図ることができる。

本発明のガスタービンは、上記の吸気ダクトを備えることを特徴とする。

この構成によれば、吸気ダクトにおける吸気の効率がよくなるため、ガスタービンに設けられる圧縮機の圧縮機効率の向上を図ることができる。

図１は、実施形態１に係るフィルタが設けられるダクトを模式的に示す断面図である。 図２は、ダクト内の流れ方向から見たときのフィルタを模式的に示す正面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、実施形態２に係るフィルタの断面図である。 図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。 図６は、実施形態２のフィルタの第１索状部材の一例を示す説明図である。 図７は、実施形態３のフィルタの第１索状部材の一例を示す説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るフィルタが設けられるダクトを模式的に示す断面図である。図２は、ダクト内の流れ方向から見たときのフィルタを模式的に示す正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態に係るフィルタ１０は、ダクト１内に設けられるフィルタであって、ダクト１としては、例えば、ガスタービンの圧縮機の吸込み口に接続される吸気ダクトである。このダクト１に設けられるフィルタ１０は、外部からの異物がガスタービンの内部に入り込まないように異物を捕集する、いわゆるラストチャンスフィルタ（ＬＣＦ：Last Chance Filter）となっている。

図１に示すように、ダクト１は、その上流側の部位が水平方向に延在して設けられ、その下流側の部位が水平方向に対して下方側に向かって傾斜して設けられている。また、ダクト１は、下流側の部位の流路面積が、下流側に向かうにつれて小さくなっている。このダクト１は、その内部において空気が流通し、空気の流れ方向に直交する面で切った断面が矩形状となっている。

図１及び図２に示すように、フィルタ１０は、矩形状に形成されており、ダクト１の下流側の部位に設けられている。このフィルタ１０は、水平方向に対して斜めとなるダクト１に対して、鉛直方向に延在して設けられている。

フィルタ１０は、水平方向及び鉛直方向に複数並べて一体に設けられることで、ダクト１内を覆う所定の大きさに形成されている。図２及び図３に示すように、各フィルタ１０は、方形枠状のフレーム１１と、フレーム１１の枠内において一方向に沿って延在して設けられる第１索状部材１２と、フレーム１１の枠内において他方向に沿って延在して設けられる第２索状部材１３と、を備えている。

フレーム１１は、鉄材を用いて形成され、水平方向に沿って平行に設けられる一対の上下辺と、鉛直方向に沿って平行に設けられる一対の左右辺とにより、方形の枠状に形成されている。

第１索状部材１２は、水平方向に沿って設けられており、所定の間隔を空けて鉛直方向に複数並べて設けられている。第１索状部材１２は、例えば、ステンレス鋼を用いて形成され、水平方向に直交する面で切った断面形状（第１断面形状）が、円形状となっている。つまり、第１索状部材１２は、断面円形となる鋼線である。第１索状部材１２は、その両端部が、フレーム１１の一対の左右辺にそれぞれ接続されている。

第２索状部材１３は、鉛直方向に沿って設けられており、所定の間隔を空けて水平方向に複数並べて設けられている。第２索状部材１３は、例えば、ステンレス鋼を用いて形成され、第１索状部材１２と同じ材料を用いて構成されている。図３に示すように、第２索状部材１３は、鉛直方向に直交する面で切った断面形状（第２断面形状）が、流線型形状となっている。具体的に、第２索状部材１３の断面形状は、翼型形状となっており、空気の流れ方向の上流側が前縁側となり、下流側が後縁側となっている。つまり、第２索状部材１３は、ダクト１内の空気の流れ方向に対して、抗力が最も小さくなるように配置されている。第２索状部材１３は、その両端部が、フレーム１１の一対の上下辺にそれぞれ接続されている。

また、第１索状部材１２が水平方向に延在し、第２索状部材１３が鉛直方向に延在することから、第１索状部材１２と第２索状部材１３とは、直交して設けられることで格子状に形成されている。第１索状部材１２は、ダクト１内の空気の流れ方向において、第２索状部材１３の上流側に配置されている。そして、第１索状部材１２と第２索状部材１３とが交差する交差部分が溶接されることで溶接部が形成され、溶接部は、第１索状部材１２と第２索状部材１３とを固定している。

第２索状部材１３は、図３に示す断面において、空気の流れ方向に直交する方向を厚さ方向とすると、円形となる第１索状部材１２の断面形状における直径ｄ１と、翼型となる第２索状部材１３の断面形状における厚さｄ２とは、同じ長さに形成されている。また、直径ｄ１と厚さｄ２とを同じ長さとすると、第２索状部材１３は、空気の流れ方向における長さＬが、直径ｄ１よりも長くなる。

以上のように、実施形態１によれば、第２索状部材１３が流線型形状となっているため、ダクト１内を流通する空気に対して、第２索状部材１３の抗力を小さいものとすることができる。このため、空気による渦流の形成が抑制され、第２索状部材１３の振動が低減されることにより、振動によるフィルタ１０への負荷を抑制することができる。また、第２索状部材１３の抗力を小さくすることにより圧損を低減できることから、フィルタ１０の下流側に圧縮機が設けられる場合には、圧縮機効率の向上を図ることができる。さらに、流線型形状となる第２索状部材１３の流れ方向における長さＬが、第１索状部材１２の直径ｄ１よりも長くなることにより、第１索状部材１２の剛性が向上するため、異物がフィルタ１０に衝突しても、損傷し難いものとなる。

また、実施形態１によれば、第１索状部材１２の断面形状を円形状とし、第２索状部材１３の断面形状を流線型形状とすることで、第２索状部材１３に対して、第１索状部材１２を容易に交差させて配置することができるため、フィルタ１０の製造コストの抑制を図ることができる。

また、実施形態１によれば、第１索状部材１２と第２索状部材１３との交差部分を溶接により固定することができる。このとき、第２索状部材１３に比して抗力が大きい第１索状部材１２を上流側に配置することで、第１索状部材１２が第２索状部材１３に押し当てられることから、第２索状部材１３により第１索状部材１２を流れ方向において支持することができる。

なお、実施形態１では、第１索状部材１２の断面形状を円形状とし、第２索状部材１３の断面形状を流線型形状としたが、少なくとも一方の索状部材１２，１３の断面形状を流線型形状とすればよい。つまり、第１索状部材１２の断面形状を流線型形状とし、第２索状部材１３の断面形状を流線型形状としてもよいし、第１索状部材１２及び第２索状部材１３の断面形状を流線型形状としてもよい。

［実施形態２］
次に、図４から図６を参照して、実施形態２に係るフィルタ２０について説明する。図４は、実施形態２に係るフィルタの断面図である。図５は、図４のＢ−Ｂ断面図である。図６は、実施形態２のフィルタの第１索状部材の一例を示す説明図である。なお、実施形態２では、実施形態１と重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明し、同一の構成については、同一の符号を付して説明する。

実施形態２のフィルタ２０は、実施形態１と同様に、フレーム１１と、第１索状部材１２と、第２索状部材１３とを備えている。実施形態２において、第２索状部材１３は、厚さ方向に貫通形成される貫通孔２１を有し、第１索状部材１２は、第２索状部材１３の貫通孔２１に挿通して設けられている。

具体的に、第１索状部材１２は、実施形態１と同様に形成され、図６に示すように、断面形状が円形状となる鋼線を用いて構成されている。第２索状部材１３の貫通孔２１は、所定の間隔を空けて鉛直方向に複数並べて貫通形成されている。貫通孔２１は、中空の円柱形状に形成され、その内径が、第１索状部材１２の直径ｄ１よりも大きく形成されている。また、貫通孔２１は、第２索状部材１３の厚さが最も厚くなる部位に形成されている。このため、貫通孔２１の内面は、表面積が大きなものとなる。第２索状部材１３の貫通孔２１に挿通して設けられる第１索状部材１２は、その外周面が、貫通孔２１の内周面と接触可能となっている。このため、第１索状部材１２及び第２索状部材１３が振動する場合、第１索状部材１２の外周面と貫通孔２１の内周面とが摺接することで振動が減衰される。

以上のように、実施形態２によれば、第２索状部材１３の貫通孔２１に第１索状部材１２を挿通して設けることで、第１索状部材１２と第２索状部材１３との交差部分を固定することができる。また、第１索状部材１２と第２索状部材１３とが振動する場合であっても、第１索状部材１２が貫通孔２１の内周面に摺接することで、第１索状部材１２及び第２索状部材１３の振動を減衰させることができる。

また、実施形態２によれば、第２索状部材１３の厚さが最も厚くなる部位に貫通孔２１を形成することで、貫通孔２１の内周面を大きくすることができ、第１索状部材１２と貫通孔２１との接触面積を大きくすることができることから、第１索状部材１２及び第２索状部材１３の振動を、より好適に減衰させることができる。

［実施形態３］
次に、図７を参照して、実施形態３に係るフィルタ３０について説明する。図７は、実施形態３のフィルタの第１索状部材の一例を示す説明図である。なお、実施形態３でも、実施形態１及び実施形態２と重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明し、同一の構成については、同一の符号を付して説明する。

実施形態３のフィルタ３０は、実施形態２の鋼線となる第１索状部材１２を、撚り線となる第１索状部材３１に代えたものとなっている。図７に示すように、第１索状部材３１は、複数の素線３５を撚って形成されており、撚り線となる第１索状部材３１が、第２索状部材１３の貫通孔２１に挿通して設けられている。

以上のように、実施形態３によれば、第１索状部材３１が振動する場合、撚り線を構成する複数の素線３５間が摺接することで、第１索状部材３１の振動を減衰させることができる。

なお、実施形態１から３において、流線型形状の第２索状部材１３の表面に、さび止めのコーティング膜を形成してもよい。また、実施形態２及び３において、貫通孔２１の内周面に摩耗を抑制するコーティング膜を形成してもよい。

１ ダクト
１０ フィルタ
１１ フレーム
１２ 第１索状部材
１３ 第２索状部材
２０ フィルタ（実施形態２）
２１ 貫通孔（実施形態２）
３０ フィルタ（実施形態３）
３１ 第１索状部材（実施形態３）
３５ 素線
ｄ１ 直径
ｄ２ 厚さ
Ｌ 長さ

Claims (5)

1. 吸気ダクト内に設けられるフィルタにおいて、
   一方向に沿って延在して設けられると共に、複数並べて設けられる第１索状部材と、
   他方向に沿って延在して設けられると共に、複数並べて設けられ、前記第１索状部材に交差して設けられる第２索状部材と、を備え、
   前記第１索状部材が延在する一方向に直交する面で切った第１断面形状は、円形状であり、
   前記第２索状部材が延在する他方向に直交する面で切った第２断面形状は、流線型形状であり、
   前記第１索状部材は、前記吸気ダクト内の流れ方向において、前記第２索状部材の上流側に配置されていることを特徴とするフィルタ。
2. 前記第１索状部材と前記第２索状部材との交差部分に形成される溶接部を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
3. 前記第１索状部材は、撚り線であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィルタ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルタを備えることを特徴とする吸気ダクト。
5. 請求項４に記載の吸気ダクトを備えることを特徴とするガスタービン。

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