CN101526031B - 双轴燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的双轴燃气轮机抑制高压气轮机及低压气轮机之间的机轮空间的温度上升。该双轴燃气轮机具备：通过低压气轮机第一级静叶(5)及隔板(11)将来自汽缸(17)外的冷却空气导向机轮空间的冷却空气导入路径；收缩上游侧空间并分为外周部(25)及内周部(27)且使从冷却空气导入路径导入到上游侧空间内周部的冷却空气向上游侧空间外周部喷出并在上游侧空间外周部形成向径向外的空气流动的上游侧空间密封部(41)；以及收缩下游侧空间并分为外周部(26)及内周部(28)且使从冷却空气导入路径导入到下游侧空间内周部(28)的冷却空气向下游侧空间外周部喷出并在下游侧空间外周部形成向径向外的空气流动的在游侧空间密封部(42)。

Description

双轴燃气轮机

技术领域

本发明涉及具有多个旋转轴的双轴燃气轮机。

背景技术

在具有多个旋转轴的双轴燃气轮机中，一般用隔壁隔开高压气轮机以及低压气轮机的各轴间(参照专利文献1：日本特开2005-9440号公报)。

就双轴燃气轮机而言，一般用低压气轮机第一级静叶的内周壁隔开高压气轮机以及低压气轮机之间的机轮空间和气体通路，但作为静止体的静叶内周壁不得不在对方旋转体即高压气轮机以及低压气轮机的转子之间设置间隙。一般地在旋转体和静止体所夹着的区域中发生气流损失，但旋转体和静止体之间的间隙越大或者旋转体的圆周速度越快该气流损失的发生量变得越大。位于高速旋转的燃气轮机的机轮空间的外周部的高压气轮机以及低压气轮机的圆周速度极大，恐怕在上述机轮空间的外周部上发生较大的气流损失。由此，气体通路的高温气体通过低压气轮机第一级静叶的内周壁和两气轮机转子之间的间隙卷入到上述机轮空间中，这些机轮空间的外周侧有可能升温。再有，由于在机轮空间内不存在密封部，在结构上不妨碍从外周部直至气轮机的旋转轴心流体的移动，所以伴随着机轮空间外周侧的升温，恐怕内周侧的温度也上升。

发明内容

于是，本发明的目的在于提供能够抑制高压气轮机以及低压气轮机之间的机轮空间的温度上升的双轴燃气轮机。

为了达到上述目的，本发明将高压气轮机和低压气轮机之间的隔壁的上游侧以及下游侧的机轮空间分别用密封部分为外周侧和内周侧，并对上游侧以及下游侧的机轮空间的各内周侧供给冷却空气，在上游侧以及下游侧的机轮空间的各内周侧形成朝向气体通路的空气流动。

对本发明的效果进行说明。

根据本发明，能够抑制高压气轮机以及低压气轮机之间的机轮空间的温度上升。

附图说明

图1是表示本发明的双轴燃气轮机的第1实施方式的主要部分结构的侧剖视图。

图2是由图1中的II-II剖面得到的剖视图。

图3是表示本发明的双轴燃气轮机的第2实施方式的主要部分结构的侧剖视图。

图4是表示本发明的双轴燃气轮机的第3实施方式的主要部分结构的侧剖视图。

图5是对本发明的双轴燃气轮机的一个比较例的图。

图中：

1-高压气轮机转子，2-低压气轮机转子，3-高压气轮机末级动叶，4-低压气轮机第一级动叶，5-低压气轮机第一级静叶，6-叶部，7-外周壁，8-内周壁，9、10-钩，11-隔板，12-隔壁，13-钩，14、15-汽缸壳，16、18、19-钩，20-间隙，21-空隙，22、23-槽，24-密封栓，25-上游侧空间外周部，26-下游侧空间外周部，27-上游侧空间内周部，28-下游侧空间内周部，29～32-气孔，33-上游侧中心孔，34-下游侧中心孔，35-突起部，36-间隙，40-螺栓插入部，41-上游侧空间密封部，42-下游侧空间密封部，45-静叶内通路，46-隔壁内通路，50-隔壁，51-中心孔，52-隔板，53、54-气孔，H-高压气轮机，L-低压气轮机。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

双轴燃气轮机在气轮机内具有多个气轮机转子，用燃烧器与燃料一起燃烧来自压缩机的压缩空气并由所生成的燃烧气体使各气轮机转子旋转从而得到旋转动力。高压侧气轮机转子与压缩机转子连接，驱动压缩机。另一方面，低压侧的气轮机转子与发电机和泵等的负载机器连接驱动负载机器。将低压侧的气轮机转子与发电机的转子连接了的场合，用低压气轮机得到的旋转动力转换为电能。这样，通过设置气轮机转子，从而可实现以不同的转速使压缩机和发电机旋转，与不分割气轮机转子的单轴燃气轮机相比，能够降低能量损失。

实施例1

图1是表示本发明的双轴燃气轮机的第1实施方式的主要部分结构的侧剖视图，表示包含作为旋转中心的轴心线的剖面。图2是由图1中的II-II剖面得到的剖视图。

如图1及图2所示，双轴燃气轮机的气轮机具备高压气轮机H和配置在高压气轮机H下游侧的低压气轮机L。气轮机的旋转轴分割为高压气轮机H的高压气轮机转子1和低压气轮机L的低压气轮机转子2，高压气轮机转子1和低压气轮机转子2分别独立旋转。在高压气轮机转子1和低压气轮机转子2上在外周部上分别安装有动叶3、4。这些动叶3、4面向作为来自燃烧器(未图示)的工作流体的高温气体所流动的流路部(气体通路)，高温气体的流体能量用动叶3、4转换为各气轮机转子1、2的旋转能量，用高压气轮机H以及低压气轮机L分别得到旋转动力。再有，在图1中仅表示高压气轮机转子1的末级动叶3和低压气轮机转子2的第一级动叶4。

为了在低压气轮机第一级动叶4中以最佳角度流入高温气体，将低压气轮机第一级静叶5设置在低压气轮机第一级动叶4的跟前(高压气轮机末级动叶3和低压气轮机第一级动叶4之间)。低压气轮机第一级静叶5由叶部6、叶部6的外周侧的外壁部7、叶部6的内周侧的内周壁8构成。

在低压气轮机第一级静叶5的外周壁7的下游端以及上游端的部分上设有钩13、16，设于外周壁7的外周面的下游端的钩13嵌合在低压气轮机第一级的汽缸壳(ケ一シングシユラウド)14上，设于外周壁7的外周面的上游端的钩16嵌合在高压气轮机末级的汽缸壳15上。由此，低压气轮机第一级静叶5保持在汽缸壳14、15的内周面上。汽缸壳14、15通过设于汽缸(ケ一シング)17的内周面上的钩18、19保持在汽缸17的内周面上。

低压气轮机第一级静叶5的内周壁8起到隔开形成于其内周侧的气轮机转子1、2之间的机轮空间(ホイ一ルスペ一ス)和气体通路的作用。但是，由于低压气轮机第一级静叶5的内周壁8是静止体，所以在与作为旋转体的气轮机转子1、2之间分别存在适当的间隙20。另外，在该内周壁8的内周面上设有钩9、10，在内周壁8的内周部上以从圆周方向嵌合在钩9、10上的方式固定空心的隔板11。隔板11和高压气轮机转子1以及低压气轮机转子2的各机轮的间隙设定为尽可能得窄。在隔板11的内周侧上安装有圆板状的隔壁12。

再有，静叶5的外周壁7以及内周壁8构成环状的气体通路，但做成在圆周方向分割为多个节段的结构。在节段之间存在适当的空隙，由此允许运转中的热伸缩。同样地，汽缸壳14、15和隔板11也做成在圆周方向被分割的节段结构。汽缸壳14、15、低压气轮机第一级静叶5、隔板11的各节段从圆周方向依次组装到各自汽缸17、汽缸壳14、15、低压气轮机第一级静叶5上。汽缸17是分割为上半侧和下半侧的对开结构，在气轮机组装时，在上半侧汽缸、下半侧汽缸上分别组装汽缸壳14、15、低压气轮机第一级静叶5、隔板11的各节段，在下半侧的静止体单元上组装气轮机1、2及隔壁12，再在其上覆盖上半侧的静止体单元。

上述隔壁12嵌入例如设于隔板11的内周面上的槽中并保持在隔板11的内周部上，位于高压气轮机转子1和低压气轮机转子2的机轮之间，并将两气轮机转子1、2之间的机轮空间隔为上游侧空间和下游侧空间。由此，高压气轮机H和低压气轮机L被隔断，抑制上游侧机轮空间和下游侧机轮空间的流体的泄漏，确保机轮空间的高压侧和低压侧的适当的压力差。

这时，在上游侧机轮空间设有上游侧空间密封部41，上游侧机轮空间由上游侧空间密封部41收缩区域剖面，被分为气体通路侧的上游侧空间外周部25及其内侧的上游侧空间内周部27。同样地，在下游侧机轮空间设有下游侧空间密封部42，下游侧机轮空间由下游侧空间密封部42收缩区域剖面，并分为气体通路侧的下游侧空间外周部26及其内侧的下游侧空间内周部28。空间密封部41、42在机轮空间中位于靠外周，上游侧以及下游侧的空间外周部25、26相对上游侧以及下游侧的空间内周侧27、28分别被狭窄地隔开。

上游侧空间密封部41由隔板11、高压气轮机H的末端机轮的和隔板11的相对部构成。若进一步说明，则在高压气轮机1中，各级的气轮机机轮在轴向层叠，由被称之为重叠螺栓的多个贯穿螺栓(未图示)紧固。在气轮机机轮上设有这些贯穿螺栓通过的螺栓插通部40。螺旋插通部40突出于气轮机机轮的轴向两侧，在轴向邻接的气轮机机轮或者衬垫抵接在螺栓插通部40上提高由贯穿螺栓得到的紧固部的刚性。在高压气轮机末级中，如图1所示，末级机轮的下游侧的螺栓插通部40突出于与低压气轮机转子2之间的机轮空间的上游侧。于是，在本实施例中，在隔板11的上游侧部分上设有向内周侧延长的突起部(上游侧突起)35，使该上游侧突起部35的前端部接近螺栓插通部40。即、用上游侧突起部35和作为高压气轮机末级机轮与该上游侧突起部35的相对部即螺栓插入部40构成上述上游侧空间密封部41。上述下游侧空间密封部42也与上游侧空间密封部41同样地，用在隔板11的下游侧部分向内周侧突出设置的突起部(下侧突起部)35和低压气轮机第一级机轮与该下游侧突起35的相对部(第一级机轮的上游侧的螺栓插通部40)构成。

这里，汽缸17、低压气轮机第一级静叶5的外周壁7以及内周壁8、隔板11分别具备气孔29、30、31、32。在该汽缸17的气孔29上连接有引导从压缩机(未图示)抽气来的空气的压缩空气导入管(未图示)。另外，低压气轮机第一级静叶5的叶部6和隔壁12为空心，分别具备向旋转中心延长的静叶内通路45和隔壁内通路46。另外，隔壁12在气轮机中心轴部上在上游侧具备上游侧中心孔33，在下游侧具有下游侧中心孔34，隔壁内通路46通过上游侧中心孔33与上游侧空间内周部27连通，通过下游侧中心孔34与下游侧空间内周部28连通。由此，例如从压缩机(未图示)抽气来的冷却空气经由与气孔29→气孔30→静叶内通路45→气孔31→气孔32→隔壁内通路46→中心孔33、34连接的冷却空气导入路径被导向机轮空间的气轮机轴心线附近。冷却空气导入路径的冷却空气除了漏气全部量通过中心孔33、34供给到机轮空间内周部27、28。这样，通过经由低压气轮机第一级静叶5以及隔板11的冷却空气导入路径导入来的冷却空气通过上游侧中心孔33以及下游侧中心孔34分别向上游侧空间内周部27以及下游侧空间内周部28喷出。其结果，在本实施方式中，上游侧以及下游侧的空间内周部27、28升压，通过上游侧以及下游侧的空间密封部41、42分别从空间内周部27、28向空间外周部25、26喷出空气，在上游侧以及下游侧的空间外周部25、26上形成朝向气体通路的向径向外的空气流动。

再有，在本实施方式中，由于在隔壁12上设有中心孔33、34，所以在构造上上游侧空间内周部27和下游侧空间内周部28通过中心孔33、34连通，相比上游侧空间内周部27和下游侧空间内周部28，隔壁内通路46为高压，所以是实质上不会发生通过中心孔33、34的两空间内周部27、28之间的流体的移动的结构。另外，隔板11如上所述，是在圆周方向被分割为多个节段的结构，如图2所示，各节段35在圆周方向上相邻的节段35的相对面上具有槽22、23，在这些槽22、23中组装密封栓(シ一ルキ一)24，对节段35、35之间的空隙21进行密封。

这里，作为用于比较的构成例图5表示省略了上游侧以及下游侧的空间密封部41、42和冷却空气导入路径的结构。

在图5的比较例中，省略冷却空气导入路径在隔壁12′内未设有内部的通路和中心孔。隔板11′的与气轮机转子1、2之间的间隔(空间外周部25、26)与图1的结构相比宽。由此，机轮空间的压力与图1的结构相比低，机轮空间的气流损失也较大，高温气体从气体通路卷入机轮空间外周部25、26中，机轮空间外周部25、26的温度容易上升。另外，机轮空间外周部25、26未与机轮空间内周部27、28隔开，几乎没有压力差，所以不妨碍二者之间的流体移动。由此，伴随着机轮空间外周部25、26的温度上升，机轮空间内周部27、28的温度有上升的可能性。

与此相对，根据本实施方式，如上所述，由于对机轮空间的外周部25、26供给冷却空气，空间25、26升压，所以能够抑制从低压气轮机第一级静叶5的内周壁8前后的间隙20向空间外周部25、26的高温气体的卷入。另外，机轮空间的外周部25、26相对于空间内周部27、28用空间密封部41、42隔开，对压力产生差(空间内周部27、28为高压)，所以运转中，能够抑制从机轮空间的空间外周部25、26向空间内周部27、28的流体的移动。因此，即使空间外周部25、26的温度上升了，也能够抑制受其影响而使空间内周部27、28升温。

这样，在高压气轮机H以及低压气轮机L之间的机轮空间中，隔着隔壁12的上游侧、下游侧一起整体从中心朝向径向外产生流体的流动，高温气体从气体通路很难流入，能够使温度难以上升。另外，气轮机转子1、2和隔板11的间隙越窄，上游侧以及下游侧的机轮空间的外周部25、26的气流损失越减少，能够减少向机轮空间外周部25、26的高温气体的卷入量。

另外，起因于离心力作用于转子各部的应力在内周侧部分比外周侧部分变大，所以通过使机轮空间内周部27、28的温度比空间外周部25、26低，从而能够提高气轮机转子1、2的可靠性。

另外，如上所述，将低压气轮机第一级静叶5和隔板11做成节段结构的场合，还考虑到从节段间的间隙或静叶内周壁8和隔板11之间的间隙36或者隔壁12和隔板11之间发生漏气，导致上述的冷却空气导入路径内的空气的温度上升。对此，在本实施方式中，如图2所示，隔板11的节段之间的空隙21由密封栓24密封，所以可抑制从节段之间的空隙21的泄漏。另外，通过相对密封栓24较大地设定槽22、23的宽度和厚度，确保槽22、23中的密封栓24的自由度，从而还能够灵活地应对隔板11的各节段的热伸缩。再有，如上所述，由于可抑制机轮空间的内周部27、28的温度上升，所以能够抑制由冷却空气泄漏导致的隔壁内通路46内的空气温度的上升。

实施例2

图3是表示本发明的双轴燃气轮机的第二实施方式的主要结构的侧剖视图。在图3中对与第1实施方式相同的部分附注与图1相同的符号，省略说明。

本实施方式是使用了内部不具有通路的一张构造的隔壁50的实施方式。在该隔壁50的中心部贯通有使上游侧空间内周部27和下游侧空间内周部28连通的中心孔51。另外，本实施方式中的隔板52具有面对上游侧空间内周部27的气孔53，来自冷却空气导入路径的冷却空气除了漏气量全部量通过气孔33供给到上游侧空间内周部27。在本实施方式中，如此地，通过气孔33将来自隔板52的冷却空气向上游侧空间内周部27喷出，并且通过隔壁50的中心孔51使来自上游侧空间内周部27的冷却空气向下游侧空间内周部28喷出。其它结构与第1实施方式相同。

即便将冷却空气导入路径做成这样的路径，通过用空间密封部41、42隔开隔壁50的上游侧以及下游侧的机轮空间，从而机轮空间内周部27、28相比机轮空间外周部25、26成为高压，能够得到与第1实施方式相同的效果。而且，能够将气轮机的结构简化了简略隔壁结构的程度。

实施例3

图4是表示本发明的双轴燃气轮机的第3实施方式的主要部分结构的侧剖视图。在图4中，对与第2实施方式相同的部分附注与图3相同的符号，省略说明。

本实施方式是在先前的第2实施方式(图3)中，在隔板52上追加面向下游侧空间内周部28的气孔54，并省略了隔壁50的中心孔51的实施方式。就冷却空气导入路径而言，通过隔板52的气孔(上游侧空气喷出孔)53以及气孔(下游侧空气喷出孔)54使来自隔板52的冷却空气向上游侧空间内周部27以及下游侧空间内周部28喷出。来自冷却空气导入路径的冷却空气除了漏气量的全部量通过气孔33、34向空间内周部27、28供给。其它结构与第2实施方式相同。

即便将冷却空气导入路径做成这样的路径，通过用空间密封部41、42隔开隔壁50的上游侧以及下游侧的机轮空间，从而机轮空间内周部27、28相对于机轮空间外周部25、26为高压，能够得到与第1实施方式相同的效果。当然，用没有中心孔的一张板构成隔壁50，所以还能够简化气轮机结构。并且，通过做成在隔板52上设置气孔53、54，对机轮空间的两内周部27、28从隔板52直接供给冷却空气的结构，从而还具有冷却空气量的调整变得容易的优点。

再有，在第1～第3实施方式中，在隔板11、52上设置突出部35并使突起部35接近气轮机机轮，构成空间密封部41、42，但不设置突起部35，通过例如将隔板形成为与高压气轮机末级机轮和低压气轮机第一级机轮接近的尺寸，从而构成上游侧以及下游侧的空间密封部41、42也可以。

Claims (3)

1.一种双轴燃气轮机，其特征在于，具备：

高压气轮机；

低压气轮机，配置在上述高压气轮机的下游侧；

隔板，固定在上述低压气轮机第一级静叶的内周侧上；

隔壁，保持在上述隔板的内周侧上并位于上述低压气轮机以及上述高压气轮机的机轮之间且将两气轮机间的机轮空间分隔为上游侧空间和下游侧空间；

冷却空气导入路径，通过上述低压气轮机第一级静叶以及上述隔板将来自汽缸外的冷却空气导向上述机轮空间；

上游侧空间密封部，收缩上述上游侧空间并分为气体通路侧的上游侧空间外周部及其内侧的上游侧空间内周部，使从上述冷却空气导入路径导向上述上游侧空间内周部的冷却空气向上述上游侧空间外周部喷出，在上述上游侧空间外周部形成向径向外的空气流动；以及

下游侧空间密封部，收缩上述下游侧空间并分为气体通路侧的下游侧空间外周部及其内侧的下游侧空间内周部，使从上述冷却空气导入路径导向上述下游侧空间内周部的冷却空气向上述下游侧空间外周部喷出，在上述下游侧空间外周部形成向径向外的空气流动，

上述隔壁具有从上述隔板延长至气轮机中心轴的位置的隔壁内通路、使上述隔壁内通路和上述上游侧空间内周部在气轮机中心轴的位置连通的上游侧中心孔、以及使上述隔壁内通路和上述下游侧空间内周部在气轮机中心轴的位置连通的下游侧中心孔，

上述隔板具有与上述隔壁内通路连接的气孔，并且上述隔板在上述隔壁的上游侧以及下游侧分别具有与上述高压气轮机的末级机轮和上述低压气轮机的第一级机轮接近的突起部，

上述上游侧空间密封部由上述上游侧突起部和上述高压气轮机的末级机轮与上述上游侧突起部的相对部构成，

上述下游侧空间密封部由上述下游侧突起部和上述低压气轮机的第一级机轮与上述下游侧突起部的相对部构成，

上述冷却空气导入路径通过上述隔壁内通路使来自上述隔板的冷却空气导向气轮机中心轴的位置并通过上述上游侧中心孔以及下游侧中心孔向上述上游侧空间内周部以及上述下游侧空间内周部喷出，

该隔壁内通路与上述上游侧空间内周部及上述下游侧空间内周部相比为高压，隔断通过上述上游侧中心孔及上述下游侧中心孔的上述上游侧空间内周部及上述下游侧空间内周部之间的空气的移动，确保上述上游侧空间内周部及上述下游侧空间内周部之间的压力差。

2.根据权利要求1所述的双轴燃气轮机，其特征在于，

上述低压气轮机的第一级静叶以及隔板在圆周方向分割为多个节段。

3.根据权利要求2所述的双轴燃气轮机，其特征在于，

上述隔板在圆周方向相邻的节段的相对面上具有槽，在这些槽中装入密封栓，密封节段之间的空隙。

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