CN101743391B - 燃气轮机的排气部的结构及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃气轮机的排气部的结构及燃气轮机，可以冷却支柱和轴承周围而不会降低燃气轮机的效率。该燃气轮机设置有：在内侧形成有气体通路部(7)的外壳(11)、能够旋转地支承涡轮部(4)的转动叶片的轴承部(12)、自外壳(11)向内侧延伸且支承轴承部(12)的支柱(14)、形成于外壳(11)的开口部(18)、自开口部(18)沿支柱(14)向轴承部(12)延伸且将温度比在气体通路部流动的废气低的低温空气向气体通路部(7)引导，并且在涡轮部(4)的终极转动叶片的下游侧向气体通路部(7)开口的冷却流路(17)。

Description

燃气轮机的排气部的结构及燃气轮机

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机的排气部的结构及燃气轮机。

背景技术

一般来说，在燃气轮机的排气机壳内设有：使自涡轮机排出的高温气体有效地进行压力恢复的扩散器、可旋转地支承转子的轴承和相对于外壳等支承轴承的支柱等。

并且，为了计测燃气轮机运转中的振动状态，在轴承的周边配置有振动计等计测装置(計装品)。

近年来，随着燃气轮机的高效率化，废气温度也变高，因此，从蠕变强度的观点来看，对于支柱，需要将其冷却至适当的温度。另一方面，从耐热温度的观点来说，对于计测装置，也需要将其冷却至适当的温度。

因此，在运转中的燃气轮机中，提出有对支柱和计测装置进行冷却的各种技术(例如，参照专利文献1及2)。

专利文献1：日本特许第2675361号公报

专利文献2：日本特开2003-239705号公报

在专利文献1及2记载的技术中，通过将自燃气轮机的压缩部抽取的空气供给到支柱，从而对支柱进行冷却。

但是，由于将空气自压缩部抽取并用于冷却，因此，存在如下问题，即与抽取的空气量对应地，燃气轮机的效率降低。

而且，例如在如下情况下，即通过使自压缩部抽取的空气自径向外侧朝内侧流动来冷却支柱的情况下，利用压缩部被压缩而升温的抽取空气进一步升温并流入轴承周围。即便在自压缩部的低压级抽气的情况下，抽取的空气的温度例如成为约200℃左右的温度，在对支柱进行冷却之后，也存在例如被加热至约400℃以上的情况。

一般来说，由于配置于轴承周围的计测装置相对于高温的耐热性低，因此，计测装置存在如下危险，即因如上所述被加热至例如约400℃以上的空气而受到损伤。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供一种燃气轮机的排气部及燃气轮机，可以冷却支柱且可以降低轴承周围の温度而不会降低燃气轮机的效率。

为了实现上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的第一方式提供一种燃气轮机的排气部的结构，其设置有：外壳，其在内侧形成有气体通路部；轴承部，其能够旋转地支承涡轮部的转动叶片；支柱，其自所述外壳向内侧延伸且支承所述轴承部；开口部，其形成于所述外壳；冷却流路，其自该开口部沿所述支柱向所述轴承部延伸并将空气引导到所述气体通路部，并且，在所述涡轮部的终极转动叶片的下游侧向所述气体通路部开口。

根据本发明的第一方式，利用外壳外部和气体通路部内部之间的压力差，外壳外部的空气即温度比在气体通路部流动的废气低的低温空气，自开口部流入冷却流路而被引导至气体通路部。在冷却流路流动的空气在沿支柱流动时，吸收支柱的热，并冷却支柱。

由于涡轮部中的终极转动叶片的下游侧为在气体通路部中压力最低的一个区域，因此，冷却流路的两开口端之间的压力差增大。因此，与使冷却流路朝其他区域开口的情况相比，更多的低温空气在冷却流路流动。

在上述发明的第一方式中，优选设置有支柱罩，该支柱罩沿所述支柱延伸且在其与所述支柱之间形成空间，所述支柱和所述支柱罩之间的空间形成所述冷却流路的一部分。

通过如上所述构成，在支柱的周围形成有冷却流路，支柱和在冷却流路流动的空气的接触面积增大。因此，利用在冷却流路流动的空气可提高支柱的冷却效果。

另一方面，由于在支柱和气体通路部之间形成有冷却流路，因此，在气体通路部流动的废气的热难以传递到支柱。

在上述发明的第一方式中，优选设置有：内侧扩散器，其沿所述涡轮部的旋转轴线延伸，且在其与所述轴承部之间形成空间；空心支柱，其自所述外壳延伸，支承所述内侧扩散器，并且，使所述外壳的外部和所述内侧扩散器的内部连通；盖部，其调节所述空心支柱的相对于所述外壳的开口面积；所述轴承部和所述内侧扩散器之间的空间形成所述冷却流路。

通过如上所述构成，可以利用经由空心支柱流入冷却流路且温度比在气体通路部流动的废气低的低温空气，对轴承周围进行冷却。可以利用调节开口面积的盖部来限制空气的流量，防止对支柱进行冷却的空气的流量降低。

本发明的第二方式提供一种燃气轮机，其设置有：压缩部，其压缩空气；燃烧器，其将被所述压缩部压缩的空气和燃料混合并使其燃烧而生成燃烧气体；涡轮部，其从所述燃烧气体取得旋转驱动力；排气部，自该涡轮部排出的废气流入上述本发明的排气部。

根据本发明的第二方式，由于具有上述本发明第一方式的排气部，因此，支柱、轴承部以及配置于轴承部周边的计测装置等利用在冷却流路流动空气被冷却。

根据本发明第一方式的燃气轮机的排气部的结构以及第二方式的燃气轮机，具有如下效果，即利用外壳外部和气体通路部内部之间的压力差，可以使外壳外部的空气沿支柱流动而冷却支柱，并可以冷却支柱和轴承周围而不会降低燃气轮机的效率且不受负载变动的影响。

附图说明

图1是说明本发明一实施方式的燃气轮机的结构的示意图；

图2是说明图1的排气部的结构的局部放大图；

图3是说明图2的排气部的结构的A-A截面向视图；

图4是说明图2的密封圈保持部的结构的立体图；

图5是说明图2的盖部的结构的B向视图。

附图标记说明

1  燃气轮机       2  压缩部

3  燃烧器         4  涡轮部

5  排气部         7  气体通路部

11  外壳          12  轴承部

13  内侧扩散器    14  支柱

15  支柱罩        16  空心支柱

17  冷却流路      18  开口部

20  密封圈保持部  21  流通孔

22  盖部          23  配管

24  通孔          25  冷却流路

具体实施方式

参照图1～图5说明本发明一实施方式的燃气轮机。

图1是说明本实施方式的燃气轮机的结构的示意图。

如图1所示，在本实施方式的燃气轮机1中设置有：压缩空气的压缩部2、将被压缩的空气和燃料混合并使其燃烧而生成燃烧气体的燃烧器3、从燃烧气体取得旋转驱动力的涡轮部4、自涡轮部4排出的废气流入的排气部5。

压缩部2压缩吸入的空气并将其供给到燃烧器3。

压缩部2与涡轮部4一并设置于旋转轴6，利用涡轮部4被旋转驱动。

燃烧器3使自压缩部2供给的压缩空气和燃料混合，并使混合气燃烧。因燃烧而产生的高温的燃烧废气被供给到涡轮部4。

涡轮部4从自燃烧器3供给的燃烧气体取得旋转驱动力，并将旋转驱动力供给至压缩部2或其他机器。自涡轮部4排出的废气流入排气部5。

图2是说明图1的排气部的结构的局部放大图。图3是说明图2的排气部的结构的A-A截面向视图。

排气部5在内部形成有气体通路部7，自涡轮部4排出的废气流入该气体通路部7。

如图1及图2所示，在排气部5设置有：构成排气部5的外形的外壳11、能够旋转地支承旋转轴6的轴承部12、覆盖轴承部12的周围的内侧扩散器13、支承轴承部12的支柱14、覆盖支柱14的周围的支柱罩15、支承内侧扩散器13的空心支柱16。

并且，在排气部5设有自外壳11的外部引导冷却支柱14的空气的冷却流路17。

外壳11在其与内侧扩散器13之间形成气体通路部7，并形成随着朝向下游侧(图2的右侧)气体通路部7的横截面积逐渐增大的扩散器。

在外壳11内周面的涡轮部4侧，支柱14配置成朝旋转轴6延伸，在支柱14径向外侧的安装部，冷却流路17配置成圆环状。在外壳11上配置有使冷却流路17和外壳11的外侧连通的开口部18。

在本实施方式中，说明了适用于如下例的情况，即由6根支柱14支承轴承部12并在6根支柱14之间设有开口部18，但支柱14的根数及设有开口部18的位置并不特别限定于上述实施方式。

在支柱14的周围配置有支柱罩15，该支柱罩15在其与支柱14之间形成空间且沿着支柱14沿径向延伸。支柱14和支柱罩15之间的空间构成冷却流路17的一部分，并与配置于外壳11内周面的冷却流路17连通。

轴承部12能够旋转地支承旋转轴6，其被自外壳11延伸的支柱14支承。在轴承部12的涡轮部4侧的端部配置有密封圈保持部20。

图4是说明图2的密封圈保持部的结构的立体图。

如图2及图4所示，密封圈保持部20为环形板状的部件。

在密封圈保持部20形成有使空气自内侧扩散器13侧通向涡轮部4侧的流通孔21。流通孔21形成冷却流路17的一部分。

另外，在本实施方式中，说明了适用于如下例的情况，即8个流通孔21形成于密封圈保持部20，但流通孔21形成的个数并不限定于8个，可以比8个多或少，并未特别地限定。

如图2及图3所示，冷却流路17自外壳11的开口部18开始，由外壳11的内周面、支柱14和支柱罩15之间的空间、轴承部12和内侧扩散器13之间的空间以及流通孔21构成。

并且，冷却流路17在涡轮部4和气体通路部7之间，换言之，在涡轮部4的终极转动叶片的下游侧，朝径向内侧的壁面开口。

在外壳11内周面的、支柱14的下游侧(图2的右侧)，空心支柱16配置成朝径向内侧延伸。空心支柱16是形成为筒状的部件，径向外侧的端部与外壳11连接，径向内侧的端部与内侧扩散器13连接。并且，空心支柱16内部的空间与外壳11的外部及内侧扩散器13的内部空间连通而形成冷却通路25。

图5是说明图2的盖部的结构的图。

如图2及图5所示，在空心支柱16的、外壳11侧的开口部，配置有盖部22。

盖部22用于限制经由空心支柱16流入内侧扩散器13的内部空间的空气的流量。

在盖部22上形成有通孔24，经由空心支柱16与轴承部12连结的多个配管23穿过该通孔24。通孔24形成为比配管23大，在其与配管23之间形成有空气流过的间隙。

接着，对由上述结构构成的燃气轮机1中的排气部5的冷却进行说明。

如图2所示，当燃气轮机1开始运转时，废气自涡轮部4流入排气部5的气体通路部7。在涡轮部4的终极转动叶片的下游侧，在径向内侧的区域形成压力比大气压低的压力。

换言之，冷却流路17两端部的压力产生差异，在冷却流路17产生自外壳11的外侧朝向气体通路部7的气流。

在冷却流路17内流动的气流，在支柱14和支柱罩15之间流动并自支柱14吸热，并流入内侧扩散器13内。流入内侧扩散器13内的空气通过流通孔21。通过流通孔21的空气自形成于涡轮部4和气体通路部7之间的开口部流入气体通路部7。

另一方面，如图2及图5所示，空气也自配置于空心支柱16开口部的盖部22的通孔24流入空心支柱16的内部。该空气是温度比在气体通路部7流动的废气低的低温空气。流入空心支柱16的空气，流入冷却通路25并对轴承周围进行冷却之后，与通过上述支柱14和支柱罩15之间的空气汇合。

自盖部22的通孔24的间隙流入的空气的量，比自开口部18流入的空气的量少。换言之，通孔24的间隙的面积，比开口部18的面积小。

根据上述结构，利用外壳11的外部与气体通路部7的内部之间的压力差，外壳11外部的空气自开口部18流入冷却流路17并被引导至轴承周围。由于在冷却流路17流动的空气在沿支柱14流动时冷却支柱14，因此，像自压缩部2抽取压缩空气的情况那样，可以冷却支柱14而不会降低燃气轮机1的效率。

通过使冷却流路17及冷却流路25朝涡轮部4中的终极转动叶片的下游侧开口，冷却流路17及冷却流路25中的两开口端之间的压力差变大。因此，与冷却流路17及冷却流路25朝其他区域开口的情况相比，可以经由冷却流路17将更多的空气供给到支柱14和轴承周围，从而可以更有效地进行冷却。

由于在支柱14的周围形成冷却流路17，因此，支柱14和在冷却流路17流动的空气的接触面积变宽广。因此，可以提高利用在冷却流路17流动的空气冷却支柱14的冷却效果。

并且，由于在支柱14和气体通路部7之间形成有冷却流路17，因此，可以使在气体通路部7流动的废气的热难以传递到支柱14。

经由空心支柱16使温度比在气体通路部7流动的废气低的低温空气流入冷却流路25，从而可以冷却轴承周围。

并且，通过设置盖部22，并调整经由空心支柱16流入冷却流路25的空气的流量，从而可以防止对支柱14进行冷却的空气的流量降低。

Claims (3)

1.一种燃气轮机的排气部的结构，其特征在于，设置有：

外壳，其在内侧形成有气体通路部；

轴承部，其能够旋转地支承涡轮部的转动叶片；

支柱，其自所述外壳向内侧延伸且支承所述轴承部；

开口部，其形成于所述外壳；

支柱罩，其沿所述支柱延伸，且在其与所述支柱之间形成空间；

内侧扩散器，其沿所述涡轮部的旋转轴线延伸，且在其与所述轴承部之间形成空间；

形成于所述内侧扩散器和所述轴承部之间的空间与自所述开口部沿所述支柱向所述轴承部延伸且形成于所述支柱和所述支柱罩之间的空间相连，形成冷却流路，

在该冷却流路设置有将来自所述开口部的空气引导到所述气体通路部，并且，在所述涡轮部的终极转动叶片的下游侧使其向所述气体通路部流入的开口。

2.如权利要求1所述的燃气轮机的排气部的结构，其特征在于，设置有：

空心支柱，其自所述外壳延伸，支承所述内侧扩散器，并且，使所述外壳的外部和所述内侧扩散器的内部连通；

盖部，其调节所述空心支柱的相对于所述外壳的开口面积。

3.一种燃气轮机，其特征在于，设置有：

压缩部，其压缩空气；

燃烧器，其将被所述压缩部压缩的空气和燃料混合并使其燃烧而生成燃烧气体；

涡轮部，其从所述燃烧气体取得旋转驱动力；

自该涡轮部排出的废气流入的权利要求1或2所述的排气部。