CN101960101B - 排气室的连结结构、涡轮的支撑结构以及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

涡轮中，排气机室(27)和排气室(14)通过能够吸收热延伸的排气室支架(32)连结，排气室(14)和排气管(31)通过能够吸收热延伸的排气管支架(33)连结，在排气室(14)的外周面安装有绝热件(63)，排气室支架(32)和排气管支架(33)形成为多个长方形状并配置在绝热件(63)的外侧，通过降低排气室的连结部的热应力来实现耐久性的提高。

Description

排气室的连结结构、涡轮的支撑结构以及燃气轮机
技术领域
本发明涉及的是，例如在对压缩的高温高压的空气供给燃料进行燃烧并将产生的燃烧气体供给至涡轮从而得到旋转动力的燃气轮机中，配置在涡轮后部的排气室的连结结构，以及应用了该排气室的连结结构的燃气轮机。
此外，本发明涉及的是，例如在对压缩的高温高压的空气供给燃料进行燃烧并将产生的燃烧气体供给至涡轮从而得到旋转动力的燃气轮机中，用于在地面设置涡轮的涡轮的支撑结构，以及应用了该涡轮的支撑结构的燃气轮机。
背景技术
燃气轮机由压缩机、燃烧器、和涡轮构成，从空气吸入口吸入的空气通过压缩机被压缩而成为高温高压的压缩空气，通过燃烧器对该压缩空气供给燃料并使其燃烧，由高温高压的燃烧气体驱动涡轮，从而驱动与该涡轮连结的发电机。在该情况下，涡轮通过在机室内交替配置有多个静叶片和多个动叶片而构成，由燃烧气体驱动动叶片从而旋转驱动连结有发电机的输出轴。并且，驱动涡轮的燃烧气体通过排气机室的扩散器被变换成静压之后放出至大气中。
近年来，这样构成的燃气轮机被要求高输出化和高效化，具有被引导至静叶片和动叶片的燃烧气体的温度变得越来越高的倾向。因此，一般而言，在静叶片和动叶片的内部形成冷却通路，在该冷却通路中流过空气或蒸气等冷却介质，由此，对该静叶片和动叶片进行冷却，确保耐热性，并且实现燃烧气体的高温化，提高输出及效率。
例如，在涡轮中，在收容静叶片和动叶片的排气机室的下游侧连结有排气室，在该排气室的下游侧连结有排气管，排气机室和排气室通过形成为圆筒形状的薄板的热延伸吸收构件连结，排气室和排气管通过具有绝热件的膨胀节连结。因此，对于燃气轮机的过渡期或高输出化，吸收排气机室与排气室排气管之间的热应力。
作为该涡轮的连结结构，例如有下述专利文献1、2、3所述的结构。
此外，燃气轮机由压缩机、燃烧器、和涡轮构成，从空气吸入口吸入的空气通过压缩机被压缩而成为高温高压的压缩空气，通过燃烧器对该压缩空气供给燃料并使其燃烧，由高温高压的燃烧气体驱动涡轮，从而驱动与该涡轮连结的发电机。在该情况下，涡轮通过在机室内交替配置有多个静叶片和多个动叶片而构成，由燃烧气体驱动动叶片从而旋转驱动连结有发电机的输出轴。并且，驱动涡轮的燃烧气体通过排气机室的扩散器被变换成静压之后放出至大气中。
这样构成的燃气轮机，通过收容有静叶片和动叶片的排气机室、排气室和排气管分别形成为圆筒形状并连结而构成，并且具有多个腿部而设置在厂房内的地面上。对于该排气机室、排气室、排气管，通过由支撑件将外侧壳体和内侧壳体连结，而形成为双层的圆筒形状，外侧壳体和内侧壳体之间的空间部成为废气的通路。并且，该外侧壳体的两侧分别连结有腿部，通过该多个腿部将排气机室、排气室、排气管设置在地面上。
作为该涡轮的支撑结构，例如有下述专利文献4中记载的结构。
专利文献1：日本特开2006-307733号公报
专利文献2：日本特开2004-308502号公报
专利文献3：日本实开平01-085429号公报
专利文献4：日本特开平07-293277号公报
发明内容
在上述现有的燃气轮机中，通过薄板的热延伸吸收构件连结排气机室和排气室，通过膨胀节连结排气室和排气管，由此吸收构件之间的热应力。但是，因燃气轮机的高输出化及高效化而使燃烧气体的温度具有进一步变高的倾向，热延伸吸收构件的选择、膨胀节自身的耐热性确保变得困难。因此，虽然能够想到对该热延伸吸收构件或膨胀节进行冷却，但是与排气机室、排气室、排气管之间的温度差变大，从而热应力过大，不利于耐久性。
此外，在上述现有的涡轮的支撑结构中，在排气机室、排气室、排气管的外侧壳体的两侧分别连结腿部，通过该多个腿部将排气机室、排气室、排气管设置在地面上。由于排气机室、排气室、排气管是重物，因此在外侧壳体的腿部的安装部作用有弯曲应力，有可能会导致变形等。因此，在该外侧壳体的外周面上沿着周向设置肋部，经由该肋部连结腿部。
但是，在涡轮运转时，排气机室、排气室、排气管的外侧壳体因废气而变为高温，产生热延伸。于是，该外侧壳体中，在因肋部提高了强度的部分和其他部分上热延伸量不同，在其中产生热应力，从而有可能会产生变形或损坏等。
本发明用于解决上述问题，其目的在于提供能够通过降低排气室的连结部上的热应力来提高耐久性的排气室的连结结构及燃气轮机。
此外，本发明用于解决上述问题，其目的在于提供能够通过降低作用在涡轮本体上的弯曲应力、热应力来提高耐久性的涡轮的支撑结构及燃气轮机。
为了达到上述目的，技术方案1的发明的排气室的连结结构，通过能够吸收热延伸的支架构件将形成为圆筒形状的排气室、和相对于该排气室配置在废气流动方向上游侧或下游侧的形成为圆筒形状的连结构件连结，其特征在于，在所述排气室的外周面安装有绝热件，所述支架构件形成为多个长方形状并配置在所述绝热件的外侧，所述支架构件的一端部与所述排气室的端部连结，而另一端部与所述连结构件的端部连结。
在技术方案2的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，所述连结构件是相对于所述排气室配置在废气流动方向上游侧的排气机室，在该排气机室的外周面安装有绝热件，所述排气机室通过作为所述支架构件的排气室支架与所述排气室连结。
在技术方案3的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，在所述排气机室的内侧配置有形成为圆筒形状的排气扩散器，所述排气机室和所述排气扩散器通过形成为多个长方形状且能够吸收热延伸的扩散器支架连结。
在技术方案4的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，在所述排气室支架的内侧设有用于连结所述排气室和所述排气机室的气体密封垫。
在技术方案5的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，所述连结构件是相对于所述排气室配置在废气流动方向下游侧的排气管，在该排气管的内周面安装有绝热件，所述排气管通过作为所述支架构件的排气管支架与所述排气室连结。
在技术方案6的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，在所述排气室的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件，与该外壳构件相邻地配置有所述排气管，所述排气室和外壳构件通过所述排气管支架连结，所述外壳构件和所述排气管通过高温伸缩接头连结。
在技术方案7的发明的排气室的连结结构中，其特征在于，在所述排气管支架的外侧设有用于连结所述排气室和所述排气管的气体密封垫。
此外，技术方案8的发明的燃气轮机，在燃烧器中对由压缩机压缩的压缩空气供给燃料而进行燃烧，将产生的燃烧气体供给至涡轮从而获得旋转动力，其特征在于，所述涡轮中，排气机室和排气室通过能够吸收热延伸的排气室支架连结，并且，所述排气室和排气管通过能够吸收热延伸的排气管支架连结，在所述排气室的外周面安装有绝热件，所述排气室支架形成为多个长方形状并配置在所述绝热件的外侧，所述排气室支架的一端部与所述排气室的端部连结，而另一端部与所述排气机室的端部连结。
此外，技术方案9的发明的燃气轮机，在燃烧器中对由压缩机压缩的压缩空气供给燃料而进行燃烧，将产生的燃烧气体供给至涡轮从而获得旋转动力，其特征在于，所述涡轮中，排气机室和排气室通过能够吸收热延伸的排气室支架连结，并且，所述排气室和排气管通过能够吸收热延伸的排气管支架连结，在所述排气室的外周面安装有绝热件，所述排气管支架形成为多个长方形状并配置在所述绝热件的外侧，所述排气管支架的一端部与所述排气室的端部连结，而另一端部与所述排气管的端部连结。
在技术方案10的发明的燃气轮机中，其特征在于，在所述排气室的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件，与该外壳构件相邻地配置有所述排气管，所述排气室和外壳构件通过所述排气管支架连结，所述外壳构件和所述排气管通过高温伸缩接头连结。
此外，为了达到上述目的，技术方案11的发明的涡轮的支撑结构，其特征在于，通过能够吸收热延伸的支架构件将形成为圆筒形状的涡轮本体、和相对于该涡轮本体配置在其外周侧的形成为环形状的外壳构件连结，在所述外壳构件上连结有用于设置所述涡轮本体的腿部。
在技术方案12的发明的涡轮的支撑结构中，其特征在于，所述涡轮本体具有流动有燃烧气体的排气室，该排气室和所述外壳构件通过所述支架构件连结，并且，在所述外壳构件上连结有排气管。
在技术方案13的发明的涡轮的支撑结构中，其特征在于，在所述外壳构件和所述排气管之间夹装有高温伸缩接头。
在技术方案14的发明的涡轮的支撑结构中，其特征在于，所述支架构件形成为多个长方形状，所述支架构件的一端部与所述排气室的端部连结，而另一端部与所述外壳构件的端部连结。
在技术方案15的发明的涡轮的支撑结构中，其特征在于，在所述支架构件的外侧设有用于连结所述排气室和所述外壳构件的气体密封垫。
在技术方案16的发明的涡轮的支撑结构中，其特征在于，所述支架构件形成为圆台形状，所述支架构件的轴向的一端部与所述排气室的端部连结，而另一端部与所述外壳构件的端部连结。
此外，技术方案17的发明的燃气轮机，在燃烧器中对由压缩机压缩的压缩空气供给燃料而进行燃烧，将产生的燃烧气体供给至涡轮从而获得旋转动力，其特征在于，所述涡轮中，排气室和配置在其外周侧的形成为环形状的外壳构件通过能够吸收热延伸的支架构件连结，所述外壳构件和排气管被连结，在所述外壳构件上连结有用于设置所述排气室的腿部。
发明效果
根据技术方案1的发明的排气室的连结结构，通过由能够吸收热延伸的支架构件将排气室和配置在废气流动方向上游侧或下游侧的连结构件连结而构成。在排气室的外周面安装有绝热件。支架构件形成为多个长方形状并配置在绝热件的外侧，其一端部与排气室的端部连结，另一端部与连结构件的端部连结。因此，由于支架构件形成为长方形状，所以能够高效地吸收在排气室和连结构件之间产生的热延伸。此外，由于支架构件配置在绝热件的外侧，所以能够充分地冷却该支架构件。结果，通过降低排气室的连结部的热应力能够实现耐久性的提高。
根据技术方案2的发明的排气室的连结结构，将连结构件设为相对于排气室配置在废气流动方向上游侧的排气机室，在排气机室的外周面安装绝热件，通过作为支架构件的排气室支架将排气机室与排气室连结，因此，能够高效地吸收因排气室和排气机室之间的温度差而产生的热延伸，能够实现耐久性的提高。
根据技术方案3的发明的排气室的连结结构，在排气机室的内侧配置形成为圆筒形状的排气扩散器，通过形成为多个长方形状且能够吸收热延伸的扩散器支架连结排气机室和排气扩散器，因此，能够高效地吸收因排气机室和排气扩散器的温度差而产生的热延伸，能够实现耐久性的提高。
根据技术方案4的发明的排气室的连结结构，在排气室支架的内侧设置用于连结排气室和排气机室的气体密封垫，因此能够防止废气从排气室和排气机室之间的连结部泄漏。
根据技术方案5的发明的排气室的连结结构，将连结构件设为相对于排气室配置在废气流动方向下游侧的排气管，在排气管的内周面安装绝热件，通过作为支架构件的排气管支架将排气管与排气室连结，因此，能够高效地吸收因排气室和排气管之间的温度差而产生的热延伸，能够实现耐久性的提高。
根据技术方案6的发明的排气室的连结结构，在排气室的外周侧配置形成为环形状的外壳构件，与外壳构件相邻地配置排气管，排气室和外壳构件通过排气管支架连结，外壳构件和排气管通过高温伸缩接头连结，因此，能够适当地冷却高温伸缩接头，能够实现耐久性的提高。
根据技术方案7的发明的排气室的连结结构，在排气管支架的外侧设置用于连结排气室和排气管的气体密封垫，因此，能够防止废气从排气室和排气管之间的连结部泄漏。
此外，根据技术方案8的发明的燃气轮机，由压缩机、燃烧器、涡轮构成，涡轮的排气机室和排气室通过能够吸收热延伸的排气室支架连结，并且，排气室和排气管通过能够吸收热延伸的排气管支架连结，在排气室的外周面安装有绝热件，排气室支架形成为多个长方形状并配置在绝热件的外侧，排气室支架的一端部与排气室的端部连结，而另一端部与排气机室的端部连结。因此，由于排气室支架形成为长方形状，所以能够高效地吸收在排气机室和排气室之间产生的热延伸，此外，由于排气室支架配置在绝热件的外侧，所以能够充分地冷却该排气室支架，能够通过降低排气室的连结部的热应力来实现耐久性的提高，结果，能够提高涡轮输出及效率。
此外，根据技术方案9的发明的燃气轮机，由压缩机、燃烧器和涡轮构成，涡轮的排气机室和排气室通过能够吸收热延伸的排气室支架连结，并且，排气室和排气管通过能够吸收热延伸的排气管支架连结，在排气室的外周面安装有绝热件，排气管支架形成为多个长方形状并配置在绝热件的外侧，排气管支架的一端部与排气室的端部连结，而另一端部与排气管的端部连结。因此，由于排气管支架形成为长方形状，所以能够高效地吸收在排气室和排气管之间产生的热延伸，此外，由于排气管支架配置在绝热件的外侧，所以能够充分地冷却该排气管支架，能够通过降低排气室的连结部的热应力来实现耐久性的提高，结果，能够提高涡轮输出及效率。
根据技术方案10的发明的燃气轮机，在排气室的外周侧配置形成为环形状的外壳构件，与外壳构件相邻地配置排气管，通过排气管支架连结排气室和外壳构件，通过高温伸缩接头连结外壳构件和排气管，因此，能够适当地冷却高温伸缩接头，能够实现耐久性的提高。
此外，根据技术方案11的发明的涡轮的支撑结构，通过能够吸收热延伸的支架构件将形成为圆筒形状的涡轮本体、和相对于该涡轮本体配置在其外周侧的形成为环形状的外壳构件连结，外壳构件上连结有用于设置涡轮本体的腿部。因此，由于外壳构件及支架构件是高刚性构件，所以能够充分地支撑因涡轮本体的重量引起的弯曲应力，此外，能够通过支架构件吸收涡轮本体的热延伸，能够通过降低作用于涡轮本体的弯曲应力、热应力来实现耐久性的提高。
根据技术方案12的发明的涡轮的支撑结构，设置流动有燃烧气体的排气室作为涡轮本体，通过支架构件连结排气室和外壳构件，并且，将排气管与外壳构件连结，因此，由于外壳构件及支架构件是高刚性构件，所以能够充分地支撑因排气室的重量引起的弯曲应力，此外能够通过支架构件吸收排气室及排气管的热延伸。
根据技术方案13的发明的涡轮的支撑结构，在外壳构件和排气管之间夹装有高温伸缩接头，因此，能够通过高温伸缩接头高效地吸收排气室和排气管之间的热延伸，能够实现耐久性的提高。
根据技术方案14的发明的涡轮的支撑结构，将支架构件形成为多个长方形状，其一端部与排气室的端部连结，而另一端部与外壳构件的端部连结，因此，通过将支架构件形成为多个长方形状而使其成为高刚性构件，能够适当地支撑因排气室的重量引起的弯曲应力。
根据技术方案15的发明的涡轮的支撑结构，在支架构件的外侧设置用于连结排气室和外壳构件的气体密封垫，因此能够防止废气从排气室和排气管之间的连结部泄漏。
根据技术方案16的发明的涡轮的支撑结构，将支架构件形成为圆台形状，支架构件的轴向的一端部与排气室的端部连结，而另一端部与外壳构件的端部连结，因此，通过将支架构件形成为圆台形状而使其成为高刚性构件，能够适当地支撑因排气室的重量引起的弯曲应力。
此外，根据技术方案17的发明的燃气轮机，由压缩机、燃烧器和涡轮构成，通过能够吸收热延伸的支架构件将涡轮的排气室、和配置在其外周侧的形成为环形状的外壳构件连结，连结外壳构件和排气管，外壳构件上连结有用于设置排气室的腿部。因此，由于外壳构件及支架构件是高刚性构件，所以能够充分地支撑因涡轮本体的重量引起的弯曲应力，此外能够通过支架构件吸收涡轮本体的热延伸，能够通过降低作用于涡轮本体的弯曲应力、热应力来实现耐久性的提高。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1所涉及的燃气轮机中的排气室的连结结构的涡轮主要部分剖视图。
图2是表示实施例1的燃气轮机中的排气机室和排气室之间的连结部的剖视图。
图3是表示排气机室和排气室之间的连结部的俯视图。
图4是表示实施例1的燃气轮机中的排气室和排气管之间的连结部的剖视图。
图5是实施例1的燃气轮机的概略结构图。
图6是表示本发明的实施例2所涉及的燃气轮机中的涡轮的支撑结构的涡轮主要部分剖视图。
图7是表示实施例2的涡轮的支撑结构的图1的A-A剖视图。
图8是表示实施例2的燃气轮机中的排气室和排气管之间的连结部的剖视图。
图9是表示排气室和排气管之间的连结部的俯视图。
图10是实施例2的燃气轮机的概略结构图。
图11是表示本发明的实施例3所涉及的燃气轮机中的涡轮的支撑结构的涡轮主要部分剖视图。
附图标记说明
11压缩机
12燃烧器
13涡轮
14、101排气室(涡轮本体)
20涡轮机室
23、41排气扩散器
27排气机室(连结构件、涡轮本体)
31排气管(连结构件、涡轮本体)
32排气室支架(支架构件)
33、103排气管支架(支架构件)
34、105膨胀节(高温伸缩接头)
41排气扩散器
48扩散器支架
51、59、60、74气体密封垫
62、63、80、86、87、88绝热件
71、102外壳构件
92排气室腿部
具体实施方式
以下，参照附图，详细地对本发明所涉及的排气室的连结结构、涡轮的支撑结构以及燃气轮机的优选实施例进行说明。另外，本发明不受该实施例的限定。
实施例1
图1是表示本发明的实施例1所涉及的燃气轮机中的排气室的连结结构的涡轮主要部分剖视图，图2是表示实施例1的燃气轮机中的排气机室和排气室之间的连结部的剖视图，图3是表示排气机室和排气室之间的连结部的俯视图，图4是表示实施例1的燃气轮机中的排气室和排气管之间的连结部的剖视图，图5是实施例1的燃气轮机的概略结构图。
如图5所示，本实施例的燃气轮机由压缩机11、燃烧器12、涡轮13、和排气室14构成。该燃气轮机13连结有未图示的发电机。该压缩机11具有用于吸入空气的空气吸入口15，在压缩机机室16内交替地配置有多个静叶片17和多个动叶片18，在其外侧设有抽气歧管19。燃烧器12中，对被压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，用燃烧嘴进行点火，从而能够燃烧。涡轮13在涡轮机室20内交替配置有多个静叶片21和多个动叶片22。在该涡轮机室20的下游侧隔着排气机室27配置有排气室14。排气室14具有与涡轮13连续的排气扩散器23。此外，转子(涡轮轴)24位于贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮13、排气室14的中心部的位置。转子24中，压缩机11侧的端部被轴承部25旋转自如地支撑，而排气室14侧的端部被轴承部26旋转自如地支撑。并且，该转子24通过重叠多个装有各动叶片18、22的轮盘而构成，排气室14侧的端部连结有未图示的发电机的驱动轴。
因此，从压缩机11的空气吸入口15吸入的空气经过多个静叶片21和多个动叶片22被压缩而成为高温高压的压缩空气。通过燃烧器12，对该压缩空气供给规定的燃料，进行燃烧。并且，由该燃烧器12生成的工作流体即高温高压的燃烧气体经过构成涡轮13的多个静叶片21和多个动叶片22，从而驱动转子24旋转，驱动与该转子24连结的发电机。废气在排气室14的排气扩散器23变换成静压之后被放出至大气。
如图1所示，在上述的涡轮13中，具有交替配置有多个静叶片21和多个动叶片22的涡轮机室20，在该涡轮机室20的下游侧具有排气机室27。排气机室27形成为圆筒形状。在排气机室27的废气流动方向下游侧配置有排气室14。该排气室14形成为圆筒形状。在排气室14的废气流动方向下游侧配置有排气管31。排气管31形成为圆筒形状。并且，排气机室27和排气室14通过能够吸收热延伸的排气室支架(支架构件)32连结。此外，排气室14和排气管31通过能够吸收热延伸的排气管支架(支架构件)33及能够吸收热延伸的膨胀节(高温伸缩接头)34连结。
排气机室27中，在其内侧配置有形成为圆筒形状的排气扩散器41。该排气扩散器41通过形成为圆筒形状的外侧扩散器42和内侧扩散器43由支撑件护罩44连结而构成。该支撑件护罩44形成为圆筒形状或椭圆筒状等的中空结构，并在排气扩散器41的周向以均等间隔设有多个。并且，在内侧扩散器43的内周部上，经由轴承45旋转自如地支撑转子24，该轴承45上配置有用于供给润滑油的油配管46。另外，支撑件护罩44内配置有支撑件47。对于支撑件护罩44内部的空间，能够从外部向排气扩散器41内侧的空间、或排气机室27与排气扩散器41之间的空间供给冷却空气。通过该冷却空气，还能够冷却后述的扩散器支架48。另外，支撑件47中，一端固定于排气机室27，另一端固定于轴承箱。
排气机室27和排气扩散器41通过扩散器支架48连结。该扩散器支架48形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置，并且，在周向上以规定间隔并列设置多个。此外，当在排气机室27和排气扩散器41之间因温度差而产生热延伸时，该扩散器支架48能够通过变形而吸收该热延伸。特别是，在涡轮13的启动时等过渡期，容易产生热延伸。扩散器支架48中，一端部通过螺栓49紧固在排气机室27上，另一端部通过螺栓50紧固在外侧扩散器42上。以从外侧覆盖该扩散器支架48的方式设置排气机室27。在外侧扩散器42和排气机室27之间设有气体密封垫51，用于将排气机室和涡轮机室隔断。
排气室14通过由随附支撑件(follow strut)54将形成为圆筒形状的外筒52和内筒53连结而构成，该随附支撑件54具有圆筒形状或椭圆筒状等的中空结构，在排气室14的周向上以均等间隔设有多个。随附支撑件54在排气室14的外筒52侧开口，随附支撑件54的内部与大气连通。
排气机室27和排气室14之间通过排气室支架32连结。排气扩散器41和排气室14中，外侧扩散器42和外筒52的端部、内侧扩散器43和内筒53的端部分别彼此靠近且相对。外侧扩散器42和外筒52朝向废气流动方向下游侧扩径，而内侧扩散器43、内筒53朝向废气流动方向下游侧形成为相同的直径。并且，相比排气扩散器41的外侧扩散器42位于外周侧的排气机室27的端部、与排气室14的外筒52的端部通过排气室支架32连结。
该排气室支架32形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置，并且，在周向以规定间隔并列设置有多个。此外，当在排气机室27和排气室14之间因温度差而产生热延伸时，该排气室支架32能够通过变形而吸收该热延伸。另外，热延伸在涡轮13启动时等过渡期或高负荷时容易产生。
如图2和图3所示，在排气机室27的端部通过螺栓56固定有连结环55。排气室支架32中，一端部的连结凸缘32a通过螺栓57紧固在该连结环55上，另一端部的连结凸缘32b通过螺栓58紧固在排气室14中的外筒52的安装凸缘52a上。此外，在排气机室27的下游侧端部和外侧扩散器42的下游侧端部之间设有气体密封垫59。在连结环55和外筒52的上游侧端部之间位于排气室支架32的内侧而设有气体密封垫60。进而，在内侧扩散器43、53的端部之间设有橡胶密封垫61。
气体密封垫59具有使经过支撑件护罩44内部而被供给的冷却空气停留在外侧扩散器41和排气机室27之间的功能。
在排气机室27的外周面装有绝热件62。同样地，在排气室14的外周面装有绝热件63。排气室支架32设置在排气室14的外筒52的外侧，排气室支架32配置在该绝热件63的外侧。排气室支架32能够被外部空气冷却。此外，绝热件63以避开随附支撑件54的开口部的方式配置。这样配置是为了不阻碍大气的吸入。
图1及图4所示的排气管31形成为圆筒形状，与排气室14之间通过排气管支架33和膨胀节34连结。在排气室14的端部的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件71。排气室14的端部和外壳构件71的内周部通过排气管支架33连结。该排气管支架33形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置并且在周向以规定间隔并列设置有多个。此外，当在排气室14和排气管31之间因温度差而产生热延伸时，该排气管支架33能够通过变形而吸收该热延伸。特别是，热延伸在涡轮13启动时等过渡期或高负荷时容易产生。另一方面，对于外壳构件71，截面形成为向外侧开口的“コ”字形状，在内周面形成安装凸缘71a，并且在外周部形成连结凸缘71b。
并且，排气管支架33中，一端部的连结凸缘33a通过螺栓72紧固在外壳构件71的安装凸缘71a上，另一端部的连结凸缘33b通过螺栓73紧固在排气室14中的外筒52的连结凸缘52b上。此外，在外壳构件71的安装凸缘71a和外筒52之间位于排气管支架33的外侧而设有气体密封垫74。
此外，通过膨胀节34，在形成为环形状的一对安装凸缘75、76上直立设置有支撑凸缘77、78，并且，以架设在该安装凸缘75、76之间的方式连结有形成为环形状的放松密封垫79。在由支撑凸缘77、78及放松密封垫79形成的空间部内填充绝热件80。保护罩81覆盖该绝热件80。保护罩81的端部通过螺栓82、83紧固在支撑凸缘77、78上。并且，一个安装凸缘75通过螺栓84紧固在外壳构件71的连结凸缘71b上，另一个安装凸缘76通过螺栓85紧固在排气管31的端部上。该膨胀节34在涡轮13的高负荷时，在排气室14和排气管31之间进行绝热，并且，在因温度差产生热延伸时，能够通过变形而吸收该热延伸。
在各安装凸缘75、76的内周面装有绝热件86、87，并且在排气管31的内周面装有绝热件88。膨胀节34配置在该绝热件86、87、88的外侧，能够被外部空气冷却。
这样，本实施例的排气室的连结结构，通过用能够吸收热延伸的排气室支架32将排气室14和相对于排气室14在废气流动方向上游侧配置的排气机室27连结而构成，在排气室14的外周面装有绝热件63，排气室支架32形成为多个长方形状并配置在绝热件63的外侧，将排气室支架32的一端部与排气室14的端部连结，而将其另一端部与排气机室27的端部连结。
因此，排气室支架32由于形成为长方形状，因此容易变形，从而能够高效地吸收在排气室14和排气机室27之间产生的热延伸。此外，由于排气室支架32配置在绝热件63的外侧，因此该排气室支架32能够被外部空气充分地冷却。结果，能够降低排气室14和排气机室27之间的连结部即排气室支架32处的热应力，由此能够实现耐久性的提高。
在该情况下，在排气室支架32的内侧设有用于连结排气室14和排气机室27的气体密封垫59、60，能够防止废气从排气室14和排气机室27之间的连结部向外部泄漏。此外，排气室支架32、排气机室27与高温的排气隔离，因此，能够抑制各自的热延伸。
此外，在本实施例的排气室的连结结构中，在排气机室27的内侧配置形成为圆筒形状的排气扩散器41，排气机室27和排气扩散器41通过形成为多个长方形状而能够吸收热延伸的多个扩散器支架48连结。因此，能够高效地吸收排气机室27和排气扩散器41因温度差而产生的热延伸，能够实现耐久性的提高。
此外，本实施例的排气室的连结结构通过用能够吸收热延伸的排气管支架33将排气室14和相对于排气室14在废气流动方向下游侧配置的排气管31连结而构成，在排气室14的外周面装有绝热件63，排气管支架33形成为多个长方形状并配置在绝热件63的外侧，其一端部与排气室14的端部连结，而另一端部与排气管31的端部连结。
因此，排气管支架33形成为长方形状而容易变形，从而能够高效地吸收在排气室14和排气管31之间产生的热延伸。膨胀节34由于配置在排气管支架33的外侧，因此该膨胀节34能够通过外部空气充分地冷却。此外，膨胀节34被设置在内侧的排气管支架33保护而不受热。
在该情况下，在排气管支架33的外侧设置用于连结排气室14和排气管31的气体密封垫74，能够防止废气从排气室14和排气管31之间的连结部向外部泄漏。
此外，在本实施例的排气室的连结结构中，在排气室14的外周侧配置形成为环形状的外壳构件71，与外壳构件71相邻地配置排气管31，排气室14和外壳构件71通过排气管支架33连结，外壳构件71和排气管31通过膨胀节34连结。因此，能够适当地冷却膨胀节34，能够实现耐久性的提高。
在该情况下，通过在排气管31的内周面装有绝热件88，对内表面保温，能够降低排气管31的温度，抑制膨胀节34的高温化，能够提高耐久性。
并且，本实施例的燃气轮机由压缩机11、燃烧器12和涡轮13构成，涡轮13的排气机室27和排气室14通过排气室支架32连结，并且，排气室14和排气管31通过排气管支架33连结，在排气室14的外周面装有绝热件63，排气室支架32及排气管支架33形成为多个长方形状而配置在绝热件63的外侧。
因此，由于排气室支架32及排气管支架33形成为长方形状，因此能够容易地变形，能够高效地吸收在排气机室27、排气室14、排气管31之间产生的热延伸。此外，由于排气室支架32及排气管支架33配置在绝热件63的外侧，因此各支架32、33能够被外部空气充分地冷却。结果，通过降低排气机室27、排气室14、排气管31之间的连结部、即各支架32、33的热应力，能够实现耐久性的提高，结果能够提高涡轮输出及效率。
实施例2
图6是表示本发明的实施例2所涉及的燃气轮机中的涡轮的支撑结构的涡轮主要部分剖视图，图7是表示实施例2的涡轮的支撑结构的图6的A-A剖视图，图8是表示实施例2的燃气轮机中的排气室和排气管之间的连结部的剖视图，图9是表示排气室和排气管之间的连结部的俯视图，图10是实施例2的燃气轮机的概略结构图。
如图10所示，本实施例的燃气轮机由压缩机11、燃烧器12、涡轮13和排气室14构成。在该燃气轮机13上连结有未图示的发电机。该压缩机11具有用于吸入空气的空气吸入口15，在压缩机机室16内交替配置有多个静叶片17和多个动叶片18，在其外侧设有抽气歧管19。燃烧器12对由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，用燃烧嘴点火从而能够燃烧。涡轮13中，在涡轮机室20内交替配置有多个静叶片21和多个动叶片22。在该涡轮机室20的下游侧隔着排气机室27配置有排气室14。排气室14具有与涡轮13连续的排气扩散器23。此外，转子(涡轮轴)24位于贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮13、排气室14的中心部的位置。转子24中，压缩机11侧的端部被轴承部25旋转自如地支撑，而排气室14侧的端部被轴承部26旋转自如地支撑。并且，该转子24通过重叠多个安装有各动叶片18、22的轮盘而构成，排气室14侧的端部连结有未图示的发电机的驱动轴。
因此，从压缩机11的空气吸入口15吸入的空气经过多个静叶片17和多个动叶片18被压缩而成为高温高压的压缩空气。通过燃烧器12，对该压缩空气供给规定的燃料，进行燃烧。并且，由该燃烧器12生成的工作流体即高温高压的燃烧气体经过构成涡轮13的多个静叶片21和多个动叶片22，从而驱动转子24旋转，驱动与该转子24连结的发电机。废气在排气室14的排气扩散器23变换成静压之后被放出至大气。
如图6及图7所示，在上述的涡轮13中，具有交替配置有多个静叶片21和多个动叶片22(均参照图10)的涡轮机室20，在其下游侧具有排气机室27。排气机室27形成为圆筒形状。在排气机室27的废气流动方向下游侧配置有排气室14。该排气室14形成为圆筒形状。在排气室14的废气流动方向下游侧配置有排气管31。排气管31形成为圆筒形状。并且，排气机室27和排气室14通过能够吸收热延伸的排气室支架32连结。此外，排气室14和排气管31通过能够吸收热延伸的排气管支架(支架构件)33及能够吸收热延伸的膨胀节(高温伸缩接头)34连结。
在该情况下，在本实施例中，相对于作为涡轮本体的排气室14中的废气流动方向下游侧的端部，在其外周侧配置有形成为环形状的外壳构件71。排气室14和外壳构件71通过排气管支架33连结，外壳构件71和排气管31通过膨胀节34连结，在外壳构件71上连结有用于设置排气室14的排气室腿部92。
排气机室27中，在其内侧配置有形成为圆筒形状的排气扩散器41。该排气扩散器41通过由支撑件护罩44连结形成为圆筒形状的外侧扩散器42和内侧扩散器43而构成。该支撑件护罩44形成为圆筒形状或椭圆形状等的中空形状，并在排气扩散器41的周向以均等间隔设有多个。并且，在内侧扩散器43的内周部上，经由轴承45旋转自如地支撑转子24，该轴承45上配置有用于供给润滑油的油配管46。另外，在支撑件护罩44内配置有支撑件47。对于支撑件护罩44的内部空间，能够从外部向排气扩散器41的内侧的空间、排气机室27与排气扩散器41之间的空间供给冷却空气。通过该冷却空气，还能够冷却后述的扩散器支架48。另外，支撑件47中，一端固定于排气机室27，另一端固定于轴承箱。
排气机室27和排气扩散器41通过扩散器支架48连结。该扩散器支架48形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置，并且，在周向上以规定间隔并列设置有多个。此外，当在排气机室27和排气扩散器41之间因温度差而产生热延伸时，该扩散器支架48能够通过变形而吸收该热延伸。特别是，在涡轮13的启动时等过渡期，容易产生热延伸。扩散器支架48中，一端部通过螺栓49紧固在排气机室27上，另一端部通过螺栓50紧固在外侧扩散器42上。以从外侧覆盖该扩散器支架48的方式设置排气机室27。在外侧扩散器42和排气机室27之间设有气体密封垫51，用于将排气机室27和涡轮机室20隔断。
排气室14通过由随附支撑件54将形成为圆筒形状的外筒52和内筒53连结而构成，该随附支撑件54形成为圆筒形状或椭圆形状等的中空形状，在排气室14的周向上以均等间隔设有多个。随附支撑件54在排气室14的外筒52侧开口，随附支撑件54的内部与大气连通。
排气机室27和排气室14通过排气室支架32连结。排气扩散器41和排气室14中，外侧扩散器42、外筒52、内侧扩散器43、内筒53的端部分别彼此靠近且相对。外侧扩散器42和外筒52朝向废气流动方向下游侧扩径，而内侧扩散器43和内筒53朝向废气流动方向下游侧形成为相同的直径。并且，相比排气扩散器41的外侧扩散器42位于外周侧的排气机室27的端部、与排气室14的外筒52的端部通过排气室支架32连结。
该排气室支架32形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置，并且，在周向以规定间隔并列设置有多个。此外，当在排气机室27和排气室14之间因温度差而产生热延伸时，该排气室支架32能够通过变形而吸收该热延伸。另外，热延伸在涡轮13启动时等过渡期或高负荷时容易产生。
在排气机室27的端部通过螺栓56固定有连结环55。排气室支架32中，一端部的连结凸缘32a通过螺栓57紧固在该连结环55上，另一端部的连结凸缘32b通过螺栓58紧固在排气室14中的外筒52的安装凸缘52a上。此外，在排气机室27的下游侧端部和外侧扩散器42的下游侧端部之间设有气体密封垫59。在连结环55和外筒52的上游侧端部之间位于排气室支架32的内侧而设有气体密封垫60。进而，在内侧扩散器43和内筒53的端部之间设有橡胶密封垫61。
气体密封垫59具有使经过支撑件护罩44的内部而被供给的冷却空气停留在外侧扩散器41和排气机室27之间的功能。
在排气机室27的外周面装有绝热件62。同样地，在排气室14的外周面装有绝热件63。排气室支架32设置在排气室14的外筒52的外侧，排气室支架32配置在该绝热件63的外侧。排气室支架32能够通过外部空气冷却。此外，绝热件63以避开随附支撑件54的开口部的方式而配置。这样配置是为了不阻碍大气的吸入。
图6至图10所示的排气管31形成为圆筒形状，与排气室14之间通过排气管支架33和膨胀节34连结。在排气室14的端部的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件71。排气室14的端部和外壳构件71的内周部通过排气管支架33连结。该排气管支架33形成为长方形状，沿着涡轮13的轴向延伸设置并且在周向以规定间隔并列设置有多个。此外，当在排气室14和排气管31之间因温度差而产生热延伸时，该排气管支架33能够变形而吸收该热延伸。特别是，热延伸在涡轮13启动时等过渡期或高负荷时容易产生。另一方面，外壳构件71中，截面形成为向外侧开口的“コ”字形状，该外壳构件71具有：与排气室14的外周面大致平行的外壳本体71a；从该外壳本体71a的两侧与排气室14的外周面大致正交地立起的连结凸缘71b、71c；和从外壳本体71a向排气室14的外周面侧突出的连结凸缘71d。
并且，排气管支架33中，一端部的连结凸缘33a通过螺栓72紧固在外壳构件71的安装凸缘71d上，另一端部的连结凸缘33b通过螺栓73紧固在排气室14中的外筒52的连结凸缘52b上。此外，在外壳构件71的安装凸缘71b和外筒52之间位于排气管支架33的外侧而设有气体密封垫74。
此外，通过膨胀节34，在形成为环形状的一对安装凸缘75、76上直立设置支撑凸缘77、78，并且，以架设在该安装凸缘75、76之间的方式连结有形成为环形状的放松密封垫79。在由支撑凸缘77、78及放松密封垫79形成的空间部内填充绝热件80。保护罩81覆盖该绝热件80。保护罩81的端部通过螺栓82、83紧固在支撑凸缘77、78上。并且，一个安装凸缘75通过螺栓84紧固在外壳构件71的连结凸缘71b上，另一个安装凸缘76通过螺栓85紧固在排气管31的端部上。该膨胀节34在涡轮13的高负荷时，在排气室14和排气管31之间进行绝热，并且，在因温度差产生热延伸时，能够通过变形而吸收该热延伸。
在各安装凸缘75、76的内周面装有绝热件86、87并且在排气管31的内周面装有绝热件88。膨胀节34配置在该绝热件86、87、88的外侧，能够通过外部空气冷却。
并且，如图6及图7所示，在通过由多个长方形状构成的多个排气管支架33与排气室14连结的外壳构件71上，在外壳本体71a的两侧分别固定有安装托架91，在该各安装托架91上分别连结有排气室腿部92。因此，排气室14通过2个排气室腿部92设置在未图示的涡轮厂房的地面上。即，排气室14通过在周向并列设置的多个排气管支架33支撑于外壳构件71，该外壳构件71通过排气室腿部92设置在地面上。
在该情况下，排气管支架33具有规定宽度而形成为长方形状，沿着排气室14的长度方向(废气流动方向)安装。此外，排气管支架33由于在排气室14的周向并列设置，因此成为相对于上下(周)方向具有高刚性的构件。此外，外壳构件71形成为在由外壳本体71a和连结凸缘71b、71c构成的“コ”字形截面上加上连结凸缘71d而成的不规则截面，因此成为相对于上下(周)方向具有高刚性的构件。因此，排气管支架33和外壳构件71是高刚性构件，因此，能够充分地支撑排气室14的重量。此外，能够通过排气管支架33的变形充分地吸收排气室14的热延伸。
另外，如图6所示，排气管31通过多个排气管腿部93、94设置在厂房的地面上，虽未图示但排气机室27通过排气机室腿部设置在厂房的地面上。
这样，在本实施例的涡轮的支撑结构中，在形成为圆筒形状的作为涡轮本体的排气室14的外周侧配置形成为环形状的外壳构件71，通过能够吸收热延伸的排气管支架33连结排气室14和外壳构件71，在外壳构件71上连结用于将排气室14设置于厂房的排气室腿部92。
因此，外壳构件71及排气管支架33是高刚性构件，所以，能够充分地支撑因排气室14的重量引起的弯曲应力，此外能够通过排气管支架33吸收排气室14的热延伸，通过降低作用于排气室14的弯曲应力及热应力能够实现耐久性的提高。
此外，在本实施例的涡轮的支撑结构中，在外壳构件71和排气管31之间夹装有膨胀节34。因此，能够通过该膨胀节34高效地吸收排气室14和排气管31之间的热延伸，能够实现耐久性的提高。
此外，在本实施例的涡轮的支撑结构中，将排气管支架33形成为多个长方形状，排气管支架33的一端部与排气室14的端部连结，而另一端部与外壳构件71的端部连结。因此，通过将排气管支架33形成为多个长方形状而使其成为高刚性构件，能够适当地支撑因排气室14的重量引起的弯曲应力。
此外，在本实施例的涡轮的支撑结构中，在排气管支架33的外侧设置用于连结排气室14和外壳构件71的气体密封垫74，能够防止废气从排气室14和排气管31之间的连结部泄漏。
并且，本实施例的燃气轮机由压缩机11、燃烧器12和涡轮13构成，通过能够吸收热延伸的排气管支架33连结涡轮13的排气室14和配置在其外周侧的形成为环形状的外壳构件71，经由膨胀节34连结外壳构件71和排气管31，外壳构件71上连结有用于设置排气室14的排气室腿部92。
因此，外壳构件71及排气管支架33是高刚性构件，所以，能够充分地支撑因排气室14的重量引起的弯曲应力，此外能够通过排气管支架33吸收排气室14的热延伸，通过降低作用于排气室14的弯曲应力及热应力，能够实现涡轮整体的耐久性的提高。
实施例3
图11是表示本发明的实施例3所涉及的燃气轮机中的涡轮的支撑结构的涡轮主要部分剖视图。
如图11所示，在本实施例的燃气轮机中的涡轮的支撑结构中，作为涡轮本体的排气室101形成为圆筒形状。相对于该排气室101的废气流动方向下游侧的端部，在其外周侧配置有形成为环形状的外壳构件102，排气室101和外壳构件102通过排气管支架(支架构件)103连结。此外，在排气室101的废气流动方向下游侧配置有排气管104。排气管104形成为圆筒形状，外壳构件102和排气管104通过膨胀节(高温伸缩接头)105连结。并且，外壳构件102上连结有用于设置排气室101的未图示的排气室腿部。
即，在排气室101的端部的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件102。排气室101的端部和外壳构件102的内周部通过排气管支架103连结。该排气管支架103形成为圆台形状。当在排气室101和排气管104之间因温度差而产生热延伸时，该排气管支架103能够通过变形而吸收该热延伸。特别是，该热延伸在涡轮启动时等过渡期或高负荷时容易产生。另一方面，外壳构件102的截面形成为向外侧开口的“コ”字形状。该外壳构件102具有：与排气室101的外周面大致平行的外壳本体102a；从该外壳本体102a的两侧与排气室101的外周面大致正交地立起的连结凸缘102b、102c；和从外壳本体102a向排气室101的外周面侧突出的连结凸缘102d。并且，排气管支架103中，一端部通过螺栓106紧固在外壳构件102的安装凸缘102d上，另一端部固定在排气室101上。
此外，通过膨胀节105，在形成为环形状的一对安装凸缘107、108上直立设置有支撑凸缘109、110。并且，在由该支撑凸缘109、110形成的空间部内填充绝热件111，并通过波纹管112进行覆盖，通过螺栓114、115将外壳113紧固。并且，一个安装凸缘107通过螺栓116紧固在外壳构件102的连结凸缘102b上，另一个安装凸缘108通过螺栓117紧固在排气管104的端部上。该膨胀节105在涡轮13的高负荷时，在排气室101和排气管104之间进行绝热，并且，在因温度差产生热延伸时，通过变形而能够吸收该热延伸。
并且，虽未进行图示，但是，在外壳构件102的两侧经由各个安装托架连结有各个排气室腿部。因此，排气室101通过2个排气室腿部设置在涡轮厂房的地面上。即，排气室101经由排气管支架103支撑于外壳构件102，该外壳构件102通过排气室腿部设置在地面上。
在该情况下，排气管支架103形成为圆台形状，沿着排气室101的长度方向(废气流动方向)安装，因而成为相对于上下(周)方向具有高刚性的构件。此外，外壳构件102是在由外壳本体102a和连结凸缘102b、102c构成的“コ”字形截面上加上连结凸缘102d而成的不规则截面，因此成为相对于上下(周)方向具有高刚性的构件。因此，排气管支架103和外壳构件102是高刚性构件，因此能够充分地支撑排气室101的重量。此外，通过排气管支架103的变形能够充分地吸收排气室101的热延伸。
这样，在本实施例的涡轮的支撑结构中，在形成为圆筒形状的作为涡轮本体的排气室101的外周侧配置形成为环形状的外壳构件102，通过能够吸收热延伸的排气管支架103连结排气室101和外壳构件102，在外壳构件102上连结用于将排气室101设置于厂房的排气室腿部。
因此，外壳构件102及排气管支架103是高刚性构件，所以能够充分地支撑因排气室101的重量引起的弯曲应力，此外能够通过排气管支架103吸收排气室101的热延伸，通过降低作用于排气室101的弯曲应力及热应力，能够实现耐久性的提高。
此外，在本实施例的涡轮的支撑结构中，将排气管支架103形成为圆台形状，其轴向的一端部与排气室101的端部连结，而另一端部与外壳构件102的端部连结，通过将排气管支架103形成为圆台形状而使其成为高刚性构件，能够适当地支撑因排气室101的重量产生的弯曲应力。
另外，在上述的各实施例中，将本发明的涡轮本体作为排气室14，通过排气管支架33连结该排气室14和外壳构件71，在外壳构件71上连结有排气室腿部92，但是本发明不限于该结构。即，也可以是，将本发明的涡轮本体作为排气机室27，在该排气室14的外侧经由支架构件设置外壳构件，在该外壳构件上连结排气机室腿部，或者也可以是，将本发明的涡轮本体作为排气管31，在该排气管31的外侧经由支架构件设置外壳构件，在该外壳构件上连结排气管腿部。
产业实用性
本发明所涉及的排气室的连结结构及燃气轮机，在排气室的外周面装有绝热件，将支架构件形成为多个长方形状并配置在绝热件的外侧，由此降低排气室的连结部的热应力，从而实现耐久性的提高，本发明能够适用于任何种类的燃气轮机。
此外，本发明所涉及的涡轮的支撑结构及燃气轮机，在通过能够吸收热延伸的支架构件与涡轮本体连结的外壳构件上连结腿部，由此降低了作用于涡轮本体的弯曲应力及热应力，从而能够实现耐久性的提高，本发明能够适用于任何种类的燃气轮机。

Claims (2)

1.一种排气室的连结结构，通过能够吸收热延伸的支架构件将形成为圆筒形状的排气室、和形成为圆筒形状的连结构件连结，所述连结构件是相对于该排气室配置在废气流动方向上游侧的排气机室及相对于所述排气室配置在废气流动方向下游侧的排气管中的至少一方，其特征在于，
在所述排气室的外周面安装有绝热件，
所述支架构件形成为多个长方形状并配置在所述绝热件的外侧，且能够被外部空气充分地冷却，
所述连结构件是相对于所述排气室配置在废气流动方向下游侧的排气管，在该排气管的内周面安装有绝热件，所述排气管通过作为所述支架构件的排气管支架与所述排气室连结，
在所述排气室的外周侧配置有形成为环形状的外壳构件，与该外壳构件相邻地配置有所述排气管，所述排气室和外壳构件通过所述排气管支架连结，所述外壳构件和所述排气管通过在所述支架构件的外侧配置的高温伸缩接头连结，所述高温伸缩接头具有绝热件且能够吸收热延伸。
2.如权利要求1所述的排气室的连结结构，其特征在于，在所述排气管支架的外侧设有用于连结所述排气室和所述排气管的气体密封垫。
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