CN101978138A - 燃气涡轮机 - Google Patents
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Abstract
具备：排气室(34)，其由圆筒状的车室壁(51)、以及在车室壁内支承转子(4)的轴承部(42)的轴承箱(52)构成；支承件(53)，其沿轴承箱的圆周方向等间隔设置且沿轴承箱的切线方向延伸而将车室壁和轴承箱连结；扩散器部(54)，其具有车室壁的内周侧的外侧扩散器(54a)及轴承箱的外周侧的内侧扩散器(54b)；冷却室(55)，其利用覆盖支承件的支承件罩(53a)将外侧扩散器及内侧扩散器连结，并通过车室壁与外侧扩散器之间、轴承与内侧扩散器之间、以及支承件罩内，其中，在轴承箱与内侧扩散器之间具备覆盖轴承箱外周的隔壁(56)。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮机，更详细来说，涉及对涡轮机的排气部进行冷却的燃气涡轮机。
背景技术
燃气涡轮机由压缩机、燃烧器、涡轮机构成。压缩机通过对从空气取入口取入的空气进行压缩而形成高温、高压的压缩空气。燃烧器通过对压缩空气供给燃料并使燃料燃烧而形成高温、高压的燃烧气体。涡轮机通过在壳体内交替配设多个涡轮机静叶片及涡轮机动叶片而构成，通过向排气通路供给的燃烧气体来驱动涡轮机动叶片，从而驱动例如与发电机连结的转子旋转。并且，驱动涡轮机的燃烧气体由扩散器变换成静压后向大气排出。
在此种燃气涡轮机中，伴随高效率化，驱动涡轮机的燃烧气体的温度升高。因此，涡轮机的几乎全部的结构部成为冷却对象，其中，也包含涡轮机的排气部即扩散器。
以往，对扩散器进行冷却的燃气涡轮机中存在例如专利文献1所示的情况。在该燃气涡轮机中，设有由与涡轮机的下游侧连接的外周侧壳体及内周侧壳体构成的排气壳体。在内周侧壳体与外周侧壳体之间设有支承件。而且，在排气壳体的外周侧及内周侧分别具有扩散器，并且设有排气增压室，该排气增压室具有覆盖支承件并具有将各扩散器连结的支承件罩。并且，设有使冷却空气从外周侧扩散器的外周侧通过支承件罩内、经由内周侧扩散器的内周侧供给到排气增压室内的第一冷却系统、以及在内周侧扩散器的更内周侧沿内周侧扩散器供给冷却空气的第二冷却系统。
该专利文献1所示的燃气涡轮机是例如专利文献2所示的燃气涡轮机那样通过支承件将内周侧壳体相对于内周侧壳体进行支承的部件，支承件以转子的轴心为中心沿径向(放射方向)延伸设置。并且，在内周侧壳体内支承有转子的轴承部。即，专利文献1及专利文献2所示的燃气涡轮机的转子由内周侧壳体支承，该内周侧壳体隔着支承件由外周侧壳体支承，因此，外周侧壳体、内周侧壳体及支承件构成为刚性结构。因此，在专利文献1所示的燃气涡轮机中，为了使转子的位置不变，需要通过第一冷却系统及第二冷却系统将外周侧壳体、内周侧壳体及支承件冷却成均匀的温度，防止由燃烧气体的热量引起的伸长。
另一方面，例如，在专利文献3所示的燃气涡轮机中，取代专利文献1中的内周侧壳体而设置支承转子轴承部的筒状的轴承箱。并且，在该轴承箱与外周侧壳体(车室壁)之间设置沿轴承箱的圆周方向等间隔且沿轴承箱的切线(切向)方向延伸的多个支承件。在该燃气涡轮机中，由于热量变化而支承件产生伸缩时，通过使轴承箱以转子的轴心为中心进行旋转而维持转子的位置。而且，专利文献3所示的燃气涡轮机的扩散器分别设置在外周侧壳体的内侧及轴承箱的外周侧，并且由覆盖支承件的支承件罩连结，其外周侧及内周侧形成有在支承件罩内连结的冷却室。
专利文献1：日本特开2005-83199号公报
专利文献2：日本特开2003-314299号公报
专利文献3：日本特开2007-192028号公报
在上述专利文献3所示的燃气涡轮机中，通过供给到冷却室内的冷却空气来冷却各扩散器。然而，扩散器暴露在高温的燃烧气体中下时，冷却空气的温度上升，该温度上升会影响轴承箱，从而轴承箱内的向轴承部供给的润滑油的温度也上升。并且，由于该温度上升而润滑油的润滑性受损时，轴承性能有可能会降低。
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于，提供一种能够防止由于冷却涡轮机的扩散器部、支承件的冷却空气的温度上升而转子的轴承部被加热的情况的燃气涡轮机。
为了实现上述目的，在本发明的燃气涡轮机中，具备：圆筒状的车室壁，其成为涡轮机下游的侧外壳；轴承箱，其在所述车室壁内支承转子的轴承部；支承件，其沿所述轴承箱的圆周方向设置多个且沿所述轴承箱的切线方向延伸而将所述车室壁和所述轴承箱连结；扩散器部，其具有沿所述车室壁的内周设置的外侧扩散器及沿所述轴承箱的外周设置的内侧扩散器；隔壁，其在所述轴承箱与所述内侧扩散器之间并覆盖所述轴承箱的外周；冷却室，其利用覆盖所述支承件的支承件罩将所述外侧扩散器及所述内侧扩散器连结，并通过所述车室壁与所述外侧扩散器之间、所述隔壁与所述内侧扩散器之间、以及所述支承件罩内而形成，所述燃气涡轮机的特征在于，所述隔壁供所述支承件贯通并将所述冷却室的冷却介质和绕所述轴承箱的冷却介质隔离。
冷却空气在外侧扩散器→支承件罩→内侧扩散器的流动的过程中进行热交换。并且，在到达内侧扩散器时，越加热轴承箱内的轴承部的润滑油，冷却空气的温度就越上升。本发明的燃气涡轮机通过设置隔壁而防止冷却空气向轴承箱侧的流动。其结果是，对内侧、外侧扩散器、支承件罩、支承件进行冷却，并且防止由于温度上升的冷却空气而转子的轴承部被加热的情况。
另外，通过设置隔壁，能够使收容轴承箱的空间独立进行换气。并且，能够独立管理轴承箱周围的换气空气的空气量和冷却室的冷却空气的空气量。
另外，在本发明的燃气涡轮机中，其特征在于，具备隔壁支承部件，该隔壁支承部件的一端侧固定于所述轴承箱且另一端侧固定于所述隔壁而沿所述支承件的延伸方向设置，且具有设置成将所述一端侧和所述另一端侧分开而维持相互间的气密性并能够沿所述支承件的延伸方向滑动的密封部。
该燃气涡轮机的支承件沿轴承箱的切线方向延伸设置，即使支承件由于热量变化而伸缩，也能通过使轴承箱以转子的轴心为中心进行旋转来维持转子的位置。相对于此种支承件的伸缩，隔壁设置成使隔壁支承部件的一端侧和另一端侧能够沿支承件的延伸方向进行相对移动，追随支承件的伸缩，从而维持其位置。
另外，在本发明的燃气涡轮机中，其特征在于，具备隔壁支承部件，该隔壁支承部件包围所述支承件的外周，一端侧固定于所述隔壁且另一端侧固定于所述车室壁而沿所述支承件的延伸方向设置。
该燃气涡轮机的支承件沿轴承箱的切线方向延伸设置，即使支承件由于热量变化而伸缩，也能通过使轴承箱以转子的轴心为中心进行旋转来维持转子的位置。相对于此种支承件的伸缩，隔壁的包围支承件外周的隔壁支承部件追随支承件的伸缩，而维持其位置。
发明效果
根据本发明，防止由于对涡轮机的扩散器部、支承件进行冷却的冷却空气的温度上升而轴承箱内的轴承部被加热的情况。
附图说明
图1是本发明的实施例的燃气涡轮机的简要结构图。
图2是图1所示的燃气涡轮机的涡轮机下游侧的简要结构图。
图3是从轴向观察到的图2所示的涡轮机下游侧的简要结构图。
图4是隔壁支承部件的简要结构图。
图5是图1所示的燃气涡轮机的涡轮机下游侧的另一简要结构图。
图6是从轴向观察到的图5所示的涡轮机下游侧的简要结构图。
符号说明：
1压缩机
2燃烧器
3涡轮机
34排气室
4转子
41、42轴承部
51车室壁
52轴承箱
53支承件
53a支承件罩
54扩散器部
54a外侧扩散器
54b内侧扩散器
55冷却室
56隔壁
57、58隔壁支承部件
57a、58a一端侧
57b、58b另一端侧
57c密封部
59排气通道
R轴心
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的燃气涡轮机的优选的实施例。此外，该实施例并未限定本发明。
图1是本发明的实施例的燃气涡轮机的简要结构图，图2是图1所示的燃气涡轮机的涡轮机下游侧的简要结构图，图3是从轴向观察到的图2所示的涡轮机下游侧的简要结构图，图4是隔壁支承部件的简要结构图。
如图1所示，燃气涡轮机包括压缩机1、燃烧器2、涡轮机3。而且，在压缩机1、燃烧器2及涡轮机3的中心部贯通配置有转子4。压缩机1、燃烧器2及涡轮机3沿转子4的轴心R从空气或燃烧气体的流动的上游侧朝下游侧依次并列设置。此外，在以下的说明中，所谓轴向是指与轴心R平行的方向，所谓周向是指以轴心R为中心的周围方向，所谓径向是指与轴心R正交的方向。
压缩机1是对空气进行压缩而形成压缩空气的设备。压缩机1在具有取入空气的空气取入口11的压缩机壳体12内设置有压缩机静叶片13及压缩机动叶片14。压缩机静叶片13安装在压缩机壳体12侧而沿周向并列设置多个。而且，压缩机动叶片14安装在转子4侧而沿周向并列设置多个。所述压缩机静叶片13和压缩机动叶片14沿轴向交替设置。
燃烧器2是通过相对于由压缩机1压缩后的压缩空气供给燃料而生成高温、高压的燃烧气体的设备。燃烧器2具有：作为燃烧筒，将压缩空气和燃料混合而使其燃烧的内筒21；将燃烧气体从内筒21向涡轮机3引导的尾筒22；覆盖内筒21的外周，将来自压缩机1的压缩空气向内筒21引导的外筒23。该燃烧器2相对于燃烧器壳体24沿周向并列设置多个(例如16个)。
涡轮机3是在由燃烧器2燃烧后的燃烧气体的作用下产生旋转动力的设备。涡轮机3在涡轮机壳体31内设有涡轮机静叶片32及涡轮机动叶片33。涡轮机静叶片32安装在涡轮机壳体31侧而沿周向并列设置多个。而且，涡轮机动叶片33固定在以转子4的轴心R为中心的圆盘状的盘的外周而沿周向并列设置多个。所述涡轮机静叶片32和涡轮机动叶片33沿轴向交替设置多个。而且，在涡轮机壳体31的下游侧设有排气室34，该排气室34在内部具有与涡轮机3连续的扩散器部54。
转子4设置成，其压缩机1侧的端部由轴承部41支承且排气室34侧的端部由轴承部42支承，从而以轴心R为中心旋转自如。并且，在转子4的排气室34侧的端部上连结有发电机(未图示)的驱动轴。
此种燃气涡轮机使从压缩机1的空气取入口11取入的空气通过多个压缩机静叶片13和压缩机动叶片14而被压缩，从而成为高温、高压的压缩空气。相对于该压缩空气，通过从燃烧器2供给燃料而生成高温、高压的燃烧气体。并且，该燃烧气体通过涡轮机3的涡轮机静叶片32和涡轮机动叶片33而驱动转子4旋转，通过对与该转子4连结的发电机施加旋转动力而进行发电。并且，驱动转子4旋转后的燃烧气体由排气室34内的扩散器部54变换成静压后向大气排出。
在该燃气涡轮机中，如图2及图3所示，涡轮机3的下游侧的排气室34由成为其外壳的圆筒状的车室壁51及内装在车室壁51内而支承转子4的轴承部42的圆筒状的轴承箱52构成。
排气室34的内部设有将车室壁51和轴承箱52连结的支承件53。该支承件53沿轴承箱52的圆周方向等间隔地设置多个(在本实施方式中为6个)，且沿轴承箱52的切线(切向)方向延伸设置。即，将转子4的轴承部42内装的轴承箱52由支承件53支承在车室壁51上。并且，在燃气涡轮机运转时，支承件53被通过排气室34的燃烧气体加热而伸长，在燃气涡轮机停止时，冷却后的支承件53收缩，伴随该支承件53的伸缩，轴承箱52以转子4的轴心R为中心进行旋转，从而维持转子4的位置。
在排气室34的内部设有扩散器部54。扩散器部54包括沿车室壁51的内周设置的外侧扩散器54a和沿轴承箱52的外周设置的内侧扩散器54b。在所述外侧扩散器54a及内侧扩散器54b贯通设有支承件53。并且，外侧扩散器54a和内侧扩散器54b由覆盖支承件53的具有挠性的支承件罩53a连结。由此，构成通过车室壁51与外侧扩散器54a之间、轴承箱52与内侧扩散器54b之间、以及支承件罩53a内的冷却室55。
在上述结构中，在轴承箱52与内侧扩散器54b之间设有覆盖轴承箱52外周的隔壁56。隔壁56的轴向上的上游侧的端部和下游侧的端部通过密封件与内侧扩散器54b连接，并利用内侧扩散器54b的内侧密闭冷却室55。即，隔壁56将轴承箱52从冷却室55隔离。而且，在隔壁56贯通设置有支承件53。
另外，隔壁56由隔壁支承部件57支承在排气室34内。隔壁支承部件57以包围固定于轴承箱52侧的支承件53的端部外周的方式形成为筒状。并且，隔壁支承部件57的筒状的开口的一端侧57a固定于轴承箱52。而且，隔壁支承部件57的筒状的开口的另一端侧57b沿隔壁56的支承件53所贯通的部分固定。
如图4所示，该隔壁支承部件57分开成一端侧57a和另一端侧57b，且分开部分中的一端侧57a与另一端侧57b的外周重合。该分开部分上设有密封部57c。密封部57c夹设在一端侧57a与另一端侧57b相重合之间，沿隔壁支承部件57的筒状的周围形成为环状，维持一端侧57a与另一端侧57b的相互间的气密性。此外，密封部57c设置成维持气密性并能够滑动，容许向支承件53的延伸方向(图4的箭头方向)的一端侧57a与另一端侧57b的相对移动。
此种涡轮机3的下游侧的排气室34的驱动转子4旋转后的燃烧气体通过扩散器部54即外侧扩散器54a与内侧扩散器54b之间而被变换成静压。扩散器部54被该燃烧气体加热而成为高温。因此，通过设置在车室壁51外侧的冷却风扇(未图示)将冷却空气送入冷却室55的内部，使冷却空气以外侧扩散器54a→支承件罩53a→内侧扩散器54b的方式流动而对扩散器部54、支承件53进行冷却。而且，冷却空气在隔壁56与内侧扩散器54b之间流动而排出到排气室34内。
在此，冷却空气在以外侧扩散器54a→支承件罩53a→内侧扩散器54b的方式流动的过程中进行热交换。并且，到达内侧扩散器54b时，越加热轴承箱52内的轴承部42的润滑油，冷却空气的温度就越上升。本实施方式中的燃气涡轮机通过设置将内侧扩散器54b与轴承箱52之间隔离的隔壁56而防止对内侧扩散器54b进行冷却的冷却空气向轴承箱52侧流动。其结果是，对扩散器部54、支承件53及支承件罩53a进行冷却，并且防止由于温度上升的冷却空气而转子4的轴承部42被加热的情况。
从燃气涡轮机的下游侧向划分轴承箱52与隔壁56之间的排气通道59供给换气空气。换气空气防止轴承箱52的过度的温度上升。然后，换气空气与冷却空气相同地排出到排气室34内。
另外，通过设置隔壁56，能够使收容轴承箱52的空间进行独立换气。并且，能够独立管理轴承箱52周围的换气空气的空气量和冷却室的冷却空气的空气量。
另外，本实施方式中的燃气涡轮机的支承件53沿轴承箱52的切线方向延伸设置，即使支承件53由于热量变化而伸缩，也能通过使轴承箱52以转子4的轴心R为中心旋转来维持转子4的位置。相对于此种支承件53的伸缩，隔壁56设置成使隔壁支承部件57的一端侧57a与另一端侧57b沿支承件53的延伸方向能够相对移动，追随支承件53的伸缩，维持其位置。而且，扩散器部54的具有挠性的支承件罩53a弯曲而追随支承件53的伸缩，维持其位置。
然而，在上述的专利文献1及专利文献2所示的现有的燃气涡轮机中，如本实施方式的燃气涡轮机那样要设置隔壁56时，可以在内周侧扩散器与内周侧壳体之间配置隔壁。然而，为了得到配置隔壁的空间，需要进行设计变更以使内周侧扩散器向外侧移动或使内周侧壳体的厚度变薄而配置隔壁。然而，使内周侧扩散器向外侧移动时，内周侧扩散器与外周侧扩散器之间变窄，燃烧气体向大气排出的在出口部分的流速加快，这样会增大出口部分的压力损失。而且，使外周侧扩散器也向外侧移动时会导致燃气涡轮机的大型化。另一方面，使内周侧壳体的厚度变薄时，内周侧壳体的强度下降。专利文献1及专利文献2所示的现有的燃气涡轮机必须使外周侧壳体、内周侧壳体及支承件为刚性结构，而在内周侧壳体的刚性下降时，需要变更外周侧壳体及支承件的强度。
在该点上，在本实施方式的燃气涡轮机中，在将支承件53沿轴承箱52的切线方向延伸设置的结构下，不需要所述结构的基本的设计变更，且能够不使强度或作用下降地设置隔壁56。
以下，说明设置隔壁的结构的另一实施方式。图5是图1所示的燃气涡轮机的涡轮机下游侧的另一简要结构图，图6是从轴向观察到的图5所示的涡轮机下游侧的简要结构图。此外，在该另一实施方式中，对与上述实施方式相同的部位附加相同的符号而省略说明。
如图5及图6所示，隔壁56由隔壁支承部件58支承在排气室34内。隔壁支承部件58在支承件罩53a内以包围支承件53外周的方式形成为筒状。并且，隔壁支承部件58的筒状的开口的一端侧58a固定于隔壁56。而且，隔壁支承部件58的筒状的开口的另一端侧58b固定于车室壁51。该隔壁支承部件58具有挠性而形成。
此种涡轮机3的下游侧的排气室34的驱动转子4旋转后的燃烧气体通过扩散器部54即外侧扩散器54a与内侧扩散器54b之间而被变换成静压。扩散器部54被该燃烧气体加热而成为高温。因此，通过设置在车室壁51外侧的冷却风扇(未图示)将冷却空气送入冷却室55的内部，使冷却空气以外侧扩散器54a→支承件罩53a→内侧扩散器54b的方式流动而对扩散器部54、支承件53进行冷却。而且，冷却空气在隔壁56与内侧扩散器54b之间流动而排出到排气室34内。
在此，冷却空气在以外侧扩散器54a→支承件罩53a→内侧扩散器54b的方式流动的过程中进行热交换。并且，到达内侧扩散器54b时，越加热轴承箱52内的轴承部42的润滑油，冷却空气的温度就越上升。在另一本实施方式的燃气涡轮机中，通过设置将内侧扩散器54b和轴承箱52之间隔离的隔壁56，而防止对内侧扩散器54b进行冷却的冷却空气向轴承箱52侧流动。其结果是，对扩散器部54、支承件53及支承件罩53a进行冷却，并且防止由于温度上升的冷却空气而转子4的轴承部42被加热的情况。
从燃气涡轮机的下游侧向划分轴承箱52与隔壁56之间的排气通道59供给换气空气。换气空气防止轴承箱52的过度的温度上升。然后，换气空气与冷却空气相同地排出到排气室34内。
另外，通过设置隔壁56，能够使收容轴承箱52的空间进行独立换气。并且，能够独立管理轴承箱52周围的换气空气的空气量和冷却室的冷却空气的空气量。
另外，另一实施方式中的燃气涡轮机的支承件53沿轴承箱52的切线方向延伸设置，即使支承件53由于热量变化而伸缩，也能通过使轴承箱52以转子4的轴心R为中心旋转来维持转子4的位置。相对于此种支承件53的伸缩，隔壁56的具有挠性的隔壁支承部件58弯曲，追随支承件53的伸缩，而维持其位置。而且，扩散器部54的具有挠性的支承件罩53a弯曲，追随支承件53的伸缩，而维持其位置。
然而，在上述的专利文献1及专利文献2所示的现有的燃气涡轮机中，如另一实施方式所述的燃气涡轮机那样要设置隔壁56时，可以在内周侧扩散器与内周侧壳体之间配置隔壁。然而，为了得到配置隔壁的空间，需要进行设计变更以使内周侧扩散器向外侧移动或使内周侧壳体的厚度变薄而配置隔壁。然而，使内周侧扩散器向外侧移动时，内周侧扩散器与外周侧扩散器之间变窄，而燃烧气体向大气排出的出口部分的流速加快，这样会增大出口部分的压力损失。而且，使外周侧扩散器也向外侧移动时会导致燃气涡轮机的大型化。另一方面，使内周侧壳体的厚度变薄时，内周侧壳体的强度下降。专利文献1及专利文献2所示的现有的燃气涡轮机必须使外周侧壳体、内周侧壳体及支承件为刚性结构，而在内周侧壳体的刚性下降时，需要变更外周侧壳体及支承件的强度。
在该点上，在另一实施方式的燃气涡轮机中，在支承件53沿轴承箱52的切线方向延伸设置的结构下，不需要所述结构的基本的设计变更，且能够不使强度或作用下降地设置隔壁56。
此外，在另一实施方式的隔壁支承部件58中，也可以将一端侧58a和另一端侧58b分开，像上述实施方式的隔壁支承部件57那样设置密封部57c，使一端侧58a和另一端侧58b能够沿支承件53的延伸方向相对移动，而追随支承件53的伸缩，维持隔壁56的位置。
工业实用性
以上，本发明的燃气涡轮机适合于防止由于对涡轮机的扩散器部进行冷却的冷却空气的温度上升而转子的轴承部被加热的情况。
Claims (3)
1.一种燃气涡轮机，具备：
圆筒状的车室壁，其成为涡轮机下游的侧外壳；
轴承箱，其在所述车室壁内支承转子的轴承部；
支承件，其沿所述轴承箱的圆周方向设置多个且沿所述轴承箱的切线方向延伸而将所述车室壁和所述轴承箱连结；
扩散器部，其具有沿所述车室壁的内周设置的外侧扩散器及沿所述轴承箱的外周设置的内侧扩散器；
隔壁，其在所述轴承箱与所述内侧扩散器之间并覆盖所述轴承箱的外周；
冷却室，其利用覆盖所述支承件的支承件罩将所述外侧扩散器及所述内侧扩散器连结，并通过所述车室壁与所述外侧扩散器之间、所述隔壁与所述内侧扩散器之间、以及所述支承件罩内而形成，
所述燃气涡轮机的特征在于，
所述隔壁供所述支承件贯通并将所述冷却室的冷却介质和绕所述轴承箱的冷却介质隔离。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于，
具备隔壁支承部件，该隔壁支承部件的一端侧固定于所述轴承箱且另一端侧固定于所述隔壁而沿所述支承件的延伸方向设置，且具有设置成将所述一端侧和所述另一端侧分开而维持相互间的气密性并能够沿所述支承件的延伸方向滑动的密封部。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮机，其特征在于，
具备隔壁支承部件，该隔壁支承部件包围所述支承件的外周，一端侧固定于所述隔壁且另一端侧固定于所述车室壁而沿所述支承件的延伸方向设置。
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