CN104066954B - 燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明的燃气轮机具备：冷却空气配管(19)，其与转子主体(6)非接触地配置在转子主体(6)的下游侧，并向转子主体(6)的冷却空气主通路(8a)输送冷却空气；轴承下游端轴密封件(27)，其在比将转子主体(6)支承为能够旋转的轴承(29)靠下游侧且在转子主体(6)的外周侧呈环状地配置；及回收流路构件，其形成有泄漏空气回收流路(30)，所述泄漏空气回收流路(30)将从轴承下游端轴密封件(27)向轴承(29)侧泄漏的冷却空气(A1)引导到通过了最终动叶片级(9)的燃烧气体(G)所流动的排气流路(13)中。

Description

燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机，尤其是涉及燃气轮机的轴承周边的结构。

本申请基于2012年2月23日向日本提出申请的日本特愿2012-037720号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

燃气轮机具备压缩机、燃烧器、涡轮。压缩机对外部气体进行压缩而生成压缩空气。燃烧器使燃料与压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体。涡轮具有利用燃烧气体进行旋转的转子。转子通常具有转子主体和多个动叶片级。转子主体沿着与旋转轴线平行的轴向延伸。多个动叶片级固定在该转子主体的外周且沿轴向排列。

在这样的燃气轮机中，伴随着高效率化，向涡轮供给的燃烧气体温度变得非常高温。因此，涡轮的构成元件的大多数是被冷却的元件，转子的最终动叶片级也是被冷却的元件。

作为对最终动叶片级进行冷却的燃气轮机，例如有以下的专利文献1公开的结构。在该燃气轮机的转子主体，形成有在该转子主体的下游端开口且沿轴向延伸的冷却空气主通路，并形成有将被供给到该冷却空气主通路内的冷却空气导向最终动叶片级的动叶片冷却空气通路。在转子主体的下游侧配置有与该转子主体非接触的冷却空气配管。经由该冷却空气配管，将从压缩机抽取的压缩空气作为冷却空气向转子主体的冷却空气主通路供给。即，在该燃气轮机中，经由冷却空气配管及转子主体，将从压缩机抽取的压缩空气作为冷却空气而向最终动叶片级输送，由此对该最终动叶片级进行冷却。

然而，在该燃气轮机中，在将转子主体支承为能够旋转的轴承的下游侧设置将转子主体的外周侧覆盖的下游侧密封件保持环，并在该下游侧密封件保持环的内周侧设置轴密封件。

从压缩机抽取的压缩空气通过压缩机中的隔热压缩而温度上升。该压缩空气的温度为了对动叶片进行冷却而为充分低的温度，但是对于转子的轴承来说为高的温度。因此，当转子的轴承曝露于该压缩空气时，该轴承被加热，有时会产生不良情况。因此，在该燃气轮机中，在轴承的下游侧配置轴密封件，防止从压缩机抽取的压缩空气的一部分从转子主体与冷却空气配管之间的间隙流向轴承侧的情况。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第2010/001655号

发明内容

【发明要解决的课题】

在上述专利文献1记载的技术中，如前述那样，为了防止从压缩机抽取的压缩空气的一部分流向轴承侧而配置轴密封件。然而，在上述专利文献1记载的技术中，由于从该轴密封件向轴承侧漏出的压缩空气而轴承被加热，存在该轴承可能会发生不良情况这样的问题点。

因此，本发明为了解决上述问题点，其目的在于提供一种能够防止转子的轴承被加热的燃气轮机。

【用于解决课题的方案】

用于解决上述问题点的本发明的燃气轮机具备利用燃烧气体以旋转轴线为中心进行旋转的转子、及将所述转子的下游侧的部分支承为能够旋转的轴承，其中，所述转子具有沿着与所述转子的所述旋转轴线平行的轴向延伸的转子主体和固定在所述转子主体的外周且沿所述轴向排列的多个动叶片级，在所述转子主体形成有在所述转子主体的下游端开口且沿所述轴向延伸的冷却空气主通路，所述燃气轮机具备：冷却空气配管，其与所述转子主体非接触地配置在所述转子主体的下游侧，并向所述转子主体的所述冷却空气主通路输送冷却空气；轴承下游端轴密封件，其在比所述轴承靠下游侧且在所述转子主体的径向外侧呈环状地配置；及回收流路构件，其形成有泄漏空气回收流路，所述泄漏空气回收流路将从所述转子主体的下游端与所述冷却空气配管之间经由所述转子主体的径向外侧到达所述轴承下游端轴密封件且从所述轴承下游端轴密封件向所述轴承侧泄漏的冷却空气，引导到通过了多个所述动叶片级中的最终动叶片级的所述燃烧气体所流动的排气流路中。

在本发明的燃气轮机中，从燃气轮机的压缩机抽取的压缩空气作为冷却空气而向冷却空气配管供给。该冷却空气从冷却空气配管通过转子主体的冷却空气主通路，例如被导向动叶片，对该动叶片进行冷却。

在本发明的燃气轮机中，旋转的转子与未旋转的冷却空气配管为非接触，因此从冷却空气配管向转子主体的冷却空气主通路供给的冷却空气的一部分从转子主体的下游端向该转子主体的外周侧旋入。从压缩机作为冷却空气而抽取的压缩空气为了对动叶片进行冷却而为充分低的温度，但是对于转子的轴承而言是高的温度。因此，当轴承曝露在该冷却空气中时，该轴承被加热，在该轴承会发生不良情况。

由此，在本发明的燃气轮机中，在比轴承靠下游侧设置轴承下游端轴密封件，由此防止向转子主体的外周侧旋入的冷却空气流向轴承侧。然而，在如轴承下游端轴密封件那样旋转物与静止物之间的密封中，无法将两者间完全密封，存在密封泄漏。因此，在本发明的燃气轮机中，冷却空气的一部分从轴承下游端轴密封件向轴承侧漏出。

因此，在本发明的燃气轮机中，形成泄漏空气回收流路，将从轴承下游端轴密封件向轴承侧漏出的冷却空气的一部分即泄漏的冷却空气引导到通过了最终动叶片级的燃烧气体所流动的排气流路中。因此，在本发明的燃气轮机中，能够防止由于从压缩机作为冷却空气抽取的压缩空气而将轴承加热的情况。

在此，在所述燃气轮机中，也可以是，所述燃气轮机具备：外侧扩散器，其配置在所述最终动叶片级的下游侧，以所述旋转轴线为中心而呈筒状；及内侧扩散器，其以所述旋转轴线为中心而呈筒状，在所述外侧扩散器的径向内侧且在所述转子主体的径向外侧配置，在与所述外侧扩散器之间形成有所述排气流路，所述泄漏空气回收流路将所述泄漏了的冷却空气从所述内侧扩散器的径向内侧向所述排气流路内引导。

在本发明的燃气轮机中，与将泄漏了的冷却空气从外侧扩散器的径向外侧向排气流路中排出的流路相比，能够缩短泄漏空气回收流路。因此，在本发明的燃气轮机中，能够抑制装置成本。此外，在本发明的燃气轮机中，泄漏空气回收流路缩短，由此通过该流路的冷却空气的压力损失减少。因此，即使不提高从压缩机抽取的作为冷却空气的压缩空气的压力，也能够回收从轴承下游端轴密封件泄漏的冷却空气。

另外，在所述燃气轮机中，也可以是，所述泄漏空气回收流路将所述泄漏了的冷却空气向所述内侧扩散器的上游侧引导。

在燃气轮机中，在排气流路中，在最终动叶片级的下游侧且内侧扩散器的上游侧的位置，即排气流路的入口部的压力(静压)为些许负压。在本发明的燃气轮机中，将从轴承下游端轴密封件向轴承侧漏出的冷却空气向该排气流路中的入口部排出。因此，在本发明的燃气轮机中，为了回收从轴承下游端轴密封件向轴承侧漏出的冷却空气，即使不提高从压缩机作为冷却空气而抽取的压缩空气的压力，也能够回收该漏出的冷却空气。

另外，在所述燃气轮机中，也可以是，所述燃气轮机具备：下游侧密封件保持环，其以所述旋转轴线为中心而呈筒状，将所述转子主体的比所述轴承更靠下游侧的部分覆盖，且在径向内侧安装有所述轴承下游端轴密封件；及靠轴承下游侧轴密封件，其安装在所述下游侧密封件保持环的径向内侧、比所述轴承更靠下游侧且比所述轴承下游端轴密封件更靠上游侧，在所述下游侧密封件保持环，在所述轴向上的所述轴承下游端轴密封件与所述靠轴承下游侧轴密封件之间的位置形成有从径向内侧向径向外侧贯通的贯通孔，所述贯通孔构成所述泄漏空气回收流路的一部分。这种情况下，也可以是，所述回收流路构件具有形成与所述下游侧密封件保持环的所述贯通孔连通的流路的泄漏空气回收配管。

在本发明的燃气轮机中，在比轴承靠下游侧且比轴承下游端轴密封件靠上游侧设有靠轴承下游侧轴密封件，进而从轴承下游端轴密封件漏出的冷却空气在靠轴承下游侧轴密封件的下游侧向泄漏空气回收流路流入。因此，能够几乎完全地防止该漏出的冷却空气向轴承的流入。

【发明效果】

在本发明中，能够防止由于从压缩机作为冷却空气抽取的压缩空气而轴承被加热的情况。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的燃气轮机的主要部分剖切侧视图。

图2是本发明的一实施方式的燃气轮机的主要部分剖视图。

图3是图2的轴承周边的放大图。

图4是图2的IV-IV线剖视图。

具体实施方式

以下，关于本发明的燃气轮机的一实施方式，参照图1～图4进行详细说明。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机具备压缩机1、多个燃烧器2、涡轮3。压缩机1对外部气体进行压缩而生成压缩空气。多个燃烧器2使来自燃料供给源的燃料与压缩空气混合并燃烧而生成燃烧气体。涡轮3由燃烧气体驱动。

涡轮3具备壳体4和在该壳体4内旋转的涡轮转子5。该涡轮转子5例如与通过该涡轮转子5的旋转而发电的发电机(未图示)连接。多个燃烧器2以涡轮转子5的旋转轴线Ar为中心，沿周向Dc相互等间隔地固定于壳体4。需要说明的是，以下，将与旋转轴线Ar平行的方向称为轴向Da，将相对于旋转轴线Ar的径向仅称为径向Dr。而且，在轴向Da上，以涡轮3为基准将压缩机1侧称为上游侧，以压缩机1为基准将涡轮3侧称为下游侧。

涡轮转子5具有转子主体6和多个动叶片级9。转子主体6以旋转轴线Ar为中心而沿轴向Da延伸。多个动叶片级9固定在转子主体6的外周并沿轴向Da排列。转子主体6具有多个转子盘7、轴部8。多个转子盘7沿轴向Da排列并相互连接。轴部8固定于最下游的转子盘7，并沿轴向Da延伸。在一个转子盘7的外周固定有一个动叶片级9。动叶片级9具有沿转子盘7的周向排列并固定的多个动叶片9m。动叶片9m具有动叶片主体9a、平台9b、叶根。如图2所示，动叶片主体9a沿径向Dr延伸。平台9b形成在该动叶片主体9a的径向内侧端。叶根(未图示)从平台9b朝向径向内侧延伸。动叶片9m的叶根向转子盘7插入而固定于该转子盘7。轴部8以旋转轴线Ar为中心而呈圆柱状，并设置在最终级的转子盘7的下游侧。

壳体4具有以旋转轴线Ar为中心而呈圆筒状且配置在比最终级的动叶片9m靠下游侧的排气室壁10。在排气室壁10的径向内侧以旋转轴线Ar为中心而配置有圆筒状的外侧扩散器11及内侧扩散器12。外侧扩散器11沿着排气室壁10的内周面设置。内侧扩散器12隔开间隔地配置在外侧扩散器11的径向内侧。在外侧扩散器11与内侧扩散器12之间形成有为了使涡轮转子5旋转而使用的燃烧气体G的排气流路13。

在内侧扩散器12的径向内侧设有轴承29和轴承箱20。轴承29将涡轮转子5的轴部8支承为能够旋转。轴承箱20将该轴承29的外周侧覆盖并对该轴承29进行支承。在轴承箱20的上游端固定有上游侧密封件保持环22，在轴承箱20的下游端固定有下游侧密封件保持环26。

排气室壁10与轴承箱20由贯通外侧扩散器11及内侧扩散器12的支柱15连结。如图2及4所示，该支柱15沿着涡轮转子5的切向(切线)方向延伸，且沿着该延伸方向De由支柱罩14覆盖。该支柱罩14的延伸方向De的一端部安装于外侧扩散器11，另一端部安装于内侧扩散器12。

在转子主体6上，如图3所示，形成有沿轴向Da延伸的冷却空气主通路8a。该冷却空气主通路8a在转子主体6的下游端开口。在转子主体6的下游端6a，与转子主体6沿轴向Da隔开间隔地配置有转子封固凸缘18。该转子封固凸缘18通过其外周侧部分而固定于下游侧密封件保持环26。在该转子封固凸缘18固定有冷却空气配管19。该冷却空气配管19与涡轮转子5的冷却空气主通路8a连通。

上游侧密封件保持环22具有密封件保持部22a、空间分隔部22b。密封件保持部22a以旋转轴线Ar为中心而呈圆板状，从涡轮转子5的轴部8隔着轴承上游端轴密封件23而朝向径向外侧形成。空间分隔部22b以旋转轴线Ar为中心而呈圆筒状，从密封件保持部22a的径向外侧端朝向上游侧延伸。圆筒状的空间分隔部22b从转子主体6的外周面向径向外侧具有空间地配置，并且从内侧扩散器12的内周面向径向内侧具有空间地配置。而且，该空间分隔部22b的上游端从最终级的转子盘7沿轴向Da具有空间地配置。在上游侧密封件保持环22的密封件保持部22a的径向内侧设有轴承上游端轴密封件23。需要说明的是，在轴承箱20的上游端部的径向内侧设有多个靠轴承上游侧轴密封件24。

在上游侧密封件保持环22的密封件保持部22a与最终级的转子盘7的轴向Da之间、上游侧密封件保持环22的空间分隔部22b与转子主体6的外周侧的径向Dr之间的空间为泄漏空气排出流路32。该泄漏空气排出流路32经由最终级的动叶片9m的平台9b的下游端与内侧扩散器12的上游端之间的空间而与排气流路13连通。

在下游侧密封件保持环26的径向内侧设有多个靠轴承下游侧轴密封件28和轴承下游端轴密封件27。多个靠轴承下游侧轴密封件28位于比轴承下游端轴密封件27更靠轴承29侧，即上游侧。在该下游侧密封件保持环26，在多个靠轴承下游侧轴密封件28与轴承下游端轴密封件27的轴向Da之间的位置形成有从径向内侧向径向外侧贯通的第一贯通孔26a。而且，在该下游侧密封件保持环26，在多个靠轴承下游侧轴密封件28中的最上游侧的靠轴承下游侧轴密封件28与最下游侧的靠轴承下游侧轴密封件28的轴向Da之间的位置形成有从径向内侧向径向外侧贯通的第二贯通孔26b。

在下游侧密封件保持环26的第一贯通孔26a的位置连接有泄漏空气回收配管31的第一端。该泄漏空气回收配管31的第二端与上游侧密封件保持环22的密封件保持部22a连接。该泄漏空气回收配管31是形成使下游侧密封件保持环26的第一贯通孔26a内的流路与前述的泄漏空气排出流路32连通的流路的配管。在本实施方式中，通过下游侧密封件保持环26的第一贯通孔26a内的流路、泄漏空气回收配管31内的流路、泄漏空气排出流路32来形成泄漏空气回收流路30。因此，形成该泄漏空气回收流路30的回收流路构件40构成为具有形成第一贯通孔26a的下游侧密封件保持环26、泄漏空气回收配管31、形成泄漏空气排出流路32的涡轮转子5及上游侧密封件保持环22。

在下游侧密封件保持环26的第二贯通孔26b的位置连接有轴密封空气配管35的第一端。该轴密封空气配管35的第二端与未图示的轴密封空气供给源连接。

接下来，关于以上说明的燃气轮机中的各种空气的流动，使用图2进行说明。

例如，从压缩机1抽取的200℃程度且几千平方厘米的压缩空气作为冷却空气A1向配置在涡轮转子5的下游侧的冷却空气配管19供给。该冷却空气A1向旋转的涡轮转子5的冷却空气主通路8a内流入，进而，经由动叶片冷却空气通路，对动叶片9m等进行冷却。而且，比从压缩机1抽取的冷却空气A1的温度及压力低的轴密封空气A2从轴密封空气供给源向轴密封空气配管35供给。该轴密封空气A2从下游侧密封件保持环26的第二贯通孔26b向下游侧密封件保持环26的内周侧与涡轮转子5的轴部8的外周侧之间、最上游侧的靠轴承下游侧轴密封件28与最下游侧的靠轴承下游侧轴密封件28之间的位置供给。而且，轴密封空气A2被利用作为下游侧密封件保持环26的内周侧与涡轮转子5的轴部8的外周侧之间的密封用空气。

相对于未旋转的冷却空气配管19、将冷却空气配管19固定的转子封固凸缘18、进而固定于该转子封固凸缘18的下游侧密封件保持环26，与旋转的涡轮转子5为非接触。因此，从冷却空气配管19向涡轮转子5的冷却空气主通路8a供给的冷却空气A1中的一部分从涡轮转子5的轴部8的下游端向该轴部8的外周侧旋入。该冷却空气A1为了对动叶片9m进行冷却而为充分低的温度，但是对于涡轮转子5的轴承29而言是高的温度。因此，当涡轮转子5的轴承29曝露于该冷却空气A1时，该轴承29被加热，例如，产生轴承29内的油炭化等的不良情况。

由此，在本实施方式中，通过设置轴承下游端轴密封件27，防止向涡轮转子5的轴部8的外周侧旋入的冷却空气A1流向轴承29侧。然而，在如轴承下游端轴密封件27那样旋转物(涡轮转子5)与静止物之间的密封中，无法将两者间完全密封，会发生密封泄漏。因此，在本实施方式中，也是，冷却空气A1的一部分从轴承下游端轴密封件27向轴承29侧漏出。假设将从该轴承下游端轴密封件27漏出的冷却空气A1仅向下游侧密封件保持环26的径向外侧排出时，由于该冷却空气A1，经由轴承箱20轴承29被加热。

因此，在本实施方式中，形成使多个靠轴承下游侧轴密封件28与轴承下游端轴密封件27之间的空间和排气流路13连通的泄漏空气回收流路30。从轴承下游端轴密封件27向轴承29侧漏出的冷却空气A1经由泄漏空气回收流路30而向排气流路13排出，由此防止因漏出的冷却空气A1而轴承箱20及轴承29被加热的情况。

然而，在排气流路13中，最终级的动叶片9m的下游侧、内侧扩散器12的上游侧的位置，即排气流路13的入口部的压力(静压)为些许负压。在本实施方式中，将从轴承下游端轴密封件27向轴承29侧漏出的冷却空气A1向该排气流路13中的入口部排出。因此，在本实施方式中，为了回收从轴承下游端轴密封件27向轴承29侧漏出的冷却空气A1，即使不提高从压缩机1作为冷却空气A1而抽取的压缩空气的压力，由于排气流路13的入口部的压力(静压)为些许负压，因此也能够回收该漏出的冷却空气A1。

另外，在本实施方式中，将从轴承下游端轴密封件27向轴承29侧漏出的冷却空气A1从内侧扩散器12的径向内侧向排气流路13中排出，因此与将冷却空气从外侧扩散器11的径向外侧排出到排气流路13中的流路相比，能够缩短泄漏空气回收流路30。因此，能够缩短形成泄漏空气回收流路30的一部分的泄漏空气回收配管31，能够抑制装置成本。此外，泄漏空气回收流路30缩短，由此通过该流路30的冷却空气A1的压力损失减少。因此，即使不提高从压缩机1抽取的作为冷却空气A1的压缩空气的压力，也能够回收从轴承下游端轴密封件27漏出的冷却空气A1。

需要说明的是，在图4中，泄漏空气回收配管31及轴密封空气配管35仅描绘了各一个，但是上述泄漏空气回收配管31及轴密封空气配管35也可以沿周向设置多个。

【工业实用性】

在本发明中，能够防止因从压缩机作为冷却空气抽取的压缩空气而轴承被加热的情况。

【标号说明】

1 压缩机

2 燃烧器

3 涡轮

4 壳体

5 涡轮转子

6 转子主体

7 转子盘

8 轴部

8a 冷却空气主通路

9 动叶片级

9m 动叶片

10 排气室壁

11 外侧扩散器

12 内侧扩散器

13 排气流路

14 支柱罩

15 支柱

19 冷却空气配管

20 轴承箱

22 上游侧密封件保持环

23 轴承上游端轴密封件

24 靠轴承上游侧轴密封件

26 下游侧密封件保持环

26a 第一贯通孔

26b 第二贯通孔

27 轴承下游端轴密封件

28 靠轴承下游侧轴密封件

29 轴承

30 泄漏空气回收流路

31 泄漏空气回收配管

32 泄漏空气排出流路

35 轴密封空气配管

40 回收流路构件

Claims (4)

1.一种燃气轮机，具备利用燃烧气体以旋转轴线为中心进行旋转的转子、及具有将所述转子的下游侧的部分支承为能够旋转的轴承的轴承箱，其中，

所述转子具有以所述旋转轴线为中心而沿着与所述旋转轴线平行的轴向延伸的转子主体和固定在所述转子主体的外周且沿所述轴向排列的多个动叶片级，在所述转子主体形成有在所述转子主体的下游端开口且沿所述轴向延伸的冷却空气主通路，

连接有与所述转子主体非接触地配置在所述转子主体的下游侧并向所述转子主体的所述冷却空气主通路输送冷却空气的冷却空气配管，

所述轴承箱具备下游侧密封件保持环，该下游侧密封件保持环以所述旋转轴线为中心而呈筒状并将所述转子主体的比所述轴承更靠下游侧的部分覆盖，

所述下游侧密封件保持环具备：

轴承下游端轴密封件，其在比所述轴承靠下游侧且在所述转子主体的径向外侧呈环状地配置；及

靠轴承下游侧轴密封件，其配置在比所述轴承更靠下游侧且比所述轴承下游端轴密封件更靠上游侧的位置，

在所述下游侧密封件保持环连接有：

回收流路构件，其形成有泄漏空气回收流路，所述泄漏空气回收流路将从所述转子主体的下游端与所述冷却空气配管之间经由所述转子主体的径向外侧到达所述轴承下游端轴密封件且从所述轴承下游端轴密封件朝向所述轴承泄漏的冷却空气，引导到通过了所述动叶片级的所述燃烧气体所流动的排气流路中；及

轴密封空气配管，其供给来自轴密封空气源的轴密封空气，

所述泄漏空气回收流路与形成于所述下游侧密封件保持环的第一贯通孔连接，所述轴密封空气配管与配置在所述第一贯通孔的上游侧的第二贯通孔连接。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备：

外侧扩散器，其配置在多个所述动叶片级中的最终动叶片级的下游侧，以所述旋转轴线为中心而呈筒状；及

内侧扩散器，其以所述旋转轴线为中心而呈筒状，在所述外侧扩散器的径向内侧且在所述转子主体的径向外侧配置，在与所述外侧扩散器之间形成有所述排气流路，

所述泄漏空气回收流路将泄漏了的冷却空气从所述内侧扩散器的径向内侧向所述排气流路内引导。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其中，

所述泄漏空气回收流路将泄漏了的冷却空气向所述内侧扩散器的上游侧引导。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，

所述回收流路构件具有形成与所述下游侧密封件保持环的所述第一贯通孔连通的流路的泄漏空气回收配管。