CN105637199A - 燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

在燃气轮机中，作为压缩机(11)设置有：形成环状的空气通路(49)的压缩机室(21)；旋转自如地支承于压缩机室(21)的中心部的转子(32)；在转子(32)的外周部沿轴向隔开规定间隔地固定多个且配置在空气通路(49)中的动叶片体(46)；配置在各动叶片体(46)之间且固定在压缩机室(21)内并且配置在空气通路(49)中的多个静叶片体(45)；设置为与压缩机室(21)中的多个动叶片体(46)的外侧对置的冷却空气流路(61)；将压缩空气(A)的一部分向冷却空气流路(61)供给的第一冷却空气供给路径(71)；对第一冷却空气供给路径(71)的压缩空气进行冷却的冷却器(72)；以及将冷却空气流路(61)的冷却空气向涡轮(13)的冷却部供给的第二冷却空气供给路径(73)。

Description

燃气轮机
技术领域
本发明涉及例如对压缩后的高温高压的空气供给燃料使其燃烧，并将产生的燃烧气体向涡轮供给来获得旋转动力的燃气轮机。
背景技术
通常的燃气轮机由压缩机、燃烧器以及涡轮构成。压缩机通过对从空气入口引入的空气进行压缩而使其成为高温高压的压缩空气。燃烧器通过对该压缩空气供给燃料使其燃烧，由此来获得高温高压的燃烧气体。涡轮被该燃烧气体驱动，从而对在同轴上连结的发电机进行驱动。
该燃气轮机中的压缩机通过在机室内沿着空气的流动方向交替地配设多个静叶片和动叶片而构成，从空气入口引入的空气通过多个静叶片和动叶片而被压缩，由此成为高温高压的压缩空气。作为这样的燃气轮机，例如具有下述专利文献1所记载的燃气轮机。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7434402号说明书
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述的现有的燃气轮机的压缩机中，例如，在热起动时，就各动叶片而言，其前端部由于高速旋转而向径向上的外侧扩张，另一方面，机室侧的空气通路(叶片环)被引入的低温空气冷却而向内侧收缩。此时，动叶片的前端与构成空气通路的叶片环的内壁面之间的间隙暂时减少。然后，各动叶片以及叶片环由于被高温高压的压缩空气加热而扩张。但是，动叶片和叶片环的热容量不同，因此，动叶片的前端与叶片环的内壁面之间的间隙增加。因此，由于需要将刚刚热起动后的动叶片的前端与叶片环的内壁面之间的间隙确保为规定间隙以上，所以，导致各动叶片、空气通路(叶片环)等成为高温了的压缩机的稳定运转中的动叶片的前端与叶片环的内壁面之间的间隙增大至必要以上。这样，存在压缩机的压缩效率下降而导致燃气轮机自身的性能下降这样的问题。
需要说明的是，在上述的专利文献1所记载的压缩机中，将压缩后的热流体抽出，并将该热流体向叶片环的流路供给而向涡轮排气。但是，即便将从压缩机抽出的热流体直接向叶片环的流路供给，也难以充分地冷却该叶片环。
另外，从相对于压缩空气的高压化、高温化的趋势而降低动叶片的前端与叶片环的内壁面之间的间隙的观点出发，需要抑制来自压缩空气的热量输入，但专利文献1并未考虑这一点。
本发明是用于解决上述的技术问题而做成的，其目的在于，提供一种使壳体与动叶片之间的间隙成为适当量而实现性能提高的燃气轮机。
用于解决技术问题的方案
用于实现上述目的的本发明的燃气轮机具有：压缩机，其对空气进行压缩；燃烧器，其将燃料与所述压缩机压缩后的压缩空气混合而进行燃烧；涡轮，其通过所述燃烧器生成的燃烧气体获得旋转动力；以及旋转轴，其在所述空气的作用下以旋转轴线为中心进行旋转，所述燃气轮机的特征在于，所述压缩机具有：壳体，其形成绕所述旋转轴线构成为环状的空气通路；动叶片体，其在所述旋转轴的外周部沿轴向隔开规定间隔地固定多个，且配置在所述空气通路中；多个静叶片体，该多个静叶片体配置在多个所述动叶片体之间且固定在所述壳体内，并且配置在所述空气通路中；叶片环，其设置为与多个所述动叶片体的径向的外侧对置，且在内部形成有冷却空气流路；第一冷却空气供给路径，其将所述压缩机压缩后的压缩空气的一部分向所述冷却空气流路供给；以及第二冷却空气供给路径，其将所述冷却空气流路的冷却空气向所述涡轮的冷却部供给。
因此，能够从压缩机抽出压缩空气的一部分，并利用冷却器将所抽出的压缩空气冷却，再通过第一冷却空气供给路径向壳体的冷却空气流路供给，通过第二冷却空气供给路径向涡轮的冷却部供给。因此，由于壳体中的多个动叶片体的外侧被冷却空气冷却，从而不会发生该部分由于从压缩空气接受热量而进行较大位移，能够使壳体与动叶片之间的间隙成为适当量来抑制压缩机中的压缩性能的下降，并且提高燃气轮机的性能。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述叶片环部具备隔热环，该隔热环绕旋转轴线构成为环状，且该隔热环借助向径向内侧突出的所述叶片环部的支承部而被所述叶片环部支承，所述隔热环具有凸缘部，该凸缘部借助所述静叶片体的外侧护罩而对所述静叶片体进行支承。
因此，能够大幅度地降低从空气通路侧向叶片环部的热量输入，能够抑制叶片环的温度上升。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述冷却空气流路具有：在所述空气通路中的空气的流动方向上隔开规定间隔地配置的多个歧管；以及将所述多个歧管串联连结的连结通路。
因此，在壳体内，使冷却空气通过连结通路而在多个歧管之间流通，由此能够高效地冷却壳体中的多个动叶片体的外侧部分。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述多个歧管具有：与第一冷却空气供给路径连结的第一歧管；在所述空气通路中的空气的流动方向的上游侧配置的第二歧管；以及在所述空气通路中的空气的流动方向的下游侧配置且与所述第二冷却空气供给路径连结的第三歧管，所述连结通路具有：将所述第一歧管与所述第二歧管连结的第一连结通路；以及将所述第二歧管与所述第三歧管连结的第二连结通路。
因此，由第一冷却空气供给路径供给至第一歧管的冷却空气通过第二连结通路向第二歧管供给，通过第二连结通路向第三歧管供给，并由第二冷却空气供给路径排出，确保冷却空气的通路较长，由此能够高效地冷却壳体中的多个动叶片体的外侧部分。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述壳体具有叶片环部，该叶片环部构成为圆筒形状而形成所述空气通路并且对所述多个静叶片体的外周部进行支承，所述冷却空气流路在所述叶片环部内形成为空洞部。
因此，通过在壳体中的与多个动叶片体对置的位置处设置叶片环部，并且将冷却空气流路在该叶片环部内形成为空洞部，由此能够容易地形成冷却空气流路。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述隔热环在周向上以设置一定间隙的方式被分割为多个。
因此，隔热环在周向上以设置一定间隙的方式被分割为多个，所以，能够抑制隔热环的径向的位移，不会对叶片环部的径向的位移产生影响。
本发明的燃气轮机的特征在于，所述隔热环固定于绕所述旋转轴线构成为环状且比所述多个动叶片体以及所述多个静叶片体靠所述空气通路中的压缩空气的流动方向的下游侧的所述叶片环部的内周部。
因此，能够利用隔热环，有效地隔断从通过动叶片体以及静叶片体的压缩空气向叶片环部的热量输入。
发明效果
根据本发明的燃气轮机，由于与壳体中的多个动叶片体的外侧对置地设有冷却空气流路，因此，壳体中的多个动叶片体的外侧被冷却空气冷却而不会进行较大位移，能够使壳体与动叶片之间的间隙为适当量而抑制压缩机中的压缩性能的下降，并且提高燃气轮机的性能。
另外，由于在叶片环部的内周侧配置隔热环而降低了来自空气通路侧的热量输入，因此，能够抑制向涡轮冷却部供给的冷却空气的温度上升，能够防止燃气轮机的性能的下降。
附图说明
图1是表示本实施方式的燃气轮机中的燃烧器的附近的剖视图。
图2是表示压缩机的叶片环部的附近的剖视图。
图3是表示叶片环部的剖面的图2的III-III剖视图。
图4是表示隔热环的附近的剖视图。
图5是表示燃气轮机的热起动时的压缩机的构成构件的间隙的变化的曲线图。
图6是表示燃气轮机的冷起动时的压缩机的构成构件的间隙的变化的曲线图。
图7是表示燃气轮机的整体结构的概要图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的燃气轮机的优选实施方式详细进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于该实施方式，另外，在具有多个实施方式的情况下，也包括组合各实施方式而构成的结构。
图7是表示本实施方式的燃气轮机的整体结构的概要图。
如图7所示，本实施方式的燃气轮机由压缩机11、燃烧器12以及涡轮13构成。该燃气轮机在同轴上连结有未图示的发电机，能够发电。
压缩机11具有引入空气的空气入口20，在压缩机室21内配设有入口引导叶片(IGV：InletGuideVane)22，并且，沿空气的流动方向(后述的转子32的轴向)交替地配设有多个静叶片23与多个动叶片24，在其外侧设有抽气室25。该压缩机11通过对从空气入口20引入的空气进行压缩而生成高温高压的压缩空气，并向机室14供给。
燃烧器12通过被供给由压缩机11压缩且积存于机室14的高温高压的压缩空气和燃料并使它们燃烧而生成燃烧气体。涡轮13在涡轮机室26内沿燃烧气体的流动方向(后述的转子32的轴向)交替地配设有多个静叶片27和多个动叶片28。而且，该涡轮机室26在下游侧隔着排气机室29而配设有排气室30，排气室30具有与涡轮13连结的排气扩散部31。该涡轮被来自燃烧器12的燃烧气体驱动，从而对在同轴上连结的发电机进行驱动。
压缩机11、燃烧器12与涡轮13以贯穿排气室30的中心部的方式配设有转子(旋转轴)32。转子32的压缩机11侧的端部被轴承部33支承为旋转自如，并且，排气室30侧的端部被轴承部34支承为旋转自如。而且，该转子32在压缩机11处重叠并固定有多个供各动叶片24装配的盘状件。另外，该转子32在涡轮13处重叠并固定有多个供各动叶片28装配的盘状件，在排气室30侧的端部连结有发电机的驱动轴。
而且，就该燃气轮机而言，压缩机11的压缩机室21被腿部35支承，涡轮13的涡轮机室26被腿部36支承，排气室30被腿部37支承。
因此，在压缩机11中，从空气入口20引入的空气通过入口引导叶片22、多个静叶片23以及动叶片24而被压缩，由此成为高温高压的压缩空气。在燃烧器12中，对该压缩空气供给规定的燃料而使其燃烧。在涡轮中，由燃烧器12生成的高温高压的燃烧气体通过涡轮13中的多个静叶片27和动叶片28而驱动转子32旋转，从而对与该转子32连结的发电机进行驱动。另一方面，燃烧气体在通过排气室30的排气扩散部31将动能转换成压力而被减速后向大气中放出。
在这样构成的燃气轮机中，压缩机11中的各动叶片24的前端与压缩机室21之间的间隙成为考虑了动叶片24、压缩机室21等的热延伸的间隙(clearance)，从压缩机11的压缩效率下降进而导致燃气轮机自身的性能下降的观点出发，期望使压缩机11中的各动叶片24的前端与压缩机室21侧之间的间隙成为尽可能小的间隙。
因此，在本实施方式中，通过增大动叶片24的前端与压缩机室21侧之间的初始间隙，并且适当地冷却压缩机室21侧，从而减小稳定运行时的动叶片24的前端与压缩机室21侧之间的间隙，由此来防止压缩机11的压缩效率的下降。
图1是表示本实施方式的燃气轮机中的燃烧器的附近的剖视图，图2是表示压缩机的叶片环部的附近的剖视图，图3是表示叶片环部的剖面的图2的III-III剖视图。
在压缩机11中，如图1所示，本发明的壳体由压缩机室21以及叶片环部41构成。绕转子32的旋转轴线C构成为圆筒形状的压缩机室21在其内侧固定有构成为圆筒形状的叶片环部41，从而在压缩机室21与叶片环部41之间形成有抽气室25。转子32(参照图7)在外周部一体地连结有多个盘状件43，并被轴承部33(参照图7)以旋转自如的方式支承于压缩机室21。
多个静叶片体45和多个动叶片体46在叶片环部41的内侧沿着压缩空气A的流动方向交替地配设。静叶片体45沿周向等间隔地配置有多个静叶片23，且静叶片体45的靠转子32侧的基端部固定于构成为环状的内侧护罩47，靠叶片环部41侧的前端部固定于构成为环状的外侧护罩48。而且，静叶片体45借助外侧护罩48而支承于叶片环部41。
动叶片体46沿周向等间隔地配置有多个动叶片24，且动叶片体46的基端部固定于盘状件43的外周部，前端部与叶片环部41侧的内周面对置配置。在该情况下，在各动叶片24的前端与叶片环部41的内周面之间确保有规定的间隙(clearance)。
压缩机11在叶片环部41与内侧护罩47之间形成有构成为环状的空气通路49，在该空气通路49中，多个静叶片体45和多个动叶片体46沿着压缩空气A的流动方向交替地配设。
燃烧器12在转子32的外侧沿着轴向以规定间隔配置多个，被支承于涡轮机室26。该燃烧器12通过对被压缩机11压缩后从空气通路49送至机室14的高温高压的压缩空气A供给燃料而使其燃烧，由此来生成燃烧气体(废气)G。
涡轮13利用涡轮机室26形成有气体通路51，在该气体通路51中，沿着废气G的流动方向交替地配设有多个静叶片体52和多个动叶片体53。静叶片体52沿周向等间隔地配置有多个静叶片27，且静叶片体52的靠转子32侧的基端部固定于构成为环状的内侧护罩54，靠涡轮机室26侧的前端部固定于构成为环状的外侧护罩55。而且，静叶片体52借助外侧护罩55而支承于涡轮机室26的叶片环部56。
动叶片体53沿周向隔开间隔地配置有多个动叶片28，且动叶片体53的基端部固定在被固定于转子32的盘状件57的外周部，前端部向叶片环部56侧延伸。在该情况下，在各动叶片28的前端与叶片环部56的内周面之间确保有规定的间隙(clearance)。
而且，如图1以及图2所示，压缩机11以与叶片环部41中的多个动叶片体46(动叶片24)的前端部对置的方式在叶片环部41的内周面侧设置有冷却空气流路61。该冷却空气流路61在叶片环部41内形成为空洞部。
冷却空气流路61沿着空气通路49中的压缩空气A的流动方向而具有隔开规定间隔配置的多个(在本实施方式中为三个)歧管62、63、64以及将该多个歧管62、63、64串联连结的连结通路65、66。
具体而言，作为冷却空气流路61设置有：在叶片环部41中的空气通路49的压缩空气A的流动方向的中间位置形成的第一歧管62；在叶片环部41中的空气通路49的压缩空气A的流动方向的上游侧配置的第二歧管63；以及在叶片环部41中的空气通路49的压缩空气A的流动方向的下游侧配置的第三歧管64。而且，第一歧管62与第二歧管63通过第一连结通路65连结，第二歧管63与第三歧管64通过第二连结通路66连结。
在该情况下，如图3所示，各歧管62、63、64在叶片环部41内形成为绕转子32的旋转轴线C构成为环状的空洞部。而且，将第一歧管62与第二歧管63连结的第一连结通路65在叶片环部41的外周部侧沿周向以规定间隔形成有多个。将第二歧管63与第三歧管64连结的第二连结通路66在叶片环部41的比第一连结通路65靠内周部侧沿周向以规定间隔形成有多个。该第一连结通路65与第二连结通路66配置为在周向上错开的交错状，但也可以配置在周向上相同的位置。
另外，如图1以及图2所示，压缩机11设置有：将压缩后的压缩空气A的一部分从机室14抽出并向冷却空气流路61供给的第一冷却空气供给路径71；对第一冷却空气供给路径71的压缩空气进行冷却的冷却器72；以及将冷却空气流路61的冷却空气向涡轮13的冷却部供给的第二冷却空气供给路径73。
第一冷却空气供给路径71的基端部与机室14连结，前端部与冷却空气流路61的第一歧管62连结。冷却器72设置在第一冷却空气供给路径71中，能够对压缩空气A的一部分进行冷却。另外，第二冷却空气供给路径73的基端部与第三歧管64连结，前端部与涡轮13的冷却部连结。在此，涡轮13的冷却部例如为涡轮13的动叶片28，从盘状件57朝向动叶片28形成有冷却通路，将叶片环部41冷却了的压缩空气A能够从第三歧管64通过第二冷却空气供给路径73而供给至该冷却通路。
接着，参照图4，对压缩机11的隔断从空气通路49侧向叶片环部41的热量输入的结构进行说明。作为一例，图4中示出以与在轴向上排列多列的静叶片体45以及动叶片体46的轴向位置对置的方式配置有多列的隔热环82、83。用箭头表示压缩空气A的流动方向。以隔热环83为中心来对以下的隔热环的结构进行说明。
在叶片环部41的径向的内周侧，形成有向径向的内侧突出且绕旋转轴线C形成为环状的支承部41a。在支承部41a的径向内侧端部，形成有向压缩空气A的流动方向的上游侧以及下游侧突出的上游缘部41c、下游缘部41d，且配置为与各静叶片体45的外侧护罩48对置。在配置于轴向的上游侧以及下游侧的支承构件41a之间，形成有以向径向外侧凹陷的方式形成的叶片环槽41b。
在所述叶片环槽41b中，隔开一定间隙地配置有绕旋转轴线C形成为环状、且在周向上被分割为多个的隔热环82、83。在隔热环83的轴向的下游侧侧面，配置有形成于径向的内侧末端且向轴向的上游侧以及下游侧突出的隔热环凸缘部83a。另外，在所述下游侧侧面形成有固定部83b和侧壁突出部83c，该固定部83b配置在比所述隔热环凸缘部83a靠径向外侧，且向轴向的下游侧突出，该侧壁突出部83c在比所述固定部83b靠径向外侧与所述固定部平行地配置，且向轴向下游侧突出。此外，在隔热环凸缘部83a与所述固定部83b之间，形成有以朝向轴向上游侧凹陷的方式形成的下部槽83e，在侧壁突出部83c与固定部83b之间，形成有朝向轴向上游侧凹陷且与下部槽83e平行地配置的上部槽83f。另外，与叶片环槽41的内周面对置地在隔热环83的径向外侧的外周面的轴向上游端形成有向径向的外侧突出的上部突出部83d，该上部突出部83d绕旋转轴线C形成为环状。隔热环82也具备同样的形状。
另外，在静叶片体45的外侧护罩48的径向外侧端，形成有向轴向的上游侧以及下游侧突出的护罩凸缘部48a。
通过叶片环部41具备上述那样的结构，从而支承部41a的上游缘部41c从轴向下游侧插入到隔热环的上部槽83f中，借助支承部41a的上游缘部41c、侧壁突出部83c以及固定部83b而被叶片环部41支承。另外，静叶片体45的护罩凸缘部48a从轴向的下游侧朝向上游侧插入到隔热环83的下部槽83e中，静叶片体45借助护罩凸缘部48a、隔热环凸缘部83a以及固定部83b而被隔热环83支承。
在通常运转的情况下，静叶片体45受到从轴向的下游侧朝向上游侧的方向(图4的纸面上的从右侧朝向左侧的方向)上的反力。因此，静叶片体45的外侧护罩48经由护罩凸缘部48a的上游侧端部与隔热环83的下部槽83e接触，将隔热环83向轴向上游侧按压。另一方面，静叶片体45的护罩凸缘部48a被插入到在固定部83b与隔热环凸缘部83a之间形成的下部槽83e中，从而静叶片体45的径向的移动被约束。同样，支承部41a的上游缘部41c被插入到在固定部83b与侧壁突出部83c之间形成的上部槽83f中，从而隔热环83的径向的移动被约束。
根据上述的结构以及约束条件，隔热环83在轴向的下游侧经由侧壁突出部83c的径向内侧内周面与支承部41a的上游缘部41c的径向外周面接触。另外，在轴向的上游侧，隔热环83的轴向的上游侧侧壁83g与支承部41a的下游缘部41d接触。另外，在径向的外侧，隔热环83的上部突出部83d与叶片环槽41b接触。即，在通常运转时，隔热环与叶片环部接触的部位只限于上述的三个部位(上游缘部41c、下游缘部41d、上部突出部83d)，不会发生与叶片环槽41b的内周面的整面以及叶片环槽41b的轴向上游侧或者下游侧的内壁接触。
另外，静叶片体45的外侧护罩48通过向外侧护罩48的上游侧以及下游侧延伸的护罩凸缘部48a和隔热环83的隔热环凸缘部83a而仅与隔热环83接触，不会发生与叶片环部41直接接触。以上的说明以隔热环83为中心进行了说明，但隔热环82也为同样的结构。另外，对于隔热环82的各部分的标号，例如将隔热环83的隔热环凸缘部83a替换为隔热环82a即可。
接着，举隔热环82为例，来说明从在空气通路49中流动的压缩空气A向叶片环部41的热移动。如上所述，从在空气通路49中流动的压缩空气A向叶片环部41的热移动只限于来自与隔热环82接触的接触部的热量输入。图4所示的来自空气通路49侧的热移动用箭头F1、F2、F3、F4示出。向叶片环部41的热量输入具有：由来自隔热环82的内周面中的与空气通路49侧相面对的面的热传递所产生的热量输入F1；以及由来自静叶片体45的热传导所产生的热量输入F2。进入隔热环82的热量F1、F2从与叶片环部41接触的接触部向叶片环部41散出。即，第一热量F3只限于经由侧壁突出部82c的内周端(上部槽82f)以及支承部41a的上游缘部41c向叶片环部41的支承部41a移动的热量，第二热量F4只限于从隔热环82的上游侧侧壁82g经由支承部41a的下游缘部41d向叶片环部41移动的热量，第三热量F5只限于经由上部突出部83d向叶片环部41移动的热量。在此，以隔热环82为例进行了说明，但其他隔热环也相同。
通过具备上述结构，在燃气轮机的运转中，将被压缩机11压缩后的压缩空气A的一部分从机室14抽出，并经由设于第一冷却空气供给路径71的冷却器72被冷却后，向冷却空气流路61供给。即，在叶片环部41中，将低温的压缩空气A向第一歧管62供给，并通过第一连结通路65向第二歧管63供给，通过第二连结通路66向第三歧管64供给。因此，叶片环部41被在内部循环的冷却空气冷却，从而高温化得以抑制。然后，将叶片环部41冷却了的冷却空气从第三歧管64通过第二冷却空气供给路径73而向涡轮13的冷却部供给。在该冷却空气流路61中，由于各连结通路65、66的通路截面积小于歧管62、63、64的通路截面积，因此，冷却空气在通过各连结通路65、66时流速上升，能够有效地冷却叶片环部41。
另外，叶片环部41在空气通路49侧设置有隔热环81、82、83、84，因此，能够大幅度地降低来自在空气通路49中通过的高温高压的压缩空气的热量输入。
另外，隔热环81、82、83、84在周向上被分割为多个，并且以设置一定间隙的方式绕旋转轴线C配置为环状。因此，由于在周向上设有一定间隙，因此，即便例如隔热环81、82、83、84由于来自空气通路49侧的热量输入而沿周向延伸，周向的扩张量也会被间隙吸收。因此，几乎不会产生隔热环的向径向外侧的位移，不会对叶片环部41的径向的位移产生影响。
在此，对燃气轮机的起动时的压缩机11的构成构件中的径向的位移进行说明。
图5是表示燃气轮机的热起动时的压缩机的构成构件的间隙的变化的曲线图，图6是表示燃气轮机的冷起动时的压缩机的构成构件的间隙的变化的曲线图。
在现有的燃气轮机的热起动时，如图1以及图5所示，在时间t1起动燃气轮机的情况下，转子32的转速上升，在时间t2，转子32的转速达到额定转速并维持为恒定。在该期间，压缩机11从空气入口20引入空气，并使空气通过多个静叶片23以及动叶片24而对其进行压缩，由此生成高温高压的压缩空气。燃烧器12在转子32的转速达到额定转速之前被点火，对压缩空气供给燃料而使其燃烧，由此生成高温高压的燃烧气体，涡轮13使燃烧气体通过多个静叶片27以及动叶片28，由此驱动转子32旋转。因此，燃气轮机在时间t3，负荷(输出)上升，在时间t4，达到额定负荷(额定输出)并维持为恒定。
在这样的燃气轮机的热起动时，动叶片24由于高速旋转而向径向上的外侧位移(扩张)，然后，从在空气通路49中通过的高温高压的压缩空气接受热量而进一步向外侧位移(扩张)。另一方面，叶片环部41虽然在刚刚停止后为高温，但在燃气轮机刚刚起动后的一定时间的期间内，从压缩机11向叶片环部41供给有低温的抽气空气，从而叶片环部41被暂时冷却。因此，叶片环部41暂时地向径向的内侧位移(收缩)，然后，来自压缩机11的抽气空气的温度上升，叶片环部41的抽气空气所带来的冷却效果减弱，叶片环部41再次向外侧位移(扩张)。
此时，在现有的燃气轮机中，图5中以虚线表示的叶片环部41在时间t2被低温的空气冷却而向内侧位移，因此，产生动叶片的前端与叶片环部的内周面之间的间隙暂时较大地减少的扭转点(pinchpoint)。然后，叶片环部被高温高压的压缩空气加热而向外侧位移(扩张)。并且，在时间t4后的额定运转中，叶片环部向外侧较大地位移，从而导致动叶片的前端与叶片环部的内周面之间的间隙增大至必要以上。
另一方面，在本实施方式的燃气轮机中，图5中以实线表示的叶片环部41虽然在时间t2被低温的空气冷却而向内侧位移，但是由于能够确保起动前的动叶片24的前端与叶片环部41的内周面之间的间隙较大，因此，与现有的结构相比，动叶片24的前端与叶片环部41的内周面之间的间隙不会减少。并且，在时间t4后的额定运转中，叶片环部41能够被向冷却空气流路61供给的冷却空气冷却，并且通过隔热环81、82、83、84能够抑制来自空气通路49的高温高压的压缩空气的热量输入。因此，叶片环部41虽然稍微向外侧位移，但是与现有的结构相比，动叶片24的前端与叶片环部41的内周面之间的间隙不会变大。
另外，如图1以及图6所示，在燃气轮机的冷起动时，与热起动时相比，叶片环部41不会向径向的内侧位移，因此，与热起动时相比，产生扭转点的可能性更小。
这样，在本实施方式的燃气轮机中，具有压缩机11、燃烧器12以及涡轮13。作为压缩机11设置有：形成构成为环状的空气通路49的压缩机室21；旋转自如地支承于压缩机室21的中心部的转子32；以沿轴向隔开规定间隔的方式在转子32的外周部固定有多个且配置于空气通路49中的动叶片体46；在多个动叶片体46之间且在压缩机室21内固定有多个并且配置于空气通路49中的多个静叶片体45；与压缩机室21中的多个动叶片体46的外侧对置设置且在内部形成有冷却空气流路61的叶片环部41；将压缩空气A的一部分向冷却空气流路61供给的第一冷却空气供给路径71；对第一冷却空气供给路径71的压缩空气A进行冷却的冷却器72；以及将冷却空气流路61的冷却空气向涡轮13的冷却部供给的第二冷却空气供给路径73。
因此，能够从压缩机11抽出压缩空气的一部分，并利用冷却器72将抽出的压缩空气冷却，再通过第一冷却空气供给路径71向压缩机室21的冷却空气流路61供给，通过第二冷却空气供给路径73向涡轮13的冷却部供给。因此，压缩机室21中的多个动叶片体46的外侧被冷却空气冷却，从而不会发生该部分由于接受热量而进行较大位移，能够将压缩机室21与动叶片24之间的间隙维持在适当量，从而能够抑制压缩机11中的压缩性能的下降，并且提高燃气轮机的性能。
此时，由于将压缩机11压缩了的压缩空气A在被冷却器72冷却后向冷却空气流路61供给，因此，能够高效地冷却位于空气通路49的外侧的压缩机室21的内周面。而且，由于将冷却了压缩机室21的内周面的冷却空气向涡轮13的冷却部供给而使用，因此，能够有效地使用冷却空气。
在本实施方式的燃气轮机中，作为冷却空气流路61设置有：在空气通路49中的空气的流动方向上隔开规定间隔地配置的多个歧管62、63、64；以及将各歧管62、63、64串联连结的连结通路65、66。因此，在压缩机室21内，使冷却空气通过连结通路65、66在多个歧管62、63、64之间流通，由此能够高效地冷却压缩机室21中的多个动叶片体46的外侧部分。
在本实施方式的燃气轮机中设置有：与第一冷却空气供给路径71连结的第一歧管62；在空气通路49中的空气的流动方向的上游侧配置的第二歧管63；以及在空气通路49中的空气的流动方向的下游侧配置且与第二冷却空气供给路径73连结的第三歧管64，并通过第一连结通路65将第一歧管62与第二歧管63连结，通过第二连结通路66将第二歧管63与第三歧管64连结。因此，由第一冷却空气供给路径71供给至第一歧管62的冷却空气通过第二连结通路65向第二歧管63供给，并通过第二连结通路66向第三歧管64供给，经由第二冷却空气供给路径73排出。因此，冷却空气在叶片环部41内向与压缩空气A相反的方向流动之后向与压缩空气A相同的方向流动，从而确保冷却空气的通路较长，由此能够高效地冷却压缩机室21中的多个动叶片体46的外侧部分。
在本实施方式的燃气轮机中，作为压缩机室21，设置构成为圆筒形状而形成空气通路49并且对多个静叶片体45的外周部进行支承的叶片环部41，在该叶片环部41内，将冷却空气流路61形成为空洞部。因此，不会对压缩机室21整体的结构造成影响，而仅加工叶片环部41即可，能够容易地形成冷却空气流路61。
在本实施方式的燃气轮机中，在叶片环部41的与空气通路49侧相面对的面上，设置有减小了与叶片环槽接触的接触面积的结构的隔热环81、82、83、84。因此，在高温高压的压缩空气A通过空气通路49时，利用隔热环81、82、83、84将从压缩空气A向叶片环部41的热量输入隔断，由此能够大幅度地降低向叶片环部的热量输入，能够抑制叶片环部的温度上升，能够抑制叶片环部的径向的位移。
在本实施方式的燃气轮机中，在构成为环状且与多个动叶片体46的外周侧对置的叶片环部41的内周部固定有隔热环81、82、83。因此，能够利用隔热环81、82、83有效地隔断从压缩空气A向与各动叶片24对置的叶片环部41的内周面的热量输入。
在本实施方式的燃气轮机中，在构成为环状且比多个动叶片体46以及多个静叶片体45靠空气通路49中的压缩空气A的流动方向的下游侧的叶片环部41的内周部固定有隔热环84。因此，能够利用隔热环84，有效地隔断从通过了动叶片体46以及静叶片体45的压缩空气A向叶片环部41的内周面的热量输入。
需要说明的是，在上述的实施方式中，将多个歧管62、63、64和多个连结通路65、66形成于叶片环部41而构成冷却空气流路61，但不局限于该结构。即，歧管62、63、64的形状、数量、形成位置等根据动叶片24、叶片环部41的形状、位置适当设定即可。
附图标号说明
11压缩机
12燃烧器
13涡轮
14机室
21压缩机室
23静叶片
24动叶片
32转子(旋转轴)
41叶片环部
41a支承部
45静叶片体
48外侧护罩
48a护罩凸缘部(凸缘部)
46动叶片体
49空气通路
61冷却空气流路
62第一歧管
63第二歧管
64第三歧管
65第一连结通路
66第二连结通路
71第一冷却空气供给路径
72冷却器
73第二冷却空气供给路径
81、82、83、84隔热环
C旋转轴线
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种燃气轮机，其具有：
压缩机，其对空气进行压缩；
燃烧器，其将燃料与所述压缩机压缩后的压缩空气混合而进行燃烧；
涡轮，其通过所述燃烧器生成的燃烧气体获得旋转动力；以及
旋转轴，其在所述空气的作用下以旋转轴线为中心进行旋转，
所述燃气轮机的特征在于，
所述压缩机具有：
壳体，其形成绕所述旋转轴线构成为环状的空气通路；
动叶片体，其在所述旋转轴的外周部沿轴向隔开规定间隔地固定多个，且配置在所述空气通路中；
多个静叶片体，该多个静叶片体配置在多个所述动叶片体之间且固定在所述壳体内，并且配置在所述空气通路中；
叶片环部，其设置为与多个所述动叶片体的径向的外侧对置，且在内部形成有冷却空气流路；
第一冷却空气供给路径，其将所述压缩机压缩后的压缩空气的一部分向所述冷却空气流路供给；
第二冷却空气供给路径，其将所述冷却空气流路的冷却空气向所述涡轮的冷却部供给，
隔热环，其绕所述旋转轴线构成为环状，且借助所述叶片环部的向径向内侧突出的支承部而被所述叶片环部支承，并且借助在径向内侧端沿轴向突出的凸缘部而对所述静叶片体进行支承。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，
所述叶片环部具备隔热环，该隔热环绕旋转轴线构成为环状，且该隔热环借助向径向内侧突出的所述叶片环部的支承部而被所述叶片环部支承，
所述隔热环具有凸缘部，该凸缘部借助所述静叶片体的外侧护罩而对所述静叶片体进行支承。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，
所述冷却空气流路具有：在所述空气通路中的空气的流动方向上隔开规定间隔地配置的多个歧管；以及将所述多个歧管串联连结的连结通路。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，
所述多个歧管具有：与第一冷却空气供给路径连结的第一歧管；在所述空气通路中的空气的流动方向的上游侧配置的第二歧管；以及在所述空气通路中的空气的流动方向的下游侧配置且与所述第二冷却空气供给路径连结的第三歧管，
所述连结通路具有：将所述第一歧管与所述第二歧管连结的第一连结通路；以及将所述第二歧管与所述第三歧管连结的第二连结通路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述壳体具有叶片环部，该叶片环部构成为圆筒形状而形成所述空气通路并且对所述多个静叶片体的外周部进行支承，所述冷却空气流路在所述叶片环部内形成为空洞部。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述隔热环在周向上设置一定间隙地被分割为多个。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述隔热环固定于绕所述旋转轴线构成为环状且比多个所述动叶片体以及所述多个静叶片体靠所述空气通路中的压缩空气的流动方向的下游侧的所述叶片环部的内周部。

Claims (7)

1.一种燃气轮机，其具有：
压缩机，其对空气进行压缩；
燃烧器，其将燃料与所述压缩机压缩后的压缩空气混合而进行燃烧；
涡轮，其通过所述燃烧器生成的燃烧气体获得旋转动力；以及
旋转轴，其在所述空气的作用下以旋转轴线为中心进行旋转，
所述燃气轮机的特征在于，
所述压缩机具有：
壳体，其形成绕所述旋转轴线构成为环状的空气通路；
动叶片体，其在所述旋转轴的外周部沿轴向隔开规定间隔地固定多个，且配置在所述空气通路中；
多个静叶片体，该多个静叶片体配置在多个所述动叶片体之间且固定在所述壳体内，并且配置在所述空气通路中；
叶片环部，其设置为与多个所述动叶片体的径向的外侧对置，且在内部形成有冷却空气流路；
第一冷却空气供给路径，其将所述压缩机压缩后的压缩空气的一部分向所述冷却空气流路供给；以及
第二冷却空气供给路径，其将所述冷却空气流路的冷却空气向所述涡轮的冷却部供给。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，
所述叶片环部具备隔热环，该隔热环绕旋转轴线构成为环状，且该隔热环借助向径向内侧突出的所述叶片环部的支承部而被所述叶片环部支承，
所述隔热环具有凸缘部，该凸缘部借助所述静叶片体的外侧护罩而对所述静叶片体进行支承。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其特征在于，
所述冷却空气流路具有：在所述空气通路中的空气的流动方向上隔开规定间隔地配置的多个歧管；以及将所述多个歧管串联连结的连结通路。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，
所述多个歧管具有：与第一冷却空气供给路径连结的第一歧管；在所述空气通路中的空气的流动方向的上游侧配置的第二歧管；以及在所述空气通路中的空气的流动方向的下游侧配置且与所述第二冷却空气供给路径连结的第三歧管，
所述连结通路具有：将所述第一歧管与所述第二歧管连结的第一连结通路；以及将所述第二歧管与所述第三歧管连结的第二连结通路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述壳体具有叶片环部，该叶片环部构成为圆筒形状而形成所述空气通路并且对所述多个静叶片体的外周部进行支承，所述冷却空气流路在所述叶片环部内形成为空洞部。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述隔热环在周向上设置一定间隙地被分割为多个。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的燃气轮机，其特征在于，
所述隔热环固定于绕所述旋转轴线构成为环状且比多个所述动叶片体以及所述多个静叶片体靠所述空气通路中的压缩空气的流动方向的下游侧的所述叶片环部的内周部。
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