CN1143954C - 燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

一种燃气轮机，具有连接在燃气轮机叶轮的尾流侧且受轴承支承的后置轴，并述后置轴上形成向上述燃气轮机叶轮供给、回收冷却媒体的冷却媒体供给通道却媒体回收通道，其特点是，在与上述后置轴、上述冷却媒体供给通道或上述媒体回收通道中的任一方之间形成另外的冷却媒体通道。本发明使连接在燃气叶轮的尾流侧的后置轴能够充分适应燃气轮机的高温化。

Description

燃气轮机
技术领域
本发明涉及使冷却媒体排出到燃气轮机的高温部的燃气轮机。
背景技术
最近燃气轮机的高温化进展显著，正在从以前的700℃、900℃经过1100℃、1300℃而达到1500℃以上。
在如此加速度地急剧上升的高温化过程中，燃气轮机开发了超耐热合金钢，用于轮机静叶、轮机动叶等高温部位，但这种超耐热合金钢也已经超过了使用限度，对其材料强度的不足就利用空气来弥补，即采用空气冷却技术。而最近的燃气轮机追求高输出和高热效率，正在计划使燃气轮机的燃烧气体温度(燃气轮机入口燃烧气体温度)达到1500℃以上，但对迄今为止所用的空气冷却技术的设备热效率的估算结果却不佳，为此，正在把冷却媒体从空气转为蒸气。
关于用蒸气作为冷却媒体的燃气轮机有众多提案，其中有一种如日本发明专利公开1996-277725号公报所公开的。
该技术如图17和图18所示，形成环状截面(轮切り状)，在与轴向重叠的燃气轮机转子1形成一体的燃气轮机叶轮2上形成蒸气的供给通道3及其回收通道4，利用气室5将从后置轴(未图示)供给的蒸气向燃气轮机动叶6供给，冷却后，经过通道4将该蒸气回收至后置轴。
另一方面，如图19所示，燃气轮机在设有最末级燃气轮机动叶6的燃气轮机叶轮2上设有后置轴8，在该后置轴8的内部形成区分中央一侧的蒸气供给通道3及其相反一侧的蒸气回收通道4的分隔壁14。另外，后置轴8的外侧设置具有轴承箱9、衬垫10、压板11的轴颈轴承12，同时设置蒸气回收口13。
如上所述，图17、图18及图19所示的日本发明专利公开1996-277725号公报用后置轴8将冷却用蒸气排出，以降低在燃气轮机转子1、燃气轮机叶轮2以及燃气轮机动叶6处产生的热应力，以适应高温化。图18中用斜线表示的部分是将截面为环状的燃气轮机叶轮2固定用的叠装螺栓用孔7。
在图17、18和19所示的1996-277725号公报中，把向燃气轮机高温部供给的冷却用蒸气温度设定为250℃，把其回收用蒸气温度设定为450℃，分别控制在燃气轮机转子1和燃气轮机叶轮2各自材料的许可温度以下。
然而，尽管向燃气轮机高温部供给的冷却用蒸气温度为250℃，其回收用蒸气温度为450℃，但这些温度都远远超过对后置轴8进行轴支承的轴颈轴承12的许可温度。
一般情况下，即使润滑油的辐射热加上燃气轮机燃烧气体的辐射热，轴颈轴承12各结构件的金属温度也只控制在100℃～150℃的程度，而一旦冷却用、回收用蒸气温度过高，粘附在轴承内圈滑动面的白合金就会熔化，运转时就可能陷入危险状态。
为此，对燃气轮机就必须寻求既能确保冷却其高温部所需的蒸气温度、又能使轴颈轴承12稳定运转的装置。
发明内容
鉴于这种实情，本发明的目的在于提供一种通过在轴颈轴承上采用保护装置而使其稳定运转、从而将燃气轮机的高温部有效冷却、同时有效地进行回收的燃气轮机。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案1具有连接在燃气轮机叶轮的尾流侧且受轴承支承的后置轴，并在上述后置轴上形成向上述燃气轮机叶轮供给、回收冷却媒体的冷却媒体供给通道及冷却媒体回收通道，其特点是，在与上述后置轴、上述冷却媒体供给通道或上述冷却媒体回收通道中的任一方之间形成另外的冷却媒体通道。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案2的特点是，另外的冷却媒体通道是空气通道。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案3是在空气通道的入口设置空气引导部，同时在其出口向着后置轴的半径方向形成空气流出口。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案4是在带切槽的圆孔的入口形成空气引导部。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案5是用圆板状支承构件和环状片形成空气引导部，同时在支承构件和环状片之间设有排成环状的引导叶片。
为了实现上述目的，本发明燃气轮机的技术方案6是设置与上述轴承的轴承箱连接的泵，通过该泵向在上述后置轴和上述冷却媒体回收通道之间形成的另外的冷却媒体通道供给冷却媒体。
附图说明
图1是本发明燃气轮机第1实施形态的上半部分示意剖视图。
图2是本发明燃气轮机第1实施形态中空气引导部的示意图。
图3是将传统装置和本发明进行对比的温度分布线图，表示蒸气辐射热传递给轴颈轴承的温度分布。
图4说明在本发明燃气轮机第1实施形态的空气通道中流动的空气的变动。
图5是本发明燃气轮机第1实施形态的空气引导部第1实施例的示意图。
图6是图5A-A方向的向视图。
图7是本发明燃气轮机第2实施形态的上半部分示意剖视图。
图8是本发明燃气轮机第3实施形态的上半部分示意剖视图
图9是本发明燃气轮机第3实施形态的第1实施例的上半部分示意剖视图。
图10是本发明燃气轮机第3实施形态的第2实施例的上半部分示意剖视图。
图11是本发明燃气轮机第4实施形态的上半部分示意剖视图。
图12是图11B-B方向的向视图。
图13是本发明燃气轮机第4实施形态的隔热部第1实施例的剖视图。
图14是本发明燃气轮机第4实施形态的第1实施例的隔热部的横剖视图。
图15表示本发明燃气轮机第4实施形态的第1实施例的隔热部的形状。
图16是本发明燃气轮机第5实施形态的上半部分示意剖视图。
图17是传统燃气轮机的局部剖视图。
图18是从图17X方向看的局部图。
图19是传统燃气轮机的上半部分示意剖视图。
具体实施方式
以下结合附图及图中标明的符号说明本发明燃气轮机的实施形态。
图1是本发明燃气轮机实施形态的上半部分示意剖视图。
本实施形态的燃气轮机具有燃气轮机转子15及设置在其尾流侧的后置轴16。
燃气轮机转子15具有成形为环状截面、一体形成的燃气轮机叶轮17。在该燃气轮机叶轮17的内部形成供给冷却用蒸气的冷却蒸气供给通道18和回收冷却用蒸气的冷却蒸气回收通道19，而且在冷却蒸气供给通道18和冷却蒸气回收通道19的顶部植入燃气轮机动叶20。另外，与燃气轮机转子15形成一体的燃气轮机叶轮17是沿轴向多片重叠，此处为便于说明而省略。
另一方面，在连接于燃气轮机叶轮17最末级的尾流侧的后置轴16的内部设有筒状的冷却蒸气回收通道19，同时在其外侧的中心轴一侧形成冷却蒸气供给通道18，在其相反一侧的后置轴16一侧形成空气通道21。该空气通道21的入口一侧设有空气引导部22，在其出口一侧则设置距离较长、对着半径方向的空气流出口23。另外，为了避免来自冷却蒸气回收通道19的回收蒸气的热量与来自轴颈轴承27的润滑油的热量相互混合，把该空气通道21设定为可提高空气流速的口径，以确保它们之间相互隔离。
另外，在后置轴16的外侧设置具有轴承箱24、衬垫25、压板26等的轴颈轴承27，同时设有回收冷却蒸气的冷却蒸气回收口28。
另一方面，空气引导部22如图2所示，形成带切槽29的圆孔30的入口31，用螺栓经过螺栓孔32而与图1所示的后置轴16的端部连接。
如上所述，本实施形态是在形成于后置轴16内部的筒状冷却蒸气回收通道19的外侧形成空气通道21，并用从空气引导部22引导的空气如图4那样形成空气层，将冷却蒸气回收通道19的回收蒸气的热量屏蔽，再通过空气流出口23的泵作用使之流出到系统外，以使空气始终流动，故可以利用该空气降低通过冷却蒸气回收通道19的高温蒸气对于后置轴16的热辐射，可以使轴颈轴承27稳定地运转。
从而，本实施形态在对燃气轮机的高温部进行冷却时，可以使冷却用蒸气在高温下排出，使轴颈轴承27不受任何干扰地稳定运转，能充分适应燃气轮机的高温化。
图3是将传统装置和本发明进行对比的温度分布线图，表示通过冷却蒸气回收通道19的回收蒸气的辐射热量传递给轴颈轴承27的温度分布。
由于本实施形态在冷却蒸气回收通道19与后置轴16的内壁之间形成空气通道21，故可以肯定从冷却蒸气回收通道19的回收蒸气传递给后置轴16的辐射热低于轴颈轴承27的许可温度。从而，轴颈轴承27可以稳定地运转。
图5是本发明燃气轮机第1实施形态的空气引导部22的第1实施例的示意图。
该空气引导部22在圆盘状支承构件33与环状片34之间设置排列成环状的直线形引导叶片35，并用螺栓经过螺栓孔32而与图1所示的后置轴16的端部连接。
引导叶片35如图6所示，使外部空气以作为空气绝对速度V1与旋转的后置轴16的圆周速度U之向量和的入口相对速度W1流入，并用其出口相对速度W2将其送到图1所示的空气通道21。另外，引导叶片35的出口也可相对地窄于其入口，以提高空气的压入压力，另外也可以将叶片形状做成曲面状，以使空气产生旋转流。
如上所述，本实施例是在空气引导部22设置引导叶片35，能把来自外部的空气可靠地引导到空气通道21，故可以降低冷却蒸气回收通道19的高温蒸气的辐射热，使轴颈轴承27稳定地运转。
图7是本发明燃气轮机第2实施形态的上半部分示意剖视图。凡与第1实施形态的构件相同的部分均用相同符号表示。
本实施形态是在后置轴16的内部形成筒状的冷却蒸气供给通道18，并在其外侧的中心轴一侧形成冷却蒸气回收通道19，在其相反一侧的后置轴16一侧形成空气通道21，冷却蒸气供给通道18和冷却蒸气回收通道19的设置位置与第1实施形态正好相反。
这样，本实施形态在冷却蒸气供给通道18的蒸气温度高达250℃时也能利用空气通道21的空气进行热隔离，故可以使轴颈轴承27稳定运转。
图8是本发明燃气轮机第3实施形态的上半部分示意剖视图。图中凡与第1实施形态的构件相同的部分均用相同符号表示。
一旦燃气轮机容量增大，燃气轮机叶轮17的最末级和轴颈轴承27之间的后置轴16即形成较大的空间。
本实施形态就是着眼于该空间部分，形成分别与被后置轴16内部的分隔壁36分隔的冷却蒸气供给通道18及冷却蒸气回收通道19相连通的冷却蒸气供给口37和冷却蒸气回收口38，同时把冷却蒸气供给口37及冷却蒸气回收口38设在曲路密封部39内。
如上所述，本实施形态是在燃气轮机叶轮17的最末级和轴颈轴承27之间的后置轴16上设置曲路密封部39，并在该曲路密封部39内设有分别与冷却蒸气供给通道18及冷却蒸气回收通道19相连通的冷却蒸气供给口37和冷却蒸气回收口38，以防止通过冷却蒸气供给通道18的蒸气和通过冷却蒸气通道19的蒸气的热辐射传递给轴颈轴承27，因此可使轴颈轴承27稳定运转。另外，本实施形态是在气轮机叶轮17的最末级和轴颈轴承27之间的后置轴16上所设的曲路密封部39内设置冷却蒸气供给口37和冷却蒸气回收口38，当然并不限于这种实施形态，也可以如图9所示，将曲路密封部39延长到与燃气轮机17的最末级连接的后置轴16的肩部为止，也可如图10所示，在被轴颈轴承27轴支承的后置轴16的内部形成空气通道40和空气流出口41。前者的好处在于可缩短燃气轮机叶轮17的最末级与轴颈轴承27之间的距离，后者则由于是用空气通道40的空气来冷却后置轴16，故可以使轴颈轴承27可靠地稳定运转。
图11是本发明燃气轮机第4实施形态的上半部分示意剖视图。图中凡与第1实施形态的构件相同的部分均用相同符号表示。
本实施形态是在后置轴16的内部设有用筒部42形成的冷却蒸气回收通道19，同时在其外侧的中心轴一侧形成冷却蒸气供给通道18，并在其相反一侧的后置轴16一侧夹装隔热部43。
该隔热部43如图12所示，是沿圆周方向装在筒部42和后置轴16之间，采用譬如纤维SiC和粘合料(matrix)SiC构成的陶瓷复合材料，其导热率定为1Wm-1.K-1。另一方面，后置轴16用12铬钢制造，其导热率为30Wm-1.K-1。另外，在设物体的厚度为T、导热率为K、热通过面积为A时，具有多种物体时的热阻R如下式所示：
R＝∑(T/kA)                        ……(1)
如果把隔热部43的厚度设定为用筒部42形成的冷却蒸气回收通道19的口径的5倍，则根据用上式进行的计算，其热阻为不设隔热部43时的15倍。
从而，由于本实施形态是在用筒部42形成的冷却蒸气回收通道19与后置轴16之间夹装用陶瓷复合材料制作的隔热部43，并增大其热阻，故可以充分地隔离回收蒸气的热辐射，可使轴颈轴承27稳定地运转。另外，隔热部43也可如图13所示，沿筒部42的圆周方向断续设置，其形状也可如图14和图15所示，做成剖面为四边形44、且轴向延伸的带状体45，并且被外壳46包覆。
图16是本发明燃气轮机第5实施形态的上半部分示意剖视图。图中凡与第1实施形态的构件相同的部分均用相同符号表示。
本实施形态是设置与轴颈轴承27的轴承箱24连接的泵47，并从该泵47向空气通道21强行供给空气等冷却媒体，使空气通道21冷却，然后使该空气等冷却媒体从空气流出口41流出到系统外。
如上所述，由于本实施形态设置与轴颈轴承27的轴承箱24连接的泵47，并用空气等冷却媒体强行将空气通道21冷却，隔离并降低从冷却蒸气回收通道19传递到后置轴16的回收蒸气的热辐射，故可使轴颈轴承276可靠地稳定运转。
如上所述，本发明的燃气轮机在后置轴内部、在冷却蒸气供给通道及冷却蒸气回收通道中至少一方与后置轴之间形成空气通道或隔热部，隔离并降低从冷却蒸气供给通道或冷却蒸气回收通道传递到后置轴的蒸气的热辐射，故可以使轴颈轴承稳定运转，可以充分地适应燃气轮机的高温化。

Claims (6)

1.一种燃气轮机，具有连接在燃气轮机叶轮的尾流侧且受轴承支承的后置轴，并在上述后置轴上形成向上述燃气轮机叶轮供给、回收冷却媒体的冷却媒体供给通道及冷却媒体回收通道，其特征在于，在上述后置轴与上述冷却媒体供给通道或上述冷却媒体回收通道中的任一方之间形成另外的冷却媒体通道。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，另外的冷却媒体通道是空气通道。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于，在空气通道的入口设置空气引导部，同时在其出口向着后置轴的半径方向形成空气流出口。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，在带切槽的圆孔的入口形成空气引导部。
5.根据权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，用圆板状支承构件和环状片形成空气引导部，同时在支承构件和环状片之间设有排成环状的引导叶片。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，设置与上述轴承的轴承箱连接的泵，通过该泵向在上述后置轴和上述冷却媒体回收通道之间形成的另外的冷却媒体通道供给冷却媒体。
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