JP2000161002A - ガスタービンプラント - Google Patents
ガスタービンプラントInfo
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- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
てガスタービン軸に供給する際、その高圧空気の圧力損
失を少なくさせて効果的に冷却を行わせるガスタービン
プラントを提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービンプラントは、空
気圧縮機軸26のディスク45およびガスタービン軸3
5のディスク46の少なくとも一方に隆起部49a,4
9bを設けた。
Description
ントに係り、特に空気圧縮機で生成された高圧空気を冷
却用として中間軸を介してガスタービン軸に供給する
際、圧力損失を少なくさせたガスタービンプラントに関
する。
0に示すように、空気圧縮機1、ガスタービン燃焼器
2、ガスタービン3を備え、空気圧縮機軸4とガスター
ビン軸5とを内筒軸6に同心的に配置した外筒軸7を備
えた中間軸8で接続する構成になっている。
9、空気圧縮機静翼10を軸方向に沿って複数備え、吸
込んだ空気を圧縮して高圧空気にし、高圧空気の一部を
ガスタービン燃焼器2に酸化剤として供給し、ここで燃
焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービン3の
ガスタービン静翼11、ガスタービン動翼12に供給し
て膨張仕事をさせるようになっている。
一部を圧縮機軸4と中間軸8の外筒軸7との隙間部1
3、空間部14を介してガスタービン軸5に供給し、ガ
スタービン動翼12およびその植込み部(図示せず)を
冷却させるようになっている。
を冷却させた高圧空気は、通路15、隙間部16、中心
孔17を介して次段落のタービン動翼に供給するように
なっている。
軸5は、ともに、図21および図22に示すように、円
盤状のディスク18として形成され、ディスク18を軸
方向に沿って積層状に積み重ね、ボルト孔19にタイロ
ッド(図示せず)を挿通させて円盤軸として形成されて
いる。また、空気圧縮機軸4およびガスタービン軸5
は、図22に示すようにディスク18の端縁に数条の凹
凸を形成した翼植込み部20を形成し、この翼植込み部
20に空気圧縮機動翼9およびガスタービン動翼12を
植設する構成になっている。
は、空気圧縮機軸4およびガスタービン軸5を円盤状の
ディスク18に形成し、ディスク18を軸方向に沿って
積み重ねて円盤軸に形成して重量を軽くし、GD2 を比
較的少なくさせて安定した高速回転を行っていた。
タービンプラントは、単機あたりの出力を高出力化する
ために高温化する傾向があり、このため材料の強度を保
証する関係から冷却空気も多量に必要とされる。ところ
が、従来構造のガスタービンプラントでは、図20に示
すように、空気圧縮機動翼9から抽気した高圧空気を冷
却用として隙間部13および空間部14を介してガスタ
ービン軸5に供給する際、旋回流が発生し、発生する旋
回流の要因で高圧空気の流れが悪くなって圧力損失を増
加させ、設計値どおりの対流冷却を発揮させることがで
きない不都合・不具合が確認されている。特に、最近の
ように、単機容量の増加と相まって限られた高圧空気を
冷却用として効果的に活用しようとしても、圧力損失の
増加に伴って対流冷却が充分に活用することができず、
高温化に際し、ガスタービン軸5の局部的に過度な熱応
力の発生やガスタービン動翼の融損等の心配がある。
れたもので、空気圧縮機から抽気した高圧空気を中間軸
を介してガスタービン軸に供給して冷却させる際、その
高圧空気の圧力損失を少なくさせて効果的な冷却を行わ
せるガスタービンプラントを提供することを目的とす
る。
ンプラントは、上記目的を達成するために、請求項1に
記載したように、空気圧縮機に収容され、ディスクを軸
方向に沿って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガス
タービンに収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重
ねて構成したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上
記ガスタービン軸との間に中間軸を備えたガスタービン
プラントにおいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび
上記ガスタービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起
部を設けたものである。
は、上記目的を達成するために、請求項2に記載したよ
うに、空気圧縮機に収容され、ディスクを軸方向に沿っ
て積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガスタービンに
収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重ねて構成し
たガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上記ガスター
ビン軸との間に中間軸を備えたガスタービンプラントに
おいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび上記ガスタ
ービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起部を設ける
とともに、上記ディスクのそれぞれに一体に形成した段
状平坦部に案内流路を設けたものである。
は、上記目的を達成するために、請求項3に記載したよ
うに、隆起部を釣鐘状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項4に記載したよ
うに、隆起部を台形状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項5に記載したよ
うに、段状平坦部に設けた案内流路を、半径方向に向っ
て直線状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項6に記載したよ
うに、段状平坦部に設けた案内流路の内径側に、反時計
廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路を備えた
ものである。
は、上記目的を達成するために、請求項7に記載したよ
うに、段状平坦部に設けた案内流路の外径側に、時計廻
り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路を備えたも
のである。
は、上記目的を達成するために、請求項8に記載したよ
うに、段状平坦部に設けた案内流路の内径側に、反時計
廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路を備える
とともに、その外径側に、時計廻り方向に向って折り曲
げた折り曲げ案内流路を備える一方、その内径側と外径
側との中間部分を直線状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項9に記載したよ
うに、段状平坦部に設けた案内流路を、内径側から外径
側に向って時計廻り方向側に凸状曲面に形成したもので
ある。
は、上記目的を達成するために、請求項10に記載した
ように、空気圧縮機に収容され、ディスクを軸方向に沿
って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガスタービン
に収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重ねて構成
したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上記ガスタ
ービン軸との間に中間軸を備えたガスタービンプラント
において、上記空気圧縮機軸のディスクおよび上記ガス
タービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起部を設け
るとともに、上記ディスクのそれぞれに一体に形成した
段状平坦部に被着させた流路用部材に、案内流路を設け
たものである。
は、上記目的を達成するために、請求項11に記載した
ように、空気圧縮機に収容され、ディスクを軸方向に沿
って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガスタービン
に収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重ねて構成
したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上記ガスタ
ービン軸との間に中間軸を備えたガスタービンプラント
において、上記空気圧縮機軸のディスクおよび上記ガス
タービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起部を設け
るとともに、上記中間軸の端面に設けた突出し片に案内
流路を設けたものである。
は、上記目的を達成するために、請求項12に記載した
ように、突出し片に設けた案内流路を、半径方向に向っ
て直線状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項13に記載した
ように、突出し片に設けた案内流路の内径側に、時計廻
り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路を備えたも
のである。
は、上記目的を達成するために、請求項14に記載した
ように、突出し片に設けた案内流路の内径側に、時計廻
り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路を備えると
ともに、その外径側に、反時計廻り方向に向って折り曲
げた折り曲げ案内流路を備える一方、その内径側と外径
側との中間部分を直線状に形成したものである。
は、上記目的を達成するために、請求項15に記載した
ように、突出し片に設けた案内流路を、内径側から外径
側に向って時計廻り方向側に凹状曲面に形成したもので
ある。
プラントの実施形態を図面および図面に付した符号を引
用して説明する。
トの実施形態を示す上半部分断面組立図である。
は、空気圧縮機21、ガスタービン燃焼器22、ガスタ
ービン23を備えて構成される。
24の中央に収容され、ジャーナル軸受25で支持され
た空気圧縮機軸26を備えるとともに、空気圧縮機軸2
6に植設した空気圧縮機動翼27と空気圧縮機ケーシン
グ24に固設した空気圧縮機静翼28とで空気圧縮機段
落29を構成し、吸気口30から吸込んだ空気を空気圧
縮機段落29で圧縮し、高圧空気を生成するようになっ
ている。
焼器ライナ31とトランジションピース32とを収容
し、空気圧縮機21から供給された高圧空気に燃料を加
え、燃焼器ライナ31で燃焼ガスを生成し、その燃焼ガ
スをトランジションピース32を介してガスタービン2
3に供給するようになっている。
ング33の中央に収容され、ジャーナル軸受34で支持
されたガスタービン軸35を備えるとともに、ガスター
ビンケーシング33に固設したガスタービン静翼36と
ガスタービン軸35に植設したガスタービン動翼37と
でガスタービン段落38を構成し、上記トランジション
ピース32から供給された燃焼ガスをガスタービン段落
38で膨張仕事をさせ、発電機等の被駆動機(図示せ
ず)を駆動するようになっている。
の間には、中間軸39が設けられている。この中間軸3
9は、同心的に配置した内筒軸40と外筒軸41とで構
成し、空気圧縮機段落29から抽気した高圧空気の一部
を冷却空気として外筒軸空間部42を介してガスタービ
ン軸35に植設したガスタービン動翼37に供給してガ
スタービン動翼37の植込み部を冷却するとともに、残
りの高圧空気を内筒軸空間部43、ガスタービン軸35
のバランス孔44を介して次段落のガスタービン動翼3
7の植込み部を冷却するようになっている。
ン軸35は、ともに円盤状に形成したディスク45,4
6を軸方向に沿って積み重ね、積み重ねたディスク4
5,46のそれぞれをタイボルト47,48で連結さ
せ、回転体とする構成になっている。
ン軸35は、ともに、図2に示すように、円盤状に形成
したディスク45,46の回転中心線RCLの少なくと
も一側面から半径方向に向って延びる釣鐘状の隆起部4
9a,49bを備えている。そして、隆起部49a,4
9bは、空気圧縮機段落29から抽気した冷却用として
の高圧空気を中間軸39の外筒軸空間部42および内筒
軸空間部43のそれぞれに良好に案内できるようにする
とともに、中間軸39の外筒軸空間部42および内筒軸
空間部43のそれぞれからガスタービン軸35のディス
ク46に供給される冷却用として高圧空気を良好に案内
させるようになっている。
て流れる冷却用として高圧空気は、回転中に発生する遠
心力により半径方向(放射方向)に向って吹き出される
ため、必然的にこの吹き出される流体量を補う流れがデ
ィスク45,46の回転中心線RCL方向に向って発生
する。この場合、ディスク45,46とこれに対向する
静止部分としての壁との距離が大きいと、例えば文献
「Baundary-LayerTheory (7th Edition, PP 102, H.Sch
licting, 1979) 」に記載されているように、回転中心
線RCLの流体が軸方向に向って流れる。逆に、ディス
ク45,46とこれに対向する静止部分としての壁との
距離が狭いと、流体は壁に沿ってディスク45,46と
平行に回転方向に向って流れ、上述の軸方向に向う流れ
と組み合わされて複雑な三次元流れになる。もっとも、
空気圧縮機21およびガスタービンプラント23のそれ
ぞれは、拘束壁の多い複雑な内部構造になっており、デ
ィスク45,46に沿う流体の流れも上述よりも複雑に
なっているものの、それでもディスク45,46に案内
部分を設けると、流体の流れが良好になることが実験に
より確認されている。
ので、ディスク45,46の回転中心線RCLの少なく
とも一側面から半径方向に向って延びる釣鐘状の隆起部
49a,49bを設けたものである。
26およびガスタービン軸35のそれぞれのディスク4
5,46の回転中心線RCLの少なくとも一側面に隆起
部49a,49bを設け、空気圧縮機段落29から抽気
した高圧空気を隆起部49aを介して中間軸39に良好
に案内できるようにするとともに、中間軸39からの高
圧空気を隆起部49bを介してガスタービン軸35のデ
ィスク46に良好に案内できるようにしたので、回転中
に発生する遠心力に抗して高圧空気の流れを良好にして
圧力損失を少なくすることができ、限られた高圧空気の
流量でもガスタービン軸35のディスク46を充分に対
流冷却させることができ、ガスタービン軸35のディス
ク46の強度を高く維持させてガスタービンプラントの
高温化に対処させることができる。なお、本実施形態で
は、ディスク45,46の回転中心線RCLの少なくと
も一側面に釣鐘状の隆起部49a,49bを設けたが、
これに限らず、例えば図3に示すように、台形状の隆起
部49a,49bを設けても良い。
ビンプラントの空気圧縮機軸およびガスタービン軸とし
て適用するディスクの第2実施形態を示す図である。な
お、図4はディスクの側断面図、図5は図4のB−B矢
視方向から見た正面図をそれぞれ示している。また、第
1実施形態の構成部分と同一部分には同一符号を付す。
気圧縮機軸26およびガスタービン軸35のそれぞれの
ディスク45,46の回転中心線RCLの少なくとも一
側面に、釣鐘状または台形状の隆起部49a,49bを
設けるとともに、円盤状のディスク45,46と一体形
成の段状平坦部50a,50bに、図5に示すように、
回転中心線RCLを基準に半径方向(放射方向)に向っ
て直線状に延びる案内流路51a,51bを設けたもの
である。なお、符号52a,52bは、軸方向に沿って
積み重ねたそれぞれのディスク45,46をタイボルト
により固定するボルト孔である。
6およびガスタービン軸35のそれぞのディスク45,
46の回転中心線RCLの少なくとも一側面の段状平坦
部50a,50bに案内流路51a,51bを形成し、
空気圧縮機段落29から空気圧縮機軸26のディスク4
5を介して抽気した冷却用としての高圧空気に旋回流を
与えることなく中間軸39に案内するとともに、案内さ
れた中間軸39からの高圧空気に旋回流を与えることな
くガスタービン軸35のディスク46に供給させたの
で、高圧空気の圧力損失と低く抑えることができ、ディ
スク45,46を充分に対流冷却させてガスタービンプ
ラントの高温化に際し、その強度を高く維持させること
ができる。
6の段状平坦部50a,50bに案内流路51a,51
bを形成したが、案内流路51a,51bの内径側を例
えば、図7に示すように反時計廻り方向に向って折り曲
げた折り曲げ案内流路53a,53bにしても良く、図
8に示すように、案内流路51a,51bの外径側を、
時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路54
a,54bにしても良く、さらに図9に示すように、案
内流路51a,51bのうち、内径側を反時計方向に向
って折り曲げた折り曲げ案内流路53a,53bにし、
外径側を時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内
流路54a,54bにし、中間部分を直線で結んでも良
く、さらにまた、図10および図11に示すように、案
内流路51a,51bの内径側から外径側に向って時計
廻り方向側に凸状曲面を形成しても良く、さらにまた、
図12および図13に示すように、ディスク45,46
と一体形成の段状平坦部50a,50bに別体で作製し
た流路用部材55a,55bを被着させて直線状(放射
状)の案内流路51a,51bを形成しても良い。
タービンプラントの空気圧縮機軸およびガスタービン軸
として適用するディスクの第3実施形態を示す図であ
る。なお、図14はディスクの側断面図、図15は図1
4のF−F矢視方向から見た正面図をそれぞれ示してい
る。また、第1実施形態の構成部分と同一部分には同一
符号を付す。
スタービン軸35のそれぞれのディスク45,46の回
転中心線RCLの少なくとも一側面に設けた釣鐘状また
は台形状の隆起部49a,49bに対峙する中間軸39
の内筒軸40および外筒軸41の少なくとも一方の通路
56a,56bの端面に突出し片57a,57bを環状
に設け、図15に示すように突出し片57a,57bの
内径側から外径側に向って直線状(放射状)の案内流路
58a,58bを形成したものである。
する遠心応力がディスク45,46に較べて低い中間軸
39の内筒軸40および外筒軸41の少なくとも一方の
通路56a,56bの端面に突出し片56a,57bを
環状に設け、環状に設けた突出し片57a,57bに内
径側から外径側(半径方向)に向って直線状の案内流路
58a,58bを形成し、冷却用としての高圧空気の流
れを良好にさせたので、ディスク45,46の強度を高
く維持させることと相まって冷却用としての高圧空気の
圧力損失を低く抑えることができる。
7bに、その内径側から外径側に向って直線状の案内流
路58a,58bを形成したが、これに限らず例えば図
16に示すように、案内流路58a,58bの内径側を
時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路59
a,59bにしても良く、また、図17に示すように、
案内流路58a,58bのうち、内径側を時計廻り方向
に向って折り曲げた折り曲げ案内流路59a,59bに
し、外径側を反時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲
げ案内流路60a,60bにし、中間部分を直線に結ん
でも良く、さらに図18および図19に示すように、案
内流路58a,59bの内径側から外径側に向って時計
廻り方向側に凸状曲面を形成しても良い。
タービンプラントは、空気圧縮機軸とガスタービン軸と
のそれぞれのディスクおよび空気圧縮機軸とガスタービ
ン軸とを互いに接続させる中間軸の少なくとも一方に、
空気圧縮機段落から抽気し、ガスタービン軸に冷却用と
して供給する高圧空気の圧力損失を少くさせて良好に案
内する手段を備えたので、限られた高圧空気の流量でも
ガスタービン軸のディスクを充分に対流冷却させること
ができ、ガスタービン軸のディスクの強度を高く維持さ
せて高温化に対処させることができる。
を示す上半部分断面組立図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
1実施形態を示す概略側断面図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
1実施形態の変形例を示す概略側断面図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
2実施形態を示す概略側断面図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
2実施形態における第1変形例を示す概略側断面図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
2実施形態における第2変形例を示す概略側断面図。
機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの第
2実施形態における第3変形例を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第2実施形態における第4変形例を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第2実施形態における第5変形例を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第3実施形態を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第3実施形態における第1変形例を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第3実施形態における第2変形例を示す概略側断面図。
縮機軸およびガスタービン軸として適用するディスクの
第3実施形態における第3変形例を示す概略側断面図。
断面図。
およびガスタービン軸として適用するディスクを示す概
略側断面図。
Claims (15)
- 【請求項1】 空気圧縮機に収容され、ディスクを軸方
向に沿って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガスタ
ービンに収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重ね
て構成したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上記
ガスタービン軸との間に中間軸を備えたガスタービンプ
ラントにおいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび上
記ガスタービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起部
を設けたことを特徴とするガスタービンプラント。 - 【請求項2】 空気圧縮機に収容され、ディスクを軸方
向に沿って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガスタ
ービンに収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重ね
て構成したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上記
ガスタービン軸との間に中間軸を備えたガスタービンプ
ラントにおいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび上
記ガスタービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起部
を設けるとともに、上記ディスクのそれぞれに一体に形
成した段状平坦部に案内流路を設けたことを特徴とする
ガスタービンプラント。 - 【請求項3】 隆起部を釣鐘状に形成したことを特徴と
する請求項1または2記載のガスタービンプラント。 - 【請求項4】 隆起部を台形状に形成したことを特徴と
する請求項1または2に記載のガスタービンプラント。 - 【請求項5】 段状平坦部に設けた案内流路を、半径方
向に向って直線状に形成したことを特徴とする請求項2
に記載のガスタービンプラント。 - 【請求項6】 段状平坦部に設けた案内流路の内径側
に、反時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流
路を備えたことを特徴とする請求項2に記載のガスター
ビンプラント。 - 【請求項7】 段状平坦部に設けた案内流路の外径側
に、時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のガスタービ
ンプラント。 - 【請求項8】 段状平坦部に設けた案内流路の内径側
に、反時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流
路を備えるとともに、その外径側に、時計廻り方向に向
って折り曲げた折り曲げ案内流路を備える一方、その内
径側と外径側との中間部分を直線状に形成したことを特
徴とする請求項2に記載ガスタービンプラント。 - 【請求項9】 段状平坦部に設けた案内流路を、内径側
から外径側に向って時計廻り方向側に凸状曲面に形成し
たことを特徴とする請求項2に記載のガスタービンプラ
ント。 - 【請求項10】 空気圧縮機に収容され、ディスクを軸
方向に沿って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガス
タービンに収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重
ねて構成したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上
記ガスタービン軸との間に中間軸を備えたガスタービン
プラントにおいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび
上記ガスタービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起
部を設けるとともに、上記ディスクのそれぞれに一体に
形成した段状平坦部に被着させた流路用部材に、案内流
路を設けたことを特徴とするガスタービンプラント。 - 【請求項11】 空気圧縮機に収容され、ディスクを軸
方向に沿って積み重ねて構成した空気圧縮機軸と、ガス
タービンに収容され、ディスクを軸方向に沿って積み重
ねて構成したガスタービン軸と、上記空気圧縮機軸と上
記ガスタービン軸との間に中間軸を備えたガスタービン
プラントにおいて、上記空気圧縮機軸のディスクおよび
上記ガスタービン軸のディスクの少なくとも一方に隆起
部を設けるとともに、上記中間軸の端面に設けた突出し
片に案内流路を設けたことを特徴とするガスタービンプ
ラント。 - 【請求項12】 突出し片に設けた案内流路を、半径方
向に向って直線状に形成したことを特徴とする請求項1
1に記載のガスタービンプラント。 - 【請求項13】 突出し片に設けた案内流路の内径側
に、時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路
を備えたことを特徴とする請求項11に記載のガスター
ビンプラント。 - 【請求項14】 突出し片に設けた案内流路の内径側
に、時計廻り方向に向って折り曲げた折り曲げ案内流路
を備えるとともに、その外径側に、反時計廻り方向に向
って折り曲げた折り曲げ案内流路を備える一方、その内
径側と外径側との中間部分を直線状に形成したことを特
徴とする請求項11に記載のガスタービンプラント。 - 【請求項15】 突出し片に設けた案内流路を、内径側
から外径側に向って時計廻り方向側に凹状曲面に形成し
たことを特徴とする請求項11に記載のガスタービンプ
ラント。
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