JP2000192803A - タ―ビンロ―タの軸受用冷却系 - Google Patents

タ―ビンロ―タの軸受用冷却系

Info

Publication number
JP2000192803A
JP2000192803A JP11338984A JP33898499A JP2000192803A JP 2000192803 A JP2000192803 A JP 2000192803A JP 11338984 A JP11338984 A JP 11338984A JP 33898499 A JP33898499 A JP 33898499A JP 2000192803 A JP2000192803 A JP 2000192803A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
cooling fluid
passage
bearing
rear shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11338984A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4527824B2 (ja
JP2000192803A5 (ja
Inventor
Mark Christopher Schmidt
マーク・クリストファー・シュミット
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2000192803A publication Critical patent/JP2000192803A/ja
Publication of JP2000192803A5 publication Critical patent/JP2000192803A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4527824B2 publication Critical patent/JP4527824B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/084—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades the fluid circulating at the periphery of a multistage rotor, e.g. of drum type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • F01D25/125—Cooling of bearings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度限界を越えずしかも十分な余裕が得られ
るように、軸受を冷却し、かつまた後部シャフトと軸受
を通過する冷却用媒体からの熱伝達を阻止することによ
り軸受を断熱するという要請に応える。 【解決手段】 ガスタービンにおいて、後部軸受の半径
方向内側のボアチューブアセンブリが、タービンのバケ
ットに冷却用蒸気を搬送し、冷却用蒸気をリターンに戻
す。軸受を冷却し、軸受を冷却用蒸気流路から断熱する
ために、輻射シールドが停滞空気ギャップによってボア
チューブアセンブリから離隔されている。また、輻射シ
ールドとロータの一部を形成している後部シャフトの内
面との間には空気通路が設けられている。空気が入口か
ら供給されて通路に沿って流れ、後部シャフトディスク
内のボアを通って半径方向外側に流れて軸受を冷却する
と共に冷却用蒸気からの熱の伝達から軸受を絶縁する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にタービンに
係り、高温ガス部品を冷却するために閉鎖回路の蒸気冷
却用流路を用いる発電用の陸上ガスタービンに係る。よ
り特定的にいうと、本発明は、タービンロータの軸受を
冷却すると共に、軸受内のボアチューブアセンブリを通
過して流れタービンの高温ガス部品を冷却するのに使わ
れる冷却用媒体から軸受への熱伝達を阻止することによ
り軸受を断熱するための冷却系に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来より高温ガス路部品、たとえばガス
タービンのバケット（動翼）の冷却が提案されており、
陸上発電プラントでは特に有効であることが判明してい
る。ガスタービンは通常空気冷却されており、たとえば
ジェットエンジンは高温ガス部品を冷却するのに圧縮機
の排出空気を用いているが、冷却剤として蒸気を使用し
た場合の損失が冷却のために圧縮機のブリード空気を抜
き出すことによって生じる損失ほどには大きくないの
で、陸上タービンでは蒸気冷却の方が効率的である。ま
た、複合サイクル運転では、ガスタービン部品を冷却す
る際に蒸気が受け取る熱エネルギーが複合サイクル運転
時の蒸気タービンを駆動するのに有用な仕事として回収
されるので、蒸気冷却が特に有利である。
【０００３】本出願の譲受人に譲渡されている米国特許
第５，５９３，２７４号には、冷却用の蒸気をロータの
高温ガス部品、たとえばバケットに供給し、使用後の冷
却用蒸気をリターン（帰還）に戻す同軸の蒸気流路を有
するガスタービンが開示されている。この特許から、冷
却用蒸気流路はロータの後部シャフト内で同軸であるこ
とが分かる。本出願の譲受人による最近のガスタービン
設計によると、後部シャフトは、タービンの最終段のバ
ケットを装着したタービンホイールに結合した後部シャ
フトホイールから後方に延び、この後部シャフトホイー
ルと一体になっている。後部シャフトは細長い外側のチ
ューブと内側のチューブを有するボアチューブアセンブ
リを取り囲んでおり、これらチューブは、互いに離隔さ
れ、ロータ軸に対して同心であって、冷却用媒体、すな
わち蒸気をタービンホイールのバケットに向けて１つの
軸方向に搬送しかつ使用後の冷却用媒体を内側のチュー
ブ内でリターンに向けて反対の軸方向に搬送する環状の
流路を定めている。また、後部シャフトホイールは、供
給流路の冷却用蒸気をバケットに搬送するようにロータ
のリムに向けて半径方向を外側に搬送するための半径方
向に延びる複数の導管をもっている。後部シャフトホイ
ール内の別の一組の導管は、使用後の冷却用蒸気をロー
タのバケットおよび外側リムからリターンに向かう内側
の流路に向けて半径方向内側に搬送する。軸方向の流路
と半径方向の導管は、当然に伝導、輻射、強制および自
然の対流により軸受に熱を伝達するので、後部軸受に対
してかなりの熱的な影響を及ぼす。しかし、軸受は所定
の最高温度を超えてはならず、また後部シャフトは前部
空気／油シールの下で最高温度を超えることができない
という要請がある。そこで、本発明は、これらの温度限
界を越えず、しかも十分な余裕が得られるように、軸受
を冷却し、そして後部シャフトと軸受を通過する冷却用
媒体からの熱伝達を阻止することにより軸受を断熱する
という要請に応えるものである。
【０００４】
【発明の簡単な要約】本発明は、ガスタービンの後部軸
受内のボアチューブアセンブリを通って流れる冷却用媒
体、たとえば蒸気から、後部シャフトと後部軸受への熱
伝達を、後部軸受と後部シャフトの空気／油シール下の
部分との運転温度限界が十分な余裕をもつように、阻止
するための冷却・絶縁系を提供する。ボアチューブアセ
ンブリは一対の同心チューブを含んでおり、その外側と
内側の同心チューブの間に環状の冷却剤蒸気供給流路を
定めると共に、内側のチューブ内に使用後の冷却用蒸気
帰還流路を定めている。ボアチューブアセンブリとこの
ボアチューブを包囲している後部シャフトはロータの回
転構造体の一部を形成している。後部シャフトの前方端
は半径方向に突き出た後部シャフトホイールを含んでお
り、この後部シャフトホイールはガスタービンの最終段
のホイールの後部側に固定されている。チューブの性質
をした導管が後部シャフトホイール内でボアチューブア
センブリの供給流路および帰還流路とそれぞれ連通して
半径方向に配置されている。したがって、環状の冷却用
蒸気供給流路は冷却用蒸気を一組の半径方向導管に供給
し、次にこれら導管が冷却用蒸気をタービンの選定され
た段の蒸気冷却されるバケットに送るためにロータのリ
ムに冷却用蒸気を供給する。後部シャフトホイール内の
別の組の半径方向導管は熱くなった使用後の冷却用蒸気
を蒸気冷却されたバケットから内側のチューブに戻す。
【０００５】軸受を冷却し、蒸気供給流路および帰還流
路ならびに導管の熱から軸受を絶縁するために、外側の
チューブの回りに輻射シールドを配置し、外側のチュー
ブと共にそれとの間に停滞空気ギャップを定める。こう
して、外側のチューブから後部シャフトへの直接の伝導
熱伝達から後部シャフトを絶縁する。本発明において
は、この熱シールドと後部シャフトの内側表面との間に
冷却用流体通路を設ける。冷却用の流体は後部軸受キャ
ビティー内の冷却用空気またはその他の適当な供給源か
ら供給される空気が好ましいが、他のタイプの冷却用流
体も使用できる。空気は通路を通って前方に流れるよう
に後部軸受の後方の入口を介して供給される。こうし
て、絶縁・冷却用の空気の流れが提供され、冷却用蒸気
から後部シャフトへの熱伝達が阻止される。
【０００６】冷却用流体の通路は後部軸受の軸方向前方
で複数の半径方向に突出した冷却用経路で止まり、これ
ら後者の経路は冷却用流体を後部シャフトホイールと前
部閉鎖プレートとの間の前部閉鎖キャビティーに空け放
つ。この閉鎖キャビティーは最終バケット段の後ろで、
かつ空気流体通路への入口の半径方向外側の位置で高温
ガス路と連通している。
【０００７】本発明の系の顕著な利点は、流路を通り半
径方向外側に高温ガス路中に入る冷却用空気の自然な流
れを得るために現存のターボ機構を使用することにあ
る。たとえば、軸受キャビティーは通常周囲の圧力より
高い圧力で供給される冷却用空気によって冷却され、し
たがってこの軸受キャビティー内の冷却用空気は自然に
空気流体通路中に流れる。また、冷却用流体通路への空
気の入口は空気出口の半径方向内側にある。したがって
ポンプ作用が生じ、冷却用流体は軸受キャビティーから
通路に沿って導管中に送られ、高温ガス流中に流出す
る。さらに、空気流体通路の出口は軸受キャビティーの
圧力より低い圧力で高温ガス流中に流出する。したがっ
て、冷却用流体を流すために追加のポンプ等は必要とさ
れない。
【０００８】本発明の好ましい態様においては、タービ
ンバケットを装着した複数のタービンホイールを含み、
ある軸の回りで回転可能なロータと、互いに離隔され前
記軸に対して同心であって冷却用媒体を前記タービンホ
イールの少なくとも１つのバケットに向けて１つの軸方
向に搬送する第一の流路および使用後の冷却用媒体をリ
ターンに向けて前記１つの方向とは反対の軸方向に搬送
する第二の流路を規定している細長い外側チューブおよ
び内側チューブを有する回転可能なボアチューブアセン
ブリと、前記ボアチューブアセンブリの回りでそれと共
に回転可能な後部シャフトと、前記後部シャフトの回り
の軸受とを有するガスタービンにおいて、前記ボアチュ
ーブアセンブリの回りで同心であり、前記外側チューブ
と前記後部シャフトとの間で軸方向に延び、そして前記
軸受の半径方向内側に延びる冷却用通路を含み、前記軸
受を通過して流れるように冷却用流体を前記通路に導く
ための入口と、冷却用流体を受容するための出口とを含
んでおり、これにより冷却用流体が前記軸受を冷却す
る、軸受を冷却するための冷却系が提供される。
【０００９】また、本発明の別の好ましい態様において
は、タービンバケットを装着した複数のタービンホイー
ルを含み、ある軸の回りで回転可能なロータと、互いに
離隔され前記軸に対して同心であって冷却用媒体を前記
タービンホイールの少なくとも１つのバケットに向けて
１つの軸方向に搬送する第一の流路および使用後の冷却
用媒体をリターンに向けて前記１つの方向とは反対の軸
方向に搬送する第二の流路を規定している細長い外側チ
ューブおよび内側チューブを有する回転可能なボアチュ
ーブアセンブリと、前記ボアチューブアセンブリの回り
でそれと共に回転可能な後部シャフトと、前記後部シャ
フトの回りの軸受とを有するガスタービンにおいて、冷
却用媒体から軸受への熱伝達を最小にするための方法で
あって、前記ボアチューブアセンブリの回りで同心であ
り、前記外側チューブと前記後部シャフトとの間で軸方
向に延び、そして前記軸受の半径方向内側に延びる冷却
用通路を設け、前記軸受を通過して冷却用流体を前記通
路に流して、前記ボアチューブアセンブリ内の冷却用流
体から前記軸受への熱の伝達を最小にすることを含んで
なる方法が提供される。
【００１０】したがって、本発明の主たる目的は、ガス
タービンロータの軸受を通過する冷却用媒体から前記軸
受への熱伝達を阻止することによって前記軸受を冷却す
るための冷却・断熱系およびこの系を作動させる方法を
提供することである。
【００１１】
【発明の詳細な記述】図１は、本発明を具体化した単純
サイクル一軸型強力ガスタービン１０の概略図である。
このガスタービンは、ロータまたはロータシャフト１４
を有する多段軸流圧縮機１２を含むものと考えることが
できる。空気は１６で圧縮機の入口に入り、軸流圧縮機
１２で圧縮された後、燃焼器１８に排出される。この燃
焼器では、天然ガスのような燃料が燃焼してタービン２
０を駆動する高エネルギーの燃焼ガスが得られる。ター
ビン２０では高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、
そのうちのいくらかはシャフト１４を介して圧縮機１２
を駆動するのに使われ、残りは電気を産み出すためにロ
ータシャフト２４によって発電機２２のような負荷を駆
動する有用な仕事に利用可能である。典型的な単純サイ
クルガスタービンは、投入燃料の３０〜３５％をシャフ
ト出力に変換する。残りの１〜２％以外はすべて廃熱の
形態で、２６でタービン２０を出ていく。タービン排気
流中のエネルギーを追加の有用な仕事に変換する複合サ
イクル形式のガスタービン１０を利用することによっ
て、より高い効率を得ることができる。
【００１２】図２に、最も簡単な形態の複合サイクルを
示す。この場合、２６でタービン２０を出た排気ガス
は、ボイラーのようにして水を蒸気に変換する熱回収蒸
気発生器２８に入る。こうして得られた蒸気は１個以上
の蒸気タービン３０を駆動し、このタービンで付加的な
仕事が引き出され、シャフト３２を介して第二の発電機
３４のような追加の負荷を駆動し、この発電機で付加的
な電力を生成する。いくつかの構成ではタービン２０と
３０が共通の発電機を駆動する。電力のみを生成する複
合サイクルは通常熱効率が５０〜６０％であり、本発明
のチューブアセンブリが一部を構成するさらに進歩した
ガスタービンを用いると効率は６０％を越えることが可
能である。
【００１３】図３に、ロータシャフト２４のタービンセ
クション（全体を３６で示す）の一部を示す。このター
ビンセクション３６はいくつかの段を含み、たとえば、
回転するロータシャフトに装着されその一部を形成して
いるタービンホイール３８、４０、４２、４４からなる
４つの連続した段を含み、各タービンホイールは一列の
バケットを担持している。２つのバケットＢがそれぞれ
ホイール３８および４０に関して図示されている。これ
らバケットはホイールから半径方向外側に突き出てい
る。もちろん、これらバケットは固定ノズル（図示して
ない）間で交互に配列されている。ホイール３８、４
０、４２、４４の間にはスペーサディスク３９、４１、
４３が設けられている。後部シャフト７６と一体部分を
形成している冷却材供給・帰還後部ディスク４５が最終
段タービンホイール４４の後部側に設けられている。通
常のガスタービンの構造と同様に、ホイールとディスク
は、円周方向に間隔をもって離れ軸方向に延びる複数の
ボルト（図示してない）によって互いに固定されてい
る。
【００１４】本発明の冷却・断熱系を有するボアチュー
ブアセンブリの全体を４８で示す。アセンブリ４８は、
ロータの一部を形成しており、ロータ軸Ａの回りで回転
するように装着されており、冷却供給・帰還後部ディス
ク４５に接続されている。ボアチューブアセンブリ４８
と後部ディスク４５が共同することにより、少なくとも
１つのタービン段のタービンバケット、好ましくはター
ビンの最初の２つの段への冷却用媒体、たとえば蒸気の
流れと、使用後の冷却用媒体、たとえば蒸気のリターン
Ｒ（図６）への流れのための流路とが得られる。この冷
却系は複合サイクルシステムにおける閉鎖回路蒸気冷却
供給・帰還系の一部として提供することができる。すな
わち、この冷却系は、高圧の蒸気タービン排気から分割
してもよいし、または、現存のプラント内供給源から供
給してもよい。
【００１５】ボアチューブアセンブリ４８は、外側チュ
ーブ５０と、ロータシャフト２４の回転軸Ａに関して外
側のチューブ５０と同心の内側チューブ５２とを含んで
いる。この外側チューブ５０と内側チューブ５２は環状
の冷却用蒸気供給流路５４を定め、一方内側チューブ５
２により使用後の冷却用蒸気帰還流路５６が得られる。
図５と図６に示されているように、ボアチューブアセン
ブリの回りには蒸気グランド５８が配置されている。こ
の蒸気グランド５８は固定されており、ボアチューブア
センブリはロータシャフト軸Ａの回りで回転することが
分かる。適切な供給源（図示してない）からの蒸気供給
源に接続された蒸気プレナム６０は、外側チューブ５０
と内側チューブ５２との間の流路５４に冷却用蒸気を供
給するために外側チューブ５０を貫通して形成された蒸
気入口６２と連通している。外側チューブ５０の回りを
シールするために蒸気グランド５８の両側にラビリンス
タイプのシール６４および６６、好ましくはねじ偏位式
のものが設けられている。この蒸気グランド５８の後部
端はリターンＲで概略的に示されている使用後の冷却用
蒸気のための静止蒸気パイプと接続されている。蒸気グ
ランドはまた、ラビリンスシールを通り越して漏れる蒸
気が前方の後部主軸受７４に向かって流れていかないよ
うにそのような蒸気を収集するための漏出蒸気プレナム
７０、７２も含んでいる。
【００１６】図４と５に示されている軸受７４は通常の
軸受である。軸受７４はディスク４８と一体となった後
部シャフト７６を包囲しており、後部シャフト７６はボ
アチューブアセンブリ４８と共に回転可能である。後部
主軸受をシールするために後部シャフトと共働可能な各
種シールが主軸受の両端に配置されている。
【００１７】図４に示されているように、ボアチューブ
アセンブリの前部端は、同一出願人の米国特許出願（そ
の開示内容は引用により本明細書に含まれているものと
する）に詳細に記載されているエンドキャップ（全体を
８０で示す）を含んでいる。このエンドキャップ８０は
同心の円筒状部材またはスリーブ８３、８４を含んでお
り、これらスリーブは流路５４と連通している外側通路
と、流路５６と連通している内側通路とを定めている。
エンドキャップは、半径方向外側へ向けてロータの周辺
および冷却すべきバケットに蒸気を供給し、また使用後
の蒸気をロータバケットからチューブ９４を介して内側
流路５６を通りリターンＲに戻すためのチューブ９２お
よび９４と連通している複数の組の半径方向開口を含ん
でいる。軸方向および半径方向に延びる冷却用蒸気供給
・帰還流路は軸受７４に近接しており、そのためかなり
の量の熱が後部シャフトディスク内を含めてボアチュー
ブアセンブリから後部シャフトを介して軸受に伝達され
得ることに注意されたい。所定の温度限界を越えて軸受
７４に伝達される熱はタービンの運転に対して壊滅的な
悪影響を及ぼし得る。これを防止し、そして軸受を冷却
すると共に蒸気冷却用流路からの熱伝達から軸受を熱的
に絶縁するために、外側チューブ５０の回りに同心で熱
シールド１４２を設ける。この熱シールドと外側チュー
ブ５０との間には停滞空気ギャップ１４３も設けられ、
そのため流路５４と５６から後部シャフトと軸受への半
径方向外側に向かう伝導による熱伝達が阻止される。
【００１８】本発明においては、軸受７４内の熱シール
ド１４２と後部シャフト７６との間に冷却剤流通路が設
けられる。冷却用の流体、好ましくは空気は冷却用流体
入口１４０（図５）からこの通路１００を通って流れ
る。図に示されているように、この冷却用流体入口１４
０は軸受キャビティーハウジング１０４内で軸受キャビ
ティー１０２と連通している。キャビティー１０２を定
めている軸受ハウジングには周囲圧力より少し高い圧力
で冷却用流体、すなわち空気が供給される。したがっ
て、キャビティー１０２内の空気は通路１００への入口
１４０と自由に連通している。通路１００の軸方向反対
側の端で軸受７４の前方には、通路１００に沿って前方
に流れる冷却用空気を受容するための経路を形成してい
るほぼ半径方向に延びるボアが複数設置されている。こ
の半径方向経路１０６は後部ディスク内で、軸受７４
と、それぞれ蒸気をバケットに供給しまた使用後の蒸気
をリターンＲに搬送する半径方向に延びる導管９２およ
び９４との間で延びている。したがってボア１０６はこ
の領域で後部シャフトディスク４５を冷却する。また、
ボア１０６は前部閉鎖プレートキャビティー１０８中に
空け放たれ、これがさらに後部シャフトディスクを冷却
する。このキャビティー１０８自体は最終段バケットホ
イールのダブテール上のエンゼルウイングを介して連通
しているので、空気は閉鎖プレートキャビティー１０８
から高温ガス流中に出ていくことができる。
【００１９】冷却用流体、すなわち空気は、外部のポン
プ等の助けがなくても通路１００に沿って、また経路１
０６を通って自然に流れることが分かる。軸受キャビテ
ィー１０２内の空気圧は周囲圧より十分に高いので、空
気はこのキャビティーから入口１４０に入り、通路１０
０に沿って半径方向経路１０６に自然に流れる。また、
入口１４０は半径方向経路１０６への出口より半径方向
内側に位置しているので、ロータの回転の結果ポンプ作
用が生じ、この作用により、冷却用流体が軸受キャビテ
ィー１０２から前部閉鎖プレートキャビティー１０８中
に送られる。さらに、高温のガス流は非常に低い圧力で
タービンの最終段を出るので、軸受キャビティー１０２
での圧力と冷却用空気の出口領域における高温ガス流の
圧力との圧力差により、通路１００に沿って経路１０６
および閉鎖プレートキャビティー１０８を通る前方への
流れが誘発される。
【００２０】その結果、軸受の内方で後部シャフト７６
の内面に沿って内側に冷却用流体を供給することによっ
て、空気／油シールおよび軸受７４自体がボアチューブ
アセンブリを介してロータバケットに供給される冷却用
蒸気から熱的に絶縁される。さらに、半径方向経路１０
６を通る冷却用空気の流れが、軸受に向かう後部方向に
伝えられる熱を後部シャフトディスク４５から十分に奪
うので、後部シャフトおよび主軸受の温度が所定の温度
より低く維持され、また高温ガスの摂取に伴う問題を回
避するのに十分な余裕が得られる。
【００２１】現在のところ最も実際的で好ましいと考え
られる具体例に関して本発明を説明してきたが、本発明
は開示された具体例に限定されることはなく、逆に特許
請求の範囲の思想と範囲内に入るさまざまな修正および
等価な変更を包含するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるタービンの後部軸受用冷
却・断熱系を有するガスタービンを含む発電システムの
概略図である。
【図２】図２は、ガスタービンと効率を良くするための
熱回収蒸気発生器を使用した本発明に含まれる複合サイ
クルシステムの概略図である。
【図３】図３は、本発明に従って構築したボアチューブ
アセンブリと包囲する後部軸受および主ロータの一部の
断面を示す一部切り欠いた部分透視図である。
【図４】図４は、ボアチューブアセンブリと包囲する後
部軸受の部分拡大断面図であり、図４、５、６は図示し
た分離線に沿って互いに連続している。
【図５】図５は、ボアチューブアセンブリと包囲する後
部軸受の部分拡大断面図であり、図４、５、６は図示し
た分離線に沿って互いに連続している。
【図６】図６は、ボアチューブアセンブリと包囲する後
部軸受の部分拡大断面図であり、図４、５、６は図示し
た分離線に沿って互いに連続している。
【図７】図７は、本発明の後部軸受冷却・断熱系の冷却
用空気出口路を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２４ ロータシャフト ３８、４０、４２、４４ タービンホイール ４８ ボアチューブアセンブリ ５０ 外側チューブ ５２ 内側チューブ ５４ 環状の冷却用蒸気供給流路 ５６ 冷却用蒸気帰還流路 ７４ 軸受 ７６ 後部シャフト ９２、９４ 冷却用蒸気チューブ １００ 冷却用空気通路 １０６ 半径方向経路 １４０ 冷却用流体入口 １４２ 熱シールド １４３ 停滞空気ギャップ Ａ ロータ軸 Ｂ バケット。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タービンバケットを装着した複数のター
    ビンホイールを含み、ある軸の回りで回転可能なロータ
    と、互いに離隔され前記軸に対して同心であって冷却用
    媒体を前記タービンホイールの少なくとも１つのバケッ
    トに向けて１つの軸方向に搬送する第一の流路および使
    用後の冷却用媒体をリターンに向けて前記１つの方向と
    は反対の軸方向に搬送する第二の流路を規定している細
    長い外側チューブおよび内側チューブを有する回転可能
    なボアチューブアセンブリと、前記ボアチューブアセン
    ブリの回りでそれと共に回転可能な後部シャフトと、前
    記後部シャフトの回りの軸受とを有するガスタービンに
    おいて、軸受を冷却するための冷却系であって、 前記ボアチューブアセンブリの回りで同心で、前記外側
    チューブと前記後部シャフトとの間で軸方向に、そして
    前記軸受の半径方向内側に延びる冷却用通路を含んでお
    り、前記軸受を通過して流れるように冷却用流体を前記
    通路に導くための入口と、冷却用流体を受容するための
    出口とを含んでおり、これにより冷却用流体が前記軸受
    を冷却する、冷却系。
  2. 【請求項２】 前記外側のチューブの回りを軸方向に延
    び、前記冷却用流体通路の半径方向内部表面部分を規定
    する熱シールドを含んでいる、請求項１記載の冷却系。
  3. 【請求項３】 前記熱シールドと前記外側のチューブが
    それらの間に前記熱シールドの半径方向内側に環状断熱
    ギャップを規定している、請求項２記載の冷却系。
  4. 【請求項４】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧力
    で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定する
    ハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通路
    の前記冷却用流体入口と連通している、請求項１記載の
    冷却系。
  5. 【請求項５】 前記冷却用流体出口が前記通路の前記冷
    却用流体入口の半径方向外側の位置にあり、それによ
    り、前記ボアチューブアセンブリと前記後部シャフトの
    回転によって、前記冷却用流体が前記通路の前記冷却用
    流体入口から前記冷却用流体出口に向けてポンプ作用に
    より送られる、請求項２記載の冷却系。
  6. 【請求項６】 前記タービンが高温ガス路を形成してい
    る複数の段をもっており、前記冷却用流体出口が前記段
    の下流で前記高温ガス路と連通している、請求項１記載
    の冷却系。
  7. 【請求項７】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧力
    で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定する
    ハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通路
    の前記冷却用流体入口と連通しており、前記冷却用流体
    出口が前記通路の前記冷却用流体入口の半径方向外側の
    位置にあり、それにより、前記ボアチューブアセンブリ
    と前記後部シャフトの回転によって、前記冷却用流体が
    前記通路の前記冷却用流体入口から前記冷却用流体出口
    に向けてポンプ作用により送られる、請求項１記載の冷
    却系。
  8. 【請求項８】 前記冷却用流体出口が前記通路の前記冷
    却用流体入口の半径方向外側の位置にあり、それによ
    り、前記ボアチューブアセンブリと前記後部シャフトの
    回転によって、前記冷却用流体が前記通路の前記冷却用
    流体入口から前記冷却用流体出口に向けてポンプ作用に
    より送られ、前記タービンが高温ガス路を形成する複数
    の段をもっており、前記冷却用流体出口が前記段の下流
    で前記高温ガス路と連通している、請求項１記載の冷却
    系。
  9. 【請求項９】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧力
    で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定する
    ハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通路
    の前記冷却用流体入口と連通している、請求項８記載の
    冷却系。
  10. 【請求項１０】 前記後部シャフトがタービンの最終段
    の一部を形成しているホイールと接続された後部シャフ
    トホイールを含んでおり、また前記後部シャフトホイー
    ル内で前記流路と連通してほぼ半径方向に延びる複数の
    導管の第一と第二の組を含んでおり、前記導管は前記軸
    受から軸方向に離隔しており、さらに前記後部シャフト
    が前記後部シャフトホイール内に前記通路と連通して配
    置された後部シャフトホイールを冷却するための複数の
    冷却用経路を含んでおり、これにより、導管から後部シ
    ャフトホイールへの熱伝達の結果生じる後部シャフトホ
    イール内の熱が軸受へ伝達されるのを阻止する、請求項
    １記載の冷却系。
  11. 【請求項１１】 前記後部シャフトホイール内の前記経
    路が前記導管と前記軸受との間で軸方向に延びている、
    請求項１０記載の冷却系。
  12. 【請求項１２】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧
    力で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定す
    るハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通
    路の前記冷却用流体入口と連通している、請求項１１記
    載の冷却系。
  13. 【請求項１３】 前記冷却用流体出口が前記通路の前記
    冷却用流体入口の半径方向外側の半径方向位置にあり、
    それにより、前記ボアチューブアセンブリと前記後部シ
    ャフトの回転によって、前記冷却用流体が前記通路の前
    記冷却用流体入口から前記冷却用流体出口に向けてポン
    プ作用により送られる、請求項１１記載の冷却系。
  14. 【請求項１４】 前記タービンが高温ガス路を形成して
    いる複数の段をもっており、前記冷却用流体出口が前記
    段の下流で前記高温ガス路と連通している、請求項１１
    記載の冷却系。
  15. 【請求項１５】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧
    力で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定す
    るハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通
    路の前記冷却用流体入口と連通しており、前記冷却用流
    体出口が前記通路の前記冷却用流体入口の半径方向外側
    の半径方向位置にあり、それにより、前記ボアチューブ
    アセンブリと前記後部シャフトの回転によって、前記冷
    却用流体が前記通路の前記冷却用流体入口から前記冷却
    用流体出口に向けてポンプ作用により送られる、請求項
    １１記載の冷却系。
  16. 【請求項１６】 前記冷却用流体出口が前記通路の前記
    冷却用流体入口の半径方向外側の半径方向位置にあり、
    それにより、前記ボアチューブアセンブリと前記後部シ
    ャフトの回転によって、前記冷却用流体が前記通路の前
    記冷却用流体入口から前記冷却用流体出口に向けてポン
    プ作用により送られ、前記タービンが高温ガス路を形成
    する複数の段をもっており、前記冷却用流体出口が前記
    段の下流で前記高温ガス路と連通している、請求項１１
    記載の冷却系。
  17. 【請求項１７】 前記軸受の回りに周囲圧力より高い圧
    力で冷却用流体を収容するためのキャビテイーを規定す
    るハウジングを含んでおり、前記キャビティーが前記通
    路の前記冷却用流体入口と連通している、請求項１６記
    載の冷却系。
  18. 【請求項１８】 タービンバケットを装着した複数のタ
    ービンホイールを含み、ある軸の回りで回転可能なロー
    タと、互いに離隔され前記軸に対して同心であって冷却
    用媒体を前記タービンホイールの少なくとも１つのバケ
    ットに向けて１つの軸方向に搬送する第一の通路および
    使用後の冷却用媒体をリターンに向けて前記１つの方向
    とは反対の軸方向に搬送する第二の通路を規定している
    細長い外側チューブおよび内側チューブを有する回転可
    能なボアチューブアセンブリと、前記ボアチューブアセ
    ンブリの回りでそれと共に回転可能な後部シャフトと、
    前記後部シャフトの回りの軸受とを有するガスタービン
    において、冷却用媒体から前記軸受への熱伝達を最小に
    するための方法であって、 前記ボアチューブアセンブリの回りで同心で、前記外側
    チューブと前記後部シャフトとの間で軸方向に、そして
    前記軸受の半径方向内側に延びる冷却用通路を設け、 前記軸受を通過して冷却用流体を前記通路に流して、前
    記ボアチューブアセンブリ内の冷却用媒体から前記軸受
    への熱の伝達を最小にすることを含んでなる方法。
  19. 【請求項１９】 前記後部シャフト上にタービンの最終
    段の一部を形成しているホイールと接続された後部シャ
    フトホイールを設け、前記後部シャフトホイール内で前
    記流路と連通してほぼ半径方向に延び、前記軸受から軸
    方向に離隔された複数の導管の第一と第二の組を設け、
    前記後部シャフトホイール内に前記通路と連通して配置
    された冷却用経路を設け、冷却用流体を前記通路から後
    部シャフトホイールを冷却するための前記経路中に流
    し、これにより、導管から後部シャフトホイールへの熱
    伝達の結果生じる後部シャフトホイール内の熱が軸受へ
    伝達されるのを阻止する、請求項１８記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記経路を前記後部シャフトホイール
    内で前記導管と前記軸受との間で軸方向に配置する、請
    求項１９記載の方法。
JP33898499A 1998-12-22 1999-11-30 タービンロータの軸受用冷却系 Expired - Fee Related JP4527824B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US21822998A 1998-12-22 1998-12-22
US09/218229 1998-12-22

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2000192803A true JP2000192803A (ja) 2000-07-11
JP2000192803A5 JP2000192803A5 (ja) 2007-01-25
JP4527824B2 JP4527824B2 (ja) 2010-08-18

Family

ID=22814266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33898499A Expired - Fee Related JP4527824B2 (ja) 1998-12-22 1999-11-30 タービンロータの軸受用冷却系

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6450758B1 (ja)
EP (1) EP1013895A3 (ja)
JP (1) JP4527824B2 (ja)
KR (1) KR100457902B1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002054458A (ja) * 2000-08-08 2002-02-20 General Electric Co <Ge> タービンにおけるさねはぎ荷重及び空気／オイルシール温度の制御
US6688847B2 (en) 2000-09-26 2004-02-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft structure and bearing structure for tail end of rotor of gas turbine
KR101030967B1 (ko) 2010-12-23 2011-04-28 한국기계연구원 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3481596B2 (ja) * 2001-02-14 2003-12-22 株式会社日立製作所 ガスタービン
ITTO20020624A1 (it) * 2002-07-16 2004-01-16 Fiatavio Spa Dispositivo di incernieramento di un organo rotante in un motore aeronautico
US7344354B2 (en) * 2005-09-08 2008-03-18 General Electric Company Methods and apparatus for operating gas turbine engines
US7493769B2 (en) * 2005-10-25 2009-02-24 General Electric Company Assembly and method for cooling rear bearing and exhaust frame of gas turbine
EP1793091A1 (de) * 2005-12-01 2007-06-06 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine mit Lagerstreben
US7937946B1 (en) * 2005-12-21 2011-05-10 Florida Turbine Technologies, Inc. Small gas turbine engine with lubricated bearings
US7967560B2 (en) 2006-11-07 2011-06-28 United Technologies Corporation Radially energized oil capture device for a geared turbofan
RU2455511C1 (ru) * 2011-03-11 2012-07-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Газотурбинный двигатель
US9410429B2 (en) 2012-11-30 2016-08-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Air cooling shaft at bearing interface
CN106979141A (zh) * 2016-01-19 2017-07-25 惠而浦股份有限公司 在冷却压缩机中的油泵组件装置
US10823061B2 (en) 2016-07-15 2020-11-03 General Electric Company Engine air inlet having a double-panel heated wall
CN110080839A (zh) * 2019-04-02 2019-08-02 华电电力科学研究院有限公司 解决分布式能源系统中背压式汽轮机推力瓦及轴承回油温度过高的系统及方法
US11193389B2 (en) 2019-10-18 2021-12-07 Raytheon Technologies Corporation Fluid cooled seal land for rotational equipment seal assembly
JP7271408B2 (ja) * 2019-12-10 2023-05-11 東芝エネルギーシステムズ株式会社 タービンロータ
US11560843B2 (en) 2020-02-25 2023-01-24 General Electric Company Frame for a heat engine
US11326519B2 (en) 2020-02-25 2022-05-10 General Electric Company Frame for a heat engine
US11255264B2 (en) 2020-02-25 2022-02-22 General Electric Company Frame for a heat engine
CN113638415A (zh) * 2021-08-23 2021-11-12 安徽顶大深度工程机械有限公司 一种振动锤用轴承散热系统及具有其的振动锤

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1150808A (ja) * 1997-07-31 1999-02-23 Toshiba Corp ガスタービン
JP2000297659A (ja) * 1998-12-18 2000-10-24 General Electric Co <Ge> タービンロータを蒸気冷却するためのボアチューブアセンブリ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE468401A (ja) *
US2788951A (en) * 1951-02-15 1957-04-16 Power Jets Res & Dev Ltd Cooling of turbine rotors
FR1059967A (fr) * 1951-04-18 1954-03-30 Bristol Aeroplane Co Ltd Perfectionnements aux machines tournantes
DE4313455A1 (de) * 1993-04-24 1994-10-27 Klein Schanzlin & Becker Ag Radialer Spalt, beispielsweise einer Strömungsmaschine
US5593165A (en) * 1994-09-20 1997-01-14 Allison Engine Company, Inc. Circumferential flow channel for carbon seal runner cooling
US5593274A (en) 1995-03-31 1997-01-14 General Electric Co. Closed or open circuit cooling of turbine rotor components
US5738488A (en) * 1996-11-12 1998-04-14 General Electric Co. Gland for transferring cooling medium to the rotor of a gas turbine
US6053701A (en) * 1997-01-23 2000-04-25 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine rotor for steam cooling
US6224327B1 (en) * 1998-02-17 2001-05-01 Mitsubishi Heavy Idustries, Ltd. Steam-cooling type gas turbine
US6146090A (en) * 1998-12-22 2000-11-14 General Electric Co. Cooling/heating augmentation during turbine startup/shutdown using a seal positioned by thermal response of turbine parts and consequent relative movement thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1150808A (ja) * 1997-07-31 1999-02-23 Toshiba Corp ガスタービン
JP2000297659A (ja) * 1998-12-18 2000-10-24 General Electric Co <Ge> タービンロータを蒸気冷却するためのボアチューブアセンブリ

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002054458A (ja) * 2000-08-08 2002-02-20 General Electric Co <Ge> タービンにおけるさねはぎ荷重及び空気／オイルシール温度の制御
US6688847B2 (en) 2000-09-26 2004-02-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Shaft structure and bearing structure for tail end of rotor of gas turbine
KR101030967B1 (ko) 2010-12-23 2011-04-28 한국기계연구원 자체 냉각 기능을 구비한 터빈장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP1013895A2 (en) 2000-06-28
JP4527824B2 (ja) 2010-08-18
EP1013895A3 (en) 2002-06-26
KR100457902B1 (ko) 2004-11-18
KR20000048259A (ko) 2000-07-25
US6450758B1 (en) 2002-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4527824B2 (ja) タービンロータの軸受用冷却系
KR100415951B1 (ko) 터빈및전이조립체
US6397604B2 (en) Cooling supply system for stage 3 bucket of a gas turbine
US6382903B1 (en) Rotor bore and turbine rotor wheel/spacer heat exchange flow circuit
US3756020A (en) Gas turbine engine and cooling system therefor
JP3863938B2 (ja) 動翼先端間隙を制御し得る除去自在タービン内殻
JPH01116251A (ja) 可変静翼組立体
JP4874458B2 (ja) ガスタービン用蒸気冷却システム
US6007299A (en) Recovery type steam-cooled gas turbine
JP4090091B2 (ja) 冷却媒体グランド
JP2011085135A (ja) 蒸気タービンロータを冷却するためのシステム及び方法
EP1010858B1 (en) Steam cooling a turbine rotor
JP2002317602A (ja) ガスタービン
JPH08277725A (ja) ガスタービン
JPH0425415B2 (ja)
JPH11229804A (ja) 蒸気冷却ガスタービン
JPH0586901A (ja) ガスタービン
US3724969A (en) Turbine construction

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061130

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061130

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090421

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090421

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090526

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20090821

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20090826

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20090925

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20090930

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20091023

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20091028

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091104

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100511

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100604

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees