JP2005042669A - Two-shaft gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2軸式ガスタービンに係わり、特に、圧力隔壁とタービンロータとの間に形成されたディスクキャビテイに冷却空気を供給する2軸式ガスタービンに関する。 The present invention relates to a two-shaft gas turbine, and more particularly, to a two-shaft gas turbine that supplies cooling air to a disk cavity formed between a pressure bulkhead and a turbine rotor.
2軸式ガスタービンは、圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器と、圧縮機に連結された高圧タービンロータを備えた高圧タービンと、発電機等の負荷に連結された低圧タービンロータとを備えた低圧タービンとを有する。そして、燃焼器からの高圧高温の燃焼ガスを高圧タービンに導入し、この燃焼ガスにより高圧タービンロータが回転駆動されて圧縮機を駆動し、高圧タービンを通過した燃焼ガスを低圧タービンに導入し、この燃焼ガスにより低圧タービンロータが回転駆動されて発電機等の負荷を駆動するようになっている。 A two-shaft gas turbine includes a compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, a high-pressure turbine including a high-pressure turbine rotor connected to the compressor, and a load such as a generator. And a low-pressure turbine having a low-pressure turbine rotor connected thereto. Then, the high-pressure and high-temperature combustion gas from the combustor is introduced into the high-pressure turbine, the high-pressure turbine rotor is rotationally driven by this combustion gas to drive the compressor, and the combustion gas that has passed through the high-pressure turbine is introduced into the low-pressure turbine, A low pressure turbine rotor is rotationally driven by the combustion gas to drive a load such as a generator.
このガスタービンの熱効率の向上を図るために、燃焼ガス温度を高めることが行われており、高圧タービン及び低圧タービン内の燃焼ガスに接触する高温部は、燃焼ガスより低温である冷却空気(例えば、圧縮機から抽気した圧縮空気等)が導入され冷却されている。 In order to improve the thermal efficiency of the gas turbine, the temperature of the combustion gas is increased, and the high-temperature portion in contact with the combustion gas in the high-pressure turbine and the low-pressure turbine has cooling air (for example, lower temperature than the combustion gas) The compressed air extracted from the compressor is introduced and cooled.
従来、静翼とタービンロータを冷却することを目的として、例えば、冷却空気源からの冷却空気がその内部に供給されたケーシングと、このケーシングの径方向内周側に環状に設けられ、ケーシングからの冷却空気がその内部に導入される複数の静翼と、これら静翼の径方向内周側にそれぞれ設けられ、静翼内の冷却空気の一部がその内部に導入される内側静翼支持体等で構成され、この内側静翼支持体の出口孔がタービンロータの回転軸線に対して平行な面内に向けて設けられた静翼装置が提唱されている(例えば、特許文献1参照)。この従来技術では、まず、冷却空気源からの冷却空気が静翼を冷却し、その後、冷却空気の一部が内側静翼支持体の出口孔からタービンロータの下流側ディスクに導入され、この下流側ディスクに備えられた動翼を冷却するようになっている。 Conventionally, for the purpose of cooling the stationary blade and the turbine rotor, for example, a casing supplied with cooling air from a cooling air source, and an annularly provided radially inner peripheral side of the casing, A plurality of stationary blades into which the cooling air is introduced, and an inner stationary blade support in which a part of the cooling air in the stationary blade is introduced into the inside of each of the stationary blades in the radial inner circumferential side A stationary blade device is proposed in which the outlet hole of the inner stationary blade support is provided in a plane parallel to the rotation axis of the turbine rotor (see, for example, Patent Document 1). . In this prior art, first, the cooling air from the cooling air source cools the stationary blade, and then a part of the cooling air is introduced from the outlet hole of the inner stationary blade support to the downstream disk of the turbine rotor. The moving blade provided on the side disk is cooled.
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
一般に、2軸式ガスタービンにおいては、高圧タービンロータと低圧タービンロータとの間に略円盤状の圧力隔壁が設けられ、この圧力隔壁とタービンロータとの間にディスクキャビティ(空間)が形成される。ここで、タービンロータの冷却等を目的とした冷却空気をディスクキャビティに供給するため、例えば圧力隔壁とともに圧力隔壁の軸方向一方側に上記静翼装置を設けた場合は、高圧タービンロータと低圧タービンロータとの軸方向間隔が大きくなり、ガスタービンの熱効率が低下する。一方、例えば圧力隔壁を設けないで上記静翼装置を設けた場合は、上記静翼装置が周方向に分割されたセグメント構造であるためセグメント間からの洩れが若干生じるとともに、そのままでは、ディスクキャビイティの径方向中心側まで冷却空気が供給されず、タービンロータの軸中心部の冷却が困難となっていた。
However, the prior art has the following problems.
Generally, in a two-shaft gas turbine, a substantially disc-shaped pressure partition is provided between a high-pressure turbine rotor and a low-pressure turbine rotor, and a disk cavity (space) is formed between the pressure partition and the turbine rotor. . Here, in order to supply cooling air for cooling the turbine rotor or the like to the disk cavity, for example, when the stationary blade device is provided on one side in the axial direction of the pressure partition together with the pressure partition, the high pressure turbine rotor and the low pressure turbine The axial distance from the rotor is increased, and the thermal efficiency of the gas turbine is reduced. On the other hand, for example, when the stationary blade device is provided without a pressure bulkhead, since the stationary blade device has a segment structure divided in the circumferential direction, a slight leakage occurs between the segments. Cooling air is not supplied to the center in the radial direction of the IT, and it is difficult to cool the shaft center portion of the turbine rotor.
本発明の目的は、タービンロータの軸中心部まで冷却することができる2軸式ガスタービンを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a two-shaft gas turbine that can cool to the axial center of a turbine rotor.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記圧縮機に連結され、前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービンロータを備えた高圧タービンと、負荷に連結され、前記高圧タービンからの前記燃焼ガスにより回転駆動する低圧タービンロータを備えた低圧タービンと、前記高圧タービンロータと前記低圧タービンロータとの間に設けた略円盤状の圧力隔壁とを有する2軸式ガスタービンにおいて、前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路を周方向に複数に区分するように設けられ、前記冷却空気を前記流入口から前記流出口に導く第1のガイド手段とを備える。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, and combustion from the combustor that is connected to the compressor. A high-pressure turbine having a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by gas; a low-pressure turbine that is connected to a load and is rotationally driven by the combustion gas from the high-pressure turbine; and the high-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine In the two-shaft gas turbine having a substantially disk-shaped pressure partition provided between the rotor and the rotor, the pressure partition is provided on the radially outer peripheral side of the inlet, and the radial center of the inlet A cooling air channel provided in the outlet so as to communicate the inlet and the outlet, and the cooling air channel is provided so as to be divided into a plurality in the circumferential direction. It is, and a first guide means for guiding the outlet of the cooling air from the inlet.
2軸式ガスタービンは、高圧タービンロータと低圧タービンロータの間に略円盤状の圧力隔壁が設けられ、この圧力隔壁とタービンロータとの間に、ディスクキャビティがタービンロータの軸中心部までそれぞれ形成されている。本発明においては、圧力隔壁の径方向外周側の流入口から冷却空気が流入し、内部の冷却空気流路を経て、径方向中心部の流出口からディスクキャビティに流出する。これにより、タービンロータの軸中心部まで冷却することができる。また、このとき、冷却空気流路内の冷却空気が、冷却空気流路を周方向に複数に区分して設けた第1のガイド手段により流出口へ導かれるので、例えば第1のガイド手段を設けない場合等に比べ、圧力損失を低減することができる。 In the two-shaft gas turbine, a substantially disk-shaped pressure partition is provided between the high-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor, and a disk cavity is formed between the pressure partition and the turbine rotor to the axial center of the turbine rotor. Has been. In the present invention, cooling air flows in from the inlet on the radially outer peripheral side of the pressure bulkhead, and flows out from the outlet in the central portion in the radial direction to the disk cavity through the cooling air flow path inside. Thereby, it can cool to the axial center part of a turbine rotor. Further, at this time, the cooling air in the cooling air flow path is guided to the outlet by the first guide means provided by dividing the cooling air flow path into a plurality of circumferential directions. The pressure loss can be reduced as compared with the case where it is not provided.
(2)上記目的を達成するために、また本発明は、圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記圧縮機に連結され、前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービンロータを備えた高圧タービンと、負荷に連結され、前記高圧タービンからの前記燃焼ガスにより回転駆動する低圧タービンロータを備えた低圧タービンと、前記高圧タービンロータと前記低圧タービンロータとの間に設けた略円盤状の圧力隔壁とを有する2軸式ガスタービンにおいて、前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路の前記流出口側に設けられ、前記冷却空気をタービンロータ軸方向に転向させる第2のガイド手段とを備える。 (2) In order to achieve the above object, the present invention is also directed to a compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, and the compressor connected to the combustor. A high-pressure turbine having a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by combustion gas; a low-pressure turbine that is connected to a load and is rotationally driven by the combustion gas from the high-pressure turbine; and the high-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine In the two-shaft gas turbine having a substantially disc-shaped pressure partition provided between the turbine rotor and the pressure rotor, the pressure partition is provided on the radially outer peripheral side of the inlet, and the radial center of the inlet. An outlet provided in a portion, a cooling air flow path provided therein so as to communicate the inlet and the outlet, and provided on the outlet side of the cooling air flow path, Care 却空 and a second guide means for turning the turbine rotor axial direction.
本発明においては、上記(1)同様、高圧タービンロータ及び低圧タービンロータの軸中心部まで冷却することができる。また、圧力隔壁の径方向外周側の流入口から流入した冷却空気が、冷却空気流路の流出口側(径方向中心部)に設けた第2のガイド手段によりタービンロータ軸方向に転向されて流出口から流出するので、径方向中心部での冷却空気の衝突混合をなくし圧力損失を低減することができる。 In the present invention, similarly to the above (1), it is possible to cool to the axial center of the high-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor. Further, the cooling air flowing in from the inlet on the radially outer peripheral side of the pressure bulkhead is turned in the turbine rotor axial direction by the second guide means provided on the outlet side (radially central portion) of the cooling air flow path. Since it flows out from an outflow port, the collision mixing of the cooling air in a radial direction center part can be eliminated, and pressure loss can be reduced.
(3)上記目的を達成するために、また本発明は、圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器と、前記圧縮機に連結され、前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動する高圧タービンロータを備えた高圧タービンと、負荷に連結され、前記高圧タービンからの前記燃焼ガスにより回転駆動する低圧タービンロータを備えた低圧タービンと、前記高圧タービンロータと前記低圧タービンロータとの間に設けた略円盤状の圧力隔壁とを有する2軸式ガスタービンにおいて、前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路を周方向に複数に区分するように設けられ、前記冷却空気を前記流入口から前記流出口に導く第1のガイド手段と、前記冷却空気流路の前記流出口側に設けられ、前記冷却空気をタービンロータ軸方向に転向させる第2のガイド手段とを備える。 (3) In order to achieve the above object, the present invention also provides a compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, and the compressor connected to the combustor. A high-pressure turbine having a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by combustion gas; a low-pressure turbine that is connected to a load and is rotationally driven by the combustion gas from the high-pressure turbine; and the high-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine In the two-shaft gas turbine having a substantially disc-shaped pressure partition provided between the turbine rotor and the pressure rotor, the pressure partition is provided on the radially outer peripheral side of the inlet, and the radial center of the inlet. An outlet provided in a section, a cooling air passage provided in the interior so as to communicate the inlet and the outlet, and the cooling air passage is divided into a plurality in the circumferential direction. A first guide means for guiding the cooling air from the inlet to the outlet, and a second guide means provided on the outlet side of the cooling air flow path for turning the cooling air in the turbine rotor axial direction. Guide means.
(4)上記(1)または(2)において、好ましくは、前記第1のガイド手段は、前記冷却空気を前記流出口でタービンロータ回転方向と同じ旋回方向となるように導くガイド手段である。 (4) In the above (1) or (2), preferably, the first guide means is guide means that guides the cooling air so that the cooling air is in the same turning direction as the turbine rotor rotation direction at the outlet.
これにより、圧力隔壁の流出口からの冷却空気の流出速度とタービンロータの回転速度との相対速度が減少するので、タービンロータの回転負荷(風損)を低減することができる。 As a result, the relative speed between the cooling air outflow speed from the outlet of the pressure bulkhead and the rotational speed of the turbine rotor is reduced, so that the rotational load (windage loss) of the turbine rotor can be reduced.
本発明によれば、圧力隔壁の径方向外周側の流入口から冷却空気が流入し、内部の冷却空気流路を経て、径方向中心部の流出口からディスクキャビティに流出する。これにより、タービンロータの軸中心部まで冷却することができる。 According to the present invention, the cooling air flows in from the inlet on the radially outer side of the pressure partition wall, and flows out from the outlet in the central portion in the radial direction to the disk cavity through the cooling air flow path inside. Thereby, it can cool to the axial center part of a turbine rotor.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の2軸式ガスタービンの一実施形態の概略構成を表す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the two-shaft gas turbine of the present invention.
この図2において、2軸式ガスタービン1は、主として、取り入れた吸気2aを圧縮して圧縮空気2bを生成する圧縮機3と、圧縮空気2bと燃料4とを混合燃焼する燃焼器5と、圧縮機3の圧縮機ロータ6(後述の図1参照)に中間軸7を介し連結され、燃焼器5からの高温高圧の燃焼ガス8aにより回転駆動する高圧タービンロータ9(後述の図1参照)を備えた高圧タービン10と、発電機等の負荷11に連結軸12を介し連結され、高圧タービン10を通過した燃焼ガス8bにより回転駆動する低圧タービンロータ13(後述の図1参照)を備えた低圧タービン14とを有する。圧縮機ロータ6及び高圧タービンロータ9は、圧縮機ロータ6の上流側(図2中左側)の前部軸15及び中間軸7にそれぞれ設けた軸受16A,16Bにより回転自在に支持され、低圧タービンロータ13は、連結軸12に設けた軸受17A,17Bにより回転自在に支持されている。
In FIG. 2, a two-
そして、燃焼器5から高圧タービン10に導入された燃焼ガス8aにより高圧タービンロータ9が回転駆動され、これとともに圧縮機ロータ6が回転駆動されて圧縮空気2bを生成し、高圧タービン10を通過し低圧タービン14に導入された燃焼ガス8bにより低圧タービンロータ13が回転駆動され、発電機等の負荷11を駆動するようになっている。また、低圧タービン14を通過した燃焼ガス8cは、例えば浄化装置等に導かれた後、放出される。
Then, the high-pressure turbine rotor 9 is rotationally driven by the combustion gas 8 a introduced from the
図1は、本実施形態による上記2軸式ガスタービン1の詳細構造を表す部分断面図である。なお、この図1において、上記吸気2a、上記圧縮空気2b、及び上記燃焼ガス8a,8b,8cは、上流側(図1中左側)から下流側(図1中右側)に流れている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a detailed structure of the two-
図1において、上記圧縮機3は、上記圧縮機ロータ6と、この圧縮機ロータ6の径方向外周側(図1中上側)を覆うケーシング18とを備えている。圧縮機ロータ6は、環状に複数配置された動翼19と、これら動翼19をその径方向外周側に植え込んだ中空又は中実の圧縮機ディスク20と、これら圧縮機ディスク20が軸方向(図1中左右方向)に複数段として積層され、上記中間軸7の上流側フランジ7aに締結するスタッキングボルト21とを備えている。
In FIG. 1, the compressor 3 includes the compressor rotor 6 and a
ケーシング18の径方向内周側(図1中下側)には、各段の動翼19の間に環状に複数配置された静翼22が設けられている。これら動翼19及び静翼22は軸方向に隣り合う1組で1つの段落を形成し、本実施形態では例えば15段落(但し、図2では便宜上そのうちの8段落を図示)により構成されている。そして、圧縮空気流路23に取り入れた吸気2aが各段落にて徐々に圧縮され、最終段で所定圧力まで圧縮された圧縮空気2bが上記燃焼器5に供給されるようになっている。
On the radially inner peripheral side (lower side in FIG. 1) of the
上記高圧タービン10は、例えば2段の上記高圧タービンロータ9を有し、上記低圧タービン14は、例えば2段の上記低圧タービンロータ13を有し、これら高圧タービンロータ9及び低圧タービンロータ13の径方向外周側を覆うケーシング24が設けられている。
The high-
高圧タービンロータ9は、環状に複数配置された第1段及び第2段の動翼25a,25bと、これら動翼25a,25bをその径方向外周側に植え込んだ第1段及び第2段のタービンディスク26a,26bと、これらタービンディスク26a,26bの間に狭持された中空のスペーサ27と、タービンディスク26a,26b及びスペーサ27が軸方向に積層され、上記中間軸7の下流側フランジ7bに締結するスタッキングボルト28とを備えている。また、スペーサ27の中空部と第1段及び第2段のタービンディスク26a,26bとで高圧ディスクキャビティ(空間)29aが形成されている。
The high-pressure turbine rotor 9 includes a plurality of first-stage and second-
低圧タービンロータ13は、環状に複数配置された第3段及び第4段の動翼30a,30bと、これら動翼30a,30bをその径方向外周側に設けた第3段及び第4段のタービンディスク31a,31bと、これらタービンディスク31a,31bの間に狭持されたスペーサ32と、タービンディスク31a,31b及びスペーサ32が軸方向に積層され、上記連結軸12の上流側フランジ12aに締結するスタッキングボルト33とを備えている。また、スペーサ32の中空部と第3段及び第4段のタービンディスク31a,31bとで低圧ディスクキャビティ(空間)34aが形成されている。
The low-
ケーシング24の内周側には、各段の動翼25a,25b,30a,30bの間に環状に複数配置された第1段〜第4段の静翼35a,35b,36a,36bが設けられている。そして、燃焼器5からの燃焼ガス8aが高圧タービン10の燃焼ガス流路37に供給され、第1段の静翼35a及び動翼25a、第2段の静翼35b及び動翼25bにて膨張仕事をして高圧タービンロータ9に軸動力を与える。これにより、高圧タービンロータ9及び連結された圧縮機ロータ6が回転駆動されるようになっている。また、高圧タービン10を通過した燃焼ガス8bが低圧タービン14の燃焼ガス流路37に導入され、第3段の静翼36a及び動翼30a、第4段の静翼36b及び動翼30bにて膨張仕事をして低圧タービンロータ13に軸動力を与える。これにより、低圧タービンロータ13が回転駆動されるようになっている。
On the inner peripheral side of the
高圧タービン10及び低圧タービン14における静翼35a,35b,36a,36b及び動翼25a,25b,30a,30b等は、燃焼ガス流路37に配置され高温となるため、例えば圧縮機3から抽気した圧縮空気等が冷却空気として導入され冷却されている。圧縮空気流路23には、圧縮空気の流れ方向(図1中右方向)に沿って順に、その外周側に設けた低圧抽気スリット(図示せず)、その外周側に設けた中圧抽気スリット(図示せず)、その内周側に設けた高圧抽気スリット38とを備えている。
The
そして、例えば、第1段の静翼35aは、圧縮空気2bの一部がケーシング24に設けられた燃焼器車室39を介し導入されて冷却され、第2段及び第3段の静翼35b,36aは、前記中圧抽気スリットから抽気された冷却空気がその径方向外周側から導入されて冷却され、第4段の静翼36bは、前記低圧抽気スリットから抽気された冷却空気がその径方向外周側から導入されて冷却されるようになっている。また、高圧抽気スリット38から抽気された冷却空気が、中間軸7の中空部及び第1段のタービンディスク26aの中空部を介し、高圧ディスクキャビティ29aに導入されて高圧タービンロータ9の軸中心部が冷却され、その後、第1段及び第2段タービンディスク26a,26bの冷却空気流路(図示せず)を介し、第1段及び第2段の動翼25a,25bに導入され冷却するようになっている。
For example, the first stage
高圧タービンロータ9と低圧タービンロータ13との間には、略円盤状の圧力隔壁40が第3段の静翼36aの内周側に設けられており、この圧力隔壁40はその軸方向断面が例えばアーチ形状(軸方向に湾曲した形状)に形成されている。そして、圧力隔壁40と第2段のタービンディスク26bとの間には高圧ディスクキャビテイ29bが形成され、圧力隔壁40と第3段のタービンディスク31aとの間には低圧ディスクキャビティ34bが形成されている。また、高圧ディスクキャビティ29a,29bが第2段のタービンディスク26bの中空部で連通され、低圧ディスクキャビティ34a,34bが第3段のタービンディスク31aの中空部で連通されている。
Between the high-pressure turbine rotor 9 and the low-
図3は、図1中矢印III方向からみた側面図であり、上記圧力隔壁40の詳細構造を表している。
FIG. 3 is a side view seen from the direction of arrow III in FIG. 1 and shows the detailed structure of the
この図3、及び前述の図1において、圧力隔壁40は、その径方向外周側(図中上側)に設けられ冷却空気が流入する流入口41と、その径方向中心部(図1中下側)に低圧ディスクキャビティ34b側(図1中右側)に開口して設けた流出口42と、流入口41と流出口42とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路43と、この冷却空気流路43を周方向に例えば8つに区分するように設けられ、冷却空気を流入口41から流出口42に導く例えば8つのガイドベーン44と、冷却空気流路43の流出口42側(図1中下側)に設けられ、冷却空気をタービンロータ軸方向(図1中左右方向)に転向させる例えば略円錐状のコーン45とを備える。
In FIG. 3 and FIG. 1 described above, the
ガイドベーン44は、例えば、圧力隔壁40の径方向に設けた略直線状の直線ガイド部44aと、この直線ガイド部44aの流出口42側に設けられ、タービンロータ回転方向(図3中右廻り方向)に湾曲された旋回ガイド部44bとで構成されている。
The guide vanes 44 are provided, for example, in a substantially straight
そして、第3段の静翼36aから圧力隔壁40の径方向外周側の流入口41に流入した冷却空気は、ガイドベーン44の直線ガイド部44aにより径方向中心部に導かれ、ガイドベーン44の旋回ガイド部44bによりタービンロータ回転方向と同じ旋回方向に転向され、コーン45によりタービンロータ軸方向に転向されて、径方向中心部の流出口42から低圧ディスクキャビティ34bに流出するようになっている。
Then, the cooling air flowing into the
また、低圧ディスクキャビティ34bの冷却空気の一部は、低圧ディスクキャビティ34aに導入され、第3段及び第4段のタービンディスク31a,31bの冷却空気流路(図示せず)を介し第3段及び第4段の動翼36a,36bに導入され却するようになっている。また、低圧ディスクキャビティ34bの冷却空気の残りは、シール空気として燃焼ガス流路37に合流するようになっている。
A part of the cooling air in the low-
なお、上記において、ガイドベーン44は、各請求項記載の冷却空気流路を周方向に複数に区分するように設けられ、冷却空気を流入口から流出口に導く第1のガイド手段を構成し、ガイドベーン44の旋回ガイド部44bは、各請求項記載の冷却空気を流出口でタービンロータ回転方向と同じ旋回方向となるように導くガイド手段を構成する。また、コーン45は、冷却空気流路の流出口側に設けられ、冷却空気をタービンロータ軸方向に転向させる第2のガイド手段を構成する。
In the above, the
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
2軸式ガスタービン1の運転とともに、圧縮機3にて、圧縮機ロータ6の回転により所定圧力まで圧縮された圧縮空気2bを生成し、燃焼器5にて、この圧縮空気2bと燃料4とを混合燃焼して燃焼ガス8aを生成する。そして、高圧タービン10にて、第1段落の静翼35a及び動翼25a、第2段落の静翼35b及び動翼25bを通過する燃焼ガス8aにより、高圧タービンロータ9が回転駆動されて圧縮機ロータ6を回転駆動し、低圧タービン14にて、第3段落の静翼36a及び動翼30a、第4段落の静翼36b及び動翼30bを通過する燃焼ガス8bにより、低圧タービンロータ13が回転駆動されて発電機等の負荷11を駆動する。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
Along with the operation of the two-
このような2軸式ガスタービン1の運転時において、静翼35a,35b,36a,36b及び動翼25a,25b,30a,30bが燃焼ガス8a,8bにより高温となるため、圧縮機3から抽気した冷却空気を導入し冷却する。第1段の静翼35aには高圧抽気スリット38からの冷却空気を、第2段及び第3段の静翼35b,36aには中圧抽気スリットからの冷却空気を、第4段の静翼36bには低圧抽気スリットからの冷却空気を導入して冷却する。また、高圧ディスクキャビティ29aには高圧抽気スリット38からの冷却空気26を導入し、高圧タービンロータ9の軸中心部が冷却される。
During the operation of the two-
本実施形態においては、第3段の静翼36aを冷却した冷却空気が、圧力隔壁40の径方向外周側の流入口41から流入し、内部の冷却空気流路43を経て、径方向中心部の流出口42から低圧ディスクキャビティ34bに流出する。これにより、低圧タービンロータ13の軸中心部まで冷却することができる。このとき、冷却空気流路43内の冷却空気がガイドベーン44により流出口42へ導かれるので、例えばガイドベーン44を設けない場合等に比べ、圧力損失を低減することができる。また、圧力隔壁40の径方向外周側の流入口41から流入した冷却空気が、冷却空気流路43の流出口42側に設けたコーン45により低圧タービンロータ13の軸方向に転向されるので、冷却空気の衝突混合をなくし圧力損失を低減することができる。
In the present embodiment, the cooling air that has cooled the third stage
また、圧力隔壁40の流出口42からの冷却空気が、ガイドベーン44の旋回ガイド部44bにより低圧タービンロータ13の回転方向と同じ旋回方向となるので、冷却空気の流出速度と低圧タービンロータ13の回転速度との相対速度が減少し、低圧タービンロータ13の回転負荷(風損)を低減することができる。
Further, the cooling air from the
また、圧力隔壁40は、その上流側側面に第3段の静翼36aの上流側静圧と同等の静圧が作用し、下流側側面に第3段の静翼36aの下流側静圧と同等の静圧が作用し、これら差圧に相当する力に耐えうる強度を確保しなければならない。本実施形態においては、圧力隔壁40の内部に冷却空気流路43が形成されるものの、複数のガイドベーン44が補強部材としての役割も果たすので圧力隔壁40の剛性を高くすることができる。
The
本実施形態による2軸式ガスタービン1においては、上記したように圧力隔壁40の冷却空気流路43の圧力損失を低減することができるので、冷却空気の所定流量を確保するための供給圧力(すなわち圧縮機3からの抽気圧力)を低くし、圧縮機3の駆動力を減少することができる。また、圧縮機3からの抽気圧力を小さくした場合には、冷却空気自体の温度も低くなるので冷却空気の抽気流量を低減することが可能となり、燃料ガス2a,2bの流量を増大することができる。したがって、2軸式ガスタービン1の熱効率の向上が図れる。また、圧力損失の低減により、圧力隔壁40や例えば第3段の静翼36a等の流路面積が縮小し、構成部品を縮小することができる。
In the two-
なお、上記一実施形態では、第1のガイド手段としてのガイドベーン44は、直線ガイド部44aと旋回ガイド部44bとからなる構造を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えば冷却空気をタービンロータ回転方向と同じ旋回方向となるように導く上記旋回ガイド部44bを設けないで、図3に相当する図4に示すように、例えば8つの径方向略直線状の冷却空気流路43’を形成するように設けたガイドベーン44’としてもよい。この場合には、上記一実施形態に比べ、ガイドベーン44’が大きくなり、剛性を高めることができる。また、上記一実施形態では、圧力隔壁40は、第1のガイド手段としてのガイドベーン44と第2のガイド手段としてのコーン45との両方を設けた構造を例に取り説明したが、これに限られず、例えばガイドベーン44及びコーン45のいずれか一方だけを設けてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得る。
In the above-described embodiment, the
また、上記一実施形態においては、略円盤状の圧力隔壁40はその軸方向断面をアーチ形状とした構造を例に取り説明したが、これに限られない。すなわち、例えば前述の図4に示した圧力隔壁44’のようにその強度を確保することができれば、図1に相当する図5に示すように、圧力隔壁40’の軸方向断面を略直線状としてもよい。この場合には、上記一実施形態に比べ、圧力隔壁40’の軸方向寸法を小さくすることができるので、高圧タービンロータ9と低圧タービンロータ13との軸方向間隔を小さくし、2軸式ガスタービン1の熱効率を向上させることができる。
In the above-described embodiment, the substantially disk-shaped
また、上記一実施形態及び変形例においては、圧力隔壁40の流出口41が、低圧ディスクキャビティ34b側のみに開口する構造を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えば高圧ディスクキャビティ29b側に開口する構造としてもよく、また低圧ディスクキャビティ34b側及び高圧ディスクキャビティ29b側の両方ともに開口する構造としてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得る。
Further, in the above-described embodiment and modification, the explanation has been given by taking as an example the structure in which the
1 2軸式ガスタービン
2b 圧縮空気
3 圧縮機
4 燃料
5 燃焼器
8a 燃焼ガス
8b 燃焼ガス
9 高圧タービンロータ
10 高圧タービン
13 低圧タービンロータ
14 低圧タービン
40 圧力隔壁
41 流入口
42 流出口
43 冷却空気流路
44 ガイドベーン(第1のガイド手段)
45 コーン(第2のガイド手段)
1 Two-shaft gas turbine 2b Compressed air 3 Compressor 4
45 cone (second guide means)
Claims (4)
前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路を周方向に複数に区分するように設けられ、前記冷却空気を前記流入口から前記流出口に導く第1のガイド手段とを備えることを特徴とする2軸式ガスタービン。 A compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, a high-pressure turbine that is connected to the compressor and includes a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by combustion gas from the combustor; A low pressure turbine having a low pressure turbine rotor connected to a load and rotationally driven by the combustion gas from the high pressure turbine, and a substantially disc-shaped pressure partition wall provided between the high pressure turbine rotor and the low pressure turbine rotor. A two-shaft gas turbine having
The pressure bulkhead is provided in the radially outer peripheral side thereof so that the inlet into which cooling air flows in, the outlet provided in the center in the radial direction, and the inlet and the outlet are in communication with each other. A cooling air flow path provided; and a first guide means provided so as to divide the cooling air flow path into a plurality of circumferential directions and guiding the cooling air from the inlet to the outlet. A two-shaft gas turbine.
前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路の前記流出口側に設けられ、前記冷却空気をタービンロータ軸方向に転向させる第2のガイド手段とを備えることを特徴とする2軸式ガスタービン。 A compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, a high-pressure turbine that is connected to the compressor and includes a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by combustion gas from the combustor; A low pressure turbine having a low pressure turbine rotor connected to a load and rotationally driven by the combustion gas from the high pressure turbine, and a substantially disc-shaped pressure partition wall provided between the high pressure turbine rotor and the low pressure turbine rotor. A two-shaft gas turbine having
The pressure bulkhead is provided in the radially outer peripheral side thereof so that the inlet into which cooling air flows in, the outlet provided in the center in the radial direction, and the inlet and the outlet are in communication with each other. A biaxial gas comprising: a provided cooling air flow path; and a second guide means provided on the outlet side of the cooling air flow path to turn the cooling air in a turbine rotor axial direction. Turbine.
前記圧力隔壁は、その径方向外周側に設けられ冷却空気が流入する流入口と、その径方向中心部に設けた流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通するようにその内部に設けた冷却空気流路と、この冷却空気流路を周方向に複数に区分するように設けられ、前記冷却空気を前記流入口から前記流出口に導く第1のガイド手段と、前記冷却空気流路の前記流出口側に設けられ、前記冷却空気をタービンロータ軸方向に転向させる第2のガイド手段とを備えることを特徴とする2軸式ガスタービン。 A compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, a high-pressure turbine that is connected to the compressor and includes a high-pressure turbine rotor that is rotationally driven by combustion gas from the combustor; A low pressure turbine having a low pressure turbine rotor connected to a load and driven to rotate by the combustion gas from the high pressure turbine; and a substantially disc-shaped pressure partition provided between the high pressure turbine rotor and the low pressure turbine rotor. A two-shaft gas turbine having
The pressure bulkhead is provided in the radially outer peripheral side thereof so that the inlet into which cooling air flows in, the outlet provided in the center in the radial direction, and the inlet and the outlet are in communication with each other. A provided cooling air flow path, a first guide means provided to divide the cooling air flow path into a plurality of circumferential directions, and guiding the cooling air from the inlet to the outlet; and the cooling air flow A two-shaft gas turbine comprising: second guide means provided on the outlet side of the passage and configured to turn the cooling air in a turbine rotor axial direction.
4. The two-shaft gas turbine according to claim 1, wherein the first guide means is a guide means for guiding the cooling air so that the cooling air has the same turning direction as a turbine rotor rotation direction at the outlet. 5. A two-shaft gas turbine.
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