JP2005069167A - Two-shaft gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、隔壁により分離された高圧タービンロータ及び低圧タービンロータを有する2軸式ガスタービンに関する。 The present invention relates to a two-shaft gas turbine having a high-pressure turbine rotor and a low-pressure turbine rotor separated by partition walls.
一般に、ガスタービンは、圧縮機と、該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、前記圧縮機の圧縮機ロータ及び負荷(例えば、発電機、圧縮機、ポンプ等)に連結されたタービンロータを備えた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タービンに導入し、この燃焼ガスによりタービンロータが回転駆動されて圧縮機及び負荷を駆動するようになっている。 In general, a gas turbine includes a compressor, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor, a compressor rotor and a load (eg, a generator, a compressor, a pump, and the like) of the compressor. And a turbine with a connected turbine rotor. And the high pressure high temperature combustion gas from a combustor is introduce | transduced into a turbine, A turbine rotor is rotationally driven by this combustion gas, and a compressor and load are driven.
このとき、タービンロータは、タービン内の燃焼ガスの流れ方向における圧力差(上流側圧力>下流側圧力)により、燃焼ガスの流れ方向下流側へのスラスト荷重が作用する。また、圧縮機ロータは、圧縮機内の圧縮空気の流れ方向における圧力差(上流側圧力<下流側圧力)により、圧縮空気の流れ方向上流側へのスラスト荷重が作用する。そして、前述したように、タービンロータは圧縮機ロータと連結されているので、それらスラスト荷重が相殺され減少する。 At this time, the turbine rotor receives a thrust load downstream in the flow direction of the combustion gas due to a pressure difference in the flow direction of the combustion gas in the turbine (upstream pressure> downstream pressure). The compressor rotor is subjected to a thrust load on the upstream side in the flow direction of the compressed air due to a pressure difference in the flow direction of the compressed air in the compressor (upstream pressure <downstream pressure). As described above, since the turbine rotor is connected to the compressor rotor, the thrust loads are offset and reduced.
ここで、例えば圧縮空気貯蔵ガスタービン発電システム等のように、圧縮機ロータと連結しないタービンロータを備えたガスタービンが知られている。このガスタービンは、前述した燃焼ガスの圧力差によって生じたスラスト荷重を、例えばタービンロータの下流側に設けたスラスト軸受等で受ける。しかしながら、ガスタービンの熱効率の向上を図るために圧力比を高めることがあり、この場合はガスタービン全体の圧力が高くなって、前記スラスト荷重が増大する。そして、スラスト荷重の増加に伴って、スラスト軸受は、面圧(スラスト荷重を有効面積で割った値)を所定値以下としつつ有効面積を大きくするので、大型化しコストが高くなる。また、スラスト軸受の大型化により、低圧タービンロータのスラストカラーが大きくなりその外周側の周速度が速くなるので焼付の可能性が高くなってスラスト軸受の信頼性が低下したり、軸受損失が大きくなって熱効率が低下する等の問題があった。 Here, a gas turbine including a turbine rotor that is not connected to a compressor rotor, such as a compressed air storage gas turbine power generation system, is known. This gas turbine receives the thrust load generated by the pressure difference of the combustion gas described above by, for example, a thrust bearing provided on the downstream side of the turbine rotor. However, the pressure ratio may be increased in order to improve the thermal efficiency of the gas turbine. In this case, the pressure of the entire gas turbine is increased, and the thrust load is increased. As the thrust load increases, the thrust bearing increases the effective area while reducing the surface pressure (the value obtained by dividing the thrust load by the effective area) to a predetermined value or less, resulting in an increase in size and cost. In addition, due to the increase in the size of the thrust bearing, the thrust collar of the low-pressure turbine rotor increases and the peripheral speed on the outer periphery increases, so the possibility of seizure increases and the reliability of the thrust bearing decreases and bearing loss increases. As a result, there was a problem that the thermal efficiency was lowered.
そこで、従来、例えば、タービンロータの上流側に連結されたバランスピストンと、このバランスピストンのガスタービン側に圧縮空気を供給する圧縮空気ラインと、バランスピストンの反ガスタービン側とガスタービンの下流側とを連通する空気ラインとを備えた構成が提唱されている(例えば、特許文献1参照)。この従来技術は、バランスピストンのガスタービン側の圧力を反ガスタービン側の圧力より高くなるように調整し、バランスピストンに作用する反ガスタービン側へのスラスト荷重を生じさせて、タービンロータのスラスト荷重を低減するようになっている。 Therefore, conventionally, for example, a balance piston connected to the upstream side of the turbine rotor, a compressed air line for supplying compressed air to the gas turbine side of the balance piston, an anti-gas turbine side of the balance piston, and a downstream side of the gas turbine The structure provided with the air line which connects is proposed (for example, refer patent document 1). In this prior art, the pressure on the gas turbine side of the balance piston is adjusted to be higher than the pressure on the anti-gas turbine side, and a thrust load is applied to the anti-gas turbine side acting on the balance piston, so that the thrust of the turbine rotor is increased. The load is reduced.
一般に、2軸式ガスタービンは、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、隔壁により前記高圧タービンロータと分離され、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。高圧タービンロータは、圧縮機ロータと連結されるので、上述したように、そのスラスト荷重が圧縮機ロータに作用するスラスト荷重と相殺されて減少する。また、低圧タービンロータは、その下流側に設けたスラスト軸受でスラスト荷重を受ける。 Generally, a two-shaft gas turbine includes a high-pressure turbine having a high-pressure turbine rotor connected to a compressor, and a low-pressure turbine having a low-pressure turbine rotor separated from the high-pressure turbine rotor by a partition wall and connected to a load. Have Since the high-pressure turbine rotor is connected to the compressor rotor, as described above, the thrust load is offset by the thrust load acting on the compressor rotor and decreases. The low-pressure turbine rotor receives a thrust load with a thrust bearing provided on the downstream side thereof.
ここで、前記低圧タービンロータに上記従来技術を適用しようとすると、次のような課題が存在する。すなわち、上記従来技術は、タービンロータの上流側にバランスピストンを連結した構造となっているので、低圧タービンロータの上流側にバランスピストンを設けた場合、2軸式ガスタービン(詳細には、低圧タービンロータ及びこれに関連する部品)の軸方向寸法が大きくなる。そのため、高温の燃焼ガスに晒される被冷却部の面積が増大し、それらを冷却するための冷却空気流量が増加する等の問題があった。 Here, when it is going to apply the said prior art to the said low pressure turbine rotor, the following subjects exist. In other words, the conventional technology has a structure in which a balance piston is connected to the upstream side of the turbine rotor. Therefore, when a balance piston is provided on the upstream side of the low-pressure turbine rotor, a two-shaft gas turbine (specifically, a low-pressure turbine) The axial dimension of the turbine rotor and related parts) increases. For this reason, there are problems such as an increase in the area of the parts to be cooled exposed to the high-temperature combustion gas and an increase in the flow rate of cooling air for cooling them.
本発明の目的は、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータのスラスト加重を低減することができる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 capable of reducing the thrust load of a low-pressure turbine rotor without increasing the axial dimension.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、圧縮機と、該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、隔壁により前記高圧タービンロータと分離され、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を有する2軸式ガスタービンにおいて、前記低圧タービンは、前記低圧タービンロータの初段タービンディスクと前記隔壁により形成された第1の空間と、前記低圧タービンロータの最終段タービンディスクと前記低圧タービンロータのケーシングにより形成された第2の空間と、この第2の空間の圧力が前記第1の空間の圧力より高くなるように調整する第1の圧力調整手段とを備える。 (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, and a low-pressure turbine having a low-pressure turbine rotor that is separated from the high-pressure turbine rotor by a partition wall, is connected to a load, and is rotationally driven by the combustion gas from the high-pressure turbine The low pressure turbine includes: a first space formed by an initial stage turbine disk of the low pressure turbine rotor and the partition; a final stage turbine disk of the low pressure turbine rotor; and the low pressure turbine rotor. The second space formed by the casing and the pressure in the second space is higher than the pressure in the first space. And a first pressure adjusting means for adjusting the so that.
一般に、2軸式ガスタービンにおいて、低圧タービンロータの初段タービンディスクと隔壁により形成された第1の空間と、低圧タービンロータの最終段タービンディスクと低圧タービンロータのケーシングにより形成された第2の空間は、燃焼ガス流路(ガスパス)からの燃焼ガスの進入を防止するため、ガスパスよりわずかに高圧としている。そのため、燃焼ガスの流れ方向における圧力差(上流側の圧力>下流側の圧力)に対応して、第1の空間と第2の空間とで圧力差(第1の空間の圧力>第2の空間の圧力)が生じる。これにより、燃焼ガスの圧力差によって動翼に作用する下流側方向のスラスト荷重と、第1の空間と第2の空間との圧力差によってタービンディスクに作用する下流側方向のスラスト荷重とが加算されて、低圧タービンロータのスラスト荷重が大きくなっていた。 Generally, in a two-shaft gas turbine, a first space formed by a first stage turbine disk and a partition wall of a low pressure turbine rotor, and a second space formed by a final stage turbine disk of the low pressure turbine rotor and a casing of the low pressure turbine rotor. Has a slightly higher pressure than the gas path to prevent the combustion gas from entering from the combustion gas flow path (gas path). Therefore, corresponding to the pressure difference in the flow direction of the combustion gas (upstream pressure> downstream pressure), the pressure difference between the first space and the second space (pressure in the first space> second pressure). Space pressure). As a result, the downstream thrust load acting on the rotor blade due to the pressure difference of the combustion gas and the downstream thrust load acting on the turbine disk due to the pressure difference between the first space and the second space are added. As a result, the thrust load of the low-pressure turbine rotor was increased.
本発明においては、第1の圧力調整手段で、第2の空間の圧力を第1の空間より高くなるように調整する。これにより、第1の空間と第2の空間との圧力差(第1の空間の圧力<第2の空間の圧力)によってタービンディスクに作用する上流側方向のスラスト荷重が生じ、燃焼ガスの圧力差によって動翼に作用する下流側方向のスラスト荷重と相殺するので、低圧タービンロータのスラスト荷重を低減することができる。このとき、第1の圧力調整手段は、例えば低圧タービンロータのケーシングに設けた導入孔より第2の空間に高圧空気を導入するので、例えば低圧タービンロータの上流側にバランスピストンを設けた構造のように、2軸式ガスタービン(詳細には、低圧タービンロータ及びこれに関連する部品等)の軸方向寸法が大きくなることはない。したがって、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータのスラスト加重を低減することができる。 In the present invention, the first pressure adjusting means adjusts the pressure in the second space to be higher than that in the first space. Thus, an upstream thrust load acting on the turbine disk is generated by the pressure difference between the first space and the second space (the pressure in the first space <the pressure in the second space), and the pressure of the combustion gas Since the difference cancels out the thrust load in the downstream direction acting on the rotor blade, the thrust load of the low-pressure turbine rotor can be reduced. At this time, since the first pressure adjusting means introduces high-pressure air into the second space through, for example, an introduction hole provided in the casing of the low-pressure turbine rotor, for example, a structure in which a balance piston is provided upstream of the low-pressure turbine rotor. As described above, the axial dimension of the two-shaft gas turbine (specifically, the low-pressure turbine rotor and related components) does not increase. Therefore, the thrust load of the low-pressure turbine rotor can be reduced without increasing the axial dimension.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記第1の圧力調整手段は、前記第2の空間に設けられ、前記第2の空間の高圧空気の漏洩を抑制するシール部を有する。 (2) In the above (1), preferably, the first pressure adjusting means has a seal portion that is provided in the second space and suppresses leakage of high-pressure air in the second space.
(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記第1の圧力調整手段は、前記第2の空間を形成する前記ケーシングに設けた導入孔と、この導入孔から前記第2の空間に前記第1の空間の圧力より高圧な空気を供給する高圧空気供給手段とをさらに有する。 (3) In the above (1) or (2), preferably, the first pressure adjusting means includes an introduction hole provided in the casing forming the second space, and the second hole through the introduction hole. High pressure air supply means for supplying air having a pressure higher than the pressure of the first space to the space;
(4)上記目的を達成するために、また本発明は、圧縮機と、該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、隔壁により前記高圧タービンロータと分離され、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を有する2軸式ガスタービンにおいて、前記低圧タービンは、前記低圧タービンロータの初段タービンディスクと前記隔壁により形成された第1の空間と、前記低圧タービンロータの最終段タービンディスクと前記低圧タービンロータのケーシングにより形成された第2の空間と、この第2の空間の圧力が前記第1の空間の圧力と略等しくなるように調整する第2の圧力調整手段とを備える。 (4) 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, and a low pressure having a low pressure turbine rotor that is separated from the high pressure turbine rotor by a partition, is connected to a load, and is rotationally driven by the combustion gas from the high pressure turbine In the two-shaft gas turbine having a turbine, the low-pressure turbine includes a first space formed by a first-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor and the partition, a final-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor, and the low-pressure turbine. The second space formed by the casing of the rotor, and the pressure in the second space is substantially equal to the pressure in the first space. And a second pressure adjusting means adjusted to be properly.
本発明においては、第2の圧力調整手段で、第2の空間の圧力を第1の空間と略等しくなるように調整する。これにより、第1の空間と第2の空間との圧力差によってタービンディスクに作用するスラスト荷重を低減し、低圧タービンロータのスラスト荷重を低減することができる。このとき、第2の圧力調整手段は、例えば低圧タービンロータに設けた連通孔により第1の空間及び第2の空間を連通するので、例えば低圧タービンロータの上流側にバランスピストンを設けた構造のように、2軸式ガスタービンの軸方向寸法が大きくなることはない。したがって、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータのスラスト加重を低減することができる。 In the present invention, the second pressure adjusting means adjusts the pressure in the second space so as to be approximately equal to the first space. As a result, the thrust load acting on the turbine disk due to the pressure difference between the first space and the second space can be reduced, and the thrust load of the low-pressure turbine rotor can be reduced. At this time, since the second pressure adjusting means communicates the first space and the second space with, for example, a communication hole provided in the low pressure turbine rotor, for example, a structure in which a balance piston is provided on the upstream side of the low pressure turbine rotor. Thus, the axial dimension of the two-shaft gas turbine does not increase. Therefore, the thrust load of the low-pressure turbine rotor can be reduced without increasing the axial dimension.
(5)上記(4)において、好ましくは、前記第2の圧力調整手段は、前記第2の空間に設けられ、前記第2の空間の高圧空気の漏洩を抑制するシール部を有する。 (5) In the above (4), preferably, the second pressure adjusting means has a seal portion that is provided in the second space and suppresses leakage of high-pressure air in the second space.
(6)上記(4)又は(5)において、好ましくは、前記第2の圧力調整手段は、前記低圧タービンロータに設けられ、前記第1の空間及び前記第2の空間を連通する連通孔をさらに有する。 (6) In the above (4) or (5), preferably, the second pressure adjusting means is provided in the low-pressure turbine rotor, and has a communication hole that communicates the first space and the second space. Also have.
本発明によれば、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータのスラスト加重を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the thrust load of the low-pressure turbine rotor without increasing the axial dimension.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の第1実施形態を図1及び図2により説明する。
図2は、本発明の2軸式ガスタービンの第1実施形態の全体構成を簡略的に表す図である。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the overall configuration of the first embodiment of the two-shaft gas turbine of the present invention.
この図2において、2軸式ガスタービンは、大きく分けて、ガスジェネレータ1と、パワータービン2とで構成されている。ガスジェネレータ1は、取り入れた吸気3aを圧縮して圧縮空気3bを生成する圧縮機4と、圧縮空気3bと燃料とを混合燃焼する燃焼器5と、圧縮機4の圧縮機ロータ6に連結され、燃焼器5からの高温高圧の燃焼ガス7aにより回転駆動する高圧タービンロータ8を備えた高圧タービン9とを備えている。パワータービン2は、負荷(例えば、発電機、圧縮機、ポンプ等)10に連結され、高圧タービン9を通過した燃焼ガス7bにより回転駆動する低圧タービンロータ11を備えた低圧タービン12を有する。
In FIG. 2, the two-shaft gas turbine is roughly composed of a gas generator 1 and a
そして、燃焼器5から高圧タービン9に導入された燃焼ガス7aにより高圧タービンロータ8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3bを生成し、高圧タービン9を通過し低圧タービン12に導入された燃焼ガス7bにより低圧タービンロータ11が回転駆動され、負荷10を駆動するようになっている。また、低圧タービン12を通過した燃焼ガス7cは、例えば浄化装置等に導かれた後、排出される。
Then, the high-
図1は、本実施形態による上記低圧タービン12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、便宜上、上記高圧タービンロータ8は、後述する最終段の動翼のみ図示する。また、上記燃焼ガス7b,7c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 sectional view showing a detailed structure of the low-
図1において、上記低圧タービン12は、略円筒状のタービンケーシング(図示せず)に環状に設けた複数段のシュラウド13と、これらシュラウド13に係合支持されて環状に設けた第1段の静翼(入口静翼)14と、この第1段の静翼14の下流側に環状に配置された第1段の動翼15と、この動翼15をその外周側(図1中上側)に設けた上記低圧タービンロータ11とを備えている。また、第1段の静翼14の内周側(図1中下側)には略円盤状の隔壁16が設けられ、この隔壁16により、最終段の動翼17をその外周側に設けた上記高圧タービンロータ8と低圧タービンロータ11とが分離されている。
In FIG. 1, the low-
低圧タービンロータ11は、第1段の動翼15を外周側に設けた第1段タービンディスク18と、この第1段タービンディスク18と上記負荷10(前述の図1参照)とを連結するスタブシャフト19とで構成され、このスタブシャフト19を内包するケーシング20が設けられている。また、低圧タービンロータ11は、ケーシング20に配設され、ラジアル荷重を受けるラジアル軸受21A,21Bを介して回転自在に支持されている。また、スタブシャフト19には、低圧タービンロータ11の軸方向(図1中左右方向)移動を制限するための略円輪状のスラストカラー22が設けられ、このスラストカラー22の軸方向両側(図1中左・右側)には、低圧タービンロータ11のスラスト荷重を受けるスラスト軸受23A,23Bが配設されている。
The low-
そして、静翼14は上記高圧タービン9からの燃焼ガス7bを加速し、この燃焼ガス7bにより動翼15を設けた低圧タービンロータ11が回転されるようになっている。また、動翼15を通過した燃焼ガス7cは、ディフューザ24等を介し、例えば浄化装置等に導かれた後、排出されている。
The
このとき、第1段の静翼14及び動翼15等は、燃焼ガス流路(ガスパス)25に配置されているため高温となる。そこで、図1中矢印26のように、圧縮機4から抽気した圧縮空気が冷却空気として上記タービンケーシングを介し第1段の静翼14内部に導入されて、静翼14を冷却するようになっている。
At this time, since the first stage
また、第1段タービンディスク18と隔壁16により第1キャビティ27が形成されており、第1段の静翼14からの空気の一部が供給孔28を介し第1キャビティ27に供給されている。これにより、第1キャビティ27の圧力が第1段の静翼14と第1段の動翼15との間のガスパス25の圧力よりわずかに高くなり、ガスパス25からの燃焼ガス7bの進入を防止するようになっている。
A first cavity 27 is formed by the first
また、第1段タービンディスク18とケーシング20により第2キャビティ29が形成されている。ここで、本実施形態の大きな特徴として、第2キャビティ29は、第1段タービンディスク18とケーシング20との間で協働するシール部(例えば、ラビリンスシール、ハニカムシール、ブラシシール等)30A,30Bを有し、これらシール部30A,30Bの間(言い換えれば、ガスパス側シール部30Aの内周側)に形成された内周側キャビティ29aと、ガスパス側シール部30Aの外周側に形成された外周側キャビティ29bとで構成されている。
A
そして、ケーシング20には内周側キャビティ29aに開口する導入孔31が設けられ、圧縮機4から抽気した圧縮空気が高圧空気供給経路32を介し内周側キャビティ29aに供給され、内周側キャビティ29aの圧力が第1キャビティ27の圧力より高くなるように調整されている。
The
また、外周側キャビティ29bは、シール部30Aからわずかに漏洩して高圧空気が導入され、その圧力が第1段の動翼15の下流側のガスパス25の圧力よりわずかに高くなり(ただし、外周側キャビティ29bの圧力は第1キャビティ27の圧力より低い)、ガスパス25からの燃焼ガス7cの進入を防止するようになっている。
Further, the outer
なお、以上において、第1キャビティ27は各請求項記載の第1の空間を構成し、内周側キャビティ29aは各請求項記載の第2の空間を構成する。また、圧縮機4及び高圧空気供給経路32は高圧空気供給手段を構成する。
In addition, in the above, the 1st cavity 27 comprises the 1st space of each claim, and the inner
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
2軸式ガスタービンの運転とともに、圧縮機4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3bを生成し、燃焼器5にて、この圧縮空気3bと燃料とを混合燃焼して燃焼ガス7aを生成する。そして、高圧タービン9にて、燃焼ガス7aにより、高圧タービンロータ8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12にて、高圧タービンを通過した燃焼ガス7bにより、低圧タービンロータ11が回転駆動されて負荷10を駆動する。
Along with the operation of the two-shaft gas turbine, the compressor 4 generates compressed
このとき、低圧タービン12内の燃焼ガス7b,7cの流れ方向における圧力差(上流側圧力>下流側圧力)により、低圧タービンロータ11の動翼15には下流側方向のスラスト荷重(前述の図1中矢印33で図示)が作用する。次に、本実施形態の作用を説明するための比較例による低圧タービンの詳細構造を表す部分断面図を図3に示す。この図3において、上記本発明の第1実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
At this time, due to the pressure difference in the flow direction of the
この図3において、ケーシング20には上記導入孔31が設けられず、また第2キャビテイ29には上記シール部30Aが設けられない。そして、第1及び第2キャビティ27,29の圧力は、ガスパス25からの燃焼ガス7b,7cの進入を防止するため、それぞれ対応するガスパス25より高圧としている。そのため、燃焼ガス7b,7cの圧力差に対応して、第1キャビティ27と第2キャビティ29との圧力差(第1キャビティ27の圧力>第2キャビティ29の圧力)が生じる。これにより、第1段タービンディスク18に作用する下流側方向のスラスト荷重(図3中矢印34で図示)が生じ、上述した燃焼ガス7b,7cの流れ方向における圧力差によって動翼15に作用する下流側方向のスラスト荷重と加算されて、低圧タービンロータ11のスラスト荷重が大きくなってしまう。
In FIG. 3, the
本実施形態においては、第2キャビティ29に高圧空気の漏洩を抑制するシール部30A,30Bを設け、これらシール部30A,30Bの間に形成された内周側キャビティ29aに高圧空気を供給し、内周側キャビティ29aの圧力が第1キャビティ27の圧力より高くなるように調整する。これにより、第1キャビティ27及び内周側キャビティ29aの圧力差によって第1段タービンディスク18に作用する上流側方向のスラスト荷重(前述の図1中矢印35で図示)が生じ、上述した燃焼ガス7b,7cの流れ方向における圧力差によって動翼15に作用する下流側方向のスラスト荷重と相殺するので、低圧タービンロータ11のスラスト荷重を低減することができる。このとき、ケーシング20に設けた導入孔31より内周側キャビティ29aに高圧空気を導入するので、例えば低圧タービンロータ11の上流側にバランスピストンを設けた構造のように、2軸式ガスタービン(詳細には、低圧タービンロータ11及びこれに関連する部品等)の軸方向寸法が大きくならず、燃焼ガス7bに晒されて高温となる被冷却部が増加することもない。したがって、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータ11のスラスト加重を低減することができる。
In the present embodiment, the
また、内周側キャビティ29aにシール部30A,30Bを設けるので、内周側キャビティ29aからの高圧空気の漏洩量を軽減し、内周側キャビティ29aへの高圧空気の供給量を低減することができ、熱効率が向上する。
Further, since the
また、低圧タービンロータ11のスラスト荷重の低減により、スラスト軸受23A,23Bを小型化することができ、製造コストが低減できる。また、スラスト軸受23A,23Bの小型化により、スラストカラー22の外形寸法を小さくすることが可能となり、スラスト軸受23A.23Bの焼付に対する信頼性を向上させることができる。また、スラスト軸受23A.23Bの小型化により軸受損失が減少するので、熱効率が向上する。
Further, by reducing the thrust load of the low-
また、本実施形態においては、内周側キャビティ29aに供給する圧縮空気の圧力を調整することにより、低圧タービンロータ11のスラスト荷重を調整することができる。これにより、2軸式ガスタービンの例えば起動、定格運転、トリップ等の運転状態に応じて、低圧タービンロータ11のスラスト荷重を調整して、スラスト軸受23A,23Bの信頼性を向上させることができる。
In the present embodiment, the thrust load of the low-
なお、上記第1実施形態においては、静翼14及び動翼15を1段落で構成した低圧タービン12を例に取って説明したが、これに限られず、例えば2段落以上の複数段落で構成してもよい。図4は、第1変形例による2段落で構成した低圧タービン12’の詳細構造を表す断面図である。この図4において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
In the first embodiment, the low-
本変形例において、低圧タービン12’は、複数段のシュラウド13に係合支持されて環状に設けた第1段及び第2段の静翼36a,36bと、これら静翼36a,36bのそれぞれ下流側(図4中右側)に環状に配置された第1段及び第2段の動翼37a,37bと、これら動翼37a,37bをその外周側(図4中上側)に設けた低圧タービンロータ38とを備えている。
In this modified example, the low-
低圧タービンロータ38は、第1段及び第2段の動翼36a,36bをそれぞれ外周側に設けた中実又は中空の第1段及び第2段タービンディスク39a,39bと、タービンディスク39a,39bの間に狭持されたスペーサ40と、第2段タービンディスク39bと上記負荷10とを連結するスタブシャフト41とを有し、これらタービンディスク39a,39b、スペーサ40、及びスタブシャフト41は、軸方向(図4中左右方向)に貫通した複数のスタッキングボルト42によって互いに固定保持されている。
The low-
そして、第1段タービンディスク39aと隔壁16とで第1キャビティ27’が形成され、第2段タービンディスク39b(及びスタブシャフト41のフランジ部41a)とケーシング20とで第2キャビティ29’が形成されている。この第2キャビティ29’は、上記第1実施形態同様、シール部30A,30Bを有し、これらシール部30A,30Bの間に形成された内周側キャビティ29a’と、ガスパス側シール部30Aの外周側に形成された外周側キャビティ29b’とで構成されている。
A first cavity 27 ′ is formed by the first
また、第1段タービンディスク39aとスペーサ40との間の内周側(図4中上側)には第3キャビテイ43が形成され、第2段タービンディスク39bとスペーサ40との間の内周側には第4キャビティ44が形成されている。これら第3及び第4キャビティ43,44の圧力は、ガスパス25からの燃焼ガス7bの進入を防止するため、それぞれ対応するガスパス25の圧力よりわずかに高くしている。これにより、第1キャビテイ27’、第3キャビティ43、第4キャビティ44、外周側キャビティ29b’の順で、圧力が低くなっている。
A third cavity 43 is formed on the inner peripheral side (upper side in FIG. 4) between the first
本変形例においても、上記第1実施形態同様、圧縮機4から抽気した高圧空気を導入孔31より内周側キャビティ29a’に導入し、内周側キャビティ29a’の圧力が第1キャビティ27’の圧力より高くなるように調整する。これにより、第1キャビティ27’と内周側キャビティ29a’との圧力差によって上流側方向のスラスト荷重(図4中矢印35’で図示)が生じるので、燃焼ガス7b,7cの流れ方向における圧力差によって動翼37a,37bに作用する下流側方向のスラスト荷重(図4中矢印33’で図示)と相殺して、低圧タービンロータ38のスラスト荷重を低減することができる。したがって、上記第1実施形態同様、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータ38のスラスト荷重を低減することができる。
Also in the present modification, as in the first embodiment, high-pressure air extracted from the compressor 4 is introduced into the inner
なお、上記第1実施形態及び上記第1変形例においては、高圧空気供給手段として、圧縮機4から抽気した圧縮空気を高圧空気供給経路32を介し供給する構成を例に取って説明したが、これに限られず、例えば別途用意した圧縮機及び送風機等を用いてもよい。この場合にも、上記同様の効果を得る。
In the first embodiment and the first modification, the high-pressure air supply unit has been described by taking as an example a configuration in which compressed air extracted from the compressor 4 is supplied via the high-pressure
第2実施形態を図5により説明する。本実施形態は、低圧タービンロータに連通孔を設けた実施形態である。 A second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which a communication hole is provided in a low-pressure turbine rotor.
図5は、本実施形態による低圧タービンの詳細構造を表す部分断面図である。この図5において、上記第1実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the detailed structure of the low-pressure turbine according to the present embodiment. In FIG. 5, parts that are the same as in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.
本実施形態においては、上記低圧タービンロータ11の上記第1段タービンディスク18には連通孔45が軸方向(図5中左右方向)に設けられ、この連通孔45により上記第1キャビティ27と上記内周側キャビティ29aを連通している。そして、図中矢印46で示すように、連通孔45を介し第1キャビティ27の高圧空気を内周側キャビティ29aに導入するとともに、シール部30A,30Bにより内周側キャビティ29aからの高圧空気の漏洩を抑制するので、内周側キャビティ29aの圧力が第1キャビティ27の圧力と略等しくなる。
In the present embodiment, the first
以上のように、本実施形態によれば、前述の図4に示した比較例における第1キャビティ27と第2キャビティ29との圧力差に比べ、内周側キャビティ29aの圧力が高くなったぶんだけ、その差圧を低減することができる。したがって、第1キャビティ27と第2キャビティ29との圧力差によって第1段タービンディスク18に作用する下流側方向のスラスト荷重を低減し、低圧タービンロータ11のスラスト荷重を低減することができる。
As described above, according to the present embodiment, only the pressure in the inner
また、低圧タービンロータ11に連通孔45を設けるだけなので、例えば低圧タービンロータ11の上流側にバランスピストンを設けた構造のように、軸方向寸法が大きくなることはない。また、上記第1実施形態に比べ、上記高圧空気供給経路32を設けないので、さらに構造を簡素化することができ、製造コストの低減が図れる。
Further, since the
なお、上記第2実施形態においては、静翼14及び動翼15を1段落で構成した低圧タービン12を例に取って説明したが、これに限られず、例えば2段落以上の複数段落で構成してもよい。図6は、第2変形例による2段落で構成した低圧タービン12’の詳細構造を表す断面図である。この図6において、上記第1変形例と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
In the second embodiment, the low-
本変形例においては、低圧タービンロータ38’の例えばスタッキングボルト42’の軸心に連通孔47が設けられ(または、上記タービンディスク39a,39b、上記スペーサ40、及び上記スタッキングボルト41の上記フランジ部41を軸方向に貫通するように連通孔47を設けてもよい)、この連通孔47により上記第1キャビティ27’と上記内周側キャビティ29a’を連通する。そして、図中矢印48で示すように、連通孔47を介し第1キャビティ27’の高圧空気を内周側キャビティ29a’に導入するとともに、シール部30A,30Bにより内周側キャビティ29a’の高圧空気の漏洩を抑制するので、内周側キャビティ29a’の圧力が第1キャビティ27’の圧力と略等しくなる。
In this modification, a communication hole 47 is provided in the shaft center of the low-
したがって、本変形例においても、上記第2実施形態同様、軸方向寸法を大きくすることなく、低圧タービンロータ38’のスラスト荷重を低減することができる。
Therefore, also in this modified example, the thrust load of the low-
3b 圧縮空気
4 圧縮機(高圧空気供給手段)
5 燃焼器
7a 燃焼ガス
7b 燃焼ガス
8 高圧タービンロータ
9 高圧タービン
10 負荷
11 低圧タービンロータ
12 低圧タービン
16 隔壁
18 第1段タービンディスク(初段タービンディスク、最終段タービンディスク)
20 ケーシング
27 第1キャビティ(第1の空間)
29a 内周側キャビティ(第2の空間)
30A シール部
30B シール部
31 導入孔
32 高圧空気供給経路(高圧空気供給手段)
38 低圧タービンロータ
39a 第1段タービンディスク(初段タービンディスク)
39b 第2段タービンディスク(最終段タービンディスク)
45 連通孔
47 連通孔
3b Compressed air 4 Compressor (High pressure air supply means)
5 Combustor
20 Casing 27 First cavity (first space)
29a Inner peripheral cavity (second space)
38 Low-
39b Second stage turbine disk (last stage turbine disk)
45 Communication hole 47 Communication hole
Claims (6)
前記低圧タービンは、前記低圧タービンロータの初段タービンディスクと前記隔壁により形成された第1の空間と、前記低圧タービンロータの最終段タービンディスクと前記低圧タービンロータのケーシングにより形成された第2の空間と、この第2の空間の圧力が前記第1の空間の圧力より高くなるように調整する第1の圧力調整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, and 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 two-shaft gas turbine having a low pressure turbine separated from the high pressure turbine rotor by a partition wall, connected to a load, and having a low pressure turbine rotor driven to rotate by the combustion gas from the high pressure turbine;
The low-pressure turbine includes a first space formed by a first-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor and the partition wall, and a second space formed by a final-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor and a casing of the low-pressure turbine rotor. And a first pressure adjusting means for adjusting the pressure in the second space so as to be higher than the pressure in the first space.
前記低圧タービンは、前記低圧タービンロータの初段タービンディスクと前記隔壁により形成された第1の空間と、前記低圧タービンロータの最終段タービンディスクと前記低圧タービンロータのケーシングにより形成された第2の空間と、この第2の空間の圧力が前記第1の空間の圧力と略等しくなるように調整する第2の圧力調整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, and 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 two-shaft gas turbine having a low pressure turbine separated from the high pressure turbine rotor by a partition wall, connected to a load, and having a low pressure turbine rotor driven to rotate by the combustion gas from the high pressure turbine;
The low-pressure turbine includes a first space formed by a first-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor and the partition wall, and a second space formed by a final-stage turbine disk of the low-pressure turbine rotor and a casing of the low-pressure turbine rotor. And a second pressure adjusting means for adjusting the pressure in the second space so as to be substantially equal to the pressure in the first space.
6. The two-shaft gas turbine according to claim 4, wherein the second pressure adjusting means further includes a communication hole provided in the low-pressure turbine rotor and communicating the first space and the second space. A two-shaft gas turbine characterized by the above.
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