JP2005233080A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】組立分解の作業を容易化することができるガスタービンを提供する。
【解決手段】圧縮機ケーシング１と、タービンケーシング２と、これら圧縮機ケーシング１及びタービンケーシング２の間に位置し、周方向に複数の燃焼器３を保持する吐出ケーシング４と、この吐出ケーシング４と一体的に構成され、この吐出ケーシング４のみに支持されたストラット５と、圧縮機８及びタービン９の間に設けられた圧縮機軸１０を軸受け支持するとともに、ストラット５により支持された軸受１１とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスタービンの軸受支持構造に関するものである。

一般にガスタービンにおいては、圧縮機とタービンとの間に回転軸を支持する軸受を配置することが多い（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００３−３１４２９９号公報

しかしながら、圧縮機とタービンの間の空間は、通常、その付近に燃焼器が配置されることから非常に狭隘である。また、この圧縮機とタービンの間の空間に軸受を配置する場合、狭隘な空間に軸受の給排油配管や軸受シール空気配管を配置しなければならない。このように、圧縮機とタービンの間に軸受を配置する場合、構造が複雑化することから、製作コストが嵩み、組立、分解にも時間がかかる。

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、組立分解の作業を容易化することができるガスタービンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のガスタービンは、燃焼器を保持する吐出ケーシングと一体構成され、当該吐出ケーシングのみに支持されたストラットで軸受を保持する。

本発明によれば、組立分解の作業を容易化することができ、軸受の信頼性、安定性を向上させることができる。

以下、本発明のガスタービンの一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は圧縮機とタービンとの間にて軸方向と直交する断面を表すガスタービンの断面図、図２は図１のII−II断面図、図３は図１のIII−III断面図、図４は図１のIV−IV断面図である。
これら図１〜図４において、本実施形態におけるガスタービンは、圧縮機ケーシング１と、タービンケーシング２と、これら圧縮機ケーシング１及びタービンケーシング２の間に位置し、周方向に複数の燃焼器３を保持する吐出ケーシング４と、この吐出ケーシング４と一体的に構成され、この吐出ケーシング４のみに支持された柱状のストラット５と、このストラット５により径方向外側から支持されたインナバレル６と、このインナバレル６により支持された軸受箱７と、圧縮機８及びタービン９の間に設けられた軸１０を軸受け支持するとともに、インナバレル６、軸受箱７を介してストラット５により支持された軸受１１とを備えている。

軸１０は、タービン９のタービン軸１２に対しスタッキングボルト１３によって締結され一体構成されている。なお、本実施形態において、圧縮機８とタービン９との間に設けられた軸１０が圧縮機軸である場合を図示したが（図２参照）、ガスタービンの構成によって、圧縮機８とタービン９との間の軸はタービン軸１２である場合も考えられるし、圧縮機８とタービン９の互いのロータを連結する連結軸である場合も考えられる。

軸１０を軸受け支持する軸受１１は、所定の間隙を介して軸受箱７により覆われており、この軸受箱７に対し支持部材１４を介して保持されている。軸受箱７は、上下に２分割された構成であり、所定の間隙を介してインナバレル６に覆われている。軸受箱７には、水平方向に延びる中心線上にフランジ部１５が設けられており、このフランジ部１５がインナバレル６の内周部に設けた係止部１６に支持され、ボルト１７によって締結されることによって、軸受箱７がインナバレル６に対し固定されている。インナバレル６も、軸受箱７と同様、上下に２分割された構成で、水平方向に延びる中心線上にフランジ部１８を備えており、このフランジ部１８をボルト１９で締結することによって、環状に形成されている。なお、インナバレル６と軸１０との間隙、軸受箱７と軸１０との間隙には、シール２０〜２３が設けられている。

ストラット５は、周方向に所定の間隔で複数本配置されており、吐出ケーシング４とインナバレル６とを連結している。本実施形態において、このストラット５は、吐出ケーシング４、インナバレル６とともに、鋳造等によって一体成形されている。但し、吐出ケーシング４、ストラット５、インナバレル６をそれぞれ別々に成形し、ボルト等で締結することにより一体構成しても良い。吐出ケーシング４は、圧縮機ケーシング１、タービンケーシング２に対し、ボルト２４，２５で締結されている。

このとき、ストラット５の形状等に特に限定はないが、ストラット５のインナバレル６との接合部の軸方向寸法Ｌ１は、軸受箱７の軸方向寸法Ｌ２よりも大きく設定することが、強度上好ましい。さらに好ましくは、図２に示したように、ストラット５の寸法Ｌ１の範囲内に軸受箱７が納まるようにし、ストラット５とインナバレル６との接合部が軸受箱７の軸方向長さを完全にカバーするようにする。また、必ずしもこの限りではないが、ストラット５の吐出ケーシング４との接合部の長手方向寸法Ｌ３は、燃焼器３の直径Ｄ（図３参照）よりも大きく設定し、燃焼器３の取付け部を完全にカバーすることが、やはり強度上好ましい。

また、本実施形態において、吐出ケーシング４には、周方向に一定間隔で偶数個（本例では１０個）の燃焼器３が保持されている（図１参照）。このように偶数個の燃焼器３を保持する場合には、そのうちの対向する２つが、図１に示した如く水平方向に延びる中心線上に位置するように、燃焼器３を周方向にほぼ等間隔で配置する。一方、仮に燃焼器３の缶数が奇数個である場合、そのうちの１つが、上半側において、鉛直方向に延びる中心線上に位置するように、燃焼器３を周方向にほぼ等間隔で配置する。

上記のように燃焼器３を配置することで、少なくとも下半側において、鉛直方向に延びる中心線上には障害物（燃焼器３）が存在しない状態となる。そこで、本実施形態においては、図１に示したように、軸受１１に対し潤滑油の給油、排油を行う給排油配管２６を軸受箱７に対して鉛直方向下側から接続し、軸受１１に対して潤滑油を鉛直方向下側から供給、排出するようにしてある。また、本実施形態においては、軸受シール空気導入用の導入配管２７と、軸受シール空気排出用の排気配管２８とを、タービンケーシング２の上半側に幅方向対称となる位置に設け、給排油配管２６、導入配管２７、排気配管２８を周方向にバランスさせて配置してある。なお、本実施形態では、導入配管２６、排気配管２８をそれぞれ独立して設けているが、給排油配管２６のように二重管構造として一体的に設け、例えばインナバレル６、軸受箱７に対し、鉛直方向上側から接続することにより、給排油配管２６と周方向にバランス配置しても良い。

以上のように構成された本実施形態のガスタービンにおいては、圧縮機８により吸い込まれた外気が圧縮されて、圧縮機主流を流れる圧縮空気３０が燃焼器３に供給され、燃焼器３によって圧縮空気を燃料とともに燃焼して精製した燃焼ガスをタービン９に供給することにより、タービン９にて軸動力が得られる。

ここで、従来のガスタービンにおける軸受支持構造を表す断面図を図５に、この図５のVI−VI断面図を図６に示す。但し、これら図５及び図６において、先の図１〜図４と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
従来のガスタービン軸受支持構造において、軸受１１を保持するストラット５０は、図５及び図６に示すように、一般にその上流端側が吐出ケーシング４に一体的に接続するとともに、下流側端部がタービンケーシング２に対しボルト５１で締結されていた。そのため、部品点数が多くなり、組み付けや分解、そしてタービンケーシング２とストラット５０のボルト穴の位置合わせ、ボルト５１の締め込み等の作業に煩わしい手間を要していた。

それに対し、本実施形態において、軸受箱７を保持するストラット５は、吐出ケーシング４、インナバレル６と一体構成となっており、また、吐出ケーシング４のみに支持されている。そのため、従来の軸受支持構造に比して部品点数が少なく、また、ストラット５をタービンケーシング２にボルト締結する必要がないので、ボルト穴の位置合わせ、ボルトの締め込み等の煩わしい作業を伴わず、組立、分解の作業を容易化することができる。よって、ガスタービンの製作やメンテナンスに要する時間を短縮することができ、製作やメンテナンスに要するコストを削減することができる。

また、通常のガスタービンでは、燃焼器を複数個用いる場合、燃焼器の個数は対称性の観点から一般に偶数個となる。また、ヘビーデューティー用のガスタービンでは、通常、ケーシングが上下に２分割される。そのため、従来構造では、水平方向に延びる中心線を避ける形で燃焼器３を配置するのが一般的で、結果的に、例えば図５に示すように、鉛直方向に延びる中心線上に燃焼器３が配置されていた。このような事情により、従来構造では、鉛直方向下側から給排油配管２６を接続することができず、例えば図５に示したように、給排油配管２６を傾斜させて設けていたので、十分な排油特性が得られない場合があった。

それに対し、本実施形態において、燃焼器３を前述した如く配置することにより、少なくとも下半側において、鉛直方向に延びる中心線上への燃焼器３の配置が回避されるので、図１に示したように、軸受１１の給排油配管２６を鉛直方向下側に接続することができる。これにより、軸受１１の潤滑油の供給及び排出を円滑化することができる。

また、ストラット５は燃焼器３の間に配置されるが、従来構造では、通常、水平方向に延びる中心線を避けて燃焼器３を上下対称にバランス配置していたので、結果的に、水平方向に延びる中心線上には、ストラット５が配置されていた。そのため、従来構造では、一般に、水平方向に延びる中心線上に位置するストラット５を、上下２分割構造とするか（図５参照）、若しくは上下いずれかのケーシング（例えばインナバレル６）に偏らせて接続していた。しかし、ストラット５を分割する場合、軸受支持構造の強度低下を招き、ロータの回転にアンバランスが生じ安定性を低下させる可能性があった。また、水平方向に延びるストラット５の周方向位置を若干ずらして上下いずれかのケーシングのみにストラット５を設ける場合は、各ストラット５の周方向間隔が一様でなくなるため、圧縮機８から燃焼器３へと流れる圧縮空気３０に偏流が発生し、各燃焼器３における燃焼状態にバラツキが生じることがあった。

これに対しても、本実施形態では、図１に示したように水平方向に延びる中心線上にストラット５が位置することがないので、ストラット５を分割構造としたり、ストラット５の位置をずらしたりする必要がない。したがって、ストラット５を周方向に均等配置することができるので、従来構造に比べて強度信頼性が高く、圧縮空気３０の偏流を抑制することができ、流体的な性能を向上させることもできる。また、本実施形態においては、潤滑油の給排油配管２６、シール空気の導入配管２７、排出配管２８も、図１に示すように周方向にバランス良く配置されているので、これによっても、圧縮機８から燃焼器３への圧縮空気３０に偏流が発生することを抑制し、各燃焼器３における燃焼状態を均一化することができ、より安定した運転が可能となる。

さらには、本実施形態によれば、ストラット５のインナバレル６との接合部の軸方向寸法Ｌ１を、軸受箱７の軸方向長さＬ２より大きくし、ストラット５が軸受箱７の軸方向長さを全てカバーする構造とし、なおかつ、ストラット５の吐出ケーシング４との接合部の長さ寸法Ｌ３を燃焼器３の直径Ｄ以上としてあるので、強度上、軸受箱７を十分に安定的に支持することができ、ロータの回転の安定性を向上させることができる。

なお、本発明における軸受支持構造は、一軸式ガスタービンにも、二軸式ガスタービンにも適用可能である。また、図２〜図４では、タービン９の初段動翼のディスクホイールに中心孔が図示されているが、タービンロータのディスクホイールの中心孔の有無に関係無く、圧縮機とタービンとの間の軸を支持する軸受を有するガスタービンであれば、その設計的態様とは無関係に本発明を適用することができる。これらの場合も、同様の効果を得ることができる。

本発明のガスタービンの一実施形態に備えられた圧縮機とタービンとの間にける軸方向と直交する断面を表す断面図である。 図１中のII−II断面による断面図である。 図１中のIII−III断面による断面図である。 図１中のIV−IV断面による断面図である。 従来のガスタービンにおける軸受支持構造を表す断面図である。 図５中のVI−VI断面による断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機ケーシング
２ タービンケーシング
３ 燃焼器
４ 吐出ケーシング
５ ストラット
６ インナバレル
７ 軸受箱
８ 圧縮機
９ タービン
１０ 圧縮機軸（軸）
１１ 軸受
２６ 軸受給排油配管
２７ 導入配管
２８ 排気配管
Ｄ 燃焼器の直径
Ｌ１ ストラットのインナバレルとの接合部の軸方向寸法
Ｌ２ 軸受箱の軸方向寸法
Ｌ３ ストラットの吐出ケーシングとの接合部の長手方向寸法

Claims (6)

1. 圧縮機ケーシングと、
   タービンケーシングと、
   これら圧縮機ケーシング及びタービンケーシングの間に位置し、周方向に複数の燃焼器を保持する吐出ケーシングと、
   この吐出ケーシングと一体的に構成され、この吐出ケーシングのみに支持されたストラットと、
   圧縮機及びタービンの間に設けられた軸を軸受け支持するとともに、前記ストラットにより支持された軸受と
   を備えたことを特徴とするガスタービン。
2. 圧縮機ケーシングと、
   タービンケーシングと、
   これら圧縮機ケーシング及びタービンケーシングの間に位置し、周方向に複数の燃焼器を保持する吐出ケーシングと、
   この吐出ケーシングと一体的に構成され、この吐出ケーシングのみに支持されたストラットと、
   このストラットにより径方向外側から支持されたインナバレルと、
   このインナバレルにより支持された軸受箱と、
   圧縮機及びタービンの間に設けられた軸を軸受け支持するとともに、前記インナバレル、前記軸受箱を介して前記ストラットにより支持された軸受と
   を備えたことを特徴とするガスタービン。
3. 請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記ストラットにより径方向外側から支持されたインナバレルと、このインナバレルにより支持された軸受箱とを備え、前記軸受は、これらインナバレル、軸受箱を介して前記ストラットにより支持されるとともに、前記ストラットの前記インナバレルとの接合部の軸方向寸法は、前記軸受箱の軸方向寸法よりも大きいことを特徴とするガスタービン。
4. 請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記ストラットの前記吐出ケーシングとの接合部の長手方向寸法は、前記燃焼器の直径よりも大きいことを特徴とするガスタービン。
5. 請求項１に記載のガスタービンにおいて、前記燃焼器を偶数個配置する場合、これら燃焼器をそのうちの２つが水平方向に延びる中心線上に位置するように周方向にほぼ等間隔で配置し、前記燃焼器を奇数個配置する場合、これら燃焼器をそのうちの１つが上半側にて鉛直方向に延びる中心線上に位置するように周方向にほぼ等間隔で配置したことを特徴とするガスタービン。
6. 請求項５に記載のガスタービンにおいて、前記軸受に対し鉛直方向下側から給油及び排油を行う給排油配管と、軸受シール空気導入用の導入配管と、軸受シール空気排出用の排気配管とを周方向にバランス配置したことを特徴とするガスタービン。
   

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