JPH1136803A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受の加熱を防止して、ガスタービンの安定
した運転を行なう。 【解決手段】 ケーシング７内にスタブシャフト１が配
置され、スタブシャフト１は軸受３によって回転自在に
支持されている。スタブシャフト１にはディスク１１，
１２，１３が保持されており、ディスク１１，１２，１
３の外周に動翼１４，１５，１６が固着されている。ス
タブシャフト１内に設けられた蒸気供給流路８から蒸気
が動翼１４，１５，１６側へ送られる。動翼１４，１５
を冷却して高温となった蒸気は、蒸気回収流路３５を経
て間隙３７内に入り、出口３８から蒸気回収口５へ排出
される。出口３５はディスク１１，１２，１３と軸受３
との間に設けられており、蒸気回収流路３５内の高温蒸
気によって軸受３が加熱されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却用蒸気を用いて
動翼を冷却する蒸気冷却方式のガスタービンに係り、と
りわけ軸受の加熱を効果的に防止することができるガス
タービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に発電用ガスタービンは回転自在に
設けられた動翼を備え、この動翼に燃焼器から排出され
る燃焼ガスを吹付けて動力を得ている。このようなター
ビンにおいて、効率向上のため燃焼器から排出される燃
焼ガス温度を上昇させている。このため、燃焼ガスを受
けて作動する動翼は高温にさらされることになる。そこ
で、従来の発電用ガスタービンでは、高温に耐える動翼
材質の開発が行われるととともに、動翼を冷却する技術
の開発が行われている。従来、動翼を冷却する技術とし
ては圧縮機から冷却用空気を動翼へ導入するものがあっ
たが、近年、蒸気を冷却に利用するガスタービンが開発
されている。このガスタービンの場合、冷却用蒸気は動
翼を冷却した後、動翼の外へ排出される。動翼から排出
されたガスは熱回収蒸気発生器で熱を回収されるが、冷
却蒸気が含まれているため発電効率の上昇はあまり期待
できない。

【０００３】そこで、冷却用蒸気をガスから分離して回
収することにより発電効率を上げる技術が提案されてい
る（特開平８−２７７７２５）。この技術は動翼保持用
シャフトを支持している軸受の近傍を冷却済の高温蒸気
が通るため軸受の機能を損なう恐れがあり、発電用ガス
タービンの安定運転に影響することが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】安定に運転することが
求められる発電用ガスタービンにおいて、軸受は発電用
ガスタービンの動翼等の自重を支えるだけでなく、動翼
保持用、シャフトが安定に回転するために重要な要素で
ある。この軸受が高温にさらされると軸受内に供給され
る潤滑油が損傷を受け、ひいては軸受金あるいはジャー
ナルが損傷を受け、ガスタービンを停止しなければなら
ないこともある。

【０００５】本発明の目的は発電用ガスタービンの効率
を落とさずに、かつ安定に運転するために冷却用蒸気を
動翼に供給することができ、かつこの冷却済蒸気を回収
するとともに軸受に影響を与えない構造を持ったガスタ
ービンを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、多段に設けら
れたノズルを有するケーシングと、ケーシング内に回転
自在に配置されるとともに軸受によって支持されたスタ
ブシャフトと、スタブシャフトにディスクを介して固着
されるとともに軸受から軸方向に離間して、多段のノズ
ル間に配置された動翼とを備え、前記スタブシャフト内
に冷却用蒸気供給流路を設けるとともに、この冷却用蒸
気供給流路から各動翼まで達する蒸気供給分岐路を設
け、各動翼からの蒸気を蒸気回収分岐路を経て蒸気回収
流路へ回収し、この蒸気回収流路の出口を軸方向に関し
て動翼と軸受との間に配置したことを特徴とするガスタ
ービンである。

【０００７】本発明によれば、蒸気供給流路によって供
給される蒸気は、蒸気供給分岐路を経て動翼に送られて
動翼を冷却する。動翼を冷却して高温となった蒸気は蒸
気回収分岐路を経て蒸気回収流路を通り、出口から外方
へ排出される。この場合、蒸気回収流路の出口は軸受と
動翼との間に位置しているので、動翼を冷却して高温と
なった蒸気回収流路内の蒸気が軸受を加熱することはな
い。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明によるガスタ
ービンの一実施の形態を示す図である。

【０００９】図１に示すように、ガスタービンは内面に
多段ノズル２１，２２，２３が設けられたケーシング７
と、ケーシング７内に配設され、ケーシング７内に配置
された軸受３によって回転自在に支持されたスタブシャ
フト１および中間軸２とを備えている。この場合、軸受
３はスタブシャフト１の軸方向に設けられている。

【００１０】またスタブシャフト１と中間軸２は、互い
に間で複数、例えば３段のディスク１１，１２，１３を
挟持するとともに、各ディスク１１，１２，１３は接合
部１０において高速回転体として密着接合されている。
さらにまた、各ディスク１１，１２，１３の外周には、
動翼１４，１５，１６が植設されている。このようにし
てスタブシャフト１、中間軸２、ディスク１１，１２，
１３および動翼１４，１５，１６によりタービンロータ
２０が構成されている。

【００１１】また、このようにして構成されたタービン
ロータ２０は、中間軸２を介して圧縮機ロータ（図示せ
ず）に連結されている。さらにまた、ケーシング７側の
ノズル２１，２２，２３と、タービンロータ２０側の動
翼１４，１５，１６は交互に配置されており、ノズル２
１，２２，２３と動翼１４，１５，１６との間にはガス
経路５０が形成されている。そして圧縮機（図示せず）
で圧縮された空気が燃焼器で燃焼されて高温、高圧の作
動ガスとなり、この作動ガスがガス流路５０内を膨張し
ながら流れることによって、タービンロータ２０が回転
する。

【００１２】次に冷却用蒸気の流路について説明する。

【００１３】動翼１４，１５，１６のうち初段及び２段
の動翼１４，１５を蒸気によって冷却するために、スタ
ブシャフト１内にはスタブシャフト１の軸端面に設けら
れた蒸気供給口４から延びた蒸気案内管６が設けられて
おり、この蒸気案内管６はスタブシャフト１からディス
ク１１，１２，１３側へ延びて蒸気供給流路８を形成し
ている。

【００１４】またディスク１１，１２，１３間には、接
合部１０より内周側に内側蒸気供給分岐路３１，３２が
形成され、各内側蒸気供給分岐路３１，３２はディスク
１１，１２，１３間に形成されるとともに接合部１０よ
り外周側に位置する外側蒸気供給分岐路３３，３４に流
路４５，４６を介して連通している。

【００１５】このうち内側蒸気供給分岐路３１，３２
は、蒸気案内管６に形成された開口６ａを介して蒸気供
給流路８に連通し、また外側蒸気供給分岐路３３，３４
はディスク１１，１２に設けられた流路４１，４３を介
して各動翼１４，１５に連通している。この場合、内側
蒸気供給分岐路３１，３２、流路４５，４６、外側蒸気
供給分岐路３３，３４および流路４１，４３によって蒸
気供給分岐路が構成されている。

【００１６】また、各動翼１４，１５にはディスク１
４，１５に設けられた流路４２，４４を介して蒸気回収
流路３５が連通しており、この蒸気回収流路３５はディ
スク１１，１２，１３の接合部１０近傍にスタブシャフ
ト１と平行して設けられている。この場合、流路４２，
４４によって、蒸気回収分岐路が構成されている。

【００１７】また、ディスク１３とスタブシャフト１と
の間には間隙３７が形成され、蒸気回収流路３５はこの
間隙３７に開口部３８を介して連通している。さらに、
間隙３７にはスタブシャフト１と平行に延びる蒸気回収
口５が、回収流路出口３８を介して連通している。

【００１８】なお、図１に示すように、蒸気回収流路３
５は、第２段および第３段ディスク１２，１３を貫通し
て初段ディスク１１内で閉止されており、また蒸気回収
流路出口３８はスタブシャフト１の第３段ディスク１３
側の斜面に形成されている。このため蒸気回収流路出口
３８は、スタブシャフト１の軸方向に関して動翼１４，
１５，１６を保持するディスク１１，１２，１３と、軸
受３との間に配置されている。

【００１９】また図１において、隙間３７、蒸気回収流
路出口３７および蒸気回収口５はスタブシャフト１の外
周に、スタブシャフト１を中心として複数個対象に設け
られている。さらに内側蒸気供給分岐路３１，３２は外
周に向ってその形状が徐々に拡大しており、また間隙３
７も外周へ向ってその形状が徐々に拡大している。

【００２０】次にこのような構成からなる本実施の形態
の作用について説明する。まず空気が燃焼器で燃焼され
て高温、高圧の作動ガスとなり、この作動ガスがガス流
路５０内を膨張しながら流れることによってタービンロ
ータ２０が回転する。

【００２１】この間、蒸気供給源（図示せず）から送ら
れた冷却用蒸気はスタブシャフト１の軸端に設けられた
蒸気供給口４に入り、さらに冷却用蒸気は蒸気供給口４
から蒸気案内管６内に形成された蒸気供給流路８を軸方
向に向って流れ、その後開口６ａを介して２系統に分流
する。

【００２２】第１の系統は初段動翼１４を冷却する冷却
用蒸気系統であって、蒸気供給流路８からの蒸気は開口
６ａから内側蒸気供給分岐路３１、流路４５、外側蒸気
供給分岐路３３、および流路４１を経て初段動翼１４に
供給されて動翼１４を冷却する。動翼１４を冷却した後
蒸気は流路４２を経て蒸気回収流路３５に流入する。

【００２３】第２の系統は２段動翼１５を冷却する冷却
用蒸気系統であって、蒸気供給流路８からの蒸気は開口
６ａから内側蒸気供給分岐路３２、流路４６、外側蒸気
供給分岐路および流路４３を経て２段動翼１５に供給さ
れる。２段動翼１６を冷却した後、蒸気は流路４４を経
て蒸気回収流路３５に流入し、第１系統の回収蒸気と合
流して蒸気回収流路３５内を流れる。蒸気回収流路３５
内の蒸気は冷却済の高温蒸気となっている。

【００２４】次に蒸気回収流路３５を通った蒸気は、開
口部３６を経て間隙３７に流入し、スタブシャフト１の
斜側面に設けられた蒸気回収流路出口３８から排出され
て蒸気回収口５によって回収される。

【００２５】以上のように本実施の形態によれば、先ず
ディスク１１，１２，１３の接合部１０近傍を貫通して
形成された蒸気供給流路８には低温の供給蒸気が流れる
ため、ディスク１１，１２，１３の接合部１０近傍の温
度を略供給蒸気の低温度に保持することができる。この
ため接合部１０の熱歪みや熱応力の発生が軽減し、ディ
スク１１，１２，１３を高速回転体として安定して維持
することができ、ディスク１１，１２，１３側の回転力
を円滑に動翼１４，１５，１６側へ伝達できる。さら
に、スタブシャフトを支持している軸受３の温度を極力
低温に保つ必要があるが、高温となった回収蒸気をディ
スク１１，１２，１３と軸受３との間に設けられた蒸気
回収流路出口３８から外側に排出するので、軸受３の温
度上昇を最小限に抑えることができる。以上のことか
ら、本実施の形態によればガスタービンの効率を落とす
ことなく、かつ安定に運転することができ、冷却用蒸気
を動翼１４，１５に供給し、かつこの蒸気を回収すると
ともに軸受３に影響を与えない構造を持つことができ
る。

【００２６】また、供給蒸気は内側蒸気供給分岐路３
１，３２、流路４５，４６、外側蒸気供給分岐路３３，
３４および流路４１，４３を経て動翼１４，１５に供給
され、回収蒸気は流路４２，４４から蒸気回収流路３５
を経て回収されるので、高温の燃焼ガスにさらされる動
翼１４，１５の内部に蒸気を通すことができ、このため
ガスタービンを安定に運転できる。

【００２７】なお、図１において冷却用蒸気は動翼１
４，１５の後縁を先に通過しているが、冷却用蒸気は動
翼１４，１５の前縁を先に通過してから後縁を通過する
ように動翼１４，１５に流路を形成することができる。
またガスタービンの低速回転中に蒸気供給流路８を通し
て空気供給源から乾燥空気を供給したり、別個に設けら
れた蒸気供給源から蒸気を供給してもよい。この場合は
タービン内を通った空気または蒸気を蒸気回収流路３５
から回収する。このように構成されたガスタービンによ
れば、ガスタービンが高速回転を始める前に、蒸気供給
系統８，３１，３２，４５，４６，３３，３５，４１，
４２あるいは蒸気回収系統４２，４４，３５内に残留し
た水分を外方へ排除することができる。また、供給され
る空気または蒸気が高温であればガスタービン内の蒸気
供給流路８を予熱することができるので、ガスタービン
が高速回転するときに供給される蒸気が蒸気供給流路８
を通るときにガスタービンによって冷却されることがな
く、蒸気が液化するのを防ぐことができる。

【００２８】すなわち蒸気供給系統８，３１，３２，４
５，４６，３３，３５，４１，４２内または蒸気回収系
統４２，４４，３５内に水分が残留しているとガスター
ビンの不釣り合いの原因になり振動を生じたり、場合に
よっては自励振動を生ずることもあるので、高速回転を
始める前にこれらの部分から残留水分を除去することに
より運転に支障をきたす原因を取り除くことができ、ガ
スタービンの安定運転が可能になる。

【００２９】次に図２および図３により本発明の第２の
実施の形態について説明する。図２および図３に示す第
２の実施の形態は、スタブシャフト１内に冷却用蒸気供
給流路８を形成する蒸気案内管６を設置するとともに、
スタブシャフト１内面と蒸気案内管６との間に空間５１
を形成し、さらに空間５１を閉止部材５２，５３によっ
て密閉したものである。

【００３０】図２および図３において、図１に示す第１
の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説
明は省略する。

【００３１】図２および図３において、蒸気案内管６と
スタブシャフト１の間に空間５１があるために、蒸気案
内管６内の蒸気供給流路８を通る冷却用蒸気から軸受３
への熱伝達が抑えられる。また、間隙３７内に流入する
高温の回収蒸気は閉止部材５３によって空間５１を通る
ことを妨げられるので、軸受３を加熱することなく蒸気
回収流路出口３８から蒸気回収口５へ導かれる。

【００３２】このため、スタブシャフト１の回転を支持
している軸受３の温度は極力低温に保たれ、蒸気の供給
に基づく軸受３の温度上昇を最小限に止めることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蒸気回収流路の出口が軸受と動翼との間に位置している
ので、動翼を冷却して高温となった蒸気回収流路内の蒸
気が軸受を加熱することはない。このためスタブシャフ
トを軸受によって安定して回転自在に支持することがで
きるので、ガスタービンの運転効率を向上させることが
できるとともに、安定したタービンの運転を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガスタービンの第１の実施の形態
を示す断面図。

【図２】本発明によるガスタービンの第２の実施の形態
を示す拡大断面図。

【図３】本発明によるガスタービンの第２の実施の形態
を示す軸受部分の断面図。

【符号の説明】

１ スタブシャフト ２ 中間軸 ３ 軸受 ４ 蒸気供給口 ５ 蒸気回収口 ６ 蒸気案内管 ７ ケーシング ８ 蒸気供給流路 １０ 接合部 １１，１２，１３ ディスク １４，１５，１６ 動翼 ２１，２２，２３ 静翼 ３１，３２ 内側蒸気回収分岐路 ３３，３４ 外側蒸気回収分岐路 ３５ 蒸気回収流路 ３７ 間隙 ３８ 蒸気回収流路出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 7/18 Ｆ０２Ｃ 7/18 Ａ (72)発明者 平 野 俊 夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多段に設けられたノズルを有するケーシン
   グと、 ケーシング内に回転自在に配置されるとともに軸受によ
   って支持されたスタブシャフトと、 スタブシャフトにディスクを介して固着されるとともに
   軸受から軸方向に離間して、多段のノズル間に配置され
   た動翼とを備え、 前記スタブシャフト内に冷却用蒸気供給流路を設けると
   ともに、この冷却用蒸気供給流路から各動翼まで達する
   蒸気供給分岐路を設け、 各動翼からの蒸気を蒸気回収分岐路を経て蒸気回収流路
   へ回収し、この蒸気回収流路の出口を軸方向に関して動
   翼と軸受との間に配置したことを特徴とするガスタービ
   ン。
2. 【請求項２】蒸気供給分岐路は冷却用蒸気供給流路に連
   通するとともにディスク間に形成された内側蒸気供給分
   岐路を有し、 この内側蒸気供給分岐路は外周に向ってその形状が拡大
   していることを特徴とする請求項１記載のガスタービ
   ン。
3. 【請求項３】各ディスクは接合部によって互いに接合さ
   れ、 蒸気回収流路は各ディスクの接合部近傍を貫通して軸方
   向に延びていることを特徴とする請求項１記載のガスタ
   ービン。
4. 【請求項４】蒸気回収流路はディスクとスタブシャフト
   との間に設けられた間隙を介して出口に連通し、 蒸気回収流路の出口は蒸気回収口に連通していることを
   特徴とする請求項１記載のガスタービン。
5. 【請求項５】冷却用蒸気供給流路はスタブシャフト内に
   設けられた蒸気案内管内に形成され、スタブシャフト内
   面と蒸気案内管との間に空間が形成されていることを特
   徴とする請求項１記載のガスタービン。
6. 【請求項６】冷却用蒸気供給流路には、蒸気供給源およ
   び乾燥空気供給源が各々接続されていることを特徴とす
   る請求項１記載のガスタービン。