KR101604939B1 - 가스 터빈 - Google Patents

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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 가스 터빈은, 로터 본체(6)의 하류측에 로터 본체(6)와는 비접촉으로 배치되고, 로터 본체(6)의 냉각 공기 주 통로(8a)로 냉각 공기를 보내는 냉각 공기 배관(19)과, 로터 본체(6)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(29)보다 하류측에 있어서 로터 본체(6)의 외주측에 환상으로 배치되어 있는 베어링 하류단 축 시일(27)과, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 누설된 냉각 공기(A1)를, 최종 동익단(9)을 통과한 연소 가스(G)가 흐르는 배기 유로(13)중으로 인도하는 누설 공기 회수 유로(30)가 형성되어 있는 회수 유로 부재를 구비한다.

Description

가스 터빈{GAS TURBINE}
본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로, 특히 가스 터빈 베어링 주위의 구조에 관한 것이다.
본원은 2012년 2월 23일자로 일본에 출원된 특허 출원 제 2012-037720 호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 인용한다.
가스 터빈은, 압축기와, 연소기와, 터빈을 구비하고 있다. 압축기는 외기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 연소기는 연료를 압축 공기에 혼합하여 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 터빈은 연소 가스에 의해 회전하는 로터를 갖는다. 로터는 일반적으로 로터 본체와, 복수의 동익단(動翼段)을 갖고 있다. 로터 본체는 회전축선과 평행한 축방향으로 연장되어 있다. 복수의 동익단은 이 로터 본체의 외주에 고정되고 축방향으로 나열하여 있다.
이러한 가스 터빈에서는, 고효율화에 수반하여, 터빈에 공급되는 연소 가스 온도가 매우 고온으로 되어가고 있다. 이 때문에, 많은 터빈 구성부품이 냉각되는 부품이며, 로터의 최종 동익단도 냉각되는 부품이다.
최종 동익단을 냉각하는 가스 터빈으로서는, 예를 들어 이하의 특허문헌 1에 개시되어 있는 것이 있다. 이러한 가스 터빈 로터 본체에는, 이 로터 본체의 하류단에서 개구되고, 축방향으로 연장되어 있는 냉각 공기 주 통로가 형성되어 있는 동시에, 이 냉각 공기 주 통로 내에 공급된 냉각 공기를 최종 동익단으로 인도하는 동익 냉각 공기로가 형성되어 있다. 로터 본체의 하류측에는, 이 로터 본체와 비접촉의 냉각 공기 배관이 배치되어 있다. 로터 본체의 냉각 공기 주 통로에는, 이 냉각 공기 배관을 거쳐서, 압축기로부터 추기(抽氣)된 압축 공기가 냉각 공기로서 공급된다. 즉, 이 가스 터빈에서는, 냉각 공기 배관 및 로터 본체를 거쳐서, 압축기로부터 추기된 압축 공기를 냉각 공기로서 최종 동익단으로 보내는 것에 의해, 이 최종 동익단을 냉각하고 있다.
그런데, 이 가스 터빈에서는, 로터 본체를 회전 가능하게 지지하는 베어링의 하류측에, 로터 본체의 외주측을 덮는 하류측 시일 보지 링을 마련하고, 이 하류측 시일 보지 링의 내주측에 축 시일을 마련하고 있다.
압축기로부터 추기된 압축 공기는 압축기중에서의 단열 압축에 의해 온도가 상승한다. 이 압축 공기의 온도는, 동익을 냉각하기 위해서는, 충분히 낮은 온도이지만, 로터 베어링에 있어서는 높은 온도이다. 이 때문에, 이 압축 공기에 로터 베어링이 노출되면, 이 베어링이 가열되어서 트러블이 생기는 일이 있다. 그래서, 이 가스 터빈에서는, 베어링의 하류측에 축 시일을 배치하여, 로터 본체와 냉각 공기 배관 사이의 간극으로부터, 압축기로부터 추기된 압축 공기의 일부가 베어링측으로 흐르는 것을 방지하고 있다.
국제 공개 제 2010/001655 호
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 전술한 바와 같이, 압축기로부터 추기된 압축 공기의 일부가 베어링측으로 흐르는 것을 방지하기 위해서 축 시일을 배치하고 있다. 그렇지만, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 이 축 시일로부터 베어링측으로 누출되는 압축 공기에 의해 베어링이 가열되어, 이 베어링에 트러블이 생길 우려가 있다는 문제점이 있다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해서, 로터 베어링이 가열되는 것을 방지할 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 가스 터빈은, 연소 가스에 의해 회전축선을 중심으로 하여 회전하는 로터와, 상기 로터의 하류측의 부분을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 구비하고 있는 가스 터빈으로서, 상기 로터는, 상기 로터의 상기 회전축선과 평행한 축방향으로 연장되어 있는 로터 본체와, 상기 로터 본체의 외주에 고정되고 상기 축방향으로 나열하여 있는 복수의 동익단을 갖고, 상기 로터 본체에는, 상기 로터 본체의 하류단에서 개구되고, 상기 축방향으로 연장되어 있는 냉각 공기 주 통로가 형성되고, 상기 로터 본체의 하류측에 상기 로터 본체와는 비접촉으로 배치되고, 상기 로터 본체의 상기 냉각 공기 주 통로에 냉각 공기를 보내는 냉각 공기 배관과, 상기 베어링보다 하류측에 있어서, 상기 로터 본체의 직경방향 외측에 환상으로 배치된 베어링 하류단 축 시일과, 상기 로터 본체의 하류단과 상기 냉각 공기 배관 사이로부터, 상기 로터 본체의 직경방향 외측을 경유하여 상기 베어링 하류단 축 시일에 도달하고, 상기 베어링 하류단 축 시일로부터 상기 베어링측으로 누설된 냉각 공기를, 복수의 상기 동익단 중 최종 동익단을 통과한 상기 연소 가스가 흐르는 배기 유로중으로 인도하는 누설 공기 회수 유로가 형성되어 있는 회수 유로 부재를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 가스 터빈에 있어서, 가스 터빈 압축기로부터 추기된 압축 공기가 냉각 공기로서 냉각 공기 배관으로 공급되게 한다. 이러한 냉각 공기는 냉각 공기 배관으로부터 로터 본체의 냉각 공기 주 통로를 통해서, 예를 들어 동익으로 인도되고, 이 동익을 냉각한다.
본 발명에 따른 가스 터빈에 있어서, 회전하는 로터와 회전하지 않는 냉각 공기 배관은 비접촉이기 때문에, 냉각 공기 배관으로부터 로터 본체의 냉각 공기 주 통로로 공급되는 냉각 공기의 일부는 로터 본체의 하류단으로부터 이 로터 본체의 외주측으로 돌아 들어간다. 압축기로부터 냉각 공기로서 추기된 압축 공기는, 동익을 냉각하기 위해서는, 충분히 낮은 온도이지만, 로터 베어링에 있어서는 높은 온도이다. 이 때문에, 이 냉각 공기에 베어링이 노출되면, 이 베어링이 가열되어, 이 베어링에 트러블이 생긴다.
따라서, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 베어링보다 하류측에 베어링 하류단 축 시일을 마련함으로써, 로터 본체의 외주측으로 돌아 들어간 냉각 공기가 베어링측으로 흐르는 것을 방지하고 있다. 그렇지만, 베어링 하류단 축 시일과 같이, 회전물과 정지물 사이의 시일에서는, 양자간을 완전히 시일할 수 없어, 시일 누설이 존재한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 베어링 하류단 축 시일로부터 베어링측으로, 냉각 공기의 일부가 누출되어 버린다.
그래서, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 누설 공기 회수 유로를 형성하여, 최종 동익단을 통과한 연소 가스가 흐르는 배기 유로중에 베어링 하류단 축 시일로부터 베어링측으로 누출된 냉각 공기의 일부인 누설된 냉각 공기를 인도하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 압축기로부터 냉각 공기로서 추기된 압축 공기에 의해 베어링이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 상기 가스 터빈에 있어서, 상기 최종 동익단의 하류측에 배치되고, 상기 회전축선을 중심으로 하여 통형상을 이루는 외측 디퓨저(diffuser)와, 상기 회전축선을 중심으로 하여 통형상을 이루고, 상기 외측 디퓨저의 직경방향 내측에서 또한 상기 로터 본체의 직경방향 외측에 배치되어, 상기 외측 디퓨저와의 사이에 상기 배기 유로가 형성된 내측 디퓨저를 구비하며, 상기 누설 공기 회수 유로는 상기 내측 디퓨저의 직경방향 내측으로부터 상기 배기 유로 내로 상기 누설된 냉각 공기를 인도하는 것이어도 좋다.
본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 외측 디퓨저의 직경방향 외측으로부터 배기 유로중으로 누설된 냉각 공기를 배출하는 유로보다, 누설 공기 회수 유로를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 장치 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 누설 공기 회수 유로가 짧아짐으로써, 이 유로를 통과하는 냉각 공기의 압력 손실이 적어진다. 이 때문에, 압축기로부터 추기하는 냉각 공기로서의 압축 공기의 압력을 높이지 않아도, 베어링 하류단 축 시일로부터 누설된 냉각 공기를 회수할 수 있다.
또한, 상기 가스 터빈에 있어서, 상기 누설 공기 회수 유로는 상기 내측 디퓨저의 상류측으로 상기 누설된 냉각 공기를 인도하는 것이어도 좋다.
가스 터빈에 있어서, 배기 유로중에서, 최종 동익단의 하류측에 있어서 내측 디퓨저의 상류측의 위치, 즉 배기 유로의 입구부의 압력[정압(靜壓)]은 약간 부압(負壓)이다. 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 이 배기 유로중의 입구부에, 베어링 하류단 축 시일로부터 베어링측으로 누출된 냉각 공기를 배출하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 베어링 하류단 축 시일로부터 베어링측으로 누출된 냉각 공기를 회수하기 위해서, 압축기로부터 냉각 공기로서 추기하는 압축 공기의 압력을 높이지 않아도, 이러한 누출된 냉각 공기를 회수할 수 있다.
또한, 상기 가스 터빈에 있어서, 상기 회전축선을 중심으로 하여 통형상을 이루고, 상기 로터 본체의 상기 베어링보다 하류측의 부분을 덮고, 직경방향 내측에 상기 베어링 하류단 축 시일이 장착되어 있는 하류측 시일 보지 링과, 상기 하류측 시일 보지 링의 직경방향 내측에 있어서, 상기 베어링보다 하류측에서 또한 상기 베어링 하류단 축 시일보다 상류측에 장착되어 있는 베어링 부근 하류측 축 시일을 구비하며, 상기 하류측 시일 보지 링에는, 상기 축방향에 있어서의 상기 베어링 하류단 축 시일과 상기 베어링 부근 하류측 축 시일 사이의 위치에, 직경방향 내측으로부터 직경방향 외측으로 관통하는 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍이 상기 누설 공기 회수 유로의 일부를 구성해도 좋다. 이러한 경우, 상기 회수 유로 부재는 상기 하류측 시일 보지 링의 상기 관통 구멍과 연통하는 유로가 형성되어 있는 누설 공기 회수 배관을 갖고 있어도 좋다.
본 발명에 따른 가스 터빈에서는, 베어링보다 하류측에서 또한 베어링 하류단 축 시일보다 상류측에 베어링 부근 하류측 축 시일이 마련되고, 더욱이 베어링 하류단 축 시일로부터 누출된 냉각 공기가 베어링 부근 하류측 축 시일의 하류측에서 누설 공기 회수 유로로 흘러 들어간다. 이 때문에, 이러한 누출된 냉각 공기가 베어링으로 흘러 들어가는 것을 거의 완전하게 방지할 수 있다.
본 발명에서는, 압축기로부터 냉각 공기로서 추기된 압축 공기에 의해 베어링이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 주요부 절결 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 주요부 단면도,
도 3은 도 2에 있어서의 베어링 주위의 확대도,
도 4는 도 2에 있어서의 IV-IV선 단면도.
이하, 본 발명에 따른 가스 터빈의 일 실시형태에 대해서, 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기(1)와, 복수의 연소기(2)와, 터빈(3)을 구비하고 있다. 압축기(1)는 외기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 복수의 연소기(2)는 연료 공급원으로부터의 연료를 압축 공기에 혼합하여 연소시켜서 연소 가스를 생성한다. 터빈(3)은 연소 가스에 의해 구동한다.
터빈(3)은 케이싱(4)과, 이 케이싱(4) 내에서 회전하는 터빈 로터(5)를 구비하고 있다. 이 터빈 로터(5)는 예를 들어 이 터빈 로터(5)의 회전으로 발전하는 발전기(도시되지 않음)와 접속되어 있다. 복수의 연소기(2)는 터빈 로터(5)의 회전축선(Ar)을 중심으로 하여, 둘레방향(Dc)으로 서로 등간격으로 케이싱(4)에 고정되어 있다. 또한, 이하에서는, 회전축선(Ar)과 평행한 방향을 축방향(Da)이라고 하고, 회전축선(Ar)에 대한 직경방향을 단지 직경방향(Dr)이라고 한다. 또한, 축방향(Da)에 있어서, 터빈(3)을 기준으로 하여 압축기(1)측을 상류측, 압축기(1)를 기준으로 하여 터빈(3)측을 하류측이라고 한다.
터빈 로터(5)는 로터 본체(6)와, 복수의 동익단(9)을 갖고 있다. 로터 본체(6)는 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 축방향(Da)으로 연장되어 있다. 복수의 동익단(9)은 로터 본체(6)의 외주에 고정되고 축방향(Da)으로 나열하여 있다. 로터 본체(6)는 복수의 로터 디스크(7)와, 축부(8)를 갖고 있다. 복수의 로터 디스크(7)는 축방향(Da)으로 나열하여 서로 접속되어 있다. 축부(8)는 최하류의 로터 디스크(7)에 고정되고, 축방향(Da)으로 연장되어 있다. 1개의 로터 디스크(7)의 외주에는, 1개의 동익단(9)이 고정되어 있다. 동익단(9)은 로터 디스크(7)의 둘레방향으로 나열하여 고정되어 있는 복수의 동익(9m)을 갖고 있다. 동익(9m)은 동익 본체(9a)와, 플랫폼(9b)과, 익근(翼根)을 갖고 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 동익 본체(9a)는 직경방향(Dr)으로 연장되어 있다. 플랫폼(9b)은 이 동익 본체(9a)의 직경방향 내측 단부에 형성되어 있다. 익근(도시되지 않음)은 플랫폼(9b)으로부터 직경방향 내측을 향해서 연장되어 있다. 동익(9m)은 그 익근이 로터 디스크(7)에 끼워넣어져서, 이 로터 디스크(7)에 고정되어 있다. 축부(8)는 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 원주형상을 이루고, 최종단의 로터 디스크(7)의 하류측에 마련되어 있다.
케이싱(4)은 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 원통형상을 이루고, 최종단의 동익(9m)보다 하류측에 배치되어 있는 배기실 벽(10)을 갖고 있다. 배기실 벽(10)의 직경방향 내측에는, 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 원통형상의 외측 디퓨저(11) 및 내측 디퓨저(12)가 배치되어 있다. 외측 디퓨저(11)는 배기실 벽(10)의 내주면을 따라 마련되어 있다. 내측 디퓨저(12)는 외측 디퓨저(11)의 직경방향 내측에 간격을 두고서 배치되어 있다. 외측 디퓨저(11)와 내측 디퓨저(12) 사이에는, 터빈 로터(5)를 회전시키기 위해 사용된 연소 가스(G)의 배기 유로(13)가 형성된다.
내측 디퓨저(12)의 직경방향 내측에는, 베어링(29)과, 베어링 상자(20)가 마련되어 있다. 베어링(29)은 터빈 로터(5)의 축부(8)를 회전 가능하게 지지한다. 베어링 상자(20)는 이 베어링(29)의 외주측을 덮는 동시에 이 베어링(29)을 지지한다. 베어링 상자(20)의 상류단에는, 상류측 시일 보지 링(22)이 고정되고, 베어링 상자(20)의 하류단에는, 하류측 시일 보지 링(26)이 고정되어 있다.
배기실 벽(10)과 베어링 상자(20)는 외측 디퓨저(11) 및 내측 디퓨저(12)를 관통하는 스트러트(strut)(15)에 의해 연결되어 있다. 이러한 스트러트(15)는, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 터빈 로터(5)의 탄젠셜(접선) 방향으로 연장되어 있고, 이러한 연장방향(De)을 따라 스트러트 커버(14)로 덮여 있다. 이러한 스트러트 커버(14)의 연장방향(De)의 일단부는 외측 디퓨저(11)에 장착되고, 타단부는 내측 디퓨저(12)에 장착되어 있다.
로터 본체(6)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 축방향(Da)으로 연장되는 냉각 공기 주 통로(8a)가 형성되어 있다. 이러한 냉각 공기 주 통로(8a)는 로터 본체(6)의 하류단에서 개구되어 있다. 로터 본체(6)의 하류단(6a)에는, 로터 본체(6)와 축방향(Da)으로 간격을 두고서 로터 밀봉 플랜지(18)가 배치되어 있다. 이러한 로터 밀봉 플랜지(18)는 그 외주측 부분에서 하류측 시일 보지 링(26)에 고정되어 있다. 이 로터 밀봉 플랜지(18)에는, 냉각 공기 배관(19)이 고정되어 있다. 이 냉각 공기 배관(19)과 터빈 로터(5)의 냉각 공기 주 통로(8a)는 연통하여 있다.
상류측 시일 보지 링(22)은 시일 보지부(22a)와, 공간 칸막이부(22b)를 갖고 있다. 시일 보지부(22a)는, 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 원판형상을 이루고, 터빈 로터(5)의 축부(8)로부터 베어링 상류단 축 시일(23)을 사이에 두고서 직경방향 외측을 향해서 형성되어 있다. 공간 칸막이부(22b)는, 회전축선(Ar)을 중심으로 하여 원통형상을 이루고, 시일 보지부(22a)의 직경방향 외측 단부에서 상류측을 향해서 연장되어 있다. 원통형상의 공간 칸막이부(22b)는 로터 본체(6)의 외주면으로부터 직경방향 외측으로 공간을 갖고서 배치되어 있는 동시에, 내측 디퓨저(12)의 내주면으로부터 직경방향 내측으로 공간을 갖고서 배치되어 있다. 또한, 이 공간 칸막이부(22b)의 상류단은 최종단의 로터 디스크(7)로부터 축방향(Da)으로 공간을 갖고서 배치되어 있다. 상류측 시일 보지 링(22)에 있어서의 시일 보지부(22a)의 직경방향 내측에는, 베어링 상류단 축 시일(23)이 마련되어 있다. 또한, 베어링 상자(20)의 상류단부의 직경방향 내측에는, 복수의 베어링 부근 상류측 축 시일(24)이 마련되어 있다.
상류측 시일 보지 링(22)의 시일 보지부(22a)와 최종단의 로터 디스크(7)의 축방향(Da) 사이에 있어서, 상류측 시일 보지 링(22)의 공간 칸막이부(22b)와 로터 본체(6)의 외주측의 직경방향(Dr) 사이의 공간은 누설 공기 배출 유로(32)이다. 이러한 누설 공기 배출 유로(32)는 최종단의 동익(9m)의 플랫폼(9b)에 있어서의 하류단과, 내측 디퓨저(12)에 있어서의 상류단 사이의 공간을 거쳐서 배기 유로(13)와 연통하여 있다.
하류측 시일 보지 링(26)의 직경방향 내측에는, 복수의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)과 베어링 하류단 축 시일(27)이 마련되어 있다. 복수의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)은 베어링 하류단 축 시일(27)보다 베어링(29)측, 즉 상류측에 위치하고 있다. 이러한 하류측 시일 보지 링(26)에는, 복수의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)과 베어링 하류단 축 시일(27)의 축방향(Da) 사이의 위치에, 직경방향 내측으로부터 직경방향 외측으로 관통하는 제 1 관통 구멍(26a)이 형성되어 있다. 또한, 이 하류측 시일 보지 링(26)에는, 복수의 베어링 부근 하류측 축 시일(28) 중에서, 최상류측의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)과 최하류측의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)의 축방향(Da) 사이의 위치에, 직경방향 내측으로부터 직경방향 외측으로 관통하는 제 2 관통 구멍(26b)이 형성되어 있다.
하류측 시일 보지 링(26)의 제 1 관통 구멍(26a)의 위치에는, 누설 공기 회수 배관(31)의 제 1 단부가 접속되어 있다. 이 누설 공기 회수 배관(31)의 제 2 단부는 상류측 시일 보지 링(22)의 시일 보지부(22a)에 접속되어 있다. 이러한 누설 공기 회수 배관(31)은 하류측 시일 보지 링(26)의 제 1 관통 구멍(26a) 내의 유로와 전술한 누설 공기 배출 유로(32)를 연통시키는 유로를 형성하는 배관이다. 본 실시형태에서는, 하류측 시일 보지 링(26)의 제 1 관통 구멍(26a) 내의 유로, 누설 공기 회수 배관(31) 내의 유로, 누설 공기 배출 유로(32)에 의해, 누설 공기 회수 유로(30)를 형성하고 있다. 따라서, 이 누설 공기 회수 유로(30)를 형성하는 회수 유로 부재(40)는 제 1 관통 구멍(26a)이 형성되어 있는 하류측 시일 보지 링(26)과, 누설 공기 회수 배관(31)과, 누설 공기 배출 유로(32)를 형성하는 터빈 로터(5) 및 상류측 시일 보지 링(22)을 갖고서 구성되어 있다.
하류측 시일 보지 링(26)의 제 2 관통 구멍(26b)의 위치에는, 축 시일 공기 배관(35)의 제 1 단부가 접속되어 있다. 이 축 시일 공기 배관(35)의 제 2 단부는 도시되어 있지 않는 축 시일 공기 공급원에 접속되어 있다.
다음에, 이상에서 설명한 가스 터빈에 있어서의 각종 공기의 흐름에 대해서 도 2를 이용하여 설명한다.
터빈 로터(5)의 하류측에 배치되어 있는 냉각 공기 배관(19)에는, 예를 들어 압축기(1)로부터 추기된 200℃ 정도로 수 킬로평방센티미터의 압축 공기가 냉각 공기(A1)로서 공급된다. 이러한 냉각 공기(A1)는, 회전하는 터빈 로터(5)의 냉각 공기 주 통로(8a) 내에 흘러 들어가고, 더욱이 동익 냉각 공기로를 경유하여 동익(9m) 등을 냉각한다. 또한, 축 시일 공기 배관(35)에는, 압축기(1)로부터 추기된 냉각 공기(A1)보다 온도 및 압력이 낮은 축 시일 공기(A2)가 축 시일 공기 공급원으로부터 공급된다. 이러한 축 시일 공기(A2)는 하류측 시일 보지 링(26)의 제 2 관통 구멍(26b)으로부터, 하류측 시일 보지 링(26)의 내주측과 터빈 로터(5)의 축부(8)의 외주측 사이에 있어서, 최상류측의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)과 최하류측의 베어링 부근 하류측 축 시일(28) 사이의 위치에 공급된다. 또한, 축 시일 공기(A2)는 하류측 시일 보지 링(26)의 내주측과 터빈 로터(5)의 축부(8)의 외주측 사이의 시일용 공기로서 이용된다.
회전하지 않는 냉각 공기 배관(19), 냉각 공기 배관(19)이 고정되어 있는 로터 밀봉 플랜지(18), 더욱이 로터 밀봉 플랜지(18)에 고정되어 있는 하류측 시일 보지 링(26)에 대하여, 회전하는 터빈 로터(5)와는 비접촉이다. 이 때문에, 냉각 공기 배관(19)으로부터 터빈 로터(5)의 냉각 공기 주 통로(8a)로 공급되는 냉각 공기(A1) 중 일부는 터빈 로터(5)의 축부(8)의 하류단으로부터 이 축부(8)의 외주측으로 돌아 들어간다. 이 냉각 공기(A1)는 동익(9m)을 냉각하기 위해서는 충분히 낮은 온도이지만, 터빈 로터(5)의 베어링(29)에 있어서는 높은 온도이다. 이 때문에, 이 냉각 공기(A1)에 터빈 로터(5)의 베어링(29)이 노출되면, 이 베어링(29)이 가열되어, 예를 들어 베어링(29) 내의 오일이 탄화하는 등의 트러블이 생긴다.
따라서, 본 실시형태에서는, 베어링 하류단 축 시일(27)을 마련함으로써, 터빈 로터(5)의 축부(8)의 외주측으로 돌아 들어간 냉각 공기(A1)가 베어링(29)측으로 흐르는 것을 방지하고 있다. 그렇지만, 베어링 하류단 축 시일(27)과 같이, 회전물[터빈 로터(5)]과 정지물 사이의 시일에서는, 양자간을 완전히 시일할 수 없어, 시일 누설이 발생한다. 이 때문에, 본 실시형태에서도, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 냉각 공기(A1)의 일부가 누출되어버린다. 이러한 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 누출된 냉각 공기(A1)를 단지 하류측 시일 보지 링(26)의 직경방향 외측으로 배출해버리면, 이 냉각 공기(A1)에 의해 베어링 상자(20)를 거쳐서 베어링(29)이 가열되어버린다.
그래서, 본 실시형태에서는, 복수의 베어링 부근 하류측 축 시일(28)과 베어링 하류단 축 시일(27) 사이의 공간과 배기 유로(13)를 연통시키는 누설 공기 회수 유로(30)가 형성된다. 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 누출된 냉각 공기(A1)는 누설 공기 회수 유로(30)를 거쳐서 배기 유로(13)로 배출됨으로써, 누출된 냉각 공기(A1)에 의해 베어링 상자(20) 및 베어링(29)이 가열되는 것을 방지하고 있다.
그런데, 배기 유로(13) 중에서, 최종단의 동익(9m)의 하류측에 있어서 내측 디퓨저(12)의 상류측의 위치, 즉 배기 유로(13)의 입구부의 압력(정압)은 약간 부압이다. 본 실시형태에서는, 이 배기 유로(13) 중의 입구부에, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 누출된 냉각 공기(A1)를 배출하고 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 누출된 냉각 공기(A1)를 회수하기 위해서, 압축기(1)로부터 냉각 공기(A1)로서 추기하는 압축 공기의 압력을 높이지 않아도, 배기 유로(13)의 입구부의 압력(정압)이 약간 부압이므로, 이러한 누출된 냉각 공기(A1)를 회수할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 베어링(29)측으로 누출된 냉각 공기(A1)를 내측 디퓨저(12)의 직경방향 내측으로부터 배기 유로(13) 중으로 배출하고 있기 때문에, 냉각 공기를 외측 디퓨저(11)의 직경방향 외측으로부터 배기 유로(13) 중으로 배출하는 유로보다, 누설 공기 회수 유로(30)를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 누설 공기 회수 유로(30)의 일부를 형성하는 누설 공기 회수 배관(31)을 짧게 할 수 있어, 장치 비용을 억제할 수 있다. 더욱이, 누설 공기 회수 유로(30)가 짧아짐으로써, 이 유로(30)를 통과하는 냉각 공기(A1)의 압력 손실이 적어진다. 이 때문에, 압축기(1)로부터 추기하는 냉각 공기(A1)로서의 압축 공기의 압력을 높이지 않아도, 베어링 하류단 축 시일(27)로부터 누출된 냉각 공기(A1)를 회수할 수 있다.
또한, 도 4에는, 누설 공기 회수 배관(31) 및 축 시일 공기 배관(35)이 1개씩밖에 도시되어 있지 않지만, 이들 누설 공기 회수 배관(31) 및 축 시일 공기 배관(35)을 둘레방향으로 복수 마련해도 좋다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에서는, 압축기로부터 냉각 공기로서 추기된 압축 공기에 의해 베어링이 가열되는 것을 방지할 수 있다.
1 : 압축기 2 : 연소기
3 : 터빈 4 : 케이싱
5 : 터빈 로터 6 : 로터 본체
7 : 로터 디스크 8 : 축부
8a : 냉각 공기 주 통로 9 : 동익단
9m : 동익 10 : 배기실 벽
11 : 외측 디퓨저 12 : 내측 디퓨저
13 : 배기 유로 14 : 스트러트 커버
15 : 스트러트 19 : 냉각 공기 배관
20 : 베어링 상자 22 : 상류측 시일 보지 링
23 : 베어링 상류단 축 시일 24 : 베어링 부근 상류측 축 시일
26 : 하류측 시일 보지 링 26a : 제 1 관통 구멍
26b : 제 2 관통 구멍 27 : 베어링 하류단 축 시일
28 : 베어링 부근 하류측 축 시일 29 : 베어링
30 : 누설 공기 회수 유로 31 : 누설 공기 회수 배관
32 : 누설 공기 배출 유로 35 : 축 시일 공기 배관
40 : 회수 유로 부재

Claims (5)

  1. 연소 가스에 의해 회전축선을 중심으로 하여 회전하는 로터와, 상기 로터의 하류측의 부분을 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 베어링의 외주를 덮어서 상기 베어링을 지지하는 베어링 상자를 구비하고 있는 가스 터빈에 있어서,
    상기 로터는, 상기 회전축선을 중심으로 하여 상기 회전축선과 평행한 축방향으로 연장되어 있는 로터 본체와, 상기 로터 본체의 외주에 고정되고 상기 축방향으로 나열하여 있는 복수의 동익단을 갖고, 상기 로터 본체에는, 상기 로터 본체의 하류단에서 개구되고, 상기 축방향으로 연장되어 있는 냉각 공기 주 통로가 형성되고,
    상기 로터 본체의 하류측에 상기 로터 본체와는 비접촉으로 배치되고, 상기 로터 본체의 상기 냉각 공기 주 통로로 냉각 공기를 보내는 냉각 공기 배관과,
    상기 베어링 상자에 고정되며, 상기 로터 본체의 상기 베어링보다 하류측의 부분을 덮는 하류측 시일 보지 링과,
    상기 베어링보다 하류측으로서, 상기 로터 본체의 직경방향 외측에 환상으로 배치되며, 상기 하류측 시일 보지 링의 직경방향 내측에 장착되어 있는 베어링 하류단 축 시일과,
    상기 베어링보다 하류측이며 또한 상기 베어링 하류단 축 시일보다 상류측에 배치되며, 상기 하류측 시일 보지 링의 직경방향 내측에 장착되어 있는 베어링 부근 하류측 축 시일과,
    상기 로터 본체의 하류단과 상기 냉각 공기 배관 사이로부터, 상기 로터 본체의 직경방향 외측을 경유하여 상기 베어링 하류단 축 시일에 도달하고, 상기 베어링 하류단 축 시일로부터 상기 베어링측으로 누설된 냉각 공기를, 상기 동익단을 통과한 상기 연소 가스가 흐르는 배기 유로 중으로 인도하는 누설 공기 회수 유로가 형성되어 있는 회수 유로 부재를 구비하고,
    상기 하류측 시일 보지 링에는, 상기 축방향에 있어서의 상기 베어링 하류단 축 시일과 상기 베어링 부근 하류측 축 시일 사이의 위치에, 직경방향 내측으로부터 직경방향 외측으로 관통하는 제 1 관통 구멍이 형성되어 있는 동시에, 상기 베어링 부근 하류측 축 시일의 최하류측보다 상류측이며 상기 베어링보다 하류측의 위치에, 직경방향 내측으로부터 직경방향 외측으로 관통하는 제 2 관통 구멍이 형성되고,
    상기 제 1 관통 구멍에는 상기 회수 유로 부재의 일부가 접속되고,
    상기 제 2 관통 구멍에는, 축 시일 공기원으로부터의 축 시일 공기를 상기 하류측 시일 보지 링의 직경방향 내측으로 공급하는 축 시일 공기 배관이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 동익단 중 가장 하류측인 최종 동익단의 하류측에 배치되고, 상기 회전축선을 중심으로 하여 통형상을 이루는 외측 디퓨저와,
    상기 회전축선을 중심으로 하여 통형상을 이루고, 상기 외측 디퓨저의 직경방향 내측이며 또한 상기 로터 본체의 직경방향 외측에 배치되어, 상기 외측 디퓨저와의 사이에 상기 배기 유로가 형성된 내측 디퓨저를 구비하며,
    상기 누설 공기 회수 유로는 상기 내측 디퓨저의 직경방향 내측으로부터 상기 배기 유로 내로 누설된 냉각 공기를 인도하는
    가스 터빈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 누설 공기 회수 유로는 상기 내측 디퓨저의 상류측으로 누설된 냉각 공기를 인도하는
    가스 터빈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회수 유로 부재는 상기 하류측 시일 보지 링의 상기 제 1 관통 구멍과 연통하는 유로가 형성되어 있는 누설 공기 회수 배관을 갖는
    가스 터빈.
  5. 삭제
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