TW576890B - Drainage system for gas turbine supporting bearings - Google Patents

Description

576890 五、發明説明（1 ) 本發明係指一種用於支撐軸承之燃氣輪機的排洩系統。 一燃氣輪機通常定義一旋轉熱機械，其使用由一燃燒直 接提供之氣體而將熱轉換爲功且再提供機械功率至一旋轉 軸上。 該燃氣輪機一般包括通常爲軸式之一壓縮器或渦輪壓縮 器，其內側係執行來自外部之壓力空氣。

更，各噴射器係供應燃料，該燃料將與空氣混合以形成 一空氣-燃料噴射混合物。 該軸式壓縮器係由一上述輪機控制，且該輪機係將該燃 燒室內之氣體-燃料的焓轉換而供應一使用者機械動力。 上述輪機、渦輪壓縮器、燃燒室（或鍋爐）、機械動力輸 出軸、控制系統及起動系統係構成一燃氣輪機設備之主 要組件。 關於一燃氣輪機之作用，應注意到流動係通過一組輸入 管而穿透入該壓縮器中。

在該管道運輸中，該氣體係表現出低壓及低溫之特徵 ，而通過該壓縮器後，該氣體係受壓縮且其溫度將升高。 該氣體再穿透入該燃燒室（或該鍋爐室）中，該氣體之 溫度在此處將更進一步升局。 用於增加該氣體溫度所必須之熱係藉由燃燒經由該等 噴射導入該鍋爐室中之液體燃料提供。 起動機械時係藉由火星塞而將該燃料點火。 處於高壓及高溫之該氣體離開燃燒室後將通過相對之管 件而到達該輪機，該氣體將在此處釋放一部份自該壓縮器 五、發明説明（2) 中及該加熱室（燃燒室）中積聚之能量並且再經由排放通道 而流至外部。 由於藉該氣體而移轉至該輪機的功大於該壓縮器所吸收 者，因此除了附件及在運動中機械組件之消極阻力所吸收 的功以外，在該機械軸上仍保有一定程度之能量，且該能 量將構成設備有用的功。 根據設計觀點，該軸式壓縮器及輪機之葉片係裝設於由 兩軸承所支持之一單一軸上，且該等軸承係製作在可於一 平面中互相接合的兩半個殼體中。 一著名且普及之該支撐軸承佈置係提供位於該壓縮器入 口處之一第一軸承’且同時一第二支撐軸承係設於該軸式 壓縮器與該輪機之間，該種設計極爲強健且具抵抗力。 然而，在此情況下，該第二支撐軸承必須裝設在一圓柱 形空間內，且該空間係環繞著存在於該軸式壓縮器與該輪 機之間之軸之一部份。 隨附本說明之第1圖係參照一習知型式之燃氣輪機設備 ，再經由簡化後的一槪略局部視圖。 該圖式中淸楚地顯示’用於包封且裝設該第二支撐軸承 (具有一直徑D1 )之圓柱形空間1 〇外徑D2係由設於軸式壓 縮器11輸出處且位於上述輪機1 5之前的該擴散器再縮減 去套筒1 2之厚度D4而成的該擴散器內徑〇3所強壓著。 包封容器或套筒1 2必須爲剛性且確保包封高壓空氣，並 且作爲必須支持該燃燒系統主要組件（鍋爐、其他可運動 機械組件）的一機殼之部份且抵抗該套筒內及環繞其所產 -4- 576890 五、發明説明（3) 生之高溫。 最後，一已知燃氣輪機之第二支擦軸承之內徑D1係由 承載著壓縮器11及輪機1 5之葉片的軸之直徑強壓著’且 第1圖中係以參考代碼X指示該軸之中間軸。 更，關於該軸承包封容器本身以及關於譬如提供潤滑 油運行之管路與保持空氣用之裝置等該配供連接的佈置所 擁有之可用空間而言，該支撐軸承之定位決定性地關鍵。 事實上，潤滑油運行於其中之該等管件必須裝設成連接 由內筒壁分隔的各容室，且該等容室具有一明顯壓力差。 此外，連接器必須極牢固且保持無洩漏，這在某種程度 上可排除任何使油漏失至外部而導致危險失火的可能性。 然而，同時該第二支撐軸承之總尺寸必須足夠大，以賦 予該輪機軸所需之剛性。 因可用空間複雜而造成之問題及必須在高溫下操作之現 實皆爲需要一提高潤滑油流動之情況。該等支撐軸承之尺 寸及餘隙將造成高動力損失且因此造成潤滑及冷卻用油提 高的流動。 事實上，每一情況中皆必然需要供應一大於實際需求 之油流動以冷卻該支撐軸承，否則其套筒將達一極高溫 度。 此外，必須提供一相對應之空氣流動至該軸承套筒且因 此再次於外部收集該空氣，以避免在環繞著該軸承套筒之 空間中積聚熱空氣且防止潤滑油經由該套筒之末端密封件 漏失。 576890 五、發明説明（4) 該空氣係噴射入該包封容器中’且其中較大部份必須與 潤滑油一同由外部重新收集。 該管路內之空氣必須能夠以低速度流動，使其在某種程 度上輔助用於潤滑及冷卻該支撐軸承與該軸承套筒的油流 動。 然而，倘若具有與相連接之馬達之幾何特徵相關的嚴重 漏失，則可能無法達成這種情況。 事實上，此模式下之馬達外部包封套筒相對於習知者係 非常複雜且製造成本非常高。 儘管如此，目前之管路仍設計成藉重力達成油流運動， 而造成前述之較高成本及較低效率的結果。 另一選擇爲，可藉由一排洩泵在外部收集該潤滑及冷卻 用流體。然而，在此情況下亦具有同樣的成本及可靠度方 面之問題。 是以，本發明之目的在於製作一種用於支撐軸承之燃氣 輪機的排洩系統，其可排除上述不便之處，且待別地在於 製作一種用於支撐軸承之燃氣輪機的排洩系統，其可簡單 、經濟、可靠且藉有限空間來滿足上述需求。 本發明之另一目的在於指示一種用於支撐軸承之燃氣輪 機的排洩系統，其允許增加該輪機之旋轉速度及該燃氣輪 機內之溫度/壓力關係。 依據本發明之這些及其他目的可藉由一種用於支撐軸承 之燃氣輪機的排浅系統達成，該型式者係結合一中心輪機 軸且該中心輪機軸係由一組支撐構件所環繞，再藉此安裝 五、發明説明（5) 至用於該支撐構件之一包封機殼，一套筒包含至少一該輪 機之支撐軸承及分別用於提供潤滑及冷卻油進入與排洩之 複數個管件，此外，其特徵爲設於面對著該支撐軸承之一 組橫向密封件係產生允許該油以~'持續速度通過該寺排浅 管內的一壓力差。 該包封套筒更包括一組橫向容室、在壓力下積聚該油的 一容室、及介於該等橫向容室與該等洩油管之間的複數個 連接開口；該積聚容室係收納自該輪機藉重力而排洩之流 動之一部份，同時，該油於該容室內到達對應於一既定流 速之一液位時將溢流至一排洩管內。 該流體之較大部份係限制在該積聚容室內，且該容室係 環繞著該支撐軸承之包封套筒，其中，某種程度上，該積 聚容室係到達一內部過壓力以產生高速度之一流體噴射。 該噴射現象將導致相對應於安裝至該中心軸本身之元 件既定部份的流體噴射放射出，其使該等橫向容室之原動 流體溢流且導致一最終之流體溢流排洩至外部。 依據本發明，一較優方法中，用於支撐軸承之燃氣輪 機的排洩系統允許將包含該支撐軸承之套筒及該燃氣輪機 之相對管路的尺寸降至最小，且同時使得自環繞著該支撐 軸承套筒之加壓流體抽取出能量的可能性最佳化。 此外，該排洩管係定位於該支撐軸承包封套筒下方及大 致中心處，關於該認識之方法係在某種程度上可將該套筒 之軸向長度減少至一最小値。 更，關於該認識之方法係減少徑向尺寸，進而不再需要 -7- 576890 五、發明説明（6) 於該系統外裝設一流體收集容室，以提高該流體之液位且 獲致足夠位能來抵銷在進口及出口管件中、及流體動力阻 抗造成之壓力損失。 依據本發明之排洩系統的特徵及優點將由以下對一典型 成品之說明而得證實，該說明係參考隨附槪略圖式而作爲 一非限制用範例，其中： -第1圖係一習知型式燃氣輪機之一槪略圖示； -第2圖係依據本發明之連合一中心軸及一外部「內筒」 的一支撐軸承橫截剖面； -第3圖係沿一既定平面橫截之第2圖的一縱向剖面； -第4圖係沿又一平面橫截之第2圖的一縱向剖面；及 第5圖係表示依據本發明之一燃氣輪機之一第二支撐 軸承的套筒之一透視圖。 特別參考第2圖至第5圖，其中2 0係指示該燃氣輪機之 中心軸，及2 1係指一組螺樁且該螺樁連接至可提供一封閉 或支撐功能之一螺樁用機殼，22 , 23係指示用於包含該輪機 一第二支撐軸承之一套筒，而24與25係分別指示用於 提供潤滑及冷卻油進入與排洩的兩對管件。 此外，26係泛指橫向密封件，27係指橫向容室、及28 係指在壓力下積聚油的一容室，而29係指示介於橫向容 室27與排油管25之間的連接開口。 依據本發明，意欲僅允許自由地排洩（僅由重力作用） 一部份潤滑油，且該部份潤滑油係在設於該燃氣輪機第二 支撐軸承之套筒23下方的一積聚容室28或收集槽內以管 576890 五、發明説明（7) 件輸送者。 於積聚容室28內，油液位上升至一位置點且使油以在該 點之流動速度流入排洩管25中。 因此，較大部份之油將限制在環繞著該支撐軸承之包封 結構的一空間內。 橫向密封件26 (其係由浮動環構成之作爲一較佳成品且 用於說明、但非限制用的一範例）係設於面對著該支撐軸 承之位置中，其產生一適當之壓力差（沿該收集系統之方 向上）而允許油以一大體上提高之速度直接流入排洩管25 中。 由於第5圖中槪略圖示之創新的支撐軸承套筒型式’使 得依據本發明之系統可利用存在於環繞著該軸承之空間內 的一過壓力而獲致以增高之速度來實施的一油噴射，且因 此迫使出現在積聚容室28內之油流入排洩管25中。 實際上，油噴射係由對應於第4圖之部份30以及來自橫 向容室27之流體流動或機油溢流達成。 如此，經由適當地硏究用於支撐軸承之排洩系統組件的 幾何結構，可達成減小該管路之尺寸，且同時噴射油之程 序將允許一相應而生之其他油溢流，其中該溢流係僅單獨 受重力而在該輪機中流動且溢流至外部，値得一提的，來 自橫向環密封件26之油係自橫向容室27流出者的一冷卻 用額外油量。 油自該支撐軸承之套筒2 3排洩出的方向係藉由第5圖中 之箭頭F淸楚地表示。 576890 五、發明説明（8) 明確地，無需利用譬如外部噴射器或排洩泵等昂貴或複 雜之組件，即可能使該輪機支撐軸承包封套筒的尺寸及相 關管路的空間減至最小。另一方面’自環繞著該軸承外部 套筒之加壓油抽取能量的實際情況將得以最佳化。 一進一步優點在於排洩管25係定位在軸承套筒23下方 及中心處，如此可將該套筒之軸向長度減少至一最小値， 其中該値本身係由該軸承與橫向密封件26之輔向長度之 和、再加上對應於位在該軸承與密封件26之間之兩狹窄容 室的空間而組成。 另一方面，利用依據本發明之排洩系統時將因爲不再需 要於該系統外裝設一容器或收集槽而得進一步減少徑向尺 寸，以提高油之液位且獲致足夠位能來抵銷管路及流體動 力阻抗造成之損失。 由上述說明，可使作爲最終優點之依據本發明的燃氣輪 機支撐軸承排洩系統特徵得以明確。 最後，淸楚地可將多種其他變型引入作爲本發明主題之 排洩系統而不致脫離發明構想中固有之創新原則，且亦明 顯地，在本發明之實際應用中，可根據需求而利用任何材 料、尺寸及外型，且由技術上定義之其他者取代之。 本發明之範圍係由隨附申請專利範圍定義之。 符號之說明 10____(圓柱形）空間 1 1 ....(軸式）壓縮器 1 2 ....套筒 -10- 576890 五、發明説明（9) 15.. ..輪機 20 .. ..中心軸 21 .. ..支撐構件（支撐螺樁） 22 .. ..包封機殼 23 .. ..套筒（覆套） 24 .. ..管件 25 .. ..管件 26 .. ..橫向密封件 27 .. ..橫向容室 28 .. ..積聚容室 29 .. ..開口 30.. ..部份 D1 .. ..第二支撐軸承直徑 D2 .. ..圓柱形空間外徑 D3 ·. ..擴散器內徑 D4.. ..套筒厚度 -11-

Claims (1)

1. 576890 κ、申請專利範圍 1. 一種用於支撐軸承之燃氣輪機的排洩系統，該燃氣輪 機型式係結合至少一中心軸（20 )，該中心軸係由一組支 撐構件（2 1 )所環繞再藉此安裝至用於該等支撐構件（2 1 ) 之一包封機殻（22); —套筒（23)，其包含至少一該輪 機之支撐軸承及分別用於提供潤滑及冷卻流體進入與 排洩之複數個管件（24、25 )，其特徵爲另外設有對應於 意欲包含該支撐軸承之一空間（1 0 )中的一組橫向密封件 (2 6 )，產生允許該流體以壓力及/或持續速度自該等排 洩管（25)內部通過的一壓力差。 2 ·如申請專利範圍第1項之用於支撐軸承之燃氣輪機的排 洩系統，其中該套筒（23)更包括：複數個橫向容室（27) ，至少一容室（2 8 )，用於在壓力下積聚流體；複數個開 口（ 29)，用於連接該等橫向容室（27)與該等流體用排洩 管（25)之間，其方式爲該積聚容室（28)係收納自該輪機 藉重力而排洩之流動之至少一部份。 3 .如申請專利範圍第2項之用於支撐軸承之燃氣輪機的排 洩系統，其中於該積聚容室（28 )內該流體係到達對應於 一既定流速之一壓力，使得該相同流體於該排洩管（25 ) 內溢流。 4 .如申請專利範圍第3項之用於支撐軸承之燃氣輪機的排 洩系統，其中該流體之較大部份係限制於該積聚容室 (28)內，且該容室係環繞著該支撐軸承之包封套筒 (23)。 5 .如申請專利範圍第4項之用於支撐軸承之燃氣輪機的排 -42 六、申請專利範圍 浅系統’其中該積聚容室（2 8 )係表現出一內部過壓力 以產生一提高速度之一流體噴射，迫使出現於該積聚 容室（28)內之流體流入該排洩管（25)中。 6 .如申請專利範圍第5項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 排洩系統，其中該噴射現象將導致相對應於安裝至該 中心軸（20 )本身之元件既定部份（3 〇 )的流體噴射放射 出’其使該等橫向容室（27)之原動流體溢流且導致一 最終之流體溢流排洩至外部。 7 ·如申請專利範圍第5項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 •排洩系統，其中該流體噴射現象係允許該流體流動之 一相應而生的溢流，該溢流係僅單獨受重力而通過該 輪機內部且排洩至外部（F )，値得一提的，來自該橫 向環密封件（26 )之流體係自該橫向容室（27 )流出者的 一冷卻用額外油量。 8 .如申請專利範圍第1項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 排洩系統，其中該橫向密封件（2 6 )係由浮動環構成。 9 .如申請專利範圍第7項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 排洩系統，其中該支撐軸承及該相對管路之包封套筒 (23)係減至最小，且同時使得自環繞著該支撐軸承套 筒（23 )之一加壓流體抽取出能量的實際情況最佳化。 1 0 .如申請專利範圍第1項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 排洩系統，其中該排洩管（25 )係定位於該支撐軸承包 封套筒（23)下方及大致中心處，其方式係將該套筒 (2 3 )之至少一軸向長度比習知方式減少至最小値。 -----y--—- 576890 六、申請專利範圍 11 .如申請專利範圍第1 〇項之用於支撐軸承之燃氣輪機 的排洩系統，其中該軸向尺寸係由該軸承與該橫向密 封件（2 6 )之輔向長度之和、再加上對應於位在該支撐 軸承與密封件（26 )之間之一狹窄容室的至少一空間而 組成。 1 2 ·如申請專利範圍第丨丨項之用於支撐軸承之燃氣輪機 的排t曳系統，其中此習知方式減少徑向尺寸，在此程 再:需要於該系統外裝設一流體收集容室，以提 高i亥流體之液位且獲致足夠位能來抵銷在該等管件 (24 ' 25)中及流體動力阻抗造成之壓力損失。 1 3 · ® $ I靑專利範圍第1項之用於支撐軸承之燃氣輪機的 ’其中該潤滑及冷卻流體係由受壓力下之油 構成。 Μ