专利名称：转向关节栓的密封结构及燃气轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用蒸气作为高温部件的冷却介质的燃气轮机，具体讲，涉及一种能降低蒸气泄漏、提高蒸气使用效率、良好地有效运转的燃气轮机及连接转子盘的转向关节栓的密封结构。
另外，以往的空气冷却是把来自压缩机的空气用作气轮机转子叶片和静止叶片的冷却介质，但是，当利用该压缩空气进行冷却时，气轮机输出的功变少。而如果用蒸气来取代空气，可以节省转子叶片和静止叶片的冷却空气，相应地气轮机可回收的功增多，可以增大气轮机输出的功。
图15是表示以往使用的燃气轮机的转子盘说明图。多个第一段转子盘500a～d通过转向关节栓520及螺母510连接起来，构成燃气轮机的转子600。转子盘彼此间的空间550、551及552形成向转子叶片(未图示)供给蒸气的流通通路，从中空的气轮机主轴560侧供给冷却用蒸气。该蒸气流过由上述空间550及551构成的通路，从第一段转子盘500a和第二段转子盘500b之间的空间供给转子叶片。
但是，由于转子盘侧的蒸气压力比压缩机侧的空气压力高，转子盘500a侧的蒸气通过设于第一段转子盘500a的螺栓孔泄漏到压缩机侧。虽然该泄漏量从蒸气供给量整体看并不多，但近年来开始抑制蒸气的少量泄漏，尽可能有效地使用冷却用蒸气。因此，有必要尽可能地减少该部分的蒸气泄漏。
本发明涉及的转向关节栓的密封结构的特征是，在燃气轮机的气轮机转子中的第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间，利用管状部件覆盖转向关节栓的周围，并且使该管状部件的端部分别接触上述第一段转子盘和压缩机侧连接部件，其中，该燃气轮机的各转子盘和压缩机侧连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气通路，该管状部件垂直于轴方向的截面包含通过上述转向关节栓的螺栓孔截面。
该转向关节栓的密封结构是用管状部件覆盖转向关节栓的周围，利用该管状部件封堵通过设于第一段转子盘上的螺栓孔泄漏的蒸气。因此，可以降低蒸气泄漏，有效地使用蒸气，相应地可以降低运转成本。另外，冷却用蒸气是利用燃气轮机的排气而形成的，在冷却转子叶片后驱动中压气轮机等，可以抑制该部分的蒸气消耗，所以能提高作为燃气轮机复合设备时的热效率。本发明中所说的管状部件，除垂直于轴方向的圆形截面形状外，也包含三角形和四边形的多边形形状。该管状部件也可以与转子盘和压缩机侧的连接部件形成为一体。
本发明涉及的转向关节栓的密封结构的特征是，将燃气轮机的气轮机转子中的第一环状部件和配置在该第一环状部件内侧的第二环状部件配置成以下状态，即使这些环状部件的端部接触第一段转子盘和上述压缩机侧连接部件，并且使上述转向关节栓通过上述第一及第二环状部件之间，其中，该燃气轮机的各转子盘和压缩机侧连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气通路。
该转向关节栓的密封结构在第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间配置外径不同的两个环状部件，使转向关节栓通过该两个环状部件之间，封堵从转向关节栓贯通的螺栓孔泄漏的蒸气。因此，可以降低蒸气泄漏，有效地使用蒸气，相应地可以降低运转成本。另外，可以降低制该部分的蒸气消耗，所以能提高作为燃气轮机复合设备时的热效率。本发明中所说的环状部件，除垂直于轴方向的圆形截面形状外，也包含三角形和四边形的多边形形状以及星形形状。该环状部件也可以与转子盘和压缩机侧的连接部件形成为一体。
本发明涉及的转向关节栓的密封结构的特征是，上述转向关节栓的密封结构在上述管状部件或上述环状部件的端部和上述第一段转子盘之间，或者在上述管状部件或上述环状部件的端部和上述压缩机侧连接部件之间的至少一方还具有密封部件。该转向关节栓的密封结构在上述管状部件或上述环状部件的端部设置金属和陶瓷密封部件，进一步提高对蒸气的密封性能。因此，可以进一步降低蒸气泄漏，能更有效地使用蒸气，提高作为燃气轮机复合设备时的热效率。
本发明涉及的转向关节栓的密封结构的特征是，上述转向关节栓的密封结构在上述第一段转子盘或上述压缩机侧连接部件中的至少一方还具有突起或阶梯部件，以防止上述管状部件或上述环状部件相对转子盘的径方向外侧而移动。
该转向关节栓的密封结构在第一段转子盘等设置阶梯部件等，以防止上述管状部件或上述环状部件通过离心力向转子盘的径方向外侧移动。燃气轮机的转子盘处于高速运转状态，所以转动系统中的结构部件接受大的离心力。如果管状部件或环状部件通过该离心力产生偏心，有可能破坏运转平衡，加大轴振动，导致燃气轮机停止工作。该密封结构使阶梯部件等和管状部件接触，以阻止管状部件等的移动，所以能抑制管状部件等的偏心。因此，可以在不破坏运转平衡的状态下运转，也那抑制燃气轮机的运转停止。
本发明涉及的燃气轮机具有周围配置有转子叶片的多个转子盘，通过蒸气来冷却上述转子叶片或上述转子盘及其他高温部件，其特征在于，具有把空气压缩制作燃烧用空气的压缩机；向由该压缩机制作的燃烧用空气供给燃料使产生燃烧的燃烧器；和气轮机转子，上述各转子盘和位于上述压缩机侧的连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气的供给通路或回收通路，在第一段上述转子盘和上述连接部件之间，通过管状部件覆盖上述转向关节栓周围，并使该管状部件的两端分别接触上述第一段上述转子盘和压缩机侧连接部件，其中，该该管状部件垂直于轴方向的截面包含通过上述转向关节栓的螺栓孔截面。
该燃气轮机使用具有密封结构的气轮机转子，该密封结构是用管状部件覆盖转向关节栓周围，利用该管状部件封堵通过设于第一段转子盘的螺栓孔而泄漏的蒸气。因此，能够降低转向关节栓部的蒸气泄漏。这样，该燃气轮机可以抑制冷却用蒸气的浪费，可以提高使用了该燃气轮机的燃气轮机复合设备的热效率。
本发明涉及的燃气轮机具有周围配置有转子叶片的多个转子盘，通过蒸气来冷却上述转子叶片或上述转子盘及其他高温部件，其特征在于，具有把空气压缩制作燃烧用空气的压缩机；向由该压缩机制作的燃烧用空气供给燃料使产生燃烧的燃烧器；和气轮机转子，上述各转子盘和位于上述压缩机侧的连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气的供给通路或回收通路，将第一环状部件和配置在该第一环状部件内侧的第二环状部件配置成以下状态，即使这些环状部件的端部接触第一段转子盘和上述压缩机侧连接部件，并使上述转向关节栓通过上述第一及第二环状部件之间。
该燃气轮机在第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间配置外径不同的两个环状部件。并使用具有密封结构的气轮机转子，该密封结构使转向关节栓通过该两个环状部件之间，封堵从转向关节栓贯通的螺栓孔泄漏的蒸气。因此，可以降低转向关节栓部的蒸气泄漏。结果，该燃气轮机可以抑制冷却用蒸气的浪费，可以提高使用了该燃气轮机的燃气轮机复合设备的热效率。
图2表示的是该燃气轮机涉及的转向关节栓的密封结构的局部放大图。
图3表示的是管状部件的截面和螺栓孔截面的说明图。
图4表示的是实施方式1的变形例1涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图5表示的是实施方式1的变形例2涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图6表示的是实施方式1的变形例3涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图7表示的是实施方式2涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图8表示的是环状部件的实例说明图。
图9表示的是实施方式2涉及的变形例1的截面图。
图10表示的是实施方式2的变形例2涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图11表示的是本发明的实施方式3涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图12表示的是实施方式3的变形例涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图13表示的是本发明的实施方式4涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。
图14表示的是高温部件的冷却采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电设备的概略图。
图15表示的是以往使用的燃气轮机的转子盘说明图。
气轮机15的静止叶片和转子叶片通过蒸气被冷却，其中冷却转子叶片的蒸气是通过设于气轮机主轴16内的蒸气供给流路(未图示)被供给的。从该蒸气供给流路供给的蒸气在转子盘50前方方向改变90度，被引导到设于转子盘50的圆周方向上的多个外侧蒸气流路60，并供给转子叶片。多个转子盘50通过将该转子盘50贯穿在轴方向的多个转向关节栓(未图示)被固定，构成多段转子叶片列。
图2表示的是该燃气轮机涉及的转向关节栓的密封结构的局部放大图。该结构的特征在于，用管状部件覆盖连接转子盘的转向关节栓，通过该管状部件来封堵来自从转向关节栓和螺栓孔的间隙泄漏的高压侧的蒸气。如图2所示，第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30通过贯通两者的转向关节栓20而连接在一起。在第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30之间，用管状部件100覆盖转向关节栓20。
该管状部件100的长度L1略大于第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30的间隔L。通过用转向关节栓20连接第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30，管状部件收缩并等于间隔L。管状部件100仅收缩L1-L(参照图2(b))，利用该收缩部分的弹性能量将第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30按压住，因此相应地提高了蒸气的密封性能。
该管状部件100的端部100a和100b接触第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30。管状部件100、第一段转子盘50a等的该接触部分均被加工成平滑状，以尽量减少通过管状部件100和第一段转子盘50a等之间的蒸气。从第一段转子盘S0a侧的螺栓孔25和转向关节栓20之间泄漏的蒸气被封闭在该管状部件100内部，所以能够抑制蒸气泄漏。根据该主轴密封结构，可以将以往从第一段转子盘50a侧泄漏到压缩机侧的蒸气泄漏量控制到很小的程度，所以相应地可以提高蒸气的使用效率。
这里，说明管状部件100的截面和螺栓孔25截面的关系。图3表示的是管状部件的截面和螺栓孔截面的说明图。该图(a)、(c)和(e)表示管状部件100等的内截面包含螺栓孔25外形的场合。该图(b)和(d)表示在管状部件100等的内壁和外壁之间包含螺栓孔25外形的场合。无论哪种场合，都适合于本发明所说的“管状部件垂直于轴方向的截面包含螺栓孔截面”的关系。如同该图所明确的那样，管状部件100的截面形状不限定于圆形，也包含该图(c)和(e)所示的四边形和六边形等多边形。另外，虽然未图示，但也包含椭圆形和外形或内径中任一方为圆形其他边为多边形的形状。(变形例1)图4表示的是实施方式1的变形例1涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该转向关节栓的密封结构的特征在于，在上述管状部件和压缩机侧连接部件等之间具有密封部件。在该密封结构中使用的管状部件101的端部设有阶梯部件130，密封部件120被嵌入该阶梯部件130。在燃气轮机运转过程中，第一段转子盘50a等处于高温状态，所以要求该密封部件120具有耐热性。另外，该密封部件120也需要具有弹性，以吸收管状部件101和弧齿盘125等的拉伸。为满足这种要求，该密封部件120优选使用以金属制密封件和陶瓷为材料的密封部件。
该实例是在管状部件101上设置密封部件120，也可以在压缩机侧连接部件30和第一段转子盘50a等上设置密封部件120。该场合时，如果在压缩机侧连接部件30等的转向关节栓贯通的螺栓孔25处设置锪孔，使密封部件120嵌入该孔，可以抑制密封部件错位，发挥稳定的密封性能，所以是理想状况。另外，该密封部件120也可以按图4所示，仅设在压缩机侧连接部件30上，为了发挥更好的密封性能，如图4所示，优选将该密封部件120设在管状部件101a的两端。
组合第一段转子盘50a和压缩机侧连接部件30时，使上述管状部件100通过转向关节栓20后，紧固螺母24(参照图2)进行装配。紧固螺母24时，设于管状部件101上的密封部件120由于螺母24的紧固力而向其轴方向收缩，所以能够封堵从第一段转子盘50a的螺栓孔25泄漏的蒸气。(变形例2)图5表示的是实施方式1的变形例2涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该转向关节栓的密封结构的特征在于，在压缩机侧连接部件或第一段转子盘上进行锪孔等加工，并形成阶梯部件，将上述管状部件的端部嵌入该孔，以防止该管状部件向转子盘的径方向外侧移动。在该密封结构使用的压缩机侧连接部件31上设有转向关节栓20用的螺栓孔25。该螺栓孔25的出口被加工成锪孔，形成阶梯部件31a。如图5(a)所示，管状部件102的端部嵌入该阶梯部件31a。该管状部件102也可以使用具有上述变形例1说明的密封部件120(参照图4)的管状部件。这样，可以进一步提高密封性能，减少蒸气泄漏。
压缩机侧连接部件31通过燃气轮机的运转而运转，管状部件102也随之转动，并接受因此转动产生的离心力。压缩机侧连接部件31和第一段转子盘50a处于3000或3600rpm的高速运转状态，所以作用于管状部件102的离心力也很大。结果，管状部件102向压缩机侧连接部件31的径方向外侧移动，有时会降低蒸气的密封性能。该变形例涉及的转向关节栓的密封结构利用设于压缩机侧连接部件31上的阶梯部件31a来阻止管状部件102的移动，所以在燃气轮机运转过程中也能确保蒸气的密封性能。因此，不论燃气轮机是否处于运转状态，都能发挥稳定的密封性能，将蒸气泄漏控制在极小状态。
另外，如果管状部件102向第一段转子盘50a的径方向移动，会破坏转动系统的平衡，结果，有可能使轴振动超过允许值，导致燃气轮机停止工作。但是，根据该变形例，可以阻止管状部件102的移动，所以转动系统的平衡基本不变。所以，即使设置有管状部件102时，也可以把轴转动控制在允许值以内，基本不会导致燃气轮机停止运转。
上述实例仅在压缩机侧连接部件31上设置阶梯部件31a，如图5(b)所示，同样也可以在第一段转子盘51a的螺栓孔25进行锪孔加工，设置阶梯部件51ax。这样，在管状部件102的两端就可以接受该部件的移动，可以更稳定地阻止管状部件102的移动。图5(c)表示的是阻止管状部件102的移动的另一方法的说明图。如该图所示，也可以在螺栓孔25的出口设置突起部件80，利用该突起部件80来阻止管状部件102的移动。(变形例3)图6表示的是实施方式1的变形例3涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该转向关节栓的密封结构的特征在于，在压缩机侧连接部件或第一段转子盘中的至少一方一体形成覆盖转向关节栓的管状部件。图6(a)表示在第一段转子盘52a形成管状部件103的实例，该图(b)表示在第一段转子盘53a和压缩机侧连接部件33分别设置管状部件104及105，使管状部件104和105的各端面接触，以封堵来自螺栓孔25的蒸气泄漏的实例。
该变形例涉及的密封结构除具有实施方式1涉及的密封结构的作用效果外，由于第一段转子盘52a等和管状部件103等是一体形成的，所以该管状部件103不会产生错位。因此，没有必要设置防止管状部件103错位的部件，所以结构简单，也可以提高可靠性。另外，由于是一体结构，所以强度也提高，耐久性也能提高。在管状部件103等和压缩机侧连接部件32等接触的密封面上也可以设置上述的密封部件。这样可以进一步提高蒸气的密封性能，相应地能降低蒸气泄漏，所以燃气轮机的热效率也得到提高。如图6(c)所示，也可以在管状体107上设置阳螺纹，在压缩机侧连接部件34等上设置与其相咬合的阴螺纹，旋入该管状体107来形成管状部件。这样，加工变容易，管状体107出现破损时也容易更换，所以是理想状态。(实施方式2)图7表示的是实施方式2涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该密封结构在压缩机侧连接部件和第一段转子盘之间设置直径不同的两个环状部件，使转向关节栓贯通于该两个环状部件之间，以固定压缩机侧连接部件和第一段转子盘。因此，其特征是通过上述两个环状部件来封堵从设于第一段转子盘上的螺栓孔泄漏的蒸气。
在压缩机侧连接部件35和第一段转子盘54a之间，设置直径不同的两个环状部件108和109。使转向关节栓20通过直径小的环状部件109和直径大的环状部件108之间，并连接压缩机侧连接部件35和第一段转子盘54a。如图7(c)所示，环状部件108和109的长度L2略大于压缩机侧连接部件35和第一段转子盘54a的间隔L，通过连接转向关节栓20，使得收缩仅发生收缩量Δ＝L2-L。利用该收缩量可以压缩接触面，所以不论燃气轮机是否处于运转状态，都能发挥稳定的密封性能。
如实施方式1所述，也可以在环状部件108和109的端部设置密封部件(未图示)。通过该密封部件可进一步提高蒸气的密封性能，与不设置密封部件时比，更能降低蒸气的浪费，所以是理想状态。该密封部件的材料也可以使用实施方式1说明的材料。
第一段转子盘54a侧的蒸气从设于该转子盘上的螺栓孔25和转向关节栓20的间隙泄漏到压缩机侧。但是，该蒸气滞留在形成于直径不同的环状部件108和109之间的空间A(图7中虚线包围的部分)，不会泄漏到该空间A以外，所以能够封堵从第一段转子盘54a侧泄漏的蒸气。因此，能够更加减少蒸气浪费，相应地提高燃气轮机的热效率。
图8表示的是环状部件的实例说明图。该图(a)表示八边形环状部件108a和109a，该图(b)表示六边形环状部件108b和109b。这样，环状部件除包含上述的垂直于轴方向的圆形截面形状外，还包含垂直于轴方向的截面形状为八边形和六边形等多边形。另外，如该图(c)所示，也包含垂直于轴方向的截面形状约呈星形的环状部件108c。作为环状部件的组合，如同圆形和圆形的组合，可以组合相同形状，也可以进行类似圆形和多边形的不同形状的组合。(变形例1)图9表示的是实施方式2涉及的第一变形例的截面图。如该图(a)所示，也可以在第一段转子盘55a等上设置阶梯部件55ax等，利用该阶梯部件55ax等来阻止环状部件108和109向其径方向移动。另外，如该图(b)所示，也可以取代阶梯部件55ax等，而设置突起部件81来阻止环状部件108和109等的移动。这样，可以防止环状部件108等相对径方向上的移动，所以能够发挥稳定的蒸气密封性能。另外，也可以抑制因环状部件108等的移动而产生的运转平衡的变化，所以能够避免因轴振动的增大而导致的燃气轮机的运转停止。因此，能够将蒸气泄漏抑制在极小状态，使燃气轮机稳定运转。
此外，如果环状部件的截面为圆形，作用于该环状部件上的离心力基本相同，所以与设置实施方式1说明的管状部件时比，使因离心力造成的移动变小。所以，在设计上即使不设置类似上述阶梯部件55ax的移动阻止部件，也能确保上述密封性能，将轴振动控制在允许值以内。(变形例2)图10表示的是实施方式2的变形例涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该变形例涉及的转向关节栓的密封结构的特征在于，在压缩机侧连接部件或第一段转子盘中的至少一方一体形成上述环状部件。图10(a)表示在第一段转子盘55a上形成直径不同的环状部件110a和110b的实例，该图(b)表示在第一段转子盘56a和压缩机侧连接部件38上分别形成各一个环状部件111a和111b的实例，该图(c)表示在第一段转子盘57a和压缩机侧连接部件39上分别设置直径不同的环状部件112a和112b，并使它们的端面接触以封堵来自螺栓孔25的蒸气泄漏的实例。
该变形例涉及的密封结构除具有实施方式2涉及的密封结构的作用效果外，由于第一段转子盘55a等和环状部件110a等是一体形成的，所以该环状部件110a等不会产生错位。因此，没有必要设置防止环状部件110a等错位的部件，所以结构简单，也可以提高可靠性。另外，由于是一体结构，所以强度也提高，耐久性也能提高。在环状部件110a等和压缩机侧连接部件37等接触的密封面上也可以设置上述的密封部件。这样可以进一步提高蒸气的密封性能，相应地能降低蒸气泄漏，所以燃气轮机的热效率也得到提高。(实施方式3)图11表示的是本发明的实施方式3涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该密封结构的特征在于，通过使设于第一段转子盘上的螺栓孔和转向关节栓紧密接合，来封堵从该贯通孔泄漏的蒸气。如图11(a)所示，在第一段转子盘58a上设置使转向关节栓21贯通的螺栓孔26，在该螺栓孔26的开口部形成锥形26a。转向关节栓21由大径部分21a和小径部分21b构成，在大径部分21a和小径部分21b之间形成和上述锥形26a相同的锥形21a。为使转向关节栓21的大径部分21a通过，在压缩机侧连接部件40上设有大于该大径部分21a螺栓孔70。
转向关节栓21被插入设于第一段转子盘58a上的螺栓孔26中，转向关节栓21的锥形21c和螺栓孔26的锥形26a接触。虽然图11未明确，但转向关节栓21是从第二段转子盘贯通到第三段转子盘。通过从第三段转子盘外侧紧固螺母，可以固定从第一段到第三段的转子盘。这里，转向关节栓21的锥形21c通过紧固螺母和设于第一段转子盘58a上的螺栓孔26的锥形26a紧密接合。
第一段转子盘58a侧的蒸气通过螺栓孔26和转向关节栓21的间隙泄漏到压缩机侧。该密封结构由于螺栓孔26的锥形26a和转向关节栓21的锥形21c紧密接合，所以能够封堵该部分的蒸气泄漏。如果在转向关节栓21和螺栓孔26之间设置密封部件，能够进一步提高密封性，所以是理想状态。另外，如图11(b)所示，即使不作成锥形，也可以通过在第一段转子盘59a上设置阶梯部件59ax，并使其和设于转向关节栓22上的阶梯部件接触来密封蒸气。此外，如图11(c)所示，也可以在转向关节栓21和螺栓孔26之间设置圆环状密封部件90，使螺栓孔26的内壁面及转向关节栓21的外周面和该密封部件线接触，从而密封蒸气。采用装置线接触，和面接触比，更能提高蒸气的密封性能，而且使加工容易进行，所以是理想状态。该密封结构不需要类似上述密封结构的管状部件和环状部件，利用少数目的部件就能封堵蒸气的泄漏。此外，不使用管状部件等，所以运转平衡不易被破坏，也不容易产生因轴振动导致的燃气轮机的运转停止，所以能够实现稳定运转。(变形例)图12表示的是实施方式3的变形例涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该密封结构的特征在于，在设于上述密封结构的第一段转子盘60a上的螺栓孔27的开口部27a设置阴螺纹，在转向关节栓23上设置和该阴螺纹相咬合的阳螺纹，通过用螺栓孔27的开口部27a连接两者来密封蒸气。
第一段转子盘60a侧的蒸气通过螺栓孔27和转向关节栓23的间隙而泄漏，但该密封结构是通过螺纹来连接转向关节栓23和螺栓孔27，所以能够密封该部分的蒸气。特别是，该密封结构是用螺纹来密封蒸气，所以和上述采用面接触和线接触的密封方式比，极大地提高了密封性能。因此，基本完全可以抑制蒸气泄漏，能够使用蒸气基本无浪费地冷却转子叶片。另外，上述密封结构由于转向关节栓的热膨胀，转向关节栓21和螺栓孔26等的密接性会减弱，结果有可能产生蒸气泄漏(参照图11)。但是，该密封结构是使用螺纹来连接转向关节栓23和螺栓孔27，所以不论转向关节栓23有无伸缩，都能稳定发挥密封性能。(实施方式4)图13表示的是本发明的实施方式4涉及的转向关节栓的密封结构的局部截面图。该密封结构的特征在于，在转向关节栓和设于第一段转子盘上的贯通孔之间设置可以在转向关节栓的径方向变形的弹性部件，利用该弹性部件来封堵蒸气泄漏。在实施方式4涉及的转向关节栓29a的侧面设置球状强弹性部件94，通过使设于第一段转子盘61a上的螺栓孔28的内壁和球状强弹性部件94接触来密封蒸气。该球状强弹性部件94要求有耐热性和弹性，所以用金属系材料制作，例如，用镍基合金等制作。该球状强弹性部件94通过焊接等被安装在转向关节栓29a上。另外，该球状强弹性部件94也可以设在螺栓孔28侧。该场合时，如图13(b)所示，将安装有强弹性部件96的管95插入螺栓孔28中，把转向关节栓29b插入该管95中，这种结构在强弹性部件96出现破损时容易修理和更换，所以是理想状态。
下面，使用图13(a)进行说明。转向关节栓29a被插入到第一段转子盘61a的螺栓孔28中，该强弹性部件94的侧面和螺栓孔28的内壁面接触。强弹性部件94相对其径方向可以变形，所以即使转向关节栓29a在径方向上移动时，也能吸收该移动以维持蒸气的密封性能。通过转向关节栓29a和螺栓孔28的间隙泄漏的蒸气被该强弹性部件94封堵住，所以蒸气基本不会泄漏到压缩机侧。该密封结构不使用实施方式1等涉及的密封结构中的管状部件等，所以基本不会破坏运转平衡。因此，可以将燃气轮机的运转停止抑制到最小限度，将蒸气泄漏控制在极小状态。
如图13(c)所示，也可以在转向关节栓29c的侧面、强弹性部件94的内侧设置突起部件97，以限制强弹性部件94相对径方向的变形。这样，可以抑制由于强弹性部件94的变形变大而造成的损伤，所以是理想状态。另外，也可以在螺栓孔28的内壁面实施硬质涂层，保护螺栓孔28的内壁面免遭由于强弹性部件94的接触造成的微振磨损。这样，螺栓孔28的内壁面基本不产生磨损，耐久性提高，不需花费时间进行保养检修，所以是理想状态。作为硬质涂层，可以利用镀铬等、PVD(Physical Vapor Deposition)物理形成TiC和TiN层等。另外，也可以通过表面硬化处理熔覆高碳高铬钢、高锰钢、或Co-Cr-W合金(斯特莱特硬质合金)等。
图14表示的是高温部件的冷却采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电设备的概略图。该燃气轮机复合发电设备利用HRSG(Heat RecoverySteam Generator排热回收锅炉)来回收燃气轮机的排气所具有的热能。利用所回收的燃气轮机的排气热能来制作蒸气，通过该高温高压蒸气来驱动蒸气轮机，通过与其相连接的发电机而产生电力。这样，燃气轮机复合发电设备可以有效利用燃气轮机的排热，所以能提高设备整体的热效率。
虽然图14中未明确，但该燃气轮机900是使用蒸气来冷却转子叶片和静止叶片和转子盘这些高温部件。另外，虽然图14中未明确，但该燃气轮机900使用的气轮机是适用了实施方式1～4中所说明的转向关节栓的密封结构中的任一个。燃气轮机900连接第一发电机901，燃气轮机900驱动该第一发电机901来产生电力。燃气轮机900的排气具有几百度的温度，所以把该排气导入HRSG902使产生蒸气。
由HRSG902产生的蒸气首先被引导到高压蒸气轮机903，并将其驱动。高压蒸气轮机的排气蒸气被引导到燃气轮机900，用来冷却转子叶片和静止叶片这些高温部件。冷却了燃气轮机900的高温部件后的蒸气被引导到混合器904后，被供给中压气轮机905。驱动中压气轮机905后的蒸气被供给低压气轮机906，并将其驱动。高压蒸气轮机903、中压蒸气轮机905及低压蒸气轮机906被串联连接着，并使和它们的输出轴连接的第二发电机907运转来产生电力。
驱动中压蒸气轮机905及低压蒸气轮机906后的蒸气通过冷凝器908变回水后，通过泵909被供给HRSG902。通过设在HRSG902中的蒸发器(未图示)再次变成蒸气后，经由过热器(未图示)被过热后再次被供给高压蒸气轮机903，由此反复上述过程。
该燃气轮机复合发电设中使用着适用了实施方式1～4中所说明的转向关节栓的密封结构中的任一个的燃气轮机900。因此，能够降低通过转向关节栓和螺栓孔的间隙而泄漏的蒸气量，有效利用贵重的蒸气，将损失抑制到最低程度。结果，可以提高燃气轮机复合发电设备整体的热效率。
如上所述，本发明的转向关节栓的密封结构用管状部件覆盖转向关节栓周围，利用该管状部件来封堵通过设于第一段转子盘上的螺栓孔而泄漏的蒸气。因此，可以降低蒸气泄漏，有效使用蒸气，所以相应地能降低运转成本。冷却用蒸气是利用燃气轮机的排气而形成的，所以在冷却转子叶片后驱动中压气轮机等。故降低了该部分的蒸气泄漏，结果，可以抑制蒸气轮机的输出降低，提高燃气轮机复合发电设备整体的热效率。
另外，本发明的转向关节栓的密封结构在第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间设置外径不同的两个环状部件，使转向关节栓通过该两个环状部件之间，以封堵从转向关节栓贯通的螺栓孔泄漏的蒸气。因此，可以降低蒸气泄漏，有效使用蒸气，所以相应地能降低运转成本。能够降低该部分的蒸气泄漏，提高燃气轮机复合发电设备整体的热效率。
此外，本发明的转向关节栓的密封结构在上述管状部件或环状部件的端部设置金属和陶瓷密封部件，更能提高蒸气的密封性能。因此，可以进一步降低蒸气泄漏，更加有效地使用蒸气，提高燃气轮机复合发电设备整体的热效率。
本发明的转向关节栓的密封结构在第一段转子盘等上设置阶梯部件等，防止上述管状部件或环状部件因离心力而向转子盘的径方向外侧移动。燃气轮机的转子盘处于高速运转状态，所以转动系统内的结构部件接受大的离心力。管状部件或环状部件如果由于该离心力而发生偏心，有时会破坏运转平衡，加大轴振动，导致燃气轮机停止运转。该密封结构使阶梯部件等和管状部件接触，阻止管状部件等的移动，所以能够抑制管状部件等的偏心。因此，可以在不破坏运转平衡的状态下进行运转。能够抑制燃气轮机的运转停止。
另外，本发明的燃气轮机用管状部件覆盖转向关节栓周围，利用该管状部件来封堵通过设于第一段转子盘上的螺栓孔而泄漏的蒸气。因此，能够降低转向关节栓部的蒸气泄漏，所以该燃气轮机可以抑制冷却用蒸气的浪费，并能提高使用了该燃气轮机的燃气轮机复合发电设备的热效率。
此外，本发明的燃气轮机在第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间设置外径不同的两个环状部件，使转向关节栓通过该两个环状部件之间，以封堵从转向关节栓贯通的螺栓孔泄漏的蒸气。因此，能够降低转向关节栓部的蒸气泄漏，抑制冷却用蒸气的浪费，并能提高使用了该燃气轮机的燃气轮机复合发电设备的热效率。发明效果如上所述，本发明涉及的转向关节栓的密封结构及燃气轮机，对使用蒸气作为转子叶片和转子盘等高温部件的冷却介质的燃气轮机非常有用，适合降低蒸气泄漏，提高蒸气使用效率和工作效率。
权利要求
1.一种转向关节栓的密封结构，其特征在于，在燃气轮机的气轮机转子中的第一段转子盘和压缩机侧连接部件之间，利用管状部件覆盖转向关节栓的周围，并且使该管状部件的端部分别接触上述第一段转子盘和压缩机侧连接部件，其中，该燃气轮机的各转子盘和压缩机侧连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气通路；该管状部件垂直于轴方向的截面包含通过上述转向关节栓的螺栓孔截面。
2.一种转向关节栓的密封结构，其特征在于，将燃气轮机的气轮机转子中的第一环状部件和配置在该第一环状部件内侧的第二环状部件配置成以下状态，即，使这些环状部件的端部接触第一段转子盘和上述压缩机侧连接部件，并且使上述转向关节栓通过上述第一及第二环状部件之间，其中，该燃气轮机的各转子盘和压缩机侧连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气通路。
3.根据权力要求1或2所述的转向关节栓的密封结构，其特征在于，在上述管状部件或上述环状部件的端部和上述第一段转子盘之间，或者在上述管状部件或上述环状部件的端部和上述压缩机侧连接部件之间的至少一方还具有密封部件。
4.根据权力要求1或2所述的转向关节栓的密封结构，其特征在于，在上述第一段转子盘或上述压缩机侧连接部件中的至少一方还具有突起或阶梯部件，以防止上述管状部件或上述环状部件相对转子盘的径方向外侧而移动。
5.一种燃气轮机，具有周围配置有转子叶片的多个转子盘，通过蒸气来冷却上述转子叶片或上述转子盘及其他高温部件，其特征在于，具有压缩机，把空气压缩并制作燃烧用空气；燃烧器，向由该压缩机制作的燃烧用空气供给燃料使产生燃烧；气轮机转子，上述各转子盘和位于上述压缩机侧的连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气的供给通路或回收通路；在第一段上述转子盘和上述连接部件之间，利用管状部件覆盖上述转向关节栓周围，并使该管状部件的两端分别接触上述第一段转子盘和压缩机侧连接部件，其中，该管状部件垂直于轴方向的截面包含通过上述转向关节栓的螺栓孔截面。
6.一种燃气轮机，具有周围配置有转子叶片的多个转子盘，通过蒸气来冷却上述转子叶片或上述转子盘及其他高温部件，其特征在于，具有压缩机，把空气压缩并制作燃烧用空气；燃烧器，向由该压缩机制作的燃烧用空气供给燃料使产生燃烧；气轮机转子，上述各转子盘和位于上述压缩机侧的连接部件通过转向关节栓组合在一起，并且其内部具有蒸气的供给通路或回收通路；将第一环状部件和配置在该第一环状部件内侧的第二环状部件配置成以下状态，即，使这些环状部件的端部接触第一段转子盘和上述连接部件，并且使上述转向关节栓通过上述第一环状部件及第二环状部件之间。
全文摘要
一种转向关节栓的密封结构，其中第一段转子盘(50a)和压缩机侧连接部件(30)通过贯通两者的转向关节栓(20)连接在一起，并且在第一段转子盘(50a)和压缩机侧连接部件(30)之间，用管状部件(100)覆盖转向关节栓(20)。
文档编号F02C7/28GK1473236SQ02802950
公开日2004年2月4日 申请日期2002年10月10日 优先权日2001年10月10日
发明者上松一雄, 广川一晴, 晴 申请人:三菱重工业株式会社