燃气轮机的制作方法_3

文档序号:9872156阅读:来源:国知局
之间进行密封的结构。由于具有这样的结构,因此,叶片环43的径向的位移不受涡轮机室26的约束。
[0066]另外,涡轮13在叶片环43中设置有冷却空气流路63。该冷却空气流路63具有:多个(在本实施例中为两个)歧管64、65,其在燃烧气体G的流动方向(转子32的轴向)上隔开规定间隔地配置,且绕转子32形成为环状;连结通路66,其将该多个歧管64、65在转子32的轴向上串联配置,且在两端与歧管64、64连结。
[0067]具体而言,作为冷却空气流路63,设置有在第一外周凸缘部44b中形成为空洞部的第一歧管64和在第二外周凸缘部44c中形成为空洞部的第二歧管65。各歧管64、65绕转子32而构成为环形状,该第一歧管64与第二歧管65通过在圆筒部44a中形成为多个连通孔的连结通路66相连结。构成该连结通路66的多个连通孔沿周向以等间隔配置。需要说明的是,在从转子32的轴向进行剖视观察时,连结通路66在径向上可以是单列的配置,也可以配置为多列。
[0068]涡轮13设置有将来自涡轮机室26的外部的冷却空气Al向第一腔室61或冷却空气流路63供给的第一冷却空气供给路径71,并且设置有将第一腔室61或冷却空气流路63的冷却空气Al排出的冷却空气排出路径72。冷却空气流路63的一端部63a与第一腔室61连通,另一端部63b与第一冷却空气供给路径71连结。第一冷却空气供给路径71是从外部贯通涡轮机室26的配管71a,在与叶片环43连接的前端部设置有辅助腔室71b。辅助腔室71b沿周向构成为环状,与冷却空气流路63的一端部63a连通。而且,第一冷却空气供给路径71的与前端部在径向上相反侧的基端部向涡轮13(涡轮机室26)的外部延长,在配管71a的上游端装配有风扇(鼓风机)73。冷却空气排出路径72也是从涡轮机室26的外部贯通涡轮机室26的配管72a,前端部与第一腔室61连通。需要说明的是,配管71a在叶片环43与涡轮机室26之间设置有波纹管71c。虽未图示,但配管72a也同样地在叶片环43与涡轮机室20之间设置有波纹管。波纹管71a、72a主要发挥吸收轴向的热延伸的差的作用。
[0069]另外,涡轮13设置有将冷却空气A2向第二腔室62供给的第二冷却空气供给路径74。该第二冷却空气供给路径74的基端部与压缩机11的中间段(中压段或高压段)的抽气室25(参照图7)连结,前端部与第二腔室62连通。第二冷却空气供给路径74是从涡轮机室26的外部贯通涡轮机室26的配管74a,该配管74a在叶片环43与涡轮机室20之间设置有波纹管74c。波纹管74c的作用与波纹管7Ia相同。
[0070]在这种情况下,第二冷却空气供给路径74将压缩机11压缩后的压缩空气的一部分作为冷却空气A2向第二腔室62供给。冷却空气A2主要用于静叶片周围的冷却。冷却空气A2最终向在气体通路58中流动的燃烧气体G中排出,因此需要抽气空气等的比较高的压力。另一方面,第一冷却空气供给路径71利用风扇73将外部的空气作为冷却空气Al向冷却空气流路63供给。此时,第一冷却空气供给路径71需要将比向第二腔室62供给的冷却空气A2低温的冷却空气Al向冷却空气流路63供给。
[0071]S卩,为了减小分割环49的内周面与动叶片28的前端之间的间隙,优选将叶片环43维持为尽量低的温度,最优选第一冷却空气供给路径71将由风扇73吸引大气空气A而得到的冷却空气Al向第一腔室61或冷却空气流路63供给。但是,第一冷却空气供给路径71也可以将从比第二冷却空气供给路径74低压的压缩机11的低压段抽出的压缩空气作为冷却空气Al向第一腔室61或冷却空气流路63供给。需要说明的是,在这种情况下,也优选从抽气温度接近大气温度的温度低的低压段抽气。
[0072]冷却空气排出路径72将从第一腔室61排出的冷却空气Al向排气冷却系统75导入。该排气冷却系统75例如是在排气室30中设置的排气扩散部31。
[0073]在排气室扩散部31中,供给至排气冷却系统75的冷却空气在对压杆(strut)35、轴承34进行冷却之后,向在排气室扩散部31内流动的压力恢复前的负压状态的燃烧气体中排出。由风扇73加压并供给至涡轮13的冷却空气Al在对叶片环43周围进行冷却之后,经由排出空气供给路径72而向排气室扩散部31供给并对其内部进行冷却。因此,冷却空气Al被循环使用,能实现冷却空气的有效利用。
[0074]另外,被循环使用的冷却空气Al向排气室扩散部31内的负压状态的燃烧气体中排出,因此对大气空气A进行吸引的风扇73的排出压力为比较低压即可。因此,使用利用了风扇73的冷却空气Al的方法与将压缩机11的抽气空气用于冷却空气Al的情况相比,能量损失较小即可,因此能够抑制燃气轮机的性能的降低。
[0075]涡轮13在叶片环43的第二腔室62侧的内周面设置有隔热构件81。隔热构件81在周向上分割为多个而构成为环形状,且覆盖叶片环43的径向的内周面。
[0076]另外,在转子32的轴向的上游侧与叶片环43的第一外周凸缘44b接触的燃烧器支承构件38发挥对从燃烧器12侧向叶片环43进入的热进行隔断的隔热构件81的作用。
[0077]另外,隔热环46、47由热膨胀率(热膨胀系数)比叶片环43大的材料构成。例如,隔热环46、47由奥氏体系不锈钢(SUS310S)形成,叶片环43由12%铬钢形成。
[0078]关于与现有技术相比的叶片环43周围的冷却方法的不同,以下进行具体地说明。如上述那样,叶片环43的径向的外周面与第一腔室61接触,径向的内周面与第二腔室62接触。另一方面,与供燃烧气体G流动的气体通路58接触的分割环49、51由隔热环46、47支承,隔热环46、47由叶片环43支承。
[0079]在向第一腔室61供给由风扇73加压的冷却空气Al、向第二腔室62供给从压缩机11抽出的冷却空气A2的情况下,叶片环43的温度成为向第一腔室61供给的冷却空气Al的温度与向第二腔室62供给的冷却空气A2的温度的中间温度。即,来自在气体通路58中流动的燃烧气体G的热量输入从分割环49、51经由隔热环46、47向叶片环43传递。另一方面,叶片环43自身并不与燃烧气体接触。因此,叶片环43的温度被直接接触的第一腔室61的冷却空气Al的温度与第二腔室62的冷却空气A2的温度控制,从燃烧气体G经由分割环49、51及隔热环46、47传递的热量输入的影响较小。
[0080]另一方面,分割环49、51从气体通路58接受燃烧气体G的热量。因此,分割环49、51及隔热环46、47虽然与第二腔室62接触而被冷却空气A2冷却,但温度比叶片环43高。
[0081]因此,在假定了燃气轮机的负荷上升、燃烧气体G的温度上升的状态的情况下,虽然叶片环43向径向的外侧位移,但分割环49、51及隔热环46、47由于被叶片环43的内周面向径向的内侧方向支承,因此,相对于叶片环43而言向径向的内侧位移。因此,在从转子32的中心进行观察的情况下,与叶片环43的向径向的外侧的位移量相比,分割环49、51的向径向的外侧的位移量小。另一方面,如上述那样,分割环49、51及隔热环46、47与叶片环43相比,受到燃烧气体G侧的热影响而温度变高。因此,分割环49、51的内周面的向径向外侧的位移量进一步变小。
[0082]在本实施方式中的涡轮13的结构的情况下,在第一腔室61中流动的冷却空气Al的温度设定为比在第二腔室62中流动的冷却空气A2的温度低。因此,在叶片环43与分割环49、51以及隔热环46、47之间,由于温度差引起的径向的热延伸的不同,与叶片环43的向径向的外侧的位移量相比,分割环49、51的内周面的向径向的外侧的位移量较小。即,若在向第一腔室61供给的冷却空气Al与向第二腔室62供给的冷却空气A2之间设置温度差,而将叶片环43保持为较低的温度,则动叶片的前端与分割环之间的间隙的管理变得容易,在额定运转时,能够维持适当的间隙量,燃气轮机的性能提高。
[0083]并且,可以在叶片环43中设置冷却空气流路63。若将冷却空气流路63设置在叶片环43内,并向冷却空气流路63供给冷却空气Al,则能够将叶片环43保持为更低的温度。即,在燃气轮机的运转中,利用风扇73将大气空气A作为冷却空气Al从第一冷却空气供给路径71向冷却空气流路63供给,并从该冷却空气流路63向第一腔室61供给。即,在叶片环43中,将冷却空气Al向第二歧管65供给,流经连结通路66而向第一歧管64供给,并向第一腔室61供给。因此,叶片环43被在内部循环的冷却空气Al和供给至外侧(第一腔室61)的冷却空气Al冷却,从而高温化得到抑制。在该冷却空气流路63中,由于连结通路66的通路截面积比歧管64、65的通路截面积小,因此冷却空气在通过连结通路66时流速上升,叶片环43被有效地冷却。
[0084]在这种情况下,向叶片环43的内部的冷却空气流路63供给冷却空气Al,因此,如上述那样,
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