燃气轮机的制作方法_4

文档序号:9872156阅读:来源:国知局
与不设置冷却空气流路63而对叶片环43的外周面及内周面进行冷却的实施方式相比,能够将叶片环43的温度维持得更低。因此,叶片环43的向径向的外侧的位移进一步变小,动叶片的前端与分割环之间的间隙的管理更加容易。
[0085]另一方面,将从压缩机11抽出的压缩空气的一部分作为冷却空气A2从第二冷却空气供给路径74向第二腔室62供给。于是,该冷却空气A2在静叶片体53的静叶片27、各护罩55、56内通过,并从盘状件腔室(未图示)向气体通路58排出,由此对静叶片体53进行冷却。
[0086]另外,叶片环43在径向的内周面的第二腔室62侧设置有隔热构件81,因此不易受到来自向第二腔室62供给的冷却空气A2的热量,从而高温化得到抑制。即,如上述那样,叶片环43的温度保持为在第一腔室61内流动的冷却空气Al与在第二腔室62内流动的冷却空气A2的中间温度,但在叶片环43的内周面设置有隔热构件81的情况下,来自第二腔室62侧的热量输入被隔断,叶片环43的温度接近第一腔室61的冷却空气Al的温度。因此,动叶片28的前端与分割环49、51之间的间隙的管理变得更加容易。
[0087]在上述的实施方式中,通过第一冷却空气供给路径71将冷却空气Al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,由此对叶片环43进行冷却。进一步,将冷却叶片环43后的第一腔室61的冷却空气Al通过冷却空气排出路径72向涡轮13的排气冷却系统75供给。然而,也可以使冷却空气Al的流动反向。
[0088]图3是表示本实施方式的变形例的、涡轮的叶片环的附近的剖视图。如该图3所示,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向第一腔室61供给,并从该第一腔室61向冷却空气流路63供给。即,在叶片环43处,将冷却空气Al向第一腔室61供给,并从该第一腔室61向第一歧管64供给,通过连结通路66而向第二歧管65供给。在该结构中,叶片环43也被在内部流动的冷却空气Al和供给至径向的外侧(第一腔室61)的冷却空气Al冷却,从而高温化得到抑制。然后,冷却叶片环43后的冷却空气Al从冷却空气流路63通过冷却空气排出路径72向涡轮13的排气冷却系统75供给。
[0089]另外,在图3中,也可以将冷却空气流路63的另一端部63b与第一腔室61连通,将第一冷却空气供给路径71和冷却空气排出路径72中的一方与冷却空气流路63连结,而将另一方与第一腔室61连通。
[0090]接下来,图4是相对于图1、2所示的实施方式以及图3所示的变形例进一步表示第一冷却空气供给路径71的变形例的图。如图4所示,在第一冷却空气供给路径71中的、在风扇73的下游侧处与涡轮机室26连接的近前的配管路径的中途,设置对冷却空气Al进行加热的加热装置76。作为加热介质77,能够利用从燃气轮机排出的燃烧排气或压缩机出口的机室空气或GTCC的废蒸气等。
[0091]第一冷却空气供给路径71通常引入大气空气A,不加热而将低温的冷却空气直接向燃气轮机供给。但是,在燃气轮机的起动时,也可以向加热装置76供给加热介质77而对冷却空气Al进行加热。若对冷却空气Al进行加热,则叶片环43的温度上升,能够扩宽起动时的动叶片的前端与分割环之间的间隙,因此能够可靠地避免起动时容易产生的扭转点。
[0092]在此,对燃气轮机的起动时的涡轮13的构成构件中的径向的位移进行说明。
[0093]图5是表示燃气轮机的热起动时的涡轮的构成构件的间隙的变化的曲线图,图6是表示燃气轮机的冷起动时的涡轮的构成构件的间隙的变化的曲线图。
[0094]在现有的燃气轮机的热起动时,如图1及图5所示,在时间tl起动燃气轮机I的情况下,转子32的转速上升,在时间t2,转子32的转速达到额定转速并维持为恒定。在该期间,压缩机11从空气入口 20引入空气,并使空气通过多个静叶片23以及动叶片24而对其进行压缩,由此生成高温高压的压缩空气。燃烧器12在转子32的转速到达额定转速之前被点火,对压缩空气供给燃料而使其燃烧,由此生成高温高压的燃烧气体。涡轮13使燃烧气体通过多个静叶片27以及动叶片28,由此驱动转子32旋转。因此,燃气轮机在时间t3,负荷(输出)上升,在时间t4,达到额定负荷(额定输出)并维持为恒定。
[0095]在这样的燃气轮机的热起动时,动叶片28由于高速旋转而向径向上的外侧位移(扩张),然后,从在气体通路58中通过的高温高压的燃烧气体G接受热量而进一步向外侧位移(扩张)。另一方面,叶片环43虽然在刚刚停止后为高温,但在燃气轮机I刚刚起动后的一定时间的期间内,从压缩机11向叶片环43供给有低温的抽气空气(冷却空气A2),从而叶片环43被暂时冷却。因此,叶片环43暂时地向径向的内侧位移(收缩),然后,来自压缩机11的抽气空气的温度上升,叶片环43的抽气空气所带来的冷却效果减弱,叶片环43再次向外侧位移(扩张)。
[0096]此时,在现有的燃气轮机中,图5中以虚线表示的分割环及隔热环在时间t2附近暂时地被低温的抽气空气冷却而向内侧位移,因此,产生动叶片的前端与分割环的内周面之间的间隙暂时较大地减少的扭转点(最小间隙)。然后,分割环、隔热环、叶片环被高温高压的燃烧气体及抽气空气加热而向外侧位移(扩张)。并且,在时间t4后的额定运转中,分割环、隔热环、叶片环向外侧较大地位移,从而导致动叶片的前端与叶片环的内周面之间的间隙增大至必要以上。
[0097]另一方面,在本实施方式的燃气轮机中,在图5中以实线表示的分割环49、51虽然在时间t2由于分割环49、51、隔热环46、47以及叶片环43被低温的冷却空气(冷却空气Al及冷却空气A2)冷却而向内侧位移,但是由于能够确保起动前的动叶片28的前端与分割环49、51的内周面之间的间隙较大,因此,与现有的结构相比,动叶片28的前端与分割环49、51的内周面之间的间隙不会减少。并且,在时间t4后的额定运转中,叶片环43能够被向第一腔室61及冷却空气流路63供给的冷却空气(冷却空气Al)冷却,并且通过隔热构件81能够抑制来自第二腔室62的压缩空气的热量输入。因此,叶片环43虽然稍微向外侧位移,但是与现有的结构相比,动叶片28的前端与分割环49、51或隔热构件81的内周面之间的间隙不会变大。
[0098]另外,如图1以及图6所示,在燃气轮机的冷起动时,与热起动时相比,分割环不会向径向的内侧位移,因此,与热起动时相比,产生扭转点的可能性更小。
[0099]这样,在本实施方式的燃气轮机中,具有压缩机11、燃烧器12以及涡轮13。作为涡轮13,具有:涡轮机室26;转子32,其旋转自如地支承于涡轮机室26的中心部;叶片环43,其由涡轮机室26的径向的内周部支承,并划分出收容低温的冷却空气的环状的第一腔室61;多个动叶片体54,其配置为沿轴向隔开规定间隔地在转子32的外周部固定多个;以及多个静叶片体53,其在转子的轴向上交替地配置在多个动叶片体54之间,且在径向的外周侧形成有环状的第二腔室62。另外,叶片环43具备:沿轴向隔开规定间隔地支承于叶片环43的径向的内周部的多个隔热环46、47;以及支承于多个隔热环46、47的径向的内周部的多个分割环49、51。并且,涡轮13设置有从第一腔室61排出冷却空气的冷却空气排出路径72和将压缩空气向第二腔室62供给的第二冷却空气供给路径74。
[0100]因此,能够从压缩机11抽出压缩空气的一部分,并通过第二冷却空气供给路径74将抽出的压缩空气作为冷却空气A2向第二腔室62供给,并且通过第一冷却空气供给路径71将冷却空气Al向第一腔室61供给,通过冷却空气排出路径72从第一腔室61排出冷却空气Al。即,将比冷却空气A2低温的冷却空气Al向第一腔室61供给,因此能够减小叶片环的径向的位移,从而能够抑制分割环49、51的径向的位移。其结果是,能够将分割环49、51与动叶片28之间的间隙维持为适当量,从而抑制涡轮13产生的驱动力的回收效率的降低,提高燃气轮机的性能。
[0101]在本实施方式的燃气轮机中,在叶片环43的内周面设置隔热构件81。因此,通过利用隔热构件81隔断从第二腔室62向叶片环43的热量输入,能够抑制叶片环43的高温化。
[0102]在本实施方式的燃气轮机中,作为冷却空气流路63设置有:沿转子32的轴向隔开规定间隔地配置的多个歧管64、65;以及将多个歧管64、65串联连结的连结通路66。因此,在叶片环43内,使冷却空气Al通过连结通路66在多个歧管64、65之间流通,由此能够高效地冷却叶片环43。
[0103]在本实施方式的燃气轮机中,作为叶片环43,设置沿着转子32的轴向的圆筒部44a和在圆筒部44a的轴向的上游侧及下游侧的各端部设置的第一外周凸缘部44b及第二外周凸缘部44c,多个歧管64、65在第一外周凸缘部44b和第二外周凸缘部44c内形成为空洞部。另外,连结通路66在圆筒部44a内形成为多
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