专利名称：燃气轮机中的冷却介质通道接头构造和管密封及燃气轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在动叶片的冷却中使用空气或蒸气等冷却介质的燃气轮机，更详细地讲，是涉及在用于连接从转子盘向动叶片供给冷却用介质的流路的燃气轮机中、冷却流路的接头构造和管密封、以及燃气轮机。
另外，虽然在以往的空气冷却中使用来自压缩机的空气作为涡轮动静叶片的冷却介质，但是如果将该压缩空气使用于冷却，就减少了能够由涡轮给出的功。这里，如果使用蒸气代替空气，就能够节省动静叶片的冷却空气，这样能够由涡轮回收的功就增加，能够增大可由涡轮给出的功。
图8为表示向涡轮动叶片供给冷却蒸气的蒸气流路的剖面图。蒸气被供给到中空的涡轮主轴800后，被导向朝半径方向外侧的蒸气供给管801中。然后，该蒸气流入在轴向上穿过转子盘803的外周附近的蒸气供给管804，并被供给到设置在动叶片805内部的冷却流路(未图示)中。
图9为表示以前的用于从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用的蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。如该图所示的那样，接头部120的端部121形成为球面形状，被嵌入形成为与之相配合的球面形状的动叶片805的冷却介质通道入口805a中。另外，在接头部120的另一端部一侧设置着呈圆周状突起部120a，接头部120的另一端插入转子盘803一侧的冷却介质通道出口803a中，突起部120a的顶部和冷却介质通道出口803a接触，这里构成了密封点125，防止冷却介质的泄漏。
另外，在特开平2000-274261号公报上，公开了在接头部的一端形成凸缘，并且将设置在动叶片根部的该凸缘插入同一断面形状的槽中、连接冷却介质流路的冷却通道的接头构造。而且，在该接头部的插入在转子盘上形成的冷却流路出口的部分上，设置着球面形状的弹簧，通过该弹簧的弹性力防止蒸气泄漏。
然而，接头部120的端部121为球面形状，通过被形成为与之嵌合相配的球面形状的动叶片805的冷却介质入口805a面接触，防止蒸气泄漏。但是，提高面的加工精度很困难，蒸气从该部分少量泄漏。而且，在燃气轮机的运转过程中，上述冷却流路的接头构造部分升温到400℃左右。因此，接头部120用金属材料制造，插入同样用金属材料制造的转子盘803的冷却介质通道出口803a中。所以，就有在密封点125处必定会产生间隙、蒸气从该间隙泄漏这样的问题。由于这些蒸气的泄漏量不太多，所以迄今并不是很大的问题，但是要进一步提高蒸气的使用效率，就需要使这些密封部分的蒸气泄漏非常小。
而且，在特开平2000-274261号公报上公开的冷却通道的接头构造能够适应相对于转子盘的径向的移动。但是，在与该径向垂直的方向上产生移动的情况下，如果该移动非常微小则能够适应，但是在移动较大的情况下就有在凸缘部和动叶片根部之间产生间隙，蒸气从该间隙泄漏的问题。因此，本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种减少蒸气的泄漏、控制蒸气的浪费，而且即使动叶片和转子盘相对移动也能够保持密封性的燃气轮机中的冷却流路的接头构造以及管密封、以及燃气轮机。
为了实现上述目的，本发明之1的燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，设置在所述动叶片的根部的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、并将插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部、形成为球面形状、且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件的管密封；所述冷却介质通过口的内壁面和所述管状的圆筒部的形成为球面形状的端部为线接触。
该燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，使形成球面形状的管密封的端部，和设置在动叶片根部的冷却介质通过口的内壁面为线接触，控制该部分的冷却介质的泄漏。而且，在转子盘一侧的冷却介质通过口，通过设置在管密封的圆筒部的球面形状的弹簧等弹性构件控制蒸气的泄漏。由于设置在动叶片上的冷却介质通过口和管密封圆筒部的端部是线接触，所以即使该部分的加工精度不很高，也能够控制冷却介质的泄漏。而且，虽然在转子盘一侧的冷却介质通道中利用弹性构件保持密封性，但是也能够利用该弹性构件的阻尼作用吸收振动。因此，不仅是转子盘一侧，而且在动叶片一侧的冷却介质通道中也能够保持稳定的密封效果。
另外，由于管密封圆筒部的端部形成为球面形状，所以能够承受由转子盘的旋转产生的较大的离心力，保持该部分的密封性。并且，即使动叶片与转子盘错位、管密封倾斜的情况下，也能够通过设置在管密封圆筒部上的弹性构件保持与形成为球面形状的管密封圆筒部的端部的密封性。这时，由于管密封倾斜而吸收动叶片的错位，所以能够吸收比管密封在其径向上水平移动还要大的错位。通过这些作用，在该接头构造中，无论怎样的运转状态都能够保持密封性，控制冷却通道的接头部泄漏的蒸气或者空气等冷却介质的量，所以能够有效地利用冷却介质，使燃气轮机的热效率得以提高。并且，该冷却流路的接头构造对于在冷却介质中使用蒸气的燃气轮机以及使用空气的燃气轮机都能够适用。
作为线接触的手段，可以在设置在动叶片根部的冷却介质通过口内壁面上，以凹下的形状形成比球面形状的管密封的端部的曲率半径大的球面，或者以突起形状的球面形状形成上述冷却介质通过口的内壁面，与球面形状的管密封端部相接触。另外，也可以在管密封端部与设置在动叶片根部的冷却介质通道内部之间设置具有比球面形状的管密封端部的外径小的内径的环，使该环的端部内周和球面形状的管密封端部形成线接触。并且，也可以将设置在动叶片根部的冷却介质通道内部形成为阶梯形状，使其小径部小于球面形状的管密封端部的外径，使管密封端部和冷却介质通道的小径部形成线接触。
另外，本发明之2的燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，和设置在所述动叶片的根部、并且内壁面形成为向着所述动叶片的前端变小的圆锥形状的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、将插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部形成为球面形状、且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件的管密封。
该冷却流路的接头构造，使形成为球面形状的管密封圆筒部的端部与设置在动叶片上的内表面形成为圆锥状的冷却介质通过口相接触，控制该部分的冷却介质的泄漏。而且，在转子盘一侧的冷却介质通过口，通过设置在管密封圆筒部的球面形状的弹簧等弹性构件控制蒸气的泄漏。由于设置在动叶片上的冷却介质通过口和管密封圆筒部的端部为线接触，所以即使该部分的加工精度不很高，也能够控制冷却介质的泄漏。而且，由于设置在动叶片根部的冷却介质通过口形成为圆锥状，所以加工容易，制造上不费事。
另外，本发明之3的燃气轮机的冷却流路的接头构造，其特征在于，在上述燃气轮机的冷却流路的接头构造中，进而所述管密封，在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上，配置有外径比该圆筒部的外径大、并且比所述弹性构件的外径小地形成的突起状部分。
该冷却流路的接头构造，进而在管密封圆筒部的侧面设置突起状部分，通过该突起状部分和设置在转子盘上的冷却介质通过口接触，限制转子盘径向的移动。通过该作用，设置在管密封圆筒部的弹性构件变形不会超过一定尺寸，所以能够减小该弹性构件破损的危险性。特别是，在用薄金属板制造该弹性构件的情况下，破损的危险性增高，所以设置上述突起状部分效果明显。由于利用该接头构造能够可靠地控制冷却介质的泄漏，所以可靠性提高。而且，由于也能够提高管密封的耐久性，所以能够减少保养、检修的工作量。
另外，本发明之4的燃气轮机的冷却流路的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，和设置在所述动叶片的根部、且内壁面形成为向着所述动叶片的前端变小的圆锥形状的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、在插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部外周上形成接触面、并且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件、进而在所述圆筒部的侧面上设置着通过与设置在所述动叶片的根部或者转子盘上的冷却介质通过口中的任意一个的内壁面相接触、限制所述圆筒部在径向上的运动的突起状部分的管密封。
该冷却流路的接头构造，使在管密封圆筒部的端部外周形成的接触面与设置在动叶片上的、内表面形成为圆锥状的冷却介质通过口的内壁面相接触，这样控制冷却介质的泄漏。而且，利用弹性构件控制设置在转子盘上的冷却介质通过口的冷却介质的泄漏。并且，通过设置在管密封圆筒部的突起状部分来限制管密封的径向的移动，并防止弹性构件的破损。该接头构造在动叶片和转子盘的错位小的情况下有效地发挥功能，发挥其作用。但是，由于在动叶片的错位大的情况下管密封的倾斜增大，所以在形成接触面的端部会产生冷却介质的泄漏，因此希望适用于动叶片的错位小的情况。由于该管密封端部不需要形成为球面形状，所以制造容易，能够降低制造成本。
这里，在管密封圆筒部的端部外周形成的接触面上，在形成为曲面的构造之外也包含设置切纹代替曲面的构造。而且，也可以将该部分形成为与设置在动叶片上的冷却介质通过口的内壁面的形状相符的圆锥状。但是，由于曲面之外的形状与设置在动叶片上的冷却介质通过口的内壁面构成面接触，所以从密封性的观点出发，希望形成为曲面。
另外，本发明之5的管密封，其特征在于，具有端部形成为球面形状的管状的圆筒部，并且在插入作为连接对象的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上、设置着在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件。由于该管密封的端部形成为球面形状，所以即使在管密封的轴向上作用很大的力，也能够承受并保持密封性。而且，利用在管密封圆筒部的径向上变形的弹性构件，能够确保密封性。这样，即使在该管密封倾斜的情况下，也能够通过球面形状的端部和弹性构件保持密封性，所以即使该管密封有在径向上的错位较大的部分，也能够发挥密封效果。
另外，本发明之6的管密封，其特征在于，在上述管密封中，进而在插入作为连接对象的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上，设置着外径比该圆筒部的外径大且比所述弹性构件的外径小地形成的突起状部分。该管密封能够通过设置在圆筒部上的突起状部分将弹性构件的变形控制在一定值以下，所以能够控制弹性构件的破损，可靠地发挥密封效果。而且，由于弹性构件的寿命延长，所以能够长期保持密封效果，而且也能够减少保养、检修的工作量。因此，也能够用于组装后不容易解体的构造物。
另外，本发明之7的燃气轮机，其特征在于，配置有压缩空气、生成燃烧用空气的压缩机，和向由该压缩机生成的燃烧用空气供给燃料、产生燃烧气体的燃烧器，和具有通过上述冷却介质通道的接头构造供给冷却介质的动叶片，和具有在轴向上贯通、用于向所述动叶片供给或者回收冷却介质的冷却介质通道的转子盘、并通过向所述动叶片上喷射所述燃烧气体来驱动的涡轮。
该燃气轮机的转子盘和动叶片之间通过上述冷却流路的接头构造连接，向动叶片供给、回收冷却介质。由于燃气轮机的动叶片以及转子盘为高温、且经受很高的离心力，所以动叶片和转子盘由于热变形而错位，或者在密封构造上作用很大的力。由于应用于该燃气轮机的接头构造，使端部形成为球面形状的管密封与冷却介质通道的内面形成线接触并密封，所以即使作用有很高的离心力，也能够保持密封效果。而且，即使在动叶片错位的情况下，通过上述球面形状的端部和设置在管密封的圆筒部的弹性构件，管密封也能够一面倾斜、吸收动叶片的错位，一面发挥密封效果。这样，即使在高温、高离心力作用的环境下，也能够通过稳定的密封效果使冷却介质的浪费减至极小，能够提高燃气轮机的热效率。
图2为表示涉及本发明的实施例1的从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。
图3为表示转子盘和动叶片错位的情况下的管密封的状态的说明图。
图4为表示涉及实施例1的冷却通道的接头构造的变形例的剖面图。
图5为表示涉及本发明的实施例2的从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。
图6为表示涉及实施例2的接头构造的其它例的剖面图。
图7为表示在高温部采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电成套设备的概略图。
图8为表示向涡轮动叶片供给冷却蒸气的蒸气流路的剖面图。
图9为表示以前的用于从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。
图中1—动叶片，1a—蒸气供给口，10、11、12、13—圆筒部，10a、11a、12a—端部，20—弹簧，30、31、32、34—突起状部，33—管状构件，50、501—转子盘，60—蒸气供给管，61—蒸气供给管出口，61a—开口端，100、101、102、103、104、105、106—管密封，900—燃气轮机，901、907—发电机，903—高压蒸涡轮，904—混合器，905—中压蒸涡轮，906—低压蒸涡轮，908—冷凝器，909—泵。
(实施例1)
图1为表示涉及本发明的实施例1的燃气轮机的说明图。该燃气轮机900利用蒸气冷却动叶片或转子盘或者静叶片等燃气轮机的高温构件。从空气入口951进入的空气，通过压缩机952压缩，成为高温、高压的压缩空气并被送入燃烧器953。在燃烧器953中向该压缩空气中供给天然气等气体燃料、或者轻油或轻重油等液体燃料，使燃料燃烧，生成高温、高压的燃烧气体。该高温、高压的燃烧气体被引进燃烧器尾筒954后，向涡轮(turbine)955喷射。
涡轮955的静叶片和动叶片通过蒸气冷却，但是其中冷却动叶片1的蒸气，通过设置在涡轮主轴956内的蒸气供给流路(未图示)供给。从该蒸气供给流路供给的蒸气，在到达转子盘501之前方向改变90度，进入在转子盘50的圆周方向上复数设置的外侧的蒸气供给管60，并供给到动叶片1。并且，设置在转子盘50上的蒸气供给管60和设置在动叶片1内部的冷却流路，由下面说明的管密封连接。
图2为表示涉及本发明的实施例1的从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。并且，虽然为了说明方便，就蒸气供给一侧的构造进行说明，但是蒸气回收一侧的构造也相同。如图2所示的那样，管密封100在管状的圆筒部10的一端安装有作为弹性构件的球面形状的弹簧20。这里，由于从蒸气供给管60供给的蒸气温度为400℃左右，所以希望球面形状的弹簧20由具有耐热性的材料制造，例如可以使用铬镍铁合金等耐热合金。而且，管状的圆筒部10的安装有弹簧20的端部，插入设置在转子盘50上的作为冷却介质通道的蒸气供给管出口61中。这里，由于球面形状的弹簧20的外径比蒸气供给管出口61的内径小，所以在球面形状的弹簧20插入蒸气供给管出口61中时，球面形状的弹簧20就通过其弹性力压在蒸气供给管出口61的内壁面上。通过这样，能够控制通过蒸气供给管出口61的内壁面和球面形状的弹簧20之间的蒸气的泄漏。
圆筒部10的另一端部10a形成为球面形状，该端部10a插入另一个作为冷却介质通过口的动叶片1的蒸气供给口1a中，与该蒸气供给口1a的内壁面接触。这里，蒸气供给口1a的与圆筒部10的端部10a接触的部分形成为朝向动叶片1的前端的内径逐渐变小的圆锥状，从而与形成为球面形状的管密封100的端部10a形成线接触。在燃气轮机运转过程中，转子盘50以及安装在上面的动叶片1高速旋转，在管密封100上作用2000～3000g的离心加速度。通过基于该离心加速度的离心力F，形成为球面形状的管密封100的端部10a被压在形成为圆锥状的蒸气供给口1a的内壁面上。这样，能够控制管密封100的端部10a和蒸气供给口1a之间的蒸气泄漏。而且，由于管密封100的端部10a形成为半球面形状，故强度很高，能够承受由较高的离心加速度产生的很大的离心力。
这里，由于在以前的接头构造中，管密封的端部和蒸气供给口的内壁面为面接触(参照图9)，所以为了得到一定的密封效果，需要很高的加工精度。但是，由于该管密封100的端部10a和蒸气供给口1a的内壁面为线接触，所以即使加工精度不高也能够充分发挥密封效果。而且，虽然将蒸气供给口的内面加工成球面形状是很困难的，但是由于该蒸气供给口1a加工成圆锥状即可，所以加工容易，制造成本也能够降低很多。
并且，可以在蒸气供给口1a的与管密封100的端部10a接触的部分、或者蒸气供给管出口61与球面形状的弹簧20接触的部分实施表面硬化涂覆。这样则能够减轻微振磨损，所以能够长期保持密封性能。作为表面硬化涂覆的方法，例如有通过镀铬或PVD(Physical Vapor Deposition)、用物理方式形成TiC或TiN层等方法。另外，也可以通过Hard facing处理使高碳高铬钢、或高锰钢、或者Co-Cr-W合金(钨铬钴合金)等熔敷，进行表面硬化涂覆。
图3为表示转子盘和动叶片错位的情况下的管密封的状态的说明图。在燃气轮机运转过程中，由于高温的燃烧气体等的影响，动叶片1和转子盘50热膨胀，由于因材料不同导致的膨胀系数的不同，有时会产生如图3所示的那样错位。
这里，涉及实施例1的管密封100的端部10a形成为球面形状。因此，即使在如图3所示那样的动叶片1在与管密封100的轴向垂直的方向上错位的情况下，管密封100的端部10a也能够保持与蒸气供给口1a的内壁面接触的状态而运动。这样，即使动叶片1与转子盘50之间产生错位，也能够控制管密封100的端部10a和蒸气供给口1a之间的蒸气泄漏。另一方面，由于在管密封100的另一端部安装着球面形状的弹簧20，所以即使在动叶片1和转子盘50错位的情况下，也能够通过球面形状的弹簧20弹性变形、控制该部分的蒸气泄漏。
而且，在动叶片1和转子盘50错位的情况下，管密封100以点A为中心旋转，吸收该错位。因此，也能够吸收超过在管密封100和设置在转子盘50上的蒸气供给管出口61的内壁面之间产生的间隙的错位。如上述的那样，在涉及本发明的实施例1的接头构造中，即使在动叶片1与转子盘50错位很大的情况下，也能够控制蒸气的泄漏，控制无谓的蒸气的消耗。
(变形例)图4为表示涉及实施例1的冷却通道的接头构造的变形例的剖面图。该接头构造的特征在于，在管密封设置有球面形状的弹性体的一侧的端部，设置着用于限制在管密封的径向上的移动的突起状部分。如图4(a)所示的那样，在圆筒部10的安装着球面形状的弹簧20的一侧的端部形成有突起状部分30。并且，虽然根据图4(a)并不明确，但通过将环状的构件嵌在圆筒部10的外周之后、将其焊接固定而形成该突起状部分30。而且，该突起状部分30的外径比设置在转子盘50上的蒸气供给管出口61的内径小，从而该部分能够插入该蒸气供给管出口61中。
在动叶片1和转子盘50错位的情况下，通过球面形状的弹簧20的弹性变形，能够吸收该错位并确保密封性能，但是如果长时间持续较大的变形，则有时球面形状的弹簧20会破损。该管密封101通过设置在圆筒部10端部的突起状部分30限制在与管密封101的轴向垂直的方向上的移动。通过这样，能够将球面形状的弹簧20的变形量控制在一定值以内，所以能够减轻球面形状的弹簧20的负担，能够将其破损也控制在最小限度内。
虽然在上述说明中，通过在管密封101的圆筒部10上安装环状构件来形成突起状部分30，但是也可以如图4(b)所示的那样，将圆筒部11的端部11a成型为喇叭状，构成突起状部分。这样就不需要设置新的零件作为突起状部分，故能够减少零件数量，降低制造成本。而且，由于与圆筒部10一体形成突起状部分，所以能够提高耐久性，而且由于不需要担心脱落，所以装到燃气轮机等上时燃气轮机本身的可靠性得以提高，能够实现稳定的运转。
并且，也可以如图4(c)所示的那样，在圆筒部10的外圆周面、即球面形状的弹簧20的内侧，通过焊接等固定环状的构件，形成突起状部分31。这样则由于突起状部分31被形成在球面形状的弹簧20内部，所以与上述的管密封101或103相比较，能够缩短设置在向转子盘50上的蒸气供给管出口61中的插入部分的长度。如图3所示的那样，在动叶片1错位的情况下，通过管密封以点A为中心旋转而吸收该错位。这时，插入蒸气供给管出口61中的部分长，则在旋转角度小的状态下管密封的端部和蒸气供给管出口61的内壁面接触，不能够继续旋转。但是，如图4(c)所示的管密封102那样，该部分的长度短，则在动叶片1错位的情况下，管密封102就能够旋转到更大的旋转角度。因此，即使在动叶片1与转子盘50的错位大的情况下，也能够吸收该错位。其结果，能够使蒸气的泄漏极小，控制无谓的蒸气的消耗。
(实施例2)图5为表示涉及本发明的实施例2的从转子盘一侧向动叶片一侧供给或者回收冷却用蒸气的冷却通道的接头构造的剖面图。该接头构造适用于动叶片1和转子盘50的错位小的情况。在动叶片1错位的情况下，通过配置在管密封101的圆筒部12上的突起状部分32与设置在转子盘50上设置的蒸气供给管出口61的开口端61a接触，限制该错位。
在该接头构造中，使用配置着管状的圆筒部12的管密封104，在该圆筒部12的端部12a的外圆周上设置曲面，使该曲面与动叶片1的蒸气供给口1a的内壁面接触。而且，在圆筒部12的侧面、即设置在转子盘50上的蒸气供给管出口61的开口端61a的位置处，安装有限制管密封104在径向上的移动的突起状部分32。
圆筒部12的端部12a也可以设置切纹代替曲面。或者也可以将该部分形成为与设置在动叶片1上的蒸气供给口1a处的内壁面的形状相符合的圆锥状。但是，由于任何形状都与设置在动叶片1上的蒸气供给口1a的内壁面构成面接触，所以从密封性的观点出发，希望在圆筒部12的端部12a形成曲面。
这里，由于实施例2的接头构造适用于动叶片1的错位不太大的情况，所以与实施例1的管密封(参照图2～图4)相比较，动叶片1错位时的倾斜小。因此，不需要如实施例1的管密封那样，将与设置在动叶片1上的蒸气供给口1a接触的部分形成为球面形状，只需在端部12a的外圆周上设置曲面，就能够充分吸收动叶片1的错位。
在动叶片1错位的情况下，在管密封104的圆筒部12上形成的突起状部分32与设置在转子盘50上的蒸气供给管出口61的开口端61a接触。这样，由于管密封104在径向上的移动得以限制，所以也能够防止球面形状的弹簧20的破损。而且，由于设置在圆筒部12的端部12a的曲面与设置在动叶片1上的蒸气供给口1a的内壁面形成线接触，所以能够控制该部分的蒸气的泄漏。
该管密封104具有适用于动叶片1的错位小的情况这样的限制，管密封104的构造简单，仅加工管即可制造，所以与实施例1的管密封相比较，具有制造极其容易的优点。因此，在预先判明动叶片1的错位很小的情况下，应用该管密封104，能够降低燃气轮机等的制造成本。
图6为表示涉及实施例2的接头构造的其它例的剖面图。可以如图6(a)所示的那样，在圆筒部13的侧面、即设置在动叶片1上的蒸气供给口1a的内部位置处，安装环状的构件、形成突起状部分34，使该部分与蒸气供给口1a的内壁面接触，限制管密封106在径向上的移动。而且，也可以如图6(b)所示的那样，在圆筒部13的前端设置管状的构件33，并将其插入设置在动叶片1上的蒸气供给口1a的内部。而且，也可以通过该管状的构件33与蒸气供给口1a内部接触，限制管密封105在轴向上的移动。
(实施例3)图7为表示在高温部分采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电成套设备的概略图。在该燃气轮机复合发电成套设备中，通过HRSG(Heat RecoverySteam Generator废热回收锅炉)回收燃气轮机的废气具有的热能。利用回收的燃气轮机废气的热能产生蒸气，通过该高温、高压的蒸气驱动蒸涡轮，通过与之连接的发电机产生电力。这样，由于在燃气轮机复合发电成套设备中能够有效地利用燃气轮机的废热，所以能够提高成套设备整体的热效率。
该燃气轮机900在动静叶片或转子盘这样的高温构件的冷却中使用蒸气。而且，虽然在图7中并不明确，但是在设置在转子盘上的蒸气供给通道中，应用了在实施例1～3中说明的冷却蒸气的密封构造。另外，燃气轮机900与第一发电机901连接，燃气轮机900驱动该第一发电机901并使之产生电力。由于燃气轮机900的废气仍具有几百度的温度，所以将该废气引入HRSG902中，使之产生蒸气。
HRSG902产生的蒸气，首先被引入高压蒸涡轮903中，并驱动涡轮。高压蒸涡轮903排出的蒸气被引入燃气轮机900，用于动叶片或静叶片这样的高温构件的冷却。冷却了燃气轮机900的高温构件的蒸气被引进混合器904后，供给到中压蒸涡轮905。驱动了中压蒸涡轮905的蒸气被供给到低压蒸涡轮906并驱动该蒸涡轮。高压蒸涡轮903、中压蒸涡轮905以及低压蒸涡轮906串联连接，使与这些输出轴连接的第二发电机907旋转，产生电力。
驱动中压蒸涡轮905和低压蒸涡轮906的蒸气，利用冷凝器908恢复成水后，通过泵909供给到HRSG902。而且，通过设置在HRSG902中的蒸发器(未图示)再度成为蒸气后，利用过热器(未图示)过热，再次供给到高压蒸涡轮903，重复上述过程。
在该燃气轮机复合发电成套设备中，使用了配置有由实施例1～3说明的管密封和转子盘构成的冷却蒸气的密封构造的燃气轮机900。因此，能够确实可靠地向动叶片供给冷却用蒸气，所以能够控制燃气轮机900的跳闸，实现稳定的运转。其结果，也提高了发电成套设备的可靠性。而且，由于能够确实可靠地密封，蒸气泄漏也减少，所以能够有效地充分利用宝贵的蒸气，复合成套设备整体的热效率也因此而能够得到提高。
(发明效果)如上所述的那样，本发明的燃气轮机中的冷却流路的接头构造(本发明之1)，使形成球面形状的管密封的端部和设置在动叶片根部的冷却介质通过口的内壁面形成线接触，控制该部分的冷却介质的泄漏。而且，在转子盘一侧的冷却介质通过口中，通过设置在管密封的圆筒部的球面形状的弹簧控制蒸气的泄漏。这样，由于设置在动叶片上的冷却介质通过口和管密封圆筒部的端部形成线接触，所以即使该部分的加工精度不很高，也能够控制冷却介质的泄漏。而且，由于管密封端部形成为球面形状，所以即使动叶片错位、管密封倾斜，也能够随着该倾斜保持线接触。这样，即使动叶片错位也能够保持密封效果。
另外，本发明的燃气轮机中的冷却流路的接头构造(本发明之2)，使形成为球面形状的管密封圆筒部的端部与设置在动叶片上的、内表面形成为圆锥状的冷却介质通过口相接触，控制该部分的冷却介质的泄漏。而且，在转子盘一侧的冷却介质通过口，通过设置在管密封圆筒部的球面形状的弹簧控制蒸气的泄漏。因此，无论怎样的运转状态都能够保持密封性，控制冷却流路的接头部泄漏蒸气或者空气等冷却介质的量，所以能够有效地利用冷却介质，使燃气轮机的热效率也得以提高。而且，由于设置在动叶片根部的冷却介质通道形成为圆锥状，所以加工容易，制造上不费事。
另外，本发明的燃气轮机中的冷却流路的接头构造(本发明之3)，在上述管密封中，进而在管密封圆筒部的侧面设置突起状部分，通过该突起状部分与设置在转子盘上的冷却介质通过口接触，限制转子盘在径向上的移动。通过该作用，设置在管密封圆筒部的弹性构件的变形受到限制，所以能够控制该弹性构件的破损。这样，由于该接头构造能够更可靠地控制冷却介质的泄漏，所以可靠性得到提高。而且，由于管密封的耐久性也得到提高，所以能够减少保养、检修的工作量。
另外，本发明的燃气轮机中的冷却流路的接头构造(本发明之4)，使在管密封圆筒部的端部外周形成的接触面与设置在动叶片上的、内表面形成为圆锥状的冷却介质通过口的内壁表面相接触，通过这样控制冷却介质的泄漏。另外，利用弹性构件控制设置在转子盘上的冷却介质通过口的冷却介质的泄漏。并且，通过设置在管密封圆筒部的突起状部分限制管密封在径向的移动，防止弹性构件的破损。该接头构造在动叶片和转子盘的错位小的情况下可有效地发挥作用，而且由于在该接头构造中使用的管密封的端部不需要形成球面形状，所以制造容易，能够降低制造成本。
另外，本发明的管密封(本发明之5)，由于端部形成为球面形状，所以即使在管密封的轴向上作用很大的力，也能够承受并保持密封性。另外，由于设置有在管密封圆筒部的径向上变形的弹性构件，所以通过这样能够确保密封性能。而且，即使在该管密封倾斜的情况下，也能够通过球面形状的端部与弹性构件保持密封性能。因此，即使该管密封有在径向上的错位较大的部分，也能够发挥密封效果。
另外，本发明的管密封(本发明之6)，由于通过设置在圆筒部上的突起状部分将弹性构件的变形控制在一定值以下，所以能够抑制弹性构件的破损，可靠地发挥密封效果。而且，由于可延长弹性构件的寿命，所以也能够用于组装后不容易解体的构造物。
另外，本发明的燃气轮机(本发明之7)，将转子盘和动叶片之间通过上述冷却流路的接头构造连接，向动叶片供给、回收冷却介质。因此，即使在高温、高离心力作用的环境下，也能够发挥稳定的密封效果，所以即使在这样的环境下也能够使冷却介质的浪费减至极小，能够提高燃气轮机的热效率。
权利要求
1.一种燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，和设置在所述动叶片的根部的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、将插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部形成为球面形状、并且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件的管密封；所述冷却介质通过口的内壁面和所述管状的圆筒部的形成为球面形状的端部为线接触。
2.一种燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，和设置在所述动叶片的根部、并且内壁面形成为向着所述动叶片的前端逐渐变小的圆锥形状的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、将插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部形成为球面形状、并且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件的管密封。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，进而所述管密封，在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面，配置有外径比该圆筒部的外径大、并且比所述弹性构件的外径小地所形成的突起状部分。
4.一种燃气轮机中的冷却介质通道的接头构造，其特征在于，配置有具有向安装在外周部上的燃气轮机的动叶片供给或回收冷却介质的冷却介质通过口的转子盘，和设置在所述动叶片的根部、并且内壁面形成为向着所述动叶片的前端逐渐变小的圆锥形状的另一个冷却介质通过口，和具有管状的圆筒部、在插入设置在所述动叶片的根部的冷却介质通过口中的所述圆筒部的端部外周上形成接触面、并且在插入设置在转子盘上的冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件、并且将通过与设置在所述动叶片的根部或者转子盘上的冷却介质通过口中的任意一个的内壁面相接触、限制所述圆筒部在径向上的运动的突起状部分、设置在所述圆筒部的侧面上的管密封。
5.一种管密封，其特征在于，具有端面形成为球面形状的管状的圆筒部，并且在插入连接对象、即冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上设置有在该圆筒部的径向上弹性变形的弹性构件。
6.根据权利要求5所述的管密封，其特征在于，进而所述管密封，在插入连接对象、即冷却介质通过口中的所述圆筒部的侧面上，设置有外径比该圆筒部的外径大且比所述弹性构件的外径小地形成的突起状部分。
7.一种燃气轮机，其特征在于，配置有压缩空气、生成燃烧用空气的压缩机，和向由该压缩机生成的燃烧用空气供给燃料、产生燃烧气体的燃烧器，和具有通过权利要求1～4中任意一项所述的冷却介质通道的接头构造供给冷却介质的动叶片、和配置有在轴向上贯通的、用于向所述动叶片供给或者回收冷却介质的冷却介质流路的转子盘、通过向所述动叶片上喷射所述燃烧气体来驱动的涡轮。
全文摘要
一种燃气轮机中的冷却介质通道接头构造和管密封，可减少转子盘和动叶片的接头部的蒸气的泄漏。管密封(100)在管状的圆筒部(10)的一端安装有作为弹性构件的球面形状的弹簧(20)。而且，管状的圆筒部(10)的安装有弹簧(20)的端部，插入设置在转子盘(50)上的冷却介质通道、即蒸气供给管出口(61)中。圆筒部(10)的另一端部(10a)形成为球面形状，该端部(10a)插入另一个冷却介质通过口、即动叶片(1)的蒸气供给口(1a)中，并与该蒸气供给口(1a)的内壁面接触。
文档编号F01D5/08GK1407210SQ0214167
公开日2003年4月2日 申请日期2002年9月10日 优先权日2001年9月10日
发明者上松一雄, 大矢武明 申请人:三菱重工业株式会社