燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及一种燃气轮机。

背景技术：

2.燃气轮机使与由压缩机压缩后的压缩空气混合后的燃料在燃烧器中燃烧，利用燃烧气体驱动涡轮机而驱动发电机等被驱动机械。压缩机、涡轮机的轴被收容于燃气轮机壳体。燃气轮机壳体例如以使轴为水平的姿态经由多个支承腿支承于底座台架(专利文献1等)。轴被收容于轴承壳体的轴承支承为旋转自如(专利文献2等)。
3.在先技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2009-57973号公报
6.专利文献2：日本特开2005-83199号公报
7.在专利文献2的图2中虽未图示(该文献第0023段)，但轴承壳体经由支撑件支承于燃气轮机壳体的内周部。如该文献那样，在轴向上具有长度的轴承壳体的情况下，有时利用第一支撑件及第二支撑件在轴向上的两个部位进行支承。另外，燃气轮机壳体为了形成环状的燃烧气体流路而成为内外的双重结构，经由被称为支柱的支承构件连结内周侧的壳体和外周侧的壳体。并且，连结该内周侧的壳体和外周侧的壳体的支柱有时位于前述第一支撑件与第二支撑件之间。另外，如专利文献2所示的轴承那样位于比涡轮机级部分靠下游侧处的轴承大多位于比支承燃气轮机壳体的各支承腿靠下游侧的位置。
8.在前述第一支撑件及第二支撑件中，通常位于燃烧气体的流动方向的下游侧的第二支撑件的两端固定于轴承壳体及燃气轮机壳体。与此相对，位于上游侧的第一支撑件构成为，例如仅固定于燃气轮机壳体，且相对于轴承壳体可滑动地接触。另外，对于燃气轮机壳体的支承腿，例如相对于下游侧(涡轮机侧)的支承腿而上游侧(压缩机侧)的支承腿的刚性被设定得较低。这都是为了允许与高温的工作流体接触的燃气轮机部件向轴向的热伸长差。
9.在这样的结构的情况下，接受来自工作流体的热而变形的燃气轮机壳体以高刚性的下游侧的支承腿为基点相对于底座台架沿轴向热伸长。本技术发明人等对该热伸长进行了分析，结果发现：由于燃气轮机壳体的外周侧的壳体的伸长，支柱以支承腿为基准向下游侧移动，并且由于内周侧的壳体的伸长，第二支撑件以支柱为基准向下游侧移动。这样，若支柱和第二支撑件向同一方向移动，则支柱及第二支撑件的移动量重叠，支承于第二支撑件的轴承乃至支承于轴承的轴的轴端的相对于支承腿的移动量会变大。
10.本发明的目的在于，提供一种能够抑制轴的轴端向轴向的位移量的燃气轮机。

技术实现要素：

11.为了实现上述目的，本发明提供一种燃气轮机，其具备：涡轮机，其由燃烧气体驱动；燃气轮机壳体，其包括由内筒及外筒构成的排气壳体；轴承，其将所述涡轮机的轴支承
为旋转自如；轴承壳体，其保持并覆盖所述轴承；支承腿，其支承所述燃气轮机壳体；支柱，其连结所述内筒和所述外筒；以及第一支撑件及第二支撑件，其相对于所述内筒支承所述轴承壳体，所述第一支撑件在所述燃烧气体的流动方向上相对于所述支柱位于与所述支承腿相同的一侧，所述支柱在所述燃烧气体的流动方向上位于所述第一支撑件与所述第二支撑件之间，所述第一支撑件固定于所述内筒及所述轴承壳体这双方，所述第二支撑件固定于所述内筒，而相对于所述轴承壳体可滑动地接触。
12.发明效果
13.根据本发明，能够抑制燃气轮机的轴的轴端向轴向的位移量。
附图说明
14.图1是示出本发明的一实施方式的燃气轮机的示意图。
15.图2是示出图1所示的燃气轮机所具备的涡轮机的内部结构的一结构例的图。
16.图3是示出图1所示的燃气轮机的外观的示意图。
17.图4是以局部截面示出图1所示的燃气轮机所具备的排气壳体的图。
18.附图标记说明：
19.3...涡轮机；3h...高压涡轮机(涡轮机)；3l...低压涡轮机(涡轮机)；30a、30b...支承腿；34...排气壳体；34a...外筒；34b...内筒；36...支柱；38...轴；38a...配重；41、42...轴颈轴承(轴承)；43...推力轴承(轴承)；45...轴承壳体；51...第一支撑件；52...第二支撑件；100...燃气轮机壳体；g...燃烧气体。
具体实施方式
20.以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
[0021]-燃气轮机-[0022]
图1是示出本发明的一实施方式的燃气轮机的示意图。
[0023]
图1所示的燃气轮机(燃气轮机发动机)100具备压缩机1、燃烧器2及涡轮机3。压缩机1和涡轮机3通过轴(未图示)相互连结。在本实施方式中，将包括能够相互独立地旋转的高压涡轮机3h和低压涡轮机3l而构成的双轴式涡轮机作为涡轮机3的例子，压缩机1与高压涡轮机3h连结。但是，涡轮机3也有为单轴式的情况。在低压涡轮机3l连结有发电机4作为被驱动机械。也有泵等其他被驱动机械代替发电机4而与低压涡轮机3l连结的情况。
[0024]
压缩机1由涡轮机3(高压涡轮机3h)驱动而旋转，吸入空气ar并对其进行压缩，且排出高温且高压的压缩空气。燃烧器2对从压缩机1排出的压缩空气混合从燃料系统(未图示)供给的燃料并使其燃烧，生成高温的燃烧气体g并将其向涡轮机3(高压涡轮机3h及低压涡轮机3l)供给。
[0025]
涡轮机3(高压涡轮机3h及低压涡轮机3l)由从燃烧器2供给的燃烧气体g驱动而旋转。在本实施方式中，利用来自燃烧器2的燃烧气体g驱动高压涡轮机3h，并利用驱动高压涡轮机3h后的燃烧气体g驱动低压涡轮机3l。
[0026]
这样被驱动的高压涡轮机3h输出的动力用于压缩机1的驱动。另一方面，低压涡轮机3l输出的动力由发电机4转换为电力。驱动涡轮机3后的燃烧气体g经由排气壳体34(图4)作为废气向大气释放。
[0040]
图3是示出燃气轮机100的外观的示意图。在图3中，省略了燃烧器2及发电机4的图示。
[0041]
形成燃气轮机100的外廓的燃气轮机壳体30是筒状的构件，构成为包括压缩机机室31、燃烧器外筒32、涡轮机机室33及排气壳体34。
[0042]
在压缩机机室31中收容有压缩机1的转子(未图示)。在燃烧器外筒32沿周向安装有多个燃烧器2。在涡轮机机室33中收容有涡轮机3的转子(高压涡轮机3h及低压涡轮机3l的各转子)(图2)。压缩机机室31的下游侧端部通过多个螺栓与燃烧器外筒32的上游侧端部连结。同样地，燃烧器外筒32的下游侧端部通过螺栓与涡轮机机室33的上游侧端部连结，涡轮机机室33的下游侧端部通过螺栓与排气壳体34的上游侧端部连结。
[0043]
燃气轮机壳体30经由支承腿30a、30b支承于作为基础构造物的底座台架30c。
[0044]
上游侧的支承腿30a与压缩机机室31的上游侧的端部附近连结。下游侧的支承腿30b与排气壳体34的上游侧的端部附近连结。下游侧的支承腿30b有时也与涡轮机机室33的下游侧的端部附近连结。支承腿30b为高刚性，与此相对，支承腿30a相比于支承腿30b而针对朝向轴向的力的刚性被设定得较小。由此，在燃气轮机100运转时，允许由来自工作流体的热引起的燃气轮机壳体30的热伸长。燃气轮机壳体30以被支承腿30b约束的部位为基点，从支承腿30b向轴向的两侧热伸长(参照图3的箭头)。
[0045]
图4是以局部截面示出排气壳体34的图。在该图中，示出了支承腿30b以及排气壳体34的下半侧的内部结构。关于排气壳体34的内部结构，由包括涡轮机转子10的旋转中心线c的铅垂剖视图进行表示。
[0046]
如图4所示，排气壳体34构成为包括外筒34a及内筒34b。外筒34a是越靠下游侧则直径越大的圆锥状的构件，经由凸缘f与涡轮机机室33的下游侧端部连结。内筒34b是收容于外筒34a的内侧并在其与外筒34a之间形成环型截面的空间的构件，与外筒34a同样地为圆锥状，且朝向下游而直径扩大。
[0047]
在排气壳体34的外筒34a与内筒34b之间的空间设置有排气扩散器35。排气扩散器35构成为包括外周侧扩散器35a及内周侧扩散器35b。外周侧扩散器35a及内周侧扩散器35b也是越靠下游侧则直径越大的圆锥状的构件。在外周侧扩散器35a与内周侧扩散器35b之间形成有环型截面的排气通路。
[0048]
驱动涡轮机3(高压涡轮机3h及低压涡轮机3l)后的燃烧气体g(也就是说排气)在排气扩散器35形成的排气通路中流通。在燃气轮机100运转中，通过了涡轮机3的燃烧气体g的静压降低至负压(例如，0.09mpa左右)，但通过排气扩散器35而恢复到大气压。
[0049]
排气壳体34的外筒34a及内筒34b在周向多个部位通过支柱36连结。支柱36是沿径向延伸的柱状的构件。支柱36的截面在燃烧气体g(排气)的流通方向上较长。这些支柱36分别被支柱罩37覆盖。支柱罩37位于与支柱36对应的位置，在周向多个部位连结外周侧扩散器35a和内周侧扩散器35b。
[0050]
在低压涡轮机3l的最终级的转子盘11d的下游侧的端面连结有涡轮机转子10的轴38(也参照图2)。该轴38被轴颈轴承41、42及推力轴承43支承为旋转自如。
[0051]
在本实施方式中，轴颈轴承41、42及推力轴承43均位于比低压涡轮机3l的级部分(转子盘11c、11d及动叶12c、12d)靠下游侧的位置。即，低压涡轮机3l的转子的级部分为悬突(overhang)(图2)。因此，为了消除轴向的重量分布的不平衡，在轴38设置有配重(平衡
重)38a。
[0052]
上述轴颈轴承41、42在轴向上配置在夹着配重38a的位置并支承轴38。配重38a是轴38的一部分，其直径比轴38的被轴颈轴承41、42支承的部分大。推力轴承43支承配重38a的下游侧的端面。
[0053]
轴颈轴承41、42及推力轴承43保持于共用的轴承壳体45，外周与配重38a一起被该轴承壳体45覆盖。对于将配重38a、轴颈轴承41、42及推力轴承43包围的轴承壳体45，在轴向上需要相应的长度。由此，轴承壳体45通过第一支撑件51及第二支撑件52在轴向两处支承于排气壳体34的内筒34b的内周面。
[0054]
第一支撑件51及第二支撑件52例如是沿径向延伸的柱状的构件，沿周向以规定间隔配置于多个部位。第一支撑件51在燃烧气体g的流动方向(轴向)上配置于与轴颈轴承41对应的位置。第二支撑件52在燃烧气体g的流动方向(轴向)上配置于与轴颈轴承42对应的位置。
[0055]
此外，第一支撑件51在燃烧气体g的流动方向(轴向)上相对于支柱36位于与支承腿30b相同的一侧(在本实施方式中为上游侧)。在图4的例子中，第一支撑件51位于第二支撑件52与支承腿30b之间。另外，支柱36在燃烧气体g的流动方向(轴向)上位于第一支撑件51与第二支撑件52之间。
[0056]
在此，第一支撑件51的外周侧的端部51a通过焊接或者螺栓等固定于排气壳体34的内筒34b的内周面。第一支撑件51的内周侧的端部51b通过焊接或者螺栓等固定于轴承壳体45的外周面。这样，第一支撑件51的两端固定于排气壳体34的内筒34b及轴承壳体45这双方。
[0057]
第二支撑件52的外周侧的端部52a通过焊接或者螺栓等固定于排气壳体34的内筒34b的内周面。与此相对，第二支撑件52的内周侧的端部52b未固定于轴承壳体45的外周面，而是自由的。这样，第二支撑件52构成为，固定于排气壳体34的内筒34b，而另一方面相对于轴承壳体45可滑动地接触，从而不与轴承壳体45相互约束。
[0058]-比较例-[0059]
为了与以上说明的本实施方式的燃气轮机100进行比较，假定将第一支撑件51与第二支撑件52的结构调换后的结构。即，对于第二支撑件52，双方的端部52a、52b固定于排气壳体34及轴承壳体45，对于第一支撑件51，外周侧的端部51a固定于排气壳体34，而内周侧的端部51b是自由的结构。
[0060]
与燃气轮机100停止而燃气轮机壳体30变成常温的状态相比，在燃气轮机100运转时，在燃烧气体g的作用下而燃气轮机100的部件升温并热伸长。在图4中用箭头a-d示出排气壳体34产生的热伸长的方向。
[0061]
如上所述，与支承腿30a相比，支承腿30b为高刚性，因此支承腿30b成为燃气轮机壳体30向轴向的热伸长的基点。因此，轴38的下游侧端面以支承腿30b为基准沿轴向移动。向该轴向的移动量是支柱36相对于支承腿30b的移动量、第二支撑件52相对于支柱36的移动量、推力轴承43相对于第二支撑件52的移动量、轴38的端面相对于推力轴承43的移动量的累积。
[0062]
在比较例的情况下，由于排气壳体34的外筒34a的热伸长，支柱36相对于支承腿30b如实线箭头a所示那样向下游侧移动。并且，由于排气壳体34的内筒34b的热伸长，第二
支撑件52相对于向下游侧移动的支柱36如虚线箭头b’所示那样进一步向下游侧移动。然后，由于轴承壳体45的热伸长而推力轴承43相对于第二支撑件52向上游侧移动(虚线箭头c’)，且由于轴38的热伸长而轴38的端面相对于推力轴承43向下游侧移动(实线箭头d)。
[0063]
但是，在用箭头a、b’、c’、d表示的这些热伸长中，伸长量较大的是来自燃烧气体g的热量输入大的排气壳体34的外筒34a及内筒34b的伸长量(箭头a、b’)。对轴38的端面的移动量影响大的是由排气壳体34的外筒34a及内筒34b的伸长量决定的轴承壳体45的移动量。在比较例的情况下，轴承壳体45被第二支撑件52约束，轴承壳体45的移动量依赖于第二支撑件52相对于支承腿30b的移动量。在比较例中，由于第二支撑件52的移动方向是与支柱36相同的下游方向(箭头a、b’)，因此成为相对于支承腿30b加上排气壳体34的外筒34a及内筒34b的伸长量的关系。
[0064]-效果-[0065]
(1)在本实施方式中，第一支撑件51相对于支柱36位于与支承腿30b相同的上游侧。因此，由于排气壳体34的内筒34b的热伸长，第一支撑件51相对于支柱36如实线箭头b所示那样向上游侧移动。由于第一支撑件51向与支柱36相反的方向移动(箭头a、b)，因此与向和支柱36相同的方向移动的第二支撑件52(箭头a、b’)相比，相对于支承腿30b的向轴向的移动量小。
[0066]
并且，在本实施方式的情况下，轴承壳体45被第一支撑件51约束，且相对于第二支撑件52是自由的。因此，轴承壳体45的移动量依赖于第一支撑件51相对于支承腿30b的移动量。但是，在本实施方式中，与比较例相反，由于轴承壳体45的热伸长，推力轴承43相对于第一支撑件51向下游侧移动。因此，在与比较例相比的情况下，轴承壳体45的移动的抑制量并非与轴38的端面的移动的抑制量一致。但是，轴承壳体45的热伸长量比排气壳体34的热伸长量小。
[0067]
综合以上，根据本实施方式，与比较例相比，能够抑制轴承壳体45相对于支承腿30b的移动。由此，能够抑制轴38的下游侧端面向轴向的位移量。
[0068]
另外，由于轴38的位移量被抑制，因此能够提高涡轮机3的旋转动作的可靠性。另外，存在应用吸收轴38的端面移动的设备(例如膜片联轴器)的情况，但由于可降低该设备所要求的规格，因此也有助于降低设备成本。
[0069]
(2)本实施方式的燃气轮机100是双轴燃气轮机，如上所述，低压涡轮机3l的级部分相对于轴承(轴颈轴承41、42及推力轴承43的全部)悬突(图2)。即，在级部分的上游侧没有约束轴38的构件，随着轴承壳体45的移动，级部分也与轴38一起沿轴向移动。在该情况下，若采用在动叶12c、12d与涡轮机护罩23c、23d之间使用了密封翅片的密封结构，则有可能在动叶12c、12d与涡轮机护罩23c、23d之间产生位置偏移，密封性能有可能降低。
[0070]
与此相对，在本实施方式中，能够抑制轴承壳体45相对于支承腿30b的移动。因此，相对于被支承腿30b约束的静止体侧的构件即涡轮机护罩23c、23d，能够抑制被轴承壳体45约束的旋转体侧的构件即动叶12c、12d的位移。这样，能够抑制动叶12c、12d与涡轮机护罩23c、23d之间的位置偏移，从而抑制密封效果的降低。
[0071]
(3)如上所述，轴颈轴承41、42及推力轴承43被保持于共用的轴承壳体45，外周与配重38a一起被轴承壳体45覆盖。另外，通过夹着配重38a，也确保轴颈轴承41、42的距离，不仅有助于转子的平衡，还有助于轴38的稳定支承。轴承壳体45包围这些配重38a、轴颈轴承
41、42、推力轴承43，因此在轴向上具有相应的长度。由此，通过第一支撑件51及第二支撑件52，在轴向两处支承于排气壳体34的内筒34b的内周面。另外，如上所述，在如本实施方式的低压涡轮机3l那样级部分相对于轴承壳体45悬突的结构中，随着轴承壳体45的移动，也容易产生动叶12c、12d与涡轮机护罩23c、23d之间的位置偏移。
[0072]
通过将这样的结构作为应用对象，如下的本实施方式的结构是特别有效的，即，在跨越支柱36而配置的第一支撑件51及第二支撑件52中，利用相对于支柱36位于与支承腿30b相同一侧的第一支撑件51来约束轴承壳体45。
[0073]-变形例-[0074]
在以上的实施方式中，列举支承腿30b相对于轴承壳体45位于上游侧的结构为例进行了说明，但本发明也能够应用于支承腿30b相对于轴承壳体45位于下游侧的结构，且能够获得同样的效果。“支柱”位于“第一支撑件”与“第二支撑件”之间，“第一支撑件”相对于“支柱”位于与“支承腿”相同的一侧。因此，在以支承腿30b相对于轴承壳体45位于下游侧的结构为对象的情况下，下游侧的支柱成为“第一支柱”而固定于轴承壳体，上游侧的支柱成为“第二支柱”而相对于轴承壳体成为自由状态。在该情况下，第二支柱相对于支承腿向上游侧位移，而第一支柱相对于第二支柱向下游侧位移，因此，能够与上述实施方式同样地抑制被第一支柱约束的轴承壳体的移动。
[0075]
另外，列举将发明应用于双轴燃气轮机的情况为例进行了说明，但即使是单轴的燃气轮机，只要采用了支承腿、支柱、第一支撑件及第二支撑件的位置关系通用的轴承支承结构，则能够应用本发明。

技术特征：

1.一种燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备：涡轮机，其由燃烧气体驱动；燃气轮机壳体，其包括由内筒及外筒构成的排气壳体；轴承，其将所述涡轮机的轴支承为旋转自如；轴承壳体，其保持并覆盖所述轴承；支承腿，其支承所述燃气轮机壳体；支柱，其连结所述内筒和所述外筒；以及第一支撑件及第二支撑件，其相对于所述内筒支承所述轴承壳体，所述第一支撑件在所述燃烧气体的流动方向上相对于所述支柱位于与所述支承腿相同的一侧，所述支柱在所述燃烧气体的流动方向上位于所述第一支撑件与所述第二支撑件之间，所述第一支撑件固定于所述内筒及所述轴承壳体这双方，所述第二支撑件固定于所述内筒，而相对于所述轴承壳体可滑动地接触。2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，所述涡轮机是包括高压涡轮机、以及由驱动所述高压涡轮机后的燃烧气体驱动的低压涡轮机的双轴涡轮机。3.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，所述涡轮机是包括高压涡轮机、以及由驱动所述高压涡轮机后的燃烧气体驱动的低压涡轮机的双轴涡轮机，所述高压涡轮机的轴具有配重，所述轴承包括推力轴承、以及夹着所述配重配置的两个轴颈轴承。

技术总结

本发明提供一种燃气轮机，其具备：涡轮机，其由燃烧气体驱动；燃气轮机壳体，其包括由内筒及外筒构成的排气壳体；轴承，其将所述涡轮机的轴支承为旋转自如；轴承壳体，其保持所述轴承；支承腿，其支承所述燃气轮机壳体；支柱，其连结所述内筒和所述外筒；以及第一支撑件及第二支撑件，其相对于所述内筒支承所述轴承壳体，所述第一支撑件在所述燃烧气体的流动方向上相对于所述支柱位于与所述支承腿相同的一侧，所述支柱位于所述第一支撑件与所述第二支撑件之间，所述第一支撑件固定于所述内筒及所述轴承壳体这双方，所述第二支撑件固定于所述内筒，而相对于所述轴承壳体可滑动地接触。由此，抑制轴的轴端向轴向的位移量。抑制轴的轴端向轴向的位移量。抑制轴的轴端向轴向的位移量。