專利名稱：燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道接頭構(gòu)造和管密封及燃氣輪機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及在動葉片的冷卻中使用空氣或蒸氣等冷卻介質(zhì)的燃氣輪機，更詳細地講，是涉及在用于連接從轉(zhuǎn)子盤向動葉片供給冷卻用介質(zhì)的流路的燃氣輪機中、冷卻流路的接頭構(gòu)造和管密封、以及燃氣輪機。
另外，雖然在以往的空氣冷卻中使用來自壓縮機的空氣作為渦輪動靜葉片的冷卻介質(zhì)，但是如果將該壓縮空氣使用于冷卻，就減少了能夠由渦輪給出的功。這里，如果使用蒸氣代替空氣，就能夠節(jié)省動靜葉片的冷卻空氣，這樣能夠由渦輪回收的功就增加，能夠增大可由渦輪給出的功。
圖8為表示向渦輪動葉片供給冷卻蒸氣的蒸氣流路的剖面圖。蒸氣被供給到中空的渦輪主軸800后，被導向朝半徑方向外側(cè)的蒸氣供給管801中。然后，該蒸氣流入在軸向上穿過轉(zhuǎn)子盤803的外周附近的蒸氣供給管804，并被供給到設置在動葉片805內(nèi)部的冷卻流路(未圖示)中。
圖9為表示以前的用于從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用的蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。如該圖所示的那樣，接頭部120的端部121形成為球面形狀，被嵌入形成為與之相配合的球面形狀的動葉片805的冷卻介質(zhì)通道入口805a中。另外，在接頭部120的另一端部一側(cè)設置著呈圓周狀突起部120a，接頭部120的另一端插入轉(zhuǎn)子盤803一側(cè)的冷卻介質(zhì)通道出口803a中，突起部120a的頂部和冷卻介質(zhì)通道出口803a接觸，這里構(gòu)成了密封點125，防止冷卻介質(zhì)的泄漏。
另外，在特開平2000-274261號公報上，公開了在接頭部的一端形成凸緣，并且將設置在動葉片根部的該凸緣插入同一斷面形狀的槽中、連接冷卻介質(zhì)流路的冷卻通道的接頭構(gòu)造。而且，在該接頭部的插入在轉(zhuǎn)子盤上形成的冷卻流路出口的部分上，設置著球面形狀的彈簧，通過該彈簧的彈性力防止蒸氣泄漏。
然而，接頭部120的端部121為球面形狀，通過被形成為與之嵌合相配的球面形狀的動葉片805的冷卻介質(zhì)入口805a面接觸，防止蒸氣泄漏。但是，提高面的加工精度很困難，蒸氣從該部分少量泄漏。而且，在燃氣輪機的運轉(zhuǎn)過程中，上述冷卻流路的接頭構(gòu)造部分升溫到400℃左右。因此，接頭部120用金屬材料制造，插入同樣用金屬材料制造的轉(zhuǎn)子盤803的冷卻介質(zhì)通道出口803a中。所以，就有在密封點125處必定會產(chǎn)生間隙、蒸氣從該間隙泄漏這樣的問題。由于這些蒸氣的泄漏量不太多，所以迄今并不是很大的問題，但是要進一步提高蒸氣的使用效率，就需要使這些密封部分的蒸氣泄漏非常小。
而且，在特開平2000-274261號公報上公開的冷卻通道的接頭構(gòu)造能夠適應相對于轉(zhuǎn)子盤的徑向的移動。但是，在與該徑向垂直的方向上產(chǎn)生移動的情況下，如果該移動非常微小則能夠適應，但是在移動較大的情況下就有在凸緣部和動葉片根部之間產(chǎn)生間隙，蒸氣從該間隙泄漏的問題。因此，本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種減少蒸氣的泄漏、控制蒸氣的浪費，而且即使動葉片和轉(zhuǎn)子盤相對移動也能夠保持密封性的燃氣輪機中的冷卻流路的接頭構(gòu)造以及管密封、以及燃氣輪機。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明之1的燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，設置在所述動葉片的根部的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、并將插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部、形成為球面形狀、且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件的管密封；所述冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面和所述管狀的圓筒部的形成為球面形狀的端部為線接觸。
該燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，使形成球面形狀的管密封的端部，和設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面為線接觸，控制該部分的冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，在轉(zhuǎn)子盤一側(cè)的冷卻介質(zhì)通過口，通過設置在管密封的圓筒部的球面形狀的彈簧等彈性構(gòu)件控制蒸氣的泄漏。由于設置在動葉片上的冷卻介質(zhì)通過口和管密封圓筒部的端部是線接觸，所以即使該部分的加工精度不很高，也能夠控制冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，雖然在轉(zhuǎn)子盤一側(cè)的冷卻介質(zhì)通道中利用彈性構(gòu)件保持密封性，但是也能夠利用該彈性構(gòu)件的阻尼作用吸收振動。因此，不僅是轉(zhuǎn)子盤一側(cè)，而且在動葉片一側(cè)的冷卻介質(zhì)通道中也能夠保持穩(wěn)定的密封效果。
另外，由于管密封圓筒部的端部形成為球面形狀，所以能夠承受由轉(zhuǎn)子盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的較大的離心力，保持該部分的密封性。并且，即使動葉片與轉(zhuǎn)子盤錯位、管密封傾斜的情況下，也能夠通過設置在管密封圓筒部上的彈性構(gòu)件保持與形成為球面形狀的管密封圓筒部的端部的密封性。這時，由于管密封傾斜而吸收動葉片的錯位，所以能夠吸收比管密封在其徑向上水平移動還要大的錯位。通過這些作用，在該接頭構(gòu)造中，無論怎樣的運轉(zhuǎn)狀態(tài)都能夠保持密封性，控制冷卻通道的接頭部泄漏的蒸氣或者空氣等冷卻介質(zhì)的量，所以能夠有效地利用冷卻介質(zhì)，使燃氣輪機的熱效率得以提高。并且，該冷卻流路的接頭構(gòu)造對于在冷卻介質(zhì)中使用蒸氣的燃氣輪機以及使用空氣的燃氣輪機都能夠適用。
作為線接觸的手段，可以在設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通過口內(nèi)壁面上，以凹下的形狀形成比球面形狀的管密封的端部的曲率半徑大的球面，或者以突起形狀的球面形狀形成上述冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面，與球面形狀的管密封端部相接觸。另外，也可以在管密封端部與設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通道內(nèi)部之間設置具有比球面形狀的管密封端部的外徑小的內(nèi)徑的環(huán)，使該環(huán)的端部內(nèi)周和球面形狀的管密封端部形成線接觸。并且，也可以將設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通道內(nèi)部形成為階梯形狀，使其小徑部小于球面形狀的管密封端部的外徑，使管密封端部和冷卻介質(zhì)通道的小徑部形成線接觸。
另外，本發(fā)明之2的燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，和設置在所述動葉片的根部、并且內(nèi)壁面形成為向著所述動葉片的前端變小的圓錐形狀的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、將插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部形成為球面形狀、且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件的管密封。
該冷卻流路的接頭構(gòu)造，使形成為球面形狀的管密封圓筒部的端部與設置在動葉片上的內(nèi)表面形成為圓錐狀的冷卻介質(zhì)通過口相接觸，控制該部分的冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，在轉(zhuǎn)子盤一側(cè)的冷卻介質(zhì)通過口，通過設置在管密封圓筒部的球面形狀的彈簧等彈性構(gòu)件控制蒸氣的泄漏。由于設置在動葉片上的冷卻介質(zhì)通過口和管密封圓筒部的端部為線接觸，所以即使該部分的加工精度不很高，也能夠控制冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，由于設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通過口形成為圓錐狀，所以加工容易，制造上不費事。
另外，本發(fā)明之3的燃氣輪機的冷卻流路的接頭構(gòu)造，其特征在于，在上述燃氣輪機的冷卻流路的接頭構(gòu)造中，進而所述管密封，在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上，配置有外徑比該圓筒部的外徑大、并且比所述彈性構(gòu)件的外徑小地形成的突起狀部分。
該冷卻流路的接頭構(gòu)造，進而在管密封圓筒部的側(cè)面設置突起狀部分，通過該突起狀部分和設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口接觸，限制轉(zhuǎn)子盤徑向的移動。通過該作用，設置在管密封圓筒部的彈性構(gòu)件變形不會超過一定尺寸，所以能夠減小該彈性構(gòu)件破損的危險性。特別是，在用薄金屬板制造該彈性構(gòu)件的情況下，破損的危險性增高，所以設置上述突起狀部分效果明顯。由于利用該接頭構(gòu)造能夠可靠地控制冷卻介質(zhì)的泄漏，所以可靠性提高。而且，由于也能夠提高管密封的耐久性，所以能夠減少保養(yǎng)、檢修的工作量。
另外，本發(fā)明之4的燃氣輪機的冷卻流路的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，和設置在所述動葉片的根部、且內(nèi)壁面形成為向著所述動葉片的前端變小的圓錐形狀的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、在插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部外周上形成接觸面、并且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件、進而在所述圓筒部的側(cè)面上設置著通過與設置在所述動葉片的根部或者轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的任意一個的內(nèi)壁面相接觸、限制所述圓筒部在徑向上的運動的突起狀部分的管密封。
該冷卻流路的接頭構(gòu)造，使在管密封圓筒部的端部外周形成的接觸面與設置在動葉片上的、內(nèi)表面形成為圓錐狀的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面相接觸，這樣控制冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，利用彈性構(gòu)件控制設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口的冷卻介質(zhì)的泄漏。并且，通過設置在管密封圓筒部的突起狀部分來限制管密封的徑向的移動，并防止彈性構(gòu)件的破損。該接頭構(gòu)造在動葉片和轉(zhuǎn)子盤的錯位小的情況下有效地發(fā)揮功能，發(fā)揮其作用。但是，由于在動葉片的錯位大的情況下管密封的傾斜增大，所以在形成接觸面的端部會產(chǎn)生冷卻介質(zhì)的泄漏，因此希望適用于動葉片的錯位小的情況。由于該管密封端部不需要形成為球面形狀，所以制造容易，能夠降低制造成本。
這里，在管密封圓筒部的端部外周形成的接觸面上，在形成為曲面的構(gòu)造之外也包含設置切紋代替曲面的構(gòu)造。而且，也可以將該部分形成為與設置在動葉片上的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面的形狀相符的圓錐狀。但是，由于曲面之外的形狀與設置在動葉片上的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面構(gòu)成面接觸，所以從密封性的觀點出發(fā)，希望形成為曲面。
另外，本發(fā)明之5的管密封，其特征在于，具有端部形成為球面形狀的管狀的圓筒部，并且在插入作為連接對象的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上、設置著在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件。由于該管密封的端部形成為球面形狀，所以即使在管密封的軸向上作用很大的力，也能夠承受并保持密封性。而且，利用在管密封圓筒部的徑向上變形的彈性構(gòu)件，能夠確保密封性。這樣，即使在該管密封傾斜的情況下，也能夠通過球面形狀的端部和彈性構(gòu)件保持密封性，所以即使該管密封有在徑向上的錯位較大的部分，也能夠發(fā)揮密封效果。
另外，本發(fā)明之6的管密封，其特征在于，在上述管密封中，進而在插入作為連接對象的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上，設置著外徑比該圓筒部的外徑大且比所述彈性構(gòu)件的外徑小地形成的突起狀部分。該管密封能夠通過設置在圓筒部上的突起狀部分將彈性構(gòu)件的變形控制在一定值以下，所以能夠控制彈性構(gòu)件的破損，可靠地發(fā)揮密封效果。而且，由于彈性構(gòu)件的壽命延長，所以能夠長期保持密封效果，而且也能夠減少保養(yǎng)、檢修的工作量。因此，也能夠用于組裝后不容易解體的構(gòu)造物。
另外，本發(fā)明之7的燃氣輪機，其特征在于，配置有壓縮空氣、生成燃燒用空氣的壓縮機，和向由該壓縮機生成的燃燒用空氣供給燃料、產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒器，和具有通過上述冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造供給冷卻介質(zhì)的動葉片，和具有在軸向上貫通、用于向所述動葉片供給或者回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通道的轉(zhuǎn)子盤、并通過向所述動葉片上噴射所述燃燒氣體來驅(qū)動的渦輪。
該燃氣輪機的轉(zhuǎn)子盤和動葉片之間通過上述冷卻流路的接頭構(gòu)造連接，向動葉片供給、回收冷卻介質(zhì)。由于燃氣輪機的動葉片以及轉(zhuǎn)子盤為高溫、且經(jīng)受很高的離心力，所以動葉片和轉(zhuǎn)子盤由于熱變形而錯位，或者在密封構(gòu)造上作用很大的力。由于應用于該燃氣輪機的接頭構(gòu)造，使端部形成為球面形狀的管密封與冷卻介質(zhì)通道的內(nèi)面形成線接觸并密封，所以即使作用有很高的離心力，也能夠保持密封效果。而且，即使在動葉片錯位的情況下，通過上述球面形狀的端部和設置在管密封的圓筒部的彈性構(gòu)件，管密封也能夠一面傾斜、吸收動葉片的錯位，一面發(fā)揮密封效果。這樣，即使在高溫、高離心力作用的環(huán)境下，也能夠通過穩(wěn)定的密封效果使冷卻介質(zhì)的浪費減至極小，能夠提高燃氣輪機的熱效率。
圖2為表示涉及本發(fā)明的實施例1的從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。
圖3為表示轉(zhuǎn)子盤和動葉片錯位的情況下的管密封的狀態(tài)的說明圖。
圖4為表示涉及實施例1的冷卻通道的接頭構(gòu)造的變形例的剖面圖。
圖5為表示涉及本發(fā)明的實施例2的從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。
圖6為表示涉及實施例2的接頭構(gòu)造的其它例的剖面圖。
圖7為表示在高溫部采用蒸氣冷卻的燃氣輪機復合發(fā)電成套設備的概略圖。
圖8為表示向渦輪動葉片供給冷卻蒸氣的蒸氣流路的剖面圖。
圖9為表示以前的用于從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。
圖中1—動葉片，1a—蒸氣供給口，10、11、12、13—圓筒部，10a、11a、12a—端部，20—彈簧，30、31、32、34—突起狀部，33—管狀構(gòu)件，50、501—轉(zhuǎn)子盤，60—蒸氣供給管，61—蒸氣供給管出口，61a—開口端，100、101、102、103、104、105、106—管密封，900—燃氣輪機，901、907—發(fā)電機，903—高壓蒸渦輪，904—混合器，905—中壓蒸渦輪，906—低壓蒸渦輪，908—冷凝器，909—泵。
(實施例1)

圖1為表示涉及本發(fā)明的實施例1的燃氣輪機的說明圖。該燃氣輪機900利用蒸氣冷卻動葉片或轉(zhuǎn)子盤或者靜葉片等燃氣輪機的高溫構(gòu)件。從空氣入口951進入的空氣，通過壓縮機952壓縮，成為高溫、高壓的壓縮空氣并被送入燃燒器953。在燃燒器953中向該壓縮空氣中供給天然氣等氣體燃料、或者輕油或輕重油等液體燃料，使燃料燃燒，生成高溫、高壓的燃燒氣體。該高溫、高壓的燃燒氣體被引進燃燒器尾筒954后，向渦輪(turbine)955噴射。
渦輪955的靜葉片和動葉片通過蒸氣冷卻，但是其中冷卻動葉片1的蒸氣，通過設置在渦輪主軸956內(nèi)的蒸氣供給流路(未圖示)供給。從該蒸氣供給流路供給的蒸氣，在到達轉(zhuǎn)子盤501之前方向改變90度，進入在轉(zhuǎn)子盤50的圓周方向上復數(shù)設置的外側(cè)的蒸氣供給管60，并供給到動葉片1。并且，設置在轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管60和設置在動葉片1內(nèi)部的冷卻流路，由下面說明的管密封連接。
圖2為表示涉及本發(fā)明的實施例1的從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。并且，雖然為了說明方便，就蒸氣供給一側(cè)的構(gòu)造進行說明，但是蒸氣回收一側(cè)的構(gòu)造也相同。如圖2所示的那樣，管密封100在管狀的圓筒部10的一端安裝有作為彈性構(gòu)件的球面形狀的彈簧20。這里，由于從蒸氣供給管60供給的蒸氣溫度為400℃左右，所以希望球面形狀的彈簧20由具有耐熱性的材料制造，例如可以使用鉻鎳鐵合金等耐熱合金。而且，管狀的圓筒部10的安裝有彈簧20的端部，插入設置在轉(zhuǎn)子盤50上的作為冷卻介質(zhì)通道的蒸氣供給管出口61中。這里，由于球面形狀的彈簧20的外徑比蒸氣供給管出口61的內(nèi)徑小，所以在球面形狀的彈簧20插入蒸氣供給管出口61中時，球面形狀的彈簧20就通過其彈性力壓在蒸氣供給管出口61的內(nèi)壁面上。通過這樣，能夠控制通過蒸氣供給管出口61的內(nèi)壁面和球面形狀的彈簧20之間的蒸氣的泄漏。
圓筒部10的另一端部10a形成為球面形狀，該端部10a插入另一個作為冷卻介質(zhì)通過口的動葉片1的蒸氣供給口1a中，與該蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面接觸。這里，蒸氣供給口1a的與圓筒部10的端部10a接觸的部分形成為朝向動葉片1的前端的內(nèi)徑逐漸變小的圓錐狀，從而與形成為球面形狀的管密封100的端部10a形成線接觸。在燃氣輪機運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子盤50以及安裝在上面的動葉片1高速旋轉(zhuǎn)，在管密封100上作用2000～3000g的離心加速度。通過基于該離心加速度的離心力F，形成為球面形狀的管密封100的端部10a被壓在形成為圓錐狀的蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面上。這樣，能夠控制管密封100的端部10a和蒸氣供給口1a之間的蒸氣泄漏。而且，由于管密封100的端部10a形成為半球面形狀，故強度很高，能夠承受由較高的離心加速度產(chǎn)生的很大的離心力。
這里，由于在以前的接頭構(gòu)造中，管密封的端部和蒸氣供給口的內(nèi)壁面為面接觸(參照圖9)，所以為了得到一定的密封效果，需要很高的加工精度。但是，由于該管密封100的端部10a和蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面為線接觸，所以即使加工精度不高也能夠充分發(fā)揮密封效果。而且，雖然將蒸氣供給口的內(nèi)面加工成球面形狀是很困難的，但是由于該蒸氣供給口1a加工成圓錐狀即可，所以加工容易，制造成本也能夠降低很多。
并且，可以在蒸氣供給口1a的與管密封100的端部10a接觸的部分、或者蒸氣供給管出口61與球面形狀的彈簧20接觸的部分實施表面硬化涂覆。這樣則能夠減輕微振磨損，所以能夠長期保持密封性能。作為表面硬化涂覆的方法，例如有通過鍍鉻或PVD(Physical Vapor Deposition)、用物理方式形成TiC或TiN層等方法。另外，也可以通過Hard facing處理使高碳高鉻鋼、或高錳鋼、或者Co-Cr-W合金(鎢鉻鈷合金)等熔敷，進行表面硬化涂覆。
圖3為表示轉(zhuǎn)子盤和動葉片錯位的情況下的管密封的狀態(tài)的說明圖。在燃氣輪機運轉(zhuǎn)過程中，由于高溫的燃燒氣體等的影響，動葉片1和轉(zhuǎn)子盤50熱膨脹，由于因材料不同導致的膨脹系數(shù)的不同，有時會產(chǎn)生如圖3所示的那樣錯位。
這里，涉及實施例1的管密封100的端部10a形成為球面形狀。因此，即使在如圖3所示那樣的動葉片1在與管密封100的軸向垂直的方向上錯位的情況下，管密封100的端部10a也能夠保持與蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面接觸的狀態(tài)而運動。這樣，即使動葉片1與轉(zhuǎn)子盤50之間產(chǎn)生錯位，也能夠控制管密封100的端部10a和蒸氣供給口1a之間的蒸氣泄漏。另一方面，由于在管密封100的另一端部安裝著球面形狀的彈簧20，所以即使在動葉片1和轉(zhuǎn)子盤50錯位的情況下，也能夠通過球面形狀的彈簧20彈性變形、控制該部分的蒸氣泄漏。
而且，在動葉片1和轉(zhuǎn)子盤50錯位的情況下，管密封100以點A為中心旋轉(zhuǎn)，吸收該錯位。因此，也能夠吸收超過在管密封100和設置在轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管出口61的內(nèi)壁面之間產(chǎn)生的間隙的錯位。如上述的那樣，在涉及本發(fā)明的實施例1的接頭構(gòu)造中，即使在動葉片1與轉(zhuǎn)子盤50錯位很大的情況下，也能夠控制蒸氣的泄漏，控制無謂的蒸氣的消耗。
(變形例)圖4為表示涉及實施例1的冷卻通道的接頭構(gòu)造的變形例的剖面圖。該接頭構(gòu)造的特征在于，在管密封設置有球面形狀的彈性體的一側(cè)的端部，設置著用于限制在管密封的徑向上的移動的突起狀部分。如圖4(a)所示的那樣，在圓筒部10的安裝著球面形狀的彈簧20的一側(cè)的端部形成有突起狀部分30。并且，雖然根據(jù)圖4(a)并不明確，但通過將環(huán)狀的構(gòu)件嵌在圓筒部10的外周之后、將其焊接固定而形成該突起狀部分30。而且，該突起狀部分30的外徑比設置在轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管出口61的內(nèi)徑小，從而該部分能夠插入該蒸氣供給管出口61中。
在動葉片1和轉(zhuǎn)子盤50錯位的情況下，通過球面形狀的彈簧20的彈性變形，能夠吸收該錯位并確保密封性能，但是如果長時間持續(xù)較大的變形，則有時球面形狀的彈簧20會破損。該管密封101通過設置在圓筒部10端部的突起狀部分30限制在與管密封101的軸向垂直的方向上的移動。通過這樣，能夠?qū)⑶蛎嫘螤畹膹椈?0的變形量控制在一定值以內(nèi)，所以能夠減輕球面形狀的彈簧20的負擔，能夠?qū)⑵淦茡p也控制在最小限度內(nèi)。
雖然在上述說明中，通過在管密封101的圓筒部10上安裝環(huán)狀構(gòu)件來形成突起狀部分30，但是也可以如圖4(b)所示的那樣，將圓筒部11的端部11a成型為喇叭狀，構(gòu)成突起狀部分。這樣就不需要設置新的零件作為突起狀部分，故能夠減少零件數(shù)量，降低制造成本。而且，由于與圓筒部10一體形成突起狀部分，所以能夠提高耐久性，而且由于不需要擔心脫落，所以裝到燃氣輪機等上時燃氣輪機本身的可靠性得以提高，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。
并且，也可以如圖4(c)所示的那樣，在圓筒部10的外圓周面、即球面形狀的彈簧20的內(nèi)側(cè)，通過焊接等固定環(huán)狀的構(gòu)件，形成突起狀部分31。這樣則由于突起狀部分31被形成在球面形狀的彈簧20內(nèi)部，所以與上述的管密封101或103相比較，能夠縮短設置在向轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管出口61中的插入部分的長度。如圖3所示的那樣，在動葉片1錯位的情況下，通過管密封以點A為中心旋轉(zhuǎn)而吸收該錯位。這時，插入蒸氣供給管出口61中的部分長，則在旋轉(zhuǎn)角度小的狀態(tài)下管密封的端部和蒸氣供給管出口61的內(nèi)壁面接觸，不能夠繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。但是，如圖4(c)所示的管密封102那樣，該部分的長度短，則在動葉片1錯位的情況下，管密封102就能夠旋轉(zhuǎn)到更大的旋轉(zhuǎn)角度。因此，即使在動葉片1與轉(zhuǎn)子盤50的錯位大的情況下，也能夠吸收該錯位。其結(jié)果，能夠使蒸氣的泄漏極小，控制無謂的蒸氣的消耗。
(實施例2)圖5為表示涉及本發(fā)明的實施例2的從轉(zhuǎn)子盤一側(cè)向動葉片一側(cè)供給或者回收冷卻用蒸氣的冷卻通道的接頭構(gòu)造的剖面圖。該接頭構(gòu)造適用于動葉片1和轉(zhuǎn)子盤50的錯位小的情況。在動葉片1錯位的情況下，通過配置在管密封101的圓筒部12上的突起狀部分32與設置在轉(zhuǎn)子盤50上設置的蒸氣供給管出口61的開口端61a接觸，限制該錯位。
在該接頭構(gòu)造中，使用配置著管狀的圓筒部12的管密封104，在該圓筒部12的端部12a的外圓周上設置曲面，使該曲面與動葉片1的蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面接觸。而且，在圓筒部12的側(cè)面、即設置在轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管出口61的開口端61a的位置處，安裝有限制管密封104在徑向上的移動的突起狀部分32。
圓筒部12的端部12a也可以設置切紋代替曲面?；蛘咭部梢詫⒃摬糠中纬蔀榕c設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a處的內(nèi)壁面的形狀相符合的圓錐狀。但是，由于任何形狀都與設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面構(gòu)成面接觸，所以從密封性的觀點出發(fā)，希望在圓筒部12的端部12a形成曲面。
這里，由于實施例2的接頭構(gòu)造適用于動葉片1的錯位不太大的情況，所以與實施例1的管密封(參照圖2～圖4)相比較，動葉片1錯位時的傾斜小。因此，不需要如實施例1的管密封那樣，將與設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a接觸的部分形成為球面形狀，只需在端部12a的外圓周上設置曲面，就能夠充分吸收動葉片1的錯位。
在動葉片1錯位的情況下，在管密封104的圓筒部12上形成的突起狀部分32與設置在轉(zhuǎn)子盤50上的蒸氣供給管出口61的開口端61a接觸。這樣，由于管密封104在徑向上的移動得以限制，所以也能夠防止球面形狀的彈簧20的破損。而且，由于設置在圓筒部12的端部12a的曲面與設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面形成線接觸，所以能夠控制該部分的蒸氣的泄漏。
該管密封104具有適用于動葉片1的錯位小的情況這樣的限制，管密封104的構(gòu)造簡單，僅加工管即可制造，所以與實施例1的管密封相比較，具有制造極其容易的優(yōu)點。因此，在預先判明動葉片1的錯位很小的情況下，應用該管密封104，能夠降低燃氣輪機等的制造成本。
圖6為表示涉及實施例2的接頭構(gòu)造的其它例的剖面圖。可以如圖6(a)所示的那樣，在圓筒部13的側(cè)面、即設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a的內(nèi)部位置處，安裝環(huán)狀的構(gòu)件、形成突起狀部分34，使該部分與蒸氣供給口1a的內(nèi)壁面接觸，限制管密封106在徑向上的移動。而且，也可以如圖6(b)所示的那樣，在圓筒部13的前端設置管狀的構(gòu)件33，并將其插入設置在動葉片1上的蒸氣供給口1a的內(nèi)部。而且，也可以通過該管狀的構(gòu)件33與蒸氣供給口1a內(nèi)部接觸，限制管密封105在軸向上的移動。
(實施例3)圖7為表示在高溫部分采用蒸氣冷卻的燃氣輪機復合發(fā)電成套設備的概略圖。在該燃氣輪機復合發(fā)電成套設備中，通過HRSG(Heat RecoverySteam Generator廢熱回收鍋爐)回收燃氣輪機的廢氣具有的熱能。利用回收的燃氣輪機廢氣的熱能產(chǎn)生蒸氣，通過該高溫、高壓的蒸氣驅(qū)動蒸渦輪，通過與之連接的發(fā)電機產(chǎn)生電力。這樣，由于在燃氣輪機復合發(fā)電成套設備中能夠有效地利用燃氣輪機的廢熱，所以能夠提高成套設備整體的熱效率。
該燃氣輪機900在動靜葉片或轉(zhuǎn)子盤這樣的高溫構(gòu)件的冷卻中使用蒸氣。而且，雖然在圖7中并不明確，但是在設置在轉(zhuǎn)子盤上的蒸氣供給通道中，應用了在實施例1～3中說明的冷卻蒸氣的密封構(gòu)造。另外，燃氣輪機900與第一發(fā)電機901連接，燃氣輪機900驅(qū)動該第一發(fā)電機901并使之產(chǎn)生電力。由于燃氣輪機900的廢氣仍具有幾百度的溫度，所以將該廢氣引入HRSG902中，使之產(chǎn)生蒸氣。
HRSG902產(chǎn)生的蒸氣，首先被引入高壓蒸渦輪903中，并驅(qū)動渦輪。高壓蒸渦輪903排出的蒸氣被引入燃氣輪機900，用于動葉片或靜葉片這樣的高溫構(gòu)件的冷卻。冷卻了燃氣輪機900的高溫構(gòu)件的蒸氣被引進混合器904后，供給到中壓蒸渦輪905。驅(qū)動了中壓蒸渦輪905的蒸氣被供給到低壓蒸渦輪906并驅(qū)動該蒸渦輪。高壓蒸渦輪903、中壓蒸渦輪905以及低壓蒸渦輪906串聯(lián)連接，使與這些輸出軸連接的第二發(fā)電機907旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電力。
驅(qū)動中壓蒸渦輪905和低壓蒸渦輪906的蒸氣，利用冷凝器908恢復成水后，通過泵909供給到HRSG902。而且，通過設置在HRSG902中的蒸發(fā)器(未圖示)再度成為蒸氣后，利用過熱器(未圖示)過熱，再次供給到高壓蒸渦輪903，重復上述過程。
在該燃氣輪機復合發(fā)電成套設備中，使用了配置有由實施例1～3說明的管密封和轉(zhuǎn)子盤構(gòu)成的冷卻蒸氣的密封構(gòu)造的燃氣輪機900。因此，能夠確實可靠地向動葉片供給冷卻用蒸氣，所以能夠控制燃氣輪機900的跳閘，實現(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。其結(jié)果，也提高了發(fā)電成套設備的可靠性。而且，由于能夠確實可靠地密封，蒸氣泄漏也減少，所以能夠有效地充分利用寶貴的蒸氣，復合成套設備整體的熱效率也因此而能夠得到提高。
(發(fā)明效果)如上所述的那樣，本發(fā)明的燃氣輪機中的冷卻流路的接頭構(gòu)造(本發(fā)明之1)，使形成球面形狀的管密封的端部和設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面形成線接觸，控制該部分的冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，在轉(zhuǎn)子盤一側(cè)的冷卻介質(zhì)通過口中，通過設置在管密封的圓筒部的球面形狀的彈簧控制蒸氣的泄漏。這樣，由于設置在動葉片上的冷卻介質(zhì)通過口和管密封圓筒部的端部形成線接觸，所以即使該部分的加工精度不很高，也能夠控制冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，由于管密封端部形成為球面形狀，所以即使動葉片錯位、管密封傾斜，也能夠隨著該傾斜保持線接觸。這樣，即使動葉片錯位也能夠保持密封效果。
另外，本發(fā)明的燃氣輪機中的冷卻流路的接頭構(gòu)造(本發(fā)明之2)，使形成為球面形狀的管密封圓筒部的端部與設置在動葉片上的、內(nèi)表面形成為圓錐狀的冷卻介質(zhì)通過口相接觸，控制該部分的冷卻介質(zhì)的泄漏。而且，在轉(zhuǎn)子盤一側(cè)的冷卻介質(zhì)通過口，通過設置在管密封圓筒部的球面形狀的彈簧控制蒸氣的泄漏。因此，無論怎樣的運轉(zhuǎn)狀態(tài)都能夠保持密封性，控制冷卻流路的接頭部泄漏蒸氣或者空氣等冷卻介質(zhì)的量，所以能夠有效地利用冷卻介質(zhì)，使燃氣輪機的熱效率也得以提高。而且，由于設置在動葉片根部的冷卻介質(zhì)通道形成為圓錐狀，所以加工容易，制造上不費事。
另外，本發(fā)明的燃氣輪機中的冷卻流路的接頭構(gòu)造(本發(fā)明之3)，在上述管密封中，進而在管密封圓筒部的側(cè)面設置突起狀部分，通過該突起狀部分與設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口接觸，限制轉(zhuǎn)子盤在徑向上的移動。通過該作用，設置在管密封圓筒部的彈性構(gòu)件的變形受到限制，所以能夠控制該彈性構(gòu)件的破損。這樣，由于該接頭構(gòu)造能夠更可靠地控制冷卻介質(zhì)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，所以能夠減少保養(yǎng)、檢修的工作量。
另外，本發(fā)明的燃氣輪機中的冷卻流路的接頭構(gòu)造(本發(fā)明之4)，使在管密封圓筒部的端部外周形成的接觸面與設置在動葉片上的、內(nèi)表面形成為圓錐狀的冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁表面相接觸，通過這樣控制冷卻介質(zhì)的泄漏。另外，利用彈性構(gòu)件控制設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口的冷卻介質(zhì)的泄漏。并且，通過設置在管密封圓筒部的突起狀部分限制管密封在徑向的移動，防止彈性構(gòu)件的破損。該接頭構(gòu)造在動葉片和轉(zhuǎn)子盤的錯位小的情況下可有效地發(fā)揮作用，而且由于在該接頭構(gòu)造中使用的管密封的端部不需要形成球面形狀，所以制造容易，能夠降低制造成本。
另外，本發(fā)明的管密封(本發(fā)明之5)，由于端部形成為球面形狀，所以即使在管密封的軸向上作用很大的力，也能夠承受并保持密封性。另外，由于設置有在管密封圓筒部的徑向上變形的彈性構(gòu)件，所以通過這樣能夠確保密封性能。而且，即使在該管密封傾斜的情況下，也能夠通過球面形狀的端部與彈性構(gòu)件保持密封性能。因此，即使該管密封有在徑向上的錯位較大的部分，也能夠發(fā)揮密封效果。
另外，本發(fā)明的管密封(本發(fā)明之6)，由于通過設置在圓筒部上的突起狀部分將彈性構(gòu)件的變形控制在一定值以下，所以能夠抑制彈性構(gòu)件的破損，可靠地發(fā)揮密封效果。而且，由于可延長彈性構(gòu)件的壽命，所以也能夠用于組裝后不容易解體的構(gòu)造物。
另外，本發(fā)明的燃氣輪機(本發(fā)明之7)，將轉(zhuǎn)子盤和動葉片之間通過上述冷卻流路的接頭構(gòu)造連接，向動葉片供給、回收冷卻介質(zhì)。因此，即使在高溫、高離心力作用的環(huán)境下，也能夠發(fā)揮穩(wěn)定的密封效果，所以即使在這樣的環(huán)境下也能夠使冷卻介質(zhì)的浪費減至極小，能夠提高燃氣輪機的熱效率。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，和設置在所述動葉片的根部的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、將插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部形成為球面形狀、并且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件的管密封；所述冷卻介質(zhì)通過口的內(nèi)壁面和所述管狀的圓筒部的形成為球面形狀的端部為線接觸。
2.一種燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，和設置在所述動葉片的根部、并且內(nèi)壁面形成為向著所述動葉片的前端逐漸變小的圓錐形狀的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、將插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部形成為球面形狀、并且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件的管密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，進而所述管密封，在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面，配置有外徑比該圓筒部的外徑大、并且比所述彈性構(gòu)件的外徑小地所形成的突起狀部分。
4.一種燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造，其特征在于，配置有具有向安裝在外周部上的燃氣輪機的動葉片供給或回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)通過口的轉(zhuǎn)子盤，和設置在所述動葉片的根部、并且內(nèi)壁面形成為向著所述動葉片的前端逐漸變小的圓錐形狀的另一個冷卻介質(zhì)通過口，和具有管狀的圓筒部、在插入設置在所述動葉片的根部的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的端部外周上形成接觸面、并且在插入設置在轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件、并且將通過與設置在所述動葉片的根部或者轉(zhuǎn)子盤上的冷卻介質(zhì)通過口中的任意一個的內(nèi)壁面相接觸、限制所述圓筒部在徑向上的運動的突起狀部分、設置在所述圓筒部的側(cè)面上的管密封。
5.一種管密封，其特征在于，具有端面形成為球面形狀的管狀的圓筒部，并且在插入連接對象、即冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上設置有在該圓筒部的徑向上彈性變形的彈性構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管密封，其特征在于，進而所述管密封，在插入連接對象、即冷卻介質(zhì)通過口中的所述圓筒部的側(cè)面上，設置有外徑比該圓筒部的外徑大且比所述彈性構(gòu)件的外徑小地形成的突起狀部分。
7.一種燃氣輪機，其特征在于，配置有壓縮空氣、生成燃燒用空氣的壓縮機，和向由該壓縮機生成的燃燒用空氣供給燃料、產(chǎn)生燃燒氣體的燃燒器，和具有通過權(quán)利要求1～4中任意一項所述的冷卻介質(zhì)通道的接頭構(gòu)造供給冷卻介質(zhì)的動葉片、和配置有在軸向上貫通的、用于向所述動葉片供給或者回收冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)流路的轉(zhuǎn)子盤、通過向所述動葉片上噴射所述燃燒氣體來驅(qū)動的渦輪。
全文摘要
一種燃氣輪機中的冷卻介質(zhì)通道接頭構(gòu)造和管密封，可減少轉(zhuǎn)子盤和動葉片的接頭部的蒸氣的泄漏。管密封(100)在管狀的圓筒部(10)的一端安裝有作為彈性構(gòu)件的球面形狀的彈簧(20)。而且，管狀的圓筒部(10)的安裝有彈簧(20)的端部，插入設置在轉(zhuǎn)子盤(50)上的冷卻介質(zhì)通道、即蒸氣供給管出口(61)中。圓筒部(10)的另一端部(10a)形成為球面形狀，該端部(10a)插入另一個冷卻介質(zhì)通過口、即動葉片(1)的蒸氣供給口(1a)中，并與該蒸氣供給口(1a)的內(nèi)壁面接觸。
文檔編號F01D5/08GK1407210SQ0214167
公開日2003年4月2日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者上松一雄, 大矢武明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社