ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2022 года по МПК F01D25/16 F02C7/20 F02C7/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к газотурбинной установке.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Газотурбинная установка сжигает с помощью сжигающего устройства топливо, смешанное со сжатым воздухом, который сжимается компрессором, и турбина приводится в действие газообразным продуктом горения для привода ведомой машины, такой как генератор. Компрессор и вал турбины размещены в корпусе газотурбинной установки. Корпус газотурбинной установки, например, поддерживается основной рамой с помощью множество опорных стоек в положении с горизонтальным валом (Патентный документ 1 и т.д.). Вал поддерживается с возможностью вращения с помощью подшипников, размещенных в корпусе подшипника (Патентный документ 2 и т.д.).

ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0003]

Патентный документ 1: JP-2009-57973-A.

Патентный документ 2: JP-2005-83199-A.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004]

Хотя это не показано на фиг. 2 в Патентном документе 2 (параграф 0023 документа), корпус подшипника поддерживается на внутренней периферийной части корпуса газотурбинной установки посредством опоры. В случае корпуса подшипника, удлиненного в осевом направлении, как в этом документе, корпус подшипника может поддерживаться в двух позициях в осевом направлении с помощью первой опоры и второй опоры. Дополнительно, корпус газотурбинной установки имеет двойную конструкцию, включающую в себя внутренний и внешний корпуса для образования кольцевого пути для потока газообразных продуктов горения, и корпус на внутренней периферийной стороне и корпус на внешней периферийной стороне соединены посредством опорного элемента, называемого распоркой. Распорка, соединяющая корпус на внутренней периферийной стороне с корпусом на внешней периферийной стороне, может располагаться между первой опорой и второй опорой. Кроме того, подшипник, расположенный на нижней по потоку стороне относительно ступени турбины, такой как подшипник, описанный в Патентном документе 2, часто расположен на нижней по потоку стороне относительно каждой опорной стойки, поддерживающей корпус газотурбинной установки.

[0005]

Из первой опоры и второй опоры, описанных выше, вторая опора, обычно расположенная на нижней по потоку стороне в направлении течения газообразного продукта горения, имеет оба конца прикрепленными к корпусу подшипника и корпусу газотурбинной установки. С другой стороны, первая опора, расположенная на верхней по потоку стороне, поддерживается, например, только на корпусе газотурбинной установки и контактирует с возможностью скольжения с корпусом подшипника. Дополнительно, из опорных стоек для корпуса газотурбинной установки, например, опорная стойка на верхней по потоку стороне (стороне компрессора) имеет жесткость меньше, чем опорная стойка на нижний по потоку стороне (сторона турбины). Эта конфигурация и характеристики предназначены для обеспечения возможности различия в тепловом удлинении в осевом направлении компонентов газотурбинной установки, которые контактируют с высокотемпературной рабочей текучей средой.

[0006]

В этой конфигурации корпус газотурбинной установки, деформируемый при приеме тепла от рабочей текучей среды, подвергается тепловому удлинению в осевом направлении относительно основной рамы, с опорной стойкой высокой жесткости на нижней по потоку стороне в качестве точки отсчета. После проведенного авторами настоящего изобретения анализа этого теплового удлинения было обнаружено, что распорка перемещается вниз по потоку, с опорной стойкой в качестве точки отсчета, из-за удлинения корпуса на внешней периферийной стороне корпуса газотурбинной установки, и, кроме того, вторая опора перемещается вниз по потоку, с распоркой в качестве точки отсчета, из-за удлинения корпуса на внутренней периферийной стороне. Когда распорка и вторая опора перемещаются в одном направлении таким образом, величины перемещения распорки и второй опоры складываются, что может увеличить величину перемещения подшипника, поддерживаемого второй опорой, и тем самым конца вала, поддерживаемого подшипником, относительно опорной стойки.

[0007]

Целью настоящего изобретения является создание газотурбинной установки, которая может подавлять величину перемещения конца вала в осевом направлении.

[0008]

Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает газотурбинную установку, содержащую турбину, приводимую в действие газообразным продуктом горения, корпус газотурбинной установки, который содержит выхлопной корпус, имеющий внутреннюю трубу и внешнюю трубу, подшипник, который поддерживает с возможностью вращения вал турбины, корпус подшипника, который удерживает и закрывает подшипник, опорную стойку, которая поддерживает корпус газотурбинной установки, распорки, которые соединяют внутреннюю трубу и внешнюю трубу, и первую опору и вторую опору, которые поддерживают корпус подшипника на внутренней трубе. Первая опора расположена на той же стороне, что и опорная стойка, относительно распорок в направлении течения газообразного продукта горения. Распорки расположены между первой опорой и второй опорой в направлении течения газообразного продукта горения. Первая опора прикреплена и к внутренней трубе и к корпусу подшипника. Вторая опора прикреплена к внутренней трубе и контактирует с возможностью скольжения с корпусом подшипника.

[0009]

Согласно настоящему изобретению величина перемещения конца вала газотурбинной установки в осевом направлении может быть подавлена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010]

Фиг. 1 - схематический вид, иллюстрирующий газотурбинную установку в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - схематический вид, иллюстрирующий пример конфигурации внутренней структуры турбины, обеспеченной в газотурбинной установке, показанной на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематический вид, иллюстрирующий внешний вид газотурбинной установки, показанной на фиг. 1.

Фиг. 4 - схематический вид, частично в разрезе, иллюстрирующий выхлопной корпус, обеспеченный в газотурбинной установке, показанной на фиг. 1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0011]

Далее будет описан со ссылкой на чертежи вариант осуществления настоящего изобретения.

[0012]

Газотурбинная установка

На фиг. 1 представлен схематический вид, иллюстрирующий газотурбинную установку в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Газотурбинная установка (газотурбинный двигатель) 100, показанная на фиг. 1, содержит компрессор 1, сжигающее устройство 2 и турбину 3. Компрессор 1 и турбина 3 соединены друг с другом с помощью вала (не показан). В рассматриваемом варианте осуществления двухвальная турбина, содержащая турбину 3H высокого давления и турбину 3L низкого давления, которые выполнены с возможностью независимого вращения, используется в качестве примера турбины 3, и компрессор 1 соединен с турбиной 3H высокого давления. Однако следует отметить, что турбина 3 может представлять собой одновальную турбину. Генератор 4 в качестве ведомой машины соединен с турбиной 3L низкого давления. Другие ведомые машины, например насос, могут быть соединены с турбиной 3L низкого давления вместо генератора 4.

[0013]

Компрессор 1 приводится во вращательное движение турбиной 3 (турбина 3H высокого давления), всасывает воздух Ar, сжимает воздух Ar и подает высокотемпературный сжатый воздух под высоким давлением. Сжигающее устройство 2 смешивает топливо, подаваемое от топливной системы (не показана) со сжатым воздухом, подаваемым от компрессора 1, сжигает смешанное топливо, генерирует высокотемпературный газообразный продукт G горения и подает газообразный продукт G горения к турбине 3 (турбина 3H высокого давления и турбина 3L низкого давления).

[0014]

Турбина 3 (турбина 3H высокого давления и турбина 3L низкого давления) приводится во вращательное движение газообразным продуктом G горения, подаваемым от сжигающего устройства 2. В рассматриваемом варианте осуществления турбина 3H высокого давления приводится в движение газообразным продуктом G горения от сжигающего устройства 2, и турбина 3L низкого давления приводится в движение газообразным продуктом G горения, который привел в движение турбину 3 высокого давления.

[0015]

Мощность, выдаваемая турбиной 3H высокого давления, приводимой в движение таким образом, используется для привода компрессора 1. С другой стороны, мощность, выдаваемая турбиной 3L низкого давления, преобразуется в электрическую энергию генератором 4. Газообразный продукт G горения, который привел в движение турбину 3, выводится в атмосферу в качестве отработанного газа через выхлопной корпус 34 (фиг. 4).

[0016]

Турбина

На фиг. 2 представлен схематический вид, иллюстрирующий пример конфигурации внутренней структуры турбины 3.

Как показано на чертеже, турбина 3 содержит ротор 10 турбины и неподвижную часть 20, которая закрывает ротор 10 турбины. Следует отметить, что здесь направление вращения ротора 10 турбины называют как «окружное направление», направление, в котором продолжается ось C вращения ротора 10 турбины, называют как «осевое направление», и радиальное направление ротора 10 турбины называют как «радиальное направление». Дополнительно, выражение «верхняя по потоку сторона» независимо означает верхнюю по потоку сторону (левая сторона на фиг. 2) относительно направления течения (направление вправо на фиг. 2) газообразного продукта G горения в осевом направлении. Аналогичным образом, выражение «нижняя по потоку сторона» независимо означает нижнюю по потоку сторону (правая сторона на фиг. 2) относительно направления течения газообразного продукта G горения в осевом направлении.

[0017]

Ротор 10 турбины содержит рабочие колеса 11a-11d и лопатки 12a-12d ротора.

[0018]

Рабочие колеса 11a-11d представляют собой дискообразные элементы, которые расположены таким образом, что перекрываются друг с другом в осевом направлении. В рассматриваемом варианте осуществления рабочие колеса 11a-11d накладываются друг на друга и при этом между ними соответствующим образом размещены дистанцирующие элементы 13.

[0019]

Лопатки 12a-12d ротора каждая имеет множество лопаток, расположенных на внешней периферийной поверхности соответствующего одного из рабочих колес 11a-11d с регулярными интервалами в окружном направлении, образуя кольцевой ряд лопаток ротора. Лопатки 12a-12d ротора продолжаются в радиальном направлении наружу от внешних периферийных поверхностей рабочих колес 11a-11d, и обращены к газовому тракту 5, который представляет собой кольцевой основной путь для потока газообразного продукта G горения. Соответствующие ряды лопаток ротора для лопаток 12a ротора, лопаток 12b ротора, лопаток 12c ротора и лопаток 12d ротора расположены в этом порядке от верхней по потоку стороны в осевом направлении.

[0020]

С приведенной выше конфигурацией энергия текучей среды в газообразном продукте G горения, текущего в газовом тракте 5, преобразуется в энергию вращательного движения лопатками 12a-12d ротора, и ротор 10 турбины вращается вокруг оси C вращения. Как было указано выше, турбина 3, используемая в качестве примера в рассматриваемом варианте осуществления, представляет собой двухвальную турбину. Лопатки 12a и 12b ротора образуют турбину 3H высокого давления, а лопатки 12c и 12d образуют турбину 3L низкого давления. Как показано на фиг. 2, турбина 3H высокого давления и турбина 3L низкого давления имеют валы, которые отделены друг от друга перегородкой W, расположенной между ними, и ротор 10 турбины может вращаться с разными скоростями вращения на участке стороны турбины 3H высокого давления и на участке стороны турбины 3L низкого давления.

[0021]

Неподвижная часть 20 содержит корпус 33 турбины, неподвижные лопатки (диафрагмы) 22a-22d и каркасные элементы 23a-23d турбины.

[0022]

Корпус 33 турбины представляет собой трубчатый элемент, образующий внешнюю стенку турбины 3, и окружает неподвижные лопатки 22a-22d, лопатки 12a-12d ротора и каркасные элементы 23a-23d турбины. Корпус 33 турбины разделен на верхнюю и нижнюю части. На фиг. 2 показана верхняя половина корпуса 33 турбины. Неподвижные лопатки 22a-22d установлены на внутренних периферийных участках корпуса 33 турбины.

[0023]

Неподвижные лопатки 22a-22d представляют собой сегменты, каждый из сегментов выполнен как единое целое и содержит внешнее кольцо 22o неподвижной лопатки, внутреннее кольцо 22i неподвижной лопатки и множество лопаточных частей 22p. Множество таких сегментов выровнены в окружном направлении таким образом, чтобы образовать кольцевой ряд неподвижных лопаток. Ряды неподвижных лопаток для неподвижных лопаток 22a, неподвижных лопаток 22b, неподвижных лопаток 22c и неподвижных лопаток 22d расположены в этом порядке от верхней по потоку стороны в осевом направлении.

[0024]

Внешнее кольцо 22o неподвижной лопатки представляет собой элемент, внутренняя периферийная поверхность которого образует внешнюю периферию кольцевого газового тракта 5. В каждом ряду неподвижных лопаток множество внешних колец 22o неподвижной лопатки выровнены в окружном направлении таким образом, чтобы образовать трубчатую форму. Внешнее кольцо 22o неподвижной лопатки поддерживается на внутреннем периферийном участке корпуса 33 турбины с помощью соответствующего элемента (в рассматриваемом варианте осуществления каркасного элемента турбины). Внутреннее кольцо 22i неподвижной лопатки расположено на внутренней стороне в радиальном направлении относительно внешнего кольца 22o неподвижной лопатки. В каждом ряду неподвижных лопаток множество внутренних колец 22i неподвижной лопатки выровнены в окружном направлении таким образом, чтобы образовать трубчатую форму, тем самым образуя внутреннюю периферию кольцевого газового тракта 5 своими внешними периферийными поверхностями. Множество лопаточных участков 22p выровнены в окружном направлении, продолжаются в радиальном направлении, соединяя внутреннее кольцо 22i неподвижной лопатки и внешнее кольцо 22o неподвижной лопатки, и обращены к газовому тракту 5.

[0025]

Следует отметить, что неподвижные лопатки и лопатки ротора, соседние с ними на нижней по потоку стороне, образуют одну ступень. Ступень, к которой принадлежат неподвижные лопатки 22a, лопатки 12a ротора и каркасный элемент 23a турбины, представляет собой первую ступень (начальную ступень). Ступень, к которой принадлежат неподвижные лопатки 22b, лопатки 12b ротора и каркасный элемент 23b турбины, представляет собой вторую ступень. Аналогичным образом, ступень, к которой принадлежат неподвижные лопатки 22c, лопатки 12c ротора и каркасный элемент 23c турбины, представляет собой третью ступень, и ступень, к которой принадлежат неподвижные лопатки 22d, лопатки 12d ротора и каркасный элемент 23d турбины, представляет собой четвертую ступень (финальную ступень).

[0026]

Корпус газотурбинной установки

На фиг. 3 представлен схематический вид, иллюстрирующий внешний вид газотурбинной установки 100. На фиг. 3 сжигающее устройство 2 и генератор 4 не показаны.

Корпус 30 газотурбинной установки, образующий внешнюю стенку газотурбинной установки 100, представляет собой трубчатый элемент и содержит корпус 31 компрессора, корпус 32 сжигающего устройства, корпус 33 турбины и выхлопной корпус 34.

[0027]

Ротор (не показан) компрессора 1 размещен в корпусе 31 компрессора. Множество сжигающих устройств 2 установлены в корпусе 32 сжигающего устройства в окружном направлении. Роторы турбины 3 (соответственно, роторы турбины 3H высокого давления и роторы турбины 3L низкого давления) размещены в корпусе 33 турбины (фиг. 2). Нижняя по потоку концевая часть корпуса 31 компрессора соединена с верхней по потоку концевой частью корпуса 32 сжигающего устройства с помощью множества болтов. Аналогичным образом, с помощью болтов, нижняя по потоку концевая часть корпуса 32 сжигающего устройства соединена с верхней по потоку концевой частью корпуса 33 турбины, и нижняя по потоку концевая часть корпуса 33 турбины соединена с верхней по потоку концевой частью выхлопного корпуса 34.

[0028]

Корпус 30 газотурбинной установки поддерживается основной рамой 30c, которая представляет собой несущую конструкцию, с помощью опорных стоек 30a и 30b.

[0029]

Опорная стойка 30a, расположенная на верхней по потоку стороне, соединена с окрестностью концевой части корпуса 31 компрессора на верхней по потоку стороне. Опорная стойка 30b, расположенная на нижней по потоку стороне, соединена с окрестностью концевой части выхлопного корпуса 34 на верхней по потоку стороне. Опорная стойка 30b на нижней по потоку стороне может быть соединена с окрестностью концевой части корпуса 33 турбины на нижней по потоку стороне. В то время как опорная стойка 30b имеет высокую жесткость, опорная стойка 30a имеет меньшую жесткость в отношении сил, прилагаемых в осевом направлении, чем опорная стойка 30b. В результате во время работы газотурбинной установки 100 допускается тепловое удлинение корпуса 30 газотурбинной установки за счет тепла от рабочей текучей среды. Корпус 30 газотурбинной установки подвергается тепловому удлинению в обе стороны в осевом направлении от опорной стойки 30b, с участком, ограничиваемым в положении опорной стойкой 30b в качестве точки отсчета (см. стрелки на фиг. 3).

[0030]

На фиг. 4 представлен схематический вид, иллюстрирующий, частично в разрезе, выхлопной корпус 34. На чертеже внутренняя структура нижней половины выхлопного корпуса 34 показана вместе с опорной стойкой 30b. Внутренняя структура выхлопного корпуса 34 показана в вертикальном разрезе, включая ось C вращения ротора 10 турбины.

[0031]

Как показано на фиг. 4, выхлопной корпус 34 содержит внешнюю трубу 34a и внутреннюю трубу 34b. Внешняя труба 34a представляет собой конический элемент, диаметр которого увеличивается в направлении ниже по потоку, и соединена с нижней по потоку концевой частью корпуса 30 турбины с помощью фланца F. Внутренняя труба 34b представляет собой элемент, который размещен во внешней трубе 34a, образуя пространство, имеющее кольцеобразное сечение между ним и внешней трубой 34a, имеет коническую форму, подобную внешней трубе 34a, диаметр которой увеличивается в направлении ниже по потоку.

[0032]

Выхлопной диффузор 35 обеспечен в пространстве между внешней трубой 34a и внутренней трубой 34b выхлопного корпуса 34. Выхлопной диффузор 35 содержит диффузор 35a внешней периферийной стороны и диффузор 35b внутренней периферийной стороны. Диффузор 35a внешней периферийной стороны и диффузор 35b внутренней периферийной стороны также представляют собой конические элементы, диаметр которых увеличивается в направлении ниже по потоку. Выхлопной канал, имеющий кольцеобразное сечение, образован между диффузором 35a внешней периферийной стороны и диффузором 35b внутренней периферийной стороны.

[0033]

Газообразный продукт G горения (а именно, отработанный газ), который привел в действие турбину 3 (турбину 3H высокого давления и турбину 3L низкого давления), течет в выхлопной канал, образованный выхлопным диффузором 35. Во время работы газотурбинной установки 100 статическое давление газообразного продукта G горения, который прошел через турбину 3, снижается до отрицательного давления (например, порядка 0,09 МПа), но восстанавливается до атмосферного давления за счет прохождения через выхлопной диффузор 35.

[0034]

Внешняя труба 34a и внутренняя труба 34b выхлопного корпуса 34 соединены посредством распорок 36 на множестве участков в окружном направлении. Распорки 36 каждая представляет собой столбчатый элемент, продолжающийся в радиальном направлении. Сечение каждой распорки 36 является удлиненным в направлении течения газообразного продукта G горения (отработанного газа). Каждая распорка 36 закрыта крышкой 37 распорки. Крышки 37 распорок расположены соответственно распоркам 36 и соединяют диффузор 35a внешней периферийной стороны и диффузор 35b внутренней периферийной стороны на множестве участков в окружном направлении.

[0035]

Вал 38 ротора 10 турбины соединен с торцевой поверхностью на нижней по потоку стороне рабочего колеса 11d ротора на финальной ступени турбины 3L низкого давления (см. также фиг. 2). Вал 38 поддерживается с возможностью вращения опорными подшипниками 41 и 42 и упорным подшипником 43.

[0036]

В рассматриваемом варианте осуществления опорные подшипники 41 и 42 и упорный подшипник 43 все расположены на нижней по потоку стороне относительно компонентов ступени (рабочие колеса 11c и 11d и лопатки 12c и 12d ротора) турбины 3L низкого давления. Другими словами, компоненты ступени ротора турбины 3L низкого давления являются нависающими (фиг. 2). Поэтому для устранения дисбаланса в распределении веса в осевом направлении вал 38 снабжен грузом (противовесом) 38a.

[0037]

Опорные подшипники 41 и 42 расположены на противоположных сторонах груза 38a в осевом направлении и поддерживают вал 38. Груз 38a является частью вала 38 и имеет увеличенный диаметр по сравнению с теми участками вала 38, которые поддерживаются опорными подшипниками 41 и 42. Упорный подшипник 43 поддерживает торцевую поверхность груза 38a на нижней по потоку стороне.

[0038]

Опорные подшипники 41 и 42 и упорный подшипник 42 удерживаются общим корпусом 45 подшипника, и их внешние периферии закрыты вместе с грузом 38a корпусом 45 подшипника. Корпус 45 подшипника, который окружает опорные подшипники 41 и 42 и упорный подшипник 43 вместе с грузом 38a, должен иметь подходящую длину в осевом направлении. Поэтому корпус 45 подшипника поддерживается на внутренней периферийной поверхности внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34 в двух позициях в осевом направлении посредством первой опоры 51 и второй опоры 52.

[0039]

Первая опора 51 и вторая опора 52, например, представляют собой столбчатые элементы, продолжающиеся в радиальном направлении, и каждая из них расположена на множестве участков с предварительно заданным интервалом в окружном направлении. Первая опора 51 расположена в позиции, соответствующей опорному подшипнику 41 в направлении течения газообразного продукта G горения (осевом направлении). Вторая опора 52 расположена в позиции, соответствующей опорному подшипнику 42 в направлении течения газообразного продукта G горения (осевом направлении).

[0040]

Далее, первая опора 51 расположена на той же стороне (в рассматриваемом варианте осуществления верхней по потоку стороне), что и опорная стойка 30b, относительно распорок 36 в направлении течения газообразного продукта G горения (осевого направления). В примере на фиг. 4 первая опора 51 расположена между второй опорой 52 и опорной стойкой 30b. Дополнительно, распорки 36 расположены между первой опорой 51 и второй опорой 52 в направлении течения газообразного продукта G горения (осевом направлении).

[0041]

Здесь, концевая часть 51a первой опоры на внешней периферийной стороне прикреплена к внутренней периферийной поверхности внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34 с помощью сварки или болтов или т.п. Концевая часть 51b первой опоры 51 на внутренней периферийной стороне прикреплена к внешней периферийной поверхности корпуса 45 подшипника с помощью сварки или болтов или т.п. Таким образом, первая опора 51 имеет оба конца прикрепленными, соответственно, к внутренней трубе 34b выхлопного корпуса 34 и к корпусу 45 подшипника.

[0042]

Концевая часть 52a второй опоры 52 на внешней периферийной стороне прикреплена к внутренней периферийной поверхности внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34 с помощью сварки или болтов или т.п. С другой стороны, концевая часть 52b второй опоры 52 на внутренней периферийной стороне не прикреплена к внешней периферийной поверхности корпуса 45 подшипника и является свободной. Таким образом, вторая опора 52 прикреплена к внутренней трубе 34b выхлопного корпуса 34, и при этом она контактирует с возможностью скольжения с корпусом 45 подшипника, так что вторая опора 52 и корпус 45 подшипника не ограничивают друг друга в положении.

[0043]

Сравнительный пример

Для сравнения с газотурбинной установкой 100 согласно описанному выше рассматриваемому варианту осуществления предлагается конфигурация, в которой конструкции первой опоры 51 и второй опоры 52 заменены одна на другую. Другими словами, вторая опора 52 имеет обе концевые части 52a и 52b с обеих сторон соответственно прикрепленными к выхлопному корпусу 34 и к корпусу 45 подшипника, тогда как первая опора 51 имеет концевую часть 51a на внешней периферийной стороне прикрепленной к выхлопному корпусу 34, а другая концевая часть 51b на внутренней периферийной стороне является свободной.

[0044]

По сравнению с состоянием, когда газотурбинная установка 100 остановлена и корпус 30 газотурбинной установки имеет нормальную температуру, во время работы газотурбинной установки 100 температуры компонентов газотурбинной установки 100 повышаются за счет газообразного продукта G горения, и компоненты подвергаются тепловому удлинению. Направления теплового удлинения, которое происходит в выхлопном корпусе 34, показаны стрелками a-d на фиг. 4.

[0045]

Как было описано выше, опорная стойка 30b имеет более высокую жесткость, чем опорная стойка 30a, и поэтому опорная стойка 30b становится точкой отсчета для теплового удлинения корпуса 30 газотурбинной установки в осевом направлении. Поэтому концевая поверхность вала 38 на нижней по потоку стороне перемещается в осевом направлении с опорной стойкой 30b в качестве точки отсчета. Величина перемещения в осевом направлении представляет собой сумму величины перемещения распорок 36 относительно опорной стойки 30b, величины перемещения второй опоры 52 относительно распорок 36, величины перемещения упорного подшипника 43 относительно второй опоры 52 и величины перемещения концевой поверхности вала 38 относительно упорного подшипника 43.

[0046]

В сравнительном примере распорки 36 перемещаются к нижней по потоку стороне, как указано сплошной стрелкой a, относительно опорной стойки 30b из-за теплового удлинения внешней трубы 34a выхлопного корпуса 34. Вторая опора 52 перемещается далее к нижней по потоку стороне, как указано пунктирной стрелкой b’, относительно распорок 36, которые перемещаются к нижней по потоку стороне, из-за теплового удлинения внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34. После этого упорный подшипник 43 перемещается к верхней по потоку стороне относительно второй опоры 52 (пунктирная линия c’) из-за теплового удлинения корпуса 45 подшипника, и концевая поверхность вала 38 перемещается к нижней по потоку стороне относительно упорного подшипника 43 (сплошная линия d) из-за теплового удлинения вала 38.

[0047]

Следует отметить, что из тепловых удлинений, указанных стрелками a, b’, c’ и d, величины удлинения (стрелки a и b’) внешней трубы 34a и внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34, на которых поступление тепла от газообразного продукта G горения является большим, будут большими. На величину перемещения концевой поверхности вала 38 существенно влияет величина перемещения корпуса 45 подшипника, которая определяется величинами удлинения внешней трубы 34a и внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34. В случае сравнительного примера, корпус 45 подшипника ограничивается в положении второй опорой 52, так что величина перемещения корпуса 45 подшипника зависит от величины перемещения второй опоры 52 относительно опорной стойки 30b. В сравнительном примере направление перемещения второй опоры 52 представляет собой направление вниз по потоку, как и у распорок 36 (стрелки a и b’), и поэтому величины удлинения внешней трубы 34a и внутренней трубы 34b выхлопной трубы 34 добавляются относительно опорной стойки 30b.

[0048]

Преимущества изобретения

(1) В рассматриваемом варианте осуществления первая опора 51 расположена на верхней по потоку стороне, как и опорная стойка 30b, относительно распорок 36. Поэтому первая опора 51 перемещается к верхней по потоку стороне, как указано сплошной стрелкой b, относительно распорок 36 из-за теплового удлинения внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34. Так как первая опора 51 перемещается в направлении, противоположном распоркам 36 (стрелки a и b), ее величина перемещения в осевом направлении относительно опорной стойки 30b является небольшой по сравнению со второй опорой 52, которая перемещается в том же направлении, что и распорки 36 (стрелки a и b’).

[0049]

В случае рассматриваемого варианта осуществления корпус 45 подшипника ограничивается в положении первой опорой 51, но свободен относительно второй опоры 52. Поэтому величина перемещения корпуса 45 подшипника зависит от величины перемещения первой опоры 51 относительно опорной стойки 30b. Следует отметить, что в рассматриваемом варианте осуществления, в отличие от сравнительного примера, упорный подшипник 43 перемещается к нижней по потоку стороне относительно первой опоры 52 из-за теплового удлинения корпуса 45 подшипника. Поэтому, по сравнению со сравнительным примером, величина ограничения перемещения корпуса 45 подшипника не совпадает с величиной ограничения перемещения концевой поверхности вала 38. Однако величина теплового удлинения корпуса 45 подшипника меньше, чем величина теплового удлинения выхлопного корпуса 34.

[0050]

Объединяя описанные выше моменты, согласно рассматриваемому варианту осуществления перемещение корпуса 45 подшипника относительно опорной стойки 30b может быть подавлено по сравнению со сравнительным примером. В результате величина перемещения концевой поверхности на нижней по потоку стороне вала 38 в осевом направлении может быть подавлена.

[0051]

Дополнительно, так как величина перемещения вала 38 может быть подавлена, надежность вращения турбины 3 может быть повышена. Кроме того, в некоторых случаях используют устройство (например, диафрагменная муфта) для поглощения перемещения концевой поверхности вала 38. В данном случае требования, предъявляемые к устройству, могут быть снижены, что может способствовать уменьшению стоимости устройства.

[0052]

(2) Газотурбинная установка 100 согласно рассматриваемому варианту осуществления представляет собой двухвальную турбину, и компоненты ступени турбины 3L низкого давления являются нависающими относительно подшипников (опорных подшипников 41 и 42 и упорного подшипника 43), как было описано выше (фиг. 2). Другими словами, отсутствует элемент, который ограничивает вал 38 в положении на верхней по потоку стороне от компонентов ступени, так что компоненты ступени также перемещаются в осевом направлении вместе с валом 38 при перемещении корпуса 45 подшипника. В этом случае, когда уплотнительная структура, использующая уплотнительные ребра, применена между лопатками 12c и 12d ротора и каркасными элементами 23c и 23d турбины, может возникнуть отклонение в положении между лопатками 12c и 12d ротора и каркасными элементами 23c и 23d турбины, в результате чего эффективность уплотнения может быть уменьшена.

[0053]

С другой стороны, в рассматриваемом варианте осуществления перемещение корпуса 45 подшипника относительно опорной стойки 30b может быть ограничено. Поэтому перемещение лопаток 12c и 12d, которые представляют собой элементы на стороне вращающейся части, ограничиваемой в положении корпусом 45 подшипника, может быть ограничено относительно каркасных элементов 23c и 23d турбины, которые представляют собой элементы на стороне неподвижной части, ограничиваемой в положении опорной стойкой 30b. Таким образом, отклонение в положении между лопатками 12c и 12d ротора и каркасными элементами 23c и 23d турбины может быть ограничено, и уменьшение эффективности уплотнения может быть ограничено.

[0054]

(3) Как было описано выше, опорные подшипники 41 и 42 и упорный подшипник 43 удерживаются в общем корпусе 45 подшипника, и их внешние периферии закрыты вместе с грузом 38a корпусом 45 подшипника. Дополнительно, так как опорные подшипники 41 и 42 расположены на противоположных сторонах груза 38a, расстояние между опорными подшипниками 41 и 42 является фиксированным, что способствует не только балансировке роторов, но также стабильной поддержке вала 38. Так как корпус 45 подшипника окружает груз 38a, опорные подшипники 41 и 42 и упорный подшипник 43, он имеет соответствующую подходящую длину в осевом направлении. В результате корпус 45 подшипника поддерживается на внутренней периферийной стороне внутренней трубы 34b выхлопного корпуса 34 в двух позициях в осевом направлении посредством первой опоры 51 и второй опоры 52. Дополнительно, как было описано выше, в конструкции, в которой компоненты ступени являются нависающими относительно корпуса 45 подшипника, как в турбине 3L низкого давления в рассматриваемом варианте осуществления, отклонение в положении между лопатками 12c и 12d ротора и каркасными элементами 23c и 23в турбины может возникнуть при перемещении корпуса 45 подшипника.

[0055]

С такой конструкцией, принятой в качестве решения цели изобретения, конструкция рассматриваемого варианта осуществления, в которой из первой опоры 51 и второй опоры 52, расположенных таким образом, что распорки 36 размещены между ними, корпус 45 подшипника ограничивается в положении первой опорой 51, расположенной на той же стороне, что и опорная стойка 30b, относительно распорок 36, является особенно эффективной.

[0056]

Модификация

Хотя в приведенном выше варианте осуществления была описана конфигурация, в которой опорная стойка 30b расположена на верхней по потоку стороне относительно корпуса 45 подшипника, настоящее изобретение может использоваться также в конфигурации, в которой опорная стойка 30b расположена на нижней по потоку стороне относительно корпуса 45 подшипника, и в этом случае могут быть получены такие же полезные эффекты, как для приведенного выше варианта осуществления. Здесь, «распорки» расположены между «первой опорой» и «второй опорой», и «первая опора» расположена на той же стороне, что и «опорная стойка» относительно «распорок». Поэтому в случае, когда конфигурацию, в которой опорная стойка 30b расположена на нижней по потоку стороне относительно корпуса 45 подшипника, принимают в качестве решения цели изобретения, распорки на нижней по потоку стороне прикрепляют к корпусу подшипника в качестве «первых распорок», тогда как распорки на верхней по потоку стороне будут свободными относительно корпуса подшипника в качестве «вторых распорок». В этом случае, так как вторые распорки перемещаются к верхней по потоку стороне относительно опорной стойки, а, с другой стороны, первые распорки перемещаются к нижней по потоку стороне относительно вторых распорок, перемещение корпуса подшипника, ограничиваемого в положении первыми распорками, может быть ограничено подобно приведенному выше варианту осуществления.

[0057]

Дополнительно, хотя здесь был описан в качестве примера случай, когда настоящее изобретение используется для двухвальной газотурбинной установки, настоящее изобретение также применимо для одновальной газотурбинной установки, при условии, что в ней используется конструкция поддержки подшипника, имеющая такие же взаимные расположения между опорной стойкой, распорками, первой опорой и второй опорой.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

[0058]

3: Турбина

3H: Турбина высокого давления (турбина)

3L: Турбина низкого давления (турбина)

30a, 30b: Опорная стойка

34: Выхлопной корпус

34a: Внешняя труба

34b: Внутренняя труба

36: Распорка

38: Вал

38a: Груз

41, 42: Опорный подшипник (подшипник)

43: Упорный подшипник (подшипник)

45: Корпус подшипника

51: Первая опора

52: Вторая опора

100: Газотурбинная установка

G: Газообразный продукт горения

Газотурбинная установка, содержащая турбину, приводимую в действие газообразным продуктом горения, корпус газотурбинной установки, который содержит выхлопной корпус, содержащий внутреннюю трубу и внешнюю трубу, подшипник, который поддерживает с возможностью вращения вал турбины, корпус подшипника, который удерживает подшипник, опорную стойку, которая поддерживает корпус газотурбинной установки, распорки, которые соединяют внутреннюю трубу и внешнюю трубу, и первую опору и вторую опору, которые поддерживают корпус подшипника на внутренней трубе. Первая опора расположена на той же стороне, что и опорная стойка, относительно распорок в направлении течения газообразного продукта горения. Распорки расположены между первой опорой и второй опорой. Первая опора прикреплена и к внутренней трубе, и к корпусу подшипника. Вторая опора прикреплена к внутренней трубе и контактирует с возможностью скольжения с корпусом подшипника. Изобретение направлено на подавление величины перемещения конца вала в осевом направлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая:

турбину, приводимую в действие газообразным продуктом горения;

корпус газотурбинной установки, который содержит выхлопной корпус, содержащий внутреннюю трубу и внешнюю трубу;

подшипник, который поддерживает с возможностью вращения вал турбины;

корпус подшипника, который удерживает и закрывает подшипник;

опорную стойку, которая поддерживает корпус газотурбинной установки;

распорки, которые соединяют внутреннюю трубу и внешнюю трубу; и

первую опору и вторую опору, которые поддерживают корпус подшипника на внутренней трубе,

при этом первая опора расположена на той же стороне, что и опорная стойка, относительно распорок в направлении течения газообразного продукта горения,

распорки расположены между первой опорой и второй опорой в направлении течения газообразного продукта горения,

первая опора прикреплена и к внутренней трубе, и к корпусу подшипника, а

вторая опора прикреплена к внутренней трубе и контактирует с возможностью скольжения с корпусом подшипника.

2. Газотурбинная установка по п. 1, в которой турбина представляет собой двухвальную турбину, содержащую турбину высокого давления и турбину низкого давления, приводимую в действие газообразным продуктом горения, который привел в действие турбину высокого давления.

3. Газотурбинная установка по п. 1, в которой турбина представляет собой двухвальную турбину, содержащую турбину высокого давления и турбину низкого давления, приводимую в действие газообразным продуктом горения, который привел в действие турбину высокого давления, вал турбины высокого давления имеет груз, и подшипник содержит упорный подшипник и два опорных подшипника, которые расположены на противоположных сторонах груза.