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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine.
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Eine Gasturbine verbrennt durch eine Brennkammer einen Brennstoff, der mit verdichteter Luft, die durch einen Verdichter verdichtet ist, gemischt ist, und die Turbine wird durch das Verbrennungsgas angetrieben, um eine angetriebene Maschine, wie etwa einen Generator, anzutreiben. Der Verdichter und eine Welle der Turbine sind in einem Gasturbinengehäuse untergebracht. Das Gasturbinengehäuse wird beispielsweise durch einen Basisrahmen über eine Vielzahl von Stützbeinen in einer Haltung mit der horizontalen Welle getragen (
JP 2009- 57 973 A usw.). Die Welle wird durch Lagerungen, die in einem Lagergehäuse untergebracht sind, drehend gelagert (
JP 2005- 83 199 A usw.).
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Aus der
EP 2 330 274 A1 ist eine Gasturbine bekannt, auf der der Oberbegriff des Patentanspruches 1 basiert.
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Obwohl in
2 von
JP 2005- 83 199 A nicht dargestellt (Abschnitt 0023 des Dokuments), wird das Lagergehäuse an einem Innenumfangsabschnitt des Gasturbinengehäuses durch einen Träger getragen. Für den Fall, dass sich das Trägergehäuse in der Axialrichtung wie in dem Dokument ausdehnt, kann das Lagergehäuse an zwei Positionen in der Axialrichtung durch einen ersten Träger und einen zweiten Träger getragen werden. Außerdem weist das Gasturbinengehäuse eine Doppelstruktur mit Innen- und Außengehäusen zum Ausbilden eines ringförmigen Verbrennungsgas-Strömungspfads auf, und das Gehäuse an der Innenumfangsseite und das Gehäuse an der Außenumfangsseite sind durch ein Trägerelement, Strebe genannt, verbunden. Die Strebe, die das Gehäuse an der Innenumfangsseite mit dem Gehäuse an der Außenumfangsseite verbindet, kann zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger angeordnet sein. Außerdem ist die an der stromabwärtigen Seite relativ zu einem Turbinenstufenabschnitt angeordnete Lagerung, wie etwa die in
JP 2005- 83 199 A gezeigte Lagerung, oft an der stromabwärtigen Seite relativ zu jedem Stützbein angeordnet, das das Gasturbinengehäuse trägt.
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Von dem vorstehend beschriebenen ersten Träger und zweiten Träger weist der zweite Träger, der allgemein an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases angeordnet ist, beide an dem Trägergehäuse und dem Gasturbinengehäuse befestigten Enden auf. Andererseits wird der an der stromaufwärtigen Seite angeordnete erste Träger beispielsweise nur an dem Gasturbinengehäuse getragen und steht mit dem Lagergehäuse in gleitendem Kontakt. Außerdem wird von den Stützbeinen für das Gasturbinengehäuse beispielsweise das Stützbein an der stromaufwärtigen Seite (Verdichterseite) auf eine geringere Steifigkeit eingestellt als das Stützbein an der stromabwärtigen Seite (Turbinenseite). Eine solche Konfiguration und Einstellungen dienen dazu, einen Unterschied in thermischer Ausdehnung in der Axialrichtung der Gasturbinenkomponententeile zuzulassen, die ein Hochtemperaturarbeitsfluid kontaktieren.
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Bei einer solchen Konfiguration wird das Gasturbinengehäuse, das durch Empfangen von Hitze von dem Arbeitsfluid verformt wird, in der Axialrichtung relativ zu dem Basisrahmen thermisch ausgedehnt, wobei das Stützbein mit hoher Steifigkeit an der stromabwärtigen Seite als ein Bezugspunkt gilt. Auf eine Analyse dieser thermischen Ausdehnung hin ist herausgefunden worden, dass die Strebe mit dem Stützbein als Bezug aufgrund der Ausdehnung des Gehäuses an der Außenumfangsseite des Gasturbinengehäuses stromabwärts bewegt wird, und ferner der zweite Träger mit der Strebe als Bezug aufgrund der Ausdehnung des Gehäuses an der Innenumfangsseite stromabwärts bewegt wird. Wenn die Strebe und der zweite Träger in derselben Richtung auf diese Weise bewegt werden, dann werden die Bewegungsgrößen der Strebe und des zweiten Trägers aufaddiert, was die Bewegungsgröße der durch den zweiten Träger getragenen Lagerung und somit eines Wellenendes der durch die Lagerung getragenen Welle relativ zu dem Stützbein vergrößern kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbine bereitzustellen, die die Versatzgröße eines Wellenendes einer Welle in der Axialrichtung verringern kann.
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Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bereit, die Folgendes umfasst: eine Turbine, die durch ein Verbrennungsgas angetrieben wird; ein Gasturbinengehäuse, das ein Abgasgehäuse mit einem Innenrohr und einem Außenrohr umfasst; eine Lagerung, die eine Welle der Turbine drehbar lagert; ein Lagergehäuse, das die Lagerung hält und abdeckt; ein Stützbein, das das Gasturbinengehäuse trägt; Streben, die das Innenrohr und das Außenrohr verbinden; und ein erster Träger und ein zweiter Träger, die das Lagergehäuse auf dem Innenrohr tragen. Der erste Träger ist auf derselben Seite wie das Stützbein in Bezug auf die Streben in einer Strömungsrichtung des Verbrennungsgases angeordnet. Die Streben sind zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases angeordnet. Der erste Träger ist sowohl an dem Innenrohr als auch an dem Lagergehäuse befestigt. Der zweite Träger ist an dem Innenrohr befestigt und steht in gleitendem Kontakt mit dem Lagergehäuse.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Versatzgröße eines Wellenendes von einer Welle einer Gasturbine in der Axialrichtung unterdrückt werden.
- 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Gasturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
- 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer internen Struktur einer Turbine, die in der in 1 gezeigten Gasturbine vorgesehen ist, zeigt,
- 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Erscheinung der in 1 gezeigten Gasturbine zeigt, und
- 4 ist ein Diagramm, das teilweise in einem Abschnitt ein Abgasgehäuse, das in der in 1 gezeigten Gasturbine vorgesehen ist, zeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Gasturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die in 1 gezeigte Gasturbine (Gasturbinenmaschine) 100 umfasst einen Verdichter 1, eine Brennkammer 2 und eine Turbine 3. Der Verdichter 1 und die Turbine 3 sind durch eine Welle (nicht dargestellt) miteinander verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Doppelwellenturbine mit einer Hochdruckturbine 3H und einer Niederdruckturbine 3L, die unabhängig voneinander drehbar sind, als ein Beispiel der Turbine 3 angenommen, und der Verdichter 1 ist mit der Hochdruckturbine 3H verbunden. Es ist allerdings zu beachten, dass die Turbine 3 von einem Einzelwellentyp sein kann. Ein Generator 4 als eine angetriebene Maschine ist mit der Niederdruckturbine 3L verbunden. Eine andere angetriebene Maschine, wie etwa eine Pumpe, kann anstelle des Generators 4 mit der Niederdruckturbine 3L verbunden sein.
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Der Verdichter 1 wird durch die Turbine 3 (Hochdruckturbine 3H) drehend angetrieben, saugt Luft Ar ein, verdichtet die Luft Ar, und liefert verdichtete Hochtemperatur-/Hochdruckluft. Die Brennkammer 2 mischt einen von einem Brennstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführten Brennstoff mit der von dem Verdichter 1 gelieferten verdichteten Luft, verbrennt den gemischten Brennstoff, erzeugt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas G, und führt das Verbrennungsgas G der Turbine 3 zu (der Hochdruckturbine 3H und der Niederdruckturbine 3L).
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Die Turbine 3 (die Hochdruckturbine 3H und die Niederdruckturbine 3L) wird durch das von der Brennkammer 2 zugeführte Verbrennungsgas G drehend angetrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Hochdruckturbine 3H durch das Verbrennungsgas G von der Brennkammer 2 angetrieben, und die Niederdruckturbine 3L wird durch das Verbrennungsgas G, das die Hochdruckturbine 3H angetrieben hat, angetrieben.
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Die von der so angetriebenen Hochdruckturbine 3H ausgegebene Energie wird zum Antreiben des Verdichters 1 verwendet. Andererseits wird die von der Niederdruckturbine 3L ausgegebene Energie durch den Generator 4 in elektrische Energie umgewandelt. Das Verbrennungsgas G, das die Turbine 3 angetrieben hat, wird als ein Abgas in die Atmosphäre durch ein Abgasgehäuse 34 ausgestoßen (4).
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2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer internen Struktur einer Turbine 3 zeigt.
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Wie in dem Diagramm gezeigt, umfasst die Turbine 3 einen Turbinenrotor 10 und einen stationären Körper 20, der den Turbinenrotor 10 abdeckt. Es ist hier zu beachten, dass eine Drehrichtung des Turbinenrotors 10 als eine „Umfangsrichtung“ bezeichnet wird, eine Richtung, in der sich eine Drehmittelpunktlinie C des Turbinenrotors 10 erstreckt, als eine „Axialrichtung“ bezeichnet wird, und eine Radialrichtung des Turbinenrotors 10 als eine „Radialrichtung“ bezeichnet wird. Außerdem bedeutet der Ausdruck „stromaufwärtige Seite“ unabhängig die stromaufwärtige Seite (linke Seite in 2) einer Strömungsrichtung (rechtsgerichtete Richtung in 2) des Verbrennungsgases G in der Axialrichtung. In ähnlicher Weise bedeutet der Ausdruck „stromabwärtige Seite“ unabhängig die stromabwärtige Seite (rechte Seite in 2) der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G in der Axialrichtung.
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Der Turbinenrotor 10 umfasst Rotorscheiben 11a bis 11d und Rotorschaufeln 12a bis 12d.
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Die Rotorscheiben 11a bis 11d sind scheibenförmige Elemente, die in der Axialrichtung überlappend angeordnet sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Rotorscheiben 11a bis 11d mit Abstandshaltern 13, die in geeigneter Weise dazwischenliegen, übereinandergelegt.
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Die Rotorschaufeln 12a bis 12d weisen jeweils eine Vielzahl von Schaufeln auf, die an einer Außenumfangsoberfläche von einer korrespondierenden der Rotorschaufeln 11a bis 11d in regulären Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um eine ringförmige Rotorschaufelreihe zu bilden. Die Rotorschaufeln 12a bis 12d erstrecken sich von den jeweiligen Außenumfangsoberflächen der Rotorscheiben 11a bis 11d in Radialrichtung nach außen und liegen frontal auf einem Gaspfad 5, der ein ringförmiger Hauptströmungspfad des Verbrennungsgases G ist. Jeweilige Rotorschaufelreihen der Rotorschaufeln 12a, der Rotorschaufeln 12b, der Rotorschaufeln 12c und der Rotorschaufeln 12d sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung ausgerichtet.
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Mit der vorstehenden Konfiguration wird eine Fluidenergie des in dem Gaspfad 5 strömenden Verbrennungsgases G durch die Rotorschaufeln 12a bis 12d in Drehenergie umgewandelt, und der Turbinenrotor 10 wird um die Drehmittelpunktlinie C gedreht. Wie vorstehend erwähnt, ist die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft dargestellte Turbine 3 von dem Doppelwellentyp. Die Rotorschaufeln 12a und 12b bilden die Hochdruckturbine 3H, und die Rotorschaufeln 12c und 12d bilden die Niederdruckturbine 3L. Wie in 2 gezeigt, weisen die Hochdruckturbine 3H und die Niederdruckturbine 3L Wellen auf, die durch eine Trennwand W, die dazwischenliegt, voneinander getrennt sind, und der Turbinenrotor 10 kann mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten an einem Abschnitt an der Hochdruckturbinenseite 3H und einem Abschnitt an der Niederdruckturbinenseite 3L gedreht werden.
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Der stationäre Körper 20 umfasst ein Turbinengehäuse 33, stationäre Schaufeln (Diaphragmen) 22a bis 22d und Turbinendeckringe oder -shrouds 23a bis 23d.
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Das Turbinengehäuse 33 ist ein rohrförmiges Element, das eine Außenwand der Turbine 3 bildet und die stationären Schaufeln 22a bis 22d, die Rotorschaufeln 12a bis 12d und die Turbinendeckringe oder shrouds 23a bis 23d umgibt. Das Turbinengehäuse 33 ist in obere und untere Teile zweigeteilt. 2 zeigt eine obere Hälfte des Turbinengehäuses 33. Die stationären Schaufeln 22a bis 22d sind an Innenumfangsabschnitten des Turbinengehäuses 33 montiert.
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Die stationären Schaufeln 22a bis 22d sind Segmente, und jedes der Segmente ist integral ausgebildet, um einen stationären Schaufelaußenring 22o, einen stationären Schaufelinnenring 22i und eine Vielzahl von Schaufelabschnitten 22p zu umfassen. Eine Vielzahl von solchen Segmenten ist in der Umfangsrichtung ausgerichtet, um eine ringförmige stationäre Schaufelreihe zu bilden. Die stationäre Schaufelreihe der stationären Schaufeln 22a, die stationäre Schaufelreihe der stationären Schaufeln 22b, die stationäre Schaufelreihe der stationären Schaufeln 22c und die stationäre Schaufelreihe der stationären Schaufeln 22d sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung ausgerichtet.
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Der stationäre Schaufelaußenring 22o ist ein Element einer Innenumfangsoberfläche, die einen Außenumfang des ringförmigen Gaspfads 5 definiert. In jeder stationären Schaufelreihe ist eine Vielzahl von stationären Schaufelaußenringen 22o in der Umfangsrichtung ausgerichtet, um eine rohrförmige Form auszubilden. Der stationäre Schaufelaußenring 22o wird an einem Innenumfangsabschnitt des Turbinengehäuses 33 durch ein geeignetes Element (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Turbinendeckring oder - shroud) getragen. Der stationäre Schaufelinnenring 22i ist an einer radialdirektionalen Innenseite relativ zu dem stationären Schaufelaußenring 22o angeordnet. In jeder stationären Schaufelreihe ist eine Vielzahl von stationären Schaufelinnenringen 22i in der Umfangsrichtung ausgerichtet, um eine rohrförmige Form auszubilden, um dadurch einen Innenumfang des ringförmigen Gaspfads 5 durch ihre Außenumfangsoberflächen zu definieren. Die Vielzahl von Schaufelabschnitten 22p ist in der Umfangsrichtung ausgerichtet, erstreckt sich in der Radialrichtung, um den stationären Schaufelinnenring 22i und den stationären Schaufelaußenring 22o zu verbinden, und frontal auf dem Gaspfad 5.
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Es ist zu beachten, dass die stationären Schaufeln und die an der stromabwärtigen Seite derselben benachbart angeordneten Rotorschaufeln eine Stufe bilden. Eine Stufe, zu der die stationären Schaufeln 22a, die Rotorschaufeln 12a und der Turbinendeckring oder -shroud 23a gehören, ist eine erste Stufe (Anfangsstufe). Eine Stufe, zu der die stationären Schaufeln 22b, die Rotorschaufeln 12b und der Turbinendeckring oder -shroud 23b gehören, ist eine zweite Stufe. In ähnlicher Weise ist eine Stufe, zu der die stationären Schaufeln 22c, die Rotorschaufeln 12c und der Turbinendeckring oder -shroud 23c gehören, eine dritte Stufe, und eine Stufe, zu der die stationären Schaufeln 22d, die Rotorschaufeln 12d und der Turbinendeckting oder -shroud 23d gehören, ist eine vierte Stufe (letzte Stufe).
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3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Erscheinung der Gasturbine 100 zeigt. In 3 sind die Brennkammer 2 und der Generator 4 bei der Darstellung weggelassen.
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Ein Gasturbinengehäuse 30, das eine Außenwand der Gasturbine 100 bildet, ist ein rohrförmiges Element und umfasst ein Verdichtergehäuse 31, ein Brennkammergehäuse 32, das Turbinengehäuse 33 und das Abgasgehäuse 34.
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Ein Rotor (nicht dargestellt) des Verdichters 1 ist in dem Verdichtergehäuse 31 untergebracht. Eine Vielzahl der Brennkammern 2 ist an dem Brennkammergehäuse 32 in der Umfangsrichtung montiert. Rotoren der Turbine 3 (jeweilige Rotoren der Hochdruckturbine 3H und der Niederdruckturbine 3L) sind in dem Turbinengehäuse 33 untergebracht (2). Ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt des Verdichtergehäuses 31 ist mit einem stromaufwärtsseitigen Endabschnitt des Brennkammergehäuses 32 durch eine Vielzahl von Bolzen verbunden. In ähnlicher Weise ist ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt des Brennkammergehäuses 32 unter Verwendung der Bolzen mit einem stromaufwärtsseitigen Endabschnitt des Turbinengehäuses 33 verbunden, und ein stromabwärtsseitiger Endabschnitt des Turbinengehäuses 33 ist mit einem stromaufwärtsseitigen Endabschnitt des Abgasgehäuses 34 verbunden.
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Das Gasturbinengehäuse 30 wird durch einen Basisrahmen 30c, der eine Basisstruktur ist, durch Stützbeine 30a und 30b getragen.
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Das an der stromaufwärtigen Seite angeordnete Stützbein 30a ist mit der Umgebung eines Endabschnitts des Verdichtergehäuses 31 an der stromaufwärtigen Seite verbunden. Das an der stromabwärtigen Seite angeordnete Stützbein 30b ist mit der Umgebung eines Endabschnitts des Abgasgehäuses 34 an der stromaufwärtigen Seite verbunden. Das Stützbein 30b an der stromabwärtigen Seite kann mit der Umgebung eines Endabschnitts des Turbinengehäuses 33 an der stromabwärtigen Seite verbunden sein. Während das Stützbein 30b eine hohe Steifigkeit aufweist, ist das Stützbein 30a auf eine geringere Steifigkeit gegen in der Axialrichtung ausgeübte Kräfte als das Stützbein 30b eingestellt. Demzufolge ist zur Betriebszeit der Gasturbine 100 eine thermische Ausdehnung des Gasturbinengehäuses 30 aufgrund von Hitze von einem Arbeitsfluid zugelassen. Das Gasturbinengehäuse 30 wird zu beiden Seiten in der Axialrichtung von dem Stützbein 30b thermisch ausgedehnt, wobei der durch das Stützbein 30b in der Position beschränkte Abschnitt als ein Bezugspunkt dient (s. Pfeile in 3).
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4 ist ein Diagramm, das das Abgasgehäuse 34 teilweise im Schnitt zeigt. In dem Diagramm wird eine interne Struktur einer unteren Hälfte des Abgasgehäuses 34 zusammen mit dem Stützbein 30b gezeigt. Die interne Struktur des Abgasgehäuses 34 wird in vertikaler Schnittansicht mit der Drehmittelpunktlinie C des Turbinenrotors 10 gezeigt.
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Wie in 4 gezeigt, umfasst das Abgasgehäuse 34 ein Außenrohr 34a und ein Innenrohr 34b. Das Außenrohr 34a ist ein konisches Element, dessen Durchmesser stromabwärts zunimmt und mit einem stromabwärtsseitigen Endabschnitt des Turbinengehäuses 33 durch einen Flansch F verbunden ist. Das Innenrohr 34b ist ein Element, das in dem Außenrohr 34a untergebracht ist, um einen Raum auszubilden, der einen ringförmigen Abschnitt zwischen ihm selbst und dem Außenrohr 34a ausbildet, eine konische Form wie das Außenrohr 34a aufweist, und dessen Durchmesser stromabwärts zunimmt.
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Ein Abgasdiffusor 35 ist in einem Raum zwischen dem Außenrohr 34a und dem Innenrohr 34b des Abgasgehäuses 34 vorgesehen. Der Abgasdiffusor 35 umfasst einen außenumfangsseitigen Diffusor 35a und einen innenumfangsseitigen Diffusor 35b. Der außenumfangsseitige Diffusor 35a und der innenumfangsseitige Diffusor 35b sind auch konische Elemente, deren Durchmesser stromabwärts zunimmt. Ein Abgasdurchgang mit einem ringförmigen Abschnitt ist zwischen dem außenumfangsseitigen Diffusor 35a und dem innenumfangsseitigen Diffusor 35b ausgebildet.
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Das Verbrennungsgas G (d.h., das Abgas), das die Turbine 3 (die Hochdruckturbine 3H und die Niederdruckturbine 3L) angetrieben hat, strömt in dem durch den Abgasdiffusor 35 ausgebildeten Abgasdurchgang. Während eines Betriebs der Gasturbine 100 wird der statische Druck des Verbrennungsgases G, das durch die Turbine 3 verlaufen ist, auf einen negativen Druck verringert (z.B. in der Größenordnung von 0,09 MPa), aber er wird auf den atmosphärischen Druck wiederhergestellt indem es durch den Abgasdiffusor 35 verläuft.
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Das Außenrohr 34a und das Innenohr 34b des Abgasgehäuses 34 sind durch Streben 36 an einer Vielzahl von Abschnitten in der Umfangsrichtung verbunden. Die Streben 36 sind jeweils ein säulenförmiges Element, das sich in der Radialrichtung erstreckt. Der Schnitt von jeder Strebe 36 ist in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G (Abgas) länglich. Diese Streben 36 sind jeweils durch eine Strebenabdeckung 37 abgedeckt. Die Strebenabdeckungen 37 sind korrespondierend zu den Streben 36 angeordnet und verbinden den außenumfangsseitigen Diffusor 35a und den innenumfangsseitigen Diffusor 35b an einer Vielzahl von Abschnitten in der Umfangsrichtung.
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Eine Welle 38 des Turbinenrotors 10 ist mit einer Endfläche an der stromabwärtigen Seite der Rotorscheibe 11d an der letzten Stufe der Niederdruckturbine 3L verbunden (s. auch 2). Die Welle 38 wird durch Radiallager 41 und 42 und ein Axiallager 43 drehend gelagert.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Radiallager 41 und 42 und das Axiallager 43 alle an der stromabwärtigen Seite relativ zu Stufenabschnitten (die Rotorscheiben 11c und 11d und die Rotorschaufeln 12c und 12d) der Niederdruckturbine 3L angeordnet. Mit anderen Worten sind die Stufenabschnitte des Rotors der Niederdruckturbine 3L fliegend gelagert (2). Deshalb ist die Welle 38 mit einem Gewicht oder einer Masse (Gegengewicht) 38a versehen, um ein Ungleichgewicht der Gewichtsverteilung in der Axialrichtung zu lösen.
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Die Radiallager 41 und 42 sind an gegenüberliegenden Seiten des Gewichts oder der Masse 38a in der Axialrichtung angeordnet und lagern die Welle 38. Das Gewicht oder die Masse 38a ist ein Teil der Welle 38 und weist einen vergrößerten Durchmesser im Vergleich zu den Abschnitten der Welle 38 auf, die durch die Radiallager 41 und 42 gelagert werden. Das Axiallager 43 lagert eine Endfläche des Gewichts oder der Masse 38a an der stromabwärtigen Seite.
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Die Radiallager 41 und 42 und das Axiallager 43 werden durch ein gemeinsames Lagergehäuse 45 gehalten, und Außenumfänge derselben werden zusammen mit dem Gewicht oder der Masse 38a durch das Lagergehäuse 45 abgedeckt. Das Lagergehäuse 45, das die Radiallager 41 und 42 und das Axiallager 43 zusammen mit dem Gewicht oder der Masse 38a umgibt, muss eine geeignete Länge in der Axialrichtung aufweisen. Deshalb wird das Lagergehäuse 45 an einer Innenumfangsoberfläche des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 an zwei Positionen in der Axialrichtung durch einen ersten Träger 51 und einen zweiten Träger 52 getragen.
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Der erste Träger 51 und der zweite Träger 52 sind z.B. säulenförmige Elemente, die sich in der Radialrichtung erstrecken und jeweils an einer Vielzahl von Abschnitten in einem vorbestimmten Intervall in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der erste Träger 51 ist an einer Position korrespondierend zu dem Radiallager 41 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G (Axialrichtung) angeordnet. Der zweite Träger 52 ist an einer Position korrespondierend zu dem Radiallager 42 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G (Axialrichtung) angeordnet.
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Außerdem ist der erste Träger 51 an der Seite (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die stromaufwärtige Seite), die dem Stützbein 30b entspricht, relativ zu den Streben 36 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G (Axialrichtung) angeordnet. In dem Beispiel von 4 ist der erste Träger 51 zwischen dem zweiten Träger 52 und dem Stützbein 30b angeordnet. Außerdem sind die Streben 36 zwischen dem ersten Träger 51 und dem zweiten Träger 52 in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases G (Axialrichtung) angeordnet.
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Hier ist ein Endabschnitt 51a des ersten Trägers 51 an der Außenumfangsseite an der Innenumfangsoberfläche des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 durch Schweißen oder Bolzen oder dergleichen befestigt. Ein Endabschnitt 51b des ersten Trägers 51 an der Innenumfangsseite ist an einer Außenumfangsoberfläche des Lagergehäuses 45 durch Schweißen oder Bolzen oder dergleichen befestigt. Somit weist der erste Träger 51 beide Enden auf, die jeweils an dem Innenohr 34b des Abgasgehäuses 34 und dem Lagergehäuse 45 befestigt sind.
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Ein Endabschnitt 52a des zweiten Trägers 52 an der Außenumfangsseite ist an der Innenumfangsoberfläche des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 durch Schweißen oder Bolzen oder dergleichen befestigt. Auf der anderen Seite ist ein Endabschnitt 52b des zweiten Trägers 52 an der Innenumfangsseite nicht an der Außenumfangsoberfläche des Lagergehäuses 45 befestigt und liegt frei. Somit ist der zweite Träger 52 an dem Innenrohr 34b des Abgasgehäuses 34 befestigt, während er in gleitendem Kontakt mit dem Lagergehäuse 45 steht, so dass sich der zweite Träger 52 und das Lagergehäuse 45 nicht gegenseitig in ihrer Position beschränken.
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Zum Vergleich mit der Gasturbine 100 gemäß dem vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Konfiguration angenommen, bei der die Strukturen des ersten Trägers 51 und des zweiten Trägers 52 vertauscht sind. Mit anderen Worten weist der zweite Träger 52 seine Endabschnitte 52a und 52b an beiden Seiten auf, die jeweils an dem Abgasgehäuse 34 und dem Lagergehäuse 45 befestigt sind, wohingegen der erste Träger 51 seinen Endabschnitt 51a an der Außenumfangsseite an dem Abgasgehäuse 34 befestigt und den anderen Endabschnitt 51b an der Innenumfangsseite freiliegend hat.
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Im Vergleich zu einem Zustand, in dem die Gasturbine 100 gestoppt ist und sich das Gasturbinengehäuse 30 bei einer Normaltemperatur befindet, werden Temperaturen von Komponententeilen der Gasturbine 100 während eines Betriebs der Gasturbine 100 durch das Verbrennungsgas G erhöht, und die Komponententeile dehnen sich thermisch aus. Richtungen der thermischen Ausdehnung, die in dem Abgasgehäuse 34 auftreten, werden durch Pfeile a bis d in 4 dargestellt.
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Wie vorstehend beschrieben weist das Stützbein 30b eine höhere Steifigkeit als das Stützbein 30a auf, und deshalb wird das Stützbein 30b ein Bezugspunkt für thermische Ausdehnung des Gasturbinengehäuses 30 in der Axialrichtung. Deshalb wird eine Endfläche der Welle 38 an der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung mit dem Stützbein 30b als Bezug bewegt. Die Bewegungsgröße in der Axialrichtung ist die Gesamtsumme der Bewegungsgröße der Streben 36 relativ zu dem Stützbein 30b, der Bewegungsgröße des zweiten Trägers 52 relativ zu den Streben 36, der Bewegungsgröße des Axiallagers 43 relativ zu dem zweiten Träger 52 und der Bewegungsgröße der Endfläche der Welle 38 relativ zu dem Axiallager 43.
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In dem Vergleichsbeispiel werden die Streben 36 aufgrund thermischer Ausdehnung des Außenrohrs 34a des Abgasgehäuses 34 zu der stromabwärtigen Seite relativ zu dem Stützbein 30b bewegt, wie durch den Pfeil a mit durchgezogener Linie angezeigt ist. Der zweite Träger 52 wird aufgrund thermischer Ausdehnung des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 weiter zu der stromabwärtigen Seite bewegt, wie durch den Pfeil b' mit unterbrochener Linie angezeigt ist, relativ zu den Streben 36, die zu der stromabwärtigen Seite bewegt werden. Danach wird das Axiallager 43 aufgrund thermischer Ausdehnung des Lagergehäuses 45 zu der stromaufwärtigen Seite relativ zu dem zweiten Träger 52 (Pfeil c` mit unterbrochener Linie) bewegt, und die Endfläche der Welle 38 wird aufgrund thermischer Ausdehnung der Welle 38 zu der stromabwärtigen Seite relativ zu dem Axiallager 43 (Pfeil d mit durchgezogener Linie) bewegt.
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Es ist zu beachten, dass von der durch die Pfeile a, b', c` und d angezeigten thermischen Ausdehnung die Ausdehnungsgrößen (Pfeile a und b`) des Außenrohrs 34a und des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34, bei denen ein Hitzeeintrag von dem Verbrennungsgas G hoch ist, groß sind. Die Bewegungsgröße der Endfläche der Welle 38 wird durch die Bewegungsgröße des Lagergehäuses 45 signifikant beeinflusst, die durch die Ausdehnungsgrößen des Außenrohrs 34a und des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 bestimmt ist. Für den Fall des Vergleichsbeispiels ist das Lagergehäuse 45 durch den zweiten Träger 52 in seiner Position beschränkt, so dass die Bewegungsgröße des Lagergehäuses 45 von der Bewegungsgröße des zweiten Trägers 52 relativ zu dem Stützbein 30b abhängt. In dem Vergleichsbeispiel ist die Bewegungsrichtung des zweiten Trägers 52 die stromabwärtige Richtung, die der der Streben 36 (Pfeile a und b`) entspricht, und deshalb werden die Ausdehnungsgrößen des Außenrohrs 34a und des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 mit Bezug zu dem Stützbein 30b addiert.
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(1) In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Träger 51 wie das Stützbein 30b an der stromaufwärtigen Seite relativ zu den Streben 36 angeordnet. Deshalb wird der erste Träger 51 aufgrund thermischer Ausdehnung des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 zu der stromaufwärtigen Seite, wie durch den Pfeil b mit durchgezogener Linie angezeigt, relativ zu den Streben 36 bewegt. Da der erste Träger 51 in die Richtung bewegt wird, die den Streben 36 gegenüberliegt (Pfeile a und b), ist seine Bewegungsgröße in der Axialrichtung relativ zu dem Stützbein 30b im Vergleich zu dem zweiten Träger 52, der in dieselbe Richtung wie die Streben 36 bewegt wird (Pfeile a und b`), klein.
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Für den Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist das Lagergehäuse 45 durch den ersten Träger 51 in seiner Position beschränkt, aber ist mit Bezug zu dem zweiten Träger 52 frei. Deshalb hängt die Bewegungsgröße des Lagergehäuses 45 von der Bewegungsgröße des ersten Trägers 51 relativ zu dem Stützbein 30b ab. Es ist zu beachten, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem Vergleichsbeispiel das Axiallager 43 aufgrund thermischer Ausdehnung des Lagergehäuses 45 zu der stromabwärtigen Seite relativ zu dem ersten Träger 51 bewegt wird. Deshalb stimmt die Beschränkungsgröße der Bewegung des Lagergehäuses 45 im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel nicht mit der Beschränkungsgröße der Bewegung der Endfläche der Welle 38 überein. Allerdings ist die thermische Ausdehnungsgröße des Lagergehäuses 45 kleiner als die thermische Ausdehnungsgröße des Abgasgehäuses 34.
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Wenn man die vorstehend beschriebenen Punkte zusammenfasst, kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bewegung des Lagergehäuses 45 relativ zu dem Stützbein 30b im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel verringert oder verhindert werden. Demzufolge kann die Versatzgröße der stromabwärtsseitigen Endfläche der Welle 38 in der Axialrichtung verringert oder vermieden werden.
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Da außerdem die Versatzgröße der Welle 38 verringert werden kann, kann die Zuverlässigkeit des Drehbetriebs der Turbine 3 verbessert werden. Außerdem wird in einigen Fällen eine Vorrichtung (z.B., Diaphragma-Kupplung) zum Absorbieren der Bewegung der Endfläche der Welle 38 verwendet. In solch einem Fall können die für die Vorrichtung erforderlichen Spezifikationen, die zu einer Verringerung der Vorrichtungskosten beitragen können, verringert werden.
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(2) Die Gasturbine 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Doppelwellengasturbine, und die Stufenabschnitte der Niederdruckturbine 3L sind mit Bezug zu den Lagerungen (sowohl die Radiallager 41 und 42 als auch das Axiallager 43) wie vorstehend beschrieben fliegend gelagert (2). Mit anderen Worten gibt es kein Element, das die Welle 38 in ihrer Position an der stromaufwärtigen Seite der Stufenabschnitte beschränkt, so dass die Stufenabschnitte auch in der Axialrichtung zusammen mit der Welle 38 zusammen mit der Bewegung des Lagergehäuses 45 bewegt werden. In diesem Fall kann, wenn eine Abdichtungsstruktur unter Verwendung von Abdichtungslamellen zwischen den Rotorschaufeln 12c und 12d und den Turbinendeckblättern 23c und 23d verwendet wird, eine Positionsabweichung zwischen den Rotorschaufeln 12c und 12d und den Turbinendeckblättern 23c und 23d auftreten, wodurch die Abdichtungsleistung verringert werden kann.
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Andererseits kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bewegung des Lagergehäuses 45 relativ zu dem Stützbein 30b beschränkt sein. Deshalb kann ein Versatz der Rotorschaufeln 12c und 12d, die Elemente an der Seite eines durch das Lagergehäuse 45 in seiner Position beschränkten Drehkörpers sind, relativ zu den Turbinendeckringen oder -shrouds 23c und 23d beschränkt sein, die Elemente an der Seite eines durch das Stützbein 30b in seiner Position beschränkten stationären Körpers sind. Auf diese Weise kann eine Positionsabweichung zwischen den Rotorschaufeln 12c und 12d und den Turbinendeckringen oder - shrouds 23c und 23d beschränkt sein, und eine Verringerung des Abdichtungseffekts kann beschränkt sein.
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(3) Wie vorstehend beschrieben, werden die Radiallager 41 und 42 und das Axiallager 43 durch das gemeinsame Lagergehäuse 45 gehalten, und ihre Außenumfänge werden zusammen mit dem Gewicht oder der Masse 38a durch das Lagergehäuse 45 abgedeckt. Außerdem wird mit den Radiallagern 41 und 42, die an gegenüberliegenden Seiten des Gewichts oder der Masse 38a angeordnet sind, der Abstand zwischen den Radiallagern 41 und 42 gesichert, was nicht nur zu einem Gleichgewicht der Rotoren, sondern auch zu einer stabilen Stützung der Welle 38 beiträgt. Da das Lagergehäuse 45 das Gewicht oder die Masse 38a, die Radiallager 41 und 42, und das Axiallager 43 umgibt, weist es eine geeignete Länge in der Axialrichtung auf. Demzufolge wird das Lagergehäuse 45 auf der Innenumfangsoberfläche des Innenrohrs 34b des Abgasgehäuses 34 an zwei Positionen in der Axialrichtung durch den ersten Träger 51 und den zweiten Träger 52 getragen. Außerdem treten, wie vorstehend beschrieben, in der Struktur, in der die Stufenabschnitte mit Bezug zu dem Lagergehäuse 45 als die Niederdruckturbine 3L des vorliegenden Ausführungsbeispiels fliegend gelagert sind, eine Positionsabweichung zwischen den Rotorschaufeln 12c und 12d und den Turbinendeckblättern 23c und 23d zusammen mit der Bewegung des Lagergehäuses 45 auf.
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Mit einer solchen als Objekt der Anmeldung angenommenen Struktur, ist die Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels besonders effektiv, bei der der erste Träger 51 und der zweite Träger 52 mit dazwischenliegenden Streben 36 angeordnet sind, und das Lagergehäuse 45 durch den ersten Träger 51, der auf derselben Seite wie das Stützbein 30b relativ zu den Streben 36 angeordnet ist, in seiner Position beschränkt ist.
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Während eine Konfiguration, bei der das Stützbein 30b an der stromaufwärtigen Seite relativ zu dem Lagergehäuse 45 angeordnet ist, als ein Beispiel des vorstehenden Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, wird die vorliegende Erfindung auch auf eine Konfiguration angewendet, bei der das Stützbein 30b an der stromabwärtigen Seite relativ zu dem Lagergehäuse 45 angeordnet ist, und in diesem Fall können ähnliche vorteilhafte Effekte wie die des vorstehenden Ausführungsbeispiels erhalten werden. Hier sind die „Streben“ zwischen dem „ersten Träger“ und dem „zweiten Träger“ angeordnet, und der „erste Träger“ ist auf derselben Seite wie das „Stützbein“ relativ zu den „Streben“ angeordnet. Deshalb werden, für den Fall, dass eine Konfiguration, bei der das Stützbein 30b an der stromabwärtigen Seite relativ zu dem Lagergehäuse 45 angeordnet ist, als ein Objekt angenommen wird, Streben an der stromabwärtigen Seite mit dem Lagergehäuse als „erste Streben“ befestigt, wohingegen Streben an der stromaufwärtigen Seite mit Bezug zu dem Lagergehäuse als „zweite Streben“ frei eingestellt werden. Da in diesem Fall die zweiten Streben zu der stromaufwärtigen Seite relativ zu dem Stützbein versetzt sind, und auf der anderen Seite die ersten Streben zu der stromabwärtigen Seite relativ zu den zweiten Streben versetzt sind, kann eine Bewegung des Lagergehäuses, das durch die ersten Streben in seiner Position beschränkt ist, wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschränkt sein.
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Während außerdem ein Fall, in dem die vorliegende Erfindung auf eine Doppelwellengasturbine angewendet wird, als ein Beispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auch auf eine Einzelwellengasturbine anwendbar, solange sie eine Lagerstützstruktur mit denselben Positionsbeziehungen zwischen dem Stützbein, den Streben, dem ersten Träger und dem zweiten Träger annimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Turbine
- 3H
- Hochdruckturbine (Turbine)
- 3L
- Niederdruckturbine (Turbine)
- 30a, 30b
- Stützbein
- 34
- Abgasgehäuse
- 34a
- Außenrohr
- 34b
- Innenrohr
- 36
- Strebe
- 38
- Welle
- 38a
- Gewicht oder Masse
- 41, 42
- Radiallager (Lagerung)
- 43
- Axiallager (Lagerung)
- 45
- Lagergehäuse
- 51
- Erster Träger
- 52
- Zweiter Träger
- 100
- Gasturbinengehäuse
- G
- Verbrennungsgas
