JP2018096352A - Gas turbine engine and method for controlling the same - Google Patents

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顕久 岡
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Hiroki Seike
裕喜 清家
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine engine capable of efficiently preventing leakage of oil in a bearing without depending on an external auxiliary air source with a compact configuration in view point of a facility.SOLUTION: A gas turbine engine 1 for burning compression air CA compressed by a compressor 2 with a combustor 3 and driving a turbine 5 with generated combustion gas G of high temperature and high pressure includes bearing chambers 7 and 8 for storing a bearing for supporting an engine rotating shaft 6, a low pressure air supply passage 11 for supplying the compression air CA from the low pressure stage side of the compressor 2 to the bearing chambers 7 and 8, a high pressure air supply passage 12 for supplying the compression air CA from the high pressure stage side of the compressor 2 to the bearing chambers 7 and 8, and a switch mechanism 17 which can switch between the low pressure air supply passage 11 and the high pressure air supply passage 12.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスタービンエンジンの軸受部のオイル漏れを防止するガスタービンエンジンおよびその制御方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine engine that prevents oil leakage from a bearing portion of a gas turbine engine and a control method thereof.

従来、ガスタービンエンジンの軸受部のオイル漏れ防止を図る技術として、軸受部にオイルの漏洩を阻止するシールエアを供給するものがある。この技術では、ガスタービンエンジンの運転中は、圧縮機から抽気したシールエアを軸受部に供給し、停止中および停止へ向けて回転速度が低下する停止動作時、並びに始動中および運転に向けて回転速度が上昇するとき（以下、「始動時」という。）、補助エア源からシールエアを供給している（例えば特許文献１）。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for preventing oil leakage from a bearing portion of a gas turbine engine, there is a technology that supplies seal air that prevents oil leakage to the bearing portion. In this technology, during operation of the gas turbine engine, seal air extracted from the compressor is supplied to the bearing portion, and during the stop operation in which the rotation speed decreases during the stop and toward the stop, and during the start and during the operation, the rotation is performed. When the speed increases (hereinafter referred to as “starting”), seal air is supplied from an auxiliary air source (for example, Patent Document 1).

特開２００７−１３８８０９号公報JP 2007-138809 A

しかしながら、前記先行技術の場合、停止中、始動時および停止動作時は、ガスタービンエンジン本体とは離間した外部の補助エア源から軸受部にシールエアを供給するので、ガスタービンエンジン本体と外部の補助エア源とを長い配管で連結しなければならず、設備的に大掛かりでコスト高になる。また、外部の補助エア源も恒常的に安定であるとは限らず、何らかの理由により一定のシールエアが供給されないことで、ガスタービンエンジンの運転に支障を来たすこともあり得る。さらに、シールエアが正常に供給されない異常時におけるメンテナンスも、ガスタービンエンジン本体、外部の補助エア源、およびこれらを接続する配管など点検箇所が多岐にわたり、作業性が悪いという課題がある。   However, in the case of the above-described prior art, the sealing air is supplied to the bearing portion from an external auxiliary air source separated from the gas turbine engine main body during stoppage, start-up, and stop operation. The air source must be connected by a long pipe, which is large in equipment and high in cost. Also, the external auxiliary air source is not always stable, and a certain amount of sealing air is not supplied for some reason, which may hinder the operation of the gas turbine engine. Furthermore, maintenance in the event of an abnormality in which the seal air is not normally supplied also has a problem that workability is poor due to a wide variety of inspection points such as the gas turbine engine main body, an external auxiliary air source, and piping connecting them.

本発明の目的は、外部の補助エア源に依存することなく、かつ設備的にもコンパクトな構成で軸受部のオイル漏れを効率的に防止できるガスタービンエンジンおよびその制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas turbine engine and a control method therefor that can efficiently prevent oil leakage from a bearing portion with a compact configuration without relying on an external auxiliary air source. .

前記目的を達成するために、本発明に係るガスタービンエンジンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気を燃焼器で燃焼させ、発生した高温高圧の燃焼ガスにより、タービンを駆動するガスタービンエンジンであって、エンジン回転軸を支持する軸受を収容する軸受室と、前記圧縮機の低圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給する低圧空気供給路と、前記圧縮機の高圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給する高圧空気供給路と、前記低圧空気供給路と前記高圧空気供給路とを切り替え可能な切替機構と、を備えている。ここで、低圧段側と高圧段側は、相対的な関係を表しており、低圧段の方が高圧段よりも上流側(前側)に存在する圧縮段である。好ましくは、低圧段側は全圧縮段の前半部にあり、高圧縮段側は後半部にある。   In order to achieve the above object, a gas turbine engine according to the present invention is a gas turbine engine in which compressed air compressed by a compressor is combusted by a combustor, and the turbine is driven by generated high-temperature and high-pressure combustion gas. A bearing chamber that houses a bearing that supports the engine rotation shaft, a low-pressure air supply passage that supplies compressed air from the low-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber, and compressed air from the high-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber And a switching mechanism capable of switching between the low-pressure air supply path and the high-pressure air supply path. Here, the low-pressure stage side and the high-pressure stage side represent a relative relationship, and the low-pressure stage is a compression stage that exists on the upstream side (front side) of the high-pressure stage. Preferably, the low pressure stage side is in the first half of the entire compression stage and the high compression stage side is in the second half.

この構成によれば、ガスタービンエンジンの始動時、停止動作時および運転時に、圧縮機からの圧縮空気を、回転軸を支持する軸受を収容する軸受室に供給して軸受室をシールするので、軸受室からのオイル漏れを防止できる。また、軸受室からのオイル漏れを圧縮機からの圧縮空気を有効に利用してシールするので、外部の補助エア源を省略でき、設備コストの削減が可能となる。ここで、定常運転時には、切替機構の切り替えにより、圧縮機の低圧段側から抽気して低圧空気供給路を経て軸受室へ圧縮空気を供給できるので、高圧段側から抽気するのに比べて、効率の高い運転と軸受室からのオイル漏れ防止を両立できる。他方、低速回転である始動時および停止動作時には、圧縮機の高圧段側から抽気して高圧空気供給路を経て軸受室へ圧縮空気を供給できるので、十分に高圧の圧縮空気によって、軸受室からのオイル漏れを防止できる。   According to this configuration, when the gas turbine engine is started, stopped, and operated, compressed air from the compressor is supplied to the bearing chamber that houses the bearing that supports the rotating shaft, and the bearing chamber is sealed. Oil leakage from the bearing chamber can be prevented. Further, since oil leakage from the bearing chamber is sealed by effectively using the compressed air from the compressor, an external auxiliary air source can be omitted, and the equipment cost can be reduced. Here, during steady operation, by switching the switching mechanism, it is possible to extract air from the low pressure stage side of the compressor and supply compressed air to the bearing chamber via the low pressure air supply path, so compared to extracting from the high pressure stage side, It is possible to achieve both efficient operation and prevention of oil leakage from the bearing chamber. On the other hand, at the time of start-up and stop operation at low speed, the compressed air can be extracted from the high-pressure stage side of the compressor and supplied to the bearing chamber through the high-pressure air supply path. Oil leakage can be prevented.

本発明のガスタービンエンジンにおいて、前記切替機構が圧縮機ケーシングに取り付けられていてもよい。この場合、前記切替機構が圧縮機ケーシングから離間した外部に取り付けられる場合と比較して、配管構成などの設備が簡素化できて、省スペースおよびコスト低下を図ることができる。   In the gas turbine engine of the present invention, the switching mechanism may be attached to a compressor casing. In this case, compared with the case where the switching mechanism is attached to the outside separated from the compressor casing, facilities such as a piping configuration can be simplified, and space saving and cost reduction can be achieved.

本発明のガスタービンエンジンにおいて、前記圧縮機の高圧段側からガスタービンエンジンの内部冷却用の圧縮空気を供給する冷却空気供給路を有し、高圧空気供給路が冷却空気供給路から分岐して設けられていてもよい。ガスタービンエンジンに通常設けられる冷却空気供給路の一部を、高圧空気供給路の一部として共有化できるので、省スペースとコスト低下が図れる。   The gas turbine engine of the present invention has a cooling air supply path for supplying compressed air for internal cooling of the gas turbine engine from the high-pressure stage side of the compressor, and the high-pressure air supply path branches from the cooling air supply path. It may be provided. Since a part of the cooling air supply path normally provided in the gas turbine engine can be shared as a part of the high pressure air supply path, space saving and cost reduction can be achieved.

本発明のガスタービンエンジンの制御方法は、前記ガスタービンエンジンの低回転運転時に切替機構の切り替えにより前記圧縮機の高圧段側から前記軸受室へ圧縮空気を供給し、前記ガスタービンエンジンの高回転運転時に切替機構の切り替えにより前記圧縮機の低圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給するようにしている。この構成によれば、定常運転時である高回転運転時に圧縮機の高圧段側からの圧縮空気を利用しないので、ガスタービンの効率を維持しつつ軸受室のオイル漏れを防止できるとともに、外部の補助エア源が不要になってコストも削減できる。   The gas turbine engine control method of the present invention supplies compressed air from the high-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber by switching a switching mechanism during low-speed operation of the gas turbine engine. During operation, compressed air is supplied to the bearing chamber from the low-pressure stage side of the compressor by switching the switching mechanism. According to this configuration, since the compressed air from the high pressure stage side of the compressor is not used during the high rotation operation that is a steady operation, the oil leakage in the bearing chamber can be prevented while maintaining the efficiency of the gas turbine, and the external Auxiliary air source is not required and costs can be reduced.

本発明のガスタービンエンジンの制御方法において、前記ガスタービンエンジンの回転速度の監視および／または圧力の監視により前記切替機構を切り替えるようにしたものであってもよい。この場合、ガスタービンの用途や仕様等に応じた適切なモード制御が可能となる。   In the gas turbine engine control method of the present invention, the switching mechanism may be switched by monitoring the rotational speed of the gas turbine engine and / or monitoring the pressure. In this case, appropriate mode control according to the application and specifications of the gas turbine is possible.

本発明によれば、ガスタービンエンジンの始動時、停止動作時および運転時に、圧縮機からの圧縮空気を、回転軸を支持する軸受を収容する軸受室に供給して軸受室をシールするので、軸受室からのオイル漏れを防止できる。また、外部の補助エア源が不要なので、設備コストの削減が可能となる。ここで、定常運転時には、切替機構の切り替えにより、圧縮機の低圧段側から抽気して低圧空気供給路により軸受室へ圧縮空気を供給できるので、高圧段側から抽気するのに比べて、効率の高い運転と軸受室からのオイル漏れ防止を両立できる。他方、低速回転である始動時および停止動作時には、圧縮機の高圧段側から抽気して高圧空気供給路を経て軸受室へ圧縮空気を供給できるので、十分に高圧の圧縮空気によって、軸受室からのオイル漏れを防止できる。   According to the present invention, when the gas turbine engine is started, stopped, and operated, compressed air from the compressor is supplied to the bearing chamber that houses the bearing that supports the rotating shaft, and the bearing chamber is sealed. Oil leakage from the bearing chamber can be prevented. In addition, since no external auxiliary air source is required, the equipment cost can be reduced. Here, at the time of steady operation, by switching the switching mechanism, it is possible to extract air from the low pressure stage side of the compressor and supply compressed air to the bearing chamber through the low pressure air supply path. High operation and oil leakage prevention from the bearing chamber. On the other hand, at the time of start-up and stop operation at low speed, the compressed air can be extracted from the high-pressure stage side of the compressor and supplied to the bearing chamber through the high-pressure air supply path. Oil leakage can be prevented.

本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention. 同ガスタービンエンジンの部分破断側面図である。It is a partially broken side view of the gas turbine engine. 切替機構を取り付けた圧縮機ケーシングの下面側から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the lower surface side of the compressor casing which attached the switching mechanism. 軸受室の拡大縦断面図である。It is an enlarged vertical sectional view of a bearing chamber.

以下、本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジン（以下、単にガスタービンという場合がある）について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るガスタービンエンジンの概略構成図を示す。同図において、ガスタービン１は、外部からの導入空気Ａ１を圧縮機２で圧縮して圧縮空気ＣＡにして燃焼器３に導き、この圧縮空気ＣＡを燃焼器３内に噴射される燃料Ｆと混合して燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスＧにより、タービン５を駆動する。なお、以下の説明において、ガスタービン１の軸心方向Ｃの圧縮機２側を「前側」、タービン５側を「後側」という場合がある。   Hereinafter, a gas turbine engine (hereinafter sometimes simply referred to as a gas turbine) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine engine according to an embodiment of the present invention. In the figure, a gas turbine 1 compresses introduced air A1 from the outside with a compressor 2 to produce compressed air CA to a combustor 3, and the compressed air CA is injected into the combustor 3 with fuel F. The turbine 5 is driven by the high-temperature and high-pressure combustion gas G obtained by mixing and burning. In the following description, the compressor 2 side in the axial direction C of the gas turbine 1 may be referred to as “front side”, and the turbine 5 side may be referred to as “rear side”.

圧縮機２とタービン５は回転軸６で連結され、タービン５が圧縮機２を駆動する。回転軸６の前部は軸受室７に収容された軸受によって支持され、回転軸６の後部は軸受室８に収容された軸受によって支持されている。このガスタービン１は、図２に示すように、回転軸６が軸方向に複数、この例では６Ａ〜６Ｃの３つに分割された一軸型であるが、圧縮機２とタービン５は単一の回転軸６で連結されていてもよい。また、本発明は、軸方向に複数に分割された圧縮機２と軸方向に複数に分割されたタービン５とを同心状の複数の回転軸で連結する、いわゆる複数軸型のガスタービンにも適用できる。   The compressor 2 and the turbine 5 are connected by a rotating shaft 6, and the turbine 5 drives the compressor 2. The front portion of the rotating shaft 6 is supported by a bearing accommodated in the bearing chamber 7, and the rear portion of the rotating shaft 6 is supported by a bearing accommodated in the bearing chamber 8. As shown in FIG. 2, the gas turbine 1 is a single-shaft type in which a plurality of rotating shafts 6 are divided in the axial direction into three, in this example, 6A to 6C, but the compressor 2 and the turbine 5 are single. The rotation shaft 6 may be connected. The present invention also relates to a so-called multi-shaft type gas turbine in which a compressor 2 divided into a plurality in the axial direction and a turbine 5 divided into a plurality in the axial direction are connected by a plurality of concentric rotating shafts. Applicable.

図１の圧縮機２の高圧段側（例えば、最終段またはこれより１〜２段上段側の１０段目）とタービン５との間は冷却空気供給路１０で連絡され、圧縮機２の高圧段側から取り出した圧縮空気ＣＡの一部が内部冷却用の空気としてタービン５の内部各所に送り込まれるようになっている。   A high pressure stage of the compressor 2 in FIG. 1 is connected to the turbine 5 by a cooling air supply passage 10 between the high pressure stage side of the compressor 2 (for example, the 10th stage at the final stage or 1 to 2 stages above) and the turbine 5. A part of the compressed air CA taken out from the stage side is sent to various locations inside the turbine 5 as air for internal cooling.

圧縮機２は、その低圧段側（例えば４段目）から軸受室７，８にシール用の圧縮空気ＣＡを供給する低圧空気供給路１１と、圧縮機２内の高圧段側から軸受室７，８へシール用の圧縮空気ＣＡを供給する高圧空気供給路１２とを備えている。この高圧空気供給路１２は前記冷却空気供給路１０から分岐させて設けられている。高圧空気供給路１２は合流点Ｐで低圧空気供給路１１と合流しており、低圧空気供給路１１における合流点Ｐよりも上流側に逆止弁１３が設けられている。合流点Ｐよりも下流側は空気供給路１８となっており、この空気供給路１８に、空気中の異物を除去するフィルタ１５と、空気中の水分を排出するドレイン排出器１６とが設けられている。   The compressor 2 includes a low-pressure air supply path 11 that supplies the compressed air CA for sealing to the bearing chambers 7 and 8 from the low-pressure stage side (for example, the fourth stage), and the bearing chamber 7 from the high-pressure stage side in the compressor 2. , 8 is provided with a high-pressure air supply passage 12 for supplying compressed air CA for sealing. The high-pressure air supply path 12 is branched from the cooling air supply path 10. The high pressure air supply path 12 merges with the low pressure air supply path 11 at the junction P, and a check valve 13 is provided upstream of the junction P in the low pressure air supply path 11. An air supply path 18 is provided downstream from the junction P. The air supply path 18 is provided with a filter 15 for removing foreign substances in the air and a drain discharger 16 for discharging moisture in the air. ing.

合流点Ｐの上流側の高圧空気供給路１２には、低圧空気供給路１１と高圧空気供給路１２を適宜切り替え可能な切替機構１７が設けられている。空気供給路１８は途中で、前側空気供給路１８Ａと後側空気供給路１８Ｂとに分岐しており、前側空気供給路１８Ａは前側の軸受室７に、後側空気供給路１８Ｂは後側の軸受室８にそれぞれ接続されている。前記切替機構１７は自動切替弁で構成されている。この自動切替弁１７は、高圧空気供給路１２の内部に配置された弁体４３と、これを駆動するアクチュエータ４４とを有する。アクチュエータ４４は、例えば電気式であり、ソレノイドバルブによって選択的に弁駆動用空気を導入し、その空気圧により弁駆動ロッド４４ａを移動させることによって弁体４３を開閉動作させる。   The high-pressure air supply path 12 upstream of the junction P is provided with a switching mechanism 17 that can appropriately switch between the low-pressure air supply path 11 and the high-pressure air supply path 12. On the way, the air supply path 18 branches into a front air supply path 18A and a rear air supply path 18B. The front air supply path 18A is in the front bearing chamber 7, and the rear air supply path 18B is in the rear side. Each is connected to the bearing chamber 8. The switching mechanism 17 is composed of an automatic switching valve. The automatic switching valve 17 includes a valve body 43 disposed inside the high-pressure air supply path 12 and an actuator 44 that drives the valve body 43. The actuator 44 is, for example, an electric type, and selectively opens valve drive air by a solenoid valve, and moves the valve drive rod 44a by the air pressure to open and close the valve body 43.

ガスタービン１の回転速度は、軸受室７に取り付けた回転速度センサ２０により検出され、シール用の圧縮空気ＣＡの圧力は、空気供給路１８に設置した圧力センサ２１により検出される。前記回転速度センサ２０は、ガスタービン１の回転速度を検出できる部位であれば、軸受室７以外の部位に設けてもよい。   The rotational speed of the gas turbine 1 is detected by a rotational speed sensor 20 attached to the bearing chamber 7, and the pressure of the compressed air CA for sealing is detected by a pressure sensor 21 installed in the air supply path 18. The rotational speed sensor 20 may be provided in a part other than the bearing chamber 7 as long as the rotational speed of the gas turbine 1 can be detected.

ガスタービン１には、適切な運転制御を可能とするコントローラ２２が付設されており、このコントローラ２２に回転速度センサ２０により検出したエンジンの回転速度や圧力センサ２１により検出した圧力が監視情報として入力され、これらの情報を演算処理した結果に基づいて切替機構１７を動作させ、低圧空気供給路１１と高圧空気供給路１２のうち、いずれか適切な方に適宜切替え制御できるようになっている。   The gas turbine 1 is provided with a controller 22 that enables appropriate operation control, and the engine rotational speed detected by the rotational speed sensor 20 and the pressure detected by the pressure sensor 21 are input to the controller 22 as monitoring information. Then, the switching mechanism 17 is operated based on the result of arithmetic processing of these pieces of information, and the switching control can be appropriately performed to either the low-pressure air supply path 11 or the high-pressure air supply path 12 as appropriate.

図２はガスタービンエンジン１の部分破断側面図を示す。同図を参照しながら、図１に示すガスタービンエンジン１をより具体的に説明する。図２に示すように、このガスタービンエンジン１では、圧縮機２として軸流型ものを用いている。この軸流型圧縮機２は、ガスタービン１の回転部分の前部を構成する圧縮機ロータ２３Ａの外周面に、多数の動翼２５が配置されており、これら動翼２５と、圧縮機ケーシング（ハウジング）２６の内周面に多数配置された静翼２７との組合せにより、前部開口から吸入した空気Ａ１を圧縮する。圧縮空気ＣＡは、圧縮機２の下流側に設けたディフューザ３０を経由して燃焼器３に向けて送給される。   FIG. 2 shows a partially cutaway side view of the gas turbine engine 1. The gas turbine engine 1 shown in FIG. 1 will be described more specifically with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the gas turbine engine 1 uses an axial flow type compressor 2. In this axial flow type compressor 2, a large number of blades 25 are arranged on the outer peripheral surface of a compressor rotor 23 </ b> A that constitutes the front portion of the rotating portion of the gas turbine 1. The air A1 sucked from the front opening is compressed by a combination with a large number of stationary blades 27 arranged on the inner peripheral surface of the (housing) 26. The compressed air CA is fed toward the combustor 3 via a diffuser 30 provided on the downstream side of the compressor 2.

燃焼器３は、ガスタービン１の周方向に沿って複数個（例えば８個）が等間隔に配置されている。燃焼器３では、圧縮機２から送給された圧縮空気ＣＡが、燃焼器３内に噴射された燃料Ｆと混合されて燃焼され、これにより生成した高温高圧の燃焼ガスＧがタービン５内に流入する。   A plurality of (for example, eight) combustors 3 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the gas turbine 1. In the combustor 3, the compressed air CA supplied from the compressor 2 is mixed with the fuel F injected into the combustor 3 and burned, and the high-temperature and high-pressure combustion gas G generated thereby is entered into the turbine 5. Inflow.

タービン５は、ガスタービン１の回転部分の軸方向中央部と後部をそれぞれ構成するタービンロータ２３Ｂおよび２３Ｃと、これらロータ２３Ｂ，２３Ｃを覆うタービンケーシング（エンジンケーシングの一部）３２とを備えている。タービンロータ２３Ｂは圧縮機ロータ２３Ａに一体回転するように連結されている。タービンケーシング３２の後部には、排気路３７を形成する排気路ケーシング（エンジンケーシングの一部）３８が連結されている。   The turbine 5 includes turbine rotors 23B and 23C that respectively constitute an axial central portion and a rear portion of the rotating portion of the gas turbine 1, and a turbine casing (a part of the engine casing) 32 that covers the rotors 23B and 23C. . The turbine rotor 23B is connected to the compressor rotor 23A so as to rotate integrally. An exhaust passage casing (a part of the engine casing) 38 that forms an exhaust passage 37 is connected to the rear portion of the turbine casing 32.

ロータ２３Ａ，２３Ｂは前部の回転軸６を形成しており、圧縮機ケーシング２６およびタービンケーシング３２に、前部および中央部の軸受室７，９を介して回転自在に支持されている。また、ロータ２３Ｃは後部の回転軸６Ａを形成しており、排気路ケーシング３８に、後部の軸受室８を介して回転自在に支持されている。両回転軸６，６Ａは、ギヤカップリング６０により、一体回転するように連結されている。   The rotors 23 </ b> A and 23 </ b> B form a front rotary shaft 6 and are rotatably supported by the compressor casing 26 and the turbine casing 32 via the front and center bearing chambers 7 and 9. The rotor 23 </ b> C forms a rear rotating shaft 6 </ b> A and is rotatably supported by the exhaust passage casing 38 via the rear bearing chamber 8. Both rotary shafts 6, 6 </ b> A are connected by a gear coupling 60 so as to rotate integrally.

このような構成のガスタービン１において、前出の図１で説明した空気供給系統、具体的には図２の軸受室７，８へ圧縮空気ＣＡを供給する低圧空気供給路１１は、圧縮機ケーシング２６における圧縮機２の低圧段側に相当する部位に抽気口（図示せず）を設け、この抽気口に低圧空気供給路１１となる配管を接続することで形成される。一方、軸受室７，８へ圧縮空気ＣＡを供給する高圧空気供給路１２は、圧縮機ケーシング２６における圧縮機２の高圧段側に相当する部位に抽気口（図示せず）を設け、この抽気口に高圧空気供給路１２となる配管を接続することで形成される。   In the gas turbine 1 having such a configuration, the air supply system described with reference to FIG. 1, specifically, the low-pressure air supply path 11 for supplying the compressed air CA to the bearing chambers 7 and 8 in FIG. A bleed port (not shown) is provided in a portion of the casing 26 corresponding to the low pressure stage side of the compressor 2, and a pipe serving as the low pressure air supply path 11 is connected to the bleed port. On the other hand, the high-pressure air supply path 12 for supplying the compressed air CA to the bearing chambers 7 and 8 is provided with a bleed port (not shown) in a portion corresponding to the high-pressure stage side of the compressor 2 in the compressor casing 26. It is formed by connecting a pipe serving as the high-pressure air supply path 12 to the mouth.

低圧空気供給路１１と高圧空気供給路１２を切り替える切替機構１７は、そのアクチュエータ付きの自動切替弁が閉じられると、高圧空気供給路１２は閉路とされ、常時開路されている低圧空気供給路１１からの圧縮空気ＣＡが空気供給路１８を通って軸受室７，８に供給される。また、切替機構１７の自動切替弁が開かれると、高圧空気供給路１２が開路とされ、その圧縮空気ＣＡによって低圧空気供給路１１が遮断され，高圧空気供給路１２からの圧縮空気ＣＡが空気通路１８を通って軸受室７，８に供給される。回転速度センサ２０で検出した回転信号２０ａや圧力センサ２１で検出した情報がコントローラ２２に入力され、演算処理の結果によって、軸受室７，８への圧縮空気ＣＡの供給を低圧空気供給路１１で行うか、または高圧空気供給路１２で行うかが判断される。その判断結果に基づき、コントローラ２２からの指令２２ａが出力されて、切替機構１７の開閉が切り替えられる。低圧空気供給路１１と高圧空気供給路１２のうち、いずれが選択された場合でも、空気供給路１８と連通して、圧縮空気ＣＡで軸受室７，８が適切にシールされる。   The switching mechanism 17 for switching between the low-pressure air supply path 11 and the high-pressure air supply path 12 is configured such that when the automatic switching valve with the actuator is closed, the high-pressure air supply path 12 is closed and is always open. Compressed air CA is supplied to the bearing chambers 7 and 8 through the air supply path 18. When the automatic switching valve of the switching mechanism 17 is opened, the high-pressure air supply path 12 is opened, the low-pressure air supply path 11 is blocked by the compressed air CA, and the compressed air CA from the high-pressure air supply path 12 is air. It is supplied to the bearing chambers 7 and 8 through the passage 18. The rotation signal 20 a detected by the rotation speed sensor 20 and the information detected by the pressure sensor 21 are input to the controller 22, and the compressed air CA is supplied to the bearing chambers 7 and 8 through the low-pressure air supply path 11 according to the result of the arithmetic processing. It is determined whether it is performed or in the high-pressure air supply path 12. Based on the determination result, a command 22a from the controller 22 is output, and switching of the switching mechanism 17 is switched. Whichever one of the low-pressure air supply path 11 and the high-pressure air supply path 12 is selected, the bearing chambers 7 and 8 are appropriately sealed with the compressed air CA in communication with the air supply path 18.

つぎに、シール用空気系統の具体的構成を図３により説明する。図３は切替機構１７が取り付けられた圧縮機ケーシング２６の下面側から見た斜視図であり、同図において、切替機構１７は圧縮機ケーシング２６の下面側に取り付けられている。圧縮機２の高圧段側（例えば１０段目）に１０段抽気管として冷却空気供給路１０が接続されて、タービン５（図１）に冷却空気が供給される。この冷却空気供給路１０から高圧空気供給路１２を形成する配管が分岐して設けられている。   Next, a specific configuration of the sealing air system will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view seen from the lower surface side of the compressor casing 26 to which the switching mechanism 17 is attached. In FIG. 3, the switching mechanism 17 is attached to the lower surface side of the compressor casing 26. A cooling air supply path 10 is connected to the high pressure stage side (for example, the 10th stage) of the compressor 2 as a 10-stage extraction pipe, and cooling air is supplied to the turbine 5 (FIG. 1). A pipe that forms a high-pressure air supply path 12 is branched from the cooling air supply path 10.

圧縮機ケーシング２６の下面には燃料マニホールド（図示せず）を支持するためのサポート部材４０が固着されている。このサポート部材４０は下部の取付座４０ａと上部のＴ字状のマニホールド取付座４０ｂとを有し、取付座４０ａと取付座４０ｂの間の柱部４０ｃにステー４２を固定し、このステー４２に熱遮蔽カバー５０が圧縮機ケーシング２６から離間した状態で取り付けられている。切替機構１７のアクチュエータ４４は、熱遮蔽カバー５０で圧縮機ケーシング２６側および前後面側がカバーされた状態で、ステー４２にねじ止め（図示せず）で取り付けられている。   A support member 40 for supporting a fuel manifold (not shown) is fixed to the lower surface of the compressor casing 26. The support member 40 includes a lower mounting seat 40a and an upper T-shaped manifold mounting seat 40b. A stay 42 is fixed to a column portion 40c between the mounting seat 40a and the mounting seat 40b. A heat shielding cover 50 is attached in a state of being separated from the compressor casing 26. The actuator 44 of the switching mechanism 17 is attached to the stay 42 with screws (not shown) with the heat shielding cover 50 covering the compressor casing 26 side and the front and rear surface sides.

圧縮機２の低圧段側（例えば４段目）には低圧空気供給路１１を形成する配管が取り付けられ、その上流側に逆止弁１３が設けられている。低圧空気供給路１１と高圧空気供給路１２の合流点Ｐよりも下流側の空気通路１８にフィルタ１５およびドレイン排出器１６が設けられている。圧縮空気ＣＡの一部は後側空気供給路１８Ｂを経て後側の軸受室８へ供給され、圧縮空気ＣＡの他の一部は分岐点Ｈで分岐して前側空気供給路１８Ａを経て前側の軸受室７へ供給される。   A pipe that forms the low-pressure air supply path 11 is attached to the low-pressure stage side (for example, the fourth stage) of the compressor 2, and a check valve 13 is provided on the upstream side thereof. A filter 15 and a drain discharger 16 are provided in the air passage 18 on the downstream side of the junction P between the low-pressure air supply passage 11 and the high-pressure air supply passage 12. A part of the compressed air CA is supplied to the rear bearing chamber 8 via the rear air supply path 18B, and another part of the compressed air CA branches at the branch point H and passes through the front air supply path 18A. It is supplied to the bearing chamber 7.

このように、切替機構１７のアクチュエータ４４は圧縮機ケーシング２６から離間した熱遮蔽カバー５０により、その下面および周壁が覆われて保護され、圧縮機ケーシング２６から浮遊状態でサポート部材４０に支持されているので、高温の圧縮機ケーシング２６から直接熱が伝わらず、熱影響を受けにくくなっている。したがって、切替機構１７を構成するアクチュエータ４４の熱影響による誤作動などの発生を極力回避できる。また、このアクチュエータ４４は、燃料マニホールド（図示せず）を支持するためのサポート部材４０を利用し、ステー４２を介して取り付けられるので、取付部品の共用化により、構造が簡略化される。   As described above, the actuator 44 of the switching mechanism 17 is protected by the heat shielding cover 50 spaced from the compressor casing 26 so that the lower surface and the peripheral wall thereof are covered and supported by the support member 40 in a floating state from the compressor casing 26. Therefore, heat is not directly transmitted from the high-temperature compressor casing 26 and is not easily affected by heat. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of malfunction due to the thermal effect of the actuator 44 constituting the switching mechanism 17 as much as possible. Further, since the actuator 44 is attached via the stay 42 using the support member 40 for supporting the fuel manifold (not shown), the structure is simplified by sharing the attachment parts.

この実施形態では、中央部の軸受室９は図示しない別系統からの中圧の圧縮空気CAによってエアシールされている。ただし、軸受室７，８のエアシール構造を使用してもよい。   In this embodiment, the central bearing chamber 9 is air-sealed with compressed air CA of medium pressure from another system (not shown). However, an air seal structure of the bearing chambers 7 and 8 may be used.

図４は軸受室の拡大縦断面図であって、例示として前側の軸受室７を示している。同図において、軸受室７は、軸受ケース７１の内方に形成されている。軸受室７には軸受７５，７６が配置されている。軸受ケース７１内には軸方向に延びる空気通路７２が形成されており、前側空気供給路１８Ａから圧縮空気ＣＡが導入されている。空気通路７２から、軸受ケース７１の壁内に形成された前後のシール空気通路７８，７９を通って、軸受ケース７１と圧縮機ロータ２３Ａとの間のシール部８１，８２に圧縮空気ＣＡが供給されて、エアシールがなされる。シール部８１，８２は、この例ではラビリンスシールを形成している。後側の軸受室８についても同様であり、その詳しい説明は省略する。   FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view of the bearing chamber, and shows the front bearing chamber 7 as an example. In the figure, the bearing chamber 7 is formed inward of the bearing case 71. Bearings 75 and 76 are arranged in the bearing chamber 7. An air passage 72 extending in the axial direction is formed in the bearing case 71, and compressed air CA is introduced from the front air supply passage 18A. Compressed air CA is supplied from the air passage 72 to the seal portions 81 and 82 between the bearing case 71 and the compressor rotor 23A through the front and rear seal air passages 78 and 79 formed in the wall of the bearing case 71. And an air seal is made. In this example, the seal portions 81 and 82 form a labyrinth seal. The same applies to the rear bearing chamber 8, and a detailed description thereof will be omitted.

このように構成されるガスタービンエンジン１の制御動作について説明する。まず、図２のガスタービンエンジン１の始動時には、コントローラ２２により、切替機構１７の弁を開き、圧縮機２の高圧段側から高圧空気供給路１２と空気供給路１８を通って圧縮空気ＣＡを軸受室７，８に供給する。このとき、低圧空気供給路１１は逆止弁１３により、圧縮空気ＣＡが高圧空気供給路１２から低圧空気供給路１１内に逆流するのが防止される。始動時を経て所定の回転速度に達したとき、コントローラ２２が、回転速度センサ２０からの回転信号２０ａによって定常運転に入ったと判断し、切替機構１７の弁を閉じて高圧空気供給路１２からの圧縮空気ＣＡの使用を停止し、低圧空気供給路１１と空気供給路１８とを通って圧縮空気ＣＡを軸受室７，８に供給する。   A control operation of the gas turbine engine 1 configured as described above will be described. First, when starting the gas turbine engine 1 of FIG. 2, the controller 22 opens the valve of the switching mechanism 17, and the compressed air CA is supplied from the high pressure stage side of the compressor 2 through the high pressure air supply path 12 and the air supply path 18. Supply to bearing chambers 7 and 8. At this time, the low pressure air supply path 11 is prevented from flowing back into the low pressure air supply path 11 from the high pressure air supply path 12 by the check valve 13. When a predetermined rotational speed is reached after starting, the controller 22 determines that a steady operation has been started based on the rotational signal 20a from the rotational speed sensor 20, and closes the valve of the switching mechanism 17 to The use of the compressed air CA is stopped, and the compressed air CA is supplied to the bearing chambers 7 and 8 through the low-pressure air supply path 11 and the air supply path 18.

また、ガスタービン１が停止に向けて減速しているとき、所定の回転速度未満になると、コントローラ２２により、切替機構１７の弁を開き、高圧空気供給路１２からの圧縮空気ＣＡを軸受室７，８に供給する。なお、ガスタービンエンジン１の停止時には、軸受室７，８からのオイル漏れが発生しにくいのでエアシールの必要性がなく、圧縮空気ＣＡは軸受室７，８に供給されない。 In addition, when the gas turbine 1 is decelerating toward a stop, when the speed becomes less than a predetermined rotational speed, the controller 22 opens the valve of the switching mechanism 17 and the compressed air CA from the high-pressure air supply path 12 is supplied to the bearing chamber 7. , 8. Note that when the gas turbine engine 1 is stopped, oil leakage from the bearing chambers 7 and 8 hardly occurs, so there is no need for an air seal, and the compressed air CA is not supplied to the bearing chambers 7 and 8.

この実施形態では、コントローラ２２は回転速度に基づいて切替機構１７を制御しているが、回転速度と圧力は対応関係にあるので、圧縮機２の適宜の段の圧力、例えば圧力センサ２１が検出する後段の圧力に基づいて、あるいは回転速度と圧力の両方に基づいて、切替機構１７を制御することもできる。   In this embodiment, the controller 22 controls the switching mechanism 17 based on the rotational speed. However, since the rotational speed and the pressure are in a corresponding relationship, the pressure at an appropriate stage of the compressor 2, for example, the pressure sensor 21 detects it. The switching mechanism 17 can also be controlled based on the subsequent pressure or based on both the rotational speed and the pressure.

以上のように構成されるガスタービンエンジン１は、図１に示すように、ガスタービンエンジンの始動時、停止動作時および運転時に、圧縮機２からの圧縮空気ＣＡを、回転軸６を支持する軸受を収容する軸受室７，８に供給して軸受室７，８をシールするので、軸受室７，８からのオイル漏れを防止できる。また、軸受室７，８からのオイル漏れを圧縮機２からの圧縮空気ＣＡを有効に利用してシールするので、外部の補助エア源を省略でき、設備コストの削減が可能となる。特に、高速の定常運転時には、切替機構１７の切り替えにより、圧縮機２の低圧段側から抽気して、低圧空気供給路１１により軸受室７，８へ圧縮空気ＣＡを供給するので、高圧段側から抽気するのに比べて、効率の高い運転と軸受室７，８からのオイル漏れ防止を両立できる。   As shown in FIG. 1, the gas turbine engine 1 configured as described above supports the rotating shaft 6 with the compressed air CA from the compressor 2 when the gas turbine engine is started, stopped, and operated. Since the bearing chambers 7 and 8 are sealed by being supplied to the bearing chambers 7 and 8 that accommodate the bearings, oil leakage from the bearing chambers 7 and 8 can be prevented. Further, since oil leakage from the bearing chambers 7 and 8 is sealed by effectively using the compressed air CA from the compressor 2, an external auxiliary air source can be omitted, and the equipment cost can be reduced. In particular, during high-speed steady operation, the switching mechanism 17 is switched to extract air from the low-pressure stage side of the compressor 2 and supply the compressed air CA to the bearing chambers 7 and 8 through the low-pressure air supply path 11. Therefore, it is possible to achieve both high-efficiency operation and prevention of oil leakage from the bearing chambers 7 and 8.

図３に示すように、切替機構１７が圧縮機ケーシング２６に取り付けられているので、前記切替機構１７が圧縮機ケーシング２６から離間した外部に取り付けられる場合と比較して、配管構成などの設備が簡素化できて、省スペースおよびコスト低下を図ることができる。   As shown in FIG. 3, since the switching mechanism 17 is attached to the compressor casing 26, compared to the case where the switching mechanism 17 is attached to the outside separated from the compressor casing 26, facilities such as a piping configuration are provided. It can be simplified, and space saving and cost reduction can be achieved.

圧縮機２の高圧段側からガスタービンエンジン１の内部冷却用の空気を供給する冷却空気供給路１０を有し、高圧空気供給路１２が冷却空気供給路１０から分岐して設けられているので、ガスタービンエンジン１に通常設けられている冷却空気供給路１０の一部を、高圧空気供給路１２の一部として共有化しているから、省スペースとコスト低下が図れる。   Since it has the cooling air supply path 10 which supplies the air for internal cooling of the gas turbine engine 1 from the high pressure stage side of the compressor 2, and the high pressure air supply path 12 is branched from the cooling air supply path 10, it is provided. Since part of the cooling air supply path 10 that is normally provided in the gas turbine engine 1 is shared as part of the high-pressure air supply path 12, space saving and cost reduction can be achieved.

図１および図２に示すように、ガスタービンエンジン１の低回転運転時に切替機構１７の切り替えにより圧縮機２の高圧段側から軸受室７，８へ圧縮空気ＣＡを供給し、ガスタービンエンジン１の高回転運転時に切替機構１７の切り替えにより圧縮機２の低圧段側から軸受室７，８へ圧縮空気ＣＡを供給しているから、定常運転時である高回転運転時に圧縮機２の高圧段側からの圧縮空気ＣＡを利用しない。したがって、ガスタービンエンジン１の効率を維持しつつ軸受室７，８のオイル漏れを防止できるとともに、外部の補助エア源が不要になってコストも削減できる。   As shown in FIGS. 1 and 2, compressed gas CA is supplied to the bearing chambers 7 and 8 from the high-pressure stage side of the compressor 2 by switching the switching mechanism 17 when the gas turbine engine 1 is operated at low speed. Since the compressed air CA is supplied from the low pressure stage side of the compressor 2 to the bearing chambers 7 and 8 by switching the switching mechanism 17 during the high rotation operation of the compressor 2, the high pressure stage of the compressor 2 is operated during the high rotation operation which is a steady operation. Compressed air CA from the side is not used. Therefore, oil leakage from the bearing chambers 7 and 8 can be prevented while maintaining the efficiency of the gas turbine engine 1, and an external auxiliary air source is not required, and costs can be reduced.

また、このガスタービンエンジン１の制御方法は、図１に示すように、ガスタービンエンジン１の回転速度の監視および／または圧力の監視により切替機構１７を切り替えるようにしたものであるから、ガスタービンエンジン１の用途や仕様等に応じた適切なモード制御が可能となる。   Further, as shown in FIG. 1, the control method of the gas turbine engine 1 is such that the switching mechanism 17 is switched by monitoring the rotational speed of the gas turbine engine 1 and / or monitoring the pressure. Appropriate mode control according to the application and specifications of the engine 1 is possible.

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings, but various additions, changes, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.

１…ガスタービン
２…圧縮機
３…燃焼器
５…タービン
６…回転軸
７，８，９…軸受室
１０…冷却空気供給路
１１…低圧空気供給路
１２…高圧空気供給路
１３…逆止弁
１６…ドレイン排出器
１７…切替機構
１８…空気供給路
１８Ａ…前側空気供給路
１８Ｂ…後側空気供給路
２０…回転速度センサ
２１…圧力センサ
２２…コントローラ
２６…圧縮機ケーシング
４４…アクチュエータ
ＣＡ…圧縮空気
Ｇ…燃焼ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas turbine 2 ... Compressor 3 ... Combustor 5 ... Turbine 6 ... Rotary shaft 7, 8, 9 ... Bearing chamber 10 ... Cooling air supply path 11 ... Low pressure air supply path 12 ... High pressure air supply path 13 ... Check valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Drain discharger 17 ... Switching mechanism 18 ... Air supply path 18A ... Front side air supply path 18B ... Rear side air supply path 20 ... Rotational speed sensor 21 ... Pressure sensor 22 ... Controller 26 ... Compressor casing 44 ... Actuator CA ... Compression Air G ... Combustion gas

Claims (5)

圧縮機で圧縮した圧縮空気を燃焼器で燃焼させ、発生した高温高圧の燃焼ガスにより、タービンを駆動するガスタービンエンジンであって、
エンジン回転軸を支持する軸受を収容する軸受室と、
前記圧縮機の低圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給する低圧空気供給路と、
前記圧縮機の高圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給する高圧空気供給路と、
前記低圧空気供給路と前記高圧空気供給路とを切り替え可能な切替機構と、
を備えたガスタービンエンジン。 A gas turbine engine that drives a turbine by high-temperature and high-pressure combustion gas generated by combusting compressed air compressed by a compressor in a combustor,
A bearing chamber that houses a bearing that supports the engine rotation shaft;
A low-pressure air supply path for supplying compressed air from the low-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber;
A high-pressure air supply path for supplying compressed air from the high-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber;
A switching mechanism capable of switching between the low-pressure air supply path and the high-pressure air supply path;
Gas turbine engine equipped with. 請求項１に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記切替機構が圧縮機ケーシングに取り付けられているガスタービンエンジン。   The gas turbine engine according to claim 1, wherein the switching mechanism is attached to a compressor casing. 請求項１または２に記載のガスタービンエンジンにおいて、前記圧縮機の高圧段側からガスタービンエンジンの内部冷却用の圧縮空気を供給する冷却空気供給路を有し、前記高圧空気供給路が前記冷却空気供給路から分岐して設けられているガスタービンエンジン。   3. The gas turbine engine according to claim 1, further comprising a cooling air supply path that supplies compressed air for internal cooling of the gas turbine engine from a high-pressure stage side of the compressor, wherein the high-pressure air supply path is the cooling A gas turbine engine branched from an air supply path. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガスタービンエンジンを制御する方法であって、
前記ガスタービンエンジンの低回転運転時に切替機構の切り替えにより前記圧縮機の高圧段側から前記軸受室へ圧縮空気を供給し、
前記ガスタービンエンジンの高回転運転時に切替機構の切り替えにより前記圧縮機の低圧段側から軸受室へ圧縮空気を供給するガスタービンエンジンの制御方法。 A method for controlling a gas turbine engine according to any one of claims 1 to 3,
Supplying compressed air from the high-pressure stage side of the compressor to the bearing chamber by switching a switching mechanism during low-speed operation of the gas turbine engine;
A method for controlling a gas turbine engine that supplies compressed air from a low-pressure stage side of the compressor to a bearing chamber by switching a switching mechanism during high-speed operation of the gas turbine engine. 請求項４に記載のガスタービンエンジンの制御方法において、
前記ガスタービンエンジンの回転速度の監視および／または圧力の監視により切替機構を切り替えるガスタービンエンジンの制御方法。 The method of controlling a gas turbine engine according to claim 4,
A method for controlling a gas turbine engine, wherein the switching mechanism is switched by monitoring the rotational speed of the gas turbine engine and / or monitoring the pressure.
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