JP3170181B2 - 軸シール用空気供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの最
終段から排出される高温排気ガスの圧力上昇時に、高温
排気ガスがガスタービン排気側に設置されたタービン軸
を支持する軸受等を設けた排気側軸受部に流入するのを
防止するための軸シール用空気供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンのタービン最終段の後流側
には、タービン最終段と隙間を設けてディフューザが設
置されていて、タービン最終段から排出される高温排気
ガスのもつ動圧（速度）を静圧に変換し、大気へ排出す
るようにして、効率の向上を計っている。

【０００３】図４に示すような、ガスタービンの通常の
運転では、ガスタービン１２の最終段ディスク１の周縁
に植設された最終段ブレート１ａの後端部と、その先端
部に隙間１０を設けて配設された、円環状の横断面形状
をしたディフューザ２の入口における、タービン最終段
から排出される高温排気ガスＥ／Ｇの圧力Ｐ_G は、大気
圧力Ｐ_ATM より低くなる。一方タービン最終段のディス
ク１の後部、ディフューザ２の内周側側面、およびディ
フューザ２の内周側空所に設けられ、タービン軸３を支
持する軸受４等が設けられている排気側軸受部５で、周
囲が包囲されたキャビティ部Ｂは、排気側軸受部５の前
端シールリング１１を介して大気と連通している。

【０００４】このため、キャビティ部Ｂには、大気から
の空気が矢印で示すように流入し、この大気圧力Ｐ_ATM
によって加圧され、キャビティ部Ｂから隙間１０を通っ
てディフューザ２の内部への空気の流れが発生し、高温
排気ガスＥ／Ｇが隙間１０を通って排気側軸受部５に流
入するのが防止される。なお、同図において、６，７
は、排気側軸受部５を構成する軸受油切り、およびシー
ルリング、８はシールリング７にシールエアを供給する
シール供給側パイプ、９はシールリング７、および軸受
油切り６を介して、流入するシールエアをタービン軸３
の潤滑支持時に飛散する潤滑油と共に、排気側軸受部５
から除去する図示しない誘引通風機（ＩＤＦ：Induced
Draft Fan ）に連結されたバキュームダクトである。

【０００５】しかしながら、このようなガスタービン１
２においては、ガスタービンプラント配置上の制約か
ら、ディフューザ２の後端に連結され高温排気ガスＥ／
Ｇを大気へ放出するための排ガス系を構成する、図示し
ない排ガス煙道が長くなったり、或いは別の原因により
排ガス系の抵抗が増加し、排ガス系の圧力が上昇する
と、ディフューザ２入口における高温排気ガスＥ／Ｇの
圧力Ｐ_G も上昇し、ほぼ大気圧力Ｐ_ATM に保持されてい
るキャビティ部Ｂの圧力Ｐ_ATM より高くなり、図５にお
いて、矢印で示すように、キャビティ部Ｂに高温排気ガ
スＥ／Ｇが流入するようになる。

【０００６】このように、排ガス系の抵抗が増加し、高
温排気ガスＥ／Ｇの圧力が規定値（大気圧力Ｐ_ATM ）よ
り上昇した場合、隙間１０から高温排気ガスＥ／Ｇが流
入して、大気圧力Ｐ_ATM より高圧になったキャビティ部
Ｂから、矢印で示すように大気へ高温排気ガスＥ／Ｇが
流出するとともに、シールリング７、軸受油切り６を通
過して、排気側軸受部５へも高温排気ガスＥ／Ｇが流入
してくるようになる。

【０００７】このため、排気側軸受部５が高温排気ガス
Ｅ／Ｇに晒され、シールリング７、軸受油切り６、軸受
４をはじめとする排気側軸受部５を構成する部品の焼
損、または、潤滑油の劣化、或いは、火災発生の可能性
が生じる等の不具合がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の軸シール用空
気供給装置は、従来のガスタービンの、このような問題
点を解決するためになされたもので、タービン最終段と
ディフューザとの間に形成された隙間と排気側軸受部と
の間に設けられ、隙間、および排気側軸受部に連通す
る、キャビティ部に高圧のシール空気を供給するように
して、常にキャビティ部の圧力を、タービン最終段から
排出され、ディフューザの入口に流入する高温排気ガス
の圧力より高くして、隙間からキャビティ部への高温排
気ガスの流入を防止し、キャビティ部から流入する高温
排気ガスに、排気側軸受部が晒されるのを防止して、高
温排出ガスによって生じる不具合を回避できる、軸シー
ル用空気供給装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の軸シ
ール用空気供給装置は、次の手段とした。 （１）高温排気ガスを排出するタービン最終段、タービ
ン最終段と隙間を設けて配置され、高温排気ガスの動圧
を静圧に変換して大気へ放出する環状のディフューザお
よび前記ディフューザの内周側に設置され、タービン軸
を支持する軸受を具えた排気側軸受部で包囲されて形成
されたキャビティ部と、タービン最終段よりディフュー
ザ入口に流入する高温排気ガスの圧力より高い圧力の圧
縮空気を発生させる軸シールブロワと、軸シールブロワ
で発生させた圧縮空気をキャビティ部へ送り込み、キャ
ビティ部内の圧力をタービン最終段よりディフューザ入
口に流入する高温排気ガスの圧力より高い圧力にして、
タービン最終段とディフューザとの間に形成された隙間
からキャビティ部内へ流入し、排気側軸受部へ高温排気
ガスが流入するのを防止する軸シール空気管を設けるも
のとした。

【００１０】また、本発明の軸シール用空気供給装置
は、上記（１）の手段に加え、次の手段とした。 （２）高温排気ガスを排出するガスタービンで駆動され
る空気圧縮機の途中から圧縮空気を抽気する抽気管、空
気圧縮機から抽気した高温の圧縮空気を冷却する冷却
器、冷却器で冷却された圧縮空気をキャビティ部へ導入
する、電磁弁、およびオリフィスを途中に介装した供給
管からなり、軸シールブロワがトリップした場合におい
てもキャビティ部内に圧縮空気を供給でき、高温排気ガ
スの排気側軸受部への流入を防止するバックアップライ
ン系統を設けた。

【００１１】本発明の軸シール用空気供給装置によれ
ば、上記（１）の手段により、 （１）軸シールブロワによって、タービン最終段から円
環状のディフューザの入口へ流入する高温排気ガスの圧
力より高くされた圧縮空気が、軸シール空気管によりタ
ービン最終段ディスク後部、ディフューザの内周側側面
およびディフューザの内周側でタービン軸外周面上に配
設された排気側軸受部で周囲が包囲され区画されたキャ
ビティ部へ、常温のシール空気として送り込めるので、
キャビティ部の圧力をディフューザ入口の高温排気ガス
の圧力より常に高く保持できる。

【００１２】これにより、タービン最終段とディフュー
ザ入口との間に設けた隙間より、高温排気ガスのキャビ
ティ部への流入が防止でき、キャビティ部と連通する軸
受等を含む排気側軸受部への、高温排気ガスの流入が阻
止され、高温排気ガスに晒されることがなくなる。これ
により、軸受をはじめとする、排気側軸受部を構成する
部品の焼損、または軸受に使用される潤滑油の劣化、若
しくは油雰囲気の空気中への高温排気ガスの着火によ
る、火災の発生を回避することができる。

【００１３】また、本発明の軸シール用空気供給装置に
よれば、上述した（１）に加え、上記（２）の手段によ
り、キャビティ部への軸シールブロワ、軸シール空気管
によるシール空気の送り込みが不測の事態により、例え
ば電源がトリップし、軸シールブロワもトリップした場
合でも、供給管に設けられた電磁弁が開動作し、ガスタ
ービン駆動の空気圧縮機から抽気され、冷却器により常
温程度に冷却された空気が、自動的にキャビティ部に送
り込まれるバックアップラインが形成される。これによ
り、高温排気ガスの排気側軸受部への流入を、より確実
に防止でき、排気側軸受部の部品の焼損、潤滑油劣化に
よる軸受の破損、若しくは火災の発生の危険性を、二重
に防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の軸シール用空気供
給装置の実施の一形態を、図面にもとづき説明する。な
お、本発明の実施の形態を示す図において、図４，図５
に示す符番と同一符番のものは、同一部材につき説明は
省略する。

【００１５】図１は、本発明の軸シール用空気供給装置
の実施の第１形態を示す、ガスタービン最終段ディスク
後部のキャビティ部の詳細を示す断面図である。図に示
すように、ガスタービン１２の最終段のディスク１の後
部、ディスク１の周縁に植設されたブレード１ａの後端
部と隙間１０を設けて、タービン軸３方向に、やや傾斜
を設けて配設された円環状のディフューザ２の内周側側
面、およびディフューザ２の内周側の、タービン軸３外
周面上に配設された排気側軸受部５で、周囲が包囲され
たキャビティ部Ａには、後述する、軸シールブロワ２１
の吐出側に一端が連結された軸シール用空気管２０の他
端側を開口させている。すなわち、図４，図５に示した
従来のキャビティ部Ｂが、排気側軸受部５の最先端部に
設けた前端シールリング１１を介して大気と連通してい
るのに対して、本形態のキャビティ部Ａでは、後述する
ように、軸シールブロワ２１、若しくは抽気管２５に連
通されており、大気とは直接連通させてはいない。

【００１６】また、従来はシールリング７にシール供給
側パイプ８を開口させて、シールリング７にシールエア
を直接供給するようにしていたが、本形態の装置におい
ては、シール供給側パイプ８より大容量の空気を供給す
る、軸シール空気管２０からキャビティＡに供給された
圧縮空気の一部を、前端シールリング１１、を介してシ
ールリング７に供給するようにしている。

【００１７】従来のガスタービンでは、タービン最終段
のディスク１の後部に配置された、ディフューザ２の後
流側の排ガス系を流れる高温排気ガスＥ／Ｇの後流側に
おける圧力が上昇すると、最終段タービンブレード１ａ
から排出された、高温排気ガスＥ／Ｇのディフューザ２
の入口部における圧力Ｐ_G が上昇して、隙間１０よりほ
ぼ大気圧Ｐ_ATM に保持されているキャビティ部Ｂに流入
していたが、本形態の軸シール用空気供給装置は、上述
のように構成されているので、キャビティ部Ａには、軸
シールブロワ２１と繋がるシール空気管２０が取付けら
れていて、高温排気ガスＥ／Ｇの圧力Ｐ_G より高圧のシ
ール空気を送り込めるようになっているため、このシー
ル空気によって、排気側軸受部５を構成する軸受４、軸
受油切り６、シールリング７などの部品は、高温排気ガ
スＥ／Ｇから隔離され焼損を免がれる。

【００１８】また、タービン軸３を支持する軸受４の潤
滑を行う潤滑油が、この高温排気ガスＥ／Ｇによって劣
化するようなこともなくなり、潤滑不良による焼付き等
による破損を防止することもできる。さらに、バキュー
ムダクト９から排出される、潤滑油の飛沫を含む油雰囲
気の排出ガスが、高温排気ガスＥ／Ｇの高温によって発
火するようなこともなくなり、火災の発生を完全に回避
することができる。

【００１９】次に、図２は、軸シールブロワ２１からキ
ャビティ部Ａへのシール空気供給系統を示す図である。
常温空気は、軸シールブロワ２１により昇圧されて、軸
シール空気管２０に介装された逆止弁２２、仕切弁２３
を通ってキャビティ部Ａに送り込まれる。これらの軸シ
ールブロワ２１、および軸シール空気管２０によって、
キャビティ部Ａに送り込まれる圧縮空気の量は、従来の
シール側供給パイプ８からシールリング７に供給される
シールエアの量に比較して大量に供給され、しかもキャ
ビティ部Ａが大気に直接開口してないため、キャビティ
部Ａの圧力は、軸シールブロワ２１の回転数、若しくは
仕切弁２３の開度によって自由に制御でき、キャビティ
部Ａの圧力を、常にタービン最終段より排出される高温
排気ガスＥ／Ｇの圧力Ｐ_G より高くすることができる。

【００２０】これにより、ディフューザ２後流側の排ガ
ス系の抵抗増加によって、ディフューザ２入口の高温排
気ガスＥ／Ｇの圧力Ｐ_G が上昇するようなことがあって
も、キャビティ部Ａの圧力は、圧力Ｐ_G 以上に設定でき
るため、隙間１０、およびキャビティ部Ａを通って、高
温排気ガスＥ／Ｇが排気側軸受部５に流入することがな
くなり、高温排気ガスＥ／Ｇの流入によって排気側軸受
部５に発生していた不具合が解消される。

【００２１】また、図３は、軸シール空気のバックアッ
プラインの系統を示す図で、図２に示す軸シールブロワ
２１、および軸シール空気管２０を具えたシールエア供
給系統に加えて、本形態においては、高温排気ガスＥ／
Ｇを排出するガスタービン１２で駆動される空気圧縮機
２４の途中の段落から、抽気管２５で抽気した空気を冷
却器２６、或いは冷却チューブを通して冷却した後、電
磁弁２７、オリフィス２８を介して軸シール空気系統の
軸シール空気管２０に供給し、キャビティ部Ａに注入す
るようにしている。

【００２２】このようにすることにより、電源等の喪失
により、軸シールブロワ２１がトリップしたような場合
においても、電源喪失信号により電磁弁２７を開放させ
るようにすることによって、抽気管２４から抽気された
圧縮空気が、ほぼ常温近くにされ、オリフィス２８に制
御されて、キャビティ部Ａに適量供給され、キャビティ
部Ａの圧力をディフューザ２入口部の高温排気ガスＥ／
Ｇの圧力Ｐ_G 以上に保持できる。

【００２３】従って、軸シールブロワ２１が作動しない
事態が生じた場合においても、高温排気ガスＥ／Ｇが、
隙間１０、キャビティ部Ａを通じて、排気側軸受部５に
流入することがなくなり、この高温排気ガスＥ／Ｇの流
入によって、排気側軸受部５に発生することのあった不
具合が解消できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軸シール
用空気供給装置によれば、特許請求の範囲に示す構成に
より、 （１）どのような状況によって、タービン最終段から排
出される高温排気ガスのディフューザ入口部の圧力が上
昇しても、軸シールブロワによって、高温排気ガスより
高圧のシール空気を常時キャビティ部に送り込み、加圧
することにより、排気側軸受部への高温排気ガスの流出
を防止できる。これにより、高温排気ガスによる部品の
焼損や、潤滑油の劣化、或いは火災発生の危険も回避す
ることができる。

【００２５】（２）また、電源等のトリップ時に、軸シ
ールブロワが稼働できない場合においても、ガスタービ
ンで駆動される空気圧縮機から抽気し、冷却した空気に
よって、キャビティ部を高温排気ガスの圧力より高圧に
して、バックアップ軸シールとすることができるので、
高温排気ガス上昇対策として、万全なものとすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸シール用空気供給装置の実施の第１
形態を示す、ガスタービン最終ディスク後部のキャビテ
ィ部を示す断面図、

【図２】図１に示すキャビティ部へ、シール空気を軸シ
ールブロワにより供給する系統図、

【図３】図１に示すキャビティ部へ、シール空気をバッ
クアップラインにより供給する他の形態を示す系統図、

【図４】従来の軸シール用空気供給装置による、ガスタ
ービン運転通常時の、キャビティ部の空気流れを説明す
るための断面図、

【図５】図４に示すガスタービン運転異常時の、キャビ
ティ部の空気流れを説明するための断面図である。

【符号の説明】

１ （最終段）ディスク １ａ （最終段）ブレード ２ ディフューザ ３ タービン軸 ４ 軸受 ５ 排気側軸受部 ６ 軸受油切り ７ シールリング ８ シール側供給パイプ ９ バキュームダクト １０ 隙間 １１ 前端シールリング １２ ガスタービン ２０ 軸シール空気管 ２１ 軸シールブロワ ２２ 逆止弁 ２３ 仕切弁 ２４ 空気圧縮機 ２５ 抽気管 ２６ 冷却器 ２７ 電磁弁 ２８ オリフィス Ｅ／Ｇ 高温排気ガス Ａ，Ｂ キャビティ部 Ｐ_G 高温排気ガス圧力 Ｐ_ATM 大気圧力

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温排気ガスを排出するタービン最終
   段、前記タービン最終段と隙間を設けて配置され、前記
   高温排気ガスの動圧を静圧に変換して大気へ放出する環
   状のディフューザ、および前記ディフューザの内周側に
   設置され、タービン軸を支持する軸受を具えた排気軸受
   部により包囲されて形成された、キャビティ部と、前記
   排気側軸受部への前記高温排気ガスの流入を防止する前
   記高温排気ガスより高圧のシール空気を発生させる軸シ
   ールブロワと、前記シール空気を前記軸シールブロワか
   ら前記キャビティ部に供給する軸シール空気管とを設け
   たことを特徴とする軸シール用空気供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１の軸シール用空気供給装置にお
   いて、前記タービン軸で駆動される空気圧縮機から圧縮
   空気を抽気する抽気管と、抽気した圧縮空気を冷却する
   冷却器と、前記冷却器からの圧縮空気を前記キャビティ
   部へ供給する、電磁弁、およびオリフィスを具えた供給
   管とからなるバックアップライン系統とを設けたことを
   特徴とする軸シール用空気供給装置。