[发明专利]涡轮机的冷却结构以及燃气轮机

说明书

本发明提供一种涡轮机的冷却结构以及燃气轮机，其可以降低对冷却空气进行冷却所需要的动力，并且能够提高涡轮机的输出。涡轮机的冷却结构沿旋转轴线(L)配置有多个与动叶片一体旋转的圆盘(31)，并且在圆盘(31)上，沿圆周方向形成有多个用于将冷却所述动叶片的冷却空气供应给下游侧圆盘的圆盘孔(32)，其中，将至少一个圆盘(31)的至少一个圆盘孔设定为，在将圆盘(31)的旋转方向规定为正方向，将所述旋转方向的相反方向规定为负方向时，所述圆盘孔(32)的出口(32a)处所述冷却空气的速度向量(C2)在旋转方向(U)上的分量即出口绝对周速度向量(Vt_D)小于圆盘孔(32)的入口(32b)处所述冷却空气的速度向量(C1)在旋转方向(U)上的分量即入口绝对周速度向量(Vt)。

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的冷却结构及使用该冷却结构的燃气轮机，所述涡轮机的冷却结构沿旋转轴线配置有多级与密封盘、盘形转子等动叶片一体旋转的圆盘，并且在所述圆盘上形成有用于将冷却所述动叶片的冷却空气供应给下游侧圆盘的圆盘孔。

背景技术

在燃气轮机中，将来自压缩机的压缩空气导入燃烧器中，和燃料一同燃烧，产生高温气体，将该高温气体导入涡轮部中，对该涡轮部进行驱动。在涡轮部中，沿其旋转轴线交替地设置有多级静叶片和动叶片，对一部分压缩空气进行抽吸，将该被抽吸的压缩空气作为冷却空气导入涡轮部的静叶片及动叶片中。

动叶片的冷却如下所述：在安装有动叶片的盘形转子上，在以其旋转轴线为中心的圆周上以一定间隔(例如等角度间隔，但也包括非等角度间隔的情况)形成有多个圆盘孔。使通过冷却器而被冷却的所述抽吸的压缩空气作为冷却空气(或者不使用冷却器，直接将所述抽吸的压缩空气作为冷却空气)，通过这些圆盘孔，从而分别向沿旋转轴线设置的多级盘形转子供应冷却空气。使供应给盘形转子的冷却空气通过盘形转子内的流道，向动叶片内导入，从内侧对动叶片进行冷却。

关于冷却动叶片的技术，提议有经由被称为TOBI喷嘴(Tangential On BoardInjection Nozzle，切向注入喷嘴)的喷嘴，将冷却空气向转子的圆盘孔供应的技术(参照专利文献1等)。TOBI喷嘴使冷却空气成为沿转子旋转方向的旋流，并向圆盘孔供应，从而能够降低泵气损失。

也就是说，如果向圆盘孔供应不具有圆盘旋转方向流速分量的冷却空气，在该冷却空气流入圆盘内部时，会发生能量损失(泵气损失)，导致燃气轮机性能降低。对此，向冷却空气赋予转子旋转方向的流速分量，形成旋流，从而可以减小冷却空气的旋转方向流速分量和转子的旋转速度之差，抑制发生泵气损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许4146257号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述技术会对作为燃烧空气供应给燃烧器的一部分压缩空气进行抽吸，将该被抽吸的压缩空气作为冷却空气使用，因此，相应于作为冷却空气而被抽吸的量，供应给燃烧器的压缩空气量乃至燃烧器的燃烧量会减少，涡轮机的输出会降低。此外，抽吸的压缩空气通过冷却器而被冷却后，将该抽吸的压缩空气用作冷却空气时，需要准备动力以便利用冷却器进行冷却，从而会造成能量损失。

另外，使用TOBI喷嘴时，虽然可以抑制发生泵气损失，提高涡轮机的输出，但业者希望能更进一步提高涡轮机的输出。

本发明鉴于上述问题开发而成，目的在于提供一种可以提高涡轮机输出的涡轮机的冷却结构以及燃气轮机。

技术方案