JP3607600B2

JP3607600B2 - Gas turbine engine with heat exchanger

Info

Publication number: JP3607600B2
Application number: JP2000343123A
Authority: JP
Inventors: 総介木野内; 勇志竹原
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP2002147249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機，燃焼器およびタービンを収納したメインハウジングの後端部に熱交換器が取り付けられたガスタービンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の熱交換器付きガスタービンでは、圧縮機のインペラやタービンのロータなどを含む回転部を点検あるいは交換する際、メインハウジングを熱交換器から切り離して、回転部をメインハウシングから取り外すように構成されている。メインハウジングと熱交換器とが空気配管などを介して接続されている構造の場合には、前記取外し作業において、これらの空気配管なども取り外すことになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成では、空気配管などを取り外す分だけ、回転部の点検や交換における取外し作業の工数が増大し、その作業が困難になる。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、圧縮機，燃焼器およびタービンを収納したメインハウングを熱交換器から切り離すことなく、圧縮機のインペラおよびタービンのロータを有する回転部を含む回転モジュールを、少ない工数で容易に取り外すことのできる熱交換器付きガスタービンエンジンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器付きガスタービンエンジンは、圧縮機，燃焼器およびタービンを有し、これらを収納したメインハウジングの後端部に前記圧縮機からの圧縮空気と前記タービンからの排ガスとの間で熱交換させる熱交換器が取り付けられたガスタービンエンジンであって、前記メインハウジングの前端部に、前記圧縮機に空気を導入する吸気通路を形成する吸気ハウジングがボルトにより取り付けられており、前記燃焼器が前記吸気ハウジングの後端部に位置決めされて着脱可能に取り付けられている。さらに、前記圧縮機のインペラおよびタービンのタービンロータを有する回転部を含む回転モジュールが、前記吸気ハウジングに回転自在に支持されて、この吸気ハウジングをメインハウジングから取り外して前記燃焼器を前記吸気ハウジングから取り外したときに、軸方向へ抜き出し可能に設定されている。
【０００６】
前記熱交換器付きガスタービンエンジンによれば、熱交換器から切り離さないままのメインハウジングから、吸気ハウジングを取り外し、燃焼器を前記吸気ハウジングから取り外すことで、回転部を含む回転モジュールを、少ない工数で簡単に取り外すことができ、回転部の点検や交換が容易になる。
【０００７】
本発明の好ましい実施形態では、タービンロータ入口側のタービンノズルが、前記吸気ハウジングに着脱可能に取り付けられている。
【０００８】
このように構成した場合には、ガスタービンエンジンの回転部だけでなく、燃焼器や、タービンロータ入口側のタービンノズルも、点検および交換を容易に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明の一実施形態である熱交換器付きガスタービンエンジンを駆動源とするガスタービン発電装置の縦断面図を示す。このガスタービン発電装置１は、熱交換器付きガスタービンエンジン２と、これによって駆動される発電機３とを備えている。
【００１０】
ガスタービンエンジン２は、遠心式圧縮機４と、タービン５と、このタービン５の径方向外方に位置する環状の燃焼器６とを有する。前記圧縮機４の金属製インペラ１１の背面に、セラミック製のタービンロータ１７が接合されている。圧縮機４は、吸気通路７から導入される空気ＩＡを圧縮して、その圧縮空気Ａをガスタービンエンジン２の後部の排気ガス出口側に連結された熱交換器８を経て燃焼器６に供給するものであり、タービン５によって駆動される。この圧縮機４は、金属製インペラ１１と、前記吸気通路７を構成する吸気ハウジング９の後端の前記インペラ１１を覆う位置に形成されたシュラウド１２とを備えている。圧縮機４の出口側である径方向外側には、圧縮空気Ａの静圧を高めるためのディフューザ１３が配置されている。このディフューザ１３は、環状の壁部材１３ａの前面に多数の翼体１３ｂを固定したものである。
【００１１】
また、前記ディフューザ１３は、吸気ハウジング９の後端と、前記燃焼器６とで挟まれる位置に配置され、吸気ハウジング９の後端部から、ディフューザ１３および燃焼器６のディフューザ１３に対向する端部に跨がってタービンエンジン２の軸方向に向け貫通する複数のノックピン１５とボルト１６とにより、燃焼器６と共に吸気ハウジング９の後端部に位置決めされて、着脱可能に取り付けられている。
【００１２】
タービン５は、セラミック製のタービンロータ１７と、このタービンロータ１７の入口側部材であるタービンノズル１８とを備えている。前記金属製インペラ１１の背面へのセラミック製タービンロータ１７の接合は、例えば図２に拡大して示すように、インペラ１１よりも低い熱膨張係数を有する金属からなる嵌合部材１９をインペラ１１の背面に溶接し、この嵌合部材１９の凹所１９ａにタービンロータ１７におけるタービンハブ２０の前端軸部２０ａを焼き嵌めして行われる。焼き嵌めに際しては、凹所１９ａと、前端軸部２０ａの端面および外周面との間に緩衝用のろう材を介在させるのが好ましい。
【００１３】
このように接合されたインペラ１１と、これに回転軸を介さずに直接接合したタービンロータ１７とで、ガスタービンエンジン２の回転部２１が一体形成される。このように嵌合部材１９を介して金属製インペラ１１の背面にセラミック製タービンロータ１７を接合することで、金属製インペラ１１とセラミック製タービンロータ１７の間の熱膨張差が緩和される。
【００１４】
前記タービンノズル１８は、ノズル本体１８ａに、タービンロータ１７におけるタービンブレード２２の外径側を覆うタービンシュラウド１８ｂと、外径側に延びる取付部１８ｃとをセラミックで一体形成したものであり、その取付部１８ｃを、図１に示す前記吸気ハウジング９の後端部にボルト１６で固定されるディフューザ１３と燃焼器６とで挟むことにより、吸気ハウジング９に着脱可能に取り付けられている。タービンノズル１８の取付部１８ｃ（図２）と、これに押し当てられる燃焼器６の前端部との間には、弾性部材であるウェーブリング２４が挿入されている。
【００１５】
燃焼器６は、ガスまたは液体の燃料Ｆを燃焼器６内の燃焼室３１に噴射する燃料ノズル３２を有し、その燃料Ｆが、熱交換器８を経て燃焼室３１内に送給されてくる圧縮空気Ａと混合されて燃焼する。その高温高圧の燃焼ガスＧは前記タービンノズル１８からタービン５に送られ、燃焼ガスＧのエネルギによりタービン５が駆動される。前記燃焼器６は環状のものであり、タービン５の回転軸心Ｃ１と同心に配置されている。この燃焼器６の内径側の端部は、図２に示すタービンノズル１８におけるタービンシュラウド１８ｂの後端部に環状のシール部材２３を介して外嵌させられ、これによりタービンシュラウド１８ｂと燃焼器６の重合部がシールされる。タービンシュラウド１８ｂは燃焼器６の壁の一部を構成している。
【００１６】
前記インペラ１１とタービンロータ１７との間には、両者間をシールするシール部材３３が設けられる。このシール部材３３は、嵌合部材１９の外周に形成された複数の環状突起との間でラビリンスシールを形成するもので、図３に示すように、径方向に分離可能なように周方向に分割された複数、例えば２つの分割体３３ａ，３３ｂからなり、それらの外径端部３３ｃが、図２のように、ボルト３４でディフューザ１３の壁部材１３ａに締付固定されることにより、ディフューザ１３を介して吸気ハウジング９に間接的に着脱可能に取り付けられている。
【００１７】
図１に示す熱交換器８は、ガスタービンエンジン２のタービン５を出た高温の排ガスＥと、ガスタービンエンジン２の圧縮機４を出た低温の圧縮空気Ａとの間で熱交換を行うものであり、前記圧縮機４，燃焼器６およびタービン５を収容した横断面円形のメインハウジング３５の後端部に取り付けられている。この熱交換器８は、その熱交換器ハウジング３７の前端部のフランジ３８が、メインハウジング３５の後端部のフランジ３９に、図示しないボルトおよびナットで締結されることにより、メインハウジング３５に連結されており、この熱交換器ハウジング３７の内方に、図５に示すような横断面形状が円形の熱交換用コア３６が収納されている。なお、熱交換用コア３６は、横断面矩形であってもよい。また、この実施形態では、コア３６は、第１の流体である低温の圧縮空気Ａが流れる第１通路４１と、第２の流体である高温の排ガスＥが流れる第２通路４２とを仕切る複数の平坦な伝熱プレート４３を所定の間隔で平行に配置して構成される。
【００１８】
図５に示すように、前記コア３６の後部の側面に、圧縮空気Ａを前記第１通路４１に流入させる流入口４４が設けられ、前記コア３６の前部の側面に、第１通路４１を通った圧縮空気Ａの流出口４５が設けられている。
【００１９】
図１に示すように、コア３６と熱交換器ハウジング３７との間には、圧縮空気Ａをコア３６の前方からコア３６の側方を通って、つまり側面の外側を通って前記流入口４４に導入する導入路４６が形成されている。熱交換器８の前方のメインハウジング３５と環状の燃焼器６との間には、圧縮機４を出た圧縮空気Ａを前記導入路４６に導く圧縮空気通路４７が形成されている。この圧縮空気通路４７は、メインハウジング３５と、このメインハウジン３５の内側にメインハウジング３５と同心状に一体形成された円筒部材４８との間にできる空間によって構成される。メインハウジング３５の前端部（図１の左端部）には、前記吸気ハウジング９の後端部がボルト４９により締付固定されている。また、前記円筒部材４８の前端部は、前記ディフューザ１３の壁部材１３ａから燃焼器６の外径側前端部にまたがる部分に、ガスタービンエンジン２の軸方向へ抜き出し可能に外嵌させてあり、円筒部材４８の前端部と燃焼器６の外径側前端部との間には環状のシール部材５０が介挿されている。
【００２０】
さらに、熱交換器８の前面には、前記圧縮空気通路４７の内周側に、熱交換器８の流出口４５からの圧縮空気Ａをガスタービンエンジン２の燃焼器６に導く燃焼器向け導出路５１が形成されている。この導出路５１は、前記円筒部材４８と、前記コア３６の前端から前方に延びて前記円筒部材４８の内側に円筒部材４８と同心に配置される円錐状部材５２との間の空間、燃焼機６の外筒部と円筒部材４８との間の空間、および、円錐状部材５２の前端から前記タービンシュラウド１８ｂ（図２）の後端まで延びるほぼ円筒状の排気ディフューザ５３と燃焼器６との間の空間によって形成される。排気ディフューザ５３の前端部は、前記燃焼器６の内径側前端部の内側に、溶接により接合されている。前記円錐状部材５２および排気ディフューザ５３で囲まれる内側空間により、タービン５を出た排ガスＥをコア３６の第２通路４２に流入させる排ガス流入路５４が形成されている。熱交換器８の後面には、第２通路４２を通った排ガスＥを外部へ排出する排気口５５が形成されている。
【００２１】
発電機３は、ガスタービンエンジン２の回転部２１に連結された発電機ロータ６１と、その周囲に配置された発電機ステータ６２とを有し、前記吸気ハウジング９の内方に吸気ハウジング９と同心に配置され、ストラット６３を介して吸気ハウジング９に支持された横断面円形の発電機ケース６４内に収容されている。前記吸気ハウジング９と発電機ケース６４との間にできる空間によって、前記吸気通路７が構成される。吸気ハウジング９の前端には、外部から前記吸気通路７に空気ＩＡを導入する吸気ダクト８５が連結されている。このような発電機３の配置により、吸気通路７を通る空気ＩＡで発電機３の冷却が行われるので、発電機用の特別の冷却装置が不要になる。前記発電機ステータ６２は、発電機ケース６４の内周側にこのケース６４と同心状に配置して固定されたリング状のコア６７と、このコア６７から内径側に突出する各極部に巻回したコイル６８とで構成される。
【００２２】
前記発電機ロータ６１は、円筒状のパイプ６５の内側に磁石６６を圧入して構成され、その後端となる一端部に前記ガスタービンエンジン２の回転部２１が固定されている。すなわち、発電機ロータ６１のパイプ６５の一端部の内側には、図２に拡大してして示すように、前記インペラ１１の前端の筒状の回転軸部１４が圧入状態で挿入されると共に、パイプ６５の一端面がインペラ１１の段部４０に突き合わせられて、この突合わせ部が必要に応じて溶接されることで、回転部２１が発電機ロータ６１に強固に固定される。このように、パイプ６５の一端部に回転部２１の前端部を挿入することにより、発電機ロータ６１と回転部２１との一体化が容易になされる。また、パイプ６５内に磁石６６を挿入することによって、磁石６６が保護される。なお、発電機ロータ６１への回転部２１の固定は、例えば前記パイプ６５内に回転部２１のインペラ１１の回転軸部１４を螺合させて行っても良い。
【００２３】
このように構成された発電機ロータ６１は、図１に示す一端部と他端部に設けた軸受７１，７１，７２により、前記発電機ケース６４、つまり吸気ハウジング９に回転自在に支持されている。すなわち、発電機ロータ６１の一端部（後端部）は、吸気ハウジング９から内径側に延びるストラット８３により支持された後部保持部材７３で保持されるラジアル軸受７１を介して、また、発電機ロータ６１の他端部（前端部）は、前記吸気ダクト８５に設けたストラット８４により支持された前部保持部材７４で保持される別のラジアル軸受７１と、前記前部保持部材７４の前端の軸受面と固定ディスク７６で挟まれるスラスト軸受７２とを介して、それぞれ発電機ケース６４に回転自在に支持されている。前記各軸受７１，７１，７２は空気軸受で構成されており、この実施形態では、自己浮上型である動圧空気軸受であるが、外部から、例えばガスタービンエンジン２の圧縮機４から高圧空気を導入して浮上させる静圧空気軸受でもよい。
【００２４】
図４に拡大して示すように、発電機ロータ６１のパイプ６５の他端部には、雄ねじ部７７を前方に向け突出させた先端部材７８が圧入嵌合されて、必要に応じて溶接されている。前記雄ねじ部７７には、前後面に動圧発生用の回転ディスク７５が嵌合され、前記雄ねじ部７７に螺合するナット７９により先端部材７８に締め付け固定されている。前記雄ねじ部７７の基端はテーパ部とされており、このテーパ部のガイドにより、前記回転ディスク７５を発電機ロータ６１と同心となるように先端部材７８に装着できる。
【００２５】
前記回転ディスク７５の前面側には固定ディスク７６が配置されて、この固定ディスク７６と、前記前部保持部材７４との間にカラー８０が介装され、固定ディスク７６およびカラー８０を貫通するボルト８１により、固定ディスク７６が前部保持部材７４に締付固定されている。前記カラー８０の介在により、前部保持部材７４の前端の軸受面と固定ディスク７６との間隔が一定に維持され、これにより、両者７４，７６間で回転ディスク７５が回転自在に設定されて、スラスト軸受７２が形成される。
【００２６】
このように、発電機ロータ６１は、その両端部がラジアル軸受７１およびスラスト軸受７２で発電機ケース６４内に回転自在に支持されているので、発電機ロータ６１を円滑に回転させることができる。
【００２７】
図１の発電機ロータ６１の一端部にガスタービンエンジン２の回転部２１を固定してなる回転モジュール８２は、前記吸気ハウジング９を前記メインハウジング３５から取り外したときに、回転ディスク７５を取り外すことで、吸気ハウジング９から軸方向後方へ抜き出し可能である。
【００２８】
上記構成において、図１の熱交換器８により、ガスタービンエンジン２の圧縮機４を出た圧縮空気Ａと、タービン５を出た排ガスＥとの間で熱交換が行われ、高温化された圧縮空気Ａがガスタービンエンジン２の燃焼器６に導かれるので、ガスタービンエンジン２の熱効率が向上する。そのガスタービンエンジン２のタービン５により発電機３が駆動される。
【００２９】
とくに、熱交換器付きガスタービンエンジン２では、圧縮機４，燃焼器６およびタービン５を収納したメインハウジング３５の前端部に、圧縮機４の吸気通路７を形成する吸気ハウジング９が取り付けられており、圧縮機４のインペラ１１およびタービン５のロータ１７を有する回転部２１を含む回転モジュール８２が、吸気ハウジング９に支持されて、この吸気ハウジング９をメインハウジング３５から取り外したときに、軸方向へ抜き出し可能に設定されているので、熱交換器８から切り離さないままのメインハウジング３５から、吸気ハウジング９を取り外すだけで、回転部２１を含む回転モジュール８２を、少ない工数で簡単に取り外すことができ、回転部２１や発電ロータ６１の点検や交換が容易になる。
【００３０】
また、前記インペラ１１出口側のディフューザ１３、前記燃焼器６、前記インペラ１１とロータ１７間のシール部材３３および、ロータ１７入口側のタービンノズル１８が、吸気ハウジング９に着脱可能に取り付けられているので、メインハウジング３５から吸気ハウジング９を取り外したのち、この吸気ハウジング９から、これら各部品１３，６，３３および１８を取り外して、点検や交換を容易に行うことができる。
【００３１】
前記回転モジュール８２の抜き出しは、図６〜図８に示す手順で行うことができる。すなわち、図６のように、先ず燃料ノズル３２をメインハウジング３５から抜き出してから、ボルト４９によるメインハウジング３５への吸気ハウジング９の締付固定を解いて、吸気ハウジング９をメインハウジング３５から前方へ取り外す。この取り外しにより、吸気ハウジング９側には、燃焼器６、回転モジュール８２、発電機ステータ６２が取付状態のまま残り、メインハウジング３５側には熱交換器８が残る。
【００３２】
つぎに、図７のように、吸気ハウジング９のボルト１６を緩めて、燃焼器６の締付固定を解き、燃焼器６を軸方向後方に引き出すことにより、吸気ハウジング９から燃焼器６を取り外す。これにより、それまでディフューザ１３と燃焼器６とで挟まれていたタービンノズル１８も後方へ取り外し可能となる。
【００３３】
つぎに、図１の発電機ロータ６１の他端部の雄ねじ部７７からナット７９を解いて回転ディスク７５を取り外したのち、図８のようにタービンノズル１８を取り外してから、ボルト３４によるディフューザ１３へのシール部材３３の締付固定を解く。インペラ１１とタービンロータ１７との間に位置するシール部材３３は、径方向に分離可能な複数の分割体３３ａ，３３ｂからなるので、それらの各分割体３３ａ，３３ｂを径方向に引き出すことにより、回転モジュール８２から離脱させる。この状態で、回転モジュールを軸方向後方へ抜き出す。
【００３４】
なお、本発明は、前記タービンロータ１７がセラミック製に限られず、金属製であってもよく、金属製の場合は、金属製インペラ１１に金属製タービンロータ１７を直に接合する。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の熱交換器付きガスタービンエンジンによれば、圧縮機，燃焼器およびタービンを収納したメインハウジングの前端部に、前記圧縮機に空気を導入する吸気通路を形成する吸気ハウジングがボルトにより取り付けられており、前記燃焼器が前記吸気ハウジングの後端部に着脱可能に取り付けられ、前記圧縮機のインペラおよびタービンのロータを有する回転部を含む回転モジュールが、前記吸気ハウジングに支持されて、この吸気ハウジングをメインハウジングから取り外して前記燃焼器を前記吸気ハウジングから取り外したときに、軸方向へ抜き出し可能に設定されているので、熱交換器から切り離さないままのメインハウジングから、吸気ハウジングを取り外すだけで、回転部を含む回転モジュールを、少ない工数で簡単に取り外すことができ、回転部の点検や交換が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービン発電装置の縦断面図である。
【図２】同ガスタービン発電装置のタービン部分を示す拡大縦断面図である。
【図３】同ガスタービン発電装置のシール部材を示す分解背面図である。
【図４】同ガスタービン発電装置の発電機前部を示す拡大縦断面図である。
【図５】同ガスタービン発電装置における熱交換器のコアを示す斜視図である。
【図６】前記ガスタービン発電装置におけるメインハウジングからの吸気ハウジングの取り外しを示す分解縦断面図である。
【図７】同ガスタービン発電装置における吸気ハウジングからの燃焼器の取り外しを示す分解縦断面図である。
【図８】同ガスタービン発電装置における回転モジュールの抜き出しを示す分解縦断面図である。
【符号の説明】
２…ガスタービンエンジン、３…発電機、４…圧縮機、５…タービン、６…燃焼器、７…吸気通路、８…熱交換器、９…吸気ハウジング、１１…インペラ、１３…ディフューザ、１７…タービンロータ、１８…タービンノズル、２１…回転部、３３…シール部材、３５…メインハウジング、３７…熱交換器ハウジング、８２…回転モジュール、Ａ…圧縮空気、Ｅ…排ガス、ＩＡ…導入される空気[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine engine in which a heat exchanger is attached to a rear end portion of a main housing that houses a compressor, a combustor, and a turbine.
[0002]
[Prior art]
In this type of conventional gas turbine with a heat exchanger, when inspecting or replacing a rotating part including a compressor impeller and a turbine rotor, the main housing is disconnected from the heat exchanger and the rotating part is removed from the main housing. It is configured as follows. In the case where the main housing and the heat exchanger are connected via an air pipe or the like, the air pipe or the like is also removed in the removal operation.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a configuration, the number of man-hours for the removal work in the inspection and replacement of the rotating part is increased by removing the air pipe and the like, and the work becomes difficult.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes a rotating part having a compressor impeller and a turbine rotor without disconnecting the main housing containing the compressor, combustor and turbine from the heat exchanger. An object of the present invention is to provide a gas turbine engine with a heat exchanger in which a module can be easily removed with less man-hours.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas turbine engine with a heat exchanger according to the present invention includes a compressor, a combustor, and a turbine, and a compressed air from the compressor is disposed at a rear end portion of a main housing that houses them. And a gas turbine engine having a heat exchanger for exchanging heat between the turbine and the exhaust gas from the turbine, wherein an intake passage for introducing air into the compressor is formed at a front end portion of the main housing There is attached by bolts, the combustor is mounted detachably is positioned at a rear end portion of the intake housing. Further, a rotation module including a rotating part having an impeller of the compressor and a turbine rotor of the turbine is rotatably supported by the intake housing, and the intake housing is detached from the main housing and the combustor is removed from the intake housing. It is set so that it can be pulled out in the axial direction when it is removed .
[0006]
According to the gas turbine engine with the heat exchanger, the main housing which remain disconnected from the heat exchanger, remove the intake housing, by removing the combustor from the intake housing, a rotary module including a rotating portion, It can be easily removed with fewer man-hours, making it easier to check and replace rotating parts.
[0007]
In a preferred embodiment of the present invention, data Binrota inlet side of the turbine nozzle, is removably attached to the intake housing.
[0008]
When configured in this way, not only the rotating part of the gas turbine engine but also the combustor and the turbine nozzle at the turbine rotor inlet side can be easily inspected and replaced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a gas turbine power generation apparatus using a gas turbine engine with a heat exchanger as a drive source according to an embodiment of the present invention. The gas turbine power generator 1 includes a gas turbine engine 2 with a heat exchanger and a generator 3 driven by the gas turbine engine 2.
[0010]
The gas turbine engine 2 includes a centrifugal compressor 4, a turbine 5, and an annular combustor 6 that is located radially outward of the turbine 5. A ceramic turbine rotor 17 is joined to the back surface of the metal impeller 11 of the compressor 4. The compressor 4 compresses the air IA introduced from the intake passage 7 and supplies the compressed air A to the combustor 6 through the heat exchanger 8 connected to the exhaust gas outlet side of the rear portion of the gas turbine engine 2. And is driven by the turbine 5. The compressor 4 includes a metal impeller 11 and a shroud 12 formed at a position covering the impeller 11 at the rear end of the intake housing 9 constituting the intake passage 7. A diffuser 13 for increasing the static pressure of the compressed air A is disposed on the radially outer side that is the outlet side of the compressor 4. The diffuser 13 has a large number of wing bodies 13b fixed to the front surface of an annular wall member 13a.
[0011]
The diffuser 13 is disposed at a position sandwiched between the rear end of the intake housing 9 and the combustor 6, and is an end facing the diffuser 13 and the diffuser 13 of the combustor 6 from the rear end of the intake housing 9. A plurality of knock pins 15 and bolts 16 penetrating in the axial direction of the turbine engine 2 are positioned on the rear end portion of the intake housing 9 together with the combustor 6 and are detachably attached.
[0012]
The turbine 5 includes a ceramic turbine rotor 17 and a turbine nozzle 18 that is an inlet side member of the turbine rotor 17. The ceramic turbine rotor 17 is joined to the back surface of the metal impeller 11 by, for example, expanding the fitting member 19 made of metal having a lower thermal expansion coefficient than the impeller 11 as shown in FIG. The welding is performed on the rear surface by shrink fitting the front end shaft portion 20a of the turbine hub 20 in the turbine rotor 17 into the recess 19a of the fitting member 19. In shrink fitting, it is preferable to interpose a brazing filler material between the recess 19a and the end face and outer peripheral face of the front end shaft portion 20a.
[0013]
The rotating portion 21 of the gas turbine engine 2 is integrally formed by the impeller 11 joined in this way and the turbine rotor 17 joined directly to the impeller 11 without using a rotating shaft. Thus, by joining the ceramic turbine rotor 17 to the back surface of the metal impeller 11 via the fitting member 19, the difference in thermal expansion between the metal impeller 11 and the ceramic turbine rotor 17 is alleviated.
[0014]
The turbine nozzle 18 is configured such that a turbine shroud 18b that covers the outer diameter side of the turbine blade 22 in the turbine rotor 17 and a mounting portion 18c that extends to the outer diameter side are integrally formed of ceramic on the nozzle body 18a. The portion 18c is detachably attached to the intake housing 9 by being sandwiched between the diffuser 13 fixed to the rear end portion of the intake housing 9 shown in FIG. A wave ring 24, which is an elastic member, is inserted between the mounting portion 18 c (FIG. 2) of the turbine nozzle 18 and the front end portion of the combustor 6 that is pressed against the mounting portion 18 c.
[0015]
The combustor 6 has a fuel nozzle 32 that injects a gas or liquid fuel F into the combustion chamber 31 in the combustor 6, and the fuel F is fed into the combustion chamber 31 through the heat exchanger 8. It is mixed with the compressed air A and burns. The high-temperature and high-pressure combustion gas G is sent from the turbine nozzle 18 to the turbine 5, and the turbine 5 is driven by the energy of the combustion gas G. The combustor 6 has an annular shape and is disposed concentrically with the rotational axis C <b> 1 of the turbine 5. An end portion on the inner diameter side of the combustor 6 is externally fitted to a rear end portion of the turbine shroud 18b in the turbine nozzle 18 shown in FIG. 2 via an annular seal member 23, whereby the turbine shroud 18b and the combustor 6 are fitted. The overlapping portion is sealed. The turbine shroud 18 b constitutes a part of the wall of the combustor 6.
[0016]
A seal member 33 that seals between the impeller 11 and the turbine rotor 17 is provided. This seal member 33 forms a labyrinth seal with a plurality of annular projections formed on the outer periphery of the fitting member 19, and as shown in FIG. 3, it is circumferentially separated so as to be separable in the radial direction. A plurality of divided, for example, two divided bodies 33a and 33b, and their outer diameter end portions 33c are fastened and fixed to the wall member 13a of the diffuser 13 with bolts 34 as shown in FIG. 13 is attached to the intake housing 9 indirectly via a detachable member 13.
[0017]
The heat exchanger 8 shown in FIG. 1 performs heat exchange between the high-temperature exhaust gas E exiting the turbine 5 of the gas turbine engine 2 and the low-temperature compressed air A exiting the compressor 4 of the gas turbine engine 2. It is attached to the rear end of a main housing 35 having a circular cross section that houses the compressor 4, the combustor 6, and the turbine 5. The heat exchanger 8 is connected to the main housing 35 by fastening the flange 38 at the front end of the heat exchanger housing 37 to the flange 39 at the rear end of the main housing 35 with bolts and nuts (not shown). A heat exchanging core 36 having a circular cross section as shown in FIG. 5 is accommodated inside the heat exchanger housing 37. The heat exchange core 36 may have a rectangular cross section. Further, in this embodiment, the core 36 divides the first passage 41 through which the low-temperature compressed air A that is the first fluid flows and the second passage 42 through which the high-temperature exhaust gas E that is the second fluid flows. The flat heat transfer plates 43 are arranged in parallel at predetermined intervals.
[0018]
As shown in FIG. 5, an inflow port 44 through which compressed air A flows into the first passage 41 is provided on the side surface of the rear portion of the core 36, and the first passage 41 is provided on the front side surface of the core 36. An outlet 45 for the compressed air A passing therethrough is provided.
[0019]
As shown in FIG. 1, between the core 36 and the heat exchanger housing 37, the compressed air A passes through the side of the core 36 from the front of the core 36, that is, through the outside of the side surface, and the inlet 44. An introduction path 46 is formed to be introduced into the. A compressed air passage 47 is formed between the main housing 35 in front of the heat exchanger 8 and the annular combustor 6 to guide the compressed air A exiting the compressor 4 to the introduction passage 46. The compressed air passage 47 is formed by a space formed between the main housing 35 and a cylindrical member 48 that is integrally formed with the main housing 35 concentrically inside the main housing 35. A rear end portion of the intake housing 9 is fastened and fixed to the front end portion (left end portion in FIG. 1) of the main housing 35 by a bolt 49. Further, the front end portion of the cylindrical member 48 is externally fitted in a portion extending from the wall member 13a of the diffuser 13 to the outer diameter side front end portion of the combustor 6 so as to be extractable in the axial direction of the gas turbine engine 2. An annular seal member 50 is inserted between the front end portion of the cylindrical member 48 and the outer diameter side front end portion of the combustor 6.
[0020]
Further, on the front surface of the heat exchanger 8, the compressed air A from the outlet 45 of the heat exchanger 8 is led to the combustor 6 of the gas turbine engine 2 on the inner peripheral side of the compressed air passage 47. A path 51 is formed. This lead-out path 51 is a space between the cylindrical member 48 and a conical member 52 that extends forward from the front end of the core 36 and is concentric with the cylindrical member 48 inside the cylindrical member 48. 6 between the outer cylinder portion 6 and the cylindrical member 48, and the substantially cylindrical exhaust diffuser 53 and the combustor 6 extending from the front end of the conical member 52 to the rear end of the turbine shroud 18 b (FIG. 2). Formed by the space between. The front end portion of the exhaust diffuser 53 is joined to the inside of the inner diameter side front end portion of the combustor 6 by welding. An inner space surrounded by the conical member 52 and the exhaust diffuser 53 forms an exhaust gas inflow passage 54 through which the exhaust gas E exiting the turbine 5 flows into the second passage 42 of the core 36. An exhaust port 55 for discharging the exhaust gas E that has passed through the second passage 42 to the outside is formed on the rear surface of the heat exchanger 8.
[0021]
The generator 3 includes a generator rotor 61 connected to the rotating portion 21 of the gas turbine engine 2 and a generator stator 62 disposed around the generator rotor 61, and the intake housing 9 is disposed inside the intake housing 9. It is concentrically arranged and accommodated in a generator case 64 having a circular cross section supported by the intake housing 9 via a strut 63. The space formed between the intake housing 9 and the generator case 64 constitutes the intake passage 7. An intake duct 85 for introducing air IA into the intake passage 7 from the outside is connected to the front end of the intake housing 9. With such an arrangement of the generator 3, the generator 3 is cooled by the air IA passing through the intake passage 7, so that a special cooling device for the generator is not required. The generator stator 62 is wound around the inner peripheral side of the generator case 64 by a ring-shaped core 67 disposed concentrically with the case 64 and fixed to each pole portion protruding from the core 67 toward the inner diameter side. It is comprised with the coil 68 which turned.
[0022]
The generator rotor 61 is configured by press-fitting a magnet 66 inside a cylindrical pipe 65, and the rotating portion 21 of the gas turbine engine 2 is fixed to one end that is the rear end thereof. That is, inside the one end portion of the pipe 65 of the generator rotor 61, as shown in an enlarged view in FIG. 2, the cylindrical rotary shaft portion 14 at the front end of the impeller 11 is inserted in a press-fit state. The one end surface of the pipe 65 is abutted against the stepped portion 40 of the impeller 11, and the abutting portion is welded as necessary, so that the rotating portion 21 is firmly fixed to the generator rotor 61. Thus, by inserting the front end portion of the rotating portion 21 into one end portion of the pipe 65, the generator rotor 61 and the rotating portion 21 can be easily integrated. Further, the magnet 66 is protected by inserting the magnet 66 into the pipe 65. The rotating part 21 may be fixed to the generator rotor 61 by, for example, screwing the rotating shaft part 14 of the impeller 11 of the rotating part 21 into the pipe 65.
[0023]
The generator rotor 61 configured as described above is rotatably supported on the generator case 64, that is, the intake housing 9 by bearings 71, 71, 72 provided at one end and the other end shown in FIG. Yes. That is, one end (rear end) of the generator rotor 61 is connected to the generator rotor via a radial bearing 71 held by a rear holding member 73 supported by a strut 83 extending from the intake housing 9 toward the inner diameter side. The other end (front end) of 61 is provided with another radial bearing 71 held by a front holding member 74 supported by a strut 84 provided in the intake duct 85, and a bearing at the front end of the front holding member 74. Each is supported rotatably on the generator case 64 via a thrust bearing 72 sandwiched between the surface and the fixed disk 76. The bearings 71, 71, 72 are air bearings. In this embodiment, the bearings 71, 71, 72 are self-floating dynamic pressure air bearings, but from the outside, for example, from the compressor 4 of the gas turbine engine 2, high-pressure air It may be a hydrostatic air bearing that floats by introducing.
[0024]
As shown in an enlarged view in FIG. 4, a tip member 78 having a male thread 77 projecting forward is press-fitted and welded to the other end of the pipe 65 of the generator rotor 61 as necessary. ing. A rotating disk 75 for generating dynamic pressure is fitted to the male screw portion 77 on the front and rear surfaces, and is fastened and fixed to the tip member 78 by a nut 79 that is screwed to the male screw portion 77. The base end of the male screw portion 77 is a tapered portion, and the rotating disk 75 can be mounted on the tip member 78 so as to be concentric with the generator rotor 61 by the guide of the tapered portion.
[0025]
A fixed disk 76 is disposed on the front side of the rotating disk 75, and a collar 80 is interposed between the fixed disk 76 and the front holding member 74, and a bolt that penetrates the fixed disk 76 and the collar 80. By 81, the fixed disk 76 is fastened and fixed to the front holding member 74. By the interposition of the collar 80, the distance between the bearing surface at the front end of the front holding member 74 and the fixed disk 76 is kept constant, whereby the rotating disk 75 is set to be rotatable between the two 74 and 76, A thrust bearing 72 is formed.
[0026]
As described above, since both ends of the generator rotor 61 are rotatably supported in the generator case 64 by the radial bearing 71 and the thrust bearing 72, the generator rotor 61 can be smoothly rotated.
[0027]
A rotating module 82 in which the rotating portion 21 of the gas turbine engine 2 is fixed to one end of the generator rotor 61 in FIG. 1 removes the rotating disk 75 when the intake housing 9 is removed from the main housing 35. Thus, it can be extracted from the intake housing 9 in the axially rearward direction.
[0028]
In the above configuration, heat is exchanged between the compressed air A exiting the compressor 4 of the gas turbine engine 2 and the exhaust gas E exiting the turbine 5 by the heat exchanger 8 of FIG. Since the compressed air A is guided to the combustor 6 of the gas turbine engine 2, the thermal efficiency of the gas turbine engine 2 is improved. The generator 3 is driven by the turbine 5 of the gas turbine engine 2.
[0029]
In particular, in the gas turbine engine 2 with a heat exchanger, an intake housing 9 that forms the intake passage 7 of the compressor 4 is attached to the front end portion of the main housing 35 that houses the compressor 4, the combustor 6, and the turbine 5. When the rotary module 82 including the rotary unit 21 having the impeller 11 of the compressor 4 and the rotor 17 of the turbine 5 is supported by the intake housing 9 and the intake housing 9 is removed from the main housing 35, the axial direction Therefore, the rotary module 82 including the rotating portion 21 can be easily removed with a small number of man-hours by simply removing the intake housing 9 from the main housing 35 without being separated from the heat exchanger 8. This makes it easy to check and replace the rotating unit 21 and the power generation rotor 61.
[0030]
The diffuser 13 on the outlet side of the impeller 11, the combustor 6, the seal member 33 between the impeller 11 and the rotor 17, and the turbine nozzle 18 on the inlet side of the rotor 17 are detachably attached to the intake housing 9. Therefore, after removing the intake housing 9 from the main housing 35, these parts 13, 6, 33, and 18 can be removed from the intake housing 9 for easy inspection and replacement.
[0031]
The rotation module 82 can be extracted by the procedure shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 6, the fuel nozzle 32 is first extracted from the main housing 35, and then the intake housing 9 is released from the main housing 35 by releasing the tightening and fixing of the intake housing 9 to the main housing 35 by the bolts 49. Remove. As a result of the removal, the combustor 6, the rotation module 82, and the generator stator 62 remain attached on the intake housing 9 side, and the heat exchanger 8 remains on the main housing 35 side.
[0032]
Next, as shown in FIG. 7, the bolts 16 of the intake housing 9 are loosened, the combustor 6 is unfastened and fixed, and the combustor 6 is pulled out rearward in the axial direction, so that the combustor 6 is removed from the intake housing 9. . As a result, the turbine nozzle 18 that has been sandwiched between the diffuser 13 and the combustor 6 can be removed rearward.
[0033]
Next, the nut 79 is removed from the male threaded portion 77 at the other end of the generator rotor 61 shown in FIG. 1 and the rotating disk 75 is removed. Then, the turbine nozzle 18 is removed as shown in FIG. The tightening and fixing of the sealing member 33 is released. Since the seal member 33 positioned between the impeller 11 and the turbine rotor 17 includes a plurality of divided bodies 33a and 33b that can be separated in the radial direction, by pulling out each of the divided bodies 33a and 33b in the radial direction, Separate from the rotating module 82. In this state, the rotating module is extracted rearward in the axial direction.
[0034]
In the present invention, the turbine rotor 17 is not limited to being made of ceramic, but may be made of metal. In the case of being made of metal, the metal turbine rotor 17 is directly joined to the metal impeller 11.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the gas turbine engine with a heat exchanger of the present invention, the intake air that forms the intake passage for introducing air into the compressor at the front end of the main housing that houses the compressor, the combustor, and the turbine. housing is attached by bolts, the combustor is mounted detachably to the rear end of the intake housing, the rotation module including a rotating portion having an impeller and a turbine rotor of the compressor, the intake housing When the intake housing is removed from the main housing and the combustor is removed from the intake housing , it is set so that it can be pulled out in the axial direction, so from the main housing that is not disconnected from the heat exchanger, By simply removing the intake housing, the rotation module including the rotating part can be reduced in man-hours Easily it can be detached, inspection and replacement of the rotating portion is facilitated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a gas turbine power generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a turbine portion of the gas turbine power generator.
FIG. 3 is an exploded rear view showing a seal member of the gas turbine power generator.
FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view showing a front part of the generator of the gas turbine power generator.
FIG. 5 is a perspective view showing a core of a heat exchanger in the gas turbine power generator.
FIG. 6 is an exploded vertical sectional view showing removal of the intake housing from the main housing in the gas turbine power generator.
FIG. 7 is an exploded longitudinal sectional view showing removal of the combustor from the intake housing in the gas turbine power generator.
FIG. 8 is an exploded vertical sectional view showing extraction of a rotating module in the gas turbine power generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Gas turbine engine, 3 ... Generator, 4 ... Compressor, 5 ... Turbine, 6 ... Combustor, 7 ... Intake passage, 8 ... Heat exchanger, 9 ... Intake housing, 11 ... Impeller, 13 ... Diffuser, 17 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Turbine rotor, 18 ... Turbine nozzle, 21 ... Rotating part, 33 ... Seal member, 35 ... Main housing, 37 ... Heat exchanger housing, 82 ... Rotation module, A ... Compressed air, E ... Exhaust gas, IA ... Introduced air

Claims

A gas having a compressor, a combustor, and a turbine, and having a heat exchanger for exchanging heat between the compressed air from the compressor and the exhaust gas from the turbine at the rear end of the main housing in which these are housed A turbine engine,
An intake housing that forms an intake passage for introducing air into the compressor is attached to the front end portion of the main housing with a bolt ,
The combustor is detachably attached to a rear end of the intake housing;
A rotating module including a rotating part having an impeller of the compressor and a turbine rotor of a turbine is rotatably supported by the intake housing. The intake housing is removed from the main housing and the combustor is removed from the intake housing . A gas turbine engine with a heat exchanger that can be pulled out in the axial direction.

According to claim 1, capacitor Binrota inlet-side heat exchanger with a gas turbine engine turbine nozzle is detachably attached to the intake housing of the.