JP2015151891A - gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンに関する。 The present invention relates to a gas turbine.
ガスタービンは作動流体が空気であるため、開放系を為すことを主流としており、外部からの異物混入に対して堅牢であることが求められている。
一方、昨今のガスタービンでは、冷却などの為に精密・微細な流路の設計がなされており、混入した小さな異物が詰まることにより、多くに悪影響を及ぼすようになりつつある。
Since the working fluid is air, a gas turbine mainly uses an open system, and is required to be robust against contamination from outside.
On the other hand, in recent gas turbines, a precise and fine flow path is designed for cooling and the like, and a small amount of mixed foreign matter is clogged, and it is beginning to have many adverse effects.
特に高温下で酸素のある状況に金属が晒されているため、酸化による発錆、これら錆の剥離によるガスタービン内への錆混入が避けられない。そして、ガスタービン内への錆混入が原因となり、ガスタービンの冷却効率の低下、翼面への錆の衝突による異常摩耗、可動部分への錆の付着による振動固有数変化からの振動による損傷など様々な損傷を誘起している。 In particular, since the metal is exposed to a situation where oxygen is present at a high temperature, rusting due to oxidation and mixing of rust into the gas turbine due to separation of these rusts cannot be avoided. And, due to rust contamination in the gas turbine, the gas turbine cooling efficiency decreases, abnormal wear due to rust collisions on the blade surface, damage from vibration due to vibration eigennumber change due to rust adhesion on moving parts, etc. Various types of damage are induced.
錆の影響を排除するための技術としては、特許文献1に記載されているような異物除去構造が知られている。この構造はガスタービンを構成するタービンシュラウドに異物を侵入させて流路外へ導出する捕集口を設けた構造である。
As a technique for eliminating the influence of rust, a foreign matter removing structure as described in
しかしながら、特許文献1に記載されている異物除去構造は、ガスタービンに新たな構造を付加する必要があるため、多大な導入コストが必要となるという課題がある。
However, the foreign matter removing structure described in
この発明は、ガスタービンにおいて、外部から混入する異物、又は錆などによって生成される異物が原因となる不具合を防止することを目的とする。 An object of the present invention is to prevent problems caused by foreign matters mixed in from the outside or foreign matters generated by rust or the like in a gas turbine.
本発明の第一の態様によれば、ガスタービンは、運転時に所定温度の圧縮空気が内部の流路を移動するガスタービンであって、前記流路を形成する面の少なくとも一部に、大気温度において硬化状態であり、前記ガスタービンの運転時における前記一部を通過する圧縮空気の温度において軟化状態となる物質が塗布されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the gas turbine is a gas turbine in which compressed air having a predetermined temperature moves in an internal flow path during operation, and at least a part of a surface forming the flow path has an atmosphere. A substance that is in a cured state at a temperature and is in a softened state at a temperature of compressed air that passes through the part during operation of the gas turbine is applied.
このような構成によれば、異物がガスタービンの流路内に混入した場合においても、異物を軟化状態となった物質に吸着・保持することができる。これにより、異物が原因となる不具合を防止することができる。
また、フィルターなどのろ過装置と比較して、圧力損失を発生させることなく異物を捕集することができる。
また、設置場所の必要がないため、既設プラントに対して安価に導入することができる。
また、物質が大気温度において硬化状態であることによって、ガスタービンの保守作業時において支障をきたすことなく作業を行うことができる。また、硬化状態であれば、物質を剥しやすいため、保守作業の作業効率を向上させることができる。
According to such a configuration, even when foreign matter is mixed in the flow path of the gas turbine, the foreign matter can be adsorbed and held by the softened substance. Thereby, the malfunction which a foreign material causes can be prevented.
Moreover, compared with filtration apparatuses, such as a filter, a foreign material can be collected, without producing pressure loss.
Moreover, since there is no need for an installation place, it can be introduced into an existing plant at low cost.
Further, since the substance is in a cured state at the atmospheric temperature, the operation can be performed without causing any trouble during the maintenance operation of the gas turbine. Moreover, since it will be easy to peel a substance if it is a hardening state, the work efficiency of a maintenance work can be improved.
上記ガスタービンにおいて、前記物質は、前記ガスタービンの運転温度においてガラス転移により軟化状態となる共有結合性物質である構成としてもよい。 In the gas turbine, the substance may be a covalent bond substance that is softened by glass transition at an operating temperature of the gas turbine.
このような構成によれば、物質は固相から加熱することで液相とはならず、ガラス相(柔らかい固相)となるため、物質をコーティングした形状を保ったまま軟化させることができる。 According to such a configuration, the substance does not become a liquid phase by heating from the solid phase, but becomes a glass phase (soft solid phase), and thus can be softened while maintaining the shape coated with the substance.
上記ガスタービンにおいて、前記物質は低融点ガラスである構成としてもよい。
このような構成によれば、低融点ガラスの軟化点が約450℃であるため、高温の圧縮空気に晒される面に適した物質とすることができる。
In the gas turbine, the substance may be a low melting point glass.
According to such a configuration, since the softening point of the low-melting glass is about 450 ° C., a material suitable for a surface exposed to high-temperature compressed air can be obtained.
上記ガスタービンにおいて、前記物質は有機高分子化合物である構成としてもよい。
このような構成によれば、軟化点の温度が冷却された圧縮空気と同等の有機高分子化合物を採用することによって、冷却された圧縮空気に晒される面に適した物質とすることができる。
In the gas turbine, the substance may be an organic polymer compound.
According to such a configuration, it is possible to obtain a material suitable for the surface exposed to the cooled compressed air by adopting an organic polymer compound equivalent to the compressed air whose softening point is cooled.
前記ガスタービンは、タービンの少なくとも一部を冷却する冷却システムを有し、前記冷却システムによって冷却される圧縮空気が流通する流路に塗布される前記物質は、有機高分子化合物である構成としてもよい。 The gas turbine may include a cooling system that cools at least a part of the turbine, and the substance applied to the flow path through which the compressed air cooled by the cooling system flows is an organic polymer compound. Good.
本発明によれば、ガスタービンにおいて、外部から混入する異物、又は錆などによって生成される異物が原因となる不具合を防止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the malfunction caused by the foreign material mixed from the outside or the foreign material produced | generated by rust etc. can be prevented in a gas turbine.
以下、本発明の実施形態のガスタービン1について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態のガスタービン1の概略図である。図1に示すように、ガスタービン1は、外気を圧縮して圧縮空気Aを生成する圧縮機2と、燃料を圧縮空気A中で燃焼させて燃焼ガスGを生成する燃焼器3と、高温高圧の燃焼ガスGにより駆動するタービン4と、ガスタービン1中で燃焼ガスGに接する高温部を冷却する冷却システム5と、を備えている。ガスタービン1の運転時には、所定温度の圧縮空気Aが内部の流路を移動する。
Hereinafter, a
FIG. 1 is a schematic view of a
圧縮機2は、圧縮機ロータ7と、圧縮機ロータ7を覆う圧縮機ケーシング8と、を有している。圧縮機ロータ7は、回転中心軸を中心として回転する圧縮機ロータ軸部9と、圧縮機ロータ軸部9の外周に固定されている複数の圧縮機動翼10と、を有している。圧縮機ケーシング8の内周側には、複数の圧縮機静翼11が固定されている。
The
タービン4は、タービンロータ13と、タービンロータ13を覆うタービンケーシング14とを有している。タービンロータ13は、回転中心軸を中心として回転するタービンロータ軸部15と、タービンロータ軸部15の外周に固定されている複数のタービン動翼16と、を有している。タービンケーシング14の内周側には、複数のタービン静翼17が固定されている。
タービンロータ軸部15の内部及びタービン動翼16の内部には、タービン動翼16を冷却するための冷却空気が通る冷却空気流路19が形成されている。
タービンロータ13には、例えば、このタービンロータ13の回転で発電する発電機20が接続されている。
The turbine 4 includes a
A cooling
For example, a
圧縮機ロータ7とタービンロータ13とは、中間軸21によって一体に連結されている。中間軸21の外周辺には、リング形状をなす中間軸カバー22が装着されている。
燃焼器3は、燃焼器ケーシング24を有しており、燃焼器ケーシング24の内部には、燃焼器車室25が形成されている。
The
The combustor 3 has a
冷却システム5は、圧縮機2から圧縮空気Aを抽気する抽気ライン26と、抽気ライン26を通ってきた圧縮空気Aを冷却する冷却装置27と、フィルター28と、冷却装置27で冷却された圧縮空気Aを冷却空気流路19に導く冷却空気ライン29と、を有している。
The cooling system 5 includes an
ガスタービン1は上記構成を有することによって、圧縮空気Aが流通する流路を有している。即ち、圧縮機2によって生成された圧縮空気Aは、流路を経由して燃焼器3などに導入される。この際、燃焼器車室25の内面や、中間軸カバー22の外周面も流路の一部となる。
また、圧縮空気Aは、抽気ライン26を経由して冷却装置27に導入され、冷却空気ライン29を経由して冷却空気流路19に導入される。この際、冷却装置27を構成する熱交換器のケーシングも流路の一部となる。
Since the
The compressed air A is introduced into the
ガスタービン1の流路を形成する面の少なくとも一部には、大気温度において硬化状態であり、ガスタービン1の運転時において流路を形成する面の少なくとも一部を通過する圧縮空気の温度において軟化状態となるコーティング6(物質)が塗布されている。即ち、コーティング6は、ガスタービン1の運転温度(運転雰囲気)において軟化する物質によって構成されている。
At least a part of the surface forming the flow path of the
コーティング6は、流路における鉛直方向の下側部分に形成されている。換言すれば、コーティング6は、ガスタービン1の流路のうち、上方に空間が形成されている面に塗布されている。
具体的には、コーティング6は、燃焼器車室25の底部、中間軸カバー22の上部、冷却装置27を構成する熱交換器の底面、抽気ライン26や冷却空気ライン29などの配管に塗布されている。即ち、コーティング6は、ガスタービン1内の流路に導入された異物が付着しやすい部位、即ち、鉛直方向の下方や、圧縮空気Aの流速が遅くなる配管の屈曲部分に塗布されている。また、冷却システム5のような、低温により錆が発生しやすい部位に塗布されている。
The
Specifically, the
コーティング6は、塗布される箇所のガスタービン1の運転時の温度に応じて適宜選択される。
例えば、運転時における温度が450℃に達する燃焼器車室25の底部、中間軸カバー22の上部などに塗布するコーティング6Aとしては、硼酸ガラス(低融点ガラス)を選択することができる。硼酸ガラスは、共有結合性物質であり、ガラス転移温度(軟化点)が約450℃の物質である。
The
For example, borate glass (low-melting glass) can be selected as the
コーティング6をこのような共有結合性物質とすることによって、相変化がなだらかに起こる。即ち、固相から加熱することで液相とはならず、ガラス相(柔らかい固相)となるため、コーティングした形状を保ったまま軟化することが期待できる。
By making the
また、運転時における温度が100℃から200℃となる、冷却システム5周辺の部位、例えば、冷却装置27(熱交換器)の底面、慣性フィルター衝突面、抽気ライン26・冷却空気ライン29などの配管などに塗布するコーティング6Bとしては、軟化点が150℃程度の有機高分子化合物とすることが好ましい。有機高分子化合物としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、PET、6ナイロンなどの材料を採用することができる。
In addition, a part around the cooling system 5 where the temperature during operation is from 100 ° C. to 200 ° C., such as the bottom surface of the cooling device 27 (heat exchanger), the inertia filter collision surface, the
上記実施形態によれば、運転中のガスタービン1において、圧縮機2内で発生した錆などの異物がガスタービン1の流路内に混入した場合においても、異物を軟化状態となったコーティング6に吸着・保持することができる。即ち、流路を流れてきた異物がガスタービンの運転温度において軟化状態となるコーティング6に保持されることにより、異物が原因となる不具合を防止することができる。錆などの異物は、車室25や中間軸21上部など、空間があり流速の遅くなる部分に出ると、自重から一旦沈殿するため、この沈殿の際に、異物がコーティング6に吸着する。
According to the above embodiment, in the
また、フィルターなどのろ過装置と比較して、圧力損失を発生させることなく異物を捕集することができる。
また、設置場所の必要がないため、既設プラントに対して安価に導入することができる。
Moreover, compared with filtration apparatuses, such as a filter, a foreign material can be collected, without producing pressure loss.
Moreover, since there is no need for an installation place, it can be introduced into an existing plant at low cost.
また、コーティング6が大気温度において硬化状態であることによって、ガスタービン1の保守作業時において支障をきたすことなく作業を行うことができる。また、硬化状態であれば、コーティング6を剥しやすいため、保守作業の作業効率を向上させることができる。
Further, since the
また、コーティング6がガスタービン1の運転温度においてガラス転移により軟化状態となる共有結合性物質であることによって、コーティング6は固相から加熱することで液相とはならず、ガラス相(柔らかい固相)となるため、形状を保ったまま軟化させることができる。
Further, since the
また、コーティング6Aを軟化点が約450℃である低融点ガラスとすることによって、高温の圧縮空気Aに晒される部位において異物を吸着することができる。
また、コーティング6Bを軟化点の温度が冷却された圧縮空気Aと同等の有機高分子化合物とすることによって、冷却された圧縮空気Aに晒される部位において異物を吸着することができる。
Further, by making the
Further, by making the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、上記実施形態では、高温の圧縮空気に晒される部位に低融点ガラスのみを塗布する例を示したが、低融点ガラスの上に有機高分子化合物を重ねて塗布する構成としてもよい。このような構成とすることによって、幅広い温度範囲で軟化状態となるコーティングを提供することができる。
The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
For example, in the above-described embodiment, an example in which only the low-melting glass is applied to a portion exposed to high-temperature compressed air has been described. However, an organic polymer compound may be applied on the low-melting glass. By setting it as such a structure, the coating which becomes a softened state in a wide temperature range can be provided.
1 ガスタービン
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 冷却システム
6 コーティング(物質)
7 圧縮機ロータ
8 圧縮機ケーシング
9 圧縮機ロータ軸部
10 圧縮機動翼
11 圧縮機静翼
13 タービンロータ
14 タービンケーシング
15 タービンロータ軸部
16 タービン動翼
17 タービン静翼
19 冷却空気流路
20 発電機
21 中間軸
22 中間軸カバー
24 燃焼器ケーシング
25 燃焼器車室
26 抽気ライン
27 冷却装置
28 フィルター
29 冷却空気ライン
A 圧縮空気
G 燃焼ガス
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記流路を形成する面の少なくとも一部に、大気温度において硬化状態であり、前記ガスタービンの運転時における前記一部を通過する圧縮空気の温度において軟化状態となる物質が塗布されていることを特徴とするガスタービン。 A gas turbine in which compressed air of a predetermined temperature moves through an internal flow path during operation,
At least a part of the surface forming the flow path is coated with a substance that is hardened at the atmospheric temperature and softened at the temperature of the compressed air that passes through the part during operation of the gas turbine. A gas turbine characterized by.
前記冷却システムによって冷却される圧縮空気が流通する流路に塗布される前記物質は、有機高分子化合物であることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン。 The gas turbine has a cooling system for cooling at least a portion of the turbine;
The gas turbine according to claim 3, wherein the substance applied to the flow path through which the compressed air cooled by the cooling system flows is an organic polymer compound.
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2014
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