CN103557079B - 燃气轮机及其运转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃气轮机及其运转方法，燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，具有：升压机构，其与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的、独立于压缩机的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过涡轮冷却介质流路后的升压温度调整介质向喷出侧流路引导而使其合流，在燃气轮机额定运转时，使升压机构运转，并使升压温度调整介质流入涡轮冷却介质流路内而冷却。

Description

燃气轮机及其运转方法
本申请是申请号为200980130681.0、申请日为2009年9月24日、发明名称为“燃气轮机及其运转方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及燃气轮机及其运转方法，尤其涉及燃气轮机起动时的主动间隙控制(Active Clearance Control；ACC)系统及燃气轮机停止时的猫背(cat back)防止。
背景技术
通常的燃气轮机由压缩机、燃烧器和涡轮构成，通过压缩机将从空气取入口取入的空气压缩而成为高温·高压的压缩空气。该压缩空气向燃烧器供给，在燃烧器内，对压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，从而生成高温·高压的燃烧废气。该燃烧废气驱动与压缩机连接的涡轮，因此若在例如燃气轮机的输出轴侧连结发电机，则能够通过燃气轮机驱动发电机而使其发电。
在这样的燃气轮机中，通过主动间隙控制(以下，称为ACC)系统，将受到根据运转状态变化的温度、离心力的影响而变动的顶隙控制为最小，实现旋转部/静止部间的干涉防止及运转的高效化。
通常，在未控制顶隙的燃气轮机中，顶隙为最小的位置不是额定运转时而是起动时。因此，在ACC系统中，通过在起动燃气轮机前的阶段使对顶隙波及影响的静止系部件升温，将顶隙为最小的运转状态设定成额定运转时。即，如图12A至图12D所示，ACC系统是在起动燃气轮机前使涡轮静止部升温而预先扩大间隙，在额定运转时调整涡轮静止部的温度，从而在额定运转时实现最小的间隙而确保运转效率的方法。
此外，基于上述的ACC系统的燃气轮机的运转可以大致划分为下述的五个状态。
(1)即将即将起动之前
为了运行ACC系统，在涡轮静叶片侧的静止系部件中使温度调整介质(加热介质)流动而使该静止系部件升温，扩大伸长率而使叶片环等的静止部与作为旋转部的动叶片之间的间隙扩大。
(2)起动状态(增加负载的中途)
与即将即将起动之前同样地使静止系部件继续升温，以消除起动状态下没有间隙(静止部与旋转部不接触)。
(3)额定运转时
通过改变在静止系部件中流动的温度调整介质(加热介质)的状态(温度等)，使静止部与旋转部之间的间隙最小。
(4)停止状态(减小负载的中途)
与即将即将起动之前同样地使静止系部件继续升温，以消除停止时没有间隙(静止部与旋转部不接触)。
(5)停止时
为了防止猫背，将残留在燃气轮机内部的高温的气体向燃气轮机外部排出。此外，为了防止猫背，在静止系部件中使温度调整介质(加热介质)流动而消除残留在燃气轮机内部的气体的分布。
在上述的ACC系统中，燃气轮机的间隙控制方法分成下述的三类。
(1)使在涡轮叶片内部流动的冷却介质的状态变化而控制的方法
是通过变更冷却介质的冷却方法(例如从无冷却变更为空气冷却或蒸气冷却)等而使在涡轮内部流动的冷却介质的温度变化，使涡轮叶片自身的伸长量变化而调整间隙的控制方法，其需要改变冷却介质的冷却方法的机构。
(2)通过空气或蒸气对静止系部件进行温度调整而进行控制的方法
在通过阀等调整由排气锅炉产生的蒸气等后，使其在静止系部件中流动而控制间隙的方式，通常在使用空气的情况下，不进行回收而向气体排出侧放掉，因此循环效率降低。
此外，在使用蒸气的情况下，通过单循环无法运转，需要进行锅炉暖机因此起动时间长。另外，在使用蒸气的情况下，需要用于起动的辅助锅炉、来自排气锅炉的蒸气配管等附带设备。
(3)通过机械的机构使叶片或箱体动作而进行控制的方法
是通过设置致动器这样的机械的机构而使叶片或箱体移动而调整间隙的控制方法。
作为与上述的ACC系统相关的现有技术，存在抽取压缩空气，使其经过流量调整阀后将静止系部件的分割环冷却的技术。(例如，参照专利文献1)
此外，存在取出在蒸气涡轮中使用的蒸气的一部分，使其通过阀调整后冷却分割环并返回蒸气涡轮系统的技术。(例如，专利文献2参照)
如此，在通过ACC系统将燃气轮机停止时，发现存在猫背的间题。该猫背是在燃气轮机停止时因温度差引起燃气轮机弯曲的现象。即，由于在运转时燃气轮机内部为高温，因此停止后在燃气轮机内部也产生温度分层，在燃气轮机上部(高温)与燃气轮机下部(低温)之间形成温度差。其结果是，由于在燃气轮机的上部与下部之间产生伸长量的差，因此燃气轮机整体如猫背那样弯曲。
作为防止这样的猫背的现有技术，有如下技术：为了减小上下的温度差，在机室箱体的上部设置喷嘴，使冷却用的空气朝向机室内壁面的上部流动(例如，参照专利文献3)。
此外，有如下技术：在机室下部和机室上部设置开口部，利用泵而在机室内进行空气循环。(例如，参照专利文献4)
【专利文献1】：日本特开平6-317184号公报
【专利文献2】：日本特开2001-248406号公报
【专利文献3】：日本特开2005-171455号公报
【专利文献4】：日本特开2002-371806号公报
此外，在上述的燃气轮机中，从提高设备的运转效率等的观点出发，要求燃气轮机起动的高速化。因此，在燃气轮机起动时的ACC系统中，希望使静止系部件迅速地升温至期望的温度而伸长，使在静止部与旋转部之间形成的间隙扩展至最佳值而达成燃气轮机起动的高速化。此时，希望将附带设备的附加抑制在最小限度。
此外，在上述的燃气轮机中，要求提高额定运转时的涡轮静止系部件的冷却效率。此时，希望将附带设备的附加抑制在最小限度。
另外，驱动例如发电机的燃气轮机为了应对白天及夜间的电力需要变动而进行DSS(Daily Start and Stop)运转。即，在这样的DSS运转下，由于频繁进行燃气轮机的运转·停止，因此希望迅速地完成猫背防止所必要的运转操作。此外，在进行DSS运转的燃气轮机的情况下，希望起动需要的时间为短时间。另外，希望将猫背防止所必要的附带设备限制在最小限度。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种进行燃气轮机起动时的ACC系统的迅速的运转控制，能够达成燃气轮机起动的高速化的燃气轮机及其起动时运转方法。
本发明的另一目的在于提供一种能够在燃气轮机额定运转时的ACC系统中达成涡轮静止系部件的冷却效率提高的燃气轮机及其额定时运转方法。
本发明的又一目的在于提供一种能够在燃气轮机停止时迅速地实施猫背防止所需要的运转操作的燃气轮机及其停止时运转方法。
本发明为了解决上述问题，采用下述的机构。
本发明的第一方案所涉及的燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，具有：升压机构，其与从所述压缩机的喷出侧分支的分支流路连接，且能够进行将加热介质导入而使其升压的、独立于所述压缩机的运转；加热介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压加热介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；加热介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压加热介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，作为燃气轮机起动时及即将该起动之前准备，使所述升压机构运转，并使所述升压加热介质在所述涡轮冷却介质流路内流动而升温。
根据这样的燃气轮机装置，由于具有：升压机构，其与从压缩机的喷出侧分支的分支流路连接，且能够进行将加热介质导入而使其升压的从所述压缩机独立的运转；加热介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压加热介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；加热介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压加热介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，作为燃气轮机起动时及即将该起动之前准备，使所述升压机构运转，并使所述升压加热介质在所述涡轮冷却介质流路内流动而升温，因此，通过升压机构升压而温度上升的升压加热介质在通过涡轮冷却介质流路时，对涡轮的静止系部件加热而使其升温。此时，升压机构能够进行与燃气轮机主体独立的运转，因此作为燃气轮机起动时的即将起动之前准备，能够进行迅速的间隙控制。
在上述方案的基础上，优选：设有旁通流路，该旁通流路从所述加热介质供给流路的中途分支而向所述喷出侧流路连接且具有流路开闭机构，由此，若使通过升压机构升压而温度上升的升压加热介质的一部分在流路开闭机构进行了打开操作的旁通流路中流动，能够对温度上升了的升压加热介质的一部分进行再度升压及再加热。由此，通过涡轮冷却加热介质通路的升压后的升压加热介质的温度进一步提高。
在上述方案的基础上，优选：在所述分支流路或所述加热介质供给流路上设有与所述加热介质或所述升压加热介质进行热交换而使其升温的加热机构，由此，对通过涡轮冷却加热介质通路的升压加热介质进行加热，能够将升压加热介质的温度进一步提高。
在上述方案的基础上，优选：设置有：从所述加热介质供给流路分支而与所述压缩机内的压缩机冷却介质流路连接的加热介质分支供给流路；将通过所述压缩机冷却介质流路后的所述升压加热介质向所述喷出侧流路引导而使其合流的加热介质分支返回流路，由此，能够使压缩机侧也与燃气轮机的静止系部件一起升温，因此能够进行涡轮及压缩机的间隙控制。
在上述方案的基础上，优选：在所述升压机构的吸入侧设有所述加热介质的选择切换机构，由此，能够根据需要从燃气轮机的外部导入温度高的加热介质而使其升压及升温。
在上述方案的基础上，优选：由所述升压机构升压后的升压加热介质与所述涡轮冷却介质流路串联或并联连接，并在所述燃烧器内进行冷却后，被向所述喷出侧流路引导而合流，由此，能够在进行燃气轮机的间隙控制的基础上进行燃烧器的冷却。
本发明的第二方案涉及一种燃气轮机的起动时运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，作为燃气轮机起动时及即将该起动之前准备，具有：与从所述压缩机的喷出侧分支的分支流路连接且能够进行独立于所述压缩机的运转的升压机构将加热介质导入而使其升压的过程；由所述升压机构升压后的升压加热介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路供给，并利用通过该涡轮冷却介质流路内的所述升压加热介质使所述静止系部件升温的过程；将所述升压加热介质从所述涡轮冷媒流路向所述喷出侧流路引导而使其合流的过程。
根据这样的燃气轮机的起动时运转方法，由于作为燃气轮机起动时及即将该起动之前准备，具有：与从所述压缩机的喷出侧分支的分支流路连接且能够进行从所述压缩机独立的运转的升压机构将加热介质导入而使其升压的过程；由所述升压机构升压后的升压加热介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路供给，并利用通过该涡轮冷却介质流路内的所述升压加热介质使所述静止系部件升温的过程；将所述升压加热介质从所述涡轮冷媒流路向所述喷出侧流路引导而使其合流的过程，因此，通过升压机构升压而温度上升的升压加热介质在通过涡轮冷却介质流路时对涡轮的静止系部件进行加热而使其升温。此时，由于升压机构能够进行从燃气轮机主体独立的运转，因此作为燃气轮机起动时的即将起动之前准备能够进行迅速的间隙控制。
本发明的第三方案所涉及的燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，具有：升压机构，其与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的、独立于所述压缩机的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压温度调整介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，在燃气轮机额定运转时，使所述升压机构运转，并使所述升压温度调整介质在所述涡轮冷却介质流路内流动而冷却。
根据这样的燃气轮机，由于具有：升压机构，其与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的从压缩机独立的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过涡轮冷却介质流路后的升压温度调整介质向喷出侧流路引导而使其合流，在燃气轮机额定运转时，使升压机构运转，并使升压温度调整介质在涡轮冷却介质流路内流动而冷却，因此能够利用涡轮的静止系部件与升压冷却介质的温度差高效地进行冷却。
在上述方案的基础上，优选：由所述升压机构升压后的所述升压温度调整介质与所述涡轮冷却介质流路串联或并联连接，并在所述燃烧器内进行冷却后，被向所述喷出侧流路引导而合流，由此，能够在进行燃气轮机的间隙控制的基础上进行燃烧器的冷却。
在上述方案的基础上，优选：具有能够调整所述升压温度调整介质的温度的温度控制机构，由此能够增加相对温度差而进一步提高冷却效率。
此时，优选所述温度控制机构是向所述温度调整介质供给流路添加冷却剂的冷却剂供给流路，由此，能够通过添加冷却剂而使通过升压机构升压而温度上升的升压温度调整介质的温度降低。此时的冷却剂为液体或气体均可。
进而，优选：所述温度控制机构是热交换器，其设置在所述分支流路或所述温度调整介质供给流路上，使所述温度调整介质或所述升压温度调整介质的温度降低，由此，能够通过热交换器使通过升压机构升压前的温度调整介质温度或升压后的升压温度调整介质温度降低。
在上述方案的基础上，优选：设置有：从所述加热介质供给流路分支而与所述压缩机内的压缩机冷却介质流路连接的加热介质分支供给流路；将通过所述压缩机冷却介质流路后的所述升压加热介质向所述喷出侧流路引导而使其合流的加热介质分支返回流路，由此，能够使压缩机侧也与燃气轮机的静止系部件一起升温，因此能够进行涡轮及压缩机的间隙控制。
本发明的第四方案涉及一种燃气轮机的额定时运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，在燃气轮机的额定运转时，具有：与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路供给，并利用通过该涡轮冷却介质流路内的升压温度调整介质冷却静止系部件的过程；将升压温度调整介质从涡轮冷却介质流路向喷出侧流路引导而使其合流的过程。
根据该燃气轮机的额定时运转方法，由于在燃气轮机的额定运转时，具有：与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路供给，并利用通过该涡轮冷却介质流路内的升压温度调整介质冷却静止系部件的过程；将升压温度调整介质从涡轮冷却介质流路向喷出侧流路引导而使其合流的过程，因此，能够利用涡轮的静止系部件与升压温度调整介质的温度差高效地进行冷却。
本发明的第五方案所涉及的燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，具有：升压机构，其与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的从所述压缩机独立的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压温度调整介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，所述燃气轮机设有换气冷却系统，其在燃气轮机停止时，使所述升压机构运转，并将残留在所述涡轮内的高温废气排出。
根据这样的燃气轮机，由于具有：升压机构，其与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的从压缩机独立的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过涡轮冷却介质流路后的升压温度调整介质向喷出侧流路引导而使其合流，所述燃气轮机设有换气冷却系统，其在燃气轮机停止时使升压机构运转，并将残留在涡轮内的高温废气排出，因此，在燃气轮机停止时，残留在涡轮内的高温废气强制地向大气放出而迅速地进行换气冷却。
在上述方案的基础上，优选：所述换气冷却系统具有：从所述温度调整介质供给流路分支且设有流路开闭机构的排气流路；设置在比该排气流路的分支位置靠下游侧的所述温度调整介质供给流路中的流路开闭机构。
此外，在上述方案的基础上，优选：所述换气冷却系统具有从所述分支流路分支且设置有流路开闭机构的排气流路排气流路。
本发明的第六方案所涉及的燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，具有：升压机构，其与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调节介质导入而使其升压的从所述压缩机独立的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压温度调整介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，在燃气轮机停止时，使所述升压机构运转，并使所述升压温度调整介质在所述涡轮冷却介质流路内流动。
根据这样的燃气轮机，由于具有：升压机构，其与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调节介质导入而使其升压的从压缩机独立的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过涡轮冷却介质流路后的升压温度调整介质向喷出侧流路引导而使其合流，在燃气轮机停止时，使升压机构运转，并使升压温度调整介质在涡轮冷却介质流路内流动，因此，在燃气轮机停止时，升压温度调整介质在涡轮冷却介质流路内循环流动，能够使燃气轮机内部的温度分布大致均匀化。
本发明的第七方案涉及一种燃气轮机的停止时运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，在燃气轮机的停止时，包括：与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从所述压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由所述升压机构升压后的升压温度调整介质经过温度调整介质供给流路、涡轮冷却介质流路及温度调整介质返回流路而向所述喷出侧流路返回的过程；所述升压温度调整介质从所述喷出侧流路通过所述燃烧器及所述涡轮而向大气排气的过程。
根据这样的燃气轮机的停止时运转方法，由于在燃气轮机的停止时，具有：与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由升压机构升压后的升压温度调整介质经过温度调整介质供给流路、涡轮冷却介质流路及温度调整介质返回流路而向喷出侧流路返回的过程；升压温度调整介质从喷出侧流路通过燃烧器及涡轮而向大气排气的过程，因此，在燃气轮机停止时，能够将残留在涡轮内的高温废气强制地向大气放出，能够迅速地进行换气冷却。
本发明的第八方案涉及一种燃气轮机的停止时运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，在燃气轮机的停止时，具有：与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从所述压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由所述升压机构升压后的升压温度调整介质经过温度调整介质供给流路、涡轮冷却介质流路及温度调整介质返回流路而向所述喷出侧流路返回的过程；所述升压温度调整介质从所述喷出侧流路通过所述分支流路而向所述升压机构吸入的过程。
根据这样的燃气轮机的停止时运转方法，由于在燃气轮机的停止时，具有：与从压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行从压缩机独立的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；由升压机构升压后的升压温度调整介质经过温度调整介质供给流路、涡轮冷却介质流路及温度调整介质返回流路而向喷出侧流路返回的过程；升压温度调整介质从喷出侧流路通过分支流路而向升压机构吸入的过程，因此，在燃气轮机停止时，能够使升压温度调整介质在涡轮冷却介质流路内循环流动，能够使燃气轮机内部的温度分布大致均匀化。
本发明的第九方案涉及一种燃气轮机的停止时运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，其中，在燃气轮机的停止时，在燃气轮机停止期间长时选择第十九方面所述的停止时运转方法，在燃气轮机停止期间短时选择第二十方面所述的停止时运转方法。
根据这样的燃气轮机的停止时运转方法，由于在燃气轮机的停止时，在燃气轮机停止期间长时选择第十九方面所述的停止时运转方法，在燃气轮机停止期间短时选择第二十方面所述的停止时运转方法，因此能够在例如DSS运转那样的燃气轮机停止期间短的情况下，通过选择第二十方面所述的停止时运转方法而使涡轮内部以比较高的温度维持为大致均匀，能够缩短起动时的暖机运转时间。
发明效果
根据上述的本发明，作为燃气轮机起动时及即将该起动之前准备进行ACC系统的迅速的运转控制，能够达成燃气轮机起动的高速化。即，在燃气轮机起动时及即将该起动之前准备中，能够进行使静止系部件迅速地升温至期望的温度从而伸长，使形成在静止部与旋转部之间的间隙变宽至最佳值的ACC控制，因此，能够以短时间完成燃气轮机的起动准备，从而能够实现燃气轮机起动的高速化，燃气轮机的设备运转效率提高。
此时，若有效利用升压机构等使其与用于封闭冷却的增压用的升压机构通用，则能够将附带设备的附加抑制在最小限度，即，能够在不附加新的设备的情况下实施ACC控制从而实现燃气轮机起动的高速化。
根据本发明，在燃气轮机的额定运转时运行的ACC系统中，由于通过升压温度调整介质冷却涡轮静止系部件的冷却效率提高，因此能够将升压温度调整介质的使用量抑制在最小限度，可靠地进行将静止部与旋转部之间的间隙位置为最小的ACC控制。
此时，若有效利用升压机构等使其与用于封闭冷却的增压用的升压机构通用，则能够将附带设备的附加抑制在最小限度，即，能够在不附加新的设备的情况下实施ACC控制从而使稳定的燃气轮机的额定运转继续。
根据本发明，在燃气轮机停止时，由于将涡轮内部的高温废气向大气放出，或使涡轮内部的温度分布保持为大致均匀，由此能够可靠且迅速地实施猫背防止所必要的运转操作。
尤其是，若使升压温度调整介质在涡轮冷却介质流路内循环流动，使涡轮内部的温度分布保持为大致均匀，则在如DSS运转这样的频繁进行燃气轮机的运转·停止的情况下，也能够在迅速完成猫背防止所必要运转操作的同时，缩短起动时的暖机运转时间。
此外，对于猫背防止所必要的附带设备，若有效利用升压机构等使其与用于封闭冷却的增压用的升压机构通用，则将附带设备的附加抑制在最小限度，即，能够在不附加新的设备的情况下实施能够防止猫背的ACC系统的控制，进行稳定的燃气轮机的运转停止。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式及本发明的第十实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图2是表示燃气轮机的结构例的示意结构图。
图3是设置在涡轮的静止系部件上的涡轮冷却介质流路的说明图。
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图5是表示本发明的第三实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图6是表示图5所示的第三实施方式所涉及的变形例的示意图。
图7是表示本发明的第四实施方式及本发明的第九实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图8是表示设置在压缩机的静止系部件上的压缩机冷却介质流路的说明图。
图9是表示本发明的第五实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图10是表示本发明的第六实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图11是表示图10所示的第六实施方式所涉及的变形例的示意图。
图12A是ACC系统的说明图，表示时间与转速/负载的关系。
图12B是ACC系统的说明图，表示时间与温度的关系。
图12C是ACC系统的说明图，表示时间与伸长率的关系。
图12D是ACC系统的说明图，是时间与间隙的关系。
图13是表示本发明的第七实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图14是表示图13所示的第七实施方式所涉及的变形例的示意图。
图15是表示本发明的第八实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
图16是表示图15所示的第八实施方式所涉及的第一变形例的示意图。
图17是表示图15所示的第八实施方式所涉及的第二变形例的示意图。
图18是表示图1所示的第十实施方式所涉及的第一变形例的示意图。
图19是表示图1所示的第十实施方式所涉及的第二变形例的示意图。
图20是表示本发明的第十一实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明所涉及的燃气轮机及其运转方法的实施方式。
<第一实施方式>
图1是表示第一实施方式所涉及的燃气轮机的示意图，图2是表示燃气轮机的大致结构的剖视图，图3是表示燃气轮机的涡轮部的示意结构图。需要说明的是，在附图的实施方式中，对驱动发电机发电的燃气轮机进行说明，但不局限于此。
图示的燃气轮机10由压缩机11、燃烧器12、涡轮13构成，在该涡轮13上连结有发电机14。该压缩机11具有取入空气的空气取入口15，在压缩机机室16内交替设置有多个静叶片17和动叶片18，在其外侧设置有抽气集管19。
燃烧器12对由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，通过利用喷烧器(burner)点火而能够燃烧。
在涡轮13的涡轮机室20内交替配置有多个静叶片21和动叶片22。
在涡轮13的涡轮机室20上连续设置有排气室23，该排气室23具有与涡轮13连续的排气扩散器24。此外，转子(涡轮轴)25以贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮13、排气室23的中心部的方式设置，压缩机11侧的端部通过轴承部26支承为旋转自如，另一方面，排气室23侧的端部通过轴承部27支承为旋转自如。并且，在该转子25上固定有多个盘形板，连结有各动叶片18、22且在排气室23侧的端部连结有发电机14的驱动轴。
由此，从压缩机11的空气取入口15取入的空气通过多个静叶片17和动叶片18而压缩，从而成为高温·高压的压缩空气，在燃烧器12中，对该压缩空气供给的规定量的燃料燃烧。并且，在该燃烧器12中生成的高温·高压的燃烧废气通过构成涡轮13的多个静叶片21和动叶片22，从而驱动转子25旋转，对与该转子25连结的发电机14赋予旋转动力由此进行发电，另一方面，废气在排气室23的排气扩散器24中转换成静压，然后向大气放出。
如此，燃气轮机10构成为，在燃烧器12中对通过与涡轮13同轴的压缩机11压缩的压缩空气供给燃料而使燃料燃烧，将产生的燃烧废气向涡轮13供给而得到旋转驱动力，例如如图1所示，在该燃气轮机10上设置有经由停止状态的压缩机11或从机室抽取由压缩机11压缩后的压缩空气的一部分而使其升压的升压装置40。
在图1中，对于通过压缩机11压缩的压缩空气，在燃气轮机10的负载增加直到额定运转为止的起动状态、额定运转时及负载减小直到停止为止的停止状态下，由压缩机11压缩的压缩空气通过压缩空气供给流路28向燃烧器12供给，在燃烧器12中产生的燃烧废气，通过箱体内的排出流路29向涡轮13供给。需要说明的是，图中的符号30为燃料供给流路。
该升压装置40是用于使作为后述的加热介质使用的空气升压的升压机构，例如使用压缩机或增压器(b1ower)等。此外，该升压装置40具有专用的电动机41，能够进行将空气导入而升压的从压缩机11独立的运转。此外，关于该升压装置40，优选与例如在额定运转时等将燃烧器冷却用的空气压缩而供给的装置(用于封闭冷却的增压用升压装置)通用。
升压装置40的吸入侧与从形成于机室内的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接，喷出侧与温度调整介质供给流路43连接。该温度调整介质供给流路43是将压缩空气(升压加热介质)向设置在涡轮13的静止系部件内的涡轮冷却介质流路50引导的流路。
例如如图3所示，涡轮冷却介质流路50是连通涡轮机室20、静叶片21、叶片环31的流路，尤其是通过在位于与动叶片22的前端部对置的位置且对顶隙波及影响的静止侧部件的叶片环31中使压缩空气等温度调整介质流动，能够用于基于冷却或加热的温度调整。叶片环31是以包围动叶片22的外周侧的方式安装在涡轮机室20上的构件。
即，这种情况下的涡轮冷却介质流路50在额定运转时等的燃气轮机运转时，通过不使升压加热介质的压缩空气流动而使适当的温度调整介质流动，从而形成在冷却静叶片21的基础上冷却叶片环31的结构，通过在该涡轮冷却介质流路50中使压缩空气流动，能够成为利用于ACC系统的加热的部分。需要说明的是，图中的符号31a是遍及叶片环31的整周设置的叶片环内流路。
通过涡轮冷却介质流路50后的压缩空气通过温度调整介质返回流路44而向压缩空气供给流路28合流，然后，通过该压缩空气供给流路28而向燃烧器12流入。
由此，升压装置40通过作为燃气轮机起动时(起动状态)及即将该起动之前准备而运转，能够使压缩空气在涡轮冷却介质流路50内流动，进行ACC系统中的静止系部件的升温。
即，在作为燃气轮机10的即将起动之前准备而运转升压装置40时，作为加热介质的空气从压缩机11的空气取入口15吸入，通过压缩机11的内部、压缩空气吸入流路28及分支流路42而吸入升压装置40。该空气因在升压装置40中升压而成为温度上升了的升压加热介质的压缩空气，向温度调整介质供给流路43喷出。
向温度调整介质供给流路43喷出的压缩空气在通过涡轮13内的涡轮冷却介质流路50而流动时，对叶片环31等的静止系部件(静止部)进行加热而使其升温。尤其是，由于通过对顶隙波及大的影响的叶片环31的叶片环内流路31a而流动，使得叶片环31的温度上升而膨胀，因此成为在与几乎不受加热的影响的温度不变化的动叶片22之间形成的顶隙变宽的状态。
如此，对静止系部件进行加热后压缩空气通过温度调整介质返回流路44向压缩空气供给流路28返回，然后，通过燃烧器12及涡轮13的燃烧废气流路而向大气放出。
此外，升压装置40通过在燃气轮机起动时(起动状态)进行运转而与上述的即将即将起动之前准备时同样地，使压缩空气在涡轮冷却介质流路50内流动而使静止系部件升温。此时的升压装置40通过压缩机11的运转开始而从空气取入口15吸入加热介质的空气，将在压缩机11的内部压缩的压缩空气主流的一部分导入而使其升压。该状态下的压缩空气主流与额定运转时等相比为低压，基本通过压缩空气吸入流路28而向燃烧器12供给。
但是，升压装置40的运转使压缩空气主流的一部分通过分支流路42而吸入升压装置40。于是，吸入升压装置40的压缩空气受到升压装置40的升压而温度上升，成为升压加热介质的压缩空气而向温度调整介质供给流路43喷出。
于是，向温度调整介质供给流路43喷出的压缩空气经过以下的与上述即将起动之前准备时同样的路径而流动，对叶片环31等的静止系部件(静止部)进行加热而使其升温，然后通过温度调整介质返回流路44向压缩空气供给流路28返回。即，对于从压缩空气主流分支的一部分的压缩空气，在用于静止系部件加热的用途后返回压缩空气供给流路28而合流，因此最终向燃烧器12供给的空气量不会减小。
如此，在上述的ACC系统的顶隙控制中，由压缩机11压缩的空气的主流不向气体排出侧流动而被回收，使全部空气量向燃烧器12供给，因此，不仅循环效率降低较少，而且能够确保较多的燃烧用的空气，因而能够实现低NOx。此外，供给用于静止系部件的加热的压缩空气的升压装置40能够通过专用的电动机41驱动而单独运转，因此不仅能够将燃气轮机10以独立体的方式独立起动，而且起动花费的时间也缩短。即，在燃气轮机10的起动时，通过使升压装置40与燃气轮机主体独立运转，使升压后的压缩空气在叶片环31中流动，从而能够使叶片环31升温而进行间隙控制。
<第二实施方式>
接下来，根据图4说明第二实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中，设置有从温度调整介质供给流路43的中途分支，且与压缩机11的喷出侧流路即压缩空气供给流路28连接的旁通流路45。此外，在旁通流路45的适当部位具有流路开闭机构即开闭阀46。
在如此构成的燃气轮机10中，在ACC系统的间隙控制时，通过对开闭阀46进行打开操作，能够使通过升压装置40升压而温度上升了的压缩空气的一部分在旁通流路45中流动。其结果是，分流到旁通流路45中的压缩空气被升压装置40吸入而再度升压。
由此，通过升压装置40升压而向涡轮冷却介质流路50供给的压缩空气的一部分被再度升压而被再加热因而温度进一步升高，能够相应地缩短燃气轮机10的起动所必要的时间。
<第三实施方式>
接下来，根据图5说明第三实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中，在分支流路42中设置有与作为加热介质的压缩空气进行热交换而使其升温的热交换器(加热机构)60。该热交换器60是使在分支流路42中流动的升压前的空气与在温度调整介质流路61中流动的加热介质之间进行热交换的装置，是将从例如排气锅炉导入的高温的蒸气等作为加热介质来加热压缩空气的装置。
由此，具备上述的热交换器60的燃气轮机10能够进一步提高通过涡轮冷却加热介质通路50的压缩空气的温度，因此能够相应地缩短燃气轮机10的起动所必要的时间。
此外，在图6所示的变形例中，热交换器62设置于温度调整介质供给流路43中，通过在温度调整介质流路63中流动的高温的加热用介质对由升压装置40升压后的压缩空气进行加热。这样，也能够进一步提高通过涡轮冷却加热介质通路50的压缩空气的温度，因此能够相应地缩短燃气轮机10的起动所必要的时间。
<第四实施方式>
接下来，根据图7及图8说明第四实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中设置有：从温度调整介质供给流路43分支而与压缩机11内的压缩机冷却介质流路51连接的加热介质分支供给流路47；将通过压缩机冷却介质流路51后的压缩空气向压缩空气供给流路28引导而使其合流的加热介质分支返回流路48。
图8是表示设置在压缩机机室16内的压缩机冷却介质流路51的大致结构的图。该压缩机冷却介质通路51是在通常的运转时使冷却介质流动而冷却压缩机11的静止系部件的流路，控制在压缩机11的动叶片18与静止部侧即压缩机机室16之间形成的顶隙。
在该实施方式中，在燃气轮机起动时利用上述的压缩机冷却介质流路51，能够进行压缩机11侧的间隙控制。由此，能够使压缩机11侧的静止部也与燃气轮机10的静止系部件一起升温，因此能够进行涡轮13及压缩机11的间隙控制。
<第五实施方式>
接下来，根据图9说明第五实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中，在升压装置40的吸入侧设置有加热介质的选择切换机构。在图示的例子中具备：使升压装置40直接从大气吸入空气的大气吸入流路70；接受温度高的加热介质的供给的加热介质接受流路71，通过对作为向两流路选择切换的选择切换机构的开闭阀72、73进行开闭操作，能够选择任一方流路。需要说明的是，作为温度高的加热介质，从例如排热锅炉等导入温度高的空气或蒸气等使用即可。
这样构成的燃气轮机10在即将起动之前准备阶段等根据需要从燃气轮机10的外部导入温度高的加热介质，由升压装置40升压从而使其进一步升温。因此，能够使用温度高的升压加热介质迅速地使涡轮13的静止系部件升温，能够缩短燃气轮机10的起动所必要的时间。需要说明的是，此时，对涡轮13的静止系部件进行加热的升压加热介质作为废气从涡轮13及压缩机11的空气取入口15排出。
<第六实施方式>
根据图10及图11说明第六实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中具有由升压装置40升压后的压缩空气与涡轮冷却介质流路50串联或并联连接的燃烧器冷却流路80。即，对涡轮13的静止系部件进行加热后的压缩空气通过串联或并联连接的燃烧器冷却流路80，由此在冷却燃烧器12内的必要部位后，向压缩空气供给流路28引导而合流。
在图10所示的结构例中，燃烧器冷却流路80设置在从温度调整介质供给流路43分支的温度调整介质分支流路81中，由此，燃烧器冷却流路80与涡轮冷却介质流路50并联连接。
此外，在作为图10的变形例的图11所示的结构例中，燃烧器冷却流路80与涡轮冷却介质流路50串联设置。
若采用这样的结构，通过使用1台升压装置40，能够在进行燃气轮机13的间隙控制的基础上进行燃烧器12的冷却。由此，在具有下述的升压机构的燃气轮机10中，该升压机构能够与上述的ACC系统用的升压装置40通用，其中，所述升压机构例如为了冷却燃烧器12而抽取由压缩机11压缩的压缩空气的一部分，将该压缩空气升压所得的冷却介质向燃烧器12供给。即，作为上述的ACC系统用升压机构无需设置新的升压装置40。
如此，在上述的各实施方式的燃气轮机10中，在即将起动之前准备及起动时，采用以下说明的起动时运转方法。
即，作为燃气轮机起动时及该即将起动之前准备，具有：与从压缩机11的喷出侧分支的分支流路42连接且能够进行从压缩机独立的运转的升压装置40导入作为加热介质的空气而使其升压的过程；由升压装置40升压后的压缩空气向设置在涡轮13的静止系部件内的涡轮冷却介质流路50供给，利用在涡轮冷却介质流路50内通过的压缩空气使静止系部件升温的过程；将压缩空气从涡轮冷却介质流路50向压缩空气供给流路28引导而使其合流的过程。
由此，通过升压装置40升压而温度上升后的压缩空气能够在通过涡轮冷却介质流路50时对涡轮13的静止系部件加热而使其升温。此时，升压装置40能够进行与燃气轮机主体独立的运转，因此作为燃气轮机起动时的即将起动之前准备，即使燃气轮机主体未被起动也能够进行迅速的间隙控制。
即，根据上述的本发明，作为燃气轮机起动时及该即将起动之前准备而进行ACC系统的迅速的运转控制，能够达成燃气轮机起动的高速化。换言之，在燃气轮机起动时及该即将起动之前准备中，由于能够进行ACC控制，即，使静止系部件迅速地升温至期望的温度而伸长，使形成在静止部与旋转部之间的间隙变宽至最佳值，因此能够缩短燃气轮机10的起动准备所需要的时间而实现燃气轮机起动的高速化。因此，本来的运转燃气轮机10而驱动发电机14的运转时间变长，燃气轮机10的设备运转效率提高。
此外，若有效利用升压装置10等使其与用于封闭冷却的增压用升压装置通用，则能够将附带设备的附加抑制在最小限度，即，无需附加新的设备而实施ACC控制，实现燃气轮机起动的高速化。
<第七实施方式>
图13是表示第七实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。由于表示本实施方式所涉及的燃气轮机的示意结构图的剖视图及表示涡轮部的示意结构图与第一实施方式同样，因此在本实施方式的说明中，分别参照图2及图3，对与第一实施方式共通的构件使用同一符号进行说明。另外，在图示的实施方式中，对驱动发电机发电的燃气轮机进行说明，但不局限于此。
图示的燃气轮机10由压缩机11、燃烧器12、涡轮13构成，在该涡轮13上连结有发电机14。该压缩机11具有取入空气的空气取入口15，在压缩机机室16内交替设置有多个静叶片17和动叶片18，在其外侧设置有抽气集管19。
燃烧器12对由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，通过利用喷烧器点火而能够燃烧。
在涡轮13的涡轮机室20内交替配置有多个静叶片21和动叶片22。
在涡轮13的涡轮机室20上连续设置有排气室23，该排气室23具有与涡轮13连续的排气扩散器24。此外，转子(涡轮轴)25以贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮13、排气室23的中心部的方式设置，压缩机11侧的端部通过轴承部26支承为旋转自如，另一方面，排气室23侧的端部通过轴承部27支承为旋转自如。并且，在该转子25上固定有多个盘形板，连结有各动叶片18、22且在排气室23侧的端部连结有发电机14的驱动轴。
由此，从压缩机11的空气取入口15取入的空气通过多个静叶片17和动叶片18而压缩，从而成为高温·高压的压缩空气，在燃烧器12中，对该压缩空气供给的规定量的燃料燃烧。并且，在该燃烧器12中生成的高温·高压的燃烧废气通过构成涡轮13的多个静叶片21和动叶片22，从而驱动转子25旋转，对与该转子25连结的发电机14赋予旋转动力由此进行发电，另一方面，废气在排气室23的排气扩散器24中转换成静压，然后向大气放出。
如此，燃气轮机10构成为，在燃烧器12中对通过由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料而使燃料燃烧，将产生的燃烧废气向涡轮13供给而得到旋转驱动力，例如如图1所示，在该燃气轮机10上设置有经由停止状态的压缩机11或从机室抽取由压缩机11压缩后的压缩空气的一部分而使其升压的升压装置40。
在图13中，在燃气轮机10的负载增加直到额定运转为止的起动状态、额定运转时及负载减小直到停止为止的停止状态下，由压缩机11压缩的压缩空气通过压缩空气供给流路28向燃烧器12供给，在燃烧器12中产生的燃烧废气，通过箱体内的排出流路29向涡轮13供给。需要说明的是，图中的符号30为燃料供给流路。
该升压装置40是用于使作为后述的温度调整介质(加热介质或冷却介质)使用的空气升压的升压机构，例如使用压缩机或增压器等。此外，该升压装置40具有专用的电动机41，能够进行将空气导入而升压的与压缩机11独立的运转。此外，关于该升压装置40，优选与例如在额定运转时等将燃烧器冷却用的空气压缩而供给的装置(用于封闭冷却的增压用升压装置)通用。
升压装置40的吸入侧与从形成于机室内的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接，喷出侧与温度调整介质供给流路43连接。该温度调整介质供给流路43是将压缩空气(升压加热介质)向设置在涡轮13的静止系部件内的涡轮冷却介质流路50引导的流路。
例如如图3所示，涡轮冷却介质流路50是连通涡轮机室20、静叶片21、叶片环31的流路，尤其是通过在位于与动叶片22的前端部对置的位置且对顶隙波及影响的静止侧部件的叶片环31中使压缩空气流动，能够用于基于冷却或加热的温度调整。叶片环31是以包围动叶片22的外周侧的方式安装在涡轮机室20上的构件。
即，该涡轮冷却介质流路50在燃气轮机10的额定运转时等，通过使相对温度低的压缩空气流动，从而形成在冷却静叶片21的基础上冷却叶片环31的结构。此外，该涡轮冷却介质流路50在燃气轮机10的即将起动之前准备、起动状态及停止状态下，使相对温度高的压缩空气流动，从而形成对静叶片21及叶片环31进行加热而使它们升温的结构。由此，该涡轮冷却介质流路50能够在ACC系统中用于静止系部件的冷却及加热。需要说明的是，图中的符号31a是遍及叶片环31的整周设置的叶片环内流路。
通过涡轮冷却介质流路50后的压缩空气通过温度调整介质返回流路44而向压缩空气供给流路28合流，然后，通过该压缩空气供给流路28而向燃烧器12流入。
由此，升压装置40通过在燃气轮机额定运转时运转，能够使压缩空气在涡轮冷却介质流路50内流动，进行ACC系统中的静止系部件的冷却。
即，若燃气轮机10的额定运转时运转升压装置40，则作为温度调整介质的空气从压缩机11的空气取入口15吸入，通过压缩机11的内部、压缩空气吸入流路28及分支流路42而吸入升压装置40。该空气因在升压装置40中升压而成为压缩空气(升压温度调整介质)，向温度调整介质供给流路43喷出。
向温度调整介质供给流路43喷出的压缩空气在通过涡轮13内的涡轮冷却介质流路50而流动时，对叶片环31等的静止系部件(静止部)进行冷却。
尤其是，由于通过对顶隙波及大的影响的叶片环31的叶片环内流路31a而流动，将受到燃烧废气的热影响而温度上升的叶片环31冷却，由此调整在动叶片22之间形成顶隙使其成为最小。
如此，对静止系部件进行冷却后压缩空气通过温度调整介质返回流路44向上述的与涡轮冷却介质流路50串联连接的燃烧器冷却流路80引导。
在燃烧器冷却流路80中流动的压缩空气冷却燃烧器12内的必要部位后，再度通过温度调整介质返回流路44，向压缩空气供给流路28引导而合流。该压缩空气通过返回空气供给流路28而作为燃烧器12的燃烧用空气使用。因此，由压缩机11压缩的压缩空气的全部量向燃烧器12供给。即，对于从压缩空气主流分支的一部分压缩空气，在用于静止系部件冷却及燃烧器冷却的用途后，返回压缩空气供给流路28而合流，因此最终向燃烧器12供给的空气量不会减少。
若采用这样的结构，通过使用1台升压装置40，能够在进行燃气轮机13的冷却及间隙控制的基础上进行燃烧器12的冷却。由此，在具有下述的升压机构的燃气轮机10中，该升压机构能够与上述的ACC系统用的升压装置40通用，其中，所述升压机构例如为了冷却燃烧器12而抽取由压缩机11压缩的压缩空气的一部分，将该压缩空气升压所得的冷却介质向燃烧器12供给。即，作为上述的ACC系统用升压机构无需设置新的升压装置40。另外，对于压缩空气的温度及冷却能力可以通过升压装置40的运转控制来调整压缩空气的压力、流量而进行调整。
此外，在图14所示的变形例中，燃烧器冷却流路80与涡轮冷却介质流路50并联设置。即，燃烧器冷却流路80设置在从温度调整介质流路43分支的温度调整介质分支流路81中，冷却燃烧器12后的压缩空气向温度调整介质返回流路44合流。
如此，本实施方式的燃气轮机10具备与涡轮冷却介质流路50串联或并联连接的燃烧器冷却流路80，冷却涡轮13的静止系部件的压缩空气在冷却后或冷却前分流而通过燃烧器冷却流路80，因此，在冷却燃烧器12内的必要部位后向压缩空气供给流路28合流。
此外，在图13及图14所示的实施方式及变形例中，升压装置40及其流路与燃烧器12的冷却通用，但也可以如后述实施方式那样，使升压装置40及其流路为涡轮13的ACC系统专用。
在上述ACC系统的顶隙控制中，由压缩机11压缩的空气的主流不向气体排出侧流动而被回收，使全部空气量向燃烧器12供给，因此，不仅循环效率降低较少，而且能够确保较多的燃烧用的空气，因而能够实现低NOx。
此外，由于上述的升压装置40能够通过专用的电动机41驱动而单独运转，因此不仅能够将燃气轮机10在燃气轮机10的即将起动之前准备及起动时以独立体的方式独立起动，而且起动花费的时间也缩短。即，在起动燃气轮机10时，通过使升压装置40与燃气轮机主体独立运转，使升压及升温后的压缩空气在叶片环31中流动，从而能够使叶片环31升温而进行迅速的间隙控制。
<第八实施方式>
接下来，根据图15至图17说明第八实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中设置有能够调整升压温度调整介质的温度的温度控制机构。图15所示的燃气轮机10具备作为温度控制机构的、向温度调整介质供给流路43添加冷却剂的冷却剂供给流路75。此时的冷却剂为气体或液体均可，例如向压缩空气中添加雾状的水而将其冷却即可。
其结果是，通过升压装置40的升压而温度上升后的压缩空气受到添加的冷却剂而温度降低，与冷却对象即静止系部件的相对温度差增大。由此，压缩空气能够通过大的温度差高效地冷却静止系部件，因此进一步提高冷却效率。
另外，由于添加水作为冷却剂，虽然燃气轮机10的循环效率下降，但能够增加输出且实现低NOx化。
此外，在图16所示的第一变形例中，在温度调整介质供给流路43中设置有温度控制机构的热交换器90。该热交换器90通过在冷却介质流路91中流动的冷却介质与在温度调整介质流路43中流动的压缩空气的热交换，能够使压缩空气的温度降低。需要说明的是，作为能够在此利用的冷却介质包括机室空气、燃料、蒸气涡轮的供水及蒸气涡轮的蒸气等。
此外，在图17所示的第二变形例中，上述的热交换器90设置在分支流路42中，降低被升压装置40升压前的空气温度。需要说明的是，此时的冷却介质可以利用机室空气、燃料、蒸气涡轮的供水及蒸气涡轮的蒸气等。
如此，通过设置热交换器90，能够通过与冷却介质的热交换来降低通过升压装置40升压前的空气温度或升压后的压缩空气温度，因此，在额定运转时冷却静止系部件的压缩空气温度降低而能够进行高效的冷却。
<第九实施方式>
接下来，根据图7及图8说明第九实施方式所涉及的燃气轮机。本实施方式所涉及的燃气轮机的示意结构图与第四实施方式的图相同，因此在本实施方式的说明分别参照图7及图8。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中，设置有：从加热介质供给流路43分支而与压缩机11内的压缩机冷却介质流路51连接的加热介质分支供给流路47；将通过压缩机冷却介质流路51后的压缩空气向压缩空气供给流路28引导而使其合流的加热介质分支返回流路48。
图8是表示设置在压缩机机室16内的压缩机冷却介质流路51的大致结构的图。该压缩机冷却介质通路51是在通常的运转时使冷却介质流动而冷却压缩机11的静止系部件的流路，控制在压缩机11的动叶片18与静止部侧即压缩机机室16之间形成的顶隙。
在该实施方式中，在燃气轮机起动时利用上述的压缩机冷却介质流路51，能够进行压缩机11侧的间隙控制。由此，能够使压缩机11侧的静止部也与燃气轮机10的静止系部件一起升温，因此能够进行涡轮13及压缩机11的间隙控制。
如此，在上述的实施方式的燃气轮机10中，在额定运转时采用以下说明的额定时运转方法。
即，作为燃气轮机10的额定运转方法，具有：与从压缩机11的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接且能够进行从压缩机11独立的运转的升压装置40将空气导入并使其升压的过程；由升压装置升压后的压缩空气向设置在涡轮13的静止系部件内的涡轮冷却介质流路50供给，利用通过涡轮冷却介质流路50内的压缩空气冷却静止系部件的过程；将压缩空气从涡轮冷媒介质流路50向压缩空气供给流路28引导而使其合流的过程。
由此，在燃气轮机的额定运转时，能够利用涡轮13的静止系部件与压缩空气的温度差高效地进行冷却，能够在使顶隙最小的状态下运转。通过上述的冷却剂的投入、热交换器90的设置等，期望成为使此时的压缩空气温度降低的状态而提高冷却效率。
如此，根据上述的本发明的燃气轮机及其额定时运转方法，在燃气轮机的额定运转时进行动作的ACC系统中，由于通过压缩空气冷却涡轮静止系部件的冷却效率提高，因此能够将压缩空气的使用量抑制在最小限度，可靠地进行将静止部与旋转部之间的间隙维持为最小的ACC控制。此时，若有效利用升压装置40等使其与用于封闭冷却的增压用的升压装置40通用，则将附带设备的附加抑制在最小限度，即，无需附加新的设备而实施ACC系统的控制，能够使稳定的燃气轮机的额定运转继续。
<第十实施方式>
图1是表示第十实施方式所涉及的燃气轮机的示意图。表示本实施方式所涉及的燃气轮机的示意结构图的剖视图及表示涡轮部的示意结构图与第一实施方式的图同样，因此在本实施方式的说明中，分别参照图2及图3，对与第一实施方式共通的构件标注同一符号进行说明。此外，在图示的实施方式中，对驱动发电机发电的燃气轮机进行说明，但不局限于此。
图示的燃气轮机10由压缩机11、燃烧器12、涡轮13构成，在该涡轮13上连结有发电机14。该压缩机11具有取入空气的空气取入口15，在压缩机机室16内交替设置有多个静叶片17和动叶片18，在其外侧设置有抽气集管19。
燃烧器12对由压缩机11压缩的压缩空气供给燃料，通过利用喷烧器点火而能够燃烧。
在涡轮13的涡轮机室20内交替配置有多个静叶片21和动叶片22。
在涡轮13的涡轮机室20上连续设置有排气室23，该排气室23具有与涡轮13连续的排气扩散器24。此外，转子(涡轮轴)25以贯通压缩机11、燃烧器12、涡轮13、排气室23的中心部的方式设置，压缩机11侧的端部通过轴承部26支承为旋转自如，另一方面，排气室23侧的端部通过轴承部27支承为旋转自如。并且，在该转子25上固定有多个盘形板，连结有各动叶片18、22且在排气室23侧的端部连结有发电机14的驱动轴。
由此，从压缩机11的空气取入口15取入的空气通过多个静叶片17和动叶片18而压缩，从而成为高温·高压的压缩空气，在燃烧器12中，对该压缩空气供给的规定量的燃料燃烧。并且，在该燃烧器12中生成的高温·高压的燃烧废气通过构成涡轮13的多个静叶片21和动叶片22，从而驱动转子25旋转，对与该转子25连结的发电机14赋予旋转动力由此进行发电，另一方面，废气在排气室23的排气扩散器24中转换成静压，然后向大气放出。
如此，燃气轮机10构成为，在燃烧器12中对通过压缩机11压缩的压缩空气供给燃料而使燃料燃烧，将产生的燃烧废气向涡轮13供给而得到旋转驱动力，例如如图1所示，在该燃气轮机10上设置有经由停止状态的压缩机11或从机室抽取由压缩机11压缩后的压缩空气的一部分而使其升压的升压装置40。
在图1中，负载增加直到额定运转为止的起动状态、额定运转时及负载减小直到停止为止的停止状态下，由压缩机11压缩的压缩空气通过压缩空气供给流路28向燃烧器12供给，在燃烧器12中产生的燃烧废气，通过箱体内的排出流路29向涡轮13供给。需要说明的是，图中的符号30为燃料供给流路。
该升压装置40是用于使作为后述的温度调整介质(加热介质或冷却介质)使用的空气升压的升压机构，例如使用压缩机或增压器等。此外，该升压装置40具有专用的电动机41，能够进行将空气导入而升压的从压缩机11独立的运转。此外，关于该升压装置40，优选与例如在额定运转时等将燃烧器冷却用的空气压缩而供给的装置(用于封闭冷却的增压用升压装置)通用。
升压装置40的吸入侧与从形成于机室内的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接，喷出侧与温度调整介质供给流路43连接。该温度调整介质供给流路43是将压缩空气(升压温度调整介质)向设置在涡轮13的静止系部件内的涡轮冷却介质流路50引导的流路。
例如如图3所示，涡轮冷却介质流路50是连通涡轮机室20、静叶片21、叶片环31的流路，尤其是通过在位于与动叶片22的前端部对置的位置且对顶隙波及影响的静止侧部件的叶片环31中使压缩空气流动，能够用于基于冷却或加热的温度调整。叶片环31是以包围动叶片22的外周侧的方式安装在涡轮机室20上的构件。
即，这种情况下的涡轮冷却介质流路50在燃气轮机10的燃气轮机运转时等，通过使相对温度低的压缩空气流动，从而形成在冷却静叶片21的基础上冷却叶片环31的结构。此外，该涡轮冷却介质流路50在燃气轮机10的即将起动之前准备、起动状态及停止状态下，使相对温度高的压缩空气流动，从而形成对静叶片21及叶片环31进行加热而使它们升温的结构。由此，该涡轮冷却介质流路50能够在ACC系统中用于静止系部件的冷却及加热。需要说明的是，图中的符号31a是遍及叶片环31的整周设置的叶片环内流路。
通过涡轮冷却介质流路50后的压缩空气通过温度调整介质返回流路44而向压缩空气供给流路28合流，然后，通过该压缩空气供给流路28而向燃烧器12流入。
由此，升压装置40通过在燃气轮机10的停止时运转，能够将残留在涡轮13的内部的残留高温废气排出而进行换气冷却。以下，对用于对燃气轮机10的停止时的涡轮13内部的高温废气进行换气而进行冷却的换气冷却系统进行说明。
在燃气轮机10的停止时，与涡轮13连接的压缩机11也处于停止了的状态，因此若起动能够进行从压缩机11独立的运转的升压装置40，则从分支流路42吸入的空气升压而成为压缩空气，并向温度调整介质流路43流出。
该压缩空气通过温度调整介质流路43、涡轮冷却介质流路50及温度调整介质返回流路44流入压缩空气供给流路28。流入压缩空气供给流路28的压缩空气向燃烧器12侧流动。
向燃烧器12侧流动后的压缩空气，通过燃烧器12及涡轮13向大气放出。此时，残留在燃烧器12及涡轮13内的高温的气体以被压缩空气挤出的方式向大气流出。
由此，通过在燃气轮机10的停止时运转升压装置40，由升压装置40升压后的压缩空气使残留在涡轮内的高温废气强制地向大气放出，能够形成用于进行迅速的换气冷却的换气冷却系统。即，在换气冷却系统中流动的压缩空气从升压装置40流出，并通过温度调整介质流路43、涡轮冷却介质流路50及温度调整介质返回流路44，进而从压缩空气供给流路28通过燃烧器12及涡轮13而向大气放出，由此，对残留在燃烧器12及涡轮13内的高温废气进行换气而使其冷却。
在本实施方式的燃气轮机10中，在燃气轮机10的停止时，通过下述的运转方法对燃气轮机内部进行换气冷却而防止猫背。
即，在燃气轮机10的停止时将残留在涡轮13内的高温废气强制地向大气放出，迅速地进行换气冷却，因此，具有：与从压缩机11的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接且能够进行从压缩机11独立的运转的升压装置40将空气导入并使其升压的过程；由升压装置升压后的压缩空气经过温度调整介质供给流路43、涡轮冷却介质流路50及温度调整介质返回流路44而向压缩空气供给流路28返回的过程；从压缩空气供给流路28通过燃烧器12及涡轮13而向大气排出的过程。
此外，对于上述的换气冷却系统，也可以采用例如图18或图19所示的变形例。
图18所示的第一变形例的换气冷却系统具有：从温度调整介质供给流路43分支且设置有作为流路开闭机构的第一开闭阀65的排气流路59；在位于比该排气流路59分支的位置靠下游侧的位置的温度调整介质供给流路43中设置的作为流路开闭机构的第二开闭阀66。
在这样构成的换气冷却系统中，在燃气轮机10的停止时起动升压装置40之际，使第一开闭阀65打开，使第二开闭阀66关闭。另外，在燃气轮机10的停止时以外，使第一开闭阀65关闭，使第二开闭阀66打开。
若在上述状态下在燃气轮机10的停止时运转升压装置40，则由升压装置40升压后的压缩空气从排气流路59向大气放出。此时，升压机40的吸入侧成为负压，强制地残留在涡轮13内的高温废气而使其向大气放出，因此能够进行迅速的换气冷却。即，在此时的换气冷却系统中，高温的气体从涡轮13内通过排出流路29、燃烧器12及压缩空气供给流路28而向分支流路42逆流，在由升压装置40进行升压后，从温度调整介质流路43通过第一开闭阀65打开的排气流路59而向大气放出。
图19所示的第二变形例的换气冷却系统具有排气流路64，其从分支流路42分支，且设置有作为流路开闭机构的第三开闭阀67。
在如此构成的换气冷却系统中，在燃气轮机10的停止时起动升压装置40之际，使第三开闭阀67打开。另外，在燃气轮机10的停止时以外，使第三开闭阀67关闭。
若在上述的状态下在燃气轮机10的停止时运转升压装置40，则由升压装置40升压后的压缩空气通过涡轮13的内部，且温度高的气体向升压装置40的吸入侧吸入。因此，存在于涡轮13内的温度的高的气体在被压缩空气强制地挤出的同时被吸引而从排气流路64向大气放出，因此能够进行迅速的换气冷却。此时，可以使升压机40的吸入侧为负压，在将残留在涡轮13内的高温废气强制地挤出的同时对其进行吸引，或者，也可以设置升压装置40直接从大气吸入空气的吸入系统49，从而将残留在涡轮13内的高温废气强制地挤出。
如此，在停止燃气轮机10后，若能够将涡轮13内的高温废气向大气放出而进行迅速的换气冷却，则能够缓解或消除在涡轮内部产生的温度差，因此能够防止猫背。
此外，对于上述的猫背防止所必要的附带设备，通过有效利用升压装置40等使其与用于封闭冷却的增压用的升压机构通用，能够在不附加新的设备的情况下防止猫背。
<第十一实施方式>
接下来，根据图20说明第十一实施方式所涉及的燃气轮机。需要说明的是，对与上述实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细说明。
在该实施方式的燃气轮机10中，在燃气轮机10的停止时使升压装置40运转，使压缩空气(升压温度调整介质)在涡轮冷却介质流路50内流动。即，与积极地对涡轮13的内部进行换气冷却的第十实施方式不同，通过根据需要使例如压缩机11的空气取入口15或涡轮13的排气侧关闭等，使压缩空气(包括高温的气体)在涡轮冷却流路50中循环流动，从而实现温度分布的均匀化。
即，通过升压装置40的运转，存在于燃烧器12、涡轮13的内部的高温的气体(温度调整介质)被吸入而升压，成为作为升压温度调整介质发挥功能的压缩空气。该压缩空气在向温度调整介质流路43流出后，通过涡轮冷却介质流路50、温度调整介质返回流路44、压缩空气供给流路28及分支流路42而吸入升压装置40。其结果是，压缩空气在闭回路的流路中循环。
如此循环的压缩空气在通过涡轮冷却介质流50时，在叶片环31中形成的叶片环内流路31a中流动，因此涡轮机室20的周围在整周的范围内温度分布大致均匀。因此，在涡轮13的内部不易产生因对流而产生的温度差，使整体的温度分布大致均匀化，因此能够防止猫背。
此外，若使由升压装置40升压的压缩空气循环，则虽然因从涡轮机室20的散热等使温度下降，但是通过使因升压而温度上升的压缩空气循环，能够将涡轮13的内部温度保持在相对的高温。其结果是，在进行例如DSS运转的燃气轮机10中，能够将从停止到再次运转期间产生的温度下降抑制在最小限度，因此能够缩短再起动时必要的暖机运转的时间。
在本实施方式的燃气轮机10中，在燃气轮机10的停止时，通过下述的运转方法对燃气轮机内部进行换气冷却而防止猫背。
即，本发明的燃气轮机停止时运转方法具有：与从压缩机11的压缩空气供给流路28分支的分支流路42连接且能够进行从压缩机11独立的运转的升压装置40将空气导入并使其升压的过程；由升压装置40升压后的压缩空气经过温度调整介质供给流路43、涡轮冷却介质流路50及温度调整介质返回流路44向压缩空气供给流路28返回的过程；从压缩空气供给流路28通过分支流路42而吸入升压装置40的过程。
由此，在燃气轮机10的停止时，使压缩空气在涡轮冷却介质流路50内循环流动，由于该流动遍及涡轮机室20的整周，因此燃气轮机10的内部的温度分布大致均匀化。
并且，优选在考虑燃气轮机10的停止期间的基础上，分开使用在上述的第十实施方式中说明的进行换气冷却的停止时运转方法、和在本实施方式中说明的进行利用压缩空气循环的温度分布的均匀化的停止时运转方法。
具体来说，在燃气轮机停止期间长的情况下选择进行换气冷却的停止时运转方法，在燃气轮机停止期间短的情况下选择利用压缩空气循环的停止时运转方法即可。
通过进行这样的选择，在例如DSS运转那样燃气轮机停止期间短，经过短时间的停止后进行再起动的情况下，能够将从停止到再次运转期间产生的温度下降抑制在最小限度，因此能够缩短再起动时必要的暖机运转时间。即，在防止猫背的同时，能够实行顺利且高效的DSS运转。
如此，根据上述的本发明，在燃气轮机10的停止时，将涡轮13的内的高温废气向大气放出，或将涡轮13内的温度分布保持为大致均匀，由此能够可靠且迅速地实施猫背防止所必要的运转操作。尤其是，若使压缩空气在涡轮冷却介质流路50内循环流动而将涡轮13内的温度分布保持为大致均匀，则在如DSS运转那样频繁地进行燃气轮机的运转·停止的情况下，也能够迅速完成猫背防止所必要的运转操作，且能够缩短起动时的暖机运转时间。
此外，对于猫背防止所必要的附带设备，若有效利用升压装置40等使其与用于封闭冷却的增压用的升压机构通用，则能够将附带设备的附加抑制在最小限度，即，能够实施在不附加新的设备的情况下防止猫背的ACC系统的控制，进行稳定的燃气轮机10的运转停止。
需要说明的是，本发明不局限于上述的实施方式，对于例如压缩机与涡轮的连接方式等，在本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。
符号说明
10 燃气轮机
11 压缩机
12 燃烧器
13 涡轮
20 涡轮机室
21 静叶片
22 动叶片
28 压缩空气供给流路
29 排出流路
31 叶片环
40 升压装置
42 分支流路
43 温度调整介质(加热介质或冷却介质)供给流路
44 温度调整介质(加热介质或冷却介质)返回流路
45 旁通流路
47 加热介质分支供给流路
48 加热介质分支返回流路
50 涡轮冷却介质流路
51 压缩机冷却介质流路
60、62、90 热交换器
59、64 排气流路
70 大气吸入流路
71 加热介质接受流路
80 燃烧器冷却流路
75 冷却剂供给流路

Claims (7)

1.一种燃气轮机，其构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，并且具备主动间隙控制系统，其中，
所述燃气轮机具有：在所述涡轮的涡轮机室内交替配置的多个静叶片和动叶片；升压机构，其与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接，且能够进行将温度调整介质导入而使其升压的、独立于所述压缩机的运转；温度调整介质供给流路，其将由该升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路引导；温度调整介质返回流路，其将通过所述涡轮冷却介质流路后的所述升压温度调整介质向所述喷出侧流路引导而使其合流，
使所述升压机构运转，在燃气轮机额定运转时，使所述升压温度调整介质流入所述涡轮冷却介质流路内而冷却，
所述升压温度调整介质被导向所述涡轮的叶片环内，
所述叶片环以仅包围所述动叶片的外周侧的方式安装在仅与所述动叶片的前端部对置的位置。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，
由所述升压机构升压后的所述升压温度调整介质在与所述涡轮冷却介质流路串联或并联连接的燃烧器冷却流路内流动，并在所述燃烧器内进行冷却后，被向所述喷出侧流路引导而合流。
3.根据权利要求1或2所述的燃气轮机，其中，
具有能够调整所述升压温度调整介质的温度的温度控制机构。
4.根据权利要求3所述的燃气轮机，其中，
所述温度控制机构是向所述温度调整介质供给流路添加冷却剂的冷却剂供给流路。
5.根据权利要求3所述的燃气轮机，其中，
所述温度控制机构是热交换器，其设置在所述分支流路或所述温度调整介质供给流路上，并使所述温度调整介质或所述升压温度调整介质的温度降低。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，
设有：从所述温度调整介质供给流路分支而与所述压缩机内的压缩机冷却介质流路连接的温度调整介质分支供给流路；将通过所述压缩机冷却介质流路后的所述升压温度调整介质向所述喷出侧流路引导而使其合流的温度调整介质分支流路。
7.一种燃气轮机额定时的运转方法，该燃气轮机构成为在燃烧器中对由压缩机压缩而成的压缩空气供给燃料而使该燃料燃烧，并将产生的燃烧废气向涡轮供给从而得到旋转动力，并且具备主动间隙控制系统，其中，
在所述涡轮的涡轮机室内具有交替配置的多个静叶片和动叶片，
在燃气轮机的额定运转时，包括：
与从所述压缩机的喷出侧流路分支的分支流路连接且能够进行独立于所述压缩机的运转的升压机构将温度调整介质导入而使其升压的过程；
由所述升压机构升压后的升压温度调整介质向设置在所述涡轮的静止系部件内的涡轮冷却介质流路供给，并利用通过该涡轮冷却介质流路内的所述升压温度调整介质冷却所述静止系部件的过程；
将所述升压温度调整介质从所述涡轮冷却介质流路向所述喷出侧流路引导而使其合流的过程，
所述升压温度调整介质被导向所述涡轮的叶片环内，所述叶片环以仅包围所述动叶片的外周侧的方式安装在仅与所述动叶片的前端部对置的位置。
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