CN106211787A - 冷却装置、具备该冷却装置的燃气涡轮机设备、冷却装置的运转方法 - Google Patents

Abstract

冷却装置(60)具备高温部件冷却系统(70)，其将空气导至燃气涡轮机(10)的高温部件(41)。高温部件冷却系统(70)具有可相对于燃气涡轮机(10)独立运转的压缩机(77)，将燃气涡轮机(10)的缸体(16)内的空气从缸体(16)抽出并通过压缩机(77)升压后，导至高温部件(41)。冷却装置(60)还具备：转子冷却系统(80)，其将缸体(16)内的空气从缸体(16)抽出后，将该空气导至涡轮机转子(51)；连结系统(90)，其在停止向燃气涡轮机(10)供给燃料期间，将通过压缩机(77)升压后的空气导至转子冷却系统(80)。

Description

冷却装置、具备该冷却装置的燃气涡轮机设备、冷却装置的运 转方法

技术领域

本发明涉及一种燃气涡轮机的冷却装置、具备该冷却装置的燃气涡轮机设备、冷却装置的运转方法。本发明依据2014年5月22日向日本提出申请的日本专利特愿2014-106265号，主张优先权，并将其内容引用在此作为参考。

背景技术

燃气涡轮机具备：压缩机，其压缩空气生成压缩空气；燃烧器，其使燃料在该压缩空气中燃烧生成燃烧气体；以及，涡轮机，其利用燃烧气体驱动。压缩机具有：压缩机转子，其以轴线为中心旋转；以及，压缩机缸体，其以可旋转方式覆盖压缩机转子。涡轮机具有：涡轮机转子，其以轴线为中心旋转；以及，涡轮机缸体，其以可旋转方式覆盖涡轮机转子。

涡轮机转子的动叶片径向外侧端和涡轮机缸体的内周面之间需有规定的间隙(以下将该间隙称为叶尖间隙)。从涡轮机效率出发，优选该叶尖间隙尽可能的小。

但是，燃气涡轮机停止后，相对于暴露在外部空气中的涡轮机缸体，配置在涡轮机缸体内的涡轮机转子的温度很难下降。因此，燃气涡轮机停止后，相对于涡轮机缸体单位时间的热膨胀量的减少量，涡轮机转子单位时间的热膨胀量的减少量较少。从而，燃气涡轮机停止后，叶尖间隙暂时变窄。如果在该状态下起动燃气涡轮机，受到作用于涡轮机转子的离心力影响，动叶片径向外侧端的位置向径向外侧发生位移，因此，涡轮机转子的动叶片和涡轮机缸体的内周面可能会发生接触。

因此，以下专利文献1所记载的技术中，在燃气涡轮机起动时，通过鼓风机升压从燃气涡轮机缸体抽出的空气并将该空气输送至涡轮机转子内来冷却涡轮机转子。专利文献1所记载的技术中，通过如此冷却涡轮机转子，扩大燃气涡轮机起动时的叶尖间隙，避免涡轮机转子的动叶片和涡轮机缸体的内周面发生接触。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-050809号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1所记载的技术中，虽然在燃气涡轮机起动时对涡轮机转子进行冷却，但从开始冷却到叶尖间隙扩大为止存在时间差，因此可能导致叶尖接触。

因此，本发明的目的在于提供一种可在燃气涡轮机起动时确保叶尖间隙的技术。

技术方案

作为解决所述问题的本发明一方式的冷却装置具有可相对于燃气涡轮机独立运转的压缩机，并且具备：

高温部件冷却系统，其将所述燃气涡轮机缸体内的空气从所述缸体抽出后通过所述压缩机升压，并将所述空气导至构成所述燃气涡轮机的部件中与燃烧气体接触的高温部件；转子冷却系统，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子；连结系统，其在停止向所述燃气涡轮机供给燃料期间，将通过所述压缩机升压的所述空气导至所述转子冷却系统。

该冷却装置中，向燃气涡轮机供给燃料期间，可通过高温部件冷却系统，用从缸体内抽出的空气冷却高温部件。此外，该冷却装置中，向燃气涡轮机供给燃料期间，可通过转子冷却系统，用从缸体内抽出的空气冷却转子。而且，该冷却装置中，即使在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，也可将通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气经过连结系统和转子冷却系统输送至转子。由此，该冷却装置中，即使在停止向燃气涡轮机供给燃料期间也可冷却转子。

此处，所述冷却装置中，所述高温部件冷却系统设有所述压缩机，也可以具有高温部件冷却用管线，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气并将所述空气导至所述高温部件；所述连结系统也可以具有：连结管线，其在所述高温部件冷却用管线中连接至比所述压缩机的设置位置更靠近所述高温部件侧的位置，并将通过所述压缩机升压后的所述空气导至所述转子冷却系统；连结控制阀，其设在所述连结管线上；以及控制装置，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间关闭所述连结控制阀，在停止供给燃料期间打开所述连结控制阀。

该冷却装置中，向燃气涡轮机供给燃料期间，连结控制阀关闭，因此，通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气不流经连结管线，而仅流至高温部件冷却用管线。从而，该冷却装置中，在向燃气涡轮机供给燃料期间，可将通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气有效地输送至高温部件。

此外，具有所述控制装置的所述冷却装置中，所述高温部件冷却系统在所述高温部件冷却用管线中具有高温部件冷却控制阀，其设在比所述连结管线连接的位置更靠近所述高温部件侧的位置，所述控制装置也可以在向所述燃气涡轮机供给燃料期间打开所述高温部件冷却控制阀，在停止供给燃料期间关闭所述高温部件冷却控制阀。

该冷却装置中，停止向燃气涡轮机供给燃料期间，高温部件冷却控制阀关闭，因此，通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气不流经高温部件冷却用管线的高温部件侧，而仅流至连结管线。从而，该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，可将通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气经过连结系统有效地输送至转子冷却系统。

具有所述控制装置的以上任一所述冷却装置中，所述转子冷却系统具有：转子冷却用管线，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子；转子冷却控制阀，其设在所述转子冷却用管线上，所述连结管线在所述转子冷却用管线中连接至比所述转子冷却控制阀的设置位置更靠近所述转子侧的位置，所述控制装置也可以在向所述燃气涡轮机供给燃料期间打开所述转子冷却控制阀，在停止供给燃料期间关闭所述转子冷却控制阀。

该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气经过连结管线流入转子冷却用管线。该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，在转子冷却用管线中设在比与连结管线的连接位置更靠近缸体侧位置的转子冷却控制阀关闭，因此，从连结管线流入转子冷却用管线的空气不流经缸体侧，而仅流经转子侧。从而，该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，可将通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气有效地输送至转子。

具有所述控制装置的以上任一所述冷却装置中，所述控制装置在停止向所述燃气涡轮机供给燃料后到预先规定的时间为止的冷却所需期间内，如果没有暂时驱动所述压缩机并在所述冷却所需期间内再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则也可以经过所述冷却所需期间后，停止所述压缩机。

该冷却装置中，可限制压缩机的驱动时间，因此，可抑制用于驱动压缩机的能耗。

具有所述控制装置的以上任一所述冷却装置中，所述高温部件冷却系统具有：吸气管线，其在所述高温部件冷却用管线中连接至比所述压缩机的设置位置更靠近所述缸体侧的位置，并吸入空气；过滤器，其用于去除通过所述吸气管线的空气中的异物；吸气控制阀，其在所述吸气管线中设在比所述过滤器更靠近与所述高温部件冷却用管线的连接位置侧的位置，所述控制装置也可以在向所述燃气涡轮机供给燃料期间关闭所述吸气控制阀，在停止供给燃料期间打开所述吸气控制阀。

该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，可将低于缸体内空气温度的空气导入高温部件冷却系统，将该空气通过压缩机升压后输送至转子。由此，该冷却装置中，在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，可高效冷却转子。

作为解决所述问题的本发明一方式的燃气涡轮机设备，其具备：

以上任一所述冷却装置；以及所述燃气涡轮机。

作为解决所述问题的本发明一方式的冷却装置的运转方法，具有可相对于燃气涡轮机独立运转的压缩机，并且具备：

高温部件冷却系统，其将所述燃气涡轮机缸体内的空气从所述缸体抽出后通过所述压缩机升压，并将所述空气导至构成所述燃气涡轮机的部件中与燃烧气体接触的高温部件；转子冷却系统，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子，所述冷却装置的运转方法执行以下工序：高温部件冷却工序，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间驱动所述压缩机，将来自所述高温部件冷却系统的空气供给至所述高温部件来冷却所述高温部件；第一转子冷却工序，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间，将来自所述转子冷却系统的空气供给至所述转子来冷却所述转子；第二转子冷却工序，其在停止向所述燃气涡轮机供给燃料期间驱动所述压缩机，经过所述转子冷却系统将通过所述压缩机升压后的空气供给至所述转子来冷却所述转子。

根据该运转方法，向燃气涡轮机供给燃料期间，可通过高温部件冷却系统，用从缸体内抽出的空气冷却高温部件。此外，根据该运转方法，向燃气涡轮机供给燃料期间，可通过转子冷却系统执行的第一转子冷却工序，用从缸体内抽出的空气冷却转子。而且，根据该运转方法，即使在停止向燃气涡轮机供给燃料期间，也可通过执行第二转子冷却工序，将通过高温部件冷却系统的压缩机升压后的空气经过转子冷却系统输送至转子。由此，根据该运转方法，即使在停止向燃气涡轮机供给燃料期间也可冷却转子。

此处，所述冷却装置的运转方法中，所述第二转子冷却工序中，也可以促进通过所述压缩机升压后的空气流入所述转子冷却系统，抑制通过所述压缩机升压后的空气流入所述高温部件。

此外，以上任一所述冷却装置的运转方法中，所述第二转子冷却工序中，关于通过所述压缩机升压且流入所述转子冷却系统的空气流，也可以抑制其流入所述转子冷却系统内的所述缸体侧，促进其流入所述转子冷却系统内的所述转子侧。

此外，以上任一所述冷却装置的运转方法中，所述高温部件冷却工序中，也可以抑制通过所述压缩机升压后的空气流入所述转子冷却系统，促进通过所述压缩机升压后的空气流入所述高温部件。

此外，以上任一所述冷却装置的运转方法中，在停止向所述燃气涡轮机供给燃料后到预先规定的时间为止的冷却所需期间内，如果至少暂时驱动所述压缩机并执行所述第二转子冷却工序，在所述冷却所需期间内再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则结束所述第二转子冷却工序，执行所述高温部件冷却工序和所述第一转子冷却工序；如果在所述冷却所需期间内没有再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则经过所述冷却所需期间后，也可以停止所述压缩机，结束所述第二转子冷却工序。

以上任一所述冷却装置的运转方法中，所述第二转子冷却工序中，也可以通过所述压缩机将空气吸入所述高温部件冷却系统内，并经过所述转子冷却系统将所述空气供给至所述转子。

有益效果

根据本发明一方式，可在燃气涡轮机起动时确保叶尖间隙。

附图说明

图1是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮机的主要部分剖切的整体侧面图。

图2是本发明所涉及的一实施方式中的燃气涡轮机的主要部分截面图。

图3是表示本发明所涉及的一实施方式中的冷却装置结构的说明图。

图4是本发明所涉及的一实施方式中的燃烧筒的截面图。

图5是图4的V-V线截面图。

图6是本发明所涉及的-实施方式中的燃烧筒的主要部分剖切立体图。

图7是本发明所涉及的一实施方式中的各种冷却工序的时序图。

图8是表示本发明所涉及的一实施方式的第一改进例中的冷却装置结构的说明图。

图9是表示本发明所涉及的一实施方式的第二改进例中的冷却装置结构的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明所涉及的燃气涡轮机设备的实施方式及其改进例。

“实施方式”

以下，关于本发明所涉及的燃气涡轮机设备的一实施方式，参照图1～图7进行说明。

本实施方式的燃气涡轮机设备如图1所示，具备燃气涡轮机10，以及对该燃气涡轮机10的部分结构部件进行冷却的冷却装置60。

燃气涡轮机10具有：压缩机20，其压缩空气；燃烧器30，其在由压缩机20压缩的空气中使燃料燃烧并生成燃烧气体；以及涡轮机50，其利用燃烧气体进行驱动。

压缩机20如图2所示，具有：压缩机转子21，其以轴线Ar为中心旋转；压缩机缸体25，其以可旋转方式覆盖压缩机转子21；以及多个静叶片段26。另外，以下将轴线Ar的延伸方向称为轴线方向Da，将该轴线方向Da的压缩机侧称为上流侧，将涡轮机侧称为下游侧。此外，将以该轴线Ar为中心的圆周方向仅称为圆周方向Dc，将相对于轴线Ar垂直的方向称为径向Dr。压缩机转子21具有：转子轴22，其沿该轴线Ar向轴线方向Da延伸；以及多个动叶片段23，其安装在该转子轴22上。多个动叶片段23沿轴线方向Da并排排列。各动叶片段23都由多个动叶片23a在周向Dc上排列构成。在多个动叶片段23的各个下游侧，配置有静叶片段26。各静叶片段26设在压缩机缸体25的内侧。各静叶片段26都由多个静叶片26a在周向Dc上排列构成。在转子轴22的径向外周侧和压缩机缸体25的径向内周侧之间，沿轴线方向Da配置有静叶片26a和动叶片23a区域的环状空间形成空气压缩流路29，其在流通空气的同时将其压缩。

涡轮机50具有：涡轮机转子51，其以轴线Ar为中心旋转；涡轮机缸体55，其以可旋转方式覆盖涡轮机转子51；以及多个静叶片段56。涡轮机转子51具有：转子轴52，其沿该轴线Ar向轴线方向Da延伸；以及多个动叶片段53，其安装在该转子轴52上。多个动叶片段53沿轴线方向Da并排排列。各动叶片段53都由多个动叶片53a在周向Dc上排列构成。在多个动叶片段53的各个上游侧，配置有静叶片段56。各静叶片段56设在涡轮机缸体55的内侧。各静叶片段56都由多个静叶片56a在周向Dc上排列构成。涡轮机缸体55具有：构成其外壳的筒状的涡轮机缸体主体55a；以及固定在其内侧的多个分割环55b。多个分割环55b都设在多个静叶片段56之间的位置。因此，在各分割环55b的径向内侧，配置有动叶片段53。在转子轴52的外周侧和涡轮机缸体55的内周侧之间，沿轴线方向Da配置有静叶片56a和动叶片53a区域的环状空间形成燃烧气体流路59，其流通来自燃烧器30的燃烧气体G。转子轴52形成流通冷却空气的冷却空气流路52p。此外，各动叶片53a上形成有与转子轴52的冷却空气流路52p连通的冷却空气流路53p。在动叶片53a上形成的冷却空气流路53p的一端在动叶片53a的表面开口。也就是说，在动叶片53a上形成的冷却空气流路53p与燃烧气体流路59连通。

压缩机转子21和涡轮机转子51位于同一条轴线Ar上，并相互连接构成燃气涡轮机转子11。该燃气涡轮机转子11上，例如，连接着未图示的发电机转子。此外，压缩机缸体25和涡轮机缸体55相互连接构成燃气涡轮机缸体15。空气压缩流路29和燃烧气体流路59在轴线方向Da上分离。在燃气涡轮机缸体15中，轴线方向Da的空气压缩流路29和燃烧气体流路59之间形成中间缸体16。燃烧器30安装在该中间缸体16上。

燃烧器30如图2和图3所示，具有：燃烧筒(或尾筒)41，其将高温高压的燃烧气体输送至涡轮机50的燃烧气体流路59内；以及燃料供给器31，其向该燃烧筒41内供给燃料和压缩空气。燃烧供给器31具有多个喷嘴32，其向燃烧筒41内喷射燃料。各喷嘴32连接有燃料管线34。燃料管线34上设有燃料流量调节阀35，其调节向多个喷嘴32供给的燃料的流量。燃烧器30还具有冷却空气歧管46，其位于燃烧筒41的外周侧，固定在涡轮机50的燃烧气体流路59侧。在冷却空气歧管46和燃烧筒41的外周侧之间形成积压冷却空气的空间。

如图4～图6所示，燃烧筒41的结构为：具有外周壁板41o和内周壁板41i。外周壁板41o和内周壁板41i通过铜焊等接合。外周壁板41o和内周壁板41i中，在一方的壁板上形成较长的多个槽42，其向远离另一方侧的方向凹陷，并且位于燃烧筒41中心轴的延伸方向上。在该槽42的内表面和另一方壁板的表面之间形成流通冷却空气的冷却空气流路43。在外周壁板41o设有冷却空气歧管46的位置形成多个入口孔44，其从冷却空气流路43贯通至冷却空气歧管46内的空间。此外，外周壁板41o中，在冷却空气歧管46的上游侧区域跨越该区域内的整周形成多个出口孔45，其从冷却空气流路43贯通至燃烧筒41外侧的中间缸体16的内侧。另外，此处的上游侧是指相对于燃烧器30的上游侧，是指相对于燃烧筒41存在燃料供给器31的一侧。

压缩机20吸入外部空气，在通过空气压缩流路29的过程中压缩该空气。被压缩的空气即压缩空气从压缩机20的空气压缩流路29流入中间缸体16内。该压缩空气经过燃烧器30的燃料供给器31，被供给至燃烧筒41内。从燃烧供给器31的多个喷嘴32向燃烧筒41内喷射燃料。该燃料在燃烧筒41内的压缩空气中燃烧。燃烧后生成燃烧气体G，该燃烧气体G从燃烧筒41流入涡轮机50的燃烧气体流路59内。该燃烧气体G通过燃烧气体流路59，从而涡轮机转子51旋转。

如上所述，燃气涡轮机10的结构部件中，燃烧筒41、动叶片53a、静叶片56a、分割环55b等均与高温的燃烧气体G接触。因此，燃烧筒41、动叶片53a、静叶片56a、分割环55b等构成高温部件。

冷却装置60如图3所示，具有：高温部件冷却系统70，其将中间缸体16内的空气从该中间缸体16内抽出，冷却该空气后升压并导至燃烧筒41；转子冷却系统80，其将中间缸体16内的空气从该中间缸体16内抽出，冷却该空气后导至涡轮机转子51的转子轴52；连结系统90，其将高温部件冷却系统70内的空气导至转子冷却系统80。

高温部件冷却系统70具有高温部件冷却用管线71，其将中间缸体16内的压缩空气从该中间缸体16内抽出，并将该空气导至设在燃烧筒41上的冷却空气歧管46中。该高温部件冷却系统70还具有设在该高温部件冷却用管线71中的冷却器A76、增压压缩机77以及高温部件冷却控制阀78。

冷却器A76无特殊限制，只要能够冷却从中间缸体16抽出的压缩空气即可。具体而言，冷却器A76例如可以是使用水等冷却介质冷却压缩空气的水冷式冷却器，也可以是用风扇等送风至压缩空气流通的管线来冷却压缩空气的空冷式冷却器。增压压缩机77对从中间缸体16抽出的压缩空气进行升压。该增压压缩机77可相对于燃气涡轮机10独立运转。因此，该增压压缩机77在燃气涡轮机10停止时也可运转。

高温部件冷却用管线71具有：缸体-冷却器A管线72，其连接中间缸体16和冷却器A76；冷却器A-压缩机管线73，其连接冷却器A76和增压压缩机77的吸入口；压缩机-缸体管线74，其连接增压压缩机77的排出口和中间缸体16；缸体内A管线75，其连接压缩机-缸体管线74和燃烧筒41中设置的冷却空气歧管46。高温部件冷却控制阀78设在压缩机-缸体管线74中。中间缸体16内的压缩空气可经过缸体-冷却器A管线72、冷却器A-压缩机管线73、压缩机-缸体管线74以及缸体内A管线75流入冷却空气歧管46内。

转子冷却系统80具有转子冷却用管线81，其将中间缸体16内的压缩空气从该中间缸体16内抽出，并将该空气导至涡轮机50的转子轴52。并且该转子冷却系统80还具有设在该转子冷却用管线81中的冷却器B86、惯性过滤器87以及转子冷却控制阀88。

冷却器B86与冷却器A76相同，无特殊限制，只要能够冷却从中间缸体16抽出的压缩空气即可，例如，可以是水冷式冷却器，也可以是空冷式冷却器。惯性过滤器87在内部形成弯曲的流路，具有利用惯性捕捉想要直向前进的空气中的异物的部分。另外，此处使用的过滤器也可以不为这种惯性过滤器。此外，过滤器不是转子冷却系统80所必需部件，也可以省略。

转子冷却用管线81具有：缸体-冷却器B管线82，其连接中间缸体16和冷却器B86；冷却器B-过滤器管线83，其连接冷却器B86和惯性过滤器87；过滤器-缸体管线84，其连接惯性过滤器87和中间缸体16；缸体内B管线85，其连接过滤器-缸体管线84和涡轮机50的转子轴52。转子冷却控制阀88设在缸体-冷却器管线上。缸体内B管线85连接至涡轮机50的转子轴52上形成的所述冷却空气流路52p。

连结系统90具有：连结管线91，其将高温部件冷却用管线71中的空气导至转子冷却用管线81中；连结控制阀98，其设在该连结管线91中。连结管线91的一端连接至压缩机-缸体管线74中的增压压缩机77和高温部件冷却控制阀78之间的位置。此外，连结管线91的另一端连接至冷却器B-过滤器管线83。连结系统90还具有控制连结控制阀98动作的控制装置100。

控制装置100具有：主控制部101，其输入来自外部的负载指令和来自各种传感器的信号等；燃料控制部102，其根据来自主控制部101的指示，控制燃料流量调节阀35的开度；压缩机控制部104，其控制增压压缩机77的动作；阀控制部105，其控制冷却装置60的各控制阀78、88、98的动作。该控制装置100的阀控制部105不仅控制所述连结控制阀98的动作，还控制高温部件冷却控制阀78、转子冷却控制阀88的动作。该阀控制部105和压缩机控制部104构成冷却装置60中的各驱动设备(各控制阀和增压压缩机77)的控制装置103。

接下来对以上说明的燃气涡轮机设备的动作进行说明。

燃气涡轮机10运转时，如上所述，压缩机20压缩空气生成压缩空气。

控制装置100的主控制部101根据负载指令和来自各传感器的信号，规定供给至燃料供给器31的多个喷嘴32的燃料流量。燃料控制部102规定与主控制部101规定的燃料流量相应的燃料流量调节阀35的阀开度，并将表示该阀开度的信号发送至燃料流量调节阀35。燃料流量调节阀35根据该信号驱动，并调节为信号所表示的阀开度。结果，主控制部101所规定流量的燃料被供给至多个喷嘴32。

压缩机20生成的压缩空气经过中间缸体16内流入燃烧器30。燃烧器30的燃料供给器31将该压缩空气输送至燃烧筒41内。而且，燃料供给器31的多个喷嘴32将经过燃料流量调节阀35获得的燃料喷射至燃烧筒41内。该燃料在燃烧筒41内的压缩空气中燃烧。燃烧后生成燃烧气体G，该燃烧气体G从燃烧筒41流入涡轮机50的燃烧气体流路59内。该燃烧气体G通过燃烧气体流路59，从而涡轮机转子51旋转。

该燃气涡轮机10运转时，高温部件冷却系统70的高温部件冷却控制阀78根据来自阀控制部105的指示打开，连结系统90的连结控制阀98根据来自阀控制部105的指示关闭。此外，该燃气涡轮机10运转时，高温部件冷却系统70的增压压缩机77通过来自压缩机控制部104的指示驱动。因此，中间缸体16内的部分压缩空气被抽出后，经过高温部件冷却系统70的缸体-冷却器A管线72流入冷却器A76，并在此处被冷却。冷却后的压缩空气作为冷却空气，经过冷却器A-压缩机管线73流入增压压缩机77内，并在此处进一步升压。该冷却空气经过压缩机-缸体管线74以及缸体内A管线75流入燃烧器30的冷却空气歧管46内。

流入冷却空气歧管46内的冷却空气CA如图6所示，经过燃烧筒41的入口孔44，通过燃烧筒41的冷却空气流路43，从该燃烧筒41的出口孔45返回至中间缸体16内。通过冷却器A76冷却后的压缩空气即冷却空气CA在通过燃烧筒41的冷却空气流路43的过程中，与燃烧筒41进行热交换并冷却燃烧筒41。

冷却燃烧筒41的压缩空气如上所述，从中间缸体16内抽出并通过增压压缩机77升压后，经过燃烧筒41的冷却空气流路43返回至中间缸体16内。

燃气涡轮机10运转时，转子冷却系统80的转子冷却控制阀88根据来自阀控制部105的指示打开。因此，中间缸体16内的部分压缩空气被抽出后，经过转子冷却系统80的缸体-冷却器B管线82流入冷却器B86，并在此处被冷却。冷却后的压缩空气作为冷却空气，经过冷却器B-过滤器管线83流入惯性过滤器87内，并在此处去除异物。该冷却空气经过过滤器-缸体管线84和缸体内B管线85，流入涡轮机转子51的转子轴52上形成的冷却空气流路52p。冷却空气在流经转子轴52的冷却空气流路52p的过程中，与转子轴52进行热交换并冷却转子轴52。冷却空气还流入在涡轮机转子51的多个动叶片53a中分别形成的冷却空气流路53p。冷却空气在流经该动叶片53a的冷却空气流路53p的过程中，与动叶片53a进行热交换并冷却动叶片53a。冷却动叶片53a后的冷却空气从该冷却空气流路53p流入燃烧气体流路59内，并混入燃烧气体G中。

如上所述，向燃气涡轮机10供给燃料的燃气涡轮机运转过程中，如图7所示，来自高温部件冷却系统70的冷却空气被供给至作为高温部件的燃烧筒41来冷却燃烧筒41(S1：高温部件冷却工序)，同时，来自转子冷却系统80的冷却空气被供给至涡轮机转子51来冷却涡轮机转子51(S2：第一转子冷却工序)。

主控制部101根据来自外部的负载指令等，对燃料控制部102指示停止燃料供给的同时，通知阀控制部105停止燃料供给。燃料控制部102接受该指示后，对燃料流量调节阀35发送表示阀开度0的信号。也就是说，燃料控制部102对燃料流量调节阀35指示关闭阀门。结果，燃料流量调节阀35关闭，燃料供给器31的多个喷嘴32不再流通燃料。

此外，阀控制部105从主控制部101接收停止燃料供给的通知后，对高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88指示关闭阀门的同时，对连结控制阀98指示打开阀门。结果，高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88关闭，连结控制阀98打开。因此，中间缸体16内的部分空气被抽出后，经过高温部件冷却系统70的缸体-冷却器A管线72流入冷却器A76，并在此处被冷却。冷却后的空气作为冷却空气，经过冷却器A-压缩机管线73流入增压压缩机77内，并在此处升压。该冷却空气经过部分压缩机-缸体管线74、连结系统90的连结管线91，流入转子冷却系统80的惯性过滤器87内，并在此处去除异物。该冷却空气经过转子冷却系统80的过滤器-缸体管线84和缸体内B管线85，流入涡轮机转子51的转子轴52上形成的冷却空气流路52p。冷却空气在流经该转子轴52的冷却空气流路52p的过程中，与转子轴52进行热交换并冷却转子轴52。冷却空气还经过在涡轮机转子51的多个动叶片53a中分别形成的冷却空气流路53p，流入燃烧气体流路59内。

在停止向燃气涡轮机10供给燃料，不生成燃烧气体G，而且，压缩机转子21和涡轮机转子51实质上不旋转的状态下，中间缸体16内的压力和燃烧气体流路59的压力实质上与大气压相同。因此，本实施方式中，在停止燃料供给的状态下，从中间缸体16内抽出部分压缩空气并通过增压压缩机77升压后，输送至涡轮机转子51来冷却该涡轮机转子51(S3：第二转子冷却工序)。

在停止向该燃气涡轮机10供给燃料的状态下，如上所述，由于高温部件冷却控制阀78关闭，因此，通过高温部件冷却系统70的增压压缩机77升压后的冷却空气不输送至燃烧器30的冷却空气歧管46。也就是说，如果停止向燃气涡轮机10供给燃料，则高温部件冷却工序(S1)结束。此外，在停止向燃气涡轮机10供给燃料的状态下，如上所述，由于转子冷却控制阀88关闭，因此，中间缸体16内的空气不经过转子冷却系统80的缸体-冷却器B管线82流入冷却器B86。也就是说，如果停止向燃气涡轮机10供给燃料，则第一转子冷却工序(S2)也结束。

也就是说，如果停止向燃气涡轮机10供给燃料，则如图7所示，高温部件冷却工序(S1)和第一转子冷却工序(S2)结束，第二转子冷却工序(S3)开始。

在停止向燃气涡轮机10供给燃料，不生成燃烧气体G的状态下，相对于暴露在外部空气中的涡轮机缸体55，配置在涡轮机缸体55内的涡轮机转子51的温度难以下降。因此，停止向涡轮机转子51供给燃料后，相对于涡轮机缸体55单位时间的热膨胀量的减少量，涡轮机转子51单位时间的热膨胀量的减少量要少。从而，停止向涡轮机转子51供给燃料后，涡轮机转子51的动叶片53a的径向外侧端和涡轮机缸体55的内周面即分割环55b的内周面的间隔，也就是叶尖间隙C暂时变窄。如此，如果在叶尖间隙C变窄的状态下起动燃气涡轮机10，受到作用于涡轮机转子51的离心力影响，动叶片53a的径向外侧端的位置向径向外侧发生位移，因此，涡轮机转子51的动叶片53a和涡轮机缸体55的内周面可能会发生接触。

因此，本实施方式中，即使在停止向燃气涡轮机10供给燃料，不生成燃烧气体G的状态下，仍通过高温部件冷却系统70的增压压缩机77升压从中间缸体16抽出的空气，并将该空气输送至涡轮机转子51内来冷却涡轮机转子51。

但是，停止向燃气涡轮机10供给燃料后，如果经过预先规定的冷却所需期间，则涡轮机转子51和涡轮机缸体55充分冷却，涡轮机转子51和涡轮机缸体55几乎不存在温度差。因此，停止向燃气涡轮机10供给燃料后，如果经过预先规定的冷却所需期间，则叶尖间隙C要大于冷却所需期间内不冷却涡轮机转子51时的叶尖间隙C，涡轮机转子51的动叶片53a和涡轮机缸体55的内周面不会接触。

本实施方式中，从停止向燃气涡轮机10供给燃料到预先规定的冷却所需期间内，如上所述，将从中间缸体16抽出的空气输送至涡轮机转子51内来冷却涡轮机转子51。因此，如图7所示，该冷却所需期间内，即使燃气涡轮机10起动并再次开始向燃气涡轮机10供给燃料，也就是说即使燃气涡轮机10热启动，也可以抑制涡轮机转子51的动叶片53a和涡轮机缸体55的内周面接触。

如图7所示，冷却所需期间T内，如果燃气涡轮机10起动，并再次开始向燃气涡轮机10供给燃料，则第二转子冷却工序(S3)结束，第一转子冷却工序(S2)和高温部件冷却工序(S1)再次开始。也就是说，再次开始向燃气涡轮机10供给燃料后，根据来自阀控制部105的指示，高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88打开，连结控制阀98关闭。

此外，本实施方式中，如果在冷却所需期间T内，在燃气涡轮机10不起动的状态下经过冷却所需期间T，则主控制部101通知压缩机控制部104经过了冷却所需期间T。压缩机控制部104在接收到该通知后使增压压缩机77停止。结果，如果在冷却所需期间T内，在燃气涡轮机10不起动的状态下经过冷却所需期间T，则第二转子冷却工序(S3)也结束。

如上所述，本实施方式中，从停止向燃气涡轮机10供给燃料后到冷却所需期间T内，对涡轮机转子51进行冷却，因此，即使在该冷却所需期间T内执行热启动来起动燃气涡轮机10，也可抑制涡轮机转子51的动叶片53a和涡轮机缸体55的内周面接触。因此，本实施方式中，可进一步缩小稳态运转时的叶尖间隙C，并可提高燃气涡轮机10的效率。

假设高温部件冷却系统70和转子冷却系统80已经设置在燃气涡轮机10上时，通过新设置连结系统90可构成本实施方式的冷却装置60，因此，停止向燃气涡轮机10供给燃料后，可执行涡轮机转子51的冷却。因此，本实施方式中，与停止向燃气涡轮机10供给燃料后另外设置涡轮机转子51的冷却装置相比，更能抑制设备成本。

“第一改进例”

关于以上说明的燃气涡轮机设备的实施方式的第一改进例，参照图8进行说明。

本改进例的燃气涡轮机设备变更了上述实施方式的燃气涡轮机设备中的冷却装置60的一部分。

本改进例的冷却装置60a中的高温部件冷却系统70a在上述实施方式的高温部件冷却系统70中追加了吸入空气的吸气管线61、去除通过吸气管线61的空气中的异物的过滤器62、设在吸气管线61中的吸气控制阀68。

吸气管线61的一端敞开放置于空气中，另一端连接至冷却器A-压缩机管线73。过滤器62设在该吸气管线61上。此外，吸气控制阀68在吸气管线61中，设在与冷却器A-压缩机管线73的连接位置和过滤器62之间。吸气控制阀68通过控制装置100的阀控制部105控制。

本改进例中，向燃气涡轮机10供给燃料期间，阀控制部105与上述实施方式相同，对高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88指示打开阀门的同时，对连结控制阀98指示关闭阀门。而且，本改进例中，阀控制部105对吸气控制阀68指示关闭阀门。结果，高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88打开，连结控制阀98和吸气控制阀68关闭。因此，向燃气涡轮机10供给燃料期间，与上述实施方式相同，中间缸体16内的压缩空气通过高温部件冷却系统70a抽出并冷却后，该压缩空气作为冷却空气被供给至燃烧筒41。此外，中间缸体16内的压缩空气通过转子却系统80抽出并冷却后，该压缩空气作为冷却空气被供给至涡轮机转子51。也就是说，本改进例中，在向燃气涡轮机10供给燃料期间，也与上述实施方式相同，执行高温部件冷却工序(S1)和第一转子冷却工序(S2)。

此外，本改进例中，如果停止向燃气涡轮机10供给燃料，则阀控制部105与上述实施方式相同，对高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88指示关闭阀门的同时，对连结控制阀98指示打开阀门。而且，本改进例中，阀控制部105对吸气控制阀68指示打开阀门。结果，高温部件冷却控制阀78和转子冷却控制阀88关闭，连结控制阀98和吸气控制阀68打开。因此，本改进例中，空气经过过滤器62和吸气管线61，作为冷却空气被吸入增压压缩机77并升压。之后，通过增压压缩机77升压后的冷却空气与上述实施方式相同，经过连结系统90的连结管线91、转子冷却系统80的惯性过滤器87、过滤器-缸体管线84和缸体内B管线85被供给至涡轮机转子51。

即使在停止向燃气涡轮机10供给燃料后，外部空气的温度也低于中间缸体16内的空气温度。因此，停止向燃气涡轮机10供给燃料期间，即使将外部空气导入高温部件冷却系统70a，也可以冷却涡轮机转子51。

如上所述，本改进例中，通过将外部空气导入高温部件冷却系统70a，并将该外部空气作为冷却空气供给至涡轮机转子51，实现第二转子冷却工序(S3)。

高温部件冷却系统70a的冷却器A76例如在停止向燃气涡轮机10供给燃料后，无法冷却中间缸体16内的空气时，可像本改进例一样，通过将外部空气作为涡轮机转子51的冷却介质导入，在停止向燃气涡轮机10供给燃料后，实现涡轮机转子51的冷却。

另外，本改进例中，冷却器A-压缩机管线73中，在与吸气管线61的连接位置和冷却器A76之间，或在缸体-冷却器A管线72中也可以再设置第二吸气控制阀。该第二吸气控制阀在吸气管线61中设置的吸气控制阀68即第一吸气控制阀68关闭时打开，在第一吸气控制阀68打开时关闭。如此，通过设置第二吸气控制阀，增压压缩机77在第二转子冷却工序(S3)中经过吸气管线61仅吸入外部空气。此外，也可以设置三通阀代替第一吸气控制阀68和第二吸气控制阀。

“第二改进例”

关于以上说明的燃气涡轮机设备的实施方式的第二改进例，参照图9进行说明。

上述实施方式及第一改进例的高温部件冷却系统冷却燃气涡轮机10的高温部件中的燃烧筒41。但是，高温部件冷却系统也可以冷却其他高温部件。

例如，如图9所示，冷却装置60b的高温部件冷却系统70b也可以冷却多个静叶片56a。此时，高温部件冷却系统70b的高温部件冷却用管线71b连接至涡轮机50的多个静叶片56a。静叶片56a上形成有流通冷却空气的冷却空气流路56p。高温部件冷却用管线71b连接至该冷却空气流路56p。该冷却空气流路56p在静叶片56a的表面开口。也就是说，在静叶片56a上形成的冷却空气流路56p与燃烧气体流路59连通。因此，本改进例中，可以冷却作为高温部件的静叶片56a。

另外，本改进例中，例如，可以考虑到通过使用蒸汽的方法等冷却燃烧筒41。此外，本改进例中，将冷却空气排放至燃烧气体流路59中，但也可以回收冷却空气。

此外，高温部件冷却系统也可以冷却图2所示的分割环55b。而且，高温部件冷却系统还可以冷却各种高温部件中的多种高温部件。

“其他改进例”

以上实施方式及改进例中，在停止向燃气涡轮机10供给燃料的同时，立即停止高温部件冷却工序(S1)和第一转子冷却工序(S2)，同时执行第二转子冷却工序(S3)。但是，在停止向燃气涡轮机10供给燃料的同时，停止高温部件冷却工序(S1)和第一转子冷却工序(S2)后，也可以空开时间间隔后执行第二转子冷却工序(S3)。

此外，以上实施方式及改进例中，停止向燃气涡轮机10供给燃料后，在冷却所需期间T内，如果燃气涡轮机10未起动，则继续执行第二转子冷却工序(S3)。但是，在冷却所需期间T内，也可以断续执行第二转子冷却工序(S3)。此外，停止向燃气涡轮机10供给燃料时，也可以仅在预定再次热启动时执行第二转子冷却工序(S3)。

工业上的可利用性

根据本发明所涉及的一方式，可在燃气涡轮机起动时确保叶尖间隙。

符号说明

10：燃气涡轮机

11：燃气涡轮机转子

15：燃气涡轮机缸体

16：中间缸体(或缸体)

20：压缩机

21：压缩机转子

25：压缩机缸体

30：燃烧器

31：燃料供给器

41：燃烧筒(尾筒或高温部件)

43：冷却空气流路

46：冷却空气歧管

50：涡轮机

51：涡轮机转子

52：转子轴

52p：冷却空气流路

53：动叶片段

53a：动叶片

53p：冷却空气流路

55：涡轮机缸体

55a：涡轮机缸体主体

55b：分割环

56：静叶片段

56a：静叶片

56p：冷却空气流路

60、60a、60b：冷却装置

61：吸气管线

62：过滤器

68：吸气控制阀(第一吸气控制阀)

70、70a、70b：高温部件冷却系统

71、71b：高温部件冷却用管线

76：冷却器A

77：增压压缩机(或仅为压缩机)

78：高温部件冷却控制阀

80：转子冷却系统

81：转子冷却用管线

86：冷却器B

87：惯性过滤器

88：转子冷却控制阀

90：连结系统

91：连结管线

98：连结控制阀

100：控制装置

101：主控制部

102：燃料控制部

104：压缩机控制部

105：阀控制部

Claims (13)

1.一种冷却装置，其具有可相对于燃气涡轮机独立运转的压缩机，并且具备：高温部件冷却系统，其将所述燃气涡轮机缸体内的空气从所述缸体抽出后通过所述压缩机升压，并将所述空气导至构成所述燃气涡轮机的部件中与燃烧气体接触的高温部件；

转子冷却系统，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子；

连结系统，其在停止向所述燃气涡轮机供给燃料期间，将通过所述压缩机升压的所述空气导至所述转子冷却系统。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，

其中，所述高温部件冷却系统设有所述压缩机，具有高温部件冷却用管线，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气并将所述空气导至所述高温部件；

所述连结系统具有：连结管线，其在所述高温部件冷却用管线中连接至比所述压缩机的设置位置更靠近所述高温部件侧的位置，并将通过所述压缩机升压后的所述空气导至所述转子冷却系统；连结控制阀，其设在所述连结管线上；以及控制装置，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间关闭所述连结控制阀，在停止供给燃料期间打开所述连结控制阀。

3.根据权利要求2所述的冷却装置，

其中，所述高温部件冷却系统在所述高温部件冷却用管线中具有高温部件冷却控制阀，其设在比所述连结管线连接的位置更靠近所述高温部件侧的位置，

所述控制装置在向所述燃气涡轮机供给燃料期间打开所述高温部件冷却控制阀，在停止供给燃料期间关闭所述高温部件冷却控制阀。

4.根据权利要求2或3所述的冷却装置，

其中，所述转子冷却系统具有：转子冷却用管线，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子；转子冷却控制阀，其设在所述转子冷却用管线上，

所述连结管线在所述转子冷却用管线中连接至比所述转子冷却控制阀的设置位置更靠近所述转子侧的位置，

所述控制装置在向所述燃气涡轮机供给燃料期间打开所述转子冷却控制阀，在停止供给燃料期间关闭所述转子冷却控制阀。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的冷却装置，

其中，所述控制装置在停止向所述燃气涡轮机供给燃料后到预先规定的时间为止的冷却所需期间内，如果没有暂时驱动所述压缩机并在所述冷却所需期间内再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则经过所述冷却所需期间后，停止所述压缩机。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的冷却装置，

其中，所述高温部件冷却系统具有：吸气管线，其在所述高温部件冷却用管线中连接至比所述压缩机的设置位置更靠近所述缸体侧的位置，并吸入空气；过滤器，其用于去除通过所述吸气管线的空气中的异物；吸气控制阀，其在所述吸气管线中设在比所述过滤器更靠近与所述高温部件冷却用管线的连接位置侧的位置，

所述控制装置在向所述燃气涡轮机供给燃料期间关闭所述吸气控制阀，在停止供给燃料期间打开所述吸气控制阀。

7.一种燃气涡轮机设备，其具备根据权利要求1～6中任一项所述的冷却装置，

以及所述燃气涡轮机。

8.一种冷却装置的运转方法，具有可相对于燃气涡轮机独立运转的压缩机，并且具备：高温部件冷却系统，其将所述燃气涡轮机缸体内的空气从所述缸体抽出后通过所述压缩机升压，并将所述空气导至构成所述燃气涡轮机的部件中与燃烧气体接触的高温部件；

转子冷却系统，其从所述缸体抽出所述缸体内的空气，并将所述空气导至所述燃气涡轮机的转子，

所述冷却装置的运转方法执行以下工序：高温部件冷却工序，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间驱动所述压缩机，将来自所述高温部件冷却系统的空气供给至所述高温部件来冷却所述高温部件；

第一转子冷却工序，其在向所述燃气涡轮机供给燃料期间，将来自所述转子冷却系统的空气供给至所述转子来冷却所述转子；

第二转子冷却工序，其在停止向所述燃气涡轮机供给燃料期间驱动所述压缩机，经过所述转子冷却系统将通过所述压缩机升压后的空气供给至所述转子来冷却所述转子。

9.根据权利要求8所述的冷却装置的运转方法，

其中，所述第二转子冷却工序中，促进通过所述压缩机升压后的空气流入所述转子冷却系统，并抑制通过所述压缩机升压后的空气流入所述高温部件。

10.根据权利要求8或9所述的冷却装置的运转方法，

其中，所述第二转子冷却工序中，关于通过所述压缩机升压且流入所述转子冷却系统的空气流，抑制其流入所述转子冷却系统内的所述缸体侧，并促进其流入所述转子冷却系统内的所述转子侧。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的冷却装置的运转方法，

其中，所述高温部件冷却工序中，抑制通过所述压缩机升压后的空气流入所述转子冷却系统，并促进通过所述压缩机升压后的空气流入所述高温部件。

12.根据权利要求8～11中任一项所述的冷却装置的运转方法，

其中，在停止向所述燃气涡轮机供给燃料后到预先规定的时间为止的冷却所需期间内，如果至少暂时驱动所述压缩机并执行所述第二转子冷却工序，

在所述冷却所需期间内再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则结束所述第二转子冷却工序，执行所述高温部件冷却工序和所述第一转子冷却工序；

如果在所述冷却所需期间内没有再次开始向所述燃气涡轮机供给燃料，则经过所述冷却所需期间后，停止所述压缩机，结束所述第二转子冷却工序。

13.根据权利要求8～12中任一项所述的冷却装置的运转方法，

其中，所述第二转子冷却工序中，通过所述压缩机将空气吸入所述高温部件冷却系统内，并经过所述转子冷却系统将所述空气供给至所述转子。