CN108291452A - 燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法 - Google Patents

Abstract

燃气轮机(1)具备压缩机(10)、涡轮(30)、抽气管线(61)和部件导入管线(66)。抽气管线(61)从压缩机(10)的中间压缩级(19a)将压缩空气作为抽出空气抽出并将其向构成涡轮机室(41)的一部分的第一部件(44)引导。部件导入管线(66)将通过第一部件(44)后的抽出空气向作为构成涡轮(30)的部件的第二部件引导。第二部件是配置在比中间压缩级(19a)的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件(47)。

Description

燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法。

本申请基于2015年11月26日在日本申请的特愿2015-231053号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

燃气轮机具有对空气进行压缩的压缩机、使燃料在由压缩机压缩后的空气中燃烧的燃烧器以及利用来自燃烧器的燃烧气体来驱动的涡轮。涡轮具有以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖该涡轮转子的涡轮机室以及固定在涡轮机室的内周侧的多个静叶栅。涡轮转子具有以轴线为中心且沿着轴向延伸的转子轴以及固定在转子轴的外周且在轴向上排列的多个动叶栅。在各动叶栅的轴向上游侧配置有静叶栅。各静叶栅由以轴线为中心而在周向上排列的多个静叶构成。另外，各动叶栅由以轴线为中心而在周向上排列的多个动叶构成。

涡轮机室的内周面与动叶的前端之间的间隙通常被称作叶顶间隙。该叶顶间隙越小，涡轮效率越高。

作为调整该叶顶间隙的方法，例如有以下的专利文献1所记载的方法。该方法如下：在燃气轮机稳态运转时，向构成涡轮机室的一部分的多个叶片环供给空气并利用空气对多个叶片环进行冷却。在该方法中，将从压缩机的喷出口喷出且被导向燃烧器的压缩空气的一部分抽出。并且，将该抽出的压缩空气用冷却器冷却之后，用升压机进行升压。来自升压机的压缩空气向多个叶片环中的轴向上游侧的叶片环流入之后，依次向轴向下游侧的叶片环流入。从轴向下游侧的叶片环流出的压缩空气被向燃烧器输送，对燃烧器进行冷却。冷却燃烧器后的压缩空气被向燃烧器外放出。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/041346号

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1所记载的方法中，将通过压缩机而成为高压高温的压缩空气用冷却器冷却，并且将该压缩空气用升压机进一步升压。因此，在专利文献1所记载的方法中，存在设备成本增加的问题。而且，在专利文献1所记载的方法中，将从压缩机的喷出口喷出且成为高温高压的燃烧用的压缩空气的一部分作为冷却空气来利用，因此对该成为了高温高压的燃烧用的压缩空气进行冷却，存在无法有效地利用该高温高压的压缩空气的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制设备成本并实现高温高压的压缩空气的有效利用的燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法。

用于解决课题的方案

用于达成上述目的的发明的第一方案的燃气轮机具备：压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅；抽气管线，其从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并将所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件引导；以及部件导入管线，其将通过所述第一部件后的所述抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件引导，在所述第一部件内形成有沿着所述轴线所延伸的轴向延伸、供来自所述抽气管线的所述抽出空气流动的第一空气流路，所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件，在所述低压部件形成有供来自所述部件导入管线的所述抽出空气流动的第二空气流路。

在涡轮机室的内周面与涡轮转子的径向外侧端之间需要间隙。该间隙通常被称作叶顶间隙。在叶顶间隙的变化大的情况下，需要增大稳态间隙。需要说明的是，稳态间隙是指燃气轮机的稳定运转持续时的叶顶间隙。若该稳态间隙大，则在燃气轮机的稳态运转时通过涡轮转子的径向外侧端与涡轮机室的内周面之间的燃烧气体的流量变多。因此，若稳态间隙大，则燃气轮机的稳态运转时的燃气轮机性能降低。因而，为了提高燃气轮机性能，要求减小该稳态间隙。

在该燃气轮机中，在燃烧气体在涡轮机室内的燃烧气体流路中流动的期间，将抽出空气经由抽气管线向第一部件引导，由此能够冷却该第一部件。因此，即便燃烧气体在燃烧气体流路中流动，也能够抑制因热膨胀而导致涡轮机室的内径变大。因而，能够抑制燃烧气体在燃烧气体流路中流动的状态以及燃烧气体未在燃烧气体流路中流动的状态下的涡轮机室的内径变化。因而，在该燃气轮机中，能够抑制叶顶间隙的变化，其结果是，能够减小稳态间隙。

在该燃气轮机中，不是利用经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气，而是从压缩机的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出并使其向第一部件流动。因此，在该燃气轮机中，能够将来自压缩机的中间压缩级的压缩空气在不用冷却器冷却的情况下直接用于第一部件的冷却。

另外，在该燃气轮机中，第二部件是配置在比中间压缩级的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件。因此，在该燃气轮机中，即便不将来自压缩机的压缩空气用升压机升压，也能够使通过第一部件后的抽出空气向低压部件流动来冷却该低压部件。

因而，在该燃气轮机中，对构成涡轮机室的一部分的第一部件进行冷却来减小稳态间隙，并且对作为与第一部件不同的第二部件的低压部件进行冷却，由此能够抑制设备成本。进而，在该燃气轮机中，从压缩机的中间压缩级抽出压缩空气并利用其对第一部件及低压部件进行冷却，因此能够将经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气例如作为燃烧用的空气而有效利用。

在所述第一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第二方案的燃气轮机构成为，所述低压部件配置在比所述第一部件内的所述第一空气流路靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。

在所述第一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第三方案的燃气轮机构成为，所述低压部件在所述轴向上配置于所述第一部件内的所述第一空气流路所存在的区域内。

在所述第一方案至第三方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第四方案的燃气轮机构成为，所述抽气管线与所述第一空气流路的轴向下游端连接，所述部件导入管线与所述第一空气流路的轴向上游端连接。

在该燃气轮机中，抽出空气在第一空气流路内从轴向下游侧向轴向上游侧流动。即，在该燃气轮机中，抽出空气的流动相对于燃烧气体的流动成为对置流。因此，在该燃气轮机中，能够有效地冷却第一部件。

在所述第一方案至第四方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第五方案的燃气轮机构成为，所述低压部件的所述第二空气流路形成为能够使来自所述部件导入管线的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

在所述第一方案至第五方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第六方案的燃气轮机构成为，多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述第一空气流路靠轴向下游侧的静叶栅的多个静叶。

在所述第六方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第七方案的燃气轮机构成为，所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，在构成所述低压部件的多个所述静叶形成有所述第二空气流路，所述第二空气流路供来自所述部件导入管线的抽出空气从所述外侧护罩流入并经由所述叶片体而从所述内侧护罩流出。

在该燃气轮机中，能够利用在第二空气流路中流动的抽出空气对作为低压部件的多个静叶进行冷却，并且能够利用从第二空气流路流出的抽出空气来防止在燃烧气体流路中流动的燃烧气体向所谓的盘腔流入。

在所述第一方案至第五方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第八方案的燃气轮机构成为，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述低压部件是构成多个所述动叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个动叶栅的多个动叶，在所述转子轴形成有从所述转子轴的轴向的端部延伸至构成所述低压部件的多个所述动叶的第三空气流路，所述部件导入管线包括所述转子轴的所述第三空气流路。

在所述第一方案至第八方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第九方案的燃气轮机构成为，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述涡轮机室具有与所述动叶栅在相对于所述轴线的径向上对置的多个分割环、从径向外侧支承多个所述分割环及多个所述静叶栅的叶片环以及从径向外侧支承所述叶片环的机室主体，所述第一部件是所述叶片环。

在所述第九方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十方案的燃气轮机构成为，所述叶片环在形成有所述第一空气流路的区域内在所述轴向上为一体形成件。

在所述第一方案至第十方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十一方案的燃气轮机构成为，所述燃气轮机具备：旁通管线，其与所述抽气管线和所述部件导入管线连接，绕过所述第一空气流路而将流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述部件导入管线引导；以及切换器，其在使流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述第一空气流路流入的稳态状态与使流入所述抽气管线中的所述抽出空气经由所述旁通管线及所述部件导入管线而向所述低压部件流入的旁通状态之间进行切换。

在该燃气轮机中，通过将切换器设为稳态状态，由此能够使抽出空气在第一部件及低压部件中流动来冷却第一部件及低压部件。另外，在该燃气轮机中，通过将切换器设为旁通状态，由此使抽出空气不在第一部件中流动而专门向低压部件流动，因此能够在不冷却第一部件的情况下冷却第二部件。因此，在该燃气轮机中，能够一边冷却第二部件一边实现对第一部件进行冷却的状态及不对第一部件进行冷却的状态。因而，在该燃气轮机中，能够进一步抑制涡轮机室的内径变化。

在所述第十一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十二方案的燃气轮机构成为，所述燃气轮机具备冷却控制器，所述冷却控制器如下进行控制：在所述涡轮起动后，直到所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值之前，对所述切换器输出指令以成为旁通状态，在所述输出关联值超过所述第一值时，对所述切换器输出指令以成为所述稳态状态。

在输出关联值超过了第一值的状态下，高温的燃烧气体会在燃烧气体流路中流动。另一方面，在输出关联值没有超过第一值的状态中，高温的燃烧气体不会流动。因此，在该燃气轮机中，能够抑制因高温的燃烧气体在燃烧气体流路中流动时的热膨胀而导致的涡轮机室的内径增大，另一方面能够抑制高温的燃烧气体不在燃烧气体流路中流动时的涡轮机室的内径缩小。因而，在该燃气轮机中，能够进一步减小稳态间隙。

在所述第一方案至第十方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十三方案的燃气轮机构成为，所述燃气轮机具备：加热机构，其对所述第一部件进行加热；以及加热控制器，其如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在最晚从所述涡轮转子开始升速时起至所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热，在所述输出关联值超过所述第一值时，中止所述加热机构对所述第一部件的加热。

在该燃气轮机中，从涡轮转子开始高速旋转之前就对第一部件进行加热来增大涡轮机室的内径，因此能够减小稳态间隙，并且在使燃气轮机热起动的情况下，能够抑制叶顶间隙变成0或者变得极小。

在所述第十三方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十四方案的燃气轮机构成为，所述加热机构是能够与所述压缩机的起动停止动作独立地对所述第一部件进行加热的机构，所述加热控制器如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在从所述涡轮转子开始升速时的预先设定的时间前至所述输出关联值成为所述第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热。

在该燃气轮机中，能够在涡轮转子开始高速旋转的时刻增大涡轮机室的内径。

在所述第十四方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十五方案的燃气轮机构成为，所述加热机构是设置在所述抽气管线或所述第一部件并发热的加热器。

在所述第十三或第十四方案的所述燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的发明的第十六方案的燃气轮机构成为，所述加热机构具有与所述抽气管线连接且供温度比从所述中间压缩级抽出的所述抽出空气高的空气流动的高温空气管线以及切换器，所述切换器在使来自所述高温空气管线的空气经由所述抽气管线向所述第一空气流路流入的加热状态与使流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述第一空气流路流入且不使来自所述高温空气管线的空气向所述抽气管线流入的稳态状态之间进行切换，所述加热控制器对所述切换器的动作进行控制。

用于达成上述目的的发明的第十七方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述燃气轮机具备：压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；以及涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅，其中，所述燃气轮机的部件温度调节方法执行：第一空冷工序，在所述第一空冷工序中，从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并使所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件中流动；以及第二空冷工序，在所述第二空冷工序中，使通过所述第一部件后的抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件中流动，所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件。

在该部件温度调节方法中，在燃烧气体在涡轮机室内的燃烧气体流路中流动的期间，将抽出空气向第一部件引导，由此能够冷却该第一部件。因此，即便燃烧器在燃烧气体流路中流动，也能够抑制因热膨胀而导致涡轮机室的内径变大。因而，在该部件温度调节方法中，能够抑制叶顶间隙的变化，其结果是，能够减小稳态间隙。

另外，在该部件温度调节方法中，不是利用经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气，而是从压缩机的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出而使其向第一部件第一部件流动。因此，在该部件温度调节方法中，能够将来自压缩机的中间压缩级的压缩空气在不用冷却器冷却的情况下直接用于第一部件的冷却。

另外，在该部件温度调节方法中，供通过第一部件后的抽出空气流动的第二部件是配置在比中间压缩级的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件。因此，在该燃气轮机中，即便不利用升压机对来自压缩机的压缩空气进行升压，也能够使通过第一部件后的抽出空气向低压部件流动来冷却该低压部件。

因而，在该部件温度调节方法中，能够对构成涡轮机室的一部分的第一部件进行冷却来减小稳态间隙，并且对作为与第一部件不同的第二部件的低压部件进行冷却，由此能够抑制设备成本。进而，在该部件温度调节方法中，从压缩机的中间压缩级将压缩空气抽出并利用其对第一部件及低压部件进行冷却，因此能够将经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气例如作为燃烧用的空气来有效利用。

在所述第十七方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第十八方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述低压部件配置在比所述第一部件中的供所述抽出空气流动的第一区域靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。

在所述第十七方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第十九方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述低压部件在轴向上配置于所述第一部件中的供所述抽出空气流动的第一区域所存在的范围内。

在所述第十七方案至第十九方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述第一空冷工序中，在所述第一部件内使所述抽出空气向轴向上游侧流动。

在所述第十七方案至第二十方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十一方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述第二空冷工序中，使流入所述低压部件中的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

在所述第十七方案至第二十一方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十二方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个静叶栅的多个静叶。

在所述第二十二方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十三方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，在所述第二空冷工序中，使通过所述第一部件后的抽出空气从构成所述低压部件的所述静叶的所述外侧护罩向所述静叶内流入，经由所述静叶的所述叶片体而从所述静叶的所述内侧护罩流出。

在所述第十七方案至第二十一方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十四方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述低压部件是构成多个所述动叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个动叶栅的多个动叶。

在所述第十七方案至第二十四方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十五方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述涡轮机室具有位于相对于所述轴线的径向外侧且与多个所述动叶栅在径向上对置的多个分割环、从径向外侧支承多个分割环的叶片环以及从径向外侧支承所述叶片环的机室主体，所述第一部件是所述叶片环。

在所述第十七方案至第二十五方案中的任一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十六方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值超过第一值时，执行所述第一空冷工序及所述第二空冷工序。

在输出关联值超过了第一值的状态下，高温的燃烧气体会在燃烧气体流路中流动。因此，在该部件温度调节方法中，能够抑制因高温的燃烧气体在燃烧气体流路中流动时的热膨胀而导致的涡轮机室的内径增大。因而，在该部件调节方法中，能够减小稳态间隙。

在所述第二十六方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十七方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述涡轮起动后到所述输出关联值成为所述第一值之前，执行使来自所述中间压缩级的抽出空气不经由所述第一部件而向所述低压部件流动的第三空冷工序。

在该部件温度调节方法中，能够抑制高温的燃烧气体未在燃烧气体流路中流动时的涡轮机室的内径缩小，或者增大涡轮机室的内径。因而，在该部件温度调节方法中，能够减小稳态间隙。

在所述第二十六或第二十七方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十八方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述第一空冷工序及所述第二空冷工序的执行中，在所述输出关联值小于比所述第一值小的第二值时，中止所述第一空冷工序及所述第二空冷工序，执行使来自所述中间压缩级的抽出空气不经由所述第一部件而向所述低压部件流动的第三空冷工序。

所述第二十七或第二十八方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第二十九方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述第三空冷工序中，使通过所述低压部件后的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

在所述第二十六方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第三十方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，在所述涡轮的起动过程中，在最晚从所述涡轮转子开始升速时起至所述输出关联值成为所述第一值的期间，对所述第一部件进行加热，在所述输出关联值超过所述第一值时，执行中止所述第一部件的加热的加热工序。

在该部件温度调节方法中，从涡轮转子开始高速旋转之前就对第一部件进行加热来增大涡轮机室的内径，因此能够减小稳态间隙，并且在使燃气轮机热起动的情况下，能够抑制叶顶间隙变成0或者变得极小。

在所述第三十方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第三十一方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述燃气轮机具备能够与所述压缩机的起动停止动作独立地对所述第一部件进行加热的加热机构，在所述加热工序中，在所述涡轮的起动过程中，在从所述涡轮转子开始升速时的预先设定的时间前至所述输出关联值成为所述第一值的期间，利用所述加热机构对所述第一部件进行加热。

在该燃气轮机中，能够在涡轮转子开始高速旋转的时刻增大涡轮机室的内径。

在所述第三十一方案的燃气轮机的部件温度调节方法的基础上，用于达成上述目的的发明的第三十二方案的燃气轮机的部件温度调节方法设计为，所述加热机构是发热的加热器。

发明效果

根据本发明的一方案，能够抑制燃气轮机的设备成本并且实现高温高压的压缩空气的有效利用。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式中的燃气轮机的示意剖视图。

图2是本发明的第一实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图3是本发明的第一实施方式中的涡轮的主要部分剖视图。

图4是表示本发明的第一实施方式中的部件温度调节方法的顺序的流程图。

图5是表示本发明的第一实施方式中的燃气轮机的输出及转速的随着时间经过的变化与切换器的状态的关系的说明图。

图6是本发明的第二实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图7是表示本发明的第二实施方式中的燃烧气体及抽出空气的温度变化的说明图。

图8是本发明的第三实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图9是本发明的第四实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图10是表示本发明的第四实施方式中的部件温度调节方法的顺序的流程图。

图11是表示本发明的第四实施方式中的燃气轮机的输出及转速的随着时间经过的变化与加热器的状态的关系的说明图。

图12是本发明的第五实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图13是本发明的第六实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图14是本发明的第七实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

图15是本发明的第八实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。

以下，参照附图对本发明的燃气轮机的各种实施方式详细进行说明。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照图1～图5来说明本发明的燃气轮机的第一实施方式。

如图1所示，本实施方式的燃气轮机1具备对外部气体A进行压缩来生成压缩空气Acom的压缩机10、使来自燃料供给源的燃料F在压缩空气Aco中燃烧来生成燃烧气体G的燃烧器20以及由燃烧气体G来驱动的涡轮30。

压缩机10具有以轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子11以及覆盖该压缩机转子11的筒状的压缩机机室15。需要说明的是，以下，将轴线Ar延伸的方向设为轴向Da。另外，将轴向Da的一侧设为轴向上游侧Dau，将该轴向Da的另一侧设为轴向下游侧Dad。将相对于轴线Ar的径向简称为径向Dr。另外，将在该径向Dr上离开轴线Ar的一侧设为径向外侧Dro，将在该径向Dr上接近轴线Ar的一侧设为径向内侧Dri。

在压缩机机室15的轴向上游侧Dau的部分形成有开口。该开口构成供压缩机10从外部取入外部气体A的空气取入口15i。在压缩机机室15的径向内侧Dri固定有多个静叶栅16。多个静叶栅16在轴向Da上隔开间隔地排列。多个静叶栅16均由在相对于轴线Ar的周向Dc上排列的多个静叶17构成。压缩机转子11具有以轴线Ar为中心且沿着轴向Da延伸的转子轴12以及固定在该转子轴12的外周的多个动叶栅13。各动叶栅13配置在任一静叶栅16的轴向上游侧Dau。多个动叶栅13均由在周向Dc上排列的多个动叶14构成。通过一个动叶栅13和与该动叶栅13的轴向下游侧Dad相邻的一个静叶栅16来构成一个压缩级19。本实施方式的压缩机10是具有多个压缩级19的轴流压缩机。

涡轮30配置在压缩机10的轴向下游侧Dad。该涡轮30具有以轴线Ar为中心进行旋转的涡轮转子31以及覆盖该涡轮转子31的筒状的涡轮机室41。在涡轮机室41的径向内侧Dri固定有多个静叶栅46。多个静叶栅46在轴向Da上隔开间隔地排列。多个静叶栅46均由在周向Dc上排列的多个静叶47构成。涡轮转子31具有以轴线Ar为中心且沿着轴向Da延伸的转子轴32以及固定在该转子轴32的外周的多个动叶栅33。

各动叶栅33配置在任一静叶栅46的轴向下游侧Dad。多个动叶栅33均由在周向Dc上排列的多个动叶34构成。

本实施方式的燃气轮机1还具备中间机室51、排气室52和轴承55。中间机室51在轴向Da上配置于压缩机机室15与涡轮机室41之间。排气室52配置在涡轮机室41的轴向下游侧Dad。压缩机机室15、中间机室51、涡轮机室41和排气室52彼此连结而构成燃气轮机机室3。压缩机转子11和涡轮转子31以同一轴线Ar为中心一体地旋转。压缩机转子11和涡轮转子31构成燃气轮机转子2。该燃气轮机转子2在轴向Da的两端分别由轴承55来支承。在该燃气轮机转子2例如连接有发电机9的转子。

燃烧器20固定在中间机室51。在该燃烧器20连接有向该燃烧器20供给燃料F的燃料管线25。在燃料管线25设置有对燃料流量进行调节的燃料调节阀26。

本实施方式的燃气轮机1还具备抽气管线61、部件导入管线66、旁通管线71、切换器75和控制器100。抽气管线61从压缩机10的多个压缩级19中的中间压缩级19a抽出压缩空气来作为抽出空气，并将其向构成涡轮机室41的一部分的第一部件引导。需要说明的是，中间压缩级19a是指多个压缩级19中的、除了最靠轴向上游侧Dau的压缩级19和最靠轴向下游侧Dad的压缩级19之外的压缩级19中的任一个压缩级19。部件导入管线66将通过了第一部件的抽出空气向构成涡轮30的部件中的与第一部件不同的第二部件引导。旁通管线71与抽气管线61及部件导入管线66连接，绕过第一部件而将抽出空气向部件导入管线66引导。切换器75在使流入到抽气管线61的抽出空气向第一部件流入的稳态状态与使流入到抽气管线61的抽出空气经由抽气管线61、旁通管线71及部件导入管线66而向第二部件流入的旁通状态之间进行切换。切换器75由三通阀构成。因此，以下也将该三通阀记载为三通阀75。该三通阀75设置在抽气管线61与旁通管线71的连接位置。三通阀75的三个开口中，第一开口75a与抽气管线61中的压缩机10侧的管线连接，第二开口75b与抽气管线61中的涡轮30侧的管线连接。另外，第三开口75c与旁通管线71连接。需要说明的是，切换器75可以不是三通阀，例如也可以由两个阀构成。控制器100具有对燃料调节阀26进行控制的燃料控制部101以及对切换器75进行控制的部件温度控制部(冷却控制器)102。

如图2所示，涡轮机室41具有多个分割环42、多个隔热环43、作为第一部件的叶片环44和机室主体45。分割环42位于动叶栅33的径向外侧Dro，与动叶栅33在径向Dr上对置。叶片环44以轴线Ar为中心而形成为环状，位于多个分割环42的径向外侧Dro。隔热环43在径向Dr上位于分割环42及静叶47与叶片环44之间，将分割环42及静叶47与叶片环44连接。因而，分割环42及静叶47经由隔热环43而被叶片环44从径向外侧Dro支承。机室主体45以轴线Ar为中心而形成为环状，位于叶片环44的径向外侧Dro。机室主体45从径向外侧Dro支承叶片环44。在机室主体45的轴向上游侧Dau连接有中间机室51。另外，在机室主体45的轴向下游侧Dad连接有排气室52。在排气室52内配置有以轴线Ar为中心的环状的内侧扩散器53i及外侧扩散器53o。在内侧扩散器53i的径向内侧Dri配置有涡轮转子31的轴向下游侧Dad的部分。外侧扩散器53o的内径比内侧扩散器53i的外径大。该外侧扩散器53o隔开间隔地配置在内侧扩散器53i的径向外侧Dro。内侧扩散器53i的径向外侧Dro与外侧扩散器53o的径向内侧Dri之间的环状的空间形成燃烧气体流路52p。

如图3所示，静叶47具有沿着径向Dr延伸而构成叶片形的叶片体48、设置在叶片体48的径向外侧Dro的外侧护罩49o以及设置在叶片体48的径向内侧Dri的内侧护罩49i。在内侧护罩49i的径向内侧Dri设置有密封环49r。来自燃烧器20的燃烧气体G在外侧护罩49o与内侧护罩49i之间流动。动叶34具有沿着径向Dr而构成叶片形的叶片体35、设置在叶片体35的径向内侧Dri的平台36以及设置在平台36的径向内侧Dri的叶片根部37。动叶34的叶片根部37嵌入转子轴32。燃烧气体G在动叶34的平台36与位于该动叶34的径向外侧Dro的分割环42之间流动。因而，通过静叶47的外侧护罩49o及内侧护罩49i、动叶34的平台36、分割环42来划分出供燃烧气体G流动的燃烧气体流路41p。该燃烧气体流路41p以轴线Ar为中心而形成为环状。燃烧气体流路41p的径向外侧Dro的缘部由静叶47的外侧护罩49o和分割环42来确定。另外，燃烧气体流路41p的径向内侧Dri的缘部由静叶47的内侧护罩49i和动叶34的平台36来确定。该燃烧气体流路41p和前述的内侧扩散器53i与外侧扩散器53o之间的燃烧气体流路52p相连。

在作为第一部件的环状的叶片环44内形成有在周向Dc及轴向Da上扩展的叶片环空气流路(第一空气流路或第一区域)65。即，该叶片环空气流路65在叶片环44内沿着周向Dc延伸并且还沿着轴向Da延伸。叶片环空气流路65的轴向上游端Eu的轴向Da上的位置是在轴向Da上设置第一级静叶栅46的位置。叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是在轴向Da上第二级静叶栅46与第二级动叶栅33之间的位置。

如图2所示，在压缩机机室15中的中间压缩级19a的径向外侧Dro的位置连接有抽气管线61的第一端。在叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接有抽气管线61的第二端。因此，到压缩机10的中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气能够作为抽出空气经由该抽气管线61而向叶片环空气流路65流入。该抽气管线61的流路通过第一抽气配管62内的流路、第二抽气配管63内的流路及第三抽气配管64内的流路来形成。第一抽气配管62与涡轮机室41中的中间压缩级19a的径向外侧Dro的位置连接，并且，第一抽气配管62与作为切换器的三通阀75的第一开口75a连接。第二抽气配管63与作为切换器的三通阀75的第二开口75b连接，并且第二抽气配管63与涡轮机室41的机室主体45连接。第三抽气配管64与涡轮机室41的机室主体45连接，并且，第三抽气配管64与叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接。第二抽气配管63与第三抽气配管64彼此连通。

构成第四级静叶栅46a的多个静叶47是低压部件。在作为该低压部件的多个静叶47形成有静叶空气流路(第二空气流路)47p。该静叶空气流路47p在静叶47的外侧护罩49o的径向外侧Dro的面上开口，并且在静叶47的内侧护罩49i的径向内侧Dri的面上开口。在叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接有部件导入管线66的第一端。在构成第四级静叶栅46a的多个静叶47的外侧护罩49o上的静叶空气流路47p的开口处连接有部件导入管线66的第二端。因此，到压缩机10的中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气能够经由抽气管线61的第一抽气配管62、旁通管线71及部件导入管线66而作为抽出空气向静叶空气流路47p流入。部件导入管线66的流路通过反复使用配管67内的流路及机室空气流路68来形成。反复使用配管67与叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接，并且，反复使用配管67与涡轮机室41的机室主体45连接。旁通管线71与该反复使用配管67连接。机室空气流路68是形成在涡轮机室41的机室主体45及叶片环44上的流路。该机室空气流路68与反复使用配管67连通，并将来自反复使用配管67的抽出空气向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47的静叶空气流路47p引导。

接着，对以上所说明的燃气轮机1的动作进行说明。

如图1所示，在压缩机转子11旋转时，外部气体A从压缩机10的空气取入口15i向压缩机机室15内流入。外部气体A在该压缩机机室15内从轴向上游侧Dau朝向轴向下游侧Dad流动的过程中，被多个压缩级19依次压缩而成为压缩空气Acom。该压缩空气Acom从压缩机机室15向中间机室51内流入。

流入了中间机室51内的压缩空气Acom向燃烧器20内流入。还向该燃烧器20供给来自燃料供给源的燃料F。在燃烧器20内，该燃料F在压缩空气Acom中燃烧而生成高温高压的燃烧气体G。

高温高压的燃烧气体G从燃烧器20向涡轮30的燃烧气体流路41p内流入。该燃烧气体G在燃烧气体流路41p内流动的过程中，使涡轮转子31旋转。从燃烧器20向涡轮30的燃烧气体流路41p内流入时的燃烧气体G的温度也会成为几百～几千℃。该燃烧气体G的温度在燃烧气体G在燃烧气体流路41p内流动的过程中逐渐降低。

其中，如图3所示，在动叶34的径向外侧端与和该动叶34在径向Dr上对置的涡轮机室41的内周面之间需要间隙。该间隙通常被称作叶顶间隙CC，从涡轮性能的观点来看，优选该间隙尽可能地小。

涡轮转子31、尤其是转子轴32的质量比涡轮机室41的质量大。因此，涡轮转子31的热容比涡轮机室41的热容大，在燃烧气体流路41p中流动的气体的对温度变化的热响应性比涡轮机室41低。而且，由于涡轮机室41暴露于外部气体，因此在燃气轮机停止时，与没有暴露于外部气体的涡轮转子31相比，每单位时间的热变形量更大。因而，在燃烧气体流路41p中流动的气体发生了温度变化的情况下，由于涡轮转子31与涡轮机室41的热响应性的差异等而导致叶顶间隙CC发生变化。尤其是，燃气轮机1起动及停止等时的叶顶间隙CC的变化大。

在叶顶间隙CC的变化大的情况下，需要增大稳态间隙。需要说明的是，稳态间隙是指，燃气轮机1的稳定运转持续且涡轮转子31及涡轮机室41一起持续成为相同的温度时的叶顶间隙。若该稳态间隙大，则在燃气轮机1稳态运转时，通过动叶34的径向外侧端与涡轮机室41的内周面之间的燃烧气体G的流量变多。因此，若稳态间隙大，则燃气轮机1的稳态运转时的燃气轮机性能会降低。

在停止向燃气轮机1的燃料供给而使得高温高压的燃烧气体G不向燃烧气体流路41p流动时，涡轮转子31及涡轮机室41的温度会降低。然而，如前所述，涡轮机室41相较于涡轮转子31而言热容小，且还暴露于外部气体，因此该涡轮机室41的温度与涡轮转子31的温度相比急剧地降低。因此，产生涡轮转子31的温度与涡轮机室41的温度相比暂时高的状态。在该状态下，叶顶间隙CC变小。若在这样的状态时使燃气轮机1起动，则在作用于涡轮转子31的离心力的作用下涡轮转子31的外径变大，叶顶间隙CC进一步变小。即，在使燃气轮机1热起动的情况下，叶顶间隙CC变得极其小。另外，动叶34的径向外侧端与涡轮机室41的内周面也可能会接触。因此，在使燃气轮机1热起动时的情况下，也需要以能够可靠地确保叶顶间隙CC的方式确定稳态间隙。

在本实施方式中，通过将作为构成涡轮机室41的部件之一的叶片环44在一定条件下利用抽出空气进行冷却，来减小该叶片环44的内径的变化，由此减小叶顶间隙CC的变化。

按照图4所示的流程图对本实施方式中的燃气轮机1的部件温度调节方法进行说明。

在燃气轮机1的起动开始之前，作为切换器的三通阀75设置成，第一开口75a与第三开口75c连通，第一开口75a与第二开口75b不连通。即，切换器75成为旁通状态。通过起动装置等的驱动，使得燃气轮机转子2开始升速，在该燃气轮机转子2的转速N成为比额定转速Nr(例如3600rpm)低的预先设定的转速N1(参照图5)时，开始向燃烧器20供给燃料。在燃烧器20内，如前所述，生成高温高压的燃烧气体G，且该燃烧气体G向燃烧气体流路41p内流入。

在燃气轮机转子2开始升速时，通过压缩机10的各压缩级19来依次压缩空气。因此，到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气的一部分作为抽出空气经由抽气管线61、切换器75、旁通管线71、部件导入管线66而被导向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47。在燃烧气体流路41p中，第四级静叶栅46a与第三级动叶栅33之间的压力比中间压缩级19a的出口处的压缩空气的压力低。因此，来自中间压缩级19a的压缩空气即抽出空气通过形成于静叶47的静叶空气流路47p而向静叶47与转子轴32之间的盘腔32c流入，之后经由构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间而向燃烧气体流路41p流出(S1：第三空冷工序)。构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间被该抽出空气密封，在燃烧气体流路41p中流动的燃烧气体G不会从其间向盘腔32c内流入。

如图5所示，在燃气轮机转子2的转速N成为额定转速Nr时，与燃气轮机转子2连接的发电机9和外部的电力系统连接。其结果是，燃气轮机输出PWx、即来自发电机9的电力开始向电力系统供给。从发电机9输出的电力由电力计来计测。向控制器100的燃料控制部101除了输入由该电力计计测出的电力、即燃气轮机输出PWx之外，还输入来自外部的负载指令等。燃料控制部101基于燃气轮机输出PWx、负载指令等来确定向燃烧器20供给的燃料的流量。并且，燃料控制部101基于该燃料流量而向燃料调节阀26输出阀开度指令。控制器100的部件温度控制部102从燃料控制部101接收燃气轮机输出PWx，并基于该燃气轮机输出PWx来控制切换器75。

部件温度控制部102判断燃气轮机输出PWx是否超过预先设定的第一值PW1(S2)。若燃气轮机输出PWx没有超过预先设定的第一值PW1，则部件温度控制部102使切换器75维持旁通状态。即，部件温度控制部102持续第三空冷工序(S1)。另一方面，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1时，部件温度控制部102向切换器75输出稳态状态指令，如图5所示那样将切换器75设为稳态状态。在作为切换器的三通阀75成为稳态状态时，第一开口75a与第二开口75b连通，第一开口75a与第三开口75c不连通。因此，到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气的一部分作为抽出空气经由抽气管线61而在叶片环空气流路65中流动。在该叶片环空气流路65中流动的抽出空气与叶片环44进行热交换来冷却叶片环44(S3：第一空冷工序)。因此，即便燃气轮机输出PWx超过第一值PW1而使燃烧气体流路41p的入口处的燃烧气体的温度变高，也能够抑制因热膨胀而导致叶片环44的内径变大，其结果是，能够抑制涡轮机室41的内径变大。

通过了叶片环空气流路65的抽出空气经由部件导入管线66而被导向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47。该抽出空气与前述的第三空冷工序(S1)同样地通过形成于静叶47的静叶空气流路47p而向静叶47与转子轴32之间的盘腔32c流入，之后经由构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间而向燃烧气体流路41p流出(S4：第二空冷工序)。因此，构成第四级静叶栅46a的多个静叶47被该抽出空气冷却。进而，构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间被该抽出空气密封。需要说明的是，到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气即抽出空气的压力例如为4kPa。另外，燃烧气体流路41p中的第三级动叶栅33与第四级静叶栅46a之间的压力例如为2kPa。即，抽出空气流出的部位的压力比到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气即抽出空气的压力低。

接着，部件温度控制部102判断燃气轮机输出PWx是否大于0且小于预先设定的第二值PW2(S5)。若燃气轮机输出PWx不小于第二值PW2，则部件温度控制部102使切换器75维持稳态状态。即，部件温度控制部102持续第一空冷工序(S3)及第二空冷工序(S4)。另一方面，在燃气轮机输出PWx大于0且小于第二值PW2时，部件温度控制部102向切换器75输出旁通状态指令，如图5所示，将切换器75设为旁通状态。在作为切换器75的三通阀成为旁通状态时，如前所述，第一开口75a与第三开口75c连通，第一开口75a与第二开口75b不连通。因此，到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气的一部分作为抽出空气经由抽气管线61、切换器75、旁通管线71、部件导入管线66而向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47的静叶空气流路47p流动(S6：第三空冷工序)。需要说明的是，第二值PW2是小于第一值PW1的值。这样，作为将切换器75从稳态状态切换为旁通状态的阈值，使用小于第一值PW1的第二值PW2，这是为了防止切换器75发生共振。

接着，部件温度控制部102判断燃气轮机输出PWx是否大于0且小于第二值PW2、或者是否超过了第一值PW1、或者是否成为了0(S7)。在燃气轮机输出PWx仍旧是大于0且小于第二值PW2的情况下，部件温度控制部102使切换器75维持旁通状态。即，部件温度控制部102持续第三空冷工序(S6)。另一方面，在燃气轮机输出PWx超过了第一值PW1的情况下，部件温度控制部102向切换器75输出稳态状态指令，如图5所示，将切换器75设为稳态状态来执行第一空冷工序(S3)及第二空冷工序(S4)。另外，在燃气轮机输出PWx成为了0的情况下，部件温度控制部102结束切换器75的控制。需要说明的是，切换器75在结束了部件温度控制部102对切换器75的控制之后仍维持旁通状态。因此，在燃气轮机1的起动开始之前，切换器75如前所述那样成为旁通状态。

以上，在本实施方式中，在燃烧气体G在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过第一值PW1的期间，经由抽气管线61来向作为第一部件的叶片环44引导抽出空气，由此能够冷却该叶片环44。因此，即便燃烧气体在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过第一值PW1，在本实施方式中，也能够抑制因热膨胀而导致涡轮机室41的内径变大。因而，在本实施方式中，能够抑制燃烧气体G在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过第一值PW1的状态以及燃烧气体G未在燃烧气体流路41p中流动的状态下的涡轮机室41的内径变化。

因而，在本实施方式中，能够抑制叶顶间隙CC的变化，其结果是，能够确保使燃气轮机1热起动的情况下的叶顶间隙CC并减小稳态间隙。

另外，在本实施方式中，不是利用经由压缩机10的最终压缩级19而从压缩机10喷出的高温高压的压缩空气，而是从压缩机10的中间压缩级19a将压缩空气作为抽出空气抽出并使其向作为第一部件的叶片环44流动。因此，在本实施方式中，能够将来自压缩机10的中间压缩级19a的压缩空气在不用冷却器冷却的情况下直接用于叶片环44的冷却。

另外，本实施方式中的低压部件(第二部件)是构成比第一部件的第一空气流路靠轴向下游侧Dad配置的第四级静叶栅46a的静叶47。即，本实施方式中的低压部件(第二部件)是配置在比中间压缩级19a的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的静叶47。因此，在本实施方式中，即便不利用升压机对来自压缩机10的压缩空气进行升压，也能够使通过了作为第一部件的叶片环44的抽出空气向作为低压部件的静叶47流动来冷却该静叶47。

因而，在本实施方式中，对构成涡轮机室41的一部分的第一部件进行冷却来减小稳态间隙，并且对作为与第一部件不同的第二部件的低压部件进行冷却，由此能够抑制设备成本。进而，在本实施方式中，从压缩机10的中间压缩级19a抽出压缩空气并利用其对第一部件及低压部件进行冷却，因此能够将经由压缩机10的最终压缩级19而从压缩机10喷出的高温高压的压缩空气Acom例如作为燃烧用的空气而有效利用。

需要说明的是，在本实施方式中，作为对切换器75的状态进行切换的阈值的参数，使用了燃气轮机输出PWx。然而，只要是与燃气轮机输出具有关联性的参数，则可以使用任意的参数。具体而言，可以使用向燃烧器20供给的燃料流量、燃烧气体流路41p的入口处的燃烧气体G的温度等来作为参数。

[第二实施方式]

参照图6及图7对本发明的燃气轮机的第二实施方式进行说明。

在上述第一实施方式的燃气轮机1中，在叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接有抽气管线61的第二端，在叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接有部件导入管线66的第一端。因此，在上述第一实施方式的燃气轮机1中，抽出空气在叶片环空气流路65内从轴向下游侧Dad向轴向上游侧Dau流动。

另一方面，如图6所示，在本实施方式的燃气轮机1a中，如图6所示，在叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接有抽气管线61a的第二端，在叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接有部件导入管线66a的第一端。因此，在本实施方式的燃气轮机1a中，抽出空气在叶片环空气流路65内从轴向下游侧Dad向轴向上游侧Dau流动。需要说明的是，本实施方式的燃气轮机1a在以上方面与第一实施方式的燃气轮机1不同，其它方面与第一实施方式的燃气轮机1相同。

在本实施方式中，由于在叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接有抽气管线61a的第二端，因此能够缩短该抽气管线61a的第一端与第二端之间的轴向Da的距离。另外，在本实施方式中，由于在叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接有部件导入管线66a的第一端，因此能够缩短该部件导入管线66a的第一端与第二端之间的轴向Da的距离。因此，在本实施方式中，能够缩短各管线61a、66a的长度，因此与第一实施方式相比能够稍微抑制设备成本。

这里，参照图7来说明燃烧气体流路41p内的燃烧气体G的温度变化以及叶片环空气流路65内的抽出空气的温度变化。需要说明的是，图7的横轴表示以燃烧气体流路41p的入口为基准的轴向位置，纵轴表示温度。

燃烧气体G的温度随着在燃烧气体流路41p中向轴向下游侧Dad流动而逐渐降低。因此，构成涡轮机室41的一部分的叶片环44的温度也与燃烧气体G的温度同样地随着燃烧气体G在燃烧气体流路41p中向轴向下游侧Dad流动而逐渐降低。

在第一实施方式的燃气轮机1中，如前所述，抽出空气在叶片环空气流路65内从轴向下游侧Dad向轴向上游侧Dau流动。即，在第一实施方式的燃气轮机1中，抽出空气的流动相对于燃烧气体G的流动成为对置流。第一实施方式中的抽出空气的温度通过随着在叶片环空气流路65内从轴向下游侧Dad向轴向上游侧Dau流动而与叶片环44进行的热交换，而逐渐上升。与位置变化相伴的燃烧气体及叶片环44的温度变化量大于与位置变化相伴的第一实施方式的抽出空气的温度变化。因此，相较于叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体G及叶片环44的温度之间的温度差Ti1而言，叶片环空气流路65的轴向上游端Eu的位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体及叶片环44的温度之间的温度差To1更大。因此，在第一实施方式中，抽出空气与叶片环44的热交换量随着抽出空气在叶片环空气流路65中流动而变大。

在第二实施方式的燃气轮机1a中，如前所述，抽出空气在叶片环空气流路65内从轴向上游侧Dau向轴向下游侧Dad流动。本实施方式中的抽出空气的温度通过随着在叶片环空气流路65内从轴向上游侧Dau向轴向下游侧Dad流动而与叶片环44进行的热交换，而上升。另一方面，燃烧气体G如前所述向轴向下游侧Dad流动，并且随着向轴向下游侧Dad流动而其温度逐渐降低。因此，相较于叶片环空气流路65的轴向上游端Eu的位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体及叶片环44的温度之间的温度差Ti2而言，叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体及叶片环44的温度之间的温度差To2更小。因此，在第二实施方式中，抽出空气与叶片环44的热交换量随着抽出空气在叶片环空气流路65中流动而变小。并且，第二实施方式中的叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体及叶片环44的温度之间的温度差To2在以上所说明的各温度差Ti1、To1、Ti2中为最小。

另外，由于第二实施方式中的抽出空气向叶片环空气流路65流入的位置是燃烧气体G及叶片环44的温度最高的位置，而且抽出空气的温度低，因此流入该叶片环空气流路65中的抽出空气的温度急剧地上升。之后，该抽出空气的温度随着向轴向下游侧Dad流动而逐渐上升。其中，刚流入叶片环空气流路65中的急剧的温度上升后的抽出空气的温度上升率比第一实施方式中的在叶片环空气流路65内流动的抽出空气的温度上升率低。因此，不仅是第二实施方式中的叶片环空气流路65的轴向下游端Ed，包括该轴向下游端Ed在内的较宽区域的各位置处的抽出空气的温度与轴向Da上的同一位置处的燃烧气体及叶片环44的温度之间的温度差也变小。

因而，在第一实施方式中，叶片环空气流路65的轴向Da的整个区域的各位置处的抽出空气的温度与叶片环44的温度之间的温度差比第二实施方式中的叶片环空气流路65的包括轴向下游端Ed在内的区域的各位置处的抽出空气的温度与叶片环44的温度之间的温度差大。因此，在第一实施方式中，能够使抽出空气与叶片环44的热交换量在叶片环空气流路65的轴向Da的整个区域中比在第二实施方式中的叶片环空气流路65的包括轴向下游端Ed在内的区域中更高。因而，在第一实施方式中，能够在叶片环空气流路65的轴向Da的整个区域中有效地冷却叶片环44。

以上，从抑制设备成本的观点出发优选采用第二实施方式的方案。另一方面，从有效地冷却叶片环44的观点出发优选采用第一实施方式的方案。因此，优选从设备成本和叶片环44的有效冷却这两个观点出发，来决定采用哪个实施方式的方案。

[第三实施方式]

参照图8对本发明的燃气轮机的第三实施方式进行说明。

在上述第一实施方式的燃气轮机1中，叶片环空气流路65的轴向上游端Eu的轴向Da上的位置是轴向Da上设置有第一级静叶栅46的位置。另外，叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是轴向Da上第二级静叶栅46与第二级动叶栅33之间的位置。

如图8所示，在本实施方式的燃气轮机1b中，叶片环空气流路65b的轴向上游端Eu的轴向Da上的位置与第一实施方式同样是轴向Da上设置有第一级静叶栅46的位置。另一方面，叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是轴向Da上第三级静叶栅46与第三级动叶栅33之间的位置。即，在本实施方式的燃气轮机1b中，使叶片环空气流路65b的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置比第一实施方式的叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置偏靠轴向下游侧Dad。因而，本实施方式的叶片环空气流路65b的轴向Da上的长度比第一实施方式的叶片环空气流路65的轴向Da上的长度长。需要说明的是，本实施方式的燃气轮机1b在以上方面与第一实施方式的燃气轮机1不同，其他方面与第一实施方式的燃气轮机1相同。

如上所述，在本实施方式中，叶片环空气流路65b的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置比第一实施方式的叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置偏靠轴向下游侧Dad，因此与第一实施方式相比能够冷却叶片环44的轴向下游侧Dad的部分。

需要说明的是，在本实施方式中，也可以像第二实施方式那样，在叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接有抽气管线61的第二端，在叶片环空气流路65的轴向下游端Ed连接有部件导入管线66的第一端。

另外，本实施方式及其他实施方式的叶片环可以由多个部件构成。这种情况下，叶片环空气流路可以遍及构成叶片环的多个部件地形成。但是，在叶片环空气流路遍及构成叶片环的多个部件地形成的情况下，需要在构成叶片环的多个部件的彼此之间的位置设置密封结构。因此，从设备成本等的观点出发，优选叶片环在形成叶片环空气流路的区域内在轴向Da上为一体形成件。需要说明的是，即便在轴向Da上为一体形成件，从燃气轮机的拆卸等观点发出，优选该一体形成件在周向Dc上能够分割。

[第四实施方式]

参照图9～图11对本发明的燃气轮机的第四实施方式进行说明。

如图9所示，本实施方式的燃气轮机1c与第一实施方式同样地具有抽气管线61和部件导入管线66。但是，本实施方式的燃气轮机1c不具有第一实施方式中的旁通管线71及切换器75。而且，本实施方式的燃气轮机1c具有设置于抽气管线61来对该抽气管线61进行加热的加热器(加热机构)80。

加热器80具有例如沿着抽气管线61设置的电加热器81和驱动该电加热器81的加热器驱动电路82。加热器80由来自控制器100c的部件温度控制部(冷却控制器、加热控制器)102c的指令来控制。来自部件温度控制部102c的指令向加热器驱动电路82输入。

按照图10所示的流程图来对本实施方式中的燃气轮机1c的部件温度调节方法进行说明。

部件温度控制部102c判断是否是涡轮30的起动过程中的涡轮转子31的升速开始的X时间前(S10)。该部件温度控制部102c根据来自外部或燃料控制部101的信息来进行该判断。部件温度控制部102c在判断为成为涡轮转子31的升速开始的X时间前的情况下，如图11所示，向加热器80输出加热状态指令，将加热器80设为加热状态。即，部件温度控制部102c利用加热器80对抽气管线61进行加热。燃气轮机转子2通常在向燃烧器20的燃料供给停止之后也以低速旋转，以抑制燃气轮机转子2的变形。因此，在燃气轮机机室3内，在向燃烧器20的燃料供给停止的状态下也存在与向燃烧器20供给燃料F时同样的气流。但是，该气流的速度相较于向燃烧器20供给燃料时而言极其小。因此，在涡轮30起动前，在抽气管线61中也存在向叶片环空气流路65流动的空气流。因而，若在涡轮30起动前利用加热器80来加热抽气管线61，则空气在抽气管线61中被加热后向叶片环空气流路65流入，而对叶片环44进行加热(S11：加热工序)。

在涡轮转子31开始升速时，由压缩机10的各压缩级19依次压缩空气。因此，到中间压缩级19a为止被压缩了的压缩空气的一部分作为抽出空气经由抽气管线61而向叶片环44的叶片环空气流路65流入。由于抽气管线61的一部分在该时刻也被加热器80加热，因此叶片环44被加热。通过叶片环空气流路65后的抽出空气与第一实施方式同样地经由部件导入管线66而被导向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47。该抽出空气通过形成于静叶47的静叶空气流路47p而向静叶47与转子轴32之间的盘腔32c流入，之后经由构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间而向燃烧气体流路41p流出。因此，构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间被该抽出空气密封。但是，由于该抽出空气被加热器80加热，因此不像第一实施方式那样作为构成第四级静叶栅46a的静叶47的冷却用的空气而发挥功能。

如图11所示，在燃气轮机转子2的转速N成为额定转速Nr时，与燃气轮机转子2连接的发电机9和外部的电力系统连接。其结果是，燃气轮机输出PWx、即来自发电机9的电力开始向电力系统供给。

部件温度控制部102c判断燃气轮机输出PWx是否超过预先设定的第一值PW1(S12)。若燃气轮机输出PWx没有超过第一值PW1，则部件温度控制部102c使加热器80维持加热状态。即，部件温度控制部102c持续加热工序(S10)。因此，在燃气轮机1c的起动过程中，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1之前，与不对抽出空气进行加热的情况相比叶片环44的内径变大。另一方面，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1时，部件温度控制部102c向加热器80输出稳态状态指令，如图11所示，将加热器80设为非加热状态即稳态状态。在加热器80成为稳态状态时，在叶片环空气流路65中流动的是未由加热器80加热的抽出空气。在该叶片环空气流路65中流动的抽出空气通过与叶片环44进行热交换来冷却叶片环44(S13：第一空冷工序)。因此，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1且燃烧气体流路41p的入口处的燃烧气体G的温度变高时，能够抑制因热膨胀导致的叶片环44的内径增大。

通过叶片环空气流路65后的抽出空气经由部件导入管线66而被导向构成第四级静叶栅46a的多个静叶47。该抽出空气通过形成于静叶47的静叶空气流路47p而向静叶47与转子轴32之间的盘腔32c流入，之后经由构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间而向燃烧气体流路41p流出(S14：第二空冷工序)。因此，构成第四级静叶栅46a的多个静叶47被该抽出空气冷却。而且，构成第四级静叶栅46a的静叶47的内侧护罩49i与构成第三级动叶栅33的动叶34的平台36之间被该抽出空气密封。

接着，部件温度控制部102c判断燃气轮机输出PWx是否成为0(S15)。若燃气轮机输出PWx未成为0，则部件温度控制部102c使加热器80维持稳态状态。即，部件温度控制部102c持续第一空冷工序(S13)及第二空冷工序(S14)。另一方面，若燃气轮机输出PWx成为0，则部件温度控制部102c结束切换器75的控制。

以上，在本实施方式中，与第一实施方式同样，在燃烧气体G在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过第一值PW1时，能够冷却作为第一部件的叶片环44。因此，即便燃烧气体G在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过第一值PW1，在本实施方式中，也能够抑制因热膨胀而导致涡轮机室41的内径变大。因而，在本实施方式中，也能够抑制燃烧气体G在燃烧气体流路41p中流动且燃气轮机输出PWx超过了第一值PW1以后的状态以及这以前的状态下的涡轮机室41的内径变化。

而且，在本实施方式中，从涡轮转子31开始高速旋转之前就对叶片环44进行加热来增大叶片环44的内径，因此即便在使燃气轮机1c热起动的情况下，也能够抑制叶顶间隙CC变成0或变得极小。

因而，在本实施方式中，能够确保使燃气轮机1c热起动的情况下的叶顶间隙CC，并且相较于第一实施方式而言能够减小稳态间隙。

另外，在本实施方式中，与第一实施方式同样不需要对由压缩机10压缩后的空气进行冷却的冷却器、对该空气进行升压的升压机，因此能够抑制设备成本。而且，在本实施方式中，利用来自压缩机10的中间压缩级19a的压缩空气对第一部件及低压部件进行冷却，因此能够将经由压缩机10的最终压缩级19而从压缩机10喷出的高温高压的压缩空气例如作为燃烧用的空气而有效利用。

需要说明的是，在本实施方式中，使用了具有电加热器81的加热器80，但是，只要是发热的构件，则可以将任意构件作为加热器来使用，例如，可以作为以蒸气或来自燃气轮机1c的废气为热源的加热器来使用。另外，在本实施方式中，在抽气管线61设置有加热器80，但也可以在作为第一部件的叶片环44设置加热器80。

另外，本实施方式是上述第一实施方式的变形例，但也可以在上述第二实施方式及上述第三实施方式中与本实施方式同样地设置加热器。

[第五实施方式]

参照图12对本发明的燃气轮机的第五实施方式进行说明。

本实施方式的燃气轮机1d与第一实施方式同样具有抽气管线61(以下，称作第一抽气管线61)和部件导入管线66。但是，本实施方式的燃气轮机1d不具有第一实施方式的旁通管线71及切换器75。而且，本实施方式的燃气轮机1d具有第二抽气管线(高温空气管线)84和切换器85。在本实施方式中，这些第二抽气管线84及切换器85构成对叶片环44进行加热的加热机构。

第二抽气管线84的第一端与压缩机机室15中的比连接第一抽气管线61的第一端的位置靠下游侧的高压压缩级19b的位置连接，或者第二抽气管线84的第一端与中间机室51连接。因此，向第二抽气管线84流入温度及压力比向第一抽气管线61流入的压缩空气高的压缩空气。第二抽气管线84的第二端与第一抽气管线61连接。本实施方式的切换器85是三通阀。该切换器85设置在第一抽气管线61与第二抽气管线84的连接位置。该切换器85在使向第一抽气管线61流入后的作为压缩空气的第一抽出空气向叶片环空气流路65流入的稳态状态与使向第二抽气管线84流入后的作为压缩空气的第二抽出空气向叶片环空气流路65流入的加热状态之间进行切换。切换器85由来自控制器100d的部件温度控制部(冷却控制器、加热控制器)102d的指令来控制。需要说明的是，该切换器85可以不是三通阀，例如也可以由两个阀构成。

在本实施方式中，在从部件温度控制部102d向切换器85输出加热状态指令而使切换器85成为加热状态时，来自第二抽气管线84的高温的第二抽出空气向叶片环空气流路65流入。因此，在从部件温度控制部102d向切换器85输出加热状态指令时，与上述第四实施方式同样地执行对叶片环44进行加热的加热工序。另外，在本实施方式中，在从部件温度控制部102d向切换器85输出稳态状态指令而使切换器85成为稳态状态时，来自第一抽气管线61的低温的第一抽出空气向叶片环空气流路65流入。因此，在从部件温度控制部102d向切换器85输出稳态状态指令时，与上述第四实施方式同样地执行对叶片环44进行冷却的冷却工序。

本实施方式的切换器85与上述第四实施方式的加热器80同样，在燃气轮机1d的起动过程中，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1之前成为加热状态。另外，本实施方式的切换器85与上述第四实施方式的加热器80同样，在燃气轮机输出PWx超过第一值PW1之后成为稳态状态。

因而，在本实施方式中，也与上述第四实施方式同样，能够确保使燃气轮机1d热起动的情况下的叶顶间隙CC，并且相较于第一实施方式而言能够减小稳态间隙。但是，在本实施方式中，即便从涡轮30的起动过程中的涡轮转子31的升速开始的X时间前就将切换器85设为加热状态，只要压缩机转子11不旋转，高温的第二抽出空气就不在第二抽气管线84中流动，因此不执行加热工序。

因此，在想要从涡轮30的起动过程中的涡轮转子31的升速开始的X时间前就执行加热工序的情况下，与压缩机10的起动停止动作独立而将来自产生高温的空气的高温空气发生源的空气在高温空气管线中向抽气管线61引导为好。

需要说明的是，本实施方式是上述第一实施方式的变形例，但也可以在上述第二实施方式及上述第三实施方式中与本实施方式同样地设置第二抽气管线84(高温空气管线)和切换器85。

[第六实施方式]

参照图13对本发明的燃气轮机的第六实施方式进行说明。

上述第一实施方式中的部件导入管线66设置成，其第一端与叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接，其第二端与构成第四级静叶栅46a的多个静叶47连接。

另一方面，本实施方式的燃气轮机1e的部件导入管线66e的第一端像第一实施方式那样与叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接，但其第二端与构成第四级动叶栅33a的多个动叶34连接。即，在本实施方式中，构成第四级动叶栅33a的多个动叶34成为低压部件。

在构成第四级动叶栅33a的动叶34上形成有动叶空气流路(第二空气流路)34p。该动叶空气流路34p在叶片根部的径向内侧Dri的表面开口，从此处起经由叶片根部37及平台36而延伸至叶片体35。因而，流入该动叶空气流路34p中的空气向燃烧气体流路41p流出。叶片体35中的动叶空气流路34p分支成多个而在叶片体35的表面开口。部件导入管线66e的第二端与该动叶空气流路34p的叶片根部37侧的开口连接。本实施方式中的部件导入管线66e的流路由反复使用配管67e内的流路及转子空气流路(第三空气流路)69来形成。反复使用配管67e与叶片环空气流路65的轴向上游端Eu连接，并且反复使用配管67e与涡轮转子31的轴向下游端连接。转子空气流路69具有：在涡轮转子31的下游端开口且在轴线Ar上朝向轴向上游侧Dau延伸的主流路69a；从主流路69a分支且延伸至构成第四级动叶栅33a的多个动叶34的叶片根部37的多个分支流路69b。反复使用配管67e内的流路与该转子空气流路69的主流路69a连通。需要说明的是，反复使用配管67e与旋转的涡轮转子31的轴向下游端为非接触。因而，反复使用配管67e与涡轮转子31的轴向下游端连接是指，来自反复使用配管67e的空气能够向涡轮转子31的转子空气流路69流入的状态。

在本实施方式中，能够通过流入部件导入管线66e中的抽出空气来冷却构成第四级动叶栅33a的多个动叶34。

需要说明的是，本实施方式是上述第一实施方式的变形例，但也可以在上述第二实施方式～第五实施方式中与本实施方式同样地将构成第四级动叶栅33a的多个动叶34作为低压部件。

[第七实施方式]

参照图14对本发明的燃气轮机的第七实施方式进行说明。

在上述第一实施方式的燃气轮机1中，叶片环空气流路65的轴向上游端Eu的轴向Da上的位置是轴向Da上设置有第一级静叶栅46的位置。另外，叶片环空气流路65的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是轴向Da上第二级静叶栅46与第二级动叶栅33之间的位置。

如图14所示，在本实施方式的燃气轮机1f中，叶片环空气流路65f的轴向上游端Eu的轴向Da上的位置与第一实施方式同样是轴向Da上设置有第一级静叶栅46的位置。另一方面，叶片环空气流路65f的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是轴向Da上设置有第四级动叶栅33a的位置。即，在本实施方式的燃气轮机1f中，使叶片环空气流路65f的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置比第一实施方式及第三实施方式的叶片环空气流路65、65b的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置偏靠轴向下游侧Dad。因而，本实施方式的叶片环空气流路65f的轴向Da上的长度比第一实施方式及第三实施方式的叶片环空气流路65、65b的轴向Da上的长度长。需要说明的是，本实施方式的燃气轮机1F在以上方面与第一实施方式的燃气轮机1不同，其他方面与第一实施方式的燃气轮机1相同。

如上所述，在本实施方式中，叶片环空气流路65f的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置比第一实施方式及第三实施方式的叶片环空气流路65、65b的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置偏靠轴向下游侧Dad，因此与第一实施方式及第三实施方式相比能够冷却叶片环44的轴向下游侧Dad的部分。

其中，在本实施方式中，如上所述，叶片环空气流路65f的轴向下游端Ed的轴向Da上的位置是轴向Da上设置有第四级动叶栅33a的位置。因此，作为低压部件(第二部件)的构成第四级静叶栅46a的多个静叶47在轴向Da上配置于叶片环空气流路65f所存在的区域内。因而，即便低压部件不像以上的各实施方式那样比叶片环空气流路靠轴向下游侧Dad配置，但只要低压部件配置在比中间压缩级19a的出口处的压缩空气的压力低的环境下即可。

需要说明的是，本实施方式是上述第一实施方式的变形例，但也可以在上述第二实施方式、第四实施方式～第六实施方式中与本实施方式同样地使叶片环空气流路的轴向下游端Ed的位置偏靠轴向下游侧Dad。

[第八实施方式]

参照图15对本发明的燃气轮机的第八实施方式进行说明。

本实施方式的燃气轮机1g是第七实施方式的燃气轮机1f的变形例。第七实施方式中的低压部件(第二部件)仅是构成比叶片环44的叶片环空气流路65f靠轴向下游侧Dad配置的第四级静叶栅46a的静叶47。

本实施方式的低压部件(第二部件)是构成第四级静叶栅46a的静叶47、构成第三级静叶栅46b的静叶47以及配置在第三级动叶栅33b的径向外侧Dro的分割环42。构成低压部件的以上的部件均配置在比中间压缩级19a的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下。

本实施方式的作为涡轮机室41的构成部件的机室主体45具有以轴线Ar为中心的筒状的主体部41a以及从主体部41a的内周面向轴向内侧Dri延伸的多个分隔部41b。多个分隔部41b在轴向Da上隔开间隔而沿着轴向Da排列。在各分隔部41b的径向内侧Dri的端部安装有叶片环44。径向Dr上的机室主体45的主体部41a与叶片环44之间的空间被多个分隔部41b分隔为多个空间。在本实施方式中，在径向Dr上的主体部41a与叶片环44之间存在例如四个分隔部41b。在本实施方式中，径向上的主体部41a与叶片环44之间通过这四个分隔部41b而形成三个空间。四个分隔部41b中，最靠轴向上游侧Dau的第一分隔部41b1与相对于该第一分隔部41b1在轴向下游侧Dad相邻的第二分隔部41b2之间构成第一空间S1。另外，第二分隔部41b2与相对于该第二分隔部41b2在轴向下游侧Dad相邻的第三分隔部41b3之间构成第二空间S2。另外，第三分隔部41b3与最靠轴向下游侧Dad的第四分隔部41b4之间构成第三空间S3。

构成部件导入管线66的一部分的反复使用配管67与第三空间S3连通。在第三空间S3的径向内侧Dri的位置存在第四级静叶栅46a。在叶片环44形成有叶片环第一贯通孔68a，该叶片环第一贯通孔68a以从该叶片环44的外周面中划分第三空间S3的面起贯通到该叶片环44的内周面而朝向第四级静叶栅46a的方式形成。在第三分隔部44b3形成有在轴向Da上贯通的分隔部贯通孔68b。在第二空间S2的径向内侧Dri的位置存在第三级静叶栅46b和配置在该第三级静叶栅46b的轴向下游侧Dad的分割环42。在叶片环44形成有叶片环第二贯通孔68c，该叶片环第二贯通孔68c以从该叶片环44的外周面中划分第二空间S2的面起贯通到该叶片环44的内周面而朝向第三级静叶栅46b的方式形成。而且，在叶片环44形成有叶片环第三贯通孔68d，该叶片环第三贯通孔68d以从该叶片环44的外周面中划分第二空间S2的面起贯通到该叶片环44的内周面而朝向分割环42的方式形成。第三空间S3、叶片环第一贯通孔68a、第二空间S2、叶片环第二贯通孔68c及叶片环第三贯通孔68d构成作为部件导入管线66的流路的一部分的机室空气流路68g。

来自构成部件导入管线66的一部分的反复使用配管67的抽出空气向第三空间S3内流入。流入第三空间S3内的抽出空气的一部分经由叶片环第一贯通孔68a而被导向构成第四级静叶栅46a的静叶47内，对该静叶47进行冷却。流入第三空间S3内的抽出空气的剩余部分经由第三分隔部44b3的分隔部贯通孔68b而向第二空间S2内流入。流入第二空间S2内的抽出空气的一部分经由叶片环第二贯通孔68c而被导向构成第三级静叶栅46b的静叶47内，对该静叶47进行冷却。流入第二空间S2内的抽出空气的剩余部分经由叶片环第三贯通孔68d而被导向分割环42内，对该分割环42进行冷却。

如上所述，由在部件导入管线66中流动的抽出空气来冷却的低压部件不仅是一个种类的部件，还可以是多个种类的部件。

需要说明的是，在本实施方式中，将构成第四级静叶栅46a的静叶47、构成第三级静叶栅46b的静叶47以及配置在第三级动叶栅33b的径向外侧Dro的分割环42作为低压部件。然而，也可以从这些部件中去掉一个种类或两个种类的部件。另外，反之也可以将例如构成第二级静叶栅46的静叶47、配置在该第二级动叶栅33的径向外侧Dro的分割环42也作为低压部件。但是，这种情况下，需要这些部件配置在比中间压缩级19a的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下。

另外，本实施方式是上述第七实施方式的变形例，但也可以在上述第一实施方式～第六实施方式中与本实施方式同样地将多个种类的部件作为低压部件。

工业实用性

根据本发明的一方案，能够抑制设备成本并实现高温高压的压缩空气的有效利用。

附图标记说明

1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g：燃气轮机

2：燃气轮机转子

3：燃气轮机机室

9：发电机

10：压缩机

11：压缩机转子

12：转子轴

13：动叶栅

14：动叶

15：压缩机机室

16：静叶栅

17：静叶

19：压缩级

19a：中间压缩级

19b：高压压缩级

20：燃烧器

25：燃料管线

26：燃料调节阀

30：涡轮

31：涡轮转子

32：转子轴

32c：盘腔

33：动叶栅

33a：第四级动叶栅

34：动叶(低压部件)

34p：动叶空气流路(第二空气流路)

35：叶片体

36：平台

37：叶片根部

41：涡轮机室

41a：主体部

41b：分隔部

41p：燃烧气体流路

42：分割环

43：隔热环

44：叶片环(第一部件)

45：机室主体

46：静叶栅

46a：第四级静叶栅

46b：第三级静叶栅

47：静叶(低压部件)

47p：静叶空气流路(第二空气流路)

48：叶片体

49o：外侧护罩

49i：内侧护罩

51：中间机室

52：排气室

61、61a：抽气管线

65、65b、65f：叶片环吸气流路(第一空气流路、第一区域)

66、66a、66e：部件导入管线

67：反复使用配管

68、68g：机室内空气流路

69：转子空气流路

71：旁通管线

75：切换器(三通阀)

80：加热器

81：电加热器

82：加热器驱动电路

84：第二抽气管线(高温空气管线)

85：切换器

100、100c、100d：控制器

102、102c、102d：部件温度控制部(冷却控制器及/或加热控制器)

Claims (32)

1.一种燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备：

压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；

燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；

涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅；

抽气管线，其从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并将所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件引导；以及

部件导入管线，其将通过所述第一部件后的所述抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件引导，

在所述第一部件内形成有沿着所述轴线所延伸的轴向延伸、供来自所述抽气管线的所述抽出空气流动的第一空气流路，

所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件，

在所述低压部件形成有供来自所述部件导入管线的所述抽出空气流动的第二空气流路。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，

所述低压部件配置在比所述第一部件内的所述第一空气流路靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，

所述低压部件在所述轴向上配置于所述第一部件内的所述第一空气流路所存在的区域内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述抽气管线与所述第一空气流路的轴向下游端连接，

所述部件导入管线与所述第一空气流路的轴向上游端连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述低压部件的所述第二空气流路形成为能够使来自所述部件导入管线的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气轮机，其中，

多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，

所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个静叶栅的多个静叶。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其中，

所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，

在构成所述低压部件的多个所述静叶形成有所述第二空气流路，所述第二空气流路供来自所述部件导入管线的抽出空气从所述外侧护罩流入并经由所述叶片体而从所述内侧护罩流出。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，

所述低压部件是构成多个所述动叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个动叶栅的多个动叶，

在所述转子轴形成有从所述转子轴的轴向的端部延伸至构成所述低压部件的多个所述动叶的第三空气流路，

所述部件导入管线包括所述转子轴的所述第三空气流路。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，

所述涡轮机室具有与所述动叶栅在相对于所述轴线的径向上对置的多个分割环、从径向外侧支承多个所述分割环及多个所述静叶栅的叶片环以及从径向外侧支承所述叶片环的机室主体，

所述第一部件是所述叶片环。

10.根据权利要求9所述的燃气轮机，其中，

所述叶片环在形成有所述第一空气流路的区域内在所述轴向上为一体形成件。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备：

旁通管线，其与所述抽气管线和所述部件导入管线连接，绕过所述第一空气流路而将流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述部件导入管线引导；以及

切换器，其在使流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述第一空气流路流入的稳态状态与使流入所述抽气管线中的所述抽出空气经由所述旁通管线及所述部件导入管线而向所述低压部件流入的旁通状态之间进行切换。

12.根据权利要求11所述的燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备冷却控制器，所述冷却控制器如下进行控制：在所述涡轮起动后，直到所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值之前，对所述切换器输出指令以成为旁通状态，在所述输出关联值超过所述第一值时，对所述切换器输出指令以成为所述稳态状态。

13.根据权利要求1～10中任一项所述的燃气轮机，其中，

所述燃气轮机具备：

加热机构，其对所述第一部件进行加热；以及

加热控制器，其如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在最晚从所述涡轮转子开始升速时起至所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热，在所述输出关联值超过所述第一值时，中止所述加热机构对所述第一部件的加热。

14.根据权利要求13所述的燃气轮机，其中，

所述加热机构是能够与所述压缩机的起动停止动作独立地对所述第一部件进行加热的机构，

所述加热控制器如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在从所述涡轮转子开始升速时的预先设定的时间前至所述输出关联值成为所述第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热。

15.根据权利要求14所述的燃气轮机，其中，

所述加热机构是设置在所述抽气管线或所述第一部件并发热的加热器。

16.根据权利要求13或14所述的燃气轮机，其中，

所述加热机构具有与所述抽气管线连接且供温度比从所述中间压缩级抽出的所述抽出空气高的空气流动的高温空气管线以及切换器，

所述切换器在使来自所述高温空气管线的空气经由所述抽气管线向所述第一空气流路流入的加热状态与使流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述第一空气流路流入且不使来自所述高温空气管线的空气向所述抽气管线流入的稳态状态之间进行切换，

所述加热控制器对所述切换器的动作进行控制。

17.一种燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述燃气轮机具备：

压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；

燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；以及

涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅，

所述燃气轮机的部件温度调节方法执行：

第一空冷工序，在所述第一空冷工序中，从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并使所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件中流动；以及

第二空冷工序，在所述第二空冷工序中，使通过所述第一部件后的抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件中流动，

所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件。

18.根据权利要求17所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述低压部件配置在比所述第一部件中的供所述抽出空气流动的第一区域靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。

19.根据权利要求17所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述低压部件在轴向上配置于所述第一部件中的供所述抽出空气流动的第一区域所存在的范围内。

20.根据权利要求17～19中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述第一空冷工序中，在所述第一部件内使所述抽出空气向轴向上游侧流动。

21.根据权利要求17～20中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述第二空冷工序中，使流入所述低压部件中的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

22.根据权利要求17～21中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，

所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个静叶栅的多个静叶。

23.根据权利要求22所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，

在所述第二空冷工序中，使通过所述第一部件后的抽出空气从构成所述低压部件的所述静叶的所述外侧护罩向所述静叶内流入，经由所述静叶的所述叶片体而从所述静叶的所述内侧护罩流出。

24.根据权利要求17～21中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，

所述低压部件是构成多个所述动叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个动叶栅的多个动叶。

25.根据权利要求17～24中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，

所述涡轮机室具有位于相对于所述轴线的径向外侧且与多个所述动叶栅在径向上对置的多个分割环、从径向外侧支承多个分割环的叶片环以及从径向外侧支承所述叶片环的机室主体，

所述第一部件是所述叶片环。

26.根据权利要求17～25中任一项所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值超过第一值时，执行所述第一空冷工序及所述第二空冷工序。

27.根据权利要求26所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述涡轮起动后直到所述输出关联值成为所述第一值之前，执行使来自所述中间压缩级的抽出空气不经由所述第一部件而向所述低压部件流动的第三空冷工序。

28.根据权利要求26或27所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述第一空冷工序及所述第二空冷工序的执行中，在所述输出关联值小于比所述第一值小的第二值时，中止所述第一空冷工序及所述第二空冷工序，执行使来自所述中间压缩级的抽出空气不经由所述第一部件而向所述低压部件流动的第三空冷工序。

29.根据权利要求27或28所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述第三空冷工序中，使通过所述低压部件后的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。

30.根据权利要求26所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

在所述涡轮的起动过程中，在最晚从所述涡轮转子开始升速时起至所述输出关联值成为所述第一值的期间，对所述第一部件进行加热，在所述输出关联值超过所述第一值时，执行中止所述第一部件的加热的加热工序。

31.根据权利要求30所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述燃气轮机具备能够与所述压缩机的起动停止动作独立地对所述第一部件进行加热的加热机构，

在所述加热工序中，在所述涡轮的起动过程中，在从所述涡轮转子开始升速时的预先设定的时间前至所述输出关联值成为所述第一值的期间，利用所述加热机构对所述第一部件进行加热。

32.根据权利要求31所述的燃气轮机的部件温度调节方法，其中，

所述加热机构是发热的加热器。