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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Ausstoßens von Luft in ein Gasturbinengehäuse, um dadurch eine Verformung in dem Turbinengehäuse zu verhindern, eine Spülvorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens und eine mit dieser Vorrichtung versehene Gasturbine.
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Die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-069085 , eingereicht am 26. März 2012, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, wird beansprucht.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Gasturbine ist mit einem Kompressor, der Luft komprimiert, um komprimierte Luft zu produzieren, einer Brennkammer, die Brennstoff mit der komprimierten Luft mischt und diese verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu produzieren, einem Rotor, der durch das Verbrennungsgas gedreht wird, und einem Gehäuse, das den Rotor abdeckt, während dieser darin rotieren kann, versehen. In dieser Gasturbine wird in einem Zustand, in dem eine Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer gestoppt ist, ein Gas hoher Temperatur innerhalb eines Turbinengehäuses des Gehäuses gehalten und es tritt eine Temperaturdifferenz zwischen einem oberen Teil und einem unteren Teil des Turbinengehäuses auf. Infolgedessen tritt ein sogenanntes Katzenbuckelphänomen („cat back phenomenon”) auf, wobei der obere Teil des Turbinengehäuses, wo die Temperatur hoch ist, sich in Bezug auf den unteren Teil des Turbinengehäuses, wo die Temperatur niedrig ist, relativ expandiert, wobei sich das Turbinengehäuse wie der Rücken einer Katze verformt.
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Wenn dieses Katzenbuckelphänomen auftritt, wird der Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem stationären Körper teilweise enger und es besteht die Möglichkeit, dass der Rotor und der stationäre Körper miteinander in Kontakt kommen können.
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Infolgedessen schlägt das im Folgenden angegebene Patentdokument 1, eine Spülvorrichtung vor, die Luft in das Turbinengehäuse ausstößt, um dieses Katzenbuckelphänomen zu verhindern. Diese Spülvorrichtung ist mit einem ersten Luftausstoßrohr und einem zweiten Luftausstoßrohr zum Ausstoßen von Luft in das Turbinengehäuse versehen. Das zweite Luftausstoßrohr stößt Luft von der Außenseite in der zur Rotorwelle senkrechten Radialrichtung nach innen aus. Andererseits stößt das erste Luftausstoßrohr Luft stärker in Richtung der stromaufwärtigen Seite, d. h. mehr in Richtung der Seite zur Kompressorseite mit Zugang von der radial äußeren Seite zur radial inneren Seite aus.
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Dokument des Standes der Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2006-342784
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch die Erfindung zu lösende Problem
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Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Spülvorrichtung wird der obere Diffusorteil des Kompressors, der in das Turbinengehäuse vorsteht, ein Teil, wo eine Gasströmung stagniert, und folglich verwirbelt die Luft, die von dem ersten Luftausstoßrohr in Richtung dieses Stagnationsteils ausgestoßen wird, aktiv den Stagnationsteil. Indessen verwirbelt die von dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft den gesamten oberen Teil in dem Turbinengehäuse unter Ausschluss des Stagnationsteils.
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Auf diese Weise wird bei dieser Spülvorrichtung durch das Bereitstellen von zwei Arten von Luftausstoßrohren das Gas innerhalb des gesamten Turbinengehäuses einschließlich des Stagnationsteils effizient verwirbelt bzw. vermischt und die Temperaturdifferenz innerhalb des Turbinengehäuses klein gemacht, um eine Verformung in dem Turbinengehäuse zu verhindern.
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Jedoch ist es bei der im Patentdokument 1 offenbarten Spülvorrichtung schwer zu sagen, dass das Gas innerhalb des gesamten Turbinengehäuses einschließlich des Stagnationsteils ausreichend verwirbelt wird, und Stellen, die lokal nicht verwirbelt werden, können in einigen Fällen bleiben. Darüber hinaus kann ungünstigerweise die Umgebung der Spülvorrichtung lokal übermäßig gekühlt werden. Infolgedessen besteht eine Möglichkeit, dass die in Patentdokument 1 offenbarte Spülvorrichtung in einigen Fällen eine Verformung in dem Turbinengehäuse nicht ausreichend verhindern kann.
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Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens, das das gesamte Innere eines Turbinengehäuses ausreichend verwirbeln und ein lokales übermäßiges Kühlen verhindern kann, um dadurch eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf einen minimalen Grad zu dämpfen, sowie einer Spülvorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens sowie einer Gasturbine, die mit dieser Spülvorrichtung versehen ist.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Als Ergebnis einer Untersuchung der im Patentdokument 1 offenbarten Spülvorrichtung entdeckten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass es notwendig ist, aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft und aus dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft zu trennen, um das gesamte Innere des Turbinengehäuses ausreichend zu verwirbeln.
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Insbesondere muss, um den Stagnationsteil aktiv und effizient zu verwirbeln bzw. zu vermischen, aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft sich im Wesentlichen direkt zu dem Stagnationsteil bewegen. Das heißt, dass aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft eine Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung aufweisen muss. Andererseits ist es, um das gesamte obere Innere des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils zu verwirbeln, notwendig, dass kein Abschnitt besteht, der lokal nicht verwirbelt wird, und dass ein lokales übermäßiges Kühlen verhindert wird. Das heißt, dass aus dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft sich breit verteilen muss.
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Um die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Luft zu erhöhen, ist es günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft erhöht ist. Andererseits ist es günstig, um die Diffundiereigenschaft der Luft zu erhöhen, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft gesenkt ist. Demgemäß ist es durch eine relative Verringerung der Ausstoßgeschwindigkeit der Luft aus dem zweiten Luftausstoßrohr in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft aus dem ersten Luftausstoßrohr möglich, das gesamte Innere des Turbinengehäuses ausreichend zu verwirbeln bzw. zu vermischen oder aufzurühren.
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Folglich stellen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die im Folgenden angegebene Spülvorrichtung auf der Basis der im Vorhergehenden angegebenen Kenntnisse bereit.
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Somit werden in einer Spülvorrichtung, die Luft in ein Turbinengehäuse einer Gasturbine ausstößt, um eine Verformung in diesem Turbinengehäuse zu verhindern, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist, vorgesehen:
eine Luftzufuhrquelle, welche die Luft zuführt,
ein Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßteil mit einer Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung, die darin ausgebildet ist, durch welche ein Teil der Luft als Stagnationsteil-Agitationsluft zu einem Stagnationsteil ausgestoßen wird, wo eine Gasströmung in dem Turbinengehäuse stagniert,
ein Gesamtagitationsluft-Ausstoßteil mit einer Gesamtagitationsluftöffnung, die darin ausgebildet ist, durch welche ein Teil der Luft als Gesamtagitationsluft zu einem Abschnitt in dem Turbinengehäuse, der sich von dem Stagnationsteil unterscheidet, ausgestoßen wird, um in einem oberen Raum dieses Turbinengehäuses gehaltenes Gas aufzurühren bzw. aufzuwirbeln, und
eine Ausstoßgeschwindigkeits-Einstelleinrichtung, die eine Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft aus der Gesamtagitationsluftöffnung niedriger macht als eine Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft aus der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung.
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In dieser Spülvorrichtung wird die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft. Daher ist die Eigenschaft der direkten Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft verstärkt und der Stagnationsteil, in dem Luft hoher Temperatur in einem engen Bereich gehalten wird und es unwahrscheinlich ist, dass sie gekühlt wird, kann aktiv und effektiv verwirbelt werden. Ferner wird in dieser Spülvorrichtung die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft relativ geringer als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft. Daher wird die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft höher und es ist möglich, dass in dem Inneren des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils kein Abschnitt besteht, in dem Gas darin nicht verwirbelt wird, während ein lokales exzessives Kühlen verhindert wird.
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Daher ist es bei dieser Spülvorrichtung, da die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt werden kann und ein lokales Kühlen verhindert werden kann, möglich, die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses auf ein Minimum zu dämpfen. Infolgedessen ist es in dieser Spülvorrichtung möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu dämpfen, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Hierbei kann in der Spülvorrichtung die Austoßgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung einen Druckeinstellmechanismus aufweisen, der den Druck der Luft von der Luftzufuhrquelle unmittelbar vor dem Erreichen der Gesamtagitationsluftöffnung niedriger als den Druck der Luft von der Luftzufuhrquelle unmittelbar vor dem Erreichen der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung macht.
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Bei dieser Spülvorrichtung wird der Druck der Luft von der Luftzufuhrquelle unmittelbar vor dem Erreichen der Gesamtagitationsluftöffnung niedriger als der Druck der Luft von der Luftzufuhrquelle unmittelbar vor dem Erreichen der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung. Infolgedessen kann in dieser Spülvorrichtung die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft relativ niedriger als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft gemacht werden.
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Darüber hinaus kann in der Spülvorrichtung der Druckeinstellmechanismus eine Mündung aufweisen, die unmittelbar vor der Gesamtagitationsluftöffnung angeordnet ist und in der ein Durchgangsloch ausgebildet ist, damit sich die Luft von der Luftzufuhrquelle hindurchbewegen kann. Ferner kann in der Spülvorrichtung die Ausstoßgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung einen Maschenstrukturkörper aufweisen, der an der Gesamtagitationsluftöffnung vorgesehen ist und in dem eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet ist, die jeweils eine kleinere Fläche als die Öffnungsfläche der Gesamtagitationsluftöffnung aufweisen.
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Darüber hinaus kann die Spülvorrichtung einen Puffertank aufweisen,
in dem Puffertank im Inneren desselben eine Luftkammer ausgebildet sein, in die die Luft von der Luftzufuhrquelle strömt, und dort die Gesamtagitationsluftöffnung und die Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung ausgebildet sein, und
die Ausstoßgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung in dem Puffertank vorgesehen sein.
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Bei dieser Spülvorrichtung werden zwei Arten von Luft mit unterschiedlichen Ausstoßgeschwindigkeiten in das Turbinengehäuse ausgestoßen. Jedoch können, da nur eine Art von Luft in dem Puffertank zugeführt werden muss, der Luftkompressor und die Luftleitung zum Zuführen von Luft von diesem Luftkompressor zu dem Turbinengehäuse vereinigt sein und die Produktionskosten der Spülvorrichtung gesenkt werden.
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Darüber hinaus können in der Spülvorrichtung eine Primärleitung, damit sich Luft von der Luftzufuhrquelle hindurchbewegen kann, eine Gesamtagitationsluftleitung, die von der Primärleitung abzweigt und mit der Gesamtagitationsluftöffnung kommuniziert, und eine Stagnationsteil-Agitationsluftleitung, die von der Primärleitung abzweigt und mit der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung kommuniziert, vorgesehen sein und der Druckeinstellmechanismus an der Gesamtagitationsluftleitung vorgesehen sein.
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Ferner kann in der Spülvorrichtung die Luftzufuhrquelle eine Stagnationsteil-Agitationsluftzufuhrquelle aufweisen, die der Stagnationsteil-Stagnationsluftöffnung die als die Stagnationsteil-Agitationsluft dienende Luft zuführt, und eine Gesamtagitationsluftzufuhrquelle aufweisen, die der Gesamtagitationsluftöffnung Luft zuführt, die die als die Gesamtagitationsluft dienende Luft ist und die einen niedrigeren Druck als den der von der Stagnationsteil-Agitationsluftzufuhrquelle gelieferten Luft aufweist. In dieser Spülvorrichtung bilden die Stagnationsteil-Agitationsluftzufuhrquelle und die Gesamtagitationsluftzufuhrquelle die Ausstoßgeschwindkeits-Einstellvorrichtung.
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Darüber hinaus ist eine durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Gasturbine dadurch gekennzeichnet, dass die Spülvorrichtung und das Turbinengehäuse vorgesehen sind.
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Ferner ist eine andere Gasturbine, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülvorrichtung mit einem Puffertank und das Turbinengehäuse vorgesehen sind, in dem oberen Teil des Turbinengehäuses ein Zugangsloch ausgebildet ist, dieses Zugangsloch durch einen Zugangslochdeckel blockiert ist und der Puffertank an der Turbinengehäuseinnenseite des Zugangslochdeckels befestigt ist.
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In dieser Gasturbine ist der Puffertank in dem Turbinengehäuse vorgesehen. Jedoch ist, da der größte Teil dieses Puffertanks innerhalb des Zugangslochs aufgenommen ist, es sehr unwahrscheinlich, dass der Strom komprimierter Luft innerhalb des Turbinengehäuses gestört wird, wenn die Gasturbine betrieben wird. Ferner kann, da dieser Puffertank an dem Zugangslochdeckel angebracht ist, durch Entfernen des Zugangslochdeckels von dem Turbinengehäuse dieser Puffertank ohne Weiteres zur Außenseite des Turbinengehäuses entnommen werden. Daher kann der Puffertank ohne Weiteres repariert oder modifiziert werden.
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Das Verfahren zur Verhinderung einer Verformung in dem Turbinengehäuse einer Gasturbine, das durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass umfasst sind:
ein Gasturbinen-Anhalteschritt des Stoppens der Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine und
ein Luftausstoßschritt des Ausstoßens von Stagnationsteil-Agitationsluft zu einem Stagnationsteil, wo eine Gasströmung innerhalb des Turbinengehäuses stagniert, um dadurch Gas innerhalb dieses Stagnationsteils zu verwirbeln, und des Ausstoßens von Gesamtagitationsluft zu einem von dem Stagnationsteil verschiedenen Abschnitt innerhalb des Turbinengehäuses mit einer Ausstoßgeschwindigkeit, die geringer als die der Stagnationsteil-Agitationsluft ist, um dadurch in einem oberen Raum innerhalb des Turbinengehäuses gehaltene Luft zu verwirbeln.
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Bei diesem Verfahren wird die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft. Infolgedessen ist die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft erhöht und der Stagnationsteil kann aktiv und effektiv verwirbelt werden. Ferner wird bei diesem Verfahren die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft relativ geringer als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft. Daher ist die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft erhöht und es ist möglich, zu gewährleisten, dass innerhalb des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils kein Abschnitt besteht, der nicht verwirbelt wird.
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Daher kann bei diesem Verfahren die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses auf ein Minimum gedämpft werden.
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Wirkung der Erfindung
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt bzw. vermischt oder aufgerührt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses kann auf ein Minimum gedämpft werden. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu verringern, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine ausgeschnittene Gesamtseitendarstellung des Hauptteils einer Gasturbine einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Schnittdarstellung des Hauptteils der Gasturbine der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III in 2.
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4 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie V-V in 4.
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6 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines ersten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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7 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines zweiten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines dritten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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9 ist eine Schnittdarstellung des Hauptteils einer Gasturbine einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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10 ist ein Erklärungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Spülvorrichtung in einem ersten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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11 ist ein Erklärungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Spülvorrichtung in einem zweiten modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
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Die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist versehen mit einem Kompressor 1, der Außenluft komprimiert und komprimierte Luft Gp produziert, einer Vielzahl von Brennkammern 2, die Brennstoff von einer Brennstoffzufuhrquelle mit der komprimierten Luft Gp mischen und diese zum Produzieren von Verbrennungsgas Gc verbrennen, und einer Turbine 3, die durch das Verbrennungsgas Gc angetrieben wird.
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Die Turbine 3 ist mit einem Rotor 4, der um eine Rotorachse Ar rotiert, und einem Gehäuse 8, das diesen Rotor 4 abdeckt, versehen. Mit diesem Rotor 4 ist beispielsweise ein Stromgenerator verbunden, der mit der Rotation dieses Rotors 4 Elektrizität erzeugt. Im Folgenden wird die Richtung, in der sich der Rotor Ar erstreckt, als eine Axialrichtung Da bezeichnet, und in dieser Axialrichtung Da wird auf der Basis der Turbine 3 die Seite, auf der der Kompressor 1 vorhanden ist, als eine stromaufwärtige Seite behandelt und die dazu entgegengesetzte Seite als eine stromabwärtige Seite behandelt. Darüber hinaus wird die Umfangsrichtung in Bezug auf die Rotorachse Ar einfach als Umfangsrichtung Dc bezeichnet und die Radialrichtung in Bezug auf die Rotorachse Ar einfach als Radialrichtung Dr bezeichnet.
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Der Rotor 4 weist einen Rotorhauptkörper 5, der sich in der Axialrichtung Da um die Rotorachse Ar erstreckt, und eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc an diesem Rotorhauptkörper 5 angebracht sind, auf.
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Der Rotor 4 weist eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen auf, die ein Aggregat einer Vielzahl der Turbinenlaufschaufeln 6, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind. Die jeweiligen Turbinenschaufelstufen sind an dem Rotorhauptkörper 5 Seite an Seite in der Axialrichtung Da vorgesehen. Am Innenumfang des Gehäuses 8 ist eine Turbinenleitschaufelstufe auf der stromaufwärtigen Seite für jede der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen vorgesehen. Jede Turbinenleitschaufelstufe umfasst eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 7, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind.
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Die Vielzahl von Brennkammern 2 sind Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc auf der stromaufwärtigen Seite der am stärksten stromaufseitigen Turbinenleitschaufelstufe. Diese Brennkammern 2 sind in einem Turbinengehäuse 10, das einen Teil des Gehäuses 8 bildet, untergebracht und befestigt.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist in dem oberen Teil des Turbinengehäuses 10 ein Zugangsloch 11 ausgebildet und dieses Zugangsloch durch einen Zugangslochdeckel 12 blockiert.
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In dieses Turbinengehäuse 10 steht von der stromaufwärtigen Seite ein Teil eines Diffusors 1d des Kompressors 1 vor.
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Von dem Kompressor 1 produzierte komprimierte Luft Gp bewegt sich durch diesen Diffusor 1d hindurch und sie strömt in das Turbinengehäuse 10. Diese komprimierte Luft Gp strömt von der stromaufwärtigen Seite der Brennkammer 2 und sie strömt in die Brennkammer 2. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, wird Brennstoff von der Brennstoffzufuhrquelle zu der Brennkammer 2 zugeführt. Dieser Brennstoff wird mit der komprimierten Luft Gp in der Brennkammer 2 gemischt und verbrannt. Verbrennungsgas Gc mit hoher Temperatur und hohem Druck, das in Folge dieser Verbrennung produziert wurde, tritt aus der Brennkammer 2 aus und strömt in einen Verbrennungsgasstromdurchgang 9, in dem die Turbinenleitschaufeln 7 und die Turbinenlaufschaufeln 6 vorhanden sind, und es kommt mit den Turbinenlaufschaufeln 6 unter Rotieren des Rotors 4 in Kontakt.
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Selbst in einem Gasturbinen-Stoppzustand, in dem der Brennkammer 2 kein Brennstoff zugeführt wird, strömt immer noch etwas Luft aus dem Diffusor 1d des Kompressors 1 aufgrund der Zugwirkung in Verbindung mit einer Kaminauslassstruktur, die auf der weiter stromabwärtigen Seite der Turbine 3 vorgesehen ist, in dieses Turbinengehäuse 10. Wie bei der im Vorhergehenden beschriebenen komprimierten Luft Gp bewegt sich diese Luft durch die Brennkammern 2 und sie strömt in den Verbrennungsgasstromdurchgang 9. Ein Bereich an der radial inneren Seite der oberen Brennkammern 2 von der Vielzahl von Brennkammern 2, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, und an der radial äußeren Seite des Diffusors 1d des Kompressors 1, der in das Turbinengehäuse 10 vorsteht, bildet in Bezug auf diesen Luftstrom einen Stagnationsteil 19. Das heißt, dass die Luft dieses Stagnationsteils 19 nicht sehr stark in die Brennkammern 2 strömt, auch wenn aufgrund des Zugeffekts, wenn die Turbine in einem Stoppzustand ist, ein gewisser Luftstrom in dem Turbinengehäuse 10 besteht, da die Strömung darin stagniert.
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Hierbei ist die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform ferner mit einer Spülvorrichtung 20 versehen, die Luft in das Turbinengehäuse 10 ausstößt. Diese Spülvorrichtung 20 weist einen Luftkompressor 21, der als eine Luftzufuhrquelle dient, einen Puffertank 30 mit einer im Inneren desselben ausgebildeten Luftkammer, in den die Luft Ga von dem Luftkompressor 21 strömt, und eine Luftleitung 22 zum Zuführen der Luft Ga von dem Luftkompressor 21 zu dem Puffertank 30 auf.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Puffertank 30 an der Turbinengehäuse-10-Innenseite des Zugangslochdeckels 12 befestigt. Folglich ist dieser Puffertank 30 fast vollständig innerhalb des Zugangslochs 11 aufgenommen. Darüber hinaus ist der Endteil der Luftleitung 20 mit dem Zugangslochdeckel 12 verbunden. Der Puffertank 30 weist einen zylindrischen Tankhauptkörper 31, eine Partitionierungswand 36, die das Innere des Tankhauptkörpers 31 in eine erste Luftkammer S1 und eine zweite Luftkammer S2 partitioniert, und eine Düse 40, die Luft Ga ausstößt, auf.
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Wie in 4 und 5 gezeigt ist, weist der Tankhauptkörper 31 einen Körperteil 32, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, einen unteren Teil 34, der einen Endteil des Körperteils 32 blockt, und einen Flanschteil 35, der von dem anderen Endteil des Körperteils 32 in Richtung der Innenumfangsseite vorsteht, auf. Dieser Tankhauptkörper 31 ist an dem Zugangslochdeckel 12 mit Bolzen 39 befestigt, die durch den Flanschteil 35 hindurchgehen. Im Folgenden wird die Mittelachse des zylindrischen Körperteils 32 als Tankachse At bezeichnet.
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Die Partitionierungswand 36 weist eine zylindrische Wand 37, die in einer zylindrischen Form um die Tankachse At an der Innenumfangsseite des Körperteils 32 des Tankhauptkörpers 31 ausgebildet ist, und eine kreisförmige Plattenwand 38, die von einem Ende dieser zylindrischen Wand 37 in Richtung der Außenumfangsseite vorsteht, auf. Der andere Endteil dieser zylindrischen Wand 37 ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 befestigt. Darüber hinaus ist der Außenumfangsrand der kreisförmigen Plattenwand 38 an dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 befestigt. Der Raum innerhalb des Tankhauptkörpers 31 zwischen der zylindrischen Wand 37 dieser Partitionierungswand 36 und dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 und zwischen der kreisförmigen Plattenwand 38 dieser Partitionierungswand 36 und dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 bildet die im Vorhergehenden beschriebene zweite Luftkammer S2.
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In der kreisförmigen Plattenwand 38 (Mündungsplatte) der Partitionierungswand 36 sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 ausgebildet, die von der ersten Luftkammer S1 zur zweiten Luftkammer S2 hindurchgehen. Darüber hinaus sind in dem Körperteil 32 (Gesamtagitationsluft-Ausstoßteil) eine Vielzahl von Gesamtagitationsluftöffnungen 51 ausgebildet, die die Luft Ga innerhalb der zweiten Luftkammer S2 als Gesamtagitationsluft Ga1 in das Turbinengehäuse 10 ausstoßen.
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Die Düse 40 ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 derart entfernbar befestigt, dass eine Öffnung derselben dem Inneren des Turbinengehäuses zugewandt ist und die andere Öffnung dem Inneren der ersten Luftkammer S1 innerhalb des Tankhauptkörpers 31 zugewandt ist. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist diese Düse 40 in Bezug auf die Radialrichtung Dr so in einem Winkel angeordnet, dass der im Vorhergehenden beschriebene Stagnationsteil 19 auf der Verlängerungslinie der Mittelachse derselben positioniert ist, und sie ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 in einem Zustand befestigt, dass sie zwischen den zwei in der Umfangsrichtung Dc einander benachbarten Brennkammern 2 zugewandt ist. Das heißt, diese Düse 40 ist an dem Tankhauptkörper 31 so befestigt, dass die von einer der Öffnungen ausgestoßene Luft Ga zu dem Stagnationsteil 19 gerichtet ist. Demgemäß weist diese eine Öffnung der Düse 40 eine Stagnationsteil-Agitationsluft-Öffnung 52 auf, die derart ausgebildet ist, dass sie die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 in Richtung des Stagnationsteils 19 ausstößt.
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Als Nächstes werden die Wirkungen der im Vorhergehenden beschriebenen Spülvorrichtung 20 beschrieben.
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In dem Gasturbinen-Stoppzustand, in dem der Brennkammer 2 kein Brennstoff zugeführt wird, wird Luft höherer Temperatur in dem oberen Teil innerhalb des Turbinengehäuses 10 im Vergleich zu dem unteren Teil, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, gehalten. Ferner wird die Luft in dem Stagnationsteil 19 immer noch weiter dort gehalten, auch wenn in dem Turbinengehäuse 10 etwas Luftstrom vorhanden ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Gasturbine in dem im Vorhergehenden beschriebenen Stoppzustand ist, die Luft Ga von der Spülvorrichtung 20 aus in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen, um die Luft in dem Turbinengehäuse 10 zu verwirbeln. Insbesondere bewegt sich die Luft Ga von dem Luftkompressor 21 der Spülvorrichtung 20 durch die Luftleitung 22 und sie strömt in die erste Luftkammer S1 des Puffertanks 30. Ein Teil der Luft Ga, die in die erste Luftkammer S1 geströmt ist, wird als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 in Richtung des Stagnationsteils 19 ausgestoßen und er verwirbelt den Stagnationsteil 19.
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Darüber hinaus bewegt sich der andere Teil der Luft Ga, der in die erste Luftkammer S1 geströmt ist, durch die Vielzahl von Durchgangslöchern 53, die in der kreisförmigen Plattenwand 38 der Partitionierungswand 36 ausgebildet sind, und er strömt in die zweite Luftkammer S2. An diesem Zeitpunkt erleidet die Luft Ga während des Verfahrens der Bewegung durch die Durchgangslöcher 53 einen Druckverlust. Infolgedessen wird der Druck des Inneren der zweiten Luftkammer S2 niedriger als der Druck des Inneren der ersten Luftkammer S1. Die Luft Ga, die in die zweite Luftkammer S2 geströmt ist, wird als Gesamtagitationsluft Ga1 von der Vielzahl von Gesamtagitationsluftöffnungen 51, die in dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 ausgebildet sind, in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. An diesem Zeitpunkt wird die Gesamtagitationsluft Ga1 von dem zylindrischen Tankhauptkörper 31 in der Radialrichtung in Bezug auf die Tankachse At gleichförmig ausgestoßen und sie strömt längs der oberen Innenwandfläche des Turbinengehäuses 10 so, dass fast der gesamte obere Teil des Turbinengehäuses verwirbelt wird.
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Wenn Gas von einer gegebenen Öffnung aus ausgestoßen wird, hängt die Ausstoßgeschwindigkeit dieses Gases von der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite dieser Öffnung ab. Das heißt, dass für den Fall, dass der Druck der stromabwärtigen Seite der Öffnung konstant ist, wenn der Druck der stromaufwärtigen Seite der Öffnung höher wird, die Ausstoßgeschwindigkeit des von der Öffnung ausgestoßenen Gases höher wird, und wenn der Druck der stromaufwärtigen Seite der Öffnung niedriger wird, die Ausstoßgeschwindigkeit des von der Öffnung ausgestoßenen Gases niedriger wird. Daher ist die Ausstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Luft Ga innerhalb der zweiten Luftkammer S2, in der der Druck niedriger als innerhalb der ersten Luftkammer S1 ist, von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 in das Turbinengehäuse 10 niedriger in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 in das Turbinengehäuse 10. Das heißt, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedriger im Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 ist.
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Hierbei ist der Stagnationsteil 19, von der Spülvorrichtung 20 aus betrachtet, auf der zur Brennkammer 2 entgegengesetzten Seite positioniert und auch die Entfernung dazu größer. Daher muss, um den Stagnationsteil 19 aktiv zu verwirbeln, die Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2, die von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 ausgestoßen wird, sich nahezu direkt zum Stagnationsteil 19 bewegen. Das heißt, dass es erforderlich ist, dass diese Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 die Eigenschaft einer direkten Bewegung aufweist. Andererseits ist es, um den gesamten oberen Teil des Inneren des Turbinengehäuses 10 unter Ausschluss des Stagnationsteils 19 zu verwirbeln, notwendig, dass kein Abschnitt besteht, der lokal verwirbelt wird, und ein lokales übermäßiges Kühlen verhindert wird. Daher ist es erforderlich, dass die Gesamtagitationsluft Ga1, die von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ausgestoßen wird, breit diffundiert.
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Um die Eigenschaft einer direkten Bewegung der Luft zu erhöhen, ist es günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft hoch ist. Andererseits ist es, um die Diffundiereigenschaft der Luft zu erhöhen, günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft niedrig ist.
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Folglich wird in der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis der im Vorhergehenden angegebenen Kenntnisse die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 gemacht, um dadurch die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 zu erhöhen und den Stagnationsteil 19 aktiv zu verwirbeln. Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedriger in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 gemacht, um dadurch die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft Ga1 zu erhöhen und Abschnitte, die nicht verwirbelt werden, in dem oberen Teil des Inneren des Turbinengehäuses 10 unter Ausschluss des Stagnationsteils 19 zu beseitigen.
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Infolgedessen kann in der vorliegenden Ausführungsform die Luft in dem gesamten oberen Inneren des Turbinengehäuses 10 ausreichend verwirbelt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses 10 auf ein Minimum verringert werden. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu verringern, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Darüber hinaus werden in der vorliegenden Ausführungsform zwei Arten von Luft Ga1 und Ga2, die jeweils unterschiedliche Ausstoßgeschwindigkeit aufweisen, in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. Da jedoch der Puffertank 30 nur eine Art von diesem zugeführter Luft Ga benötigt, können der Luftkompressor 21 und die Luftleitung 22 vereinigt werden und Herstellungskosten der Spülvorrichtung 20 verringert werden.
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Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Puffertank 30 innerhalb des Turbinengehäuses 10 vorgesehen. Da jedoch dieser Puffertank 30 fast vollständig innerhalb des Zugangslochs 11 aufgenommen ist, ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Strom der komprimierten Luft Gp in dem Turbinengehäuse 10 gestört wird, wenn die Gasturbine in Betrieb ist. Ferner kann, da dieser Puffertank 30 an dem Zugangslochdeckel 12 angebracht ist, durch Entfernen des Zugangslochdeckels 12 von dem Turbinengehäuse 10 dieser Puffertank 30 leicht zur Außenseite des Turbinengehäuses 10 entnommen werden. Daher kann der Puffertrank 30 leicht repariert oder modifiziert werden.
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Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Düse 40, die Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 ausstößt, an dem Tankhauptkörper 31 des Puffertanks 30 entfernbar vorgesehen ist, die Strömungsrate oder die Ausstoßrichtung der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 durch Austauschen dieser Düse 40 einfach eingestellt werden. Jedoch muss die Düse 40 nicht immer von dem Tankhauptkörper 31 entfernbar sein und sie kann mit dem Tankhauptkörper 31 integriert ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Durchgangslöcher 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38 der Partitionierungswand 36 innerhalb des Tankhauptkörpers 31 vorgesehen. Jedoch können die Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 der Partitionierungswand 36 vorgesehen sein. Jedoch ist es in diesem Fall günstig, wenn die Positionen der Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 in der Umfangsrichtung auf der Basis der Tankachse At nicht mit den Positionen der Gesamtagitationsluftöffnungen 51 in dem Körperteil 32 in dem Tankhauptkörper 31 zusammenpassen. Dies dient dazu, zu verhindern, dass die Luft Ga, die durch die Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 hindurchgegangen ist, sich geradlinig bewegt und infolgedessen eine große Menge an Luft Ga von der Gesamtagitationsluftöffnung 51, die sich am Ziel dieser direkten Bewegung befindet, ausgestoßen wird, was zu einem unzureichenden Ausstoßen von Luft Ga von anderen Gesamtagitationsluftöffnungen 51 führt.
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Erstes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform
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Als Nächstes wird ein erstes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Dieses modifizierte Beispiel ist eines, in dem eine Mündung 41 in der Düse 40 vorgesehen ist. Andere Konfigurationen sind ähnlich denen in der ersten Ausführungsform.
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In diesem modifizierten Beispiel ist, wie angegeben, die Mündung 41 in der Düse 40 vorgesehen und es ist dadurch möglich, die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2, die aus der Düse 40 ausgestoßen wird, einzustellen. Jedoch ist, wie im Vorhergehenden angegeben ist, da die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 sein muss, der Durchgangslochdurchmesser der Mündung 41 so festgelegt, dass der Druck zwischen der Mündung 41 in der Düse 40 und der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 höher als der Druck der zweiten Luftkammer S2 wird.
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Zweites modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform
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Als Nächstes wird ein zweites modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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In der ersten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38, die als eine Mündungsplatte dient, ausgebildet, um den Druck der Luft Ga, bevor diese Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht, zu verringern. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird stattdessen ein poröser Körper 54 mit einer Zahl von darin ausgebildeten Mikroporen als Druckeinstellmechanismus an der Seite der ersten Luftkammer S1 von den Gesamtagitationsluftöffnungen 51 vorgesehen.
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In dem vorliegenden modifizierten Beispiel kann auch der Druck der Luft Ga gesenkt werden, bevor die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht. Daher kann, wie bei der ersten Ausführungsform, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 in Bezug zur Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ niedriger gemacht werden.
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Der Druckeinstellmechanismus zur Senkung des Drucks der Luft Ga, bevor die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht, auf diese Weise ist nicht auf eine Mündung beschränkt und er kann von einer beliebigen Form sein unter der Voraussetzung, dass er dazu dient, dem Strom der Luft Ga Widerstand zu leisten, und er den Druck auf der stromabwärtigen Seite derselben verringert. Daher kann zum Beispiel eine Leitung, bei der sich das eine Endteil in die erste Luftkammer S1 öffnet und das andere Endteil mit der Gesamtagitationsluftöffnung 51 verbunden ist, in dem Tankhauptkörper 31 vorgesehen sein, um als Druckeinstellmechanismus zu dienen. In diesem Fall muss diese Leitung einen größeren Druckverlust als die Düse 40 bewirken und daher muss der Innendurchmesser derselben kleiner als der Innendurchmesser der Düse 40 sein und/oder die Länge derselben größer als die der Düse 40 sein.
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Drittes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform
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Als Nächstes wird ein drittes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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In der ersten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38, die als eine Mündungsplatte dient, ausgebildet, um den Druck der Luft Ga zu verringern, bevor diese Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnung 51 erreicht. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird stattdessen ein Maschenstrukturkörper 55 an der Gesamtagitationsluftöffnung 51 vorgesehen.
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In diesem Maschenstrukturkörper 55 sind eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet, die jeweils eine kleinere Fläche als die Öffnungsfläche der Gesamtagitationsluftöffnung 51 aufweisen.
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Auch durch Vorsehen des Maschenstrukturkörpers 55 an der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ist es möglich, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 in Bezug zur Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ niedriger zu machen.
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In dem vorliegenden modifizierten Beispiel muss kein Raum zum Absenken des Drucks unmittelbar vor der Gesamtagitationsluftöffnung 51 gewährleistet sein und daher ist die Partitionierungswand 36 der ersten Ausführungsform innerhalb des Tankhauptkörpers 31 nicht vorgesehen.
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Zweite Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
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Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform primär im Hinblick auf die Spülvorrichtung. Demgemäß wird im Folgenden hauptsächlich eine Spülvorrichtung 20a der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Die Spülvorrichtung 20a der vorliegenden Ausführungsform ist versehen mit einem ersten Luftkompressor 21a und einem zweiten Luftkompressor 21b, die als Luftzufuhrquellen dienen, einer Vielzahl von Gesamtagitationsluft-Ausstoßleitungen (Gesamtagitationsluft-Ausstoßteilen) 45, die Luft von dem ersten Luftkompressor 21a als Gesamtagitationsluft Ga1 in das Turbinengehäuse 10 ausstoßen, einer Gesamtagitationsluftleitung 22a, die Luft von dem ersten Luftkompressor 21a zu der Vielzahl von Gesamtagitationsluft-Ausstoßleitungen 45 zuführt, einem Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr (Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßteil) 46, das Luft von dem zweiten Luftkompressor 21b als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 in das Turbinengehäuse 10 ausstößt, und einer Stagnationsteil-Agitationsluftleitung 22b, die Luft von dem zweiten Luftkompressor 21b zu dem Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46 zuführt.
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Der zweite Luftkompressor 21b bildet eine Stagnationsteil-Agitationsluftzufuhrquelle. Darüber hinaus bildet der erste Luftkompressor 21a eine Gesamtagitationsluftzufuhrquelle und er führt Luft mit einem niedrigeren Druck als dem der von dem zweiten Luftkompressor 21b zugeführten Luft Ga zu.
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Eine Spitzenendseite-Öffnung des Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohrs 46 öffnet sich innerhalb des Turbinengehäuses 10 und sie bildet eine Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52. Darüber hinaus öffnet sich eine Spitzenendseite-Öffnung des Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohrs 45 auch innerhalb des Turbinengehäuses 10 und sie bildet eine Gesamtagitationsluftöffnung 51.
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Wie bei der Düse 40 der ersten Ausführungsform ist das Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46 in Bezug auf die Radialrichtung Dr so in einem Winkel angeordnet, dass der Stagnationsteil 19 auf der Verlängerungslinie der Mittelachse desselben positioniert ist, und es ist an dem oberen Teil des Turbinengehäuses 10 in einem Zustand befestigt, dass es zwischen den zwei in der Umfangsrichtung Dc einander benachbarten Brennkammern 2 zugewandt ist. Andererseits erstreckt sich das Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohr 45 von der äußeren Seite in Richtung der inneren Seite in der Radialrichtung Dr und es ist nahezu orthogonal zur Rotorachse Ar. Die jeweiligen Gesamtagitationsluftöffnungen 51 der Vielzahl von Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohren 45 sind Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc an der Innenwandfläche des Turbinengehäuses 10 angeordnet.
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Hierbei ist die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform mit einer Luftnebenstromvorrichtung 60 versehen, die komprimierte Luft Gp von dem Kompressor 1 zu dem Mittelstromteil der Brennkammer 2 zuführt. Die Brennkammer 2 weist ein Endrohr 2b, das Verbrennungsgas Gc mit hoher Temperatur und hohem Druck dem Verbrennungsgasstromdurchgang 9 der Turbine 3 zuführt, und eine Brennstoffzufuhrvorrichtung 2a, die Brennstoff und komprimierte Luft Gp in dieses Endrohr 2b zuführt, auf. Die Luftnebenstromvorrichtung 60 ist mit einer Nebenstromleitung 61 zum Zuführen von komprimierter Luft Gp innerhalb des Turbinengehäuses 10 in diese Endleitung 2b der Brennkammer 2 und einem Gitterventil 62, das die Strömungsrate von komprimierter Luft Gp, die in die Nebenstromleitung 61 strömt, einstellt, versehen.
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Die Nebenstromleitung 61 ist mit dem Endrohr 2b von jeder der Vielzahl von Brennkammern 2, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, verbunden. Das Gitterventil 62 ist ein Ventil, das die Strömungsrate von komprimierter Luft Gp, die in jede Nebenstromleitung 61 strömt, einstellt. Entsprechend weist das Gitterventil 62 ein Ventilgehäuse 63, das eine Ringform um die Rotorachse Ar bildet, und einen Ventilkörper 65, der als ringförmige Platte um die Rotorachse Ar ausgebildet ist und sich in der Umfangsrichtung Dc bewegt, während er mit diesem Ventilgehäuse 63 in Kontakt ist, auf. In dem ringförmigen Ventilgehäuse 63 ist in dem Abschnitt, der mit jeder Nebenstromleitung 61 verbunden ist, eine Öffnung ausgebildet. Darüber hinaus sind in dem Ventilkörper 65 in der kreisförmigen Platte so viele Öffnungen 66 ausgebildet, wie die Anzahl der Öffnungen 64 des Ventilgehäuses 63 beträgt.
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Das Gitterventil 62 ist derart, dass sich der Ventilkörper 65 relativ zu dem Ventilgehäuse 63 in der Umfangsrichtung Dc bewegt, und dadurch wird die Strömungsrate von Fluid, das von der Öffnung 66 des Ventilkörpers 65 durch die Öffnung 64 zu der Nebenstromleitung 61 strömt, eingestellt.
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Die Vielzahl von Gesamtagitationsluftöffnungen 51, die im Vorhergehenden beschrieben sind, ist auf der Außenumfangsseite in der Radialrichtung Dr dieses Gitterventils angeordnet.
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Als Nächstes werden die Wirkungen der Spülvorrichtung 20a der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Luft von dem zweiten Luftkompressor 21b, der die Stagnationsteil-Agitationsluftzufuhrquelle bildet, bewegt sich durch die Stagnationsteil-Agitationsluftleitung 22b und das Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46 und sie wird als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. Diese Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 bewegt sich in Richtung des Stagnationsteils 19 und sie verwirbelt den Bereich innerhalb des Stagnationsteils 19.
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Darüber hinaus bewegt sich Luft von dem ersten Luftkompressor 21a, der die Gesamtagitationsluftzufuhrquelle bildet, durch die Gesamtagitationsluftleitung 22a und das Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohr 45 und sie wird als Gesamtagitationsluft Ga1 von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. Diese Gesamtagitationsluft Ga1 bewegt sich von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 zur inneren Seite in der Radialrichtung Dr und sie trifft auf das Gitterventil 62, das an der inneren Seite in der Radialrichtung Dr der Gesamtagitationsluftöffnung 51 angeordnet ist, und diffundiert.
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Da der Ausstoßdruck des zweiten Luftkompressors 21b höher als der Ausstoßdruck des ersten Luftkompressors 21a, wie im Vorhergehenden beschrieben, ist, ist die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1. Daher weist die Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 einen hohen Grad der Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung auf und sie kann den Stagnationsteil 19 aktiv verwirbeln. Andererseits ist, da der Ausstoßdruck des ersten Luftkompressors 21a niedriger als der Ausstoßdruck des zweiten Luftkompressors ist, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 niedriger als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2. Demgemäß trifft die von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ausgestoßene Gesamtagitationsluft Ga1, während sie diffundiert, auf das Gitterventil 62 und sie diffundiert weiter. Ferner kann sie, da die Geschwindigkeit der auf das Gitterventil 62 treffenden Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedrig ist, auch zur Innenumfangsseite des Gitterventils 62 durchdringen.
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Infolgedessen kann in der vorliegenden Ausführungsform auch die Luft in dem gesamten oberen Inneren des Turbinengehäuses 10 ausreichend verwirbelt werden und eine Verformung in dem Turbinengehäuse 10 auf ein Minimum verringert werden, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Auch in dem Fall, dass kein Gitterventil 62 vorgesehen ist, ist es, wenn die Gesamtagitationsluft Ga1 einer ausreichenden Strömungsrate mit einer niedrigen Geschwindigkeit in das Turbinengehäuse 10 zugeführt wird, möglich, ohne dass eine lokale übermäßige Kühlung erfolgen kann, Luft hoher Temperatur, die in dem oberen Teil des Inneren des Turbinengehäuses 10 gehalten wird, durch die Gesamtagitationsluft Ga1 zu ersetzen. Daher kann auch für den Fall, dass kein Gitterventil 62 vorgesehen ist, das Turbinengehäuse 10 gekühlt werden, während eine lokale übermäßige Kühlung und eine Verformung in dem Turbinengehäuse 10 verhindert werden.
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Erstes modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform
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Als Nächstes wird ein erstes modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
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Eine Spülvorrichtung 20c des vorliegenden modifizierten Beispiels weist auf: einen Luftkompressor 21, der als eine Luftzufuhrquelle dient, eine Vielzahl von Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohren 45, die einen Teil der Luft von dem Luftkompressor 21 als Gesamtagitationsluft Ga1 in das Turbinengehäuse 10 ausstoßen, ein Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46, das einen weiteren Teil dieser Luft als Stagnationsteil-Ausstoßluft Ga2 in das Turbinengehäuse 10 ausstößt, eine Luftprimärleitung 23 zum Zuführen von Luft von dem Luftkompressor 21 zu den Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohren 45 und dem Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46, eine Gesamtagitationsluftleitung 22c, die von dieser Luftprimärleitung 23 abzweigt und Luft von der Luftprimärleitung 23 den Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohren 45 zuführt, eine Stagnationsteil-Agitationsluftleitung 22d, die von der Luftprimärleitung 23 abzweigt und Luft von der Luftprimärleitung 23 dem Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr 46 zuführt, und eine Mündung 48, die an der Gesamtagitationsluftleitung 22c vorgesehen ist.
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Die Mündung 48 ist als ein Druckeinstellmechanismus zur Verringerung des Drucks auf der Seite der Gesamtagitationsluftöffnung 51 auf der Basis dieser Mündung 48 vorgesehen. Infolgedessen ist in dem vorliegenden modifizierten Beispiel ebenfalls, wie bei der zweiten Ausführungsform, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1, die von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ausgestoßen wird, niedriger als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2, die von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 ausgestoßen wird. Daher kann in dem vorliegenden modifizierten Beispiel ebenfalls, wie bei der zweiten Ausführungsform, die Luft in dem gesamten oberen Inneren des Turbinengehäuses 10 ausreichend verwirbelt werden und eine Verformung in dem Turbinengehäuse 10 auf ein Minimum verringert werden, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Darüber hinaus können in dem vorliegenden modifizierten Beispiel im Vergleich zum ersten modifizierten Beispiel die Herstellungskosten der Spülvorrichtung 20c verringert werden, da der Luftkompressor 21 und die Luftleitungen teilweise geteilt werden.
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In dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird die Mündung 48 als ein Druckeinstellmechanismus verwendet. Jedoch kann der Druckeinstellmechanismus von einer beliebigen Form sein, vorausgesetzt er dient dazu, dem Luftstrom Widerstand zu leisten, und er senkt den Druck auf der stromabwärtigen Seite desselben, wie in dem zweiten modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Zweites modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform
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Als Nächstes wird ein zweites modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
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Eine Spülvorrichtung 20d des vorliegenden modifizierten Beispiels ist ein weiteres modifiziertes Beispiel des ersten modifizierten Beispiels und sie ist derart, dass an der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ein Maschenstrukturkörper 55 anstatt der Mündung 48 in dem ersten modifizierten Beispiel vorgesehen ist. Dieser Maschenstrukturkörper 55 ist ähnlich dem Maschenstrukturkörper 55, der in dem dritten modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform illustriert ist, in dem eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet sind, die jeweils eine kleinere Fläche als die Öffnungsfläche der Gesamtagitationsluftöffnung 51 aufweisen.
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Auch in dem vorliegenden modifizierten Beispiel kann die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedriger in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 gemacht werden und eine Verformung in dem Turbinengehäuse 10 auf ein Minimum verringert werden, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 2
- Brennkammer
- 3
- Turbine
- 4
- Rotor
- 5
- Rotorhauptkörper
- 6
- Turbinenlaufschaufel
- 7
- Turbinenleitschaufel
- 8
- Gehäuse
- 9
- Verbrennungsgasdurchgang
- 10
- Turbinengehäuse
- 11
- Zugangsloch
- 12
- Zugangslochdeckel
- 19
- Stagnationsteil
- 20, 20a, 20c, 20d
- Spülvorrichtung
- 21
- Luftkompressor
- 21a
- Erster Luftkompressor
- 22b
- Zweiter Luftkompressor
- 22
- Luftleitung
- 23
- Primärluftleitung
- 22a, 22c
- Gesamtagitationsluftleitung
- 22b, 22d
- Stagnationsteil-Agitationsluftleitung
- 30
- Puffertank
- 40
- Düse
- 41, 48
- Mündung
- 45
- Gesamtagitationsluft-Ausstoßrohr
- 46
- Stagnationsteil-Agitationsluft-Ausstoßrohr
- 51
- Gesamtagitationsluftöffnung
- 52
- Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung
- 53
- Durchgangsloch
- 54
- poröser Körper
- 55
- Maschenstrukturkörper
