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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine und ein Gasturbinenbetriebsverfahren.
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität in Bezug auf
JP Nr. 2015-172711 , eingereicht am 2. September 2015, dessen Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Stand der Technik
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Eine Gasturbine wird üblicherweise mit einem Kompressor, einer Brennkammer, einer Turbine und einer Abgaskammer bereitgestellt. Der Kompressor komprimiert Außenluft, um Druckluft zu erzeugen. Die Brennkammer mischt Brennstoff mit der Druckluft und verbrennt die Mischung, um Verbrennungsgas zu erzeugen. Die Turbine verfügt über einen Rotor, der von dem Verbrennungsgas gedreht wird. Die Abgaskammer wird auf der nachgelagerten Seite der Turbine bereitgestellt. Das Verbrennungsgas, das den Rotor der Turbine gedreht hat, wird als Abgas durch die Abgaskammer an die Atmosphäre abgegeben.
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Einer höheren Effizienz halber hat sich die Temperatur des Verbrennungsgases, das zur Turbine geführt wird, in dieser Art von Gasturbine zunehmend sehr erhöht. Daher unterliegen die meisten Komponenten der Turbine einer Kühlung. Die Teile, die die Abgaskammer konfigurieren, und die Teile, die die Abgaskammer umgeben, unterliegen ebenfalls einer Kühlung.
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Zum Beispiel ist eine Kühlstruktur, die eine Abgaskammer in einer Gasturbine umgibt, in Patentdokument 1, das nachstehend beschrieben ist, offenbart. In der in Patentdokument 1 offenbarten Gasturbine ist ein Abgasdiffusor in der Abgaskammer der Turbine nachgelagert gebildet. Der Abgasdiffusor verfügt über einen Außendiffusor und einen Innendiffusor, die zwischen einer Gehäusewand und einem Lagergehäuse bereitgestellt sind. Eine Strebe, die mit der Gehäusewand und dem Lagergehäuse verbunden ist, und eine Strebenabdeckung, die die Strebe abdeckt, sind in der Abgaskammer bereitgestellt. Die Gasturbine kühlt die Strebe und die Strebenabdeckung durch Einführen von Außenluft mit Atmosphärendruck von der Außenseite der Gehäusewand und Zirkulieren der Luft durch einen Freiraum zwischen der Strebe und der Strebenabdeckung.
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Stand der Technik
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Patentdokumente
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Patentdokument 1:
JP 2013-174134A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Diese Art von Gasturbine schaltet im Übrigen manchmal einen Betriebszustand in einen reduzierten Betrieb, um Schwankungen beim Strombedarf während des Tages oder der Nacht gerecht zu werden. Bei dem reduzierten Betrieb ist die Fließgeschwindigkeit des durch die Turbine strömenden Verbrennungsgases reduziert, und die Gasturbine arbeitet somit mit einer geringeren Leistung als während eines Nennbetriebs. Um die Menge der CO-Emissionen zu unterdrücken, die während des reduzierten Betriebs durch die Gasturbine abgegeben werden, muss die Verbrennungstemperatur selbst dann hoch gehalten werden, wenn die Leistung reduziert wurde.
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Ein Turbinenausdehnungsverhältnis wird jedoch geringer, wenn die Fließgeschwindigkeit des durch die Gasturbine strömenden Verbrennungsgases reduziert ist. Daher steigt die Temperatur eines Abgases im Vergleich zu der Temperatur während des Nennbetriebs, da die Verbrennungstemperatur hoch gehalten wird. Infolgedessen steigt eine Metalltemperatur einer Struktur wie der Strebenabdeckung, die dem Abgas ausgesetzt ist. Wenn die Gasturbine mit einer Gasturbinenleistung betrieben wird, die unter der des Nennbetriebs liegt, wie im reduzierten Betrieb, muss eine größere Menge eines Kühlmediums, wie Luft, zum Kühlen von Strukturen zugeführt werden, als während des Nennbetriebs zugeführt werden. Ein Erhöhen der Menge des zugeführten Kühlmediums in Verbindung mit reduziertem Betrieb führt jedoch zu einem überkühlten Zustand während des Nennbetriebs, was die Effizienz der Gasturbine reduziert. Es ist daher vorzuziehen, dass ein Kühleffekt auf die Struktur im Abgas vorübergehend verbessert wird, ohne dass sich dies Auswirkung während des Nennbetriebs auswirkt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Gasturbine und ein Gasturbinenbetriebsverfahren bereit, die in der Lage sind, den Kühleffekt auf die Struktur im Abgas vorübergehend zu verbessern, ohne sich während des Nennbetriebs auszuwirken.
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Mittel für die Problemlösung
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das folgende Mittel für die Lösung der oben beschriebenen Probleme vorgeschlagen.
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Eine Gasturbine nach einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird mit einem Abgasdiffusor, in dem ein Abgasströmungsweg zum Zirkulieren von Abgas von einer Turbine gebildet wird, und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Struktur, die zum Abgasströmungsweg im Abgasdiffusor gerichtet ist. Die Kühlvorrichtung mit einem Führungsteil, in dem ein Führungsströmungsweg zum Zirkulieren eines Kühlmediums gebildet ist, der das Kühlmedium zu der Struktur führt, und einem Umschaltteil bereitgestellt, das in der Lage ist, zwischen einem ersten Zustand, eine Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums während eines Nennbetriebs durch den Führungsströmungsweg zirkuliert, und einem zweiten Zustand, im dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels eine zweite Fließgeschwindigkeit ist, die größer als die erste Fließgeschwindigkeit ist, umzuschalten.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, das Kühlmittel an einem zweiten Strömungsweg bereitzustellen, der höher als eine erste Fließgeschwindigkeit ist, indem vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umgeschaltet wird. Durch Umschalten des Umschaltteils vom ersten Zustand in den zweiten Zustand kann entsprechend mehr Kühlmedium zur Struktur geführt werden, als während des Nennbetriebs zugeführt wird. Somit kann eine Kühlwirkung auf eine Struktur, die Abgas ausgesetzt ist, vorübergehend über die Wirkung während des Nennbetriebs gesteigert werden. Außerdem kann das Umschaltteil derart umgeschaltet werden, dass der Zustand vom ersten Zustand während des Nennbetriebs in den zweiten Zustand wechselt, was es somit ermöglicht, zu verhindern, dass das vorübergehend benötigte Kühlmedium bei zweiter Fließgeschwindigkeit auch während des Nennbetriebs fließt. Daher ist es möglich, einen überkühlten Zustand zu verhindern, der die Leistung der Gasturbine während des Nennbetriebs verringern würde.
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Die Gasturbine nach einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine des ersten Gesichtspunkts, in der das Umschaltteil ein Ventilteil, das einen Ventilkörper aufweist, der so beweglich ist, dass ein Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs im ersten Zustand verengt wird und der Strömungswegbereich im zweiten Zustand erweitert wird, und ein Zufuhrteil zum Zuführen des Kühlmittels bei der ersten Fließgeschwindigkeit zu der Struktur in einem Zustand aufweist, in dem der Ventilkörper den Führungsströmungsweg blockiert hat, aufweisen kann.
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Gemäß dieser Art von Konfiguration kann der Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs zum Zirkulieren des Kühlmediums einfach geändert werden, da das Umschaltteil den Ventilkörper aufweist. Entsprechend kann die Fließgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Führungsströmungsweg zirkuliert, unter Verwendung einer einfachen Konfiguration umgeschaltet werden. Außerdem kann das Kühlmittel bei der ersten Fließgeschwindigkeit während des Nennbetriebs mit einem hohen Genauigkeitsgrad zur Struktur geführt werden, da das Kühlmittel bei der ersten Fließgeschwindigkeit von dem Zufuhrteil in einem Zustand zugeführt wird, in dem der Ventilkörper den Führungsströmungsweg blockiert hat. Entsprechend kann das benötigte Kühlmedium während des Nennbetriebs stabil gesichert werden.
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Die Gasturbine nach einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine des zweiten Gesichtspunkts, in der das Zufuhrteil eine Durchgangsöffnung sein kann, die in dem Ventilkörper gebildet ist.
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Unter Verwendung dieser Art von Konfiguration kann das Kühlmittel bei der ersten Fließgeschwindigkeit mit einem hohen Genauigkeitsgrad der Struktur zugeführt werden, selbst in einem Fall, in dem der Ventilkörper den Führungsströmungsweg blockiert hat, da das Zufuhrteil die im Ventilkörper gebildete Durchgangsöffnung ist.
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Die Gasturbine nach einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine des zweiten Gesichtspunkts, in der das Führungsteil eine Öffnung zum Aufnehmen von Außenluft von außerhalb des Abgasdiffusors als das Kühlmedium aufweisen kann und das Zufuhrteil eine Verbindungsöffnung sein kann, die im Führungsteil derart gebildet ist, dass es die Außenseite des Abgasdiffusors und den Führungsströmungsweg weiter auf der Strukturseite verbindet als der Ventilkörper.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, eine Struktur zu bilden, die das Kühlmittel bei der ersten Fließgeschwindigkeit zuführen kann, ohne den Ventilkörper miteinzubeziehen, da das Zufuhrteil im Führungsteil gebildet ist.
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Die Gasturbine nach einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine des ersten Gesichtspunkts, in der das Umschaltteil ein Ventilteil, das einen Ventilkörper aufweist, der so beweglich ist, dass er einen Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs im ersten Zustand verengt und den Strömungswegbereich im zweiten Zustand erweitert, und ein Verschlussteil aufweist, das einen Spalt zwischen dem Führungsströmungsweg im ersten Zustand und dem Ventilkörper ausbildet, aufweisen kann.
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Durch die Verwendung dieser Art von Konfiguration ist es möglich, das Kühlmittel bei der ersten Fließgeschwindigkeit zu dem Ventilkörper nachgelagert mit einem hohen Genauigkeitsgrad zuzuführen, da das Verschlussteil einen Spalt zwischen einem Strebenabdeckungsführungsteil und dem Ventilkörper bildet.
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Die Gasturbine nach einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine eines beliebigen des zweiten bis fünften Gesichtspunkts, in denen das Ventilteil ein Antriebsteil zum Bewegen des Ventilkörpers aufweisen kann und mit einem ausfallsicheren Teil bereitgestellt sein kann, um eine Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch den Führungsströmungsweg zirkuliert, zu der zweiten Fließgeschwindigkeit zu machen, wenn das Antriebsteil nicht gesteuert werden kann.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das durch den Führungsströmungsweg zirkuliert, zwangsweise zur zweiten Fließgeschwindigkeit zu machen, wenn das Umschaltteil nicht in der Lage ist, vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuschalten. Daher kann eine Situation verhindert werden, in der die Kühlmittel-Fließgeschwindigkeit unangemessen und das Kühlmittel daher nicht in der Lage ist, die Struktur in einem Fall ausreichend zu kühlen, in dem die Struktur mehr als während des Nennbetriebs gekühlt werden muss. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Temperatur der Struktur zu hoch ansteigt und somit die Struktur in einem Fall beschädigt, in dem die Struktur mehr als während des Nennbetriebs gekühlt werden muss.
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Die Gasturbine nach einem siebten Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine eines beliebigen der ersten bis sechsten Gesichtspunkte, in denen der Abgasdiffusor mit einem rohrförmigen Außendiffusor, der einen Abschnitt des Abgasströmungswegs bildet, einem Innendiffusor, innerhalb des Außendiffusors bereitgestellt ist, zum Definieren des Abgasströmungswegs zusammen mit dem Außendiffusor und einer Strebenabdeckung zum Verbinden des Außendiffusors und des Innendiffusors versehen sein kann; und in denen das Führungsteil ein Strebenabdeckungsführungsteil zum Führen des Kühlmediums zum Strebenabdeckungsteil als die Struktur und ein Außendiffusor-Führungsteil zum Führen des Kühlmediums zum Außendiffusor als die Struktur aufweisen kann.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, das Kühlmedium zu verwenden, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Strukturen, namentlich die Strebenabdeckung und den Außendiffusor zu kühlen. Entsprechend macht diese Art von Konfiguration es auch möglich, das Kühlmedium effizient zu nutzen.
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Die Gasturbine nach einem achten Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine des siebten Gesichtspunkts, in der das Führungsteil ein Fließgeschwindigkeitseinstellteil zum Einstellen der Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums aufweisen kann, das zu mindestens einem des Strebenabdeckungsführungsteils und des Außendiffusor-Führungsteils geführt wird.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das durch das Strebenabdeckungsführungsteil und das Außendiffusor-Führungsteil zirkuliert, unter Verwendung des Fließgeschwindigkeitseinstellteils einzustellen. Daher wird es möglich, das Kühlmedium zu teilen, das als Ganzes in verschiedene Fließgeschwindigkeiten aufgenommen wird, und das Kühlmedium bei den Geschwindigkeiten zum Strebenabdeckungsführungsteil bzw. zum Außendiffusor-Führungsteil zu zirkulieren, ohne das Medium auf präzise Weise zu steuern. Entsprechend können die Strebenabdeckung und der Außendiffusor effektiv gekühlt werden, indem das Kühlmedium effizienter verwendet wird.
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Die Gasturbine nach einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Gasturbine nach einem beliebigen der ersten bis achten Gesichtspunkte, in denen das Umschaltteil zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand auf Grundlage einer Gasturbinenleistung oder eines Korrelationswerts, der ein mit der Gasturbinenleistung korrelierender Wert ist, umschalten kann.
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Die Verwendung dieser Art von Konfiguration ermöglicht es, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten, um auf höchst genaue Weise der Zeit zu entsprechen, zu der ein Betriebszustand vom Nennbetrieb umgeschaltet wurde. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass das Umschaltteil fälschlicherweise während einer anderen Zeit als dem Nennbetrieb in den ersten Zustand umschaltet. Daher ist es möglich, einen Fall zu verhindern, in dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums so unzureichend ist, dass die Struktur während anderen Zeiten als dem Nennbetrieb nicht angemessen gekühlt werden kann. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Temperatur der Struktur zu hoch ansteigt und somit die Struktur während anderer Zeiten als dem Nennbetrieb beschädigt.
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Ein Gasturbinenbetriebsverfahren nach einem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren für eine Gasturbine, die mit einem Abgasdiffusor, in dem ein Abgasströmungsweg zum Zirkulieren von Abgas von einer Turbine gebildet ist, und einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Struktur, die zum Abgasströmungsweg im Abgasdiffusor gerichtet ist, durch Zuführen des Kühlmediums zu der Struktur versehen ist. Das Betriebsverfahren schließt einen ersten Schritt, bei dem eine Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das während eines Nennbetriebs zur Struktur geführt wird, zu einer ersten Fließgeschwindigkeit gemacht wird, und einen zweiten Schritt ein, bei dem eine Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das während des reduzierten Betriebs zur Struktur geführt wird, zu einer zweiten Fließgeschwindigkeit gemacht wird, die größer als die erste Fließgeschwindigkeit ist.
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Diese Konfiguration beinhaltet das Ausführen des ersten Schritts während des Nennbetriebs und des zweiten Schritts während des reduzierten Betriebs ein. Daher ist es möglich, das Kühlmedium bei einer zweiten Strömungspfad bereitzustellen, der höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, indem während des reduzierten Betriebs vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umgeschaltet wird. Durch Umschalten des Umschaltteils vom ersten Zustand in den zweiten Zustand während des reduzierten Betriebs kann entsprechend mehr Kühlmedium zur Struktur geführt werden, als während des Nennbetriebs zugeführt wird. Somit kann die Effizienz des Kühlens der Struktur, die Abgas ausgesetzt ist, während des reduzierten Betriebs über die Leistung während des Nennbetriebs gesteigert werden. Außerdem kann während des reduzierten Betriebs der Umschaltteil während des Nennbetriebs vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umschalten. Daher kann ein Kühlmedium bei einer Fließgeschwindigkeit, die während des reduzierten Betriebs erforderlich ist, daran gehindert werden, während des Nennbetriebs zu strömen. Daher ist es möglich, einen überkühlten Zustand zu verhindern, der die Leistung der Gasturbine während des Nennbetriebs verringern würde. Basierend auf diesen Fakten kann eine Gasturbine effizient betrieben werden, ohne dass sich dies während des Nennbetriebs auswirkt, indem vorübergehend eine Kühlwirkung gesteigert wird.
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Wirkung der Erfindung
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Erfindungsgemäß kann das Umschaltteil eine Fließgeschwindigkeit eines Kühlmediums, das einer Struktur zugeführt wird, zwischen einer ersten Fließgeschwindigkeit und einer zweiten Fließgeschwindigkeit, die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, umschalten. Daher kann ein Kühleffekt auf die Struktur im Abgas vorübergehend verbessert werden, ohne sich während des Nennbetriebs auszuwirken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittseitenansicht eines Hauptabschnitts einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht des Hauptabschnitts der Gasturbine, die ein Abgaskammerteil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 3 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts zum Beschreiben einer Kühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts zum Beschreiben einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts zum Beschreiben einer Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform wird unten stehend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt, ist eine Gasturbine 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Kompressor 1, einer Mehrzahl von Brennkammern 2, einer Turbine 3 und einem Abgaskammerteil 4 bereitgestellt. Der Kompressor 1 komprimiert Außenluft, um Druckluft zu erzeugen. Die Brennkammer 2 verbrennt Kraftstoff in der Druckluft, um Verbrennungsgas zu erzeugen. Die Turbine 3 wird durch das Verbrennungsgas angetrieben. Das Abgaskammerteil 4 zirkuliert Abgas von der Turbine 3.
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Der Kompressor 1 weist einen Kompressorrotor 11, ein Kompressorgehäuse 12 und eine Einlassleitschaufel (IGV, Inlet Guide Vane) 13 auf. Der Kompressorrotor 11 dreht sich zentriert auf einer Axiallinie Ar. Das Kompressorgehäuse 12 deckt drehbar den Kompressorrotor 11 ab. Die IGV 13 ist in einem Einlassanschluss im Kompressorgehäuse 12 bereitgestellt. Die IGV 13 stellt eine Fließgeschwindigkeit der Luft, die in das Kompressorgehäuse 12 eingelassen wird, ein.
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Es ist zu beachten, dass eine Richtung, in der die Axiallinie Ar verläuft, im Folgenden als Axialrichtung Da bezeichnet ist. Eine Umfangsrichtung Dc, die auf der Axiallinie Ar zentriert ist, wird einfach als Umfangsrichtung Dc bezeichnet. Eine vertikale Richtung in Bezug auf die Axiallinie Ar wird als Radialrichtung Dr bezeichnet. Außerdem wird eine erste Seite in der Axialrichtung Da als eine vorgelagerte Seite (eine Seite) und eine zweite Seite in der Axialrichtung Da wird als eine nachgelagerte Seite (eine andere Seite) bezeichnet. Außerdem wird eine Seite nahe der Axiallinie Ar in der Radialrichtung Dr als eine Innenseite in der Radialrichtung Dr bezeichnet, während eine Seite in der Radialrichtung Dr gegenüber der Innenseite in der Radialrichtung Dr als eine Außenseite in der Radialrichtung Dr bezeichnet wird.
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Die Turbine 3 weist einen Turbinenrotor 31, der sich um die Axiallinie Ar dreht, und ein Turbinengehäuse 32 auf, das den Turbinenrotor 31 drehbar abdeckt. Die Axiallinie Ar des Kompressorrotors 11 und die Axiallinie Ar des Turbinenrotors 31 sind auf derselben geraden Linie positioniert. Der Kompressorrotor 11 und der Turbinenrotor 31 sind miteinander verbunden, um einen Gasturbinenrotor 101 zu bilden. Ein Rotor eines Generators, der nicht in der Abbildung dargestellt ist, ist beispielsweise mit dem Gasturbinenrotor 101 verbunden. Außerdem sind das Kompressorgehäuse 12 und das Turbinengehäuse 32 miteinander verbunden, um ein Gasturbinengehäuse 102 zu bilden.
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Wie in 2 veranschaulicht, weist der Turbinenrotor 31 eine Rotorwelle 311, die in der Axialrichtung Da zentriert auf der Achse Ar verläuft, und eine Mehrzahl von Schaufelblättern 312 auf, die an der Rotorwelle 311 angebracht sind. Eine Leitschaufel ist auf der vorgelagerten Seite jedes der Schaufelblätter 312 bereitgestellt.
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Die Mehrzahl von Brennkammern 2 ist in der Umfangsrichtung Dc zentriert auf der Axiallinie Ar ausgerichtet und im Gasturbinengehäuse 102 untergebracht. Die Brennkammer 2 ist an dem Gasturbinengehäuse 102 befestigt.
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Von der Turbine 3 abgegebenes Abgas fließt durch das Abgaskammerteil 4. Wie in 2 veranschaulicht, wird das Abgaskammerteil 4 mit einer Abgaskammerwand 41, einem Lagerteil 42, einer Strebe 43, einem Abgasdiffusor 5 und einer Kühlvorrichtung 6 bereitgestellt.
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Die Abgaskammerwand 41 bildet einen Teil des Gasturbinengehäuses 102. Die Abgaskammerwand 41 wird auf der nachgelagerten Seite des Turbinengehäuses 32 bereitgestellt. Die Abgaskammerwand 41 bildet eine zylindrische Form, die auf der Axiallinie Ar zentriert ist. Die Abgaskammerwand 41 wird auf der nachgelagerten Seite von einer finalen Stufe der Schaufelblätter 312 bereitgestellt.
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Das Lagerteil 42 stützt den Turbinenrotor 31 drehbar. Das Lagerteil 42 wird auf der Innenseite in der Radialrichtung Dr eines Innendiffusors 52 bereitgestellt, der später beschrieben wird.
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Die Strebe 43 verbindet die Abgaskammerwand 41 und das Lagerteil 42. Die Strebe 43 wird derart bereitgestellt, dass sie den Abgasdiffusor 5 penetriert. Die Strebe 43 verläuft in einer Tangentialrichtung des Turbinenrotors 31, sodass sie sich in einem vorher festgelegten Winkel in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf die Radialrichtung Dr neigt. Eine Mehrzahl von Streben 43 wird gleichmäßig beabstandet in der Umfangsrichtung Dc bereitgestellt.
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Der Abgasdiffusor 5 bildet einen Abgasströmungsweg Pe zum Zirkulieren des Abgases von der Turbine 3. Der Abgasdiffusor 5 wird mit einem Außendiffusor 51, dem Innendiffusor 52 und einer Strebenabdeckung 53 bereitgestellt.
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Der Außendiffusor 51 und der Innendiffusor 52 sind auf der Innenseite in der Radialrichtung Dr der Abgaskammerwand 41 bereitgestellt. Der Außendiffusor 51 und der Innendiffusor 52 bilden eine zylindrische Form, die auf der Axiallinie Ar zentriert ist. Die Strebe 43 penetriert den Außendiffusor 51 und den Innendiffusor 52.
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Der Außendiffusor 51 ist derart bereitgestellt, dass er einen Spalt auf der Innenseite der Radialrichtung Dr der Abgaskammerwand 41 lässt. Der Außendiffusor 51 verläuft entlang einer inneren Umfangsoberfläche der Abgaskammerwand 41. Der Innendiffusor 52 ist bereitgestellt, um einen Spalt auf der Innenseite der Radialrichtung Dr des Außendiffusors 51 zu eröffnen. Der Außendiffusor 51 und der Innendiffusor 52 bilden den Abgasströmungsweg Pe für Verbrennungsgas, das den Turbinenrotor 31 in einem Freiraum zwischen den Diffusoren in der Radialrichtung Dr gedreht hat. Mit anderen Worten verläuft der Abgasströmungsweg Pe in der Axialrichtung Da in dem Freiraum zwischen dem Außendiffusor 51 und dem Innendiffusor 52 in der Radialrichtung Dr. Ein Außendiffusor-Strömungsweg Pd ist in einem Freiraum zwischen dem Außendiffusor 51 und der Abgaskammerwand 41 in der Radialrichtung Dr definiert.
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Der Außendiffusor-Strömungsweg Pd kühlt den Außendiffusor 51 durch Zirkulieren eines Kühlmediums entlang einer äußeren Umfangsoberfläche des Außendiffusors 51. Der Außendiffusor-Strömungsweg Pd verläuft in der Axialrichtung Da entlang der äußeren Umfangsoberfläche des Außendiffusors 51 auf der Außenseite in der Radialrichtung Dr des Außendiffusors 51. Der Außendiffusor-Strömungsweg Pd ist mit einem Strebenströmungsweg Ps, der nachstehend beschrieben ist, auf der vorgelagerten Seite in der Axialrichtung Da verbunden. Der Außendiffusor-Strömungsweg Pd ist mit der Kühlvorrichtung 6 auf der nachgelagerten Seite in der Axialrichtung Da verbunden.
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Die Strebenabdeckung 53 bildet eine zylindrische Hohlstruktur. Die Strebe 43 wird in der Strebenabdeckung 53 bereitgestellt. Mit anderen Worten deckt die Strebenabdeckung 53 die Strebe 43 entlang der Richtung ab, in der die Strebe verläuft. Ein Freiraum zwischen der Strebenabdeckung 53 und der Strebe 43 wird als Strebenströmungsweg Ps gebildet. Der Strebenströmungsweg Ps kühlt die Strebenabdeckung 53 und die Strebe 43 durch Zirkulieren des Kühlmediums. Der Strebenströmungsweg Ps wird derart gebildet, dass er einen größeren Strömungsweg-Querschnitt aufweist als der Außendiffusor-Strömungsweg Pd.
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Die Strebenabdeckung 53 weist ein Ende davon auf der Außenseite in der Radialrichtung Dr an dem Außendiffusor 51 auf. Die Strebenabdeckung 53 ist derart befestigt, dass ein Ende davon auf der Innenseite der Radialrichtung Dr an dem Innendiffusor 52 befestigt ist. Die Strebenabdeckung 53 ist in dem Abgasströmungsweg Pe derart bereitgestellt, dass sie quer durch den Abgasströmungsweg Pe verläuft.
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Die Kühlvorrichtung 6 kühlt eine Struktur, die zum Abgasströmungsweg Pe im Abgasdiffusor 5 gerichtet ist. In der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet die Struktur im Abgas den Außendiffusor 51 und die Strebenabdeckung 53. Als Kühlmedium führt die Kühlvorrichtung 6 Außenluft unter Atmosphärendruck von der Außenseite der Gasturbine 100 zur Struktur in Form von Kühlluft zu. Die Kühlvorrichtung 6 nach der vorliegenden Ausführungsform führt der Struktur Kühlmedium zu. Die Kühlvorrichtung 6 ist an der Abgaskammerwand 41 befestigt. Die Kühlvorrichtung 6 weist ein Führungsteil 7 und ein Umschaltteil 8 auf.
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Ein Führungströmungsweg Pg zum Zirkulieren des Kühlmediums ist in dem Führungsteil 7 gebildet. Das Führungsteil 7 führt die Kühlluft, die von außerhalb angesaugt wird, als Kühlmedium zur Struktur. Spezifisch weist das Führungsteil 7 ein Strebenabdeckungsführungsteil 71, ein Außendiffusor-Führungsteil 72 und ein Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 auf.
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Das Strebenabdeckungsführungsteil 71 führt das Kühlmedium als die Struktur zur Strebenabdeckung 53. Das Strebenabdeckungsführungsteil 71 führt die Kühlluft zum Strebenströmungsweg Ps durch eine erste Kühlmittel-Zufuhröffnung 41a, die in der Abgaskammerwand 41 gebildet ist. Die erste Kühlmittel-Zufuhröffnung 41a ist an einer Position in der Abgaskammerwand 41 gebildet, die der Strebe 43 in der Axialrichtung Da entspricht. Das Strebenabdeckungsführungsteil 71 weist eine Öffnung 71a zum Aufnehmen von Außenluft als Kühlmedium auf. Das Strebenabdeckungsführungsteil 71 nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Rohr, das eine zylindrische Form bildet, die von der Abgaskammerwand 41 zur Außenseite in der Radialrichtung Dr verläuft. Mit anderen Worten bildet ein Freiraum innerhalb des Strebenabdeckungsführungsteils 71 einen Teil des Führungsströmungswegs Pg, der mit dem Strebenströmungsweg Ps verbunden ist. Die Außenseite des Strebenabdeckungsführungsteils 71 in der Radialrichtung Dr, die die Seite gegenüber der Seite ist, die mit der ersten Kühlmittel-Zufuhröffnung 41a verbunden ist, stellt eine Öffnung 71a dar, die sich derart eröffnet, dass Anschluss an die Außenseite des Gasturbinengehäuses 102 besteht.
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Das Außendiffusor-Führungsteil 72 führt das Kühlmedium als die Struktur zum Außendiffusor 51. Das Außendiffusor-Führungsteil 72 führt die Kühlluft zum Außendiffusor-Strömungsweg Pd durch eine zweite Kühlmittel-Zufuhröffnung 41b, die in der Abgaskammerwand 41 gebildet ist. Die zweite Kühlmittel-Zufuhröffnung 41b ist in der Abgaskammerwand 41 weiter auf der nachgelagerten Seite in der Axialrichtung Da als die erste Kühlmittel-Zufuhröffnung 41a gebildet. Das Außendiffusor-Führungsteil 72 nach der vorliegenden Erfindung ist ein Rohr, das eine zylindrische Form bildet, die sich von einem Mittelpunkt in der Radialrichtung Dr des Strebenabdeckungsführungsteils 71 abzweigt und zur nachgelagerten Seite in der Axialrichtung Da verläuft. Mit anderen Worten bildet ein Freiraum innerhalb des Außendiffusor-Führungsteils 72 einen Teil des Führungsströmungswegs Pg, der mit dem Außendiffusor-Strömungsweg Pd verbunden ist.
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Das Außendiffusor-Führungsteil 72 weist einen flexiblen Bereich 72 a mit einer hohen Flexibilität auf, der ein Teil davon in der Axialrichtung Da ist, und der unter Verwendung eines flexiblen Materials konfiguriert ist. Die Position des Außendiffusor-Führungsteils 72 wird durch den flexiblen Bereich 72a derart eingestellt, dass sie einem Stellungswechsel zwischen dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 und der zweiten Kühlmittel-Zufuhröffnung 41b folgt.
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Das Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 stellt die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums ein, das zu mindestens einem von dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 und dem Außendiffusor-Führungsteil 72 geführt wird. Das Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 nach der vorliegenden Ausführungsform stellt die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums ein, das zum Strebenabdeckungsführungsteil 71 geführt wird. Das Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 ist weiter in Richtung der Abgaskammerwand 41 bereitgestellt als die Stelle, an der das Außendiffusor-Führungsteil 72 von dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 abzweigt. Das Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 ist eine Öffnung, die eine Ringform bildet und an einer inneren Umfangsoberfläche des Strebenabdeckungsführungsteils 71 befestigt ist.
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Das Umschaltteil 8 ist in die Lage versetzt, zwischen einem ersten Zustand, in dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das durch den Führungsströmungsweg Pg zirkuliert, eine erste Fließgeschwindigkeit ist, die der Fließgeschwindigkeit während des Nennbetriebs entspricht, und einem zweiten Zustand, in dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums eine zweite Fließgeschwindigkeit ist, , die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, umzuschalten. Das Umschaltteil 8 schaltet einen Einströmungszustand der Kühlluft von der Außenseite zum Führungsteil 7. Das Umschaltteil 8 schaltet zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand basierend auf einer Gasturbinenleistung oder einem Korrelationswert um, der ein Wert ist, der mit der Gasturbinenleistung korreliert. Das Umschaltteil 8 nach der vorliegenden Ausführungsform weist ein Ventilteil 81, ein Zufuhrteil 82, ein ausfallsicheres Teil 83 und ein Steuerteil 84 auf.
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Das Ventilteil 81 wird in dem Führungsteil 7 nahe der Öffnung 71a, durch die die Kühlluft von der Außenseite aufgenommen wird, bereitgestellt. Das Ventilteil 81 nach der vorliegenden Ausführungsform wird auf der Seite der Öffnung 71a bereitgestellt, die weiter auf der vorgelagerten Seite als die Stelle ist, an der das Außendiffusor-Führungsteil 72 vom Strebenabdeckungsführungsteil 71 abzweigt. Das Ventilteil 81 nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schmetterlingsventil. Das Ventilteil 81 weist einen Ventilkörper 811 und ein Antriebsteil 812 auf.
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Der Ventilkörper 811 bewegt sich derart, dass es den Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs Pg im ersten Zustand verengt und den Strömungswegbereich im zweiten Zustand erweitert. Der Ventilkörper 811 hat eine runde plattenartige Form. Die äußere Form des Ventilkörpers 811 passt sich der Form der inneren Umfangsoberfläche des Strebenabdeckungsführungsteils 71 an. Der Ventilkörper 811 wird durch das nachstehend beschriebene Antriebsteil 812 gedreht, um den Führungsströmungsweg Pg zu öffnen und zu blockieren. Durch Blockieren des Führungsströmungswegs Pg stellt der Ventilkörper 811 das Umschaltteil 8 auf den ersten Zustand, in dem die Kühlluft nur vom nachfolgend beschriebenen Zufuhrteil 82 in den Führungsströmungsweg Pg fließt. Durch Öffnen des Führungsströmungswegs Pg stellt der Ventilkörper 811 das Umschaltteil 8 auf den zweiten Zustand, in dem die Kühlluft mit der zweiten Fließgeschwindigkeit, die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, in den Führungsströmungsweg Pg fließt.
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Das Antriebsteil 812 schaltet den Ventilkörper 811 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand durch Verschieben des Ventilkörpers 811 um. Das Antriebsteil 812 weist ein Ventilschaftteil 812a und ein Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b auf.
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Das Ventilschaftteil 812a wird derart bereitgestellt, dass es durch eine Mitte des Ventilkörpers 811 führt. Das Ventilschaftteil 812a bildet eine zylindrische Form und ist, zusammen mit dem Ventilkörper 811, um eine Mittelachse davon drehbar gestaltet. Das Ventilschaftteil 812a wird in einem Zustand bereitgestellt, in dem es das Strebenabdeckungsführungsteil 71 in einer Richtung senkrecht zu der Richtung penetriert, in der das Strebenabdeckungsführungsteil verläuft.
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Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b dreht das Ventilschaftteil 812a zusammen mit dem Ventilkörper 811. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b nach der vorliegenden Ausführungsform wird auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Führungsteils 7 bereitgestellt. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b ist beispielsweise aus einem Luftzylinder konfiguriert. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b dreht das Ventilschaftteil 812a durch Drücken eines Endteils des Ventilschaftteils 812a an einer Stelle, die von der Mittelachse des Ventilschaftteils 812a exzentrisch ist. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b stellt das Umschaltteil 8 auf den ersten Zustand durch Drehen des Ventilschaftteils 812a, um den Führungsströmungsweg Pg unter Verwendung des Ventilkörpers 811 zu blockieren. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b stellt das Umschaltteil 8 in den zweiten Zustand durch Drehen des Ventilschaftteils 812a, um den Führungsströmungsweg Pg unter Verwendung des Ventilkörpers 811 zu öffnen.
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In dem Zustand, in dem der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg blockiert hat, führt das Zufuhrteil 82 das Kühlmedium mit der ersten Fließgeschwindigkeit zu der Struktur im Abgas. Das Zufuhrteil 82 nach der vorliegenden Ausführungsform ist eine Mehrzahl runder Durchgangsöffnungen, die im Ventilkörper 811 gebildet sind. Nur eine Anzahl der Zufuhrteile 82, die dem Strömungswegbereich entspricht, der zum Zirkulieren des Kühlmediums bei der ersten Fließgeschwindigkeit benötigt wird, wird gebildet.
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Es ist zu beachten, dass das Zufuhrteil 82 nach der ersten Ausführungsform nicht darauf beschränkt ist, eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen zu sein. Das Zufuhrteil 82 kann eine Durchgangsöffnung sein, solange der Strömungswegbereich, der zum Zirkulieren des Kühlmediums bei der ersten Fließgeschwindigkeit benötigt wird, gewährleistet werden kann. Das Zufuhrteil 82 kann in einem Endteil des Ventilkörpers 811 oder in einem Mittelteil des Ventilkörpers 811 gebildet sein.
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Wenn das Umschaltteil 8 nicht in der Lage ist, vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu schalten, stellt das ausfallsichere Teil 83 die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das durch den Führungsströmungsweg Pg zirkuliert, auf die zweite Fließgeschwindigkeit. Das ausfallsichere Teil 83 nach der vorliegenden Ausführungsform dreht der Ventilkörper 811 energisch, um den Führungsströmungsweg Pg zu öffnen, wenn das Antriebsteil 812 nicht gesteuert werden kann, sodass der Ventilkörper 811 nicht durch das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b gedreht werden kann und der Führungsströmungsweg Pg in einem blockierten Zustand verbleibt. Insbesondere ist das ausfallsichere Teil 83 beispielsweise ein elastisches Element, wie ein Federmaterial. Das ausfallsichere Teil 83 drückt das Ventilschaftteil 812a in eine Richtung, in die der Ventilkörper 811 sich öffnet.
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Das Steuerteil 84 treibt den Ventilkörper 811 an, sodass es zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand basierend auf einer Gasturbinenleistung oder einem Korrelationswert umschaltet, der ein Wert ist, der mit der Gasturbinenleistung korreliert. Das Steuerteil 84 nach der vorliegenden Ausführungsform schaltet einen Antriebszustand des Antriebsteils 812 auf Grundlage der Gasturbinenleistung um, die unter Verwendung eines Ausgabemessgeräts gemessen wird, das nicht in den Figuren veranschaulicht ist. Das Steuerteil 84 sendet ein Signal an das Antriebsteil 812, um den Führungsströmungsweg Pg unter Verwendung des Ventilkörpers 811 zu blockieren, sodass der Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs Pg während des Nennbetriebs der Gasturbine 100 verengt wird. Das Steuerteil 84 sendet ein Signal an das Antriebsteil 812, um den Führungsströmungsweg Pg unter Verwendung des Ventilkörpers 811 zu öffnen, sodass der Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs Pg während eines reduzierten Betriebs der Gasturbine 100 erweitert wird.
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Es ist zu beachten, dass die Gasturbine 100 während des reduzierten Betriebs (entweder Betrieb mit Teillast oder Betrieb mit niedriger Last) in einem Zustand arbeitet, in dem die Gasturbinenleistung unter der Leistung während des Nennbetriebs liegt. Der reduzierte Betrieb schließt ein Verfahren zum Beibehalten einer hohen Turbineneinlasstemperatur einfach durch Reduzieren des Öffnungsgrads des IGV 13, ein Verfahren zum Reduzieren der Fließgeschwindigkeit des Verbrennungsgases, das durch die Turbine 3 strömt, unter Verwendung eines Vereisungsschutzsystems und ein Verfahren zum Reduzieren der Fließgeschwindigkeit des Verbrennungsgases, das durch die Turbine 3 strömt, unter Verwendung eines Turbinen-Bypass-Systems ein.
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Bei dem reduzierten Betrieb unter Verwendung des Vereisungsschutzsystems wird eine Einlasslufttemperatur erhöht, und der Kompressor 1 wird am Einfrieren gehindert, indem aus dem Kompressor 1 extrahierte Luft zu einer Einlassseite zurückgeführt wird. Daher kann die Einlasslufttemperatur des Kompressors 1 selbst dann erhöht werden, wenn die Einlasslufttemperatur nicht niedrig ist. Somit kann zusätzlich zum Reduzieren einer Massenfließgeschwindigkeit der in den Kompressor 1 aufgenommenen Luft eine Menge an Verbrennungsluft außerdem durch Verwenden der extrahierten Luft reduziert werden. Infolgedessen kann die Gasturbine 100 nach Reduzieren der Verbrennungsgas-Fließgeschwindigkeit, die durch die Turbine 3 strömt, und Senken der Gasturbinenleistung betrieben werden.
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Bei dem reduzierten Betrieb unter Verwendung des Turbinen-Bypass-Systems wird ein Teil der Auslassluft vom Kompressor 1 extrahiert und zu einer Abgasseite der Turbine 3 umgeleitet. Somit kann die Gasturbine 100 nach Reduzieren der Verbrennungsgas-Fließgeschwindigkeit, die durch die Turbine 3 strömt, und Senken der Gasturbinenleistung betrieben werden.
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Gemäß dem Betriebsverfahren der Gasturbine 100 der ersten Ausführungsform wird während des Nennbetriebs ein erster Schritt ausgeführt, bei dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das zur Struktur im Abgas geführt wird, auf die erste Fließgeschwindigkeit eingestellt wird. Im ersten Schritt wird ein Signal vom Steuerteil 84 zum Antriebsteil 812 gesendet, sodass der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg basierend auf einer gemessenen Gasturbinenleistung blockiert. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b des Antriebsteils 812, das das Signal erhalten hat, dreht den Ventilkörper 811 zusammen mit dem Ventilschaftteil 812a, um den Führungsströmungsweg Pg zu blockieren. Da der Führungsströmungsweg Pg durch den Ventilkörper 811 blockiert ist, strömt die Kühlluft in den Führungsströmungsweg Pg nur von den Durchgangsöffnungen, die das Zufuhrteil 82 sind. Mit anderen Worten wird das Umschaltteil 8 in den ersten Zustand geschaltet. Daher fließt die Kühlluft nur mit der ersten Fließgeschwindigkeit in den Führungsströmungsweg Pg des Strebenabdeckungsführungsteils 71. Wenn die eingeströmte Kühlluft durch das Strebenabdeckungsführungsteil 71 zu der ersten Kühlmittel-Zufuhröffnung 41a strömt, strömt ein Teil davon in das Außendiffusor-Führungsteil 72 zu der zweiten Kühlmittel-Zufuhröffnung 41b.
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Die Kühlluft, die von der ersten Kühlmittelzufuhröffnung 41a in die Abgaskammerwand 41 eingeströmt ist, zirkuliert durch den Strebenströmungsweg Ps, um so die Strebenabdeckung 53 und die Strebe 43 zu kühlen. Die Kühlluft, die durch den Strebenströmungsweg Ps geströmt ist, strömt auf der Innenseite in der Radialrichtung Dr des Innendiffusors 52 und strömt dann von zwischen der letzten Stufe der Schaufelblätter 312 und einem vorgelagerten Ende des Innendiffusors 52 in den Abgasströmungsweg Pe zwischen dem Innendiffusor 52 und dem Außendiffusor 51.
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Außerdem zirkuliert die Kühlluft, die von der zweiten Kühlmittelzufuhröffnung 41b in die Abgaskammerwand 41 eingeströmt ist, durch den Außendiffusor-Strömungsweg Pd, um so den Außendiffusor 51 zu kühlen. Die Kühlluft, die durch den Außendiffusor-Strömungsweg Pd eingeströmt ist, strömt mit der Kühlluft zusammen, die durch den Strebenströmungsweg Ps zirkuliert.
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Wenn der Betriebszustand der Gasturbine 100 zu dem reduzierten Betrieb wechselt, wird ein zweiter Schritt durchgeführt, bei dem die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums, das zur Struktur geführt wird, auf die zweite Fließgeschwindigkeit eingestellt wird, die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist. Im zweiten Schritt wird ein Signal vom Steuerteil 84 zum Antriebsteil 812 gesendet, sodass der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg basierend auf einer gemessenen Gasturbinenleistung öffnet. Das Antriebsteil-Hauptgehäuse 812b des Antriebsteils 812, das das Signal erhalten hat, dreht den Ventilkörper 811 zusammen mit dem Ventilschaftteil 812a, um den Führungsströmungsweg Pg zu öffnen. Da der Führungsströmungsweg Pg durch den Ventilkörper 811 geöffnet ist, strömt eine große Menge an Kühlluft in den Führungsströmungsweg Pg. Mit anderen Worten wird das Umschaltteil 8 in den zweiten Zustand umgeschaltet. Daher fließt die Kühlluft mit der zweiten Fließgeschwindigkeit, die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, in den Führungsströmungsweg Pg des Strebenabdeckungsführungsteils 71. Genau wie während des Nennbetriebs, strömt, wenn die eingeströmte Kühlluft durch das Strebenabdeckungsführungsteil 71 zur ersten Kühlmittelzufuhröffnung 41a strömt, ein Teil davon in das Außendiffusor-Führungsteil 72 in Richtung der zweiten Kühlmittelzufuhröffnung 41b.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Gasturbine 100 kann Umschalten derart vorgenommen werden, dass das Umschaltteil 8 auf den ersten Zustand gestellt wird, indem der erste Schritt während des Nennbetriebs durchgeführt wird, und derart, dass das Umschaltteil 8 auf den zweiten Zustand gestellt wird, indem der zweite Schritt während des reduzierten Betriebs durchgeführt wird. Mit anderen Worten kann durch Umschalten vom ersten Zustand in den zweiten Zustand das Kühlmedium bei dem zweiten Strömungsweg, der höher als die erste Fließgeschwindigkeit während des Nennbetriebs ist, zum Strebenströmungsweg Ps und zum Außendiffusor-Strömungsweg Pd geführt werden. Ein Ausdehnungsverhältnis der Turbine 3 wird während des reduzierten Betriebs kleiner, weil die Fließgeschwindigkeit des Verbrennungsgases, das durch die Turbine 3 strömt, sinkt. Daher steigt die Temperatur des Abgases während des reduzierten Betriebs im Vergleich zu der Temperatur davon während des Nennbetriebs, da die Verbrennungstemperatur hoch gehalten wird. Die Strukturen, die dem Abgas ausgesetzt sind, wie die Strebenabdeckung 53, der Außendiffusor 51 und der Innendiffusor 52, können jedoch während des reduzierten Betriebs durch eine Menge der Kühlluft gekühlt werden, die größer als während des Nennbetriebs ist. Somit kann ein Kühleffekt auf die Strukturen im Abgas, wie die Strebenabdeckung 53, der Außendiffusor 51, der Innendiffusor 52 und dergleichen, während des reduzierten Betriebs über den Effekt während des Nennbetriebs erhöht werden.
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Außerdem kann das Umschaltteil 8 während des reduzierten Betriebs umgeschaltet werden, sodass der Zustand vom ersten Zustand während des Nennbetriebs in den zweiten Zustand wechselt, was es somit ermöglicht zu verhindern, dass die während des reduzierten Betriebs bei einer Fließgeschwindigkeit benötigte Kühlluft auch während des Nennbetriebs fließt. Daher ist es möglich, einen überkühlten Zustand zu verhindern, der die Effizienz der Gasturbine 100 während des Nennbetriebs verringern würde.
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Basierend auf Vorstehendem kann der Kühleffekt während des reduzierten Betriebs erhöht werden, ohne dass sich dies während des Nennbetriebs auswirkt. Mit anderen Worten kann der Kühleffekt auf Strukturen, die dem Abgas ausgesetzt sind, wie die Strebenabdeckung 53, der Außendiffusor 51 und der Innendiffusor 52, nach Bedarf vorübergehend erhöht werden, ohne sich während des Nennbetriebs auszuwirken. Entsprechend kann die Gasturbine 100 effizient betätigt werden.
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Außerdem kann der Strömungswegbereich des Führungsströmungswegs Pg zum Zirkulieren der Kühlluft einfach geändert werden, da das Umschaltteil 8 den Ventilkörper 811 aufweist. Entsprechend kann die Fließgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Führungsströmungsweg Pg strömt, unter Verwendung einer einfachen Konfiguration umgeschaltet werden. Außerdem kann das Kühlmedium bei der ersten Fließgeschwindigkeit während des Nennbetriebs mit einem hohen Maß an Genauigkeit zugeführt werden, da das Kühlmedium bei der ersten Fließgeschwindigkeit von den im Ventilkörper 811 gebildeten Durchgangsöffnungen dem Ventilkörper 811 nachgelagert in einem Zustand zugeführt wird, in dem der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg blockiert hat. Entsprechend kann das benötigte Kühlmedium während des Nennbetriebs stabil gesichert werden.
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Außerdem kann die Kühlluft dem Ventilkörper 811 nachgelagert mit einer ersten Fließgeschwindigkeit mit einem hohen Maß an Genauigkeit zugeführt werden, da das Zufuhrteil 82 Durchgangsöffnungen darstellt, die im Ventilkörper 811 gebildet sind. Außerdem kann das Zufuhrteil 82 unter Verwendung der einfachen Struktur des einfachen Bildens von Durchgangsöffnungen im Ventilkörper 811 gebildet werden.
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Außerdem verursacht das ausfallsichere Teil 83, dass das Ventilschaftteil 812a den Ventilkörper 811 in eine Öffnungsrichtung drückt. Infolgedessen kann ein Zustand, in dem der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg blockiert hält, verhindert werden, selbst wenn das Antriebsteil 812 ausfällt und daher den Ventilkörper 811 nicht mehr drehen kann. Daher kann ein Zustand verhindert werden, in dem der Führungsströmungsweg Pg durch den Ventilkörper 811 blockiert ist und die Kühlluft an die Strukturen, wie die Strebenabdeckung 53, den Außendiffusor 51 und den Innendiffusor 52, während des reduzierten Betriebs nur mit der ersten Fließgeschwindigkeit zuführt. Mit anderen Worten ist es möglich, eine Situationzu verhindern, in der die Kühlluft-Fließgeschwindigkeit unzureichend ist und die Kühlluft daher nicht in der Lage ist, die dem Abgas ausgesetzte Struktur ausreichend zu kühlen, die während des reduzierten Betriebs mehr als während des Nennbetriebs gekühlt werden muss. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Temperaturen der Strebenabdeckung 53, des Außendiffusors 51, des Innendiffusors 52 und dergleichen während des reduzierten Betriebs zu hoch steigen und somit die Strukturen beschädigen.
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Außerdem weist das Führungsteil 7 das Strebenabdeckungsführungsteil 71, das mit dem Strebenströmungsweg Ps verbunden ist, und das Außendiffusor-Führungsteil 72 auf, das mit dem Außendiffusor-Strömungsweg Pd verbunden ist. Daher ist es möglich, die Kühlluft zu verwenden, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Strukturen, namentlich die Strebenabdeckung 53 und den Außendiffusor 51 zu kühlen. Entsprechend ermöglicht diese Art von Konfiguration es auch, die Kühlluft effizient zu nutzen.
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Außerdem kann die Fließgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch das Strebenabdeckungsführungsteil 71 und das Außendiffusor-Führungsteil 72 zirkuliert, durch die Öffnung eingestellt werden, die das Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 ist. Daher wird es möglich, die Kühlluft, die als Ganzes von außen durch das Ventilteil 81 aufgenommen wird, in verschiedene Fließgeschwindigkeiten zu teilen und die Kühlluft bei den Geschwindigkeiten zum Strebenabdeckungsführungsteil 71 bzw. zum Außendiffusor-Führungsteil 72 zu zirkulieren, ohne die Luft auf präzise Weise zu steuern. Entsprechend können die Strebenabdeckung 53 und der Außendiffusor 51 effektiv gekühlt werden, indem die Kühlluft effizienter verwendet wird.
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Das Steuerteil 84 schaltet den Antriebszustand des Antriebsteils 812 basierend auf der Gasturbinenleistung um. Daher ist es möglich, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten, um auf sehr genaue Weise der Zeit zu entsprechen, zu der ein Betriebszustand umgeschaltet wurde, um zwischen dem Nennbetrieb und dem reduzierten Betrieb umzuschalten. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass das Umschaltteil 8 fälschlicherweise während einer anderen Zeit als dem Nennbetrieb, wie während des reduzierten Betriebs, in den ersten Zustand umschaltet. Daher ist es möglich einen Fall zu verhindern, in dem die Fließgeschwindigkeit der Kühlluft so unzureichend ist, dass die Struktur während des reduzierten Betriebs nicht angemessen gekühlt werden kann. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Temperaturen der Strebenabdeckung 53, des Außendiffusors 51, des Innendiffusors 52 und dergleichen während des reduzierten Betriebs zu hoch steigen und somit die Strukturen beschädigen.
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Das Außendiffusor-Führungsteil 72 weist außerdem einen flexiblen Bereich 72a mit hoher Flexibilität, der Teil davon ist auf, und der unter Verwendung eines flexiblen Materials konfiguriert ist, von dem ein Teil hoch flexibel ist. Daher ist es möglich, dass wenn das Außendiffusor-Führungsteil 72 und die Abgaskammerwand 41, in dem die zweite Kühlmittelzufuhröffnung 41b gebildet ist, sich positionell verschieben, die Beeinträchtigung eines jeglichen positionellen Verschiebens zwischen dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 und der zweiten Kühlmittelzufuhröffnung 41b zu unterdrücken, die durch thermische Verlängerung des Abgasgehäuses in Axialrichtung Da verursacht wird, die während Betriebs der Gasturbine 100 auftritt. Entsprechend ist es möglich zu verhindern, dass die Kühlvorrichtung 6 von der Abgaskammerwand 41 abfällt, selbst wenn das Führungsteil 7 mit der Abgaskammerwand 41 in einer Mehrzahl von Positionen verbunden ist, wie die erste Kühlmittelzufuhröffnung 41a und die zweite Kühlmittelzufuhröffnung 41b, wie in der vorliegenden Ausführungsform.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform der Gasturbine wird als nächstes unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Dieselben Referenzsymbole sind mit Bestandteilelementen in der zweiten Ausführungsform verbunden, die dieselben sind, wie diejenigen in der ersten Ausführungsform, und detaillierte Beschreibungen davon werden weggelassen. Bei der Gasturbine nach der zweiten Ausführungsform ist das Zufuhrteil der Kühlvorrichtung anders als in der ersten Ausführungsform konfiguriert.
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Bei einer Kühlvorrichtung 6A nach der zweiten Ausführungsform stellt ein Zufuhrteil 82A eines Umschaltteils 8A Verbindungsöffnungen dar, die in dem Führungsteil 7 gebildet ist, um mit der Außenseite des Abgasdiffusors 5 und dem Führungsströmungsweg Pg weiter auf der Seite der Abgaskammerwand 41 als der Ventilkörper 811 eine Verbindung herzustellen. Das Zufuhrteil 82A nach der zweiten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von runden Öffnungen, die das Strebenabdeckungsführungsteil 71, das ein Rohr ist, in einer Richtung senkrecht zu der Richtung penetrieren, in der das Strebenabdeckungsführungsteil verläuft. Das Zufuhrteil 82A wird zwischen dem Fließgeschwindigkeitseinstellteil 73 und der Stelle gebildet, an der das Außendiffusor-Führungsteil 72 von dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 abzweigt.
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Es ist zu beachten, dass das Zufuhrteil 82A nach der zweiten Ausführungsform nicht darauf beschränkt ist, eine Mehrzahl von Verbindungsöffnungen zu sein. Das Zufuhrteil 82A kann eine Verbindungsöffnung sein, solange der Strömungswegbereich, der zum Zirkulieren des Kühlmediums der ersten Fließgeschwindigkeit benötigt wird, gewährleistet werden kann. Außerdem kann das Zufuhrteil 82A im Strebenabdeckungsführungsteil 71 an einer Position auf der Abgaskammerwand 41 weiter nachgelagert als der Ventilkörper 811 gebildet ist.
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Gemäß der Gasturbine 100 der zweiten Ausführungsform ist das Versorgungsteil 82A derart gebildet, dass es das Äußere und das Innere des Strebenabdeckungsführungsteils 71 verbindet. Daher ist es möglich, die Kühlluft bei der ersten Fließgeschwindigkeit von außerhalb der nachgelagerten Seite des Ventilkörpers 811 mit einem hohen Maß an Genauigkeit zuzuführen, selbst wenn der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg blockiert hat. Außerdem ist es möglich, eine Struktur zu bilden, die in der Lage ist, die Kühlluft bei der ersten Fließgeschwindigkeit zuzuführen, ohne den Ventilkörper 811 einzubeziehen, da das Zufuhrteil 82A im Strebenabdeckungsführungsteil 71 gebildet ist.
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Dritte Ausführungsform
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Eine dritte Ausführungsform der Gasturbine wird als nächstes unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Dieselben Referenzsymbole sind mit Bestandteilselementen in der dritten Ausführungsform verbunden, die dieselben sind, wie diejenigen in der ersten und zweiten Ausführungsform, und detaillierte Beschreibungen davon werden weggelassen. Bei der Gasturbine nach der dritten Ausführungsform ist das Umschaltteil der Kühlvorrichtung anders als in der ersten und zweiten Ausführungsform konfiguriert.
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Bei einer Kühlvorrichtung 6B nach der dritten Ausführungsform weist ein Umschaltteil 8B ein Verschlussteil 85 statt des Zufuhrteils 82 auf. Das Verschlussteil 85 bildet im ersten Zustand einen Spalt zwischen dem Führungsströmungsweg Pg und dem Ventilkörper 811. Das Verschlussteil 85 bildet einen Spalt, durch den die Kühlluft nur mit der ersten Fließgeschwindigkeit zirkuliert, ohne dass der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg vollständig blockiert. Das Verschlussteil 85 nach der vorliegenden Ausführungsform ragt von der inneren Umfangsoberfläche des Strebenabdeckungsführungsteils 71 derart nach innen vor, dass der Ventilkörper 811 den Führungsströmungsweg Pg nicht vollständig blockiert.
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Es ist zu beachten, dass solange ein Spalt, durch den die Kühlluft nur mit der ersten Fließgeschwindigkeit zirkuliert, zwischen dem Führungsströmungsweg Pg und dem Ventilkörper 811 geschaffen werden kann, das Verschlussteil 85 nicht auf die Struktur nach der vorliegenden Ausführungsform beschränkt ist. Das Verschlussteil 85 kann beispielsweise von dem Ventilkörper 811 hervorragen und kann derart strukturiert sein, dass es verhindert, dass der Ventilkörper 811 von der Außenseite blockiert.
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Gemäß der Gasturbine 100 der dritten Ausführungsform bildet das Verschlussteil 85 einen Spalt, durch den die Kühlluft nur mit der ersten Fließgeschwindigkeit zirkuliert, zwischen dem Strebenabdeckungsführungsteil 71 und dem Ventilkörper 811. Daher ist es möglich, Kühlluft bei der ersten Fließgeschwindigkeit der nachgelagerten Seite des Ventilkörpers 811 mit einem hohen Maß an Genauigkeit zuzuführen.
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Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen vorstehend ausführlich beschrieben wurden, sind alle Bestandteilselemente von jeder Ausführungsform und die Kombinationen dieser Bestandteilselemente lediglich beispielhaft, und Hinzufügungen, Auslassungen, Substitutionen und andere Änderungen können, ohne vom Gedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung wird nicht als auf die vorangehenden Ausführungsformen beschränkt betrachtet und wird ausschließlich durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche beschränkt.
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Es ist zu beachten, dass nicht beabsichtigt ist, die Struktur der vorliegenden Ausführungsform darauf zu beschränken, der Außendiffusor 51 und die Strebenabdeckung 53 zu sein. Die Struktur kann jegliches Element sein, das zum Abgasströmungsweg Pe gerichtet ist und dem Abgas ausgesetzt ist. Beispielsweise kann die Struktur eines von dem Außendiffusor 51 und der Strebenabdeckung 53 sein. Die Struktur kann ein anderes Element als der Außendiffusor 51 und die Strebenabdeckung 53 sein, wie die Strebe 43.
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Außerdem ist das Umschaltteil 8 nicht auf eine Struktur beschränkt, die das Ventilteil 81 und das Zufuhrteil 82 aufweist, wie in der vorliegenden Ausführungsform. Das Umschaltteil 8 kann eine beliebige Struktur sein, die in der Lage ist, zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten. Beispielsweise kann das Umschaltteil 8 eine Bypass-Struktur sein, wie eine, die die Kühlluft durch ein Rohr zuführt, das sich je nach dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand unterscheidet.
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Außerdem ist das ausfallsichere Teil 83 nicht auf eine Struktur beschränkt, die das Ventilteilgehäuse 811 drückt, wie in der vorliegenden Ausführungsform. Das ausfallsichere Teil 83 kann eine beliebige Struktur aufweisen, die in der Lage ist, die Fließgeschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Führungsströmungsweg Pg zirkuliert, auf die zweite Fließgeschwindigkeit einzustellen, wenn das Umschaltteil 8 nicht in der Lage ist, vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuschalten. Beispielsweise kann das ausfallsichere Teil 83 eine Umgehung sein, durch die die Kühlluft zuführt wird, sodass das Umschaltteil 8 umgangen wird, wenn der Ventilkörper 811 selbst sich nicht bewegen kann, sodass das Umschaltteil 8 nicht vom ersten Zustand in den zweiten Zustand umschalten kann.
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Während eine Gasturbinenleistung, die unter Verwendung eines Ausgabemessgeräts gemessen wird, in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wurde, ist die Ausführungsform außerde, nicht darauf beschränkt und kann jeglichen Korrelationswert verwenden, der mit der Gasturbinenleistung korreliert und ermöglicht, dass der Zustand der Gasturbinenleistung bekannt ist. Beispielsweise können Temperaturinformationen, die durch Messen der Temperatur des Abgases im Abgasströmungsweg Pe erhalten werden, oder Informationen zum Öffnungsgrad, die durch Messen des Grads, in dem die IGV 13 geöffnet ist erhalten werden, auch als der Korrelationswert verwendet werden, der mit der Gasturbinenleistung korreliert.
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Industrielle Anwendbarkeit
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In der vorstehend beschriebenen Gasturbine kann das Umschaltteil eine Fließgeschwindigkeit eines Kühlmediums, das einer Struktur zugeführt wird, zwischen einer ersten Fließgeschwindigkeit und einer zweiten Fließgeschwindigkeit, die höher als die erste Fließgeschwindigkeit ist, umschaltet. Daher kann ein Kühleffekt auf die Struktur im Abgas vorübergehend verbessert werden, ohne sich während des Nennbetriebs auszuwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gasturbine
- 1
- Kompressor
- Ar
- Axiallinie
- 11
- Kompressorrotor
- 12
- Kompressorgehäuse
- 13
- IGV
- Da
- Axialrichtung
- Dc
- Umfangsrichtung
- Dr
- Radialrichtung
- 2
- Brennkammer
- 3
- Turbine
- 31
- Turbinenrotor
- 311
- Rotorwelle
- 312
- Schaufelblatt
- 32
- Turbinengehäuse
- 101
- Gasturbinenrotor
- 102
- Gasturbinengehäuse
- 4
- Abgaskammerteil
- 41
- Abgaskammerwand
- 41a
- Erste Kühlmittelzufuhröffnung
- 41b
- Zweite Kühlmittelzufuhröffnung
- 42
- Lagerteil
- 43
- Strebe
- 5
- Abgasdiffusor
- 51
- Außendiffusor
- Pd
- Außendiffusor-Strömungsweg
- 52
- Innendiffusor
- 53
- Strebenabdeckung
- Ps
- Strebenströmungsweg
- Pe
- Abgasströmungsweg
- 6, 6A, 6B
- Kühlvorrichtungen
- 7
- Führungsteil
- 71
- Strebenabdeckungsführungsteil
- 72
- Außendiffusor-Führungsteil
- 72a
- Flexibler Bereich
- Pg
- Führungsströmungsweg
- 73
- Fließgeschwindigkeitseinstellteil
- 8, 8A, 8B
- Umschaltteile
- 81
- Ventilteil
- 811
- Ventilkörper
- 812
- Antriebsteil
- 812a
- Ventilschaftteil
- 812b
- Antriebsteil-Hauptgehäuse
- 82, 82A
- Zufuhrteile
- 83
- Ausfallsicheres Teil
- 84
- Steuerteil
- 85
- Verschlussteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015172711 [0002]
- JP 2013174134 A [0006]
