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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dampfgekühlte Gasturbine
vom Rückgewinnungstyp,
bei der verhindert wird, dass ein zum Kühlen zugeführter Dampf nach außen leckt.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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2 ist
eine Schnittansicht einer Gasturbine, die ein repräsentatives
dampfgekühltes
System nach dem Stand der Technik anwendet. In 2 bezeichnet
die Bezugsziffer 50 einen Kompressor und die Bezugsziffer 51 bezeichnet
eine Gasturbine. In der Gasturbine 51 sind Laufschaufeln 21, 22, 23 an einem
Umfang eines Rotors 30 vorgesehen, und ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas
wird in einen Verbrennungsgas-Durchgang 52 eingeleitet,
um durch diesen zu strömen
und die Laufschaufeln 21, 22, 23 zwischen
Leitschaufeln 43, 44, 45 auf einer Leitschaufelseite
zu drehen, und um dadurch den Rotor 30 zu drehen.
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In
einer Rotorscheibe 31 sind Dampfdurchgänge 33, 32 vorgesehen,
welche miteinander verbunden sind und die Rotorscheibe 31 in
deren Axialrichtung durchsetzen. Die Dampfdurchgänge 33, 32 sind
in mehreren Teilen entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 30 vorgesehen.
Kühldampf 80 wird in
einen Dampfdurchgang 33 über einen Dampfeinlass 35 einer
Welle 34 eingeleitet, um durch einen Dampfdurchgang 32 zu
strömen
und in einen Hohlraum 36 und dann in die Laufschaufel 22 einer
zweiten Stufe über
einen zuführseitigen
Durchgang 37 zum Kühlen
der Schaufel einzutreten, und nach dem Kühlen der Schaufel strömt der Dampf
in einen Hohlraum 39 über
einen rückgewinnungsseitigen
Durchgang 38. Andererseits tritt der in den Dampfdurchgang 32 strömende Dampf
in einen zuführseitigen Durchgang 41 über einen
Hohlraum 40, um von diesem in die Laufschaufel 21 der
ersten Stufe zum Kühlen
der Schaufel zu strömen,
und nach der Kühlung der
Schaufel strömt
der Dampf in den Hohlraum 39 über einen rückgewinnungsseitigen Durchgang 42, um
sich mit dem rückgewonnenen
Dampf zu vereinigen, der aus der Laufschaufel 22 der zweiten
Stufe gekommen ist. Der so vereinigte Dampf strömt in einen Hohlraum 60 aus,
um durch einen zentralen Abschnitt des Rotors 30 zu strömen und
in dem Wellenabschnitt 34 zurückgewonnen zu werden. Ferner strömt ein Teil
des Dampfs in den Dampfdurchgang 32 durch einen Hohlraum 61,
um dem Kompressorabschnitt 50 zu dessen Kühlung zugeführt zu werden.
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Während heutzutage
viele Kraftwerke mit kombiniertem Zyklus, begleitet von einem Bedarf
an hoher Temperatur und hohem Wirkungsgrad bei jüngsten Kraftwerken, gebaut
werden, wird die Gasturbine, die ein solches dampfgekühltes System
nach obiger Beschreibung anwendet, eingehend untersucht, um anstelle
des luftgekühlten
Systems als führendes
Kühlsystem
einer Gasturbine angewandt zu werden. Speziell bei dem Kraftwerk
mit kombinierten Zyklus wird ein Teil des an einer Dampfturbine
erzeugten Dampfs extrahiert, um in die Gasturbine zu deren Kühlung geleitet
zu werden, und der für
die Kühlung
verwendete Dampf mit hoher Temperatur wird zurückgewonnen, um weiter zur Dampfturbinenseite
zurückgeführt zu werden,
womit eine wirksame Nutzung von Wärme erfolgt, die zu einem höheren Wirkungsgrad
des Kraftwerks beiträgt,
und der letzthin viel Aufmerksamkeit geschenkt wird. In der Gasturbine,
die das repräsentative
dampfgekühlte
System nach dem Stand der Technik nach obiger Beschreibung anwendet,
wird der von der Dampfturbinenseite extrahierte Dampf in die Laufschaufel
zu deren Kühlung über die
mehreren am Umfang des Rotors vorgesehenen Dampfdurchgänge und über die Scheibe
eingeleitet, und der Dampf, der zur Kühlung verwendet wurde und eine
erhöhte
Temperatur aufweist, wird in den zentralen Abschnitt des Rotors über den
Hohlraum geleitet, um durch den zentralen Teil des Rotors zurückgewonnen
zu werden, wonach der Dampf zur Dampfturbinenseite zurückgeführt wird,
um ihn wirksam zu nutzen.
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In
dem vorbekannten, erwähnten
dampfgekühlten
System gibt es jedoch, da ein Niedertemperatur-Hochdruckdampf durch
die Rotorperipherie zugeführt
wird, viele Stellen, von denen Dampf während der Zufuhr zu der äußeren Niederdruckseite über Verbindungsabschnitte
etc. leckt, womit es notwendig ist, zahlreiche Dichtungsabschnitte
bereitzustellen. Somit stellt es bei dem dampfgekühlten System ein
großes
Problem dar, wie der zugeführte
Dampf auf der Hochdruckseite daran gehindert wird, zur Niederdruckseite
auszulecken.
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CA-A-2
209 850 offenbart eine dampfgekühlte
Gasturbine vom Rückgewinnungstyp,
bei der der zuführseitige
Dampfdurchgang durch die Rotorscheiben-Zentralabschnitte im wesentlichen über die
gesamte Rotoraxiallänge
hindurchgeht, und der rückgewinnungsseitige
Dampfdurchgang erstreckt sich durch Dampfdurchgänge, die durch Rotorscheiben gebohrt
sind, und durch Hohlräume,
die zwischen benachbarten Rotorscheiben in alternierender Weise vorgesehen
sind.
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JP-A-09
195702 offenbart eine dampfgekühlte
Gasturbine vom Rückgewinnungstyp,
bei der der Kühldampf-Zuführdurchgang
ebenfalls durch den Rotorscheiben-Zentralabschnitt im wesentlichen über die
axiale Länge
des Rotors hindurchgeht. Der rückgewinnungsseitige
Dampfdurchgang ist aus verschiedenen Hohlraumteilen zwischen den
rotorbildenden Elementen ausgebildet.
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EP-A-O
735 238 offenbart einen weiteren Rotor-Kühlkreislauf zum Kühlen von
Turbinenrotorkomponenten.
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Abriss der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine dampfgekühlte Gasturbine vom Rückgewinnungstyp
bereitzustellen, die hinsichtlich der Kühldampfdurchgänge verbessert
ist, um den Wirkungsgrad der Kühlung
zu verbessern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine dampfgekühlte
Gasturbine vom Rückgewinnungstyp mit
den im Anspruch dargelegten Merkmalen bereitgestellt.
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Bei
der Erfindung wird der Kühldampf
mit niedriger Temperatur und hohem Druck vom Rotorende in den zuführseitigen
Dampfdurchgang im Rotor eingeleitet, um in die Laufschaufel zu deren
Kühlung
geleitet zu werden, und der für
die Kühlung
verwendete Dampf mit erhöhter
Temperatur durchläuft den
rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgang, um am Rotorende zurückgewonnen zu werden, und ferner
zur Dampfturbinenseite zurückgeführt zu werden, um
ihn wirksam zu nutzen. Der zuführseitige
Dampfdurchgang, in den der Zuführdampf
mit hohem Druck zugeführt
wird, verläuft
an der Innenseite des rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgangs, womit im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem
der Hochdruckdampf zur Außenseite
zugeführt
wird, weniger Stellen vorhanden sind, von denen Dampf nach außen leckt,
wobei die ausleckende Dampfmenge um diesen Grad bzw. Umfang reduziert
wird, und die Zuverlässigkeit
der dampfgekühlten
Gasturbine vom Rückgewinnungstyp
verbessert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer dampfgekühlten
Gasturbine vom Rückgewinnungstyp
einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
Schnittansicht einer vorbekannten Gasturbine vom Rückgewinnungstyp.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nachstehend
wird eine konkrete Beschreibung zu einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die Figur vorgenommen.
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1 ist
eine Schnittansicht einer dampfgekühlten Gasturbine vom Rückgewinnungstyp
nach einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 1 bezeichnen die Bezugsziffern 1 bis 4 Laufschaufeln,
die an einem Umfang eines Rotors 10 vorgesehen sind. Die
Bezugsziffern 5 bis 8 bezeichnen Leitschaufeln
auf einer Leitschaufelseite, die alternierend mit den Laufschaufeln 1 bis 4 vorgesehen
sind. Die Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Rotorscheibe,
in der ein zuführseitiger
Dampfdurchgang 13 in einer Axialrichtung des Rotors 10 vorgesehen ist.
Der zuführseitige
Dampfdurchgang 13 ist in mehreren Teilen entlang einer
Umfangsrichtung des Rotors 10 vorgesehen, obwohl dies in
der Figur nicht dargestellt ist, um den Dampf durch diesen zu schicken.
Die Bezugsziffern 14, 15 bezeichnen Dampfdurchgänge, welche
jeweils mit dem zuführseitigen Dampfdurchgang 13 verbunden
sind, so dass der Dampf durch diesen den Laufschaufeln 1, 2 zugeführt wird.
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Die
Bezugsziffern 16, 17 bezeichnen ebenfalls Dampfdurchgänge, durch
die der zur Kühlung der
Laufschaufeln 1, 2 benutzte Dampf ausströmt, um in
einen Hohlraum 22 eingeleitet zu werden. Die Bezugsziffer 19 bezeichnet
einen rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgang, der durch eine Außenseite des zuführseitigen
Dampfdurchgangs 13 in der Axialrichtung des Rotors 10 durchläuft und
in mehreren Teilen (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Der rückgewinnungsseitige
Dampfdurchgang 19 ist mit dem Hohlraum 22 verbunden,
und der zur Kühlung
verwendete Dampf strömt
durch diesen rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgang 19, um zurückgewonnen zu werden.
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Die
Bezugsziffer 20 bezeichnet ein Rotorende, in dem ein rückgewinnungsseitiger
Dampfdurchgang 21, der von dem rückgewinnungsseitigen Dampfdurchgang 19 auf
der Rotorscheibenseite 11 durch die Axialrichtung des Rotors 10 verlaufend
vorgesehen ist. Ferner ist ein zuführseitiger Dampfdurchgang 12,
der von dem zuführseitigen
Dampfdurchgang 13 auf der Rotorscheibenseite 11 her
verlängert
ist, an einer zentralen Stelle des Rotorendes 20 vorgesehen.
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Bei
der Gasturbine nach dem oben beschriebenen Aufbau wird Kühldampf 70,
der aus einer Dampfturbinenseite (nicht dargestellt) extrahiert
wurde, dem zuführseitigen
Dampfdurchgang 12 an der zentralen Seite des Rotorendes 20 zugeführt. Der
zugeführte
Dampf 70 dringt in den zuführseitigen Dampfdurchgang 13 von
dem Rotorende 20 aus ein, um einer Zuführöffnung der Laufschaufel 2 der
zweiten Stufe über
den Dampfdurchgang 15 zugeführt zu werden, und während er
die Laufschaufel 2 durchläuft und sie kühlt, wird
der Dampf auf eine hohe Temperatur erhitzt und strömt dann
in den Hohlraum 22 über
eine Rückgewinnungsöffnung der
Laufschaufel 2 und den Dampfdurchgang 17 aus.
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Andererseits
durchläuft
der Dampf von dem zuführseitigen
Dampfdurchgang 13 den Dampfdurchgang 14, um in
die Laufschaufel 1 der ersten Stufe über eine Zuführöffnung derselben
einzutreten und wird, während
er die Laufschaufel 1 kühlt,
auf eine hohe Temperatur erhitzt und strömt dann in den Hohlraum 22 über eine
Rückgewinnungsöffnung der Laufschaufel 1 und
den Dampfdurchgang 16 aus. In dem Hohlraum 22 wird
der Dampf, der die Laufschaufel 1 einerseits und die Laufschaufel 2 andererseits
gekühlt
hat, und der auf eine hohe Temperatur erhitzt worden ist, zusammengeführt, und
wird, indem er durch die rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgänge 19, 21 strömt, am Rotorende 20 als Rückgewinnungsdampf 71 hoher
Temperatur zurückgewonnen,
welcher durch Dampfturbinenseite zurückgeführt wird, um ihn wirksam zu
nutzen.
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Bei
dem beschriebenen dampfgekühlten System
strömt
der Dampf in der Laufschaufel zu deren Kühlung, der zur Kühlung eingesetzte
Dampf wird zurückgewonnen,
und dieser zurückgewonnene Dampf
wird zur Dampfturbinenseite zu seiner wirksamen Nutzung zurückgeführt. Während die
Laufschaufeln 1, 2 der ersten und zweiten Stufen
eine hohe Wärmekapazität aufweisen,
bei der ein Dampfkühlungseffekt
hoch ist, haben die Laufschaufeln 3, 4 nachfolgender
Stufen eine geringere Wärmekapazität, womit
bei der vorliegenden Ausführungsform
nur die Laufschaufeln 1, 2 der ersten und zweiten
Stufen gekühlt
werden; es versteht sich jedoch, dass alle Laufschaufeln 1 bis 4 ebenfalls
gekühlt
werden können.
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Gemäß der dampfgekühlten Gasturbine
vom Rückgewinnungstyp
der Ausführungsform
durchläuft der
Kühldampf 70 mit
niedriger Temperatur und hohem Druck den zentralen Teil des Rotorendes 20 und den
zuführseitigen
Dampfdurchgang 13 auf der Rotorscheibenseite 11,
um in die Laufschaufeln 1, 2 zu deren Kühlung eingeleitet
zu werden, und der zurückgewonnene
Dampf, der zu einem Dampf hoher Temperatur und niederen Drucks geworden
ist, wird durch die rückgewinnungsseitigen
Dampfdurchgänge 19, 21 zurückgewonnen,
die an der Außenseite der
zuführseitigen
Dampfdurchgänge 12, 13 vorgesehen
sind.
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Somit
strömt
der Hochdruckdampf an der Innenseite in den Rotor 10 und
durch den zentralen Abschnitt des Rotorendes 20, und folglich
gibt es im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem der Hochdruckdampf
von der Außenseite
zugeführt
wurde, weniger Stellen, an denen der Dampf nach außen leckt,
und die Menge bzw. der Umfang des Ausleckens des Dampfes wird reduziert.