JP2001234756A - ガスタービン - Google Patents

ガスタービン

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Abstract

(57)【要約】 【課題】起動時であっても、燃料油噴霧空気系統及び冷
却空気系統に高圧空気を充分供給することができるガス
タービンを提供する。 【解決手段】ガスタービン高温部冷却用の空気を供給す
る冷却空気系統９ａと、燃焼器内へ燃料を噴霧するため
の空気を供給する噴霧空気系統１１ａとを備え、前記冷
却空気系統及び噴霧空気系統の空気に、ガスタービン圧
縮機１にて圧縮された高圧空気の一部が用いられるよう
に形成されているガスタービンにおいて、前記ガスター
ビン圧縮機１の圧縮空気出口側の下流に、熱交換器４及
びブースト圧縮機を配設するとともに、このブースト圧
縮機をタービン軸駆動の圧縮機７とタービン軸以外の駆
動源により駆動される圧縮機１０との並列結合で構成
し、かつこのブースト圧縮機からの昇圧空気を前記冷却
空気系統用及び噴霧空気系統用の空気に用いるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンに係わ
り、特に冷却空気系統及び噴霧空気系統の空気に、ガス
タービン圧縮機にて圧縮された高圧空気の一部が用いら
れるように形成されているガスタービンに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年の電力需要の増大、地球温暖化対策
としてガスタービン発電設備の大容量化および高効率化
が求められている。特に圧縮機により圧縮された空気を
燃焼器へと導き燃料を供給して燃焼させ、その燃焼ガス
によりガスタービンを駆動するガスタービン発電設備に
おいては、燃焼温度をより高温化することにより大容量
・高効率が実現できる。
【０００３】しかしながら、熱回収型のガスタービン，
すなわち、より高温の燃焼ガスの持つエネルギーを回収
するガスタービンは、冷却無しでは高温に曝される部品
に損傷を招き重大な事故へと発展する可能性がある。こ
のため、燃焼ガス温度の高いガスタービン発電設備にお
いては、圧縮空気や蒸気を冷却媒体としてガスタービン
高温部の冷却を行なっている。
【０００４】一方、燃料として軽油等の油を使用する際
には、燃焼器内へ燃料を噴霧するための噴霧空気が必要
となる。従来における噴霧空気系統は、圧縮機吐出空気
の一部を用い熱交換器にて温度調整を行った後に、圧縮
機にて昇圧し燃焼用空気よりも高圧の空気とし、燃料ノ
ズルの目詰まりを防止する為にフィルターを通して清浄
な空気とした後に燃焼器へと空気を供給し燃料の噴霧に
使用するようにしている。
【０００５】また、従来の冷却空気系統は、圧縮機抽気
を直接または温度調整のために熱交換器を通した後にタ
ービン高温部へと供給している。ここで、タービン効率
を向上するために圧縮機吐出空気の一部をタービン翼冷
却に用いた後に燃焼器へと回収するガスタービンにおい
ては、冷却空気を適切な温度にする為の熱交換器と冷却
空気をより清浄にする為のフィルター、ミストセパレー
タが設置される。
【０００６】圧縮機から吐出された空気を熱交換器にて
冷却し、タービン高温部を冷却するとともに燃料噴霧空
気として利用する系統構成については、例えば特開平４
−２１４９３１号公報などに開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いるガスタービン，すなわち燃料油噴霧空気系統と冷却
空気系統とを共有し、冷却空気供給の信頼性の面よりブ
ースト圧縮機をタービン軸駆動とした場合のガスタービ
ンにおいては、起動時にはタービン回転数が低いことか
ら、ブースト圧縮機の吐出圧力が不足することになり、
このため、起動時にはこれらを補うための空気系統が必
要となる。
【０００８】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、起動時であっても、燃料油噴霧空
気系統及び冷却空気系統に高圧空気を充分供給すること
ができるガスタービンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス
タービン高温部冷却用の空気を供給する冷却空気系統
と、燃焼器内へ燃料を噴霧するための空気を供給する噴
霧空気系統とを備え、前記冷却空気系統及び噴霧空気系
統の空気に、ガスタービン圧縮機にて圧縮された高圧空
気の一部が用いられるように形成されているガスタービ
ンにおいて、前記ガスタービン圧縮機の圧縮空気出口側
の下流に、熱交換器及びブースト圧縮機を配設するとと
もに、このブースト圧縮機をタービン軸駆動の圧縮機と
タービン軸以外の駆動源により駆動される圧縮機との並
列結合で構成し、かつこのブースト圧縮機からの昇圧空
気を前記冷却空気系統用及び噴霧空気系統用の空気に用
いるようにし所期の目的を達成するようにしたものであ
る。
【００１０】また本発明は、ガスタービン高温部冷却用
の空気を供給する冷却空気系統と、燃焼器内へ燃料を噴
霧するための空気を供給する噴霧空気系統とを備え、前
記冷却空気系統及び噴霧空気系統の空気に、ガスタービ
ン圧縮機にて圧縮された高圧空気の一部が用いられるよ
うに形成されているガスタービンにおいて、前記ガスタ
ービン圧縮機の圧縮空気出口側の下流に、熱交換器及び
ブースト圧縮機を配設するとともに、このブースト圧縮
機を、タービン軸駆動の圧縮機とタービン軸以外の駆動
源により駆動され、かつガスタービンの起動時に作動す
る圧縮機との並列結合で構成し、かつこのブースト圧縮
機からの昇圧空気を前記冷却空気系統用及び噴霧空気系
統用の空気に用いるようにしたものである。
【００１１】また、この場合、前記タービン軸駆動の圧
縮機とタービン軸以外の駆動源により駆動される圧縮機
との間に、前記噴霧空気系統への切換を行う切替手段を
設けるようにしたものである。また、前記タービン軸駆
動の圧縮機とタービン軸以外の駆動源により駆動される
圧縮機の高圧空気出力側に、逆止弁を設置するようにし
たものである。また、前記ブースト圧縮機の高圧空気出
力側の噴霧空気系統に、噴霧空気を冷却する熱交換器を
設置するようにしたものである。また、前記ブースト圧
縮機の高圧空気出力側に、出口圧力を調整する圧力調整
手段を設けるようにしたものである。また、前記タービ
ン軸以外の駆動源により駆動される圧縮機が、電動機駆
動の圧縮機あるいは内燃機関駆動の圧縮機としたもので
ある。
【００１２】すなわちこのように形成されたガスタービ
ンであると、ガスタービン圧縮機の圧縮空気出口側の下
流に、熱交換器及びブースト圧縮機が配設され、かつ、
このブースト圧縮機がタービン軸駆動の圧縮機とタービ
ン軸以外の駆動源により駆動される圧縮機との並列結合
で構成され、かつこのブースト圧縮機からの昇圧空気が
前記冷却空気系統用及び噴霧空気系統用の空気に用いら
れるように形成されていることから、起動時にはタービ
ン軸以外の駆動源によるブースト圧縮機が作動されて燃
料油噴霧空気及び冷却空気が供給され、したがって起動
時であっても、燃料油の噴霧系および冷却系に適切な高
圧空気を供給することが可能となるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１には、そのガスタービンの
系統が示されている。１が圧縮機であり、２が燃焼器、
３がタービン、７がタービン軸駆動のブースト圧縮機、
１０が電動機（あるいは内燃機関），すなわちタービン
軸以外の駆動源により駆動されるブースト圧縮機（以下
電動機駆動の場合を例として説明する）、９ａが高温部
冷却空気系統、１１ａが燃料油噴霧空気系統である。
【００１４】ガスタービン圧縮機１の出口より分岐した
一方側の圧縮空気Ａ１は、熱交換器４にて適切な温度ま
で冷却され、次いでミストセパレータ５へと導かれ、こ
こで空気中のミストは分離される。その後、圧縮空気は
ミストセパレータ５からフィルタ６へと導かれ、圧縮空
気中に含まれているダスト等の異物が除去される。その
後、圧縮空気はブースト圧縮機７により昇圧され、燃料
油噴霧空気・冷却用空気として最適な圧力に昇圧され
る。
【００１５】タービン軸駆動のブースト圧縮機７の下流
にもフィルター８が設置され、燃焼器２、タービン３へ
供給される空気が最終的に清浄化される。燃料油噴霧空
気および冷却空気として適切な温度・圧力に調整された
圧縮空気は、その一方は系統１１ａを介して燃焼器２へ
と供給され、燃料油系統から供給される燃料油の噴霧空
気として供給される。また、分岐された他方の圧縮空気
は、冷却空気系統９ａを介してタービン高温部へ冷却空
気として供給される。
【００１６】この場合、特にタービン軸駆動のブースト
圧縮機７の部分に、このブースト圧縮機７と並列に、電
動機により駆動され、かつタービン起動時に作動される
ブースト圧縮機１０が設けられている。このブースト圧
縮機１０により、タービンの起動時であっても充分な圧
力の燃料油噴霧空気及び高温部冷却空気を供給すること
ができるのである。
【００１７】すなわち，タービン軸が回転している限り
ブースト圧縮機を駆動するタービン軸駆動のブースト圧
縮機７を使用することで冷却空気供給の信頼性を向上さ
せる場合、タービン起動時にはタービン軸の回転数が低
いためブースト圧縮機７の吐出圧力が不足し、燃料油噴
霧空気として使用できなかったわけであるが、前述した
構成であると、タービン起動時には電動機駆動のブース
ト圧縮機１０を有する起動用噴霧空気系統１１が使用さ
れ、これによりタービン軸駆動による高い信頼性を有す
る冷却空気供給系統を得ながら起動時にも燃料油噴霧空
気を得ることができる。
【００１８】この場合、勿論、タービンが起動し所定の
回転に上昇した後には、電動機駆動のブースト圧縮機１
０は停止され、不要な動力は削減される。
【００１９】図２は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、この場合には、各ブースト圧縮機７，１０の部分
に、使用するタービン軸駆動、電動機駆動の各ブースト
圧縮機７，１０を切り換る弁２１，２２が設置される。
これにより、起動時にはタービン軸駆動のブースト圧縮
機７出口の圧力を監視し、吐出圧力が充分高くなった時
に起動用の電動機駆動のブースト圧縮機１０からタービ
ン軸駆動のブースト圧縮機７へと系統切替を行うことが
できる。
【００２０】また、起動用噴霧空気系統１１の空気出口
側部には、バイパス系統１５が設けられる。なお、この
バイパス系統１５には、電動機駆動のブースト圧縮機１
０が停止した際にバイパス系統を逆流する空気によりブ
ースト圧縮機１０の破損を防止する為の逆止弁１７とバ
イパス系統１５の圧力を減圧するためのオリフィス１６
が設置される。
【００２１】また、図３には第３の実施例が示されてい
る。タービン軸駆動、電動機駆動の各ブースト圧縮機の
出口側に逆止弁１２，１３が設置される。これにより、
タービン起動時には電動機駆動のブースト圧縮機１０か
ら燃料油噴霧空気を燃焼器２へと供給していたのが、タ
ービン回転数の上昇とともにタービン軸駆動のブースト
圧縮機７の吐出圧力が上昇し、電動機駆動のブースト圧
縮機１０の圧力よりも高くなることで、タービン軸駆動
のブースト圧縮機と電動機駆動のブースト圧縮機の吐出
圧力のバランスによりタービン軸駆動のブースト圧縮機
７へと燃焼器２への噴霧空気の供給系統が切替る。よっ
て、系統を切り換える為の制御装置を設置する必要が無
く、信頼性が高くシンプルな噴霧空気系統とすることが
できる。
【００２２】第４の実施例として図４に示されているよ
うに燃焼器２へ空気を供給する噴霧空気系統１１ａに熱
交換器１８を設置する。これにより、タービン高温部の
冷却に要求される冷却空気温度と燃料油噴霧空気として
要求される温度に差があったとしても燃料油噴霧空気の
温度を下げ適切な温度に調整することで燃料油が高温の
空気にさらされることによる炭化を防ぐことが可能とな
る。
【００２３】第５の実施例として図５に示されているよ
うにタービン軸駆動のブースト圧縮機７の入口圧力を調
整する圧力調整弁１９と燃料油噴霧空気圧力を調整する
圧力調整弁２０を設置する。ここで、それぞれの圧力調
整弁１９，２０には弁全閉時の締切運転に対する圧縮機
保護のためのバイパスオリフィスを並列に設置する。こ
れにより、冷却空気、噴霧空気のそれぞれの系統圧力を
監視および圧力調整弁を制御することで要求される適切
な圧力に調整することが可能となる。
【００２４】タービン起動時には電動機駆動のブースト
圧縮機１０により燃料油噴霧空気を燃焼器２へと供給す
る。この場合、逆止弁１２はタービン軸駆動ブースト圧
縮機７の吐出圧力よりも電動機駆動のブースト圧縮機１
０の吐出圧力が大きいため全閉となり、タービン軸駆動
のブースト圧縮機７の吐出空気は全量タービン高温部へ
冷却空気として供給される。燃焼器２へ供給される燃料
油噴霧空気の圧力は圧力調整弁２０により適切な圧力に
調整される。圧力調整弁２０を絞ることにより生じる電
動機駆動のブースト圧縮機１０からの余剰空気はバイパ
ス系統１５を通してオリフィス１６で減圧し熱交換器４
の入口に戻す。
【００２５】タービン３の昇速とともにタービン軸駆動
のブースト圧縮機７の吐出圧力が高くなると圧力のバラ
ンスにより逆止弁１３が全閉となり電動機駆動のブース
ト圧縮機の吐出空気は全量バイパス系統１５へ供給され
る。これにより、燃料油噴霧空気はタービン軸駆動のブ
ースト圧縮機７の吐出空気へと切替る。燃料油噴霧空気
系統が切替った後に電動機駆動のブースト圧縮機１０は
停止させ、不要な動力を削減する。
【００２６】タービン高温部の冷却空気は冷却空気供給
に要求される空気温度はタービン高温部品に生じる熱応
力等を考慮すると燃料油噴霧空気として最適な温度より
も高温であることが考えられる。このため、タービン軸
駆動のブースト圧縮機７の吐出空気は熱交換器１８へ供
給され、適切な温度に下げることで燃料油の炭化を防
ぐ。
【００２７】また、燃焼器２へと供給する燃料油噴霧空
気の流量を調整する為に圧力調整弁２０を介して燃焼器
２へと供給される。ここで、冷却空気系統の信頼性の面
から圧力調整弁２０は通常全閉運用とし、オリフィスを
介して必要圧力に調整し燃焼器２へと供給するとともに
故障時全閉となる弁を使用することが望ましい。
【００２８】この実施例によれば、タービン起動時にお
いて起動用の噴霧空気系統から通常の噴霧空気系統への
切替が容易に行うことができる。
【００２９】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたガスタービンであると、タービン軸駆動のブースト
圧縮機を使用してタービン高温部冷却空気と燃料油噴霧
空気を供給する場合、起動時には電動機駆動のブースト
圧縮機が駆動されて燃料油噴霧空気が供給され、したが
って起動時であっても、燃料油の噴霧に適切な高圧空気
を供給することができるのである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、ガスタービンの起動時であっても、燃料油噴霧空気
系統及び冷却空気系統に高圧空気を充分供給することが
可能なこの種のガスタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービンの一実施例を示す概略系
統図である。
【図２】本発明のガスタービンの他の実施例を示す概略
系統図である。
【図３】本発明のガスタービンの他の実施例を示す概略
系統図である。
【図４】本発明のガスタービンの他の実施例を示す概略
系統図である。
【図５】本発明のガスタービンの他の実施例を示す概略
系統図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…熱交換
器、５…ミストセパレータ、６…フィルター、７…ター
ビン軸駆動のブースト圧縮機、８…フィルター、９…冷
却空気導入配管、９ａ…冷却空気系統、１０…電動機駆
動のブースト圧縮機、１１…噴霧空気供給配管、１１ａ
…噴霧空気系統、１２…逆止弁、１３…逆止弁、１４…
逆止弁、１５…オフィス、１６…バイパス配管、１７…
圧力調整弁、１８…熱交換器、１９…圧力調整弁、２０
…切替弁、２１…切替弁。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン高温部冷却用の空気を供給
    する冷却空気系統と、燃焼器内へ燃料を噴霧するための
    空気を供給する噴霧空気系統とを備え、前記冷却空気系
    統及び噴霧空気系統の空気に、ガスタービン圧縮機にて
    圧縮された高圧空気の一部が用いられるように形成され
    ているガスタービンにおいて、 前記ガスタービン圧縮機の圧縮空気出口側の下流に、熱
    交換器及びブースト圧縮機を配設するとともに、該ブー
    スト圧縮機をタービン軸駆動の圧縮機とタービン軸以外
    の駆動源により駆動される圧縮機との並列結合で構成
    し、かつこのブースト圧縮機からの昇圧空気を前記冷却
    空気系統用及び噴霧空気系統用の空気に用いるようにし
    たことを特徴とするガスタービン。
  2. 【請求項２】 ガスタービン高温部冷却用の空気を供給
    する冷却空気系統と、燃焼器内へ燃料を噴霧するための
    空気を供給する噴霧空気系統とを備え、前記冷却空気系
    統及び噴霧空気系統の空気に、ガスタービン圧縮機にて
    圧縮された高圧空気の一部が用いられるように形成され
    ているガスタービンにおいて、 前記ガスタービン圧縮機の圧縮空気出口側の下流に、熱
    交換器及びブースト圧縮機を配設するとともに、該ブー
    スト圧縮機を、タービン軸駆動の圧縮機とタービン軸以
    外の駆動源により駆動され、かつガスタービンの起動時
    に作動する圧縮機との並列結合で構成し、かつこのブー
    スト圧縮機からの昇圧空気を前記冷却空気系統用及び噴
    霧空気系統用の空気に用いるようにしたことを特徴とす
    るガスタービン。
  3. 【請求項３】 前記タービン軸駆動の圧縮機とタービン
    軸以外の駆動源により駆動される圧縮機との間に、前記
    噴霧空気系統への切換を行う切替手段を設けたものであ
    る請求項１または２記載のガスタービン。
  4. 【請求項４】 前記タービン軸駆動の圧縮機とタービン
    軸以外の駆動源により駆動される圧縮機の高圧空気出力
    側に、逆止弁を設置したものである請求項１，２または
    ３記載のガスタービン。
  5. 【請求項５】 前記ブースト圧縮機の高圧空気出力側の
    噴霧空気系統に、噴霧空気を冷却する熱交換器を設置し
    たものである請求項１，２，３または４記載のガスター
    ビン。
  6. 【請求項６】 前記ブースト圧縮機の高圧空気出力側
    に、出口圧力を調整する圧力調整手段を設けたものであ
    る請求項１乃至５いずれかに記載のガスタービン。
  7. 【請求項７】 前記タービン軸以外の駆動源により駆動
    される圧縮機が、電動機駆動の圧縮機もしくは内燃機関
    駆動の圧縮機である請求項１乃至６いずれかに記載のガ
    スタービン。
  8. 【請求項８】 前記タービン軸以外の駆動源により駆動
    される圧縮機を電動機駆動の圧縮機とし、各圧縮機の出
    口に夫々逆止弁を設けるとともに、前記噴霧空気系統
    に、噴霧空気を冷却する熱交換器を設置し、かつ各圧縮
    機の高圧空気出力側に、吐出圧力を調整する調節弁を設
    置したものである請求項１または２記載のガスタービ
    ン。
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