JP2001512204A - ガスタービンのタービン段における冷却空気の分配装置 - Google Patents
ガスタービンのタービン段における冷却空気の分配装置Info
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Abstract
Description
を、第1圧力の第1冷却空気供給源を有する第1冷却空気供給管を通して被冷却
静翼に供給される空気によって冷却するための冷却装置に関する。
入口温度を得るように努められ、他方では、タービン段の静翼および動翼を冷却
するために必要な冷却空気を、それに伴って効率損失が生ずるので、できるだけ
少量にするように努められている。静翼および動翼はそれぞれ翼列(翼環)の形
で配置されている。
圧縮機における種々の抽気場所からやって来る。このことは例えば、1995年
2月、シーメンス アクチエンゲゼルシャフト社発行の製品カタログ、製品番号
.A96001−U10−A281の小冊子“シーメンスの3A−ガスタービン
−ファミリー”に記載されている。従って、タービン段および特にタービン静翼
を冷却するために、それぞれ必要な抽気圧力を決定する所定の圧力ヘッド(落差
)が前提とさている。
に静翼列に対する冷却空気量を減少することにある。
て解決される。本発明の有利な実施態様および改良形態は従属請求項に記載され
ている。
力の第1冷却空気供給源を有する第1冷却空気供給管を通して被冷却静翼に供給
される空気によって冷却するための新たな冷却装置は、本発明に基づいて、ター
ビン第1段を冷却するために、第1冷却空気供給管より下流に、第1圧力より低
い第2圧力で冷却空気が供給される第2冷却空気供給管が配置されている。この
冷却装置のこの構成に基づいていまや、タービン段は異なった冷却空気範囲を有
することになる。これによって、そのタービン段において必要とされる場所にし
か、つまり特にタービン静翼への冷却空気の入口範囲にしか、冷却空気の大きな
圧力ヘッドが存在しないことに成功する。他の範囲では、即ち冷却空気が主にシ
ール(漏れ止め)空気として採用される範囲では、もはや高い圧力ヘッドは発生
しない。むしろ、低い第2圧力による第2冷却空気供給管からの冷却空気の供給
は、少ない冷却空気質量流で十分に冷却することを可能にする。これは、燃焼器
後のタービン第1列静翼の入口から案内輪の後部係留部までのタービン第1段の
全部が圧縮機最終圧力で運転され、続くタービン第2列静翼の入口からタービン
第3列静翼の前部係留部までのタービン第2段が、圧縮機の第3列抽気部からの
空気で冷却されるような冷却空気供給方式に比べて、ガスタービンの効率を高め
る。つまりこの両タービン段において、それぞれ冷却空気入口は静翼の上流に位
置し、即ちタービン段によってまだ減少されていない高い圧力を有している。
その軸方向長の3分の1、特に半分の後ろの位置に配置されていると特に有利で
ある。静翼の特に強く熱負荷を受ける上流側部位は、第1冷却空気供給管によっ
て、第1冷却空気供給源からの冷却空気質量流に応じて十分に冷却され、これに
よって、下流側部位は機能が害されることなしに、低い圧力の第2冷却空気供給
管によって十分に冷却される。第2冷却空気供給管はそのために有利に、第1冷
却空気供給源から分離された第2冷却空気供給源を有している。例えば第1およ
び第2の冷却空気供給源はそれぞれガスタービン圧縮機からの異なった抽気個所
である。
第1冷却空気供給源に接続されている。その減圧器は、第2冷却空気供給管の冷
却空気質量流が良好にできるだけ少なく配量される働きをする。従って、減圧器
を調整可能にすることが有利である。これは特に、第2の圧力がなお、第2冷却
空気供給管を介して導入される空気がシール空気として使用できるような値を有
するようにすることも可能にする。従って、冷却空気とガスタービンの内室にお
ける高温ガス圧との差圧が極めて僅かでしかないことによって、採用される冷却
空気質量流量並びにそれに伴う効率損失も同様に僅かとなる。その圧力差として
、2バール、特に1バールあるいはそれより小さい値に設定される。
ービン第1段の下流に続くタービン第2段に対する第1冷却空気供給管としても
使用される。特にこの冷却空気管は、タービン第2段の静翼列を冷却するために
採用される。これによって一方では、必要な抽気個所数を少なくし、従って構成
費用を安価にすることができる。他方では、圧力差を減少することによって、必
要な冷却空気質量流量が少くさせられる。
は第1冷却空気供給源に対する第1チャンバおよび第2冷却空気供給源に対する
第2チャンバを有し、これら両チャンバは互いに隣り合い、静翼ホルダに接して
いる。その第1チャンバおよび第2チャンバは有利に隔壁によって互いに分離さ
れ、この隔壁は静翼ホルダおよび静翼に差し込まれている。このために特に、静
翼ホルダに溝が旋盤加工され、且つ静翼を鋳造する際にここに出っ張りが一体鋳
造されている。好適にはチャンバ間に、軸方向しゃ断板が隔壁としてはめ込まれ
、これは後で追加して組み込むことができ、唯一のチャンバを第1チャンバと第
2チャンバに仕切る。
よび特徴を詳細に説明する。
1列動翼4とを備えたタービン第1段2、第2列静翼6を備えたタービン第2段
5、および第3列静翼8を備えたタービン第3段7が示されている。なおタービ
ン第2段5およびタービン第3段7に動翼は示されていない。第1列静翼3に、
第1チャンバ9および第2チャンバ10が存在している。これら両チャンバ9、
10間に隔壁11が配置されている。この隔壁11は静翼3ないし静翼ホルダ1
2に差し込まれている。第1チャンバ9の中に、第1冷却空気供給源13から第
1冷却空気質量流14が供給され、これは矢印で示されている。第1冷却空気質
量流14は、第1冷却空気供給管15で定められた経路をたどって、タービン第
1段2まで流れる。この実施例の場合、第1冷却空気供給管15は第1列静翼3
自体内にある流路も有している。第2チャンバ10の中に、第2冷却空気供給源
16から第2冷却空気供給管17を介して、第2冷却空気質量流18が供給され
る。第1冷却空気質量流14は第2冷却空気質量流18より高い圧力を有してい
る。第1冷却空気供給源13は圧縮機最終空気で運転され、これに対して第2冷
却空気供給源16は、圧縮機(図示せず)から抽気された圧縮機空気で運転され
る。このようにして、第1列静翼3は2つの異なった圧力を供給され冷却される
。そこで利用される圧力は、それぞれの冷却空気の常にシール空気としての機能
が保証されるように決められている。第1列静翼3に続く動翼4も同様に冷却さ
れ、そのために利用される第3冷却空気質量流19も有利に第2冷却空気供給源
16からやって来る。
でも静翼6にそれぞれ異なった冷却空気質量流が供給され、これは矢印で示され
ている。その冷却空気質量流も同様にそれぞれチャンバを横切って流れる。
利に、これが静翼6の軸方向長Lのほぼ半分の場所に置かれるように配置されて
いる。第2列静翼6の第1冷却空気供給管15と第2冷却空気供給管17との間
に更に減圧器20が配置されている。この減圧器20を通って、第1冷却空気供
給管15から第2冷却空気供給管17に冷却空気質量流が流れることができる。
第2冷却空気供給管17を通って流れる冷却空気質量流は従って、第2列静翼6
を保護するだけでなく、後続のタービン第3段7の第3列静翼8を冷却するため
に使われる。第3列静翼8を冷却するための第4冷却空気質量流21は矢印で示
されている。このように各タービン段および特に各静翼列について区分して冷却
空気を供給することによって、利用される冷却空気質量流量は、必要な圧力ヘッ
ドが減少すると全く同様に減少させられる。以下これについて詳述する。
Y軸に圧力が、X軸にガスタービン内におけるその圧力の場所がそれぞれ表され
ている。線図の零点はタービン入口と一致している。またTLEは静翼を、TL
Aは動翼を、それらの後ろの数字はタービン段数を表している。符号23で表し
た圧力高は圧縮機最終圧力であり、これは同時にまた、タービン入口で利用され
る冷却空気質量流圧力である。その従来の冷却構想は、第1列動翼(TLA1)
の後ろまで圧縮機最終圧力を利用することを考慮している。本発明の冷却構想に
基づいて、第1列静翼TLE1の軸方向長の半分の後ろで、別の低い圧力の冷却
空気質量流が利用されている。この圧力は符号24と一致した圧力値に相当して
いる。
圧力23で、第2冷却空気質量流18は第2圧力としての圧力値24で供給され
る。線図内における左上から右下に延びる斜線が入れられた領域25は、従来に
比べて変化(節約)した圧力ヘッドに基づいて生ずる節約部分を表している。左
下から右上に延びる斜線が入れられた領域26は、冷却空気の変更した供給方式
に基づいて生ずる追加的な圧力ヘッドを表している。従って、左上から右下に延
びる斜線が入れられた領域25の面積と左下から右上に延びる斜線が入れられた
領域26の面積との差から、圧力ヘッドにおける利益が生ずる。ガスタービン1
における圧力経過22と各領域25、26の下限との間に存在する圧力は、シー
ル圧力として使われる。このシール圧力は、冷却空気の供給中におけるガスター
ビン1内における圧力22に比べての過圧である。そのために生ずる圧力ヘッド
は従来に比べてかなり減少している。タービン第1段2に続くタービン段5、7
に対しても同じことが生じ、これは別の領域25、26で示されている。タービ
ンにおける圧力経過22の上側における斜線が入れられた面積は、ガスタービン
1のその都度の圧力経過22に対しての圧縮機最終圧力23に比べて節約された
圧力ヘッドを表している。更にまた、静翼3について2つの異なった圧力を利用
するという構想に応じて、静翼3の後部およびその案内輪が高圧空気で冷却され
る前部よりも冷たい空気で冷却されるという利点が生ずる。
消費量がかなり減少されるという効果を生じ、この結果、タービン効率の向上に
貢献する。
づいて段階づけられた圧力ヘッドを対比して表した線図。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1列静翼(3)と第1列動翼(4)とを備えたガスタービ
ン(1)のタービン第1段(2)を、第1圧力の第1冷却空気供給源(13)を
有する第1冷却空気供給管(15)を通して被冷却静翼(3)に供給される空気
によって冷却するための冷却装置において、タービン第1段を冷却するために、
第1冷却空気供給管(15)より下流に、第1圧力より低い第2圧力で冷却空気
が供給される第2冷却空気供給管(17)が配置されていることを特徴とする冷
却装置。 - 【請求項2】 第2冷却空気供給管(17)がタービン静翼(3)に、その
軸方向長(L)の3分の1、特に半分の後ろの位置に配置されていることを特徴
とする請求項1記載の冷却装置。 - 【請求項3】 第2冷却空気供給管(17)が第2冷却空気供給源(16)
を有しているか、あるいは減圧器(20)を介して第1冷却空気供給源(13)
に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の冷却装置。 - 【請求項4】 第2圧力が、第2冷却空気供給源(16)から導入される空
気がなおシール空気として使用できるような値を有していることを特徴とする請
求項1ないし3のいずれか1つに記載の冷却装置。 - 【請求項5】 タービン第1段(2)の第2冷却空気供給管(17)が、タ
ービン第1段(2)の下流に続くタービン第2段(5)に対する第1冷却空気供
給管であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の冷却装置
。 - 【請求項6】 第2冷却空気供給管(17)が、タービン第2段(5)の静
翼(6)に対する第1冷却空気供給管であることを特徴とする請求項5記載の冷
却装置。 - 【請求項7】 静翼(3、6、8)が第1冷却空気供給源(13)に対する
第1チャンバ(9)および第2冷却空気供給源(16)に対する第2チャンバ(
10)を有し、これら両チャンバ(9、10)が互いに隣り合い、静翼(3、6
、8)のホルダ(12)に接していることを特徴とする請求項1ないし6のいず
れか1つに記載の冷却装置。 - 【請求項8】 第1チャンバ(9)および第2チャンバ(10)が隔壁(1
1)によって互いに分離され、この隔壁(11)が静翼ホルダ(12)および静
翼(3、6、8)に差し込まれていることを特徴とする請求項7記載の冷却装置
。
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