JP2003193862A - Atomization nozzle for one high pressure fluid for increased output of gas turbine, atomization nozzle system, and gas turbine power generation system - Google Patents

Atomization nozzle for one high pressure fluid for increased output of gas turbine, atomization nozzle system, and gas turbine power generation system

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JP2003193862A
JP2003193862A JP2001391364A JP2001391364A JP2003193862A JP 2003193862 A JP2003193862 A JP 2003193862A JP 2001391364 A JP2001391364 A JP 2001391364A JP 2001391364 A JP2001391364 A JP 2001391364A JP 2003193862 A JP2003193862 A JP 2003193862A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To atomize a large amount of water into minute spray and spray sufficiently minute water spray in an air stream in an atomization nozzle for one high pressure fluid for increased output of a gas turbine. <P>SOLUTION: Minute water spray 14 is obtained by colliding a pressurized high pressure water jet 13 against an inclined face 53 of a target 8 formed into a mirror finish surface. At this time, a plurality of small holes 4 for jetting the water jet 13 and targets 8 are provided in one atomization nozzle 100 for one high pressure fluid so that a large amount of water from one atomization nozzle 100 for one high pressure fluid can be changed into minute water spray. Moreover, since the target 8 is radially provided from a central axis of a nozzle main body, minute water spray 14 does not collide against anything on the downstream side of the target 8 and can ride on an air stream while they are minute, even if water is atomized toward the downstream side in the air stream due to intake of a compressor. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
システムの圧縮機の吸気温度を低下させることにより吸
気密度を増加させ、発電出力を上昇させることを目的と
して大量の微細水滴を噴霧するガスタービン増出力用高
圧1流体噴霧ノズル、噴霧ノズルシステム及びガスター
ビン発電システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine for spraying a large amount of fine water droplets for the purpose of increasing intake density by lowering intake temperature of a compressor of a gas turbine power generation system and increasing power generation output. The present invention relates to a high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing output, a spray nozzle system, and a gas turbine power generation system.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、総合的な熱効率の点から、ガスタ
ービンを用いたコンバインドサイクル発電システムが広
く採用されているようになっている。しかし、このよう
なガスタービンを用いた発電システムは、夏季等の気温
の高い時期において吸気温度が上昇することにより出力
が低下する特徴がある。このような吸気温度の上昇によ
る影響に対処するため、圧縮機上流側の吸気に微細水滴
を噴霧し、その蒸発熱により吸気温度の上昇を抑え、さ
らに質量流量を増加させることで増出力を得る方法が採
用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a combined cycle power generation system using a gas turbine has been widely adopted from the viewpoint of total thermal efficiency. However, the power generation system using such a gas turbine is characterized in that the output decreases as the intake air temperature rises during high temperatures such as summer. In order to cope with such an influence due to the rise of the intake air temperature, fine water droplets are sprayed on the intake air on the upstream side of the compressor, the rise of the intake air temperature is suppressed by the heat of vaporization thereof, and the mass flow rate is further increased to obtain an increased output. The method has been adopted.

【0003】現状では、水単体を用いる1流体噴霧ノズ
ルで大量の水を霧化(水滴径:ザウター平均で約20μ
m以下)することが困難であることから、圧縮機から抽
気する空気を用いた2流体噴霧ノズルが採用されてい
る。
At present, a large amount of water is atomized by a one-fluid spray nozzle that uses a simple substance of water (droplet diameter: Sauter average about 20 μm).
m) or less), a two-fluid spray nozzle using air extracted from the compressor is used.

【0004】また、夏季の出力回復及び出力向上を図る
文献上の提案としては次のようなものがある。
Further, there are the following proposals in the literature for recovering and improving the output in summer.

【0005】まず1流体(水単体)噴霧ノズルを用いる
ものとして、特開平9−303160号公報や特開平8
−284685号公報には、圧縮機上流の吸気室内に水
ポンプの吐出圧力で水を散布する1流体水単体噴霧ノズ
ルを設置した構成が記載されている。また、特開平11
−93692号公報には、熱交換器を利用した空気冷却
器と1流体噴霧ノズルを併用したシステムが記載されて
いる。
First, as one using a one-fluid (water alone) spray nozzle, Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-303160 and 8
Japanese Patent No. 284685 discloses a configuration in which a single-fluid water single spray nozzle for spraying water at the discharge pressure of a water pump is installed in an intake chamber upstream of a compressor. In addition, JP-A-11
Japanese Patent Publication No. 93692 describes a system in which an air cooler using a heat exchanger and a one-fluid spray nozzle are used in combination.

【0006】特開平10−238365号公報には、空
気の流れを利用する霧吹き構造の1流体噴霧ノズルを採
用して噴霧水滴の微細化を達成し、圧縮機内の翼に発生
するエロージョンを防止する構成が記載されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 10-238365 employs a one-fluid spray nozzle having a mist blowing structure that utilizes the flow of air to achieve atomization of atomized water droplets and prevent erosion from occurring on blades in a compressor. The configuration is described.

【0007】また、2流体(水−空気)噴霧ノズルを用
いるものとして、特開平9−236024号公報、特開
平11−13486号公報、特開平11−72029号
公報には、圧縮機上流の吸気室内に水ポンプの吐出圧力
と圧縮機出口の空気で水を微細化し噴霧する2流体スプ
レーノズルを設置する構成が記載されている。
In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 9-236024, Japanese Patent Laid-Open No. 11-13486, and Japanese Patent Laid-Open No. 11-72029 disclose the use of a two-fluid (water-air) spray nozzle for intake air upstream of a compressor. There is described a configuration in which a two-fluid spray nozzle for atomizing and spraying water with a discharge pressure of a water pump and air at the outlet of a compressor is installed in a room.

【0008】更に、ガスタービン増出力用以外の噴霧ノ
ズルとして、特開平9−94487号公報には、屋内外
の空間演出用あるいは室内外の冷却加湿用の1流体噴霧
ノズル単体において、1穴から少量の高圧水を噴出させ
て扁平な傾斜面に衝突させて霧化させる構造が記載され
ている。
Further, as a spray nozzle other than for increasing the output of a gas turbine, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 9-94487 discloses a single-fluid spray nozzle for indoor / outdoor space production or for indoor / outdoor cooling / humidification, which requires only one hole. It describes a structure in which a small amount of high-pressure water is ejected and collides with a flat inclined surface to be atomized.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】夏季の吸気温度の上昇
に伴うガスタービン出力低下を抑制する目的で、噴霧ノ
ズルを使用して圧縮機上流側の吸気に微細水滴を噴霧
し、その蒸発熱により吸気温度の上昇を抑え、さらに質
量流量を増加させることで増出力を得、有効性を高める
場合の課題として以下に示すものがある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to suppress a decrease in gas turbine output due to a rise in intake air temperature in summer, a spray nozzle is used to spray fine water droplets on the intake air on the upstream side of the compressor, and the heat of vaporization thereof There are the following problems when increasing the output by increasing the mass flow rate while suppressing the rise in intake air temperature and increasing the effectiveness.

【0010】課題1:システム損失をできるだけ少なく
すること。 理由:噴霧ノズルを使用する目的は、夏季等におけるタ
ービン出力の低下を防止することである。よって、噴霧
ノズルの使用によりシステム損失が生じることは極力避
けなければならない。
Problem 1: Minimize system loss. Reason: The purpose of using the spray nozzle is to prevent a decrease in turbine output in summer and the like. Therefore, it is necessary to avoid system loss as much as possible by using the spray nozzle.

【0011】課題2:できるだけ大量の水を微小水滴に
霧化すること。 理由:圧縮機入口に配置された空気室内の限られた空間
にノズルを設置するため、少量噴霧ノズルを数多く設置
すると、コスト高になるばかりでなく空気流れの抵抗に
なり圧縮機への空気流入量の低下につながる可能性があ
る。
Problem 2: To atomize as much water as possible into minute water droplets. Reason: Nozzles are installed in a limited space inside the air chamber located at the inlet of the compressor. Therefore, installing a large number of small spray nozzles not only increases cost, but also creates resistance to the air flow and air inflow to the compressor. This may lead to a decrease in quantity.

【0012】課題3:噴霧される水滴の大きさがザウタ
ー平均径で20μm以下を達成すること。 理由:水滴径が大きいと圧縮機に流入する気流にうまく
乗らず、また、大きな水滴のまま圧縮機内に流入すると
圧縮機の翼でのエロージョンの原因となる。さらに、圧
縮機内での蒸発が遅れて気化潜熱による効果が減少し、
熱効率向上への貢献度が小さくなる。ここで、ザウター
平均粒径とはレーザ測定法で計測した散布水粒径を表す
一般的な指標で、通常水滴径として用いられる。
Problem 3: To achieve a Sauter mean diameter of 20 μm or less for the sprayed water droplets. Reason: If the water droplet diameter is large, it does not ride well on the air flow entering the compressor, and if large water droplets enter the compressor as they are, it causes erosion on the blades of the compressor. In addition, the evaporation in the compressor is delayed and the effect of latent heat of vaporization is reduced,
The contribution to the improvement of thermal efficiency is reduced. Here, the Sauter mean particle size is a general index representing the particle size of sprayed water measured by the laser measurement method, and is usually used as a water drop size.

【0013】課題4:負荷需要に応じたガスタービン運
転モードに対応する噴霧水滴量の制御が行えること。 理由:ガスタービン部分負荷運転では、失火の原因とも
なることから、ノズルからの噴霧水滴量を制御し、必要
以上の水滴噴霧にならないようにする必要がある。
Problem 4: To be able to control the spray water droplet amount corresponding to the gas turbine operation mode according to the load demand. Reason: In gas turbine partial load operation, it may cause misfire. Therefore, it is necessary to control the amount of water droplets sprayed from the nozzle so as to prevent water droplets from being sprayed more than necessary.

【0014】まず、現状採用されているガスタービン増
出力用の2流体噴霧ノズル及び特開平9−236024
号公報、特開平11−13486号公報、特開平11−
72029号公報に記載の2流体噴霧ノズルでは、上記
課題1を達成することができない。
First, a two-fluid atomizing nozzle currently used for increasing the output of a gas turbine and JP-A-9-236024.
JP-A-11-13486, JP-A-11-
The above problem 1 cannot be achieved by the two-fluid spray nozzle described in Japanese Patent No. 72029.

【0015】つまり、2流体噴霧ノズルでは、例えば1
個当たりで毎時42リットルの水量を散布する場合、使
用する空気量は350NL/minとなる。また、圧縮
機上流の空気室に噴霧する水量は噴霧水と吸気空気の重
量比で約1%である。したがって、ノズルにより噴霧す
る水量は、ガスタービンの容量にもよるが、かなり大量
の水が必要となり、多数のノズルを用いて一斉に噴霧す
るようにしている。例えば、100メガワットのガスタ
ービン発電システムでは、散布水量が毎時42リットル
の2流体噴霧ノズルを使用した場合、約200個のノズ
ルが必要となり、使用空気量も70Nm/minとな
る。この時に使用される空気を圧縮機から抽気されるこ
とにより生じる損失は出力の約2%に相当し、電気出力
換算で約2メガワットもの大きな出力損失となる。
That is, in the two-fluid spray nozzle, for example,
When spraying 42 liters of water per hour per unit, the amount of air used is 350 NL / min. The amount of water sprayed into the air chamber upstream of the compressor is about 1% by weight ratio of spray water and intake air. Therefore, although the amount of water sprayed from the nozzles depends on the capacity of the gas turbine, a considerably large amount of water is required, and a large number of nozzles are used to spray all at once. For example, in a 100-megawatt gas turbine power generation system, when using a two-fluid spray nozzle with an amount of sprayed water of 42 liters per hour, about 200 nozzles are required and the amount of air used is 70 Nm 3 / min. The loss caused by extracting the air used at this time from the compressor corresponds to about 2% of the output, which is a large output loss of about 2 MW in terms of electrical output.

【0016】特開平9−303160号公報、特開平8
−284685号公報、特開平11−93692号公報
には1流体噴霧ノズルが開示されているが、具体的なノ
ズル構造の開示や部分負荷運転の開示がない。よって上
記課題2〜4を達成することができない。
Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 9-303160 and 8
No. 2,284,685 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-93692 disclose a one-fluid spray nozzle, but there is no disclosure of a specific nozzle structure or partial load operation. Therefore, the above problems 2 to 4 cannot be achieved.

【0017】特開平10−238365号公報に記載の
1流体噴霧ノズルも、上記課題2〜4を達成することが
できない。つまり、特開平10−238365号公報に
記載の霧吹き構造の1流体噴霧ノズルでは大量の微細水
滴噴霧を実現するのは困難であり、また水滴の大きさを
ザウター平均径で20μm以下に微細化することも難し
く、また部分負荷運転についての記載もない。
The one-fluid spray nozzle described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-238365 cannot achieve the above-mentioned problems 2 to 4. That is, it is difficult to realize a large amount of fine water droplet spray with the one-fluid spray nozzle having the mist blowing structure described in JP-A-10-238365, and the size of the water droplet is reduced to 20 μm or less in average Sauter diameter. It is also difficult, and there is no description about partial load operation.

【0018】上記特開平9−84487号公報に記載の
1流体噴霧ノズルはガスタービン増出力用ではない。ま
た、仮にこのノズルをガスタービン発電システムの増出
力用に適用したとしても、1個当たりの噴霧量が少ない
ことからノズルの必要設置数が多くなり、それによる設
備コストの増加及び圧縮機への空気流入量の低下といっ
た問題が生じ、上記課題2を解決することはできない。
The one-fluid spray nozzle described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 9-84487 is not for increasing the power output of the gas turbine. Even if this nozzle is applied to increase the output of a gas turbine power generation system, the number of nozzles required for installation will increase due to the small amount of spray per unit, which will increase the equipment cost and increase the compressor cost. The above problem 2 cannot be solved because a problem such as a decrease in the air inflow amount occurs.

【0019】また、そのノズルを、空気室内において風
速5m/s程度の圧縮機の吸気流れ中で使用した場合に
は、その空気流れにより衝突面の下流側にある支持部材
(J字状の曲がりピン)に飛散水滴が当たり、水滴が結
合し、ザウター平均径で20μmより大きい水滴が多く
できてしまう。つまり、結果的に上記課題3を解決する
ことはできない。
When the nozzle is used in the intake air flow of the compressor at a wind speed of about 5 m / s in the air chamber, the air flow causes a supporting member (J-shaped bend) located downstream of the collision surface. The water droplets hit the pins) and combine with each other, and many water droplets having an average Sauter diameter of more than 20 μm are formed. That is, as a result, the above-mentioned problem 3 cannot be solved.

【0020】更に、上記特開平9−84487号公報に
記載の1流体噴霧ノズルはガスタービン増出力用ではな
く、ガスタービン発電システムの部分負荷運転において
失火を防ぐために空気室内に噴霧する全体の水滴量を適
切に制御することについては記載されておらず、上記課
題4を解決することはできない。
Further, the one-fluid spray nozzle described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-84487 is not for increasing the power output of the gas turbine, but for the entire water droplets sprayed into the air chamber in order to prevent misfire during partial load operation of the gas turbine power generation system. It does not describe how to appropriately control the amount, and cannot solve the above-mentioned problem 4.

【0021】本発明の第1の目的は、ガスタービン発電
システムのシステム損失を少なくし、かつ大量の水を微
細水滴に霧化でき、かつ空気流れ中においても十分微細
な水滴を噴霧できるガスタービン増出力用高圧1流体噴
霧ノズル、噴霧ノズルシステム及びガスタービン発電シ
ステムを提供することにある。
A first object of the present invention is to reduce the system loss of a gas turbine power generation system, to atomize a large amount of water into fine water droplets, and to spray sufficiently fine water droplets even in an air flow. An object is to provide a high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing output, a spray nozzle system, and a gas turbine power generation system.

【0022】本発明の第2の目的は、負荷需要に応じた
ガスタービン運転モードに対応する噴霧水滴量の制御が
可能な噴霧ノズルシステムを提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a spray nozzle system capable of controlling the spray water droplet amount corresponding to the gas turbine operation mode according to the load demand.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】(1)上記第1の目的を
達成するために、本発明は、空気を圧縮して吐出する圧
縮機と、前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され
て燃焼を行う燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆
動されるタービンと、前記タービンにより駆動される発
電機とを備えるガスタービン発電システムに設置され、
前記圧縮機の入口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温
度を低下させ吸気密度を増加させるガスタービン増出力
用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、複数の水ジェットを
噴出させるノズル本体と、前記ノズル本体に放射状に固
定された複数のターゲットとを備え、前記複数のターゲ
ットはそれぞれ先端部に傾斜面を有し、これらの傾斜面
に前記複数の水ジェットをそれぞれ衝突させ噴霧水滴を
微細化するものとする。
(1) In order to achieve the above first object, the present invention is provided with a compressor for compressing and discharging air, and the air and fuel discharged from the compressor. Installed in a gas turbine power generation system including a combustor that performs combustion by means of a combustion gas, a turbine driven by combustion gas of the combustor, and a generator driven by the turbine,
In a high pressure one-fluid spray nozzle for increasing power of a gas turbine, which sprays fine water droplets at the inlet of the compressor to lower the intake temperature of the compressor and increase the intake density, a nozzle body for ejecting a plurality of water jets; A plurality of targets radially fixed to the main body, each of the plurality of targets having an inclined surface at the tip, and the plurality of water jets collide with each of these inclined surfaces to atomize the spray water droplets. And

【0024】このように高圧1流体噴霧ノズルを採用す
ることにより、圧縮機からの空気の抽気を必要としない
ため、高圧2流体噴霧ノズルと比較してシステム損失を
極めて少なくすることができる。
By adopting the high-pressure one-fluid spray nozzle in this manner, the extraction of air from the compressor is not required, so that the system loss can be extremely reduced as compared with the high-pressure two-fluid spray nozzle.

【0025】また、1つのノズル本体にターゲットを複
数設けることにより、合計水量を多くすることができ、
大量の水を微細水滴に霧化することができる。
By providing a plurality of targets in one nozzle body, the total amount of water can be increased,
Large amounts of water can be atomized into fine water droplets.

【0026】更にターゲットをノズル本体に放射状に固
定することにより、空気流れ中に噴霧した飛散水滴がそ
のまま気流に乗ることができ、空気流れ中においても十
分微細な水滴を噴霧することができる。
Further, by radially fixing the target to the nozzle body, the scattered water droplets sprayed in the air stream can be carried on the air stream as they are, and sufficiently fine water droplets can be sprayed even in the air stream.

【0027】(2)また上記第1の目的を達成するため
に、本発明は、空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記
圧縮機から吐出した空気と燃料が供給されて燃焼を行う
燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるター
ビンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備え
るガスタービン発電システムに設置され、前記圧縮機の
入口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を低下させ
吸気密度を増加させるガスタービン増出力用高圧1流体
噴霧ノズルにおいて、複数の水ジェットを噴出させるノ
ズル本体と、前記ノズル本体に放射状に固定された複数
のターゲットとを備え、前記複数のターゲットはそれぞ
れ先端部に傾斜面を有し、これらの傾斜面に前記複数の
水ジェットをそれぞれ衝突させ噴霧水滴を微細化するも
のとし、更に、前記ノズル本体の前記複数のターゲット
の上流側に位置する部分に壁を設け、ターゲットと壁の
間に減圧領域を形成したものとする。
(2) In order to achieve the above first object, the present invention is a compressor for compressing and discharging air, and a combustion for supplying air and fuel discharged from the compressor for combustion. Installed in a gas turbine power generation system including a compressor, a turbine driven by the combustion gas of the combustor, and a generator driven by the turbine, and spraying fine water droplets at the inlet of the compressor, A high pressure one-fluid spray nozzle for increasing power output of a gas turbine for lowering intake air temperature and increasing intake air density, comprising: a nozzle body for ejecting a plurality of water jets; and a plurality of targets radially fixed to the nozzle body, The plurality of targets each have an inclined surface at the tip, and the plurality of water jets are made to collide with these inclined surfaces to atomize the sprayed water droplets. Wall provided in the upstream portion of the plurality of targets of the nozzle body, and that forms a vacuum region between the target and the wall.

【0028】これにより上記(1)で述べたように、ガ
スタービン発電システムのシステム損失を少なくし、か
つ大量の水を微細水滴に霧化でき、かつ空気流れ中にお
いても十分微細な水滴を噴霧できる。また、ターゲット
の上流側のノズル本体上に壁を設け、ターゲットと壁の
間に減圧領域を形成することにより、個々のターゲット
での噴霧幅が広がり微細水滴間の衝突の回避、圧力振動
の誘発が可能となり、水滴をさらに微細化することがで
きる。
Thus, as described in (1) above, the system loss of the gas turbine power generation system can be reduced, a large amount of water can be atomized into fine water droplets, and sufficiently fine water droplets can be sprayed even in the air flow. it can. In addition, by providing a wall on the nozzle main body on the upstream side of the target and forming a decompression region between the target and the wall, the spray width at each target is expanded and collisions between fine water droplets are avoided and pressure oscillation is induced. This makes it possible to further reduce the size of water droplets.

【0029】(3)上記(1)又は(2)のガスタービ
ン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、好ましく
は、前記複数のターゲットのそれぞれに設けられた傾斜
面の先端部はそれぞれ円弧状に加工され、前記複数の水
ジェットのそれぞれを、前記傾斜面先端部の前記円弧の
中心部に衝突させるものとする。
(3) In the high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the power output of the gas turbine of (1) or (2), preferably, the tip ends of the inclined surfaces provided on each of the plurality of targets are arcuate. It is assumed that each of the processed water jets collides with the center of the arc of the tip of the inclined surface.

【0030】これにより傾斜面上における水ジェットの
衝突点から水膜がちぎれるまでの距離が一様となり、水
を一様に微細化させることができる。
As a result, the distance from the impinging point of the water jet on the inclined surface to the tearing of the water film becomes uniform, and the water can be made uniform and fine.

【0031】(4)上記(3)のガスタービン増出力用
高圧1流体噴霧ノズルにおいて、好ましくは、前記複数
のターゲットのそれぞれについて、前記傾斜面に0.3
〜0.5MPaの低圧水を衝突させ、このとき∝型に類
似した水膜を形成する位置を前記傾斜面への水流衝突位
置として設定するものとする。
(4) In the high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the power output of the gas turbine of (3), preferably, the inclined surface of each of the plurality of targets is 0.3.
It is assumed that a low-pressure water of about 0.5 MPa is made to collide and a position where a water film similar to a ∝ type is formed at this time is set as a water flow collision position on the inclined surface.

【0032】これにより傾斜面の円弧の中心に正確に水
ジェットを衝突させることができ、水を一様に微細化す
ることができる。
As a result, the water jet can accurately strike the center of the circular arc of the inclined surface, and the water can be uniformly atomized.

【0033】(5)上記(1)〜(4)のいずれかのガ
スタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、好
ましくは、前記複数のターゲットのそれぞれに設けられ
た傾斜面が、鏡面仕上げの平坦面、凹型曲率面、凸型曲
率面のいずれかであるものとする。
(5) In the high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the power output of the gas turbine according to any one of the above (1) to (4), preferably, the inclined surfaces provided on each of the plurality of targets are mirror-finished. It is a flat surface, a concave curvature surface, or a convex curvature surface.

【0034】これにより水ジェット噴出方向で見た個々
のターゲット傾斜面における微細水滴の噴霧角度を、平
坦面の場合を基準にして凹型曲率面ではそれより大き
く、また凸型曲率面ではそれより小さくするよう選択変
更でき、噴霧パターンを任意に調整することができる。
As a result, the spray angles of the fine water droplets on the individual target inclined surfaces as viewed in the jet direction of the water jet are larger on the concave curvature surface and smaller on the convex curvature surface with reference to the flat surface. The spray pattern can be adjusted arbitrarily.

【0035】(6)上記(1)〜(5)のいずれかのガ
スタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、好
ましくは、前記ノズル本体に着脱可能なオリフィス板を
設け、このオリフィス板に設けた複数の小穴より前記複
数の水ジェットを噴出させるとともに、前記複数のター
ゲットは前記ノズル本体に着脱可能に設けられた基板に
放射状に設けられたものとし、前記オリフィス板及びタ
ーゲットの基板を交換することで前記オリフィス板の穴
数、径及び前記複数のターゲットの数を変えて噴霧流量
を変えるものとする。
(6) In the high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to any one of the above (1) to (5), preferably, a detachable orifice plate is provided on the nozzle body, and the orifice plate is provided on this orifice plate. The plurality of water jets are ejected from the plurality of small holes, and the plurality of targets are radially provided on a substrate detachably attached to the nozzle body, and the orifice plate and the target substrate are replaced. Thus, the spray flow rate can be changed by changing the number of holes, the diameter of the orifice plate and the number of the plurality of targets.

【0036】これにより高圧1流体噴霧ノズルにおける
噴霧流量を容易に調整することができる。
This makes it possible to easily adjust the spray flow rate in the high-pressure one-fluid spray nozzle.

【0037】(7)上記(1)〜(5)のいずれかのガ
スタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、好
ましくは、前記複数のターゲットは前記ノズル本体に着
脱可能に設けられた基板に放射状に設けられたものと
し、その基板を交換することで前記ターゲットの傾斜面
の角度を変えて微小水滴の噴霧角度を変えるものとす
る。
(7) In the high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of the gas turbine according to any one of the above (1) to (5), preferably, the plurality of targets are provided on a substrate detachably attached to the nozzle body. It is assumed to be provided radially, and by changing the substrate, the angle of the inclined surface of the target is changed to change the spray angle of the minute water droplets.

【0038】これにより水ジェット噴出方向で見たノズ
ル全体の噴霧角度及びターゲット傾斜面の傾斜方向で見
た個々のターゲット傾斜面における微細水滴の噴霧角度
や飛散距離を選択変更することができ、噴霧パターンを
任意に調整することができる。
As a result, it is possible to selectively change the spraying angle of the entire nozzle when viewed in the jet direction of the water jet and the spraying angle and the scattering distance of the fine water droplets on the individual target tilted surfaces when viewed in the tilting direction of the target tilted surface. The pattern can be adjusted arbitrarily.

【0039】(8)また、上記第2の目的を達成するた
めに、本発明は、空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前
記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼する燃
焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービ
ンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備える
ガスタービン発電システムに設置され、前記圧縮機の入
口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を低下させ吸
気密度を増加させる噴霧ノズルシステムにおいて、複数
系統に分割設置された複数の高圧1流体噴霧ノズルを有
し、前記複数系統の各々に弁を設置し、この弁を開閉す
ることにより水量の切替制御を行い、所定割合おきに噴
霧量を調整可能としたものとする。
(8) In order to achieve the above second object, the present invention provides a compressor for compressing and discharging air, and a combustor for supplying and burning the air and fuel discharged from the compressor. And a turbine driven by the combustion gas of the combustor, and a generator driven by the turbine, which is installed in a gas turbine power generation system. In a spray nozzle system for lowering temperature and increasing intake density, a plurality of high-pressure one-fluid spray nozzles are installed separately in a plurality of systems, a valve is installed in each of the plurality of systems, and the valve is opened and closed. The amount of water is switched and the amount of spray can be adjusted at a predetermined rate.

【0040】このように前記複数系統の各々に弁を設置
し、この弁を開閉することにより水量の切替制御を行
い、所定割合おきに噴霧量を調整可能とすることによ
り、負荷需要に応じたガスタービン運転モードに対応す
る噴霧水滴量の制御が可能となる。
As described above, a valve is installed in each of the plurality of systems, the switching of the water amount is performed by opening and closing the valve, and the spray amount can be adjusted at a predetermined rate to meet the load demand. It is possible to control the spray water droplet amount corresponding to the gas turbine operation mode.

【0041】(9)更に、上記第1の目的を達成するた
めに、上記(8)の噴霧ノズルシステムにおいて、前記
複数の高圧1流体噴霧ノズルは、それぞれ、複数の水ジ
ェットを噴出させるノズル本体と、前記ノズル本体に放
射状に固定された複数のターゲットとを備え、前記複数
のターゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有し、これら
の傾斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ衝突させ噴
霧水滴を微細化するものとする。
(9) Further, in order to achieve the first object, in the spray nozzle system according to (8), each of the plurality of high-pressure one-fluid spray nozzles ejects a plurality of water jets. And a plurality of targets radially fixed to the nozzle body, each of the plurality of targets has an inclined surface at the tip end, and the plurality of water jets are made to collide with these inclined surfaces to form spray water droplets. It should be miniaturized.

【0042】これにより上記(1)で述べたように、ガ
スタービン発電システムのシステム損失を少なくし、か
つ大量の水を微細水滴に霧化でき、かつ空気流れ中にお
いても十分微細な水滴を噴霧できる。
As a result, as described in (1) above, the system loss of the gas turbine power generation system can be reduced, a large amount of water can be atomized into fine water droplets, and sufficiently fine water droplets can be sprayed even in the air flow. it can.

【0043】(10)また、上記第1の目的を達成する
ために、本発明は、空気を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出した空気と燃料が供給されて燃焼を
行う燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動される
タービンと、前記タービンにより駆動される発電機と、
前記圧縮機の入口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温
度を低下させ吸気密度を増加させる複数のガスタービン
増出力用高圧1流体噴霧ノズルとを備えるガスタービン
発電システムにおいて、前記複数のガスタービン増出力
用高圧1流体噴霧ノズルは、それぞれ、複数の水ジェッ
トを噴出させるノズル本体と、前記ノズル本体に放射状
に固定された複数のターゲットとを備え、前記複数のタ
ーゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有し、これらの傾
斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ衝突させ噴霧水
滴を微細化するものとする。
(10) Further, in order to achieve the first object, the present invention comprises a compressor for compressing and discharging air,
A combustor in which the air and fuel discharged from the compressor are supplied to perform combustion, a turbine driven by combustion gas of the combustor, and a generator driven by the turbine,
A plurality of gas turbine power generation high pressure one-fluid spray nozzles for spraying fine water droplets to the inlet of the compressor to lower the intake temperature of the compressor and increase the intake density, Each of the high-pressure one-fluid spray nozzles for increasing turbine output includes a nozzle body that ejects a plurality of water jets, and a plurality of targets that are radially fixed to the nozzle body. It has a surface, and atomizes the water droplets by colliding the plurality of water jets with these inclined surfaces.

【0044】これにより上記(1)で述べたように、ガ
スタービン発電システムのシステム損失を少なくし、圧
縮機の吸気に対して大量の水を微細水滴に霧化し、また
空気流れ中においても十分微細な水滴を噴霧でき、その
結果ガスタービンの熱効率の高効率化が可能となって夏
季の吸気温度の上昇に伴うガスタービン出力低下を抑制
することができる。
As a result, as described in (1) above, the system loss of the gas turbine power generation system is reduced, a large amount of water is atomized into fine water droplets with respect to the intake air of the compressor, and it is sufficient even in the air flow. Fine water droplets can be sprayed, and as a result, the thermal efficiency of the gas turbine can be increased, and the reduction in gas turbine output due to the rise in intake air temperature in summer can be suppressed.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】図1は、本発明の第1の実施の形態による
ガスタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルの軸方向断
面図である。図1において、本実施の形態に係るガスタ
ービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル100は、図示し
ない配管が接続されるフランジ1と、塵の流入を阻止す
るフィルター2と、ボディ3と、高圧水10を噴出する
4つの小穴4が設けられたオリフィス板5と、このオリ
フィス板5をボディ3との間で挟みつけ、かつオリフィ
ス板5の小穴4と同じピッチに開いた穴6を有するキャ
ップ7と、オリフィス板5の小穴4と整合する位置に4
つのターゲット8を一体に設けたターゲット部材51
と、そのターゲット部材51をキャップ7に固定するボ
ルト9とを備えている。
FIG. 1 is an axial sectional view of a high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a high pressure one-fluid spray nozzle 100 for increasing power output of a gas turbine according to the present embodiment is provided with a flange 1 to which a pipe (not shown) is connected, a filter 2 for preventing inflow of dust, a body 3, and high-pressure water. A cap 7 having an orifice plate 5 provided with four small holes 4 for ejecting 10 and a hole 6 sandwiched between the orifice plate 5 and the body 3 and having the same pitch as the small holes 4 of the orifice plate 5. And 4 at the position matching the small hole 4 of the orifice plate 5.
Target member 51 in which one target 8 is integrally provided
And a bolt 9 for fixing the target member 51 to the cap 7.

【0047】フランジ1は、ネジ部1aでボディ3にネ
ジ止めされ、かつ内部に軸方向通路1bが形成されてい
る。ネジ部1bには、図示しない配管から高圧水10が
供給され、この高圧水10はフィルター2を介してボデ
ィ3の内部に流入する。
The flange 1 is screwed to the body 3 with a threaded portion 1a and has an axial passage 1b formed therein. High-pressure water 10 is supplied to the screw portion 1b from a pipe (not shown), and the high-pressure water 10 flows into the body 3 through the filter 2.

【0048】ボディ3の内部には、高圧水10が流入可
能な環状配置の多数の連通穴11と、連通穴11の下流
側でこれら連通穴11に連通する環状溝12とが形成さ
れている。
Inside the body 3, a large number of communication holes 11 arranged in an annular shape, through which the high-pressure water 10 can flow, and an annular groove 12 communicating with these communication holes 11 on the downstream side of the communication holes 11 are formed. .

【0049】オリフィス板5は、キャップ7を外すこと
によりボディ3から交換可能であり、小穴4はボディ3
の環状溝12に開口している。
The orifice plate 5 can be replaced with the body 3 by removing the cap 7, and the small hole 4 is replaced with the body 3.
The annular groove 12 is opened.

【0050】キャップ7は、ネジ部7aでボディ3の外
周にネジ止めされ、穴6はオリフィス板5の小穴4より
少し大きめに設けられ、オリフィス板5の小穴4から噴
出する水ジェット13が接触しない構造となっている。
The cap 7 is screwed to the outer periphery of the body 3 by the screw portion 7a, the hole 6 is provided slightly larger than the small hole 4 of the orifice plate 5, and the water jet 13 ejected from the small hole 4 of the orifice plate 5 contacts. It is a structure that does not.

【0051】ターゲット部材51は、図2に示すように
基板54を有し、この基板54の中央部に穴54aが開
けられ、この穴54aにボルト9を通すことにより、キ
ャップ7の中央突出端部7bに同軸的に固定されてい
る。4つのターゲット8は、基板54の外周に放射状に
一体に設けられている。
The target member 51 has a substrate 54 as shown in FIG. 2. A hole 54a is formed in the center of the substrate 54, and a bolt 9 is inserted into the hole 54a to project the central protruding end of the cap 7. It is coaxially fixed to the portion 7b. The four targets 8 are radially provided integrally on the outer periphery of the substrate 54.

【0052】図3は、図2のX部で示すターゲット8の
先端を拡大した正面図及び側面図であり、ターゲット8
の先端には、高圧水噴出方向52に対して傾斜角度D°
(本実施例では50°)をなす傾斜面53が設けられて
いる。傾斜面53は、平坦かつ鏡面仕上げされている。
また、傾斜面53の先端部は半円形状に形成されてい
る。
FIG. 3 is an enlarged front view and side view of the tip of the target 8 shown by the X part in FIG.
At the tip of, the inclination angle D ° with respect to the high-pressure water ejection direction 52
An inclined surface 53 forming (50 ° in this embodiment) is provided. The inclined surface 53 is flat and mirror-finished.
The tip of the inclined surface 53 is formed in a semicircular shape.

【0053】ここで、フランジ1とボディ3とキャップ
7は、複数の水ジェットを噴出させるノズル本体を構成
する。
Here, the flange 1, the body 3 and the cap 7 constitute a nozzle body for ejecting a plurality of water jets.

【0054】次に、以上のように構成した本実施の形態
によるガスタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル10
0の動作を説明する。図1において、高圧1流体噴霧ノ
ズル100に流入する高圧水10は、フランジ1、フィ
ルター2、ボディ3に設けられた多数の連通穴11及び
環状溝12を経由して、オリフィス板5の小穴4から例
えば約7〜10MPaの高圧力で、キャップ7の外部に
糸状の水ジェット13となって放出される。オリフィス
板5の小穴4から噴出した糸状の水ジェット13は、前
方のターゲット8の先端の傾斜面53に衝突し、微細水
滴14となり、矢印15で示す方向に噴霧される。この
ときの水ジェット13の衝突及び水滴の飛散状況につい
て図4を用いて説明する。なお、ここに示すターゲット
8は、ターゲット部材51の複数(4つ)のターゲット
8のうちの1つを示すものであり、傾斜面53に水ジェ
ット13を衝突させた状態を拡大して正面及び側面から
示すものである。
Next, the high pressure one-fluid atomizing nozzle 10 for increasing the power output of the gas turbine according to the present embodiment configured as described above.
The operation of 0 will be described. In FIG. 1, the high-pressure water 10 flowing into the high-pressure one-fluid spray nozzle 100 passes through a large number of communication holes 11 and annular grooves 12 provided in the flange 1, the filter 2, and the body 3, and then passes through the small holes 4 of the orifice plate 5. Is discharged as a filamentous water jet 13 to the outside of the cap 7 at a high pressure of, for example, about 7 to 10 MPa. The filamentous water jet 13 ejected from the small hole 4 of the orifice plate 5 collides with the inclined surface 53 of the tip of the front target 8 to form fine water droplets 14 which are sprayed in the direction indicated by the arrow 15. The state of collision of the water jet 13 and the scattering of water droplets at this time will be described with reference to FIG. The target 8 shown here is one of the plurality (four) of the targets 8 of the target member 51, and the state in which the water jet 13 collides with the inclined surface 53 is enlarged to the front and It is shown from the side.

【0055】図4において、噴出した水ジェット13
は、幅W0で平坦かつ鏡面仕上げされた傾斜面53の半
径R0の先端部半円形状の中心部に衝突し、傾斜方向に
沿って水膜16として流れ、傾斜面53から離れると同
時に水膜16がちぎれ飛散し、噴霧水滴径が約20μm
以下の微細水滴14となり噴霧される。このとき、図1
に示すようにターゲット8より下流側には支持部材等の
障害物は存在せず、噴霧された微細水滴14は障害物に
衝突することなく微細なまま拡散する。
In FIG. 4, the jetted water jet 13
Collides with the center of the tip semicircular shape having a radius R0 of the flat and mirror-finished inclined surface 53 having a width W0, flows as a water film 16 along the inclination direction, and leaves the inclined surface 53 and at the same time the water film. 16 torn and scattered, spray water droplet diameter is about 20 μm
The following fine water droplets 14 are formed and sprayed. At this time,
As shown in (1), there is no obstacle such as a support member downstream from the target 8, and the sprayed fine water droplets 14 diffuse finely without colliding with the obstacle.

【0056】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、1流体噴霧ノズルであるので、2流体噴霧ノズル
のような圧縮機からの抽気(発電出力損失の約2%相
当)は不要であり、ガスタービン発電システムのシステ
ム損失を少なくし、より高効率の運用が可能となる。例
えば、高圧1流体噴霧ノズルを100メガワットのガス
タービン発電システムに使用した場合の出力損失は、約
25キロワット程度の高圧ポンプの使用電力だけであ
る。これは、圧縮機からの抽気を必要とする高圧2流体
噴霧ノズルを使用する場合(約2メガワット)の約1.
25%であり、発電出力損失としては0.025%であ
って、従来の高圧2流体噴霧ノズルを使用した場合の2
%に比較して極めて少ない。
In the present embodiment configured as described above, since it is a one-fluid spray nozzle, bleeding from the compressor (corresponding to about 2% of power generation output loss) like a two-fluid spray nozzle is unnecessary. , It will reduce the system loss of the gas turbine power generation system and enable more efficient operation. For example, when the high-pressure one-fluid spray nozzle is used in a 100-megawatt gas turbine power generation system, the output loss is only about 25 kilowatts of power used by the high-pressure pump. This is about 1. when using a high pressure two-fluid spray nozzle that requires bleed from the compressor (about 2 MW).
25% and 0.025% as the power generation output loss, which is 2% when the conventional high pressure two-fluid spray nozzle is used.
Very small compared to%.

【0057】また、1つの高圧1流体噴霧ノズル100
に、ターゲット8を放射状に複数(本実施の形態では4
つ)設ける構成であるので、1つのノズルで大量の微細
水滴が得られる。その結果、ノズル設置個数を削減で
き、システムコストを削減できるとともに、ガスタービ
ンの圧縮機が吸入する空気の流れ中に配置してもその空
気流れに対する抵抗損失、すなわち吸気圧力損失を減少
することができる。
Further, one high-pressure one-fluid spray nozzle 100
In addition, a plurality of targets 8 are radially arranged (in the present embodiment, 4).
(3) Since it is provided, a large amount of fine water droplets can be obtained with one nozzle. As a result, the number of nozzles installed can be reduced, the system cost can be reduced, and resistance loss to the air flow, that is, intake pressure loss can be reduced even if the compressor is arranged in the flow of the air taken in by the compressor of the gas turbine. it can.

【0058】また、ターゲット8がノズル本体の中心軸
から放射状に設けられているので、ターゲット8の下流
側には飛散水滴14が当たる障害物がなく、微細なまま
気流に乗ることができる。このため、圧縮機の翼に対す
るエロージョンを回避でき、さらに圧縮機内での蒸発が
早くなって気化潜熱による効果が大きくなり、熱効率向
上への貢献度が大きくなる。
Further, since the target 8 is provided radially from the central axis of the nozzle body, there is no obstacle on the downstream side of the target 8 on which the splashed water droplets 14 hit, and it is possible to ride the air stream in a fine state. Therefore, erosion on the blades of the compressor can be avoided, the evaporation in the compressor is accelerated, the effect of latent heat of vaporization is increased, and the contribution to the improvement of thermal efficiency is increased.

【0059】次に、水ジェット13の衝突位置が正しい
かどうかの判定方法、水ジェット13が衝突するターゲ
ット8の傾斜面53の表面形状、傾斜面53の角度、タ
ーゲット8の本数について考察する。
Next, a method of determining whether or not the collision position of the water jet 13 is correct, the surface shape of the inclined surface 53 of the target 8 with which the water jet 13 collides, the angle of the inclined surface 53, and the number of targets 8 will be considered.

【0060】微細水滴14を得るための最も重要な条件
は水ジェット13の衝突位置であり、ターゲット8先端
の傾斜面53の半円中心部に衝突することが最も望まし
い。この衝突位置が正しいかどうかを判定する方法とし
て、高圧水の代わりに0.3〜0.5MPa程度の低圧
水を衝突させる方法がある。図5は、0.3〜0.5M
Pa程度の低圧水を適切な位置に衝突させた場合に形成
される水膜16Aの形状を示す図である。この図5に示
すように、低圧水を衝突させた時に形成される水膜16
Aの形状がいわゆる比例記号の∝型になれば、水ジェッ
ト13は正しい位置、つまり半円中心部に衝突してお
り、微細な水滴が得られる。逆に水膜16Aがこのよう
な形を形成しないときは、水ジェット13は正しい位置
に衝突しておらず、飛散する水滴に粒径の大きい水滴が
混合することになる。
The most important condition for obtaining the fine water droplets 14 is the collision position of the water jet 13, and it is most desirable to collide with the center of the semicircle of the inclined surface 53 at the tip of the target 8. As a method of determining whether the collision position is correct, there is a method of colliding low-pressure water of about 0.3 to 0.5 MPa instead of high-pressure water. FIG. 5 shows 0.3 to 0.5M
It is a figure which shows the shape of 16 A of water films formed when the low-pressure water of about Pa is made to collide with an appropriate position. As shown in FIG. 5, a water film 16 formed when low-pressure water collides
If the shape of A becomes a so-called proportional symbol ∝ shape, the water jet 13 collides with the correct position, that is, the center of the semicircle, and a fine water droplet can be obtained. On the contrary, when the water film 16A does not form such a shape, the water jet 13 does not collide with the correct position, and the water droplets having a large particle size are mixed with the flying water droplets.

【0061】ターゲット8先端の傾斜面53の表面形状
としては、図3に示すような平坦面に限られず、他にも
図6に示すような凹型曲率面53A(曲率R1)や、図
7に示すような凸型曲率面53B(曲率R2)がある。
傾斜面が平坦面である場合を基準とすると、凹型曲率面
53Aの場合には水ジェット13噴出方向で見た個々の
ターゲット傾斜面53における微細水滴14の噴霧角度
C°(図1、図4参照)はそれより大きくなり、凸型曲
率面53Bの場合には逆にそれより小さくなる。
The surface shape of the inclined surface 53 at the tip of the target 8 is not limited to the flat surface as shown in FIG. 3, but may be a concave curvature surface 53A (curvature R1) as shown in FIG. There is a convex curvature surface 53B (curvature R2) as shown.
With reference to the case where the inclined surface is a flat surface, in the case of the concave curvature surface 53A, the spray angle C ° of the fine water droplets 14 on each target inclined surface 53 viewed in the jet direction of the water jet 13 (FIGS. 1 and 4). The reference value is larger than that, and is smaller than that in the case of the convex curvature surface 53B.

【0062】ターゲット8先端の傾斜面53の傾斜角度
D°は、本実施の形態では上記のように50°とした。
この場合、水ジェット13の噴出方向15で見たノズル
全体の噴霧角度A°(図1参照)は100°程度の広範
囲に形成されるものとなり、その結果、比較的短い距離
で水滴密度を均一にさせることができる。これにより、
実機のガスタービン発電システムによっては、ノズルを
設置する位置から圧縮機入口までの距離が比較的短い場
合があり、そのため噴霧された水滴の密度が均一となる
前に水滴の濃淡が残ったままの気流が圧縮機に流入する
と、圧縮機内での水滴の蒸発位置が移動して安定した出
力特性が得られなくなり、運転制御に支承をきたす場合
があるが、そのような問題を解決することができる。
The inclination angle D ° of the inclined surface 53 at the tip of the target 8 is set to 50 ° as described above in this embodiment.
In this case, the spray angle A ° (see FIG. 1) of the entire nozzle when viewed in the jet direction 15 of the water jet 13 is formed in a wide range of about 100 °, and as a result, the water droplet density is made uniform over a relatively short distance. You can This allows
Depending on the actual gas turbine power generation system, the distance from the nozzle installation position to the compressor inlet may be relatively short, so that the density of water droplets may remain before the density of sprayed water droplets becomes uniform. When the airflow flows into the compressor, the evaporation position of water droplets in the compressor moves and stable output characteristics may not be obtained, which may impair operation control.However, such a problem can be solved. .

【0063】また、傾斜面53の傾斜角度D°は適宜変
えることができる。傾斜角度D°を変えることにより、
ノズル全体噴霧角度A°やターゲット傾斜面53の傾斜
方向で見た個々のターゲット傾斜面53における微細水
滴14の噴霧角度B°(図1、図4参照)、微細水滴1
4の飛散距離L2(後述)を変えることができる。傾斜
角度D°を小さくすると、ノズル全体噴霧角度A°及び
ターゲット噴霧角度B°が小さくなり、かつ飛散距離L
2が長くなる。図8は、ターゲット8及び小穴4をそれ
ぞれ4つ設けた本実施の形態の構成において、各ターゲ
ット傾斜面53の傾斜角度D°を同じにした場合の噴霧
パターンであり、図9は、各ターゲット傾斜面53の傾
斜角度D°を2つの対で異ならせた場合の噴霧パターン
である。図8のように、ターゲット傾斜角D°を全て同
じにした場合は、それぞれのターゲット8からの噴霧範
囲が同じになるが、図9のようにターゲット傾斜角D°
を小さく変えた場合はターゲット8からの噴霧範囲が狭
くなり、遠くまで飛散することになる。
The inclination angle D ° of the inclined surface 53 can be changed appropriately. By changing the tilt angle D °,
The spray angle A ° of the entire nozzle, the spray angle B ° of the fine water droplets 14 on the individual target inclined surfaces 53 viewed in the inclination direction of the target inclined surface 53 (see FIGS. 1 and 4), and the fine water droplets 1
The scattering distance L2 of 4 (described later) can be changed. When the tilt angle D ° is reduced, the spray angle A ° of the entire nozzle and the target spray angle B ° are reduced, and the scattering distance L
2 becomes longer. FIG. 8 is a spray pattern when the inclination angles D ° of the target inclined surfaces 53 are the same in the configuration of this embodiment in which four targets 8 and four small holes 4 are provided, and FIG. 9 shows each target. It is a spray pattern when the inclination angle D ° of the inclined surface 53 is different between the two pairs. As shown in FIG. 8, when all the target tilt angles D ° are the same, the spray ranges from the respective targets 8 are the same, but as shown in FIG. 9, the target tilt angles D ° are the same.
When is changed to a small value, the spray range from the target 8 is narrowed and scattered to a long distance.

【0064】また、ターゲット部材51に設けられるタ
ーゲット8の数、及びそれらと同数に設けられるオリフ
ィス板5の小穴4の数も、適宜変えることができる。図
10は基板54Aの外周に8つのターゲット8を設けた
ターゲット部材51Aを示す。この場合、それに合わせ
て8つの小穴4を設けたオリフィス板を使用する。図1
1は、各ターゲット傾斜面53の傾斜角度D°を同じに
した場合の噴霧パターンを示し、図12は、各ターゲッ
ト傾斜面53の傾斜角度D°を4つの対で異ならせた場
合の噴霧パターンを示す。4本足ターゲット部材51の
場合と同様、図11のようにターゲット傾斜角D°を同
じにした場合は、それぞれのターゲット8からの噴霧範
囲が同じになるが、図12のようにターゲット傾斜角D
°を小さく変えた場合はターゲット8からの噴霧範囲が
狭くなり、遠くまで飛散することになる。
Further, the number of targets 8 provided on the target member 51 and the number of small holes 4 of the orifice plate 5 provided in the same number as those can be appropriately changed. FIG. 10 shows a target member 51A in which eight targets 8 are provided on the outer periphery of the substrate 54A. In this case, an orifice plate provided with eight small holes 4 is used accordingly. Figure 1
1 shows a spray pattern when the inclination angles D ° of the target inclined surfaces 53 are the same, and FIG. 12 shows a spray pattern when the inclination angles D ° of the target inclined surfaces 53 are different in four pairs. Indicates. As in the case of the four-leg target member 51, when the target inclination angles D ° are the same as in FIG. 11, the spray ranges from the respective targets 8 are the same, but as shown in FIG. D
When the angle is changed to a small value, the spray range from the target 8 becomes narrow and the spray is scattered far.

【0065】以上このようにターゲット傾斜面53の傾
斜角度D°及びターゲット8の数を変えることで、色々
な噴霧パターンを得ることが可能である。したがって、
実機ガスタービンに設置する場合、ノズルを設置する空
気室の大きさ等の設置条件を考慮したノズルとすること
ができる。
As described above, various spray patterns can be obtained by changing the inclination angle D ° of the target inclined surface 53 and the number of targets 8. Therefore,
When installed in an actual gas turbine, the nozzle can be designed in consideration of installation conditions such as the size of the air chamber in which the nozzle is installed.

【0066】また、小穴4の数や穴径を変更する場合
は、キャップ7を外してボディ3からオリフィス板5を
交換すればよく、またターゲット8の数や形状を変更す
る場合は、ボルト9を外してキャップ7の中央突出端部
7bターゲット部材51を交換すればよいため、上記の
噴霧パターンや噴霧水量の変更を容易に行うことができ
る。
When the number of small holes 4 or the hole diameter is changed, the cap 7 is removed and the orifice plate 5 is replaced from the body 3. When the number or shape of the targets 8 is changed, the bolt 9 is used. Since the target member 51 of the central protruding end portion 7b of the cap 7 may be replaced by removing the above, the above-mentioned spray pattern and spray water amount can be easily changed.

【0067】本発明の第2の実施の形態による高圧1流
体噴霧ノズルを図13により説明する。図中、図1に示
す部分と同等の部分には同じ符号を付し説明を省略す
る。
A high-pressure one-fluid spray nozzle according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, those parts that are the same as those corresponding parts in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

【0068】図13において、本発明の第2の実施の形
態に係わるガスタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル
100Aはキャップ7Aを有し、このキャップ7Aには
穴6が開口する水滴噴霧エリア側であってターゲット8
の上流側にヒサシ状の傾斜壁(以下、単にヒサシとい
う)17が形成されている。
In FIG. 13, a high pressure one-fluid spray nozzle 100A for increasing the output of a gas turbine according to the second embodiment of the present invention has a cap 7A, and the cap 7A has a water droplet spray area side where a hole 6 is opened. And target 8
An inclined wall 17 (hereinafter, simply referred to as a "shiba") is formed on the upstream side of the.

【0069】このような構造とすることで、微細水滴1
4の噴霧により誘発される空気流れ18がヒサシ17に
邪魔されて中心部のエリア19に入りにくくなり、その
結果減圧領域19の部分が減圧されることになる。この
ような減圧領域19が生じることにより、噴霧された微
細水滴14が減圧領域19に向かう矢印方向20の方向
に吸引されるため、ターゲット噴霧幅21(上記のター
ゲット噴霧角度C°と同等)が広くなり、そのため、微
細水滴14どうしが衝突することにより水滴の粒径が大
きくなるのを防ぐことができる。また、減圧領域19で
は断続的な空気の流入により圧力振動が発生してするた
め、この圧力振動によりさらなる水滴の微細化が促進さ
れる。ここで、ヒサシ17の先端の突出長さは、減圧効
果によりターゲット噴霧幅21にて噴霧される微細水滴
14がヒサシ17の先端に接触しないような距離Lを保
つものとする。なお、この図13に示すような傾斜壁か
らなるヒサシ17を形成せずに、中心軸に直交する壁と
してもよく、この場合でも、若干効果は低くなるものの
ターゲット8の上流側周囲に減圧効果を発生することが
できる。
With such a structure, fine water droplets 1
The air flow 18 induced by the spray of No. 4 is obstructed by the Hisashi 17 so that it is difficult to enter the central area 19, and as a result, the decompression region 19 is decompressed. Since the sprayed fine water droplets 14 are sucked in the direction of the arrow 20 toward the depressurized area 19 due to such a depressurized area 19, the target spray width 21 (equivalent to the above target spray angle C °) is obtained. It becomes wider, and therefore, it is possible to prevent the particle size of the water droplets from increasing due to the collision of the fine water droplets 14. Further, in the depressurization region 19, pressure vibration is generated due to intermittent inflow of air, so that further miniaturization of water droplets is promoted by this pressure vibration. Here, the protruding length of the tip of the hispanic 17 is set to a distance L so that the fine water droplets 14 sprayed in the target spray width 21 do not come into contact with the tip of the hispanic 17 due to the pressure reducing effect. It should be noted that it is also possible to form a wall orthogonal to the central axis without forming the knee 17 made of an inclined wall as shown in FIG. 13, and in this case as well, although the effect is slightly reduced, the pressure reducing effect on the upstream side periphery of the target 8 Can occur.

【0070】図14は第1の実施の形態の高圧1流体噴
霧ノズル100からの噴霧状況を示す図であり、図15
は第2の実施の形態の高圧1流体噴霧ノズル100Aか
らの噴霧状況を示す図である。これらの図を比較して分
かるように、減圧領域19が生じない第1の実施の形態
の高圧1流体噴霧ノズル100では、噴霧水滴14の飛
出し運動エネルギーが大きく、ノズル全体噴霧幅Wが広
くなるとともに水滴14の飛散距離L2も長くなる。一
方、減圧領域19が生じる第2の実施の形態の高圧1流
体噴霧ノズル100Aでは、噴霧水滴14が減圧領域1
9へ吸引されて噴霧水滴14の飛出し運動エネルギーが
小さくなるため、ノズル全体噴霧幅Wが狭くなると共に
水滴14の飛散距離L2も短くなる。しかし減圧効果が
作用するために、噴霧水滴14の粒径が小さくなる。
FIG. 14 is a view showing a spraying condition from the high pressure one-fluid spraying nozzle 100 of the first embodiment, and FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a spraying situation from a high-pressure one-fluid spraying nozzle 100A of the second embodiment. As can be seen by comparing these drawings, in the high pressure one-fluid spray nozzle 100 of the first embodiment in which the depressurized region 19 does not occur, the jetting kinetic energy of the spray water droplets 14 is large and the overall nozzle spray width W is wide. In addition, the scattering distance L2 of the water droplet 14 also becomes longer. On the other hand, in the high-pressure one-fluid spray nozzle 100A of the second embodiment in which the depressurized region 19 is generated, the sprayed water droplets 14 become the depressurized region 1
Since the spraying kinetic energy of the sprayed water droplets 14 is reduced by being sucked into the nozzle 9, the spray width W of the entire nozzle is narrowed and the scattering distance L2 of the water droplets 14 is also shortened. However, since the pressure reducing effect acts, the particle size of the sprayed water droplets 14 becomes small.

【0071】従って、本実施の形態によれば、上記第1
の実施の形態と同様に、合計水量を多くして飛散水滴1
4を微細なまま気流に乗せることができるとともに、キ
ャップ7Aにヒサシ17を形成していることにより、そ
の下流側に減圧領域19を強制的に作り、ターゲット噴
霧幅21を広げて微細水滴14間の衝突の回避、及び圧
力振動の誘発が可能となり水滴14をさらに微細化する
ことが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the first
In the same manner as in the above embodiment, the total amount of water is increased and the water droplets 1
4 can be placed in the air flow while remaining fine, and the depressurization region 19 is forcibly created on the downstream side of the cap 7A by forming the heap 17 so that the target spray width 21 is widened and the space between the fine water droplets 14 is increased. It is possible to avoid the collision of the water droplets and to induce the pressure vibration, so that the water droplets 14 can be further miniaturized.

【0072】次に、上記したガスタービン増出力用高圧
1流体噴霧ノズルを設置したガスタービン発電システム
の一実施の形態について図16及び図17により説明す
る。
Next, an embodiment of the gas turbine power generation system in which the above-mentioned high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of the gas turbine is installed will be described with reference to FIGS. 16 and 17.

【0073】図16は、本発明の一実施の形態に係わる
高圧1流体噴霧ノズルを備えたガスタービン発電システ
ムの側面断面図である。
FIG. 16 is a side sectional view of a gas turbine power generation system including a high pressure one-fluid spray nozzle according to an embodiment of the present invention.

【0074】図16において、ガスタービン発電システ
ム300は、吸気39を圧縮する圧縮機22と、圧縮し
た空気に燃料を注入して燃焼させる燃焼器23と、その
燃焼ガスのエネルギーにより回転するタービン24と、
このタービン24の回転により駆動されて電気を発生さ
せる発電機25と、圧縮機22の入口に設置されている
空気室29と、空気室29の入口に設置されている噴霧
ノズルシステム200とを備えている。
In FIG. 16, a gas turbine power generation system 300 includes a compressor 22 for compressing intake air 39, a combustor 23 for injecting fuel into the compressed air for combustion, and a turbine 24 which rotates by the energy of the combustion gas. When,
A generator 25 driven by the rotation of the turbine 24 to generate electricity, an air chamber 29 installed at the inlet of the compressor 22, and a spray nozzle system 200 installed at the inlet of the air chamber 29 are provided. ing.

【0075】燃焼器23には、燃焼用のバーナ27が設
けられている。発電機25には、変電設備を経由して電
気を送電する送電端26が接続されている。
The combustor 23 is provided with a burner 27 for combustion. The generator 25 is connected to a power transmission end 26 that transmits electricity via substation equipment.

【0076】空気室29の内部には、吸気量を調整する
ルーバー30と、消音するサイレンサー31と、噴霧ノ
ズルシステム200の高圧1流体噴霧ノズル100が接
続されたヘッダー33と、飛散物を取り除くトラッシュ
スクリーン71が収納されている。また、圧縮機22、
タービン24、発電機25は同一軸により連結されてい
る。なお、圧縮機22とタービン24はそれぞれ別軸と
なってギヤ等により連結されていてもよい。
Inside the air chamber 29, a louver 30 for adjusting the amount of intake air, a silencer 31 for silencing, a header 33 to which the high-pressure one-fluid spray nozzle 100 of the spray nozzle system 200 is connected, and a trash for removing scattered materials. A screen 71 is stored. In addition, the compressor 22,
The turbine 24 and the generator 25 are connected by the same shaft. In addition, the compressor 22 and the turbine 24 may be connected to each other by gears or the like as separate shafts.

【0077】噴霧ノズルシステム200の詳細を図17
により説明する。図17において、噴霧ノズルシステム
200は、噴霧する水を貯水する水タンク34と、水タ
ンク34に接続された高圧ポンプ35と、高圧ポンプ3
5の吐出口に接続された主弁36と、主弁36の吐出口
に接続されたフィルター37と、フィルター37の出口
に接続された供給管61と、供給管61にそれぞれ接続
された10系統のノズル装置62とを備えている。
The details of the spray nozzle system 200 are shown in FIG.
Will be described. In FIG. 17, the spray nozzle system 200 includes a water tank 34 for storing water to be sprayed, a high pressure pump 35 connected to the water tank 34, and a high pressure pump 3.
5, a main valve 36 connected to the discharge port of 5, a filter 37 connected to the discharge port of the main valve 36, a supply pipe 61 connected to the outlet of the filter 37, and 10 systems connected to the supply pipe 61, respectively. Nozzle device 62 of.

【0078】ノズル装置62は、供給管61に接続され
た系統開閉弁38と、各系統開閉弁38の出側に接続さ
れた上述した高圧1流体噴霧ノズル100及びヘッダー
33とを備えている。ヘッダー33には、11個の高圧
1流体噴霧ノズル100が取り付けられている。
The nozzle device 62 is provided with a system opening / closing valve 38 connected to the supply pipe 61, and the above-described high pressure one-fluid spray nozzle 100 and the header 33 connected to the outlet side of each system opening / closing valve 38. Eleven high-pressure one-fluid spray nozzles 100 are attached to the header 33.

【0079】以上のように構成した本実施の形態のガス
タービン発電システム300の運転に際しては、まず、
初期状態で別設備であるモータ(図示せず)により回転
させ、図示しない燃料供給系から燃料を燃焼器23に供
給し、燃焼用バーナ27により着火して燃焼させる。定
常状態になったら、別設備であるモータを切り離し、燃
焼を継続させることで定常運転状態を維持する。タービ
ン24からの排ガス28は、蒸気タービンのボイラに流
入させて再利用されるか、又は排ガス処理装置でNO
x、SOx等の除去を行い、大気に放出される。
When operating the gas turbine power generation system 300 of the present embodiment configured as described above, first,
In the initial state, it is rotated by a motor (not shown) which is a separate facility, fuel is supplied from a fuel supply system (not shown) to the combustor 23, and the combustion burner 27 ignites and burns. When the steady state is reached, the motor, which is another facility, is disconnected and combustion is continued to maintain the steady operating state. The exhaust gas 28 from the turbine 24 is reused by flowing it into a boiler of a steam turbine or is discharged by an exhaust gas treatment device.
x, SOx, etc. are removed and released into the atmosphere.

【0080】また、空気室29を通過して圧縮機22に
吸入される吸気39は、噴霧ノズルシステム200の高
圧1流体噴霧ノズル100から噴霧される微細水滴14
を含んで密度が増加した噴霧済み吸気40となり、圧縮
機22に流入する。この時、吸気39の温度が下げられ
ると同時に圧縮機22に流入する流体の重量流量が増加
する。
The intake air 39 passing through the air chamber 29 and sucked into the compressor 22 is a fine water droplet 14 sprayed from the high pressure one-fluid spray nozzle 100 of the spray nozzle system 200.
Of the sprayed intake air 40 having an increased density and flowing into the compressor 22. At this time, the temperature of the intake air 39 is lowered and, at the same time, the weight flow rate of the fluid flowing into the compressor 22 is increased.

【0081】次に、吸気39に含まれて圧縮機22に流
入する水滴の作用を示す。圧縮機22に流入する水滴
は、作動流体の重量流量を増加させ、圧縮機22内で気
化する。この作動流体は、気化が完了するとさらに断熱
圧縮を受ける。その際、水蒸気の定圧比熱は圧縮機22
内の代表的な温度(約300℃)近傍では、空気の約2
倍となり、熱容量的には空気換算で気化する水滴重量の
約2倍の空気が作動流体として増したのと等価となる。
圧縮機22の動力は、圧縮機22出入口の作動流体のエ
ンタルピ差に等しく、作動流体のエンタルピは温度に比
例するので、圧縮機22出口の作動流体温度が下がる
と、圧縮機22の所要動力もそれにつれて低減すること
ができる。したがって、圧縮機22内に流入する水滴の
粒径はできるだけ小さくし、早めに気化させることで圧
縮機22出口の温度を低く抑えることが効率向上に重要
となる。上述した本発明による高圧1流体噴霧ノズル1
00は、噴霧水滴径を約20μm以下に達成できること
から有効である。
Next, the action of water droplets contained in the intake air 39 and flowing into the compressor 22 will be described. The water droplets flowing into the compressor 22 increase the weight flow rate of the working fluid and are vaporized in the compressor 22. This working fluid undergoes further adiabatic compression once vaporization is complete. At that time, the constant pressure specific heat of the steam is
In the vicinity of the typical temperature inside (about 300 ℃), about 2
In terms of heat capacity, this is equivalent to the fact that about twice the weight of water droplets vaporized as air is increased as working fluid.
The power of the compressor 22 is equal to the enthalpy difference of the working fluid at the inlet and outlet of the compressor 22, and the enthalpy of the working fluid is proportional to the temperature. Therefore, when the temperature of the working fluid at the outlet of the compressor 22 decreases, the required power of the compressor 22 also increases. It can be reduced accordingly. Therefore, it is important to improve the efficiency to keep the temperature at the outlet of the compressor 22 low by making the particle size of the water droplets flowing into the compressor 22 as small as possible and vaporizing it early. High-pressure one-fluid spray nozzle 1 according to the present invention described above
00 is effective because it can achieve a spray water droplet diameter of about 20 μm or less.

【0082】圧縮機22で加圧された作動流体は、燃焼
器23で燃料の燃焼により昇温された後タービン24に
流入して膨張し仕事を行う。この仕事はタービン24の
軸出力と呼ばれ、タービン24の出入口作動流体のエン
タルピ差に等しい。
The working fluid pressurized by the compressor 22 is heated in the combustor 23 due to the combustion of the fuel and then flows into the turbine 24 to be expanded and work. This work is called the shaft output of the turbine 24 and is equal to the enthalpy difference of the inlet and outlet working fluid of the turbine 24.

【0083】燃料の投入量は、タービン24入口のガス
温度が所定の温度を超えないように制御される。たとえ
ば、タービン24出入口の作動流体温度が、本発明の高
圧1流体噴霧ノズル100設置前の値と等しくなるよう
に燃焼器23への燃料量を制御する。このような燃焼温
度一定制御が行われると、先に述べたように噴霧水滴に
より圧縮機22出口の温度が低下している分だけ燃料投
入量が増すことになる。
The injection amount of fuel is controlled so that the gas temperature at the inlet of the turbine 24 does not exceed a predetermined temperature. For example, the amount of fuel to the combustor 23 is controlled so that the temperature of the working fluid at the inlet and outlet of the turbine 24 becomes equal to the value before the installation of the high pressure one-fluid spray nozzle 100 of the present invention. When such combustion temperature constant control is performed, the amount of fuel input increases as much as the temperature of the outlet of the compressor 22 is lowered by the sprayed water droplets as described above.

【0084】また、燃焼温度が不変かつ流入水滴の重量
割合が噴霧済み吸気40の数パーセント程度であれば、
タービン24入口部の圧力と圧縮機22の出口圧力は水
滴注入の有無で近似的に変わらないので、タービン24
出口温度T4も変化しない。よって、タービン24の軸
出力は水滴注入の有無で変化しないことになる。
If the combustion temperature is unchanged and the weight ratio of the inflowing water droplets is about several percent of the sprayed intake air 40,
Since the pressure at the inlet of the turbine 24 and the outlet pressure of the compressor 22 do not change approximately with and without water droplet injection, the turbine 24
The outlet temperature T4 also does not change. Therefore, the shaft output of the turbine 24 does not change depending on the presence or absence of water droplet injection.

【0085】一方、タービン24の正味出力は、タービ
ン24の出力から圧縮機22の動力を差し引いたもので
あるから、結局本発明の高圧1流体噴霧ノズル100に
より噴霧することで圧縮機22の動力が低減した分だけ
タービン24の正味出力を増すことができる。
On the other hand, since the net output of the turbine 24 is the output of the turbine 24 minus the power of the compressor 22, the power of the compressor 22 is eventually sprayed by the high pressure one-fluid spray nozzle 100 of the present invention. Can reduce the net output of the turbine 24.

【0086】ここで、噴霧済み吸気40の温度をT1、
圧縮機22の出口の温度をT2、燃焼器23の温度をT
3、タービン24出口温度をT4とすると、タービン2
4の電気出力Eは、タービン24の軸出力Cp(T3−
T4)から圧縮機22の仕事Cp(T2−T1)を差し
引いて得られ、近似的に次式で表される。 E=(T3−T4)−(T2−T1) ・・・・・(1) 通常、燃焼温度T3は一定となるように運転されるの
で、圧縮機22の出口温度T2が水滴の注入によりT
2’に低下すると、圧縮機22の仕事の低下分に等価な
増出力Cp(T2−T2’)が得られることになる。
Here, the temperature of the sprayed intake air 40 is set to T1,
The temperature of the outlet of the compressor 22 is T2, and the temperature of the combustor 23 is T
3, the turbine 2 outlet temperature is T4, the turbine 2
The electric output E of No. 4 is the shaft output Cp (T3-
It is obtained by subtracting the work Cp (T2-T1) of the compressor 22 from T4), and is approximately represented by the following equation. E = (T3-T4)-(T2-T1) (1) Normally, the combustion temperature T3 is operated so as to be constant, so that the outlet temperature T2 of the compressor 22 becomes T due to the injection of water droplets.
When it is decreased to 2 ', the increased output Cp (T2-T2') equivalent to the decrease in the work of the compressor 22 is obtained.

【0087】一方、ガスタービン発電システム300の
効率ηは近似的に次式で与えられる。 η=1−(T4−T1)/(T3−T2) ・・・・・(2) これから、T2’<T2であるから、右辺第2項は小さ
くなるので水滴注入で効率も向上する。
On the other hand, the efficiency η of the gas turbine power generation system 300 is approximately given by the following equation. η = 1- (T4-T1) / (T3-T2) (2) From this, since T2 ′ <T2, the second term on the right side becomes smaller, so that the efficiency is improved by water droplet injection.

【0088】従って、本実施の形態のガスタービン発電
システム300によれば、高圧1流体噴霧ノズル100
を複数備える噴霧ノズルシステム200により、圧縮機
22の吸気39に対して大量かつ微細な水滴を噴霧する
ことができるため、夏季の吸気温度の上昇に伴うガスタ
ービン出力低下を抑制することができる。その結果、ガ
スタービン発電システムの夏季の吸気温度上昇に伴う出
力低下を回避できることから、季節に係わりなく高効率
運転が可能となる。
Therefore, according to the gas turbine power generation system 300 of the present embodiment, the high pressure one-fluid spray nozzle 100
Since a large number of fine water droplets can be sprayed onto the intake air 39 of the compressor 22 by the spray nozzle system 200 including a plurality of the above, it is possible to suppress a decrease in gas turbine output due to an increase in intake air temperature in summer. As a result, it is possible to avoid a decrease in output due to a rise in intake air temperature in the summer of the gas turbine power generation system, which enables highly efficient operation regardless of the season.

【0089】また、圧縮機22内の温度低下割合は注入
水滴が多いほど大きくなるので、空気・水の噴霧量を制
御することにより、増出力割合をコントロールすること
ができる。
Since the rate of temperature decrease in the compressor 22 increases as the number of injected water drops increases, the rate of increase in output can be controlled by controlling the spray amount of air / water.

【0090】次に、噴霧ノズルシステム200を用いた
ガスタービン部分負荷運転時の対応について説明する。
ガスタービン発電システム300は、発電電力量の調整
のために部分負荷運転を行うが、その場合、噴霧水滴量
も同様に部分負荷運転に応じて調整する必要がある。本
実施の形態の噴霧ノズルシステム200では、高圧ポン
プ35の駆動により供給される水量を、10個の系統の
系統開閉弁38のうちの全開の数を増減させて調整し、
発電負荷に対応して10%毎に全体の噴霧水量を増減制
御することが可能となる。
Next, a description will be given of how the spray nozzle system 200 is used during partial load operation of the gas turbine.
The gas turbine power generation system 300 performs a partial load operation for adjusting the amount of generated electric power, but in that case, the spray water droplet amount also needs to be adjusted according to the partial load operation. In the spray nozzle system 200 of the present embodiment, the amount of water supplied by driving the high-pressure pump 35 is adjusted by increasing or decreasing the number of fully opened system opening / closing valves 38 of the 10 systems.
It is possible to increase / decrease the total amount of spray water every 10% according to the power generation load.

【0091】従って、本実施の形態による噴霧ノズルシ
ステム200によれば、負荷需要に応じたガスタービン
運転モードに対応する噴霧水滴量の制御が可能となる。
Therefore, according to the spray nozzle system 200 of the present embodiment, it is possible to control the spray water droplet amount corresponding to the gas turbine operation mode according to the load demand.

【0092】なお、本実施の形態では、10系統のノズ
ル装置62を設けて部分負荷運転に10%づつ対応でき
るようにしたが、噴霧系統数はこれに限られない。
In this embodiment, the nozzle devices 62 of 10 systems are provided so that the partial load operation can be dealt with by 10% each, but the number of spray systems is not limited to this.

【0093】また、例えば50%部分負荷運転を行う場
合には、1つおきのノズル装置を作動させることにより
空気室29内の水滴分布を均一化することができる。こ
のように作動させるノズル装置62の配置も考慮するこ
とで、空気室29内の水滴分布を制御することも可能で
ある。
Further, for example, when performing 50% partial load operation, the water droplet distribution in the air chamber 29 can be made uniform by operating every other nozzle device. It is also possible to control the water droplet distribution in the air chamber 29 by considering the arrangement of the nozzle device 62 that operates in this way.

【0094】また本実施の形態では、本発明の第1の実
施の形態による高圧1流体噴霧ノズル100を各ノズル
装置62に設置したが、これに限られず第2の実施の形
態による高圧1流体噴霧ノズル100Aを設置する構成
としてもよい。
Further, in the present embodiment, the high pressure one-fluid spray nozzle 100 according to the first embodiment of the present invention is installed in each nozzle device 62, but the present invention is not limited to this, and the high pressure one-fluid according to the second embodiment is provided. The spray nozzle 100A may be installed.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明によれば、高圧1流体噴霧ノズル
を採用するので、圧縮機からの空気の抽気を必要としな
いため、高圧2流体噴霧ノズルと比較してシステム損失
を極めて少なくすることができる。また、1つのノズル
本体にターゲットを複数設けるので、合計水量を多くす
ることができ、大量の水を微細水滴に霧化することがで
きる。更に、ターゲットをノズル本体に放射状に固定す
るので、空気流れ中に噴霧した飛散水滴がそのまま気流
に乗ることができ、空気流れ中においても十分微細な水
滴を噴霧することができる。
According to the present invention, since the high-pressure one-fluid spray nozzle is adopted, it is not necessary to extract the air from the compressor, so that the system loss is extremely reduced as compared with the high-pressure two-fluid spray nozzle. You can Moreover, since a plurality of targets are provided in one nozzle body, the total amount of water can be increased, and a large amount of water can be atomized into fine water droplets. Further, since the target is radially fixed to the nozzle body, the scattered water droplets sprayed in the air stream can be carried on the air stream as they are, and sufficiently fine water droplets can be sprayed even in the air stream.

【0096】また、本発明によれば、複数系統の各々に
弁を設置し、この弁を開閉することにより水量の切替制
御を行い、所定割合おきに噴霧量を調整可能とするの
で、負荷需要に応じたガスタービン運転モードに対応す
る噴霧水滴量の制御が可能となる。
Further, according to the present invention, a valve is installed in each of a plurality of systems, and switching control of the water amount is performed by opening and closing the valve, so that the spray amount can be adjusted at a predetermined rate. It is possible to control the spray water droplet amount corresponding to the gas turbine operation mode according to the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態によるガスタービン
増出力用高圧1流体噴霧ノズルの軸方向断面図である。
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】外周に4つのターゲットを設けたターゲット部
材の正面図及び側面図である。
FIG. 2 is a front view and a side view of a target member in which four targets are provided on the outer circumference.

【図3】傾斜面が平坦面に形成されたターゲットの正面
図及び側面図である。
FIG. 3 is a front view and a side view of a target in which an inclined surface is a flat surface.

【図4】ターゲットに水ジェットを衝突させた場合の水
滴発生状況を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a water droplet generation state when a water jet collides with a target.

【図5】ターゲットに低圧水を衝突させた場合の水膜形
成状況を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state of water film formation when low-pressure water collides with a target.

【図6】傾斜面が凹型曲率面に形成されたターゲットの
正面図及び側面図である。
FIG. 6 is a front view and a side view of a target in which an inclined surface is a concave curvature surface.

【図7】傾斜面が凸型曲率面に形成されたターゲットの
正面図及び側面図である。
FIG. 7 is a front view and a side view of a target in which an inclined surface is a convex curvature surface.

【図8】4つのターゲットを備えて各傾斜面の傾斜角度
が全て同じ高圧1流体噴霧ノズルによる噴霧分布を示す
図である。
FIG. 8 is a view showing a spray distribution by a high-pressure one-fluid spray nozzle provided with four targets and having the same tilt angle of each tilted surface.

【図9】4つのターゲットを備えて各傾斜面の傾斜角度
を2つの対で異ならせた高圧1流体噴霧ノズルによる噴
霧分布を示す図である。
FIG. 9 is a view showing a spray distribution by a high-pressure one-fluid spray nozzle in which four targets are provided and the tilt angles of the respective tilted surfaces are different in two pairs.

【図10】外周に8つのターゲットを設けたターゲット
部材の正面図及び側面図である。
FIG. 10 is a front view and a side view of a target member in which eight targets are provided on the outer circumference.

【図11】8つのターゲットを備えて各傾斜面の傾斜角
度が全て同じ高圧1流体噴霧ノズルによる噴霧分布を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a spray distribution by a high-pressure one-fluid spray nozzle provided with eight targets and having the same tilt angle of each tilted surface.

【図12】8つのターゲットを備えて各傾斜面の傾斜角
度を4つの対で異ならせた高圧1流体噴霧ノズルによる
噴霧分布を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a spray distribution by a high-pressure one-fluid spray nozzle in which eight targets are provided and the tilt angle of each tilt surface is made different by four pairs.

【図13】本発明の第2の実施の形態によるガスタービ
ン増出力用高圧1流体噴霧ノズルの軸方向断面図であ
る。
FIG. 13 is an axial sectional view of a high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第1の実施の形態の高圧1流体噴霧
ノズルからの噴霧状況を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a spray situation from the high-pressure one-fluid spray nozzle according to the first embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施の形態の高圧1流体噴霧
ノズルからの噴霧状況を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a spray state from a high pressure one-fluid spray nozzle according to a second embodiment of the present invention.

【図16】本発明による高圧1流体噴霧ノズルを備えた
ガスタービン発電システムの側面断面図である。
FIG. 16 is a side sectional view of a gas turbine power generation system including a high pressure one-fluid spray nozzle according to the present invention.

【図17】本発明による高圧1流体噴霧ノズルを備えた
噴霧ノズルシステムの正面図である。
FIG. 17 is a front view of a spray nozzle system with a high pressure one-fluid spray nozzle according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フランジ 2 フィルター 3 ボディ 4 小穴 5 オリフィス板 6 穴 7,7A キャップ 8 ターゲット 9 ボルト 10 高圧水 11 連通穴 12 環状溝 13 水ジェット 14 微細水滴 16,16A 水膜 17 ヒサシ 18 空気流れ 19 減圧領域(中央部エリア) 21 ターゲット噴霧幅 22 圧縮機 23 燃焼器 24 タービン 25 発電機 29 空気室 33 ヘッダー 34 水タンク 35 高圧ポンプ 36 主弁 37 フィルター 38 系統開閉弁 39 吸気 40 噴霧済み吸気 51,51A ターゲット部材 53,53A,53B 傾斜面 54,54A 基板 61 供給管 62 ノズル装置 100 第1の実施の形態のガスタービン増出力用高圧
1流体噴霧ノズル 100A 第2の実施の形態のガスタービン増出力用高
圧1流体噴霧ノズル 200 噴霧ノズルシステム 300 ガスタービン発電システム D 傾斜角度 A ノズル全体噴霧角度 B ターゲット噴霧角度 C ターゲット噴霧角度 W ノズル全体噴霧幅 L2 飛散距離
1 Flange 2 Filter 3 Body 4 Small Hole 5 Orifice Plate 6 Hole 7, 7A Cap 8 Target 9 Bolt 10 High Pressure Water 11 Communication Hole 12 Annular Groove 13 Water Jet 14 Fine Water Drop 16, 16A Water Film 17 Hisashi 18 Air Flow 19 Decompression Area ( (Central area) 21 Target spray width 22 Compressor 23 Combustor 24 Turbine 25 Generator 29 Air chamber 33 Header 34 Water tank 35 High pressure pump 36 Main valve 37 Filter 38 System opening / closing valve 39 Intake 40 Sprayed intake 51, 51A Target member 53, 53A, 53B Inclined surface 54, 54A Substrate 61 Supply pipe 62 Nozzle device 100 Gas turbine power increase high pressure 1 of the first embodiment Fluid spray nozzle 100A Gas turbine power increase high pressure 1 of the second embodiment Fluid spray nozzle 200 Spray nozzle system 300 Gas Turbine power generation system D inclination angle A nozzle entire spray angle B target spray angle C target spray angles W nozzle entire spray width L2 dispersion distance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐澤 英年 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 村田 英太郎 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hidetoshi Karasawa             2-12-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture             Ceremony Company Hitachi, Ltd. (72) Inventor Eitaro Murata             3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Stock Association             Hitachi, Ltd., Thermal Power & Hydro Power Division

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧
縮機から吐出した空気と燃料が供給されて燃焼を行う燃
焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービ
ンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備える
ガスタービン発電システムに設置され、前記圧縮機の入
口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を低下させ吸
気密度を増加させるガスタービン増出力用高圧1流体噴
霧ノズルにおいて、 複数の水ジェットを噴出させるノズル本体と、 前記ノズル本体に放射状に固定された複数のターゲット
とを備え、 前記複数のターゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有
し、これらの傾斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ
衝突させ噴霧水滴を微細化することを特徴とするガスタ
ービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル。
1. A compressor for compressing and discharging air, a combustor for supplying air and fuel discharged from the compressor for combustion, and a turbine driven by combustion gas of the combustor, Installed in a gas turbine power generation system including a generator driven by a turbine, fine water droplets are sprayed at the inlet of the compressor to lower the intake temperature of the compressor and increase the intake density. The fluid spray nozzle includes a nozzle body that ejects a plurality of water jets, and a plurality of targets that are radially fixed to the nozzle body, and each of the plurality of targets has an inclined surface at a tip end thereof, A high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing power output of a gas turbine, characterized in that the plurality of water jets are made to collide with a surface to atomize spray water droplets.
【請求項2】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧
縮機から吐出した空気と燃料が供給されて燃焼を行う燃
焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービ
ンと、前記タービンにより駆動される発電機とを備える
ガスタービン発電システムに設置され、前記圧縮機の入
口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を低下させ吸
気密度を増加させるガスタービン増出力用高圧1流体噴
霧ノズルにおいて、 複数の水ジェットを噴出させるノズル本体と、 前記ノズル本体に放射状に固定された複数のターゲット
とを備え、 前記複数のターゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有
し、これらの傾斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ
衝突させ噴霧水滴を微細化するものとし、 更に、前記ノズル本体の前記複数のターゲットの上流側
に位置する部分に壁を設け、ターゲットと壁の間に減圧
領域を形成したことを特徴とするガスタービン増出力用
高圧1流体噴霧ノズル。
2. A compressor that compresses and discharges air, a combustor that is supplied with air and fuel that is discharged from the compressor and burns, a turbine that is driven by combustion gas of the combustor, and Installed in a gas turbine power generation system including a generator driven by a turbine, fine water droplets are sprayed at the inlet of the compressor to lower the intake temperature of the compressor and increase the intake density. The fluid spray nozzle includes a nozzle body that ejects a plurality of water jets, and a plurality of targets that are radially fixed to the nozzle body, and each of the plurality of targets has an inclined surface at a tip end thereof, The plurality of water jets are made to collide with the surface to atomize the atomized water droplets, and further, the nozzle body is positioned on the upstream side of the plurality of targets. A high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, characterized in that a wall is provided at a portion where a pressure reduction region is formed between the target and the wall.
【請求項3】請求項1又は2記載のガスタービン増出力
用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、 前記複数のターゲットのそれぞれに設けられた傾斜面の
先端部はそれぞれ円弧状に加工され、前記複数の水ジェ
ットのそれぞれを、前記傾斜面先端部の前記円弧の中心
部に衝突させることを特徴とするガスタービン増出力用
高圧1流体噴霧ノズル。
3. The high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to claim 1 or 2, wherein the tip end of the inclined surface provided on each of the plurality of targets is processed into an arc shape, respectively. A high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, characterized in that each of the water jets is made to collide with the center of the arc of the tip of the inclined surface.
【請求項4】請求項3記載のガスタービン増出力用高圧
1流体噴霧ノズルにおいて、前記複数のターゲットのそ
れぞれについて、前記傾斜面に0.3〜0.5MPaの
低圧水を衝突させ、このとき∝型に類似した水膜を形成
する位置を前記傾斜面への水流衝突位置として設定する
ことを特徴とするガスタービン増出力用高圧1流体噴霧
ノズル。
4. The high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to claim 3, wherein low pressure water of 0.3 to 0.5 MPa is made to collide with the inclined surface for each of the plurality of targets. A high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, characterized in that a position at which a water film similar to a ∝ type is formed is set as a water flow collision position on the inclined surface.
【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項記載のガスタ
ービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、前記複
数のターゲットのそれぞれに設けられた傾斜面が、鏡面
仕上げの平坦面、凹型曲率面、凸型曲率面のいずれかで
あることを特徴とするガスタービン増出力用高圧1流体
噴霧ノズル。
5. The high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to claim 1, wherein the inclined surface provided on each of the plurality of targets is a mirror-finished flat surface or a concave surface. A high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, which is either a curved surface or a convex curvature surface.
【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項記載のガスタ
ービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、前記ノ
ズル本体に着脱可能なオリフィス板を設け、このオリフ
ィス板に設けた複数の小穴より前記複数の水ジェットを
噴出させるとともに、前記複数のターゲットは前記ノズ
ル本体に着脱可能に設けられた基板に放射状に設けられ
たものとし、前記オリフィス板及びターゲットの基板を
交換することで前記オリフィス板の穴数、径及び前記複
数のターゲットの数を変えて噴霧流量を変えることを特
徴とするガスタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル。
6. The high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to claim 1, wherein a detachable orifice plate is provided in the nozzle body, and a plurality of small holes are provided in the orifice plate. While ejecting the plurality of water jets from the nozzle body, the plurality of targets are provided radially on a substrate detachably provided on the nozzle body, and the orifice plate and the target substrate are replaced to replace the orifice. A high pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, wherein the spray flow rate is changed by changing the number of holes in the plate, the diameter and the number of the plurality of targets.
【請求項7】請求項1〜5のいずれか1項記載のガスタ
ービン増出力用高圧1流体噴霧ノズルにおいて、前記複
数のターゲットは前記ノズル本体に着脱可能に設けられ
た基板に放射状に設けられたものとし、その基板を交換
することで前記ターゲットの傾斜面の角度を変えて微小
水滴の噴霧角度を変えることを特徴とするガスタービン
増出力用高圧1流体噴霧ノズル。
7. The high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine according to claim 1, wherein the plurality of targets are radially provided on a substrate detachably provided on the nozzle body. A high-pressure one-fluid spray nozzle for increasing the output of a gas turbine, wherein the angle of the inclined surface of the target is changed by changing the substrate to change the spray angle of minute water droplets.
【請求項8】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧
縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼する燃焼器
と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービン
と、前記タービンにより駆動される発電機とを備えるガ
スタービン発電システムに設置され、前記圧縮機の入口
に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を低下させ吸気
密度を増加させる噴霧ノズルシステムにおいて、 複数系統に分割設置された複数の高圧1流体噴霧ノズル
を有し、前記複数系統の各々に弁を設置し、この弁を開
閉することにより水量の切替制御を行い、所定割合おき
に噴霧量を調整可能としたことを特徴とする噴霧ノズル
システム。
8. A compressor for compressing and discharging air, a combustor for supplying and burning air and fuel discharged from the compressor, a turbine driven by combustion gas of the combustor, and the turbine. A spray nozzle system installed in a gas turbine power generation system that includes a driven power generator, sprays fine water droplets at the inlet of the compressor, lowers the intake temperature of the compressor, and increases the intake density. It has a plurality of high-pressure one-fluid spray nozzles installed, and a valve is installed in each of the above-mentioned multiple systems, and switching control of the water amount is performed by opening and closing this valve, and the spray amount can be adjusted at predetermined ratios. A spray nozzle system characterized in that
【請求項9】請求項8記載の噴霧ノズルシステムにおい
て、前記複数の高圧1流体噴霧ノズルは、それぞれ、 複数の水ジェットを噴出させるノズル本体と、 前記ノズル本体に放射状に固定された複数のターゲット
とを備え、 前記複数のターゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有
し、これらの傾斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ
衝突させ噴霧水滴を微細化することを特徴とする噴霧ノ
ズルシステム。
9. The spray nozzle system according to claim 8, wherein each of the plurality of high-pressure one-fluid spray nozzles ejects a plurality of water jets, and a plurality of targets radially fixed to the nozzle body. The spray nozzle system, wherein each of the plurality of targets has an inclined surface at a tip thereof, and the plurality of water jets are made to collide with each of the inclined surfaces to atomize the spray water droplets.
【請求項10】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記
圧縮機から吐出した空気と燃料が供給されて燃焼を行う
燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるター
ビンと、前記タービンにより駆動される発電機と、前記
圧縮機の入口に微細水滴を噴霧し、圧縮機の吸気温度を
低下させ吸気密度を増加させる複数のガスタービン増出
力用高圧1流体噴霧ノズルとを備えるガスタービン発電
システムにおいて、 前記複数のガスタービン増出力用高圧1流体噴霧ノズル
は、それぞれ、 複数の水ジェットを噴出させるノズル本体と、 前記ノズル本体に放射状に固定された複数のターゲット
とを備え、 前記複数のターゲットはそれぞれ先端部に傾斜面を有
し、これらの傾斜面に前記複数の水ジェットをそれぞれ
衝突させ噴霧水滴を微細化することを特徴とするガスタ
ービン発電システム。
10. A compressor for compressing and discharging air, a combustor to which the air and fuel discharged from the compressor are supplied for combustion, a turbine driven by combustion gas of the combustor, and A gas equipped with a generator driven by a turbine, and a plurality of high pressure one-fluid spray nozzles for increasing the power output of a gas turbine, which spray fine water droplets at the inlet of the compressor to lower the intake temperature of the compressor and increase the intake density. In the turbine power generation system, each of the plurality of high-pressure one-fluid spray nozzles for increasing gas turbine output includes a nozzle body that ejects a plurality of water jets, and a plurality of targets radially fixed to the nozzle body, Each of the plurality of targets has an inclined surface at the tip, and the plurality of water jets are made to collide with each of these inclined surfaces to atomize the atomized water droplets. Gas turbine power generation system characterized by.
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