JP2004003492A - ガスタービン圧縮機、及び、ガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にして圧縮機の効率の更なる向上を可能とする、ガスタービン圧縮機と、そのクリアランス制御方法との提供を課題とする。
【解決手段】抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流してから、抽気室１６に導入する構成／方法を採用した。
【選択図】 図１
【解決手段】抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流してから、抽気室１６に導入する構成／方法を採用した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転時における動翼と圧縮機後方ケースリングとの間の最適なクリアランスを確保して圧縮機の効率の向上を可能とする、ガスタービン圧縮機と、ガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンプラントにおいては、ガスタービン圧縮機からの圧縮空気を燃焼器に導き、燃料とともに燃焼させて発生した高温ガスをガスタービンに導いて該ガスタービンを駆動する。そして、この時、前記圧縮空気の一部を抽気してガスタービン側の静翼及び動翼に導き、これら動翼及び静翼の冷却に利用する構成が一般的である。
【０００３】
図３は、この種の従来のガスタービンプラントにおける、ガスタービン圧縮機及びガスタービン間の接続部分の一般的な構造を示す断面図である。同図に示すように、ガスタービン圧縮機１には、ケース２側のケースリング２ａ内に固定された複数枚の静翼３と、ロータ（図示せず）側に同軸固定された各ディスク４の周囲に取り付けられた複数枚の動翼５とが備えられており、これら静翼３及び動翼５は、前記ロータの軸方向に交互に配置され、前記ロータの回転によって圧縮空気を矢印ｆ１方向に圧送する構成となっている。
このガスタービン圧縮機１から圧送された圧縮空気は、燃焼器６へと導かれ、該燃焼器６内で燃料と混合して燃焼することで燃焼ガスとなる。この燃焼ガスｈｇは、膨張しながらガスタービン７側の静翼８を通過し動翼９を回転させることにより、ガスタービン７側のロータ（図示せず）を回転駆動するものとなっている。
【０００４】
一方、ガスタービン圧縮機１の内部を流れる圧縮空気のうちの一部（例えば主流の４〜１０％）は、抽気ｆ２となり、ケース２の内部に形成された抽気室２ｂ内に一端取り込まれる。さらに、この抽気ｆ２は、抽気室２ｂに連通するように設けられたフランジ２ｃを介してケース２外に取り出された後、ガスタービン７側の静翼８及び動翼９へと導かれてこれらを冷却する。
抽気室２ｂは、各ケースリング２ａと、これらケースリング２ａを周囲より覆うケース本体２ｄとの間に形成される環状空間であり、ガスタービン圧縮機１のロータの軸線方向においては、各ケースリング２ａ間の互いに向かい合う端面間部分に重なるように配置されている。すなわち、各ケースリング２ａ間の互いに対向する端面間の間隙が、主流である圧縮空気ｆ１から抽気室２ｂに抽気するための抽気口２ｅとなっており、この抽気口２ｅを通って、前記ロータの半径方向に向かって抽気室２ｂに抽気ｆ２が導入されるようになっている。そして、この抽気ｆ２は、冷却のために、すぐさまフランジ２ｃより外部に導出されるものとなっている。
なお、この種の燃料ガス圧縮機の抽気構造の例としては、下記特許文献１，２にも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１２５１９９号公報
【特許文献２】
特許第２９４１７４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このガスタービン圧縮機１においては、起動時における各動翼５及びケースリング２ａ間の接触を避けるために、両者の間に所定寸法のクリアランスが保たれている。このクリアランスは、運転時に、ディスク４及び動翼５と、ケース２との間の熱膨張差により変化するが、あまり大きくなってしまうと、ガスタービン圧縮機１の圧縮機の効率を著しく低下させてしまう問題を引き起こすこととなる。このような観点から、前記熱膨張差を考慮して最適なクリアランス寸法を設計時に採用する必要がある。
【０００７】
しかしながら、実際には、ケースリング２ａの熱変形の仕方が複雑であるため、精度良く実状に合わせた設計が困難となっている。すなわち、各ケースリング２ａのうち、ガスタービン圧縮機１の圧縮機の効率を特に大きく左右する圧縮機後方段位置（最下流位置）の圧縮機後方ケースリング２ａ１では、その内部を流れる主流（圧縮空気ｆ１）の温度が、圧縮作用によるエンタルピー増加によって、例えば３７０℃から４６０℃まで著しく昇温する。
【０００８】
このような大きな温度差により、圧縮機後方ケースリング２ａは、熱膨張する際の全体形状が、圧縮空気ｆ１の流れ方向に向かって末広がりに拡径するように熱変形する。すると、圧縮機後方ケースリング２ａの内周面と各動翼５との間に形成されるクリアランスも、上流側から下流側に向かって徐々に広がるようになり、一様寸法とはならない。
したがって、運転時におけるクリアランス寸法が、圧縮機後方ケースリング２ａ１の軸線方向で一様にならないので、最適なクリアランス寸法を確保するための設計が困難となり、ひいてはガスタービン圧縮機１の更なる圧縮機の効率向上が困難とされていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にして圧縮機の効率の更なる向上を可能とする、ガスタービン圧縮機と、そのクリアランス制御方法との提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のガスタービン圧縮機は、ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機において、前記圧縮機後方ケースリングと前記抽気室との間に、該抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流す冷却流路が形成されていることを特徴とする。
上記請求項１に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリング内を流れる主流は、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリングを加熱するが、冷却流路を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却することにより、その軸線方向の温度勾配を小さくする。
【００１１】
請求項２に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１に記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路が、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合の前記軸線方向の範囲が、少なくとも、前記外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とする。
上記請求項２に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリングの軸線方向において、特にクリアランス制御に必要とされる範囲が確実に冷却されるようになる。
【００１２】
請求項３に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１または請求項２に記載のガスタービン圧縮機において、前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気する抽気流入口を被うように環状又は分割型の環状スリーブを配し、前記抽気が、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流れるようにしたことを特徴とする。
上記請求項３に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリングを、その周囲より確実に冷却することができる。
【００１３】
請求項４に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路を前記主流の上流側より見た場合の形状が、凹凸形状とされていることを特徴とする。
上記請求項４に記載のガスタービン圧縮機によれば、冷却流路の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることができるようになる。
【００１４】
請求項５に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記圧縮機後方ケースリングが、低線膨張材を素材とすることを特徴とする。
上記請求項５に記載のガスタービン圧縮機によれば、同じメタル温度でも熱伸びを小さくすることができるので、圧縮機後方ケースリングの全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。これにより、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
【００１５】
請求項６に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスタービンにおいて、前記圧縮機後方ケースリングの内周面に、熱遮蔽コーティングが施されていることを特徴とする。
上記請求項６に記載のガスタービン圧縮機によれば、同じ境界条件（すなわち、同一の主流温度条件）であっても、主流からの入熱量が熱遮蔽コーティングによって低減されるようになる。これにより、圧縮機後方ケースリングのメタル温度を下げることができ、全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
【００１６】
請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機の、前記各動翼の先端と前記後方ケースリングの内周面との間に形成されるクリアランスを制御する方法であり、前記抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流してから、前記抽気室に導入することを特徴とする。
上記請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法によれば、圧縮機後方ケースリング内を流れる主流は、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリングを加熱するが、外周面を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却することにより、その軸線方向の温度勾配を小さくする。
【００１７】
請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法において、前記外周面に対する前記抽気の流れ範囲は、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合に、少なくとも、該外周面の上流縁から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とする。
上記請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法によれば、圧縮機後方ケースリングの軸線方向において、特にクリアランス制御に必要とされる範囲が確実に冷却されるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のガスタービン圧縮機、及び、ガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法の一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
本実施形態は、従来の技術において説明した従来のガスタービン圧縮機において、図３のＡ部に相当する部分が特に特徴的となっているので、この特徴点を中心に説明し、その他については従来と同様であるとして説明を省略する。
なお、図１は、本実施形態のガスタービン圧縮機を示す図であって、図３のＡ部に相当する部分拡大断面図である。また、図２は、同ガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１１には、図示されないロータに同軸かつ互いに重ね合うように固定された複数枚のロータディスク１２と、これらロータディスク１２それぞれの周囲に固定され、これらロータディスク１２と共に回転する複数枚の動翼１３と、これら動翼１３の周囲を囲って内部に圧縮流路１４を形成する圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａと、該圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａの周囲に設けられて圧縮流路１４内を流れる主流ｍｆ（圧縮ガス）の一部を抽気ｃｆとして導入する抽気室１６と、圧縮機後方ケースリング１５内に固定された複数枚の静翼１７と、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａを内部に保持するケース本体１８とが備えられている。
【００２０】
なお、以下の説明においては、主流ｍｆの流れ方向上流側（図１の紙面左側）を「上流側」とし、主流ｍｆの流れ方向下流側（図１の紙面右側）を「下流側」として説明を行うものとする。また、前記ロータの軸線方向（図１の紙面左右方向）を「軸線方向」として説明を行うものとする。
【００２１】
各ロータディスク１２の外径寸法は、上流側から下流側に向かって徐々に大きくなっており、また、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａの内径寸法は、軸線方向で一定となっている。これにより、両者の間に形成される圧縮流路１４の形状は、上流側から下流側に向かって徐々に狭くなる形状となっている。
各静翼１７は、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａそれぞれの内周面に対して、前記ロータの軸線を中心とする周方向に並んで固定されており、なおかつ、軸線方向で見た場合に、前記各動翼１３と交互に配置されるようになっている。
【００２２】
そして、前記ロータが回転することにより、各ロータディスク１２及び各動翼１３も回転するため、圧縮流路１４内の空気を下流側に向かって圧送する流れ（主流ｍｆ）を生じせしめるものとなっている。
このガスタービン圧縮機１１から圧送された圧縮空気は、図示されない燃焼器へと導かれ、該燃焼器内で燃料と混合して燃焼することで燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、膨張しながらガスタービン側の静翼及び動翼（図示せず）を回転させることにより、ガスタービン側のロータを回転駆動するものとなっている。
【００２３】
抽気室１６は、ケース本体１８内部に形成された環状の凹所空間であり、主流ｍｆの一部（例えば主流の４〜１０％）を抽気ｃｆとして一端導入されるようになっている。すなわち、圧縮機後方ケースリング１５と、その上流側に隣接する他のケースリング１５ａとの間の、対向する端面間に形成される環状の隙間が、抽気流路１９となっており、この抽気流路１９を介して、抽気ｃｆが抽気室１６内に取り込まれるようになっている。
抽気室１６に一端取り込まれた抽気ｃｆは、抽気室１６に連通するようにケース本体１８に設けられたフランジ１８ａを介して外部に取り出された後、前記ガスタービン側の静翼及び動翼へと導かれてこれらを冷却する。
【００２４】
そして、本実施形態のガスタービン圧縮機１１では、圧縮機後方ケースリング１５と抽気室１６との間に、該抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流す冷却流路１５ｂ１を設けた点が、特に特徴的となっている。
この冷却流路１５ｂ１は、前記外周面１５ｂと、前記他のケースリング１５ａ側に固定された流れガイド部材２０の内周面２０ａとの間に形成される流路であり、圧縮機後方ケースリング１５の軸線を含む断面で見た場合の軸線方向の範囲Ｒ１が、外周面１５ｂの上流端位置から、最下流位置の動翼１３ａに対応した位置にかけての範囲Ｒ２を含むようになっている。これにより、抽気流路１９を入口として取り込んだ抽気ｃｆが、外周面１５ｂの上流側から下流側に向かって奥深くまで導くことが可能となっている。
【００２５】
図２に示すように、冷却流１５ｂ１は、主流ｍｆの上流側より見た場合の形状が、流れガイド２０によって被われる、後方ケースリング１５の外周面１５ｂが、前記軸線を中心とした周方向に凹凸形状（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ ｓｈａｐｅ）となっている。このような形状を採用することにより、冷却流路１５ｂ１の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることができるようになる。
同様に、この冷却流路１５ｂ１に対向する、ケース本体１８の内周面１８ｂの一部も、凹凸形状（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ ｓｈａｐｅ）となっている。この凹凸形状により、冷却流路１５ｂ１の奥までたどり着いてさらに抽気室１６に向かって折り返す際の抽気ｃｆを、乱れのない流れに整流することが可能となっている。
【００２６】
圧縮機後方ケースリング１５は、例えば、ＳＵＳ４１０などの低線膨張材を素材とする環状部品であり、その半径方向に拡径可能にケース本体１８内部に取り付けられている。さらに、この圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃには、熱遮蔽コーティング１５ｃ１が施されている。このような材質の選定ならびにコーティングの施工により、圧縮機後方ケースリング１５の熱変形量が最小とされている。
【００２７】
すなわち、低線膨張材の採用により、同じメタル温度でも熱伸びを小さくすることができるので、圧縮機後方ケースリング１５の全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。さらに、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施工したことにより、同じ境界条件（すなわち、同一の主流温度条件）であっても、主流ｍｆからの入熱量が熱遮蔽コーティング１５ｃ１によって低減されるようになる。これにより、圧縮機後方ケースリング１５のメタル温度を下げることができ、全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。
したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
なお、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施工する個所としては、内周面１５ｃの全面に施すことも考えられるが、この内周面１５ｃの平滑度を保つことを考慮して、図１に示すような、特に主流温度が高くなる部分に限定して施すことが好ましい。
【００２８】
前記ガイド部材２０は、例えばＳＵＳなどの薄いシートで良く、前記他のケースリング１５ａに対して、ボルト２０ｂで固定されていて、前記範囲Ｒ１から前記範囲Ｒ２を被うように形成された環状スリーブ又は分割型の環状スリーブで良く、その被い面は滑らかで球面をなしている。そして、このガイド部材２０により、抽気ｃｆを、直接的に抽気室１６に向かわせず、冷却流路１５ｂ１に向かわせるようになっている。なお、このガイド部材２０としては、前記他のケースリング１５ａと別部品としても良いし、もしくは、一体部品としても良い。さらには、抽気室１６内への流入口を傾斜させ、ガイド部材２０の被い面に流れの一部を当接させるようにしても良い。
【００２９】
以上説明の構成を有するガスタービン圧縮機１１によれば、抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流してから、抽気室１６に導入することで、運転時における各動翼１３の先端と内周面１５ｃとの間のクリアランス寸法を最小に制御できるようになる。すなわち、圧縮機後方ケースリング１５内を流れる主流ｍｆは、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリング１５を加熱するが、冷却流路１５ｂ１を流れる抽気ｃｆが圧縮機後方ケースリング１５を周囲より冷却するため、その軸線方向の温度勾配が小さくなるように制御される。
【００３０】
以上説明の本実施形態のガスタービン圧縮機１１、及び、そのクリアランス制御方法の効果を以下にまとめる。
すなわち、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５と抽気室１６との間に、該抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流す冷却流路１５ｂ１が形成されている構成／方法を採用した。これによれば、冷却流路１５ｂ１を流れる抽気ｃｆが圧縮機後方ケースリング１５を周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリング１５は、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランス寸法を、最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、冷却流路１５ｂ１の、圧縮機後方ケースリング１５の軸線方向の形成範囲が、外周面１５ｂの上流端位置から、最下流位置の動翼１３ａに対応した位置にかけての範囲を含む構成／方法を採用した。これによれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【００３２】
また、本実施形態では、冷却流路１５ｂ１の形状を、凹凸形状とする構成を採用した。この構成によれば、冷却流路１５ｂ１の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５が低線膨張材を素材とする構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるので、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃに、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施す構成を採用した。この構成によれば、主流ｍｆからの入熱量が熱遮蔽コーティング１５ｃ１によって低減されるので、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のガスタービン圧縮機は、圧縮機後方ケースリングと抽気室との間に、該抽気室に向かう途中の抽気を、圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流す冷却流路が形成されている構成を採用した。この構成によれば、冷却流路を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリングは、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３５】
また、請求項２に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１に記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路の、圧縮機後方ケースリングの軸線方向の範囲が、少なくとも、外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含む構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【００３６】
また、請求項３に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１または請求項２に記載のガスタービン圧縮機において、抽気流入口を被う環状スリーブを配し、抽気が圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流れるように構成した。この構成によれば、圧縮機後方ケースリングを、その周囲より確実に冷却することが可能となる。
【００３７】
また、請求項４に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記抽気室内の冷却流路の形状が、凹凸形状とされている構成を採用した。この構成によれば、冷却流路の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることが可能となる。
【００３８】
また、請求項５に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、圧縮機後方ケースリングが低線膨張材を素材とする構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるので、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３９】
また、請求項６に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスタービンにおいて、圧縮機後方ケースリングの内周面に、熱遮蔽コーティングを施す構成を採用した。この構成によれば、主流からの入熱量が熱遮蔽コーティングによって低減されるので、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００４０】
本発明の請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流してから、抽気室に導入する方法を採用した。この方法によれば、圧縮機後方ケースリングの外周面を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリングは、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００４１】
また、請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法において、前記外周面に対する抽気の流れ範囲が、少なくとも、外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含める方法を採用した。この方法によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン圧縮機の一実施形態を示す図であって、図３のＡ部に相当する部分拡大断面図である。
【図２】同ガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】従来のガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、ロータの軸線を含む断面で見た場合の部分断面図である。
【符号の説明】
１３・・・動翼
１４・・・圧縮流路
１５・・・圧縮機後方ケースリング
ｍｆ・・・主流
ｃｆ・・・抽気
１６・・・抽気室
１１・・・ガスタービン圧縮機
１５ｂ・・・外周面
１５ｂ１・・・冷却流路
１５ｃ１・・・熱遮蔽コーティング
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転時における動翼と圧縮機後方ケースリングとの間の最適なクリアランスを確保して圧縮機の効率の向上を可能とする、ガスタービン圧縮機と、ガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンプラントにおいては、ガスタービン圧縮機からの圧縮空気を燃焼器に導き、燃料とともに燃焼させて発生した高温ガスをガスタービンに導いて該ガスタービンを駆動する。そして、この時、前記圧縮空気の一部を抽気してガスタービン側の静翼及び動翼に導き、これら動翼及び静翼の冷却に利用する構成が一般的である。
【０００３】
図３は、この種の従来のガスタービンプラントにおける、ガスタービン圧縮機及びガスタービン間の接続部分の一般的な構造を示す断面図である。同図に示すように、ガスタービン圧縮機１には、ケース２側のケースリング２ａ内に固定された複数枚の静翼３と、ロータ（図示せず）側に同軸固定された各ディスク４の周囲に取り付けられた複数枚の動翼５とが備えられており、これら静翼３及び動翼５は、前記ロータの軸方向に交互に配置され、前記ロータの回転によって圧縮空気を矢印ｆ１方向に圧送する構成となっている。
このガスタービン圧縮機１から圧送された圧縮空気は、燃焼器６へと導かれ、該燃焼器６内で燃料と混合して燃焼することで燃焼ガスとなる。この燃焼ガスｈｇは、膨張しながらガスタービン７側の静翼８を通過し動翼９を回転させることにより、ガスタービン７側のロータ（図示せず）を回転駆動するものとなっている。
【０００４】
一方、ガスタービン圧縮機１の内部を流れる圧縮空気のうちの一部（例えば主流の４〜１０％）は、抽気ｆ２となり、ケース２の内部に形成された抽気室２ｂ内に一端取り込まれる。さらに、この抽気ｆ２は、抽気室２ｂに連通するように設けられたフランジ２ｃを介してケース２外に取り出された後、ガスタービン７側の静翼８及び動翼９へと導かれてこれらを冷却する。
抽気室２ｂは、各ケースリング２ａと、これらケースリング２ａを周囲より覆うケース本体２ｄとの間に形成される環状空間であり、ガスタービン圧縮機１のロータの軸線方向においては、各ケースリング２ａ間の互いに向かい合う端面間部分に重なるように配置されている。すなわち、各ケースリング２ａ間の互いに対向する端面間の間隙が、主流である圧縮空気ｆ１から抽気室２ｂに抽気するための抽気口２ｅとなっており、この抽気口２ｅを通って、前記ロータの半径方向に向かって抽気室２ｂに抽気ｆ２が導入されるようになっている。そして、この抽気ｆ２は、冷却のために、すぐさまフランジ２ｃより外部に導出されるものとなっている。
なお、この種の燃料ガス圧縮機の抽気構造の例としては、下記特許文献１，２にも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１２５１９９号公報
【特許文献２】
特許第２９４１７４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このガスタービン圧縮機１においては、起動時における各動翼５及びケースリング２ａ間の接触を避けるために、両者の間に所定寸法のクリアランスが保たれている。このクリアランスは、運転時に、ディスク４及び動翼５と、ケース２との間の熱膨張差により変化するが、あまり大きくなってしまうと、ガスタービン圧縮機１の圧縮機の効率を著しく低下させてしまう問題を引き起こすこととなる。このような観点から、前記熱膨張差を考慮して最適なクリアランス寸法を設計時に採用する必要がある。
【０００７】
しかしながら、実際には、ケースリング２ａの熱変形の仕方が複雑であるため、精度良く実状に合わせた設計が困難となっている。すなわち、各ケースリング２ａのうち、ガスタービン圧縮機１の圧縮機の効率を特に大きく左右する圧縮機後方段位置（最下流位置）の圧縮機後方ケースリング２ａ１では、その内部を流れる主流（圧縮空気ｆ１）の温度が、圧縮作用によるエンタルピー増加によって、例えば３７０℃から４６０℃まで著しく昇温する。
【０００８】
このような大きな温度差により、圧縮機後方ケースリング２ａは、熱膨張する際の全体形状が、圧縮空気ｆ１の流れ方向に向かって末広がりに拡径するように熱変形する。すると、圧縮機後方ケースリング２ａの内周面と各動翼５との間に形成されるクリアランスも、上流側から下流側に向かって徐々に広がるようになり、一様寸法とはならない。
したがって、運転時におけるクリアランス寸法が、圧縮機後方ケースリング２ａ１の軸線方向で一様にならないので、最適なクリアランス寸法を確保するための設計が困難となり、ひいてはガスタービン圧縮機１の更なる圧縮機の効率向上が困難とされていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にして圧縮機の効率の更なる向上を可能とする、ガスタービン圧縮機と、そのクリアランス制御方法との提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のガスタービン圧縮機は、ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機において、前記圧縮機後方ケースリングと前記抽気室との間に、該抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流す冷却流路が形成されていることを特徴とする。
上記請求項１に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリング内を流れる主流は、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリングを加熱するが、冷却流路を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却することにより、その軸線方向の温度勾配を小さくする。
【００１１】
請求項２に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１に記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路が、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合の前記軸線方向の範囲が、少なくとも、前記外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とする。
上記請求項２に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリングの軸線方向において、特にクリアランス制御に必要とされる範囲が確実に冷却されるようになる。
【００１２】
請求項３に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１または請求項２に記載のガスタービン圧縮機において、前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気する抽気流入口を被うように環状又は分割型の環状スリーブを配し、前記抽気が、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流れるようにしたことを特徴とする。
上記請求項３に記載のガスタービン圧縮機によれば、圧縮機後方ケースリングを、その周囲より確実に冷却することができる。
【００１３】
請求項４に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路を前記主流の上流側より見た場合の形状が、凹凸形状とされていることを特徴とする。
上記請求項４に記載のガスタービン圧縮機によれば、冷却流路の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることができるようになる。
【００１４】
請求項５に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記圧縮機後方ケースリングが、低線膨張材を素材とすることを特徴とする。
上記請求項５に記載のガスタービン圧縮機によれば、同じメタル温度でも熱伸びを小さくすることができるので、圧縮機後方ケースリングの全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。これにより、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
【００１５】
請求項６に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスタービンにおいて、前記圧縮機後方ケースリングの内周面に、熱遮蔽コーティングが施されていることを特徴とする。
上記請求項６に記載のガスタービン圧縮機によれば、同じ境界条件（すなわち、同一の主流温度条件）であっても、主流からの入熱量が熱遮蔽コーティングによって低減されるようになる。これにより、圧縮機後方ケースリングのメタル温度を下げることができ、全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
【００１６】
請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機の、前記各動翼の先端と前記後方ケースリングの内周面との間に形成されるクリアランスを制御する方法であり、前記抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流してから、前記抽気室に導入することを特徴とする。
上記請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法によれば、圧縮機後方ケースリング内を流れる主流は、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリングを加熱するが、外周面を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却することにより、その軸線方向の温度勾配を小さくする。
【００１７】
請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法において、前記外周面に対する前記抽気の流れ範囲は、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合に、少なくとも、該外周面の上流縁から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とする。
上記請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法によれば、圧縮機後方ケースリングの軸線方向において、特にクリアランス制御に必要とされる範囲が確実に冷却されるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のガスタービン圧縮機、及び、ガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法の一実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
本実施形態は、従来の技術において説明した従来のガスタービン圧縮機において、図３のＡ部に相当する部分が特に特徴的となっているので、この特徴点を中心に説明し、その他については従来と同様であるとして説明を省略する。
なお、図１は、本実施形態のガスタービン圧縮機を示す図であって、図３のＡ部に相当する部分拡大断面図である。また、図２は、同ガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のガスタービン１１には、図示されないロータに同軸かつ互いに重ね合うように固定された複数枚のロータディスク１２と、これらロータディスク１２それぞれの周囲に固定され、これらロータディスク１２と共に回転する複数枚の動翼１３と、これら動翼１３の周囲を囲って内部に圧縮流路１４を形成する圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａと、該圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａの周囲に設けられて圧縮流路１４内を流れる主流ｍｆ（圧縮ガス）の一部を抽気ｃｆとして導入する抽気室１６と、圧縮機後方ケースリング１５内に固定された複数枚の静翼１７と、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａを内部に保持するケース本体１８とが備えられている。
【００２０】
なお、以下の説明においては、主流ｍｆの流れ方向上流側（図１の紙面左側）を「上流側」とし、主流ｍｆの流れ方向下流側（図１の紙面右側）を「下流側」として説明を行うものとする。また、前記ロータの軸線方向（図１の紙面左右方向）を「軸線方向」として説明を行うものとする。
【００２１】
各ロータディスク１２の外径寸法は、上流側から下流側に向かって徐々に大きくなっており、また、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａの内径寸法は、軸線方向で一定となっている。これにより、両者の間に形成される圧縮流路１４の形状は、上流側から下流側に向かって徐々に狭くなる形状となっている。
各静翼１７は、圧縮機後方ケースリング１５及び他のケースリング１５ａそれぞれの内周面に対して、前記ロータの軸線を中心とする周方向に並んで固定されており、なおかつ、軸線方向で見た場合に、前記各動翼１３と交互に配置されるようになっている。
【００２２】
そして、前記ロータが回転することにより、各ロータディスク１２及び各動翼１３も回転するため、圧縮流路１４内の空気を下流側に向かって圧送する流れ（主流ｍｆ）を生じせしめるものとなっている。
このガスタービン圧縮機１１から圧送された圧縮空気は、図示されない燃焼器へと導かれ、該燃焼器内で燃料と混合して燃焼することで燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、膨張しながらガスタービン側の静翼及び動翼（図示せず）を回転させることにより、ガスタービン側のロータを回転駆動するものとなっている。
【００２３】
抽気室１６は、ケース本体１８内部に形成された環状の凹所空間であり、主流ｍｆの一部（例えば主流の４〜１０％）を抽気ｃｆとして一端導入されるようになっている。すなわち、圧縮機後方ケースリング１５と、その上流側に隣接する他のケースリング１５ａとの間の、対向する端面間に形成される環状の隙間が、抽気流路１９となっており、この抽気流路１９を介して、抽気ｃｆが抽気室１６内に取り込まれるようになっている。
抽気室１６に一端取り込まれた抽気ｃｆは、抽気室１６に連通するようにケース本体１８に設けられたフランジ１８ａを介して外部に取り出された後、前記ガスタービン側の静翼及び動翼へと導かれてこれらを冷却する。
【００２４】
そして、本実施形態のガスタービン圧縮機１１では、圧縮機後方ケースリング１５と抽気室１６との間に、該抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流す冷却流路１５ｂ１を設けた点が、特に特徴的となっている。
この冷却流路１５ｂ１は、前記外周面１５ｂと、前記他のケースリング１５ａ側に固定された流れガイド部材２０の内周面２０ａとの間に形成される流路であり、圧縮機後方ケースリング１５の軸線を含む断面で見た場合の軸線方向の範囲Ｒ１が、外周面１５ｂの上流端位置から、最下流位置の動翼１３ａに対応した位置にかけての範囲Ｒ２を含むようになっている。これにより、抽気流路１９を入口として取り込んだ抽気ｃｆが、外周面１５ｂの上流側から下流側に向かって奥深くまで導くことが可能となっている。
【００２５】
図２に示すように、冷却流１５ｂ１は、主流ｍｆの上流側より見た場合の形状が、流れガイド２０によって被われる、後方ケースリング１５の外周面１５ｂが、前記軸線を中心とした周方向に凹凸形状（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ ｓｈａｐｅ）となっている。このような形状を採用することにより、冷却流路１５ｂ１の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることができるようになる。
同様に、この冷却流路１５ｂ１に対向する、ケース本体１８の内周面１８ｂの一部も、凹凸形状（ｓｃａｌｌｏｐｅｄ ｓｈａｐｅ）となっている。この凹凸形状により、冷却流路１５ｂ１の奥までたどり着いてさらに抽気室１６に向かって折り返す際の抽気ｃｆを、乱れのない流れに整流することが可能となっている。
【００２６】
圧縮機後方ケースリング１５は、例えば、ＳＵＳ４１０などの低線膨張材を素材とする環状部品であり、その半径方向に拡径可能にケース本体１８内部に取り付けられている。さらに、この圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃには、熱遮蔽コーティング１５ｃ１が施されている。このような材質の選定ならびにコーティングの施工により、圧縮機後方ケースリング１５の熱変形量が最小とされている。
【００２７】
すなわち、低線膨張材の採用により、同じメタル温度でも熱伸びを小さくすることができるので、圧縮機後方ケースリング１５の全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。さらに、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施工したことにより、同じ境界条件（すなわち、同一の主流温度条件）であっても、主流ｍｆからの入熱量が熱遮蔽コーティング１５ｃ１によって低減されるようになる。これにより、圧縮機後方ケースリング１５のメタル温度を下げることができ、全体的な熱膨張量を小さくすることができるようになる。
したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを、小さく抑えることができるようになる。
なお、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施工する個所としては、内周面１５ｃの全面に施すことも考えられるが、この内周面１５ｃの平滑度を保つことを考慮して、図１に示すような、特に主流温度が高くなる部分に限定して施すことが好ましい。
【００２８】
前記ガイド部材２０は、例えばＳＵＳなどの薄いシートで良く、前記他のケースリング１５ａに対して、ボルト２０ｂで固定されていて、前記範囲Ｒ１から前記範囲Ｒ２を被うように形成された環状スリーブ又は分割型の環状スリーブで良く、その被い面は滑らかで球面をなしている。そして、このガイド部材２０により、抽気ｃｆを、直接的に抽気室１６に向かわせず、冷却流路１５ｂ１に向かわせるようになっている。なお、このガイド部材２０としては、前記他のケースリング１５ａと別部品としても良いし、もしくは、一体部品としても良い。さらには、抽気室１６内への流入口を傾斜させ、ガイド部材２０の被い面に流れの一部を当接させるようにしても良い。
【００２９】
以上説明の構成を有するガスタービン圧縮機１１によれば、抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流してから、抽気室１６に導入することで、運転時における各動翼１３の先端と内周面１５ｃとの間のクリアランス寸法を最小に制御できるようになる。すなわち、圧縮機後方ケースリング１５内を流れる主流ｍｆは、圧縮作用を受けるため、下流側に向かうにしたがって昇温し、内部より圧縮機後方ケースリング１５を加熱するが、冷却流路１５ｂ１を流れる抽気ｃｆが圧縮機後方ケースリング１５を周囲より冷却するため、その軸線方向の温度勾配が小さくなるように制御される。
【００３０】
以上説明の本実施形態のガスタービン圧縮機１１、及び、そのクリアランス制御方法の効果を以下にまとめる。
すなわち、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５と抽気室１６との間に、該抽気室１６に向かう途中の抽気ｃｆを、圧縮機後方ケースリング１５の外周面１５ｂに沿って流す冷却流路１５ｂ１が形成されている構成／方法を採用した。これによれば、冷却流路１５ｂ１を流れる抽気ｃｆが圧縮機後方ケースリング１５を周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリング１５は、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランス寸法を、最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３１】
また、本実施形態では、冷却流路１５ｂ１の、圧縮機後方ケースリング１５の軸線方向の形成範囲が、外周面１５ｂの上流端位置から、最下流位置の動翼１３ａに対応した位置にかけての範囲を含む構成／方法を採用した。これによれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【００３２】
また、本実施形態では、冷却流路１５ｂ１の形状を、凹凸形状とする構成を採用した。この構成によれば、冷却流路１５ｂ１の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５が低線膨張材を素材とする構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるので、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃに、熱遮蔽コーティング１５ｃ１を施す構成を採用した。この構成によれば、主流ｍｆからの入熱量が熱遮蔽コーティング１５ｃ１によって低減されるので、運転時における、圧縮機後方ケースリング１５の内周面１５ｃと各動翼１３の先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のガスタービン圧縮機は、圧縮機後方ケースリングと抽気室との間に、該抽気室に向かう途中の抽気を、圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流す冷却流路が形成されている構成を採用した。この構成によれば、冷却流路を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリングは、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３５】
また、請求項２に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１に記載のガスタービン圧縮機において、前記冷却流路の、圧縮機後方ケースリングの軸線方向の範囲が、少なくとも、外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含む構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【００３６】
また、請求項３に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１または請求項２に記載のガスタービン圧縮機において、抽気流入口を被う環状スリーブを配し、抽気が圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流れるように構成した。この構成によれば、圧縮機後方ケースリングを、その周囲より確実に冷却することが可能となる。
【００３７】
また、請求項４に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、前記抽気室内の冷却流路の形状が、凹凸形状とされている構成を採用した。この構成によれば、冷却流路の伝熱面積が、単純な曲面形状とする場合に比較して大きくなるので、より高い冷却効果を得ることが可能となる。
【００３８】
また、請求項５に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、圧縮機後方ケースリングが低線膨張材を素材とする構成を採用した。この構成によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるので、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００３９】
また、請求項６に記載のガスタービン圧縮機は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスタービンにおいて、圧縮機後方ケースリングの内周面に、熱遮蔽コーティングを施す構成を採用した。この構成によれば、主流からの入熱量が熱遮蔽コーティングによって低減されるので、運転時における、圧縮機後方ケースリングの内周面と各動翼先端との間に形成されるクリアランスを小さく抑えることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００４０】
本発明の請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流してから、抽気室に導入する方法を採用した。この方法によれば、圧縮機後方ケースリングの外周面を流れる抽気が圧縮機後方ケースリングを周囲より冷却して、その軸線方向の温度勾配を小さくすることができる。これにより、熱膨張時の圧縮機後方ケースリングは、その軸線方向の各位置における径方向の伸びが略均等になるので、熱変形の仕方が把握しやすくなり、最適なクリアランスを確保するための設計が容易に行えるようになる。したがって、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を最適にすることができるようになり、圧縮機の効率の更なる向上が可能となる。
【００４１】
また、請求項８に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法は、請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法において、前記外周面に対する抽気の流れ範囲が、少なくとも、外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含める方法を採用した。この方法によれば、運転時における、圧縮機後方ケースリング内周面と動翼先端との間に形成されるクリアランス寸法を、より確実に最適寸法に確保することが可能となる。したがって、より確実に圧縮機の効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン圧縮機の一実施形態を示す図であって、図３のＡ部に相当する部分拡大断面図である。
【図２】同ガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】従来のガスタービン圧縮機の要部を示す図であって、ロータの軸線を含む断面で見た場合の部分断面図である。
【符号の説明】
１３・・・動翼
１４・・・圧縮流路
１５・・・圧縮機後方ケースリング
ｍｆ・・・主流
ｃｆ・・・抽気
１６・・・抽気室
１１・・・ガスタービン圧縮機
１５ｂ・・・外周面
１５ｂ１・・・冷却流路
１５ｃ１・・・熱遮蔽コーティング
Claims (8)
- ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機において、
前記圧縮機後方ケースリングと前記抽気室との間には、該抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流す冷却流路が形成されていることを特徴とするガスタービン圧縮機。 - 請求項１に記載のガスタービン圧縮機において、
前記冷却流路は、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合の前記軸線方向の範囲が、少なくとも、前記外周面の上流端位置から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とするガスタービン圧縮機。 - 請求項１または請求項２に記載のガスタービン圧縮機において、
前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気する抽気流入口を被うように環状又は分割型の環状スリーブを配し、
前記抽気が、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流れるようにしたことを特徴とするガスタービン圧縮機。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、
前記冷却流路を前記主流の上流側より見た場合の形状が、凹凸形状とされていることを特徴とするガスタービン圧縮機。 - 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガスタービン圧縮機において、
前記圧縮機後方ケースリングは、低線膨張材を素材とすることを特徴とするガスタービン圧縮機。 - 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガスタービンにおいて、
前記圧縮機後方ケースリングの内周面には、熱遮蔽コーティングが施されていることを特徴とするガスタービン圧縮機。 - ロータディスクの周囲に設けられて該ロータディスクと共に回転する複数枚の動翼と、これら動翼の周囲を囲って内部に圧縮流路を形成する圧縮機後方ケースリングと、該圧縮機後方ケースリングの周囲に設けられて前記圧縮流路内を流れる主流の一部を抽気として導入する抽気室とを備えたガスタービン圧縮機の、前記各動翼の先端と前記後方ケースリングの内周面との間に形成されるクリアランスを制御する方法であり、
前記抽気室に向かう途中の抽気を、前記圧縮機後方ケースリングの外周面に沿って流してから、前記抽気室に導入することを特徴とするガスタービンのクリアランス制御方法。 - 請求項７に記載のガスタービン圧縮機のクリアランス制御方法において、
前記外周面に対する前記抽気の流れ範囲は、前記圧縮機後方ケースリングの軸線を含む断面で見た場合に、少なくとも、該外周面の上流縁から、最下流位置の動翼に対応した位置にかけての範囲を含むことを特徴とするガスタービンのクリアランス制御方法。
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