JP2004036514A

JP2004036514A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2004036514A
Application number: JP2002195559A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Iida; 飯田　耕一郎; Sumio Uchida; 内田　澄生; Koichi Ishizaka; 石坂　浩一; Kazuyuki Matsumoto; 松本　和幸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】ガスタービン流路内部の周方向の温度分布に合わせて静翼を冷却することにより、ガスタービン効率の向上と静翼の長寿命化が図れるガスタービンを提供する。
【解決手段】空気圧縮機１から吐出された高圧空気を燃焼器２２に供給し、該燃焼器２２で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスでタービン２を駆動するガスタービンにおいて、前記タービン内に配された所定段静翼４の各翼４Ａ，４Ｂをタービン流路内部の周方向温度分布に応じて冷却する冷却手段として、前記燃焼器２２の出口に対向する翼４Ａの当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔３０の数をその他の翼４Ｂの冷却孔３０の数より多くした。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバインドサイクルプラント等を構成するガスタービンに係り、、一層詳細には、圧縮機から吐出された高圧空気と供給された燃料との燃焼により発生する、高温、高圧の燃焼ガス中で作動する静翼を冷却する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種ガスタービンの冷却系として、例えば図５に示すようなものがある。
図５において、軸流式の空気圧縮機１とタービン２が一体に形成されたガスタービンは、一対の軸受３で支えられている。また、タービンの内車室には、第１段静翼４、第２段静翼５、第３段静翼６、第４段静翼７が順次設けられており、タービンディスク８、９、１０、１１に設けられた第１段動翼１２、第２段動翼１３、第３段動翼１４、第４段動翼１５がそれぞれ前記静翼と交互に配置されている。尚、図５は系統図のため、タービンの構造等については、要部のみを概略的に示している。
【０００３】
そして、空気圧縮機１からの吐出空気の一部は、配管１６を通して第１段静翼４へ供給され、これを冷却している。また、空気圧縮機１の中間段抽気は、それぞれ外部配管１７、１８、１９を通して第２段静翼５、第３段静翼６、第４段静翼７へ供給され、各段の静翼をそれぞれ冷却している。更に、空気圧縮機１からの吐出空気の他の一部は外部に導かれ、空気濾過器２０および空気冷却器２１を経て再びタービンへ流入し、タービンディスク８、９、１０、１１や各動翼１２、１３、１４、１５を冷却する。これらタービンを冷却した空気は、主ガスに合流する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ガスタービンの高効率化（高温化）に伴いタービン入口温度は、１５００℃にも達している。しかも、図４に示すように、ロータ（回転系）の周囲に複数本設置した燃焼器２２の各出口中央部が温度が高いことから、ガスタービン内部の流れには周方向に温度分布が生じている。最近、２段目以降などの比較的下流においても、この温度分布が残っているいることが判っている。つまり、第１段静翼４と第２段静翼５において、高温ガスＡに晒される翼４．Ａと５．Ａが高温ガスＡの流れから外れた翼４．Ｂと翼５．Ｂより熱負荷が高いのである。
【０００５】
ところが、現状では、前記周方向温動分布を考慮せず、周方向に同じ冷却構造・形状を有する静翼を配置し、同じ冷却流量を供給している。このため、部分的に（翼によっては）冷却が足りない、又逆に、過冷却になっているなどの問題点があった。
【０００６】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、ガスタービン流路内部の周方向の温度分布に合わせて静翼を冷却することにより、ガスタービン効率の向上と静翼の長寿命化が図れるガスタービンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成するための本発明に係るガスタービンは、空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、前記タービン内に配された所定段静翼の各翼をタービン流路内部の周方向温度分布に応じて冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の数をその他の翼の冷却孔の数より多くしたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の孔径をその他の翼の冷却孔の孔径より大きくしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に冷媒を供給する配管の有効通路断面積をその他の翼の配管の有効通路断面積より大きくしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービンを実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例を示すガスタービンの系統図、図２は同じく要部概略構成図である。
【００１３】
図１に示すように、軸流式の空気圧縮機１とタービン２が一体に形成されたガスタービンは、一対の軸受３で支えられ、空気圧縮機１から吐出された高圧空気を燃焼器２２に供給し、該燃焼器２２で別途供給された燃料（ガス）との燃焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスでタービン２を駆動し、このタービン２の駆動力を前記空気圧縮機１に出力すると共に余剰の駆動力を外部へ出力するようになっている。
【００１４】
また、タービンの内車室には、第１段静翼４、第２段静翼５、第３段静翼６、第４段静翼７が順次設けられており、タービンディスク８、９、１０、１１に設けられた第１段動翼１２、第２段動翼１３、第３段動翼１４、第４段動翼１５がそれぞれ前記静翼と交互に配置されている。そして、空気圧縮機１からの吐出空気の一部は、配管１６を通して第１段静翼４へ供給され、これを冷却している。また、空気圧縮機１の中間段抽気は、それぞれ外部配管１７、１８、１９を通して第２段静翼５、第３段静翼６、第４段静翼７へ供給され、各段の静翼をそれぞれ冷却している。更に、空気圧縮機１からの吐出空気の他の一部は外部に導かれ、空気濾過器２０および空気冷却器２１を経て再びタービンへ流入し、タービンディスク８、９、１０、１１や各動翼１２、１３、１４、１５を冷却する。これらタービンを冷却した空気は、主ガスに合流する。
【００１５】
ここまでの構成は図５と同じであるが、本実施例では、図２に示すように、第１段静翼４の前記燃焼器２２の尾筒出口に対向する翼４．Ａの当該翼内部に供給された空気圧縮機１からの吐出空気の一部（冷媒）が噴出する冷却孔３０の数をその他の翼４．Ｂの冷却孔３０の数より多くして、タービン流路内部の周方向温度分布に応じて冷却し得るようになっている（冷却手段）。
【００１６】
即ち、高温ガスＡ（図４参照）に晒されて熱負荷が高い翼４．Ａが高温ガスＡの流れから外れて熱負荷の低い翼４．Ｂより、冷却空気の循環量を増大してより積極的に冷却されるのである。また、前記冷却孔３０は、各翼４．Ａ，４．Ｂの羽根部４ａは勿論内側シュラウド部４ｂ（及び外側シュラウド部４ｃ）にそれぞれ形成される。尚、図示しないが、第２段以降の静翼４においても同様に構成される。
【００１７】
これにより、全体の冷却空気流量を低減することができ、ガスタービン効率の向上が図れると共に、各段の静翼４〜７における居所的な高温化防止が図れ、冷却翼の長寿命化が図れる。
【００１８】
また、上記実施例において、各段の静翼４〜７における翼数を燃焼器２２の数の整数倍とすれば、燃焼器２２の尾筒出口に１個宛確実に翼を位置させられるので、好適である。
【００１９】
［第２実施例］
図３は本発明の第２実施例を示すガスタービンの要部概略構成図である。
【００２０】
これは、第１実施例における各翼４．Ａ，４．Ｂの冷却孔３０の数を同一とし（同一でなくても良いが）、その代わりに冷却孔３０に通じる配管１６において、高温ガスＡ（図５参照）の流れから外れて熱負荷の低い翼４．Ｂの内部に通じる配管１６ｂ内にオリフィス３１を設けて、高温ガスＡに晒されて熱負荷が高い翼４．Ａの内部に通じる配管１６ａより有効通路断面積を小さくした例である。
【００２１】
これによれば、高温ガスＡに晒されて熱負荷が高い翼４．Ａが高温ガスＡの流れから外れて熱負荷の低い翼４．Ｂより、冷却空気の循環量を増大してより積極的に冷却され、第１実施例と同様の作用・効果が得られる。
【００２２】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、各翼４．Ａ，４．Ｂ間で冷却孔３０の孔径を異ならせたり、冷媒や翼材質を変えたりしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の請求項１に係る発明は、空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、前記タービン内に配された所定段静翼の各翼をタービン流路内部の周方向温度分布に応じて冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするので、全体の冷却流量を低減することができ、ガスタービン効率の向上が図れると共に、各段の静翼における居所的な高温化防止が図れ、冷却翼の長寿命化が図れる。
【００２４】
また、請求項２に係る発明は、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の数をその他の翼の冷却孔の数より多くしたことを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の作用・効果が得られる。
【００２５】
また、請求項３に係る発明は、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の孔径をその他の翼の冷却孔の孔径より大きくしたことを特徴とするので、請求項１に係る発明と同様の作用・効果が得られる。
【００２６】
また、請求項４に係る発明は、前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に冷媒を供給する配管の有効通路断面積をその他の翼の配管の有効通路断面積より大きくしたことを特徴とするので、より簡単な手段で請求項１に係る発明と同様の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すガスタービンの系統図である。
【図２】同じく要部概略構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すガスタービンの要部概略構成図である。
【図４】燃焼器出口からの高温ガスの流れを示す模式図である。
【図５】従来のガスタービンの冷却系を示す系統図である。
【符号の説明】
１　空気圧縮機
２　タービン
３　軸受
４　第１段静翼
４Ａ，４Ｂ　翼
４ａ　羽根部
４ｂ　内側シュラウド部
４ｃ　外側シュラウド部
５　第２段静翼
６　第３段静翼
７　第４段静翼
８〜１１　タービンディスク
１２　第１段動翼
１３　第２段動翼
１４　第３段動翼
１５　第４段動翼
１６，１６ａ，１６ｂ　配管
１７〜１９　外部配管
２０　空気濾過器
２１　空気冷却器
２２　燃焼器
３０　冷却孔
３１　オリフィス

Claims

空気圧縮機から吐出された高圧空気を燃焼器に供給し、該燃焼器で別途供給された燃料との燃焼により発生した高温、高圧の燃焼ガスでタービンを駆動するガスタービンにおいて、前記タービン内に配された所定段静翼の各翼をタービン流路内部の周方向温度分布に応じて冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするガスタービン。
前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の数をその他の翼の冷却孔の数より多くしたことを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に供給された冷媒が噴出する冷却孔の孔径をその他の翼の冷却孔の孔径より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２記載のガスタービン。
前記冷却手段として、前記燃焼器の出口に対向する翼の当該翼内部に冷媒を供給する配管の有効通路断面積をその他の翼の配管の有効通路断面積より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２記載のガスタービン。