JP2004353484A

JP2004353484A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2004353484A
Application number: JP2003149396A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sakamoto; 洋坂本; Takeshi Koike; 武士小池
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】流路部の重量に起因した流路部の接続部位等の変形を防止する。
【解決手段】蒸気を燃焼器１２に供給することによって燃焼ガス重量流量を増加させ、この燃焼ガスによって動力を得るガスタービンであって、上記蒸気を上記燃焼器１２に供給するための流路部８は、自らの内部を通過する上記蒸気の流れが及ぼす力によって自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように構成及び配置され、少なくとも一部位が可撓性を有している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼器において生成された燃焼ガスによってタービンブレードを回転させ、これによって動力得るガスタービンの中に、燃焼器に蒸気を供給することで燃焼ガスの重量流量を増加させて高出力を得るものがある。このようなガスタービンの燃焼器に外部のボイラ等によって生成された蒸気を供給する流路部としては、通常、一部に可撓性を持たせた金属ベローズが用いられている。これは、流路部が高温を有する燃焼器に接続されていること及び高温の蒸気が通過することによって、熱膨張するためである。
仮に、上記流路部を剛性配管によって構成すると、流路部の熱膨張（特に流路部の長さ方向への変位）によって、燃焼器を有する構造部材（例えば、ケーシング）が変形してしまう。このような構造部材の内部には、燃焼器に圧縮空気を供給するためのコンプレッサと上記タービンブレードを連結するためのシャフト等が配置されている場合があり、構造部材が変形することによって、上記シャフトに歪みが生じる可能性がある。上記シャフトが歪むとタービンブレードの軸芯が歪むことなり振動が高くなり、最終的にはタービンブレードが回転できなくなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１０５１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の金属ベローズは、その大半を金属によって形成されているために、非常な重量物である。このような金属ベローズの重量が燃焼器を有する構造部材に直接かかると、当該構造部材が歪んでしまうため、通常は、スプリングハンガ等の支持部材によって、金属ベローズの重量の一部を支持している。
しかしながら、上述のように金属ベローズは高温雰囲気にさらされることによって熱膨張するために、これを考慮した上で上記スプリングハンガ等を正確に調整する必要がある。特にスプリングハンガは、剛性が低いために揺れやすく、正確に調整する作業は困難性を極める。また、上述のように金属ベローズは、重量物であるために、作業員１人で持ち上げることが出来ず複数人の作業員によって取付け作業を行う必要がある。これに加え、金属ベローズは大きな構造物であるために、接続する場所が非常に狭い場合には、よりその作業が困難となる。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）流路部の重量に起因した流路部の接続部位等の変形を防止する。
（２）流路部を設置する場合の作業性を向上させる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、蒸気を燃焼器に供給することによって燃焼ガス重量流量を増加させ、この燃焼ガスによって動力を得るガスタービンであって、上記蒸気を上記燃焼器に供給するための流路部は、自らの内部を通過する上記蒸気の流れが及ぼす力によって自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように構成及び配置され、少なくとも一部位が可撓性を有するという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明に係るガスタービンによれば、流路部を通過する上記の流れが上記流路部に及ぼす力によって接続部位にかかる上記流路部の重量が軽減される。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記流路部は、配管及びその接続部によって構成されているという構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、上記流路部において、上記蒸気は下方から上方に向かって流れるという構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、上記第２または第３の手段において、上記配管の長さ及び径は、上記接続部の配置位置及び上記蒸気の流量によって規定されるという構成を採用する。
【００１０】
第５の手段として、上記第２〜第４いずれかの手段において、上記流路部は、複数の配管を有することを特徴とするという構成を採用する。
【００１１】
第６の手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、上記流路部を複数有するという構成を採用する。
【００１２】
第７の手段として、上記第２〜第６いずれかの手段において、上記配管は、全長に亘って可撓性を有するという構成を採用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るガスタービンの一実施形態について説明する。図１は、本発明に係るガスタービンと発電機とが連結された発電装置の全体構成図である。また、図２は、図１におけるＩ−Ｉ’線断面図である。これらの図において、符号Ｇはガスタービンエンジン、Ｈは発電機、Ｊは蒸気供給装置である。なお、本発明に係るガスタービンは、ガスタービンエンジンＧ及び蒸気供給装置Ｊによって構成される。
【００１４】
ガスタービンエンジンＧは、燃焼によって生成された燃焼ガスによって動力を得るものである。このガスタービンエンジンＧは、その内部にコンプレッサ１１、燃焼器１２及びタービンブレード１３を備えるケーシング１、上記タービンブレード１３に連結されるシャフト２、外部から空気を取り込むための吸気ダクト３及び上記燃焼ガスを外部に排出するための排気ダクト４から構成されている。
【００１５】
ケーシング１は、中空の円筒状に形状設定されており、その内部には、図１における左側から順にコンプレッサ１１、燃焼器１２、タービンブレード１３が設置されている。このケーシング１の一方の端部（図１における左側端部）には、吸気ダクト３が設置されており、他方の端部（図１における右側端部）には、排気ダクト４が設置されている。また、このケーシング１の内部には、上記シャフト２が配置されおり、このシャフト２は一方の端部（図１における右側端部）がタービンブレード１３に連結された状態で、ケーシング１及び吸気ダクト３を挿通する状態で配置されている。
【００１６】
コンプレッサ１１は、上記吸気ダクト３から取り込んだ空気を圧縮して燃焼器１２に供給するものであり、上記シャフト２の回転に伴って回転駆動される動翼（図示せず）を備えている。
燃焼器１２は、上記シャフト２を避けるように、シャフト２の周囲に配置されており、燃焼によって燃焼ガスを生成するものである。また、この燃焼器１２には、燃料供給装置（図示せず）及び後述する蒸気供給装置Ｊが接続されている。
タービンブレード１３は、燃焼器１２によって生成された燃焼ガスによって回転駆動される動翼からなるものである。また、上述のように、このタービンブレード１３には、シャフト２が連結されており、当該シャフト２はタービンブレード１３の回転に伴って回転される。
【００１７】
発電機Ｈは、上記シャフト２の回転、すなわちガスタービンエンジンＧにおいて得た動力によって発電するものであり、ギアボックス５を介してシャフト２に連結されている。
【００１８】
蒸気供給装置Ｊは、上記燃焼器１２に蒸気を供給するための装置であり、ボイラ６、ヘッダ管７及び流路部８によって構成されている。
ボイラ６は、内部における燃焼によって得られた熱エネルギによって水を蒸気化するものである。このボイラ６は、本発電装置用に設けても良いが、工場等に既に他の用途で設置されている場合には、そのボイラを用いても良い。
ヘッダ管７は、ボイラ６によって得られた蒸気を流路部８に供給するための金属配管であり、複数の流路部８と接続されている。
【００１９】
流路部８は、上記燃焼器１２に蒸気を供給するための流路であり、下部マニホルド８ａ、複数のフレキシブルチューブ８ｂ（配管）、上部マニホルド８ｃ（接続部）から構成されている。この流路部８は、ケーシング１の燃焼器１２が配置される部位に対応して複数設けられている。
下部マニホルド８ａは、上記上記供給装置Ｊから流入された蒸気を複数のフレキシブルチューブ８ｂに分配供給するものであり、複数本のフレキシブルチューブ８ｂの一端部が接続されている。また上部マニホルド８ｃは、フレキシブルチューブ８ｂから流出した蒸気を再びまとめて燃焼器１２に供給するものであり、複数本のフレキシブルチューブ８ｂの他端部が接続されている。この上部マニホルド８ｃは、下部マニホルド８ａの上方に設けられており、このため、蒸気は上記フレキシブルチューブ８ｂ内を下方から上方に向かって流れる。また、フレキシブルチューブ８ｂは、全長に亘って可撓性を有するように形成されている。
【００２０】
このように、可撓性を有したフレキシブルチューブ８を有する流路部８がケーシング１に接続されることによって、ケーシング１には上部マニホルド８ｃ及びフレキシブルチューブ８ｂの重量の一部が負荷する。これによってケーシング１には、図３に示すように、ケーシング１の中心軸を中心としたモーメントが発生する。
【００２１】
そこで、本発明に係るガスタービンにおいては、上記モーメントによるケーシング１への負荷を軽減させるように、流路部８を構成及び配置する。
具体的には、下部マニホルド８ａと上部マニホルド８ｃとの距離よりも、長いフレキシブルチューブ８ｂを用い、このフレキシブルチューブ８ｂに下方から上方に向けて上記を流すことによって、上記モーメントによるケーシング１への負荷を軽減させるような力をケーシング１に作用させることができる。
【００２２】
また、流路部８は、上記モーメントによるケーシングへの負荷を相殺するように構成及び配置されることがより好ましい。このため、フレキシブルチューブ８ｂの長さ及び径は、フレキシブルチューブ８ｂを通過する蒸気の流量を考慮した上で、上記モーメントによるケーシングへの負荷を相殺するような力がケーシング１に作用するように規定されることが好ましい。
また、フレキシブルチューブ８ｂの本数は、上記燃焼器１２において充分な燃焼ガス重量流量を得るために必要な蒸気の流量が燃焼器１２に供給されるように規定される。
【００２３】
なお、上述した条件を考慮した上で、本実施形態に係るガスタービンエンジンＧのケーシング１には、図２における右側及び左側に各々２つずつの流路部８が接続されている。また、各流路部８は、各々４本ずつのフレキシブルチューブ８ｂを備えている。
したがって、本実施形態に係るガスタービンは、合計１６本のフレキシブルチューブ８ｂによって燃焼器１２に必要な流量の蒸気を供給すると共に、合計４つの流路部８によってケーシング１に負荷する力を軽減している。
【００２４】
すなわち、本発明に係るガスタービンが有する流路部８は、自らの内部を通過する上記蒸気の流れが及ぼす力によって、自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように構成及び配置されている。
【００２５】
また、本発明に係るガスタービンによれば、流路部８を容易に複数の部材によって細かく構成することができる。このため、本ガスタービンの組立作業が容易となり１人の作業員で流路部８を組立てることが可能となると共に、狭い作業現場であっても容易に流路部８を組てることが可能となる。
【００２６】
次に、このように構成された本発明に係るガスタービンを用いた発電装置の動作について説明する。
【００２７】
ボイラ６の熱エネルギによって得られた蒸気は、ヘッダ管７を介して４つの流路部８に流入する。そして、各流路部８に流入した蒸気は、下部マニホルド８ａによって分配されることによって４本のフレキシブルチューブ８ｂに注入される。そして、蒸気は、各フレキシブルチューブ８ｂにおいて下方から上方に流れ、上部マニホルド８ｃを介して燃焼器１２に流入される。
ここで、各フレキシブルチューブ８ｂは、自らの内部を流れる蒸気によって、上方に向けて作用する力を受ける。そして、上部マニホルド８ｃは、４本のフレキシブルチューブ８ｂによって上方に向けて作用する力を受ける。この力によって、上部マニホルド８ｃ及びフレキシブルチューブ８ｂの重量の一部に起因して発生するケーシング１への負荷が軽減される。このようにして４つ全ての流路部８において、流路部８の重量の一部に起因して発生するケーシング１への負担が軽減される。
【００２８】
また、合計１６本のフレキシブルチューブ８ｂによって蒸気が燃焼器１２に供給されることで、燃焼器１２には、所望の流量の蒸気が供給される。なお、ここで言う所望の流量とは、タービンブレード１３を充分な回転数で回転させるために必要な燃焼ガス重量流量を得るための流量であり、このタービンブレード１３の回転によって後述するように所望の動力が得られる。
【００２９】
これに加え、フレキシブルチューブ８ｂは全長に亘って可撓性を有しているため、燃焼器１２及び蒸気によって加熱されることで熱膨張した場合であっても、その熱膨張による力は、フレキシブルチューブ８ｂにおいて吸収される。このため、ケーシング１にフレキシブルチューブ８ｂの熱膨張に起因する力は作用しない。
【００３０】
また、燃焼器１２には、吸気ダクト３から取り込まれた後コンプレッサ１１によって圧縮された空気も流入される。そして、燃焼器１２に流入した蒸気及び空気が燃料と混合され、さらに燃焼されることによって、タービンブレード１３を充分な回転数で回転させるために必要な重量流量の燃焼ガスが得られる。そして、この燃焼ガスは、タービンブレード１３を回転させた後排気ダクト４から外部に排出される。
【００３１】
このタービンブレード１３の回転によって得られた動力は、タービンブレード１３に連結されたシャフト２を介して、ガスタービンエンジンＧの外部に設置されたギアボックス５に伝達される。この際、タービンブレード１３の回転によって得られた動力は、シャフト２に連結されたコンプレッサ１１の動翼を回転駆動させることによってコンプレッサ１１を駆動させる。すなわち、タービンブレード１３の回転によって得られた動力によってコンプレッサ１１が駆動され、その後、残った動力がシャフト２を介してギアボックス５に回転動力として伝達される。
【００３２】
回転動力はギアボックス５によってその回転数を発電機Ｈに対して好適に減速される。そして、発電機Ｈは、この好適に減速された回転動力によって発電し、当該発電によって得られた電力は、外部に出力される。
【００３３】
なお、上記実施形態において説明した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記実施形態において、フレキシブルチューブ８ｂは、全長に亘って可撓性を有しているとした。しかしながら、それに限定されるものではなく、フレキシブルチューブの一部に可撓性を持たせるだけでも良い。なお、この場合においても当然流路部は、自らの内部を通過する蒸気の流れが及ぼす力によって、自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように配置及び構成される。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蒸気を燃焼器に供給することによって燃焼ガス重量流量を増加させ、この燃焼ガスによって動力を得るガスタービンであって、上記蒸気を上記燃焼器に供給するための流路部は、自らの内部を通過する上記蒸気の流れが及ぼす力によって自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように構成及び配置され、少なくとも一部位が可撓性有するので、流路部の重量に起因した流路部の接続部位等の変形を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンと発電機とが連結された発電装置の全体構成図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ’線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る流路部がケーシングにかける負荷について説明するための図である。
【符号の説明】
１……ケーシング
１１……コンプレッサ
１２……燃焼器
１３……タービンブレード
２……シャフト
３……吸気ダクト
４……排気ダクト
５……ギアボックス
６……ボイラ
７……ヘッダ管
８……流路部
Ｇ……ガスタービンエンジン
Ｊ……蒸気供給装置
Ｈ……発電機

Claims

蒸気を燃焼器に供給することによって燃焼ガス重量流量を増加させ、この燃焼ガスによって動力を得るガスタービンであって、
前記蒸気を前記燃焼器に供給するための流路部は、自らの内部を通過する前記蒸気の流れが及ぼす力によって自らの重量に起因して自らが接続される部位にかける力を軽減させるように構成及び配置され、少なくとも一部位が可撓性を有することを特徴とするガスタービン。
前記流路部は、配管及びその接続部によって構成されていることを特徴とする請求項１記載のガスタービン。
前記流路部において、前記蒸気は下方から上方に向かって流れることを特徴とする請求項１または２記載のガスタービン。
前記配管の長さ及び径は、前記接続部の配置位置及び前記蒸気の流量によって規定されることを特徴とする請求項２または３記載のガスタービン。
前記流路部は、複数の配管を有することを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載のガスタービン。
前記流路部を複数有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のガスタービン。
前記配管は、全長に亘って可撓性を有することを特徴とする請求項２〜６いずれかに記載のガスタービン。