JP2005511947A5

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Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2006-01-26

Description

湿り圧縮を用いてガスタービンの動力を増大させる方法と装置

本発明は、過剰噴霧を用いるガスタービンユニットとガスタービンユニットの作動方法に関する。更に詳しくは、本発明は、供給された吸気を圧縮し、圧縮された空気を排出するための圧縮機と、圧縮機から排出された圧縮空気と共に燃料を燃焼させる燃焼室と、燃焼室から排出される高温燃焼空気によって駆動されるタービンとを備えたガスタービンユニットに関する。

ガスタービンユニットによって発生可能な動力を増大するために、ガスタービンの作動媒体に、水または他の適当な液体または液体の混合物を加えることがよく知られている。得られる動力の増大は、他にも理由があるが、圧縮機の動力消費を低減しガスタービンユニットの着火を高める、加えられる水の冷却作用と、タービン翼を通過する流量の増大に起因する。

水は水蒸気の形で、すなわち湿った空気の形で加えられるかあるいは本発明の目的である小さな液滴の形で、すなわち水の飽和レベルの上方で空気に加えられる。過剰噴霧として知られているこの技術は通常は、ガスタービンユニットの圧縮機に入る空気流に、特別な大きさの液滴を加えることによって行われる（いわゆる“湿った圧縮”）。吸気流が圧縮機段を通過するときに、水の蒸発のための潜熱が吸気流を冷却するので、吸気の圧縮のために必要な作業の低減によって、湿った圧縮は得られる動力を増大することができる。

ガスタービンユニットの特別な設計と、“湿った圧縮”を用いたガスタービンユニットの運転方法を記載した文献は多数存在する。例えば特許文献１と部分継続出願である特許文献２は、“湿った圧縮”のための装置と、“湿った圧縮”を用いることによって得られる動力を増大させる方法を開示している。これらの文献は水の小滴が圧縮機に入る吸気に加えられる。加えられた水の増加は水が徐々に増えるように行われ、そして噴射の下流でガスタービンユニットの構成要素に生じる熱非平衡の問題により（熱衝撃が或る合金要素に亀裂を生じ、運転中相対的に動く部品の間のクリアランスを望ましくないように減少する）、このように徐々に水を加えることは、１０〜２０分の時間で行われる。更に、水を加えるための提案手段は、一平面内に位置しかつ吸気流の方向に対してほぼ垂直に配置されたノズルの格子のように設計されている。吸気に加えられる水をこのように徐々に増大させることは、この文献に従って、ノズルに供給する水を増やすことによってあるいは水を益々多くのノズルに体系的に供給すること（所定の時間または所定の位置での順次増大）によって達成される。

湿った圧縮を用いるときに、水の添加を制御および最適化するために、特許文献３は、ガスタービンユニットのケーシングひずみに関する破壊作用を有する“湿った圧縮”力増大を監視するための特別な装置を提案している。この文献は、“湿った圧縮”の作用時の熱応力を避けるために、ガスタービンユニットのケーシングや他の構成要素のひずみを注意深く監視しながら、水の添加をスムースに行わなければならないと指摘している。

“湿った圧縮”のために使用される他の特別な装置は特許文献４で提案されている。圧縮機の上流側およびサイレンサの下流側に設けられた液滴噴射装置によって、水が加えられる。水の添加は弁によって制御される。そして、熱応力によっておよび水を吸気に加えるときに付随する他のパラメータを調節すべきである（例えば燃料の添加を調節しなればならない）という事実によって、添加を充分にゆっくりと行うべきであると指摘している。
米国特許第特許第５，９３０，９９０号明細書米国特許第特許第５，８６７，９７７号明細書ＷＯ００／５０７３９米国特許第特許第６，２１６，４４３号明細書

そこで、本発明の目的は、過剰噴霧を用いることによって、すなわち液滴を圧縮機の上流の吸気流に噴射することによって、ガスタービンユニットの得られる軸動力を簡単にかつ構造的に容易に増大させることができるガスタービンユニットとその運転方法を提供することである。更に詳しくは、この目的は、供給された吸気を圧縮し、圧縮された空気を排出するための圧縮機と、圧縮機から排出された圧縮空気と共に燃料を燃焼させる燃焼室と、燃焼室から排出される高温燃焼空気によって駆動されるタービンとを備えたガスタービンユニットに関して達成すべきである。

この目的は独立請求項１と２に記載された技術的な特徴と、請求項１６と１７に記載されたプロセスステップによって達成される。更に詳しくは、この目的はガスタービンユニットにおいて、圧縮機が１５バールよりも大きな圧力比で作動し（すなわち、プロセスは主として大型のガスタービンを対象としているがしかし、大型のガスタービンに限定されない。圧力比は好ましくは２０バールよりも大きい）、ガスタービンユニットによって発生する軸動力を増大する目的で、吸気の流れに液体を噴射するために、少なくとも１個の液滴噴射装置が前記圧縮機の上流側に設けられ、前記液滴噴射装置がガスタービンユニットの軸動力の所望な増大または減少に対応する液体流量が、液滴の形態で直ちに、すなわち液滴流量を増大または減少させるために液滴噴射装置の設計特性によって決定される時間間隔内に、そして実質的に無段階に加算または減少させられ、好ましくは前記液体流量が実質的に吸気の横断面全体にわたって噴射されることによって達成される。

優先的に噴射される液体は実質的にまたは完全に水からなっている。この水はデポジットやスケールの有害な形成を避けるために鉱物質を除去してもよいし、特にデポジットの形成を避けるために添加剤を含んでいてもよい。簡単且つ明瞭にするために、以下において、用語“水”は、圧縮機の上流に噴射されるときに所望な作用を生じる液体を意味するものとして使用される。

“直ちに、すなわち液滴噴射装置の設計特性によって決定される時間間隔内に、”について、“直ちに”は噴射装置の設計（管幅、制御速度および弁速度等）によって決定される境界内でできるだけ迅速に行うことを意味する。用語“直ちに”または“即座の”は以下のような状態で上記の意味を有する。

当業者のあらゆる予想に反しておよび技術水準におけるすべての記述に反して、過剰噴霧を用いて液体流量を直ちに無段階的に追加または減少させることは、上記の文献に述べられている有害な作用を生じないで可能である。驚くべきことに、液滴噴射装置の即座の完全な始動または停止は、水の量をゆっくり増加または減少させることにより、ガスタービン内の定常状態を待たずに可能である。滴が実質的に吸気ガイドの横断面全体にわたって吸気流に加えられると、始動および停止は基本的にはオン／オフ法で行うことができる。予想に反して可能であるこの急速で簡単な切換えは、多数の構造的な簡単化と他の利点をもたらす。一方では、複雑な制御および調整手段は液滴噴射装置のために設ける必要がない。簡単なオン／オフ制御で充分である。それによって、コストと故障源が低減される。他方では、ガスタービンユニットの軸動力増加／低減作用が、水の追加を増大または減少させるためにゆっくりした（段階的な）特別なスロープを用いるときよりも迅速に得られる。

本発明の好ましい実施形に従って、ガスタービンユニットは付加的に冷却システムを備え、この冷却システムはガスタービンユニットの構成要素を冷却するために、圧縮機から排出される圧縮空気または部分的に圧縮された空気を使用し、冷却システムは一定の品質の冷却された冷却空気を生じるように制御される冷却ユニットを備えている。ガスタービンユニット用の冷却システムは、注意深く制御しなければならないきわめて精巧なシステムである。ガスタービンの動作モードのすべての変化が、圧縮機内の状態の発生する変化と冷却システムに入る空気の対応する変化をもたらす。冷却媒体の逆流を避けるためおよび冷却システムによって冷却される構成要素の効率的で充分な冷却を確実に達成するために、冷却システムは一般的に温度と圧力によって制御される。慣用の“湿った圧縮”の始動プランを用いると、冷却システムを強力に制御し、積極的に操作しなければならない。特に、冷却ユニットの下流の冷却媒体の圧力と温度を所望なレベルに、すなわち所望な限界内に保つために、冷却ユニットは水の添加のゆっくりした（段階的な）増大に従って制御しなければならない。驚くべきことに、本発明に従って提案されるような“湿った圧縮”のための簡単化された、水の即座の無段階の添加または減少は、冷却システムの制御をかなり簡単化する。冷却システムの制御は、液滴噴射装置のオン／オフ−コントロールに同期する単一フィードフォワード信号に低減することができる（必要とあらば、ガスタービンユニットのヒステリシス作用を考慮に入れるために、２個のシステムの信号を相対的に少しだけずらすことが可能である）。換言すると、少なくとも１個の噴射装置をオン／オフ法で制御し、好ましくは冷却ユニットが単一信号で制御できるように、ガスタービンを設計することができる。しかしながら、ガスタービンユニットの所望な動力増大または動力低下の別々のレベルを有していてもよいし、２個のシステムのためのこのレベルの対応するオン／オフ可能性を有していてもよい。

冷却器のための単一フィードフォワード信号が噴射システムの緊急時停止のために必須であるので、本願発明によるガスタービンユニットはタービンコントロールシステムを簡単化され、従って信頼性が増大し、故障の発生を抑制する。又、該ガスタービンユニットは、燃料（ガスまたは油）制御弁を備え、この燃料制御弁はガスタービンユニットの所望な燃焼温度を維持するために燃料流量を調節する。燃料制御弁はガスタービン制御システムの複雑な制御機構の制御を受け、燃料制御弁の実際の位置は例えば多数のパラメータに依存し、圧縮機排出状態に制限されない。従って、ガスタービンユニットの過剰燃焼とそれに続く、燃焼質とタービン翼要素の有害作用を避けるために、水がゆっくりと段階的に加えられる場合に、燃料制御弁を強く制御し、積極的に操作する必要がある。なぜなら、液体のこのような添加に応答して、水滴が圧縮機排出空気温度を大幅に変更するからである。これに関連して述べると、ガスタービンユニットの過剰燃焼は、液体噴射流量が減少するときにのみ発生し、圧縮機排出空気温度を上昇させるが、液体噴射流量が増大するときには、燃料弁制御システムの行き過ぎ作用によって、圧縮機排出空気温度を低下させる。本発明は単一フィードフォワード信号を用いて燃料弁の既存の制御の介入を減らすことができる。

本発明の他の好ましい実施形によれば、ガスタービンユニットは更に、液体流量を直ちに無段階に増大または減少させてユニットの動力を迅速に増大させることが可能である。これは特に、ガスタービンユニッによって発生する動力のケースに適用可能であるが、このケースに制限されない。この動力はジェネレータによって電気に変換され、電気ジェネレータの電力網または消費部に供給される。電力網が例えば大型の消費部のスイッチオンまたはオフによって生じるパワー要求の迅速な増大または減少または例えば大型の発電ユニットの緊急時停止によって生じる発電能力の迅速な減少を受けると、電力網の周波数は低下または上昇し、電力網周波数を合理的な安定した状態に維持し、電力網の一部または電力網の全部の破壊を防止するために、複数の秒以内または数分以内の出力発生能力の即座の増大または減少が必要である。低いまたは高い電力網周波数の状況で出力を迅速に増大または減少させるための特別なガスタービンユニットの能力は、“周波数応答”モードで操作される能力として知られている。本発明は、吸気流への水流を即座に無段階に追加することによって、ガスタービンユニットの出力を、大幅に、例えば全負荷能力の１０％だけかつ迅速に、すなわち秒単位の時間で増大または減少させる手段を提供する。ガスタービンユニットが単軸構造であると仮定すると、電力網の周波数が低下するときでも、ガスタービンユニットの軸の速度は対応する値まで低下させられる。その理由は、ガスタービンユニットの軸が電気的なジェネレータの軸に連結され、ジェネレータの軸速度が電力網の周波数に同期しているからである。軸速度が低下した場合、ガスタービンユニットの圧縮機の安定した動作のための限界を定めるサージマージンが低下しやすく、ガスタービンユニットの出力を増大させる能力を制限するかあるいは有害な圧縮機サージを避けるためにガスタービンユニットの出力を強制的に低下させ、従って電力網の発電能力を低下させることになる。本発明による液体噴射手段は、軸速度が低下した場合でも出力を迅速に増大させるガスタービンユニットの能力を改善する。この軸速度の低下は、水の即座および無段階の添加によって、ガスタービンユニットの圧縮機のサージマージンが圧縮機翼区間の冷却により増大するように行われる。本発明の他の好ましい実施形によれば、ガスタービンユニットが更に、圧縮機の上流に位置する吸気マニホルドと、伸縮継手によって吸気マニホルドに連結され、吸気マニホルドの上流に位置する吸気ダクトとを備え、液滴噴射装置が本質的に、吸気ダクトと吸気マニホルドの間の伸縮継手に位置し、吸気ダクトが好ましくは、液滴噴射装置の上流に位置するサイレンサと、吸気ダクトの入口に位置するフィルタを備え、好ましくは吸気を冷却するための付加的な冷却手段がフィルタの下流に位置している。液滴噴射装置が伸縮継手の近くにまたは伸縮継手に設けられていると、滴が横断面にわたって分配され、小さなサイズの滴が発生し、液滴噴射装置が容易に設置可能であり、整備が簡単であるという利点がある。他の好ましい実施形によれば、液滴噴射装置が、好ましくは支持ラック上にほぼ平行に配置された噴霧水ダクトの格子を備え、この噴霧水ダクトの下流側に、噴霧ノズルが吸気の流れに滴を噴射するために取付けられ、好ましくは液滴噴射装置によって噴射される液滴の大きさが２〜４０μｍ、好ましくは約１０μｍである。噴霧水ダクトの間隔と、この噴霧水ダクトに取付けられた噴霧ノズルの間隔は好ましくは、吸気の流れに同じように滴を分配するために、吸気の流れに適合させられる。ノズルは好ましくは、ガスまたはガスに類似するものと液体を供給する二成分ノズルである。本発明の他の好ましい実施形によれば、液滴噴射装置が圧縮機入口に近接して、好ましくは圧縮機ベルマウスに位置している。圧縮機入口に対する滴噴射位置の距離を最小限に抑えると有利である。なぜなら、二次的な滴形成、集塊による噴射滴の寸法の増大、吸気マニホルド内の壁または他の固定要素での水の損失と、吸気流れの偏向による遠心作用が防止されるからである。

冷却システムに関して、他の有利な実施形では、冷却された冷却空気が約３００〜４００°Ｃの温度、好ましくは３３０〜３８０°Ｃの温度を有するように制御され、±１０°Ｃの誤差を許容し、圧力が１５〜４０バール、好ましくは２０〜３０バールに維持される。このような小さな許容誤差を有する冷却システムのために、本発明による過剰噴霧のスイッチオン／オフが可能である。本発明によるガスタービンユニットの他の好ましい実施形は従属請求項に記載されている。

本発明は更に、供給された吸気を圧縮し、圧縮された空気を排出するための圧縮機と、前記圧縮機から排出された圧縮空気と共に燃料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室から排出される高温燃焼空気によって駆動されるタービンとを備えているガスタービンユニットからの軸動力の発生を増大または減少させるためのプロセスに関する。本発明による上記ガスタービンユニットに従って、前記プロセスは、前記圧縮機が１５バールよりも大きな圧力比で作動し（すなわち、プロセスは主として大型のガスタービンを対象としているがしかし、大型のガスタービンに限定されない。圧力比は好ましくは２０バールに等しい）、ガスタービンユニットによって発生する軸動力を増大するために、前記圧縮機の上流側に設けられた少なくとも１個の液滴噴射装置によって、液体が吸気の流れに噴射され、ガスタービンユニットの軸動力の所望な増大または低下に対応する液滴の形態の液体流量の即座の無段階の追加によって、前記噴射が行われ、好ましくは前記液体流量が実質的に吸気ガイドの横断面全体にわたって噴射されることを特徴とする。上記のように、驚くべきことに、液滴噴射装置の即座の完全な始動または停止は、ゆっくり増大または減少する液量を用いることによってガスタービン内の安定した状態を待たずに可能である。滴が吸気ガイドのほぼ全横断面にわたって吸気流に添加されると、始動または停止はオン／オフ法で一層容易に行うことができる。

本発明のプロセスの第１の好ましい実施形によれば、ガスタービンユニットが付加的に冷却システムを備え、この冷却システムがガスタービンユニットの構成要素を冷却するために、圧縮機から排出される圧縮空気または部分的に圧縮された空気を使用し、冷却システムが冷却された冷却空気の品質に依存して制御される冷却ユニットを備えている。大型のガスタービンユニットの冷却システムは、冷却媒体が使用される位置で一定の条件を維持できるようにするために、非常に正確な制御を必要とする非常に精巧な装置である。従って、液滴噴射装置がインクリメンタルスキームを使用して切換えられると、冷却装置は冷却空気が分岐する圧縮機内の状態の増分変化に従って制御しなければならない。プロセスは好ましくは、上記のようにガスタービンユニットを用いて行われる。

前記プロセスの他の有利な実施形によれば、１０％までガスタービンユニットの動力を増大させるために、水の０．５〜５質量％、好ましくは１．０〜３．０質量％が吸気に噴射される。水は２５０バール以下の圧力で、好ましくは１００〜１８０バールの圧力で、更に好ましくは約１４０バールの水圧で噴射され、この圧力が１〜６０秒、好ましくは１０〜３０秒内に直ちに高められる。ガスタービンユニットの始動のために、第１のステップでガスタービンユニットが全負荷で始動され、付加的な冷却システムの場合に、この冷却システムのスイッチを入れ、１５〜４５分、好ましくは約３０分遅れた後で、液滴噴射装置によって水が追加される。

ガスタービンユニットによる動力の発生を増大させるためのプロセスに関する他の好ましい実施形は、従属請求項に記載してある。本発明は更に、電力を発生する分野および機械的な動力を発生する分野で上記のガスタービンユニットを使用する。

次に、添付の図を用いて、本発明、その特徴および効果を詳細に説明する。

図１はガスタービンユニットの概略図である。吸入空気１０は圧縮機１／２に入る。この圧縮機は本実施の形態では低圧で作動する第１段１と高圧で作動する第２段２に分割されている。部分的に圧縮された吸入空気１１が第１段１から出て、高圧の第２段２に供給される。部分的に圧縮された空気１１は高圧の第２段２に入る前に、冷却手段２１によって冷却することができる（いわゆる中間冷却）。この冷却は、ガスタービンユニットの出力を増大させために行われる。吸入空気を完全に圧縮した後で、圧縮空気１２は燃焼室８に入る。この燃焼室８にはダクト９から燃料が供給される。燃焼室８から排出される高温空気１３はタービン段３に供給される。タービン３から排出される排気１４は、煙突から周囲に直接排出可能であるかあるいは図１に示すように、蒸気タービン４用の蒸気を発生するために熱回収蒸気発生器１５内で使用され、そして煙突１６を介して排出可能である。後者の場合、水１７が蒸気タービン４に供給される蒸気１８を発生するために熱回収蒸気発生器（蒸気ドラム、蒸発器、エコノマイザ等）内のダクト系に供給される。蒸気タービン４から出る蒸気は周囲に排出されるかまたは熱回収蒸気発生器１５に再び入るために凝縮器によって再利用可能である。

図１はいわゆる単軸ガスタービン装置、すなわち圧縮機１／２、ガスタービン３、ジャネレータ５および蒸気タービンが１本の軸６上に配置されているガスタービン装置を示している。これらのユニットをクラッチによって互いに切り離すことができるようにしてもよい。

概略的な図１には更に、ガスタービンユニットの構成要素を冷却するために冷却手段が設けられている。通常は、部分的にまたは完全に圧縮された冷却空気２２が、圧縮機内の内の圧縮段からまたは圧縮機の端部から分岐している。圧縮機内での圧縮プロセスが圧縮空気をかなり加熱するので、この空気は冷却のために、所望の温度レベルまで冷却しなければならない。そのために、冷却ユニット２４が、冷却空気２５を噴射する位置の上流において冷却空気ダクト内に設けられている。冷却ユニット２４は例えば慣用の熱交換器のようにいろいろな構造を有することができる。冷却空気ダクト内の液体の付着または凝縮（圧縮機の上流で強い過剰噴霧作用が発生すると、きわめて重大である）を避けるために、滴分離器２３（例えば遠心分離機）が設けられている。この滴分離器は好ましくは冷却ユニット２４の上流でダクト内に設けられるがしかし、液体の付着が部分的に防止される他のすべての位置に設けることができる。冷却空気は図１に示すように、例えば燃焼室８、タービン３，４等を冷却するために、いろいろな位置で使用することができる。もし必要であれば、冷却空気は冷却作用を高めるために蒸気と混合することができる。冷却システムを正しく作動させるために、条件を満足するように冷却システムのバランスがとられる。第１に、冷却ダクト内の圧力は、冷却ダクトへの冷却空気の逆流を避けるために、冷却空気の噴射位置の圧力よりも高くなければならない。というのは、通常、冷却空気は周囲から取り入れないで、コンプレッサから分岐するからである。このコンプレッサでは、既に高い圧力が得られる（これは、上述のように、圧縮プロセスによって空気が周囲温度で得られるという固有の欠点を有する）。第２に、冷却空気の噴射個所で構成要素の効果的な冷却を可能にするために、冷却空気の温度は或るレベルを超えてはならない。一般的に、この冷却システム内の温度と圧力に関する許容誤差は非常に小さく、冷却空気の温度と圧力を安定化およびバランスさせるために、高性能の制御機構を必要とする。

一般的に、冷却空気の温度は３００〜６００°Ｃであり、圧力は圧縮機から排出される個所で１０〜３０バールである。代表的なものは、２０バールのときに４００°Ｃであり、３０バールのときに５００°Ｃである（比較のため：燃焼室に供給される圧縮空気１２は通常は約５００°Ｃの温度を有する）。冷却ユニット２４の下流の冷却空気は、３００〜４００°Ｃの温度、好ましくは３３０〜３８０°Ｃの温度を有する。温度に関する許容誤差は一般的に、冷却システムを正しく作動させるために、±１０°Ｃ未満に保つことが要求される。冷却空気流の圧力は１５〜４０バール、好ましくは２０〜３０バールである。圧力に関する許容誤差は一般的に、±0.5 バール未満に保つことが要求される。この圧力と温度の要求を満たすために、冷却ユニット２４はいろいろな場所（以下参照）での温度と圧力の測定に依存して制御される。

図２ａまたは２ｂはガスタービンユニットの吸気口範囲を示している。一般的に、吸気１０は大きな横断面のダクトによって吸引される。このダクトは入口に、塵埃と他の有害粒子の流入を避けるために、フィルタ２８を備えている。このフィルタのすぐ下流には、第１の蒸発式吸気冷却ユニット２９／３３が設けられている。この冷却ユニットは吸気流れに液体を添加するすべてのシステムを意味する。この液体は実質的に、ガスタービンユニットの圧縮機に入る前に蒸発し、冷却作用と、ガスタービンユニットへの吸気流の増大とを生じる。これは例えば図２ａに示す液体噴霧スプレーシステム（“噴霧システム”）２９の形でもよいし、図２ｂに示す多孔質媒質（蒸発冷却器）３３の形でもよい。各々の蒸発式冷却システムは吸気の湿度をできるだけ飽和近くまで高める。蒸発式冷却器３３の下流には好ましくは、過剰の大きな滴がガスタービンユニットの圧縮機に入らないようにするために、滴捕集器３４が設けられている。後述の過剰噴霧手段３２の使用と同じ作用を達成するために吸気流を飽和させるのに必要な液体よりも多い液体を噴射するために、噴射スプレー装置２９を使用することができる。続いて、吸気ダクト２７の横断面が狭められ、それによって吸気１０の流速が上昇する。一般的に、この横断面縮小部の下流には、サイレンサが吸気ダクト内に設置されている。サイレンサの下流において、吸気ダクト２７は伸縮継手３１によって吸気マニホルド２６に連結れている。吸気マニホルド２６はガスタービンユニットに固定連結され、従ってガスタービンの振動を受ける。それに対して、吸気ダクト２７は地面に直接連結され、ガスタービンから受ける振動が少ない。これは吸気マニホルドと吸気ダクトの間に伸縮継手３１を設けたことによって達成される。伸縮継手３１の位置は液滴噴射装置３２ａを配置するために好ましい位置であるがしかし、液滴噴射装置のための位置に限定されない（以下参照）。液滴噴射装置３２ａの下流において、吸気をできるだけスムースに圧縮機に案内する吸気マニホルド２６が圧縮機１／２の入口に連結されている。この圧縮機は本例では中間冷却しない圧縮機である。液滴噴射装置の代替的な位置は、圧縮機入口にできるだけ近接した圧縮機ベルマウス（３２ｂ）またはサイレンサ背部（３２ｃ）である。

両要素２９，３２ａ／３２ｃは好ましくは、ガスタービンユニット内での付着を避けるために鉱物質除去水を噴射し、１００バールよりも高い水圧が使用される。

ガスタービンユニットの入口領域における状態を一層詳細に説明するために、図３はガスタービンユニットの軸方向断面、特にその吸気マニホルド２６を通過する断面を示している。この図から判るように、液滴噴射装置３２ａは、吸気ダクト２７と吸気マニホルド２６の間のところで吸気の流れ１０に対してほぼ垂直に配置されている。液滴噴射装置３２ａは好ましくは伸縮継手３１の吸気ダクト側に配置されている。この配置は、図示のように、振動を受けにくく、機器の圧力損失が小さく、そして小さな滴と同じ滴分配であるという利点があることが判った。吸気は液滴噴射装置３２ａによって過飽和され、そして特別な流れ適合ハウジング（吸気マニホルド、図４）によって圧縮機１／２内に偏向される。この圧縮機では、空気は中間冷却されずに幾つかのステップで圧縮される。不規則なケースでの損傷を避けるために、ガスタービンユニットのケーシング内の温度プロファイルを監視すべきである。

図５は液滴噴射装置３２ａとして使用可能なノズルラックを示している。ラックは支持枠３７を備え、この支持枠、特に液体ダクト３５が、特に約２０〜３０ｃｍの可変の間隔をおいて取付けられている。この水ダクト３５には、液体霧化ノズル３６が取付けられている。この液体霧化ノズルは流量が大きく、滴な良好な円錐形であり、滴の大きさが小さく、それによって翼侵食率が低減される。１本の水ダクトに通常は５〜１５個のノズルが取付けられる。図５から判るように、ノズルの間隔とパイプの間隔は規則的でなくてもよい。水ダクト３５と液体霧化ノズル３６の位置決めは、同じ滴配分を行うために、重み付き流れ方法であるべきである。例えば、吸気が吸気マニホルド２６に入るために水平方向から垂直方向にほぼ直角に向けられる、図２ａ／２ｂに示すような吸気ダクト２７と吸気マニホルド２６の場合、吸気流に対してほぼ垂直に測定した、伸縮継手の領域における最高流速は、曲げ部の外側に近接した位置にあり、最高速度は通常は曲げ部の外側に近接した３分の１の範囲内にある。ノズル密度は通常は、吸気流の横断面内で微細な滴の均一な分布を達成するために、特別な位置の速度にほぼ比例させることが可能である。これは、すべてのノズルに同じように水が供給される場合に適用される。従って、ノズルが空気の流れに従って配置されていると、流速の高い範囲やノズルの密度の高い範囲で、多量の水が噴射される。一般的に、すべてのノズルに水が同じように供給されると、均一な高い品質の滴を達成することは容易である。しかしながら、均一に配置されたノズルや均一に供給するノズルによって、同じ作用を達成することできる。このノズルは流速の速い範囲にあり、多量の水を供給する。流れに適合したノズルの配置と、ノズルの個別的な供給とを組み合わせることができ、ダクト内の流れ状態がガスタービンユニットの動作モードに依存して大きく変化するときに、この組合せは有利である。ノズルは、良好な滴品質を提供するためにガスまたはガスに類似した物と液体が供給される二成分ノズルとして形成可能である。

上記のように、過剰噴霧システムを、例えば図２ａの手段２９によってまたは図２ｂの手段３３によって示すような慣用の蒸発式吸気冷却ユニットと組み合わせることができる。過剰霧化ポンプの始動のための条件は次の通りである。ガスタービンユニットは全負荷または全負荷近くあるべきであり、周囲の湿球温度は或る値、特に０°Ｃよりも高くなければならない。もし、慣用の蒸発式吸気冷却装置が設置されている場合、周囲条件が許せば過剰噴霧が行われるときに、吸気冷却装置を作動すべきである。更に、ガスタービンユニットの全負荷運転または全負荷近くの運転を、好ましくは約３０分の範囲内のウォームアップ期間のために行うべきであり、又、圧縮機入口温度を監視すべきである。もし、この温度が或るレベル、例えば約０°Ｃ以下に下がると、液体噴射システムの自動的な停止が必要である。更に、例えばノズル閉塞、ノズル流量、漏れ、測定システム水流量の差等を検出するために、過剰噴霧流量を監視しなければならない。この測定システム水流量の差は、回避すべきである制御できない水流につながる。上述のように、供給水の品質を監視すべきである。一般的に、この品質は或る限界値を超える伝導性を測定することによって監視される。更に、管系の凍結または遮断を監視すべきである。

吸気冷却システムを備えたプラントにとって、次の始動計画が適切である。
１．ガスタービンユニットに全負荷までまたは全負荷近くまで負荷をかける。
２．ガスタービンユニットが全負荷または全負荷近くで運転され、周囲の条件が吸気冷却システムの始動を許可するときに、蒸発式吸気冷却システムを作動させる。
３．少なくとも約３０分間全負荷または全負荷近くで運転した後で、過噴霧システムを作動させる。

プラントが蒸発式吸気冷却システムを備えていない場合、上記のステップ２を省略することできる。

停止のために、上記の手順は逆の順序で実施可能である。

液滴噴射装置と冷却ダクトの配置を示す、ガスタービンユニットと熱回収蒸気発生器の概略図である。ガスタービンユニットの吸気領域の概略図である。ガスタービンユニットの吸気領域の概略図である。燃焼室とタービン段を示す、ガスタービンユニットの吸気領域の詳細な軸方向断面図（上側半部）である。本発明に従って伸縮継手内に設置された液滴噴射装置を備えたガスタービンユニットの吸気マニホルドを示す図である。本発明に従って使用される液滴噴射装置を示す図である。

符号の説明

１圧縮機の第１段（低圧）
２圧縮機の第２段（高圧）
３タービン
４蒸気タービン
５ジェネレータ
６共通軸
７クラッチ
８燃焼室
９燃料ダクト、燃料
１０吸気
１１部分的に圧縮された吸気
１２圧縮された空気
１３高温圧縮空気
１４排気
１５熱回収蒸気発生器
１６煙突
１７熱回収蒸気発生器に至るダクト
１８熱回収蒸気発生器からのダクト（蒸気）
１９蒸気タービンの出口
２０吸気の冷却／霧化
２１部分的に圧縮された空気の冷却
２２冷却空気ダクト、圧縮された冷却空気
２３滴分離器
２４冷却ユニット
２５冷却された冷却空気
２６吸気マニホルド
２７吸気ダクト
２８フィルタ
２９噴霧液滴噴射装置
３１伸縮継手
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ過剰噴霧液滴噴射装置
３３蒸発式冷却器
３４滴捕集器
３５水ダクト
３６霧化噴霧ノズル
３７支持枠