JP2007206022A - 温度計測装置、燃焼監視装置、及び、ガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、熱振動による損傷を防ぐことのできる構造を備えた温度計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 タービン本体１０から排出される排ガスの温度を計測する温度計測装置５が、外車室３外側より挿入される熱電対５１と、タービン本体１０から排出される排ガスをディフューザ２外部に導くバイパス管５２と、を備える。そして、熱電対５１がバイパス管５２に挿入されることで、タービン本体１０から排出される排ガス温度が計測される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスタービンの燃焼器における燃焼状態を検出する温度計測装置に関するものであり、又、この温度計測装置からの信号により燃焼器における燃焼状態を監視する燃焼監視装置に関するものであり、又、この燃焼監視装置を備えたガスタービンに関する。

ガスタービンは、設置された燃焼器における燃焼動作により得られた燃焼ガスを駆動源として、回転駆動する。即ち、ロータに配設された動翼と車室に配設された静翼とによって構成される空間に、燃焼器からの燃焼ガスが供給されることにより、動翼が配設されたロータが回転する。このようなガスタービンにおいて、燃焼器がロータの外周に円環状に複数配設され、この複数の燃焼器全てが、ガスタービンの運転中に正常に動作する必要がある。

このため、ガスタービンの運転中には、それぞれ燃焼器に対して、失火や燃料噴射ノズルのつまりなどの異常が発生しているか否かを常に監視している。そして、燃焼器の少なくとも１つに異常が発生したと判断した場合には、即座にガスタービンを自動停止又は緊急停止させて、ガスタービンを保護する（特許文献１参照）。このようにガスタービンを保護するために、燃焼器の燃焼状態を監視しているが、この燃焼器の燃焼状態の監視を行うために、タービンブレード出口（燃焼ガスの流れ方向の下流側）には、燃焼器の個数と同数又はそれ以上の本数の熱電対を円環状に配置している。

そして、この熱電対で計測したタービンブレード出口における燃焼ガスの温度（ブレードパス温度）に基づいて、燃焼器の燃焼状態が監視される。即ち、仮に何れか１個の燃焼器に異常が発生した場合、この異常燃焼器に該当するブレードパス温度のみが、他の燃焼器に該当するブレードパス温度と比較して、偏差（平均値との差）が大きくなる、もしくは、変化量（変化率）が大きくなる。これにより、異常燃焼器の異常を検知することができる。よって、これらの熱電対のブレードパス温度計測値に基づき、ガスタービン保護信号としてガスタービン自動停止信号又はガスタービン緊急停止信号を出力して、ガスタービンの保護を行うことができる。

このようなガスタービンの保護を行うため、燃焼器の燃焼状態を監視するものとして利用される熱電対は、高温雰囲気から保護されるように保護管に覆われる。この保護管に覆われた熱電対が、ブレードパス温度を計測する温度計測装置として構成され、タービンブレード出口に設置される。即ち、図１１の断面図に示すように、温度計測装置１００は、ロータ１の外周に設置された最終段となる動翼１１の下流側のディフューザ２内部に設置される。この温度計測装置１００は、耐熱材で構成された保護管１０２内に熱電対１０１を通して形成されることで、熱電対１０１が高温環境に曝されないように保護される。

そして、この温度計測装置１００は、図１１に示すように、ディフューザ２の外周を覆う外車室３から挿入されて、最終段となる動翼１１とディフューザ２に設置されたストラットカバー２４との間に熱電対１０１の先端が位置するように設置される。これにより、最終段となる動翼１１からの排ガスが熱電対１０１の先端に流れることで、この排ガスの温度であるブレードパス温度が計測される。
特開２０００−１６３６０６号公報

このように温度計測装置１００が設置されるディフューザ２の内部を流れる排ガスは高温であり、ディフューザ２外部とその温度差が大きくなり、ディフューザ２が熱膨張する。そのため、ガスタービン停止時と駆動時とによって、外車室３とディフューザ２との相対位置が変化する。即ち、この温度差により、ディフューザ２の各位置が変位することとなる。よって、このディフューザ２の位置変位を吸収するために、ディフューザ２へ温度計測装置１００が挿入される開口部の開口面積を、計測装置１００の断面より大きくする必要がある。そして、計測装置１００のディフューザ２への挿入位置において、ベローズなどの伸縮継手によるシール部材（不図示）が設置されることにより、ディフューザ２内外の雰囲気がシールされる。

しかしながら、このようにシール部材を設置したとしても、燃焼器から発生した燃焼振動に基づいて、温度計測装置１００自身や、この温度計測装置１００のディフューザ２への設置位置におけるシール部材に、損傷が発生する。そのため、保護管１０２が削られることや、熱電対１０１の素線間の絶縁不良が生じることや、温度計測装置１００の取り付け金具が緩んで計測点が正規位置からずれることなどの損傷が生じることによって、温度計測装置１００によるブレードパス温度計測値が異常となる可能性がある。

このような問題を鑑みて、本発明は、熱変形及び振動による損傷を防ぐことのできる構造を備えた温度計測装置を提供することを目的とする。又、このような温度計測装置を備えた燃焼監視装置、及び、この燃焼監視装置により燃焼器の燃焼状態が監視されるガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の温度計測装置は、燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを前記ディフューザ外部に排出した後、再び、前記ディフューザ内に回収させるバイパス管と、前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記バイパス管内部に挿入される熱電対と、を備え、前記熱電対が、前記ディフューザが前記車室に固定された固定点近傍に設置されることを特徴とする。

このとき、前記車室を貫通して前記熱電対が挿入される貫通孔と、前記車室外部に設置されて、前記バイパス管内に前記熱電対先端を固定させるように押圧するターミナルヘッドと、を備える。

そして、前記バイパス管が、前記タービン本体を流れた燃焼ガスが供給される排ガス供給口と、前記ディフューザの内部から外部に貫通することで、該排ガス供給口に供給された燃焼ガスを前記ディフューザの外部に導出する排ガス導出路と、該排ガス導出路に接続されて、前記排ガス導出路から流れる燃焼ガスを前記ディフューザの下流側に導くバイパス路と、該バイパス路を流れた燃焼ガスを前記ディフューザ内に排出して前記ディフューザ内に回収する排ガス排出口と、前記バイパス路に内部に突出するように設置されるとともに、前記熱電対の先端が挿入されて前記熱電対の先端を固定するウェルと、を備える。

このとき、前記排ガス導出路が前記燃焼ガスの流れの下流に向かって延びた形状とされ、前記排ガス導出路と前記バイパス路との接続部分の曲がり角度を鈍角とすることで、前記排ガス導出路と前記バイパス路との接続部分における流量抵抗を小さくすることができる。

又、前記燃焼ガスが旋回流となるとき、前記排ガス導出路及び前記バイパス路を、前記ガスタービンの周方向に対して前記旋回流と略平行となるように設置することで、前記燃焼ガスの流れに即した形状とすることができる。

更に、前記バイパス路において、その断面が前記燃焼ガスの下流側に向かって広くなる形状とすることで、その流量抵抗を更に低くするものとしても構わない。

又、本発明の燃焼監視装置は、上述のいずれかの温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする。

更に、本発明のガスタービンは、上述の燃焼監視装置と、該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、バイパス管によって、ディフューザ外部に測定目標とする燃焼ガスを導出するため、温度計測位置を車室近傍とすることができる。よって、熱電対の長さを短くすることができるため、ディフューザの熱変形や振動によって影響される熱電対の変形を小さくすることができ、その損傷を抑制することができる。又、熱電対が、ディフューザが車室に固定された固定点近傍に設置されるため、熱電対設置位置での変位を小さくすることができ、熱電対の損傷を更に抑制することができる。

そして、排ガス導出路とバイパス路との接続部分の曲がり角度を鈍角とすることで、流量抵抗を小さくして、バイパス管への燃焼ガスの流量にムラが発生することを防ぐことができる。又、ガスタービンの周方向に対して旋回流と略平行となるように、バイパス管の各部を配置することによって、燃焼ガスの流れに即した形状とし、バイパス管への燃焼ガスの流量にムラが発生することを防ぐことができる。更に、バイパス路において、その断面が燃焼ガスの下流側に向かって広くなる形状とすることで、その流量抵抗を更に低くすることができる。これらによって、バイパス管で測定された燃焼ガスの計測値が、タービン本体から排出された燃焼ガスの計測値として測定された正確な値として置換することができる。

（ガスタービンの構成）
まず、以下の各実施形態で共通となる構成について、図１を参照して説明する。尚、図１は、以下の各実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。

図１に示すガスタービンは、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の上流側）に、複数の燃焼器６が設置され、又、タービン本体１０には、ロータ１（図２参照）の外壁に設置された動翼１１と、ロータ１の外周を覆う内車室４（図２参照）の内壁に設置された静翼４１とが、交互に並んでいる。そして、タービン本体１０におけるタービン入口側（燃焼ガスの流れ方向の下流側）に、複数（本実施形態では燃焼器６の個数と同数であるものとする）の温度計測装置５が設置される。

又、燃焼器６及び温度計測装置５はそれぞれ、ロータ１の外周において、円環状に等間隔に配置される。このとき、温度計測装置５は、燃焼器６の周方向の設置位置に対応するように設置される。尚、各燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度（以下、「ＢＰＴ温度」とする）は、各燃焼器６に対応したタービン出口位置において計測されるのではなく、各燃焼器６からタービン本体１０の回転方向に燃焼器数個分だけ周方向にずれた角度のタービン出口位置において計測される。このようなブレードパス温度のずれはスワール角度と称されて燃焼器の数を単位として表され、負荷の大きさによって異なる。

よって、例えば、軸方向において燃焼器６と重なる位置に温度計測装置５が設置されているときに、スワール角度が２．７個である場合、計測目標となる燃焼器６の燃焼ガスのブレードパス温度は、この燃焼器６に対応したタービン出口位置に配置された温度計測装置５ではなく、この温度計測装置５から２個分又は３個分だけ周方向にずれたタービン出口位置に配置された温度計測装置５によって計測されることになる。又、温度計測装置５それぞれが、各燃焼器６からスワール角度分だけ周方向にずれた位置に設置することで、燃焼器６と温度計測装置５との関係を１対１とするものとしても構わない。

更に、図１に示すガスタービンは、温度計測装置５で計測されたタービン出口位置でのＢＰＴ温度の計測値が与えられて燃焼器６それぞれの燃焼状態を監視する燃焼監視装置７と、燃焼監視装置７によって確認された各燃焼器６の燃焼状態に応じて異常などを確認して燃焼器６それぞれへの燃料供給制御やガスタービンの緊急停止などを指示する制御装置８と、制御装置８によって制御されて各燃焼器６への燃料供給量を設定する燃料供給装置９と、を備える。

このように構成されるガスタービンにおいて、燃料供給装置９から供給される燃料を不図示の圧縮機から供給される圧縮空気と混合して燃焼して、燃焼ガスを発生する。この各燃焼器６の燃焼ガスがタービン本体１０のタービン入口側から導入されることで、タービン本体１０に設置された動翼１１及び静翼４１に向かって燃焼ガスが流れ、これにより、タービン本体１０におけるロータ１が回転する。そして、ロータ１を回転駆動させた燃焼ガスは、タービン本体１０のタービン出口から排ガスとして排出されるが、このときのタービン出口における排ガスの温度が、ＢＰＴ温度として各温度計測装置５によって計測される。

各温度計測装置５で計測されて得られたＢＰＴ温度計測値が与えられる燃焼監視装置７では、各温度計測装置５からのＢＰＴ温度計測値によって、各温度計測装置５に対応する燃焼器６それぞれの燃焼状態が監視される。このとき、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差大設定値を超えたとき、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。又、何れかの温度計測装置５のＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量が、予め設定されたＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えたときも、この温度計測装置５に対する燃焼器６に異常発生したことを制御装置８に報知する。

そして、制御装置８では、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差がＢＰＴ温度偏差大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを自動停止するためのガスタービン自動停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。又、ＢＰＴ温度計測値から得られる温度偏差における変化量がＢＰＴ温度偏差変化量大設定値を超えた温度計測装置５に対する燃焼器６が報知されると、ガスタービンを緊急停止するためのガスタービン緊急停止信号を生成して、燃料供給装置９に送出する。

このように動作する制御装置８からガスタービン自動停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６に供給する燃料を徐々に低減して負荷を下げることにより、ガスタービン本体を自動停止させる。又、制御装置８からガスタービン緊急停止信号が出力された場合、燃料供給装置９では、燃焼器６への燃料供給を瞬時に遮断することで、ガスタービンを緊急停止させる。

このガスタービンの構成は、以下の各実施形態において共通の構成となる。よって、以下の各実施形態においては、その構成が異なる温度計測装置について説明するものとし、その他の部分については、その説明を省略する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図２は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。

図２に示すように、タービン本体１０は、回転軸となるロータ１と、ロータ１の外壁に設置される動翼１１と、ロータ１との間に燃焼ガスを流す空間を構成するようにロータ１の外周を覆う内車室４と、内車室４の内壁に設置される静翼４１と、内車室４の外周側を覆うことで内車室４との間に冷却空気を流す空間を構成する外車室３と、を備える。尚、内車室４は外車室３と接続されることで固定される。又、ロータ１の後端（下流側）が、軸受ハウジング１３に納められた軸受（ジャーナル軸受）１２によって支持される。

そして、このタービン本体１０の下流側に、動翼１１及び静翼４１を流れた燃焼ガスを排気するための２重環状で構成されたディフューザ２が設置される。このディフューザ２は、その外壁面が最終段の動翼１１のシュラウド面と同一面を形成する内側円筒２１と、その内壁面が内車室４の内壁面と同一面を形成する外側円筒２２と、内側円筒２１の内側に設置された軸受ハウジング１３を支持するために放射状に配置されたストラット２３と、このストラット２３を覆うとともに内側円筒２１と外側円筒２２とを接続して内側円筒２１を固定するストラットカバー２４と、外側円筒２２と外車室３のそれぞれに接続して外側円筒２２を固定する固定用リング２５と、を備える。尚、ストラットカバー２４は、タービン本体１０からの排ガスに対する抵抗を低減する構造を備える。

このディフューザ２において、内側円筒２１と外側円筒２２とを同心に配置されることで、内側円筒２１と外側円筒２２との間に環状の流路が形成される。このとき、内側円筒２１は円筒形状であるが、外側円筒２２は下流ほど直径が大きくなる円錐台形状を呈しており、このため、ディフューザ２は、上流から下流に向かって流路の断面積が次第に大きくなる、いわゆるコニカルディフューザーとなっている。そして、ストラットカバー２４によって、内側円筒２１と外側円筒２２との間隔を保って環状流路の形状が維持される。

このように、ディフューザ２が構成されるとき、ディフューザ２の内側円筒２１と外側円筒２２との間で構成される空間に流れ込む排ガスの温度であるＢＰＴ温度を測定するための温度計測装置５が、外車室３の外部より挿入されるようにして設置される。この温度計測装置５は、温度計測を行う熱電対５１と、ディフューザ２内に挿入されてディフューザ２に排気される燃焼ガスをディフューザ２の外部に導くバイパス管５２と、バイパス管５２に挿入される熱電対５１の先端を覆うことで耐熱保護するウェル５４と、熱電対５１が挿入される外車室３に設けられた貫通孔５３と、外車室３外部側の先端に設けられるとともに熱電対５１と連結されたリード線５６を外部に導出するターミナルヘッド５５と、を備える。

熱電対５１は、図３の概略構成図に示すように、クロメル、アルメル等の大きい熱起電力を発生させることのできる一対の異種金属からなる熱電対素線５１ａと、熱電対素線５１ａそれぞれを被覆することで各熱電対素線５１ａを絶縁する絶縁管５１ｂと、絶縁管５１ｂで被覆された熱電対素線５１ａを更に被覆して高温雰囲気から保護するとともに曲げに対しても柔軟に作用することのできるシース５１ｃと、によって構成される。

この熱電対５１が挿入されるとともにリード線５６と接続するターミナルヘッド５５は、図３の概略構成図に示すように、熱電対５１の外周を覆う保護管５５ａと、保護管５５ａの先端側で貫通孔５３にねじ込まれて挿入されることで外車室３への固定が成される固定部材５５ｂと、保護管５５ａ内部の基端部側に設置されて熱電対５１をバイパス管５２内部に押圧するスプリング５５ｃと、熱電対５１の熱電対素線５１ａとリード線５６とを電気的に結線する端子板５５ｄと、この端子板５５ｄを内部に備える保護管５５ａの基端部側と連接したヘッド部５５ｅと、を備える。

この熱電対５１の先端に接続されたウェル５４が設置されるバイパス管５２は、図２に示すように、タービン本体１０の最終段の動翼１１の下流近傍に設置されてタービン出口からの排ガスが流入される排ガス供給口５２ａと、ディフューザ２の外側円筒２２を貫通して排ガス供給口５２ａから流入した排ガスをディフューザ２外部に導く排ガス導出路５２ｂと、排ガス導出路５２ｂによってディフューザ２外部に導かれた排ガスをストラットカバー２４の下流側に導くとともにウェル５４が設置されるバイパス路５２ｃと、バイパス路５２ｃを流れた排ガスを再びディフューザ２内部に排出する排ガス排出口５２ｄと、を備える。

このとき、排ガス供給口５２ａが、タービン本体１０のタービン出口に向かって開口するように設置され、排ガス導出路５２ｂが、ディフューザ２の内側円筒２１及び外側円筒２２の間の中央位置から外側円筒２２の外側に向かって設置される。そして、バイパス路５２ｃが、ディフューザ２の外側円筒２２と外車室３との間の空間において、このバイパス路５２ｃが固定用リング２５の上流側固定部２５ａに向かって設置される。又、バイパス路５２ｃには、固定用リング２５の上流側固定部２５ａ近傍に設置された熱電対５１の先端が接続されたウェル５４が設置される。

このような構成のバイパス管５２は、図４の断面図に示すように、ロータ１を中心とする断面において、排ガス導出路５２ｂの断面と排ガス供給口５２ａとがガスタービンの同一径方向に位置するものとする。よって、バイパス管５２の排ガス導出路５２ｂが、図４に示すように、ガスタービンのロータ１を中心として放射状に設置される。

更に、バイパス路５２ｃに設置されるウェル５４は、図５に示すように、その先端部分５４ａがバイパス路５２ｃ内部の中心位置まで延びた構成とされる。又、このウェル５４は、熱電対５１の先端が挿入される孔５４ｂが設けられ、この孔５４ｂに熱電対５１が挿入されることで、熱電対５１の先端が耐熱保護される。そして、バイパス路５２ｃの外壁に接触するフランジ５４ｃがウェル５４の基部側に設けられ、このフランジ５４ｃが溶着されることでウェル５４がバイパス管５２に固定される。

よって、このバイパス管５２に熱電対５１が挿入されることにより、熱電対５１の先端がバイパス管５２に固定されることとなる。このとき、熱電対５１は、ターミナルヘッド５５のスプリング５５ｃによって押圧されているため、その先端がウェル５４に接触されたままの状態に保持することができる。

又、熱電対５１が同様に挿入されるとともに外車室３に設置される貫通孔５３の構成を、図６の概略断面図に示すような構成とする。即ち、外車室３を貫通するように構成される貫通孔５３は、外車室３の外壁側に形成される径の太いねじ込み部５３ａと、外車室３の内壁側に形成される径の細い孔部５３ｂと、を備える。このように構成される貫通孔５３において、ねじ込み部５３ａにターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂが挿入されるとともに、孔部５３ｂに熱電対５１が挿入される。又、貫通孔５３は、固定用リング２５の上流側先端と外車室３とが接続されて固定される上流側固定部２５ａに対して上流側近傍となる位置に設置される。

このとき、孔部５３ｂが熱電対５１のシース５１ｃの外径よりも若干太い内径となる孔として形成され、ねじ込み部５３ａ及び固定部材５５ｂそれぞれが雌ネジ及び雄ネジとして形成される。これにより、ウェル５４に先端が固定される熱電対５１が孔部５３ｂより挿入されることで、外車室３の貫通孔５３を貫通する。この貫通孔５３を貫通して、外車室３の外側に突出した熱電対５１の端部を覆うようにして、ターミナルヘッド５５の保護管５５ａ内部に熱電対５１が挿入されている。よって、更に、ターミナルヘッド５５の固定部材５５ｂを貫通孔５３のねじ込み部５３ａにねじ込むことにより、ターミナルヘッド５５を外車室３の貫通孔５３で支持固定する。

よって、熱電対５１は、ディフューザ２を外車室３に固定するための固定用リング２５近傍に設置されて、バイパス管５２によってディフューザ２外部に導出されるタービン本体１０からの排ガスの温度を検出することとなる。これにより、熱電対５１の長さを短くするとともに、ディフューザ２の熱による変位の小さい位置に熱電対５１を固定することができるため、熱電対５１の損傷を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図７は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。又、本実施形態において、第１の実施形態と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における温度計測装置５は、第１の実施形態の温度計測装置５におけるバイパス管５２の構成が異なるものであり、図７に示す構成のバイパス管５２ｘとする。その他の構成については、第１の実施形態の温度計測装置５と同様であるため、以下では、このバイパス管５２ｘの構成について説明する。

図７に示すように、本実施形態の温度計測装置５では、バイパス管５２ｘの排ガス導出路５２ｅを、第１の実施形態と異なり、排ガス供給口５２ａから下流側に斜めに延びた状態で設置する。これにより、排ガス導出路５２ｅの設置方向を、タービン本体１０から排出される排ガスとなる燃焼ガスの流れの方向に近い方向にすることができる。よって、タービン本体１０からの排ガスに対して、排ガス供給口５２ａから排ガス導出路５２ｅへの流れが抵抗となることを防ぎ、バイパス管５２にタービン本体１０からの排ガスを十分に供給することができる。

又、排ガス導出路５２ｅとバイパス路５２ｃとの接続部分の曲がり角度が１８０度に近い鈍角となるため、排ガス導出路５２ｅとバイパス路５２ｃとの接続部分における抵抗を小さくして、バイパス管５２に排ガスが供給されやすい形状とすることができる。同様に、バイパス路５２ｃから排ガス排出口５２ｄにおいても、その曲がり角度を鈍角とすることによって、バイパス路５２ｃから排ガス排出口５２ｄへの接続部分においても、その抵抗を下げる。

このように、本実施形態では、第１の実施形態と比べて、バイパス管５２ｘを、流体抵抗を抑制した形状とすることにより、バイパス管５２ｘ内にタービン本体１０から排出される排ガスが十分に供給されることとなる。これにより、温度計測装置５におけるバイパス管５２ｘにおける温度計測値を、タービン本体１０からのＢＰＴ温度に応じた正確な値とすることができる。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図８は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。又、本実施形態において、第２の実施形態と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における温度計測装置５は、第２の実施形態の温度計測装置５におけるバイパス管５２ｘの構成が異なるものであり、図８に示す構成のバイパス管５２ｙとする。その他の構成については、第２の実施形態の温度計測装置５と同様であるため、以下では、このバイパス管５２ｙの構成について説明する。

図８に示すように、本実施形態の温度計測装置５では、バイパス管５２ｙのバイパス路５２ｆの形状を、第１及び第２の実施形態と異なり、排ガス導出路５２ｅから排ガス排出口５２ｄに向かってその断面積が広がるような形状とする。即ち、バイパス路５２ｆの形状を、下流側に向かって断面積の広がる円錐台形状とする。これにより、第１及び第２の実施形態と比べて、バイパス路５２ｆにおける抵抗が小さくなるため、第２の実施形態のバイパス管５２ｘよりも更に排ガスが流れ込みやすくなる。

尚、本実施形態では、バイパス路５２ｆ以外の構成を、第２の実施形態と同様の構成としたが、バイパス管５２ｙへの流れ込みに対する流体抵抗を小さくして、バイパス管５２ｙへ流れ込む排ガス流量を測定十分な流量とすることができるのであれば、第１の実施形態と同様の構成としても構わない。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、図９及び図１０は、図１のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示す概略図である。尚、本実施形態において、第１〜第３の実施形態と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における温度計測装置５は、第１の実施形態の温度計測装置５におけるバイパス管５２の構成が異なるものであり、図９及び図１０に示す構成のバイパス管５２ｚとする。その他の構成については、第１の実施形態の温度計測装置５と同様であるため、以下では、このバイパス管５２ｚの構成について説明する。

本実施形態では、タービン本体１０から排出される燃焼ガスの流れが、タービン本体１０に設置された動翼１１及び静翼４１の向きによって、ディフューザ２の周方向成分を備えた旋回流となる。よって、バイパス管５２ｚを、このタービン本体１０からの排出される燃焼ガスである排ガスの旋回流に対して、その流量抵抗の小さい構成とする。即ち、バイパス管５２ｚの一部として構成される排ガス導出路５２ｇ及びバイパス路５２ｈを、タービンの周方向成分を備えるように設置する。

よって、図９に示すように、排ガスの旋回流が、図中の矢印Ａのように、ロータ１を中心として時計回りの方向となる周方向成分を備えるとき、排ガス導出路５２ｇが、矢印Ａに平行となるように設置される。即ち、排ガス導出路５２ｇが、排ガス供給口５２ａからバイパス路５２ｈに向かって、タービンの周方向に対して時計回りの方向に曲がった構成とされる。

又、図１０に示すように、最終段の動翼１１が、下流側に向かって右に曲がった形状とすることで、矢印Ａで示す排ガスの旋回流に時計回りの方向となる周方向成分が与えられるため、排ガス供給口５２ａが、その開口面が排ガスの旋回流に対して略垂直となるようにして設置される。そして、バイパス路５２ｈが排ガス供給口５２ａよりも右側に設置されるように、図９のような排ガス導出路５２ｇが形成される。更に、この排ガス導出路５２ｇに接続するバイパス路５２ｈが、排ガス排出口５２ｄが排ガス導出路５２ｇとの接続部分に対して右側に位置するように設置される。

このように、本実施形態において、排ガス導出路５２ｇ及びバイパス路５２ｈを、タービン本体１０から排出される燃焼ガスの旋回流に対して略平行となるように設置される。これにより、上述の各実施形態と比べて、排ガス導出路５２ｇ及びバイパス路５２ｈにおける流体抵抗が小さくなるため、バイパス管５２内に更に排ガスが流れ込みやすくなる。尚、本実施形態では、バイパス管５２ｚ以外の構成を、第１の実施形態のバイパス管５２に基づく構成としたが、第２及び第３の実施形態のバイパス管５２ｘ、５２ｙに基づく構成としても構わない。

は、本発明の各実施形態におけるガスタービンの構成を示す概略図である。 は、第１の実施形態における温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。 は、図２に示す温度計測装置における熱電対の構成を示す概略構成図である。 は、図２に示す温度計測装置におけるバイパス管の配置関係を示すガスタービン断面図である。 は、図２に示す温度計測装置におけるウェルの構成を示す概略断面図である。 は、図２に示す温度計測装置における貫通孔部分の構成を示す概略断面図である。 は、第２の実施形態における温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。 は、第３の実施形態における温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。 は、第４の実施形態における温度計測装置と最終段の動翼との配置関係を示すガスタービン断面図である。 は、図９のバイパス管のバイパス路の配置関係を示す図である。 は、従来のガスタービンに設置される温度計測装置の構成を示すディフューザ周辺の概略断面図である。

符号の説明

１ ロータ
２ ディフューザ
３ 外車室
４ 内車室
５ 温度計測装置
６ 燃焼器
７ 燃焼監視装置
８ 制御装置
９ 燃料供給装置
１０ タービン本体
１１ 動翼
１２ 軸受
１３ 軸受ハウジング
２１ 内側円筒
２２ 外側円筒
２３ ストラット
２４ ストラットカバー
２５ 固定用リング
４１ 静翼
５１ 熱電対
５２ バイパス管
５３ 貫通孔
５４ ウェル
５５ ターミナルヘッド
５６ リード線

Claims (7)

1. 燃焼器の燃焼ガスにより回転するタービン本体を備えたガスタービンにおいて、前記タービン本体を流れた燃焼ガスを排気するディフューザ内に設置されて、前記タービン本体から排出される燃焼ガス温度を計測する温度計測装置であって、
   前記タービン本体を流れた燃焼ガスを前記ディフューザ外部に排出した後、再び、前記ディフューザ内に回収させるバイパス管と、
   前記タービン本体及び前記ディフューザを覆う車室外部より前記バイパス管内部に挿入される熱電対と、
   を備え、
   前記熱電対が、前記ディフューザが前記車室に固定された固定点近傍に設置されることを特徴とする温度計測装置。
2. 前記バイパス管が、
   前記タービン本体を流れた燃焼ガスが供給される排ガス供給口と、
   前記ディフューザの内部から外部に貫通することで、該排ガス供給口に供給された燃焼ガスを前記ディフューザの外部に導出する排ガス導出路と、
   該排ガス導出路に接続されて、前記排ガス導出路から流れる燃焼ガスを前記ディフューザの下流側に導くバイパス路と、
   該バイパス路を流れた燃焼ガスを前記ディフューザ内に排出して前記ディフューザ内に回収する排ガス排出口と、
   前記バイパス路に内部に突出するように設置されるとともに、前記熱電対の先端が挿入されて前記熱電対の先端を固定するウェルと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度計測装置。
3. 前記排ガス導出路が前記燃焼ガスの流れの下流に向かって延びた形状とされ、前記排ガス導出路と前記バイパス路との接続部分の曲がり角度を鈍角とすることを特徴とする請求項２に記載の温度計測装置。
4. 前記燃焼ガスが旋回流となるとき、前記排ガス導出路及び前記バイパス路が、前記ガスタービンの周方向に対して前記旋回流と略平行となるように設置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の温度計測装置。
5. 前記バイパス路において、その断面が前記燃焼ガスの下流側に向かって広くなる形状であることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の温度計測装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の温度計測装置で計測されて得られた前記タービン本体を通過した燃焼ガスの温度計測値に基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を検出することを特徴とする燃焼監視装置。
7. 請求項６に記載の燃焼監視装置と、
   該燃焼監視装置で確認された前記燃焼器の燃焼状態に基づいて、前記燃焼器へ供給する燃料流量の制御、及び、ガスタービン本体の緊急停止制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とするガスタービン。

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