JP2008038807A - Gas turbine and transition piece - Google Patents

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Yukinori Katagiri
幸徳 片桐
Shinichi Higuchi
眞一 樋口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine and a transition piece capable of lowering costs and improving performance of the gas turbine by decreasing the tip clearance. <P>SOLUTION: In the gas turbine equipped with a compressor 1 for generating compressed air, a combustor 3 for burning fuel with compressed air from the compressor 1 and generating combustion gas, and a turbine 4 rotationally driven by the combustion gas from the combustor 3, a heat exchanger 22 arranged on a transition piece 15 introducing the combustion gas from the combustor 3 to the turbine 4 and heating a part of the compressed air extracted from the compressor 1 by the combustion gas and a casing passage 23 which is formed on a casing 16 of the turbine 4 and through which the air heated by the heat exchanger 22 flows in are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧縮空気と燃料を燃焼した燃焼ガスによって回転動力を得るガスタービンに係わり、特に、ケーシング温度の調整に好適なガスタービン及びトランジションピースに関する。   The present invention relates to a gas turbine that obtains rotational power using combustion gas obtained by burning compressed air and fuel, and more particularly, to a gas turbine and a transition piece that are suitable for adjusting casing temperature.

ガスタービンの信頼性に関しては、クリープ、疲労、腐食などの強度の他に、変形の問題も重要である。特に、運転時のタービンにおける径方向の変形については、回転部(動翼を備えたロータ)と静止部(動翼に対向する翼環を備えたケーシング)とが接触しないように考慮しなければならない。タービンの回転部と静止部とが接触すると、動翼や翼環が損傷してタービンの性能が低下し、最悪の場合にはタービンが運転不能となる。一方、動翼と翼環との間隙(チップクリアランス)が広い場合には,この部分を通過する燃焼ガスがタービンの駆動に寄与しないため、効率が低下するという問題が生じる。そのため、ガスタービンを安全かつ高効率に運転することを目的とし、タービンのクリアランス制御の開発が進められている。   Regarding the reliability of the gas turbine, in addition to the strength such as creep, fatigue and corrosion, the problem of deformation is also important. In particular, the radial deformation of the turbine during operation must be considered so that the rotating part (the rotor with the moving blades) and the stationary part (the casing with the blade ring facing the moving blades) do not come into contact with each other. Don't be. When the rotating part and the stationary part of the turbine come into contact with each other, the rotor blades and the blade ring are damaged to deteriorate the performance of the turbine. In the worst case, the turbine cannot be operated. On the other hand, when the gap (tip clearance) between the moving blade and the blade ring is wide, the combustion gas passing through this portion does not contribute to the driving of the turbine, so that the efficiency is lowered. Therefore, development of turbine clearance control is underway for the purpose of operating gas turbines safely and with high efficiency.

タービンのクリアランス制御の一例として、蒸気供給源(例えば補助ボイラや蒸気タービンのボトミング系)からの蒸気を翼環内の冷却通路に流す構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この従来技術では、起動時には補助ボイラからの蒸気を翼環内の冷却通路に供給し、立ち上がり時に冷えた状態の翼環を加熱するので、クリアランスが拡大し、立ち上がりの最小クリアランス時の接触を回避するようになっている。また、通常運転中には蒸気タービンのボトミング系からの蒸気を翼環内の冷却通路に供給して、クリアランスを適切に調整し、ガスタービンの性能低下を抑えるようになっている。   As an example of turbine clearance control, a configuration in which steam from a steam supply source (for example, an auxiliary boiler or a steam turbine bottoming system) flows through a cooling passage in a blade ring is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this conventional technology, the steam from the auxiliary boiler is supplied to the cooling passage in the blade ring at startup, and the blade ring in the cold state is heated at startup, so the clearance is expanded and contact at the minimum clearance at startup is avoided. It is supposed to be. Further, during normal operation, steam from the bottoming system of the steam turbine is supplied to the cooling passage in the blade ring so that the clearance is appropriately adjusted to suppress the performance degradation of the gas turbine.

特開2001−248406号公報JP 2001-248406 A

しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術においては、起動時には補助ボイラからの蒸気を翼環内の冷却通路に供給して翼環を加熱するようになっている。そのため、蒸気を生成する補助ボイラなどの設備を設ける必要があり、さらに蒸気を導入する部分に耐蝕性を高めた材質を用いる必要があり、コストが増大する可能性があった。
However, there are the following problems in the above-described prior art.
That is, in the above prior art, the steam from the auxiliary boiler is supplied to the cooling passage in the blade ring at the time of startup to heat the blade ring. For this reason, it is necessary to provide equipment such as an auxiliary boiler for generating steam, and it is necessary to use a material with improved corrosion resistance for the portion where the steam is introduced, which may increase the cost.

本発明の目的は、コスト低減を図りつつ、チップクリアランスを減少させてガスタービンの性能を向上することができるガスタービン及びトランジションピースを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas turbine and a transition piece that can improve the performance of the gas turbine by reducing the tip clearance while reducing the cost.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気とともに燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動するタービンとを備えたガスタービンにおいて、前記燃焼器から前記タービンへと燃焼ガスを導くトランジションピースに設けられ、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記燃焼ガスで加熱する熱交換手段と、前記タービンのケーシングに形成され、前記熱交換手段で加熱した空気が流入するケーシング流路とを備える。   (1) In order to achieve the above object, the present invention includes a compressor that generates compressed air, a combustor that generates combustion gas by burning fuel together with the compressed air from the compressor, and the combustor. A gas turbine having a turbine that is driven to rotate by the combustion gas of the combustion chamber, provided in a transition piece that guides the combustion gas from the combustor to the turbine, and a part of the compressed air extracted from the compressor as the combustion gas. A heat exchange means for heating and a casing flow path formed in the casing of the turbine and into which the air heated by the heat exchange means flows.

本発明においては、燃焼器からタービンへと燃焼ガスを導くトランジションピースに、圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を燃焼ガスで加熱する熱交換手段を設ける。そして、例えばガスタービンの起動時、熱交換手段で加熱した空気をタービンのケーシング流路に流入させる。これにより、タービンのロータに比べ熱容量が大きく温度上昇の応答が遅いケーシングを加熱するので、ケーシングの翼環と対向するロータの動翼との間隙(チップクリアランス)の一時的な低下幅を減少させることができる。これにより、チップクリアランスの設計値(言い換えれば、ロータ及びケーシングが熱変形しないときの値)を小さくし、運転中のクリアランスを小さくすることができる。また、例えばケーシング流路に蒸気を供給する場合とは異なり、蒸気を生成する設備が不要であるばかりか、ケーシング流路などの部分に耐食性を高めた材質を用いる必要がないので、コスト低減を図ることができる。以上のように本発明においては、コスト低減を図りつつ、チップクリアランスを減少させてガスタービンの性能を向上することができる。   In the present invention, a heat exchange means for heating a part of the compressed air extracted from the compressor with the combustion gas is provided in the transition piece for introducing the combustion gas from the combustor to the turbine. For example, when the gas turbine is started, the air heated by the heat exchange means is caused to flow into the casing flow path of the turbine. This heats the casing, which has a larger heat capacity and a slower response to temperature rise than the rotor of the turbine, thereby reducing the temporary drop in the gap (tip clearance) between the blade ring of the casing and the rotor blade facing the rotor. be able to. Thereby, the design value of the chip clearance (in other words, the value when the rotor and the casing are not thermally deformed) can be reduced, and the clearance during operation can be reduced. In addition, unlike the case where steam is supplied to the casing flow path, for example, there is no need for a facility for generating steam, and it is not necessary to use a material with improved corrosion resistance for parts such as the casing flow path. Can be planned. As described above, in the present invention, the cost of the gas turbine can be improved by reducing the tip clearance while reducing the cost.

(2)上記(1)において、好ましくは、前記熱交換手段は、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部が流入する第1マニホールドと、前記第1マニホールドにそれぞれ接続され、前記トランジションピースの管壁の周方向に沿って設けた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の下流側に接続された第2マニホールドとを有する。   (2) In the above (1), preferably, the heat exchanging means is connected to the first manifold into which a part of the compressed air extracted from the compressor flows, and the first manifold, respectively. A plurality of heat transfer tubes provided along the circumferential direction of the tube wall and a second manifold connected to the downstream side of the plurality of heat transfer tubes.

(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記ケーシング流路に流入した空気を前記タービン内のガス流路に流出させる。   (3) In the above (1) or (2), preferably, the air that has flowed into the casing flow path is caused to flow out to the gas flow path in the turbine.

(4)上記(1)〜(3)のいずれか1つにおいて、好ましくは、前記ケーシング流路に流入する空気の温度を調整する空気温度調整手段を備える。   (4) In any one of the above (1) to (3), preferably, air temperature adjusting means for adjusting the temperature of the air flowing into the casing flow path is provided.

(5)上記(4)において、好ましくは、前記空気温度調整手段は、前記熱交換手段をバイパスし、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記ケーシング流路に供給するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けた流量制御弁と、前記ケーシングの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した前記ケーシングの温度が目標温度に近づくように前記流量制御弁の開度を制御する弁制御手段とを有する。   (5) In the above (4), preferably, the air temperature adjusting means bypasses the heat exchanging means, and bypass piping for supplying a part of the compressed air extracted from the compressor to the casing flow path; A flow rate control valve provided in the bypass pipe, temperature detection means for detecting the temperature of the casing, and the opening degree of the flow rate control valve is controlled so that the temperature of the casing detected by the temperature detection means approaches a target temperature. And valve control means.

(6)上記(5)において、前記弁制御手段は、前記燃焼器に供給する燃料流量又は前記タービンのロータの回転数に応じて前記ケーシングの目標温度を設定する。   (6) In said (5), the said valve control means sets the target temperature of the said casing according to the fuel flow volume supplied to the said combustor, or the rotation speed of the rotor of the said turbine.

(7)上記目的を達成するために、本発明は、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動するタービンを備えたガスタービンに設けられ、前記燃焼器から前記タービンへ燃焼ガスを導くトランジションピースにおいて、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記燃焼ガスで加熱する熱交換手段を備える。   (7) To achieve the above object, the present invention relates to a compressor that generates compressed air, a combustor that generates combustion gas by combusting compressed air and fuel from the compressor, and the combustor. Heat that is provided in a gas turbine including a turbine that is rotationally driven by combustion gas, and heats part of the compressed air extracted from the compressor with the combustion gas in a transition piece that guides the combustion gas from the combustor to the turbine. Exchange means are provided.

(8)上記(7)において、好ましくは、前記熱交換手段は、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部が流入する第1マニホールドと、前記第1マニホールドにそれぞれ接続され、前記トランジションピースの管壁の周方向に沿って設けた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の下流側に接続された第2マニホールドとを有する。   (8) In the above (7), preferably, the heat exchanging means is connected to the first manifold into which a part of the compressed air extracted from the compressor flows, and to the first manifold, respectively. A plurality of heat transfer tubes provided along the circumferential direction of the tube wall and a second manifold connected to the downstream side of the plurality of heat transfer tubes.

本発明によれば、コスト低減を図りつつ、チップクリアランスを減少させてガスタービンの性能を向上することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the performance of the gas turbine by reducing the tip clearance while reducing the cost.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態によるガスタービンの全体構成を表すシステムフロー図であり、図2は、本実施形態によるガスタービンの要部の詳細構造を表す部分断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system flow diagram illustrating the overall configuration of the gas turbine according to the present embodiment, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating the detailed structure of the main part of the gas turbine according to the present embodiment.

これら図1及び図2において、ガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機1と、この圧縮機1で生成した圧縮空気とともに、燃料流量制御弁2を介し供給された燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器3と、この燃焼器3からの高温高圧の燃焼ガスにより駆動するタービン4とを備えている。また、タービン4のロータ5と圧縮機1のロータ6とは中間軸7によって連結され、さらに圧縮機1のロータ6と発電機8は連結軸9によって連結されており、発電機8はタービン4のロータ5の回転動力を電気エネルギーに変換するようになっている。   1 and 2, the gas turbine combusts the fuel supplied through the fuel flow control valve 2 together with the compressor 1 for compressing air and the compressed air generated by the compressor 1 to produce combustion gas. A combustor 3 to be generated and a turbine 4 driven by high-temperature and high-pressure combustion gas from the combustor 3 are provided. Further, the rotor 5 of the turbine 4 and the rotor 6 of the compressor 1 are connected by an intermediate shaft 7, and the rotor 6 and the generator 8 of the compressor 1 are connected by a connecting shaft 9, and the generator 8 is connected to the turbine 4. The rotational power of the rotor 5 is converted into electric energy.

圧縮機1は、ロータ6と、このロータ6の外周側(図2中上側)を覆う略円筒状のケーシング10とを備えている。ロータ6は、外周側に周方向に複数配置された動翼11を有するディスク12を軸方向(図2中左右方向)に積層して構成されている。ケーシング10の内周側(図2中下側)には、周方向に複数配置された静翼13が軸方向に複数段設けられている。そして、動翼11及び静翼13は軸方向に交互に配置され、空気を圧縮するようになっている。   The compressor 1 includes a rotor 6 and a substantially cylindrical casing 10 that covers an outer peripheral side (the upper side in FIG. 2) of the rotor 6. The rotor 6 is configured by laminating a disk 12 having a plurality of moving blades 11 arranged in the circumferential direction on the outer circumferential side in the axial direction (left-right direction in FIG. 2). On the inner peripheral side (lower side in FIG. 2) of the casing 10, a plurality of stationary blades 13 arranged in the circumferential direction are provided in a plurality of stages in the axial direction. The moving blades 11 and the stationary blades 13 are alternately arranged in the axial direction so as to compress air.

燃焼器3は、圧縮機1の周囲にほぼ等間隔で複数設けられており、燃焼装置14と、この燃焼装置14の下流側(図2中右側)に設けたトランジションピース15とでそれぞれ構成されている。そして、燃焼装置14は、圧縮機1からの圧縮空気とともに燃料を燃焼しており、その燃焼ガスがトランジションピース15を介しタービン4に供給されるようになっている。   A plurality of the combustors 3 are provided at substantially equal intervals around the compressor 1, and each includes a combustion device 14 and a transition piece 15 provided on the downstream side (right side in FIG. 2) of the combustion device 14. ing. The combustion device 14 burns fuel together with the compressed air from the compressor 1, and the combustion gas is supplied to the turbine 4 via the transition piece 15.

タービン4は、上記ロータ5と、このロータ5の外周側を覆う略円筒状のケーシング16とを備えている。ロータ5は、外周側に周方向に複数配置された動翼(本実施形態では、第1段の動翼17A、第2段の動翼17B、又は第3段の動翼17C)を有するディスク18と中空のスペーサ19とを軸方向に交互に積層して構成されている。ケーシング16の内周側には、複数段の動翼17A〜17Cにそれぞれ対向するように複数の翼環20が設けられており、これら複数の翼環20の間に複数段の静翼(本実施形態では、第1段の静翼21A、第2段の静翼21B、及び第3段の静翼21C)がそれぞれ係合支持されている。そして、静翼21A〜21Cは燃焼器3からの燃焼ガスを加速し、動翼17A〜17Cを備えたロータ5が回転するようになっている。   The turbine 4 includes the rotor 5 and a substantially cylindrical casing 16 that covers the outer peripheral side of the rotor 5. The rotor 5 is a disk having a plurality of moving blades (in this embodiment, the first-stage moving blade 17A, the second-stage moving blade 17B, or the third-stage moving blade 17C) arranged on the outer circumferential side in the circumferential direction. 18 and hollow spacers 19 are alternately stacked in the axial direction. A plurality of blade rings 20 are provided on the inner peripheral side of the casing 16 so as to face the plurality of blades 17 </ b> A to 17 </ b> C, respectively. In the embodiment, the first stage stationary blade 21A, the second stage stationary blade 21B, and the third stage stationary blade 21C) are engaged and supported. And the stationary blades 21A-21C accelerate the combustion gas from the combustor 3, and the rotor 5 provided with the moving blades 17A-17C rotates.

ここで本実施形態の大きな特徴として、燃焼器3のトランジションピース15には、圧縮機1から抽気した圧縮空気の一部を燃焼ガスで加熱する熱交換部22(熱交換手段)が設けられており、タービン4のケーシング16の外周側には、複数のトランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気がそれぞれ流入する複数のケーシング流路23が形成されている。以下、その詳細を説明する。   Here, as a major feature of the present embodiment, the transition piece 15 of the combustor 3 is provided with a heat exchanging portion 22 (heat exchanging means) that heats a part of the compressed air extracted from the compressor 1 with combustion gas. A plurality of casing flow paths 23 into which the air heated by the heat exchanging portions 22 of the plurality of transition pieces 15 respectively flows are formed on the outer peripheral side of the casing 16 of the turbine 4. Details will be described below.

図3は、上記トランジションピース15の熱交換部22の詳細構造を表す部分拡大斜視図であり、図4は、上記ケーシング流路23の詳細構造を表すタービン4のケーシング16の部分拡大斜視図である。   FIG. 3 is a partially enlarged perspective view showing the detailed structure of the heat exchanging portion 22 of the transition piece 15, and FIG. 4 is a partially enlarged perspective view of the casing 16 of the turbine 4 showing the detailed structure of the casing flow path 23. is there.

これら図3及び図4、前述の図2において、トランジションピース15の熱交換部22は、トランジションピース15の外周側におけるタービン4の径方向内側(図2及び図3中下側)に設けられ、圧縮機1で生成した圧縮空気の一部を抽気する吸気口(図示せず)を有する第1マニホールド24と、この第1マニホールド24にそれぞれ接続され、トランジションピース15の管壁の周方向に沿って設けられた複数の伝熱管25と、トランジションピース15の外周側におけるタービン4の径方向外側(図2及び図3中上側)に設けられ、複数の伝熱管25の下流側に接続された第2マニホールド26とで構成されている。そして、第1マニホールド24、伝熱管25、及び第2マニホールド26内を流れる空気は、トランジションピース15内を流れる燃焼ガスと熱交換して加熱されるようになっている。   3 and FIG. 4 and FIG. 2 described above, the heat exchanging portion 22 of the transition piece 15 is provided on the radially inner side of the turbine 4 on the outer peripheral side of the transition piece 15 (the lower side in FIG. 2 and FIG. 3). A first manifold 24 having an inlet (not shown) for extracting a part of the compressed air generated by the compressor 1, and connected to the first manifold 24, respectively, along the circumferential direction of the tube wall of the transition piece 15. A plurality of heat transfer tubes 25 provided on the outer peripheral side of the transition piece 15 in the radial direction outside (upper side in FIGS. 2 and 3) and connected to the downstream side of the plurality of heat transfer tubes 25. 2 manifolds 26. The air flowing in the first manifold 24, the heat transfer tube 25, and the second manifold 26 is heated by exchanging heat with the combustion gas flowing in the transition piece 15.

タービン4のケーシング16は例えば半割れ構造となっており、このケーシング16における第1段の静翼21A、第1段の動翼17A、及び第2段の静翼21Bに対応する位置に、間隙を介し外周側を覆うようにケーシング27が接合されている。また、ケーシング16,27間の間隙を周方向に区分する複数の隔壁28が接合され、これによって複数の軸方向(図2中左右方向、図4中左下・右上方向)のケーシング流路23が形成されている。また、ケーシング16には、ケーシング流路23の軸方向上流側(図2中左側、図4中左下側)に開口する流入孔29と、ケーシング流路23の軸方向下流側(図2中右側、図4中右上側)に開口し、例えば第2段の静翼21Bの外周側のチャンバ30に連通する流出孔31とが形成されている。そして、トランジションピース15の熱交換部22の第2マニホールド26とケーシング16の流入孔29とを接続する配管32が設けられ、この配管32を介し熱交換部22で加熱した空気がケーシング流路23に流入するようになっている。また、ケーシング流路23内を流れた空気は、ケーシング16の排出孔31を介しチャンバ30に流出し、最終的にタービン4内のガス流路(ガスパス)に流出するようになっている。   The casing 16 of the turbine 4 has, for example, a half-crack structure, and there is a gap at a position corresponding to the first stage stationary blade 21A, the first stage moving blade 17A, and the second stage stationary blade 21B. The casing 27 is joined so as to cover the outer peripheral side via the. In addition, a plurality of partition walls 28 that divide the gap between the casings 16 and 27 in the circumferential direction are joined together, whereby a plurality of axial passages (left and right direction in FIG. 2, lower left and upper right direction in FIG. 4) casing flow paths 23 are formed. Is formed. Further, the casing 16 has an inflow hole 29 opened on the upstream side in the axial direction of the casing flow path 23 (left side in FIG. 2, lower left side in FIG. 4), and the downstream side in the axial direction of the casing flow path 23 (right side in FIG. 2). , And an outflow hole 31 communicating with the chamber 30 on the outer peripheral side of the second stage stationary blade 21B, for example, is formed. A pipe 32 is provided to connect the second manifold 26 of the heat exchanging section 22 of the transition piece 15 and the inflow hole 29 of the casing 16, and the air heated by the heat exchanging section 22 through the pipe 32 is the casing flow path 23. To flow into. Further, the air that has flowed through the casing flow path 23 flows out into the chamber 30 through the discharge hole 31 of the casing 16, and finally flows out into the gas flow path (gas path) in the turbine 4.

次に、本実施形態の作用効果を説明する。図5は、起動時におけるタービン4のロータ5の温度Tr及びケーシング16の温度Tc2の経時変化、チップクリアランス(詳細には、ロータ5の動翼17A〜17Cとそれぞれ対向するケーシング16の翼環20との間隙)の経時変化を表す図である。なお、この図5において、一点鎖線は、起動時にタービン4のケーシング16を予熱しない場合におけるケーシング16の温度Tc1及びチップクリアランスの経時変化を比較例として示すものである。   Next, the effect of this embodiment is demonstrated. FIG. 5 shows changes over time in the temperature Tr of the rotor 5 of the turbine 4 and the temperature Tc2 of the casing 16 at the time of start-up, tip clearance (specifically, the blade ring 20 of the casing 16 facing the rotor blades 17A to 17C of the rotor 5 respectively. It is a figure showing a time-dependent change of a gap | interval). In FIG. 5, the alternate long and short dash line shows, as a comparative example, changes over time in the temperature Tc1 of the casing 16 and the tip clearance when the casing 16 of the turbine 4 is not preheated at the time of startup.

例えば起動時にタービン4のケーシング16を予熱しない場合は、ケーシング16はロータ5に比べて熱容量が大きいことから、ケーシング16の温度Tc1はロータ5の温度Trに比べて応答が遅く、静定するまでに時間を要する。そのため、時間t0で起動開始すると(言い換えれば、燃焼器3に供給する燃料流量を増加させ燃焼ガスの温度が上昇すると)、まずロータ5の温度Trが上昇してロータ5が径方向外側に伸長し、チップクリアランスは例えば設定値X0(言い換えれば、ロータ5及びケーシング16が熱変形しないときの値)から最小値Xmin1まで下降する。その後、ケーシング16の温度Tc1が遅れて上昇してケーシング16が径方向外側に伸長し、チップクリアランスは例えば定常値Xtまで回復する。   For example, when the casing 16 of the turbine 4 is not preheated at the time of start-up, the casing 16 has a larger heat capacity than the rotor 5, so that the temperature Tc1 of the casing 16 has a slower response than the temperature Tr of the rotor 5 and is settled. Takes time. Therefore, when start-up is started at time t0 (in other words, when the flow rate of fuel supplied to the combustor 3 is increased and the temperature of the combustion gas rises), the temperature Tr of the rotor 5 first rises and the rotor 5 extends radially outward. The tip clearance, for example, falls from the set value X0 (in other words, the value when the rotor 5 and the casing 16 are not thermally deformed) to the minimum value Xmin1. Thereafter, the temperature Tc1 of the casing 16 rises with a delay, the casing 16 extends radially outward, and the tip clearance is restored to, for example, the steady value Xt.

一方、本実施形態のようにトランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気をケーシング流路23に流すことによりケーシング16を加熱する場合は、ロータ5の温度Tr及びケーシング16の温度Tc2がほぼ同時に上昇を開始する。そのため、ロータ5及びケーシング16の径方向外側への伸長がほぼ同時に進行するので、チップクリアランスは例えば設計値X0から最小値Xmin2(但し、Xmin2<Xmin1)まで下降し、その後、定常値Xtまで回復する。すなわち、本実施形態では、例えば起動時にタービン4のケーシング16を予熱しない場合に比べ、チップクリアランスの一時的な低下幅を小さくすることができる。これにより、図7に示すように、例えばチップクリアランスの最小値がXmin1となるように設定値をXoからXo’に狭めることができ、これに伴い定常値もXtからXt’に小さくなるので、タービン効率を向上させることができる。具体的には、例えばクリアランスの設計値X0=100%(ロータ5の静止時を100%とする)、定常値Xt=50%とした従来のガスタービンに本発明を適用した場合、クリアランスの設計値X0’=80%、定常値Xt’=27%に減少させることが可能となり、これによってガスタービンの総合効率を向上することができる。   On the other hand, when the casing 16 is heated by flowing the air heated by the heat exchanging portion 22 of the transition piece 15 through the casing flow path 23 as in the present embodiment, the temperature Tr of the rotor 5 and the temperature Tc2 of the casing 16 are substantially equal. At the same time start to rise. Therefore, since the radially outward expansion of the rotor 5 and the casing 16 proceeds almost simultaneously, the tip clearance decreases from the design value X0 to the minimum value Xmin2 (where Xmin2 <Xmin1), and then recovers to the steady value Xt. To do. In other words, in the present embodiment, for example, compared with a case where the casing 16 of the turbine 4 is not preheated at the time of start-up, the temporary decrease width of the tip clearance can be reduced. Accordingly, as shown in FIG. 7, for example, the set value can be narrowed from Xo to Xo ′ so that the minimum value of the tip clearance becomes Xmin1, and accordingly, the steady value also decreases from Xt to Xt ′. Turbine efficiency can be improved. Specifically, for example, when the present invention is applied to a conventional gas turbine in which the clearance design value X0 = 100% (when the rotor 5 is stationary 100%) and the steady value Xt = 50%, the clearance design It is possible to reduce the value X0 '= 80% and the steady value Xt' = 27%, thereby improving the overall efficiency of the gas turbine.

また、本実施形態においては、トランジションピース15の熱交換部22を設けることにより、起動時における燃焼器3の燃焼ガスの熱エネルギーを回収することができる。図7は、起動時におけるトランジションピース15の熱交換部22の燃焼ガスの入口温度T_Ginの経時変化に伴う熱交換部22の空気入口温度T_Ain及び空気出口温度T_Aout、タービン4のケーシング16の温度Tcの経時変化を一例として表す図である。   Moreover, in this embodiment, the thermal energy of the combustion gas of the combustor 3 at the time of starting can be collect | recovered by providing the heat exchange part 22 of the transition piece 15. FIG. FIG. 7 shows the air inlet temperature T_Ain and the air outlet temperature T_Aout of the heat exchanging part 22 and the temperature Tc of the casing 16 of the turbine 4 as the combustion gas inlet temperature T_Gin of the heat exchanging part 22 of the transition piece 15 at start-up changes with time. It is a figure showing the time-dependent change of as an example.

この図7に示すように、起動開始時(時間t0〜t1)は、通常、タービン4の駆動の立ち上げを早くするため、燃焼器3に供給する燃料流量を比較的多くするので、燃焼ガスの温度が急激に上昇する。その後、タービン4のロータ5の回転数が定格回転数に達すると(時間t1)、例えば潤滑油の温度等を安定させるための暖気運転を行うため、燃焼器3に供給する燃料流量を一旦低下させるとともに維持するので、燃焼ガスの温度が低下するとともに安定する。そして、暖気運転が終了すると(時間t2)、発電を開始するために連結軸8で発電機9を接続し、燃焼器3に供給する燃料流量を増加させるので、燃焼ガスの温度が徐々に上昇する。その後、発電出力が定格出力に達すると(時間t3)、図示しないが、例えば燃焼器3に供給する燃料流量を一定流量で維持するので、燃焼ガスの温度が安定する。   As shown in FIG. 7, normally, at the start of startup (time t0 to t1), the flow rate of fuel supplied to the combustor 3 is relatively increased in order to speed up the start-up of the drive of the turbine 4. The temperature rises rapidly. Thereafter, when the rotational speed of the rotor 5 of the turbine 4 reaches the rated rotational speed (time t1), for example, in order to perform a warm-up operation for stabilizing the temperature of the lubricating oil, the flow rate of the fuel supplied to the combustor 3 is temporarily reduced. And maintaining it, the temperature of the combustion gas decreases and stabilizes. When the warm-up operation ends (time t2), the generator 9 is connected to the connecting shaft 8 to start power generation, and the fuel flow rate supplied to the combustor 3 is increased, so that the temperature of the combustion gas gradually increases. To do. Thereafter, when the power generation output reaches the rated output (time t3), although not shown, for example, the fuel flow rate supplied to the combustor 3 is maintained at a constant flow rate, so that the temperature of the combustion gas is stabilized.

このように起動開始時(時間t0〜t1)の燃焼ガスの温度は急激に上昇しており、通常、その熱エネルギーの全部が有効に利用されているとは言い難い。本実施形態では、トランジションピース15の熱交換部22は、起動開始時の燃焼ガスにより圧縮機1から抽気した圧縮空気の一部を加熱するので、起動開始時の燃焼ガスの熱エネルギーの一部を回収することができる。また、トランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気がタービン4のケーシング流路23に流入して起動開始時に冷えた状態のタービン4のケーシング16を加熱するので、有効利用することができる。   As described above, the temperature of the combustion gas at the start of activation (time t0 to t1) is rapidly increased, and it is usually difficult to say that all of the heat energy is effectively utilized. In the present embodiment, the heat exchanging part 22 of the transition piece 15 heats a part of the compressed air extracted from the compressor 1 by the combustion gas at the start of startup, so a part of the thermal energy of the combustion gas at the start of startup. Can be recovered. Moreover, since the air heated by the heat exchange part 22 of the transition piece 15 flows into the casing flow path 23 of the turbine 4 and heats the casing 16 of the turbine 4 that is cooled at the start of startup, it can be used effectively.

また、本実施形態においては、例えば蒸気を流入させる場合とは異なり、蒸気を生成する時間を要するためにガスタービンの立上げ時間が長くなるようなことがない。また、蒸気を生成するための設備が不要であり、さらに蒸気を導入する部分に耐蝕性を高めた材質を用いる必要がないので、コスト低減を図ることができる。したがって、本実施形態においては、コスト低減を図りつつ、チップクリアランスを減少させてガスタービンの性能を向上することができる。   Further, in the present embodiment, unlike the case where steam is introduced, for example, it takes time to generate steam, so that the startup time of the gas turbine does not become long. In addition, no equipment for generating steam is required, and it is not necessary to use a material with improved corrosion resistance for the part where steam is introduced, so that the cost can be reduced. Therefore, in the present embodiment, it is possible to improve the performance of the gas turbine by reducing the tip clearance while reducing the cost.

なお、上記一実施形態においては、トランジションピース15の熱交換部22は、トランジションピース15の管壁の周方向に沿って設けた複数の伝熱管25を有する構造を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばトランジションピース15の内部に伝熱管を設けてもよいし、例えば伝熱管に代えてプレート式熱交換器を設けてもよい。また、例えば伝熱面積を拡大することを目的としてリブやフィンなどを設けてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the heat exchanging portion 22 of the transition piece 15 has been described by taking as an example a structure having a plurality of heat transfer tubes 25 provided along the circumferential direction of the tube wall of the transition piece 15. Not limited. That is, for example, a heat transfer tube may be provided inside the transition piece 15, or a plate heat exchanger may be provided instead of the heat transfer tube, for example. Further, for example, ribs and fins may be provided for the purpose of expanding the heat transfer area. In these cases, the same effect as described above can be obtained.

また、上記一実施形態においては、タービン4のケーシング16の外周側を覆うようにケーシング27を接合してケーシング流路23を形成する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばケーシング16内にケーシング流路を形成してもよいし、例えば伝熱面積を拡大するためにリブやフィンなどを設けてもよい。また、例えばケーシング16の材質や構造を考慮し、ケーシング16のフランジ部16a(前述の図4参照)を加熱する配管などを設け、これをケーシング流路としてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the case where the casing 27 is joined to cover the outer peripheral side of the casing 16 of the turbine 4 to form the casing flow path 23 has been described as an example. That is, for example, a casing channel may be formed in the casing 16, and for example, a rib or a fin may be provided in order to increase the heat transfer area. Further, for example, considering the material and structure of the casing 16, a pipe for heating the flange portion 16a of the casing 16 (see FIG. 4 described above) may be provided, and this may be used as the casing flow path. In these cases, the same effect as described above can be obtained.

本発明の他の実施形態を図8及び図9により説明する。本実施形態は、上記タービン4のケーシング流路23に供給する空気温度を調整する空気温度調整手段を設けた実施形態である。   Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an embodiment in which an air temperature adjusting means for adjusting the air temperature supplied to the casing flow path 23 of the turbine 4 is provided.

図8は、本実施形態によるガスタービンの全体構成を表す概略図である。この図8において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the gas turbine according to the present embodiment. In FIG. 8, parts that are the same as in the above embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.

本実施形態では、圧縮機1から抽気した圧縮空気の一部をタービン4のケーシング流路23に供給するバイパス配管33と、このバイパス配管33に設けた空気流量制御弁34(なお、これに代えてダンパ等でもよい)と、タービン4のケーシング16の温度を検出するケーシング温度検出器35(温度検出手段)と、このケーシング温度検出器35からの検出信号、及びガスタービン制御装置36から燃料流量制御弁2に出力される燃料流量指令信号が入力されるケーシング温度制御装置37(弁制御手段)とを備えている。なお、ガスタービン制御装置36は、例えばガスタービンの出力指令値MWD及びロータ5の回転数Nを検出する検出器(図示せず)からの検出信号に対し所定の演算処理を行い、生成した燃料流量指令信号を出力するようになっている。   In the present embodiment, a bypass pipe 33 that supplies a part of the compressed air extracted from the compressor 1 to the casing flow path 23 of the turbine 4 and an air flow rate control valve 34 provided in the bypass pipe 33 (instead of this) A casing temperature detector 35 (temperature detection means) for detecting the temperature of the casing 16 of the turbine 4, a detection signal from the casing temperature detector 35, and a fuel flow rate from the gas turbine control device 36. A casing temperature control device 37 (valve control means) to which a fuel flow rate command signal output to the control valve 2 is input is provided. The gas turbine control device 36 performs predetermined arithmetic processing on a detection signal from a detector (not shown) that detects, for example, the output command value MWD of the gas turbine and the rotational speed N of the rotor 5, and generates the generated fuel. A flow rate command signal is output.

ケーシング温度制御装置37は、ガスタービン制御装置36から入力した燃料流量指令値FFD(言い換えれば、ガスタービンの負荷変動)に応じて、タービン4のケーシング16の目標温度を設定するようになっている。そして、ケーシング温度検出器35で検出したケーシング16の温度が目標温度に近づくように、空気流量制御弁34の開度CvをPID制御で演算し、生成した駆動信号を空気流量制御弁34に出力するようになっている。詳しく説明すると、ケーシング温度制御装置37は、例えば燃料流量指令値FFDの増加(言い換えれば、ガスタービンの負荷増大)に従ってケーシング16の目標温度が高くなるように設定し、この目標温度にケーシング16の温度を近づけるために空気流量制御弁34の開度Cvを小さくなるように制御する。これにより、バイパス配管33を介しケーシング流路23に供給する空気流量が減少して、ケーシング流路23に供給する空気温度が高くなるようになっている。また、例えば燃料流量指令値FFDの減少(言い換えれば、ガスタービンの負荷減少)に従ってケーシング16の目標温度が低くなるように設定し、この目標温度にケーシング16の温度を近づけるために空気流量制御弁34の開度Cvを大きくなるように制御する。これにより、バイパス配管33を介しケーシング流路23に供給する空気流量が増加して、ケーシング流路23に供給する空気温度が低くなるようになっている。   The casing temperature control device 37 sets the target temperature of the casing 16 of the turbine 4 according to the fuel flow rate command value FFD (in other words, load fluctuation of the gas turbine) input from the gas turbine control device 36. . Then, the opening degree Cv of the air flow control valve 34 is calculated by PID control so that the temperature of the casing 16 detected by the casing temperature detector 35 approaches the target temperature, and the generated drive signal is output to the air flow control valve 34. It is supposed to be. More specifically, the casing temperature control device 37 is set so that the target temperature of the casing 16 increases as the fuel flow rate command value FFD increases (in other words, the load of the gas turbine increases), for example. In order to bring the temperature closer, the opening Cv of the air flow control valve 34 is controlled to be small. As a result, the flow rate of air supplied to the casing flow path 23 via the bypass pipe 33 is reduced, and the temperature of the air supplied to the casing flow path 23 is increased. Further, for example, the target flow rate of the casing 16 is set to be lower in accordance with the decrease in the fuel flow rate command value FFD (in other words, the load decrease of the gas turbine), and the air flow rate control valve is set to bring the temperature of the casing 16 closer to this target temperature. The opening degree Cv of 34 is controlled to be increased. As a result, the flow rate of air supplied to the casing passage 23 via the bypass pipe 33 is increased, and the temperature of the air supplied to the casing passage 23 is lowered.

以上のように構成された本実施形態においても、上記一実施形態同様、コスト低減を図りつつ、チップクリアランスを減少させてガスタービンの性能を向上することができる。また、本実施形態においては、ガスタービンの負荷変動に応じてタービン4のケーシング流路23に流入する空気温度を調整することにより、タービン4のケーシング16の熱伸びを管理し、タービン効率の最適化を図ることができる。その詳細を図9により説明する。   Also in the present embodiment configured as described above, the performance of the gas turbine can be improved by reducing the tip clearance while reducing the cost, as in the case of the first embodiment. In the present embodiment, the thermal expansion of the casing 16 of the turbine 4 is managed by adjusting the temperature of the air flowing into the casing flow path 23 of the turbine 4 according to the load fluctuation of the gas turbine, so that the optimum turbine efficiency is achieved. Can be achieved. The details will be described with reference to FIG.

図9は、停止時の燃料流量指令値FFDの経時変化に対応して制御する空気流量制御弁34の開度Cvの経時変化、これに伴うタービン4のロータ5の温度Tr及びケーシング16の温度Tc2の経時変化、チップクリアランスの経時変化を表す図である。なお、この図9において、一点鎖線は、タービン4のケーシング16を冷却しない場合におけるケーシング16の温度Tc1及びチップクリアランスの経時変化を比較例として示すものである。   FIG. 9 shows the change over time in the degree of opening Cv of the air flow control valve 34 that is controlled in response to the change over time in the fuel flow rate command value FFD at the time of stop, the temperature Tr of the rotor 5 of the turbine 4 and the temperature of the casing 16 associated therewith. It is a figure showing the time-dependent change of Tc2, and the time-dependent change of chip clearance. In FIG. 9, the alternate long and short dash line indicates, as a comparative example, changes over time in the temperature Tc1 of the casing 16 and the tip clearance when the casing 16 of the turbine 4 is not cooled.

この図9において、例えば停止時にタービン4のケーシング16を冷却しない場合は、ケーシング16はロータ5に比べて熱容量が大きいことから、ケーシング16の温度Tc1はロータ5の温度Trに比べて応答が遅く、静定するまでに時間を要する。そのため、時間t4でガスタービンの負荷が減少すると(言い換えれば、燃料流量指令値FFDが減少し燃焼ガスの温度が下降すると)、まずロータ5の温度Trが下降してロータ5が径方向内側に縮短し、チップクリアランスは例えば定常値Xtから最大値Xmax1まで上昇する。その後、ケーシング16の温度Tc1が遅れて下降してケーシング16が径方向内側に縮短し、チップクリアランスは例えば設計値Xtまで回復する。   In FIG. 9, for example, when the casing 16 of the turbine 4 is not cooled at the time of stoppage, the casing 16 has a larger heat capacity than the rotor 5, so that the temperature Tc1 of the casing 16 has a slower response than the temperature Tr of the rotor 5. It takes time to settle down. Therefore, when the load of the gas turbine decreases at time t4 (in other words, when the fuel flow rate command value FFD decreases and the temperature of the combustion gas decreases), the temperature Tr of the rotor 5 first decreases and the rotor 5 moves radially inward. The chip clearance is shortened, and the tip clearance increases, for example, from the steady value Xt to the maximum value Xmax1. Thereafter, the temperature Tc1 of the casing 16 descends with a delay, the casing 16 contracts radially inward, and the tip clearance is restored to, for example, the design value Xt.

一方、本実施形態のように、燃料流量指令値FFDの減少に応じて空気流量制御弁34の開度Cvを大きくしてタービン4のケーシング流路23に流す空気温度を下げ、これによってケーシング16を冷却する場合は、ロータ5の温度Tr及びケーシング16の温度Tc2がほぼ同時に下降を開始する。そのため、ロータ5及びケーシング16の径方向内側への縮短がほぼ同時に進行するので、チップクリアランスは例えば定常値Xtから設計値X0まで増加する。すなわち、本実施形態では、例えば停止時にタービン4のケーシング16を冷却しない場合に比べ、チップクリアランスの一時的な上昇幅を小さくすることができ、タービン効率を向上させることができる。   On the other hand, as in the present embodiment, the opening Cv of the air flow rate control valve 34 is increased in accordance with the decrease in the fuel flow rate command value FFD, and the temperature of the air flowing through the casing flow path 23 of the turbine 4 is lowered. Is cooled, the temperature Tr of the rotor 5 and the temperature Tc2 of the casing 16 start decreasing almost simultaneously. For this reason, since the reduction of the rotor 5 and the casing 16 toward the radially inner side proceeds almost simultaneously, the tip clearance increases from the steady value Xt to the design value X0, for example. That is, in this embodiment, compared with the case where the casing 16 of the turbine 4 is not cooled at the time of a stop, for example, the temporary rise width of a tip clearance can be made small and turbine efficiency can be improved.

なお、上記他の実施形態においては、ケーシング温度制御装置37は、ガスタービン制御装置36から入力した燃料流量指令値FFDに応じてタービン4のケーシング16の目標温度を設定する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばタービン4のロータ5の回転数を検出する検出器からの検出信号に応じてタービン4のケーシング16の目標温度を設定してもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。   In the other embodiment, the casing temperature control device 37 has been described by taking as an example the case where the target temperature of the casing 16 of the turbine 4 is set according to the fuel flow rate command value FFD input from the gas turbine control device 36. However, it is not limited to this. That is, for example, the target temperature of the casing 16 of the turbine 4 may be set according to a detection signal from a detector that detects the number of rotations of the rotor 5 of the turbine 4. In this case, the same effect as described above can be obtained.

また、上記実施形態においては、トランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気によりタービン4のケーシング16のみを加熱する構成を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば燃焼器3に供給する燃料も加熱するような構成としてもよい。図10は、このような変形例によるガスタービンの全体構成を表す概略図である。なお、この図10において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   Moreover, in the said embodiment, although demonstrated about the structure which heats only the casing 16 of the turbine 4 with the air heated by the heat exchange part 22 of the transition piece 15, it is not restricted to this. That is, for example, the fuel supplied to the combustor 3 may be heated. FIG. 10 is a schematic diagram showing the overall configuration of a gas turbine according to such a modification. In FIG. 10, the same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

本変形例では、燃料流量制御弁2の上流側に設けられ燃焼器3に供給する燃料を加熱する熱交換器38と、この熱交換器38とトランジションピース15の熱交換部22との間に接続された配管39と、熱交換器38とケーシング流路23との間に接続された配管40と、熱交換器38をバイパスするように配管39,40の間に接続されたバイパス配管41と、配管39におけるバイパス配管41の接続部に設けられ、配管39の熱交換器38側及びバイパス配管41側のうちいずれか一方を開き状態に他方を閉じ状態に切り替える切替ダンパ42と、ガスタービン制御装置36からの燃料流量指令信号等に応じて所定の演算処理を行い、切替ダンパ42を駆動制御する制御装置43とを備えている。   In the present modification, a heat exchanger 38 that is provided upstream of the fuel flow control valve 2 and heats the fuel supplied to the combustor 3, and between the heat exchanger 38 and the heat exchanging portion 22 of the transition piece 15. A connected pipe 39, a pipe 40 connected between the heat exchanger 38 and the casing flow path 23, and a bypass pipe 41 connected between the pipes 39, 40 so as to bypass the heat exchanger 38. A switching damper 42 that is provided at a connection portion of the bypass pipe 41 in the pipe 39 and switches one of the pipe 39 to the heat exchanger 38 side and the bypass pipe 41 side to the open state and the other to the closed state, and gas turbine control A control device 43 that performs predetermined arithmetic processing according to a fuel flow rate command signal from the device 36 and drives and controls the switching damper 42 is provided.

制御装置43は、例えばガスタービンの起動時に切替ダンパ42を駆動制御して、配管39の熱交換器38側を閉じ状態とし、バイパス配管41側を開き状態とする。これにより、トランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気がバイパス配管41等を介しタービン4のケーシング流路23に流入する。したがって、上記一実施形態同様、チップクリアランスの一時的な低下幅を小さくすることができ、これによってチップクリアランスの設計値及び定常値を低減させることができ、タービン効率を向上することができる。また、制御装置43は、例えば定格運転時に切替ダンパ42を駆動制御して、バイパス配管41側を閉じ状態とし、配管39の熱交換器38側を開き状態とする。これにより、トランジションピース15の熱交換部22で加熱した空気が配管39を介し熱交換器38に流入して燃料を加熱し、この熱交換器38で利用された空気が配管40を介しタービン4のケーシング流路23に流入する。これにより、燃焼ガスの熱エネルギーの一部を燃料の加熱に利用することができ、ガスタービンの総合効率を向上させることができる。   The control device 43 drives and controls the switching damper 42 when the gas turbine is started, for example, to close the heat exchanger 38 side of the pipe 39 and open the bypass pipe 41 side. Thereby, the air heated by the heat exchanging part 22 of the transition piece 15 flows into the casing flow path 23 of the turbine 4 through the bypass pipe 41 and the like. Therefore, as in the case of the above-described embodiment, the temporary decrease width of the tip clearance can be reduced, whereby the design value and steady value of the tip clearance can be reduced, and the turbine efficiency can be improved. Further, the control device 43 drives and controls the switching damper 42 during rated operation, for example, to close the bypass pipe 41 side and open the heat exchanger 38 side of the pipe 39. As a result, the air heated in the heat exchange section 22 of the transition piece 15 flows into the heat exchanger 38 via the pipe 39 to heat the fuel, and the air used in the heat exchanger 38 passes through the pipe 40 to the turbine 4. Flow into the casing flow path 23. Thereby, a part of thermal energy of combustion gas can be utilized for heating of fuel, and the total efficiency of a gas turbine can be improved.

本発明のガスタービンの第1の実施形態の全体構成を表す概略図である。It is the schematic showing the whole structure of 1st Embodiment of the gas turbine of this invention. 本発明のガスタービンの第1の実施形態の要部の詳細構造を表す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the detailed structure of the principal part of 1st Embodiment of the gas turbine of this invention. 本発明のガスタービンの第1の実施形態を構成するトランジションピースの熱交換部の詳細構造を表す部分拡大斜視図である。It is a partial expansion perspective view showing the detailed structure of the heat exchange part of the transition piece which comprises 1st Embodiment of the gas turbine of this invention. 本発明のガスタービンの第1の実施形態を構成するケーシング流路の詳細構造を表すタービンのケーシングの部分拡大斜視図である。It is a partial expansion perspective view of the casing of the turbine showing the detailed structure of the casing channel which constitutes a 1st embodiment of the gas turbine of the present invention. 起動時におけるタービンのロータの温度及びケーシングの温度の経時変化、チップクリアランスの経時変化を表す図である。It is a figure showing the time-dependent change of the temperature of the rotor of a turbine and the temperature of a casing at the time of starting, and the time-dependent change of a tip clearance. タービンのチップクリアランスの経時変化を表す図である。It is a figure showing the time-dependent change of the tip clearance of a turbine. 起動時における燃焼器の燃焼ガスの温度の経時変化に伴うトランジションピースの熱交換部の空気入口温度及び空気出口温度、タービンのケーシングの温度の経時変化を一例として表す図である。It is a figure showing as an example the time-dependent change of the air inlet temperature of the heat exchange part of the transition piece and the air outlet temperature accompanying the time-dependent change of the temperature of the combustion gas of the combustor at the time of starting. 本発明のガスタービンの第2の実施形態の全体構成を表す概略図である。It is the schematic showing the whole structure of 2nd Embodiment of the gas turbine of this invention. 停止時の燃料流量指令値の経時変化に対応して制御する空気流量制御弁の開度の経時変化、これに伴うタービンのロータの温度及びケーシングの温度の経時変化、チップクリアランスの経時変化を表す図である。This represents the change over time in the opening of the air flow control valve that is controlled in response to the change over time in the fuel flow command value at the time of stoppage, the change over time in the turbine rotor temperature and casing temperature, and the change over time in the tip clearance. FIG. 本発明のガスタービンの一変形例の全体構成を表す概略図である。It is the schematic showing the whole structure of the modification of the gas turbine of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 ロータ
15 トランジションピース
16 ケーシング
22 熱交換器(熱交換手段)
23 ケーシング流路
24 第1マニホールド
25 伝熱管
26 第2マニホールド
33 バイパス配管(空気温度調整手段)
34 空気流量制御弁(空気温度調整手段)
35 温度検出器(温度検出手段、空気温度調整手段)
37 ケーシング温度制御装置(制御手段、空気温度調整手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 3 Combustor 4 Turbine 5 Rotor 15 Transition piece 16 Casing 22 Heat exchanger (heat exchange means)
23 Casing channel 24 First manifold 25 Heat transfer tube 26 Second manifold 33 Bypass piping (air temperature adjusting means)
34 Air flow control valve (air temperature adjusting means)
35 Temperature detector (temperature detection means, air temperature adjustment means)
37 Casing temperature control device (control means, air temperature adjustment means)

Claims (8)

圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮機からの圧縮空気とともに燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動するタービンとを備えたガスタービンにおいて、
前記燃焼器から前記タービンへと燃焼ガスを導くトランジションピースに設けられ、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記燃焼ガスで加熱する熱交換手段と、
前記タービンのケーシングに形成され、前記熱交換手段で加熱した空気が流入するケーシング流路とを備えたことを特徴とするガスタービン。
A gas turbine comprising: a compressor that generates compressed air; a combustor that burns fuel together with the compressed air from the compressor to generate combustion gas; and a turbine that is rotationally driven by the combustion gas from the combustor. ,
A heat exchange means that is provided in a transition piece that guides combustion gas from the combustor to the turbine, and heats a part of the compressed air extracted from the compressor with the combustion gas;
A gas turbine comprising: a casing passage formed in a casing of the turbine and into which air heated by the heat exchange means flows.
請求項1記載のガスタービンにおいて、前記熱交換手段は、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部が流入する第1マニホールドと、前記第1マニホールドにそれぞれ接続され、前記トランジションピースの管壁の周方向に沿って設けた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の下流側に接続された第2マニホールドとを有することを特徴とするガスタービン。   2. The gas turbine according to claim 1, wherein the heat exchanging means is connected to a first manifold into which a part of the compressed air extracted from the compressor flows, and to the first manifold, respectively. A gas turbine comprising: a plurality of heat transfer tubes provided along a circumferential direction; and a second manifold connected to a downstream side of the plurality of heat transfer tubes. 請求項1又は2記載のガスタービンにおいて、前記ケーシング流路に流入した空気を前記タービン内のガス流路に流出させることを特徴とするガスタービン。   The gas turbine according to claim 1 or 2, wherein the air that has flowed into the casing flow path is caused to flow out to a gas flow path in the turbine. 請求項1乃至3のいずれか1項記載のガスタービンにおいて、前記ケーシング流路に流入する空気の温度を調整する空気温度調整手段を備えたことを特徴とするガスタービン。   The gas turbine according to any one of claims 1 to 3, further comprising an air temperature adjusting means for adjusting a temperature of air flowing into the casing flow path. 請求項4記載のガスタービンにおいて、前記空気温度調整手段は、前記熱交換手段をバイパスし、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記ケーシング流路に供給するバイパス配管と、前記バイパス配管に設けた流量制御弁と、前記ケーシングの温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段で検出した前記ケーシングの温度が目標温度に近づくように前記流量制御弁の開度を制御する弁制御手段とを有することを特徴とするガスタービン。   5. The gas turbine according to claim 4, wherein the air temperature adjusting unit bypasses the heat exchange unit and supplies a part of the compressed air extracted from the compressor to the casing flow path, and the bypass pipe. A flow rate control valve provided in the control unit, temperature detection means for detecting the temperature of the casing, and valve control for controlling the opening of the flow rate control valve so that the temperature of the casing detected by the temperature detection means approaches a target temperature. And a gas turbine. 請求項5記載のガスタービンにおいて、前記弁制御手段は、前記燃焼器に供給する燃料流量又は前記タービンのロータの回転数に応じて前記ケーシングの目標温度を設定することを特徴とするガスタービン。   6. The gas turbine according to claim 5, wherein the valve control means sets a target temperature of the casing in accordance with a flow rate of fuel supplied to the combustor or a rotational speed of a rotor of the turbine. 圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器、及び前記燃焼器からの燃焼ガスにより回転駆動するタービンを備えたガスタービンに設けられ、前記燃焼器から前記タービンへ燃焼ガスを導くトランジションピースにおいて、
前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部を前記燃焼ガスで加熱する熱交換手段を備えたことを特徴とするトランジションピース。
Provided in a gas turbine comprising a compressor that generates compressed air, a combustor that generates combustion gas by burning compressed air and fuel from the compressor, and a turbine that is rotationally driven by the combustion gas from the combustor. , In a transition piece that directs combustion gas from the combustor to the turbine,
A transition piece comprising heat exchange means for heating a part of compressed air extracted from the compressor with the combustion gas.
請求項7記載のトランジションピースにおいて、前記熱交換手段は、前記圧縮機から抽気した圧縮空気の一部が流入する第1マニホールドと、前記第1マニホールドにそれぞれ接続され、前記トランジションピースの管壁の周方向に沿って設けた複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の下流側に接続された第2マニホールドとを有することを特徴とするトランジションピース。   8. The transition piece according to claim 7, wherein the heat exchanging means is connected to a first manifold into which a part of compressed air extracted from the compressor flows, and to the first manifold, respectively. A transition piece comprising: a plurality of heat transfer tubes provided along a circumferential direction; and a second manifold connected to a downstream side of the plurality of heat transfer tubes.
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