JP2010077930A - Bleed type gas turbine engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機からの圧縮空気をエネルギとしてエンジンの外部に取り出す抽気式ガスタービンエンジンに関するものである。 The present invention relates to an extraction type gas turbine engine that extracts compressed air from a compressor as energy to the outside of the engine.
従来、抽気式ガスタービンエンジンとして、例えば特開2006−213168号公報に記載されるように、圧縮機で圧縮された空気の一部を外部に取り出し、残りの圧縮空気を燃焼器に流入させ燃料とで燃焼させ、その燃焼ガスによってタービンを回転させるものが知られている。このガスタービンエンジンは、取り出した高圧空気をエネルギとして垂直離着機の推力発生器で推力を発生させ、装置の軽量化を図ろうとするものである。
上述した抽気式ガスタービンエンジンにあっては、外部に取り出す圧縮空気の流量(抽気空気流量)を増大させ、推力のアップを図ると、圧縮機の作動点がサージ領域に入るおそれがあり、安定した運転を確保し難い問題点があった。 In the above-described extraction type gas turbine engine, if the flow rate of the compressed air taken out (extraction air flow rate) is increased to increase the thrust, the operating point of the compressor may enter the surge region, which is stable. There was a problem that it was difficult to secure the driving.
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、抽気空気流量を増大させると共に、安定した運転を可能にした抽気式ガスタービンエンジンを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a bleed-type gas turbine engine capable of increasing the bleed-air flow rate and enabling stable operation. .
すなわち、本発明に係る抽気式ガスタービンエンジンは、空気を圧縮機に流入させ、圧縮機で圧縮した空気の一部を燃焼器に流入させ残りの圧縮空気をエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させる抽気式ガスタービンエンジンにおいて、タービンに蒸気を供給する蒸気供給手段が設けられていることを特徴とする。 That is, in the extraction type gas turbine engine according to the present invention, air flows into the compressor, a part of the air compressed by the compressor flows into the combustor, the remaining compressed air is taken out as energy, and the combustion gas in the combustor In the extraction type gas turbine engine for rotating the turbine by means of the above, a steam supply means for supplying steam to the turbine is provided.
この発明によれば、蒸気供給手段が設けられているので、蒸気は蒸気供給手段によってタービンに供給される。この蒸気の供給により、タービン流量特性ラインは空気流量の減少方向に移動し、圧縮機の作動点は同一タービン入口温度で大流量側に移動するので、抽気空気流量を増大させることができる。また、圧縮機の作動点が空気流量の増大方向に移動した結果、作動点はサージラインから離れることになり、サージを回避することができる。従って、安定した運転を確保することが可能となる。 According to the present invention, since the steam supply means is provided, the steam is supplied to the turbine by the steam supply means. By supplying this steam, the turbine flow rate characteristic line moves in the decreasing direction of the air flow rate, and the operating point of the compressor moves to the large flow rate side at the same turbine inlet temperature, so that the extraction air flow rate can be increased. Moreover, as a result of the operating point of the compressor moving in the direction of increasing the air flow rate, the operating point moves away from the surge line, and a surge can be avoided. Therefore, stable operation can be ensured.
また本発明に係る抽気式ガスタービンエンジンにおいて、蒸気供給手段は、燃焼器とタービンとを連通する連通経路に蒸気を供給することが好適である。 In the extraction type gas turbine engine according to the present invention, it is preferable that the steam supply means supplies steam to a communication path that connects the combustor and the turbine.
このように、蒸気供給手段は燃焼器とタービンとを連通する連通経路に蒸気を供給するので、蒸気は、タービンの上流に供給され、燃焼ガスと均一に混合しタービンに流入することができる。 Thus, the steam supply means supplies the steam to the communication path that communicates the combustor and the turbine, so that the steam is supplied upstream of the turbine, can be mixed uniformly with the combustion gas, and can flow into the turbine.
本発明に係る抽気式ガスタービンエンジンは、空気を圧縮機に流入させ、圧縮機で圧縮した空気の一部を燃焼器に流入させ残りの圧縮空気をエネルギとして取り出し、燃焼器における燃焼ガスによってタービンを回転させる抽気式ガスタービンエンジンにおいて、タービンに水分を供給する水分供給手段が設けられていることを特徴とする。 The extraction type gas turbine engine according to the present invention allows air to flow into a compressor, a part of the air compressed by the compressor flows into the combustor, and the remaining compressed air is taken out as energy, and the turbine uses the combustion gas in the combustor. In the extraction type gas turbine engine for rotating the engine, moisture supply means for supplying moisture to the turbine is provided.
この発明によれば、水分供給手段が設けられているので、水分は蒸気供給手段によってタービンに供給される。水分の供給により、タービン流量特性ラインは空気流量の減少方向に移動し、圧縮機の作動点は同一タービン入口温度で大流量側に移動するので、抽気空気流量を増大させることができる。また、圧縮機の作動点が空気流量の増大方向に移動した結果、作動点はサージラインから離れることになり、サージを回避することができる。従って、安定した運転を確保することが可能となる。 According to the present invention, since the moisture supply means is provided, the moisture is supplied to the turbine by the steam supply means. By supplying moisture, the turbine flow rate characteristic line moves in the decreasing direction of the air flow rate, and the operating point of the compressor moves to the high flow rate side at the same turbine inlet temperature, so that the extraction air flow rate can be increased. Moreover, as a result of the operating point of the compressor moving in the direction of increasing the air flow rate, the operating point moves away from the surge line, and a surge can be avoided. Therefore, stable operation can be ensured.
また本発明に係る抽気式ガスタービンエンジンにおいて、水分供給手段は、燃焼器とタービンとを連通する連通経路に水分を供給することが好適である。 In the extraction type gas turbine engine according to the present invention, it is preferable that the moisture supply means supplies moisture to a communication path that connects the combustor and the turbine.
このように、水分供給手段は燃焼器とタービンとを連通する連通経路に水分を供給するので、水分は、タービンの上流に供給され、燃焼ガスと均一に混合しタービンに流入することができる。 Thus, the moisture supply means supplies moisture to the communication path that communicates the combustor and the turbine, so that the moisture is supplied upstream of the turbine, can be uniformly mixed with the combustion gas, and can flow into the turbine.
本発明によれば、抽気空気流量を増大させると共に、安定した運転を可能にした抽気式ガスタービンを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while increasing the extraction air flow rate, the extraction type gas turbine which enabled the stable driving | operation can be provided.
以下、図面を参照し本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る抽気式ガスタービンエンジンの構成図である。図1に示すように、抽気式ガスタービンエンジン(以下、抽気式ガスタービンという)1は、圧縮機10、燃焼器11、タービン12を備え、圧縮機10とタービン12とが回転軸13によって連結されている。圧縮機10は、大気中から空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮するものである。そして、圧縮機10は、圧縮された高圧空気を内部配管14を介して燃焼器11に供給すると共に、抽気配管15を介して外部に取り出している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of an extraction type gas turbine engine according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an extraction type gas turbine engine (hereinafter referred to as an extraction type gas turbine) 1 includes a
燃焼器11は、圧縮機10から供給された圧縮空気と、燃料アクチュエータ2から供給された燃料とを混合し燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを生成するものである。この燃焼器11は、連通経路である内部配管16によって、タービン12と連通されている。高温高圧の燃焼ガスは、この内部配管16を経由し、タービン12に供給される。タービン12は、供給された燃焼ガスの流れによって回転する。タービン12は、回転軸13を介して圧縮機10を駆動すると共に、燃焼ガスを外部に排気する。燃料アクチュエータ2は、エンジン制御ECU(図示せず)からの燃料制御信号を受信し、燃料制御信号に応じて燃料を燃焼器11内に供給するものである。
The
抽気式ガスタービン1は、蒸気噴射装置18を更に備えている。蒸気噴射装置18は、タービン12に蒸気を噴射するものであって、噴射配管17を介して内部配管16に連通されている。従って、蒸気噴射装置18からの蒸気は、噴射配管17と内部配管16とを経由し一定の圧力でタービン12の上流に噴射され、燃焼ガスと混合してタービン12に流入する。なお、ここでの蒸気は、水蒸気のみならず、その他の物質の蒸気も含む。また、この抽気式ガスタービン1では、図示されていない燃料ポンプ、潤滑油ポンプなどの補機類を駆動する以外は軸出力を発生しない。
The extraction type gas turbine 1 further includes a
以下、図2を参照し抽気式ガスタービンエンジン1の作動について説明する。その説明に先立ち、軸出力式ガスタービンエンジンの作動を簡単に説明する。 Hereinafter, the operation of the extraction type gas turbine engine 1 will be described with reference to FIG. Prior to the description, the operation of the shaft output type gas turbine engine will be briefly described.
軸出力式ガスタービンエンジンを使用した高圧空気供給装置の負荷制御は、通常タービン入口ガス温度T4の制御によって行われる。タービン入口ガス温度T4にはタービンノズル、タービン翼の耐熱性によりその上限値T4maxが決まっているため、供給可能な空気量には限度がある。従って、更なる大量の高圧空気が必要な場合には、タービン入口ガス温度T4以外の別の方法で出力のアップを図る必要がある。 The load control of the high-pressure air supply apparatus using the shaft output type gas turbine engine is normally performed by controlling the turbine inlet gas temperature T4. Since the upper limit value T4max of the turbine inlet gas temperature T4 is determined by the heat resistance of the turbine nozzle and the turbine blade, the amount of air that can be supplied is limited. Therefore, when a further large amount of high-pressure air is required, it is necessary to increase the output by another method other than the turbine inlet gas temperature T4.
軸出力式ガスタービンエンジンの出力をアップさせる方法としては、タービン入口ガス温度T4の制御の他に、熱電併給コージェネレーションシステムのような蒸気噴射により出力増加を図る方法が考えられる。この蒸気噴射によって、タービン入口ガス温度上限値T4max以上の出力増加が可能であるが、圧縮機の作動点が圧縮機のサージラインに近づきサージ領域に入る危険を伴う。 As a method for increasing the output of the shaft output type gas turbine engine, in addition to the control of the turbine inlet gas temperature T4, a method of increasing the output by steam injection such as a cogeneration cogeneration system can be considered. Although this steam injection can increase the output of the turbine inlet gas temperature upper limit value T4max or more, there is a risk that the operating point of the compressor approaches the surge line of the compressor and enters the surge region.
図3は軸出力式ガスタービンエンジンの圧縮機の圧力比と流量との特性を示す図である。図3において、横軸を空気流量とし、縦軸を圧力比(圧縮機出口空気圧力P3/大気圧力P0)としている。ラインL7は回転速度一定時における圧縮機の圧力流量特性ラインであり、ラインL8は圧縮機のサージラインである。ラインL9は、蒸気噴射無しで、作動点b′を通る圧縮機作動ラインであり、ラインL10は、蒸気噴射無しで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時の圧縮機作動ラインであり、ラインL11は、蒸気噴射有りで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時の圧縮機作動ラインである。これらの作動ラインL9〜L11はタービン流量特性によって決められている。 FIG. 3 is a graph showing the characteristics of the pressure ratio and flow rate of the compressor of the shaft output type gas turbine engine. In FIG. 3, the horizontal axis represents the air flow rate, and the vertical axis represents the pressure ratio (compressor outlet air pressure P3 / atmospheric pressure P0). Line L7 is a pressure flow characteristic line of the compressor when the rotational speed is constant, and line L8 is a surge line of the compressor. Line L9 is a compressor operating line passing through the operating point b 'without steam injection, and line L10 is a compressor operating line when the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max without steam injection. The line L11 is a compressor operation line when steam injection is performed and the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max. These operation lines L9 to L11 are determined by the turbine flow rate characteristics.
単純サイクルの場合には、負荷に応じてタービン入口ガス温度T4を制御することにより、圧縮機は作動点a′と作動点b′との間の範囲で運転される。作動点a′が最高出力点であり、このとき、タービン入口ガス温度T4は上限値T4maxになる。そして、この状態でタービンの上流に蒸気噴射を行うと、蒸気がタービンノズルを流れるので、圧縮機の空気流量が減少し、作動点は点c′に移動する。 In the case of a simple cycle, the compressor is operated in a range between the operating point a ′ and the operating point b ′ by controlling the turbine inlet gas temperature T4 according to the load. The operating point a ′ is the maximum output point, and at this time, the turbine inlet gas temperature T4 becomes the upper limit value T4max. When steam is injected upstream of the turbine in this state, the steam flows through the turbine nozzle, so the air flow rate of the compressor decreases and the operating point moves to point c ′.
圧縮機の仕事が、空気流量の減少により減少する。この場合には、同一タービン入口ガス温度T4で出力が増加するが、作動点はサージラインL8に近づき、圧縮機がサージ領域に入る恐れがある。特に、飽和蒸気を噴射蒸気に使用する場合には、蒸気が凝縮することにより大量の蒸気が流入され、激しいサージでガスタービンエンジンが失火したり、破損したりする恐れがある。従って、サージを回避するために適切な蒸気噴射制御が必要になる。 Compressor work is reduced by reducing the air flow. In this case, the output increases at the same turbine inlet gas temperature T4, but the operating point approaches the surge line L8, and the compressor may enter the surge region. In particular, when saturated steam is used as injection steam, a large amount of steam flows in due to condensation of the steam, and the gas turbine engine may be misfired or damaged by a severe surge. Therefore, proper steam injection control is required to avoid surge.
図2は、抽気式ガスタービンエンジンの圧縮機の圧力比と流量との特性を示す図である。図2において、横軸を空気流量とし、縦軸を圧力比(圧縮機出口空気圧力P3/大気圧力P0)としている。ラインL5は回転速度一定時における圧縮機の圧力流量特性ラインであり、ラインL6はサージラインである。 FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the pressure ratio and the flow rate of the compressor of the extraction type gas turbine engine. In FIG. 2, the horizontal axis represents the air flow rate, and the vertical axis represents the pressure ratio (compressor outlet air pressure P3 / atmospheric pressure P0). Line L5 is a pressure flow characteristic line of the compressor at a constant rotation speed, and line L6 is a surge line.
ラインL1は、蒸気噴射有りで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時のタービン流量特性ラインであり、ラインL1′は、蒸気噴射無しで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時のタービン流量特性ラインである。ラインL2は、蒸気噴射有りで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時の圧縮機作動ラインであり、ラインL2′は、蒸気噴射無しで、タービン入口ガス温度T4が上限値T4maxであった時の圧縮機作動ラインである。 Line L1 is a turbine flow rate characteristic line when steam injection is performed and the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max. Line L1 ′ is no steam injection and the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max. It is a turbine flow rate characteristic line when there is. Line L2 is a compressor operating line when steam injection is performed and the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max. Line L2 ′ is no steam injection and the turbine inlet gas temperature T4 is the upper limit value T4max. This is the compressor operating line.
ラインL3は、作動点cを通る圧縮機作動ラインであり、このとき、タービン入口ガス温度T4=T4cである。ラインL4は、蒸気噴射無しで、タービン入口ガス温度T4がT4cであった時のタービン流量特性ラインである。そして、圧力比が一定となった場合には、ラインL4と作動点cとの空気流量の差ΔG1は高圧空気の抽気流量となり、すなわち、このΔG1を高圧空気として抽気することができる。 Line L3 is a compressor operating line passing through operating point c, and at this time, turbine inlet gas temperature T4 = T4c. Line L4 is a turbine flow rate characteristic line when the turbine inlet gas temperature T4 is T4c without steam injection. When the pressure ratio becomes constant, the difference ΔG1 in the air flow rate between the line L4 and the operating point c becomes the extraction flow rate of high-pressure air, that is, this ΔG1 can be extracted as high-pressure air.
高圧力域では、抽気式ガスタービンはチョーク状態にあるので、タービンの流入ガス流量G4、タービン入口ガス温度T4、及びタービン入口ガス圧力P4は式(1)の関係を満たす。 Since the extraction type gas turbine is in a choke state in the high pressure region, the turbine inflow gas flow rate G4, the turbine inlet gas temperature T4, and the turbine inlet gas pressure P4 satisfy the relationship of the formula (1).
圧縮機の全空気流量Gは式(2)、タービンの流入ガス流量G4は式(3)で求められる。式(2)、(3)において、Gaは燃焼器に流れる空気流量であり、Gbは抽気空気流量であり、Gfは燃料流量である。流量の単位はkg/secである。 The total air flow rate G of the compressor is obtained by the equation (2), and the turbine inflow gas flow rate G4 is obtained by the equation (3). In equations (2) and (3), Ga is the flow rate of air flowing through the combustor, Gb is the bleed air flow rate, and Gf is the fuel flow rate. The unit of flow rate is kg / sec.
また、タービン入口ガス圧力P4は式(4)で求めることができる。式(4)において、ΔPは燃焼器圧力損失である。 Further, the turbine inlet gas pressure P4 can be obtained by Expression (4). In equation (4), ΔP is the combustor pressure loss.
そして、式(1)〜(4)を変形すると、式(5)、(6)が得られる。 And if Formula (1)-(4) is deform | transformed, Formula (5), (6) will be obtained.
式(5)は圧縮機作動ラインL3、式(6)はタービン流量特性ラインL4に相当する。Gbは上述した抽気空気流量ΔG1に相当する。 Equation (5) corresponds to the compressor operating line L3, and equation (6) corresponds to the turbine flow rate characteristic line L4. Gb corresponds to the above-described extraction air flow rate ΔG1.
軸出力式ガスタービンの場合には、抽気流量Gb=0であるので、式(2)よりG=Gaとなる。従って、圧縮機作動ラインとタービン流量特性ラインが一致し、圧縮機の作動ラインはタービンの流量特性によって決められる。これに対し、抽気式ガスタービンの場合は、タービン流量特性が軸出力式ガスタービンの場合より小さく、圧縮機の作動点とタービン流量との差を抽気することができる。 In the case of a shaft output type gas turbine, since the extraction flow rate Gb = 0, G = Ga from the equation (2). Accordingly, the compressor operating line and the turbine flow rate characteristic line coincide, and the compressor operating line is determined by the turbine flow rate characteristic. On the other hand, in the case of the extraction type gas turbine, the turbine flow rate characteristic is smaller than that in the case of the shaft output type gas turbine, and the difference between the operating point of the compressor and the turbine flow rate can be extracted.
抽気式ガスタービンの場合も軸出力式ガスタービンと同様に、タービン入口ガス温度T4の上昇によって抽気量は増加する。図2において、タービン入口ガス温度T4を上昇させると、作動点は作動点cから大流量側(空気流量の増大方向)に移動し、タービン入口ガス温度T4上限値での作動点aまで移動することができる。一方、タービン流量特性ラインはラインL4からラインL1′まで移動する。そして、ラインL1′と作動点aとの空気流量の差ΔG2は高圧空気の抽気流量となり、このΔG2を高圧空気として抽気することができる。ΔG2とΔG1とを比べると、抽気空気流量が増えたことが明らかである。 In the case of the extraction type gas turbine, the amount of extraction increases as the turbine inlet gas temperature T4 rises, as in the case of the shaft output type gas turbine. In FIG. 2, when the turbine inlet gas temperature T4 is raised, the operating point moves from the operating point c to the large flow rate side (in the direction of increasing air flow), and moves to the operating point a at the turbine inlet gas temperature T4 upper limit value. be able to. On the other hand, the turbine flow rate characteristic line moves from the line L4 to the line L1 ′. Then, the difference ΔG2 in the air flow rate between the line L1 ′ and the operating point a becomes the extraction flow rate of high-pressure air, and this ΔG2 can be extracted as high-pressure air. Comparing ΔG2 and ΔG1, it is clear that the extraction air flow rate has increased.
タービン入口ガス温度T4の上昇に伴い、タービンの仕事が増加し、無出力のためには圧縮機の負荷も増加する必要がある。従って、圧縮機の回転速度が一定の場合には、圧縮機の作動点は、流量が増加する方向に移動する。ここで、無出力とは、タービンと圧縮機のバランスがとれていることを意味し、すなわち、タービンの仕事=圧縮機動力+外部への仕事(ここでは0である)である。 As the turbine inlet gas temperature T4 rises, the work of the turbine increases, and the compressor load also needs to increase for no output. Therefore, when the rotational speed of the compressor is constant, the operating point of the compressor moves in the direction in which the flow rate increases. Here, “no output” means that the turbine and the compressor are balanced, that is, the work of the turbine = compressor power + the work to the outside (in this case, 0).
次に、抽気式ガスタービン1に蒸気を噴射した場合の作動について説明する。 Next, the operation when steam is injected into the extraction type gas turbine 1 will be described.
上述のように、ΔG2は、単純サイクルであってタービン入口温度T4=T4max時に、作動点aでの作動により得られる最大抽気量である。これより更に大量の高圧空気の抽気量が必要な場合には、軸出力式ガスタービンと同様にタービンの上流に蒸気を噴射することで、同一タービン入口温度で抽気量を増加させることが可能である。 As described above, ΔG2 is the maximum extraction amount obtained by the operation at the operating point a when the turbine is at a simple cycle and the turbine inlet temperature T4 = T4max. When a larger amount of high-pressure air is required than this, it is possible to increase the amount of extraction at the same turbine inlet temperature by injecting steam upstream of the turbine in the same manner as the shaft output type gas turbine. is there.
すなわち、蒸気をタービンの上流に噴射すると、蒸気がタービンの入口に設置されたノズルを流れるので、図2に示すタービン流量特性ラインL1′は、噴射蒸気量の分だけ小流量側に移動し、ラインL1になる。噴射蒸気量をGsとした場合、Gaは式(7)により求められる。 That is, when the steam is injected upstream of the turbine, the steam flows through the nozzle installed at the inlet of the turbine, so the turbine flow rate characteristic line L1 ′ shown in FIG. 2 moves to the small flow rate side by the amount of the injected steam, It becomes line L1. When the injection vapor amount is Gs, Ga is obtained by the equation (7).
式(7)と式(3)とを比較すると、GaがGsの量だけで小流量側に移動することが判る。 Comparing equation (7) and equation (3), it can be seen that Ga moves to the small flow rate side only by the amount of Gs.
一方、同一タービン入口温度では、圧縮機の作動点は、蒸気噴射により作動点aから作動点b(すなわち、大流量側)へと移動する。これは、蒸気の比熱が燃焼ガスの比熱よりも大きく(蒸気の比熱は燃焼ガスの約2倍)、同一タービン入口温度の条件でもタービン仕事が増加することによるものである。そして、このタービン仕事の増加によって、無出力の条件から圧縮機負荷も増加する必要があり、同一回転速度において圧縮機流量が増加する方向に変化することになる。ラインL1と作動点bとの空気流量の差ΔG3は高圧空気の抽気流量となり、このΔG3を高圧空気として抽気することができる。 On the other hand, at the same turbine inlet temperature, the operating point of the compressor moves from the operating point a to the operating point b (that is, the large flow rate side) by steam injection. This is because the specific heat of the steam is larger than the specific heat of the combustion gas (the specific heat of the steam is about twice that of the combustion gas), and the turbine work increases even under the same turbine inlet temperature conditions. Due to this increase in turbine work, it is necessary to increase the compressor load from the non-output condition, and the compressor flow rate changes in the same rotational speed. A difference ΔG3 in the air flow rate between the line L1 and the operating point b is a high-pressure air extraction flow rate, and this ΔG3 can be extracted as high-pressure air.
このように蒸気噴射によって、圧縮機の作動点は空気流量の増大方向に移動し、タービン流量特性ラインは空気流量の減少方向に移動した結果、抽気可能な空気量がΔG2からΔG3まで増加するので、抽気空気流量を確実に増大させることができる。また、圧縮機の作動点が空気流量の増大方向に移動した結果、作動点はサージラインから離れることになり、サージを回避することができる。すなわち、抽気式ガスタービンの場合は、軸出力式ガスタービンのように蒸気噴射によって作動点が小流量側に移動し、サージ領域に入る恐れがないので、安定した運転を確保することが可能となる。 As a result of the steam injection, the operating point of the compressor moves in the increasing direction of the air flow rate, and the turbine flow rate characteristic line moves in the decreasing direction of the air flow rate. As a result, the amount of air that can be extracted increases from ΔG2 to ΔG3. The bleed air flow rate can be reliably increased. Moreover, as a result of the operating point of the compressor moving in the direction of increasing the air flow rate, the operating point moves away from the surge line, and a surge can be avoided. That is, in the case of a bleed gas turbine, the operating point moves to the small flow rate side by steam injection as in the shaft output gas turbine, and there is no risk of entering the surge region, so that stable operation can be ensured. Become.
また、このような高圧空気供給装置は、高圧空気を使用してファン等を駆動するシステムにおける急激な高圧空気増加に対しても制御を可能とする。更に、高圧空気源として産業上の利用にも可能である。 In addition, such a high-pressure air supply apparatus can control even a rapid increase in high-pressure air in a system that drives a fan or the like using high-pressure air. Furthermore, it is also possible for industrial use as a high-pressure air source.
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態に係る抽気式ガスタービンエンジンについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, an extraction type gas turbine engine according to a second embodiment of the present invention will be described.
図4は第2実施形態に係る抽気式ガスタービンエンジンの構成図である。図4に示すように、第2実施形態に係る抽気式ガスタービン1aと第1実施形態との相違点は、圧縮機2基が設けられていることである。すなわち、高圧空気生成用圧縮機19と燃焼器11との間には、エンジン用圧縮機20が設置され、このエンジン用圧縮機20は内部配管14を介して燃焼器11に連通され、燃焼器11に圧縮空気を供給する。
FIG. 4 is a configuration diagram of an extraction type gas turbine engine according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the difference between the extraction type gas turbine 1a according to the second embodiment and the first embodiment is that two compressors are provided. That is, an
一方、高圧空気生成用圧縮機19は、空気を圧縮し、圧縮した空気を抽気配管15を介して外部に取り出している。そして、高圧空気生成用圧縮機19とエンジン用圧縮機20とは、回転軸13によって連結され、回転軸13の回転によって回転駆動し空気を取り込み、その取り込んだ空気を圧縮する。なお、抽気式ガスタービン1aの作動については第1実施形態と同様のため、重複説明を省略する。
On the other hand, the high pressure
このような構成により、抽気式ガスタービン1aは、第1実施形態と同様な効果が得られるほか、高圧空気生成用圧縮機19を設けることにより、抽気空気流量を更に増加させることができる。
With such a configuration, the extraction type gas turbine 1a can obtain the same effects as those of the first embodiment, and can further increase the extraction air flow rate by providing the
(第3実施形態)
図5は第3実施形態に係る抽気式ガスタービンエンジンの構成図である。図5に示すように、第3実施形態に係る抽気式ガスタービン1bと第1実施形態との相違点は、タービン12の廃熱を回収する高圧空気・蒸気併給システムを用いることである。具体的には、蒸気噴射装置として排気ボイラー21が設置され、排気ボイラー21とタービン12とは、配管22により連通されている。そして、タービン12から排出された高温の燃焼ガスは、配管22を経由して排気ボイラー21に流入し、排気ボイラー21内の水蒸気を加熱した後に、配管23を経由し外部に排気される。この抽気式ガスタービン1bの作動については第1実施形態と同様のため、重複説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram of an extraction type gas turbine engine according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the difference between the extraction
このような構成により、抽気式ガスタービン1bは、第1実施形態と同様な効果が得られるほか、圧縮機の安定作動域で蒸気噴射ができるので、蒸気の乾き度などを気にせずに余剰蒸気を利用して抽気空気流量を増加させることが可能である。
With such a configuration, the extraction
なお、上述した実施形態は本発明に係る抽気式ガスタービンエンジンの一例を説明したものであり、本発明に係る抽気式ガスタービンエンジは本実施形態に記載したものに限定されるものではない。例えば上記の実施形態において、タービンに蒸気を噴射する蒸気噴射装置の例を挙げて説明したが、蒸気噴射装置に代えて、水分噴射装置を用いてもよい。 In addition, embodiment mentioned above demonstrated an example of the extraction type gas turbine engine which concerns on this invention, and the extraction type gas turbine engine which concerns on this invention is not limited to what was described in this embodiment. For example, in the above-described embodiment, an example of a steam injection device that injects steam into the turbine has been described. However, a moisture injection device may be used instead of the steam injection device.
例えば、水分噴射装置は霧状の水を一定の圧力で内部配管16に噴射する。この場合には、上記の実施形態と同様な効果が得られる。すなわち、水分の噴射により、圧縮機の作動点は空気流量の増大方向に移動し、タービン流量特性ラインは空気流量の減少方向に移動することになるので、抽気空気流量を増大させることができる。また、圧縮機の作動点が空気流量の増大方向に移動した結果、作動点はサージラインから離れることになり、サージを回避することができ、安定した運転を確保することが可能となる。
For example, the moisture injection device injects mist-like water into the
1,1a,1b…抽気式ガスタービンエンジン、10…圧縮機、11…燃焼器、12…タービン、18…蒸気噴射装置、21…排気ボイラー。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記タービンに蒸気を供給する蒸気供給手段が設けられていることを特徴とする抽気式ガスタービンエンジン。 In an extraction type gas turbine engine in which air is introduced into a compressor, a part of the air compressed by the compressor is introduced into a combustor, the remaining compressed air is extracted as energy, and the turbine is rotated by combustion gas in the combustor. ,
A bleed type gas turbine engine characterized in that steam supply means for supplying steam to the turbine is provided.
前記タービンに水分を供給する水分供給手段が設けられていることを特徴とする抽気式ガスタービンエンジン。 In an extraction type gas turbine engine in which air is introduced into a compressor, a part of the air compressed by the compressor is introduced into a combustor, the remaining compressed air is extracted as energy, and the turbine is rotated by combustion gas in the combustor. ,
An extraction type gas turbine engine characterized in that a water supply means for supplying water to the turbine is provided.
The extraction type gas turbine engine according to claim 3, wherein the moisture supply means supplies moisture to a communication path that communicates the combustor and the turbine.
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