JP2013204545A - 圧縮機、及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えながら効率向上を図った圧縮機を提供する。
【解決手段】ロータとともに軸線回りに回転する一段動翼１１Ａと、一段動翼１１Ａを径方向外側から覆うケーシング７とを備える圧縮機２であって、ケーシング７を加熱または冷却するガスＧを流通させる第１の系統２０と、ケーシング７から一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに向けてガスＧを噴出する第２の系統３０と、第１の系統２０と第２の系統３０とにガスＧを供給する共通のガス供給源５０と、第１の系統２０と第２の系統３０とを流通するガスＧの流れを制御する第１の制御弁４１と第２の制御弁４２とを有する制御手段４０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機におけるストール及びサージ発生の回避、及びクリアランス制御に関するものである。

従来から、軸流式の圧縮機等の回転機械においては、作動状態によって動翼のチップ付近でストール（失速）が発生し、これによって、空気等の主流体の流れ全体にサージが引き起こされることが知られている。従って、このようなストールの発生を抑制するため、ストールの発生する領域へ向けて空気等の流体を噴出することで、主流体の流れを増速し、ストールマージンを増大させることができる。

また、別の問題として、圧縮機の運転開始時や、ＩＧＶを絞って低負荷運転を行なっている状態からＩＧＶの開度を急激に大きくして負荷を上昇させる際等には、まず動翼が熱伸びした後に、動翼に対向するケーシングに熱伸びが発生する。即ち、動翼に対してケーシングの熱伸びが遅く、時間差が生じるため、動翼が熱伸びした際に動翼チップがケーシングに接触してしまうおそれがある。特に、ＩＧＶを絞って低負荷運転を行っている状態では、圧縮機の前方段がタービンとして働くために、主流体の温度が低下して、圧縮機前方段の動翼とケーシングが共に冷却されている。この状態から負荷を上昇させるためにＩＧＶ開度を急激に大きくすると、主流体の温度も急激に上昇することから、前述の事象が生じるおそれがある。

ここで、特許文献１に開示されたガスタービン圧縮機においては、主流路を流通する主流の一部を抽気し、この抽気により圧縮機後方ケースリング（ケーシング）の外周面に沿って流れる冷却流路を形成することで、圧縮機後方ケースリングの冷却を行なっている。特に圧縮機後方段では、前方段に比べて主流の温度が高くなり、動翼との間のクリアランスが下流側に向かって大きくなってしまう。これに対して、抽気を冷却流路に流通させることで、圧縮機後方ケースリングにおいて径方向への熱伸びを軸線方向に略均等にし、即ち、動翼チップと圧縮機後方ケースリングとの間のクリアランス制御を可能とし、圧縮機の効率向上を図っている。

特開２００４−３４９２号公報

ところで、動翼チップとケーシングとの熱伸びの時間差に関して、特許文献１のような手法を適用してケーシングの温度調整を図りクリアランスの制御を行うことで、上述したような動翼チップのケーシングへの接触を回避することはできる。しかしながら、上述のストール発生の問題についても同時に解決しようとした場合には、配管の配置等によって必要となる設置スペースが大きくなってしまい、コストの面で好ましくない。また、スペースの制約から、クリアランス制御とストール発生の抑制とのいずれか一方を選択して設置した場合には、一方の問題に起因する圧縮機の効率低下の問題を解消することができない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、コストを抑えながら効率向上を図った圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る圧縮機は、ロータとともに軸線回りに回転する動翼と、前記動翼を径方向外側から覆い内側に主流の流路を画成するケーシングと、を備える圧縮機であって、前記ケーシングを加熱または冷却する媒体を流通させる第１の系統と、前記ケーシングから前記動翼のチップに向けて前記媒体を噴出する第２の系統と、前記第１の系統と前記第２の系統とに前記媒体を供給するこれら系統に共通の媒体供給源と、前記第１の系統と前記第２の系統とを流通する前記媒体の流れを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

このような圧縮機によると、運転開始時、もしくは負荷を急激に増大させた際には、流路を流通する主流の流量が増大し、この主流が圧縮されることで発生する熱量も増大することとなる。従って、この熱によって動翼が昇温され、軸線の径方向外側に向かって動翼が熱膨張する。一方、この熱によってケーシングも昇温されることとなるが、動翼に比べて昇温速度が小さくなるため、熱膨張の速度も小さくなり、即ち、動翼の熱膨張には追従することができない。ここで、第１の系統によってケーシングを加熱することで、ケーシングを強制的に昇温させ、動翼の熱膨張に追従させるように、ケーシングを熱膨張させることでクリアランスの制御が可能となり、動翼のチップがケーシングに接触してしまうことを防止可能となる。
さらに、動翼とケーシングとの間のクリアランスは、ある程度の余裕をもって形成されている。このため、第１の系統によってケーシングを冷却することで、クリアランスを低減することも可能となる。また、流路が下流に向かうに従って、主流の圧力が高くなっていくため、下流側の方が上流側と比較して温度が上昇する。従って、ケーシングに軸線方向の温度分布が生じてしまうが、ケーシングを冷却することで、熱膨張量分布による軸線方向にクリアランスの差異を低減して、軸線方向に一定のクリアランスに維持することができる。
そして、第２の系統によって、ストール発生領域の主流の増速を行なうことで、ストール発生の抑制が可能となる。
さらに、第１の系統と第２の系統へは制御手段によって、媒体の供給量を調整しながら共通の媒体供給源から媒体を供給することができるため、省スペースを図りながら、動翼とケーシングとの間のクリアランス制御とともにストール発生の抑制が可能となる。

また、前記第１の系統と前記第２の系統とが並列して設けられ、前記制御手段は、前記第１の系統の入口側に設けられ、前記媒体を該第１の系統に流入可能とする第１の制御弁と、前記第２の系統の入口側に設けられ、前記媒体を該第２の系統に流入可能とする第２の制御弁とを有していてもよい。

このように、第１の系統と第２の系統とを並列とし、第１の制御弁、第２の制御弁を各々独立に操作することで、動翼とケーシングとの間のクリアランス制御と、ストール発生の抑制とをそれぞれ独立に制御でき、さらなる効率向上を図ることが可能となる。

さらに、前記第１の系統の下流側に前記第２の系統が直列に接続され、前記制御手段は、前記第１の系統の入口側に設けられ、前記媒体を前記第１の系統及び前記第２の系統へ流入可能とする制御弁を有していてもよい。

このように、第１の系統と第２の系統とを直列に接続し、制御弁を操作することで、クリアランス制御と、ストール発生の抑制とを一括で行ない、供給する媒体の流量を低減でき、さらなるコストの抑制が可能となる。また、ケーシングを流通し、ケーシングとの間で熱交換した後の媒体を動翼のチップへ向けて噴出することとなるため、ケーシングと、噴出する媒体との温度差を低減できる。即ち、流路内を流通する主流と、噴出される媒体との温度差を低減できるため、媒体が主流に混合することによって主流の温度が変動してしまうことを防止可能となる。

また、本発明に係る圧縮機は、前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分と、前記媒体供給源との間を結ぶバイパス系統をさらに備え、前記制御手段は、前記バイパス系統に設けられ、前記媒体を該バイパス系統に流入可能とするバイパス制御弁をさらに有していてもよい。

このように、バイパス制御弁を操作することで、状況に応じて、バイパス系統へ媒体を流入させ、第１の系統へ媒体を流通させて熱交換を行う量を調整することができる。またこれにより、第２の系統へ流入する媒体の温度調整も可能となる。従って、より効果的にクリアランス制御とストール発生の抑制を行なうことができ、さらなる効率向上が可能となる。

さらに、本発明に係る圧縮機は、前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分に接続された排気系統をさらに備え、前記制御手段は、前記排気系統に設けられ、前記媒体を該排気系統へ流入可能とする排気制御弁と、前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分より下流側で、該第２の系統に設けられた噴出制御弁とをさらに有していてもよい。

このように、排気制御弁及び噴出制御弁を操作することで、状況に応じて、第１の系統での熱交換量、及び第２の系統へ流入する媒体の温度を調整しながら、第２の系統へ流入する媒体の流量調整を独立して行なうことが可能となり、より効果的にクリアランス制御とストール発生の抑制を行なうことができ、さらなる効率向上が可能となる。

また、前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、前記第１の系統と前記第２の系統とが、同一の段に設けられていてもよい。

このように第１の系統と第２の系統とを設けることで、動翼のチップとケーシングとの間の接触を防止するよう、確実にクリアランスの制御が可能となる。

さらに、前記第１の系統と前記第２の系統とが、前記複数段のうちの最も上流側となる第一段に設けられていてもよい。

このように第１の系統と第２の系統とを設けることで、クリアランス制御とともに、ストールの発生し易い第一段の動翼、即ち一段動翼に向けて媒体を噴出することができるため、より確実に、効率向上を図ることが可能となる。

また、前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、前記第１の系統と前記第２の系統とが、異なる段に設けられていてもよい。

このように、第１の系統と第２の系統とを設けることで、クリアランス制御が必要な段と、ストール発生の抑制が必要な段とが異なる場合であっても、これらを実行することが可能となる。また、大気温度が低い場合にＩＧＶを絞って運転するような場合、主流の温度が低下することによって、圧縮機の前方段に氷が付着し、これが脱落して後方段の圧縮機翼に衝突して翼を損傷させるおそれがある。しかし、本発明の圧縮機は、後方段のケーシングを冷却し、温度上昇した媒体を前方段の動翼のチップへ向けて噴出できるため、氷の付着を防止することも可能であり、効率向上と信頼性の向上を図ることが可能となる。

さらに、本発明に係るガスタービンは、上記の圧縮機を備えることを特徴とする。

このようなガスタービンによると、圧縮機において、共通の媒体供給源から第１の系統と第２の系統へ媒体を供給するによって、省スペースによるコスト抑制を行いながら、クリアランス制御と、ストール発生の抑制が可能となるため、効率向上を図ることが可能となる。

本発明の圧縮機及びガスタービンによると、第１の系統と第２の系統へ媒体を供給する共通の媒体供給源によって、省スペースによるコスト抑制を行いながら、効率向上が可能となる。

本発明の第一実施形態に係るガスタービンの全体概略図である。 本発明の第一実施形態に係るガスタービンにおける圧縮機の要部を簡略化して示す図であって、図１のＡ部を示すものである。 本発明の第一実施形態の変形例に係るガスタービンにおける圧縮機の要部を簡略化して示す図である。 本発明の第二実施形態に係るガスタービンにおける圧縮機の要部を簡略化して示す図である。 本発明の第三実施形態に係るガスタービンにおける圧縮機の要部を簡略化して示す図である。 本発明の第四実施形態に係るガスタービンにおける圧縮機の要部を簡略化して示す図である。

以下、本発明の第一実施形態に係るガスタービン１について説明する。
図１に示すように、ガスタービン１は、入り口から空気を導入して圧縮空気Ｗを生成する圧縮機２と、この圧縮空気Ｗと燃料とを混合して燃焼ガスＷ１を生成する複数の燃焼器３と、燃焼器３から供給される燃焼ガスＷ１により回転動力を発生させ、ロータ６を軸線Ｏを回転中心として回転させるタービン４とを備えている。さらに、ガスタービン１は、タービン４を通過した燃焼ガスＷ１を排気する排気室５を備え、これらの構成要素を、圧縮空気Ｗ及び燃焼ガスＷ１の供給方向となる上流側から排気方向となる下流側に向けてこの順に備えている。
そして、このようにして燃焼ガスＷ１の熱エネルギーが回転エネルギーに変換され、ロータ６を介して、例えば不図示の発電装置が接続されることで電力を得ることが可能となっている。

圧縮機２は、ロータ６とともに軸線Ｏ回りに回転する動翼１１と、動翼１１の下流側に配置される静翼１３と、動翼１１の上流側に配置されるＩＧＶ（インレットガイドベーン）１４と、これら構成部品を径方向外側から覆うケーシング７とを備えている。
また、図２に示すように、ケーシング７内部に設けられ、ケーシング７の温度制御を行う第１の系統２０と、動翼１１のチップ１２に向けてガス（媒体）Ｇを噴出する第２の系統３０と、これら第１の系統２０及び第２の系統３０にガスＧを供給するガス供給源（媒体供給源）５０と、ガスＧの流れを制御する制御手段４０とを備えている。

動翼１１は、ロータ６から径方向外側に向かって突出するように、周方向に一定の間隔を空けて複数が設けられ、ロータ６に外周側から嵌め込まれることで、ロータ６と共に軸線Ｏ回りに回転可能とされている。そして、ロータ６に嵌め込まれてロータ６周りに環状に設けられた動翼１１は、軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数配列されており、即ち、段を構成している。そして、これらの段のうちで最も上流側に配置された動翼１１が一段動翼１１Ａである。

また、図示はしないが、動翼１１各々は、周方向を向く一方側面となる背面が凸状に形成され、他方側面となる腹面が凹状に形成される翼部材であり、周方向に隣接する動翼１１同士の間は、圧縮空気Ｗの流通する流路Ｃとなっている。

そして、この流路Ｃにおいて、動翼１１の前縁に対応する軸線Ｏ方向位置から、動翼１１の後縁に対応する軸線Ｏ方向位置へ向かって、即ち、上流側から下流側へ向かって（図１の紙面左から右に向かって）空気が流通する際に空気が圧縮されて圧縮空気Ｗが生成されるようになっている。

静翼１３は、動翼１１と同様な翼部材であり、一段動翼１１Ａよりも下流側で、ケーシング７の径方向内側を向く面から突出するように周方向に一定の間隔を空けて複数設けられているとともに、各段の動翼１１同士の間に配置されており、即ち、動翼１同様に段を構成している。

そして、静翼１３は、動翼１１同士の間の上記流路Ｃを通過した圧縮空気Ｗの流通方向を調整し、圧縮空気Ｗを後段の動翼１１に効率よく流入させるものである。

ＩＧＶ１４は、動翼１１や静翼１３と同様な翼部材であり、ケーシング７の径方向内側を向く面から突出するように設けられている。ＩＧＶ１４は、開度調整機能を有し、圧縮機２の入り口から導入された空気が流路Ｃに流入する流量を調整可能としている。

ケーシング７は、軸線ＯＰを中心とした筒状の部材であり、動翼１１、静翼１３、及びＩＧＶ１４を径方向外側から覆うように配置されて、径方向内側に流路Ｃを画成している。そして、静翼１３及びＩＧＶ１４はこのケーシング７の径方向内側を向く面に固定されており、また、動翼１１のチップ１２とケーシング７の径方向内側を向く面との間には径方向にクリアランスＳが形成されている。

図３に示すように、第１の系統２０は、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに対向する位置で、ケーシング７の内部に設けられた熱交換器２３と、熱交換器２３の入口側に接続された第１の流入管２１と、熱交換器２３の出口側に接続された第１の排出管２２とを有している。

熱交換器２３は、ケーシング７の内部に埋め込まれて設置されており、例えば、コイル状に配管を形成し、熱媒体となるガス供給源５０からのガスＧを流通可能としたコイル式熱交換器等を用いることができる。

第１の流入管２１は、配管部材であって、ガス供給源５０からのガスＧを熱交換器２３へ流入可能としている。

第１の排出管２２は、配管部材であって、ガス供給源５０からのガスＧを熱交換器２３から外部へ排出可能としている。

そして、第１の系統２０は、周方向に間隔をあけて複数が設けられている。

第２の系統３０は、一端３１ａが、第１の流入管２１の一端２１ａから分かれるように接続された第２の流入管３１と、第２の流入管３１の他端３１ｂに接続されたケーシング７内外を連通する貫通孔３２とを有している。

第２の流入管３１は、配管部材であって、ガス供給源５０からのガスＧを貫通孔３２内へ導入可能としている。

貫通孔３２は、ケーシング７の径方向外側と内側とを貫通して連通しており、径方向外側から内側に向かうに従って、流路Ｃの上流から下流にむかって傾斜して形成され、また、ケーシング７の内面７ａに形成された開口部は、一段動翼１１Ａの前縁側に位置している。そして、第２の流入管３１からのガスＧを導入し、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａへ向けてガスＧを噴出可能としている。

そして、第２の系統３０は、周方向に間隔をあけて複数（例えば、第１の系統２０と同じ数量）が設けられている。即ち、一つの第１の系統２０と一つの第２の系統３０とが接続されることで組をなして設けられ、この組が周方向に複数設けられていることとなる。

ガス供給源５０は、周方向に複数設けられた第１の系統２０における第１の流入管２１の一端２１ａ、及び第２の系統３０における第２の流入管３１の一端３１ａに接続されたガス供給管５１を介して、第１の系統２０、及び第２の系統３０にガスＧを供給する装置である。

そして、このガス供給源５０のガスＧは、圧縮機２の後段側から抽気した圧縮空気Ｗであってもよいし、外部圧縮機で生成された圧縮空気Ｗであってもよいし、その他、不活性のガス等であってもよい。そして、このガスＧはケーシング７の加熱時にはケーシング７よりも高温のものを、ケーシング７の冷却時にはケーシング７よりも低温のものとする必要がある。

制御手段４０は、第１の系統２０に設けられた第１の制御弁４１と、第２の系統３０に設けられた第２の制御弁４２とを有し、ガス供給源５０から流入し、第１の系統２０及び第２の系統３０を流通するガスＧの流れを制御するものである。なお、制御弁の数量を極力減らすために、ガス供給管５１は一つのみが設けられ、第１の制御弁４１と第２の制御弁の下流側にヘッダーを設け、それぞれ複数の第１の系統２０と複数の第２の系統３０に分岐させても良い。
また、第１の系統２０に第１の制御弁４１設け、第２の系統３０に第２の制御弁４２をそれぞれ独立して設ける代わりに、第１の系統２０と第２の系統３０の分岐点（図２では符号２１ａ）に、三方弁を配置することにより、ガスＧの流れを制御するようにしてもよい。

第１の制御弁４１は、不図示の制御装置によって開閉動作可能な電磁弁装置であって、第１の流入管２１の一端２１ａと、熱交換器２３に接続された他端２１ｂとの間の中途位置に設けられ、第１の流入管２１の開放、閉塞を行なうことで、ガスＧを流入させ、また流入を停止させるものである。

第２の制御弁４２は、不図示の制御装置によって開閉動作可能な電磁弁装置であって、第２の流入管３１の一端３１ａと、貫通孔３２に接続された他端３１ｂとの間に設けられ、第２の流入管３１の開放、閉塞を行なうことで、ガスＧを流入させ、また流入を停止させるものである。

このようなガスタービン１においては、運転開始時、もしくは負荷を急激に増大させた際には、圧縮機２において、流路Ｃを流通する圧縮空気Ｗの主流の流量が増大し、この主流が圧縮されることで発生する熱量も増大することとなる。特に、ＩＧＶ１４を絞って低負荷運転を行っている状態では、一段動翼１１Ａがタービンとして働く、つまり主流を膨張させることになる。このため、主流の温度が低下して、一段動翼１１Ａとケーシング７が共に冷却されている。この状態から負荷を上昇させるためにＩＧＶ１４の開度を急激に大きくすると、圧縮機２が再び圧縮機として働き、主流の温度も上昇することとなる。

従って、この熱によって一段動翼１１Ａが昇温され、軸線Ｏの径方向外側に向かって一段動翼１１Ａが熱膨張する一方で、ケーシング７も昇温されることとなる。しかし、一段動翼１１Ａに比べて、ケーシング７の昇温速度が小さくなるため、ケーシング７の熱膨張の速度も小さくなり、即ち、一段動翼１１Ａの熱膨張にケーシング７の熱膨張が追従することができない。

ここで、第１の系統２０において、第１の制御弁４１を開放し、熱交換器２３へケーシング７より高温となるガスＧを流入させることによって、ケーシング７を加熱してケーシング７を強制的に昇温させ、一段動翼１１Ａの熱膨張に追従させるようにケーシング７を熱膨張させることができる。従って、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａとケーシング７との間のクリアランスＳの制御が可能となり、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａがケーシング７に接触してしまうことを防止可能となる。

一方、定常的な運転状態では、動翼１１とケーシング７との間のクリアランスＳは、ある程度の余裕をもつように設計されている。このため、ガス供給源５０のガスとして、ケーシング７より低温となるガスＧを用いれば、第１の系統２０における熱交換器２３によってケーシング７を冷却することで、クリアランスＳを低減でき、圧縮機２の効率向上が可能となる。

また、流路Ｃの下流に向かうに従って、圧縮空気Ｗの主流が順次圧縮されて昇圧されるため、流路Ｃの上流側から下流側に向かうに従って、圧縮空気Ｗの温度も上昇する。従って、ケーシング７に軸線Ｏ方向の温度分布が生じてしまうが、ケーシング７を冷却することで、熱膨張量分布による軸線Ｏ方向に動翼１１のチップ１２とケーシング７との間のクリアランスＳの差異を低減できる。即ち、軸線Ｏ方向に一定のクリアランスＳとすることが可能となる。

さらに、第２の系統３０によって、ケーシング７の貫通孔３２を通じて、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａへ向けてガスＧを噴出することができる。従って、流路Ｃ内において一段動翼１１Ａのチップ１２Ａ付近にストールが発生した場合にも、第２の系統３０によってストール発生領域の主流の増速を行なうことで、ストール発生の抑制が可能となる。

さらに、第１の系統２０と第２の系統３０へのガス供給手段からのガスＧの流入、流入停止、及び流量調整については、それぞれ独立した第１の制御弁４１と第２の制御弁４２とによって行うことができ、即ち、第１の系統２０と第２の系統３０とは並列して設けられている。従って、同一のガス供給手段を採用しながらも、一段動翼１１Ａとケーシング７との間のクリアランスＳの制御と、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａ付近のストール発生の抑制とを、それぞれ独立させて行なうことが可能となる。このため、省スペースを図りながら、クリアランスＳの制御及びストール発生の抑制が可能である。

本実施形態のガスタービン１によると、第１の系統２０と第２の系統３０へガスＧを供給する共通のガス供給源５０によって、省スペースによるコスト抑制を行いながら、圧縮機２におけるクリアランスＳの制御及びストール発生の抑制を確実に行なうことができ、運転効率向上が可能となる。

ここで、本実施形態では、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに向かってガスＧを噴出するように第２の系統３０が設けられ、この一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに径方向に対向する位置においてケーシング７内部に熱交換器２３を配置した第１の系統２０が設けられているが、このような場合に限定されない。
即ち、図３に示すように、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに向かってガスＧを噴出する第２の系統３０を設け、かつ第１の系統２０における熱交換器２３を、後段の動翼１１のチップ１２に対向する位置に配置することができる。また、図示はしないが、第２の系統３０によって後段側の動翼１１のチップ１２付近にガスＧを噴出し、かつ第１の系統２０における熱交換器２３を、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに対向する位置に配置してもよい。換言すると、第１の系統２０と、第２の系統３０とを異なる段に配置することも可能である。

次に、本発明の第二実施形態に係るガスタービン１００について説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第１の系統６０、第２の系統７０、制御手段７４が、第一実施形態のものと異なっている。

図４に示すように、第１の系統６０は、一段動翼１１Ａのチップ１２Ａに対向する位置で、ケーシング７の内部に設けられた熱交換器２３と、熱交換器２３の入口側に接続された第１の流入管６１と、熱交換器２３の出口側に接続された第１の流出管６２とを有している。

熱交換器２３、第１の流入管６１は、第一実施形態で説明した熱交換器２３と同じものである。

第１の流出管６２は、配管部材であって、一端６２ａが熱交換器２３の出口側に接続され、他端６２ｂが、第２の系統７０に接続され、第１の系統６０から第２の系統７０へガスＧを流入可能とするものである。

制御手段７４は、第１の系統６０に設けられた制御弁７５を有し、この制御弁７５は、第一実施形態の第１の制御弁４１同様に、不図示の制御装置によって開閉動作可能な電磁弁装置である。そして、第１の流入管６１の一端６１ａと、熱交換器２３に接続された他端６１ｂとの間の中途位置に設けられ、第１の流入管６１の開放、閉塞を行なうことで、ガスＧを流入させ、また流入を停止させるものである。

第２の系統７０は、一端７１ａが、第１の流出管６２の他端６２ｂに接続された第２の流入管７１と、第２の流入管７１の他端７１ｂに接続されたケーシング７内外を連通する貫通孔３２とを有している。

貫通孔３２は、第一実施形態と同様のものである。

第２の流入管７１は、配管部材であって、第１の系統２０からのガスＧを貫通孔３２内へ導入可能としている。

このようにして、第１の系統６０と第２の系統７０とが直列に接続されていることとなる。このように、一つの第１の系統６０と一つの第２の系統７０とが直列に接続されて組をなしており、さらに、この組が周方向に複数設けられている。

このようなガスタービン１００においては、第１の系統６０と第２の系統７０とを直列に接続し、制御弁７５を操作することで、クリアランスＳの制御と、ストール発生の抑制とを一括で行なうことで、供給するガスＧの流量を低減でき、ガスＧを無駄にしてしまうことがなく、さらなるコストの抑制が可能となる。

また、ケーシング７を流通し、ケーシング７との間で熱交換を行った後のガスＧを一段動翼１１Ａのチップ１２Ａへ向けて噴出することとなるため、ケーシング７の温度と、噴出するガスＧとの温度差を低減できる。即ち、流路Ｃ内を流通する圧縮空気Ｗの主流と、噴出されるガスＧとの温度差を低減できるため、ガスＧが圧縮空気Ｗの主流に混合することによって主流温度が変動してしまうことを防止可能となる。

本実施形態のガスタービン１によると、圧縮機におけるクリアランスＳの制御及びストール発生の抑制でき、さらに、第１の系統６０と第２の系統７０とを直列に接続したことで、さらなるコストダウンと、運転効率のさらなる向上が可能となる。

なお、第一実施形態で説明したように、本実施形態においても第１の系統６０における熱交換器２３と、第２の系統７０における貫通孔３２を、それぞれ異なる段に設けてもよい。

ここで、大気温度が低い場合にＩＧＶ１４を絞って運転するような場合、主流の温度が低下することによって、圧縮機２の前方段に氷が付着し、これが脱落して後方段の圧縮機翼に衝突して翼を損傷させるおそれがある。しかし、圧縮機２の後方段のケーシング７を冷却し、温度上昇したガスＧを一段動翼１１Ａのチップ１２Ａへ向けて噴出する際には、例えば氷の付着を防止することも可能であるため、圧縮機２の運転効率を向上させるとともに、信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第三実施形態に係るガスタービン１０１について説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第二実施形態のガスタービン１００が、バイパス系統８０をさらに備えている点で、第一実施形態及び第二実施形態と異なっている。

図５に示すように、バイパス系統８０は、第１の系統６０と第２の系統７０との接続部分とガス供給源５０との間、即ち、第１の流出管６２の他端６２ｂと、第１の流入管６１の一端６１ａとの間に設けられている。

また、このバイパス系統８０は、一端８１ａが、第１の流入管６１の一端６１ａに接続され、他端８１ｂが、第１の流出管６２の他端６２ｂに接続された配管部材であるバイパス管８１を有している。

制御手段８４は、上述した制御弁７５に加え、バイパス管８１の一端８１ａと他端８１ｂとの間の中途位置に設けられ、不図示の制御装置によって開閉動作可能な電磁弁装置であるバイパス制御弁８５をさらに有している。そして、このバイパス制御弁８５は、バイパス管８１に流入するガスＧの流量を調整可能とし、即ち、第１の系統６０に流入するガスＧの流量を調整可能としている。

このようなガスタービン１０１においては、バイパス制御弁８５を操作することで、状況に応じて、バイパス系統８０へガスＧを流入させ、また流入量を調整することが可能となる。従って、第１の系統６０へガスＧを流通させて熱交換を行う量を調整することができる。

さらに、これによって、第２の系統７０へ流入するガスＧの温度調整が可能となるため、より効果的にクリアランスＳの制御とストール発生の抑制を行なうことができ、さらなる圧縮機の効率向上が可能となる。

本実施形態のガスタービン１０１によると、第１の系統６０と第２の系統７０とに加え、バイパス系統８０を設けたことで、運転効率のさらなる向上が可能となる。

なお、第一実施形態で説明したように、本実施形態においても第１の系統６０における熱交換器２３と、第２の系統７０における貫通孔３２を異なる段に設けてもよい。

次に、本発明の第四実施形態に係るガスタービン１１１について説明する。
なお、第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第三実施形態のガスタービン１０１が、排気系統９０をさらに備えている点で、第一実施形態から第三実施形態と異なっている。

図６に示すように、排気系統９０は、第１の系統６０と第２の系統７０との接続部分である第１の流出管６２の他端６２ｂに、一端９１ａが接続された配管部材である排気管９１を有している。

制御手段９４は、不図示の制御装置によって開閉動作可能な電磁弁装置であり、排気管９１の中途位置に設けられた排気制御弁９５をさらに有している。そして、この排気制御弁９５は、排気管９１に流入するガスＧの流量を調整可能とし、これにより、第２の系統７０に流入するガスＧの流量を調整可能としている。

さらに制御手段９４は、第１の系統６０と第２の系統７０との接続部分である第１の流出管６２の他端６２ｂよりもガスＧの流れの下流側で、第２の系統７０における第２の流入管７１の中途位置、即ち、貫通孔３２の手前に設けられた噴出制御弁９６を有している。この噴出制御弁９６は、貫通孔３２へのガスＧの導入量を調整可能とするものである。

このようなガスタービン１１１においては、排気制御弁９５及び噴出制御弁９６を操作することで、状況に応じて、第１の系統６０での熱交換量を調整しながら第２の系統７０へ流入するガスＧの温度調整が可能となる。これと同時に、第２の系統７０へ流入するガスＧの流量調整が独立して可能となる。

具体的には、排気制御弁９５の開放度合いを小さくし、噴出制御弁９６の開度度合いを大きくすると、第２の系統７０を通じて貫通孔３２から流路Ｃへ噴出されるガスＧの流量が増加する。一方で、排気制御弁９５の開放度合いを大きくし、噴出制御弁９６の開度度合いを小さくすると、熱交換後のガスＧが排気系統９０へより多く流入することとなるので、貫通孔３２から流路Ｃへ噴出されるガスＧの流量を小さくすることができる。つまり、熱交換器２３での熱交換を行う量は、バイパス制御弁８５の操作で任意に行いつつ、これとは独立して、貫通孔３２から流路Ｃへ噴出されるガスＧの流量を任意に調整することができる。

なお、制御手段４０における制御弁７５、バイパス制御弁８５、排気制御弁９５、噴出制御弁９６は、各々の系統に負担がかからないよう、相互に関連して開閉制御を行う必要がある。

このようにして、より効果的にクリアランスＳの制御とストール発生の抑制を行なうことができ、さらなる圧縮機の効率向上が可能となる。

本実施形態のガスタービン１１１によると、第１の系統６０と第２の系統７０とに加え、排気系統９０を設け、また排気制御弁９５、噴出制御弁９６を設けたことで、運転効率のさらなる向上が可能となる。

なお、第一実施形態で説明したように、本実施形態においても第１の系統６０における熱交換器と、第２の系統７０における貫通孔３２を異なる段に設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、本発明における圧縮機は、ガスタービン１、１００、１０１、１１１に用いられるものに限定されず、圧力比の比較的小さなファンやブロア等の送風機であってもよい。

また、上述の実施形態で説明したように、一段動翼１１ＡへガスＧを噴出するように第２の系統３０、７０を設け、またこの一段動翼１１Ａに対向する位置に第１の系統２０、６０の熱交換器２３を配置した。しかしこのような場合に限定されず、例えば、後段側の動翼１１へガスＧを噴出するように第２の系統を設け、これに対向する位置に熱交換器２３を配置してもよい。

１…ガスタービン ２…圧縮機 ３…燃焼器 ４…タービン ５…排気室 ６…ロータ ７…ケーシング １１…動翼 １１Ａ…一段動翼 １２…チップ １２Ａ…（一段動翼の）チップ １３…静翼 １４…ＩＧＶ ２０…第１の系統 ２１…第１の流入管 ２２…第１の排出管 ２３…熱交換器 ３０…第２の系統 ３１…第２の流入管 ３２…貫通孔 ４０…制御手段 ４１…第１の制御弁 ４２…第２の制御弁 ５０…ガス供給源（熱媒体供給源） ５１…ガス供給管 ６０…第１の系統 ６１…第１の流入管 ６２…第１の流出管 ７０…第２の系統 ７１…第２の流入管 ７４…制御手段 ７５…制御弁 ８０…バイパス系統 ８１…バイパス管 ８４…制御手段 ８５…バイパス制御弁 ９０…排気系統 ９１…排気管 ９４…制御手段 ９５…排気制御弁 ９６…噴出制御弁 １００…ガスタービン １０１…ガスタービン １１１…ガスタービン Ｗ…圧縮空気 Ｗ１…燃焼ガス Ｏ…軸線 Ｃ…流路 Ｓ…クリアランス Ｇ…ガス

Claims (9)

1. ロータとともに軸線回りに回転する動翼と、
   前記動翼を径方向外側から覆い内側に主流の流路を画成するケーシングと、を備える圧縮機であって、
   前記ケーシングを加熱または冷却する媒体を流通させる第１の系統と、
   前記ケーシングから前記動翼のチップに向けて前記媒体を噴出する第２の系統と、
   前記第１の系統と前記第２の系統とに前記媒体を供給するこれら系統に共通の媒体供給源と、
   該媒体供給源から供給されて前記第１の系統と前記第２の系統とを流通する前記媒体の流れを制御する制御手段とを備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記第１の系統と前記第２の系統とが並列して設けられ、
   前記制御手段は、
   前記第１の系統の入口側に設けられ、前記媒体を該第１の系統に流入可能とする第１の制御弁と、
   前記第２の系統の入口側に設けられ、前記媒体を該第２の系統に流入可能とする第２の制御弁とを有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第１の系統の下流側に前記第２の系統が直列に接続され、
   前記制御手段は、前記第１の系統の入口側に設けられ、前記媒体を前記第１の系統及び前記第２の系統へ流入可能とする制御弁を有することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分と、前記媒体供給源との間を結ぶバイパス系統をさらに備え、
   前記制御手段は、前記バイパス系統に設けられ、前記媒体を該バイパス系統に流入可能とするバイパス制御弁をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分に接続された排気系統をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記排気系統に設けられ、前記媒体を該排気系統へ流入可能とする排気制御弁と、
   前記第１の系統と前記第２の系統との接続部分より下流側で、該第２の系統に設けられた噴出制御弁とをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、
   前記第１の系統と前記第２の系統とが、同一の段に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。
7. 前記第１の系統と前記第２の系統とが、前記複数段のうちの最も上流側となる第一段に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
8. 前記動翼が前記軸線方向に複数段設けられ、
   前記第１の系統と前記第２の系統とが、異なる段に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の圧縮機を備えることを特徴とするガスタービン。

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