JP2015511684A - 制御可能な冷却空気系統を備えたガスタービン - Google Patents
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Abstract
Description
ガスタービンの出力及び効率に対する要求に並行して、一方では、熱的に高く負荷される機械構成部分の冷却に対する要求、他方では、冷却系統の設計に対する要求も高まる。従って、ガスタービンの全ての考えられる運転条件についての運転安全性の重要性において十分な冷却が保証されなければならない。同時に、冷却空気の消費は基本的にはできるだけ制限されるのが望ましい。欧州特許第62932号明細書では、ガスタービンの構成部分を、閉じられた循環路内で蒸気によって冷却することが提案された。このためには、冷却蒸気を案内する構成部分の比較的手間のかかるシールが必要である。同時に、構成部分の単なる対流冷却が行われ、この場合、熱入力を減じるための冷却膜の作用が省かれる。
本発明の課題は、同じ設計条件下での運転に関して大きな出力損失又は効率損失が生じることなしに、ガスタービンの冷却空気系統の確実な作動をガスタービンの広い運転範囲において保証することである。特にアイドリング運転をも含む低い部分負荷運転を、耐用期間を損なうことなく低い排ガスエミッションで行うことを保証することにある。
図1には、2つの圧力レベルを有した冷却空気系統を備えたガスタービンの主要なエレメントが概略図で示されている。ガスタービン10は圧縮機1(コンプレッサ)を有している。圧縮機内で圧縮された燃焼空気は燃焼器2に供給され、ここで燃料と共に燃焼させられる。次いで熱い燃焼ガスがタービン3内で膨張させられる。タービン3内で生じた有効エネルギは、次いで、例えば、同軸上に配置された発電機4によって電気エネルギに変換される。
2 燃焼室
3 タービン
4 発電機
5 第1の冷却空気管路
6 第2の冷却空気管路
7 接続管路
8 排ガス
9 冷却装置
10 ガスタービン
11 制御エレメント
12 冷却空気制御エレメント
13 急冷装置
14 水噴入装置
15 噴射ポンプ
16 逆止弁
17,17´ 周囲空気
18 フィルタハウジング
19 可変圧縮機静翼列
20 熱交換機
21 第1の圧縮機出口における圧力測定部
22 接続個所における圧力測定部
23 膨張剤入口
Claims (15)
- 圧縮機(1)と、燃焼器(2)と、タービン(3)と、前記圧縮機(1)の第1の圧力段から前記タービン(3)へと通じている少なくとも1つの第1の冷却空気管路(5)並びに前記圧縮機(1)のより高圧の第2の圧力段から前記タービン(3)へと通じている少なくとも1つの第2の冷却空気管路(6)を含む冷却空気系統と、を備えたガスタービン(10)であって、
該ガスタービン(10)の前記冷却空気系統は、前記第2の冷却空気管路(6)から前記第1の冷却空気管路(5)へと通じている接続管路(7)を含み、該接続管路(7)内には、前記第2の冷却空気管路(6)から前記第1の冷却空気管路(5)へと流れる補助冷却空気流を冷却するための冷却装置(9)と、制御エレメント(11)とが配置されていることを特徴とする、ガスタービン。 - 前記接続管路(7)には急冷装置(13)が、前記補助冷却空気流を冷却するための冷却装置(9)として配置されている、請求項1記載のガスタービン。
- 前記接続管路(7)には熱交換機(20)が、前記補助冷却空気流を冷却するための冷却装置(9)として配置されている、請求項1又は2記載のガスタービン。
- 前記接続管路(7)には噴射ポンプ(15)が冷却装置(9)として配置されていて、前記噴射ポンプの吸込側の入口は周囲に、膨張剤入口(23)は前記第2の冷却空気管路(6)に接続されていて、これにより周囲空気(17´)を吸い込むことができ、該周囲空気(17´)と前記第2の冷却空気管路(6)からの補助冷却空気との混合物を前記噴射ポンプ(15)の出口を介して前記接続管路(7)を通してさらに前記第1の冷却空気管路(5)へと案内することができる、請求項1から3までのいずれか1項記載のガスタービン。
- 前記噴射ポンプ(15)の吸込側入口は、前記ガスタービン(10)のフィルタハウジング(18)を介して周囲に接続されている、請求項4記載のガスタービン。
- 前記第1の冷却空気管路(5)には、前記圧縮機(1)と、前記第1の冷却空気管路(5)への前記接続管路(7)の接続部との間で、前記第2の冷却空気管路(6)からの補助冷却空気の前記圧縮機(1)へ逆流を阻止する逆止弁(16)が配置されている、請求項1から5までのいずれか1項記載のガスタービン。
- 前記第1の冷却空気管路(5)には、前記圧縮機(1)と、前記第1の冷却空気管路(5)への前記接続管路(7)の接続部との間で、前記第1の冷却空気管路(5)を、前記圧縮機(1)と前記接続管路(7)との間で遮断することができる冷却空気制御エレメント(12)が配置されている、請求項1から5までのいずれか1項記載のガスタービン。
- 可変圧縮機静翼列(19)を有する圧縮機(1)と、燃焼器(2)と、タービン(3)と、を備えたガスタービン(10)であって、該ガスタービンは、前記圧縮機(1)の第1の圧力段から前記タービン(3)へと通じている少なくとも1つの第1の冷却空気管路(5)並びに前記圧縮機(1)のより高圧の第2の圧力段から前記タービン(3)へと通じている少なくとも1つの第2の冷却空気管路(6)を含む冷却空気系統を備えているガスタービン(10)を運転する方法であって、
前記ガスタービン(10)の部分負荷のときに、前記可変圧縮機静翼列(19)を、全負荷位置のときよりも閉じ、前記第2の冷却空気管路(6)からの補助冷却空気流を、前記第2の冷却空気管路(6)から前記第1の冷却空気管路(5)へと通じている接続管路(7)を介して案内し、この際に前記補助冷却空気流を、前記第1の冷却空気管路(5)内に導入する前に冷却装置(9)で冷却し、前記補助冷却空気流の質量流を制御エレメント(11)によって制御することを特徴とする、ガスタービン(10)を運転する方法。 - 前記補助冷却空気流を、前記接続管路(7)内に配置された急冷装置(13)内で水の噴射により冷却する、請求項8記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 前記補助冷却空気流を、前記接続管路(7)内に配置された熱交換機(20)内で冷却する、請求項8又は9記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 前記補助冷却空気流を、前記接続管路(7)内に配置された噴射ポンプ(15)の膨張剤入口(23)へと導入し、前記噴射ポンプ(15)の吸込側入口を介して周囲空気(17,17´)を吸い込み、該周囲空気(17)との混合により、前記補助冷却空気流の温度を下げ、前記周囲空気と前記補助冷却空気流との混合物を前記第1の冷却空気管路(5)へと導入する、請求項8から10までのいずれか1項記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 前記可変圧縮機静翼列(19)が、圧縮機静翼列位置の第1の制限値よりもさらに閉じられている場合に、前記補助冷却空気流を制御する前記制御エレメント(11)を開放する、請求項8から11までのいずれか1項記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 前記可変圧縮機静翼列(19)が、圧縮機静翼列位置の第2の制限値よりもさらに閉じられている場合に、前記第1の冷却空気管路(5)内に前記圧縮機(1)と前記接続管路(7)の接続部との間に配置された冷却空気制御エレメント(12)を閉鎖する、請求項8から12までのいずれか1項記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 前記第1の冷却空気管路(5)に接続されている圧縮機冷却空気取出し口(21)における圧力と、前記接続管路(7)が前記第1の冷却空気管路(5)へと開口している接続個所(22)における圧力との圧力差を測定し、該圧力差がマイナスである場合に、前記冷却空気制御エレメント(12)を閉鎖する、請求項8から13までのいずれか1項記載のガスタービン(10)を運転する方法。
- 全負荷の30%以下である低い部分負荷の場合及びアイドリング運転の場合に、前記可変圧縮機静翼列(19)を閉鎖することにより、タービン排ガス温度を、全負荷時のタービン排ガス温度の少なくとも80%に維持する、請求項8から14までのいずれか1項記載のガスタービン(10)を運転する方法。
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