JP2018520291A - 外部ケーシングへ迂回させる冷却空気供給流路が設けられた冷却システムを含むガスタービン - Google Patents
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Abstract
本発明は、外部ケーシングへ迂回させる冷却空気供給流路が設けられた冷却システムを含むガスタービンに係り、さらに詳しくは、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることにより、圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらす冷却システム及び冷却方法を含むガスタービンに関する。上述の構造及び方法を用いて、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成が可能である。結論として、これは圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらすことができる。
Description
本発明は、外部ケーシングへ迂回させる冷却空気供給流路が設けられた冷却システムを含むガスタービンに係り、さらに詳しくは、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることにより、圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらす、冷却システムを含むガスタービンに関する。
ガスタービン発電で一般的に使用されるタービン発電機は、燃料を圧縮空気を用いて燃焼させて強力なエネルギーを生成し、これを利用してタービンを稼働させる原理で作動する。
この過程で、一つの発電装置には複数の燃焼器が設けられ、前記複数の燃焼器にはさらに複数の燃料供給ノズルが設けられる。一つの燃料供給ノズルから燃料及び空気の混合物を噴射して高温の火炎が発生し、前記火炎の熱気及び温度はそのままタービンブレード及びその他の発電装置の構成品へ伝達される。
耐熱性に優れた素材から各部品を構成しても、各部品があまり高い高温に長期間晒されると、機械装置の期待寿命が低下するので、これを防止するために、圧縮機で圧縮する空気の一部を、タービンブレード及び発電装置に設けられるその他の構成品に供給することにより、温度の急上昇を防止する。
ただし、前述したような場合に、従来技術は、複数の回転体を含む圧縮機から出てくる圧縮空気を、ガスタービンの中心軸を通るチューブを介してタービンブレードへ供給する方式を取っている。
したがって、前述した従来技術のような方式をとる場合には、ガスタービンローターの中心ホールの直径が増加し、冷却空気とローター内部の空間とを分離するために、別個のチューブが挿入される空間が要求されたので、発電機内部の中心軸及びその他の装置の構造設計が複雑になるという問題があり、これに加え、前記冷却空気が通過しうる空間を確保するために、圧縮機及びタービンブレードを駆動する各回転板の中心ホールの直径が大きくなるという問題があった。
これは圧縮機及びタービン空力効率の低下に繋がる。
したがって、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることにより、圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらす、冷却システムを含むガスタービンの具体的な構成の改良が求められる。
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたもので、その目的は、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることにより、圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらす、冷却システムを含むガスタービンを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、圧縮機、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービンにおいて、前記圧縮機は複数の回転体を含み、前記圧縮機は燃焼器から遠い順で前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機に区分され、前記タービンブレードは４段の構成であって、各ブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間にはそれぞれエアフォイル形状の空気誘導部材が４段の構成として設けられ、前記ガスタービンのタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機から前記ガスタービンケーシングの外部へ迂回させて供給する外側流路、前記ガスタービンのタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機から前記ガスタービンの中心軸の内部を貫通して供給する中心軸流路、及び前記ガスタービンのタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機の出口に連結して供給する内側流路を含む、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供される。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、前記前段圧縮機に連結される外側流路は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機に連結される外側流路は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機に連結される外側流路は３つの出口を含み、各出口は２段タービンブレード、３段タービンブレード、及び２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に設けられ、前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路の出口は４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材及び１段タービンブレードに圧縮空気を直接供給してもよい。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、前記前段圧縮機に連結される外側流路は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機に連結される外側流路は２つの出口を含み、各出口は３段タービンブレード、及び３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に設けられ、前記後段圧縮機に連結される外側流路は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路の出口は４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードへ圧縮空気を直接供給してもよい。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、前記前段圧縮機に連結される外側流路は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機に連結される外側流路は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機に連結される外側流路は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路は２つの出口を含み、各出口は３段タービンブレード及び４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードに圧縮空気を直接供給してもよい。
さらに、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、前記前段圧縮機に連結される外側流路は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機に連結される外側流路は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機に連結される外側流路は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路は２つの出口を含み、各出口は３段タービンブレード及び４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードに連結される別個の通路を構築して、圧縮空気を直接供給してもよい。
また、前記外側流路の入口または流路上には冷却空気調節弁が少なくとも一つ設けられてもよい。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記１段から３段ブレードの下側内部へ前記圧縮機から伝達される冷却空気が進入することが可能な発電機内部流路が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路の入口にはそれぞれプレスワーラ（ｐｒｅｓｗｉｒｌｅｒ）が設けられてもよい。
さらに、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却システムにおいて、前記１段から３段ブレードの下側内部へ前記圧縮機から伝達される冷却空気が進入することが可能な発電機内部流路が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路間の空気または外部空気と前記発電機内部流路の空気との混合を防止するためのシーリング部が複数設けられてもよい。
また、前記外側流路の入口または流路上には、熱交換器が少なくとも一つ設けられてもよい。
さらに、前記プレスワーラは、前記プレスワーラに設けられた複数のエアフォイル形状のブレード刃の一箇所に変曲点として含み、前記変曲点からブレード刃の端部までのブレード区間は流体の排出角度が調整できるように、前記変曲点を固定点として左右駆動が可能であることが好ましい。
また、前記それぞれのプレスワーラ（４１）はそれぞれのプレスワーラ（４１）が独立した圧縮比（Ｒａｔｉｏ）を持ってもよい。
また、上記の装置に関連した課題解決手段以外にも、各段階を含む冷却方法で構成される課題解決手段が可能である。
代表的に、圧縮機、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービンの冷却方法において、前記圧縮機は、複数の回転体を含み、前記複数の回転体が設けられる圧縮機上に外側流路を設けて冷却空気を発電装置の外部へ迂回させて伝達する冷却空気迂回注入段階と、前記圧縮機の出口から各タービンブレードの内部へ冷却空気を直接伝達する冷却空気直接注入段階と、前記複数の回転体が設けられる圧縮機から発電機の中心軸を貫通する内側流路を設けて冷却空気を各タービンブレードの内部へ伝達する冷却空気貫通注入段階とを含むことを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却方法が提供される。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却方法において、前記冷却空気迂回注入段階は、前記外側流路に少なくとも一つの冷却空気調節弁が設けられ、冷却空気の流量を調節する流量調節段階を含んでもよい。
また、本発明のガスタービン及びタービンブレード冷却方法において、前記冷却空気迂回注入段階は、前記外側流路に少なくとも一つの熱交換器が設けられ、冷却空気の温度を調節する温度調節段階を含んでもよい。
上述したような本発明の「外部ケーシングへ迂回させる冷却空気供給流路が設けられた冷却システムを含むガスタービン」は、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることが可能である。また、それぞれの流路には、互いに異なる圧縮比を持つプレスワーラを備えることが可能であるため、最適な効率を持つ発電機の設計が可能であり、結論として、これは圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらすことができる。
以下、本発明の幾つかの実施例を例示的な図面に基づいて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素については、たとえ、他の図面上に表示されても、できる限り同一の符号を持つようにしていることに留意すべきである。
また、本発明の実施例を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の実施例に対する理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。これらの用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質、順番または順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載されている場合、ある構成要素は他の構成要素に直接連結または接続できるが、各構成要素の間に別の構成要素が「連結」、「結合」または「接続」されることもあると理解されるべきである。
本発明の実施例では、圧縮機２、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービン１において、前記圧縮機は、複数の回転体２０４を含み、前記圧縮機２は、燃焼器から遠い順で前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３に区分され、前記タービンブレードは４段の構成であって、各ブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間にはそれぞれ空気誘導部材が４段の構成として設けられ、前記ガスタービン１のタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機２から前記ガスタービンケーシングの外部へ迂回させて供給する外側流路６、前記ガスタービン１のタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機２から前記ガスタービンの中心軸５の内部を貫通して供給する中心軸流路７、及び前記ガスタービン２のタービンブレードを冷却させるための冷却空気を圧縮機２の出口２０５に連結して供給する内側流路８を含む、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
図１から図４は本発明の一実施例に係る圧縮機２、タービンブレード及び冷却空気供給流路が設けられたガスタービンの斜視図である。
図１から図４を参照すると、図面上の左側には、複数の回転体２０４を持つ圧縮機２が示されており、これにより、圧縮機の出口２０５及びタービンブレードが設けられている。
燃焼器の効率的な燃焼、及びタービンブレードを駆動させて発電を行うためのエネルギー生成のためには、高圧で圧縮された空気を燃焼の際にノズルの周辺から噴射することが好ましい。
このため、圧縮機２へ空気を引き込ませ、前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３を用いて高圧の空気を形成し、これを圧縮機の出口２０５を介してノズル及び燃焼器へ移動させることが可能である。
前記過程を経て、ノズル及び燃焼器へ引き込まれた圧縮空気は、燃焼の際に使用され、エネルギーを含んだ状態でタービンブレードを駆動させる役目をする。
１段から４段タービンブレードを駆動させた後、燃焼空気は発電装置の外部へ排出される。
上記のサイクルを経て高温、高圧の圧縮空気がタービンブレードを駆動させるので、これに対する機械的な損傷及び破損を防止するためには、各タービンブレードに対する持続的な冷却装置及び冷却方法が必要である。
このため、前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機に冷却空気供給流路を設け、圧縮空気を誘導して、各タービンブレード及び各空気誘導部材などへ冷却空気を供給する方式を取ることができる。
上述のように外側及び内側流路を用いて、ガスタービンの中心軸にチューブを設けて冷却空気を供給していた従来のシステムとは異なり、ガスタービンの圧縮機及びタービンブレードの各回転板の大きさを大きくすることができ、結果として圧縮機及びタービンの空力効率を上昇させることができる。
具体的には、圧縮機の効率は、従来では８８％程度であったが、本発明の実施例では９０％に近く増大し、タービン効率は８９％から９０％以上に上昇する結果を示した。
また、１段から４段の各タービンブレードが設けられた前部分には、各段に相応する空気誘導部材が設けられ得る。これは、固定式であって、回転せず、後ろから回転するタービンブレードへ圧縮空気が摩擦角を持たずに進入することができるように助ける役目をする。
このような冷却空気供給流路の構造は、軸内部の分離チューブの除去による構造的安定性の確保が可能であり、圧縮機及びタービン回転板の外径サイズの増加に伴って空力効率が増加するという利点が存在する。
また、前記前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３にはそれぞれ前記外側流路６の入口が設けられ、前記前段圧縮機２０１に連結される外側流路６は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２に連結される外側流路６は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機２０３に連結される外側流路６は３つの出口を含み、各出口は２段タービンブレード、３段タービンブレード、及び２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に設けられ、前記中段圧縮機２０２にはさらに前記中心軸流路７の入口が備えられ、前記中心軸流路７の出口は４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路８は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材及び１段タービンブレードに圧縮空気を直接供給することを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
さらに、前記前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３には、それぞれ前記外側流路６の入口が設けられ、前記前段圧縮機２０１に連結される外側流路６は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２に連結される外側流路６は２つの出口を含み、各出口は、３段タービンブレード、及び３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に設けられ、前記後段圧縮機２０３に連結される外側流路６は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２にはさらに前記中心軸流路７の入口が備えられ、前記中心軸流路７の出口は４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路８は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードに圧縮空気を直接供給することを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
これに加えて、他の類型として、前記前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３には、それぞれ前記外側流路６の入口が設けられ、前記前段圧縮機２０１に連結される外側流路６は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２に連結される外側流路６は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機２０３に連結される外側流路６は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２にはさらに前記中心軸流路７の入口が備えられ、前記中心軸流路７は２つの出口を含み、各出口は３段タービンブレード及び４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路８は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードに圧縮空気を直接供給することを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
別の類型としては、前記前段圧縮機２０１、中段圧縮機２０２及び後段圧縮機２０３には、それぞれ前記外側流路６の入口が設けられ、前記前段圧縮機２０１に連結される外側流路６は、４段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる４段空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２に連結される外側流路６は、３段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる３段空気誘導部材に出口が設けられ、前記後段圧縮機２０３に連結される外側流路６は、２段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる２段空気誘導部材に出口が設けられ、前記中段圧縮機２０２にはさらに前記中心軸流路７の入口が備えられ、前記中心軸流路７は２つの出口を含み、各出口は３段タービンブレード及び４段タービンブレードに設けられ、前記内側流路８は、１段タービンブレードへ燃焼空気が引き込まれる空間に備えられる１段空気誘導部材、１段タービンブレード及び２段タービンブレードに連結される別個の通路を構築して、圧縮空気を直接供給することを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
このような類型を使用する場合には、前の類型とは異なり、２段ブレードプレスワーラ（Ｐｒｅ−Ｓｗｉｒｌｅｒ）４１の適用による効率上昇結果が発生し得る。
また、前記外側流路６の入口または流路上には、冷却空気調節弁が少なくとも一つ設けられることを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
また、前記外側流路６の入口または流路上には、熱交換器が少なくとも一つ設けられてもよい。
前記外側流路６の入口または流路上に設けられた少なくとも一つの熱交換器を介して、圧縮機を通過した冷却空気の温度を下げることにより、終局的にはガスタービン及びタービンブレードの冷却効果を極大化することができる。
これにより、発電装置の内部に設けられたセンサーを用いて各装置の温度を把握し、冷却空気の供給量に対する制御が可能であるという利点がある。
これは、従来のガスタービンの中心軸上に供給流路が設けられた場合には設けられ難い構成であったが、冷却空気供給流路を外側へ迂回させることにより、前述したような調節弁の構成を備えることができるようになった。
さらに、前記１段から３段ブレードの下側内部へ前記圧縮機２から伝達される冷却空気が進入することが可能な発電機内部流路４が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路４の入口にはそれぞれプレスワーラ４１が設けられることを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
前記プレスワーラは、複数のエアフォイルまたはホール形状に構成されており、直線状に引き込まれる空気を回転させる役目をする。
さらに、前記プレスワーラ４１は、前記プレスワーラ４１に設けられた複数のエアフォイル形状のブレード刃の一箇所に変曲点を含み、前記変曲点からブレード刃の端部までのブレード区間は、流体の排出角度が調整できるように、前記変曲点を固定点として左右駆動可能に設けられることが好ましい。
このように、前記プレスワーラ４１に設けられた前記変曲点からブレード刃の端部までのブレード区間は流体の排出角度が調整できるように、前記変曲点を固定点として左右駆動が可能なので、前記プレスワーラの各ブレード刃を通過して排出される流体の排出角度を常に遠隔で調整することが可能である。
このような、流体の排出角度及び流体の速度を随時調整して、ガスタービン及びタービンブレードへ進入する流体の圧力比を１に近い値に調整することができるため、より効率の良いガスタービン及びタービンブレードの冷却システムを実現することが可能である。
また、前記それぞれのプレスワーラ４１は、それぞれのプレスワーラ４１が独立した圧縮比（Ｒａｔｉｏ）を持つことが可能である。
前記それぞれのプレスワーラ４１は、設けられる供給流路の種類及び位置に応じて、冷却効率の極大化及び損失の最小化を図ることができる適正の独立した圧縮比（Ｒａｔｉｏ）を設定して供給流路の内部に設置することが可能である。
前記独立した圧縮比（Ｒａｔｉｏ）を持つそれぞれのプレスワーラ４１は、設計の際にシミュレーション結果値に応じた圧縮比に設定して供給流路の内部に設置することが可能であり、また、発電機の稼動が中止した状態で前記それぞれのプレスワーラ４１の圧縮比の修正が必要な場合、何時でも前記それぞれのプレスワーラ４１の分離及び圧縮比の修正が可能であるという利点がある。
さらに、前記１段から３段ブレードの下側内部へ前記圧縮機２から伝達される冷却空気が進入することが可能な発電機内部流路４が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路４間の空気または外部空気と前記発電機内部流路４の空気との混合を防止するためのシーリング部４２が複数設けられることを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレード冷却システムが提供され得る。
前記シーリング部は、本発明の各構成類型に合わせて内側流路が設けられるように、無駄な流路へ冷却空気が流れることを防止する機能を行う。
また、本発明は、上述の装置に関連した構成以外にも、各段階を含む冷却方法で構成されることが可能である。
代表的に、圧縮機２、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービン冷却方法において、前記圧縮機２は複数の回転体２０４を含み、前記複数の回転体２０４が設けられる圧縮機２上に外側流路６を設け、冷却空気を発電装置の外部へ迂回させて伝達する冷却空気迂回注入段階と、前記圧縮機２の出口から各タービンブレードの内部へ冷却空気を直接伝達する冷却空気直接注入段階と、前記複数の回転体２０４が設けられる圧縮機２から発電機の中心軸５を貫通する内側流路８を設けて冷却空気を各タービンブレードの内部へ伝達する冷却空気貫通注入段階とを含むことを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレードの冷却方法が提供され得る。
上述の段階は、進行する順序が限定されず、前記冷却空気迂回注入段階は、後述する追加段階を含むことができる。
前記冷却空気迂回注入段階は、前記外側流路６に少なくとも一つの冷却空気調節弁が設けられ、冷却空気の流量を調節する流量調節段階を含むことを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレードの冷却方法が提供され得る。
また、前記冷却空気迂回注入段階は、前記外側流路６に少なくとも一つの熱交換器が設けられ、冷却空気の温度を調節する温度調節段階を含むことを特徴とする、ガスタービン及びタービンブレードの冷却方法が提供され得る。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱することなく様々な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものである。これらの実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下記の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
上述したような本発明の「外部ケーシングへ迂回させる冷却空気供給流路が設けられた冷却システムを含むガスタービン」は、ガスタービンの内部に設けられる複数のタービンブレード及びその他の装置に冷却空気を供給するにあたり、冷却空気供給流路を、前記ガスタービンのローターの中心軸に設けずに、ガスタービンの外部ケーシングへ迂回させる構成として設けることが可能である。また、それぞれの流路には、互いに異なる圧縮比を持つプレスワーラを備えることが可能であるため、最適な効率を持つ発電機の設計が可能であり、結果として、これは圧縮機及びタービン空力効率の上昇効果をもたらすことができる。
上述の効果によれば、本発明は産業上の利用可能性が存在する。
Claims (14)
- 圧縮機、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービンにおいて、
前記圧縮機は、複数の回転体を含み、
前記圧縮機は、燃焼器から遠い順で前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機に区分され、
前記ガスタービンは、
流体を圧縮機から前記ガスタービンのケーシングの外部へ迂回させて誘導する外側流路、
流体を圧縮機から前記ガスタービンの中心軸の内部を貫通して供給する中心軸流路（７）、及び
流体を圧縮機の出口に連結して供給する内側流路を含む冷却システムを備え、
前記外側流路、中心軸流路または前記内側流路を介して誘導された流体は、前記タービンブレードの少なくとも一部を冷却させる、ガスタービン。 - 前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、
前記前段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、
前記中段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に出口が設けられ、
前記後段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に設けられ、
前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路の出口は少なくとも一つのタービンブレードに設けられ、
前記内側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及びタービンブレードに流体を直接供給する、請求項１に記載のガスタービン。 - 前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、
前記前段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、
前記中段圧縮機に連結される外側流路は２つの出口を含み、各出口は少なくとも一つのタービンブレード及び空気誘導部材に設けられ、
前記後段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に出口が設けられ、
前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路の出口は少なくとも一つのタービンブレードに設けられ、
前記内側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及びタービンブレードに流体を直接供給する、請求項１に記載のガスタービン。 - 前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、
前記前段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、
前記中段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に出口が設けられ、
前記後段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に出口が設けられ、
前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路は２つの出口を含み、各出口は少なくとも一つのタービンブレードに設けられ、
前記内側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及びタービンブレードに流体を直接供給する、請求項１に記載のガスタービン。 - 前記前段圧縮機、中段圧縮機及び後段圧縮機にはそれぞれ前記外側流路の入口が設けられ、
前記前段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材及び燃焼空気排出口カバーに出口が設けられ、
前記中段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの空気誘導部材に出口が設けられ、
前記後段圧縮機に連結される外側流路は少なくとも一つの２段空気誘導部材に出口が設けられ、
前記中段圧縮機にはさらに前記中心軸流路の入口が備えられ、前記中心軸流路は２つの出口を含み、各出口は少なくとも一つのタービンブレードに設けられ、
前記内側流路は、少なくとも一つの空気誘導部材及びタービンブレードに連結される別個の通路を構築して、流体を直接供給する、請求項１に記載のガスタービン。 - 前記外側流路の入口または流路上には、冷却空気調節弁が少なくとも一つ設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
- 前記タービンブレードのうちの少なくとも一つの下側内部へ前記圧縮機から伝達される流体が進入することが可能な発電機内部流路が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路の入口にはそれぞれプレスワーラが設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
- 前記タービンブレードのうちの少なくとも一つの下側内部へ前記圧縮機から伝達される流体が進入することが可能な発電機内部流路が複数設けられ、前記複数の発電機内部流路間の空気または外部空気と前記発電機内部流路の空気との混合を防止するためのシーリング部が複数設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
- 前記外側流路の入口または流路上には、熱交換機が少なくとも一つ設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービン。
- 前記プレスワーラは、
前記プレスワーラに設けられた複数のエアフォイル形状のブレード刃の一箇所に変曲点として含み、前記変曲点からブレード刃の端部までのブレード区間は流体の排出角度が調整できるように、前記変曲点を固定点として左右駆動が可能である、請求項７に記載のガスタービン。 - 複数の前記プレスワーラのそれぞれは、
それぞれのプレスワーラが独立した圧縮比（Ｒａｔｉｏ）を持つ、請求項７に記載のガスタービン。 - 圧縮機、燃焼器及びタービンブレードを含むガスタービンの冷却方法において、
前記圧縮機は複数の回転体を含み、前記複数の回転体が設けられる圧縮機上に外側流路を設けて冷却空気を発電装置の外部へ迂回させて伝達する冷却空気迂回注入段階と、
前記圧縮機の出口から各タービンブレードの内部へ冷却空気を直接伝達する冷却空気直接注入段階と、
前記複数の回転体が設けられる圧縮機から発電機の中心軸を貫通する内側流路を設けて冷却空気を各タービンブレードの内部へ伝達する冷却空気貫通注入段階とを含む、ガスタービンの冷却方法。 - 前記冷却空気迂回注入段階は、
前記外側流路に少なくとも一つの冷却空気調節弁が設けられ、冷却空気の流量を調節する流量調節段階を含む、請求項１２に記載のガスタービンの冷却方法。 - 前記冷却空気迂回注入段階は、
前記外側流路に少なくとも一つの熱交換器が設けられ、冷却空気の温度を調節する温度調節段階を含む、請求項１２に記載のガスタービンの冷却方法。
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