JP2868524B2 - ガスタービン機関とその動力出力を増加する方法 - Google Patents
ガスタービン機関とその動力出力を増加する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は蒸気噴射形ガスタービン機関、更に具体的
に云えば、水を噴射することによって蒸気の噴射を増強
し、こうして蒸気噴射形ガスタービン機関の動力出力を
高める装置及び方法に関する。
に云えば、水を噴射することによって蒸気の噴射を増強
し、こうして蒸気噴射形ガスタービン機関の動力出力を
高める装置及び方法に関する。
ブレイトン・サイクルに従ってその中を通るガスを使
うと共に、ランキン・サイクルに従ってその中を通り抜
ける蒸気を用いる蒸気噴射形ガスタービン機関は公知で
ある。この様な蒸気噴射形機関には航空機用から転用し
た機関を使う場合が多い。航空機用機関は、その出力の
追加の固定復熱ボイラーと共に出力動力タービンを含む
様に変更する。復熱排気ボイラーが、機関の種々の場
所、特に燃焼器に噴射する為の蒸気を供給する。蒸気を
外部の源から供給してもよいが、一般的に蒸気噴射形ガ
スタービン機関は、それ自体の排気ボイラー装置から蒸
気が供給される。
うと共に、ランキン・サイクルに従ってその中を通り抜
ける蒸気を用いる蒸気噴射形ガスタービン機関は公知で
ある。この様な蒸気噴射形機関には航空機用から転用し
た機関を使う場合が多い。航空機用機関は、その出力の
追加の固定復熱ボイラーと共に出力動力タービンを含む
様に変更する。復熱排気ボイラーが、機関の種々の場
所、特に燃焼器に噴射する為の蒸気を供給する。蒸気を
外部の源から供給してもよいが、一般的に蒸気噴射形ガ
スタービン機関は、それ自体の排気ボイラー装置から蒸
気が供給される。
蒸気噴射形機関の動力出力の１つの制約は、それ自体
の固定ボイラーからの蒸気が、ガスタービンをその最大
能力まで運転することが出来る様な適切な低い過熱でな
いことがあることである。例えば、燃焼器はそのドーム
でも、圧縮機の吐出部から流れる側路希釈空気でも、よ
り多くの水蒸気を取込むことが出来る。然し、燃焼器に
流れ込む蒸気噴射配管が存在する為、水蒸気の量を増や
す為に、燃焼器に対する水を更に増強する可能性が全く
ない。
の固定ボイラーからの蒸気が、ガスタービンをその最大
能力まで運転することが出来る様な適切な低い過熱でな
いことがあることである。例えば、燃焼器はそのドーム
でも、圧縮機の吐出部から流れる側路希釈空気でも、よ
り多くの水蒸気を取込むことが出来る。然し、燃焼器に
流れ込む蒸気噴射配管が存在する為、水蒸気の量を増や
す為に、燃焼器に対する水を更に増強する可能性が全く
ない。
発明の要約 従って、この発明の目的は、従来の蒸気噴射形機関の
上に述べた問題を避ける様な蒸気噴射形ガスタービン機
関を提供することである。
上に述べた問題を避ける様な蒸気噴射形ガスタービン機
関を提供することである。
この発明の別の目的は、水を噴射する蒸気噴射形機関
で蒸気を増強する手段を設けることである。
で蒸気を増強する手段を設けることである。
この発明の別の目的は、機関の動力出力を増加する為
に、ガスタービン機関の燃焼器に於ける水蒸気の量を増
やす方法を提供することである。
に、ガスタービン機関の燃焼器に於ける水蒸気の量を増
やす方法を提供することである。
この発明の別の目的は、蒸気噴射形ガスタービン機関
の蒸気噴射装置に水を添加する水エゼクタ及び混合装置
を提供することである。
の蒸気噴射装置に水を添加する水エゼクタ及び混合装置
を提供することである。
送出される高度に過熱された蒸気は水の噴射によっ
て、更に多くの蒸気を作り、機関の動力出力を最大にす
ることが出来る。
て、更に多くの蒸気を作り、機関の動力出力を最大にす
ることが出来る。
この発明の別の目的は、蒸気配管に於ける水の噴射を
動力条件と合せることが出来る様にする、即ち、水の噴
射を増やすと、一層低い熱効率が更に大きな動力が得ら
れ、水の噴射を少なくすると、一層高い熱効率で一層低
い動力条件に合わすことが出来ると云う点で、ボイラー
のハードウエアを使う際の融通性を持たせることであ
る。これは、ボイラーが機関の復熱器として又は外部の
源の設備として取付けられた時、高度に過熱された蒸気
を送出すことが出来ると仮定している。
動力条件と合せることが出来る様にする、即ち、水の噴
射を増やすと、一層低い熱効率が更に大きな動力が得ら
れ、水の噴射を少なくすると、一層高い熱効率で一層低
い動力条件に合わすことが出来ると云う点で、ボイラー
のハードウエアを使う際の融通性を持たせることであ
る。これは、ボイラーが機関の復熱器として又は外部の
源の設備として取付けられた時、高度に過熱された蒸気
を送出すことが出来ると仮定している。
この発明の別の目的は、動力を最大にする為に、過熱
の少ない蒸気を送出する復熱ボイラーと合せた機関装置
が、利用し得る外部の熱源をも利用して、その蒸気を過
熱し、こうしてその後、水の噴射を利用して、更に多く
の蒸気を発生することによって、機関装置の動力出力を
更に増加することが出来る様にすることである。
の少ない蒸気を送出する復熱ボイラーと合せた機関装置
が、利用し得る外部の熱源をも利用して、その蒸気を過
熱し、こうしてその後、水の噴射を利用して、更に多く
の蒸気を発生することによって、機関装置の動力出力を
更に増加することが出来る様にすることである。
この発明の別の目的は、機関の動力出力を増加する為
に、蒸気噴射形機関の燃焼器に対して追加の蒸気を添加
する装置を提供することである。
に、蒸気噴射形機関の燃焼器に対して追加の蒸気を添加
する装置を提供することである。
簡単に云うと、この発明では、蒸気噴射形ガスタービ
ン機関の動力出力を増加する装置を提供する。機関が直
列の組合せとして、圧縮機、燃焼器及びタービンを持
ち、この機関の中をガス流路が通り抜けている。蒸気噴
射装置を設け、これが過熱蒸気をガス流路に噴射する。
更に、蒸気噴射装置に水を吹付ける装置も設ける。これ
によって水が蒸気噴射装置内の過熱蒸気によって蒸発
し、この蒸気と混合させて、その生成物が依然として過
熱蒸気になる様にする。然し、ガス流路に噴射される過
熱蒸気の質量流量が増加する。
ン機関の動力出力を増加する装置を提供する。機関が直
列の組合せとして、圧縮機、燃焼器及びタービンを持
ち、この機関の中をガス流路が通り抜けている。蒸気噴
射装置を設け、これが過熱蒸気をガス流路に噴射する。
更に、蒸気噴射装置に水を吹付ける装置も設ける。これ
によって水が蒸気噴射装置内の過熱蒸気によって蒸発
し、この蒸気と混合させて、その生成物が依然として過
熱蒸気になる様にする。然し、ガス流路に噴射される過
熱蒸気の質量流量が増加する。
この発明の１実施例では、水吹付けエゼクタ及び混合
器を含む蒸気噴射装置を分流ポートに向け、この分流ポ
ートから流れが燃焼器の殻体に流れる。この発明の別の
実施例では、水吹付けエゼクタ及び混合器を持つ蒸気噴
射装置を燃料ポートに向け、燃焼器のドームに供給され
る水蒸気を増加する。
器を含む蒸気噴射装置を分流ポートに向け、この分流ポ
ートから流れが燃焼器の殻体に流れる。この発明の別の
実施例では、水吹付けエゼクタ及び混合器を持つ蒸気噴
射装置を燃料ポートに向け、燃焼器のドームに供給され
る水蒸気を増加する。
燃焼器に対する水を増強する為に水エゼクタ及び混合
器装置を設ける他に、高圧タービン、低圧タービン又は
動力タービンの様な機関内の他の蒸気配管に対しても、
水を増強することが出来る。
器装置を設ける他に、高圧タービン、低圧タービン又は
動力タービンの様な機関内の他の蒸気配管に対しても、
水を増強することが出来る。
この発明は、復熱ボイラー装置が、所定の圧力に於け
る飽和温度より数百度高い過熱蒸気を機関に送出す時、
又は蒸気がやはり過熱された高温レベルにある外部の源
からのものである時に役立つ。更に不適合ボイラー（最
大の動力出力に対する最低の過熱ではない）を使う機関
が、そのボイラーがそれ自体の復熱装置であっても外部
の源のボイラーであっても、機関の赤線又は限界の動作
パラメータの範囲内で、最大動力出力を達成することが
出来る様にする。所定の圧力で＋10℃（50℃゜F）過熱
の蒸気を機関に送出す復熱ボイラーは、蒸気配管を利用
し得る外部の熱源に通し、この熱源が蒸気を過熱して、
これらの蒸気配管の下流側で水を噴射することが出来る
様にする場合、この考えを利用することが出来る。この
為、常設のボイラー装置は転用蒸気噴射形機関に使う様
に改造することが出来、給水ポンプが所要の圧力及び流
量を供給し、ボイラーの伝熱面があるレベルの過熱蒸気
を発生することが出来る。この時、この装置は、動作限
界内で、機関装置の動力出力を最大にする為に、蒸気配
管に於ける水の噴射によって増強することが出来る。
る飽和温度より数百度高い過熱蒸気を機関に送出す時、
又は蒸気がやはり過熱された高温レベルにある外部の源
からのものである時に役立つ。更に不適合ボイラー（最
大の動力出力に対する最低の過熱ではない）を使う機関
が、そのボイラーがそれ自体の復熱装置であっても外部
の源のボイラーであっても、機関の赤線又は限界の動作
パラメータの範囲内で、最大動力出力を達成することが
出来る様にする。所定の圧力で＋10℃（50℃゜F）過熱
の蒸気を機関に送出す復熱ボイラーは、蒸気配管を利用
し得る外部の熱源に通し、この熱源が蒸気を過熱して、
これらの蒸気配管の下流側で水を噴射することが出来る
様にする場合、この考えを利用することが出来る。この
為、常設のボイラー装置は転用蒸気噴射形機関に使う様
に改造することが出来、給水ポンプが所要の圧力及び流
量を供給し、ボイラーの伝熱面があるレベルの過熱蒸気
を発生することが出来る。この時、この装置は、動作限
界内で、機関装置の動力出力を最大にする為に、蒸気配
管に於ける水の噴射によって増強することが出来る。
この発明の上に述べた目的、特徴及び利点は、一部分
はこれから具体的に説明するし、一部分は図面について
この発明を以下詳しく説明する所から明らかになろう。
図面全体にわたり、同じ部分には同じ参照数字を用いて
いる。
はこれから具体的に説明するし、一部分は図面について
この発明を以下詳しく説明する所から明らかになろう。
図面全体にわたり、同じ部分には同じ参照数字を用いて
いる。
好ましい実施例の説明 第１図に蒸気噴射形機関10を全体的に示す。この機関
は、圧縮機12を持つコア・エンジンを含み、この圧縮機
が相互接続軸16を介してタービン14に結合されている。
圧縮機とタービンの間にバーナー又は燃焼装置18を設け
る。コア・エンジンはケーシング20の中に囲い込まれて
いる。典型的には、コア・エンジンは航空機の転用機関
であってよい。
は、圧縮機12を持つコア・エンジンを含み、この圧縮機
が相互接続軸16を介してタービン14に結合されている。
圧縮機とタービンの間にバーナー又は燃焼装置18を設け
る。コア・エンジンはケーシング20の中に囲い込まれて
いる。典型的には、コア・エンジンは航空機の転用機関
であってよい。
出力動力タービン22がコア・エンジンに空気力学的に
接続されて、エンジンから動力出力を軸出する。機関か
らの空気及び蒸気の混合物が排気煙道24から排出され
る。排気装置26には復熱排気ボイラー28が含まれてお
り、これがエンジンに噴射する為の高圧蒸気30を供給す
る。この噴射は、32に示す様に燃焼器とか、或いは34に
示す様に、任意のタービンのベーンとかの様な種々の場
所に対して行なうことが出来る。燃焼器に入る燃料配管
を36に示してある。
接続されて、エンジンから動力出力を軸出する。機関か
らの空気及び蒸気の混合物が排気煙道24から排出され
る。排気装置26には復熱排気ボイラー28が含まれてお
り、これがエンジンに噴射する為の高圧蒸気30を供給す
る。この噴射は、32に示す様に燃焼器とか、或いは34に
示す様に、任意のタービンのベーンとかの様な種々の場
所に対して行なうことが出来る。燃焼器に入る燃料配管
を36に示してある。
一般的に噴射される蒸気の量は固定ボイラーの大きさ
によって制限される。外部の源から蒸気を供給すること
も出来るが、大抵の場合、機関の効率を高める為に、供
給は固定ボイラー装置から直接的に行なう。それでも、
外部の廃蒸気又は廃熱は機関装置の熱効率を改善する。
によって制限される。外部の源から蒸気を供給すること
も出来るが、大抵の場合、機関の効率を高める為に、供
給は固定ボイラー装置から直接的に行なう。それでも、
外部の廃蒸気又は廃熱は機関装置の熱効率を改善する。
燃焼器に噴射することが出来る蒸気の量は、設計に応
じて、炎ドーム蒸気又は水と燃料との約2.75の比（燃料
2.75部に対して水又は蒸気１部）、又はそれより若干大
きな値に制限される。この比より高くなると、一般的に
炎が消える。燃焼器に噴射される蒸気の量は、一般的に
窒素酸化物（NOX）の放出を制御する様に選ばれる。典
型的には、この蒸気を燃焼器のドームに設けた燃料ポー
トに供給する。典型的には二重流れノズル装置を用い、
燃料は中心から供給し、蒸気は燃料ポートの周りから同
軸に供給する。
じて、炎ドーム蒸気又は水と燃料との約2.75の比（燃料
2.75部に対して水又は蒸気１部）、又はそれより若干大
きな値に制限される。この比より高くなると、一般的に
炎が消える。燃焼器に噴射される蒸気の量は、一般的に
窒素酸化物（NOX）の放出を制御する様に選ばれる。典
型的には、この蒸気を燃焼器のドームに設けた燃料ポー
トに供給する。典型的には二重流れノズル装置を用い、
燃料は中心から供給し、蒸気は燃料ポートの周りから同
軸に供給する。
機関は典型的には分流ポートをも備えている。普通こ
う云う分流ポートは、航空機用機関では、航空機の乗員
室内で使う為の空気を抽出する為に使われる。蒸気噴射
形機関として使われる転用機関の場合、分流ポートは蒸
気を噴射する為に使われる。こう云う分流ポートは、圧
力損失を最小限にして、出来るだけ多くの蒸気を取込む
様な寸法になっている。
う云う分流ポートは、航空機用機関では、航空機の乗員
室内で使う為の空気を抽出する為に使われる。蒸気噴射
形機関として使われる転用機関の場合、分流ポートは蒸
気を噴射する為に使われる。こう云う分流ポートは、圧
力損失を最小限にして、出来るだけ多くの蒸気を取込む
様な寸法になっている。
一般的に、蒸気噴射形機関に供給される蒸気の量は、
タービン機関がその能力の最大限まで使うことが出来る
量よりも少ない。一般的に、蒸気の量は、固定ボイラー
装置から利用し得る蒸気の量によって制限される。追加
の外部蒸気が得られる場合でも、この様な追加の蒸気の
コストは、それが何等かの廃蒸気である場合を除き、機
関の一層の増強を行なうだけの値打ちがない様なもので
ある。
タービン機関がその能力の最大限まで使うことが出来る
量よりも少ない。一般的に、蒸気の量は、固定ボイラー
装置から利用し得る蒸気の量によって制限される。追加
の外部蒸気が得られる場合でも、この様な追加の蒸気の
コストは、それが何等かの廃蒸気である場合を除き、機
関の一層の増強を行なうだけの値打ちがない様なもので
ある。
水の増強を行なうことが出来るが、蒸気噴射配管が機
関の燃焼器及び分流ポートに対して使われているので、
ガスタービンはこの水の増強を行なう手段を備えていな
い。
関の燃焼器及び分流ポートに対して使われているので、
ガスタービンはこの水の増強を行なう手段を備えていな
い。
この発明は、燃焼器に対して直接的に水の増強を行な
う代りに、蒸気噴射配管に水を吹付けることによって、
水の増強を行なう。この水が蒸気配管に添加され、直ち
に水蒸気に変換される。水蒸気と蒸気が混合し、全体と
しての生成物は少なくとも10℃（50゜F）過熱温度の過
熱蒸気のまゝである。この後、増加した質量流量の過熱
蒸気をガスタービンの燃焼器又はその他の場所に導入す
る。
う代りに、蒸気噴射配管に水を吹付けることによって、
水の増強を行なう。この水が蒸気配管に添加され、直ち
に水蒸気に変換される。水蒸気と蒸気が混合し、全体と
しての生成物は少なくとも10℃（50゜F）過熱温度の過
熱蒸気のまゝである。この後、増加した質量流量の過熱
蒸気をガスタービンの燃焼器又はその他の場所に導入す
る。
質量流量を増加した過熱蒸気は、燃焼器に供給する為
に、種々の場所で添加することが出来る。燃料ポートに
添加して、ドームに噴射し、蒸気の量を、水対燃料の約
2.75/1の比の限界まで増加することが出来る。増加した
質量の水は、混合後、燃焼器の側路希釈空気中で相対湿
度100％未満の水滴が現れる限界点まで、分流ポート過
熱蒸気に添加することも出来る。今述べたことは、機関
内のこの他の燃焼以外ポートに於ける蒸気配管の水の噴
射についても当てはまる。即ち、水が添加される場所で
の圧力に於て、混合物は少なくとも＋10℃（50゜F）の
過熱になっていなければならない。
に、種々の場所で添加することが出来る。燃料ポートに
添加して、ドームに噴射し、蒸気の量を、水対燃料の約
2.75/1の比の限界まで増加することが出来る。増加した
質量の水は、混合後、燃焼器の側路希釈空気中で相対湿
度100％未満の水滴が現れる限界点まで、分流ポート過
熱蒸気に添加することも出来る。今述べたことは、機関
内のこの他の燃焼以外ポートに於ける蒸気配管の水の噴
射についても当てはまる。即ち、水が添加される場所で
の圧力に於て、混合物は少なくとも＋10℃（50゜F）の
過熱になっていなければならない。
蒸気配管に対する水の噴射の結果として、装置内の蒸
気の量が増加する。この結果、質量流量が増えたことに
より、動力出力が増加する。全体的な熱効率の低下はあ
るが、動力の増強により、装置のキロワット出力当たり
のコストか大幅に低下する。
気の量が増加する。この結果、質量流量が増えたことに
より、動力出力が増加する。全体的な熱効率の低下はあ
るが、動力の増強により、装置のキロワット出力当たり
のコストか大幅に低下する。
熱効率の低下は、高い圧力に於ける水の気化熱を排気
装置内で回収することが出来ないことによる。燃料ポー
ト装置に燃焼効率が低下する程の水を添加した場合も、
熱効率のもう１つの原因による低下が起り得る。
装置内で回収することが出来ないことによる。燃料ポー
ト装置に燃焼効率が低下する程の水を添加した場合も、
熱効率のもう１つの原因による低下が起り得る。
水の噴射を加える１番目の場所は、分流ポートである
のが好ましい。更に、蒸気に水を噴射するのは、燃焼効
率が低下しなければ、燃料ポートに対する導入であって
よい。
のが好ましい。更に、蒸気に水を噴射するのは、燃焼効
率が低下しなければ、燃料ポートに対する導入であって
よい。
第２図にはドーム２を持つ燃焼器40が略図で示されて
いる。二重流れノズル44から燃料及び蒸気がこのドーム
に噴射される。燃料は中心の通路46から噴射され、外側
の同軸の通路48が蒸気を供給する。蒸気は過熱されてい
て、機関の出力にある高圧固定ボイラー装置から来て、
50に示した蒸気噴射配管に入る。
いる。二重流れノズル44から燃料及び蒸気がこのドーム
に噴射される。燃料は中心の通路46から噴射され、外側
の同軸の通路48が蒸気を供給する。蒸気は過熱されてい
て、機関の出力にある高圧固定ボイラー装置から来て、
50に示した蒸気噴射配管に入る。
蒸気配管48に沿って、全体を52で示した水エゼクタ及
び混合装置が設けられている。エゼクタ及び混合装置52
が入口管54を持ち、この中で高圧の熱水が過熱蒸気管48
内に直接的に吹付けられる。熱水が直ちに蒸発し、管の
中を流れる蒸気と混合されることにより、その合成も少
なくとも10℃（50゜F）過熱の過熱蒸気である。然し、
蒸気の質量流量が増加する。この蒸気が、ドームに噴射
する為に、管48に沿って送られる。
び混合装置が設けられている。エゼクタ及び混合装置52
が入口管54を持ち、この中で高圧の熱水が過熱蒸気管48
内に直接的に吹付けられる。熱水が直ちに蒸発し、管の
中を流れる蒸気と混合されることにより、その合成も少
なくとも10℃（50゜F）過熱の過熱蒸気である。然し、
蒸気の質量流量が増加する。この蒸気が、ドームに噴射
する為に、管48に沿って送られる。
通路48に沿って補助出口56を設けることが出来る。こ
れによって若干の蒸気が殻体のドームの周りを線58に沿
って流れ、最終的にライナー43に入り込んで、更に希釈
を行なう。
れによって若干の蒸気が殻体のドームの周りを線58に沿
って流れ、最終的にライナー43に入り込んで、更に希釈
を行なう。
ドームに通ずる蒸気配管48にエゼクタ及び混合器を設
ける他に、この発明のエゼクタ及び混合器は、分流装置
に供給する蒸気噴射配管内に設けることも出来る。具体
的に云うと、航空機用分流装置が、燃焼器40を取巻く部
分60を持っている。高圧ボイラーからの過熱蒸気が分流
装置の分流ポート62に供給され、分流装置及び入口64に
通って燃焼器の殻体に入る。高圧の熱水のエゼクタ及び
混合器66が、分流装置に供給する蒸気配管68に追加され
る。熱水が入口管70を介して装置内に吹付けられ、やは
り直ちに蒸発し、この為、合成蒸発は少なくとも10℃
（50゜F）過熱になる。この流量が増加した蒸気が分流
装置に送られ、燃焼器のライナに入る。
ける他に、この発明のエゼクタ及び混合器は、分流装置
に供給する蒸気噴射配管内に設けることも出来る。具体
的に云うと、航空機用分流装置が、燃焼器40を取巻く部
分60を持っている。高圧ボイラーからの過熱蒸気が分流
装置の分流ポート62に供給され、分流装置及び入口64に
通って燃焼器の殻体に入る。高圧の熱水のエゼクタ及び
混合器66が、分流装置に供給する蒸気配管68に追加され
る。熱水が入口管70を介して装置内に吹付けられ、やは
り直ちに蒸発し、この為、合成蒸発は少なくとも10℃
（50゜F）過熱になる。この流量が増加した蒸気が分流
装置に送られ、燃焼器のライナに入る。
例として云うと、典型的には、高い過熱状態の固定ボ
イラー又は外部の源のボイラーで運転され、NOX放出物
を抑える機関は、更に２％の水を燃料ポートに、そして
別の2.5％を分流ポートに取込むことが出来る。これ
は、低圧タービンの入口温度を一定に保ち、機関のこの
他の限界の制約作用がない時、動力出力を約28％増加す
るが、熱効率は約−1.4ポイント低下する。
イラー又は外部の源のボイラーで運転され、NOX放出物
を抑える機関は、更に２％の水を燃料ポートに、そして
別の2.5％を分流ポートに取込むことが出来る。これ
は、低圧タービンの入口温度を一定に保ち、機関のこの
他の限界の制約作用がない時、動力出力を約28％増加す
るが、熱効率は約−1.4ポイント低下する。
添加する水は約70ミクロンの寸法又はそれより小さな
滴にすべきであり、これは過熱蒸気内で直ちに蒸発す
る。この様な寸法の滴を使うと、タービンの羽根又は燃
焼器自体の侵食の問題が避けられる。
滴にすべきであり、これは過熱蒸気内で直ちに蒸発す
る。この様な寸法の滴を使うと、タービンの羽根又は燃
焼器自体の侵食の問題が避けられる。
添加する水量は蒸発するだけ多くすることが出来る。
典型的には、これは、蒸気を空気中に噴射する点の静圧
で水が添加される場所で100％未満の湿度と云う限界ま
でにすべきである。水蒸気と存在する蒸気との合成物
は、蒸気の混合物全体の内で、少なくとも10℃（50゜
F）過熱の過熱蒸気にすべきである。
典型的には、これは、蒸気を空気中に噴射する点の静圧
で水が添加される場所で100％未満の湿度と云う限界ま
でにすべきである。水蒸気と存在する蒸気との合成物
は、蒸気の混合物全体の内で、少なくとも10℃（50゜
F）過熱の過熱蒸気にすべきである。
蒸気配管に水を噴射する利点は、添加した水が殆んど
直ちに蒸発して、滴としてではなく、蒸気として燃焼器
に入ることである。更に、燃料及び蒸気の両方が二重流
れノズルから送出されるから、これが余分の水を燃料ド
ームに添加する唯一の方法である。別の特徴は、今度は
水が、蒸気として入るので、圧縮機からの側路希釈流に
添加することも出来ることである。従来の水増強装置
は、燃焼器ドーム区域に対して水を添加するだけであ
り、燃焼器に対して直接的に添加していた。
直ちに蒸発して、滴としてではなく、蒸気として燃焼器
に入ることである。更に、燃料及び蒸気の両方が二重流
れノズルから送出されるから、これが余分の水を燃料ド
ームに添加する唯一の方法である。別の特徴は、今度は
水が、蒸気として入るので、圧縮機からの側路希釈流に
添加することも出来ることである。従来の水増強装置
は、燃焼器ドーム区域に対して水を添加するだけであ
り、燃焼器に対して直接的に添加していた。
水噴射装置を使って、それ自体の復熱ボイラーから来
る蒸気と混合する様に、少なくとも＋10℃（50゜F）過
熱の外部の源の蒸気を送出することが出来る。即ち、利
用し得る配管を使って、廃蒸気を機関装置に導入すれ
ば、動力出力及び熱効率の両方が高くなる。廃蒸気によ
る熱効率の分は、廃棄される部分の約0.15である。
る蒸気と混合する様に、少なくとも＋10℃（50゜F）過
熱の外部の源の蒸気を送出することが出来る。即ち、利
用し得る配管を使って、廃蒸気を機関装置に導入すれ
ば、動力出力及び熱効率の両方が高くなる。廃蒸気によ
る熱効率の分は、廃棄される部分の約0.15である。
第３図には、軸86によってタービン84に接続された圧
縮機82を含む機関80が全体的に示されている。燃焼器88
が圧縮機とタービンの間に配置される。出力動力タービ
ン90がコア・エンジンに空気力学的に接続され、動力を
抽出する。出力煙道内に収容された復熱ボイラー装置92
を使って、配管94を介して装置に噴射する為の蒸気を作
る。供給される蒸気は50度過熱の温度であり、これは燃
焼器装置に噴射するのに通常適切である。然し、この場
合、追加の水の増強が出来る様にする為、蒸気を最初は
外部の廃熱源95に通し、過熱蒸気の温度を高める。一旦
更に過熱した時、今度は水を96の所から全体を98で示し
た水吹付けエゼクタ装置に添加することが出来る。
縮機82を含む機関80が全体的に示されている。燃焼器88
が圧縮機とタービンの間に配置される。出力動力タービ
ン90がコア・エンジンに空気力学的に接続され、動力を
抽出する。出力煙道内に収容された復熱ボイラー装置92
を使って、配管94を介して装置に噴射する為の蒸気を作
る。供給される蒸気は50度過熱の温度であり、これは燃
焼器装置に噴射するのに通常適切である。然し、この場
合、追加の水の増強が出来る様にする為、蒸気を最初は
外部の廃熱源95に通し、過熱蒸気の温度を高める。一旦
更に過熱した時、今度は水を96の所から全体を98で示し
た水吹付けエゼクタ装置に添加することが出来る。
この装置を使うと、機関自体の復熱ボイラーから出て
来る蒸気に熱を追加する為に利用し得る様な外部の廃熱
を利用することによって、余分の水の増強を行なうこと
が出来る。
来る蒸気に熱を追加する為に利用し得る様な外部の廃熱
を利用することによって、余分の水の増強を行なうこと
が出来る。
第４図には第３図の機関が再掲されており、同じ部分
には同じ参照数字を用いている。この場合も、蒸気が配
管94を介して復熱ボイラー92から供給される。この蒸気
は少なくとも10℃（50゜F）過熱の温度である。この場
合、やはり少なくとも10℃（50゜F）過熱の外部の源の
廃蒸気を水吹付けエゼクタ及び混合装置に噴射する。第
３図に示す様に、水を供給して、水が直ちに蒸気に変る
代りに、外部の源から直接的に蒸気を供給する。
には同じ参照数字を用いている。この場合も、蒸気が配
管94を介して復熱ボイラー92から供給される。この蒸気
は少なくとも10℃（50゜F）過熱の温度である。この場
合、やはり少なくとも10℃（50゜F）過熱の外部の源の
廃蒸気を水吹付けエゼクタ及び混合装置に噴射する。第
３図に示す様に、水を供給して、水が直ちに蒸気に変る
代りに、外部の源から直接的に蒸気を供給する。
この発明の水吹付けエゼクタ及び混合装置を利用出来
る為に、水でも蒸気でも噴射して、増強を行なうことが
出来る。こうすることにより、機関を所望の動力条件に
合せることが出来る。一層低い熱効率でより多くの動力
を発生する為に、より多くの水の噴射を行なうことが出
来る。水の噴射を一層少なくして、高い熱効率で、一層
低い動力条件に合せることが出来る。
る為に、水でも蒸気でも噴射して、増強を行なうことが
出来る。こうすることにより、機関を所望の動力条件に
合せることが出来る。一層低い熱効率でより多くの動力
を発生する為に、より多くの水の噴射を行なうことが出
来る。水の噴射を一層少なくして、高い熱効率で、一層
低い動力条件に合せることが出来る。
燃焼器に対する質量流量を増やす為に使う方法を示し
たが、この方法を使って、低圧タービン又は高圧タービ
ン又は動力タービンに対する蒸気配管の様に、機関に対
する任意の蒸気配管を通じて、動力を増強することが出
来る。更に、その圧力で温度が飽和温度より高いまゝで
あれば、蒸気に水の吹付けを加えることにより、任意の
ベーンの蒸気冷却を強めることが出来る。
たが、この方法を使って、低圧タービン又は高圧タービ
ン又は動力タービンに対する蒸気配管の様に、機関に対
する任意の蒸気配管を通じて、動力を増強することが出
来る。更に、その圧力で温度が飽和温度より高いまゝで
あれば、蒸気に水の吹付けを加えることにより、任意の
ベーンの蒸気冷却を強めることが出来る。
以上、現在考えられるこの発明の最もよい実施例を説
明した。然し、この発明の範囲内で、種々の変更を加え
ることが出来ることを承知されたい。
明した。然し、この発明の範囲内で、種々の変更を加え
ることが出来ることを承知されたい。
第１図は蒸気噴射形ガスタービン機関の略図で、蒸気は
機関の出力にある復熱排気ボイラーから供給される。 第２図は蒸気噴射装置に追加したこの発明の水吹付けエ
ゼクタ装置の略図で、機関の燃焼器に対する水を増強す
る。 第３図は機関のボイラーの出力に対して、過熱温度を高
める為に外部の熱源を用いて、蒸気噴射装置に供給を行
なう水吹付けエゼクタ配管内に余分の水の増強を行なう
ことが出来る様にした蒸気噴射形ガスタービン機関の略
図、 第４図は機関に対して蒸気を追加する為に、蒸気噴射装
置に噴射する外部の源の廃蒸気を利用する蒸気噴射形ガ
スタービン機関の略図である。 主な符号の説明 12:圧縮機 14:タービン 18,40:燃焼器 50,68:蒸気噴射配管 52:水エゼクタ及び混合装置
機関の出力にある復熱排気ボイラーから供給される。 第２図は蒸気噴射装置に追加したこの発明の水吹付けエ
ゼクタ装置の略図で、機関の燃焼器に対する水を増強す
る。 第３図は機関のボイラーの出力に対して、過熱温度を高
める為に外部の熱源を用いて、蒸気噴射装置に供給を行
なう水吹付けエゼクタ配管内に余分の水の増強を行なう
ことが出来る様にした蒸気噴射形ガスタービン機関の略
図、 第４図は機関に対して蒸気を追加する為に、蒸気噴射装
置に噴射する外部の源の廃蒸気を利用する蒸気噴射形ガ
スタービン機関の略図である。 主な符号の説明 12:圧縮機 14:タービン 18,40:燃焼器 50,68:蒸気噴射配管 52:水エゼクタ及び混合装置
Claims (4)
- 【請求項１】圧縮機、二重流れノズルから燃料と蒸気を
受け取るドームを有する燃焼器及びタービンをそれらを
通るガス流路に対する直列の組合せとして持つと共に、
該ガス流路に過熱蒸気を噴射する装置を持つ蒸気噴射形
ガスタービン機関の動力出力を増加する方法に於て、蒸
気噴射装置に水を吹付けて該水が過熱蒸気によって蒸発
する様にし、蒸発した水を蒸気噴射装置内に存在する蒸
気と混合して、合成蒸気が少なくとも10℃（50゜F）の
温度の過熱状態になり、これにより増加した蒸気が前記
二重流れノズルから前記ドームに加えられるようにし
て、ガス流路に噴射する為の過熱蒸気混合物の増大した
合成質量流量を達成させ、前記蒸気噴射装置に吹付けら
れる水の量を制御して、炎を消さずに過熱蒸気の質量流
量を最大にする工程を含む方法。 - 【請求項２】前記ガスタービン機関が航空機転用機関で
あり、前記蒸気噴射装置が前記燃焼器の入口の分流ポー
トに注入し、水が前記分流ポートに吹付けられ、該分流
ポートからの合成過熱蒸気が前記圧縮機の吐出部からの
燃焼器側路希釈空気と混合し、合成過熱蒸気が、水滴を
形成せずに、希釈空気中で最大値に維持される請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】合成蒸気がタービンのベーンに加えられ、
合成蒸気の温度がベーンに加えられた時の圧力で飽和温
度より高い請求項１記載の方法。 - 【請求項４】ガスタービン機関が、流れに対して直列
に、圧縮機、燃焼器及びタービンを持つと共に、該機関
を通るガス流路と、前記燃焼器のドームに燃料及び過熱
蒸気を供給する二重流れノズルを有する燃料及び蒸気噴
射装置と、前記二重流れノズルに結合され、過熱蒸気の
中に水を吹付ける為の水吹付けエゼクタ及び混合手段と
を有し、吹付けられた水は前記エゼクタ及び混合手段の
中を流れる過熱蒸気によって蒸発され、過熱蒸気と混合
されて、前記ガス流路に噴射する為の、質量流量が一層
大きい合成過熱蒸気混合物を作り、該過熱蒸気混合物は
少なくとも10℃（50゜F）の合成蒸気温度であり、前記
過熱蒸気に吹付けられる水の量が制御されて、前記燃焼
室内の炎を消さずに過熱蒸気の質量流量を最大となるよ
うにしたガスタービン機関。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12609087A | 1987-11-30 | 1987-11-30 | |
| US126090 | 1987-11-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208523A JPH01208523A (ja) | 1989-08-22 |
| JP2868524B2 true JP2868524B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=22422951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63301145A Expired - Fee Related JP2868524B2 (ja) | 1987-11-30 | 1988-11-30 | ガスタービン機関とその動力出力を増加する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0318706B1 (ja) |
| JP (1) | JP2868524B2 (ja) |
| DE (1) | DE3873281T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9025778D0 (en) * | 1990-11-27 | 1991-01-09 | Rolls Royce Plc | Improvements in or relating to gas generators |
| FR2674290B1 (fr) * | 1991-03-18 | 1993-07-09 | Gaz De France | Systeme a turbine a gaz naturel a vapeur d'eau fonctionnant en cycle semi ouvert et en combustion stóoechiometrique. |
| US5495709A (en) * | 1994-08-05 | 1996-03-05 | Abb Management Ag | Air reservoir turbine |
| DE19508018A1 (de) * | 1995-03-07 | 1996-09-12 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage |
| DE19654472A1 (de) * | 1996-12-27 | 1998-07-02 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur Kühlung von thermisch hochbelasteten Aggregaten einer Gasturbogruppe |
| GB2446650A (en) * | 2007-02-16 | 2008-08-20 | Noel Christopher Metcalfe | Water augmented power enhancement of internal combustion or gas turbine engines |
| RU2490489C2 (ru) * | 2011-08-23 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла |
| RU2491435C1 (ru) * | 2011-12-27 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла |
| RU2663830C2 (ru) * | 2016-07-25 | 2018-08-10 | Игорь Алексеевич Иванов | Способ работы газотурбинной установки и устройство для его осуществления |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2092741B1 (ja) * | 1970-06-15 | 1973-01-12 | Gendrot Michel | |
| DE3275652D1 (en) * | 1981-12-10 | 1987-04-16 | Mitsubishi Gas Chemical Co | Regenerative gas turbine cycle |
| NL191444C (nl) * | 1982-02-16 | 1995-07-04 | Shell Int Research | Werkwijze voor het opwekken van mechanische energie en het genereren van stoom met behulp van een gasturbine. |
| DE3419560A1 (de) * | 1984-05-25 | 1985-11-28 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Verfahren zum betrieb einer gasturbinenanlage sowie anlage zur durchfuehrung des verfahrens |
| EP0184137A1 (en) * | 1984-12-03 | 1986-06-11 | General Electric Company | Integrated coal gasification plant and combined cycle system with air bleed and steam injection |
| US4928478A (en) * | 1985-07-22 | 1990-05-29 | General Electric Company | Water and steam injection in cogeneration system |
| GB2187273B (en) * | 1985-10-31 | 1990-01-24 | Bernard George Ediss | A gas turbine binary cycle |
| US4753068A (en) * | 1987-01-15 | 1988-06-28 | El Masri Maher A | Gas turbine cycle incorporating simultaneous, parallel, dual-mode heat recovery |
-
1988
- 1988-10-31 EP EP88118127A patent/EP0318706B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-31 DE DE8888118127T patent/DE3873281T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-11-30 JP JP63301145A patent/JP2868524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3873281D1 (de) | 1992-09-03 |
| DE3873281T2 (de) | 1993-03-18 |
| EP0318706B1 (en) | 1992-07-29 |
| JPH01208523A (ja) | 1989-08-22 |
| EP0318706A1 (en) | 1989-06-07 |
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