JP5185762B2 - ガスタービン及びその起動時運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン及びその起動時運転方法に係り、特に、ガスタービン起動時におけるアクティブクリアランスコントロール（Active Clearance Control；ＡＣＣ）システムに関する。

一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機により圧縮されて高温・高圧の圧縮空気となる。この圧縮空気は燃焼器に供給され、燃焼器内では、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、圧縮機と同軸のタービンを駆動するので、たとえばガスタービンの出力軸側に発電機を連結すれば、ガスタービンにより発電機を駆動して発電を行うことができる。

このようなガスタービンにおいては、アクティブクリアランスコントロール（以下、ＡＣＣと称する）システムにより、運転状態に応じて変化する温度や遠心力の影響を受けて変動するチップクリアランスを最小に制御し、回転部／静止部間の干渉防止及び運転の高効率化を図っている。
一般に、チップクリアランスを制御しないガスタービンにおいては、チップクリアランスが最小となる位置は定格運転時ではなく起動時となる。そこで、ＡＣＣシステムでは、ガスタービンを起動する前の段階でチップクリアランスに影響を及ぼす静止系部品を暖めることによって、チップクリアランスが最小となる運転状態を定格運転時に設定する。すなわち、ＡＣＣシステムは、図１２に示すように、ガスタービンを起動する前にタービン静止部を暖めてクリアランスを予め広げておき、定格運転時にはタービン静止部の温度を調整することによって、定格運転時に最小のクリアランスを実現して運転効率を確保する手法である。

ところで、上述したＡＣＣシステムによるガスタービンの運転は、下記の５つの状態に大別することができる。
（１）起動直前
ＡＣＣシステムを行うため、タービン静翼側の静止系部品に加熱媒体を流して暖め、伸びを大きくして翼環等の静止部と回転部である動翼との間にあるクリアランスを広げる。
（２）起動中（負荷を上げている途中）
起動中にクリアランスがなくならないよう（静止部と回転部とが接触しないよう）に、起動直前と同様に静止系部品を暖め続ける。
（３）定格運転時
静止系部品を流れる加熱媒体の状態（温度等）を変えることにより、静止部と回転部との間のクリアランスを最小とする。
（４）停止中（負荷を下げている途中）
停止時にクリアランスがなくならないよう（静止部と回転部とが接触しないよう）に、起動直前と同様に静止系部品を暖め続ける。
（５）停止時
キャットバックを防止するために、ガスタービン内部に残った高温のガスをガスタービン外部に排出する。また、キャットバックを防止するため、静止系部品に加熱媒体を流してガスタービン内部に残ったガスの分布をなくす。

上述したＡＣＣシステムにおいて、ガスタービンのクリアランス制御方法は下記の３つに分類される。
（１）タービン翼内部に流す冷却媒体の状態を変化させて制御する方法
タービン内部を流れる冷却媒体の温度について、冷却媒体の冷却方法を変更する（たとえば無冷却から空気冷却や蒸気冷却にする）などして変化させ、タービン翼自体の伸び量を変化させてクリアランスを調整する制御方法であり、冷却媒体の冷却方法を変える機構が必要となる。
（２）静止系部品を蒸気または空気で温度調整して制御する方法
排ガスボイラで発生した蒸気等をバルブなどで調整した後、静止系部品に流してクリアランスを制御する方式であり、一般に空気を用いる場合、回収せずにガスパス側に捨てることになるため、サイクル効率が減少する。
また、蒸気を用いる場合、シンプルサイクルでは運転できず、ボイラ暖機が必要となるため起動時間が長い。なお、蒸気を用いる場合には、起動のための補助ボイラ、排ガスボイラからの蒸気配管など付帯設備が必要となる。
（３）機械的な機構により翼またはケーシングを動かして制御する方法
アクチュエーターのような機械的な機構を設け、翼やケーシングを動かすことでクリアランスを調整する制御方法である。

上述したＡＣＣシステムに関する従来技術としては、圧縮空気を抽気し、流量調整弁を経た後に静止系部品の分割環を冷却するものがある。（たとえば、特許文献１参照）
また、蒸気タービンで用いる蒸気の一部を取り出し、バルブで調整した後に分割環を冷却して蒸気タービン系統に戻すものがある。（たとえば、特許文献２参照）
特開平６−３１７１８４号公報 特開２００１−２４８４０６号公報

ところで、上述したガスタービンにおいては、設備の運転効率向上等の観点から、ガスタービン起動の高速化が求められている。このため、ガスタービン起動時におけるＡＣＣシステムについても、静止系部品を所望の温度まで速やかに暖めて伸ばし、静止部と回転部との間に形成されるクリアランスを最適値まで広げてガスタービン起動の高速化を達成することが望まれる。この場合、付帯設備の付加を最小限に抑えることが望ましい。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスタービン起動時におけるＡＣＣシステムの速やかな運転制御を行い、ガスタービン起動の高速化を達成できるガスタービン及びその起動時運転方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガスタービンは、圧縮機により圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンにおいて、前記圧縮機の吐出側から分岐した分岐流路に接続され、加熱媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く加熱媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧加熱媒体を前記圧縮機の吐出側へ導いて合流させる加熱媒体戻し流路とを備え、ガスタービン起動時及びその起動直前準備として前記昇圧手段を運転し、前記タービン冷却媒体流路内に前記昇圧加熱媒体を流して昇温させることを特徴とするものである。

このようなガスタービン装置によれば、圧縮機の吐出側から分岐した分岐流路に接続され、加熱媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く加熱媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧加熱媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる加熱媒体戻し流路とを備え、ガスタービン起動時及びその起動直前準備として前記昇圧手段を運転し、前記タービン冷却媒体流路内に前記昇圧加熱媒体を流して昇温させるようにしたので、昇圧手段により昇圧されて温度上昇した昇圧加熱媒体は、タービン冷却媒体流路を通る際に、タービンの静止系部品を加熱して暖める。このとき、昇圧手段はガスタ−ビン本体から独立して運転可能なため、ガスタービン起動時の起動直前準備として、速やかなクリアランスコントロールが可能となる。

上記の発明において、前記加熱媒体供給流路の途中から分岐して前記吐出側流路へ接続されるとともに流路開閉手段を備えているバイパス流路を設けることが好ましく、これにより、昇圧手段により昇圧されて温度上昇した昇圧加熱媒体の一部を、流路開閉手段を開操作してバイパス流路に流せば、温度上昇した昇圧加熱媒体の一部が再度昇圧及び再加熱される。従って、タービン冷却加熱媒体通路を通る昇圧後の昇圧加熱媒体は、その温度がより一層高いものとなる。

上記の発明において、前記分岐流路または前記加熱媒体供給流路に、前記加熱媒体または前記昇圧加熱媒体と熱交換して昇温させる加熱手段を設けることが好ましく、これにより、タービン冷却加熱媒体通路を通る昇圧加熱媒体を加熱し、昇圧加熱媒体の温度をより一層高めることができる。

上記の発明において、前記加熱媒体供給流路から分岐して前記圧縮機内の圧縮機冷却媒体流路に接続される加熱媒体分岐供給流路と、前記圧縮機冷却媒体流路を通過した前記昇圧加熱媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる加熱媒体分岐戻し流路とを設けることが好ましく、これにより、ガスタービンの静止系部品とともに圧縮機側も昇温させることができるので、タービン及び圧縮機のクリアランス制御が可能になる。

上記の発明において、前記昇圧手段の吸入側に前記加熱媒体の選択切換手段を設けることが好ましく、これにより、必要に応じてガスタービンの外部から温度の高い加熱媒体を導入して昇圧及び昇温させることができる。

上記の発明において、前記昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体は、前記タービン冷却媒体流路と直列または並列に接続されて前記燃焼器内の冷却を行った後に前記吐出側流路へ導かれて合流することが好ましく、これにより、ガスタービンのクリアランスコントロールに加えて燃焼器の冷却を行うことができる。

本発明に係るガスタービンの起動時運転方法は、圧縮機により圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンの起動時運転方法であって、ガスタービン起動時及びその起動直前準備として、前記圧縮機の吐出側から分岐した分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が加熱媒体を導入して昇圧する過程と、前記昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体が前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路に供給され、該タービン冷却媒体流路内を通過する前記昇圧加熱媒体により前記静止系部品を昇温させる過程と、前記昇圧加熱媒体を前記タービン冷媒流路から前記吐出側流路へ導いて合流させる過程を備えていることを特徴とするものである。

このようなガスタービンの起動時運転方法によれば、ガスタービン起動時及びその起動直前準備として、前記圧縮機の吐出側から分岐した分岐流路に接続され、前記圧縮から独立して運転可能な昇圧手段が加熱媒体を導入して昇圧する過程と、前記昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体が前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路に供給され、該タービン冷却媒体流路内を通過する前記昇圧加熱媒体により前記静止系部品を昇温させる過程と、前記昇圧加熱媒体を前記タービン冷媒流路から前記吐出側流路へ導いて合流させる過程を備えているので、昇圧手段により昇圧されて温度上昇した昇圧加熱媒体は、タービン冷却媒体流路を通る際にタービンの静止系部品を加熱して暖めることができる。このとき、昇圧手段はガスタ−ビン本体から独立して運転可能なため、ガスタービン起動時の起動直前準備として、速やかなクリアランスコントロールが可能となる。

上述した本発明によれば、ガスタービン起動時及びその起動直前準備としてＡＣＣシステムの速やかな運転制御を行い、ガスタービン起動の高速化を達成することができる。すなわち、ガスタービン起動時及びその起動直前準備においては、静止系部品を所望の温度まで速やかに暖めて伸ばし、静止部と回転部との間に形成されるクリアランスを最適値まで広げるＡＣＣコントロールが可能になるので、ガスタービンの起動準備を短時間で達成できることでガスタービン起動の高速化が可能となり、ガスタービンの設備運転効率が向上する。

この場合、昇圧手段等をクローズド冷却に用いたブーストアップ用の昇圧手段と共用して有効利用すれば、付帯設備の付加を最小限に抑えて、すなわち、新たに設備を付加することなくＡＣＣコントロールを実施してガスタービン起動の高速化を実現できる。

以下、本発明に係るガスタービン及びその起動時制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本実施形態に係るガスタービンを示す概略図、図２はガスタービンの概略構成を示す断面図、図３はガスタービンのタービン部を示す概略構成図である。なお、図示の実施形態では、発電機を駆動して発電するガスタービンについて説明するが、これに限定されるものではない。

図示のガスタービン１０は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３とにより構成され、このタービン１３には発電機１４が連結されている。この圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口１５を有し、圧縮機車室１６内に複数の静翼１７と動翼１８とが交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド１９が設けられている。
燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。
タービン１３は、タービン車室２０内に複数の静翼２１と動翼２２とが交互に配設されている。

タービン１３のタービン車室２０には、排気室２３が連続して設けられており、この排気室２３は、タービン１３に連続する排気ディフューザ２４を有している。また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室２３の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）２５が位置しており、圧縮機１１側の端部が軸受部２６により回転自在に支持される一方、排気室２３側の端部が軸受部２７により回転自在に支持されている。そして、このロータ２５に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１８，２２が連結されるとともに、排気室２３側の端部に発電機１４の駆動軸が連結されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口１５から取り込まれた空気は、複数の静翼１７と動翼１８を通過して圧縮することで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１２において、この圧縮空気に対して供給された所定量の燃料が燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、タービン１３を構成する複数の静翼２１と動翼２２とを通過することでロータ２５を駆動回転し、このロータ２５に連結された発電機１４に回転動力を付与することで発電を行う一方、排気ガスは排気室２３の排気ディフューザ２４で静圧に変換されてから大気に放出される。

このように、タービン１３と同軸の圧縮機１１により圧縮された圧縮空気に燃焼器１２で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービン１３に供給することで回転駆動力を得るように構成されているガスタービン１０には、たとえば図１に示すように、停止中の圧縮機１１を介して、あるいは、圧縮機１１で圧縮した圧縮空気の一部を車室から抽気して昇圧する昇圧装置４０が設けられている。
図１において、圧縮機１１により圧縮された圧縮空気は、ガスタービン１０の負荷を定格運転まで上げていく起動中、定格運転時及び停止するまで負荷を下げていく停止中には圧縮機１１により圧縮された圧縮空気が圧縮空気供給流路２８を通って燃焼器１２へ供給され、燃焼器１２で発生した燃焼ガスは、ケーシング内の排出流路２９を通ってタービン１３へ供給される。なお、図中の符号３０は燃料供給流路である。

この昇圧装置４０は、後述する加熱媒体として用いられる空気を昇圧するための昇圧手段であり、たとえば圧縮機やブロア等が用いられる。また、この昇圧装置４０は、専用の電動機４１を備えており、空気を導入して昇圧する圧縮機１１から独立した運転が可能である。なお、この昇圧装置４０については、たとえば定格運転時等に燃焼器冷却用の空気を圧縮して供給するもの（クローズド冷却に用いるブーストアップ用昇圧装置）と共用することが望ましい。
昇圧装置４０の吸込側は、車室内に形成される圧縮空気供給流路２８から分岐した分岐流路４２に接続され、吐出側は加熱媒体供給流路４３に接続されている。この加熱媒体供給流路４３は、タービン１３の静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路５０へ圧縮空気（昇圧加熱媒体）を導く流路である。

タービン冷却媒体流路５０は、たとえば図３に示すように、タービン車室２０と、静翼２１と、翼環３１とを連通する流路であり、特に、動翼２２の先端部と対向する位置にあり、チップクリアランスに影響を及ぼす静止側部品の翼環３１に圧縮空気等の温度調整媒体を流すことで、冷却や加熱による温度調整に使用される。翼環３１は、動翼２２の外周側を取り囲むようにしてタービン車室２０に取り付けられている部材である。

すなわち、この場合のタービン冷却媒体流路５０は、定格運転時等のガスタービン運転時において、昇圧加熱媒体の圧縮空気ではなく、適当な温度調整媒体を流すことにより、静翼２１を冷却した上で翼環３１を冷却する構造となり、このタービン冷却媒体流路５０に圧縮空気を流すことで、ＡＣＣシステムの加熱に利用するものである。なお、図中の符号３１ａは、翼環３１の全周にわたって設けられた翼環内流路である。
タービン冷却媒体流路５０を通過した圧縮空気は、加熱媒体戻し流路４４を通って圧縮空気供給流路２８へ合流した後、この圧縮空気供給流路２８を通って燃焼器１２へ流入する。

従って、昇圧装置４０は、ガスタービン起動時（起動中）及びその起動直前準備として運転されることにより、タービン冷却媒体流路５０内に圧縮空気を流し、ＡＣＣシステムにおける静止系部品の昇温を行うことができる。
すなわち、ガスタービン１０の起動前準備として昇圧装置４０を運転する場合には、圧縮機１１の空気取入口１５から加熱媒体の空気が吸い込まれ、圧縮機１１の内部、圧縮空気吸入流路２８及び分岐流路４２を通って昇圧装置４０に吸入される。この空気は、昇圧装置４０で昇圧されることにより、温度上昇した昇圧加熱媒体の圧縮空気となって加熱媒体供給流路４３へ吐出される。

加熱媒体供給流路４３へ吐出された圧縮空気は、タービン１３内のタービン冷却媒体流路５０を通過して流れる際に、翼環３１等の静止系部品（静止部）を加熱して暖める。特に、チップクリアランスに大きな影響を及ぼす翼環３１の翼環内流路３１ａを通って流れることにより、翼環３１の温度が上昇して膨張するので、ほとんど加熱の影響がなく温度変化しない動翼２２との間に形成されるチップクリアランスは広がった状態となる。
こうして静止系部品を加熱した圧縮空気は、加熱媒体戻し流路４４を通って圧縮空気供給流路２８へ戻され、以下、燃焼器１２及びタービン１３の燃焼ガス流路を通って大気へ放出される。

また、昇圧装置４０は、ガスタービン起動時（起動中）に運転されることにより、上述した起動直前準備の時と同様に、タービン冷却媒体流路５０内に圧縮空気を流して昇温させる。この場合の昇圧装置４０は、圧縮機１１の運転開始により空気取入口１５から加熱媒体の空気が吸い込まれ、圧縮機１１の内部で圧縮された圧縮空気主流の一部を導入して昇圧させる。この状態における圧縮空気主流は定格運転時等と比較して低圧であり、基本的には圧縮空気吸入流路２８を通って燃焼器１２へ供給されることになる。
しかし、昇圧装置４０の運転により、圧縮空気主流の一部は、分岐流路４２を通って昇圧装置４０に吸入される。こうして昇圧装置４０に吸入された圧縮空気は、昇圧装置４０の昇圧を受けることにより温度上昇し、昇圧加熱媒体の圧縮空気となって加熱媒体供給流路４３へ吐出される。

こうして加熱媒体供給流路４３へ吐出された圧縮空気は、以下上述した起動直前準備時と同様の経路を経て流れ、翼環３１等の静止系部品（静止部）を加熱して暖めた後、加熱媒体戻し流路４４を通って圧縮空気供給流路２８へ戻される。すなわち、圧縮空気主流から分岐した一部の圧縮空気については、静止系部品加熱の用途に用いられた後、圧縮空気供給流路２８に合流して戻されるため、最終的に燃焼器１２へ供給される空気量が減少するようなことはない。

このように、上述したＡＣＣシステムのチップクリアランス制御においては、圧縮機１１で圧縮した空気の主流について、ガスパス側に流すことなく回収して全空気量を燃焼器１２へ供給するので、サイクル効率の減少が少ないことに加えて、燃焼用の空気を多く確保できるため低ＮＯｘ化が可能となる。しかも 静止系部品の加熱に用いる圧縮空気を供給する昇圧装置４０は、専用の電動機４１により単独運転が可能であるから、ガスタービン１０を単体で独立して起動することが可能になるたけでなく、始動にかかる時間も短くなる。すなわち、ガスタービン１０の起動時には、ガスタービン本体から独立して昇圧装置４０を運転することで、翼環３１に昇圧した圧縮空気を流すことにより、翼環３１を暖めてクリアランスコントロールを行うことができる。

＜第２の実施形態＞
続いて、本実施形態に係るガスタービンを図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン１０には、加熱媒体供給流路４３の途中から分岐し、圧縮機１１の吐出側流路である圧縮空気供給流路２８に接続されるバイパス流路４５が設けられている。また、バイパス流路４５の適所には、流路開閉手段となる開閉弁４６を備えている。

このように構成されたガスタービン１０では、ＡＣＣシステムのクリアランス制御時において、開閉弁４６を開操作することにより、昇圧装置３０により昇圧されて温度上昇した圧縮空気の一部をバイパス流路４５に流すことができる。この結果、バイパス流路４５に分流された圧縮空気は、昇圧装置３０に吸入されて再度昇圧されることとなる。
従って、昇圧装置３０により昇圧されてタービン冷却媒体流路５０へ供給される圧縮空気の温度は、一部が再度昇圧されて再加熱されるためより一層高くなり、その分だけガスタービン１０の始動に必要な時間を短縮することができる。

＜第３の実施形態＞
続いて、本実施形態に係るガスタービンを図５に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン１０には、加熱媒体である圧縮空気と熱交換して昇温させる熱交換器（加熱手段）６０が分岐流路４２に設けられている。この熱交換器６０は、分岐流路４２を流れる昇圧前の空気と、加熱用媒体流路６１を流れる加熱媒体との間で熱交換させるものであり、たとえば排ガスボイラから導入した高温の蒸気等を加熱媒体として圧縮空気を加熱するものである。
従って、上述した熱交換器６０を備えたガスタービン１０は、タービン冷却加熱媒体通路５０を通る圧縮空気の温度をより一層高めることができるので、その分だけガスタービン１０の始動に必要な時間を短縮することができる。

また、図６に示す変形例では、熱交換器６２が加熱媒体供給流路４３に設けられ、加熱用媒体流路６３を流れる高温の加熱用媒体により、昇圧装置４０で昇圧された圧縮空気を加熱している。このようにしても、タービン冷却加熱媒体通路５０を通る圧縮空気の温度をより一層高めることができるので、その分だけガスタービン１０の始動に必要な時間を短縮することができる。

＜第４の実施形態＞
続いて、本実施形態に係るガスタービンを図７及び図８に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン１０には、加熱媒体供給流路４３から分岐して圧縮機１１内の圧縮機冷却媒体流路５１に接続される加熱媒体分岐供給流路４７と、圧縮機冷却媒体流路５１を通過した圧縮空気を圧縮空気供給流路２８へ導いて合流させる加熱媒体分岐戻し流路４８とが設けられている。

図８は、圧縮機車室１６内に設けられている圧縮機冷却媒体流路５１の概要を示す図である。この圧縮機冷却媒体通路５１は、通常の運転時には冷却媒体を流して圧縮機１１の静止系部品を冷却する流路であり、圧縮機１１の動翼１８と静止部側となる圧縮機車室１６との間に形成されるチップクリアランスを制御する。
この実施形態では、ガスタービン起動時に上述した圧縮機冷却媒体流路５１を利用し、圧縮機１１側のクリアランス制御を行うことができる。従って、ガスタービン１０の静止系部品とともに、圧縮機１１側の静止部も昇温させることができるので、タービン１３及び圧縮機１１のクリアランス制御が可能になる。

＜第５の実施形態＞
続いて、本実施形態に係るガスタービンを図９に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン１０には、昇圧装置４０の吸入側に加熱媒体の選択切換手段が設けられている。図示の例では、昇圧装置４０が直接大気から空気を吸い込む大気吸入流路７０と、温度の高い加熱媒体の供給を受ける加熱媒体受入流路７１とを備え、両流路に選択切換手段として開閉弁７２，７３の開閉操作により、いずれか一方の流路を選択できるようになっている。なお、温度の高い加熱媒体としては、たとえば排熱ボイラ等から温度の高い空気や蒸気等を導入して使用すればよい。

このような構成のガスタービン１０は、起動直前準備段階等において、必要に応じてガスタービン１０の外部から温度の高い加熱媒体を導入し、昇圧装置４０で昇圧することによりさらに昇温させることができる。このため、温度の高い昇圧加熱媒体を用い、タービン１３の静止系部品を速やかに暖めることができるようになり、ガスタービン１０の始動に必要な時間の短縮が可能になる。なお、この場合、タービン１３の静止系部品を加熱した昇圧加熱媒体は、タービン１３及び圧縮機１１の空気取入口１５から排気ガスとして排出される。

＜第６の実施形態＞
本実施形態に係るガスタービンを図１０及び図１１に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態のガスタービン１０には、昇圧装置４０で昇圧された圧縮空気が、タービン冷却媒体流路５０と直列または並列に接続される燃焼器冷却流路８０を備えている。すなわち、タービン１３の静止系部品を加熱した圧縮空気は、直列または並列に接続された燃焼器冷却流路８０を通過することにより、燃焼器１２内の必要箇所を冷却した後、圧縮空気供給流路２８へ導かれて合流するようになっている。

図１０に示す構成例では、燃焼器冷却流路８０が加熱媒体供給流路４３から分岐した加熱媒体分岐流路８１に設けられており、従って、燃焼器冷却流路８０がタービン冷却媒体流路５０と並列に接続されている。
また、図１０の変形例として図１１に示す構成例では、燃焼器冷却流路８０がタービン冷却媒体流路５０と直列に設けられている。

このような構成とすれば、１台の昇圧装置４０を用いることにより、ガスタービン１３のクリアランスコントロールに加えて、燃焼器１２の冷却を行うことができる。従って、たとえば燃焼器１２の冷却用に圧縮機１１で圧縮された圧縮空気の一部を抽気し、この圧縮空気を昇圧した冷却媒体を燃焼器１２に供給する昇圧手段を備えているガスタービン１０においては、上述したＡＣＣシステム用の昇圧装置４０と共用することができる。すなわち、上述したＡＣＣシステム用として、新たな昇圧装置４０を設ける必要がない。

このように、上述した各実施形態のガスタービン１０においては、起動直前準備及び起動時において、以下に説明する起動時運転方法が採用される。
すなわち、ガスタービン起動時及びその起動直前準備として、圧縮機１１の吐出側から分岐した分岐流路４２に接続され、圧縮機から独立して運転可能な昇圧装置４０が加熱媒体となる空気を導入して昇圧する過程と、昇圧装置４０で昇圧された圧縮空気がタービン１３の静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路５０に供給され、タービン冷却媒体流路５０内を通過する圧縮空気により静止系部品を昇温させる過程と、圧縮空気をタービン冷却媒体流路５０から圧縮空気供給流路２８へ導いて合流させる過程を備えている。

従って、昇圧装置４０により昇圧されて温度上昇した圧縮空気は、タービン冷却媒体流路５０を通る際にタービン１３の静止系部品を加熱して暖めることができる。このとき、昇圧装置４０はガスタ−ビン本体から独立して運転可能なため、ガスタービン起動時の起動直前準備として、ガスタービン本体が起動されていなくても速やかなクリアランスコントロールが可能となる。

すなわち、上述した本発明によれば、ガスタービン起動時及びその起動直前準備としてＡＣＣシステムの速やかな運転制御を行い、ガスタービン起動の高速化を達成することができる。換言すれば、ガスタービン起動時及びその起動直前準備においては、静止系部品を所望の温度まで速やかに暖めて伸ばし、静止部と回転部との間に形成されるクリアランスを最適値まで広げるＡＣＣコントロールが可能になるので、ガスタービン１０の起動準備に要する時間を短縮してガスタービン起動の高速化が可能となる。このため、ガスタービン１０を運転して発電機１４を駆動する本来の運転時間が長くなり、ガスタービン１０の設備運転効率が向上する。

また、昇圧装置１０等をクローズド冷却に用いるブーストアップ用と共用して有効利用すれば、付帯設備の付加を最小限に抑えて、すなわち、新たに設備を付加することなくＡＣＣコントロールを実施してガスタービン起動の高速化を実現できる
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば圧縮機とタービンとの接続形態等について、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 ガスタービンの構成例を示す概略構成図である。 タービンの静止系部品に設けられるタービン冷却媒体流路の説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 図５に示した第３の実施形態に係る変形例を示す概略図である。 本発明の第４の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 圧縮機の静止系部品に設けられる圧縮機冷却媒体流路の説明図である。 本発明の第５の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 本発明の第６の実施形態に係るガスタービンを示す概略図である。 図１０に示した第６の実施形態に係る変形例を示す概略図である。 ＡＣＣシステムの説明図であり、（ａ）は時間と回転数／負荷との関係、（ｂ）は時間と温度との関係、（ｃ）は時間と伸びとの関係、（ｄ）は時間とクリアランスとの関係を示している。

符号の説明

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
２０ タービン車室
２１ 静翼
２２ 動翼
２８ 圧縮空気供給流路
２９ 排出流路
３１ 翼環
４０ 昇圧装置
４２ 分岐流路
４３ 加熱媒体供給流路
４４ 加熱媒体戻し流路
４５ バイパス流路
４７ 加熱媒体分岐供給流路
４８ 加熱媒体分岐戻し流路
５０ タービン冷却媒体流路
５１ 圧縮機冷却媒体流路
６０，６２ 熱交換器
７０ 大気吸入流路
７１ 加熱媒体受入流路
８０ 燃焼器冷却流路

Claims (7)

1. 圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンにおいて、
   前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、加熱媒体を導入して昇圧する前記圧縮機から独立した運転が可能な昇圧手段と、該昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体を前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路へ導く加熱媒体供給流路と、前記タービン冷却媒体流路を通過した前記昇圧加熱媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる加熱媒体戻し流路とを備え、
   ガスタービン起動時及びその起動直前準備として前記昇圧手段を運転し、前記タービン冷却媒体流路内に前記昇圧加熱媒体を流して昇温させることを特徴とするガスタービン。
2. 前記加熱媒体供給流路の途中から分岐して前記吐出側流路へ接続されるとともに流路開閉手段を備えているバイパス流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記分岐流路または前記加熱媒体供給流路に、前記加熱媒体または前記昇圧加熱媒体と熱交換して昇温させる加熱手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスタービン。
4. 前記加熱媒体供給流路から分岐して前記圧縮機内の圧縮機冷却媒体流路に接続される加熱媒体分岐供給流路と、前記圧縮機冷却媒体流路を通過した前記昇圧加熱媒体を前記吐出側流路へ導いて合流させる加熱媒体分岐戻し流路とを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスタービン。
5. 前記昇圧手段の吸入側に前記加熱媒体の選択切換手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン。
6. 前記昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体が、前記タービン冷却媒体流路と直列または並列に接続されて前記燃焼器内の冷却を行った後に前記吐出側流路へ導かれて合流することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガスタービン。
7. 圧縮機で圧縮された圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るように構成されているガスタービンの起動時運転方法であって、
   ガスタービン起動時及びその起動直前準備として、
   前記圧縮機の吐出側流路から分岐する分岐流路に接続され、前記圧縮機から独立して運転可能な昇圧手段が加熱媒体を導入して昇圧する過程と、
   前記昇圧手段で昇圧された昇圧加熱媒体が前記タービンの静止系部品内に設けられているタービン冷却媒体流路に供給され、該タービン冷却媒体流路内を通過する前記昇圧加熱媒体により前記静止系部品を昇温させる過程と、
   前記昇圧加熱媒体を前記タービン冷媒流路から前記吐出側流路へ導いて合流させる過程と、を備えていることを特徴とするガスタービンの起動時運転方法。
   

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