JP6071271B2 - タービン翼の冷却システム及びガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、冷却空気をタービン翼に供給して冷却を行うタービン翼の冷却システム、このタービン翼の冷却システムが適用されるガスタービンに関するものである。

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、圧縮機が取り込んだ空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器がこの圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、タービンがこの燃焼により発生した高温・高圧の燃焼ガス（排気ガス）により駆動するものであり、同軸上に連結された発電機を駆動して発電することができる。

このようなガスタービンでは、高温の燃焼ガスにより、タービン静翼や動翼が損傷するおそれがあることから、圧縮機の空気を冷却空気としてこの静翼や動翼に送って冷却して保護している。一方、ガスタービン効率や出力を向上するためには、タービン入口での燃焼ガス温度を高めたり、圧縮比を高めたりする必要があるが、タービン入口での燃焼温度を高めることはもちろん、圧縮比を高めることも前記冷却空気の温度上昇につながり、この静翼や動翼の損傷が発生しやすくなるのである。

このような静翼の冷却技術としては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたガスタービン冷却空気制御装置は、空気圧縮機の吐出空気及び中間段抽気を空気冷却器により冷却した後、タービンの各段における静翼へ供給して冷却するものである。また、特許文献２に記載された冷媒回収型ガスタービンは、ガスタービンの圧縮機吐出流体を冷却器により冷媒として抽出して冷却し、冷却された冷媒をブースト圧縮機により昇圧し、この昇圧された冷媒を静翼の内部冷却流路に供給して冷却するものである。

特開平０７−０５４６６９号公報 特開平１１−２００８９３号公報

ところで、タービンは、複数の静翼と動翼が燃焼ガス（排気ガス）の流れ方向に沿って交互に配置されており、上流側、つまり、１段静翼が最も高温で高圧に晒されるものとなっている。上述した特許文献１のガスタービン冷却空気制御装置では、空気圧縮機から吐出される高温・高圧の空気を冷却してからタービンの１段静翼へ供給しており、また、特許文献２の冷媒回収型ガスタービンは、圧縮機から吐出された流体を冷却器により冷却した後、ブースト圧縮機により再度昇圧してから１段静翼に供給している。即ち、従来、圧縮機で圧縮された空気を冷却し、また、昇圧してからタービンの１段静翼へ供給しており、圧縮機に大きな駆動力が必要となり、ガスタービン効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、圧縮機の動力を低減することが可能であると共にタービン翼を適正に冷却することが可能なタービン翼の冷却システム及びガスタービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のタービン翼の冷却システムは、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンのタービン翼の冷却システムであって、取り込んだ低圧ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置と、前記昇圧装置により昇圧された冷却ガスを燃焼ガス通路における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、低圧ガスを冷却して昇圧するため、十分に温度が低く、且つ、圧力の高い冷却ガスをタービン翼に供給することができ、このタービン翼を適正に冷却することが可能となる。そして、この場合、低圧ガスを冷却して昇圧することで、燃焼ガス通路における低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給可能な圧力まで昇圧するための動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記圧縮機の中間段から前記低圧ガス抽気する低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この抽気した低圧ガスを冷却することを特徴としている。

従って、圧縮機の中間段から抽気した低圧ガスを冷却して昇圧した後に、冷却ガスをタービン翼の内部に供給しており、圧縮機で圧縮したガスのうちの一部のガスを途中で抜き取って冷却ガスとして使用することで、低圧ガスを抜き取り後、圧縮機は燃焼器に送り込むガスだけを圧縮すればよく、圧縮機の動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記圧縮機は、低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機から排出される作動流体を更に圧縮する高圧圧縮機とを有すると共に、前記低圧圧縮機から前記高圧圧縮機に送られる低圧ガスの一部を抽気する低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この抽気した低圧ガスを冷却することを特徴としている。

従って、低圧圧縮機と高圧圧縮機を設け、低圧圧縮機から前記高圧圧縮機に送られる低圧ガスの一部を抽気した低圧ガスを冷却して昇圧した後に、冷却ガスをタービン翼の内部に供給しており、低圧圧縮機で圧縮したガスのうちの一部のガスを抜き取って冷却ガスとして使用することで、低圧ガスを抜き取り後、高圧圧縮機は燃焼器に送り込むガスだけを圧縮すればよく、高圧圧縮機の動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記ガスタービンの外部から気体を取り込む低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この取り込んだ気体を冷却するとしている。

従って、ガスタービンの外部から取り込んだ気体を冷却して昇圧した後に、冷却ガスをタービン翼の内部に供給しており、圧縮機は燃焼器に送り込むガスだけを圧縮すればよく、圧縮機の動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記低圧ガス供給源は、前記ガスタービンの外部から取り込んだ気体を昇圧する前置昇圧機を有し、前記冷却装置は、昇圧された気体を冷却することを特徴としている。

従って、ガスタービンの外部から取り込んだ気体を事前に昇圧し、この昇圧した低圧ガスを冷却して更に昇圧した後に、冷却ガスをタービン翼の内部に供給しており、圧縮機は燃焼器に送り込むガスだけを圧縮すればよく、圧縮機の動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記タービン翼は、タービンの排気通路に設けられる静翼であることを特徴としている。

従って、冷却して昇圧した冷却ガスを静翼の内部に供給することで、静翼を適正に冷却することが可能となる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記タービン翼は、タービンの排気通路における最上流側に設けられる１段静翼であることを特徴としている。

従って、冷却して昇圧した冷却ガスを１段静翼の内部に供給することで、タービンの排気通路で最も高圧な領域にある１段静翼を適正に冷却することが可能となる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記冷却装置により前記低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により前記燃焼器に供給される燃料を加熱する加熱装置が設けられることを特徴としている。

従って、低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により燃焼器に供給される燃料を加熱することで、効率的な熱利用を可能としてガスタービン効率を向上することができる。

本発明のタービン翼の冷却システムでは、前記冷却装置により前記低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により排熱回収ボイラの水または蒸気のうちの少なくとも一方を加熱することを特徴している。

従って、冷却装置の排熱を有効的に利用し、加熱された水や蒸気を排熱回収ボイラに戻すことで、効率的な熱利用を可能として排熱回収ボイラでの効率を向上することができる。

また、本発明のガスタービンでは、取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機の中間段から抽気した低圧ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置と、前記昇圧装置により昇圧された冷却ガスを前記タービンにおける１段静翼の内部に供給する冷却ガス供給装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、圧縮機の中間段から抽気した低圧ガスを冷却して昇圧した後に、冷却ガスをタービンの排気通路で最も高圧な領域にある１段静翼の内部に供給することで、このタービン１段静翼を適正に冷却することが可能となる。そして、この場合、圧縮機の上流部で圧縮したガスのうちの一部のガスを途中で抜き取って冷却ガスとして使用することで、圧縮機の下流部は燃焼器に送り込むガスだけを圧縮すればよく、圧縮機の動力を低減することができる。また、低圧ガスを冷却して昇圧することで、燃焼ガス通路の高圧な位置に配置されるタービン１段静翼の内部に供給可能な圧力まで昇圧するための動力を低減することができる。

本発明のタービン翼の冷却システム及びガスタービンによれば、低圧ガスを冷却し、冷却された冷却ガスを昇圧し、昇圧された冷却ガスを燃焼ガス通路における低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給するので、圧縮機の動力を低減することが可能であると共に、タービン翼を適正に冷却することが可能となる。

図１は、本発明の実施例１に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図２は、実施例１のガスタービンを表す概略図である。 図３は、本発明の実施例２に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図４は、本発明の実施例３に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図５は、本発明の実施例４に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図６は、本発明の実施例５に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図７は、本発明の実施例６に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図８は、実施例６のタービン翼の冷却システムにおける水噴射の作動を表すフローチャートである。 図９は、実施例６のタービン翼の冷却システムにおける水噴射の作動領域を表すグラフである。 図１０は、本発明の実施例７に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図１１は、本発明の実施例８に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図１２は、本発明の実施例９に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図１３は、本発明の実施例１０に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図１４は、本発明の実施例１１に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。 図１５は、本発明の実施例１２に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るタービン翼の冷却システム及びガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図、図２は、実施例１のガスタービンを表す概略図である。

実施例１において、図２に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、発電機１４（図１参照）が連結されており、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２１を有し、圧縮機車室２２内に複数の静翼体２３と動翼体２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５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、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（ケーシング）２６内に複数の静翼体２７と動翼体２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。

また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（タービン軸）３２が配置されている。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼体２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼体２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、圧縮機１１側の端部に発電機１４の駆動軸１５（図１参照）が連結されている。

そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２２が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。

なお、タービン車室２６は、その内側にリング形状をなす燃焼ガス通路４０が形成され、この燃焼ガス通路４０に複数の静翼体２７と動翼体２８が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配設されている。即ち、各段の静翼体２７は、複数の静翼４１が周方向に均等間隔で配置され、タービン車室２６に固定されている。また、動翼体２８は、動翼４２が周方向に均等間隔で配置され、基端部がロータ３２に固定されるロータディスク４３に固定されている。

従って、圧縮機１１の空気取入口２１から取り込まれた空気が、複数の静翼体２３と動翼体２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３を構成する複数の静翼体２７と動翼体２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。

上述したガスタービン１０において、図１及び図２に示すように、実施例１におけるタービン翼の冷却システムは、取り込んだ低圧ガスを冷却する冷却装置５１と、冷却装置５１により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置としての補助圧縮機５２と、補助圧縮機５２により昇圧された冷却ガスを燃焼ガス通路４０における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置５３とから構成されている。

ここで、実施例１では、圧縮機１１の中間段（抽気室２５）から低圧ガス抽気する低圧ガス供給源を有し、冷却ガス供給装置５３は、この抽気した低圧ガスを冷却するものである。そして、この低圧ガス供給源は、後述する圧縮空気抽気通路５６である。

即ち、圧縮機１１は、空気取入口２１（図２参照）から外気（空気）を取り込み（吸気）可能であり、圧縮した圧縮空気を燃焼器１２に供給する圧縮空気供給通路５４が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１からの圧縮空気に対して燃料が供給可能であり、圧縮空気と燃料が混合された混合燃料に点火されることで燃焼可能であり、燃焼ガス（排気ガス）をタービン１３に供給する燃焼ガス通路５５が設けられている。タービン１３は、複数の静翼体２７（静翼４１）と複数の動翼体２８（動翼４２）が交互に配設されており、燃焼ガス（排気ガス）のエネルギを取得した後の排気ガスを排出可能である。

また、圧縮機１１は、圧縮した圧縮空気を抽気室２５から抽気する圧縮空気抽気通路５６が設けられており、圧縮空気抽気通路５６は、圧縮途中にある低圧の圧縮空気（低圧ガス）を冷却空気として冷却装置５１に供給する。冷却装置５１は、この圧縮空気抽気通路５６から供給された低圧の圧縮空気を冷却することができる。この場合、冷却装置５１は、圧縮空気と熱交換媒体との間で熱交換をすることで、圧縮空気を冷却する熱交換器であり、この熱交換器としてヒートパイプを適用してよい。

冷却装置５１は、冷却した低圧の圧縮空気（冷却空気）を補助圧縮機５２に供給する冷却圧縮空気供給通路５７が設けられており、補助圧縮機５２は、この冷却圧縮空気供給通路５７から供給された低圧の冷却圧縮空気を昇圧することができる。そして、補助圧縮機５２は、昇圧して高圧となった冷却圧縮空気をタービン１３のタービン翼に供給する冷却ガス供給装置５３としての高圧冷却圧縮空気供給通路５８が設けられている。

この場合、冷却装置５１は、圧縮機１１の中間段から圧縮空気抽気通路５６を通して抽気した低圧の圧縮空気を冷却することが望ましい。また、冷却ガス供給装置５３は、冷却装置５１により冷却され、補助圧縮機５２により圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８を通してタービン１３における静翼４１の内部に供給することが望ましい。更には、冷却ガス供給装置５３は、高圧の冷却圧縮空気をタービン１３の燃焼ガス通路（排気通路）４０における最上流側に設けられる１段静翼４１の内部に供給することが望ましい。

静翼体２７を構成する静翼４１は、翼本体の長手方向（ロータ３２の径方向）における一端部（径方向の外側）に外側シュラウドが固定され、他端部（径方向の内側）に内側シュラウドが固定されて構成されており、外側シュラウドがタービン車室２６に固定されている。そして、静翼４１は、中空形状をなし、所定の位置に内部と外部を貫通する多数の冷却孔が形成されている。そして、高圧冷却圧縮空気供給通路５８からの高圧の冷却圧縮空気が、外側シュラウド側及び内側シュラウド側から静翼４１内に供給されると、この冷却圧縮空気は、内壁面に衝突してからこの内壁面に沿って流れることで冷却し、多数の冷却孔を通して外部（燃焼ガス通路４０）へ排出され、外壁面に沿って流れることで冷却する。

ここで、実施例１におけるタービン翼の冷却システムの作動について説明する。圧縮機１１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、まず、冷却装置５１は、圧縮機１１の中段から圧縮途中にある低圧の圧縮空気を冷却空気として圧縮空気抽気通路５６から供給され、この低圧の圧縮空気を熱交換により冷却する。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１が冷却した低圧の冷却圧縮空気を冷却圧縮空気供給通路５７から供給され、この低圧の冷却圧縮空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

この場合、冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を冷却している。そのため、この低圧の圧縮空気は、低温・低圧である分、つまり、圧縮空気が外部の圧縮機１１から受け取るエネルギが小さい分、冷却装置５１で放熱する放熱量が小さくなる。補助圧縮機５２が冷却後の冷却圧縮空気を圧縮してエネルギを受け取っても、最終的な冷却空気の温度圧力が従来と等しければ、全体として、高圧の冷却圧縮空気が受け取るエネルギは、従来と同等であるので、結果として放熱量が少ない分、全体の圧縮動力が小さいこととなる。

このように、タービン翼の内部に供給する冷却圧縮空気の温度や圧力が従来と同等であっても、冷却装置５１が冷却する圧縮空気の温度が低い方が、圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力が低くなる。即ち、従来は、圧縮機１１から排出された高圧、高温の圧縮空気を冷却し、この高圧の圧縮空気を所定圧力まで圧縮してからタービン翼の内部に供給している。一方、実施例１では、圧縮機１１から抽気した低圧、低温の圧縮空気を冷却し、この低圧の圧縮空気を所定圧力まで圧縮してからタービン翼の内部に供給している。従って、圧縮機１１は、冷却空気として使用する分の圧縮空気を高圧まで圧縮する必要はなく、従来に比べて圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力の合計を低減できる。

一方、実施例１のタービン翼の冷却システムにあっては、圧縮機１１の抽気室２５から圧縮空気抽気通路５６を通して抽気した低圧の圧縮空気を冷却する冷却装置５１と、冷却装置５１により冷却された低圧の冷却圧縮空気を昇圧する昇圧装置としての補助圧縮機５２と、補助圧縮機５２により圧縮された高圧の冷却圧縮空気を燃焼ガス通路４０における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置４３とを設けている。

従って、低圧の圧縮空気を冷却して昇圧した後に、高圧の冷却圧縮空気としてタービン翼の内部に供給することで、このタービン翼を適正に冷却することが可能となる。即ち、タービン翼の位置における燃焼ガス通路４０の圧力よりも高い圧力の冷却圧縮空気を、このタービン翼の内部に供給するため、燃焼ガス通路４０の排気ガスが冷却孔を通してタービン翼の内部に入り込むことはなく、内部に供給した高圧の冷却圧縮空気によりタービン翼を適正に冷却することができる。そして、この場合、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を冷却して昇圧するため、燃焼ガス通路４０における高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給可能な圧力まで、低圧の圧縮空気を昇圧するための動力を低減することができる。

実施例１のタービン翼の冷却システムでは、冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を冷却している。従って、圧縮機１１の中間段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却して昇圧した後に、冷却圧縮空気をタービン翼の内部に供給しており、圧縮機１１で圧縮した圧縮空気のうちの途中で取り出した一部の低圧の圧縮空気を冷却空気として使用することで、低圧の圧縮空気を抜き取り後、圧縮機１１は燃焼器１２に送り込む圧縮空気だけを圧縮すればよく、圧縮機１１の動力を低減することができる。

実施例１のタービン翼の冷却システムでは、タービン翼を静翼４１とし、冷却ガス供給装置４３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気をこの静翼４１の内部に供給している。従って、高温の燃焼ガス（排気ガス）にさらされる静翼４１を適正に冷却することが可能となる。

図３は、本発明の実施例２に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２にて、図３に示すように、ガスタービン６０は、低圧ガス供給源として、低圧圧縮機６１と高圧圧縮機６２を有しており、駆動軸６３により連結されている。そして、実施例２におけるタービン翼の冷却システムは、前述した実施例１の圧縮機１１に代えて、低圧圧縮機６１と、低圧圧縮機６１から排出される低圧ガス（作動流体）を更に圧縮する高圧圧縮機６２とを設け、低圧圧縮機６１から高圧圧縮機６２に送られる低圧ガスの一部を抽気する低圧ガス供給源としての圧縮空気抽気通路５６と、この抽気した低圧ガスを冷却する冷却装置５１と、冷却装置５１により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置としての補助圧縮機５２と、補助圧縮機５２により昇圧された冷却ガスを燃焼ガス通路４０における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置５３とから構成されている。

即ち、低圧圧縮機６１は、外気（空気）を取り込み（吸気）可能であり、空気を圧縮して低圧の圧縮空気とすることができる。そして、低圧圧縮機６１は、この低圧の圧縮空気を高圧圧縮機６２に供給する低圧圧縮空気供給通路６４が設けられている。高圧圧縮機６２は、低圧圧縮機６１から低圧圧縮空気供給通路６４を通して供給された低圧圧縮空気を圧縮して高圧の圧縮空気とすることができる。そして、高圧圧縮機６２は、この高圧の圧縮空気を燃焼器１２に供給する圧縮空気供給通路５４が設けられている。

また、低圧圧縮機６１は、低圧の圧縮空気を圧縮空気抽気通路５６から冷却装置５１に供給することがでる。冷却装置５１は、この低圧の圧縮空気を冷却することができ、冷却した低圧の圧縮空気を冷却圧縮空気供給通路５７から補助圧縮機５２に供給することができる。補助圧縮機５２は、この低圧の冷却圧縮空気を昇圧することができ、冷却ガス供給装置５３としての高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン１３のタービン翼の内部に供給することができる。

従って、低圧圧縮機６１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、まず、冷却装置５１は、低圧圧縮機６１から低圧の圧縮空気を冷却空気として圧縮空気抽気通路５６から供給され、この低圧の圧縮空気を熱交換により冷却する。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１が冷却した低圧の冷却圧縮空気を冷却圧縮空気供給通路５７から供給され、この低圧の冷却圧縮空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

この場合、冷却装置５１は、低圧圧縮機６１から抽気した低圧の圧縮空気を冷却している。そのため、この低圧の圧縮空気は、低温・低圧である分、つまり、圧縮空気が外部の低圧圧縮機６１から受け取るエネルギが小さい分、冷却装置５１で放熱する放熱量が小さくなる。その結果、補助圧縮機５２が冷却後の冷却圧縮空気を圧縮してエネルギを受け取っても、全体として、高圧の冷却圧縮空気が受け取るエネルギは、従来と同等となる。一方、タービン翼の内部に供給する冷却圧縮空気の温度や圧力が従来と同等であっても、冷却装置５１が冷却する圧縮空気の温度が低い方が、各圧縮機６１，６２及び補助圧縮機５２の動力が低くなる。即ち、高圧圧縮機６２は、冷却空気として使用する分の圧縮空気を高圧まで圧縮する必要はなく、各圧縮機６１，６２及び補助圧縮機５２の動力を低減できる。

このように実施例２のタービン翼の冷却システムにあっては、低圧圧縮機６１と高圧圧縮機６２を設け、低圧圧縮機６１から高圧圧縮機６２に送られる低圧ガスの一部を抽気する圧縮空気抽気通路５６と、この抽気した低圧の圧縮空気を冷却する冷却装置５１と、冷却装置５１により冷却された低圧の冷却圧縮空気を昇圧する昇圧装置としての補助圧縮機５２と、補助圧縮機５２により圧縮された高圧の冷却圧縮空気を燃焼ガス通路４０における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置５３とを設けている。

従って、低圧の圧縮空気を冷却して昇圧した後に、高圧の冷却圧縮空気としてタービン翼の内部に供給することで、このタービン翼を適正に冷却することが可能となる。即ち、タービン翼の位置における燃焼ガス通路４０の圧力よりも高い圧力の冷却圧縮空気を、このタービン翼の内部に供給するため、燃焼ガス通路４０の排気ガスが冷却孔を通してタービン翼の内部に入り込むことはなく、内部に供給した高圧の冷却圧縮空気によりタービン翼を適正に冷却することができる。そして、この場合、低圧圧縮機６１からの低圧の圧縮空気を冷却して昇圧するため、高圧な燃焼ガス通路４０における高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給可能な圧力まで、低圧の圧縮空気を昇圧するための動力を低減することができる。

なお、冷却装置は、低圧圧縮機６１から排出された低圧の圧縮空気を冷却するようにしたが、低圧圧縮機６１の中段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却するようにしてもよく、高圧圧縮機６２の中段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却するようにしてもよい。

図４は、本発明の実施例３に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３のタービン翼の冷却システムは、図４に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例３では、冷却装置５１により低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により燃焼器１２に供給される燃料を加熱する加熱装置７１が設けられている。つまり、加熱装置７１は、低圧ガスと低圧の圧縮空気との間で熱交換して発生した熱媒体により燃料を加熱する。

即ち、冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を熱交換媒体としての水により冷却するものであり、水を供給する水供給通路７２が設けられている。また、冷却装置５１は、水供給通路７２から水を供給して低圧の圧縮空気を冷却した後の熱媒体としての温水を排出する温水排出通路７３が設けられている。この温水排出通路７３は、加熱装置７１として機能するものであり、燃焼器１２まで延出されており、温水排出通路７３を流れる温水により燃焼器１２に供給される燃料を加熱することができる。以上により、加熱装置７１は、冷却装置５１が低圧の圧縮空気を冷却する際に発生する排熱により燃焼器１２に供給される燃料を加熱するのである。この場合、加熱装置７１は、温水により燃焼器１２に供給される燃料を加熱するものであり、燃焼器１２内で燃料を加熱するだけでなく、燃焼器１２に供給される燃料通路内で燃料を加熱するようにしてもよい。また、加熱装置７１は、燃料を直接冷却媒体として冷却装置５１に供給し、冷却装置５１の排熱により温度が上昇した燃料を燃焼器１２に戻すように構成してもよい。

従って、圧縮機１１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、まず、冷却装置５１は、圧縮機１１から低圧の圧縮空気を冷却空気として圧縮空気抽気通路５６から供給され、この低圧の圧縮空気を熱交換により冷却する。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１が冷却した低圧の冷却圧縮空気を冷却圧縮空気供給通路５７から供給され、この低圧の冷却圧縮空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

また、冷却装置５１は、圧縮機１１からの低圧の圧縮空気と水供給通路７２から供給された水との間で熱交換し、低圧の圧縮空気を冷却するが、ここで発生した温水が温水排出通路７３から排出されて燃焼器１２に供給され、この燃焼器１２で使用する燃料を加熱する。そのため、燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された高温・高圧の圧縮空気に対して加熱された燃料が供給されて燃焼することとなり、燃料所要量が減少し、ガスタービン効率が向上する。

このように実施例３のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１により低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により燃焼器１２に供給される燃料を加熱する加熱装置７１を設けている。

従って、低圧の圧縮空気を加熱して発生した温水により燃焼器１２の燃料を加熱することで、効率的な熱利用を可能として、燃料所要量が減少し、ガスタービン効率を向上することができる。

図５は、本発明の実施例４に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例４のタービン翼の冷却システムは、図５に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例４では、冷却装置５１により低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により排熱回収ボイラの水または蒸気のうちの少なくとも一方を加熱する。つまり、冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気と排熱回収ボイラ８１から排出された復水との間で熱交換を行い、熱交換後の復水を排熱回収ボイラ８１に戻す復水循環経路が設けられている。

即ち、複合発電プラントにおいて、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３を有しており、圧縮機１１及びタービン１３と同軸上に発電機１４が連結されている。また、蒸気タービン８２は、高圧タービン８３と中圧タービン８４と低圧タービン８５とが同軸上に連結されて構成され、発電機８６，８７，８８が連結されている。そして、ガスタービン１０のタービン１３に排気通路８９が設けられ、この排気通路８９が排熱回収ボイラ８１に連結されており、ガスタービン１０から排出された排気ガスを排熱回収ボイラ８１に送ることができる。なお、以下に、排熱回収ボイラ８１の構成について詳細に説明するが、この構成は一例であって、実施例４のタービン翼の冷却システムがこの構成の排熱回収ボイラ８１に限定されるものではない。

排熱回収ボイラ８１は、高圧ユニット９１と中圧ユニット９２と低圧ユニット９３と再熱器９４を有している。この排熱回収ボイラ９１は、内部でガスタービン１０からの排気ガスが上方に移送することで、高圧ユニット９１、中圧ユニット９２、低圧ユニット９３の順に熱回収を行って蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービン８２に送って駆動し、発電機８６，８７，８８を運転可能となっている。

高圧ユニット９１は、高圧節炭器９１ａ、高圧蒸発器９１ｂ、高圧過熱器９１ｃを有している。そのため、高圧節炭器９１ａで加熱された給水は、第１高圧給水路を介して高圧蒸発器９１ｂに送られ、ここで加熱されて高圧蒸気を発生し、発生した高圧蒸気は、第２高圧給水路を介して高圧過熱器９１ｃに送られ、ここで過熱される。

中圧ユニット９２は、中圧節炭器９２ａ、中圧蒸発器９２ｂ、中圧過熱器９２ｃを有している。そのため、中圧節炭器９２ａで加熱された給水は、第１中圧給水路を介して中圧蒸発器９２ｂに送られ、ここで加熱されて中圧蒸気を発生し、発生した中圧蒸気は、第２中圧給水路を介して中圧過熱器９１ｃに送られ、ここで過熱される。また、中圧節炭器９２ａで加熱された給水は、ポンプにより高圧節炭器９１ａに供給される。

低圧ユニット９３は、低圧節炭器９３ａ、低圧蒸発器９３ｂ、低圧過熱器９３ｃを有している。そのため、低圧節炭器９６ａで加熱された給水は、第１低圧給水路を介して低圧蒸発器９３ｂに送られ、ここで加熱されて低圧蒸気を発生し、発生した低圧蒸気は、第２低圧給水路を介して低圧過熱器９３ｃに送られ、ここで過熱される。また、低圧節炭器９３ａで加熱された給水は、ポンプにより中圧節炭器９２ａに供給される。

そして、高圧過熱器９１ｃの高圧蒸気は、高圧蒸気供給通路９５により高圧タービン８３に供給され、高圧タービン８３から排出された高圧蒸気は、高圧蒸気回収通路９６により再熱器９４に戻される。中圧過熱器９２ｃの中圧蒸気は、中圧蒸気供給通路９７により再熱器９４に供給される。再熱器９４で過熱された中圧蒸気は、中圧蒸気供給通路９８により中圧タービン８４に供給され、中圧タービン８４から排出された中圧蒸気は、中圧蒸気回収通路９９により低圧タービン８５に供給される。低圧過熱器９３ｃに発生した低圧蒸気は、低圧蒸気供給通路１００により低圧タービン８５に供給され、低圧タービン８５から排出された低圧蒸気は、低圧蒸気回収通路１０１により復水器１０２に供給される。

復水器１０２は、海水により冷却する冷却水循環通路１０３が設けられている。そして、この復水器１０２は、海水により凝縮した復水を冷却装置５１に送る復水供給通路１０３が設けられ、冷却装置５１は、低圧の圧縮空気を冷却した復水を排熱回収ボイラ８１の低圧節炭器９３ａに戻す復水回収通路１０４が設けられており、この復水供給通路１０４と復水回収通路１０５により復水循環経路が構成されており、復水ポンプ１０６及び脱気器（図示略）が設けられている。

従って、ガスタービン１０にて、圧縮機１１は取り込んだ空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器１２はこの圧縮空気と燃料の混合気に着火して燃焼し、タービン１３は、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスにより駆動し、発電機１４により発電を行う。そして、タービン１３から排出された排気ガスは、排気通路８９を通して排熱回収ボイラ８１に送られ、ここで、高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成する。

排熱回収ボイラ８１にて、高圧ユニット９１は、過熱して生成された高圧蒸気を高圧蒸気供給通路９５により高圧タービン８３に送り、高圧タービン８３により発電機８６を駆動して発電する。高圧タービン８３からの高圧蒸気（中圧蒸気）は、高圧蒸気回収通路９６を通して再熱器９４に送られて再加熱され、中圧蒸気として中圧蒸気供給通路９８を通して中圧タービン８４に送られ、中圧タービン８４により発電機８７を駆動して発電する。中圧タービン８４からの中圧蒸気（低圧蒸気）は、中圧蒸気回収通路９９を通して低圧タービン８５に送られ、低圧タービン８５により発電機８８を駆動して発電する。そして、低圧タービン８５からの低圧蒸気は、低圧蒸気回収通路１０１を通して復水器１０２に送られ、復水器１０２は、凝縮された復水を復水ポンプ１０６で加圧して脱気器により溶存酸素を取り除いた後、復水供給通路１０４を通して冷却装置５１に送る。

冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を熱交換により冷却する。即ち、冷却装置５１は、圧縮機１１からの低圧の圧縮空気を復水器１０２からの復水により冷却する。そして、補助圧縮機５２は、冷却装置５１が冷却した低圧の冷却圧縮空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、この圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。一方、冷却装置５１は、低圧の圧縮空気を冷却（熱交換）して高温となった復水を排熱回収ボイラ８１の低圧ユニット９３に戻す。

このように実施例４のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１により低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により排熱回収ボイラの水または蒸気のうちの少なくとも一方を加熱するように構成されている。即ち、冷却装置５１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気と排熱回収ボイラ８１の復水器１０２で凝縮された復水との間で熱交換を行い、熱交換後の高温の復水を排熱回収ボイラ８１の低圧ユニット９３に戻す復水循環経路（復水供給通路１０３、復水回収通路１０４）を設けている。

従って、低圧の圧縮空気を排熱回収ボイラ８１からの復水により冷却し、加熱された復水を排熱回収ボイラ８１に戻すことで、効率的な熱利用を可能として排熱回収ボイラ８１でのボイラ効率を向上することができる。

なお、この実施例４にて、復水ポンプ１０６から低圧節炭器９３ａに至る途中の水を加熱しているが、温度レベルに応じて、排熱回収ボイラ８１の他の位置の水や蒸気を加熱するようにしてもよい。

図６は、本発明の実施例５に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例５のタービン翼の冷却システムは、図６に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置１１１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例５では、冷却装置１１１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を有している。

即ち、冷却装置１１１は、低圧の圧縮空気の通路における通路面積が拡大した拡大通路に水噴射装置１１２が設けられて構成されている。この水噴射装置１１２は、ヘッダ１１３と、ヘッダ１１３に設けられた複数の噴射ノズル１１４と、ヘッダ１１３に水を供給する水供給通路１１５とを有しており、冷却装置１１の拡大通路を流れる低圧の圧縮空気に対して水を噴射（噴霧）することができる。

従って、圧縮機１１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、まず、冷却装置１１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を熱交換により冷却する。即ち、冷却装置１１１の水噴射装置１１２にて、水供給通路１１５からヘッダ１１３に水が供給されると、複数の噴射ノズル１１４は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の圧縮空気に対して水を噴射（噴霧）する。すると、高温で低圧の圧縮空気は、噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却される。この場合、圧縮空気の温度や圧力に応じた水を噴射することで、噴射された水を圧縮空気により全量蒸発させることが望ましい。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１で冷却された低圧の冷却圧縮空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

このように実施例５のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置１１１として、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を設けている。

従って、水噴射装置１１２は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の圧縮空気に対して水を噴射（噴霧）すると、高温で低圧の圧縮空気が噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却されることとなる。そのため、熱交換器のような複数または長い配管を必要とせず、装置の簡素化を可能とすることができると共に、冷却可能な冷却空気（圧縮空気）の量を増加することができる。

図７は、本発明の実施例６に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図、図８は、実施例６のタービン翼の冷却システムにおける水噴射の作動を表すフローチャート、図９は、実施例６のタービン翼の冷却システムにおける水噴射の作動領域を表すグラフである。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例６のタービン翼の冷却システムは、図７に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置１１１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例５では、冷却装置１１１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を有している。

即ち、冷却装置１１は、低圧の圧縮空気の通路における通路面積が拡大した拡大通路に水噴射装置１１２が設けられて構成されている。この水噴射装置１１２は、ヘッダ１１３と、ヘッダ１１３に設けられた複数の噴射ノズル１１４と、ヘッダ１１３に水を供給する水供給通路１１５と、水供給通路１１５を流れる水量を調整可能な開閉弁（流量調整弁）１１６とを有している。また、冷却装置１１は、冷却圧縮空気供給通路５７を流れる低圧の冷却圧縮空気の温度を計測する温度センサ１１７と、低圧の冷却圧縮空気の圧力を計測する圧力センサ１１８と、各センサ１１７，１１８が計測した低圧の冷却圧縮空気の温度と圧力に基づいて開閉弁１１６を開閉制御（開度制御）する制御部１１９とを有している。

従って、圧縮機１１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、まず、冷却装置１１１は、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気を蒸発熱（気化熱）により冷却する。即ち、冷却装置１１１の水噴射装置１１２にて、水供給通路１１５からヘッダ１１３に水が供給されると、複数の噴射ノズル１１４は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の圧縮空気に対して水を噴射（噴霧）する。

このとき、制御部１１９は、各センサ１１７，１１８が計測した低圧の冷却圧縮空気の温度と圧力に基づいて開閉弁１１６を開閉制御する。即ち、図８に示すように、ステップＳ１１にて、冷却圧縮空気供給通路５７を流れる低圧の冷却圧縮空気の状態が水噴射領域にあるかどうかを判定する。この判定は、図９に表す判定マップを用いて行うものであり、この判定マップは、冷却圧縮空気の温度と圧力の関係を表すグラフである。この判定マップにおいて、実線ｂで表す水蒸気分圧制限値に対して、余裕代（安全量）として所定温度及び所定温度だけ高い位置に点線ａで表す水噴射実行値を設定し、この水噴射実行値ａよりも高温で低圧の領域を水噴射領域Ａとして設定している。

そのため、ステップＳ１１にて、冷却圧縮空気供給通路５７を流れる低圧の冷却圧縮空気の状態が水噴射領域にあるかどうかを判定する場合、現在の低圧の冷却圧縮空気の温度及び圧力が水噴射領域Ａにあるかどうかを判定する。ここで、現在の低圧の冷却圧縮空気の温度及び圧力が水噴射領域Ａにあると判定されたら、ステップＳ１２にて、水噴射装置１１２は、低圧の圧縮空気に向けて水噴射を実行する。一方、現在の低圧の冷却圧縮空気の温度及び圧力が水噴射領域Ａにないと判定されたら、ステップＳ１３にて、水噴射装置１１２は、低圧の圧縮空気に向けた水噴射を停止する。

すると、冷却装置１１では、高温で低圧の圧縮空気は、噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却される。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１で冷却された低圧の冷却圧縮空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

このように実施例６のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置１１１として、圧縮機１１から抽気した低圧の圧縮空気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を設け、制御部１１９は、低圧の冷却圧縮空気の温度と圧力に基づいて水噴射装置１１２の作動を制御している。

従って、水噴射装置１１２は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の圧縮空気に対して水を噴射（噴霧）すると、高温で低圧の圧縮空気が噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却されることとなる。そのため、熱交換器のような複数または長い配管を必要とせず、装置の簡素化を可能とすることができると共に、冷却可能な冷却空気（圧縮空気）の量を増加することができる。そして、低圧の冷却圧縮空気（圧縮空気）の温度と圧力に基づいて水噴射を実行しており、圧縮空気に対する過度の冷却や圧縮空気への水分の混入を防止することができる。

図１０は、本発明の実施例７に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例７のタービン翼の冷却システムは、図１０に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例７にて、冷却装置５１は、圧縮機１１の中間段から圧縮空気抽気通路５６を通して抽気した低圧の圧縮空気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却圧縮空気を圧縮する。冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン１３の燃焼ガス通路（排気通路）４０における最上流側に設けられる１段静翼４１ａの内部に供給する。即ち、タービン１３は、燃焼ガス通路４０に複数の静翼体２７（静翼４１）と複数の動翼体２８（動翼４２）が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスの上流側から、１段静翼４１ａ、１段動翼４２ａ、２段静翼４１ｂ、２段動翼４２ｂ、３段静翼４１ｃ、３段動翼４２ｃ、４段静翼４１ｄ・・・と配置されている。冷却ガス供給装置５３は、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から、１段静翼４１ａの内部にのみに供給する。

従って、圧縮機１１は、外気（空気）を取り込んで圧縮し、冷却装置５１は、圧縮機１１の中間段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した低圧の冷却圧縮空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン１３の１段静翼４１ａの内部に供給して冷却する。

このように実施例７のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１により冷却し、補助圧縮機５２により圧縮した高圧の冷却圧縮空気をタービン１３の１段静翼４１ａの内部に供給している。

従って、圧縮機１１の中間段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却し、１段静翼４１ａの位置における燃焼ガス通路４０の圧力よりも高い圧力まで圧縮し、この冷却圧縮空気を１段静翼４１ａの内部に供給するため、燃焼ガス通路４０の排気ガスが冷却孔を通して１段静翼４１ａの内部に入り込むことはなく、この冷却圧縮空気により１段静翼４１ａを適正に冷却することができる。そして、低圧の圧縮空気を冷却して所定圧力まで圧縮するため、空気を圧縮するための動力、つまり、圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力を低減することができる。

また、本実施例のガスタービン１０にあっては、高圧の冷却圧縮空気により１段静翼４１ａの内部に供給して適正に冷却することができると共に、圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力を低減することができることから、ガスタービン効率及びガスタービン出力を向上することが可能となる。

図１１は、本発明の実施例８に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例８のタービン翼の冷却システムは、図１１に示すように、圧縮空気抽気通路５６と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例８にて、冷却装置５１は、圧縮機１１の中間段から抽気した低圧の圧縮空気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却圧縮空気を圧縮する。冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン１３の燃焼ガス通路（排気通路）４０における最上流側に設けられる各静翼４１の内部に供給する。

即ち、タービン１３は、燃焼ガス通路４０に複数の静翼体２７（静翼４１）と複数の動翼体２８（動翼４２）が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスの上流側から、１段静翼４１ａ、１段動翼４２ａ、２段静翼４１ｂ、２段動翼４２ｂ、３段静翼４１ｃ、３段動翼４２ｃ、４段静翼４１ｄ・・・と配置されている。冷却ガス供給装置５３は、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から、第１通路５８ａを通して１段静翼４１ａの内部に供給し、第２通路５８ｂから２段静翼４１ｂの内部に供給し、第３通路５８ｃから３段静翼４１ｃの内部に供給し、第４通路５８ｄから４段静翼４１ｄの内部に供給する。

このように実施例８のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１により冷却し、補助圧縮機５２により圧縮した高圧の冷却圧縮空気をタービン１３の１段静翼４１ａ、２段静翼４１ｂ、３段静翼４１ｃ、４段静翼４１ｄの内部に供給している。

従って、冷却圧縮空気により各段の静翼４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを適正に冷却することができる。

なお、上述した実施例７では、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から１段静翼４１ａの内部に供給するように構成し、実施例８では、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から１段静翼４１ａ、２段静翼４１ｂ、３段静翼４１ｃ、４段静翼４１ｄの内部に供給するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から１段静翼４１ａ及び２段静翼４１ｂの内部に供給するようにしてもよく、また、高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８から２段静翼４１ｂや３段静翼４１ｃなどの内部に供給するようにしてもよい。

図１２は、本発明の実施例９に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例９のタービン翼の冷却システムは、図１２に示すように、低圧ガス供給源としてガスタービン１０の外部から気体を取り込む吸気通路１２１と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例９にて、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した低圧の空気（気体）、つまり、外気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却空気を圧縮する。冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

従って、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した外気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給して冷却する。この場合、圧縮機１１は、取り込んだ外気（空気）を全量燃焼器１２に供給することから、圧縮機１１は、タービン翼の内部に供給して冷却する冷却空気量を加味して取り込む必要はない。

このように実施例９のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した外気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気をタービン翼の内部に供給している。

従って、外気を冷却して所定圧力まで圧縮するため、空気を圧縮するための動力、つまり、圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力を低減することができる。

また、実施例９のタービン翼の冷却システムでは、前述した実施例１や実施例２などと比較して、圧縮空気ではなく、外気を直接冷却するため、この外気よりも温度の低い冷熱を必要とするが、外気圧からタービン翼における冷却空気供給圧力に至る全圧力域にわたって圧縮動力の低減効果を得ることができる。

図１３は、本発明の実施例１０に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例１０のタービン翼の冷却システムは、図１３に示すように、吸気通路１２１と、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例１０にて、冷却装置５１は、液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）を熱交換媒体として使用し、使用後に燃料として燃焼器１２に供給する。

即ち、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した外気を熱交換媒体としての液化天然ガスにより冷却するものであり、液化天然ガスを供給するガス供給通路１３１が設けられている。また、冷却装置５１は、ガス供給通路１３１からガスを供給して外気を冷却した後の液化天然ガスを燃料として燃焼器１２に供給する燃料通路１３２が設けられており、外気により燃料としての液化天然ガスを加熱して気化することができる。

従って、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した外気を液化天然ガスにより冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給して冷却する。また、冷却装置５１は、熱交換して気化した天然ガスを燃料として燃焼器１２に供給する。そのため、燃焼器１２は、気化した天然ガスの燃料が供給されて燃焼することとなり、この燃焼器１２での燃焼効率が向上する。

このように実施例１０のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１は、吸気通路１２１から吸入した外気を液化天然ガスにより冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気をタービン翼の内部に供給する一方、冷却装置５１で気化した天然ガスを燃料として燃焼器１２に供給している。

従って、外気を液化天然ガスにより冷却して所定圧力まで圧縮するため、プラント内の冷熱を有効に利用して、冷却効果を向上することができると共に、空気を圧縮するための動力、つまり、圧縮機１１及び補助圧縮機５２の動力を低減することができる。

図１４は、本発明の実施例１１に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例１１のタービン翼の冷却システムは、図１４に示すように、吸気通路１２１と、冷却装置１１１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例１１にて、冷却装置１１１は、吸気通路１２１から吸入した低圧の空気（気体）、つまり、外気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を有している。

即ち、冷却装置１１１は、外気の通路における通路面積が拡大した拡大通路に水噴射装置１１２が設けられて構成されている。この水噴射装置１１２は、ヘッダ１１３と、ヘッダ１１３に設けられた複数の噴射ノズル１１４と、ヘッダ１１３に水を供給する水供給通路１１５とを有しており、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の空気に対して水を噴射（噴霧）することができる。

従って、冷却装置１１１は、吸気通路１２１から吸入した外気を冷却する。即ち、冷却装置１１１の水噴射装置１１２にて、水供給通路１１５からヘッダ１１３に水が供給されると、複数の噴射ノズル１１４は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる外気に対して水を噴射（噴霧）する。すると、外気は、噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却される。この場合、圧縮空気の温度や圧力に応じた水を噴射することで、噴射された水を空気により全量蒸発させることが望ましい。次に、補助圧縮機５２は、冷却装置５１で冷却された低圧の冷却空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、補助圧縮機５２が圧縮した高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

このように実施例１１のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置１１１は、吸気通路１２１から吸入した外気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気をタービン翼の内部に供給しており、冷却装置１１１として、外気に対して水などの液体を噴射する水噴射装置１１２を設けている。

従って、水噴射装置１１２は、冷却装置１１１の拡大通路を流れる低圧の空気に対して水を噴射（噴霧）すると、外気が噴霧された水を蒸発させることで蒸発熱（気化熱）が奪われて冷却されることとなる。そのため、熱交換器のような複数または長い配管を必要とせず、装置の簡素化を可能とすることができると共に、冷却可能な冷却空気の量を増加することができる。

図１５は、本発明の実施例１２に係るタービン翼の冷却システムを表す概略構成図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例１２のタービン翼の冷却システムは、図１５に示すように、吸気通路１２１と、前置昇圧機としての前置補助圧縮機１４１、冷却装置５１と、補助圧縮機５２と、冷却ガス供給装置５３とから構成されている。そして、実施例１２にて、吸気通路１２１と前置補助圧縮機１４１と低圧圧縮空気供給通路１４２とが低圧ガス供給源として機能し、この前置補助圧縮機１４１は、吸気通路１２１から吸入した外気を圧縮して低圧の圧縮空気を製造し、低圧圧縮空気供給通路１４２を通して冷却装置５１に供給する。冷却装置５１は、前置補助圧縮機１４１から供給される低圧の圧縮空気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却空気を圧縮する。冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給する。

従って、前置補助圧縮機１４１は、吸気通路１２１から吸入した外気を圧縮して低圧の圧縮空気を製造し、冷却装置５１は、低圧の圧縮空気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮する。そして、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気を高圧冷却圧縮空気供給通路５８からタービン翼の内部に供給して冷却する。この場合、圧縮機１１は、取り込んだ外気（空気）を全量燃焼器１２に供給することから、圧縮機１１は、タービン翼の内部に供給して冷却する冷却空気量を加味して取り込む必要はない。

このように実施例１２のタービン翼の冷却システムにあっては、冷却装置５１は、前置補助圧縮機１４１で圧縮された外気を冷却し、補助圧縮機５２は、冷却した冷却空気を圧縮し、冷却ガス供給装置５３は、冷却して圧縮された高圧の冷却圧縮空気をタービン翼の内部に供給している。

従って、外気を冷却して所定圧力まで圧縮するため、空気を圧縮するための動力、つまり、圧縮機１１、前置補助圧縮機１２２、及び補助圧縮機５２の動力を低減することができる。

なお、実施例９から実施例１２では、ガスタービン１０の外部から取り込む気体として外気を用いる場合を示したが、他の気体（例えば、排気ガス、窒素ガス、二酸化炭素ガスなど）を用いることも可能である。

また、上述した各実施例では、冷却されて昇圧された冷却ガスをタービン翼としての静翼の内部に供給するようにしたが、タービン翼としての動翼の内部に供給してもよい。

１０，６０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 発電機
２５ 抽気室（低圧ガス供給源）
４１ 静翼（タービン翼）
４１ａ １段静翼
４２ 動翼
５１，１１１ 冷却装置
５２ 補助圧縮機（昇圧装置）
５３ 冷却ガス供給装置
５６ 圧縮空気抽気通路（低圧ガス供給源）
６１ 低圧圧縮機
６２ 高圧圧縮機
７１ 加熱装置
８１ 排熱回収ボイラ
１０３ 復水供給通路（復水循環経路）
１０４ 復水回収通路（復水循環経路）
１１２ 水噴射装置
１２１ 吸気通路（低圧ガス供給源）
１４１ 前置補助圧縮機（前置昇圧機）

Claims (10)

1. 圧縮機と燃焼器を有するガスタービンのタービン翼の冷却システムであって、
   取り込んだ低圧ガスを冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置と、
   前記昇圧装置により昇圧された冷却ガスを燃焼ガス通路における前記低圧ガスより高圧な位置に配置されるタービン翼の内部に供給する冷却ガス供給装置と、
   を備え、
   前記冷却装置は、低圧ガスに対して水を噴射する水噴射装置であり、前記冷却装置から排出された冷却ガスの温度と圧力に基づいてこの冷却ガスの状態が水噴射領域にあるときに水噴射を実行する、
   ことを特徴とするタービン翼の冷却システム。
2. 前記圧縮機の中間段から前記低圧ガスの一部を抽気する低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この抽気した低圧ガスを冷却することを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の冷却システム。
3. 前記圧縮機は、低圧圧縮機と、前記低圧圧縮機から排出される作動流体を更に圧縮する高圧圧縮機とを有すると共に、前記低圧圧縮機から前記高圧圧縮機に送られる低圧ガスの一部を抽気する低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この抽気した低圧ガスを冷却することを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の冷却システム。
4. 前記ガスタービンの外部から気体を取り込む低圧ガス供給源を有し、前記冷却装置は、この取り込んだ気体を冷却することを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の冷却システム。
5. 前記低圧ガス供給源は、前記ガスタービンの外部から取り込んだ気体を昇圧する前置昇圧機を有し、前記冷却装置は、昇圧された気体を冷却することを特徴とする請求項４に記載のタービン翼の冷却システム。
6. 前記タービン翼は、タービンの排気通路に設けられる静翼であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のタービン翼の冷却システム。
7. 前記タービン翼は、タービンの排気通路における最上流側に設けられる１段静翼であることを特徴とする請求項６に記載のタービン翼の冷却システム。
8. 前記冷却装置により前記低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により前記燃焼器に供給される燃料を加熱する加熱装置が設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のタービン翼の冷却システム。
9. 前記冷却装置により前記低圧ガスを冷却する際に発生する排熱により排熱回収ボイラの水または蒸気のうちの少なくとも一方を加熱することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のタービン翼の冷却システム。
10. 取り込んだ空気を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、
    前記燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
    前記冷却装置から排出された冷却ガスの温度と圧力に基づいてこの冷却ガスの状態が水噴射領域にあるときに前記圧縮機の中間段から抽気した低圧ガスに対して水を噴射して冷却する冷却装置と、
    前記冷却装置により冷却された冷却ガスを昇圧する昇圧装置と、
    前記昇圧装置により昇圧された冷却ガスを前記タービンにおける１段静翼の内部に供給する冷却ガス供給装置と、
    を備えることを特徴とするガスタービン。

Images