JP6331081B2 - Gas turbine equipment and cooling device operating method - Google Patents
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本発明は、ガスタービン及びその冷却装置を備えているガスタービン設備、及び前記冷却装置の運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine facility including a gas turbine and a cooling device for the gas turbine, and an operation method of the cooling device.
ガスタービンは、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、この圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備えている。圧縮機は、軸線を中心として回転する圧縮機ロータと、これを回転可能に覆う圧縮機車室と、を有している。タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、これを回転可能に覆うタービン車室と、を有している。圧縮機ロータとタービンロータとは同一軸線上に位置し、互いに連結されてガスタービンロータを成している。また、圧縮機車室とタービン車室も、互いに連結されてガスタービン車室を成している。 The gas turbine includes a compressor that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that generates combustion gas by burning fuel in the compressed air, and a turbine that is driven by the combustion gas. The compressor has a compressor rotor that rotates about an axis, and a compressor casing that rotatably covers the compressor rotor. The turbine includes a turbine rotor that rotates about an axis, and a turbine casing that rotatably covers the turbine rotor. The compressor rotor and the turbine rotor are located on the same axis and are connected to each other to form a gas turbine rotor. The compressor casing and the turbine casing are also connected to each other to form a gas turbine casing.
このガスタービンで、燃焼器への燃料供給が停止された状態では、ガスタービン車室内に高温の空気が滞留し、時間の経過と共に、ガスタービン車室内の上部に高温の空気が集まり、ガスタービン車室の下部に相対的に温度の低い空気が集まる。この結果、ガスタービン車室の上部がガスタービン車室の下部よりも相対的に温度が高まる。このため、ガスタービン車室の上部がガスタービン車室の下部よりも相対的に膨張し、ガスタービン車室が猫の背中のように変形する、いわゆるキャットバック現象が発生する。 In this gas turbine, when the fuel supply to the combustor is stopped, hot air stays in the gas turbine casing, and as time passes, the hot air gathers in the upper part of the gas turbine casing. Air with relatively low temperature collects in the lower part of the passenger compartment. As a result, the temperature of the upper part of the gas turbine casing is relatively higher than that of the lower part of the gas turbine casing. For this reason, the upper part of the gas turbine casing expands relative to the lower part of the gas turbine casing, and a so-called catback phenomenon occurs in which the gas turbine casing is deformed like a cat's back.
このキャットバック現象が発生すると、ガスタービンロータとガスタービン車室との間の間隔が部分的に狭まり、ガスタービンロータとガスタービン車室とが接触するおそれがある。 When this catback phenomenon occurs, the gap between the gas turbine rotor and the gas turbine casing is partially narrowed, and the gas turbine rotor and the gas turbine casing may come into contact with each other.
そこで、以下の特許文献1では、キャットバック現象を抑える設備を開示している。この設備は、圧縮機から圧縮空気を燃焼器に供給する圧縮空気供給流路から分岐し、この圧縮空気をタービンの静翼に導く分岐流路と、分岐流路中に設けられたブースト圧縮機と、を備えている。燃焼器に燃料が供給されて、ガスタービンが駆動している際、ブースト圧縮機を動作させる。圧縮空気供給流路中の空気の一部は、分岐流路に流入し、ブースト圧縮機で昇圧される。この圧縮空気は、分岐流路を経て、静翼中の冷却媒体流路を流れ、この静翼を冷却する。 Therefore, Patent Document 1 below discloses a facility that suppresses the catback phenomenon. This facility branches from a compressed air supply flow path for supplying compressed air from a compressor to a combustor, a branched flow path for guiding this compressed air to a stationary blade of a turbine, and a boost compressor provided in the branched flow path And. The boost compressor is operated when fuel is supplied to the combustor and the gas turbine is operating. Part of the air in the compressed air supply channel flows into the branch channel and is boosted by the boost compressor. The compressed air flows through the cooling medium flow path in the stationary blade via the branch flow path, and cools the stationary blade.
この設備は、さらに、静翼中の冷却媒体流路を流れた圧縮空気を前述の圧縮空気供給流路に戻す戻し流路を備えている。この設備では、燃焼器への燃料供給が停止している際も、ブースト圧縮機を動作させる。圧縮空気供給流路中の空気の一部は、分岐流路に流入し、ブースト圧縮機で昇圧される。この圧縮空気は、静翼中の冷却媒体流路に流入した後、戻し流路を介して、圧縮空気供給流路に戻る。 This facility further includes a return flow path for returning the compressed air that has flowed through the cooling medium flow path in the stationary blade to the compressed air supply flow path. In this facility, the boost compressor is operated even when the fuel supply to the combustor is stopped. Part of the air in the compressed air supply channel flows into the branch channel and is boosted by the boost compressor. The compressed air flows into the cooling medium flow path in the stationary blade and then returns to the compressed air supply flow path via the return flow path.
この設備では、燃焼器への燃料供給が停止している際も、ブースト圧縮機を動作させることで、タービン車室内に残留する高温の空気を撹拌することで、キャットバック現象を抑えている。 In this facility, even when the fuel supply to the combustor is stopped, the boost compressor is operated to agitate the high-temperature air remaining in the turbine casing to suppress the catback phenomenon.
ここで、ガスタービン車室の内部には複数の燃焼器が環状に並んでいる。そのため、特許文献1に記載の技術を用いてガスタービン車室内の空気を撹拌しても、環状に配列された複数の燃焼器によってガスタービン車室内の空気の流動が妨げられ、効率的にキャットバック現象を抑制できない可能性がある。 Here, a plurality of combustors are arranged in a ring shape inside the gas turbine casing. Therefore, even if the air in the gas turbine casing is agitated using the technique described in Patent Document 1, the flow of air in the gas turbine casing is hindered by the plurality of combustors arranged in an annular shape, and the cat efficiently The back phenomenon may not be suppressed.
そこで、本発明は、キャットバック現象を効果的に抑制することができる技術を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the technique which can suppress a catback phenomenon effectively.
前記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービン設備は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器及び前記燃焼器からの前記燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンと、前記燃焼器を冷却する燃焼器冷却系を有する冷却装置と、前記冷却装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆う車室と、を有し、前記燃焼器は、前記車室内に配置され内部を前記燃焼ガスが流れる筒を有し、前記筒を形成する板材には、空気を受け入れる入口孔、前記入口孔からの前記空気が流れる冷却空気流路、及び前記冷却空気流路を通った前記空気を前記筒の外周側に噴出する出口孔が形成され、前記燃焼器冷却系は、前記車室と前記入口孔とを接続する燃焼器冷却用ラインと、前記ガスタービンに対して独立に運転可能で、前記燃焼器冷却用ライン中に設けられたブースト圧縮機と、を有し、前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に、前記ブースト圧縮機を動作させると共に、前記燃焼器への燃料供給停止中に、前記ブースト圧縮機を動作させる圧縮機制御部を有する。
The gas turbine equipment as one aspect according to the invention for solving the above problems is
A combustor for combusting fuel to generate combustion gas; a gas turbine having a turbine driven by the combustion gas from the combustor; a cooling device having a combustor cooling system for cooling the combustor; and the cooling device A control device that controls the operation of the turbine, wherein the turbine includes a turbine rotor that rotates about an axis, and a casing that rotatably covers the turbine rotor, and the combustor includes the casing. A plate through which the combustion gas flows, and a plate material forming the cylinder includes an inlet hole for receiving air, a cooling air passage through which the air from the inlet hole flows, and the cooling air passage An outlet hole for ejecting the air that has passed through to the outer peripheral side of the cylinder is formed, and the combustor cooling system is connected to the combustor cooling line that connects the casing and the inlet hole, and the gas turbine. The And a boost compressor provided in the combustor cooling line, the controller operating the boost compressor during fuel supply to the combustor; A compressor control unit that operates the boost compressor while stopping fuel supply to the combustor.
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給中、ブースト圧縮機で昇圧された空気を燃焼器における筒の冷却空気流路に送ることで、筒を冷却することができる。また、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の空気をブースト圧縮で昇圧し、昇圧された空気を燃焼器における筒の冷却空気流路に送る。この冷却空気流路を通った空気は、出口孔から筒の外周側に噴出する。このため、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の空気を撹拌することで、車室内の温度の均一化を図ることができ、キャットバック現象を抑制できる。しかも、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内に配置されている燃焼器の筒から空気を噴出するので、この筒に妨げられることなく、この空気で車室内の空気を効率的に撹拌することができる。 In the gas turbine facility, the cylinder can be cooled by sending the air pressurized by the boost compressor to the cooling air flow path of the cylinder in the combustor during the fuel supply to the combustor. Further, in the gas turbine facility, while the fuel supply to the combustor is stopped, the air in the passenger compartment is boosted by boost compression, and the pressurized air is sent to the cooling air flow path of the cylinder in the combustor. The air that has passed through the cooling air channel is ejected from the outlet hole to the outer peripheral side of the cylinder. For this reason, in the said gas turbine installation, the temperature in a vehicle interior can be equalized by stirring the air in a vehicle interior while the fuel supply to a combustor is stopped, and a catback phenomenon can be suppressed. In addition, in the gas turbine facility, air is ejected from the cylinder of the combustor disposed in the vehicle interior while the fuel supply to the combustor is stopped. Can be efficiently stirred.
また、当該ガスタービン設備では、筒の冷却空気流路に送った空気の全てをキャットバック現象の抑制に有効することができる。さらに、当該ガスタービン設備では、車室中で温度の均一化を図りたい領域に配置されている筒から、空気を噴出するので、車室中で温度の均一化を図りたい領域に筒から噴出した空気を導く流路を別途設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。 Further, in the gas turbine facility, all of the air sent to the cylindrical cooling air flow path can be effectively used for suppressing the catback phenomenon. Further, in the gas turbine facility, air is ejected from a cylinder arranged in a region where temperature is desired to be uniformed in the passenger compartment, so that air is ejected from the cylinder to a region where temperature is desired to be uniformed in the passenger compartment. It is not necessary to separately provide a flow path for guiding the air, and the equipment cost can be reduced.
ここで、前記ガスタービン設備において、前記圧縮機制御部は、前記燃焼器への燃料供給が停止してから、予め定めた条件を満たす時点までの空気撹拌必要期間、少なくとも一時的に前記ブースト圧縮機を動作させ、前記空気撹拌必要期間の経過後、前記燃焼器への燃料供給が再開されない限り、前記ブースト圧縮機を動作させなくてもよい。 Here, in the gas turbine equipment, the compressor control unit may perform the boost compression at least temporarily during a period of time required for air agitation from when the fuel supply to the combustor is stopped until a time when a predetermined condition is satisfied. The boost compressor does not need to be operated unless the fuel is supplied to the combustor after the required period of air agitation has elapsed.
当該ガスタービン設備では、空気撹拌必要期間経過後、ブースト圧縮機を動作させないので、ブースト圧縮機の動作のための消費エネルギーを抑えることができる。すなわち、当該ガスタービン設備では、ブースト圧縮機のランニングコストを抑えることができる。 In the gas turbine equipment, since the boost compressor is not operated after the period of time required for air agitation, the energy consumption for the operation of the boost compressor can be suppressed. That is, in the gas turbine facility, the running cost of the boost compressor can be suppressed.
また、前記空気撹拌必要期間中、少なくとも一次的にブースト圧縮機を動作させる前記ガスタービン設備において、前記圧縮機制御部は、前記空気撹拌必要期間中で、前記車室中の上部の温度と下部の温度との温度差が前記予め定められた温度差以上になると、前記ブースト圧縮機を動作させてもよい。 Further, in the air agitation required period, in the gas turbine equipment to operate at least temporarily boost compressor, the compressor control unit in the air agitation required period, and the temperature of the upper portion in the casing When the temperature difference between the temperature of the lower portion is equal to or greater than the temperature difference to a predetermined said, may be operated said boost compressor.
また、前記空気撹拌必要期間中、少なくとも一次的にブースト圧縮機を動作させる、以上のいずれかの前記ガスタービン設備において、前記圧縮機制御部は、前記空気撹拌必要期間中、前記ブースト圧縮機を間欠的動作させてもよい。 Further, in any of the above gas turbine equipment, wherein the boost compressor is operated at least temporarily during the air agitation required period, the compressor controller controls the boost compressor during the air agitation necessary period. It may be operated intermittently.
また、以上のいずれかの前記ガスタービン設備において、複数の前記燃焼器を備え、複数の前記燃焼器は、前記軸線を基準とした周方向に並んで配置され、複数の前記燃焼器のそれぞれの前記筒の前記出口孔は、前記筒の、少なくとも、前記軸線側の部分及び前記軸線側とは反対側の部分とに、複数分布していてもよい。 Further, in any one of the gas turbine facilities described above, a plurality of the combustors are provided, and the plurality of combustors are arranged side by side in a circumferential direction with respect to the axis, and each of the plurality of combustors is provided. A plurality of the outlet holes of the cylinder may be distributed in at least a part on the axis line side and a part on the opposite side to the axis line side of the cylinder.
当該ガスタービン設備では、車室内に配置されている複数の燃焼器の各筒から、少なくとも軸線側とその反対側とに空気が噴出されるので、車室内で空気が淀みやすい領域を含め車室内全体の空気を燃焼器の筒に妨げられることなく効果的に撹拌することができる。 In the gas turbine equipment, air is ejected from each cylinder of the plurality of combustors arranged in the vehicle interior to at least the axial side and the opposite side, so the vehicle interior including the region where air easily stagnates in the vehicle interior. The whole air can be effectively stirred without being obstructed by the cylinder of the combustor.
複数の前記燃焼器を備えている前記ガスタービン設備において、前記燃焼器冷却用ラインは、前記車室内の空気を前記ブースト圧縮機に導く抽気ラインと、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気が流れる冷却空気メインラインと、前記冷却空気メインラインから複数の前記燃焼器毎に分岐し、複数の燃焼器における前記冷却空気流路に前記空気を導く冷却空気分岐ラインと、を有し、複数の前記冷却空気分岐ライン毎に、前記冷却空気分岐ラインを通る空気の流量を調節する分岐空気弁が設けられ、前記制御装置は、複数の前記分岐空気弁をそれぞれ独自に開閉させる弁制御部を有し、前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給停止中、複数の前記燃焼器のうちで、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置に最も近い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインの前記分岐空気弁を閉じ、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置から最も遠い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインの前記分岐空気弁を開けてもよい。 In the gas turbine equipment including a plurality of the combustors, the combustor cooling line flows through an extraction line that guides air in the vehicle interior to the boost compressor, and air that has been pressurized by the boost compressor flows. A cooling air main line; and a cooling air branch line that branches from the cooling air main line for each of the plurality of combustors and guides the air to the cooling air flow paths in the plurality of combustors. For each cooling air branch line, a branch air valve for adjusting the flow rate of air passing through the cooling air branch line is provided, and the control device has a valve control unit that individually opens and closes the plurality of branch air valves. The valve control unit is connected to the combustor closest to the connection position with the bleed line in the passenger compartment among the plurality of combustors while the fuel supply to the combustor is stopped. The branch air valve of the cooling air branch line may be closed and the branch air valve of the cooling air branch line connected to the combustor farthest from the connection position with the extraction line in the passenger compartment may be opened. .
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内での空気の大きな流れとして、前述の接続位置に近づく流れが形成される。このため、車室内における周方向の全域にわたる空気を効率的に燃焼器冷却系に導くことができ、車室内の温度を効率的に均一化することができる。 In the gas turbine facility, when the fuel supply to the combustor is stopped, a flow that approaches the connection position is formed as a large flow of air in the passenger compartment. For this reason, the air over the whole circumferential direction in a vehicle interior can be efficiently guide | induced to a combustor cooling system, and the temperature in a vehicle interior can be equalized efficiently.
以上のいずれかの前記ガスタービン設備において、前記冷却装置は、前記車室内の空気を外部に抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却系と、前記燃焼器への燃料供給停止中に、前記ブースト圧縮機で昇圧された前記空気を前記ロータ冷却系に導く連結系と、を有してもよい。 In any one of the above gas turbine facilities, the cooling device bleeds the air in the vehicle interior to the outside, and stops the fuel supply to the combustor and the rotor cooling system that guides the air to the turbine rotor And a connection system that guides the air pressurized by the boost compressor to the rotor cooling system.
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給中、燃焼器冷却系により、車室内から抽気した空気で燃焼器の筒を冷却することができる。また、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給中、ロータ冷却系により、車室内から抽気した空気でタービンロータを冷却することができる。さらに、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中であっても、燃焼器冷却系のブースト圧縮機により昇圧された空気を、連結系及びロータ冷却系を介して、タービンロータに送ることができる。よって、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中であっても、タービンロータを冷却することができる。 In the gas turbine facility, the cylinder of the combustor can be cooled by the air extracted from the passenger compartment by the combustor cooling system during the fuel supply to the combustor. In the gas turbine facility, the turbine rotor can be cooled with air extracted from the passenger compartment by the rotor cooling system during the fuel supply to the combustor. Further, in the gas turbine equipment, even when the fuel supply to the combustor is stopped, the air pressurized by the boost compressor of the combustor cooling system is sent to the turbine rotor through the connection system and the rotor cooling system. be able to. Therefore, in the gas turbine equipment, the turbine rotor can be cooled even when the fuel supply to the combustor is stopped.
前記連結系を有する前記ガスタービン設備において、前記連結系は、前記燃焼器冷却用ライン中で前記ブースト圧縮機が設けられている位置よりも前記燃焼器側に接続され、前記ブースト圧縮機で昇圧された前記空気を前記ロータ冷却系に導く連結ラインと、前記連結ラインに設けられている連結制御弁と、を有し、前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に前記連結制御弁を閉じ、燃料供給停止中に前記連結制御弁を開ける弁制御部を有してもよい。 In the gas turbine equipment having the connection system, the connection system is connected to the combustor side of the combustor cooling line from a position where the boost compressor is provided, and is boosted by the boost compressor. A connection line for guiding the generated air to the rotor cooling system, and a connection control valve provided in the connection line, and the control device controls the connection control valve during fuel supply to the combustor. And a valve control unit that opens the connection control valve while the fuel supply is stopped.
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給中、連結制御弁が閉じているので、ブースト圧縮機で昇圧された空気は、連結ラインには流れず、専ら、燃焼器冷却用ラインに流れる。よって、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給中、ブース圧縮機で昇圧された空気を効率的に燃焼器の筒へ送ることができる。 In the gas turbine facility, since the connection control valve is closed during the fuel supply to the combustor, the air pressurized by the boost compressor does not flow to the connection line but flows exclusively to the combustor cooling line. Therefore, in the gas turbine facility, the air pressurized by the booth compressor can be efficiently sent to the cylinder of the combustor during the fuel supply to the combustor.
前記連結制御弁を有する前記ガスタービン設備において、前記燃焼器冷却系は、前記燃焼器冷却用ライン中で、前記連結ラインが接続されている位置よりも前記燃焼器側に設けられている燃焼器冷却制御弁を有し、前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給中に前記燃焼器冷却制御弁を開けると共に、燃料供給停止中に前記燃焼器冷却制御弁を開けてもよい。 In the gas turbine equipment having the connection control valve, the combustor cooling system is provided in the combustor side of the combustor cooling line with respect to a position where the connection line is connected. A cooling control valve, and the valve control unit of the control device opens the combustor cooling control valve during fuel supply to the combustor and opens the combustor cooling control valve during fuel supply stop. Also good.
また、前記燃焼器冷却制御弁を有する前記ガスタービン設備において、前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給停止中、前記燃焼器冷却制御弁及び前記連結制御弁を共に開けてもよい。 Further, in the gas turbine equipment having the combustor cooling control valve, the valve control unit of the control device opens both the combustor cooling control valve and the connection control valve while the fuel supply to the combustor is stopped. May be.
前記連結ラインを有する、以上のいずれかの前記ガスタービン設備において、前記ロータ冷却系は、前記車室内の空気を外部に抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却用ラインと、前記ロータ冷却用ラインに設けられているロータ冷却制御弁と、を有し、前記連結ラインは、前記ロータ冷却用ライン中で、前記ロータ冷却制御弁が設けられている位置よりも前記タービンロータ側に接続され、前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給中に前記ロータ冷却制御弁を開け、燃料供給停止中に前記ロータ冷却制御弁を閉じてもよい。 In any of the above gas turbine equipment having the connection line, the rotor cooling system bleeds the air in the vehicle interior to the outside and guides the air to the turbine rotor, and the rotor cooling line, A rotor cooling control valve provided on the rotor cooling line, and the connecting line is closer to the turbine rotor side than the position where the rotor cooling control valve is provided in the rotor cooling line. The valve control unit of the control device may be connected, and the rotor cooling control valve may be opened during fuel supply to the combustor and the rotor cooling control valve may be closed during fuel supply stop.
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、ブースト圧縮機で昇圧された空気が連結ラインを介して、ロータ冷却用ラインに流入する。当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、ロータ冷却用ライン中で連結ラインとの接続位置よりも車室側に設けられているロータ冷却制御弁が閉じているので、連結ラインからロータ冷却用ラインに流入した空気は、車室側に流れず、専ら、タービンロータ側に流れる。よって、当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、ブースト圧縮機で昇圧された空気を効率的にタービンロータに送ることができる。 In the gas turbine facility, while the fuel supply to the combustor is stopped, the air pressurized by the boost compressor flows into the rotor cooling line through the connection line. In the gas turbine facility, when the fuel supply to the combustor is stopped, the rotor cooling control valve provided on the passenger compartment side of the rotor cooling line from the connection position with the connection line is closed. The air that has flowed into the rotor cooling line does not flow to the passenger compartment side, but flows exclusively to the turbine rotor side. Therefore, in the gas turbine facility, the air pressurized by the boost compressor can be efficiently sent to the turbine rotor while the fuel supply to the combustor is stopped.
また、以上のいずれかの前記ガスタービン設備において、前記燃焼器冷却系は、前記燃焼器冷却用ライン中で、前記ブースト圧縮機が設けられている位置よりも前記車室側に接続されて、大気を吸い込む吸気ラインと、前記吸気ラインを通る大気中の異物を除去するフィルタと、前記吸気ライン中で、前記フィルタよりも前記燃焼器冷却用ラインとの接続位置側に設けられている吸気制御弁と、を有し、前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に前記吸気制御弁を閉じ、燃料供給停止中に前記吸気制御弁を開けてもよい。 Further, in any one of the gas turbine equipment described above, the combustor cooling system is connected to the vehicle compartment side from the position where the boost compressor is provided in the combustor cooling line, Intake control that is provided closer to the combustor cooling line than the filter in the intake line, an intake line that sucks in the atmosphere, a filter that removes foreign matter in the atmosphere that passes through the intake line, and the filter The control device may close the intake control valve during fuel supply to the combustor and open the intake control valve during fuel supply stop.
当該ガスタービン設備では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の空気の温度よりも低い大気を燃焼器冷却系に取り込み、この空気をブースト圧縮機で昇圧した後、タービンロータに送ることができる。このため、当該ガスタービン設備でも、燃焼器への燃料供給停止中、タービンロータを冷却することができる。 In the gas turbine facility, when the fuel supply to the combustor is stopped, the air lower than the temperature of the air in the passenger compartment is taken into the combustor cooling system, and this air is boosted by the boost compressor and then sent to the turbine rotor. it can. For this reason, even in the gas turbine facility, the turbine rotor can be cooled while the fuel supply to the combustor is stopped.
前記問題点を解決するための発明に係る一態様としてのガスタービンの冷却装置の運転方法は、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器及び前記燃焼器からの前記燃焼ガスで駆動するタービンを有するガスタービンの部品を冷却する冷却装置の運転方法であって、前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆う車室と、を有し、前記燃焼器は、前記車室内に配置され内部を前記燃焼ガスが流れる筒を有し、前記筒を形成する板材には、空気を受け入れる入口孔、前記入口孔からの前記空気が流れる冷却空気流路、及び前記冷却空気流路を通った前記空気を前記筒の外周側に噴出する出口孔が形成され、前記冷却装置は、前記燃焼器を冷却する燃焼器冷却系統を有し、前記燃焼器冷却系統は、前記車室と前記入口孔とを接続する燃焼器冷却用ラインと、前記ガスタービンに対して独立に運転可能で、前記燃焼器冷却用ライン中に設けられたブースト圧縮機と、を有する、冷却装置の運転方法において、前記燃焼器への燃料供給中に前記ブースト圧縮機を動作させて、前記燃焼器冷却用ラインを介して、前記車室内の空気を前記筒の前記冷却空気流路に流入させて、前記筒を冷却する燃焼器冷却工程と、前記燃焼器への燃料供給停止中、前記ブースト圧縮機を動作させて、前記燃焼器冷却用ラインを介して、前記車室内の空気を前記筒の前記冷却空気流路に流入させ、前記空気を前記車室内に戻す車室内空気撹拌工程と、を実行する。
The operation method of the cooling device for a gas turbine as one aspect according to the invention for solving the above problems is as follows.
A method of operating a cooling device for cooling a gas turbine component comprising a combustor that burns fuel to generate combustion gas and a turbine that is driven by the combustion gas from the combustor, the turbine centering on an axis A turbine rotor that rotates as described above, and a casing that rotatably covers the turbine rotor, and the combustor includes a cylinder that is disposed in the casing and through which the combustion gas flows, and forms the cylinder. The plate material to be formed is formed with an inlet hole for receiving air, a cooling air channel through which the air from the inlet hole flows, and an outlet hole for ejecting the air that has passed through the cooling air channel to the outer peripheral side of the cylinder. The cooling device has a combustor cooling system that cools the combustor, and the combustor cooling system is connected to the combustor cooling line that connects the vehicle compartment and the inlet hole, and the gas turbine. The And a boost compressor provided in the combustor cooling line, wherein the boost compressor is operated while fuel is being supplied to the combustor. A combustor cooling step for cooling the cylinder by flowing the air in the vehicle compartment into the cooling air flow path of the cylinder through the combustor cooling line; and stopping fuel supply to the combustor, A vehicle interior air agitation step of operating the boost compressor, causing the air in the vehicle interior to flow into the cooling air flow path of the cylinder through the combustor cooling line, and returning the air to the vehicle interior. And execute.
当該運転方法では、燃焼器への燃料供給中、ブースト圧縮機で昇圧された空気を燃焼器における筒の冷却空気流路に送ることで、筒を冷却することができる。すなわち、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給中、燃焼器冷却工程を実行することで、筒を冷却することができる。また、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の空気をブースト圧縮で昇圧し、昇圧された空気を燃焼器における筒の冷却空気流路に送る。この冷却空気流路を通った空気は、出口孔から筒の外周側に噴出する。このため、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の空気を撹拌することができる。すなわち、当該運転法では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内空気撹拌工程を実行することで、車室内の空気を撹拌することできる。よって、当該運転法では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内の温度の均一化を図ることができ、キャットバック現象を抑制できる。しかも、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給停止中、車室内に配置されている燃焼器の筒から空気を噴出するので、この筒に妨げられることなく、この空気で車室内の空気を効率的に撹拌することができる。 In the operation method, the cylinder can be cooled by sending the air pressurized by the boost compressor to the cooling air flow path of the cylinder in the combustor during the fuel supply to the combustor. That is, in this operation method, the cylinder can be cooled by executing the combustor cooling step during the fuel supply to the combustor. In the operation method, while the fuel supply to the combustor is stopped, the air in the passenger compartment is boosted by boost compression, and the boosted air is sent to the cooling air flow path of the cylinder in the combustor. The air that has passed through the cooling air channel is ejected from the outlet hole to the outer peripheral side of the cylinder. For this reason, in the said operating method, the air in a vehicle interior can be stirred while the fuel supply to a combustor is stopped. That is, in this operation method, the air in the vehicle compartment can be agitated by executing the vehicle interior air agitation step while the fuel supply to the combustor is stopped. Therefore, in this operation method, the temperature in the passenger compartment can be made uniform while the fuel supply to the combustor is stopped, and the catback phenomenon can be suppressed. In addition, in this operation method, air is ejected from the cylinder of the combustor disposed in the passenger compartment while the fuel supply to the combustor is stopped. Stir efficiently.
また、当該運転方法では、筒の冷却空気流路に送った空気の全てをキャットバック現象の抑制に有効することができる。さらに、当該運転方法では、車室中で温度の均一化を図りたい領域に配置されている筒から、空気を噴出するので、車室中で温度の均一化を図りたい領域に筒から噴出した空気を導く流路を別途設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。 Moreover, in the said operation method, all the air sent to the cooling air flow path of the pipe | tube can be effective for suppression of a catback phenomenon. Furthermore, in this driving method, air is ejected from the cylinder arranged in the region where the temperature is desired to be uniformed in the passenger compartment, so that the air is ejected from the cylinder to the region where the temperature is desired to be uniformed in the passenger compartment. There is no need to separately provide a flow path for introducing air, and the equipment cost can be reduced.
ここで、前記冷却装置の運転方法において、前記燃焼器への燃料供給が停止してから、予め定めた条件を満たす時点までの空気撹拌必要期間中、少なくとも一時的に前記ブースト圧縮機を動作させて前記車室内空気撹拌工程を実行し、前記空気撹拌必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されれば、前記車室内空気撹拌工程を実行せず、前記燃焼器冷却工程を実行し、前記空気撹拌必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されなければ、前記空気撹拌必要期間の経過後、前記車室内空気撹拌工程を実行しなくてもよい。 Here, in the operation method of the cooling device, the boost compressor is operated at least temporarily during a period of time required for air agitation from when the fuel supply to the combustor is stopped until a time when a predetermined condition is satisfied. If the fuel supply to the combustor is resumed during the air agitation required period, the vehicle interior air agitation process is not performed and the combustor cooling process is performed. If the fuel supply to the combustor is not resumed during the air agitation necessary period, the vehicle interior air agitation process may not be executed after the air agitation necessary period has elapsed.
また、前記空気撹拌必要期間中、少なくとも一時的に前記車室内空気撹拌工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記空気撹拌必要期間中で、前記車室中の上部の温度と下部の温度との温度差が前記予め定められた温度差以上になると、前記ブースト圧縮機を動作させて前記車室内空気撹拌工程を開始してもよい。 Further, in the air agitation necessary period, to perform at least temporarily the passenger compartment air stirring step, in the operation method of any of the cooling apparatus described above, in the air agitation required period, the top in the casing When difference in temperature between the lower part of the section is equal to or greater than the temperature difference to a predetermined said, it may start the vehicle interior air stirring step by operating the boost compressor.
また、前記空気撹拌必要期間中、少なくとも一時的に前記車室内空気撹拌工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記空気撹拌必要期間中、前記車室内空気撹拌工程を間欠的に実行してもよい。 Further, in any one of the above cooling device operating methods, the vehicle interior air agitation step is executed at least temporarily during the air agitation necessary period, and the vehicle interior air agitation step is performed during the air agitation necessary period. It may be executed intermittently.
また、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記ガスタービンは、複数の前記燃焼器を備え、複数の燃焼器は前記軸線を基準とした周方向に並んで配置されており、前記燃焼器冷却用ラインは、前記車室内の空気を前記ブースト圧縮機に導く抽気ラインと、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気が流れる冷却空気メインラインと、冷却空気メインラインから複数の前記燃焼器毎に分岐し、複数の燃焼器における前記冷却空気流路に前記空気を導く冷却空気分岐ラインと、を有しており、前記車室内空気撹拌工程では、前記冷却空気メインラインから、複数の前記燃焼器のうちで、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置に最も近い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインへの空気の流入を抑制し、前記冷却空気メインラインから、複数の前記燃焼器のうちで、前記接続位置から最も遠い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインへの空気の流入を促進してもよい。 In any one of the above cooling device operating methods, the gas turbine includes a plurality of the combustors, and the plurality of combustors are arranged side by side in a circumferential direction with respect to the axis, The combustor cooling line includes an extraction line that guides air in the vehicle interior to the boost compressor, a cooling air main line through which the air pressurized by the boost compressor flows, and a plurality of the combustors from the cooling air main line A cooling air branch line that branches every time and guides the air to the cooling air flow paths in a plurality of combustors, and in the vehicle interior air agitation step, a plurality of the cooling air main lines, Among the combustors, the inflow of air to the cooling air branch line connected to the combustor closest to the connection position with the bleed line in the passenger compartment is suppressed, and the cooling air main From the line, among the plurality of the combustor may facilitate the flow of air from the connecting position to the farthest combustor the connected the cooling air branch line.
また、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記冷却装置は、前記車室内の空気を前記車室から抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却系を有しており、前記燃焼器への燃料供給中に、前記ロータ冷却系からの空気を前記タービンロータに供給して、前記タービンロータを冷却する第一ロータ冷却工程と、前記燃焼器への燃料供給停止中に前記ブースト圧縮機を動作させ、前記ロータ冷却系を介して、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気を前記タービンロータに供給して、前記タービンロータを冷却する第二ロータ冷却工程と、を実行してもよい。 In any one of the above cooling device operating methods, the cooling device has a rotor cooling system that extracts air from the vehicle compartment from the vehicle compartment and guides the air to the turbine rotor. A first rotor cooling step of cooling the turbine rotor by supplying air from the rotor cooling system to the turbine rotor during fuel supply to the combustor, and during fuel supply stop to the combustor Performing a second rotor cooling step of operating the boost compressor and supplying air boosted by the boost compressor to the turbine rotor via the rotor cooling system to cool the turbine rotor. May be.
当該運転方法では、燃焼器への燃料供給中、第一ロータ冷却工程の実行で、ロータ冷却系からの空気でタービンロータを冷却することができる。さらに、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給停止中であっても、第二ロータ冷却工程の実行で、ブースト圧縮機により昇圧された空気を、ロータ冷却系を介して、タービンロータに送ることができる。すなわち、当該運転方法では、燃焼器への燃料供給停止中であっても、タービンロータを冷却することができる。 In the operation method, the turbine rotor can be cooled with air from the rotor cooling system by performing the first rotor cooling step during the fuel supply to the combustor. Further, in this operation method, even when the fuel supply to the combustor is stopped, the air boosted by the boost compressor in the execution of the second rotor cooling process is sent to the turbine rotor via the rotor cooling system. be able to. That is, in the operation method, the turbine rotor can be cooled even when the fuel supply to the combustor is stopped.
前記第二ロータ冷却工程を実行する前記冷却装置の運転方法において、前記第二ロータ冷却工程では、前記ブースト圧縮機で昇圧されて前記ロータ冷却系に流入した空気の流れであって、前記ロータ冷却系内における前記車室側への流れを抑制し、前記ロータ冷却系内における前記タービンロータ側への流れ促進してもよい。 In the operation method of the cooling device that executes the second rotor cooling step, the second rotor cooling step is a flow of air that has been pressurized by the boost compressor and that has flowed into the rotor cooling system, the rotor cooling step The flow to the vehicle interior side in the system may be suppressed, and the flow to the turbine rotor side in the rotor cooling system may be promoted.
前記第二ロータ冷却工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記燃焼器冷却工程では、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気の前記ロータ冷却系への流入を抑制し、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気の前記燃焼器への流入を促進してもよい。 In any one of the above-described cooling device operating methods for executing the second rotor cooling step, the combustor cooling step suppresses inflow of air pressurized by the boost compressor into the rotor cooling system. The air that has been pressurized by the boost compressor may be promoted to flow into the combustor.
前記第二ロータ冷却工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記燃焼器への燃料供給停止後から予め定められた時点までの冷却必要期間中、少なくとも一時的に前記第二ロータ冷却工程を実行し、前記冷却必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されれば、前記第二ロータ冷却工程を実行せず、前記燃焼器冷却工程及び前記第一ロータ冷却工程を実行し、前記冷却必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されなければ、前記冷却必要期間経過後、前記第二ロータ冷却工程を実行しなくてもよい。 In any one of the above-described cooling device operating methods for executing the second rotor cooling step, at least temporarily during the cooling necessary period from the stop of fuel supply to the combustor to a predetermined time point. If the second rotor cooling step is executed and the fuel supply to the combustor is resumed during the cooling required period, the second rotor cooling step is not executed, and the combustor cooling step and the first rotor cooling are performed. If the process is executed and the fuel supply to the combustor is not resumed during the cooling required period, the second rotor cooling process may not be executed after the cooling required period has elapsed.
前記第二ロータ冷却工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記燃焼器への燃料供給停止中、前記車室内空気撹拌工程と前記第二ロータ冷却工程とを並行して実行してもよい。 In any one of the above-described cooling device operating methods for executing the second rotor cooling step, the vehicle interior air stirring step and the second rotor cooling step are performed in parallel while the fuel supply to the combustor is stopped. May be executed.
前記第二ロータ冷却工程を実行する、以上のいずれかの前記冷却装置の運転方法において、前記第二ロータ冷却工程では、前記ブースト圧縮機により、前記燃焼器冷却系内に大気を吸い込んで、前記ロータ冷却系を介して前記大気を前記タービンロータに供給してもよい。 In the operation method of the cooling device according to any one of the above, in which the second rotor cooling step is performed, in the second rotor cooling step, the boost compressor sucks air into the combustor cooling system, and The atmosphere may be supplied to the turbine rotor via a rotor cooling system.
本発明の一態様では、車室が猫の背中のように変形する、いわゆるキャットバック現象を効果的に抑制することができる。 In one embodiment of the present invention, a so-called catback phenomenon in which the passenger compartment is deformed like a cat's back can be effectively suppressed.
以下、本発明に係るガスタービン設備の各種実施形態及びその変形例について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, various embodiments of gas turbine equipment according to the present invention and modifications thereof will be described in detail with reference to the drawings.
「第一実施形態」
以下、本発明に係るガスタービン設備の第一実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。
"First embodiment"
Hereinafter, a first embodiment of a gas turbine facility according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態のガスタービン設備は、図1に示すように、ガスタービン10と、このガスタービン10の構成部品の一部を冷却する冷却装置60と、これらを制御する制御装置100と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the gas turbine equipment of the present embodiment includes a
ガスタービン10は、空気を圧縮する圧縮機20と、圧縮機20で圧縮された空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器30と、燃焼ガスにより駆動するタービン50と、を備えている。
The
圧縮機20は、図2に示すように、軸線Arを中心として回転する圧縮機ロータ21と、圧縮機ロータ21を回転可能に覆う圧縮機車室25と、複数の静翼段26と、を有する。なお、以下では、軸線Arが延びる方向を軸線方向Da、この軸線方向Daの圧縮機側を上流側、タービン側を下流側という。また、この軸線Arを中心とした周方向を単に周方向Dcとし、軸線Arに対して垂直な方向を径方向Drという。圧縮機ロータ21は、その軸線Arに沿って軸線方向Daに延びるロータ軸22と、このロータ軸22に取り付けられている複数の動翼段23と、を有する。複数の動翼段23は、軸線方向Daに並んでいる。各動翼段23は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼23aで構成されている。複数の動翼段23の各下流側には、静翼段26が配置されている。各静翼段26は、圧縮機車室25の内側に設けられている。各静翼段26は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼26aで構成されている。ロータ軸22の径方向外周側と圧縮機車室25の径方向内周側との間であって、軸線方向Daで静翼26a及び動翼23aが配置されている領域の環状の空間は、空気が流れつつ圧縮される空気圧縮流路29を成す。
As shown in FIG. 2, the
タービン50は、軸線Arを中心として回転するタービンロータ51と、タービンロータ51を回転可能に覆うタービン車室55と、複数の静翼段56と、を有する。タービンロータ51は、その軸線Arに沿って軸線方向Daに延びるロータ軸52と、このロータ軸52に取り付けられている複数の動翼段53と、を有する。複数の動翼段53は、軸線方向Daに並んでいる。各動翼段53は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の動翼53aで構成されている。複数の動翼段53の各上流側には、静翼段56が配置されている。各静翼段56は、タービン車室55の内側に設けられている。各静翼段56は、いずれも、周方向Dcに並んでいる複数の静翼56aで構成されている。タービン車室55は、その外殻を構成する筒状のタービン車室本体55aと、その内側に固定されている複数の分割環55bとを有する。複数の分割環55bは、いずれも、複数の静翼段56の相互の間の位置に設けられている。従って、各分割環55bの径方向内側には、動翼段53が配置されている。ロータ軸52の外周側とタービン車室55の内周側との間であって、軸線方向Daで静翼56a及び動翼53aが配置されている領域の環状の空間は、燃焼器30からの燃焼ガスGが流れる燃焼ガス流路59を成す。ロータ軸52には、冷却空気が通る冷却空気流路52pが形成されている。また、各動翼53aには、ロータ軸52の冷却空気流路52pに連通した冷却空気流路53pが形成されている。動翼53aに形成されている冷却空気流路53pの端は、動翼53aの表面で開口している。つまり、動翼53aに形成されている冷却空気流路53pは、燃焼ガス流路59に連通している。
The
圧縮機ロータ21とタービンロータ51とは、同一軸線Ar上に位置し、互いに接続されてガスタービンロータ11を成す。このガスタービンロータ11には、例えば、図示されていない発電機のロータが接続されている。また、圧縮機車室25とタービン車室55とは、互いに接続されてガスタービン車室15を成す。空気圧縮流路29と燃焼ガス流路59とは軸線方向Daで離れている。ガスタービン車室15で、軸線方向Daにおける空気圧縮流路29と燃焼ガス流路59との間は、中間車室16を成す。燃焼器30は、この中間車室16に取り付けられている。
The
燃焼器30は、図2及び図3に示すように、高温高圧の燃焼ガスGをタービン50の燃焼ガス流路59内に送る燃焼筒(又は尾筒)41と、この燃焼筒41内に空気と共に燃料を噴射する燃料噴射器31と、を有する。燃料噴射器31は、燃焼筒41内に燃料を噴射する複数のノズル32を有する。各ノズル32には、燃料ライン34が接続されている。燃料ライン34には、複数のノズル32へ供給する燃料の流量を調節する燃料流量調節弁35が設けられている。燃焼器30の燃焼筒41は、中間車室16内に配置されている。燃焼器30は、さらに、燃焼筒41の外周側であってタービン50の燃焼ガス流路59側に固定されている冷却空気マニホールド46を有する。冷却空気マニホールド46は、燃焼筒41の外周側との間に冷却空気が溜まる空間を形成する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図4〜図7に示すように、燃焼筒41は、外周壁板41oと内周壁板41iとを有して構成されている。外周壁板41oと内周壁板41iとは、ろう付け等で接合されている。外周壁板41oと内周壁板41iとのうち、一方の壁板には、他方側から離れる方向に凹み、且つ燃焼筒41の中心軸が延びる方向に長い複数の溝42が形成されている。この溝42の内面と他方の壁板の面との間は、冷却空気が流れる冷却空気流路43を成している。外周壁板41oで冷却空気マニホールド46が設けられている位置には、冷却空気流路43から冷却空気マニホールド46内の空間へ貫通する複数の入口孔44が形成されている。また、外周壁板41oで、冷却空気マニホールド46の上流側の領域には、冷却空気流路43から燃焼筒41外側であって中間車室16の内側へ貫通する複数の出口孔45がこの領域内の全周に渡って形成されている。なお、ここでの上流側とは、燃焼器30にとっての上流側で、燃焼筒41に対して燃料供給器31が存在する側をいう。
As shown in FIGS. 4 to 7, the
圧縮機20は、外気を吸込んで、これが空気圧縮流路29を通る過程でこの空気を圧縮する。圧縮された空気、つまり圧縮空気は、圧縮機20の空気圧縮流路29から中間車室16内に流入する。この圧縮空気は、燃焼器30の燃料噴射器31を介して、燃焼筒41内に供給される。燃料噴射器31の複数のノズル32からは、燃焼筒41内に燃料が噴射される。この燃料は、燃焼筒41内の圧縮空気中で燃焼する。この燃焼の結果、燃焼ガスGが生成され、この燃焼ガスGが燃焼筒41からタービン50の燃焼ガス流路59内に流入する。この燃焼ガスGが燃焼ガス流路59を通ることで、タービンロータ51は回転する。
The
冷却装置60は、図3に示すように、中間車室16内の空気をこの中間車室16内から抽気して、この空気を冷却してから昇圧して燃焼筒41に導く燃焼器冷却系70と、中間車室16内の空気をこの中間車室16内から抽気して、この空気を冷却してからタービンロータ51のロータ軸52に導くロータ冷却系80と、を有する。
As shown in FIG. 3, the
燃焼器冷却系70は、中間車室16内の圧縮空気をこの中間車室16内から抽気して、この空気を燃焼筒41の冷却空気流路43内に導く燃焼器冷却用ライン71を有する。さらに、この燃焼器冷却系70は、この燃焼器冷却用ライン71中に設けられているクーラーA76及びブースト圧縮機77を有する。
The
クーラーA76は、中間車室16から抽気された圧縮空気を冷却できるものであれば、如何なるものでもよい。具体的に、クーラーA76は、例えば、水等の冷却媒体を用いて圧縮空気を冷却する水冷式のものでも、圧縮空気が通るラインにファン等で風を送って、圧縮空気を冷却する空冷式のものでもよい。ブースト圧縮機77は、中間車室16から抽気された圧縮空気を昇圧する。このブースト圧縮機77は、ガスタービン10に対して独立に運転可能である。よって、このブースト圧縮機77は、ガスタービン10が停止しているときでも運転することができる。
The cooler A76 may be anything as long as it can cool the compressed air extracted from the
燃焼器冷却用ライン71は、中間車室16内の空気をブースト圧縮機77に導く抽気ライン72と、ブースト圧縮機77で昇圧された空気が流れる冷却空気メインライン73と、冷却空気メインライン73から複数の燃焼器30毎に分岐し、それぞれがいずれか一の燃焼器30に空気を導く冷却空気分岐ライン74と、を有する。抽気ライン72は、中間車室16とクーラーA76とを接続する車室−クーラーAライン72aと、クーラーA76とブースト圧縮機77の吸込み口とを接続するクーラーA−圧縮機ライン72bと、を有する。冷却空気分岐ライン74は、冷却空気メインライン73から複数の燃焼器30毎に分岐して中間車室16に接続されている車室外分岐ライン74aと、車室外分岐ライン74aと燃焼筒41に設けられている冷却空気マニホールド46とを接続する車室内分岐ライン74bと、を有する。中間車室16内の圧縮空気は、車室−クーラーAライン72a、クーラーA−圧縮機ライン72b、冷却空気メインライン73、車室外分岐ライン74a、及び車室内分岐ライン74bを介して、燃焼器30の冷却空気マニホールド46内に流入可能である。
The
ロータ冷却系80は、中間車室16内の圧縮空気をこの中間車室16内から抽気して、この空気をタービン50のロータ軸52に導くロータ冷却用ライン81を有する。さらに、このロータ冷却系80は、このロータ冷却用ライン81中に設けられているクーラーB86及び慣性フィルタ87を有する。
The
クーラーB86は、クーラーA76と同様、中間車室16から抽気された圧縮空気を冷却できるものであれば、如何なるものでもよく、例えば、水冷式のものでも、空冷式のものでもよい。慣性フィルタ87は、曲がっている流路が内部に形成されおり、慣性で直進しようとする空気中の異物を捕捉する部分を持っているものである。なお、ここに用いるフィルタは、このような慣性フィルタでなくてもよい。また、フィルタは、ロータ冷却系80に必須のものではなく、省略してもよい。
As with the cooler A76, the cooler B86 may be anything as long as it can cool the compressed air extracted from the
ロータ冷却用ライン81は、中間車室16とクーラーB86とを接続する車室−クーラーBライン82と、クーラーB86と慣性フィルタ87とを接続するクーラーB−フィルタライン83と、慣性フィルタ87と中間車室16とを接続するフィルタ−車室ライン84と、フィルタ−車室ライン84とタービン50のロータ軸52とを接続する車室内Bライン85と、を有する。車室内Bライン85は、タービン50のロータ軸52に形成されている前述の冷却空気流路52pに接続されている。
The
制御装置100は、外部からの負荷指令や各種センサからの信号等が入力する主制御部101と、主制御部101からの指示に応じて燃料流量調節弁35の開度を制御する燃料制御部102と、ブースト圧縮機77の動作を制御する圧縮機制御部104と、を有する。
The
次に、以上で説明したガスタービン設備の動作について説明する。 Next, the operation of the gas turbine equipment described above will be described.
ガスタービン10の運転時、前述したように、圧縮機20が空気を圧縮して圧縮空気を生成する。
During operation of the
制御装置100の主制御部101は、負荷指令や各種センサからの信号に応じて、燃料噴射器31の複数のノズル32に供給する燃料の流量を定める。燃料制御部102は、主制御部101が定めた燃料の流量に応じた燃料流量調節弁35の弁開度を定め、この弁開度を示す信号を燃料流量調節弁35に送信する。燃料流量調節弁35はこの信号に応じて駆動し、信号が示す弁開度になる。この結果、複数のノズル32には、主制御部101が定めた流量の燃料が供給される。
The
圧縮機20が生成した圧縮空気は、中間車室16内を介して燃焼器30に流入する。燃焼器30の燃料噴射器31は、この圧縮空気を燃焼筒41内に送る。さらに、燃料噴射器31の複数のノズル32は、燃料流量調節弁35を経てきた燃料を燃焼筒41内に噴射する。この燃料は、燃焼筒41内の圧縮空気中で燃焼する。この燃焼の結果、燃焼ガスGが生成され、この燃焼ガスGが燃焼筒41からタービン50の燃焼ガス流路59内に流入する。この燃焼ガスGが燃焼ガス流路59を通ることで、タービンロータ51は回転する。
The compressed air generated by the
このガスタービン10の運転時、燃焼器冷却系70のブースト圧縮機77は、圧縮機制御部104からの指示で動作している。よって、中間車室16内の圧縮空気の一部は、抽気されて、燃焼器冷却系70の車室−クーラーAライン72aを経てクーラーA76に流入し、ここで冷却される。冷却された圧縮空気は、冷却空気として、クーラーA−圧縮機ライン72bを経て、ブースト圧縮機77内に流入し、ここでさらに昇圧される。この冷却空気は、冷却空気メインライン73、車室外分岐ライン74a、及び車室内分岐ライン74bを介して、燃焼器30の冷却空気マニホールド46内に流入する。
During the operation of the
冷却空気マニホールド46内に流入した冷却空気CAは、図6に示すように、燃焼筒41の入口孔44を介して、燃焼筒41の冷却空気流路43を通り、この燃焼筒41の出口孔45から、中間車室16内に戻る。クーラーA76で冷却された圧縮空気である冷却空気CAは、燃焼筒41の冷却空気流路43を通る過程で、燃焼筒41と熱交換し、燃焼筒41を冷却する。
The cooling air CA that has flowed into the cooling
燃焼筒41を冷却する圧縮空気は、以上のように、中間車室16内から抽気され、ブースト圧縮機77により昇圧されてから、燃焼筒41の冷却空気流路43を介して、中間車室16内に戻される。
As described above, the compressed air that cools the
ガスタービン10の運転時、中間車室16内の圧縮空気の一部は、抽気されて、ロータ冷却系80の車室−クーラーBライン82を経て、クーラーB86に流入し、ここで冷却される。冷却された圧縮空気は、冷却空気として、クーラーB−フィルタライン83を経て、慣性フィルタ87内に流入し、ここで異物が除去される。この冷却空気は、フィルタ−車室ライン84及び車室内Bライン85を介して、タービンロータ51のロータ軸52に形成されている冷却空気流路52pに流入する。冷却空気は、ロータ軸52の冷却空気流路52pを流れる過程で、ロータ軸52と熱交換して、ロータ軸52を冷却する。冷却空気は、さらに、タービンロータ51の複数の動翼53aのそれぞれに形成されている冷却空気流路53pに流入する。冷却空気は、この動翼53aの冷却空気流路53pを流れる過程で、動翼53aと熱交換して、動翼53aを冷却する。動翼53aを冷却した冷却空気は、この冷却空気流路53pから燃焼ガス流路59内に流入し、燃焼ガスG中に混入する。
During operation of the
ガスタービン10の運転時、燃焼ガス流路59内の圧力は、中間車室16内の圧力よりも低い。このため、中間車室16内の圧縮空気を昇圧しなくても、中間車室16内の圧縮空気を、この中間車室16内から、ロータ冷却系80及びタービンロータ51を介して、燃焼ガス流路59内に流入させることができる。
During operation of the
以上のように、ガスタービン10に燃料が供給されているガスタービン運転中では、図8に示すように、燃焼器冷却系70からの冷却空気が燃焼筒41に供給されて燃焼筒41が冷却されると共に(S1:燃焼器冷却工程)、ロータ冷却系80からの冷却空気がタービンロータ51に供給されてタービンロータ51が冷却される(S2:ロータ冷却工程)。
As described above, during the operation of the gas turbine in which the fuel is supplied to the
主制御部101は、外部からの負荷指令等により、燃料制御部102に対して、燃料供給の停止を指示すると共に、圧縮機制御部104に対して圧縮機停止の旨を通知する。燃料制御部102は、この指示を受けると、燃料流量調節弁35に対して、弁開度0を示す信号を送信する。つまり、燃料制御部102は、燃料流量調節弁35に対して、弁閉の旨を指示する。この結果、燃料流量調節弁35が閉じ、燃料噴射器31の複数のノズル32には、燃料が流れなくなる。圧縮機制御部104は、主制御部101から圧縮機停止の旨を受けると、ブースト圧縮機77を停止させる。
The
ブースト圧縮機77が停止すると、燃焼器冷却系70からの冷却空気は、燃焼器30の冷却空気マニホールド46へ送られない。よって、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、燃焼器冷却工程(S1)が終了する。また、ガスタービン10への燃料供給が停止している状態では、タービン50の燃焼ガス流路59内を燃焼ガスGが流れないため、燃焼ガス流路59内の圧力と中間車室16内の圧力とはほぼ等しい。このため、中間車室16内の空気は、ロータ冷却系80を介してタービンロータ51に流入しない。よって、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、ロータ冷却工程(S2)も終了する。
When the
ガスタービン10への燃料供給が停止すると、燃焼ガスGが生成されず、ガスタービンロータ11が実質的に回転しなくなる。この状態では、ガスタービン車室15内に高温の空気が滞留し、時間の経過と共に、ガスタービン車室15内の上部に高温の空気が集まり、ガスタービン車室15の下部に相対的に温度の低い空気が集まる。この結果、ガスタービン車室15の上部がガスタービン車室15の下部よりも相対的に温度が高まる。このため、ガスタービン車室15の上部がガスタービン車室15の下部よりも相対的に膨張し、ガスタービン車室15が猫の背中のように変形する、いわゆるキャットバック現象が発生する。
When the fuel supply to the
このキャットバック現象が発生すると、ガスタービンロータ11と静止体との間の間隔が部分的に狭まり、ガスタービンロータ11と静止体とが接触するおそれがある。具体的に、タービンロータ51の動翼53aの径方向外側端とタービン車室55の内周面、つまり分割環55bの内周面との間には、所定の間隔であるチップクリアランスCが設定されている。このチップクリアランスCは、タービン効率の面から、できる限り小さいことが望ましい。しかしながら、前述のキャットバック現象が発生して、ガスタービン車室15が猫の背中のように変形すると、タービンロータ51の複数の動翼段53のうち、上流側の動翼段53、特に第一動翼段及び第二動翼段中の下側の動翼53aの径方向外側端とタービン車室55の内周面とが接触するおそれがある。
When this catback phenomenon occurs, the gap between the
そこで、本実施形態では、ガスタービン10への燃料供給が停止してから、予め定めた条件を満たす時点までの空気撹拌必要期間Td、少なくとも一時的に、ガスタービン車室15内における上部と下部との温度差が小さくなるように、中間車室16内の空気を撹拌させる車室内空気撹拌工程(S3)を実行する。
Therefore, in the present embodiment, the air agitation necessary period Td from when the fuel supply to the
ここで、空気撹拌必要期間Tdとは、ガスタービン10への燃料供給が停止してから、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になった後、上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以下になるまでの期間である。
Here, the air agitation required period Td means that the temperature difference between the upper temperature and the lower temperature in the
本実施形態では、ガスタービン10への燃料供給が停止してから、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になると、圧縮機制御部104がブースト圧縮機77を動作させる。上部の温度と下部の温度との温度差に対する予め定められた温度差は、ガスタービン車室15の熱変形によるガスタービンロータ11と静止体との接触のおそれがない温度差である。上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になったか否かの判断方法としては、実際に中間車室16の上部と下部とのそれぞれに温度計を設けておき、これらの温度計で検知された温度の温度差により判断する方法がある。また、ガスタービン10への燃料供給が停止してから、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になると想定される時間が経過したか否かにより判断する方法もある。主制御部101は、以上のいずれかの方法で、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になったと判断すると、その旨を圧縮機制御部104に伝える。圧縮機制御部104は、これを受けると、ブースト圧縮機77を動作させる。
In the present embodiment, after the fuel supply to the
ブースト圧縮機77が動作すると、中間車室16内の空気は、抽気されて、ブースト圧縮機77で昇圧された後、燃焼筒41の冷却空気流路43に流入する。冷却空気流路43に流入した空気は、燃焼筒41の出口孔45から中間車室16へ噴出する。この結果、中間車室16内に、滞留している空気を撹拌する空気の流れが生まれ、中間車室16内の空気が撹拌され、中間車室16内の温度が均一化される(S3:車室内空気撹拌工程)。このため、本実施形態では、キャットバック現象を抑制することができる。
When the
特に、本実施形態では、中間車室16内で、周方向Dcに並んでいる複数の燃焼筒41のそれぞれから空気が噴出するので、中間車室16の内面に沿った領域の空気を効果的に撹拌することができる。さらに、本実施形態では、空気を噴出する燃焼筒41の出口孔45が燃焼筒41の全周に渡って点在し、燃焼筒41の中心軸線から遠ざかる各方向に空気を噴出するので、中間車室16内で空気が淀みやすい領域、特に燃焼筒41の径方向内側の領域の空気も効果的に撹拌することができる。よって、本実施形態では、中間車室16内の空気を効果的に撹拌することができる。しかも、本実施形態では、燃焼筒41が中間車室16内に配置されているため、燃焼筒41から噴出した空気の全てを、中間車室16内で滞留している空気の撹拌に利用できる。従って、本実施形態では、ブースト圧縮機77から吐出した空気を有効利用することができる。
In particular, in the present embodiment, air is ejected from each of the plurality of
図8に示すように、空気撹拌必要期間Td中に、ガスタービン10が起動され、ガスタービン10への燃料供給が再開されると、車室内空気撹拌工程(S3)は終了し、燃焼器冷却工程(S1)及びロータ冷却工程(S2)が再開される。なお、本実施形態では、車室内空気撹拌工程(S3)から燃焼器冷却工程(S1)への移行にあたり、ブースト圧縮機77で昇圧された空気が車室内の空気の撹拌に利用されている状態から、燃焼筒の冷却に利用される状態に移行するだけで、燃焼器冷却系70の状態は変化しない。
As shown in FIG. 8, when the
ところで、ガスタービン10への燃料停止後から予め定められた空気撹拌必要期間Tdを経過すると、ガスタービン車室15が十分に冷えて、中間車室16内で空気を撹拌させてなくても、中間車室16の上部と下部との温度差がほとんど無くなる。このため、ガスタービン10への燃料停止後から予め定められた空気撹拌必要期間Tdを経過すると、ガスタービン車室15の変形量が小さくなり、タービンロータ51の動翼53aとタービン車室55の内周面とが接触するおそれがなくなる。
By the way, even if a predetermined air agitation required period Td elapses after the fuel to the
そこで、本実施形態では、空気撹拌必要期間Td中にガスタービン10が起動されずに空気撹拌必要期間Tdを経過すると、主制御部101は、圧縮機制御部104に対して空気撹拌必要期間Tdが経過した旨を通知する。圧縮機制御部104は、この通知を受けると、ブースト圧縮機77を停止させる。この結果、空気撹拌必要期間Tdにガスタービン10が起動されずに空気撹拌必要期間Tdを経過すると、車室内空気撹拌工程(S3)が終了する。
Therefore, in the present embodiment, when the air agitation necessary period Td elapses without the
以上のように、本実施形態では、キャットバック現象を抑制することができる。しかも、本実施形態では、複数の燃焼筒41における全周から各方向に空気が噴出されるので、中間車室16内で空気が淀みやすい領域を含め中間車室16内全体の空気を燃焼筒41に妨げられることなく効果的に撹拌することができる。よって、本実施形態によれば、キャットバック現象を効果的に抑制することができる。
As described above, in this embodiment, the catback phenomenon can be suppressed. In addition, in the present embodiment, since air is ejected from the entire circumference of the plurality of
また、本実施形態では、ブースト圧縮機77からの空気をキャットバック現象の抑制に有効利用することができるので、キャットバック現象の抑制のために別置圧縮機を設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。さらに、本実施形態では、燃焼筒41が中間車室16内に配置されているため、燃焼筒41から噴出した空気を中間車室16に導く流路を別途設ける必要がなく、かかる点からも設備コストを抑えることができる。
In the present embodiment, air from the
「第一実施形態の第一変形例」
上記第一実施形態の第一変形例について、図9を参照して説明する。
“First Modification of First Embodiment”
A first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
上記第一実施形態では、ガスタービン10への燃料供給停止に伴い、ブースト圧縮機77を停止させて、燃焼器冷却工程(S1)を終了し、ガスタービン10への燃料供給が停止してから、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が予め定められた温度差以上になると、ブースト圧縮機77を動作させて、車室内空気撹拌工程(S3)を開始する。すなわち、上記第一実施形態では、燃焼器冷却工程(S1)の終了から、所定時間経過後に、車室内空気撹拌工程(S3)を開始させている。
In the first embodiment, with the stop of fuel supply to the
本変形例では、ガスタービン10への燃料供給停止に伴い、燃焼器冷却工程(S1)が終了するものの、ブースト圧縮機77を停止させず、燃焼器冷却工程(S1)の終了後、直ちに車室内空気撹拌工程(S3)を開始させる。
In this modification, although the combustor cooling step (S1) is completed with the stop of fuel supply to the
以上のように、本変形例では、燃焼器冷却工程(S1)から車室内空気撹拌工程(S3)への移行に伴い、ブースト圧縮機77の停止、動作開始を行わず、ブースト圧縮機77を継続的に動作させるので、ブースト圧縮機77の制御シーケンスを簡略化することができる。
As described above, in this modified example, the
「第一実施形態の第二変形例」
上記第一実施形態の第二変形例について、図10を参照して説明する。
"Second modification of the first embodiment"
A second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.
上記第一実施形態では、一旦、車室内空気撹拌工程(S3)を開始させると、ガスタービン10への燃料供給が再開されるか、又は空気撹拌必要期間Tdが経過しない限り、この車室内空気撹拌工程(S3)を継続させる。
In the first embodiment, once the vehicle interior air agitation step (S3) is started, the vehicle interior air is used unless the fuel supply to the
本変形例では、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、ガスタービン10への燃料供給が再開されるまでの期間、又は空気撹拌必要期間Tdが経過するまでの期間、車室内空気撹拌工程(S3)を間欠的に実行する。すなわち、本変形例では、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、ガスタービン10への燃料供給が再開されるまでの期間、又は空気撹拌必要期間Tdが経過するまでの期間、ブースト圧縮機77を間欠的に動作させる。
In this modification, when the fuel supply to the
本変形例で、ブースト圧縮機77を動作させる期間(車室内空気撹拌工程(S3)を実行する期間)は、中間車室16の上部と下部との温度差がほとんど無くなると想定される期間である。また、ブースト圧縮機77を停止させる期間は、中間車室16における上部の温度と下部の温度との温度差が前述の予め定められた温度差になると想定される期間である。
In this modification, the period during which the
以上のように、本変形例では、ブースト圧縮機77を間欠的に動作させるので、ブースト圧縮機を動作させるためのランニングコストを抑えることができる。
As described above, in this modification, the
「第二実施形態」
本発明に係るガスタービン設備の第二実施形態について、図11及び図12を参照して説明する。
"Second embodiment"
A second embodiment of the gas turbine equipment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
本実施形態のガスタービン設備も、図11に示すように、第一実施形態と同様、ガスタービン10と、冷却装置60aと、制御装置100aとを備えている。
As shown in FIG. 11, the gas turbine equipment of this embodiment also includes a
本実施形態のガスタービン設備のガスタービン10は、第一実施形態のガスタービン10と同一である。一方、本実施形態の冷却装置60aは、基本的に、第一実施形態の冷却装置60に、燃焼器冷却系70内の空気をロータ冷却系80に導く連結系90を追加したものである。この関係で、本実施形態の制御装置100aも、第一実施形態の制御装置100と多少異なっている。
The
連結系90は、燃焼器冷却用ライン71中の空気をロータ冷却用ライン81中に導く連結ライン91と、この連結ライン91中に設けられている連結制御弁98と、を有する。連結ライン91の一方の端は、燃焼器冷却系70aの冷却空気メインライン73に接続されている。また、連結ライン91の他方の端は、クーラーB−フィルタライン83に接続されている。
The
本実施形態の燃焼器冷却系70aは、冷却空気メインライン73に連結ライン91を接続した関係上、この冷却空気メインライン73中で、連結ライン91との接続位置よりも燃焼器側に設けられている燃焼器冷却制御弁78を有する。
The
また、本実施形態のロータ冷却系80aは、クーラーB−フィルタライン83に連結ライン91を接続した関係上、車室−クーラーBライン82中に設けられているロータ冷却制御弁88を有する。
In addition, the
また、本実施形態の制御装置100aは、第一実施形態の制御装置100の機能構成に加えて、燃焼器冷却制御弁78、ロータ冷却制御弁88及び連結制御弁98を制御する弁制御部105を有する。
In addition to the functional configuration of the
次に、以上で説明した本実施形態のガスタービン設備の動作について説明する。 Next, operation | movement of the gas turbine installation of this embodiment demonstrated above is demonstrated.
本実施形態でも、ガスタービン10に燃料が供給されているガスタービン10の運転時、図12に示すように、第一実施形態と同様、燃焼器冷却工程(S1)、及び第一ロータ冷却工程(S2)が実行される。
Also in the present embodiment, during operation of the
この際、弁制御部105からの指示により、連結系90の連結制御弁98は閉じており、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88は開いている。このため、燃焼器冷却系70aのブースト圧縮機77で昇圧された空気は、連結系90に流入せず、燃焼筒41の冷却空気流路43に流入し、燃焼器冷却工程(S1)が実行される。また、中間車室16内の圧縮空気の一部は、ロータ冷却系80aに流入する。この圧縮空気は、タービンロータ51のロータ軸52に形成されている冷却空気流路52pに流入し、第一ロータ冷却工程(S2)が実行される。
At this time, the
ガスタービン10への燃料供給が停止すると、本実施形態でも、第一実施形態と同様、燃焼器冷却工程(S1)及び第一ロータ冷却工程(S2)が終了する。ガスタービン10への燃料供給の停止中、本実施形態では、車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)を交互に実行する。
When the fuel supply to the
主制御部101は、外部からの負荷指令等により、燃料制御部102に対して燃料供給の停止を指示すると共に、弁制御部105に対して燃料供給停止の旨を通知する。燃料制御部102は、この通知を受けると、燃料流量調節弁35に対して、弁開度0を示す信号を送信する。つまり、燃料制御部102は、燃料流量調節弁35に対して、弁閉の旨を指示する。この結果、燃料流量調節弁35が閉じ、燃料噴射器31の複数のノズル32には、燃料が流れなくなる。
The
また、弁制御部105は、主制御部101から燃料供給停止の旨の通知を受けると、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88に対して弁閉の旨を指示すると共に、連結制御弁98に対して弁開の旨を指示する。この結果、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88が閉じ、連結制御弁98が開く。また、圧縮機制御部104は、燃料供給停止後も、ブースト圧縮機77の運転を継続させる。このため、中間車室16内の空気の一部が抽気されて、燃焼器冷却系70aの車室−クーラーAライン72aを経てクーラーA76に流入し、ここで冷却される。冷却された空気は、冷却空気として、クーラーA−圧縮機ライン72bを経て、ブースト圧縮機77内に流入し、ここで昇圧される。この冷却空気は、冷却空気メインライン73の一部、連結系90の連結ライン91を経て、ロータ冷却系80aの慣性フィルタ87内に流入し、ここで異物が除去される。この冷却空気は、ロータ冷却系80aのフィルタ−車室ライン84及び車室内Bライン85を介して、タービンロータ51のロータ軸52に形成されている冷却空気流路52pに流入する。冷却空気は、このロータ軸52の冷却空気流路52pを流れる過程で、ロータ軸52と熱交換して、ロータ軸52を冷却する。冷却空気は、さらに、タービンロータ51の複数の動翼53aのそれぞれに形成されている冷却空気流路53pを経て、燃焼ガス流路59内に流入する。
In addition, when the
ガスタービン10への燃料供給が停止し、燃焼ガスGが生成されず、しかも、圧縮機ロータ21やタービンロータ51が実質的に回転していない状態では、中間車室16内の圧力及び燃焼ガス流路59の圧力は実質的に大気圧と同じである。そこで、本実施形態では、燃料供給が停止している状態では、中間車室16内から圧縮空気の一部を抽気し、これをブースト圧縮機77で昇圧してから、タービンロータ51に送って、このタービンロータ51を冷却する(S4:第二ロータ冷却工程)。
In the state where the fuel supply to the
このガスタービン10への燃料供給が停止している状態では、前述したように、燃焼器冷却制御弁78が閉じているので、燃焼器冷却系70aのブースト圧縮機77により昇圧された冷却空気は、燃焼器30の冷却空気マニホールド46へ送られない。つまり、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、燃焼器冷却工程(S1)は実行されない。また、ガスタービン10への燃料供給が停止している状態では、前述したように、ロータ冷却制御弁88が閉じているので、中間車室16内の空気は、ロータ冷却系80の車室−クーラーBライン82を経て、クーラーB86に流入しない。つまり、ガスタービン10への燃料供給が停止すると、第一ロータ冷却工程(S2)も実行されない。
In the state where the fuel supply to the
本実施形態では、第二ロータ冷却工程(S4)を所定時間実行すると、車室内空気撹拌工程(S3)に移行する。具体的に、主制御部101は、弁制御部105に対して燃料供給停止の旨を通知した後、所定時間経過すると、弁制御部105に対して弁の開閉切替の旨を通知する。弁制御部105は、この弁の開閉切替の旨の通知を受けると、連結制御弁98に対して弁閉の旨を指示し、燃焼器冷却制御弁78に対して弁開の旨を指示する。この結果、連結制御弁98が閉じ、燃焼器冷却制御弁78が開く。このため、中間車室16内の空気の一部が抽気され、ブースト圧縮機77で昇圧された空気は、冷却空気メインライン73、車室外分岐ライン74a、車室内分岐ライン74b、燃焼器30の冷却空気マニホールド46を介して、燃焼筒41の冷却空気流路43に流入する。冷却空気流路43に流入した空気は、燃焼筒41の出口孔45から中間車室16へ噴出する。この結果、中間車室16内に、滞留している空気を撹拌する空気の流れが生まれ、中間車室16内の空気が撹拌され、中間車室16内の温度が均一化される(S3:車室内空気撹拌工程)。
In this embodiment, if a 2nd rotor cooling process (S4) is performed for the predetermined time, it will transfer to a vehicle interior air stirring process (S3). Specifically, the
本実施形態では、車室内空気撹拌工程(S3)を所定時間実行すると、第二ロータ冷却工程(S4)に移行する。以降、本実施形態では、車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)を交互に実行する。 In this embodiment, if a vehicle interior air stirring process (S3) is performed for the predetermined time, it will transfer to a 2nd rotor cooling process (S4). Henceforth, in this embodiment, a vehicle interior air stirring process (S3) and a 2nd rotor cooling process (S4) are performed alternately.
ガスタービン10への燃料供給が停止して、燃焼ガスGが生成されない状態では、外気に晒されているタービン車室55に対して、タービン車室55内に配置されているタービンロータ51の温度が下がりにくい。このため、タービンロータ51への燃料供給の停止後におけるタービン車室55の熱膨張量の単位時間当たりの減少量に対して、タービンロータ51の熱膨張量の単位時間当たりの減少量が少ない。よって、タービンロータ51への燃料供給の停止後、前述のチップクリアランスCが一時的に狭くなる。このように、チップクリアランスCが狭くなっている状態のときに、ガスタービン10を起動させると、タービンロータ51に作用する遠心力で動翼53aの径方向外側端の位置が径方向外側に変位する関係で、タービンロータ51の動翼53aとタービン車室55の内周面とが接触するおそれがある。
When the fuel supply to the
そこで、本実施形態では、ガスタービン10への燃料供給が停止して、燃焼ガスGが生成されない状態のときでも、中間車室16から抽気した空気を燃焼器冷却系70aのブースト圧縮機77で昇圧し、この空気をタービンロータ51内に送り、タービンロータ51を冷却する(S4:第二ロータ冷却工程)。
Therefore, in the present embodiment, even when the fuel supply to the
ところで、ガスタービン10への燃料停止後から予め定められた冷却必要期間Tcを経過すると、タービンロータ51及びタービン車室55が十分に冷えて、タービンロータ51とタービン車室55との温度差がほとんど無くなる。このため、ガスタービン10への燃料停止後から予め定められた冷却必要期間Tcを経過すると、チップクリアランスCは、冷却必要期間Tc中にタービンロータ51を冷却していない場合のチップクリアランスCより広くなり、タービンロータ51の動翼53aとタービン車室55の内周面とが接触するおそれがなくなる。
By the way, when a predetermined cooling required period Tc has elapsed after the fuel to the
本実施形態では、ガスタービン10への燃料停止後から予め定められた冷却必要期間Tc中、前述したように、中間車室16から抽気した空気をタービンロータ51内に送り、タービンロータ51を冷却している。このため、図8に示すように、この冷却必要期間Tc中に、ガスタービン10が起動され、ガスタービン10への燃料供給が再開されても、つまりガスタービン10がホット起動されても、タービンロータ51の動翼53aとタービン車室55の内周面との接触を抑えることができる。
In the present embodiment, the air extracted from the
図12に示すように、冷却必要期間Tcと空気撹拌必要期間Tdとが重なる期間中に、ガスタービン10が起動され、ガスタービン10への燃料供給が再開されると、車室空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)は実行されなくなり、第一ロータ冷却工程(S2)及び燃焼器冷却工程(S1)が再開される。すなわち、ガスタービン10への燃料供給が再開されると、弁制御部105からの指示により、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88は開き、連結制御弁98が閉じる。
As shown in FIG. 12, when the
また、本実施形態では、冷却必要期間Tc及び空気撹拌必要期間Td中にガスタービン10が起動されずに、各必要期間Tc,Tdを経過すると、主制御部101は、圧縮機制御部104に対して各必要期間Tc,Tdが経過した旨を通知する。圧縮機制御部104は、この通知を受けると、ブースト圧縮機77を停止させる。この結果、冷却必要期間T中にガスタービン10が起動されずに各必要期間Tc,Tdを経過すると、車室空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)は実行されなくなる。
Further, in the present embodiment, when the
また、冷却必要期間Tcと空気撹拌必要期間Tdとのうち、一方の必要期間がのみ経過しても、ガスタービン10への燃料供給が再開されてない場合、未だ経過していない他方の必要期間に対応する工程を実行する。具体的に、冷却必要期間Tcが経過し、空気撹拌必要期間Tdが経過していない場合、車室内空気撹拌工程(S3)を実行する。また、空気撹拌必要時間Tdが経過し、冷却必要期間Tcが経過していない場合、第二ロータ冷却工程(S4)を実行する。
In addition, when the fuel supply to the
なお、冷却必要期間Tc及び空気撹拌必要期間Tdは、ガスタービンロータ11やガスタービン車室15の熱容量や、ガスタービンロータ11やガスタービン車室15の各部の寸法等により、変わる期間である。このため、ガスタービンの種類によって、図12に示すように、冷却必要期間Tcよりも空気撹拌必要期間Tdの方が長いこともあれば、逆に、冷却必要期間Tcよりも空気撹拌必要期間Tdの方が短いこともある。
The required cooling period Tc and the required air agitation period Td are periods that vary depending on the heat capacity of the
以上のように、本実施形態では、第一実施形態やその変形例と同様に、ガスタービン10への燃料停止中、中間車室16内の空気を撹拌し、中間車室16内の温度の均一化を図っているので、キャットバック現象を抑制することができる。さらに、本実施形態でも、第一実施形態及びその変形例と同様に、ブースト圧縮機77からの空気をキャットバック現象の抑制に有効することができる上に、燃焼筒41から噴出した空気を中間車室16に導く流路を別途設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。
As described above, in the present embodiment, as in the first embodiment and the modifications thereof, the air in the
また、本実施形態では、ガスタービン10への燃料停止中、タービンロータ51を冷却するので、冷却必要期間T中にガスタービン10が起動されるホット起動が実行されても、タービンロータ51の動翼53aとタービン車室55の内周面との接触を抑えることができる。
Further, in the present embodiment, the
また、仮に、燃焼器冷却系70a及びロータ冷却系80aがガスタービン10に既に設けられている場合、連結系90を新たに設けることで、ガスタービン10への燃料停止中における中間車室16内の空気の撹拌、及びタービンロータ51の冷却を実行できる。このため、本実施形態では、ガスタービン10への燃料停止中における中間車室16内の空気の撹拌、及びタービンロータ51の冷却を実行する装置を別途設ける場合よりも、設備コストを抑えることができる。
Also, if the
「第二実施形態の第一変形例」
上記第二実施形態の第一変形例について、図13を参照して説明する。
“First Modification of Second Embodiment”
A first modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
上記第二実施形態では、ガスタービン10への燃料供給停止中であって、冷却必要期間Tcと空気撹拌必要期間Tdとが重なっている期間中、車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)を交互に実行する。
In the second embodiment, the vehicle interior air stirring step (S3) and the second rotor are performed while the fuel supply to the
本変形例では、ガスタービン10への燃料供給停止中であって、冷却必要期間Tcと空気撹拌必要期間Tdとが重なっている期間中、車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)を併行して実行する。このため、本変形例では、ガスタービン10への燃料供給停止中であって、冷却必要期間Tcと空気撹拌必要期間Tdとが重なっている期間中、ロータ冷却制御弁88を上記第二実施形態と同様に閉じるものの、連結制御弁98及び燃焼器冷却制御弁78を共に開ける。
In the present modification, the vehicle interior air stirring step (S3) and the second rotor cooling step are performed while the fuel supply to the
連結制御弁98及び燃焼器冷却制御弁78を共に全開すると、ブースト圧縮機77から連結ライン91及びロータ冷却用ライン81を経てタービンロータ51に至る流路と、ブースト圧縮機77から燃焼器冷却用ライン71を経て燃焼筒41に至る流路とのうち、流路抵抗の少ない方に空気が多く流れる。このため、本変形例では、ブースト圧縮機77から連結ライン91及びロータ冷却用ライン81を経てタービンロータ51に至る流路と、ブースト圧縮機77から燃焼器冷却用ライン71を経て燃焼筒41に至る流路とのそれぞれに、適切な流量の空気が流れるように、連結制御弁98の弁開度及び燃焼器冷却制御弁78の弁開度を制御する。
When both the
「第二実施形態の第二変形例」
上記第二実施形態の第二変形例について、図14を参照して説明する。
“Second Modification of Second Embodiment”
A second modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例の冷却装置60bも、第二実施形態と同様、燃焼器冷却系70bと、ロータ冷却系80aと、連結系90とを備えている。本変形例のロータ冷却系80aと第二実施形態のロータ冷却系80aとは同一である。また、本変形例の連結系90と第二実施形態の連結系90も同一である。一方、本変形例の燃焼器冷却系70bは、第二実施形態及びその第一変形例の燃焼器冷却系70aに、大気を吸い込む吸気ライン61と、吸気ライン61を通る大気中の異物を除去するフィルタ62と、吸気ライン61に設けられる吸気制御弁68と、を追加したものである。
Similarly to the second embodiment, the
吸気ライン61は、一方の端が大気開放され、他方の端がクーラーA−圧縮機ライン72bに接続されている。フィルタ62は、この吸気ライン61に設けられている。また、吸気制御弁68は、吸気ライン61中であって、クーラーA−圧縮機ライン72bとの接続位置とフィルタ62との間に設けられている。吸気制御弁68は、制御装置100aの弁制御部105により制御される。
One end of the
本変形例では、ガスタービン10への燃料供給中、弁制御部105が、上記第二実施形態と同様、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88に対して弁開の旨を指示すると共に、連結制御弁98に対して弁閉の旨を指示する。さらに、本変形例では、弁制御部105が、吸気制御弁68に対して弁閉の旨を指示する。この結果、燃焼器冷却制御弁78及びロータ冷却制御弁88が開き、連結制御弁98及び吸気制御弁68が閉じる。よって、ガスタービン10への燃料供給中、上記第二実施形態と同様に、中間車室16内の圧縮空気が燃焼器冷却系70bにより抽気され、さらに冷却されてから、この圧縮空気が冷却空気として燃焼筒41に供給される。また、中間車室16内の圧縮空気がロータ冷却系80aにより抽気され、さらに冷却されてから、この圧縮空気が冷却空気としてタービンロータ51に供給される。すなわち、本変形例でも、ガスタービン10への燃料供給中、上記実施形態と同様、燃焼器冷却工程(S1)及び第一ロータ冷却工程(S2)が実行される。
In this modification, during the fuel supply to the
また、本変形例でも、ガスタービン10への燃料供給停止中、上記第二実施形態及びその第一変形例と同様に、車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)が実行される。これら車室内空気撹拌工程(S3)及び第二ロータ冷却工程(S4)においても、燃焼器冷却制御弁78、ロータ冷却制御弁88、及び連結制御弁98に対する開閉制御は、第二実施形態及びその第一変形例と同様である。但し、本変形例では、車室内空気撹拌工程(S3)と第二ロータ冷却工程(S4)とのうち、少なくとも、第二ロータ冷却工程(S4)では、吸気制御弁68を開ける。
Also in this modified example, while the fuel supply to the
このため、本変形例の第二ロータ冷却工程(S4)では、フィルタ62及び吸気ライン61を介して、ブースト圧縮機77に外気が冷却空気として吸込まれ、これが昇圧される。その後、ブースト圧縮機77で昇圧された冷却空気は、上記第二実施形態及びその第一変形例と同様、連結系90の連結ライン91、フィルタ−車室ライン84、及び車室内Bライン85を介して、タービンロータ51に供給される。
Therefore, in the second rotor cooling step (S4) of the present modification, outside air is sucked into the
外気の温度は、基本的に、ガスタービン10への燃料供給停止後であっても、中間車室16内の空気の温度より低い。このため、ガスタービン10への燃料供給停止中において、外気を燃焼器冷却系70bに取り込んでも、タービンロータ51を冷却することができる。
The temperature of the outside air is basically lower than the temperature of the air in the
以上にように、本変形例では、外気を燃焼器冷却系70bに取り込んで、この外気を冷却空気としてタービンロータ51に供給することで、第二ロータ冷却工程(S3)を実現している。
As described above, in the present modification, the second rotor cooling step (S3) is realized by taking outside air into the
燃焼器冷却系70bのクーラーA76が、例えば、ガスタービン10への燃料供給停止後、中間車室16内の空気を冷却できないものである場合、本変形例のように、タービンロータ51の冷却媒体として外気を取り込むことで、ガスタービン10への燃料供給が停止された後におけるタービンロータ51の冷却を実現できる。
For example, when the cooler A76 of the
なお、本変形例では、クーラーA−圧縮機ライン72b中で、吸気ライン61との接続位置とクーラーA76との間、又は、車室−クーラーAライン72aに、さらに、第二の吸気制御弁を設けてもよい。この第二の吸気制御弁は、吸気ライン61に中に設けられる吸気制御弁68である第一の吸気制御弁68が閉じているときに開き、第一の吸気制御弁68が開いているときに閉じる。このように、第二の吸気制御弁を設けることで、ブースト圧縮機77は、第二ロータ冷却工程(S3)において、吸気ライン61を介して、専ら外気を吸込めるようになる。また、第一の吸気制御弁68及び第二の吸気制御弁の替りに、三方弁を設けてもよい。
In the present modification, a second intake control valve is further provided in the cooler
また、本変形例において、車室内空気撹拌工程(S3)でも、吸気制御弁68を開けてもよい。この場合、第二ロータ冷却工程(S4)では、フィルタ62及び吸気ライン61を介して、ブースト圧縮機77に外気が冷却空気として吸込まれ、これが昇圧される。その後、ブースト圧縮機77で昇圧された冷却空気は、上記第二実施形態及びその第一変形例と同様、冷却空気メインライン73、車室外分岐ライン74a、車室内分岐ライン74b、及び、燃焼器30の冷却空気マニホールド46を介して、燃焼筒41の冷却空気流路43を流入する。冷却空気流路43に流入した空気は、燃焼筒41の出口孔45から中間車室16へ噴出する。また、本変形例において、吸気ライン61がガスタービン10の吸気ダクトであって吸気フィルタの下流側に接続されていてもよい。
In the present modification, the
「第二実施形態の第三変形例」
上記第二実施形態の第三変形例について、図15を参照して説明する。
“Third Modification of Second Embodiment”
A third modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
本変形例は、第二実施形態及びその各変形例における車室内空気撹拌工程(S3)での各燃焼器への空気の送り方を変更したものである。 This modification is obtained by changing the way of sending air to each combustor in the vehicle interior air agitation step (S3) in the second embodiment and each modification thereof.
本変形例の燃焼器冷却系70cにおける燃焼器冷却用ライン71中の車室外分岐ライン74aには、ここを通る空気の流量を調節する分岐空気弁75が設けられている。
A
本変形例の燃焼器冷却工程(S1)では、弁制御部105からの指示で、燃焼器冷却制御弁78及び全ての分岐空気弁75は開く。このため、各燃焼器30の冷却空気流路43に、ブースト圧縮機77からの空気が流れる。
In the combustor cooling step (S1) of this modification, the combustor
本変形例の車室内空気撹拌工程(S3)では、第二実施形態及びその各変形例と同様に、弁制御部105からの指示で、燃焼器冷却制御弁78は開く。また、本変形例の車室内空気撹拌工程(S3)では、弁制御部105から指示で、複数の分岐空気弁75のうち一部の分岐空気弁75が開き残りの分岐空気弁75は閉じる。
In the vehicle interior air agitation step (S3) of this modification, the combustor
具体的に、複数の燃焼器30のうちで、中間車室16中で燃焼器冷却系70cの抽気ライン72との接続位置Pに最も近い2基の燃焼器30nに接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を閉じ、前述の接続位置Pから最も遠い燃焼器30fを含む残りの全ての燃焼器30に接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を開ける。
Specifically, among the plurality of
この結果、車室内空気撹拌工程(S3)では、中間車室16内で、空気の大きな流れとして、前述の接続位置Pに近づく流れFが形成される。このため、中間車室16内における周方向Dcの全域にわたる空気を効率的に燃焼器冷却系70cに導くことができ、中間車室16内の温度を効率的に均一化することができる。
As a result, in the vehicle interior air agitation step (S3), a flow F approaching the connection position P is formed as a large flow of air in the
特に、抽気ライン72を中間車室16の上部に設けた場合には、中間車室16内の上部に滞留する高温の空気を燃焼器冷却系70cを介して、中間車室16内の下部に積極的に導くことになるため、中間車室16内の温度をより効率的に均一化することができる。また、抽気ライン72を中間車室16の下部に設けた場合には、中間車室16内の下部に滞留する低温の空気を燃焼器冷却系70cを介して、中間車室16内の上部に積極的に導くことになるため、同様に、中間車室16内の温度をより効率的に均一化することができる。
In particular, when the
なお、本変形例の車室内空気撹拌工程(S3)では、前述の接続位置Pに最も近い2基の燃焼器30nに接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を閉じる。しかしながら、前述の接続位置Pに最も近い2基の燃焼器30nのうちで、1基の燃焼器30nに接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75のみを閉じ、残りの全ての分岐空気弁75を開けてもよい。また、前述の接続位置Pに最も近い2基の燃焼器30n、さらにこの燃焼器30nに隣接する燃焼器30に接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を閉じ、残りの全ての分岐空気弁75を開けてもよい。すなわち、車室内空気撹拌工程(S3)では、前述の接続位置Pに最も近い1基の燃焼器30n、又はこの1基の燃焼器30nを含み周方向Dcに並んでいる複数の燃焼器30に接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を閉じ、残りの全ての分岐空気弁75を開けてもよい。
In the vehicle interior air agitation step (S3) of this modification, the
また、本変形例では、中間車室16に1の抽気ライン72のみが接続されている。しかしながら、中間車室16に複数の抽気ライン72が接続されている場合でも、車室内空気撹拌工程(S3)では、前述の接続位置Pに最も近い1基の燃焼器30n、又はこの1基の燃焼器30nを含み周方向Dcに並んでいる複数の燃焼器30に接続されている冷却空気分岐ライン74中の分岐空気弁75を閉じ、前述の接続位置Pから最も遠い燃焼器30fを含む、残りの全ての分岐空気弁75を開けてもよい。
In this modification, only one
また、本変形例は、第二実施形態及びその各変形例に適用した例であるが、第一実施形態及びその各変形例に適用してもよい。 Moreover, although this modification is an example applied to 2nd embodiment and its each modification, you may apply to 1st embodiment and its each modification.
「燃焼筒の変形例」
以上で説明した各実施形態及び各変形例における燃焼筒41は、冷却空気マニホールド46の上流側の領域内の全周に渡って複数の出口孔45が形成されている。しかしながら、図16に示すように、燃焼筒41aは、冷却空気マニホールド46(図4参照)の上流側の領域内の軸線Ar側の部分(軸線Arに対する径方向内側の部分)及び軸線Ar側とは反対側の部分(軸線Arに対する径方向外側の部分)とに、複数の出口孔45が分布していてもよい。このように、複数の出口孔45が分布しても、以上の各実施形態及び各変形例と同様、中間車室16内で空気が淀みやすい領域を含め中間車室16内全体の空気を燃焼筒41に妨げられることなく効果的に撹拌することができる。
"Modification of combustion cylinder"
The
10:ガスタービン、11:ガスタービンロータ、15:ガスタービン車室、16:中間車室(又は車室)、20:圧縮機、21:圧縮機ロータ、25:圧縮機車室、30:燃焼器、31:燃料噴射器、41,41a:燃焼筒(又は尾筒)、43:冷却空気流路、44:入口孔、45:出口孔、46:冷却空気マニホールド、50:タービン、51:タービンロータ、52:タービン軸、52p:冷却空気流路、53:動翼段、53a:動翼、53p:冷却空気流路、55:タービン車室、55a:タービン車室本体、55b:分割環、56:静翼段、56a:静翼、56p:冷却空気流路、60,60a,60b:冷却装置、61:吸気ライン、62:フィルタ、68:吸気制御弁、70,70a,70b,70c:燃焼器冷却系、71:燃焼器用冷却ライン、72:抽気ライン、73: 冷却空気メインライン、74:冷却空気分岐ライン、75:分岐空気弁、76:クーラーA、77:ブースト圧縮機、78:燃焼器冷却制御弁、80:ロータ冷却系、81:ロータ冷却用ライン、86:クーラーB、87:慣性フィルタ、88:ロータ冷却制御弁、90:連結系、91:連結ライン、98:連結制御弁、100,100a:制御装置、101:主制御部、102:燃料制御部、104:圧縮機制御部、105:弁制御部 10: Gas turbine, 11: Gas turbine rotor, 15: Gas turbine casing, 16: Intermediate casing (or casing), 20: Compressor, 21: Compressor rotor, 25: Compressor casing, 30: Combustor , 31: Fuel injector, 41, 41a: Combustion cylinder (or tail cylinder), 43: Cooling air flow path, 44: Inlet hole, 45: Outlet hole, 46: Cooling air manifold, 50: Turbine, 51: Turbine rotor 52: turbine shaft, 52p: cooling air flow path, 53: moving blade stage, 53a: moving blade, 53p: cooling air flow path, 55: turbine casing, 55a: turbine casing main body, 55b: split ring, 56 : Stationary blade stage, 56a: stationary blade, 56p: cooling air flow path, 60, 60a, 60b: cooling device, 61: intake line, 62: filter, 68: intake control valve, 70, 70a, 70b, 70c: combustion Cooling system, 71: Combustor cooling line, 72: Extraction IN, 73: Cooling air main line, 74: Cooling air branch line, 75: Branch air valve, 76: Cooler A, 77: Boost compressor, 78: Combustor cooling control valve, 80: Rotor cooling system, 81: Rotor Cooling line, 86: Cooler B, 87: Inertia filter, 88: Rotor cooling control valve, 90: Connection system, 91: Connection line, 98: Connection control valve, 100, 100a: Control device, 101: Main control unit, 102: Fuel control unit 104: Compressor control unit 105: Valve control unit
Claims (23)
前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆う車室と、を有し、
前記燃焼器は、前記車室内に配置され内部を前記燃焼ガスが流れる筒を有し、前記筒を形成する板材には、空気を受け入れる入口孔、前記入口孔からの前記空気が流れる冷却空気流路、及び前記冷却空気流路を通った前記空気を前記筒の外周側に噴出する出口孔が形成され、
前記燃焼器冷却系は、前記車室と前記入口孔とを接続する燃焼器冷却用ラインと、前記ガスタービンに対して独立に運転可能で、前記燃焼器冷却用ライン中に設けられたブースト圧縮機と、を有し、
前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に、前記ブースト圧縮機を動作させると共に、前記燃焼器への燃料供給停止中に、前記ブースト圧縮機を動作させる圧縮機制御部を有する、
ガスタービン設備。 A combustor for combusting fuel to generate combustion gas; a gas turbine having a turbine driven by the combustion gas from the combustor; a cooling device having a combustor cooling system for cooling the combustor; and the cooling device A control device for controlling the operation of
The turbine has a turbine rotor that rotates about an axis, and a casing that rotatably covers the turbine rotor,
The combustor includes a cylinder that is disposed in the vehicle interior and through which the combustion gas flows. A plate member that forms the cylinder includes an inlet hole that receives air, and a cooling air flow through which the air from the inlet hole flows. A passage, and an outlet hole for ejecting the air that has passed through the cooling air passage to the outer peripheral side of the cylinder is formed;
The combustor cooling system can be operated independently of the combustor cooling line connecting the vehicle compartment and the inlet hole and the gas turbine, and is provided with boost compression provided in the combustor cooling line. And having
The control device includes a compressor control unit that operates the boost compressor during fuel supply to the combustor and operates the boost compressor while fuel supply to the combustor is stopped.
Gas turbine equipment.
前記圧縮機制御部は、前記燃焼器への燃料供給が停止してから、予め定めた条件を満たす時点までの空気撹拌必要期間、少なくとも一時的に前記ブースト圧縮機を動作させ、前記空気撹拌必要期間の経過後、前記燃焼器への燃料供給が再開されない限り、前記ブースト圧縮機を動作させない、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 1,
The compressor control unit operates the boost compressor at least temporarily for a period of time required for air agitation from the time when fuel supply to the combustor stops until a predetermined condition is satisfied. Do not operate the boost compressor unless the fuel supply to the combustor is resumed after a period of time,
Gas turbine equipment.
前記圧縮機制御部は、前記空気撹拌必要期間中で、前記車室中の上部の温度と下部の温度との温度差が前記予め定められた温度差以上になると、前記ブースト圧縮機を動作させる、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 2,
The compressor control unit in the air agitation required period, the difference in temperature between the lower portion of the upper portion in the casing becomes equal to or higher than the temperature difference to a predetermined said, the boost compressor Make it work,
Gas turbine equipment.
前記圧縮機制御部は、前記空気撹拌必要期間中、前記ブースト圧縮機を間欠的動作させる、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 2 or 3,
The compressor control unit intermittently operates the boost compressor during the air agitation necessary period.
Gas turbine equipment.
複数の前記燃焼器を備え、複数の前記燃焼器は、前記軸線を基準とした周方向に並んで配置され、
複数の前記燃焼器のそれぞれの前記筒の前記出口孔は、前記筒の、少なくとも、前記軸線側の部分及び前記軸線側とは反対側の部分とに、複数分布している、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of the combustors, wherein the plurality of combustors are arranged side by side in the circumferential direction with respect to the axis;
A plurality of the outlet holes of each of the cylinders of the plurality of combustors are distributed in at least a part on the axis line side and a part on the opposite side of the axis line side of the cylinder.
Gas turbine equipment.
前記燃焼器冷却用ラインは、前記車室内の空気を前記ブースト圧縮機に導く抽気ラインと、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気が流れる冷却空気メインラインと、前記冷却空気メインラインから複数の前記燃焼器毎に分岐し、複数の燃焼器における前記冷却空気流路に前記空気を導く冷却空気分岐ラインと、を有し、
複数の前記冷却空気分岐ライン毎に、前記冷却空気分岐ラインを通る空気の流量を調節する分岐空気弁が設けられ、
前記制御装置は、複数の前記分岐空気弁をそれぞれ独自に開閉させる弁制御部を有し、
前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給停止中、複数の前記燃焼器のうちで、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置に最も近い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインの前記分岐空気弁を閉じ、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置から最も遠い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインの前記分岐空気弁を開ける、
ガスタービン設備。 The gas turbine equipment according to claim 5, wherein
The combustor cooling line includes a bleed line that guides air in the vehicle interior to the boost compressor, a cooling air main line through which air boosted by the boost compressor flows, and a plurality of the cooling air main lines. A branch line for each combustor, and a cooling air branch line for guiding the air to the cooling air flow path in a plurality of combustors,
A branch air valve for adjusting a flow rate of air passing through the cooling air branch line is provided for each of the plurality of cooling air branch lines,
The control device includes a valve control unit that independently opens and closes the plurality of branch air valves,
The cooling air connected to the combustor closest to the connection position with the bleed line in the passenger compartment among the plurality of combustors during the stop of fuel supply to the combustor. Closing the branch air valve of the branch line and opening the branch air valve of the cooling air branch line connected to the combustor farthest from the connection position with the bleed line in the passenger compartment;
Gas turbine equipment.
前記冷却装置は、前記車室内の空気を外部に抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却系と、前記燃焼器への燃料供給停止中に、前記ブースト圧縮機で昇圧された前記空気を前記ロータ冷却系に導く連結系と、を有する、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to any one of claims 1 to 6,
The cooling device bleeds the air in the vehicle interior to the outside, and a rotor cooling system that guides the air to the turbine rotor, and the boosted compressor boosts the fuel while the fuel supply to the combustor is stopped. A coupling system for directing air to the rotor cooling system,
Gas turbine equipment.
前記連結系は、前記燃焼器冷却用ライン中で前記ブースト圧縮機が設けられている位置よりも前記燃焼器側に接続され、前記ブースト圧縮機で昇圧された前記空気を前記ロータ冷却系に導く連結ラインと、前記連結ラインに設けられている連結制御弁と、を有し、
前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に前記連結制御弁を閉じ、燃料供給停止中に前記連結制御弁を開ける弁制御部を有する、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 7,
The connection system is connected to the combustor side from the position where the boost compressor is provided in the combustor cooling line, and guides the air pressurized by the boost compressor to the rotor cooling system. A connection line, and a connection control valve provided in the connection line,
The control device includes a valve control unit that closes the connection control valve during fuel supply to the combustor and opens the connection control valve during fuel supply stop.
Gas turbine equipment.
前記燃焼器冷却系は、前記燃焼器冷却用ライン中で、前記連結ラインが接続されている位置よりも前記燃焼器側に設けられている燃焼器冷却制御弁を有し、
前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給中に前記燃焼器冷却制御弁を開けると共に、燃料供給停止中に前記燃焼器冷却制御弁を開ける、
ガスタービン設備。 The gas turbine equipment according to claim 8,
The combustor cooling system includes a combustor cooling control valve provided on the combustor side of the combustor cooling line with respect to a position where the connection line is connected,
The valve control unit of the control device opens the combustor cooling control valve during fuel supply to the combustor and opens the combustor cooling control valve during fuel supply stop.
Gas turbine equipment.
前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給停止中、前記燃焼器冷却制御弁及び前記連結制御弁を共に開ける、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 9,
The valve control unit of the control device opens both the combustor cooling control valve and the connection control valve while stopping fuel supply to the combustor.
Gas turbine equipment.
前記ロータ冷却系は、前記車室内の空気を外部に抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却用ラインと、前記ロータ冷却用ラインに設けられているロータ冷却制御弁と、を有し、
前記連結ラインは、前記ロータ冷却用ライン中で、前記ロータ冷却制御弁が設けられている位置よりも前記タービンロータ側に接続され、
前記制御装置の前記弁制御部は、前記燃焼器への燃料供給中に前記ロータ冷却制御弁を開け、燃料供給停止中に前記ロータ冷却制御弁を閉じる、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to any one of claims 7 to 10,
The rotor cooling system includes a rotor cooling line that extracts air inside the vehicle interior to the outside and guides the air to the turbine rotor, and a rotor cooling control valve provided in the rotor cooling line. And
The connection line is connected to the turbine rotor side from the position where the rotor cooling control valve is provided in the rotor cooling line,
The valve control unit of the control device opens the rotor cooling control valve during fuel supply to the combustor and closes the rotor cooling control valve during fuel supply stop,
Gas turbine equipment.
前記燃焼器冷却系は、前記燃焼器冷却用ライン中で、前記ブースト圧縮機が設けられている位置よりも前記車室側に接続されて、大気を吸い込む吸気ラインと、前記吸気ラインを通る大気中の異物を除去するフィルタと、前記吸気ライン中で、前記フィルタよりも前記燃焼器冷却用ラインとの接続位置側に設けられている吸気制御弁と、を有し、
前記制御装置は、前記燃焼器への燃料供給中に前記吸気制御弁を閉じ、燃料供給停止中に前記吸気制御弁を開ける、
ガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to any one of claims 1 to 11,
The combustor cooling system is connected to the cabin side of the combustor cooling line from the position where the boost compressor is provided, and an intake line for sucking in air, and an air passing through the intake line A filter that removes foreign matter therein, and an intake control valve provided in the intake line on the connection position side of the combustor cooling line with respect to the filter,
The control device closes the intake control valve during fuel supply to the combustor and opens the intake control valve during fuel supply stop,
Gas turbine equipment.
前記タービンは、軸線を中心として回転するタービンロータと、前記タービンロータを回転可能に覆う車室と、を有し、
前記燃焼器は、前記車室内に配置され内部を前記燃焼ガスが流れる筒を有し、前記筒を形成する板材には、空気を受け入れる入口孔、前記入口孔からの前記空気が流れる冷却空気流路、及び前記冷却空気流路を通った前記空気を前記筒の外周側に噴出する出口孔が形成され、
前記冷却装置は、前記燃焼器を冷却する燃焼器冷却系統を有し、
前記燃焼器冷却系統は、前記車室と前記入口孔とを接続する燃焼器冷却用ラインと、前記ガスタービンに対して独立に運転可能で、前記燃焼器冷却用ライン中に設けられたブースト圧縮機と、を有する、
冷却装置の運転方法において、
前記燃焼器への燃料供給中に前記ブースト圧縮機を動作させて、前記燃焼器冷却用ラインを介して、前記車室内の空気を前記筒の前記冷却空気流路に流入させて、前記筒を冷却する燃焼器冷却工程と、
前記燃焼器への燃料供給停止中、前記ブースト圧縮機を動作させて、前記燃焼器冷却用ラインを介して、前記車室内の空気を前記筒の前記冷却空気流路に流入させ、前記空気を前記車室内に戻す車室内空気撹拌工程と、
を実行する冷却装置の運転方法。 A method of operating a cooling device that cools components of a gas turbine having a combustor that burns fuel to generate combustion gas and a turbine that is driven by the combustion gas from the combustor,
The turbine has a turbine rotor that rotates about an axis, and a casing that rotatably covers the turbine rotor,
The combustor includes a cylinder that is disposed in the vehicle interior and through which the combustion gas flows. A plate member that forms the cylinder includes an inlet hole that receives air, and a cooling air flow through which the air from the inlet hole flows. A passage, and an outlet hole for ejecting the air that has passed through the cooling air passage to the outer peripheral side of the cylinder is formed;
The cooling device has a combustor cooling system for cooling the combustor,
The combustor cooling system is capable of independent operation with respect to the gas turbine and the combustor cooling line connecting the passenger compartment and the inlet hole, and is provided with boost compression provided in the combustor cooling line. Having a machine,
In the operation method of the cooling device,
The boost compressor is operated during the fuel supply to the combustor, and the air in the vehicle interior is caused to flow into the cooling air flow path of the cylinder through the combustor cooling line. A combustor cooling process for cooling;
While the fuel supply to the combustor is stopped, the boost compressor is operated so that the air in the passenger compartment flows into the cooling air flow path of the cylinder through the combustor cooling line, and the air is A vehicle interior air stirring step for returning the vehicle interior;
Method of operating the cooling device.
前記燃焼器への燃料供給が停止してから、予め定めた条件を満たす時点までの空気撹拌必要期間中、少なくとも一時的に前記ブースト圧縮機を動作させて前記車室内空気撹拌工程を実行し、
前記空気撹拌必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されれば、前記車室内空気撹拌工程を実行せず、前記燃焼器冷却工程を実行し、
前記空気撹拌必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されなければ、前記空気撹拌必要期間の経過後、前記車室内空気撹拌工程を実行しない、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to claim 13,
During the air agitation necessary period from when the fuel supply to the combustor is stopped until the time when a predetermined condition is satisfied, the boost compressor is operated at least temporarily to execute the vehicle interior air agitation step,
If fuel supply to the combustor is resumed during the air agitation necessary period, the combustor cooling process is performed without performing the vehicle interior air agitation process,
If fuel supply to the combustor is not resumed during the air agitation required period, the vehicle cabin air agitation step is not performed after the air agitation necessary period has elapsed.
How to operate the cooling device.
前記空気撹拌必要期間中で、前記車室中の上部の温度と下部の温度との温度差が前記予め定められた温度差以上になると、前記ブースト圧縮機を動作させて前記車室内空気撹拌工程を開始する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to claim 14,
Wherein in the air agitation required period, the difference in temperature between the lower portion of the upper portion in the casing becomes equal to or higher than the temperature difference to a predetermined said, the passenger compartment air by operating the boost compressor Start the agitation process,
How to operate the cooling device.
前記空気撹拌必要期間中、前記車室内空気撹拌工程を間欠的に実行する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to claim 14 or 15,
During the air agitation necessary period, the vehicle interior air agitation step is intermittently executed.
How to operate the cooling device.
前記ガスタービンは、複数の前記燃焼器を備え、複数の燃焼器は前記軸線を基準とした周方向に並んで配置されており、
前記燃焼器冷却用ラインは、前記車室内の空気を前記ブースト圧縮機に導く抽気ラインと、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気が流れる冷却空気メインラインと、冷却空気メインラインから複数の前記燃焼器毎に分岐し、複数の燃焼器における前記冷却空気流路に前記空気を導く冷却空気分岐ラインと、を有しており、
前記車室内空気撹拌工程では、前記冷却空気メインラインから、複数の前記燃焼器のうちで、前記車室中で前記抽気ラインとの接続位置に最も近い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインへの空気の流入を抑制し、前記冷却空気メインラインから、複数の前記燃焼器のうちで、前記接続位置から最も遠い燃焼器に接続されている前記冷却空気分岐ラインへの空気の流入を促進する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to any one of claims 13 to 16,
The gas turbine includes a plurality of the combustors, and the plurality of combustors are arranged side by side in a circumferential direction with respect to the axis.
The combustor cooling line includes an extraction line that guides air in the vehicle interior to the boost compressor, a cooling air main line through which air boosted by the boost compressor flows, and a plurality of the combustions from the cooling air main line A cooling air branch line that branches into each unit and guides the air to the cooling air flow paths in a plurality of combustors,
In the vehicle interior air agitation step, the cooling air branch connected from the cooling air main line to the combustor closest to the connection position with the bleed line in the vehicle cabin among the plurality of combustors. Inflow of air to the line is suppressed, and inflow of air from the cooling air main line to the cooling air branch line connected to the combustor farthest from the connection position among the plurality of combustors. Facilitate,
How to operate the cooling device.
前記冷却装置は、前記車室内の空気を前記車室から抽気して、前記空気を前記タービンロータに導くロータ冷却系を有しており、
前記燃焼器への燃料供給中に、前記ロータ冷却系からの空気を前記タービンロータに供給して、前記タービンロータを冷却する第一ロータ冷却工程と、
前記燃焼器への燃料供給停止中に前記ブースト圧縮機を動作させ、前記ロータ冷却系を介して、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気を前記タービンロータに供給して、前記タービンロータを冷却する第二ロータ冷却工程と、
を実行する冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to any one of claims 13 to 17,
The cooling device has a rotor cooling system that extracts air from the passenger compartment from the passenger compartment and guides the air to the turbine rotor;
A first rotor cooling step of cooling the turbine rotor by supplying air from the rotor cooling system to the turbine rotor during fuel supply to the combustor;
The boost compressor is operated while the fuel supply to the combustor is stopped, and the air boosted by the boost compressor is supplied to the turbine rotor via the rotor cooling system to cool the turbine rotor. A second rotor cooling step;
Method of operating the cooling device.
前記第二ロータ冷却工程では、前記ブースト圧縮機で昇圧されて前記ロータ冷却系に流入した空気の流れであって、前記ロータ冷却系内における前記車室側への流れを抑制し、前記ロータ冷却系内における前記タービンロータ側への流れ促進する、
冷却装置の運転方法。 The operation method of the cooling device according to claim 18,
In the second rotor cooling step, the flow of air that has been increased in pressure by the boost compressor and has flowed into the rotor cooling system, wherein the flow to the vehicle interior side in the rotor cooling system is suppressed, and the rotor cooling Promoting flow to the turbine rotor side in the system,
How to operate the cooling device.
前記燃焼器冷却工程では、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気の前記ロータ冷却系への流入を抑制し、前記ブースト圧縮機で昇圧された空気の前記燃焼器への流入を促進する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to claim 18 or 19,
In the combustor cooling step, the inflow of the air pressurized by the boost compressor to the rotor cooling system is suppressed, and the inflow of the air pressurized by the boost compressor to the combustor is promoted.
How to operate the cooling device.
前記燃焼器への燃料供給停止後から予め定められた時点までの冷却必要期間中、少なくとも一時的に前記第二ロータ冷却工程を実行し、
前記冷却必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されれば、前記第二ロータ冷却工程を実行せず、前記燃焼器冷却工程及び前記第一ロータ冷却工程を実行し、
前記冷却必要期間中に前記燃焼器への燃料供給が再開されなければ、前記冷却必要期間経過後、前記第二ロータ冷却工程を実行しない、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to any one of claims 18 to 20,
Performing the second rotor cooling step at least temporarily during a necessary cooling period from the stop of fuel supply to the combustor until a predetermined time point;
If fuel supply to the combustor is resumed during the cooling required period, the second rotor cooling step is not performed, the combustor cooling step and the first rotor cooling step are performed,
If the fuel supply to the combustor is not resumed during the cooling required period, the second rotor cooling step is not performed after the cooling required period has elapsed.
How to operate the cooling device.
前記燃焼器への燃料供給停止中、前記車室内空気撹拌工程と前記第二ロータ冷却工程とを並行して実行する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to any one of claims 18 to 21,
While the fuel supply to the combustor is stopped, the vehicle interior air stirring step and the second rotor cooling step are executed in parallel.
How to operate the cooling device.
前記第二ロータ冷却工程では、前記ブースト圧縮機により、前記燃焼器冷却系内に大気を吸い込んで、前記ロータ冷却系を介して前記大気を前記タービンロータに供給する、
冷却装置の運転方法。 In the operating method of the cooling device according to any one of claims 18 to 22,
In the second rotor cooling step, the boost compressor sucks air into the combustor cooling system and supplies the air to the turbine rotor via the rotor cooling system.
How to operate the cooling device.
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