JPH0114408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービンの排気フレーム冷却用の
冷気系統に係り、特に、外部電源喪失時にも起動
し得る機能を備えた（いわゆるブラツクスタート
機能を有する）ガスタービン発電設備に好適なよ
うに改良した排気フレーム冷却空気系統に関する
ものである。

〔従来技術〕

ガスタービンは高温ガスを作動流体として用い
るため、作動流体に接触する構成部材を耐熱性の
材料にすると共に、冷却手段を講じなければなら
ない。

ガスタービンの静止体の中で冷却を必要とする
部材はタービンシエルおよび排気フレームであ
る。第１図にガスタービン部分断面図の代表例を
示す。第１図に於いて排気フレーム冷却管より矢
印Ａのごとく導入された空気は、タービンシエル
４内に円周状に配置され、その長さ方向に沿つて
該壁部分を貫通して延びている複数の冷却孔１５
を通過し、タービンシエルを内部冷却し、排気フ
レーム１６とアウタデイフユーザ１９とに囲まれ
た排気フレーム上部隔室１７へ導入される。次に
排気フレーム１６内にその半径方向に配置された
複数個のストラツト１８とエアホイル２０によつ
て囲まれたストラツト隔室２１内を流れ、該スト
ラツト１８を表面冷却し、次に、排気フレーム１
６及びインナーデイフユーザ２２によつて囲まれ
た排気フレーム下部隔室２３へ導入され、その一
部は、ガスタービン軸方向に沿つてタービン下流
側へ、又一部は、上流側へ流れて第３段タービン
後側ホイールスペース内へ流れる。本冷却空気は
上述の各部を冷却するだけでなく、アウタデイフ
ユーザとインナーデイフユーザを流れる高温作動
ガスの冷却系統内への洩れを防止する作用も兼ね
るため、高温作動ガス圧とバランスするに必要な
空気圧力を維持している。上述した様に年々作動
流体温度は上昇しており、又、公害対策として排
気ガス系統に脱硝装置が、さらに、省エネ対策と
して排年回収ボイラが設置され、本排気フード内
の作動流体圧力も上昇している。従つて本排気フ
レーム冷却空気系統に要求される空気流量ならび
に圧力も、増加しており、ガスタービン全体性能
を最適化する冷却空気系統を選択する必要があ
る。

以前においてはガスタービンのタービンシエル
及び排気フレームはガスタービン圧縮機の抽気で
冷却されていたが、排気圧損増加ならびに燃焼温
度増加に伴ない、冷却空気圧力及び流量増加が顕
著となり、従来通り圧縮機抽気を使用するとガス
タービン性能に少なからず影響を及ぼすようにな
つた。即ち、圧縮機抽気でタービンシエル及び排
気フレームを冷却しようとすると、その抽気量は
圧縮機空気量の約0.7％に達する。抽気量が増加
すると、タービン通過ガス量の低下を招き、ガス
タービンの出力低下が発生する。

こうした不具合を解消するため、最近は、電動
機で駆動される排気ブロワを用いてガスタービン
の静止部材を冷却する冷却空気系統が設けられ
る。ブロワによる送風は圧縮機の抽気に比して低
温で冷却効率が良い。第２図は従来の排気フレー
ム冷却空気系統を示す。１は圧縮機、２はタービ
ン、３は燃焼器、４はタービンシエル、５は排気
フード、６は第１軸受、７は第２軸受、８は逆止
弁、９はブロワ、１０は電動機、１１は吸気サイ
レンサである。また、AE―５は上記の圧縮機１
の５段抽気口、AE―１１は同じく11段抽気口で
ある。前記の冷却用ブロワ９は２台設置され、１
台はランニングスペアである。従つて、１台故障
時も安全に運転継続できる。大気より吸い込まれ
た冷却空気は当該ブロワで必要圧力に加圧され、
マニホルドを通つた後、タービンシエル内へ導入
され、前述した通り、タービンシエル及び排気フ
レームを冷却する。上記ブロワ９は電動機駆動の
為、交流電源を必要とするが、ブラツクスタート
機能が必要な場合、ガスタービンは外部交流電源
の供給を受けずに起動する必要がある。ところが
ガスタービン発電設備においては、原動機である
ガスタービンが起動した後の過渡的状態を過ぎて
定格状態になるまでの間、発電が正常に行われな
いので、ブロワ９を駆動する電動機１０の運転が
できない。

一方、排気フレームの冷却はガスタービンの起
動と同時に開始しなければならない。

従来技術においてこの問題を解消して、定格運
転状態に達する以前にブロワ９の駆動電動機を運
転しようとすると、低周波低電圧供給装置などを
設置する必要がある。又、試運転時等に、クラン
キング速度（20％速度）又は、無負荷連続運転す
る場合など、従来技術では、電動機使用に制約が
発生する。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為され、ブロワを
駆動するための特殊な電気機器類を設ける必要無
く、ガスタービンの起動操作における過渡的状
態、並びにガスタービンの停止操作における過渡
的状態で当該ガスタービンの空気冷却を行うこと
ができ、しかも当該ガスタービン発電設備の定常
運転における出力や効率に悪影響を及ぼす虞れの
無いガスタービン排気フレーム冷却空気系統を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、外部電
源喪失時に起動し得る機能を備えたガスタービン
発電設備において、電動機駆動のブロワを有する
冷却空気系統に、ガスタービン用圧縮機の抽気部
を空気源とする抽出空気ラインを接続すると共
に、上記の抽出空気ライン中に空気流量制御手段
を設け、当該ガスタービンの起動操作時および停
止操作時に圧縮機抽気を冷却空気系統に供給し得
べく、かつ、定常運転時に圧縮機抽気と冷却空気
系統とを遮断し得べくなしたることを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第３図について説明
する。

この実施例は、第２図に示した従来のガスター
ビンの排気フレーム冷却空気系統に本発明を適用
して改良したもので、第２図と同一の図面参照番
号を附した圧縮機１、タービン２、燃焼器３、タ
ービンシエル４、排気フード５、第１軸受６、第
２軸受７、逆止弁８、ブロワ９、電動機１０、及
び吸気サイレンサ１１は従来装置におけると同様
乃至は類似の構成部材である。前述の理由により
ブロワ９を２基設置し、それぞれ逆止弁８、電動
機１０、及び吸気サイレンサ１１を備えている。

上記２個の逆止弁８の流出口の合流点Ｂはター
ビンシエル４に連通する排気フレーム冷却管１４
に接続してある。

当該ガスタービンの圧縮機１の抽気口AE―５
と、前記の合流点Ｂとの間を抽出空気ライン２４
で接続し、この抽出空気ライン２４にシヤツトオ
フ弁１２とオリフイス１３とを設けて抽出空気ラ
イン２４内の空気流量を制御し得るように構成す
る。

本発明を実施する場合、上記の空気流量を制御
する手段は、上記実施例のごとくシヤツトオフ弁
とオリフイスとの併用に限られるものではなく、
適宜の空気機器を任意に選定して用い得るが、抽
出空気ライン２４の締切りが可能なように構成す
る。

以上のように構成した排気フレーム冷却空気系
統を設けたガスタービン発電設備においては、ガ
スタービンの始動後、定格運転に移行するまでの
過渡的期間においてはシヤツトオフ弁１２を開
き、圧縮機１の抽気を抽気空気ライン２４、排気
フレーム冷却管１４を介してタービンシエル４に
供給して空気冷却を行わせる。ガスタービンに発
電負荷を掛けるまでの間の排気ガス温度は、例え
ば約300℃というように比較的低温であるため、
圧縮機の抽気で充分に冷却し得る。

ガスタービンが定格運転に移行して発電機を駆
動し、定格電圧、定格周波数の発電が開始される
と、シヤツトオフ弁１２を全閉にする。これによ
り圧縮機１の抽気口AE―５は排気フレーム冷却
管１４と遮断されるので、圧縮機１に別段の悪影
響を及ぼす虞れが無くなる。そして、ガスタービ
ンによる発電が開始された後、定常運転中は発電
電力の１部により電動機１０を運転してブロワ９
を駆動し、空気冷却を行わせる。

発電機の負荷を遮断してガスタービンの停止操
作を行う場合も、シヤツトオフ弁１２を用いて圧
縮機１の抽気により空気冷却を行う。

本実施例におけるブロワ駆動用電動機出力は
45kWで、発電機定格出力の約0.2％に相当する。

一方、圧縮機１の抽気によつてガスタービン定
格運転時の空気冷却を行う場合について試算する
と、圧縮空気量の0.7％を抽気する必要があり、
これによつてガスタービン出力が約500kW低下
し、発電機定格出力の約２％低下を招く。

従つて、本発明の適用により、空気冷却のため
の損失が500kWから45kWに軽減され、冷却空気
損が従来装置に比して45kW／500kW＝0.09（９
％）に軽減される。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、外部電源喪失
時に起動し得る機能を備えたガスタービン発電設
備において、電動機駆動のブロワを有する冷却空
気系統に、ガスタービン用圧縮機の抽気部を空気
源とする抽出空気ラインを接続すると共に、上記
の抽出空気ライン中に空気流量制御手段を設け、
当該ガスタービンの起動操作時および停止操作時
に圧縮機抽気を冷却空気系統に供給し得べく、か
つ、定常運転時に圧縮機抽気と冷却空気系統とを
遮断し得べく為すことにより、当該ガスタービン
に冷却空気を供給するブロワを駆動するための特
殊な電気機器類を設ける必要無く、ガスタービン
の起動操作における過渡的状態、並びにガスター
ビンの停止操作における過渡的状態で当該ガスタ
ービン静止部材の空気冷却を行うことができ、し
かも当該ガスタービン発電設備の定常運転におけ
る出力や効率に悪影響を及ぼす虞れが無いという
優れた実用的効果を奏し、ガスタービン発電設備
の効率向上および出力増加に貢献するところ多大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はガスタービンの空気冷却経路を示すた
めの縦断面図、第２図は従来の排気フレーム冷却
空気系統を付記したガスタービンの縦断面図、第
３図は本発明の排気フレーム冷却空気系統の１実
施例を備えたガスタービンの縦断面図である。 １…圧縮機、２…タービン、４…タービンシエ
ル、５…排気フード、８…逆止弁、、９…ブロワ、
１０…電動機、１１…吸気サイレンサ、１２…シ
ヤツトオフ弁、１３…オリフイス、１４…排気フ
レーム冷却管、１５…タービンシエル冷却孔、１
６…排気フレーム、２４…抽出空気ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外部電源喪失時に起動し得る機能を備えたガ
   スタービン発電設備において、電動機駆動のブロ
   ワを有する冷却空気系統に、ガスタービン用圧縮
   機の抽気部を空気源とする抽出空気ラインを接続
   すると共に、上記の抽出空気ライン中に空気流量
   制御手段を設け、当該ガスタービンの起動操作時
   および停止操作時に圧縮機抽気を冷却空気系統に
   供給し得べく、かつ、定常運転時に圧縮機抽気と
   冷却空気系統とを遮断し得べくなしたることを特
   徴とするガスタービン排気フレーム冷却空気系
   統。