JPH01208524A - Steam injection type gas turbine engine - Google Patents

Steam injection type gas turbine engine

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JPH01208524A
JPH01208524A JP30114488A JP30114488A JPH01208524A JP H01208524 A JPH01208524 A JP H01208524A JP 30114488 A JP30114488 A JP 30114488A JP 30114488 A JP30114488 A JP 30114488A JP H01208524 A JPH01208524 A JP H01208524A
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JP
Japan
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steam
turbine
engine
high pressure
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP30114488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
William Ronald Hines
ウィリアム・ロナルド・ハイネス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MICHAEL J PANCHURIANO
Original Assignee
MICHAEL J PANCHURIANO
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/042Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas pure steam being expanded in a motor somewhere in the plant

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PURPOSE: To produce an increase in power output of an engine by providing a high pressure boiler means for generating superheated steam with combustion exhaust gas downstream of a gas turbine engine and inducting the steam generated there to a combustor via a supplementary steam turbine. CONSTITUTION: Compressed air from a low pressure compressor 12 and a high pressure compressor 14 is supplied to a combustor 16 in which fuel is combusted to generate high pressure and high temperature gas which is supplied to a high pressure turbine 18 and a low pressure turbine means 20 for work. The steam via the low pressure turbine means 20 is inducted to a power turbine 26 to drive it and then drive an electricity generator 36 via an output shaft 28. In this case, a high pressure boiler 30 and a low pressure boiler 37 are arranged downstream of the power turbine 18. A supplementary steam turbine 32 combined with the electricity generator 36 is driven by the superheated steam generated in the high pressure boiler 30. The steam generated there is inducted to the combustor 16. The steam from the low pressure boiler 37 is inducted to the low pressure turbine means 20.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスタービン機関、更に具体的に云えば、機
関から追加の馬力出力を抽出して、サイクルの熱効率を
改善する小形の補助高圧蒸気タービンを持つ蒸気噴射形
ガスタービン機関に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to gas turbine engines, and more particularly to steam-injected gas turbine engines having a small auxiliary high pressure steam turbine that extracts additional horsepower output from the engine and improves the thermal efficiency of the cycle. Regarding turbine engines.

発明の背景 ガスタービン機関の性能を改善する為に蒸気の噴射を利
用することは周知である。典型的には、こう云う機関は
、機関から放出された廃熱から蒸気を発生し、その蒸気
をサイクルに噴射して、ガスタービンの性能を改善する
。この様な典型的な1つの構成が、米国特許節4,56
9,195号に記載されている。この米国特許では、機
関の排気熱だけから、又は排気装置内に配置された1つ
又は更に多くの補助燃焼器又はバーナーからの熱と組合
せて、排気熱交換器内で蒸気が発生される。
BACKGROUND OF THE INVENTION The use of steam injection to improve the performance of gas turbine engines is well known. Typically, these engines generate steam from waste heat released by the engine and inject the steam into the cycle to improve the performance of the gas turbine. One such typical configuration is U.S. Patent Section 4,56
No. 9,195. In this US patent, steam is generated in an exhaust heat exchanger from engine exhaust heat alone or in combination with heat from one or more auxiliary combustors or burners located within the exhaust system.

発生された蒸気が機関の中に噴射される。この噴射は、
主燃焼器を含めた機関の種々の部分、又は低圧タービン
、高圧タービン又は動力タービンを含めた種々のタービ
ンの内の任意の所で行なうことが出来る。
The steam generated is injected into the engine. This injection is
It can be performed anywhere in various parts of the engine, including the main combustor, or in various turbines, including a low pressure turbine, a high pressure turbine, or a power turbine.

動力タービンより下流側に種々のボイラーを配置し、そ
こで中圧及び低圧の蒸気を発生し、その後その蒸気を機
関の種々の部分に噴射することが出来る。
Various boilers can be located downstream from the power turbine to generate intermediate and low pressure steam that can then be injected into various parts of the engine.

それでも、機関内を流れる大量の蒸気は、非凝縮の蒸気
として、開放サイクルの機関を出て行き、これは損失で
あり、機関の熱効率を下げる。従って、蒸気の噴射を利
用することによって、ガスタービンの運転が改善された
が、この蒸気の多くが機関を出て行き、効率及び動力出
力は可能である程の値に達していない。
Still, the large amount of steam flowing through the engine leaves the open cycle engine as non-condensable steam, which is a loss and reduces the thermal efficiency of the engine. Thus, although the use of steam injection has improved the operation of gas turbines, much of this steam leaves the engine and the efficiency and power output are not as high as possible.

発明の要約 この発明は動力タービンの下流側に高圧ボイラーを利用
して、非常に高い圧力及び温度の蒸気を発生することに
より、蒸気噴射形ガスタービン機関の装置としての動力
出力並びにサイクルの熱効率の両方を改善する。この後
、蒸気が非凝縮形の高圧蒸気タービン(以下これを補助
蒸気タービンと呼ぶ)を通り、この為この過熱蒸気から
馬力が抽出され、その結果蒸気はずっと低温になるが、
それでも飽和状態より高く、依然として燃焼器に噴射す
るのに十分な圧力を持っている。この低温の蒸気は、燃
焼器に直接的に噴射してもよいし、或いはずっと高い過
熱温度に再熱してから燃焼器に噴射してもよい。低温の
蒸気は、再熱する代りに、静止ベーン部分を冷却する為
に使うことも出来る。非常に高い圧力を効率よく発生す
ると云うボイラーの能力を利用することにより、こう云
う機関装置に対する合計燃料流量が一定の時、開放サイ
クルから出て行く非凝縮の蒸気は少なくなる。
SUMMARY OF THE INVENTION This invention utilizes a high-pressure boiler downstream of a power turbine to generate steam at very high pressure and temperature, thereby improving the power output and cycle thermal efficiency of a steam-injected gas turbine engine. Improve both. The steam then passes through a non-condensing high-pressure steam turbine (hereinafter referred to as the auxiliary steam turbine), which extracts horsepower from this superheated steam, resulting in much cooler steam.
It is still above saturation and still has enough pressure to inject into the combustor. This cold steam may be injected directly into the combustor or may be reheated to a much higher superheat temperature before being injected into the combustor. Cold steam can also be used to cool stationary vane sections instead of being reheated. By taking advantage of the boiler's ability to efficiently generate very high pressures, less non-condensable steam exits the open cycle when the total fuel flow rate to these engines is constant.

表1は、高圧タービンの回転子の入口温度が一定で、機
関装置に対する燃料流量を増加した時、同じ量の非凝縮
の蒸気が開放サイクルから出て行くことを示している。
Table 1 shows that when the high pressure turbine rotor inlet temperature is constant and the fuel flow rate to the engine equipment is increased, the same amount of non-condensable steam leaves the open cycle.

これはサイクルの熱効率をかなり改善する。同時に、補
助蒸気タービンからの出力を補助タービン歯車箱を介し
て動力タービンの直接的な出力と合せることにより、装
置の馬力出力も改善される。補助蒸気タービンを使うに
は、高圧タービン、低圧タービン又は動力タービンのノ
ズルのダイヤフラム面積の様な機関の制御面積の変更を
必要としない。然し、熱交換器又はボイラー装置は、補
助蒸気タービンを使う様に設計しなければならない。
This considerably improves the thermal efficiency of the cycle. At the same time, the horsepower output of the system is also improved by combining the output from the auxiliary steam turbine with the direct output of the power turbine via the auxiliary turbine gearbox. Use of an auxiliary steam turbine does not require changes in the control area of the engine, such as the diaphragm area of the nozzle of the high pressure turbine, low pressure turbine, or power turbine. However, the heat exchanger or boiler equipment must be designed to use an auxiliary steam turbine.

従って、この発明の目的は、動力出力を増加し、熱効率
を改善する様なガスタービン、並びに機関を運転する方
法を提供することである。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gas turbine and a method of operating the engine that increases power output and improves thermal efficiency.

この発明の別の目的は、動力タービンの下流側にある高
圧ボイラーで発生された蒸気から、馬力を抽出する為に
、補助蒸気タービンを利用する蒸気噴射形ガスタービン
機関を提供することである。
Another object of the invention is to provide a steam injection gas turbine engine that utilizes an auxiliary steam turbine to extract horsepower from steam generated in a high pressure boiler downstream of the power turbine.

この発明の別の目的は、動力タービンより下流側に高圧
タービンを持っていて、非常に高い圧力の過熱蒸気を発
生し、この蒸気が補助蒸気タービンを通過して、その後
機関に噴射される様なガスタービン機関を提供すること
である。
Another object of the invention is to have a high pressure turbine downstream of the power turbine to generate superheated steam at a very high pressure which is then passed through an auxiliary steam turbine and then injected into the engine. The objective is to provide a gas turbine engine with a

この発明の別の目的は、機関装置に対する所定の燃料流
量に対し、機関から排気中に失われる非凝縮蒸気を少な
くした蒸気噴射形ガスタービン機関を提供することであ
る。
Another object of the invention is to provide a steam injection gas turbine engine that reduces non-condensable steam lost from the engine to the exhaust for a given fuel flow rate to the engine system.

簡単に云うと、この発明の1形式では、圧縮機、燃焼器
及び高圧タービンを直列の組合せとして持つガスタービ
ン機関を提供する。機関の出力を動力タービンから抽出
する。動力タービンの下流側に高圧ボイラーがあって、
非常に高い圧力の過熱蒸気を発生する。補助蒸気タービ
ンが高圧ボイラーからの蒸気を受取り、動力タービンを
通じて抽出される動力の出力の他に、この蒸気から動力
を抽出し、こうして機関の出力動力及び熱効率を高める
。この後蒸気を噴射によって機関に戻す。
Briefly, one form of the invention provides a gas turbine engine having a compressor, combustor, and high pressure turbine in series combination. Engine power is extracted from the power turbine. There is a high pressure boiler downstream of the power turbine.
Generates superheated steam at very high pressure. An auxiliary steam turbine receives steam from the high pressure boiler and extracts power from the steam in addition to the power output extracted through the power turbine, thus increasing the power output and thermal efficiency of the engine. The steam is then returned to the engine by injection.

この発明の1実施例では、蒸気は、燃焼器に噴射して戻
す前に、過熱器内で再熱される。この発明の別の実施例
では、更に動力タービンの下流側に、中圧ボイラー及び
/又は低圧ボイラーを設けて、タービンの様な機関の他
の部分に噴射する為の蒸気を発生する。
In one embodiment of the invention, the steam is reheated in a superheater before being injected back into the combustor. Another embodiment of the invention further includes an intermediate pressure boiler and/or low pressure boiler downstream of the power turbine to generate steam for injection into other parts of the engine, such as the turbine.

補助蒸気タービンからの蒸気を利用して、過熱器内で再
熱する代りに、静止ベーン部分を冷却することが出来る
。この代りに、燃焼器を冷却する為に直接的に燃焼器の
中に噴射してもよい。
Steam from the auxiliary steam turbine can be used to cool the stationary vane section instead of being reheated in a superheater. Alternatively, it may be injected directly into the combustor to cool it.

好ましい実施例の説明 この発明は、排気中の熱を回収する為に、ボイラー装置
を用いた陸上用又は舶用ガスタービン機関を対象とする
。典型的には、ガスタービンは、低圧及び高圧圧縮機の
様な圧縮機を持ち、その後に燃焼器が続き、その後に低
圧及び高圧タービンの様なタービンがある。動力タービ
ンから出力を取出す。更にこの発明は、非常に高い圧力
の過熱蒸気を発生する様に設計された高圧ボイラーを動
力タービンの下流側に持っている。この蒸気が補助蒸気
タービンを通り、このタービンがこの蒸気から馬力を抽
出する。この蒸気は未だ十分な圧力及び飽和状態より高
い温度が残っており、この為、それを機関の燃焼器又は
その他の部分の中に噴射して戻すことが出来る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is directed to land or marine gas turbine engines that utilize a boiler system to recover heat in the exhaust gas. Typically, a gas turbine has a compressor, such as a low pressure and high pressure compressor, followed by a combustor, followed by a turbine, such as a low pressure and high pressure turbine. Takes power from the power turbine. Additionally, the invention includes a high pressure boiler downstream of the power turbine that is designed to produce superheated steam at very high pressures. This steam passes through an auxiliary steam turbine, which extracts horsepower from the steam. This vapor still remains at sufficient pressure and temperature above saturation so that it can be injected back into the combustor or other parts of the engine.

この構成にすると、機関の動力出力と共に、そのサイク
ルの熱効率が高くなる。この様に高くなるのは、基準の
燃料流量で排気中に失われる非凝縮蒸気が減少するから
である。更に、ボイラーは非常に小さいポンプ損失で、
非常に高い圧力を発生することが出来る。更に、ボイラ
ーは、蒸気の温度又は質量流量の僅かな損失を伴うだけ
で、容易に圧力を出すことが出来るから、補助蒸気ター
ビンに於ける圧力損失は問題ではない。別の利点は、過
熱蒸気の特性として、それが完全なガスではないことで
ある。運転に使う温度範囲内の一定の温度では、そのエ
ンタルピーは流れを絞るにつれて増加する。従って、温
度を下げた場合、補助蒸気タービンの出力では、圧力は
、補助蒸気タービンを通過する間にかなり低下し、この
時、不完全ガスは、同じ温度で、但し一層高い圧力で、
それが完全なガスであった場合よりも、−層大きなエン
タルピーを持つ。
This configuration increases the power output of the engine as well as the thermal efficiency of its cycle. This increase is due to less non-condensable vapor being lost to the exhaust at a nominal fuel flow rate. Furthermore, the boiler has very low pumping losses,
It can generate very high pressure. Furthermore, pressure losses in the auxiliary steam turbine are not a problem since the boiler can easily develop pressure with only a small loss in steam temperature or mass flow. Another advantage is that, as a property of superheated steam, it is not a complete gas. At a given temperature within the operating temperature range, the enthalpy increases as the flow is throttled. Therefore, if we reduce the temperature, at the output of the auxiliary steam turbine, the pressure will drop considerably during its passage through the auxiliary steam turbine, when the incomplete gas will be at the same temperature, but at a higher pressure.
It has a -fold greater enthalpy than if it were a perfect gas.

第1図には、ガスタービン機関を全体的に10で示しで
ある。これは、作業流体の順序で見て、低圧圧縮機手段
(LPG)12と、その後に続く高圧圧縮機手段(RP
C)14.とを含む。周知の様に、燃焼器16が燃料を
受取り、燃焼器の出力生成物を発生し、それが高圧ター
ビン手段(HPT)18に送られる。この後に低圧ター
ビン手段(LPT)20が続く。2軸装置を利用し、低
圧タービンからの内側軸22が低圧圧縮機を駆動し、高
圧タービンからの外側軸24が高圧圧縮機を駆動する。
A gas turbine engine is shown generally at 10 in FIG. This includes, in working fluid order, a low pressure compressor means (LPG) 12 followed by a high pressure compressor means (RP
C)14. including. As is well known, a combustor 16 receives fuel and produces a combustor power product that is sent to a high pressure turbine means (HPT) 18. This is followed by low pressure turbine means (LPT) 20. A two-shaft system is utilized, with the inner shaft 22 from the low pressure turbine driving the low pressure compressor and the outer shaft 24 from the high pressure turbine driving the high pressure compressor.

この後、作業流体が低圧タービンから動力タービン1」
へ通過してその中で膨張し、この動力タービンを使って
、その出力軸28を通じて出力装置を駆動する。典型的
には、蒸気が機関の燃焼器又はその他の部分の中に噴射
される。若干の蒸気がこの装置から排出され、非凝縮の
蒸気として、開放サイクルを出てゆく。これは装置の損
失であり、その為、サイクルの熱効率を下げる。
After this, the working fluid is transferred from the low pressure turbine to the power turbine 1.
The power turbine is used to drive an output device through its output shaft 28. Steam is typically injected into the combustor or other portion of the engine. Some steam is exhausted from the device and exits the open cycle as non-condensable steam. This is a loss in the equipment and therefore reduces the thermal efficiency of the cycle.

この発明では、動力タービンの下流側にある高圧(HP
)ボイラー3Gを機関に追加する。典型的には、この高
圧ボイラーは、非常に高い圧力の過熱蒸気を発生する様
に設計される。例として云うと、圧力は1.500乃至
3. 500psiaの範囲にすることが出来、過熱蒸
気は少なくとも750”Fである。
In this invention, the high pressure (HP) downstream of the power turbine is
) Add boiler 3G to the engine. Typically, this high pressure boiler is designed to produce superheated steam at very high pressure. As an example, the pressure may range from 1.500 to 3. It can be in the range of 500 psia and the superheated steam is at least 750''F.

全体を32で示した補助蒸気タービンが高圧ボイラーか
らの蒸気出力を受取る。蒸気が補助蒸気タービン32を
通過し、その後配管34から、燃焼器の中に噴射される
。典型的には、補助タービンは約4対1の圧力比で運転
することが出来る。
An auxiliary steam turbine, indicated generally at 32, receives steam output from the high pressure boiler. Steam passes through an auxiliary steam turbine 32 and is then injected into the combustor via piping 34. Typically, the auxiliary turbine can operate at a pressure ratio of about 4:1.

その時でも、蒸気は飽和状態より高く、依然として燃焼
器に噴、射するのに十分な圧力を持っている。
Even then, the steam is above saturation and still has enough pressure to be injected into the combustor.

この構成の利点は、過熱蒸気が完全なガスではなく、そ
の結果、動作温度では、そのエンタルピーが流れを絞る
につれて増加することである。補助タービンの出力では
、蒸気の温度はその入力よりも下がっている。圧力もか
なり下がっている。
The advantage of this configuration is that the superheated steam is not a perfect gas, so that at operating temperatures its enthalpy increases as the flow is throttled. At the output of the auxiliary turbine, the temperature of the steam is lower than at its input. The pressure has also dropped considerably.

その結果、不完全なガスである蒸気は、この時、同じ温
度で、但し一層高い圧力の完全なガスであった場合より
も、エンタルピーが一層大きい。
As a result, the incomplete gas, steam, now has a greater enthalpy than if it were a perfect gas at the same temperature but at a higher pressure.

補助タービン32からの出力は、歯車箱35を介して送
出し、又は所望の速度を得る為に、可変速低周波装置等
に送出すことが出来る。例として云うと、歯車箱は、3
,600又は3.00ORPM  (6011z又は5
011z)の速度を得る為に、6対1の比を使うことが
出来る。図示の様に、歯車箱35が、補助タービンから
の出力を主軸28の出力と合体して、6011zの発電
機36を運転する様に作用する。
The output from the auxiliary turbine 32 can be routed through a gearbox 35 or to a variable speed low frequency device or the like to obtain the desired speed. For example, the gear box is 3
,600 or 3.00ORPM (6011z or 5
011z), a 6:1 ratio can be used. As shown, a gearbox 35 serves to combine the output from the auxiliary turbine with the output of the main shaft 28 to operate the 6011z generator 36.

高圧ボイラー30の他に、配管3Bに蒸気を送出す一層
低圧の(L P)ボイラー37の様な他のボイラーを含
めることが出来る。配管38の蒸気が1つのタービン、
図では低圧タービン20に噴射されることが示されてい
る。
In addition to high pressure boiler 30, other boilers may be included, such as a lower pressure (LP) boiler 37 delivering steam to line 3B. The steam in the pipe 38 is a single turbine;
The figure shows that the fuel is injected into the low pressure turbine 20.

第1図に示す様に、補助蒸気タービン32からの蒸気出
力が直接的に燃焼器に噴射される。この蒸気は比較的低
い温度であるから、これは燃焼器を冷却するのに役立つ
As shown in FIG. 1, steam output from the auxiliary steam turbine 32 is injected directly into the combustor. Since this steam is at a relatively low temperature, it helps cool the combustor.

第2図でも、同様な部分には同じ参照記号を用いてるが
、高圧ボイラー3oからの出力が、前と同じく、補助蒸
気タービン32に送られる。然し、蒸気を燃焼器に噴射
する前に、最初に過熱器4゜に通す。この過熱器が動力
タービン26と高圧ボイラー30の間に配置されている
。その結果、蒸気がずっと高い過熱温度に再熱され、そ
の後燃焼器に噴射される。動力タービンの後に補助パー
ナ−を設ける場合、この過熱器は更に用途がある。
In FIG. 2, the same reference symbols are used for similar parts, but the output from the high pressure boiler 3o is sent to the auxiliary steam turbine 32 as before. However, before the steam is injected into the combustor, it is first passed through a 4° superheater. This superheater is located between the power turbine 26 and the high pressure boiler 30. As a result, the steam is reheated to a much higher superheat temperature before being injected into the combustor. This superheater has further applications when an auxiliary purner is provided after the power turbine.

この様な補助バーナーは動力タービンの出力の温度を高
めるが、これは実質的に高圧ボイラーの入口の温度を高
める。この様な高い温度は、ボイラーに特別の材料を必
要とする。高圧過熱器40は、ボイラーより手前で、こ
の熱を奪い、この温度を下げる。
Such auxiliary burners increase the temperature of the power turbine output, which substantially increases the temperature of the high pressure boiler inlet. Such high temperatures require special materials in the boiler. The high-pressure superheater 40 removes this heat and lowers the temperature before the boiler.

過熱器を使う代りに、補助蒸気タービンから直接的に発
生される様な低温の蒸気を、再熱する代りに、静止ベー
ン部分の様な機関の種々の部分を冷却する為に実際に使
うことが出来る。
Instead of using a superheater, the actual use of low temperature steam, such as that generated directly from an auxiliary steam turbine, to cool various parts of the engine, such as the stationary vane section, instead of reheating it. I can do it.

第2図には、中圧(IP)ボイラー42及び低圧ボイラ
ー44も示されている。これらのボイラーからの出力を
使って、種々のタービン又は機関のその他の部分に供給
を行なうことが出来る。図示の様に、中圧ボイラー42
からの蒸気が配管46から低圧タービン20に噴射され
、配管48から動力タービン26に噴射される。同様に
、動力タービンが配管50を介して低圧ボイラー44か
らの蒸気の噴射を受ける。第2図は全体を52に示す様
な中間冷却器を使うことも示している。
Also shown in FIG. 2 are an intermediate pressure (IP) boiler 42 and a low pressure boiler 44. The output from these boilers can be used to supply various turbines or other parts of the engine. As shown, medium pressure boiler 42
Steam is injected from line 46 into low pressure turbine 20 and from line 48 into power turbine 26 . Similarly, the power turbine receives an injection of steam from the low pressure boiler 44 via piping 50. FIG. 2 also shows the use of an intercooler as shown generally at 52.

補助蒸気タービン32からの出力を使って、補助圧縮機
を駆動することが出来る。これは、ボイラー42.44
からの中圧及び低圧ボイラーの蒸気を加圧する。その後
、この蒸気も直接的に燃焼器に噴射することが出来る。
Output from the auxiliary steam turbine 32 can be used to drive an auxiliary compressor. This is boiler 42.44
Pressurize the steam from the medium and low pressure boilers. This steam can then also be directly injected into the combustor.

こうすることにより、補助圧縮機の損失は燃焼器で埋合
わされる。
In this way, the losses of the auxiliary compressor are compensated for by the combustor.

表1に示す様に、補助蒸気タービンを用いて運転すると
、補助蒸気ター ビンを追加した時に、熱効率は2.8
%と云うかなりの増加が得られる。
As shown in Table 1, when operating with an auxiliary steam turbine, the thermal efficiency is 2.8 when the auxiliary steam turbine is added.
A considerable increase of % is obtained.

更に馬力が14%改善される。この表では、ボイラーの
ポンプ馬力又は動力タービンの回転子のスラスト軸受の
損失を性能に考慮していないことに注意されたい。また
高圧圧縮機の動作線も増加させない。
Additionally, horsepower is improved by 14%. Note that this table does not take performance into account for boiler pump horsepower or power turbine rotor thrust bearing losses. Also, the operating line of the high pressure compressor is not increased.

補助蒸気タービンの寸法は非常に小さい。長さ約7吋、
直径14吋で、1吋の羽根を設けたタービンは、0.8
75の効率で、大体6,600馬力を出すことが出来る
。表Iの例では、上に述べたタービンの蒸気流量は3倍
にしなければならない。補助蒸気タービンの出力を第1
図に示す様に発電機の主軸に歯車結合することが出来る
。第1図に示す様に、3.60ORPMまで6対1の減
速を利用することが出来る。反対廻りの動力タービンで
は、1,800RPMまでの2段の減速を利用する。
The dimensions of the auxiliary steam turbine are very small. Approximately 7 inches long
A turbine with a diameter of 14 inches and 1 inch blades has a diameter of 0.8
With an efficiency of 75, it can produce approximately 6,600 horsepower. In the example of Table I, the steam flow rate of the turbine described above must be tripled. The output of the auxiliary steam turbine is
As shown in the figure, it can be geared to the main shaft of the generator. As shown in FIG. 1, a 6:1 reduction can be utilized up to 3.60 ORPM. The counter-rotating power turbine utilizes a two-stage reduction to 1,800 RPM.

第3図は、前に第1図に示した機関を通過する時のラン
キン・サイクルに対するT−S (温度−エントロピー
)線図を示す。主燃焼器に噴射された蒸気は線60を辿
って、点aに達する。その後、蒸気が線62に示す様に
、温度及び圧力の低下を伴って、種々のタービンを通過
して、点すに達する。動力タービンの後に補助バーナー
を設けた場合、蒸気の温度が点Cに高くなり、その後、
蒸気出力が点fで排気煙道から排出される。
FIG. 3 shows a T-S (temperature-entropy) diagram for the Rankine cycle as it passes through the engine previously shown in FIG. The steam injected into the main combustor follows line 60 and reaches point a. The steam then passes through various turbines with a decrease in temperature and pressure, as shown by line 62, until it reaches the point. If an auxiliary burner is installed after the power turbine, the temperature of the steam will rise to point C;
Steam output exits the exhaust flue at point f.

この発明を使わないと、蒸気は最初に線64から入り、
線66に沿って進んで、主燃焼器に噴射される。高圧ボ
イラーが存在すると、蒸気は、補助蒸気タービンの入口
の点dに達するまで、曲線68に沿って進む。その後、
温度及び圧力が線69に沿って補助蒸気タービン内で低
下して、点eに達する。この点でも、温度及び圧力は主
燃焼器を加熱するのに依然として適切である。
Without this invention, steam would first enter line 64;
Proceeding along line 66, it is injected into the main combustor. With a high pressure boiler present, the steam will follow curve 68 until it reaches point d at the inlet of the auxiliary steam turbine. after that,
The temperature and pressure decrease in the auxiliary steam turbine along line 69 until point e is reached. At this point, the temperature and pressure are still adequate to heat the main combustor.

線66.68.69の間の区域が、曲線の下にある余分
の面積を表わすことが理解されよう。周知の様に、曲線
の下のこの様な余分の面積は、排気煙道温度が同じレベ
ルである限り、サイクルの効率を改善する。
It will be appreciated that the area between lines 66, 68, 69 represents the extra area under the curve. As is well known, this extra area under the curve improves the efficiency of the cycle as long as the exhaust flue temperature remains at the same level.

従って、この発明を使うと、サイクルの全体的な熱効率
が改善される。更に、補助蒸気タービンと共に高圧ボイ
ラーを使うことにより、馬力を直接的に回収することが
出来、その為、所定の燃料流量で排気から出る非凝縮の
蒸気が少なくなる。
Therefore, using this invention, the overall thermal efficiency of the cycle is improved. Additionally, by using a high pressure boiler with an auxiliary steam turbine, horsepower can be recovered directly, resulting in less non-condensable steam exiting the exhaust for a given fuel flow rate.

この発明を特定の例及び実施例について説明したが、当
業者であれば、特許請求の範囲によって定められたこの
発明の範囲内でこの他の実施例及び変更を加えることが
出来ることが理解されよう。
Although the invention has been described with respect to particular examples and embodiments, those skilled in the art will appreciate that other embodiments and modifications can be made within the scope of the invention as defined by the claims. Good morning.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の1実施例の略図、 第2図はこの発明の別の実施例の略図、第3図はランキ
ン・サイクルのT−3(温度−エントロピー)線図で、
補助蒸気タービン及び高圧ボイラーを使うことによって
得られる効率の増加を示している。 主な符号の説明 12.14二圧縮機 16:燃焼器 18:高圧タービン 26:動力タービン 30:高圧ボイラー 32:補助蒸気タービン
Fig. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram of another embodiment of the invention, and Fig. 3 is a T-3 (temperature-entropy) diagram of the Rankine cycle.
It shows the efficiency gains obtained by using an auxiliary steam turbine and high pressure boiler. Explanation of main symbols 12.14 Two compressors 16: Combustor 18: High pressure turbine 26: Power turbine 30: High pressure boiler 32: Auxiliary steam turbine

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、圧縮機、燃焼器、高圧タービン及び当該機関からの
出力を発生する出力動力タービンを直列の組合せとして
持ち、更に前記動力タービンより下流側にあって、当該
機関に噴射する為の過熱蒸気を供給する高圧ボイラー手
段と、当該機関にその蒸気を噴射する前に、前記高圧ボ
イラー手段からの蒸気を受取って、当該機関から追加の
動力出力を抽出して、機関の出力動力並びに熱効率を高
める補助蒸気タービンとを有する蒸気噴射形ガスタービ
ン機関。 2、前記燃焼器に過熱蒸気を噴射する手段を有する請求
項1記載の蒸気噴射形ガスタービン機関。 3、燃焼器に噴射する前に、前記蒸気を再熱する過熱器
を有する請求項2記載の蒸気噴射形ガスタービン機関 4、前記過熱器が前記動力タービンより下流側、そして
高圧ボイラー手段より上流側にある請求項3記載の蒸気
噴射形ガスタービン機関。 5、機関の高温部分を冷却する為に前記蒸気を利用する
手段を有する請求項1記載の蒸気噴射形ガスタービン機
関。 6、前記高温部分が静止ベーン部分を含む請求項5記載
の蒸気噴射形ガスタービン機関。 7、前記補助蒸気タービンに結合されていて、所望の速
度の出力を求める補助タービン歯車箱を有する請求項1
記載の蒸気噴射形ガスタービン機関。 8、所望の速度の出力を求める為に前記蒸気タービンに
結合された可変速一定周波数装置を有する請求項1記載
の蒸気噴射形ガスタービン機関。 9、機関が反対廻りの動力タービンを含んでいて、更に
、所望の速度の出力を求める為に、前記補助蒸気タービ
ンに結合された2段変速手段を有する請求項1記載の蒸
気噴射形ガスタービン機関。 10、前記高圧ボイラー手段より下流側にあって、一層
低い圧力で動作し、機関の一部分に噴射する為の蒸気を
発生する追加のボイラー手段を有する請求項1記載の蒸
気噴射形ガスタービン機関。 11、機関が低圧タービンを含んでいて、前記追加のボ
イラー手段が、前記高圧タービン及び前記低圧タービン
の内の少なくとも一方に噴射する為の蒸気を発生する中
圧ボイラーを有する請求項10記載の蒸気噴射形ガスタ
ービン機関。 12、前記動力タービンに噴射する為の蒸気を発生する
低圧ボイラー手段を有する請求項1記載の蒸気噴射形ガ
スタービン機関。 13、前記補助蒸気タービンによって駆動される補助圧
縮機を有し、該補助圧縮機は前記追加の低圧ボイラーか
らの蒸気を加圧し、更に、該補助圧縮機からの蒸気を燃
焼器に噴射する手段を有する請求項10記載の蒸気噴射
形ガスタービン機関。 14、前記高圧ボイラー手段が1,500乃至3,50
0psiaの範囲内の圧力を持つ過熱蒸気を発生する請
求項1記載の蒸気噴射形ガスタービン機関。 15、前記高圧ボイラー手段が少なくとも飽和状態より
50゜高い温度の過熱蒸気を発生する請求項1記載の蒸
気噴射形ガスタービン機関。 16、圧縮機、燃焼器、高圧タービン及び動力タービン
を直列の組合せとして持つ、蒸気噴射形ガスタービン機
関の動力出力及び熱効率を改善する方法に於て、前記動
力タービンより下流側の高圧ボイラー内で過熱蒸気を発
生し、こうして発生された蒸気から補助蒸気タービンで
馬力を抽出し、該補助蒸気タービンから出て来る蒸気を
機関に噴射する工程を含む方法。 17、前記蒸気が燃焼器に噴射される請求項16記載の
方法。 18、開放サイクルを出て行く非凝縮蒸気量を減少する
為に、機関に噴射する前に、前記蒸気を再熱する工程を
含む請求項16記載の方法。 19、前記蒸気が機関の静止ベーン部分を冷却する為に
使われる請求項16記載の方法。 20、前記補助蒸気タービンの出力が補助タービン歯車
箱を介して直接的に動力タービンの主出力に対して作用
する請求項16記載の方法。
[Claims] 1. A compressor, a combustor, a high-pressure turbine, and an output power turbine that generates output from the engine are combined in series, and further downstream from the power turbine, the engine is injected into the engine. high pressure boiler means for supplying superheated steam to increase the output of the engine, and receiving steam from the high pressure boiler means to extract additional power output from the engine before injecting the steam into the engine; A steam injection type gas turbine engine having an auxiliary steam turbine that increases power and thermal efficiency. 2. The steam injection type gas turbine engine according to claim 1, further comprising means for injecting superheated steam into the combustor. 3. A steam injection gas turbine engine according to claim 2, further comprising a superheater for reheating the steam before injecting it into the combustor, the superheater being downstream of the power turbine and upstream of the high pressure boiler means. 4. A steam injection gas turbine engine according to claim 3, which is located on the side. 5. The steam injection type gas turbine engine according to claim 1, further comprising means for utilizing said steam to cool a high temperature portion of the engine. 6. The steam injection gas turbine engine according to claim 5, wherein the high temperature section includes a stationary vane section. 7. An auxiliary turbine gear box coupled to the auxiliary steam turbine for obtaining a desired speed output.
The steam injection gas turbine engine described. 8. The steam injection gas turbine engine of claim 1, further comprising a variable speed constant frequency device coupled to said steam turbine for determining output at a desired speed. 9. The steam-injected gas turbine of claim 1, wherein the engine includes a counter-rotating power turbine, and further comprising two-stage transmission means coupled to said auxiliary steam turbine for obtaining a desired speed of output. institution. 10. A steam injection gas turbine engine according to claim 1, further comprising additional boiler means downstream of said high pressure boiler means operating at a lower pressure to generate steam for injection into a portion of the engine. 11. The steam of claim 10, wherein the engine includes a low pressure turbine, and the additional boiler means includes an intermediate pressure boiler for generating steam for injection into at least one of the high pressure turbine and the low pressure turbine. Injection type gas turbine engine. 12. A steam injection type gas turbine engine according to claim 1, further comprising low pressure boiler means for generating steam for injection into said power turbine. 13. An auxiliary compressor driven by the auxiliary steam turbine, the auxiliary compressor pressurizing steam from the additional low pressure boiler, and further means for injecting the steam from the auxiliary compressor into a combustor. The steam injection type gas turbine engine according to claim 10. 14. The high pressure boiler means is 1,500 to 3,50
A steam injection gas turbine engine according to claim 1, wherein the engine generates superheated steam having a pressure in the range of 0 psia. 15. The steam injection gas turbine engine of claim 1, wherein said high pressure boiler means generates superheated steam at a temperature at least 50 degrees above saturation. 16. In a method for improving the power output and thermal efficiency of a steam injection gas turbine engine having a series combination of a compressor, a combustor, a high pressure turbine, and a power turbine, in a high pressure boiler downstream of the power turbine. A method comprising the steps of generating superheated steam, extracting horsepower from the steam thus generated with an auxiliary steam turbine, and injecting the steam emerging from the auxiliary steam turbine into an engine. 17. The method of claim 16, wherein the steam is injected into a combustor. 18. The method of claim 16 including the step of reheating the steam prior to injection into the engine to reduce the amount of non-condensable steam exiting the open cycle. 19. The method of claim 16, wherein said steam is used to cool a stationary vane section of an engine. 20. The method of claim 16, wherein the output of the auxiliary steam turbine acts directly on the main output of the power turbine through an auxiliary turbine gearbox.
JP30114488A 1987-11-30 1988-11-30 Steam injection type gas turbine engine Pending JPH01208524A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105756732A (en) * 2016-03-14 2016-07-13 东南大学 LNG (Liquefied Natural Gas)/liquid oxygen direct combustion mixed working medium power cycle generation device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233826A (en) * 1991-04-02 1993-08-10 Cheng Dah Y Method for starting and operating an advanced regenerative parallel compound dual fluid heat engine-advanced cheng cycle (ACC)
US5564269A (en) * 1994-04-08 1996-10-15 Westinghouse Electric Corporation Steam injected gas turbine system with topping steam turbine
US7987677B2 (en) 2008-03-31 2011-08-02 Mccutchen Co. Radial counterflow steam stripper
SE0900236A1 (en) * 2009-02-24 2010-08-25 Euroturbine Ab Procedure for operating a gas turbine power plant and a gas turbine power plant
SE534008C2 (en) * 2009-02-24 2011-03-29 Euroturbine Ab Procedure for operation of a gas turbine power plant and gas turbine power plant
US10537840B2 (en) 2017-07-31 2020-01-21 Vorsana Inc. Radial counterflow separation filter with focused exhaust

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH297551A (en) * 1950-11-16 1954-03-31 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Gas turbine plant.
GB746377A (en) * 1953-04-29 1956-03-14 Allan Barker Improvements in or relating to gas turbine installations
GB932718A (en) * 1960-05-24 1963-07-31 Head Wrightson & Co Ltd Combined gas turbine and steam turbine power plant
GB1093682A (en) * 1966-07-22 1967-12-06 Rolls Royce Improvements in or relating to power plants
GB1143469A (en) * 1966-11-11 1969-02-19 Head Wrightson & Co Ltd Combined gas turbine and steam turbine power plant installation
FR1530850A (en) * 1967-07-07 1968-06-28 Aeg Kanis Turbinenfabrik G M B Open gas turbine installation
DE2138664C3 (en) * 1971-07-23 1974-01-24 Gebrueder Sulzer Ag, Winterthur (Schweiz) Gas-steam turbine plant
DE3331153A1 (en) * 1983-08-30 1985-03-14 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Gas turbine system for open process
EP0184137A1 (en) * 1984-12-03 1986-06-11 General Electric Company Integrated coal gasification plant and combined cycle system with air bleed and steam injection

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105756732A (en) * 2016-03-14 2016-07-13 东南大学 LNG (Liquefied Natural Gas)/liquid oxygen direct combustion mixed working medium power cycle generation device
CN105756732B (en) * 2016-03-14 2017-07-18 东南大学 A kind of LNG/ liquid oxygen direct combustion Mixed working fluid cycle TRT

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