JPH02153232A - ガスタービンケーシングの加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンのケーシング加熱装置に係り、特
に、冷却空気系統内の中間冷却器が故障。

あるいは、保守点検のために使用不能の場合にもガスタ
ービンの運転を継続させるのに好適なガスタービンケー
シング加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、従来型の中間冷却器付ガスタービンの一例を
示す。従来の中間冷却器を用いたガスタービンは、例え
ば、特開昭４８−８７２１２号公報に開示されるように
、圧縮機よりの抽気を、水冷却、あるいは、空冷式の中
間冷却器で冷却した後、タービンの冷却空気として導入
する方式が知られている。第２図で、圧縮機１に導入さ
れた空気は圧縮された後、燃焼器２に導入され、燃料と
混合されて燃焼を行なう。高温の燃焼ガスはタービン３
を駆動した後、排気ガスとして大気中に放出され、ター
ビンより発生した動力で発電機４を駆動する。

また、圧縮機吐出空気の一部は、ガスタービンより抽気
され、水冷式の中間冷却器５により冷却された後、冷却
空気６としてタービン３に導入され、タービン翼の冷却
に用いられる。

また、タービン低圧段の静翼冷却空気は、圧縮機低圧段
抽気７が、中間冷却器を通さずに供給される。中間冷却
器より送られた冷却空気６はロータ８の内部に導入され
てロータ８を冷却した後、初段動翼９、二段動翼１０の
冷却に用いられ、また、他の一部はタービンケーシング
１１内を流れて初段静翼１２の冷却に用いられる。

二段静翼１３．三段静翼１４には中間冷却器を通ってい
ない低圧の圧縮機低圧段抽気７が導入され、冷却を行な
う。

一般に、タービン入口燃焼ガス温度を高くするほど、ガ
スタービンの熱効率を高くすることができるが、一方、
タービン翼の高温における強度上の問題により、タービ
ン入口燃焼ガス温度は制限される。最近では、ガスター
ビンの高効率化を図るため、タービン翼の内部に冷却空
気を流して冷却を行ない、それによってタービン入口ガ
ス温度を高温化する技術が用いられており、いかに少量
の冷却空気でタービン翼を効率よく冷却するか、また、
タービン入口ガス温度の高温化をどこまで図れるかが大
きな開発課題となっている。この課題の解決策の一つと
して、第２図に示すような圧縮機最終段抽気、あるいは
、圧縮機途中抽気をガスタービン外部に設置した中間冷
却器を通すことによって冷却してタービン翼に導入する
方法がある。この方法によれば、圧縮機最終段抽気、あ
るいは、途中段抽気を直接タービン翼に導入して冷却す
る場合と比べて、少量の冷却空気の流量でタービン翼を
効率良く冷却することができ、高いタービン入口温度を
実現し、ガスタービンの高効率化を図ることができる。

しかし、従来の技術では、中間冷却器が故障してタービ
ンに供給する冷却空気の温度が上昇した場合、タービン
ロータに熱膨張を生じ、動翼先端の間隙が減少して摺損
してしまうため、運転の継続は不可能であり、中間冷却
器が故障した場合にはガスタービンを停止させざるを得
ないという欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、中間冷却器を含む冷却空気系統の信頼
性について考慮がされておらず、中間冷却器に故障が生
じた場合、あるいは、保守点検のために、中間冷却器が
運転不能の場合、すぐにガスタービンを停止させなけれ
ばならないという問題があった。

本発明の目的は、中間冷却器が故障、あるいは、保守点
検のために運転不能の場合にも、ガスタービンの運転を
継続することが可能で、かつ、出力低下も最小限に押え
ることのできるガスタービンケーシング加熱装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、中間冷却器が故障、あるいは、保守点検の
ために運転不能となり、ロータの冷却空気温度が上昇し
た場合に、タービンケーシング外表面に高温の圧縮機の
吐出空気、あるいは、途中段抽気を吹き付け、加熱する
ことにより、ロータの熱膨張によるタービン動翼先端間
隙の減少を、タービンケーシングの熱膨張によって軽減
、あるいは、防止し、動翼先端の摺損を防止することに
より達成される。

〔作用〕

中間冷却器が故障、あるいは、保守点検のために使用不
能となり、中間冷却器の出口の冷却空気温度が上昇した
場合、その冷却空気を導入しているロータの温度は上昇
し、ロータの熱膨張により、タービン動翼先端の半径が
増加する。一方、タービンケーシング側は、そのままで
は、半径の変化は無く、ガスタービンの運転を継続する
とロータの熱膨張分だけ動翼先端の間隙が減少して動翼
を摺損してしまうことになる。そこで、タービンケーシ
ングの外表面に高温の圧縮機吐出空気、あるいは、途中
段抽気を吹付け、加熱することにより、タービンケーシ
ングにも熱膨張を生じさせ、動翼先端の間隙を確保して
ガスタービンの運転を継続させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第３図により説明
する。

第１図において、３８０℃の圧縮機吐出空気は、中間冷
却器５で２２０℃に冷却された後、冷却空気６としてタ
ービンロータ８に導入され、初段動翼９、二段動翼１０
の冷却を行なう。中間冷却器５にはその前後を結ぶバイ
パス配管１５、及び、切換バルブ１９が設けられ、中間
冷却器の故障時、あるいは、保守点検時には中間冷却器
をバイパスして、圧縮機吐出空気を、直接、タービンロ
ータ８に導入できるようになっている。圧縮機吐出空気
は、さらに、バルブ１６を介して配管エフによりタービ
ンケーシング外周に導出され、タービンケーシングの周
囲に配置されたケーシング加熱配管１８に供給される。

配管１８にはタービンケーシング１１に面して多数の空
気孔が設けられており、この空気孔を通った高温の圧縮
機吐出空気はタービンケーシング１１しこ吹付けられ、
ケーシングの加熱を行なう。配管工８に設けられた空気
孔は、タービンケーシング１１の温度分布、および、必
要な加熱温度に応してその孔径、孔間隔を変化させて配
置されている。

通常の運転では、ロータの冷却空気６は中間冷却器５を
通り、２２０℃まで冷却された空気が供給され、また、
バルブ１６は閉じられておリケーシング加熱用空気は供
給されていない。中間冷却器が故障した場合、あるいは
、中間冷却器の保守点検を行なう場合には、切換バルブ
１９を切換え、中間冷却器をバイパスした３８０℃の圧
縮機吐出空気をロータに供給すると同時に、バルブ１６
を開けて圧縮機吐出空気をタービンケーシングの外表面
に吹き付け、ケーシングの加熱を行なう。

第３図は、本実施例における中間冷却器の運転時、故障
時、及び、タービンケーシングの加熱時におけるロータ
とケーシングの温度、及び、半径変化を示したものであ
る。中間冷却器を運転している通常の運転状態では、ロ
ータ温度は約２２０℃、ケーシング温度は約２００℃と
なっており、この状態で所定の動翼先端間隙が確保でき
る様な間隙設定となっている。中間冷却器が故障、ある
いは、保守点検のため、中間冷却器をバスパスした圧縮
機吐出空気をロータに供給した場合、ロータ温度は約２
２０　’Ｃから約３８０℃に上昇するが、そのままでは
ケーシング温度は変化しない。この場合には、ロータの
熱膨張量分だけ動翼先端間隙が減少し、動翼先端を摺損
してしまう。また、この状態でも摺損しないよう、あら
かじめ、動翼先端間隙を広げた場合には、通常の運転状
態で大きな動翼先端間隙で運転することになり、ガスタ
ービン熱効率の大巾な低下（試算例では約４％（相対値
））を生じるため現実的ではない。との摺損を防止する
ために、タービンケーシングに圧縮機の吐出空気を吹き
付は加熱を行なった場合には、ロータの温度上昇と同時
に、ケーシング温度も」二昇するため、ケーシングの熱
膨張により動翼先端間隙を確保することができ、動翼先
端を摺損させることなく、中間冷却器をバイパスした運
転を行なうことができる。

中間冷却器をバイパスした状態で、ガスタービンの運転
を行なう場合には、タービン動翼の冷却空気温度が高く
なるため、タービン動翼の温度に許容範囲に押えるため
に、タービン入口ガス温度を下げた運転を行なうことと
なるが、この場合にも本実施例では、通常運転時の約８
５％の出力が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、中間冷却器をバイパスした冷却空気を
ロータに供給した場合にも、動翼先端間隙を確保し、動
翼、ケーシング間の摺損を防ぐことができるので、中間
冷却器の故障時、あるいは、中間冷却器の保守点検時に
もガスタービンの運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は従来技術
の系統図″、第３図は本発明の実施例における各部の温
度及び半径変化のグラフである。 １・・・圧縮機、２・・・燃焼器、３・・・タービン、
４・発電機、５・・・中間冷却器、８・・・タービンロ
ータ、９・・・第一段動翼、１０・・第二段動翼、１１
・・・タービンケーシング、１２・・・第一段静翼、１
３・・・第二段静翼、１４・・・第二段静翼、１５・・
・バイパス配管、１６・・・ケーシング加熱バルブ、１
７・・ケーシング加熱空気導出配′管、１８・・・ケー
シング加熱配管、１９・・・切換バルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機の途中段、あるいは、最終段よりの抽気をガ
   スタービンの外部に設置された熱交換器で冷却した後、
   タービンロータに導入してタービン動翼の冷却を行なう
   ガスタービンにおいて、前記熱交換器が故障した場合に
   、タービンケーシングの外周に導出した前記圧縮機の吐
   出空気、あるいは、途中段抽気を前記タービンケーシン
   グに吹付けることにより、前記タービンケーシングを加
   熱することを特徴とするガスタービンケーシングの加熱
   装置。 ２、前記熱交換器が故障あるいは保守点検のために使用
   不能の場合に、前記タービンロータへ供給する冷却空気
   を、前記熱交換器を通らない前記圧縮機の吐出空気ある
   いは途中段抽気に切り換え、前記タービンケーシングの
   外周に導出した前記圧縮機の前記吐出空気あるいは前記
   途中段抽気を前記タービンケーシングに吹付けることに
   より前記タービンケーシングを加熱することを特徴とす
   る特許請求項第１項記載のガスタービンケーシングの加
   熱装置。 ３、前記タービンケーシングの外周に前記タービンケー
   シングに面して多数の空気孔をもつ配管を配置し、前記
   配管内に前記圧縮機の吐出空気、あるいは、途中段抽気
   を導入することにより、空気孔を通つた高温の空気が前
   記タービンケーシングに吹付けられ、前記タービンケー
   シングの加熱を行なうことを特徴とする特許請求項第１
   項記載のガスタービンケーシングの加熱装置。 ４、前記タービンケーシングの温度分布および運転上必
   要な各位置の加熱温度に応じて、前記空気孔の孔径およ
   び孔間隔を変化させることを特徴とする特許請求項第３
   項記載のガスタービンケーシングの加熱装置。