JPH0514537U - ガスタービンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリアランスが最小限に維持でき、タービン
効率を向上させることができるガスタービンの冷却装置
を提供すること。 【構成】 高圧空気通路１３のハウジング５の側壁５ｂ
に通孔１６を穿孔し、この通孔１６を介して上記高圧空
気通路１３と外部の蒸気発生装置２０とを連通する蒸気
移送通路２１を形成し、上記蒸気移送通路２１に制御弁
２２を設置して、上記蒸気発生装置２０から高圧空気通
路１３内に導入される高圧蒸気で、ハウジング５の内壁
５ａを冷却する構成とした。また、制御弁２２にエンジ
ンコントロールボツクス２３を接続し、ガスタービンの
負荷に応じて上記エンジンコントロールボツクス２３か
らの指令信号で上記制御弁２２を作動させて、蒸気移送
通路２１を開閉する構成とした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、高圧蒸気によりハウジングを冷却し、シユラウドとタービン翼と のクリアランスを最小限に維持して、ガスタービンの効率を向上させるガスター ビンの冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、ガスタービンの効率は、ハウジングのシユラウドとタービン翼とのク リアランス（隙間）に左右されることが知られており、このクリアランスを極力 小さくする技術開発が行われている。 ガスタービンの運転において、上記クリアランスは、ハウジング系のシュラウ ド、ロータ系のタービン翼の熱膨張率、熱容量、温度等で決定されるが、タービ ンの加速、減速、負荷投入、遮断等の負荷変動によつても影響を受け、定常運転 時のみならず非定常運転時においても変化するものである。 従来のガスタービンにおけるクリアランスは、図５の点線で示すように、ター ビン始動時に小さく、停止時に大きくなる傾向がある。したがつて、上記の変動 を見込んで組立時にクリアランスを大きく設定する必要があるので、ガスタービ ンの効率が十分に発揮されていない。

【０００３】 上記クリアランスを制御するものとして、図６で示すように、ハウジング内壁 ５ａを冷却して、シユラウド１９とタービン翼９との間のクリアランスを最小限 に維持可能として，タービンの出力向上を図る装置が公知である（特開平２−１ ４６２２９号公報参照）。

【０００４】 同図において、１９はシユラウドで、タービン翼９を包囲してハンガでハウジ ング内壁５ａに取着されている。３０Ａ，３０Ｂは環状デイスク形のフインで、 上記シユラウド１９上部のハウジング内壁５ａに形成されている。３１はダクト で、上記環状デイスク形フイン３０Ａ，３０Ｂを挟むように設けられる環状ダク ト３２，３３，３４に空気Ａを送給するものである。

【０００５】 上記構成によると、ダクト３１に導入される空気が環状ダクト３２，３３，３ ４に導かれ、この空気が上記各環状ダクトに形成された通孔から上記環状デイス ク形フイン３０Ａ，３０Ｂに送給され、これらの環状フインを冷却して、燃焼ガ ス通路に排出される。

【０００６】 このように、環状デイスク形フインが冷却され、ハウジング内壁５ａが冷却さ れるので、上記シユラウド１９とタービン翼９との間のクリアランスＸが最小限 に維持される。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記構成の冷却装置は、圧縮機、燃焼器およびタービンが直列 に配列される航空機用ガスタービンにおいて採用しうるが、ハウジングの周囲に 形成される高圧空気通路に高圧空気が圧送される構造を有する形式のガスタービ ンでは適用できないものである。したがつて、上記のようなガスタービンのハウ ジング系が効果的に冷却でき、クリアランスが最小限に維持できる冷却装置の開 発が要望されていた。

【０００８】 この考案は、上記課題を解決するためになされたもので、クリアランスを最小 限に維持して、タービン効率を向上させることができるガスタービンの冷却装置 を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、請求項１では、高圧空気通路のメインハウジング の側壁に通孔を穿孔し、この通孔を介して上記高圧空気通路と外部の蒸気発生装 置とを連通する蒸気移送通路を形成し、上記蒸気移送通路に制御弁を設置して、 上記高圧空気通路内に高圧蒸気を導入してハウジング内壁を冷却する構成とした 。

【００１０】 また、請求項２では、エンジンコントロールボツクスを制御弁に接続し、ガス タービンの負荷に応じて上記エンジンコントロールボツクスから発信される指令 信号で上記制御弁を作動させて、蒸気移送通路を開閉する構成とした。

【００１１】

【作用】

この考案によれば、高圧空気通路内に高圧蒸気が導入され、この高圧蒸気でハ ウジングが冷却されるので、クリアランスを小さくできる。 また、制御弁にエンジンコントロールボツクスを接続したので、タービンの負 荷に応じて制御弁を作動させ、高圧空気通路内に高圧蒸気を導入させることがで きる。 さらに、タービンの負荷に応じて制御弁を作動させることができるので、ター ビンの定常運転時に、最適な量の高圧蒸気を高圧空気通路内に導入してハウジン グを冷却できる。

【００１２】

【実施例】

以下、この考案の一実施例を図面にしたがつて説明する。 図１はこの考案によるガスタービンの要部を一部切欠して示す断面図である。 なお、この実施例では、前後に２段のタービン９Ａ，９Ｂおよびタービンノズ ル１０Ａ，１０Ｂを備えたものについて説明する。

【００１３】 同図において、１は軸方向に多段に配設された遠心圧縮機で、その出口にはデ イフユーザ２が設けられている。ハウジングはインレツトハウジング３、中間ハ ウジング４およびメインハウジング５からなり、上記遠心圧縮機１はインレツト ハウジング３と中間ハウジング４に収納されており、インレツトハウジング３の 前方（左側）には出力軸（図示せず）が突出している。

【００１４】 ７は単筒缶形の燃焼器で、ほぼ径方向に突出させて、上記メインハウジング５ に装着されており、その内筒７Ａは下端でスクロール８に連結されている。

【００１５】 ９Ａ，９Ｂは軸方向に沿つて前後に２段に配設されたタービンで、それらの外 周にはそれぞれタービン翼９ａ，９ｂが固着されているとともに、各タービン９ Ａ，９Ｂの軸方向の前部には、それぞれタービンノズル１０Ａ，１０Ｂがメイン ハウジング５の内壁５ａに配設されている。

【００１６】 ８はスクロールで、上記燃焼器７からの燃焼ガスＧを内部で旋回させながら前 段のタービンノズル１０Ａを経て前段のタービン９Ａに導くものであり、この前 段のタービン９Ａに導入された燃焼ガスＧは次にタービンノズル１０Ｂを経て後 段のタービン９Ｂに導かれる。

【００１７】 １３は高圧空気通路で、上記タービンノズル１０Ａ，１０Ｂの外周でメインハ ウジング５とスクロール８の外囲壁との間に形成され、上記遠心圧縮機１からの 高圧空気Ａを上記燃焼器７に導くものである。

【００１８】 １６は通孔で、図２で明瞭に示すように、上記高圧空気通路１３のメインハウ ジング５の側壁５ｂに穿孔され、この通孔１６にはパイプが接続されて蒸気移送 通路２１が形成され、外部の蒸気発生装置２０から高圧蒸気Ｓを上記高圧空気通 路１３に導くものである。

【００１９】 １８は冷却孔で、上記メインハウジング５の内壁５ａに穿孔され、上記高圧空 気通路１３内に導入される高圧空気Ａまたは高圧蒸気Ｓを上記タービンノズル１ ０Ａ，１０Ｂに導くものである。

【００２０】 １９Ａ，１９Ｂはシユラウドで、上記タービン翼９ａ，９ｂの端面に面すると ともに、各タービン翼の端面とクリアランスＸを設けて上記各タービン翼９ａ， ９ｂを包囲して上記ハウジング内壁５ａに取着されている。

【００２１】 １９は冷却孔で、上記ハウジング内壁５ａに穿孔され、上記高圧空気通路１３ 内に導入される高圧空気Ａまたは高圧蒸気Ｓを上記シユラウド１９Ａ，１９Ｂに 導くものである。

【００２２】 ２０は蒸気発生装置で、ガスタービンの燃焼ガスＧの排気熱を利用して蒸気を 発生し、蒸気移送通路２１を介して高圧蒸気Ｓを上記高圧空気通路１３内に導入 させるものである。

【００２３】 ２２は制御弁で、上記蒸気移送通路２１に設置され、上記蒸気移送通路２１を 開閉させるものである。

【００２４】 ２３はエンジンコントロールボツクス（以下、ＥＣＢという）で、上記制御弁 ２２に接続され、タービンの負荷に応じて上記制御弁２２に指令信号を発信して これを作動させ、高圧空気通路１３内へ導入される高圧蒸気Ｓを制御するもので ある。

【００２５】 上記タービンの負荷としては、たとえば、エンジンの出力やトルク、また、そ の回転数などがあり、これらの入力情報にもとづきＥＣＢ２３から制御弁２２に 弁を開閉させる指令信号が出力される。さらに、上記ＥＣＢ２３には、蒸気発生 装置２０の発生蒸気情報、たとえば、蒸気温度や圧力などの情報も入力される。

【００２６】 上記構成によれば、図１の遠心圧縮機１により圧縮された高圧空気Ａが高圧空 気通路１３内に導かれたのち、燃焼器７に導入される。この燃焼器７からの燃焼 ガスＧは内筒７Ａを経て最前段のタービンノズル１０Ａを経て最前段のタービン 翼９ａに導入される。ついで、最前段のタービン翼９ａから排出された燃焼ガス Ｇは次段のタービンノズル１０Ｂを経て次段のタービン翼９ｂへと軸方向の前方 から後方へ向かつて導入される。

【００２７】 他方、上記高圧空気通路１３内に導かれた高圧空気Ａは、図２で示すように、 冷却孔１８からタービンノズル１０Ａ，１０Ｂに、また、冷却孔１９からシユラ ウド１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ導入され、ハウジング内壁５ａを冷却して燃焼ガ ス通路に排出される。

【００２８】 ガスタービンが定常運転に入ると、上記負荷情報や発生蒸気情報にもとづき、 上記ＥＣＢ２３から制御弁２２を開とする指令信号が発信され、この信号を受け て制御弁２２が作動して蒸気移送通路２１を連通させ、高圧蒸気Ｓが上記蒸気移 送通路２１および通孔１６を経て上記高圧空気通路１３内に導入される。

【００２９】 上記高圧空気通路１３内に導入された高圧蒸気Ｓは、冷却孔１８からタービン ノズル１０Ａ，１０Ｂに、また、冷却孔１９からシユラウド１９Ａ，１９Ｂにそ れぞれ導入され、ハウジング内壁５ａを冷却して燃焼ガス通路に排出される。

【００３０】 上記のようにシユラウド１９Ａ，１９Ｂが冷却されるので、ハウジング内壁５ ａは内外周面から冷却され、図５の実線で示すように、クリアランスＸは最小限 に維持されて、ガスタービンの効率が向上する。

【００３１】 一方、ガスタービンの作動を停止すると、上記負荷情報にもとづき、ＥＣＢ２ ３から制御弁２２を閉とする指令信号が発信され、この信号を受けて制御弁２２ が作動して蒸気移送通路２１が遮断されて、上記高圧空気通路１３内への高圧蒸 気Ｓの導入が遮断される。

【００３２】 以上説明したように、この実施例では、タービン定常運転時に高圧空気通路１ ３内に高圧蒸気Ｓが導入され、この高圧蒸気Ｓでハウジング内壁５ａが冷却され るので、クリアランスＸが最小限に維持されて、ガスタービンの効率を向上させ ることができる。

【００３３】 さらに、高圧蒸気Ｓの発生をガスタービンの燃焼ガスＧの排熱を利用して行な えるので、省エネルギが達成できて経済的である。

【００３４】 図３は、この考案の他の実施例を示すもので図１のガスタービンの要部の拡大 断面図である。 同図において、１５は高圧蒸気通路で、前記通孔１６と冷却孔１９とを連通さ せるように、上記ハウジング５の内壁５ａ、側壁５ｂおよび隔壁６ａ，６ｂとの 間における高圧空気通路１３内に形成され、この高圧蒸気通路１５内に導入され る高圧蒸気Ｓを冷却孔１９から導出させてシユラウド１９Ａ，１９Ｂを冷却する ものである。

【００３５】 上記構成によれば、高圧蒸気通路１５内に導入された高圧蒸気Ｓは、冷却孔１ ９からシユラウド１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ導入され、これらを冷却して燃焼ガ ス通路に排出される。

【００３６】 このように、上記構成によれば、高圧蒸気Ｓでハウジング５が冷却され、とく に高圧蒸気Ｓでシユラウド１９Ａ，１９Ｂが冷却されるので、ハウジング内壁５ ａは内外周面から冷却されて、クリアランスＸが最小限に維持され、ガスタービ ンの効率を向上させることができる。

【００３７】 図４は、この考案のさらに他の実施例を示すガスタービンの要部の拡大断面図 である。 同図において、１５は高圧蒸気通路で、パイプＰで前記通孔１６と接続され、 この通孔１６と冷却孔１９とを連通させるように上記ハウジング５の内壁５ａと 隔壁６ａおよび６ｃとの間で高圧空気通路１３内に形成されて、上記高圧蒸気通 路１５内に導入される高圧蒸気Ｓを冷却孔１９から導出させてシユラウド１９Ａ ，１９Ｂを冷却するものである。 ６ｄはインピンジ孔で、上記隔壁６ｃに複数個穿孔され、上記高圧蒸気通路内 に導入された高圧蒸気Ｓをハウジング５の内壁５ａに噴出させるものである。

【００３８】 上記構成によれば、高圧蒸気通路１５内に導入された高圧蒸気Ｓは、隔壁６ｃ のインピンジ孔６ｄからハウジング５の内壁５ａに噴出して、上記ハウジング内 壁５ａを冷却するとともに、冷却孔１９からシユラウド１９Ａ，１９Ｂにそれぞ れ導入されて、これらを冷却して燃焼ガス通路に排出される。

【００３９】 このように、上記構成によれば、高圧蒸気Ｓでハウジング５が冷却され、とく に高圧蒸気Ｓでハウジング内壁５ａがインピンジ冷却されるとともに、シユラウ ド１９Ａ，１９Ｂが冷却されるので、ハウジング内壁５ａは内外周面から冷却さ れて、クリアランスＸが最小限に維持され、ガスタービンの効率を向上させるこ とができる。

【００４０】 なお、上記実施例では、２段のタービン９Ａ，９Ｂおよびタービンノズル１０ Ａ，１０Ｂを備えたものについて説明したが、この考案では、１段もしくは３段 以上の多段のものであつても適用できる。 また、高圧蒸気通路１５をシユラウドごとに対応させて別個に形成し、ハウジ ング５の内壁５ａを冷却する構成とすることができる。

【００４１】

【考案の効果】

この考案によれば、高圧空気通路内に導入される高圧蒸気でハウジングが効果 的に冷却されるので、クリアランスが最小限に維持され、タービン効率を向上さ せることができる。

【００４２】 また、タービンの負荷に応じて制御弁を作動させることができ、タービンの定 常運転時に高圧空気通路内に高圧蒸気を導入し、この高圧蒸気でハウジングが冷 却されるので、クリアランスが最小限に維持され、タービン効率を向上させるこ とができる。

【００４３】 さらに、燃焼ガスの排熱を利用して高圧蒸気を発生させる装置が使用できるの で、省エネルギが達成できて経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案によるガスタービンの要部を一部切欠
して示す側面図である。

【図２】図１の要部の拡大断面図である。

【図３】この考案の他の実施例を示すガスタービンの要
部の拡大断面図である。

【図４】この考案の他の実施例を示すガスタービンの要
部の拡大断面図である。

【図５】ガスタービンの運転経過とクリアランスとの関
係を示す図である

【図６】公知のガスタービンの要部の断面図である。

【符号の説明】

５ メインハウジング ５ａ ハウジング内壁 ５ｂ ハウジング側壁 １３ 高圧空気通路 １６ 通孔 ２０ 蒸気発生装置 ２１ 蒸気移送通路 ２２ 制御弁 ２３ エンジンコントロールボツクス Ａ 高圧空気 Ｓ 高圧蒸気 Ｘ クリアランス

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に配設され先端にタービン翼を取
   着したタービンと、このタービンの軸方向前方でかつハ
   ウジング内壁に配設されるタービンノズルと、上記ター
   ビン翼を包囲してハウジング内壁に取着されるシユラウ
   ドと、上記タービンノズルの外周に形成され圧縮機から
   の高圧空気を燃焼器に導く高圧空気通路と、この高圧空
   気通路内のハウジングの内壁に穿孔されかつ上記タービ
   ンノズルおよびシユラウドに連通する通孔とを具備して
   なるガスタービンの冷却装置において、上記高圧空気通
   路のハウジング側壁に通孔を穿孔し、この通孔を介して
   上記高圧空気通路と外部の蒸気発生装置とを連通する蒸
   気移送通路を形成し、上記蒸気移送通路に制御弁を設置
   して、上記高圧空気通路内に高圧蒸気を導入してハウジ
   ング内壁を冷却する構成としたことを特徴とするガスタ
   ービンの冷却装置。
2. 【請求項２】 制御弁にエンジンコントロールボツクス
   を接続し、ガスタービンの負荷に応じて上記エンジンコ
   ントロールボツクスからの指令信号で上記制御弁を作動
   させて、蒸気移送通路を開閉する構成としたことを特徴
   とする請求項１に記載のガスタービンの冷却装置。