JPH05179993A - ガスタービンの冷却空気制御方法及びその装置 - Google Patents

ガスタービンの冷却空気制御方法及びその装置

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JPH05179993A
JPH05179993A JP5434391A JP5434391A JPH05179993A JP H05179993 A JPH05179993 A JP H05179993A JP 5434391 A JP5434391 A JP 5434391A JP 5434391 A JP5434391 A JP 5434391A JP H05179993 A JPH05179993 A JP H05179993A
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竹原  勲
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哲男 笹田
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Hajime Toritani
初 鳥谷
Nobuyuki Furuya
信行 古谷
Yoshihiro Takano
吉博 高野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスタービンの冷却系統内に配置された遠心エ
アーセパレータの、その除塵効率を低下させることな
く、冷却空気量を増やすことができ、ガスタービンの効
率向上を図ることができる冷却空気制御方法及びその装
置を提供するにある。 【構成】遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、ガス
タービンの起動立上り後減少させるようにした。 【効果】塵埃発生量に対応した抽気量となり、遠心エア
ーセパレータの除塵効率を低下させることなく冷却空気
量を増やすことができ、ガスタービンの効率向上を図る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの冷却空気
制御方法及びその装置に係り、特に冷却空気系統内に、
遠心エアーセパレータを備えているガスタービンの冷却
空気制御方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のガス
タービンが図6に線図で示されている。
【0003】ガスタービンは主として圧縮機1と燃焼器
2それにタービン3とより構成されている。圧縮機1は
燃焼用のための圧縮空気とガスパス部品の冷却(燃焼器
やタービン翼)用の圧縮空気の発生に役立ち、極く普通
にはタービン3に結合されタービンにより駆動されるよ
うになっている。尚図中4はガスタービンの負荷、たと
えば発電機である。
【0004】前述したようにこの種ガスタービンにはタ
ービン翼を冷却するための冷却空気系統5が設けられて
いる。この冷却空気系統は前記圧縮機1から抽気した高
温圧縮空気を空気冷却器6にて冷却し、この低温となっ
た空気をタービン翼の冷却路に与えるわけであるが、こ
の場合一般には冷却空気に含まれているダストや途中配
管内の錆等を除くために、この冷却空気系統内に遠心エ
アーセパレータ7を介在させるようにしている。
【0005】周知のようにこの種遠心エアーセパレータ
は、流通している冷却空気をセパレータ胴部内で旋回さ
せ、遠心力により冷却空気中に含まれている塵埃を一方
向に寄せつけてこれをセパレータ胴部に設けられている
抽気配管にて抽気空気とともに外部に放出するようにな
っている。図中8はその抽気配管であり、9はその抽気
配管に設けられた抽気量調整弁である。尚本発明に関連
するものとしては特開昭58−18526 号公報がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようにこの種ガス
タービンの冷却系統の空気は、冷却器6にて冷却された
後、高温ガスパス部品の冷却路に与えられるとともに、
空気内のダストを除去するために遠心エアーセパレータ
から一部放出されている。
【0007】前述説明からも明らかなように、この種ガ
スタービンは圧縮機で得られた一定量の空気を燃焼用と
冷却用に用いるため、この空気を少しでも効率よく用い
ることが大切で、このように遠心エアーセパレータから
冷却系の一部の空気を冷却の役目を果たすことなく、外
部へ放出してしまうことはタービン効率の低下を招く嫌
いがあった。
【0008】本発明はこれにかんがみなされたもので、
その目的とするところはこの遠心エアーセパレータの除
塵効率を低下させることなく、冷却空気量を増やすこと
ができ、ガスタービンの効率向上をはかることができる
この種の冷却空気制御方法及びその装置を提供するにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は遠心エ
アーセパレータの放出抽気流量を、ガスタービンの起動
立上り後減少させるようになし所期の目的を達成するよ
うにしたものである。
【0010】
【作用】このような冷却空気の制御方法であると、最も
多くのスケール(塵埃)が発生し易いタービン起動時に
は、所定量の放出抽気により充分その除去がなされ、そ
の後の塵埃発生の少ない時点では、放出抽気量、すなわ
ち外部への空気放出量が少なくなり、したがって遠心エ
アーセパレータの塵埃効率を低下させることなく、冷却
空気系の冷却空気量を増やすことができ、ガスタービン
の効率向上をはかることができるのである。
【0011】
【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。
【0012】図1には本発明の冷却空気制御装置を具備
したガスタービンが線図で示されている。尚前述した図
6と同一のものには同一符号が付されている。
【0013】空気Aは圧縮機1に吸込まれ、圧縮機にて
高温,高圧に圧縮された後、その一方は燃焼器2に導び
かれる。そして燃焼器側に導びかれた空気は投入された
燃料とともに、燃焼し、高温ガスとなり、やがてガスタ
ービン3に導びかれタービンにて得られる駆動力にて発
電機4を回転させ発電する。圧縮機にて圧縮された高
温,高圧ガスのもう一方は、ガスタービン高温ガスパス
部品の冷却空気としてガスタービン本体とは別系の外部
冷却器6まで配管5aにて導びかれる。そしてこの外部
冷却器6にて冷却された空気は、再び配管5b及び分岐
管、つまりガスタービン静翼用冷却空気配管5c及び動
翼用冷却空気配管5dを通り、夫々高温部品を冷却す
る。
【0014】前記配管5bには遠心式のエアーセパレー
タ7が設置されており、ここで冷却空気に含まれている
スケールが除去される。
【0015】除去されたスケールは抽出空気とともに抽
気配管8内を流通し、外部に放出される。この場合この
抽気配管8には抽気制御弁10が設けられており、この
弁は抽気制御装置12により次のように制御される。
【0016】すなわち抽気制御装置12にはガスタービ
ンの回転数検出器13の信号が取り込まれるよう形成さ
れており、ガスタービンの起動とともに回転数信号Nが
抽気制御装置12に送信される。このとき抽気制御弁1
0は開口している。ガスタービンの起動90%位のとこ
ろでこの抽気制御弁は開口制御され、そしてガスタービ
ンの起動立上り後、所定時間をおいて所定時間後この抽
気制御弁10は閉口方向、すなわち抽気流量が減らせら
れる方向に制御される。
【0017】このように抽気制御弁10が制御される
と、最も多くのスケールが発生し易いタービン起動時に
は、所定量の放出抽気により充分その除去がなされ、そ
の後の塵埃発生の少ない時点では、放出抽気量、すなわ
ち空気の外部放出量が少なくなり、したがって遠心エア
ーセパレータの除塵効率を低下させることなく、ガスパ
ス部品側への冷却空気量を増やすことができるのであ
る。
【0018】尚スケールの量がタービン起動時には多く
その後は少なくなる理由は次のような理由によるもので
ある。
【0019】すなわちガスタービン起動時には、圧縮機
からの高温高圧ガスが冷却空気系統の配管5a,5bに
流入して、配管が暖められ膨張し、スケールが発生する
のである。そしてその後配管の温度が安定すると、スケ
ールは減少していくということである。
【0020】図2にはこのスケールの減少関係と抽気量
の関係が示されている。この図は横軸にはガスタービン
の起動時からの時間Tを、又縦軸にはガスタービンの回
転数N,抽出空気量GL,ダスト流通量Gdが表わされ
ている。
【0021】この図からも明らかなように、抽出空気G
Lはガスタービンの回転数Nの起動立上り90%位のと
ころで放出(GL1 )が始まり、ガスタービンの立上り
後で所定時間後(b)、その放出量が減少(GL2 )さ
れる。尚図中曲線Gdはダスト流通量の変化であるが、
抽気量がGL1からGL2に減少してもスケール量自体が
減少しているので、充分スケールは排出されることがわ
かるであろう。
【0022】尚以上の説明では抽気流量を減少させる時
点をガスタービンの起動後の所定時間後として説明して
きたが、次のようにするとガスパス部品への冷却空気量
をさらに増大させることができる。
【0023】すなわち図3にはその一つの例が示されて
いる。尚図中前述の実施例と同一のものには同一符号を
付したのでその説明は省略する。
【0024】この実施例で前実施例と相違する点は、遠
心エアーセパレータ7の抽気量が冷却空気中のスケール
量に対応してなされるということである。
【0025】すなわち冷却空気系統の遠心エアーセパレ
ータ7の上流側に、たとえば光学式のダスト検出器、あ
るいは磁界を用いたダスト検出器13等を設けておき、
この検出値を制御装置12に取り込み、抽気量をこれに
対応させるのである。
【0026】図4はこの場合の抽気量GLとダスト流通
量Gdの関係を表わしたものであり、ダスト排出には支
障なく、かつ放出空気量は少なく無駄のない抽気が行わ
れることがわかるであろう。
【0027】又以上の説明では遠心エアーセパレータの
抽気開始時期をガスタービンの起動後90%位の回転数
(定格回転数の)と説明してきたが、実用に際して最も
有効なのがこの回転数であるが、勿論ガスタービンの起
動開始とともに抽気が開始されてもほぼ同様な効果が得
られることは云うまでもない。又予めダスト量と回転数
の関係を実験的に求めておき、抽気を減ずる時点をガス
タービンの起動立上り後とし、この時点より次第に抽気
量を減じていくようにしてもよいであろう。
【0028】図5は又別の実施例を示すもので、ガスタ
ービン空気配管ライン上に、遠心エアーセパレータを設
ける位置をタービンケーシング周囲の極近傍に設ける、
すなわち、空気配管母管5bから多数分岐し直接タービ
ンケーシングに流入する配管上に夫々エアーセパレータ
7を設直し、エアーセパレータ1ケ当りに流入するダス
トの流入量を減少させ、エアーセパレータの負荷を落と
し分離効率を最大にし、かつ夫々のエアーセパレータを
前述した制御方法で作動させるのである。この場合エア
ーセパレータの抽気流量は全部合流させ、一つの制御弁
10で制御する。
【0029】このものであると前述した冷却空気増量の
効果が達成されることは勿論のこと、さらに夫々のガス
パス部品に流入するダスト量(遠心エアーセパレータを
通過したダスト量)が等しくなり、ガスパス部品が局部
位置(全周の)のみ摩耗することなくガスパス部品の寿
命の点でも有効である。
【0030】
【発明の効果】本発明は以上説明してきたように、冷却
空気系統に配置されている遠心エアーセパレータの放出
抽気流量を、ガスタービンの起動立上り後減少させるよ
うになしたから、最も多くのスケールが発生し易いター
ビン起動時には所定量の抽気により充分配管内スケール
の除去が行われ、その後のスケール発生の少ない時点で
は抽気量、すなわち外部放出量が少なくなるので、遠心
エアーセパレータの除塵効率を低下させることなく、冷
却空気系の冷却空気量を増すことができ効率の良いガス
タービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却空気制御装置を備えたガスタービ
ンを示す線図。
【図2】エアーセパレータの抽気量と冷却空気系統内ス
ケールの減少関係を示す曲線図。
【図3】本発明の他の実施例の冷却空気制御装置を備え
たガスタービンを示す線図。
【図4】エアーセパレータの抽気量と検出スケール量の
関係を示す曲線図。
【図5】本発明のさらに他の実施例を示すものにして、
冷却空気制御装置を備えたガスタービンを示す線図。
【図6】従来のガスタービンを示す線図。
【符号の説明】
1…圧縮機、2…燃焼器、3…タービン、5…冷却空気
系統、6…空気冷却器、7…遠心エアーセパレータ、1
0…抽気制御弁、12…抽気制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥谷 初 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 古谷 信行 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 高野 吉博 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、 ガスタービンの起動立上り後減少させるようにしたこと
    を特徴とするガスタービンの冷却空気制御方法。
  2. 【請求項2】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、 ガスタービンの起動立上り後所定時間は一定に保ち、 その後減少させるようにしたことを特徴とするガスター
    ビンの冷却空気制御方法。
  3. 【請求項3】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、 ガスタービンの起動時から前記冷却系統内の配管が安定
    温度となる間は一定に保ち、 その後減少させるようにしたことを特徴とするガスター
    ビンの冷却空気制御方法。
  4. 【請求項4】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、 ガスタービンの起動増速に対応して増大させ、ガスター
    ビンの立上り後所定時間一定に保ち、 その後減少させるようにしたことを特徴とするガスター
    ビンの冷却空気制御方法。
  5. 【請求項5】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を、 ガスタービンの起動立上り後次第に減少させるようにし
    たことを特徴とするガスタービンの冷却空気制御方法。
  6. 【請求項6】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記冷却空気系統内に、該系統内を流通するダストの量
    を測定するダスト検知装置を設け、 ガスタービンの起動後、前記ダスト検知装置にて得られ
    たダスト量が規定値以内に減少したとき、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気流量を減少させる
    ようにしたことを特徴とするガスタービンの冷却空気制
    御方法。
  7. 【請求項7】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気路に、その放出空
    気量を制御する弁装置を設け、かつ該弁装置の制御系
    に、ガスタービンの起動立上り後、前記放出抽気路の放
    出空気量が減少するように弁装置を制御する制御装置を
    設けたことを特徴とするガスタービンの冷却空気制御装
    置。
  8. 【請求項8】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記冷却空気系統内に、該系統内を流通するダストの量
    を測定するダスト検知装置を設け、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気路に、その放出空
    気量を制御する弁装置を設け、かつ該弁装置の制御系
    に、前記ダスト検知装置にて得られたダスト量が規定値
    以内に減少したとき、前記放出抽気路の流通空気量を減
    少させるように弁装置を制御する制御装置を設けたこと
    を特徴とするガスタービンの冷却空気制御装置。
  9. 【請求項9】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系統
    内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンにお
    いて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気路に、該放出抽気
    路内を流通するダストの量を測定するダスト検知装置及
    び放出空気量を制御する弁装置を設けると共に、 この弁装置に、前記ダスト検知装置の検出値が規定値以
    内に減少したとき、前記放出抽気路の流通空気量を減少
    させるように弁装置を制御する制御装置を設けたことを
    特徴とするガスタービンの冷却空気制御装置。
  10. 【請求項10】高温ガスパス部品を冷却する冷却空気系
    統内に、遠心エアーセパレータを備えたガスタービンに
    おいて、 前記遠心エアーセパレータの放出抽気路に、 ガスタービンの起動立上り後、前記放出抽気路の放出空
    気量が減少するように作動する弁装置を設けたことを特
    徴とするガスタービンの冷却空気制御装置。
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