JPH09317494A - 発電プラント及びガスタービン装置 - Google Patents
発電プラント及びガスタービン装置Info
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- JPH09317494A JPH09317494A JP9040911A JP4091197A JPH09317494A JP H09317494 A JPH09317494 A JP H09317494A JP 9040911 A JP9040911 A JP 9040911A JP 4091197 A JP4091197 A JP 4091197A JP H09317494 A JPH09317494 A JP H09317494A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸流圧縮機又はこれを有するガスタービン発
電プラントにおいて、構造を簡単にして製作コストを増
加せずに効率を向上する。 【解決手段】 一体形中間冷却式軸流圧縮機２００は、
冷却水が１以上の静翼組立体２６２，２６４，２６６及
び(又は)ガス流路に配設された一体形空気−水熱交換器
２９０に冷却水２８２を通して、種々の圧縮段でガスが
圧縮される際に該ガスの温度を減少するように構成され
る。
電プラントにおいて、構造を簡単にして製作コストを増
加せずに効率を向上する。 【解決手段】 一体形中間冷却式軸流圧縮機２００は、
冷却水が１以上の静翼組立体２６２，２６４，２６６及
び(又は)ガス流路に配設された一体形空気−水熱交換器
２９０に冷却水２８２を通して、種々の圧縮段でガスが
圧縮される際に該ガスの温度を減少するように構成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシング内で中
間冷却を行う軸流圧縮機並びに該圧縮機のガスタービン
システムでの使用に関する。
間冷却を行う軸流圧縮機並びに該圧縮機のガスタービン
システムでの使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、従来の軸流圧縮機１０の簡略図
である。該圧縮機１０は、空気即ちガス入口４０と、入
口案内羽根（ＩＧＶとも略称する）４２と、軸２０に連
結された動翼５０と、静翼６０と、ケーシング１２とを
有する。運転時において、回転トルクが軸２０に与えら
れ、動翼５０を軸２０の固定の長手軸を中心に回転す
る。大気即ちガス３０は入口４０に吸い込まれて、入口
案内羽根４２を通過して第１の動翼列に至り、そこでガ
スは、動翼５０と第１組の静翼６０との間で圧縮され
る。軸２０が回転し続けることにより、ガスは動翼と静
翼の後続組へと送られて更に圧縮される。ガスの圧力、
温度及び容積間の関係により、ガスは圧縮機１０の各圧
縮段において加熱される。
である。該圧縮機１０は、空気即ちガス入口４０と、入
口案内羽根（ＩＧＶとも略称する）４２と、軸２０に連
結された動翼５０と、静翼６０と、ケーシング１２とを
有する。運転時において、回転トルクが軸２０に与えら
れ、動翼５０を軸２０の固定の長手軸を中心に回転す
る。大気即ちガス３０は入口４０に吸い込まれて、入口
案内羽根４２を通過して第１の動翼列に至り、そこでガ
スは、動翼５０と第１組の静翼６０との間で圧縮され
る。軸２０が回転し続けることにより、ガスは動翼と静
翼の後続組へと送られて更に圧縮される。ガスの圧力、
温度及び容積間の関係により、ガスは圧縮機１０の各圧
縮段において加熱される。
【０００３】ガスの温度が圧縮過程中に低下しない場合
には、所与の圧力まで圧縮するのに必要とされる仕事量
を増大し且つ圧縮機１０の効率を下げることに加えて、
高温のガスが圧縮機１０の動作の信頼性を阻害し、潤滑
を困難にする。このような事情から、圧縮過程中ガスの
温度を下げる目的で軸流圧縮機のための冷却機構が開発
されてきた。従来の軸流圧縮機１０用の冷却機構として
は、軸流圧縮機１０のケーシング１２の外周部に設けら
れた外部フィンまたは水ジャケットがある。外部フィン
及び水ジャケットは、軸流圧縮機１０のケーシング１２
の温度を減少することにより熱がガスから消散するのを
助勢する。しかしながら、それに拘わらず、なお圧縮段
でガスの温度は上昇し、圧縮機１０の効率並びに該圧縮
機を用いるタービンシステムの効率を減少する。この低
効率という問題を克服するために、ボトム蒸気サイクル
（bottoming steam cycle）を有する複合サイクル発電
プラントが開発されてきた。
には、所与の圧力まで圧縮するのに必要とされる仕事量
を増大し且つ圧縮機１０の効率を下げることに加えて、
高温のガスが圧縮機１０の動作の信頼性を阻害し、潤滑
を困難にする。このような事情から、圧縮過程中ガスの
温度を下げる目的で軸流圧縮機のための冷却機構が開発
されてきた。従来の軸流圧縮機１０用の冷却機構として
は、軸流圧縮機１０のケーシング１２の外周部に設けら
れた外部フィンまたは水ジャケットがある。外部フィン
及び水ジャケットは、軸流圧縮機１０のケーシング１２
の温度を減少することにより熱がガスから消散するのを
助勢する。しかしながら、それに拘わらず、なお圧縮段
でガスの温度は上昇し、圧縮機１０の効率並びに該圧縮
機を用いるタービンシステムの効率を減少する。この低
効率という問題を克服するために、ボトム蒸気サイクル
（bottoming steam cycle）を有する複合サイクル発電
プラントが開発されてきた。
【０００４】しかしながら、中間冷却式圧縮機のような
効率の良い圧縮機を用いるタービンシステムにおいて
は、ボトム蒸気サイクル（bottoming steam cycle）は
必要とされないであろう。特に、中間冷却式圧縮機及び
排ガスからの熱回収を利用するガスタービン発電プラン
トは、ボトム蒸気サイクルを用いるシステムの効率に匹
敵し得る効率を有し得る。発電プラントにおける圧縮機
の中間冷却量の増大が、発電プラントの熱効率及び出力
の双方を高めることは理解に難くない。従って、理想的
には、ガスタービンシステムの圧縮機は連続して中間冷
却すべきである。中間冷却式／熱交換器付ガスタービン
システムは、同じガスタービンシステムを用いるガスタ
ービン／蒸気タービン複合サイクル発電プラントと同様
の熱効率及び出力を有するであろう。
効率の良い圧縮機を用いるタービンシステムにおいて
は、ボトム蒸気サイクル（bottoming steam cycle）は
必要とされないであろう。特に、中間冷却式圧縮機及び
排ガスからの熱回収を利用するガスタービン発電プラン
トは、ボトム蒸気サイクルを用いるシステムの効率に匹
敵し得る効率を有し得る。発電プラントにおける圧縮機
の中間冷却量の増大が、発電プラントの熱効率及び出力
の双方を高めることは理解に難くない。従って、理想的
には、ガスタービンシステムの圧縮機は連続して中間冷
却すべきである。中間冷却式／熱交換器付ガスタービン
システムは、同じガスタービンシステムを用いるガスタ
ービン／蒸気タービン複合サイクル発電プラントと同様
の熱効率及び出力を有するであろう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、軸
流圧縮機の慣用の冷却技術は、外部冷却機構を用いてい
る。その結果として、慣用の技術を採用している軸流圧
縮機を連続して中間冷却する場合には、（１）圧縮段後
におけるガスの遠心力による拡散、（２）圧縮機の外部
に配設されている空気−水熱交換器にガスを通流するこ
と、及び（３）入口の渦室を介し圧縮機の流路にガスを
再導入することが要求される。このような中間冷却装置
は大型で、構造が複雑でコストが高い。従って、軸流圧
縮機で圧縮されているガスを連続して中間冷却するため
の内部機構を有する軸流圧縮機に対するニーズが存在す
る。
流圧縮機の慣用の冷却技術は、外部冷却機構を用いてい
る。その結果として、慣用の技術を採用している軸流圧
縮機を連続して中間冷却する場合には、（１）圧縮段後
におけるガスの遠心力による拡散、（２）圧縮機の外部
に配設されている空気−水熱交換器にガスを通流するこ
と、及び（３）入口の渦室を介し圧縮機の流路にガスを
再導入することが要求される。このような中間冷却装置
は大型で、構造が複雑でコストが高い。従って、軸流圧
縮機で圧縮されているガスを連続して中間冷却するため
の内部機構を有する軸流圧縮機に対するニーズが存在す
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機のケー
シングから圧縮ガスを取り出すことなく軸方向の流路内
で軸流圧縮機を中間冷却するための冷却手段を提供す
る。該冷却手段は、圧縮機を運転時に通るガスの流路内
に配設される。該冷却手段は、圧縮機の運転時に、冷却
水を受け入れて上記冷却手段を通るガスから熱を吸収
し、それにより該ガスを冷却する。
シングから圧縮ガスを取り出すことなく軸方向の流路内
で軸流圧縮機を中間冷却するための冷却手段を提供す
る。該冷却手段は、圧縮機を運転時に通るガスの流路内
に配設される。該冷却手段は、圧縮機の運転時に、冷却
水を受け入れて上記冷却手段を通るガスから熱を吸収
し、それにより該ガスを冷却する。
【０００７】上記冷却手段は、圧縮機の運転時に該圧縮
機を通るガスの流路に配設された水冷の静翼組立体を有
することができる。この場合、該静翼組立体は、圧縮機
の運転時に、冷却水を受け入れて該静翼組立体を越えて
流れるガスから熱を吸収する。前記冷却手段は更に、圧
縮機の運転時に該圧縮機を通るガスの流路に配設された
第２の水冷の静翼組立体を有する。第２の静翼組立体
は、圧縮機の運転時に冷却水を受け入れて、上記第２の
静翼組立体を越えて流れるガスから熱を吸収する。
機を通るガスの流路に配設された水冷の静翼組立体を有
することができる。この場合、該静翼組立体は、圧縮機
の運転時に、冷却水を受け入れて該静翼組立体を越えて
流れるガスから熱を吸収する。前記冷却手段は更に、圧
縮機の運転時に該圧縮機を通るガスの流路に配設された
第２の水冷の静翼組立体を有する。第２の静翼組立体
は、圧縮機の運転時に冷却水を受け入れて、上記第２の
静翼組立体を越えて流れるガスから熱を吸収する。
【０００８】また、上記冷却手段は、圧縮機の内部に、
即ち該圧縮機の運転時に圧縮機を通るガスの流路に配設
され一体形の空気−水熱交換器を有する。該熱交換器
も、圧縮機の運転時に冷却水を受け入れて該熱交換器を
通るガスから熱を吸収する。更に、圧力損失を低減する
ために熱交換器の上流側にアキシャルディフューザを配
設することができる。
即ち該圧縮機の運転時に圧縮機を通るガスの流路に配設
され一体形の空気−水熱交換器を有する。該熱交換器
も、圧縮機の運転時に冷却水を受け入れて該熱交換器を
通るガスから熱を吸収する。更に、圧力損失を低減する
ために熱交換器の上流側にアキシャルディフューザを配
設することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図２は、本発明による軸流圧縮機
１００の一部分ＡＡを示す。軸流圧縮機１００の部分Ａ
Ａは、入口案内羽根１４２、第１、第２及び第３の動翼
列１５２、１５４及び１５６並びに第１、第２及び第３
の水冷の静翼組立体１６２、１６４及び１６６を備えて
いる。大気即ちガス１３０は、入口案内羽根１４２を通
過し、第１の動翼列１５２及び静翼組立体１６２によっ
て圧縮され、その結果、圧縮ガス１７０を発生する。ガ
スの圧縮中、ガスの温度は上昇する。この第１の圧縮段
におけるガスの温度の上昇を制限即ち低減する目的で冷
却水（Ｈ2Ｏ）１８２が第１の静翼組立体１６２を通っ
て循環する。冷却水１８２は、対流プロセスにより、静
翼組立体１６２上を通過するガスから熱を吸収し、そし
てそれにより加熱される。加熱された冷却水１８４は、
静翼組立体１６２から流出し、冷却された後、冷却水１
８２として再循環される。
１００の一部分ＡＡを示す。軸流圧縮機１００の部分Ａ
Ａは、入口案内羽根１４２、第１、第２及び第３の動翼
列１５２、１５４及び１５６並びに第１、第２及び第３
の水冷の静翼組立体１６２、１６４及び１６６を備えて
いる。大気即ちガス１３０は、入口案内羽根１４２を通
過し、第１の動翼列１５２及び静翼組立体１６２によっ
て圧縮され、その結果、圧縮ガス１７０を発生する。ガ
スの圧縮中、ガスの温度は上昇する。この第１の圧縮段
におけるガスの温度の上昇を制限即ち低減する目的で冷
却水（Ｈ2Ｏ）１８２が第１の静翼組立体１６２を通っ
て循環する。冷却水１８２は、対流プロセスにより、静
翼組立体１６２上を通過するガスから熱を吸収し、そし
てそれにより加熱される。加熱された冷却水１８４は、
静翼組立体１６２から流出し、冷却された後、冷却水１
８２として再循環される。
【００１０】この対流プロセスは静翼の構造形態と相俟
って、軸流圧縮機１００の第１圧縮段で発生された圧縮
ガスの温度を、圧縮ガスが静翼組立体１６２を通る時
に、下げる。同様に、軸流圧縮機１００の第２及び第３
圧縮段も水冷の静翼組立体１６４及び１６６を備えてい
る。その結果、軸流圧縮機１００における第３圧縮段で
発生される圧縮ガスの温度は、従来の圧縮機において同
様に第３の圧縮段階で発生される圧縮ガスの温度よりも
低くなる。これは、静翼組立体内部に存在する冷却水に
よる熱の吸収に依る。加熱された圧縮ガスが静翼組立体
１６２、１６４または１６６を通る際に、冷却水は対流
により圧縮ガスから熱を吸収する。その結果、圧縮ガス
の温度は低下する。この圧縮機の形態により、高いマッ
ハ数並びに低圧力損失が得られるようになっている。ま
た、更に加えて、軸流圧縮機１００は、従来の圧縮機と
同様に、フィンや水ジャケット（図示せず）により外部
から冷却される。
って、軸流圧縮機１００の第１圧縮段で発生された圧縮
ガスの温度を、圧縮ガスが静翼組立体１６２を通る時
に、下げる。同様に、軸流圧縮機１００の第２及び第３
圧縮段も水冷の静翼組立体１６４及び１６６を備えてい
る。その結果、軸流圧縮機１００における第３圧縮段で
発生される圧縮ガスの温度は、従来の圧縮機において同
様に第３の圧縮段階で発生される圧縮ガスの温度よりも
低くなる。これは、静翼組立体内部に存在する冷却水に
よる熱の吸収に依る。加熱された圧縮ガスが静翼組立体
１６２、１６４または１６６を通る際に、冷却水は対流
により圧縮ガスから熱を吸収する。その結果、圧縮ガス
の温度は低下する。この圧縮機の形態により、高いマッ
ハ数並びに低圧力損失が得られるようになっている。ま
た、更に加えて、軸流圧縮機１００は、従来の圧縮機と
同様に、フィンや水ジャケット（図示せず）により外部
から冷却される。
【００１１】軸流圧縮機１００の水冷静翼組立体１６
２、１６４及び１６６が、該圧縮機１００により発生さ
れるガスの温度を下げるので、これら静翼は、圧縮機の
効率、従って又、これら静翼組立体１６２、１６４及び
１６６を備えた軸流圧縮機１００を用いるタービンシス
テム即ちタービン発電プラントの効率を高めるのに貢献
する。詳言すると、静翼組立体１６２、１６４及び１６
６にポンプ圧送水を循環することによって中間冷却を行
うこの実施の形態（図２に示す）によれば、従来技術の
圧縮機と比較して、所与のガス流を所与の圧力に圧縮す
るのに要求される圧縮段の大きさ及び数を減少すること
を可能にする。これは、各静翼組立体において行われる
中間冷却により、圧縮ガスの温度が低下することによ
る。従って、本発明による軸流圧縮機においては、補正
流量（流路横断面積）は減少し、補正速度（段間圧力
比）が増加するように改善が行われ、それにより、圧縮
機全体の大きさ及び長さを減少することが可能となる。
２、１６４及び１６６が、該圧縮機１００により発生さ
れるガスの温度を下げるので、これら静翼は、圧縮機の
効率、従って又、これら静翼組立体１６２、１６４及び
１６６を備えた軸流圧縮機１００を用いるタービンシス
テム即ちタービン発電プラントの効率を高めるのに貢献
する。詳言すると、静翼組立体１６２、１６４及び１６
６にポンプ圧送水を循環することによって中間冷却を行
うこの実施の形態（図２に示す）によれば、従来技術の
圧縮機と比較して、所与のガス流を所与の圧力に圧縮す
るのに要求される圧縮段の大きさ及び数を減少すること
を可能にする。これは、各静翼組立体において行われる
中間冷却により、圧縮ガスの温度が低下することによ
る。従って、本発明による軸流圧縮機においては、補正
流量（流路横断面積）は減少し、補正速度（段間圧力
比）が増加するように改善が行われ、それにより、圧縮
機全体の大きさ及び長さを減少することが可能となる。
【００１２】図３は、別の好適な実施の形態である中間
冷却式軸流圧縮機２００のにおける部分ＡＡを示す図で
ある。この軸流圧縮機２００は、第１の入口案内羽根２
４２及び第２の入口案内羽根２４４と、３つの動翼列２
５２、２５４及び２５６と、３つの静翼組立体２６２、
２６４及び２６６と、アキシャルディフューザ２８６
と、一体形の空気−水熱交換器２９０とを具備してい
る。この軸流圧縮機２００において、大気即ちガス２３
０は、先ず、入口案内羽根２４２を通過して、幾つかの
軸流圧縮機圧縮段、詳言すれば、動翼列２５２，２５４
及び静翼組立体２６２、２６４を通って圧縮される。し
かる後に、圧縮された加熱ガスはアキシャルディフュー
ザ２８６で拡げられて、そして、加熱された圧縮ガスが
後続の圧縮機圧縮段、詳言すれば入口案内羽根２４４、
動翼２５６及び静翼組立体２６６に入る前に、一体形の
空気−水熱交換器２９０を通し該加熱され圧縮ガスを冷
却する。また、第３の圧縮段後に付加的な中間冷却を行
うことも可能であろう。なお、図面は、例示の目的から
３個の圧縮段部分しか示していないが、圧縮機の圧縮段
の数は、それよりも少なくても或るいは大きくても良い
ことは理解されるべきである。
冷却式軸流圧縮機２００のにおける部分ＡＡを示す図で
ある。この軸流圧縮機２００は、第１の入口案内羽根２
４２及び第２の入口案内羽根２４４と、３つの動翼列２
５２、２５４及び２５６と、３つの静翼組立体２６２、
２６４及び２６６と、アキシャルディフューザ２８６
と、一体形の空気−水熱交換器２９０とを具備してい
る。この軸流圧縮機２００において、大気即ちガス２３
０は、先ず、入口案内羽根２４２を通過して、幾つかの
軸流圧縮機圧縮段、詳言すれば、動翼列２５２，２５４
及び静翼組立体２６２、２６４を通って圧縮される。し
かる後に、圧縮された加熱ガスはアキシャルディフュー
ザ２８６で拡げられて、そして、加熱された圧縮ガスが
後続の圧縮機圧縮段、詳言すれば入口案内羽根２４４、
動翼２５６及び静翼組立体２６６に入る前に、一体形の
空気−水熱交換器２９０を通し該加熱され圧縮ガスを冷
却する。また、第３の圧縮段後に付加的な中間冷却を行
うことも可能であろう。なお、図面は、例示の目的から
３個の圧縮段部分しか示していないが、圧縮機の圧縮段
の数は、それよりも少なくても或るいは大きくても良い
ことは理解されるべきである。
【００１３】軸流圧縮機２００においては、空気−水熱
交換器２９０は該圧縮機の軸方向流路内で、第２の軸流
圧縮段と第３の軸流圧縮段との間に配設されている。空
気−水熱交換器２９０は、冷却水２８２を受け入れて、
加熱された圧縮ガスから熱を取り出すことにより加熱さ
れた冷却水２８４を発生する。空気−水熱交換器２９０
に加えて、軸流圧縮機は又、図２に符号１６２、１６４
及び１６６で示すような１以上の水冷静翼組立体を具備
する。軸流圧縮機２００は、加熱された圧縮ガスの軸方
向中間冷却に対し低いマッハ数で増加した圧力損失の接
近を示している。この実施の形態においては、ディフュ
ーザ２８６及び熱交換器２９０に股がる全圧力損失の総
和を最小にするように拡散の度合いを変えることができ
る。尤も、ディフューザ２８６及び熱交換器２９０を共
に備えている圧縮機よりも組み合わされた圧力損失がか
なり大でない場合には、ディフューザ２８６は省略され
る。このような軸流圧縮機においては、中間冷却装置は
非常にコンパクトにすることができる。
交換器２９０は該圧縮機の軸方向流路内で、第２の軸流
圧縮段と第３の軸流圧縮段との間に配設されている。空
気−水熱交換器２９０は、冷却水２８２を受け入れて、
加熱された圧縮ガスから熱を取り出すことにより加熱さ
れた冷却水２８４を発生する。空気−水熱交換器２９０
に加えて、軸流圧縮機は又、図２に符号１６２、１６４
及び１６６で示すような１以上の水冷静翼組立体を具備
する。軸流圧縮機２００は、加熱された圧縮ガスの軸方
向中間冷却に対し低いマッハ数で増加した圧力損失の接
近を示している。この実施の形態においては、ディフュ
ーザ２８６及び熱交換器２９０に股がる全圧力損失の総
和を最小にするように拡散の度合いを変えることができ
る。尤も、ディフューザ２８６及び熱交換器２９０を共
に備えている圧縮機よりも組み合わされた圧力損失がか
なり大でない場合には、ディフューザ２８６は省略され
る。このような軸流圧縮機においては、中間冷却装置は
非常にコンパクトにすることができる。
【００１４】軸流圧縮機２００の中間冷却装置はまた、
従来の軸流圧縮機と比較してシステムの効率を向上す
る。これにより、圧縮機の圧縮段の数を減少することが
可能になる。しかしながら、この実施の形態において
は、このような利点は、ディフューザ２８６（必要であ
れば）及び一体形の熱交換器２９０を取り囲むのに必要
とされる圧縮機の長さの増加並びに関連して付加される
圧力損失により相殺される可能性がある。
従来の軸流圧縮機と比較してシステムの効率を向上す
る。これにより、圧縮機の圧縮段の数を減少することが
可能になる。しかしながら、この実施の形態において
は、このような利点は、ディフューザ２８６（必要であ
れば）及び一体形の熱交換器２９０を取り囲むのに必要
とされる圧縮機の長さの増加並びに関連して付加される
圧力損失により相殺される可能性がある。
【００１５】図２及び図３に示され前述された２つの中
間冷却の実施形態は、いずれも、任意の順位の圧縮段の
間で利用することができる。例えば、圧縮機は、圧縮プ
ロセス中１回或いは数回、或いは追加の圧縮段の上流側
で各圧縮段後毎に中間冷却することができる。更に、上
述の２つの技術の組合せ若しくは２つの概念即ち実施形
態の特性を組み合せたハイブリッド技術を採用すること
も可能である。また、上述の２つの技術即ち実施の形態
による圧縮機は、技術的な問題点が最小限度に抑えら
れ、そして脱塩水の使用を必要としない。更にまた、中
間冷却器の故障に起因して圧縮機にサージの生ずる可能
性を最小限度に抑止するために、各中間冷却装置の設置
場所に圧力逃し弁（図示せず)が設置される。
間冷却の実施形態は、いずれも、任意の順位の圧縮段の
間で利用することができる。例えば、圧縮機は、圧縮プ
ロセス中１回或いは数回、或いは追加の圧縮段の上流側
で各圧縮段後毎に中間冷却することができる。更に、上
述の２つの技術の組合せ若しくは２つの概念即ち実施形
態の特性を組み合せたハイブリッド技術を採用すること
も可能である。また、上述の２つの技術即ち実施の形態
による圧縮機は、技術的な問題点が最小限度に抑えら
れ、そして脱塩水の使用を必要としない。更にまた、中
間冷却器の故障に起因して圧縮機にサージの生ずる可能
性を最小限度に抑止するために、各中間冷却装置の設置
場所に圧力逃し弁（図示せず)が設置される。
【００１６】図４は、本発明による一体形中間冷却式軸
流圧縮機３２０を用いる熱交換器付ガスタービン発電プ
ラント３００を示す系統図である。該発電プラント３０
０は、軸流圧縮機３２０を発電機３５０及びタービン３
４０に連結する軸３９０、燃焼器３３０、伝熱式熱交換
器３６０、冷却塔３７０及び循環水ポンプ３１０を備え
ている。定常運転において、軸流圧縮機３２０は大気即
ちガスを受け入れて圧縮ガス３２２を発生する。圧縮プ
ロセスにおいて、そのガスは、冷却塔３７０から受け入
れる冷却水３７２によって軸流圧縮機３２０の内部で冷
却される。該冷却水３７２は、１以上の静翼組立体或る
いは軸流圧縮機３２０のガス流路内に配設された空気−
水熱交換器を通るようにされる。
流圧縮機３２０を用いる熱交換器付ガスタービン発電プ
ラント３００を示す系統図である。該発電プラント３０
０は、軸流圧縮機３２０を発電機３５０及びタービン３
４０に連結する軸３９０、燃焼器３３０、伝熱式熱交換
器３６０、冷却塔３７０及び循環水ポンプ３１０を備え
ている。定常運転において、軸流圧縮機３２０は大気即
ちガスを受け入れて圧縮ガス３２２を発生する。圧縮プ
ロセスにおいて、そのガスは、冷却塔３７０から受け入
れる冷却水３７２によって軸流圧縮機３２０の内部で冷
却される。該冷却水３７２は、１以上の静翼組立体或る
いは軸流圧縮機３２０のガス流路内に配設された空気−
水熱交換器を通るようにされる。
【００１７】伝熱式熱交換器３６０は、膨張タービン３
４０からの排ガス、燃料及び圧縮ガス３２２を受け入れ
る。伝熱式熱交換器３６０はタービン排ガス３４２から
熱を取り出して、その熱を燃料及び圧縮ガスに伝達し、
それにより加熱された燃料３６２及び加熱された圧縮ガ
ス３６４が発生する。タービン排ガス３４２から熱を取
り出した後に、冷却された排ガス３６６はプラント３０
０から排出するために排気塔に送られる。燃焼器３３０
は、伝熱式熱交換器３６０で発生された加熱燃料３６２
及び加熱された圧縮ガス３６４を受け入れる。燃焼器３
３０は加熱された燃料３６２を燃焼して熱を発生し、こ
の熱は、加熱された圧縮ガスに加えられ、それにより過
熱された圧縮ガス３３２が発生する。
４０からの排ガス、燃料及び圧縮ガス３２２を受け入れ
る。伝熱式熱交換器３６０はタービン排ガス３４２から
熱を取り出して、その熱を燃料及び圧縮ガスに伝達し、
それにより加熱された燃料３６２及び加熱された圧縮ガ
ス３６４が発生する。タービン排ガス３４２から熱を取
り出した後に、冷却された排ガス３６６はプラント３０
０から排出するために排気塔に送られる。燃焼器３３０
は、伝熱式熱交換器３６０で発生された加熱燃料３６２
及び加熱された圧縮ガス３６４を受け入れる。燃焼器３
３０は加熱された燃料３６２を燃焼して熱を発生し、こ
の熱は、加熱された圧縮ガスに加えられ、それにより過
熱された圧縮ガス３３２が発生する。
【００１８】膨張タービン３４０は、燃焼器３３０で発
生された過熱圧縮ガス３３２を受け入れる。タービン３
４０は、過熱圧縮ガス３３２の膨張により軸３９０に機
械的トルクを発生する。膨張ガスは、タービン排ガス３
４２として伝熱式熱交換器３６０に供給される。軸３９
０に発生したトルクは、該軸３９０に取り付けられてい
る発電機３５０及び圧縮機３２０を駆動する。発電機３
５０は、軸３９０のトルクの機械的エネルギを電気エネ
ルギに変換し、圧縮機３２０は該機械的エネルギを利用
して大気を圧縮する。軸流圧縮機３２０は中間冷却され
るので、該圧縮機３２０が、大気を、発電プラントの膨
張タービン３４０により要求される圧縮レベルまで圧縮
するのに必要とされるエネルギ量は少なくて済む。その
結果、より大きなエネルギを発電機３５０で利用して大
きな量の電力を発生することができる。即ち、発電プラ
ントのエネルギ効率を向上することができる。
生された過熱圧縮ガス３３２を受け入れる。タービン３
４０は、過熱圧縮ガス３３２の膨張により軸３９０に機
械的トルクを発生する。膨張ガスは、タービン排ガス３
４２として伝熱式熱交換器３６０に供給される。軸３９
０に発生したトルクは、該軸３９０に取り付けられてい
る発電機３５０及び圧縮機３２０を駆動する。発電機３
５０は、軸３９０のトルクの機械的エネルギを電気エネ
ルギに変換し、圧縮機３２０は該機械的エネルギを利用
して大気を圧縮する。軸流圧縮機３２０は中間冷却され
るので、該圧縮機３２０が、大気を、発電プラントの膨
張タービン３４０により要求される圧縮レベルまで圧縮
するのに必要とされるエネルギ量は少なくて済む。その
結果、より大きなエネルギを発電機３５０で利用して大
きな量の電力を発生することができる。即ち、発電プラ
ントのエネルギ効率を向上することができる。
【００１９】発電プラント３４０はこのように、（羽根
配列だけが類似している圧縮機３２０を除き）同じガス
タービン構成要素を用いる複合サイクル ガスタービン
・蒸気発電プラントに匹敵する熱効率及び出力を有す
る。更に、この中間冷却され、且つ熱回収される発電プ
ラントの構造が簡素であるので、そのコストは、複合サ
イクル発電プラントのコストと比べてかなり少なくて済
む。特に、図４に示したプラントにおいては、一体形中
間冷却式軸流圧縮機及び伝熱式熱交換器の付加だけで、
熱回収蒸気発生器、蒸気ドラム及び管路、蒸気タービ
ン、復水器及び多くのプラント制御機器に対する必要性
が無い。冷却水を圧縮機の中間冷却部に供給するために
冷却塔及び水循環系が必要とされるが、図４に示したプ
ラント３００における冷却水系の大きさ及び水消費量
は、慣用の複合サイクル発電プラントと比較して約２５
％も減少する。
配列だけが類似している圧縮機３２０を除き）同じガス
タービン構成要素を用いる複合サイクル ガスタービン
・蒸気発電プラントに匹敵する熱効率及び出力を有す
る。更に、この中間冷却され、且つ熱回収される発電プ
ラントの構造が簡素であるので、そのコストは、複合サ
イクル発電プラントのコストと比べてかなり少なくて済
む。特に、図４に示したプラントにおいては、一体形中
間冷却式軸流圧縮機及び伝熱式熱交換器の付加だけで、
熱回収蒸気発生器、蒸気ドラム及び管路、蒸気タービ
ン、復水器及び多くのプラント制御機器に対する必要性
が無い。冷却水を圧縮機の中間冷却部に供給するために
冷却塔及び水循環系が必要とされるが、図４に示したプ
ラント３００における冷却水系の大きさ及び水消費量
は、慣用の複合サイクル発電プラントと比較して約２５
％も減少する。
【００２０】以上、本発明は例示的な実施の形態に基づ
いて説明したが、添付された特許請求の範囲の精神及び
範囲は、上に述べた細部により制限されるものではな
い。例えば、図４に示した発電プラント３００には、数
多の可能なプラント設備のレイアウトが有り、特に、固
体酸化物燃料電池複合サイクルに組み込むのが最適な熱
力学的サイクルとなる。
いて説明したが、添付された特許請求の範囲の精神及び
範囲は、上に述べた細部により制限されるものではな
い。例えば、図４に示した発電プラント３００には、数
多の可能なプラント設備のレイアウトが有り、特に、固
体酸化物燃料電池複合サイクルに組み込むのが最適な熱
力学的サイクルとなる。
【図１】従来の軸流圧縮機の簡略断面図である。
【図２】本発明による連続中間冷却式軸流圧縮機の１つ
の好適な実施の形態を示す部分断面図である。
の好適な実施の形態を示す部分断面図である。
【図３】本発明の連続中間冷却式軸流圧縮機の別の好適
な実施の形態を示す部分断面図である。
な実施の形態を示す部分断面図である。
【図４】本発明の連続中間冷却式軸流圧縮機を用いたガ
スタービンシステムの好適な実施の形態を示す系統図で
ある。
スタービンシステムの好適な実施の形態を示す系統図で
ある。
１０、１００ 軸流圧縮機 １２ ケーシング ２０、３９０ 軸 ３０、１３０、２３０ 大気 ４０ ガス入口、 ４２ 入口案内羽根 ５０ 動翼 ６０ 静翼 １４２、２４２、２４４ 入口案内羽根 １５２、１５４、１５６ 動翼列 １６２、１６４、１６６ 静翼組立体 １７０ 圧縮ガス １８２ 冷却水 ２００ 中間冷却式軸流圧縮機 ２５２、２５４、２５６ 動翼列 ２６２、２６４、２６６ 静翼組立体 ２８６ アキシャルディフューザ ２９０ 空気−水熱交換器 ３００ 熱交換器付ガスタービン発電プラント ３１０ 循環水ポンプ ３２０ 一体形中間冷却式軸流圧縮機 ３２２ 圧縮ガス ３３０ 燃焼器 ３３２ 圧縮ガス ３４０ 膨張タービン ３４２ タービン排ガス ３５０ 発電機 ３６０ 伝熱式熱交換器 ３６２ 燃料 ３６４ 圧縮ガス ３６６ 排ガス ３７２ 冷却水 ３９０ 軸
Claims (4)
- 【請求項１】 一体形中間冷却式軸流圧縮機を有し、該
圧縮機が、運転中に貫流するガスの流路内に配設される
と共に冷却水を受け入れ且つ前記貫流ガスから熱を吸収
する冷却手段を備え、前記軸流圧縮機が運転中、前記ガ
スが冷却される発電プラント。 - 【請求項２】 一体形中間冷却式軸流圧縮機を有し、該
軸流圧縮機が、 運転時に該圧縮機を通るガスの流路に配設された水冷の
静翼組立体であって、前記圧縮機の運転時に冷却水を受
け入れて前記静翼組立体上を流れるガスから熱を吸収す
る前記水冷の静翼組立体と、 前記流路に配設されて、前記圧縮機の運転時に冷却水を
受け入れ貫流するガスから熱を吸収する一体形の空気-
水熱交換器とを有する発電プラント。 - 【請求項３】 圧縮ガスを発生する一体形中間冷却式軸
流圧縮機を有し、該軸流圧縮機が、 運転時に該圧縮機を通るガスの流路内に配設された水冷
の静翼組立体であって、前記圧縮機の運転時に、冷却水
を受け入れて前記静翼組立体上を流れるガスから熱を吸
収する前記静翼組立体と、 前記流路内に配設されて、前記圧縮機の運転時に冷却水
を受け入れて貫流するガスから熱を吸収する一体形の空
気−水熱交換器と、 燃料を燃焼して熱エネルギを発生し、該熱エネルギを圧
縮ガスに与え、過熱された圧縮ガスを発生する燃焼器
と、 前記過熱された圧縮ガスを膨張し、軸に機械的エネルギ
を発生する膨張タービンと、 前記軸に連結されて、該軸の機械的エネルギを電気エネ
ルギに変換する発電機とを有するガスタービン装置。 - 【請求項４】 圧縮ガスを発生するための一体形中間冷
却式軸流圧縮機を有し、該軸流圧縮機が、 運転時に該圧縮機を貫流するガスの流路内に配設された
水冷の静翼組立体であって、前記圧縮機の運転時に冷却
水を受け入れて前記静翼組立体上を流れるガスから熱を
吸収する前記静翼組立体と、 前記流路内に配設されて、前記圧縮機の運転時に冷却水
を受け入れて貫流するガスから熱を吸収する一体形の空
気−水熱交換器と、 前記流路内に配設された第２の水冷の静翼組立体であっ
て、前記第２の静翼組立体は、前記圧縮機の運転時に冷
却水を受け入れると共に前記第２の静翼組立体上を流れ
るガスから熱を吸収する前記第２の水冷の静翼組立体
と、更に、 前記静翼組立体と前記第２の水冷の静翼組立体との間に
配設された動翼列と、 前記熱交換器の上流側に配設されたアキシャルディフュ
ーザと、 前記熱交換器の下流側に配設された入口案内羽根と、 前記流路内に配設された第３の静翼組立体であって、前
記第３の静翼組立体は前記圧縮機の運転時に冷却水を受
け入れると共に前記第３の静翼組立体上を流れるガスか
ら熱を吸収する前記第３の水冷の静翼組立体と、 前記第２の水冷の静翼組立体と前記第３の水冷の静翼組
立体との間に配設された第２の動翼列と、 燃料を燃焼して熱エネルギを発生し、該熱エネルギを前
記圧縮ガスに与えて過熱された圧縮ガスを発生する燃焼
器と、 前記過熱された圧縮ガスを膨張し軸に機械的エネルギを
発生する膨張タービンと、 前記軸に連結されて、該軸の機械的エネルギを電気エネ
ルギに変換する発電機と、 冷却塔と、 前記圧縮機からの加熱冷却水を前記冷却塔に送り、そこ
で該冷却水を冷却し、次いで冷却水として前記圧縮機に
指向する循環水ポンプと、 前記膨張タービンから排ガスを受け、該排ガスから熱エ
ネルギを取出し、該熱エネルギを前記圧縮ガス及び前記
燃焼器に供給される燃料に与える伝熱式熱交換器とから
なるガスタービン装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/606,629 US5722241A (en) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | Integrally intercooled axial compressor and its application to power plants |
| US08/606629 | 1996-02-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09317494A true JPH09317494A (ja) | 1997-12-09 |
Family
ID=24428775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9040911A Pending JPH09317494A (ja) | 1996-02-26 | 1997-02-25 | 発電プラント及びガスタービン装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5722241A (ja) |
| EP (1) | EP0883750A1 (ja) |
| JP (1) | JPH09317494A (ja) |
| KR (1) | KR19990087239A (ja) |
| CA (1) | CA2247469A1 (ja) |
| WO (1) | WO1997031192A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017101675A (ja) * | 2015-12-03 | 2017-06-08 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | ガスタービンエンジン用閉ループ冷却方法 |
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