JPS59138731A - ガスタ−ビンの冷却空気制御装置 - Google Patents
ガスタ−ビンの冷却空気制御装置Info
- Publication number
- JPS59138731A JPS59138731A JP1288083A JP1288083A JPS59138731A JP S59138731 A JPS59138731 A JP S59138731A JP 1288083 A JP1288083 A JP 1288083A JP 1288083 A JP1288083 A JP 1288083A JP S59138731 A JPS59138731 A JP S59138731A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling air
- temperature
- cooling
- heat exchanger
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
- F02C7/185—Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は翼冷却を必要とする高温ガスタービンに使用す
るに好適な冷却空気量調整装置に関する。
るに好適な冷却空気量調整装置に関する。
ガスタービンでは熱効率や出力特性などの性能向上のた
め、タービン入口温度を上昇させる技術が追求されてい
る。タービン入口部ｉｋ上げると層 翼材料のクリープ寿命の観点からは翼の冷却を強化し、
翼の温度を下げる必要がある。
め、タービン入口温度を上昇させる技術が追求されてい
る。タービン入口部ｉｋ上げると層 翼材料のクリープ寿命の観点からは翼の冷却を強化し、
翼の温度を下げる必要がある。
へ、
一方、翼やディスクの疲労強度の観点からは、起翼、定
格運転・停止のサイ〉ルに基づく熱応力により低サイク
ル疲労が重要となる。翼およびディスクなどに作用する
熱応力は起動の際の燃焼器着火時と緊急遮断などのよう
に急に燃焼器を消火した時に大きいことが知られている
。このように過渡的な熱応力の軽減に対しては、従来着
火後燃料を絞ってタービン入口温度を一時的に下げたり
、定格運転捷で除々に昇温するなどの運転方法によって
対処し、ている。しかし、これらの方法だけでは熱応力
の軽減効果が十分でなく、定格運転までたち上げる時間
が長いなどの欠点があった。
格運転・停止のサイ〉ルに基づく熱応力により低サイク
ル疲労が重要となる。翼およびディスクなどに作用する
熱応力は起動の際の燃焼器着火時と緊急遮断などのよう
に急に燃焼器を消火した時に大きいことが知られている
。このように過渡的な熱応力の軽減に対しては、従来着
火後燃料を絞ってタービン入口温度を一時的に下げたり
、定格運転捷で除々に昇温するなどの運転方法によって
対処し、ている。しかし、これらの方法だけでは熱応力
の軽減効果が十分でなく、定格運転までたち上げる時間
が長いなどの欠点があった。
本発明の目的は、静翼、動翼、ディスクなどの高温部品
の冷却空気を運転条件に応じて温度勾配が小さく、かつ
、許容温度以下となるよう制御することによって高温部
品の長寿命化をはがシ、信軸性の高いガスタービンを提
供するにある。
の冷却空気を運転条件に応じて温度勾配が小さく、かつ
、許容温度以下となるよう制御することによって高温部
品の長寿命化をはがシ、信軸性の高いガスタービンを提
供するにある。
本発明は、高温部品の寿命が主として起動から定格運転
に至る昇速時や緊急遮断などの過渡運転時における温度
勾配に基づく熱応力が原因であることから、静翼、動翼
、ディスク等の高温部品の熱応力を軽減するために、冷
却を要する部品の冷却系統を一本化し冷却空気量と冷却
空気の温度を制御することによって、運転条件に応じ部
品の温度勾配が小さく、かつ、許容温度以下となるよう
に市１］御するようにしたものである。
に至る昇速時や緊急遮断などの過渡運転時における温度
勾配に基づく熱応力が原因であることから、静翼、動翼
、ディスク等の高温部品の熱応力を軽減するために、冷
却を要する部品の冷却系統を一本化し冷却空気量と冷却
空気の温度を制御することによって、運転条件に応じ部
品の温度勾配が小さく、かつ、許容温度以下となるよう
に市１］御するようにしたものである。
冷却空気の系統を一本化する手段には次のものがある。
即ち、燃焼器部、または、圧縮機の中間段より抽気した
冷却空気を第一段静翼を冷却後、ガスタービン外部に導
き、熱交換器で冷却後再びガスタービンロータ内部に導
き、ディスク−および動翼の冷却空気として利用する冷
却系統とすることにより、冷却空気系統に冷却空気の流
量制御弁と冷媒側の流量制御弁を設けて高温部品である
第１段静興、動翼、ディスクの温度を制御することがで
きる。制御の方法は、起動時から着火時までは冷却空気
量を極力少なくするよう冷却空気の流量制御弁を絞シ、
翼の冷却側の冷却効果を押きえることにより、着火後、
急激なガスの温度上昇に伴って翼に温度差が生じるのを
緩和する。着火後は、ガス温度の上昇につれて徐々に冷
却空気量を増し、同時に、熱交換器の冷媒流量を増し、
冷却空気の温度金工げていく。一方、負荷遮断時のよう
に燃料を止め急激にガス温度が低下する場合は、冷却空
気の流量制御弁を急速に絞り、冷却効果を押さえること
によシ翼に生じる温度勾配を緩和する。
冷却空気を第一段静翼を冷却後、ガスタービン外部に導
き、熱交換器で冷却後再びガスタービンロータ内部に導
き、ディスク−および動翼の冷却空気として利用する冷
却系統とすることにより、冷却空気系統に冷却空気の流
量制御弁と冷媒側の流量制御弁を設けて高温部品である
第１段静興、動翼、ディスクの温度を制御することがで
きる。制御の方法は、起動時から着火時までは冷却空気
量を極力少なくするよう冷却空気の流量制御弁を絞シ、
翼の冷却側の冷却効果を押きえることにより、着火後、
急激なガスの温度上昇に伴って翼に温度差が生じるのを
緩和する。着火後は、ガス温度の上昇につれて徐々に冷
却空気量を増し、同時に、熱交換器の冷媒流量を増し、
冷却空気の温度金工げていく。一方、負荷遮断時のよう
に燃料を止め急激にガス温度が低下する場合は、冷却空
気の流量制御弁を急速に絞り、冷却効果を押さえること
によシ翼に生じる温度勾配を緩和する。
翼面の温度の監視には、例えば、第１段静翼前縁部のガ
ス側と冷媒側の表面に各々熱電対を取付は翼高湿部の温
度と翼の内側と外側の表面間の温度差を検出する。
ス側と冷媒側の表面に各々熱電対を取付は翼高湿部の温
度と翼の内側と外側の表面間の温度差を検出する。
第１図に本発明の一実施例の冷却系統を示す。
圧縮機（図示省略−）で高圧になった空気は燃焼器１で
高温の燃焼ガスとなり、タービンに入９クーシング１２
円に配置された第１段静翼２、第１段１１ｉ１１Ｂ３、
第２段以降の静翼４、動翼５全通９、ディフューザ６を
通って排気される。本図のタービンは二段のタービン例
であるが三段以上の段数があってもよい。動翼３．５は
シャフト１１、ホイール８、スタブシャフト１１と共に
回転し、動力を発生する。冷却空気Ａの流れは図中破線
で示すように、圧縮機の吐出空気や、中間段より抽気し
た冷却空気Ａを第１段静翼２の内径側、または、外径側
より翼内に導入し、翼を冷却し、加熱された冷却空気Ａ
は主流ガスＧ中に排出せず、第１段静翼２あ外径側より
排気し、冷却空気吐出管１３全通して、熱交換器１４に
導く。熱交換器１４では加熱された冷却空気を冷媒Ｃに
よって冷却後、冷却空気配管１５に設けた流量調整弁２
０全通して、回転するスタブシャフト１１に設けた給気
孔１６からタービンのホイールスペース１７に供給する
。熱交換器１４の冷媒側流路には冷媒Ｃの流ｆｉ−調整
弁２１が設けられてお９タービンのホイルスペース１７
に入る冷却空気Ａの温度を調節する。
高温の燃焼ガスとなり、タービンに入９クーシング１２
円に配置された第１段静翼２、第１段１１ｉ１１Ｂ３、
第２段以降の静翼４、動翼５全通９、ディフューザ６を
通って排気される。本図のタービンは二段のタービン例
であるが三段以上の段数があってもよい。動翼３．５は
シャフト１１、ホイール８、スタブシャフト１１と共に
回転し、動力を発生する。冷却空気Ａの流れは図中破線
で示すように、圧縮機の吐出空気や、中間段より抽気し
た冷却空気Ａを第１段静翼２の内径側、または、外径側
より翼内に導入し、翼を冷却し、加熱された冷却空気Ａ
は主流ガスＧ中に排出せず、第１段静翼２あ外径側より
排気し、冷却空気吐出管１３全通して、熱交換器１４に
導く。熱交換器１４では加熱された冷却空気を冷媒Ｃに
よって冷却後、冷却空気配管１５に設けた流量調整弁２
０全通して、回転するスタブシャフト１１に設けた給気
孔１６からタービンのホイールスペース１７に供給する
。熱交換器１４の冷媒側流路には冷媒Ｃの流ｆｉ−調整
弁２１が設けられてお９タービンのホイルスペース１７
に入る冷却空気Ａの温度を調節する。
ホイルスペースｉ７に入った冷却空気Ａはホイール８と
スペーサ９の間に設゛けられた溝１８を通して、冷却を
必要とする動翼に供給さ孔、動翼を冷却後、主流ガスＧ
中に排出される。
スペーサ９の間に設゛けられた溝１８を通して、冷却を
必要とする動翼に供給さ孔、動翼を冷却後、主流ガスＧ
中に排出される。
冷却空気Ａの流量と温度はコレトローラ２２の指令で各
々の流量制御弁で制御するが、その制御量は、例えば、
第１段静翼２の前線部の外表面と内側表面に取付けた温
度検出器２３の信号に基づいて行なう。
々の流量制御弁で制御するが、その制御量は、例えば、
第１段静翼２の前線部の外表面と内側表面に取付けた温
度検出器２３の信号に基づいて行なう。
第２図は翼表面に取付だ温度検出器２３ａ。
２３ｂの位置が示されている。ガスタービンの起動・停
止のシーケンスと過渡状態におけるタービンの特性がわ
かっていれば、翼面温度のかわやに回転数と排気温度を
制御信号として用いることもできる。
止のシーケンスと過渡状態におけるタービンの特性がわ
かっていれば、翼面温度のかわやに回転数と排気温度を
制御信号として用いることもできる。
第３図は、本発明の冷却空気の流量と温度の調整装置を
用いた（ＡＣ）ガスタービンの起動から停止に至る第一
段静翼の翼外表面温度、Ｔ１と温度差Δ’ｒ＝Ｔ、＝Ｔ
。の概略の傾向を示す。翼表面の温度差は熱応力にほぼ
比例すると考えてよい。
用いた（ＡＣ）ガスタービンの起動から停止に至る第一
段静翼の翼外表面温度、Ｔ１と温度差Δ’ｒ＝Ｔ、＝Ｔ
。の概略の傾向を示す。翼表面の温度差は熱応力にほぼ
比例すると考えてよい。
また、第３図には比叡のため冷却状態を制御しない場合
ＮＡＣの翼外表面温度Ｔｔと温度差ΔＴについて比較の
ため示した。
ＮＡＣの翼外表面温度Ｔｔと温度差ΔＴについて比較の
ため示した。
本発明では起動から着火後の翼面温度差が大きくなる時
点までは、冷却空気量を必要最小量に押さえることによ
って、温度差によって生じる熱応力を緩和させることが
できる。−また、真面温度は、許容温度以下になるよう
冷却空気流量を制御する。
点までは、冷却空気量を必要最小量に押さえることによ
って、温度差によって生じる熱応力を緩和させることが
できる。−また、真面温度は、許容温度以下になるよう
冷却空気流量を制御する。
動翼およびホイールは、冷却空気の温度を制御すること
によって、第一段静翼の場、合と同様に温度差に基づく
熱応力が小さくなるように調整することができる。
によって、第一段静翼の場、合と同様に温度差に基づく
熱応力が小さくなるように調整することができる。
本発明によれば低サイクル疲労の原因となる熱応力を軽
減することができ、高温部品の寿命が延長でき信頼性が
高まる。
減することができ、高温部品の寿命が延長でき信頼性が
高まる。
第１図は本発明の冷却系統図、第２図は静翼に取付けた
翼面の温度検出器の位置を示す図、第３図は本発明の効
果を示す図である。 ２・・・第１段静翼、１４・・・熱交換器、１５・・・
冷却空気給気配管、２０・・・冷却空気量制御弁、２１
・・・冷媒流量制御弁、２２・・・コントローラ、２３
・・・温度検出器、２３ａ・・・翼外表面温度検出器、
２３ｂ・・・第１図 第２ 図 第３図 り 藺 昨 闇
翼面の温度検出器の位置を示す図、第３図は本発明の効
果を示す図である。 ２・・・第１段静翼、１４・・・熱交換器、１５・・・
冷却空気給気配管、２０・・・冷却空気量制御弁、２１
・・・冷媒流量制御弁、２２・・・コントローラ、２３
・・・温度検出器、２３ａ・・・翼外表面温度検出器、
２３ｂ・・・第１図 第２ 図 第３図 り 藺 昨 闇
Claims (1)
- １、第１段静翼に冷却空気を供給して前記第１段静翼全
冷却した前記冷却空気の一部または全量を熱交換器に導
き、前記冷却空気を冷却した後、ガスタービンのロータ
内部に導き前記第１段動翼以降の冷却翼の冷却を行なう
冷却チ統において、前記冷却空気の導通管路と前記熱交
換器の冷媒管路の少くとも一方に流量制御弁を設け、運
転状態に応じ、冷却空気の供給量と温度のうち少くとも
一方を制御するように構成したことを特徴とするガスタ
ービンの冷却空気制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288083A JPS59138731A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | ガスタ−ビンの冷却空気制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288083A JPS59138731A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | ガスタ−ビンの冷却空気制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59138731A true JPS59138731A (ja) | 1984-08-09 |
Family
ID=11817721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1288083A Pending JPS59138731A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | ガスタ−ビンの冷却空気制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59138731A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6226329A (ja) * | 1985-07-29 | 1987-02-04 | Hitachi Ltd | ガスタービンのホットパーツ冷却方法 |
| JPS6445926A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Toshiba Corp | Cooling method for gas turbine |
| JP2002054458A (ja) * | 2000-08-08 | 2002-02-20 | General Electric Co <Ge> | タービンにおけるさねはぎ荷重及び空気／オイルシール温度の制御 |
-
1983
- 1983-01-31 JP JP1288083A patent/JPS59138731A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6226329A (ja) * | 1985-07-29 | 1987-02-04 | Hitachi Ltd | ガスタービンのホットパーツ冷却方法 |
| JPS6445926A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Toshiba Corp | Cooling method for gas turbine |
| JP2002054458A (ja) * | 2000-08-08 | 2002-02-20 | General Electric Co <Ge> | タービンにおけるさねはぎ荷重及び空気／オイルシール温度の制御 |
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