JPS59196928A

JPS59196928A - ガスタ−ビン

Info

Publication number: JPS59196928A
Application number: JP6910383A
Authority: JP
Inventors: Kiyomi Tejima; 手島　清美; Yukimasa Kajitani; 梶谷　幸正; Kazuo Takeya; 竹矢　一雄; Takuya Miyagawa; 卓也宮川
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1984-11-08
Also published as: JPS6334293B2

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】気の一部を、噴霧装置からの噴霧氷により効果的に冷却
の上、冷却空気として使用しているガスタービンに関す
るものである。

近年、ガスタービンは、その性能向上および出力上昇の
ため、使用ガス温度がますます高温化の傾向にある。

しかしながら、ガスタービンのタービン翼は、その強度
を保持するために一定の温度以下に保つ必要があり、こ
の手段としてタービン翼を冷却する方法が採用されてい
る。

そこで、タービン翼の冷却は、圧縮機で圧縮した空気の
一部を冷却空気として翼内に導き、フィルム冷却、イン
ピンジ冷却及び対流冷却等を行なっているが、ここで冷
却空気の使用量は、翼を一定の温度以下に保つため、使
用ガス温度の高温化にともなって増加する必要がある。

しかしながら、冷却空気使用量の増加は、冷却空気圧縮
のだめの所要動力の増加および主流ガスに混合する冷却
空気量の増加に伴う平均ガス温度の低下によるガスター
ビンサイクル効率の低下につながるという問題がある。

また、冷却空気は、そのタービンにより駆動される圧ｍ
機で圧縮した空気を用いるため、燃焼ガスに比しては温
度が低いものの、ガスタービンの高出力化にともなって
、圧縮機での圧縮在が高くなり、その温度も高くなって
いる。

従って、タービン翼を冷却する際に、冷却空気と主流ガ
スとの温度差は、その分小さくなり、冷却効果は悪くな
る。

また、冷却空気は、さらにタービン翼に導く途中におい
て、周囲の高温の雰囲気にさらされるため、温度が上昇
するが、この傾向は燃焼ガス温度が高くなる程大きい。

従って、圧縮機で圧縮された空気をそのまま冷却空気と
して用いる場合、タービン翼の温度を、その強度を保持
するに必要な一定の温度以下に保つ条件の下では、冷却
空気量を増加しても主流ガス温度をある値以上に上げる
ことは不可能である。

この対策として冷却空気をいったんガスタービン外に導
き、エアフィンクーラ等を用いて冷却したものもあるが
、この場合、冷却空気温度は低下するものの、構造が複
雑となり、まだ圧損が増大し、冷却空気の圧力とタービ
ン入口のガス圧力との差が小さくなり、このため初段静
翼のフィルム冷却が不可能であるという問題がある。

さらに、ガスタービンの使用ガス温度が高くなれば、燃
焼器の温度も上昇し、燃焼器を構成する部材の耐熱性が
問題となる。

即ち、ガスタービンの使用ガス温度を上げることは、燃
焼温度を上げることであり、燃焼器各部はより高温の燃
焼ガスにさらされることになる。

ここで１．燃焼器の内筒には多量の稀釈空気が周囲より
流入し、この稀釈空気により燃焼ガスの熱を遮断し、内
筒が許容温度を超えないように保護している。

しかしながら、燃焼器の尾筒は、例えば間隙が数石程度
の内外板より構成される二重構造とし、外板に小穴を明
け、ここに圧縮機で圧縮した空気を導き、内板を冷却し
、さらに内板にも小孔を明け、ここから通路内に空気を
吹出し、空気のフィルムを形成し、燃焼ガスの熱を遮断
するようにしてはいるものの、圧縮機で圧縮した空気自
体の温度が高くなり、十分な冷却効果が得られない。そ
の対策として冷却のための空気量を増やせば、圧縮機の
所要動力は増加し、かつ主流の平均ガス温度も低下する
ため、ガスタービンのサイクル効率は低下するという問
題がある。

そこで、本発明は前記従来の問題点を解ン肖し、ガスタ
ービンの冷却空気をガスタービン内に設けた水の噴霧装
置により効果的に冷却することにより、ガスタービンの
サイクル効率を向上させることを目的としたものである
。

即ち、本発明は、ガスタービンの圧縮機で圧縮した空気
の一部を冷却空気としてそのタービン翼に導き、タービ
ン翼を冷却するガスタービンにおいて、該ガスタービン
の燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼器尾筒側とに仕切る
と共に、その燃焼器尾筒側に形成した冷却空気室内に、
水を噴霧可能な噴霧装置を設けることにより構成される
。

以下、図面を参照して本発明のガスタービンの実施例を
説明するが、第１図は本発明の実施例におけるガスター
ビンの概略系統図であり、図中圧縮機２、燃焼器６、タ
ービン４等によりこのガスタービン１は構成されている
。

次に、第２図は上記ガスタービン１の要部側断面図であ
り、図中冷却空気は矢印Ａのごとく流れる。また第２図
の燃焼器室９は燃焼器中間支持板１２が、第３図の要部
正面図に示すごとく、それぞれの両側が障りの燃焼器中
間支持板１２と接するようになっており、燃焼器内筒１
０及び燃焼器フローガイド１１を有する燃焼器本体６１
側と、燃焼器尾筒１３側とに仕切っており、燃焼器尾筒
１６側に冷却空気室３０を形成している。

ここで燃焼器中間支持板１２は、燃焼器室９を完全に仕
切るのではなく、外周部等の一部には第３図に示す開口
部２９を設けている。

次に、冷却空気室６０には、水を噴霧する噴霧装置５を
設けてあり、噴霧装置５はガスタービン１外部の水の供
給源８に配管６で接続されており、この途中には噴霧を
停止する弁７が設けである。

また、燃焼器尾筒１３は内板１４と外板１５との二重構
造とし、双方に多数の小孔１７．１８を穿設し、その中
間にスペーサ１６を設けて間隙を保つ構造になっている
。

捷だ、連結部材２０と、トルクチューブ２１との間に、
圧縮機高圧側シールリング２２とタービン入口側シール
リング２６とでシールされた空間２６を設け、冷却空気
抽気孔２４および２５によって冷却空気室６０とトルク
チューブ２１内の空間２７とを連通している。

そこで、圧縮機２で圧縮された空気は、燃焼器室９に入
り、大部分は燃焼機本体６１に供給されるが、一部は燃
焼器中間支持板１２の開口部２９を通り、冷却空気室３
０に入り、ここで噴霧装置５より水を噴霧して冷却され
る。

冷却空気室３０で冷却された冷却空気Ａの一部は、ター
ビン翼環６２の冷却空気孔３３．３３を通ってタービン
静ｆｆ１３４，３６に供給される。

また、一部は燃焼器尾筒１６の外板１５の小孔１７がら
空間部６８に入り、内板１４の小孔１８がら主流に吹き
出す。

さらに一部は連結部材２０の冷却空気抽気孔２４から空
間２６に入り、トルクチューブ２１の冷却空気抽気孔２
５からトルクチューブ２１内の空間２７に入り、タービ
ンディスク６９の通気孔４２、またスペーサディスク４
１の通気孔４６よりタービンディスク３９．４０間の空
間４４．４４に入り、冷却空気孔４５．４５および４６
．４６を通ってタービン動翼３５．３７に供給される。

本発明のガスタービンは、以上のように構成されており
、圧縮機で圧縮され、温度が高くなり、また周囲の高温
の雰囲気にさらされて、さらに温度の高くなった空気中
に水を噴霧することにより、その空気を冷却することが
できる。

しかも、温度の高くなった空気中に水を直接噴霧するの
で、その空気は水が蒸発するための蒸発潜熱として約６
００ｋｃａｌ／に９もの熱をうばわれルタめ、エアフィ
ンクーラ等を用いて間接的に冷却する従来の場合に比し
て、十分に効果的な冷却ができるという利点がある。

また、本発明によれば、ガスタービン内の冷却空気通路
中に水噴霧装置を設け、水噴霧を行なうだけであるため
、いったんガスタービンの外部に冷却空気を導いて冷却
する場合のように圧損の増加なしに冷却を行なうことが
できるという利点もある。

一方、冷却空気を冷却し、その温度を下げることができ
れば、冷却空気量の増加なしにガスタービンの使用ガス
温度を上げることができる。

ここで、従来の方法は冷却空気量を増すことによっても
タービン翼を冷却する能力が増し、使用ガス温度を上げ
ることができるが、使用ガス温度が上がるに伴い、ター
ビン翼の受ける熱量が増す一方、冷却空気自体の温度も
かなり高くなり、タービン翼との温度差が小さくなるこ
とから、冷却空気量を増やしても冷却効果を大巾に良く
することはできないのに対して、本発明のガスタービン
のごとく冷却空気の温度を下げれば、タービン翼との温
度差が大きくなり、冷却効果が大巾に改善される。

しかも、冷却効果が向上すれば、冷却空気量を増加する
必要もなくなる。

従って、本発明によれば、冷却空気量を増力口すること
なく、使用ガス温度を上げること７５二でき、ガスター
ビンサイクル効率が拘止する。

更に、本発明は燃焼器室内を燃焼器尾筒音５で仕切り、
尾筒をつつむように発動空気室を構成し、冷却空気室内
の空気を冷却し、この温度を下げるため、例えば尾筒を
二重構造とし、この空間内に冷却空気を導いて冷却する
場合等に温度の低下した空気を用いることができる。

従って、この空気と尾筒との温度差は大きく、冷却効果
が高いため、尾筒を効果的に冷却でき、冷却空気量を増
すことなくガスタービンの使用ガス温度を上げることが
できるという利点がある。

しか′も、燃焼器室内を仕切り、冷却空気室を構成し、
冷却空気室内の空気のみ冷却するため、燃焼器に供給さ
れる主流空気の温度は下がることがないため、これによ
る燃焼器出口ガス温度ここで、燃焼器室内の仕切は、冷
却空気室内で冷却された空気が燃焼器側へ流れないよう
にする役目をもっている。

更に、本発明によれば、冷却空気中に水噴霧を行なうた
め、その分冷却空気の容積が増加するので、圧縮機で圧
縮した冷却空気の使用量が減す、ガスタービンのサイク
ル効率が向上する。

また、本発明によれば、冷却空気中に水分が加わるため
、冷却空気の比熱が増し、この面からも冷却空気のみの
冷却よりも冷却効果が高くなり、この分冷却空気の使用
量を減じるか、使用ガス温度を」二げることかでき、ガ
スタービンのサイクル効率が向上する。

加えて、本発明によれば、ガスタービン内部の冷却空気
通路中で水を噴霧するため、いったんガスタービン外へ
導き、エアフィンクーラ等で冷却する場合のように圧損
の増加がなく、この方式では不可能であったタービン第
１段静翼のフィルム冷却も問題なく行なうととができる
という利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービンの一実施例における概略
系統図、第２図は第１図のガスタービンの要部側断面図
、第３図は第２図の燃焼器中間支持板の要部正面図であ
る。１・・・ガスタービン、２・・・圧縮機、６・・・燃焼
器、４・・・タービン、５・・・噴霧装置、９・・・燃
焼器室、１２・・・燃焼器中間支持板、１３・・・燃焼
器尾筒、６０・・・冷却空気室、３１・・・燃焼器本体
、、　　３４，３６・・・タービン静翼、３５，３７・
・・タービン動翼、Ａ・・・冷却空気。

Claims

【特許請求の範囲】

ガスタービンの圧縮機で圧縮した空気の一部を冷却空気
としてそのタービン翼に導き、タービン翼を冷却するガ
スタービンにおいて、該ガスタービンの燃焼器室内を燃
焼器本体側と燃焼器尾筒側とに仕切ると共に、その燃焼
器尾筒側に形成した冷却空気室内に水を噴霧可能な噴霧
装置を設けたことを特徴とするガスタービン。