JPS60256522A - ガスタービン機関装置のシステム制御手段 - Google Patents

ガスタービン機関装置のシステム制御手段

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JPS60256522A
JPS60256522A JP60087667A JP8766785A JPS60256522A JP S60256522 A JPS60256522 A JP S60256522A JP 60087667 A JP60087667 A JP 60087667A JP 8766785 A JP8766785 A JP 8766785A JP S60256522 A JPS60256522 A JP S60256522A
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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】 この発明はガスタービシ機関、更に具体的に云えば、こ
れに限らないが、機関によって発生された熱によって発
生された蒸気の様な流体をその中に噴射するガスタービ
ン機関に関する。
発　明　の　背　景 現在のガスタービン機関は、とりわけ航空機、船舶、発
電機、ポンプの動力供給を含む種々の用途に使われてい
る。一般的に、ガスタービン機関は予定の圧縮機流量圧
力比範囲及び予定のタービン流量圧力比範囲内で最も効
率よく運転される様に設計され又は構成されている。こ
れらの範囲は、タービンと圧縮機の間の所謂「釣合いの
とれた運転」が出来る様に選ばれている。この様な釣合
いのとれた流量圧力比は、機関の所期の用途並びに　こ
の用途に対する機関の動力出力範囲によって決定される
。
こういう機関は必ずしも１個の動力出力で運転されない
から、可変入口案内翼、可変ファン羽根、可変圧縮機羽
根、可変排気ノズル等の機械的に可変形状の機関の部品
を選ばれた組合せで使うことにより、圧縮機とタービン
の間の釣合いは一層広い範囲にわたって拡大することが
出来る。この様な機械的に可変の部品が運転中に機関制
御装置によって変調されて、相異なる運転状態の下で予
め選ばれた態様で機関の成る動作パラメータに影響を与
える。然し、機関の高温で動作するタービン部分にある
この様な機械的に可変の部品は、作るのも保守も困難で
あり、費用がかゝる。
発　明　の　要　約 この発明の主な目的は、広い動力運転範囲にわたって好
ましい熱効率を持つガスタービン機関並びに機関の運転
方法を提供することである。
この発明の別の目的は、実質的に固定の形状を持つター
ビンで、機械的に可変にしたのと実質的に同等の運転が
出来る様にした機関を提供することである。
別の目的は、機関から取出した熱を使って、タービンを
通る流れの熱伝達能力を強めると共にタービンを介して
エネルギを変換することにより、動力出力の広い範囲に
わたって、好ましい熱効率範囲を保つことが出来る蒸気
噴射形ガスタービン機関を提供することである。
上記並びにその他の目的及び利点は、以下図面について
実施例を説明する所から、更によく理解されよう。図面
に示したのは、この発明の典型例のつもりであって、そ
の範囲を何等制約するつもりはない。
簡単に云うと、この発明の１形式では、ガスタービン機
関装置が、圧縮機燃焼器及びタービンを動作系列として
持っており、燃焼器がガス状燃焼器流出物を発生する。
機関は予定の圧縮機流量圧力比範囲及び予定のタービン
流量圧力比範囲内で好ましい熱効率で運転される様に構
成されている。
機関装置が、燃焼器流出物の定圧比熱Ｃｐよりも大きな
定圧比熱（Ｃｐ）を持つことを特徴とする流体の源をも
含む。更に、流体の源からの流体を機関に導入し、こう
して燃焼器流出物と混合して、タービン作動媒質を作る
流体導入手段も設けられている。流体導入手段がシステ
ム制御手段によって制御される。このシステム制御手段
が流体の導入を変調して、機関内の選ばれた位置に於け
る燃焼器流出物及び流体の組合せＣｐの関数としての単
位流量に対するエネルギ伝達能力が、同じ選ばれた位置
に於ける燃焼器流出物単独のＣｐの関数としての、燃焼
器流出物の等価流量のエネルギ伝達能力よりも大きい様
なタービン作動媒質を供給すると共に、圧縮機及びター
ビンの流量圧力比を機関の動力出力に略無関係に予定の
範囲内に保つ。
好ましい実施例では、流体が蒸気であり、過熱であるこ
とが好ましい。この蒸気は、機関の種々の部分から熱を
抽出して水源を過熱し、水を蒸気に変換することによっ
て発生することが出来る。
このガスタービン機関を運転する方法では、機関は予定
の圧縮撮流量圧力比範囲及び予定のタービン流量圧力比
範囲内で好ましい熱効率で運転される様に構成されてい
る。この機関に流体を導入する。この流体の流量を変調
して、圧縮機及びタービンの流量圧力比を機関の動力出
力に略無関係に夫々の予定の範囲内に保つ。
好ましい実施例の説明 初期のガスタービン機関は、最初は遠心形、そして後に
軸流形の圧縮機を燃焼器部分及びタービン部分と共に用
いたものであるが、固定形状であった。こういう機関は
予め選ばれた動力出力では、設計通りに比較的効率よく
運転することが出来るが、外れた動力状態では効率がず
っと低下した。
ガスタービン機関の技術が進歩し、特に航空機用に関連
して進歩したことにより、可変形状が導入された。最初
、可変形状は機関の排気及び入口部分に使われ、その後
機関の他の場所にも使われ、ごく最近ではタービン・ノ
ズルに使われている。
一般的に、可変形状部品は運転中、ガスタービン機関の
分野で周知の様に、機関の動力条件並びに入口周囲条件
の関数として位置ぎめされていた。
これから判る様に、この様な可変の位置ぎめが出来るこ
とが要求される機関の部品は、位置及び形状が固定のも
のよりも、製造、組立て及び保守により多くの費用がか
ゝる。
この発明は、機械的に固定形状にすることが出来るが、
好ましい熱効率で運転される様に設計並びに構成するこ
との出来るガスタービン機関を提供する。然もこの機関
は、この様な熱効率を保ちながら、種々の機関動力出力
レベルで運転することが出来る。この発明は可変形状部
品を含んでいてもよい現在の機関に関連して役立ち得る
。こういう現在の機関も、可変形状部品の位置の調整を
ごく少なくして、好ましい熱効率で運転することが出来
る様にする。この発明では、蒸気の様な流体が機関内に
、典型的には少なくともタービンに噴射され、その量は
、タービン並びに夫々の圧縮機の流量圧力比を、機関の
動力出力に関係なく、熱効率のよい運転に対する予定の
範囲内で釣合せる様にする。
タービン及び圧縮機部分の運転を釣合せる為に機関に噴
射される流体は、低圧比熱（Ｃｐ）が、この流体をその
中に噴射する機関のガス流の定圧比熱より大きい。この
様にすると、合成の媒質又は混合物が、冷却する部品か
らより多くの熱を取去り、タービンを介してエネルギを
伝達する能力が、この流体をその中に噴射する機関のガ
ス流の能力よりも高くなる。例えば若干の水蒸気を含む
空気のＣｐは０．２４に等しいか又はそれより大ぎく、
過熱蒸気のＣｐは０．５５に等しいか又はそれより大き
い。両者の混合物又は組合せでは、Ｃｐがこの２つの値
の間で変化する。この様にタービンを通る単位流量あた
りの熱伝達及びエネルギ伝達の能力を変えることにより
、機関の動力出力が変化する時又は選択した時、タービ
ン及び圧縮機の流量圧力比を好ましい範囲内で釣合いを
とることが出来る。
入口案内翼、圧縮機の静翼、タービンノズル翼、排気ノ
ズルの様な可変形状部品又はその組合せを開閉する代り
に、この発明は別の方法をとる。上に述べた流体の噴射
が、制御手段としてのシステム制御装置によって変調さ
れる。この制御装置が、必ずしもこれに限らないが、圧
縮機及びタービンの流量圧力比の様な機関の動作条件に
応答する。
この流体の噴射を変調することにより、部品の位置を変
えること等により、流路の物理的な形状を変えずに、略
同じ結果が達成される。この発明では、利用し得る全て
の回収エネルギを使って、その点に於ける動作効率を変
えながら、それが最大値より幾分低いものであっても、
ガスタービン機関の動作を選ばれた馬力出力に保つこと
が出来ることが理解されよう。従って、この明細書で云
う「好ましい熱効率」と云う言葉は、必ずしもガスター
ビン機関の最大熱効率と一致しないことがある。
実　施　例　の　説　明 第１図はこの発明の比較的簡単な実施例を示す。
図示の装置のガスタービン機関は圧縮機１０、燃焼器１
２及びタービン１４を動作系列として持つ。
周知の様に、圧縮機１０が空気を受取って圧縮し、この
空気を燃焼器に導入し、そこで燃料と混合して点火する
。燃焼生成物がタービンに導入されて、その中で膨張す
る。このタービンが圧縮機に作動接続されていて、圧縮
機を駆動する。タービンからの排気を使って仕事をする
。例えば動力タービンを作動したり、機関に推進用の推
力を発生したりするが、これは周知である。
この発明では第１図に示した比較的簡単なガスタービン
機関が、システム制御装置１６を含む装置に修正される
。システム制御装置１６は周知の形式の適当に配置され
たプローブ及びセンサを用いて、機関内、特に運転中の
圧縮機１０及びタービン１４内の温度、圧力及び流量の
様な動作パラメータを感知する。第１図では、圧縮機１
０及びタービン１４内のこういうパラメータを感知する
ことが、夫々線１８．２０で示されている。第１図の装
置では、こういうパラメータは、圧縮機の流量圧力比範
囲及びタービンの流量圧力比範囲を表わす値を含む。こ
の後システム制御装置がこの様に感知したパラメータを
、好ましい熱効率範囲に於ける機関の運転によって生じ
た圧力比範囲の　゛様な予定の値と比較する。システム
制御装置１６に指令が与えられるか、或いはシステム制
御装置が感知されたパラメータと予め選ばれたパラメー
タの間の食い違いを決定すると、弁２２を作動し、圧縮
機１０及びタービン１４で流量圧力比範囲の様なパラメ
ータの所望の釣合いが設定されるまで、ノズル、導管、
ポート等の２６に示す流体導管手段を介して、流体の源
２４からタービン１４に流れる流体を制御する。こうい
うパラメータの変化は、例えば燃焼器１２に対する燃料
流量によって制御される機関の動力出力の選択の変更に
よって起り得る。
前に述べた様に、流体の源２４からの流体が、流体導入
手段２６を介してタービン１４に導入されるが、この流
体は定圧比熱（Ｃｐ）がタービンに対する燃焼器からの
流れ（この明細書では燃焼器流出物と呼ぶ）のＣｐより
も大きい。例えばこの流体としての過熱蒸気はＣｐが、
等価流量の燃焼器流出物のＣｐの１．５倍より大きい。
流体の源２４からの流体と燃焼器流出物との混合物が、
流出物と流体の組合せＣｐの関数として、タービンを介
してエネルギ伝達をする単位流量あたりの能力又は容量
が燃焼器流出物の等価流量のそれよりも大きくなる様な
タービン作動媒質になる。更に、例えば給水ポンプを使
うことによって、余分の質量流量を圧縮するのに殆んど
動力を使わない。
システム制御装置１６の影響により、タービンの流量圧
力比範囲は、予め選ばれた成分の並びに機関の全体的な
熱効率を生ずる様な範囲に保たれると共に、圧縮機１０
には、好ましい熱効率並びに／又は動力出力で運転され
る様に機関を設計した予定の圧縮機流量圧力比範囲を持
たせる。
当業者であれば判る様に、第１図に示す装置は、現在推
進用に車輌に使われ、又は車輌で運転する様に計画され
ているか、或いは種々の形式の動力発生器として使われ
る更に高級な装置又はガスタービン機関に較べて、比較
的簡単である。第２図はこの発明の更に複雑な実施例を
示す。
第２図の装置では、機関が、第２図に示す動作系列とし
て、低圧タービン３０と接続されて、それによって駆動
される低圧圧縮機２８、及び高圧タービン３４と接続さ
れて、それによって駆動される高圧圧縮機３２を持って
いる。圧縮機とタービンの間の動作系列内に燃焼器３６
が配置されている。この動作系列で低圧タービン３４よ
り下流側には自由運転の動力タービン３８があり、これ
から機関の動力出力を取出す。動力タービン３８を通過
した排気が排気装置４０から出て行く。複数個の圧縮機
及び対応するタービンを含むガスタービン機関装置が米
国特許第３，６７７，０１２号及び同第３，６２０，０
０９号に更に詳しく記載されている。後に挙げた米国特
許には自由タービンの説明がある。
この様な比較的複雑なガスタービン機関装置のこの発明
による変更が第２図に示されている。この実施例では、
圧縮機及びタービンの運転を釣合せる為に使われる流体
が、水源４２から発生された蒸気である。中間冷却器４
６が、低圧圧縮機２８及び高圧圧縮機３２の間の少なく
とも部分的な機関空気流順序の中に配置され、排気熱交
換器４８が排気装置４０内の少なくとも部分的な機関排
気流順序内に配置されている。水源４２からの水が、流
体制御装置６８によって制御されるポンプ４４で構成さ
れた水圧送手段により、流体導管装置４３を介して、最
初は中間冷却器４６に、そしてその後排気熱交換器４８
に順次移送される。機関の排気の熱だけから、又は排気
装置４０内にある１つ又は更に多くの補助燃焼器又はバ
ーナ４９からの熱と組合さって、所望の量の、過熱の様
な状態にある蒸気が排気熱交換器４８で発生される。
排気熱交換器４８で発生された蒸気は、第２図に示す様
に、１つ又は更に多くの弁と流体の流れが続いており、
これらの弁はシステム制御装置６６と協働して、排気熱
交換器４８から機関の選ばれた部分に対する蒸気の流量
を制御するのを助ける様に作用する。
第２図に示す実施例では、熱交換器４８を通る流体導管
装置４３が、並列に配置された一連の弁５０、５２、５
４、５６と流体の流れが通じる様になっている。これら
の弁は、燃焼器３６、高圧タービン３４、低圧タービン
３０及び動力タービン３８という機関の各位置に対する
流体の制御を助ける様に作用する。機関の部品の区域又
は各位置にこの様に流体を噴射する為に、一連の流体導
入手段５８、６０、６２、６４が設けられており、これ
らは燃焼器、高圧タービン、低圧タービン及び動力ター
ビンに流体を導入する様に夫々構成されている。これら
の手段は例えばポート、オリフィス、ノズル等のいろい
ろな形にすることが出来る。
この装置にシステム制御装置６６が含まれており、これ
は他の機能の中でも、機関のタービン及び圧縮機部分に
於ける、システム制御装置６６によって感知された機関
の動作パラメータの関数として、５０、５２、５４、５
６に示す様な流体流量弁の動作を調整する。
前に述べた様に、第２図はこの発明の更に複雑な形式の
１つを表わしている。第２図に示す形式の機関で、例え
ば第１図に示す形式の様な更に簡単にした装置を運転す
ることが望ましいことがある。この場合、弁５２を介し
て高圧タービン３４に蒸気の様な流体を噴射して、高圧
圧縮機３２と高圧タービン３２の運転の釣合いをとるこ
とにより、図示の機関の熱効率を改善することが出来る
。
第２図に示した装置の動作について説明すると、水源４
２からの水が中間冷却器４６に通されて、低圧圧縮機２
８で圧縮された空気から熱を抽出する。この熱の抽出に
より、中間冷却器４６を通過する水の温度が高くなり、
こうして高圧圧縮機３２に入る空気の温度及び容積を低
下させる。低圧圧縮機２８と高圧圧縮機３２の間を通過
する加圧された空気の温度と容積が低下することは、高
圧圧縮機３２が更に効率よく動作することが出来る様に
する。これによって高圧圧縮機３２を駆動する高圧ター
ビン３４は、選ばれた運転状態の下で、燃焼器３６に噴
射する必要のある燃料の点で、更に効率よく運転する様
に設計することが出来る。
中間冷却器４６を通過して加熱された水が、高圧（例え
ば圧縮機の吐出圧力に等しい）給水ポンプ４４等によっ
て、更に導管装置４３を介して排気熱交換器４８に圧送
される。この熱交換器は、過熱された水を、単独の又は
１つ或いは更に多くの燃焼器４９からの熱と組合せた機
関の排気から、所望の熱又は過熱状態での蒸気に変換す
る様に構成されている。この点、システム制御装置６６
は、低圧圧縮機２８に対する空気入口温度を感知して、
給水制御装置６８を介して給水ポンプ４４の運転を調節
すると共に燃焼器４９の動作を制御する様に改造するこ
とが出来る。圧縮機の入口温度が低い時、機関のタービ
ン及び圧縮機部分の運転を釣合せるのに必要な蒸気量を
供給するのに必要な水の流量は一層少なくてよいことが
ある。こういう状態では、２つの中間冷却器を設けるこ
とが出来る。一方は最高湯度の水を希望する４６に示す
様な中間冷却器に水を循環させ、他方は圧縮機の空気温
度を最低にする為に使われる。
排気熱交換器４８で発生された蒸気が、機関の所望の運
転にとって必要とする通りに、システム制御装置６６に
よって、弁５０、５２、５４、５６の内の１つ又は更に
多くに送られる。システム制御装装置が機関の圧縮機及
びタービン部分の圧力比の様な動作状態を感知する。
この発明に従って、種々の組合せで、１つ又は更に多く
の流体弁及び噴射手段を設けるか、或いは使える様にす
ることの判断は、機関の設計技術者により、又は機関の
所期の用途に応じた機関の修正技師によって下される。
例えば、排気装置によって発生される様な蒸気を弁５０
及び蒸気導入手段５８を介して燃焼器３６に導入すると
、高圧タービン３４及び低圧タービン３０の圧力比範囲
が下がり、その結果、動力タービン３８の圧力比が一層
高くなる。タービンの質量流量が増加し、単位流量あた
りの熱及びエネルギ伝達が改善される為、動力タービン
３８から得られる仕事出力は、普通の運転の場合よりも
ずっと大きくなる。
第３図は、この発明の更に複雑な別の実施例を示してお
り、第２図と同じ部分には同じ参照符号を用いている。
第３図では、流体導管装置が複数個の別々の導管、図示
例では、夫々弁５１、５３、５５に関連した高圧、中圧
及び低圧導管４３Ｈ、４３Ｍ、４３Ｌに分れている。装
置のこの各々の導管の圧力が他とは異なり、機関に対す
る蒸気の導入区域に応じて、並びに機関の運転に於ける
こういう蒸気の機能に応じて、システム制御装置６６の
指示により、水制御装置６８によって制御され且つ調節
される。第２図にも示したが、特に第３図に示す様な装
置は、例えば上に述べた機関の運転の釣合いをとる為、
並びに機関の部品を冷却する為の両方の目的に使うこと
が出来る。こうして、一層高い圧力の蒸気を燃焼器３６
より上流側の機関内の５７で示す所に噴射して、燃焼器
並びに機関の他の内部部品及び下流側の部品を冷却する
ことが出来る。
或る発電設備では、発電機の規模又は電力需要によって
、動力出力が制約を受けることがある。
こういう場合、一般的にＮＯｘ放出物と呼ばれる窒素酸
化物の放出を制御する為に、機関の５８の所で蒸気を導
入し、且つ６２及び６４の所で導入して、空気流を減ら
して機関を定格温度で運転し、低下した動力で蒸気発生
量を増やすと共に高／ピーク熱効率が得られる様にする
。
これまで説明した様に、この発明は外れた動力状態の下
で、ガスタービン機関を選ばれた高い熱効率範囲で運転
することが出来る様にする。然し、この他の提案されて
いる蒸気噴射装置と異なり、この発明のガスタービン機
関は、蒸気の様な流体を噴射せずに運転することも出来
る。然しに機関が特に蒸気噴射用に設計されている時、
設計されたピーク熱効率範囲で蒸気なしで運転すると、
一般的には蒸気を使う時よりも、動力出力レベルが低く
なる。こういう林態では、タービン部分と圧縮機部分の
流量圧力比範囲の間に釣合いがとれる様に設計すること
が出来、外部流体の導入又は噴射は必要としない。この
為、この発明はガスタービン機関装置を種々の選ばれた
動力出力状態で運転することが出来る様にし、然もガス
タービン機関は終始高いレベルの熱効率で運転される。
然し、回収蒸気流が増加すれば、それを使って熱効率を
更に高くすることが出来る。
こゝに挙げた表は、第４図の装置に示した機関の４つの
構成の場合の計算データの比較である。
即ち、中間冷却器がない場合、中間冷却器単独の場合、
中間冷却器、排気熱交換器、及び燃焼器の区域と低圧タ
ービンに対する過熱蒸気の噴射を用いた場合、並びに排
気熱交換器と燃焼器区域及び低圧タービンに対する過熱
蒸気の噴射を用いた場合である。この計算は「標準日運
転」に基づく。
つまり、周囲圧力を１４，６９３ポンド／平方吋（絶対
値）とし、温度を５１８°Ｆとする。
この表に使われる記号の意味は次の通りである。
ＬＢＳ／ＳＥＣ　毎秒ポンド数 ＬＰＣ　低圧圧縮機 ＨＰＣ　高圧圧縮機 ＨＰＴ　高圧タービン ＬＰＴ　低圧タービン ＰＴ　動力タービン ＨＰ　馬力 ＬＨＶ　燃料の低発熱量 ＳＦＣ　燃料消費率 ＬＰＳ／ＨＰ−ＨＲ　馬力一時間あたりの　ポンド数 この表のデータを掲げたのは、こゝに示す他の配置に較
べて、中間冷却器と蒸気噴射の組合せを使う配置によっ
て表わされたこの発明の潜在的な利点を示す為である。
この構成並びにこの発明の例について表に示したデータ
は、燃焼器区域及び低圧タービンの入口に対する蒸気噴
射の３種類の状態の下で得られたものであり、それに伴
うパラメータが示されている。軸出力馬力で示す様に、
中間冷却器と過熱蒸気の噴射の組合せを使うことによっ
て表わされるこの発明の好ましい形の配置は、他の配置
に較べて、馬力を２倍以上にすることが出来、然も熱効
率を高くし、機関の燃料消費率を下げる。
この発明を特定の代表的な例及び実施例について説明し
たが、当業者であれば、この発明の範囲内でこの発明に
この他の例及び構成を用いることが出来ることは云うま
でもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は機関及びこの発明の装置の比較的簡単な１形式
の略図、第２図は更に複雑な形の機関及びこの発明の装
置の略図、第３図は別の更に複雑な形の機関及びこの発
明の装置の略図である。 主な符号の説明 １０：圧縮機 １２：燃焼器 １４：タービン １６：システム制御装置 ２２：流量弁 ２４：流体の源 特許出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機、ガス状流出物を発生する燃焼器及びタービ
    ンを動作系列として有し、 予定の圧縮機流量圧力比範囲及び予定のタービン流量圧
    力比範囲内で好ましい熱効率範囲で運転される様に構成
    されているカスタービン機関装置に於て、 （ａ）前記燃焼器流出物の定圧比熱（Ｃｐ）よりも高い
    定圧比熱（Ｃｐ）を持つ流体の源と、（ｂ）該流体の源
    からの流体を機関に導入して燃焼器流出物と混合してタ
    ービン作動媒質を作る流体導入手段と、 （ｃ）該流体導入手段を経由する流体の導入を変調して
    、（イ）機関内の選ばれた位置に於ける燃焼器流出物及
    び流体の組合せＣｐの関数としての、単位流量に対する
    エネルギ伝達能力が、前記選ばれた位置に於ける燃焼器
    流出物単独のＣｐの関数としての燃焼器流出物の等価流
    量のエネルギ伝達能力より高くなる様なタービン作動媒
    質を供給すると共に、（ロ）前記圧縮機及びタービンの
    流量圧力比を機関の動力出力に略無関係に予定の範囲内
    に保つシステム制御手段とを有するガスタービン機関装
    置。 ２、特許請求の範囲１）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、前記流体が蒸気であるガスタービン機関装置
    。 ３）４許請求の範囲２）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、前記蒸気が過熱状態であるガスタービン機関
    装置。 ４）特許請求の範囲２）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、流体の源が水源であり、更に、該水源からの
    水を蒸気に変換する為に機関から熱を抽出する手段と、
    前記蒸気を流体導入手段に供給する手段とを有するガス
    タービン機関装置。 ５）特許請求の範囲４）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、圧縮機が多段を持ち、更に、圧縮機の段間の
    少なくとも部分的な機関空気流順序内に配置されていて
    、前記水源からの水を受取る中間冷却器と、少なくとも
    部分的な機関排気流順序の中に配置されていて、前記中
    間冷却器からの水を受取る排気熱交換器と、前記水源か
    らの水を最初は中間冷却器に、２番目に排気熱交換器に
    直列に圧送して蒸気を発生する水圧送手段とを有し、前
    記システム制御手段が中間冷却器を通る水の流量並びに
    排気熱交換器を通る蒸気をも変調するガスタービン機関
    装置。 ６）特許請求の範囲５）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、前記排気熱交換器に追加の熱を供給する様に
    配置された補助燃焼器を含み、前記システム制御手段が
    補助燃焼器の動作をも制御して、前記排気熱交換器で選
    ばれた状態の選ばれた量の蒸気を発生するガスタービン
    機関装置。 ７）特許請求の範囲１）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、ガスタービン機関が低圧圧縮機、高圧圧縮機
    、燃焼器、高圧タービン、低圧タービン及び排気装置を
    動作系列として含んでおり、前記低圧圧縮機が前記低圧
    タービンと作動接続され、前記高圧圧縮機が前記高圧タ
    ービンと作動接続され、 前記機関が高圧圧縮機の予定の流量圧力比範囲及び高圧
    タービン及び低圧タービンの予定の流量圧力比範囲内で
    好ましい熱効率範囲で運転される様に構成されており、
    更に前記機関が、（ａ）水源と、 （ｂ）低圧圧縮機及び高圧圧縮機の間の少なくとも部分
    的な空気流順序の中にある中間冷却器と、（ｃ）排気装
    置内の少なくとも部分的な機関排気流順序内にある排気
    熱交換器と、 （ｄ）前記水源から中間冷却器及び排気熱交換器を通っ
    て蒸気導入手段に至る流体導管装置と、（ｅ）該流体導
    管装置に接続されて、前記水源からの水を最初は中間冷
    却器に圧送して水を加熱すると共に低圧圧縮機の吐出空
    気を冷却し且つその容積及び温度を下げると共に、２番
    目に排気熱交換器に圧送して機関の排気から熱を抽出す
    ると共に前記水から蒸気を発生する様に、前記導管装置
    に順次圧送する水圧送手段と、 （ｆ）前記流体導管装置に接続されていて、前記排気熱
    交換器からの蒸気を高圧タービン及び低圧タービンの内
    の少なくとも一方に導入して燃焼器流出物と混合し、タ
    ービン作動媒質を作る蒸気導入手段と、 （ｇ）前記水圧送手段及び蒸気導入手段に作動接続され
    ていて、中間冷却器を通る水の流量及び蒸気導入手段を
    通る蒸気の流量を変調して、（イ）機関内の選ばれた位
    置に於ける燃焼器流出物及び蒸気の組合せＣｐの関数と
    しての単位流量あたりのエネルギ伝達能力が、前記選ば
    れた位置に於ける燃焼器流出物単独のＣｐの関数として
    の燃焼器流出物の等価流量のエネルギ伝達能力よりも高
    くなる様なタービン作動媒質を供給すると共に、（ロ）
    圧縮機及びタービンの流量圧力比を機関の動力出力と略
    無関係に予定の範囲に保つシステム制御手段とを有する
    ガスタービン機関装置。 ８）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、前記排気熱交換器に追加の熱を供給する様に
    排気装置内に配置された補助燃焼器を有し、前記システ
    ム制御手段は補助燃焼器の動作をも制御して排気熱交換
    器で選ばれた状態の選ばれた量の蒸気を発生するガスタ
    ービン機関装置。 ９）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関装
    置に於て、ガスタービン機関が前記低圧タービン及び排
    気装置の間の動作系列内にある独立の動力タービンを含
    んでおり、前記蒸気導入手段が高圧タービン、低圧ター
    ビン及び動力タービンの内の少なくとも１つの蒸気を導
    入する手段を含んでいるガスタービン機関装置。 １０）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関
    装置に於て、蒸気導入手段が燃焼器、高圧タービン及び
    低圧タービンの内の少なくとも１つに蒸気を導入する手
    段を含んでいるガスタービン機関装置。 １１）特許請求の範囲７）に記載したガスタービン機関
    装置に於て、蒸気導入手段が機関の複数個の位置に蒸気
    を導入する様に構成されており、前記流体導管手段が何
    れも互いに異なる圧力を持つ複数個の別々の導管で構成
    されているガスタービン機関装置。 １２）圧縮機、燃焼器及びタービンを動作系列として持
    つガスタービン機関装置を運転する方法に於て、予定の
    圧縮機流量圧力比範囲及び予定のタービン流量圧力比範
    囲内で好ましい熱効率で運転される様に機関を構成し、
    圧縮機及びタービンの流量圧力比を機関の動力出力に略
    無関係に夫々の予定の範囲内に保つ様に、その流量が変
    調される流体を機関内に導入する工程から成る方法。 １３）特許請求の範囲１２）に記載した方法に於て、燃
    焼器が燃焼器流出物を発生し、前記流体が燃焼器流出物
    の定圧比熱Ｃｐよりも大きな定圧比熱（Ｃｐ）を持つ方
    法。 １４）特許請求の範囲１３）に記載した方法に於て、前
    記流体が蒸気である方法。 １５）特許請求の範囲１４）に記載した方法に於て、機
    関に流体を導入する前に、水源を用意し、前記機関から
    熱を抽出して前記水源からの水を、前記流体として機関
    に蒸気を導入する為の蒸気に変換する工程を含む方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010053855A (ja) * 2008-05-15 2010-03-11 Hitachi Ltd ２軸ガスタービン
JP2010065636A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Hitachi Ltd ２軸式ガスタービン
US8613186B2 (en) 2008-05-15 2013-12-24 Hitachi, Ltd. Two-shaft gas turbine
JP2016211569A (ja) * 2015-05-11 2016-12-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービンにおける流れ制御のためのシステムおよび方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4864810A (en) * 1987-01-28 1989-09-12 General Electric Company Tractor steam piston balancing
US5054279A (en) * 1987-11-30 1991-10-08 General Electric Company Water spray ejector system for steam injected engine
US4893468A (en) * 1987-11-30 1990-01-16 General Electric Company Emissions control for gas turbine engine
DE3817986A1 (de) * 1988-05-27 1989-12-07 Mtu Muenchen Gmbh Gasturbinenanlage mit zwischenkuehlung
US4949544A (en) * 1988-12-06 1990-08-21 General Electric Company Series intercooler
US4982564A (en) * 1988-12-14 1991-01-08 General Electric Company Turbine engine with air and steam cooling
CH683019A5 (de) * 1990-06-12 1993-12-31 Asea Brown Boveri Gasturbinenanordnung.
US5255505A (en) * 1992-02-21 1993-10-26 Westinghouse Electric Corp. System for capturing heat transferred from compressed cooling air in a gas turbine
DE4220073A1 (de) * 1992-06-19 1993-12-23 Asea Brown Boveri Gasturbinenanlage
US5617719A (en) * 1992-10-27 1997-04-08 Ginter; J. Lyell Vapor-air steam engine
USRE43252E1 (en) 1992-10-27 2012-03-20 Vast Power Portfolio, Llc High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor
US5329758A (en) * 1993-05-21 1994-07-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Steam-augmented gas turbine
CN1055982C (zh) * 1993-10-27 2000-08-30 J·莱尔·金特 水蒸汽－－空气蒸汽机
DE4427987A1 (de) * 1994-08-08 1996-02-15 Abb Management Ag Luftspeicherturbine
DE19531562A1 (de) * 1995-08-28 1997-03-06 Abb Management Ag Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
US5768884A (en) * 1995-11-22 1998-06-23 General Electric Company Gas turbine engine having flat rated horsepower
EP1243757B1 (de) * 1997-07-25 2005-12-07 ALSTOM Technology Ltd Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage
EP0899438B1 (de) * 1997-08-25 2002-05-29 Alstom Gasturbine mit Wärmerückgewinnungserzeuger von überhitztem Dampf zum Einspritzen in die Brennkammer und von Sattdampf zum Kühlen und dann Einspritzen in die Brennkammer
US6363706B1 (en) 1998-12-24 2002-04-02 Alliedsignal Apparatus and method to increase turbine power
DE10102606B4 (de) * 2001-01-21 2006-11-16 Leithner, Reinhard, Prof. Dr. techn. Kühlung von Gehäusen, Rotor, Schaufeln und/oder Brennern von Turbinen
WO2003027461A1 (de) * 2001-09-24 2003-04-03 Alstom Technology Ltd Gasturbinenanlage für ein arbeitsmedium in form eines kohlendioxid/wasser-gemisches
GB0211350D0 (en) * 2002-05-16 2002-06-26 Rolls Royce Plc A gas turbine engine
DE10256193A1 (de) * 2002-12-02 2004-06-09 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Steuerung der Flüssigkeitseinspritzung in einen Zuströmkanal einer Kraft- oder Arbeitsmaschine
IL157887A (en) * 2003-09-11 2006-08-01 Ormat Ind Ltd System and method for increasing gas pressure flowing in a pipeline
US20050121532A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Reale Michael J. System and method for district heating with intercooled gas turbine engine
US7284377B2 (en) * 2004-05-28 2007-10-23 General Electric Company Method and apparatus for operating an intercooler for a gas turbine engine
GB2436128B (en) 2006-03-16 2008-08-13 Rolls Royce Plc Gas turbine engine
DE102007062293A1 (de) * 2007-12-21 2009-06-25 Ludwig Binnewies Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
RU2474718C2 (ru) * 2011-01-25 2013-02-10 Николай Евгеньевич Староверов Способ форсажа турбодвигателя и двигатель для его реализации (варианты)
RU2490489C2 (ru) * 2011-08-23 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла
RU2491435C1 (ru) * 2011-12-27 2013-08-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла
RU2568031C2 (ru) * 2014-01-17 2015-11-10 Николай Евгеньевич Староверов Способ форсажа турбодвигателя-2
US10822100B2 (en) * 2017-06-26 2020-11-03 General Electric Company Hybrid electric propulsion system for an aircraft
EP3660294A1 (en) * 2018-11-30 2020-06-03 Rolls-Royce plc Gas turbine engine
GB201819768D0 (en) 2018-12-04 2019-01-23 Rolls Royce Plc A method of manufacturing a planet carrier of a gearbox
DE102021201627A1 (de) 2020-08-05 2022-02-10 MTU Aero Engines AG Wärmekraftmaschine mit Dampfzufuhrvorrichtung
DE102021125384A1 (de) * 2021-09-30 2023-03-30 MTU Aero Engines AG Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungssystems einer Strömungsmaschine für einen Flugantrieb sowie Strömungsmaschine
DE102021005758A1 (de) 2021-11-20 2023-05-25 Holger Arndt Gasturbinensystem, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, sowie Kraftfahrzeug und Verfahren
FR3129661A1 (fr) * 2021-11-29 2023-06-02 Airbus Systeme de chauffage de dihydrogene et de refroidissement de fluide combines pour aeronef, et aeronef comprenant un tel systeme
DE102022115556A1 (de) * 2022-06-22 2023-12-28 MTU Aero Engines AG Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5779224A (en) * 1980-11-04 1982-05-18 Mitsubishi Gas Chem Co Inc Heat recovering method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2186706A (en) * 1933-11-14 1940-01-09 Martinka Michael Combustion engine and a method for the operation thereof
US2678531A (en) * 1951-02-21 1954-05-18 Chemical Foundation Inc Gas turbine process with addition of steam
FR1135229A (fr) * 1955-03-07 1957-04-25 Babcock & Wilcox France Groupe à fluide élastique
US3021673A (en) * 1957-01-10 1962-02-20 Bendix Corp Water injection system for gas turbine engines
US3359723A (en) * 1965-10-29 1967-12-26 Exxon Research Engineering Co Method of combusting a residual fuel utilizing a two-stage air injection technique and an intermediate steam injection step
CH456250A (de) * 1966-05-06 1968-05-15 Sulzer Ag Verfahren zum gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage sowie Anlage zur Ausübung des Verfahrens
CH465327A (de) * 1966-11-10 1968-11-15 Sulzer Ag Verfahren zum gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage sowie Anlage zur Ausübung des Verfahrens
US3729930A (en) * 1970-06-23 1973-05-01 Rolls Royce Gas turbine engine
US3693347A (en) * 1971-05-12 1972-09-26 Gen Electric Steam injection in gas turbines having fixed geometry components
US3978661A (en) * 1974-12-19 1976-09-07 International Power Technology Parallel-compound dual-fluid heat engine
US4297841A (en) * 1979-07-23 1981-11-03 International Power Technology, Inc. Control system for Cheng dual-fluid cycle engine system
SU918458A2 (ru) * 1980-08-20 1982-04-07 Краснодарский политехнический институт Парогазова установка

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5779224A (en) * 1980-11-04 1982-05-18 Mitsubishi Gas Chem Co Inc Heat recovering method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010053855A (ja) * 2008-05-15 2010-03-11 Hitachi Ltd ２軸ガスタービン
US8613186B2 (en) 2008-05-15 2013-12-24 Hitachi, Ltd. Two-shaft gas turbine
JP2010065636A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Hitachi Ltd ２軸式ガスタービン
JP2016211569A (ja) * 2015-05-11 2016-12-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービンにおける流れ制御のためのシステムおよび方法

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Publication number Publication date
US4569195A (en) 1986-02-11
JPH0584376B2 (ja) 1993-12-01
FR2563575B1 (fr) 1994-04-08
IT1184776B (it) 1987-10-28
DE3514718A1 (de) 1985-10-31
BE902277A (fr) 1985-10-25
GB2158158A (en) 1985-11-06
GB8509675D0 (en) 1985-05-22
IT8520479A0 (it) 1985-04-24
DE3514718C2 (de) 2000-06-29
GB2158158B (en) 1988-07-20
FR2563575A1 (fr) 1985-10-31
CA1229493A (en) 1987-11-24

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