JPS6334291B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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、噴霧装置からの噴霧水により効果的に
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、フイ
ルム冷却、インピンジ冷却及び対流冷却等を行な
つているが、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
にともなつ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
空気圧縮のた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
れる圧縮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
高出力化にともなつて、圧縮機での圧縮比が高く
なり、その温度も高くなつている。

従つて、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、周囲の高温のふん囲気にさらされる
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。

従つて、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、冷却空気をいつたんガスター
ビン外に導き、エアフイ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、また圧損が増
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イル
ム冷却が不可能であ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消し、
ガスタービンのタービン翼を冷却空気で効果的に
冷却すると共に、そのガスタービン効率向上を可
能ならしめることを目的としてなされたものであ
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に温度を検出する検出
器及び水を噴霧可能な噴霧装置を設けると共に、
該検出器による検出温度が設定温度以上の時にの
み水を噴霧させ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念図であり、図中の圧縮
機２、燃焼器３、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図は第１図のガスタービン１の要部
拡大の側断面図であり、このガスタービン１内の
冷却空気は図中の矢印Ａのごとく流れる。

また、燃焼器室１１は燃焼器中間支持板１３に
よつて燃焼器本体側３２と燃焼器尾筒側３３に仕
切られており、燃焼器尾筒側に冷却空気室１２が
構成されている。

なお、上記燃焼器中間支持板１３は、第３図の
要部正面図に示すごとく、それぞれ両側が隣りの
燃焼器中間支持板１３と接するようにして、燃焼
器室１１を仕切つているが、その外周部等の一部
には開口部１４が設けられており、冷却空気Ａが
通るようになつている。

また、冷却空気室１２には、温度を検出する検
出器６と、水を噴霧可能な噴霧装置５とを設けて
おり、噴霧装置５は、ガスタービン１外部の水供
給源９に配管８で接続されており、この途中には
弁７が設けられており、この弁７は検出器６で検
出した温度が設定温度以上の時にのみ開となるよ
うに調整器１０により制御される。

ここで、設定温度とは噴霧された水が速やかに
蒸発する温度とする。

また、連結部材１９とトルクチユーブ２０，２
１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２３とでシールされた
空間２４及び連結部材１９とトルクチユーブ２１
とに設けた冷却空気抽気孔２５，２６によつてタ
ービン動翼１６，１８への冷却空気通路を構成し
ている。

上記の圧縮機２で圧縮された空気は、燃焼器室
１１に入り、その大部分は燃焼器３に供給される
が、一部は第３図に示す燃焼器中間支持板１３の
開口部１４を通り、冷却空気室１２に入る。

そして、冷却空気室１２内の空気温度が検出器
６により検出され、それが設定温度以上であれ
ば、調整器１０の信号により弁７が開となり、水
供給源９から配管８を通つて噴霧装置５に水が供
給されて冷却空気が冷却される。

冷却空気室１２で冷却された冷却空気Ａの一部
は、タービン翼環２７の冷却空気孔２８，２８を
通つてタービン静翼１５，１７に供給され、また
残りは冷却空気抽気孔２５、空間２４、冷却空気
抽気孔２６を通り、トルクチユーブ２０，２１内
の中空部に入り、更に通気孔２９からタービンデ
イスク３０，３０間に入り、冷却空気孔３１，３
１よりタービン動翼１６，１８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
度の高くなつ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、温度の高くなつ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600kcal／Kgもの熱をうばわれるた
め、エアフイ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、いつ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。

ここで、ガスタービンの起動あるいは、停止時
等冷却空気室内の空気が水噴霧装置より噴霧され
た水の全量を速やかに蒸発させるに十分な温度で
ない時に水を噴霧すれば、この水は速やかには蒸
発せず、冷却空気室内のタービン構成部材に水滴
が直接当たり、その部材部分が急冷され、クラツ
ク発生の原因ともなるので、冷却空気室の空気が
噴霧された水の全量を速やかに蒸発させるに十分
な温度にない時は、水を噴霧しないようにしなけ
ればならない。

このため、特に本発明は、検出器により冷却空
気室内の空気の温度を検出し、これが噴霧された
水の全量を速やかに蒸発させ得る温度以上である
時のみ、水噴霧装置に水を供給する配管系の元弁
を開とするようになつている。

ここで検出器は１個でも良いが、これを全周に
複数個設ければ平均温度を用いる等温度検出の精
度が向上し、またある検出器に不具合が生じても
バツクアツプ出来る等温度検出の信頼性も向上す
る。

このため、噴霧された水は速やかに蒸発し、蒸
発しきれない水滴が高温のタービン構成部材に当
たり、これを急冷し、クラツク発生の原因となる
等の悪影響を及ぼすことなく冷却を行なうことが
できる。

ここで、冷却空気室内の空気が、水の全量を速
やかに蒸発させるに十分な温度でない時は、冷却
空気を冷却しなくてもタービン翼等との温度差が
大きく、十分な冷却効果をもつていることにな
り、またガスタービンの起動、停止間近かでは燃
焼ガス温度自体が低いため、特に冷却を必要とし
ない。

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
よつても、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。

従つて、本発明によれば、冷却空気量を増加す
ることなく、使用ガス温度を上げることができ、
ガスタービンサイクル効率が向上する。

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り、
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
度を下げることができ、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
燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼器尾筒側に仕切
ると共に、その燃焼器尾筒側に形成した冷却空気
室に水を噴霧するため、いつたんガスタービン外
へ導き、エアフイ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
つたタービン等１段翼のフイルム冷却も問題なく
行なうことができるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるガスタービ
ンの概念図であり、第２図は第１図のガスタービ
ンの要部拡大の側断面図で、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、３……燃
焼器、４……タービン、５……噴霧装置、１２…
…冷却空気室、１３……燃焼器中間支持板、１
５，１７……タービン静翼、１６，１８……ター
ビン動翼、Ａ……冷却空気。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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
   冷却空気室に温度を検出する検出器及び水を噴霧
   可能な噴霧装置を設けると共に、該検出器による
   検出温度が設定温度以上の時にのみ水を噴霧させ
   ることを特徴とするガスタービン。