KR100229295B1 - 개스터어빈용의 통합증기/공기냉각시스템 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

증기 또는 공기 냉각되는 복합사이클 개스 터어빈은 제 1 및 제 2 터어빈 스테이지들 및 제 2 노즐 스테이지를 포함한다. 운전개시중, 냉각공기는 제 2 스테이지 노즐을통하여 반경방향 내측으로 공급되어 터어빈을 통한 개스유량내로 유동되고 고압 압축포트로 부터 반경방향 외측으로 유동되는 냉각공기와 혼합된다. 상기 혼합된 공기유량은 터어빈 깃들을 통하여 반경방향 외측으로 유동된다. 정상적인 작동에 있어서는, 공기를 대신하여 증기가 제 2 노즐 스테이지를 통하여 반경방향 내측으로 그리고 터어빈 휘일들 및 상기 휠일들사이의 스페이서 사이에서 반경방향 외측으로 유동된다. 노즐 스테이지를 통한 증기의 부분은 터어빈 깃들을 냉각시키기 위해 반경방향 외측으로 유동되는 증기와 혼합된다. 증기의 잔량은 터어빈을 통한 개스유량내로 유동된다. 복합 증기/공기 냉각은 압축기의 고압 배출포트로 부터의 냉각공기를 터어빈 깃들을 통하여 반경방향 외측으로 유동되는 증기와 혼합시킴에 의해 이상 고온상태에 있는 터어빈 깃에 대해 수행되게 된다.

Description

개스 터어빈용의 통합 증기/공기 냉각시스팀 및 그 작동방법

제 1도는 터어빈 스테이지들을 위한 증기/공기 냉각시스탬에 사용되는 시스템 부품들을 개략적으로 나타내는, 터어빈 축을 관통한, 부분적인 종방향 횡간단면도.

제 2도는 제 1 및 제 2 터어빈 스테이지들과 제 2 노즐 스테이지를 나타내는, 터어빈 축을 관통한, 확대된 부분 종방향 횡간단면도.

제 3도는 제 2 스테이지 노즐의 노즐 날개내의 냉각통로들을 나타내기 위해 부분적으로 판단된 사시도.

제 4도는 제 2 스테이지 노즐의 다이어프램과 스페이서의 밀봉면 사이의 밀봉을 나타내고 고정된 다이어프램으로 부터 스페이서를 관통하여 격실들내로의 증기의 유동을 나타내는, 부분적인 횡방향 확대 단면도.

제 5도는 본 발명에 따라 구조되는 터어빈 깃의 사시도.

제 6도는 다양한 증기유동 냉각로들을 나타내는 터어빈 깃의 횡간단면도.

제 7도 내지 제 10도는 터어빈의 냉각시스팀의 다양한 작동단계들의 제어 시스팀을 나타내는 개략적인 블록 다이어그램.

제 11도는 휘일공간 공동들을 위한 공기회로 바이패스를 나타내는 부분적인 종방향 횡간단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 터어빈 12, 14 : 터어빈 스테이지

16 : 노즐 스테이지 18, 20 : 터어빈 깃

26, 28 : 터어빈 휘일 30 : 스페이서

34 : 다이어프램 46 : 노즐날개

52, 54 : 격실

본 명세서는 1991. 11. 19자로 출원된 미합중국 특허출원 제 794,032호의 부분연속 출원이며, 상기 출원의 내용은 본 발명에 참조로 인용된다.

본 발명은 개스 터어빈용의 냉각 시스팀에 관한 것이고 특히 복합사이클 터어빈용의 통합 증기/공기 냉각시스팀 및 상기 시스팀의 작동방법에 관한 것이다.

개스 터어빈의 깃들(blades) 및 노즐들을 냉각시키기 위안 전통적인 접근은 예컨대 개스 터어빈 압축기의 중간 및 최종 단계들에서 공기를 추출시킴에 의해 충분히 높은 압력으로 공급원으로 부터 공기를 추출시키는 것이었다. 일련의 내부 유동통로들은 터어빈 깃들을 냉각시키기 위해 요구되는 대량 유동목적을 위해 전형적으로 사용되었으며, 노즐들에 대해서는 냉각 공기는 외부 배관을 통하여 공급 및 제어되었다. 냉각 공기 유동회로들은, 열역학적 사이클로 열을 공급하는, 연소기들을 바이패스(bypass)시키게 된다. 그러므로, 전환된 냉각공기는 연소기들로 부터 에너지를 직접적으로 수납하지는 않게되고 터어빈을 통하여 완전히 팽창되지도 않게 된다. 이러한 배열체는 터어빈 출력에 유해 손실을 가하게되며 전체 성능효율을 감소시키게 된다.

재열 개스 터어빈들(reheat gas turines)에 있어서의 증기 냉각은 예컨대 Rice에게 허여된 미합중국 특허 제 4,314,442호 및 4,565,490호에 기재되어 있다. 증기 냉각은, 1987년 6월에 발행된 "미래의 개스 터어빈 개발 조건들의 정의에 관한 연구"라는 제하의 Electric Power Research Institute의 보고서 번호 제 RP 2620-1호에, 기재되어 있다. 상기 보고서는 열역학적 사이클 분석분야에서 증기냉각에 대해 예견되는 성능 개선에 대해 기재하고 있다. 상기 보고서에서, 증기냉각 공급 요구조건은 매우 높은, 즉 1840 psia의 압력원이 제공될 것을 요하며, 이는 상기 고압이 회로의 마찰손실들 뿐만 아니라 제안된 폐쇄냉각회로 형상과 관련되는 유해안 회전력 및 윈심력을 극복하기 위해 필요로 되어지기 때문이다.

복합 사이클작동에 있어서, 증기는 수개의 압력 및 온도레벨에서 사용될 수 있게된다. 개스 터어빈내의 냉각공기는 증기로 대체될 수 있고 상기 증기는 더욱 양호안 냉각매체이다. 또한, 냉각매체로서의 공기와 관련되는 열효율의 저하에 대한 문제점은 공기냉각으로 부터 증기냉각으로의 전이가 수행됨에 따라 개선되게 된다. 냉각제로서 증기를 사용함에 의해, 개스 터어빈 사이클내에서의 연소온도를 증가시키는 것이 또한 가능하게 된다.

전기한 바 있는 본 출원인의 선행 특허출원에 기재된 바와 같이, 증기냉각 및 공기냉각이 복합사이클 시스팀내에서 통합적으로 사용되는뎨, 기초 냉각은 증기에 의해 수행되며 오프-다자인(off-design) 작동조건들 예컨대 운전개시시에는 공기에 의한 냉각이 제공되게 된다. 즉, 개스 터어빈은 정상적인 조건하에서는 증기냉각을 사용하여 작동되고, 예컨대 운전개시중 또는 증기공급이 급격한 불능상태에 빠질경우에는 공기를 사용하는 작동적인 오프-디자인 냉각에 의해 백업되게 된다. 상기 본 출원인의 출원서에 기재된 발명에 따라, 현존의 공냉식 개스 터어빈은 공기냉각으로 부터 증기냉각으로 작동적으로 변화되기 위해 개조된다. 그러므로, 특히 제 1및 제 2 스테이지 터어빈 깃들, 및 제 2 스테이지 노즐들내에서의 냉각 유량분포들 (cooling flow distributions)은 증기냉각을 사용하는데에 따르는 개조(modification)를 필요로 하게 된다.

특히, 제 2 스테이지 노즐 날개들(vanes) 및 제 1 스테이지 터어빈 깃들은 증기냉각의 열효율들에 관한 장점을 취하기 위해 특별히 설계된다.

제 2 스테이지 노즐에서는, 한쌍의 파이프들 또는 튜브들이 적당한 증기 공급원에 결합되는 매니포울드로부터 복합사이클 작동식으로 연장되며, 노즐 날개들 및 상기 노즐 날개들과 관련되는 다이어프램을 관통하여 연장된다. 다이어프램의 내면은 스페이서(spacer)의 외면과 통상적인 방식으로 밀봉되고, 상기 스페이서는 제 1 및 게 2 스테이지 터어빈 깃들을 장착시키는 휘일들(wheels)사이에서 상기 휘일들과 함께 회전되도록 수반된다. 상기 스페이서는 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 휘일들을 갖는 한 쌍의 격실들을 마련한다. 노즐 날개들 및 다이어프램을 통과하는 냉각증기는, 이하에 설명하는 바와 같이 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들을 통과하기 위해, 상기 격실들과 연통되며 유입 포트들과 연통된다.

또한, 개별적인 삽입체(insert)들이 노즐 날개들을 관통하는 각각의 튜브들을 내포(envelop)시켜 둘러싸게 된다. 각각의 삽입체에는, 증기 반송튜브 및 상기 삽입체 사이의 공간으로 공급되는 공기를 삽입체 및 노즐 날개의 벽들 사이에 마련되는 공동(cavity)으로 외측으로 유동시키기 위한, 다수의 개구부들이 제공된다. 공기는 노즐 날개를 냉각시키고나서, 터어빈을 통한 개스유량을 향한 대향된 축방향으로의 탈출을 위해, 날개 후미 연부내의 일련의 개구부들을 통과하여 날개를 빠져나가 다이어프램 내의 격실내로 유동되게 된다. 증기를 수반하는 튜브들은, 상기 튜브들내의 증기 및 상기 삽입체들내에서 유동되는 공기사이의 열전달 관계를 개선하기 위해, 그 외부 측면둘레에 리브들(ribs)을 갖게된다. 삽입체의 외부 표면들에는, 유량을 후미 연부들 및 다이어프램으로 지향시키기 위한, 바람직하게는 나선형 또는 나사선형인 리브가 제공된다. 작동시, 증기 및 공기사이의 열전달로 인하여 증기의 온도는 감소되고 공기의 온도는 증가되게 된다. 그러나, 공기유량은 삽입체내의 개구부들을 통과하자마자 팽창 및 냉각되어 노즐 날개들의 내면들에 대해 냉각식으로 충돌되게 된다.

증기는 튜브들 및 다이어프램을 통하여 유동되게 되며 다이어프램과 스페이서 사이의 밀봉체를 통하여 유동되게 된다. 바람직하게는, 상기 밀봉체는 여러개의 돌출된 치부들(teeth)을 갖는 래버린스형 밀봉체(labyrinth-typeseal)로 된다. 상기 본출원인의 선행 출원서에 기재된 발명에 따라, 분사 노즐들을 스페이서의 밀봉표면을 중심으로 원주방향으로 서로 격설된다.

증기는, 스페이서내의 분사노즐들을 통하여 유동되기 위해, 래버린스 밀봉체의 근접한 치부들 사이에서 다이어프램으로 부터 유동된다. 상기 노즐들은 스페이서의 대향된 측벽들상의 격실들내로의 증기의 유동을 가속화하도록 형상된다.

제 1 및 제 2 터어빈 스테이지들을 위한 냉각증기는 터어빈 축에 근접한 위치로 부터 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 휘일들사이의 구역으로 부가적으로 유입된다. 증기가 상기 격실들로 유입될 수 있도록 하기 위해 스페이서를 통한 통로들이 제공되게 된다. 그러므로, 상기 내부 증기유량은 원심력에 의해 반경방향 외측으로 통과되어 노즐 스테이지의 튜브들 및 스페이서의 분사 노즐들로 부터 상기 격실들로 입력되는 증기와 혼합된다. 상기 혼합된 증기는 제 1 및 제 2 스테이지들의 터어빈 깃들을 통하여 유동되어 상기 터어빈 깃들을 냉각시키게 된다.

본 출원인의 선행 출원서에 기재된 발명의 다른 일면에 따라, 각각의 제 1스테이지 터어빈 깃은 네개의 냉각회로들 즉, 깃의 선두연부와 후미연부에 근접하여 반경방향 외측으로 지향되는 두개의 직통 통로들 및 두개의 중간적인 삼차통과식의 전방 및 후방 회로들을 포함하는 궁형 냉각 배열체(serpentine cooling arrangement)를 포함한다. 상기 궁형통로들을 위한 유입포트들은 터어빈 깃들을 장착하는 받침대(pedestal)를 통과하게 된다. 전방회로 및 후방회로에 관련하여, 각각의 유입포트들은 깃의 뿌리부분에 위치되며, 증기유량은 첫번째로 선단 부분(tip portion)을 향하여 반경방향 외측으로 지향되는 통로를 통과하고 그리고나서 뿌리부분을 향하여 반경방향 내측으로 지향되는 통로를 통과하며 최종적으로 선단부분을 향하여 반경방향 외측으로 지향되는 통로를 통과하여 상기 깃의 중간부 선단부분에서 터어빈 깃으로 부터 배출되게 된다. 그러므로 증기는 대향된 축방향으로 위치되는 선부 연부 및 후미연부에 근접한 지점으로 부터 터어빈 깃의 중간부분을 향하여 궁형으로 유동된다. 그러므로, 깃으로 부터 대부분의 열을 수집한 증기는 최저금속온도를 갖는 지점에서 깃으로 부터 탈출되게 된다(exit).

선두 연부 회로는 깃의 뿌리부분에 있는 입구포트 및 선단부분에 있는 출구 사이에서 증기를 반경방향 외측으로 유동시키고, 깃의 선두 연부상의 요구부내로 개방되는 다수의 반경방향으로 격설되는 개구부를 통하여 증기를 유동시키게 된다. 상기 요구부는, 작동중의 최대온도 구역인, 깃의 정체구역 또는 피치구역을 따라 배치된다. 상기 요구부는 고밀도의 직제 철망(woven wire mesh)과 같은 다공물질을 포함하며 이에 의해 제 1 선두연부 회로로 부터의 증기는 증산 냉각(transpiration cooling)을 위해 개구부들을 통하여 철망을 갖는 요구부내로 유동된다. 후미 연부 회로는 깃의 뿌리부분에 근접한 유입포트로 부터 선단부분에 근접한 배출구로 증기를 유동시키며 또한 깃의 후미 연부를 따라 반경방향으로 격설되는 일련의 개구부들을 통하여 증기를 유동시킨다.

부가적으로, 각각의 날개의 압력측면 상에는 일련의 추기식(抽氣式) 유막 냉각 구멍들(bleed film cooling holes)가 제공되고, 상기 구멍들은 깃을 따라 반경방향으로 격설되면서 바람직하게는 전방 중간회로의 제 1 통로와 연통되어 날개의 압력표면을 따라 유막 냉각 증기를 공급한다. 증기가 예컨대 흡수도 및 복사도와 같은 탁월한 복사특성을 갖고 복사에너지를 많이 흡수하여 상기 에너지를 저 강도(lower intensity)로 방사시키기 때문에, 유막 냉각이 가능하게 된다. 날개의 압력측면 상에는 또한, 일련의 추기식 유막 냉각 구멍들이 제공되며, 상기 구멍들은 깃을 따라 반경방향으로 격설되면서 바람직하게는 후방 중간 회로의 최종 통로와 연통된다. 흡입측면상의 깃의 선두연부 및 후미연부 사이에서 상기 추기식 유막 냉각구멍들이 배치되도록 선택되는 이유는 경계층이 상기 구역을 따라 두꺼워지기 때문이다. 상기 경계층은 그 부분상의 대류 열하중(convective thermal load)을 증가시킨다. 박 유막냉각에 의해 경계층의 두께를 감소시킴으로써 상기 부분상의 대류 열하중은 감소되게 된다.

각각의 제 2 스테이지 터어빈 깃들에는 냉각증기를 깃 선단들로 반경방향 외측으로 통과시키기 위한 다수의 직통직인 반경방향 통로들이 제공된다. 각각의 터어빈 스테이지는 냉각증기를 수집하기 위해 깃들의 선단들에 근접되는 증기수집용 시라우드(shroud)를 갖는다.

공기냉각 시스팀이 전기한 증기냉각 시스팀과 통합된다. 이것을 달성하기 위해, 회전되는 노즐칼라가 제 1 스테이지 휘일의 내부원주상에 제공된다.

고정식 및 이동식의 밸브 구조물들이 축을 중심으로 장착된다. 상기 밸브는 압축기로 부터 압축된 공기가 휘일들 및 스페이서 사이의 공간들로 그리고 격실들로 반경방향 외측으로 유동되는 것을 방지하기 위해 정상적으로는 폐쇄된다. 운전개시 또는 오프-디자인 작동중, 예컨대 증기 압력이 가용적이지 못할 경우 (unavailable) 또는 손실될 경우에는, 솔레노이드가 작동되어 상기 밸브를 개방시킴으로써 상기 구역들내로 압축 공기를 제공하여 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들의 유입 포트를 통한 유동을 가능하게 함으로써 냉각을 효과적으로 수행하게 된다. 운전 개시후에 또는 공기 냉각이 대체로 필요하지 않은 경우에는, 솔레노이드가 상기 밸브를 폐쇄하여 공기가 상기 공간들내로 유입되는 것을 방지하게 된다.

본 발명은 개스 터어빈용의 현존하는 공기 냉각과 증기 냉각을 통합시켜서 공기 냉각, 증기 냉각 및 공기/증기 냉각의 조합사이에서의 전이가 이루어질 수 있도록 하고 열역학적인 장점 및 사이클 효율을 얻는 방식으로 개스 터어빈의 작동 조건들을 유지하게 되는 장치 및 방법을 제공한다. 그러므로, 열역학적 손실들이 제거 또는 최소화되는 동시에 증기 냉각은 높은 기계출력 효율을 위해 높은 점화온도를 유지할 수 있도록 한다. 부가적으로, 연소기의 방사 제어는, 터어빈의 다른 작동부품들상에 영향을 미치지 않으면서, 연소과정중에 더욱 많은 공기 및 증기를 공급함으로써 개선되게 된다. 예컨대, 터어빈 로우터 휘일들의 열적인 저 사이클 피로는 터어빈 휘일들 둘레에서의 냉각 공기 유동에 의해 발생되는, 휘일들을 통하여 유도되는, 온도 구배들의 결과로서 일어나게 된다. 냉각 공기를 증기와 교체시킴으로써, 열구배들이 감소되고 터어빈 로우터 휘일들의 예상수명도 연장되게 된다.

본 발명은 본 출원인의 전기한 바 있는 출원에시 설명되는 제 1과 제 2 스테이지 터어빈 깃들 및 제 2 스테이지 노즐들의 증기 냉각특성을 현존 개스 터어빈들에 사용되는 공기 냉각 회로들과 통합하기 위한 시스팀을 제공된다. 또한, 상기 시스팀은 터어빈의 모든 작동 모우드들을 위해 공기 냉각 및 증기 냉각을 통합시키고, 예컨대 증기가 가용적으로 되는 운전개시중 공기 냉각으로부터 증기 냉각으로의 매끄러운 전이를 제공하며 정상적인 작동중 증기 냉각에 부가적인 공기 냉각을 제공할 수 있게되고 예컨대 터어빈 깃들의 특히 고온인 부분이 검출되는 경우와 같은 비정상적인 작동기간중 공기 냉각에 의한 부가적인 냉각을 제공할 수 있게된다. 따라서, 본 발명은 양호한 사이클 호율, 높은 점화온도, 증가된 터어빈 냉각도, 연소방사 제어에 있어서의 유연성, 및 터어빈 로우터 휘일의 증가된 저사이클 피로 수명을 갖는, 개스 터어빈 용의, 통합된 증기/공기 냉각 시스팀을 제공한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 터어빈을 통단 개스 유동로내에 배설되면서 특정개수이상의 터어빈 깃들이 하나 이상의 내부통로를 갖게되는 다수의 터어빈 깃들을 각각 갖는 한 쌍의 축향으로 격설되는 회전자재한 터어빈 스테이지들, 및 터어빈 스테이지들 사이에 위치되면서 터어빈을 통한 개스 유동로내에 배설되는 다수의 노즐 날개들을 포함하는 노즐 스테이지로 구성되는 개스 터어빈용의 통합된 증기/공기 냉각 시스팀이 제공된다. 특정개수 이상의 상기 날개들은 각각 하나 이상의 내부통로를 갖는다. 터어빈을 공기 냉각시키기 위해 상기 내부통로들에 냉각공기를 공급하기 위한 그리고 터어빈을 증기 냉각시키기 위해 상기 내부통로들에 증기를 공급하기 위한 수단도 제공되게 된다. 냉각공기 공급수단 및 증기 공급수단과 협력하는 수단이 또한 제공되어 터어빈의 공기냉각 및 터어빈의 증기냉각사이에서의 전이(transition)를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 특정 개수이상의 터어빈 깃들이 각각 하나 이상의 내부통로를 갖는 상태에서 터어빈을 통한 개스 유동로내에 배설되는 다수의 터어빈 깃들을 각각 갖는 한 쌍의 축향으로 격설되는 회전자재한 터어빈 스테이지들, 특정개수 이상의 날개들이 각각 하나 이상의 내부통로를 갖는 상태에서 터어빈을 통한 개스 유동로내에 배설되는 다수의 노즐 날개들을 포함하면서 터어빈 스테이지들 사이에 위치되는 노즐 스테이지, 및 냉각 공기 공급수단 및 증기 공급수단과 협력하여 터어빈의 공기 냉각 및 터어빈의 증기 냉각 사이에서의 전이를 가능하게 하기 위한 수단을 갖는 개스 터어빈용의 냉각 시스팀을 작동시키기 위한 방법은, 터어빈의 운전개시중 터어빈을 공기 냉각시키기 위해 상기 터어빈 깃들의 상기 내부통로들에 공기를 최초로 공급하는 단계, 및 터어빈 운전개시후에 터어빈의 정상적인 작동중 터어빈을 증기 냉각시키기 위해 상기 터어빈 깃들의 내부 통로들에 증기를 공급하는 단계를 포함한다,

따라서, 본 발명의 주된 목적은 개스 터어빈용의 신규하고 개선된 증기/공기 냉각 시스팀을 제공함에 있다.

이하 도면을 참조로하여 본 발명을 상술한다.

본 발명의 명확한 이해를 위해, 본 출원인의 선행출원에 기재된 바와 같은 개스 터어빈의 노즐 및 터어빈 스테이지들에 관하여 먼저 설명하고나서 본 발명의 통합 증기/공기 냉각 시스팀 및 그 작동방법에 대해 설명하기로 한다.

제 1도 및 제 2도를 참조하면, 복합 사이클 개스 터어빈(10)의 단면을 도시하며, 상기 개스 터어빈(10)은 제 1과 제 2 터어빈 스테이지들(12 및 14),및 제 2 노즐 스테이지(16)을 포함한다. 제 2도에 도시한 바과 같이. 각각의 제 1 및 제 2 터어빈 스테이지들은, 터어빈 휘일들(26 및 28)상에 장착되는 받침대들(22 및 24)상에 각각 장착되는 다수의 터어빈 깃들(18 및 20)을 포함한다. 스페이서(30)은 휘일들(26 및 28)과 함께 회전되기 위해 상기 휘일들 사이에서 축향으로 배설되면서 상기 휘일들에 고정되개 되며 제 2 노즐 스테이지(16)의 일부를 형성하는 고정된 다이어프램(34)의 내면에 대한 밀봉을 위한 밀봉표면(32)를 포함한다. 다이어프램(43)의 내면은 바람직하게는 스페이서(30)의 외부표면(32)과 함께 래버린스 밀봉체를 형성한다. 제 2 노즐 스테이지(16)은, 서로 윈주방향으로 격설되면서 다이어프램(34)로 부터 터어빈 지지 프레임(36)으로 반경방향 외측으로 연장되는 다수의 고정되면서 반경방향으로 연장되는 날개들(46)을 포함한다. 터어빈 축은 일점쇄선(38)로 개략적으로 도시한다. 터어빈 연소기들(T.C.)(제 1도참조)로 부터의 개스는 제 1 터어빈 스페이지를 구동시키기 위해 제 1 스테이지 노즐들(39)를 통하여 예컨대 제 2도의 좌측으로 부터 우측으로 축방향으로 유동되며, 그리고 나서 상기 개스는 제 2 터어빈 스테이지를 구동시키기 위해 고정된 제 2 스테이지 노즐들을 통하여 유동된다.

단일 개스 터어빈내에서 증기 및 공기 냉각회로들을 통합시키기 위해, 증기는 복합사이클 터어빈의 증기 공급원(ST)(제 1도 참조)로 부터 매니포울드(40)을 통하여 통과되고, 상기 매니포울드는 각각의 노즐 날개(46)의 내부를 따라 반경방향 내측으로 연장되는 튜브들(44a 및 44b)와 결합되는 한쌍의 지로들(branches)(42)를 갖는다. 튜브들(44a 및 44b)는 다이어프램(34)를 통과하며 다이어프램(34) 및 스페이서(30) 의 인접 밀봉면들에서 다이어프램(34)의 내면을 따라 유출된다. 그리고 나서 증기유량은 스페이서 밀봉면(32)의 내측을 향하여 스페이서(30)의 분사 노즐들(48 및 50)을 통과하여 스페이서(30)의 축방향으로 대향된 측면들상에 있는 내부 격실들(52 및 54)내로 유동된다. 격실들(52 및 54)내의 증기는 터어빈 깃들(18 및 20)의 뿌리부분들에 근접한 받침대들내의 유입 포트들과 연통되어 터어빈 깃들에 냉각 증기가 공급되도록 한다. 상기 증기는 깃들(18 및 20)의 선단부분들로 부터 유출되어 시라우드들(56 및 58)내로 유동된다.

증기는 또한 축(38)에 근접한 위치로 부터 격실들(52 및 54)로 유동되게 된다. 예컨대, 증기는 스페이서(30) 및 휘일들(26)사이의 공간들내로 유동되기 위해 그리고 통로들(62)를 통하여 격실들(52 및 54)내로 유동되기 위해 축방향으로 연장되는 채널(60)을 통하여 유입된다. 상기 복합 증기유량은 그리고나서 터어인 깃들을 통과하여 상기 깃들을 냉각시키게 된다. 격실들(52 및 54)내에서의 두개의 증기 유량들의 혼합은 공동들내에서 발생될 수 있는 바람직하지 않은 와류순환 환들(vortex circulation cells)을 최소화하거나 제거하게 된다.

본 출원인의 전기한 바 있는 출원 명세서에 기재된 바와 같이 그리고 본 명세서의 제 3도에 도시한 바와 같이, 날개(46)내의 각각의 튜브들(44a 및 44b)는 삽입체(62a 및 62b)내에 봉입되며, 상기 삽입체는 날개(46)의 전체길에 걸쳐서 튜브들(44a 및 44b)와 각각 공통적으로 연장된다. 각각의 삽입체(62a 및 62b)는 각각의 튜브들(44a 및 44b)를 둘러싸서 그 사이에 공기통로를 마련하개 된다. 공기는 터어빈의 프레임내에 형성되는 공기격실들(66)을 경유하여 통로들(64a 및 64b)로 유입된다. 각각의 삽입체(62a 및 62b)에는 다수의 극소형 개구부들(67)이 제공되며 이로인하여 통로들(64a 64b)내의 압축 공기는 상기 개구부들을 통하여 삽입체들 및 날개들의 내부벽들사이에 마련되는 각각의 공동들(68a 및 68b)내로 팽창될 수 있게된다. 튜브들(44a 및 44b)는 그 외부표면둘레에 핀들(70a 및 70b)를 수반하고 상기 핀들은 통로들(64a 및 64b)내의 냉각 공기 유량이 각각 난류유동 되도록 한다. 상기 핀들을 중심으로한 난류 공기유량은 튜브들(44a 및 44b)의 벽들로 부터 부가적인 대류 에너지를 수반하게 되는 능력을 증가시키게 된다. 두번째로, 핀들은 튜브벽들로 부터 공기로의 전도 열전달을 증가시킨다. 그러므로, 튜브들(44a 및 44b)를 통한 증기유량은 그 온도가 감소되게 되고 공기는 열에너지를 삽입체 벽들로 부터 수반하게 된다. 통로들(64a 및 64b)내의 냉각공기는 충돌 개구부들(67)을 통하여 공동들(68a 및 68b)내로 팽창되어 다수의 냉각공기 제트들이 날개들(46)의 내벽들에 대해 충돌되도록 한다.

유동 분잘 튜브들( 72a 및 72b)는 삽입체들(62a 및 62b)상에 각각 제공된다. 바람직하게는, 상기 분할 튜브들은 나선형 또는 나사선형으로 되어 공기유량을 반경방향 내측의 나사선형 유동방향으로 지향시키며, 따라서 노즐 날개들(46)의 내부벽들과의 열전달 관계를 증가시키게 된다. 도시한 바와 같이, 다수의 반경방향으로 격설되는 개구부들(74)는 각각의 날개(46)의 후미연부를 따라 제공되어 공동(68b)와 연통됨으로써 냉각 공기를 개스류내로 통기시키게 된다. 상기 공동들(68a 및 68b)는 또한 통기거리(76)을 통하여 다이어프램(34)의 내부와 연통된다. 순차적으로 다이어프램(34)의 내부는 축향으로 개방되는 개구부들(78)을 통하여 터어빈을 통한 개스유량과 연통되게 된다.

제 1 스테이지 터어빈 깃(18)은 그 받침대(22)상에 장착된다. 각각의 터어빈 깃(18)은 깃의 뿌리부분에 근접한 위지로 부터 그 선단부분으로 연장되는 바람직하게는 네개인 궁형 냉각회로들로 구성되는 궁형 냉각배열체를 갖는다. 선두연부 회로는, 결실(52)로 부터 증기를 수납하기 위해 상기 유입 포트와 그 뿌리부분에 근접하여 연통되게 되는 반경방향의 직선형 직통통로(80)으로 구성된다. 통로(80)은 깃으로 부터 시라우드(56)내로 증기를 유동시키기 위해 그 선단부분에 근접하여 위치되는 배출 포트를 갖는다. 직통 후미연부 회로도 제공되게 되는데 상기 후미연부 회로는 격실(52)로 부터 증기를 수납하기 위해 그 뿌리부분에 근접위치되는 유입포트와 연통되는 통로(82)로 구성된다. 통로(82)는 깃을 통하여 반경방향 외측으로 연장되어 시라우드(56)내로 증기를 유동시키기 위해 그 선단부에 위치되는 배출 포트를 통하여 탈출(exit)되게 된다. 후미 연부 통로(82)는 또한, 깃(18)의 후미 연부에서 개구부들(104)를 통하여 개방되는 다수의 반경방향으로 격설되는 통로들(84)와 연통된다. 두개의 중간회로들은 각각 삼차통과식의 전방 및 후방 회로들로 구성된다. 전방회로는 격실(52)로 부터 증기를 수납하기 의해 깃의 뿌리부분에 근접되는 유입포트와 연통되는 통로(86)을 포함한다. 증기는 뿌리부분으로 부터 통로(86)을 따라 선단부분을 향하며 유동되고 그리고 다시 제 2 통로(88)을 통하여 반경방향 내측으로 유동되며 마지막으로 통로(90)을 통하여 선단부분을 향하여 연장된다. 후미의 삼차통과식 회로도 마찬가지로 선단부분을 향하여 통로(92)를 통하여, 통로(94)를 통하여 뿌리부분을 향하여 그리고 다시 통로(94)를 통하여 선단부분으로 증기를 반경방향 외측으로 유동시켜 고정된 시라우드(56)내로 배출시키기 위해 격실(52)와 연통되는, 뿌리부분에 근접한, 유입포트를 갖는 통로(92)를 포함한다. 다중통과식 전방 및 후방의 중간회로들은, 각각의 회로내에서의 최종 통과가 제 5도에 도시한 바과 같이 깃의 에어호일 형상(airfoil shape)의 중간 또는 중간로내에 위치되도록 즉 통로들(90 및 96)을 통과하도록, 배열된다. 상기 통로들은, 최종 통로들이 최저 금속온도를 갖는 에어호일의 구역내에 위치되도록 하는 방식으로, 배열된다.

에어호일의 정체점 또는 정체구역에 근접하여 증기 냉각이 제공되게 된다는 것을 알수 있다. 에어호일의 정체구역 또는 피치구역(pitcharea)은 에어호일의 선두 연부의 중간부분을 따른 구역이다. 정체구역의 온도가 깃의 용융온도까지 상승될 수 있기 때문에 상기 정체구역을 냉각시키는 것이 증요하다. 상기와 같은 혹독한 열조건을 제거하기 위해 깃의 선두 연부내에는 예컨대 주조중 요구부(98)이 형성된다. 요구부(98)은 다공물질(100), 예컨대 고밀도의 직제 철망을 포함한다. 요구부(98)은 상기 요구부내에 증기를 공급하기 위해 그리고 철망 재료를 통하여 에어호일 깃의 대향측면들을 따라 외부유동시키기 위해 직통 선두연부 통로(80)과 직접적으로 연통된다. 그러므로, 선두 연부에 증산냉각이 인가되게 된다.

깃의 흡입 및 압력 측면들을 따른 유막 냉각이 제공되게 된다. 특히, 에어호일의 압력측면 상에는 깃의 길이를 따라 격설되면서 전방중간회로의 제 1통로(86)과 연통되는 냉각 통로들(102)가 제공된다. 에어호일의 압력측면의 전방부분을 따라 복사열량(radiant heat flux)이 가장 많기때문에, 상기 제 1 통로(86)은 압력측면을 따른 박막 냉각제의 냉각 공급원으로서 사용된다. 흡입측면 상에는 일련의 통로들(106)이 흡입측면을 따른 유막 냉각을 제공하기 의해 후미냉각 회로의 최종통로(96)과 연통되도록 위치된다. 통로(106)은 경계층이 두꺼워지게되어 부품상의 대류 열하중을 증가시키게 되는, 에어호일 부분을 따라 위치된다. 그러므로, 박막 냉각으로 인하여, 경계층에 의해 이전에는 열전달이 불가능하였던, 에어호일의 부분을 따른 열전달 관계가 증진되게 된다.

제 1도를 참조하면, 증기가 가용적이지 못하게되는 운전개시, 운전정지 또는 오프-디자인 조건중 터어빈을 공기 냉각 시키기 위한 시스팀을 도시한다. 상기 공기 냉각 시스팀은 축에 근접하여 그리고 회전되는 노즐칼라(120)을 지나 공기를 유동시키기 위해 도관(150)을 경유하여 터어빈 압축기와 연통되는 통로들을 포함한다. 또한, 정상적으로는 폐쇄되는 공기간극(122)를 마련하기 위해 솔레이노이드(S)에 의해 이동자재하게 되는 비회전식의 환상 밸브부(121)이 제공되게 된다. 솔레노이드(S)의 작동은 깃들의 금속온도를 감지하기 위해 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들의 선단부들에 근접설치되는 일 세트의 고온계(pyrometer)(124)(제 2도 참조)에 의해 제공되게 된다. 상기 고온계는 공지된 방식으로 구조되며, 증폭 및 솔레노이드(S)의 제어를 위해 아날로그 처리장치로 전송될 수 있는 전기신호들을 송출시킨다. 따라서, 깃 온도가 예정온도 이상이 되면, 고온계는 상기 온도를 감지하고 솔레노이드(S)를 작동시켜 공기간극(122)를 개방시킴으로써 축을 따라 그리고 간극(122)통하여 휘일들 및 스페이서 사이의 공간내로 공기를 반경방향 외측으로 유동시키게 된다. 그리고나서 공기는 격실들(52 및 54)내로 반경방향 외측으로 유동되어 전기한 바와 같이 제 1 스테이지 터빈 깃들의 궁형통로들 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들의 반경방향 직통 통로들내로 유동된다.

제 1도를 참조로하여 터어빈의 공기 및 증기 냉각공급 및 제어시스팀들을 설명한다. 공기 냉각 시스팀은 다이어프램(34)내로 방출되기 위하여 튜브들(44)둘레의 격실들(66)내로 그리고 휘일공간들(146)내로 통과하는 개스유량내로 냉각 공기를 공급하기 위해 도관(142)를 경유하여 삼방향 제어밸브(44)와 연통되는, 압축기(C)의, 중간압력 추출포트(140)을 포함한다. 냉각 공기는 또한 축(38)에 근접한 도관(150)을 경유하여 유동되기 위해 압축기(C)의 고압 추출포트(148)로 부터 제공된다. 공기간극(122)를 개방시키기 위해 솔레노이드(S)가 작동되었을 때, 냉각공기는 스페이서(30)의 대향측면들 상의 격실들을 통하여 그리고 스페이서의 통로들(62)를 통하여 격실들(52 및 54)내로 그리고 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들의 통로들내로 유동된다. 사리우드들(152)는 공기를 수집하며 수집된 공기를 도관(154)를 경유하여 열교환기(166)내로 지향시켜 도관(168)을 경유하여 연소기 조속기(170) 또는 압축기 배출포트(172)로 귀관(복귀)시킨다. 측정의 설치상황에 대한 연소기의 방사요구조건에 따른 복귀 경로의 선택을 위해, 적당한 제어 밸브들이 상기 회로들내에 제공된다.

증기 공급회로에 관련하여, 증기는, 계량장치(176) 유량계(178), 도관들(180 및 182) 및 튜브들(44a 및 44b)와 연통되는 매니포울드(184)(제 2도 참조)를 경유하여 제 2 스테이지 노즐의 튜브들(44a 및 44b)에 냉각 증기를 공급하기 위해, 증기 공급된(ST)로 부터 열교환기(174)를 경유하여 공급된다. 증기는 상기 튜브들을 통과하여 제 2 스테이지 노즐 날개들을 냉각시키고 나서 제 1 및 제 2 스테이지 터어빈 깃들내의 통로들을 통하여 윈심력에 의해 반경방향 외측으로 유동되기 위해 격실들(52 및 54)내로 통과된다. 상기 증기는 열교환기(166)내로 유동되기 위해 도관들(154)를 경유하여 터어빈 통로들을 빠져나오게 된다. 증기는 또한, 벨브(192)가 개방되었을 때 제 2 스테이지노즐 날개들로 부터 격실들(52 및 54)내로 유입되는 증기들과 혼압되기 위해 채널(60)을 통하여 스페이서(30)와 대향측면들상의 공간들내로 그리고 격실들(52 및 54)내로 증기를 공급하는, 도관(190)으로 부터 공급된다. 두개의 증기 경로들로 부터의 증기의 혼합은 공동들내의 바람직하지 않은 외류순환 환들을 발생시키지 않으면서 제 1 및 제 2 스테이지 깃들로의 증기유동을 원조하게 된다. 터어빈 깃들의 선단부들에 근접한 시라우드들(56 및 58)은 증기를 수집하여 도관(154)를 경유하여 열교환기(166)을 통하여 증기를 유동시키게 된다.

제 1도 및 제 7도 내지 10도를 참조로하여 냉각시스팀의 작동을 이하에 설명하건데, 상기 도면들에서 증기 냉각라인들은 실선들로 도시하며 공기 냉각 라인들은 쇄선으로, 터어빈 개스유량은 점선으로 도시한다. 터어빈 운전개시중 증기는 개스 터어빈 사이클에 가용적(available)이지 못하게 된다. 그러므로, 터어빈 깃들을 냉각시키기 위해 공기 냉각회로가 작동되게 된다. 제 1도, 2도 및 7도를 참조하면, 냉각 공기는 도관들(142 및 180)을 통하여 제 2 스테이지 노즐 날개들(46)내로 유동되어 전기한 바 있는 열전달 메카니즘을 통하여 노즐 벽들을 냉각시킨다. 냉각 공기는 다이어프램을 탈출하여 휘일 공간들(146)내로 유동되어 터어빈을 통한 개스유량과 혼합되게 된다. 터어빈 깃들을 냉각시키기 위해, 솔레노이드(S)가 작동되어 공기간극(122)를 개방시키게 된다. 고압 압축원(148)로 부터의 추출공기는 터어빈 깃들의 다양한 통로들을 통하여 유동되어 깃들(18 및 20)을 냉각시키기 위해 도관(150)을 경유하여 개방된 밸브(122)를 지나 스페이서(30)의 대향된 측면들 상의 구역들내로 그리고 통로들(62)를 경유하여 격실들(52 및 54)내로 공급된다. 시라우드들(56 및 58)은 상기 공기를 수집하여 도관들(154)를 경유하여 열교환기(166)으로 통과시키고 도관(168)을 경유하여 연소기 조속기(170) 또는 압축기 배출포트(172)로 복귀시키게 된다. 고압 바이패스 추출회로(200)은 공기를 열교환기(16)의 튜브들로 공급하여 터어빈 깃들로 부터의 공기를 냉각시키며 상기 바이패스 유량을 가열시키게 된다. 그러므로, 열교환기는 재생기로서 작용하며 상기 바이패스 유량은 압축기 배출포트 또는 연소기 조속기에서 개스 사이클로 복귀된다. 바이패스 유량에 대한 복귀점이 공기 추출점에 근접되기 때문에, 상기 바이패스 회로는 제 1 폐쇄 공기회로를 형성한다. 열교환기(166)의 동체로 부터 냉각된 공기는 도관(202 및 180)을 경유하여 통과되어 도관(182)를 경유하여 매니포울드(40)으로 유동됨으로써 전기한 바와 갈이 제 2 스테이지 노즐 날개들을 냉각시키게 된다. 이것은 운전개시 작동중의 제 2 폐쇄 공기회로를 형성한다.

공기 냉각으로 부터 증기 냉각으로의 전이를 위해, 제 1도 및 8도를 참조하면, 증기는 공급 라인들내에서 50°F(10℃)이상의 과열로 예열된다.

고압의 열동식 증기트랩(high pressure thermostatic steam trap)과의 예열 배수 연결부는 증기공급라인들을 예열시키기 위해 제공된다. 특히, 공급되는 증기는 계량장치(176), 체크밸브(206) 및 예열 배수밸브들(192)를 통하여 열동식 트랩(210)으로 유동되게 된다. 개스 터어빈의 특정 정지중, 예열 배수 밸브들(208)은, 차폐 밸브(192)가 폐쇄된 상태에서, 개방된 상태로 유지된다.

전기한 설명으로 부터, 터어빈 깃들이 솔레노이드 밸브(S)가 개방된 상태에서 고압 압축원으로 부터의 추출유동에 의해 운전개스 모우드중 냉각되게 된다는 것을 알 수 있다. 노즐 냉각용 공기는 제어밸브(44)를 통하여 노즐 날개들내로 유동되며 개스유량내로 탈출된다. 증기 유량계(176)의 온도 및 압력이 예정 레벨에 있게될 때, 증기는 증기터어빈으로 공급된다. 특히, 밸브들(208)은 폐쇄되고 밸브들(192)는 개방된다. 솔레노이드 밸브(S)는 폐쇄되어 간극(122)를 경유한 터어빈 깃들로의 공기 유동을 차폐시키게 된다. 따라서, 증기는 정상작동중 증기 공급원(S)로 부터 전기한 바 있는 내부 및 외부회로로 유동된다.

특히, 정상적인 증기 작동중에, 증기는 증기공급원(ST)로 부터 도관(190)(제 1도 및 9도 참조)를 경유하여 매니포울드(40)내로 내부회로내에서 유동되어 도관(190) 및 채널(60)을 경유하여 휘일 격실들(52 및 54)내로 공급되는 증기와 혼합된다. 혼합된 증기는 터어빈 깃들로 부터 도관들(154)를 경유하여 열교환기(166)으로 유동된다. 동시에, 고압추출 공기는 도관(200)을 경유하여 전환되며(inverted) 솔레노이드(S)는 정지되어 공기간극(122)를 폐쇄시킨다. 상기 전환된 공기는 터어빈 깃들로 부터의 증기와 열교환 관계로 유동되어 공기를 가열시키고 증기를 냉각시킴으로써 열교환기(166)이 제생기로서 작용하도록 한다. 전환된 공기는 그리고나서 연소 방사 요구조건에 따라 연소기 조속기 또는 압축기 배출포트로 유동된다. 열교환기(166)을 통하여 유동되는 증기는 그리고나서 도관(201)을 경유하여 연소기 조속기(170) 또는 압축기 배출포트(172)로 지향될 수 있다. 선택적으로, 증기는 조절기(207), 삼방향 밸브(209), 열교환기(174) 및 체크밸브(211)을 경유하여 계량기(176)으로 페루우프로 유동되어 증기 외부회로를 완성할 수 있게된다. 또한, 정상작동중, 증기는 삼방향밸브(44)가 개방된 상태에서 증기 공급원(ST)로 부터 도관(180)을 경유하여 격실들(66)으로 유동되어 노즐 날개들내의 유량 및 터어빈을 통한 개스유량내로의 유입유량을 냉각시킨다.

터어빈 또는 냉각회로내에서 오작동(malfunction)이 발생되어 종국적인 개스 온도가 예정된 한계 이상으로 상승되며 냉각 유동량이 감소되게 되는 경우에는, 고온계(124)가 제 1 및 제 2 터어빈 깃들의 증가된 온도를 감지하게 된다. 적당한 커플링(coupling)을 통하여, 고온계들은 솔레노이드(S)를 개방시키게 된다. 따라서, 터어빈 깃들내에서 고온이 검출될 때, 솔레노이드 밸브가 개방되고 압축기로 부터의 추출공기는 휘일 공간 공동들내로 통과되며 격실들(52 및 54)는 터어빈 깃들을 냉각시키기 위한 증기 유량과 혼합되게 된다. 이러한 시스팀은 제 10도에 도시한다.

현존하는 터어빈 다자인들에 있어서, 압축공기는 고온 개스 경로부들을 냉각시키기 위해 배타적으로 사용된다. 터어빈 깃의 냉각의 경우에, 고압 추출원으로 부터의 공기는 터어빈 깃들로 유동되기 전에 휘일 공간 공동들(213)을 향하여 반경방향 내측으로 강제 유동되게 된다. 상기 공동들내에서의 분사 유량은 터어빈 휘일들내에서의 온도구배들에 영향을 미치게 된다. 이러한 결과로, 터어빈 재료는 열적으로 피로를 받게된다.

결과적으로, 이것은 로우터의 저사이클(LCF) 피로수명에 영향을 미치게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 공기 제트들이 터어빈 휘일들에 도달되는 것이 방지되게 된다. 그러므로, 압축기 휘일 및 룸메꿈쇠 계면(distance piece interface)에서, 휘일공간 공동들로 부터의 공기유량을 전환시키기 위해 바이패스가 제공된다. 이것은 제 11도에 도시한다. 상기 제 11도에는 또한 회전되는 노즐칼라(214) 및 고정된 바이패스 배관(215) 사이의 연결부를 도시한다. 고압원으로 부터 도관(217)을 경유한 공기는 90°굴곡되어 유동된다. 특정의 공기는 고정된 칼라의 공동(219)내로 누설되며 밀봉 배열체를 통하여 통과되고 오리피스(221)을 통하여 팽창되게 된다. 이로 인하여 회전되는 노즐칼라(214)주위에 재순환 대역이 창출되어 회전되는 칼라 부품들로 부터 고정된 칼라 부품들로의 전이를 위한 효과적인 밀봉체를 제공하게 된다. 정상적인 작동하에서의 증기 냉각중, 솔레노이드 밸브(S)는 폐쇄된다. 추출공기는 개스 터어빈 사이클로 복귀되기 전에 증기로부터 열을 흡수하기 위해 재생기(166)으로 유동된다. 이것은 고압공기 냉각추출에 기인한 터어빈 로우터의 LCF문제를 개선하는 효과를 가지면서 공기 폐쇄회로를 완성하게 된다.

본 발명을 바람직한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며 이와는 반대로 첨부된 특허청구의 범위의 정신 및 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 다양하게 개조되고 등가의 배열체로 치환될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 개스 터어빈용의 통합 증기/공기 냉각 시스팀에 있어서,

   터어빈을 통한 개스유량내에 배설되는 다수의 터어빈 깃들을 각각 갖고, 특정개수 이상의 상기 터어빈 깃들이 각각 히나이상의 내부통로를 갖게되는, 한 쌍의 축향으로 격설되는 회전식 터어빈 스테이지들;

   상기 터어빈 스테이지들 사이에 위치되며, 상기 터어빈을 통한 개스 유량내에 배설되는 다수의 노즐 날개들을 포함하고, 특정개수 이상의 상기 날개들이 각각 하나이상의 내부통로를 갖게되는, 노즐 스테이지;

   상기 터어빈을 공기냉각시키기 위해 상기 내부통로들에 냉각공기를 공급하기 위한 수단;

   상기 터어빈을 증기냉각시키기 위해 상기 내부통로들에 증기를 공급하기 위한 수단;및

   상기 터어빈의 공기 냉각 모우드 및 상기 터어빈의 증기 냉각 모우드 사이에서의 전이를 유효화하기 위해 상기 냉각공기 공급수단 및 상기 증기 공급수단과 협력자재하게 되는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
2. 제 1항에 있어서,

   특정개수 이상의 상기 노즐 스테이지 날개들이 두개의 내부통로들을 가지며, 상기 냉각공기 공급수단은 상기 터어빈의 증기냉각중 상기 두개의 내부통로들중의 하나에 냉각공기를 공급하고 상기 증기 공급수단은 상기 터어빈의 증기냉각중 상기 두개의 내부통로들중의 다른 하나에 증기를 공급하여 상기 터어빈의 복합 증기 및 공기 냉각이 유효화될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
3. 제 1장에 있어서,

   터어빈 축, 상기 터어빈 스테이지들 사이에 위치되어 상기 터어빈 스테이지들과 함께 회전자재하게 되는 스페이서, 상기 터어빈 축둘레에서 상기 터어빈 깃들을 장착하면서 상기 스페이서의 대향된 측면들상에서 상기 측면들로 부터 축향으로 격설되어 상기 스페이서의 축향으로 대향된 측면들상에 격실들을 마련하게 되는 휘일들, 상기 냉각공기 공급수단으로부터 공기 유입구를 통한 공기의 유량을 선택적으로 제어하기 위해 개방위치 및 폐쇄위치사이에서 이동자재하게 되는 밸브, 열교환기, 상기 터어빈 깃들의 상기 통로들로 부터 상기 열교환기로 증기를 반송하기 위해 상기 터어빈의 증기냉각중 작동자재하게 되는 수단, 및 터어빈의 개스유량내로 가열된 공기를 반송시키기 위한 수단을 포함하고;

   상기 냉각 공기 공급수단은, 냉각 공기를 상기 격실들로 공급하기 위해 상기 축에 근접위치되는 상기 냉각 공기 유입구, 및 상기 밸브가 상기 폐쇄위치에 있을때 상기 냉각공기 공급수단으로 부터 상기 열교환기로 공기를 지향시켜 상기 열교환기로 반송된 증기와 열교환 관계로 상기 공기를 가열시키게 되는 공기 바이패스 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 터어빈이 연소기 조속기를 갖는 연소기 및 배출포트를 갖는 압축기를 포함하며,

   상기 가열된 공기 반송수단은 가열된 공기를 상기 연소기 조속기 및 상기 압축기 배출포트중의 하나로 반송시키기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
5. 제 1항에 있어서,

   터어빈 축, 상기 터어빈 스테이지들 사이에 위치되어 상기 터어빈 스테이지들과 함께 회전자재하게 되는 스페이서, 상기 축둘레에서 상기 터어빈 깃들을 장착시키면서 상기 스페이서의 대향된 측면들 상에서 상기 대향된 측면들로 부터 축향으로 격설되어 상기 스페이서의 축향으로 대향된 측면들상에 격실들을 마련하는 휘일들, 및 상기 격실들에 증기를 공급하기 위해 상기 축에 근접위치되는 채널을 포함하고;

   상기 증기 공급수단은 상기 노즐 날개들의 반경방향 최외측부분에 위치되어 상기 노즐 날게 내부통로들과 연통됨으로써 상기 터어빈의 증기 냉각중 상기 통로들에 증기를 공급하게 되는 매니포울드를 포함하며;

   상기 격실들은 상기 터어빈 깃 통로들과 연통되도록 위치되어 냉각공기가 상기 터어빈 깃들로 유동되기 위해 상기 채널 및 상기 노즐 날개들로 부터 상기 격실들로 공급되도록 하는 것을 특정으로 하는 냉각 시스팀.
6. 제 1항에 있어서,

   터어빈 축을 포함하고;

   상기 냉각 공기 공급수단은, 상기 터어빈 날개들의 상기 내부통로들에 냉각공기를 공급하기 위해 상기 축에 근접하게되는 냉각 공기 유입구, 상기 공기유입구를 통한 공기의 유동을 선택적으로 제어하기 위한 밸브, 터어빈 깃들의 온도를 감지하기 위한 센서, 및 상기 깃들의 예정온도를 감지하는 상기 센서에 응답하여 상기 밸브를 개방시킴으로써 상기 냉각공기 유입구를 통한 냉각 공기의 유동을 허용하게 되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
7. 제 1항에 있어서,

   터어빈 축, 상기 터어빈 스테이지들 사이에서 상기 터어빈 스테이지들과 함께 회전자재하게 되는 스페이서, 및 상기 축둘레에서 상기 터어빈 깃들을 장착하면서 상기 스페이서의 대향된 측면들 상에서 상기 측면들로 부터 축향으로 격설되어 상기 스페이서의 축향으로 대향된 측면들 상에 격실들을 마련하게 되는 휘일들을 포함하고;

   상기 증기 공급수단은 제 1 및 제 2 증기 공급회로들을 포함하며, 상기 제1회로는 증기 공급원, 상기 축에 근접되면서 상기 증기 공급원과 연통되어 상기 격실에 증기를 공급하기 위한 채널 및 상기 터어빈 깃들의 상기 내부 통로들을 포함하고, 상기 제 2 증기 공급회로는 상기 증기 공급원, 상기 증기 공급원으로 부터 상기 노즐 날개들의 상기 내부통로들에 증기를 공급하기 위해 상기 노즐 날개들 둘레에 위치되는 매니포울드, 상기 노즐 날개들의 상기 내부통로들 및 상기 격실들 사이에서 연통되어 상기 격실들내의 상기 제 1 회로로 부터의 증기를 상기 격실들내의 상기 제 2회로의 증기와 혼합시키기 위한 수단을 포함하여, 상기 제 1 및 제 2 회로들의 혼합된 공기가 상기 터어빈 깃들와 내부통로를 통하여 유동될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스팀.
8. 특정개수 이상의 터어빈 깃들이 각각 하나이상의 내부통로를 갖는 상태에서 터어빈을 통한 개스유량내에 배설되는 다수의 터어빈 깃들을 각각 갖는, 한쌍의 축향으로 격설되는 회전자재한 터어빈 스테이지들, 및 특정 개수이상의 날개들이 각각 하나이상의 내부통로를 갖는 상태에서 상기 터어빈을 통한 개스유량내에 배설되는 다수와 노즐 날개들을 포함하면서 상기 터어빈 스테이지들 사이에 위치되는 노즐 스테이지를 갖는 개스 터어빈용의 냉각 시스팀을 작동시키기 위한 방법에 있어서,

   상기 터어빈의 운전개시중 상기 터어빈을 공기 냉각시키기 위해 상기 터어빈 깃들의 상기 내부통로들에 냉각 공기를 최초로 공급하는 단계; 및

   터어빈 운전개시 후의 상기 터어빈의 정상적인 작동중 상기 터어빈을 증기 냉각시키기 위해 상기 터어빈 깃들의 상기 내부통로들에 증기를 공급하는 단계를 포함하고;

   상기 터어빈의 공기 냉각 및 상기 터어빈의 증기 냉각사이에시의 전이를 유효화하기 위해 상기 냉각공기 공급수단 및 상기 증기 공급수단과 합력자재 하게 되는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 터어빈의 정상작동중 증기 냉각에 의해서만 상기 터어빈을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서.

    정상작동중 압축기를 갖는 상기 터어빈을 냉각시키기 위해 사용된 증기를 열교환기를 통하여 배출시키는 단계, 상기 압축기로 부터 상기 열교환기로 냉각 공기를 공급시켜 터어빈 깃들로 부터의 배출 증기와의 열교환 관계로 상기 공기를 가열시키는 단계, 및 공기를 열교환기로 부터 터어빈 개스유량내로 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.