KR101991645B1 - 가스 터빈, 및 그 부품 온도 조절 방법 - Google Patents

가스 터빈, 및 그 부품 온도 조절 방법 Download PDF

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Abstract

가스 터빈(1)은, 압축기(10)와, 터빈(30)과, 추기 라인(61)과, 부품 도입 라인(66)을 구비한다. 추기 라인(61)은, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하고, 터빈 차실(41)의 일부를 구성하는 제 1 부품(44)으로 안내한다. 부품 도입 라인(66)은, 터빈(30)을 구성하는 부품인 제 2 부품으로, 제 1 부품(44)을 통과한 추기 공기를 안내한다. 제 2 부품은, 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품(47)이다.

Description

가스 터빈, 및 그 부품 온도 조절 방법
본 발명은 가스 터빈, 및 그 부품 온도 조절 방법에 관한 것이다.
본원은 2015년 11월 26일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2015-231053 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은 공기를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 공기 중에서 연료를 연소시키는 연소기와, 연소기로부터의 연소 가스로 구동하는 터빈을 갖는다. 터빈은 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 이 터빈 로터를 덮는 터빈 차실과, 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬(靜翼列)을 갖는다. 터빈 로터는 축선을 중심으로 하여 축방향으로 연장되어 있는 로터축과, 로터축의 외주에 고정되며 축방향으로 나란히 있는 복수의 동익렬(動翼列)을 갖는다. 각 동익렬의 축방향 상류측에는 정익렬이 배치되어 있다. 각 정익렬은 축선을 중심으로 한 둘레방향으로 배열된 복수의 정익으로 구성되어 있다. 또한, 각 동익렬은 축선을 중심으로 한 둘레방향으로 배열된 복수의 동익으로 구성되어 있다.
터빈 차실의 내주면과 동익의 선단(先端) 사이의 간극은, 일반적으로 팁 클리어런스라 불린다. 터빈 효율은, 이 팁 클리어런스가 작을수록 높아진다.
이 팁 클리어런스를 조정하는 방법으로서, 예를 들면, 이하의 특허문헌 1에 기재되어 있는 방법이 있다. 이 방법은, 가스 터빈의 정상 운전 시에, 터빈 차실의 일부를 구성하는 복수의 날개환에 공기를 공급하여, 복수의 날개환을 공기로 냉각하는 방법이다. 이 방법에서는, 압축기의 토출구로부터 토출되어, 연소기로 안내되는 압축 공기의 일부를 추기한다. 그리고, 이 추기한 압축 공기를 냉각기에서 냉각한 후, 승압기에서 승압한다. 승압기로부터의 압축 공기는, 복수의 날개환 중, 축방향 상류측의 날개환에 유입된 후, 순차적으로, 축방향 하류측의 날개환에 유입된다. 축방향 하류측의 날개환으로부터 유출된 압축 공기는, 연소기에 이송되어 연소기를 냉각한다. 연소기를 냉각한 압축 공기는, 연소기 외부로 방출된다.
국제 공개 제 2015/041346 호
특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 압축기에서 고압 고온이 된 압축 공기를 냉각기에서 냉각하는 동시에, 이 압축 공기를 승압기에서 더욱 승압한다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 설비 비용이 증가된다는 문제점이 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 압축기의 토출구로부터 토출되어 고온 고압이 된 연소용의 압축 공기의 일부를 냉각 공기로써 이용하기 때문에, 이 고온 고압이 된 연소용의 압축 공기를 냉각하고 있어, 이 고온 고압의 압축 공기를 유효 이용할 수 없다는 문제점도 있다.
그래서, 본 발명은 설비 비용을 억제하면서도, 고온 고압의 압축 공기의 유효 이용을 도모할 수 있는 가스 터빈, 및 그 부품 온도 조절 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 1 태양의 가스 터빈은,
복수의 압축단을 갖고, 각 압축단으로 공기를 순차적으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈과, 복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품에 상기 추기 공기를 안내하는 추기 라인과, 상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기를 안내하는 부품 도입 라인을 구비하고, 상기 제 1 부품 내에는, 상기 축선이 연장되는 축방향으로 연장되며, 상기 추기 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 공기 유로가 형성되며, 상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품으로서, 상기 저압 부품에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 2 공기 유로가 형성되어 있다.
터빈 차실의 내주면과 터빈 로터의 직경방향 외측단 사이에는, 클리어런스가 필요하다. 이 클리어런스는, 일반적으로 팁 클리어런스라 불린다. 팁 클리어런스의 변화가 큰 경우, 정상 클리어런스를 크게 할 필요가 있다. 또한, 정상 클리어런스란, 가스 터빈의 안정 운전이 계속하고 있을 때의 팁 클리어런스이다. 이 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈의 정상 운전 시, 터빈 로터의 직경방향 외측단과 터빈 차실의 내주면 사이를 통과하는 연소 가스의 유량이 많아진다. 이 때문에, 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈의 정상 운전시에 있어서의 가스 터빈 성능이 낮아진다. 따라서, 가스 터빈 성능을 높이기 위해, 이 정상 클리어런스를 작게 하는 것이 요구된다.
해당 가스 터빈에서는, 터빈 차실 내의 연소 가스 유로 내를 연소 가스가 흐르고 있는 동안, 추기 라인을 거쳐서 제 1 부품에 추기 공기를 안내하는 것에 의해, 이 제 1 부품을 냉각할 수 있다. 이 때문에, 연소 가스 유로에 연소 가스가 흐르고 있어도, 열 팽창에 의해 터빈 차실의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 연소 가스 유로에 연소 가스가 흐르고 있는 상태와 연소 가스 유로에 연소 가스가 흐르고 있지 않은 상태에 있어서의 터빈 차실의 내경 변화를 억제할 수 있다. 따라서, 해당 가스 터빈에서는, 팁 클리어런스의 변화를 억제할 수 있어서, 결과적으로, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
해당 가스 터빈에서는, 압축기의 최종 압축단을 거쳐서 압축기로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기가 아닌, 압축기의 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서, 제 1 부품에 흐르게 한다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 압축기의 중간 압축단으로부터의 압축 공기를 냉각기에서 냉각하지 않고, 그대로 제 1 부품의 냉각용으로 이용할 수 있다.
또한, 해당 가스 터빈에서는, 제 2 부품이, 중간 압축단의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 압축기로부터의 압축 공기를 승압기에서 승압하지 않아도, 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 저압 부품에 흐르게 하여, 이 저압 부품을 냉각할 수 있다.
따라서, 해당 가스 터빈에서는, 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품을 냉각하여, 정상 클리어런스로 작게 하는 동시에, 제 1 부품과 상이한 제 2 부품인 저압 부품을 냉각하면서, 설비 비용을 억제할 수 있다. 또한, 해당 가스 터빈에서는, 압축기의 중간 압축단으로부터 압축 공기로 제 1 부품 및 저압 부품을 냉각하고 있으므로, 압축기의 최종 압축단을 거쳐서 압축기로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기를 예를 들면 연소용의 공기로써 유효 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 2 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 태양의 가스 터빈에 있어서, 상기 저압 부품은, 상기 제 1 부품 내의 상기 제 1 공기 유로보다, 상기 연소 가스가 흐르는 측인 축방향 하류측에 배치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 3 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 태양의 가스 터빈에 있어서, 상기 저압 부품은, 상기 축방향에서, 상기 제 1 부품 내의 상기 제 1 공기 유로가 존재하고 있는 영역 내에 배치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 4 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 3 태양 중 어느 하나의 가스 터빈에 있어서, 상기 추기 라인은, 상기 제 1 공기 유로의 축방향 하류단에 접속되며, 상기 부품 도입 라인은, 상기 제 1 공기 유로의 축방향 상류단에 접속되어 있다.
해당 가스 터빈에서는, 추기 공기가 제 1 공기 유로 내를 축방향 하류측으로부터 축방향 상류측으로 흐른다. 즉, 해당 가스 터빈에서는, 추기 공기의 흐름이 연소 가스의 흐름에 대하여 대향류(對向流)가 된다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 제 1 부품을 효율적으로 냉각할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 5 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 4 태양 중 어느 하나의 가스 터빈에 있어서, 상기 저압 부품의 상기 제 2 공기 유로는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기를 상기 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로로 유출할 수 있도록 형성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 6 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 5 태양 중 어느 하나의 가스 터빈으로서, 복수의 상기 정익렬은, 각각, 상기 축선에 대한 둘레방향으로 나란히 있는 복수의 정익을 갖고, 상기 저압 부품은, 복수의 상기 정익렬 중, 상기 제 1 공기 유로보다 축방향 하류측에 배치되어 있는 정익렬을 구성하는 복수의 정익이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 7 태양의 가스 터빈은,
상기 제 6 태양의 가스 터빈으로서, 상기 정익은, 상기 축선에 대한 직경방향으로 연장되어 날개형을 이루는 날개체와, 상기 날개체의 직경방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드와, 상기 날개체의 직경방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드를 갖고, 상기 저압 부품을 구성하는 복수의 상기 정익에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 추기 공기가 상기 외측 슈라우드로부터 유입되고, 상기 날개체를 거쳐서 상기 내측 슈라우드로부터 유출되는 상기 제 2 공기 유로가 형성되어 있다.
해당 가스 터빈에서는, 제 2 공기 유로를 흐르는 추기 공기에 의해, 저압 부품인 복수의 정익을 냉각할 수 있는 동시에, 제 2 공기 유로로부터 유출된 추기 공기에 의해, 이른바 디스크 캐비티에 연소 가스 유로를 흐르는 연소 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 8 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 5 태양 중 어느 하나의 가스 터빈으로서, 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 상기 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고, 상기 저압 부품은, 복수의 상기 동익렬 중, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 적어도 하나의 동익렬을 구성하는 복수의 동익이며, 상기 로터축에는, 상기 로터축의 축방향의 단부로부터, 상기 저압 부품을 구성하는 복수의 상기 동익까지 연장되는 제 3 공기 유로가 형성되며, 상기 부품 도입 라인은, 상기 로터축의 상기 제 3 공기 유로를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 9 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 8 태양 중 어느 하나의 가스 터빈으로서, 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 상기 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고, 상기 터빈 차실은, 상기 동익렬과 상기 축선에 대한 직경방향으로 대향하는 복수의 분할환과, 복수의 상기 분할환 및 복수의 상기 정익렬을 직경방향 외측으로부터 지지하는 날개환과, 상기 날개환을 직경방향 외측으로부터 지지하는 차실 본체를 가지며, 상기 제 1 부품은, 상기 날개환이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 10 태양의 가스 터빈은,
상기 제 9 태양의 가스 터빈에 있어서, 상기 날개환은, 상기 제 1 공기 유로가 형성되어 있는 영역 내에서는, 상기 축방향에 관하여 일체 형성품이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 11 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 10 태양 중 어느 하나의 가스 터빈에 있어서, 상기 추기 라인과 상기 부품 도입 라인에 접속되며, 상기 제 1 공기 유로를 바이패스시켜, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 부품 도입 라인으로 안내하는 바이패스 라인과, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 제 1 공기 유로에 유입시키는 정상 상태와, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 바이패스 라인 및 상기 부품 도입 라인을 거쳐서 상기 저압 부품에 유입시키는 바이패스 상태 사이로 전환하는 전환기를 구비한다.
해당 가스 터빈에서는, 전환기를 정상 상태로 하는 것에 의해, 추기 공기가 제 1 부품 및 저압 부품을 흘러, 제 1 부품 및 저압 부품을 냉각할 수 있다. 또한, 해당 가스 터빈에서는, 전환기를 바이패스 상태로 하는 것에 의해, 추기 공기가 제 1 부품을 흐르지 않고, 오로지 저압 부품에 흐르므로, 제 1 부품을 냉각하지 않고, 제 2 부품을 냉각할 수 있다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 제 2 부품을 냉각하면서도, 제 1 부품을 냉각하고 있는 상태와 제 1 부품을 냉각하지 않는 상태를 실현할 수 있다. 따라서, 해당 가스 터빈에서는, 터빈 차실의 내경 변화를 보다 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 12 태양의 가스 터빈은,
상기 제 11 태양의 가스 터빈으로서, 상기 터빈의 기동 후, 상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값이 될 때까지의 동안, 상기 전환기에 대하여 바이패스 상태가 되도록 지령을 출력하고, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값을 초과하면, 상기 전환기에 대하여 상기 정상 상태가 되도록 지령을 출력하는 냉각 제어기를 구비한다.
출력 상관값이 제 1 값을 초과한 상태에서는, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있게 된다. 한편, 출력 상관값이 제 1 값을 초과하지 않은 상태에서는, 고온의 연소 가스가 흐르고 있지 않게 된다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있을 때의 열 팽창에 의한 터빈 차실의 내경 증대를 억제하는 한편, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있지 않을 때의 터빈 차실의 내경 축소를 억제할 수 있다. 따라서, 해당 가스 터빈에서는, 정상 클리어런스를 보다 작게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 13 태양의 가스 터빈은,
상기 제 1 내지 제 10 태양 중 어느 하나의 가스 터빈으로서, 상기 제 1 부품을 가열하는 가열 수단과, 상기 터빈의 기동 과정에서, 늦어도 상기 터빈 로터가 승속(昇速) 개시될 때부터, 상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값이 될 때까지의 동안, 상기 가열 수단으로 상기 제 1 부품을 가열시키고, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값을 초과하면, 상기 가열 수단에 의한 상기 제 1 부품의 가열을 중지시키는 가열 제어기를 구비한다.
해당 가스 터빈에서는, 터빈 로터가 고속 회전을 시작하기 이전부터, 제 1 부품을 가열하여, 터빈 차실의 내경을 크게 하므로, 정상 클리어런스를 작게 하면서도, 가스 터빈을 핫(hot) 기동시키는 경우에, 팁 클리어런스가 0 또는 극히 작아지는 것을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 14 태양의 가스 터빈은,
상기 제 13 태양의 가스 터빈으로서, 상기 가열 수단은, 상기 압축기의 기동 정지 동작과는 독립적으로 상기 제 1 부품을 가열 가능한 수단이며, 상기 가열 제어기는, 상기 터빈의 기동 과정에서, 상기 터빈 로터가 승속 개시될 때보다 미리 정해진 시간 전부터, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값이 되는 동안, 상기 가열 수단으로 상기 제 1 부품을 가열시킨다.
해당 가스 터빈에서는, 터빈 로터가 고속 회전하기 시작하는 시점에서, 터빈 차실의 내경을 크게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 15 태양의 가스 터빈은,
상기 제 14 태양의 가스 터빈으로서, 상기 가열 수단은, 상기 추기 라인 또는 상기 제 1 부품에 마련되어, 열을 발하는 가열기이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 16 태양의 가스 터빈은,
상기 제 13 또는 제 14 태양의 상기 가스 터빈으로서, 상기 가열 수단은, 상기 추기 라인에 접속되며, 상기 중간 압축단으로부터 추기되는 상기 추기 공기보다 온도가 높은 공기가 흐르는 고온 공기 라인과, 전환기를 가지며, 상기 전환기는, 상기 고온 공기 라인으로부터의 공기를 상기 추기 라인을 거쳐서 상기 제 1 공기 유로에 유입시키는 가열 상태와, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 제 1 공기 유로에 유입시켜, 상기 고온 공기 라인으로부터의 공기를 상기 추기 라인에 유입시키지 않는 정상 상태 사이로 전환하고, 상기 가열 제어기는, 상기 전환기의 동작을 제어한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 17 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서, 복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과, 상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고, 상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이다.
해당 부품 온도 조절 방법에서는, 터빈 차실 내의 연소 가스 유로 내를 연소 가스가 흐르고 있는 동안, 제 1 부품에 추기 공기를 안내하는 것에 의해, 이 제 1 부품을 냉각할 수 있다. 이 때문에, 연소 가스 유로에 연소 가스가 흐르고 있어도, 열 팽창에 의해 터빈 차실의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 팁 클리어런스의 변화를 억제할 수 있어서, 결과적으로, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
또한, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 압축기의 최종 압축단을 거쳐서 압축기로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기가 아닌, 압축기의 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서, 제 1 부품에 흐르게 한다. 이 때문에, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 압축기의 중간 압축단으로부터의 압축 공기를 냉각기에서 냉각하지 않고, 그대로 제 1 부품의 냉각용으로 이용할 수 있다.
또한, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 부품이, 중간 압축단의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이다. 이 때문에, 해당 가스 터빈에서는, 압축기로부터의 압축 공기를 승압기에서 승압하지 않아도, 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 저압 부품에 흐르게 하여, 이 저압 부품을 냉각할 수 있다.
따라서, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품을 냉각하여, 정상 클리어런스로 작게 하는 동시에, 제 1 부품과 상이한 제 2 부품인 저압 부품을 냉각하여, 설비 비용을 억제할 수 있다. 또한, 해당 온도 조절 방법에서는, 압축기의 중간 압축단으로부터 압축 공기로 제 1 부품 및 저압 부품을 냉각하고 있으므로, 압축기의 최종 압축단을 거쳐서 압축기로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기를 예를 들면 연소용의 공기로써 유효 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 18 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 저압 부품은, 상기 제 1 부품 내에서 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 영역보다, 상기 연소 가스가 흐르는 측인 축방향 하류측에 배치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 19 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 저압 부품은, 축방향에서, 상기 제 1 부품 내에서 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 영역이 존재하는 범위 내에 배치되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 20 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 내지 제 19 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 제 1 공냉 공정에서는, 상기 제 1 부품 내에서, 축방향 상류측에 상기 추기 공기를 흐르게 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 21 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 내지 제 20 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 제 2 공냉 공정에서는, 상기 저압 부품에 흐르게 한 상기 추기 공기를 상기 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로로 유출시킨다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 22 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은
상기 제 17 내지 제 21 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 복수의 상기 정익렬은, 각각, 상기 축선에 대한 둘레방향으로 나란히 있는 복수의 정익을 갖고, 상기 저압 부품은, 복수의 상기 정익렬 중, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 적어도 하나의 정익렬을 구성하는 복수의 정익이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 23 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 22 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 정익은, 상기 축선에 대한 직경방향으로 연장되어 날개형을 이루는 날개체와, 상기 날개체의 직경방향 외측에 마련되어 있는 외측 슈라우드와, 상기 날개체의 직경방향 내측에 마련되어 있는 내측 슈라우드를 갖고, 상기 제 2 공냉 공정에서는, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를, 상기 저압 부품을 구성하는 상기 정익의 상기 외측 슈라우드로부터 상기 정익 내에 유입시키고, 상기 정익의 상기 날개체를 거쳐서 상기 정익의 상기 내측 슈라우드로부터 유출시킨다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 24 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 내지 제 21 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 상기 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고, 상기 저압 부품은, 복수의 상기 동익렬 중, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 적어도 하나의 동익렬을 구성하는 복수의 동익이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 25 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 내지 제 14 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 터빈 로터는, 상기 축선을 중심으로 하여 상기 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고, 상기 터빈 차실은, 상기 축선에 대한 직경방향 외측에 위치하여 복수의 상기 동익렬과 직경방향으로 대향하는 복수의 분할환과 복수의 분할환을 직경방향 외측으로부터 지지하는 날개환과, 상기 날개환을 직경방향 외측으로부터 지지하는 차실 본체를 가지며, 상기 제 1 부품은, 상기 날개환이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 26 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 17 내지 제 25 태양 중 어느 하나의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값을 초과하면, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정을 실행한다.
출력 상관값이 제 1 값을 초과한 상태에서는, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있게 된다. 이 때문에, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있을 때의 열 팽창에 의한 터빈 차실의 내경 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 27 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 26 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 터빈의 기동 후에 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값이 될 때까지, 상기 중간 압축단으로부터의 추기 공기를 상기 제 1 부품을 거치지 않고 상기 저압 부품에 흐르게 하는 제 3 공냉 공정을 실행한다.
해당 부품 온도 조절 방법에서는, 고온의 연소 가스가 연소 가스 유로를 흐르고 있지 않을 때의 터빈 차실의 내경 축소를 억제할 수 있거나, 또는 터빈 차실의 내경을 크게 할 수 있다. 따라서, 해당 부품 온도 조절 방법에서는, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 28 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 26 또는 제 27 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정의 실행 중에, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값보다 작은 제 2 값 미만이 되면, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정을 중지하고, 상기 중간 압축단으로부터의 추기 공기를 상기 제 1 부품을 거치지 않고 상기 저압 부품에 흐르게 하는 제 3 공냉 공정을 실행한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 29 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 27 또는 제 28 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법으로서, 상기 제 3 공냉 공정에서는, 상기 저압 부품을 통과한 상기 추기 공기를, 상기 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로로 유출시킨다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 30 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 26 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서, 상기 터빈의 기동 과정에서, 늦어도 상기 터빈 로터가 승속 개시될 때부터, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값이 될 때까지의 동안, 상기 제 1 부품을 가열하고, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값을 초과하면, 상기 제 1 부품의 가열을 중지하는 가열 공정을 실행한다.
해당 부품 온도 조절 방법에서는, 터빈 로터가 고속 회전하기 시작하기 이전부터, 제 1 부품을 가열하고, 터빈 차실의 내경을 크게 하므로, 정상 클리어런스를 작게 하면서도, 가스 터빈을 핫(hot) 기동시키는 경우에, 팁 클리어런스가 0 또는 극히 작아지는 것을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 31 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 30 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서, 상기 가스 터빈은, 상기 압축기의 기동 정지 동작과는 독립적으로 상기 제 1 부품을 가열 가능한 가열 수단을 구비하고, 상기 가열 공정에서는, 상기 터빈의 기동 과정에서, 상기 터빈 로터가 승속 개시될 때보다 미리 정해진 시간 이전부터, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값이 될 때까지의 동안, 상기 제 1 부품을 상기 가열 수단에 의해 가열한다.
해당 가스 터빈에서는, 터빈 로터가 고속 회전하기 시작하는 시점에서, 터빈 차실의 내경을 크게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 32 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법은,
상기 제 31 태양의 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서, 상기 가열 수단은, 열을 발하는 가열기이다.
본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 가스 터빈의 설비 비용을 억제하면서도, 고온 고압의 압축 공기의 유효 이용을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 모식적 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 터빈의 요부 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 부품 온도 조절 방법의 순서를 나타내는 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 출력 및 회전수의 시간 경과에 따른 변화와, 전환기 상태의 관계를 나타내는 설명도,
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 연소 가스 및 추기 공기의 온도 변화를 나타내는 설명도,
도 8은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 있어서의 부품 온도 조절 방법의 순서를 나타내는 흐름도,
도 11은 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 출력 및 회전수의 시간 경과에 따른 변화와, 가열기 상태의 관계를 나타내는 설명도,
도 12는 본 발명에 따른 제 5 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 제 6 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 제 7 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도,
도 15는 본 발명에 따른 제 8 실시형태에 있어서의 가스 터빈의 요부 단면도.
이하, 본 발명에 따른 가스 터빈의 각종 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
「제 1 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 1 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1)은, 외기(A)를 압축하여 압축 공기(Acom)를 생성하는 압축기(10)와, 연료 공급원으로부터의 연료(F)를 압축 공기(Acom) 내에서 연소시켜 연소 가스(G)를 생성하는 연소기(20)와, 연소 가스(G)에 의해 구동하는 터빈(30)을 구비하고 있다.
압축기(10)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(11)와, 이 압축기 로터(11)를 덮는 통 형상의 압축기 차실(15)을 갖는다. 또한, 이하에서는, 축선(Ar)이 연장되어 있는 방향을 축방향(Da)이라 한다. 또한, 축방향(Da)의 일방측을 축방향 상류측(Dau), 이 축방향(Da)의 타방측을 축방향 하류측(Dad)이라 한다. 축선(Ar)에 대한 직경방향을 간락히 직경방향(Dr)이라 한다. 또한, 이 직경방향(Dr)에서 축선(Ar)으로부터 멀어지는 측을 직경방향 외측(Dro)이라 하고, 이 직경방향(Dr)에서 축선(Ar)에 가까워지는 측을 직경방향 내측(Dri)이라 한다.
압축기 차실(15)의 축방향 상류측(Dau)의 부분은, 개구가 형성되어 있다. 이 개구는, 압축기(10)가 외부로부터 외기(A)를 취입하는 공기 취입구(15i)를 이룬다. 압축기 차실(15)의 직경방향 내측(Dri)에는, 복수의 정익렬(16)이 고정되어 있다. 복수의 정익렬(16)은, 축방향(Da)으로 간격을 두고 나란히 있다. 복수의 정익렬(16)은, 모두, 축선(Ar)에 대한 둘레방향(Dc)으로 나란히 있는 복수의 정익(17)으로 구성되어 있다. 압축기 로터(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축방향(Da)으로 연장되어 있는 로터축(12)과, 이 로터축(12)의 외주에 고정되어 있는 복수의 동익렬(13)을 갖는다. 각 동익렬(13)은, 어느 하나의 정익렬(16)의 축방향 상류측(Dau)에 배치되어 있다. 복수의 동익렬(13)은, 모두, 둘레방향(Dc)으로 나란히 있는 복수의 동익(14)으로 구성되어 있다. 하나의 동익렬(13)과 이 동익렬(13)의 축방향 하류측(Dad)에 인접해 있는 하나의 정익렬(16)로, 하나의 압축단(19)을 구성한다. 본 실시형태의 압축기(10)는, 복수의 압축단(19)을 갖는 축류 압축기이다.
터빈(30)은, 압축기(10)의 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있다. 이 터빈(30)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(31)와, 이 터빈 로터(31)를 덮는 통 형상의 터빈 차실(41)을 갖는다. 터빈 차실(41)의 직경방향 내측(Dri)에는, 복수의 정익렬(46)이 고정되어 있다. 복수의 정익렬(46)은, 축방향(Da)으로 간격을 두고 나란히 있다. 복수의 정익렬(46)은 모두, 둘레방향(Dc)으로 나란히 있는 복수의 정익(47)으로 구성되어 있다. 터빈 로터(31)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 축방향(Da)으로 연장되어 있는 로터축(32)과, 이 로터축(32)의 외주에 고정되어 있는 복수의 동익렬(33)을 갖는다.
각 동익렬(33)은 어느 하나의 정익렬(46)의 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있다. 복수의 동익렬(33)은 모두, 둘레방향(Dc)으로 나란히 있는 복수의 동익(34)으로 구성되어 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)은 추가로, 중간 차실(51)과, 배기실(52)과, 베어링(55)을 구비하고 있다. 중간 차실(51)은, 축방향(Da)으로 압축기 차실(15)과 터빈 차실(41) 사이에 배치되어 있다. 배기실(52)은, 터빈 차실(41)의 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있다. 압축기 차실(15), 중간 차실(51), 터빈 차실(41), 배기실(52)은, 서로 연결되어 가스 터빈 차실(3)을 구성한다. 압축기 로터(11)와 터빈 로터(31)는, 동일한 축선(Ar)을 중심으로 하여 일체 회전한다. 압축기 로터(11)와 터빈 로터(31)는, 가스 터빈 로터(2)를 구성한다. 이 가스 터빈 로터(2)는, 축방향(Da)의 양단의 각각에서 베어링(55)에 의해 지지되어 있다. 이 가스 터빈 로터(2)에는, 예를 들면, 발전기(9)의 로터가 접속되어 있다.
연소기(20)는, 중간 차실(51)에 고정되어 있다. 이 연소기(20)에는, 이 연소기(20)에 연료(F)를 공급하는 연료 라인(25)이 접속되어 있다. 연료 라인(25)에는, 연료 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(26)가 마련되어 있다.
본 실시형태의 가스 터빈(1)은, 추가로 추기 라인(61)과, 부품 도입 라인(66)과, 바이패스 라인(71)과, 전환기(75)와, 제어기(100)를 구비하고 있다. 추기 라인(61)은, 압축기(10)의 복수의 압축단(19) 중 중간 압축단(19a)으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 터빈 차실(41)의 일부를 구성하는 제 1 부품으로 안내한다. 또한, 중간 압축단(19a)이란, 복수의 압축단(19) 중, 가장 축방향 상류측(Dau)의 압축단(19)과 가장 축방향 하류측(Dad)의 압축단(19)을 제외하는 압축단(19) 중 어느 하나의 압축단(19)이다. 부품 도입 라인(66)은, 터빈(30)을 구성하는 부품 중에서 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 안내한다. 바이패스 라인(71)은, 추기 라인(61)과 부품 도입 라인(66)에 접속되며, 제 1 부품을 바이패스시켜, 추기 공기를 부품 도입 라인(66)으로 안내한다. 전환기(75)는, 추기 라인(61)에 유입된 추기 공기를 제 1 부품에 유입시키는 정상 상태와, 추기 라인(61)에 유입된 추기 공기를 추기 라인(61), 바이패스 라인(71) 및 부품 도입 라인(66)을 거쳐서 제 2 부품에 유입시키는 바이패스 상태 사이에서 전환된다. 전환기(75)는, 삼방 밸브로 구성되어 있다. 따라서, 이하에서는, 이 삼방 밸브를 삼방 밸브(75)라 기재하는 경우도 있다. 이 삼방 밸브(75)는, 추기 라인(61)과 바이패스 라인(71)의 접속 위치에 마련되어 있다. 삼방 밸브(75)의 3개의 개구 중, 제 1 개구(75a)는, 추기 라인(61) 중에서 압축기(10)측의 라인에 접속되며, 제 2 개구(75b)는, 추기 라인(61) 중에서 터빈(30)측의 라인에 접속된다. 또한, 제 3 개구(75c)는, 바이패스 라인(71)에 접속된다. 또한, 전환기(75)는, 삼방 밸브가 아니어도 좋으며, 예를 들면, 2개의 밸브로 구성하는 것도 가능하다. 제어기(100)는, 연료 조절 밸브(26)를 제어하는 연료 제어부(101)와, 전환기(75)를 제어하는 부품 온도 제어부[냉각 제어기(102)]를 갖는다.
터빈 차실(41)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 분할환(42)과, 복수의 차열환(43)과, 제 1 부품으로서의 날개환(44)과, 차실 본체(45)를 갖는다. 분할환(42)은, 동익렬(33)의 직경방향 외측(Dro)에 위치하며, 동익렬(33)과 직경방향(Dr)으로 대향한다. 날개환(44)은, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루며, 복수의 분할환(42)의 직경방향 외측(Dro)에 위치한다. 차열환(43)은, 직경방향(Dr)으로, 분할환(42) 및 정익(47)과 날개환(44) 사이에 위치하며, 분할환(42) 및 정익(47)과 날개환(44)을 접속시킨다. 따라서, 분할환(42) 및 정익(47)은, 차열환(43)을 거쳐서, 날개환(44)에 의해 직경방향 외측(Dro)으로부터 지지되어 있다. 차실 본체(45)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이루며, 날개환(44)의 직경방향 외측(Dro)에 위치한다. 차실 본체(45)는, 직경방향 외측(Dro)으로부터 날개환(44)을 지지한다. 차실 본체(45)의 축방향 상류측(Dau)에는, 중간 차실(51)이 접속되어 있다. 또한, 차실 본체(45)의 축방향 하류측(Dad)에는, 배기실(52)이 접속되어 있다. 배기실(52) 내에는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상의 내측 디퓨저(53i) 및 외측 디퓨저(53o)가 배치되어 있다. 내측 디퓨저(53i)의 직경방향 내측(Dri)에는, 터빈 로터(31)의 축방향 하류측(Dad)의 부분이 배치되어 있다. 외측 디퓨저(53o)의 내경은, 내측 디퓨저(53i)의 외경보다 크다. 이 외측 디퓨저(53o)는, 내측 디퓨저(53i)의 직경방향 외측(Dro)에 간격을 두고 배치되어 있다. 내측 디퓨저(53i)의 직경방향 외측(Dro)과 외측 디퓨저(53o)의 직경방향 내측(Dri) 사이의 환상의 공간은, 연소 가스 유로(52p)를 형성한다.
정익(47)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 직경방향(Dr)으로 연장되어 날개형을 이루는 날개체(48)와, 날개체(48)의 직경방향 외측(Dro)에 마련되어 있는 외측 슈라우드(49o)와, 날개체(48)의 직경방향 내측(Dri)에 마련되어 있는 내측 슈라우드(49i)를 갖는다. 내측 슈라우드(49i)의 직경방향 내측(Dri)에는, 시일 링(49r)이 마련되어 있다. 연소기(20)로부터의 연소 가스(G)는, 외측 슈라우드(49o)와 내측 슈라우드(49i) 사이를 흐른다. 동익(34)은, 직경방향(Dr)으로 연장되어 날개형을 이루는 날개체(35)와, 날개체(35)의 직경방향 내측(Dri)에 마련되어 있는 플랫폼(36)과, 플랫폼(36)의 직경방향 내측(Dri)에 마련되어 있는 익근(翼根)(37)을 갖는다. 동익(34)의 익근(37)은, 로터축(32)에 끼워져 있다. 연소 가스(G)는, 동익(34)의 플랫폼(36)과, 이 동익(34)의 직경방향 외측(Dro)에 위치하는 분할환(42) 사이를 흐른다. 따라서, 정익(47)의 외측 슈라우드(49o) 및 내측 슈라우드(49i)와, 동익(34)의 플랫폼(36)과, 분할환(42)으로, 연소 가스(G)가 흐르는 연소 가스 유로(41p)가 획정되어 있다. 이 연소 가스 유로(41p)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 환상을 이룬다. 연소 가스 유로(41p)의 직경방향 외측(Dro)의 가장자리부는, 정익(47)의 외측 슈라우드(49o)와 분할환(42)으로 확정되어 있다. 또한, 연소 가스 유로(41p)의 직경방향 내측(Dri)의 가장자리부는, 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와 동익(34)의 플랫폼(36)으로 확정되어 있다. 이 연소 가스 유로(41p)는, 전술의 내측 디퓨저(53i)와 외측 디퓨저(53o) 사이의 연소 가스 유로(52p)와 이어져 있다.
제 1 부품으로서의 환상의 날개환(44) 내에는, 둘레방향(Dc) 및 축방향(Da)으로 전개되는 날개환 공기 유로(제 1 공기 유로 또는 제 1 영역)(65)가 형성되어 있다. 즉, 이 날개환 공기 유로(65)는, 날개환(44) 내에서, 둘레방향(Dc)으로 연장되어 있는 동시에, 축방향(Da)으로도 연장되어 있다. 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)의 축방향(Da)에 있어서의 위치는, 축방향(Da)으로 제 1 단 정익렬(46)이 마련되어 있는 위치이다. 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치는, 축방향(Da)으로 제 2 단 정익렬(46)과 제 2 단 동익렬(33) 사이의 위치이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 압축기 차실(15) 내의 중간 압축단(19a)에 있어서의 직경방향 외측(Dro)의 위치에는, 추기 라인(61)의 제 1 단이 접속되어 있다. 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에는, 추기 라인(61)의 제 2 단이 접속되어 있다. 이 때문에, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기는, 추기 공기로서, 이 추기 라인(61)을 거쳐서, 날개환 공기 유로(65)의 유입 가능하다. 이 추기 라인(61)의 유로는, 제 1 추기 배관(62) 내의 유로 제 2 추기 배관(63) 내의 유로, 및 제 3 추기 배관(64) 내의 유로에 의해 형성된다. 제 1 추기 배관(62)은, 터빈 차실(41) 내의 중간 압축단(19a)에 있어서의 직경방향 외측(Dro)의 위치에 접속되어 있는 동시에, 전환기인 삼방 밸브(75)의 제 1 개구(75a)에 접속되어 있다. 제 2 추기 배관(63)은, 전환기인 삼방 밸브(75)의 제 2 개구(75b)에 접속되어 있는 동시에, 터빈 차실(41)의 차실 본체(45)에 접속되어 있다. 제 3 추기 배관(64)은, 터빈 차실(41)의 차실 본체(45)에 접속되어 있는 동시에, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에 접속되어 있다. 제 2 추기 배관(63)과 제 3 추기 배관(64)은, 서로 연통되어 있다.
제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)은, 저압 부품이다. 이 저압 부품인 복수의 정익(47)에는, 정익 공기 유로[제 2 공기 유로(47p)]가 형성되어 있다. 이 정익 공기 유로(47p)는, 정익(47)의 외측 슈라우드(49o)에 있어서의 직경방향 외측(Dro)의 면에서 개구되어 있는 동시에, 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)에 있어서의 직경방향 내측(Dri)의 면에서 개구되어 있다. 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에는, 부품 도입 라인(66)의 제 1 단이 접속되어 있다. 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)의 외측 슈라우드(49o)에 있어서의 정익 공기 유로(47p)의 개구에는, 부품 도입 라인(66)의 제 2 단이 접속되어 있다. 이 때문에, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기는, 추기 라인(61)의 제 1 추기 배관(62), 바이패스 라인(71) 및 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 추기 공기로서 정익 공기 유로(47p)에 유입 가능하다. 부품 도입 라인(66)의 유로는, 재사용 배관(67) 내의 유로, 및 차실 공기 유로(68)에 의해 형성된다. 재사용 배관(67)은, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 접속되어 있는 동시에, 터빈 차실(41)의 차실 본체(45)에 접속되어 있다. 바이패스 라인(71)은, 이 재사용 배관(67)에 접속되어 있다. 차실 공기 유로(68)는, 터빈 차실(41)의 차실 본체(45) 및 날개환(44)에 형성된 유로이다. 이 차실 공기 유로(68)는, 재사용 배관(67)에 연통되며, 재사용 배관(67)으로부터의 추기 공기를, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)의 정익 공기 유로(47p)로 안내한다.
다음에, 이상에서 설명한 가스 터빈(1)의 동작에 대하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 압축기 로터(11)가 회전하면, 압축기(10)의 공기 취입구(15i)로부터 외기(A)가 압축기 차실(15) 내에 유입된다. 외기(A)는, 이 압축기 차실(15) 내를 축방향 상류측(Dau)으로부터 축방향 하류측(Dad)으로 흘러가는 과정에서, 복수의 압축단(19)에서 순차 압축되어, 압축 공기(Acom)가 된다. 이 압축 공기(Acom)는, 압축기 차실(15)로부터 중간 차실(51) 내에 유입된다.
중간 차실(51) 내에 유입된 압축 공기(Acom)는, 연소기(20) 내에 유입된다. 이 연소기(20)에는, 연료 공급원으로부터의 연료(F)도 공급된다. 연소기(20) 내에서는, 이 연료(F)가 압축 공기(Acom) 내에서 연소되어, 고온 고압의 연소 가스(G)가 생성된다.
고온 고압의 연소 가스(G)는, 연소기(20)로부터 터빈(30)의 연소 가스 유로(41p) 내에 유입된다. 이 연소 가스(G)는, 연소 가스 유로(41p) 내를 흐르는 과정에서, 터빈 로터(31)를 회전시킨다. 연소기(20)로부터 터빈(30)의 연소 가스 유로(41p) 내에 유입될 때의 연소 가스(G)의 온도는, 천 수백 ℃(예를 들면, 800℃ 내지 1600℃)나 된다. 이 연소 가스(G)의 온도는, 연소 가스(G)가 연소 가스 유로(41p) 내를 흐르는 과정에서, 점차 저하된다.
그런데, 도 3에 도시하는 바와 같이, 동익(34)의 직경방향 외측단과, 이 동익(34)과 직경방향(Dr)으로 대향하는 터빈 차실(41)의 내주면 사이에는, 클리어런스가 필요하다. 이 클리어런스는, 일반적으로 팁 클리어런스(CC)라 불리며, 터빈 성능의 관점에서, 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
터빈 로터(31), 특히 로터축(32)의 질량은, 터빈 차실(41)의 질량에 비하여 크다. 이 때문에, 터빈 로터(31)는, 터빈 차실(41)에 대하여 열 용량이 커서, 연소 가스 유로(41p)를 흐르는 가스의 온도 변화에 대한 열응답성이 터빈 차실(41)보다 낮다. 또한, 터빈 차실(41)은, 외기에 노출되기 때문에, 가스 터빈 정지 시, 외기에 노출되지 않는 터빈 로터(31)에 비하여, 단위 시간 당의 열 변형량이 크다. 따라서, 연소 가스 유로(41p)를 흐르는 가스가 온도 변화된 경우에, 터빈 로터(31)와 터빈 차실(41)의 열응답성의 차등에 의해, 팁 클리어런스(CC)에 변화가 생긴다. 특히, 가스 터빈(1)의 기동 및 정지 시 등에 있어서의 팁 클리어런스(CC)의 변화는 크다.
팁 클리어런스(CC)의 변화가 큰 경우, 정상 클리어런스를 크게 할 필요가 있다. 또한, 정상 클리어런스란, 가스 터빈(1)의 안정 운전이 계속되고, 또한 터빈 로터(31) 및 터빈 차실(41)이 함께 계속하여 동일한 온도로 되어 있을 때의 팁 클리어런스이다. 이 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈(1)의 정상 운전시, 동익(34)의 직경방향 외측단과 터빈 차실(41)의 내주면 사이를 통과하는 연소 가스(G)의 유량이 많아진다. 이 때문에, 정상 클리어런스가 크면, 가스 터빈(1)의 정상 운전 시에 있어서의 가스 터빈 성능이 저하된다.
가스 터빈(1)으로의 연료 공급이 정지하고, 연소 가스 유로(41p)에 고온 고압의 연소 가스(G)가 흐르지 않게 되면, 터빈 로터(31) 및 터빈 차실(41)의 온도는 저하된다. 그렇지만, 터빈 차실(41)은, 전술한 바와 같이, 터빈 로터(31)에 비하여, 열 용량이 작은데다가, 외기에 노출되기 때문에, 이 터빈 차실(41)의 온도는, 터빈 로터(31)의 온도에 비하여 급격하게 저하된다. 이 때문에, 터빈 로터(31)의 온도가 터빈 차실(41)의 온도에 비하여 일시적으로 높은 상태가 발생한다. 이 상태에서는, 팁 클리어런스(CC)가 작게 되어 있다. 이러한 상태일 때에, 가스 터빈(1)을 기동시키면, 터빈 로터(31)에 작용하는 원심력에 의해, 터빈 로터(31)의 외경이 커져, 팁 클리어런스(CC)가 더욱 작아진다. 즉, 가스 터빈(1)을 핫 기동시키는 경우, 팁 클리어런스(CC)가 극히 작아진다. 또한, 동익(34)의 직경방향 외측단과 터빈 차실(41)의 내주면이 접촉하는 경우도 있을 수 있다. 그래서, 가스 터빈(1)을 핫 기동시키는 경우에도, 팁 클리어런스(CC)를 확실히 확보할 수 있도록 정상 클리어런스를 정할 필요가 있다.
본 실시형태에서는, 터빈 차실(41)을 구성하는 부품 중 하나인 날개환(44)을 일정 조건하에서 추기 공기보다 냉각하여, 이 날개환(44)의 내경의 변화를 작게 하는 것에 의해, 팁 클리어런스(CC)의 변화를 작게 하고 있다.
도 4에 나타내는 흐름도에 따라서, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(1)의 부품 온도 조절 방법에 대하여 설명한다.
가스 터빈(1)의 기동 개시 전, 전환기인 삼방 밸브(75)는, 제 1 개구(75a)와 제 3 개구(75c)가 연통되rh, 제 1 개구(75a)와 제 2 개구(75b)는 연통되어 있지 않다. 즉, 전환기(75)는, 바이패스 상태로 되어 있다. 기동 장치 등의 구동에 의해, 가스 터빈 로터(2)가 승속하기 시작하고, 이 가스 터빈 로터(2)의 회전수(N)가 정격 회전수(Nr)(예를 들면, 3600rpm)보다 낮은 미리 정해진 회전수(N1)(도 5 참조)가 되면, 연소기(20)로 연료 공급이 개시된다. 연소기(20) 내에서는, 전술한 바와 같이, 고온 고압의 연소 가스(G)가 생성되고, 이 연소 가스(G)가 연소 가스 유로(41p) 내에 유입된다.
가스 터빈 로터(2)가 승속하기 시작하면, 압축기(10)의 각 압축단(19)에서 순차적으로 공기가 압축된다. 이 때문에, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기의 일부는, 추기 공기로서 추기 라인(61), 전환기(75), 바이패스 라인(71), 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)으로 안내된다. 연소 가스 유로(41p) 내에서, 제 4 단 정익렬(46a)과 제 3 단 동익렬(33) 사이의 압력은, 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮다. 이 때문에, 중간 압축단(19a)으로부터의 압축 공기인 추기 공기는, 정익(47)에 형성되어 있는 정익 공기 유로(47p)를 통과하고, 정익(47)과 로터축(32) 사이의 디스크 캐비티(32c)에 유입되고 나서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이를 거쳐서, 연소 가스 유로(41p)로 유출된다(S1：제 3 공냉 공정). 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이는, 이 추기 공기에 의해 시일되어, 이 사이로부터 연소 가스 유로(41p)를 흐르는 연소 가스(G)가 디스크 캐비티(32c) 내에 유입되지 않는다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈 로터(2)의 회전수(N)가 정격 회전수(Nr)가 되면, 가스 터빈 로터(2)에 접속되어 있는 발전기(9)와 외부의 전력 계통이 접속된다. 그 결과, 가스 터빈 출력(PWx), 즉 발전기(9)로부터의 전력이 전력 계통에 공급되기 시작한다. 발전기(9)로부터 출력되는 전력은, 전력계에서 계측된다. 제어기(100)의 연료 제어부(101)에는, 이 전력계에서 계측된 전력, 즉 가스 터빈 출력(PWx) 외에, 외부로부터의 부하 지령 등이 입력된다. 연료 제어부(101)은, 가스 터빈 출력(PWx)이나 부하 지령 등에 근거하여, 연소기(20)에 공급하는 연료의 유량을 정한다. 그리고, 연료 제어부(101)는, 이 연료 유량에 근거하여, 연료 조절 밸브(26)에 대하여 밸브 개도 지령을 출력한다. 제어기(100)의 부품 온도 제어부(102)는, 연료 제어부(101)로부터 가스 터빈 출력(PWx)을 받고, 이 가스 터빈 출력(PWx)에 근거하여, 전환기(75)를 제어한다.
부품 온도 제어부(102)는, 가스 터빈 출력(PWx)이 미리 정한 제 1 값(PW1)을 초과했는지의 여부를 판단한다(S2). 가스 터빈 출력(PWx)이 미리 정한 제 1 값 (PW1)을 초과하고 있지 않으면, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)에 바이패스 상태를 유지시킨다. 즉, 부품 온도 제어부(102)는, 제 3 공냉 공정(S1)을 계속한다. 한편, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하면, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)로 정상 상태 지령을 출력하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전환기(75)를 정상 상태로 한다. 전환기인 삼방 밸브(75)가 정상 상태가 되면, 제 1 개구(75a)와 제 2 개구(75b)가 연통되고, 제 1 개구(75a)와 제 3 개구(75c)는 연통되지 않는다. 이 때문에, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기의 일부는, 추기 공기로서, 추기 라인(61)을 거쳐서, 날개환 공기 유로(65)를 흐른다. 이 날개환 공기 유로(65)를 흐르는 추기 공기는, 날개환(44)과 열교환하여, 날개환(44)을 냉각한다(S3：제 1 공냉 공정). 이 때문에, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하여, 연소 가스 유로(41p)의 입구에 있어서의 연소 가스의 온도가 높아져도, 열 팽창에 의해 날개환(44)의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있어서, 결과적으로, 터빈 차실(41)의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있다.
날개환 공기 유로(65)를 통과한 추기 공기는, 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)으로 안내된다. 이 추기 공기는, 전술의 제 3 공냉 공정(S1)과 마찬가지로, 정익(47)에 형성되어 있는 정익 공기 유로(47p)를 통과하여, 정익(47)과 로터축(32) 사이의 디스크 캐비티(32c)에 유입되고 나서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이를 거쳐서, 연소 가스 유로(41p)로 유출된다(S4 : 제 2 공냉 공정). 이 때문에, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)은, 이 추기 공기에 의해 냉각된다. 또한, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이는, 이 추기 공기에 의해 시일된다. 또한, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기인 추기 공기의 압력은, 예를 들면, 4㎪이다. 또한, 연소 가스 유로(41p) 내에서 제 3 단 동익렬(33)과 제 4 단 정익렬(46a) 사이의 압력은, 예를 들면, 2㎪이다. 즉, 추기 공기가 유출하는 개소의 압력은, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기인 추기 공기의 압력보다 낮다.
다음에, 부품 온도 제어부(102)는, 가스 터빈 출력(PWx)이 0보다 크며 또한 미리 정한 제 2 값(PW2) 미만인지의 여부를 판단한다(S5). 가스 터빈 출력(PWx)이 제 2 값(PW2) 미만이 되지 않으면, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)에 정상 상태를 유지시킨다. 즉, 부품 온도 제어부(102)는, 제 1 공냉 공정(S3) 및 제 2 공냉 공정(S4)을 계속한다. 한편, 가스 터빈 출력(PWx)이 0보다 크며 또한 제 2 값(PW2) 미만이 되면, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)로 바이패스 상태 지령을 출력하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전환기(75)를 바이패스 상태로 한다. 전환기(75)인 삼방 밸브가 바이패스 상태가 되면, 전술한 바와 같이, 제 1 개구(75a)와 제 3 개구(75c)가 연통되며, 제 1 개구(75a)와 제 2 개구(75b)는 연통되지 않는다. 이 때문에, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기의 일부는, 추기 공기로서, 추기 라인(61), 전환기(75), 바이패스 라인(71), 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)의 정익 공기 유로(47p)로 흐른다(S6 : 제 3 공냉 공정). 또한, 제 2 값(PW2)은, 제 1 값(PW1)보다 작은 값이다. 이와 같이, 전환기(75)를 정상 상태로부터 바이패스 상태로 전환하는 임계값으로서, 제 1 값(PW1)보다 작은 제 2 값(PW2)을 이용하는 것은, 전환기(75)가 헌팅하는 것을 방지하기 위해서이다.
다음에, 부품 온도 제어부(102)는, 가스 터빈 출력(PWx)이 0보다 크며 또한 제 2 값(PW2) 미만인지, 제 1 값(PW1)을 초과하였는지, 0이 되었는지를 판단한다(S7). 가스 터빈 출력(PWx)이 0보다 크며 또한 제 2 값(PW2) 미만 그대로인 경우, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)에 바이패스 상태를 유지시킨다. 즉, 부품 온도 제어부(102)는, 제 3 공냉 공정(S6)을 계속한다. 한편, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과한 경우, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)로 정상 상태 지령을 출력하여, 도 5에 나타내는 바와 같이, 전환기(75)를 정상 상태로 하고, 제 1 공냉 공정(S3) 및 제 2 공냉 공정(S4)을 실행한다. 또한, 가스 터빈 출력(PWx)이 0이 된 경우, 부품 온도 제어부(102)는, 전환기(75)의 제어를 종료한다. 또한, 전환기(75)는, 부품 온도 제어부(102)에 의한 전환기(75)의 제어가 종료된 후에도 바이패스 상태를 유지하고 있다. 이 때문에, 가스 터빈(1)의 기동 개시 전, 전환기(75)는, 전술한 바와 같이, 바이패스 상태로 되어 있다.
이상, 본 실시형태에서는, 연소 가스 유로(41p) 내를 연소 가스(G)가 흐르고 또한 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하고 있는 동안, 추기 라인(61)을 거쳐서, 제 1 부품인 날개환(44)에 추기 공기를 안내함으로써, 이 날개환(44)을 냉각할 수 있다. 이 때문에, 연소 가스 유로(41p) 내를 연소 가스가 흐르고 또한 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하고 있어도, 본 실시형태에서는, 열 팽창에 의해 터빈 차실(41)의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 연소 가스 유로(41p)에 연소 가스(G)가 흐르고 또한 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하고 있는 상태와 연소 가스 유로(41p)에 연소 가스(G)가 흐르고 있지 않은 상태에 있어서의 터빈 차실(41)의 내경 변화를 억제할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 팁 클리어런스(CC)의 변화를 억제할 수 있어서, 결과적으로, 가스 터빈(1)을 핫 기동시키는 경우의 팁 클리어런스(CC)를 확보하면서도, 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 압축기(10)의 최종 압축단(19)을 거쳐서 압축기(10)로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기가 아닌, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)으로부터 압축 공기를 추기 공기로서, 제 1 부품인 날개환(44)에 흐르게 한다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)으로부터의 압축 공기를 냉각기에서 냉각하지 않고, 그대로 날개환(44)의 냉각용으로 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 저압 부품(제 2 부품)은, 제 1 부품의 제 1 공기 유로보다 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있는 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)이다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 저압 부품(제 2 부품)은, 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 정익(47)이다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 압축기(10)로부터의 압축 공기를 승압기에서 승압하지 않아도, 제 1 부품인 날개환(44)을 통과한 추기 공기를 저압 부품인 정익(47)에 흐르게 하여, 이 정익(47)을 냉각할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 터빈 차실(41)의 일부를 구성하는 제 1 부품을 냉각하여, 정상 클리어런스로 작게 하는 동시에, 제 1 부품과 상이한 제 2 부품인 저압 부품을 냉각하여, 설비 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)로부터 압축 공기로 제 1 부품 및 저압 부품을 냉각하고 있으므로, 압축기(10)의 최종 압축단(19)을 거쳐 압축기(10)로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기(Acom)를 예를 들면 연소용의 공기로써 유효 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 전환기(75)의 상태를 전환하는 임계값의 파라미터로서, 가스 터빈 출력(PWx)을 이용하고 있다. 그렇지만, 가스 터빈 출력과 상관성을 갖는 파라미터이면, 어떠한 파라미터를 이용하여도 좋다. 구체적으로는, 연소기(20)에 공급하는 연료 유량이나, 연소 가스 유로(41p)의 입구에 있어서의 연소 가스(G)의 온도 등을 파라미터로써 이용하여도 좋다.
「제 2 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 2 실시형태에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
상기 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에 추기 라인(61)의 제 2 단이 접속되며, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 부품 도입 라인(66)의 제 1 단이 접속되어 있다. 이 때문에, 상기 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 추기 공기는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 하류측(Dad)로부터 축방향 상류측(Dau)으로 흐른다.
한편, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1a)에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 추기 라인(61a)의 제 2 단이 접속되고, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에 부품 도입 라인(66a)의 제 1 단이 접속되어 있다. 이 때문에, 본 실시형태의 가스 터빈(1a)에서는, 추기 공기는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 하류측(Dad)으로부터 축방향 상류측(Dau)으로 흐른다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈(1a)은, 이상의 점이 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 상이하며, 그 이외의 점은 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 동일하다.
본 실시형태에서는 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 추기 라인(61a)의 제 2 단이 접속되어 있기 때문에, 이 추기 라인(61a)의 제 1 단과 제 2 단 사이의 축방향(Da)의 거리를 짧게 할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에 부품 도입 라인(66a)의 제 1 단이 접속되어 있기 때문에, 이 부품 도입 라인(66a)의 제 1 단과 제 2 단 사이의 축방향(Da)의 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는 각 라인(61a, 66a)의 길이를 짧게 할 수 있으므로, 제 1 실시형태보다 설비 비용을 다소 억제할 수 있다.
여기에서, 연소 가스 유로(41p) 내에서 연소 가스(G)의 온도 변화, 및 날개환 공기 유로(65) 내에서의 추기 공기의 온도 변화에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7에 있어서의 횡축은, 연소 가스 유로(41p)의 입구를 기준으로 한 축방향 위치를 나타내며, 종축은 온도를 나타낸다.
연소 가스(G)의 온도는, 연소 가스 유로(41p)를 축방향 하류측(Dad)을 흐름에 따라서 점차 저하된다. 이 때문에, 터빈 차실(41)의 일부를 구성하는 날개환(44)의 온도도, 연소 가스(G)의 온도와 마찬가지로, 연소 가스 유로(41p)를 축방향 하류측(Dad)을 흐름에 따라서 점차 저하된다.
제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 전술한 바와 같이, 추기 공기는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 하류측(Dad)으로부터 축방향 상류측(Dau)으로 흐른다. 즉, 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 추기 공기의 흐름이 연소 가스(G)의 흐름에 대하여 대향류가 된다. 제 1 실시형태에서의 추기 공기의 온도는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 하류측(Dad)으로부터 축방향 상류측(Dau)으로 흐름에 따라서, 날개환(44)과의 열교환에 의해 점차 상승한다. 위치 변화에 따른 연소 가스 및 날개환(44)의 온도 변화량은, 위치 변화에 따른 제 1 실시형태의 추기 공기의 온도 변화보다 크다. 이 때문에, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 위치에서의 추기 공기의 온도와, 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스(G) 및 날개환(44)의 온도와의 온도차(Ti1)보다, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)의 위치에서의 추기 공기의 온도와 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스 및 날개환(44)의 온도의 온도차(To1)쪽이 커진다. 이 때문에, 제 1 실시형태에서는, 추기 공기와 날개환(44)의 열교환량이, 추기 공기가 날개환 공기 유로(65)를 흐름에 따라서 커진다.
제 2 실시형태의 가스 터빈(1a)에서는, 전술한 바와 같이, 추기 공기는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 상류측(Dau)으로부터 축방향 하류측(Dad)으로 흐른다. 본 실시형태에서의 추기 공기의 온도는, 날개환 공기 유로(65) 내를 축방향 상류측(Dau)으로부터 축방향 하류측(Dad)에 흐름에 따라서, 날개환(44)과의 열교환에 의해 상승한다. 한편, 연소 가스(G)는, 전술한 바와 같이, 축방향 하류측(Dad)으로 흐르고, 게다가, 축방향 하류측(Dad)을 흐름에 따라서 점차 그 온도가 저하된다. 이 때문에, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)의 위치에서의 추기 공기의 온도와, 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스 및 날개환(44)의 온도의 온도차(Ti2)보다, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 위치에서의 추기 공기의 온도와, 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스 및 날개환(44)의 온도의 온도차(To2)쪽이 작아진다. 이 때문에, 제 2 실시형태에서는, 추기 공기와 날개환(44)의 열교환량이, 추기 공기가 날개환 공기 유로(65)를 흐름에 따라서 작아진다. 게다가, 제 2 실시형태에 있어서의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 위치에서의 추기 공기의 온도와, 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스 및 날개환(44)의 온도의 차(To2)는, 이상에서 설명한 각 온도차(Ti1, To1, Ti2) 중 최소가 된다.
또한, 제 2 실시형태의 날개환 공기 유로(65)에 추기 공기가 유입되는 위치는, 연소 가스(G) 및 날개환(44)의 온도가 가장 높은 위치일 뿐만 아니라, 추기 공기의 온도가 낮기 때문에, 이 날개환 공기 유로(65)에 유입된 추기 공기의 온도는, 급격하게 상승한다. 그 후, 이 추기 공기의 온도는, 축방향 하류측(Dad)을 흐름에 따라서 점차 상승한다. 단, 날개환 공기 유로(65)에 유입된 직후의 급격한 온도 상승 후에 있어서의 추기 공기의 온도 상승률은, 제 1 실시형태에 있어서의 날개환 공기 유로(65) 내를 흐르는 추기 공기의 온도 상승률보다 낮다. 이 때문에, 제 2 실시형태에 있어서의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed) 뿐만 아니라, 이 축방향 하류단(Ed)을 포함하는 넓은 영역의 각 위치에서의 추기 공기의 온도와, 축방향(Da)에 있어서의 동일한 위치에서의 연소 가스 및 날개환(44)의 온도의 차도 작아진다.
따라서, 제 1 실시형태에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향(Da)의 전 영역의 각 위치에서의 추기 공기의 온도와, 날개환(44)의 온도의 온도차는, 제 2 실시형태에 있어서의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)을 포함하는 영역의 각 위치에서의 추기 공기의 온도와 날개환(44)의 온도의 온도차보다 커진다. 이 때문에, 제 1 실시형태에서는 추기 공기와 날개환(44)의 열교환량을, 날개환 공기 유로(65)의 축방향(Da)의 전 영역에서, 제 2 실시형태에 있어서의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)을 포함하는 영역보다 높일 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향(Da)의 전 영역에서, 날개환(44)을 효율적으로 냉각할 수 있다.
이상, 설비 비용을 억제하는 관점에서는, 제 2 실시형태의 태양을 채용하는 것이 바람직하다. 한편, 날개환(44)을 효율적으로 냉각하는 관점에서는, 제 1 실시형태의 태양을 채용하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 설비 비용과 날개환(44)의 효율적 냉각의 2개의 관점에서, 어느 실시형태의 태양을 채용하는가를 결정하는 것이 바람직하다.
「제 3 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 3 실시형태에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다.
상기 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 축방향(Da)에서 제 1 단 정익렬(46)이 마련되어 있는 위치이다. 또한, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 축방향(Da)에서의 제 2 단 정익렬(46)과 제 2 단 동익렬(33) 사이의 위치이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1b)에서는, 날개환 공기 유로(65b)의 축방향 상류단(Eu)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 축방향(Da)으로 제 1 단 정익렬(46)이 마련되어 있는 위치이다. 한편, 날개환 공기 유로(65b)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치는, 축방향(Da)으로 제 3 단 정익렬(46)과 제 3 단 동익렬(33) 사이의 위치이다. 즉, 본 실시형태의 가스 터빈(1b)에서는, 날개환 공기 유로(65b)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치를, 제 1 실시형태의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치보다 축방향 하류측(Dad)으로 이동시키고 있다. 따라서, 본 실시형태의 날개환 공기 유로(65b)의 축방향(Da)의 길이는, 제 1 실시형태의 날개환 공기 유로(65)의 축방향(Da)의 길이보다 길다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈(1b)은, 이상의 점이 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 상이하며, 그 이외의 점은 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 동일하다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 날개환 공기 유로(65b)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치가, 제 1 실시형태의 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치보다 축방향 하류측(Dad)으로 이동되어 있기 때문에, 제 1 실시형태보다 날개환(44)의 축방향 하류측(Dad)의 부분을 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 제 2 실시형태와 같이, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 추기 라인(61)의 제 2 단이 접속되며, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)에 부품 도입 라인(66)의 제 1 단이 접속되어 있어도 좋다.
또한, 본 실시형태 및 다른 실시형태의 날개환은, 복수의 부품으로 구성되어도 좋다. 이 경우, 날개환 공기 유로는, 날개환을 구성하는 복수의 부품에 걸쳐서 형성되어 있어도 좋다. 단, 날개환 공기 유로가 날개환을 구성하는 복수의 부품에 걸쳐서 형성되어 있는 경우, 날개환을 구성하는 복수의 부품 상호 간의 위치에 시일 구조를 마련할 필요가 있다. 이 때문에, 날개환은, 날개환 공기 유로가 형성되어 있는 영역 내에서는, 축방향(Da)에 관하여 일체 형성품인 것이, 설비 비용 등의 관점에서 바람직하다. 또한, 축방향(Da)에 관하여 일체 형성품이어도, 가스 터빈의 분해 등의 관점에서, 이 일체 형성품은, 둘레방향(Dc)에 관하여 분할 가능한 것이 바람직하다.
「제 4 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 4 실시형태에 대해, 도 9 내지 도 11을 참조하여 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1c)은 제 1 실시형태와 마찬가지로, 추기 라인(61)과, 부품 도입 라인(66)을 갖는다. 단, 본 실시형태의 가스 터빈(1c)은, 제 1 실시형태에 있어서의 바이패스 라인(71) 및 전환기(75)를 갖고 있지 않다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈(1c)은, 추기 라인(61)에 마련되며, 이 추기 라인(61)을 가열하는 가열기(가열 수단)(80)를 갖는다.
가열기(80)는, 예를 들면, 추기 라인(61)을 따라서 마련되어 있는 전기 히터(81)와, 이 전기 히터(81)를 구동시키는 히터 구동 회로(82)를 갖는다. 가열기(80)는, 제어기(100c)의 부품 온도 제어부[냉각 제어기, 가열 제어기(102c)]로부터의 지령으로 제어된다. 부품 온도 제어부(102c)로부터의 지령은, 히터 구동 회로(82)에 입력한다.
도 10에 나타내는 흐름도에 따라서, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈(1c)의 부품 온도 조절 방법에 대하여 설명한다.
부품 온도 제어부(102c)는, 터빈(30)의 기동 과정에 있어서의 터빈 로터(31)의 승속 개시의 X시간 전인지의 여부를 판단한다(S10). 이 부품 온도 제어부(102c)는, 외부로부터 또는 연료 제어부(101)로부터의 정보에 따라서 이 판단을 실행한다. 부품 온도 제어부(102c)는, 터빈 로터(31)의 승속 개시의 X시간 전이 되었다고 판단하면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가열기(80)로 가열 상태 지령을 출력하여, 가열기(80)를 가열 상태로 한다. 즉, 부품 온도 제어부(102c)는 가열기(80)에 의해 추기 라인(61)을 가열시킨다. 가스 터빈 로터(2)는 일반적으로, 연소기(20)로의 연료 공급을 정지한 후에도, 가스 터빈 로터(2)의 변형을 억제하기 위해, 저속도로 회전하고 있다. 이 때문에, 가스 터빈 차실(3) 내에서는, 연소기(20)로의 연료 공급이 정지하고 있는 상태에서도, 연소기(20)에 연료(F)를 공급하고 있을 때와 동일한 가스 흐름이 있다. 단, 이 가스 흐름의 속도는, 연소기(20)로 연료를 공급하고 있을 때에 비하여 극히 작다. 이 때문에, 터빈(30)이 기동되기 전이어도, 추기 라인(61)에는 날개환 공기 유로(65)를 향하여 흐르는 공기 흐름이 있다. 따라서, 터빈(30)이 기동되기 전이어도, 가열기(80)에 의해 추기 라인(61)이 가열되면, 공기가 추기 라인(61) 내에서 가열되고 나서 날개환 공기 유로(65)에 유입되고, 날개환(44)을 가열한다(S11：가열 공정).
터빈 로터(31)가 승속하기 시작하면, 압축기(10)의 각 압축단(19)에서 순차 공기가 압축된다. 이 때문에, 중간 압축단(19a)까지 압축된 압축 공기의 일부는, 추기 공기로서, 추기 라인(61)을 거쳐서, 날개환(44)의 날개환 공기 유로(65)에 유입된다. 추기 라인(61)의 일부는, 이 시점에서도 가열기(80)에 의해 가열되고 있기 때문에, 날개환(44)은 가열된다. 날개환 공기 유로(65)를 통과한 추기 공기는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)으로 안내된다. 이 추기 공기는, 정익(47)에 형성되어 있는 정익 공기 유로(47p)를 통과하고, 정익(47)과 로터축(32) 사이의 디스크 캐비티(32c)에 유입되고 나서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이를 거쳐서, 연소 가스 유로(41p)로 유출된다. 이 때문에, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이는, 이 추기 공기에 의해 시일된다. 단, 이 추기 공기는, 가열기(80)에 의해 가열되고 있기 때문에, 제 1 실시형태와 같이, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 냉각용의 공기로서 기능하지 않는다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈 로터(2)의 회전수(N)가 정격 회전수(Nr)가 되면, 가스 터빈 로터(2)에 접속되어 있는 발전기(9)와 외부의 전력 계통이 접속된다. 그 결과, 가스 터빈 출력(PWx), 즉 발전기(9)로부터의 전력이 전력 계통에 공급되기 시작한다.
부품 온도 제어부(102c)는, 가스 터빈 출력(PWx)이 미리 정한 제 1 값(PW1)을 초과했는지의 여부를 판단한다(S12). 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하고 있지 않으면, 부품 온도 제어부(102c)는, 가열기(80)에 가열 상태를 유지시킨다. 즉, 부품 온도 제어부(102c)는, 가열 공정(S10)을 계속한다. 이 때문에, 가스 터빈(1c)의 기동 과정에서, 가스 터빈 출력(PWx)가 제 1 값(PW1)을 초과할 때까지는, 추기 공기가 가열되지 않는 경우와 비교하여, 날개환(44)의 내경은 커진다. 한편, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하면, 부품 온도 제어부(102c)는, 가열기(80)로 정상 상태 지령을 출력하여, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가열기(80)를 비가열 상태인 정상 상태로 한다. 가열기(80)가 정상 상태가 되면, 날개환 공기 유로(65)에는, 가열기(80)에서 가열되어 있지 않은 추기 공기가 흐르게 된다. 이 날개환 공기 유로(65)를 흐르는 추기 공기는, 날개환(44)에서 열교환되며, 날개환(44)을 냉각한다(S13 : 제 1 공냉 공정). 이 때문에, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하여, 연소 가스 유로(41p)의 입구에 있어서의 연소 가스(G)의 온도가 높아져도, 열 팽창에 의한 날개환(44)의 내경 증대가 억제된다.
날개환 공기 유로(65)를 통과한 추기 공기는, 부품 도입 라인(66)을 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)으로 안내된다. 이 추기 공기는, 정익(47)에 형성되어 있는 정익 공기 유로(47p)를 통과하여, 정익(47)과 로터축(32) 사이의 디스크 캐비티(32c)에 유입되고 나서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이를 거쳐서, 연소 가스 유로(41p)로 유출된다(S14 : 제 2 공냉 공정). 이 때문에, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)은, 이 추기 공기에 의해 냉각된다. 또한, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)의 내측 슈라우드(49i)와, 제 3 단 동익렬(33)을 구성하는 동익(34)의 플랫폼(36) 사이는, 이 추기 공기에 의해 시일된다.
다음에, 부품 온도 제어부(102c)는, 가스 터빈 출력(PWx)가 0이 되었는지의 여부를 판단한다(S15). 가스 터빈 출력(PWx)이 0으로 되어 있지 않으면, 부품 온도 제어부(102c)는, 가열기(80)에 정상 상태를 유지시킨다. 즉, 부품 온도 제어부(102c)는, 제 1 공냉 공정(S13) 및 제 2 공냉 공정(S14)을 계속한다. 한편, 가스 터빈 출력(PWx)이 0으로 되어 있으면, 부품 온도 제어부(102c)는, 가열기(80)의 제어를 종료한다.
이상, 본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 연소 가스 유로(41p) 내를 연소 가스(G)가 흐르고 또한, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하면, 제 1 부품인 날개환(44)를 냉각할 수 있다. 이 때문에, 연소 가스 유로(41p) 내를 연소 가스(G)가 흐르고 또한 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과하고 있어도, 본 실시형태에서는, 열 팽창에 의해 터빈 차실(41)의 내경이 커지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서도, 연소 가스 유로(41p)에 연소 가스(G)가 흐르고 또한 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과한 이후 상태와 그 이전 상태에 있어서의 터빈 차실(41)의 내경 변화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 터빈 로터(31)가 고속 회전하기 시작하기 이전부터, 날개환(44)을 가열하여, 날개환(44)의 내경을 크게 하므로, 가스 터빈(1c)을 핫 기동시키는 경우라도, 팁 클리어런스(CC)가 0 또는 극히 작아지는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(1c)을 핫 기동시키는 경우의 팁 클리어런스(CC)를 확보하면서, 제 1 실시형태보다 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 압축기(10)에서 압축된 공기를 냉각하는 냉각기나, 이 공기를 승압하는 승압기가 불필요하므로, 설비 비용을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서도, 압축기(10)의 중간 압축단(19a)으로부터 압축 공기로 제 1 부품 및 저압 부품을 냉각하고 있으므로, 압축기(10)의 최종 압축단(19)을 거쳐서 압축기(10)로부터 토출된 고온 고압의 압축 공기를 예를 들면 연소용의 공기로서 유효 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 전기 히터(81)를 갖는 가열기(80)를 이용하고 있는, 그렇지만, 열을 발하는 것이면 어떠한 것을 가열기로서 이용하여도 좋으며, 예를 들면, 증기나 가스 터빈(1c)으로부터의 배기 가스를 열원으로 하는 가열기로서 이용하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 추기 라인(61)에 가열기(80)를 마련하고 있지만, 제 1 부품인 날개환(44)에 가열기(80)를 마련하여도 좋다.
또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 2 실시형태 및 상기 제 3 실시형태에서도, 본 실시형태와 마찬가지로 가열기를 마련하여도 좋다.
「제 5 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 5 실시형태에 대해, 도 12를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈(1d)은, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 추기 라인(61)(이하, 제 1 추기 라인(61)이라 함)과, 부품 도입 라인(66)을 갖는다. 단, 본 실시형태의 가스 터빈(1d)은, 제 1 실시형태의 바이패스 라인(71) 및 전환기(75)를 갖고 있지 않았다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈(1d)은, 제 2 추기 라인(고온 공기 라인)(84)과, 전환기(85)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 이들 제 2 추기 라인(84) 및 전환기(85)가 날개환(44)을 가열하는 가열 수단을 구성한다.
제 2 추기 라인(84)의 제 1 단은, 압축기 차실(15) 중에서, 제 1 추기 라인(61)의 제 1 단이 접속되어 있는 위치보다 하류측의 고압 압축단(19b)의 위치, 또는 중간 차실(51)에 접속되어 있다. 이 때문에, 제 2 추기 라인(84)에는, 제 1 추기 라인(61)에 유입되는 압축 공기보다 온도 및 압력의 높은 압축 공기가 유입된다. 제 2 추기 라인(84)의 제 2 단은, 제 1 추기 라인(61)에 접속되어 있다. 본 실시형태의 전환기(85)는, 삼방 밸브이다. 이 전환기(85)는, 제 1 추기 라인(61)과 제 2 추기 라인(84)의 접속 위치에 마련되어 있다. 이 전환기(85)는, 제 1 추기 라인(61)에 유입된 압축 공기인 제 1 추기 공기를 날개환 공기 유로(65)에 유입시키는 정상 상태와 제 2 추기 라인(84)에 유입된 압축 공기인 제 2 추기 공기를 날개환 공기 유로(65)에 유입시키는 가열 상태 사이에서 전환한다. 전환기(85)는, 제어기(100d)의 부품 온도 제어부[냉각 제어기, 가열 제어기(102d)]로부터의 지령으로 제어된다. 또한, 이 전환기(85)는, 삼방 밸브가 아니어도 좋으며, 예를 들면, 2개의 밸브로 구성하는 것도 가능하다.
본 실시형태에서는, 부품 온도 제어부(102d)로부터 전환기(85)로 가열 상태 지령을 출력하여, 전환기(85)가 가열 상태가 되면, 제 2 추기 라인(84)으로부터의 고온의 제 2 추기 공기가 날개환 공기 유로(65)에 유입된다. 이 때문에, 부품 온도 제어부(102d)로부터 전환기(85)로 가열 상태 지령이 출력되면, 상기 제 4 실시형태와 마찬가지로 날개환(44)을 가열하는 가열 공정이 실행된다. 또한, 본 실시형태에서는, 부품 온도 제어부(102d)로부터 전환기(85)로 정상 상태 지령을 출력하고, 전환기(85)가 정상 상태가 되면, 제 1 추기 라인(61)으로부터의 저온의 제 1 추기 공기가 날개환 공기 유로(65)에 유입된다. 이 때문에, 부품 온도 제어부(102d)로부터 전환기(85)로 정상 상태 지령이 출력되면, 상기 제 4 실시형태와 마찬가지로 날개환(44)을 냉각하는 냉각 공정이 실행된다.
본 실시형태의 전환기(85)는, 상기 제 4 실시형태의 가열기(80)와 마찬가지로, 가스 터빈(1d)의 기동 과정에서, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과할 때까지, 가열 상태로 되어 있다. 또한, 본 실시형태의 전환기(85)는, 상기 제 4 실시형태의 가열기(80)와 마찬가지로, 가스 터빈 출력(PWx)이 제 1 값(PW1)을 초과한 이후, 정상 상태가 된다.
따라서, 본 실시형태에서도, 상기 제 4 실시형태와 마찬가지로, 가스 터빈(1d)을 핫 기동시키는 경우의 팁 클리어런스(CC)를 확보하면서, 제 1 실시형태보다 정상 클리어런스를 작게 할 수 있다. 단, 본 실시형태에서는, 터빈(30)의 기동 과정에 있어서의 터빈 로터(31)의 승속 개시의 X시간 전부터, 전환기(85)를 가열 상태로 하여도, 압축기 로터(11)가 회전하지 않는 한, 고온의 제 2 추기 공기가 제 2 추기 라인(84)를 흐르지 않으므로, 가열 공정은 실행되지 않는다.
그래서, 터빈(30)의 기동 과정에 있어서의 터빈 로터(31)의 승속 개시의 X 시간 전부터, 가열 공정을 실행시키고 싶은 경우에는, 압축기(10)의 기동 정지 동작과는 독립적으로, 고온의 공기를 발생하는 고온 공기 발생원으로부터의 공기를 고온 공기 라인에서 추기 라인(61)으로 안내하면 된다.
또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 2 실시형태 및 상기 제 3 실시형태에서도, 본 실시형태와 마찬가지로, 제 2 추기 라인(84)(고온 공기 라인)과, 전환기(85)를 마련하여도 좋다.
「제 6 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 6 실시형태에 대해, 도 13을 참조하여 설명한다.
상기 제 1 실시형태에 있어서의 부품 도입 라인(66)은, 그 제 1 단이 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 접속되며, 그 제 2 단이 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)에 접속되어 있다.
한편, 본 실시형태의 가스 터빈(1e)에 있어서의 부품 도입 라인(66e)은, 그 제 1 단이 제 1 실시형태와 마찬가지로 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 접속되어 있지만, 그 제 2 단이 제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 복수의 동익(34)에 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 복수의 동익(34)이 저압 부품을 이룬다.
제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 동익(34)에는, 동익 공기 유로(제 2 공기 유로)(34p)가 형성되어 있다. 이 동익 공기 유로(34p)는, 익근의 직경방향 내측(Dri)의 표면에서 개구되며, 여기로부터 익근(37) 및 플랫폼(36)을 거쳐서, 날개체(35)까지 연장되어 있다. 따라서, 이 동익 공기 유로(34p)에 유입된 공기는, 연소 가스 유로(41p)로 유출된다. 날개체(35) 내의 동익 공기 유로(34p)는, 복수의 분기되며 날개체(35)의 표면에서 개구되어 있다. 부품 도입 라인(66e)의 제 2 단은, 이 동익 공기 유로(34p)에 있어서의 익근(37)측의 개구에 접속되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 부품 도입 라인(66e)의 유로는, 재사용 배관(67e) 내의 유로, 및 로터 공기 유로[제 3 공기 유로(69)]에 의해 형성된다. 재사용 배관(67e)은, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)에 접속되어 있는 동시에, 터빈 로터(31)의 축방향 하류단에 접속되어 있다. 로터 공기 유로(69)는, 터빈 로터(31)의 하류단에서 개구되며, 축선(Ar) 상을 축방향 상류측(Dau)을 향하여 연장되는 주 유로(69a)와, 주 유로(69a)로부터 분기되며, 제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 복수의 동익(34)의 익근(37)까지 연장되는 복수의 분기 유로(69b)를 갖는다. 재사용 배관(67e) 내의 유로는, 이 로터 공기 유로(69)의 주 유로(69a)와 연통되어 있다. 또한, 재사용 배관(67e)과, 회전하는 터빈 로터(31)의 축방향 하류단은, 비접촉이다. 따라서, 재사용 배관(67e)과 터빈 로터(31)의 축방향 하류단이 접속되어 있다는 것은, 재사용 배관(67e)으로부터의 공기가 터빈 로터(31)의 로터 공기 유로(69)에 유입될 수 있는 상태로 되어 있는 것을 의미한다.
본 실시형태에서는, 부품 도입 라인(66e)에 유입된 추기 공기보다, 제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 복수의 동익(34)을 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 2 내지 제 5 실시형태에 있어서도, 본 실시형태와 마찬가지로, 제 4 단 동익렬(33a)을 구성하는 복수의 동익(34)을 저압 부품으로 하여도 좋다.
「제 7 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 7 실시형태에 대해, 도 14를 참조하여 설명한다.
상기 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)에서는, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 상류단(Eu)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 축방향(Da)으로 제 1 단 정익렬(46)이 마련되어 있는 위치이다. 또한, 날개환 공기 유로(65)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 축방향(Da)으로 제 2 단 정익렬(46)과 제 2 단 동익렬(33) 사이의 위치이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈(1f)에서는, 날개환 공기 유로(65f)의 축방향 상류단(Eu)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 축방향(Da)에서 제 1 단 정익렬(46)이 마련되어 있는 위치이다. 한편, 날개환 공기 유로(65f)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치는, 축방향(Da)에서 제 4 단 동익렬(33a)이 마련되어 있는 위치이다. 즉, 본 실시형태의 가스 터빈(1f)에서는, 날개환 공기 유로(65f)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치를, 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태의 날개환 공기 유로(65, 65b)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치보다 축방향 하류측(Dad)으로 이동시키고 있다. 따라서, 본 실시형태의 날개환 공기 유로(65f)의 축방향(Da)의 길이는, 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태의 날개환 공기 유로(65, 65b)의 축방향(Da)의 길이보다 길다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈(1f)는, 이상의 점이 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 상이하며, 그 이외의 점은 제 1 실시형태의 가스 터빈(1)과 동일하다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 날개환 공기 유로(65f)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치가, 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태의 날개환 공기 유로(65, 65b)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)의 위치보다 축방향 하류측(Dad)으로 이동되어 있기 때문에, 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태보다 날개환(44)의 축방향 하류측(Dad)의 부분을 냉각할 수 있다.
그런데, 본 실시형태에서는, 이상과 같이, 날개환 공기 유로(65f)의 축방향 하류단(Ed)의 축방향(Da)에 있어서의 위치가, 축방향(Da)에서 제 4 단 동익렬(33a)이 마련되어 있는 위치이다. 이 때문에, 저압 부품(제 2 부품)인, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 복수의 정익(47)이, 축방향(Da)에서, 날개환 공기 유로(65f)가 존재하고 있는 영역 내에 배치되어 있게 된다. 따라서, 저압 부품은, 이상의 각 실시형태와 같이, 날개환 공기 유로보다, 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있지 않아도, 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 환경 하에 배치되어 있으면 좋다.
또한, 본 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 2 실시형태, 제 4 내지 제 6 실시형태에서도, 본 실시형태와 마찬가지로, 날개환 공기 유로의 축방향 하류단(Ed)의 위치를 축방향 하류측(Dad)으로 이동하여도 좋다.
「제 8 실시형태」
본 발명에 따른 가스 터빈의 제 8 실시형태에 대해, 도 15를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈(1g)은, 제 7 실시형태의 가스 터빈(1f)의 변형예이다. 제 7 실시형태에 있어서의 저압 부품(제 2 부품)은, 날개환(44)의 날개환 공기 유로(65f)보다 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있는 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47)뿐이다.
본 실시형태의 저압 부품(제 2 부품)은, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47), 제 3 단 정익렬(46b)을 구성하는 정익(47), 및 제 3 단 동익렬(33b)의 직경방향 외측(Dro)에 배치되어 있는 분할환(42)이다. 저압 부품을 구성하는 이상의 부품은 모두, 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있다.
본 실시형태의 터빈 차실(41)의 구성 부품인 차실 본체(45)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 통 형상의 몸통부(41a)와, 몸통부(41a)의 내주면으로부터 축방향 내측(Dri)으로 연장되는 복수의 칸막이부(44b)를 갖는다. 복수의 칸막이부(44b)는, 축방향(Da)으로 간격을 두고, 축방향(Da)으로 나란히 있다. 각 칸막이부(44b)의 직경방향 내측(Dri)의 단부에는, 날개환(44)이 장착되어 있다. 직경방향(Dr)에 있어서의 차실 본체(45)의 몸통부(41a)와 날개환(44) 사이의 공간은, 복수의 칸막이부(44b)에 의해 복수의 공간으로 구획되어 있다. 본 실시형태에서는, 직경방향(Dr)에 있어서의 몸통부(41a)와 날개환(44) 사이에는, 예를 들면, 4개의 칸막이부(44b)가 존재한다. 본 실시형태에서는, 직경방향에 있어서의 몸통부(41a)와 날개환(44) 사이가, 이 4개의 칸막이부(44b)에 의해 3개의 공간이 형성되어 있다. 4개의 칸막이부(44b) 중, 가장 축방향 상류측(Dau)의 제 1 칸막이부(44b1)와, 이 제 1 칸막이부(44b1)에 대하여 축방향 하류측(Dad)에 인접하는 제 2 칸막이부(44b2) 사이가 제 1 공간(S1)을 이룬다. 또한, 제 2 칸막이부(44b2)와, 이 제 2 칸막이부(44b2)에 대하여 축방향 하류측(Dad)에 인접하는 제 3 칸막이부(44b3) 사이가 제 2 공간(S2)을 이룬다. 또한, 제 3 칸막이부(44b3)와, 가장 축방향 하류측(Dad)의 제 4 칸막이부(44b4) 사이가 제 3 공간(S3)을 이룬다.
부품 도입 라인(66)의 일부를 구성하는 재사용 배관(67)은, 제 3 공간(S3)에 연통되어 있다. 제 3 공간(S3)의 직경방향 내측(Dri)의 위치에는, 제 4 단 정익렬(46a)이 존재한다. 날개환(44)에는, 이 날개환(44)의 외주면 중에서 제 3 공간(S3)을 확정하는 면으로부터, 이 날개환(44)의 내주면을 관통하여, 제 4 단 정익렬(46a)을 향하는 날개환 제 1 관통 구멍(68a)이 형성되어 있다. 제 3 칸막이부(44b3)에는, 축방향(Da)으로 관통하는 칸막이부 관통 구멍(68b)이 형성되어 있다. 제 2 공간(S2)의 직경방향 내측(Dri)의 위치에는, 제 3 단 정익렬(46b)과, 이 제 3 단 정익렬(46b)의 축방향 하류측(Dad)에 배치되어 있는 분할환(42)이 존재한다. 날개환(44)에는, 이 날개환(44)의 외주면 중에서 제 2 공간(S2)을 확정하는 면으로부터, 이 날개환(44)의 내주면에 관통하며 제 3 단 정익렬(46b)을 향하는 날개환 제 2 관통 구멍(68c)이 형성되어 있다. 또한, 날개환(44)에는, 이 날개환(44)의 외주면 중에서 제 2 공간(S2)을 획정하는 면으로부터, 이 날개환(44)의 내주면을 관통하여 분할환(42)을 향하는 날개환 제 3 관통 구멍(68d)이 형성되어 있다. 제 3 공간(S3), 날개환 제 1 관통 구멍(68a), 제 2 공간(S2), 날개환 제 2 관통 구멍(68c), 및 날개환 제 3 관통 구멍(68d)은, 부품 도입 라인(66)의 유로의 일부인 차실 공기 유로(68g)를 구성한다.
부품 도입 라인(66)의 일부를 구성하는 재사용 배관(67)으로부터의 추기 공기는, 제 3 공간(S3) 내에 유입된다. 제 3 공간(S3) 내에 유입된 추기 공기의 일부는, 날개환 제 1 관통 구멍(68a)를 거쳐서, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47) 내로 안내되며, 이 정익(47)을 냉각한다. 제 3 공간(S3) 내에 유입된 추기 공기의 나머지는, 제 3 칸막이부(44b3)의 칸막이부 관통 구멍(68b)를 거쳐서, 제 2 공간(S2) 내에 유입된다. 제 2 공간(S2) 내에 유입된 추기 공기의 일부는, 날개환 제 2 관통 구멍(68c)를 거쳐서, 제 3 단 정익렬(46b)을 구성하는 정익(47) 내에 안내되고, 이 정익(47)을 냉각한다. 제 2 공간(S2) 내에 유입된 추기 공기의 나머지는, 날개환 제 3 관통 구멍(68d)을 거쳐서, 분할환(42) 내로 안내되며, 이 분할환(42)을 냉각한다.
이상과 같이, 부품 도입 라인(66)을 흐르는 추기 공기에 의해 냉각되는 저압 부품은 1종류의 부품 뿐만 아니라, 복수 종류의 부품이어도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 4 단 정익렬(46a)을 구성하는 정익(47), 제 3 단 정익렬(46b)을 구성하는 정익(47), 및 제 3 단 동익렬(33b)의 직경방향 외측(Dro)에 배치되어 있는 분할환(42)을, 저압 부품으로 하고 있다. 그렇지만, 이들 부품으로부터 1종류, 또는 2종류의 부품을 삭제하여도 좋다. 또한, 반대로, 예를 들면, 제 2 단 정익렬(46)을 구성하는 정익(47)이나, 이 제 2 단 동익렬(33)의 직경방향 외측(Dro)에 배치되어 있는 분할환(42)도 저압 부품으로 하여도 좋다. 단, 이 경우, 이들 부품이 중간 압축단(19a)의 출구에 있어서의 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있을 필요가 있다.
또한, 본 실시형태는, 상기 제 7 실시형태의 변형예이지만, 상기 제 1 내지 제 6 실시형태에서도, 본 실시형태와 마찬가지로, 복수 종류의 부품을 저압 부품으로 하여도 좋다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 설비 비용을 억제하면서도, 고온 고압의 압축 공기의 유효 이용을 도모할 수 있다.
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g : 가스 터빈
2 : 가스 터빈 로터 3 : 가스 터빈 차실
9 : 발전기 10 : 압축기
11 : 압축기 로터 12 : 로터축
13 : 동익렬 14 : 동익
15 : 압축기 차실 16 : 정익렬
17 : 정익 19 : 압축단
19a : 중간 압축단 19b : 고압 압축단
20 : 연소기 25 : 연료 라인
26 : 연료 조절 밸브 30 : 터빈
31 : 터빈 로터 32 : 로터축
32c : 디스크 캐비티 33 : 동익렬
33a : 제 4 단 동익렬 34 : 동익(저압 부품)
34p : 동익 공기 유로(제 2 공기 유로) 35 : 날개체
36 : 플랫폼 37 : 익근
41 : 터빈 차실 41a : 몸통부
41p : 연소 가스 유로 42 : 분할환
43 : 차열환 44 : 날개환(제 1 부품)
44b : 칸막이부 45 : 차실 본체
46 : 정익렬 46a : 제 4 단 정익렬
46b : 제 3 단 정익렬 47 : 정익(저압 부품)
47p : 정익 공기 유로(제 2 공기 유로) 48 : 날개체
49o : 외측 슈라우드 49i : 내측 슈라우드
51 : 중간 차실 52 : 배기실
61, 61a : 추기 라인
65, 65b, 65f : 날개환 공기 유로(제 1 공기 유로, 제 1 영역)
66, 66a, 66e : 부품 도입 라인
67 : 재사용 배관 68, 68g : 차실 공기 유로
69 : 로터 공기 유로 71：바이패스 라인
75 : 전환기(삼방 밸브) 80 : 가열기
81 : 전기 히터 82 : 히터 구동 회로
84 : 제 2 추기 라인(고온 공기 라인) 85 : 전환기
100, 100c, 100d : 제어기
102, 102c, 102d : 부품 온도 제어부(냉각 제어기 및/또는 가열 제어기)

Claims (32)

  1. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈과,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하고, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품에 상기 추기 공기를 안내하는 추기 라인과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기를 안내하는 부품 도입 라인을 구비하고,
    상기 제 1 부품 내에는, 상기 축선이 연장되는 축방향으로 연장되며, 상기 추기 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 공기 유로가 형성되고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이고,
    상기 저압 부품에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 2 공기 유로가 형성되어 있으며,
    상기 부품 도입 라인은 제 1 단부가 상기 제 1 부품에 접속되고, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기가 흐르는 재사용 배관을 갖고,
    상기 재사용 배관의 제 2 단부는 상기 터빈 차실 외부로부터 상기 터빈 차실에 접속되는
    가스 터빈.
  2. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈과,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하고, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품에 상기 추기 공기를 안내하는 추기 라인과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기를 안내하는 부품 도입 라인을 구비하고,
    상기 제 1 부품 내에는, 상기 축선이 연장되는 축방향으로 연장되며, 상기 추기 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 공기 유로가 형성되고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이고,
    상기 저압 부품에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 2 공기 유로가 형성되어 있으며,
    상기 저압 부품은 상기 제 1 부품 내의 상기 제 1 공기 유로보다, 상기 연소 가스가 흐르는 측인 축방향 하류측에 배치되고,
    상기 추기 라인은 상기 제 1 공기 유로의 축방향 하류단에 접속되고,
    상기 부품 도입 라인은 상기 제 1 공기 유로의 축방향 상류단에 접속되어 있는
    가스 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저압 부품은 상기 축방향에서, 상기 제 1 부품 내의 상기 제 1 공기 유로가 존재하고 있는 영역 내에 배치되어 있는
    가스 터빈.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈과,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하고, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품에 상기 추기 공기를 안내하는 추기 라인과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기를 안내하는 부품 도입 라인을 구비하고,
    상기 제 1 부품 내에는, 상기 축선이 연장되는 축방향으로 연장되며, 상기 추기 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 공기 유로가 형성되고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이고,
    상기 저압 부품에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 2 공기 유로가 형성되어 있으며,
    상기 터빈 로터는 상기 축선을 중심으로 하여 상기 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고,
    상기 저압 부품은 복수의 상기 동익렬 중, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 적어도 하나의 동익렬을 구성하는 복수의 동익이며,
    상기 로터축에는 상기 로터축의 축방향의 단부로부터, 상기 저압 부품을 구성하는 복수의 상기 동익까지 연장되는 제 3 공기 유로가 형성되며,
    상기 부품 도입 라인은 상기 로터축의 상기 제 3 공기 유로를 포함하는
    가스 터빈.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈과,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하고, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품에 상기 추기 공기를 안내하는 추기 라인과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품에, 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기를 안내하는 부품 도입 라인을 구비하고,
    상기 제 1 부품 내에는, 상기 축선이 연장되는 축방향으로 연장되며, 상기 추기 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 공기 유로가 형성되고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이고,
    상기 저압 부품에는, 상기 부품 도입 라인으로부터의 상기 추기 공기가 흐르는 제 2 공기 유로가 형성되어 있으며,
    상기 추기 라인과 상기 부품 도입 라인에 접속되며, 상기 제 1 공기 유로를 바이패스시켜, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 부품 도입 라인으로 안내하는 바이패스 라인과,
    상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 제 1 공기 유로에 유입시키는 정상 상태와, 상기 추기 라인에 유입된 상기 추기 공기를 상기 바이패스 라인 및 상기 부품 도입 라인을 거쳐서 상기 저압 부품에 유입시키는 바이패스 상태 사이에서 전환하는 전환기를 구비하는
    가스 터빈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 터빈의 기동 후, 상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값이 될 때까지, 상기 전환기에 대하여 바이패스 상태가 되도록 지령을 출력하고, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값을 초과하면, 상기 전환기에 대하여 상기 정상 상태가 되도록 지령을 출력하는 냉각 제어기를 구비하는
    가스 터빈.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이며,
    상기 제 1 공냉 공정에서는, 제 1 단부가 상기 제 1 부품에 접속되고, 제 2 단부가 상기 터빈 차실 외부로부터 상기 터빈 차실에 접속되는 재사용 배관 내에 상기 제 1 부품을 통과한 상기 추기 공기가 흐르는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  18. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이며,
    상기 저압 부품은, 상기 제 1 부품 내에서 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 영역보다, 상기 연소 가스가 흐르는 측인 축방향 하류측에 배치되고,
    상기 제 1 공냉 공정에서는, 상기 제 1 부품 내에서, 축방향 상류측에 상기 추기 공기를 흐르게 하는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 저압 부품은 축방향에서, 상기 제 1 부품 내에서 상기 추기 공기가 흐르는 제 1 영역이 존재하는 범위 내에 배치되어 있는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이며,
    상기 터빈 로터는 상기 축선을 중심으로 하여 축방향으로 연장되는 로터축과, 상기 축방향으로 간격을 두고 나란히 있는 복수의 동익렬을 갖고,
    상기 저압 부품은 복수의 상기 동익렬 중, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 적어도 하나의 동익렬을 구성하는 복수의 동익인
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이며,
    상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값을 초과하면, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 터빈의 기동 후에 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값이 될 때까지, 상기 중간 압축단으로부터의 추기 공기를 상기 제 1 부품을 거치지 않고 상기 저압 부품으로 흐르게 하는 제 3 공냉 공정을 실행하는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  28. 복수의 압축단을 갖고, 각 압축단에서 공기를 순차 압축하는 압축기와,
    상기 압축기에서 압축된 압축 공기 내에서 연료를 연소시켜, 연소 가스를 생성하는 연소기와,
    상기 연소 가스에 의해 축선을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터와, 상기 터빈 로터를 덮는 통 형상의 터빈 차실과, 상기 터빈 차실의 내주측에 고정되어 있는 복수의 정익렬을 갖는 터빈을 구비하는 가스 터빈의 부품 온도 조절 방법에 있어서,
    복수의 상기 압축단 중 중간 압축단으로부터 압축 공기를 추기 공기로서 추기하여, 상기 터빈 차실의 일부를 구성하는 제 1 부품 내에 상기 추기 공기를 흐르게 하는 제 1 공냉 공정과,
    상기 터빈을 구성하는 부품 중에서 상기 제 1 부품과 상이한 제 2 부품 내에, 상기 제 1 부품을 통과한 추기 공기를 흐르게 하는 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 2 부품은, 상기 중간 압축단의 출구에 있어서의 상기 압축 공기의 압력보다 낮은 압력 환경 하에 배치되어 있는 저압 부품이며,
    상기 가스 터빈의 출력, 또는 상기 출력에 상관성을 갖는 파라미터인 출력 상관값이 제 1 값을 초과하면, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정을 실행하고,
    상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정의 실행 중에, 상기 출력 상관값이 상기 제 1 값보다 작은 제 2 값 미만이 되면, 상기 제 1 공냉 공정 및 상기 제 2 공냉 공정을 중지하고, 상기 중간 압축단으로부터의 추기 공기를 상기 제 1 부품을 거치지 않고 상기 저압 부품으로 흐르게 하는 제 3 공냉 공정을 실행하는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    상기 제 3 공냉 공정에서는, 상기 저압 부품을 통과한 상기 추기 공기를 상기 연소 가스가 흐르는 연소 가스 유로로 유출시키는
    가스 터빈의 부품 온도 조절 방법.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
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