JP2966357B2 - ガスタービンのタービン翼冷却装置 - Google Patents
ガスタービンのタービン翼冷却装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンのター
ビンにおける静翼または動翼を蒸気によって冷却するタ
ービン翼冷却装置に関するものである。
ビンにおける静翼または動翼を蒸気によって冷却するタ
ービン翼冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は従来の蒸気注入ガスタービンの縦
断面図を示す。図示しない圧縮機で圧縮された空気aは
燃焼器63の燃焼筒63a内で燃料bと混合して燃焼さ
れ、その燃焼ガスに外部からの蒸気sが混合され、混合
ガスのエネルギによりタービン64が駆動される。この
燃焼筒63aは、図10に示すようにアニュラー形ケー
シング62の内側ケーシング62aと外側ケーシング6
2bとの間に複数個周方向に並んで配置されている。タ
ービン64の静翼65A,65Bや動翼66A,66B
の冷却は、前記圧縮空気aの一部を使った空気膜冷却に
より行われる。
断面図を示す。図示しない圧縮機で圧縮された空気aは
燃焼器63の燃焼筒63a内で燃料bと混合して燃焼さ
れ、その燃焼ガスに外部からの蒸気sが混合され、混合
ガスのエネルギによりタービン64が駆動される。この
燃焼筒63aは、図10に示すようにアニュラー形ケー
シング62の内側ケーシング62aと外側ケーシング6
2bとの間に複数個周方向に並んで配置されている。タ
ービン64の静翼65A,65Bや動翼66A,66B
の冷却は、前記圧縮空気aの一部を使った空気膜冷却に
より行われる。
【0003】近年、このようなタービン翼の膜冷却に、
冷却媒体として蒸気を採用する蒸気膜冷却方式が提案さ
れている(日本ガスタービン学会誌 第20巻 第80
号1993年)。この場合、蒸気は、比熱が空気の約2
倍と大きく伝熱特性に優れているので、前記翼冷却の性
能を向上させることが期待される。
冷却媒体として蒸気を採用する蒸気膜冷却方式が提案さ
れている(日本ガスタービン学会誌 第20巻 第80
号1993年)。この場合、蒸気は、比熱が空気の約2
倍と大きく伝熱特性に優れているので、前記翼冷却の性
能を向上させることが期待される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ガスター
ビンにおいて、その翼冷却を、空気冷却から蒸気冷却に
置き換えた場合、外部から蒸気供給ができないとき冷却
不能になる。すなわち、何らかの原因でガスタービンに
その外部から蒸気を供給できなくなった場合、タービン
翼を冷却できなくなる。また、ガスタービンの排ガスを
使用する廃ガスボイラを蒸気供給源とする場合、ガスタ
ービン起動後、廃ガスボイラが立ち上がるまでの間、や
はり蒸気を供給できないから、タービン翼を冷却できな
いことになる。
ビンにおいて、その翼冷却を、空気冷却から蒸気冷却に
置き換えた場合、外部から蒸気供給ができないとき冷却
不能になる。すなわち、何らかの原因でガスタービンに
その外部から蒸気を供給できなくなった場合、タービン
翼を冷却できなくなる。また、ガスタービンの排ガスを
使用する廃ガスボイラを蒸気供給源とする場合、ガスタ
ービン起動後、廃ガスボイラが立ち上がるまでの間、や
はり蒸気を供給できないから、タービン翼を冷却できな
いことになる。
【0005】そこで本発明は、一時的にも冷却不能を来
すことなくタービン翼を効果的に冷却できるガスタービ
ンのタービン翼冷却装置を提供することを目的とする。
すことなくタービン翼を効果的に冷却できるガスタービ
ンのタービン翼冷却装置を提供することを目的とする。
【0006】
【0007】
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係るガスタービンのタービン翼
冷却装置は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気
に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器から
の燃焼ガスのエネルギにより駆動されるタービンとを備
えたガスタービンにおいて、内部に冷却通路を形成した
タービン静翼の径方向の外端または内端に冷却通路の入
口を、翼表面に冷却通路の出口をそれぞれ設け、前記入
口に対向して、前記圧縮機からの圧縮空気を前記冷却通
路に供給する空気供給口と、前記圧縮空気よりも圧力の
高い蒸気を前記冷却通路に供給する蒸気供給口とを配置
し、蒸気をガスタービンの外部からケーシングを貫通し
てガスタービンの内部へ導入する蒸気導入パイプを設
け、この蒸気導入パイプの先端開口を、前記冷却通路の
入口にギャップを介して対向させ、前記先端開口により
前記蒸気供給口を形成し、前記ギャップにより前記空気
供給口を形成したものである。
に、本発明の請求項1に係るガスタービンのタービン翼
冷却装置は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気
に燃料を供給して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器から
の燃焼ガスのエネルギにより駆動されるタービンとを備
えたガスタービンにおいて、内部に冷却通路を形成した
タービン静翼の径方向の外端または内端に冷却通路の入
口を、翼表面に冷却通路の出口をそれぞれ設け、前記入
口に対向して、前記圧縮機からの圧縮空気を前記冷却通
路に供給する空気供給口と、前記圧縮空気よりも圧力の
高い蒸気を前記冷却通路に供給する蒸気供給口とを配置
し、蒸気をガスタービンの外部からケーシングを貫通し
てガスタービンの内部へ導入する蒸気導入パイプを設
け、この蒸気導入パイプの先端開口を、前記冷却通路の
入口にギャップを介して対向させ、前記先端開口により
前記蒸気供給口を形成し、前記ギャップにより前記空気
供給口を形成したものである。
【0009】この構成によれば、蒸気導入パイプからの
蒸気供給がある場合には、蒸気圧力が空気圧力より大き
いので、前記蒸気導入パイプの先端開口よりタービン静
翼の冷却通路入口に蒸気を導入してタービン静翼を蒸気
膜冷却でき、蒸気供給がない場合は、前記ギャップから
冷却通路入口に空気を導入してタービン静翼を空気膜冷
却できる。
蒸気供給がある場合には、蒸気圧力が空気圧力より大き
いので、前記蒸気導入パイプの先端開口よりタービン静
翼の冷却通路入口に蒸気を導入してタービン静翼を蒸気
膜冷却でき、蒸気供給がない場合は、前記ギャップから
冷却通路入口に空気を導入してタービン静翼を空気膜冷
却できる。
【0010】また、本発明の請求項2に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1の構成において、
前記蒸気供給口および空気供給口を前段側の静翼の径方
向外方に位置させ、これら蒸気供給口および空気供給口
の後方に、後段側の静翼に冷却用の前記圧縮空気を導く
後段静翼用流体通路を設け、前記蒸気供給口の外周に、
この蒸気供給口から前記冷却通路の入口に向けて噴射さ
れた蒸気が前記後段静翼用流体通路へ流入するのを阻止
する遮蔽部材を設けたものである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1の構成において、
前記蒸気供給口および空気供給口を前段側の静翼の径方
向外方に位置させ、これら蒸気供給口および空気供給口
の後方に、後段側の静翼に冷却用の前記圧縮空気を導く
後段静翼用流体通路を設け、前記蒸気供給口の外周に、
この蒸気供給口から前記冷却通路の入口に向けて噴射さ
れた蒸気が前記後段静翼用流体通路へ流入するのを阻止
する遮蔽部材を設けたものである。
【0011】この構成によれば、後段側に比べてより冷
却の必要な前段側の静翼を、蒸気供給がある場合には蒸
気膜冷却により、蒸気供給が無い場合には空気膜冷却に
より冷却でき、後段側の静翼は蒸気供給の有無に関係な
く常に空気膜冷却により冷却できる。しかも、遮蔽部材
によって、前段側の静翼を冷却するための蒸気が後段側
の流体通路へ漏れるのを防止できる。
却の必要な前段側の静翼を、蒸気供給がある場合には蒸
気膜冷却により、蒸気供給が無い場合には空気膜冷却に
より冷却でき、後段側の静翼は蒸気供給の有無に関係な
く常に空気膜冷却により冷却できる。しかも、遮蔽部材
によって、前段側の静翼を冷却するための蒸気が後段側
の流体通路へ漏れるのを防止できる。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】また、本発明の請求項3に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1または2の構成に
おいて、さらに、前記タービンから排出される排ガスを
熱源とする廃ガスボイラを備え、この廃ガスボイラから
前記蒸気を供給するものである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1または2の構成に
おいて、さらに、前記タービンから排出される排ガスを
熱源とする廃ガスボイラを備え、この廃ガスボイラから
前記蒸気を供給するものである。
【0025】この構成によれば、廃ガスボイラからの燃
焼器注入蒸気温度より低い温度の蒸気をタービン翼の冷
却に使用するので、その分、燃焼器注入蒸気量を更に増
加でき、出力及び熱効率を向上させることができる。
焼器注入蒸気温度より低い温度の蒸気をタービン翼の冷
却に使用するので、その分、燃焼器注入蒸気量を更に増
加でき、出力及び熱効率を向上させることができる。
【0026】また、本発明の請求項4に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項3の構成において、
さらに、前記廃ガスボイラからの蒸気に水を噴射して蒸
気を冷却したのち前記冷却通路に供給させる水噴射器を
備えたものである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項3の構成において、
さらに、前記廃ガスボイラからの蒸気に水を噴射して蒸
気を冷却したのち前記冷却通路に供給させる水噴射器を
備えたものである。
【0027】この構成によれば、廃ガスボイラからター
ビン翼冷却用として供給される蒸気を所定温度に容易に
降温できる。
ビン翼冷却用として供給される蒸気を所定温度に容易に
降温できる。
【0028】また、本発明の請求項5に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項3または4の構成に
おいて、さらに、前記廃ガスボイラからの蒸気を前記燃
焼器に注入する蒸気注入通路を備えたものである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項3または4の構成に
おいて、さらに、前記廃ガスボイラからの蒸気を前記燃
焼器に注入する蒸気注入通路を備えたものである。
【0029】この構成によれば、ガスタービンが、元
来、大規模な造水装置または純水装置を備える蒸気注入
ガスタービンであるため、余分な設備コストを要するこ
となく蒸気が得られるので、低コストでタービン翼の蒸
気膜冷却を行える。
来、大規模な造水装置または純水装置を備える蒸気注入
ガスタービンであるため、余分な設備コストを要するこ
となく蒸気が得られるので、低コストでタービン翼の蒸
気膜冷却を行える。
【0030】また、本発明の請求項6に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1ないし5のいずれ
かの構成において、前記冷却通路に供給される蒸気量を
調節する蒸気弁と、少なくとも、タービン入口の燃焼ガ
ス温度またはこれに対応する状態量と、前記冷却通路に
供給される蒸気の温度に基づいて、前記蒸気弁を制御し
て前記蒸気量を所望値に制御する制御手段とを備えたも
のである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項1ないし5のいずれ
かの構成において、前記冷却通路に供給される蒸気量を
調節する蒸気弁と、少なくとも、タービン入口の燃焼ガ
ス温度またはこれに対応する状態量と、前記冷却通路に
供給される蒸気の温度に基づいて、前記蒸気弁を制御し
て前記蒸気量を所望値に制御する制御手段とを備えたも
のである。
【0031】この構成によれば、蒸気弁の開度制御によ
り、タービン翼の冷却通路に供給される蒸気量が所望値
に制御されるので、タービン翼をガスタービンの熱効率
向上に最適な温度に冷却できる。
り、タービン翼の冷却通路に供給される蒸気量が所望値
に制御されるので、タービン翼をガスタービンの熱効率
向上に最適な温度に冷却できる。
【0032】また、本発明の請求項7に係るガスタービ
ンのタービン翼冷却装置は、請求項4の構成において、
前記冷却通路に供給される蒸気量を調節する蒸気弁と、
前記水噴射器に供給される水量を調節する水調節弁と、
少なくとも、タービン入口の燃焼ガス温度またはこれに
対応する状態量と、前記冷却通路に供給される蒸気の温
度に基づいて、前記蒸気弁および水調節弁を制御して前
記蒸気量および水量を所望値に制御する制御手段とを備
えたものである。
ンのタービン翼冷却装置は、請求項4の構成において、
前記冷却通路に供給される蒸気量を調節する蒸気弁と、
前記水噴射器に供給される水量を調節する水調節弁と、
少なくとも、タービン入口の燃焼ガス温度またはこれに
対応する状態量と、前記冷却通路に供給される蒸気の温
度に基づいて、前記蒸気弁および水調節弁を制御して前
記蒸気量および水量を所望値に制御する制御手段とを備
えたものである。
【0033】この構成によれば、蒸気弁および水調節弁
の開度制御により、タービン翼の冷却通路に供給される
蒸気量および蒸気温度が所望値に制御されるので、ター
ビン翼をガスタービンの熱効率向上に最適な温度に冷却
できる。
の開度制御により、タービン翼の冷却通路に供給される
蒸気量および蒸気温度が所望値に制御されるので、ター
ビン翼をガスタービンの熱効率向上に最適な温度に冷却
できる。
【0034】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係
る蒸気注入ガスタービン1を備えたガスタービン設備を
示す概略構成図であり、図2は本発明の第1の実施形態
のタービン翼冷却装置を備えた前記ガスタービン1の要
部を示す縦断面図である。図1において、前記ガスター
ビン1は、圧縮機2で空気aを圧縮して燃焼器3に導く
と共に、燃料bを燃焼器3の燃焼筒3a内に噴射して燃
焼させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギによりター
ビン4を駆動させる構成になっている。このタービン4
はその出力の一部で前記圧縮機2を駆動するとともに、
発電機その他の負荷5を駆動する。
ついて図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係
る蒸気注入ガスタービン1を備えたガスタービン設備を
示す概略構成図であり、図2は本発明の第1の実施形態
のタービン翼冷却装置を備えた前記ガスタービン1の要
部を示す縦断面図である。図1において、前記ガスター
ビン1は、圧縮機2で空気aを圧縮して燃焼器3に導く
と共に、燃料bを燃焼器3の燃焼筒3a内に噴射して燃
焼させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギによりター
ビン4を駆動させる構成になっている。このタービン4
はその出力の一部で前記圧縮機2を駆動するとともに、
発電機その他の負荷5を駆動する。
【0035】図2に示すように、前記ガスタービン1に
は、そのケーシング6を貫通して前記燃焼筒3a内に蒸
気sを注入する蒸気注入通路7が設けられている。これ
により、燃焼筒3aで生成される燃焼ガスに、前記蒸気
注入通路7からの蒸気sが注入・混合され、ガスタービ
ン1の出力および熱効率が向上する。前記燃焼筒3a
は、図2の例では筒形であり、ケーシング6の内方に形
成されたアニュラー形の圧縮空気通路AP内に、周方向
に等間隔に配置されている。このケーシング6は、ター
ビン軸心と同心状に配置された内側ケーシング6Aと外
側ケーシング6Bとを有するアニュラー形である。
は、そのケーシング6を貫通して前記燃焼筒3a内に蒸
気sを注入する蒸気注入通路7が設けられている。これ
により、燃焼筒3aで生成される燃焼ガスに、前記蒸気
注入通路7からの蒸気sが注入・混合され、ガスタービ
ン1の出力および熱効率が向上する。前記燃焼筒3a
は、図2の例では筒形であり、ケーシング6の内方に形
成されたアニュラー形の圧縮空気通路AP内に、周方向
に等間隔に配置されている。このケーシング6は、ター
ビン軸心と同心状に配置された内側ケーシング6Aと外
側ケーシング6Bとを有するアニュラー形である。
【0036】前記タービン4は、ハウジング13の内周
面に複数段のタービン静翼11を設けるとともに、ディ
スク9の外周に多数のタービン動翼12を形成してなる
複数段のタービンロータ8を、それらの各段のタービン
動翼12が前記各段のタービン静翼11の後流側に配列
されるように、前記圧縮機2に直結する外側回転軸10
Aに結合され、負荷5(図1)に直結される内側回転軸
10Bの外周にラビリンスシール45を介して対向して
配置される。前記タービン静翼11のうち、第1段およ
び第2段の静翼11には、膜冷却構造として、図3に断
面図で示すように内部に冷却通路11aが形成され、そ
の翼表面に前記冷却通路11aの出口11cが設けられ
る。また、図2に示すように、第1段のタービン静翼1
1では、その径方向の外端および内端に、第2段のター
ビン静翼11では、その径方向の外端にそれぞれ前記冷
却通路11aの入口11bが設けられる。
面に複数段のタービン静翼11を設けるとともに、ディ
スク9の外周に多数のタービン動翼12を形成してなる
複数段のタービンロータ8を、それらの各段のタービン
動翼12が前記各段のタービン静翼11の後流側に配列
されるように、前記圧縮機2に直結する外側回転軸10
Aに結合され、負荷5(図1)に直結される内側回転軸
10Bの外周にラビリンスシール45を介して対向して
配置される。前記タービン静翼11のうち、第1段およ
び第2段の静翼11には、膜冷却構造として、図3に断
面図で示すように内部に冷却通路11aが形成され、そ
の翼表面に前記冷却通路11aの出口11cが設けられ
る。また、図2に示すように、第1段のタービン静翼1
1では、その径方向の外端および内端に、第2段のター
ビン静翼11では、その径方向の外端にそれぞれ前記冷
却通路11aの入口11bが設けられる。
【0037】また、前記タービン動翼12のうち、第1
段および第2段の動翼12にも、膜冷却構造として、図
4に断面図で示すように内部に冷却通路12aが形成さ
れ、その翼表面に前記冷却通路12aの出口12cが設
けられ、径方向の内端には、図2に示すように前記冷却
通路12aの入口12bが設けられる。このように、タ
ービン静翼11およびタービン動翼12の冷却通路11
a,12aは、冷却媒体がタービン作動流体内へ放出さ
れる開回路構成としてあるので、対流冷却方式の冷却通
路による閉回路構成の場合よりも構造が簡単になる。
段および第2段の動翼12にも、膜冷却構造として、図
4に断面図で示すように内部に冷却通路12aが形成さ
れ、その翼表面に前記冷却通路12aの出口12cが設
けられ、径方向の内端には、図2に示すように前記冷却
通路12aの入口12bが設けられる。このように、タ
ービン静翼11およびタービン動翼12の冷却通路11
a,12aは、冷却媒体がタービン作動流体内へ放出さ
れる開回路構成としてあるので、対流冷却方式の冷却通
路による閉回路構成の場合よりも構造が簡単になる。
【0038】第1段のタービン静翼11の径方向外方に
は、第1の区画壁14と第2の区画壁15とが、タービ
ン4の軸方向に離間して設けられて、これら区画壁1
4,15の間に貯溜室16が形成されている。前記第1
の区画壁14には、前記圧縮機2からの圧縮空気aを前
記貯溜室16内に導入する導入口17が形成されてい
る。また、翼冷却用蒸気sを外部からガスタービン1の
ケーシング6を貫通してガスタービン1の内部へ導入す
る蒸気導入パイプ18が設けられている。この蒸気導入
パイプ18は、二股状に分岐されており、その一方の蒸
気導入パイプ18Aが第1段のタービン静翼11への蒸
気導入通路を形成しており、このパイプ18Aの先端
は、前記貯溜室16内に臨ませてある。
は、第1の区画壁14と第2の区画壁15とが、タービ
ン4の軸方向に離間して設けられて、これら区画壁1
4,15の間に貯溜室16が形成されている。前記第1
の区画壁14には、前記圧縮機2からの圧縮空気aを前
記貯溜室16内に導入する導入口17が形成されてい
る。また、翼冷却用蒸気sを外部からガスタービン1の
ケーシング6を貫通してガスタービン1の内部へ導入す
る蒸気導入パイプ18が設けられている。この蒸気導入
パイプ18は、二股状に分岐されており、その一方の蒸
気導入パイプ18Aが第1段のタービン静翼11への蒸
気導入通路を形成しており、このパイプ18Aの先端
は、前記貯溜室16内に臨ませてある。
【0039】前記蒸気導入パイプ18Aの先端開口51
は、第1段のタービン静翼11の冷却通路11aの入口
11bにギャップG1を介して対向しており、この先端
開口51が冷却用蒸気sを前記冷却通路11aに供給す
る蒸気供給口として働く。また、前記ギャップG1は、
前記圧縮機2からの圧縮空気aを前記第1段のタービン
静翼11の冷却通路11aに供給する空気供給口として
働く。すなわち、前記蒸気導入パイプ18Aから冷却用
蒸気sが供給される場合、冷却用蒸気sの圧力のほうが
圧縮空気aより高いので、冷却用蒸気sが前記冷却通路
11aの入口11bに導入され、また冷却用蒸気sの供
給がない場合、圧縮空気aが前記冷却通路11aの入口
11bに導入される。
は、第1段のタービン静翼11の冷却通路11aの入口
11bにギャップG1を介して対向しており、この先端
開口51が冷却用蒸気sを前記冷却通路11aに供給す
る蒸気供給口として働く。また、前記ギャップG1は、
前記圧縮機2からの圧縮空気aを前記第1段のタービン
静翼11の冷却通路11aに供給する空気供給口として
働く。すなわち、前記蒸気導入パイプ18Aから冷却用
蒸気sが供給される場合、冷却用蒸気sの圧力のほうが
圧縮空気aより高いので、冷却用蒸気sが前記冷却通路
11aの入口11bに導入され、また冷却用蒸気sの供
給がない場合、圧縮空気aが前記冷却通路11aの入口
11bに導入される。
【0040】前記蒸気導入パイプ18から分岐する他方
の蒸気導入パイプ18Bは、第1段のタービン静翼11
の冷却通路11aへ蒸気を導く蒸気導入通路を形成する
もので、燃焼筒3aの外部を迂回した状態でアニュラー
形の空気通路AP内に径方向内方へ向かって進入し、そ
の先端開口52が、第1段のタービン静翼11の冷却通
路11aの内端側の入口11bにギャップG2を介して
対向するように配置されている。この場合も、前記蒸気
導入パイプ18Bの先端開口52が冷却用蒸気sを前記
冷却通路11aに供給する蒸気供給口として働き、ギャ
ップG2が圧縮空気aを前記冷却通路11aに供給する
空気供給口として働く。
の蒸気導入パイプ18Bは、第1段のタービン静翼11
の冷却通路11aへ蒸気を導く蒸気導入通路を形成する
もので、燃焼筒3aの外部を迂回した状態でアニュラー
形の空気通路AP内に径方向内方へ向かって進入し、そ
の先端開口52が、第1段のタービン静翼11の冷却通
路11aの内端側の入口11bにギャップG2を介して
対向するように配置されている。この場合も、前記蒸気
導入パイプ18Bの先端開口52が冷却用蒸気sを前記
冷却通路11aに供給する蒸気供給口として働き、ギャ
ップG2が圧縮空気aを前記冷却通路11aに供給する
空気供給口として働く。
【0041】前記第2の区画壁15には、前記貯溜室1
6内の圧縮空気aを導出する導出口19aが形成され、
第2の区画壁15の後方には、前記導出口19aから導
出された圧縮空気aを第2段のタービン静翼11の入口
11bに導入する流体導入室19bが設けられ、これら
導出口19aと流体導入室19bとにより、圧縮空気a
を第2段のタービン静翼11に向けて導く後段静翼用流
体通路19が形成されている。また、蒸気供給口である
前記蒸気導入パイプ18Aの先端開口51の外周には、
その先端開口51から前記冷却通路11aの入口11b
に向けて噴射された蒸気sが前記導出口19aへ流入す
るのを阻止する遮蔽部材20が設けられている。
6内の圧縮空気aを導出する導出口19aが形成され、
第2の区画壁15の後方には、前記導出口19aから導
出された圧縮空気aを第2段のタービン静翼11の入口
11bに導入する流体導入室19bが設けられ、これら
導出口19aと流体導入室19bとにより、圧縮空気a
を第2段のタービン静翼11に向けて導く後段静翼用流
体通路19が形成されている。また、蒸気供給口である
前記蒸気導入パイプ18Aの先端開口51の外周には、
その先端開口51から前記冷却通路11aの入口11b
に向けて噴射された蒸気sが前記導出口19aへ流入す
るのを阻止する遮蔽部材20が設けられている。
【0042】この遮蔽部材20により、蒸気導入パイプ
18Aから蒸気sの供給がある場合に、その蒸気sが第
2段のタービン静翼11に比べてより冷却の必要な第1
段の静翼11の冷却通路11aに確実に導入され、後段
静翼用流体通路19に漏れるのが防止される。冷却用の
圧縮空気aは、前記導入口17、貯溜室16、および後
段静翼用流体通路19を経て、第2段の静翼11の冷却
通路11aに導入される。また、蒸気sの供給がない場
合には、冷却用の圧縮空気aがギャップG1から第1段
のタービン静翼11の冷却通路11aにも導入される。
なお、第2のタービン静翼11の径方向外方には、第2
の貯溜室42を形成する隔壁41が設けられ、前記後段
静翼用流体通路19を通過した空気aは、前記隔壁41
に設けられた空気供給口43から第2の貯溜室42を経
て第2段の静翼11の冷却通路11aに導入される。
18Aから蒸気sの供給がある場合に、その蒸気sが第
2段のタービン静翼11に比べてより冷却の必要な第1
段の静翼11の冷却通路11aに確実に導入され、後段
静翼用流体通路19に漏れるのが防止される。冷却用の
圧縮空気aは、前記導入口17、貯溜室16、および後
段静翼用流体通路19を経て、第2段の静翼11の冷却
通路11aに導入される。また、蒸気sの供給がない場
合には、冷却用の圧縮空気aがギャップG1から第1段
のタービン静翼11の冷却通路11aにも導入される。
なお、第2のタービン静翼11の径方向外方には、第2
の貯溜室42を形成する隔壁41が設けられ、前記後段
静翼用流体通路19を通過した空気aは、前記隔壁41
に設けられた空気供給口43から第2の貯溜室42を経
て第2段の静翼11の冷却通路11aに導入される。
【0043】前記第1段および第2段のタービンロータ
8のディスク9には、前記圧縮機2からの圧縮空気aを
冷却用としてタービン動翼12の内端の冷却通路入口1
2bに供給する冷却流体供給路21が設けられている。
この冷却流体供給路21はディスク9と動翼12の根元
部12dとにまたがって設けられている。この冷却流体
供給路21により、内側ケーシング6Aに形成された空
気流通口44、外側回転軸10Aに形成された冷却流体
流通口22A、および内側回転軸10Bに形成された冷
却流体流通口22B〜22Dから導入される圧縮空気a
が、タービン動翼12の冷却通路12aに導入される。
8のディスク9には、前記圧縮機2からの圧縮空気aを
冷却用としてタービン動翼12の内端の冷却通路入口1
2bに供給する冷却流体供給路21が設けられている。
この冷却流体供給路21はディスク9と動翼12の根元
部12dとにまたがって設けられている。この冷却流体
供給路21により、内側ケーシング6Aに形成された空
気流通口44、外側回転軸10Aに形成された冷却流体
流通口22A、および内側回転軸10Bに形成された冷
却流体流通口22B〜22Dから導入される圧縮空気a
が、タービン動翼12の冷却通路12aに導入される。
【0044】前記ガスタービン設備においては、図1の
タービン4から排出される排ガスを熱源とする廃ガスボ
イラ23が設けられ、この廃ガスボイラ23から前記蒸
気注入通路7および蒸気導入パイプ18へ蒸気sが供給
される。これら蒸気注入通路7および蒸気導入パイプ1
8への蒸気供給量は、それぞれ蒸気弁24,25によっ
て調節される。また、前記蒸気導入パイプ18には水噴
射器26が接続されており、前記廃ガスボイラ23から
蒸気導入パイプ18へ供給される過熱蒸気sが、前記水
噴射器26から高圧に加圧されて微粒子状に噴射される
水wと均一に混合されて降温され、その降温後の蒸気s
が翼冷却に使用される。前記水噴射器26で噴射される
水量は、水調節弁27によって調節される。前記水噴射
器26への水wの供給は水ポンプ28によって行われ
る。この水ポンプ28は、廃ガスボイラ23への水wの
供給に使用されているものを共用する。
タービン4から排出される排ガスを熱源とする廃ガスボ
イラ23が設けられ、この廃ガスボイラ23から前記蒸
気注入通路7および蒸気導入パイプ18へ蒸気sが供給
される。これら蒸気注入通路7および蒸気導入パイプ1
8への蒸気供給量は、それぞれ蒸気弁24,25によっ
て調節される。また、前記蒸気導入パイプ18には水噴
射器26が接続されており、前記廃ガスボイラ23から
蒸気導入パイプ18へ供給される過熱蒸気sが、前記水
噴射器26から高圧に加圧されて微粒子状に噴射される
水wと均一に混合されて降温され、その降温後の蒸気s
が翼冷却に使用される。前記水噴射器26で噴射される
水量は、水調節弁27によって調節される。前記水噴射
器26への水wの供給は水ポンプ28によって行われ
る。この水ポンプ28は、廃ガスボイラ23への水wの
供給に使用されているものを共用する。
【0045】前記廃ガスボイラ23は、エコノマイザ2
9、ボイラ30および過熱器31を備え、水ポンプ28
により供給される水wがエコノマイザ29、ボイラ3
0、過熱器31を通過する間にタービン4からの排ガス
との間で熱交換されて、図5に示すように、水から、飽
和蒸気、過熱蒸気へと変化する。図5において、横軸は
廃ガスボイラ23における排ガスの出入方向を示し、そ
の右側が排ガス出口側となっている。
9、ボイラ30および過熱器31を備え、水ポンプ28
により供給される水wがエコノマイザ29、ボイラ3
0、過熱器31を通過する間にタービン4からの排ガス
との間で熱交換されて、図5に示すように、水から、飽
和蒸気、過熱蒸気へと変化する。図5において、横軸は
廃ガスボイラ23における排ガスの出入方向を示し、そ
の右側が排ガス出口側となっている。
【0046】前記ガスタービン設備では、図1の圧縮機
2に吸入される空気aの温度T1を検出する空気温度検
出器32と、前記タービン静翼11の冷却通路11aに
供給される蒸気sの温度Tsを検出する蒸気温度検出器
33と、前記タービン4から排出される排ガスの温度E
GTを検出する排ガス温度検出器34と、発電機その他
からなる前記負荷5の出力Wを検出する出力検出器35
とが設けられている。また、これらの検出値に基づき、
前記蒸気弁25および水調節弁27の開度を調節して、
前記タービン静翼11の冷却通路11aに供給する蒸気
量を所定値に制御する制御手段36が設けられている。
2に吸入される空気aの温度T1を検出する空気温度検
出器32と、前記タービン静翼11の冷却通路11aに
供給される蒸気sの温度Tsを検出する蒸気温度検出器
33と、前記タービン4から排出される排ガスの温度E
GTを検出する排ガス温度検出器34と、発電機その他
からなる前記負荷5の出力Wを検出する出力検出器35
とが設けられている。また、これらの検出値に基づき、
前記蒸気弁25および水調節弁27の開度を調節して、
前記タービン静翼11の冷却通路11aに供給する蒸気
量を所定値に制御する制御手段36が設けられている。
【0047】なお、前記蒸気弁25および水調節弁27
は、蒸気と燃焼ガスの圧力差、つまり弁の前後の圧力差
に関係なく、前記制御手段36からの信号で指令された
流量に正確に調節する流量制御弁からなる。したがっ
て、蒸気sの状態量については、その圧力を検出するこ
となく、蒸気温度Tsを検出するだけで前記制御を行う
ことができる。
は、蒸気と燃焼ガスの圧力差、つまり弁の前後の圧力差
に関係なく、前記制御手段36からの信号で指令された
流量に正確に調節する流量制御弁からなる。したがっ
て、蒸気sの状態量については、その圧力を検出するこ
となく、蒸気温度Tsを検出するだけで前記制御を行う
ことができる。
【0048】前記ガスタービン1において、タービン翼
の温度は、タービン4の入口のタービン入口ガス温度T
ITに大きく依存する。そこで、上記制御において、冷
却用蒸気sの供給量は、タービン入口ガス温度TITに
応じて調節すればよいが、前記ガス温度TITは高温な
ので直接検出することは難しい。ところで、前記ガス温
度TITは、定格出力時には、圧縮機2への吸入空気温
度T1と燃料流量Qfで決まる。しかし、燃料流量Qf
を検出する代わりに、燃料流量Qfに関連して変化する
排ガス温度EGTまたは負荷出力Wを検出するか、排ガ
ス温度EGTおよび負荷出力Wの両方を検出して、燃料
流量Qfの検出に置き換えてよい。また、前述の通り、
冷媒である冷却用蒸気は、その状態量として蒸気温度T
sのみを検出すればよい。
の温度は、タービン4の入口のタービン入口ガス温度T
ITに大きく依存する。そこで、上記制御において、冷
却用蒸気sの供給量は、タービン入口ガス温度TITに
応じて調節すればよいが、前記ガス温度TITは高温な
ので直接検出することは難しい。ところで、前記ガス温
度TITは、定格出力時には、圧縮機2への吸入空気温
度T1と燃料流量Qfで決まる。しかし、燃料流量Qf
を検出する代わりに、燃料流量Qfに関連して変化する
排ガス温度EGTまたは負荷出力Wを検出するか、排ガ
ス温度EGTおよび負荷出力Wの両方を検出して、燃料
流量Qfの検出に置き換えてよい。また、前述の通り、
冷媒である冷却用蒸気は、その状態量として蒸気温度T
sのみを検出すればよい。
【0049】したがって、排ガス温度EGT,負荷出力
Wおよび燃料流量Qfのうちの少なくとも1つと、吸入
空気温度T1、つまり前記タービン入口の燃焼ガス温度
TITに対応する状態量と、蒸気温度Tsとを検出する
ことにより、前記蒸気弁25や水調節弁27の開度を制
御して、冷却用蒸気sの供給量および蒸気温度を制御で
きる。そこで、ここでは上記したように、排ガス温度E
GT,負荷出力W,吸入空気温度T1および蒸気温度T
sを検出して、前記制御を行っている。なお、この実施
形態では、廃ガスボイラ23において、過熱器31で最
終的に得られる過熱蒸気(温度Twa)が使用される。
Wおよび燃料流量Qfのうちの少なくとも1つと、吸入
空気温度T1、つまり前記タービン入口の燃焼ガス温度
TITに対応する状態量と、蒸気温度Tsとを検出する
ことにより、前記蒸気弁25や水調節弁27の開度を制
御して、冷却用蒸気sの供給量および蒸気温度を制御で
きる。そこで、ここでは上記したように、排ガス温度E
GT,負荷出力W,吸入空気温度T1および蒸気温度T
sを検出して、前記制御を行っている。なお、この実施
形態では、廃ガスボイラ23において、過熱器31で最
終的に得られる過熱蒸気(温度Twa)が使用される。
【0050】このガスタービン1においては、ガスター
ビン1が起動してから、廃ガスボイラ23が立ち上がる
までの運転期間中、すなわち冷却用蒸気sの供給がない
間は、前記蒸気弁25および水調節弁27の開度が全閉
とされ、第1,第2段のタービン静翼11およびタービ
ン動翼12とも、圧縮機2からの圧縮空気aの一部を冷
却媒体として、空気膜冷却による冷却が行われる。ま
た、廃ガスボイラ23が立ち上がると、前記蒸気弁25
および水調節弁27の開度が徐々に拡げられ、廃ガスボ
イラ23から供給される過熱蒸気(図5の温度Twa)
を水wで冷却した蒸気sにより、冷却の必要度の高い第
1段のタービン静翼11が蒸気膜冷却により効果的に冷
却され、これに比べて冷却度合いのやや低い第2段のタ
ービン静翼11や第1,第2段のタービン動翼12は、
圧縮空気による空気膜冷却で冷却される。
ビン1が起動してから、廃ガスボイラ23が立ち上がる
までの運転期間中、すなわち冷却用蒸気sの供給がない
間は、前記蒸気弁25および水調節弁27の開度が全閉
とされ、第1,第2段のタービン静翼11およびタービ
ン動翼12とも、圧縮機2からの圧縮空気aの一部を冷
却媒体として、空気膜冷却による冷却が行われる。ま
た、廃ガスボイラ23が立ち上がると、前記蒸気弁25
および水調節弁27の開度が徐々に拡げられ、廃ガスボ
イラ23から供給される過熱蒸気(図5の温度Twa)
を水wで冷却した蒸気sにより、冷却の必要度の高い第
1段のタービン静翼11が蒸気膜冷却により効果的に冷
却され、これに比べて冷却度合いのやや低い第2段のタ
ービン静翼11や第1,第2段のタービン動翼12は、
圧縮空気による空気膜冷却で冷却される。
【0051】このように、冷却用蒸気sの供給がないと
き、第1段のタービン静翼11の冷却通路11a内は空
気が充満されるので、燃焼ガスが冷却通路11a内に侵
入し、未燃焼のカーボンが付着して静翼11の熱伝達率
を低下させたり、冷却通路11aが閉塞されてしまうの
を防止できる。また、タービン静翼11に導入される冷
却用蒸気sは、蒸気注入通路7から導入される注入蒸気
と同じ作用もするので、ガスタービン1の出力および熱
効率をさらに向上させることができる。また、蒸気sに
より翼冷却が行われる分だけ、圧縮機2からの圧縮空気
aが冷却用として使用される量が少なくなるので、この
点からもガスタービン1の熱効率を向上させることがで
きる。
き、第1段のタービン静翼11の冷却通路11a内は空
気が充満されるので、燃焼ガスが冷却通路11a内に侵
入し、未燃焼のカーボンが付着して静翼11の熱伝達率
を低下させたり、冷却通路11aが閉塞されてしまうの
を防止できる。また、タービン静翼11に導入される冷
却用蒸気sは、蒸気注入通路7から導入される注入蒸気
と同じ作用もするので、ガスタービン1の出力および熱
効率をさらに向上させることができる。また、蒸気sに
より翼冷却が行われる分だけ、圧縮機2からの圧縮空気
aが冷却用として使用される量が少なくなるので、この
点からもガスタービン1の熱効率を向上させることがで
きる。
【0052】図6は本発明の参考例に係るタービン翼冷
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この実施形態では、第1段のタービン静
翼11の径方向の内端側から冷却通路11aに冷却用蒸
気を供給する蒸気導入パイプ18Bの出口部に、分岐パ
イプ18aが形成され、この分岐パイプ18aから導出
する蒸気を第1段のタービン動翼12の冷却に使用する
ようにしてある。
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この実施形態では、第1段のタービン静
翼11の径方向の内端側から冷却通路11aに冷却用蒸
気を供給する蒸気導入パイプ18Bの出口部に、分岐パ
イプ18aが形成され、この分岐パイプ18aから導出
する蒸気を第1段のタービン動翼12の冷却に使用する
ようにしてある。
【0053】すなわち、前記分岐パイプ18aに接続す
る環状のノズル37Aが第1段静翼11の支持体に取り
付けられ、第1段のタービンロータ8のディスク9に、
タービン動翼12の冷却通路12aの入口12bに冷却
流体供給路21を介して連通する蒸気溜め38が形成さ
れ、この蒸気溜め38に前記ノズル37Aが接続されて
いる。このノズル37Aは、その先端に、周方向に並ん
で配置された複数の丸孔を有しており、この丸孔が前記
冷却通路12aの入口12bに蒸気を供給する蒸気供給
口37として働く。前記蒸気導入パイプ18B、分岐パ
イプ18aおよびノズル37Aにより、冷却流体供給路
21を介して入口12bに蒸気を導入する蒸気導入通路
が形成されている。また、前記蒸気溜め38には、前記
圧縮機2からの圧縮空気を前記冷却通路12aの入口1
2bに供給するため空気供給口39が形成されている。
る環状のノズル37Aが第1段静翼11の支持体に取り
付けられ、第1段のタービンロータ8のディスク9に、
タービン動翼12の冷却通路12aの入口12bに冷却
流体供給路21を介して連通する蒸気溜め38が形成さ
れ、この蒸気溜め38に前記ノズル37Aが接続されて
いる。このノズル37Aは、その先端に、周方向に並ん
で配置された複数の丸孔を有しており、この丸孔が前記
冷却通路12aの入口12bに蒸気を供給する蒸気供給
口37として働く。前記蒸気導入パイプ18B、分岐パ
イプ18aおよびノズル37Aにより、冷却流体供給路
21を介して入口12bに蒸気を導入する蒸気導入通路
が形成されている。また、前記蒸気溜め38には、前記
圧縮機2からの圧縮空気を前記冷却通路12aの入口1
2bに供給するため空気供給口39が形成されている。
【0054】前記ノズル37Aと、前記蒸気溜め38を
形成する環状のフランジ9aとの間にはラビリンスシー
ル40が形成されている。これにより、第1段のタービ
ンロータ8の回転を阻害せず、かつノズル37と蒸気溜
め38の接続部をシールして、蒸気sの漏れを防止でき
る。ここで、過熱状態の蒸気sは空気aよりも密度が小
さいので、蒸気溜め38をなくして蒸気供給口をディス
ク9の冷却流体供給路21にギャップを介して対向させ
ただけでは、ディスク9の回転による遠心力を受けて、
蒸気sが径方向内方へ逃げてしまい、冷却流体供給路2
1内に供給するのが困難になるが、この実施形態では、
蒸気溜め38を設けているので、蒸気sが逃げることな
く冷却流体供給路21内に円滑に供給される。
形成する環状のフランジ9aとの間にはラビリンスシー
ル40が形成されている。これにより、第1段のタービ
ンロータ8の回転を阻害せず、かつノズル37と蒸気溜
め38の接続部をシールして、蒸気sの漏れを防止でき
る。ここで、過熱状態の蒸気sは空気aよりも密度が小
さいので、蒸気溜め38をなくして蒸気供給口をディス
ク9の冷却流体供給路21にギャップを介して対向させ
ただけでは、ディスク9の回転による遠心力を受けて、
蒸気sが径方向内方へ逃げてしまい、冷却流体供給路2
1内に供給するのが困難になるが、この実施形態では、
蒸気溜め38を設けているので、蒸気sが逃げることな
く冷却流体供給路21内に円滑に供給される。
【0055】また、この参考例では、第1の実施形態に
おいて蒸気導入パイプ18Aの先端開口51の外周に設
けていた遮蔽部材20を省略している。このため、蒸気
の供給がある場合、蒸気導入パイプ18Aの先端開口5
1から貯溜室16内に噴射される蒸気sは、第1段のタ
ービン静翼11の入口11bに導入されるだけでなく、
後段静翼用流体通路19を経て第2段のタービン静翼1
1の入口11bにも導入され、第1段および第2段のタ
ービン静翼11の両方が蒸気膜冷却されることになる。
その他の構成は先の実施形態と同様である。
おいて蒸気導入パイプ18Aの先端開口51の外周に設
けていた遮蔽部材20を省略している。このため、蒸気
の供給がある場合、蒸気導入パイプ18Aの先端開口5
1から貯溜室16内に噴射される蒸気sは、第1段のタ
ービン静翼11の入口11bに導入されるだけでなく、
後段静翼用流体通路19を経て第2段のタービン静翼1
1の入口11bにも導入され、第1段および第2段のタ
ービン静翼11の両方が蒸気膜冷却されることになる。
その他の構成は先の実施形態と同様である。
【0056】このガスタービン1では、廃ガスボイラ2
3から蒸気sの供給がある場合に、第1段のタービン静
翼11だけでなく、第2段のタービン静翼11およびタ
ービン動翼12に比べて冷却の度合いの高い第1段のタ
ービン動翼12も蒸気膜冷却により効果的に冷却され
る。蒸気sの供給がない期間は、第1の実施形態の場合
と同様、第1,第2段のタービン静翼11およびタービ
ン動翼12は空気膜冷却により冷却される。
3から蒸気sの供給がある場合に、第1段のタービン静
翼11だけでなく、第2段のタービン静翼11およびタ
ービン動翼12に比べて冷却の度合いの高い第1段のタ
ービン動翼12も蒸気膜冷却により効果的に冷却され
る。蒸気sの供給がない期間は、第1の実施形態の場合
と同様、第1,第2段のタービン静翼11およびタービ
ン動翼12は空気膜冷却により冷却される。
【0057】図7は第2の実施形態に係るタービン翼冷
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この実施形態では、第1の実施形態にお
いて、廃ガスボイラ23からの蒸気として、過熱器31
で過熱される途中の過熱蒸気(図5の温度Twc)を抽
出し、タービン翼冷却用として使用している。なお、第
1段のタービン静翼11の径方向の外端に冷却用蒸気s
を供給する構造は、参考例の場合と同様である。
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この実施形態では、第1の実施形態にお
いて、廃ガスボイラ23からの蒸気として、過熱器31
で過熱される途中の過熱蒸気(図5の温度Twc)を抽
出し、タービン翼冷却用として使用している。なお、第
1段のタービン静翼11の径方向の外端に冷却用蒸気s
を供給する構造は、参考例の場合と同様である。
【0058】この場合の冷却蒸気sは、前記第1の実施
形態および参考例の場合に比べて、蒸気温度が低いの
で、第1の実施形態の場合のような水噴射器26で蒸気
を冷却しない。このように過熱途中の過熱蒸気を抽出し
て使用するため、廃ガスボイラ23での過熱蒸気は抽出
箇所から図5に破線Fで示すように温度上昇する。ま
た、排ガスとの間で熱交換される過熱蒸気が少なくなる
ので、その分だけ排ガスの放熱量が少なくなる結果、排
ガスの温度降下の勾配が、図5に破線で示すように緩や
かになる。このため、この変化分に相当する燃焼器注入
蒸気量を更に増加することができて、出力及び熱効率が
それに対応して向上する。
形態および参考例の場合に比べて、蒸気温度が低いの
で、第1の実施形態の場合のような水噴射器26で蒸気
を冷却しない。このように過熱途中の過熱蒸気を抽出し
て使用するため、廃ガスボイラ23での過熱蒸気は抽出
箇所から図5に破線Fで示すように温度上昇する。ま
た、排ガスとの間で熱交換される過熱蒸気が少なくなる
ので、その分だけ排ガスの放熱量が少なくなる結果、排
ガスの温度降下の勾配が、図5に破線で示すように緩や
かになる。このため、この変化分に相当する燃焼器注入
蒸気量を更に増加することができて、出力及び熱効率が
それに対応して向上する。
【0059】なお、この第2の実施形態の場合、翼冷却
用の蒸気量は、この蒸気量と圧縮機2への吸込空気量と
の比が、従来のガスタービンにおける冷却用空気量と吸
込空気量との比により得られる冷却効果と同等となるよ
うに決められる。また、第1の実施形態および参考例の
ように過熱蒸気(温度Twa)に水を噴射して冷却した
蒸気を冷却用として使用する場合、蒸気と水の割合は、
第1の実施形態の場合の蒸気(温度Twc)のエンタル
ピと同一のエンタルピになるように決められる。
用の蒸気量は、この蒸気量と圧縮機2への吸込空気量と
の比が、従来のガスタービンにおける冷却用空気量と吸
込空気量との比により得られる冷却効果と同等となるよ
うに決められる。また、第1の実施形態および参考例の
ように過熱蒸気(温度Twa)に水を噴射して冷却した
蒸気を冷却用として使用する場合、蒸気と水の割合は、
第1の実施形態の場合の蒸気(温度Twc)のエンタル
ピと同一のエンタルピになるように決められる。
【0060】図8は本発明の参考例に係るタービン翼冷
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この参考例では、第1の実施形態におい
て、第1段のタービン静翼11の径方向の内端側から冷
却通路11aに冷却用蒸気を供給する蒸気導入パイプ1
8Bの出口部に、分岐パイプ18bが形成され、この分
岐パイプ18bから導出する蒸気を第1段および第2段
のタービン動翼12に設けた冷却通路12aに導入し
て、この動翼12を冷却するようにしてある。
却装置を備えた蒸気注入ガスタービン1の要部を示す縦
断面図である。この参考例では、第1の実施形態におい
て、第1段のタービン静翼11の径方向の内端側から冷
却通路11aに冷却用蒸気を供給する蒸気導入パイプ1
8Bの出口部に、分岐パイプ18bが形成され、この分
岐パイプ18bから導出する蒸気を第1段および第2段
のタービン動翼12に設けた冷却通路12aに導入し
て、この動翼12を冷却するようにしてある。
【0061】すなわち、燃焼器3の内側ケーシング6A
と、第1段の動翼12を有するタービンロータ8のディ
スク9と、その回転軸10Aとで囲まれて形成された内
側貯留室41内に、前記分岐パイプ18bの先端開口5
3が臨むように、分岐パイプ18bが前記内側ケーシン
グ6Aを貫通して配置される。前記蒸気導入パイプ18
Bと分岐パイプ18bが、内側貯留室41および冷却流
体供給路21を介して冷却通路12aに蒸気を導く蒸気
導入通路を形成している。ここで、前記内側貯留室41
に開口する内側ケーシング6Aの空気流通口44から内
側貯留室41内に導入される圧縮機2からの圧縮空気a
の圧力よりも、内側貯留室41内の蒸気圧が高くなるよ
うに、前記分岐パイプ18bから供給される冷却用蒸気
の圧力が設定される。その他の構成は第1の実施形態の
場合と同様である。
と、第1段の動翼12を有するタービンロータ8のディ
スク9と、その回転軸10Aとで囲まれて形成された内
側貯留室41内に、前記分岐パイプ18bの先端開口5
3が臨むように、分岐パイプ18bが前記内側ケーシン
グ6Aを貫通して配置される。前記蒸気導入パイプ18
Bと分岐パイプ18bが、内側貯留室41および冷却流
体供給路21を介して冷却通路12aに蒸気を導く蒸気
導入通路を形成している。ここで、前記内側貯留室41
に開口する内側ケーシング6Aの空気流通口44から内
側貯留室41内に導入される圧縮機2からの圧縮空気a
の圧力よりも、内側貯留室41内の蒸気圧が高くなるよ
うに、前記分岐パイプ18bから供給される冷却用蒸気
の圧力が設定される。その他の構成は第1の実施形態の
場合と同様である。
【0062】また、タービンロータ8に連結された外側
回転軸10Aには前記内側貯留室41に開口する空気流
通路22Aが、負荷5(図1)に連結された内側回転軸
10Bには前記空気流通路22Aに連通する流体流通路
22B,22C,22Dが、それぞれ設けられており、
これら通路22A〜22Dが、後段動翼用流体通路22
を形成している。
回転軸10Aには前記内側貯留室41に開口する空気流
通路22Aが、負荷5(図1)に連結された内側回転軸
10Bには前記空気流通路22Aに連通する流体流通路
22B,22C,22Dが、それぞれ設けられており、
これら通路22A〜22Dが、後段動翼用流体通路22
を形成している。
【0063】このガスタービン1では、やはり、ガスタ
ービン1が起動してから、廃ガスボイラ23(図1)が
立ち上がるまでの運転期間中、すなわち冷却用蒸気sの
供給がない間は、前記蒸気弁25および水調節弁27の
開度が全閉とされ、圧縮機2からの圧縮空気aの一部が
内側ケーシング6Aに設けた空気流通路44を通って内
側貯留室41に導入され、この導入された圧縮空気aを
冷却媒体として、第1,第2段のタービン静翼11およ
びタービン動翼12とも、空気膜冷却による冷却が行わ
れる。
ービン1が起動してから、廃ガスボイラ23(図1)が
立ち上がるまでの運転期間中、すなわち冷却用蒸気sの
供給がない間は、前記蒸気弁25および水調節弁27の
開度が全閉とされ、圧縮機2からの圧縮空気aの一部が
内側ケーシング6Aに設けた空気流通路44を通って内
側貯留室41に導入され、この導入された圧縮空気aを
冷却媒体として、第1,第2段のタービン静翼11およ
びタービン動翼12とも、空気膜冷却による冷却が行わ
れる。
【0064】廃ガスボイラ23から蒸気sの供給がある
場合に、第1段および第2段のタービン静翼11だけで
なく、第1段および第2段のタービン動翼12も蒸気膜
冷却により効果的に冷却される。すなわち、蒸気供給口
である前記分岐パイプ18bの先端開口53から内側貯
留室41内に供給された冷却用蒸気の一部は、第1段の
タービンロータ8の冷却流体供給路21から、そのター
ビン動翼12の内端の冷却通路入口12bに供給され、
他の冷却用蒸気は、外側回転軸10Aに設けた冷却流体
通路22Aから、内側回転軸10Bに設けた冷却流体流
通路22B,22C,22D、および第2段のタービン
ロータ8の冷却流体供給路21を経て、そのタービン動
翼12の内端の冷却通路入口12bに供給される。この
ように、蒸気供給時には、内側貯留室41および冷却流
体通路22A〜22Dが冷却用蒸気の供給路となり、第
1段および第2段のタービン動翼12が空気膜冷却から
蒸気膜冷却に切り替えられる。
場合に、第1段および第2段のタービン静翼11だけで
なく、第1段および第2段のタービン動翼12も蒸気膜
冷却により効果的に冷却される。すなわち、蒸気供給口
である前記分岐パイプ18bの先端開口53から内側貯
留室41内に供給された冷却用蒸気の一部は、第1段の
タービンロータ8の冷却流体供給路21から、そのター
ビン動翼12の内端の冷却通路入口12bに供給され、
他の冷却用蒸気は、外側回転軸10Aに設けた冷却流体
通路22Aから、内側回転軸10Bに設けた冷却流体流
通路22B,22C,22D、および第2段のタービン
ロータ8の冷却流体供給路21を経て、そのタービン動
翼12の内端の冷却通路入口12bに供給される。この
ように、蒸気供給時には、内側貯留室41および冷却流
体通路22A〜22Dが冷却用蒸気の供給路となり、第
1段および第2段のタービン動翼12が空気膜冷却から
蒸気膜冷却に切り替えられる。
【0065】また、この実施形態の場合、第1の実施態
様において、蒸気導入パイプ18Bの出口部に、前記内
側貯留室41に先端開口53が臨む分岐パイプ18aを
形成するだけでよいので、第1段および第2段のタービ
ン動翼12の両方を蒸気膜冷却する機能を極めて簡単に
構成できる。
様において、蒸気導入パイプ18Bの出口部に、前記内
側貯留室41に先端開口53が臨む分岐パイプ18aを
形成するだけでよいので、第1段および第2段のタービ
ン動翼12の両方を蒸気膜冷却する機能を極めて簡単に
構成できる。
【0066】なお、前記各実施形態では蒸気sが廃ガス
ボイラ3から供給されたが、蒸気sは他の蒸気源から供
給してもよい。その場合でも、蒸気源が何らかの原因で
蒸気sをガスタービン1に供給できなくなったときに、
空気によりタービン翼が円滑に冷却される。
ボイラ3から供給されたが、蒸気sは他の蒸気源から供
給してもよい。その場合でも、蒸気源が何らかの原因で
蒸気sをガスタービン1に供給できなくなったときに、
空気によりタービン翼が円滑に冷却される。
【0067】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1のガス
タービンのタービン翼冷却装置によれば、蒸気導入パイ
プからの蒸気供給がある場合には、蒸気圧力が空気圧力
より大きいので、前記蒸気導入パイプの先端開口よりタ
ービン静翼の冷却通路入口に蒸気を導入してタービン静
翼を蒸気膜冷却でき、蒸気供給がない場合は、前記ギャ
ップから冷却通路入口に空気を導入してタービン静翼を
空気膜冷却できる。
タービンのタービン翼冷却装置によれば、蒸気導入パイ
プからの蒸気供給がある場合には、蒸気圧力が空気圧力
より大きいので、前記蒸気導入パイプの先端開口よりタ
ービン静翼の冷却通路入口に蒸気を導入してタービン静
翼を蒸気膜冷却でき、蒸気供給がない場合は、前記ギャ
ップから冷却通路入口に空気を導入してタービン静翼を
空気膜冷却できる。
【0068】
【0069】
【図1】本発明に係るガスタービンを備えたガスタービ
ン設備の一例を示す概略構成図である。
ン設備の一例を示す概略構成図である。
【図2】本発明の第1の実施形態のタービン翼冷却装置
を備えたガスタービンの要部を示す縦断面図である。
を備えたガスタービンの要部を示す縦断面図である。
【図3】同ガスタービンの静翼を示す横断面図である。
【図4】同ガスタービンの動翼を示す横断面図である。
【図5】図2の廃ガスボイラにおける熱交換特性を示す
図である。
図である。
【図6】本発明の参考例のタービン翼冷却装置を備えた
ガスタービンの要部を示す縦断面図である。
ガスタービンの要部を示す縦断面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態のタービン翼冷却装置
を備えたガスタービンの要部を示す縦断面図である。
を備えたガスタービンの要部を示す縦断面図である。
【図8】本発明の参考例のタービン翼冷却装置を備えた
ガスタービンの要部を示す縦断面図である。
ガスタービンの要部を示す縦断面図である。
【図9】従来例を示す縦断面図である。
【図10】従来例の燃焼器の概略構成を示す横断面図で
ある。
ある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−301127(JP,A) 特開 平6−93880(JP,A) 特開 昭52−57416(JP,A) 特開 平6−193468(JP,A) 特開 昭62−67239(JP,A) 実開 平6−83928(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02C 7/16 - 7/18
Claims (7)
- 【請求項1】 空気を圧縮する圧縮機2と、圧縮された
空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器3と、この燃焼
器3からの燃焼ガスのエネルギにより駆動されるタービ
ン4とを備えたガスタービン1におけるタービン翼の冷
却装置であって、 内部に冷却通路11aを形成したタービン静翼11の径
方向の外端または内端に冷却通路の入口11bが、翼表
面に冷却通路の出口11cがそれぞれ設けられ、前記入
口11bに対向して、前記圧縮機2からの圧縮空気を前
記冷却通路11aに供給する空気供給口と、前記圧縮空
気よりも圧力の高い蒸気を前記冷却通路11aに供給す
る蒸気供給口とが配置され、 蒸気 をガスタービン1の外部からケーシング6を貫通し
てガスタービン1の内部へ導入する蒸気導入パイプ18
を有し、この蒸気導入パイプ18の先端開口51,52
が、前記冷却通路11aの入口11bにギャップG1,
G2を介して対向しており、前記先端開口51,52に
より前記蒸気供給口が形成され、前記ギャップG1,G
2により前記空気供給口が形成されているガスタービン
のタービン翼冷却装置。 - 【請求項2】 請求項1において、前記蒸気供給口51
および空気供給口G1が前段側の静翼11の径方向外方
に位置しており、これら蒸気供給口51および空気供給
口G1の後方に、後段側の静翼11に冷却用の前記圧縮
空気を導く後段静翼用流体通路19が設けられ、前記蒸
気供給口51の外周に、この蒸気供給口から前記冷却通
路の入口11bに向けて噴射された蒸気が前記後段静翼
用流体通路19へ流入するのを阻止する遮蔽部材20が
設けられているガスタービンのタービン翼冷却装置。 - 【請求項3】 請求項1または2において、さらに、前
記タービン4から排出される排ガスを熱源とする廃ガス
ボイラ23を備え、この廃ガスボイラ23から前記蒸気
が供給されているガスタービンのタービン翼冷却装置。 - 【請求項4】 請求項3において、さらに、前記廃ガス
ボイラ23からの蒸気に水を噴射して蒸気を冷却したの
ち前記冷却通路11a,12aに供給させる水噴射器2
6を備えているガスタービンのタービン翼冷却装置。 - 【請求項5】 請求項3または4において、さらに、前
記廃ガスボイラ23からの蒸気を前記燃焼器3に注入す
る蒸気注入通路7を備えているガスタービンのタービン
翼冷却装置。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記冷却通路11a,12aに供給される蒸気量を調節
する蒸気弁25と、少なくとも、タービン入口の燃焼ガ
ス温度TITまたはこれに対応する状態量と、前記冷却
通路11a,12aに供給される蒸気の温度Tsとに基
づいて、前記蒸気弁25を制御して前記蒸気量を所望値
に制御する制御手段36とを備えているガスタービンの
タービン翼冷却装置。 - 【請求項7】 請求項4において、前記冷却通路11
a,12aに供給される蒸気量を調節する蒸気弁25
と、前記水噴射器26に供給される水量を調節する水調
節弁27と、少なくとも、タービン入口の燃焼ガス温度
T1Tまたはこれに対応する状態量と、前記冷却通路1
1a,12aに供給される蒸気の温度Tsとに基づい
て、前記蒸気弁25および水調節弁27を制御して前記
蒸気量および水量を所望値に制御する制御手段36とを
備えているガスタービンのタービン翼冷却装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30382396A JP2966357B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-10-28 | ガスタービンのタービン翼冷却装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18816296 | 1996-06-28 | ||
JP8-188162 | 1996-06-28 | ||
JP30382396A JP2966357B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-10-28 | ガスタービンのタービン翼冷却装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1073030A JPH1073030A (ja) | 1998-03-17 |
JP2966357B2 true JP2966357B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=26504763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30382396A Expired - Fee Related JP2966357B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-10-28 | ガスタービンのタービン翼冷却装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2966357B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1764498A (zh) * | 2003-01-22 | 2006-04-26 | 瓦斯特能量***有限公司 | 反应器 |
US8033116B2 (en) * | 2008-05-06 | 2011-10-11 | General Electric Company | Turbomachine and a method for enhancing power efficiency in a turbomachine |
FR2937371B1 (fr) * | 2008-10-20 | 2010-12-10 | Snecma | Ventilation d'une turbine haute-pression dans une turbomachine |
US8893510B2 (en) * | 2012-11-07 | 2014-11-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Air injection system in a gas turbine engine |
JP2013057322A (ja) * | 2012-12-13 | 2013-03-28 | Haruko Amiya | タービン冷却装置 |
-
1996
- 1996-10-28 JP JP30382396A patent/JP2966357B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1073030A (ja) | 1998-03-17 |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |