JP3170686B2 - ガスタービンサイクル - Google Patents
ガスタービンサイクルInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
- F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
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Description
湿り空気ガスタービンサイクルにおける動翼及び静翼の
冷却に関する。
763号明細書に記載されている。このようなサイクルに
おいて、ガスタービンエンジン圧縮機から排出された圧
縮空気は、加湿器で給水と直接に接触することにより加
湿される。そして、この加湿された空気は、燃焼支持空
気としてガスタービン燃焼器において使用される。この
加湿された空気は、最初に、タービン排気生成物によっ
て予熱される。
にはガスタービン排出生成物の冷却により予熱された給
水が使用される。この給水は、時たま、圧縮機排気を予
冷するためにも使用される。
おいては、タービンの構成部品の冷却は、高圧圧縮機か
ら空気を抽気し、この抽気した空気を所定量タービンシ
ール、空所及びエアフォイル内の冷却通路に供給するこ
とにより、成し遂げられる。この冷却方法により、材料
温度は所望する部品寿命に相応する範囲内に維持され
る。各タービン部品のために要求される冷却空気(冷
媒)の量は、所望する金属温度、冷媒の圧力及び温度、
各タービン部品の計画した冷却効率及び流れ通路ガスの
温度の関数となる。
冷却流れは、計画する冷却効率を増加することにより、
若しくは高い許容金属温度を許す金属を使用することに
より、又は冷媒の温度を減少することにより、減じるこ
とができる。一般的に、タービン冷却はサイクル効率に
関して有害な影響を与える。他方、タービン冷却はガス
タービン入口温度を相当高くすることを許す。入口温度
が高いと、ガスタービンサイクルは、冷却抽気の問題を
解決できるという利益がある。そして、高いガス通路温
度と熱い区域部品の空気冷却との間の適当な妥協によ
り、最近はガスタービンが改良されている。
導入点でガス通路流体よりも高い圧力を有することであ
る。タービン冷却空気は、部品を冷却すると該部品を出
て、1次ガス通路に入る。冷却された部品からの流出空
気は、該部品の冷却通路内に熱いガスが採り入れられる
のを防止する。この流出空気は、露出した金属上に冷却
効率及び部品の保護を一層強める冷却区域を形成する。
冷却流れがガス通路に再び入ることを許すことにより、
タービンの下流部分を通しての作動流体の膨張過程が増
す。
圧縮機の排出口から、又は一層都合良くはバーナディフ
ューザから導かなければならない。ガスタービンサイク
ルにおいて、これらの場所では、システム中で最も高い
圧力の空気が得られる。燃焼中における主流れガスによ
り生じる圧力損失のために、及びタービンの加速による
ガス通路静圧の減少のために、ディフューザ抽出空気
は、第1段の静翼及び動翼を冷却するのに十分な圧力を
有して、ガス通路に入る。このディフューザ抽出空気
は、しかし、システム中の最も熱い冷却源であり、また
冷媒を圧縮するために使い切ったエネルギの見地からは
最も高価な空気である。
は相当降下する。これらのタービン部品のために、本発
明者は低圧圧縮機源からの冷却を提供する。このような
冷却は、本発明の一部を形成するものではないが、本発
明と一緒に使用されるものである。
ように、本発明においても、空気は予め決めた圧力レベ
ルに圧縮されて、圧縮空気が生成される。この圧縮空気
は、それから、加湿されて、燃焼器に供給されるガス状
媒体が生成される。この加湿された空気は、燃焼器内で
燃料を燃焼させるための燃焼支持空気である。
は、加湿されたガス状媒体の一部分が第1段静翼を通過
して1次ガス流れ通路に流れることにより、冷却され
る。他方、第1段動翼は、まだ加湿されていない圧縮空
気によって冷却される。この圧縮空気は、第1段動翼を
冷却した後、1次ガス流れ中に流れる。
をなす前に、タービン排気生成物と熱交換関係で流れる
ことにより予熱される。
ことは、混合体の高い温度のために、毎秒当り圧縮空気
よりも多い流量が要求される。しかしながら、この流量
のすべての冷媒はタービン全体を通して流れ、その結果
動力発生が総冷媒流量でもって成し遂げられる。他方、
第1段動翼の冷却には蒸気が加えられていない空気のみ
が使用され、これにより、動力発生の損失を生じさせる
第1段動翼まわりの過剰量の冷媒のバイパスを除去する
ことができる。
クルの一例を示す系統図である。
の静翼及び動翼配置の一例を示す断面図である。
12から来る。すなわち、このガス化器12に燃料14と空気
16とが供給される。そして、ガス化器12からのガスはク
エンチタンク18に供給された後、予冷却器20を通して脱
硫装置22に流れる。これにより低BTUとなったガスが、
それから、燃焼器10に供給される。
Pa)及び448F(231℃)の空気を高圧圧縮機28に排出す
る。この高圧圧縮機28から排出された541Psia(3730KP
a)及び608F(320℃)の圧縮空気は、ライン29を通して
加湿器又はサチュレータ30に流れる。これにより522Psi
a(3600KPa)及び388F(170℃)となった圧縮空気は、
それから、熱交換器42に流れる。これにより512Psia(3
530KPa)及び831F(444℃)となった圧縮空気は、それ
から、ライン32を通してディフューザ区域34に流れ、燃
焼器10において燃焼支持空気として使用される。
にさらされる。また、ロータに取付けられた第1段動翼
又はタービンブレード38は、第1段静翼36を去るガスの
温度にさらされる。900F(482℃)の温度のガスタービ
ン排気生成物又はガスは、タービン排気口40から前述し
た熱交換器42に流れる。そして、この熱交換器42におい
て排気ガスの熱は加湿器30から供給されて入来する湿り
空気に伝達される。
て冷却される。この熱交換器44において、排気ガスは入
来する給水と熱交換関係で流れる。この給水は、それか
ら、加湿器30に供給される。
る。そして、この加熱された補給水46の一部分はさらに
熱交換器20で加熱される。この熱交換器20で加熱された
補給水は、それから、ライン48を通して加湿器30に流れ
る。中間冷却器26で加熱された補給水46の残りの部分
は、熱交換器44で加熱され、それからライン50を通して
加湿器30に流れる。
電機52は、電力を発生する。
る前の空気の一部分は、第1段動翼38を冷却するため
に、ライン54を通して第1段動翼38に流れる。他方、加
湿されてライン32を流れる空気の一部分は、図1に点線
で示されるように、第1段静翼36を冷却するためにライ
ン56を通して第1段静翼36に流れる。
38に導く手段の一例を示す、タービンの一部分の断面図
である。加湿されて燃焼区域に供給される空気又はガス
状媒体の一部分(図2では便宜上図1のライン56の符号
を用いて“56"で示している)は、燃焼器10を囲繞して
いる区域58に入る。すなわち、加湿された空気又はガス
状媒体56は、前記区域58に入ってから、適当な冷却通路
を通して第1段静翼36の内部に直接に流れ、これら静翼
のフィルム冷却を成し遂げるような方法でこれら静翼か
ら出口流れ60として流れる。
図1のライン54の符号を用いて“54"で示している)
は、静止組立体の一部分内に流れ、それから外側の接線
導入接続手段61を通してロータの回転区域62に導入され
る。この空気54は、それから、第1段動翼38の翼根部64
を通して上向きに向けられる。そして、この上向きに向
けられた空気は、第1段動翼38をフィルム冷却するよう
に向けられた出口流れ66で示すように、所定の冷却通路
内の動翼38を通過する。
体源A及びCが示されている。冷却流体源Aは、高圧圧
縮機28の出口からライン29に導入された、加湿されてい
ない圧縮空気の源である。他方、冷却流体源Cは、加湿
されて燃焼室に導入される空気の源である。
の加湿された空気が選択される。この冷却流体は、第1
段静翼から排出した後タービン全体を通して流れ、それ
故電力発生のために利用することができる。この冷却流
体の流量は、例えば毎秒50.0ポンド(110Kg)の総流量
のために、毎秒33.7ポンド(74.3Kg)の空気と、毎秒1
6.3ポンド(35.9Kg)の蒸気とを含む。この流量は、空
気のみが供給されるときに供給される流量よりも高い流
量である。なぜなら、この流量は冷却流体源Aからの空
気よりも高い温度レベルでの流量であるからである。し
かしながら、過剰流量は全動力回収のために損失であ
る。
された空気を使用することができない。この第1段動翼
38のための冷却流体としては、冷却流体源Aからの加湿
される前の空気が使用される。その結果、この空気は低
流量である。この低流量の空気は、動力発生に関する限
りにおいてこの冷却空気がタービンの第1段をバイパス
するので、好適とされる。
らの冷却流体による静翼及び動翼の冷却性能の種々の比
較値を示す。この表1の上の2段には、静翼及び動翼の
冷却流体源が前述した冷却流体源A及びCのどれかであ
るかを示している。これらの組合せからみて、図1に示
した如き静翼の冷却流体源がC、動翼の冷却流体源がA
であるときに、最も低い熱消費率及びそれ故最も高い効
率が達成され、また動力も高い方であり、かつ入口温度
(一定)が2507F(1375℃)であるときに許容される燃
焼温度も最も高く、2539F(1393℃)である。
気の流量及びその総流量は、表1に示されているとおり
である。
る前述した冷却流体源A及びCからの冷却流体を使用す
ることにより、動力プラントサイクルにおける他の冷却
流体源からの冷却流体を使用する場合よりも優れた利益
を有する。すなわち、冷却流体が流れるラインの封鎖が
破損とともに最小とされる。
Claims (2)
- 【請求項1】湿り空気ガスタービンサイクルを運転する
方法において、空気を予め決めた圧力レベルに圧縮して
圧縮空気を生成する段階と、この圧縮空気を加湿してガ
ス状媒体を生成する段階と、このガス状媒体を燃焼器に
供給する段階と、この燃焼器内で燃料を燃焼して高温の
ガス状生成物を生成する段階と、このガス状生成物を第
1段静翼及び第1段動翼を包含する動力発生用ガスター
ビンに流す段階と、前記第1段静翼を冷却するために前
記ガス状媒体の一部分を前記第1段静翼及びそれ故前記
ガス状生成物中に流す段階と、前記第1段動翼を冷却す
るために前記圧縮空気の一部分を前記第1段動翼及びそ
れ故前記ガス状生成物中に流す段階とを包含する方法。 - 【請求項2】請求項1記載の方法において、更に、前記
ガスタービンからの排気生成物を前記ガス状媒体と熱交
換関係で流して、高温度のガス状媒体を生成する段階
と、この高温度のガス状媒体を前記第1段静翼に流す段
階とを包含する方法。
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