JP6651665B1 - タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法 - Google Patents

タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6651665B1
JP6651665B1 JP2019063311A JP2019063311A JP6651665B1 JP 6651665 B1 JP6651665 B1 JP 6651665B1 JP 2019063311 A JP2019063311 A JP 2019063311A JP 2019063311 A JP2019063311 A JP 2019063311A JP 6651665 B1 JP6651665 B1 JP 6651665B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
supply unit
cooling air
region
supply
orifice
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019063311A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020165311A (ja
Inventor
哲也 新名
哲也 新名
鳥井 俊介
俊介 鳥井
由里 雅則
雅則 由里
直也 巽
直也 巽
真吾 山末
真吾 山末
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority to JP2019063311A priority Critical patent/JP6651665B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6651665B1 publication Critical patent/JP6651665B1/ja
Priority to PCT/JP2020/009062 priority patent/WO2020195627A1/ja
Priority to KR1020217019741A priority patent/KR102568027B1/ko
Priority to DE112020000492.9T priority patent/DE112020000492T5/de
Priority to US17/420,818 priority patent/US11781445B2/en
Priority to CN202080007745.4A priority patent/CN113272525B/zh
Publication of JP2020165311A publication Critical patent/JP2020165311A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F02C7/185Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/06Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas
    • F02C6/08Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output providing compressed gas the gas being bled from the gas-turbine compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/18Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26Controlling the air flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/14Casings modified therefor
    • F01D25/145Thermally insulated casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/14Casings or housings protecting or supporting assemblies within
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/15Heat shield
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/35Combustors or associated equipment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

【課題】ガスタービンの運転停止時における車室の変形を抑制する。【解決手段】一実施形態に係る冷却空気供給装置は、ガスタービンの車室7の内部空間8に冷却空気を供給する冷却空気供給部100を備えたタービン車室6であって、前記冷却空気供給部は、前記車室の上半部7a内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器3の径方向外側の第1領域81に面して設けられ、前記第1領域に前記冷却空気を供給する第1供給部110と、前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域82に面して設けられ、前記第2領域に前記冷却空気を供給する第2供給部120と、を含む。【選択図】図2

Description

本開示は、タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法に関する。
ガスタービンは、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、燃料に圧縮空気を混合して燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスにより回転するロータと、ロータを回転可能に収容する車室と、を備えている。このガスタービンで、燃焼器への燃料供給が停止された状態では、燃焼器を収容する車室内に高温の気体が滞留し、車室内の上部と下部とにメタル温度差が生じる。この結果、温度の高い車室上部が温度の低い車室下部に対して相対的に膨張し、車室が猫の背中のように変形する、いわゆるキャットバック現象が発生するおそれがある。
このキャットバック現象が発生すると、ロータと静止体との間の隙間が部分的に狭まり、ロータと静止体とが接触するおそれがある。
そこで、このキャットバック現象を防ぐため、以下の特許文献1では、車室内に空気を噴出するパージ装置を提案している。このパージ装置は、車室内の上部空間に滞留する気体を攪拌する全体撹拌用空気を噴出するとともに、車室内の淀み部に向かって淀み部撹拌用空気を噴出するように構成されている。(特許文献1参照)
特開2013−199892号公報
しかし、特許文献1に記載のパージ装置であっても、車室内の淀み部は、ロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向内側の領域に存在しており、パージ装置が配置された空間とは複数の燃焼器によって隔てられている。そのため、淀み部撹拌用空気が車室内の淀み部に行き届いているとは言えず、車室内の上部と下部とのメタル温度差を抑制する効果が低下するおそれがある。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ガスタービンの運転停止時における車室の変形を抑制することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン車室は、
ガスタービンの車室の内部空間に冷却空気を供給する冷却空気供給部を備えたタービン車室であって、
前記冷却空気供給部は、
前記車室の上半部内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられ、前記第1領域に前記冷却空気を供給する第1供給部と、
前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられ、前記第2領域に前記冷却空気を供給する第2供給部と、
を含む。
上記(1)の構成によれば、複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に冷却空気を供給する第1供給部に加えて、径方向内側の第2領域に冷却空気を供給するための第2供給部を第2領域に面して設けたので、複数の燃焼器の径方向外側の第1領域からでは冷却空気を十分に供給できないおそれがある第2領域に冷却空気を十分に供給できる。これにより、車室内の上部と下部とのメタル温度差を縮小して、タービン車室の変形を抑制できる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記車室は、前記車室に支持され、燃焼器の径方向内側の前記ロータ廻りに環状に形成され、周方向に複数に分割された変向部を備え、
前記変向部の一部は、前記第2供給部の連通孔に対向して配置されている。
上記(2)の構成によれば、第2供給部の連通孔から供給された冷却空気は、対向する変向部に衝突し、周方向に拡散して、燃焼器の径方向内側の淀み部の空間を撹拌、希釈して、燃焼器の第2領域の空間が冷却される。その結果、燃焼器の第2領域の空間近傍の車室高さ方向の中間位置におけるタービン車室の壁温が低下して、車室高さ方向の中間位置におけるタービン車室上半部と下半部の車室壁の温度差が縮小され、車室の変形が抑制される。
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、前記車室は、前記変向部と前記変向部に対向する前記車室の内壁面とにより囲まれ、前記変向部に沿って周方向に延在する環状に形成された空洞部を含んでいる。
上記(3)の構成によれば、空洞部に沿って冷却空気が流れるので、燃焼器の径方向内側の淀み部の空間が冷却空気により撹拌、希釈され、タービン車室の中間高さの円錐領域の上部と下部のメタル温度差が縮小される。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、前記第1供給部は、複数のノズルを含み、
前記車室の頂部近傍に配置された頂部供給部と、
前記頂部供給部に周方向に隣接し、前記頂部から離間する方向に配置された少なくとも一対の側部供給部と、
を含んでいる。
上記(4)の構成によれば、第1領域の中でも温度が高い空気が溜まりやすい第1領域の頂部を挟んだ周方向の空間に第1供給部から冷却空気を供給し易くなる。これにより、車室内の上部と下部とのメタル温度差を縮小できる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記頂部供給部は、前記車室の頂部に配置された単一の前記ノズルを含み、前記少なくとも一対の側部供給部は、前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている。
上記(5)の構成によれば、第1領域において、頂部を挟んだ周方向の空間に冷却空気が均等に供給され、第1領域の周方向の車室メタル温度が均一化され、車室の上部と下部とのメタル温度差が縮小される。
(6)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記頂部供給部は、2以上の前記ノズルを含み、
2以上の前記ノズルは、前記車室の頂部近傍の前記頂部を挟んで前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている。
上記(6)の構成によれば、第1領域の雰囲気温度が一層均一化され、車室の上部と下部とのメタル温度差が一層縮小される。
(7)幾つかの実施形態では、上記(4)乃至(6)の何れかの構成において、
前記第1供給部は、
前記複数のノズルに冷却空気を供給する第1付属配管を含み、
前記第1付属配管は、
前記頂部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記頂部供給部の上流側に配置された第1オリフィスと、
前記側部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記側部供給部の上流側に配置された第2オリフィスと、
を含み、
前記第1オリフィスの口径又は開口面積の合計値は、前記第2オリフィスの口径又は開口面積の合計値より小さく形成されている。
上記(7)の構成によれば、頂部近傍の車室壁温の過冷却が抑制されるので、第1領域の周方向の車室壁温分布が一層平準化される。その結果、車室壁の上部と下部のメタル温度差を小さくできる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、
前記第2供給部は、
前記第2領域の前記車室に形成された連通孔と、
前記車室に固定され、前記連通孔に接続する第2付属配管と、
前記第2供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記第2付属配管の上流側に配置された第3オリフィスと、
を含み、
前記第3オリフィスの口径又は開口面積の合計値は、前記第1オリフィス及び前記第2オリフィスの口径又は開口面積の合計値より大きく形成されている。
上記(8)の構成によれば、第2領域における周方向の雰囲気温度が平準化され、車室中間高さである円錐領域の車室メタル温度が平準化される。その結果、円錐領域の車室上半部と下半部のメタル温度差が小さくなり、キャットバック現象が抑制される。
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、前記連通孔は、前記ロータ中心を含んだ前記鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている一対の連通孔である。
上記(9)の構成によれば、複数の連通孔を備えるので、第2領域を形成する空洞部における雰囲気空気の周方向の拡散が進み、円錐領域の車室上半部と下半部のメタル温度差が縮小する。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、前記第2供給部は、前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を基準として周方向に±20度の角度範囲に設けられている。
上記(10)の構成によれば、第2領域の中でも温度が高い空気が溜まりやすい第2領域の上方の領域に第2供給部から冷却空気を供給し易くなる。これにより、車室内の上部と下部とのメタル温度差を効率的に抑制できる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(2)乃至(10)の何れかの構成において、前記変向部は、前記ロータに冷却空気を供給するためのマニホールドを形成する外壁面である。
上記(11)の構成によれば、ロータに冷却空気を供給するためのマニホールドを形成する外壁面を利用して、第2領域の広い範囲に冷却空気を供給できる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(4)乃至(11)の何れかの構成において、前記側部供給部の2以上の前記ノズルは、前記ロータの中心軸の前記鉛直面を基準として周方向に±90度の角度範囲に設けられる。
上記(12)の構成によれば、第1供給部の配置位置を工夫することで第1領域の全体に冷却空気を効率的に供給できる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(4)乃至(9)又は(12)の何れかの構成において、
前記頂部供給部又は前記側部供給部は、筒形状を有するノズル本体部を有し、
前記ノズル本体部は、前記ノズル本体部の内部と前記第1領域とを連通する開口が前記ノズル本体部の側面に前記ノズル本体部の周方向に沿って複数形成されている。
上記(13)の構成によれば、簡単な構造のノズルによって第1領域の広い範囲に冷却空気を供給できる。
(14)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、
前記ロータと、
前記複数の燃焼器と、
上記(1)乃至(13)の何れかの構成の前記タービン車室と、
を備える。
上記(14)の構成によれば、上記(1)乃至(13)の何れかの構成の冷却空気供給装置を備えるので、車室内の上部と下部とのメタル温度差を抑制して、車室の変形を抑制できる。
(15)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービン車室の変形防止方法は、
ガスタービンの車室の変形を防止する車室の変形防止方法であって、
前記ガスタービンの運転を停止するステップと、
前記車室の上半部に設けられた冷却空気供給部から前記車室の内部空間に冷却空気を供給するステップと、
を含み、
前記冷却空気を供給するステップは、
前記内部空間のうち、前記車室内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられた第1供給部から前記第1領域に冷却空気を供給するステップと、
前記内部空間のうち、前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられた第2供給部から前記第2領域に前記冷却空気を供給するステップと、
を含む。
上記(15)の方法によれば、複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられた第2供給部から第2領域に冷却空気を供給するので、複数の燃焼器の径方向外側の第1領域からでは冷却空気を十分に供給できないおそれがある第2領域に冷却空気を十分に供給できる。これにより、車室内の上部と下部とのメタル温度差を抑制して、車室の変形を抑制できる。
(16)幾つかの実施形態では、上記(15)の方法において、前記第1供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
前記第2供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
を更に含む。
上記(16)の方法によれば、第1供給部から第1領域に供給する冷却空気量と、第2供給部から第2領域に供給する冷却空気量の流量配分を調整するので、車室の上半部と下半部のメタル温度差を縮小できる。
(17)幾つかの実施形態では、上記(16)の方法において、
前記第1供給部は、第1オリフィスを備えた頂部供給部と、第2オリフィスを備えた側部供給部と、を含み、
前記第1供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップは、
前記第1領域に対面する前記車室のメタル温度を計測するステップと、
前記メタル温度の計測値から前記第1領域に対面する前記車室の周方向の温度分布を判定するステップと、
前記温度分布が許容値から外れていると判定された場合、少なくとも前記第1オリフィス又は前記第2オリフィスの何れか又は前記第1オリフィス及び前記第2オリフィスの全数を異なる口径又は開口面積のオリフィスに交換するステップと、を含む。
上記(17)の方法によれば、第1領域に対面する周方向の車室のメタル温度の平準化がなされ、車室の上部と下部のメタル温度差が縮小する。
(18)幾つかの実施形態では、上記(17)の方法において、
前記第2供給部は、第3オリフィスを備えた第2付属配管を含み、
前記第2供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップは、
前記第2領域に対面する中間車室のメタル温度及びロータの中心軸に対して前記中間車室の鉛直方向の反対側の前記車室の下半部のメタル温度を計測するステップと、
前記メタル温度の計測値から前記中間車室の上部と下部の温度分布を判定するステップと、
前記温度分布が許容値から外れていると判定された場合、少なくとも前記第1オリフィス又は前記第2オリフィス又は前記第3オリフィスの何れか又は前記第1オリフィス及び前記第2オリフィス及び前記第3オリフィスの全数を異なる口径又は開口面積のオリフィスに交換するステップと、
を更に含む。
上記(18)の方法によれば、第2供給部から冷却空気が供給される第2領域の雰囲気空気の周方向の温度が平準化され、円錐領域の上部と下部のメタル温度差が縮小する。
(19)幾つかの実施形態では、上記(16)乃至(18)の何れかの方法において、前記第2領域に前記冷却空気を供給するステップは、前記第1領域に供給する前記冷却空気の供給量よりも多くの前記冷却空気を前記第2領域に供給する。
上述したように、車室内の上部と下部とのメタル温度差を抑制するためには、第1領域よりも多くの冷却空気を第2領域に供給するとよい。したがって、上記(19)の方法によれば、車室内の上部と下部とのメタル温度差を効果的に抑制できる。
(20)幾つかの実施形態では、上記(16)乃至(19)の何れかの方法において、
前記第1供給部は、
前記車室の頂部近傍に配置された頂部供給部と、
前記頂部供給部に周方向に隣接し、前記頂部から離間する方向に配置された少なくとも一対の側部供給部と、を含み、
前記第1供給部から前記第1領域に前記冷却空気を供給するステップは、
前記第1供給部の前記頂部供給部に供給される前記冷却空気の総供給量よりも多くの前記冷却空気を、前記第1供給部の前記側部供給部に供給する。
上記(20)の方法によれば、車室頂部近傍の車室の過冷却が回避され、第1領域に対面する車室メタル温度が一層平準化される。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ガスタービンの運転停止時における車室の変形を抑制できる。
本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を概略的に示す図である。 ガスタービンの燃焼器周辺の構成を説明するための図である。 幾つかの実施形態に係る第1供給部における一実施形態のノズルの構造を説明するための図であり、該ノズルの軸線方向に沿った断面を模式的に示した図である。 第1供給部及び第2供給部の配置位置の一実施形態について説明するための図であり、圧縮機側からタービン側に向かって燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。 第1供給部及び第2供給部の配置位置の他の実施形態について説明するための図であり、圧縮機側からタービン側に向かって燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。 第1供給部及び第2供給部の配置位置のさらに他の実施形態について説明するための図であり、圧縮機側からタービン側に向かって燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。 は、一実施形態の車室のメタル温度の分布を示す図である。 は、他の実施形態の車室のメタル温度の分布を示す図である。 一実施形態に係る車室の変形防止方法の処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係るガスタービンの構成を概略的に示す図である。
図2は、ガスタービンの燃焼器周辺の構成を説明するための図である。
図3は、幾つかの実施形態に係る第1供給部における一実施形態のノズルの構造を説明するための図であり、該ノズルの軸線方向に沿った断面を模式的に示した図である。
図4は、第1供給部及び第2供給部の配置位置の一実施形態について説明するための図であり、後述する圧縮機側からタービン側に向かって後述する燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。
図5は、第1供給部及び第2供給部の配置位置の他の実施形態について説明するための図であり、圧縮機側からタービン側に向かって燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。
図6は、第1供給部及び第2供給部の配置位置のさらに他の実施形態について説明するための図であり、圧縮機側からタービン側に向かって燃焼器の周辺を見たときの模式的な図である。
図7は、一実施形態の車室のメタル温度の分布を示す図である。
図8は、他の実施形態の車室のメタル温度の分布を示す図である。
図9は、一実施形態に係る車室の変形防止方法の処理得順を示すフローチャートである。
図1に示すように、本実施形態に係るガスタービン1は、圧縮機2、燃焼器3、及び、タービン4を備えており、例えば発電機G等の外部機器を駆動するものである。発電用のガスタービン1の場合、ロータ5には発電機Gが連結される。
圧縮機2は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を1つ以上の燃焼器3に供給するものである。
一実施形態に係るガスタービン1では、ガスタービン1のタービン車室6は、ロータ5の中心軸AXを含む水平面で分割されている。タービン車室6の筐体を形成する車室7は、該水平面よりも上側の車室7の上半部7aと、該水平面よりも下側の車室7の下半部7bとからなり、水平面で2分割されている。また、タービン車室6の軸方向上流側は、圧縮機2の圧縮機車室21に接続し、軸方向下流側はタービン4に接続している。圧縮機2の出口にはディフューザ9がロータ5の廻りに環状に形成され、ディフューザ9の出口はタービン車室6に開口している。
燃焼器3は、圧縮機2により圧縮された空気を用いて、外部から供給された燃料を燃焼させることにより、高温ガス(燃焼ガス)を生成するものである。一実施形態に係るガスタービン1では、複数の燃焼器3がロータ5の周囲に環状に配置されている。
タービン4は、燃焼器3により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を圧縮機2及び外部機器に出力するものである。
図2に示したように、車室7内には、燃焼器3の設置スペースとして内部空間8が設けられている。内部空間8は、軸方向上流側の圧縮機2の出口と軸方向下流側のタービン4の入口との間に位置している。燃焼器3は、内部空間8に配置され、圧縮空気が燃焼器3の一端側から燃焼器3内に流入する。一方、燃焼器3には、外部から燃料が供給され、燃料と空気を混合させ高温の燃焼ガスを発生させ、燃焼ガスにより下流側のタービン4を回転駆動させる。
ガスタービン1の運転を停止して、燃焼器3への燃料供給が停止された状態では、燃焼器3を収容する車室7内、すなわち内部空間8に高温の気体が滞留し、車室7内の上部と下部とにメタル温度差が生じる。この結果、温度の高い車室7の上部が温度の低い車室7の下部に対して相対的に膨張し、車室7が猫の背中のように変形する、いわゆるキャットバック現象が発生するおそれがある。
このキャットバック現象が発生すると、ロータ5と静止体との間の隙間が部分的に狭まり、ロータ5と静止体とが接触するおそれがある。
そこで、一実施形態のガスタービン1では、このキャットバック現象を防ぐため、後述するように、タービン車室6に冷却空気を供給するための冷却空気供給部100を設けている。
図2、図4〜図6に示すように、幾つかの実施形態に係るタービン車室6は、車室7の上半部7aであって、車室7の内部空間8のうち、ロータ5よりも鉛直上方向の領域に、冷却空気を供給するための複数の冷却空気供給部100を備えている。
図2、図4〜図6に示すように、幾つかの実施形態に係る複数の冷却空気供給部100は、後述の第1領域81に冷却空気を供給する第1供給部110と、後述の第2領域82に冷却空気を供給する第2供給部120と、を含む。
図2、図3に示すように、第1供給部110は、タービン車室6の内部空間8であって、ロータ5の周囲に環状に配置された複数の燃焼器3の径方向外側の第1領域81に面して配置されている。換言すると、第1供給部110は、ロータ5の周囲に環状に配置された複数の燃焼器3の径方向の外側であって、鉛直方向の上方向の第1領域81に冷却空気を供給可能に配置されている。
第1供給部110の詳細については後述する。
図2に示すように、第2供給部120は、タービン車室6の内部空間8であって、前記第1領域81より軸方向上流側に配置され、複数の燃焼器3の径方向内側の第2領域82に面して設けられている。第2供給部120は、ロータ5の周囲に環状に配置された複数の燃焼器3に対して径方向の内側の第2領域82に冷却空気を供給可能に構成されている。
第2供給部120の詳細については後述する。
図2、図4〜図6に示すように、各々の第1供給部110及び各々の第2供給部120には、例えば不図示の空気供給源から空気供給配管91を介して冷却空気が供給される。なお、該空気供給源は、冷却空気の送風用に専用に設けた不図示の送風装置であってもよく、ガスタービン1が設置されているプラントのユーティリティエアを発生させる不図示の圧縮機であってもよい。
上記第2領域82は、ロータ5の周囲に環状に配置された複数の燃焼器3によって第1領域81と隔てられている。そのため、燃焼器3の配置によっては、第1領域81に面して設けられた第1供給部110からでは、冷却空気を第2領域82に供給することが難しい場合がある。
その点、図2に示すように、幾つかの実施形態に係るタービン車室6では、上記第2領域82に冷却空気を供給するための第2供給部120を第2領域82に面した車室7の上半部7aに設けたので、第1領域81からでは冷却空気を十分に供給できないおそれがある第2領域82に冷却空気を十分に供給できる。これにより、タービン車室6内の鉛直方向の上部と下部との車室7のメタル温度差を減少させて、車室7の変形を抑制できる。
(第1供給部110について)
図2、図4〜図6に示した幾つかの実施形態に係る第1供給部110は、車室7の頂部7T近傍に配置される頂部供給部110Aと、頂部供給部110Aに対して周方向の頂部7Tから離れる方向に配置された側部供給部110Bと、から構成されている。
図3に示すように、第1供給部110は、一実施形態のノズル50を含む。一実施形態のノズル50は、次に述べるように、車室7の内周面7cに沿った複数の方向に冷却空気を吹き出し可能に構成されている。
これにより、第1領域81の広い範囲に冷却空気を供給でき、第1領域81におけるメタル温度差を抑制でき、第1領域81に接する車室7の内周面7cにおけるメタル温度分布が平準化される。
具体的には、図3に示した一実施形態のノズル50は、筒形状を有するノズル本体部51を有する。ノズル本体部51は、ノズル本体部51の内部51aと第1領域81とを連通する開口52がノズル本体部51の側面にノズル本体部51の周方向に沿って複数形成されている。
一実施形態のノズル50には、ノズル50に冷却空気を供給するための第1付属配管92Aが接続されていてもよい。空気供給配管91から第1付属配管92Aを介してノズル50に供給された冷却空気は、図2、図3における矢印aで示すように、ノズル本体部51の複数の開口52からノズル本体部51の径方向外側に向かって放射状に吹き出される。
開口52は、車室7の内周面7cよりもわずかにロータ5の径方向内側に位置するようにノズル本体部51に形成されている。そのため、開口52から吹き出された冷却空気は、車室7の内周面7cに沿って流れ、車室7内の雰囲気空気を撹拌し、希釈する。その結果、雰囲気空気の温度分布が平準化される。
したがって、幾つかの実施形態に係る第1供給部110を構成する頂部供給部110A及び側部供給部110Bでは、一実施形態のノズル50のように、簡単な構造のノズル50によって第1領域81の広い範囲に冷却空気を供給でき、第1領域81の第1供給部110廻りの雰囲気空気の温度分布が平準化される。
(第2供給部120について)
図2、図4〜図6に示した幾つかの実施形態に係る第2供給部120は、車室7の上半部7aに形成されて車室7の外部と第2領域82とを連通する連通孔60を含む。そして、第2供給部120は、連通孔60から冷却空気を第2領域82に吹き出すように構成されている。
具体的には、連通孔60は、後述する円錐領域71において、円錐領域71の厚さ方向(車室7のロータ5の中心方向)に沿って延在するように車室7の内周面7dに形成されている。連通孔60が形成された車室7には、冷却空気を供給するための第2付属配管92Bが接続されている。
これにより、車室7の外部と第2領域82とを連通する連通孔60にノズルなどの他の部品を取り付ける必要がないので、簡単な構成によって第2領域82に冷却空気を供給できる。
ガスタービン1の外部から第2供給部120を介して第2領域82に冷却空気を供給する場合における、第2供給部120の配置について説明する。
一般的に、ガスタービン1では、図2に示すように、タービン車室6は、ロータ5の軸方向の上流側端で圧縮機2の圧縮機車室21に接続されている。車室7は、タービン車室6の軸方向上流側端から軸方向下流側の燃焼器3の配置された軸方向の位置にかけて、タービン4側に向かうにつれて車室7の径が大きくなるように、ロータ5を中心に環状に形成された円錐形状を有する領域(以下、円錐領域とも呼ぶ)71を有している。
第2供給部120を上記第2領域82に面して設けるためには、該円錐領域71に第2供給部120を設けることが望ましい。具体的には、該円錐領域71における車室7の上半部7aの内周面7dの傾き及び下半部7bの内周面7eの傾きは、図2における右斜め上方向又は右斜め下方向、すなわち、軸方向下流側に向かうと共に径方向外側に延びる方向の傾きを備えている。
図2、図4〜図6に示した第2供給部120は、図2に示すように、第2供給部120から見て燃焼器3の下方である径方向内側においてロータ5の周方向に沿って延在する変向部73に向かって冷却空気を吹き出すように構成されている。
図2に示した一実施形態では、変向部73は、ロータ5に冷却空気を供給するためのマニホールド75を形成する外壁面75aである。このマニホールド75は、ロータ5の周方向に沿って環状に形成されている。
具体的には、図2及び図4〜図6に示すように、変向部73は、タービン車室6の軸方向上流側に配置され、圧縮機2の最終段動翼2aから排出された圧縮空気が流れるディフューザ9と燃焼器3の間の空間に配置されている。変向部73は、車室7から支持され、ロータ5の廻りに環状に配置されている。変向部73は、複数のブロック状の部材の集合であり、周方向に隙間なくロータ5の廻りに配列されている。すなわち、変向部73は、周方向に複数に分割されている。変向部73の一部は、第2供給部120の連通孔60に対向して配置されている。
変向部73と、径方向に対向する車室7の内周面7dとにより囲まれた周方向に延在する空間は、ロータ5の廻りに環状に形成された空洞部74を形成する。空洞部74は、車室7の上半部7a及び下半部7b内に形成された変向部73に沿って周方向に延在する。空洞部74の内、車室7の上半部7aの空洞部74は、第2領域82を構成する。空洞部74が形成された環状の領域は、鉛直方向の高さで連通孔60が形成された車室7の内周面7dの位置に相当する。車室7の内周面7dは、車室7の軸方向上流側端に隣接して、車室7の円錐領域71に形成され、車室7の径方向外側で鉛直方向高さ(ロータ5の中心からの距離)の最も高い頂部7Tの位置の鉛直方向高さと比較して、車室7の鉛直方向高さの中間高さの位置に相当する。つまり、車室7の内周面7dは、燃焼器3より径方向内側の位置であって、頂部7T近傍の内周面7cの位置より相対的に鉛直方向の高さが低く、頂部7Tの位置より軸方向上流側に形成されている。
空洞部74は、燃焼器3の径方向内側のロータ5に対面する側に接しているため、ガスタービンの運転停止後であっても、燃焼器3の予熱により空洞部74の雰囲気空気は過熱され易い。第2領域82は、燃焼器3とディフューザ9に囲まれた狭い空間であるため、空洞部74の淀み部、特に車室7の上半部7a側の空洞部74内の雰囲気空気は過熱され易く、雰囲気空気の温度分布が大きくなる。
上述のように、空洞部74の径方向内側には、圧縮機2に接続されたディフューザ9が配置されている。従って、空洞部74に接する車室7の鉛直方向上部の内周面7dと、内周面7dの位置に対応するロータ5の中心軸AXに対して鉛直方向の反対側(下方)の車室7の下半部7bの空洞部74に接する円錐領域71の内周面7eとの間のメタル温度差が大きくなると、第2領域82近傍の車室7の変形が大きくなり、圧縮機2の最終段動翼2a近傍で、ロータと静止体が接触する可能性がある。
車室7のキャットバック現象の発生は、車室7の頂部7T近傍の最も外形が大きく鉛直方向の高さが高い位置に限られない。すなわち、上述のように、第2領域82が形成されている車室7の内周面7d近傍であって、鉛直方向高さの中間高さの位置でもキャットバック現象が発生する可能性があり、この位置での車室7の円錐領域71のメタル温度の温度差が一定温度以下となるように調整する必要がある。つまり、タービン車室6の軸方向上流側端に近い車室7の中間高さである円錐領域71の位置において、車室7の上半部7aの内周面7dと軸方向位置が同じであり、ロータ5の中心軸AXに対して鉛直方向の反対側(下方)の車室7の下半部7bの内周面7e(図2)との間の車室7のメタル温度差が一定温度以下となるように管理されることが望ましい。
連通孔60から第2領域82に供給された冷却空気は、変向部73に衝突し、更に変向部73に沿って空洞部74内を周方向の両側に拡散する。冷却空気が拡散する過程で、第2領域82に存在する雰囲気空気を撹拌して、空洞部74の淀み部に滞留する雰囲気空気を希釈し、第2領域82内の雰囲気空気の温度差が平準化されている。
一方、キャットバック現象を抑制するため、第2供給部120から冷却空気を車室7に供給して、第2領域82の空洞部74内の雰囲気空気を撹拌及び希釈する過程において、車室7の内周面7dに対して、鉛直方向の反対側(下側)の対称的な位置にある車室7の下半部7bの内周面7eの雰囲気空気の温度は、ほとんど変化はない。
従って、第2供給部120から冷却空気を車室7に供給して、第2領域82を撹拌し、雰囲気空気を希釈する過程において、第2領域82の周方向の空洞部74の空間の雰囲気空気の温度分布が平準化され、相対的に均一な温度になる。第2領域82の温度分布の平準化により、第2領域82の雰囲気空気の平均温度が低下して、車室7の上半部7aの内周面7dと車室7の下半部7bの内周面7eの間のメタル温度分布(メタル温度差)が縮小される。
その結果、車室7の鉛直方向の中間高さの位置である空洞部74が接する円錐領域71における車室7の上半部7aの鉛直方向の上部と、車室7の下半部7bの鉛直方向の下部のメタル温度差が縮小され、車室7の鉛直方向の中間高さの位置における車室7の変形が抑制される。
したがって、第2供給部120から変向部73に向かって吹き出された冷却空気は、変向部73によってロータ5の周方向に向かって流れるように流れの向きが変更され、変向部73に沿って空洞部74の内部を周方向に拡散する。これにより、第2領域82の広い範囲に冷却空気を供給でき、第2領域82における車室7の内周面7dのメタル温度差を平準化できる。
また、図2に示した一実施形態では、マニホールド75を形成する外壁面75aを利用して、第2領域82の広い範囲に冷却空気を供給できる。
(第1供給部110の配置位置について)
以下、主に図4〜図6を参照して、車室7に対する第1供給部110の配置位置について説明する。なお、図4〜図6では、第1供給部110が配置される車室7の外周面を2点鎖線の円で模式的に表している。また、燃焼器3及び変向部73も2点鎖線で模式的に表示している。
図4、図5に示すように、第1供給部110は、ロータ5の中心軸AX周りの角度範囲として、中心軸AXを含んで鉛直方向に延在する鉛直面Svを起点として周方向に±20度の角度範囲に設けられてもよい。
これにより、第1領域81の中でも温度が高い空気が溜まりやすい第1領域81の上方の領域に第1供給部110から冷却空気を供給し易くなる。したがって、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を効率的に抑制できる。
なお、上記±20度の角度範囲内に1つの第1供給部110(頂部供給部110A)を配置する場合、該第1供給部110は、図4、図5に示すように、鉛直面Svを起点とする0度の角度位置である車室7の頂部7Tに配置してもよく、頂部7Tからロータ5の周方向にずれた角度位置に配置してもよい。
図4〜図6に示すように、2以上の第1供給部110(側部供給部110B)は、ロータ5の中心軸AX周りの角度範囲として、上記鉛直面Svを起点として±90度の角度範囲に設けられてもよい。例えば、図4、図5に示した実施形態では、上記±90度の角度範囲内に3つの第1供給部110(1つの頂部供給部110Aと2つの側部供給部110B)が配置されている。また、例えば、図6に示した一実施形態では、上記±90度の角度範囲内に4つのノズル50が配置された第1供給部110(2つの頂部供給部110Aと2つの側部供給部110B)が配置されている。
これにより、第1供給部110の配置位置を工夫することで第1領域81の全体に冷却空気を効率的に供給できると共に、第1領域81の全体の雰囲気空気の温度分布及び雰囲気空気に接する車室7のメタル温度の温度分布を平準化できる。
なお、上記頂部7Tに対して周方向に±90度の角度範囲内に少なくとも2つの第1供給部110(頂部供給部110A)が配置されていてもよい。例えば、図4、図5に示した実施形態において、第1供給部110(頂部供給部110A)が、頂部7Tの位置である0度の角度位置に配置されず、周方向に0度の角度位置からずれて配置してもよい。また、例えば、図6に示した実施形態において、頂部7Tの位置である0度の角度位置に第1供給部110(頂部供給部110A)をさらに配置してもよい。
図4〜図6に示すように、ロータ5の中心軸AX周りの角度範囲として、上記鉛直面Svを起点として−90度以上−20度以下、及び、20度以上90度以下の角度範囲に設けられ、且つ、上記鉛直面Svに関して対称に設けられた少なくとも一対の第1供給部110(側部供給部110B)を含むように、第1供給部110を配置してもよい。例えば、図4、図5に示した実施形態では、−90度以上−20度以下、及び、20度以上90度以下の角度範囲内に一対の第1供給部110(側部供給部110B)が配置されている。また、例えば、図6に示した一実施形態では、±20度の角度範囲に一対の頂部供給部110Aが配置され、−90度以上−20度以下、及び、20度以上90度以下の角度範囲に一対の側部供給部110Bが配置されていてもよい。
これにより、第1領域81の広い範囲に冷却空気を供給でき、第1領域81における雰囲気空気の温度差のばらつきを抑制できる。
なお、−90度以上−20度以下、及び、20度以上90度以下の角度範囲内に三対以上の第1供給部110が配置されていてもよい。例えば、一対の頂部供給部110Aと2対以上の側部供給部110Bが配置されていてもよい。
(ノズル50の開口52の開口面積について)
以下、ノズル50から排出される冷却空気の流量に影響を及ぼすノズル50の開口52の開口面積又はオリフィス93の口径について説明する。ここで、第1供給部110は、図4、図5に示すように、上記鉛直面Svの最も近くの車室7の頂部7Tに設けられた頂部供給部110Aと、ロータ5の周方向に沿って頂部供給部110Aを挟んで設けられた少なくとも一対の側部供給部110Bとを含むものとする。
幾つかの実施形態では、頂部供給部110Aにおけるノズル本体部51は、少なくとも一対の側部供給部110Bにおける一つのノズル本体部51に形成された開口52の開口面積の和Ssよりも開口面積の和Scが大きくなるように開口52が形成されているとよい。換言すると、側部供給部110Bにおける一つのノズル本体部51の開口面積の和Ssは、頂部供給部110Aにおけるノズル本体部51の開口面積の和Scよりも小さくするとよい。
例えば、側部供給部110Bのノズル本体部51と頂部供給部110Aのノズル本体部51とで、開口52の口径が等しければ、側部供給部110Bにおける一つのノズル本体部51の開口52の数は、頂部供給部110Aにおけるノズル本体部51の開口52の数よりも少なくするとよい。また、側部供給部110Bのノズル本体部51と頂部供給部110Aのノズル本体部51とで、開口52の数が等しければ、側部供給部110Bにおける一つのノズル本体部51の開口52の口径は、頂部供給部110Aにおけるノズル本体部51の開口52の口径よりも小さくするとよい。なお、後述するオリフィス口径とノズル本体部51の開口52の開口面積Ssを関連付けることによる、冷却空気量の調整が容易になる。
ここで、頂部供給部110Aと側部供給部110Bへの冷却空気の割り振り量が、車室7のメタル温度分布に与える影響について説明する。図7は、1つの頂部供給部110Aを車室7の頂部7Tに配置し、頂部供給部110Aを挟んで周方向の対称となる位置に一対の側部供給部110Bを配置した第1供給部110の取付け位置とメタル温度の関係を示した図である。図8は、一対の頂部供給部110Aを車室7の頂部7Tから周方向に対称となる位置に配置し、頂部供給部110Aから周方向に更に離れた対称となる位置に、一対の側部供給部110Bを配置した第1供給部110の取付け位置とメタル温度の関係を示した図である。ここで、図7及び図8は共に、実線は、1つ又は一対の頂部供給部110Aから排出される冷却空気量よりも、一対の側部供給部110Bから排出される冷却空気量の合計流量が多い例(例1、例11:適正冷却)を示す。また、比較例として、第1供給部110が頂部供給部110Aのみを備え、頂部供給部110Aから排出される冷却空気が、車室7の頂部7T近傍の車室7内にのみに供給される場合を2点鎖線で示している(例3:頂部冷却)。また、第1供給部110を含め、車室7内の雰囲気空気を撹拌及び希釈並びにパージする手段を車室7内に備えていない無冷却の場合を、破線で示している(例2:車室無冷却)。なお、第1供給部110の各供給部の取り付け位置は、車室7を軸方向上流側から見た断面で、車室7の底部QBを基準(角度0°)として時計廻りの方向の角度で各供給部の位置を表示している。
図7に示す実施例において、例2の破線で示す車室無冷却の場合、車室7の頂部7T(位置180°)で最もメタル温度が高くなる。車室7の点P1、P2、Q1、Q7の各位置では、車室7の頂部7Tの位置から周方向に離れると共にメタル温度は徐々に低下して、車室7の底部QB(位置0°)で最もメタル温度が低くなる。例2の場合、車室7の頂部7Tと車室7の底部QBの間のメタル温度の温度差が最も大きくなり、車室変形が最も大きく、キャットバックが発生する可能性が高い例である。例3の2点鎖線で示す頂部冷却のみの場合、車室7の頂部7Tの位置のみに冷却空気が供給されるため、車室7の頂部7Tの位置が他の周方向の位置と比較して過冷却となり、車室7の頂部7Tにおけるメタル温度は、点P3のように周辺の車室7のメタル温度よりも低い温度を示す。車室7の頂部7Tに周方向に隣接する点P1、P2の位置では車室7の頂部7Tのメタル温度は点P3の位置より高くなる。点P1、P2の位置から更に車室7の周方向に車室7の頂部7Tから離れる位置では、車室7のメタル温度は徐々に低下する。車室7の底部QB(位置0°)で最も温度が低くなるのは、例2の頂部無冷却の場合のメタル温度分布と同じである。例3の頂部冷却の場合、例2と比較して車室の変形は小さくなるが、車室7の頂部7Tを含めた第1領域81に接する車室7のメタル温度分布は未だ大きく、車室7の頂部7Tと底部QBとのメタル温度差が十分に小さいとは言えない。
一方、図7に実線で示す例1は、第1供給部110として、車室7の頂部7Tに1つの頂部供給部110Aを設け、車室7の頂部7Tを挟んで周方向に対称的に離れた位置に一対の側部供給部110Bを配置している。1つの頂部供給部110Aから排出される冷却空気量よりも、一対の側部供給部110Bから排出される冷却空気量の合計流量を多くした場合、第1領域81に接する車室7のメタル温度分布が、比較例1又は例2と比べて改善される。すなわち、例1の場合、頂部供給部110A及び一対の側部供給部110Bから排出された冷却空気は、車室7の点Q2、Q4、Q6の位置で車室7内に排出される。車室7の点Q2、Q4、Q6の位置での車室7内の雰囲気空気が撹拌及び希釈され、比較例の例2又は例3と較べて車室7の点Q2、Q4、Q6の位置近傍におけるメタル温度は低下する。しかし、例3の比較例に示す車室7の点P3の位置のメタル温度よりは高い温度であり、例3に示すほどの過冷却となることはない。また、各供給部(頂部供給部110A、側部供給部110B)の周方向の中間位置である点Q3、Q5のメタル温度は、点Q2、Q4、Q6の位置におけるメタル温度よりは上昇するが、例2に示す無冷却の場合の頂部7Tのメタル温度より低い温度である。すなわち、第1領域81の点Q2、Q3、Q4、Q5、Q6の位置近傍における車室7内の雰囲気空気の温度分布(温度のばらつき)は、比較例の例2又は例3と較べて平準化されている。
なお、例1の場合において、図7に図示していないが、1つ又は一対の頂部供給部110Aから排出される冷却空気量の合計値と、一対の側部供給部110Bから排出される冷却空気量の合計値が同じ場合は、車室7の点Q2、Q4、Q6の位置におけるメタル温度分布が例1よりも大きくなり、メタル温度分布が十分に平準化されているとは言えない。
従って、例2、例3に示す比較例と比べて、例1の場合、第1領域81に接する車室7のメタル温度分布が平準化され、車室7の変形が比較例より小さくなっている。
図8は、第1供給部110の構成が、一対の頂部供給部110Aと一対の側部供給部110Bからなる場合である。すなわち、一対の頂部供給部110Aは、車室7の頂部7Tには配置されず、車室7の頂部7Tを挟んで周方向の両側に若干移動させ、対称となる位置に配置した例(例11)である。一対の側部供給部110Bは、頂部供給部110Aに対して周方向に車室7の頂部7Tから更に離れた方向の対称となる位置に、一対の側部供給部110Bを配置した例である。
図8に示す例11において、実線で示すように、第1供給部110は、車室7の頂部7Tの近傍に一対の頂部供給部110Aを配置し、更に周方向に離れた位置であって一対の側部供給部110Bを対称となる位置に配置した場合である。一対の頂部供給部110Aから排出される冷却空気量の合計値よりも、一対の側部供給部110Bから排出される冷却空気量の合計値を多くした場合、第1領域81に接する車室7のメタル温度分布は、例1と同様に、比較例と比べて改善される。
すなわち、例11の場合、一対の頂部供給部110A及び一対の側部供給部110Bから排出された冷却空気は、車室7の点Q2、Q4、Q6、Q8の位置に供給され、点Q2、Q4、Q6、Q8の位置におけるメタル温度は低下するが、例3の比較例に示す点P3の位置のメタル温度よりは高い温度であり、例3に示すほどの過冷却となることはない。また、各供給部(頂部供給部110A、側部供給部110B)の周方向の中間位置である点Q3、Q5、Q7の位置のメタル温度は、点Q2、Q4、Q6、Q8の位置のメタル温度よりは上昇するが、例2に示す無冷却の場合の頂部7Tのメタル温度より低い温度である。すなわち、第1領域81の点Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9の位置近傍における車室7内の雰囲気空気の温度分布(温度のばらつき)並びに車室7のメタル温度は、比較例の例2又は例3と較べて平準化されている。また、例1に示すメタル温度分布と比較して、ほぼ同等のメタル温度分布(温度のばらつき)が得られている。
従って、例2、例3に示す比較例と比べて、例11の場合においても、第1領域81に接する車室7のメタル温度分布が平準化され、車室7の変形が比較例より小さくなっている。
(第2供給部120の配置位置について)
以下、主に図4〜図6を参照して、車室7に対する第2供給部120の配置位置について説明する。
図4〜図6に示すように、幾つかの実施形態に係る冷却空気供給部100では、1以上の第2供給部120は、ロータ5の中心軸AX周りの角度範囲として、鉛直面Svを起点として周方向に±20度の角度範囲に設けられる。例えば、図4、図6に示す実施形態では、上記±20度の角度範囲内に1つの第2供給部120が配置されている。また、例えば、図5に示した一実施形態では、上記±45度の角度範囲内に2つの第2供給部120が配置されている。
これにより、第2領域82の中でも温度が高い空気が溜まりやすい第2領域82の鉛直方向上方の領域に第2供給部120から冷却空気を供給し易くなる。また、変向部73及び空洞部74に沿った空間の雰囲気空気の撹拌及び希釈が促進され、第2領域82における雰囲気空気の温度分布が一層平準化される。したがって、車室7の鉛直方向の中間高さの位置である空洞部74が接する車室7の上半部7aの鉛直方向の上部及び下半部7bの下部のメタル温度差が縮小され、車室7の鉛直方向の中間高さの位置における変形が抑制される。
なお、上記±20度の角度範囲内に1つの第2供給部120を配置する場合、該第2供給部120は、図4、図6に示すように、鉛直面Svを起点とする0度の角度位置に配置してもよく、0度の角度位置からロータ5の周方向にずれた角度位置に配置してもよい。
図5に示すように、幾つかの実施形態に係る冷却空気供給部100では、2以上の第2供給部120は、鉛直面Svを起点として±45度の角度範囲に設けられていてもよい。例えば、図5に示した実施形態では、上記±45度の角度範囲内に2つの第2供給部120が配置されている。
これにより、個々の第2供給部120の配置位置を工夫することで第2領域82の全体に冷却空気を効率的に供給できる。
なお、上記±45度の角度範囲内に少なくとも2つの第2供給部120が配置されているとよいので、例えば、図5に示した実施形態において、0度の角度位置に第2供給部120をさらに配置してもよい。
図5に示すように、幾つかの実施形態に係る冷却空気供給部100では、鉛直面Svを起点として±45度の角度範囲に設けられ、且つ、鉛直面Svに関して対称に設けられた少なくとも一対の第2供給部120を含むように、第2供給部120を配置してもよい。例えば、図5に示した実施形態では、±45度の角度範囲に一対の第2供給部120が鉛直面Svに関して対称に設けられている。
これにより、第2領域82の広い範囲に冷却空気を供給でき、第2領域82における雰囲気空気の温度分布が一層平準化される。
(冷却空気の供給量について)
以下、第1供給部110からの冷却空気の供給量と、第2供給部120からの冷却空気の供給量との関係について説明する。
幾つかの実施形態では、第2供給部120は、各々の第1供給部110から供給する冷却空気の合計量よりも多くの冷却空気を供給可能に構成されている。
具体的には、図4、図6に示すように、第2供給部120が一つだけ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この第2供給部120が第2領域82に供給する冷却空気の時間当たりの供給量は、複数の第1供給部110がそれぞれ第1領域81に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計よりも多い。また、図5に示すように、第2供給部120が2つ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この2つの第2供給部120がそれぞれ第2領域82に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計量は、複数の第1供給部110がそれぞれ第1領域81に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計量よりも多い。
車室7内の上部と下部とのメタル温度差を抑制するためには、第1領域81に供給する冷却空気の供給量より第2領域82に供給する冷却空気の供給量を多くするとよいことが見出された。
したがって、幾つかの実施形態によれば、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を効果的に抑制できる。
幾つかの実施形態では、第2供給部120は、第1供給部110が第1領域81に供給する冷却空気の供給量の合計量の120%以上300%以下の冷却空気を第2領域82に供給可能に構成されている。
具体的には、図4、図6に示すように、第2供給部120が一つだけ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この第2供給部120が第2領域82に供給する冷却空気の時間当たりの供給量は、複数の第1供給部110が第1領域81に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計量の120%以上300%以下である。また、図5に示すように、第2供給部120が2つ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この2つの第2供給部120がそれぞれ第2領域82に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計量は、第1供給部110が第1領域81に供給する冷却空気の時間当たりの供給量の合計量の120%以上300%以下であってもよい。
車室7内の上部と下部とのメタル温度差のばらつきを効率的に抑制するためには、第1領域81に供給する冷却空気の供給量の120%以上300%以下の冷却空気を第2領域82に供給するとよいことが見出された。
したがって、幾つかの実施形態では、車室7内の上部と下部とのメタル温度差のばらつきを効率的に抑制できる。
幾つかの実施形態では、第1供給部110から第1領域81に供給する冷却空気の供給量を規定する第1オリフィス93を備えている。第1オリフィス93は、各ノズル50に接続する第1付属配管92Aの上流側端に設けてもよいし、第1付属配管92Aを設けず、各ノズル50にフランジ部91aを介して空気供給配管91を直結させ、ノズル50とフランジ部91aとの間に第1オリフィス93を設けてもよい。
また、幾つかの実施形態では、第2供給部120から第2領域82に供給する冷却空気の供給量を規定する第3オリフィス97を備えてもよい。第3オリフィス97の車室7への取付け構造は、第1オリフィス93及び第2オリフィス95と同様に、車室7に接続する第2付属配管92Bの上流側に配置してもよいし、車室7と第2付属配管92Bの間に配置してもよい。
図2、図4〜図6に示すように、第1オリフィス93は、第1供給部110に対して設けられており、空気供給配管91と第1付属配管92A又はノズル50の間に挿入されている。
図2、図4〜図6に示すように、第3オリフィス97は、各々の第2供給部120に対して設けられており、空気供給配管91と第2付属配管92B又は連通孔60の間に挿入されている。
これにより、第1オリフィス93及び第3オリフィス97によって、第1領域81及び第2領域82に供給するそれぞれの冷却空気の供給量を容易に設定できる。
幾つかの実施形態では、第3オリフィス97の開口面積又は口径の和は、第1オリフィスの開口面積又は口径の和の120%以上300%以下である。
具体的には、図4、図6に示すように、第2供給部120が一つだけ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この第2供給部120についての第3オリフィス97の開口面積又は口径は、複数の第1供給部110のそれぞれに対して設けられた複数の第1オリフィス93の開口面積又は口径の和の120%以上300%以下である。また、図5に示すように、第2供給部120が2つ設けられている場合、幾つかの実施形態では、この2つの第2供給部120がそれぞれに対して設けられた複数の第3オリフィス97の開口面積又は口径の和は、複数の第1供給部110のそれぞれに対して設けられた複数の第1オリフィス93の開口面積又は口径の和の120%以上300%以下である。
上述したように、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を効率的に抑制するためには、第1領域81に供給する冷却空気の供給量の120%以上300%以下の冷却空気を第2領域82に供給するとよいことが見出された。
また、オリフィスを通過する流体の流量は、概ねオリフィスの開口面積又は口径に比例する。
したがって、幾つかの実施形態では、第1領域81に供給する冷却空気の供給量の120%以上300%以下の冷却空気を第2領域82に供給することができるようにそれぞれのオリフィス93、95の開口面積又は口径が設定されているので、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を効率的に抑制できる。
(タービン車室の変形防止方法について)
以下、図9を参照して、ガスタービンの車室の変形を防止する車室の変形防止方法について説明する。
一実施形態に係る車室7の変形防止方法は、ガスタービン1の運転を停止する際に上述したキャットバック現象を抑制するために用いられる方法である。一実施形態に係る車室7の変形防止方法は、図9に示すように、ガスタービン運転停止ステップS10と、冷却空気供給ステップS20と、第1供給部流量配分調整ステップS30と、第2供給部流量配分調整ステップS40とを含む。
図9のフローチャートに示すように、運転停止ステップS10は、ガスタービン1の運転を停止するステップである。
冷却空気供給ステップS20は、車室7のうち上半部7aに設けられ、車室7の内部空間8に冷却空気を供給するための複数の冷却空気供給部100から冷却空気を供給するステップであり、第1領域81に冷却空気を供給する工程と、第2領域82に冷却空気を供給する工程と、が含まれる。
第1領域81に冷却空気を供給する工程は、内部空間8のうち、車室7内にてロータ5の周囲に環状に配置された複数の燃焼器3の径方向外側の第1領域81に面して設けられた第1供給部110から第1領域81に冷却空気を供給する工程である。
第2領域82に冷却空気を供給する工程は、内部空間8のうち、複数の燃焼器3の径方向内側の第2領域82に面して設けられた第2供給部120から第2領域82に冷却空気を供給する工程である。
第1供給部流量配分調整ステップS30は、第1供給部110を構成する単一又は一対の頂部供給部110Aと少なくとも一対の側部供給部110Bから第1領域81に供給される冷却空気量を適正量に配分し、調整する工程である。単一又は一対の頂部供給部110A及び少なくとも一対の側部供給部110Bは、車室7の頂部7T及び頂部7Tから周方向に離間して配置された車室7の内部空間8に配置されている。頂部供給部110A及び側部供給部110Bは、外部から空気供給配管91を介して供給された冷却空気を車室7の内周面7cに沿って放射状に拡散させる開口52を備えた複数のノズル50を含んで形成されている。また、空気供給配管91の冷却空気の流れ方向の下流側であって、ノズル50に接続する第1付属配管92Aには、冷却空気量を調整する着脱が可能なオリフィスが配置されている。各供給部に配置されたオリフィス(第1オリフィス93、第2オリフィス95)の口径又は開口面積を変えることにより、適正な冷却空気量が選定される。冷却空気は、ノズル50から放射状に拡散されて、車室7の頂部7T及び頂部7Tから周方向に延在する内部空間8の第1領域81内の雰囲気空気を撹拌し、希釈する。図7、図8に示すように、適正量の冷却空気量を選定することにより、車室7の頂部7T及び頂部7Tから周方向に延在する第1領域81の雰囲気空気の温度分布(温度のばらつき)が平準化され、第1領域81に接する車室7のメタル温度分布も平準化される。その結果、車室7の頂部7Tと底部QBの間のメタル温度差が平準化され、メタル温度差が小さくなり、車室7の変形量が小さくなる。
図9に示すように、第1供給部流量配分調整ステップS30は、更に、第1供給部110のノズル50が配置された位置近傍の車室7のメタル温度を計測する第1供給部メタル温度計測ステップS31と、計測されたメタル温度から第1供給部110の温度分布を算出し、計測されたメタル温度のばらつきが許容値以内か否かを判定する第1供給部メタル温度分布判定ステップS32と、第1供給部110のメタル温度分布が許容値を越えると判定された場合、第1供給部110の頂部供給部110Aに配置された第1オリフィス93又は側部供給部110Bに配置された第2オリフィス95の口径又は開口面積を変更する第1供給部流量調整ステップS33と、を含んでいる。第1供給部110を構成する頂部供給部110Aと側部供給部110Bの冷却空気量の流量配分は、側部供給部110Bに供給される冷却空気量の合計値が、頂部供給部110Aに供給される冷却空気量の合計値より多くなるように調整することが望ましい。
頂部供給部110Aと側部供給部110Bに供給する冷却空気量を適正な配分量に調整することにより、車室7の頂部7Tを中心に、周方向の両方向に延在する第1領域81に接する車室7のメタル温度が平準化され、車室7の頂部7Tと底部QBのメタル温度差が縮小し、車室7の頂部7T近傍の周方向の変形が小さくなり、キャットバック現象の発生が抑制される。なお、第1オリフィス93及び第2オリフィス95の口径又は開口面積の変更(交換)は、第1供給部110のメタル温度分布により、一部のオリフィスであってもよいし、全数のオリフィスを変更(交換)の対象としてもよい。
図9に示すように、第2供給部流量配分調整ステップS40は、第2供給部120を構成する単一又は複数の連通孔60を含んで形成され、第1供給部110から第1領域81に供給される冷却空気量と、第2供給部120から第2領域82に供給される冷却空気量との配分量を適正な流量比となるように選定し、調整する工程である。そのため、第2供給部流量配分調整ステップS40は、更に、車室7の円錐領域71のメタル温度を計測する円錐領域メタル温度計測ステップS41と、計測された円錐領域71のメタル温度から円錐領域71のメタル温度分布を算出し、メタル温度のばらつきが許容値以内か否かを判定する円錐領域メタル温度分布判定ステップS42と、円錐領域71のメタル温度分布が許容値を越えると判定された場合、第1供給部110に配置されたオリフィス(第1オリフィス93、第2オリフィス95)及び第2供給部120に配置されたオリフィス(第3オリフィス97)の口径又は開口面積を変更する第2供給部流量調整ステップS43と、を含んでいる。
第2供給部流量調整ステップS43では、第2供給部120から第2領域82に供給される冷却空気量の合計値が、第1供給部110から第1領域81に供給される冷却空気量の合計値より大きくなるように調整することが望ましい。特に、ロータ5廻りに環状に配置された燃焼器3の間の隙間が狭い場合、第2供給部120から第2領域82に冷却空気を直接供給できるので、周方向に延在する空洞部74内部の雰囲気空気の温度分布が平準化され、円錐領域71における車室7の上半部7aと下半部7bの間のメタル温度分布が平準化され、車室7の変形が小さくなる。なお、第1オリフィス93及び第2オリフィス95及び第3オリフィス97の口径又は開口面積の変更(交換)は、第2供給部120のメタル温度分布により、一部のオリフィスであってもよいし、全数のオリフィスを変更(交換)の対象としてもよい。
第1供給部メタル温度分布判定ステップS32において、第1供給部110が配置された第1領域81のメタル温度分布が許容値以内と判定され、且つ、第2供給部120が配置された第2領域82の円錐領域メタル温度分布判定ステップS42において、円錐領域71のメタル温度分布が許容値以内と判定された時点で、タービン車室6の変形を防止する工程は終了する。
一実施形態に係る車室の変形防止方法によれば、複数の燃焼器3の径方向内側の第2領域82に面して設けられた第2供給部120から第2領域82に冷却空気を供給するので、複数の燃焼器3の径方向外側の第1領域81からでは冷却空気を十分に供給できないおそれがある第2領域82に冷却空気を十分に供給できる。これにより、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を縮小させて、車室の変形を抑制できる。
また、一実施形態に係る車室の変形防止方法では、第2領域82に冷却空気を供給するステップS23は、第1領域81に冷却空気を供給するステップS21において第1領域81に供給する冷却空気の供給量よりも多くの冷却空気を第2領域82に供給する。
上述したように、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を抑制するためには、第1領域81よりも多くの冷却空気を第2領域82に供給するとよいことが見出された。
したがって、一実施形態に係る車室の変形防止方法によれば、車室7内の上部と下部とのメタル温度差を効果的に縮小できる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、複数の第1供給部110を設ける場合、全ての第1供給部110について、ロータ5の中心軸AXに沿った方向の位置が同じになるように配置してもよく、上述したキャットバック現象の抑制に関して支障のない範囲内で該方向の位置が第1供給部110毎に異なっていてもよい。同様に、複数の第2供給部120を設ける場合、全ての第2供給部120について、ロータ5の中心軸AXに沿った方向の位置が同じになるように配置してもよく、上述したキャットバック現象の抑制に関して支障のない範囲内で該方向の位置が第2供給部120毎に異なっていてもよい。
1 ガスタービン
2 圧縮機
3 燃焼器
5 ロータ
6 タービン車室
7 車室(ケーシング)
7a 上半部
7b 下半部
7c、7d、7e 内周面
7T 頂部
8 内部空間
9 ディフューザ
21 圧縮機車室
50 ノズル
51 ノズル本体部
52 開口
60 連通孔
71 円錐領域
73 変向部
74 空洞部
75 マニホールド
81 第1領域
82 第2領域
91 空気供給配管
92A 第1付属配管
92B 第2付属配管
93 第1オリフィス
95 第2オリフィス
97 第3オリフィス
100 冷却空気供給部
110 第1供給部
110A 頂部供給部
110B 側部供給部
120 第2供給部

Claims (17)

  1. ガスタービンの車室の内部空間に冷却空気を供給する冷却空気供給部を備えたタービン車室であって、
    前記冷却空気供給部は、
    前記車室の上半部内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられ、前記第1領域に前記冷却空気を供給する第1供給部と、
    前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられ、前記第2領域に前記冷却空気を供給する第2供給部と、
    を備え、
    前記車室は、前記車室に支持され、燃焼器の径方向内側の前記ロータ廻りに環状に形成され、周方向に複数に分割された変向部を備え、
    前記変向部の一部は、前記第2供給部の連通孔に対向して配置されている
    タービン車室。
  2. 前記車室は、前記変向部と前記変向部に対向する前記車室の内壁面とにより囲まれ、前記変向部に沿って周方向に延在する環状に形成された空洞部を含む
    請求項1に記載のタービン車室。
  3. 前記変向部は、前記ロータに冷却空気を供給するためのマニホールドを形成する外壁面である
    請求項1又は2に記載のタービン車室。
  4. 前記第1供給部は、複数のノズルを含み、
    前記車室の頂部近傍に配置された頂部供給部と、
    前記頂部供給部に周方向に隣接し、前記頂部から離間する方向に配置された少なくとも一対の側部供給部と、
    を含む
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載のタービン車室。
  5. 前記頂部供給部は、前記車室の頂部に配置された単一の前記ノズルを含み、前記少なくとも一対の側部供給部は、前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている
    請求項4に記載のタービン車室。
  6. 前記頂部供給部は、2以上の前記ノズルを含み、
    2以上の前記ノズルは、前記車室の頂部近傍の前記頂部を挟んで前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている
    請求項4に記載のタービン車室。
  7. 前記側部供給部の2以上の前記ノズルは、前記鉛直面を基準として周方向に±90度の角度範囲に設けられる
    請求項6に記載のタービン車室。
  8. 前記第1供給部は、前記複数のノズルに冷却空気を供給する第1付属配管を含み、
    前記第1付属配管は、
    前記頂部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記頂部供給部の上流側に配置された第1オリフィスと、
    前記側部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記側部供給部の上流側に配置された第2オリフィスと、
    を含み、
    前記第1オリフィスの口径又は開口面積の合計値は、前記第2オリフィスの口径又は開口面積の合計値より小さく形成されている
    請求項4乃至7のいずれか一項に記載のタービン車室。
  9. 前記頂部供給部又は前記側部供給部は、筒形状を有するノズル本体部を有し、
    前記ノズル本体部は、前記ノズル本体部の内部と前記第1領域とを連通する開口が前記ノズル本体部の側面に前記ノズル本体部の周方向に沿って複数形成されている
    請求項4乃至8のいずれか一項に記載のタービン車室。
  10. ガスタービンの車室の内部空間に冷却空気を供給する冷却空気供給部を備えたタービン車室であって、
    前記冷却空気供給部は、
    前記車室の上半部内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられ、前記第1領域に前記冷却空気を供給する第1供給部と、
    前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられ、前記第2領域に前記冷却空気を供給する第2供給部と、
    を備え、
    前記第1供給部は、複数のノズルを含み、
    前記車室の頂部近傍に配置された頂部供給部と、
    前記頂部供給部に周方向に隣接し、前記頂部から離間する方向に配置された少なくとも一対の側部供給部と、
    を含み、
    前記第1供給部は、前記複数のノズルに冷却空気を供給する第1付属配管を含み、
    前記第1付属配管は、
    前記頂部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記頂部供給部の上流側に配置された第1オリフィスと、
    前記側部供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記側部供給部の上流側に配置された第2オリフィスと、
    を含み、
    前記第1オリフィスの口径又は開口面積の合計値は、前記第2オリフィスの口径又は開口面積の合計値より小さく形成されており、
    前記第2供給部は、
    前記第2領域の前記車室に形成された連通孔と、
    前記車室に固定され、前記連通孔に接続する第2付属配管と、
    前記第2供給部に供給する前記冷却空気の供給量を規定し、前記第2付属配管の上流側に配置された第3オリフィスと、
    を含み、
    前記第3オリフィスの口径又は開口面積の合計値は、前記第1オリフィス及び前記第2オリフィスの口径又は開口面積の合計値より大きく形成されている、
    タービン車室。
  11. 前記連通孔は、前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を境界として周方向の対称な位置に配置されている一対の連通孔である
    請求項10に記載のタービン車室。
  12. 前記第2供給部は、前記ロータの中心軸を含んだ鉛直面を基準として周方向に±20度の角度範囲に設けられる
    請求項1乃至11のいずれか一項に記載のタービン車室。
  13. 前記ロータと、
    前記複数の燃焼器と、
    請求項1乃至12の何れか一項に記載の前記タービン車室と、
    を備えるガスタービン。
  14. ガスタービンの車室の変形を防止する車室の変形防止方法であって、
    前記ガスタービンの運転を停止するステップと、
    前記車室の上半部に設けられた冷却空気供給部から前記車室の内部空間に冷却空気を供給するステップと、
    を含み、
    前記冷却空気を供給するステップは、
    前記内部空間のうち、前記車室内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられた第1供給部から前記第1領域に冷却空気を供給するステップと、
    前記内部空間のうち、前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられた第2供給部から前記第2領域に前記冷却空気を供給するステップと、
    を含み、
    前記第1供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
    前記第2供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
    を更に含み、
    前記第1供給部は、第1オリフィスを備えた頂部供給部と、第2オリフィスを備えた側部供給部と、を含み、
    前記第1供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップは、
    前記第1領域に対面する前記車室のメタル温度を計測するステップと、
    前記メタル温度の計測値から前記第1領域に対面する前記車室の周方向の温度分布を判定するステップと、
    前記温度分布が許容値から外れていると判定された場合、少なくとも前記第1オリフィス又は前記第2オリフィスの何れか又は全数を異なる口径又は開口面積のオリフィスに交換するステップと、を含む、
    タービン車室の変形防止方法。
  15. 前記第2供給部は、第3オリフィスを備えた第2付属配管を含み、
    前記第2供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップは、
    前記第2領域に対面する中間車室のメタル温度及びロータの中心軸に対して前記中間車室の鉛直方向の反対側の前記車室の下半部のメタル温度を計測するステップと、
    前記メタル温度の計測値から前記中間車室の上部と下部の温度分布を判定するステップと、
    前記温度分布が許容値から外れていると判定された場合、少なくとも前記第1オリフィス又は前記第2オリフィス又は前記第3オリフィスの何れか又は全数を異なる口径又は開口面積のオリフィスに交換するステップと、を更に含む、
    請求項14に記載のタービン車室の変形防止方法。
  16. ガスタービンの車室の変形を防止する車室の変形防止方法であって、
    前記ガスタービンの運転を停止するステップと、
    前記車室の上半部に設けられた冷却空気供給部から前記車室の内部空間に冷却空気を供給するステップと、
    を含み、
    前記冷却空気を供給するステップは、
    前記内部空間のうち、前記車室内にてロータの周囲に環状に配置された複数の燃焼器の径方向外側の第1領域に面して設けられた第1供給部から前記第1領域に冷却空気を供給するステップと、
    前記内部空間のうち、前記複数の燃焼器の径方向内側の第2領域に面して設けられた第2供給部から前記第2領域に前記冷却空気を供給するステップと、
    を含み、
    前記第1供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
    前記第2供給部の前記冷却空気の流量配分を調整するステップと、
    を更に含み、
    前記第2領域に前記冷却空気を供給するステップは、前記第1領域に供給する前記冷却空気の供給量よりも多くの前記冷却空気を前記第2領域に供給する
    タービン車室の変形防止方法。
  17. 前記第1供給部は、
    前記車室の頂部近傍に配置された頂部供給部と、
    前記頂部供給部に周方向に隣接し、前記頂部から離間する方向に配置された少なくとも一対の側部供給部と、を含み、
    前記第1供給部から前記第1領域に前記冷却空気を供給するステップは、前記第1供給部の前記頂部供給部に供給される前記冷却空気の総供給量よりも多くの前記冷却空気を、前記第1供給部の前記側部供給部に供給する
    請求項14乃至16のいずれか一項に記載のタービン車室の変形防止方法。
JP2019063311A 2019-03-28 2019-03-28 タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法 Active JP6651665B1 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019063311A JP6651665B1 (ja) 2019-03-28 2019-03-28 タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法
PCT/JP2020/009062 WO2020195627A1 (ja) 2019-03-28 2020-03-04 タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法
KR1020217019741A KR102568027B1 (ko) 2019-03-28 2020-03-04 터빈 차실, 가스 터빈 및 터빈 차실의 변형 방지 방법
DE112020000492.9T DE112020000492T5 (de) 2019-03-28 2020-03-04 Turbinengehäuse, gasturbine und verfahren zum verhindern einer verformung eines gasturbinengehäuses
US17/420,818 US11781445B2 (en) 2019-03-28 2020-03-04 Turbine casing, gas turbine, and method for preventing deformation of turbine casing
CN202080007745.4A CN113272525B (zh) 2019-03-28 2020-03-04 涡轮机室、燃气轮机以及涡轮机室的变形防止方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019063311A JP6651665B1 (ja) 2019-03-28 2019-03-28 タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6651665B1 true JP6651665B1 (ja) 2020-02-19
JP2020165311A JP2020165311A (ja) 2020-10-08

Family

ID=69568406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019063311A Active JP6651665B1 (ja) 2019-03-28 2019-03-28 タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11781445B2 (ja)
JP (1) JP6651665B1 (ja)
KR (1) KR102568027B1 (ja)
CN (1) CN113272525B (ja)
DE (1) DE112020000492T5 (ja)
WO (1) WO2020195627A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021194473A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-30 Siemens Energy, Inc. Method for modulating a turbine cooling supply for gas turbine applications

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB617977A (en) * 1945-04-04 1949-02-15 Lysholm Alf Improvements in gas turbine power plants
US6065282A (en) * 1997-10-29 2000-05-23 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. System for cooling blades in a gas turbine
JP3600501B2 (ja) * 2000-04-03 2004-12-15 三菱重工業株式会社 キャットバック変形防止車室
JP2003254010A (ja) * 2002-03-01 2003-09-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気タービン車室
JP3970116B2 (ja) * 2002-07-16 2007-09-05 三菱重工業株式会社 タービンおよびタービンの温度調整システム
JP2005171795A (ja) * 2003-12-09 2005-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼装置
JP2006037855A (ja) * 2004-07-28 2006-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 車室ケーシング及びガスタービン
US7987660B2 (en) 2005-06-10 2011-08-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine, method of controlling air supply and computer program product for controlling air supply
JP4523877B2 (ja) * 2005-06-10 2010-08-11 三菱重工業株式会社 ガスタービン及び空気供給制御方法、並びに空気供給制御用コンピュータプログラム
US7708518B2 (en) * 2005-06-23 2010-05-04 Siemens Energy, Inc. Turbine blade tip clearance control
JP5653705B2 (ja) * 2010-09-30 2015-01-14 三菱重工業株式会社 回収式空気冷却ガスタービン燃焼器冷却構造
JP5984447B2 (ja) * 2012-03-26 2016-09-06 三菱重工業株式会社 ガスタービンの車室の変形を防止する方法、これを実行するパージ装置、及びこの装置を備えているガスタービン
US8973372B2 (en) * 2012-09-05 2015-03-10 Siemens Aktiengesellschaft Combustor shell air recirculation system in a gas turbine engine
US8893510B2 (en) * 2012-11-07 2014-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Air injection system in a gas turbine engine
US20140301820A1 (en) 2013-04-03 2014-10-09 Uwe Lohse Turbine engine shutdown temperature control system with nozzle injection for a gas turbine engine
JP6223774B2 (ja) * 2013-10-15 2017-11-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン
JP6223111B2 (ja) * 2013-10-15 2017-11-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン
JP6320063B2 (ja) * 2014-02-03 2018-05-09 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法
JP6331081B2 (ja) * 2014-05-22 2018-05-30 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン設備、及び冷却装置の運転方法
JP6432110B2 (ja) * 2014-08-29 2018-12-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン
KR101933819B1 (ko) * 2015-01-30 2018-12-28 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 가스 터빈의 냉각 계통, 이것을 구비하고 있는 가스 터빈 설비, 및 가스 터빈의 부품 냉각 방법
US11236639B2 (en) * 2015-02-10 2022-02-01 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine and an airflow control system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020195627A1 (ja) 2020-10-01
CN113272525A (zh) 2021-08-17
CN113272525B (zh) 2023-01-13
KR102568027B1 (ko) 2023-08-17
JP2020165311A (ja) 2020-10-08
DE112020000492T5 (de) 2021-10-28
KR20210094044A (ko) 2021-07-28
US20220090517A1 (en) 2022-03-24
US11781445B2 (en) 2023-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101273856B1 (ko) 가스 터빈
US10775047B2 (en) Combustor for gas turbine engine
JP5631627B2 (ja) マルチプレミキサ燃料ノズル支持システム
JP4764301B2 (ja) 燃焼器
JP4848240B2 (ja) 燃焼器
KR102473612B1 (ko) 연료 노즐을 구비하는 시스템 및 방법
JP4755058B2 (ja) 燃焼器
US10731564B2 (en) Transition structure
US20030037549A1 (en) Gas turbine combustor
US10655858B2 (en) Cooling of liquid fuel cartridge in gas turbine combustor head end
US10139109B2 (en) Can-annular combustor burner with non-uniform airflow mitigation flow conditioner
US9926845B2 (en) Combustor and gas turbine
JP7051329B2 (ja) レゾネータを有する燃料ノズルアセンブリ
US10088163B2 (en) Jet burner with cooling duct in the base plate
JP2009103438A (ja) 希釈が最適化された燃焼チャンバおよびその燃焼チャンバを備えたターボ機械
US10712006B2 (en) Combustion chamber arrangement of a gas turbine and aircraft gas turbine
JP6651665B1 (ja) タービン車室、ガスタービン及びタービン車室の変形防止方法
JP5485532B2 (ja) 希釈および冷却が最適化された燃焼チャンバ壁およびそれを備えた燃焼チャンバおよびターボ機械
JP5791302B2 (ja) バーナ装置
JP2009275706A (ja) 燃焼器からの排出物を減少させるための方法
US20180163968A1 (en) Fuel Nozzle Assembly with Inlet Flow Conditioner
US20210108797A1 (en) Combustion Liner With Cooling Structure
JP2019184157A (ja) 冷却構造及び燃焼器
US20230313994A1 (en) Combustor and gas turbine
JP6345331B1 (ja) ガスタービンの燃焼筒及び燃焼器並びにガスタービン

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190328

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190328

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190917

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200122

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6651665

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350