JP7492417B2 - ガスタービンの車室の冷却装置、ガスタービン及びガスタービンの車室の冷却方法 - Google Patents

Description

本開示は、ガスタービンの車室の冷却装置、ガスタービン及びガスタービンの車室の冷却方法に関する。

ガスタービンの運転を停止すると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、例えば、ガスタービン運転停止後に車室の上方に配置した冷却ファンで空気を車室の上半部に向けて送風することで上半部の温度上昇を抑制することが考えられている（例えば特許文献１参照）。

特開平６－２６３６４号公報

しかし、特許文献１に記載の変形防止装置では、複数の冷却ファンや冷却ファンの制御装置を新たに設ける必要があり、コスト増を招く。また、特許文献１に記載の変形防止装置では、冷却風を冷却ファン２によりケーシング１へ向かって下方に流すことによりケーシング上半部を冷却するが、冷却風の供給に圧力差を利用することを考慮しないため、冷却効果を十分に得ることができない。

本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、コスト増を抑制しつつキャットバック現象の発生を抑制できる装置を提供することを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの車室の冷却装置は、
ガスタービンの車室を収容するエンクロージャの内部の空気を吸引して前記エンクロージャの外部に排出するための排気装置と、
前記車室の外表面に前記エンクロージャの外部から冷却空気を供給するための冷却通路形成部と、
を備え、
前記冷却通路形成部の出口側開口は、前記エンクロージャの内部で開口している。

（２）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンは、上記（１）の構成のガスタービンの車室の冷却装置を備える。

（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法は、
ガスタービンの車室を収容するエンクロージャの内部の空気を前記エンクロージャの外部に排気するステップと、
前記排気するステップによる排気によって前記エンクロージャの内部に取り込まれる空気を通路を介して前記車室の外表面に導くステップと、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、コスト増を抑制しつつキャットバック現象の発生を抑制できる。

一実施形態のガスタービンの車室の冷却装置を備えるガスタービンプラントの概略を模式的に示す図である。 図１のＩＩ－ＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩａ－ＩＩＩａ矢視図である。 図１のＩＩＩｂ－ＩＩＩｂ矢視図である。 一実施形態のパージシステムについて説明するための図である。 通常のガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差の推移の傾向を示すグラフである。 電源喪失時におけるガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差の推移の傾向を示すグラフである。 一実施形態のガスタービンの構成を概略的に示す図である。 一実施形態のガスタービンの車室の冷却装置による冷却の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開示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、本開示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。

（ガスタービンプラント１０の概要）
一実施形態に係るガスタービンプラント１０は、ガスタービン１と、ガスタービン１の車室７を収容するエンクロージャ３０と、車室７の冷却装置１００とを備えている。一実施形態に係るガスタービンプラント１０は、エンクロージャ３０内を換気するための排気装置１１を備えている。
一実施形態に係るガスタービン１は、産業用ガスタービンである。ガスタービン１の運転に伴い、吸気音、燃焼音、排気音、または回転音等を含む騒音が発生するため、一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、ガスタービン１の周囲を覆うエンクロージャ３０を設けて、騒音の周辺への拡散を低減するようにしている。そして、一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、エンクロージャ３０内の温度上昇を抑制するため、排気装置１１によってエンクロージャ３０の内部の空気をエンクロージャ３０の外部に排出することでエンクロージャ３０内を換気するようにしている。一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、排気装置１１は、例えば排気ファン１１ａ及び排気ファン１１ａを駆動する電動機１１ｂである。一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、図２に示すように例えば３基の排気装置１１によってエンクロージャ３０内を換気するように構成されている。なお、一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、エンクロージャ３０の上部には、一端がエンクロージャ３０の開口部３５に接続されていて内部に連通するとともに、他端が排気ファン１１ａの吸気口に連通された、３本の吸込ダクト１３が取り付けられている。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、エンクロージャ３０外の空気をエンクロージャ３０内に導入するための開口部３１が複数箇所に設けられている。排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気を吸引することでエンクロージャ３０内の圧力が負圧になると、エンクロージャ３０外の空気は、複数箇所の開口部３１からエンクロージャ３０の内部に流入する。

（ガスタービン１の概要）
図７に示すように、一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の車室７は、ロータ５の中心軸ＡＸを含む水平面で分割されている。一実施形態に係るガスタービン１では、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とに、水平面で２分割されている。一実施形態に係るガスタービン１では、車室７は、タービン４の車室（タービン車室）６と、圧縮機２の車室（圧縮機車室）２１とを含んでいる。一実施形態に係るガスタービン１では、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と接続されている。

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。

タービン車室６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を収容するタービン車室６内、すなわち内部空間８に高温の気体が滞留し、タービン車室６の上部と下部とにメタル温度差が生じる。この結果、温度の高いタービン車室６の上部が温度の低いタービン車室６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プラント１０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、車室７の冷却装置１００を設けている。

（冷却装置１００について）
一実施形態の冷却装置１００は、ガスタービン１の車室７を収容するエンクロージャ３０の内部の空気を吸引してエンクロージャ３０の外部に排出するための排気装置１１と、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するための冷却通路形成部１１０と、を備える。一実施形態の冷却装置１００では、冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５は、エンクロージャ３０の内部で開口している。
一実施形態の冷却通路形成部１１０は、エンクロージャ３０の天井３３から車室７の上半部７ａに向かって延在する導入部１１１と、車室７の外表面７１で周方向に延在する車室冷却部１１３とを含んでいる。
一実施形態の冷却通路形成部１１０は、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から大気を導くための導入通路１０１及び冷却通路１０３を形成する。すなわち、一実施形態の冷却通路形成部１１０では、導入部１１１は、導入通路１０１を形成し、車室冷却部１１３は、冷却通路１０３を形成する。

導入部１１１は、上流側の端部がエンクロージャ３０の天井３３からエンクロージャ３０の外部に突出している。導入部１１１は、下流側で車室冷却部１１３と接続されている。
一実施形態の冷却通路形成部１１０の入口側開口１１２は、導入部１１１の上流側の端部に形成されていて、エンクロージャ３０の外部に位置している。

上述したように、車室冷却部１１３は、冷却通路１０３を形成する。冷却通路１０３は、車室７の外表面７１で周方向に延在する冷却空気の通路である。
一実施形態の冷却通路形成部１１０では、車室冷却部１１３は、車室７の外表面７１からガスタービン１の径方向外側に立設していて周方向に延在する複数の側壁部１３１と、外表面７１からから径方向外側に離間していて周方向に延在する天井壁部１３３とを有する。

複数の側壁部１３１のそれぞれは、互いにガスタービン１の軸方向に離間している。一実施形態の冷却通路形成部１１０では、冷却通路１０３は、軸方向で隣り合う２つの側壁部１３１と、天井壁部１３３とで囲まれる空間であり、軸方向に複数並べられている。図１、図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、車室冷却部１１３は、例えば軸方向に離間して配置された４つの側壁部１３１と、天井壁部１３３とによって、軸方向に並んだ３つの冷却通路１０３を形成している。すなわち、一実施形態の冷却通路形成部１１０では、冷却通路形成部１１０は、車室冷却部１１３において周方向に延在し且つ軸方向に並んだ複数の冷却通路１０３を形成するように分岐している。

一実施形態の冷却通路形成部１１０では、車室冷却部１１３は、それぞれの冷却通路１０３が車室７の頂部から周方向の一方側及び他方側に向かって延在し、車室７の上半部７ａを冷却するように形成されている。
一実施形態に係る車室７の外表面７１は、車室冷却部１１３の配置範囲内において、各冷却通路１０３に面している。すなわち、後述するように車室冷却部１１３内に導入された冷却空気は、一実施形態に係る車室７の外表面７１に接触しつつ各冷却通路１０３を流れることとなる。

車室冷却部１１３には、それぞれの冷却通路１０３を通過した冷却空気の出口である出口側開口１１５が形成されている。出口側開口１１５は、車室冷却部１１３の下流側の端部、すなわち周方向に沿って車室７の頂部から遠い方の端部、及び、周方向に沿って該端部に至る途中の位置において、それぞれの冷却通路１０３に対応して形成されている。なお、出口側開口１１５は、少なくとも周方向に沿って車室７の頂部から遠い方の端部において、それぞれの冷却通路１０３に対応して形成されていればよいが、図１及び図２に示すように、それぞれの冷却通路１０３に２カ所以上ずつ設けられていてもよい。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、冷却通路形成部１１０は、車室７のうちタービン車室６又は圧縮機車室２１の少なくとも何れか一方に設けられるとよい。
これにより、タービン車室６又は圧縮機車室２１の少なくとも何れか一方の外表面７１をエンクロージャ３０の外部からの冷却空気で冷却できる。

図１に示す例では、冷却通路形成部１１０は、タービン車室６及び圧縮機車室２１に設けられている。なお、タービン車室６に設けられた冷却通路形成部１１０の車室冷却部１１３は、軸方向の範囲の内、ガスタービン１の燃焼器３の配置位置からタービン４の第１段落又は第２段落までの範囲に配置されているとよい。また、圧縮機車室２１に設けられた冷却通路形成部１１０の車室冷却部１１３は、軸方向の範囲の内、圧縮機２の最終段落を含む範囲に配置されているとよい。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、冷却通路形成部１１０は、車室７の上半部７ａの外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するように構成されているとよい。
これにより、ガスタービン１の運転停止後に車室７内の上部に滞留する高温の気体によって車室７の上半部７ａの温度が上昇することを効果的に抑制できる。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、冷却通路形成部１１０は、エンクロージャ３０の天井３３から上半部７ａに向かって延在する導入部１１１を有するとよい。
これにより、車室７の上半部７ａの内、最も温度が高くなる傾向にある頂部付近にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するにあたって、導入部１１１の配置が合理的となる。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、冷却通路形成部１１０は、車室７の外表面７１で周方向に延在する車室冷却部１１３を含むとよい。
これにより、冷却空気を車室７の外表面７１で周方向に沿って流すことができるので、エンクロージャ３０の外部からの冷却空気による冷却範囲を周方向に沿って確保できる。

一実施形態に係るガスタービンプラント１０では、冷却通路形成部１１０は、車室冷却部１１３において周方向に延在し且つ軸方向に並んだ複数の冷却通路１０３を形成するように分岐しているとよい。
これにより、周方向及び軸方向に沿って比較的広い範囲に車室冷却部１１３を設けた場合であっても、車室７の外表面７１の冷却にムラが生じるのを抑制できる。

（ダンパ１２０について）
一実施形態の冷却装置１００は、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５との連通状態を切り替えるためのダンパ１２０を備えている。一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、入口側開口１１２を開閉するための弁体１２１と、弁体１２１を駆動するアクチュエータ１２３とを有する。一実施形態の冷却装置１００では、アクチュエータ１２３は、例えば電磁式のアクチュエータであるが、空気作動式のアクチュエータであってもよい。一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、いわゆるノーマリーオープンタイプのダンパであり、アクチュエータ１２３の駆動用電源が断たれると弁体１２１が入口側開口１１２を開くように構成されている。一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、エンクロージャ３０の外部に配置されている。

（冷却空気の流れについて）
上述したように、一般的に、エンクロージャ３０の換気を行う場合、エンクロージャ３０内の空気が意図しない場所からエンクロージャ３０の外部に排出されるのを抑制するため、一実施形態のガスタービンプラント１０のように、例えば排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気を吸引することでエンクロージャ３０内の圧力を負圧にしている。
すなわち、図１及び図２に示すように、排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気が矢印ａで示すように吸引されて、矢印ｂで示すようにエンクロージャ３０の外部に排気されると、エンクロージャ３０内の圧力が負圧になり、矢印ｃで示すようにエンクロージャ３０の外部の空気がエンクロージャ３０内に流入する。

なお、一実施形態のガスタービンプラント１０では、各排気ファン１１ａは、ガスタービン１の運転中及び運転停止後の何れの期間にも駆動されるように構成されている。また、一実施形態のガスタービンプラント１０では、各排気ファン１１ａは、例えばガスタービンプラント１０の電源喪失時（ブラックアウト発生時）には、非常用の不図示の電源装置からの非常用電源によって、少なくとも１基の排気ファン１１ａが駆動されるように構成されている。

ここで、ダンパ１２０が入口側開口１１２を開いていて、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とが連通している状態では、エンクロージャ３０の外部の空気は、矢印ｄで示すように入口側開口１１２から冷却通路形成部１１０内に流入する。入口側開口１１２から冷却通路形成部１１０内に流入した空気（冷却空気）は、導入部１１１内の導入通路１０１を流通して、図２の矢印ｅで示すように、車室冷却部１１３における各冷却通路１０３に流入する。各冷却通路１０３に流入した冷却空気は、車室７の外表面７１に接触しつつ周方向に沿って流れ、図１の矢印ｆ及び図２の矢印ｅで示すように、出口側開口１１５からエンクロージャ３０内に流出する。

一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、ガスタービン１の運転停止後に入口側開口１１２を開くように制御される。
また、一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、上述したようにアクチュエータ１２３の駆動用電源が断たれると弁体１２１が入口側開口１１２を開くように構成されているので、例えば電源喪失時には、入口側開口１１２を開くように動作する。上述したように、電源喪失時には、非常用の不図示の電源装置からの非常用電源によって、少なくとも１基の排気ファン１１ａが駆動されるように構成されている。したがって、電源喪失時に入口側開口１１２が開くことで、エンクロージャ３０の外部の空気を各冷却通路１０３に流すことができ、車室７の上半部７ａの外表面７１を冷却できる。

なお、一実施形態の冷却装置１００では、ガスタービン１の運転中は、ダンパ１２０によって入口側開口１１２が閉じられる。そのため、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とが連通しなくなり、エンクロージャ３０の外部の空気は、冷却通路形成部１１０内に流入しない。また、ガスタービン１の運転中にダンパ１２０によって入口側開口１１２が閉じられるため、各冷却通路１０３において車室７の外表面７１からの熱伝達によって加熱された空気は、入口側開口１１２からエンクロージャ３０の外部に流出することが防止される。

一実施形態の冷却装置１００によれば、エンクロージャ３０の内部の空気を吸引してエンクロージャ３０の外部に排出するための排気装置として従来から存在している排気ファン１１ａを用いることができる。したがって、一実施形態の冷却装置１００によれば、冷却通路形成部１１０を新たに設け、排気装置１１を稼働させてエンクロージャ３０内の圧力を負圧にすることで、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を導くことができる。これにより、簡素な構成でコスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。
一実施形態のガスタービン１では、一実施形態の冷却装置１００を備えるので、簡素な構成でコスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。

なお、ガスタービン１の運転中等、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給する必要がない場合には、ダンパ１２０を閉じておくことで、車室７周りの高温の空気が冷却通路形成部１１０を介してエンクロージャ３０の外部に流出することを抑制できる。また、一実施形態の冷却装置１００によれば、ガスタービン１の運転停止後等、車室７の外表面７１の冷却が必要な場合には、ダンパ１２０を開くことで、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給して車室７の外表面７１を冷却できる。

一実施形態の冷却装置１００では、上述したように、ダンパ１２０は、ダンパ１２０の駆動用電源のダンパ１２０への供給が断たれるとエンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とを連通させるように構成されている。なお、ダンパ１２０のアクチュエータ１２３が空気作動式のアクチュエータであった場合、ダンパ１２０は、ダンパ１２０の駆動用気体のダンパ１２０への供給が断たれるとエンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とを連通させるように構成されているとよい。
一実施形態の冷却装置１００によれば、例えば電源喪失時のような非常時であっても、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とを連通させることができる。そのため、例えば非常用電源によって排気ファン１１ａの少なくとも一部が稼働すれば、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給できる。

（パージシステムについて）
なお、一実施形態の冷却装置１００は、図４に示すように、パージシステム２００を備えている。一実施形態に係るパージシステム２００は、エンクロージャ３０の外部の空気を冷却空気として車室７内に供給するためのものであり、冷却用送風機２０１と、空気通路形成部２０３と、開閉弁２０５と、を有する。
冷却用送風機２０１は、エンクロージャ３０の外部の空気を車室７の内部に供給するための送風機である。
空気通路形成部２０３は、例えば冷却用送風機２０１と車室７とを接続する配管である。

開閉弁２０５は、空気通路形成部２０３を介したエンクロージャ３０の外部と車室７の内部との連通状態を切り替えるための開閉弁である。なお、図４に示す例では、開閉弁２０５は、空気通路形成部２０３において直列に２つ配置されているが、空気通路形成部２０３において少なくとも１つ配置されいてればよい。
一実施形態に係るパージシステム２００では、各開閉弁２０５は、不図示の弁体を駆動するアクチュエータ２０５ａは、例えば空気作動式のアクチュエータであるが、電磁式のアクチュエータであってもよい。
一実施形態の冷却装置１００によれば、パージシステム２００によって車室７の内部からも車室７を冷却できる。

なお、一実施形態に係るパージシステム２００では、図４に示すように、エンクロージャ３０の外部の空気をろ過して車室７の内部に供給するためのフィルタ装置２０７を有していてもよい。
一実施形態に係るパージシステム２００は、エンクロージャ３０の内部に配置されていてもよく、エンクロージャ３０の外部に配置されていてもよい。なお、一実施形態に係るパージシステム２００は、エンクロージャ３０の内部に配置されていている場合、空気の取り込み口、すなわちフィルタ装置２０７の不図示の吸気口は、エンクロージャ３０の内部に配置されていてもよく、エンクロージャ３０の外部に配置されていてもよい。

一実施形態の冷却装置１００では、冷却用送風機２０１は、ガスタービン１の運転中は停止するように制御され、ガスタービン１の運転停止後に駆動するように制御される。また、一実施形態の冷却装置１００では、各開閉弁２０５は、ガスタービン１の運転中は閉じるように制御され、ガスタービン１の運転停止後に開くように制御される。
したがって、一実施形態の冷却装置１００では、ガスタービン１の運転停止後には、冷却用送風機２０１が駆動され、各開閉弁２０５が開くので、エンクロージャ３０の外部の空気を車室７の内部に供給できる。

なお、一実施形態の冷却装置１００では、冷却用送風機２０１は、例えば電源喪失時には、上述した非常用の不図示の電源装置からの非常用電源によって駆動可能に構成されている。一実施形態の冷却装置１００では、各開閉弁２０５は、例えば電源喪失時には、作業員の作業によって不図示の窒素ガスボンベからの窒素ガスがアクチュエータ２０５ａに供給可能に構成されている。したがって、一実施形態の冷却装置１００では、例えば電源喪失時には、冷却用送風機２０１を駆動でき、各開閉弁２０５を開くことができるので、エンクロージャ３０の外部の空気を車室７の内部に供給できる。

（冷却装置１００による冷却効果について）
上述したように図５は、通常のガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの推移の傾向を示すグラフである。仮に、ガスタービン運転停止後に上述したような冷却通路形成部１１０に冷却空気を流通させることによる車室７の冷却、及び、パージシステム２００による車室７の冷却を行わなかった場合、図５における破線のグラフ線５１で示すように、ガスタービン運転停止後、時間の経過に連れて車室上下メタル温度差ΔＴが増大する。なお、車室上下メタル温度差ΔＴは、車室７の上半部７ａにおける頂部近傍のメタル温度と、車室７の下半部７ｂにおける底部近傍のメタル温度との差である。

ガスタービン運転停止後に冷却通路形成部１１０に冷却空気を流通させることによる車室７の冷却は行わず、パージシステム２００による車室７の冷却を行った場合、図５における細い実線のグラフ線５２で示すように、パージシステム２００による車室７の冷却を行わなかった場合と比べてガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの増大を抑制できる。

ガスタービン運転停止後に冷却通路形成部１１０に冷却空気を流通させることによる車室７の冷却、及び、パージシステム２００による車室７の冷却を行った場合、図５における太い実線のグラフ線５２で示すように、ガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの増大をさらに抑制できる。

上述したように図６は、電源喪失時におけるガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの推移の傾向を示すグラフである。仮に、ガスタービン運転停止後に冷却通路形成部１１０に冷却空気を流通させることによる車室７の冷却、及び、パージシステム２００による車室７の冷却を行わなかった場合、図６における破線のグラフ線５１（すなわち図５における破線のグラフ線５１）で示すように、ガスタービン運転停止後、時間の経過に連れて車室上下メタル温度差ΔＴが増大する。

一実施形態の冷却装置１００では、ダンパ１２０は、例えば電源喪失時には、入口側開口１１２を開くように動作する。また、例えば電源喪失時には、非常用の不図示の電源装置からの非常用電源によって、少なくとも１基の排気ファン１１ａが駆動されるように構成されている。そのため、例えば電源喪失時には、冷却通路形成部１１０に冷却空気を流通させることによる車室７の冷却が電源喪失後、比較的短時間で開始される。
ここで、仮に上述したような各開閉弁２０５のアクチュエータ２０５ａの駆動源を窒素ガスボンベからの窒素ガスに切り替える作業に遅れが生じた場合であっても、図６における実線のグラフ線５４で示すように、ガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの増大を抑制できる。すなわち、パージシステム２００による車室７の冷却の開始に遅れが生じた場合であっても、ガスタービン運転停止後の車室上下メタル温度差ΔＴの増大を抑制できる。

（フローチャート）
図８のフローチャートを参照して、一実施形態の冷却装置１００による車室７の冷却手順について説明する。
幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法は、ガスタービン１の車室７を収容するエンクロージャ３０の内部の空気をエンクロージャ３０の外部に排気するステップＳ１０と、排気するステップＳ１０による排気によってエンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）を介して車室７の外表面７１に導くステップＳ３０と、を備える。
幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法は、上述したパージシステム２００によって車室７に冷却空気を供給するステップＳ２０を備える。

以下の説明では、エンクロージャ３０の内部の空気をエンクロージャ３０の外部に排気するステップＳ１０のことを、排気するステップＳ１０とも称する。同様に、エンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を通路を介して車室７の外表面７１に導くステップＳ３０のことを、導くステップＳ３０とも称する。パージシステム２００によって車室７に冷却空気を供給するステップＳ２０のことを、供給するステップＳ２０とも称する。

幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法では、排気するステップＳ１０、導くステップＳ３０、及び、供給するステップＳ２０は、ガスタービン１の運転停止時に実施される。

（排気するステップＳ１０）
ガスタービン１の通常の運転停止時には、排気するステップＳ１０では、ガスタービンプラント１０を制御する制御装置３００（図１、４参照）は、排気装置１１の各電動機１１ｂの駆動が継続されるように制御信号を出力する。これにより、排気ファン１１ａの駆動が継続され、排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気がエンクロージャ３０の外部に排気される。その結果、エンクロージャ３０の内の圧力が負圧に保たれる。

例えば、ガスタービンプラント１０の電源喪失時には、ガスタービン１の運転を継続できないため、ガスタービン１の運転が強制的に停止させられる。
例えば、ガスタービンプラント１０の電源喪失時には、排気するステップＳ１０では、制御装置３００は、非常用の不図示の電源装置からの非常用電源の電力を、少なくとも１基の電動機１１ｂに給電するようにガスタービンプラント１０の各部に制御信号を出力する。これにより、少なくとも１基の排気ファン１１ａが駆動され、該少なくとも１基の排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気がエンクロージャ３０の外部に排気される。その結果、エンクロージャ３０の内の圧力が負圧に保たれる。

（導くステップＳ３０）
ガスタービン１の通常の運転停止時には、導くステップＳ３０では、制御装置３００は、ダンパ１２０を開くように制御信号を出力する。具体的には、制御装置３００は、ダンパ１２０のアクチュエータ１２３の駆動用電源を断つ。これにより、入口側開口１１２が開く。そのため、エンクロージャ３０の内部と外部との圧力差によってエンクロージャ３０の外部の空気が入口側開口１１２を介して冷却通路形成部１１０内に流入する。これにより、上述したように、エンクロージャ３０の外部の空気によって車室７の外表面７１を冷却できる。

例えば、ガスタービンプラント１０の電源喪失時には、アクチュエータ１２３の駆動用電源が断たれるため、上述したように、入口側開口１１２が開く。そのため、エンクロージャ３０の内部と外部との圧力差によってエンクロージャ３０の外部の空気が入口側開口１１２を介して冷却通路形成部１１０内に流入する。これにより、上述したように、エンクロージャ３０の外部の空気によって車室７の外表面７１を冷却できる。

なお、排気するステップＳ１０、導くステップＳ３０及び供給するステップＳ２０は、何れのステップが先に実施されてもよく、同時に実施されてもよい。

（供給するステップＳ２０）
ガスタービン１の通常の運転停止時には、供給するステップＳ２０では、制御装置３００は、冷却用送風機２０１の起動信号、及び、各開閉弁２０５の開弁信号を出力する。これにより、冷却用送風機２０１が起動され、各開閉弁２０５が開くので、エンクロージャ３０の外部の空気を車室７の内部に供給できる。

例えば、ガスタービンプラント１０の電源喪失時には、供給するステップＳ２０では、制御装置３００は、非常用の不図示の電源装置からの非常用電源の電力を、冷却用送風機２０１の不図示の電動機に給電するようにガスタービンプラント１０の各部に制御信号を出力する。これにより、冷却用送風機２０１が起動される。
また、ガスタービンプラント１０の電源喪失時には、供給するステップＳ２０では、作業員は、不図示の窒素ガスボンベからの窒素ガスをアクチュエータ２０５ａに供給してアクチュエータ２０５ａを駆動させ、各開閉弁２０５を開弁させる。これにより、冷却用送風機２０１からの空気を各開閉弁２０５を介して車室７の内部に供給できる。

なお、排気するステップＳ１０、導くステップＳ３０及び供給するステップＳ２０は、実施順序は特に問わない。したがって、何れのステップが先に実施されてもよく、２つ又は３つのステップが同時に実施されてもよい。

幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法によれば、排気するステップＳ１０において、例えば排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気を排出させることができる。そして、導くステップＳ３０において、エンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）を介して車室７の外表面７１に導くことができる。したがって、幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法によれば、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を容易に導くことができる。これにより、コスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。

幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法において、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０は、少なくとも電源喪失時に実施されるとよい。
電源喪失時には、平時の運転停止後に行われるガスタービン１の冷却工程が実施できずに上述したキャットバック現象が発生するおそれがある。
幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法によれば、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０が電源喪失時に実施されることで、電源喪失時におけるキャットバック現象の発生を抑制できる。

幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法において、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０は、ガスタービン１の運転停止後に実施されるとよい。
これにより、平時の運転停止後のキャットバック現象の発生を抑制できる。

幾つかの実施形態に係るガスタービンの車室の冷却方法において、導くステップＳ３０では、上記通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）上に配置されたダンパ１２０を開くことでエンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を車室７の外表面７１に導くとよい。
これにより、導くステップＳ３０を実施しない場合には、ダンパ１２０を閉じておくことで、例えばガスタービン１の運転中に車室７周りの高温の空気が上記通路を介してエンクロージャ３０の外部に流出することを抑制できる。また、導くステップＳ３０を実施する場合には、ダンパ１２０を開くことで、車室７の外表面７１にエンクロージャの外部から冷却空気を供給して車室７の外表面７１を冷却できる。

本開示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、上述した一実施形態の冷却装置１００では、車室冷却部１１３内に導入された冷却空気が車室７の外表面７１に直接接触するように冷却通路形成部１１０が形成されている。しかし、車室冷却部１１３内に導入された冷却空気が車室７の外表面７１に直接接触せず、冷却通路１０３を形成する壁面を介して車室７の外表面７１から熱を奪うようにしてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン１の車室７の冷却装置１００は、ガスタービン１の車室７を収容するエンクロージャ３０の内部の空気を吸引してエンクロージャ３０の外部に排出するための排気装置１１と、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するための冷却通路形成部１１０と、を備える。冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５は、エンクロージャ３０の内部で開口している。

上記（１）の構成によれば、エンクロージャ３０の内部の空気を吸引してエンクロージャ３０の外部に排出するための排気装置として従来から存在している排気ファン１１ａを用いることができる。したがって、上記（１）の構成によれば、冷却通路形成部１１０を新たに設け、排気装置１１を稼働させてエンクロージャ３０内の圧力を負圧にすることで、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を導くことができる。これにより、簡素な構成でコスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５との連通状態を切り替えるためのダンパ１２０をさらに備えているとよい。

上記（２）の構成によれば、ガスタービン１の運転中等、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給する必要がない場合には、ダンパ１２０を閉じておくことで、車室７周りの高温の空気が冷却通路形成部１１０を介してエンクロージャ３０の外部に流出することを抑制できる。また、上記（２）の構成によれば、ガスタービン１の運転停止後等、車室７の外表面７１の冷却が必要な場合には、ダンパ１２０を開くことで、車室７の外表面７１にエンクロージャの外部から冷却空気を供給して車室７の外表面７１を冷却できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、ダンパ１２０は、ダンパ１２０の駆動用電源又はダンパ１２０の駆動用気体のダンパ１２０への供給が断たれるとエンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とを連通させるように構成されているとよい。

上記（３）の構成によれば、例えば電源喪失時のような非常時であっても、エンクロージャ３０の外部と冷却通路形成部１１０の出口側開口１１５とを連通させることができる。そのため、例えば非常用電源によって排気装置１１の少なくとも一部が稼働すれば、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給できる。

（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、冷却通路形成部１１０は、車室７のうちタービン４の車室（タービン車室）６又は圧縮機の車室（圧縮機車室）２１の少なくとも何れか一方に設けられるとよい。

上記（４）の構成によれば、車室７のうちタービン車室６又は圧縮機車室２１の少なくとも何れか一方の外表面７１をエンクロージャ３０の外部からの冷却空気で冷却できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、冷却通路形成部１１０は、車室７の外表面７１で周方向に延在する車室冷却部１１３を含むとよい。

上記（５）の構成によれば、冷却空気を車室７の外表面７１で周方向に沿って流すことができるので、エンクロージャ３０の外部からの冷却空気による冷却範囲を周方向に沿って確保できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、冷却通路形成部１１０は、車室冷却部１１３において周方向に延在し且つ軸方向に並んだ複数の冷却通路１０３を形成するように分岐しているとよい。

上記（６）の構成によれば、周方向及び軸方向に沿って比較的広い範囲に車室冷却部１１３を設けた場合であっても、車室７の外表面７１の冷却にムラが生じるのを抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、冷却通路形成部１１０は、エンクロージャ３０の天井３３から車室７の上半部７ａに向かって延在する導入部１１１を有するとよい。

上記（７）の構成によれば、車室７の上半部７ａの内、最も温度が高くなる傾向にある頂部付近にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するにあたって、導入部１１１の配置が合理的となる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、冷却通路形成部１１０は、車室７の上半部７ａの外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給するように構成されているとよい。

上記（８）の構成によれば、ガスタービン１の運転停止後に車室７内の上部に滞留する高温の気体によって車室７の上半部７ａの温度が上昇することを効果的に抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、エンクロージャ３０の外部の空気を車室７の内部に供給するための冷却用送風機２０１と、冷却用送風機２０１と車室７とを接続する空気通路形成部２０３と、空気通路形成部２０３を介したエンクロージャ３０の外部と車室７の内部との連通状態を切り替えるための開閉弁２０５と、を有するパージシステム２００をさらに備えるとよい。

上記（９）の構成によれば、車室７の内部からも車室７を冷却できる。

（１０）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン１は、上記（１）乃至（９）の何れかの構成のガスタービン１の車室７の冷却装置１００を備える。

上記（１０）の構成によれば、簡素な構成でコスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。

（１１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン１の車室７の冷却方法は、ガスタービン１の車室７を収容するエンクロージャ３０の内部の空気をエンクロージャ３０の外部に排気するステップＳ１０と、排気するステップＳ１０による排気によってエンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）を介して車室７の外表面７１に導くステップとＳ３０、を備える。

上記（１１）の構成によれば、排気するステップＳ１０において、例えば上記排気ファン１１ａによってエンクロージャ３０の内部の空気を排出させることができる。そして、導くステップＳ３０において、エンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）を介して車室７の外表面７１に導くことができる。したがって、上記（１１）の構成によれば、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を容易に導くことができる。これにより、コスト増を抑制しつつ、冷却を必要とする箇所を効果的に冷却でき、キャットバック現象の発生を抑制できる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の方法において、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０は、少なくとも電源喪失時に実施されるとよい。

電源喪失時には、平時の運転停止後に行われるガスタービン１の冷却工程が実施できずに上述したキャットバック現象が発生するおそれがある。
上記（１２）の方法によれば、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０が電源喪失時に実施されることで、電源喪失時におけるキャットバック現象の発生を抑制できる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）又は（１２）の方法において、排気するステップＳ１０、及び、導くステップＳ３０は、ガスタービン１の運転停止後に実施されるとよい。

上記（１３）の方法によれば、運転停止後のキャットバック現象の発生を抑制できる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１３）の何れかの方法において、導くステップＳ３０では、通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）上に配置されたダンパ１２０を開くことでエンクロージャ３０の内部に取り込まれる空気を車室７の外表面７１に導くとよい。

上記（１４）の方法によれば、導くステップＳ３０を実施しない場合には、ダンパ１２０を閉じておくことで、例えばガスタービン１の運転中に車室７周りの高温の空気が通路（導入通路１０１及び冷却通路１０３）を介してエンクロージャ３０の外部に流出することを抑制できる。また、上記（１４）の方法によれば、導くステップＳ３０を実施する場合には、ダンパ１２０を開くことで、車室７の外表面７１にエンクロージャ３０の外部から冷却空気を供給して車室７の外表面７１を冷却できる。

１ ガスタービン
６ 車室（タービン車室）
７ 車室
７ａ 上半部
１０ ガスタービンプラント
１１ 排気装置
２１ 車室（圧縮機車室）
３０ エンクロージャ
７１ 外表面
１００ 冷却装置
１０１ 導入通路
１０３ 冷却通路
１１０ 冷却通路形成部
１１１ 導入部
１１２ 入口側開口
１１３ 車室冷却部
１１５ 出口側開口
１２０ ダンパ
２００ パージシステム
２０１ 冷却用送風機
２０３ 空気通路形成部
２０５ 開閉弁

Claims (14)

1. ガスタービンの車室を収容するエンクロージャの内部の空気を吸引して前記エンクロージャの外部に排出するための排気装置と、
   前記車室の外表面に前記エンクロージャの外部から冷却空気を供給するための冷却通路形成部と、
   を備え、
   前記冷却通路形成部の出口側開口は、前記エンクロージャの内部で開口しており、
   前記冷却通路形成部は、
   前記エンクロージャの天井から前記車室の上半部に向かって延在する導入部と、
   前記導入部の下流端に接続され、前記車室の前記上半部の外表面上を周方向に延在する車室冷却部と、
   を含み、
   前記車室冷却部は、前記導入部と前記車室冷却部との接続部から前記周方向にずれた位置に前記出口側開口を有し、
   前記車室冷却部は、前記導入部を介して前記車室冷却部に導かれる前記冷却空気を前記車室の前記上半部の前記外表面に沿って導いた後、前記出口側開口から前記エンクロージャの内部に流出させるように構成された
   ガスタービンの車室の冷却装置。
2. 前記エンクロージャの外部と前記冷却通路形成部の前記出口側開口との連通状態を切り替えるためのダンパ
   をさらに備える
   請求項１に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
3. ガスタービンの車室を収容するエンクロージャの内部の空気を吸引して前記エンクロージャの外部に排出するための排気装置と、
   前記車室の外表面に前記エンクロージャの外部から冷却空気を供給するための冷却通路形成部と、
   を備え、
   前記冷却通路形成部の出口側開口は、前記エンクロージャの内部で開口し
   前記エンクロージャの外部と前記冷却通路形成部の前記出口側開口との連通状態を切り替えるためのダンパ
   をさらに備え、
   前記ダンパは、前記ダンパの駆動用電源又は前記ダンパの駆動用気体の前記ダンパへの供給が断たれると前記エンクロージャの外部と前記冷却通路形成部の前記出口側開口とを連通させるように構成されている
   ガスタービンの車室の冷却装置。
4. 前記冷却通路形成部は、前記車室のうちタービンの車室又は圧縮機の車室の少なくとも何れか一方に設けられる
   請求項１乃至３の何れか一項に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
5. 前記冷却通路形成部は、前記車室の外表面で周方向に延在する車室冷却部を含む
   請求項３に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
6. 前記冷却通路形成部は、前記車室冷却部において周方向に延在し且つ軸方向に並んだ複数の冷却通路を形成するように分岐している
   請求項５に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
7. 前記冷却通路形成部は、前記エンクロージャの天井から前記車室の上半部に向かって延在する導入部を有する
   請求項５又は請求項６に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
8. 前記冷却通路形成部は、前記車室の上半部の外表面に前記エンクロージャの外部から冷却空気を供給するように構成されている
   請求項１乃至７の何れか一項に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
9. 前記エンクロージャの外部の空気を前記車室の内部に供給するための冷却用送風機と、前記冷却用送風機と前記車室とを接続する空気通路形成部と、前記空気通路形成部を介した前記エンクロージャの外部と前記車室の内部との連通状態を切り替えるための開閉弁と、を有するパージシステム
   をさらに備える
   請求項１乃至８の何れか一項に記載のガスタービンの車室の冷却装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載のガスタービンの車室の冷却装置
    を備える
    ガスタービン。
11. ガスタービンの車室を収容するエンクロージャの内部の空気を前記エンクロージャの外部に排気するステップと、
    前記排気するステップによる排気によって前記エンクロージャの内部に取り込まれる空気を通路を介して前記車室の外表面に導くステップと、
    を備え、
    前記空気を前記車室の前記外表面に導くステップでは、
    前記エンクロージャの天井から前記車室の上半部に向かって延在する導入部、および、前記導入部の下流端に接続され、前記車室の前記上半部の外表面上を周方向に延在する車室冷却部を含む冷却通路形成部によって形成される前記通路を介して、前記導入部によって前記エンクロージャの外部から取り込まれた前記空気を前記車室冷却部において前記車室の前記上半部の前記外表面に沿って導き、
    前記車室冷却部に設けられた出口側開口から前記空気を前記エンクロージャの内部に流出させる
    ガスタービンの車室の冷却方法。
12. 前記排気するステップ、及び、前記導くステップは、少なくとも電源喪失時に実施される
    請求項１１に記載のガスタービンの車室の冷却方法。
13. 前記排気するステップ、及び、前記導くステップは、前記ガスタービンの運転停止後に実施される
    請求項１１又は１２に記載のガスタービンの車室の冷却方法。
14. 前記導くステップでは、前記通路上に配置されたダンパを開くことで前記エンクロージャの内部に取り込まれる空気を前記車室の前記外表面に導く
    請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のガスタービンの車室の冷却方法。

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