JPH03189333A - 水冷却式ガスタービン装置 - Google Patents
水冷却式ガスタービン装置Info
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- JPH03189333A JPH03189333A JP32609289A JP32609289A JPH03189333A JP H03189333 A JPH03189333 A JP H03189333A JP 32609289 A JP32609289 A JP 32609289A JP 32609289 A JP32609289 A JP 32609289A JP H03189333 A JPH03189333 A JP H03189333A
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- Japan
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- cooling water
- gas turbine
- water
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、ガスタービンにおいて、高温の燃焼ガス流
に曝されて高温となる、ノズルを形成する静翼、ロータ
の周囲に植立した動翼（静翼、動翼はガスタービンへの
取付は方は異なるが、同様構造であるから、区別する必
要のないときは、本明細書ではブレード総称する。）を
、エンタルピの大きな水を利用して冷却する水冷却式ガ
スタービンにおいて、ブレードの熱を移して高温の蒸気
となフた冷却水を有効に利用して熱効率を向上させるよ
うにした水冷却式ガスタービン装置に関する。
に曝されて高温となる、ノズルを形成する静翼、ロータ
の周囲に植立した動翼（静翼、動翼はガスタービンへの
取付は方は異なるが、同様構造であるから、区別する必
要のないときは、本明細書ではブレード総称する。）を
、エンタルピの大きな水を利用して冷却する水冷却式ガ
スタービンにおいて、ブレードの熱を移して高温の蒸気
となフた冷却水を有効に利用して熱効率を向上させるよ
うにした水冷却式ガスタービン装置に関する。
（従来の技術）
ガスタービンは、第４図中に暗示するようにコンプレッ
サ１で圧縮した空気を燃焼器２に送り、燃料３を燃焼さ
せて高温の燃焼ガスを造り、これをガスタービン４の静
翼４ａの形成するノズルを通してロータ４ｃの周囲に植
立した動翼４ｂに吹付けてロータ４ｃを回転させ、回転
軸４ｄでロータに連結された発電機等の負荷５を駆動す
る動力装置である。コンプレッサ１は、回転軸４ｄに連
結されガスタービン４の出力の一部を使って駆動される
。
サ１で圧縮した空気を燃焼器２に送り、燃料３を燃焼さ
せて高温の燃焼ガスを造り、これをガスタービン４の静
翼４ａの形成するノズルを通してロータ４ｃの周囲に植
立した動翼４ｂに吹付けてロータ４ｃを回転させ、回転
軸４ｄでロータに連結された発電機等の負荷５を駆動す
る動力装置である。コンプレッサ１は、回転軸４ｄに連
結されガスタービン４の出力の一部を使って駆動される
。
ガスタービンの熱効率は作用する燃焼ガス温度が高い程
高くなるので、ブレード材料を耐熱強度が高くなるよう
に改良すると共に、これを冷却して、より高温の燃焼ガ
スが使用できるようにしている。
高くなるので、ブレード材料を耐熱強度が高くなるよう
に改良すると共に、これを冷却して、より高温の燃焼ガ
スが使用できるようにしている。
このため従来は、ブレードを中空に造り、内部に圧縮空
気を送給してブレードを内面から空気冷却すると共に、
これをブレードに穿設した多数の小孔からブレードの外
面に沿って流出させ、又、ブレード後縁部に形成したス
リットから流出させて、圧縮空気による接触伝熱による
ブレード外面の冷却及びブレード外面を流れる空気膜に
ょる遮熱作用と、ブレード後縁部内に設けたフィンを介
しての冷却とによりブレードの温度が高くならないよう
にしていた。
気を送給してブレードを内面から空気冷却すると共に、
これをブレードに穿設した多数の小孔からブレードの外
面に沿って流出させ、又、ブレード後縁部に形成したス
リットから流出させて、圧縮空気による接触伝熱による
ブレード外面の冷却及びブレード外面を流れる空気膜に
ょる遮熱作用と、ブレード後縁部内に設けたフィンを介
しての冷却とによりブレードの温度が高くならないよう
にしていた。
ブレード材料の耐熱性能の進歩は、急速には進まず、現
状では５５０〜６５０ｔの程度であるが、このような空
気冷却技術は次第に発達した結果、燃焼ガス温度は従来
９００℃以下であったものが、１３５０℃の高温のもの
を使用できるようになって来ている。このように空気冷
却を強力に行なうと、コンプレッサの吐出する圧縮空気
の２０％以上に当る空気を使用するようになり、従って
ガスタービンの出力をブレード冷却のために余分に使わ
なければならなくなる。
状では５５０〜６５０ｔの程度であるが、このような空
気冷却技術は次第に発達した結果、燃焼ガス温度は従来
９００℃以下であったものが、１３５０℃の高温のもの
を使用できるようになって来ている。このように空気冷
却を強力に行なうと、コンプレッサの吐出する圧縮空気
の２０％以上に当る空気を使用するようになり、従って
ガスタービンの出力をブレード冷却のために余分に使わ
なければならなくなる。
そこでブレード冷却効果を一層高めるために、本発明者
は、空気よりも比熱が大きく、大きな蒸発の潜熱を利用
できる水をブレード冷却に利用することを考えた（特願
昭６３−２０４６４０号、同２０４６４１号、特願平１
−８４６９６号、同３１２９１４号、同２６５０３９号
）。
は、空気よりも比熱が大きく、大きな蒸発の潜熱を利用
できる水をブレード冷却に利用することを考えた（特願
昭６３−２０４６４０号、同２０４６４１号、特願平１
−８４６９６号、同３１２９１４号、同２６５０３９号
）。
第５図はこのようなブレードを水冷却するガスタービン
の構造を例示するブレードの断面図である。中空にした
ブレード６には多数の小孔７が穿設されており、支持フ
ィン８により隔壁９がブレード内に支持されている。隔
壁９内には多数の注水孔１０を穿設した注水管１１が挿
入されていて、隔壁９の内面に向けて水を噴出する。こ
のジェット水は先ず隔壁９に衝突してこれを冷却すると
共に、隔壁との衝突により微小水滴となるが、隔壁９の
温度はブレード６よりも低いから、水滴が隔壁に接触す
る前に爆発的に飛散して十分な冷却が行なえな（なるラ
イデンフロスト現象を生じることが少なく、又ブレード
に直接水を噴射する場合のようにブレードに大きな熱歪
を生じさせることが避けられる。
の構造を例示するブレードの断面図である。中空にした
ブレード６には多数の小孔７が穿設されており、支持フ
ィン８により隔壁９がブレード内に支持されている。隔
壁９内には多数の注水孔１０を穿設した注水管１１が挿
入されていて、隔壁９の内面に向けて水を噴出する。こ
のジェット水は先ず隔壁９に衝突してこれを冷却すると
共に、隔壁との衝突により微小水滴となるが、隔壁９の
温度はブレード６よりも低いから、水滴が隔壁に接触す
る前に爆発的に飛散して十分な冷却が行なえな（なるラ
イデンフロスト現象を生じることが少なく、又ブレード
に直接水を噴射する場合のようにブレードに大きな熱歪
を生じさせることが避けられる。
支持フィン８を通って伝わ）た熱、ブレードからの輻射
熱等のため温度上昇した隔壁９はこれにより冷却され、
これに伴なってブレード６の温度も低下する。隔壁９を
冷却し温度上昇して蒸気となった冷却水及び残存する微
小水滴は、隔壁の小孔１２からブレード内に流出してブ
レードの内面を直接、及び支持フィン８を介して間接に
冷却し、その一部は小孔７からブレード外に流出し、燃
焼ガス流に押されてブレード外面に沿って流れ、伝熱に
よりブレード外面を冷却すると共にブレード外面に熱遮
断膜を形成してブレードが燃焼ガスに加熱される程度を
少なくする。隔壁の小孔１２からブレード内に噴出した
冷却水の一部は、後部のフィン１３の間を通りブレード
内面を冷却した後、圧部のスリット１４から流出する。
熱等のため温度上昇した隔壁９はこれにより冷却され、
これに伴なってブレード６の温度も低下する。隔壁９を
冷却し温度上昇して蒸気となった冷却水及び残存する微
小水滴は、隔壁の小孔１２からブレード内に流出してブ
レードの内面を直接、及び支持フィン８を介して間接に
冷却し、その一部は小孔７からブレード外に流出し、燃
焼ガス流に押されてブレード外面に沿って流れ、伝熱に
よりブレード外面を冷却すると共にブレード外面に熱遮
断膜を形成してブレードが燃焼ガスに加熱される程度を
少なくする。隔壁の小孔１２からブレード内に噴出した
冷却水の一部は、後部のフィン１３の間を通りブレード
内面を冷却した後、圧部のスリット１４から流出する。
ブレードに冷却水を供給するには、第４図に暗示するよ
うに、タンク１５に入れた冷却水をポンプ１６により制
御弁１７を経てケーシング１８内の通路１９を通して静
翼４ａ内の注水管１１に圧送し、動翼４ｂには、回転軸
４ｄに設けたカップリング２０を介して軸内の通路２１
を通して圧送する。
うに、タンク１５に入れた冷却水をポンプ１６により制
御弁１７を経てケーシング１８内の通路１９を通して静
翼４ａ内の注水管１１に圧送し、動翼４ｂには、回転軸
４ｄに設けたカップリング２０を介して軸内の通路２１
を通して圧送する。
（発明が解決しようとする課題）
ブレード冷却に使用する水は、ブレードに穿設した小孔
やブレード圧部に形成したスリット等からガス流中に放
出されるが、ブレード冷却の程度を高めるため、冷却水
を多量に使用すると、冷却済みの水の回収、処理を円滑
に行なうことが重要問題となる。
やブレード圧部に形成したスリット等からガス流中に放
出されるが、ブレード冷却の程度を高めるため、冷却水
を多量に使用すると、冷却済みの水の回収、処理を円滑
に行なうことが重要問題となる。
ブレードを冷却した水は、多くの熱量を含み、高温の蒸
気となっているので、これを利用することは、熱経済の
上からも重要である。
気となっているので、これを利用することは、熱経済の
上からも重要である。
本発明は、この冷却水を有効に回収し利用するガスター
ビン装置を得ようとしたものである。
ビン装置を得ようとしたものである。
（課題を解決するための手段）
この発明は、高温のブレードから熱を奪い高温の蒸気と
なった冷却水を戻り管により取出し、この蒸気によって
蒸気タービンを駆動し、冷却水の持つ熱エネルギを動力
として回収することにより、ガスタービン装置全体とし
ての熱効率を高めるようにして前記の課題を解決したも
のである。
なった冷却水を戻り管により取出し、この蒸気によって
蒸気タービンを駆動し、冷却水の持つ熱エネルギを動力
として回収することにより、ガスタービン装置全体とし
ての熱効率を高めるようにして前記の課題を解決したも
のである。
（作 用）
燃焼ガスのため高温に加熱されたブレードを冷却した水
は、５００℃前後の高温の過熱蒸気となり、圧力も１０
〜１５ ｋｇ／ｃｍ２と大きくなる。
は、５００℃前後の高温の過熱蒸気となり、圧力も１０
〜１５ ｋｇ／ｃｍ２と大きくなる。
そこでこの蒸気を別に設けた蒸気タービンに入れれば、
蒸気の持つエネルギを動力として回収することができる
。蒸気タービンを出て温度、圧力の低下した蒸気は、コ
ンデンサに導き、復水させて再びブレード冷却に使用で
きる。
蒸気の持つエネルギを動力として回収することができる
。蒸気タービンを出て温度、圧力の低下した蒸気は、コ
ンデンサに導き、復水させて再びブレード冷却に使用で
きる。
（実施例）
第１図は、冷却水を回収するためのブレード（動翼４ｂ
）の構造を暗示する。
）の構造を暗示する。
中空で多数の小孔７を穿設したブレード４ｂ内には注水
管１１と戻り管２２とが挿入されており、多管はそれぞ
れロータ４Ｃ及び回転軸４ｄ内に設けた通路２１．２３
によりカップリング２０を経てロータ４ｃの外に通じて
いる。
管１１と戻り管２２とが挿入されており、多管はそれぞ
れロータ４Ｃ及び回転軸４ｄ内に設けた通路２１．２３
によりカップリング２０を経てロータ４ｃの外に通じて
いる。
第４図の従来装置と同様に、タンク１５内の冷却水をポ
ンプ１６により制御弁１７を経て導管１９に圧送すると
、冷却水はカップリング２０、通路２１を通って注水管
１１に入り、その小孔１２から噴霧状に噴出してブレー
ドを冷却しく隔壁９を介在させることについては省略）
、一部はブレードの小孔７から流出する。ここまでは先
発明におけるブレード水冷却と同様であるが、本発明で
は、ブレード内に残っている過熱蒸気となった冷却水を
回収して別に設けた蒸気タービンを駆動させようとする
ものである。即ち、ブレード内に残る冷却水は過熱蒸気
となって戻り管２２に入り、通路２３を通りカップリン
グ２０を経て導管２４からガスタービン外に取出される
。
ンプ１６により制御弁１７を経て導管１９に圧送すると
、冷却水はカップリング２０、通路２１を通って注水管
１１に入り、その小孔１２から噴霧状に噴出してブレー
ドを冷却しく隔壁９を介在させることについては省略）
、一部はブレードの小孔７から流出する。ここまでは先
発明におけるブレード水冷却と同様であるが、本発明で
は、ブレード内に残っている過熱蒸気となった冷却水を
回収して別に設けた蒸気タービンを駆動させようとする
ものである。即ち、ブレード内に残る冷却水は過熱蒸気
となって戻り管２２に入り、通路２３を通りカップリン
グ２０を経て導管２４からガスタービン外に取出される
。
ブレード冷却水は少しずつ減少するから、第２図のよう
に補充タンク２６の水をポンプ２７でタンク１５に補充
するようにする。
に補充タンク２６の水をポンプ２７でタンク１５に補充
するようにする。
ガスタービンから回収した冷却水は５００℃、１０〜１
５ ｋｇ／ｃｍ２程度の高圧蒸気になるから、本発明は
、第２図に示すようにこの蒸気を蒸気タービン２８に導
いて動力を発生させるようにしている。
５ ｋｇ／ｃｍ２程度の高圧蒸気になるから、本発明は
、第２図に示すようにこの蒸気を蒸気タービン２８に導
いて動力を発生させるようにしている。
第２図において、導管２４で取出した冷却水の蒸気は、
蒸気タービン２８を回転させて第二の負荷２９を駆動し
、蒸気タービン２８を出た温度、圧力の低下した蒸気は
、コンデンサ２５に導いて復水させタンク１５に入れる
。
蒸気タービン２８を回転させて第二の負荷２９を駆動し
、蒸気タービン２８を出た温度、圧力の低下した蒸気は
、コンデンサ２５に導いて復水させタンク１５に入れる
。
第３図の実施例は、更にガスタービン４の排気（約８０
０〜５００℃程度）をも利用したもので、この排気を熱
交換器３０に通し、タンク１５からポンプ３１で汲取っ
た水を加熱して蒸気とし、この蒸気を、前記のようにブ
レードを冷却して生じた蒸気で駆動される蒸気タービン
２８の適当な段に注入して蒸気タービン２８の出力を増
すようにしたものである。
０〜５００℃程度）をも利用したもので、この排気を熱
交換器３０に通し、タンク１５からポンプ３１で汲取っ
た水を加熱して蒸気とし、この蒸気を、前記のようにブ
レードを冷却して生じた蒸気で駆動される蒸気タービン
２８の適当な段に注入して蒸気タービン２８の出力を増
すようにしたものである。
（発明の効果）
（１）高温の燃焼ガス流に曝されるガスタービンのブレ
ードを冷却して高温の過熱蒸気になった冷却水の蒸気を
回収して、これを利用することができる。
ードを冷却して高温の過熱蒸気になった冷却水の蒸気を
回収して、これを利用することができる。
（２）この冷却水の蒸気を蒸気タービンに入れることに
より、冷却水がブレードから奪った熱を勅力として回収
することができる。
より、冷却水がブレードから奪った熱を勅力として回収
することができる。
（３）更にガスタービンの排ガスを熱交換器に通して別
に送られて来る水を加熱して蒸気を発生させ、これをブ
レード冷却により発生した蒸気と共に蒸気タービン駆動
に利用してブレードから奪った熱を動力として回収する
ことができる。
に送られて来る水を加熱して蒸気を発生させ、これをブ
レード冷却により発生した蒸気と共に蒸気タービン駆動
に利用してブレードから奪った熱を動力として回収する
ことができる。
（４）ブレード冷却用の水量を増してブレード冷却効果
を上げることができる。
を上げることができる。
第１〜３図は本発明の実施例を略示し、第１図はブレー
ドへの冷却水注入及び回収構造を示すロータ部の断面図
、第２図は過熱蒸気となった冷却水で蒸気タービンを駆
動する構成の略図、第３図はガスタービン排気の熱をも
利用できるようにした装置の略図、第４〜５図は先発明
装置を示し、第４図はブレードを水冷却する構成を示す
略図、第５図はブレードの構造を示す断面図である。 ニガスタービン、４ａ：静翼、４ｂ：動翼、４ｃ：ロー
タ、４ｄ：回転軸、５：負荷、６：ブレード、７：小孔
、８：支持フィン、９：隔壁、１０：注水孔、１１：注
水管、１２：小孔、１３：フィン、１４ニスリツト、１
５：タンク、１６：ポンプ、１７：制御弁、１８：ケー
シング、１９：導管、２０：カップリング、２１：通路
、２２：戻り管、２３：通路、２４：導管、２５：コン
デンサ、２６：補充タンク、２７：ポンプ、２８：蒸気
タービン、２９：第二の負荷、３０：熱交換器、３１：
ポンプ。
ドへの冷却水注入及び回収構造を示すロータ部の断面図
、第２図は過熱蒸気となった冷却水で蒸気タービンを駆
動する構成の略図、第３図はガスタービン排気の熱をも
利用できるようにした装置の略図、第４〜５図は先発明
装置を示し、第４図はブレードを水冷却する構成を示す
略図、第５図はブレードの構造を示す断面図である。 ニガスタービン、４ａ：静翼、４ｂ：動翼、４ｃ：ロー
タ、４ｄ：回転軸、５：負荷、６：ブレード、７：小孔
、８：支持フィン、９：隔壁、１０：注水孔、１１：注
水管、１２：小孔、１３：フィン、１４ニスリツト、１
５：タンク、１６：ポンプ、１７：制御弁、１８：ケー
シング、１９：導管、２０：カップリング、２１：通路
、２２：戻り管、２３：通路、２４：導管、２５：コン
デンサ、２６：補充タンク、２７：ポンプ、２８：蒸気
タービン、２９：第二の負荷、３０：熱交換器、３１：
ポンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）小孔（７）を散在させたガスタービンのブレード（
４ａ）（４ｂ）内に、ブレード内面に向けて冷却水を微
小水滴として噴出する注水管（１１）と、ブレード内に
おいて吸熱し発生した冷却水蒸気を吸入する戻り管（２
２）とを設け、ガスタービン外から注水管（１１）に冷
却水を送る通路と、戻り管（２２）から冷却水蒸気をガ
スタービン外に取出す通路とを設けたことを特徴とする
水冷却式ガスタービン装置。 ２）小孔（７）を散在させたガスタービンのブレード（
４ａ）（４ｂ）内に、ブレード内面に向けて冷却水を微
小水滴として噴出する注水管（１１）と、ブレード内に
おいて吸熱し発生した冷却水蒸気を吸入する戻り管（２
２）とを設け、ガスタービン外から注水管（１１）に冷
却水を送る通路と、戻り管（２２）から冷却水蒸気をガ
スタービン外に取出す通路とを設け、戻り管（２２）か
ら回収した冷却水蒸気を蒸気タービンに入れてブレード
冷却により冷却水に移った熱を蒸気タービンの出力とし
て回収することを特徴とする水冷却式ガスタービン装置
。 ３）ガスタービンの排気をボイラに通して蒸気を発生さ
せ、ブレード冷却により発生した冷却水蒸気と共に蒸気
タービンに入れて動力を発生させる特許請求の範囲第２
項記載の水冷却式ガスタービン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32609289A JPH03189333A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 水冷却式ガスタービン装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32609289A JPH03189333A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 水冷却式ガスタービン装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03189333A true JPH03189333A (ja) | 1991-08-19 |
Family
ID=18184013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32609289A Pending JPH03189333A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 水冷却式ガスタービン装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03189333A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1775430A1 (de) * | 2005-10-17 | 2007-04-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Dampfkraftwerk sowie Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks |
| US20090285677A1 (en) * | 2008-05-19 | 2009-11-19 | General Electric Company | Systems And Methods For Cooling Heated Components In A Turbine |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32609289A patent/JPH03189333A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1775430A1 (de) * | 2005-10-17 | 2007-04-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Dampfkraftwerk sowie Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks |
| WO2007045563A2 (de) * | 2005-10-17 | 2007-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Dampfkraftwerk sowie verfahren zum nachrüsten eines dampfkraftwerks |
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