JP2000282810A - タービンプラント - Google Patents

タービンプラント

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JP2000282810A
JP2000282810A JP11090331A JP9033199A JP2000282810A JP 2000282810 A JP2000282810 A JP 2000282810A JP 11090331 A JP11090331 A JP 11090331A JP 9033199 A JP9033199 A JP 9033199A JP 2000282810 A JP2000282810 A JP 2000282810A
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JP
Japan
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turbine
main
working fluid
compressor
cooling water
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JP11090331A
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English (en)
Inventor
Yoshiki Niizeki
良樹 新関
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮機を複数台に区分けすることなくコンパク
トにするとともに、簡易な冷却手段を用いて圧縮機の作
動流体を効果的に冷却するタービンプラントを提供す
る。 【解決手段】本発明に係るタービンプラントは、第１動
力発生部１９と第２動力発生部２０とを設けるととも
に、上記第１動力発生部１９の主圧縮機２１に噴霧装置
３５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービンプラント
に係り、特に水蒸気と二酸化炭素を主成分とする作動流
体を用いて圧縮機の作動流体を効果的に冷却させるター
ビンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の火力発電プラントでは、プラント
の高熱効率化、プラントの起動時間短縮化等が高く評価
され、ガスタービンプラントに蒸気タービンプラントを
組み合せたコンバインドサイクル発電プラントが主流を
占めつつある。
【０００３】しかし、このコンバインドサイクル発電プ
ラントにおいては、ガスタービンプラントの燃料に、Ｌ
ＮＧや石油（灯油）等の天然資源を使用しているが、何
分にもガスタービンプラントの燃料が時間当り数百トン
と多量に消費していることを考えると、天然資源の埋蔵
量に限界があり、自ずと代替燃料が必要とされている。
また、天然資源は、クリーンなエネルギと言えども、Ｎ
Ｏｘ，ＣＯ等の有害廃物を皆無にすることができず、高
出力化が求められている今日、その燃料消費を考える
と、有害廃棄物の極めて少ない代替燃料が必要とされて
いる。また、各家庭を含めた民生部門での電力消費が依
然として伸びている今日、この需要に応えるために、高
出力のガスタービンプラントの実現が求めらてれいる。
【０００４】このような社会的ニーズ・シーズに対応
し、燃料として水素と純酸素とを用いて出力の増加を図
るとともに、有害廃棄物を系統内に閉じ込めて循環させ
るタービンプラントが提案されており、その構成として
図１５に示すものがある。
【０００５】このタービンプラントは、第１動力発生部
１と第２動力発生部２とを備え、作動流体を第１動力発
生部１および第２動力発生部２内に循環させる閉回路に
なっている。
【０００６】第１動力発生部１は、作動流体の流れに沿
って順に、低圧圧縮機３、中間冷却器４、高圧圧縮機
５、燃焼器６、主タービン７を備え、最終的に高圧に設
計した作動流体を段階的に昇圧させるために、まず、低
圧圧縮機３で昇圧させた作動流体を中間冷却器４で冷却
させて圧力・温度を下げ、高圧圧縮機５で再び作動流体
を高圧化させ、その高圧作動流体を水素Ｈ２および純酸
素Ｏ２とともに燃焼器６に供給し、ここで作動流体をほ
ぼ完全に近い水蒸気に生成し、その水蒸気をタービン駆
動流体として主タービン７に供給し、膨張仕事をさせる
ようになっている。
【０００７】また、第２動力発生部２は、第１動力発生
部１の主タービン７から供給されたタービン排気として
の作動流体（水蒸気）の流れに沿って順に、第１熱交換
器８、発電機９を備えた第１副タービン１０、復水器１
１、ポンプ１２ａ，１２ｂ、第２熱交換器１３、発電機
１４を設けた第２副タービン１５を備え、第１熱交換器
８を介して主タービン７から供給される作動流体を第１
副タービン１０で膨張仕事をさせて発電機９を駆動し、
第１副タービン１０で膨張仕事を終えたタービン排気と
しての作動流体を復水器１１で凝縮させて復水にし、そ
の復水をポンプ１２ａを介して第２熱交換器１３、第１
熱交換器８に順次供給し、ここで第１動力発生部１の主
タービン７から供給された作動流体を熱源として加熱・
加圧させるようになっている。
【０００８】ポンプ１２ａからの復水を高温・高圧の蒸
気にした第１熱交換器８は、その蒸気を第２副タービン
１５に供給し、膨張仕事をさせて発電機１４を駆動させ
るとともに、膨張仕事を終えたタービン排気としての作
動流体を燃焼器６に還流させるようになっている。
【０００９】なお、第１熱交換器８から第２熱交換器１
３に供給される作動流体は、ポンプ１２ａからの復水を
加熱・加圧した後、低圧圧縮機３に回収される。また、
復水器１１で凝縮された復水の一部は、ポンプ１２ｂを
介して他の機器に供給される。
【００１０】また、出力の増加と有害廃棄物の抑制を図
った別のタービンプラントには、例えば図１６に示すも
のが提案されている。
【００１１】このタービンプラントは、燃料として液体
メタノールＣＨ３ＯＨと純酸素Ｏ２とを用いたもので、
第１動力発生部１の主タービン７からのタービン排気と
しての作動流体を熱源として液体メタノールＣＨ３ＯＨ
を加熱・気化させるメタノール用第１熱交換器１６およ
びメタノール用第２熱交換器１７を設けるとともに、第
２動力発生部２の復水器１１で凝縮させた二酸化炭素Ｃ
Ｏ２と水蒸気Ｈ２Ｏとを主成分とする混合ガスを高圧化
して他の機器に供給する圧縮機１８を設けている点が図
１５に示したタービンプラントの構成と異なっている。
【００１２】また、燃料として水素と純酸素とを用いて
出力の増加を図るとともに、有害廃棄物の抑制を図った
別のタービンプラントとして、例えば特開平７−２９３
２０７号公報、特開平９−１５１７５０号公報等数多の
発明が公表されている。
【００１３】このように、最近の火力発電プラントは、
有限のＬＮＧ等天然燃料の代替として水素Ｈ２、メタノ
ールＣＨ３ＯＨ、酸素等を用い、出力の増加と有害廃棄
物の抑制を図る計画が進められており、実用機としての
実現化が期待されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のタ
ービンプラントは、高出力化を図るため、燃焼器に供給
される作動流体の圧力比が５０を超える値に設計されて
いる。また、取扱う作動流体は水蒸気であるから、上述
の圧力比が５０を超えると圧縮機を設計する場合、段落
数がきわめて多くなり、計算上、製作不能な段落数を持
った圧縮機になる。このため、図１５および図１６等で
示したタービンプラントでは、作動流体の圧力を段階的
に昇圧させるために、低圧圧縮機３と高圧圧縮機５とに
区分けし、各圧縮機３，５の間に中間冷却器４を設置
し、最終的に圧力比が５０を超えるように設計してい
る。なお、図１５および図１６で示したタービンプラン
トでは、圧縮機を二つに区分けしているが、設計上、三
つ以上の圧縮機を設け、各圧縮機間の中間位置に中間冷
却器を設置する場合もある。
【００１５】しかし、圧縮機を少なくとも二つ以上に区
分けし、一つの圧縮機と他の圧縮機との間に中間冷却器
を設置する場合、幾つかの問題点がある。
【００１６】まず、一つの圧縮機と他の圧縮機との間に
中間冷却器を設置するにしても、中間冷却器への作動流
体の抽気口をどこに設置するかによっては、低圧圧縮機
３と高圧圧縮機５との圧力比のバランスが悪くなり、結
果として圧縮機段落効率が設計値よりも著しく低下す
る。
【００１７】次に、各圧縮機間に中間冷却器を設置する
場合、各圧縮機が取扱う作動流体は多量になっているの
で、中間冷却器の容量も大きくなる。このため、中間冷
却器はその水源確保と設置面積の確保が必要とされ、コ
スト的に高くなり、ヒートバランス上、プラント熱効率
を設計値どおりに高く維持させることが難しい。
【００１８】また、各圧縮機間に中間冷却器を設置する
場合、中間冷却器に供給する冷却水の流量、圧力、制御
系統を、例えば各タービン制御系統とともに組み込まな
ければならず、制御系が複雑になってメンテナンスの作
業上、隘路の一つになる。
【００１９】このように、図１５および図１６等で示し
たＬＮＧ等の代替燃料としての水素Ｈ２やメタノールＣ
Ｈ３ＯＨを用いるタービンプラント１では、作動流体を
圧縮して高圧化するにあたり、幾つかの問題点があり、
簡素化された冷却手段の実現が求められていた。
【００２０】本発明は、上述の事情に基づいてなされた
もので、圧縮機を複数台に区分けすることなくコンパク
トにするとともに、簡易な冷却手段を用いて圧縮機の作
動流体を効果的に冷却できるように図ったタービンプラ
ントを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明に係るタービンプ
ラントは、上記目的を達成するために、請求項１に記載
したように、主圧縮機、燃焼器、主タービンを備えた第
１動力発生部と、上記主タービンから上記主圧縮機に還
流させるタービン排気を熱源として燃料を加熱させる燃
料用熱交換器、上記タービン排気に再び膨張仕事をさせ
る第１副タービン、この第１副タービンからのタービン
排気を復水にする復水器、この復水器からの復水を上記
主タービンからのタービン排気で加熱させる熱交換器、
この熱交換器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張仕事
をさせる第２副タービンを備えた第２動力発生部と、上
記第１動力発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水と上記
主圧縮機の後流側の作動流体との少なくとも一方を上記
主圧縮機に流れる作動流体に噴出して冷却する噴霧装置
とを備えたものである。
【００２２】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項２に記載したように、噴霧
装置に、復水器からの復水を冷却水として供給する冷却
水供給系と、主圧縮機の下流側から抽気した作動流体を
供給する抽気系とを備えたものである。
【００２３】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項３に記載したように、噴霧
装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機段落との間のケーシン
グに装着したものである。
【００２４】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項４に記載したように、噴霧
装置を、主圧縮機の入口側の内部ケーシングに装着した
ものである。
【００２５】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項５に記載したように、噴霧
装置を、主圧縮機に固設し、中空部を形成する静翼の頭
部側に装着したものである。
【００２６】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項６に記載したように、静翼
の頭部側および底部側の少なくとも一方に噴出口を設け
たものである。
【００２７】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項７に記載したように、噴出
口を、静翼の後縁に設けたものである。
【００２８】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項８に記載したように、噴霧
装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機段落との間に設けた噴
射プローブの頭部側に装着したものである。
【００２９】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項９に記載したように、噴射
プローブの底部側に、作動流体の下流側に向う噴出口を
設けたものである。
【００３０】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項１０に記載したように、噴
霧装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機段落との間のケーシ
ングに拡開流路を形成するディフューザ部に設けたもの
である。
【００３１】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項１１に記載したように、主
圧縮機、燃焼器、主タービンを備えた第１動力発生部
と、上記主タービンから上記主圧縮機に還流させるター
ビン排気を熱源として燃料を加熱させる燃料用熱交換
器、上記タービン排気に再び膨張仕事をさせる第１副タ
ービン、この第１副タービンからのタービン排気を復水
にする復水器、この復水器からの復水を上記主タービン
からのタービン排気で加熱させる熱交換器、この熱交換
器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張仕事をさせる第
２副タービンを備えた第２動力発生部と、上記第１動力
発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水と空気とのいずれ
か少なくとも一方を上記主圧縮機に流れる作動流体に噴
出して冷却する噴霧装置と、この噴霧装置に冷却水およ
び空気の少なくとも一方を供給する冷却水流量調整弁お
よび空流量調整弁と、上記作動流体の状態量に基づいて
上記冷却水流量調整弁および空気流量調整弁の少なくと
も一方に弁開度信号を与える演算器とを備えたものであ
る。
【００３２】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項１２に記載したように、作
動流体の状態量に、圧力と温度とを選択したものであ
る。
【００３３】本発明に係るタービンプラントは、上記目
的を達成するために、請求項１３に記載したように、主
圧縮機、燃焼器、主タービンを備えた第１動力発生部
と、上記主タービンから上記主圧縮機に還流させるター
ビン排気を熱源として燃料を加熱させる燃料用熱交換
器、上記タービン排気に再び膨張仕事をさせる第１副タ
ービン、この第１副タービンからのタービン排気を復水
にする復水器、この復水器からの復水を上記主タービン
からのタービン排気で加熱させる熱交換器、この熱交換
器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張仕事をさせる第
２副タービンを備えた第２動力発生部と、上記第１動力
発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水と空気といずれか
少なくとも一方を上記主圧縮機に流れる作動流体に噴出
して冷却する噴霧装置と、この噴霧装置に冷却水および
空気の少なくとも一方を供給する冷却水流量調整弁およ
び空気流量調整弁と、上記作動流体に含まれる液滴の有
無を検出する液滴計測器の検出信号に基づいて上記冷却
水流量調整弁および空気流量調整弁の少なくとも一方に
弁開度信号を与える演算器とを備えたものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るタービンプラ
ントの実施形態を図面および図面に付した符号を引用し
て説明する。
【００３５】図１は、本発明に係るタービンプラントに
適用される冷却装置の第１実施形態を示す概略系統図で
ある。
【００３６】本実施形態に係るタービンプラントは、燃
料として液体メタノールＣＨ３ＯＨと純酸素Ｏ２とを用
いたもので、第１動力発生部１９と第２動力発生部２０
とを備え、作動流体を第１動力発生部１９と第２動力発
生部２０内に循環させる閉ループになっている。
【００３７】第１動力発生部１９は、作動流体の流れに
沿って順に、主圧縮機２１、燃焼器２２、主タービン２
３を備え、主圧縮機２１で圧縮させた高圧作動流体を液
体メタノールＣＨ３ＯＨ、純酸素Ｏ２とともに燃焼器２
２に供給し、ここで作動流体をほぼ完全に近い水蒸気に
生成し、その水蒸気をタービン駆動流体として主タービ
ン２３に供給し、膨張仕事をさせるようになっている。
【００３８】また、第２動力発生部２０は、第１動力発
生部１９の主タービン２３から供給されたタービン排気
としての作動流体（水蒸気）の流れに沿って順に、メタ
ノール用第２熱交換器２４、第１熱交換器２５、発電機
２６を設けた第１副タービン２７、復水器２８、ポンプ
２９ａ，２９ｂ、副圧縮機３０、第２熱交換器３１、発
電機３２を設けた第２副タービン３３を備え、メタノー
ル用第２熱交換器２４、第１熱交換器２５を介して主タ
ービン２３から供給される作動流体を第１副タービン２
７で膨張仕事をさせて発電機２６を駆動し、第１副ター
ビン２７で膨張仕事を終えたタービン排気としての作動
流体を復水器２８で凝縮させて復水にし、その復水をポ
ンプ２９ａを介して第２熱交換器３１、第１熱交換器２
５、に順次供給し、ここで第１動力発生部１９の主ター
ビン２３から供給された作動流体を熱源として加熱・加
圧させるようになっている。
【００３９】ポンプ２９からの復水を高温・高圧の蒸気
にした第１熱交換器２５は、その蒸気を第２副タービン
３３に供給し、膨張仕事をさせて発電機３２を駆動させ
るとともに、膨張仕事を終えたタービン排気としての作
動流体を燃焼器２２に還流させるようになっている。
【００４０】また、第２動力発生部２０は、主圧縮機２
１の入口側にメタノール用第１熱交換器３４を備え、メ
タノール用第１熱交換器３４で加熱・気化させたメタノ
ールＮＨ３ＯＨをメタノール用第２熱交換器２４で再び
加熱・気化させた後、燃焼器２２に供給するようになっ
ている。
【００４１】なお、第１動力発生部１９の主タービン２
３からメタノール用第２熱交換器２４、第１熱交換器２
５、第２熱交換器３１、メタノール用第１熱交換器３４
に供給される作動流体は、メタノールＣＨ３ＯＨおよび
ポンプ２９ａからの復水を加熱・加圧した後、主圧縮機
２１に回収される。また、復水器２８で凝縮された復水
の一部は副圧縮機３０で圧縮され、高圧流体として他の
機器に供給される。
【００４２】一方、第１動力発生部１９の主圧縮機２１
には、冷却装置として噴霧装置３５が設けられる。この
噴霧装置３５は、復水ポンプ２９ａの出口から分岐させ
た冷却水をポート３６に供給する冷却水供給系３７と、
主圧縮機２１の下流側から抽気した高圧作動流体をポー
ト３８に供給する抽気系３９との少なくとも一方を備
え、冷却水供給系３７からの冷却水に抽気系３９からの
高圧作動流体を混合して冷却水を微粒化させ、主圧縮機
２１の作動流体を冷却させるようになっている。
【００４３】また、この噴霧装置３５は、図２に示すよ
うに、ノズルタイプとしてケーシング４０に装着してお
り、タイボルト４１で固設したロータディスク４２に植
設する動翼４３とケーシング４０に植設する静翼４４と
の間に冷却水供給系３７からの冷却水と抽気系３９から
の作動流体との少なくとも一方を噴霧し、作動流体を冷
却させている。
【００４４】なお、本実施形態は、主圧縮機２１の中間
部分に噴霧装置３５を設けたが、この例に限らず、例え
ば、図３に示すように、ストラット４０で支持させた外
部ケーシング４１と内部ケーシング４２とで形成する入
口プレナム４３の内部ケーシング４２側に噴霧装置３５
を設けても良い。この場合、噴霧装置３５には、作動流
体の圧力が低いので、冷却水供給系３７から供給される
冷却水だけで良い。また、主圧縮機２１を低圧用と高圧
用とに区分けする場合、低圧用圧縮機と高圧用圧縮機と
を互いに結ぶ連絡管に噴霧装置３５を設けても良い。ま
た、噴霧装置３５は、主圧縮機２１の出口側に設けても
良い。
【００４５】このように、本実施形態は、主圧縮機２１
の入口側、中間部分、出口側の少なくとも一つ以上の位
置に噴霧装置３５を装着し、この噴霧装置３５をノズル
タイプの簡易な構成にし、冷却水と作動流体との少なく
とも一方を作動流体に噴霧させたので、主圧縮機の作動
流体を効果的に冷却させることができる。
【００４６】その際、噴霧装置３５を主圧縮機２１の入
口、中間、出口の少なくとも一つ以上の位置に設置すれ
ば、主圧縮機２１を複数に区分けすることがなく、設置
面積を少なくさせることができる。
【００４７】図４は、本発明に係るタービンプラントに
適用される冷却装置の第２実施形態を示す概略縦断面図
である。
【００４８】本実施形態に係るタービンプラントに適用
される冷却装置は、主圧縮機２１の静翼４４を中空部４
５に形成し、この中空部４５を利用して噴霧装置３５を
装着したものである。
【００４９】主圧縮機２１は、作動流体の流れに沿って
静翼４４と動翼４６を組み合わせて圧縮機段落４７に構
成し、圧縮機段落４７を軸方向に沿って複数段に配置し
ている。
【００５０】一方、静翼４４は、その頭部側をケーシン
グ４８に係合させるとともに、中空部４５の頭部側に噴
霧装置３５を装着し、その底部側における作動流体の下
流側に向って噴出口４９を設けている。中空部４５の底
部側における作動流体の下流側に向って噴出口４９を設
けたのは、作動流体が旋回流になっているので、旋回中
に発生する遠心力を利用して冷却水供給系３７からの冷
却水をより広く拡散させるとともに、冷却水を作動流体
の流れ方向に沿わせるようにして作動流体の流れの乱れ
を少なくさせることに基づく。
【００５１】なお、動翼４６は、ロータディスク５０の
周方向に沿って植設され、環状の翼列を形成している。
【００５２】このように、本実施形態は、静翼４４の翼
内に中空部４５を形成し、中空部４５の頭部側に噴霧装
置３５を装着し、その底部側に、作動流体の下流側に向
って冷却水供給系３７からの冷却水を噴出させる噴出口
４９を設け、作動流体の旋回中に発生する遠心力を利用
して冷却水を拡散させたので、作動流体に効果的な冷却
を行わせることができる。
【００５３】なお、本実施形態は、静翼４４の中空部４
５を利用して噴霧装置３５を設け、噴霧装置３５からの
冷却水を作動流体に供給して冷却させているが、この例
に限らず、例えば図５に示すように、ケーシング４８か
ら静翼４４と動翼４６との間の空間まで延ばして水噴射
プローブ５１を設け、冷却水供給系３７からの冷却水を
水噴射プローブ５１の底部側に設けた噴出口４９を介し
て作動流体に噴出させても良い。
【００５４】図６は、本発明に係るタービンプラントに
適用される冷却装置の第３実施形態を示す概略縦断面図
である。なお、第２実施形態の構成部分と同一部分には
同一符号を付す。
【００５５】本実施形態に係るタービンプラントに適用
される冷却装置は、主圧縮機２１の静翼４４を中空部４
５に形成するとともに、中空部４５の頭部側に噴霧装置
３５を装着し、冷却水供給系３７からの冷却水を作動流
体に噴出させる噴出口４９ａ，４９ｂをケーシング４８
側とロータディスク５０側のそれぞれに設けたものであ
る。
【００５６】また、噴出口４９ａ，４９ｂは、図７に示
すように、静翼４４の後縁５２に設け、作動流体の流れ
を乱さないように、冷却水の流れ方向と作動流体の流れ
方向とを同一方向にしたものである。
【００５７】一般に、主圧縮機２１の静翼４４を流れる
作動流体は、図８に示すように、軸流速度分布線ＣＡＸ
１が境界層の発達によりケーシング側およびロータディ
スク側で低く、中間部分で高くなっている。また、静翼
４４を流れる際、境界層の影響を受けた作動流体は、図
１０に示すように、動翼４６に流入する際、その相対的
流入角分布線ＬＭＡ１がロータディスク側で比較的小さ
く、ケーシング側で大きくなっている。
【００５８】このように、従来の静翼４４および動翼４
６は、ともに、境界層の影響を受けているため、軸流速
度分布線ＣＡＸ１および相対的流入角分布線ＬＭＡ１が
均一化できず、翼効率低下の要因になっていた。
【００５９】本実施形態は、このような点に着目したも
ので、図６に示すように、中空部４５を備えた静翼４４
のケーシング４８側およびロータディスク５０側のそれ
ぞれに後縁５２に向って噴出口４９ａ，４９ｂを設け、
冷却水供給系３７からの冷却水を噴出口４９ａ，４９ｂ
を介してケーシング４８側およびロータディスク５０側
のそれぞれに発生する境界層に向って噴出させたもので
ある。
【００６０】図９は、本実施形態に係る冷却装置によっ
て得られた静翼４４を流れる作動流体の軸流速度分布線
ＣＡＸ２であり、ケーシング４８側およびロータディス
ク５０側のそれぞれに冷却水を噴出させたところ、境界
層が低くなり、軸流速度分布線ＣＡＸ２がほぼ一様化に
なったことが認められた。
【００６１】また、図１１は、本実施形態に係る冷却装
置によって得られた動翼４６に流入する作動流体の相対
的流入角分布線ＬＭＡ２であり、静翼４４からケーシン
グ側４８およびロータディスク５０側のそれぞれに冷却
水を噴出させたところ、軸流速度分布線ＣＡＸ２の良好
な影響を受けて相対的流入角分布線ＬＭＡ２がほぼ一様
化になったことが認められた。
【００６２】このように、本実施形態は、静翼４４のケ
ーシング４８側およびロータディスク５０側のそれぞれ
の後縁５２に向って噴出口４９ａ，４９ｂを設け、噴出
口４９ａ，４９ｂから境界層に向って冷却水を噴出し、
境界層を薄くさせたので、静翼４４を流れる作動流体の
軸流速度分布線ＣＡＸ２をほぼ一様化することができ、
この影響を受けて動翼４６に流入する作動流体の相対的
流入角分布線ＬＭＡ２をほぼ一様化することができ、静
翼４４および動翼４６ともに翼効率を向上させることが
できる。
【００６３】図１２は、本発明に係るタービンプラント
に適用される冷却装置の第４実施形態を示す概略縦断面
図である。なお、第２実施形態の構成部分と同一部分に
は同一符号を付す。
【００６４】本実施形態に係るタービンプラントに適用
される冷却装置は、動翼４６ａと静翼４４ａとを組み合
わせた圧縮機段落４７ａと、隣の静翼４４ｂと動翼４６
ｂとを組み合わせた圧縮機段落４７ｂとの間に流路５３
を拡開するディフューザ部５４に噴射室５５を形成し、
噴射室５５に向って冷却水供給系３７からの冷却水を噴
出させる噴霧装置３５をケーシング４８に装着したもの
である。
【００６５】このように、本実施形態は圧縮機段落４７
ａと隣の圧縮機段落４７ｂとの間に流路５３を拡開させ
るディフューザ部５４に噴射室５５を形成して作動流体
の流速を遅くさせ、その静温を噴霧装置３５からの冷却
水の温度よりも高くしたので、噴射室５５に冷却水を噴
霧する際、作動流体を凝縮させることがなく、主圧縮機
２１に安定した運転を行わせることができる。
【００６６】図１３は、本発明に係るタービンプラント
に適用される冷却装置の第５実施形態を示す概略系統図
である。なお、第２実施形態の構成部分と同一部分には
同一符号を付す。
【００６７】本実施形態に係るタービンプラントに適用
される冷却装置は、噴霧装置３５に冷却水を供給する冷
却水供給系３７に冷却水流量調整弁５６を設けるととも
に、噴霧装置３５に上述の冷却水のほかに空気を加え、
混合流体として作動流体に噴出させて冷却する空気流量
調整弁５７を空気供給系５８に設けたものである。
【００６８】また、本実施形態に係る冷却装置は、ケー
シング４８とロータディスク５０との間の流路５３に設
けられた動翼４６と静翼４４を組み合わせた圧縮機段落
４７を流れる作動流体の温度を検出する温度測定器５９
と、作動流体の圧力を検出する圧力測定器６０と、温度
測定器５９と圧力測定器６０との信号に基づいて弁開度
を演算し、その弁開閉信号を冷却水流量調整弁５６およ
び空気流量調整弁５７のそれぞれに与えて開閉させる演
算器６１を設けたものである。
【００６９】一般に、冷却装置は、冷却水を作動流体に
噴出させる場合、冷却水が蒸発しない状態の液滴のまま
流れると、動翼４６、静翼４４等の主要構成部品を腐食
させる要因になっている。
【００７０】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、噴霧装置３５に冷却水および空気のそれぞれを供
給する冷却水供給系３７に冷却水流量調整弁５６を設け
るとともに、空気供給系５８に空気流量調整弁５７を設
け、各調整弁５６，５７に適正な弁開度を与えて冷却水
の液滴を防止する演算器６１を設けたものである。
【００７１】したがって、本実施形態では、噴霧装置３
５に冷却水を供給する冷却水流量調整弁５６と噴霧装置
３５に空気を供給する空気流量調整弁５７とのそれぞれ
に適正な弁開度を与える演算器６１を設け、作動流体の
圧力・温度に対応させて冷却水と空気との混合流体を作
動流体に噴出し、冷却させたので、主圧縮機２１の構成
部品に腐食を与えることなく安定な運転を行わせること
ができる。
【００７２】図１４は、本発明に係るタービンプラント
に適用される冷却装置の第６実施形態を示す概略系統図
である。
【００７３】本実施形態に係るタービンプラントに適用
される冷却装置は、作動流体に含まれる液滴の有無ある
いは液滴の粒径等を検出する液滴計測器６２を設け、液
滴計測器６２からの信号に基づいて弁開度を演算し、そ
の演算信号を冷却水供給系３７の冷却水流量調整弁５６
および空気供給系５８の空気流量調整弁５７のそれぞれ
に与えて弁開度を制御する演算器６３を設けたものであ
る。液滴計測器６２は、具体的にはすでに実用化されて
いるレーザドップラ式が使用される。
【００７４】このように、本実施形態は、作動流体に含
まれる液滴の有無等を検出する液滴計測器６２を設け、
液滴計測器６２からの検出信号に基づいて弁開度を演算
し、その演算信号を冷却水流量調整弁５６、空気流量調
整弁５７の少なくとも一方に与えて適正な弁開度に調整
し、噴霧装置３５からの冷却水と空気との混合流体を作
動流体に噴出し、冷却させたので、混合流体の液滴の噴
出を確実に防止することができ、主圧縮機２１の構成部
品に腐食を与えることなく安定な運転を行わせることが
できる。
【００７５】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係るター
ビンプラントは、第１動力発生部と第２動力発生部とを
備え、第１動力発生部の主圧縮機に冷却水と空気とのい
ずれか少なくとも一方を作動流体に噴出し、冷却させる
噴霧装置を設けたので、主圧縮機を流れる作動流体を良
好に冷却させることができ、主圧縮機を複数に区分けす
ることなくコンパクトにすることができる。
【００７６】また、本発明に係るタービンプラントは、
主圧縮機内に収容され、中空部を形成した静翼に噴霧装
置を装着するとともに、静翼のケーシング側およびロー
タディスク側のそれぞれに噴出口を設け、各噴出口から
の冷却水と空気とのいずれか少なくとも一方をケーシン
グ側の境界層およびロータディスク側の境界層のそれぞ
れに噴出させて境界層の厚みを薄くさせたので、翼効率
を従来よりも向上させることができる。
【００７７】また、本発明に係るタービンプラントは、
主圧縮機を流れる作動流体の圧力、温度、液滴の少なく
とも一つ以上を検出し、検出信号に基づいて弁開度信号
を演算し、その演算信号を冷却水流量調整弁および空気
流量調整弁のいずれか少なくとも一方に与えて各調整弁
の弁開度を適正開度に調整し、噴霧装置からの冷却水と
空気とのいずれか少なくとも一方を作動流体に噴出し、
冷却させたので、液滴を含まない作動流体に維持するこ
とができ、主圧縮機の構成部品の腐食の発生を防止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタービンプラントに適用される冷
却装置の第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】図１に示した冷却装置の装着位置を示す概略
図。
【図３】図１に示した冷却装置の他の装着位置を示す概
略図。
【図４】本発明に係るタービンプラントに適用される冷
却装置の第２実施形態を示す概略縦断面図。
【図５】本発明に係るタービンプラントに適用される冷
却装置の第２実施形態における変形例を示す概略縦断面
図。
【図６】本発明に係るタービンプラントに適用される冷
却装置の第３実施形態を示す概略縦断面図。
【図７】図６のＡ−Ａ矢視方向切断断面図。
【図８】従来の静翼を流れる作動流体の軸流速度分布線
図。
【図９】本発明により得られた静翼を流れる作動流体の
軸流分布線図。
【図１０】従来の作動流体が動翼へ流入する相対的流入
角分布線図。
【図１１】本発明により得られた作動流体が動翼へ流入
する相対的流入角分布線図。
【図１２】本発明に係るタービンプラントに適用される
冷却装置の第４実施形態を示す概略縦断面図。
【図１３】本発明に係るタービンプラントに適用される
冷却装置の第５実施形態を示す概略系統図。
【図１４】本発明に係るタービンプラントに適用される
冷却装置の第６実施形態を示す概略系統図。
【図１５】従来のタービンプラントを示す概略系統図。
【図１６】従来の他のタービンプラントを示す概略系統
図。
【符号の説明】
１ 第１動力発生部 ２ 第２動力発生部 ３ 低圧圧縮機 ４ 中間冷却器 ５ 高圧圧縮機 ６ 燃焼器 ７ 主タービン ８ 第１熱交換器 ９ 発電機 １０ 第１副タービン １１ 復水器 １２ａ，１２ｂ ポンプ １３ 第２熱交換器 １４ 発電機 １５ 第２副タービン １６ メタノール用第１熱交換器 １７ メタノール用第２熱交換器 １８ 圧縮機 １９ 第１動力発生部 ２０ 第２動力発生部 ２１ 主圧縮機 ２２ 燃焼器 ２３ 主タービン ２４ メタノール用第２熱交換器 ２５ 第１熱交換器 ２６ 発電機 ２７ 第１副タービン ２８ 復水器 ２９ａ，２９ｂ ポンプ ３０ 副圧縮機 ３１ 第２熱交換器 ３２ 発電機 ３３ 第２副タービン ３４ メタノール用第１熱交換器 ３５ 噴霧装置 ３６ ポート ３７ 冷却水供給系 ３８ ポート ３９ 抽気系 ４０ ストラット ４１ 外部ケーシング ４２ 内部ケーシング ４３ 入口プレナム ４４，４４ａ，４４ｂ 静翼 ４５ 中空部 ４６，４６ａ，４６ｂ 動翼 ４７，４７ａ，４７ｂ 圧縮機段落 ４８ ケーシング ４９ａ，４９ｂ 噴出口 ５０ ロータディスク ５１ 水噴射プローブ ５２ 後縁 ５３ 流路 ５４ ディフューザ部 ５５ 噴射室 ５６ 冷却水流量調整弁 ５７ 空気流量調整弁 ５８ 空気供給系 ５９ 温度測定器 ６０ 圧力測定器 ６１ 演算器 ６２ 液滴計測器 ６３ 演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｃ 7/141 Ｆ０２Ｃ 7/141 7/16 7/16

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主圧縮機、燃焼器、主タービンを備えた
    第１動力発生部と、上記主タービンから上記主圧縮機に
    還流させるタービン排気を熱源として燃料を加熱させる
    燃料用熱交換器、上記タービン排気に再び膨張仕事をさ
    せる第１副タービン、この第１副タービンからのタービ
    ン排気を復水にする復水器、この復水器からの復水を上
    記主タービンからのタービン排気で加熱させる熱交換
    器、この熱交換器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張
    仕事をさせる第２副タービンを備えた第２動力発生部
    と、上記第１動力発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水
    と上記主圧縮機の後流側の作動流体との少なくとも一方
    を上記主圧縮機に流れる作動流体に噴出して冷却する噴
    霧装置とを備えたことを特徴とするタービンプラント。
  2. 【請求項２】 噴霧装置に、復水器からの復水を冷却水
    として供給する冷却水供給系と、主圧縮機の下流側から
    抽気した作動流体を供給する抽気系とのいずれか少なく
    とも一方を備えたことを特徴とする請求項１記載のター
    ビンプラント。
  3. 【請求項３】 噴霧装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機段
    落との間のケーシングに装着したことを特徴とする請求
    項１記載のタービンプラント。
  4. 【請求項４】 噴霧装置を、主圧縮機の入口側の内部ケ
    ーシングに装着したことを特徴とする請求項１記載のタ
    ービンプラント。
  5. 【請求項５】 噴霧装置を、主圧縮機に固設し、中空部
    を形成する静翼の頭部側に装着したことを特徴とする請
    求項１記載のタービンプラント。
  6. 【請求項６】 静翼の頭部側および底部側の少なくとも
    一方に噴出口を設けたことを特徴とする請求項５記載の
    タービンプラント。
  7. 【請求項７】 噴出口を、静翼の後縁に設けたことを特
    徴とする請求項６記載のタービンプラント。
  8. 【請求項８】 噴霧装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機段
    落との間に設けた噴射プローブの頭部側に装着したこと
    を特徴とする請求項１記載のタービンプラント。
  9. 【請求項９】 噴射プローブの底部側に、作動流体の下
    流側に向う噴出口を設けたことを特徴とする請求項８記
    載のタービンプラント。
  10. 【請求項１０】 噴霧装置を、圧縮機段落と隣の圧縮機
    段落との間のケーシングに拡開流路を形成するディフュ
    ーザ部に設けたことを特徴とする請求項１記載のタービ
    ンプラント。
  11. 【請求項１１】 主圧縮機、燃焼器、主タービンを備え
    た第１動力発生部と、上記主タービンから上記主圧縮機
    に還流させるタービン排気を熱源として燃料を加熱させ
    る燃料用熱交換器、上記タービン排気に再び膨張仕事を
    させる第１副タービン、この第１副タービンからのター
    ビン排気を復水にする復水器、この復水器からの復水を
    上記主タービンからのタービン排気で加熱させる熱交換
    器、この熱交換器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張
    仕事をさせる第２副タービンを備えた第２動力発生部
    と、上記第１動力発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水
    と空気とのいずれか少なくとも一方を上記主圧縮機に流
    れる作動流体に噴出して冷却する噴霧装置と、この噴霧
    装置に冷却水および空気の少なくとも一方を供給する冷
    却水流量調整弁および空流量調整弁と、上記作動流体の
    状態量に基づいて上記冷却水流量調整弁および空気流量
    調整弁の少なくとも一方に弁開度信号を与える演算器と
    を備えたことを特徴とするタービンプラント。
  12. 【請求項１２】 作動流体の状態量に、圧力と温度とを
    選択したことを特徴とする請求項１１記載のタービンプ
    ラント。
  13. 【請求項１３】 主圧縮機、燃焼器、主タービンを備え
    た第１動力発生部と、上記主タービンから上記主圧縮機
    に還流させるタービン排気を熱源として燃料を加熱させ
    る燃料用熱交換器、上記タービン排気に再び膨張仕事を
    させる第１副タービン、この第１副タービンからのター
    ビン排気を復水にする復水器、この復水器からの復水を
    上記主タービンからのタービン排気で加熱させる熱交換
    器、この熱交換器で加熱させて水蒸気にした復水に膨張
    仕事をさせる第２副タービンを備えた第２動力発生部
    と、上記第１動力発生部の主圧縮機に設けられ、冷却水
    と空気とのいずれか少なくとも一方を上記主圧縮機に流
    れる作動流体に噴出して冷却する噴霧装置と、この噴霧
    装置に冷却水および空気の少なくとをも一方供給する冷
    却水流量調整弁および空気流量調整弁と、上記作動流体
    に含まれる液滴の有無を検出する液滴計測器の検出信号
    に基づいて上記冷却水流量調整弁および空気流量調整弁
    の少なくとも一方に弁開度信号を与える演算器とを備え
    たことを特徴とするタービンプラント。
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