JPH0133647B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0133647B2
JPH0133647B2 JP6752584A JP6752584A JPH0133647B2 JP H0133647 B2 JPH0133647 B2 JP H0133647B2 JP 6752584 A JP6752584 A JP 6752584A JP 6752584 A JP6752584 A JP 6752584A JP H0133647 B2 JPH0133647 B2 JP H0133647B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
cooling
turbine
combustor
water
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.)
Expired
Application number
JP6752584A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60212629A (en
Inventor
Kyomi Tejima
Yukimasa Kajitani
Kazuo Takeya
Takuya Myagawa
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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 Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP6752584A priority Critical patent/JPS60212629A/en
Priority to US06/711,337 priority patent/US4614083A/en
Priority to GB08506832A priority patent/GB2158883B/en
Publication of JPS60212629A publication Critical patent/JPS60212629A/en
Publication of JPH0133647B2 publication Critical patent/JPH0133647B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F02C7/185—Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービンの圧縮機で圧縮した空
気の一部を、噴霧水により効果的に冷却の上、冷
却空気として使用しているガスタービンに関する
ものである。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a gas turbine in which a part of the air compressed by a gas turbine compressor is effectively cooled with spray water and then used as cooling air. It is related to.

〔従来技術〕[Prior art]

近年、ガスタービンは、その性能向上及び出力
上昇のために、使用ガス温度がますます高温化の
傾向にある。
In recent years, in order to improve the performance and output of gas turbines, the gas temperature used in gas turbines has tended to become higher and higher.

しかしながら、ガスタービンのタービン翼は、
その強度を保持するために一定温度以下に保つ必
要があり、この手段としてタービン翼を冷却する
方法が採用されている。
However, the turbine blades of a gas turbine are
In order to maintain its strength, it is necessary to maintain the temperature below a certain level, and a method of cooling the turbine blades is used as a means for this purpose.

タービン翼の冷却は、圧縮機で圧縮した空気の
一部を冷却空気としてタービン翼内に導き、フイ
ルム冷却、インピンジ冷却及び対抗冷却等の冷却
を行なつている。ここで、冷却空気の使用量は、
タービン翼を一定の温度以下に保つため、使用ガ
ス温度の高温化に伴なつて増加させる必要があ
る。
To cool the turbine blades, a portion of the air compressed by the compressor is introduced into the turbine blades as cooling air, and cooling such as film cooling, impingement cooling, and countercooling is performed. Here, the amount of cooling air used is
In order to keep the turbine blades below a certain temperature, it is necessary to increase the temperature as the gas temperature increases.

しかしながら、冷却空気使用量の増加は、冷却
空気圧縮のための所要動力の増加、及び主流ガス
に混合する冷却空気量の増加に伴なう平均ガス温
度の低下によるガスタービンサイクル効率の低下
につながるという問題がある。
However, an increase in cooling air usage leads to a decrease in gas turbine cycle efficiency due to an increase in the power required for cooling air compression and a decrease in average gas temperature due to the increase in the amount of cooling air mixed with the mainstream gas. There is a problem.

また、冷却空気は、そのガスタービンにより駆
動される圧縮機で圧縮した空気を用いているた
め、燃焼ガスに比しては温度が低いものの、ガス
タービンの高出力に伴なつて圧縮機の圧縮比が高
くなり、その温度も高くなつている。
In addition, the cooling air uses air compressed by the compressor driven by the gas turbine, so although its temperature is lower than that of the combustion gas, the high output of the gas turbine causes the compressor to compress the air. As the ratio increases, so does the temperature.

従つて、タービン翼を冷却する際に、冷却空気
と主流ガスの温度差は、その分小さくなり、冷却
効果が悪くなる欠点がある。
Therefore, when cooling the turbine blades, the temperature difference between the cooling air and the mainstream gas becomes correspondingly smaller, resulting in a disadvantage that the cooling effect deteriorates.

更に、冷却空気は、タービン翼に導く途中にお
いて、周囲の雰囲気に晒されるため温度が上昇す
るが、この傾向は燃焼ガスの温度が高くなるに従
つて高くなる。
Furthermore, the temperature of the cooling air increases as it is exposed to the surrounding atmosphere on the way to the turbine blades, and this tendency increases as the temperature of the combustion gas increases.

従つて、圧縮機で圧縮された空気をそのまま冷
却空気として用いる場合、タービン翼の温度を、
その強度を保持するに必要な一定の温度以下に保
つ条件下では、冷却空気量を増加しても主流ガス
温度をある値以上に上げることは不可能である。
Therefore, when using the air compressed by the compressor as cooling air, the temperature of the turbine blades is
Under conditions where the temperature is kept below a certain level necessary to maintain its strength, it is impossible to raise the mainstream gas temperature above a certain value even if the amount of cooling air is increased.

この対策として、冷却空気を一旦ガスタービン
外に導き、エアフインクーラ等を用いて冷却する
ように構成した装置もあるが、この場合、冷却空
気温度は低下するものの、構造が複雑となり、ま
た圧損が増大し、冷却空気の圧力とタービン入口
のガス圧力との差が小さくなり、このため初段静
翼のフイルム冷却が不可能であるという問題があ
る。
As a countermeasure to this problem, some devices are configured to first guide the cooling air outside the gas turbine and cool it using an air-fin cooler, etc., but in this case, although the cooling air temperature decreases, the structure becomes complicated and there is also pressure loss. increases, and the difference between the pressure of the cooling air and the gas pressure at the turbine inlet becomes small, which poses a problem in that film cooling of the first stage stationary blade is impossible.

更に、ガスタービンの使用ガス温度が高くなれ
ば、燃焼器の温度も上昇し、燃焼器を構成する部
材の耐熱性が問題となる。
Furthermore, as the temperature of the gas used in the gas turbine increases, the temperature of the combustor also increases, which poses a problem in the heat resistance of the members that make up the combustor.

即ち、ガスタービンの使用ガス温度を上げるこ
とは、燃焼温度を上げることであり、燃焼器各部
は、より高温の燃焼ガスに晒されることになる。
That is, increasing the temperature of the gas used in the gas turbine means increasing the combustion temperature, and each part of the combustor is exposed to higher temperature combustion gas.

ここで、燃焼器の内筒には、多量の希釈空気が
周囲より流入し、この希釈空気により燃焼ガスの
熱を遮断し、内筒が許容温度を超えないように保
護している。
Here, a large amount of dilution air flows into the inner cylinder of the combustor from the surroundings, and this dilution air blocks the heat of the combustion gas and protects the inner cylinder from exceeding an allowable temperature.

しかしながら、燃焼器の尾筒は、例えば間隙が
数mm程度の内外板より構成される二重筒構造と
し、外板に小孔を明け、ここに圧縮機で圧縮した
空気を導いて内板を冷却し、更に内板にも小孔を
明け、ここから通路内に空気を吹出して空気のフ
イルムを形成し、燃焼ガスの熱を遮断するように
はしている。しかし、圧縮機で圧縮した空気自体
の温度が高くなり、十分な冷却効果が得られな
い。その対策として尾筒の冷却のための空気量を
増やせば、圧縮機の所要動力が増加し、且つ主流
ガスの平均温度も低下するため、ガスタービンサ
イクル効率は低下するという問題がある。
However, the transition piece of the combustor has a double-tube structure consisting of an inner and outer plate with a gap of several millimeters, for example, and a small hole is made in the outer plate, and air compressed by a compressor is guided through the inner plate. In addition, small holes are made in the inner plate, and air is blown into the passage through these holes to form an air film that blocks the heat of the combustion gas. However, the temperature of the air itself compressed by the compressor becomes high, and a sufficient cooling effect cannot be obtained. As a countermeasure to this problem, if the amount of air for cooling the transition piece is increased, the power required for the compressor increases and the average temperature of the mainstream gas also decreases, resulting in a problem that the efficiency of the gas turbine cycle decreases.

前記各種の問題を解消するために本発明者等は
ガスタービンの燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼
器室尾筒側とに仕切り、その仕切を貫通して空気
冷却筒を設け、この空気冷却筒内に水を噴霧する
ための噴霧装置を設けた装置について検討を重ね
た。
In order to solve the various problems mentioned above, the present inventors partitioned the combustor chamber of a gas turbine into the combustor main body side and the combustor chamber tail tube side, and installed an air cooling tube that penetrated the partition to cool the air. We have repeatedly studied a device equipped with a spray device to spray water into the cooling cylinder.

この装置は、冷却空気中に水を噴霧し、その水
の蒸発によりその潜熱を利用して冷却するために
効果的に冷却することが可能であることが確認さ
れている。
It has been confirmed that this device is capable of effective cooling because it sprays water into the cooling air and utilizes its latent heat through evaporation of the water.

冷却空気中に水を噴霧する手段としてはノズル
を使用しているが、このノズルよりの噴霧条件に
よつて噴霧の状態が変化する。即ち、ある寸法の
孔径を有するノズルにおいては、ある冷却水にあ
る値以上の圧力が必要であり、この水圧が変化す
ると当然噴霧の状態が変化する。この噴霧の条件
が悪い場合には水滴が大きくなり、冷却筒の壁に
水滴が付着したり、冷却空気中に水滴が混入され
た状態で排出されることがある。
A nozzle is used as a means for spraying water into the cooling air, and the state of the spray changes depending on the spray conditions from this nozzle. That is, in a nozzle having a hole diameter of a certain size, a pressure of a certain cooling water is required to be higher than a certain value, and when this water pressure changes, the state of the spray naturally changes. If the conditions for this spraying are poor, the water droplets may become large and adhere to the wall of the cooling cylinder, or may be discharged with water droplets mixed into the cooling air.

噴霧された水は、冷却空気が冷却筒内を通過す
る間に完全に蒸発され、燃焼器室尾筒側に排出さ
れる必要があり、若しこの状態が得られない場合
には当然タービンの各部に悪影響を与える危険性
がある。
The sprayed water must be completely evaporated while the cooling air passes through the cooling cylinder and be discharged to the combustor chamber transition cylinder side. If this condition cannot be achieved, the turbine There is a risk of adversely affecting each part.

前記噴霧状態を悪化現象は、タービンの負荷の
変動と共に起こり易く、この現象を解消するため
にノズル寸法や冷却水を加圧力の設定に非常に困
難を伴なつた。
The phenomenon of worsening the spray condition is likely to occur as the load on the turbine changes, and it has been very difficult to set the nozzle dimensions and the pressure to apply the cooling water in order to eliminate this phenomenon.

また、ノズルの寸法や冷却水の圧力は定常運転
の条件によつて設計されており、特に負荷が少な
い状態においては冷却水の量が減少するために噴
霧の中に大きな水滴が発生する欠点があつた。
In addition, the dimensions of the nozzle and the pressure of the cooling water are designed based on the conditions of steady operation, and there is a drawback that large water droplets are generated in the spray because the amount of cooling water decreases, especially when the load is low. It was hot.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

そこで本発明は前記従来のタービンの有する問
題を解消し、ガスタービンの冷却空気を、ガスタ
ービン内に設けた複数個の水の噴霧装置を使用
し、空気を効果的に冷却することによりガスター
ビンのサイクル効率を向上させることを目的とす
るものである。
Therefore, the present invention solves the problems of the conventional turbine, and uses a plurality of water spray devices installed in the gas turbine to effectively cool the cooling air of the gas turbine. The purpose is to improve the cycle efficiency of

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

前記目的を達成するための本発明の構成は、ガ
スタービンの圧縮機で圧縮した空気の一部を、冷
却空気としてそのタービン翼に導き、タービン翼
を冷却するガスタービンにおいて、このガスター
ビンの燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼器室尾筒
側とに仕切り、燃焼器尾筒側に冷却空気を形成
し、その仕切りを貫通する空気冷却筒を設け、こ
の筒内に水を噴霧可能な複数の噴霧装置を設ける
と共に、これらの噴霧装置をガスタービン出力に
応じて制御するように構成したことを特徴とする
ものである。
The configuration of the present invention to achieve the above object is such that a part of the air compressed by the compressor of the gas turbine is guided to the turbine blades as cooling air, and the combustion of the gas turbine is performed in the gas turbine that cools the turbine blades. The combustion chamber is divided into the combustor main body side and the combustor chamber transition cylinder side, cooling air is formed on the combustor transition cylinder side, and an air cooling cylinder is provided that penetrates the partition, and water can be sprayed into this cylinder. The present invention is characterized in that it includes a plurality of spray devices and is configured to control these spray devices in accordance with the output of the gas turbine.

即ち、本発明においては空気冷却筒内に複数個
のノズルを設け、タービンの出力に応じてそのノ
ズルの個数に変化を与えるように構成し、1本の
ノズルより冷却水を噴霧する条件には変化を与え
ず、最適の噴霧状態を維持するように構成した点
に特徴がある。
That is, in the present invention, a plurality of nozzles are provided in the air cooling cylinder, and the number of nozzles is changed according to the output of the turbine. It is unique in that it is configured to maintain the optimum spray condition without causing any change.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明に係るガスタービン
の実施例を説明する。
Embodiments of a gas turbine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はガスタービンの概略系統図で、下半分
は後述の第3図のA−A断面を示し、上半分は後
述の第3図のB−B断面を示しており、ガスター
ビン1は、圧縮機2、燃焼器3及びタービン4よ
り構成されている。
FIG. 1 is a schematic system diagram of a gas turbine. The lower half shows the AA cross section in FIG. 3, which will be described later, and the upper half shows the BB cross section in FIG. 3, which will be described later. , a compressor 2, a combustor 3, and a turbine 4.

次に第2図A及び第2図Bは前記ガスタービン
1の要部を示す側断面図であり、第2図Aは第1
図の下半分、即ち第3図のA−A断面に相当し、
第2図Bは第1図の上半分、即ち第3図のB−B
断面に相当する部分を示している。
Next, FIGS. 2A and 2B are side sectional views showing the main parts of the gas turbine 1, and FIG.
Corresponds to the lower half of the figure, that is, the A-A cross section in Figure 3,
Figure 2B is the upper half of Figure 1, that is, B-B in Figure 3.
A portion corresponding to a cross section is shown.

ここで、燃焼器室10は第2図A及び第3図の
要部縦断面に示す如く、燃焼器中間支持板13が
それぞれ両隣りの燃焼器中間支持板13と接して
隔壁を形成して燃焼器内筒11及び燃焼器フロー
ガイド12を有する燃焼器本体31側と、燃焼器
尾筒14側とに仕切つており、燃焼器尾筒14側
に冷却空気室30を形成している。
Here, in the combustor chamber 10, as shown in the vertical cross section of the main part in FIG. 2A and FIG. It is divided into a combustor main body 31 side having a combustor inner cylinder 11 and a combustor flow guide 12, and a combustor transition piece 14 side, and a cooling air chamber 30 is formed on the combustor transition piece 14 side.

そして第2図Bに示す如く、燃焼器室10には
燃焼器中間支持板13を貫通し、燃焼器本体31
側と燃焼器尾筒14側とに開口する空気冷却筒5
が設けてあり、この筒5内に水を噴霧する複数
(本実施例では3個)の噴霧装置6,6−1,6
−2,6−3が設けてあり、噴霧装置6は第1図
に示す如くガスタービン1の外部の水の供給源9
に配管7,7−1,7−2,7−3で接続され、
その配管の途中にはコントローラ81により制御
され、噴霧を停止する弁8,8−1,8−2,8
−3が設けてある。
As shown in FIG. 2B, the combustor chamber 10 has a combustor main body 31 that passes through the combustor intermediate support plate 13.
Air cooling pipe 5 that opens to the side and the combustor transition pipe 14 side
is provided, and a plurality of (three in this embodiment) spray devices 6, 6-1, 6 spray water into the cylinder 5.
-2, 6-3, and the spray device 6 is connected to a water supply source 9 outside the gas turbine 1, as shown in FIG.
are connected to by piping 7, 7-1, 7-2, 7-3,
Valves 8, 8-1, 8-2, 8 which are controlled by a controller 81 and stop spraying are provided in the middle of the piping.
-3 is provided.

コントローラ81にはタービン出力が入力され
ており、これが定格より低下した場合にはそれに
応じて弁8,8−1,8−2,8−3を順次閉止
するように制御し、噴霧する水量を減少させる。
The turbine output is inputted to the controller 81, and when the output falls below the rated value, the valves 8, 8-1, 8-2, and 8-3 are controlled to be closed in sequence according to the output, and the amount of water to be sprayed is controlled. reduce

また、燃焼器尾筒14は、内板15と外板16
との二重筒構造に構成され、双方の板に多数の小
孔18,19を穿設し、その中間にスペーサ17
を設けて間隙を保つ構造に構成している。
In addition, the combustor transition piece 14 has an inner plate 15 and an outer plate 16.
It has a double cylinder structure with a large number of small holes 18 and 19 in both plates, and a spacer 17 in between.
The structure is such that a gap is maintained by providing a gap.

第2図Aに示す如く、連結部材21とトルクチ
ユーブ22との間に圧縮機高圧側のシールリング
23とタービン入口側シールリング24とでシー
ルされた空間27を形成し、冷却空気抽気孔25
及び26によつて冷却空気室30とトルクチユー
ブ22内の空間28とを連通している。
As shown in FIG. 2A, a space 27 sealed by a compressor high pressure side seal ring 23 and a turbine inlet side seal ring 24 is formed between the connecting member 21 and the torque tube 22, and a space 27 is formed between the connecting member 21 and the torque tube 22.
and 26 communicate the cooling air chamber 30 with a space 28 within the torque tube 22.

ここで第2図Bにおいて噴霧装置6は筒5の内
側に設けてあるが、壁に設けても良い。
Here, in FIG. 2B, the spray device 6 is provided inside the cylinder 5, but it may also be provided on the wall.

圧縮機2で圧縮された空気は、燃焼器室10内
に流入し、大部分の空気は燃焼器本体31に供給
されるが、一部の空気は第2図Bに示している空
気冷却筒5内に流入し、ここでこの筒5内に設け
た噴霧装置6より噴霧された水の蒸発によつて冷
却される。
The air compressed by the compressor 2 flows into the combustor chamber 10, and most of the air is supplied to the combustor main body 31, but some of the air is supplied to the air cooling tube shown in FIG. 2B. 5, where it is cooled by evaporation of water sprayed from a spray device 6 provided in this cylinder 5.

前記のように空気冷却筒5内において噴霧装置
6より噴霧された水によつて冷却された空気は、
矢印Cで示す如く冷却空気室30内に入り、一部
は、タービン翼環33の冷却空気孔34を通つて
タービン静翼35,37に供給され、一部は燃焼
器尾筒14(第2図A)の外板16の小孔19か
ら二重構造の空間部20内に流入し、続いて内板
15の小孔18から主流M中に吹き出し、一部は
連結部材21の冷却空気抽気孔25から空間27
に流入し、トルクチユーブ22の冷却抽気孔26
からトルクチユーブ22内の空間28内に流入
し、タービンデイスク40の通気孔43、またス
ペーサーデイスク41の通気穴44よりタービン
デイスク40,42の間の空間45に入り、冷却
空気孔46及び47,48を経由してタービン動
翼36,38に供給される。
The air cooled by the water sprayed from the spray device 6 in the air cooling cylinder 5 as described above is
A portion of the cooling air enters the cooling air chamber 30 as shown by arrow C, and is supplied to the turbine stationary blades 35 and 37 through the cooling air hole 34 of the turbine blade ring 33, and a portion of the air is supplied to the combustor transition piece 14 (the second It flows into the double structure space 20 from the small hole 19 of the outer plate 16 in Figure A), and then blows out from the small hole 18 of the inner plate 15 into the main stream M, and a part of the cooling air extracts from the connecting member 21. Space 27 from pore 25
and the cooling bleed hole 26 of the torque tube 22.
It flows into the space 28 in the torque tube 22 from the air, enters the space 45 between the turbine disks 40 and 42 through the ventilation hole 43 of the turbine disk 40 and the ventilation hole 44 of the spacer disk 41, and cools the cooling air holes 46 and 47. 48 to the turbine rotor blades 36, 38.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上のようにガスタービンの燃焼器室
10内を燃焼器中間支持板13によつて燃焼器本
体3側と燃焼器尾筒14側とに仕切り、その仕切
りを貫通して空気冷却筒5を設け、この冷却筒5
内に水の噴霧装置6を複数個設け、ガスタービン
出力に応じて噴霧装置6の噴霧個数を調整し、そ
の出力に応じた量の水を噴霧して空気を冷却する
ように構成したことを特徴とするものである。
As described above, the present invention partitions the inside of the combustor chamber 10 of a gas turbine into the combustor main body 3 side and the combustor transition piece 14 side by the combustor intermediate support plate 13, and the air cooling tube is inserted through the partition. 5 is provided, and this cooling cylinder 5
A plurality of water spray devices 6 are provided inside the gas turbine, the number of spray devices 6 is adjusted according to the output of the gas turbine, and an amount of water corresponding to the output is sprayed to cool the air. This is a characteristic feature.

(a) このため圧縮機で圧縮された温度が高くな
り、また周囲の高温雰囲気にさらされて更に温
度の高くなつた空気の流量に応じて水を噴霧す
ることになり、従つて空気量がタービン出力に
応じて変化しても、最良の状態に空気の温度を
調節することができる。
(a) As a result, the temperature compressed by the compressor increases, and water is sprayed according to the flow rate of the air, which has become even hotter due to exposure to the surrounding high temperature atmosphere, and therefore the amount of air increases. Even if it changes depending on the turbine output, the air temperature can be adjusted to the best condition.

しかも温度の高くなつた空気中に直接、水を
噴霧するので、その空気は水が蒸発するための
蒸発潜熱として、約600Kcal/Kgもの熱を奪わ
れるため、エアフインクーラ等を用いて間接的
に冷却する従来の場合に比較して、十分に効果
的な冷却をすることができるという利点があ
る。冷却空気を冷却し、その温度を下げること
ができれば冷却空気の増加なしにガスタービン
の使用ガスの温度を上げることが可能である。
Moreover, since water is directly sprayed into the hot air, the air loses about 600 Kcal/Kg of heat as the latent heat of evaporation, so air fin coolers etc. are used to spray water indirectly. It has the advantage that it can provide sufficiently effective cooling compared to the conventional case of cooling. If cooling air can be cooled and its temperature can be lowered, it is possible to increase the temperature of the gas used by the gas turbine without increasing the amount of cooling air.

(b) また、本発明は特にガスタービン内の冷却空
気通路中に複数個の水噴霧装置を設け、タービ
ンの出力に応じて水を噴霧するノズルの個数を
変化させて水噴霧を行つている。従つて、最適
な状態で冷却空気の温度を調節するため、一旦
ガスタービンの外部に冷却空気を導いて冷却す
る従来のガスタービンに比較して少ない圧損で
冷却を行うことが可能である。
(b) In addition, the present invention particularly provides a plurality of water spray devices in the cooling air passage in the gas turbine, and performs water spray by changing the number of nozzles that spray water according to the output of the turbine. . Therefore, in order to adjust the temperature of the cooling air in an optimal state, it is possible to perform cooling with less pressure loss than in the conventional gas turbine, which cools the cooling air by first introducing it to the outside of the gas turbine.

次に本発明の実施に際して配慮された重要な点
を説明する。
Next, important points taken into consideration when implementing the present invention will be explained.

〔1〕 ガスタービン冷却空気中に水を噴霧してこ
れを冷却する場合、冷却空気の全量を確実に冷
却することが必要であるが、冷却されないでそ
のまゝタービン翼が導かれるとそのタービン翼
に対して十分な冷却ができず、そのタービン翼
の耐熱強度が低下し、また、冷却された空気と
冷却されない空気が混在して燃焼器尾筒14内
に供給されると、タービン翼の場合と同様に、
その強度が低下する同時に、尾筒14に温度分
布が生じ、これにより熱応力が発生する。
[1] When spraying water into gas turbine cooling air to cool it, it is necessary to reliably cool the entire amount of cooling air, but if the turbine blades are guided as they are without being cooled, the turbine If the blades cannot be cooled sufficiently, the heat resistance strength of the turbine blades will decrease, and if a mixture of cooled and uncooled air is supplied into the combustor transition piece 14, the turbine blades will be damaged. As in the case,
At the same time as its strength decreases, a temperature distribution occurs in the transition piece 14, which generates thermal stress.

しかし、本発明においては、燃焼器室10を
燃焼器中間支持板13で仕切り、これを貫通す
る空気冷却筒5を設けているために、冷却空気
室30に至る空気は、全て空気冷却筒5内を通
過する。
However, in the present invention, since the combustor chamber 10 is partitioned by the combustor intermediate support plate 13 and the air cooling cylinder 5 is provided passing through this, all the air reaching the cooling air chamber 30 is transferred to the air cooling cylinder 5. pass through the inside.

一方、この空気冷却筒5内には複数個の噴霧
装置6,6−1,6−2,6−3………が設け
てあるために、、タービンの出力に応じてノズ
ルが開弁されるために冷却空気の全量が最適条
件に、確実に冷却されることになる。
On the other hand, since a plurality of spray devices 6, 6-1, 6-2, 6-3, etc. are provided in the air cooling cylinder 5, the nozzles are opened according to the output of the turbine. This ensures that the entire amount of cooling air is cooled under optimal conditions.

〔2〕 冷却空気中に水を噴霧する場合、これを完
全に蒸発させることによつて高温となつたター
ビン構成要素に直接未蒸発の水滴を当てないこ
とが必要で、特に、燃焼器尾筒14は直接燃焼
ガスに触れるために温度が高く、また比較的薄
板で構成されるため、僅かな水滴があつてもこ
の部分が急速に冷却され、熱応力によるクラツ
ク発生の原因となり、ここにクラツチが発生す
ると燃焼ガスが漏れることになり、他の部分で
も直接水滴が当ればその部分が急冷されて強度
が低下する。
[2] When spraying water into the cooling air, it is necessary to completely evaporate the water so that the unevaporated water droplets do not directly hit the turbine components that have become hot, especially the combustor transition pipe. 14 is in direct contact with the combustion gas, so its temperature is high, and it is made up of a relatively thin plate, so even the slightest drop of water cools down this area rapidly, causing a crack due to thermal stress. If this occurs, combustion gas will leak, and if water droplets come into contact with other parts directly, those parts will be rapidly cooled and their strength will decrease.

しかし、本発明においては、冷却空気筒5内
に水の噴射装置6を設け、ここに水を噴霧する
ために、噴霧された水はこの筒5内を流れる間
に蒸発し、冷却空気室30に至つた時には完全
に蒸発しており、高温となつたタービン構成要
素に直接水が触れることがない。
However, in the present invention, a water injection device 6 is provided in the cooling air cylinder 5 and water is sprayed there, so that the sprayed water evaporates while flowing inside the cylinder 5, and the water is evaporated into the cooling air chamber 30. By this time, the water has completely evaporated, and the water no longer comes into direct contact with the hot turbine components.

なお、空気冷却筒5は直接水滴が当つてもこ
れは強度構成要素ではないために問題は全く生
じない。
Note that even if the air cooling cylinder 5 is directly hit by water droplets, no problem will occur because this is not a strength component.

ここで、空気冷却筒5内を空気が流れる間
に、噴射された水を完全に蒸発させるために、
空気冷却筒5の長さを長くし、その入口近くで
水を噴霧するのが好適である。
Here, in order to completely evaporate the injected water while the air flows inside the air cooling cylinder 5,
It is preferable to make the length of the air cooling cylinder 5 long and to spray water near the inlet thereof.

〔3〕 冷却空気を冷却する場合、燃焼器3に供給
される空気は、冷却しないことが必要で、燃焼
器3に供給される空気が冷却されて温度が下が
ると、燃焼器出口のガスの温度が低下し、ター
ビンの出力が低下する。
[3] When cooling cooling air, the air supplied to the combustor 3 must not be cooled, and when the air supplied to the combustor 3 is cooled and its temperature drops, the gas at the combustor outlet will decrease. The temperature decreases and the turbine output decreases.

しかし本発明においては、燃焼器室10内を
燃焼器中間支持板13によつて仕切つており、
水を噴霧され冷却されたた空気は、燃焼器本体
31側に流れ込まないために、燃焼器3に供給
される空気が冷却されるようなことはない。
However, in the present invention, the inside of the combustor chamber 10 is partitioned by the combustor intermediate support plate 13,
Since the air sprayed with water and cooled does not flow into the combustor main body 31 side, the air supplied to the combustor 3 is not cooled.

〔4〕 ガスタービンの部分負荷運転で主流ガスの
流量が減少した時は、空気冷却筒5を流れる冷
却空気量も減少し、噴霧された水を蒸発させ得
る容量が低下し、定格運転時と同一水量を完全
に蒸発させることができなくなるために、噴霧
する水量を減少させる必要がある。
[4] When the flow rate of the mainstream gas decreases during partial load operation of the gas turbine, the amount of cooling air flowing through the air cooling cylinder 5 also decreases, and the capacity to evaporate the sprayed water decreases, resulting in a decrease in the flow rate from that during rated operation. Since the same amount of water cannot be completely evaporated, it is necessary to reduce the amount of water sprayed.

ここで、空気中に噴霧する水量を減少させる
ために水の圧力を下げたのでは噴霧の特性から
噴霧された水滴の径が大きくなるために、更に
蒸発しにくゝなる。
Here, if the water pressure is lowered to reduce the amount of water sprayed into the air, the diameter of the sprayed water droplets will increase due to the characteristics of the spray, making it even more difficult to evaporate.

このような観点において、本発明においては、
空気冷却筒5内に噴霧装置6を複数個設け、コン
トローラ81にタービン出力を入力し、主流ガス
の流量が減少した時は、これに応じて順次噴霧装
置6の弁8を閉止するため、主流ガスの流量が減
少してもそれに応じて噴霧圧力を下げることなく
噴霧水量を減少させることができる。このため噴
霧された水滴の径は大きくならず噴霧された水滴
を完全に蒸発させることができる。
From this point of view, in the present invention,
A plurality of spray devices 6 are provided in the air cooling cylinder 5, and the turbine output is inputted to the controller 81. When the flow rate of the mainstream gas decreases, the valves 8 of the spray devices 6 are sequentially closed in accordance with this. Even if the gas flow rate decreases, the amount of spray water can be reduced accordingly without lowering the spray pressure. Therefore, the diameter of the sprayed water droplets does not increase and the sprayed water droplets can be completely evaporated.

ここで複数の噴霧装置6全てに弁8を設けなく
て幾つかの噴霧装置6毎に弁8を設けても良い。
Here, the valve 8 may not be provided for all of the plurality of spray devices 6, but the valve 8 may be provided for every several spray devices 6.

主流ガスの流量はタービンの出力に対応してい
るので、タービン出力により弁8を制御すれば主
流ガスMの流量に応じた噴霧する水量(噴霧装置
6を開弁する個数)を制御することができる。ま
た、タービン出力はガスタービン全体を制御する
ために必ず検出しているので、この信号を利用す
れば良い。
Since the flow rate of the mainstream gas corresponds to the output of the turbine, by controlling the valve 8 based on the turbine output, it is possible to control the amount of water to be sprayed (the number of valves of the spray device 6 to be opened) according to the flow rate of the mainstream gas M. can. Further, since the turbine output is always detected in order to control the entire gas turbine, this signal may be used.

ここで、従来のガスタービンにおいては、冷却
空気量を増すことによつても、タービン翼を冷却
する能力が増し、使用ガスの温度を上昇させるこ
とができるが、使用ガスの温度が上昇するのに伴
い、タービン翼の受ける熱量が増す一方、冷却空
気自体の温度もかなり高くなり、タービン翼との
温度差が小さくなることから、冷却空気量を増し
ても、冷却効果を大幅に良くすることは出来な
い。
In conventional gas turbines, increasing the amount of cooling air increases the ability to cool the turbine blades and increases the temperature of the gas used. As a result, while the amount of heat received by the turbine blades increases, the temperature of the cooling air itself also becomes considerably higher, and the temperature difference between it and the turbine blades becomes smaller, so even if the amount of cooling air is increased, the cooling effect can be significantly improved. I can't.

しかし、本発明に係るガスタービンの如く冷却
空気の温度を水噴霧によつて下げれば、タービン
翼との温度差が大きくなり、冷却効果が大幅に改
善される。しかも、冷却効果が向上すれば冷却空
気量を増加する必要もない。
However, if the temperature of the cooling air is lowered by water spray as in the gas turbine according to the present invention, the temperature difference between the cooling air and the turbine blades will increase, and the cooling effect will be significantly improved. Moreover, if the cooling effect is improved, there is no need to increase the amount of cooling air.

従つて本発明によれば、冷却空気量を増加する
ことなく使用ガス温度を上げることができガスタ
ービンサイクル効率が向上する。
Therefore, according to the present invention, the temperature of the gas used can be increased without increasing the amount of cooling air, and the gas turbine cycle efficiency is improved.

更に、本発明によれば燃焼器室10内を燃焼器
中間支持板13で仕切り、燃焼器尾筒14を包む
ようにして冷却空気室30を構成しているので、
燃焼器尾筒14の冷却に温度の低下した空気を使
用することができる。
Furthermore, according to the present invention, the inside of the combustor chamber 10 is partitioned by the combustor intermediate support plate 13, and the cooling air chamber 30 is configured so as to wrap around the combustor transition piece 14.
Air at a reduced temperature can be used to cool the combustor transition piece 14.

従つて、この空気と燃焼器尾筒との間の温度差
は大きく、冷却効果が高いため、燃焼器尾筒を効
果的に冷却でき、冷却空気量を増すことなく、ガ
スタービンの使用ガス温度を上げることができる
という利点がある。
Therefore, the temperature difference between this air and the combustor transition piece is large and the cooling effect is high, so the combustor transition piece can be effectively cooled and the gas temperature used by the gas turbine can be reduced without increasing the amount of cooling air. It has the advantage of being able to increase

また、本発明によれば、冷却空気中に水噴霧を
行うため、その分冷却空気の容量が増加するの
で、圧縮機2で圧縮した冷却空気の使用量が減
り、ガスタービンのサイクル効率が向上する。
Furthermore, according to the present invention, since water is sprayed into the cooling air, the capacity of the cooling air increases accordingly, reducing the amount of cooling air compressed by the compressor 2 and improving the cycle efficiency of the gas turbine. do.

加えて、本発明によれば、ガスタービン内部の
冷却通路中に水を噴霧するため、一旦ガスタービ
ン外へ冷却用空気を導き、エアフインクーラ等で
冷却する場合のように大きな圧損の増加がなく、
この方式では不可能であつたタービン第1段静翼
前縁のフイルム冷却も問題なく行うことができる
という利点もある。
In addition, according to the present invention, since water is sprayed into the cooling passage inside the gas turbine, a large increase in pressure drop is avoided, unlike when cooling air is once guided outside the gas turbine and cooled with an airfin cooler or the like. Without,
Another advantage is that film cooling of the leading edge of the first stage stator blade of the turbine, which was impossible with this method, can be performed without any problem.

ここで、本発明の実施例においてはコントロー
ラにタービン出力を入力しているが、圧縮機の風
量を入力しても良く、この場合も同様の制御がで
きる。
Here, in the embodiment of the present invention, the turbine output is input to the controller, but the air volume of the compressor may also be input, and similar control can be performed in this case as well.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるガスタービ
ンの概念図であり、第2図A及び第2図Bは第1
図に示したガスタービンの要部拡大側断面図で、
第3図は第2図の燃焼器中間支持体の要部を示す
正面図である。 1……ガスタービン、2……圧縮機、3……燃
焼器、4……タービン、5……空気冷却筒、6…
…噴霧装置、8,8−1,8−2,8−3……
弁、9……水の供給源、10……燃焼器室、11
……燃焼器内筒、13……燃焼器中間支持体、1
4……燃焼器尾筒、15……内板、16……外
板、22……トルクチユーブ、25,26……冷
却空気抽気孔、30……冷却空気室、31……燃
焼器本体、33……タービン翼環、34……冷却
空気孔、35,37……タービン静翼、36,3
8……タービン動翼、40,42……タービンデ
イスク、46,47,48……冷却空気孔。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a gas turbine in one embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are
This is an enlarged side sectional view of the main parts of the gas turbine shown in the figure.
FIG. 3 is a front view showing essential parts of the combustor intermediate support shown in FIG. 2. 1...Gas turbine, 2...Compressor, 3...Combustor, 4...Turbine, 5...Air cooling tube, 6...
...Spraying device, 8, 8-1, 8-2, 8-3...
Valve, 9...Water supply source, 10...Combustor chamber, 11
...Combustor inner cylinder, 13...Combustor intermediate support, 1
4...Combustor tail piece, 15...Inner plate, 16...Outer plate, 22...Torque tube, 25, 26...Cooling air bleed hole, 30...Cooling air chamber, 31...Combustor main body, 33... Turbine blade ring, 34... Cooling air hole, 35, 37... Turbine stationary blade, 36, 3
8... Turbine rotor blade, 40, 42... Turbine disk, 46, 47, 48... Cooling air hole.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ガスタービンの圧縮機で圧縮した空気の一部
を冷却空気としてそのタービン翼に導き、当該タ
ービン翼を冷却するガスタービンにおいて、前記
ガスタービンの燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼
器室尾筒側とに仕切り、その仕切を貫通して空気
冷却筒を設け、前記空気冷却筒内に水を噴霧する
ための噴霧装置を複数個設けると共に、ガスター
ビン出力に応じて噴霧する水の量を制御するよう
に構成したことを特徴とするガスタービン。
1. In a gas turbine that cools the turbine blades by introducing a part of the air compressed by the compressor of the gas turbine as cooling air to the turbine blades, the combustor chamber of the gas turbine is divided into the combustor main body side and the combustor chamber tail. A cylinder side is partitioned, an air cooling cylinder is provided passing through the partition, a plurality of spray devices are provided for spraying water into the air cooling cylinder, and the amount of water to be sprayed is adjusted according to the output of the gas turbine. A gas turbine characterized in that it is configured to control.
JP6752584A 1984-04-06 1984-04-06 Gas turbine Granted JPS60212629A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6752584A JPS60212629A (en) 1984-04-06 1984-04-06 Gas turbine
US06/711,337 US4614083A (en) 1984-04-06 1985-03-13 Gas turbine
GB08506832A GB2158883B (en) 1984-04-06 1985-03-15 Gas turbine engine cooling air supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6752584A JPS60212629A (en) 1984-04-06 1984-04-06 Gas turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60212629A JPS60212629A (en) 1985-10-24
JPH0133647B2 true JPH0133647B2 (en) 1989-07-14

Family

ID=13347473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6752584A Granted JPS60212629A (en) 1984-04-06 1984-04-06 Gas turbine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60212629A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60212629A (en) 1985-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2700797B2 (en) Gas turbine equipment
US5873695A (en) Steam cooled blade
US4011287A (en) Steam conditioning valve
US5352091A (en) Gas turbine airfoil
JPH0122459B2 (en)
CA2381659A1 (en) Gas turbine combined plant
JPH0754669A (en) Gas turbine cooling air controller
US6082116A (en) Vortex pilot gas heater
JPS63239301A (en) Gas turbine shroud
CN105298649A (en) Gas film cooling hole structure used for thin-walled hot end part of gas turbine engine
CN208831049U (en) Composite cooling apparatus inside and outside overcritical working medium turbine heat preservation and external impact type
US4747748A (en) Air turbine for preventing formation of ice on air exposed turbine parts
CA2364931A1 (en) Bolted joint for rotor disks and method of reducing thermal gradients therein
JPS58214603A (en) Fluid machine blade tip clearance adjustment device
US4614083A (en) Gas turbine
JPS60212629A (en) Gas turbine
JP3048032B2 (en) Butterfly valve
JPS6022003A (en) Gas turbine blade cooling method
JPS59160032A (en) Gas turbine
JPH0635807B2 (en) Gas turbine
JPS6334292B2 (en)
JPH0281905A (en) Forced cooling method for steam turbine and cooling device for the same
JPS6334293B2 (en)
JP2002174128A (en) Apparatus and method for preventing icing of gas turbine air compressor
JP3150610B2 (en) Gas turbine vane

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term