JPH0133648B2 - - Google Patents

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
気の一部を噴霧装置から噴霧した噴霧水により効
果的に冷却したあと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。

〔従来技術〕

近年、ガスタービンは、その性能向上および出
力上昇のために、使用ガス温度がますます高温化
する傾向にある。

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の温度以下に保つ
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。

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、及び対流冷却などに
より行われているが、タービン翼を一定の温度以
下に保つため、冷却空気の使用量は使用ガス温度
の高温化にともなつて増加させる必要がある。

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、および主流ガ
スに混合する冷却空気量の増加に伴う平均ガス温
度の低下によるガスタービンサイクル効率の低下
につながると言う問題がある。

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
ンの高出力化にともなつて圧縮機での圧縮比が高
くなり、その温度も高くなつている。

従つて、タービン翼を冷却する際に、冷却空気
と主流ガスとの温度差は、その分小さくなり、冷
却効果は悪くなる。

さらに、冷却空気は、タービン翼に導く途中に
おいて、周囲の高温の雰囲気にさらされるため温
度が上昇するが、この傾向は燃焼ガス温度が高く
なる程大きい。

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
つ条件の下では、冷却空気量を増加させた場合、
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。

この対策として、冷却空気をいつたんガスター
ビン外に導き、エアフインクーラなどを用いて冷
却したものであるが、この場合、冷却空気温度は
低下するものの、構造が複雑となる。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前縁
のフイルム冷却が不可能であるという問題があ
る。

さらに、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。

すなわち、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さらされることに
なる。

ここで、燃焼器の内筒には、多量の稀釈空気が
周囲より流入し、この稀釈空気により燃焼ガスの
熱を遮断し、内筒が許容温度を越えないように保
護している。

しかしながら、燃焼器の尾筒は、例えば間隔が
数mm程度の内外板より構成される二重構造とし、
外板に小孔を明け、ここに圧縮機で圧縮した空気
を導き、内板に冷却し、さらに内板にも小孔を明
け、ここから通路内に空気を吹出し、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
しているものの、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
の対策として冷却のための空気量を増やせば、圧
縮機の所要動力は増加し、かつ主流の平均ガス温
度も低下するため、ガスタービンのサイクル効率
は低下するという問題がある。

特に燃焼器尾筒は、直接燃焼ガスにふれるため
温度が高く、しかも比較的薄板で構成されている
ため、僅かな水滴が当つてもこの部分が急冷され
熱応力によるクラツク発生の原因となる。また、
他の部分でも直接水滴が当れば、その部分が急冷
されクラツク発生の原因となる。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は、前記従来の問題点を解決
し、ガスタービンの冷却空気を、ガスタービン内
に設けた水の噴霧装置により、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したものである。

〔発明の構成〕

すなわち、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、該ガスタービンの燃焼器室内を燃
焼器本体側と燃焼器尾筒側とに仕切ると共に、そ
の仕切を貫通する空気冷却筒を設け、該筒内に水
を噴霧可能な噴霧装置を設けることにより構成さ
れる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明のガスタービン
の実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例におけるガスタービン
の概略系統図で、上半分は後述の第３図のＡ−Ａ
断面を示し、下半分は後述の第３図のＢ−Ｂ断面
を示しており、図中圧縮機２、燃焼器３、タービ
ン４によりこのガスタービン１は構成されてい
る。

次に、第２図Ａ及び第２図Ｂは上記ガスタービ
ン１の要部側断面図であり、第２図Ａは第１図の
上半分、即ち第３図のＡ−Ａ断面に相当し、第２
図Ｂは第１図の下半分、即ち第３図のＢ−Ｂ断面
に相当し、図中冷却空気は矢印Ｃのごとく流れ
る。

ここで、燃焼器室１０は、第２図Ａおよび第３
図の要部縦断面図に示す如く、燃焼器中間支持板
１３がそれぞれ両隣の燃焼器中間支持板１３と接
しており、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。

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３
１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、この筒内に、第１図に示す如
く、水を噴霧する噴霧装置６を設けてあり、噴霧
装置６はガスタービン１外部の水の供給源９に配
管７で接続されており、この途中には噴霧を停止
する弁８が設けてある。

ここで、空気冷却筒５内を流れる間に、水を完
全に蒸発させるため、空気冷却筒５の長さをでき
るだけ長くし、その入口近くに噴霧装置６を設置
するのが良い。

また、第２図Ａに示す如く、燃焼器尾筒１４
は、内板１５と外板１６との二重構造とし、双方
に多数の小孔１８，１９を穿設し、その中間にス
ペーサ１７を設けて間隔を保つ構造になつてい
る。

また、連結部材２１とトルクチユーブ２２との
間に圧縮機高圧側シールリング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
を設け、冷却空気抽気孔２５および２６によつて
冷却空気室３０とトルクチユーブ２２内の空間２
８とを連通している。

そこで、圧縮機２で圧縮された空気は、第２図
Ａに示す如く、燃焼器室１０に入り、大部分は燃
焼器本体３１に供給されるが、一部は、第２図Ｂ
に示す如く、空気冷却筒５に入り、ここで噴霧装
置６より噴霧された噴霧状の水により冷却され
る。

空気冷却筒５内の噴霧装置６より噴霧された噴
霧状の水により冷却された空気は、冷却空気室３
０に入り、一部は、タービン翼環３３の冷却空気
孔３４，３４を通つてタービン静翼３５，３７に
供給される。また、一部は、第２図Ａに示す如
く、燃焼器尾筒１４の外板１６の小孔１９から空
間部２０に入り、内板１５の小孔１８から主流に
吹き出し、さらに一部は連結部材２１の冷却空気
抽気孔２５から空間２７に入り、トルクチユーブ
２２の冷却空気抽気孔２６からトルクチユーブ２
２内の空間２８に入り、タービンデイスク４０の
通気孔４３、またスペーサデイスク４１の通気孔
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、および４７，４８
を通つてタービン動翼３６，３８に供給される。

〔発明の効果〕

上記のように、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
ービンの、その燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼
器尾筒側とに仕切ると共に、その仕切を貫通する
空気冷却筒を設け、かつ当該筒内に水を噴霧可能
な噴霧装置を設け、この噴霧装置から水を噴霧す
るので下記のような多くの効果が得られるように
なる。

(a) 本発明によれば、冷却空気中に水を直接噴霧
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もの熱をうばわれる
ため十分効果的に冷却することができる。冷却
空気を冷却し、その温度を下げる事ができれば
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、ガスタービンサイクル効率
が向上する。

(b) また、本発明によれば、冷却空気中に水噴霧
を行うため、その分冷却空気の比熱が増加する
ので、圧縮機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。

(c) また、本発明によれば、燃焼器室内を仕切つ
ており、水を噴霧され冷却された空気は、燃焼
器本体側には流れ込まないため、ガスタービン
のサイクル効率が向上する。

(d) また、本発明によれば、ガスタービン内部の
冷却通路中で水を噴霧するため、一旦、ガスタ
ービン外へ導き、エアフインクーラなどの冷却
装置で冷却する場合のように圧損の増加がな
く、この方式では不可能であつたタービン第１
段静翼のフイルム冷却も問題なく行うことがで
きる。

(e) また、本発明によれば、空気冷却筒内に水を
噴霧するため、噴霧された水はこの筒内を流れ
る間に蒸発が進み、冷却空気室に至つた時には
完全に蒸発している。このため、高温となつた
タービン構成要素に直接水がふれることがない
ので、タービン構成要素にクラツクが入ること
がない。

(f) また、本発明によれば、燃焼器室内を燃焼器
本体側と燃焼器尾筒側とに仕切り、尾筒を包む
ように冷却空気室を構成しているので、尾筒冷
却に噴霧装置から噴霧した水により冷却された
空気を用いることができる。

従つて、尾筒を効果的に冷却できるのでガスタ
ービンの使用ガス温度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

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、第２図Ａおよび第２図Ｂは第１図の
ガスタービンの要部拡大の側断面図、第３図は燃
焼器中間支持板の要部正面図である。 １……ガスタービン、５……空気冷却筒、６…
…噴霧装置、１０……燃焼器室、１４……燃焼器
尾筒、３１……燃焼器本体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、ガス
   タービンの燃焼器室内を燃焼器本体側と燃焼器尾
   筒側とに仕切ると共に、その仕切を貫通する空気
   冷却筒を設け、該筒内に水を噴霧可能な噴霧装置
   を設けたことを特徴とするガスタービン。