JPH02264126A - ガスタービン装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の分野） この発明は、負荷が変動するガスタービン、ガスタービ
ン部を有するターボジェット（この明細書では、これら
を総称する一場合はガスタービンという。）において、
高温の燃焼ガス流に曝されるため冷却用空気（以下単に
空気という）を通して冷却するノズルやブレード（この
明細書では両者をブレードと総称し、区別するときはノ
ズルブレード、ロータブレードと称する）の冷却程度を
負荷の状態に応じて変えるようにしたガスタービン装置
に関する。

（従来の技術） ガスタービンは定速で運転され、出力を増すときには燃
料供給を多くして燃焼ガス温度を高くし、低出力時には
燃料量を少なくして燃焼ガス温度を低くするようにして
運転されている。

このようなガスタービンにおいて、燃料を燃焼させて得
た高温の燃焼ガス流に曝されるプレートは、中空にした
内部から小孔を通してブレード外面に空気を噴出させて
冷却すると共に、この噴出空気によりブレード外面に熱
遮断膜を形成してブレードが燃焼ガスのため加熱される
程度を小さくするようにされている。

第２図はこのようなガスタービンの構成を略示し、ケー
シング１の内面に多数のノズルブレード２が円輪状に固
定されており、回転軸３に取付けたロータ４の外周面に
は多数のロータプレート５が固定されている。燃料を燃
焼させて得た高温の燃焼ガス流６は、ケーシング１に設
けた通路７を通フてノズルプレー１−２の間に入り、適
当な方向の流ねとなってロータブレード５に吹付けられ
、ロータブレードを介して、ロータ４、回転軸３を回転
させ動力を得させる。

このようにして動力を得るガスタービンの熱効率は、燃
焼ガスの温度が高いほど良くなる。

そのためにガスタービンでは燃焼ガス温度を極力高くし
て熱効率を良くするようにしている。しかしながら、ブ
レード材料の耐熱強度には限度があるので、材料の耐熱
限度以上に燃焼カスの温度を高めるにはプレートを冷却
しなければならない。

第３図はプレートの空気冷却構造をロータブレードにつ
いて略示するもので、プレート５を中空にして小孔５ａ
により外面に通しさせ、プレート５内に通じるロータ内
の通路８に、ロータの軸頚部４ａに嵌合するカップリン
グ９を介して空気管１０から圧縮空気を吹込むようにし
たものである。この圧縮空気は通路８を通ってブレード
５内に入り、小孔５ａから噴出してこの間にブレードを
内部から冷却すると共に、噴出後は燃焼ガス流に押され
てブレード外面に沿って流れ、ブレードを外面から冷却
すると共に、熱遮断膜を形成して燃焼ガス流のためブレ
ードが加熱される程度を小さくするものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記のように燃焼ガス温度を高くしてガスタービンの熱
効率を高めようとすると、プレート冷却を強力に行なわ
なければならない。そのためには空気を送給するコンプ
レッサの消費動力が多くなる。

例えば旅客飛行機のジェットエンジンは、離陸上昇する
間の短時間は多量の燃料を燃焼させて燃焼ガス温度を高
く（例えば１３５０℃）して出力（推力）を犬きくする
が、一定の高度（例えば９０００ｍ）に達すると燃料を
絞り燃焼ガス温度を低くシ（例えば１０５０℃）出力を
小さくして長時間の巡航飛行に穆るように操作される。

地上で運転される発電用ガスタービンでも電力需要が時
間により大きく変動するのて、電力需要の大きいピーク
時には燃焼カス温度を１３００’Ｃ位に高くして高出力
運転を行ない、ピーク時を過ぎると燃焼ガス温度を１０
５０’Ｃ位にして出力を低下させるように運転される。

何れの場合もガスタービンは定速運転される。

このような高出力運転時には、ブレードの加熱され方が
大きくなるので、プレート冷却を強化しなければならな
い。

（課題を解決するための手段） この発明は、冷却空気用コンプレッサの回転速度を可変
式にして、ガスタービン出力が大きいときは増速して多
量の空気をプレートに送り、出力が低下したときは減速
して空気を減少させるようにしてガスタービン出力の変
動に応して冷却空気用コンプレッサの回転速度を変えて
ブレード冷却の程度を変えるようにしたものである。

（作　　用） 冷却空気用コンプレッサは、回転速度可変であるから、
ガスタービンが大出力を必要とするとき増速運転し、小
出力で足りるときは減速運転して、プレートの加熱され
る状態に応じて空気の供給量を増減し、ブレード冷却を
プレートの温度に応して行なうことができる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を略示し、回転軸３でロータ４
に連結されたガスタービンに付属するコンプレッサ１１
の吐出する圧縮空気は、大部分はバーナ１２に入って燃
料１３を燃焼させ、燃焼ガス流６をノズルブレード２を
通してロータブレード５に吹付ける。以上の構成は通常
のガスタービンと同しである。

回転軸３には変速機１４が連結されており、冷却空気用
コンプレッサ１５を変速駆動できるようにしている。冷
却空気用コンプレッサ１５の空気供給能力はガスタービ
ン付属のコンプレッサ１１の空気流量の１０〜２０％で
あり、その吐出空気圧力は、ガスタービン付属のコンプ
レッサ１１の吐出圧力（例えば１５　ｋｇ／ｃｍ２）よ
り少し高い圧力（例えば１７　ｋｇ／ｃｍ２）とする。

以上のようにガスタービンを構成するから、通席のよう
にバーナ１２て燃料１３を燃焼させ、燃焼ガス流をノズ
ルプレート２を経てロータブレード５に吹付けてロータ
４、回転軸３を回転させるときに、ガスタービン付属の
コンプレッサ１１の吐出空気量の１０〜２０％を冷却空
気用コンプレッサ１５が受けて更に圧縮し、圧縮のため
温度上昇した空気（例えば３７０℃）を熱交換器１７を
通して冷却（例えば１２０℃に）した後プレート２．５
に送ってプレート冷却を行なう。

冷却空気用コンプレッサ１５の回転速度は、変速機１４
の操作により変えられるから、燃料１３の量を増して燃
焼ガス温度を高くする高出力時には、このコンプレッサ
１５を増速して空気量を増し、低出力時にはコンプレッ
サ１５を減速して空気量を減らし、このようにしてプレ
ートの加熱される程度に対応したプレート冷却を行なう
ことができる。

（発明の効果） 空気を供給する冷却空気用コンプレッサ１５の回転速度
を、定速運転されるガスタービン出力の大小、即ちブレ
ードの加熱される程度に対応して変えるから、プレート
冷却を高出力時には強くし、低出力時には弱くして冷却
空気用コンプレッサ１５の駆動に要する動力を節減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスターンの構成を示す略図、第
２は従来のガスタービンの構成を示す略図、第３図はブ
レードを空気冷却する構成を示す略図である。 トケーシング、２：ノズルブレード、３・回転軸、４：
ロータ、４ａ：軸頚部、５：ロータブレード、５ａ：小
孔、６：燃焼ガス流、７．８：通路、９：カップリング
、１０：空気管、１１ガスタービンに付属するコンプレ
ッサ、１２バーナ、１３：燃料、１４：変速機、１５：
冷却空気用コンプレッサ、１７：熱交換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ガスタービンに於いて、付属のコンプレッサ（１１
   ）とロータ（４）とを連結する回転軸（３）により変速
   機（１４）を介して変速駆動される冷却空気用コンプレ
   ッサ（１５）を設け、冷却空気用コンプレッサ（１５）
   とブレード（２）（５）との間の空気通路に空気を冷却
   する熱交換器（１７）を設けたガスタービン装置。