JPS59196903A - ガスタ−ビン - 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】 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、噴霧装置からの噴霧水により効果的に冷却の上、冷
却空気として使用し７ているガスタービンに関するもの
である。

近年、ガスタービンは、その性能向上および出力上昇の
だめ、使用ガス温度がますます高温化の傾向にちる。

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り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。

そこで、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翼内に導き、フィルム冷却、イン
ピンジ冷却及び対流冷却等を行なっているが、ここで冷
却空気の使用量は、翼を一定の温度以下に保つため、使
用ガス温度　　　・の高温化にともなって増加する必要
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
のだ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いう問題がある。

また、冷却空気は、その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って
、圧縮機での圧縮比が高くなり、その温度も高くなって
いる。

従って、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。

１だ、冷却空気は、さらにタービン翼に導く連山におい
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太きい。

従って、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
空気量を増力口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。

この対策として冷却空気をいったんガスタービン外に導
き、エアフィンクーラ等を用いて冷却したものもあるが
、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、このだめ初段静翼
のフィルム冷却が不可能であるという問題がある。

そこで本発明は、前記従来の問題点を解消し、ガスター
ビンのタ−ビン動を冷却空気で効果的に冷却すると共に
、そのガスタービン効率向上を可能ならしめることを目
的としてなされたものである。

即ち、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、その冷却空気の通路に
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
。

以下、図面を参照して本発明のガスタービンの実施例を
説明するが、第１図は本発明の実施例におけるガスター
ビンの概念図であり、図中の圧縮機２、燃焼器６、ター
ビン４等によりこのガスタービン１は構成されている。

次に、第２図は第１図のガスタービン１の要部拡大側断
面図であり、このガスタービン１内を流れる冷却空気は
図中矢印Ａのごとく流れるが、圧縮機内側ディフューザ
１２の内倶１空間゛１４には、水を噴霧する噴霧装置５
が設けられており、また、燃焼器室６１のタービン翼環
３３付近にも、水を噴霧する噴霧装置６が設けられてい
る。

これら噴霧装置５，６は第１図に示すガスタービン１外
部の水供給源９に配管７で接続されており、噴霧を停止
するための弁８がそれぞれ設けられている。

そこで、圧縮機２で圧縮された空気の一部は冷却空気Ａ
として圧縮機最終段動翼１０の後の圧縮機ロータディス
ク１１と、圧縮機内側ディフューザ１２との間隙を通り
、圧縮機内側ディフューザ１２内の圧縮機高圧側シール
リング１６でシールされた内側空間１４に入るが、ここ
で噴霧装置５より水を噴霧して冷却した後、トルクチュ
ーブ１５の冷却空気抽気孔１６よりトルクチューブ１５
内の空間１７に入り、タービンディスク１８の通気孔２
１、捷たはスペーサディスク２０の通気孔２２よりター
ビンディスク１８．１９の間の空間２３、２４に入り、
冷却空気孔２５．２５および２６゜２６を通って、ター
ビン動翼２８．３０に供給される。

また、圧縮機２で圧縮された大部分の空気は、燃焼器室
６１に入り、大部分は第１図の燃焼器乙に供給されるが
、燃焼器室６１内のタービン翼環３３付近の冷却空気Ａ
は、ここで噴霧装置６より水を噴霧して冷却した後、タ
ービン翼環６６の冷却空気孔３４．３４よりタービン静
ｇ　２７．２９に供給される。

ここで、噴霧装置５，６は、冷却空気Ａの全体が均一に
冷却されるように円周方向に複数個設けるのがよい。

また、噴霧装置５，６は、噴霧された水滴が蒸発する前
にガスタービン１を構成する高温となった部材に直接当
たり、これを急冷し、クラック発生の原因゛となること
のないように、例えば接線方向等部材の無い空間に向け
て噴霧するようにすると良い。

本発明のガスタービンは、以上のように構成されており
、圧縮機で圧縮され、温度が高くなり、また周囲の高温
の雰囲気にさらされて、さらに温度の高くなった空気中
に水を噴霧することにより、その空気を冷却することが
できる。

しかも、温度の高くなった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だめの蒸発潜熱として約６
００　ｋｃ＆ｌ／ｋｇもの熱をう（まわれるため、エア
フィンクーラ等を用いて間接的に冷却する従来の場合に
比して、十分に効果的な冷却ができるという利点がある
。

また、本発明によれば、ガスタービン内の冷却空気通路
中に水噴霧装置を設け、７１（噴霧を行なうだけである
ため、いったんガスタービンの外部に冷却空気を導いて
冷却する場合のように圧損の増加なしに冷却を行なうこ
とができるという利点もある。

一方、冷却空気を冷却し、その温度を下げることができ
れば、冷却空気量の増加なしにガスタービンの使用ガス
温度を上げることができる。

ここで従来の方法は冷却空気量を増すことによってもタ
ービン翼を冷却する能力が増し、使用ガス温度を上げる
ことができるが、使用ガス温度が上がるに伴い、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１．タービン翼との温度差が小さくなるこ
とから、冷却空気量を増やしても冷却効果を大巾に良く
することはできないのに対して、本発明のガスタービン
のごとく冷却空気の温度を下げれば、タービン翼との温
度差が大きくなり、冷却効果が大巾に改善される。

しかも、冷却効果が向上すれば、冷却空気量を増加する
必要もなくなる。

従って、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。

更に、本発明によれば、冷却空気中に水噴霧を行なうた
め、その分冷却空気の容積が増加するので、圧縮機で圧
縮した冷却空気の使用量が減す、ガスタービンのサイク
ル効率が向上する。

また、本発明によれば、冷却空気中に水分が加わるため
、冷却空気の比熱が増し、この面からも冷却空気のみの
冷却よりも冷却効果が高くなり、この分冷却空気の使用
量を減じるが、使用ガス温度を上げることができ、ガス
タービンのサイクル効率が向上する。

加えて、本発明によれば、ガスタービン内部の冷却空気
通路中で水を噴霧するため、いったんガスタービン外へ
導き、エアフィンクーラ等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ったタービン第
１段静翼のフィルム冷却も問題なく行なうことができる
という利点もある。

【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
図であり、第２図は第１図のガスタービンの要部拡大の
側断面図である。 １・・・ガスタービン、２・・・圧縮機、４・・・ター
ビン、５・・・噴霧装置、６・・・噴霧装置、９・・・
水供給源、１４・・・内側空間、２７，２９・・・ター
ビン静翼、２８、３０・・・タービン動翼、６１・・・
燃焼器室、Ａ・・・冷却空気。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、タービン翼を冷却するガ
   スタービンにおいて、その冷却空気の通路に水を噴霧可
   能な噴霧装置を設けたことを特徴とするガスタービン。