(57)【要約】【課題】冷却回路は、圧縮機ロータ（１２）及びタービンロータ（１４）を有するロータ内に冷却空気を供給する働きをする。【解決手段】本冷却回路は、タービンロータを通る第２の冷却経路（２４）と直列になった圧縮機ロータを通る第１の冷却経路（１８）を含んでいて、１つの冷却空気量を使用して該圧縮機ロータ及びタービンロータの両方を冷却するようになっている。この構造は、冷却空気必要量を低減し、それによって発電プラント効率を増大させるのを可能にする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ロータ及びタービンロータを備えたロータ内における冷却回路であって、
低温冷却空気の供給源（１６）と、
前記圧縮機ロータ（１２）のロータホイール（２０）内の開口により形成されまた該圧縮機ロータのロータホイールを横切ってかつボアセクション（２２）内に低温冷却空気を導く第１の冷却経路（１８）と、
前記第１の冷却経路と直列になっておりまた前記タービンロータ（１４）のロータホイールを横切って低温冷却空気を導く第２の冷却経路（２４）と、を含む、
冷却回路。
【請求項２】
前記第１の冷却経路（１８）が、前記圧縮機ロータホイール（２０）の慣性ベルト（２５）内に形成された軸方向孔によって形成される、請求項１記載の冷却回路。
【請求項３】
前記第１の冷却経路（１８）が、高圧パッキンブラシシール（２６）を横切って、該高圧パッキンブラシシール内のバイパス孔を通してかつ最終段圧縮機ホイールの後方リムを横切って低温冷却空気を導く、請求項２記載の冷却回路。
【請求項４】
前記第１の冷却経路（１８）が、前記圧縮機ロータホイール（２０）内に複数の調量回路を含み、
前記調量回路が、圧縮機フランジにおいてリム冷却、ボア冷却及び前方段冷却用の低温冷却空気流を分配する、
請求項１記載の冷却回路。
【請求項５】
前記圧縮機ボアセクション（２２）内にインペラ（２７）をさらに含み、
前記インペラが、流れ圧力を維持しかつ低温冷却空気流をロータ速度に旋回させる、
請求項１記載の冷却回路。
【請求項６】
圧縮機ロータ及びタービンロータを備えたロータを冷却する方法であって、
前記圧縮機ロータ（１２）のロータホイール（２０）内の開口により形成された第１の冷却経路（１８）に沿って、該圧縮機ロータのロータホイールを横切ってかつボアセクション（２２）内に流れるように低温冷却空気を導くステップと、
前記第１の冷却経路と直列になった第２の冷却経路（２４）に沿って、前記タービンのロータホイールを横切って流れるように該第１の冷却経路から低温冷却空気を導くステップと、を含む、
方法。
【請求項７】
前記第１の冷却経路（１８）が、高圧パッキンブラシシール（２６）を横切って、該高圧パッキンブラシシール内のバイパス孔を通してかつ最終段圧縮機ホイールの後方リムを横切って低温冷却空気を導く、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の冷却経路（１８）が、前記圧縮機ロータホイール（２０）内に複数の調量回路を含み、
該方法が、圧縮機フランジにおいて前記調量回路によりリム冷却、ボア冷却及び前方段冷却用の低温冷却空気流を分配するステップをさらに含む、
請求項６記載の方法。
【請求項９】
圧縮機ロータ（１２）及びタービンロータ（１４）を備えたロータ内における冷却回路であって、
前記タービンロータ（１４）を通る第２の冷却経路（２４）と直列になった前記圧縮機ロータ（１２）を通る第１の冷却経路（１８）を含んでいて、１つの冷却空気量を使用して該圧縮機ロータ及びタービンロータの両方を冷却するようになっている、
冷却回路。
【請求項１０】
冷却空気が、圧縮機吐出ケーシングを通して前記第１の冷却経路（１８）に送給され、
前記第１の冷却経路が、前記圧縮機ロータのロータホイール（２０）を横切って前記圧縮機ロータのボアセクション（２２）内に向けて前方に、次に前記第２の冷却経路（２４）に向けて後方に冷却空気を導くように形成される、
請求項９記載の冷却回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ冷却に関し、より具体的には圧縮機冷却及びタービン冷却の組合せを備えて、それによって効率及び全体出力を増大させたロータ冷却回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、ユニットロータは、その全負荷運転時にその材料能力よりも高い温度に曝される。従って、ロータ構成要素は、システムの性能に有害な低サイクル疲労（ＬＣＦ）、脆化及びクリープの問題を生じる。ユニットロータホイールは、全負荷運転時に該ホイールを冷却するようになった能動パージシステムを必要とする。ロータパージはまた、始動及び運転停止時にホイール温度を一定に維持して、良好なホイール間動作特性を得るようにする。
【０００３】
一般的に、ユニットロータは、圧縮機吐出ケーシング（ＣＤＣ）及び内側バレルを通して低温冷却空気（ＣＣＡ）を受ける。この流れは、圧縮機空洞の後方端部から下流方向にディスタンスピース内の空気チューブを通してユニットロータの中央管路内に送られる。この冷却流れは、ボアセクションにおいて、圧縮機ロータ冷却のために前方に向かってまたタービンロータ冷却のために後方に向かって分割される。各回路に流れる流れの量は、フランジ又はラベット継手において調量スロットのような設計機構により制御される。
【０００４】
この冷却方式は過剰量のＣＣＡを使用しており、そのことにより、機械の全体効率及び最終出力が悪影響を受ける。さらに、より大きな冷却流量はより大型寸法の熱交換器を必要とし、そのこともまた、システムの全体方式における効率損失を生じさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２１１，４０７号公報
【特許文献２】米国特許第５，２１１，５３３号公報
【特許文献３】米国特許第５，５９３，２７４号公報
【特許文献４】米国特許第５，８５３，２８５号公報
【特許文献５】米国特許第６，０５３，６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＣＡロータ冷却方式を修正することによって全体システムの効率及び出力を向上させることは望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例示的な実施形態では、圧縮機ロータ及びタービンロータを有するロータを冷却するための冷却回路を提供する。本冷却回路は、低温冷却空気の供給源を含む。第１の冷却経路が、圧縮機ロータのロータホイール内の開口により形成される。第１の冷却経路は、圧縮機ロータのロータホイールを横切ってかつボアセクション内に低温冷却空気を導く。第１の冷却経路と直列になった第２の冷却経路が、タービンロータのロータホイールを横切って低温冷却空気を導く。
【０００８】
別の例示的な実施形態では、ロータを冷却する方法は、圧縮機ロータのロータホイール内の開口により形成された第１の冷却経路に沿って、該圧縮機ロータのロータホイールを横切ってかつボアセクション内に流れるように低温冷却空気を導くステップと、第１の冷却経路と直列になった第２の冷却経路に沿って、タービンのロータホイールを横切って流れるように該第１の冷却経路から低温冷却空気を導くステップとを含む。
【０００９】
さらに別の例示的な実施形態では、冷却回路は、タービンロータを通る第２の冷却経路と直列になった圧縮機ロータを通る第１の冷却経路を含んでいて、１つの冷却空気量を使用して該圧縮機ロータ及びタービンロータの両方を冷却するようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンにおける従来型の冷却回路の断面図。
【図２】説明する実施形態の冷却回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２は、説明する実施形態の冷却回路を備えたガスタービンの断面図である。ガスタービン内のユニットロータは、圧縮機ロータ１２及びタービンロータ１４を含む。本冷却回路は、低温冷却空気の供給源１６を含み、低温冷却空気は、圧縮機吐出ケーシング（ＣＤＣ）を通してユニットロータの上流の熱交換機を介して送られる。
【００１２】
本冷却回路は、圧縮機ロータ１２のロータホイール２０内の開口により形成された第１の冷却経路１８を含む。第１の冷却経路１８は、圧縮機ロータ１２のロータホイール２０を横切ってかつボアセクション２２内に低温冷却空気を導く。
【００１３】
第２の冷却経路２４が、第１の冷却経路１８と直列に形成される。第２の冷却経路２４は、タービンロータ１４のロータホイール２０を横切って低温冷却空気を導く。
【００１４】
少量の圧縮機吐出流れ（ロータ冷却に使用されることになる）が、ＣＤＣ取出しポートを通して熱交換機スキッドに流れかつ冷却されてから、ロータに送られる。この流れは、低温冷却空気（ＣＣＡ）として使用され、かつロータ冷却に使用される。熱交換機内でこの冷却流れから抽出された熱は、蒸気タービンの効率を向上させるために使用される。
【００１５】
具体的には、第１の冷却経路１８内の冷却流れは、慣性ベルト２５内の複数の軸方向孔を通して圧縮機ロータ冷却のために導かれる。例示的な実施形態では、慣性ベルトは、２４個の軸方向孔を含む。残りのＣＣＡ流れは、高圧パッキン（ＨＰＰ）ブラシシール２６、該ＨＰＰシールを通るバイパス孔及び第１８段（最終段）圧縮機後方リムを横切って導かれる。圧縮機ロータ慣性ベルト２５内の冷却流れは、圧縮機フランジにおいて調量回路又は同様のものを使用して、リム冷却、ボア冷却及び前方段冷却用に分割される。圧縮機ホイールのボアセクション内における高性能インペラは、流れ圧力を維持しかつ流れをロータ速度に旋回させるのを助ける。圧縮機段からの流れは、ボアセクション２２内のユニロータの中央管路において回収されかつ混合され、タービンロータ１４を冷却するために第２の冷却経路２４に向けて後方に送られる。
【００１６】
圧縮機段１３及び１５は、無孔ボアに改造され、個々の平行流れ経路冷却回路により冷却される。
【００１７】
ＣＣＡシステムは、始動時に熱交換機を迂回して（弁又は同様のものによって制御されて）、ロータホイールにおける良好なホイール間動作特性を達成しかつＬＣＦ及び破壊寿命の改善を得る。
【００１８】
第１及び第２の直列冷却回路内に本冷却流れ回路を組合せる（複合する）ことは、システムの全体効率を高めかつ熱交換機寸法を縮小するのに役立つ。従って、この複合冷却流れは、最初に圧縮機ロータを冷却しかつ同じ流れを使用してタービンロータを冷却することによって、２つの役割を行う。この新規な冷却方式は、システムの外部制御を維持しかつロータ冷却に必要な全体ＣＣＡ量を３５％ほど減少させる。この設計は、熱交換機スキッドの費用を減少させるだけでなく、論理計算による判定としてシステムの正味複合効率を０．１３８％ほど向上させる。
【００１９】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２０】
１２  圧縮機ロータ
１３  圧縮機段
１４  タービンロータ
１５  圧縮機段
１６  低温冷却空気源
１８  第１の冷却経路
２０  ロータホイール
２２  ボアセクション
２４  第２の冷却経路
２５  慣性ベルト
２６  ブラシシール
２７  インペラ
【図１】
2010159760.tif 000003
【図２】
2010159760.tif 000004