(57)【要約】      （修正有）【課題】膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を、より少ない費用でより正確に検出することができるガスタービンを提供する。【解決手段】ガスタービン（１０）が、空気を圧縮することができる圧縮機（１１）と、燃焼器（１３）と、加熱された空気が膨張可能であるタービン（１２）と、膨張した空気の流れる方向に見て、タービン（１２）の下流に配置されたディフューザ（２５）と、その測定値に応じて、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を検出可能である複数の温度センサと、を有し、温度センサは、ディフューザカバー（２７）の領域に配置されており、ディフューザカバー（２７）は、ディフューザ（２５）の出口側端部において、ディフューザ（２５）の流路（２６）の径方向内側に位置するディフューザ（２５）の空洞（２８）を閉止している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（１０）であって、
空気を圧縮することができる圧縮機（１１）と、
少なくとも１つの燃焼室（２１）を有する燃焼器（１３）であって、前記圧縮機（１１）内で圧縮された空気が供給可能であり、圧縮された空気の存在下で燃料が空気を加熱しながら燃焼可能である燃焼器（１３）と、
加熱された空気が膨張可能であるタービン（１２）と、
膨張した空気の流れる方向に見て、前記タービン（１２）の下流に配置されたディフューザ（２５）と、
その測定値に応じて、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を検出可能である複数の温度センサ（２９）と、
を有するガスタービン（１０）において、
前記温度センサ（２９）は、ディフューザカバー（２７）の領域に配置されており、前記ディフューザカバー（２７）は、前記ディフューザ（２５）の出口側端部（３０）において、前記ディフューザ（２５）の流路（２６）の径方向内側に位置する前記ディフューザ（２５）の空洞（２８）を閉止していることを特徴とするガスタービン（１０）。
【請求項２】
前記温度センサ（２９）が、膨張した空気の流れる方向に見て、前記ディフューザカバー（２７）の下流に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタービン。
【請求項３】
前記温度センサ（２９）が、膨張した空気の流れる方向に見て、前記ディフューザカバー（２７）の下流側の面（３１）に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガスタービン。
【請求項４】
前記温度センサ（２９）が、前記ディフューザカバー（２７）の前記面（３１）に直接接して配置されていることを特徴とする、請求項３に記載のガスタービン。
【請求項５】
前記温度センサ（２９）が、前記ディフューザカバー（２７）の前記面（３１）から、最大で５０ｃｍの距離を有していることを特徴とする、請求項３に記載のガスタービン。
【請求項６】
軸方向投影法で見て、前記温度センサ（２９）が、前記ディフューザカバー（２７）の周囲によって画定された領域内に配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項７】
温度センサ（２９）が、内側は所定の内径（ｒＭＩＮ）によってかつ外側は所定の外径（ｒＭＡＸ）によって画定される円環領域内に配置されていることを特徴とする、請求項６に記載のガスタービン。
【請求項８】
前記所定の内径が、前記ディフューザカバーの半径の５％から４５％の間であることを特徴とする、請求項７に記載のガスタービン。
【請求項９】
前記所定の外径が、前記ディフューザカバー（２７）の半径の５５％から９５％の間であることを特徴とする、請求項７又は８に記載のガスタービン。
【請求項１０】
軸方向投影法で見て、前記温度センサ（２９）が、円形輪郭上に均等に分配されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項１１】
前記ディフューザカバー（２７）の領域には、３つの温度センサ（２９）が配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項１２】
前記温度センサ（２９）が、前記ディフューザカバー（２７）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項１３】
温度センサ（２９）が、前記ディフューザ（２５）の前記流路（２６）の径方向外側の境界壁、又は、径方向内側の境界壁に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のガスタービン。
【請求項１４】
前記温度センサ（２９）が、前記ディフューザ（２５）に続く、管の形状を有する流路の径方向外側の境界壁に取り付けられていることを特徴とする、請求項１３に記載のガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、例えば工業用ガスタービンの基本構造は、基本的に、当業者に知られている。ガスタービンは、主要なアセンブリとして、圧縮機と、少なくとも１つの燃焼室を有する燃焼器と、タービンと、を備えている。圧縮機内では、空気流が圧縮され、圧縮機内で圧縮された空気流は、ガスタービンの１つ以上の燃焼室に供給され得る。ガスタービンの１つ以上の燃焼室内では、圧縮された空気の存在下で燃料が燃焼し、それによって空気が加熱される。加熱された空気は、１つ以上の燃焼室から出発し、ガスタービンのタービンに供給可能であり、タービン内では、加熱された空気が膨張する。このようなガスタービンの効率は、タービンによって出力される動力と、圧縮機によって消費される動力との差から生じる。この差は、燃焼器の１つ以上の燃焼室へのエネルギー入力によって生じる。
【０００３】
実践から知られたガスタービンは、さらにディフューザを備えており、当該ディフューザは、膨張した空気の流れる方向に見て、タービンの下流に配置されている。ガスタービンの運転の調整及び／又は制御のためには、膨張した空気の、混合タービン出口温度とも呼ばれる、いわゆる熱力学的平均温度を検出することが重要であり、そのために、実践から知られたガスタービンでは、複数の温度センサが使用され、これらの温度センサは、タービンの下流と、必要に応じてディフューザの上流とにおいて、膨張した空気のための環状流路の領域に配置されている。
【０００４】
その際、流路の周囲と高さとにわたって、著しい温度勾配が生じ得るという問題が存在しており、従って、流路の周囲と高さとにわたって、複数の温度センサを配置し、温度センサによって検出された測定値からのモデルを用いて、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を検出することが必要である。しかしながら、これは費用を要するばかりではなく、温度センサの数によっては、エラーを生じやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を、より少ない費用でより正確に検出することができるような、ガスタービンの必要性が存在する。この必要性に基づき、本発明の課題は、新式のガスタービンを提供することにある。本課題は、請求項１に記載のガスタービンによって解決される。温度センサは、ディフューザカバーの領域に配置されており、ディフューザカバーは、ディフューザの出口側端部において、ディフューザの流路の径方向内側に位置する空洞を閉止している。ディフューザの出口側端部でディフューザの流路の径方向内側において、その空洞を閉止するディフューザカバーの領域に、温度センサを配置することによって、ディフューザ下流での流れの分離が利用される。この領域に配置された温度センサは、少ない費用で正確に、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を検出することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
好ましくは、温度センサは、膨張した空気の流れる方向に見て、ディフューザカバーの下流側の面に配置されており、温度センサは、ディフューザカバーの当該面に直接接して配置されているか、又は、ディフューザカバーの当該面から、最大で５０ｃｍ、好ましくは最大で４０ｃｍ、特に好ましくは最大で３０ｃｍの距離を有している。特に、温度センサが、この領域に配置されている場合、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度が、特に有利に検出され得る。
【０００７】
有利なさらなる発展形態によると、軸方向投影法で見て、温度センサは、ディフューザカバーの周囲によって画定された領域内、好ましくは、内側が所定の内径によってかつ外側が所定の外径によって画定される円環領域に配置されている。所定の内径は、ディフューザカバーの半径の、特に５％から４５％の間、好ましくは１０％から４０％の間、特に好ましくは２０％から３０％の間である。所定の外径は、ディフューザカバーの半径の、特に５５％から９５％の間、好ましくは６０％から９０％の間、特に好ましくは７０％から８０％の間である。温度センサをこの領域に配置することは、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を検出するために好ましい。
【０００８】
有利なさらなる実施形態によると、軸方向投影法で見て、温度センサ、好ましくは３つの温度センサが、円形輪郭上に均等に分配されている。３つの温度センサを用いることは、温度センサの測定値の相互比較を通じて、故障した温度センサを推測するために好ましい。
【０００９】
本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかである。本発明の実施例を、図面を用いてより詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である：
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスタービンを横断面で示した図である。
【図２】図１の細部を示す図である。
【図３】図２の細部を、ＩＩＩの方向に見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、ガスタービンに関する。
【００１２】
図１は、圧縮機１１、タービン１２、及び、少なくとも１つの燃焼室を有する、圧縮機１１とタービン１２との間に接続された燃焼器１３の領域における、ガスタービン１０の軸方向断面を示している。圧縮機１１からは、ステータ側ハウジング１４とロータ側シャフト１５とが、複数の圧縮段と共に示されている。タービン１２からは、ステータ側ハウジング１６とロータ側シャフト１７とが、複数のタービン段と共に示されている。圧縮機１１のロータ側シャフト１５と、タービン１２のロータ側シャフト１７とは、互いに連結されている。
【００１３】
燃焼器１３からは、燃焼器ハウジング１８が示されており、燃焼器ハウジング１８は、圧縮機１１のステータ側ハウジング１４と、タービン１２のステータ側ハウジング１６との間に接続されている。好ましくは、燃焼器ハウジング１８は、複数の凹部１９を有しており、各凹部１９は、各燃焼室２１のそれぞれ少なくとも１つの炎管２０を受容するために用いられる。これら凹部１９は、炎管２０を受容するために、燃焼器ハウジング１８の周囲にわたって、好ましくは周方向に見て均等に分配されている。
【００１４】
圧縮機１１は、空気流の圧縮に用いられる。圧縮された空気流は、圧縮機１１を出発して、ディフューザ２２を通り、燃焼器ハウジング１８によって提供される環状の流路２３に到達する。
【００１５】
圧縮された空気は、燃焼器ハウジング１８の環状の流路２３から出発して、各燃焼室２１の領域に、及び、従って各炎管２０の領域に到達し、各燃焼室２１の領域において、燃料が燃焼し、その際に空気が加熱される。
【００１６】
加熱された空気は、各燃焼室２１を出発して、タービン１２に供給され、そのために中間部分２４が用いられる。加熱された空気は、各燃焼室２１から出発して、中間部分２４をそれぞれ通り、ガスタービン１０のタービン１２に供給され得る。
【００１７】
ガスタービン１０のタービン１２の領域では、加熱された空気が膨張する。タービン１２の下流にはディフューザ２５が配置されており、膨張した空気は、ディフューザ２５を通って、タービン１２の下流に誘導される。ディフューザ２５は、環状の流路２６を有しており、当該流路２６の径方向内側には、流路２６から分離した空洞２８が配置されており、空洞２８は、ディフューザ２５の下流側端部において、ディフューザカバー２７によって閉止されている。
【００１８】
ガスタービン１０は、複数の温度センサ２９を有しており、温度センサ２９の測定値に応じて、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度が検出される。本発明によると、温度センサ２９は、ディフューザカバー２７の領域に配置されており、ディフューザカバー２７は、すでに述べたように、ディフューザ２５の出口側端部３０において、ディフューザ２５の流路２６の径方向内側に配置されたディフューザ２５の空洞２８を閉止している。
【００１９】
その際、温度センサ２９は、膨張した空気の流れる方向に見て、ディフューザカバー２７の下流に、つまり、ディフューザカバー２７の下流側の面３１に接して、又は、下流側の面３１に隣接して配置されている。
【００２０】
その際、温度センサ２９は、ディフューザカバー２７の下流側の面３１に直接接して配置されていて良く、同様に、温度センサ２９が、ディフューザカバー２７の下流側の面３１から、最大で５０ｃｍ、好ましくは最大で４０ｃｍ、特に好ましくは最大で３０ｃｍの距離ΔＸを有することが可能である。
【００２１】
軸方向投影法で見て、温度センサ２９は、ディフューザカバー２７の半径ｒによって画定される、ディフューザカバー２７の周囲の内部に配置されている。
【００２２】
特に好ましくは、温度センサ２９が、内側は内径ｒＭＩＮによってかつ外側は外径ｒＭＡＸによって画定される円環領域内に配置されていると規定されている。その際、内径ｒＭＩＮは、ディフューザカバー２７の半径ｒの５％から４５％の間、好ましくは１０％から４０％の間、特に好ましくは２０％から３０％の間である。外径ｒＭＡＸは、ディフューザカバー２７の半径ｒの５５％から９５％の間、好ましくは６０％から９０％の間、特に好ましくは７０％から８０％の間である。
【００２３】
特に好ましい実施形態では、温度センサ２９が全体で、その半径がディフューザカバー２７の半径ｒの５０％に相当する円形軌道上に位置することが規定され得る。
【００２４】
好ましくは、３つの温度センサ２９が存在しており、当該温度センサは、円形輪郭又は円形軌道上に均等に分配されており、各温度センサ２９は、互いに対して１２０°の角距離を有している。特に、３つの温度センサ２９が用いられる場合、各温度センサ２９の測定値を、別の温度センサ２９の別の測定値と比較することによって、温度センサ２９が故障しているかが容易に検出され得る。
【００２５】
温度センサ２９をディフューザカバー２７上に取り付けることが可能である。代替的に、温度センサ２９を、径方向外側の境界壁、例えばディフューザに続く流路に取り付けることも可能である。ディフューザ２５の流路２６の径方向内側の境界壁に取り付けることも可能である。
【００２６】
本発明は、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を、温度センサ２９を用いて測定することを提案しており、温度センサ２９は、タービン１２又はディフューザ２５の主要流路に配置されているのではなく、むしろ、ディフューザ２５の下流の、流れの分離領域、又は、ディフューザカバー２７の領域における、ディフューザ２５の下流側端部３０に配置されている。ここでは、膨張した空気が良好に混合されているので、膨張した空気の熱力学的平均温度又は混合タービン出口温度を、少数の温度センサ２９で正確に検出することが可能である。温度センサ２９は、保護された領域に位置しており、損傷から保護されている。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガスタービン
１１  圧縮機
１２  タービン
１３  燃焼器
１４  ハウジング
１５  シャフト
１６  ハウジング
１７  シャフト
１８  燃焼器ハウジング
１９  凹部
２０  炎管
２１  燃焼室
２２  ディフューザ
２３  流路
２４  中間部分
２５  ディフューザ
２６  流路
２７  ディフューザカバー
２８  空洞
２９  温度センサ
３０  出口側端部
３１  面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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