(57)【要約】【課題】ガスタービン用のエゼクタ−ＯＢＢ方式を提供する。【解決手段】ガスタービンにおける冷却回路は、圧縮機（２２）の最終段から空気をブリードする機外ブリード（ＯＢＢ）回路（３６）と、圧縮機の上流段から空気を抽出する抽出空気回路（３８）と、ＯＢＢ回路及び抽出空気回路から入力を受けるエゼクタ（４２）とを含む。エゼクタからのエゼクタ放出流は、タービンに連通される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンであって、
その各々が入力空気をより高い圧力及び温度に加圧する複数の段を備えた圧縮機（２２）と、
前記圧縮機から前記加圧空気を受けかつ該加圧空気を燃料と混合して、高温燃焼ガスを出力する燃焼器（２８）と、
前記燃焼器から前記高温燃焼ガスを受けるタービン（２４）と、
前記圧縮機の最終段から空気をブリードする機外ブリード（ＯＢＢ）回路（３６）と、
前記圧縮機の上流段から空気を抽出する抽出空気回路（３８）と、
前記ＯＢＢ回路及び抽出空気回路から入力を受けるエゼクタ（４２）と
を備えており、前記エゼクタからのエゼクタ放出流が当該タービンに連通される、ガスタービン。
【請求項２】
前記タービン（２４）が複数の段を含み、前記エゼクタ放出流が中間タービン段に連通される、請求項１記載のガスタービン。
【請求項３】
前記エゼクタ放出流が第二タービン段の前方ホイールスペースに連通される、請求項２記載のガスタービン。
【請求項４】
前記エゼクタ放出流が第三タービン段の上流前方ホイールスペースに連通される、請求項３記載のガスタービン。
【請求項５】
前記抽出空気が第五圧縮機段から抽出される、請求項１記載のガスタービン。
【請求項６】
圧縮機（２２）、前記圧縮機からの出力を受ける燃焼器（２８）、及び前記燃焼器から高温燃焼ガスを受けるタービン（２４）を備えたガスタービンにおける冷却回路であって、
前記圧縮機の最終段から空気をブリードする機外ブリード（ＯＢＢ）回路（３６）と、
前記圧縮機の上流段から空気を抽出する抽出空気回路（３８）と、
前記ＯＢＢ回路及び抽出空気回路から入力を受けるエゼクタ（４２）と
を備えており、前記エゼクタからのエゼクタ放出流が前記タービンに連通される、冷却回路。
【請求項７】
前記抽出空気が第五圧縮機段から抽出される、請求項６記載の冷却回路。
【請求項８】
ガスタービンを運転する方法であって、
複数の圧縮機段にわたって入力空気をより高い圧力及び温度に加圧するステップと、
燃焼器（２８）内で前記加圧空気を燃料と混合しかつ高温燃焼ガスをタービン（２４）に出力するステップと、
機外ブリード（ＯＢＢ）回路（３６）を介して前記圧縮機の最終段から空気をブリードするステップと、
抽出空気回路（３８）を介して上流圧縮機段から空気を抽出するステップと、
前記ＯＢＢ回路からの及び前記抽出空気回路からの出力をエゼクタ（４２）に連通させるステップと、
エゼクタ放出流を前記タービンに連通させるステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記タービンが複数の段を含み、前記エゼクタ放出流を連通させるステップが、該エゼクタ放出流を中間タービン段に連通させるステップによって実施される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記抽出するステップが、第五圧縮機段から空気を抽出するステップによって実施される、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンにおけるタービン性能を強化する流れ回路に関し、より具体的には、機外ブリード流を使用してエゼクタを作動させかつエゼクタ放出流をステータ及びロータ冷却のためにタービンに連通させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンでは、様々なタービン構成要素を冷却することを含む様々な目的のために、圧縮機吸入口からの全空気流量の一部分を分流させることが一般的である。分流空気は、圧縮機を通る全空気流量の大きな部分を消費する可能性がある。それら寄生流の管理及び制御により、タービンの性能を劇的に増大させることができる。一般的に、圧力下にある空気が、圧縮機から抽出されかつタービンの燃焼システムを迂回して、様々なタービン構成要素に対する冷却流として使用されるようになっている。
【０００３】
高炉ガス（ＢＦＧ）は、鉄工所の低発熱量（ＢＴＵ）副生成物であり、このＢＦＧをガスタービンの燃焼器における燃料として使用することが望ましい。しかしながら、そのような使用は、幾つかの難題を伴う。例えば、一定レベルの燃焼温度を達成するためには、高燃料質量流量が必要となる。逆に言えば、空気流量を減少させて、空気／燃料比をより小さくして、より高い火炎温度を達成することができるようにする。しかしながら、ガスタービン圧縮機は、最小の体積流量（サージを回避する）で作動させることが必要である。燃焼器への質量流量を減少させるために、幾らかの量の空気が、圧縮機の最終段の後にブリードされる。このブリード流は、機外ブリード（ＯＢＢ）と呼ばれる。
【０００４】
図１は、ＢＦＧ冷却回路装置のためにＯＢＢ流を使用したガスタービン１の概略図である。このガスタービンは、多段圧縮機２を含み、その各々の段が、入力空気をより高い圧力及び温度に加圧する。燃焼器３が、入力管路４を介して圧縮機から加圧空気を受けかつこの加圧空気を燃料入力５を介しての燃料と混合して、管路６を介して高温燃焼ガスを出力する。高温燃焼ガスは、タービン７に入力される。
【０００５】
加圧空気は、管路８を介して圧縮機２から抽出して、燃焼器３を迂回させることができる。この加圧空気は、例えばタービン７の第三エキスパンダステータを冷却するような冷却目的のためにタービンに入力させることができる。タービンの第一及び第二段エキスパンダ（ステータ、前方ホイールスペース及びロータ）並びに第三段のロータは、例えば管路９を介して圧縮機２からの第十七段空気を使用して冷却することができる。最終段抽出の残りの部分は、管路１０を介して熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１１に入力されるＯＢＢ流である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５５０２５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＯＢＢ流の使用を最適にすることによって圧縮機２を通る流量を減少させるのが望ましいと言える。
【０００８】
さらに、ガスタービンユニットを作動させるＢＴＵ燃料は、より
少ない空気流量を有することが必要であるが、圧縮機を通る空気流量は、サージ要件の故に必要量よりも遙かに多くなっている。このことは、圧縮機仕事の形態になった貴重な出力の損失を引き起こす。この出力の損失を低減することもまた、望ましいと言える。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
例示的な実施形態では、ガスタービンは、複数の段を備えた圧縮機と燃焼器とタービンとを含む。圧縮機の各段は、入力空気をより高い圧力及び温度に加圧する。燃焼器は、圧縮機から加圧空気を受けかつ該加圧空気を燃料と混合して、高温燃焼ガスを出力する。タービンは、燃焼器から高温燃焼ガスを受ける。機外ブリード（ＯＢＢ）回路が、圧縮機の最終段から空気をブリードし、また抽出空気回路が、圧縮機の上流段から空気を抽出する。エゼクタが、ＯＢＢ回路及び抽出空気回路から入力を受け、またエゼクタからのエゼクタ放出流が、前記タービンに連通される。
【００１０】
別の例示的な実施形態では、ガスタービンにおける冷却回路は、圧縮機の最終段から空気をブリードする機外ブリード（ＯＢＢ）回路と、圧縮機の上流段から空気を抽出する抽出空気回路と、ＯＢＢ回路及び抽出空気回路から入力を受けかつそれからのエゼクタ出力（放出流）をロータ及びステータ冷却のためにタービンに連通させたエゼクタとを含む。
【００１１】
さらに別の例示的な実施形態では、ガスタービンを運転する方法は、複数の圧縮機段にわたって入力空気をより高い圧力及び温度に加圧するステップと、燃焼器内で加圧空気を燃料と混合しかつ高温燃焼ガスをタービンに出力するステップと、機外ブリード（ＯＢＢ）回路を介して圧縮機の最終段から空気をブリードするステップと、抽出空気回路を介して上流圧縮機段から空気を抽出するステップと、ＯＢＢ回路からの及び抽出空気回路からの出力をエゼクタに連通させるステップと、エゼクタ放出流をタービンに連通させるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＯＢＢ流を使用した従来型の高炉ガス冷却回路装置の概略ブロー図。
【図２】タービン出力を強化するＯＢＢ冷却回路方式の概略ブロック図。
【図３】例示的なエゼクタの拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２を参照すると、ガスタービンエンジン２０は、圧縮機２２とタービン２４とを含む。圧縮機２２は、周囲空気を受けるようになった吸気口２６を有し、空気は次に、圧縮機２２内においてその各々が該空気をより高い圧力及び温度に加圧する幾つかの異なる段を通して加圧される。加圧空気は主として、燃焼器に送給されるようになり、該燃焼器において、加圧空気は、燃料管路３０を介しての燃料入力と混合されかつ燃焼して、タービン２４の様々な段に高温燃焼ガスを供給する。
【００１４】
ブリード空気は、タービンにおいて冷却／パージ空気流として使用するために圧縮機２２の段から取出すことができる。圧縮機空気流の一部分は、その他の目的のために燃焼器２８を通る流れから分流される。図２に示す例示的な方式では、第一及び第二段エキスパンダ（ステータ、前方ホイールスペース及びロータ）並びに第三段ロータは、管路３２を介して圧縮機２２の最終段（例えば、例示的な用途では第十七段）から抽出された空気を使用して冷却される。さらに、管路３４を介して圧縮機２２の上流段から抽出された加圧空気は、タービン２４に入力して、第三エキスパンダステータを冷却することができる。
【００１５】
引続き図２を参照すると、ＯＢＢ流は、管路３６を介してエゼクタ３５に連通されかつ管路３８を介して圧縮機２２の上流段（例えば、第五段）からの抽出空気と組合わされる。ＯＢＢ流を使用して、エゼクタ３５は、圧縮機上流段からの抽出空気の圧力を高める働きをしかつ第二段エキスパンダのステータ及び前方ホイールスペース並びに第三段エキスパンダのステータ、並びにタービン２４を冷却するために使用することができる。図２は、管路４０を介してのタービン２４へのエゼクタ放出流を示している。
【００１６】
従って、ＯＢＢ流は、エゼクタ内で圧縮機上流段抽出流を加圧するために使用されて、より高段からの抽出を減少させ、従って圧縮機空気流及び出力の消費を低下させる。このことはまた、前方ホイールスペース冷却に使用することができる最大冷却空気温度が存在するが故にこれまで確立されてきた圧縮機吐出温度における限界値７３０°Ｆを排除するという有利な結果を有する。
【００１７】
図３には、例示的なエゼクタ３５を示している。ＯＢＢ流による高圧空気は、管路３６を介して入力され、また圧縮機上流段からの低圧空気は、管路３８を介して入力される。ＯＢＢ流による圧力エネルギーは、エゼクタノズル４２を介して高速エネルギーに変換され、また圧縮機上流段から抽出された空気は、吸込みチャンバ４４内において高速によって同伴される。混合気の速度エネルギーは、ディフューザ４６内において圧力エネルギーに変換され、またエゼクタ放出流は、管路４０を介してタービン２４に送給される。
【００１８】
上記のシステムは、ＯＢＢの使用を最適にすることによって、圧縮機を通る流量を減少させることができる。ＯＢＢと併用して使用するエゼクタ及び上流圧縮機段抽出は、ガスタービンエキスパンダのロータ、ステータ及び前方ホイールスペースを冷却するのに使用する最終段抽出を減少させる。構築した熱力学モデルによると、現在使用可能な複合サイクルシステムに優る大きな効率増大を達成することができた。
【００１９】
現時点で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、本発明が開示した実施形態に限定されるべきものではなく、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】
（従来技術）
１  ガスタービン
２  多段圧縮機
３  燃焼器
４  入力管路
５  燃料入力
６  管路
７  タービン
８  管路
９  管路
１１  ＨＲＳＧ
（実施形態）
２０  ガスタービン
２２  圧縮機
２４  タービン
２６  吸入口
２８  燃焼器
３０  燃料管路
３２  管路
３４  管路
３５  エゼクタ
３６  管路
３８  管路
４０  管路
４２  エゼクタノズル
４４  吸込みチャンバ
４６  ディフューザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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