(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の外周に設けられたケーシングと、
前記ケーシングの内部で前記回転軸に設けられた複数の動翼と、
前記動翼の下流側に設けられた複数の静翼と、
前記ケーシングの内周面から前記静翼への着氷を阻止可能な流体を噴出させる防氷手段とを備え、
前記防氷手段の流体噴出部は、前記静翼の前縁よりも上流側で、且つこの静翼の上流側直近に位置する動翼の前縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記流体噴出部は、前記静翼の前縁よりも上流側で、且つこの静翼の上流側直近に位置する動翼の後縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記流体噴出部は、少なくとも１段目の前記静翼の前縁よりも上流側で、且つ１段目の動翼の前縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記動翼と前記静翼とにより形成される圧縮流路の途中、および前記圧縮流路の出口の何れかから抽気した流体を、前記流体噴出部から噴出させることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の圧縮機。
【請求項５】
前記流体噴出部は、前記ケーシングの内周面の周方向に長く形成された少なくとも１つのスリットを有していることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の圧縮機。
【請求項６】
前記流体噴出部は、少なくとも１つの噴出孔からなることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の圧縮機。
【請求項７】
前記噴出孔の個数を、周方向に並設されている前記静翼の枚数と同じ数に設定したことを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記噴出孔の配置箇所を、前記静翼の厚さ方向の中心線の延長線上から両側に所定角度振り分けた任意の２つの直線の間の範囲に設定したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記中心線は、前記静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの５０％以上１００％以下の範囲の任意の箇所における前記静翼の厚さ方向の中心線であることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記中心線は、前記静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの８０％以上１００％以下の範囲の任意の箇所における前記静翼の厚さ方向の中心線であることを特徴とする請求項９に記載の圧縮機。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れかに記載の圧縮機と、
前記圧縮機から供給される流体に燃料を供給して燃焼ガスを生成する燃焼器とを備えていることを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧縮機、およびガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備えており、圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、生成された高温・高圧のガス（燃焼ガス）をタービンで膨張させて動力を発生する。
ところで、外気温度が低い状態で運転すると、圧縮機内部で空気中の水分が氷結し翼に着氷して、十分な吸気量が確保できずに出力や効率が低下してしまうばかりでなく、ガスタービンの耐久性・信頼性を低下させてしまう虞もある。すなわち、圧縮機の翼に着氷が発生すると、その氷が成長した後に剥落し、後段側の翼に衝突するなどして翼を損傷させてしまう虞がある。
【０００３】
このため、圧縮機内部の氷結を防止するためにさまざまな技術が提案されている。例えば、圧縮機後段や排気側から抽気した高温・高圧の圧縮空気をガスタービンの吸気側に送り込んで吸入空気と混合させ、吸入空気全体の温度を上昇させることによりＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｖａｎｅ）への着氷や圧縮機内部の氷結を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１８４３８９号公報
【特許文献２】特開２００４−２７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、吸入空気全体の温度を上昇させるために大量の圧縮空気が必要になるので、圧縮機やガスタービン全体の運転効率を低下させてしまうという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、運転効率の低下を軽減して氷結を防止することができる圧縮機、およびガスタービンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る圧縮機は、回転軸と、前記回転軸の外周に設けられたケーシングと、前記ケーシングの内部で前記回転軸に設けられた複数の動翼と、前記動翼の下流側に設けられた複数の静翼と、前記ケーシングの内周面から前記静翼への着氷を阻止可能な流体を噴出させる防氷手段とを備え、前記防氷手段の流体噴出部は、前記静翼の前縁よりも上流側で、且つこの静翼の上流側直近に位置する動翼の前縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、着氷は静翼で発生するので、静翼の前縁よりも上流側に流体噴出部を配置することにより、着氷が発生する部分に局所的に流体を噴射させることができる。このため、少ない流量で効率よく着氷を防止でき、圧縮機の運転効率の低下を軽減できる。
【０００９】
本発明に係る圧縮機は、前記流体噴出部は、前記静翼の前縁よりも上流側で、且つこの静翼の上流側直近に位置する動翼の後縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、さらに静翼に近い箇所に流体噴出部が配置されるので、より効率よく着氷を防止できる。
【００１１】
本発明に係る圧縮機は、前記流体噴出部は、少なくとも１段目の前記静翼の前縁よりも上流側で、且つ１段目の動翼の前縁よりも下流側に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、１段目の動翼に流入する前、つまり、ＩＧＶの後流側では、例えば流体としての空気の温度が凝固点よりも高いので１段目の動翼の前縁に着氷が発生することがない。また、動翼の翼面上は淀み状態ではないので、動翼の翼面上にも着氷が発生することがない。一方、１段目の動翼を通過する過程で空気の温度が水の凝固点以下の温度状態になる場合があり、その後最初の淀み点が１段目の静翼の前縁になる。このため、１段目の静翼の前縁に着氷が発生することになる。１段目の動翼を空気が通過する過程で温度が低下するのは、ＩＧＶを絞って運転した場合に動翼の流入角が翼の負圧面側に大きくなり(ネガティブインシデンス)、圧縮機の１段目の動翼がタービンのように駆動するためである。つまり、空気を圧縮できず、逆に膨張することにより温度が下がるためである。
【００１３】
このため、流体噴出部を、少なくとも１段目の静翼の前縁よりも上流側で、且つ１段目の動翼の前縁よりも下流側に配置することにより、さらに効率よく着氷を防止でき、圧縮機の運転効率の低下をさらに確実に軽減できる。
【００１４】
本発明に係る圧縮機は、前記動翼と前記静翼とにより形成される圧縮流路の途中、および前記圧縮流路の出口の何れかから抽気した流体を、前記流体噴出部から噴出させることを特徴とする。
【００１５】
このように構成することで、着氷を防止するために流体の温度を上昇させる装置を別途用意する必要がなく、簡素な構造で着氷を確実に防止でき、且つ圧縮機の運転効率の低下を軽減できる。
【００１６】
本発明に係る圧縮機は、前記流体噴出部は、前記ケーシングの内周面の周方向に長く形成された少なくとも１つのスリットを有していることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、流体噴出部から噴出される流体を拡散させ易くすることができ、効果的に着氷を防止できる。
【００１８】
本発明に係る圧縮機は、前記流体噴出部は、少なくとも１つの噴出孔からなることを特徴とする。
【００１９】
このように構成することで、着氷する箇所に、より局所的に流体を噴射させることができる。
【００２０】
本発明に係る圧縮機は、前記噴出孔の個数を、周方向に並設されている前記静翼の枚数と同じ数に設定したことを特徴とする。
【００２１】
このように構成することで、着氷する箇所全体に、それぞれ局所的に流体を噴射させることができるので、さらに効率よく着氷を防止することができる。この結果、流体の噴射流量をさらに低減できるので、圧縮機の運転効率の低下をさらに確実に軽減できる。
【００２２】
本発明に係る圧縮機は、前記噴出孔の配置箇所を、前記静翼の厚さ方向の中心線の延長線上から両側に所定角度振り分けた任意の２つの直線の間の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２３】
このように構成することで、静翼の前縁に、より確実に流体を噴射させることができる。このため、より効率よく着氷を防止することができる。
【００２４】
本発明に係る圧縮機は、前記中心線は、前記静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの５０％以上１００％以下の範囲の任意の箇所における前記静翼の厚さ方向の中心線であることを特徴とする。
【００２５】
ここで、着氷が発生する位置は、静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの約９０％の位置が殆どである。これは、静翼の外周側では動翼を通過した流体の流れ方向の成分のうち、周方向成分が大きくなり、この結果、温度の低下も大きくなり着氷し易くなるからだと考えられる。また、外周側の壁面の摩擦の影響により流体の軸速度が遅くなるので、静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの約９０％の位置が着氷し易くなると考えられる。
このため、静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの５０％以上１００％以下の範囲の任意の箇所における静翼の厚さ方向の中心線に対応するように噴出孔を配置することにより、より効率よく着氷する箇所に流体を噴射させることができる。
【００２６】
本発明に係る圧縮機は、前記中心線は、前記静翼の内周側の端面を起点としたスパン方向の長さの８０％以上１００％以下の範囲の任意の箇所における前記静翼の厚さ方向の中心線であることを特徴とする。
【００２７】
このように構成することで、着氷する箇所にさらに局所的に流体を噴射させることができる。
【００２８】
本発明に係るガスタービンは、請求項１〜請求項１０の何れかに記載の圧縮機と、前記圧縮機から供給される流体に燃料を供給して燃焼ガスを生成する燃焼器とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
このように構成することで、運転効率の低下を軽減しながら、氷結を防止することができるガスタービンを提供できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、着氷が発生する部分に局所的に流体を噴射させることができるので、少ない流量で効率よく着氷を防止でき、圧縮機、およびガスタービンの運転効率の低下を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態におけるガスタービンを示す模式的な半断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるガスタービンを構成する圧縮機の概略構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態における１段目の圧縮機静翼の周辺の空気の流れや着氷状態を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施形態における図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施形態における噴出孔の形成可能範囲を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施形態における防氷装置の変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（ガスタービン）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ガスタービンを示す模式的な半断面図、図２は、ガスタービンを構成する圧縮機の概略構成図である。
図１、図２に示すように、ガスタービン１は、圧縮空気を生成する圧縮機２と、圧縮機２から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼ガスを生成する複数の燃焼器３と、少なくとも１段ずつのタービン静翼５、およびタービン動翼６を有し、燃焼器３から供給される燃焼ガスにより回転動力を発生させるタービン４とを備えている。
【００３３】
また、ガスタービン１には、軸線方向Ｄに延びるロータ７が、圧縮機２からタービン４まで一体的に取り付けられている。このロータ７は、一端が圧縮機２内に設けられた軸受部２３によって軸線Ｏ回りであるタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されると共に、他端がタービン４に設けられた軸受部４１によってタービン４の周方向Ｒに回転可能に支持されている。
なお、以下の説明において、ロータ７の軸線方向Ｄに沿って圧縮機２側（図１における左側）を前側とし、タービン４側（図１における右側）を後側とする。
【００３４】
（圧縮機）
圧縮機２は、空気を取り込む空気取入口２０ａを前側に向けて配設された圧縮機ケーシング２０と、空気取入口２０ａに配設されたＩＧＶ１２と、圧縮機ケーシング２０内に配設された複数の圧縮機静翼２１、および複数の圧縮機動翼２２とを備え、これら圧縮機ケーシング２０、複数の圧縮機静翼２１、および複数の圧縮機動翼２２によって圧縮流路２５が形成されている。
【００３５】
圧縮機静翼２１は、それぞれ圧縮機ケーシング２０の内周面に固定されると共に、ロータ７側に向けて捩れながら延設される複数の圧縮機静翼本体５１を備えている。圧縮機静翼本体５１は、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列している。そして、圧縮機静翼本体５１は、この先端に配置されたリング状のハブシュラウド５１ａによって互いに連結されている。ハブシュラウド５１ａの径方向内側には、所定の隙間を介してロータ７が挿通されている。
【００３６】
ロータ７は、ロータ本体７１と、このロータ本体７１の外周面から径方向に突出したディスク７２とを備えている。このディスク７２に圧縮機動翼２２が固定されている。
圧縮機動翼２２は、各ディスク７２にそれぞれ固定されると共に、圧縮機ケーシング２０の内周面に向けて捩れながら延設される複数の圧縮機動翼本体５２を備えている。圧縮機動翼本体５２は、タービン４の周方向Ｒに互いに等しい間隔をあけて配列している。そして、圧縮機動翼本体５２は、この先端に配置されたリング状のチップシュラウド（不図示）によって互いに連結されている。
【００３７】
このように構成された圧縮機動翼２２、および圧縮機静翼２１は、軸線方向Ｄに沿って交互になるように多段配置されている。後段側の圧縮機ケーシング２０には、圧縮流路２５に連通する抽気室２４が設けられている。この抽気室２４は、圧縮機２によって圧縮された圧縮空気の一部を抽気するためのものである。
ここで、抽気される圧縮空気としては、圧縮機静翼２１への着氷を防止可能な熱量を有していることが必要である（詳細は後述する）。このため、この必要な熱量を有する圧縮空気を抽気可能な位置に、抽気室２４が、設けられている。
【００３８】
（燃焼器）
燃焼器３は、内部に図示しないバーナを有する内筒３０と、圧縮機２から供給される圧縮空気を内筒３０に導く外筒３１と、内筒３０に燃料を供給する図示しない燃料噴射器と、内筒３０からの燃焼ガスをタービン４に導く尾筒３２とを備えている。
このように構成された燃焼器３によれば、内筒３０内において、外筒３１から導かれる圧縮空気と燃焼噴射機から供給される燃料とを混合し、混合された流体をバーナにより燃焼させることで燃焼ガスを生成することが可能となる。そして、この燃焼ガスを尾筒３２を通してタービン４に導くことができる。
複数の燃焼器３は、タービン４の周方向Ｒに配置されると共に、前端部が圧縮機ケーシング２０の後端部に連結された燃焼器ケーシング３３の内部に配設されている。
【００３９】
（タービン）
タービン４は、前端部が燃焼器ケーシング３３の後端部に連結されたタービンケーシング４０と、このタービンケーシング４０内に軸方向に交互に多段に配設されたタービン静翼５、およびタービン動翼６とを備えている。
各段のタービン静翼５は、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、それぞれタービンケーシング４０側に固定されると共にロータ７側に向けて放射状に複数延設されるタービン静翼本体５３を備えている。複数のタービン静翼本体５３は、略円弧状に形成された外側シュラウド６０、および内側シュラウド６１に連結されている。
【００４０】
一方、各段のタービン動翼６も、周方向Ｒに環状に等しい間隔をあけて配列され、ロータ７側に固定されると共に、タービンケーシング４０側に向けて放射状に延設されるタービン動翼本体５４を備えている。
また、タービンケーシング４０の後端部には、後側に向けて開口した排気室４２が連結されている。この排気室４２には、タービン静翼５、およびタービン動翼６を通過した燃焼ガスの動圧を静圧に変換する排気ディフューザ４２ａが備えられている。
【００４１】
このように構成されたガスタービン１においては、まず、圧縮機２の空気取入口２０ａから取り込まれた空気が、ＩＧＶ１２によって流量を調整されて圧縮機ケーシング２０へ流入する。そして、多段に配置された圧縮機動翼２２、および圧縮機静翼２１を通過して圧縮され圧縮空気が生成される。次いで、燃焼器３にて、圧縮空気から燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスがタービン４に導かれる。
そして、この燃焼ガスがタービン静翼５、およびタービン動翼６が配列する範囲を燃焼ガス流路４ａとして通過することでロータ７が回転駆動され、ガスタービン１は、回転動力を出力することができる。そして、ロータ７を回転駆動した後の排気ガスは、排気室４２の排気ディフューザ４２ａで静圧に変換された後、大気に放出される。
【００４２】
ここで、圧縮機２の空気取入口２０ａから取り込まれた空気は、ＩＧＶ１２を通過した後、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）を通過する過程で温度が低下し、水の凝固点より低くなる。これは、ＩＧＶ１２により流量を絞る場合、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）への流入角が、非常に大きなネガティブインシデンスとなった状態で１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）が駆動するためである。
このため、空気取入口２０ａから取り込まれた空気に含まれる水分が、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の出口で氷の粒、または過冷却状態の水滴になる場合がある。
【００４３】
このような場合、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の下流側直近に位置する１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）には、前縁に、衝突した氷の粒や過冷却状態の液滴が着氷する場合がある。さらに圧縮機静翼２１の前縁付近は淀み点となっているため、１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁に着氷した氷が成長しやすくなると考えられる。
【００４４】
換言すれば、ＩＧＶ１２を通過し、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）に流入する前では、取り込まれた空気は温度が凝固点よりも高い。このため、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の前縁には着氷が生じない。また、圧縮機動翼２２の翼面上は淀み状態ではないので、圧縮機動翼２２の翼面上にも着氷しない。
一方、水の凝固点以下の温度状態となって最初の淀み点が１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁であるので、１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁に着氷する。
このため、圧縮機２には、１段目の圧縮機静翼２１ａへの着氷を防止するための防氷装置８０が設けられている。
【００４５】
（防氷装置）
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１〜図３に示すように、防氷装置８０は、一端が抽気室２４に接続されているバイパス管８１と、このバイパス管８１の他端に接続され、抽気室２４に抽気された高温・高圧の圧縮空気を圧縮機ケーシング２０内へ噴出するための噴出部８２と、バイパス管８１に設けられ、このバイパス管８１内を流通する抽気された圧縮空気の流量を調整するための流量制御装置８３とを有している。
【００４６】
噴出部８２は、圧縮機ケーシング２０の内周面における１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の後縁よりも下流側であって、かつ１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁よりも上流側に対応する位置に形成された複数の噴出孔８４と、これら噴出孔８４の基端側を連通すると共にバイパス管８１の他端が接続されるチャンバ８５とにより構成されている。
噴出孔８４は、この個数が圧縮機静翼２１ａ（２２）の圧縮機静翼本体５１の枚数と同じ数になるように設定されており、それぞれ対応する圧縮機静翼本体５１に対して所定の位置に形成されている。
【００４７】
図４は、１段目の圧縮機静翼の周辺の空気の流れや着氷状態を説明するための説明図である。
ここで、同図に示すように、圧縮機静翼本体５１の着氷箇所は、圧縮機静翼本体５１の内周側の端面、つまりハブシュラウド５１ａを起点としたスパン方向の長さＬ１の約９０％の位置Ｐ１付近が殆どである。これは、以下の理由からだと考えられる。
（１） 圧縮機ケーシング２０側（径方向外側）では空気の流れ方向の周方向成分が大きく、またＩＧＶ１２の出口角の分布が圧縮機ケーシング２０側で大きいため、圧縮機２が駆動した場合の温度の低下も大きくなり、着氷し易くなっているから。
（２） 圧縮機ケーシング２０の壁面近傍では、この壁面の摩擦の影響により空気の軸速度が遅くなるため、圧縮機２が駆動した場合の速度低下も少なくなり、さらに温度低下も少なくなる。このため、着氷し難くなる。
したがって、圧縮機静翼本体５１のハブシュラウド５１ａを起点としたスパン方向の長さＬ１の約９０％の位置Ｐ１付近で着氷することが殆どであると考えられる。
このような事情に鑑みて、防氷装置８０の噴出孔８４の位置が設定される。より具体的に、以下に説明する。
【００４８】
図５は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図２、図５に示すように、各噴出孔８４の周方向の位置は、対応する圧縮機静翼本体５１のうちの位置Ｐ１における厚さ方向の中心線Ｃ１の延長線上に設定されている。これにより、周方向において位置Ｐ１に最も近い位置に噴出孔８４を配置することになり、確実に位置Ｐ１に抽気された圧縮空気を噴射させることができるからである。
また、各噴出孔８４の軸方向の位置は、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の後縁から１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁に至る間の距離Ｗの略中央の位置Ｐ２に設定されている。
【００４９】
ここで、中央の位置Ｐ２よりも１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）寄り、つまり上流側に噴出孔８４を配置した場合、圧縮機動翼２２ａ（２２）によって抽気された圧縮空気が圧縮機動翼２２ａによって拡散されやすくなる。このため、抽気された圧縮空気を圧縮機静翼２１ａ（２１）全体に噴射させるという点では優れた効果を発揮するが、抽気された圧縮空気を圧縮機静翼２１ａ（２１）の所定の箇所に局所的に噴射させにくくなってしまう。
【００５０】
一方、中央の位置Ｐ２よりも１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）寄り、つまり下流側に噴出孔８４を配置した場合、圧縮機静翼２１ａ（２１）の所定の箇所に局所的に抽気された圧縮空気を噴射させやすくなるが、その分、高精度に噴出孔８４の位置を決めないと、確実に圧縮機静翼２１ａ（２１）の所定の箇所に抽気された圧縮空気を噴射させることが困難になってしまう。
このようなことから、各噴出孔８４の軸方向の位置は、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の後縁から１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁に至る間の距離Ｗの略中央の位置Ｐ２の位置に噴出孔８４を配置することが望ましい。
【００５１】
このように配置された各噴出孔８４は、チャンバ８５により連結されている。チャンバ８５は、圧縮機ケーシング２０の噴出孔８４に対応する箇所に、全周に亘って形成されている。そしてチャンバ８５の一部にバイパス管８１の他端が接続されている。
バイパス管８１に設けられている流量制御装置８３は、例えば調整弁と、この調整弁の開度を制御可能な制御部とにより構成されている。流量制御装置８３は、例えば、ガスタービン１の運転状況に基づいて調整弁の開度を調整し、抽気された圧縮空気のチャンバ８５側に流出する流量を調整するようになっている。
【００５２】
より具体的には、流量制御装置８３は、外気温、湿度、ＩＧＶ１２の開度、運転負荷の運転状況等に基づいて噴出空気の流量を調整する。
外気温に基づいて調整する場合、外気温が高くなると水が氷結しにくくなるので、噴出空気の流量を減少させる等の制御を行う。
また、湿度に基づいて調整する場合、湿度が高くなるとその分水分を多く含むことになるので氷結し易くなってしまう。このため、噴出空気の流量を増大させて圧縮機静翼２１を温める等の制御を行う。
【００５３】
さらに、ＩＧＶ１２の開度に基づいて調整する場合、ＩＧＶ１２の開度が小さいと１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）への空気の流入角がネガティブインシデンスとなり、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）を通過する過程で温度が低下するので、水が氷結し易くなる。このため、噴出空気の流量を増大させて圧縮機静翼２１に流入する空気を温める等の制御を行う。
そして、運転負荷の運転状況等に基づいて調整する場合、例えば抽気する圧縮空気の温度を検出し、この温度に基づいて噴出空気の流量を調整する。すなわち、抽気する圧縮空気の温度が高ければ噴出空気の流量を減少させる一方、低ければ噴出空気の流量を増大させ、圧縮機静翼２１を着氷が生じない温度に制御する。
【００５４】
このような構成のもと、抽気室２４に抽気された圧縮空気は、この流量を流量調整装置８３によって調整されながらバイパス管８１を介してチャンバ８５に一旦導入される。そして、チャンバ８５全体に圧縮空気が行き渡った後、各噴出孔８４から圧縮空気が噴出される。この噴出された圧縮空気により１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）に流入する空気が着氷の生じない温度に加熱される。このため、圧縮機静翼２１ａの着氷が防止される。
【００５５】
したがって、上述の実施形態によれば、抽気する圧縮空気の流量を減少しつつ、この圧縮空気を圧縮機静翼２１の着氷する部分に効率よく噴射することで効果的に着氷を防止できる。また、抽気する圧縮空気の量を低減できるので、圧縮機２の運転効率の低下を軽減でき、この結果ガスタービン１の運転効率の低下を軽減できる。
また、圧縮機２で圧縮された高温・高圧な圧縮空気を利用して圧縮機静翼２１への着氷を防止しているので、着氷を防止するための高温な空気等の流体を生成するための装置を別途用意する必要がない。このため、抽気パイプと流量調節装置、噴出孔を備えた本防氷装置を設置すると、製造コストの上昇と圧縮機効率の低下を抑えながら着氷による損傷を防止することができる。
【００５６】
さらに、圧縮機ケーシング２０の内面に圧縮空気を噴出するための噴出部８２を複数の噴出孔８４と、これら噴出孔８４を連結するチャンバ８５とにより構成することで、各噴出孔８４から満遍なく圧縮空気を噴出させることができる。また、各噴出孔８４によって、確実に各圧縮機静翼本体５１に圧縮空気を噴射させることができる。このため、高効率な防氷装置８０を提供することが可能になる。
【００５７】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、噴出部８２を構成する噴出孔８４は、この個数が圧縮機静翼２１ａ（２２）の圧縮機静翼本体５１の枚数と同じ数になるように設定されており、それぞれの形成位置が１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の後縁から１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁に至る間の距離Ｗの略中央の位置Ｐ２に設定されている場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、圧縮機静翼２１の前縁よりも上流側で、且つこの圧縮機静翼２１の上流側直近に位置する圧縮機動翼２２の前縁よりも下流側に噴出孔８４が形成されていればよい。さらに、噴出孔８４は、１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の上流側に形成されていることが最も効果的であるが、２段目以降の圧縮機静翼２１の上流側に噴出孔８４が形成されていても圧縮機２全体として着氷を抑制するという点では優れた効果を奏することが可能である。
【００５８】
ここで、噴出孔８４を、中央の位置Ｐ２よりも１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）寄りに配置した場合、圧縮機動翼２２ａ（２２）によって抽気された圧縮空気が拡散されやすくなるので、噴出孔８４の個数を減少させることができる。すなわち、噴出孔８４の個数を圧縮機静翼２１ａ（２２）の圧縮機静翼本体５１の枚数より減少させた場合であっても圧縮空気が拡散され、この高温の圧縮空気を満遍なく圧縮機静翼本体５１全体に行き渡らせることが可能になる。
【００５９】
また、上述の実施形態では、各噴出孔８４の周方向の位置は、対応する圧縮機静翼本体５１のうちの位置Ｐ１（圧縮機静翼本体５１の先端からスパン方向の長さＬ１の約９０％の位置、図４参照）における厚さ方向の中心線Ｃ１の延長線上に設定されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、以下の範囲に噴出孔８４を形成した場合であっても上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
図６は、噴出孔の形成可能範囲を説明するための説明図であって、図５に対応している。
同図に示すように、各噴出孔８４の周方向の位置は、対応する圧縮機静翼本体５１のうちの位置Ｐ１における厚さ方向の中心線Ｃ１の延長線を、圧縮機静翼本体５１の肉厚方向である両側に所定角度θ（例えば、θ＝±１０°）振り分けた任意の２つの直線Ｃ１１，Ｃ１２の間の範囲ＡＲ１に設定されていてもよい。
【００６１】
さらに、圧縮機静翼本体５１の厚さ方向の中心線Ｃ１を位置Ｐ１における中心線とせず、任意の位置Ｐ３（図４参照）における厚さ方向の中心線Ｃ２に基づいて各噴出孔８４の周方向の位置を設定してもよい。
より具体的には、位置Ｐ３を、圧縮機静翼本体５１のハブシュラウド５１ａを起点としたスパン方向の長さＬ１の約５０％以上１００％以下の範囲ＡＲ２内に設定し、この範囲ＡＲ２内の位置Ｐ３の厚さ方向の中心線Ｃ２の延長線上のチップ壁面に噴出孔８４を形成してもよい。さらに、範囲ＡＲ２内で位置Ｐ３を複数設定し、これら複数の位置Ｐ３のそれぞれの厚さ方向の中心線Ｃ２の平均位置のチップ壁面に噴出孔８４を形成してもよい。そして、複数の位置Ｐ３のそれぞれの厚さ方向の中心線Ｃ２の延長線上を、両側に所定角度θ（例えば、θ＝±１０°）振り分けた任意の２つの直線の間の範囲を平均して噴出孔８４の位置を決定してもよい。
【００６２】
また、より好ましくは、位置Ｐ３を、圧縮機静翼本体５１のハブシュラウド５１ａを起点としたスパン方向の長さＬ１の約８０％以上１００％以下の範囲ＡＲ３内に設定し、この範囲ＡＲ３内の位置Ｐ３の厚さ方向の中心線Ｃ２の延長線上のチップ壁面に噴出孔８４を形成するとよい。さらに、範囲ＡＲ３内で位置Ｐ３を複数設定し、これら複数の位置Ｐ３のそれぞれの厚さ方向の中心線Ｃ２の平均位置のチップ壁面に噴出孔８４を形成してもよい。そして、複数の位置Ｐ３のそれぞれの厚さ方向の中心線Ｃ２の延長線上を、両側に所定角度θ（例えば、θ＝±１０°）振り分けた任意の２つの直線の間の範囲を平均して噴出孔８４の位置を決定してもよい。
【００６３】
このように、噴出孔８４の位置を決定した場合であっても、圧縮機静翼本体５１のうち着氷が生じる箇所、つまり、圧縮機静翼本体５１のハブシュラウド５１ａを起点としたスパン方向の長さＬ１の約９０％の位置Ｐ１の厚さ方向の中心線の延長線のチップ壁面近傍に噴出孔８４が形成される。このため、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、上述の実施形態では、防氷装置８０は、バイパス管８１にチャンバ８５を介して複数の噴出孔８４が接続されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、チャンバ８５を設けずに、直接バイパス管８１と各噴出孔８４とを接続してもよい。
【００６４】
さらに、上述の実施形態では、バイパス管８１の一端を抽気室２４に接続し、圧縮機２の後段側の圧縮空気を利用して圧縮機静翼２１への着氷を防止する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、圧縮機２出口の圧縮空気や、タービン４中のガス等を各噴出孔８４に導出可能なようにバイパス管８１を設け、圧縮機静翼本体５１への着氷を防止するように構成してもよい。
【００６５】
また、上述の実施形態では、バイパス管８１に流量制御装置８３を設け、バイパス管８１内を流通する抽気された圧縮空気の流量を調整する場合について説明した。そして、流量制御装置８３は、外気温、湿度、ＩＧＶ１２の開度、運転負荷の運転状況等に基づいて圧縮空気の流量を調整する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、バイパス管８１に流量制御装置８３を設けずに、抽気した所定流量の圧縮空気を常時圧縮機静翼本体５１に噴射するように構成してもよい。
【００６６】
さらに、上述の実施形態では、バイパス管８１の一端を抽気室２４に接続し、圧縮機２で圧縮された高温・高圧な圧縮空気を利用して圧縮機静翼２１への着氷を防止する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、蒸気や熱交換器等を用いて温度上昇した空気を利用し、これらを各噴出孔８４を介して圧縮機静翼本体５１に噴射させるように構成してもよい。
また、防氷装置８０を構成する噴出孔８４に代わって噴出スリット８６（図７参照）を設けてもよい。
【００６７】
（防氷装置の変形例）
より詳しく、噴出スリット８６に係る防氷装置の変形例について、図１を援用し、図７に基づいて説明する。
図７は、防氷装置の変形例を示す概略構成図であって、前述の実施形態の図３に対応している。
同図に示すように、変形例の防氷装置１８０は、一端が抽気室２４に接続されているバイパス管８１と、このバイパス管８１の他端に接続され、抽気室２４に抽気された高温・高圧の圧縮空気を圧縮機ケーシング２０内へ噴出するための噴出スリット８６とを有している。噴出スリット８６は、圧縮機ケーシング２０の内周面の全周に亘って形成されている。また、噴出スリット８６は、１段目の圧縮機動翼２２ａ（２２）の後縁よりも下流側であって、かつ１段目の圧縮機静翼２１ａ（２１）の前縁よりも上流側に対応する位置に形成されている。
【００６８】
このような構成のもと、抽気室２４に抽気された圧縮空気は、この流量を流量調整装置８３によって調整されながらバイパス管８１を介して噴出スリット８６に導入される。そして、噴出スリット８６を介して抽気された圧縮空気が圧縮機ケーシング２０の全周に回り、圧縮機静翼本体５１に、噴出スリット８６全体から圧縮空気が噴出される。
【００６９】
したがって、この変形例によれば、簡素な構造で、圧縮機静翼本体５１全体に満遍なく抽気した圧縮空気を噴射させることができる。このため、抽気する圧縮空気の流量を減少しつつ、この圧縮空気を圧縮機静翼２１の着氷する部分に効率よく噴射することで効果的に着氷を防止できる。また、圧縮機２の運転効率の低下を軽減でき、この結果ガスタービン１の運転効率の低下を軽減できる。
なお、圧縮機ケーシング２０の全周に亘って噴出スリット８６を形成せずに、一定の長さに形成されたスリットを圧縮機ケーシング２０の内周面全周に亘って等間隔に形成し、これを噴出スリット８６としてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン
７  ロータ（回転軸）
２０  圧縮機ケーシング（ケーシング）
２１  圧縮機静翼（静翼）
２１ａ  １段目の圧縮機静翼（１段目の静翼）
２２  圧縮機動翼（動翼）
２２ａ  １段目の圧縮機動翼（１段目の動翼）
２５  圧縮流路
８０  防氷装置（防氷手段）
８１  バイパス管
８２  噴出部（流体噴出部）
８４  噴出孔
８６  噴出スリット（スリット）
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３  範囲
Ｃ１  中心線
Ｃ１１，Ｃ１２  直線
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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