(57)【要約】【課題】  少ない冷媒流量でガスタービン翼を冷却し、かつ熱効率の向上を図ることが可能なガスタービンを提供する。【解決手段】  圧縮機３から供給される冷却空気の消費量を低減するため、作動ガス流れ方向に対して後段側に配置されたタービン静翼２１を冷却した後の冷却空気を、タービンケーシング内の流路を経由させて、前段側に配置されたタービン静翼２０に導き、確実に各々のタービン静翼を冷却した後、作動ガス流路へ流出させる構造を有することで解決される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、複数段のタービン段落を有するタービンと、前記圧縮機から抽気或いは吐出した空気を前記タービンの静翼及びタービンホイールを冷却する冷却系統と備えたガスタービンにおいて、
前記圧縮機からタービンに供給される冷却空気が、作動ガスの流れ方向に対して後段側に配置された静翼の内部流路、タービンケーシングに設けた流路、前段側に配置された静翼の内部経路の順に流入して、前記前段側の静翼から作動ガス流路に流出するように前記冷却系統を構成した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】
本発明は、圧縮機から抽気或いは吐出した空気を冷媒として静翼を冷却する冷却系統を有するガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電用ガスタービンは、一軸上に圧縮機とタービンが配置され、圧縮機により圧縮された圧縮空気を酸化剤として燃焼器内にて燃料を燃焼させ、高温高圧ガスを生成し、この高温高圧ガスによりタービンを駆動するように形成されている。そして、タービン軸に結合された発電機を駆動することで発電する。
【０００３】
投入した燃料に対して、発電量は多い方が望ましく、このためにはガスタービンの性能向上が重要である。ところで、ガスタービン高温燃焼ガスの温度は、作動ガス流路周辺に用いられる材料の使用温度を超えており、現在のガスタービンでは最も高温燃焼ガスに曝されるであろうタービン翼では、タービン翼を中空構造として、その中空部に冷却媒体を供給して翼を冷却する方法が一般的に採用されている。
【０００４】
この冷却方法において重要なことは、ガスタービンにおいては、この冷却媒体となる冷却空気を圧縮機から抽気して用いることが多い。従って、冷却空気の多量の消費はガスタービンの効率を低下させることとなる。
【０００５】
タービン静翼についての従来の冷却構造としては、作動媒体流れ方向に対して上流側にある静翼を冷却した冷却空気を下流側にある静翼内に再度冷却空気を導いて冷却する構造がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスタービンの作動媒体の温度は、燃焼器出口が最も高く、作動媒体の流れ方向に対して下流側に進むに従って低下していく。したがって、作動媒体に曝される静翼の温度も作動媒体流れ方向に対し、下流側に進むに従って静翼の温度も低下していく。
【０００８】
ここで、上述した従来技術のように、作動媒体の流れ方向に対して上流側にある静翼から冷却し、上流側にある静翼を冷却した冷却空気を用いて下流側にある静翼を冷却した場合、上流側にある静翼を冷却した冷却空気の温度は上流側にある静翼を冷却する前の冷却空気の温度よりも高く、必ずしも下流側にある静翼の温度よりも低いとは限らない。
【０００９】
本発明の目的は、少ない冷媒流量でガスタービン翼を冷却し、かつ熱効率の向上を図ることが可能なガスタービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、空気を圧縮する圧縮機と、複数段のタービン段落を有するタービンと、前記圧縮機から抽気或いは吐出した空気を前記タービンの静翼及びタービンホイールを冷却する冷却系統と備えたガスタービンにおいて、前記圧縮機からタービンに供給される冷却空気が、作動ガスの流れ方向に対して後段側に配置された静翼の内部流路、タービンケーシングに設けた流路、前段側に配置された静翼の内部経路の順に流入して、前記前段側の静翼から作動ガス流路に流出するように前記冷却系統を構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少ない冷媒流量でガスタービン翼を冷却し、かつ熱効率の向上を図ることが可能なガスタービンを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、ガスタービン全体構成を簡略的に表す回路図である。図１に示すように、ガスタービンは、吸気した空気を圧縮して圧縮空気を供給する圧縮機１と、圧縮機１からの圧縮空気を燃料とともに燃焼し高温高圧の燃焼ガスを生じさせる燃焼器２と、燃焼器２からの燃焼ガスによって回転動力を得るタービン３とを備えている。圧縮機１の圧縮機ロータ（図示せず）は、中心軸４によってタービン３のタービンロータ６（後述の図２参照）と同心状に連結されている。得られた回転力は、例えばタービンロータ６に、更に発電機ロータ（図示せず）が同心状に連結され、電気エネルギーに変換される。
【００１３】
図２は本発明のガスタービンの実施形態の要部であるタービンの詳細構造を示す断面図である。本実施形態に備えられたタービン３は、ケーシング１０と、このケーシング１０の内周に配置された静翼２０，２１と、ケーシング１０内側に回転可能に配置されたタービンロータ６とを備えている。
【００１４】
ケーシング１０は、概略円筒形状の周壁１１と、この周壁１１の内周部にタービンロータ長手方向に所定の間隔で配置されたシュラウド１２，１３とを備えている。前記シュラウド１３は圧縮空気流路１４を有する。タービンロータ６の長手方向に隣り合うシュラウド１２，１３には、静翼２０の外輪２２と静翼２１の外輪２３とが支持されており、静翼外輪２２，２３、タービンロータ６の長手方向に隣接するシュラウド１２，１３、静翼２０の外周側のケーシング周壁１１に固定された隔壁およびケーシング周壁１１によって、静翼２０外周側にキャビティ１５と、静翼２１外周側にキャビティ１６，１７が区画形成されている。ケーシング周壁１１には、キャビティ１７に接続する単数若しくは複数の空気導入孔１８が設けられている。空気導入孔１８は、圧縮機１の圧縮空気流路中の所要圧力の抽気段に設けた抽気スリット等に対し、それぞれ独立した配管５を介して接続している。
【００１５】
静翼外輪２２には、キャビティ１５と静翼内流路２４とをつなぐための開口２５が設けられている。さらに、静翼外輪２３には、キャビティ１６と静翼内流路２６とをつなぐための開口２７と、キャビティ１７と静翼内流路２６とをつなぐための開口２８とが設けられている。また、静翼２０，２１は周方向に所定の間隔で複数枚配置されていて１段の静翼翼列を構成しており、内周側を連結する静翼内輪２９，３０を介して支持された静翼ダイヤフラム３１，３２が備えられている。静翼内輪２９には、静翼内流路２４と静翼ダイヤフラム３１内のキャビティ３３とをつなぐ開口３５が設けられている。また、静翼内輪３０には、静翼内流路２６と静翼ダイヤフラム３２のキャビティ３４とをつなぐ開口３６が設けられている。静翼ダイヤフラム３１，３２の前側にはオリフィスが備えられている。動翼４０は、タービンロータ外周に環状に複数配置され、動翼翼列を構成している。各段の動翼翼列の前側に、それぞれ同段落の静翼翼列が配置される。
【００１６】
上記構成のガスタービンを運転すると、点線矢印５０で示したように、例えば圧縮機１から抽気された圧縮空気が、配管５および空気導入孔１８を通じて、静翼２１外周側のキャビティ１７に流入する。キャビティ１７内の圧縮空気は、静翼外輪２３に設けた開口２８を通じて静翼内流路２６に流入し、静翼２１を冷却する。静翼内流路２６に流入した圧縮空気は、静翼内輪３０に設けた開口３６入口で点線矢印５１で示したように点線矢印５０から分岐する。点線矢印５１で示した圧縮空気は、静翼内輪３０に設けた開口３６，静翼ダイヤフラム３２に設けたキャビティ３４およびオリフィス３８を通じて、タービンロータ６を冷却した後、作動媒体流路７に合流する。
【００１７】
ガスタービンにおいて、作動媒体の温度は燃焼器出口での温度が最も高く、作動媒体流れ方向に対し、下流側に進むに従って作動媒体温度は低下していく。したがって、作動媒体に曝される静翼温度も作動媒体流れ方向に対し、下流側に進むに従って静翼の温度も低下していく。従って、圧縮空気が静翼外輪２３に設けた開口２７を通過する段階で、圧縮空気の温度は最高でも静翼２１のメタル温度であり、確実に静翼２０のメタル温度より低いため、圧縮空気が静翼外輪２３に設けた開口２７を通過する段階における圧縮空気を用いて、静翼２１より上流段に位置する静翼２０を冷却することができる。
【００１８】
それゆえ、点線矢印５２で示した圧縮空気は、静翼外輪２３に設けた開口２７，キャビティ１６，シュラウド１３に設けた圧縮空気流路１４，静翼２０外側にあるキャビティ１５および静翼外輪２２に設けた開口２５を通じて静翼内流路２４へ流入し、静翼２０を冷却する。点線矢印５２で示した圧縮空気は、静翼内輪２９に設けた開口３５，静翼ダイヤフラム３１に設けたキャビティ３３およびオリフィス３７を通じて、タービンロータ６を冷却した後、作動媒体流路７に合流する。
【００１９】
上記実施例において冷却系統について説明したが、例えば静翼２０にフイルム冷却を実施するための静翼内流路２４と作動媒体流路７を連結する冷却孔がある場合にも、本発明を適用することは有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスタービンのシステム系統図。
【図２】本発明の一実施例であるガスタービンのロータ長手方向断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
６  タービンロータ
１０  ケーシング
１１  周壁
１２，１３  シュラウド
１４  圧縮空気流路
１５，１６，１７，３３，３４  キャビティ
１８  空気導入孔
２０，２１  静翼
２２，２３  静翼外輪
２４，２６  静翼内流路
２５，２７，２８  開口
２９，３０  静翼内輪
３１，３２  静翼ダイヤフラム
４０  動翼
【図１】
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【図２】
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