(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（７）の少なくとも一つの構造構成要素（２３、２４、２５、２６）がこれを貫流してそこから煙道ガス流（１２）に導入される冷却ガス流（１４、１５）によって冷却され、タービン（７）内において煙道ガス流（１２）に燃料（１８）が配合され、この燃料（１８）が、燃料（１８）の配合なしの冷却ガス流（１４、１５）の導入によって生ずる煙道ガス流（１２）の温度低下が配合燃料（１８）の燃焼によって十分に補償されるように配合されるタービン内の高温煙道ガス流の膨張方法において、
前記冷却ガス流（１４、１５）が主として空気から成り、燃料（１８）が冷却ガス流（１４、１５）にたかだか２重量％混入され、かつ、前記冷却ガス流（１４、１５）が燃料（１８）の混入前に冷却されることを特徴とするタービン内の高温煙道ガス流の膨張方法。
【請求項２】
燃料（１８）が冷却ガス（１４、１５）に、これが煙道ガス流（１２）に導入される前に混入される請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃料（１８）が冷却ガス流（１４、１５）に、これが構造構成要素（２３、２４、２５、２６）を貫流する前に混入される請求項２記載の方法。
【請求項４】
燃料（１８）が冷却ガス流（１４、１５）に均質に混入される請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
構造構成要素（２３、２４、２５、２６）がタービン（７）内の静翼（２３）、好ましくは煙道ガス流（１２）がタービン（７）内に流入したら直ぐに通流する第１の静翼列（２３）あるいはこの第１の静翼列（２３）の直ぐ後ろに配置された第２の静翼列（２５）である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
煙道ガス流（１２）および冷却ガス流（１４、１５）が唯一の圧縮（８）、特にタービン圧縮機（８）で圧縮された空気で形成される請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
圧縮機（８）がタービン（７）で駆動される請求項６記載の方法。
【請求項８】
煙道ガス（１２）に導入すべき冷却ガス（１４、１５）のための冷却通路系（２９、３０）を有する少なくとも一つの構造構成要素（２３、２４、２５、２６）を備え、燃料（１８）を煙道ガス流（１２）に配合するための配合器（１９、２１）が付設され、この配合器（１９、２１）が、冷却ガス流（１４、１５）の導入に起因する煙道ガス流（１２）の温度低下が配合燃料の燃焼によって十分に補償されるように、燃料の配合量を制御するための制御装置（２１）を有するタービン（７）であって、圧縮機（８）、特にタービン圧縮機（８）が付設され、これが燃焼装置（９）を介して煙道ガス流（１２）を準備するためにおよび冷却管系（１４、１５）を介して冷却ガス流（１４、１５）を準備するためにタービン（７）に結合されている構成を備えるタービン（７）において、
前記冷却管系（１４、１５）が燃料（１８）を冷却ガス流（１４、１５）に混入するための混合器（２０）を備え、かつ前記冷却管系（１４、１５）が圧縮機（８）と混合器（２０）との間に冷却器（３３）を備えることを特徴とするタービン（７）。
【請求項９】
構造構成要素（２３、２４、２５、２６）が静翼（２３、２５）、好ましくは煙道ガス流（１２）がタービン（７）内に流入したら直ぐに通流する第１の静翼列（２３）あるいはこの第１の静翼列（２３）の直ぐ後ろに配置された第２の静翼列（２５）である請求項８記載のタービン（７）。
【請求項１０】
静翼列（２３、２５）がそれぞれ冷却ガス流（１４、１５）の一部で貫流される冷却通路（２９、３０）を有する多数の静翼（２３、２５）を有している請求項９記載のタービン（７）。
【請求項１１】
圧縮機（８）にこれを駆動するために機械的に結合されている請求項８記載のタービン（７）。
【発明の詳細な説明】
本発明は、タービンの少なくとも一つの構造構成要素がこれを貫流してそこから煙道ガス流に導入される冷却ガス流によって冷却され、タービン内において煙道ガス流に燃料が配合されるようなタービン内の高温煙道ガス流の膨張方法に関する。
そのような方法およびそのようなタービンはドイツ特許出願公開第４３３０６１２号公報あるいはドイツ特許出願公開第４３３０６１３号公報で知られている。それらの公報には後述する本発明に関しても重要である技術分野が言及されている。従ってこれらの両公報の全内容を厳として引用する。
ドイツ特許出願公開第４３３０６１２号公報には、後続の蒸気過程を経済的にするために煙道ガス流の排気温度を高める目的を有するいわゆる再熱について記載されている。その再熱の原理は、燃焼室内における燃焼空気の温度上昇を実施することおよび追加的に燃焼済み燃焼空気の膨張段階中にあらためて低い圧力において温度上昇を実施することにあり、これは最終的に大気圧までの完全な膨張後に煙道ガス流の高い出口温度を生じさせる。そのような再熱は好ましくはガスタービンにおける最大許容温度まで行われ、これによって煙道ガス流の特に高い出口温度が得られる。
英国特許出願公開第２２８８６４０号公報における流れ技術的に多数の圧縮機が直列接続され同様に流れ技術的に多数のガスタービンが直列接続されているガスタービンにおいて、煙道ガスの出口温度を特に高くする目的で数回の再熱が行われている。従ってドイツ特許出願公開第４３３０６１２号公報の場合と同様に、熱力学的過程を変えることにより効率を高める目的が記載されている。特にこの数回の再熱はジュール過程の変化およびいわゆるエリクソン過程における変化を行おうとしている。この場合、煙道ガス流の温度は好適には個々のガスタービンにおいて約１４０℃に高められる。ガスタービンと圧縮機との間に配置された燃焼室において不完全燃焼が行われ、その場合全燃料はこの燃焼室に導入される。それぞれの圧縮機空気流によって導入される空気量はその都度冷却に必要な空気量より多い。それゆえ英国特許出願公開第２２８８６４０号公報において、発生する膨張による温度損失を補償する目的が果たされる。
ドイツ特許第３５００４４７号明細書には、軸方向流路が二つの部分流路に分けられ、動翼がこれらの両部分流路にまたがって延びて回転するようなガスタービンが記載されている。その煙道ガス用通路部分内に燃焼済みガスが流れ、空気用通路部分内に動翼を冷却するための冷却空気が流れる。動翼はその流路の全横断面積にわたってではなく、煙道ガス用通路部分だけでしか高温ガス流を受けず、従ってタービンの出力は減少される。この出力減少はガスタービンの改良によって防止しなければならない。このために煙道ガス用通路部分内に軸方向に連続して燃焼室が配置して設けられている。従ってドイツ特許第３５００４４７号明細書にはドイツ特許出願公開第４３３０６１３号公報の場合と同様に、専ら煙道ガス用通路部分に限定されている再熱方式が記載されている。
本発明は特に、圧縮機特にタービン圧縮機および燃焼装置と結合されて運転されるタービンに関する。通常、圧縮機と燃焼装置と本来のタービンとから成る複合装置は「ガスタービン」と呼ばれている。ガスタービンの主な特徴はオープンサイクル、即ち熱力学的過程にとって必要な流れ媒体を周囲から取り入れて、過程後に再び周囲に戻すサイクルで運転されることにある。一般に圧縮機は空気を周囲から取り入れ、圧縮し、圧縮空気の形で燃焼装置に供給する。そこで圧縮空気内で燃料が燃焼されて煙道ガス流を形成し、この煙道ガス流は続いてタービンに導入され、タービン内で標準周囲圧まで膨張される。圧縮機で準備された空気の一部は燃焼装置に送られず、場合によっては特別に冷却した後に直接タービンに導入され、そこで冷却ガス流として熱的に大きく負荷を受けるタービン構造構成要素を冷却する。最近のガスタービンにおいて周囲からの空気は周囲における空気圧の１６〜３０倍に圧縮され、その際３５０〜５０℃の温度まで熱くなる。これは燃焼装置内で燃焼されて１１００〜１４００℃の温度に加熱され、この煙道ガス流はそのような温度でタービンに到達する。煙道ガス流がその膨張後にタービンから出たとき、これは周囲における標準空気圧に相応する圧力で約５００℃の温度を有している。
本発明の課題は冒頭に述べた形式の方法ないしタービンを、できるだけ単純な手段で不可避の冷却ガス過程の欠点を補償するように改良することにある。
この方法に関する課題は本発明に基づいて、タービンの少なくとも一つの構造構成要素がこれを貫流してそこから煙道ガス流に導入される冷却ガス流によって冷却され、タービン内において煙道ガス流に燃料が配合されるようなタービン内の高温煙道ガス流の膨張方法において、燃料が、燃料の配合なしの冷却ガス流の導入によって生ずる煙道ガス流の温度低下が配合燃料の燃焼によって補償されるように、配合されることによって解決される。
上述のタービンに関する課題は本発明に基づいて、煙道ガス流に導入すべき冷却ガス流のための冷却通路系を有する少なくとも一つのタービン構造構成要素を備え、燃料を煙道ガス流に配合するための配合器が付設されている高温煙道ガスを膨張するためのタービンにおいて、配合器が、燃料の配合なしの冷却ガス流の導入によって生ずる煙道ガス流の温度低下が配合燃料の燃焼によって十分に補償されるように、燃料の配合量を制御するための制御装置を有していることによって解決される。この場合の十分な補償は、時間的および／または空間的手段において燃焼によって導入された熱量が冷却空気の導入による煙道ガス流の冷却にほぼ相応していることを意味する。換言すれば、冷却空気の温度はその都度の煙道ガス流の温度に高められる。熱力学的過程が複雑であることから、公式的には僅かな過剰補償あるいは過少補償も勿論含まれる。
本発明は、冷却のために空気が使用される通常のガスタービンが、二つの別個の作動媒体が二つの異なったカテゴリーのサイクルを進行する熱力学的機械として理解されるということから出発している。その第１のカテゴリーは上述した本来の高温ガス過程に関し、第２のカテゴリーは冷却ガス過程に関する。ガスタービンにおける高温ガス過程の作動媒体は煙道ガス流で本来のタービンを通流する高温煙道ガスである。煙道ガスがタービンに流入した後でそれにガス流が混入されることは考慮されておらず、即ち特にタービンの冷却形構造構成要素を通常の方法で冷却して冷却目的を果たした後でそこから出された冷却ガス流が煙道ガス流に混入されることは考慮されていない。冷却空気過程の作動媒体はタービンの構成構造要素を冷却するために利用されるガス特に空気である。その空気はタービンに付属された圧縮機から通常の方法でその出口あるいは抽気口から取り出され、おそらくは特別に冷却した後でタービンの冷却すべき構造構成要素特に静翼および動翼に導入される。その冷却ガスはそこから最終的に煙道ガス流に到達し、その中に分配される。その分配現象は単純な模型的観察について考慮されておらず、即ちこの枠内において高温ガス過程並びに冷却ガス過程は互いに独立して考慮されている。高温ガス過程並びに冷却ガス過程において原理的にはそれぞれの作動媒体は同じ状態変化を進行する。即ちその作動媒体は大気圧から予め定められた最大圧力まで圧縮され、続いて入熱が行われ、その場合、作動媒体の圧力は実際上不可避の圧力損失を除いて変化せず、それから作動媒体はタービン内でそれが周囲圧力に相応した圧力に達するまで膨張され、最終的に余分な熱は作動媒体からそれが周囲温度になるまで放出される。最後に述べた状態変化は本来のガスタービンの外で行われ、オープンサイクルの特徴である。
高温ガス過程および冷却ガス過程はまず第１にそれぞれの作動媒体の加熱の際に実現される温度差が異なっている。即ち高温ガス過程の場合、５００℃おそらくは１０００℃を超える温度差が生じ、冷却ガス過程の場合、たかだか２００℃の温度差しか生じない。これらの過程の効率と、これらの過程がガスタービンによって発生される全機械仕事に貢献する度合いとが相応して異なる。タービンから供給される全機械仕事の少なからぬ部分が、作動媒体ないし今上述した考えの枠内での複数の作動媒体を圧縮するために利用されねばならない。熱力学的過程から自由に利用できる「有効仕事」はタービンから供給される「膨張仕事」と圧縮のために必要な「圧縮仕事」との差である。有効仕事は、その都度採用される圧縮機によって規定される圧縮の所定の温度差において膨張の温度差が大きければ大きいほど大きくなる。このことから明らかなように、冷却ガス過程はせいぜいほんの僅かな有効仕事しかしない。
実際のガスタービンにおいて圧縮の際並びに膨張の際に生ずる熱力学的損失は、圧縮の際の増大する温度降下および膨張の際の小さくなる温度降下が基礎とされねばならないように今述べた考えを変えることを必要とする。これから明らかなように冷却空気過程から期待される有効仕事は一層減少し、冷却ガス過程の有効仕事は効果がなく、事情によっては冷却ガス過程がそれ自体が供給するよりも多くの仕事を消費する可能性があることを考慮しなければならない。最近のガスタービンは有用な全圧縮空気の２０〜２５％を冷却空気として分岐する必要があるので、有効仕事に関して我慢しなければならない損失が顕著であり、ともかく主にそれだけでガスタービンから与えられる有効仕事を決定する唯一の高温ガス過程に対して全有用空気のたかだか８０％しか貢献されないということを考慮に入れねばならない。
本発明は、タービン内における膨張した煙道ガスへの冷却空気（あるいは別の冷却ガス）の混入が、混入された冷却空気（もしくは混入された冷却ガス）が高温ガスと同じ温度を有しているときに熱力学的に無害であるという考えから出発している。なお冷却ガスが特別な処理を受けるとき例えば冷却されるとき、あるいは冷却ガスが（これは事情によっては必要な冷却作用を保証するためにあるいは冷却ガス流を案内しなければならない冷却通路系に場合によって存在する絞りを補償するために必要である）補助送風機で煙道ガスより高い圧力にされねばならないときに或る損失が存在する。当面では勿論そのような損失を無視しなければならず、この損失並びにその考え得る最小化について追加的に熟考する必要がある。上述したようにタービンの冷却すべき構造構成要素において冷却ガスは通常たかだか２００℃しか加熱されず、従っておそらく７００℃の温度までしか達しないので、冷却ガスを追加的に加熱しなければならない。
本発明においてこの加熱は、冷却ガスがその冷却目的を果たしたとき即ち冷却ガスが冷却すべきタービン構造構成要素から煙道ガスに到達したときにはじめて所望の大きさで実現される。その場合本発明は、高温煙道ガス内においてどんな場合でもそれがタービンの第１の段落内に存在するときの温度で、燃料例えば天然ガスが非常に迅速に且つ火炎の発生なしに発火され、ほぼ完全燃焼されることを利用している。高温煙道ガス流における比率はガスタービンの燃焼装置における比率と全く異なっている。燃焼装置は圧縮空気がたかだか５００℃の温度で流入し、従って燃焼装置内でどんな燃料でも燃焼するために火炎を形成する必要がある。タービンの第１の段落では１０００℃以上の温度となっているので、そこでは一般的な燃焼装置の場合と異なって、存在する酸素と特に導入された燃料との自然発熱反応が常に期待される。なお、通常のガスタービン内における煙道ガス流には常に酸素が存在し、通常のガスタービンの燃焼装置における燃焼過程が常に過剰酸素で進行し、空気による一般的な冷却は追加的な酸素を加えることに注目されたい。従って必要な大きさで燃料を燃焼するために常に十分な酸素が存在している。
本発明は更に、燃料の追加的燃焼によって、タービンに流入する際の煙道ガスの温度を高める必要なしにタービンの出力が高められるという利点を有する。即ちタービンを同じように設計し、その構成に利用される材料を同じように選定した場合、そのタービンが属するガスタービンで発生される有効仕事が著しく高められる。更に、煙道ガス流が膨張によって予め与えられる温度低下よりもっと冷却されることが避けられ、これはタービンの熱力学的効率を向上する。燃料の追加的燃焼によって、冷却ガス流が貫流しなければならない配管系における追加的なエネルギ損失を無視して、冷却ガス流の用意なしに支配されるような状態がタービン内に形成され、従って冷却すべき構造構成要素に対して用意される冷却ガス流の量はいずれにしろ重要でなくなる。事情によってはタービンのその構造構成要素における冷却通路系は単純化でき、この構造構成要素の製造費用は著しく低減される。本発明は比較的少量の冷却空気量により高い冷却作用を得る最近の冷却系と組み合わせることもできる。このような組合せの場合、どんな場合でも冷却空気を準備する必要に関連して生ずる追加的な熱力学的損失は最小となる。最終的にタービンにおける燃料の燃焼は煙道ガス流の再熱を行う。タービンを二つの部分から形成し、両タービン部分間において煙道ガス流をそれに応じて導入された燃料の燃焼によってあらためて加熱することにより、再熱が実現される。その原理は蒸気タービン設備においてしばしば利用されている再熱方式の原理に相応している。
本発明の有利な実施態様の枠内において、燃料は冷却ガス流にこれが煙道ガス流に導入される前に混入される。即ちそのタービンは冷却管系に燃料を冷却ガス流に混入するための混合器を有している。その燃料の混入は好ましくはこれが構造構成要素を貫流する前に行われ、更に特に燃料は均質に冷却ガス流に混入される。これは、燃料の冷却ガス流への均質な分配がその混合ガスの発火性を低下するので意味がある。
冷却ガス流が本質的に空気から成る場合、燃料が冷却ガス流にたかだか２重量％混入されることは好ましく、この混合比率において空気と燃料とから成る混合ガスの不慮の発火は、特に燃料が冷却ガス流に均質に混合されているときに排除される。これと同じ目的を果しその効果を高めるために、冷却ガス流は燃料の混入前に冷却される。そのためにタービンの冷却管系は圧縮機と混合器との間に冷却ガス流を冷却するための冷却器を備えている。そのような冷却は、煙道ガス流を形成する圧縮空気が周囲圧力の約２０倍より高く圧縮され、約５００℃の温度レベルにされているときに特に価値がある。
タービンの冷却形構造構成要素は好ましくは静翼列、特に煙道ガス流がタービンに流入したら直ぐに通流する第１の静翼列あるいはこの第１の静翼列の直ぐ後ろに配置された第２の静翼列である。第１の静翼列に導入される冷却空気流は圧縮機で発生される全空気量の好ましくは約５〜１５％、特に１０％である。それに応じて本発明の利用に対して殊に、タービンの入口範囲に存在するタービン段落が考慮され、このタービン段落では煙道ガス流の温度レベルが特に高く、これによって冷却空気を煙道ガス流の温度レベルに特別に加熱することによって得られる利点は最大となる。タービンにおける静翼は固定構造構成要素であるので、冷却ガスをこの構造構成要素に導入する際に、例えばタービンのロータの構造構成要素に冷却空気を供給するために必要であるような固定通路から回転通路への移行部も要らない。更にタービンの回転構成要素の冷却は燃料が配合されていない空気で行われ、そうでない場合に生ずる温度低下を補償するための燃料の添加は固定構造構成要素を介してだけ行われる。
更に本発明の方法の利用ないしタービンの構成は、煙道ガス流および冷却ガス流が唯一の圧縮機特にタービン圧縮機で圧縮される空気から形成されると有利である。その圧縮機は特にタービンで駆動され、即ちタービンおよびここでは詳述しない燃焼装置と一緒に通常のガスタービンを構成するように結合される。
以下図を参照して本発明の原理および実施例を説明する。図はそれが実施例については所定の特徴を明瞭にするために部分的に概略的あるいは僅かにゆがめて示され、即ち具体的な実施例を精確な寸法尺度で示していない。
図１は高温ガス過程と冷却ガス過程を説明するためのエンタルピ・エントロピ線図、
図２は本発明の実施例におけるガスタービンの概略系統図、
図３はタービンの縦断面図、
図４はタービンの第１の静翼列の横断面図である。
図１は作動媒体のエンタルピｈとエントロピＳとの関係を示す線図であり、ガスタービン内で進行する高温ガス過程および冷却ガス過程を示している。エンタルピｈおよびエントロピＳはタービン機械における熱力学的過程を説明するために一般に利用される熱力学的状態量である。エンタルピは作動媒体の温度に密接に関連している大きさである。これは作動媒体の圧力が一定しているという条件のもとでその熱容量を示す。エントロピは別の熱力学的状態量であり、これは特に、熱力学的系統特にここで考慮されている作動媒体内における有用な全エネルギを機械エネルギの形で取り出せる分量を規定する。熱力学的状態量としてのエントロピは特に、作動媒体の断熱圧縮あるいは断熱膨張の際に一定していることが特徴である。
主にガスタービンによって発生されるエネルギを供給する高温ガス過程は点１、２、３、４で結ばれている線で表されている。点１は圧力および温度について通常の周辺条件にある作動媒体即ち空気の熱力学的状態量を示している。点１と点２とを結ぶ線は圧縮機における作動媒体の圧縮を示し、作動媒体のエントロピはほんの僅かしか変化せず、その変化は不可逆過程即ち損失に相当する。点２と点３とを結ぶ線は圧縮が行われた後のほぼ一定した圧力における作動媒体の加熱を示している。勿論、燃焼の形で通常進行する作動媒体の加熱はその化学的組成の変化を含むが、この変化は熱力学上大きな影響をもたない。膨張すべき煙道ガス流は点３に存在している。点３と点４と間でタービン内における煙道ガス流の十分な断熱膨張が行われ、更に点４と点１とを結ぶ線は既に周囲圧力に膨張した作動媒体の周囲温度への冷却に相応している。これはガスタービンの場合、加熱された作動媒体が熱力学的プレナムと見なせる周囲に分配されることによって実現される。高温ガス過程が行う機械的仕事は、膨張の際に消滅する膨張エンタルピｈEと圧縮の際に形成される圧縮エンタルピｈKとの差によって与えられる。冷却ガス過程も図１に示され、この冷却ガス過程は点１、２、５、６間で進行する。点５は点２と点３とを結ぶ線の下側にあり、これは、煙道ガス流が既に圧力を消滅してしまった後で冷却ガスが煙道ガス流に導入されることから説明される。その膨張エンタルピｈ*Eは高温ガス過程の膨張エンタルピｈEより明らかに小さく、それゆえ冷却ガス過程が実際にもたらす有効仕事に全く貢献しないことが明らかに理解できる。
本発明は特に、点５が一定圧力の線上を右上向きに移動され、点３の近くに到達し、このようにして冷却ガス過程の膨張エンタルピｈ*Eが著しく増大されて、この冷却ガス過程も有効仕事を大きく供給することができることが特徴である。次にこれがどのように実現されるかについて図２、図３、図４を参照して説明する。
図２はガスタービンの概略系統図並びにガスタービン内に進行する熱力学的過程の説明図と見なせる。図３および図４は図２のガスタービンにおいて重要である或る構造的詳細を示している。
図２は、圧縮機８特にタービン圧縮機および燃焼装置９と共に、図１を参照して説明した形式の高温ガス過程並びに少なくとも一つの冷却ガス過程を含む熱力学的過程を包含するガスタービンを構成するタービン７を示す。このタービン７はタービン軸１０を介して圧縮機８を駆動する。圧縮機８は圧縮された空気から成る給気流を準備し、この給気流は給気管１１を介して燃焼装置９に到達し、そこで加熱され、煙道ガス流に変換され、この煙道ガス流は煙道ガス管１２を通ってタービン７に到達する。そこで煙道ガス流は入口範囲１３に流入し、最終的に完全に膨張した後に再び周囲へ放出される。
本発明の方法の説明に関連して、給気管１１および煙道ガス管１２はそれらが案内する給気流１１ないし煙道ガス流１２をも意味する。同様に以下に説明する冷却管１４、１５もそれらが案内する冷却ガス流１４ないし１５を意味する。なおこれと同じことは燃料を案内する燃料管１７ないし分岐管１８および燃料に対しても当てはまる。
煙道ガス流１２は非常に高温であるので、タービン７ないしその相応して負荷を受ける構造構成要素を冷却することができるようにしなければならない。このために給気流１１から第１の冷却管１４を介して、燃焼装置９に送られず冷却ガス流として多かれ少なかれ第２の冷却管１５を介して直接タービン７に導入される空気が抽気される。この冷却ガス流１４、１５が流れる冷却ガス過程を改良するために、燃料ポンプ１６および燃料管１７を介して燃焼装置９に導入される燃料の一部が分岐管１８および調整弁１９を介して分岐され、この部分燃料流は混合器２０に到達し、そこで第１の冷却管１４によって搬送される冷却空気と混合される。これによって得られ燃料を混合された冷却ガス流は第２の冷却管１５を通ってタービン７に到達し、即ち煙道ガス流１２に配合され、ここで部分燃料流は追加的な熱エネルギを発生しながら燃焼する。これによって冷却ガス流１４、１５の所望の追加的加熱が実現される。
調整弁１９が所定の目的のために調整ないし制御されることが非常に重要であり、そのために、調整弁１９を設定値２２に応じて制御する制御装置２１が設けられている。その設定値２２は計算であるいは経験的に求められた値であり、冷却ガス流内の所望の燃料濃度に対応している。即ち制御装置２１を、適当に配置されたセンサ例えばタービン７内の温度センサからの情報を評価し、それに応じて設定値２２を供給する制御回路に編入することもできる。調整弁１９と制御装置２１との組合せは煙道ガス流１２に配合される燃料１８のための配合器１９、２１を形成している。タービン７における冷却作用を改善し且つ配合された燃料１８の早期点火の蓋然性を減少させるために冷却ガス流１４、１５を冷却するために、第１の冷却管１４に冷却器３３が設けられている。
図３はタービン７の、膨張すべき煙道ガス流１２がまず到達する入口範囲１３を縦断面図で示している。煙道ガス流１２はタービン７を左から右に貫流する。これはまず第１の静翼２３に到達する。この静翼２３は同形の多数の静翼で環状の第１の静翼列を形成している。この第１の静翼列２３は図４における横断面図に部分的に示されている。図３において煙道ガス流は第１の静翼２３の後ろで多数の動翼２４から形成されている第１の動翼列２４に到達する。その動翼２４はタービン７の運転中に第１の静翼２３と異なり回転する。第１の動翼列の後ろに、第２の静翼から成る第２の静翼列２５並びに第２の動翼から成る第２の動翼列２６が配置されている。即ち各静翼列２３または２５は直ぐ後ろに続く動翼列２４ないし２６と共にそれぞれタービン段落を形成している。普通のガスタービンは特に四つのタービン段落を有し、一般に少なくとも入口範囲１３内に位置するタービン段落が冷却される。
動翼２４、２６はその翼脚２７が回転タービンロータ２８に係止され、即ちその翼脚２７は特に動翼２４、２６が運転中に受ける大きな遠心力を受け止めねばならない。
第１の静翼２３は、冷却ガス流の一部が内部冷却通路２９を通って静翼２３に導入されることにより冷却される。また第１の動翼２４を冷却するために内部冷却通路３０が設けられている。これらの冷却通路２９、３０から冷却ガス流が冷却ガス開口３１を通って煙道ガス流１２に到達する。
冷却通路２９はタービン７の固定タービンハウジング３２を通って案内するだけでよいので、燃料が混入された冷却ガス流１５は冷却通路２９に簡単に導入される。冷却通路３０は運転中に回転するタービンロータ２８を通って案内されねばならないので、タービンロータ２８に冷却ガス流１４が燃料なしに導入されると有利である。何故ならば、このようにして、燃料が固定タービン構成要素と回転タービン構成要素との間の移行部分を通って案内されねばならないことが避けられるからである。これは実際上、たいていの場合燃料を冷却通路２９の形の冷却通路を通して案内するだけで済むので、全く制限を意味するものではない。
図４については既に言及した。この図は第１の静翼２３で形成されている第１の静翼列２３を横断面で示している。従って図４は主に図３の説明について補充しているもので、第１の静翼２３をタービンハウジング３２に固定するための手段並びに冷却通路２９の詳細も示している。
上述した本発明は特に、所定のタービン構造構成要素を冷却するための必要性に基づいて一般的なガスタービンにおいて犠牲にされねばならない欠点が排除されることが優れている。これは本質的に、そのような冷却の枠内で進行しなければならない冷却ガス過程が、ガスタービンで行われる有効仕事を主に提供する高温ガス過程に適応させられることによって行われる。
【図１】
0003973688.tif 000002
【図２】
0003973688.tif 000003
【図３】
0003973688.tif 000004
【図４】
0003973688.tif 000005