(57)【要約】【課題】タービン内の加熱部品を冷却するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】１つの実施形態によると、タービンを冷却するためのシステムを提供しており、本システムは、冷却媒体液体を含むことができる１以上の液体源（１１６）を含むことができる。本システムはまた、１以上の液体源（１１６）と流体連通しておりかつ冷却媒体液体をタービンの高温ガス流路（２１６）内に配置された１以上の加熱タービン部品付近に噴霧化状態で送給するように作動できる１以上の液体ノズル（１１８）を含むことができる。噴霧化冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品付近に送給すると、該冷却媒体液体の少なくとも一部分が、実質的に気体に相変化する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１０２）の高温ガス流路（２１６）内の加熱部品を冷却するためのシステム（１００）であって、当該システムが、
冷却媒体液体を含む１以上の液体源（１１６）と、
前記１以上の液体源（１１６）と流体連通しておりかつ前記冷却媒体液体を前記タービンの高温ガス流路（２１６）内に配置された１以上の加熱タービン部品付近に噴霧化状態で送給するように作動できる１以上の液体ノズル（１１８）と
を含んでおり、前記噴霧化冷却媒体液体を前記１以上の加熱タービン部品付近に送給すると、該冷却媒体液体の少なくとも一部分が、実質的に気体に相変化する、システム。
【請求項２】
前記１以上の液体源（１１６）から前記冷却媒体液体を圧送する１以上のポンプをさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記１以上の液体源（１１６）と前記１以上の液体ノズル（１１８）とを結合するパイプシステム（１２２）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記パイプシステム（１２２）が、断熱材を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記冷却媒体液体が、水を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記１以上の加熱タービン部品が、タービンバケット（１０２）、タービンホイール、タービンノズル（１０４）又はタービンシュラウドの少なくとも１つを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記１以上の加熱タービン部品が、その中に内部空間（１２０）を形成した第１の側面（２１８Ａ）及び第２の側面（２１８Ｂ）を備えかつ該第１の側面（２１８Ａ）又は第２の側面（２１８Ｂ）の少なくとも１つを貫通して延びる複数のオリフィス（２０４）を備えたタービンバケット（１０２）を含み、
前記噴霧化冷却媒体液体を前記タービンバケット（１０２）付近に送給すると、前記気体の少なくとも一部が、前記内部空間（１２０）を通って流れかつ前記複数のオリフィス（２０４）の少なくとも一部分を通って該内部空間（１２０）から前記高温ガス流路（２１６）に流出する、
請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記冷却媒体液体の過剰量を前記高温ガス流路（２１６）からパージするパージングユニット（１２４）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
タービンの高温ガス流路（２１６）内の加熱部品を冷却する方法であって、
冷却媒体液体を含み、かつ前記タービンの高温ガス流路（２１６）内に配置された１以上の加熱タービン部品に隣接して配置した１以上の液体ノズル（１１８）と流体連通した１以上の液体源（１１６）を設けるステップ（３０２）と、
前記１以上の液体源（１１６）からの前記冷却媒体液体を噴霧化するステップ（３０４）と、
前記噴霧化冷却媒体液体を前記１以上の加熱タービン部品付近に送給するステップ（３０６）と、を含み、
前記噴霧化冷却媒体液体を前記１以上の加熱タービン部品付近に送給すると、該冷却媒体液体の少なくとも一部分が実質的に気体に相変化する、
方法。
【請求項１０】
前記冷却媒体液体を１以上のポンプによって前記１以上の液体源（１１６）から圧送するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンに関し、より具体的には、タービン内の加熱部品を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンのようなタービンでは、ノズル、タービン、バケット又はシュラウドのような一部の部品は、高温ガス流路内に配置され、かつ１以上の部品の融点よりも高い温度になる可能性がある高温ガスに曝される。一部の最新式発電用ガスタービンでは、高温ガスの温度は、最高１６００℃に達する可能性がある。従って、多くの場合において、高温ガス流路内に配置された部品は、タービンの運転時に冷却される。例示的な従来のシステムでは、ガスタービンの圧縮機から抽気した空気は、部品を冷却するように作用する。しかしながら、この空気は、既に多くの仕事つまりエネルギーを消費しており、かつガスタービンの燃焼チャンバをバイパスしている。この空気は次に、タービンバケット又はノズルのような部品に流入してそれらを冷却し、従ってそれら部品は高温ガス流路内で耐えることができる。その後、この空気は、高温ガス流路内に放出されて戻る。この空気は燃焼チャンバをバイパスするので、この空気は、如何なる燃料も燃焼させずまた付加的運動量を加えることはない。従って、この空気は、他のタービン段において有用な仕事をすることができない。その結果、ガスタービンの効率が低下する。
【０００３】
その他の例示的な従来のシステムでは、加熱部品は、圧縮機から取り出した空気ではなくて蒸気によって冷却することができる。蒸気は、蒸気タービンから抽出し、かつ高温ガス流路内に配置された加熱タービン部品内にパイプで送ることができる。蒸気は一般的に、より高い熱伝達係数を有し、従って高温ガス流路内のタービン部品からより多くの熱を吸収する。従って、蒸気冷却は、空気冷却法に勝る改善した冷却法をもたらすことができる。蒸気は、ガス流路から取り出しかつ蒸気タービンに再導入させることができる。従って、蒸気により高温ガス流路から引き出された熱エネルギーの幾らかは、蒸気タービンに回収して付加的な有用な仕事を行わせることができる。従って、例示的なケースでは、蒸気冷却式ガスタービンの効率は、空気冷却式ガスタービンよりも高くすることができる。
【０００４】
しかしながら、従来の蒸気冷却システムは、非常に複雑なものとなる可能性がある。例えば、蒸気は、固定パイプから取り出しかつ回転バケット内に送らなければならない。蒸気が非常に高い圧力で存在しかつどちらかと言えば蒸気システム内に漏洩を引き起こすことになるので、蒸気供給及び回収システムは、良好なシール状態に保たれなければならない。さらに、蒸気は移動した後に蒸気タービンに戻るので、蒸気システムはまた、シール状態にして純度を維持しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第３４４６４８１号明細書
【特許文献２】米国特許第３４４６４８２号明細書
【特許文献３】米国特許第４２８３８２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、タービン内の加熱部品を冷却するためのシステム及び方法に対する必要性が存在する。
【０００７】
本発明の実施形態は、上述した必要性の幾らか又は全てに対処することができる。本発明の実施形態は、総括的にはタービンエンジン内の加熱タービン部品を冷却するためのシステム及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの例示的な実施形態によると、タービンの高温ガス流路内の加熱部品を冷却するためのシステムを提供する。この例示的なシステムは、冷却媒体液体を含むことができる１以上の液体源を含むことができる。本システムはまた、１以上の液体源と流体連通しておりかつ冷却媒体液体をタービンの高温ガス流路内に配置された１以上の加熱タービン部品付近に噴霧化状態で送給するように作動できる１以上の液体ノズルを含むことができる。本例示的な実施形態によると、噴霧化冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品付近に送給すると、該冷却媒体液体の少なくとも一部分が、実質的に気体に相変化する。
【０００９】
本発明の別の例示的な実施形態によると、タービンの高温ガス流路内の加熱部品を冷却する方法を提供する。この例示的な方法は、冷却媒体液体を含み、かつタービンの高温ガス流路内に配置された１以上の加熱タービン部品に隣接して配置した１以上の液体ノズルと流体連通した１以上の液体源を設けるステップを含むことができる。本方法はさらに、１以上の液体源からの冷却媒体液体を噴霧化するステップと、噴霧化冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品付近に送給するステップとを含むことができる。本例示的な実施形態によると、噴霧化冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品付近に送給すると、該冷却媒体液体の少なくとも一部分が、実質的に気体に相変化する。
【００１０】
本発明のさらに別の例示的な実施形態によると、タービンを作動させる方法を提供する。この例示的な方法は、タービンを始動させるステップと、タービン速度を増加させて所定の負荷で作動させるステップと、冷却媒体液体を噴霧化させるステップとを含むことができる。本方法はさらに、タービン速度を増加させて所定の負荷で作動させるステップの後に、噴霧化冷却媒体液体をタービンの高温ガス流路内に配置された１以上の加熱タービン部品付近に送給して、該噴霧化冷却媒体液体を送給すると該冷却媒体液体の少なくとも一部分が実質的に気体に相変化するステップを含むことができる。本方法はさらに、タービン速度を低下させて所定の負荷以下で作動させるステップと、タービン速度を所定の負荷以下に低下させるステップの後に高温ガス流路から過剰液体をパージするステップとを含むことができる。
【００１１】
本発明のその他の実施形態及び態様は、以下の図面と共になした次の説明から明らかになるであろう。
【００１２】
以上のように、本発明の実施形態を総括的な表現で説明してきたが、次に、正確な尺度で描いていない添付図面を参照することにする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１つの実施形態による、加熱タービン部品を冷却するための例示的なシステムの機能ブロック図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、例示的な加熱タービン部品を示すタービンバケットの図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、加熱タービン部品を冷却する例示的な方法を示すフローチャート。
【図４】本発明の１つの実施形態による、タービンを作動させる例示的な方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、全てではないが幾つかの実施形態を示す添付図面を参照して、本発明の例示的な実施形態を下記においてより十分に説明する。実際に、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載した実施形態に限定されるものとして解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本発明が適用可能な法律上の要件を満たすことになるようにするために示している。全体にわたって、同じ符号は同様の要素を表わしている。
【００１５】
タービンを始動させること及びその速度を増加させることにより、該タービンの燃焼チャンバ内に燃焼が生じる。燃焼時には、発生する高温ガスの温度は、高温ガス流路内に設置された様々なタービン部品の融点を充分に超える可能性がある。従って、タービンの高温ガス流路内の加熱タービン部品を冷却するために、該加熱タービン部品に又はその近傍に冷却媒体液体を噴霧化しかつ送給することができる。液体から気体への相変化の間には、例えば水のような冷却媒体液体によって吸収されるエネルギーはより多くなるので、噴霧化冷却媒体液体を加熱タービン部品の位置に又はその近傍に供給することは、蒸気単独冷却式又は空気単独冷却式タービンにおけるよりも部品をより効率的に冷却する。さらに、空気内に冷却媒体液体を混合することはさらに、空気及び気体混合物が加熱タービン部品に送給される前に、該空気に対する冷却メカニズムとして作用する。
【００１６】
図１は、本発明の１つの実施形態による、加熱タービン部品を冷却するための例示的なシステム１００の機能ブロック図である。例示的な実施形態では、加熱タービン部品は、第１段タービンバケット１０２のようなタービンバケット１０２とすることができる。しかしながら、タービンホイール、タービンノズル、タービンシュラウド又はそれらの組合せのようなその他のタービン部品もまた、本明細書で説明するシステム及び方法によって冷却することができることを理解されたい。ガスタービンでは、高温ガスが燃焼チャンバ内部で生成されて、約１０００℃〜約１６００℃の範囲にある高温ガス温度を生じる。燃焼チャンバから流出した後に、高温ガスは最初に、ガスタービンの第１段タービンノズル１０４を通って流れることができ、このノズル１０４は、タービンバケット１０２のような加熱タービン部品と連通している。説明の目的上、図１には１つの第１段タービンノズル１０４だけを示しており、またその他の例示的なタービンは、多数のノズル、バケットなどを含むことができることを理解されたい。従って、タービンノズル１０４及びタービンバケット１０２、或いはその他のタービン部品は、非常に高い温度の高温ガスに曝される。その結果、これらのタービン部品は、その部品材料の溶融温度を大きく超えた温度を受ける可能性がある。
【００１７】
タービンバケット１０２を冷却するために、空気は、ガスタービンの圧縮機１０６から送給される。この空気は最初に、タービンノズル１０４の内部空間１０８を通って流れることができる。タービンノズル１０４から流出した後に、空気は、インデューサ１１０を通って流れ、インデューサ１１０はさらに、タービンバケット１０２の根元１１２付近に空気を放出する。根元１１２は、タービンバケット１０２の最も半径方向内側部分である。根元１１２は通常、タービンバケット１０２をタービンホイールに取付けることができるように機械加工された取付け形状部（図２に示すような）を有している。さらに、インデューサ１１０は、空気が根元１１２を通してタービンバケット１０２に流入するように配向されかつ流れるように空気を放出する。図１はまた、タービンノズル１０４を通して冷却媒体液体を流す管１１４を示している。例示的な実施形態では、冷却媒体液体は、液体源１１６から引き出される。１つの例示的な実施形態では、冷却媒体液体は実質的に水とすることができるが、その他の実施形態では、液体源１１６は、水以外の冷却媒体液体を送給することができることを理解されたい。管１１４を通って流れた後に、冷却媒体液体は液体ノズル１１８を通って流れる。液体ノズル１１８は、冷却媒体液体を加熱タービン部品に又はその付近に送給する。例えば、図１に示すように、液体ノズルは、冷却媒体液体をタービンバケット１０２の根元１１２付近に送給することができる。その他の例示的な実施形態では、液体ノズル１１８は、冷却媒体液体を、例えばタービンホイール、タービンノズル、タービンシュラウド又はそれらの組合せのようなその他のタービン部品に送給することができる。
【００１８】
様々な例示的な実施形態では、液体ノズル１１８は、タービンホイールの内側又はタービンシュラウドの外側に設置することができる。液体ノズル１１８の位置により、冷却媒体液体を加熱タービン部品１０２の位置に又はその近傍に放出するための位置が決まる。様々な例示的な実施形態では、液体ノズル１１８は、インジェクタ式のもの、ベンチュリ式のもの又は同様のものとすることができる。
【００１９】
液体ノズル１１８から送給された冷却媒体液体が、タービンバケット１０２のような加熱タービン部品と直接接触した場合には、冷却媒体液体は、該冷却媒体液体が接触した局所ゾーンにおいてその温度の大幅な低下を引き起こす可能性がある。このことは、部品の材料内に大きな温度勾配を生じさせる可能性があり、場合によっては加熱部品の材料内に大きな応力勾配を生じさせて、冷却媒体液体が接触する箇所に割れ発生を生じさせるおそれがあるようになる。そのような加熱タービン部品に対する損傷を回避するために、１つの例示的な実施形態では、冷却媒体液体を噴霧化状態で空気内に放出しかつ空気と混合した時及び高温に曝した時に該冷却媒体液体の少なくとも一部分を液体から気体に相変化させる。気体への相変化により、加熱部品上の箇所に液体状態で冷却媒体液体が直接接触することが回避される。
【００２０】
幾つかの場合には、液体源１１６から流出した冷却媒体液体は、圧縮機１０６から流出した空気の圧力よりも低い圧力である場合がある。そのような場合には、冷却媒体液体は、噴霧化状態で空気内に放出することができず、従って空気媒体内に均一に分布させることができない。従って、冷却媒体液体は、該液体を空気媒体内に放出する前に加圧することができる。従って、１つの例示的な実施形態では、加圧ポンプを利用して冷却媒体液体を加圧して、冷却媒体液体を実質的に噴霧化状態で空気媒体に向けて流出させかつ加熱タービン部品の位置において又はその近傍で空気媒体内に均一に分布させることができるようにすることができる。例えば、冷却媒体液体は、約２．８×１０６Ｎ／ｍ２（４００ｐｓｉ）又はそれより高い圧力に加圧することができる。
【００２１】
空気をタービンバケット１０２のような加熱タービン部品付近に導入する前に冷却媒体液体を該空気と混合することによりさらに、冷却媒体液体の気化潜熱が冷却媒体液体並びに気体状態の該冷却媒体液体及び空気の比熱と比較して極めて大きいので、加熱タービン部品の冷却を一層良好にすることができる。例えば、冷却媒体液体が水である場合には、水の気化潜熱、水の比熱、及び蒸気の比熱は、それぞれ約２．２６×１０２Ｊ／ｋｇ、４．１８４Ｊ／ｋｇ−℃、及び２Ｊ／ｋｇ−℃である。従って、蒸気冷却式タービンでは、蒸気の各キログラムにおける約１℃の上昇で２Ｊの熱を吸収することができ、また水冷式タービンでは、水の各キログラムにおける約１℃の上昇で４．１８４Ｊの熱を吸収することができる。しかしながら、水が蒸気に転換されるシステム１００のようなシステムでは、蒸気への転換時に水の各キログラムによって２．２６×１０２Ｊの熱を吸収することができる。さらに、このことは、ほぼ水の沸点である一定の温度で生じる。水は、そのほぼ全部が蒸気に転換されるまで、２．２６×１０２Ｊ／ｋｇ−℃の熱を吸収する。このことは、冷却媒体液体に対して大きな熱抽出能力を与える。さらに、冷却媒体液体を空気内に混合させること及びその結果として起こる気体への転換は、空気及び気体混合物がタービンバケット１０２のような加熱タービン部品付近に送給される前に、空気の冷却メカニズムとして作用する。１以上のタービンバケット１０２を冷却するこの例示的な実施形態では、冷却媒体液体が気体状媒体に相変化すると、気体及び空気混合物は、根元１１２を通してタービンバケット１０２の内部空間１２０に流入することができる。
【００２２】
１つの例示的な実施形態では、液体源１１６を液体ノズル１１８に結合しかつ液体源１１６及び液体ノズル１１８からの冷却媒体液体の適切な送給を保証するパイプシステム１２２を任意選択的に設けることができる。さらに、このパイプシステム１２２は、冷却媒体液体の相が気体状態に変化するほどその温度が著しく高い環境内に位置する可能性がある。そのことにより、冷却媒体液体は、加熱タービン部品１０２のために良好に保有している熱抽出能力の一部を喪失することになる。冷却媒体液体の気体への相変化を回避するために、パイプシステム１２２はその周囲から断熱することができる。さらに、パイプシステム１２２は、冷却媒体液体の腐食作用のために腐食する可能性がある。従って、１つの例示的な実施形態では、パイプシステム１２２には、耐食性被覆を設けることができる。
【００２３】
システム１００の作動時における幾つかの状況において、ガスタービンの速度が低下して、ガスタービンが最早所定の負荷で作動しないようになる。ガスタービンは、ガス相に転換されない過剰な冷却媒体液体を高温ガス流路からパージすることを必要とする可能性がある。従って、１つの例示的な実施形態では、ガスタービン内にパージングユニット１２４が任意選択的に設けられる。しかしながら、例示的なガスタービンは一般的に、ガスタービン内部から未燃焼燃料を排出するためのドレンシステムを含むことができる。従って、１つの例示的な実施形態では、燃料ドレンシステムは、流路内に残存する過剰な冷却媒体液体をパージするパージングユニット１２４として拡張することができる。
【００２４】
図２は、本発明の１つの実施形態による、タービンの高温ガス流路２１６内の１以上の加熱タービン部品の実施例を示す例示的なタービンバケット２０２の図である。タービンバケット２０２は、該タービンバケット２０２の対向する壁でありかつ該タービンバケット２０２内に内部空間２０８を形成した第１の側面２１８Ａ及び第２の側面２１８Ｂを有する。タービンバケット２０２は、複数のオリフィス２０４とバケットプラットフォーム２０６とを含むことができる。オリフィス２０４は、タービンバケット２０２の第１の側面２１８Ａ及び第２の側面２１８Ｂを貫通して延びる。冷却媒体液体及び空気の混合物２１０は、タービンバケット２０２の根元２１２の位置に又はその近傍に送給し、この根元２１２の箇所において、バケットプラットフォーム２０６を通して混合物２１０をタービンバケット２０２に流入させることができる。混合物２１０はさらに、内部空間２０８を通って流れる。空気は既に、約７５０℃の高温になっておりかつ冷却媒体液体は空気全体にわたって噴霧化状態で均一に分布しているので、冷却媒体液体は、空気から熱を吸収しかつ実質的に気体相に変化する。混合物２１０の冷却媒体液体は気体に転換されるので、気体状混合物２１４が形成される。この気体状混合物２１４は次に、少なくともその一部がオリフィス２０４から高温ガス流路２１６内に流出することができる。
【００２５】
タービンバケット２０２は単に説明の目的上で示しているに過ぎないこと及び高温ガス流路２１６内のその他の加熱タービン部品も本明細書に説明した方法と同様の方法で冷却することができることを理解されたい。様々な異なる例示的な実施形態では、加熱タービン部品は、それに限定されないが、タービンノズル、タービンバケット、タービンホイール又はそれらの組合せとすることができる。
【００２６】
図３は、それによって本発明の１つの実施形態を作動させることができる例示的な方法を示している。提示したフローチャート３００は、本発明の１つの実施形態による、タービンの高温ガス流路内の加熱タービン部品を冷却する例示的な方法を示している。
【００２７】
この例示的な方法は、ブロック３０２で開始する。ブロック３０２において、冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品に、又はその付近に、又はその近傍に供給する１以上の液体源が、設けられる。様々な異なる例示的な実施形態では、加熱タービン部品は、それに限定されないが、タービンノズル、タービンバケット、タービンホイール、タービンシュラウド又はそれらの組合せとすることができる。１つの例示的な実施形態では、冷却媒体液体は、水とすることができるが、その他の冷却媒体も供給することができる。液体源は、１以上の加熱タービン部品に隣接して又はその近傍に配置された１以上の液体ノズルと流体連通している。従って、１以上の液体ノズルは、冷却媒体液体を液体源から１以上の加熱タービン部品に又はその近傍に供給するように作動できる。１以上の液体ノズルつまりノズルは、インジェクタ式のもの、ベンチュリ式のもの、又は同様のものとすることができる。
【００２８】
１つの実施例では、液体源から液体ノズルまでのパイプシステムは、それらの間に流体連通をもたらすことができる。例示的な実施形態では、パイプシステムは、例えばタービン作動時などに著しく高い温度を受ける可能性があり、それにより、冷却媒体液体がパイプシステム内で少なくともその一部が相変化を生じる可能性がある。従って、１つの例示的な実施形態では、本方法はさらに、パイプシステムを熱絶縁してその周囲から該パイプシステムの内部の冷却媒体液体への熱伝達を回避するステップを含むことができる。
【００２９】
ブロック３０４がブロック３０２に続き、ブロック３０４では、液体源からの冷却媒体液体が、実質的に噴霧化される。液体ノズルは、冷却媒体液体を実質的に噴霧化するように作動可能とすることができる。さらに、他の例示的な実施形態では、タービンは、液体源から受けた冷却媒体液体を加圧しかつさらに冷却媒体液体の噴霧化に役立つ加圧ポンプを含むことができる。
【００３０】
ブロック３０６がブロック３０４に続き、ブロック３０６では、液体ノズルが、噴霧化冷却媒体液体を１以上の加熱タービン部品付近で又はその近傍で空気に送給する。圧縮機から供給された空気に対して噴霧化冷却媒体液体をほぼ均一に送給することにより、該空気と混合した冷却媒体液体が、高温ガス流路内のより高い温度に曝された時に実質的に気体に相変化することが可能になる。
【００３１】
１つの例示的な実施形態では、本方法は、タービンの速度が所定の負荷以下に低下した場合に高温ガス流路から冷却媒体液体を排除するパージングユニットを設けるステップを含むことができる。１つの実施例では、高温ガス流路から冷却媒体をパージングすることは、タービンの次の始動の前に行うことができる。別の実施例では、冷却媒体流体は、タービンの運転停止時にパージすることができる。
【００３２】
図４は、それによって本発明の１つの実施形態を作動させることができる別の例示的な方法を示している。提示したフローチャート４００は、本発明の１つの実施形態による、タービンを作動させる例示的な方法を示している。
【００３３】
この例示的な方法は、ブロック４０２で開始する。ブロック４０２において、タービンは始動する。ブロック４０４がブロック４０２に続き、ブロック４０４では、タービンの速度を増加させて、該タービンを所定の負荷で作動させるようにする。ガスタービンを始動させかつ該ガスタービンの速度を増加させることにより、ガスタービンの燃焼チャンバ内に燃焼プロセスが生じる。例示的な実施形態では、発生する高温ガスの温度は、高温ガス流路内に設置された様々なタービン部品の融点を充分に超える可能性がある。
【００３４】
ブロック４０６がブロック４０４に続き、ブロック４０６では、液体源から受けた冷却媒体液体が噴霧化され、これを用いて、タービンの高温ガス流路内の１以上の加熱タービン部品を冷却することができる。１つの例示的な方法では、液体源と流体連通した液体ノズルは、冷却媒体液体を実質的に噴霧化する。例示的な実施形態では、冷却媒体液体は水とすることができるが、その他の冷却媒体も供給することができる。
【００３５】
ブロック４０８がブロック４０６に続き、ブロック４０８では、噴霧化冷却媒体液体が、１以上の加熱タービン部品付近に又はその近傍に送給される。この例示的な方法では、冷却媒体液体が該冷却媒体液体の沸点よりも高い温度を有する高温ガス流路内の空気に噴霧化状態で送給されるので、冷却媒体液体の少なくとも一部分は、相変化を生じかつ気体相に転換される。例示的な実施形態では、１以上の加熱タービン部品は、タービンバケット、タービンノズル、タービンホイール、タービンシュラウド又は同様のものを含むことができる。
【００３６】
ブロック４１０がブロック４０８に続き、ブロック４１０では、タービンの速度が低下して、タービンが減速時又は運転停止時のような所定の負荷以下で作動するようになる。負荷の減少又はタービンの作動の瞬間的停止の間に冷却媒体液体の一部が相変化を生じることがないようにすることを可能にすることができる。タービン内に液体を残留させることは、タービン部品の腐食を生じさせる可能性があり、また最終的には高応力要因によりタービン部品内に割れ発生を引き起こす可能性がある。従って、ブロック４１２がブロック４１０に続き、ブロック４１２では、そのような冷却媒体液体の過剰量が、高温ガス流路からパージされる。１つの実施例では、高温ガス流路からの冷却媒体液体のパージは、タービンの次の始動の前に行うことができる。別の実施例では、冷却媒体液体は、タービンの運転停止時にパージすることができる。
【００３７】
様々なタービンでは、圧縮機段の間において重要な仕事を行う空気の結果として、高温ガス流路内への空気の導入によりタービン効率は影響を受ける可能性がある。上述したような冷却媒体液体を空気内に導入することは、冷却効率を高め、従って加熱タービン部品を冷却するために使用する空気の量を減少させるのに役立つ。
【００３８】
前述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するものとして、これらの説明が関係する本明細書に記載した例示的な説明の多くの変更及びその他の実施形態に思い至るであろう。従って、本発明は、多くの形態で具現化することができ、また上述した例示的な実施形態に限定されるべきではないことが分かるであろう。それ故に、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるべきものではないこと、並びに変更及びその他の実施形態は、特許請求の範囲の技術的範囲内に含まれることになることを意図していることを理解されたい。本明細書では特定の用語を用いているが、それら用語は、限定の目的としてではなく、単に一般的かつ説明的な意味として使用している。
【符号の説明】
【００３９】
１０２  タービンバケット
１０４  タービンノズル
１０６  圧縮機
１０８  内部空間（タービンノズル内の）
１１０  インデューサ
１１２  根元
１１４  管
１１６  液体源
１１８  液体ノズル
１２０  内部空間（タービンバケット内の）
１２２  パイプシステム
１２４  パージングユニット
２０２  タービンバケット
２０４  オリフィス
２０６  バケットプラットフォーム
２０８  内部空間
２１０  混合物
２１２  根元
２１４  気体状混合物
２１６  高温ガス流路
２１８Ａ  第１の側面
２１８Ｂ  第２の側面
３００  方法
３０２  ブロック
３０４  ブロック
３０６  ブロック
４００  方法
４０２  ブロック
４０４  ブロック
４０６  ブロック
４０８  ブロック
４１０  ブロック
４１２  ブロック
【図１】
2009281383.tif 000003
【図２】
2009281383.tif 000004
【図３】
2009281383.tif 000005
【図４】
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