JP2588415Y2 - ガスタービン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は静止側リングと動翼とのチップクリアランス
を調整するガスタービンに関する。

〔従来の技術〕

ガスタービンにおいては、燃焼器からの燃焼ガスは高
温なので、タービン部の動翼、とりわけ、燃焼ガス入口
に近い高温段側の動翼は、高温ガス雰囲気に耐える為
に、中空で冷却通路を持つ複雑な精密鋳造品となる。そ
して、動翼が複雑な構造を持つために、動翼頂部にシュ
ラウドを設けることが不可能となる場合がほとんどであ
り、シュラウドがないということは、即ち動翼頂部とそ
の外側のリング（静止側リングなど）との間に間隙いわ
ゆるチップクリアランスを有することとなる。そして、
ガスタービン作動時には、高温の燃焼ガスによって、前
記リングが加熱され膨張し、結果としてチップクリアラ
ンスが増大し、その結果増大したチップクリアランス部
に作動流体が流れ込み、ガスタービンの効率、性能が低
下するという問題が生じる。

そこで、従来から前述のようにチップクリアランスが
増大して性能低下を起こさないために、第２図、第３図
に示されたようなチップクリアランスの増大を防止する
チップクリアランス調整装置を有するガスタービンが用
いられてきた。

第２図（ａ）及び（ｂ）は静止側リングを分割構造と
したガスタービンである。高温の燃焼ガスに接する静止
側リングは全周にわたり複数のセグメント107に分割さ
れ、かつセグメント107は、セグメント107の外側に位置
するコールドリング110によって外側方向へ動かないよ
うに拘束されている為に、セグメント107が高温の燃焼
ガスにさらされ加熱、膨張してもセグメント107の熱膨
張は各セグメント107の間隙108に円周方向の伸びとして
吸収される。つまり静止リングであるセグメントの内径
109は、コールドリング110で設定される初期値以上には
大きくならず、チップクリアランスが適切に保たれる構
造のガスタービンとなっている。

また、第３図は、静止リングを外側から空気冷却する
ガスタービンである。高温の燃焼ガスにさらされる静止
側リング102を外側から、タービン圧縮機等より抽出し
冷却器111を通した圧縮空気を環状に配置した空気噴射
孔103より吹き付けて、冷却している。このように静止
側リング102を冷却することにより、熱膨張を抑制し、
静止側リング102の内径が大きくなりすぎないようにチ
ップクリアランスを調整するガスタービンである。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、第２図に示したようなセグメントが分
割されたガスタービンではセグメント107の分割に際し
て、セグメント間隙108やコールドリング110など、セグ
メント107の支持方法が複雑となり、加工・組立が難し
くなる。

一方、第３図に示したような静止側リングを空気で冷
却するガスタービンでは本来出力を発生させるべき作動
流体を抽気し、その抽気を冷却空気として用いる為に、
抽気した分だけガスタービンの性能が低下する欠点を有
する。

そこで、本考案は構造が複雑になることを避け、か
つ、ガスタービンの性能を低下させることなく静止側リ
ングを冷却しチップクリアランスを調整するガスタービ
ンを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

燃焼器で燃焼させた高温ガスでタービンを作動させる
ガスタービンにおいて、静止側リング外側に設けられた
水蒸気導入部と前記水蒸気導入部に前記静止側リングに
向けて穿設された噴射孔と、前記水蒸気導入部が位置す
る前記静止側リング外周空間部と前記燃焼器とを連通す
る通路部とを備えることを特徴とするガスタービンであ
り、水蒸気によって静止側リングを冷却し、さらにその
水蒸気の全量を燃焼器に導くように構成している。

〔作用〕

水蒸気導入部に設けられた噴射孔より噴射させられる
水蒸気の圧力は、ガスタービン燃焼器へ入る燃焼用圧縮
空気の圧力より高い圧力に容易にすることが可能で、な
おかつ、このような圧力下でも水蒸気の温度はガスター
ビンの作動流体である燃焼ガスの温度に比べ十分低くな
る。そこで、本考案では噴射孔を静止側リングへ向けて
設け、噴射孔からこの水蒸気を静止側リングに吹き付け
ることにより静止側リングを冷却し熱膨張を抑制する。
そして、静止側リングを冷却した水蒸気はその全量が燃
焼器へ連通する通路部を通って燃焼器に送り込まれ、燃
焼器内部での局所的な高温化を防ぐとともに水蒸気自身
も加熱され作動流体の一部となって燃焼ガスと共にター
ビン部に向いタービンを作動させる。

〔実施例〕

第１図に示した本考案の実施例に係るガスタービンの
断面図を用いて、本考案の実施例を説明する。

ガスタービンは、その熱効率を向上させる為に排熱回
収ボイラ等を組み合わせて、ガスタービンで直接発電す
るとともに水蒸気を製造する、いわゆるコジネレーショ
ンプラントが増えている。また燃焼ガスのNOx等の発生
を抑制する為に、燃焼器内に水蒸気を吹込むことが行な
われるようになっている。そしてこのガスタービンは大
きく分けて圧縮機部７と燃焼器５とタービン部６及び燃
料供給系等の周辺機器（図示せず）から構成され、更に
タービン部６の後流側に排熱回収ボイラ（図示せず）が
設置される。静止側リング２の外側に設置された水蒸気
導入部10は、排熱回収ボイラ（図示せず）の水蒸気供給
源とパイプなどで接続されており、そのパイプの中間に
は流量調節弁４が取付けられている。そして、前記水蒸
気導入部10の静止側リング２に面した場所に水蒸気を噴
射する噴射孔３が設けられている。また、静止側リング
２外側の水蒸気導入部のある場所から燃焼器５へ向け
て、通路８が構成されている。

ガスタービン作動時はタービンの作動流体である燃焼
ガスによって静止側リング２は絶えず加熱されている。
そこで排熱回収ボイラで製造した水蒸気を流量調節弁４
を経て水蒸気導入部10へ送り込み噴射孔３より静止側リ
ング２外側へ向けて吹き付ける。噴射する水蒸気の量は
前記流量調節弁４によって調節することによりどのよう
な運転条件下でも最適なチップクリアランスを維持する
ことを可能としている。

噴射孔３より噴射され静止側リング２を冷却した水蒸
気は、通路８を矢印Ａのように流れ、圧縮機部７から送
られてくる燃焼用圧縮空気とともに燃焼器５に送り込ま
れる。送り込まれた水蒸気は燃焼器５内の局所的高温域
の発生を抑制し、燃焼ガスを清浄化する。さらに水蒸気
は清浄化機能だけでなく、水蒸気自身も燃焼器内で加熱
され、作動流体である燃焼ガスと同じ温度の加熱水蒸気
となってタービン部６へ矢印Ｂのように流入する。ター
ビンに流入した水蒸気は作動流体と混合したまま膨張し
てタービン出力となるため、タービンの出力は本来の出
力より増大し、エンジンの性能を向上させる。さらに、
タービンを出た排ガスは排ガスボイラに導かれ蒸気を発
生させる。

また、静止側リング２は一体リング構造であり、その
構造は極めて簡単である。

以上のように本実施例では、静止側リング２の構造を
複雑化させることなく、水蒸気冷却によってチップクリ
アランスの調整が可能であり、かつその冷却に使用した
水蒸気は燃焼器５に送るので、チップクリアランスが増
大して、作動流体の漏れが多くなってタービンの性能が
低下することなく、また冷却に使用した水蒸気が燃焼温
度の局所高温化を押えるとともに水蒸気そのものも加熱
されて作動流体となるので、水蒸気が冷却の為だけに無
駄に使われることもないので、ガスタービンの効率、性
能、信頼性が向上する。

〔考案の効果〕

以上に説明したように、本考案によると水蒸気によっ
て静止側リングを冷却することにより、静止側リングの
構造を複雑にすることなくチップクリアランスを調整す
ることができる。また、冷却に使用した水蒸気のすべて
を燃焼器に導入し、燃焼器内の局所的な高温化を防ぐと
共に、水蒸気自身も加熱され、作動流体の一部としてタ
ービンを駆動するので、チップクリアランスの増大を防
ぎ、作動流体をより有効にタービン駆動に使用できる。
更にまた静止側リングに向けて噴射された水蒸気も無駄
になることがなく、ガスタービンの効率、性能、信頼性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の実施例に係るエンジンの断面図、第
２図（ａ）は従来の静止側を分割構造としたチップクリ
アランス調整方法を示す断面図、第２図（ｂ）は第２図
Ａ−Ａ方向の矢視図、第３図は従来の冷却抽気空気構造
としたチップクリアランス調整方法を示す断面図であ
る。 １…動翼、２…静止側リング、３…噴射孔、４…流量調
節弁、８…通路部、10…水蒸気導入部。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼器で燃焼させた高温ガスでタービンを
   作動させるガスタービンにおいて、静止側リング外側に
   設けられた水蒸気導入部と前記水蒸気導入部に前記静止
   側リングに向けて穿設された噴射孔と、前記水蒸気導入
   部が位置する前記静止側リング外周空間部と前記燃焼器
   とを連通する通路部とを備え、静止側リングを冷却した
   水蒸気の全量を燃焼器に導くことを特徴とするガスター
   ビン。