KR20130021475A - 가스 터빈 및 그 운전 방법 - Google Patents

Abstract

가스 터빈 기동시에 있어서의 ACC 시스템의 신속한 운전 제어에 의해 가스 터빈 기동의 고속화를 달성할 수 있고, 터빈 정지계 부품의 냉각 효율을 향상시키고, 가스 터빈 정지시에 있어서, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 신속하게 실시할 수 있는 가스 터빈을 제공한다. 압축기 (11) 의 토출측으로부터 분기된 분기 유로 (42) 에 접속되고, 공기를 도입하여 승압하는 압축기 (11) 로부터 독립된 운전이 가능한 승압 장치 (40) 와, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기를 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성된 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로 공급 유로 (43) 와, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과한 압축 공기를 압축기 (11) 의 토출측에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 구비하고, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서 승압 장치 (40) 를 운전하고, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내에 압축 공기를 흐르게 하여 승온·냉각시킨다. 가스 터빈 정지시에는 승압 장치 (40) 를 운전하고, 터빈 (13) 내에 잔류하는 고온 가스를 배출한다.

Description

가스 터빈 및 그 운전 방법{GAS TURBINE AND OPERATING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 가스 터빈 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 특히, 가스 터빈 기동시에 있어서의 액티브 클리어런스 컨트롤 (Active Clearance Control ; ACC) 시스템 및 가스 터빈 정지시에 있어서의 캣 백 방지에 관한 것이다.

일반적인 가스 터빈은, 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있고, 공기 도입구로부터 도입된 공기가 압축기에 의해 압축되어 고온·고압의 압축 공기가 된다. 이 압축 공기는 연소기에 공급되고, 연소기 내에서는, 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스는, 압축기에 접속된 터빈을 구동하므로, 예를 들어 가스 터빈의 출력축측에 발전기를 연결하면, 가스 터빈에 의해 발전기를 구동하여 발전을 실시할 수 있다.

이와 같은 가스 터빈에 있어서는, 액티브 클리어런스 컨트롤 (이하, ACC 라고 한다) 시스템에 의해, 운전 상태에 따라 변화되는 온도나 원심력의 영향을 받아 변동하는 팁 클리어런스를 최소로 제어하고, 회전부/정지부 사이의 간섭 방지 및 운전의 고효율화를 도모하고 있다.

일반적으로, 팁 클리어런스를 제어하지 않는 가스 터빈에 있어서는, 팁 클리어런스가 최소가 되는 위치는 정격 운전시는 아니고 기동시가 된다. 그래서, ACC 시스템에서는, 가스 터빈을 기동하기 전의 단계에서 팁 클리어런스에 영향을 미치는 정지계 부품을 따뜻하게 함으로써, 팁 클리어런스가 최소가 되는 운전 상태를 정격 운전시로 설정한다. 즉, ACC 시스템은, 도 12a 내지 도 12D 에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈을 기동하기 전에 터빈 정지부를 따뜻하게 하여 클리어런스를 미리 확대시켜 두고, 정격 운전시에는 터빈 정지부의 온도를 조정함으로써, 정격 운전시에 최소의 클리어런스를 실현하여 운전 효율을 확보하는 수법이다.

그런데, 상기 서술한 ACC 시스템에 의한 가스 터빈의 운전은, 하기의 5 개의 상태로 크게 나눌 수 있다.

(1) 기동 직전

ACC 시스템을 실시하기 위해, 터빈 정익측의 정지계 부품에 온도 조정 매체 (가열 매체) 를 흐르게 하여 따뜻하게 하고, 신장을 크게 하여 날개 고리 등의 정지부와 회전부인 동익 사이에 있는 클리어런스를 확대시킨다.

(2) 기동중 (부하를 높이고 있는 도중)

기동중에 클리어런스가 없어지지 않도록 (정지부와 회전부가 접촉하지 않도록), 기동 직전과 동일하게 정지계 부품을 계속 따뜻하게 한다.

(3) 정격 운전시

정지계 부품을 흐르는 온도 조정 매체 (가열 매체) 의 상태 (온도 등) 를 바꿈으로써, 정지부와 회전부 사이의 클리어런스를 최소로 한다.

(4) 정지중 (부하를 낮추고 있는 도중)

정지시에 클리어런스가 없어지지 않도록 (정지부와 회전부가 접촉하지 않도록), 기동 직전과 동일하게 정지계 부품을 계속 따뜻하게 한다.

(5) 정지시

캣 백을 방지하기 위해, 가스 터빈 내부에 남은 고온의 가스를 가스 터빈 외부로 배출한다. 또, 캣 백을 방지하기 위해, 정지계 부품에 온도 조정 매체 (가열 매체) 를 흐르게 하여 가스 터빈 내부에 남은 가스의 분포를 없앤다.

상기 서술한 ACC 시스템에 있어서, 가스 터빈의 클리어런스 제어 방법은 하기의 3 개로 분류된다.

(1) 터빈 날개 내부에 흐르게 하는 냉각 매체의 상태를 변화시켜 제어하는 방법

터빈 내부를 흐르는 냉각 매체의 온도에 대해, 냉각 매체의 냉각 방법을 변경하거나 (예를 들어 무냉각으로부터 공기 냉각이나 증기 냉각으로 한다) 하여 변화시키고, 터빈 날개 자체의 신장량을 변화시켜 클리어런스를 조정하는 제어 방법이고, 냉각 매체의 냉각 방법을 바꾸는 기구가 필요하게 된다.

(2) 정지계 부품을 증기 또는 공기로 온도 조정하여 제어하는 방법

배기 가스 보일러에서 발생한 증기 등을 밸브 등으로 조정한 후, 정지계 부품에 흐르게 하여 클리어런스를 제어하는 방식이며, 일반적으로 공기를 사용하는 경우, 회수하지 않고 가스 패스측으로 버리게 되므로, 사이클 효율이 감소한다.

또, 증기를 사용하는 경우, 심플 사이클에서는 운전할 수 없고, 보일러 난기가 필요하게 되기 때문에 기동 시간이 길다. 또한, 증기를 사용하는 경우에는, 기동을 위한 보조 보일러, 배기 가스 보일러로부터의 증기 배관 등 부대 설비가 필요하게 된다.

(3) 기계적인 기구에 의해 날개 또는 케이싱을 움직여 제어하는 방법

액추에이터와 같은 기계적인 기구를 형성하고, 날개나 케이싱을 움직임으로써 클리어런스를 조정하는 제어 방법이다.

상기 서술한 ACC 시스템에 관한 종래 기술로는, 압축 공기를 추기하고, 유량 조정 밸브를 거친 후에 정지계 부품의 분할 고리를 냉각시키는 것이 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또, 증기 터빈에서 사용하는 증기의 일부를 꺼내고, 밸브로 조정한 후에 분할 고리를 냉각시켜 증기 터빈 계통에 되돌리는 것이 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

이와 같이, ACC 시스템에 의해 가스 터빈을 정지시키는 경우, 캣 백의 문제가 지적되고 있다. 이 캣 백은, 가스 터빈 정지시에 있어서, 온도차에 따라 가스 터빈이 휘는 현상을 말한다. 즉, 운전시에는 가스 터빈 내부가 고온으로 되어 있기 때문에, 정지 후에도 가스 터빈 내부에 온도성층이 발생하므로, 가스 터빈 상부 (고온) 와 가스 터빈 하부 (저온) 사이에는 온도차가 형성된다. 이 결과, 가스 터빈의 상부와 하부 사이에서는 신장량에 차이를 일으키므로, 가스 터빈 전체가 새우등과 같이 휘게 된다.

이와 같은 캣 백을 방지하는 종래 기술로는, 상하의 온도차를 작게 하기 위해, 차실 케이싱의 상부에 노즐을 형성하고, 차실 내벽면의 상부를 향하여 냉각용 공기를 흐르게 하는 것이 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조).

또, 차실 하부부와 차실 상부에 개구부를 형성하고, 펌프를 이용하여 차실 내를 공기 순환시키는 것이 있다 (예를 들어, 특허문헌 4 참조).

[선행기술문헌]

[특허문헌]

(특허문헌 1) 일본 공개특허공보 평6-317184호

(특허문헌 2) 일본 공개특허공보 2001-248406호

(특허문헌 3) 일본 공개특허공보 2005-171455호

(특허문헌 4) 일본 공개특허공보 2002-371806호

그런데, 상기 서술한 가스 터빈에 있어서는, 설비의 운전 효율 향상 등의 관점에서, 가스 터빈 기동의 고속화가 요구되고 있다. 이 때문에, 가스 터빈 기동시에 있어서의 ACC 시스템에 대해서도, 정지계 부품을 원하는 온도까지 신속하게 따뜻하게 하여 신장시키고, 정지부와 회전부 사이에 형성되는 클리어런스를 최적값까지 확대시켜 가스 터빈 기동의 고속화를 달성하는 것이 요구된다. 이 경우, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다.

또, 상기 서술한 가스 터빈에 있어서는, 정격 운전시에 있어서의 터빈 정지계 부품의 냉각 효율 향상이 요구되고 있다. 이 경우, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다.

나아가서는, 예를 들어 발전기를 구동하는 가스 터빈은, 주간 및 야간의 전력 수요 변동에 대응하기 위해, DSS (Daily Start and Stop) 운전이 실시되고 있다. 즉, 이와 같은 DSS 운전에서는, 가스 터빈의 운전·정지가 빈번하게 실시되므로, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 신속하게 완료할 것이 요구된다. 또, DSS 운전을 실시하는 가스 터빈의 경우, 기동에 필요로 하는 시간도 단시간인 것이 바람직하다. 또한, 캣 백 방지에 필요하게 되는 부대 설비에 대해서도, 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 가스 터빈 기동시에 있어서의 ACC 시스템의 신속한 운전 제어를 실시하고, 가스 터빈 기동의 고속화를 달성할 수 있는 가스 터빈 및 그 기동시 운전 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 가스 터빈 정격 운전시의 ACC 시스템에 있어서, 터빈 정지계 부품의 냉각 효율 향상을 달성할 수 있는 가스 터빈 및 그 정격시 운전 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은, 가스 터빈 정지시에 있어서, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 신속하게 실시할 수 있는 가스 터빈 및 그 정지시 운전 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용하였다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 가스 터빈은, 압축기에 의해 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축기의 토출측으로부터 분기된 분기 유로에 접속되고, 가열 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 가열 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 가열 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 가열 매체를 상기 압축기의 토출측으로 유도하여 합류시키는 가열 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 냉각 매체 유로 내에 상기 승압 가열 매체를 흐르게 하여 승온시키는 가스 터빈이다.

이와 같은 가스 터빈 장치에 의하면, 압축기의 토출측으로부터 분기된 분기 유로에 접속되고, 가열 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 가열 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 가열 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 가열 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 가열 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 냉각 매체 유로 내에 상기 승압 가열 매체를 흐르게 하여 승온시키도록 했으므로, 승압 수단에 의해 승압되어 온도 상승한 승압 가열 매체는, 터빈 냉각 매체 유로를 통과할 때, 터빈의 정지계 부품을 가열하여 따뜻하게 한다. 이 때, 승압 수단은 가스 터빈 본체로부터 독립적으로 운전 가능하기 때문에, 가스 터빈 기동시의 기동 직전 준비로서, 신속한 클리어런스 컨트롤이 가능해진다.

상기 양태에 있어서, 상기 가열 매체 공급 유로의 도중부터 분기되어 상기 토출측 유로에 접속됨과 함께 유로 개폐 수단을 구비하고 있는 바이패스 유로를 형성하는 것이 바람직하고, 이로써, 승압 수단에 의해 승압되어 온도 상승한 승압 가열 매체의 일부를, 유로 개폐 수단을 열림 조작하여 바이패스 유로에 흐르게 하면, 온도 상승한 승압 가열 매체의 일부가 다시 승압 및 재가열된다. 따라서, 터빈 냉각 가열 매체 통로를 통과하는 승압 후의 승압 가열 매체는, 그 온도가 한층 더 높은 것이 된다.

상기 양태에 있어서, 상기 분기 유로 또는 상기 가열 매체 공급 유로에, 상기 가열 매체 또는 상기 승압 가열 매체와 열교환하여 승온시키는 가열 수단을 형성하는 것이 바람직하고, 이로써, 터빈 냉각 가열 매체 통로를 통과하는 승압 가열 매체를 가열하고, 승압 가열 매체의 온도를 한층 더 높일 수 있다.

상기 양태에 있어서, 상기 가열 매체 공급 유로로부터 분기되어 상기 압축기 내의 압축기 냉각 매체 유로에 접속되는 가열 매체 분기 공급 유로와, 상기 압축기 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 가열 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 가열 매체 분기 복귀 유로를 형성하는 것이 바람직하고, 이로써, 가스 터빈의 정지계 부품과 함께 압축기측도 승온시킬 수 있기 때문에, 터빈 및 압축기의 클리어런스 제어가 가능해진다.

상기 양태에 있어서, 상기 승압 수단의 흡입측에 상기 가열 매체의 선택 전환 수단을 형성하는 것이 바람직하고, 이로써, 필요에 따라 가스 터빈의 외부로부터 온도가 높은 가열 매체를 도입하여 승압 및 승온시킬 수 있다.

상기 양태에 있어서, 상기 승압 수단으로 승압된 승압 가열 매체는, 상기 터빈 냉각 매체 유로와 직렬 또는 병렬로 접속되어 상기 연소기 내의 냉각을 실시한 후에 상기 토출측 유로에 유도되어 합류하는 것이 바람직하고, 이로써, 가스 터빈의 클리어런스 컨트롤에 추가하여 연소기의 냉각을 실시할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 관련된 가스 터빈의 기동시 운전 방법은, 압축기에 의해 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 기동시 운전 방법으로서, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서, 상기 압축기의 토출측으로부터 분기된 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 가열 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 상기 승압 수단으로 승압된 승압 가열 매체가 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 공급되고, 그 터빈 냉각 매체 유로 내를 통과하는 상기 승압 가열 매체에 의해 상기 정지계 부품을 승온시키는 과정과, 상기 승압 가열 매체를 상기 터빈 냉매 유로로부터 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 기동시 운전 방법이다.

이와 같은 가스 터빈의 기동시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서, 상기 압축기의 토출측으로부터 분기된 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 가열 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 상기 승압 수단으로 승압된 승압 가열 매체가 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 공급되고, 그 터빈 냉각 매체 유로 내를 통과하는 상기 승압 가열 매체에 의해 상기 정지계 부품을 승온시키는 과정과, 상기 승압 가열 매체를 상기 터빈 냉매 유로로부터 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있으므로, 승압 수단에 의해 승압되어 온도 상승한 승압 가열 매체는, 터빈 냉각 매체 유로를 통과할 때 터빈의 정지계 부품을 가열하여 따뜻하게 할 수 있다. 이 때, 승압 수단은 가스 터빈 본체로부터 독립적으로 운전 가능하기 때문에, 가스 터빈 기동시의 기동 직전 준비로서 신속한 클리어런스 컨트롤이 가능해진다.

본 발명의 제 3 양태에 관련된 가스 터빈은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 온도 조정 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정격 운전시에 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 냉각 매체 유로에 상기 승압 온도 조정 매체를 흐르게 하여 냉각시키는 가스 터빈이다.

이와 같은 가스 터빈에 의하면, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 승압 온도 조정 매체를 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정격 운전시에 승압 수단을 운전하고, 터빈 냉각 매체 유로에 승압 온도 조정 매체를 흐르게 하여 냉각시키므로, 터빈의 정지계 부품과 승압 냉각 매체의 온도차에 따라 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

상기 양태에 있어서, 상기 승압 수단으로 승압된 상기 승압 온도 조정 매체는, 상기 터빈 냉각 매체 유로와 직렬 또는 병렬로 접속되어 상기 연소기 내의 냉각을 실시한 후에 상기 토출측 유로에 유도되어 합류하는 것이 바람직하고, 이로써, 가스 터빈의 클리어런스 컨트롤에 추가하여 연소기의 냉각을 실시할 수 있다.

상기 양태에 있어서, 상기 승압 온도 조정 매체의 온도를 조정 가능하게 하는 온도 제어 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하고, 이로써, 상대적인 온도차를 늘려 냉각 효율을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이 경우, 상기 온도 제어 수단은, 상기 온도 조정 매체 공급 유로에 냉각제를 첨가하는 냉각제 공급 유로인 것이 바람직하고, 이로써, 승압 수단에 의해 승압되어 온도 상승한 승압 온도 조정 매체의 온도를 냉각제의 첨가에 의해 저하시킬 수 있다. 이 경우의 냉각제로는, 액체 또는 기체 중 어느 것이어도 된다.

또한, 상기 온도 제어 수단은, 상기 분기 유로 또는 상기 온도 조정 매체 공급 유로에 형성되고, 상기 온도 조정 매체 또는 상기 승압 온도 조정 매체의 온도를 저하시키는 열교환기인 것이 바람직하고, 이로써, 승압 수단에 의해 승압되기 전의 온도 조정 매체 온도, 또는 승압된 후의 승압 온도 조정 매체 온도를 열교환기에 의해 저하시킬 수 있다.

상기 양태에 있어서, 상기 가열 매체 공급 유로로부터 분기되어 상기 압축기 내의 압축기 냉각 매체 유로에 접속되는 가열 매체 분기 공급 유로와, 상기 압축기 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 가열 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 가열 매체 분기 복귀 유로를 형성하는 것이 바람직하고, 이로써, 가스 터빈의 정지계 부품과 함께 압축기측도 승온시킬 수 있으므로, 터빈 및 압축기의 클리어런스 제어가 가능하게 된다.

본 발명의 제 4 양태에 관련된 가스 터빈의 정격시 운전 방법은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정격시 운전 방법으로서, 가스 터빈의 정격 운전시에, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 공급되고, 그 터빈 냉각 매체 유로 내를 통과하는 승압 온도 조정 매체에 의해 정지계 부품을 냉각시키는 과정과, 승압 온도 조정 매체를 터빈 냉각 매체 유로로부터 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 정격시 운전 방법이다.

이와 같은 가스 터빈의 정격시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈의 정격 운전시에, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 공급되고, 그 터빈 냉각 매체 유로 내를 통과하는 승압 온도 조정 매체에 의해 정지계 부품을 냉각시키는 과정과, 승압 온도 조정 매체를 터빈 냉각 매체 유로로부터 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있으므로, 터빈의 정지계 부품과 승압 온도 조정 매체의 온도차에 따라 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

*본 발명의 제 5 양태에 관련된 가스 터빈은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 온도 조정 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정지시에 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 내에 잔류하는 고온 가스를 배출하는 환기 냉각 계통이 형성되어 있는 가스 터빈이다.

이와 같은 가스 터빈에 의하면, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 승압 온도 조정 매체를 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정지시에 승압 수단을 운전하고, 터빈 내에 잔류하는 고온 배기 가스를 배출하는 환기 냉각 계통이 형성되어 있으므로, 가스 터빈 정지시에는, 터빈 내에 잔류하고 있는 고온 가스가 강제적으로 대기로 방출되어 신속하게 환기 냉각된다.

상기 양태에 있어서, 상기 환기 냉각 계통은, 상기 온도 조정 매체 공급 유로로부터 분기됨과 함께 유로 개폐 수단이 형성된 배기 유로와, 그 배기 유로의 분기 위치보다 하류측이 되는 상기 온도 조정 매체 공급 유로에 형성된 유로 개폐 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다.

또, 상기의 발명에 있어서, 상기 환기 냉각 계통은, 상기 분기 유로로부터 분기됨과 함께 유로 개폐 수단이 형성된 배기 유로 배기 유로를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 6 양태에 관련된 가스 터빈은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 온도 조정 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정지시에 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 냉각 매체 유로 내에 상기 승압 온도 조정 매체를 흐르게 하는 가스 터빈이다.

*이와 같은 가스 터빈에 의하면, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 승압 온도 조정 매체를 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고, 가스 터빈 정지시에 승압 수단을 운전하고, 터빈 냉각 매체 유로 내에 승압 온도 조정 매체를 흐르게 하므로, 가스 터빈 정지시에는, 터빈 냉각 매체 유로 내를 승압 온도 조정 매체가 순환하도록 흐르고, 가스 터빈 내부의 온도 분포를 대략 균일화할 수 있다.

본 발명의 제 7 양태에 관련된 가스 터빈의 정지시 운전 방법은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서, 가스 터빈의 정지시에, 상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 상기 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 상기 토출측 유로에 되돌아오는 과정과, 상기 토출측 유로로부터 상기 연소기 및 상기 터빈을 통과하여 대기로 배기되는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법이다.

이와 같은 가스 터빈의 정지시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈의 정지시에, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 토출측 유로에 되돌아오는 과정과, 토출측 유로로부터 연소기 및 터빈을 통과하여 대기로 배기되는 과정을 구비하고 있으므로, 가스 터빈 정지시에는, 터빈 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 대기로 방출하고, 신속하게 환기 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 제 8 양태에 관련된 가스 터빈의 정지시 운전 방법은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서, 가스 터빈의 정지시에, 상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 상기 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 상기 토출측 유로에 되돌아오는 과정과, 상기 토출측 유로로부터 상기 분기 유로를 통과하여 상기 승압 수단에 흡입되는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법이다.

이와 같은 가스 터빈의 정지시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈의 정지시에, 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 토출측 유로에 되돌아오는 과정과, 토출측 유로로부터 분기 유로를 통과하여 승압 수단에 흡입되는 과정을 구비하고 있으므로, 가스 터빈 정지시에는, 터빈 냉각 매체 유로 내를 승압 온도 조정 매체가 순환하도록 흐르고, 가스 터빈 내부의 온도 분포를 대략 균일화할 수 있다.

본 발명의 제 9 양태에 관련된 가스 터빈의 정지시 운전 방법은, 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서, 가스 터빈의 정지시에, 가스 터빈 정지 기간이 긴 경우에 청구항 19 에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하고, 가스 터빈 정지 기간이 짧은 경우에 청구항 20 에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하는 가스 터빈의 정지시 운전 방법이다.

이와 같은 가스 터빈의 정지시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈의 정지시에, 가스 터빈 정지 기간이 긴 경우에 청구항 19 에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하고, 가스 터빈 정지 기간이 짧은 경우에 청구항 20 에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하므로, 예를 들어 DSS 운전과 같이 가스 터빈 정지 기간이 짧은 경우에는, 청구항 20 에 기재된 정지시 운전 방법을 선택함으로써 터빈 내부를 비교적 높은 온도에서 대략 균일하게 유지하고, 기동시의 난기 운전 시간을 단축할 수 있다.

상기 서술한 본 발명에 의하면, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서 ACC 시스템의 신속한 운전 제어를 실시하고, 가스 터빈 기동의 고속화를 달성할 수 있다. 즉, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비에 있어서는, 정지계 부품을 원하는 온도까지 신속하게 따뜻하게 하여 신장시키고, 정지부와 회전부 사이에 형성되는 클리어런스를 최적값까지 확대시키는 ACC 컨트롤이 가능하게 되므로, 가스 터빈의 기동 준비를 단시간에 달성할 수 있음으로써 가스 터빈 기동의 고속화가 가능해지고, 가스 터빈의 설비 운전 효율이 향상된다.

이 경우, 승압 수단 등을 클로즈드 냉각에 사용한 부스트업용 승압 수단과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하여, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 ACC 컨트롤을 실시하여 가스 터빈 기동의 고속화를 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 가스 터빈의 정격 운전시에 이루어지는 ACC 시스템에 있어서, 승압 온도 조정 매체에 의해 터빈 정지계 부품을 냉각시키는 냉각 효율이 향상되므로, 승압 온도 조정 매체의 사용량을 최소한으로 억제하고, 정지부와 회전부 사이의 클리어런스를 최소로 유지하는 ACC 컨트롤을 확실하게 실시할 수 있다.

이 경우, 승압 수단 등을 클로즈드 냉각에 사용한 부스트업용 승압 수단과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하여, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 ACC 시스템의 컨트롤을 실시하여 안정적인 가스 터빈의 정격 운전을 계속할 수 있다.

본 발명에 의하면, 가스 터빈 정지시에 있어서, 터빈 내부의 고온 가스를 대기로 방출하거나, 혹은 터빈 내부의 온도 분포를 대략 균일하게 유지함으로써, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 확실하게 또한 신속하게 실시할 수 있다.

특히, 터빈 냉각 매체 유로 내를 승압 온도 조정 매체가 순환하도록 흐르게 하고, 터빈 내부의 온도 분포를 대략 균일하게 유지하면, DSS 운전과 같이 가스 터빈의 운전·정지가 빈번하게 실시되는 경우라도, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 신속하게 완료함과 함께, 기동시의 난기 운전 시간을 단축할 수 있다.

또, 캣 백 방지에 필요하게 되는 부대 설비에 대해서도, 승압 수단 등을 클로즈드 냉각에 사용한 부스트업용 승압 수단과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하고, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 캣 백의 방지가 가능한 ACC 시스템의 컨트롤을 실시하여, 안정적인 가스 터빈의 운전 정지를 실시할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태, 및 본 발명의 제 10 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 2 는 가스 터빈의 구성예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3 은 터빈의 정지계 부품에 형성되는 터빈 냉각 매체 유로의 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 6 은 도 5 에 나타낸 제 3 실시형태에 관련된 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 7 은 본 발명의 제 4 실시형태, 및 본 발명의 제 9 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 8 은 압축기의 정지계 부품에 형성되는 압축기 냉각 매체 유로의 설명도이다.
도 9 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 10 은 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 11 은 도 10 에 나타낸 제 6 실시형태에 관련된 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 12a 는 ACC 시스템의 설명도이고, 시간과 회전수/부하의 관계를 나타내고 있다.
도 12b 는 ACC 시스템의 설명도이고, 시간과 온도의 관계를 나타내고 있다.
도 12c 는 ACC 시스템의 설명도이고, 시간과 신장의 관계를 나타내고 있다.
도 12d 는 ACC 시스템의 설명도이고, 시간과 클리어런스의 관계를 나타내고 있다.
도 13 은 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 14 는 도 13 에 나타낸 제 7 실시형태에 관련된 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 15 는 본 발명의 제 8 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.
도 16 은 도 15 에 나타낸 제 8 실시형태에 관련된 제 1 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 17 은 도 15 에 나타낸 제 8 실시형태에 관련된 제 2 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 18 은 도 1 에 나타낸 제 10 실시형태에 관련된 제 1 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 19 는 도 1 에 나타낸 제 10 실시형태에 관련된 제 2 변형예를 나타내는 개략도이다.
도 20 은 본 발명의 제 11 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명에 관련된 가스 터빈 및 그 운전 방법의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

＜제 1 실시형태＞

도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도, 도 2 는 가스 터빈의 개략 구성을 나타내는 단면도, 도 3 은 가스 터빈의 터빈부를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도시한 실시형태에서는, 발전기를 구동하여 발전하는 가스 터빈에 대해 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도시한 가스 터빈 (10) 은, 압축기 (11) 와, 연소기 (12) 와, 터빈 (13) 에 의해 구성되고, 이 터빈 (13) 에는 발전기 (14) 가 연결되어 있다. 이 압축기 (11) 는, 공기를 도입하는 공기 도입구 (15) 를 갖고, 압축기 차실 (16) 내에 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 이 교대로 배치되어 이루어지고, 그 외측에 추기 매니폴드 (19) 가 형성되어 있다.

연소기 (12) 는, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 버너로 점화함으로써 연소 가능하게 되어 있다.

터빈 (13) 은, 터빈 차실 (20) 내에 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치되어 있다.

터빈 (13) 의 터빈 차실 (20) 에는, 배기실 (23) 이 연속하여 형성되어 있고, 이 배기실 (23) 은, 터빈 (13) 에 연속하는 배기 디퓨저 (24) 를 갖고 있다. 또, 압축기 (11), 연소기 (12), 터빈 (13), 배기실 (23) 의 중심부를 관통하도록 로터 (터빈축) (25) 가 위치하고 있고, 압축기 (11) 측의 단부 (端部) 가 베어링부 (26) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 배기실 (23) 측의 단부가 베어링부 (27) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 로터 (25) 에 복수의 디스크 플레이트가 고정되고, 각 동익 (18, 22) 이 연결됨과 함께, 배기실 (23) 측의 단부에 발전기 (14) 의 구동축이 연결되어 있다.

따라서, 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 도입된 공기는, 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 을 통과하여 압축함으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기 (12) 에 있어서, 이 압축 공기에 대해 공급된 소정량의 연료가 연소된다. 그리고, 이 연소기 (12) 에서 생성된 고온·고압의 연소 가스는, 터빈 (13) 을 구성하는 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과함으로써 로터 (25) 를 구동 회전하고, 이 로터 (25) 에 연결된 발전기 (14) 에 회전 동력을 부여함으로써 발전을 실시하는 한편, 배기 가스는 배기실 (23) 의 배기 디퓨저 (24) 에서 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.

이와 같이, 터빈 (13) 과 동축의 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기에 연소기 (12) 로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈 (13) 에 공급함으로써 회전 구동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈 (10) 에는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 정지중인 압축기 (11) 를 개재하여, 혹은 압축기 (11) 로 압축한 압축 공기의 일부를 차실로부터 추기하여 승압하는 승압 장치 (40) 가 형성되어 있다.

도 1 에 있어서, 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기는, 가스 터빈 (10) 의 부하를 정격 운전까지 높여 가는 기동중, 정격 운전시 및 정지할 때까지 부하를 낮춰 가는 정지중에는 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기가 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 공급되고, 연소기 (12) 에서 발생한 연소 가스는, 케이싱 내의 배출 유로 (29) 를 통과하여 터빈 (13) 에 공급된다. 또한, 도면 중의 부호 30 은 연료 공급 유로이다.

이 승압 장치 (40) 는, 후술하는 가열 매체로서 사용되는 공기를 승압하기 위한 승압 수단이며, 예를 들어 압축기나 블로어 등이 사용된다. 또, 이 승압 장치 (40) 는, 전용 전동기 (41) 를 구비하고 있고, 공기를 도입하여 승압하는 압축기 (11) 로부터 독립된 운전이 가능하다. 또한, 이 승압 장치 (40) 에 대해서는, 예를 들어 정격 운전시 등에 연소기 냉각용 공기를 압축하여 공급하는 것 (클로즈드 냉각에 사용하는 부스트업용 승압 장치) 과 공용하는 것이 바람직하다.

승압 장치 (40) 의 흡입측은, 차실 내에 형성되는 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기된 분기 유로 (42) 에 접속되고, 토출측은 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 접속되어 있다. 이 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 는, 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 압축 공기 (승압 가열 매체) 를 유도하는 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 터빈 차실 (20) 과, 정익 (21) 과, 날개 고리 (31) 를 연통하는 유로이며, 특히, 동익 (22) 의 선단부와 대향하는 위치에 있고, 팁 클리어런스에 영향을 미치는 정지측 부품의 날개 고리 (31) 에 압축 공기 등의 온도 조정 매체를 흐르게 함으로써, 냉각이나 가열에 의한 온도 조정에 사용된다. 날개 고리 (31) 는, 동익 (22) 의 외주측을 둘러싸도록 하여 터빈 차실 (20) 에 장착되어 있는 부재이다.

*즉, 이 경우의 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 정격 운전시 등의 가스 터빈 운전시에 있어서, 승압 가열 매체의 압축 공기가 아니고, 적당한 온도 조정 매체를 흐르게 함으로써, 정익 (21) 을 냉각시킨 후 날개 고리 (31) 를 냉각시키는 구조가 되고, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 압축 공기를 흐르게 함으로써, ACC 시스템의 가열에 이용하는 것이다. 또한, 도면 중의 부호 31a 는, 날개 고리 (31) 의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 날개 고리내 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과한 압축 공기는, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류한 후, 이 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 유입된다.

따라서, 승압 장치 (40) 는, 가스 터빈 기동시 (기동중) 및 그 기동 직전 준비로서 운전됨으로써, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내에 압축 공기를 흐르게 하고, ACC 시스템에 있어서의 정지계 부품의 승온을 실시할 수 있다.

즉, 가스 터빈 (10) 의 기동전 준비로서 승압 장치 (40) 를 운전하는 경우에는, 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 가열 매체의 공기가 흡입되고, 압축기 (11) 의 내부, 압축 공기 흡입 유로 (28) 및 분기 유로 (42) 를 통과하여 승압 장치 (40) 에 흡입된다. 이 공기는, 승압 장치 (40) 로 승압됨으로써, 온도 상승한 승압 가열 매체의 압축 공기가 되어 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된다.

온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된 압축 공기는, 터빈 (13) 내의 터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과하여 흐를 때, 날개 고리 (31) 등의 정지계 부품 (정지부) 을 가열하여 따뜻하게 한다. 특히, 팁 클리어런스에 큰 영향을 미치는 날개 고리 (31) 의 날개 고리내 유로 (31a) 를 통과하여 흐름으로써, 날개 고리 (31) 의 온도가 상승하여 팽창하므로, 거의 가열의 영향이 없고 온도 변화되지 않는 동익 (22) 과의 사이에 형성되는 팁 클리어런스는 확대된 상태가 된다.

이렇게 하여 정지계 부품을 가열한 압축 공기는, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 되돌아오고, 이하, 연소기 (12) 및 터빈 (13) 의 연소 가스 유로를 통과하여 대기로 방출된다.

또, 승압 장치 (40) 는, 가스 터빈 기동시 (기동중) 에 운전됨으로써, 상기 서술한 기동 직전 준비시와 동일하게, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내에 압축 공기를 흐르게 하여 승온시킨다. 이 경우의 승압 장치 (40) 는, 압축기 (11) 의 운전 개시에 의해 공기 도입구 (15) 로부터 가열 매체의 공기가 흡입되고, 압축기 (11) 의 내부에서 압축된 압축 공기 주류의 일부를 도입하여 승압시킨다. 이 상태에 있어서의 압축 공기 주류는 정격 운전시 등과 비교하여 저압이고, 기본적으로는 압축 공기 흡입 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 공급되게 된다.

그러나, 승압 장치 (40) 의 운전에 의해, 압축 공기 주류의 일부는, 분기 유로 (42) 를 통과하여 승압 장치 (40) 에 흡입된다. 이렇게 하여 승압 장치 (40) 에 흡입된 압축 공기는, 승압 장치 (40) 의 승압을 받음으로써 온도 상승하고, 승압 가열 매체의 압축 공기가 되어 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된다.

이렇게 하여 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된 압축 공기는, 이하 상기 서술한 기동 직전 준비시와 동일한 경로를 거쳐 흐르고, 날개 고리 (31) 등의 정지계 부품 (정지부) 을 가열하여 따뜻하게 한 후, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 되돌아온다. 즉, 압축 공기 주류로부터 분기된 일부의 압축 공기에 대해서는, 정지계 부품 가열의 용도에 이용된 후, 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류하여 되돌아오므로, 최종적으로 연소기 (12) 에 공급되는 공기량이 감소하는 일은 없다.

이와 같이, 상기 서술한 ACC 시스템의 팁 클리어런스 제어에 있어서는, 압축기 (11) 로 압축한 공기의 주류에 대해, 가스 패스측으로 흐르게 하지 않고 회수하여 전체 공기량을 연소기 (12) 에 공급하므로, 사이클 효율의 감소가 적은 것에 추가하여, 연소용 공기를 많이 확보할 수 있기 때문에 저 NOx 화가 가능해진다. 또한, 정지계 부품의 가열에 사용하는 압축 공기를 공급하는 승압 장치 (40) 는, 전용 전동기 (41) 에 의해 단독 운전이 가능하므로, 가스 터빈 (10) 을 단체로 독립적으로 기동하는 것이 가능해질 뿐만 아니라, 시동에 걸리는 시간도 짧아진다. 즉, 가스 터빈 (10) 의 기동시에는, 가스 터빈 본체로부터 독립적으로 승압 장치 (40) 를 운전함으로써, 날개 고리 (31) 에 승압한 압축 공기를 흐르게 함으로써, 날개 고리 (31) 를 따뜻하게 하여 클리어런스 컨트롤을 실시할 수 있다.

＜제 2 실시형태＞

계속해서, 제 2 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 4 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 도중부터 분기되고, 압축기 (11) 의 토출측 유로인 압축 공기 공급 유로 (28) 에 접속되는 바이패스 유로 (45) 가 형성되어 있다. 또, 바이패스 유로 (45) 의 적소에는, 유로 개폐 수단이 되는 개폐 밸브 (46) 를 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 가스 터빈 (10) 에서는, ACC 시스템의 클리어런스 제어시에 있어서, 개폐 밸브 (46) 를 열림 조작함으로써, 승압 장치 (40) 에 의해 승압되어 온도 상승한 압축 공기의 일부를 바이패스 유로 (45) 에 흐르게 할 수 있다. 이 결과, 바이패스 유로 (45) 에 분류된 압축 공기는, 승압 장치 (40) 에 흡입되어 다시 승압되게 된다.

따라서, 승압 장치 (40) 에 의해 승압되어 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 공급되는 압축 공기의 온도는, 일부가 다시 승압되어 재가열되기 때문에 한층 더 높아지고, 그 만큼 가스 터빈 (10) 의 시동에 필요한 시간을 단축할 수 있다.

＜제 3 실시형태＞

계속해서, 제 3 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 5 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 가열 매체인 압축 공기와 열교환하여 승온시키는 열교환기 (가열 수단) (60) 가 분기 유로 (42) 에 형성되어 있다. 이 열교환기 (60) 는, 분기 유로 (42) 를 흐르는 승압 전의 공기와, 온도 조정 매체 유로 (61) 를 흐르는 가열 매체 사이에서 열교환시키는 것으로, 예를 들어 배기 가스 보일러로부터 도입된 고온의 증기 등을 가열 매체로 하여 압축 공기를 가열하는 것이다.

따라서, 상기 서술한 열교환기 (60) 를 구비한 가스 터빈 (10) 은, 터빈 냉각 가열 매체 통로 (50) 를 통과하는 압축 공기의 온도를 보다 더 높일 수 있으므로, 그 만큼 가스 터빈 (10) 의 시동에 필요한 시간을 단축할 수 있다.

또, 도 6 에 나타내는 변형예에서는, 열교환기 (62) 가 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 형성되고, 온도 조정 매체 유로 (63) 를 흐르는 고온의 가열용 매체에 의해, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기를 가열하고 있다. 이와 같이 해도, 터빈 냉각 가열 매체 통로 (50) 를 통과하는 압축 공기의 온도를 보다 더 높일 수 있으므로, 그 만큼 가스 터빈 (10) 의 시동에 필요한 시간을 단축할 수 있다.

＜제 4 실시형태＞

계속해서, 제 4 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 7 및 도 8 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 로부터 분기되어 압축기 (11) 내의 압축기 냉각 매체 유로 (51) 에 접속되는 가열 매체 분기 공급 유로 (47) 와, 압축기 냉각 매체 유로 (51) 를 통과한 압축 공기를 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도하여 합류시키는 가열 매체 분기 복귀 유로 (48) 가 형성되어 있다.

도 8 은, 압축기 차실 (16) 내에 형성되어 있는 압축기 냉각 매체 유로 (51) 의 개요를 나타내는 도면이다. 이 압축기 냉각 매체 통로 (51) 는, 통상적인 운전시에는 냉각 매체를 흐르게 하여 압축기 (11) 의 정지계 부품을 냉각시키는 유로이고, 압축기 (11) 의 동익 (18) 과 정지부측이 되는 압축기 차실 (16) 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어한다.

이 실시형태에서는, 가스 터빈 기동시에 상기 서술한 압축기 냉각 매체 유로 (51) 를 이용하고, 압축기 (11) 측의 클리어런스 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 가스 터빈 (10) 의 정지계 부품과 함께, 압축기 (11) 측의 정지부도 승온시킬 수 있으므로, 터빈 (13) 및 압축기 (11) 의 클리어런스 제어가 가능하게 된다.

＜제 5 실시형태＞

계속해서, 제 5 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 9 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 승압 장치 (40) 의 흡입측에 가열 매체의 선택 전환 수단이 형성되어 있다. 도시한 예에서는, 승압 장치 (40) 가 직접 대기로부터 공기를 흡입하는 대기 흡입 유로 (70) 와, 온도가 높은 가열 매체의 공급을 받는 가열 매체 수용 유로 (71) 를 구비하고, 양 유로에 선택 전환 수단으로서 개폐 밸브 (72, 73) 의 개폐 조작에 의해, 어느 일방의 유로를 선택할 수 있게 되어 있다. 또한, 온도가 높은 가열 매체로는, 예를 들어 배열 (排熱) 보일러 등으로부터 온도가 높은 공기나 증기 등을 도입하여 사용하면 된다.

이와 같은 구성의 가스 터빈 (10) 은, 기동 직전 준비 단계 등에 있어서, 필요에 따라 가스 터빈 (10) 의 외부로부터 온도가 높은 가열 매체를 도입하고, 승압 장치 (40) 로 승압함으로써 더욱 승온시킬 수 있다. 이 때문에, 온도가 높은 승압 가열 매체를 이용하여, 터빈 (13) 의 정지계 부품을 신속하게 따뜻하게 할 수 있게 되고, 가스 터빈 (10) 의 시동에 필요한 시간의 단축이 가능하게 된다. 또한, 이 경우, 터빈 (13) 의 정지계 부품을 가열한 승압 가열 매체는, 터빈 (13) 및 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 배기 가스로서 배출된다.

＜제 6 실시형태＞

제 6 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 10 및 도 11 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 직렬 또는 병렬로 접속되는 연소기 냉각 유로 (80) 를 구비하고 있다. 즉, 터빈 (13) 의 정지계 부품을 가열한 압축 공기는, 직렬 또는 병렬로 접속된 연소기 냉각 유로 (80) 를 통과함으로써, 연소기 (12) 내의 필요 지점을 냉각시킨 후, 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도되어 합류하게 되어 있다.

도 10 에 나타내는 구성예에서는, 연소기 냉각 유로 (80) 가 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 로부터 분기된 온도 조정 매체 분기 유로 (81) 에 형성되어 있고, 따라서, 연소기 냉각 유로 (80) 가 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 병렬로 접속되어 있다.

또, 도 10 의 변형예로서 도 11 에 나타내는 구성예에서는, 연소기 냉각 유로 (80) 가 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 직렬로 형성되어 있다.

이와 같은 구성으로 하면, 1 대의 승압 장치 (40) 를 사용함으로써, 가스 터빈 (13) 의 클리어런스 컨트롤에 추가하여, 연소기 (12) 의 냉각을 실시할 수 있다. 따라서, 예를 들어 연소기 (12) 의 냉각용으로 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기의 일부를 추기하고, 이 압축 공기를 승압한 냉각 매체를 연소기 (12) 에 공급하는 승압 수단을 구비하고 있는 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 상기 서술한 ACC 시스템용 승압 장치 (40) 와 공용할 수 있다. 즉, 상기 서술한 ACC 시스템용으로서, 새로운 승압 장치 (40) 를 형성할 필요가 없다.

이와 같이, 상기 서술한 각 실시형태의 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 기동 직전 준비 및 기동시에 있어서, 이하에 설명하는 기동시 운전 방법이 채용된다.

즉, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서, 압축기 (11) 의 토출측으로부터 분기된 분기 유로 (42) 에 접속되고, 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 장치 (40) 가 가열 매체가 되는 공기를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 공급되고, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내를 통과하는 압축 공기에 의해 정지계 부품을 승온시키는 과정과, 압축 공기를 터빈 냉각 매체 유로 (50) 로부터 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있다.

따라서, 승압 장치 (40) 에 의해 승압되어 온도 상승한 압축 공기는, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과할 때 터빈 (13) 의 정지계 부품을 가열하여 따뜻하게 할 수 있다. 이 때, 승압 장치 (40) 는 가스 터빈 본체로부터 독립적으로 운전 가능하기 때문에, 가스 터빈 기동시의 기동 직전 준비로서, 가스 터빈 본체가 기동되어 있지 않아도 신속한 클리어런스 컨트롤이 가능해진다.

즉, 상기 서술한 본 발명에 의하면, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비로서 ACC 시스템의 신속한 운전 제어를 실시하여, 가스 터빈 기동의 고속화를 달성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 가스 터빈 기동시 및 그 기동 직전 준비에 있어서는, 정지계 부품을 원하는 온도까지 신속하게 따뜻하게 하여 신장시키고, 정지부와 회전부 사이에 형성되는 클리어런스를 최적값까지 확대시키는 ACC 컨트롤이 가능해지므로, 가스 터빈 (10) 의 기동 준비에 필요로 하는 시간을 단축하여 가스 터빈 기동의 고속화가 가능해진다. 이 때문에, 가스 터빈 (10) 을 운전하여 발전기 (14) 를 구동하는 본래의 운전 시간이 길어져, 가스 터빈 (10) 의 설비 운전 효율이 향상된다.

또, 승압 장치 (10) 등을 클로즈드 냉각에 사용하는 부스트업용과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하고, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 ACC 컨트롤을 실시하여 가스 터빈 기동의 고속화를 실현할 수 있다.

*＜제 7 실시형태＞

도 13 은 제 7 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다. 본 실시형태에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도를 나타내는 단면도 및 터빈부를 나타내는 개략 구성도는, 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 본 실시형태의 설명에 있어서도 도 2 및 도 3 을 각각 참조하여, 제 1 실시형태와 공통된 부재에 대해서는 동일한 부호를 이용하여 설명한다. 또한, 도시한 실시형태에서는, 발전기를 구동하여 발전하는 가스 터빈에 대해 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도시한 가스 터빈 (10) 은, 압축기 (11) 와, 연소기 (12) 와, 터빈 (13) 에 의해 구성되고, 이 터빈 (13) 에는 발전기 (14) 가 연결되어 있다. 이 압축기 (11) 는, 공기를 도입하는 공기 도입구 (15) 를 갖고, 압축기 차실 (16) 내에 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 이 교대로 배치되어 이루어지고, 그 외측에 추기 매니폴드 (19) 가 형성되어 있다.

연소기 (12) 는, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 버너로 점화함으로써 연소 가능하게 되어 있다.

터빈 (13) 은, 터빈 차실 (20) 내에 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치되어 있다.

터빈 (13) 의 터빈 차실 (20) 에는, 배기실 (23) 이 연속하여 형성되어 있고, 이 배기실 (23) 은, 터빈 (13) 에 연속되는 배기 디퓨저 (24) 를 갖고 있다. 또, 압축기 (11), 연소기 (12), 터빈 (13), 배기실 (23) 의 중심부를 관통하도록 로터 (터빈축) (25) 가 위치하고 있고, 압축기 (11) 측의 단부가 베어링부 (26) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 배기실 (23) 측의 단부가 베어링부 (27) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 로터 (25) 에 복수의 디스크 플레이트가 고정되고, 각 동익 (18, 22) 이 연결됨과 함께, 배기실 (23) 측의 단부에 발전기 (14) 의 구동축이 연결되어 있다.

따라서, 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 도입된 공기는, 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 을 통과하여 압축함으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기 (12) 에 있어서, 이 압축 공기에 대해 공급된 소정량의 연료가 연소된다. 그리고, 이 연소기 (12) 에서 생성된 고온·고압의 연소 가스는, 터빈 (13) 을 구성하는 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과함으로써 로터 (25) 를 구동 회전하고, 이 로터 (25) 에 연결된 발전기 (14) 에 회전 동력을 부여함으로써 발전을 실시하는 한편, 배기 가스는 배기실 (23) 의 배기 디퓨저 (24) 로 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.

이와 같이, 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기에 연소기 (12) 로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈 (13) 에 공급함으로써 회전 구동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈 (10) 에는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 정지중인 압축기 (11) 를 개재하여, 혹은 압축기 (11) 로 압축한 압축 공기의 일부를 차실로부터 추기하여 승압하는 승압 장치 (40) 가 형성되어 있다.

도 13 에 있어서, 가스 터빈 (10) 의 부하를 정격 운전까지 높여 가는 기동중, 정격 운전시 및 정지할 때까지 부하를 낮춰 가는 정지중에는 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기가 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 공급되고, 연소기 (12) 에서 발생한 연소 가스는, 케이싱 내의 배출 유로 (29) 를 통과하여 터빈 (13) 에 공급된다. 또한, 도면 중의 부호 30 은 연료 공급 유로이다.

이 승압 장치 (40) 는, 후술하는 온도 조정 매체 (가열 매체 또는 냉각 매체) 로서 사용되는 공기를 승압하기 위한 승압 수단이고, 예를 들어 압축기나 블로어 등이 사용된다. 또, 이 승압 장치 (40) 는, 전용 전동기 (41) 를 구비하고 있고, 공기를 도입하여 승압하는 압축기 (11) 로부터 독립된 운전이 가능하다. 또한, 이 승압 장치 (40) 에 대해서는, 예를 들어 정격 운전시 등에 연소기 냉각용 공기를 압축하여 공급하는 것 (클로즈드 냉각에 사용하는 부스트업용 승압 장치) 과 공용하는 것이 바람직하다.

승압 장치 (40) 의 흡입측은, 차실 내에 형성되는 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기된 분기 유로 (42) 에 접속되고, 토출측은 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 접속되어 있다. 이 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 는, 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 압축 공기 (승압 온도 조정 매체) 를 유도하는 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 터빈 차실 (20) 과, 정익 (21) 과, 날개 고리 (31) 를 연통하는 유로이며, 특히, 동익 (22) 의 선단부와 대향하는 위치에 있고, 팁 클리어런스에 영향을 미치는 정지측 부품의 날개 고리 (31) 에 압축 공기를 흐르게 함으로써, 냉각이나 가열에 의한 온도 조정에 사용된다. 날개 고리 (31) 는, 동익 (22) 의 외주측을 둘러싸도록 하여 터빈 차실 (20) 에 장착되어 있는 부재이다.

즉, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 가스 터빈 (10) 의 정격 운전시 등에 있어서, 상대적으로 온도가 낮은 압축 공기를 흐르게 함으로써, 정익 (21) 을 냉각시킨 후 날개 고리 (31) 를 냉각시키는 구조가 된다. 또, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 가스 터빈 (10) 의 기동 직전 준비, 기동중 및 정지중에 있어서, 상대적으로 온도가 높은 압축 공기를 흐르게 함으로써, 정익 (21) 및 날개 고리 (31) 를 가열하여 따뜻하게 하는 구조가 된다. 따라서, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, ACC 시스템에 있어서 정지계 부품의 냉각 및 가열에 이용할 수 있다. 또한, 도면 중의 부호 31a 는, 날개 고리 (31) 의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 날개 고리내 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과한 압축 공기는, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류한 후, 이 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 유입된다.

따라서, 승압 장치 (40) 는, 가스 터빈의 정격 운전시에 운전됨으로써, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내에 압축 공기를 흐르게 하여, ACC 시스템에 있어서의 정지계 부품의 냉각을 실시할 수 있다.

즉, 가스 터빈 (10) 의 정격 운전시에 승압 장치 (40) 를 운전하면, 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 온도 조정 매체의 공기가 흡입되고, 압축기 (11) 의 내부, 압축 공기 흡입 유로 (28) 및 분기 유로 (42) 를 통과하여 승압 장치 (40) 에 흡입된다. 이 공기는, 승압 장치 (40) 로 승압됨으로써, 압축 공기 (승압 온도 조정 매체) 가 되어 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된다.

온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 토출된 압축 공기는, 터빈 (13) 내의 터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과하여 흐를 때, 날개 고리 (31) 등의 정지계 부품 (정지부) 을 냉각시킨다.

특히, 팁 클리어런스에 큰 영향을 미치는 날개 고리 (31) 의 날개 고리내 유로 (31a) 를 통과하여 흐름으로써, 연소 가스의 열 영향을 받아 온도 상승하는 날개 고리 (31) 를 냉각시키고, 동익 (22) 과의 사이에 형성되는 팁 클리어런스가 최소가 되도록 조정한다.

이렇게 하여 정지계 부품을 냉각시킨 압축 공기는, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하고, 상기 서술한 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 직렬로 접속된 연소기 냉각 유로 (80) 에 유도된다.

연소기 냉각 유로 (80) 를 흐르는 압축 공기는, 연소기 (12) 내의 필요 지점을 냉각시킨 후, 다시 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하고, 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도되어 합류한다. 이 압축 공기는, 공기 공급 유로 (28) 에 되돌아옴으로써, 연소기 (12) 의 연소용 공기로서 사용된다. 이 때문에, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기는, 전체량이 연소기 (12) 에 공급되게 된다. 즉, 압축 공기 주류로부터 분기된 일부의 압축 공기에 대해서는, 정지계 부품 냉각 및 연소기 냉각의 용도에 이용된 후, 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류하여 되돌아오기 때문에, 최종적으로 연소기 (12) 에 공급되는 공기량이 감소하는 일은 없다.

이와 같은 구성으로 하면, 1 대의 승압 장치 (40) 를 사용함으로써, 가스 터빈 (13) 의 냉각 및 클리어런스 컨트롤에 추가하여, 연소기 (12) 의 냉각도 실시할 수 있다. 따라서, 예를 들어 연소기 (12) 의 냉각용으로 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기의 일부를 추기하고, 이 압축 공기를 승압한 냉각 매체를 연소기 (12) 에 공급하는 승압 수단을 구비하고 있는 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 상기 서술한 ACC 시스템용 승압 장치 (40) 와 공용하는 것이 가능하게 된다. 즉, 상기 서술한 ACC 시스템용으로서 새로운 승압 장치 (40) 를 형성할 필요가 없다. 또한, 압축 공기의 온도 및 냉각 능력에 대해서는, 승압 장치 (40) 의 운전 제어에 의해 압축 공기의 압력이나 유량을 조정함으로써 조정할 수 있게 된다.

또, 도 14 에 나타내는 변형예에서는, 연소기 냉각 유로 (80) 가 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 병렬로 형성되어 있다. 즉, 연소기 냉각 유로 (80) 는, 온도 조정 매체 유로 (43) 로부터 분기된 온도 조정 매체 분기 유로 (81) 에 형성되어 있고, 연소기 (12) 를 냉각시킨 후의 압축 공기가 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 에 합류하고 있다.

이와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈 (10) 은, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 와 직렬 또는 병렬로 접속되는 연소기 냉각 유로 (80) 를 구비하고, 터빈 (13) 의 정지계 부품을 냉각시키는 압축 공기가, 냉각 후 또는 냉각 전에 분류되어 연소기 냉각 유로 (80) 를 통과하므로, 연소기 (12) 내의 필요 지점을 냉각시켜 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류하게 되어 있다.

또, 도 13 및 도 14 에 나타낸 실시형태 및 변형예에서는, 승압 장치 (40) 및 그 유로를 연소기 (12) 의 냉각과 공용하고 있는데, 후술하는 실시형태와 같이, 터빈 (13) 의 ACC 시스템 전용으로 해도 된다.

상기 서술한 ACC 시스템의 팁 클리어런스 제어에 있어서는, 압축기 (11) 로 압축한 압축 공기의 주류에 대해, 가스 패스측에 흐르게 하지 않고 회수하여 전체 공기량을 연소기 (12) 에 공급하므로, 사이클 효율의 감소가 적은 것에 추가하여, 연소용 공기를 많이 확보할 수 있기 때문에 저 NOx 화가 가능해진다.

또, 상기 서술한 승압 장치 (40) 는, 전용 전동기 (41) 에 의해 단독 운전이 가능하므로, 가스 터빈 (10) 의 기동 직전 준비 및 기동시에는, 가스 터빈 (10) 을 단체로 독립적으로 기동하는 것이 가능해질 뿐만 아니라, 시동에 걸리는 시간도 짧아진다. 즉, 가스 터빈 (10) 을 기동할 때에는, 가스 터빈 본체로부터 독립적으로 승압 장치 (40) 를 운전함으로써, 날개 고리 (31) 에 승압 및 승온한 압축 공기를 흐르게 함으로써, 날개 고리 (31) 를 따뜻하게 하여 신속하게 클리어런스 컨트롤을 실시할 수도 있다.

＜제 8 실시형태＞

계속해서, 제 8 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 15 내지 도 17 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

*이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에서는, 승압 온도 조정 매체의 온도를 조정 가능하게 하는 온도 제어 수단이 형성되어 있다. 도 15 에 나타내는 가스 터빈 (10) 은, 온도 제어 수단으로서 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 냉각제를 첨가하는 냉각제 공급 유로 (75) 를 구비하고 있다. 이 경우의 냉각제는 기체 또는 액체 중 어느 것이어도 되고, 예를 들어 압축 공기에 미스트상 물을 첨가하여 냉각시키면 된다.

이 결과, 승압 장치 (40) 의 승압에 의해 온도 상승한 압축 공기는, 냉각제의 첨가를 받음으로써 온도가 저하되고, 냉각 대상이 되는 정지계 부품과의 상대적인 온도차를 늘린다. 따라서, 압축 공기는, 큰 온도차에 의해 정지계 부품을 효율적으로 냉각시킬 수 있게 되므로, 냉각 효율은 한층 더 향상된다.

또한, 냉각제로서 물을 첨가함으로써, 가스 터빈 (10) 의 사이클 효율은 저하되지만, 출력의 증가 및 저 NOx 화가 가능해진다.

또, 도 16 에 나타내는 제 1 변형예에서는, 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 온도 제어 수단의 열교환기 (90) 가 형성되어 있다. 이 열교환기 (90) 는, 냉각 매체 유로 (91) 를 흐르는 냉각 매체와, 온도 조정 매체 유로 (43) 를 흐르는 압축 공기의 열교환에 의해, 압축 공기의 온도를 저하시키는 것이다. 또한, 여기서 이용 가능한 냉각 매체로는, 차실 공기, 연료, 증기 터빈의 급수 및 증기 터빈의 증기 등이 있다.

또, 도 17 에 나타내는 제 2 변형예에서는, 상기 서술한 열교환기 (90) 가 분기 유로 (42) 에 형성되어 있고, 승압 장치 (40) 에 승압되기 전의 공기 온도를 저하시키고 있다. 또한, 이 경우의 냉각 매체에 대해서도, 차실 공기, 연료, 증기 터빈의 급수 및 증기 터빈의 증기 등을 이용할 수 있다.

이와 같이, 열교환기 (90) 를 형성함으로써, 승압 장치 (40) 에 의해 승압되기 전의 공기 온도, 또는 승압된 후의 압축 공기 온도를 냉각 매체와의 열교환에 의해 저하시킬 수 있으므로, 정격 운전시에 정지계 부품을 냉각시키는 압축 공기 온도가 낮아져 효율이 좋은 냉각이 가능해진다.

＜제 9 실시형태＞

계속해서, 제 9 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 7 및 도 8 에 기초하여 설명한다. 본 실시형태에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도는, 제 4 실시형태의 것과 동일하므로, 본 실시형태의 설명에 있어서도 도 7 및 도 8 을 각각 참조한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에는, 가열 매체 공급 유로 (43) 로부터 분기되어 압축기 (11) 내의 압축기 냉각 매체 유로 (51) 에 접속되는 가열 매체 분기 공급 유로 (47) 와, 압축기 냉각 매체 유로 (51) 를 통과한 압축 공기를 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도하여 합류시키는 가열 매체 분기 복귀 유로 (48) 가 형성되어 있다.

도 8 은, 압축기 차실 (16) 내에 형성되어 있는 압축기 냉각 매체 유로 (51) 의 개요를 나타내는 도면이다. 이 압축기 냉각 매체 통로 (51) 는, 통상적인 운전시에는 냉각 매체를 흐르게 하여 압축기 (11) 의 정지계 부품을 냉각시키는 유로이며, 압축기 (11) 의 동익 (18) 과 정지부측이 되는 압축기 차실 (16) 사이에 형성되는 팁 클리어런스를 제어한다.

이 실시형태에서는, 가스 터빈 기동시에 상기 서술한 압축기 냉각 매체 유로 (51) 를 이용하고, 압축기 (11) 측의 클리어런스 제어를 실시할 수 있다. 따라서, 가스 터빈 (10) 의 정지계 부품과 함께, 압축기 (11) 측의 정지부도 승온시킬 수 있기 때문에, 터빈 (13) 및 압축기 (11) 의 클리어런스 제어가 가능해진다.

이와 같이, 상기 서술한 실시형태의 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 정격 운전시에 있어서, 이하에 설명하는 정격시 운전 방법이 채용된다.

즉, 가스 터빈 (10) 의 정격 운전 방법으로서, 압축기 (11) 의 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기되는 분기 유로 (42) 에 접속되고, 압축기 (11) 로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 장치 (40) 가 공기를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 장치로 승압된 압축 공기가 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 공급되고, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내를 통과하는 압축 공기에 의해 정지계 부품을 냉각시키는 과정과, 압축 공기를 터빈 냉매 매체 유로 (50) 로부터 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유도하여 합류시키는 과정을 구비하고 있다.

따라서, 가스 터빈의 정격 운전시에는, 터빈 (13) 의 정지계 부품과 압축 공기의 온도차에 따라 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 팁 클리어런스를 최소 상태로 하여 운전하는 것이 가능해진다. 이 경우의 압축 공기는, 상기 서술한 냉각제의 투입이나 열교환기 (90) 의 설치 등에 의해, 온도를 저하시킨 상태로 하여 냉각 효율을 늘리는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 서술한 본 발명의 가스 터빈 및 그 정격시 운전 방법에 의하면, 가스 터빈의 정격 운전시에 이루어지는 ACC 시스템에 있어서, 압축 공기에 의해 터빈 정지계 부품을 냉각시키는 냉각 효율이 향상되므로, 압축 공기의 사용량을 최소한으로 억제하고, 정지부와 회전부 사이의 클리어런스를 최소로 유지하는 ACC 컨트롤을 확실하게 실시할 수 있다. 이 경우, 승압 장치 (40) 등을 클로즈드 냉각에 사용한 부스트업용의 것과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하고, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 ACC 시스템의 컨트롤을 실시하여 안정적인 가스 터빈의 정격 운전을 계속할 수 있다.

＜제 10 실시형태＞

도 1 은 제 10 실시형태에 관련된 가스 터빈을 나타내는 개략도이다. 본 실시형태에 관련된 가스 터빈의 개략 구성도를 나타내는 단면도 및 터빈부를 나타내는 개략 구성도는, 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 본 실시형태의 설명에 있어서도 도 2 및 도 3 을 각각 참조하고, 제 1 실시형태와 공통된 부재에 대해서는 동일한 부호를 이용하여 설명한다. 또한, 도시한 실시형태에서는, 발전기를 구동하여 발전하는 가스 터빈에 대해 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도시한 가스 터빈 (10) 은, 압축기 (11) 와, 연소기 (12) 와, 터빈 (13) 에 의해 구성되고, 이 터빈 (13) 에는 발전기 (14) 가 연결되어 있다. 이 압축기 (11) 는, 공기를 도입하는 공기 도입구 (15) 를 갖고, 압축기 차실 (16) 내에 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 이 교대로 배치되어 이루어지고, 그 외측에 추기 매니폴드 (19) 가 형성되어 있다.

연소기 (12) 는, 압축기 (11) 로 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 버너로 점화함으로써 연소 가능하게 되어 있다.

터빈 (13) 은, 터빈 차실 (20) 내에 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 이 교대로 배치되어 있다.

터빈 (13) 의 터빈 차실 (20) 에는, 배기실 (23) 이 연속하여 형성되어 있고, 이 배기실 (23) 은, 터빈 (13) 에 연속하는 배기 디퓨저 (24) 를 갖고 있다. 또, 압축기 (11), 연소기 (12), 터빈 (13), 배기실 (23) 의 중심부를 관통하도록 로터 (터빈축) (25) 가 위치하고 있고, 압축기 (11) 측의 단부가 베어링부 (26) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 배기실 (23) 측의 단부가 베어링부 (27) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 이 로터 (25) 에 복수의 디스크 플레이트가 고정되고, 각 동익 (18, 22) 이 연결됨과 함께, 배기실 (23) 측의 단부에 발전기 (14) 의 구동축이 연결되어 있다.

따라서, 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 로부터 도입된 공기는, 복수의 정익 (17) 과 동익 (18) 을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 되고, 연소기 (12) 에 있어서, 이 압축 공기에 대해 공급된 소정량의 연료가 연소된다. 그리고, 이 연소기 (12) 에서 생성된 고온·고압의 연소 가스는, 터빈 (13) 을 구성하는 복수의 정익 (21) 과 동익 (22) 을 통과함으로써 로터 (25) 를 구동 회전하고, 이 로터 (25) 에 연결된 발전기 (14) 에 회전 동력을 부여함으로써 발전을 실시하는 한편, 배기 가스는 배기실 (23) 의 배기 디퓨저 (24) 로 정압으로 변환되고 나서 대기로 방출된다.

이와 같이, 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기에 연소기 (12) 로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈 (13) 에 공급함으로써 회전 구동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈 (10) 에는, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 정지중인 압축기 (11) 를 개재하여, 혹은 압축기 (11) 로 압축한 압축 공기의 일부를 차실로부터 추기하여 승압시키는 승압 장치 (40) 가 형성되어 있다.

도 1 에 있어서, 부하를 정격 운전까지 높여 가는 기동중, 정격 운전시 및 정지할 때까지 부하를 낮춰 가는 정지 중에는 압축기 (11) 에 의해 압축된 압축 공기가 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 공급되고, 연소기 (12) 에서 발생한 연소 가스는, 케이싱 내의 배출 유로 (29) 를 통과하여 터빈 (13) 에 공급된다. 또한, 도면 중의 부호 30 은 연료 공급 유로이다.

이 승압 장치 (40) 는, 후술하는 온도 조정 매체 (가열 매체 또는 냉각 매체) 로서 사용되는 공기를 승압하기 위한 승압 수단이며, 예를 들어 압축기나 블로어 등이 사용된다. 또, 이 승압 장치 (40) 는, 전용 전동기 (41) 를 구비하고 있고, 공기를 도입하여 승압하는 압축기 (11) 로부터 독립된 운전이 가능하다. 또한, 이 승압 장치 (40) 에 대해서는, 예를 들어 정격 운전시 등에 연소기 냉각용 공기를 압축하여 공급하는 것 (클로즈드 냉각에 사용하는 부스트업용 승압 장치) 과 공용하는 것이 바람직하다.

승압 장치 (40) 의 흡입측은, 차실 내에 형성되는 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기된 분기 유로 (42) 에 접속되고, 토출측은 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 접속되어 있다. 이 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 는, 터빈 (13) 의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로 (50) 에 압축 공기 (승압 온도 조정 매체) 를 유도하는 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 터빈 차실 (20) 과, 정익 (21) 과, 날개 고리 (31) 를 연통하는 유로이며, 특히 동익 (22) 의 선단부와 대향하는 위치에 있고, 팁 클리어런스에 영향을 미치는 정지측 부품의 날개 고리 (31) 에 압축 공기를 흐르게 함으로써, 냉각이나 가열에 의한 온도 조정에 사용된다. 날개 고리 (31) 는, 동익 (22) 의 외주측을 둘러싸도록 하여 터빈 차실 (20) 에 장착되어 있는 부재이다.

즉, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 가스 터빈 (10) 의 정격 운전시 등에 있어서, 상대적으로 온도가 낮은 압축 공기를 흐르게 함으로써, 정익 (21) 을 냉각시킨 후 날개 고리 (31) 를 냉각시키는 구조가 된다. 또, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, 가스 터빈 (10) 의 기동 직전 준비, 기동중 및 정지중에 있어서, 상대적으로 온도가 높은 압축 공기를 흐르게 함으로써, 정익 (21) 및 날개 고리 (31) 를 가열하여 따뜻하게 하는 구조가 된다. 따라서, 이 터빈 냉각 매체 유로 (50) 는, ACC 시스템에 있어서 정지계 부품의 냉각 및 가열에 이용할 수 있다. 또한, 도면 중의 부호 31a 는, 날개 고리 (31) 의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 날개 고리내 유로이다.

터빈 냉각 매체 유로 (50) 를 통과한 압축 공기는, 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 합류한 후, 이 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 연소기 (12) 에 유입된다.

따라서, 승압 장치 (40) 는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 운전됨으로써, 터빈 (13) 의 내부에 잔류하는 고온 가스를 배출하여 환기 냉각을 실시할 수 있다. 이하, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 있어서의 터빈 (13) 내부의 고온 가스를 환기하여 냉각시키기 위한 환기 냉각 계통에 대해 설명한다.

가스 터빈 (10) 의 정지시에는, 터빈 (13) 에 접속된 압축기 (11) 도 정지한 상태에 있으므로, 압축기 (11) 로부터 독립된 운전이 가능한 승압 장치 (40) 를 기동하면, 분기 유로 (42) 로부터 흡입된 공기가 승압되어 압축 공기가 되고, 온도 조정 매체 유로 (43) 에 유출된다.

이 압축 공기는, 온도 조정 매체 유로 (43), 터빈 냉각 매체 유로 (50) 및 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하여 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유입된다. 압축 공기 공급 유로 (28) 에 유입된 압축 공기는, 연소기 (12) 측으로 흐른다.

연소기 (12) 측으로 흐른 압축 공기는, 연소기 (12) 및 터빈 (13) 을 통과하여 대기로 방출된다. 이 때, 연소기 (12) 및 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온의 가스는, 압축 공기로 압출되도록 하여 대기로 유출된다.

따라서, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 운전함으로써, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가 터빈 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 대기로 방출하고, 신속한 환기 냉각을 실시하기 위한 환기 냉각 계통이 형성된다. 즉, 환기 냉각 계통을 흐르는 압축 공기는, 승압 장치 (40) 로부터 유출되어 온도 조정 매체 유로 (43), 터빈 냉각 매체 유로 (50) 및 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 통과하고, 또한 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 연소기 (12) 및 터빈 (13) 을 통과하여 대기로 방출됨으로써, 연소기 (12) 및 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온의 가스를 환기하여 냉각시킨다.

본 실시형태의 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에, 하기와 같은 운전 방법에 의해 가스 터빈 내부를 환기 냉각시켜 캣 백을 방지하고 있다.

즉, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 대기로 방출하고, 신속하게 환기 냉각시키므로, 압축기 (11) 의 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기되는 분기 유로 (42) 에 접속되고, 압축기 (11) 로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 장치 (40) 가 공기를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 장치로 승압된 압축 공기가, 온도 조정 매체 공급 유로 (43), 터빈 냉각 매체 유로 (50) 및 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 거쳐 압축 공기 공급 유로 (28) 에 되돌아오는 과정과, 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 연소기 (12) 및 터빈 (13) 을 통과하여 대기로 배기되는 과정을 구비하고 있다.

또, 상기 서술한 환기 냉각 계통에 대해서는, 예를 들어 도 18 이나 도 19 에 나타내는 변형예를 채용해도 된다.

도 18 에 나타내는 제 1 변형예의 환기 냉각 계통은, 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 로부터 분기됨과 함께, 유로 개폐 수단의 제 1 개폐 밸브 (65) 가 형성되어 있는 배기 유로 (59) 와, 이 배기 유로 (59) 가 분기되는 위치보다 하류측이 되는 위치의 온도 조정 매체 공급 유로 (43) 에 유로 개폐 수단으로서 형성되어 있는 제 2 개폐 밸브 (66) 를 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 환기 냉각 계통에서는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 기동할 때, 제 1 개폐 밸브 (65) 를 열림으로 하고, 제 2 개폐 밸브 (66) 를 닫힘으로 한다. 또한, 가스 터빈 (10) 의 정지시 이외에는, 제 1 개폐 밸브 (65) 를 닫힘으로 하고, 제 2 개폐 밸브 (66) 를 열림으로 한다.

상기 서술한 상태에서 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 운전하면, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가 배기 유로 (59) 로부터 대기로 방출된다. 이 때, 승압기 (40) 의 흡입측이 부압 (負壓) 이 되고, 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 흡인하여 대기로 방출하므로, 신속한 환기 냉각을 실시할 수 있다. 즉, 이 경우의 환기 냉각 계통은, 고온의 가스가 터빈 (13) 내로부터 배출 유로 (29), 연소기 (12) 및 압축 공기 공급 유로 (28) 를 통과하여 분기 유로 (42) 로 역류되고, 승압 장치 (40) 로 승압된 후, 온도 조정 매체 유로 (43) 로부터 제 1 개폐 밸브 (65) 를 열림으로 한 배기 유로 (59) 를 통과하여 대기로 방출되는 것이 된다.

도 19 에 나타내는 제 2 변형예의 환기 냉각 계통은, 분기 유로 (42) 로부터 분기됨과 함께, 유로 개폐 수단의 제 3 개폐 밸브 (67) 가 형성된 배기 유로 (64) 를 구비하고 있다.

이와 같이 구성된 환기 냉각 계통에서는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 기동할 때, 제 3 개폐 밸브 (67) 를 열림으로 한다. 또한, 가스 터빈 (10) 의 정지시 이외에는, 제 3 개폐 밸브 (67) 를 닫힘으로 한다.

상기 서술한 상태에서 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 운전하면, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가 터빈 (13) 의 내부를 통과함과 함께, 온도가 높은 가스가 승압 장치 (40) 의 흡입측에 흡입된다. 이 때문에, 터빈 (13) 내에 존재하는 온도가 높은 가스는, 압축 공기에 의해 강제적으로 압출됨과 함께 흡인되어 배기 유로 (64) 로부터 대기로 방출되므로, 신속한 환기 냉각을 실시할 수 있다. 이 때, 승압기 (40) 의 흡입측을 부압으로 하고, 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 압출함과 함께 흡인하도록 해도 되고, 혹은, 승압 장치 (40) 가 직접 대기로부터 공기를 흡입하는 흡입 계통 (49) 을 형성함으로써, 터빈 (13) 내에 잔류하고 있는 고온 가스를 강제적으로 압출하도록 해도 된다.

이와 같이 하여, 가스 터빈 (10) 을 정지시킨 후, 터빈 (13) 내의 고온 가스를 대기로 방출하여 신속한 환기 냉각이 실시되면, 터빈 내부에 발생하는 온도차가 완화 또는 해소되므로, 캣 백의 방지가 가능해진다.

또, 상기 서술한 캣 백 방지에 필요한 부대 설비에 대해서도, 승압 장치 (40) 등을 클로즈드 냉각에 사용하는 부스트업용 승압 수단과 공용하여 유효 이용함으로써, 새롭게 설비를 부가하지 않고 캣 백의 방지가 가능하게 된다.

＜제 11 실시형태＞

계속해서, 제 11 실시형태에 관련된 가스 터빈을 도 20 에 기초하여 설명한다. 또한, 상기 서술한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시형태의 가스 터빈 (10) 에서는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 승압 장치 (40) 를 운전하고, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내에 압축 공기 (승압 온도 조정 매체) 를 흐르게 하는 것이다. 즉, 터빈 (13) 의 내부를 적극적으로 환기 냉각시키는 제 10 실시형태와는 달리, 예를 들어 압축기 (11) 의 공기 도입구 (15) 나 터빈 (13) 의 배기측을 필요에 따라 닫는 등, 압축 공기 (고온의 가스를 포함한다) 가 터빈 냉각 유로 (50) 를 순환하도록 흐르게 하여 온도 분포의 균일화를 도모하는 것이다.

즉, 승압 장치 (40) 의 운전에 의해, 연소기 (12) 나 터빈 (13) 의 내부에 존재하는 고온 가스 (온도 조정 매체) 가 흡입되어 승압되고, 승압 온도 조정 매체로서 기능하는 압축 공기가 된다. 이 압축 공기는, 온도 조정 매체 유로 (43) 로 유출된 후, 터빈 냉각 매체 유로 (50), 온도 조정 매체 복귀 유로 (44), 압축 공기 공급 유로 (28) 및 분기 유로 (42) 를 통과하고, 승압 장치 (40) 에 흡입된다. 이 결과, 압축 공기는 폐회로의 유로를 순환하게 된다.

이와 같이 순환하는 압축 공기는, 터빈 냉각 매체 흐름 (50) 을 통과할 때, 날개 고리 (31) 에 형성된 날개 고리내 유로 (31a) 를 흐르므로, 터빈 차실 (20) 의 주위는 전체 둘레에 걸쳐 대략 균일한 온도 분포가 된다. 이 때문에, 터빈 (13) 의 내부에 대해서도, 대류에 의한 온도차가 발생하기 어려워지고, 전체의 온도 분포가 대략 균일화되므로, 캣 백을 방지할 수 있다.

또, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기를 순환시키면, 터빈 차실 (20) 로부터의 방열 등에 의해 온도는 저하되지만, 승압에 의해 온도 상승한 압축 공기가 순환함으로써, 터빈 (13) 의 내부 온도를 비교적 고온으로 유지할 수 있다. 이 결과, 예를 들어 DSS 운전을 실시하는 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 정지되고 나서 운전을 재개할 때까지 사이에 발생하는 온도 저하를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 재기동시에 필요하게 되는 난기 운전 시간을 단축할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈 (10) 에 있어서는, 가스 터빈 (10) 의 정지시에, 하기와 같은 운전 방법에 의해 가스 터빈 내부를 환기 냉각시켜 캣 백을 방지하고 있다.

즉, 본 발명의 가스 터빈 정지시 운전 방법은, 압축기 (11) 의 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기되는 분기 유로 (42) 에 접속되고, 압축기 (11) 로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 장치 (40) 가 공기를 도입하여 승압하는 과정과, 승압 장치 (40) 로 승압된 압축 공기가, 온도 조정 매체 공급 유로 (43), 터빈 냉각 매체 유로 (50) 및 온도 조정 매체 복귀 유로 (44) 를 거쳐 압축 공기 공급 유로 (28) 에 되돌아오는 과정과, 압축 공기 공급 유로 (28) 로부터 분기 유로 (42) 를 통과하여 승압 장치 (40) 에 흡입되는 과정을 구비하고 있다.

따라서, 가스 터빈 (10) 의 정지시에는, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내를 압축 공기가 순환하도록 흐르고, 이 흐름이 터빈 차실 (20) 의 전체 둘레에 걸친 것이므로, 가스 터빈 (10) 의 내부는 온도 분포가 대략 균일화된다.

그리고, 상기 서술한 제 10 실시형태에서 설명한 환기 냉각을 실시하는 정지시 운전 방법과, 본 실시형태에서 설명한 압축 공기 순환에 의한 온도 분포의 균일화를 실시하는 정지시 운전 방법에 대해, 가스 터빈 (10) 의 정지 기간을 고려한 사용 구분이 바람직하다.

구체적으로는, 가스 터빈 정지 기간이 긴 경우에는 환기 냉각을 실시하는 정지시 운전 방법을 선택하고, 가스 터빈 정지 기간이 짧은 경우에는 압축 공기 순환에 의한 정지시 운전 방법을 선택하면 된다.

*이와 같은 선택을 함으로써, 예를 들어 DSS 운전과 같이 가스 터빈 정지 기간이 짧고, 단시간의 정지를 거쳐 재기동되는 경우에는, 정지하고 나서 운전을 재개할 때까지 사이에 발생하는 온도 저하를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 재기동시에 필요하게 되는 난기 운전 시간을 단축할 수 있다. 즉, 캣 백의 방지와 함께, 순조롭고 효율적인 DSS 운전을 실시할 수 있다.

이와 같이, 상기 서술한 본 발명에 의하면, 가스 터빈 (10) 의 정지시에 있어서, 터빈 (13) 내의 고온 가스를 대기로 방출하거나, 혹은 터빈 (13) 내의 온도 분포를 대략 균일하게 유지함으로써, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 확실하게 또한 신속하게 실시할 수 있다. 특히, 터빈 냉각 매체 유로 (50) 내를 압축 공기가 순환하도록 흐르게 하고, 터빈 (13) 내의 온도 분포를 대략 균일하게 유지하면, DSS 운전과 같이 가스 터빈의 운전·정지가 빈번하게 실시되는 경우에도, 캣 백 방지에 필요한 운전 조작을 신속하게 완료함과 함께, 기동시의 난기 운전 시간을 단축할 수 있다.

또, 캣 백 방지에 필요한 부대 설비에 대해서도, 승압 장치 (40) 등을 클로즈드 냉각에 사용한 부스트업용 승압 수단과 공용하여 유효 이용하면, 부대 설비의 부가를 최소한으로 억제하고, 즉, 새롭게 설비를 부가하지 않고 캣 백의 방지가 가능한 ACC 시스템의 컨트롤을 실시하여, 안정적인 가스 터빈 (10) 의 운전 정지를 실시할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 압축기와 터빈의 접속 형태 등에 대해, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.

10 : 가스 터빈
11 : 압축기
12 : 연소기
13 : 터빈
20 : 터빈 차실
21 : 정익
22 : 동익
28 : 압축 공기 공급 유로
29 : 배출 유로
31 : 날개 고리
40 : 승압 장치
42 : 분기 유로
43 : 온도 조정 매체 (가열 매체 또는 냉각 매체) 공급 유로
44 : 온도 조정 매체 (가열 매체 또는 냉각 매체) 복귀 유로
45 : 바이패스 유로
47 : 가열 매체 분기 공급 유로
48 : 가열 매체 분기 복귀 유로
50 : 터빈 냉각 매체 유로
51 : 압축기 냉각 매체 유로
60, 62, 90 : 열교환기
59, 64 : 배기 유로
70 : 대기 흡입 유로
71 : 가열 매체 수용 유로
80 : 연소기 냉각 유로
75 : 냉각제 공급 유로

Claims (7)

1. 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서,
   상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 온도 조정 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고,
   가스 터빈 정지시에 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 내에 잔류하는 고온 가스를 배출하는 환기 냉각 계통이 형성되어 있는 가스 터빈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 환기 냉각 계통은, 상기 온도 조정 매체 공급 유로로부터 분기됨과 함께 유로 개폐 수단이 형성된 배기 유로와, 그 배기 유로의 분기 위치보다 하류측이 되는 상기 온도 조정 매체 공급 유로에 형성된 유로 개폐 수단을 구비하고 있는 가스 터빈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 환기 냉각 계통은, 상기 분기 유로로부터 분기됨과 함께 유로 개폐 수단이 형성된 배기 유로 배기 유로를 구비하고 있는 가스 터빈.
4. 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈에 있어서,
   상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 상기 압축기로부터 독립된 운전이 가능한 승압 수단과, 그 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체를 상기 터빈의 정지계 부품 내에 형성되어 있는 터빈 냉각 매체 유로에 유도하는 온도 조정 매체 공급 유로와, 상기 터빈 냉각 매체 유로를 통과한 상기 승압 온도 조정 매체를 상기 토출측 유로에 유도하여 합류시키는 온도 조정 매체 복귀 유로를 구비하고,
   가스 터빈 정지시에 상기 승압 수단을 운전하고, 상기 터빈 냉각 매체 유로 내에 상기 승압 온도 조정 매체를 흐르게 하는 가스 터빈.
5. 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서,
   가스 터빈의 정지시에,
   상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과,
   상기 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 상기 토출측 유로에 되돌아오는 과정과,
   상기 토출측 유로로부터 상기 연소기 및 상기 터빈을 통과하여 대기로 배기되는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법.
6. 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서,
   가스 터빈의 정지시에,
   상기 압축기의 토출측 유로로부터 분기되는 분기 유로에 접속되고, 상기 압축기로부터 독립적으로 운전 가능한 승압 수단이 온도 조정 매체를 도입하여 승압하는 과정과,
   상기 승압 수단으로 승압된 승압 온도 조정 매체가, 온도 조정 매체 공급 유로, 터빈 냉각 매체 유로 및 온도 조정 매체 복귀 유로를 거쳐 상기 토출측 유로에 되돌아오는 과정과,
   상기 토출측 유로로부터 상기 분기 유로를 통과하여 상기 승압 수단에 흡입되는 과정을 구비하고 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법.
7. 압축기로 압축된 압축 공기에 연소기로 연료를 공급하여 연소시키고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급함으로써 회전 동력을 얻도록 구성되어 있는 가스 터빈의 정지시 운전 방법으로서,
   가스 터빈의 정지시에, 가스 터빈 정지 기간이 긴 경우에 제 5 항에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하고, 가스 터빈 정지 기간이 짧은 경우에 제 6 항에 기재된 정지시 운전 방법을 선택하는 가스 터빈의 정지시 운전 방법.
   

Images