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JPH11315800A - 空気圧縮機 - Google Patents

空気圧縮機

Info

Publication number
JPH11315800A
JPH11315800A JP12126598A JP12126598A JPH11315800A JP H11315800 A JPH11315800 A JP H11315800A JP 12126598 A JP12126598 A JP 12126598A JP 12126598 A JP12126598 A JP 12126598A JP H11315800 A JPH11315800 A JP H11315800A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
air compressor
blade
hollow portion
stationary blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12126598A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiki Niizeki
良樹 新関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP12126598A priority Critical patent/JPH11315800A/ja
Publication of JPH11315800A publication Critical patent/JPH11315800A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】空気圧縮機の構成部品の強度を高く維持させ、
空気圧縮機の長期的安定運転を図った空気圧縮機を提供
する。 【解決手段】本発明に係る空気圧縮機は、ケーシング1
3に収容するロータディスク17の軸方向に沿って静翼
14と動翼19を組み合せた段落20を備え、ロータデ
ィスク17に形成したキャビティ24に、静翼14を介
して冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段10,11を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮機に係
り、特に空気圧縮機に収容する静翼、ロータディスク
(回転軸)等の構成部品を効果的に冷却する空気圧縮機
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、発電用に適用するガスタービンプ
ラントは、図13に示すように、空気圧縮機1、ガスタ
ービン燃焼器2、ガスタービン3、発電機4を備え、空
気圧縮機1で酸い込んだ大気を圧縮して高圧空気にし、
その高圧空気に燃料を加えてガスタービン燃焼器2で燃
焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン3に供給
して膨張仕事をさせて回転トルクを発生させ、その回転
トルクで発電機4を駆動し電力を発生させるようになっ
ている。この場合、ガスタービンプラントは、ガスター
ビン燃焼器2に投入する燃料の持つエネルギで、ガスタ
ービン3に回転トルクを発生させているが、その回転ト
ルクのうち、発電機4の駆動に振り分けられ、電力を発
生させる燃料のエネルギが約35%にすぎず、燃料の持
つ大部分のエネルギを大気に放出させている。
【0003】このようなプラント熱効率の低いガスター
ビンプラントを巧みに組み合せてプラント熱効率の向上
を図った発電プラントとして例えばコンバインドサイク
ル発電プラントが、最近、脚光を浴びている。
【0004】このコンバインドサイクル発電プラント
は、図14に示すように、ガスタービンプラント5に蒸
気タービンプラント6および排熱回収ボイラ7を組み合
せたもので、ガスタービン3から排出される膨張仕事後
の排ガスを排熱回収ボイラ7に熱源として供給し、ここ
で蒸気タービンプラント6から供給された給水で蒸気を
発生させ、その蒸気を蒸気タービン8に供給して膨張仕
事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機9を駆
動し、電力を発生させるようになっている。
【0005】このように、ガスタービンプラント5に、
蒸気タービンプラント6および排熱回収ボイラ7を組み
合せたコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタ
ービン3から排出される排ガスの持つエネルギを巧みに
活用しているので、プラント熱効率を約50%に向上さ
せることができる。
【0006】最近のコンバインドサイクルは、より一層
プラント熱効率の向上を図るために、ガスタービン燃焼
器2からガスタービン3に供給する燃焼ガスの高温化と
ともに、空気圧縮機1の高圧力比化の開発が行われてい
る。
【0007】従来、ガスタービン燃焼器2からガスター
ビン3に供給される燃焼ガス温度が1100℃級のガス
タービンプラントでは、空気圧縮機1の圧力比を10〜
15の範囲に選定することが多い。
【0008】しかし、最近、ガスタービン燃焼器2から
ガスタービン3に供給される燃焼ガス温度が1300℃
級にグレードアップしたガスタービンプラントでは、空
気圧縮機1の圧力比が15以上になるものが採用されて
いる。さらに、次世代用として開発を行っている150
0℃級のガスタービンプラントでは、空気圧縮機1の圧
力比を20〜30にする開発が行われている。
【0009】空気圧縮機1の圧力比が20〜30になっ
た場合、空気圧縮機1から吐出される高圧空気は、図1
5に示すように、その温度が400℃を超えるので、ガ
スタービン燃焼器2に投入する燃料流量が従来に較べて
より一層少なくなり、プラント熱効率のより一層の向上
が期待されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】空気圧縮機1の圧力比
が20〜30になった場合、ガスタービンプラントに
は、解決しなければならない幾つかの問題点があり、そ
の一つに材料の強度がある。
【0011】従来、空気圧縮機1の静翼やロータディス
ク等に適用される材料は、比較的コストが安く、加工性
に優れた、例えば12クロム合金鋼が使用されていた。
【0012】しかし、空気圧縮機1の圧力比が20〜3
0になった場合、静翼やロータディスク等に適用する1
2クロム合金鋼は、図16の破線で示すように、高圧空
気の温度が高すぎてクリープ強度を急速に低下させ長期
的安定運転が難しくなる可能性がある。
【0013】静翼やロータディスク等のクリープ強度を
高く維持させ、空気圧縮機1の長期的安定運転を確保さ
せるには、新たな材料が開発されていない現在、その代
替として冷却技術が必要とされる。
【0014】本発明は、このような背景技術に基づいて
なされたもので、空気圧縮機の構成部品のクリープ強度
を高く維持させ、空気圧縮機の長期的安定運転を図った
空気圧縮機を提供することを目的とする。
【0015】また、本発明の他の目的は、空気圧縮機の
構成部品を冷却させる冷却媒体を効果的に活用する空気
圧縮機を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係る空気圧縮機
は、上記目的を達成するために、請求項1に記載したよ
うに、ケーシングに収容するロータディスクの軸方向に
沿って静翼と動翼を組み合せた段落を備え、上記ロータ
ディスクに形成したキャビティに、上記静翼を介して冷
却媒体を供給する冷却媒体供給手段を設けたものであ
る。
【0017】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項2に記載したように、冷却
媒体供給手段を、空気圧縮機と別置きの冷却用空気と熱
交換器とで構成したものである。
【0018】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項3に記載したように、静翼
に、翼中空部を形成するとともに、静翼の端部を支持す
る内輪に対峙するロータディスクにキャビティを形成
し、上記翼中空部からの冷却媒体を上記キャビティに供
給した後、空気圧縮機駆動空気に合流させるものであ
る。
【0019】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項4に記載したように、静翼
に、翼中空部を形成するとともに、この翼中空部に、吹
出口を設けたものである。
【0020】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項5に記載したように、吹出
口を、静翼の翼高に対し、15%以内の位置に形成した
ものである。
【0021】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項6に記載したように、吹出
口を、静翼の背側に沿うように形成したものである。
【0022】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項7に記載したように、吹出
口を、ロータディスクに対峙する静翼の端部に形成した
ものである。
【0023】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項8に記載したように、静翼
に、翼中空部を形成するとともに、この翼中空部を上記
静翼を支持する内輪まで延ばし、上記翼中空部からの冷
却媒体を上記内輪に供給した後、空気圧縮機駆動空気に
合流させるものである。
【0024】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項9に記載したように、静翼
に翼中空部を形成するとともに、上記静翼の端部を支持
する内輪に内輪中空部を形成し、この内輪中空部に連通
し、上記翼中空部からの冷却媒体をロータディスクに噴
流衝突させる吹出口を上記内輪に形成したものである。
【0025】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項10に記載したように、静
翼に翼中空部を形成するとともに、上記静翼の端部を支
持する内輪に内輪中空部を形成し、この内輪中空部に連
通し、上記翼中空部からの冷却媒体を動翼のルート部側
に沿って吹き出させる吹出口を上記内輪に形成したもの
である。
【0026】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項11に記載したように、空
気圧縮機の出口側からの高圧空気を、上記空気圧縮機の
中間段落に還流させる空気循環系と、この空気循環系に
介装し、上記高圧空気を被加熱媒体と熱交換させる熱交
換器とを備えたものである。
【0027】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項12に記載したように、被
加熱媒体は燃料であることを特徴とするものである。
【0028】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項13に記載したように、ケ
ーシングに収容するロータディスクの軸方向に沿って静
翼と動翼を組み合せた段落と、段落のうち、後流側段落
の静翼に翼中空部を形成するとともに、上流側段落の静
翼を中実に形成する一方、上記ロータディスクを輪切り
状に形成してタイロッドで結合させ、タイロッドを境に
上記翼中空部を備えた静翼に臨む上記ロータディスクに
形成したキャビティと上記翼中空部を備えた静翼と反対
側の上記ロータディスクに形成したキャビティとを互い
に連通させる下流側通路と、上記中実の静翼に臨む上記
ロータディスクに形成したキャビティと上記タイロッド
を境に上記中実の静翼の反対側の上記ロータディスクに
形成したキャビティとを互いに連通させる上流側通路と
を備えたものである。
【0029】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項14に記載したように、翼
中空部を備えた静翼を、上流側の段落と下流段落とを複
数段落隔てて設置したものである。
【0030】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項15に記載したように、空
気圧縮機に、ガスタービンプラント、蒸気タービンプラ
ントおよび排熱回収ボイラを備えたコンバインドサイク
ル発電プラントの、その排熱回収ボイラを組み合せ、上
記排熱回収ボイラからの蒸気を上記空気圧縮機に供給す
る冷却蒸気供給系と、上記空気圧縮機に収容する構成部
品を冷却させた蒸気を、上記排熱回収ボイラに回収させ
る蒸気回収系とを備えたものである。
【0031】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項16に記載したように、空
気圧縮機の出口側からの高圧空気を、上記空気圧縮機の
中間段落に還流させる空気循環系と、この空気循環系に
介装し、上記高圧空気の流量を制御する空気流量調整弁
と、上記高圧空気を冷却する熱交換器と、この熱交換器
に供給する冷却媒体の流量を制御する冷却媒体流量調整
弁と、上記空気流量調整弁および冷却媒体流量調整弁に
弁開閉信号を与える制御演算部とを備えたものである。
【0032】また、本発明に係る空気圧縮機は、上記目
的を達成するために、請求項17に記載したように、制
御演算部は、空気圧縮機の吸込大気圧力信号と上記空気
圧縮機で圧縮された高圧空気の圧力信号とに基づいて上
記空気圧縮機の圧力比を算出し、算出した圧力比と上記
高圧空気の温度信号とに基づいて弁開閉信号を演算し、
この演算信号を空気流量調整弁および冷却媒体流量調整
弁に与えて高圧空気および冷却媒体のそれぞれの流量を
制御するものである。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る空気圧縮機の
実施形態を図面および図中に付した符号を引用して説明
する。
【0034】図1は、本発明に係る空気圧縮機の第1実
施形態を示す概略断面図である。
【0035】本実施形態に係る空気圧縮機は、吸い込ん
だ大気を圧縮して高圧空気にする冷却用空気圧縮機10
と、高圧空気を一旦冷却させる熱交換器11と、熱交換
器11で冷却させた高圧空気を空気圧縮機12のケーシ
ング13に収容する静翼14に供給する冷却空気系15
とを備えた構成になっている。
【0036】冷却用空気圧縮機10は、空気圧縮機12
と別置きに設置して、例えばモータ等の駆動機16を備
えている。
【0037】一方、空気圧縮機12は、ケーシング13
内に輪切り状のロータディスク(回転軸)17を収容
し、ロータディスク17とケーシング13の間に形成し
た環状の通路18に、ロータディスク17に植設した動
翼19とケーシング13に固設した静翼14とを組み合
せて段落20を構成し、段落20を空気圧縮機駆動空気
ARの流れに沿って多数段に配置する構成になってい
る。
【0038】また、ケーシング13に固設した静翼14
は、その内部に翼中空部21を形成するとともに、その
一端部をラビリンス22を植設した環状の内輪23で支
持し、内輪23をロータディスク17に形成するキャビ
ティ24に対峙させる構成になっている。
【0039】なお、静翼14は、翼中空部21を形成す
るにあたり、機械加工により形成するか、または予め翼
中空部21を形成した腹側と、予め翼中空部21を形成
した背側とを接合させるかのいずれかが選択される。ま
た、静翼14は、そのプロファイルを三次元翼素の設計
法を用いる場合、精密鋳造により翼中空部21を形成し
ても良い。さらに、複数の段落20に対し、中実の静翼
14と翼中空部21の静翼14とを混在させて配置する
場合、空気圧縮機駆動空気ARの周方向流れを均一化さ
せるため、翼中空部21の静翼14の外形形状は、中実
の静翼14のそれと同一にすることが望ましい。さら
に、多くの冷却空気を必要とする場合や加工コストの問
題から翼中空部21の静翼14の数を少なくさせる場
合、翼中空部21の静翼14は、翼厚み比や翼コード長
を中実の静翼14のそれよりも大きくすることが望まし
い。
【0040】次に、本実施形態に係る空気圧縮機の作用
を説明する。
【0041】空気圧縮機12は、空気圧縮機駆動空気A
Rを、静翼14と動翼19を組み合せた段落20を通過
させる際、圧縮して高圧化しているが、この高圧化に伴
って空気圧縮機駆動空気ARを高温化させている。
【0042】空気圧縮機駆動空気ARが高温化すると、
静翼14やロータディスク17は、図14で示したよう
に、クリープ強度が急速に低下し、長期的運転運転を行
わせることが難しくなる。
【0043】本実施形態は、このような点を考慮したも
ので、冷却用空気圧縮機10を駆動機16で駆動させ、
吸い込んだ大気を圧縮して空気圧縮機駆動空気ARより
も高圧化させ、さらに熱交換器11で、例えば250℃
に冷却させた後、冷却用として静翼14の翼中空部21
に供給する。
【0044】静翼14を冷却させた空気は、内輪23、
ラビリンス22を介してロータディスク17のキャビテ
ィ24に供給され、ここでロータディスク17を冷却さ
せた後、再びラビリンス22の隙間を通って空気圧縮機
駆動空気ARに合流する。
【0045】このように、本実施形態では、冷却用空気
圧縮機10、熱交換器11、冷却空気系15を備え、冷
却用空気圧縮機10で圧縮した高圧空気を熱交換器11
で温度を低くして冷却用として冷却空気系15を介して
静翼14の翼中空部21およびロータディスク17のキ
ャビティ24に供給し、静翼14およびロータディスク
17を冷却させたので、空気圧縮機12の圧力比を20
以上にしても静翼14およびロータディスク17の強度
を高く維持することができ、空気圧縮機12に長期的安
定運転を行わせることができる。
【0046】図2は、本発明に係る空気圧縮機の第2実
施形態を示す概略断面図である。なお、第1実施形態の
構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0047】本実施形態は、静翼14の翼中空部21か
ら翼外に冷却空気CAを流出させる吹出口25を設けた
ものである。
【0048】この吹出口25は、図3に示すように、静
翼14の翼中空部21から背側26に向わせるととも
に、背側26の流線に沿うように形成され、その高さ位
置を静翼14の翼高に対し15%以内の位置に形成され
る。
【0049】このように本実施形態は、静翼14の翼中
空部21から背側26に向って吹出口25を設け、静翼
14の翼中空部21からの冷却空気CAを翼外の空気圧
縮機駆動空気ARに合流させるので、ロータディスク1
7の温度上昇の要因となっていた空気圧縮機駆動空気A
Rの温度を低く抑えることができ、ロータディスク17
の強度を高く維持させることができ、空気圧縮機12の
高圧力比化を実現することができる。
【0050】また、本実施形態は、吹出口25の位置
を、静翼14の翼高に対し15%以内の位置に設定し、
吹出口25から流出する冷却空気CAでロータディスク
17の表面を膜状に覆わせるので、ロータディスク17
を空気圧縮機駆動空気ARの熱から遮熱させることがで
きる。
【0051】また、本実施形態は、吹出口25を静翼1
4の翼中空部21から背側26に向って形成し、吹出口
25からロータディスク17のコーナ部分に向って冷却
空気CAを高速流で吹き出させるので、ロータディスク
17のコーナ部分の境界剥離を防ぎ、静翼14の翼効率
を高めることができる。
【0052】図4は、本発明に係る空気圧縮機の第3実
施形態を示す概略断面図である。なお、第1実施形態の
構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0053】本実施形態は、ロータディスク17と対峙
する静翼14の端部に、翼中空部21と連通させる吹出
口25を設けたものである。
【0054】このように、本実施形態では、静翼14の
端部に、翼中空部21と連通させる吹出口25を設け、
吹出口25からの冷却空気CAをロータディスク17の
表面に沿って膜状に流すので、ロータディスク17を空
気圧縮機駆動空気ARの熱から遮熱させることができ、
ロータディスク17の強度を高く維持させることがで
き、空気圧縮機12の高圧力比化を実現することができ
る。
【0055】図5は、本発明に係る空気圧縮機の第4実
施形態を示す概略断面図である。なお、第1実施形態の
構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0056】本実施形態は、ロータディスク17に対峙
する静翼14の端部を支持する内輪23に、ラビリンス
22を植設し、ラビリンス22により翼中空部21から
流出する冷却空気CAを静翼14の前縁27および静翼
14の後縁28のそれぞれの側に流れるように振り分け
たものである。
【0057】本実施形態は、冷却空気CAが空気圧縮機
駆動空気ARの圧力より高い点に着目したもので、ラビ
リンス22により静翼14の翼中空部21から流出する
冷却空気CAを静翼14の前縁27側および後縁28側
のそれぞれに振り分けることができる。
【0058】したがって、本実施形態によれば、静翼1
4の翼中空部21から流出する冷却空気CAを、ラビリ
ンス22により静翼14の前縁27側および後縁28側
のそれぞれに振り分けて流すので、動翼19を支持する
ロータディスク17を冷却することができ、ロータディ
スク17の強度を高く維持させることができ、空気圧縮
機12の高圧力比化を実現することができる。
【0059】図6は、本発明に係る空気圧縮機の第5実
施形態を示す概略断面図である。なお、第1実施形態の
構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0060】本実施形態は、静翼14の端部を支持する
環状の内輪23に、内輪中空部29を形成するととも
に、内輪中空部29に連通し、翼中空部21からの冷却
空気CAをロータディスク17およびキャビティ24に
向って噴出させる吹出口30を形成したものである。な
お、本実施形態では、図示していないが、翼中空部21
を備えた静翼14と中実の静翼とを周方向に沿って混在
させて翼列を形成するか、あるいは例えば前段落の中実
の静翼を配置し、後段落に翼中空部21を備えた静翼1
4を配置している。
【0061】このように、本実施形態では、翼中空部2
1を備えた静翼14と中実の静翼とを周方向に沿って混
在させるか、あるいは例えば前段落に中実の静翼を配置
し、後段落に翼中空部21を備えた静翼14を配置した
翼列を形成するとともに、翼中空部21を備えた静翼1
4に吹出口30を形成し、翼中空部21からの冷却空気
CAを回転しているロータディスク17に向ってほぼ均
一に噴出させ、ロータディスク17に冷却空気CAが当
たる部分と当たらない部分とを交互に発生させて周期的
な温度変化を受けることを防止させるので、ロータディ
スク17を良好に冷却することができ、ロータディスク
17の強度を高く維持させることができ、空気圧縮機1
2の高圧比化を実現することができる。
【0062】また、本実施形態では、内輪中空部29の
吹出口30から回転しているロータディスク17に向っ
て冷却空気CAを噴流衝突させるので、冷却空気CAの
噴流衝突の下、ロータディスク17をより一層効果的に
冷却させることができる。
【0063】図7は、本発明に係る空気圧縮機の第6実
施形態を示す概略断面図でる。なお、第1実施形態の構
成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0064】本実施形態は、第5実施形態と同様に、静
翼14の端部を支持する環状の内輪23に、内輪中空部
29を形成するとともに、内輪中空部29に連通し、翼
中空部21からの冷却空気CAを動翼19のルート部
(根元)に向って噴出させる吹出口31を形成したもの
である。なお、本実施形態も、翼中空部21を備えた静
翼14と、中実の静翼とを周方向に沿って混在させて翼
列を形成するか、あるいは例えば前段落の中実の静翼を
配置し、後段落に翼中空部21を備えた静翼14を配置
して翼列を形成している。
【0065】このように、本実施形態では、静翼14の
端部を支持する内輪23に内輪中空部29と吹出口31
を形成し、吹出口31を介して静翼14の翼中空部21
からの冷却空気CAを動翼19のルート部に膜状に流す
ので、ロータディスク17を空気圧縮機駆動空気ARの
熱から遮熱させることができ、ロータディスク17の強
度を高く維持させることができ、空気圧縮機の高圧力比
化を実現することができる。
【0066】図8は、例示としてシンプルサイクル(オ
ープンサイクル)のガスタービンプラントに適用する本
発明に係る空気圧縮機の第7実施形態を示す概略系統図
である。
【0067】シンプルサイクル(オープンサイクル)の
ガスタービンプラントは、空気圧縮機32、ガスタービ
ン燃焼器33、ガスタービン34、発電機35を備え、
空気圧縮機32で吸い込んだ大気を圧縮して高圧化し、
その高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器33に
供給し、ここで燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガス
タービン34に供給して膨張仕事をさせ、膨張仕事の際
に発生する回転トルクで発電機35を駆動する構成にな
っている。
【0068】本実施形態は、空気圧縮機32からガスタ
ービン燃焼器33に供給する高圧空気の一部をバイパス
させて再び空気圧縮機32の中間段落に還流させる空気
循環系37に熱交換器36を設置したものである。
【0069】このように本実施形態では、空気圧縮機3
2に、熱交換器36を介装させた空気循環系37を設
け、空気圧縮機32からガスタービン燃焼器33に供給
する高圧空気の一部をバイパスさせ、熱交換器36で燃
料と熱交換させて冷却し、その高圧空気を冷却用として
再び空気圧縮機32に還流させ、空気圧縮機32に収容
する静翼等の構成部品を冷却させるので、エネルギを無
駄に消費することなく空気圧縮機32の構成部品を冷却
することができ、その構成部品の強度を高く維持させる
ことができ、空気圧縮機32の高圧力比化を実現するこ
とができる。
【0070】また、本実施形態では、空気圧縮機からの
高圧空気を熱交換器36で燃料と熱交換させ、燃料を加
温させてその内部エネルギを高めたので、比較的少ない
燃料でガスタービン34に膨張仕事をさせることがで
き、プラント熱効率を向上させることができる。
【0071】図9は、本発明に係る空気圧縮機の第8実
施形態を示す概略断面図である。なお、第1実施形態の
構成部分と同一部分には同一符号を付す。
【0072】本実施形態は、空気圧縮機12のケーシン
グ13に収容され、静翼14と動翼19とを組み合せて
構成する段落20を備えた輪切り状のロータディスク1
7をタイロッド38で結合させるとともに、タイロッド
38を境に、下流側に位置する翼中空部21を備えた静
翼14に臨むロータディスク17の下流側キャビティ3
9bと、翼中空部21を備えた静翼14の反対側に臨む
ロータディスク17の下流側キャビティ39bとを互い
に連通させる下流側通路40bと、ロータディスク17
の上流側で、中実の静翼41に臨むロータディスク17
の上流側キャビティ39aと中実の静翼41の反対側に
臨むロータディスク17の上流側キャビティ39aとを
互いに連通させる上流側通路40aとを設け、下流側に
位置する静翼14の翼中空部21に供給された冷却空気
CAを、ロータディスク17の表面摩擦によるポンピン
グを利用し、下流側通路40bおよび上流側通路40a
を介して前段落における動翼41を支持するロータディ
スク17を冷却させたものである。
【0073】したがって、本実施形態によれば、ロータ
ディスク17の上流側および下流側のそれぞれに上記側
通路40aおよび下流側通路40bを形成し、下流側通
路40bから上流側通路40aに向ってポンピング作用
により冷却空気CAを流し、前後段落のロータディスク
17を冷却させたので、ロータディスク17の強度を高
く維持させることができ、空気圧縮機12の高圧力比化
を実現することができる。
【0074】なお、本実施形態では、前後段落のロータ
ディスク17を冷却空気CAにより冷却させているが、
例えば図10に示すように、対象となる翼中空部21を
備えた静翼14からそれよりも上流側の数段落前の翼中
空部21を備えた静翼14に冷却空気CAを流しても良
い。この場合、各ロータディスク17,17には通路4
2,42が形成される。
【0075】図11は、例示としてコンバインドサイク
ル発電プラントに適用する本発明に係る空気圧縮機の第
9実施形態を示す概略系統図である。
【0076】コンバインドサイクル発電プラントは、空
気圧縮機32、ガスタービン燃焼器33、ガスタービン
34、および発電機35で構成したガスタービンプラン
ト43に、蒸気タービン44および発電機45で構成し
た蒸気タービンプラント46および排熱回収ボイラ47
を組み合せたもので、ガスタービン34から排出される
排ガスを熱源として排熱回収ボイラ47で蒸気を発生さ
せ、その蒸気を蒸気タービンプラント46に供給して膨
張仕事をさせ、膨張仕事の際に発生する回転トルクで発
電機45を駆動するようになっている。
【0077】本実施形態は、空気圧縮機32の圧力比を
30にした場合、高圧空気の温度が約550℃になり、
この温度を冷却するに適する蒸気が排熱回収ボイラ47
から発生していることに着目したもので、排熱回収ボイ
ラ47から空気圧縮機32の例えば静翼等の構成部品に
冷却用として蒸気を供給する冷却蒸気供給系48と、そ
の構成部品を冷却させた後の蒸気を排熱回収ボイラ47
に回収させる蒸気回収計49とを設けたものである。
【0078】このように、本実施形態では、排熱回収ボ
イラ47から発生する蒸気を冷却用として空気圧縮機3
2の構成部品に供給する冷却蒸気供給系48と、その構
成部品冷却後の蒸気を排熱回収ボイラ47に回収させる
蒸気回収系49とを設け、蒸気の持つ大きな比熱を巧み
に利用して空気圧縮機の構成部品を冷却させるので、空
気圧縮機の構成部品をより一層良好に冷却することがで
き、その強度を高く維持させることができ、空気圧縮機
32の高圧力比化を実現することができる。
【0079】図12は、例示としてシンプルサイクル
(オープンサイクル)のガスタービンプラントに適用す
る本発明に係る空気圧縮機の第10実施形態を示す概略
制御系統図である。なお、第7実施形態の構成部分と同
一部分には同一符号を付す。
【0080】本実施形態は、空気圧縮機32らガスター
ビン燃焼器33に供給する高圧空気の一部をバイパスさ
せて再び空気圧縮機32の中間段落に還流させる空気循
環系37に高圧空気の流れに沿って順に空気流量調整弁
50と熱交換器36を設けるとともに、熱交換器36に
冷却媒体、例えば水を供給する冷却媒体供給系51に冷
却媒体流量調整弁52を設ける一方、圧力計53で検出
した大気圧力信号と圧力計54で検出した高圧空気圧力
信号とに基づいて空気圧縮機32の圧力比を算出し、算
出した圧力比と温度計55からの実高圧空気温度信号と
に基づいて弁開閉信号を演算し、その演算信号を空気流
量調整弁50および冷却媒体流量調整弁52に与えて空
気流量調整弁50および冷却媒体流量調整弁52を開閉
制御させる制御演算部56を設けたものである。
【0081】このように、本実施形態では、空気循環系
37に介装する空気流量調整弁50および熱交換器36
に介装する冷却媒体流量調整弁52のそれぞれを開閉制
御させる制御演算部56を設け、制御演算部56からの
演算信号により空気流量調整弁50および冷却媒体流量
調整弁52を開閉制御させ、空気圧縮機32からの高圧
空気の一部を適正温度に冷却して空気圧縮機32に収容
する静翼等の構成部品を冷却させるので、エネルギを無
駄に消費することなく空気圧縮機32の構成部品を確実
に冷却することができ、その構成部品の強度を高く維持
させ、空気圧縮機32の高圧力比化を実現することがで
きる。
【0082】
【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明に係る空気
圧縮機は、空気圧縮機に収容する構成部品を良好に冷却
する冷却供給手段を設けたので、その構成部品の強度を
高く維持させることができ、空気圧縮機に長期的安定運
転を行わせて高圧力比化を実現することができる。
【0083】また、本発明に係る空気圧縮機は、その構
成部品を冷却する冷却媒体を無駄に消費することなく有
効に活用する手段を設けたので、プラント熱効率をより
一層向上させることができる。
【0084】その際、冷却媒体を適正温度に制御する制
御手段を設けたので、空気圧縮機の構成部品をより一層
良好に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空気圧縮機の第1実施形態を示す
概略断面図。
【図2】本発明に係る空気圧縮機の第2実施形態を示す
概略断面図。
【図3】図2のA−A矢視線に沿う切断断面図。
【図4】本発明に係る空気圧縮機の第3実施形態を示す
概略断面図。
【図5】本発明に係る空気圧縮機の第4実施形態を示す
概略断面図。
【図6】本発明に係る空気圧縮機の第5実施形態を示す
概略断面図。
【図7】本発明に係る空気圧縮機の第6実施形態を示す
概略断面図。
【図8】例示としてシンプルサイクル(オープンサイク
ル)のガスタービンプラントに適用する本発明に係る空
気圧縮機の第7実施形態を示す概略系統図。
【図9】本発明に係る空気圧縮機の第8実施形態を示す
概略断面図。
【図10】本発明に係る空気圧縮機の第8実施形態を示
す概略断面図。
【図11】例示としてコンバインドサイクル発電プラン
トに適用する本発明に係る空気圧縮機の第9実施形態を
示す概略系統図。
【図12】例示としてシンプルサイクル(オープンサイ
クル)のガスタービンプラントに適用する本発明に係る
空気圧縮機の第10実施形態を示す概略系統図。
【図13】従来のシンプルサイクル(オープンサイク
ル)のガスタービンプラントを示す概略系統図。
【図14】従来のコンバインドサイクル発電プラントを
示す概略系統図。
【図15】空気圧縮機の高圧空気の温度と圧力比との関
係を示す線図。
【図16】空気圧縮機の構成部品に適用する材料の強度
と温度との関係を示す線図。
【符号の説明】
1 空気圧縮機 2 ガスタービン燃焼器 3 ガスタービン 4 発電機 5 ガスタービンプラント 6 蒸気タービンプラント 7 排熱回収ボイラ 8 蒸気タービン 9 発電機 10 冷却用空気圧縮機 11 熱交換器 12 空気圧縮機 14 ケーシング 14 静翼 15 冷却空気系 16 駆動機 17 ロータディスク 18 通路 19 動翼 20 段落 21 翼中空部 22 ラビリンス 23 内輪 24 キャビティ 25 吹出口 26 背側 27 前縁 28 後縁 29 内輪中空部 30,31 吹出口 32 空気圧縮機 33 ガスタービン燃焼器 34 ガスタービン 35 発電機 36 熱交換器 37 空気循環系 38 タイロッド 39a 上流側キャビティ 39b 下流側キャビティ 40a 上流側通路 40b 下流側通路 41 動翼 42 通路 43 ガスタービンプラント 44 蒸気タービン 45 発電機 46 蒸気タービンプラント 47 排熱回収ボイラ 48 冷却蒸気供給系 49 蒸気回収系 50 空気流量調整弁 51 冷却媒体供給系 52 冷却媒体流量調整弁 53,54 圧力計 55 温度計 56 制御演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // F02C 7/18 F02C 7/18 D A

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシングに収容するロータディスクの
    軸方向に沿って静翼と動翼を組み合せた段落を備え、上
    記ロータディスクに形成したキャビティに、上記静翼を
    介して冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を設けたこ
    とを特徴とする空気圧縮機。
  2. 【請求項2】 冷却媒体供給手段を、空気圧縮機と別置
    きの冷却用空気と熱交換器とで構成したことを特徴とす
    る請求項1記載の空気圧縮機。
  3. 【請求項3】 静翼に、翼中空部を形成するとともに、
    静翼の端部を支持する内輪に対峙するロータディスクに
    キャビティを形成し、上記翼中空部からの冷却媒体を上
    記キャビティに供給した後、空気圧縮機駆動空気に合流
    させることを特徴とする請求項1記載の空気圧縮機。
  4. 【請求項4】 静翼に、翼中空部を形成するとともに、
    この翼中空部に、吹出口を設けたことを特徴とする請求
    項2記載の空気圧縮機。
  5. 【請求項5】 吹出口を、静翼の翼高に対し、15%以
    内の位置に形成したことを特徴とする請求項4記載の空
    気圧縮機。
  6. 【請求項6】 吹出口を、静翼の背側に沿うように形成
    したことを特徴とする請求項4記載の空気圧縮機。
  7. 【請求項7】 吹出口を、ロータディスクに対峙する静
    翼の端部に形成したことを特徴とする請求項4記載の空
    気圧縮機。
  8. 【請求項8】 静翼に、翼中空部を形成するとともに、
    この翼中空部を上記静翼を支持する内輪まで延ばし、上
    記翼中空部からの冷却媒体を上記内輪に供給した後、空
    気圧縮機駆動空気に合流させることを特徴とする請求項
    1記載の空気圧縮機。
  9. 【請求項9】 静翼に翼中空部を形成するとともに、上
    記静翼の端部を支持する内輪に内輪中空部を形成し、こ
    の内輪中空部に連通し、上記翼中空部からの冷却媒体を
    ロータディスクに噴流衝突させる吹出口を上記内輪に形
    成したことを特徴とする請求項1記載の空気圧縮機。
  10. 【請求項10】 静翼に翼中空部を形成するとともに、
    上記静翼の端部を支持する内輪に内輪中空部を形成し、
    この内輪中空部に連通し、上記翼中空部からの冷却媒体
    を動翼のルート部側に沿って吹き出させる吹出口を上記
    内輪に形成したことを特徴とする請求項1記載の空気圧
    縮機。
  11. 【請求項11】 空気圧縮機の出口側からの高圧空気
    を、上記空気圧縮機の中間段落に還流させる空気循環系
    と、この空気循環系に介装し、上記高圧空気を被加熱媒
    体と熱交換させる熱交換器とを備えたことを特徴とする
    空気圧縮機。
  12. 【請求項12】 被加熱媒体は燃料であることを特徴と
    する請求項11記載の空気圧縮機。
  13. 【請求項13】 ケーシングに収容するロータディスク
    の軸方向に沿って静翼と動翼を組み合せた段落と、段落
    のうち、後流側段落の静翼に翼中空部を形成するととも
    に、上流側段落の静翼を中実に形成する一方、上記ロー
    タディスクを輪切り状に形成してタイロッドで結合さ
    せ、タイロッドを境に上記翼中空部を備えた静翼に臨む
    上記ロータディスクに形成したキャビティと上記翼中空
    部を備えた静翼と反対側の上記ロータディスクに形成し
    たキャビティとを互いに連通させる下流側通路と、上記
    中実の静翼に臨む上記ロータディスクに形成したキャビ
    ティと上記タイロッドを境に上記中実の静翼の反対側の
    上記ロータディスクに形成したキャビティとを互いに連
    通させる上流側通路とを備えたことを特徴とする空気圧
    縮機。
  14. 【請求項14】 翼中空部を備えた静翼を、上流側の段
    落と下流段落とを複数段落隔てて設置したことを特徴と
    する請求項13記載の空気圧縮機。
  15. 【請求項15】 空気圧縮機に、ガスタービンプラン
    ト、蒸気タービンプラントおよび排熱回収ボイラを備え
    たコンバインドサイクル発電プラントの、その排熱回収
    ボイラを組み合せ、上記排熱回収ボイラからの蒸気を上
    記空気圧縮機に供給する冷却蒸気供給系と、上記空気圧
    縮機に収容する構成部品を冷却させた蒸気を、上記排熱
    回収ボイラに回収させる蒸気回収系とを備えたことを特
    徴とする空気圧縮機。
  16. 【請求項16】 空気圧縮機の出口側からの高圧空気
    を、上記空気圧縮機の中間段落に還流させる空気循環系
    と、この空気循環系に介装し、上記高圧空気の流量を制
    御する空気流量調整弁と、上記高圧空気を冷却する熱交
    換器と、この熱交換器に供給する冷却媒体の流量を制御
    する冷却媒体流量調整弁と、上記空気流量調整弁および
    冷却媒体流量調整弁に弁開閉信号を与える制御演算部と
    を備えたことを特徴とする空気圧縮機。
  17. 【請求項17】 制御演算部は、空気圧縮機の吸込大気
    圧力信号と上記空気圧縮機で圧縮された高圧空気の圧力
    信号とに基づいて上記空気圧縮機の圧力比を算出し、算
    出した圧力比と上記高圧空気の温度信号とに基づいて弁
    開閉信号を演算し、この演算信号を空気流量調整弁およ
    び冷却媒体流量調整弁に与えて高圧空気および冷却媒体
    のそれぞれの流量を制御することを特徴とする請求項1
    6記載の空気圧縮機。
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