ガスタービン
【課題】ケーシング冷却による間隙制御において、冷却空気供給量の増加を抑制したガスタービンを提供することにある。
【解決手段】タービン軸１０５を内包し、冷却空気ヘッダ２１及び冷却流路２４を備えたタービンケーシング１９と、該ケーシングの排気側に接続され、排気ディフューザ冷却流路２６を有する排気ディフューザ１１３を備えたガスタービン１０１において、複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレート２２を前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とする。
【解決手段】タービン軸１０５を内包し、冷却空気ヘッダ２１及び冷却流路２４を備えたタービンケーシング１９と、該ケーシングの排気側に接続され、排気ディフューザ冷却流路２６を有する排気ディフューザ１１３を備えたガスタービン１０１において、複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレート２２を前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン軸やタービン動翼等を内包するケーシングとのクリアランスをコントロールするガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、ケーシング（静止体）の内部にロータ（回転体）を内包した構成となっている。ロータ外周部には、タービン動翼が設けられており、タービン動翼の先端（最外周側）とケーシング内周に取り付けられたシュラウドの間には、間隙が存在している。高温高圧の主流ガスがこの部分を通過すると、漏れ損失が生じ性能が低下するため、タービンの性能向上のためには、タービン動翼とシュラウド間の間隙は小さい方が良い。
【０００３】
一方で、動翼先端とケーシングの間隙が小さすぎると動翼先端とシュラウドが接触し破壊の原因になる。この間隙はロータ、ケーシング等の熱膨張、遠心伸びなどにより、ガスタービン運転中に変化するため、全運転状況下において接触による破損が生じないようにケーシングの組み立て時（起動時）間隙を決定している。
【０００４】
一般に、産業用ガスタービンではこの最小間隙が起動途中に現れる。これは、熱容量の違いなどの要因により、ロータよりもケーシングの方が温まりにくいことによる。定常運転時以外において間隙が最小となると、この定常運転時以外の時に接触が生じないような間隙に設計せねばならず、定格運転時の間隙は起動途中よりも大きくなり、好ましくない過大な間隙にて運転することとなる。
【０００５】
この好ましくない過大な間隙を避けるために、例えば特許文献１に示されるいくつかのガスタービンでは、ケーシング外周にマニホルドを設置し、ケーシング外周を空気流で冷却することでケーシングの熱膨張を抑制し間隙を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスタービンの高温部品は、高温強度、熱変形、材料コストといった観点から圧縮機の抽気空気、あるいは、別置のブロワ装置による冷却空気を供給することにより温度制御を行っている。冷却を行う高温部品としては、燃焼器、タービン翼、排気ディフューザなどが挙げられる。
【０００８】
ガスタービン性能向上のためのケーシング冷却においても冷却空気の供給を必要とし、一般にはブロワが使用されている。また、ケーシング温度は数百℃にも達することから、これよりも空気温度の低い圧縮機抽気空気の使用も可能である。
【０００９】
これら圧縮機抽気空気やブロワ等による冷却空気の供給には動力が必要であり、単にケーシング冷却システムを追加しただけでは、冷却空気消費量が増加し、冷却空気供給動力も増加するため、間隙制御による性能向上の一部は、この動力の増加によって相殺されることとなる。
【００１０】
本発明の目的は、ケーシング冷却による間隙制御において、冷却空気供給量の増加を抑制した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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のガスタービンは、タービン軸を内包し、冷却空気ヘッダ及びケーシング冷却流路を備えたケーシングと、該ケーシングの排気側に接続され
、排気ディフューザ冷却流路を有する排気ディフューザを備えたガスタービンにおいて、複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレートを前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少ない冷却空気流量の増加でケーシング冷却可能なガスタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例であるガスタービンの部分断面図。
【図２】本発明を適用するガスタービンの一実施の形態の概念図。
【図３】本発明の一実施例であるガスタービンの部分断面図。
【図４】従来のガスタービンの動翼先端間隙特性図。
【図５】本発明の一実施例であるガスタービンの動翼先端間隙特性図。
【図６】図１に示すインピンジメント冷却プレート部分の拡大図。
【図７】ケーシングの熱変形状態を示す概念図。
【図８】本発明の一実施例であるガスタービン冷却系統図。
【図９】ケーシング中心とタービン軸中心が一致していない状態を示す概念図。
【図１０】本発明の一実施例であるガスタービン冷却系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
特許文献１に記載の発明は、ケーシング外面にインピンジマニホールドを設け、ケーシングをインピンジ冷却している。この冷却空気はブロワより導かれ、ケーシングをインピンジ冷却した後に大気開放されるため、ガスタービンの冷却空気の総使用量は、ケーシングの冷却分だけ増加することになる。
【００１５】
ガスタービンの排気ディフューザなどを含む高温部分は通常、圧縮機からの抽気空気や、別置のブロアによる空気によって冷却されている。圧縮機やブロア等による冷却空気の供給には動力が必要である。間隙調整のためにケーシングを冷却し冷却空気量が増加すると、冷却空気供給動力も増加するため間隙制御による性能向上の一部は、この動力の増加によって相殺されてしまう。このため、ケーシング冷却システムの追加を想定した場合、より少ない冷却空気量の増加でケーシングを冷却できることが望ましい。
【００１６】
また、タービン動翼とシュラウド間の間隙は、極力小さいことが望ましいが、あまりに小さ過ぎると、動翼とシュラウドが接触した場合に破損が生じる恐れがある。このため、後段側では、例えば、ハニカムシールと、シュラウドフィンの組み合わせなどを用いて、接触を許容することで製作公差の影響や、ケーシングの歪の影響を吸収し、間隙を小さく保っている。主流ガス温度の高いタービン前段側では、耐熱性の問題からハニカムシールを使用できないため、動翼先端間隙にマージンを設けることで、製作公差の影響や、ケーシングの歪の影響による接触を回避している。
【００１７】
このように、ガスタービン前段側は後段側に比べマージンを設けた分、間隙が大きくなりやすいため、前段側の間隙制御量をより大きくできることが望ましい。
【００１８】
圧縮機から抽気された空気は、高温部品の冷却空気として、ガスタービン外側に設けられた抽気配管を通じてタービン側へと導かれる。抽気配管量の増加はコストの増加につながるため、例えば圧縮機中間段と後段のように抽気段は数段に限定されている。この抽気段数は、一般に冷却対象であるガスタービン段数よりも少ない。過剰に高圧な空気の使用は損失の増加をもたらすが、抽気段が制限されているため若干過剰な圧力にて冷却空気が供給されている部分が存在する。この過剰な圧力を適切な圧力に調整するために、オリフィスなどにより圧損を生じさせているが、このようなオリフィスによる圧力調整は圧力の浪費となるため避けることが望ましい。
【００１９】
以下、実施例を用いて説明する本発明によれば、少ない冷却空気流量の増加でケーシング冷却可能、かつより好ましい間隙制御が可能なガスタービンを提供することができる。さらに排気ディフューザの歪を低減可能なガスタービンを提供することができる。まず、ガスタービンの全体系統構成を、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、本発明を適用するガスタービンの全体系統構成図を示す。
【００２１】
ガスタービン１０１は、主に、圧縮機１０２，燃焼器１０３，タービン１０４から構成される。圧縮機１０２は、大気空気１１１を圧縮して圧縮空気１０６を生成し、生成された圧縮空気１０６を燃焼器１０３へ送る。燃焼器１０３は、圧縮機１０２により生成された圧縮空気１０６と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス１０７を生成し、タービン１０４へ排出する。
【００２２】
タービン１０４は、燃焼器１０３から排出されて圧縮空気のエネルギーを高められた燃焼ガス１０７により、タービン軸１０５に回転力を生じさせる。タービン軸１０５の回転力によって、ガスタービン１０１に接続される機器１０９（発電機，ポンプ，スクリュー等の被駆動機）を駆動させる。燃焼ガス１０７はエネルギーをタービン１０４で回収された後に、タービン１０４より排気ディフューザ１１３を経て、排気１１２として排出される。
【００２３】
また、圧縮機１０２から抽気された空気、あるいはブロワ装置（図示せず）による空気は、タービン冷却空気１１０として燃焼器１０３を経ずにタービン１０４あるいは排気ディフューザ１１３へ供給される。
【００２４】
図３に、ガスタービンの部分断面図を示す。１は第１段静翼、２は第１段動翼、３は第２段静翼、４は第２段動翼、５は第３段静翼、６は第３段動翼、７は第４段静翼、８は第４段動翼であり、９はタービン内の燃焼ガス１０７の流れ方向を示す。
【００２５】
第１段動翼２は、第１段ホイール１０の外周に接続されており、第２段動翼４が接続された第２段ホイール１１、圧縮機１０２の構成要素である圧縮機ロータ２０、及びスペーサ１４とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、高圧側のタービン軸１０５を構成している。また、第３段動翼６は、第３段ホイール１２の外周に接続されており、第４段動翼８が接続された第４段ホイール１３、発電機などの機器１０９に接続されたロータ、及びスペーサ１４とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、低圧側のタービン軸１０５を構成している。タービン軸１０５は、燃焼器１０３から排出される燃焼ガス１０７のエネルギーを第１段動翼２、第２段動翼４、第３段動翼６及び第４段動翼８で回収し、圧縮機１０２及びタービン軸端部に接続された機器１０９を駆動する。
【００２６】
タービン軸１０５は、タービンケーシング１９に内包されている。タービンケーシング１９には、第１段静翼１、第２段静翼３、第３段静翼５、第４段静翼７、第１段シュラウド１５、第２段シュラウド１６、第３段シュラウド１７、第４段シュラウド１８がケーシング内周側に接続されており、さらに、第２段静翼３、第４段静翼７の内周側にはダイヤフラム２７が接続されている。
【００２７】
第１段動翼２と第１段シュラウド１５、第２段動翼４と第２段シュラウド１６、第３段動翼６と第３段シュラウド１７、第４段動翼８と第４段シュラウド１８、スペーサ１４とダイヤフラム２７の間には間隙が設けられており、この間隙が、静止体と回転体の界面となっている。
【００２８】
この間隙は、ガスタービンの運転状況により変化する。図４に従来のガスタービンの間隙の変化トレンドを示す。まず、起動直後よりタービン軸１０５は回転速度が上昇し、遠心力により径方向に伸び、間隙が縮小する。その後、主流ガスの温度上昇により、タービン軸１０５、シュラウド１５，１６，１７，１８、タービンケーシング１９が熱膨張する。タービン軸１０５は径方向外側に膨張し、シュラウド１５，１６，１７，１８は径方向内側に膨張し間隙を縮小させる。タービンケーシング１９は径方向外側に膨張し間隙を拡大させる。一般に、タービン軸１０５、およびシュラウド１５，１６，１７，１８はタービンケーシング１９に比べて温度上昇しやすいため、タービンが熱的に静定する前、具体的には、定格負荷到達時近傍で最小間隙を示す。このため、定常運転中の間隙は最小間隙よりも大きなものとなる。
（実施例）
図１を用いてケーシング冷却構造を説明する。図１はタービンケーシング１９の拡大図である。タービンケーシング１９の前段側外周部に冷却空気ヘッダ２１が環状空間を形成するために設けられており、冷却空気ヘッダ２１の内部には分割構造のインピンジメンント冷却プレート２２が環状に設置されており、さらに、冷却空気ヘッダ２１は冷却空気ヘッダカバー２３により冷却空気ヘッダ２１の外部空間と区画され、環状空間が形成されている。インピンジメンント冷却プレート２２及び冷却空気ヘッダカバー２３はケーシング１９の周方向に沿って、複数設置される。各冷却空気ヘッダカバー２３には冷却空気配管が接続される。冷却空気ヘッダ２１の端面には、タービンケーシング１９内を軸方向後段側へと伸びる冷却流路２４が接続されている。冷却流路２４は略円形の断面を有し、周方向に断続的に配置されている。
【００２９】
通常、排気ディフューザ１１３の冷却に使用される冷却空気１１０は、冷却空気配管より冷却空気ヘッダ２１へと導かれる。冷却空気１１０は環状の冷却空気ヘッダ２１に設置されたインピンジメンント冷却プレート２２に設けられたインピンジ孔より噴流となって噴出し、タービンケーシング１９を衝突冷却する。その後、冷却空気１１０は冷却流路２４内をタービン軸方向後段側へと流下する。冷却流路２４は連通孔２５によって、排気ディフューザ冷却通路２６へと接続されており、冷却流路２４内を流下した冷却空気は、排気ディフューザ冷却通路２６へ供給され、排気ディフューザ１１３を冷却する。
【００３０】
図６は、図１に示すインピンジメント冷却プレート２２の拡大図である。環状のインピンジメント冷却プレート２２には複数のインピンジ孔２８が形成されている。このインピンジ孔２８は、少なくとも、ケーシング外周面と対向する面に形成される。冷却空気ヘッダカバー２３より供給された冷却空気１１０は複数のインピンジ孔２８より噴射される。インピンジ孔２８から噴出したインピンジメント冷却空気１１０ａは、インピンジメント冷却プレート２２と対向するケーシングの外表面に衝突する。この衝突噴流により、その外周側からケーシングは冷却される。
【００３１】
図５に、本実施例によるガスタービンの間隙特性を示す。ケーシング冷却実施により、径方向外側に膨張するタービンケーシング１９の変形量を減少することができる。この結果、ケーシングを冷却しない場合と比較して、起動から定常状態に至る過程における最小間隙と定常状態での間隙の差が小さくなり、定常状態での間隙を従来に比べ小さく保つことができる。このとき、最小間隙は従来のものと同程度とすることができるため、ガスタービンの信頼性を損なうことなく性能を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、ガスタービン前段側では、間隙の変化に追従可能なシール構造を使用することが困難である。これは、ラビリンスシールなどを適用するには、翼端にシュラウドを形成することが必要であるが、シュラウドを形成すると翼端面の重量が増し、翼の応力が過大になるからである。さらに耐熱性の問題によりハニカムシール等の接触を許容したシール構造を用いることが困難である。漏れ損失を抑制するためには、間隙を小さく保つことが必要となる。しかし、破損などを防ぐため、マージンをもたせた設計をせざるを得ない。一方、後段側では、主流ガスの温度が低いため接触を許容できるハニカムシールを適用できるため、マージンを小さくした設計が可能であり、間隙を小さく設計することが可能である。このように、前段側の間隙が過大になる傾向があるため、前段側の間隙制御量を大きくできること、すなわち、前段側のケーシング冷却効果を高くできることが望ましい。
【００３３】
本実施例では、冷却空気ヘッダ２１設置について軸方向に大きな制限はない。また、インピンジメンント冷却プレート２２は冷却空気ヘッダカバー２３の内側に取り付けられている。したがって、冷却空気ヘッダカバー２３はタービンケーシング１９に対して、インピンジメンント冷却プレート２２と一体的に取り付け及び取り外しが可能となる。以上の構成により、冷却空気ヘッダ２１に対するインピンジメンント冷却プレート２２の配置が容易となる。このため、ケーシング非冷却時に間隙を大きくせざるを得ない前段側の間隙を小さく保つことができる。
【００３４】
また、本実施例の構造では、冷却流路２４と排気ディフューザ冷却通路２６は連通孔２５によって接続されており、ケーシング冷却を終えた冷却空気１１０は連通孔２５を経て排気ディフューザ冷却通路２６へと導かれ、排気ディフューザ１１３を冷却する。従来のガスタービンでは、排気ディフューザ１１３とケーシング１９をそれぞれ異なる空気で冷却していたが、本実施例のようにケーシングの冷却空気を排気ディフューザの冷却空気として再利用することで、ケーシング冷却の適用にともなう冷却空気量の新たな増加を抑えることができる。
【００３５】
さらに、冷却流路２４に冷却空気１１０が流れることにより、ケーシング後側が対流冷却により冷却され、タービン後段側の間隙縮小を可能とする。
【００３６】
次に、本発明の他の実施例について図７，図８を用いて説明する。図７は、ケーシングに熱変形が発生した状態を示す概念図、図８は、ガスタービン冷却系統図である。図７に示すように、ケーシング１９はフランジ３５を介して接続される上半ケーシング１９ａと、下半ケーシング１９ｂとに分割して構成されている。このように、フランジ３５を備えたケーシング１９においてプラント起動時等に熱伸びが発生すると、上半ケーシング１９ａ，下半ケーシング１９ｂの頂点側がフランジ側よりも相対的に熱伸び量が大きくなる。詳細には、頂点側の部分が左右方向に大きく熱伸びし、フランジ側の部分が上下方向に小さく熱伸びする。これは、ケーシング１９の分割面に形成されたフランジ３５の存在により、フランジ側の部分が頂点側の部分より熱容量が大きくなるためである。この結果、図７中の実線で表すように、ケーシング全体としては不均一な熱伸び（変形）が発生し、フランジ側の部分が左右両外側に大きく移動してしまう。
【００３７】
そこで、本実施例では、相対的に熱伸びが大きくなるケーシングの頂点側に供給する冷却空気流量を、相対的に熱伸びが小さいフランジ側に供給する冷却空気流量よりも大きくするように構成したものである。以下、均一なクリアランスコントロールを実現する本実施例の構造について、図８を用いて説明する。
【００３８】
上半ケーシング１９ａ，下半ケーシング１９ｂの冷却空気ヘッダ内部には、ケーシングの周方向に沿って、インピンジメント冷却プレート２２が複数設置される。図８では、８個のインピンジメント冷却プレート２２を設置した例を示している。ここで、便宜上、上半ケーシング１９ａ及び下半ケーシング１９ｂの頂点側（上下側）に配置されたインピンジメント冷却プレートを頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａ、フランジ３５側に配置されたインピンジメント冷却プレートをフランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂと称する。各インピンジメント冷却プレートによって形成される空間(図６に示す、インピンジメント冷却プレート２２と冷却空気ヘッダカバー２３によって形成される空間)の各々には、図示しない冷却空気ヘッダカバー２３を介して複数の冷却空気供給系統３８が接続される。冷却空気供給系統３８は、インピンジメント冷却するための冷却空気（冷却媒体）を供給する。また、冷却空気供給系統３８は共通系統３８ａと、この共通系統３８ａから分岐した複数の分岐系統３８ｂ，３８ｃによって構成される。共通系統３８ａから頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａ側に冷却媒体を供給する系統を分岐系統３８ｂ、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂに分岐した系統を分岐系統３８ｃとしている。分岐系統３８ｂは、頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａによって形成される空間に冷却空気を供給する。分岐系統３８ｃは、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂによって形成される空間に冷却空気を供給する。そして、これら分岐系統のうち、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂが形成する空間に接続された分岐系統３８ｃに、冷却空気の流量を調整する流量調整機構としてオリフィス３０を設置している。
【００３９】
上述した本実施例によれば、共通系統３８ａからフランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂ側の分岐系統３８ｃに分岐する冷却空気の流量が一定流量以上とならないように、オリフィス３０によって調整される。この結果、ケーシングの頂点側とフランジ側との熱伸び周方向分布を均一化させ、ガスタービン前段側のタービン翼先端間隙を均一に縮小可能とする。
【００４０】
上記の他の本発明の実施例について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、ケーシング中心とタービン軸中心が一致していない状態を示す概念図、図１０は、本実施例のガスタービン冷却系統図である。製作公差や経時的なケーシングの変形等により、図９のようにケーシング１９とタービン軸１０５の中心は完全には一致しないため、タービン動翼とシュラウド間の間隙の大きさには周方向の偏りがある。ケーシング全周を均一に冷却する場合には全周一様にケーシングの熱伸びが小さくなるため、間隙の不均一は解消できない。
【００４１】
本実施例では、周方向のケーシングの冷却量を調節する機構を設置し、ケーシングの径方向および周方向の変形を制御することで、上記の間隙の不均一を解消する。
【００４２】
図１０に示すように、ケーシング１９に設置されたインピンジメント冷却プレート２２は周方向に区切られている。各インピンジメント冷却プレート２２によって形成される空間には、冷却空気ヘッダカバー２３（図１０では便宜上、示さない）を介して複数の冷却空気供給系統３８が接続されている。冷却空気供給系統３８は、共通系統３８ａと、この共通系統３８ａから分岐した複数の分岐系統３８ｄによって構成される。各分岐系統３８ｄは、各インピンジメント冷却プレート２２によって形成される空間に冷却空気を供給する。各分岐系統３８ｄに、冷却空気の流量を調節する流量調節機構としてオリフィス３０を設置する。以下、オリフィス径の設定方法について説明する。
【００４３】
ガスタービンを組み立てた際には、設定間隙公差内であることを確認するために、静止状態のタービン動翼先端（回転体）とシュラウド（静止体）間の間隙を周方向に複数点測定している。この間隙測定記録からロータ中心とケーシング中心のずれδを把握し、ガスタービン運転中にどの方向にどれだけ間隙を縮小すれば間隙の不均一を解消できるかを求め、目標とする間隙縮小量を決定する。
【００４４】
また、事前に有限要素法を用いた解析や実機試験による間隙計測結果に基づき、各位置のオリフィス径の大きさとケーシング変形量との関係を評価しておく。各オリフィス径を独立に変化させたときのケーシング変形量が分かれば、複数のオリフィス径を同時に変更した場合のケーシング変形量は、それぞれの変形量を合成して予測できる。
【００４５】
間隙測定記録から目標間隙縮小量を決定し、オリフィス径とケーシング変形量の関係から目標間隙縮小量を達成する適切なオリフィス径と配置を決定する。ガスタービンの組立時に数種類のオリフィスを事前に用意しておくことで、間隙測定後にオリフィス径を決定し、短時間で適切なオリフィスに交換する。
【００４６】
さらに、定期点検等の分解、再組立ごとに静止状態の間隙は測定するため、間隙測定記録に基づきオリフィス径を再設定することにより、経時的なケーシングの変形にも対応できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 第１段静翼
２ 第１段動翼
３ 第２段静翼
４ 第２段動翼
５ 第３段静翼
６ 第３段動翼
７ 第４段静翼
８ 第４段動翼
９ 主流ガスの流れ方向
１０ 第１段ホイール
１１ 第２段ホイール
１２ 第３段ホイール
１３ 第４段ホイール
１４ スペーサ
１５ 第１段シュラウド
１６ 第２段シュラウド
１７ 第３段シュラウド
１８ 第４段シュラウド
１９ タービンケーシング
１９ａ 上半ケーシング
１９ｂ 上半ケーシング
２０ 圧縮機ロータ
２１ 冷却空気ヘッダ
２２ インピンジメント冷却プレート
２２ａ 頂点側インピンジメント冷却プレート
２２ｂ フランジ側インピンジメント冷却プレート
２３ 冷却空気ヘッダカバー
２４ 冷却流路
２５ 連通孔
２６ 排気ディフューザ冷却通路
２７ ダイヤフラム
２８ インピンジ孔
３０ オリフィス
３５ フランジ
３８ 冷却空気供給系統
１０１ ガスタービン
１０２ 圧縮機
１０３ 燃焼器
１０４ タービン
１０５ タービン軸
１０６ 圧縮空気
１０７ 燃焼ガス
１１０ 冷却空気
１１０ａ インピンジメント冷却空気
１１１ 大気空気
１１２ 排気
１１３ 排気ディフューザ
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン軸やタービン動翼等を内包するケーシングとのクリアランスをコントロールするガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、ケーシング（静止体）の内部にロータ（回転体）を内包した構成となっている。ロータ外周部には、タービン動翼が設けられており、タービン動翼の先端（最外周側）とケーシング内周に取り付けられたシュラウドの間には、間隙が存在している。高温高圧の主流ガスがこの部分を通過すると、漏れ損失が生じ性能が低下するため、タービンの性能向上のためには、タービン動翼とシュラウド間の間隙は小さい方が良い。
【０００３】
一方で、動翼先端とケーシングの間隙が小さすぎると動翼先端とシュラウドが接触し破壊の原因になる。この間隙はロータ、ケーシング等の熱膨張、遠心伸びなどにより、ガスタービン運転中に変化するため、全運転状況下において接触による破損が生じないようにケーシングの組み立て時（起動時）間隙を決定している。
【０００４】
一般に、産業用ガスタービンではこの最小間隙が起動途中に現れる。これは、熱容量の違いなどの要因により、ロータよりもケーシングの方が温まりにくいことによる。定常運転時以外において間隙が最小となると、この定常運転時以外の時に接触が生じないような間隙に設計せねばならず、定格運転時の間隙は起動途中よりも大きくなり、好ましくない過大な間隙にて運転することとなる。
【０００５】
この好ましくない過大な間隙を避けるために、例えば特許文献１に示されるいくつかのガスタービンでは、ケーシング外周にマニホルドを設置し、ケーシング外周を空気流で冷却することでケーシングの熱膨張を抑制し間隙を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスタービンの高温部品は、高温強度、熱変形、材料コストといった観点から圧縮機の抽気空気、あるいは、別置のブロワ装置による冷却空気を供給することにより温度制御を行っている。冷却を行う高温部品としては、燃焼器、タービン翼、排気ディフューザなどが挙げられる。
【０００８】
ガスタービン性能向上のためのケーシング冷却においても冷却空気の供給を必要とし、一般にはブロワが使用されている。また、ケーシング温度は数百℃にも達することから、これよりも空気温度の低い圧縮機抽気空気の使用も可能である。
【０００９】
これら圧縮機抽気空気やブロワ等による冷却空気の供給には動力が必要であり、単にケーシング冷却システムを追加しただけでは、冷却空気消費量が増加し、冷却空気供給動力も増加するため、間隙制御による性能向上の一部は、この動力の増加によって相殺されることとなる。
【００１０】
本発明の目的は、ケーシング冷却による間隙制御において、冷却空気供給量の増加を抑制した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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のガスタービンは、タービン軸を内包し、冷却空気ヘッダ及びケーシング冷却流路を備えたケーシングと、該ケーシングの排気側に接続され
、排気ディフューザ冷却流路を有する排気ディフューザを備えたガスタービンにおいて、複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレートを前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少ない冷却空気流量の増加でケーシング冷却可能なガスタービンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例であるガスタービンの部分断面図。
【図２】本発明を適用するガスタービンの一実施の形態の概念図。
【図３】本発明の一実施例であるガスタービンの部分断面図。
【図４】従来のガスタービンの動翼先端間隙特性図。
【図５】本発明の一実施例であるガスタービンの動翼先端間隙特性図。
【図６】図１に示すインピンジメント冷却プレート部分の拡大図。
【図７】ケーシングの熱変形状態を示す概念図。
【図８】本発明の一実施例であるガスタービン冷却系統図。
【図９】ケーシング中心とタービン軸中心が一致していない状態を示す概念図。
【図１０】本発明の一実施例であるガスタービン冷却系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
特許文献１に記載の発明は、ケーシング外面にインピンジマニホールドを設け、ケーシングをインピンジ冷却している。この冷却空気はブロワより導かれ、ケーシングをインピンジ冷却した後に大気開放されるため、ガスタービンの冷却空気の総使用量は、ケーシングの冷却分だけ増加することになる。
【００１５】
ガスタービンの排気ディフューザなどを含む高温部分は通常、圧縮機からの抽気空気や、別置のブロアによる空気によって冷却されている。圧縮機やブロア等による冷却空気の供給には動力が必要である。間隙調整のためにケーシングを冷却し冷却空気量が増加すると、冷却空気供給動力も増加するため間隙制御による性能向上の一部は、この動力の増加によって相殺されてしまう。このため、ケーシング冷却システムの追加を想定した場合、より少ない冷却空気量の増加でケーシングを冷却できることが望ましい。
【００１６】
また、タービン動翼とシュラウド間の間隙は、極力小さいことが望ましいが、あまりに小さ過ぎると、動翼とシュラウドが接触した場合に破損が生じる恐れがある。このため、後段側では、例えば、ハニカムシールと、シュラウドフィンの組み合わせなどを用いて、接触を許容することで製作公差の影響や、ケーシングの歪の影響を吸収し、間隙を小さく保っている。主流ガス温度の高いタービン前段側では、耐熱性の問題からハニカムシールを使用できないため、動翼先端間隙にマージンを設けることで、製作公差の影響や、ケーシングの歪の影響による接触を回避している。
【００１７】
このように、ガスタービン前段側は後段側に比べマージンを設けた分、間隙が大きくなりやすいため、前段側の間隙制御量をより大きくできることが望ましい。
【００１８】
圧縮機から抽気された空気は、高温部品の冷却空気として、ガスタービン外側に設けられた抽気配管を通じてタービン側へと導かれる。抽気配管量の増加はコストの増加につながるため、例えば圧縮機中間段と後段のように抽気段は数段に限定されている。この抽気段数は、一般に冷却対象であるガスタービン段数よりも少ない。過剰に高圧な空気の使用は損失の増加をもたらすが、抽気段が制限されているため若干過剰な圧力にて冷却空気が供給されている部分が存在する。この過剰な圧力を適切な圧力に調整するために、オリフィスなどにより圧損を生じさせているが、このようなオリフィスによる圧力調整は圧力の浪費となるため避けることが望ましい。
【００１９】
以下、実施例を用いて説明する本発明によれば、少ない冷却空気流量の増加でケーシング冷却可能、かつより好ましい間隙制御が可能なガスタービンを提供することができる。さらに排気ディフューザの歪を低減可能なガスタービンを提供することができる。まず、ガスタービンの全体系統構成を、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、本発明を適用するガスタービンの全体系統構成図を示す。
【００２１】
ガスタービン１０１は、主に、圧縮機１０２，燃焼器１０３，タービン１０４から構成される。圧縮機１０２は、大気空気１１１を圧縮して圧縮空気１０６を生成し、生成された圧縮空気１０６を燃焼器１０３へ送る。燃焼器１０３は、圧縮機１０２により生成された圧縮空気１０６と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス１０７を生成し、タービン１０４へ排出する。
【００２２】
タービン１０４は、燃焼器１０３から排出されて圧縮空気のエネルギーを高められた燃焼ガス１０７により、タービン軸１０５に回転力を生じさせる。タービン軸１０５の回転力によって、ガスタービン１０１に接続される機器１０９（発電機，ポンプ，スクリュー等の被駆動機）を駆動させる。燃焼ガス１０７はエネルギーをタービン１０４で回収された後に、タービン１０４より排気ディフューザ１１３を経て、排気１１２として排出される。
【００２３】
また、圧縮機１０２から抽気された空気、あるいはブロワ装置（図示せず）による空気は、タービン冷却空気１１０として燃焼器１０３を経ずにタービン１０４あるいは排気ディフューザ１１３へ供給される。
【００２４】
図３に、ガスタービンの部分断面図を示す。１は第１段静翼、２は第１段動翼、３は第２段静翼、４は第２段動翼、５は第３段静翼、６は第３段動翼、７は第４段静翼、８は第４段動翼であり、９はタービン内の燃焼ガス１０７の流れ方向を示す。
【００２５】
第１段動翼２は、第１段ホイール１０の外周に接続されており、第２段動翼４が接続された第２段ホイール１１、圧縮機１０２の構成要素である圧縮機ロータ２０、及びスペーサ１４とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、高圧側のタービン軸１０５を構成している。また、第３段動翼６は、第３段ホイール１２の外周に接続されており、第４段動翼８が接続された第４段ホイール１３、発電機などの機器１０９に接続されたロータ、及びスペーサ１４とともにスタッキングボルトによりスタッキングされ、低圧側のタービン軸１０５を構成している。タービン軸１０５は、燃焼器１０３から排出される燃焼ガス１０７のエネルギーを第１段動翼２、第２段動翼４、第３段動翼６及び第４段動翼８で回収し、圧縮機１０２及びタービン軸端部に接続された機器１０９を駆動する。
【００２６】
タービン軸１０５は、タービンケーシング１９に内包されている。タービンケーシング１９には、第１段静翼１、第２段静翼３、第３段静翼５、第４段静翼７、第１段シュラウド１５、第２段シュラウド１６、第３段シュラウド１７、第４段シュラウド１８がケーシング内周側に接続されており、さらに、第２段静翼３、第４段静翼７の内周側にはダイヤフラム２７が接続されている。
【００２７】
第１段動翼２と第１段シュラウド１５、第２段動翼４と第２段シュラウド１６、第３段動翼６と第３段シュラウド１７、第４段動翼８と第４段シュラウド１８、スペーサ１４とダイヤフラム２７の間には間隙が設けられており、この間隙が、静止体と回転体の界面となっている。
【００２８】
この間隙は、ガスタービンの運転状況により変化する。図４に従来のガスタービンの間隙の変化トレンドを示す。まず、起動直後よりタービン軸１０５は回転速度が上昇し、遠心力により径方向に伸び、間隙が縮小する。その後、主流ガスの温度上昇により、タービン軸１０５、シュラウド１５，１６，１７，１８、タービンケーシング１９が熱膨張する。タービン軸１０５は径方向外側に膨張し、シュラウド１５，１６，１７，１８は径方向内側に膨張し間隙を縮小させる。タービンケーシング１９は径方向外側に膨張し間隙を拡大させる。一般に、タービン軸１０５、およびシュラウド１５，１６，１７，１８はタービンケーシング１９に比べて温度上昇しやすいため、タービンが熱的に静定する前、具体的には、定格負荷到達時近傍で最小間隙を示す。このため、定常運転中の間隙は最小間隙よりも大きなものとなる。
（実施例）
図１を用いてケーシング冷却構造を説明する。図１はタービンケーシング１９の拡大図である。タービンケーシング１９の前段側外周部に冷却空気ヘッダ２１が環状空間を形成するために設けられており、冷却空気ヘッダ２１の内部には分割構造のインピンジメンント冷却プレート２２が環状に設置されており、さらに、冷却空気ヘッダ２１は冷却空気ヘッダカバー２３により冷却空気ヘッダ２１の外部空間と区画され、環状空間が形成されている。インピンジメンント冷却プレート２２及び冷却空気ヘッダカバー２３はケーシング１９の周方向に沿って、複数設置される。各冷却空気ヘッダカバー２３には冷却空気配管が接続される。冷却空気ヘッダ２１の端面には、タービンケーシング１９内を軸方向後段側へと伸びる冷却流路２４が接続されている。冷却流路２４は略円形の断面を有し、周方向に断続的に配置されている。
【００２９】
通常、排気ディフューザ１１３の冷却に使用される冷却空気１１０は、冷却空気配管より冷却空気ヘッダ２１へと導かれる。冷却空気１１０は環状の冷却空気ヘッダ２１に設置されたインピンジメンント冷却プレート２２に設けられたインピンジ孔より噴流となって噴出し、タービンケーシング１９を衝突冷却する。その後、冷却空気１１０は冷却流路２４内をタービン軸方向後段側へと流下する。冷却流路２４は連通孔２５によって、排気ディフューザ冷却通路２６へと接続されており、冷却流路２４内を流下した冷却空気は、排気ディフューザ冷却通路２６へ供給され、排気ディフューザ１１３を冷却する。
【００３０】
図６は、図１に示すインピンジメント冷却プレート２２の拡大図である。環状のインピンジメント冷却プレート２２には複数のインピンジ孔２８が形成されている。このインピンジ孔２８は、少なくとも、ケーシング外周面と対向する面に形成される。冷却空気ヘッダカバー２３より供給された冷却空気１１０は複数のインピンジ孔２８より噴射される。インピンジ孔２８から噴出したインピンジメント冷却空気１１０ａは、インピンジメント冷却プレート２２と対向するケーシングの外表面に衝突する。この衝突噴流により、その外周側からケーシングは冷却される。
【００３１】
図５に、本実施例によるガスタービンの間隙特性を示す。ケーシング冷却実施により、径方向外側に膨張するタービンケーシング１９の変形量を減少することができる。この結果、ケーシングを冷却しない場合と比較して、起動から定常状態に至る過程における最小間隙と定常状態での間隙の差が小さくなり、定常状態での間隙を従来に比べ小さく保つことができる。このとき、最小間隙は従来のものと同程度とすることができるため、ガスタービンの信頼性を損なうことなく性能を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、ガスタービン前段側では、間隙の変化に追従可能なシール構造を使用することが困難である。これは、ラビリンスシールなどを適用するには、翼端にシュラウドを形成することが必要であるが、シュラウドを形成すると翼端面の重量が増し、翼の応力が過大になるからである。さらに耐熱性の問題によりハニカムシール等の接触を許容したシール構造を用いることが困難である。漏れ損失を抑制するためには、間隙を小さく保つことが必要となる。しかし、破損などを防ぐため、マージンをもたせた設計をせざるを得ない。一方、後段側では、主流ガスの温度が低いため接触を許容できるハニカムシールを適用できるため、マージンを小さくした設計が可能であり、間隙を小さく設計することが可能である。このように、前段側の間隙が過大になる傾向があるため、前段側の間隙制御量を大きくできること、すなわち、前段側のケーシング冷却効果を高くできることが望ましい。
【００３３】
本実施例では、冷却空気ヘッダ２１設置について軸方向に大きな制限はない。また、インピンジメンント冷却プレート２２は冷却空気ヘッダカバー２３の内側に取り付けられている。したがって、冷却空気ヘッダカバー２３はタービンケーシング１９に対して、インピンジメンント冷却プレート２２と一体的に取り付け及び取り外しが可能となる。以上の構成により、冷却空気ヘッダ２１に対するインピンジメンント冷却プレート２２の配置が容易となる。このため、ケーシング非冷却時に間隙を大きくせざるを得ない前段側の間隙を小さく保つことができる。
【００３４】
また、本実施例の構造では、冷却流路２４と排気ディフューザ冷却通路２６は連通孔２５によって接続されており、ケーシング冷却を終えた冷却空気１１０は連通孔２５を経て排気ディフューザ冷却通路２６へと導かれ、排気ディフューザ１１３を冷却する。従来のガスタービンでは、排気ディフューザ１１３とケーシング１９をそれぞれ異なる空気で冷却していたが、本実施例のようにケーシングの冷却空気を排気ディフューザの冷却空気として再利用することで、ケーシング冷却の適用にともなう冷却空気量の新たな増加を抑えることができる。
【００３５】
さらに、冷却流路２４に冷却空気１１０が流れることにより、ケーシング後側が対流冷却により冷却され、タービン後段側の間隙縮小を可能とする。
【００３６】
次に、本発明の他の実施例について図７，図８を用いて説明する。図７は、ケーシングに熱変形が発生した状態を示す概念図、図８は、ガスタービン冷却系統図である。図７に示すように、ケーシング１９はフランジ３５を介して接続される上半ケーシング１９ａと、下半ケーシング１９ｂとに分割して構成されている。このように、フランジ３５を備えたケーシング１９においてプラント起動時等に熱伸びが発生すると、上半ケーシング１９ａ，下半ケーシング１９ｂの頂点側がフランジ側よりも相対的に熱伸び量が大きくなる。詳細には、頂点側の部分が左右方向に大きく熱伸びし、フランジ側の部分が上下方向に小さく熱伸びする。これは、ケーシング１９の分割面に形成されたフランジ３５の存在により、フランジ側の部分が頂点側の部分より熱容量が大きくなるためである。この結果、図７中の実線で表すように、ケーシング全体としては不均一な熱伸び（変形）が発生し、フランジ側の部分が左右両外側に大きく移動してしまう。
【００３７】
そこで、本実施例では、相対的に熱伸びが大きくなるケーシングの頂点側に供給する冷却空気流量を、相対的に熱伸びが小さいフランジ側に供給する冷却空気流量よりも大きくするように構成したものである。以下、均一なクリアランスコントロールを実現する本実施例の構造について、図８を用いて説明する。
【００３８】
上半ケーシング１９ａ，下半ケーシング１９ｂの冷却空気ヘッダ内部には、ケーシングの周方向に沿って、インピンジメント冷却プレート２２が複数設置される。図８では、８個のインピンジメント冷却プレート２２を設置した例を示している。ここで、便宜上、上半ケーシング１９ａ及び下半ケーシング１９ｂの頂点側（上下側）に配置されたインピンジメント冷却プレートを頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａ、フランジ３５側に配置されたインピンジメント冷却プレートをフランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂと称する。各インピンジメント冷却プレートによって形成される空間(図６に示す、インピンジメント冷却プレート２２と冷却空気ヘッダカバー２３によって形成される空間)の各々には、図示しない冷却空気ヘッダカバー２３を介して複数の冷却空気供給系統３８が接続される。冷却空気供給系統３８は、インピンジメント冷却するための冷却空気（冷却媒体）を供給する。また、冷却空気供給系統３８は共通系統３８ａと、この共通系統３８ａから分岐した複数の分岐系統３８ｂ，３８ｃによって構成される。共通系統３８ａから頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａ側に冷却媒体を供給する系統を分岐系統３８ｂ、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂに分岐した系統を分岐系統３８ｃとしている。分岐系統３８ｂは、頂点側インピンジメント冷却プレート２２ａによって形成される空間に冷却空気を供給する。分岐系統３８ｃは、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂによって形成される空間に冷却空気を供給する。そして、これら分岐系統のうち、フランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂが形成する空間に接続された分岐系統３８ｃに、冷却空気の流量を調整する流量調整機構としてオリフィス３０を設置している。
【００３９】
上述した本実施例によれば、共通系統３８ａからフランジ側インピンジメント冷却プレート２２ｂ側の分岐系統３８ｃに分岐する冷却空気の流量が一定流量以上とならないように、オリフィス３０によって調整される。この結果、ケーシングの頂点側とフランジ側との熱伸び周方向分布を均一化させ、ガスタービン前段側のタービン翼先端間隙を均一に縮小可能とする。
【００４０】
上記の他の本発明の実施例について、図９、図１０を用いて説明する。図９は、ケーシング中心とタービン軸中心が一致していない状態を示す概念図、図１０は、本実施例のガスタービン冷却系統図である。製作公差や経時的なケーシングの変形等により、図９のようにケーシング１９とタービン軸１０５の中心は完全には一致しないため、タービン動翼とシュラウド間の間隙の大きさには周方向の偏りがある。ケーシング全周を均一に冷却する場合には全周一様にケーシングの熱伸びが小さくなるため、間隙の不均一は解消できない。
【００４１】
本実施例では、周方向のケーシングの冷却量を調節する機構を設置し、ケーシングの径方向および周方向の変形を制御することで、上記の間隙の不均一を解消する。
【００４２】
図１０に示すように、ケーシング１９に設置されたインピンジメント冷却プレート２２は周方向に区切られている。各インピンジメント冷却プレート２２によって形成される空間には、冷却空気ヘッダカバー２３（図１０では便宜上、示さない）を介して複数の冷却空気供給系統３８が接続されている。冷却空気供給系統３８は、共通系統３８ａと、この共通系統３８ａから分岐した複数の分岐系統３８ｄによって構成される。各分岐系統３８ｄは、各インピンジメント冷却プレート２２によって形成される空間に冷却空気を供給する。各分岐系統３８ｄに、冷却空気の流量を調節する流量調節機構としてオリフィス３０を設置する。以下、オリフィス径の設定方法について説明する。
【００４３】
ガスタービンを組み立てた際には、設定間隙公差内であることを確認するために、静止状態のタービン動翼先端（回転体）とシュラウド（静止体）間の間隙を周方向に複数点測定している。この間隙測定記録からロータ中心とケーシング中心のずれδを把握し、ガスタービン運転中にどの方向にどれだけ間隙を縮小すれば間隙の不均一を解消できるかを求め、目標とする間隙縮小量を決定する。
【００４４】
また、事前に有限要素法を用いた解析や実機試験による間隙計測結果に基づき、各位置のオリフィス径の大きさとケーシング変形量との関係を評価しておく。各オリフィス径を独立に変化させたときのケーシング変形量が分かれば、複数のオリフィス径を同時に変更した場合のケーシング変形量は、それぞれの変形量を合成して予測できる。
【００４５】
間隙測定記録から目標間隙縮小量を決定し、オリフィス径とケーシング変形量の関係から目標間隙縮小量を達成する適切なオリフィス径と配置を決定する。ガスタービンの組立時に数種類のオリフィスを事前に用意しておくことで、間隙測定後にオリフィス径を決定し、短時間で適切なオリフィスに交換する。
【００４６】
さらに、定期点検等の分解、再組立ごとに静止状態の間隙は測定するため、間隙測定記録に基づきオリフィス径を再設定することにより、経時的なケーシングの変形にも対応できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 第１段静翼
２ 第１段動翼
３ 第２段静翼
４ 第２段動翼
５ 第３段静翼
６ 第３段動翼
７ 第４段静翼
８ 第４段動翼
９ 主流ガスの流れ方向
１０ 第１段ホイール
１１ 第２段ホイール
１２ 第３段ホイール
１３ 第４段ホイール
１４ スペーサ
１５ 第１段シュラウド
１６ 第２段シュラウド
１７ 第３段シュラウド
１８ 第４段シュラウド
１９ タービンケーシング
１９ａ 上半ケーシング
１９ｂ 上半ケーシング
２０ 圧縮機ロータ
２１ 冷却空気ヘッダ
２２ インピンジメント冷却プレート
２２ａ 頂点側インピンジメント冷却プレート
２２ｂ フランジ側インピンジメント冷却プレート
２３ 冷却空気ヘッダカバー
２４ 冷却流路
２５ 連通孔
２６ 排気ディフューザ冷却通路
２７ ダイヤフラム
２８ インピンジ孔
３０ オリフィス
３５ フランジ
３８ 冷却空気供給系統
１０１ ガスタービン
１０２ 圧縮機
１０３ 燃焼器
１０４ タービン
１０５ タービン軸
１０６ 圧縮空気
１０７ 燃焼ガス
１１０ 冷却空気
１１０ａ インピンジメント冷却空気
１１１ 大気空気
１１２ 排気
１１３ 排気ディフューザ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸を内包し、冷却空気ヘッダ及びケーシング冷却流路を備えたケーシングと、該ケーシングの排気側に接続され、排気ディフューザ冷却流路を有する排気ディフューザを備えたガスタービンにおいて、
複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレートを前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記プレートは、複数段によって構成されるタービン段落の前段側に対応する位置のケーシングをインピンジ冷却するように配置されたことを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、前記冷却空気ヘッダを外部空間と区画するカバーを有することを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンにおいて、
前記カバーは、その内側に前記プレートが取り付けられ、
前記ケーシングに対して前記プレートと一体的に取り付け及び取り外しが可能に構成されていることを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、フランジを介して接続される上半ケーシングと下半ケーシングに分割して構成され、
前記プレートは前記ケーシングの周方向に沿って複数設置され、
前記プレートによって形成される空間の各々に冷却空気を供給する冷却空気供給系統を備えるとともに、
前記複数のプレートのうち、前記フランジ側に位置するプレートが形成する空間に接続された冷却空気供給系統に、冷却空気の流量を調整する流量調整機構を設けたことを特徴とするガスタービン。
【請求項６】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、フランジを介して接続される上半ケーシングと下半ケーシングに分割して構成され、
前記プレートは前記ケーシングの周方向に沿って複数設置され、
前記プレートによって形成される空間の各々に冷却空気を供給する冷却空気供給系統を備えるとともに、
前記冷却空気供給系統の各々にオリフィスを設け、
前記ガスタービンの周方向の各位置の、ガスタービン静止状態時における回転体と静止体との間隙値と、オリフィスの径の大きさとケーシングの変形量との関係に基づき、前記冷却空気供給系統の各々に設けられたオリフィスの径を設定することを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
タービン軸を内包し、冷却空気ヘッダ及びケーシング冷却流路を備えたケーシングと、該ケーシングの排気側に接続され、排気ディフューザ冷却流路を有する排気ディフューザを備えたガスタービンにおいて、
複数のインピンジ冷却孔が形成されたプレートを前記冷却空気ヘッダ内部に設け、前記インピンジ冷却孔から導入された冷却空気が前記ケーシング冷却流路から前記排気ディフューザ冷却流路に至る経路を形成したことを特徴とするガスタービン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記プレートは、複数段によって構成されるタービン段落の前段側に対応する位置のケーシングをインピンジ冷却するように配置されたことを特徴とするガスタービン。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、前記冷却空気ヘッダを外部空間と区画するカバーを有することを特徴とするガスタービン。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンにおいて、
前記カバーは、その内側に前記プレートが取り付けられ、
前記ケーシングに対して前記プレートと一体的に取り付け及び取り外しが可能に構成されていることを特徴とするガスタービン。
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、フランジを介して接続される上半ケーシングと下半ケーシングに分割して構成され、
前記プレートは前記ケーシングの周方向に沿って複数設置され、
前記プレートによって形成される空間の各々に冷却空気を供給する冷却空気供給系統を備えるとともに、
前記複数のプレートのうち、前記フランジ側に位置するプレートが形成する空間に接続された冷却空気供給系統に、冷却空気の流量を調整する流量調整機構を設けたことを特徴とするガスタービン。
【請求項６】
請求項１に記載のガスタービンにおいて、
前記ケーシングは、フランジを介して接続される上半ケーシングと下半ケーシングに分割して構成され、
前記プレートは前記ケーシングの周方向に沿って複数設置され、
前記プレートによって形成される空間の各々に冷却空気を供給する冷却空気供給系統を備えるとともに、
前記冷却空気供給系統の各々にオリフィスを設け、
前記ガスタービンの周方向の各位置の、ガスタービン静止状態時における回転体と静止体との間隙値と、オリフィスの径の大きさとケーシングの変形量との関係に基づき、前記冷却空気供給系統の各々に設けられたオリフィスの径を設定することを特徴とするガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８３２５０（Ｐ２０１３−８３２５０Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１５４５８（Ｐ２０１２−２１５４５８）
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２８日（２０１２．９．２８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
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