燃气轮机及燃气轮机的运转方法
【专利摘要】本发明涉及燃气轮机及燃气轮机的运转方法，所述燃气轮机具备：轴方向通路，沿作为旋转轴的转子的中心轴设于以所述中心轴为旋转轴旋转的旋转部件上，并且使冷却用空气向在沿所述转子的旋转轴的方向上流动；径方向通路，所述径方向通路为如下所述的通路：从所述转子的中心朝向外侧设于所述旋转部件上，由此压缩所述冷却用空气，并且一侧的端部与所述轴方向通路连通，另一侧的端部与所述旋转部件的外部连通，且朝向所述旋转部件的周方向设置有多个；及外部通路，具备空气量调整单元，一侧的端部与取入空气的空气源连通，另一侧的端部与所述径方向通路连通而导入所述冷却用空气。
【专利说明】燃气轮机及燃气轮机的运转方法
[0001]本申请为2010年12月30日提交的、申请号为200980125435.6的、发明名称为
“燃气轮机及燃气轮机的运转方法”的申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及燃气轮机及燃气轮机的运转方法，更详细而言，涉及冷却涡轮侧的动叶片的燃气轮机及燃气轮机的运转方法。
【背景技术】
[0003]目前，作为从使空气和燃料燃烧的燃烧气体获取能量的装置存在有燃气轮机。燃气轮机利用通过使燃料和压缩后的空气燃烧而产生的燃烧气体的能量使涡轮旋转而从转子输出旋转能量。但是，为了在高温的状态下向涡轮供给上述燃烧气体，接受上述高温燃烧气体的涡轮的动叶片也暴露于高温氛围中。因此，例如在专利文献I中，公开有经由沿转子的中心轴设置的孔即中心孔从冷却用空气的供给源即压缩机侧向冷却用空气的供给对象即上述动叶片供给空气，冷却上述动叶片的燃气轮机。
[0004]专利文献1:日本特开昭61 - 226502号公报
[0005]专利文献2:日本特公昭59 — 41001号公报
[0006]专利文献3:日本特开平11 - 117702号公报
[0007]专利文献I所记载的技术中，经由转子的中心孔由压缩机压缩的空气经由内部通路而从压缩机侧向涡轮侧流动，作为冷却用空气向上述动叶片供给。但是，在专利文献I所记载的技术中，从压缩机的旋转部件即圆盘将一部分空气向位于压缩机主体的内方的腔室侧抽出，且经过内部通路向动叶片侧通路供给，因此，不易于在运转中途调节抽出空气量。因此，可能会从压缩机抽出用于在燃气轮机的最大负荷运转时冷却动叶片所需的流量以上的冷却用空气，其结果，可能降低燃气轮机的热效率。
[0008]另外，专利文献2所记载的技术和专利文献I所记载的技术相同，从压缩机侧经过内部通路向动叶片侧供给空气，具有同样的问题点。另外，专利文献3所记载的技术中，从涡轮侧的转子轴端侧供给冷却介质，但其为以冷却介质的回收为前提的系统，和本申请的目的不同。
[0009]另外，通常，由于燃气轮机的负荷，动叶片的冷却所需的冷却用空气量不同。在燃气轮机高负荷运转的情况下，将高压空气向动叶片侧供给，需要确保必要空气量，提高冷却能力。在低负荷运转的情况下，由于需要减小冷却用空气量，因此供给较低压的空气，需要抑制不必要的空气的消耗，且需要抑制燃气轮机的热效率的降低。上述专利文献中，对于相对于这种涡轮负荷变动的空气量的调整单元没有任何公开。
【发明内容】
[0010]本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于提供能够抑制热效率的降低的燃气轮机。[0011]根据本发明一方面，提供一种燃气轮机，具备:轴方向通路，沿作为旋转轴的转子的中心轴设于以所述中心轴为旋转轴旋转的旋转部件上，并且使冷却用空气在沿所述转子的旋转轴的方向上流动；径方向通路，所述径方向通路为如下所述的通路:从所述转子的中心朝向外侧设于所述旋转部件上，由此压缩所述冷却用空气，并且一侧的端部与所述轴方向通路连通，另一侧的端部与所述旋转部件的外部连通，且朝向所述旋转部件的周方向设置有多个；及外部通路，具备空气量调整单元，所述外部通路的一侧的端部与取入空气的空气源连通，另一侧的端部与所述径方向通路连通而导入所述冷却用空气。
[0012]根据本发明其它方面，提供一种燃气轮机的运转方法，根据燃气轮机的负荷切换所述空气源，所述燃气轮机具备:轴方向通路，沿作为旋转轴的转子的中心轴设于以所述中心轴为旋转轴旋转的旋转部件上，并且使冷却用空气在沿所述转子的旋转轴的方向上流动；径方向通路，所述径方向通路为如下所述的通路:从所述转子的中心朝向外侧设于所述旋转部件上，由此压缩所述冷却用空气，并且一侧的端部与所述轴方向通路连通，另一侧的端部与所述旋转部件的外部连通，且朝向所述旋转部件的周方向设置有多个；及外部通路，由一侧的端部与取入空气的空气源连通而导入所述冷却用空气、另一侧的端部经由轴端密封部与所述径方向通路连通的多个通路构成，具备切换所述空气源的切换单元。
[0013]根据本发明的燃气轮机的运转方法，能够根据燃气轮机的负荷选择冷却空气的空气源，因此能够根据运转状况采用适宜的空气，能够抑制燃气轮机整体的热效率的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是实施方式I的燃气轮机系统的整体图；
[0015]图2是实施方式I的燃气轮机3的概略构成图；
[0016]图3是示意性表示位于实施方式I的燃气轮机的后方段的动叶片之一例的剖面图；
[0017]图4是示意性说明冷却用空气流动的通路的剖面图；
[0018]图5A是以包含中心轴的面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图；
[0019]图5B是以图5A的A — A面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图；
[0020]图5 C是以图5B的B — B面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图；
[0021]图6A是不意性表不实施方式I的第一径方向通路的剖面图；
[0022]图6B是不意性表不实施方式I的其它第一径方向通路的剖面图；
[0023]图6 C是不意性表不实施方式I的其它第一径方向通路的剖面图；
[0024]图7是实施方式2的燃气轮机系统的整体图。
【具体实施方式】
[0025]下面，参照附图对本发明进行详细说明。另外，本发明不受用于实施本发明的最佳方式(以下称为实施方式)限定。另外，下记实施方式的构成要素中包含本领域技术人员能够容易想到的、实质上相同的、所有均等的范围。
[0026](实施方式I)
[0027]图1是实施方式I的燃气轮机系统的整体图。图2是实施方式I的燃气轮机3的概略构成图。如图1及图2所示，向本实施方式的燃气轮机3供给的燃烧用空气经由空气过滤器71被导入到压缩机20。将通过压缩机20压缩为规定压力的燃烧用空气向燃烧器30供给，并与燃料混合而使其燃烧。将在燃烧器30产生的燃烧气体导入涡轮10，在向涡轮侧静叶片12、涡轮侧动叶片13流下时将热能量转换为涡轮10的转子50的旋转能量并作为电力从发电机80取出。
[0028]本实施方式的燃气轮机3如图2所示，从流体流动的上游侧朝向下游侧依次包含压缩机20、燃烧器30、涡轮10、排气室40而构成。压缩机20将空气加压，向燃烧器30送出被加压后的空气。燃烧器30将燃料向上述空气供给而使其燃烧。涡轮10将从燃烧器30送出的上述燃烧气体所拥有的能量转换为旋转能量。
[0029]压缩机20具有空气取入口 21、压缩机壳体22、压缩机侧静叶片23、压缩机侧动叶片24、及抽气歧管25。空气取入口 21为将从图1所示的空气过滤器71导入的空气取入到压缩机壳体22的空气的导入口。
[0030]在压缩机壳体22内交替设置多个压缩机侧静叶片23和多个压缩机侧动叶片24。由压缩机20压缩的空气被导入到燃烧器30的机室36。抽气歧管25设于压缩机侧静叶片23的外侧，具备暂时存储用于进行涡轮侧的静动叶片的冷却的从压缩机20的中间段抽气的压缩空气的作用。抽气歧管25具备用于与外部配管连接的压缩机抽气口 26。压缩机抽气口 26也可以设置多个抽气口。例如，具备从压缩机的低压侧中间段抽取的低压抽气的低压抽气口及从高压侧中间段抽取的高压抽气的高压抽气口，也可以根据运转状况适宜改变抽气口。
[0031]燃烧器30具有壳体31、燃烧器衬套32、及尾筒33。在壳体31的内部形成机室36。燃烧器衬套32形成为大致圆筒形状，作为燃烧气体的通路设于机室36的内部。此外，在机室36内设置尾筒33作为燃烧气体的通路。尾筒33形成为大致圆筒形状，在尾筒33的内部形成空气和燃料燃烧的燃烧区域37。
[0032]燃烧器衬套32的轴方向的端部中的一端部连接尾筒33。另外，在燃烧器衬套32的与尾筒33相反侧的端部设有向燃烧器衬套32的内部喷射燃料的燃料喷嘴34。而且，在燃烧器衬套32的外周面形成多个向燃烧器衬套32的内部导入压缩空气的燃烧器衬套空气取入口 35。
[0033]涡轮10具有涡轮机室11、涡轮侧静叶片12、涡轮侧动叶片13。在涡轮机室11内交替配设有多个涡轮侧静叶片12和多个涡轮侧动叶片13。排气室40具有与涡轮10连接的排气扩散器41。排气扩散器41将通过了涡轮10的燃烧气体即废气的动压变换为静压。
[0034]燃气轮机3具有作为旋转部件的转子50。转子50以贯通压缩机20、燃烧器30、涡轮10、排气室40的中心部的方式设置。对于转子50，通过轴承51旋转自如地支承压缩机20侧的端部，通过轴承52旋转自如地支承排气室40侧的端部。另外，在转子50上固定多个圆盘14。此外，圆盘14将压缩机侧动叶片24及涡轮侧动叶片13连结。另外，在转子50的压缩机20侧的端部连结未图示的发电机的驱动轴。根据上述构成，燃气轮机3驱动发电机80进行发电。
[0035]燃气轮机3将在作为高压区域的压缩机20的中间段存在的压缩空气作为冷却用空气向轴方向通路60供给。如图1所示，燃气轮机3具备轴端密封部67、外部通路68、作为冷却用空气冷却单元的冷却器69、空气流量调节阀70。轴端密封部67以覆盖冷却用空气导入口 61的方式设置，并且与外部通路68连通。由此，如图4所示，冷却用空气导入口61和外部通路68经由轴端密封部67连通。
[0036]具体而言，外部通路68与例如设于压缩机20的抽气歧管25的压缩机抽气口 26连接。冷却器69设于外部通路68。在此，从压缩机20抽出的压缩空气的温度比大气中的温度高。因此，冷却器69对在外部通路68的内部流动的冷却用空气进行冷却。
[0037]空气流量调节阀70设于外部通路68，调整在外部通路68的内部流动的冷却用空气的流量。在此，从压缩机20抽出且在外部通路68内流动的冷却用空气的流量根据燃气轮机3的运转状况而发生变动。具体而言，燃气轮机越是在高负荷下工作，在外部通路68内流动的冷却用空气越是增加。
[0038]根据上述构成，从压缩机20抽出的冷却用空气经由外部通路68被供给至涡轮10。接着，冷却用空气通过空气流量调节阀70调节流量，通过冷却器69进行冷却。由冷却器69冷却的冷却用空气经由外部通路68及轴端密封部67被导入至冷却用空气导入口 61。
[0039]通过了涡轮最终段的燃烧气体从排气室40被向排热回收部42导入而进行热回收，从烟囱43向大气放出。另一方面，对于高温的燃烧气体通过的涡轮侧静叶片12、涡轮侧动叶片13，为了抑制因高温的燃烧气体导致的叶片损伤，由冷却用空气冷却其内部。上述冷却用空气在冷却了涡轮侧静叶片12、涡轮侧动叶片13后，最终向燃烧气体中放出。
[0040]在此，通常作为冷却用空气的空气源，从压缩机20的中间段抽取由压缩机20压缩的燃烧用空气的一部分，将其用于冷却用空气。近年来，由于热效率较高的燃气轮机的必要性，存在使用更高温的燃烧气体的趋势。因此，对于位于燃烧气体的流动的下游侧的后方段的涡轮侧动叶片13，冷却至现有技术以上的必要性提高。
[0041]图1中，为了冷却涡轮的后方段的涡轮侧动叶片13，从压缩机抽气口 26抽出压缩机20的抽气空气的一部分作为空气源。从压缩机抽气口 26抽出的冷却用空气在外部通路68内流动，并从涡轮10的转子50的轴端侧向涡轮10供给。
[0042]从压缩机抽气口 26抽出的空气通过冷却器69冷却至适宜的温度。作为用于此的制冷剂例如使用冷却水。另外，处于系统内的排热回收部42的锅炉工作流体等较低温的流体也可以作为冷却器69的制冷剂使用。该情况下，通过热回收，系统整体的能量损失进一步降低。冷却用空气的流量的调节是根据燃气轮机的负荷利用作为空气流量调整单元的空气流量调节阀70进行。另外，冷却用空气的温度的调整是根据燃气轮机的负荷通过冷却器69的制冷剂流量的调整及绕过冷却器的空气量的调整进行。
[0043]另外，在外部通路68内流动的冷却用空气经由位于外部通路68的下游端的轴端密封部67被供给至涡轮10。另外，作为空气流量调整单元，除了可连续地进行控制的空气流量调节阀70外，还包含通过手动阀、节流孔等手动操作调整冷却用空气的流量的方法。
[0044]这样，燃气轮机系统I具备:由图2所示的压缩机20、涡轮10、燃烧器30、排气室40构成的燃气轮机3 ;及配置于燃气轮机3的周边的将冷却空气向涡轮供给的外部通路68、冷却器69及空气流量调节阀70。
[0045]另外，燃气轮机系统I构成为可以拆下轴端密封部67及外部通路68、或构成为将冷却用空气的供给源在大气和压缩机20间切换，也可以根据燃气轮机3的运转状况变更冷却用空气的供给源即空气源。
[0046]如上所述，燃气轮机3具有通过冷却用空气冷却涡轮侧动叶片13的功能。另外，冷却对象除涡轮侧动叶片13以外，还用于涡轮侧静叶片12、除此之外的燃气轮机的构成零件的冷却。本实施方式中，涡轮侧动叶片13中最终段动叶片通过冷却用空气冷却，但冷却对象的动叶片不限于此。
[0047]图3是示意性表示位于实施方式I的燃气轮机的后方段的动叶片之一例的剖面图。如图3所示，涡轮侧动叶片13具有:基部131 ;涡轮侧动叶片13的前端部即尖端部132 ；孔即冷却通路133。涡轮侧动叶片13通过基部131被安装于图2所示的圆盘14的外周。冷却通路133在基部131上向空洞状的空间开口而形成。冷却通路133从基部131朝向尖端部132大致直线状地形成多个。
[0048]在本实施方式中，冷却通路133从基部131朝向尖端部132大致直线状地形成多个，但本实施方式不限于此。在设于图2所示的涡轮10的多个涡轮侧动叶片13的情况下，冷却通路133也可以例如曲线状(所谓的弯曲流路)地设置。
[0049]冷却用空气首先从涡轮侧动叶片13的基部131侧流入冷却通路133。在此，冷却用空气在与冷却通路133内的壁面之间进行热交换。接着，冷却用空气通过冷却通路133向涡轮侧动叶片13的尖端部132侧流动。这样，在冷却通路133内流动的冷却用空气在与涡轮侧动叶片13之间进行热交换，对涡轮侧动叶片13进行冷却。
[0050]图4是示意性说明冷却用空气流动的通路的剖面图。如图4所示，本实施方式的燃气轮机3具备轴方向通路60、冷却用空气导入口 61、作为旋涡赋予单元的旋流器62、第一径方向通路63、腔室64、及第二径方向通路65。
[0051]轴方向通路60沿排气室40侧的转子50的中心轴RL形成为筒状。在本实施方式中，作为优选的方式，轴方向通路60以转子50的中心轴RL和轴方向通路60的中心轴一致的方式形成。另外，轴方向通路60的一端部即冷却用空气导入口 61与图1所示的外部通路68连通。
[0052]冷却用空气导入口 61例如漏斗状地设于转子50的排气室40侧的端部50a。漏斗状是指以大致吊钟形地具有曲率的方式形成圆锥的形状，形成为冷却用空气的流动的上游侧口径大，且口径随着朝向冷却用空气的流动的下游侧而减小。由此，冷却用空气导入口61可以更高效地将冷却用空气从外部通路68导入到轴方向通路60。
[0053]图5A是以包含中心轴的面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图。图5B是以图5A的A — A面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图。图5 C是以图5B的B — B面切开实施方式I的旋流器并示意性表示的剖面图。
[0054]图5A、图5B、图5 C所示的旋流器62被设置于图4所示的冷却用空气导入口 61的相反侧的轴方向通路60的端部。旋流器62固定于转子50上，是与转子50 —同旋转的旋转部件。旋流器62具备导向板62a。导向板62a通过旋流器62旋转而对轴方向通路60内部的冷却用空气沿转子50的旋转方向赋予回转。即，通过旋流器62，冷却用空气沿转子50的旋转方向被赋予速度成分而流动。另外，旋流器62也可以设于轴方向通路60的另一端部即冷却用空气导入口 61。
[0055]但是，旋流器62和腔室侧开口 65a的距离越大，通过旋流器62赋予冷却用空气的回转流越衰减。因此，优选将旋流器62设于第一径方向通路63附近。
[0056]如图4所示，在与冷却用空气导入口 61连通的外部通路68的端部连接进行旋转驱动的轴方向通路60和静止构造的外部通路68，且设置用于将冷却用空气不泄漏地向涡轮10侧导入的轴端密封部67。[0057]轴端密封部67为旋转静止间紧密密封，即具备由迷宫式密封件67A和刷式密封件67b的组合构成的密封构造。轴端密封部67抑制冷却用空气从连接部向外部泄漏。轴端密封部67作为密封构造例如也可以代替刷式密封而由片状轴密封、其它密封件构成。
[0058]图6A是不意性表不实施方式I的第一径方向通路的剖面图。图6B是不意性表不实施方式I的其它第一径方向通路的剖面图。图6 C是不意性表不实施方式I的其它第一径方向通路的剖面图。另外，图6A?图6 C表示由与转子50的中心轴RL正交的面剖面看到的情况。
[0059]如图6A所示，第一径方向通路63在转子50上从转子50的中心朝向外侧形成多个。在此，第一径方向通路63例如从轴方向通路60的中心放射线状地作为孔形成。第一径方向通路63具有冷却用空气导入侧开口 63a和冷却用空气排出侧开口 63b。冷却用空气导入侧开口 63a向轴方向通路60开口。冷却用空气排出侧开口 63b向图4所示的腔室64开口。
[0060]另外，本实施方式中，第一径方向通路63从轴方向通路60的中心放射线状地形成，但本实施方式不限于此。例如图6B所示，第一径方向通路63也可以曲线状地形成。另夕卜，例如图6 C所示，第一径方向通路63的假想延长线也可以不必通过轴方向通路60的中心。
[0061]如图4所示，腔室64形成于作为安装涡轮侧动叶片13的旋转部件的圆盘14附近的转子50上。另外，圆盘14是以中心轴RL为轴与转子50 —同旋转的旋转部件。腔室64暂时存储从第一径方向通路63供给的冷却用空气，向在腔室64开口的第二径方向通路65供给上述冷却用空气。另外，本实施方式中，第一径方向通路63和第二径方向通路65经由腔室64连通，但本实施方式不限于此。第一径方向通路63和第二径方向通路65也可以不在中间设置腔室64而通过管状的通路连通。
[0062]第二径方向通路65在圆盘14上从圆盘14的中心朝向外侧设置多个。对于第二径方向通路65，设于一端部的开口即腔室侧开口 65a向腔室64开口，设于另一端部的开口即动叶片侧开口 65b向涡轮侧动叶片13的冷却通路133开口。
[0063]根据上述构成，存在于轴方向通路60的内部的冷却用空气在燃气轮机3工作且转子50旋转时，通过与转子50 —同旋转的旋流器62沿转子50的旋转方向被赋予回转。其次，冷却用空气经由设于旋流器62附近的冷却用空气导入侧开口 63a被向第一径方向通路63导入。由于第一径方向通路63以中心轴RL为中心旋转，因此被导入到第一径方向通路63的冷却用空气通过与离心压缩机相同的抽取效果升压。图中箭头所示的冷却用空气流AF02从轴方向通路60流入冷却用空气导入侧开口 63a，从径方向中心侧向径方向外侧流动。
[0064]在第一径方向通路63的内部流动的冷却用空气经由冷却用空气排出侧开口 63b被向腔室64导入。接着，在腔室64的内部流动的冷却用空气经由腔室侧开口 65a被导入向腔室64开口的第二径方向通路65。
[0065]由于第二径方向通路65以中心轴RL为中心旋转，被导入到第二径方向通路65的冷却用空气通过与离心压缩机相同的抽取效果升压。图中箭头所示的冷却用空气流AF03从圆盘14的径方向中心侧向径方向外侧流动。
[0066]接着，在第二径方向通路65的内部流动的冷却用空气经由动叶片侧开口 65b被向冷却通路133导入。其次，由于冷却通路133以中心轴RL为中心旋转，在冷却通路133的内部流动的冷却用空气通过与离心压缩机相同的抽取效果升压。图中箭头所示的冷却用空气流AF04从基部131侧朝向图3所示的尖端部132侧流动。到达尖端部132的冷却用空气从冷却用空气排出口 136向燃烧气体中排出。
[0067]如上所述，在冷却用空气流过第一径方向通路63、第二径方向通路65、冷却通路133时，对冷却用空气作用离心力带来的抽取作用。本实施方式中，配置于径方向的第一径方向通路63的起始点被配置于转子50中心附近，且依次配置第二径方向通路65、涡轮侧动叶片13内的图3所示的冷却通路133，因此抽取作用有效地作用。
[0068]燃气轮机3通过上述构成使对冷却用空气作用的抽取力与从外部通路68在轴方向通路60及第一径方向通路63、第二径方向通路65流动时产生的压力损失相抵消，担当用于向涡轮侧动叶片13前端导入冷却用空气的推进力的一部分。
[0069]另外，抽取作用对于在冷却通路133内流动的冷却用空气有效地作用，可以进一步降低空气源所需的冷却用空气的压力。在燃气轮机3的负荷小且必要的冷却用空气量小的情况下，即使是与大气空气一样的空气源的压力，抽取作用也能够有效地作用，可以将冷却用空气供给至冷却对象即涡轮侧动叶片13的前端。
[0070]以上的燃气轮机系统I具备:轴方向通路60，沿作为旋转轴的转子50的中心轴RL设置，并且与外部通路68连通；第一径方向通路63，通过从转子50的中心朝向外侧设置于转子50上来压缩冷却用空气，并且与轴方向通路60连通；第二径方向通路65，一端部经由腔室64与第一径方向通路63连通，且另一端部经由冷却通路133与旋转部件的外部连通；及外部通路68，从作为空气源的压缩机抽气口将冷却用空气导向轴方向通路，并且具有空气量调整单元。
[0071]根据上述构成，燃气轮机系统I与现有例所示的燃气轮机不同，独立于燃气轮机3，为在外部通路68具备空气流量调节阀70及冷却器的构成，因此，即使在运转中也能够总是进行空气量及空气温度的调整。
[0072](实施方式2)
[0073]图7是实施方式2的燃气轮机系统的整体图。在实施方式2中，表示为了将向涡轮10供给的后方段的涡轮侧动叶片13冷却，而设置多处冷却用空气的空气源的情况。
[0074]如图7所示，燃气轮机系统2具备压缩机高压抽气口 27、压缩机低压抽气口 28、大气导入口 29作为空气源。燃气轮机系统2具备从各空气源到设置于涡轮10的转子50的轴端的轴端密封部67的外部通路68。
[0075]压缩机高压抽气口 27及压缩机低压抽气口 28可以从压缩机的中间段抽出压缩空气。压缩机高压抽气口 27及压缩机低压抽气口 28根据需要不限于二处，也可以设置三处以上的抽气口。
[0076]图7所示的例子中，燃气轮机系统2从位于接近压缩机20的空气流动的出口侧的压缩空气流的下游侧的压缩机高压抽气口 27抽出高压空气，从位于压缩空气流的上游侧的压缩机低压抽气口 28抽出比高压空气低压的低压空气。
[0077]另外，作为压缩机高压抽气口 27及压缩机低压抽气口 28以外的空气源，在使燃气轮机3以低负荷运转的情况下，如图7所示，可以从大气导入口 29经由空气过滤器71直接导入大气空气。从大气导入口 29导入的空气通过空气量调整单元即空气流量调节阀70来调整流量。另外，从大气导入口 29导入的空气由于为较低温的大气温度，所以不需要通过冷却器69冷却。另外，压缩机抽气口也可以不设置压缩机高压抽气口 27、压缩机低压抽气口 28这两个，而仅设置任一个压缩机抽气口。
[0078]另外，空气源是基本上使用任一处的空气源向涡轮10供给冷却用空气的空气源。即，燃气轮机3不同时从多个空气源向涡轮10导入冷却用空气。空气源的切换通过各外部通路68所具备的切换阀72进行。
[0079]在进行冷却用空气的供给源即空气源的切换时，也可以使燃气轮机3暂时停止而进行切换，也可以在燃气轮机3运转中逐渐切换。
[0080]另外，适当的空气源的选择通过与燃气轮机3的负荷条件的关系决定。在燃气轮机3为100%负荷运转的情况下，对涡轮侧动叶片13作用的热负荷最为严酷，为涡轮侧动叶片13最需要冷却用空气量的情况。
[0081]因此，在燃气轮机3为高负荷运转的情况下，选定空气源的抽出压力最高的压缩机高压抽气口 27。如果选定压缩机高压抽气口 27并向涡轮10供给由冷却器69冷却至适当的温度的空气，则燃气轮机3可以向涡轮侧动叶片13供给最大量的冷却用空气。由此，燃气轮机3得到最大的冷却效果。
[0082]在燃气轮机3的负荷较小的情况下，燃气轮机3从大气导入口 29导入冷却用空气。燃气轮机3在以压缩机高压抽气口 27及压缩机低压抽气口 28为空气源的情况下，需要冷却器69，但在以大气导入口 29为空气源的情况下，不需要冷却器69。因此，燃气轮机3不存在该量的热损失，燃气轮机3整体的热效率提高。
[0083]但是，在以大气导入口 29为空气源的情况下，由于为低压的空气源，所以在冷却用空气流动的通路使压力损失，由此限制可导入到涡轮10的空气流量。另外，在燃气轮机3为中间负荷的情况下，也有时从压缩机低压抽气口 28抽出冷却用空气。与燃气轮机3为100%负荷的情况相比，必要空气量小，另外，与负荷小且以大气导入口 29为空气源的情况相比必要空气量多的情况下，燃气轮机3从压缩机低压抽气口 28向涡轮10导入冷却用空气。
[0084]这种情况下，与燃气轮机3的100%负荷运转时使用的压缩机高压抽气口 27相比，可以降低导入到涡轮10的冷却用空气的压力，因此，燃气轮机3可以降低在压缩机20的能
量损失。
[0085]另外，燃气轮机3作为空气量调整单元，除了空气流量调节阀70之外，还包含手动阀、节流孔等。另外，作为空气源的切换单元，代替能够通过远距离操作进行切换的切换阀72，也可以通过手动进行切换。
[0086]另外，对于本实施方式的燃气轮机3，作为具备旋流器62的实施例进行了说明，但本实施方式不限于此。燃气轮机3也可以不具备旋流器62。但是，通过设置旋流器62，可以降低冷却用空气从轴方向通路60向第一径方向通路63导入时的压力损失。因此，燃气轮机3可以更适宜地抑制冷却性能的降低。
[0087]根据上述的实施方式的燃气轮机，可以从低压的空气源向冷却对象供给如下所述量的冷却用空气，即为在相比现有的燃气轮机在径方向上较长地确保的通路内通过抽取作用升压的压力量。因此，可以从比压缩机出口空气低压的压缩机抽气口取出空气，可以进一步调节其空气量，可以高效地供给对应于燃气轮机的运转状况的冷却空气。[0088]另外，根据上述的实施方式的燃气轮机，从上述压缩机抽气口抽出的空气由于通过上述压缩机进行压缩，所以温度上升。因此，可以对通过上述冷却用空气冷却单元从上述压缩机抽气口抽出的空气进行冷却。由此，上述燃气轮机可以进一步对冷却对象进行冷却。
[0089]另外，根据本发明的燃气轮机，通过将上述空气源设为向大气开口的大气导入口，可以从大气向冷却对象供给冷却用空气。由此，本发明的燃气轮机如现有的燃气轮机那样，可以不从压缩机侧抽出冷却用空气而从大气取入口取入空气。因此，本发明的燃气轮机不需要高压空气作为冷却用空气的空气源，因此，可以期待热效率的提高。
[0090]另外，根据上述实施方式的燃气轮机，在冷却用空气到达径方向通路之前，旋涡赋予单元向向冷却用空气赋予与旋转的径方向通路相同旋转方向的回转。由此，冷却用空气被高效地从轴方向通路向径方向通路导入。因此，本发明的燃气轮机可以抑制热效率的降低。
[0091]另外，根据上述的实施方式的燃气轮机，上述外部通路由多个外部通路构成，由于具备切换上述空气源的切换单元，从而可以根据上述燃气轮机的运转状况从多个上述空气源选择必要的压力的冷却用空气且向冷却对象供给。由此，上述燃气轮机可以抑制冷却用空气的压力相对于必要的压力过度地变高，可以选择与燃气轮机的负荷相对应的适当的空气源，因此可以抑制燃气轮机整体的热效率降低。
[0092]根据上述的实施方式的燃气轮机的运转方法，可以选择与燃气轮机的负荷相对应的冷却空气的空气源，因此可以根据运转状况采用适当的空气，可以抑制燃气轮机整体的热效率降低。
[0093]工业实用性
[0094]如上所述，本实施方式的燃气轮机及燃气轮机的运转方法对冷却涡轮侧的动叶片有用，特别是适用于可抑制热效率的降低的燃气轮机。
[0095]标号说明
[0096]1、2 燃气轮机系统
[0097]3燃气轮机
[0098]10 涡轮
[0099]11 涡轮机室
[0100]12 涡轮侧静叶片
[0101]13 涡轮侧动叶片
[0102]14 圆盘
[0103]20 压缩机
[0104]21 空气取入口
[0105]22 压缩机壳体
[0106]23 压缩机侧静叶片
[0107]24 压缩机侧动叶片
[0108]25 抽气歧管
[0109]26 压缩机抽气口
[0110]27 压缩机高压抽气口
[0111]28 压缩机低压抽气口[0112]29大气导入口
[0113]30燃烧器
[0114]31壳体
[0115]32燃烧器衬套
[0116]33尾筒
[0117]34燃料喷嘴
[0118]35燃烧器衬套空气取入口
[0119]36机室
[0120]37燃烧区域
[0121]40排气室
[0122]41排气扩散器
[0123]42排热回 收部
[0124]43烟囱
[0125]50转子
[0126]51轴承
[0127]52轴承
[0128]60轴方向通路
[0129]61冷却用空气导入口
[0130]62旋流器
[0131]62a导向板
[0132]63第一径方向通路
[0133]63a冷却用空气导入侧开口
[0134]63b冷却用空气排出侧开口
[0135]64腔室
[0136]65第二径方向通路
[0137]65a腔室侧开口
[0138]65b动叶片侧开口
[0139]67轴端密封部
[0140]67a迷宫式密封件
[0141]67b刷式密封件
[0142]68外部通路
[0143]69冷却器
[0144]70空气流量调节阀
[0145]71空气过滤器
[0146]72切换阀
[0147]80发电机
[0148]131基部
[0149]132尖端部
[0150]133冷却通路[0151]136冷却用空气排出口
[0152]AF02冷却用空气流
[0153]AF03冷却用空气流 [0154]AF04冷却用空气流
[0155]RL中心轴
【权利要求】
1.一种燃气轮机，其特征在于，具备: 轴方向通路，在作为旋转轴的转子的筒内沿所述转子的中心轴形成，与以所述中心轴为旋转轴旋转的旋转部件一起设置于所述转子，供冷却用空气在沿所述转子的旋转轴的方向上流动； 径方向通路，所述径方向通路为如下所述的孔状的通路:直接连结于该轴方向通路，所述径方向通路的起始点配置于所述轴方向通路的所述冷却用空气流动的下游侧末端的所述转子中心轴附近，所述径方向通路从所述转子的中心朝向外侧设置于所述旋转部件上，由此压缩所述冷却用空气，并且一侧的端部与所述轴方向通路连通，另一侧的端部与所述旋转部件的后方段的涡轮动叶片连通，且朝向所述旋转部件的径方向的外侧呈放射线状地设置有多个；及 外部通路，具备空气量调整单元，所述外部通路的一侧的端部与取入空气的空气源连通，另一侧的端部从排气室侧的所述转子的轴端侧与所述轴方向通路连通而导入所述冷却用空气， 所述径方向通路由第一径方向通路、第二径方向通路、以及腔室形成， 所述第一径方向通路与所述轴方向通路连通， 所述第二径方向通路与涡轮动叶片的冷却通路连通， 所述腔室配置于所述第一径方向通路与所述第二径方向通路之间，一端与所述第一径方向通路连通，另一端与所述第二径方向通路连通， 所述第一径方向通路和所述第二径方向通路中，所述通路的中心轴相对于所述转子的轴方向相互偏离。
2.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于， 所述空气源为设置于对空气进行压缩的压缩机的压缩机抽气口。
3.如权利要求2所述的燃气轮机，其特征在于， 具备冷却用空气冷却单元，设置于所述外部通路，并且对所述冷却用空气进行冷却。
4.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于， 所述空气源为向大气开口的大气导入口。
5.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于， 具备旋涡赋予单元，设置于所述轴方向通路，对于在所述轴方向通路内流动的所述冷却用空气赋予所述转子的旋转方向的回转。
6.如权利要求1?5的任一项所述的燃气轮机，其特征在于， 所述外部通路由多个外部通路构成，具备切换所述空气源的切换单元。
【文档编号】F02C7/18GK103758578SQ201410007112
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2009年4月22日 优先权日:2008年6月30日
【发明者】高村启太, 桥本真也, 由里雅则 申请人:三菱重工业株式会社