燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法技术

燃气轮机(1)具备压缩机(10)、涡轮(30)、抽气管线(61)和部件导入管线(66)。抽气管线(61)从压缩机(10)的中间压缩级(19a)将压缩空气作为抽出空气抽出并将其向构成涡轮机室(41)的一部分的第一部件(44)引导。部件导入管线(66)将通过第一部件(44)后的抽出空气向作为构成涡轮(30)的部件的第二部件引导。第二部件是配置在比中间压缩级(19a)的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件(47)。

Gas turbine and gas turbine components temperature adjustment method

Gas turbines (1) have compressors (10), turbines (30), gas extraction pipelines (61) and parts imported pipelines (66). The gas extraction line (61) leads the compressed air from the intermediate compression stage (19a) of the compressor (10) as the pumped air and draws it to the first part (44) that constitutes a part of the turbine chamber (41). The component inlet pipeline (66) will be guided by the extracted air after the first component (44) as the second part of the components that constitute the turbine (30). The second part is a low pressure part (47) configured under the pressure environment with low pressure at the outlet of the intermediate compression stage (19a).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法
本专利技术涉及燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法。本申请基于2015年11月26日在日本申请的特愿2015-231053号而主张优先权，并将其内容援引于此。
技术介绍
燃气轮机具有对空气进行压缩的压缩机、使燃料在由压缩机压缩后的空气中燃烧的燃烧器以及利用来自燃烧器的燃烧气体来驱动的涡轮。涡轮具有以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖该涡轮转子的涡轮机室以及固定在涡轮机室的内周侧的多个静叶栅。涡轮转子具有以轴线为中心且沿着轴向延伸的转子轴以及固定在转子轴的外周且在轴向上排列的多个动叶栅。在各动叶栅的轴向上游侧配置有静叶栅。各静叶栅由以轴线为中心而在周向上排列的多个静叶构成。另外，各动叶栅由以轴线为中心而在周向上排列的多个动叶构成。涡轮机室的内周面与动叶的前端之间的间隙通常被称作叶顶间隙。该叶顶间隙越小，涡轮效率越高。作为调整该叶顶间隙的方法，例如有以下的专利文献1所记载的方法。该方法如下：在燃气轮机稳态运转时，向构成涡轮机室的一部分的多个叶片环供给空气并利用空气对多个叶片环进行冷却。在该方法中，将从压缩机的喷出口喷出且被导向燃烧器的压缩空气的一部分抽出。并且，将该抽出的压缩空气用冷却器冷却之后，用升压机进行升压。来自升压机的压缩空气向多个叶片环中的轴向上游侧的叶片环流入之后，依次向轴向下游侧的叶片环流入。从轴向下游侧的叶片环流出的压缩空气被向燃烧器输送，对燃烧器进行冷却。冷却燃烧器后的压缩空气被向燃烧器外放出。在先技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/041346号
技术实现思路
专利技术要解决的课题在专利文献1所记载的方法中，将通过压缩机而成为高压高温的压缩空气用冷却器冷却，并且将该压缩空气用升压机进一步升压。因此，在专利文献1所记载的方法中，存在设备成本增加的问题。而且，在专利文献1所记载的方法中，将从压缩机的喷出口喷出且成为高温高压的燃烧用的压缩空气的一部分作为冷却空气来利用，因此对该成为了高温高压的燃烧用的压缩空气进行冷却，存在无法有效地利用该高温高压的压缩空气的问题。因此，本专利技术的目的在于提供一种能够抑制设备成本并实现高温高压的压缩空气的有效利用的燃气轮机及燃气轮机的部件温度调节方法。用于解决课题的方案用于达成上述目的的专利技术的第一方案的燃气轮机具备：压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅；抽气管线，其从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并将所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件引导；以及部件导入管线，其将通过所述第一部件后的所述抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件引导，在所述第一部件内形成有沿着所述轴线所延伸的轴向延伸、供来自所述抽气管线的所述抽出空气流动的第一空气流路，所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件，在所述低压部件形成有供来自所述部件导入管线的所述抽出空气流动的第二空气流路。在涡轮机室的内周面与涡轮转子的径向外侧端之间需要间隙。该间隙通常被称作叶顶间隙。在叶顶间隙的变化大的情况下，需要增大稳态间隙。需要说明的是，稳态间隙是指燃气轮机的稳定运转持续时的叶顶间隙。若该稳态间隙大，则在燃气轮机的稳态运转时通过涡轮转子的径向外侧端与涡轮机室的内周面之间的燃烧气体的流量变多。因此，若稳态间隙大，则燃气轮机的稳态运转时的燃气轮机性能降低。因而，为了提高燃气轮机性能，要求减小该稳态间隙。在该燃气轮机中，在燃烧气体在涡轮机室内的燃烧气体流路中流动的期间，将抽出空气经由抽气管线向第一部件引导，由此能够冷却该第一部件。因此，即便燃烧气体在燃烧气体流路中流动，也能够抑制因热膨胀而导致涡轮机室的内径变大。因而，能够抑制燃烧气体在燃烧气体流路中流动的状态以及燃烧气体未在燃烧气体流路中流动的状态下的涡轮机室的内径变化。因而，在该燃气轮机中，能够抑制叶顶间隙的变化，其结果是，能够减小稳态间隙。在该燃气轮机中，不是利用经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气，而是从压缩机的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出并使其向第一部件流动。因此，在该燃气轮机中，能够将来自压缩机的中间压缩级的压缩空气在不用冷却器冷却的情况下直接用于第一部件的冷却。另外，在该燃气轮机中，第二部件是配置在比中间压缩级的出口处的压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件。因此，在该燃气轮机中，即便不将来自压缩机的压缩空气用升压机升压，也能够使通过第一部件后的抽出空气向低压部件流动来冷却该低压部件。因而，在该燃气轮机中，对构成涡轮机室的一部分的第一部件进行冷却来减小稳态间隙，并且对作为与第一部件不同的第二部件的低压部件进行冷却，由此能够抑制设备成本。进而，在该燃气轮机中，从压缩机的中间压缩级抽出压缩空气并利用其对第一部件及低压部件进行冷却，因此能够将经由压缩机的最终压缩级而从压缩机喷出的高温高压的压缩空气例如作为燃烧用的空气而有效利用。在所述第一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第二方案的燃气轮机构成为，所述低压部件配置在比所述第一部件内的所述第一空气流路靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。在所述第一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第三方案的燃气轮机构成为，所述低压部件在所述轴向上配置于所述第一部件内的所述第一空气流路所存在的区域内。在所述第一方案至第三方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第四方案的燃气轮机构成为，所述抽气管线与所述第一空气流路的轴向下游端连接，所述部件导入管线与所述第一空气流路的轴向上游端连接。在该燃气轮机中，抽出空气在第一空气流路内从轴向下游侧向轴向上游侧流动。即，在该燃气轮机中，抽出空气的流动相对于燃烧气体的流动成为对置流。因此，在该燃气轮机中，能够有效地冷却第一部件。在所述第一方案至第四方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第五方案的燃气轮机构成为，所述低压部件的所述第二空气流路形成为能够使来自所述部件导入管线的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。在所述第一方案至第五方案中的任一方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第六方案的燃气轮机构成为，多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述第一空气流路靠轴向下游侧的静叶栅的多个静叶。在所述第六方案的燃气轮机的基础上，用于达成上述目的的专利技术的第七方案的燃气轮机构成为，所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，在构成所述低压部件的多个所述静叶形成有所述第二空气流路，所述第二空气流路供来自所述部件导入管线的抽出空气从所述外侧护罩流入并经由所述叶片体而从所述内侧护罩流出。在该燃气轮机中，能够利用在第二空气流路中流动的抽出空气对作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备：压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅；抽气管线，其从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并将所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件引导；以及部件导入管线，其将通过所述第一部件后的所述抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件引导，在所述第一部件内形成有沿着所述轴线所延伸的轴向延伸、供来自所述抽气管线的所述抽出空气流动的第一空气流路，所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件，在所述低压部件形成有供来自所述部件导入管线的所述抽出空气流动的第二空气流路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.26 JP 2015-2310531.一种燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备：压缩机，其具有多个压缩级，利用各压缩级对空气依次进行压缩；燃烧器，其使燃料在由所述压缩机压缩后的压缩空气中燃烧而生成燃烧气体；涡轮，其具有在所述燃烧气体的作用下以轴线为中心进行旋转的涡轮转子、覆盖所述涡轮转子的筒状的涡轮机室以及固定在所述涡轮机室的内周侧的多个静叶栅；抽气管线，其从多个所述压缩级中的中间压缩级将压缩空气作为抽出空气抽出，并将所述抽出空气向构成所述涡轮机室的一部分的第一部件引导；以及部件导入管线，其将通过所述第一部件后的所述抽出空气向构成所述涡轮的部件中的与所述第一部件不同的第二部件引导，在所述第一部件内形成有沿着所述轴线所延伸的轴向延伸、供来自所述抽气管线的所述抽出空气流动的第一空气流路，所述第二部件是配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的低压部件，在所述低压部件形成有供来自所述部件导入管线的所述抽出空气流动的第二空气流路。2.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，所述低压部件配置在比所述第一部件内的所述第一空气流路靠所述燃烧气体流动的一侧即轴向下游侧的位置。3.根据权利要求1所述的燃气轮机，其中，所述低压部件在所述轴向上配置于所述第一部件内的所述第一空气流路所存在的区域内。4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃气轮机，其中，所述抽气管线与所述第一空气流路的轴向下游端连接，所述部件导入管线与所述第一空气流路的轴向上游端连接。5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃气轮机，其中，所述低压部件的所述第二空气流路形成为能够使来自所述部件导入管线的所述抽出空气向供所述燃烧气体流动的燃烧气体流路流出。6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气轮机，其中，多个所述静叶栅分别具有在相对于所述轴线的周向上排列的多个静叶，所述低压部件是构成多个所述静叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个静叶栅的多个静叶。7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其中，所述静叶具有沿着相对于所述轴线的径向延伸而构成叶片形的叶片体、设置在所述叶片体的径向外侧的外侧护罩以及设置在所述叶片体的径向内侧的内侧护罩，在构成所述低压部件的多个所述静叶形成有所述第二空气流路，所述第二空气流路供来自所述部件导入管线的抽出空气从所述外侧护罩流入并经由所述叶片体而从所述内侧护罩流出。8.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气轮机，其中，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述低压部件是构成多个所述动叶栅中的、配置在比所述中间压缩级的出口处的所述压缩空气的压力低的压力环境下的至少一个动叶栅的多个动叶，在所述转子轴形成有从所述转子轴的轴向的端部延伸至构成所述低压部件的多个所述动叶的第三空气流路，所述部件导入管线包括所述转子轴的所述第三空气流路。9.根据权利要求1～8中任一项所述的燃气轮机，其中，所述涡轮转子具有以所述轴线为中心且沿着所述轴向延伸的转子轴以及在所述轴向上隔开间隔地排列的多个动叶栅，所述涡轮机室具有与所述动叶栅在相对于所述轴线的径向上对置的多个分割环、从径向外侧支承多个所述分割环及多个所述静叶栅的叶片环以及从径向外侧支承所述叶片环的机室主体，所述第一部件是所述叶片环。10.根据权利要求9所述的燃气轮机，其中，所述叶片环在形成有所述第一空气流路的区域内在所述轴向上为一体形成件。11.根据权利要求1～10中任一项所述的燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备：旁通管线，其与所述抽气管线和所述部件导入管线连接，绕过所述第一空气流路而将流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述部件导入管线引导；以及切换器，其在使流入所述抽气管线中的所述抽出空气向所述第一空气流路流入的稳态状态与使流入所述抽气管线中的所述抽出空气经由所述旁通管线及所述部件导入管线而向所述低压部件流入的旁通状态之间进行切换。12.根据权利要求11所述的燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备冷却控制器，所述冷却控制器如下进行控制：在所述涡轮起动后，直到所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值之前，对所述切换器输出指令以成为旁通状态，在所述输出关联值超过所述第一值时，对所述切换器输出指令以成为所述稳态状态。13.根据权利要求1～10中任一项所述的燃气轮机，其中，所述燃气轮机具备：加热机构，其对所述第一部件进行加热；以及加热控制器，其如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在最晚从所述涡轮转子开始升速时起至所述燃气轮机的输出或者作为与所述输出具有关联性的参数的输出关联值成为第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热，在所述输出关联值超过所述第一值时，中止所述加热机构对所述第一部件的加热。14.根据权利要求13所述的燃气轮机，其中，所述加热机构是能够与所述压缩机的起动停止动作独立地对所述第一部件进行加热的机构，所述加热控制器如下进行控制：在所述涡轮的起动过程中，在从所述涡轮转子开始升速时的预先设定的时间前至所述输出关联值成为所述第一值的期间，使所述加热机构对所述第一部件进行加热。15.根据权利要求14所述的燃气轮机，其中，所述加热机构是设置在所述抽气管线或所述第一部件并发热的加热器。16.根据权利要求13或14所述的燃气轮机，其中，所述加热机构具有与所述抽气...

【专利技术属性】
技术研发人员：高村启太，高田和正，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP