JP2006037855A - 車室ケーシング及びガスタービン - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、運転停止後の内部における温度偏差を抑制する機構を備えることでキャットバック変形を抑制することができる車室ケーシングを提供することを目的とする。
【解決手段】 外部空気を上部車室ケーシング５ａ内部に供給するバルブ６が設置されて、ガスタービン運転停止時において、上部車室ケーシング５ａより車室ケーシング５の内部に外部空気を導入する。このように、上部車室ケーシング５ａより外部空気を導入することで、上部車室ケーシング５ａを冷却して、車室ケーシング５の熱変形を防ぐ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、その内部を高温雰囲気とするとともに内部の各領域に生じる温度偏差を抑制する車室ケーシング及びこの車室ケーシングを備えたガスタービンに関する。

近年、ガスタービンの運転時の車室ケーシングで覆われる車室内の環境が高温高圧化している。そのため、ガスタービン運転後そのまま停止させると、車室内が高温雰囲気であるので、車室内に対流が発生し、車室内において温度偏差が生じる。即ち、温度の高い空気が上層部に移動するため、車室内の上層部が下層部に比べて高温となる。この車室内の温度偏差の影響により、タービンのロータの上半部の温度が下半部に比べて高くなる。よって、上半部と下半部それぞれの熱膨張量に差ができるため、この熱膨張量の差によりロータが湾曲し熱変形を起こす。このロータの熱変形を防止するために、従来、ガスタービンの運転停止後、２〜５ｒｐｍ程度の微速で回転させるターニング運転が行われている。

又、この車室内で生じる温度偏差は、ロータだけでなく車室ケーシングにも影響を与える。即ち、車室ケーシングの上部の温度が下部に比べて高くなり、ロータと同様、車室ケーシングの上部と下部それぞれの熱膨張量に差ができる。そのため、車室ケーシングの上部が湾曲し、熱変形を起こす。この車室ケーシングの熱変形は、キャットバック変形と称される。このように車室ケーシングにキャットバック変形が生じ、その変形量が許容値を超えると、ターニング運転中のロータと車室ケーシングとの接触事故が発生する。この接触事故を防ぐために、本出願人は、車室ケーシングの上部と下部に温度差が生じたときにターニング運転よりもロータの回転数を増大させてスピン運転することで、車室内の温度を均一にするガスタービンを提案している（特許文献１参照）。
特開平６−２５７０号公報

しかしながら、従来のように、ロータをスピン運転することで車室内の温度偏差を低減させる場合、スピン運転を行うための駆動力が必要とするため、この駆動力を生じさせる電力コストが必要となる。又、車室ケーシングの温度検出を行うことでスピン運転を動作させるタイミングを決定するものとしているが、実際は、運転員の監視下において動作させる必要があるため、ユーザにかかる負担が大きなものとなる。

このような問題を鑑みて、本発明は、運転停止後の内部における温度偏差を抑制する機構を備えることでキャットバック変形を抑制することができる車室ケーシングを提供することを目的とする。又、本発明の別の目的は、キャットバック変形を抑制することができる車室ケーシングを備えたガスタービンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の車室ケーシングは、高温の流体によって回転する回転体の上半分を覆う上部車室ケーシングと、前記回転体の下半分を覆う下部車室ケーシングと、を備える車室ケーシングにおいて、前記上部車室ケーシングを冷却する冷却空気の供給を制御するバルブと、該バルブから供給される前記外部空気を、前記上部車室ケーシングを冷却する前記冷却空気が流れる冷却空気流路に導入する空気導入口と、を備え、前記高温の流体による前記回転体の運転停止後、前記バルブを開いて前記空気導入口より前記冷却空気流路へ前記外部空気を導入することを特徴とする。

このような車室ケーシングにおいて、前記上部車室ケーシングに前記空気導入口を設けるとともに、前記冷却空気流路を前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングによって構成される車室に形成するものとして、前記上部車室ケーシングで覆われる前記車室に前記冷却空気を流すことによって前記上部車室ケーシングの温度上昇を抑えて、車室ケーシングの熱変形を抑制することができる。

このとき、前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの外壁面側に設けられて前記バルブからの空気流路と接続される吸入孔と、前記上部車室ケーシングの内壁面側に設けられて前記車室内に前記冷却空気を噴射する噴出孔と、前記上部車室ケーシングの外壁側に設けられるとともに、前記吸入孔と前記噴出孔とを接続する空気導入溝と、該空気導入溝を覆う蓋と、によって構成されるものとし、前記上部車室ケーシング自身が、前記空気導入溝を通過する前記冷却空気によって冷却されるものとしても構わない。

これらの車室ケーシングにおいて、前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が前記車室内の熱源に対して向くように設置されるものとし、タービン側の第１静翼の翼環、燃焼器、中間軸カバーなどの熱源となる対象物に対して直接、前記冷却空気を噴射するようにしても構わない。又、前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が前記上部車室ケーシングの内壁面に対して向くように設置されるものとし、前記上部車室ケーシングの内壁面に対して、前記冷却空気を噴射するようにしても構わない。

このとき、前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が細くなるノズル形状であるものとし、前記空気導入口の先端から噴射される前記冷却空気の流速を速くして、対象物に対して前記冷却空気が到達するようにしても構わない。

又、前記空気導入口より前記車室内に供給された前記冷却空気を前記回転体を冷却するために前記回転体内部に供給する冷却空気供給管が、前記回転体の前記上部車室ケーシング側の外壁面に設けられるものとし、前記回転体内部に前記冷却空気を通過させて、前記回転体をも冷却するものとしても構わない。

又、前記回転体が、周囲に動翼を設けた圧縮機及びタービンによって形成され、前記圧縮機で圧縮された空気を用いて燃料を燃焼して得た燃焼ガスを前記タービンに供給することで前記タービンを回転する燃焼器を有するとともに、前記車室が、前記圧縮機を備える圧縮機車室と、前記燃焼器を備える燃焼器車室と、前記タービンを備えるタービン車室と、を備えるものとしても構わない。

このとき、前記空気導入口を前記上部車室ケーシングの前記燃焼器車室を形成する部分に設置するとともに、前記燃焼器車室に前記バルブからの前記冷却空気を導入するものとしても構わない。

又、本発明の車室ケーシングにおいて、前記上部車室ケーシングを覆う略半円形状のカバーを備え、該カバーの内壁面と前記上部車室ケーシングの外壁面との間に、前記バルブからの前記冷却空気を流す前記冷却空気流路を形成するとともに、当該冷却空気流路の入口を前記空気導入口とするものとしても構わない。

これらの車室ケーシングにおいて、前記冷却空気を前記バルブに送る送風機又は圧縮機を備えるものとしても構わないし、他のプラントの制御空気を分岐して前記冷却空気として前記バルブに送るものとしても構わない。

又、本発明のガスタービンは、外部空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気を用いて燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器で得た燃焼ガスが供給されることで回転するタービンと、を備えたガスタービンにおいて、前記圧縮機、前記燃焼器、及び前記タービンそれぞれを覆う車室ケーシングが上述のいずれかの車室ケーシングであるとともに、前記回転体が、周囲に動翼を設けた圧縮機及びタービンによって形成され、運転停止後に、前記バルブを開いて前記冷却空気を前記空気導入口より導入することで、前記上部車室ケーシングと前記下部車室ケーシングの温度差を小さくなるように制御することを特徴とする。

このとき、前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御することで、前記上部車室ケーシングと前記下部車室ケーシングの温度差を制御するものしても構わない。

又、前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングの内の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部を備え、該温度検出部によって検出された前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングそれぞれの温度に基づいて、前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御するものとしても構わない。このとき更に、当該温度検出部によって検出された前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングそれぞれの温度に基づいて、前記圧縮機の入口案内翼や前記燃焼器のバイパス弁の開度を制御するものとしても構わない。

又、運転停止後の時間を計測するタイマを備え、前記タイマによって計測された時間に基づいて、前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御するものとしても構わない。このとき更に、前記タイマによって計測された時間に基づいて、前記圧縮機の入口案内翼や前記燃焼器のバイパス弁の開度を制御するものとしても構わない。

本発明によると、運転停止後に上部車室ケーシングを冷却するための冷却空気を導入するための空気導入口が設けられるため、運転停止後に上部車室ケーシングの温度が下部車室ケーシングの温度と比べて高温となることを防ぐことができる。よって、上部車室ケーシングと下部車室ケーシングとの温度差を小さくすることができ、車室ケーシングの熱変形を防ぐことができる。

又、上部車室ケーシング内部に冷却空気を導入することができるため、車室内の温度が分布することを防いで一様な温度とすることができ、車室ケーシングの熱変形を防ぐことができる。又、カバーを上部車室ケーシングの外壁面にもうけることで、上部車室ケーシングの外壁面に冷却空気を流すことができるため、上部車室ケーシングと下部車室ケーシングとの温度差を小さくすることができ、車室ケーシングの熱変形を防ぐことができる。

更に、空気導入口を、熱源に冷却空気を噴射することが可能な形状とすることで、熱源を速く冷却することができるため、車室内が高温となることを防いで、車室ケーシングの熱変形を防ぐことができる。又、空気導入口を、上部車室ケーシングの内壁面に冷却空気を噴射することが可能な形状とすることで、上部車室ケーシングを速く冷却することができるため、上部車室ケーシングと下部車室ケーシングとの温度差を小さくすることができ、車室ケーシングの熱変形を防ぐことができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるガスタービンの構成を示す断面図である。

図１のガスタービンは、外部から吸気した空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼ガスを発生する燃焼器２と、燃焼器２で発生された燃焼ガスによって回転するタービン３と、を備える。そして、このガスタービンは、外周に動翼１ａ，３ａが設置されるロータ４と、動翼１ａ，３ａそれぞれとロータ４の軸方向に交互に静翼１ｂ，３ｂが設置される車室ケーシング５と、を備える。

又、ロータ４は、圧縮機１の動翼１ａを備えた圧縮機側ロータ４ａと、タービン３の動翼３ａを備えたタービン側ロータ４ｂとが、燃焼器２が設置される位置近傍で中間軸４ｃによって連結される。更に、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとで構成される車室ケーシング５は、ロータ４の外周を覆うことによって、動翼１ａと静翼１ｂとがロータ４の軸方向に交互に並ぶ圧縮機車室５ｘと、燃焼器２がロータ４の周方向に等間隔に並ぶ燃焼器車室５ｙと、動翼３ａと静翼３ｂとがロータ４の軸方向に交互に並ぶタービン車室５ｚと、を形成する。そして、この車室ケーシング５の上部車室ケーシング５ａには、運転停止後に高温となっている燃焼器車室５ｙとタービン車室５ｚとに冷却用空気を投入するためのバルブ６が設置される。

このように構成されるガスタービンは、圧縮機側ロータ４ａの回転に応じて動翼１ａが回転することで、圧縮機１内に吸引される空気が、圧縮機側ロータ４ａと車室ケーシング５で形成される圧縮機車室５ｘ内における各段の動翼１ａと静翼１ｂの空間に封入されることによって圧縮される。そして、圧縮機１における圧縮機車室５ｘで圧縮された空気が燃焼器車室５ｙに流入すると、燃焼器２に供給される。この燃焼器２は、燃料ガスを含む燃料が供給されて圧縮機１からの圧縮空気を使用して燃焼を行い、燃焼ガスを発生する。この燃焼器２より発生した高温高圧の燃焼ガスが、タービン側ロータ４ｂと車室ケーシング５で形成されるタービン車室５ｚに供給されることで、燃焼ガスが各段の動翼３ａと静翼３ｂの空間に流れ込み、タービン側ロータ４ｂを回転させる。このタービン側ロータ４ｂの回転が中間軸４ｃを通じて圧縮機側ロータ４ａに伝達されるため、圧縮機側ロータ４ａも回転する。

ガスタービンの運転時において、圧縮機１、燃焼器２、及びタービン３がそれぞれ上述のように動作し、燃焼器２で高温高圧の燃焼ガスを発生するため、この燃焼器２が設置される燃焼器車室５ｙと、高温高圧の燃焼ガスが流れるタービン車室５ｚとが高温となる。このとき、燃焼器２が燃料ガスを含む燃料を燃焼して燃焼ガスを発生するため、燃焼器２などが高温となり、燃焼器車室５ｙの内部が特に高温となる。

このガスタービンにおける燃焼器車室５ｙ周辺の構成の詳細について、図面を参照して説明する。尚、図２は、上部車室ケーシング５ａによる燃焼器車室５ｙ周辺の構成を示す断面図である。又、以下において、「上流」及び「下流」とは、圧縮機１を流れる空気の流れの方向及びタービン３を流れる燃焼ガスの流れの方向に基づくものとする。図２のように、燃焼器２は、上部車室ケーシング５ａに設置された燃焼器外筒２ａと、燃焼器外筒２ａに挿入されて支持される内筒２ｂと、この内筒２ｂに接続された尾筒２ｃと、内筒２ｂとの接続部と尾筒２ｃの下流側先端との間に設置されるバイパス弁２ｄと、を備える。

又、ロータ４の中間軸４ｃを覆う中間軸カバー４ｄと、燃焼器２の尾筒２ｃの下流側先端の燃焼ガス排出口に近接した位置に設置されるタービン側の第１段静翼３ｂ−１を支持する翼環５ｃと、燃焼器２周辺の車室ケーシング５とによって、燃焼器車室５ｙが形成される。又、圧縮機１において、最終段静翼１ｂ−ｎを支持するとともに圧縮空気の排出口付近まで覆うように設置された翼環５ｄが設けられる。そして、この翼環５ｄの外周側を覆うような環状の仕切壁５ｅが、圧縮機１側の車室ケーシング５に設置される。

このように燃焼器車室５ｙ周辺の各部が構成されるとき、この燃焼器車室５ｙ周辺において、上部車室ケーシング５ａの燃焼器外筒２ａよりも下流側にバルブ６と接続された外気導入口５ｆを設置する。このように、燃焼器車室５ｙの一部を形成する上部車室ケーシング５ａに外気導入口５ｆを設置するとともに、この外気導入口５ｆにバルブ６を接続することで、バルブ６を開いたとき、外部空気がバルブ６及び外気導入口５ｆを通じて燃焼器車室５ｙに流入する。尚、バルブ６は、ガスタービン運転時においては閉じられた状態とされ、外部空気が燃焼器車室５ｙに流入することが防がれる。

そして、燃焼器２の燃焼を停止してガスタービンの運転を停止すると、バルブ６を開いて外部空気を車室ケーシング５内部に導入する。このとき、燃焼器２の燃焼を停止するとともにロータ４の回転数を下げることにより、車室ケーシング５内部の温度及び圧力がともに低下し、車室ケーシング５内部と外気とに差圧が生じてバルブ６を介して外部空気が上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙに導入される。尚、ターニング運転を行うために、ロータ４は微速で回転している。

このようにバルブ６及び外気導入口５ｆを介して上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙに導入された外部空気は、内筒２ｂ及びバイパス弁２ｄより燃焼器２に供給されると、燃焼器２の尾筒２ｃの下流側先端から排出される。そして、この燃焼器２から排出される外部空気が、上部車室ケーシング５ａ側に構成されるタービン車室５ｚ（上部車室ケーシング５ａとタービン側ロータ４ｂとで構成されるタービン車室５ｚ）に導入され、下流側の排気部へ流れて排気される。

このバルブ６及び外気導入口５ｆより導入される外部空気が、燃焼器車室５ｙ、燃焼器２、及びタービン車室５ｚそれぞれを流れることで、上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙ、燃焼器２、及びタービン車室５ｚそれぞれを冷却する冷却空気として働く。よって、運転時の燃焼ガスによって高温となる燃焼器車室５ｙ及びタービン車室５ｚそれぞれの上部側を冷却空気として流れて冷却するため、燃焼器２より下流側の上部車室ケーシング５ａ及びタービンロータ４ａの上部それぞれを冷却し、ロータ４及び車室ケーシング５それぞれの熱変形を防ぐことができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上部車室ケーシング５ａを冷却するための構成が、第１の実施形態と異なる。よって、以下では、この上部車室ケーシング５ａを冷却するための構成部分について、図３を参照して説明する。尚、図３は、本実施形態におけるガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。又、図３の構成において、図２の構成と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態のガスタービンは、図３に示すように、第１の実施形態と同様、燃焼器車室５ｙにバルブ６を接続して外部空気が導入されるようにしたとき、更に、送風機７を外部に設けるとともに、送風機７から空気がバルブ６を介して外気導入口５ｆに送られるように空気流路が構成される。このように送風機７をバルブ６に接続することで、第１の実施形態と比べて、更に積極的に上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙ、燃焼器２、及びタービン車室５ｚそれぞれを冷却する冷却空気を導入することができる。又、送風機７によって冷却空気としてバルブ６を介して外気導入口５ｆより導入する空気の量を多くすることができるので、より大きな冷却効果を得ることができる。

このように構成されるガスタービンによると、ガスタービン運転時には、バルブ６が閉じられた状態とされるとともに、送風機７の動作が停止されるため、外気導入口５ｆから冷却空気が供給されることが禁止された状態となる。そして、燃焼器２の燃焼を停止してガスタービンの運転を停止すると、バルブ６を開くとともに送風機７の運転を開始する。よって、送風機７により多くの外部空気がバルブ６を通じて車室ケーシング５内部に導入される。このとき、ターニング運転を行うために、ロータ４は微速で回転している。このように送風機７よりバルブ６及び外気導入口５ｆを介して上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙに導入された外部空気は、第１の実施形態と同様、燃焼器車室５ｙ、燃焼器２、及びタービン車室５ｚそれぞれに導入され、下流側の排気部へ流れて排気される。

このように、本実施形態によると、送風機７を設置することで、第１の実施形態におけるガスタービンと比べて、車室ケーシング５内に導入する空気量が多くなり、その冷却効果を大きくすることができる。尚、本実施形態において、バルブ６に送風機７を接続することで、車室ケーシング５内に多くの冷却空気を供給するものとしたが、この送風機７の代わりに空気圧縮機を接続して圧縮された冷却空気をバルブ６を介して外気導入口５ｆより導入するものとしても構わない。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上部車室ケーシング５ａを冷却するための構成が、第１の実施形態と異なる。よって、以下では、この上部車室ケーシング５ａを冷却するための構成部分について、図４を参照して説明する。尚、図４は、本実施形態におけるガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。又、図４の構成において、図２の構成と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態のガスタービンは、図４に示すように、第１の実施形態と同様、燃焼器車室５ｙにバルブ６を接続して外部空気が導入されるようにしたとき、更に、蒸気タービンなどの他のプラント８で使用されている制御空気がバルブ６を介して外気導入口５ｆに送られるように空気流路９が構成される。即ち、プラント８で使用されている制御空気の一部が分岐されて空気流路９を介してバルブ６に流れるとともに、この制御空気が外気導入口５ｆより導入されて上部車室ケーシング５ａにおける冷却空気として働く。

このように構成されるガスタービンによると、ガスタービン運転時には、バルブ６が閉じられた状態とされるため、外気導入口５ｆから冷却空気が供給されることが禁止された状態となる。そして、燃焼器２の燃焼を停止してガスタービンの運転を停止すると、バルブ６を開くことによって、プラント８における制御空気の一部が空気流路９及びバルブ６を通じて車室ケーシング５内部に導入される。このとき、ターニング運転を行うために、ロータ４は微速で回転している。又、プラント８より空気流路９、バルブ６、及び外気導入口５ｆを介して上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙに導入された制御空気は、第１の実施形態と同様、燃焼器車室５ｙ、燃焼器２、及びタービン車室５ｚそれぞれに導入され、下流側の排気部へ流れて排気される。

このように、本実施形態によると、プラント８における制御空気が導入されるようにするため、第１の実施形態におけるガスタービンに比べて、車室ケーシング５内に導入する空気流量を多くすることができ、その冷却効果を大きくすることができる。又、プラント８における制御空気を使用するため、第２の実施形態のように新たに送風機又は空気圧縮機を設置する必要がなくなる。

尚、第１〜第３の実施形態において、外気導入口５ｆを燃焼器車室５ｙに設置されるものとしたが、燃焼器車室５ｙだけでなく、タービン車室５ｚの上部車室ケーシング５ａ側にも設置されるものとしても構わない。又、上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙやタービン車室５ｚに外気導入口５ｆを設置する際、上部車室ケーシング５ａ側であれば、複数箇所に設けられるものとしても構わない。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上部車室ケーシング５ａに構成される外気導入口の構成が、第１〜第３の実施形態と異なる。よって、以下では、この外気導入口の構成について、図５を参照して説明する。尚、図５は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる外気導入口の構成を示す断面図である。

本実施形態のガスタービンに設けられる外気導入口５ｆ１は、図５の断面図に示すように、バルブ６と接続されて空気を供給する外気供給路６ａと接続された上部車室ケーシング５ａの外壁側の開口面積Ｓａに比べて、上部車室ケーシング５ａの内壁側の開口面積Ｓｂが狭くなるように構成される。即ち、外気導入口５ｆ１の形状は、車室ケーシング５ａの内部に向かって先が絞られたノズル形状となる。このように外気導入口５ｆ１を構成することによって、バルブ６及び外気供給路６ａを介して外気導入口５ｆ１に供給される空気の流速を速くすることができる。

このとき、外気導入口５ｆ１を構成するノズル形状の軸方向Ｘを、外気導入口５ｆ１からガスタービン停止時に熱源となる部分に対する方向と同一の方向とする。よって、ガスタービン停止時にその温度が高く熱源となる部分に対して、外気導入口５ｆ１を介して導入される冷却空気を到達させることができる。この外気導入口５ｆ１を燃焼器車室５ｙにおける上部車室ケーシング５ａに設けることで、熱源となる燃焼器２や中間軸カバー４ｄやタービン側の第１段静翼３ｂ−１の翼環５ｃ（図２参照）などに、冷却空気を到達させることができる。よって、この熱源となる燃焼器２や中間軸カバー４や翼環５ｃの冷却時間を短縮することができるため、車室ケーシング５内部の上半分における冷却時間を短縮することができる。そのため、上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度差を小さくすることができ、車室ケーシング５の熱変形を抑えることができる。

又、本実施形態における外気導入口５ｆ１の形状を、図５の断面図に示すような構成としたが、車室ケーシング５内部に向かって先が絞られたノズル形状であれば、他の形状としても構わない。よって、例えば、図６の断面図に示すように、上部車室ケーシング５ａにおける外気導入口５ｆ１が設けられる部分を、上部車室ケーシング５ａの外側に突起させることで、上部車室ケーシング５ａの内壁に凹部５１を形成するとともに、この凹部５１に収まるように先端がノズル形状とされる外気供給路６ｂを挿入するものとしても構わない。

即ち、上部車室ケーシング５ａの内壁よりも外気供給路６ａの先端が外側に位置するように形成し、ガスタービン運転時において、車室ケーシング５内部を流れる流体の流れを妨げることを防ぐ。このとき、外気供給路６ｂの先端の向きが熱源に向かうように外気供給路６ｂを設置することで、その先端を絞ることでノズル形状とされた外気供給路６ｂより供給される外部空気の流速が速くなり、熱源に到達させることができる。

＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上部車室ケーシング５ａに構成される外気導入口の構成が、第４の実施形態と異なる。よって、以下では、この外気導入口の構成について、図７を参照して説明する。尚、図７は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる外気導入口の構成を示す断面図である。

本実施形態のガスタービンに設けられる外気導入口５ｆ２には、図７の断面図に示すように、バルブ６と接続されて空気を供給する外気供給路６ａと接続されるとともにその先端が上部車室ケーシング５ａの内壁面に向けられたノズル５２が挿入される。この外気導入口５ｆ２に挿入されたノズル５２の先端は、図７のように、上部車室ケーシング５ａの内壁よりも内側まで突出して屈曲させる。このように構成することで、バルブ６及び外気供給路６ａを介してノズル５２に供給される外部空気が、ノズル５２の先端より上部車室ケーシング５ａの内壁面に向かって噴射される。

このように、ノズル５２から噴射された外部空気が上部車室ケーシング５ａの内壁面に沿うように流れるため、上部車室ケーシング５ａの内壁面に対する冷却空気の熱伝達率を大きくすることができる。このようにすることで、バルブ６を介して車室ケーシング５内部に導入する外部空気の空気量を少なくすることができる。

又、このようなノズル５２が外気導入口５ｆ２に挿入された構成とされる場合、このような構成を上部車室ケーシング５ａの圧縮機車室５ｘ、燃焼器車室５ｙ、及びタービン車室５ｚのいずれに設けられるものとしても構わない。このとき、圧縮機車室５ｘを構成する上部車室ケーシング５ａに、ノズル５２が外気導入口５ｆ２に挿入された構成が設けられた場合、外気導入口５ｆ２に導入される空気量が少なくすることができる。そのため、圧縮機車室５ｘ内部を冷却することなく、上部車室ケーシング５ａを冷却して上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂの温度差を小さくすることができる。よって、圧縮機車室５ｘにおける車室ケーシング５と圧縮機側ロータ４ａとの接触を防ぐとともに、車室ケーシング５の熱変形を抑えることができる。

上述のように、本実施形態において、外気導入口５ｆ２に挿入されたノズル５２を屈曲させることで上部車室ケーシング５ａの内壁面に冷却空気を噴射するものとしたが、図８のように、外気導入口５ｆ２が形成される方向を上部車室ケーシング５ａにおける旋回方向（タンジェンシャルな方向）とし、この外気導入口５ｆ２にノズル５２を挿入するものとしても構わない。即ち、上部車室ケーシング５ａの径方向に対して所定の傾きを与えた方向の孔となるように、外気導入口５ｆ２を形成し、この外気導入口５ｆ２にノズル５２を挿入する。このようにすることで、ノズル５２を屈曲した場合と同様、ノズル５２より上部車室ケーシング５ａの内壁面に冷却空気を噴射することができる。尚、図８は、上部車室ケーシング５ａのロータ４の軸方向に対して垂直な平面における断面図を表す。

又、本実施形態において形成されるノズル５２を、第４の実施形態と同様、その先端が絞られた形状とし、上部車室ケーシング５ａの内壁面に噴射する冷却空気の流速を速くするような形状としても構わない。

＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上部車室ケーシング５ａに構成される外気導入口の構成が、第４又は第５の実施形態と異なる。よって、以下では、この外気導入口の構成について、図９を参照して説明する。尚、図９は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる外気導入口の構成を示す断面図である。

本実施形態のガスタービンに設けられる外気導入口５ｆ３は、図９に示すように、上部車室ケーシング５ａの外壁側で外気供給路６ａと接続される供給路接続孔５３と、供給路接続孔５３と接続されて上部車室ケーシング５ａの外壁側に構成される外気導入溝５４と、外気導入溝５４の上部（上部車室ケーシング５ａの外壁側）を覆う外気導入溝用蓋５５と、外気導入溝５４と接続されるとともに上部車室ケーシング５ａの内壁側に設けられる外気導入孔５６と、を備える。尚、図８において、１つの供給路接続孔５３から複数の外気導入溝５４が分岐して、上部車室ケーシング５ａの内壁側に外気導入孔５６が複数設けられるものとする。

このように構成することによって、バルブ６及び外気供給路６ａを介して外気導入口５ｆ３に外部空気が供給されるとき、供給路接続孔５３に供給される空気が上部車室ケーシング５ａの外壁側に設けられた外気導入溝５４を流れることで、上部車室ケーシング５ａを冷却する。この外気導入溝５４を流れる冷却空気によって、上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度差を小さくすることができる。そして、外気導入溝５４を流れた空気は、外気導入溝５４に接続された外気導入孔５６より上部車室ケーシング５ａの内側に導入される。この外気導入孔５６より導入される空気が、車室ケーシング５により形成される車室内部の上半分を冷却する冷却空気として働く。

そして、この外気導入孔５６を、熱源となる燃焼器２や中間軸カバー４ｄやタービン側の第１段静翼３ｂ−１の翼環５ｃ（図２参照）などの近傍に設けることによって、この熱源となる燃焼器２や中間軸カバー４や翼環５ｃに冷却空気を到達させることができる。よって、熱源となる燃焼器２や中間軸カバー４や翼環５ｃの冷却時間を短縮して、更に、車室ケーシング５内部の上半分における冷却時間を短縮し、車室ケーシング５の熱変形を防ぐことができる。

尚、このように構成される外気導入口５ｆ３が圧縮機車室５ｘを構成する上部車室ケーシング５ａに設置される場合、図１０に示すように、外気導入孔５６が燃焼車室５ｙにおける上部車室ケーシング５ａの内壁に設けられるように構成される。即ち、圧縮機車室５ｘを構成する上部車室ケーシング５ａに供給路接続孔５３が設けられて外気供給路６ａと接続されるとともに、この上部車室ケーシング５ａにおいて供給路接続孔５３から燃焼器車室５ｙに向かって、その上部が外気導入溝用蓋５５で覆われた外気導入溝５４が形成される。即ち、仕切壁５ｅの外周に位置する上部車室ケーシング５ａに、供給路接続孔５３、外気導入溝５４、及び外気導入溝用蓋５５が設置される。そして、燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング５ａの圧縮機１側の内壁面に外気導入孔５６が形成される。

このように外気導入口５ｆ３を圧縮機車室５ｘに構成することで、圧縮機車室５ｘの上部車室ケーシング５ａを、外気導入溝５４を流れる外部空気によって冷却するため、圧縮機車室５ｘを構成する上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂの温度差を抑制し、車室ケーシング５の熱変形を抑制することができる。このとき、圧縮機車室５ｘ内は、燃焼器車室５ｙやタービン車室５ｚと比べてその内部温度が低い。そのため、冷却空気が導入されると、圧縮機車室５ｘ内部が冷却されて、圧縮機車室５ｘを構成する車室ケーシング５と圧縮機側ロータ４ａとが接触する恐れがある。よって、外気導入孔５６を燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング５ａに設けて、燃焼器車室５ｙに外気導入溝５４を流れる冷却空気を導入することで、圧縮機車室５ｘの冷却が促進されることを防ぐことができる。

尚、第４〜第６の実施形態における外気導入口周辺の構造を、第１〜第３の実施形態における構成のガスタービンに適用することができる。又、第６の実施形態において、外気導入孔５６の構造を、第４又は第５の実施形態における構成のようなノズル形状によって構成されるものとしても構わない。

＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上述の各実施形態における外気導入口が設置された燃焼器車室内においてロータ内部に冷却空気を供給するための冷却空気供給管が設けられた構成となる。よって、以下では、この冷却空気供給管周辺の構成について、図１１を参照して説明する。尚、図１１は、本実施形態におけるガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。又、図１１の構成において、図２の構成と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態のガスタービンは、図１１に示すように、第１の実施形態と同様、燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング５ａに外気導入口５ｆを設けるとともに、この外気導入口５ｆにバルブ６を接続して外部空気が燃焼器車室５ｙに導入されるように構成される。このとき、更に、この燃焼器車室５ｙに導入された外部空気をロータ４内に冷却空気として供給するための冷却空気供給管４１が中間軸カバー４ｄに設けられる。この冷却空気供給管４１は、上部車室ケーシング５ａ側の中間軸カバー４ｄに設けられる。そのため、燃焼器車室５ｙに冷却空気として外気導入口５ｆより燃焼器車室５ｙの上半分に導入された外部空気が、冷却空気供給管４１を介してロータ４の中間軸４ｃの上側に供給される。

このようにして、冷却空気供給管４１より供給された冷却空気は、中間軸４ｃと中間軸カバー４ｄの間に形成される環状の冷却空気室４２に導入される。この冷却空気室４２に導入された冷却空気が中間軸カバー４ｄの外部に漏れないようにするために、中間軸４ｃの両端位置にラビリンスシール４３，４４が設けられている。尚、ラビリンスシール４３が圧縮機側ロータ４ａとの接続端側に設けられるとともに、ラビリンスシール４４がタービン側ロータ４ｂとの接続端側に設けられ、ロータ４と中間軸カバー４ｄとの間からの冷却空気の漏れを防いでいる。

又、この冷却空気室４２に導入された冷却空気がタービン側ロータ４ｂに対して流れるように、ラビンリンスシール４４と中間軸４ｃとの間に空気流路４５が設けられる。そして、タービン側ロータ４ｂを構成する動翼３ａが設置されるディスク４６に対して、空気流路４５を流れる冷却空気が供給されると、この冷却空気がディスク４６に設けられた環状の空気流路４６ａに流れ込むことで、ロータ４ｂ内部を冷却する。又、冷却空気室４２に導入された冷却空気は、中間軸カバー４ｄとディスク４６との間を冷却空気を流れるとともに、タービン側ロータ４ｂを構成する各ディスク４６の空気流路４６ａに供給された冷却空気が、各ディスク４６間を流れることで、ロータ４ｂから静翼３ａ及び動翼３ｂに至る位置を冷却する。

このように本実施形態では、上部車室ケーシング５ａ側の燃焼器車室５ｙにおける中間軸カバー４ｄに対して設置された冷却空気供給管４１を介して、燃焼器車室５ｙに導入された冷却空気をタービン側ロータ４ｂ内部に流すことができる。よって、ロータ４の冷却速度を速めることができるため、車室ケーシング５によって構成される車室内部を均一に冷却することができ、車室ケーシング５の熱変形量の増加を抑止することができる。

尚、本実施形態において、燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング５ａに対して外気導入口が設置されるものであれば、第１〜第３の実施形態における構成を備えるものとしても構わない。このとき、更に、外気導入口５ｆの代わりに、第４〜第６の実施形態における構成の外気導入口５ｆ１〜５ｆ３によって構成されるものとしても構わない。

＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、上述の各実施形態と異なり、上部車室ケーシングの外側を覆うようにカバーが設けられる。よって、以下では、この上部車室ケーシングの外側を覆うカバーの構成について、図１２を参照して説明する。尚、図１２は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる上部車室ケーシングの外側を覆うカバーの構成を示す断面図である。

本実施形態のガスタービンは、図１２に示すように、上部車室ケーシング５ａのみを覆うように半円形状となるカバー１０が設けられるとともに、このカバー１０の更に外側を覆うように保温材１１が設けられる。このとき、カバー１０と上部車室ケーシング５ａとの間には空間が設けられて、空気流路１２とされる。そして、この空気流路１２において、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとが接続された部分に近い側を外部空気導入口１３とするとともに、カバー１０及び保温材１１の最上部に空気排出口１４を設ける。

このように構成することで、バルブ６より供給される外部空気が外部空気導入口１３より空気流路１２に導入され、この外部空気が空気流路１２の下側から上側に向かって冷却空気として上部車室ケーシング５ａの外側を流れた後、カバー１０及び保温材１１の最上部に設けられた外部空気排出口１４より外部に排出される。よって、運転停止後において、カバー１０と上部車室ケーシング５ａの間に設けられる空気流路１２を流れる冷却空気によって上部車室ケーシング５ａを冷却することができるため、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差を小さくすることができ、車室ケーシング５の熱変形を抑制することができる。

又、本実施形態のように構成されるとき、第２又は第３の実施形態のように、バルブ６に対して送風機や圧縮機から外部空気が送られるものとしても構わないし、バルブ６に対してプラントで使用される制御空気が送られるものとしても構わない。更に、このようなカバー１０及び保温材１１を、上部車室ケーシング２ａにおける特に高温となる燃焼器車室５ｙやタービン車室５ｚを構成する部分のみに設置されるものとしても構わない。

＜第９の実施形態＞
本発明の第９の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。本実施形態のガスタービンは、第８の実施形態と異なり、外部空気排出口がカバーでなく上部車室ケーシングに設けられ、車室ケーシング内部に外部空気を導入する外部空気導入口として構成される。よって、以下では、この上部車室ケーシングの外側を覆うカバー周辺の構成について、図１３を参照して説明する。尚、図１３は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる上部車室ケーシングの外側を覆うカバー周辺の構成を示す断面図である。

本実施形態のガスタービンは、図１３に示すように、図１２に示す外部空気排出口１４の代わりに、第１〜第３の実施形態に示すガスタービンと同様、上部車室ケーシング５ａに外部空気導入口５ｆが設けられる。この上部車室ケーシング５ａに設けられる外部空気導入口５ｆは、カバー１０と上部車室ケーシング５ａとの間の空気流路１２に設けられる外部空気導入口１３よりも上部となる位置に設置される。

このように構成することで、空気流路１２を流れて上部車室ケーシング５ａの外壁側から上部車室ケーシング５ａを冷却した冷却空気が、外部空気導入口５ｆを介して上部車室ケーシング５ａの内部に流れ込む。即ち、この外部空気導入口５ｆが、空気流路１２において、図１２における外部空気排出口１４と同様の役割を果たす。この外部空気導入口５ｆを介して上部車室ケーシング５ａの内部に流れ込む冷却空気は、車室ケーシング５に対して第１の実施形態と同様の効果を与える。

尚、本実施形態において、上部車室ケーシング５ａに設けられる外部空気導入口５ｆは、空気流路１２に設けられる外部空気導入口１３よりも上部に設けられるのであれば、複数としても構わない。又、本実施形態においても、第８の実施形態と同様、第２又は第３の実施形態のように、バルブ６に対して送風機や圧縮機から外部空気が送られるものとしても構わないし、バルブ６に対してプラントで使用される制御空気が送られるものとしても構わない。

更に、外部空気導入口を、外部空気導入口５ｆの代わりに、第４〜第６の実施形態と同様の形状の外部空気導入口５ｆ１〜５ｆ３としても構わない。又、第７の実施形態のように、外部空気導入口５ｆを燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング５ａに設けるとともに、ロータ４内に燃焼器車室５ｙに導入された冷却空気が供給されるような構成を追加しても構わない。

＜第１０の実施形態＞
本発明の第１０の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。又、本実施形態のガスタービンは、上述の各実施形態のような構成の冷却装置を備えるとともに、この冷却装置に供給する外部空気量を調整するための冷却システムを備える。よって、以下では、このガスタービンに適用した冷却システムの構成について、図１４を参照して説明する。尚、図１４は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる冷却システムの構成を示す断面図である。

図１４のガスタービンにおける冷却システムは、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度を検出するための熱電対などの温度検出器２０ａ，２０ｂと、バルブ６を介して上部車室ケーシング５ａを冷却する外部空気の流量を制御する空気流量制御弁２１と、燃焼器２に供給する燃料の流量を制御する燃料流量制御弁２２と、温度検出器２０ａ，２０ｂで検出された上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度に基づいて空気流量制御弁２１の開度を制御する制御装置２３と、ロータ４を回転させるモータ２４と、を備える。

このとき、図１５に示すように、温度検出器２０ａが、上部車室ケーシング５ａにおける、圧縮機車室５ｘと燃焼器車室５ｙの境界近傍となる位置Ｔ１や、燃焼器車室５ｙにおけるバイパス弁２ｄの近傍の位置Ｔ２，Ｔ３などに設置される。又、温度検出器２０ｂが、温度検出器２０ａとロータ４を軸として対称となる位置に設置されるため、下部車室ケーシング５ｂにおける、圧縮機車室５ｘと燃焼器車室５ｙの境界近傍となる位置Ｔ４や、燃焼器車室５ｙにおけるバイパス弁２ｄの近傍の位置Ｔ５，Ｔ６などに設置される。

このように構成されるとき、燃焼器２に供給する燃料の流量が０となるように、制御装置２３によって燃料流量制御弁２２が制御されて、その開度が０とされて燃料制御弁２２が閉じられると、ガスタービンが運転を停止する。その後、制御装置２３によってモータ２４が駆動されることによって、ロータ４を微速で回転させてターニング運転を行うとともに、バルブ６を開いて上部車室ケーシング５ａに外部空気が導入可能な状態とする。このとき、温度検出器２０ａ，２０ｂそれぞれで検出された上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度が制御装置２３に与えられる。

そして、制御装置２３では、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差を求め、この温度差が大きくなると、上部車室ケーシング５ａを冷却するために、空気流量制御弁２１の開度を開いて、バルブ６より上部車室ケーシング５ａを冷却するために供給する外部空気の流量を多くする。又、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差が小さくなると、上部車室ケーシング５ａを冷却効果を小さくするために、空気流量制御弁２１の開度を閉じて、バルブ６を流れる外部空気の流量を少なくする。このようにして、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂの温度差を小さくし、運転停止後の車室ケーシングにおける熱変形を防止する。

又、本実施形態において、温度検出器２０ａ，２０ｂを設けて上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差を常に監視して、運転停止後の車室ケーシングにおける熱変形を防止するものとしたが、図１６に示すように、温度検出器２０ａ，２０ｂの代わりにタイマ２０ｃを設けて、所定時間毎に空気流量制御弁２１の開度を制御して、運転停止後の車室ケーシングにおける熱変形を防止するものとしても構わない。

このとき、燃料流量制御弁２２を閉じてガスタービンの運転を停止すると、温度検出器２０ａ，２０ｂを設けた冷却システムと同様、まず、モータ２４を駆動してターニング運転を開始するとともにバルブ６を開く。その後、制御装置２３がタイマ２０ｃによって所定時間ｔ１が経過したことを確認すると、空気流量制御弁２１の開度を開いて、上部車室ケーシング５ａの冷却空気となる外部空気の導入を行う。このように、バルブ６からの外部空気の導入を行った後、タイマ２０ｃによって所定時間ｔ２が経過したことを確認すると、空気流量制御弁２１の開度を閉じて、バルブ６からの外部空気の供給量を低減させて、最終的に、空気流量制御弁２１を閉じる。

このように、図１６のようにタイマ２０ｃを設けてガスタービン運転停止後、時間に応じて上部車室ケーシング５ａへの外部空気の供給量を制御することで、運転停止後の車室ケーシングにおける熱変形を防止する。このとき、予め、空気流量制御弁２１の開度を制御するための時間を測定しておき、この測定時間を制御装置２３に記憶させることによって、空気流量制御弁２１の開度の最適な時間制御を行うことができる。

又、図１４のように温度検出器２０ａ，２０ｂが上部車室ケーシング５ａ及び下部車室ケーシング５ｂそれぞれに設けられるものでなく、温度検出器２０ａのみが上部車室ケーシング５ａに設けられ、上部車室ケーシング５ａの温度に応じて空気流量制御弁２１の開度が制御されるものとしても構わない。更に、図１６のような冷却システムに更に上述の温度検出器２０ａ，２０ｂを設けて、運転停止時の温度に応じて制御時間を変更するようにしても構わない。

＜第１１の実施形態＞
本発明の第１１の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。又、本実施形態のガスタービンは、第１〜第７又は第９の実施形態のような構成となるとともに、上部車室ケーシングに供給する外部空気量を調整するための冷却システムを備える。更に、第１０の実施形態と異なり、圧縮機に設けられる入口案内翼（ＩＧＶ）によって、供給する外部空気量を調整する。

以下では、このガスタービンに適用した冷却システムの構成について、図１７を参照して説明する。尚、図１７は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる冷却システムの構成を示す断面図であり、図１４の構成と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１７のガスタービンにおける冷却システムは、図１４における温度検出器２０ａ，２０ｂと、燃料流量制御弁２２と、モータ２４に加えて、温度検出器２０ａ，２０ｂで検出された上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度に基づいて圧縮機１に設けられたＩＧＶ１ｘの開度を制御する制御装置２３ａを備える。このとき、温度検出器２０ａ，２０ｂはそれぞれ、第１０の実施形態と同様、図１５に示すように、上部車室ケーシング５ａの位置Ｔ１〜Ｔ３及び下部車室ケーシング５ｂの位置Ｔ４〜Ｔ６に設置される。このように構成された冷却システムは、第１０の実施形態と同様、温度検出器２０ａ，２０ｂそれぞれで検出された温度差に応じて、上部車室ケーシング５ａに供給する外部空気の流量を制御することで、車室ケーシング５の熱変形を防止する。

即ち、ガスタービンの運転を停止して、バルブ６を開くとともにモータ２４を駆動してターニング運転を開始した後、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差が大きくなると、ＩＧＶ１ｘを閉じるように制御装置２３ａで制御する。このようにすることで、圧縮機１から供給される空気量を少なくすることで車室ケーシング５によって構成される車室の圧力を下げて、バルブ６より上部車室ケーシング５ａに導入する外部空気の流量を多くする。

その後、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差が小さくなったことを確認すると、ＩＧＶ１ｘを開くように制御装置２３ａで制御する。よって、圧縮機１から供給される空気量を多くすることで車室ケーシング５によって構成される車室の圧力を上げて、バルブ６より上部車室ケーシング５ａに導入する外部空気の流量を少なくする。そして、外部空気の導入が不要となる温度差になると、バルブ６を閉じて上部車室ケーシング５ａへの外部空気の供給を停止する。

このように本実施形態では、第１０の実施形態と異なり、ＩＧＶ１ｘの開度を調整することで、上部車室ケーシング５ａへ供給される冷却空気の流量を調節し、車室ケーシング５の熱変形を防ぐ。尚、本実施形態においても、第１０の実施形態と同様、図１８に示すように、温度検出器２０ａ，２０ｂの代わりにタイマ２０ｃを設けて、ＩＧＶ１ｘの開度をタイマ２０ｃで計測される時間によって制御するものとしても構わない。即ち、ガスタービンの運転停止した後、まず、時間ｔ１が経過すると、ＩＧＶ１ｘを閉じて冷却空気の流量を多くする。その後、時間ｔ２が経過すると、ＩＧＶ１ｘを開いて冷却空気の流量を少なくする。又、本実施形態において、冷却空気の流量を調節するために開度が調節されるＩＧＶ１ｘは、上部ケーシング５ａで覆われる部分のＩＧＶ１ｘのみとしても構わないし、圧縮機１に設けられた全てのＩＧＶ１ｘとしても構わない。

＜第１２の実施形態＞
本発明の第１２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態のガスタービンは、第１の実施形態と同様、図１のような構成のガスタービンを基本構成とする。又、本実施形態のガスタービンは、第１〜第７又は第９の実施形態のような構成となるとともに、上部車室ケーシングに供給する外部空気量を調整するための冷却システムを備える。更に、第１０及び第１１の実施形態と異なり、燃焼器に設けられるバイパス弁によって、供給する外部空気量を調整する。

以下では、このガスタービンに適用した冷却システムの構成について、図１９を参照して説明する。尚、図１９は、本実施形態におけるガスタービンに用いられる冷却システムの構成を示す断面図であり、図１４の構成と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。又、本実施形態では、燃焼器車室５ｙを構成する上部車室ケーシング２ａに外部空気導入口５ｆ，５ｆ１〜５ｆ３のいずれかが設けられるものとする。

図１９のガスタービンにおける冷却システムは、図１４における温度検出器２０ａ，２０ｂと、燃料流量制御弁２２と、モータ２４に加えて、温度検出器２０ａ，２０ｂで検出された上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂそれぞれの温度に基づいて燃焼器２に設けられたバイパス弁２ｄの開度を制御する制御装置２３ｂを備える。このとき、温度検出器２０ａ，２０ｂはそれぞれ、図１５に示すように、第１０の実施形態と同様、上部車室ケーシング５ａの位置Ｔ１〜Ｔ３及び下部車室ケーシング５ｂの位置Ｔ４〜Ｔ６に設置される。このように構成された冷却システムは、第１０の実施形態と同様、温度検出器２０ａ，２０ｂそれぞれで検出された温度差に応じて、上部車室ケーシング５ａに供給する外部空気の流量を制御することで、車室ケーシング５の熱変形を防止する。

即ち、ガスタービンの運転を停止して、バルブ６を開くとともにモータ２４を駆動してターニング運転を開始した後、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差が大きくなると、バイパス弁２ｄを閉じるように制御装置２３ｂで制御する。このようにすることで、バイパス弁２ｄから燃焼器２に逃げる空気量を少なくすることで、燃焼器車室５ｙに導入された外部空気による燃焼器車室５ｙにおける冷却効果を大きくする。

その後、上部車室ケーシング５ａと下部車室ケーシング５ｂとの温度差が小さくなったことを確認すると、バイパス弁２ｄを開くように制御装置２３ｂで制御する。よって、燃焼器車室５ｙに導入された外部空気をバイパス弁２ｄから燃焼器２を介してタービン車室５ｚ等に逃がすことで、外部空気による冷却効果を車室ケーシング５によって構成される各車室に分散させる。そして、外部空気の導入が不要となる温度差になると、バルブ６を閉じて上部車室ケーシング５ａへの外部空気の供給を停止する。

このように本実施形態では、第１０の実施形態と異なり、バイパス弁２ｄの開度を調整することで、燃焼器車室５ｙへ供給される冷却空気の流量を調節し、車室ケーシング５の熱変形を防ぐ。尚、本実施形態においても、第１０の実施形態と同様、図２０に示すように、温度検出器２０ａ，２０ｂの代わりにタイマ２０ｃを設けて、バイパス弁２ｄの開度をタイマ２０ｃで計測される時間によって制御するものとしても構わない。即ち、ガスタービンの運転停止した後、まず、時間ｔ１が経過すると、バイパス弁２ｄを閉じて燃焼器車室５ｙにおける冷却空気の流量を多くする。その後、時間ｔ２が経過すると、バイパス弁２ｄを開いて燃焼器車室５ｙにおける冷却空気の流量を少なくする。又、本実施形態において、冷却空気の流量を調節するためにバイパス弁２ｄの開度が調節される燃焼器２は、上部ケーシング５ａで覆われる部分の燃焼器２のみとしても構わないし、全ての燃焼器２としても構わない。

尚、本発明のガスタービンの冷却システムの別の構成として、この第１０〜第１２の実施形態におけるガスタービンの冷却システムを組み合わせた構成によって成るものとしても構わない。即ち、空気流量制御弁２１、ＩＧＶ１ｘ、及びバイパス弁６ｄの開度の制御を組み合わせることで、車室ケーシング５の熱変形を防止するために最適な冷却動作を行うようにすることができる。

は、本発明の各実施形態の基本構成となるガスタービンの構成を示す断面図である。 は、第１の実施形態のガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。 は、第２の実施形態のガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。 は、第３の実施形態のガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。 は、第４の実施形態のガスタービンにおける外気導入口の構成を示す断面図である。 は、第４の実施形態のガスタービンにおける外気導入口の別の構成を示す断面図である。 は、第５の実施形態のガスタービンにおける外気導入口の構成を示す断面図である。 は、第５の実施形態のガスタービンにおける外気導入口の別の構成を示す断面図である。 は、第６の実施形態のガスタービンにおける外気導入口の構成を示す断面図である。 は、第６の実施形態のガスタービンにおける外気導入口を圧縮機車室に設けたときの構成を示す断面図である。 は、第７の実施形態のガスタービンの燃焼器車室周辺の構成を示す断面図である。 は、第８の実施形態のガスタービンの車室ケーシングの構成を示す断面図である。 は、第９の実施形態のガスタービンの車室ケーシングの構成を示す断面図である。 は、第１０の実施形態のガスタービンの冷却システムの構成を示す図である。 は、第１０〜第１２の実施形態のガスタービンの冷却システムで使用する温度検出器の位置関係を示す図である。 は、第１０の実施形態のガスタービンの冷却システムの別の構成を示す図である。 は、第１１の実施形態のガスタービンの冷却システムの構成を示す図である。 は、第１１の実施形態のガスタービンの冷却システムの別の構成を示す図である。 は、第１２の実施形態のガスタービンの冷却システムの構成を示す図である。 は、第１２の実施形態のガスタービンの冷却システムの別の構成を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ タービン
４ ロータ
５ 車室ケーシング
６ バルブ
７ 送風機
８ プラント
９ 空気流路
１０ カバー
１１ 保温材
１２ 空気流路
１３ 空気導入口
１４ 空気排出口
２０ａ，２０ｂ 温度検出器
２１ 空気流量制御弁
２２ 燃料流量制御弁
２３ 制御装置
２４ モータ

Claims (19)

1. 高温の流体によって回転する回転体の上半分を覆う上部車室ケーシングと、前記回転体の下半分を覆う下部車室ケーシングと、を備える車室ケーシングにおいて、
   前記上部車室ケーシングを冷却する冷却空気の供給を制御するバルブと、
   該バルブから供給される前記外部空気を、前記上部車室ケーシングを冷却する前記冷却空気が流れる冷却空気流路に導入する空気導入口と、
   を備え、
   前記高温の流体による前記回転体の運転停止後、前記バルブを開いて前記空気導入口より前記冷却空気流路へ前記外部空気を導入することを特徴とする車室ケーシング。
2. 前記上部車室ケーシングに前記空気導入口を設けるとともに、前記冷却空気流路を前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングによって構成される車室に形成することを特徴とする請求項１に記載の車室ケーシング。
3. 前記空気導入口が、
   前記上部車室ケーシングの外壁面側に設けられて前記バルブからの空気流路と接続される吸入孔と、
   前記上部車室ケーシングの内壁面側に設けられて前記車室内に前記冷却空気を噴射する噴出孔と、
   前記上部車室ケーシングの外壁側に設けられるとともに、前記吸入孔と前記噴出孔とを接続する空気導入溝と、
   該空気導入溝を覆う蓋と、
   によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の車室ケーシング。
4. 前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が前記車室内の熱源に対して向くように設置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車室ケーシング。
5. 前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が前記上部車室ケーシングの内壁面に対して向くように設置されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車室ケーシング。
6. 前記空気導入口が、前記上部車室ケーシングの内壁面側の先端が細くなるノズル形状であることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の車室ケーシング。
7. 前記空気導入口より前記車室内に供給された前記冷却空気を前記回転体を冷却するために前記回転体内部に供給する冷却空気供給管が、前記回転体の前記上部車室ケーシング側の外壁面に設けられることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の車室ケーシング。
8. 前記上部車室ケーシングを覆う略半円形状のカバーを備えるとともに、
   該カバーの内壁面と前記上部車室ケーシングの外壁面との間に、前記バルブからの前記冷却空気を流す空気流路を形成し、
   当該空気流路を流れる前記冷却空気を前記空気導入口に導入することを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれかに記載の車室ケーシング。
9. 前記回転体が、周囲に動翼を設けた圧縮機及びタービンによって形成され、
   前記圧縮機で圧縮された空気を用いて燃料を燃焼して得た燃焼ガスを前記タービンに供給することで前記タービンを回転する燃焼器を有するとともに、
   前記車室が、前記圧縮機を備える圧縮機車室と、前記燃焼器を備える燃焼器車室と、前記タービンを備えるタービン車室と、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の車室ケーシング。
10. 前記空気導入口を前記上部車室ケーシングの前記燃焼器車室を形成する部分に設置するとともに、前記燃焼器車室に前記バルブからの前記冷却空気を導入することを特徴とする請求項９に記載の車室ケーシング。
11. 前記上部車室ケーシングを覆う略半円形状のカバーを備え、
    該カバーの内壁面と前記上部車室ケーシングの外壁面との間に、前記バルブからの前記冷却空気を流す前記冷却空気流路を形成するとともに、
    当該冷却空気流路の入口を前記空気導入口とすることを特徴とする請求項１に記載の車室ケーシング。
12. 前記冷却空気を前記バルブに送る送風機又は圧縮機を備えることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の車室ケーシング。
13. プラントの制御空気を分岐して前記冷却空気として前記バルブに送ることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の車室ケーシング。
14. 外部空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気を用いて燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器で得た燃焼ガスが供給されることで回転するタービンと、を備えたガスタービンにおいて、
    前記圧縮機、前記燃焼器、及び前記タービンそれぞれを覆う車室ケーシングが請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の車室ケーシングであるとともに、前記回転体が、周囲に動翼を設けた圧縮機及びタービンによって形成され、
    運転停止後に、前記バルブを開いて前記冷却空気を前記空気導入口より導入することで、前記上部車室ケーシングと前記下部車室ケーシングの温度差を小さくなるように制御することを特徴とするガスタービン。
15. 前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御することで、前記上部車室ケーシングと前記下部車室ケーシングの温度差を制御することを特徴とする請求項１４に記載のガスタービン。
16. 前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングの内の少なくとも一方の温度を検出する温度検出部を備え、
    当該温度検出部によって検出された前記上部車室ケーシング及び前記下部車室ケーシングそれぞれの温度に基づいて、前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御することを特徴とする請求項１５に記載のガスタービン。
17. 運転停止後の時間を計測するタイマを備え、
    前記タイマによって計測された時間に基づいて、前記バルブから前記空気導入口に供給する前記冷却空気の流量を制御することを特徴とする請求項１５に記載のガスタービン。
18. 前記圧縮機において開度の変更可能な入口案内翼を備えるとともに、当該入口案内翼の開度を制御することによって、前記車室内に導入される前記冷却空気の流量を調整することを特徴とする請求項１４〜請求項１７のいずれかに記載のガスタービン。
19. 前記燃焼器において前記燃焼器の先端側の尾筒にバイパス弁を備えるとともに、該バイパス弁の開度を切り換えることで、該燃焼器が設置される燃焼器車室を流れる前記冷却空気の流量を調整することを特徴とする請求項１４〜請求項１８のいずれかに記載のガスタービン。

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