CN1408995A - 燃气轮机及其运转方法以及燃气轮机复合发电设备 - Google Patents

Abstract

用温度计测试蒸气温度Ts和机室空气温度Ta。将测试结果取入测试器并转换为电信号。该电信号通过测试器进行A/D转换后被传送给控制装置，利用设在其内部的处理单元的减法器计算两者的差分。该差分的绝对值ΔT＝｜Ta－Ts｜连续10次在10℃以内时，从运算器向设备控制单元的控制器输送控制信号，控制压力调节阀等，把冷却介质切换为蒸气。

Description

燃气轮机及其运转方法以及燃气轮机复合发电设备

发明领域

本发明涉及一种使用蒸气冷却高温部件的燃气轮机及其运转方法、以及燃气轮机复合发电设备。

背景技术

现在，为在燃气轮机复合循环中提高热效率，用蒸气取代空气作为冷却介质，使用对燃气轮机的动叶和静叶等高温部位进行蒸气冷却的技术。这里，干蒸气的低压比热在标准状态下为cp＝1.86kJ/kgK，接近空气的低压比热cp＝1.00kJ/kgK的2倍。因此，相同质量下，蒸气的热容量比空气大，吸热效果比空气高。而且，如果用湿蒸气作冷却介质，潮湿部分的蒸发潜热也能用来冷却，因而更加提高了吸热效果。这样如果使用蒸气作冷却介质，因其冷却效率比使用空气时高，所以燃烧气体的气轮机入口温度也可以高，其结果是可以提高热效率。

过去的气轮机动静叶的冷却使用来自压缩机的空气，使用压缩空气进行冷却，减少了从气轮机取出的工作。因此，若使用蒸气来取代空气，即可省略动静叶的冷却空气，相应地增加了可以用气轮机回收的工作，从而提高发电效率。

图14表示的是动静叶使用蒸气冷却的燃气轮机的局部截面图。图15表示的是高温部位采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电设备的概略图。该燃气轮机复合发电设备利用HRSG(Heat Recovery SteamGenerator：排热回收锅炉)370，回收燃气轮机排气所携带的热能。利用回收的燃气轮机排气热能形成蒸气，该高温·高压蒸气首先供给高压蒸气轮机350并驱动其工作，通过与其相接的发电机355进行发电。

高压蒸气轮机350的工作蒸气通过设在燃气轮机的气轮机主轴310内的蒸气供给管311输送给动叶321，并从设在燃气轮机的机箱外侧的蒸气供给口330给静叶325提供蒸气。在动叶321和静叶325内部设有冷却通路，输送给动叶321和静叶325的蒸气在通过该冷却通路期间从通路内壁面吸收燃烧气体的热量，并排出到通路外面。之后，冷却动叶321的蒸气通过设在气轮机主轴310内的蒸气回收管312排放到燃气轮机外面，冷却静叶325的蒸气从蒸气回收口331排放到燃气轮机外面。

该冷却蒸气被输送给混合器360，和冷却燃烧器尾筒等的冷却蒸气等混合后，被用作驱动中压蒸气轮机351和低压蒸气轮机352的工作流体。驱动中压蒸气轮机351和低压蒸气轮机352的蒸气通过冷凝器365还原为水后，通过水泵供给HRSG370，再次重复上述过程。

可是，过去在动叶和静叶等高温部件上适用蒸气冷却的燃气轮机在起动后的短时间内，使用压缩机输送的部分燃烧用空气使叶轮盘和动叶等预热。这样，在起动后马上就用高温·高压蒸气冷却动叶和静叶或叶轮盘，会使这些部件因急剧的温度差产生热冲击，这是因为有时这些部件不合适。而且，在最坏的情况下，还可导致部件损坏，使得燃气轮机不能运转。但是，如果将预热使用的空气改为蒸气，两者间存在温度差时，会给动叶和静叶等造成程度不同的热冲击，致使产生质量问题。

为解决这些问题，在特开平10-18809号公报中，公开了从压缩机中途抽取压缩中的空气来冷却燃气轮机的高温部位，在冷却介质由空气切换为蒸气时进行控制，以减少两者的温度差的技术。但是，这种燃气轮机是从压缩机上抽取压缩段中途的冷却用空气，有时会因叶片失速等使压缩机运转不稳，从而使得高温部位的冷却也变得不稳定。而且，如果供给动叶的冷却空气不稳定，有时还会使高温部位难以保持一定温度，进而使得燃气轮机运转不稳。这样，该燃气轮机难以维持稳定的运转状态，有时会引起燃气轮机停止工作。

此外，燃气轮机的动静叶内部设有使冷却介质流过的冷却通路，如果动静叶的温度在运转后不能马上充分预热，在动静叶的温度低于冷却蒸气的饱和蒸气温度时，冷却蒸气就会凝缩成水滴。而且，在停转后再起动时，有时先前运转时流过的冷却蒸气凝缩成的水滴会残留在冷却通路内。

特别是由于动叶高速运转，其运转半径也大，所以作用到动叶上的离心加速度将会非常大，约达50000～100000m/s²。因此，如果动叶的冷却通路内残存有蒸气凝缩成的水滴，上述非常大的离心加速度也会作用到该水滴上。即使该水滴量极小，也会大大破坏燃气轮机的运转平衡，导致产生振动，最恶劣时会使燃气轮机停止工作。

为解决这个问题，以往一直采用，在将冷却介质切换为蒸气之前，先让空气流过设在动静叶内的冷却通路，在兼作给动叶等预热的同时，清除冷却蒸气凝缩而成的水滴的技术。此外，为使该清除工作做得更彻底，在特开平11-93693公报中，公开了在使燃气轮机高温部维持真空状态后，依次进行清除运转、预热运转、蒸气冷却运转和停转的复合循环发电设备的运转方法。但是，即使彻底清除了残留在冷却通路内的水滴，在将冷却介质从空气切换为蒸气时，燃气轮机的转动系统的轴振动有时会超出允许值。这样，切换冷却介质时会导致燃气轮机停止的问题依然存在。

而且，在过去的动叶和静叶等这些高温部件使用蒸气冷却的燃气轮机中，动叶和静叶是利用分别具有的蒸气供给系统来冷却动叶和静叶的。因此，为了冷却动叶和静叶，需要使用许多蒸气。燃气轮机是在起动后提速并转入匀速(3000或3600rpm)运转的，在燃气轮机起动后的短时间内，给动叶和气轮机主轴或叶轮盘这些转动系统预热。此时是利用从机室供给的机室空气进行预热，该机室空气大约为400℃。

前述预热结束后，动叶的冷却介质从机室空气切换为用HRSG生成的蒸气，此时，从防止轴振动等观点看，需要使机室空气和蒸气温度一致。因预热运转时燃气轮机负荷低，所以排气温度也有300℃左右。为此，就需要将温度在400℃左右的机室空气利用冷却装置使其下降约100℃，以用于动叶等的预热。这样，为冷却机室空气就需要能量，而且是特意用来冷却机室空气，所以动叶等的预热就需要时间，造成了相应的燃料浪费。如上所述，过去使用蒸气冷却的燃气轮机存在起动损耗、即燃气轮机从起动到获得额定输出所需费用大的问题。

发明内容

本发明之目的在于，提供一种燃气轮机、其控制装置、其运转方法和电脑程序、以及燃气轮机复合发电设备，可以实现当高温部件的冷却介质由空气切换为蒸气时，抑制主轴的振动、将燃气轮机的停转控制在最小限度，并抑制使用蒸气冷却的燃气轮机的起动损耗、保证有效运转中的至少一项。

本发明涉及一种燃气轮机，其特征在于，该燃气轮机包括：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件供给冷却用蒸气；机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气混合比例或空气冷却量中的至少一方的，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；和冷却介质切换装置，利用前述空气温度调节装置把机室空气和蒸气温度调节均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机把冷却动叶等燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为用HRSG等生成的蒸气时，先把机室空气和蒸气温度调节均等后，再用阀门等切换装置进行切换。采用蒸气冷却的燃气轮机，在用自身的排气生成充足的冷却用蒸气之前，先抽取由压缩机生成的部分燃烧用空气来冷却高温部件。所以，可以在靠自身排气生成充足的冷却用蒸气后，把冷却介质由机室空气切换为用HRSG生成的蒸气。

此时，如果机室空气和蒸气的温度差大，会使燃气轮机的包含气轮机主轴和叶轮盘等在内的转动系统整体的轴振动加大，有时会超出允许值。特别是当气轮机主轴的轴振动超出允许值时，若继续运转将会非常危险，所以燃气轮机停转。在实际运用中，如果发电设备出现类似的燃气轮机停转的情况，则不能按计划供电，会给使用造成很大障碍。

包括气轮机主轴在内的转动系统整体的轴振动，是由于在气轮机主轴的圆周方向发生温度分布，或在与气轮机主轴相连接的叶轮盘的圆周方向上发生温度分布造成的。如果将切换对象机室空气和蒸气温度调节均等，那么该温度分别就会变小，转动系统整体的轴振动就能控制在允许值以内。由此还可以避免冷却介质切换时的燃气轮机的停转，做到高可靠性稳定运转，燃气轮机复合发电设备发生停止的故障就会变得极小，因此能够实现按计划供电。此外，该燃气轮机在切换冷却介质时能把转动系统整体的轴振动抑制在允许值以下，所以可以在燃气轮机的并入期间把冷却介质由机室空气切换为蒸气。因此可以缩短过渡到额定负载的时间，降低起动损耗。这里所说的燃气轮机的并入是指此前一直单独运转的燃气轮机被连接上发电机并产生电力。

所说的把机室空气和蒸气温度调节均等，是指两者温度相等时的理想状态，实际使用时两者的温度差若能在15℃以内，就能把气轮机主轴的轴振动和转动系统整体的轴振动控制在允许值以内。但是，温度差在15℃以内这个条件已接近轴振动的允许界限。所以，为能做到稳定切换冷却介质，该温度差的理想值是在12～13℃以内，若想进步做到稳定安全切换，则两者温度差的理想值应在10℃以内。

燃气轮机的高温部件有动叶、气轮机主轴、叶轮盘或静叶等，本发明针对的是以温度分布为起因的转动系统的不平衡造成的振动问题。所以本发明中的高温部件是以动叶、气轮机主轴或叶轮盘为对象的(以下相同)。而且，本发明是用空气温度调节装置来将机室空气温度和蒸气温度调节均等。这里所讲的温度不同的空气混合比例的控制是指，例如，通过改变为了冷却空气而通过热交换器的机室空气和不通过热交换器的机室空气的混合比例，调节混合后的机室空气温度的控制。另外，还有空气冷却量的控制，例如有，通过改变为了冷却而流过机室空气的热交换器的风扇数量，或改变风扇转数的控制。

从燃气轮机起动到切换为蒸气，利用从机室抽取的机室空气使动叶和气轮机主轴或叶轮盘预热·冷却。过去是从压缩机的中途段抽取该空气，象这样从有空气流通的地方抽气，会因叶片失速等造成压缩机运转不稳定，结果就会导致动叶和气轮机主轴等预热·冷却不充分。另外，在压缩机的中途抽取的空气因是在被压缩过程中抽取的，所以压力低，为了能流过设在动叶内部的冷却通路，有时会得不到充足的压力。其结果是，有时会引发动叶冷却不良。另一方面，机室是压缩完了的空气临时停留的地方，因具有空气流动的运动能变换成了压力能，所以流过设在动叶内部的冷却通路时可以获得充足压力。因此如果使用从机室抽取的机室空气，可以使动叶和气轮机主轴等稳定预热·冷却，也可以避免停转。

另外，本发明涉及一种燃气轮机，其特征在于，包括：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且调节该喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气的温度；空气供给装置，把燃气轮机的机室空气提供给前述高温部件；以及冷却介质切换装置，利用前述喷水装置调节冷却用蒸气温度，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机把冷却介质由机室空气切换蒸气时，给蒸气喷水来调节蒸气温度，以使机室空气和蒸气温度均等。给蒸气一喷水，蒸气温度就急剧下降，要想做到快速控制，调节蒸气温度要比调节机室空气温度好。这样可以迅速将机室空气和蒸气调至均等，温度调节不需要时间，所以能在更短时间内过渡到额定运转状态，也能抑制起动损耗。

蒸气温度调节使用喷水装置，例如，有在蒸气配管中途设置喷水器，从该喷水器喷射高压水的喷水装置。另外，还有通过调节喷水量或水温中的至少一方来调节蒸气温度，也可以准备水温不同的水，根据机室空气温度和蒸气温度的偏差，运用蒸气的比热来计算所需要的水温及其喷射量。这样可以在更短时间内使机室空气温度和蒸气温度均等。另外，利用喷水来调节蒸气温度，只降低蒸气温度，所以该调节方法可适用于蒸气温度比机室空气温度高的场合。因此在实际运转中，在蒸气温度比机室空气温度高的状态下将两者温度调至均等是最理想的。

另外，本发明涉及一种燃气轮机，其特征在于，包括：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且通过调节喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气的温度；机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气混合比例或空气冷却量中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；以及冷却介质切换装置，通过至少控制前述喷水装置或前述空气温度调节装置中的一方，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机在调节机室空气温度和蒸气温度均等时，利用空气温度调节装置或调节蒸气温度的喷水装置中的至少一方，将两者的温度调至均等。该燃气轮机也可以同时并用空气温度调节装置和喷水装置，把机室空气温度和蒸气温度调至均等，这样就比上述燃气轮机更迅速地把两者温度调至均等。因此能在更短时间内过渡到额定运转状态，更加降低起动损耗。

如上面所述，调节机室空气温度和蒸气温度均等时，在蒸气温度比机室空气温度高时切换冷却介质最理想。而该燃气轮机可以通过选择空气温度调节装置和喷水装置、或二者并用来把机室空气和蒸气温度调至均匀。所以，不必等到蒸气温度比机室温度高时，就能把二者温度调节均等，相应地加快了过渡到额定运转状态的时间，可进步降低起动损耗。

本发明涉及一种燃气轮机，其特征在于，包括：压缩机，把空气压缩，并生成燃烧用空气；燃烧器，使燃料和用前述压缩机生成的燃烧用空气燃烧；动叶、静叶及其他燃气轮机的高温部件，在其内部设有冷却通路，而且至少蒸气被提供给该冷却通路，使因前述燃烧器的燃烧气体而上升的温度冷却下来；以及气轮机，通过前述燃烧器的燃烧气体喷射到前述动叶而实现驱动，冷却前述高温部件中的至少一个高温部件后的蒸气，被用作除此以外的高温部件中的至少一个高温部件的冷却蒸气。

该燃气轮机，例如，把象静叶和燃烧器尾筒，需要冷却的燃气轮机的高温部件冷却后的蒸气，又被用作同样需要冷却的高温部件动叶和燃烧器等的冷却蒸气。由于冷却某高温部件后的蒸气，还可用来冷却其他高温部件，所以相应地减少了蒸气的使用量。其结果，是降低了燃气轮机从起动到额定运转期间的起动损耗。而且，蒸气供给是根据被冷却对象高温部件的温度确定的，减少了温度调节工时。把冷却不同高温部件后的蒸气混合，又可用作其他高温部件的冷却蒸气。这样，只需把冷却后的蒸气按适当比例混合，就制作出适用于各高温部件温度的蒸气，使得温度调节更容易、也更加理想。

本发明涉及一种控制装置，把提供给燃气轮机高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气的控制装置，其中，该燃气轮机包括：蒸气供给装置，给燃气轮机的高温部件提供蒸气；喷水装置，向该蒸气喷水以调节蒸气温度；空气温度调节装置，通过控制空气冷却量或温度不同的空气的混合比例中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的机室空气温度；和冷却介质切换装置，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气，其特征在于，

该控制装置还包括：处理单元，对前述蒸气温度和前述机室空气温度，根据该比较结果，生成使前述喷水装置或前述空气调节装置至少一方工作的信号，以把前述蒸气温度和前述机室空气温度调均等；和控制单元，根据来自前述处理单元的信号控制前述喷水装置和前述空气调节装置中的至少一方，并且在前述蒸气温度和前述机室空气温度均等时，使前述冷却介质切换装置工作，把冷却介质切换为蒸气。

该控制装置通过控制用于调节机室空气温度的空气温度调节装置和调节蒸气温度的喷水装置中的至少一方，使机室空气温度和蒸气温度均等。该控制把机室空气温度和蒸气温度作为控制参数使用，根据这些比较结果，使空气调节装置和喷水装置工作。此时为了使两者的温度均等，把机室空气温度和蒸气温度的温度差控制在了15℃以内，理想状态时是12～13℃以内，更加理想状态时是10℃以内。

根据机室空气温度和蒸气温度的比较结果，当机室空气温度高时，通过增加空气冷却装置的冷却量，或者利用空气冷却装置增加被冷却后的空气的比例，来降低机室空气温度。当蒸气温度高时，利用喷水装置增加喷水量，或者喷射温度更低的水来降低蒸气温度。

另外，当蒸气温度高时，也可以同时控制空气冷却装置，提高机室空气温度。这是由于在切换冷却介质时，机室空气温度比蒸气温度高出约100℃，机室空气变冷却后提供给高温部件，通过减小冷却程度，可以使提供给高温部件的机室空气温度变高。通过这种控制，可迅速地把机室空气温度和蒸气温度调至均等。两者的温度均等后，使冷却介质切换装置工作，把高温部件的冷却介质切换为蒸气。该控制装置还可通过选择空气温度调节装置和喷水装置，或者同时并用进行控制，使机室空气和蒸气温度均等。所以，不用等到蒸气温度高出机室温度时，就可以把两者的温度调节均等，相应地加快了过渡到额定运转状态的时间，更加降低了起动损耗。

另外，本发明涉及一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度和前述蒸气温度调至均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机的运转方法，在调节机室空气温度和蒸气温度时，通过调节空气温度调节装置使两者温度均等。把冷却介质切换为蒸气时的机室空气温度比蒸气温度约高100℃，因而经过冷却装置对机室空气温度进行调节后提供给动叶。切换冷却介质时，蒸气温度不能超出某一温度值，所以当蒸气温度比机室空气温度低时，通过蒸气温度的调节不能使机室空气温度和蒸气温度均等。根据该运转方法，为调节机室空气温度，可以不考虑蒸气温度，把机室空气温度和蒸气温度调节均等。另外，该运转方法中的各步骤也可人工调节。如果通过由电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

本发明涉及一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述蒸气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度和前述蒸气温度调至均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机的运转方法，在调节机室空气温度和蒸气温度时，通过调节蒸气温度的喷水装置使两者的温度均等。一给蒸气喷水，蒸气温度就可以急剧下降，做到迅速控制。因此，可以快速把机室空气温度和蒸气温度调节均等，降低起动损耗。另外，还可以根据蒸气和喷水的比热和温度等，计算出蒸气温度降到某一温度时所需要的喷水量，根据该计算值喷水，就能做到迅速控制。这样，就可以在短时间内过渡到额定运转状态，进一步降低起动损耗。此外，该运转方法也可以人工调节。如果通过由电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

本发明涉及一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气或前述蒸气中的至少一方的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度和前述蒸气温度调均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机的运转方法，在调节机室空气温度和蒸气温度时，利用空气温度调节装置和调节蒸气温度的喷水装置中的至少一种，使两者温度均等。该燃气轮机的运转方法可以选择空气温度调节装置和喷水装置，还可以同时并用，使机室空气和蒸气温度均等。因此即使蒸气温度比机室空气温度低时，只要调节了机室空气温度即可，因而不用等到蒸气温度高出机室空气温度就可以把两者的温度调均等。因此，相应地加快了过渡到额定运转状态的时间，降低了起动损耗。另外，并用空气温度调节装置和喷水装置对规定空气温度和蒸汽温度进行调节时，可更迅速地把两者温度调至均等，所以可在更加短的时间内过渡到额定运转状态，进一步降低了起动损耗。此外，该运转方法也可以人工调节。如果通过由电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

本发明涉及一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在把燃气轮机动叶的冷却介质由燃气轮机的机室空气切换为冷却除动叶外的静叶及其他燃气轮机高温部件后的蒸气时，包括：温度测试调节步骤，测试前述机室空气温度和前述蒸气温度，根据该测试结果，通过调节前述机室空气温度或前述蒸气温度中的至少一方，使两者的温度均等；和冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度或前述蒸气温度被调节均等后，把前述燃气轮机动叶的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

该燃气轮机的运转方法，把冷却燃气轮机的高温部件，例如静叶后的蒸气用作动叶冷却，把动叶的冷却介质由机室空气切换为该蒸气时，在把两者温度调节均等后再切换。所以，可以把燃气轮机的轴振动抑制在允许值以内，不会导致燃气轮机停转，能做到稳定运转。另外，由于是用冷却静叶等之后的蒸气来冷却动叶，所以不必分别向动叶和静叶提供冷却蒸气，使冷却蒸气的使用量缩减到了过去的一半。

另外，在预热结束时刻，冷却静叶后的蒸气温度和机室空气温度基本相等，所以在把动叶的冷却介质由机室空气切换为冷却静叶后的蒸气时，基本上不需要调节两者的温度。因此，在给动叶和气轮机主轴预热时，不需要冷却机室空气即可使用，可以节约冷却所需能量。而且，因为可以在机室空气温度比现有技术高的情况下预热，所以也相应地缩短了从燃气轮机起动到额定运转所需时间。通过这些作用，燃气轮机的起动损耗可以抑制得比现有技术更低。

该燃气轮机的运转方法，也可以通过手工操作来调节机室空气温度和冷却静叶等后的蒸气温度。如果通过由电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

本发明涉及一种燃气轮机复合发电设备，其特征在于，包括：上述燃气轮机；发电机，和该燃气轮机相连接；排热回收锅炉，利用前述燃气轮机的排气生成蒸气；配管，把该排热回收锅炉生成的蒸气提供给前述燃气轮机的高温部件，并冷却该高温部件；和蒸气轮机，接受前述排热回收锅炉生成的蒸气，驱动发电机产生电力。

该燃气轮机复合发电设备，具有上述燃气轮机，在切换高温部件的冷却介质时，是先将机室空气温度和蒸气温度调均等后再切换，所以可以把以转动系统整体的轴振动为起因的燃气轮机的停转的危险抑制到极小程度。因此能够按计划供电，实现高可靠性运转。而且，能够迅速切换冷却介质，所以也降低了起动损耗。

另外，该燃气轮机复合发电设备，具有上述燃气轮机，利用冷却燃气轮机静叶等后的蒸气来冷却动叶。所以不必分别给动叶和静叶提供冷却蒸气，使冷却蒸气的使用量缩减到了现有技术的一半。而且，把动叶的冷却介质由机室空气切换为冷却静叶后的蒸气时，基本不需要调节两者温度就可以完成切换，所以给动叶和气轮机主轴预热时，不冷却机室空气就可使用。因此，可以节约冷却机室空气所需能量。此外，因为不需要再象过去那样冷却机室空气，所以可以在更高温度下给动叶等预热，相应地缩短了设备从起动到额定运转时所需时间。通过这些作用，发电设备的起动损耗可以抑制得比过去更低，经济实用。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的使用蒸气冷却的燃气轮机及其冷却系统说明图；

图2是表示机室空气供给系统说明图；

图3是表示在气轮机主轴的圆周方向产生温度分布时的示意图；

图4是表示机室空气和高压蒸气的温度差与气轮机主轴的轴振动间的关系说明图；

图5是表示用于机室空气和蒸气的温度均等调节的控制方法说明图；

图6是表示机室空气温度和蒸气温度的变化说明图；

图7是表示本发明的实施方式2涉及的燃气轮机的局部截面图；

图8是表示本发明的实施方式2涉及的燃气轮机第1变形例的局部截面图；

图9是表示本发明的实施方式2涉及的燃气轮机第2变形例中与轴方向垂直的截面图；

图10是表示本发明涉及的燃气轮机适用于燃气轮机复合发电设备的实例说明图；

图11是表示本发明的实施方式4涉及的燃气轮机的冷却系统说明图；

图12是表示实施方式4的变形例涉及的燃气轮机的冷却系统说明图；

图13是表示本发明的实施方式5涉及的燃气轮机复合发电设备说明图；

图14是动静叶使用蒸气冷却的燃气轮机的局部截面图；

图15是高温部采用蒸气冷却的燃气轮机复合发电设备的概略图。

本发明的实施方式

以下，参照附图对本发明做详细说明。本发明并不只限定于该实施方式。下述实施方式中的构成要素是本领域普通技术人员容易想象得到的内容。(实施方式1)

图1表示的是本发明实施方式1涉及的使用蒸气冷却的燃气轮机及其冷却系统说明图。该燃气轮机从燃气轮机起动到动叶等预热结束期间，利用从机室供给的空气给动叶等预热。其特征在于，预热结束后，把从机室供给的冷却空气和从燃气轮机外部供给的蒸气的温度调节均等，然后把冷却介质切换为蒸气。下面以把动叶的冷却介质由空气切换为蒸气为例进行说明，但是本发明的适用范围并不只限定于动叶。例如，也适用于把静叶的冷却介质由用工场的锅炉生成的辅助蒸气切换为用高压过热器生成的高压蒸气的场合。还适用于把燃烧器尾筒的冷却蒸气由工场的辅助蒸气切换为HRSG高压蒸气的场合。

把连接燃气轮机90的发电机(未图示)作为电动机使用，来起动燃气轮机90。燃气轮机90起动后，增加燃气轮机90的转数使达到一定转数(此处是3600rpm)。燃气轮机90起动后，热容量大的HRSG(未图示)还不能供给充足的蒸气。因此，使用从燃气轮机90的机室3供给的机室空气，来冷却燃气轮机90的动叶1。该机室空气流向动叶1、气轮机主轴2等，这些金属温度在达到其后供给的冷却蒸气的饱和温度之前进行预热。这是因为如果动叶1和气轮机主轴2等的金属温度比冷却蒸气的饱和温度低，在切换为冷却蒸气后蒸气会出现结露现象，给转动系统带来不良影响。冷却蒸气的饱和温度因运转条件和燃气轮机规格等而不同，此例中是把动叶1等的金属温度预热到250℃以上。

从机室3供给的机室空气温度是400℃～450℃，与此相对，燃气轮机90的冷起动时的动叶1和气轮机主轴2等的金属温度是150～250℃。因此，如果在此状态下给动叶1等提供机室空气，机室空气和动叶1等的金属温度间最大将产生300℃左右的温度差。此温度差使得动叶1和气轮机主轴2等急剧膨胀，遭受过大的热应力作用急剧于动叶1等，从而引发变形和损坏等。而且，动叶1和气轮机主轴2是在高速运转，即使是很小的变形，也会使运转平衡遭到很大破坏，使燃气轮机90停转。

与此相反，热起动时动叶1和气轮机主轴2等的金属温度有时会比机室空气温度高。此时，动叶1等发生收缩，以动叶1的冷却通路和气轮机主轴2等的加工精度和气轮机内部的压力分布等为起因，使得机室空气未必就能把动叶1和气轮机主轴2等冷却均匀。这样在动叶1和气轮机主轴2上发生温度分布，其结果是导致局部尺寸变化，破坏了运转平衡，使燃气轮机90停转。

为避免这些问题，机室空气供给系统采用图2所示构成。图2表示的是机室空气供给系统说明图。机室空气供给系统中设置有TCA(Turbine Cooling Air)冷却器20及使TCA冷却器20分流的分流通路21。该分流通路21上设有流量调节阀23，调节使TCA冷却器20分流的机室空气的流量。冷起动时(图2(a))，流量调节阀23关闭，所有的机室空气通过TCA冷却器20、在其温度降到接近动叶1等的机室温度附近后被提供给动叶1等。TCA冷却器20还设有冷却风扇24，通过调节该冷却风扇24的运转台数和转数，可以调节通过TCA冷却器20的机室空气温度。这样，逐渐使动叶1等的金属温度升温至其后供给的蒸气的饱和温度以上。

热起动时(图2(b))，因动叶1等的金属温度高达某一程度，所以不必要大幅降低机室空气的温度。因此，通过打开流量调节阀23，就可以增加分流TCA冷却器20的机室空气量。这样不过多降低供给动叶1等的机室空气温度，就能给动叶1等提供机室空气。而且，可以通过调节冷却风扇24的运转台数和转数，来调节机室空气温度。使用这样的机室空气冷却系统，不论冷起动还是热起动，都能供给最佳空气温度的机室空气，可将动叶1、气轮机主轴2(参照图1)等转动系统的热变形控制在极小程度。这样，也就可以抑制燃气轮机90(参照图1)的停转，做到稳定运转。

如果流过动叶1等的机室空气流量过少，会造成冷却不充分，使金属温度超出允许值，动叶1等损坏。另一方面，象冷起动时，动叶1等的金属温度低，供给动叶1等的机室空气量就过多，将金属温度升温到适当温度所需时间就长，其结果会增加起动损耗。因此，设置有当TCA冷却器20的分流通路21和TCA冷却器20的后流侧通路合流后，使动叶1等分流的气轮机分流通路26，可以利用流量调节阀25把供给动叶1等的机室空气量调节为适当量。这样，就可以使适当的机室空气流向动叶1等，既能抑制起动损耗，又能迅速使动叶1等的金属温度升温。

动叶1、气轮机主轴2等的温度比切换冷却介质后供给的蒸气饱和温度高时，把冷却动叶1等的介质由机室空气切换为HP-SH(HighPressure-Super Heater：高压过热器)80的高压蒸气。首先，控制HP-SH压力调节阀11，把HP-SH80供给的高压蒸气的压力控制为约2Mpa。这是因为机室空气压力约为2Mpa，为了缩小两者的压力差，尽量平滑地切换冷却介质。

但是，在机室空气压力比供给动叶1等的蒸气压力高时，高温燃烧气体从设在动叶1的表面的薄膜冷却空气孔(未图示)逆流。其结果，动叶1过热，导致燃气轮机停转，所以有必要使供给动叶1等的蒸气压力保持比机室空气压力高。

为此，使用压力计45测试供给动叶的蒸气压力P₁，使用压力计46测试机室空气压力P₂，经常控制为P₁＞P₂+α。这里加α是出于以下控制，不论是什么原因致使机室空气压力P₂急剧上升时，α成为裕度，在超过供给动叶的蒸气压力P₁之前，使P₁上升等的控制。该α值因燃气轮机规格而略有不同，但是只要是在0.15MPa～0.20Mpa范围内由于某种原因使机室空气压力P₂急剧上升时，都能做到对压力的跟踪控制。对供给动叶1的蒸气压力P₁的控制，例如通过关闭排气阀13或者打开HP-SH压力调节阀11，都可以使P₁上升。

通过控制HP-SH压力调节阀11，当HP-SH80供给的高压蒸气压力达到约2MPa时，渐渐打开设在动叶1入口侧的动叶蒸气控制阀10，动叶蒸气控制阀10后流的蒸气压力P₁渐渐开始上升。在以机室空气供给系统和蒸气供给系统的合流部分为基准的机室空气供给系统的上流侧，设置有机室空气止回阀12。当蒸气压力P₁比机室空气压力P₂高时，机室空气止回阀12关闭，供给动叶1的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

动叶1的冷却介质切换为蒸气后，设置在动叶1冷却通路出口侧的排气阀13关闭，冷却动叶1后的蒸气被引导到混合器5。引导到混合器5的蒸气和冷却尾筒(未图示)和静叶4后的蒸气混合并驱动中压气轮机6。在把动叶1的冷却介质切换为蒸气之前打开排气阀13，从动叶1的冷却通路出口把机室空气排到燃气轮机外部。起动中压气轮机6的蒸气被引导到冷凝器7，还原成水后再次供给HRSG。

使用HRSG生成的蒸气作为动叶1的冷却介质时，需要把HRSG回收的燃气轮机排气具有的热能通过中压气轮机6转换为运动能并排到外部。因此关闭排气阀13，用冷却动叶1后的蒸气驱动中压气轮机6。引导到动叶1的蒸气在设在动叶1内的冷却通路上进行热交换，所以冷却后的蒸气温度要比冷却前高。因此，冷却后蒸气温度上升部分的热能也可以用中压气轮机6回收，更加提高了设备整体的热效率。

上述冷却介质切换时，需要把机室空气和HP-SH80的高压蒸气温度调均等。其理由说明如下：如图1所示，供给动叶1蒸气的蒸气供给管8，和回收冷却动叶1后的蒸气的蒸气回收管9设置在气轮机主轴2的内部。从图1可能看不太清楚，在气轮机主轴2和前述蒸气供给管8之间，呈环状设置有多根蒸气回收管9。

从燃气轮机90外部供给的高压蒸气从冷却介质供给口30被引导到气轮机主轴2内。此处的配管系统的配置是，蒸气从垂直于气轮机主轴2的轴向方向供给后，在连接部35处把方向改变90度，然后流入气轮机主轴2内的蒸气供给管8。这样，因HP-SH80供给的高压蒸气，在被引导到气轮机主轴2内的蒸气供给管8前面的连接部35处突然改变流动方向，所以使设在气轮机主轴2内部的蒸气供给管8的内部形成紊乱的蒸气流。

另外，多个动叶1被安装在叶轮盘36的周围，形成一个气轮机叶栅，而形成分别设在动叶1内的冷却通路未必是完全均一的。这样以设在每个动叶1的冷却通路的成形精度不一为起因，造成各个冷却通路的压力损耗不同，结果导致流过各个冷却通路的冷却介质的量不同。所以流到设在气轮机主轴2内部的所有蒸气回收管9的蒸气并不是均等的，流过的蒸气流量因配管而产生差异。

另一方面，把动叶1的冷却介质由机室空气切换为HP-SH80的高压蒸气时，有时两者会混在一起。此时，蒸气供给管8内部出现乱流，而且冷却介质也不是均等地流向所有的蒸气回收管9，所以在切换冷却介质时，存在机室空气多的部分和高压蒸气多的部分。两者温度差变大时，蒸气供给管8和蒸气回收管9产生明显的温度分布，结果使动叶1和气轮机主轴2或叶轮盘36同样也产生温度分布。

图3是表示在气轮机主轴2的圆周方向产生温度分布时的示意图。这里，图3(a)表示圆周方向的温度分布小时的情况，图3(b)表示圆周方向的温度分布大时的情况。特别是当气轮机主轴2的圆周方向产生温度差时，气轮机主轴2产生如图3(b)所示的弯曲。该弯曲程度随圆周方向产生温度差的加大而增大，使轴振动变大，最终导致燃气轮机90停转。即，气轮机主轴2产生圆周方向的温度分布，该温度差越大，气轮机主轴2产生的轴振动也就越大。

图4是表示机室空气和高压蒸气的温度差与气轮机主轴的轴振动关系的说明图。这里的轴振动指距中心轴的振幅。如图4所示，两者温度差越小，轴振动值就越小。两者的温度差超过20℃时，轴振动值已超出运转允许值在此轴振动值招致燃气轮机的停转。两者的温度差如果在15℃以下，轴振动值是燃气轮机运转上的允许值，但该数值已接近允许极限，如果按该温度差进行燃气轮机的运转管理，运转状态会略显不稳定。因此为能保证更加稳定运转，最好在两者的温度差在12～13℃以下的状态下运转，如果能在10℃以下运转则更理想。

下面说明使机室空气和高压蒸气的温度调均等方法。通过调节机室空气或高压蒸气中的至少一方的温度，可以把两者温度调均等。如图1所示，在动叶1和HP-SH80之间设置有，向高压蒸气喷水、降低高压蒸气温度的喷水器34。在该喷水器34上连接着高压给水泵37，向由HP-SH80供给的高压蒸气喷水。

向高压蒸气喷射的水呈微粒子状扩散到高压蒸气中，所以能快速降低高压蒸气的温度，这样很快就能把蒸气温度和机室空气温度调均等。机室空气的温度调节如上所述，通过改变用TCA冷却器20(参照图2)进行冷却的空气量，或者改变工作冷却风扇24的台数、或改变冷却风扇24的转数来调节温度。

机室空气温度比蒸气温度高时，使通过TCA冷却器20(参照图2)的机室空气量增多，边加热蒸气配管边提高蒸气温度。也可以通过减少TCA冷却器20的风扇台数，或降低TCA冷却器20的风扇转数来调节机室空气温度。两者的温度差控制在10℃以内时，把冷却介质由机室空气切换为高压蒸气。当蒸气温度比机室空气温度高时，利用喷水器34(参照图1)向高压蒸气喷射冷却水降低蒸气温度，减少通过TCA冷却器20(参照图2)的机室空气量来提高机室空气温度。两者的温度差控制在10℃以内时，把冷却介质由机室空气切换为高压蒸气。

这样，通过同时调节机室空气温度和蒸气温度，可以在短时间内把两者的空气温度调均等，不需要切换时间，降低了起动损耗。也可以调节机室空气或高压蒸气中的任一方的温度，把两者的温度调均等。这样调节两者的温度，所需时间略微增加，但因两者温度急剧接近，其结果可把因两者温度超出规定范围的危险抑制到更低。

图5是表示机室空气和蒸气的温度调节的控制方法说明图。这里，其图(a)是表示控制方法流程图，其图(b)是控制装置方框图。该控制方法是在蒸气温度和机室空气温度的差分绝对值达到规定温度(此处是10℃)以内时，把冷却介质切换为蒸气。如图1所示，蒸气温度Ts用温度计40测试，机室空气温度Ta用温度计41测试。温度计40和41设置在燃气轮机90的冷却介质供给口30附近，能在该部位测试，对该控制来说已足够了。要想做到控制精度更高，可以在更接近动叶1的部位测试。

蒸气温度Ts和机室空气温度Ta是用温度计40和温度计41测试(步骤S1)。该测试结果被读入测试器131和132并转换成电信号。该电信号通过测试器131和132进行A/D转换后，传送给控制装置100。使用设在控制装置100内部的处理单元110中的减法器111进行比较，据此计算两者的差分。也可以使用减法器以外的其他比较器等进行比较，根据其结果用运算装置等计算蒸气温度Ts和机室空气温度Ta之差。

上述经过A/D转换的信号按取样频率500ms被读入减法器111。取样周期是考虑到控制的响应速度等适当设定的，并不限定于500ms。该差分的绝对值ΔT＝|Ta-Ts|连续规定次数(此处是10次)把温度控制在10℃以内时，从运算器112向设备控制单元的控制器120发送控制信号(步骤S2)，控制动叶蒸气控制阀10、压力调节阀11和排气阀13，把冷却介质切换为蒸气(步骤S4)。

在信号容易受噪声干扰的环境下进行控制时，由于噪声的影响，ΔT有时不能连续控制在10℃以内。此时，例如根据按某取样周期测试的温度求得的ΔT按10次平均后的数值控制在10℃以内时，也可以切换冷却介质。这样可以消除噪声的影响，不需过度长时间地调节温度，就能切换冷却介质。实施方式1中，关于把ΔT控制在10℃以内的判断方法，用两个实例做了说明，当然，把蒸气温度Ts和机室空气温度Ta的温度差控制在10℃以内的判断方法，并不只限定于这些方法。例如，也可以以气轮机主轴2(参照图1)的温度为基准，把两者控制在该温度的±5℃范围内。

差分绝对值ΔT不能控制在10℃以内时，从运算器112向控制器120传送信号，通过控制器120使TCA冷却器20或喷水装置高压给水泵37工作，调节Ta或Ts，把ΔT控制在10℃以内(步骤S3)。此时，可以根据机室空气或冷却蒸气的比热计算空气分流量、或喷水量大小或者温度降低的范围。如果把该计算值同时作为温度反馈使用，可以更快地把ΔT控制在规定温度范围内。也可以使TCA冷却器20或喷水装置高压给水泵37两者同时工作，或只使一方工作，把ΔT控制在10℃以内。

为给蒸气温度升温，需要加大输入给HRSG的热能，因HRSG热容量大，所以在短时间内使蒸气温度升温还是有困难的。为此，当冷却空气温度Ta比蒸气温度Ts高时，利用增加通过TCA冷却器20的空气温度等方法降低冷却空气的温度，把ΔT控制在10℃以内。另一方面，在蒸气温度Ts比机室空气温度Ta高时，通过向蒸气喷水降低蒸气温度Ts，减少通过TCA冷却器20的冷却空气量，来提前机室空气温度Ta。这样使机室空气温度Ta和蒸气温度Ts同时接近，可以在更短时间内把ΔT控制在10℃以内。

另外，当蒸气温度Ts比机室空气温度Ta高时，如图6(a)所示，根据机室空气温度Ta和蒸气温度Ts的变化率，也可以采取使变化率的绝对值小的一方变化加大的控制。例如，图6中因为机室空气温度Ta的变化率绝对值小，所以采取增加喷水量使蒸气温度Ts急速下降的控制。这样因为蒸气温度Ts急速下降，所以能在更短时间内把ΔT控制在10℃以内。

这里，把冷却介质由机室空气切换为蒸气时需要调节蒸气压力等，而且还需要逐渐打开动叶蒸气控制阀10(参照图1)进行切换，所以需要一定时间。因此，如图6(b)所示，当蒸气温度Ts和冷却空气温度Ta的变化率大时，在冷却介质的切换从开始到结束的时间经过Tc之前，有时两者会发生逆转，使ΔT超出10℃。这样就会产生轴振动，使燃气轮机停转。

为防止上述现象的发生，根据冷却空气温度Ta和蒸气温度Ts的变化率求出两者发生逆转ΔT超出10℃的时间τ，τ比冷却介质的切换时间τc短时，使蒸气温度Ts的变化率变缓慢。具体讲，就是减少喷水量，或者增加通过TCA冷却器的冷却空气量的方法。这样在冷却介质的切换从开始到结束期间，ΔT不会超出10℃，可以把轴振动控制在允许值以下，也可以抑制燃气轮机的停转。

上述处理单元110也可以通过专用硬件来实现，该处理单元110由存储器和CPU(中央运算装置)构成，也可以把实现处理单元110的功能的程序(图示中省略)装载到存储器内进行执行来实现该功能，还可以把作为外围设备的输入机器、显示机器等(均在图示中省略)装载到存储器内进行执行，在该控制装置100实现功能。(实施方式2)

图7表示的是本发明实施方式2涉及的燃气轮机的局部截面图。该燃气轮机的特征在于，具有使冷却介质沉淀的总管，该总管位于给动叶提供冷却介质的配管进入气轮机主轴2的附近上流侧，用该总管使冷却介质沉淀后，向设在气轮机主轴2内部的冷却介质供给用配管提供冷却介质。

如上所述，把动叶的冷却介质由机室空气切换为高压蒸气时，燃气轮机会发生停转故障，其原因是由于动叶和气轮机主轴或叶轮盘等燃气轮机的转动系统出现的温度差造成热膨胀而导致的。特别是当在气轮机主轴2产生圆周方向的温度分布时，气轮机主轴2产生弯曲(参照图3)，从而产生轴振动，导致燃气轮机停转。

气轮机主轴2产生温度分布的原因之一是，作为冷却介质使用的蒸气不是均一地流向设在气轮机主轴2内部的蒸气供给管8和蒸气回收管9(参照图1)。如图7(a)所示，在实施方式3涉及的燃气轮机中，是利用设在蒸气供给管8的上流侧的总管70使冷却介质蒸气沉淀。使蒸气在垂直于轴方向的截面内按基本均一的速度分布流向蒸气供给管8。这样，在气轮机主轴2的圆周方向基本不产生温度分布，基本消除了以温度分布大为起因造成的气轮机主轴2的弯曲。结果，气轮机主轴2的轴振动能够控制在允许值以下，燃气轮机基本不发生停转。

如图7(b)所示，也可以把蒸气供给管8设在蒸气回收管9的外侧，把总管71设在蒸气供给管8的周围并向此处提供蒸气。蒸气在总管71沉淀后，蒸气被供给蒸气供给管8。这样，蒸气流向所有蒸气供给管8的量基本相同，可以使气轮机主轴2的圆周方向上的温度分布基本一样。所以，基本不再产生以气轮机主轴2上的温度分布为起因的气轮机主轴2弯曲。结果，气轮机主轴2的轴振动能够控制在允许值以下，燃气轮机基本不发生停转。(变形例1)

图8是表示本发明实施方式2涉及的燃气轮机的第1变形例的局部截面图。该燃气轮机的特征在于，在给动叶提供冷却介质的冷却介质供给管的上流侧设有用来搅拌冷却介质的旋流器72，使冷却介质的温度均一。气轮机主轴2产生温度分布的另一个原因是，作为冷却介质使用的蒸气因场所而不同。该变形例中，蒸气在流向设在气轮机主轴2内部的冷却介质供给管即蒸气供给管8之前，先通过旋流器72把蒸气充分搅拌，使温度分布尽可能均一。这样，流入蒸气供给管8的蒸气基本上是以相同温度流向蒸气供给管8，所以气轮机主轴2的圆周方向基本不产生温度分布。结果，可以把轴振动控制在允许值以下，抑制燃气轮机的停转。(变形例2)

图9是表示本发明实施方式2涉及的燃气轮机的第2变形例的垂直于轴方向的截面图。该燃气轮机的特征在于，回收冷却动叶后的蒸气的蒸气回收管9的根数比过去增加了，使在气轮机主轴的圆周方向的温度分布更加均一。过去，设在气轮机主轴2内部的蒸气回收管9是8～12根，如图9(b)所示，气轮机主轴2分别发生8～12处的高温部分和低温部分，使流向各自的蒸气回收管9的蒸气流量产生差异，气轮机主轴2的轴方向上也就比较容易发生温度分布。这里，如图9(a)所示，本变形例涉及的燃气轮机增加了蒸气回收管9的根数。

因此，即使流向各自的蒸气回收管9的蒸气流量有差异，气轮机主轴2的圆周方向上的温度分布更加容易一致。结果，可以把包括气轮机主轴2和叶轮盘等在内的转动系统整体的轴振动抑制在允许值以下，使燃气轮机运转。

上述总管、旋流器及增加冷却介质供给管根数这3种措施，可以根据燃气轮机的规格选择这些措施，也可以组合使用。特别是组合使用上述2种以上的措施时，可更有效地使气轮机主轴的圆周方向上的温度分布均一。还可以同时并用实施方式1说明的切换动叶冷却介质时的机室空气和蒸气的温度调均等方法。如果并用该方法，可使气轮机主轴的圆周方向上的温度分布更加均一，进步抑制燃气轮机的停转，使燃气轮机稳定运转。(实施方式3)

图10表示的是本发明涉及的燃气轮机适用于燃气轮机复合发电设备的实例说明图。该燃气轮机复合发电设备包括：燃气轮机，相对于动静叶等高温部件使用蒸气冷却系统，其特征在于；把动叶的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，将两者温度调节均等。

燃气轮机500具有压缩机505、燃烧器546和气轮机530，用压缩机505压缩后的高温·高压空气被引导到燃烧器546，用燃烧器546。

向该高温·高压空气喷射天然气等气体燃料和轻油、轻重油等液体燃料使之燃烧并产生高温燃烧气体。燃烧气体通过燃烧器尾筒545被喷射到气轮机530，用气轮机530把具有高温高压燃烧气体的热能转换为运转能。利用该运转能驱动压缩机505，利用驱动压缩机505后的剩余运转能驱动发电机600并产生电力。

燃气轮机500通过发电机600被起动后提速，在一定转数(3000或3600rpm)进入匀速运转，利用从机室503抽取的机室空气使动叶531、气轮机主轴532等预热。用向燃气轮机500的高温部件动叶531等提供蒸气的配管550连接动叶531和HP-SH721，预热结束后把动叶531的冷却介质由机室空气切换为HP-SH721的高压蒸气。此时，要把机室空气和高压蒸气的温度调均等，具体来说就是把两者温度差调节在10℃以内再切换。两者温度差调节在10℃以内的操作顺序如上所述，利用控制装置100使TCA冷却器520或喷水器534工作，把两者温度差调在10℃以内。两者的温度差达到10℃以内后，开闭压力调节阀511、510、513等，把冷却介质切换为高压蒸气。

该燃气轮机复合发电设备把动叶531的冷却介质由机室空气切换为高压蒸气时，是把两者温度调均等后再切换。这样，可以把包括气轮机主轴532和叶轮盘在内的转动系统整体的轴振动抑制在允许值以内。所以切换动叶531的冷却介质时，可以把燃气轮机的停转的危险性控制到极小程度，使燃气轮机可以稳定运转。其结果也就把燃气轮机复合发电设备自身的停止危险性抑制到最小限度，可以稳定供电。另外，燃气轮机复合发电设备在燃气轮机一旦停止时，发电设备自身也停止，再起动需要时间，因而设备整体的起动迟缓，在电力消耗高峰期时，有时会出现电量供给不足。该燃气轮机复合发电设备把燃气轮机的停止抑制在最小限度，可以使设备按计划运转，其结果，能够保证稳定供电。(实施方式4)

图11是表示本发明实施方式4涉及的燃气轮机的冷却系统说明图。该燃气轮机的特征在于，把冷却燃气轮机的高温部件静叶4后的蒸气用于动叶1的冷却。实施方式1中的燃气轮机为动叶和静叶分别配备各自的蒸气供给系统，对动叶和静叶进行冷却。而且，在燃气轮机起动后的短时间内，需要用燃气轮机的机室3供给的空气给动叶和气轮机主轴或叶轮盘这些转动系统预热。

此时，从机室3供给的机室空气温度约为400℃。另一方面，动叶等预热时不给燃气轮机施加负载，所以和额定负载时比，排气温度低，约为300℃。因此HRSG不能生成比燃气轮机的排气温度高的蒸气，所以HP-SH80的蒸气温度在300℃左右。这样，实施方式1涉及的燃气轮机的机室空气和蒸气间约有100℃的温度差。如前面已说明的，把冷却介质由机室空气切换为蒸气时，需要把机室空气和蒸气的温度调节均等。实施方式1涉及的燃气轮机需要使两者的温度差在10℃以内，所以要用TCA冷却器20把机室空气冷却约100℃。

这样，实施方式1的燃气轮机需要用于冷却机室空气的能量，而且是特意把机室空气冷却下来使用，所以动叶1等的预热需要时间，相应地造成了燃料浪费。所以，实施方式1涉及的燃气轮机90存在起动损耗，即燃气轮机90从起动到获得额定输出所需费用大的问题。

实施方式4涉及的燃气轮机就是为解决该问题设计的，如图11所示，冷却动叶4后的蒸气还可用来冷却动叶1。下面说明实施方式4涉及的燃气轮机90。该燃气轮机90具有压缩机91、燃烧器92和气轮机93。气轮机93具有动叶1和静叶4，它们要用蒸气或空气来冷却。另外，该燃气轮机90的燃烧器尾筒94也要用蒸气来冷却。

该燃气轮机90中，冷却燃气轮机90的高温部件静叶4后的蒸气又被用于动叶1的冷却。在静叶4的冷却通路入口处设有供给冷却用蒸气的配管51，通过切换阀门15和16，可以把供给静叶4蒸气的供给源由辅助蒸气头81切换为设在HRAG(未图示)内的HP-SH80的高压蒸气。

在静叶4的冷却通路出口设有连接管50，该连接管50的另一端连接给动叶1的冷却通路提供蒸气的配管52，把冷却静叶4后的蒸气供给动叶1。连接管50还连接设在配管52上的喷水器34的上流侧，当冷却静叶4后的蒸气温度高时，从该喷水器喷水，以降低供给动叶1的蒸气温度。

燃气轮机90起动并升速后进入匀速运转状态，动叶1利用燃气轮机机室3供给的机室空气预热。机室空气的温度约在400℃左右，起动后马上通过TCA冷却器20降低温度使动叶1等预热。这是由于，特别是当冷起动时，如果在动叶1等的温度下降时供给高温机室空气，动叶1等会因热冲击产生不良。所以，要在起动后马上通过TCA冷却器20供给温度下降后的机室空气，随着预热的进行逐渐供给温度高的机室空气。例如，可以用流量调节阀23改变通过TCA冷却器20的空气量，或改变TCA冷却器20的冷却风扇24的运转台数或转数，来调节该温度。这样，最终直接供给动叶1和气轮机主轴(未图示)等的是约400℃的机室空气，并使它们预热。

预热结束后，把动叶1的冷却介质由机室空气切换为蒸气。这里，因匀速运转时的燃气轮机的排气温度约在300℃左右，用HP-SH80生成的蒸气温度不能超过该温度。因此，只要该蒸气是使用设在HRSG上的HP-SH80生成的高压蒸气，就得不到比该温度高的蒸气。但是，该燃气轮机90不使用HP-SH80生成的高压蒸气，而使用冷却静叶4后的蒸气。冷却静叶4后的蒸气大约在300℃左右，供给静叶4内部的冷却通路，在通过该冷却通路期间进行热交换并从冷却通路出口排出，此时的蒸气温度约400℃。因此，如果使用冷却静叶4后的蒸气，可得到比预热运转时的燃气轮机90的排气温度高的蒸气。如上所述，动叶1通过机室空气大约可预热到400℃左右，和冷却静叶4后的温度基本相同，能够保证动叶1的冷却介质平滑切换。

冷却静叶4的蒸气可以从辅助蒸气头81供给，也可以从HP-SH80供给。从HP-SH80供给时，预热运转时不能生成300℃以上的蒸气，所以由其供给的蒸气也在300℃左右。但是，冷却静叶4后，温度上升约100℃，和机室空气温度基本相同。

把动叶1的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，需要把两者温度调节均等。这是因为，切换动叶1的冷却介质时，机室空气和蒸气的温度差大，燃气轮机90的气轮机主轴产生的轴振动增大，有时会超出其允许值。气轮机主轴的轴振动超过允许值时，若再继续运转非常危险，所以燃气轮机90停转。该气轮机主轴的轴振动是由于温度分布产生于气轮机主轴的圆周方向，或温度分布产生于和气轮机主轴相连接的叶轮盘的圆周方向发生的。

因此，如果能把切换对象机室空气和蒸气的温度调节均等，该温度分布就会变小，可以把气轮机主轴的轴振动控制在允许值以内。在实际使用中，如果两者的温度差能保持在15℃以内，就可以把气轮机主轴的轴振动控制在允许值以内。温度差在15℃以内这个条件，已经是轴振动值接近其允许界限时的值。因此，为能更安全地切换冷却介质，把机室空气和蒸气的温度差控制在12～13℃以内比较好，为更安全切换，最好把两者温度差控制在10℃以内。

机室空气的温度Ta和冷却静叶4后的蒸气温度To是分别用温度计41、42测得的，两者温度差在10℃以内时，通过关闭阀门17，打开阀门18来切换冷却介质。这里，通过调节蒸气压力调节阀19，使位于蒸气压力调节阀19下流的HP-SH80的高压蒸气压力比冷却静叶4的蒸气压力低。这样调节后，HP-SH80的高压蒸气就不会通过蒸气压力调节阀19流向动叶1。也可以通过使蒸气压力调节阀19处于关闭状态，使HP-SH80的高压蒸气不通过蒸气压力调节阀19会流向动叶1。机室空气的温度Ta通过TCA冷却器20冷却，或者使冷却静叶4后的蒸气温度To通过喷水器34使蒸气冷却，从而把两者温度控制在上述温度范围内。实施方式1中说明的温度控制方法也适用于该温度控制。

把机室空气的温度Ta和冷却静叶4后的蒸气温度To控制在上述范围后，把冷却介质切换为冷却静叶4后的蒸气。该燃气轮机90的机室空气和冷却静叶4后的蒸气温度都在400℃左右，所以基本不用调节温度就可以切换冷却介质。因而，冷却介质的切换不需要时间，可以降低起动损耗。

该燃气轮机90把冷却静叶4后的蒸气进一步用于动叶1的冷却。因此，与静叶4和动叶1分别具有各自的蒸气供给系统并分别供给冷却蒸气的实施方式1涉及的燃气轮机相比，蒸气量可以减半，也相应地减少了起动损耗。与过去比，蒸气消耗量有一半即可，所以可不设置为供给大量蒸气所需的高压蒸气筒(参照图11)。因此，可以使设备构成简单化，免除了高压蒸气筒的保养·检修，使设备维护也比过去简单。

该燃气轮机90把冷却介质由机室空气切换为冷却静叶4后的蒸气时，动叶1等已经被预热到400℃，所以其后的预热不再需要时间。另外，在预热的最后阶段，不用冷却机室空气就能直接供给动叶1等进行预热，所以不再需要为冷却机室空气而使TCA冷却器20工作的程序，相应地可以减少起动损耗。

该燃气轮机90在利用冷却高温部件静叶4后的蒸气来冷却动叶1期间，最好是在使燃气轮机90并入前的运转期间进行。其理由说明如下，燃气轮机90并入之前，燃气轮机90未被施加负荷，所以燃气轮机90的运转状态基本一定，排气温度也基本不变。此时，在300℃左右冷却静叶4后的蒸气，在冷却静叶4时会达到400℃左右。在燃气轮机90并入前的动叶1的冷却，需要在400℃左右向动叶1提供冷却介质。所以，在燃气轮机90并入前，冷却静叶4后的蒸气温度基本不用调整就可用于动叶1的冷却。

但是，在燃气轮机90并入后，因燃气轮机90被施加上负荷，所以燃气轮机90被供给了更多的燃料，取出相对于该负荷的输出。因此，和燃气轮机90并入前比，燃气轮机90的运转状态发生了变化，供给静叶4和动叶1冷却介质的温度也发生变化，排气温度也向更高的温度变化。所以，使得冷却静叶4后的蒸气温度，有时会与应供给动叶1的蒸气温度有差异。因此，为调节两者温度，需要通过向冷却静叶4后的蒸气喷水来降低其温度，或者使和更高温的蒸气混合来提高温度，以把蒸气温度调节为应供给动叶1的温度。这样，和燃气轮机并入前比较，蒸气温度调节需要时间和能量，所以要把冷却静叶4后的蒸气用于动叶1的冷却时，最好是在燃气轮机90并入前进行。

把冷却静叶4后的蒸气供给动叶1，根据燃气轮机90的负荷，动叶1的温度条件会发生变化，此时，也可以用冷却燃烧器92和燃烧器尾筒94后的蒸气来冷却动叶1。还可以把冷却燃烧器尾筒94后的蒸气和冷却静叶4后的蒸气等混合后供给动叶1。这样，可以给动叶1提供更适合动叶1的冷却的温度的蒸气，是最理想的。(变形例)

图12是表示实施方式4的变形例涉及的燃气轮机的冷却系统说明图。该燃气轮机的特征是，把冷却燃气轮机的高温部件动叶后的蒸气用于静叶的冷却。从图12看不太清楚，静叶4内部设有冷却蒸气的流通通路，蒸气通过该冷却通路时，冷却因燃烧气体而上升的静叶4的温度。

从HP-SH80供给动叶1的蒸气在冷却动叶1后，通过阀门17a及18被提供给静叶4的上流侧。该蒸气根据设在静叶4入口处的温度计40a的信息，根据需要利用喷水器34a喷水来调节温度。之后，该蒸气被供给设在静叶4内部的冷却通路并冷却静叶4。冷却静叶4后的蒸气通过阀门17被引导到混合器，驱动中压蒸气轮机(未图示)。该燃气轮机90还把冷却动叶1后的蒸气用于静叶4的冷却，所以可以节约蒸气消耗量。

根据负荷状态，冷却燃烧器92及燃烧器尾筒94后的蒸气有时也适合静叶4的冷却。此时，也可以把冷却燃烧器尾筒94等后的蒸气引导到喷水器34a的上游，按和上述说明相同的方法供给静叶4。另外，也可以把冷却动叶1后的蒸气和冷却燃烧器尾筒94等后的蒸气混合并调节温度后，把该蒸气提供给静叶4。这样，可以把供给静叶4的蒸气温度做更细致的调节，降低了热冲击的危险性等，是很理想的。(实施方式5)

图13是表示本发明实施方式5涉及的燃气轮机复合发电设备的说明图。该燃气轮机复合发电设备的特征是，对动静叶等高温部件使用蒸气冷却系统，包含有实施方式4说明的燃气轮机，把冷却静叶后的蒸气用于动叶的冷却。

燃气轮机500具有静叶压缩机505、燃烧器546和气轮机530，用压缩机505压缩过的高温·高压空气被引导到燃烧器546。在燃烧器546，向该高温·高压空气喷射天然气等气体燃料和轻油、轻重油等液体燃料并使其燃烧，产生高温燃烧气体。燃烧气体通过燃烧器尾筒545向气轮机530喷射，通过气轮机50把高温·高压燃烧气体携带的热能转换为转动能。利用该转动能驱动燃烧器505，利用驱动燃烧器505后剩余转动能驱动发电机600，使产生电力。

燃气轮机500通过发电机600被起动后升速，并在一定转速(3000或3600rpm)下进入匀速运转，利用从机室503抽取的机室空气使动叶531、气轮机主轴532等预热。静叶535和动叶531通过把冷却静叶535后的蒸气引导到动叶531的配管538相连接。在静叶535通过辅助蒸气预热结束后，把动叶531的冷却介质由机室空气切换为HP-SH721的高压蒸气。此时，要把机室空气和高压蒸气的温度调节均等，具体的就是把两者温度差调节在10℃以内再切换。两者温度差调节在10℃以内的操作顺序如前面所述，通过控制装置100使TCA冷却器520和喷水器534工作，把两者温度差调节在10℃以内。两者温度差达到10℃以内后，开闭压力调节阀511、510、513等，把冷却介质切换为高压蒸气。

该燃气轮机复合发电设备把冷却静叶535后的蒸气用于动叶531的冷却，所以可以把蒸气使用量削减为过去的一半。在预热结束时刻，冷却静叶535后的蒸气温度，和动叶531等冷却用的机室空气温度基本相等。因此，把动叶531的冷却介质切换为静叶冷却后的蒸气时，基本上不用调节温度就可以切换。

所以，动叶531和气轮机主轴532预热时，不需要冷却机室空气再使用，可以节约该冷却所需的能量。另外，可以在比过去高的温度下预热，相应地可以缩短从燃气轮机500的启动至额定运转所需时间。由于上述作用，该燃气轮机500比过去的燃气轮机把起动损耗抑制得更低。

因为从起动到额定负载所需时间比过去缩短了，使与电力需要相适应的运转容易化。因为可以在比过去高的机室空气温度下使动叶531和气轮机主轴532预热，也可以降低冷却介质由机室空气切换为蒸气时产生蒸气结露的危险性。所以，可以降低以由于结露使转动平衡紊乱为起因的振动，抑制燃气轮机的停止，做到稳定运转。

如以上所说明的，该实施方式涉及的燃气轮机把冷却动叶等燃气轮机高温部件的冷却介质切换为蒸气时，把机室空气和蒸气温度调节均等后，利用阀门等切换装置进行切换。这样，可以减小产生于气轮机主轴的圆周方向的温度分别，把包括气轮机主轴和叶轮盘在内的转动系统整体的轴振动控制在允许值内。因此，可以避免冷却介质切换时的燃气轮机停止，使燃气轮机做到高可靠性稳定运转。

另外，该实施方式涉及的燃气轮机把冷却介质由机室空气切换为蒸气时，通过向蒸气喷水来调节蒸气温度，使机室空气和蒸气温度均等。给蒸气一喷水，蒸气温度就急剧下降，可以迅速使机室空气和蒸气温度均等。其结果，温度调节不需要时间，可以在更短时间过渡到额定运转，能够抑制起动损耗。

该实施方式涉及的燃气轮机把机室空气和蒸气温度调节均等时，利用空气温度调节装置和调节蒸气温度的喷水装置中的至少一方，把两者温度调节均等，可以选择空气温度调节装置和喷水装置，或两种并用，以使机室空气和蒸气温度均等，所以不用等到蒸气温度高出机室温度就可以把两者温度调节均等。结果，加快了过渡到额定运转的时间，更低地抑制起动损耗。空气温度调节装置和喷水装置两种并用调节机室空气温度和蒸气温度时，可更迅速地使两者温度均等，能够在更短时间内过渡到额定运转，更低地抑制起动损耗。

该实施方式涉及的燃气轮机，是在上述燃气轮机中，把上述机室空气和蒸气的温度差控制到15℃以内时，把冷却介质由机室空气切换为蒸气。这样，在机室空气和蒸气温度完全相等之前也可不调节，相应地加快了冷却介质切换时间。其结果，可以更快地过渡到额定运转，降低起动损耗。

该实施方式涉及的燃气轮机，在上述燃气轮机中，利用冷却燃气轮机静叶后的蒸气冷却动叶等其他高温部件。因此，可以在机室空气和蒸气温度基本相等状态下，把冷却介质切换为蒸气，机室空气基本不需要冷却。结果，此前机室空气冷却所耗费的能量基本不再需要，相应地降低了起动损耗。

该实施方式涉及的燃气轮机，把需要冷却的静叶和燃烧器尾筒等燃气轮机高温部件冷却后的蒸气，用于同样需要冷却的高温部件动叶和燃烧器等的冷却。这样，冷却某高温部件后的蒸气还会用于其他高温部件的冷却，相应地减少了蒸气使用量，降低了起动损耗。而且，可以提供与冷却对象的高温部件温度等级相吻合的蒸气，减少了温度调节工时。

该实施方式涉及的燃气轮机，把冷却燃气轮机静叶等其他高温部件后的蒸气用于动叶的冷却。这样，不必给动叶和静叶分别提供冷却蒸气，可以把冷却蒸气的消耗量削减为过去的一半。另外，把动叶的冷却介质由机室空气切换为冷却静叶后的蒸气时，基本不用调节两者温度就可以切换。所以和过去比，减少了温度调节所需能量和工时。可以比在过去高的温度下预热，相应地缩短了从燃气轮机起动到额定运转所需时间。由于上述作用，可以把燃气轮机的起动损耗抑制得比过去更低。

该实施方式涉及的燃气轮机，把冷却动叶后的蒸气用于静叶的冷却，不必给动叶和静叶分别提供冷却蒸气，可以把冷却蒸气的消耗量削减为过去的一半，相应地抑制了起动损耗。

该实施方式涉及的燃气轮机，把动叶的冷却介质由机室空气温度切换为冷却燃气轮机高温部件后的蒸气时，把两者温度调节均等后再切换。这样可以把切换冷却介质时的轴振动控制在允许值以内，不会导致燃气轮机停止，能够做到稳定运转。

该实施方式涉及的燃气轮机，在所述燃气轮机中，在并入燃气轮机前，把冷却静叶等其他高温部件后的蒸气作为上述动叶的冷却介质使用。这样，冷却静叶后的蒸气作为动叶的冷却介质使用时，基本上不需调节温度就可使用，温度调整无需花费工时，可以更快地切换冷却介质。所以，可以缩短从燃气轮机起动到额定负荷运转所需时间，相应地抑制了起动损耗。

该实施方式涉及的控制装置，通过控制用于调节机室空气温度的空气温度调节装置和用于调节蒸气温度的喷水装置中的至少一方，把机室空气温度和蒸气温度调节均等。可以选择空气温度调节装置和喷水装置，或两种并用，以使机室空气和蒸气温度均等，所以不用等到蒸气温度高出机室温度就可以把两者温度控制均等。结果，加快了过渡到额定运转的时间，相应地动损耗抑制得更低。

该实施方式涉及的燃气轮机的运转方法，把机室空气温度和蒸气温度调节均等时，通过调节空气温度调节装置，使两者温度均等。切换冷却介质时，蒸气温度比机室空气温度低时，不能通过调节蒸气温度把机室空气温度和蒸气温度调节均等。但是，该运转方法为调节机室空气温度，与蒸气温度无关，可以把机室空气温度和蒸气温度调节均等。如果通过该实施方式涉及的电脑程序，使用电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

该实施方式涉及的燃气轮机的运转方法，把机室空气温度和蒸气温度调节均等时，通过调节蒸气温度的喷水装置，使两者温度均等。

因此，可以更快地把机室空气温度和蒸气温度调节均等，降低起动损耗。如果通过该实施方式涉及的电脑程序，使用电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

该实施方式涉及的燃气轮机的运转方法，把机室空气温度和蒸气温度调节均等时，通过空气温度调节装置和调节蒸气温度的喷水装置中的至少一方，就可以把两者温度调节均等。可以选择空气温度调节装置和喷水装置，或两种并用，以使机室空气和蒸气温度均等，所以不用等到蒸气温度高出机室温度就可以把两者温度调节均等。因此，可以加快过渡到额定运转的时间，把起动损耗抑制得更低。如果通过该实施方式涉及的电脑程序，使用电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

该实施方式涉及的燃气轮机运转方法，把冷却静叶及其他燃气轮机高温部件后的蒸气用于动叶的冷却的燃气轮机，把动叶的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，是先把两者温度调节均等后再切换。因此，可以把燃气轮机的轴振动控制在允许值以内，避免燃气轮机停止，可以使燃气轮机稳定工作。另外，使用冷却静叶等后的蒸气来冷却动叶，所以无需分别给动叶和静叶提供冷却蒸气，可以把冷却蒸气的消耗量削减为原来的一半。该实施方式涉及的燃气轮机，如果通过该实施方式涉及的电脑程序，使用电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

该实施方式涉及的燃气轮机的运转方法，在燃气轮机并入前，把动叶冷却介质由机室空气切换为冷却静叶等后的蒸气。因此，冷却静叶等后的蒸气原封不动就可使用，不需要调节温度，相应地缩短了达到额定负荷运转所需的时间。如果通过该实施方式涉及的电脑程序，使用电脑来执行该燃气轮机运转方法的程序，该燃气轮机运转方法还可通过电脑实现。

该实施方式涉及的燃气轮机复合发电设备具有上述燃气轮机，切换高温部件的冷却介质时，把机室空气温度和蒸气温度调节均等后再切换。因此，可以抑制以转动系统整体的轴振动为起因的燃气轮机的停止，能够使设备稳定、高可靠性地运转，实现按计划供电。

该实施方式涉及的燃气轮机复合发电设备，把冷却燃气轮机静叶等后的蒸气用于动叶的冷却。这样，不必给动叶和静叶分别提供冷却蒸气，可以把冷却蒸气的消耗量削减为过去的一半。另外，切换动叶的冷却介质时，可以使用温度比过去高的蒸气，因而降低了机室空气温度调节所需能量。所以，可以利用温度比过去高的机室空气使动叶等预热，相应地缩短了从设备起动到额定运转所需时间。结果，可以把燃气轮机复合发电设备的起动损耗抑制得更低，非常经济实用。

Claims (28)

1.一种燃气轮机，其特征在于，包括：

燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；

锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件供给冷却用蒸气；

机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气的混合比例或空气冷却量中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；和

冷却介质切换装置，利用前述空气温度调节装置把机室空气和蒸气温度调节均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

2.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，上述机室空气和蒸气的温度差达到15℃以内时，利用上述冷却介质切换装置把冷却介质由机室空气切换为蒸气。

3.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，上述冷却用蒸气是冷却燃气轮机静叶后的蒸气。

4.一种燃气轮机，其特征在于，包括：

燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；

锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；

喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且通过调节该喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气温度；

空气供给装置，把燃气轮机的机室空气提供给前述高温部件；和

冷却介质切换装置，利用前述喷水装置调节冷却用蒸气温度，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

5.如权利要求4所述的燃气轮机，其特征在于，上述机室空气和蒸气的温度差达到15℃以内时，利用上述冷却介质切换装置把冷却介质由机室空气切换为蒸气。

6.如权利要求4所述的燃气轮机，其特征在于，上述冷却用蒸气是冷却燃气轮机静叶后的蒸气。

7.一种燃气轮机，其特征在于，包括：

燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；

锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；

喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且至少调节该喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气的温度；

机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气混合比例或空气冷却量中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；和

冷却介质切换装置，通过控制前述喷水装置或前述空气温度调节装置中的至少一方，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

8.如权利要求7所述的燃气轮机，其特征在于，上述机室空气和蒸气的温度差达到15℃以内时，利用上述冷却介质切换装置把冷却介质由机室空气切换为蒸气。

9.如权利要求7所述的燃气轮机，其特征在于，上述冷却用蒸气是冷却燃气轮机静叶后的蒸气。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括：

压缩机，把空气压缩，并生成燃烧用空气；

燃烧器，使燃料和用前述压缩机生成的燃烧用空气燃烧；

动叶、静叶及其他燃气轮机的高温部件，在其内部设有冷却通路，而且至少蒸气被提供给该冷却通路，使因前述燃烧器的燃烧而上升的温度冷却下来；以及

气轮机，通过前述燃烧器的燃烧气体喷射到前述动叶而实现驱动；冷却前述高温部件中的至少一个高温部件后的蒸气，被用作除此以外的高温部件中的至少一个高温部件的冷却蒸气。

11.如权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，把冷却上述静叶后的蒸气引导到设在上述动叶内部的冷却通路，并作为该动叶的冷却蒸气。

12.如权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，把冷却上述动叶后的蒸气引导到设在上述静叶内部的冷却通路，并作为该静叶的冷却蒸气。

13.如权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，上述动叶把燃气轮机的机室空气作为冷却介质使用后，把冷却上述高温部件后的蒸气作为冷却介质使用；包括：

配管，把蒸气从上述燃气轮机的高温部件引导到上述动叶；和

冷却介质切换装置，在冷却前述高温部件后的蒸气温度和前述机室空气温度调节均等后，把前述动叶的冷却介质由机室空气切换为冷却高温部件后的蒸气。

14.如权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，在燃气轮机并入前，把冷却上述高温部件后的蒸气作为冷却上述动叶的冷却介质使用。

15.一种控制装置，把提供给燃气轮机高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气包括的控制装置：其中，燃气轮机具有：蒸气供给装置，给燃气轮机的高温部件提供蒸气；喷水装置，向该蒸气喷水以调节蒸气温度；空气温度调节装置，通过控制空气冷却量或温度不同的空气的混合比例中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的机室空气温度；和冷却介质切换装置，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气，其特征在于，

处理单元，比较前述蒸气温度和前述机室空气温度，根据该比较结果，为了把前述蒸气温度和前述机室空气温度调均等，生成使前述喷水装置或前述空气调节装置至少一方工作的信号；和

控制单元，根据前述处理单元的信号控制前述喷水装置和前述空气调节装置中的至少一方，并且在前述蒸气温度和前述机室空气温度均等时，使前述冷却介质切换装置工作，把冷却介质切换为蒸气。

16.一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，把前述机室空气温度和前述蒸气温度调均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

17.一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述蒸气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度和前述蒸气温度调至均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

18.一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气或前述蒸气的至少一方的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度和前述蒸气温度调至均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

19.一种燃气轮机的运转方法，其特征在于，在燃气轮机动叶的冷却介质由燃气轮机的机室空气切换为，冷却除动叶外的静叶及其他燃气轮机高温部件后的蒸气时，包括：

温度测试调节步骤，测试前述机室空气温度和前述蒸气温度，根据该测试结果，通过调节前述机室空气温度或前述蒸气温度中的至少一方，使两者的温度均等；和

冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度或前述蒸气温度被调节均等后，把前述燃气轮机动叶的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

20.如权利要求19所述的燃气轮机的运转方法，其特征在于，在燃气轮机并入前，把上述燃气轮机动叶的冷却介质由机室空气切换为冷却上述高温部件后的蒸气。

21.一种电脑程序，把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，利用电脑来执行燃气轮机的运转方法的各步骤其特征在于，该燃气轮机的运转方法的各步骤包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，把前述机室空气温度和前述蒸气温度调均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

22.一种电脑程序，把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，利用电脑来执行燃气轮机的运转方法的各步骤其特征在于，该燃气轮机的运转方法的各步骤包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述蒸气的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，把前述机室空气温度和前述蒸气温度调均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

23.一种电脑程序，把冷却燃气轮机的高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气时，利用电脑来执行燃气轮机的运转方法的各步骤其特征在于，该燃气轮机的运转方法的各步骤包括：

温度测试步骤，测试前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度比较步骤，比较前述机室空气和前述蒸气的温度；

温度调节步骤，根据该比较结果，调节前述机室空气或前述蒸气中的至少一方的温度，使前述机室空气温度和前述蒸气温度均等；以及

冷却介质切换步骤，把前述机室空气温度和前述蒸气温度调均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

24.一种电脑程序，把燃气轮机动叶的冷却介质由燃气轮机的机室空气切换为冷却除动叶外的静叶及其他燃气轮机高温部件后的蒸气时，利用电脑来执行燃气轮机的运转方法的各步骤，其特征在于，该燃气轮机的运转方法的各步骤包括：

温度测试调节步骤，测试前述机室空气温度和前述蒸气温度，根据该测试结果，通过调节前述机室空气温度或前述蒸气温度中的至少一方，使两者的温度均等；和

冷却介质切换步骤，在前述机室空气温度或前述蒸气温度被调节均等后，把前述燃气轮机动叶的冷却介质由机室空气切换为蒸气。

25.一种燃气轮机复合发电设备，其特征在于，包括：

燃气轮机，该燃气轮机具有：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件供给冷却用蒸气；机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气的混合比例或空气冷却量中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；和冷却介质切换装置，利用前述空气温度调节装置把机室空气和蒸气温度调节均等后，把前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气；

发电机，和该燃气轮机相连接；

排热回收锅炉，利用前述燃气轮机的排气生成蒸气；

配管，把该排热回收锅炉生成的蒸气提供给前述燃气轮机的高温部件，并冷却该高温部件；和

蒸气轮机，接受前述排气回收锅炉生成并供给的的蒸气，驱动发电机并产生电力。

26.一种燃气轮机复合发电设备，其特征在于，包括：

燃气轮机，该燃气轮机具有：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且通过调节该喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气温度；空气供给装置，把燃气轮机的机室空气提供给前述高温部件；和冷却介质切换装置，利用前述喷水装置调节冷却用蒸气温度，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气；

发电机，和该燃气轮机相连接；

排热回收锅炉，利用前述燃气轮机的排气生成蒸气；

配管，把该排热回收锅炉生成的蒸气提供给前述燃气轮机的高温部件，并冷却该高温部件；和

蒸气轮机，接受前述排热回收锅炉生成并供给的的蒸气，驱动发电机并产生电力。

27.一种燃气轮机复合发电设备，其特征在于，包括：

燃气轮机，该燃气轮机具有：燃气轮机的高温部件，切换使用燃气轮机机室的空气和蒸气来作为冷却介质，在其内部设有冷却通路；锅炉及其他蒸气供给装置，向前述高温部件提供冷却用蒸气；喷水装置，设置在前述高温部件和前述蒸气供给装置之间，向前述冷却用蒸气喷水，并且通过调节该喷水量或水温中的至少一方，来调节该蒸气温度；机室空气供给装置，具有空气温度调节装置，通过控制温度不同的空气混合比例或空气冷却量中的至少一方，来调节提供给前述高温部件的燃气轮机机室的空气温度；和冷却介质切换装置，通过控制前述喷水装置或前述空气温度调节装置中的至少一方，把机室空气和蒸气温度调节均等后，将前述高温部件的冷却介质由机室空气切换为蒸气；

发电机，和该燃气轮机相连接；

排热回收锅炉，利用前述燃气轮机的排气生成蒸气；

配管，把该排热回收锅炉生成的蒸气提供给前述燃气轮机的高温部件，并冷却该高温部件；

和蒸气轮机，接受前述排热回收锅炉生成并供给的的蒸气，驱动发电机并产生电力。

28.一种燃气轮机复合发电设备，其特征在于，包括：

燃气轮机，该燃气轮机具有：压缩机，把空气压缩，并生成燃烧用空气；燃烧器，使燃料和用前述压缩机生成的燃烧用空气燃烧；动叶、静叶及其他燃气轮机的高温部件，在其内部设有冷却通路，而且至少蒸气被提供给该冷却通路，使因前述燃烧器的燃烧气体而上升的温度冷却下来；和气轮机，通过前述燃烧器的燃烧气体喷射到前述动叶而实现驱动，冷却前述高温部件中的至少一个高温部件后的蒸气，被用作除此以外的高温部件中的至少一个高温部件的冷却蒸气；

发电机，和该燃气轮机相连接；

排热回收锅炉，利用前述燃气轮机的排气生成蒸气；

配管，把该排热回收锅炉生成的蒸气提供给前述燃气轮机的高温部件，并冷却该高温部件；

和蒸气轮机，接受前述排热回收锅炉生成并供给的的蒸气，驱动发电机并产生电力。

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