JPH11125199A - 空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法 - Google Patents
空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法Info
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- JPH11125199A JPH11125199A JP28982297A JP28982297A JPH11125199A JP H11125199 A JPH11125199 A JP H11125199A JP 28982297 A JP28982297 A JP 28982297A JP 28982297 A JP28982297 A JP 28982297A JP H11125199 A JPH11125199 A JP H11125199A
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアラン
ス制御方法に関し、起動時のクリアランスと定常時のク
リアランスを小さくし、圧縮機性能を向上する。 【解決手段】 圧縮機１のディスク２の後段にはキャビ
ティ１１〜１３が軸方向に配列し、それぞれ穴２１〜３
３で連通している。圧縮機１の吐出する圧縮空気の一部
は図示省略のクーラにより冷却し、冷却空気３０として
ディスク２に導く。冷却空気３０は穴２１〜３３を通
り、ディスク２後段内を流し、外側の熱を内側に運び、
冷却後の空気はガスタービンに導き、ガスタービンの静
翼５−１，動翼５−２間のシール用、動翼５−２の冷却
用に供給する。ディスク２を空気で換気し、冷却するこ
とによりケーシングと動翼間の初期のクリアランスと定
常時のクリアランスを小さくし、圧縮機の性能を向上さ
せる。
ス制御方法に関し、起動時のクリアランスと定常時のク
リアランスを小さくし、圧縮機性能を向上する。 【解決手段】 圧縮機１のディスク２の後段にはキャビ
ティ１１〜１３が軸方向に配列し、それぞれ穴２１〜３
３で連通している。圧縮機１の吐出する圧縮空気の一部
は図示省略のクーラにより冷却し、冷却空気３０として
ディスク２に導く。冷却空気３０は穴２１〜３３を通
り、ディスク２後段内を流し、外側の熱を内側に運び、
冷却後の空気はガスタービンに導き、ガスタービンの静
翼５−１，動翼５−２間のシール用、動翼５−２の冷却
用に供給する。ディスク２を空気で換気し、冷却するこ
とによりケーシングと動翼間の初期のクリアランスと定
常時のクリアランスを小さくし、圧縮機の性能を向上さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は空気圧縮機ディスク
の冷却によるクリアランス制御方法に関し、ディスクに
空気を流すことにより換気を行い、起動時と定常運転時
のクリアランスを小さくすると共に、ディスク外周側と
内周側との温度差を小さくし、熱応力を低減するもので
ある。
の冷却によるクリアランス制御方法に関し、ディスクに
空気を流すことにより換気を行い、起動時と定常運転時
のクリアランスを小さくすると共に、ディスク外周側と
内周側との温度差を小さくし、熱応力を低減するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンプラントにおいては圧縮機
からの空気を燃焼器に導き、燃料と共に燃焼させて発生
した高温燃焼ガスをガスタービンに導き、ガスタービン
を駆動すると共に、空気の一部を抽気してガスタービン
の静翼と動翼に導き、これらを冷却している。図８はこ
のような圧縮機とガスタービンとの接続部の一般的な断
面図であり、圧縮機１には固定側のケーシング８に固定
された静翼１−１と、ロータ側のディスク２に取付けら
れた動翼１−２がそれぞれ円周方向に取付けられると共
に、軸方向に交互に配置され、ロータが回転することに
より圧縮空気４０を吐出する。
からの空気を燃焼器に導き、燃料と共に燃焼させて発生
した高温燃焼ガスをガスタービンに導き、ガスタービン
を駆動すると共に、空気の一部を抽気してガスタービン
の静翼と動翼に導き、これらを冷却している。図８はこ
のような圧縮機とガスタービンとの接続部の一般的な断
面図であり、圧縮機１には固定側のケーシング８に固定
された静翼１−１と、ロータ側のディスク２に取付けら
れた動翼１−２がそれぞれ円周方向に取付けられると共
に、軸方向に交互に配置され、ロータが回転することに
より圧縮空気４０を吐出する。
【０００３】圧縮機１からの圧縮空気４０は燃焼器（図
示省略）に導かれ、燃焼に供され、燃焼ガスはガスター
ビンの静翼５−１と動翼５−２間に流れて膨張すること
によりロータを回転させ、その一部の空気４１はエアセ
パレータ７からガスタービン側に導かれ、静翼５−１，
動翼５−２間のシール用空気として供給され、更に動翼
５−２にも導かれ、動翼５−２を冷却し、冷却後の空気
は燃焼ガス通路へ放出される。
示省略）に導かれ、燃焼に供され、燃焼ガスはガスター
ビンの静翼５−１と動翼５−２間に流れて膨張すること
によりロータを回転させ、その一部の空気４１はエアセ
パレータ７からガスタービン側に導かれ、静翼５−１，
動翼５−２間のシール用空気として供給され、更に動翼
５−２にも導かれ、動翼５−２を冷却し、冷却後の空気
は燃焼ガス通路へ放出される。
【０００４】上記のガスタービンの圧縮機においては、
起動時には動翼１−２とケーシング８とのクリアランス
は接触を避けるために所定の間隙を保っており、運転の
過程において動翼１−２とケーシング８との熱伸びによ
り、クリアランスも変化し、途中で最小クリアランスに
達し、定常運転時にはクリアランスが徐々に拡大する。
この定常運転時のクリアランスがあまり大きくなると圧
縮機の性能低下につながる。
起動時には動翼１−２とケーシング８とのクリアランス
は接触を避けるために所定の間隙を保っており、運転の
過程において動翼１−２とケーシング８との熱伸びによ
り、クリアランスも変化し、途中で最小クリアランスに
達し、定常運転時にはクリアランスが徐々に拡大する。
この定常運転時のクリアランスがあまり大きくなると圧
縮機の性能低下につながる。
【０００５】図９は航空機用エンジンの断面図であり、
エンジンの起動時において動翼とケーシングとのクリア
ランスを小さくし、クリアランスが大きいときに生ずる
サージングを防止するようにした構造を採用しており、
図９（ａ）はその断面図、図９（ｂ）は（ａ）における
Ｘ−Ｘ断面図である。図において、５０はケーシング、
５１は動翼であり、ケーシング５０との間にクリアラン
スｄを有している。５２はディスク、５３はロータであ
り、ディスク５２には円周方向に均等に複数の穴５４，
５５，５６をそれぞれキャビティ５７−１，５８−１，
５９−１に貫通して設け、又各キャビティ５７−１〜５
９−１と５７−２〜５９−２とはそれぞれ連通させてい
る。
エンジンの起動時において動翼とケーシングとのクリア
ランスを小さくし、クリアランスが大きいときに生ずる
サージングを防止するようにした構造を採用しており、
図９（ａ）はその断面図、図９（ｂ）は（ａ）における
Ｘ−Ｘ断面図である。図において、５０はケーシング、
５１は動翼であり、ケーシング５０との間にクリアラン
スｄを有している。５２はディスク、５３はロータであ
り、ディスク５２には円周方向に均等に複数の穴５４，
５５，５６をそれぞれキャビティ５７−１，５８−１，
５９−１に貫通して設け、又各キャビティ５７−１〜５
９−１と５７−２〜５９−２とはそれぞれ連通させてい
る。
【０００６】上記構成の航空機用エンジンは、起動時に
適切な温度の空気６０を矢印の通り穴５４，５５，５６
を通してそれぞれキャビティ５７−１，５７−２，５８
−１，５８−２，５９−１，５９−２に通してディスク
５２の後段部を暖気し、スタート時の動翼５１とケーシ
ング５０とのクリアランスを小さく保ち、起動時のエン
ジンの性能を維持している。
適切な温度の空気６０を矢印の通り穴５４，５５，５６
を通してそれぞれキャビティ５７−１，５７−２，５８
−１，５８−２，５９−１，５９−２に通してディスク
５２の後段部を暖気し、スタート時の動翼５１とケーシ
ング５０とのクリアランスを小さく保ち、起動時のエン
ジンの性能を維持している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来のガ
スタービンの圧縮機においては、比較的低圧力比であ
り、圧縮機後方段は温度が比較的低いため、現状では強
制的に冷却する構造は特に採用していないが、最近は高
圧力比化の傾向があるため、結果的に高強度材料を採用
し、高コストとなると共に、強度上長寿命設計が難しく
なりつつある。
スタービンの圧縮機においては、比較的低圧力比であ
り、圧縮機後方段は温度が比較的低いため、現状では強
制的に冷却する構造は特に採用していないが、最近は高
圧力比化の傾向があるため、結果的に高強度材料を採用
し、高コストとなると共に、強度上長寿命設計が難しく
なりつつある。
【０００８】又、航空機用エンジンにおいては、起動時
の性能を確保するために、ディスクに空気を流して暖気
を行い、起動時のクリアランスを小さく保つようにして
いる例があるが、起動時から定常運転時にかけてクリア
ランスを制御し、起動時にもクリアランスを小さくし、
途中での最小クリアランス時での接触を避け、定常運転
時にはできるだけ小さなクリアランスで運転できるよう
な圧縮機のクリアランス制御方法は未だ一般的には適用
されていないのが現状である。
の性能を確保するために、ディスクに空気を流して暖気
を行い、起動時のクリアランスを小さく保つようにして
いる例があるが、起動時から定常運転時にかけてクリア
ランスを制御し、起動時にもクリアランスを小さくし、
途中での最小クリアランス時での接触を避け、定常運転
時にはできるだけ小さなクリアランスで運転できるよう
な圧縮機のクリアランス制御方法は未だ一般的には適用
されていないのが現状である。
【０００９】特にガスタービンプラントにおける圧縮機
においては、冷却構造を採用してないので、冷却による
熱応力の低減による長寿命設計を行うと圧縮機の性能が
ガスタービンプラント全体の効率に影響してくるので、
圧縮機の起動時から定常運転時にかけてクリアランスを
小さく保って運転し、圧縮機の性能を向上させることが
強く望まれている。
においては、冷却構造を採用してないので、冷却による
熱応力の低減による長寿命設計を行うと圧縮機の性能が
ガスタービンプラント全体の効率に影響してくるので、
圧縮機の起動時から定常運転時にかけてクリアランスを
小さく保って運転し、圧縮機の性能を向上させることが
強く望まれている。
【００１０】そこで本発明では、圧縮機の後段部のディ
スクに冷却空気を流すことにより圧縮機の動翼側を冷却
し、またこの空気温度を制御することにより起動時から
定常運転時にかけてクリアランスを小さくするように運
転し、このディスクを冷却した後の空気はガスタービン
の静翼と動翼に供給してシール用と冷却用に活用する空
気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法を
提供することを課題としている。
スクに冷却空気を流すことにより圧縮機の動翼側を冷却
し、またこの空気温度を制御することにより起動時から
定常運転時にかけてクリアランスを小さくするように運
転し、このディスクを冷却した後の空気はガスタービン
の静翼と動翼に供給してシール用と冷却用に活用する空
気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法を
提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）乃至（３）の手段を提供する。
決するために次の（１）乃至（３）の手段を提供する。
【００１２】（１）圧縮機の吐出空気の一部を抽気して
クーラに導き、所定温度に冷却した後同圧縮機のロータ
ディスク後段部のキャビティ内に流通させてディスクを
冷却し、ディスク外周の動翼先端とケーシングとのクリ
アランスを制御し、ディスク冷却後の空気は同圧縮機と
ガスタービンとを連結する中間軸を介してガスタービン
に導き、シール用と動翼冷却用空気として供給すること
を特徴とする空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアラ
ンス制御方法。
クーラに導き、所定温度に冷却した後同圧縮機のロータ
ディスク後段部のキャビティ内に流通させてディスクを
冷却し、ディスク外周の動翼先端とケーシングとのクリ
アランスを制御し、ディスク冷却後の空気は同圧縮機と
ガスタービンとを連結する中間軸を介してガスタービン
に導き、シール用と動翼冷却用空気として供給すること
を特徴とする空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアラ
ンス制御方法。
【００１３】（２）上記（１）の発明において、前記ク
ーラによる空気の冷却は起動開始時から所定の時間だけ
行うことを特徴とする空気圧縮機ディスクの冷却による
クリアランス制御方法。
ーラによる空気の冷却は起動開始時から所定の時間だけ
行うことを特徴とする空気圧縮機ディスクの冷却による
クリアランス制御方法。
【００１４】（３）上記（１）の発明において、前記ケ
ーシングと動翼とのクリアランスは起動後に生ずる最小
クリアランスの許容値以内となるように予めつめて設定
しておき、起動時にはディスクを冷却することにより前
記最小クリアランスの許容値を保つと共に、定常運転時
のクリアランスも所定の値に保つことを特徴とする空気
圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法。
ーシングと動翼とのクリアランスは起動後に生ずる最小
クリアランスの許容値以内となるように予めつめて設定
しておき、起動時にはディスクを冷却することにより前
記最小クリアランスの許容値を保つと共に、定常運転時
のクリアランスも所定の値に保つことを特徴とする空気
圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法。
【００１５】高圧力比圧縮機のディスク後段部では、吐
出する空気の温度が４５０〜５００℃以上と高温にな
り、起動時にはディスク外周側が急激に加熱されてディ
スク外周側と内周側とでは温度差が大きく熱応力が大き
くなり、高強度材料を用いる必要がある。又、起動時の
ケーシングと動翼とのクリアランスも大きく設定し、熱
伸びによる最小クリアランス時の接触を回避し、そのた
めに定常運転時のクリアランスも大きくとる必要があ
る。本発明の（１）では空気をクーラにより冷却し、こ
の冷却した空気を圧縮機ディスクに流して換気すること
によりディスク後段部を冷却する。このためにディスク
の外周側の熱を内周側に運び、ディスクを冷却するので
ディスクの外周側と内周側との温度差が小さくなり、そ
のために熱応力が低減する。熱応力が低減すれば高強度
材料を使用しなくて良いのでコスト低減につながる。
出する空気の温度が４５０〜５００℃以上と高温にな
り、起動時にはディスク外周側が急激に加熱されてディ
スク外周側と内周側とでは温度差が大きく熱応力が大き
くなり、高強度材料を用いる必要がある。又、起動時の
ケーシングと動翼とのクリアランスも大きく設定し、熱
伸びによる最小クリアランス時の接触を回避し、そのた
めに定常運転時のクリアランスも大きくとる必要があ
る。本発明の（１）では空気をクーラにより冷却し、こ
の冷却した空気を圧縮機ディスクに流して換気すること
によりディスク後段部を冷却する。このためにディスク
の外周側の熱を内周側に運び、ディスクを冷却するので
ディスクの外周側と内周側との温度差が小さくなり、そ
のために熱応力が低減する。熱応力が低減すれば高強度
材料を使用しなくて良いのでコスト低減につながる。
【００１６】又、ディスクの高温部である後段部を冷却
することにより、ディスク後段部の熱伸びを抑え、起動
時から定常運転時に至る間に最小クリアランスが生じる
が、特に（２）の発明のようにこの間にクーラにより冷
却した空気を流してディスク後段部を冷却することによ
り、最小クリアランスを大きくし、接触を避けると共
に、ディスクの定常時までの伸びの応答を早くして、非
定常時において効率良く、かつ安全な運転ができるよう
になる。
することにより、ディスク後段部の熱伸びを抑え、起動
時から定常運転時に至る間に最小クリアランスが生じる
が、特に（２）の発明のようにこの間にクーラにより冷
却した空気を流してディスク後段部を冷却することによ
り、最小クリアランスを大きくし、接触を避けると共
に、ディスクの定常時までの伸びの応答を早くして、非
定常時において効率良く、かつ安全な運転ができるよう
になる。
【００１７】本発明の（３）では、クーラで冷却した空
気によりディスク後段部を冷却するとディスクの熱伸び
が抑えられるが、特に最小クリアランスが生じる起動初
期にはクーラの冷却能力を上げて熱伸びを少くするよう
にし、この熱伸びの減少した分だけケーシング側とのク
リアランスを予めつめて小さく設定することができる。
このように初期のクリアランスを小さく設定しても最小
クリアランス時における接触を避けることができると共
に定常運転時にもクリアランスを小さく維持することが
できる。
気によりディスク後段部を冷却するとディスクの熱伸び
が抑えられるが、特に最小クリアランスが生じる起動初
期にはクーラの冷却能力を上げて熱伸びを少くするよう
にし、この熱伸びの減少した分だけケーシング側とのク
リアランスを予めつめて小さく設定することができる。
このように初期のクリアランスを小さく設定しても最小
クリアランス時における接触を避けることができると共
に定常運転時にもクリアランスを小さく維持することが
できる。
【００１８】本発明では、更にディスクを冷却した空気
はガスタービン側に送り、ガスタービンのシール用空気
と動翼冷却用の空気として用いることができるので圧縮
機を冷却した空気を有効利用することができる。
はガスタービン側に送り、ガスタービンのシール用空気
と動翼冷却用の空気として用いることができるので圧縮
機を冷却した空気を有効利用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の空
気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法を
適用したガスタービンの系統図である。図において、１
は圧縮機であり、２は圧縮機１のディスクである。３は
燃焼器であり、圧縮機からの空気と燃料を燃焼させて高
温燃焼ガスを発生させる。４はガスタービンであり、内
部に静翼・動翼５を有し、燃焼器３で発生した高温燃焼
ガスを導き、ロータを回転させて発電機を回し、発電を
行う。６はクーラであり、圧縮機１からの吐出する空気
を一部抽気して所定の温度に冷却し、圧縮機１の後段側
に送り、ディスクの換気を行い、これを冷却する。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の空
気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法を
適用したガスタービンの系統図である。図において、１
は圧縮機であり、２は圧縮機１のディスクである。３は
燃焼器であり、圧縮機からの空気と燃料を燃焼させて高
温燃焼ガスを発生させる。４はガスタービンであり、内
部に静翼・動翼５を有し、燃焼器３で発生した高温燃焼
ガスを導き、ロータを回転させて発電機を回し、発電を
行う。６はクーラであり、圧縮機１からの吐出する空気
を一部抽気して所定の温度に冷却し、圧縮機１の後段側
に送り、ディスクの換気を行い、これを冷却する。
【００２０】図２は本発明の実施の形態のクリアランス
制御方法を適用する圧縮機ディスクの断面図である。図
において、圧縮機１のディスク２にはキャビティ１１が
２ヶ所、１２が３ヶ所、１３が３ヶ所、それぞれ軸方向
に配列して設けられており、キャビティ１１には穴２
２，２３が設けられ、軸方向２ヶ所のキャビティ１１を
連通している。キャビティ１２には穴２１，２７，２８
が設けられ、軸方向に連通すると共に、キャビティ１１
とは穴２４，２５，２６で互いに連通している。又、キ
ャビティ１３も同様に穴２９，３０，３１でキャビティ
１２に連通すると共に、軸方向に穴３２，３３で連通し
ている。
制御方法を適用する圧縮機ディスクの断面図である。図
において、圧縮機１のディスク２にはキャビティ１１が
２ヶ所、１２が３ヶ所、１３が３ヶ所、それぞれ軸方向
に配列して設けられており、キャビティ１１には穴２
２，２３が設けられ、軸方向２ヶ所のキャビティ１１を
連通している。キャビティ１２には穴２１，２７，２８
が設けられ、軸方向に連通すると共に、キャビティ１１
とは穴２４，２５，２６で互いに連通している。又、キ
ャビティ１３も同様に穴２９，３０，３１でキャビティ
１２に連通すると共に、軸方向に穴３２，３３で連通し
ている。
【００２１】上記構成の圧縮機において、クーラ６で冷
却された空気の一部は圧縮機１に入り、後段の動翼、静
翼間に流出し、高温の圧縮空気に対してシール用として
供給されると共に、穴２２，２３に流入し、キャビティ
１１に入り、穴２４，２５，２６からキャビティ１２に
入る。キャビティ１２には穴２１からも空気が流入し、
キャビティ１３に流れ、これらを流れる過程でディスク
２の後段部を冷却して穴３３，３２を通り、ディスク外
周側の熱を内周側へ運び、中間軸部３４へ流出する。
却された空気の一部は圧縮機１に入り、後段の動翼、静
翼間に流出し、高温の圧縮空気に対してシール用として
供給されると共に、穴２２，２３に流入し、キャビティ
１１に入り、穴２４，２５，２６からキャビティ１２に
入る。キャビティ１２には穴２１からも空気が流入し、
キャビティ１３に流れ、これらを流れる過程でディスク
２の後段部を冷却して穴３３，３２を通り、ディスク外
周側の熱を内周側へ運び、中間軸部３４へ流出する。
【００２２】中間軸部３４に流出した空気はボア部を通
り、ガスタービン側へ流れ、静翼５−１と動翼５−２間
のシール用の空気及び動翼５−２の冷却用の空気として
供給される。動翼５−２にはエアセパレータ７より圧縮
機１からの空気の一部が流入し、冷却用として供給され
ているが、この冷却用空気に圧縮機１のディスク２後段
部を冷却した空気が一緒になり、動翼５−２へ供給され
る。
り、ガスタービン側へ流れ、静翼５−１と動翼５−２間
のシール用の空気及び動翼５−２の冷却用の空気として
供給される。動翼５−２にはエアセパレータ７より圧縮
機１からの空気の一部が流入し、冷却用として供給され
ているが、この冷却用空気に圧縮機１のディスク２後段
部を冷却した空気が一緒になり、動翼５−２へ供給され
る。
【００２３】図３はディスク２を冷却しない従来の状態
を示す図で、（ａ）がその断面図、（ｂ）はディスク２
の外側と内側との温度差を示した図である。（ａ）にお
いて、外側をＡとし、内側Ｂとすると、外側Ａの方が温
度が高く、内側Ｂは熱伝達率が小さいので温度が低い。
この状態を（ｂ）に示しており、ＡとＢとの間にはＢへ
の熱伝達率が小さいのでＡとの間に温度差が生じてい
る。
を示す図で、（ａ）がその断面図、（ｂ）はディスク２
の外側と内側との温度差を示した図である。（ａ）にお
いて、外側をＡとし、内側Ｂとすると、外側Ａの方が温
度が高く、内側Ｂは熱伝達率が小さいので温度が低い。
この状態を（ｂ）に示しており、ＡとＢとの間にはＢへ
の熱伝達率が小さいのでＡとの間に温度差が生じてい
る。
【００２４】図４はディスクを冷却した本発明の状態を
示す図であり、（ａ）がディスクの断面図、（ｂ）はデ
ィスク２の外側と内側との温度差を示す図である。
（ａ）において冷却空気３０をディスクに設けた穴を通
して換気して冷却することにより、ディスク外周側の熱
を内側に熱交換させるとともに、熱伝達率が向上するの
で、ディスクの外側Ａ’と内側Ｂ’との間には温度差が
図３に示す従来のディスクより小さくなる。この状態を
（ｂ）に示しており、Ａ’とＢ’の温度差は図３の
（ｂ）と比べると接近するようになる。
示す図であり、（ａ）がディスクの断面図、（ｂ）はデ
ィスク２の外側と内側との温度差を示す図である。
（ａ）において冷却空気３０をディスクに設けた穴を通
して換気して冷却することにより、ディスク外周側の熱
を内側に熱交換させるとともに、熱伝達率が向上するの
で、ディスクの外側Ａ’と内側Ｂ’との間には温度差が
図３に示す従来のディスクより小さくなる。この状態を
（ｂ）に示しており、Ａ’とＢ’の温度差は図３の
（ｂ）と比べると接近するようになる。
【００２５】図５は図１に示した圧縮機からの空気を冷
却するクーラ６の特性を示す図で、圧縮機吐出側の空気
温度は約４５０〜５００℃程度となるが、この空気を定
常時において約２００〜２５０℃位になるように冷却す
る。冷却の過程において冷却の初期で圧縮機運転中にケ
ーシングと動翼とのクリアランスが最小となるまでの時
間帯Ｔの間はクーラの能力を最大にして温度を低くする
ように制御し、定常時において、２００〜２５０℃とな
るように冷却能力を制御する。
却するクーラ６の特性を示す図で、圧縮機吐出側の空気
温度は約４５０〜５００℃程度となるが、この空気を定
常時において約２００〜２５０℃位になるように冷却す
る。冷却の過程において冷却の初期で圧縮機運転中にケ
ーシングと動翼とのクリアランスが最小となるまでの時
間帯Ｔの間はクーラの能力を最大にして温度を低くする
ように制御し、定常時において、２００〜２５０℃とな
るように冷却能力を制御する。
【００２６】図６は上記図５で説明した特性でクーラを
作動させた時の動翼先端の半径方向の伸びを示す図であ
り、実線がケーシングの伸びの特性、一点鎖線が冷却空
気を流さない時の動翼先端の伸びの特性、点線が冷却空
気を流した場合の動翼先端の伸びの特性である。冷却し
ない場合（一点鎖線）の特性では運転初期には遠心力の
作用により伸びが大きくなり、ケーシングとのクリアラ
ンスを大きくしておかないと接触する恐れがある。この
時期にクーラをＯＮにして冷却し、図５に示す特性に従
って冷却空気を送り、ディスク２を換気することにより
でディスクを冷却すると、点線で示すような特性とな
る。従って、ケーシングと動翼先端とのクリアランスが
厳しい期間に動翼先端の伸びを抑え、結果として最小ク
リアランス（ＭＣＬ）を保つことができる。
作動させた時の動翼先端の半径方向の伸びを示す図であ
り、実線がケーシングの伸びの特性、一点鎖線が冷却空
気を流さない時の動翼先端の伸びの特性、点線が冷却空
気を流した場合の動翼先端の伸びの特性である。冷却し
ない場合（一点鎖線）の特性では運転初期には遠心力の
作用により伸びが大きくなり、ケーシングとのクリアラ
ンスを大きくしておかないと接触する恐れがある。この
時期にクーラをＯＮにして冷却し、図５に示す特性に従
って冷却空気を送り、ディスク２を換気することにより
でディスクを冷却すると、点線で示すような特性とな
る。従って、ケーシングと動翼先端とのクリアランスが
厳しい期間に動翼先端の伸びを抑え、結果として最小ク
リアランス（ＭＣＬ）を保つことができる。
【００２７】クーラによる冷却は、運転開始から遠心力
によりロータ部分の伸びが大きくなる間にクーラをＯＮ
にして冷却した空気を流し、この間の伸びを抑え、その
後ＯＦＦとしてロータ側を定常な伸び状態とする方法
と、クーラを遠心力が作用して伸びが大きい間を強と
し、その後所定期間弱として空気を冷却し、その後ＯＦ
Ｆとして徐々に定常状態にする方法があるが、いずれか
適した方法を採用する。
によりロータ部分の伸びが大きくなる間にクーラをＯＮ
にして冷却した空気を流し、この間の伸びを抑え、その
後ＯＦＦとしてロータ側を定常な伸び状態とする方法
と、クーラを遠心力が作用して伸びが大きい間を強と
し、その後所定期間弱として空気を冷却し、その後ＯＦ
Ｆとして徐々に定常状態にする方法があるが、いずれか
適した方法を採用する。
【００２８】図７は上記に説明の方法により、ケーシン
グと動翼先端とのクリアランスを制御した場合の効果を
示す図で、（ａ）はケーシングと動翼先端の半径方向の
伸びの関係を、（ｂ）はクリアランスの制御による効果
を、それぞれ示している。（ａ）において、動翼冷却無
しの場合には、動翼先端の伸びの特性は起動後に遠心力
の作用によりケーシングとディスクの間に最小クリアラ
ンスＭＣＬに達し、その後定常状態ではクリアランスは
徐々に大きくなり、ケーシングとの間にクリアランスＣ
Ｌ1 となり安定する。
グと動翼先端とのクリアランスを制御した場合の効果を
示す図で、（ａ）はケーシングと動翼先端の半径方向の
伸びの関係を、（ｂ）はクリアランスの制御による効果
を、それぞれ示している。（ａ）において、動翼冷却無
しの場合には、動翼先端の伸びの特性は起動後に遠心力
の作用によりケーシングとディスクの間に最小クリアラ
ンスＭＣＬに達し、その後定常状態ではクリアランスは
徐々に大きくなり、ケーシングとの間にクリアランスＣ
Ｌ1 となり安定する。
【００２９】ディスクに冷却空気を流し、図６で説明し
たような冷却を行うと、動翼先端の伸びは点線で示すよ
うな特性となり、定常状態までの応答が早くなり、最小
クリアランスがδ1 だけ広がって、ＭＣＬ＋δ1 とな
り、定常時にも伸びがδ2 だけ広がり、定常運転時のク
リアランスはＣＬ1 ＋δ2 となり、やや広くなる。但
し、この時の冷却特性はδ1 ＞δ2 となるように制御す
る。
たような冷却を行うと、動翼先端の伸びは点線で示すよ
うな特性となり、定常状態までの応答が早くなり、最小
クリアランスがδ1 だけ広がって、ＭＣＬ＋δ1 とな
り、定常時にも伸びがδ2 だけ広がり、定常運転時のク
リアランスはＣＬ1 ＋δ2 となり、やや広くなる。但
し、この時の冷却特性はδ1 ＞δ2 となるように制御す
る。
【００３０】そこで、（ｂ）に示すように、ケーシング
の初期の設定値をδ1 だけつめて二点鎖線で示すように
設定すると、ケーシングと動翼先端とのクリアランスの
関係は図中二点鎖線と点線の関係となる。このような関
係では冷却しない状態での最小クリアランスの発生する
時点では隙間を接触しない最小の点にするまでつめるこ
とができ、最小クリアランスはＭＣＬ’のように移動
し、定常時のクリアランスはＣＬ1 からＣＬ2 に変化す
る。
の初期の設定値をδ1 だけつめて二点鎖線で示すように
設定すると、ケーシングと動翼先端とのクリアランスの
関係は図中二点鎖線と点線の関係となる。このような関
係では冷却しない状態での最小クリアランスの発生する
時点では隙間を接触しない最小の点にするまでつめるこ
とができ、最小クリアランスはＭＣＬ’のように移動
し、定常時のクリアランスはＣＬ1 からＣＬ2 に変化す
る。
【００３１】クリアランスＣＬ2 はもとの状態のＣＬ1
から（−δ1 ＋δ2 ）だけ小さくなることになり、結果
として、クーラ６により圧縮機１からの空気を抽気して
冷却し、圧縮機ディスク２の後段に流して換気を行い、
この部分を冷却することにより、起動初期のクリアラン
スをδ1 だけつめることができ、更に、定常運転時のク
リアランスを冷却を行わない時と比べて（−δ1 ＋
δ2 ）だけ小さくすることができる。
から（−δ1 ＋δ2 ）だけ小さくなることになり、結果
として、クーラ６により圧縮機１からの空気を抽気して
冷却し、圧縮機ディスク２の後段に流して換気を行い、
この部分を冷却することにより、起動初期のクリアラン
スをδ1 だけつめることができ、更に、定常運転時のク
リアランスを冷却を行わない時と比べて（−δ1 ＋
δ2 ）だけ小さくすることができる。
【００３２】上記のように、ディスクを空気で冷却し、
起動時と定常時のクリアランスを従来よりも小さくする
ことができるので効率が上がる。更に、起動時のディス
ク２の外周と内周との温度差が小さくなるので熱応力が
低減できるとともに、低級の材料が適用できてコストを
低減することが可能となるり、長寿命設計が可能とな
る。
起動時と定常時のクリアランスを従来よりも小さくする
ことができるので効率が上がる。更に、起動時のディス
ク２の外周と内周との温度差が小さくなるので熱応力が
低減できるとともに、低級の材料が適用できてコストを
低減することが可能となるり、長寿命設計が可能とな
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明の空気圧縮機ディスクの冷却によ
るクリアランス制御方法は、圧縮機の吐出空気の一部を
抽気してクーラに導き、所定温度に冷却した後同圧縮機
のロータディスク後段部のキャビティ内に流通させてデ
ィスクを冷却し、ディスク外周の動翼先端とケーシング
とのクリアランスを制御し、ディスク冷却後の空気は同
圧縮機とガスタービンとを連結する中間軸を介してガス
タービンに導き、シール用と動翼冷却用空気として供給
することを特徴としている。又、（２）の発明では、前
記クーラによる空気の冷却は起動時から所定の時間だけ
行うことを特徴としている。このような方法により、デ
ィスク外周側の熱を内側に運び、ディスクのメタル温度
を均一にさせ、ディスクの熱応力を低減できるので高強
度材料を使用しないで設計ができ、コスト低減となる。
るクリアランス制御方法は、圧縮機の吐出空気の一部を
抽気してクーラに導き、所定温度に冷却した後同圧縮機
のロータディスク後段部のキャビティ内に流通させてデ
ィスクを冷却し、ディスク外周の動翼先端とケーシング
とのクリアランスを制御し、ディスク冷却後の空気は同
圧縮機とガスタービンとを連結する中間軸を介してガス
タービンに導き、シール用と動翼冷却用空気として供給
することを特徴としている。又、（２）の発明では、前
記クーラによる空気の冷却は起動時から所定の時間だけ
行うことを特徴としている。このような方法により、デ
ィスク外周側の熱を内側に運び、ディスクのメタル温度
を均一にさせ、ディスクの熱応力を低減できるので高強
度材料を使用しないで設計ができ、コスト低減となる。
【００３４】本発明の（３）は、上記（１）において前
記ケーシングと動翼とのクリアランスは起動後に生ずる
最小クリアランスの許容値以内となるように予めつめて
設定しておき、起動時にはディスクを冷却することによ
り前記最小クリアランスの許容値を保つと共に、定常運
転時のクリアランスも所定の値に保つことを特徴として
いる。
記ケーシングと動翼とのクリアランスは起動後に生ずる
最小クリアランスの許容値以内となるように予めつめて
設定しておき、起動時にはディスクを冷却することによ
り前記最小クリアランスの許容値を保つと共に、定常運
転時のクリアランスも所定の値に保つことを特徴として
いる。
【００３５】このような方法により、クーラで冷却した
空気でディスクの熱応力を低減すると共に、特に最小ク
リアランスが生じる起動初期にはクーラの冷却能力を上
げて熱伸びを少くするようにし、この熱伸びの減少した
分だけケーシング側とのクリアランスを予めつめて小さ
く設定することができる。このように初期のクリアラン
スを小さく設定しても最小クリアランス時における接触
を避けることができると共に定常運転時にもクリアラン
スを小さく維持することができる。
空気でディスクの熱応力を低減すると共に、特に最小ク
リアランスが生じる起動初期にはクーラの冷却能力を上
げて熱伸びを少くするようにし、この熱伸びの減少した
分だけケーシング側とのクリアランスを予めつめて小さ
く設定することができる。このように初期のクリアラン
スを小さく設定しても最小クリアランス時における接触
を避けることができると共に定常運転時にもクリアラン
スを小さく維持することができる。
【００３６】更に、本発明においては、ディスクを冷却
した空気はガスタービン側に送り、ガスタービンのシー
ル用空気と動翼冷却用の空気として用いることができる
ので圧縮機を冷却した空気を有効利用することができ
る。
した空気はガスタービン側に送り、ガスタービンのシー
ル用空気と動翼冷却用の空気として用いることができる
ので圧縮機を冷却した空気を有効利用することができ
る。
【図１】本発明の実施の一形態に係る空気圧縮機ディス
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用した系統図
である。
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用した系統図
である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る空気圧縮機ディス
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用する圧縮機
の断面図である。
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用する圧縮機
の断面図である。
【図３】空気圧縮機ディスクの無冷却時の温度状態を示
し、（ａ）はディスクの断面図、（ｂ）はディスク外側
と内側の温度状態を示す図である。
し、（ａ）はディスクの断面図、（ｂ）はディスク外側
と内側の温度状態を示す図である。
【図４】空気圧縮機ディスクの冷却時の温度状態を示
し、（ａ）はディスクの断面図、（ｂ）はディスク外側
と内側の温度状態を示す図である。
し、（ａ）はディスクの断面図、（ｂ）はディスク外側
と内側の温度状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の一形態に係る空気圧縮機ディス
クの冷却によるクリアランス制御方法におけるクーラの
冷却特性を示す図である。
クの冷却によるクリアランス制御方法におけるクーラの
冷却特性を示す図である。
【図６】本発明の実施の一形態に係る空気圧縮機ディス
クの冷却によるクリアランス制御方法におけるケーシン
グと動翼との関係を示す図である。
クの冷却によるクリアランス制御方法におけるケーシン
グと動翼との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の一形態に係る空気圧縮機ディス
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用した特性を
示し、（ａ）はケーシングと動翼冷却無、動翼冷却有、
の場合のクリアランスの状態を示す図、（ｂ）はケーシ
ングの起動前のクリアランスをつめた時の特性図であ
る。
クの冷却によるクリアランス制御方法を適用した特性を
示し、（ａ）はケーシングと動翼冷却無、動翼冷却有、
の場合のクリアランスの状態を示す図、（ｂ）はケーシ
ングの起動前のクリアランスをつめた時の特性図であ
る。
【図８】従来の空気圧縮機の断面図である。
【図９】従来の航空機用エンジンの断面図である。
１ 圧縮機 ２ ディスク ３ 燃焼器 ４ ガスタービン ５ 静翼・動翼 ６ クーラ １１，１２，１３ キャビティ ２１〜３３ 穴 ３０ 冷却空気 ３４ 中間軸部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｆ０２Ｃ 7/28 Ｆ０２Ｃ 7/28 Ａ
Claims (3)
- 【請求項１】 圧縮機の吐出空気の一部を抽気してクー
ラに導き、所定温度に冷却した後同圧縮機のロータディ
スク後段部のキャビティ内に流通させてディスクを冷却
し、ディスク外周の動翼先端とケーシングとのクリアラ
ンスを制御し、ディスク冷却後の空気は同圧縮機とガス
タービンとを連結する中間軸を介してガスタービンに導
き、シール用と動翼冷却用空気として供給することを特
徴とする空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス
制御方法。 - 【請求項２】 前記クーラによる空気の冷却は起動開始
時から所定の時間だけ行うことを特徴とする請求項１記
載の空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御
方法。 - 【請求項３】 前記ケーシングと動翼とのクリアランス
は起動後に生ずる最小クリアランスが許容値以内となる
ように予めつめて設定しておき、起動時にはディスクを
冷却することにより前記最小クリアランスの許容値を保
つと共に、定常運転時のクリアランスも所定の値に保つ
ことを特徴とする請求項１記載の空気圧縮機ディスクの
冷却によるクリアランス制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28982297A JP3758835B2 (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28982297A JP3758835B2 (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125199A true JPH11125199A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3758835B2 JP3758835B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=17748226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28982297A Expired - Lifetime JP3758835B2 (ja) | 1997-10-22 | 1997-10-22 | 空気圧縮機ディスクの冷却によるクリアランス制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3758835B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002213208A (ja) | 2001-01-18 | 2002-07-31 | Toshiba Corp | コンバインドサイクル発電設備およびその運転方法 |
| US6732530B2 (en) | 2002-05-31 | 2004-05-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine compressor and clearance controlling method therefor |
| WO2006024273A1 (de) * | 2004-09-01 | 2006-03-09 | Mtu Aero Engines Gmbh | Rotor für ein triebwerk |
| JP2007138930A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | General Electric Co <Ge> | 統合型タービンシール用空気・アクティブ間隙制御システム及び方法 |
| WO2009119127A1 (ja) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンおよびガスタービンの中間軸ならびにガスタービン圧縮機の冷却方法 |
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| CN104675522A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-06-03 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机涡轮气路 |
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| US11913341B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-02-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Clearance control system for gas turbine |
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|---|---|---|---|---|
| GB201108842D0 (en) * | 2011-05-26 | 2011-07-06 | Rolls Royce Plc | A vortex reducer |
-
1997
- 1997-10-22 JP JP28982297A patent/JP3758835B2/ja not_active Expired - Lifetime
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