従来、ガスタービン冷却翼は、冷却媒体として圧縮機吐出空気を使う、
いわゆる空冷方式が取られているでつ。
高温化が更に進むにつれて必要冷却流量の確保が 困難になってきたでつ。
１５００℃級になると燃焼器やタービン翼等の高温部の冷却に蒸気冷却方式が
実用化されてるでつ。
コンバインドサイクルプラ ントでは排熱回収ボイラを備えているために蒸気を容易に
利用することができるし、そして蒸気冷却は空冷に比べて、次の２点で優れた方式。
－高いプラント熱効率
－低ＮＯx化に有利
このような蒸気冷却においては、ガスタービンで冷却に使用された蒸気は回収されて
蒸気タービン系に戻される回収型が採用されているでつ。
このため、空冷の場合 と違って冷却用蒸気は高温ガス中に混入しないため、
ガス温度低下を最小限に止め、また、回収された蒸気は蒸気タービン系で仕事をすることで
プラントの高効 率化が図られているでつ。
タービン動静翼全体に蒸気冷却を適用すると、プラント熱効率は空冷に比べて約２％の
向上を図ることができるでつ。
そして、初段静翼にこの 冷却方式を適用すると、初段動翼入口温度基準で考えた場合、
初段静翼入口温度、すなわち燃焼器出口温度を大幅に下げることができ、低ＮＯx化に
極めて有効なのでつ。
ガスタービンと蒸気タービンは一軸構成で、排熱回収ボイラは３ドラ ムタイプ。
タービンへの冷却用蒸気は高圧過熱器の途中から抽気されてガスタービンで冷却を終えた後、
高圧蒸気タービン入口に戻されるでつ。
基本仕様，性能は、一軸のプラント出力は、ガスタービン２４６ＭＷ，
蒸気タービン１４０ＭＷの計３８６ＭＷ。
大型ガスタービンの冷却翼等のキーとなる技術の検証のために、
スケール比が約１／２の出力６０ＭＷのスケールモデル機が選定されたでつ。
初段静翼入口温度は１４５０℃で、圧力比は１８であり、圧縮機の段落数は１７段，
タービンは３段でつ。
本ガスタービンにお ける蒸気冷却はタービンの初段静翼に適用してて、
初段動翼以降の段落の冷却翼には空冷を採用しているでつ。
燃焼器は缶タイプで１０缶で構成されて、ＮＯx低減のための燃焼機構は１３００℃級
低ＮＯx燃焼器を踏襲しているでつ。
燃焼器の高温化対応として、ライナーやトランジションピース等の高温部品は、
内 面のフィルム冷却用空気の不足を補うために、外面に伝熱促進リブの設置や
インピンジメント冷却による冷却強化が施されているでつ。
冷却翼技術は、１５００℃級の主要な高温化技術としては、冷却技術、耐熱材料の改善
そして遮熱コーティング(ＴＢＣ)の適用が挙げられるでつ。
まず、蒸気冷却を適用している初段静翼についてだけど、
蒸気冷却翼の開発に当たっては、次のような設計上の配慮がなされているでつ。
－回収型最適冷却構造
－翼の均一な温度分布
－熱応力の低減
静翼は翼部と内外輪一体の精密鋳造翼であり、翼部は中空で、冷却通路が翼コード全体に
渡って半径方向に沿って設けられているでつ。
冷却蒸気は外輪側から 供給されて、まず翼背側を流れてこの部位を冷却して内輪側に向かうでつ。
内輪にも冷却通路が形成されてこの部位を冷却した蒸気は、翼腹側を外輪に向かった流れて
この部位を冷却し、外輪も内輪と同様の冷却通路が設けられて冷却されるでつ。
冷却蒸気は翼を冷却した後、蒸気タービン系に戻されるでつ。
高温ガス側の翼外面熱伝 達率は腹側に比べて背側の方が大きいため、冷却で
温度上昇していない冷却蒸気を背側から供給するように考慮されているでつ。
この蒸気冷却翼は空冷翼に比べて比 較的単純な冷却構造を採用している理由として、
蒸気は空気に比べて、物性値の違いから約１.５倍の優れた伝熱特性を持っているため、
このような円管流れを 主体としてた構造で従来翼と同レベルのメタル温度を維持しているでつ。
冷却通路の大型アクリル模型を使った水流試験による流れの可視化や圧力測定、
あるいは実翼の空気による流量配分試験を実施して、冷却通路内の流れの状態 の把握と
各冷却通路の流量配分について確認を行ったでつ。
また、翼の健全性確保の面から、熱応力低減のための空気によるフィルム冷却の
試験や解析あるいは ＴＢＣの適用等について検討を行い、ここでは翼前縁近傍からの
背側のフィルム冷却を採用しているでつ。
蒸気冷却翼の冷却性能と翼の健全性を検証するために、実 機運転と同等の条件下で、
高温風洞試験を実施。
冷却媒体の蒸気は、高圧空気供給用圧縮機の駆動用ガスタービンの排気に
設置さた排熱回収ボイラから供給されているでつ。
測定値は計算値とよい一致を得ており、計画通りの冷却性能を確認。
次に、初段空冷動翼については、1300℃級空冷翼の冷却構造を基本として冷却性能の改善を
図っているでつ。
３パスのサーペンタイン冷却通路から成り、冷却構造の最適化と翼面の多列フィルム冷却を
採用しているでつ。
高温風洞試験を実施し、設計点における翼中央スパンでの冷却効率の試験結果は
計算値とよい一致を得ているでつ。
材料は半径方向に結晶成長させた高温強度に優れた結晶制御合金である
一方向凝固（ＤＳ）や単結晶（ＳＣ）材を使用しているでつ。
結晶制御合金のタービン翼への適用に当たって、複雑な冷却構造の鋳造性とクリープ破断強度や疲労強度を検証しており、
そして異方性材料の強度，振動設計法を確立して来たでつ。
これら動翼を所内試験発電所のガスタービンロータに組み込んで運転試験を 行っており、
分解検査によって翼の健全性を確認しているでつ。
ＴＢＣのタービン翼への適用に当たっては、コーティングを施工したタービン翼を
高温タービ ン試験装置に組み込んで遮熱特性の試験を実施し、ＴＢＣのない翼に
比べてガス温度を約１００℃高温化できることを確認したでつ。
また、コーティングの耐久性向 上のための施工プロセスの最適化や耐酸化性改善などの
各種基礎試験を経て、ＴＢＣを施工したタービン初段動静翼を上記ガスタービンに組み込んで
耐久性検証 運転を継続して実施しているでつ。
蒸気冷却をもっと突き詰めて行くといいんだけど、実際は無冷却が
一番いいんだけどね！
なかなか難しいとこなんだなぁ～
今、実用化されてるのがＧＥだけだから、なんとしても続かないといけないでつ！
しかし図が多いと、横の写真見ながらだから結構面倒だなぁ～
なんかズレてる気がするけど、わかりゃ～いいかなぁ～って感じでつなぁ～
さぁ～いよいよ2013年も後半戦。
まずは天野川でのデートに備えないとと
思ってるタケスィが7日の天気を気にしながら
ＨＰ更新したでつ！
http://yumingtakecy.jimdo.com/
いわゆる空冷方式が取られているでつ。
高温化が更に進むにつれて必要冷却流量の確保が 困難になってきたでつ。
１５００℃級になると燃焼器やタービン翼等の高温部の冷却に蒸気冷却方式が
実用化されてるでつ。
コンバインドサイクルプラ ントでは排熱回収ボイラを備えているために蒸気を容易に
利用することができるし、そして蒸気冷却は空冷に比べて、次の２点で優れた方式。
－高いプラント熱効率
－低ＮＯx化に有利
このような蒸気冷却においては、ガスタービンで冷却に使用された蒸気は回収されて
蒸気タービン系に戻される回収型が採用されているでつ。
このため、空冷の場合 と違って冷却用蒸気は高温ガス中に混入しないため、
ガス温度低下を最小限に止め、また、回収された蒸気は蒸気タービン系で仕事をすることで
プラントの高効 率化が図られているでつ。
タービン動静翼全体に蒸気冷却を適用すると、プラント熱効率は空冷に比べて約２％の
向上を図ることができるでつ。
そして、初段静翼にこの 冷却方式を適用すると、初段動翼入口温度基準で考えた場合、
初段静翼入口温度、すなわち燃焼器出口温度を大幅に下げることができ、低ＮＯx化に
極めて有効なのでつ。
ガスタービンと蒸気タービンは一軸構成で、排熱回収ボイラは３ドラ ムタイプ。
タービンへの冷却用蒸気は高圧過熱器の途中から抽気されてガスタービンで冷却を終えた後、
高圧蒸気タービン入口に戻されるでつ。
基本仕様，性能は、一軸のプラント出力は、ガスタービン２４６ＭＷ，
蒸気タービン１４０ＭＷの計３８６ＭＷ。
大型ガスタービンの冷却翼等のキーとなる技術の検証のために、
スケール比が約１／２の出力６０ＭＷのスケールモデル機が選定されたでつ。
初段静翼入口温度は１４５０℃で、圧力比は１８であり、圧縮機の段落数は１７段，
タービンは３段でつ。
本ガスタービンにお ける蒸気冷却はタービンの初段静翼に適用してて、
初段動翼以降の段落の冷却翼には空冷を採用しているでつ。
燃焼器は缶タイプで１０缶で構成されて、ＮＯx低減のための燃焼機構は１３００℃級
低ＮＯx燃焼器を踏襲しているでつ。
燃焼器の高温化対応として、ライナーやトランジションピース等の高温部品は、
内 面のフィルム冷却用空気の不足を補うために、外面に伝熱促進リブの設置や
インピンジメント冷却による冷却強化が施されているでつ。
冷却翼技術は、１５００℃級の主要な高温化技術としては、冷却技術、耐熱材料の改善
そして遮熱コーティング(ＴＢＣ)の適用が挙げられるでつ。
まず、蒸気冷却を適用している初段静翼についてだけど、
蒸気冷却翼の開発に当たっては、次のような設計上の配慮がなされているでつ。
－回収型最適冷却構造
－翼の均一な温度分布
－熱応力の低減
静翼は翼部と内外輪一体の精密鋳造翼であり、翼部は中空で、冷却通路が翼コード全体に
渡って半径方向に沿って設けられているでつ。
冷却蒸気は外輪側から 供給されて、まず翼背側を流れてこの部位を冷却して内輪側に向かうでつ。
内輪にも冷却通路が形成されてこの部位を冷却した蒸気は、翼腹側を外輪に向かった流れて
この部位を冷却し、外輪も内輪と同様の冷却通路が設けられて冷却されるでつ。
冷却蒸気は翼を冷却した後、蒸気タービン系に戻されるでつ。
高温ガス側の翼外面熱伝 達率は腹側に比べて背側の方が大きいため、冷却で
温度上昇していない冷却蒸気を背側から供給するように考慮されているでつ。
この蒸気冷却翼は空冷翼に比べて比 較的単純な冷却構造を採用している理由として、
蒸気は空気に比べて、物性値の違いから約１.５倍の優れた伝熱特性を持っているため、
このような円管流れを 主体としてた構造で従来翼と同レベルのメタル温度を維持しているでつ。
冷却通路の大型アクリル模型を使った水流試験による流れの可視化や圧力測定、
あるいは実翼の空気による流量配分試験を実施して、冷却通路内の流れの状態 の把握と
各冷却通路の流量配分について確認を行ったでつ。
また、翼の健全性確保の面から、熱応力低減のための空気によるフィルム冷却の
試験や解析あるいは ＴＢＣの適用等について検討を行い、ここでは翼前縁近傍からの
背側のフィルム冷却を採用しているでつ。
蒸気冷却翼の冷却性能と翼の健全性を検証するために、実 機運転と同等の条件下で、
高温風洞試験を実施。
冷却媒体の蒸気は、高圧空気供給用圧縮機の駆動用ガスタービンの排気に
設置さた排熱回収ボイラから供給されているでつ。
測定値は計算値とよい一致を得ており、計画通りの冷却性能を確認。
次に、初段空冷動翼については、1300℃級空冷翼の冷却構造を基本として冷却性能の改善を
図っているでつ。
３パスのサーペンタイン冷却通路から成り、冷却構造の最適化と翼面の多列フィルム冷却を
採用しているでつ。
高温風洞試験を実施し、設計点における翼中央スパンでの冷却効率の試験結果は
計算値とよい一致を得ているでつ。
材料は半径方向に結晶成長させた高温強度に優れた結晶制御合金である
一方向凝固（ＤＳ）や単結晶（ＳＣ）材を使用しているでつ。
結晶制御合金のタービン翼への適用に当たって、複雑な冷却構造の鋳造性とクリープ破断強度や疲労強度を検証しており、
そして異方性材料の強度，振動設計法を確立して来たでつ。
これら動翼を所内試験発電所のガスタービンロータに組み込んで運転試験を 行っており、
分解検査によって翼の健全性を確認しているでつ。
ＴＢＣのタービン翼への適用に当たっては、コーティングを施工したタービン翼を
高温タービ ン試験装置に組み込んで遮熱特性の試験を実施し、ＴＢＣのない翼に
比べてガス温度を約１００℃高温化できることを確認したでつ。
また、コーティングの耐久性向 上のための施工プロセスの最適化や耐酸化性改善などの
各種基礎試験を経て、ＴＢＣを施工したタービン初段動静翼を上記ガスタービンに組み込んで
耐久性検証 運転を継続して実施しているでつ。
蒸気冷却をもっと突き詰めて行くといいんだけど、実際は無冷却が
一番いいんだけどね！
なかなか難しいとこなんだなぁ～
今、実用化されてるのがＧＥだけだから、なんとしても続かないといけないでつ！
しかし図が多いと、横の写真見ながらだから結構面倒だなぁ～
なんかズレてる気がするけど、わかりゃ～いいかなぁ～って感じでつなぁ～
さぁ～いよいよ2013年も後半戦。
まずは天野川でのデートに備えないとと
思ってるタケスィが7日の天気を気にしながら
ＨＰ更新したでつ！
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