JP2001342847A - ガスタービンとガスタービン発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮機の吸気に安定した微細粒径の水滴を同伴
させ、その水滴の有効利用効率を向上させ、さらに圧縮
機羽でのエロージョンを防止して耐久性の低下を抑制す
ると共に熱効率向上を可能とする水噴霧システムを具備
したガスタービン発電システムを提供する。 【解決手段】垂直方向に設置される各２流体ノズル２３
の水頭の影響を減少させる方法として、水噴霧システム
の水ヘッダ１８にオリフィス板１９を設置する。また、
使用する２流体ノズルの水注入部に小孔２８のオリフィ
スを設置、または、水注入管２０の一部に小孔のオリフ
ィスを設置、または、水注入管２０を取付ける水ヘッダ
１８位置に小孔のオリフィスを設置し、水圧に対する水
量変化割合を小さくする。これにより、噴霧システムの
水ヘッダ内に発生する水頭差の影響が小さくなり、設置
する各２流体ノズル２３で均一な噴霧水滴分布を形成す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンと、
そのガスタービンを用いたガスタービン発電システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】夏季などにおいて、外気気温が上昇する
ことに伴うガスタービンの出力低下を緩和する方法とし
て２流体ノズルを用いた噴霧システムを採用したガスタ
ービンシステムが下記の特許公開公報に記載されてい
る。

【０００３】特開平9−236024号，特開平10−246027
号，特開平11−13486号，特開平11−72029号，特開平11
−22487号，特開平11−190228号，特開平11−287132
号。

【０００４】この中で、特開平11−13486 号には、垂直
ヘッダに水を下から注入する噴霧システムにおいて、ノ
ズルへの分岐管にオリフィスを設け、そのオリフィスの
口径は、注入水入口に近いほど口径を大きくし、遠くに
なるほど小さくすることの記載がある。水を下から注入
する垂直ヘッダで発生する水頭を考えると、注入水入口
に近いほどヘッダ内圧が高くなり、噴霧される水量も多
くなる。

【０００５】この公知例のように注入水入口に近いほど
口径を大きくすると、さらに下部設置ノズルからの噴霧
水量が多くなり噴霧水量のアンバランスが助長され、噴
霧水滴径のアンバランスも助長されることになる。ま
た、この公知例には、管路摩擦損失の記載はあるが、水
頭の影響による水ヘッダ内圧の変化についての記載はな
い。

【０００６】その他の公知例にも、噴霧水滴径に大きな
影響を及ぼす２流体ノズル設置部の水頭差について、そ
れを解決できる構造とはなっていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、ガ
スタービンシステムにおける夏季の吸気温度の上昇によ
る出力低下並びに熱効率の低下を防止する方法として、
圧縮機上流側の空気室に水ポンプの吐出圧力と圧縮機出
口側の空気を利用する２流体ノズルにより水を噴霧する
方法が記載されているが、この方法には以下の課題があ
る。 （１）設置する２流体ノズルは、ヘッダを介して垂直方
向に多数設置されるため、ヘッダ内水の水頭差の影響を
受け、上部設置のノズルと下部設置のノズルでは噴霧水
量が大きく変化し、噴霧水滴径も大きくばらつく。 （２）下部に設置したノズルから水頭差の影響で大きな
水滴が噴霧され、圧縮機羽でのエロージョン（防止策と
して噴霧水滴径が２０μｍ以下）、圧縮機内での蒸発の
遅れが発生し、耐久性の低下及び熱効率向上への貢献度
が小さくなる。 （３）噴霧水滴径が大きくなると、吸気に同伴されずに
流路内構造物に衝突しドレーン水となり、有効活用がで
きない噴霧水が多くなる。

【０００８】本発明の目的は、ガスタービンの圧縮機が
吸込む空気に噴霧する水滴の径が水頭差の影響でばらつ
くことを抑制する点にある。

【０００９】その他の目的は、ガスタービンの圧縮機が
吸込む空気に噴霧した水滴の有効利用効率を向上させ、
さらに圧縮機羽でのエロージョンを防止して耐久性の低
下を抑制すると共に熱効率の向上を可能とするガスター
ビン発電システムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、２流体ノズ
ル水注入部口径を注入水中の塵を捕集するフィルターの
通過径より大きくするが、できるだけ小孔として、圧力
損失を大きくして、２流体ノズルの水ヘッダ取付位置に
おける水頭変化を許容できる口径とする。

【００１１】これによりノズル設置高さ方向で個々のノ
ズルでの水頭差の影響を緩和でき、噴霧する水滴径の均
等化を図ることができる。

【００１２】さらには、本発明は、噴霧する水滴径の均
等化を図るのに有利な条件範囲を具体的に規定するもの
で、２流体ノズルの水圧と水量の関係で水圧が大きく変
化（水頭変化）しても規定水量近傍での水量変化を最小
とすることで水頭差の影響を緩和するため、２流体ノズ
ルの水注入部オリフィス径、または、注入水配管の一部
に設置するオリフィス径、または、注入水配管を取付け
るヘッダ位置のオリフィス径を、定格水量，定格水圧を
基準とする水量変化割合（ΔＷ）と水圧変化割合（Δ
Ｐ）から決定する。

【００１３】ここで、特にその比（ΔＷ／ΔＰ）が５.
０〜０.１となるようにオリフィス径を決定する。つま
り、ノズルに流入する水の圧力損失を大きくして圧力変
化に対する水量変化割合を小さくし、水量変化感度を鈍
感にすることで、ヘッダ内水頭の影響を小さくするもの
である。ΔＷ／ΔＰが５.０ とは、今定格水圧が５kg／
cm²、定格水量が１Ｌ／minで水滴許容範囲から水量変化
許容範囲が工業的誤差範囲と考えられる±５％とした場
合、水圧変化範囲が±１％となり、水頭変化の許容範囲
は±０.５ｍ(１ｍ）となる。技術的な限界に近いと考え
られるΔＷとΔＰの比率を０.１ とし、水量変化許容範
囲を±１％と高精度とした場合、水圧変化範囲が±１０
％となり、水頭変化の許容範囲は±５ｍ（１０ｍ）とな
る。

【００１４】ガスタービン発電システムの空気室の高さ
は、２５０ＭＷ級で約５〜８ｍ程度、１０ＭＷ級で約１
〜２ｍであり、これらの水頭差、噴霧水滴の均一性を考
慮すると、ΔＷ／ΔＰが５.０〜０.１となる。ここに示
したΔＷ／ΔＰは、その値が小さいほど水圧変化に対す
る水量変化感度が鈍感となることを意味している。

【００１５】さらには、特に上部注水型水ヘッダに使用
するに有効な手段で、ノズル設置部の任意の位置に水頭
変化分の圧力を圧力損失を大きくするように調節するオ
リフィスを設置し、ノズル設置高さ方向で個々のノズル
での水頭差の影響を緩和するものである。

【００１６】また、水頭差が大きい噴霧システムの上部
注水型水ヘッダで前記の各手段でも水頭変化を許容でき
ない場合、前記に示す各手段を併用してオリフィスを水
ヘッダノズル設置部の任意の位置に設置し、水頭変化量
を分割して小さくすることで水頭変化を許容範囲とし、
ノズル設置高さ方向で個々のノズルから噴霧する水滴径
の均等化を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明によるガスタービン発電シ
ステムの実施例について図１〜図１６を用いて説明す
る。ここで、図１は本発明によるガスタービン発電シス
テムの第１実施例の全体図を示し、図２〜図４は水ヘッ
ダに水頭の影響を緩和するためにオリフィスを設置した
噴霧システムの構造及び効果の概要を示す。

【００１８】図５，図６，図７には、水ヘッダにオリフ
ィス板を設置した場合の１実施例を示す。ここで、図５
は２流体ノズル１７個を設置し、水ヘッダに２つオリフ
ィス板を設置した体系の噴霧システムの模式図を示す。
図６には空気圧力を一定とした場合の従来品である一般
的な２流体ノズルの特性を示す。図７には上記した体系
及び２流体ノズルを使用した場合の各ノズルからの噴霧
水滴分布を示す。

【００１９】図８〜図１４には、水ヘッダにオリフィス
板を使用しないで２流体ノズルの水注入部に小孔オリフ
ィスだけを設けた噴霧システムの１実施例を示す。ここ
で、図８，図９には２流体ノズルの水注入部に小孔オリ
フィスを設けた３種類の構成と効果の概要を示す。図１
０，図１１は、水注入部に設置する小孔オリフィスの口
径決定方法を説明する図である。図１２，図１３，図１
４には、ΔＷ／ΔＰが２となる小孔オリフィス径を有す
る２流体ノズルを用いた場合の噴霧システムの構成と効
果の概要を示す。ここで、図１２はΔＷ／ΔＰが２の２
流体ノズル１７個を設置した体系の噴霧システムの模式
図を示す。図１３にはΔＷ／ΔＰが２の２流体ノズルの
特性を示す。図１４には上記した体系及び２流体ノズル
を使用した場合の各ノズルからの噴霧水滴分布を示す。

【００２０】図１５，図１６は本発明である水ヘッダに
小孔を有するオリフィス板を設置し、さらに、２流体ノ
ズルとして、本発明である水注入部オリフィス径が小さ
く、圧力損失が大きく、ΔＷ／ΔＰが２となるノズルを
併用した場合の噴霧システムの１実施例を示す。

【００２１】以下に、上記図１〜図１６を用いて、本発
明について説明する。

【００２２】図１は水ヘッダに小孔を有するオリフィス
板を設置し、さらに、２流体ノズルとして、水注入部オ
リフィス径が小さく圧力損失が大きいノズルを併用した
場合の噴霧システムを設置した場合のガスタービン発電
システムの１実施例を示す。

【００２３】ガスタービン発電システムの基本構成機器
は、吸気を圧縮する圧縮機１，圧縮した空気に燃料を注
入して燃焼させる燃焼器２、その燃焼ガスが基となり回
転するタービン３、この回転による電気を発生させる発
電機４である。

【００２４】この発電機４には変電設備５，電気を送電
する送電端６接続されている。このような構成でのガス
タービン発電システムでの運転は、初期状態で別設備で
あるモータ（図示せず）により回転させ、燃料タンク
７，ポンプ８，調節弁９，フィルター１０等で構成され
る燃料供給系から燃料を燃焼器２に供給しバーナ１１に
より燃焼させる。定常状態になったら、別設備であるモ
ータを切り離し、燃焼させることで定常運転状態を形成
する。

【００２５】タービン３からの排ガス１２は排ガス処理
装置（ＮＯＸ，ＳＯＸ等の除去）１３，スタック１４を
経由して大気に放出される。ここで、圧縮機１，タービ
ン３，発電機４が同軸上に連結されているが、圧縮機１
がタービン３と別軸となっていてもよい。圧縮機１の上
流側である空気室１５内部には、吸気量を調整するルー
バー１６，消音するサイレンサー１７，本発明の主要で
ある噴霧システムが収納されている。

【００２６】この噴霧システムの空気室内の構成は、水
ヘッダ１８，水ヘッダの任意の位置に設置され、水頭の
影響を緩和するためのオリフィス板１９、その水ヘッダ
から２流体ノズルに水を供給する水注入管２０，空気ヘ
ッダ２１，その空気ヘッダから２流体ノズルに空気を供
給する空気注入管２２、この空気注入管２２と前記水注
入管２０に取り付けられた２流体ノズル２３で構成され
ている。この２流体ノズル２３は、ボディ２４，空気注
入管が固定されるニップル２５，水注入管が固定される
ニップル２６，先端の噴出口を有するノズルチップ２７
で構成され、水注入管が固定されるニップル２６には、
ヘッダ内水頭の影響を緩和するために圧力損失を大きく
する小孔２８のオリフィスを有しているものである。

【００２７】この噴霧システムにおける空気ヘッダへの
空気の供給は、圧縮機１で加圧された空気を抽出しフィ
ルター２９を経由して、流量調節弁３０で調節され空気
ヘッダ２１に供給される。また、水の供給は、給水タン
ク３１からポンプ３２により、水処理装置３３，フィル
ター３４を経由して流量調節弁３５で調節され水ヘッダ
１８に供給される。

【００２８】このような構成の噴霧システムから噴霧さ
れた水滴は吸気３６に同伴され圧縮機１に流入する。こ
の時空気室の壁等の構造物に衝突し再結合した大粒の水
滴は水となりドレーン管３７より外部に排水される。

【００２９】このようなシステムで構成されるガスター
ビン発電システムでは、制御監視用コンピュータ３８に
燃料，空気，水フィルター情報，発電出力情報が入力さ
れ状態把握される。さらに発電出力の調整はこのコンピ
ュータ３８からの制御命令により燃料，空気量，水量が
制御される。以下に吸気３６に同伴され圧縮機１に流入
する水滴の作用を示す。

【００３０】圧縮機１に流入する水滴は、作動流体の重
量流量を増加させ、圧縮機１内で気化する。この作動流
体は、気化が完了するとさらに断熱圧縮を受ける。その
際水蒸気の定圧比熱は圧縮機１内の代表的な温度（３０
０℃）近傍では、空気の約２倍となり、熱容量的には空
気換算で気化する水滴の重量の約２倍の空気が作動流体
として増したのと等価となる。

【００３１】圧縮機１の動力は、圧縮機１出入口の作動
流体のエンタルピの差に等しく作動流体のエンタルピは
温度に比例するので、圧縮機１出口の作動流体温度が下
がると、圧縮機１の所要動力もそれにつれて低減するこ
とができる。

【００３２】したがって、圧縮機１内に流入する水滴の
粒径はできるだけ小さくし、早めに気化させることで圧
縮機１出口の温度を低く抑えることが効率向上に重要と
なる。

【００３３】本発明による噴霧システムでは、水ヘッダ
にオリフィス板１９を設置し、さらに２流体ノズルの水
注入部に小孔のオリフィスを設けることで水ヘッダ内で
発生する水頭差の影響を微小にすることができ均一化し
た微細水滴の噴霧ができることから、効率向上に大きく
貢献できる。したがって、このようなガスタービン発電
システムでは最も有効である。

【００３４】圧縮機１で加圧された作動流体は、燃焼器
２で燃料の燃焼により昇温された後タービン３に流入し
て膨張し仕事を行う。この仕事はタービンの軸出力と呼
ばれタービンの出入口作動流体のエンタルピの差に等し
い。

【００３５】燃料の投入量は、タービン３入口のガス温
度が所定の温度を超えないように制御される。たとえ
ば、タービン３出入口の作動流体温度が本発明適用前の
値と等しくなるように燃焼器２への燃料量を制御する。

【００３６】このような燃焼温度一定制御がおこなわれ
ると、先に述べたように圧縮機１出口の温度が低下して
いる分だけ燃料投入量が増すことになる。また、燃焼温
度が不変かつ流入水滴の重量割合が吸気の数パーセント
程度であれば、タービン３入口部の圧力と圧縮機１出口
圧力は水滴注入の有無で近似的に変わらないので、ター
ビン３出口温度Ｔ４も変化しない。よって、タービン３
の軸出力は水滴注入の有無で変化しないことになる。

【００３７】一方、タービン３の正味出力は、タービン
３の出力から圧縮機１の動力を差し引いたものであるか
ら、結局本発明を適用することで圧縮機１の動力が低減
した分だけタービン３の正味出力を増すことができる。

【００３８】今、吸気３６の温度をＴ１，圧縮機１の出
口の温度をＴ２，燃焼器２の温度をＴ３，タービン３出
口温度をＴ４とすると、タービン３の電気出力Ｅはター
ビン３の軸出力Ｃｐ（Ｔ３−Ｔ４）から圧縮機１の仕事
Ｃｐ（Ｔ２−Ｔ１）を差し引いて得られ、近似的に次式
で表される。

【００３９】 Ｅ＝Ｔ３−Ｔ４−（Ｔ２−Ｔ１） …（１） 通常、燃焼温度Ｔ３は一定となるように運転されるの
で、圧縮機１の出口温度Ｔ２が水滴の注入によりＴ２′
に低下すると、圧縮機１の仕事の低下分に等価な増出力
Ｃｐ（Ｔ２−Ｔ２′）が得られることになる。

【００４０】一方、ガスタービン発電システムの効率η
は近似的に次式で与えられる。

【００４１】 η＝１−（Ｔ４−Ｔ１）／（Ｔ３−Ｔ２） …（２） これから、Ｔ２′＜Ｔ２であるから、右辺第２項は小さ
くなるので水滴注入で効率も向上する。

【００４２】圧縮機１内の温度低下割合は注入水滴が多
いほど大きくなるので、前述したように空気・水の噴霧
量を制御することにより、増出力割合をコントロールで
きる。

【００４３】以上、ここでは、水ヘッダ１８にオリフィ
ス板１９を設置し、かつ２流体ノズル２３の水注入部に
小孔２８のオリフィスを設けた噴霧システムの全体構成
と噴霧水滴の作用及び効果について記したが、以下に
は、上記噴霧システムの特徴である水ヘッダ１８にオリ
フィス板１９を設置した場合の噴霧システム構成と効
果、２流体ノズル２３の水注入部に小孔２８のオリフィ
スを設けた噴霧システムの構成と効果及び両者を併用し
た噴霧システムの構成と効果について記する。

【００４４】図２，図３には、縦型，横型噴霧システム
の概要を示す。ここで水の注入方向は上から下である。
水ヘッダ１８にオリフィス板１９を設置して水頭差を緩
和する場合、水注入が上から下で効果を発揮し、下から
上では逆効果となる。そのオリフィス板１９は上下に離
して二枚備えられ、上方のオリフィス板１９のオリフィ
スの口径（小孔の径）は下方のオリフィス板１９のオリ
フィスの口径（小孔の径）よりも大きな口径とされる。
水ヘッダ１８にオリフィス板１９を設置すると図４に示
すようにオリフィス板１９が無い場合と比較して、ヘッ
ダ高さ方向で水ヘッダ１８内圧力の圧力変化が小さいこ
とが分かる。したがって、水ヘッダ１８内水頭差の影響
を緩和する方法として有効である。

【００４５】図５，図６，図７には、水ヘッダ１８にオ
リフィス板１９を設置した場合の１実施例を示す。ここ
で、図５は２流体ノズル１７個を設置し、水ヘッダ１８
に２つのオリフィス板１９を設置した体系で高さが約５
ｍの噴霧システムの模式図を示す。使用した２流体ノズ
ル２３は注入水圧に対する水量の感度が良い一般的な２
流体ノズルで、基準水量が０.７Ｌ／minで基準水滴径が
１５μｍのものである。その２流体ノズルの特性を図６
に示す。

【００４６】上記した体系及び２流体ノズルを使用した
場合の各ノズルからの噴霧水滴分布を図７に示す。この
結果から、オリフィス板１９で仕切られた各ブロックの
中央部の水滴径が基準水滴径である１５μｍで、ノズル
６個のブロックでの水滴径の変化は１３〜１８μｍであ
る。前記課題でも述べたが、圧縮機の羽で発生するエロ
ージョンが問題となる水滴径２０μｍ以下となることが
わかる。このオリフィス板１９の設置がなければ最下部
のノズルでは２０μｍを超える結果となる。

【００４７】以上ここでは、水ヘッダ１８にオリフィス
板１９を設置した場合の噴霧システム構成と効果を示し
たが、これからも水頭差の緩和法として有効であること
がわかる。

【００４８】図８，図９には各２流体ノズル２３への水
注入水路に小孔２８のオリフィスを設けた噴霧システム
の構成と効果の概要を示す。ここで、図８は、水注入水
路に設ける小孔２８のオリフィスの設置場所は以下の
（１）〜（３）で示す３箇所から選択される。そして、
各２流体ノズル２３に対する各小孔２８のオリフィスは
一定の口径（小孔の径）とされ、各２流体ノズル２３毎
に相違する事は無い。 （１）は、２流体ノズル２３を構成する水注入ニップル
２６に小孔２８のオリフィスを設けたものである。 （２）は、２流体ノズル２３と水ヘッダを接続する水注
入管２０の一部に小孔２８のオリフィスを設けたもので
ある。 （３）は、水注入管２０を接続する水ヘッダ１８の位置
に小孔２８のオリフィスを設けたものである。

【００４９】水ヘッダ１８内で発生する水頭差の影響を
緩和するために設ける水注入水路での小孔２８のオリフ
ィスは上記３箇所のどの位置でも同様な効果がある。図
９には、上記（１）〜（３）に示した水注入部に小孔２
８のオリフィスを設けた場合と設けない場合でその効果
を比較して示した。

【００５０】これから、水注入水路部に設けた小孔２８
のオリフィスの口径が大きく水圧変化に対する水量変化
の感度が良い一般的な２流体ノズル２３の場合、水ヘッ
ダ１８内で発生する水頭差を一定とすると水量変化が大
きくなる。水注入部に設けた小孔２８のオリフィスの口
径を小さく水圧変化に対する水量変化の感度を鈍感にす
る本発明によると、水ヘッダ１８内で発生する水頭差の
変化に対して水量変化が小さくなる。本発明はこの特性
を利用したものである。

【００５１】図１０には、２流体ノズル２３の噴霧水量
に対する噴霧水滴径の特性を示す。この特性は、空気圧
力を一定として水量を変化させた場合のものである。こ
れから、前記したように水ヘッダ１８内水頭の影響が大
きく作用し、噴霧水量が大きく変わる場合、噴霧水滴径
も大きく変化することが分かる。

【００５２】したがって、水ヘッダ１８内水頭が大きく
ても水量変化が少ない２流体ノズル２３とする必要があ
る。噴霧システムの設計に当たっては、まず、圧縮機１
内での気化し易さ、圧縮機１の羽に発生するエロージョ
ンの防止の観点から、噴霧水滴径変化の許容範囲が決定
され、２流体ノズル特性から噴霧水量変化の許容範囲が
決定される。

【００５３】したがって、水頭差の影響による水量変化
の少ない２流体ノズル２３、すなわち、水注入部に小孔
２８のオリフィスを設け、圧力損失を大きくし、水圧に
対する水量変化を鈍感にした方が良いことになる。つぎ
に、この水注入部に設置する小孔２８のオリフィスの口
径決定方法について図１１を用いて説明する。

【００５４】この図は、噴霧水滴径から決定した設計定
格噴霧水量及び定格水注入水圧を基点（０位置）とし、
横軸を水圧変化割合ΔＰ、縦軸を水量変化割合ΔＷとし
たグラフで水注入部オリフィス口径の大小の違いを示し
ている。

【００５５】ここでΔＷ／ΔＰが小さいことは水注入部
オリフィス口径が小さいことを示している。ここで、Δ
Ｗ／ΔＰが５.０とは、今定格水圧が５kg／cm²、定格水
量が１Ｌ／min で噴霧水滴許容範囲から水量変化許容範
囲を工業的誤差として許容される±５％とした場合、水
圧変化範囲が±１％となり、水頭変化の許容範囲は±
０.５ｍ（１ｍ）となる。ΔＷ／ΔＰが０.５で水量変化
許容範囲を同様に±５％とした場合、水圧変化範囲が±
１０％となり、水頭変化の許容範囲は±５ｍ（１０ｍ）
となる。

【００５６】さらに技術的な限界に近いと考えられるΔ
ＷとΔＰの比率を０.１ とし、噴霧水滴径の精度を上げ
るべく水量変化許容範囲を狭く±１％とした場合、水圧
変化範囲が±１０％となり、水頭変化の許容範囲は±５
ｍ（１０ｍ）となる。このように、噴霧システムのヘッ
ダの高さ分の水頭差（実水頭）が上記した水頭変化の許
容範囲内に位置すれば、噴霧水滴径は当初設定した水滴
径変化許容範囲になる。

【００５７】現状におけるガスタービン発電システムの
空気室の高さは、２５０ＭＷ級で約５〜８ｍ程度、１０
ＭＷ級で約１〜２ｍであり、これらを考慮し、さらに水
量変化範囲を±５％〜±１％との範囲にする場合、ΔＷ
／ΔＰを５.０〜０.１の範囲で設定すれば十分な噴霧水
滴の精度となる。

【００５８】図１２，図１３，図１４には、噴霧システ
ムにΔＷ／ΔＰが約２の２流体ノズル２３を設置した場
合の１実施例を示す。ここで、図１２は２流体ノズル１
７個を設置した体系で高さが約５ｍ噴霧システムの模式
図を示す。使用した２流体ノズル２３はΔＷ／ΔＰが約
２で注入水圧に対する水量の感度があまり良くない２流
体ノズルで、基準水量が０.７Ｌ／minで基準水滴径が１
５μｍのものである。その２流体ノズルの特性を図１３
に示す。上記した体系及び２流体ノズルを使用した場合
の各ノズルからの噴霧水滴分布を図１４に示す。

【００５９】この結果から、中央部の２流体ノズルから
噴出する水滴径が基準水滴径である１５μｍで、最上部
と最下部のノズルから噴出する水滴径の変化は１４〜1
5.5μｍである。前記課題でも述べたが、圧縮機の羽で
発生するエロージョンが問題となる水滴径２０μｍ以下
となることがわかると共にかなり均一な分布となること
がわかる。

【００６０】以上ここでは、２流体ノズル２３の水注入
部にニップル２６内の小孔２８のオリフィスを設置した
場合の噴霧システム構成と効果を示したが、これからも
水頭差の緩和法として有効であることがわかる。

【００６１】図１５，図１６には、噴霧システムにΔＷ
／ΔＰが約２の２流体ノズル２３と水ヘッダ１８にオリ
フィス板１９を設置した場合の１実施例を示す。ここ
で、図１５はΔＷ／ΔＰが約２の２流体ノズル１７個を
設置した体系で高さが約５ｍの噴霧システムの模式図を
示す。

【００６２】使用した２流体ノズル２３はΔＷ／ΔＰが
約２で注入水圧に対する水量の感度があまり良くない２
流体ノズルで、基準水量が０.７Ｌ／minで基準水滴径が
１５μｍのものである。使用した２流体ノズルの特性を
図１３に示す。

【００６３】上記した体系での各ノズルからの噴霧水滴
分布を図１６に示す。この結果から、オリフィス板１９
で仕切られた各ブロックの中央部の２流体ノズル２３か
ら噴出する水滴径が基準水滴径である１５μｍで、各ブ
ロックの最上部と最下部のノズルから噴出する水滴径の
変化は０.５μｍ 程度である。前記課題でも述べたが、
圧縮機の羽で発生するエロージョンが問題となる水滴径
２０μｍ以下となることがわかると共に、前記水ヘッダ
１８にオリフィス板１９を設けた体系及びΔＷ／ΔＰが
約２の２流体ノズル２３を用いた体系よりかなり均一な
分布となることがわかる。

【００６４】以上、ここでは、前記した２流体ノズル２
３の水注入部に小孔２８のオリフィスを備えた水注入管
固定ニップル２６を設置する方法と水ヘッダ１８にオリ
フィス板１９を設置する方法を併用した場合の噴霧シス
テム構成と効果を示したが、併用することで単独で使用
するよりさらに均一な水滴分布が得られ、水頭差の緩和
法として最も有効であることがわかる。

【００６５】本発明の実施例によれば、以下の（１）〜
（３）がなせるので、以下の〜の効果が得られる。 （１）２流体ノズルの水注入部に小孔のオリフィスを設
け、水圧に対する水量の感度を鈍くし、水頭変化の影響
を減少させた。 （２）水ヘッダの任意の位置にオリフィス板を設け、水
ヘッダ内で発生する水頭差を分割し、水頭変化の影響を
減少させた。 （３）上記（１），（２）を併用し、水ヘッダ内で発生
する水頭差の影響を上記（１），（２）より小さくし
た。

【００６６】このような構造とすることで、 ヘッダに設置される２流体ノズルからの噴霧水滴径の
ばらつきを小さくできる。

【００６７】噴霧水滴径のばらつきを小さくでき、そ
の噴霧水滴径を２０μｍ以下とすることができることか
ら、圧縮機羽でのエロージョンの防止，圧縮機内での水
滴蒸発遅れの回避ができ、耐久性の向上及び熱効率向上
ができる。

【００６８】噴霧水滴径に大きいのがなくなり、ほと
んどの噴霧水滴が吸気に同伴されるため、流路内構造物
に衝突しドレーン水となる噴霧水が少なくなる。

【００６９】このような効果により、ガスタービン発電
システムにおける夏季の吸気温度の上昇による出力低下
並びに熱効率の低下を効率良く防止することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明のガスタービンに
よれば、上下方向のノズルの配置に起因する噴霧水滴径
のばらつきを抑制出来るから、夏季の吸気温度の上昇に
よるガスタービンの出力低下を効率良く抑制し、かつタ
ービン羽の損傷をも抑制出来る。

【００７１】また、本発明のガスタービン発電システム
によれば、上下方向のノズルの配置に起因する噴霧水滴
径のばらつきを抑制出来るから、夏季の吸気温度の上昇
による発電力低下を効率良く抑制し、かつガスタービン
のタービン羽の損傷をも抑制出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガスタービン発電システムの１実
施例の全体図。

【図２】本発明による水ヘッダにオリフィス設置した縦
型噴霧システムの概要図。

【図３】本発明による水ヘッダにオリフィス設置した横
型噴霧システムの概要図。

【図４】水ヘッダに設置するオリフィスの効果を示す模
式図。

【図５】本発明による水ヘッダにオリフィス設置した縦
型噴霧システムの概要図。

【図６】水注入口径が大きい２流体ノズルの特性図。

【図７】本発明による水ヘッダにオリフィス設置した縦
型噴霧システムでの噴霧水滴分布図。

【図８】本発明による２流体ノズルへの水注入部オリフ
ィスの設置図。

【図９】本発明による２流体ノズルへの水注入部オリフ
ィスを小さくする効果を示す模式図。

【図１０】２流体ノズルの噴霧水量と噴霧水滴径の関係
図。

【図１１】本発明による２流体ノズルの水注入部オリフ
ィス口径の決定方法を示す図。

【図１２】本発明による２流体ノズルを設置した縦型噴
霧システムの概要図。

【図１３】本発明による２流体ノズルの特性図。

【図１４】本発明による２流体ノズルを設置した縦型噴
霧システムでの噴霧水滴分布図。

【図１５】本発明による２流体ノズルと水ヘッダオリフ
ィス両者を併用した縦型噴霧システムの概要図。

【図１６】本発明による２流体ノズルと水ヘッダオリフ
ィス両者を併用した縦型噴霧システムでの噴霧水滴分布
図。

【符号の説明】

１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…発電機、
５…変電設備、６…送電端、７…燃料タンク、８，３２
…ポンプ、９…調節弁、１０，２９，３４…フィルタ
ー、１１…バーナ、１２…排ガス、１３…排ガス処理装
置、１４…スタック、１５…空気室、１６…ルーバー、
１７…サイレンサー、１８…水ヘッダ、１９…オリフィ
ス板、２０…水注入管、２１…空気ヘッダ、２２…空気
注入管、２３…２流体ノズル、２４…ボディ、２５…空
気注入管固定ニップル、２６…水注入管固定ニップル、
２７…ノズルチップ、２８…小孔、３０，３５…流量調
節弁、３１…給水タンク、３３…水処理装置、３６…吸
気、３７…ドレーン管、３８…制御監視用コンピュー
タ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機が吸込む空気に上下方向に配置され
   た複数のノズルから水滴を噴霧する水噴霧システムを備
   えたガスタービンにおいて、前記水噴霧システムは、上
   下方向に向けられていて、上方から注水を受け入れる水
   ヘッダと、前記水ヘッダへ水注入管を介して前記ノズル
   が接続される構成を有し、前記水ヘッダの上下方向の途
   中に圧力損失を増大させる手段を備えた事を特徴とする
   ガスタービン。
2. 【請求項２】請求項１において、圧力損失を増大させる
   手段としてオリフィスを用い、水ヘッダに上下方向に間
   隔を置いて複数の前記オリフィスを装備し、上方のオリ
   フィスのオリフィス口径よりも下方のオリフィスのオリ
   フィス口径を小さくしてある事を特徴とするガスタービ
   ン。
3. 【請求項３】圧縮機が吸込む空気に上下方向に配置され
   た複数のノズルから水滴を噴霧する水噴霧システムを備
   えたガスタービンにおいて、前記水噴霧システムは、上
   下方向に向けられていて、上方から注水を受け入れる水
   ヘッダと、前記水ヘッダへ各水注入管を介して前記各ノ
   ズルが接続される構成を有し、前記各水注入管の前記水
   ヘッダへの接続部から前記各水注入管の前記各ノズルへ
   の接続部までのいずれかの部位に同一オリフィス口径の
   オリフィス又は小孔を圧力損失を増大させる手段として
   備えた事を特徴とするガスタービン。
4. 【請求項４】請求項３において、前記複数のノズルに各
   水注入管を水注入管固定ニップルを介して接続し、前記
   水注入管固定ニップル内に小孔を圧力損失を増大させる
   手段として備えた事を特徴とするガスタービン。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４までのいずれか一項
   に記載のガスタービンと、前記ガスタービンからの動力
   で駆動される発電機とを備えたガスタービン発電システ
   ム。
6. 【請求項６】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧
   縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼する燃焼器
   と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービン
   と、前記タービンに接続されている発電機とで構成さ
   れ、さらには、前記圧縮機に供給される空気に空気と水
   を用いる２流体ノズルから水滴を噴霧する水噴霧システ
   ムが付加されたガスタービン発電システムにおいて、 前記水噴霧システムは前記２流体ノズルへ水を分配する
   水ヘッダを備え、前記水ヘッダの水出口部から前記２流
   体ノズルへの水注入部までの水路のいずれかの部位にオ
   リフィスを設けて圧力損失を大きくし、前記２流体ノズ
   ルの水ヘッダへの取付け高さ方向で個々の前記２流体ノ
   ズルでの水頭差の影響を減少させ、前記２流体ノズルか
   ら噴霧する水滴径の均等化を図ることを特徴とするガス
   タービン発電システム。
7. 【請求項７】請求項６において、前記オリフィスの径
   を、定格水量，定格水圧を基準とした水量変化割合（Δ
   Ｗ）と水圧変化割合（ΔＰ）から、その比（ΔＷ／Δ
   Ｐ）が５.０〜０.１となるように決定して、圧力損失を
   大きくし、水圧の変化に対する水量増減感度を鈍感とす
   ることを特徴とするガスタービン発電システム。
8. 【請求項８】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧
   縮機から吐出した空気と燃料が供給され燃焼する燃焼器
   と、前記燃焼器の燃焼ガスにより駆動されるタービン
   と、前記タービンに接続されている発電機とで構成さ
   れ、さらには、前記圧縮機に供給される空気に空気と水
   を用いる２流体ノズルから水滴を噴霧する水噴霧システ
   ムが付加されたガスタービン発電システムにおいて、 前記水噴霧システムは前記２流体ノズルへ水を分配する
   上部注水型の水ヘッダを備え、前記水ヘッダ内に、各２
   流体ノズルの設置高さ方向での途中の高さの位置に、オ
   リフィスを備え、前記２流体ノズルの設置高さ方向で個
   々の前記２流体ノズルでの水頭差の影響を減少させ、前
   記２流体ノズルから噴霧する水滴径の均等化を図ること
   を特徴とするガスタービン発電システム。
9. 【請求項９】請求項８において、前記水ヘッダの水出口
   部から前記２流体ノズルへの水注入部までの水路のいず
   れかの部位にオリフィスを設けて、前記オリフィスの口
   径を、定格水量，定格水圧を基準とした水量変化割合
   （ΔＷ）と水圧変化割合(ΔＰ)から、その比（ΔＷ／Δ
   Ｐ）が５.０〜０.１となるように決定して、圧力損失を
   大きくし、水圧の変化に対する水量増減感度を鈍感とす
   ることを特徴とするガスタービン発電システム。