報告書番号

W99030

タイトル（和文）

ガスタービン高温場を対象とした伝熱流動数値解析 -第4報 起動/停止時における1100℃級初段動翼温度の非定常解析-

タイトル（英文）

Numerical Analysis of Heat Transfer for Gas Turbine Hot-gas-path Parts -4th report, Transient Analysis for 1100℃ Class 1st-stage Bucket Temperature in Start-up and Shut-down

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービン動翼の寿命に大きな影響を及ぼす、起動／停止時の過渡状態における翼温度の3次元非定常解析を実施した。解析対象翼には、国内電力会社に採用されている1100℃級初段翼を取り上げた。実機DSS運用データを基に、ホットスタート時および停止時のタービン入口温度、空気流量、タービン回転数などの各種解析条件を、翼まわりガスの熱流動と翼構造材の熱伝導の連成解析手法に課すことにより、翼温度を求めた。得られた翼温度分布は、無負荷運転時と負荷運転時で特徴が異なり、無負荷時には、前縁および後縁近傍において急激な温度変化が生じるとともに、起動時に、翼根部で翼高さ方向の大きな温度勾配が生じることが明らかになった。一方で、負荷50％以上の運転状態では、翼まわりガスの熱流動状態の変化が小さく、翼温度分布はほぼ相似となり、継続的に部分負荷運用を行った場合にも、定格負荷運用時以上には、熱応力が増大しない可能性が大きいことが示された。

概要 （英文）

Three-dimensional numerical analyses of transient heat transfer in start-up and shut-down of the gas turbine (GT) were conducted by thermal conjugation of the inside and outside fields of a first stage bucket, which consist of convection heat transfer and thermal conduction. The target of the analyses was a 1st-stage bucket of 1100 ℃ class gas turbine adopted by electric power companies in Japan. In order to predict the accurate bucket temperature, real variations of the turbine inlet gas temperature (TIT), mass flow rate of air at the inlet of the compressor and the revolution, etc. in hot-start-up and general shut-down conditions of an actual GT plant were imposed on the transient analyses. The characteristics of the predicted temperature distributions of the bucket are classified into two regions of load and no load operations of GT. In no load operations, the temperature of the leading and the trailing edges drastically change, sensitively responding to variations of the TIT following light up or off, and the gradient of the temperature on the root of the bucket seriously increase only after the light up in the start-up process. On the other hand, the bucket temperature profiles over half load remain similar, which are originated from little change of the flow pattern around the bucket. As a result, it is suggested that the thermal fatigue of the bucket due to the temperature profile in the continuous part load operation of GT is not increased more than the rated load one.

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