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KOLLEKTOR UND DAMIT AUSGESTATTETE GASTURBINENANLAGE
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kollektor, der in einem Fluid enthaltene Teilchen sammelt, und eine damit ausgestattete Gasturbinenanlage. Es wird die Priorität der am 12. September 2012 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-200634 in Anspruch genommen, deren Inhalt hiermit unter Bezugnahme enthalten ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Techniken zum Sammeln von in einem Fluid, das durch ein Rohrleitungssystem oder dergleichen strömt, enthaltenen Teilchen sind z. B. in PTL 1 und PTL 2 beschrieben.
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PTL 1 beschreibt ein Verfahren zum Trennen und Entfernen von in einem Dampfstrom enthaltenen Teilchen.
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In diesem Verfahren ist ein Hauptdampfrohr in einer vertikalen Richtung von einer horizontalen Richtung gebogen. Außerdem wird in diesem Verfahren nach einem Biegen das Hauptdampfrohr in der vertikalen Richtung und der horizontalen Richtung verzweigt, um Strömungswege in die vertikale Richtung und die horizontale Richtung zu erzeugen.
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Demgemäß werden Dampf und Teilchen in dem Hauptdampfrohr bzgl. der Strömungsrichtung von der horizontalen Richtung zu der vertikalen Richtung durch ein gebogenes Teil geändert, und strömen gerade in einer vertikalen Abwärtsrichtung unter dem Einfluss einer in der vertikalen Richtung erzeugten Trägheitskraft und der Gravitation. Danach setzen die meisten Teilchen in dem Dampf ein gerades Strömen in der vertikalen Abwärtsrichtung innerhalb eines verzweigten Teils fort. Unterdessen strömt, da der Dampf nicht so sehr wie die Teilchen durch die Trägheitskraft und die Gravitation beeinflusst wird, der Dampf in dem Hauptdampfrohr, das in der horizontalen Richtung verzweigt ist, während es einige der Teilchen an dem Verzweigungsteil enthält. Demgemäß können die Teilchen in dem Dampf, der in der horizontalen Richtung nach der Verzweigung strömt, reduziert werden.
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Zusätzlich beschreibt PTL 2 ein Verfahren zum Trennen und Sammeln von feinem Metallpulver, das während Edelmetall-Polierarbeiten, wie etwa Ringverarbeitung oder Dentaltechnikarbeiten in der Luft gemischt wird.
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In diesem Verfahren wird hauptsächlich das feine Metallpulver getrennt und gesammelt, indem die Strömungsgeschwindigkeit oder die Strömungsrichtung der Luft, die Staubteilchen gesammelt und abgesaugt hat, geändert wird. D. h., nachdem die Luft, die das feine Metallpulver enthält, geradeaus geströmt ist und in eine Trenn- und Sammelvorrichtung aus einem Lufteinlassteil derselben strömt, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft erhöht, indem sie durch ein Loch verläuft, dessen Durchmesser verkleinert ist. Danach wird die Luft in der Strömungsrichtung in eine Richtung geändert, die eine Geradeaus-Richtung kreuzt, und durch eine Staubteilchenabsaugmaschine ausgestoßen. Andererseits kann, da das feine Metallpulver mit hoher Dichte solchen schnellen Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsrichtung nicht folgen kann und aufgrund seiner Trägheitskraft geradeaus strömt, ohne seine Richtung in dieselbe Richtung wie die Luft zu ändern, das feine Metallpulver in einem Metallpulver-Zurückgewinnungsteil gesammelt werden, das an einem Ende in der Geradeaus-Richtung angeordnet ist.
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Patentliteratur
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- PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. H8-28208
- PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. S57-113820
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Da allerdings keines der Verfahren aus PTL 1 und PTL 2 eine hohe Sammeleffizienz aufweist, sind Kollektoren mit einer hohen Sammelrate erwünscht.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dem vorstehenden Wunsch zu entsprechen, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kollektor, der eine Sammeleffizienz verbessern kann, und eine damit ausgestattete Gasturbinenanlage vorzusehen.
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Lösung des Problems
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Ein auf einen Aspekt der Erfindung bezogener Kollektor, um dem vorstehenden Wunsch zu entsprechen, ist ein Kollektor, der in einem Fluid enthaltene Teilchen sammelt. Der Kollektor umfasst: ein gebogenes Rohr, das die Richtung des in einer ersten Richtung strömenden Fluids in eine zweite Richtung dreht, die im Vergleich zu der ersten Richtung zu einer vertikal niedriger liegenden Seite gerichtet ist; ein Reduktions-Expansionsrohr, das mit einem Auslass des gebogenen Rohrs verbunden ist und einen Strömungsweg des in der zweiten Richtung strömenden Fluids erweitert, nachdem der Strömungsweg des Fluids verengt worden ist; ein Verzweigungsrohr, das mit einem Auslass des Reduktions-Expansionsrohrs verbunden ist und bewirkt, dass das in der zweiten Richtung strömende Fluid in der zweiten Richtung und einer dritten Richtung, die eine von der zweiten Richtung verschiedene Richtung ist, verzweigt wird; und ein Sammelteil, das mit einem Auslass des Verzweigungsrohr an der Seite der zweiten Richtung verbunden ist und die Teilchen in dem Fluid sammelt. Hier ist ein Strömungsweg-Reduktionsteil in dem Reduktions-Expansionsrohr bezüglich einer Mitte einer Einlassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs exzentrisch, und, bei Betrachtung in der zweiten Richtung, liegt eine exzentrische Position des Strömungsweg-Reduktionsteils in einem Bereich von 90° bis 270° von der ersten Richtung, wobei die Mitte der Einlassöffnung als eine Referenz dient.
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Zusätzlich ist ein Kollektor bezogen auf einen anderen Aspekt der Erfindung, um dem vorstehenden Wunsch zu entsprechen, ein Kollektor, der in einem Fluid enthaltene Teilchen sammelt. Der Kollektor umfasst: ein gebogenes Rohr, das die Richtung des in einer ersten Richtung strömenden Fluids in eine zweite Richtung dreht, die im Vergleich zu der ersten Richtung zu einer vertikal niedriger liegenden Seite gerichtet ist; ein Reduktions-Expansionsrohr, das mit einem Auslass des gebogenen Rohrs verbunden ist und einen Strömungsweg des in der zweiten Richtung strömenden Fluids erweitert, nachdem der Strömungsweg des Fluids verengt worden ist; ein Verzweigungsrohr, das mit einem Auslass des Reduktions-Expansionsrohrs verbunden ist und bewirkt, dass das in der zweiten Richtung strömende Fluid in der zweiten Richtung und einer dritten Richtung, die eine von der zweiten Richtung verschiedene Richtung ist, verzweigt wird; und ein Sammelteil, das mit einem Auslass des Verzweigungsrohrs an der Seite der zweiten Richtung verbunden ist und die Teilchen in dem Fluid sammelt. Hier ist, bei Betrachtung in der zweiten Richtung, ein Strömungsweg-Reduktionsteil in dem Reduktions-Expansionsrohr zu einer Seite in einer radialen Richtung von einer Mitte einer Einlassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs, welche eine Einlassseite des gebogenen Rohrs darstellt, exzentrisch, wobei die Mitte als eine Referenz dient.
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Der Ausdruck „eine radiale Richtung von einer Mitte einer Einlassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs” bedeutet eine radiale Richtung, die eine von der Mitte der Einlassöffnung wegführende Richtung ist, in einer Ebene parallel zu einer virtuellen Ebene, welche die Einlassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs umfasst.
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Gemäß dem einen Aspekt oder dem anderen Aspekt werden, auf einer ersten Stufe, die in dem Fluid, das in der ersten Richtung strömt, enthaltenen Teilchen bezüglich einer Strömungsrichtung in die zweite Richtung gedreht, wenn es durch das gebogene Rohr verläuft. Aus diesem Grund strömen die Teilchen in der zweiten Richtung in einem Zustand, in welchem die Teilchen abgelenkt und an einer Seite, die der Einlassseite des gebogenen Rohrs gegenüber liegt, aufgrund einer Zentrifugalkraft gesammelt werden. Danach werden die Teilchen auf einer zweiten Stufe in dem Prozess eines Strömens durch den Strömungsweg-Reduktionsteil des Reduktions-Expansionsrohrs, während sie in der zweiten Richtung strömen, abgelenkt und an der Einlassseite des gebogenen Rohrs, welche eine Seite ist, die der Seite gegenüber liegt, an welcher die Teilchen durch das gebogene Rohr geströmt sind, gesammelt, während die Zentrifugalkraft erneut darauf wirkt.
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Nachdem sie durch das Strömungsweg-Reduktionsteil des Reduktions-Expansionsrohrs verlaufen sind, strömen die Teilchen in der zweiten Richtung, während sie durch die Gravitation beeinflusst werden, in einem Zustand, in welchem die Teilchen zu der Einlassseite des gebogenen Rohrs abgelenkt werden, während der Strömungsweg derselben im Wesentlichen verengt bleibt. Aus diesem Grund strömen die Teilchen kaum in die dritte Richtung. Unterdessen strömt, da das Fluid nicht so sehr wie die Teilchen durch die Gravitation oder die Zentrifugalkraft beeinflusst wird und während eines Diffundierens strömt, nachdem es durch den Strömungsweg-Reduktionsteil des Reduktions-Expansionsrohrs verlaufen ist, das Fluid in der dritten Richtung, während es durch das Verzweigungsrohr verläuft. Demgemäß kann, da die meisten Teilchen in dem Sammelteil, das mit dem Auslass des Verzweigungsrohrs an der Seite in der zweiten Richtung verbunden ist, gesammelt werden, die Sammeleffizienz von Teilchen verbessert werden.
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Hier stellen die „erste Richtung” und die „dritte Richtung” Richtungen dar, die mehr horizontale Richtungskomponenten als die „zweite Richtung” umfassen.
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Hier liegt in dem Kollektor des einen Aspekts oder des anderen Aspekts, bei Betrachtung in der zweiten Richtung, die dritte Richtung vorzugsweise in einem Bereich von 90° bis 270° von einer exzentrischen Position des Strömungsweg-Reduktionsteils, wobei eine Mitte einer Auslassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs als eine Referenz dient.
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Hier liegt in dem Kollektor des einen Aspekts oder des anderen Aspekts, bei Betrachtung in der zweiten Richtung, ein Auslass des Verzweigungsrohrs vorzugsweise an der Seite der dritten Richtung gegenüber einer exzentrischen Position des Strömungsweg-Reduktionsteils, wobei eine Mitte einer Auslassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs als eine Referenz dient.
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Gemäß diesen Kollektoren strömen die Teilchen, die abgelenkt und gesammelt werden, wenn sie durch das Strömungsweg-Reduktionsteil des Reduktions-Expansionsrohrs verlaufen, in der zweiten Richtung mit einer Entfernung von dem Auslass des Verzweigungsrohrs an der Seite der dritten Richtung, wenn sie durch das Verzweigungsrohr verlaufen. Somit kann in diesen Kollektoren, da die Teilchen in dem Verzweigungsströmungsweg des Verzweigungsrohrs an der Seite der dritten Richtung kaum gemischt werden, und die Teilchen hauptsächlich zu dem Verzweigungsströmungsweg des Verzweigungsrohrs an der Seite der zweiten Richtung strömen, die Sammeleffizienz weiter verbessert werden.
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Außerdem umfasst eine Gasturbine bezogen auf einen weiteren Aspekt der Erfindung, um dem vorstehenden Wunsch zu entsprechen: eine Gasturbine mit einem Kompressor, einer Turbine und einer Brennkammer; eine Gasleitung, die Brennstoffgas als das Fluid zu der Brennkammer zuführt; und irgendeinen Kollektor der vorstehenden Kollektoren, angeordnet in der Gasleitung.
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Da gemäß diesem Aspekt irgendeiner der vorstehenden Kollektoren in der Gasleitung angeordnet ist, können die Teilchen in dem Brennstoffgas entfernt werden, und das Brennstoffgas, aus welchem die Teilchen entfernt werden, kann zu der Brennkammer zugeführt werden.
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Vorteilhafte Aspekte der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt bezogen auf die Erfindung kann die Sammeleffizienz der in einem Fluid enthaltenen Teilchen verbessert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbinenanlage einschließlich eines Kollektors bezogen auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Kollektors bezogen auf das eine Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3(a) bis 3(g) sind schematische Ansichten von Kollektoren jeweiliger Bespiele 1 bis 4 der Erfindung und Vergleichsbeispiele 1 bis 3; insbesondere ist 3(a) eine schematische Ansicht von Beispiel 1, 3(b) ist eine schematische Ansicht von Beispiel 2, 3(c) ist eine schematische Ansicht von Beispiel 3, 3(d) ist eine schematische Ansicht von Beispiel 4, 3(e) ist eine schematische Ansicht von Vergleichsbeispiel 1, 3(f) ist eine schematische Ansicht von Vergleichsbeispiel 2, und 3(g) ist eine schematische Ansicht von Vergleichsbeispiel 3.
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4 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen einem gebogenen Rohr und einem Strömungsweg-Reduktionsteil eines Reduktions-Expansionsrohrs in Beispielen 1 bis 4 der Erfindung und Vergleichsbeispielen 2 und 3 darstellt.
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5 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Positionsbeziehung zwischen dem gebogenen Rohr und einem Auslassrohrteil in Beispielen 1, 3 und 4 der Erfindung darstellt.
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6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Teilchendurchmessern und Sammelraten in Vergleichsbeispielen 1 und 2 und Beispiel 1 der Erfindung darstellt.
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7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Teilchendurchmessern und den Sammelraten in Beispielen 1 bis 3 der Erfindung und Vergleichsbeispiel 3 darstellt.
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8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen verengten Positionen und mittleren Sammelraten in Beispielen 1 bis 3 der Erfindung und Vergleichsbeispiel 3 darstellt.
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9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Teilchendurchmessern und den Sammelraten in Beispielen 1 und 5 der Erfindung darstellt.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Ein auf die Erfindung bezogenes Ausführungsbeispiel wird nachstehend mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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Wie in 1 dargestellt ist, umfasst eine Gasturbinenanlage 1, die einen Kollektor 3 der vorliegenden Erfindung umfasst, eine Gasturbine 10 mit einem Kompressor C, einer Turbine T und einer Brennkammer 11, einen Generator G, der mit der Gasturbine 10 verbunden ist, eine Gasleitung 2, die eine Brennstoffleitung ist, die Brennstoffgas F, welcher ein Fluid ist, zu der Brennkammer 11 zuführt, einen Gasbehälter 12, der mit der Gasleitung 2 verbunden ist und eine Zufuhrquelle des Brennstoffgas F darstellt, einen Saugkorb 13, der in der Gasleitung 2 angeordnet ist, und den Kollektor 3, der in der Gasleitung 2 zwischen dem Gastank 12 und dem Saugkorb 13 angeordnet ist.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist der Kollektor 3 des vorliegenden Ausführungsbeispiels in der Gasleitung 2 angeordnet. Der Kollektor 3 umfasst ein gebogenes Rohr 31, das die Richtung einer Strömung von einer ersten Leitung 21, die sich in eine erste Richtung X erstreckt, in eine zweite Richtung Z ändert, eine zweite Leitung 22, die sich in der zweiten Richtung Z von dem gebogenem Rohr 31 erstreckt, ein Verzweigungsrohr 32, das die zweite Leitung 22 in die zweite Richtung Z verzweigt, und eine dritte Leitung 23, die sich in eine dritte Richtung Y erstreckt, ein Reduktions-Expansionsrohr 33, das in der zweiten Leitung 22 zwischen dem gebogenen Rohr 31 und dem Verzweigungsrohr 32 angeordnet ist, und ein Sammelrohr (Sammelteil) 34, das mit der Seite der zweiten Leitung 22 des Verzweigungsrohrs 32 verbunden ist.
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Hier werden die Leitungen 21, 22 und 23 einfach zusammen beschrieben.
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Die erste Leitung 21 ist ein Abschnitt der Gasleitung 2. Die erste Leitung 21 ist mit dem Gasbehälter 12 und dem gebogenen Rohr 31 verbunden und angeordnet, um sich in der ersten Richtung X zu erstrecken, die eine laterale Seite darstellt.
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Die zweite Leitung 22 ist angeordnet, um sich in der zweiten Richtung Z, welche eine vertikale Abwärtsrichtung darstellt, in dem Kollektor 3 zu erstrecken.
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Die dritte Leitung 23 ist ein Abschnitt der Gasleitung 2. Die dritte Leitung 23 ist mit dem Verzweigungsrohr 32 und dem Saugkorb 13 (in 1 dargestellt) verbunden und angeordnet, um sich in der dritten Richtung Y, die eine laterale Seite darstellt und orthogonal zu der ersten Richtung X und der zweiten Richtung Z ist, zu erstrecken.
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Das gebogene Rohr 31 ist aus einem L-förmigen Bogen ausgebildet, der in einer L-Form gebogen ist, die eine Kreisquerschnittsform ausbildet. Das gebogene Rohr 31 weist ein Gebogenes-Rohr-Einlassteil 311, das eine Einlassseite darstellt und mit der ersten Leitung 21 verbunden ist, ein gebogenes Teil 312, das die Richtung einer Strömung zu der zweiten Richtung Z biegt, und ein Gebogenes-Rohr-Auslassteil 313 auf, das eine Auslassseite darstellt und mit der zweiten Leitung 22 verbunden ist.
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Das Verzweigungsrohr 32 ist aus einer T-förmigen Rohrleitungsverbindung ausgebildet, die eine Kreisquerschnittsform ausbildet. Das Verzweigungsrohr 32 weist ein gerades Rohrteil 322, das sich in der zweiten Richtung Z erstreckt, und ein Auslassrohrteil 321 auf, das sich in der dritten Richtung Y von der Mitte des geraden Rohrteils 322 erstreckt. Das gerade Rohrteil 322 weist ein gerades Rohreinlassteil 323, das sich in einer vertikalen Aufwärtsrichtung erstreckt und mit der zweiten Leitung 22 an der Seite des gebogenen Rohrs 31 verbunden ist, und ein gerades Rohrauslassteil 324 auf, das sich in der vertikalen Abwärtsrichtung erstreckt und mit der zweiten Leitung 22 an der Seite des Sammelrohrs 34 verbunden ist. Das Auslassrohrteil 321 ist angeordnet, um sich in der dritten Richtung Y von der Mitte des geraden Rohrteils 322 zu erstrecken, und ist mit der dritten Leitung 23 verbunden.
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Das Reduktions-Expansionsrohr 33 ist zwischen dem gebogenen Rohr 31 und dem Verzweigungsrohr 32 in der zweiten Leitung 22 angeordnet. Das Reduktions-Expansionsrohr 33 ist aus einem Paar von exzentrischen Reduzierungen 332 mit miteinander verbundenen Durchmesser-reduzierten Seiten ausgebildet. In dem Reduktions-Expansionsrohr 33 bildet ein Verbindungsabschnitt, an welchem die Durchmesser-reduzierten Seiten der exzentrischen Reduzierungen 332 miteinander verbunden sind, das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 aus. Ein Achsenzentrum des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 ist an einer Position angeordnet, die zu einer Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311, die in einer radialen Richtung in der zweiten Leitung 22 liegt und eine Einlassseite des gebogenen Rohrs 31 darstellt, in der ersten Richtung X von einer zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 verschoben ist.
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In den exzentrischen Reduzierungen 332 kann die Querschnittsflächengröße des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 geeignet ausgewählt und gemäß der Größe der Teilchen P oder dergleichen verwendet werden, um aus dem Brennstoffgas F entfernt zu werden.
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Das Sammelrohr 34 ist aus einem Rohrmaterial, das in einer L-Form gebogen ist, die eine Kreisquerschnittsform ausbildet. Das Sammelrohr 34 ist an einem unteren Ende der zweiten Leitung 22 angeordnet, die in dem Verzweigungsrohr 32 ein Ende des geraden Rohrauslassteils 324 darstellt. Das Sammelrohr 34 weist eine Öffnung auf, die mit dem unteren Ende der zweiten Leitung 22 verbunden ist, und weist einen Öffnungs- und Schließdeckel 341 in der anderen Öffnung auf.
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Im Folgenden wird der Betrieb der Gasturbinenanlage 1, die den Kollektor 3 der vorstehenden Konfiguration umfasst, beschrieben.
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Gemäß der Gasturbinenanlage 1, die den wie vorstehend beschriebenen Kollektor 3 umfasst, wird das Brennstoffgas F, das die Teilchen P enthält, die Verunreinigungen darstellen, von dem Gasbehälter 12 zugeführt, strömt durch die erste Leitung 21, welche die Gasleitung 2 darstellt, und erreicht den Kollektor 3. Das Brennstoffgas F, das den Kollektor 3 erreicht hat, strömt von dem Gebogenes-Rohr-Einlassteil 311 in das gebogene Rohr 31, wird durch das gebogene Teil 312 des gebogenen Rohrs 31 in der Strömungsrichtung geändert, und strömt aus dem Gebogenes-Rohr-Auslassteil 313 in die zweite Leitung 22. Dann verläuft das Brennstoffgas F durch das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 mit einem verengten Strömungsweg innerhalb des Reduktions-Expansionsrohrs 33 und strömt in das Verzweigungsrohr 32 von dem geraden Rohreinlassteil 323. Das Brennstoffgas F, das durch das Verzweigungsrohr 32 strömt, wird in der Strömungsrichtung innerhalb des Verzweigungsrohrs 32 geändert und strömt zu der dritten Leitung 23 über das Auslassrohrteil 321 aus. Danach strömt das Brennstoffgas F durch die dritte Leitung 23, erreicht die Brennkammer 11 über den Saugkorb 13 und wird in der Brennkammer verbrannt. Die Turbine T wird durch das durch die Verbrennung des Brennstoffgases F erzeugte Verbrennungsgas angetrieben, und eine Energieerzeugung wird unter Verwendung des Generators G durch das Antreiben der Turbine T durchgeführt.
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Die meisten der in dem Brennstoffgas F enthaltenen Teilchen P werden nicht von dem Auslassrohrteil 321 sondern von dem geraden Rohrauslassteil 324 zu dem Sammelrohr 34 innerhalb des Verzweigungsrohr 32 geleitet, innerhalb des Sammelrohrs 34 gesammelt, und durch Abnehmen des Öffnungs- und Schließdeckels 341 des Sammelrohrs 34 zurückgewonnen.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Kollektor 3 wird eine Zentrifugalkraft auf die in dem Brennstoffgas F enthaltenen Teilchen P in dem gebogenen Teil 312, wenn die Teilchen durch das gebogene Rohr 31 verlaufen, ausgeübt. Aus diesem Grund fallen, wenn die in dem Brennstoffgas F enthaltenen Teilchen P von dem Gebogenes-Rohr-Auslassteil 313 zu der zweiten Leitung 22 geleitet werden, die Teilchen, während sie an der Seite gegenüber dem Gebogenes-Rohr-Einlassteil 311 abgelenkt und gesammelt werden, in einer radialen Richtung mit Bezug auf die zentrale Achse C der zweiten Leitung 22 (bezogen auf 4). Dann strömen, wenn die Teilchen P durch das Reduktions-Expansionsrohr 33 verlaufen, da das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 so angeordnet ist, dass es zu der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 in der radialen Richtung mit Bezug auf die zentrale Achse C der zweiten Leitung 22 exzentrisch ist, die Teilchen P, welche gefallen sind, während sie abgelenkt und gesammelt worden sind, zu der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311, während eine Zentrifugalkraft erneut entlang der Form des Reduktions-Expansionsrohrs 33 ausgeübt wird. Außerdem verlaufen die Teilchen P durch das Strömungsweg-Reduktionsteil 331, dessen Strömungsweg verengt ist, und werden dadurch weiter zu der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 abgelenkt und gesammelt, während der Strömungsweg verengt wird, und fallen in der vertikalen Abwärtsrichtung, während sie zu der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 abgelenkt bleiben, unter dem Einfluss der Gravitation, nachdem sie durch das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 verlaufen sind.
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Andererseits wird das Brennstoffgas F nicht so sehr wie die Teilchen P durch die Gravitation oder die Zentrifugalkraft beeinflusst, und strömt, während es diffundiert, nachdem es durch den Strömungsweg-Reduktionsteil 331 verlaufen ist.
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Das Auslassrohrteil 321 des Verzweigungsrohrs 32 ist mit dem geraden Rohrteil 322 zu der dritten Richtung Y hin verbunden. Zusätzlich ist eine Einlassöffnung des Auslassrohrteils 321, das ein Verbindungsabschnitt mit dem geraden Rohrteil 322 darstellt, an einer 90°-Position von dem Strömungsweg-Reduktionsteil 331 angeordnet, das zu der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 geneigt ist, wobei die zentrale Achse C der zweiten Leitung 22 als Referenz dient. Da die Teilchen P fallen, während sie abgelenkt und an der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 in dem geraden Rohrteil 322 des Verzweigungsrohrs 32 gesammelt werden, strömen die Teilchen mit einer Entfernung von der Einlassöffnung des Auslassrohrteils 321, und strömen kaum zu dem Auslassrohrteil 321, das eine laterale Seite des geraden Rohrteils 322 darstellt.
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Da andererseits das Brennstoffgas F, wie vorstehend beschrieben ist, nicht durch die Gravitation oder die Zentrifugalkraft so sehr wie die Teilchen P beeinflusst wird, und strömt, während es diffundiert, nachdem es durch den Strömungsweg-Reduktionsteil 331 verlaufen ist, strömt das Brennstoffgas von dem Auslassrohrteil 321 zu der dritten Leitung 23, wenn es durch das Verzweigungsrohr 32 verläuft.
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Demgemäß werden die Teilchen P nicht einfach in dem Brennstoffgas gemischt und strömen nicht mit dem Brennstoffgas, wenn das Brennstoffgas F zu dem Auslassrohrteil 321 strömt. Demzufolge kann, da die meisten Teilchen P in dem Sammelrohr 34 gesammelt werden, das an der zweiten Leitung 22 angebracht ist, die Sammeleffizienz der Teilchen P verbessert werden.
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Demgemäß werden in der Gasturbinenanlage 1 der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben ist, die meisten der in dem Brennstoffgas F enthaltenen Teilchen P durch den in der Gasleitung 2 zwischen dem Gasbehälter 12 und dem Saugkörper 13 angeordneten Kollektor 3 entfernt. Außerdem werden die Teilchen P auch aus dem Brennstoffgas F, das durch den Kollektor 3 verlaufen ist, unter Verwendung des Saugkörpers 13 entfernt. Somit kann in der Gasturbinenanlage 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Brennstoffgas F, das kaum Teilchen P enthält, zu der Brennkammer 11 zugeführt werden.
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Beispiele
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Im Folgenden werden die Ergebnisse einer Computeranalyse der Sammelraten verschiedener Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
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Zunächst werden die Strukturen verschiedener Beispiele 1 bis 4 und verschiedener Vergleichsbeispiele 1 bis 3 beschrieben.
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Hier zeigt, wie in 3 bis 5 dargestellt ist, die Winkeldarstellung die Uhrzeigersinnwinkel um die zentrale Achse C von der ersten Richtung X (0°), bei Betrachtung in der zweiten Richtung Z, mit der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 (s. 4 und 5) als Referenz. Sowohl das Zentrum des Gebogenes-Rohr-Auslassteils 313 (oder Auslassöffnung) des gebogenen Rohrs 31, das Zentrum des Einlassteils (oder Einlassöffnung), als auch das Zentrum des Auslassteils (oder Auslassöffnung) in dem Reduktions-Expansionsrohr ist an der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 angeordnet.
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[Beispiel 1]
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Wie in 3(a), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3a des Beispiels 1 ein Reduktions-Expansionsrohr 33a, in welchem ein Strömungsweg-Reduktionsteil 331a an der Position von 180° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3a ein Verzweigungsrohr 32a mit einem Auslassrohrteil 321a, das damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbunden ist.
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Der Kollektor 3a aus Beispiel 1 ist derselbe wie der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebene Kollektor 3.
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[Beispiel 2]
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Wie in 3(b), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3b aus Beispiel 2 ein Reduktions-Expansionsrohr 33b, in welchem ein Strömungsweg-Reduktionsteil 331b an der Position von 270° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3b, ähnlich zu Beispiel 1, das Verzweigungsrohr 32a mit dem Auslassrohrteil 321a, das damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbunden ist. D. h., der Kollektor 3b aus Beispiel 2 ist von dem aus Beispiel 1 hinsichtlich der Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331b in dem Reduktions-Expansionsrohr 33b verschieden.
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[Beispiel 3]
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Wie in 3(c), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3c aus Beispiel 3 ein Reduktions-Expansionsrohr 33c, in welchem ein Strömungsweg-Reduktionsteil 331c an der Position von 225° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3c ein Verzweigungsrohr 32c mit einem Auslassrohrteil 321c, das damit in der Richtung von 45° von der ersten Richtung X verbunden ist. D. h., der Kollektor 3c aus Beispiel 3 ist von dem aus Beispiel 1 hinsichtlich der Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331c in dem Reduktions-Expansionsrohr 33c und dem Verzweigungsrohr 32c verschieden.
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[Beispiel 4]
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Wie in 3(d), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3d aus Beispiel 4, ähnlich zu Beispiel 1, das Reduktions-Expansionsrohr 33a, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331a an der Position von 180° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3d ein Verzweigungsrohr 32d mit einem Auslassrohrteil 321d, das damit in der ersten Richtung X, d. h. in der Richtung von 0°, verbunden ist. D. h., der Kollektor 3d aus Beispiel 4 ist von dem aus Beispiel 1 hinsichtlich des Verzweigungsrohrs 32d verschieden.
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[Vergleichsbeispiel 1]
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Wie in 3(e), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3e des Vergleichsbeispiels 1 das Reduktions-Expansionsrohr 33 nicht. Außerdem umfasst der Kollektor 3e das Verzweigungsrohr 32a mit dem damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbundenen Auslassrohrteil 321a. D. h., der Kollektor 3e des Vergleichsbeispiels 1 ist von dem aus Beispiel 1 dahingehend verschieden, dass das Reduktions-Expansionsrohr 33 nicht umfasst ist.
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[Vergleichsbeispiel 2]
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Wie in 3(f), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3f aus Vergleichsbeispiel 2 ein Reduktions-Expansionsrohr 33f, in welchem ein Strömungsweg-Reduktionsteil 331f an der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 angeordnet ist. Das Reduktions-Expansionsrohr 33f ist aus einem Paar von konzentrischen Reduzierungen mit den miteinander verbundenen Durchmesser-reduzierten Seiten ausgebildet. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3f, ähnlich zu Beispiel 1, das Verzweigungsrohr 32a mit dem damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbundenen Auslassrohrteil 321a. D. h., der Kollektor 3f aus Vergleichsbeispiel 2 ist von Beispiel 1 dahingehend verschieden, dass das Strömungsweg-Reduktionsteil 331f mit Bezug auf die zentrale Achse C der zweiten Leitung 22 nicht exzentrisch ist.
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[Vergleichsbeispiel 3]
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Wie in 3(g), 4 und 5 dargestellt ist, umfasst ein Kollektor 3g aus Vergleichsbeispiel 3 ein Reduktions-Expansionsrohr 33g, in welchem ein Strömungsweg-Reduktionsteil 331g in der ersten Richtung X, d. h. an der Position von 0°, angeordnet ist. Zusätzlich umfasst der Kollektor 3g, ähnlich zu Beispiel 1, das Verzweigungsrohr 32a mit dem damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbundenen Auslassrohrteil 321a. D. h., der Kollektor 3g aus Vergleichsbeispiel 3 ist von Beispiel 1 hinsichtlich der Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331g in dem Reduktions-Expansionsrohr 33g verschieden.
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Die durch Vergleichen der Sammelraten der Beispiele und der Vergleichsbeispiele mit Hilfe einer numerischen Strömungsdynamikanalyse (CFD: „computational fluid dynamics”) erhaltenen Ergebnisse sind in 6 bis 9 dargestellt.
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Wie in 6 dargestellt ist, wurden die Sammelraten mit Bezug auf Teilchendurchmesser bezüglich Beispiel 1 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 miteinander verglichen. Wenn der Kollektor 3e aus Vergleichsbeispiel 1, der kein Reduktions-Expansionsrohr 33 umfasst, sowie der Kollektor 3a aus Beispiel 1 und der Kollektor 3f aus Vergleichsbeispiel 2, die das Reduktions-Expansionsrohr 33 umfassen, miteinander verglichen wurden, zeigten Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2, die das Reduktions-Expansionsrohr 33 umfassen, höhere Sammelraten. Außerdem zeigten, wenn Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 miteinander verglichen wurden, das Reduktions-Expansionsrohr 33 aus Beispiel 1, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331a an der Position angeordnet ist, die von der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 exzentrisch ist, höhere Sammelraten, als das Reduktions-Expansionsrohr 33 aus Vergleichsbeispiel 2, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331f an der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 angeordnet ist. Insbesondere wurde bestätigt, dass der Unterschied zwischen den Sammelraten deutlicher erscheint, wenn die Teilchendurchmesser kleiner sind, und Beispiel 1, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331a an der Position angeordnet ist, die von der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22 exzentrisch ist, weist höhere Sammelraten auf.
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Zusätzlich wurden, wie in 7 und 8 dargestellt ist, die Sammelraten (7) und mittlere Sammelraten (8) gemäß den Teilchendurchmessern, wenn die exzentrische Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 geändert worden ist, bezüglich Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 3 miteinander verglichen. Der Kollektor 3a aus Beispiel 1, der Kollektor 3b aus Beispiel 2, und der Kollektor 3c aus Beispiel 3, in welchen das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 (330a, 331b oder 331c) an der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 angeordnet ist, zeigten höhere Sammelraten als der Kollektor 3g aus Vergleichsbeispiel 3, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 (331g) gegenüber der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 vorliegt. Unter diesen Beispielen zeigte Beispiel 1, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331a an der Position von 180° angeordnet ist, das die Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 darstellt, und Beispiel 3, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331c an der Position von 225° angeordnet ist, das die Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 darstellt, hohe Sammelraten. Außerdem wurde bestätigt, dass die Differenz zwischen den Sammelraten deutlicher hervortritt, wenn die Teilchendurchmesser kleiner sind, und Beispiele 1 und 3 weisen hohe Sammelraten auf.
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Außerdem wurden, wie in 9 dargestellt ist, die Sammelraten mit Bezug auf die Teilchendurchmesser, wenn die Verbindungsposition des Auslassrohrteils 321 des Verzweigungsrohrs 32 an einer Position gegenüber der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 angeordnet gewesen ist, bezüglich Beispielen 1 und 4 miteinander verglichen. Sowohl der Kollektor 3a aus Beispiel 1 mit dem damit in der Richtung von 90° von der ersten Richtung X verbundenen Auslassrohrteil 321a als auch der Kollektor 3d aus Beispiel 4 mit dem damit in der Richtung von 180° von der ersten Richtung X verbundenen Auslassrohrteil 321d zeigten hohe Sammelraten. Anders ausgedrückt, sowohl der Kollektor 3a aus Beispiel 1 als auch der Kollektor 3d aus Beispiel 4, bei welchen das Auslassrohrteil 321 des Verzweigungsrohrs 32 an 90°- und 180°-Positionen von der Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 verbunden ist, zeigten hohe Sammelraten.
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Aus diesen Ergebnissen wurde festgestellt, dass, falls das Reduktions-Expansionsrohr 33 verwendet wird, die Sammeleffizienz weiter verbessert werden kann, und die Sammeleffizienz insbesondere weiter verbessert werden kann, indem das Reduktions-Expansionsrohr 33 unter Verwendung der exzentrischen Reduzierungen 332 ausgebildet wird.
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Zusätzlich wurde festgestellt, dass das Reduktions-Expansionsrohr 33, in welchem das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 (das Strömungsweg-Reduktionsteil 331a, das Strömungsweg-Reduktionsteil 331b oder das Strömungsweg-Reduktionsteil 331c) an der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 wie in Beispielen 1 bis 4 angeordnet ist, Sammelraten weiter verbessern kann, als das Reduktions-Expansionsrohr 33, in welchem die Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 (331g) gegenüber der Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 wie in Vergleichsbeispiel 3 angeordnet ist.
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Außerdem wurde festgestellt, dass Sammelraten weiter verbessert werden können, falls die Verbindungsposition des Auslassrohrteils 321 in dem Verzweigungsrohr 32 an einer Position gegenüber dem Strömungsweg-Reduktionsteil 331 wie in Beispielen 1 bis 4 liegt.
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Aus dem Vorstehenden wurde festgestellt, dass hohe Sammelraten auftreten, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 innerhalb eines Bereichs von 180° bis 270° von der ersten Richtung X angeordnet ist, insbesondere treten höhere Sammelraten auf, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil innerhalb eines Bereichs von 180° bis 225° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Zusätzlich wurde aus einer symmetrischen Eigenschaft festgestellt, dass hohe Sammelraten auftreten, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 innerhalb eines Bereichs von 90° bis 180° angeordnet ist, der einen Bereich symmetrisch zu dem Bereich von 180° bis 270° darstellt, wobei die erste Richtung X als Referenz dient. Insbesondere ist auch klar, dass höhere Sammelraten auftreten, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 innerhalb eines Bereichs von 135° bis 180° angeordnet ist, der einen Bereich symmetrisch zu dem Bereich von 180° bis 225° darstellt, wobei die erste Richtung X als Referenz dient. D. h., es wurde festgestellt, dass hohe Sammelraten auftreten, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 innerhalb eines Bereichs von 90° bis 270° von der ersten Richtung X angeordnet ist, insbesondere treten höhere Sammelraten auf, falls das Strömungsweg-Reduktionsteil innerhalb eines Bereichs von 135° bis 225° von der ersten Richtung X angeordnet ist. Anders ausgedrückt, es wurde festgestellt, dass höhere Sammelraten auftreten, falls, bei Betrachtung in der zweiten Richtung Z, das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 des Reduktions-Expansionsrohrs 33 zu der radialen Seite von der zentralen Achse C der zweiten Leitung 22, welche die Seite des Gebogenes-Rohr-Einlassteils 311 mit der zentralen Achse C als Referenz darstellt, exzentrisch ist.
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Zusätzlich wurde festgestellt, dass Sammelraten verbessert werden können, falls die Verbindungsposition des Auslassrohrteils 321 in dem Verzweigungsrohr 32 eine 90°- bis 180°-Position und eine 180°- bis 270°-Position von der Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 darstellt. Anders ausgedrückt, es wurde festgestellt, dass die Sammelraten verbessert werden können, falls, bei Betrachtung in der zweiten Richtung Z, der Auslass an der Seite, die mit dem Saugkörper 13 des Verzweigungsrohrs 32 verbunden ist, gegenüber der exzentrischen Position des Strömungsweg-Reduktionsteils 331 angeordnet ist, wobei die zentrale Achse C der Auslassöffnung des Reduktions-Expansionsrohrs 33 als Referenz dient.
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Obwohl das Ausführungsbeispiel und die Beispiele der Erfindung vorstehend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden sind, sind die Komponenten, Kombinationen derselben oder dergleichen in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und Beispielen exemplarisch. Additionen, Auslassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen der Komponenten können durchgeführt werden, ohne von dem Geiste der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich ist die Erfindung durch das Ausführungsbeispiel und die Beispiele nicht beschränkt, und ist lediglich durch die angehängten Ansprüche beschränkt.
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Insbesondere stellt z. B. in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und Beispielen die zweite Richtung Z eine vertikale Abwärtsrichtung dar. Allerdings muss gemäß der Erfindung die zweite Richtung im Vergleich zu der ersten Richtung und der dritten Richtung zu einer vertikal niedrigeren Seite gerichtet sein. Zusätzlich stellen in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel und Beispielen sowohl die erste Richtung als auch die dritte Richtung Richtungen in der horizontalen Richtung dar. Allerding müssen gemäß der Erfindung die erste Richtung und die dritte Richtung nur Richtungen einschließlich einer horizontalen Richtungskomponente darstellen.
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Obwohl die exzentrischen Reduzierungen 332 als Teile verwendet werden, die das Strömungsweg-Reduktionsteil 331 in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ausbilden, die Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielweise können kommerziell gut bekannte Teile mit einer Durchmesser-reduzierten Struktur, wie etwa eine Düse, verwendet werden.
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Zusätzlich ist, obwohl das Sollfluid das Brennstoffgas F in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt, die Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise können Fluide, wie etwa Dampf, verwendet werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß einem auf die Erfindung bezogenen Aspekt kann die Sammeleffizienz von in einem Fluid enthaltenen Teilchen verbessert werden.
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Bezugszeichenliste
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- F
- Brennstoffgas
- P
- Teilchen
- 1
- Gasturbinenanlage
- 10
- Gasturbine
- C
- Kompressor
- T
- Turbine
- 11
- Brennkammer
- G
- Generator
- 2
- Gasleitung
- 12
- Gasbehälter
- 13
- Saugkörper
- 3
- Kollektor
- 31
- Gebogenes Rohr
- 311
- Gebogenes-Rohr-Einlassteil
- 312
- Gebogenes Teil
- 313
- Gebogenes-Rohr-Auslassteil
- 32
- Verzweigungsrohr
- 321
- Auslassrohrteil
- 322
- Gerades Rohrteil
- 323
- Gerades Rohreinlassteil
- 324
- Gerades Rohrauslassteil
- 33
- Reduktions-Expansionsrohr
- 332
- Exzentrische Reduzierung
- 331
- Strömungsweg-Reduktionsteil
- 21
- erste Leitung
- 22
- zweite Leitung
- 23
- dritte Leitung
- 34
- Sammelrohr (Sammelteil)
- 341
- Öffnungs- und Schließdeckel
