JP2005248706A - ガスタービン設備の換気システム及び換気方法 - Google Patents

ガスタービン設備の換気システム及び換気方法 Download PDF

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Abstract

【課題】寒冷地や気温変化が大きな特殊地域で運用する場合にも柔軟に対応して高い信頼性を確保することができ、しかも低コストで実現可能なガスタービン設備の換気システム及び換気方法を提供する。
【解決手段】建屋内に設けられ、内部にガスタービン1を収容したエンクロージャ2と、このエンクロージャ2に設けた複数(本例では2つ)の吸気口3,4と、これら吸気口3,4からの吸気流量を調整する吸気流量調整手段としてのダンパ5と、エンクロージャ2に設けた排気口6と、エンクロージャ2内の換気を行う換気ファン7と、エンクロージャ2内の温度を検出する温度検出手段8と、この温度検出手段8からの検出信号に応じてダンパ5に駆動信号を出力する制御手段としてのコントローラ9とを備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ガスタービン設備の換気システム及び換気方法に係り、特に寒冷地や温度変化の大きな特殊地域での稼動にも適したガスタービン設備の換気システム及び換気方法に関する。
従来から一般的に採用されているガスタービン設備の換気システムは、ガスタービンを収容したエンクロージャの壁面に吸気口及び排気口を設け、吸気口から外気又は建屋内の空気を吸い込み、排気口からエンクロージャ内の空気を排出するように構成されている(例えば、特許文献1等参照)。
特開2002−339707号公報
従来の換気システムにおいては、外気温がエンクロージャ内の室温に直接的に影響するため、寒冷地や気温変化幅が大きい地域等での運用を考えた場合、エンクロージャ内の温度が過度に低くなることがあるので、ガスタービンに特殊な耐低温材料を採用する、或いは、例えばエアコンディショナー等の温度調整手段を追設してエンクロージャ内の空気を予熱する等の対策を講じなければならない。しかしながら、耐低温材料を採用するにしても、エアコンディショナー等といった温度調整手段を追設するにしても、設備コストが高くなる。また、エアコンディショナー等を設けた場合、その吐出流量に合わせ、換気ファンを、能力に余裕がある比較的大型のものに交換しなければならない場合もあり、これもコスト高騰の一因となる。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、例えば寒冷地や気温変化が大きな特殊地域で運用する場合にも柔軟に対応して高い信頼性を確保することができ、しかも低コストで実現可能なガスタービン設備の換気システム及び換気方法を提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明のガスタービン設備の換気システムは、建屋内に設けられ、内部にガスタービンを収容したエンクロージャと、このエンクロージャに設けた複数の吸気口と、これら複数の吸気口からの吸気流量を調整する吸気流量調整手段と、前記エンクロージャに設けた少なくとも1つの排気口と、前記エンクロージャ内の換気を行う換気ファンと、前記エンクロージャ内の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段からの検出信号に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
(2)上記目的を達成するために、また本発明ガスタービン設備の換気システムは、建屋内に設けられ、内部にガスタービンを収容したエンクロージャと、このエンクロージャに設けた複数の吸気口と、これら複数の吸気口の開閉パターンを選択的に切り換え、前記複数の吸気口による合計開口面積を増減させて吸気流量を調整する吸気流量調整手段と、前記エンクロージャに設けた少なくとも1つの排気口と、前記エンクロージャ内の換気を行う換気ファンと、前記エンクロージャ内の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段からの検出信号に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号を基に、前記エンクロージャ内の室温と予め設定された吸気流量変更温度とを比較演算し、この比較結果に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力するプログラムを格納していることを特徴とする。
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、また好ましくは、前記建屋内の空気を吸い込む少なくとも1つの第1ダクト、及び前記建屋外の空気を吸い込む少なくとも1つの第2ダクトを有し、前記複数の吸気口に接続された吸気管路と、前記温度検出手段の検出信号に応じて出力される前記制御手段からの駆動信号によって、前記第1及び第2ダクトを選択的に開閉する吸気切換手段とを備えたことを特徴とする。
(5)上記(4)において、さらに好ましくは、前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号を基に、前記エンクロージャ内の室温と予め設定された吸気切換温度とを比較演算し、この比較結果に応じて前記吸気切換手段に駆動信号を出力するプログラムを格納していることを特徴とする。
(6)上記目的を達成するために、また本発明は、建屋内のエンクロージャ内にガスタービンを収容したガスタービン設備の換気方法において、運転開始時には、前記エンクロージャに設けた複数の吸気口の一部のみを開放しておき、その後、前記エンクロージャ内の室温を予め設定された吸気流量変更温度と比較し、この比較結果に応じて、前記複数の吸気口の開閉状態を調整して前記エンクロージャへの吸気流量を調整し換気量を増減させることを特徴とする。
(7)上記(6)において、好ましくは、前記エンクロージャ内の室温を予め格納された吸気切換温度と比較し、この比較結果に応じて、前記エンクロージャへの吸気源を、前記建屋内の空気又は前記建屋外の空気のいずれかに選択的に切り換えることを特徴とする。
本発明によれば、エンクロージャ内の室温に応じて吸気流量を調整することができるので、特殊な耐低温材料を採用する、或いは別途温度調整手段を追設する等の対策を講じることなく、寒冷地や気温変化が大きな特殊地域で運用する場合にも柔軟に対応して最適な換気能力及び冷却能力を発揮することができるので、高い信頼性を確保することができ、しかも設備コストを大幅に削減することができる。
以下、本発明のガスタービン設備の換気システム及び換気方法の一実施形態を図面について参照して説明する。
図1は、本発明のガスタービン設備の換気システムの一実施形態の概略図である。
図1に示すように、本実施形態のガスタービン設備の換気システムは、図示しない建屋内に設けられ、内部にガスタービン1を収容したエンクロージャ2と、このエンクロージャ2に設けた複数(本例では2つ)の吸気口3,4と、これら吸気口3,4からの吸気流量を調整する吸気流量調整手段としてのダンパ5と、エンクロージャ2に設けた排気口6と、エンクロージャ2内の換気を促進する換気ファン7と、エンクロージャ2内の温度を検出する例えば熱電対等の温度検出手段8と、この温度検出手段8からの検出信号に応じてダンパ5に駆動信号を出力する制御手段としてのコントローラ9とを備えている。
ガスタービン1は、この種のものとして公知の構成のものであり、吸気プレナム10からの吸気を吸い込んで圧縮機11にて圧縮し、燃焼器12で圧縮機11からの圧縮空気を燃料とともに燃焼して精製した燃焼ガスをタービン13に供給することにより、タービン13の軸動力を得る。このガスタービン1の運用目的は様々であるが、発電目的で運用する場合を一例に挙げると、タービン13に発電機(図示せず)を接続し、タービン13の軸動力を発電機に伝達することによって発電機を回転させ、タービン13の軸動力を電気エネルギーに変換する。
エンクロージャ2は、吸気口3,4、排気口6及び吸気プレナム10以外は実質密閉構造となっており、その内部空間は、隔壁14によって、ガスタービン1を収容したガスタービン室15と、例えば起動装置(図示せず)等の補器類を収容したアクセサリギア室(補器室)16とに区画されている。また、本実施形態において、エンクロージャ2内の底部近傍には、ガスタービン室15とアクセサリギア室16とに跨って各機器の潤滑油を貯留した潤滑油タンク17が配置されており、この潤滑油タンク17の側部に設けた流路によって、ガスタービン室15とアクセサリギア室16とが連通している。なお、特に図示していないが、低温時における潤滑油の凍結防止のために、潤滑油タンク17又はその近傍にオイルヒータが備えられている。
吸気口3,4は、アクセサリギア室16に設けられており、本実形態においては、アクセサリギア室16の天井部に設けられているが、天井部に限られず、例えば側壁部等、アクセサリギア室16における他の箇所に設置しても良い。これら吸気口3,4に吸気を導く吸気管路20は、図示しない建屋内の空気を吸い込む第1ダクト21と、建屋外の空気を吸い込む第2ダクト22とを有しており、これら第1ダクト21及び第2ダクト22が合流した後、再び分岐して吸気口3,4に接続されている。第1ダクト21と第2ダクト22の合流部には、これら第1及び第2ダクト21,22を選択的に開閉する吸気切換手段としてのダンパ23が設けられており、吸気口3,4に導かれる空気の吸気源を、建屋内の空気、建屋外の空気(外気)のいずれかに切り換えられるようになっている。
そして、本実施形態において、前述したダンパ5は、吸気口3のみを開閉するように、吸気管路20における、吸気口4への接続部との分岐部よりも下流側に位置する吸気口3への接続部に設けられている。これにより、吸気管路20における吸気口3への接続部を開閉して吸気口3,4の開閉パターンを選択的に切り換え、吸気口3,4による合計開口面積を増減させて吸気流量を調整するようになっている。ダンパ5は、温度検出手段8の検出信号に応じて出力されるコントローラ9からの駆動信号によって開閉する(詳細は後述)。但し、吸気口3,4の合計開口面積を増減させる限りにおいては、吸気口3,4の双方にダンパを設け、これらダンパの開閉パターンを切り換えるようにしても良い。
なお、本実施形態において、吸気口3は吸気口4に比して開口面積が大きくなっているが、必ずしもこれに限られない。また、図1には、2つの吸気口3,4を設けた例を図示したが、さらに多数の吸気口を設けても良い。吸気口の数や開口面積は、運用される地域の気候条件に応じて、各吸気口の合計開口面積やそれに至る吸気管路の構成が所望の態様となるように決定すれば良い。また、第1ダクト21と第2ダクト22を合流させているが、別系統としてそれぞれに流路を開閉するダンパを設け、吸気源を切り換える構成としても良い。さらに、第1及び第2ダクト21,22は、図1ではそれぞれ1本ずつ図示したが、それぞれ複数本ずつ設けても構わない。
また、前述した排気口6は、ガスタービン室15に設けられている。本実形態において、この排気口6は、ガスタービン室15の天井部に設けられているが、天井部に限られず、例えば側壁部等、ガスタービン室15における他の箇所に設置しても良い。この排気口6からの排気(加熱されたエンクロージャ内の空気やガスタービン1からのガス等)を排出する排気管路25は、エンクロージャ2の外方に延在し、特に図示していないが、その先端部は例えば建屋外に連通している。なお、排気口6や排気管路25の数や形態は特に限定されない。また、本実施形態において、前述した排気ファン7は、排気管路25に設けられているが、エンクロージャ2内の換気を効率的に行える箇所に適宜設けられていれば良い。
図2は、先のコントローラ9の概略構成を表すブロック図である。
図2に示すように、コントローラ9は、温度検出手段8等のセンサ類からの検出信号や操作盤(図示せず)からの操作信号等を入力しディジタル信号化する入力部30と、各種制御手順のプログラムや演算処理に必要な定数等を格納するリードオンリーメモリー(ROM)31と、時間計測を行うタイマ32と、ROM31に格納したプログラムに順じて対応する機器(例えばダンパ5,23や換気ファン7の各駆動装置26〜28等)への駆動信号を演算する中央演算処理装置(CPU)33と、CPU33の演算結果や演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)34と、CPU33で演算された駆動信号をアナログ信号化して対応機器に出力する出力部35とを備えている。
本実施形態において、上記ROM31には、ダンパ5,23を駆動制御するプログラムが格納されている。
第一には、温度検出手段8からの検出信号を基に、エンクロージャ2内の室温Tと予め設定された吸気切換温度T0とを比較演算し、この比較結果に応じてダンパ23の駆動装置27に駆動信号を出力するプログラムであって、このプログラムによれば、室温Tと吸気切換温度T0との比較結果に応じて、エンクロージャ2への吸気源が、建屋内の空気又は建屋外の空気のいずれかに選択的に切り換えられる。
第二には、温度検出手段8からの検出信号を基に、上記室温Tと予め設定された吸気流量変更温度T1(<T0)とを比較演算し、この比較結果に応じてダンパ5の駆動装置26に駆動信号を出力するプログラムであって、このプログラムによれば、例えば運転開始時に吸気口3のみを開放しておき、室温Tと吸気流量変更温度T1との比較結果に応じて、吸気口3,4の開閉状態が調整されエンクロージャ2への吸気流量が調整されて換気量が増減する。
図3は、コントローラ9による制御手順の一例を表したフローチャートである。
本実施形態において、ガスタービン1の運転開始時には、ダンパ5,23の開閉状態は、第2ダクト22と吸気口3を閉じ、建屋内の空気を吸気口4のみから導く状態となっている。したがって、この時点では、吸気温度を比較的高く、なおかつ吸気流量も抑制されており、例えば外気温が低い条件でガスタービン1を起動する場合にもアクセサリギア室16内の補器類に与える影響が抑制された状態となっている。
この状態でガスタービン1の運転を開始すると、コントローラ1は、図示しないオイルポンプ及びオイルヒータを駆動させ、潤滑油タンク17内の潤滑油の凍結を防止しつつ、各機器への潤滑油の循環供給を開始する。タイマ32により所定時間が計測されたら、CPU33は、換気ファン7の駆動装置28に駆動信号を出力し、換気ファン7を駆動させてガスタービン1の運転とともに、ダンパ5,23の制御手順を開始する。
コントローラ9は、温度検出手段8からの検出信号を随時入力しており、運転開始後、そのCPU33は、ステップ110にて、ガスタービン1や潤滑油タンク17等からの放熱により、エンクロージャ2内の室温Tが吸気切換温度T0を超えたかどうかを判定する。室温Tが吸気切換温度T0にまで達していない場合(T≦T0の場合)、ステップ110の判定は満たされず、CPU33は、現状の吸気状態を保ったまま、このステップ110の判定を繰り返し行う。その後、室温Tが上昇し、吸気切換温度T0を超えた場合(T>T0の場合)、ステップ110の判定が満たされ、CPU33は、通常の地域での運転状態に達したものと見なし、手順をステップ120に移す。
ステップ120において、CPU33は、ROM31に格納したプログラムに従い、ダンパ23を切換駆動する駆動信号を演算し、ダンパ23の駆動装置27に出力して、第1ダクト21を遮断するとともに第2ダクト22を開放する。これにより、建屋内からの吸気が遮断され、建屋外からの吸気(外気)が吸気口4を介してエンクロージャ2内に導かれる状態に切換わり、吸気温度を低下させることにより、運転開始時よりも、エンクロージャ2内の各機器の冷却能力が増加した換気状態に変更される。
CPU33は、さらに室温Tを監視し、続くステップ130では、室温Tが吸気切換温度T0より高い値を保っているかどうかを判定する。例えば、外気温が著しく低く、外気を吸い込むことにより室温Tが吸気切換温度T0以下に下がってしまった場合(T≦T0に場合)には、このステップ130の判定が満たされず、CPU33は、ステップ140に移って、ダンパ23の駆動装置27に駆動信号を出力して、第2ダクト22を遮断するとともに第1ダクト21を開放し、再び建屋内の空気を吸気口4を介してエンクロージャ2内に導く状態に復帰させ、ステップ110〜130の手順を行う。
一方、室温Tが吸気切換温度T0よりも高い値を保っており、ステップ130の判定が満たされた場合(T>T0の場合)、CPU33は、手順をステップ150に移行し、室温Tがさらに吸気流量変更温度T1を超えているかどうかを判定する。この時点で、まだ室温Tが吸気流量変更温度T1を超えていない場合(T≦T1の場合)、CPU33は、手順をステップ130に戻す。
それに対し、その後の温度上昇により、室温Tが吸気流量変更温度T1を超えた場合(T>T1の場合)、CPU33は、ステップ160に移り、ダンパ5を開いて吸気口3を開放し、建屋外から吸い込んだ空気が全ての吸気口3,4を介してエンクロージャ2内に導かれる状態に切り換える。すなわち、吸気口面積を拡大し吸気流量を増大させることにより、エンクロージャ2の換気状態は、ステップ120以降の状態よりもさらに冷却能力及び換気能力が増加した状態に切り換えられる。そして、このステップ160の処理を終了したら、図3の手順を終了する。
コントローラ9は、以上の手順を繰り返し行うことにより、エンクロージャ2の室温Tに応じて換気量を増減させ、またこれとともに、吸気温度を適宜変更する。したがって、本実施形態においては、外気温度の著しい変化にも柔軟に対応し、円滑にガスタービン1を運転することができる。また、外気温が低い地域で運用する場合であっても、運転開始時の吸気量を必要最小限に抑えているので、この際の吸気を建屋内から吸い込むことにより、エンクロージャ2内の室温の低下を防止することができるので、潤滑油タンク7やガスタービン1等の既設設備の放熱によりエンクロージャ2内の室温を十分に維持、上昇させることができる。そのため、特殊な耐低温材料を採用する、或いは、例えばエアコンディショナー等の温度調整手段を追加、設置する等の対策を講じる必要がない。また、エアコンディショナー等を設ける必要がないので、その吐出流量に合わせて比較的大型の換気ファンに仕様変更する必要もない。
以上のように、本実施形態のガスタービン設備の換気システム及び換気方法によれば、寒冷地や気温変化が大きな特殊地域で運用する場合にも柔軟に対応して最適な換気能力及び冷却能力を発揮することができるので、高い信頼性を確保することができ、しかも設備コストを大幅に削減することができる。
なお、図3に示した手順においては、換気ファン7の駆動制御について説明していないが、例えば、前述した室温Tに応じた吸気パターン、言い換えれば室温Tに応じ、換気ファン7の駆動速度を制御すると、より最適な換気能力及び冷却能力を発揮させることができる。
さらに、以上においては、寒冷地での運用にも適用可能なように、ガスタービン1のコールドスタート時に対応して、運転開始後、通常の地域での運転状態に達するまでの間には、建屋内の空気を吸い込むことができるようにしたが、想定される最低温度が著しく低くない地域においては、建屋内の空気を吸い込む構成は必ずしも必要ない。したがって、一例として、図4に示したように、建屋内の空気を吸い込む第1ダクト21と吸気切り換え用のダンパ23を省略し、単に建屋外の空気(外気)を直接エンクロージャ2内に吸い込む構成としても良い。
図4に示したシステムを運用する場合には、コントローラ9には、室温Tを吸気切換温度T0と比較して吸気源を切り換えるプログラムを格納しておく必要はなく、室温Tと吸気流量変更温度T1との比較により換気量を増減させるプログラムを格納しておけば良い。したがって、図4のシステムにおいては、室温Tを吸気流量変更温度T1と比較して、室温Tが吸気流量変更温度T1以上であれば、冷却能力増大のため、ダンパ5を開放し吸気流量を増大させ、反対に、吸気流量変更温度T1以下であれば、過冷却防止のために、ダンパ5を閉じて吸気流量を抑制する。
このようなシステムであっても、著しく低い外気温度での運用が想定されない場合には、気温変化が大きな地域においても柔軟に対応して最適な換気能力及び冷却能力を発揮することができ、これにより高い信頼性を確保することができ、しかも設備コストを大幅に削減することができる。
なお、以上においては、吸気流量調整手段、吸気切換手段として、それぞれダンパ5,23を用いたが、例えば、バタフライ弁や仕切り弁等、流路を開閉制御することができるものであれば適用可能であり、その態様に限定されない。勿論、単に流路を開閉するものに限られず、流路の開度を調整可能なものであっても適用可能であり、この場合には、室温Tに応じて各吸気口の開閉パターンに加え、開度調整を行うことにより、より高精度な換気能力及び冷却能力を発揮させることができる。
また、以上に説明した本発明のガスタービン設備の換気システム及び換気方法は、ガスタービン発電所のみならず、石油加工工場の換気システム、産業用空調システム等にも十分に応用可能である。
本発明のガスタービン設備の換気システムの一実施形態の概略図である。 本発明のガスタービン設備の換気システムの一実施形態に備えられた制御手段の概略構成を表すブロック図である。 本発明のガスタービン設備の換気システムの一実施形態に備えられた制御手段による制御手順の一例を表したフローチャートである。 本発明のガスタービン設備の換気システムの他の実施形態の概略図である。
符号の説明
1 ガスタービン
2 エンクロージャ
3 吸気口
4 吸気口
5 ダンパ(吸気流量調整手段)
6 排気口
7 換気ファン
8 温度検出手段
9 コントローラ(制御手段)
20 吸気管路
21 第1ダクト
22 第2ダクト
23 ダンパ(吸気切換手段)
T 室温
T0 吸気切換温度
T1 吸気流量変更温度

Claims (7)

  1. 建屋内に設けられ、内部にガスタービンを収容したエンクロージャと、
    このエンクロージャに設けた複数の吸気口と、
    これら複数の吸気口からの吸気流量を調整する吸気流量調整手段と、
    前記エンクロージャに設けた少なくとも1つの排気口と、
    前記エンクロージャ内の換気を行う換気ファンと、
    前記エンクロージャ内の温度を検出する温度検出手段と、
    この温度検出手段からの検出信号に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力する制御手段と
    を備えたことを特徴とするガスタービン設備の換気システム。
  2. 建屋内に設けられ、内部にガスタービンを収容したエンクロージャと、
    このエンクロージャに設けた複数の吸気口と、
    これら複数の吸気口の開閉パターンを選択的に切り換え、前記複数の吸気口による合計開口面積を増減させて吸気流量を調整する吸気流量調整手段と、
    前記エンクロージャに設けた少なくとも1つの排気口と、
    前記エンクロージャ内の換気を行う換気ファンと、
    前記エンクロージャ内の温度を検出する温度検出手段と、
    この温度検出手段からの検出信号に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力する制御手段と
    を備えたことを特徴とするガスタービン設備の換気システム。
  3. 請求項1又は2に記載のガスタービン設備の換気システムにおいて、前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号を基に、前記エンクロージャ内の室温と予め設定された吸気流量変更温度とを比較演算し、この比較結果に応じて前記吸気流量調整手段に駆動信号を出力するプログラムを格納していることを特徴とするガスタービン設備の換気システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載のガスタービン設備の換気システムにおいて、
    前記建屋内の空気を吸い込む少なくとも1つの第1ダクト、及び前記建屋外の空気を吸い込む少なくとも1つの第2ダクトを有し、前記複数の吸気口に接続された吸気管路と、
    前記温度検出手段の検出信号に応じて出力される前記制御手段からの駆動信号によって、前記第1及び第2ダクトを選択的に開閉する吸気切換手段と
    を備えたことを特徴とするガスタービン設備の換気システム。
  5. 請求項4に記載のガスタービン設備の換気システムにおいて、前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号を基に、前記エンクロージャ内の室温と予め設定された吸気切換温度とを比較演算し、この比較結果に応じて前記吸気切換手段に駆動信号を出力するプログラムを格納していることを特徴とするガスタービン設備の換気システム。
  6. 建屋内のエンクロージャ内にガスタービンを収容したガスタービン設備の換気方法において、
    運転開始時には、前記エンクロージャに設けた複数の吸気口の一部のみを開放しておき、
    その後、前記エンクロージャ内の室温を予め設定された吸気流量変更温度と比較し、この比較結果に応じて、前記複数の吸気口の開閉状態を調整して前記エンクロージャへの吸気流量を調整し換気量を増減させる
    ことを特徴とするガスタービン設備の換気方法。
  7. 請求項6に記載のガスタービン設備の換気方法において、前記エンクロージャ内の室温を予め格納された吸気切換温度と比較し、この比較結果に応じて、前記エンクロージャへの吸気源を、前記建屋内の空気又は前記建屋外の空気のいずれかに選択的に切り換えることを特徴とするガスタービン設備の換気方法。
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DE102017217535A1 (de) * 2017-10-02 2019-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Belüftungsanlage, System und Verfahren zum Betreiben einer Belüftungsanlage

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