JP2006017039A

JP2006017039A - ガスタービンとその潤滑油冷却方法

Info

Publication number: JP2006017039A
Application number: JP2004196393A
Authority: JP
Inventors: Michio Nakayama; 道夫中山; Yutaro Kawasaki; 裕太郎川▲崎▼
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】
本発明の目的は、高圧ガスを用いた燃料のガス化における減圧時の冷熱エネルギーを有効に回収し潤滑油の冷却に要する電力量を削減可能なガスタービンとその潤滑油冷却方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、一体の軸によって回転可能に軸受に支承された圧縮機及びタービンと、気化された高圧ガスを減圧する減圧弁とを有し、該減圧されたガスを燃料とするガスタービンにおいて、前記減圧されたガスと前記軸受から排出される潤滑油との熱交換を行う熱交換器と、前記排出される潤滑油を前記熱交換器に供給する第１の潤滑油配管と、前記熱交換器によって冷却された前記潤滑油を前記軸受に供給する第２の潤滑油配管とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）や、高圧で貯蔵されたガスを減圧して燃料とする新規なガスタービンとその潤滑油冷却方法に関する。

化学プラント等に設置される低容量のガスタービン発電機において、燃料とするＬＮＧ（液化天然ガス）は液化して高圧でタンクに封入されているため、使用する際には各機器に対応可能な圧力（約十分の一）に減圧しなければならない。ガスを減圧した場合には、ボイル・シャールの法則により、減圧前より急激に温度が低下する。温度が下がることは、すなわち冷熱エネルギーを保有することになるが、これを有効に回収していない。

大容量のタービン発電機においては、ＬＮＧを気化したときの気化潜熱を利用してエネルギーを回収している例はあるが、タンクに貯蔵された高圧ガスを減圧して使用する場合には、潜熱を適用できない問題がある。

図３は従来の軸受の潤滑油冷却系を有するＬＮＧを燃料とするガスタービンの系統図である。ガスタービン１は、圧縮機１ａ、燃焼装置４、タービン１ｂ、発電機ＧＮから構成され、軸受３には圧縮機１ａとタービン１ｂとが一体に結合された軸２が回転自在に支承されている。ＬＮＧタンク５には、メタンガス等が液化して高圧で封入してあり、ＬＮＧ気化器６によりガス状に気化され、減圧弁７で所定の圧力に下げられる。例えば液化状態での圧力が１．３ＭＰａとすると、０．１ＭＰａ程度に減圧する。減圧された燃料ガスは、ガス配管１０を介して燃焼装置４に送られ、燃焼装置４にて形成された高温の燃焼ガスをタービン１ｂに供給し、軸２を回転させて発電機ＧＮにより発電する。

空冷式のクーリングタワー８と熱交換器９との間を冷却水配管１２で接続し、潤滑油の熱を冷却水で熱交換させる。潤滑油との熱交換で暖められた冷却水はクーリングタワー８で冷却され、熱交換器９に送られると共に、熱はファン１９で外部に放出される。運転中には軸受３の温度が上昇するため、所定の温度範囲に収める必要があり、潤滑油で冷却される。高温となった潤滑油は潤滑油配管１３を介して熱交換器９に送られ、冷却水との間で熱交換が行われ、冷却された潤滑油が潤滑油配管１４により軸受３に導入され、軸受３が冷却される。以上のように、潤滑油は、潤滑油配管１３、熱交換器９、潤滑油配管１４、軸受３と順次循環し、軸受３は所定の温度に保持される。

しかしながら、従来の冷却方式では、クーリングタワーや冷却ファン等が必要で、これらを駆動するためのエネルギーロスが大きい問題がある。したがって減圧時の冷熱エネルギーを、この潤滑油冷却に有効に活用できれば、冷却システム関連の電力消費量を低減できることになる。

本発明の目的は、高圧ガスを用いた燃料の減圧時の冷熱エネルギーを有効に回収し潤滑油の冷却に要する電力量を削減可能なガスタービンとその潤滑油冷却方法を提供することにある。

本発明は、一体の軸によって回転可能に軸受に支承された圧縮機及びタービンと、気化された高圧ガスを減圧する減圧弁とを有し、該減圧されたガスを燃料とするガスタービンにおいて、前記減圧されたガスと前記軸受から排出される潤滑油との熱交換を行う熱交換器と、前記排出される潤滑油を前記熱交換器に供給する第１の潤滑油配管と、前記熱交換器によって冷却された前記潤滑油を前記軸受に供給する第２の潤滑油配管とを有することを特徴とする。

前記第２の潤滑油配管内の前記潤滑油の温度を検出する温度センサと、前記第１の潤滑油配管と前記第２の潤滑油配管との間に設けられたバイパス配管と、該バイパス配管に設置された流量調節弁とを有し、前記検出された温度に基づいて前記流量調節弁を調整することにより前記冷却された潤滑油への前記排出される潤滑油の供給量を調整すること、又、前記減圧されたガスの圧力を検出する圧力センサが、前記減圧弁と前記熱交換器との間、又は前記熱交換器と前記燃料を燃焼し燃焼ガスを形成する燃焼器との間に設けられていることが好ましい。

又、本発明は、一体の軸によって回転可能に軸受に支承された圧縮機とタービンとを有し、気化された高圧ガスを減圧し、該減圧されたガスを燃料とするガスタービンの潤滑油冷却方法において、前記減圧されたガスと軸受から排出される潤滑油との熱交換によって冷却された前記潤滑油を前記軸受に供給することを特徴とする。

前記冷却された潤滑油の温度を検出し、該検出された温度に基づいて前記冷却された潤滑油に前記冷却前の前記潤滑油を供給し、前記冷却後の潤滑油の温度を所定値に保持すること、又、前記熱交換された前記減圧されたガスの圧力を検出し、その圧力を一定に保つようにすることが好ましい。

本発明によれば、高圧ガスを用いた燃料ガスの減圧時の冷熱エネルギーを有効に回収し潤滑油の冷却に要する電力量を削減可能なガスタービンとその潤滑油冷却方法を提供することができる。

図１は本発明の軸受の潤滑油冷却系を有するガスタービンの系統図である。本実施例のガスタービン１は、前述した図３に示すガスタービンと同じものであるが、従来用いられているクーリングタワー８及び冷却水による熱交換器９に代えて本発明の潤滑油冷却系を有するもので、クーリングタワー８及び冷却水による熱交換器９を省略できる。本実施例においては、図１に示すように、減圧されたガスと軸受３より排出される加熱された潤滑油との熱交換を行う熱交換器１１と、排出される潤滑油を熱交換器１１に供給する第１の潤滑油配管１３と、熱交換器１１によって冷却された潤滑油を軸受３に供給する第２の潤滑油配管１４とを有するものである。第２の潤滑油配管１４には潤滑油タンク１９、潤滑油ポンプ１７が設けられ、冷却された潤滑油がガスタービン１の両側の軸受３に供給される。軸受３は大型ガスタービンではガスタービン１の圧縮機１ａとタービン１ｂとの間にも設けられ、その場合の軸受３にも冷却された潤滑油が供給される。又、気化器６によりガス状に気化された高圧燃料ガスは減圧弁７によって減圧されるが、その減圧されたガスはその膨張によって自ら冷却され、その冷却されたガスが熱交換器１１に供給される。

熱交換器１１は、ガス配管１０よりやや大径の管からなり、その管がガス配管１０にフランジによって互いに接続され、大径の管の内周面全面には潤滑油を流通させる１本のパイプが管の軸方向に沿って所定の間隔でパイプの長さに合わせて繰り返し蛇行させて１段設けられているものである。

図２は図１の潤滑油冷却部の詳細を示す系統図である。熱交換器１１はガス通路と潤滑油通路とが形成されており、これらの通路を減圧されて冷却された燃料ガスと、潤滑油とがそれぞれ通過すると、燃料ガスの温度低下による熱エネルギーで潤滑油が冷却される。すなわち、ＬＮＧ気化器６からの燃料ガス圧力を減圧弁７で減圧した際、その冷却された冷熱エネルギーが潤滑油によって回収できることになる。

本実施例の潤滑油冷却装置は、流量調節弁１５、圧力センサ１６、潤滑油ポンプ１７、温度センサ１８を有する。軸受３から排出される高温の潤滑油は第１の潤滑油配管１３を通して潤滑油ポンプ１７で熱交換器１１に送られる。熱交換器１１では、冷却された燃料ガスによって潤滑油が冷却される。冷却された潤滑油は、潤滑油配管１４を通して軸受３に戻されるが、その経路における第２の潤滑油配管１４内の潤滑油の温度を温度センサ１８で検出し、設定温度より低過ぎるときは、第１の潤滑油配管１３内の高温の潤滑油を流量調節弁１５によって第２の潤滑油配管１４内に分流させ、潤滑油の温度を上昇させ、調節する。

又、第２の潤滑油配管１４より排出される潤滑油の温度は、設定温度より高くなり過ぎないように、燃料ガスの減圧時の冷熱エネルギーと第１の潤滑油配管１３より流入する潤滑油の温度との関係を予め設定される。

以上のように、本実施例は、一体の軸によって回転可能に軸受３に支承された圧縮機１ａとタービン１ｂとを有し、気化された高圧ガスを減圧し、減圧された冷ガスを燃料とするガスタービンにおいて、冷ガスと軸受３から排出される潤滑油との熱交換によって冷却された潤滑油を軸受３に供給するガスタービンの潤滑油冷却方法にある。これにより、高圧ガスを用いた燃料ガスの減圧時の冷熱エネルギーを有効に回収し、又、潤滑油の冷却に要する電力量を削減することができる。

又、冷却される潤滑油の温度を検出し、検出された温度に基づいて前記冷却された潤滑油に軸受より排出される潤滑油を供給し、冷却後の潤滑油の温度を所定値に保持することによって、高圧ガスを用いた燃料ガスの減圧時の冷熱エネルギーをより有効に回収し潤滑油の冷却に要する電力量をより削減することが可能となる。

本実施例は、燃料をＬＮＧとした例で示したが、高圧ガスをタンクに貯蔵しておき、これを減圧して使用する場合にも適用できることは明らかである。

本発明の潤滑油冷却系を示すガスタービンの系統図である。図１の潤滑油冷却系の詳細を示す系統図である。従来の潤滑油冷却系を示すガスタービンの系統図である。

符号の説明

１…ガスタービン、１ａ…圧縮機、１ｂ…タービン、２…軸、３…軸受、４…燃焼装置、５…ＬＮＧタンク、６…ＬＮＧ気化器、７…減圧弁、１０…ガス配管、１１…熱交換器、１３…第１の潤滑油配管、１４…第２の潤滑油配管、１５…流量調節弁、１６…圧力センサ、１７…潤滑油ポンプ、１８…温度センサ、１９…潤滑油タンク、ＧＮ…発電機。

Claims

一体の軸によって回転可能に軸受に支承された圧縮機及びタービンと、気化された高圧ガスを減圧する減圧弁とを有し、該減圧されたガスを燃料とするガスタービンにおいて、前記減圧された冷ガスと前記軸受から排出される潤滑油との熱交換を行う熱交換器と、前記排出される潤滑油を前記熱交換器に供給する第１の潤滑油配管と、前記熱交換器によって冷却された前記潤滑油を前記軸受に供給する第２の潤滑油配管とを有することを特徴とするガスタービン。
請求項１において、前記第２の潤滑油配管内の前記潤滑油の温度を検出する温度センサと、前記第１の潤滑油配管と前記第２の潤滑油配管との間に設けられたバイパス配管と、該バイパス配管に設置された流量調節弁とを有し、前記検出された温度に基づいて前記流量調節弁を調整することにより前記冷却された潤滑油への前記排出される潤滑油の供給量を調整することを特徴とするガスタービン。
請求項１又は２において、前記減圧されたガスの圧力を検出する圧力センサが、前記減圧弁と前記熱交換器との間、又は前記熱交換器と前記燃料を燃焼し燃焼ガスを形成する燃焼器との間に設けられていることを特徴とするガスタービン。
一体の軸によって回転可能に軸受に支承された圧縮機とタービンとを有し、気化された高圧ガスを減圧し、該減圧されたガスを燃料とするガスタービンの潤滑油冷却方法において、前記減圧されたガスと軸受から排出される潤滑油との熱交換によって冷却された前記潤滑油を前記軸受に供給することを特徴とするガスタービンの潤滑油冷却方法。
請求項４において、前記冷却された潤滑油の温度を検出し、該検出された温度に基づいて前記冷却された潤滑油に前記排出される潤滑油を供給し、前記冷却後の潤滑油の温度を所定値に保持することを特徴とするガスタービンの潤滑油冷却方法。