JP2006207596A

JP2006207596A - ガスタービンの燃料供給装置

Info

Publication number: JP2006207596A
Application number: JP2006128214A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsunaga; 易松永
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】装置全体の小型軽量化が図れ、しかも、外部から冷却を必要とすることなく供給燃料を自由に絞ることができるガスタービンの燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料供給系の流路に、遠心型ポンプとその下流側に容積型ポンプとが直列に配置されるとともに、容積型ポンプを迂回するようにバイパス流路が設けられ、バイパス流路には該バイパス流路を開閉する切替弁が設けられており、前記切替弁は、容積型ポンプの吐出側の圧力によって開閉される構成であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明はガスタービンの燃料供給装置に関する。

ガスタービンには、ガスジェネレータの他に再燃装置（アフターバーナー）を備えるものがある。この場合、通常のガスジェネレータ系統並びに再燃系統に燃料を供給するには、ガスジェネレータ系統用として容積型のポンプが、また再燃系統用として遠心型のポンプがそれぞれ個別に用いられる。

ガスジェネレータ系統用として用いられる容積型のポンプは、比較的小容量の流体を移送するのに適しており、大容量の流体を移送する場合にはポンプ自体が大型化してしまう欠点を持つ。ところで、ガスジェネレータ系統にも大容量の燃料を移送させることが必要になる場合があり、それに合わせて、ガスジェネレータ系統用として大型のポンプを使用しているのが現状であり、これがために、効率的な低下を招いていた。

また、再燃系統用として用いられる遠心型のポンプは、大容量の燃料を移送するのに適しており、容積型ポンプと比較すると、小型化が図れしかも動力が流量に応じて変化するため効率的である。しかしながら、供給量を少なく絞ると、ポンプ効率が低下しこれに伴い発熱するため、ある程度以上供給量を絞ることができない、あるいは外部から強制的に冷却する機構が必要となるなどの欠点があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置全体の小型軽量化が図れ、しかも、外部から冷却を必要とすることなく供給燃料を自由に絞ることができるガスタービンの燃料供給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明では、燃料供給系の流路に、遠心型ポンプとその下流側に容積型ポンプとが直列に配置されるとともに、容積型ポンプを迂回するようにバイパス流路が設けられ、バイパス流路には該バイパス流路を開閉する切替弁が設けられており、前記切替弁は、容積型ポンプの吐出側の圧力によって開閉される構成であることを特徴とする。

第２の発明では、前記燃料供給系は先端が複数の系統に分岐され、その内の一つの系統がガスジェネレータ系統で、他が再燃系統であることを特徴とする。

第３の発明では、燃料供給系の燃料ポンプとして遠心型ポンプと容積型ポンプとが併設され、かつ、それら両ポンプのうちいずれを用いるかを切り替える切替弁を備えていることを特徴とする。

第４の発明では、燃料供給系の流路に、遠心型ポンプとその下流側に容積型ポンプとが直列に配置されるとともに、容積型ポンプを迂回するようにバイパス流路が設けられ、バイパス流路には該バイパス流路を開閉する切替弁が設けられていることを特徴とする。

第１の発明では、アイドリング領域以下の低回転では容積型ポンプを、またアイドリング領域以上の回転では遠心型ポンプを燃料供給用として利用することができ、容積型ポンプは主に小容量供給用として利用することから小型のもので足り、この結果、従来の燃料供給装置に比べて装置全体の小型化が可能となる。また、バイパス流路に設けられた切替弁が切り替わるとき、容積型ポンプから遠心型ポンプへスムーズな移行が行われ、機械的なクラッチ等を使用した切替に比べ軽量化が図れると共に、切替弁を容積型ポンプの吐出側の圧力によって開閉する構成であるから、特別な機構を用いることなく切替弁を切替作動させることができ、弁の構成を簡素化が図れ、かつ、確実な弁作動が実現できる。

第２の発明では、燃料供給系は先端が複数の系統に分岐され、その内の一つの系統がガスジェネレータ系統で他が再燃系統としており、遠心型ポンプによる燃料供給の際、再燃系統への燃料供給量を少なく絞ったところで、遠心型ポンプによる燃料供給はガスジェネレータ系統へも充分に行っているため、効率低下による著しい発熱を回避でき、外部からの強制冷却を必要とすることなく、広い範囲に渡って再燃装置を利用できる。また、設定によりアイドリング領域を越えた時点から遠心型ポンプによる燃料供給が可能となり、大量の燃料消費を前提とする排気ノズル制御がアイドリング領域を越えた時点で行えることとなった。

第３の発明では、燃料供給系の燃料ポンプとして容積型ポンプと遠心型ポンプとを併設し、それら両ポンプのうちいずれを用いるかを切り替える切替弁を備えているから、アイドリング領域以下の低回転では容積型ポンプをまたアイドリング領域以上の回転では遠心型ポンプを燃料供給用として利用することができ、容積型ポンプは主に小容量供給用として利用することから小型のもので足り、この結果、従来の燃料供給装置に比べて装置全体の小型化が可能となる。

第４の発明では、燃料供給系の流路に、遠心型ポンプと容積型ポンプとを配置し、容積型ポンプを迂回するようにバイパス流路を設け、バイパス流路に切替弁を設けているから、切替弁が切り替わるとき、容積型ポンプから遠心型ポンプへスムーズな移行が行われ、機械的なクラッチ等を使用した切替に比べ軽量化が図れる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の概略構成を示している。図中符号１はガスタービン、２は低圧圧縮機、３は高圧圧縮機、４は燃焼室、５は高圧タービン、６は低圧タービン、７は再燃装置（アフターバーナー）、８は排気ノズル、１０は燃料供給装置をそれぞれ示す。

燃料供給装置１０は、図示しない燃料タンクから延びる燃料供給ライン１１に、遠心型ポンプ１２、容積型ポンプ１３（ここでは、ギヤポンプを例に挙げている）が燃料の流れる方向に沿って直列に設けられ、これら容積型ポンプ１３および遠心型ポンプ１２はそれぞれガスジェネレータの回転軸に接続されている。また、燃料供給ライン１１にはバイパス流路１４が容積型ポンプ１３を迂回するように設けられ、バイパス流路１４には切替弁１５が介装されている。なお、１６はフィルタである。

切替弁１５は、弁体１５ａがスプリング１５ｂにより付勢されて内装されており、しかも、連通管１５ｃを介し容積型ポンプ１３の吐出側の圧力が上部の圧力室に導入されるようになっている。そして、圧力室に所定の圧力が導入されると、弁体１５ａがスプリング１５ｂに抗して移動し、弁ケーシングに設けられた両ポート１５ｅ，１５ｆが連通し、これにより、バイパス流路１４を連通状態にする構造になっている。なお、この切替弁１５が「閉」から「開」へ切り替わる切替時期は、当該ガスタービン１がアイドリング領域に達する程度に予め設定される。

容積型ポンプ１３の下流側の燃料供給ライン１１は複数（例えば３系統）に分岐され、その一つは通常の燃焼室４へ燃料を供給するガスジェネレータ系統１１Ａ、他は再燃装置７へ燃料を供給する再燃系統１１Ｂとされる。それらガスジェネレータ系統１１Ａおよび再燃系統１１Ｂを構成する各燃料供給ライン１８，１９，２０にはそれぞれ制御弁２１，２２，２３が介装され、それら制御弁２１，２２，２３は航空用電子制御装置２４からの電気信号によって各開度が制御される。

次に、上記構成のガスタービンの燃料供給装置の作用について説明する。スタート時においては、ガスジェネレータの回転軸によって回転駆動される両ポンプ１２，１３はあまり高い回転とはなっておらず、したがって、遠心型ポンプ１２ではほとんど供給圧が上がらず、主に容積型ポンプ１３によって燃料が燃焼室４へ供給される。このとき、再燃装置７は作動していない。また、容積型ポンプ１３の吐出側の圧力もあまり高い値まで上がっていないため、切替弁１５は「閉」の状態に保持される。

なお、容積型ポンプ１３による燃料移送量がガスジェネレータで消費される量を越える場合には、切替弁１５がそれを感知して一時的に「開」となり、図中破線矢印（イ）で示すように、パイパス流路１４を通して余分な燃料を容積型ポンプ１３の入口側へ戻す。つまり、容積型ポンプ１３による燃料移送量がガスジェネレータでの消費量以上になると、容積型ポンプ１３の吐出側の圧が上がり、その圧が連通管１５ｃを介して切替弁１５の圧力室に導かれ、これによって、弁体１５ａがスプリング１５ｂに抗して移動し、両ポート１５ｅ，１５ｆを連通させる。この結果、容積型ポンプ１３の吐出側の燃料をパイパス流路１４を通して容積型ポンプ１３の入口側へ戻す。

その後、ガスジェネレータの回転軸の回転が上がると、それに伴い遠心型ポンプ１２の吐出側の圧力も上昇し、当該ガスタービン１がアイドリング領域に達した時点で前記切替弁１５は「全開」に切り替わる。したがって、それ以降は、図中実線矢印（ロ）で示すように容積型ポンプ１３を迂回し、主に遠心型ポンプ１２による燃料供給が行われる。

このように、遠心型ポンプ１２による燃料供給は、大容量の流体を移送する場合、容積型ポンプ１３に比べ小型のもので足り、しかも、動力は、流量に応じて変化するため容積型ポンプ１３を用いた移送に比べて効率的である。

以上のように本実施形態によれば、エンジンをスタートしてからアイドリング領域に達するまでの間は、主に容積型ポンプ１３によって燃料を供給し、アイドリング領域に達した後は切替弁１５が切り替わって、主に遠心型ポンプ１２によって燃料供給を供給する。すなわち、回転域の低い状態では、小容量移送に適する容積型ポンプ１３を用い、アイドリング領域以上の回転域に達すると効率的に優れた遠心型ポンプ１２を用いるように自動的に切り替わる。したがって、容量型のポンプは小型のもので足り、燃料供給装置全体として小型化が図れる。

また、アイドリング領域以上になると、主に遠心型ポンプ１２によってガスジェネレータ系統１１Ａあるいは再燃系統１１Ｂへ燃料が供給されるが、再燃系統１１Ｂへの燃料供給量を少なく絞ったところで、遠心型ポンプ１２による燃料供給は、ガスジェネレータ系統１１Ａへも充分に行っているため、著しく発熱することがなく、従来設けていたような特別な冷却装置も設置する必要はない。

なお、上記実施の形態では、ガスタービンの多系統燃料供給装置として再燃装置付きの航空用ガスタービンを例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限られることなく、他のガスタービン燃料供給装置、例えば低ＮＯｘマルチ噴射弁付きのガススタービンにも当然に適用できる。

本発明の一実施例の概略を示す図である。

符号の説明

１…ガスタービン、１０…燃料供給装置、１１…燃料供給ライン、１２…遠心型ポンプ、
１３…容積型ポンプ、１４…バイパス流路、１５…切替弁

Claims

燃料供給系の流路に、遠心型ポンプとその下流側に容積型ポンプとが直列に配置されるとともに、容積型ポンプを迂回するようにバイパス流路（１４）が設けられ、前記バイパス流路には該バイパス流路を開閉する切替弁が設けられており、前記切替弁は、容積型ポンプの吐出側の圧力によって開閉される構成であることを特徴とするガスタービンの燃料供給装置。
前記燃料供給系は先端が複数の系統に分岐され、その内の一つの系統がガスジェネレータ系統（１１Ａ）で、他が再燃系統（１１Ｂ）であることを特徴とする請求項１記載のガスタービンの燃料供給装置。