JP2008151030A - 圧縮機の洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機全体を容易に洗浄することのできる洗浄方法及び洗浄装置の提供
【解決手段】圧縮機２の車室５に備えられる抽気スリット５ａに仮設洗浄水噴射ノズル６ａと仮設洗浄水噴射配管６ｂとを通して、仮設洗浄水噴射ノズル６ａを動翼３と対向するように設置するとともに仮設洗浄水噴射ノズル６ａから洗浄水を噴射する。また、圧縮機の入り口ケーシングに備えられた洗浄水噴射ノズルからも洗浄水を噴射することとする。このように構成することで、圧縮機２の前段と後段とからそれぞれ洗浄水が圧縮機２内部に噴射されるため、動翼３及び静翼４を効果的に洗浄することができる。したがって、圧縮機効率の低下及びガスタービンの熱効率の低下を低減させることができる。
【選択図】図２

Description

ガスタービンに備えられる圧縮機の動翼及び静翼を洗浄する洗浄装置及び洗浄方法に関する。

ガスタービンは、燃料を燃焼させたときに発生する高圧の燃焼ガスによってタービンを回転させて動力を得るものであり、このようなガスタービンの模式的な断面と側面とを示す模式図を図５に示す。なお、図５においては中央の一点鎖線より上の部分を断面図、下の部分を側面図として表している。

図５に示すように、ガスタービン１０は、燃料と圧縮空気とを混合させて燃焼させる燃焼器１２と、燃焼器１２に圧縮空気を送るために空気を吸い込んで圧縮する圧縮機１１と、燃焼器１２から排出される燃焼ガスを受けて回転することによって動力を発生させるタービン１３と、を備え、燃焼器１２は内部に燃料と圧縮空気とが供給されるとともにこれらを燃焼させる燃焼室１２ａを備える。また、ガスタービン１０の中心には圧縮機１１とタービン１３との共通の軸である回転軸１０ａが備えられ、この回転軸１０ａが回転することによって圧縮機１１で空気の圧縮が行われ、タービン１３で動力が発生する。

圧縮機１１は、空気の吸い込み口である入口ケーシング１１ａと、圧縮機１１の外枠であり筒状の形状であるとともに長手方向が回転軸１０ａと略平行である車室１１ｂと、回転軸１０ａに接続するとともに回転軸１０ａが回転することによって車室１１ｂの内部を回転する動翼１１ｃと、車室１１ｂの内壁に備えられて動かない静翼１１ｄと、を備える。また、動翼１１ｃと静翼１１ｄとは回転軸１０ａに沿って交互に複数段備えられ、回転軸１０ａの回転によって動翼１１ｃが回転するとともに動翼１１ｃの回転によって発生した空気の流れを静翼１１ｄが整えることで効率よく空気を圧縮して燃焼器１２に排出する。

同様にタービン１３も、タービン１３の外枠であり筒状の形状であるとともに長手方向が回転軸１０ａと略平行である車室１３ａと、回転軸１０ａに接続するとともにタービン１３内を回転することで回転軸１０ａを回転させる動翼１３ｂと、車室１３ａの内壁に備えられて動かない静翼１３ｃと、を備える。また、動翼１３ｂと静翼１３ｃとは回転軸１０ａに沿って交互に複数段備えられており、静翼１３ｃが燃焼ガスの流れを整えて動翼１３ｂに当たるようにすることで、動翼１３ｂが効率よく回転するとともに回転軸１０ａが回転し、動力が発生する。

ところで、圧縮機１１の動翼１１ｃ及び静翼静翼１１ｄは、圧縮機１１に吸い込まれる空気に含まれる塵などが付着することによって汚れてしまう。そして、動翼１１ｃ及び静翼１１ｄが汚れると圧縮機効率が低下し、ガスタービン１０全体の熱効率が低下する問題が生じる。

そのため、この問題を解決するために圧縮機１１の入口ケーシング１１ａに洗浄水噴射ノズル１１ｅを設け、ノズル１１ｅから噴射される洗浄水によって圧縮機１１内の洗浄を行う洗浄方法が提供されている。この洗浄方法には、回転軸１０ａの回転数をガスタービン１０の定格回転数にして行うオンライン洗浄と、ガスタービン１０の起動時の回転数であるスピン回転数（定格回転数の１５〜２０％程度）にして洗浄を行うオフライン洗浄とがある。また、他の洗浄方法としては、ガスタービン１０が停止した状態で車室１１ｂを開放して、動翼１１ｃ及び静翼１１ｄに付着した汚れを直接拭き取るという洗浄方法がある。

しかしながら、オフライン洗浄においては圧縮機１１の前段の洗浄には効果があるが、サージングの防止のために圧縮機１１内の空気を抽気する必要があり、そのために洗浄水が圧縮機１１の内部から抜けやすくなり後段まで洗浄水が届かない問題があった。また、オンライン洗浄においては抽気しないため洗浄水を後段まで届かせることができるが、前段の汚れが後段に再付着することがあり、再付着してしまうと圧縮機効率の低下をさらに促進させてしまう問題がある。一方、直接拭き取る方法を用いると、洗浄効果は大きいが大がかりな作業となり、ガスタービン１０が停止する期間も長くなってしまうため頻繁に行うことができないことが問題となる。

そこで、これらの問題を解決するために本願の出願人は、圧縮機のオフライン洗浄において抽気せずに洗浄液を圧縮機内に供給するとともに、洗浄液の供給終了後に回転数を低下させて汚れに洗浄液を浸漬させることで、圧縮機内全体に洗浄液を行き渡らせて汚れを効率よく除去する洗浄方法を提案した（特許文献１参照）。
特開平８−１５２０００号公報

しかしながら、このように洗浄を行うこととしても、やはり圧縮機の前方のみからしか洗浄液が供給されないため、後段の汚れが落とし難いという問題があった。また、前段の汚れが後段に再付着するおそれもある。そして、この後段の汚れが圧縮機効率及びガスタービンの熱効率に大きく作用するため、後段の汚れを洗浄することが最も重要な課題である。

そこで、本発明はこの課題を解決するため、圧縮機の前段だけでなく後段までも容易に洗浄することのできる洗浄装置及び洗浄方法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本発明は、外枠である車室と、回転軸と、当該回転軸に備えられ当該回転軸とともに回転する動翼と、車室の内部の壁面に備えられる静翼と、を備え、入口部から吸い込んだ空気を圧縮して出口部より排出する圧縮機の、動翼と静翼とを洗浄する洗浄装置において、圧縮機の入口部と出口部との間の中間部から洗浄水を噴射する洗浄水噴射部を備えることを特徴とする。

また、上記構成の洗浄装置において、洗浄水噴射部が、圧縮機の中間部において車室の内部に挿入されるとともに洗浄水を噴射する仮設洗浄水噴射ノズルと、当該仮設洗浄水噴射ノズルに接続するとともに洗浄水を当該仮設洗浄水噴射ノズルに供給する仮設洗浄水噴射配管と、を備えることとしても構わない。

また、上記構成の洗浄装置において、仮設洗浄水噴射ノズルが、圧縮機の中間部から圧縮された空気を抽気するために車室に設けられる抽気スリットを通って、動翼と対向するように配置されることとしても構わない。

また、上記構成の洗浄装置において、車室の外部に取合フランジが備えられ、仮設洗浄水噴射ノズルが当該取合フランジから挿入されるとともに仮設洗浄水噴射配管が当該取合フランジに固定されることとしても構わない。

また、本発明は、外枠である車室と、回転軸と、当該回転軸に備えられて回転する動翼と、車室の内部の壁面に備えられる静翼と、を備え、入口部から吸い込んだ空気を圧縮して出口部より排出する圧縮機の、動翼と静翼とを洗浄する洗浄方法において、動翼を回転させるとともに、圧縮機の入口部と出口部との間の中間部から洗浄水を噴射することを特徴とする。

また、上記構成の洗浄方法において、圧縮機の入口部から洗浄水を噴射することとしても構わないし、動翼の回転速度を、圧縮機の起動時に行うスピン回転の回転速度と略等しいものとしても構わない。

本発明の構成によれば、圧縮機の前段だけでなく後段にも直接洗浄水を噴射できることとしたため、圧縮機の前段だけでなく後段をも容易に洗浄することができる。したがって、圧縮機効率の低下及びガスタービンの熱効率の低下を低減させることができる。

以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。まず、図１〜図３を用いて、本発明の実施形態における洗浄装置の構成について説明する。図１は、洗浄装置を設置したガスタービンの模式的な断面と側面とを示す模式図であり、従来のガスタービンについて示した図５に相当するものである。また、図２は圧縮機の後段の拡大断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面を示す模式的な断面図である。

図１に示すように、ガスタービン１に備えられる圧縮機２は、ガスタービン１及び圧縮機２の略中心に備えられる回転軸１ａと、空気の吸い込み口である入口ケーシング７と、入口ケーシング７に備えられて洗浄水を圧縮機内に噴射する洗浄ノズル７ａと、圧縮機２の外枠であり筒状の形状であるとともに長手方向が回転軸１ａと略平行である車室５と、回転軸１ａに接続するとともに回転軸１ａが回転することによって車室５の内部を回転する動翼３と、車室５の内壁に備えられて動かない静翼４と、を備える。動翼３と静翼４とは回転軸１ａに沿って交互に複数段備えられており、回転軸１ａの回転によって動翼３が回転するとともに動翼３の回転によって発生した空気の流れを静翼４が整えることで効率よく空気を圧縮する。また、サージングを防止するために抽気される空気が通過する抽気スリット５ａが車室５に備えられ、車室５の長手方向に沿って３段備えられている。また、各段の抽気スリット５ａは車室５の周方向に沿ってつながっており、それぞれ車室５の全周に備えられている。

また、洗浄装置６が圧縮機２の後段に備えられており、この洗浄装置６については図２の圧縮機２の後段を拡大した拡大断面図を用いて説明する。図２に示すように、洗浄装置６は、抽気スリット５ａを通り動翼３と対向するように配置されるとともに動翼３に洗浄水を噴射する仮設洗浄水噴射ノズル６ａと、仮設洗浄水噴射ノズル６ａに接続して洗浄水を供給する仮設洗浄水噴射配管６ｂと、を備え、これらを車室５の内部に挿入するための取合フランジ５ｂが、各段の抽気スリット５ａ近傍の車室５外部にそれぞれ設けられている。そして、取合フランジ５ｂに仮設洗浄水噴射配管６ｂが固定されるとともに、取合フランジ５ｂと仮設洗浄水噴射配管６ｂとの間には隙間が生じないようにシーリングが施されている。また、仮設洗浄水噴射配管６ｂの車室５外部に突出した端部のそれぞれは１つの仮設マニホールド６ｃに接続しており、この仮設マニホールド６ｃからそれぞれの仮設洗浄水噴射配管６ｂに洗浄水が供給される。なお図２は、すべての段の抽気スリット５ａに対して仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを備えた場合について示している。そのため、取合フランジ５ｂも抽気スリット５ａの段数に合わせて３段設けられている。

また、図３の断面図に示すように、取合フランジ５ｂは車室５の周方向に沿って複数備えられており、仮設洗浄水噴射配管６ｂも周方向に複数備えられている。そして、それぞれの取合フランジ５ｂにそれぞれの仮設洗浄水噴射配管６ｂが固定されている。仮設マニホールド６ｃはそれぞれの仮設洗浄水噴射配管６ｂに洗浄水を供給するために車室５の周方向に沿った円形になっている。また、仮設マニホールド６ｃの一部には洗浄水の供給源（不図示）と接続する洗浄水供給ライン６ｄが接続し、これより洗浄水が仮設マニホールド６ｃに供給される。なお、この図では例として、６個の取合フランジ５ｂが車室５の周方向に等間隔で整列しており、６個の仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂがそれぞれに挿入及び固定されて設置された場合について示している。

次に、この洗浄装置の動作について引き続き図１〜図３を用いて説明する。

まず、この洗浄装置６は洗浄を行う時のみ圧縮機２に設置されるが、図２及び図３に示す取合フランジは車室５に常設されており、これらは洗浄装置６を設置する時以外は閉じられている。そして、洗浄装置６が圧縮機２に設置されて動翼３がスピン回転数で回転されることで洗浄準備が完了し、洗浄水がそれぞれの仮設洗浄水噴射ノズル６ａから動翼３に向かって噴射され、洗浄動作が行われる。このとき、図１に示す回転軸１ａの回転によって動翼３が回転することで、洗浄水がより後段にまで運ばれる。

また、図１に示すように、圧縮機２の空気の吸い込み口である入口ケーシング７に設けられた洗浄水噴射ノズル７ａからも同時に洗浄水が噴射され、これによって主に圧縮機２の前段の洗浄が行われる。そして、洗浄水の噴射及び動翼３の回転が停止して洗浄が終了すると、圧縮機２の各部に溜まった汚れを含んだ洗浄水が、ガスタービン１の下部に設けられたドレン（不図示）が開かれることでガスタービン１の外へ排出される。

このように構成することで、圧縮機２の前段にも後段にも洗浄水を噴射することが可能となる。そして、回転軸１ａの回転にともないそれぞれの段から噴射された洗浄水はそれぞれの後段方向に供給され、圧縮機２全体に備えられる動翼３及び静翼４の汚れを効果的に除去することができる。さらに、圧縮機２の後段に直接洗浄水が噴射されるため、圧縮機２の前段を洗浄することによって取れた汚れが後段に再び付着することを防ぐことができる。したがって、圧縮機効率の低下及びガスタービン１の熱効率の低下を低減させることができる。

また、取合フランジ５ｂを設けることで、圧縮機２への洗浄装置６の設置を容易にすることができる。そのため、洗浄装置６の設置に長い期間がかかることがなく、車室５を開放して動翼３及び静翼４を直接拭き取って洗浄を行うよりも短い期間で容易に洗浄を行うことができる。

なお、図２において、仮設洗浄水噴射ノズル６ａが動翼３の中央部と対向するように配置されるように示したが、仮設洗浄水噴射ノズル６ａの位置を動翼３の根元側、即ち回転軸１ａ側に近づけることとしても構わない。このように構成して動翼３の根元側に洗浄水を噴射することとすると、回転軸１ａの回転によって生じる遠心力により洗浄水が放射状に広がるため、効率よく圧縮機２の動翼３及び静翼４の全体を洗浄することができる。

また、洗浄水は純水であっても構わないし、例えば洗剤などの洗浄力を高めるものを純水に混入させたものであっても構わない。また、洗剤を混入させた洗浄水を使用した場合において、最後に純水を噴射することで洗剤の成分をガスタービン１の外へ排出することとしても構わない。

また、洗浄動作を行うときに、圧縮機２において抽気することとしても構わないし、抽気しないこととしても構わない。いずれにおいても、抽気スリット５ａに設置された仮設洗浄水噴射ノズル６ａから洗浄水が供給されるため、たとえ抽気スリット５ａから洗浄水が抜け出るとしても、圧縮機２の後段に備えられた動翼及び静翼まで洗浄水を届かせることが可能となる。

また、図２及び図３において、車室５の長手方向に沿って３段の抽気スリット５ａが設けられており、この３段の抽気スリット５ａすべてに仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを設置した場合について説明したが、車室５に備えられる抽気スリット５ａの数や大きさによって、全ての段の抽気スリット５ａに対して仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂと取合フランジ５ｂとを設置することとしても構わないし、一部の段の抽気スリット５ａに対してのみこれらを設置することとしても構わない。

また、図３に示すように各段の抽気スリット５ａに対してそれぞれ周方向に６個の仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを設置することとしても構わないし、仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを設置する場所や数を変更しても構わない。例えば、仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを周方向において等間隔に設置せず、一部の間隔を狭くして設置しても構わないし、設置する数を多くしても少なくしても構わない。ただし、仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを設置する場所や数の変更に対して、取合フランジ５ｂを設ける位置や数についても対応するように変更する。また、抽気スリット５ａの段毎に、仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂが設置される場所や数が異なるものとなっても構わない。

このように構成することで、例えば汚れの付着しやすい部分など、より重点を置いて洗浄を行いたい部分の近傍に仮設洗浄水噴射ノズル６ａ及び仮設洗浄水噴射配管６ｂを設置したり、設置する数を増やしたりすることが可能となり、効果的な洗浄を行うことができる。

また、仮設洗浄水噴射ノズル６ａに設けられる洗浄水を噴射する孔のサイズなどを適宜変更することによって、噴射される洗浄水の圧力や流量を調整することとしても構わない。このように構成することによって、圧縮機２の各段や各部分において洗浄力を可変することが可能となり、効果的な洗浄を行うことができる。

また、図４の仮設洗浄水噴射ノズルの別例を示す側面図に示すように、仮設洗浄水噴射ノズル６ａを仮設洗浄水噴射配管６ｂの先端に備えるだけでなく、先端近傍に複数備えることとしても構わない。このように構成することによってより広い範囲に洗浄水を噴射することができる。

また、仮設洗浄水噴射ノズル６ａの洗浄水を噴射する方向を、圧縮機２内を流れる空気の方向に沿った方向としても構わない。このように構成することで、洗浄水をより後段にまで届きやすくすることができる。

また、以上に説明した洗浄装置６を用いる他にも、圧縮機２の後段から洗浄水を供給する洗浄方法であれば、どのようなものを用いて行っても圧縮機２に備えられる動翼３及び静翼４の洗浄を効果的に行うことが可能となり、圧縮機効率の低下とガスタービン１の熱効率の低下とを低減することができる。

例えば、静翼からその後段方向に洗浄水が噴射されるように構成しても構わない。このように構成する場合、静翼は車室と接続しているため、車室側から洗浄水を供給することとする。また、洗浄水を噴射する静翼は圧縮機後段に１段だけ設けることとしても構わないし、複数段設けても構わない。さらに、一つの段の全ての静翼から洗浄水が噴射されることとしても構わないし、一部の静翼のみから洗浄水が噴射されることとしても構わない。また、段ごとに洗浄水を噴射する静翼の数や配置が異なるものとなっても構わない。

また、このように静翼から洗浄水を噴射させる場合に、洗浄水を静翼に供給するマニホールドや配管などを洗浄を行う毎に取り付けることとしても構わないし、車室に常設することとしても構わない。マニホールドや配管を車室に常設することとすると、洗浄を行う度に洗浄装置を車室に設置する必要がなくなり、洗浄が非常に容易となる。

さらに別例として、静翼を固定する部分である翼環からその後段へ向けて洗浄水が噴射されるように構成してもよい。洗浄水を噴射する翼環は、車室に接続する外側翼環でも構わないし、圧縮機の中心側に備えられた内側翼環でも構わない。このとき、外側翼環から洗浄水が噴射されるように構成する場合は、車室に洗浄水を供給する配管を設けるとともに車室側から洗浄水を外側翼環に供給することとしても構わない。また、内側翼環から洗浄水が噴射されるように構成する場合は、車室に洗浄水を供給する配管を設けるとともに車室側から供給する洗浄水が、静翼の内部または静翼に沿って設けられた配管を介して内側翼環に供給することとしても構わない。また、外側翼環と内側翼環との両方から洗浄水が後段方向に噴射されることとしても構わない。

また、このように翼環から洗浄水を噴射させる場合に、洗浄水を翼環に供給するマニホールドや配管などを洗浄を行う毎に取り付けることとしても構わないし、車室に常設することとしても構わない。マニホールドや配管を車室に常設することとすると、洗浄を行う度に洗浄装置を車室に設置する必要がなくなり、洗浄が非常に容易となる。また、内側翼環から洗浄水を噴射するように構成すると、回転する動翼の根元側に洗浄水を噴射しやすくなる。このように洗浄水を噴射することによって、回転軸の回転によって生じる遠心力により洗浄水が放射状に広がるため、効率よく圧縮機の動翼及び静翼の全体を洗浄することができる。

本発明は、ガスタービンに備えられる圧縮機の動翼及び静翼を洗浄する洗浄装置及び洗浄方法において利用可能である。

は、本発明の実施形態における洗浄装置をガスタービンに設置した場合の模式的な断面と側面とを示す模式図である。 は、本発明の実施形態における洗浄装置を設置した場合の圧縮機の後段の拡大断面図である。 は、本発明の実施形態における洗浄装置を設置した場合の圧縮機の後段の模式的な断面図である。 は、本発明の実施形態における洗浄装置の仮設洗浄水噴射ノズルの別例を示す側面図である。 は、従来のガスタービンの模式的な断面と側面とを示す模式図である。

符号の説明

１ ガスタービン
１ａ 回転軸
２ 圧縮機
３ 動翼
４ 静翼
５ 車室
５ａ 抽気スリット
５ｂ 取合フランジ
６ 洗浄装置
６ａ 仮設洗浄水噴射ノズル
６ｂ 仮設洗浄水噴射配管
６ｃ 仮設マニホールド
６ｄ 洗浄水供給ライン
７ 入口ケーシング
７ａ 洗浄水噴射ノズル

Claims (7)

1. 外枠である車室と、回転軸と、当該回転軸に備えられ当該回転軸とともに回転する動翼と、前記車室の内部の壁面に備えられる静翼と、を備え、入口部から吸い込んだ空気を圧縮して出口部より排出する圧縮機の、前記動翼と前記静翼とを洗浄する洗浄装置において、
   前記圧縮機の前記入口部と前記出口部との間の中間部から洗浄水を噴射する洗浄水噴射部を備えることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記洗浄水噴射部が、前記圧縮機の前記中間部において前記車室の内部に挿入されるとともに前記洗浄水を噴射する仮設洗浄水噴射ノズルと、当該仮設洗浄水噴射ノズルに接続するとともに前記洗浄水を当該仮設洗浄水噴射ノズルに供給する仮設洗浄水噴射配管と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記仮設洗浄水噴射ノズルが、前記圧縮機の前記中間部から圧縮された空気を抽気するために前記車室に設けられる抽気スリットを通って、前記動翼と対向するように配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記車室の外部に取合フランジが備えられ、前記仮設洗浄水噴射ノズルが当該取合フランジから挿入されるとともに前記仮設洗浄水噴射配管が当該取合フランジに固定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の洗浄装置。
5. 外枠である車室と、回転軸と、当該回転軸に備えられて回転する動翼と、前記車室の内部の壁面に備えられる静翼と、を備え、入口部から吸い込んだ空気を圧縮して出口部より排出する圧縮機の、前記動翼と前記静翼とを洗浄する洗浄方法において、
   前記動翼を回転させるとともに、前記圧縮機の前記入口部と前記出口部との間の中間部から洗浄水を噴射することを特徴とする洗浄方法。
6. 前記圧縮機の前記入口部から前記洗浄水を噴射することを特徴とする請求項５に記載の洗浄方法。
7. 前記動翼の回転速度が、前記圧縮機の起動時に行うスピン回転の回転速度と略等しいことを特徴とする請求項５に記載の洗浄方法。

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