JP2010216476A - ターボ機械吸気加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機吸気温度を狭い範囲内で維持する。
【解決手段】ターボ機械システム２は、圧縮機吸気口８及び圧縮機抽気口２０を有する圧縮機６と、圧縮機吸気口８及び圧縮機抽気口２０に流体接続された吸気装置４０とを含む。吸気装置４０は、第１端部５４を有し、中間部５６を介して第２端部５５まで延在するプレナム４９を含む。吸気装置４０は更に、プレナム４９の中間部５６に水平方向に延在し、垂直関係に配置された複数の導管８０、９０を有する加熱装置６６を含む。圧縮機抽気口２０からの加熱された空気が複数の導管８０、９０を通過し、プレナム４９を通って圧縮機吸気口８に入る周囲空気の温度を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明はターボ機械に関し、より詳細には、ガスタービンの吸気加熱装置に関する。

ガスタービンの応用には、ガスタービン発電所の運転でガスタービン圧力比が圧縮機の作動圧力比の限界に達し、圧縮機サージを起こす事例がある。タービン圧力比は燃焼器内での圧力損失の影響下にあることから、圧縮機圧力比は一般的にタービン圧力比よりも大きい。圧縮機圧力比を保持するために、圧縮機吐出空気が抽気（ブリード）されて圧縮機入口に再循環する。入口ブリード熱（ＩＢＨ）制御として知られているこの運転方法は、より低温の周囲空気に高温の圧縮機吐出空気のブリード部分を混合することによって、圧縮機入口の吸気温度を上昇させる。

米国特許第６，６８５，４２５Ｂ２号

従来は、圧縮機吸気温度を狭い範囲内で維持するために、多数の垂直マニホルドがブリード空気と圧縮機入口の間に配置される。垂直マニホルドは水平面での混合を行うが、温度勾配がブリード空気内に残って圧縮機吸気温度を狭い範囲内で維持することが難しくなる。

本発明の一態様によれば、ターボ機械は、圧縮機吸気口及び圧縮機抽気口を有する圧縮機と、圧縮機吸気口及び圧縮機抽気口に流体接続された吸気装置とを含む。吸気装置は、第１端部を有し、中間部を介して第２端部まで延在するプレナムを含む。第１端部は周囲空気を受け入れる入口を画定し、第２端部は圧縮機吸気の出口を画定する。吸気装置は更に、プレナムの中間部に水平方向に延在し、垂直関係に配置された複数の導管を有する加熱装置を含む。複数の導管の各々は、第１端部、第２端部及び中間部を含み、第１及び第２端部の少なくとも１つが圧縮機抽気口に流体接続される。圧縮機抽気口からの加熱された空気は複数の導管を通過し、プレナムを通って圧縮機吸気口に入る周囲空気の温度を上昇させる。

本発明の別の態様によれば、ターボ機械への吸気の加熱方法は、周囲空気をプレナムの第１端部に案内するステップと、周囲空気を、プレナムの中間部に水平方向に延在し、垂直関係に配置された複数の導管を通過させるステップと、加熱された圧縮機抽気を複数の導管に導入するステップと、加熱された圧縮機抽気からの熱を、プレナムを通過する周囲空気に伝達するステップとを含む。

上記及びその他の利点及び特徴は、図面に関連してなされる以下の説明からより明らかになるであろう。

例示的実施形態に従った吸気加熱装置を含むターボ機械を示すブロック図である。 図１の吸気加熱装置を示す概略図である。

本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの部分の特許請求の範囲において具体的に指摘され明確に請求されている。本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかである。

詳細な説明は、図面に関する例示として、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１を参照すると、例示的実施形態に従って構成されたターボ機械システム全体を２で示している。ターボ機械システム２は、圧縮機吸気口８を備えた圧縮機６を有するガス駆動ターボ機械４を含む。圧縮機吸気口８は、入口プレナム１０の下流に配置された複数の入口案内羽根９を含むように示されている。ガス駆動ターボ機械４は更に、排気ディフューザ１４に流体接続されたタービン１２を含むように示されている。図示の例示的実施形態では、圧縮機６は圧縮機抽気口又はマニホルド２０を介してタービン１２に動作可能に連結される。

例示的実施形態によれば更に、ターボ機械システム２は吸気フィルタハウジング４５に取り付けられたルーバー付き吸気口４３を有する吸気装置４０を含む。ルーバー付き吸気口４３は、プレナム４９を介して入口プレナム１０に流体接続される。プレナム４９は第１端部５４を含み、中間部５６を介して第２端部５５まで延在する。吸気装置４０は更に、吸気フィルタハウジング４５の下流に配置された吸気消音器６２と、吸気消音器６２の下流に配置された吸気加熱装置６６とを含むように示されている。

図２において最も分かり易く示されるように、吸気加熱装置６６は、第１端部８１を有し、中間部８３を介して第２端部８２まで延在する第１導管８０を含む。第１導管８０は、複数の第１開口８５と、対向する複数の第２開口８６とを含む。この構成では、第１導管８０が、加熱された空気の垂直なカーテン８９の第１部分８８を形成する。吸気加熱装置６６は更に、第１端部９１を有し、中間部９３を介して第２端部９２まで延在する第２導管９０を含むように示されている。第２導管９０は、複数の第１開口９５と、対向する複数の第２開口９６とを含み、第１導管８０に関して上述と同様の方法で、加熱された空気の垂直なカーテン８９の第２部分９８を形成する。

第１及び第２導管８０及び９０は、抽気供給導管１１０を介して抽気マニホルド２０に流体接続される。抽気供給導管１１０は、圧縮機抽出マニホルド２０に流体接続された第１端１１２を含み、吸気加熱装置６６に流体接続される第２端１１３まで延在する。より詳細には、抽気供給導管１１０の第２端１１３は第２導管９０の第２端部９２に流体接続される。接続部材１１６は第２端１１３から延在し、第１導管８０の第１端部８１に流体接続される。抽気供給導管１１０は更に、弁部材１１９及び制御弁１２２を含むように示されている。弁部材１１９は、加熱された空気流を吸気加熱装置６６に供給するように選択的に作動する。この構成では、対向する加熱された空気流が、矢印Ａ及びＢで示すように、第１及び第２導管８０及び９０を通過する。対向する加熱された空気流は複数の開口８５、８６及び９５、９６を通過して、プレナム４９内に加熱された空気の垂直なカーテン８９を形成する。

水平面に沿って互いに垂直方向に配置された２つの管を使用するだけで、吸気流と十分な熱を交換して、圧縮機の信頼性に重大な影響を及ぼすことなくターボ機械の作動を向上させることが分かっている。即ち、かなりの量の配管材料を必要とする従来の多数の垂直配向された加熱管の水平列と対照的に、意外にも２つの水平導管を使用することで、より良好な混合効果が得られることが分かっている。より詳細には、２つの導管は表面積が小さいにもかかわらず、加熱された空気の垂直なカーテンは、圧縮機４への吸気の温度を均一に十分に上昇させて、ターボ機械の作動を向上させる。

この点において、本発明は、ターボ機械への吸気を加熱する装置であって、ターボ機械への吸気と熱交換関係にある２つの水平配向された導管のみを使用する装置を提供することを理解されたい。２つの導管の表面積が小さいことがエネルギー損失の低下につながり、その結果、圧縮機に対して均一な温度分布が形成されることによってターボ機械の作動が向上する。また、複数の開口の個別寸法、複数の開口間の距離及び導管に沿った開口の配向は変更することができ、入口形状とターボ機械の加熱要求に依存するものであることも理解されたい。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がこのような開示した実施形態に限定されるものではないことは容易に理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換又は同等の構成を組み込むように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

２ ターボ機械システム
４ ガス駆動ターボ機械
６ 圧縮機
８ 圧縮機吸気口
９ 入口案内羽根（ＩＧＶ）
１０ 入口プレナム
１２ タービン
１４ 排気ディフューザ
２０ 抽気マニホルド
４０ 吸気装置
４３ ルーバー付き吸気口
４５ 吸気フィルタハウジング
４９ プレナム
５４ 第１端部
５５ 第２端部
５６ 中間部
６２ 吸気消音器
６６ 吸気加熱装置
８０ 第１導管
８１ 第１端部
８２ 第２端部
８３ 中間部
８５ 複数の第１開口
８６ 複数の第２開口
９０ 第２導管
９１ 第１端部
９２ 第２端部
９３ 中間部
９５ 複数の第１開口
９６ 複数の第２開口
１００ 加熱された空気の垂直なカーテン
１１０ 抽気供給導管
１１２ 第１端
１１３ 第２端
１１６ 接続部材
１１９ 弁部材
１２２ 一方向弁
１２５ 対向する流れ

Claims (6)

1. 圧縮機吸気口（８）及び圧縮機抽気口（２０）を有する圧縮機（６）と、
   前記圧縮機吸気口（８）及び前記圧縮機抽気口（２０）に流体接続された吸気装置（４０）とからなるターボ機械システム（２）であって、
   前記吸気装置（４０）は、
   第１端部（５４）を有し、中間部（５６）を介して第２端部（５５）まで延在しており、前記第１端部（５４）は周囲空気を受け入れる入口を画定し、前記第２端部（５５）は圧縮機吸気の出口を画定するプレナム（４９）と、
   前記プレナム（４９）の前記中間部（５６）に水平方向に延在し、垂直関係に配置された複数の導管（８０、９０）を有する加熱装置（６６）であって、前記複数の導管（８０、９０）の各々は、第１端部（８１、９１）、第２端部（８２、９２）及び中間部（８３、９３）を含み、前記第１及び第２端部（８１、９１、８２、９２）の少なくとも１つが前記圧縮機抽気口（２０）に流体接続されており、前記複数の導管（８０、９０）を通過する前記圧縮機抽気口（２０）からの加熱された空気が、前記プレナム（４９）を通って前記圧縮機吸気口（８）に入る周囲空気の温度を上昇させる前記加熱装置（６６）とを含む、ターボ機械システム（２）。
2. 前記複数の導管（８０、９０）の各々は、前記圧縮機抽気口（２０）からの前記加熱された空気がそれを通って前記プレナム（４９）に入る複数の出口開口（８５、８６、９５、９６）を含む、請求項１に記載のターボ機械システム（２）。
3. 前記複数の導管（８０、９０）の各々における前記複数の出口開口（８５、８６、９５、９６）は、前記プレナム（４９）内の垂直面に沿って加熱された抽気を吐出するように配置される、請求項２に記載のターボ機械システム（２）。
4. 前記複数の導管（８０、９０）は、第１導管（８０）及び第２導管（９０）を含む、請求項１に記載のターボ機械システム（２）。
5. 前記第１導管（８０）の前記第１端部（８１）は加熱された抽気の入口を画定し、前記第２導管（９０）の前記第２端部（９２）は加熱された抽気の入口を画定し、前記第１及び第２導管を通過する加熱された抽気は反対方向に流れる、請求項４に記載のターボ機械システム（２）。
6. 前記複数の導管（８０、９０）は２つの導管（８０、９０）にすぎない、請求項１に記載のターボ機械システム（２）。

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