JP2011247257A - ターボエキスパンダで使用するようになった可変ジオメトリ入口ノズルのための方法及びシステム - Google Patents
ターボエキスパンダで使用するようになった可変ジオメトリ入口ノズルのための方法及びシステム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】本システムは、(i)ターボエキスパンダの第1の膨張段の入口に設けられた第1の入口ガイドベーンの角度を該第1の膨張段の入口圧力が所定の範囲内に維持されるように制御し、また(ii)ターボエキスパンダの第2の膨張段の入口に設けられた第2の入口ガイドベーンの角度を制御するように構成された制御装置を含む。制御装置は、発電ユニットの確定した電力による最高出力及び第2の入口ガイドベーンの対応する角度を決定しかつ該最高出力を達成するように第1の入口ガイドベーンの角度とは独立して該第2の入口ガイドベーンの角度を調整するように構成される。
【選択図】 図4
Description
(i)ターボエキスパンダの第1の膨張段の入口に設けられた第1の入口ガイドベーンの角度を該第1の膨張段の入口圧力が所定の範囲内に維持されるように制御し、また(ii)ターボエキスパンダの第2の膨張段の入口に設けられた第2の入口ガイドベーンの角度を第1の膨張段における入口圧力が所定の範囲内に維持されるように制御するように構成された制御装置を含む。制御装置は、第1の入口ガイドベーンの角度を固定した状態に維持しながら第2の入口ガイドベーンの角度を変化させかつ発電ユニットによって発生される電力を該変化角度に対応させて確定するように構成される。制御装置は、発電ユニットの確定した電力による最高出力及び第2の入口ガイドベーンの対応する角度を決定しかつ該最高出力を達成するように第1の入口ガイドベーンの角度とは独立して該第2の入口ガイドベーンの角度を調整するように構成される。
膨張効率=発電量/エンタルピー流量 (1)
ここでは、入口ガイドベーン412が固定されかつターボエキスパンダがチョーク状態になるとエンタルピー流量は一定になる。ターボエキスパンダがチョーク状態になると、一定の質量が、装置を通って流れることに注目されたい。計算を簡単にするために、ターボエキスパンダの両方の段がチョーク状態になっていると見なす。エンタルピー流量はチョーク状態下では一定であるので、ターボエキスパンダの膨張効率は、関連する発電機の発電量に比例する。
A2=A1・f(P1,P2,T1,T2) (2)
ここで、A1は、入口ガイドベーン412におけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積(図7参照)であり、A2は、入口ガイドベーン414におけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積(図示していないが図7におけるA1と同様である)であり、P1は、入口ガイドベーン412の位置における作動流体の圧力であり、P2は、入口ガイドベーン414の位置における作動流体の圧力であり、T1は、入口ガイドベーン412の位置における作動流体の温度であり、またT2は、入口ガイドベーン414の位置における作動流体の温度である。
A1/At1=A2/At2 (3)
ここで、At1は、入口ガイドベーン412のベーンを通る流体入口の総面積(図7におけるA1+A01参照)であり、またAt2は、入口ガイドベーン414のベーンを通る流体入口の総面積(図示していないが図7におけるAt1と同様である)である。
2 熱交換器
4 ターボエキスパンダ
6 凝縮器
8 ポンプ
10 外部熱源
12 加圧液体媒体、高圧液体ストリーム
14 加圧蒸気ストリーム
16 電力
18 膨張低圧蒸気ストリーム
20 低圧液体ストリーム
102 ハウジング
104 環状入口
106 固定円形プレート
108 調整リング
110 クランプリング
112 ノズルピボットピン
114 ベーン
116 カムフォロア
118 バイアススロット
402 ポンプ
404 蒸発器
406 ターボエキスパンダ
408 第1の膨張段
410 第2の膨張段
412 入口ガイドベーン
414 入口ガイドベーン
416 シャフト
418 シャフト
420 ギヤボックス
422 単一のシャフト
424 発電機
426 電力
428 復熱装置
430 圧力センサ
432 電力センサ
434 制御装置
502 可変ジオメトリ入口ガイドベーン(形状可変入口のためのガイドベーン)
602 流体入口
902 他の制御機材
1102 プロセッサ
1104 メモリ
1106 二次記憶装置
1108 通信インタフェース
1110 ソフトウェアアプリケーション
P1 圧力
A1 閉鎖されていない流体入口の面積
A01 閉鎖された流体入口の面積
Claims (10)
- 少なくとも2つの膨張段を有しかつ発電ユニットに連結されたターボエキスパンダを備えた発電のためのシステムであって、
(i)前記ターボエキスパンダの第1の膨張段の入口に設けられた第1の入口ガイドベーンの角度を該第1の膨張段の入口圧力が所定の範囲内に維持されるように制御し、また(ii)前記ターボエキスパンダの第2の膨張段の入口に設けられた第2の入口ガイドベーンの角度を前記第1の膨張段における前記入口圧力が前記所定の範囲内に維持されるように制御するように構成された制御装置、を含み、
前記制御装置が、前記第1の入口ガイドベーンの角度を固定した状態に維持しながら前記第2の入口ガイドベーンの角度を変化させかつ前記発電ユニットによって発生される電力を前記変化角度に対応させて確定するように構成され、また
前記制御装置が、前記発電ユニットの確定した電力による最高出力及び前記第2の入口ガイドベーンの対応する角度を決定しかつ該最高出力を達成するように前記第1の入口ガイドベーンの角度とは独立して該第2の入口ガイドベーンの角度を調整するように構成される、
システム。 - 前記ターボエキスパンダの第1の膨張段が、前記第1の入口ガイドベーンを含み、
前記ターボエキスパンダの第2の膨張段が、前記第2の入口ガイドベーンを含み、また
前記発電ユニットが、前記ターボエキスパンダの第1及び第2の膨張段に機械的に連結される、
請求項1記載のシステム。 - 前記発電ユニットが、有機ランキン作動流体を使用するランキンサイクルシステムとして作動する、請求項1記載のシステム。
- 前記制御装置に接続され、前記発電ユニットに設けられ、かつ前記発電ユニットによって生成される電流又は電圧を測定するように構成された1つ又はそれ以上のセンサと、
前記制御装置に接続され、該発電システム内に設けられ、かつ作動流体の圧力を測定するように構成された1つ又はそれ以上のセンサと、
前記ターボエキスパンダの出口側に流体連結され、また膨張蒸気ストリームを受けかつ該膨張蒸気ストリームを液体ストリームに凝縮するように構成された凝縮器と、
前記凝縮器の出口側に流体連結され、また前記液体ストリームを受け、該液体ストリームを加圧しかつ該液体ストリームを熱交換器に循環させるように構成されたポンプと、をさらに含み、
前記熱交換器が、前記ポンプの出口側に流体連結され、また前記加圧液体ストリームを受けかつ該加圧液体ストリームを加圧蒸気ストリームに気化させるように構成される、
請求項1記載のシステム。 - 前記制御装置が、前記第1及び第2の膨張段に接続される、請求項1記載のシステム。
- 前記制御装置が、前記第1の膨張段における前記入口圧力を前記所定の範囲内に調整した時に前記第1の入口ガイドベーンの角度及び前記第2の入口ガイドベーンの角度間に所定の関係を維持するように構成され、
前記所定の関係が、
A2=A1・f(P1,P2,T1,T2)
であり、ここで、A1は、前記第1の入口ガイドベーンにおけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積であり、A2は、前記第2の入口ガイドベーンにおけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積であり、P1は、前記第1の入口ガイドベーンの位置における作動流体の圧力であり、P2は、前記第2の入口ガイドベーンの位置における前記作動流体の圧力であり、T1は、前記第1の入口ガイドベーンの位置における前記作動流体の温度であり、T2は、前記第2の入口ガイドベーンの位置における前記作動流体の温度であり、またfは、関数である、
請求項1記載のシステム。 - 前記制御装置が、前記第1の膨張段における前記入口圧力を前記所定の範囲内に調整した時に前記第1の入口ガイドベーンの角度及び前記第2の入口ガイドベーンの角度間に所定の関係を維持するように構成され、
前記所定の関係が、
A1/At1=A2/At2
であり、ここで、A1は、前記第1の入口ガイドベーンにおけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積であり、A2は、前記第2の入口ガイドベーンにおけるベーンによって閉鎖されていない流体入口の面積であり、At1は、前記第1の入口ガイドベーンのベーンの位置における前記流体入口の総面積であり、またAt2は、前記第2の入口ガイドベーンのベーンの位置における前記第2の流体入口の総面積である、
請求項1記載のシステム。 - 前記制御装置が、前記第1の膨張段における前記入口圧力を前記所定の範囲内に調整した時に前記第1の入口ガイドベーンの角度及び前記第2の入口ガイドベーンの角度間に所定の関係を維持するように構成され、
前記所定の関係が、
請求項1記載のシステム。 - 前記最高出力を決定することが、前記第1の入口ガイドベーンの角度を一定に維持しながら所定の時間にわたって前記第2の入口ガイドベーンの角度を反復調整しかつ各調整した特定角度について前記発電ユニットの出力を測定することによって行なわれる、請求項1記載のシステム。
- 少なくとも2つの膨張段を有しかつ発電ユニットに連結されたターボエキスパンダを備えた発電のための方法であって、
(i)前記ターボエキスパンダの第1の膨張段における第1の入口ガイドベーンの角度を該第1の膨張段の入口圧力が所定の範囲内に維持されるように、また(ii)前記ターボエキスパンダの第2の膨張段における第2の入口ガイドベーンの角度を前記第1の膨張段における前記入口圧力が前記所定の範囲内に維持されるように制御するステップと、
前記第1の入口ガイドベーンの角度を固定した状態に維持しながら前記第2の入口ガイドベーンの角度を変化させるステップと、
前記発電ユニットによって発生される電力を前記変化角度に対応させて確定するステップと、
前記発電ユニットによって発生される電力の最高出力及び前記第2の入口ガイドベーンの対応する角度を決定するステップと、
前記最高出力を達成するように前記第1の入口ガイドベーンの角度とは独立して前記第2の入口ガイドベーンの角度を調整するステップと、を含む、
方法。
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