JP2013155731A - ターボ機械の通路清掃システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ターボ機械における抽出空気中の汚染物質を減らすこと。
【解決手段】ターボ機械の通路清掃システムは、圧縮機部分に流体接続されるように構成され配置された第1の入り口と、タービン部分に流体接続するように構成され配置された第1の出口と、第1の中間部分とを有する第1空気流路を含んでいる。第2空気流路が、第1空気流に流体結合される。第2空気流路は、第2ストレーナを有する第2の中間部分を有する。第1ストレーナから上流の第1の中間部分に第1弁が配置され、第2ストレーナから上流の第2の中間部分に第2弁が配置される。第1弁と第2弁を選択的に操作することで、流体の流れを第1および第2空気流路の一方にそれぞれ入るように制御し、ターボ機械の圧縮機部分からターボ機械のタービン部分に進む空気をフィルタにかける。
【選択図】図1

Description

本明細書に開示されている主題は、ターボ機械に関するものであり、より詳細にはターボ機械の通路清掃システムに関するものである。
ターボ機械は、タービン部分に連結された圧縮機部分を含む。タービン部分は、ガス経路に沿って延びる複数のブレードまたは動翼を含んでいる。この動翼は、複数のタービン段を画定するいくつかのタービンロータによって支持されている。燃焼器組立体が、高温のガスを生成し、このガスは、移行部分を通って複数のタービン段に向かって進む。燃焼器組立体からの高温のガスに加えて、これより低い温度の抽出空気が、冷却を目的に圧縮機部からタービン部に向かって流れる。
米国特許出願公開第2003/0024232号公報
この抽出空気における汚染物質を減らすことが望ましく、この汚染物質は燃焼器組立体および/またはタービン部分に詰まったり、またはそうでなければ通路を閉鎖する可能性がある。一般に圧縮機部分は、異物の吸い込みを抑える吸気フィルタを含んでいる。これは効果的ではあるが、小さな粒子サイズの異物の破片が、この吸気フィルタを通り抜けて流れる場合もある。これに加えて、吸気フィルタを交換する際に、異物の破片が、圧縮機部分に進入する可能性もある。現行では、高圧の清掃用の流体を通路内に流すことで、吸気フィルタを飛び越した異物の破片を取り除くおよび/または分解している。
この例示の実施形態の一態様によると、ターボ機械の通路清掃システムは、圧縮機部分に流体接続するように構成され配置された第1の入り口と、タービン部分に流体接続するように構成され配置された第1の出口と、該第1の入り口と、該第1の出口の間に延在する第1の中間部分とを有する第1空気流路を含んでいる。第1ストレーナが第1の中間部分に配置される。第2空気流路が、第1空気流路に流体結合される。第2空気流路は、第1の入り口の上流に配置された第2の入り口と、第1の出口の下流に配置された第2の出口と、第2の入り口と第2の出口の間に延在する第2の中間部分を有する。第2ストレーナが第2の中間部分に配置される。第1ストレーナから上流で、第1の入り口から下流の第1の中間部分に第1弁が配置され、第2ストレーナから上流で、第2の入り口から下流の第2の中間部分に第2弁が配置される。第1弁と第2弁を選択的に操作することで、流体の流れを第1および第2空気流路にそれぞれ入るように制御し、ターボ機械の圧縮機部分からターボ機械のタービン部分に進む空気をフィルタにかける。
例示の実施形態の別の態様によると、ターボ機械において圧縮機部分からタービン部分に進む空気流をフィルタリングする方法は、空気流を圧縮機部分とタービン部分を流体接続する第1空気流路に誘導するステップと、空気流を第1空気流路に配置された第1ストレーナに通過させるステップと、第1ストレーナを通る空気流を検出するステップと、第1ストレーナを通る空気流が第1の所定の量であるとき、第1弁を閉鎖して第1空気流路を通る空気流を中断させるステップと、第2弁を開放して、空気流を圧縮機部分とタービン部分を流体接続する第2空気流路にそらすステップと、空気流を第2空気流路に配置された第2ストレーナに通過させるステップとを含む。
例示の実施形態のさらに別の実施形態によると、ターボ機械は、圧縮機部分と、圧縮機部分に機械的に連結されたタービン部分と、圧縮機部分とタービン部分に流体接続された燃焼器組立体と、圧縮機部分とタービン部分の間に流体接続されたターボ機械の通路清掃システムとを含む。ターボ機械の通路清掃システムは、圧縮機部分に流体接続するように構成され配置された第1の入り口と、タービン部分に流体接続するように構成され配置された第1の出口と、第1の入り口と第1の出口の間に延在する第1の中間部分とを有する第1空気流路を含む。第1中間部分に第1ストレーナが配置される。第2空気流路が第1空気流路に流体結合される。第2空気流路は、第1の入り口の上流に配置された第2の入り口と、第1の出口の下流に配置された第2の出口と、第2の入り口と第2の出口の間に延在する第2の中間部分とを有する。第2の中間部分に第2ストレーナが配置される。第1ストレーナから上流で、第1の入り口から下流の第1の中間部分に第1弁が配置され、第2ストレーナから上流で、第2の入り口から下流の第2の中間部分に第2弁が配置される。第1弁と第2弁を選択的に操作することで、流体の流れを第1および第2空気流路の一方にそれぞれ入るように制御し、ターボ機械の圧縮機部分からターボ機械のタービン部分に進む空気をフィルタにかける。
このようなおよびその他の利点および特徴は、図面と併せることで以下の説明からより明らかになるであろう。
本発明としてみなされる主題は、この明細書の終わりで特許請求の範囲において具体的に指摘され、はっきりと主張されている。本発明の上記のおよび他の特徴および利点は、添付の図面と併せることで以下の詳細な説明から明らかになる。
例示の一実施形態による通路清掃システムを含むターボ機械の概略図である。 図1の通路清掃システムの制御装置を示すブロック図である。
この詳細な記載は、図面を参照することによって、例示として本発明の実施形態を利点および特徴と併せて説明している。
図1を参照すると、例示の一実施形態によって構築されたターボ機械は全体を2で表されている。ターボ機械2は、圧縮機部分4を含んでおり、この圧縮機部分は、共通の圧縮機/タービンシャフト8を介してタービン部分6に機械的に連結されている。燃焼器組立体10が、圧縮機部分4とタービン部分6に流体接続される。燃焼器組立体10は、周方向に離間した複数の燃焼器から形成されており、その1つは12で表される。当然のことながら燃焼器組立体10は、燃焼器の他の配列を含む場合もあることを理解されたい。この配置の場合、圧縮機部分4は、圧縮された空気を燃焼器組立体10に向けて送り出す。圧縮空気は、可燃性の流体と混ざることで、可燃性の混合物を形成する。この可燃性の混合物が、燃焼器12において燃焼することで燃焼生成物を形成し、この生成物は、移行部(図示せず)を介してタービン部分6に送り出される。燃焼生成物は、タービン部分6を通りながら膨張し、例えば生成器、ポンプ、車両など(これらも図示されない)に動力を与える。
ターボ機械2はまた、圧縮機部分4とタービン部分6を流体接続する抽出空気流路21を含むように示されている。このような配置の場合、圧縮空気を燃焼器組立体10まで進める他に、圧縮機部分4は、別の、すなわち抽出空気流をタービン部分6に送り出す。この抽出空気流は、タービン部分6の様々な構成要素(図示せず)を冷却することができる。作動中、圧縮機部分4の入り口(別個に明示されていない)に異物が進入することがある。異物は、圧縮機部分4を通りながら圧縮され、抽出空気流路21を通ってタービン部分6まで進む。タービン部分6内の異物は、冷却通路を詰まらせ、タービン構成要素用の冷却空気を不足させる恐れがある。冷却空気が不足したタービン構成要素は、故障し、ターボ機械2を修理のためにオフラインにする必要がある場合もある。異物によるダメージを抑えるために、ターボ機械2は、ターボ機械の通路清掃システム27を含んでいる。
例示の実施形態によると、通路清掃システム27は、抽出空気流路21に流体接続された第1空気流路30を含む。第1空気流路30は、第1の入り口32と、第1の出口33と、第1の中間部分34とを含む。第1ストレーナ36が、第1の中間部分34に沿って配置される。第1ストレーナ36は、圧縮機部分4から抽出空気流路21を通ってタービン部分6に進む抽出空気をフィルタにかける。第1の入り口32から下流に第1弁38が位置付けられる。以下でより十分に考察するように、第1弁38を選択的に操作することで、第1空気流路30を通る流体の流れを制御する。通路清掃システム27はまた、第1空気流路30に流体接続された第2空気流路40を含む。第2の空気流路40は、第1の入り口32から上流に配置された第2の入り口42と、第1の出口33から下流に配置された第2の出口43と、第2の中間部分44とを含む。第2ストレーナまたはフィルタ46が、第2の中間部分44に沿って配置される。上記に記載したのと同様のやり方で、第2の入り口42から下流に第2弁48が位置付けられる。万一目詰まりの問題が起こった場合、第2弁48を選択的に操作することで、第2空気流路40を通る流体の流れを制御し、これにより継続的にタービン部分6に冷却空気を供給することを保証する。この方法において、例示の実施形態により、修理のためにターボ機械2を停止させる必要がなくなる。
さらに例示の実施形態によると、通路清掃システム27は、第1の中間部分34に沿って配置された第1および第2センサ54および55を含む。第1センサ54は、第1ストレーナ36の上流に配置され、第2センサ55は、第1ストレーナ36から下流に配置される。第1センサ54は、第1ストレーナ36に入る流れを検出し、第2センサ55は第1ストレーナ36から外に出る流れを検出する。以下でより十分に考察するように、第1および第2センサ54および55によって、第1ストレーナ36の状況を判断するために監視することができる第1流れ信号が提供される。すなわち第1空気流路30に沿って流量を監視することによって、第1ストレーナ36が清掃および/または交換が必要であると判断することができる。通路清掃システム27はまた、第2の中間部分44に沿って配置された第3および第4センサ58および59を含んでいる。第3センサ58は、第2ストレーナ46から上流に配置され、第4センサ59は、第2ストレーナ46から下流に配置される。第3センサ58は、第2ストレーナ46に入る流れを検出し、第4センサ59は第2ストレーナ46から外に出る流れを検出する。以下でより十分に考察するように、第3および第4センサ58および59によって、第2ストレーナ46の状況を判断するために監視することができる第2流れ信号が提供される。すなわち第2空気流路40に沿って流量を監視することによって、第2ストレーナ46が清掃および/または交換が必要であると判断することができる。
さらに例示の実施形態によると、通路清掃システム27は、制御装置70を含んでおり、これは第1および第2弁38および48、ならびに第1、第2、第3および第4センサ、54、55、58および59のそれぞれに作動可能に接続されている。制御装置70は、中央処理装置、すなわちCPU73と、メモリ75とを含んでいる。メモリ75は、1セットの指示を含んでおり、この指示によって制御装置70が、センサ54、55、58および59を監視し、第1および第2弁38および48を制御することができる。より具体的には制御装置70は、第1空気流路30を通る、より具体的には第1ストレーナ36を通る流体の流れを監視する。制御装置70が第1ストレーナ36を通る流量が、所定の量を下回ったと判断すると、制御装置70は、第1弁38を閉鎖し、第1空気流路30を通る流れを遮断し、第2弁48が開放され、流れが第2空気流路40を通過することができるようにする。このとき、第1ストレーナを保守する/清掃する、あるいは交換することができる。制御装置70は、センサ58および59を監視することで、第2空気流路40を流れる流量を特定する。第2空気流路40を通る流量が所定の量を下回ると、制御装置70は第2弁48を閉鎖し、第1弁38を開放し、流れが第1空気流路30を通るように戻す。
さらに例示の実施形態によると、通路清掃システム27は、蒸気注入システム90を含む。蒸気注入システム90は、第3弁100を介して第1空気流路30に流体接続された蒸気の供給源94を含む。弁100は、制御装置70に結合され、選択的に作動させることで、タービン部分6に清掃用の蒸気の流れを送り込む。当然のことながら、蒸気注入システム90の通路清掃システム27への特定の接続が変わる場合もあり、タービン部分6への直接的な接続を含む場合もあることを理解されたい。蒸気注入システム90を選択的に操作することで、高圧蒸気の流れをタービン部分6に取り込むことで、内部の冷却通路の表面にくっつく恐れのある粒子を緩める、取り除く、分解する、あるいはそうでなければ排除する。
蒸気注入システム90は、局所的な作動状況、要望および/または要件によって、ターボ機械2の様々な動作モードにおいて作動させることが可能である。高圧蒸気は、清掃効果をもたらすだけでなく、タービン構成要素を冷却することもできる。よって所望であれば、制御装置70は、第1および第2弁38および48を閉鎖し、第3弁100を開放することで高圧蒸気を蒸気の供給源94からターボ機械6へと流すようにする。上記に述べたように高圧蒸気は、タービン部分6の冷却回路を付加的に清掃するだけでなく、冷却効果を与えることもできる。制御装置70が第3弁100を閉鎖し、第1および第2弁38および48の一方を開放し、抽出空気が圧縮機部分4からタービン部分6へと流れることが可能になるまで、蒸気は、蒸気の供給源94から継続して流れることになる。
この点において、例示の実施形態は、タービン部分6への圧縮機の抽出空気流に選択的にフィルタをかける平行なストレーナを含むターボ機械の通路清掃システムを記載していることを理解されたい。抽出空気のフィルタリングに加えて、通路清掃システムは、高圧蒸気を選択的にタービン部分に取り込むことで、付加的な清掃および冷却を行なう。通路清掃システムの特定の場所は、変えることができる。これに加えて、センサの数と位置も変えることができる。さらにセンサは、流量、圧力、または対応するストレーナを通る流れの示度を提供する他のパラメータを測定するように構成される場合もあることを理解されたい。したがってこの例示の実施形態による通路清掃システムは、複数の弁を利用することで、常にタービンの内部の空洞への圧縮機の抽出空気の継続的な供給を調節し、これを保証している。複数の弁を利用することによって、抽出空気の流れを継続させることが可能になり、空気の通路を冷却する際の目詰まり/メンテナンスの問題のせいでガスタービンシステムを停止させる必要性が低減する。
限定されたいくつかの実施形態のみに関連して本発明を詳細に記載してきたが、本発明は、このような開示の実施形態に限定されないことを容易に理解すべきである。むしろ本発明は、これまで記載されていない任意の数の変形、変更、代替または均等な構成を組み込むように修正することが可能であり、但しそれらの構成は本発明の精神および範囲に見合ったものである。これに加えて本発明の多様な実施形態を記載してきたが、本発明の態様は、記載される実施形態の一部のみを含む場合があることを理解すべきである。したがって本発明は、上記の記載によって限定されるものとして認識するのではなく、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されるものである。
2 ターボ機械
4 圧縮機部分
6 タービン部分
8 共通の圧縮機/タービンシャフト
10 燃焼器組立体
12 周方向に離間した複数の燃焼器
21 抽出空気流路
27 ターボ機械の通路清掃システム
30 第1空気流路
32 第1の入り口
33 第1の出口
34 第1の中間部分
36 第1ストレーナ
38 第1弁
40 第2空気流路
42 第2の入り口
43 第2の出口
44 第2の中間部分
48 第2弁
54 第1センサ
55 第2センサ
58 第3センサ
59 第4センサ
70 制御装置
73 中央処理装置(CPU)
75 メモリ
90 蒸気注入システム
94 蒸気
100 第3弁

Claims (20)

  1. 圧縮機部分に流体接続するように構成され配置された第1の入り口と、タービン部分に流体接続するように構成され配置された第1の出口と、前記第1の入り口と前記第1の出口の間に延在する第1の中間部分とを有する第1空気流路と、
    前記第1の中間部分に配置された第1ストレーナと、
    前記第1空気流に流体結合された第2空気流路であって、前記第1の入り口の上流に配置された第2の入り口と、前記第1の出口の下流に配置された第2の出口と、前記第2の入り口と前記第2の出口の間に延在する第2の中間部分を有する第2空気流路と、
    前記第2の中間部分に配置された第2ストレーナと、
    前記第1ストレーナから上流で、前記第1の入り口から下流の前記第1の中間部分に配置された第1弁と、
    前記第2ストレーナから上流で、前記第2の入り口から下流の前記第2の中間部分に配置された第2弁であって、前記第1および第2弁を選択的に操作することで、流体の流れを前記第1および第2空気流路にそれぞれ入るように制御し、ターボ機械の圧縮機部分からターボ機械のタービン部分に進む空気をフィルタにかける第2弁とを備えるターボ機械の通路清掃システム。
  2. 前記第1ストレーナの下流に配置された第1センサをさらに備え、該第1センサは、前記第1ストレーナからの流れを検出し、第1流れ信号を提供するように構成される、請求項1記載のターボ機械の通路清掃システム。
  3. 前記第2ストレーナの下流に配置された第2センサをさらに備え、該第2センサが、前記第2ストレーナからの流れを検出し、第2流れ信号を提供するように構成される、請求項2記載のターボ機械の通路清掃システム。
  4. 前記第1弁、前記第2弁、前記第1センサおよび前記第2センサのそれぞれに作動可能に接続された制御装置をさらに備え、該制御装置が、前記第1および第2流れ信号の1つまたは複数に基づいて前記第1および第2弁を選択的に操作するようにプログラムされる、請求項3記載のターボ機械の通路清掃システム。
  5. 前記第1ストレーナの上流に配置された第3センサをさらに備え、該第3センサが、前記第1ストレーナに入る流れを検出するように構成され配置される、請求項4記載のターボ機械の通路清掃システム。
  6. 前記第2ストレーナの上流に配置された第4センサをさらに備え、該第4センサが、前記第2ストレーナに入る流れを検出するように構成された配置される、請求項5記載のターボ機械の通路清掃システム。
  7. 前記制御装置が、前記3および第4センサのそれぞれに作動可能に接続され、前記第1、第2、第3および第4センサからの信号に基づいて前記第1および第2ストレーナのそれぞれの状況を判断するようにプログラムされる、請求項6記載のターボ機械の通路清掃システム。
  8. 前記第1および第2空気流路の一方に流体結合した蒸気注入システムをさらに備える、請求項1記載のターボ機械の通路清掃システム。
  9. 前記蒸気注入システムに作動可能に接続された制御装置をさらに備え、該制御装置が、前記第1および第2弁のそれぞれを選択的に閉鎖し、前記蒸気注入システムを作動させるようにプログラムされる、請求項8記載のターボ機械の通路清掃システム。
  10. ターボ機械において圧縮機部分からタービン部分に進む空気流をフィルタリングする方法であって、
    前記空気流を前記圧縮機部分と前記タービン部分を流体接続する第1空気流路に誘導するステップと、
    前記空気流を前記第1空気流路に配置された第1ストレーナに通過させるステップと、
    前記第1ストレーナを通る空気流を検出するステップと、
    前記第1ストレーナを通る空気流が第1の所定の量であるとき、第1弁を閉鎖して前記第1空気流路を通る空気流を中断させるステップと、
    第2弁を開放して、前記空気流を前記圧縮機部分と前記タービン部分を流体接続する第2空気流路にそらすステップと、
    前記空気流を前記第2空気流路に配置された第2ストレーナに通過させるステップとを含む方法。
  11. 前記第2ストレーナを通る空気流を検出するステップをさらに含む、請求項10記載の方法。
  12. 前記第2ストレーナを通る空気流が第2の所定の量であるとき、前記第2弁を閉鎖し、前記第1弁を開放するステップをさらに含む、請求項11記載の方法。
  13. 前記第1および第2空気流路の一方を通る蒸気流を、前記タービン部分に向けて選択的に誘導するステップをさらに含む、請求項10記載の方法。
  14. 圧縮機部分と、
    前記圧縮機部分に機械的に連結されたタービン部分と、
    前記圧縮機部分と前記タービン部分に流体接続された燃焼器組立体と、
    前記圧縮機部分と前記タービン部分の間に流体接続されたターボ機械の通路清掃システムを備えるターボ機械であって、該ターボ機械の通路清掃システムが、
    圧縮機部分に流体接続するように構成され配置された第1の入り口と、タービン部分に流体接続するように構成され配置された第1の出口と、前記第1の入り口と前記第1の出口の間に延在する第1の中間部分とを有する第1空気流路と、
    前記第1の中間部分に配置された第1ストレーナと、
    前記第1空気流に流体結合された第2空気流路であって、前記第1の入り口の上流に配置された第2の入り口と、前記第1の出口の下流に配置された第2の出口と、前記第2の入り口と前記第2の出口の間に延在する第2の中間部分を有する第2空気流路と、
    前記第2の中間部分に配置された第2ストレーナと、
    前記第1ストレーナから上流で、前記第1の入り口から下流の前記第1の中間部分に配置された第1弁と、
    前記第2ストレーナから上流で、前記第2の入り口から下流の前記第2の中間部分に配置された第2弁であって、前記第1および第2弁を選択的に操作することで、流体の流れを前記第1および第2空気流路にそれぞれ入るように制御し、ターボ機械の圧縮機部分からターボ機械のタービン部分に進む空気をフィルタにかける第2弁を備えるターボ機械。
  15. 前記第1ストレーナの下流に配置され、前記第1ストレーナからの流れを検出し、第1流れ信号を提供するように構成された第1センサと、
    前記第2ストレーナの下流に配置され、前記第2ストレーナからの流れを検出し、第2流れ信号を提供するように構成された第2センサとをさらに備える、請求項14記載のターボ機械。
  16. 前記第1弁、前記第2弁、前記第1センサおよび前記第2センサのそれぞれに作動可能に接続された制御装置をさらに備え、該制御装置が、1つまたは複数の前記第1および第2流れ信号に基づいて前記第1および第2弁を選択的に操作するようにプログラムされる、請求項15記載のターボ機械。
  17. 前記第1ストレーナの上流に配置され、前記第1ストレーナに入る流れを検出するように構成され配置される第3センサをさらに備える、請求項16記載のターボ機械の通路清掃システム。
  18. 前記第2ストレーナの上流に配置され、前記第2ストレーナに入る流れを検出するように構成された配置される第4センサをさらに備え、前記制御装置が、前記第1、第2、第3および第4センサのそれぞれに作動可能に接続され、第1および第3、第2および第4流れ信号に基づいて前記第1および第2ストレーナのそれぞれの状況を判断するようにプログラムされる、請求項17記載のターボ機械。
  19. 前記第1および第2空気流路の一方に流体結合した蒸気注入システムをさらに備える、請求項14記載のターボ機械。
  20. 前記蒸気注入システムに作動可能に接続され、前記第1および第2弁のそれぞれを選択的に閉鎖し、前記蒸気注入システムを作動させるようにプログラムされた制御装置をさらに備える、請求項19記載のターボ機械。
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