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

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。