JP2013155738A - 燃料移送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタービンエンジンのタービン液体燃料システムのための燃料移送方法を提供する。
【解決手段】燃料移送方法は、主燃料回路の水を流すことを含む。また、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流すことも含む。さらに、主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流すことを含んでおり、主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことは、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流す前、かつ主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流す前に行う。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示されている主題は、タービンエンジンに関し、より具体的にはタービン液体燃料システムのための燃料移送方法に関する。

大型ガスタービンの場合、通例、燃焼システムは周辺に配置された複数の缶（カン）を用い、可燃性の燃料が燃焼のために各々の缶に送り込まれる。充分な燃焼を得るために、液体燃料は霧化空気の支援を受けてノズルを介して注入されることが多い。霧化空気を使用しない場合、ノズル自体が霧化器（アトマイザ）となる。この場合、燃焼効率はノズルチップ圧力降下に関係する。高いノズルチップ圧力降下を確保するために、点火からベース負荷までの燃料流の範囲はかなり大きいので、通例燃焼システムは例えばパイロット及び主回路のような２つの異なる燃料回路を使用する。二元オリフィス液体燃料燃焼システムの場合、燃焼システムの各々のノズルで高いチップ圧力降下を維持するのが望ましい。多くの場合、この要件はシステムがパイロット回路から主回路にオイルを移送するときに問題となり得る。移送中、主ノズルの幾つかは重力ヘッドに起因して圧力降下をもたず、燃料の流れを妨げる可能性がある。

米国特許第５３４４３０６号

本発明の１つの態様では、燃料移送方法は、主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことを含む。また、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流すことも含む。さらに、主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流すことを含んでいるが、主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことは、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流す前、かつ主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流す前に行われる。

本発明の別の態様では、燃料移送方法は、燃焼システムにパイロット燃料回路及び主燃料回路を設けることを含んでおり、パイロット燃料回路及び主燃料回路は各々１以上のノズルを含む。また、パイロット燃料回路の１以上のノズルにパイロットオイルを流すことも含む。さらに、主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことを含む。さらに、主燃料回路を起動させて、主燃料回路を定位置に上昇（ramp up）させ、約１０秒〜約４０秒でパイロット燃料回路を定位置まで下降（ramp down）させることを含む。

本発明のさらに別の態様では、燃料移送方法は、パイロットマニホルド及び主マニホルドをオイルで予備充填（プレフィル）することを含む。また、パイロット燃料回路の複数のノズルにオイルを流し、パイロットコントロールバルブ（パイロット制御弁）を約８０％〜約９０％バルブストロークに上昇させることも含む。さらに、主燃料回路の複数のノズルに水を流すことも含む。さらに、主燃料回路の複数のノズルにオイルを流し、パイロット燃料回路を下降させることを含む。この方法はまた、パイロット燃料回路の複数のノズルに水を流し、ベース負荷条件下で作動させることを含む。

これら及びその他の利点及び特徴は、図面と併せて以下の説明を参照することでより明らかとなろう。

本発明と考えられる主題は、本明細書に続く特許請求の範囲に特定して指摘され、明確に記載されている。本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、添付の図面と併せた以下の説明から明らかになる。
図１は、始動の第１段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図２は、始動の第２段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図３は、始動の第３段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図４は、始動の第４段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図５は、始動の第５段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図６は、始動の第６段階のガスタービン液体燃料システムの流れ図である。 図７は、ガスタービン液体燃料システムのための始動の複数の段階を図解する。 図８は、ガスタービン液体燃料システムを作動させる方法を説明するフローチャートである。

以下の詳細な説明は、図面を参照した例を用いて本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。

図１は、ガスタービンシステム１０の試運転流れ図を概略的に示す。具体的には、ガスタービンシステム１０は、オイル、水、窒素、天然ガス及び／又はエマルションのような様々な流体を輸送することができる液体燃料システム１２を含む。これらは、液体燃料システム１２が作動するように構成されている流体の例示にすぎず、その他の流体も液体燃料システム１２で使用し得ると考えられる。

液体燃料システム１２は、オイルポンプスキッド１８と動作可能に連結されたオイルタンク１６を含むオイル源１４を含む。オイルポンプスキッド１８はオイルフィルター２０とオイル遠心ポンプ２２を含む。オイル源１４は、このオイル源１４をパイロット燃料回路２６及び主燃料回路２８と動作可能に連結する複数のオイルライン２４を含み、各々の複数のオイルライン２４は複数のオイルライン２４内の流れをモニターし調節するために様々なバルブ及び流量計を含有している。液体燃料システム１２はまた、水ポンプスキッド３４と動作可能に連結された水タンク３２を含む水源３０も含んでいる。水ポンプスキッド３４は水フィルター３６と水遠心ポンプ３８を含む。水源３０から流れる水は通例脱塩水であるが、他のタイプの水も使用し得る。水源３０は、水源３０をパイロット燃料回路２６及び／又は主燃料回路２８と動作可能に連結する１以上の水ライン４０を含んでおり、１以上の水ライン４０は１以上の水ライン４０内の流れをモニターし調節するために様々なバルブ、流量計及び場合によるとその他の部品を含有している。

パイロット燃料回路２６は、１以上のパイロットマニホルド（図示せず）、１以上のパイロットオイルコントロールバルブ４４、１以上のパイロット水バルブ４６及び可燃性の燃料が移送される際に通過し得る１以上のノズル４７を含む。同様に、主燃料回路２８は、１以上の主マニホルド（図示せず）、１以上の主オイルコントロールバルブ５０、１以上の主水バルブ５２及び可燃性の燃料が移送される際に通過し得る１以上のノズル４９を含む。混合バルブ４８は、可燃性燃料を含む混合物を燃焼器缶（図示せず）に送り込むように構成されている。

まだ図１を参照すると、本発明の１つの態様は、ガスタービンシステム１０の液体燃料システム１２を作動させる方法を提供する。具体的には、液体燃料システムの始動方法は最初にオイル遠心ポンプ２２及び水遠心ポンプ３８を含めて様々なポンプを始動させ、主マニホルドから存在する水を抜くことを含む。その後、主及びパイロットマニホルドの各々にオイルを予備充填する。

図２を参照すると、パイロット燃料回路２６と関連する少なくとも１つ、しかし通例は複数のノズル４７が固定バルブ位置でオイル流を受容し始めて点火流を促進する。

図３を参照すると、パイロット燃料回路２６のパイロットオイルコントロールバルブ４４を通るオイル流を次にフローコントロールに切り替え、約８０％〜約９０％バルブストロークまで上昇させ得る。

図４を参照すると、主水バルブ５２を開放して主燃料回路２８の少なくとも１つ、しかし通例は複数のノズル４９への水の流れを開始得る。１以上のノズル４９への水の流れは約５〜約１０秒間続き得る。主燃料回路２８の１以上のノズル４９へ流れる水はそのノズルへの最初のオイル流に関連する例えばコークス化の蓄積のような望ましくない影響からノズル４９を保護する。

図５を参照すると、主燃料回路２８のノズル４９に水が提供されたら、オイルを主燃料回路２８に流し始めることにより、主燃料回路２８のノズル４９に燃料を提供し得る。主オイルコントロールバルブ５０を定位置にセットし、用途に応じて約１０秒〜約４０秒の時間枠でパイロットオイルコントロールバルブ４４を定位置まで下降させる。

図６を参照すると、主オイルコントロールバルブ５０、パイロットオイルコントロールバルブ４４及び主水バルブ５２をフローコントロールに切り替え、約５０％〜約６０％のシステム負荷条件が満たされるまで上昇させるが、通例約６０％の負荷が満たされる。この負荷条件が達成されたら、パイロット水バルブ４６を開放することによりパイロット燃料回路２６に水を流す。この燃料と水の流れを全負荷に向かって上昇させ続けるが、所望の水／オイル比は約０．９〜約１．４の範囲である。その後このシステムをベース負荷で作動させる。

図８を参照すると、図示したフローチャートに則して燃料を移送する方法を説明する。方法全体を符合６０で示す。具体的には、始動列は、主マニホルドから水を抜き（６２）、オイル遠心ポンプと水遠心ポンプを始動させる（６４）ことを含む。パイロット燃料回路のパイロットマニホルドと主燃料回路の主マニホルドを、パイロットオイルコントロールバルブの固定バルブ位置から得られる流れの点において、オイルで予備充填する（６６）。点火の後、パイロット燃料回路の一時上昇過程（６８）の間パイロットオイルコントロールバルブの固定バルブ位置をフローコントロール運転に切り替える。一時上昇過程（６８）は、パイロットオイルコントロールバルブの約８０％〜約９０％バルブストロークに達するまでフローコントロール運転を続ける。この点において、主水バルブを開放して、主燃料回路の１以上のノズルへの水の流れを開始する（７０）。この１以上のノズルへの水の流れは約５〜約１０秒の間続く。水を１以上のノズルに供給した後、主燃料回路にオイルを流す（７２）。主オイルコントロールバルブを定位置に設定し、パイロットオイルコントロールバルブを約１０秒〜約４０秒の時間枠内に定位置まで下降させることにより、パイロットコントロールバルブは約２０％〜約３５％バルブストロークに達する。主オイルコントロールバルブ、パイロットオイルコントロールバルブ及び主水バルブをフローコントロールから切り替え、約５０％〜約６０％のシステム負荷条件が満たされるまで上昇させる。これは、約１４ｌｂ／ｓ〜約３５ｌｂ／ｓの主燃料流量に相当し得る。次に、パイロット水バルブを開放することにより水をパイロット燃料回路に流す（７４）。燃料及び水の流れを全負荷に向けて上昇させ続ける（７６）。所望の水／オイル比は約０．９〜１．４である。その後システムをベース負荷で作動させる。

有利なことに、本方法によると、霧化空気支援を必要することなく、代わりにノズルを霧化器として使用して、二元回路の二段階設計が可能になる。このため、有効な燃料移送を妨げるコークス化の蓄積からノズルが保護され、その結果より効率的な燃焼が得られる。

本方法を一続きの工程として説明して来たが、これらの工程の順序と性質は、ガスタービンシステム１０の液体燃料システム１２の作動の特定の応用に依存して必要に応じて変更し得るものと考えられる。

限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に説明して来たが、本発明がかかる開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明は、上に記載してないが本発明の思想と範囲に入る任意の数の変形、改変、置換又は等価な配列を含むように修正することができる。加えて、本発明の様々な実施形態について記載して来たが、本発明の複数の態様は記載した実施形態の幾つかのみを含み得るものと了解されたい。従って、本発明は前記の記載によって限定されることはなく、後記特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

１０ ガスタービンシステム
１２ 液体燃料システム
１４ オイル源
１６ オイルタンク
１８ ポンプスキッド
２０ オイルフィルター
２２ 遠心ポンプ
２４ オイルライン
２６ パイロット燃料回路
２８ 主燃料回路
３０ 水源
３２ 水タンク
３４ 水ポンプスキッド
３６ 水フィルター
３８ 水遠心ポンプ
４０ 水ライン
４４ オイルコントロールバルブ
４６ パイロット水バルブ
４７ ノズル
４８ 混合バルブ
４９ ノズル
５０ オイルコントロールバルブ
５２ 主水バルブ

Claims (20)

1. 燃料移送方法であって、
   主燃料回路の１以上のノズルに水を流し、
   主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流し、
   主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流す
   ことを含んでおり、主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことが、主燃料回路にオイルを流す前、かつ主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流す前に行われる、方法。
2. 主燃料回路の１以上のノズルに水を流す前に、パイロット燃料回路の１以上のノズルにオイルを流すことをさらに含む、請求項１記載の燃料移送方法。
3. パイロット燃料回路の１以上のノズルにオイルを流すことが、パイロットコントロールバルブがバルブストロークの約８０％〜約９０％に達するまで行われる、請求項２記載の燃料移送方法。
4. 主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことが、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流す前に少なくとも約５〜約１０秒間行われる、請求項１記載の燃料移送方法。
5. 主燃料回路の１以上のノズルに液体燃料を流すことが、約１０秒〜約４０秒で、主燃料回路を定位置に上昇させるとともにパイロット燃料回路を定位置に下降させることをさらに含む、請求項１記載の燃料移送方法。
6. 約１０秒〜約４０秒でパイロット燃料回路を定位置に下降させることによって、パイロットコントロールバルブが約２０％〜約３５％のバルブストロークに達する結果となる、請求項５記載の燃料移送方法。
7. 約５０％〜約６０％の負荷作動条件でパイロット燃料回路の１以上のノズルに水を流すことをさらに含む、請求項６記載の燃料移送方法。
8. 約５０％〜約６０％の負荷作動条件が約１４ｌｂ／ｓ〜約３５ｌｂ／ｓの主燃料流量で起こる、請求項７記載の燃料移送方法。
9. 燃料移送方法であって、
   各々１以上のノズルを含むパイロット燃料回路及び主燃料回路を燃焼システムに設け、
   パイロット燃料回路の１以上のノズルにパイロットオイルを流し、
   主燃料回路の１以上のノズルに水を流し、
   主燃料回路を起動させて、約１０秒〜約４０秒で主燃料回路を定位置に上昇させるとともにパイロット燃料回路を定位置に下降させること
   を含む燃料移送方法。
10. パイロット燃料回路の１以上のノズルにパイロットオイルを流すことが、パイロットコントロールバルブが約８０％〜約９０％のバルブストロークに達するまで行われる、請求項９記載の燃料移送方法。
11. 主燃料回路の１以上のノズルに水を流すことが、主燃料回路の１以上のノズルにオイルを流す前に少なくとも約５〜約１０秒間行われる、請求項９記載の燃料移送方法。
12. 主燃料回路を起動させて、主燃料回路を定位置に上昇させるとともにパイロット燃料回路を定位置に下降させることが約１０秒〜約４０秒で実施される、請求項９記載の燃料移送方法。
13. 約１０秒〜約４０秒でパイロット燃料回路を定位置に下降させることによって、パイロットコントロールバルブが約２０％〜約３５％のバルブストロークに達する結果となる、請求項９記載の燃料移送方法。
14. 約５０％〜約６０％の負荷作動条件でパイロット燃料回路の１以上のノズルに水を流すことをさらに含む、請求項９記載の燃料移送方法。
15. 約５０％〜約６０％の負荷作動条件が約１４ｌｂ／ｓ〜約３５ｌｂ／ｓの主燃料流量で起こる、請求項１４記載の燃料移送方法。
16. 燃料移送方法であって、
    パイロットマニホルド及び主マニホルドにオイルを予備充填し、
    パイロット燃料回路の複数のノズルにオイルを流し、パイロットコントロールバルブを約８０％〜約９０％のバルブストロークに上昇させ、
    主燃料回路の複数のノズルに水を流し、
    主燃料回路の複数のノズルにオイルを流して、パイロット燃料回路を下降させ、
    パイロット燃料回路の複数のノズルに水を流し、
    ベース負荷条件下で作動させる
    ことを含む燃料移送方法。
17. 主燃料回路の複数のノズルに水を流すことが、主燃料回路の複数のノズルにオイルを流す前に少なくとも約５〜約１０秒間行われる、請求項１６記載の燃料移送方法。
18. 主燃料回路の複数のノズルにオイルを流してパイロット燃料回路を下降させることが少なくとも約１０秒間行われる、請求項１６記載の燃料移送方法。
19. 少なくとも約１０秒でパイロット燃料回路を下降させることによって、パイロットコントロールバルブが約２０％〜約３５％のバルブストロークに達する結果となる、請求項１８記載の燃料移送方法。
20. パイロット燃料回路の複数のノズルの少なくとも１つに水を流すことが約５０％〜約６０％の負荷作動条件で行われる、請求項１７記載の燃料移送方法。