JP2016148330A - 中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2016148330A
JP2016148330A JP2016020344A JP2016020344A JP2016148330A JP 2016148330 A JP2016148330 A JP 2016148330A JP 2016020344 A JP2016020344 A JP 2016020344A JP 2016020344 A JP2016020344 A JP 2016020344A JP 2016148330 A JP2016148330 A JP 2016148330A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure compressor
gas turbine
turbine engine
air stream
high pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016020344A
Other languages
English (en)
Inventor
ポール・ロバーツ・スカボロ
Roberts Scarboro Paul
ジョセフ・ハリス
Harris Joseph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2016148330A publication Critical patent/JP2016148330A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/18Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/026Multi-stage pumps with a plurality of shafts rotating at different speeds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5826Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303Temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

【課題】中間冷却ガスタービンエンジンの入口温度を制御するための改善されたシステムおよび方法を提供する。【解決手段】中間冷却ガスタービンエンジン200は、圧縮空気流を発生させるように構成された低圧圧縮機132と、中間冷却器138と、低圧圧縮機132と中間冷却器138との間に配置され圧縮空気流134の第1の部分を中間冷却器に導くように構成された第1の空気ライン140と、高圧圧縮機104と、中間冷却器138と高圧圧縮機104との間に配置され圧縮空気流134の第1の部分を高圧圧縮機の方へ導くように構成された第2の空気ライン112と、低圧圧縮機132と高圧圧縮104機との間に配置され圧縮空気流134の第2の部分を第2の空気ライン112に導くように構成されたバイパス空気ライン204、206とを含み、中間冷却ガスタービンエンジン200のコアエンジン130に送られる流入空気流の温度を制御する。【選択図】図2

Description

本出願およびその結果得られる特許は一般に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法に関する。
一般に、中間冷却ガスタービンエンジンは、流入空気流を圧縮するための高圧圧縮機、圧縮空気流を加圧燃料流と混合して、その混合物に点火して燃焼ガス流を生成するための燃焼器、および燃焼ガス流が通過するときに機械仕事を発生させるための高圧タービンを含む場合がある。高圧圧縮機、燃焼器、および高圧タービンはまとめて「コアエンジン」と呼ばれる場合がある。いくつかの用途では、中間冷却ガスタービンエンジンはまた、圧縮空気を高圧圧縮機に送るための「ブースタ」とも呼ばれることがある低圧圧縮機を含んで、高圧圧縮機でさらに圧縮する場合がある。
ガスタービンエンジンの作動特性は作動環境の外気温度に影響を受ける場合があり、それがコアエンジンに送られる流入空気流の温度を決めることはよく知られている。具体的には、外気温度が比較的低いときには、コアエンジンは、コアエンジンの温度を許容可能なレベルに保ちながら高い軸馬力(SHP:shaft horse power)を出力するように作動することができる。しかしながら、外気温度が比較的高いときには、高SHPを出すと、コアエンジンの温度は許容できない高いレベルに達する場合がある。
外気温度が比較的高くても高SHPを出力したいという要求を満足させるために、特に気温の高い日に、冷却システムを使用してコアエンジンに送られる流入空気流を冷却する場合がある。このように、冷却システムは、ガスタービンエンジンがエミッションの制限内で作動しながら最大出力を出すことができる外気温度の範囲を広げることができる。一例として、冷却システムは低圧圧縮機から受け入れた空気を冷却して、冷却した空気を高圧圧縮機に送るための中間冷却器を含む場合がある。中間冷却ガスタービンエンジンは、すべての外気温度にわたって出力が増大することから有益になる場合がある。冷却された空気の温度を制御するためのいかなる手段も有し得ない中間冷却ガスタービンエンジンもあり、したがって、そのようなエンジンでは、冷却された空気の温度は、外気温度が変化するとともにある程度変動するのは避けられない場合がある。
その他の中間冷却ガスタービンエンジンでは、中間冷却器に入る水などの冷却流体の温度を操作することによって、コアエンジンンに送られる冷却される空気の温度を制御することができる。この間接的な制御方法は、いくつかの用途では有効な場合があるが、特定の望ましくない欠点がある。例えば、出て来る空気の温度を必要なときに上昇させるためには、かなりの量の高温の流体を再循環させて中間冷却器の入口に戻すように、冷却流体の入口温度を操作しなければならない場合がある。加えて、急速起動に必要な再循環量は中間冷却システムのコストを増大させる場合がある。さらに、冷却流体の入口温度を操作することによって冷却される空気の温度を間接的に制御することは、冷却される空気の温度測定、冷却流体の温度変化、中間冷却器の平衡、および冷却される空気の温度の変化の間で時間遅れがあるため、本質的に緩慢な制御方法である。
したがって、中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するための改善されたシステムおよび方法が望まれている。このような改善されたシステムおよび方法によって、コアエンジンに送られる冷却される空気の温度を高速に、正確に、かつ低コストで制御することができる。特に、中間冷却器に入る冷却流体の温度を操作することを含む既存のシステムおよび方法に比べると、このような改善されたシステムおよび方法は製造コストを削減するとともに起動時間を短縮することができる。
米国特許第6363706号明細書
本出願およびその結果得られる特許は中間冷却ガスタービンエンジンを提供する。中間冷却ガスタービンエンジンは、圧縮空気流を発生させるように構成された低圧圧縮機と、中間冷却器と、低圧圧縮機と中間冷却器との間に配置され、圧縮空気流の第1の部分を中間冷却器に導くように構成された第1の空気ラインと、高圧圧縮機と、中間冷却器と高圧圧縮機との間に配置され、圧縮空気流の第1の部分を高圧圧縮機の方へ導くように構成された第2の空気ラインと、低圧圧縮機と高圧圧縮機との間に配置され、圧縮空気流の第2の部分を第2の空気ラインに導くように構成されたバイパス空気ラインとを含むことができる。
本出願およびその結果得られる特許はまた、中間冷却ガスタービンエンジンのコアエンジンに送られる流入空気流の温度を制御する方法を提供する。本方法は、低圧圧縮機で圧縮空気流を発生させるステップと、圧縮空気流の第1の部分を中間冷却器に導いてその中で冷却するステップと、圧縮空気流の第2の部分を中間冷却器周りにバイパスするステップと、圧縮空気流の第1の部分と圧縮空気流の第2の部分を中間冷却器の下流で混合して流入空気流を形成するステップと、流入空気流をコアエンジンに導くステップとを含むことができる。
本出願およびその結果得られる特許はさらに、中間冷却ガスタービンエンジンを提供する。中間冷却ガスタービンエンジンは、圧縮空気流を発生させるように構成された低圧圧縮機と、中間冷却器と、低圧圧縮機と中間冷却器との間に配置され、圧縮空気流の第1の部分を中間冷却器に導くように構成された第1の空気ラインと、高圧圧縮機と、中間冷却器と高圧圧縮機との間に配置され、圧縮空気流の第1の部分を高圧圧縮機の方へ導くように構成された第2の空気ラインと、低圧圧縮機と高圧圧縮機との間に配置され、圧縮空気流の第2の部分を第2の空気ラインに導くように構成されたバイパス空気ラインと、高圧圧縮機と連通する燃焼器と、燃焼器と連通する高圧タービンとを含むことができる。
本出願およびその結果得られる特許の、これらの、および他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の請求項と併せて以下の詳細な説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
低圧圧縮機、中間冷却器、高圧圧縮機、燃焼器、高圧タービン、および低圧タービンを含む公知のガスタービンエンジンの概略図である。 低圧圧縮機、中間冷却器、空気バイパスライン、高圧圧縮機、燃焼器、高圧タービン、および低圧タービンを含む、本明細書で説明され得るようなガスタービンエンジンの概略図である。
次に、いくつかの図を通して同様な符号が同様な要素を指している図面を参照すると、図1は、公知のガスタービンエンジン100の概略図を示している。ガスタービンエンジン100は、高圧圧縮機104を含んで、高圧圧縮機104の空気入口110を経て受け入れた流入空気流108を圧縮することができる。流入空気流108は、空気入口110まで延在する空気入口ライン112を経て高圧圧縮機104に送ることができる。高圧圧縮機104は圧縮空気流114を(高圧で)発生させ、この圧縮空気流114をガスタービンエンジン100の燃焼器118に送ることができる。燃焼器118は圧縮空気流114を加圧燃料流120と混合して、その混合物に点火して燃焼ガス流122を生成する。単一の燃焼器118のみを示しているが、ガスタービンエンジン100は、任意の数の燃焼器118を含むことができ、それらをガスタービンエンジン100の長手方向軸の周りに環状列に配置することができる。ガスタービンエンジン100はまた、燃焼器118からの燃焼ガス流122を受け入れる高圧タービン126を含むことができる。燃焼ガス流122は、機械仕事を発生させるように高圧タービン126を駆動し、第1の軸または高圧ロータ128を介して高圧圧縮機104を駆動することができる。高圧タービン126によって発生した機械仕事はまた、高圧ロータ128を介して、発電機などの外部負荷(図示せず)を駆動することができる。高圧圧縮機104、燃焼器118、および高圧タービン126はまとめてガスタービンエンジン100のコアエンジン130を形成することができ、高圧圧縮機104の空気入口110はコアエンジン130の空気入口とすることができる。
図1に示すように、ガスタービンエンジン100はまた、低圧圧縮機132を含んで、圧縮空気流134を(低圧で)発生させることができ、この圧縮空気流134を、低圧圧縮機132の空気出口136からガスタービンエンジン100の中間冷却器138に送ることができる。低圧圧縮機132から圧縮空気流134を、低圧圧縮機132の空気出口136から中間冷却器138の空気入口142まで延在する空気出口ライン140を経て送ることができる。圧縮空気流134は、中間冷却器138をその空気入口142から空気出口144まで通過する。冷却流体流146もまた、中間冷却器138をその冷却流体入口148から冷却流体出口150まで通過する。中間冷却器138を通過するとき、圧縮空気流134と冷却流体流146は互いに熱伝達状態にある。このようにして、圧縮空気流134は中間冷却器138によって冷却され、次いで、流入空気流108としてコアエンジン130に送られる。
ガスタービンエンジン100はまた、高圧タービン126からの燃焼ガス流122を受け入れる低圧タービン152を含むことができる。燃焼ガス流122は、機械仕事を発生させるように低圧タービン152を駆動し、第2の軸または低圧ロータ154を介して低圧圧縮機132を駆動することができる。低圧タービン152によって発生した機械仕事はまた、低圧ロータ154を介して、発電機などの外部負荷(図示せず)を駆動することができる。他の構成のガスタービンエンジン100を使用することができ、また、ガスタービンエンジン100は他の構成部品を含むことができる。
ガスタービンエンジン100が、燃焼ガス流122を受け入れる、1つまたは複数の追加の直列タービンを含むことができる構成もある。例えば、破線で示されている追加のタービン156はタービン152の下流でタービン152に連通して含むことができ、タービン152から燃焼ガス流122を受け入れる。この態様では、タービン152は「中圧タービン」となり、タービン156は「低圧タービン」となることができる。タービンに対する用語は、追加の直列タービンの相対的な位置に基づいて決めることができることが理解されるであろう。中圧タービン152は低圧ロータ154を介して低圧圧縮機132を駆動することができ、低圧タービン156は、第3の軸または負荷ロータ158を介して、発電機などの外部負荷を駆動することができる。ガスタービンエンジン100の他の構成に従って、さらに他の直列タービンを使用することができる。
ガスタービンエンジン100の作動中、コアエンジン130の空気入口(すなわち、高圧圧縮機104の空気入口110)に入る流入空気流108の温度は、作動環境の外気温度が変わるにつれて変動し得る。あるいは、流入空気流108の温度は、中間冷却器138の冷却度に影響を与える中間冷却器138に入る冷却流体流146の温度を操作することによって制御することができる。この間接的な制御方法は、いくつかの用途では有効である場合があるが、以下に説明するような特定の望ましくない欠点がある。
ガスタービンエンジン100は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、および/または他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン100は、限定するものではないが、7または9シリーズの重構造型ガスタービンエンジンなどを含む、New York、SchenectadyのGneral Electric Companyによって提供されるいくつかの様々なガスタービンエンジンのうちのいずれか1つとすることができる。ガスタービンエンジン100は、様々な構成を有することができ、他のタイプの構成部品を使用することができる。他のタイプのガスタービンもまた本明細書で使用することができる。多数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電装置もまた本明細書でともに使用することができる。
図2は、本明細書で説明され得るようなガスタービンエンジン200の概略図を示している。ガスタービンエンジン200は概ね、ガスタービンエンジン100と同様に構成することができるが、構造および機能の特定の違いは本明細書で以下に説明され得る。図示のように、ガスタービンエンジン200は、高圧圧縮機104、燃焼器118、および高圧タービン126を含むことができ、これらはまとめてコアエンジン130を形成する。ガスタービンエンジン200はまた、低圧圧縮機132、中間冷却器138、および低圧タービン152を含むことができる。上記のように、タービン152が中圧タービンであり、ガスタービンエンジン200が低圧タービン156をさらに含むことができる構成もある。これらの構成部品は概ね、ガスタービンエンジン100に関して上記と同様に機能することができる。
低圧圧縮機132から中間冷却器138まで延在して、圧縮空気流134の第1の部分を冷却のために中間冷却器138に導くように構成された空気出口ライン140をガスタービンエンジン200は含むことができる。ガスタービンエンジン200はまた、「中間冷却器バイパス空気ライン」とも呼ぶことができるバイパス空気ライン204を含むことができる。バイパス空気ライン204は、低圧圧縮機132と高圧圧縮機104の間に配置され、「バイパス空気流」とも呼ぶことができる圧縮空気流134の第2の部分を、中間冷却器138を通さずに空気入口ライン112に導くように構成することができる。言い換えれば、圧縮空気流134の第2の部分は中間冷却器138をバイパスし、したがって、冷却されない。
いくつかの実施形態では、図示のように、バイパス空気ライン204は低圧圧縮機132の空気出口136から空気入口ライン112の中間部(中間冷却器138の空気出口144の下流で高圧圧縮機104の空気入口110の上流)まで延在することができる。他の実施形態では、破線で示すように、バイパス空気ライン206は空気出口ライン140の中間部(低圧圧縮機132の空気出口136の下流で中間冷却器138の空気入口142の上流)から空気入口ライン112の中間部(中間冷却器138の空気出口144の下流で高圧圧縮機104の空気入口110の上流)まで延在することができる。どちらにしても、圧縮空気流134の冷却されない第2の部分は、圧縮空気流134の冷却された第1の部分と合流して、コアエンジン130に送られる流入空気流108を形成する。
図示のように、バイパス空気ライン204に、またはそれに沿って配置され、圧縮空気流134の第2の部分を制御するように構成された1つまたは複数の弁208をガスタービンエンジン200はまた含むことができる。具体的には、1つまたは複数の弁208は開位置と閉位置の間を選択的に調節することができ、それによって、バイパス空気ライン204を通る圧縮空気流134の第2の部分の体積流量を可変制御することができる。
圧縮空気流134の冷却された第1の部分と圧縮空気流134の冷却されない第2の部分を混合または調整して、コアエンジン130に送られる流入空気流108を形成するように構成された流体混合器212をガスタービンエンジン200はさらに含むことができる。具体的には、流体混合器212は、圧縮空気流134の冷却された第1の部分と圧縮空気流134の冷却されない第2の部分をコアエンジン130に入る前に実質的に混合するように構成することができる。いくつかの実施形態では、図示のように、流体混合器212は、バイパス空気ライン204と空気入口ライン112の交点に配置することができる。他の実施形態では、流体混合器212は、バイパス空気ライン204と空気入口ライン112の交点の下流に配置することができる。流体混合器212は、高圧圧縮機104の空気入口110から十分な距離を置いて配置されて、コアエンジン130に入る前に、確実に流入空気流108の温度分布を実質的に一様にすることができることが好ましい。
図示のように、ガスタービンエンジン200はまた、コアエンジン130に送られる流入空気流108の温度を測定するように構成された温度センサ216を含むことができる。温度センサ216は、バイパス空気ライン204と空気入口ライン112の交点の下流に配置することができる。流体混合器212を含む実施形態に従えば、温度センサ216は流体混合器212の下流に配置することができる。温度センサ216は、流体混合器212から十分な距離を置いて配置されて、流入空気流108の温度を測定する前に、確実に流入空気流108の温度分布が実質的に一様になり得ることが好ましい。いくつかの実施形態では、温度センサ216は、高圧圧縮機104の空気入口110に、またはそのすぐ上流に配置することができる。
ガスタービンエンジン200はさらに、図示のように、1つまたは複数の弁208および温度センサ216と動作可能に通信する制御器220を含むことができる。制御器220は、コアエンジン130に送られる流入空気流108の温度を制御するように動作することができる。具体的には、制御器220は、温度センサ216によって測定された流入空気流108の温度に基づいて、1つまたは複数の弁208の状態を、全開位置、全閉位置、または部分的に開くいくつかの位置のうちの1つに調節するように動作することができる。結局、制御器220は、流入空気流108の温度を所望のレベルに、または所望の範囲内に保つように動作することができる。このようにして、制御器220は、コアエンジンの温度が許容できない高いレベルに達することを防ぐように動作することができる。
ガスタービンエンジン200の作動中、制御器220は、流入空気流108の温度を温度センサ216によって測定して連続的に監視することができる。流入空気流108の温度が所望のレベルまたは範囲より下に下がった場合、制御器220は、1つまたは複数の弁208(あるいは、複数の弁208がある場合には、それらの弁208のうちの少なくとも1つ)を開位置方向に、または開位置に動かし、それによって、バイパス空気ライン204を通る圧縮空気流134の冷却されない第2の部分の体積流量を増大させることができる。このようにして、流入空気流108の温度を、所望のレベルに、または所望の範囲内に上昇させることができる。逆に、流入空気流108の温度が所望のレベルまたは範囲より上に上がった場合、制御器220は、1つまたは複数の弁208(あるいは、複数の弁208がある場合には、それらの弁208のうちの少なくとも1つ)を閉位置方向に、または閉位置に動かし、それによって、バイパス空気ライン204を通る圧縮空気流134の冷却されない第2の部分の体積流量を減少させることができる。このようにして、流入空気流108の温度を、所望のレベルに、または所望の範囲内に下降させることができる。結局、制御器220は、コアエンジン130に送られる流入空気流108の温度を直接的に制御するように動作することができる。
したがって、本明細書で説明したガスタービンエンジン200およびこれに関係する方法は、中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するための改善されたシステムおよび方法を提供する。上記のように、ガスタービンエンジン200は、1つまたは複数の弁208、温度センサ216、および制御器220とともに使用することができるバイパス空気ライン204を含んで、コアエンジン130に送られる流入空気流108の温度を高速に、正確に、かつ低コストで制御することができる。特に、中間冷却器138に入る冷却流体流146の温度を操作することを含む既存のシステムおよび方法に比べると、ガスタービンエンジン200およびこれに関係する方法は製造コストを削減するとともに起動時間を短縮する。
前述の記載は、本出願およびその結果得られる特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者は本明細書において、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって規定される本発明の全体的な精神および範囲から逸脱することなく多くの変更および修正を行うことができる。
100 ガスタービンエンジン
104 高圧圧縮機
108 流入空気流
110 高圧圧縮機の空気入口
112 空気入口ライン
114 圧縮空気流
118 燃焼器
120 加圧燃料流
122 燃焼ガス流
126 高圧タービン
128 高圧ロータ
130 コアエンジン
132 低圧圧縮機
134 圧縮空気流
136 低圧圧縮機の空気出口
138 中間冷却器
140 空気出口ライン
142 中間冷却器の空気入口
144 中間冷却器の空気出口
146 冷却流体流
148 中間冷却器の冷却流体入口
150 中間冷却器の冷却流体出口
152 低圧/中圧タービン
154 低圧ロータ
156 低圧タービン
158 負荷ロータ
200 ガスタービンエンジン
204 バイパス空気ライン
206 バイパス空気ライン
208 弁
212 流体混合器
216 温度センサ
220 制御器

Claims (20)

  1. 圧縮空気流(134)を発生させるように構成された低圧圧縮機(132)と、
    中間冷却器(138)と、
    前記低圧圧縮機(132)と前記中間冷却器(138)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の第1の部分を前記中間冷却器(138)に導くように構成された第1の空気ライン(140)と、
    高圧圧縮機(104)と、
    前記中間冷却器(138)と前記高圧圧縮機(104)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の前記第1の部分を前記高圧圧縮機(104)の方へ導くように構成された第2の空気ライン(112)と、
    前記低圧圧縮機(132)と前記高圧圧縮機(104)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の第2の部分を前記第2の空気ライン(112)に導くように構成されたバイパス空気ライン(204、206)と
    を備える、中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  2. 前記バイパス空気ライン(204)が、前記低圧圧縮機(132)の空気出口(136)から前記第2の空気ライン(112)の中間部まで延在する、請求項1記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  3. 前記バイパス空気ライン(206)が、前記第1の空気ライン(140)の中間部から前記第2の空気ライン(112)の中間部まで延在する、請求項1記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  4. 前記バイパス空気ライン(204、206)に、またはそれに沿って配置され、前記バイパス空気ライン(204、206)を通る前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分の体積流量を制御するように構成された弁(208)をさらに備える、請求項1記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  5. 前記弁(208)が、前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分の前記体積流量を可変制御するように開位置と閉位置の間を選択的に調節することができる、請求項4記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  6. 前記バイパス空気ライン(204、206)と前記第2の空気ライン(112)の交点に、またはその下流に配置され、前記圧縮空気流(134)の前記第1の部分と前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分を混合するように構成され、それによって、前記高圧圧縮機(104)に送られる流入空気流(108)を生成する流体混合器(212)をさらに備える、請求項4記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  7. 前記流体混合器(212)が、前記高圧圧縮機(104)の空気入口(110)から間隔を置いて配置されて、前記高圧圧縮機(104)に入る前に、確実に前記流入空気流(108)の温度分布を実質的に一様にする、請求項6記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  8. 前記流体混合器(212)の下流に配置され、前記流入空気流(108)の温度を測定するように構成された温度センサ(216)をさらに備える、請求項6記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  9. 前記温度センサ(216)が、前記流体混合器(212)から間隔を置いて配置されて、前記流入空気流(108)の前記温度を測定する前に、確実に前記流入空気流(108)の温度分布が実質的に一様になっている、請求項8記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  10. 前記温度センサ(216)が、前記高圧圧縮機(104)の空気入口(110)に配置される、請求項8記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  11. 前記弁(208)および前記温度センサ(216)と通信し、前記流入空気流(108)の前記温度を制御するように動作することができる制御器(220)をさらに備える、請求項8記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  12. 前記制御器(220)が、前記温度センサ(216)によって測定された前記流入空気流(108)の前記温度に基づいて、前記弁(208)の状態を調節するように動作することができる、請求項11記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  13. 前記制御器(220)が、前記温度センサ(216)によって測定された前記流入空気流(108)の前記温度に基づいて、前記弁(208)の前記状態を、全開位置、全閉位置、または部分的に開く複数の位置のうちの1つに調節するように動作することができる、請求項12記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  14. 前記高圧圧縮機(104)と連通する燃焼器(118)と、前記燃焼器(118)と連通する高圧タービン(126)とをさらに備える、請求項1記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  15. 中間冷却ガスタービンエンジン(200)のコアエンジン(130)に送られる流入空気流(108)の温度を制御する方法であって、
    低圧圧縮機(132)で圧縮空気流(134)を発生させるステップと、
    前記圧縮空気流(134)の第1の部分を中間冷却器(138)に導いてその中で冷却するステップと、
    前記中間冷却器(138)をバイパスするように前記圧縮空気流(134)の第2の部分を導くステップと、
    前記圧縮空気流(134)の前記第1の部分と前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分を前記中間冷却器(138)の下流で混合して前記流入空気流(108)を形成するステップと、
    前記流入空気流(108)を前記コアエンジン(130)に導くステップと
    を含む方法。
  16. 前記流入空気流(108)の前記温度を測定するステップと、前記流入空気流(108)の前記温度に基づいて、前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分の体積流量を調節するステップとをさらに含む、請求項15記載の方法。
  17. 圧縮空気流(134)を発生させるように構成された低圧圧縮機(132)と、
    中間冷却器(138)と、
    前記低圧圧縮機(132)と前記中間冷却器(138)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の第1の部分を前記中間冷却器(138)に導くように構成された第1の空気ライン(140)と、
    高圧圧縮機(104)と、
    前記中間冷却器(138)と前記高圧圧縮機(104)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の前記第1の部分を前記高圧圧縮機(104)の方へ導くように構成された第2の空気ライン(112)と、
    前記低圧圧縮機(132)と前記高圧圧縮機(104)との間に配置され、前記圧縮空気流(134)の第2の部分を前記第2の空気ライン(112)に導くように構成されたバイパス空気ライン(204、206)と、
    前記高圧圧縮機(104)と連通する燃焼器(118)と、
    前記燃焼器(118)と連通する高圧タービン(126)と
    を備える、中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  18. 前記バイパス空気ライン(204、206)に、またはそれに沿って配置され、前記バイパス空気ライン(204、206)を通る前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分の体積流量を制御するように構成された弁(208)と、
    前記バイパス空気ライン(204、206)と前記第2の空気ライン(112)の交点に、またはその下流に配置され、前記圧縮空気流(134)の前記第1の部分と前記圧縮空気流(134)の前記第2の部分を混合するように構成され、それによって、前記高圧圧縮機(104)に送られる流入空気流(108)を生成する流体混合器(212)と
    をさらに備える、請求項17記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  19. 前記流体混合器(212)の下流に配置され、前記流入空気流(108)の温度を測定するように構成された温度センサ(216)と、
    前記弁(208)および前記温度センサ(216)と通信し、前記流入空気流(108)の前記温度を制御するように動作することができる制御器(220)と
    をさらに備える、請求項18記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
  20. 前記制御器(220)が、前記温度センサ(216)によって測定された前記流入空気流(108)の前記温度に基づいて、前記弁(208)の状態を調節するように動作することができる、請求項19記載の中間冷却ガスタービンエンジン(200)。
JP2016020344A 2015-02-13 2016-02-05 中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法 Pending JP2016148330A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/622,043 2015-02-13
US14/622,043 US20160237904A1 (en) 2015-02-13 2015-02-13 Systems and methods for controlling an inlet air temperature of an intercooled gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016148330A true JP2016148330A (ja) 2016-08-18

Family

ID=55304896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016020344A Pending JP2016148330A (ja) 2015-02-13 2016-02-05 中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160237904A1 (ja)
EP (1) EP3056715A1 (ja)
JP (1) JP2016148330A (ja)
KR (1) KR20160100244A (ja)
CN (1) CN105888848A (ja)
BR (1) BR102016002935A2 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013147953A1 (en) * 2011-12-30 2013-10-03 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Aircraft propulsion gas turbine engine with heat exchange
AU2014225990B2 (en) 2013-03-04 2018-07-26 Echogen Power Systems, L.L.C. Heat engine systems with high net power supercritical carbon dioxide circuits
WO2016073252A1 (en) 2014-11-03 2016-05-12 Echogen Power Systems, L.L.C. Active thrust management of a turbopump within a supercritical working fluid circuit in a heat engine system
US10710738B2 (en) * 2015-06-25 2020-07-14 Pratt & Whitney Canada Corp. Auxiliary power unit with intercooler
US11112118B2 (en) * 2016-06-27 2021-09-07 General Electric Company Gas turbine lower heating value methods and systems
US10677164B2 (en) * 2016-11-15 2020-06-09 General Electric Company Cooling system for a turbine engine
US10280844B2 (en) * 2016-11-17 2019-05-07 General Electric Company Control systems for controlling power systems based on fuel consumption and related program products
WO2018217969A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for controlling the pressure of a working fluid at an inlet of a pressurization device of a heat engine system
DE102017120369A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Mikrogasturbinenanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Mikrogasturbinenanordnung
US10883388B2 (en) 2018-06-27 2021-01-05 Echogen Power Systems Llc Systems and methods for generating electricity via a pumped thermal energy storage system
US11435120B2 (en) 2020-05-05 2022-09-06 Echogen Power Systems (Delaware), Inc. Split expansion heat pump cycle
WO2022125816A1 (en) 2020-12-09 2022-06-16 Supercritical Storage Company, Inc. Three reservoir electric thermal energy storage system
US20220397062A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine with electrically driven compressor

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1568871A (ja) * 1968-01-18 1969-05-30
US4050242A (en) * 1975-12-01 1977-09-27 General Electric Company Multiple bypass-duct turbofan with annular flow plug nozzle and method of operating same
CH622317A5 (ja) * 1977-07-28 1981-03-31 Bbc Brown Boveri & Cie
US4294068A (en) * 1978-03-27 1981-10-13 The Boeing Company Supersonic jet engine and method of operating the same
US4509324A (en) * 1983-05-09 1985-04-09 Urbach Herman B Direct open loop Rankine engine system and method of operating same
SE469042B (sv) * 1991-09-13 1993-05-03 Abb Carbon Ab Foerfarande och anordning foer att reglera och begraensa luftens temperatur paa en i en pfbc-anlaeggning ingaaende hoegtryckskompressors in- och utlopp
CA2093683C (en) * 1992-05-14 2002-10-15 William Miller Farrell Intercooled gas turbine engine
US5724806A (en) * 1995-09-11 1998-03-10 General Electric Company Extracted, cooled, compressed/intercooled, cooling/combustion air for a gas turbine engine
US6003298A (en) * 1997-10-22 1999-12-21 General Electric Company Steam driven variable speed booster compressor for gas turbine
US6134880A (en) * 1997-12-31 2000-10-24 Concepts Eti, Inc. Turbine engine with intercooler in bypass air passage
US6553753B1 (en) * 1998-07-24 2003-04-29 General Electric Company Control systems and methods for water injection in a turbine engine
US6651421B2 (en) * 2000-10-02 2003-11-25 Richard R. Coleman Coleman regenerative engine with exhaust gas water extraction
DE10134612A1 (de) * 2001-02-27 2002-09-05 Alstom Switzerland Ltd Gasturbinenanlage und Verfahren zur Begrenzung eines kritischen Prozesswertes
US6526775B1 (en) * 2001-09-14 2003-03-04 The Boeing Company Electric air conditioning system for an aircraft
US6523346B1 (en) * 2001-11-02 2003-02-25 Alstom (Switzerland) Ltd Process for controlling the cooling air mass flow of a gas turbine set
AU2002347121A1 (en) * 2002-01-07 2003-07-24 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine group
EP1362984B1 (en) * 2002-05-16 2007-04-25 ROLLS-ROYCE plc Gas turbine engine
US6629428B1 (en) * 2002-10-07 2003-10-07 Honeywell International Inc. Method of heating for an aircraft electric environmental control system
US7007484B2 (en) * 2003-06-06 2006-03-07 General Electric Company Methods and apparatus for operating gas turbine engines
ES2292886T3 (es) * 2003-08-13 2008-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Planta de turbina a gas.
US7272933B2 (en) * 2004-01-28 2007-09-25 General Electric Company Methods and apparatus for operating gas turbine engines
GB2413366B (en) * 2004-04-24 2006-09-13 Rolls Royce Plc Engine.
US7284377B2 (en) * 2004-05-28 2007-10-23 General Electric Company Method and apparatus for operating an intercooler for a gas turbine engine
US7111462B2 (en) * 2004-07-21 2006-09-26 Steward-Davis International, Inc. Onboard supplemental power system at varying high altitudes
DE102004039164A1 (de) * 2004-08-11 2006-03-02 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Erzeugung von Energie in einer eine Gasturbine umfassenden Energieerzeugungsanlage sowie Energieerzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
US7254950B2 (en) * 2005-02-11 2007-08-14 General Electric Company Methods and apparatus for operating gas turbine engines
ATE496206T1 (de) * 2005-10-12 2011-02-15 Alstom Technology Ltd Gasturbine mit geregelter luftkühlung
US20070089423A1 (en) * 2005-10-24 2007-04-26 Norman Bruce G Gas turbine engine system and method of operating the same
GB0608859D0 (en) * 2006-05-05 2006-06-14 Rolls Royce Plc A gas turbine engine
US7827778B2 (en) * 2006-11-07 2010-11-09 General Electric Company Power plants that utilize gas turbines for power generation and processes for lowering CO2 emissions
US7739864B2 (en) * 2006-11-07 2010-06-22 General Electric Company Systems and methods for power generation with carbon dioxide isolation
BRPI0918769B1 (pt) * 2008-09-09 2021-01-05 Conocophillips Company sistema para melhoria de performance de turbina a gás em uma usina a gás natural
CH699804A1 (de) * 2008-10-29 2010-04-30 Alstom Technology Ltd Gasturbinenanlage mit Abgasrückführung sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.
ES2547276T3 (es) * 2009-02-03 2015-10-05 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Motor de combustión interna
CH700796A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum CO-emissionsarmen Betrieb einer Gasturbine mit sequentieller Verbrennung und Gasturbine mit verbessertem Teillast- Emissionsverhalten.
FI122720B (fi) * 2010-07-13 2012-06-15 Tamturbo Oy Turbokompressorin säätöratkaisu
CH703770A1 (de) * 2010-09-02 2012-03-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum spülen der abgasrezirkulationsleitungen einer gasturbine.
US20120180512A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 General Electric Company Water recovery system for a cooling tower
GB2493726A (en) * 2011-08-16 2013-02-20 Alstom Technology Ltd Adiabatic compressed air energy storage system
US8967528B2 (en) * 2012-01-24 2015-03-03 The Boeing Company Bleed air systems for use with aircrafts and related methods
US20150184593A1 (en) * 2012-01-30 2015-07-02 Robert J. Kraft Gas Turbine Energy Storage and Energy Supplementing Systems And Methods of Making and Using the Same
US20130239542A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 United Technologies Corporation Structures and methods for intercooling aircraft gas turbine engines
US9010114B2 (en) * 2013-02-19 2015-04-21 The Boeing Company Air charge system and method for an internal combustion engine
US20160069264A1 (en) * 2013-07-22 2016-03-10 Joseph D. Brostmeyer Gas turbine engine with turbine cooling and combustor air preheating
US10233839B2 (en) * 2013-08-16 2019-03-19 General Electric Company Composite heat exchanger
US10352243B2 (en) * 2013-09-20 2019-07-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine, gas-turbine control device, and gas turbine operation method
EP2857656A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-08 Alstom Technology Ltd Gas turbine with cooling air cooling system and method for operation of a gas turbine at low part load
ITFI20130299A1 (it) * 2013-12-16 2015-06-17 Nuovo Pignone Srl "improvements in compressed-air-energy-storage (caes) systems and methods"
US9206752B2 (en) * 2014-01-31 2015-12-08 Achates Power, Inc. Air handling system for an opposed-piston engine in which a supercharger provides boost during engine startup and drives EGR during normal engine operation
US10118108B2 (en) * 2014-04-22 2018-11-06 General Electric Company System and method of distillation process and turbine engine intercooler
FR3028291B1 (fr) * 2014-11-07 2019-04-12 Airbus Helicopters Installation motrice munie d'un dispositif de refroidissement a deux etages de l'air d'admission d'un turbomoteur
US20160160864A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 General Electric Company Cooling system for an energy storage system and method of operating the same
US10024195B2 (en) * 2015-02-19 2018-07-17 General Electric Company System and method for heating make-up working fluid of a steam system with engine fluid waste heat
US9828887B2 (en) * 2015-03-19 2017-11-28 General Electric Company Power generation system having compressor creating excess air flow and turbo-expander to increase turbine exhaust gas mass flow

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160100244A (ko) 2016-08-23
BR102016002935A2 (pt) 2016-10-11
EP3056715A1 (en) 2016-08-17
CN105888848A (zh) 2016-08-24
US20160237904A1 (en) 2016-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2016148330A (ja) 中間冷却ガスタービンエンジンの入口空気温度を制御するためのシステムおよび方法
US10830123B2 (en) Systems and method for a waste heat-driven turbocharger system
RU2623336C2 (ru) Газовая турбина с регулируемой системой воздушного охлаждения
CN105917097B (zh) 燃气涡轮、燃气涡轮的控制装置、燃气涡轮的冷却方法
CN102953836B (zh) 操作燃气轮机组的方法及实施该方法的燃气轮机组
JP5662697B2 (ja) ガスタービンの制御及び運転に関する方法
RU2563445C2 (ru) Способ и устройство для регулирования помпажа газотурбинного двигателя
JP2014139429A (ja) ガス・タービン・エンジンに対する能動的構成部品寿命管理のためのシステムおよび方法
JP2017524092A (ja) ジェットエンジン冷気冷却システム
US20160153365A1 (en) Method of Operation of a Gas Turbine Engine
US20160053721A1 (en) Gas turbine engine and method of operation
US11208959B2 (en) System and method for flexible fuel usage for gas turbines
US20140123651A1 (en) System for providing fuel to a combustor assembly in a gas turbine engine
US10379002B2 (en) Device for atmosphere conditioning for testing combustion engines, and associated method and use
US8015824B2 (en) Method and system for regulating a cooling fluid within a turbomachine in real time
EP2623751B1 (en) Method and apparatus to control part-load performance of a turbine
US20150377126A1 (en) Combined Gas Turbine Auxiliary Systems
CN105121809B (zh) 燃气涡轮发动机及与热电联产电厂热负载需求匹配的方法
US9719418B2 (en) Turbomachine inlet bleed heating assembly
JP6035413B1 (ja) ガスエンジン
EP3170995A1 (en) Combined cycle power plant and related method of operation
US20160230665A1 (en) Turbocooled vane of a gas turbine engine
JP2017180454A (ja) ガスタービンの可変流量圧縮機
US10669879B2 (en) Controlling tip clearance in a turbine
KR20210158799A (ko) 공기 흡입구 내의 온도를 제어하기 위한 시스템 및 방법