JP2018071545A - ターボ機械からの燃料をパージするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械からの燃料をパージするためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】圧縮機２４からの空気と液体燃料との混合物１８を受け取る燃焼器１６を備えたターボ機械１０が、第１の方向に圧縮機２４または燃焼器１６に流体を流すように構成された複数の流体ライン５８，６０と、流体の流れを逆転させるように構成されたエジェクタ６２とを備え、エジェクタ６２により流体ライン５８，６０の流体の流れを逆転させることにより、流体ライン５８，６０の流体を引き出して流体のパージを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械からの燃料をパージするためのシステムおよび方法に関する。

本明細書に開示される主題は、１つまたは複数の流体流を有するガスタービンエンジンなどのターボ機械に関する。より具体的には、本開示は、ガスタービンエンジンなどのターボ機械から流体（たとえば、ガス燃料、液体燃料、水）をパージするための逆パージシステムに関する。

流体がターボ機械内に残留し、望ましくない動作を生じる場合がある。たとえばターボ機械では、燃料を燃焼器に送達した後、残留燃料は、燃料プレミキサの内壁または表面に付着している燃料マニホルドおよび／または燃料プレミキサ内に残留することがある。残留燃料は、プレミキサを通る燃料流を妨げる堆積物を形成することがある。残念なことに、残留燃料は、燃料プレミキサおよび／またはマニホルド、または燃料プレミキサとマニホルドとの間に延びる通路を詰まらせる可能性がある。さらに、流体は、システム内に残留することによって浪費される場合がある。場合によっては、ターボ機械内に残留している流体は、不活性ガスを使用してターボ機械からパージされ得るが、前方パージは、パージ（たとえば、振動）に起因してターボ機械の動作を比較的大きく妨害してしまうことがある。

米国特許出願公開第２０１６／０１８６６７１号明細書

本開示の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は本開示の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本開示の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、または異なってもよい様々な形態を含むことができる。

第１の実施形態では、ガスタービンシステムは、ガスタービンシステムの第１の方向に流体を流すように構成された１つまたは複数の流体ラインを含む。ガスタービンシステムはまた、ガスタービンシステムの逆パージ中に１つまたは複数の流体ラインの流体の流れを逆転させるように構成されたエダクタを含む。

第２の実施形態では、ガスタービンシステムは、シャフトと、シャフトに結合され、空気と液体燃料との混合物のために周囲空気を圧縮するように構成された圧縮機と、圧縮機から混合物を受け取り、燃料を消費してタービンを介してシャフトに回転力を生成するように構成された燃焼器とを含む。ガスタービンシステムはまた、第１の方向に流体を圧縮機または燃焼器に流すように構成された１つまたは複数の流体ラインを含む。さらに、ガスタービンシステムは、ガスタービンシステムの逆パージ中に１つまたは複数の流体ラインの流体の流れを逆転させるように構成されたエダクタを含む。

第３の実施形態では、方法は、ガスタービンの動作中に第１の方向に１つまたは複数の流体ラインを使用してガスタービンに流体を供給することを含む。方法はまた、ガスタービンのパージ中に、ガスタービンから流体を排出するために第１の方向から第２の方向に１つまたは複数の流体ラインの流れを逆転させることを含む。

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。図面を通じて、同様の符号は、同様の部分を表す。

本実施形態に係るターボ機械の一実施形態を示す概略図である。 図１のターボ機械に使用するための、真空エジェクタまたはエダクタの一実施形態の断面図である。 パージ中の図１のターボ機械の機能を表す一実施形態のグラフを示す図である。 逆パージ中の図１のターボ機械の機能を表す一実施形態のグラフを示す図である。 図１のターボ機械から流体をパージするための方法の一実施形態を示すプロセスフロー図である。

本開示の１つまたは複数の特定の実施形態が、以下に説明されることになる。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施のすべての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、たとえばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本発明の様々な実施形態の要素を紹介するとき、「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」という冠詞は、それらの要素が１つまたは複数存在することを意味するものである。「備える（「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」）」、「含む（「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」）」、および「有する（「ｈａｖｉｎｇ」）」という用語は、包括的であり、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味している。

本実施形態は、ガスタービンエンジンなどのターボ機械およびターボ機械の流体逆パージシステムを対象とする。特に、本実施形態は、ターボ機械の１つまたは複数の部分（たとえば、燃料マニホルド、燃料プレミキサ、パイプ、ノズルなど）から流体（たとえば、ガス燃料、液体燃料、水など）をパージするためのシステムを対象とする。たとえば、ターボ機械の１つまたは複数の燃焼器は、空気または酸素などの酸化剤で１つまたは複数の燃料を燃焼させる。燃料マニホルドおよび１つまたは複数の燃料プレミキサ（燃料ノズルの一部とすることができる）は、燃料を１つまたは複数の燃焼器に送達する。たとえば、燃料マニホルドは、燃料を空気（たとえば、酸素）と混合することができる燃料プレミキサに燃料を分配する。燃料または燃料空気混合物は、燃焼器内で反応して燃焼生成物を発生する。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の燃料プレミキサが、燃焼プロセスの点火部分（および／または始動部分）の燃焼器にパイロット燃料を分配する（たとえば、ガスタービンが始動モードにある間）。次に、燃料プレミキサは、燃焼プロセスを継続する（たとえば、ガスタービンを始動モードから定常状態モードに移行させる）ために燃焼燃料を分配する。パイロット燃料および燃焼燃料は、異なるものであってもよく、各燃料は、燃焼プロセスのそれぞれの部分（たとえば、ガスタービンの始動および定常状態モード）の効率を高めるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の燃料マニホルドは、パイロット燃料を燃料プレミキサに分配することができ、第２の燃料マニホルドは、燃焼燃料を燃料プレミキサに分配することができる。他の実施形態では、燃焼プロセスの時間の間、単一のタイプの燃料を使用することができる。いずれの構成においても、シャットダウンもしくはメンテナンス間隔の間、または燃料を送達する対象のガスタービンの部分が（たとえば、始動から定常状態への移行後に）使用されていないが、ガスタービンの動作中には依然として使用されているときなど、燃焼器に燃料を送達した後に、燃料マニホルド、燃料プレミキサ、または燃料マニホルドと燃料プレミキサとの間に延びる燃料通路の残留燃料をパージすることが望ましいとされる。燃料マニホルド、燃料プレミキサ、および／または燃料マニホルドと燃料プレミキサとの間の通路もしくは導管から燃料をパージすることにより、燃料マニホルド、燃料プレミキサ、または燃料通路／導管の部分をブロックし得る残留燃料を低減または排除することができる。さらに、または代替的に、残留燃料は、燃料マニホルド、燃料プレミキサ、または燃料通路内でコークス（たとえば、堆積物を形成する）して、ガスタービンエンジンの効率を低下させる可能性がある。燃料をパージすることにより、燃料マニホルドまたは燃料プレミキサの燃料のコーキングを低減または排除することができる。さらに、使用していないときにシステム内に残留している他の流体との同様の相互作用および摩耗が存在する可能性がある。たとえば、流体は、比較的長い期間にわたって曝されると、ターボ機械の部分に対して腐食性となり得る。また、シャットダウン後、配管ライン内に残留している流体は、配管ラインを凍結させ、ターボ機械の再始動後に配管ラインの適切な動作を損うかまたはブロックする可能性がある。

したがって、システムを通して流体を引き出す逆パージシステムを使用して、流体をターボ機械からパージすることができる。本実施形態によれば、パージシステムは、燃料マニホルドおよび／または燃料マニホルドに結合された燃料プレミキサから燃料通路を介して燃料を逆パージするように構成される。説明の簡単化のために、図を参照して説明されるパージシステムの実施形態は、特に、燃料プレミキサまたは冷却剤から燃料をパージするためのパージシステムと呼ばれる。しかし、パージシステムはまた、ターボ機械の他の流体もパージすることができることに留意されたい。

パージは、ターボ機械を通る実質的に規制されていない流れに対応し得る。それにもかかわらず、過剰な流体（たとえば、燃料または冷却剤）がシステムを通って押し出されるとき、パージはターボ機械の動作に著しく障害を及ぼす可能性がある。したがって、本開示は、パージにおける流体の流れの逆転について論じる。追加的または代替的に、逆パージは、動作中に流体を導くために使用される経路以外のいくつかの方向に流体を少なくとも流す。たとえば、流体は、動作中に流体によって使用されないが、パージ中に利用可能になるパージ経路に迂回されてもよい。

次に図面に移って、最初に図１を参照すると、ターボ機械１０（たとえば、ガスタービンエンジン）の一実施形態のブロック図が示されている。本開示は、任意のターボ機械システムに関連し、本明細書で論じられるターボ機械１０は、本開示が適用される範囲を限定しないことに留意されたい。ターボ機械システムは、ロータと流体の間またはその逆の間でのエネルギーの伝達を伴う任意のシステムに関連してもよく、図示のターボ機械１０は、ターボ機械システムの一実施形態の表現として役立つことのみを意味する。

図示のターボ機械１０は、とりわけ、燃料プレミキサ１２と、燃料マニホルド１３と、燃料通路１４と、燃料供給源１５と、燃焼器１６とを含む。ターボ機械１０は、複数の燃料マニホルド１３が燃料通路１４を介して様々なタイプの燃料を燃料プレミキサ１２に供給する二重燃料ターボ機械１０であってもよい。説明の簡単化のために、１つの燃料マニホルド１３および燃料供給源１５（および関連する燃料通路１４）のみが示されているが、図示のターボ機械１０は、それぞれの燃料通路１４を介してプレミキサ１２に異なるタイプの燃料を送達するように各々構成されている複数のマニホルド１３を含むことができることを理解されたい。たとえば、１つのタイプの燃料を点火（たとえば、始動モード中）のために使用することができ、別のタイプの燃料をターボ機械１０の定常状態動作に使用することができる。いくつかの実施形態では、単一のマニホルド１３および／または単一のプレミキサ１２を、単一の燃焼器１６と共に用いることができる。

図示のように、燃料プレミキサ１２は、燃料（または、図示の実施形態では、空気燃料混合物１８）を燃焼器１６に送る。たとえば、燃料プレミキサ１２は、最初にパイロット燃料と空気との混合物１８を燃焼器１６に送り、上記の説明に従って（たとえば、点火プロセスおよび／または始動モードのために）燃焼プロセスを開始することができる。次に、燃料プレミキサ１２は、（たとえば、バーンプロセスのために）燃焼プロセスを継続するために、燃焼燃料と圧縮空気との混合物１８を燃焼器１６に送ることができる。

いくつかの実施形態では、上述したように、燃料プレミキサ１２は、（たとえば、燃料マニホルド１３とプレミキサ１２との間に延びる燃料通路１４から受け取った）燃料を圧縮空気と混合して、燃焼器１６に送達するための空気燃料混合物１８を形成する。空気燃料混合物１８は、燃焼の段階（たとえば、点火プロセスまたは定常状態バーンプロセス）に応じて、パイロット燃料または燃焼燃料を含むことができる。次いで、燃焼器１６は、混合物１８を燃焼させて燃焼生成物を生成し、燃焼生成物をタービン２０に送ることができる。燃焼生成物はタービン２０のブレードまたは段を通って膨張し、タービン２０のブレードを回転させる。タービン２０のブレードとターボ機械１０のシャフト２２との間の結合は、シャフト２２をブレードと共に回転させる。シャフト２２はまた、シャフト２２の回転がシャフト２２に結合された構成要素を回転させるように、図示のようにターボ機械１０全体のいくつかの他の構成要素に結合される。たとえば、図示のシャフト２２は、圧縮機２４に駆動可能に結合される（空気燃料混合物１８のための空気を供給することができる）。単一の圧縮機２４を示すことができるが、圧縮機２４は、２つ以上の圧縮機を含む圧縮機システムであってもよい。圧縮機２４の一部は、比較的低い圧力で空気を圧縮するために使用され得るが、他の圧縮機２４は、他の目的（たとえば、中間冷却）に使用され得る追加の圧力を提供するために、比較的高い圧力で空気を圧縮するために使用され得る。

圧縮機２４はまた、流体供給源２６から霧化した流体噴霧を受けることができる。たとえば、冷却剤（たとえば、水）は、噴霧ノズル２７を介して霧化されて圧縮機２４に噴霧され、圧縮機２４に取り込まれる空気供給源２８を介して受け取られた周囲空気の温度を低下させる。流入する周囲空気の温度を低下させることによって、圧縮機２４の排出温度を低下させることができ、それによってターボ機械１０の出力および効率を高めることができる。また、ターボ機械１０の任意の他の部分（たとえば、燃料プレミキサ１２、燃焼器１６、排気出口３４など）に流体（たとえば、水）を注入して、特定の動作状態で温度を低下させる、および／または効率を高めることができる。

シャフト２２はまた、負荷２９に結合される。理解されるように、負荷２９は、発電プラントまたは車両の発電機のようなターボ機械１０の回転出力を介して電力を生成することができる任意の適切なデバイスであってもよい。

上述したように、空気供給源２８は、空気を空気取り入れ口３０に供給することができ、次いで空気取り入れ口３０は空気を圧縮機２４に送る。実際、いくつかの実施形態では、空気供給源２８は、ターボ機械１０を取り囲む周囲空気であってもよい。追加的または代替的に、空気供給源２８は、酸素などの酸化剤を含んでもよい。上述したように、ターボ機械１０のいくつかの実施形態は、吸入空気に噴霧された流体冷却剤を噴霧するためのノズル２７を含むことができる。圧縮機２４は、シャフト２２に駆動可能に結合された複数のブレードを含む。シャフト２２は、タービン２０内の排気ガス（たとえば、燃焼生成物）の膨張の結果として回転すると、圧縮機２４のブレードを回転させ、圧縮機２４に供給された空気を空気取り入れ口３０で圧縮して圧縮空気を生成する。圧縮空気は、燃料プレミキサ１２に送られて燃料と混合され、空気燃料混合物１８を生成し、次いで燃焼器１６に送られる。たとえば、燃料プレミキサ１２は、先に説明したように、圧縮機２４からの圧縮空気と燃料マニホルド１３の１つからの燃料とを混合して空気／燃料混合物１８を発生することができる。タービン２０を通過した後、排気ガスは排気出口３４でシステムから出る。

先に説明したように、ターボ機械１０の流体経路がもはや使用されなくなった後、流体がターボ機械１０内に残留することがある。したがって、ターボ機械１０は、ターボ機械１０から過剰な流体を除去する流体除去システムを含むことができる。

たとえば、流体除去は、燃料が燃焼器１６に送達された後に、燃料マニホルド１３または燃料プレミキサ１２に残っている可能性がある残留燃料を除去することができる。たとえば、二重燃料システムでは、パイロット燃料は、燃料プレミキサ１２を介して燃焼器１６に送達されてもよい。燃焼器１６への送達のために、先に説明したように、燃焼器１６で燃焼が生じる前、または燃焼燃料が異なる（または同じ）燃料マニホルド１３から燃料プレミキサ１２に送られる前および／または後に、燃料送達が完了した後に燃料プレミキサ１２に残った残留燃料の燃料プレミキサ１２を清掃することは有益であり得る。したがって、本開示によれば、ターボ機械１０は、残留燃料をターボ機械１０から除去することができるように、燃料プレミキサ１２からの残留燃料をドレン４２またはドレン４３にパージするように構成された燃料パージシステム４０を含む。いくつかの実施形態では、ドレン４２および４３の内容物（たとえば、パージされた燃料）は、他の目的のために使用されてもよく、またはターボ機械１０で再使用されてもよい。

図示の実施形態では、燃料パージシステム４０は、排出ライン４６への（たとえば、燃料通路１４の）双方向パージセグメント４４を含み、排出ライン４６は、燃料通路１４の双方向パージセグメント４４からドレン４２および４３に延びる。（たとえば、対応する燃料通路１４の）各双方向パージセグメント４４はまた、燃料パージ中に、燃料プレミキサ１２からパージされた燃料を第１の方向と反対の第２の方向で受け取るように構成される。たとえば、先に説明したように、燃料パージモードは、ターボ機械１０の始動（たとえば、点火）モードと定常状態モードとの間、または任意の他の所望の時間に利用することができる。

燃料パージモードの間、プレミキサ１２から双方向パージセグメント４４に残留燃料をパージするために、圧力が燃料プレミキサ１２を通して燃料を押しやる。以下に説明するように、この圧力は、正のパージとしてシステムを通って前進する正の圧力であってもよいし、燃料を排出ライン４６を通して押し出すよりも、燃料を排出ライン４６を通して引き出す比較的負の圧力であってもよい。排出ラインへのアクセスは、排出ラインと、パージされた燃料および圧縮空気を排出ライン４６に導くように構成される双方向パージセグメント４４との間の接合点に位置した流量調整デバイス（たとえば、バルブ）によって制御され得る。追加的または代替的に、接合点の下流の排出ライン４６に配置された流量調整デバイス４８は、パージされた燃料および／または空気が排出ライン４６に入る、および／または排出ライン４６を通過することを可能にするように構成することができる。言い換えれば、圧力は、燃料プレミキサ１２を通して（そして燃料プレミキサ１２から出て）、燃料通路１４の双方向パージセグメント４４を通り排出ライン４６に（たとえば、流量調整デバイス４８を介して）残留燃料を押しやるように構成される。したがって、燃料パージシステム４０は、燃料プレミキサ１２および燃料通路１４の一部（たとえば、導管、ホースなど）をパージすることができる。流量調整デバイス４８は、排出ライン４６への流れおよび排出ライン４６を通る流れを選択的に制限する（たとえば、圧力を増加させる）、および／または排出ラインへのアクセスを制御するように構成されたバルブであってもよいことに留意されたい。

いくつかの実施形態では、小型マニホルドを燃料プレミキサ１２の上流に配置することができ、パージシステム４０によってパージすることもできることに留意されたい。さらに、いくつかの実施形態では、燃料通路１４の双方向パージセグメント４４は、燃料マニホルド１３と燃料プレミキサ１２との間の通路１４の全長に延び、燃料通路１４全体を、いくつかの実施形態では燃料マニホルド１３自体をパージすることができる。現在開示されているパージシステム４０は、燃料マニホルド１３、燃料プレミキサ１２、および／または燃料通路１４の任意の部分または構成要素の残留燃料をパージするように構成される。実際、いくつかの実施形態では、燃料パージシステム４０は、燃焼器１６から残留未燃燃料（および／またはフラッシュ残留物、汚染物などの他の残留物）をさらにパージすることができる。さらに、当業者であれば、燃料マニホルド１３および燃料プレミキサ１２がどちらの構成においても残留燃料のコーキングの影響を受け易いため、燃料パージシステム４０の現在開示されている実施形態を二重燃料ターボ機械１０または単一の燃料ターボ機械１０に用いることができることを理解するであろう。

残留燃料は、燃料プレミキサ１２から排出される。パージされた燃料は、排出ライン４６を通って送られる。しかし、燃焼器１６および／または圧縮機２４からの熱により、燃料プレミキサ１２および／または燃料ライン内の温度は、燃料により上昇している可能性がある。したがって、燃料を冷却するために使用され得る冷却装置５２が用いられてもよい。冷却装置は、空冷式または液冷式の冷却を含むことができる。たとえば、流体供給源２６からの冷却剤は、燃料温度を低下させるために排出ライン４６を取り囲むように使用されてもよい。追加的または代替的に、冷却装置５２は、空気冷却を含んでもよい。たとえば、冷却装置５２は、排出ライン４６を通る燃料流の圧力を使用して外気を引き出して燃料を冷却するために使用される、エダクタベースの冷却システムを含むことができる。

いくつかの実施形態では、排出ライン４６を通る燃料の流れは、排出ライン４６を通して燃料を吸引するために、比較的負の圧力を使用して真空エジェクタ５２によって少なくとも部分的に引き出され得る。言い換えれば、エジェクタ５２のドレン側の排出ライン４６の圧力は、エジェクタ５２の冷却側の排出ライン４６の圧力より低い。図１に戻って、エジェクタ５２に加えて、またはエジェクタ５２の代替として、燃料はまた、圧縮した排出ライン４６を通して押し出す燃料を使用する排出ライン４６を通して押しやるようにしてもよい。たとえば、圧縮空気は、燃焼器１６に導かれるのではなく、圧縮機２４から抽気されてもよい。しかし、この加圧空気は、温度が上昇し、燃料温度を上昇させることがある。

引き続き図１を参照すると、ターボ機械１０はまた、冷却剤パージシステム５４を含む。冷却剤パージシステム５４は、流体ライン５８および６０の流体をそれぞれ迂回させる冷却剤排出ライン５６および５７を含む。さらに、前述したように、流体供給源２６からの冷却剤は、圧縮機２４などのターボ機械１０の複数の位置に、および／または追加の冷却６１として提供されてもよい。さらに、ターボ機械１０は、３つ以上の冷却剤排出ライン５６および５７ならびに／または流体ライン５８および６０を含むことができる。さらに、空気２８がターボ機械１０内に吸入されて空気に噴霧される際の流体供給源からの流体を霧化する圧力を提供する流体ライン５８のような、比較的高い圧力の流体ラインもある。しかし、他のラインは、流体ライン６０のような比較的低い圧力を有してもよい。たとえば、燃料排出ライン４６または追加の冷却６１を冷却するために冷却剤が使用される場合、冷却剤流体は比較的低い圧力の形態で使用されてもよい。これらの高圧および低圧ラインは、異なって処理されてもよい。たとえば、流体ライン５８のような高圧ラインでは、逆方向の流体流は、高圧ラインの一端部で比較的低い圧力に起因する逆流として少なくとも部分的に引き起こされてもよく、エジェクタ６２が作動しているときにドレン６４に近い端部のラインの圧力を低下させてドレン６４に向かって移動させる真空エジェクタ６２は、省略しても含んでもよい。冷却剤パージシステム５４はまた、排出ライン５８および６０に配置され、流体および／または空気が排出ライン５８および６０に入る、および／または排出ライン５８および６０を通過することを可能にする流量調整デバイス６６を含む。追加的または代替的に、流量調整デバイス６６は、流体排出ライン５８および６０を通る流量を調整することができる。

いくつかの実施形態では、流体排出ライン５８および６０の冷却剤流体は、流体をドレン６４を通して流体供給源２６に戻すことによって再利用され得る。いくつかの実施形態では、流体が流体供給源２６に送られる前に、ドレン６４を通過する流体を最初に濾過して流体から微粒子または他の汚染物質を除去してもよい。

図２は、燃料パージシステム４０および／または冷却剤パージシステム５４で使用され得る真空エジェクタ１００の一実施形態の断面図を示している。真空エジェクタ１００は、本体１０２を含み、本体１０２は、エジェクタ１００の本体１０２を通って実質的に環状に延びるキャビティ１０４を含む。キャビティ１０４は、流体１１０（たとえば、燃料）をそれぞれ受け入れて排出する入力オリフィス１０６と出力オリフィス１０８とを接続する。キャビティ１０４はまた、空気１１２を側方オリフィス１１４を通して環状リングの中央部に受け入れ、これは、流体１１０の流れを入力オリフィス１０６から出力オリフィス１０８に押しやる力を提供する。前述したように、空気１１２の流れは、圧縮機２４および／または真空エジェクタ１００を通る流れを誘導するための加圧空気を供給する代替の空気供給源から受け取ることができる。したがって、真空エジェクタ１００は、真空エジェクタ１００に結合されたラインの端部の流体ラインの相対圧力を低下させ、流体１１０を流体ラインを介して真空エジェクタ１００に向かって流れるようにする。言い換えれば、真空エジェクタ１００は、追加の流体をターボ機械１０に押し出さずに流体ラインを通して流体１１０を引き出す。

図３は、時間の経過と共に動作中のターボ機械１０の機能を表すグラフ１３０を示している。具体的には、グラフ１３０は、ターボ機械１０のランプダウンシーケンス中に発生する流体パージを示している。さらに、図示のように、流体パージは水パージに対応し、他の流体（たとえば、燃料）のパージが異なる干渉パターンを引き起こし得るが、ランプダウンシーケンスの動作と共に干渉期間１３１を引き起こす。グラフ１３０は、圧縮機２４、燃焼器１６、および／または排気出口３４などのガスタービンの様々な位置で追跡することができる温度１３２および１３４を含む。パージおよびグラフ１３０の対応する干渉期間１３１の間に、温度１３２および１３４の両方が、パージに起因する以前の温度からの変動として低下する（１３６）。これらの温度は、互いに異なって変動し得る。たとえば、温度１３２は、第１の値（たとえば、３０°Ｆ）だけ低下し、温度１３４は、第２の値（たとえば、３０°Ｆ）だけ低下することもある。温度が低下すると、低下１３６を修正しようとすればオーバーシュート１３８が生じる。たとえば、温度１３２および１３４は、目標温度を１０〜１５°Ｆだけオーバーシュートする可能性がある。

グラフ１３０はまた、シャフト２２に及ぼされる生成された電力１４０を示している。予期されるように、電力１４０は、時間１４２におけるランプダウンの開始に応答して減少する。しかし、パージにより、干渉期間１３１において電力が急増する。たとえば、電力の急増は、１．９ＭＷのような比較的大きな量の電力の急激な増加に対応し得る。パージはまた、ターボ機械１０の毎分回転数（ＲＰＭ）１４４の変動を引き起こす。たとえば、パージにより、速度が２００ＲＰＭ上昇する可能性がある。いくつかの実施形態では、これらの変動の少なくとも一部は、ターボ機械１０を通ってパージされる流体の流れの増加に起因し得る。たとえば、システムを通って燃料がパージされると、燃料流量および／または燃料濃度１４６が増加してもよい。

パージされる流体にかかわらず、パージにより、干渉期間１３１において流体遮断動作が幾分制御されない流れが生じる。さらに、この干渉は、ターボ機械１０の様々な変動を引き起こす。これらの変動は、ターボ機械１０の一部の可聴ノイズ、振動、および摩耗の増加などの様々な二次的影響にも対応し得る。したがって、干渉期間１３１および／または干渉の大きさを低減または排除することができれば、持続的な動作が改善される。干渉の期間は、ソフトウェアシーケンシングを使用して「軟化」することができる。たとえば、パージの開始は、エンジンに「ソフト」速度で排出する時間をマニホルドに与えるために遅延させることができる。しかし、ある程度の遅延の後では、追加の遅延は、それ以上の利益をもたらさない。たとえば、６０秒後には継続的な利益はなかった。さらに、流体供給源からシステム内に流体を噴霧するために使用されるノズル先端部に存在する真空状態により、遅延の期間に関係なく、システム内にいくらかの量の流体が残留している可能性がある。したがって、パージにおける遅延は、システムとの全体的な干渉の大きさおよびタイミングの低減をもたらすが、システムの動作に対する干渉の除去をもたらさない可能性がある。

追加的または代替的に、システムに流体を噴霧するために使用されるオリフィスは、パージ中にシステムへの流体の流れを減少させるサイズに縮小することができる。しかし、縮小したオリフィスは、ノズルの真空状態に対応しない。上述のように、システムから流体を除去するために、システムを通して流体を引き戻す逆パージが、上述のターボ機械１０を使用して流体ノズルの真空状態を克服し得る。図４は、逆パージを使用するターボ機械１０の動作を示すグラフ２００を示している。グラフ２００は、動作の妨害が低減したまたは完全に存在しないパージ期間を含む。たとえば、図４の温度２０４および２０６（それぞれ、温度１３２および１３４に対応する）は、図３の対応する温度１３２および１３４よりかるかに変動が少ない。同様に、電力２０８、ＲＰＭ２１０、および燃料流濃度２１２は、図３に示された対応する前方パージ中と同様に、逆パージ２０２中に障害がないか、少なくとも著しく障害が少ない。

図５は、ガスタービンなどのターボ機械から流体をパージするためのプロセス３００を示している。ガスタービンの動作中、流体は、１つまたは複数の流体ラインを使用して第１の方向にターボ機械に供給される（ブロック３０２）。流体は、ターボ機械の動作を可能にするか、または向上させるために、ターボ機械を通って流れ得る燃料、冷却剤、または任意の他の流体を含むことができる。パージが、開始される（ブロック３０４）。パージは、ターボ機械の動作におけるランプダウン、シャットダウン、または他の変化に対応し得る。たとえば、燃料のタイプが始動燃料から定常状態燃料に切り替えられた場合、燃料マニホルドからの始動燃料をパージすることができる。ターボ機械のパージ中、１つまたは複数の流体ラインの流れは、第２の方向に逆転される（ブロック３０６）。流れの方向を変えることによって、流体を噴霧するために使用されるノズルに形成される真空状態を克服することができ、流体を前方パージよりターボ機械からより完全になくすことができる。さらに、前述したように、逆パージはターボ機械への障害を低減する。

この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

１０ ターボ機械
１２ 燃料プレミキサ
１３ 燃料マニホルド
１４ 燃料通路
１５ 燃料供給源
１６ 燃焼器
１８ 空気燃料混合物
２０ タービン
２２ シャフト
２４ 圧縮機
２６ 流体供給源
２７ 噴霧ノズル
２８ 空気供給源
２９ 負荷
３０ 空気取り入れ口
３４ 排気出口
４０ 燃料パージシステム
４２ ドレン
４３ ドレン
４４ 双方向パージセグメント
４６ 燃料排出ライン
４８ 流量調整デバイス
５２ 冷却装置、真空エジェクタ
５４ 冷却剤パージシステム
５６ 冷却剤排出ライン
５７ 冷却剤排出ライン
５８ 流体排出ライン
６０ 流体排出ライン
６１ 追加の冷却
６２ 真空エジェクタ
６４ ドレン
６６ 流量調整デバイス
１００ 真空エジェクタ
１０２ 本体
１０４ キャビティ
１０６ 入力オリフィス
１０８ 出力オリフィス
１１０ 流体
１１２ 空気
１１４ 側方オリフィス
１３０ グラフ
１３１ 干渉期間
１３２ 温度
１３４ 温度
１３６ 低下
１３８ オーバーシュート
１４０ 電力
１４２ 時間
１４４ 毎分回転数（ＲＰＭ）
１４６ 燃料流量および／または燃料濃度
２００ グラフ
２０２ 逆パージ
２０４ 温度
２０６ 温度
２０８ 電力
２１０ ＲＰＭ
２１２ 燃料流濃度
３００ プロセス
３０２ ブロック
３０４ ブロック
３０６ ブロック

Claims (20)

1. ガスタービンシステムであって、
   前記ガスタービンシステムの第１の方向に流体を流すように構成された１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）と、
   前記ガスタービンシステムの逆パージ（２０２）中に前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の前記流体の流れを逆転させるように構成されたエダクタとを備える、ガスタービンシステム。
2. 前記流体が、冷却剤を含む、請求項１に記載のガスタービンシステム。
3. 前記冷却剤が、水を含む、請求項２に記載のガスタービンシステム。
4. シャフト（２２）と、
   前記シャフト（２２）に結合され、空気と燃料との混合物（１８）のために空気を圧縮するように構成された圧縮機（２４）と、
   前記シャフト（２２）に結合され、前記シャフト（２２）に回転エネルギーを生成する際に燃料を消費するように構成された燃焼器（１６）とを備える、請求項１に記載のガスタービンシステム。
5. 前記流体が、前記圧縮機（２４）で圧縮される前に空気に注入される冷却剤を含む、請求項４に記載のガスタービンシステム。
6. 前記ガスタービンシステムから逆パージ（２０２）されたときに、液体燃料を冷却するように構成された冷却システムを備える、請求項５に記載のガスタービンシステム。
7. 前記流体が、前記燃焼器（１６）で消費される液体燃料を含む、請求項４に記載のガスタービンシステム。
8. 前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）が、
   前記エダクタから押しやられる比較的高い量を使用する１つまたは複数の比較的低い圧力のラインと、
   １つまたは複数の比較的高い圧力のラインであって、前記１つまたは複数の比較的高い圧力のラインを通して前記流体を押し戻すように前記１つまたは複数の比較的高い圧力のラインの少なくとも一部の圧力を使用する１つまたは複数の比較的高い圧力のラインとを備える、請求項１に記載のガスタービンシステム。
9. ガスタービンシステムであって、
   シャフト（２２）と、
   前記シャフト（２２）に結合され、空気と液体燃料との混合物（１８）のために周囲空気を圧縮するように構成された圧縮機（２４）と、
   前記圧縮機（２４）から前記混合物（１８）を受け取り、燃料を消費してタービン（２０）を介して前記シャフト（２２）に回転力を生成するように構成された燃焼器（１６）と、
   第１の方向に前記圧縮機（２４）または前記燃焼器（１６）に流体を流すように構成された１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）と、
   前記ガスタービンシステムの逆パージ（２０２）中に前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の前記流体の流れを逆転させるように構成されたエダクタとを備える、ガスタービンシステム。
10. 前記流体が、液体燃料または冷却剤を含む、請求項９に記載のガスタービンシステム。
11. 逆パージ（２０２）中に液体燃料を冷却するように構成された冷却エダクタを備える、請求項１０に記載のガスタービンシステム。
12. 前記冷却エダクタが、圧縮機（２４）からの圧縮空気を使用して周囲空気の流れを引き込むことによって、前記液体燃料を冷却するように構成される、請求項１１に記載のガスタービンシステム。
13. 前記エダクタが、
    本体（１０２）と、
    前記本体（１０２）の一部を通って延びる実質的に環状のキャビティ（１０４）と、
    前記流体を受け取る入力オリフィス（１０６）と、
    前記流体を排出する出力オリフィス（１０８）と、
    空気を吸入して前記流体を前記キャビティ（１０４）を介して前記出力オリフィス（１０８）から押しやり、それによってより多くの前記流体を前記入力オリフィス（１０６）内に押しやる取り入れ口（３０）とを備える、請求項９に記載のガスタービンシステム。
14. 前記取り入れ口（３０）が、前記圧縮機（２４）からの空気の流れを受け取る、請求項１３に記載のガスタービンシステム。
15. 前記取り入れ口（３０）が、前記圧縮機（２４）とは別の空気供給源（２８）からの空気の流れを受け取る、請求項１３に記載のガスタービンシステム。
16. ガスタービンの動作中に第１の方向に１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）を使用して前記ガスタービンに流体を供給することと、
    前記ガスタービンのパージ中に、前記ガスタービンから前記流体を排出するために前記第１の方向から第２の方向に前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の流れを逆転させることとを含む、方法。
17. エダクタを使用して、前記第１の方向から前記第２の方向に前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の前記流れを逆転させる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ガスタービンに流体を供給することが、ノズル（２７）を使用して流体を噴霧することを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記第１の方向から前記第２の方向に前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の流れを逆転させることが、前記ノズル（２７）の真空状態を克服することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ガスタービンがランプダウンされるべきであるという指示を受信することを含み、前記１つまたは複数の流体ライン（５８，６０）の流れを逆転させることが、前記指示に応じて行われる、請求項１６に記載の方法。