JP3079901B2 - ガスタービンの圧縮機洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開放サイクルガスター
ビンの空気圧縮機の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、開放サイクルガスタービンでは、
吸気部に設けられているフィルタでは取りきれない塵芥
がガスタービン空気圧縮機内に侵入し、翼表面に付着す
ることにより効率の低下をもたらしていた。

【０００３】この対策として従来は、例えば、火力原子
力発電Vol.４４，Ｎo.２，Ｐ６７〜Ｐ７８（１９９３年
２月号）にあるように、ガスタービンを適当な起動手段
により空転状態とし、ガスタービン吸気部に設けられた
水洗浄ノズルにより水を連続的に吸入空気中に投入する
ことにより、空気圧縮機表面に水滴を衝突させ表面に付
着した塵芥を取り除く方法が用いられてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の水洗浄の場合、
ガスタービン空転状態が設定されると連続的に洗浄水が
供給されて洗浄がおこなわれるが、連続的に流す事によ
り、圧縮機翼表面に水の膜ができ、衝突の効果が低下
し、定常時の洗浄効果が低下する場合があった。

【０００５】又、洗浄効果を上げるには、投入流量を増
やし、翼表面に水滴を強く衝突させる必要が有るが、連
続的に多量の水を投入した場合、ガスタービンドレン系
統殻の水の排出が追い付かず、ガスタービンケーシング
内部に多くの水を溜める恐れがある。

【０００６】燃料燃焼系統等特に燃料配管に水が混入し
た場合には、通常運転に移行する際燃料ガス等に水分が
流入し、燃焼の不安定の要因となる問題が生ずる。

【０００７】従って、従来は投入流量が少なく限定し、
長時間洗浄するか、大流量流す場合は、一定時間経過し
た時点で、洗浄をやめ、ガスタービンを停止する方法が
取られてきた。

【０００８】本発明の目的は、従来の洗浄方法の問題が
あった、連続洗浄時の洗浄効率の低下を防止すると共
に、連続水投入によって二次的に生じるガスタービン中
の水の停滞と燃料系統への水の混入を防止する洗浄装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ガスタービンと、該ガスタービンに軸を
介して連結された圧縮機と、該圧縮機に液体を噴射して
洗浄する液体噴射装置と、前記圧縮機内に噴射された液
体を系外に排出する液体排出手段を備えたガスタービン
の圧縮機洗浄方法において、前記圧縮機を回転させつ
つ、該圧縮機内に前記液体噴射装置から所定の期間液体
を噴射させる第１の工程と、前記液体噴射装置から圧縮
機内に噴射する液体を所定の期間休止させると共に、圧
縮機の回転数を前記液体を噴射する期間の前記回転数よ
り上昇させる第２の工程とを有し、前記第１の工程と第
２の工程とを繰り返すと共に、該圧縮機内に噴射された
液体を前記液体排出手段から系外に排出することを特徴
とするものである。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
はガスタービンと、該ガスタービンに軸を介して連結さ
れた圧縮機と、該圧縮機に液体を噴射して洗浄する液体
噴射装置と、前記圧縮機内に噴射された液体を系外に排
出する液体排出手段を備えたガスタービンの圧縮機洗浄
方法において、前記圧縮機を回転させつつ、該圧縮機内
に前記液体噴射装置から所定の期間第１の流体流量の液
体を噴射させる第１の工程と、前記液体噴射装置から圧
縮機内に噴射する前記第１の流体流量よりも少ない第２
の流体流量の液体を所定の期間前記圧縮機内に噴射させ
ると共に、圧縮機の回転数を前記第１の流体流量の液体
を噴射する期間の前記回転数より上昇させる第２の工程
とを有し、前記第１の工程と第２の工程とを繰り返すと
共に、該圧縮機内に噴射された液体を前記液体排出手段
から系外に排出することを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、洗浄水を間欠的に噴射するこ
とによって、洗浄効率低下の原因となる翼表面に生成さ
れる水膜を洗浄途中に除去することができるので、空気
圧縮機翼表面のスケール等に水を直接衝突させることが
でき、洗浄効率を高く保つと共に、連続的な水の投入に
よって生じるガスタービン本体の水の停滞とそれによっ
て生じる燃料系統への水の混入を防止することができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１３】図１は、本発明を適用するガスタービン及
び水洗浄システムの一例を示し、図２は、水洗浄の一実
施例を示す。

【００１４】図１に示す様に、ガスタービンはその構成
要素である空気圧縮機９，燃焼器１０，タービン１１に
よりなる。

【００１５】次に、通常運転の方法を説明する。

【００１６】発電用ガスタービンは、発電機１３を駆動
する動力源である。ガスタービンは、停止状態からは、
自立運転ができないため、通常起動時には、ヂーゼルエ
ンジンやモータといった起動装置８によりガスタービン
を空転させ、空気取り入れ室１２より大気から空気を導
入する。

【００１７】導入された空気は、空気圧縮機９から燃焼
器１０にはいる。

【００１８】空気は燃焼器１０で燃料と混合させてここ
で点火装置により点火し、燃焼ガスを発生させ、タービ
ン１１で機械的エネルギーを得る。

【００１９】回転数が増加するに連れて、空気流量が増
え空気圧縮機９出口圧が上昇してくる。風量の増加と共
に燃料を増加させることによりタービン１１の出力が、
増加し、有る時点で空気圧縮機９の軸動力よりも大きく
なり、自立運転にはいる。

【００２０】その後、起動装置８を停止してそれ以降
は、タービン１１の出力と空気圧縮機９の軸動力の差
が、ガスタービンの出力となる。

【００２１】従って、空気圧縮機９の翼表面に塵芥等が
付着し、そこを通過する空気の流れが乱されると、圧縮
機の効率が低下し軸動力が増え、又吸い込み風量も低下
し、タービンの出力が低下する。

【００２２】大気から空気を吸い込み、排気室１４を通
して大気に捨てる開放サイクルガスタービンの場合、特
に、発電用ガスタービンは、長期間の運転を要求される
ために、設置される環境が悪い、（コンビナートや工業
地帯）等の影響で圧縮機の翼は、汚れ易い。

【００２３】本発明は、ガスタービンの出力及び効率を
回復させるための有効は手段を提案することにある。

【００２４】以下に本発明の水洗浄方法の一例を説明す
る。

【００２５】図１に示す如く、本発明の水洗浄装置は、
洗浄水供給系統，水洗浄制御弁１，水洗浄ドレン弁２，
３，４，水洗浄マニホールド１７，水洗浄ノズル１８に
よって構成されている。

【００２６】洗浄水供給系統は、水洗浄ノズル１８から
必要な水を噴射可能な圧力の水或いは洗浄水を供給する
系統である。

【００２７】水洗浄制御弁１は、洗浄水の流量を制御す
るものである。本発明では、この弁により水或いは洗浄
水を間欠的に投入したり、大流量，小流量のサイクルを
繰り返す制御を行う。

【００２８】水洗浄ドレン弁２，３，４は、水洗浄後に
ガスタービン中に水を停滞させない為に洗浄水を外部に
排出するものである。

【００２９】ドレン弁２は、圧縮機９に入りきらなかっ
た水を排出するものであり、ドレン弁３は、燃焼器１０
にたまる水を排出するものであり、ドレン弁４は、ター
ビンにたまる水を排出するものである。

【００３０】洗浄水マニホールド１７は、圧縮機入口の
環状部に水を導入するものである。水洗浄ノズル１８
は、洗浄水を噴霧し空気流に水滴を含ませるはたらきを
する。（又は、噴流を直接圧縮機翼に当てるものであ
る。） 洗浄方法を図２によって説明する。

【００３１】まず、水洗中にケーシング内に溜まる水の
ドレンを排出するために水洗浄ドレン弁２，３，４を全
開とする。

【００３２】次に起動装置８を運転し、ガスタービンを
空転させることにより、空気の流れを発生させる。

【００３３】洗浄時の空転回転数は、投入する洗浄水の
液滴が、遠心力で翼外側に飛ばされない範囲に制御す
る。

【００３４】水が侵入することにより錆等の問題の発生
するもの例えば空気圧縮機抽気弁５或いはケーシング冷
却ファン６は、洗浄水が、侵入しないように、空気圧縮
機抽気弁５を閉とし、ケーシング冷却ファン６を運転す
る。

【００３５】洗浄水を多く取り入れるため、入口案内翼
７を全開とする。

【００３６】入口案内翼７は吸気量を調整できるので、
水洗時は、出きるだけ多くの水を吸入させるため最大開
度とし、空気を出きるだけ多く取り入れる。

【００３７】この状態で、水洗浄制御弁１を全開或いは
開度大にし、洗浄水の投入を開始する。

【００３８】空気圧縮機９の入口に設置した水洗浄ノズ
ル１８から水や、洗浄水が空気圧縮機９内に噴射され
る。

【００３９】洗浄水の投入により、空気の密度が上昇
し、ガスタービンの回転数が低下するため、洗浄時の設
定は、その分を考慮して調整する。

【００４０】図５に洗浄水の流れを示す。空気流に乗っ
た水及び洗浄水が、回転する動翼表面に強く衝突し、翼
表面の塵芥及びスケールが除去される。入口案内翼７，
圧縮機静翼１６，圧縮機動翼１５の背側には、水及び洗
浄水が沿って流れ、効果は、動翼腹側よりも若干落ちる
が、塵芥の付着は動翼腹側が多く、それを落とす方法が
有効となる。

【００４１】（洗浄効果を上げるためには、大きな液滴
を回転する塵芥の付着した翼表面に直接衝突させるのが
有効であるため、大流量の水を間欠的に投入する。これ
は、水を投入して、翼表面に液滴を衝突させて塵芥を除
去したあと、翼表面の水を遠心力で飛ばし、水膜が無く
なったあと、新たに水を投入して翼表面に水滴を衝突さ
せることにより、洗浄効果を上げることができるからで
ある。

【００４２】従来の様に連続的に小流量を流すと、翼表
面に水の膜が生じ、液滴が直接翼表面に当たらなくな
り、洗浄効果が低下する。） しかし、洗浄効果を上げるために長時間大流量の水を投
入すると、吸気室ドレン弁２，燃焼器ドレン弁３，ター
ビンドレン弁４では、水が吐ききれず、ガスタービン内
の水位が上昇し、主要機器に水が侵入する可能性があ
る。

【００４３】ガスタービンの内、特に燃焼器１０は、燃
焼ガスを発生させる機器であり、もし水洗浄により大量
の水が流入し、燃料ノズル等に水が侵入した場合、点火
不良が発生する恐れがある。

【００４４】又、環境対策用の低ＮＯｘ型の燃焼器は、
希薄予混合燃焼であるため、燃焼の安定性が、従来の拡
散燃焼方式に較べ悪いためその危険性は増加する。

【００４５】二段燃焼方式の低ＮＯｘ型の燃焼器の場
合、一段から二段燃焼へ移行は、通常発電機負荷を取っ
た後に行われるため、二段ノズルに水が混入した場合、
負荷運転中に燃焼の不安定が発生し、トリップ等の危険
性がある。

【００４６】間欠的に洗浄する本発明は、水投入を停止
する間に水を抜くことができ、この様な不具合を防止す
ることができる。

【００４７】洗浄水の投入を続けることにより翼表面の
洗浄水の膜ができて、洗浄効果が低下した時点で水洗浄
制御弁１を全閉或いは開度小にして洗浄水の供給を制限
する。

【００４８】空気密度が小さくなることにより、回転数
は上昇し、風速が増して翼表面の洗浄水が飛ばされる。
又、回転数の上昇により遠心力で塵芥も翼外周に飛ばさ
れる。そして翼表面の水膜が切れて、新たに塵芥の付い
た表面が現われた時点で再び水洗浄制御弁１を全開或い
は開度大にし、洗浄水を圧縮機翼に強く衝突させて、翼
表面のスケール及び塵芥を取る。（この回転数の変化
は、水の間欠投入により自然に生ずるが、これを回転数
制御しても良い。） 以上の断続的な洗浄を洗浄効果の良好な洗浄水投入時間
と洗浄水遮断時間となるように設定する。

【００４９】洗浄運転が終わった後、空転回転数に設定
し、乾燥運転を行う。

【００５０】この運転は、ガスタービン内部の水分を蒸
発させて、次回運転に支障が無いようにするものであ
る。乾燥運転が終了し、ガスタービンを停止し、水洗浄
は完了となる。

【００５１】図３に、洗浄効果と洗浄時間の関係を示
す。或る条件で洗浄を行った場合、洗浄開始から１分間
は、洗浄効果が急激に上昇し、それ以上連続的に行った
場合は、効果が激減し、３分以上では殆ど効果が無くな
る。

【００５２】従って、洗浄時間を１分とし、その間最大
流量流して塵芥を除去し、１分経過したら水洗浄制御弁
１を閉止し、洗浄水を２分間止め、回転数を上昇させて
空気流速を増し、更に、遠心力を増して翼表面の洗浄水
を切ると同時に水洗浄ドレン弁２，３，４よりの排水を
行い更に同一サイクルを数回実施することにより、常に
効果を上げながら洗浄を実施することができる。

【００５３】この方式により、翼表面に衝撃的に水を噴
射し、洗浄効果を上げると同時に、連続的に小流量投入
することにより翼表面に水の膜を生じさせる事もなく、
洗浄効果を上げることができる。

【００５４】又、ガスタービン内に水を停滞させること
を防止できるため、燃料，燃焼系統への水の流入が抑さ
えられ、水洗実施後のガスタービン起動をスムーズに行
うことが出きる。

【００５５】図４に本発明の他の実施例を示す。

【００５６】一般にガスタービン（特に発電用ガスター
ビン）は、多段軸流圧縮機を用いるため、洗浄水を入口
から投入する場合、最終段にゆくまでに、空気中の水滴
が蒸発して衝突の効果が無くなり洗浄効果が落ちること
が考えられる。従って、本実施例に示す様に、吸い込み
側に追加して、空気圧縮機の中間段に数ケ所、中間段マ
ニホールド１９，中間段水洗浄ノズル２０，中間段水洗
浄制御弁２１を設け、中間段から上の段の翼の洗浄を連
続或いは間欠で行うものである。これにより、出口にゆ
くに従って洗浄効果が減少することを抑さえることがで
きる。

【００５７】図７と図８に本発明の他の実施例を示す。

【００５８】図８に示す様に、本系統には、洗浄水供給
系統（この場合は純水）と薬品供給系統を有しており、
薬品供給弁２２と洗浄水制御弁１により、純水と薬品を
切り換えることが可能である。

【００５９】図７に運用方法を示す。本実施例では、ガ
スタービンを空転回転数まで上昇させて、空気流を発生
させた後、薬品供給弁２２を開けて、１分間薬品を噴霧
し、翼表面に薬品を浸透させる。その後、塵芥を溶解さ
せる時間１０分間保持するが、その際はガスタービン回
転数を下げ、入口案内翼を全閉し、空気流を極力抑さ
え、更に動翼の遠心力も小さくし、翼表面の洗浄剤の膜
が切れない様にする。

【００６０】１０分経過したら、回転数を水洗浄に適し
た設定まで上げ、１分間純水を投入して、洗浄剤で柔ら
かくなった塵芥の表面に水滴を衝突させる。水の膜がで
きたところで純水の投入を停止し、膜が切れたところで
再度純水を投入する。

【００６１】この方式により、洗浄効果を向上させるこ
とができる。

【００６２】純水の代わりに、加熱したり、温水を使う
場合も有る。

【００６３】

【発明の効果】本発明により、従来の連続投入に較べ、
洗浄効果を向上させることができると共に、連続的な水
の投入によって生じるガスタービン本体の水の停滞と燃
料系統への水の混入を防止することができ、水洗実施後
も安定した起動が可能となる効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する圧縮機洗浄システムの一例を
示す図。

【図２】本発明の一実施例を示す図。

【図３】洗浄効果と洗浄時間の関係を示す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す図。

【図５】洗浄水の流れを示す図。

【図６】洗浄効果の説明図。

【図７】本発明の他の実施例を示す図。

【図８】本発明の他の実施例を示す図。

【符号の説明】

１…水洗浄制御弁、２…吸気室ドレン弁、３…燃焼器ド
レン弁、４…タービンドレン弁、５…空気圧縮機抽気
弁、６…排気ケーシング冷却ファン、７…入口案内翼、
８…起動装置、９…圧縮機、１０…燃焼器、１１…ター
ビン、１２…空気取り入れ室、１３…発電機、１４…排
気室、１５…圧縮機動翼、１６…圧縮機静翼、１７…水
洗浄マニホールド、１８…水洗浄ノズル、１９…中間段
水洗浄マニホールド、２０…中間段水洗浄ノズル、２１
…中間段水洗浄制御弁、２２…薬品供給弁。

フロントページの続き (72)発明者 岡部 明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 遠藤 友義 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭63−131834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−212798（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−223099（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/70

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンと、該ガスタービンに軸を介
   して連結された圧縮機と、該圧縮機に液体を噴射して洗
   浄する液体噴射装置と、前記圧縮機内に噴射された液体
   を系外に排出する液体排出手段を備えたガスタービンの
   圧縮機洗浄方法において、 前記圧縮機を回転させつつ、該圧縮機内に前記液体噴射
   装置から所定の期間液体を噴射させる第１の工程と、 前記液体噴射装置から圧縮機内に噴射する液体を所定の
   期間休止させると共に、圧縮機の回転数を前記液体を噴
   射する期間の前記回転数より上昇させる第２の工程とを
   有し、 前記第１の工程と第２の工程とを繰り返すと共に、該圧
   縮機内に噴射された液体を前記液体排出手段から系外に
   排出することを特徴とするガスタービンの圧縮機洗浄方
   法。
2. 【請求項２】 ガスタービンと、該ガスタービンに軸を介
   して連結された圧縮機と、該圧縮機に液体を噴射して洗
   浄する液体噴射装置と、前記圧縮機内に噴射された液体
   を系外に排出する液体排出手段を備えたガスタービンの
   圧縮機洗浄方法において、 前記圧縮機を回転させつつ、該圧縮機内に前記液体噴射
   装置から所定の期間第１の流体流量の液体を噴射させる
   第１の工程と、 前記液体噴射装置から圧縮機内に噴射する前記第１の流
   体流量よりも少ない第２の流体流量の液体を所定の期間
   前記圧縮機内に噴射させると共に、圧縮機の回転数を前
   記第１の流体流量の液体を噴射する期間の前記回転数よ
   り上昇させる第２の工程とを有し、 前記第１の工程と第２の工程とを繰り返すと共に、該圧
   縮機内に噴射された液体を前記液体排出手段から系外に
   排出することを特徴とするガスタービンの圧縮機洗浄方
   法。