JP4738564B2 - ガスタービンの複合揚力／油圧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の範囲】
本発明は、タービン起動用の高圧揚力系統及びタービン動作制御用の中圧油圧系統に関するものである。更に詳しく言えば、本発明はガスタービンの揚力系統及び油圧系統の両者に対して作動液を供給するための装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービンの起動時には揚力系統及び油圧系統の両方が必要とされる。揚力系統は、高圧油を供給することにより、ターニング装置が軸を回転させるのを助けると共に、軸受の摩擦を防ぐために必要な潤滑油膜を形成するために役立つ。油圧系統は、タービンの起動に際して前置静翼及びガス弁の位置を調整するために必要となる。
【０００３】
従来、これらの系統はいずれも複雑なマニホルド、油濾過ユニット及び可変容量形ポンプを含んでいた。その上、標準的な揚力油系統は冗長性を有していない。従って、ポンプが動作しない場合、ガスタービンを起動することができなかった。そこで、予備の揚力油ポンプを設けることが提唱された。しかるに、第２の揚力油ポンプを設ける場合、それは従来の揚力油系統にオプションとして追加しなければならない。これは顕著な製品のばらつきをもたらすばかりでなく、利用可能な据付面積が限られているために第２のポンプを設置することは困難であった。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、単一の油圧ポンプを使用することにより、タービン起動用の高圧揚力油及びタービン動作制御用の中圧作動油という二重の機能のために作動液（たとえば作動油）を供給するような装置に関する。単一の装置から揚力油及び作動油を供給することにより、装置全体の複雑度は最小限に抑えられる。その上、現時点において好適な実施の態様に従えば、揚力油及び作動油の両要件に対する予備として第２の油圧ポンプを設けることにより、装置の完全な冗長性及び信頼性が得られる。現時点において好適な実施の態様に従ってかかる予備の揚力油供給源を設ける場合には、従来の装置に比べて装置全体の複雑度や所要の据付面積が増大することはない。
【０００５】
本発明の一側面に従えば、潤滑液系統から作動液を受入れると共に、ガスタービンの揚力系統の要求条件に合った十分に高い圧力である第１の圧力で作動液を選択的に供給するための第１のポンプと、ガスタービンの揚力系統に対して作動液を選択的に供給するための弁と、第１のポンプから揚力系統の弁に作動液を導くための第１の流路と、第１の流路と連通していて、第１のポンプによって吐出される作動液の少なくとも一部分を受入れてガスタービンの液圧系統に供給するための第２の流路と、第２の流路中に設けられて、流通する作動液の圧力を第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求されるより低い第２の圧力にまで低下させるための第１の圧力調整弁とを含むことを特徴とする、ガスタービン用の揚力液及び作動液複合供給装置が提供される。
【０００６】
本発明の好適な実施の態様に従えば、上記の揚力液及び作動液複合供給装置はまた、潤滑液系統から作動液を選択的に受入れると共に、第１の圧力で作動液を選択的に供給するための第２のポンプと、第２のポンプから揚力系統の弁に作動液を導くための第３の流路と、第２のポンプによって吐出される作動液の少なくとも一部分を受入れてガスタービンの液圧系統に供給するための第４の流路と、潤滑液系統から第１のポンプ及び第２のポンプの少なくとも一方に作動液を選択的に導くための入口弁とを含んでいる。
【０００７】
更にまた、本発明の好適な実施の態様に従えば、第１のポンプ及び（所望に応じて設けられる）第２のポンプが二重補償式の可変容量形ポンプであり、そしてかかるポンプは揚力系統の要求条件に従ってフィードバック制御される。
【０００８】
本発明の別の側面に従えば、第１のポンプを用いて、ガスタービンの揚力系統の要求条件に合った十分に高い第１の圧力で第１の流路中に作動液をポンプ供給する工程と、第１の弁を通して第１の流路からガスタービンの揚力系統に第１の圧力の作動液を選択的に供給する工程と、第１のポンプによって吐出される作動液の少なくとも一部分を第１の流路から第２の流路に導いてガスタービンの液圧系統に供給する工程と、第２の流路を通って流れる作動液の圧力を第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求されるより低い第２の圧力にまで低下させる工程とを含むことを特徴とする、ガスタービンに揚力液及び作動液を供給するための方法が提供される。
【０００９】
本発明の上記及びその他の目的や利点は、添付の図面を参照しながら本発明の現時点において好適な実施の態様に関する以下のより詳細な説明を綿密に考察することによって一層完全に理解されよう。
【００１０】
【好適な実施の態様の詳細な説明】
本発明に係わる複合揚力／油圧装置は、高圧揚力油の要求量及び中圧作動油の要求量の両方を単一の可変容量形ポンプから同時に供給するように設計されている。以下に開示される装置の実施の態様を考察すれば明らかとなる通り、かかる複合装置全体は揚力油系統と作動油系統とが分離している既存の装置に比べて遥かに簡単である。その上、かかる複合装置の現時点において好適な実施の態様はアドオンポンプを使用しなくても追加の揚力油供給能力（冗長性）を有している。装置に冗長性を取入れたことにより、製品のばらつきの低減、装置の複雑度の低下、及び装置の機能性の向上が得られると共に、複合装置の所要据付面積が全体的に減少する。実施の一態様においては、これは従来装置の揚力油ポンプ２基と追加の要求油量を満たすのに適した僅かに大きい電動機とを使用することによって達成される。また、従来装置の油圧ポンプは高圧揚力油ポンプの吐出物を油圧系統の要求圧力にまで低下させる圧力調整弁の使用によって排除される。
【００１１】
先ず図１を見ると、本発明に係わる揚力油／作動油複合供給装置（以後は「複合揚力／油圧装置」と呼ぶ）１０が略示されている。図示の通り、かかる複合揚力／油圧装置は１００％の冗長度を有している。説明を簡単かつ容易にするため、以下の説明では図１の略図の左側に示された流路及び部品が主系統又は一次系統１２として記載される一方、略図の右側に示された流路及び部品は冗長系統又は予備系統１４として記載される。なお、相互関係を明らかにするため、主系統１２の構成要素に対応した冗長系統の構成要素は対応した参照番号によって表わされている。
【００１２】
潤滑油系統（詳細には図示せず）からの供給油は入口移送弁１６を通って複合揚力／油圧装置に流入し、そして入口移送弁１６により主系統１２及び（又は）冗長系統１４中に導入される。入口移送弁１６が供給油を主系統１２中に導入するように配置されていると仮定すれば、供給油は管路１８を通って可変容量形ポンプ２０に流入する。ポンプ２０は、１００％能力の可変容量形ポンプ（たとえば、５０００ｐｓｉで２１ＧＰＭの最小値を有するもの）である。「１００％能力」とは、ポンプが起動又は運転停止時には揚力油及び作動油の両方の要求量の１００％を供給し、かつ正規のタービン定常運転時には作動油要求量の１００％を供給し得ることを意味する。
【００１３】
可変容量形ポンプ２０の下流側には油フィルタ２２が設けられている。フィルタ２２は、作動油系統の要求条件を満たす１００％能力のインライン全量濾過ユニットである。なお、作動油系統の濾過要求条件は揚力油系統の場合よりも厳しいことに注意されたい。フィルタ２２に流通障害が起こった場合に備え、フィルタ２２の上流側には超過圧力逃し弁２６が設けられている。また、装置の保守を見越して流路から油を排出するため、たとえばフィルタ２２の下流側にドレン弁２４も設けられている。
【００１４】
遮断弁２８により、下記に詳述されるごとく、別のポンプ回路１４を動作させながらポンプ回路１２を保守のために確保することができる。遮断弁２８の下流側においては、流路３２を通して油圧系統に油が供給され、また必要時には弁３４を介して揚力系統に油が供給されるように流路３０が分岐している。図示された実施の態様の場合、弁３４は揚力遮断用の電磁弁から成っているが、その他の弁（たとえば、パイロット弁）を設けることもできる。油圧系統への途中においては、ポンプの吐出し圧力が流路３２中で圧力調整弁（又は減圧弁）３６によって高い揚力油圧力から所要の低い作動油圧力にまで低下させられる。減圧弁３６の下流側には、油圧系統の要求油量の急激な変化に対処するための蓄圧器３８が設けられ、また超過加圧が起こった場合に過剰の圧力を逃がすための逃し弁４０が設けられている。
【００１５】
図からわかる通り、装置１０の冗長系統１４は一次系統１２に対して鏡像関係を成している。冗長系統１４中には、協働的に使用するため、一次系統１２の対応する構成部品の代りにポンプ入口管路１１８、可変容量形ポンプ１２０、油フィルタ１２２、ドレン弁１２４、圧力逃し弁１２６、隔離弁１２８、流路１３０及び１３２、並びに圧力調整弁（又は減圧弁）１３６が設けられている。
【００１６】
ガスタービンの起動時には、揚力油吐出し圧力に設定された可変容量形ポンプ２０を始動し、かつ揚力油電磁弁（又はパイロット弁）３４を開放することにより、高圧の揚力油が揚力油オリフィスに供給される。同時に、流路３２を通して油の一部を油圧系統に導くことにより、前置静翼及びガス弁の位置が調整される。前述のごとく、ポンプの吐出し圧力は減圧弁３６によって揚力油吐出し圧力から油圧系統の所要圧力にまで低下させられ、また油圧系統の要求油量の急激な変化は蓄圧器３８によって対処される。
【００１７】
ガスタービンの速度が１％を越えていれば、揚力油は必要でない。それ故、かかるガスタービンの定常運転に際しては、揚力油電磁弁（又はパイロット弁）３４は閉鎖され、そして装置は作動油の要求量のみを供給する。図２及び３に関連して下記に記載されるごとく、タービンの定常運転に際して油圧系統の減圧弁３６におけるエネルギー損失を低減させるため、可変容量形ポンプ２０は二重補償方式を採用することができる。これは、高圧の揚力油が必要でない場合にはポンプがそれの吐出し圧力を油圧系統の要求圧力に低下させるように、ポンプの吐出し圧力を装置の要求条件に合わせて設定し得ることを意味する。装置の油圧フィードバック回路を使用して所要のポンプ二重補償を達成するためには、様々な業界標準の方法が存在する。以下、現時点において好適な２つの方法を図２及び３の実施の態様に関連して説明しよう。これらの実施の態様によれば、揚力油がもはや必要でないことが検出された場合にはポンプの吐出し圧力が油圧系統の要求圧力にまで低下し、また揚力油が再び必要となった場合にはポンプの吐出し圧力が高い設定値に戻る。
【００１８】
ガスタービンの運転停止に際してそれの速度が１％未満にまで低下した場合、揚力油電磁弁（又はパイロット弁）３４が再び開放される。同時に、流路３２及び減圧弁３６を通して油の一部を油圧系統に導くことにより、前置静翼及びガス弁の位置が調整される。
【００１９】
上記の説明から明らかな通り、装置の吐出し圧力は揚力油系統に関しては高圧ポンプ２０の設定値によって調整され、また油圧系統に関しては油圧系統減圧弁３６によって調整される。すなわち、ポンプの吐出し圧力にかかわらず、油圧系統の実際の圧力は油圧系統減圧弁３６によって設定されるのである。
【００２０】
図示のごとく、二次系統１４中には全ての予備装置構成要素が設けられているから、制御論理に基づいて予備の系統が装置の要求出力を自動的に肩代わりすることにより、故障した装置系統中の部品の障害は補償されることになる。
【００２１】
上記のごとく、本発明の複合揚力／油圧装置が機能するためには、可変容量形ポンプ２０及び１２０が二重補償方式のものである必要はない。しかしながら、二重補償方式の採用はタービンの定常運転に際して油圧系統減圧弁におけるエネルギー損失を低減させるから、本発明の現時点において好適な実施の態様中にはそれが導入されている。とは言え、ポンプの二重補償を達成するための実際の方法は重要でないのであって、装置の油圧フィードバック回路の使用によって所要のポンプ二重補償を達成するためには様々な業界標準の方法が存在する。現時点において好適な実施の態様は、いずれも負荷検出型のものである。すなわち、それらは油圧フィードバックループを用いて揚力油の要求が存在する時点を検出し、そして動作中のポンプを高い吐出し圧力設定値に調整する。フィードバックループによって揚力油が必要でないことが検出された場合には、ポンプは中圧設定値に切換えられる。
【００２２】
図２及び３には、揚力油の要求を検出するための２種の機構がそれぞれ示されている。図２に示された実施の態様においては、パイロット作動弁２５０及び３５０が設けられている。図３に示された実施の態様においては、シャトル逆止め弁４５０及び５５０が使用されている。前述の通り、このようなフィードバックを達成するための方法としては、他にたとえば別の電磁弁の使用をはじめとする各種のものが存在する。
【００２３】
図２について説明すれば、フィードバックループ２４０及び３４０がパイロット作動弁２５０及び３５０から二重補償式の可変容量形ポンプ２２０及び３２０にまでそれぞれ延びている。それにより、揚力油の要求が存在する場合には動作系統中のポンプが高圧供給状態にフィードバック制御される一方、定常運転中には油圧系統の要求に応じてポンプが中圧供給状態にフィードバック制御される。図示された実施の態様においては、１６００ｐｓｉに設定された補償器２６０及び３６０並びに３７５０ｐｓｉに設定された補償器２８０及び３８０がフィードバックループ２４０及び３４０中にそれぞれ組込まれている。
【００２４】
図３について説明すれば、シャトル弁４５０及び５５０が弁３４の出力側及び減圧弁３６及び１３６の出力側とそれぞれ連通している。また、フィードバックループ４４０及び５４０がシャトル弁４５０及び５５０から二重補償式の可変容量形ポンプ２２０及び３２０にまでそれぞれ延びていることにより、揚力油の要求が存在する場合には動作系統中のポンプが高圧供給状態にフィードバック制御され、また定常運転中には油圧系統の要求に応じて中圧供給状態にフィードバック制御される。
【００２５】
要約すれば、上記の説明から明らかなごとく、本発明の複合装置は従来の装置に比べて数多くの利点を有している。実際、かかる複合装置は同じ揚力油及び作動油の要求を満たすために使用されるポンプ及び部品の総数を減少させる。たとえば、従来の油圧系統における油ポンプ及び油フィルタは圧力調整弁及び電磁式の揚力遮断弁の使用によって置き換えられている。その上、１００％能力の予備ポンプ及び予備流路を設けることにより、標準的な揚力油系統の信頼度が向上する。最後に、このような冗長性を有するにもかかわらず、本発明の装置は現在要求されている２つの独立した装置よりもコンパクトであり、かつ所要据付面積が小さくて済む。
【００２６】
以上、現時点において最も実用的で好適なものと考えられる実施の態様に関連して本発明を説明したが、本発明は開示された実施の態様のみに限定されないことを理解すべきである。それどころか、本発明は前記特許請求の範囲に含まれる様々な変更態様及び同等の構成をも包括するものと解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる複合揚力／油圧装置の略図である。
【図２】二重補償式のポンプ及びパイロット弁フィードバックループを含む複合揚力／油圧装置の略図である。
【図３】二重補償式のポンプ及びシャトル弁フィードバックループを含む複合揚力／油圧装置の略図である。
【符号の説明】
１０ 複合揚力油／作動油供給装置
１２ 主系統又は一次系統
１４ 冗長系統又は予備系統
１６ 入口移送弁
２０ 可変容量形ポンプ
２２ 油フィルタ
２６ 超過圧力逃し弁
３０ 流路
３２ 流路
３４ 揚力油電磁弁
３６ 圧力調整弁又は減圧弁
３８ 蓄圧器
４０ 圧力逃し弁
１２０ 可変容量形ポンプ
１２２ 油フィルタ
１３０ 流路
１３２ 流路
１３６ 圧力調整弁又は減圧弁
２２０ 可変容量形ポンプ
２４０ 油圧フィードバックループ
２５０ パイロット弁
３２０ 可変容量形ポンプ
３４０ 油圧フィードバックループ
４４０ 油圧フィードバックループ
４５０ シャトル弁
５４０ 油圧フィードバックループ
５５０ シャトル弁

Claims (12)

1. ガスタービン用の揚力液及び作動液複合供給装置（１０）であって、
   潤滑液系統から作動液を受入れると共に、ガスタービンの揚力系統の要求条件に合った高い圧力である第１の圧力で作動液を選択的に供給するための第１のポンプ（２０又は２２０）と、
   ガスタービンの揚力系統に対して第１の圧力の作動液を選択的に供給するための第１の弁（３４）と、
   前記第１のポンプ（２０又は２２０）から前記第１の弁（３４）に作動液を導くための第１の流路（３０）と、
   前記第１の流路（３０）と連通していて、前記第１のポンプ（２０又は２２０）によって吐出される作動液の少なくとも一部分を受入れてガスタービンの液圧系統に供給するための第２の流路（３２）と、
   前記第２の流路（３２）中に設けられて、流通する作動液の圧力を前記第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求されるより低い第２の圧力にまで低下させるための第１の圧力調整弁（３６）と
   を含む揚力液及び作動液複合供給装置（１０）。
2. 前記第１のポンプ（２０又は２２０）によって吐出される作動液を濾過するためのフィルタ（２２）を更に含む請求項１記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
3. 前記フィルタ（２２）の上流側かつ前記第１のポンプ（２０又は２２０）の下流側において前記第１の流路（３０）が圧力逃し弁（２６）と連通している請求項２記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
4. 前記第１の圧力調整弁（３６）の下流側において前記第２の流路（３２）が蓄圧器（３８）及び圧力逃し弁（４０）と連通している請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
5. 前記潤滑液系統から作動液を選択的に受入れると共に、前記第１の圧力で作動液を選択的に供給するための第２のポンプ（１２０又は３２０）と、前記第２のポンプ（１２０又は３２０）から前記第１の弁（３４）に作動液を導くための第３の流路（１３０）と、前記第２のポンプ（１２０又は３２０）によって吐出される作動液の少なくとも一部分を受入れてガスタービンの液圧系統に供給するための第４の流路（１３２）と、前記潤滑液系統から前記第１のポンプ（２０又は２２０）及び前記第２のポンプ（１２０又は３２０）の少なくとも一方に作動液を選択的に導くための入口弁（１６）とを更に含む請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
6. 前記第１の圧力調整弁（３６）の下流側において前記第４の流路（１３２）が前記第２の流路（３２）と連通していると共に、前記第２の流路（３２）との連通部位の上流側において前記第４の流路（１３２）中に設けられて、流通する作動液の圧力を前記第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求される前記第２の圧力にまで低下させるための第２の圧力調整弁（１３６）を更に含む請求項５記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
7. 前記第３の流路（１３０）を通って流れる作動液を濾過するためのフィルタ（１２２）を更に含む請求項５記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
8. 前記第１のポンプが二重補償式の可変容量形ポンプ（２２０）であって、パイロット弁（２５０）を含むフィードバックループ（２４０）又はシャトル弁（４５０）を含むフィードバックループ（４４０）によって、前記第１のポンプ（２２０）が揚力系統の要求条件に従ってフィードバック制御される請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の揚力液及び作動液複合供給装置。
9. ガスタービンに揚力液及び作動液を供給するための方法であって、
   第１のポンプ（２０又は２２０）を用いて、ガスタービンの揚力系統の要求条件に合った高い圧力である第１の圧力で第１の流路（３０）中に作動液をポンプ供給する工程と、
   第１の弁（３４）を通して前記第１の流路（３０）からガスタービンの揚力系統に前記第１の圧力の作動液を選択的に供給する工程と、
   前記第１のポンプ（２０又は２２０）によって吐出される作動液の少なくとも一部分を前記第１の流路（３０）から第２の流路（３２）に導いてガスタービンの液圧系統に供給する工程と、
   前記第２の流路（３２）を通って流れる作動液の圧力を前記第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求されるより低い第２の圧力にまで低下させる工程（３６）と
   を含む方法。
10. 前記減圧工程が、前記第２の流路（３２）を通って流れる作動液の圧力を圧力調整弁（３６）によって低下させることから成る請求項９記載の方法。
11. 前記第１のポンプ（２０又は２２０）によって吐出される作動液を濾過する工程（２２）を更に含む請求項９又は請求項１０記載の方法。
12. 第２のポンプ（１２０又は３２０）を設ける工程と、前記第２のポンプ（１２０又は３２０）を用いて、ガスタービンの揚力系統によって要求される前記第１の圧力で第３の流路（１３０）中に作動液を選択的にポンプ供給する工程と、前記第２のポンプ（１２０又は３２０）によって吐出される作動液の少なくとも一部分を前記第３の流路（１３０）から第４の流路（１３２）に導いてガスタービンの液圧系統に供給する工程と、前記第４の流路を通って流れる作動液の圧力を前記第１の圧力からガスタービンの液圧系統によって要求される前記第２の圧力にまで低下させる工程（１３６）とを更に含む請求項９乃至請求項１１のいずれか１項記載の方法。

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