JP4929492B2 - ガスタービン用吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン内部に吸入される空気を清浄化するためのガスタービン用吸気装置に関するものである。

従来、ガスタービン用吸気フィルタは長期間安定した集塵効率を維持することが求められてきたが、最近ではガスタービンの出力低下を防ぐ目的で、最終段フィルタとして０．３μｍ粒子を９９．９％以上除去可能な高性能フィルタの設置が求められてきている。既設のガスタービン吸気装置への高性能フィルタの追設はスペース上困難な場合が多いこと、および新設の場合でも省スペース化が強く望まれていることから、高性能かつコンパクトなガスタービン用吸気フィルタとして、特許文献１、２，３，のように、低効率濾材と高効率濾材を密着して重ねることにより、設置スペースの節減を計ろうとするものや、特許文献４のように中性能フィルタレベルの低効率濾材と高性能フィルタレベルの高効率濾材を一体化した積層濾材として設置スペースの節減を計ろうとするものなどがある。

しかし、いずれのフィルタも低効率濾材と高効率濾材が同時期に寿命に達することは稀で、いずれか短い方の濾材寿命で交換を迫られることになり、ウエザールーバ、プレフィルタ、中性能フィルタ、高性能フィルタを各段毎に並べた従来式のガスタービン吸気装置に比べると高性能フィルタの交換周期が短くなる傾向があり、実用化に向けた信頼性の確立が望まれている。

一方、ガスタービン用吸気フィルタでは、通常は最も高価な高性能フィルタの寿命を、例えば３年毎の定期修理で交換すると設定し、その前段の中性能フィルタは１年に一度の定期修理で、プレフィルタは半年ないし１年に一度の定期点検で交換するなどの保全計画に沿ってフィルタ設計が行なわれる。

しかし、３年間という長期間の気象・天候および周囲環境の変化などは予測を超えるものがあり、当初計画から外れて早めにフィルタの交換を迫られることもある。

このようなガスタービン用吸気フィルタの現状に対し、前記

で述べた低効率濾材と高効率濾材を密着して重ねた構造のフィルタや、一枚の濾材を低効率層、高効率層の複数層に積層した濾材を使用するフィルタでは寿命に至ったフィルタ濾材、もしくは濾材層だけを交換することができないため、まだ寿命に至っていないフィルタの濾材を一緒に取り出して廃却することになる。機能的には使用可能であるにも拘わらず分離できないがために廃却されるのは大きな損失である。

上記の技術では、中性能と高性能の濾材、もしくは濾材の組み合わせを一旦決定するとフィルタの寿命まではその組み合わせを変えることが出来ないという欠点の他に、大気塵の粒度分布は厳密にはガスタービンの設置環境ごとに異なるので、その都度中性能と高性能の濾材の最適な組み合わせを検討することが長寿命化には必要であるが、現実には種々の困難例えば個別対応によるコスト上昇や不側の外乱などにより設計値から外れるという欠点をも有する。この欠点も上記の技術が目標よりも短い期間で寿命に至ってしまう原因である。

さらに、特許文献５にはプレフィルタに相当する一次フィルタと中性能フィルタに相当する二次フィルタの２段重ねによる省スペースの実施例が記載されているが、中性能フィルタをまず取り付けた後に、中性能フィルタ枠にプレフィルタを取り付ける構成であり、一次フィルタを介して二次フィルタを取付枠に気密に押し付ける構成ではない。

このため、中性能フィルタと高性能フィルタの組み合わせに特許文献５の実施例を用いるとフィルタ間および高性能フィルタ二次側と取付枠と間のシールの信頼性が十分確保できない欠点がある。

特許文献６の図５には別の例が示されている。前記図５および特許文献５の図５にもプレフィルタと中性能フィルタが一対になってフィルタ取付枠に取りつけられている様子が示されているが明細書を読むと、いずれも中性能フィルタをフィルタ取付枠にラッチや二次ファスナで取付け、その後に中性能フィルタまたは二次フィルタの一次側にプレフィルタを取付けるものである。

プレフィルタと中性能フィルタの組み合わせであればこの程度で良いが、高性能フィルタと中性能フィルタの取付には確実なシール性、リークに対する信頼性の面からこれらの方法は採用できないものである。

特開平７−２５３０２８ 特開平７−２５３０２９ 特開２００２−２９２２１５ 再公表特許ＷＯ２００３−０４３７１７ 特開平８−１７７５２４ 特開平９−６０５２８

発明が解決しょうとする課題

まず本発明の目的は、第１に中性能フィルタと高性能フィルタを重ねてガスタービン吸気装置内のフィルタ取付枠にリークを生じないように締め付けることを特徴とし、コンパクトでかつ構造が簡単なガスタービン用吸気装置を提供しようとしたものである。

本発明の目的は、中性能フィルタにはフィルタの１次側から交換可能な濾材交換型エアフィルタを使用することを特徴とし、高価な高性能フィルタの寿命が目標通り発揮できるように、中性能フィルタ、プレフィルタの交換で対応しようとしたものである。

またガスタービンの安定操業には天候・気象の変化や周囲環境の変化への対応が不可欠であるが、本発明の目的の一つとしてプレフィルタのみならず、中性能フィルタも簡単に、つまり中性能フィルタと高性能フィルタを重ねて締め付けている取付ボルトを緩めることなく交換可能としたことにより、カスタービン用吸気装置における対応に融通性を持たせたものである。

さらに、本発明の目的は、高性能フィルタの取り換えスペースを不要とし、ハウジングスペースの縮小を図って吸気装置のコンパクト化および製作費の低減を可能にしたガスタービン用吸気装置を提供しょうとしたものである。

また本発明の目的は、大改造を要せず高性能フィルタを追設するだけで、ガスタービンの効率低下を防ごうとしたものである。

課題を解決するための手段

本発明の解決手段は第１に中性能フィルタと高性能フィルタを重ねてガスタービン吸気装置内のフィルタ取付枠にリークを生じないように締め付けたことを特徴としたものである。

もう一つの解決手段は、フィルタの１次側から交換可能な濾材交換型エアフィルタを使用することを特徴とし、プレフィルタおよび交換可能に収納された中性能フィルタパックのみを更新するだけで、高性能フィルタの寿命が来るまでは中性能フィルタと高性能フィルタを重ねて締め付けている取付ボルトを緩める必要がないことを特徴としたものである。

さらにもう一つの解決手段は、中性能フィルタの外枠の２次側もしくは高性能フィルタの１次側に圧力取出口を設けたことを特徴としたものである。

さらにもう一つの解決手段は、フィルタ取付枠のガイド長さを、高性能フィルタ奥行と中性能フィルタ奥行の半分を合計した長さ以上で、両フィルタの奥行きの和以下としたことを特徴としたものである。

ここで、高性能フィルタとは０．３μｍ粒子で９０〜９９．９９％（ＪＩＳＢ９９０８の試験方法型式１による）以上の効率を有するもの。中性能フィルタとは６５〜９５％（ＪＩＳＢ９９０８の試験方法型式２による）以上の効率を有するものをいう。さらに、高性能フィルタパックとは高効率濾材を折り込み加工して構成したものをいい、中性能フィルタパックとは低効率濾材を折り込み加工して構成したものをいう。

上記課題解決手段による作用は次の通りである。すなはち、ガスタービンの吸気運転によりハウジング内に吸入される大気はまずプレフィルタを通過する。ここで粗い粒径の大気塵が除去され、細かな粒径の大気塵を含んだエアーが吸入される。次に中性能フィルタと高性能フィルタを気流に垂直に且つ気流方向に捕集効率が順次高くなるように配置しているので、中性能フィルタで捕集除去されたエアーが高性能フィルタを通過し粒子径が０．３μ程度で９９．９％以上除去された清浄なエアーとしてガスタービンへ供給される。これによりガスタービンの性能を低下させることはない。

そして長期連続運転により各フィルタに目詰まりが生じ、寿命になった時点で新規なフィルタに交換するようになるが、本発明のフィルタの寿命設計においては中性能フィルタの寿命が高性能フィルタの寿命の１／２以下に抑えるように、中性能フィルタおよびプレフィルタの濾過性能を調整しているので、中性能フィルタの数度の交換により、後段の高性能フィルタの寿命を交換目標期間より長くすることができる。

発明の効果

上述したように本発明のガスタービン用吸気装置は次のような効果が得られる。
（１）中性能フィルタと高性能フィルタを直列に配置し一体化して取付けるので、吸気装置が大幅に小形でかつ軽量となる。
（２）高性能フィルタと１次側から交換が可能な濾材交換型中性能フィルタを重ねて取付ボルトで締め付けると高性能フィルタを交換する時まで取付ボルトを緩めることなく、中性能フィルタを交換することができるので高性能フィルタとフィルタ取付枠のシール性維持の点からも作業の簡便化からも望ましい効果が得られる。
（３）各フィルタの寿命設計において後段の高性能フィルタの寿命が交換期間目標を超えるように、前段の中性能フィルタおよびプレフィルタの濾過性能を選定したので、プレフィルタおよび交換可能に収納された中性能フィルタパックのみを更新するだけで、高性能フィルタ自体の寿命が来るまで取り替える必要がない。
（４）フィルタ取り換えスペースが一段分不要となり、ハウジングスペースの縮小が可能となる。
（５）既設のガスタービン吸気装置への高性能フィルタの追設は、既に取り付けられている中性能フィルタの後段に高性能フィルタを取付けるだけで良く、大幅な取付け枠の改造などを要しない。
（６）ガスタービン吸気装置を新設するに際しても、取付枠の増設も取り換えスペースの確保も不要であり、ハウジングスペースの縮小が可能となる。
（７）吸気装置自体の製作費の低減など、経済的効果が甚だ大きい。

以下、本発明の実施形態に係るガスタービン用吸気装置を添付図１〜９に基づいて説明する。
（実施形態）
１はウエザールーバ、２はプレフィルタ（巻き取り式ロールフィルタで図示）、３は中性能フィルタ、４は高性能フィルタ、５は多段及び多列の状態で多数のフィルタを一面に取り付けるためのフィルタ取付枠である。フィルタ取付枠５には中性能フィルタ３の外枠６を押さえ板１６を介して取付ボルト７で均等に締め込むことにより高性能フィルタ４と中性能フィルタ３がフィルタ取付枠５に同軸上に重ねて取付られている。これにより高性能フィルタ４の２次側のガスケット７がフィルタ取付枠５に、中性能フィルタ３の２次側のガスケット８が高性能フィルタ枠９に確実にシール保持される。そして１次側空気はリークすることなく全て中性能フィルタパック１１で濾過され、さらに、高性能フィルタ４を通過して清浄なエアーとしてガスタービンへ供給される。

フィルタ取付枠５のガイド１０の長さは、高性能フィルタ４の奥行き長さと中性能フィルタ３の奥行き長さの半分を加えた長さ以上で、かつ両フィルタ奥行き長さの和以下程度となっている。また取付ボルト５も２段重ねて中性能フィルタ３の２次側を押さえることができるまでの長さとなっている。

中性能フィルタ３の外枠６の中に中性能フィルタパック１１が出し入れ可能に収納されている。中性能フィルタパック１１は外枠６の１次側からメンテナンスが可能な濾材交換型フィルタであり、従来は外枠６ごと廃却していたものを中味の中性能フィルタパック１１だけの交換で済ませるようになっている。

前面押え枠１２は通風時には外枠６内の中性能フィルタパック１１を軽く押し込んだ状態で掛け金１３により位置決めされている。したがって、中性能フィルタパック１１と外枠６の間のシールが維持され空気は全て中性能フィルタパック１１で濾過される。

中性能フィルタパック１１が寿命に達した際には前面押え枠１２の掛け金１３を回転させて外枠６との縁を切れば、気流の上流側へ前面押え枠１２を取り出せる。その後、中性能フィルタパック１１を引き出せば外枠６だけとなり、新しい中性能フィルタパック１１を受け入れる準備ができる。

そして、新たなフィルタパック１１を外枠６内に収納し、前面押え枠１２を中性能フィルタパック１１へ当て、掛け金１３を回転させてスリット穴１４に掛け金１３を嵌入させることによって中性能フィルタパック１１を軽く押し込んだ状態で固定し中性能フィルタパック１１の交換を終了する。

１５は中性能フィルタ３の外枠６上側の２次側中央に設けられた圧力取出口である。中性能フィルタ３の目詰まりの進行状況を把握するために、中性能フィルタ３の一部の代表サンプルに限定して、２次側の圧力を測定する。そして別途測定している１次側の圧力との差圧を求め中性能フィルタ３の目詰まり状況を知り、寿命に達する時期を推定し、修理計画を見直している。図６は中性能フィルタ３の外枠６の上側の２次側中央に設けた実施例であるが、高性能フィルタ４の１次側に圧力取出口１５を設けることもできる。

さらに、押さえ板１６の寸法は、前面押さえ枠１２やフィルタパック１１の出し入れの際に干渉しない範囲に制限されている。

一般的には、中性能フィルタ２３の外形寸法は縦６１０×横６１０×幅２９０〜３００ｍｍであるから、本発明の場合最大で３００ｍｍ奥行きが長くなるが、吸気装置の性能を低下させることも保全に支障をきたすこともなく高効率なガスタービン用吸気装置を実現できるものである。

次に従来式のフィルタ取付枠を改造して、高性能フィルタ４と中性能フィルタ３をフィルタ取付枠５に同軸上に重ねて装着する実施例を図７，８，９に基づき説明する。従来の中性能フィルタ３を取付けていた取付ボルト７およびガイド１０は２段重ねたためフィルタ奥行きが長くなった分延長されているので安定的に仮置き出来確実なフィルタ取り付ができる。

尚、本実施例では本発明の一実施例を示したもので、フィルタ取付方法を取付ボルト７で行ったが、ラッチなど変更したりしてもよく、上記実施例に限定されることなく種々変更しても何ら本発明の要旨を変更するものではない。

ガスタービンプラントにおいてはガスタービンを保護および維持するために、ガスタービンプラントの空気吸気口にハウジングを設け吸気用フィルタを多数並列に並べて外気中の塵埃を除去した清浄エアーを取入れるようにしている。しかし、エアーがフィルタ層を通過する際の通気抵抗すなわち圧力損失をできるだけ抑えるために吸気用フィルタの数が増えハウジングを大きくせざるをえなかった。これを解決するため、今迄いろいろな工夫がなされてきているが十分満足のいくものでなかった。

そこで、本発明はメンテナンスが可能な濾材交換型中性能フィルタと高性能フィルタとを重ねて取り付けることを特徴としたコンパクトでかつ構造が簡単なガスタービン用吸気装置を提供しようとしたもので、本発明を使用することで、フィルタの交換のためのスペースを縮小してハウジングをコンパクト化し且つ高性能フィルタの最終寿命までは重ねて締付けている取付ボルトを緩めることなく中性能フィルタを交換できるようにしたもので、産業上の利用価値が非常に高いものである。

本発明の実施例を示すガスタービン用吸気装置の１部を表した正面図である。 図１のＡ−Ａ’縦断面図である。 中性能フィルタの概略図である。 高性能フィルタの概略図である。 圧力取出口の位置を示す中性能フィルタの外枠の上面図の一部を表した図である。 中性能フィルタを構成する分解斜視図である。 フィルタ取付枠を示す分解斜視図である。 一般的なガスタービン用吸気装置を示す概略平面図である。 図９のＢ−Ｂ’を示す概略断面図である。

符号の説明

３・・・中性能フィルタ ４・・・高性能フィルタ
５・・・フィルタ取付枠 ７・・・取付ボルト
１１・・・中性能フィルタパック １２・・・押さえ枠
１５・・・圧力取り出し口 １６・・・押さえ板

Claims (1)

1. 高性能フィルタ奥行と中性能フィルタ奥行の半分を合計した長さ以上で、両フィルタの奥行きの和以下としたガイド長さを有するフィルタ取付枠に、フィルタの１次側から中性能フィルタパックを交換可能な濾材交換型エアフィルタとした中性能フィルタと高性能フィルタとを中性能フィルタの外枠を押さえる押さえ板を介して取付ボルトで均等に締め込むことにより高性能フィルタを交換するときまで取り付けボルトを緩めることなく中性能フィルタを交換できるように取り付けると共に押さえ板の寸法を中性能フィルタパックの出し入れの際に干渉しない範囲で形成したことを特徴とするガスタービン吸気装置。

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