JP5449062B2

JP5449062B2 - 排ガスタービン過給機のシールエア供給装置

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Publication number: JP5449062B2
Application number: JP2010152374A
Authority: JP
Inventors: 裕一清水; 鈴木　　元; 秀樹西尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: EP2589770A4; CN102869867A; EP2589770A1; KR20130018826A; WO2012002161A1; CN102869867B; KR101399822B1; JP2012013048A; US20130101401A1; US8973361B2

Description

本発明は、排ガスタービン過給機のシールエア供給装置に関し、特に、空気と燃料ガスの一部若しくは全部とを予混合した混合ガスを、排ガスタービン過給機を介してシリンダに供給するガスエンジンにおける排ガスタービン過給機のシールエア供給装置に関する。

従来から、エンジンに備えられる排ガスタービン過給機において、エンジンからの排気が排ガスタービン過給機の給気側へ侵入することを防止するために、また排ガスタービン過給機の排気タービンのスラスト力のバランスとりのために、さらに給気側コンプレッサや排気側タービンの背面冷却のために、該排ガスタービン過給機の給気側コンプレッサに供給される給気の一部、若しくは給気側コンプレッサで加圧された給気の一部を抽出して排気タービン背面空間や軸受部等に供給している（以下シールエアという）。そして、供給後には前記シールエアは大気に放出されるようになっている。

例えば、特許文献１（特開平６−３４６７４９号公報）には、図５に示すように、過給機０１によって加圧され、その後クーラ０２によって冷却された主機関掃気室二次側０３の低温空気を、シールエアとして、過給機０１のタービン０４側に設けたタービンディスク側面に供給し、本来の機能（スラストバランス、油シール及びガスシール）に加え、タービン翼及びタービンディスク部を冷却するようにしたものが開示されている。

また、特許文献２（特開平１１−１１７７５３号公報）においても、過給機のコンプレッサからの圧縮空気を、シール空気通路を経てタービンの背部に導きロータ軸のバランス作用および排ガスの侵入や潤滑油の漏れをシールすると共に、シール空気通路の途中に、コンプレッサの出口側の空気圧力がタービン背部空間側の圧力よりも高いとき、前記空気通路を開く自動弁が取付けられる構成が開示されている。

一方、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスを燃料ガスとして使用するガスエンジンにおいては、例えば、特許文献３（特開２００９−１４４６２６号公報）に示されるように、燃料ガスの一部を若しくは全量を、給気エアに予め混合してから該混合ガスを過給機によって加圧して、シリンダ内に供給するようにした過給機前予混合の給気システムが知られている。

特開平６−３４６７４９号公報特開平１１−１１７７５３号公報特開２００９−１４４６２６号公報

しかしながら、特許文献３に開示されている過給機前予混合の給気システムのように、空気に対して燃料ガスの一部若しくは全量を予混合するガスエンジンにおいては、特に、空気にメタンガス等の燃料ガスを予混合するガスエンジンにおいては、特許文献１、２で示すような、エンジンに供給される給気の一部を利用してシールエアとして過給機に供給すると、給気にメタンガスが含まれているため、メタンガスが過給機内部の高温部品や高温部位と接触する可能性がある。
さらに、シールエアをタービン背面空間や軸受等に供給後、当該シールエアを大気に放出すると、燃料ガスの一部が大気に放出され、特にメタンガスにおいては温室効果が大きく大気環境の悪化を招くと共に、燃料消費効率の悪化を招く可能性がある。

そこで、本発明は、これら課題に鑑みてなされたもので、排ガスタービン過給機の上流側で空気と燃料ガスの一部若しくは全量とを予混合した給気混合ガスを、排ガスタービン過給機を介して給気するガスエンジンの前記排ガスタービン過給機のシールエア供給装置おいて、排ガスタービン過給機の高温部に、給気混合ガスが直接接触するのを回避するとともに、給気混合ガスの大気放出量を削減して大気汚染を防止することを目的とする。

前記課題を解決するために、排ガスタービン過給機の上流側で空気と燃料ガスの一部若しくは全量とを予混合した給気混合ガスを、排ガスタービン過給機を介して燃焼室へ供給するガスエンジンの前記排ガスタービン過給機のシールエア供給装置において、前記排ガスタービン過給機とは別にシールエア用圧縮機を設け、該シールエア用圧縮機によって生成される加圧空気を前記排ガスタービン過給機のシールエアとして前記排ガスタービン過給機のシールエア供給部に導くシールエア供給路と、該シールエア供給路から分岐して設けられ前記シールエア供給部へのシールエアの余剰空気を前記ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側に導く余剰空気導入路と、を備えたことを特徴とする。

かかる発明によると、メタンガス等を燃料ガスとするガスエンジンの排ガスタービン過給機のシールエアとして、排ガスタービン過給機とは別に設けたシールエア用圧縮機からの加圧空気を、シールエア供給路を介してシールエア供給部に供給するので、メタンガス等の燃料ガスが予混合された給気混合ガスがシールエアとして用いられることがなく、該給気混合ガスが排ガスタービン過給機の高温部に直接接触する可能性が回避される。
さらに、シールエア供給部に供給されるのが空気であるため、そのシールエア供給部に供給された当該空気が大気に放出されても、メタンガスのように温室効果作用が大きくないため大気汚染も抑制される。

また、シールエア用圧縮機によって生成されたシールエアをシールエア供給部に導くシールエア供給路から分岐して設けられシールエアの余剰空気をガスタービン過給機のコンプレッサ出口側に導く余剰空気導入路を備えたので、前記シールエア用圧縮機によって生成される加圧空気に、シールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合には、該余剰分を排ガスタービン過給機の吐出給気に合流させることで、排ガスタービン過給機の過給機効率を向上させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記シールエア供給部を経由したシールエアを前記排ガスタービンのコンプレッサ入口側に戻すシールエア放出路を備えるとよい。
このように、シールエア供給部に供給されたシールエアは、エンジンの排気が排ガスタービン過給機の給気側へ侵入することを防止し、排気タービンのスラスト力のバランスをとり、さらに給気側コンプレッサや排気側タービンの背面冷却等を行い、シールエア放出路を通って排ガスタービンのコンプレッサ入口側に合流させるので、排ガスタービン過給機の過給機効率を向上させることができる。また、大気へ放出されないため、温室効果による大気環境の悪化も抑制される。

また、本発明において好ましくは、前記シールエア用圧縮機が、前記ガスエンジンの排ガスの流れに対して前記排ガスタービン過給機と並列に設けられ、前記排ガスで駆動される排ガスタービン圧縮機であるとよい。
このように、シールエア用圧縮機は、シールエア用排ガスタービン圧縮機として、ガスエンジンの排ガスの流れに対して排ガスタービン圧縮機と並列に設置され、シールエアを生成するだけに設けられるため、主となる排ガスタービン過給機よりも小容量の圧縮機でよい。
そして、ガスエンジンの排ガスによって排ガスタービン過給機とシールエア用排ガスタービン圧縮機との双方が駆動される。このことにより、シールエアの生成がガスエンジンの運転状態と連動するので、排ガスタービン過給機にシールエアが供給されずに、ガスエンジンが運転し続けて、排ガスタービン過給機のシール不良やスラスト力バランス不良や、冷却不良によって過給機性能低下を引き起こし、エンジン性能低下が生じる可能性を回避できる。これによって、シールエアの供給装置の信頼性を向上できる。

また、本発明において好ましくは、前記シールエア用圧縮機が前記ガスエンジンとは別に設けられた駆動手段によって駆動されるとよい、例えば電気モータ、別エンジン等の駆動源による。
このようにガスエンジンとは別の駆動手段によってシールエア用圧縮機を駆動し、その加圧空気を排ガスタービン過給機にシールエアとして供給可能とするため、シールエア用圧縮機の設置のためにエンジン側の構造変更を伴うことなく、シールエアの供給装置を簡単、低コストで得ることができる。

また、本発明において好ましくは、前記余剰空気導入路にシールエアを前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側への流れのみを許容する逆止弁が設けられるとよい。
排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側の高圧の給気混合ガスが、余剰空気導入路に逆流しないようにするので、シールエア用圧縮機によって生成される加圧空気に、シールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合であって、且つ、排ガスタービン過給機の出口側よりも高圧になったときだけ、余剰分を排ガスタービン過給機の出口側に合流させることができ、排ガスタービン過給機のコンプレッサの出口側の給気混合ガスへの余剰空気の導入を確実に行うことができるようになる。

本発明によれば、排ガスタービン過給機とは別にシールエア用圧縮機を設け、該シールエア用圧縮機によって生成される加圧空気を前記排ガスタービン過給機のシールエアとして前記排ガスタービン過給機のシールエア供給部に導くシールエア供給路と、該シールエア供給路から分岐して設けられ前記シールエア供給部へのシールエアの余剰空気を前記ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側に導く余剰空気導入路とを備えたので、メタンガス等の燃料ガスが予混合された給気混合ガスがシールエアとして用いられることがなく、該給気混合ガスが排ガスタービン過給機の高温部に直接接触する可能性が回避される。
さらに、シールエア供給部に供給されるのが空気であるため、そのシールエア供給部にされた当該空気が大気に放出されても、メタンガスのように温室効果作用が大きくないため大気汚染も抑制される。

本願発明のガスエンジンの示す全体構成図である。シールエア供給装置の第１実施形態を示す構成図である。シールエア供給装置の第２実施形態を示す構成図である。シールエア供給路を示す概略断面図である。従来技術を示す全体構成図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１を参照して、本発明の排ガスタービン過給機のシールエア供給装置が適用されるガスエンジンの全体構成を説明する。
ガスエンジン１は、過給機付きの発電用ガスエンジンであり、炭鉱近傍に配設され、燃料ガス及び吸気ガスとして炭鉱坑内から排出されるメタン含有ガスが用いられる形態について説明する。

炭鉱坑内から排出されるメタン含有ガスには、石炭層中に混在し、保安のためにガス抜きボーリング穴から真空ポンプで回収する回収メタン含有ガスＣＭＭ（ＣｏａｌＭｉｎｅＭｅｔｈａｎｅ。メタン濃度３０〜５０重量％）と、坑道及び切羽から換気のために排出される換気メタン含有ガスＶＡＭ（ＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎＡｉｒＭｅｔｈａｎｅ。メタン濃度０．３〜０．７重量％）とがある。

本実施形態においては、前記回収メタン含有ガスＣＭＭを燃料ガスとして用いてガス供給管３に供給し、さらに、大気（空気）に前記換気メタン含有ガスＶＡＭを混合したもの、またはＶＡＭを混合せずに大気だけのものを、大気導入管５に供給する。
なお、本実施形態においては炭鉱近傍に配設されたガスエンジン１について説明しているがこれに限られず、例えば燃料ガスとしてバイオマスガス等を用い、大気との予混合燃料ガスとしてゴミ処理処分場で発生するランドフィルガス等のメタン濃度が可燃限界より低いガスを利用してもよい。

図１において、発電用のガスエンジン１は、内部に燃焼室が形成される複数（図１では３個）の燃焼シリンダを有したエンジン本体７を備え、発電機９がエンジン本体７の出力軸１１に連結される。出力軸１１にはフライホイール１３が取り付けられ、該フライホイール１３の外側にはエンジン回転センサ１５が設けられ、さらに、発電機９の負荷を負荷センサ１７で検出してエンジン負荷を検出している。

ガスエンジン１のシリンダヘッド１９には、給気枝管２１がそれぞれのシリンダヘッド１９に接続され、これら給気枝管２１は給気管２３に接続され、給気管２３は給気を冷却する給気冷却器２５に接続され、さらに、排ガスタービン過給機２７（排ガスタービン過給機）の給気側コンプレッサ２７ａの給気出口に接続される。この排ガスタービン過給機２７は、給気側コンプレッサ２７ａと排気タービン２７ｂとが回転軸２９で連結され、排ガス流によって排気タービン２７ｂが駆動されて混合ガスを給気側コンプレッサ２７ａで加圧してエンジン本体７の燃焼シリンダに供給する。

また、それぞれのシリンダヘッド１９には、排気管３１が接続され、各排気管３１は排気集合管３３に接続され、排気集合管３３からの排ガスは排ガスタービン過給機２７の排気タービン２７ｂに導入されて、排気出口管３５を通って排出される。また、排気タービン２７ｂの入口側から分岐して排気タービン２７ｂをバイパスして排気タービン２７ｂの出口側と接続する排気バイパス管３７が設けられている。そして、排気バイパス管３７には、該排気バイパス管３７の通路面積を変化せしめる排気バイパス弁３９が設けられている。

排ガスタービン過給機２７へ給気混合ガスを供給する過給機入口管４１と大気導入管５との間には、ミキサ４３が設置されている。このミキサ４３において、大気導入管５からの空気若しくは空気とＶＡＭガスとの混合大気に対して、ガス供給管３から供給される燃料ガスのＣＭＭガスの一部が混合する。そして、この給気混合ガスを排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａで加圧するようになっている。

ガス供給管３は、途中で分岐して、ガス供給管３から過給機側ガス供給管４５とシリンダ側ガス供給管４７とに分岐されている。過給機側ガス供給管４５は、ミキサ４３に接続され、過給機側ガス供給管４５にはガス流量計４９、ミキサ４３へのガス供給量を制御するミキサガス調整弁５１が設けられている。なお、本実施形態のように、必ずしもミキサ４３にガス供給管３から燃料ガスのＣＭＭガスを供給しなくてもよいが、ミキサ４３にガス供給管３から燃料ガスのＣＭＭガスを供給することで、後述するガス供給枝管６９に設けられるシリンダ別ガスガス調整弁６３を小型化できる。

また、シリンダ側ガス供給管４７は、各シリンダの給気枝管２１に接続して、シリンダ内の燃焼室に供給される前に給気枝管２１内を流れる排ガスタービン過給機２７で加圧された混合ガスに対しさらに混合して燃焼室に流入する。また、シリンダ側ガス供給管４７にはガス流量計５３、シリンダへのガス供給量を制御するシリンダガス調整弁５５が設けられている。また、ガス供給管３には、ストレーナ５７および燃料デミスター５９が設けられている。

制御装置６１が設けられ、回転数センサ１５からのエンジン回転数信号に基づき目標回転数となるようそれぞれのガス供給枝管６９に設けられたシリンダ別ガス調整弁６３の開度、および過給機側ガス供給管４５に設けられたミキサガス調整弁５１の開度が制御される。
また、制御装置６１において、回転数センサ１５からのエンジン回転数信号、負荷センサ１７からのエンジン負荷信号、給気圧力センサ６５からの給気圧力信号、及び給気温度センサ６７からの給気温度信号に基づき、排気バイパス弁３９の開度が制御されて所定の空燃比に制御されるようになっている。

かかるガスエンジン１の運転時において、ガス供給管３からの燃料ガスは、ガス供給管３に設けられたストレーナ５７および燃料デミスター５９を通過して、炭鉱から排出される際に含まれる多くの埃、水蒸気等の不純物が除去される。そして、燃料デミスター５９を通過した燃料ガスは途中で分岐され、分岐された燃料ガスの一方は過給機側ガス供給管４５を通ってミキサ４３に導入し、該ミキサ４３において大気導入管５からの空気若しくは空気とＶＡＭガスとの混合大気と混合して、この混合ガスは給気混合ガスとして排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａに導入する。給気側コンプレッサ２７ａで高温、高圧に加圧された給気混合ガスは給気冷却器２５で冷却されて降温し、給気管２３を通って各シリンダの給気枝管２１内に流入する。
また分岐された燃料ガスの他方はシリンダ側ガス供給管４７に入り、各シリンダのガス供給枝管６９から、各シリンダの給気枝管２１に入り、該給気枝管２１内の給気混合ガスに混入されて各シリンダ内に送り込まれる。

そして、ガスエンジン１の各シリンダからの排ガスは排気管３１を通って排気集合管３３で合流され、排ガスタービン過給機２７の排気タービン２７ｂに供給されて該排気タービン２７ｂを駆動した後、排気出口管３５を通って外部に排出される。この排ガスの排出は制御装置６１からの制御操作信号によって排気バイパス弁３９が制御されて、排気集合管３３内の排気ガスの一部は排気タービン２７ｂをバイパスして排気出口管３５に排出されることで、排ガスタービン過給機２７による加圧流量が制御される。

（第１実施形態）
以上の構成を有したガスエンジン１において、排ガスタービン過給機２７のシールエア供給装置７１の第１実施形態を、図２を参照して説明する。
図２はシールエア供給装置７１の構成図であり、図１のＡ部分の詳細説明図である。

主過給機である排ガスタービン過給機２７とは別に、副過給機としてシールエア用圧縮機７３が排ガスタービン過給機２７の近傍に排ガスタービン過給機２７とガスエンジンの排ガスの流れに対して並列的な配置関係に設置されている。このシールエア用圧縮機７３は、排気集合管３３から排出された排気ガスの一部によって駆動される排気タービン７３ｂと、該排気タービン７３ｂと回転軸７５によって結合されたコンプレッサ７３ａとによって構成される排ガスタービン圧縮機である。そして、コンプレッサ７３ａには大気（空気）が流入されるようになっている。
また、シールエア用圧縮機７３の排気タービン７３ｂを通過した排ガスは、排ガスタービン過給機２７の排気タービン２７ｂを通過した排ガスと合流して排出されるようになっている。

また、シールエア用圧縮機７３のコンプレッサ７３ａによって加圧された加圧空気は、排ガスタービン過給機２７のシールエアとして、シールエア供給路７７を介して排ガスタービン過給機２７のシールエア供給部７９（タービンディスク９９の背面側空間、図４参照）に供給される。さらに、シールエア供給路７７は途中で分岐して、シールエア供給部７９へのシールエアの余剰空気を排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの出口側に導く余剰空気導入路８１が形成され、余剰空気導入路８１には、給気側コンプレッサ２７ａの出口側への流れのみを許容する逆止弁８３（余剰空気流量調整手段）が設けられて、給気側コンプレッサ２７ａの出口側からの逆流を防止している。

このように、排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの出口側の高圧の給気混合ガスが、余剰空気導入路８１に逆流しないようにするので、シールエア用圧縮機７３によって生成された加圧空気に、シールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合であって、且つ、排ガスタービン過給機２７の出口側よりも高圧になったときだけ、余剰分を給気側コンプレッサ２７ａの出口側に合流させることができ、給気側コンプレッサ２７ａの出口側の給気混合ガスへの余剰空気の導入を確実に行うことができる。

シールエア供給部７９に供給されたシールエアは、その後、軸受８５（図４参照）の部分を冷却およびシール等して、シールエア放出口８９（図４参照）から放出され、その後、放出された放風空気は排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの入口側にシールエア放出路８９を通って供給されるようになっている。また、このシールエア放出路８９には、オイルミストフィルタ９１が設けられている。
シールエアがシールエア供給部７９や軸受８５等を経由することによって、排ガスの侵入や、排気タービン２７ｂのスラストバランスや、潤滑油の漏れを防止することで、オイル分が含まれるためシールエアからオイルミスト分を除去した清浄エアとして排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの上流側に流入される。

図４に、排ガスタービン過給機２７のシールエア供給部７９、軸受８５等の概要を示す。コンプレッサケーシング９３、軸受台９５、およびタービンケーシング９７内に、給気側コンプレッサ２７ａおよび排気タービン２７ｂを備えた回転軸２９が軸受８５によって支持されて収納されている。シールエア供給路７７は、給気側コンプレッサ２７ａの背面側の軸受台９５に径方向に軸中心に向って伸びて給気側コンプレッサ２７ａの背面側の冷却を行い、その後軸中心部分で軸方向に伸び、排気タービン２７ｂのタービンディスク９９の背面側空間であるシールエア供給部７９にシールエアを導くように形成されている。シールエア供給部７９に導かれたシールエアによって、タービンディスク９９のスラスト力をバランスさせ、さらに、軸受８５を通って、軸受８５の冷却や潤滑油のシールを行って、シールエア放出路８９から放出されるようになっている。

次に、排ガスタービン過給機２７とは別に設けられたシールエア用圧縮機７３について、このシールエア用圧縮機７３が排ガスタービン過給機２７と並列的に配置されて、ガスエンジン１の排ガスエネルギーによって駆動される場合に、エンジンの負荷変動があって、負荷に依らず所望とする給気およびエアシールが得られることを、図２を参照して説明する。

ガスエンジン１から排出される排ガスエネルギーは、排ガスの排気圧力（Ｐｇ）と排ガス流量（Ｑ）との積によって求まり、このＰｇ×Ｑはエンジンの負荷によって一意的に決まる。さらに、該エネルギーにより過給機が成し得る仕事量も、過給機出口側の排気圧力（Ｐｓ）と排ガス流量（Ｑ'）との積により、Ｐｓ×Ｑ'も一意的に決まる。

つまり、エンジン負荷に依らず、（Ｐｓ×Ｑ'）／（Ｐｇ×Ｑ）＝Ｃｏｎｓｔ．となる。さらに、Ｐｇ×Ｑを分圧したそれぞれのエネルギーＰｇ１×Ｑ１およびＰｇ２×Ｑ２により成し得る仕事量Ｐｇ１'×Ｑ１'およびＰｇ２'×Ｑ２'の各々の和も等しくなる。

つまり、Ｐｇ×Ｑ＝（Ｐｇ１×Ｑ１）＋（Ｐｇ２×Ｑ２）、Ｐｓ×Ｑ'＝（Ｐｓ１×Ｑ１'）＋（Ｐｓ２×Ｑ２'）となり、エンジンン１の負荷変動に対して、各々の過給機の分担仕事の割合は常に一定であり、負荷に依らず所望の給気およびシールエアが得られる。

従って、任意の負荷状態であってもシールエアが生成されるため、ガスエンジン１が運転されていれば、自動的に連動してシールエアが発生するので、シールエアが供給されずにガスエンジン１が運転し続けて排ガスタービン過給機２７のシール不良やスラスト力バランス不良や、冷却不良を生じて過給機性能低下を引き起こし、エンジン性能低下を生じる恐れを回避でき、シールエアの供給装置の信頼性を向上できる。

以上のような第１実施形態によれば、メタンガスを燃料ガスとするガスエンジン１の排ガスタービン過給機２７のシールエア用として設けたシールエア用圧縮機７３からの加圧空気を、シールエア供給路７７を介してシールエア供給部７９に供給するので、メタンガスが予混合された給気混合ガスがシールエアとして用いられることがないため、給気混合ガスが排ガスタービン過給機２７の高温部に直接接触する危険性を回避できる。
さらに、シールエア供給部７９に供給されるのが空気であるため、シールエア供給部７９に導かれたシールエアによって、タービンディスク９９のスラスト力をバランスさせ、さらに、軸受８５を通って、軸受８５の冷却や潤滑油のシールを行って、シールエア放出路８９から大気放出されても、メタンガスのように温室効果作用が大きくないため大気環境の悪化も防止される。

また、シールエア用圧縮機７３によって生成されたシールエアをシールエア供給部７９に供給するシールエア供給路７７から分岐して設けられシールエアの余剰空気を排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの出口側に導く余剰空気導入路８１を備えたので、シールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合には、排ガスタービン過給機２７によって生成される加圧空気に、該余剰分を合流させることで、排ガスタービン過給機２７の過給機効率を向上させることができる。

なお、制御装置６１は、シールエア用圧縮機７３によるシールエアの供給がシールエア用圧縮機７３の故障等によりシールエアの供給が不可となった場合には、従来通り排ガスタービン過給機２７が自給にてシールエアを供給し、前記ミキサ４３へのガス供給量を制御するミキサガス調整弁５１を閉じて、排ガスタービン過給機２７の上流側におけるＣＭＭガスの混合を停止して、各シリンダのガス供給枝管６９から、各シリンダの給気枝管２１への燃料ガスの供給だけによってガスエンジン１の運転継続が可能なように制御している。これによって、シールエアが供給されていない状態とならず、且つ排ガスタービン過給機２７にメタンガスが混合した給気混合ガスを供給しないようにして、安全性を確保してシールエアの供給が不可時における一時的な運転の継続を可能とする。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のシールエア供給装置１１０について図３を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態のシールエア用圧縮機７３に代えて、ガスエンジン１とは別に設けられた駆動モータ１１２によって駆動されるエアコンプレッサ１１４が設けられる。なお、駆動モータ１１２ではなくガスエンジン１とは別のエンジンによる駆動であってもよい。

図３のように、駆動モータ１１２で駆動されるエアコンプレッサ１１４からの加圧空気は、制御空気槽１１６に一時的に貯蔵される。その制御空気槽１１６では、調圧弁１１８によって一定の圧力（例えば、排ガスタービン過給機２７のタービンディスク９９のスラスト力をバランスさせるのに適した圧力等）に調圧され、その後、シールエア流量調整弁１１９によって流量調整されて、シールエア供給路７７を通って排ガスタービン過給機２７のシールエア供給部７９へ供給される。
また、シールエア供給路７７から分岐して余剰空気導入路８１が形成され、余剰空気導入路８１には余剰空気流量調整弁１２０（余剰空気流量調整手段）が設けられている。この余剰空気流量調整弁１２０を開くことで、シールエアの一部を排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの出口側へ排出できるようになっている。余剰空気流量調整弁１２０はシールエア圧が給気側コンプレッサ２７ａの出口側圧力よりも高い状態で、且つシールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合に開作動して、シールエアの余剰分を排ガスタービン過給機２７の給気側コンプレッサ２７ａの出口側の混合ガスへ導入可能としている。制御空気槽１１６の調圧弁１１８の制御や、シールエア流量調整弁１１９および余剰空気流量調整弁１２０のそれぞれの制御は、給気側コンプレッサ２７ａの出口側の圧力信号、制御空気槽１１６の圧力信号を基に制御装置１２２によって行われている。

このように、第２実施形態によると、ガスエンジン１とは別に設けられた駆動源によってエアコンプレッサ１１４を駆動し、その加圧空気を排ガスタービン過給機２７にシールエアとして供給可能とするので、エンジン本体にエアシール用圧縮機の設置のための構造変更を行うことなく、既存の外部駆動源によって生成された加圧空気を利用することができるため、シールエアの供給装置を簡単に低コストで設置できる。その他の作用効果については、前記第１実施形態と同様の作用効果を有する。

本発明によれば、ガスエンジンの排ガスタービン過給機のシールエアとして、排ガスタービン過給機とは別に設けたシールエア用圧縮機からの加圧空気を、シールエア供給路を介して排ガスタービン過給機のシールエア供給部に供給するので、メタンガス等の燃料ガスが予混合した給気混合ガスがシールエアとして用いられることがなく、該給気混合ガスが排ガスタービン過給機の高温部に直接接触する危険性が回避され、さらに、シールエア供給部に供給されるのが空気であるため、その供給後に大気に放出されても、メタンガスのように温室効果作用が大きくないため大気汚染も防止されるので、メタンガスを燃料とするガスエンジンにおける排ガスタービン過給機のシールエア供給装置に適している。

１ガスエンジン
３ガス供給管
５大気導入管
２５給気冷却器
２７排ガスタービン過給機
２７ａ給気側コンプレッサ
７３ａコンプレッサ
２７ｂ、７３ｂ排ガスタービ
２９、７５回転軸
４３ミキサ
５１ミキサガス調整弁
５５シリンダガス調整弁
６１、１２２制御装置
６３シリンダ別ガス量調整弁
７１、１１０シールエア供給装置
７３シールエア用圧縮機
７７シールエア供給路
７９シールエア供給部
８１余剰空気導入路
８３逆止弁
８５軸受
８９シールエア放出路
９９タービンディスク
１１２駆動モータ
１１４エアコンプレッサ

Claims

排ガスタービン過給機の上流側で空気と燃料ガスの一部若しくは全量とを予混合した給気混合ガスを、前記排ガスタービン過給機を介して燃焼室へ供給するガスエンジンの前記排ガスタービン過給機のシールエア供給装置において、前記排ガスタービン過給機とは別にシールエア用圧縮機を設け、該シールエア用圧縮機によって生成される加圧空気を前記排ガスタービン過給機のシールエアとして前記排ガスタービン過給機のシールエア供給部に導くシールエア供給路と、該シールエア供給路から分岐して設けられ前記シールエア供給部へのシールエアの余剰空気を前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側に導く余剰空気導入路と、前記シールエア供給部を経由したシールエアを前記排ガスタービンのコンプレッサ入口側に戻すシールエア放出路と、前記シールエア放出路に設けられシールエアからオイル分を除去するオイルミストフィルタと、シールエア圧が前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側の圧力よりも高い場合に、シールエアの余剰空気が前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側へ流れることを許容する余剰空気流量調整手段と、を備えたことを特徴とする排ガスタービン過給機のシールエア供給装置。
前記シールエア用圧縮機が、前記ガスエンジンの排ガスの流れに対して前記排ガスタービン過給機と並列に設けられ、前記排ガスで駆動される排ガスタービン圧縮機であることを特徴とする請求項１に記載の排ガスタービン過給機のシールエア供給装置。
前記シールエア用圧縮機が前記ガスエンジンとは別に設けられた駆動手段によって駆動されることを特徴とする請求項１記載の排ガスタービン過給機のシールエア供給装置。
前記余剰空気流量調整手段は、シールエアの前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側への流れのみを許容する前記余剰空気導入路に設けられた逆止弁であることを特徴とする請求項１記載の排ガスタービン過給機のシールエア供給装置。
前記余剰空気流量調整手段は、シールエア圧が前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側の圧力よりも高い場合で且つシールエアによる消費量を上回る余剰分が生じた場合に開作動し、シールエアの余剰分を前記排ガスタービン過給機のコンプレッサ出口側へ導入可能に構成された余剰空気流量調整弁であることを特徴とする請求項１記載の排ガスタービン過給機のシールエア供給装置。