JP5535790B2 - ガスタービン - Google Patents
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例えば、環状に配列された複数の燃焼器に対する燃料供給系として、外部から燃料が導入される燃料導入流路と、燃料導入流路と接続された環状のマニホールドと、複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす燃焼器をマニホールドに接続する燃料分配流路とを備えたものがある。
すなわち、本発明の一態様に係るガスタービンは、圧縮機と複数の燃焼器とタービンとを備え、前記複数の燃焼器に燃料を供給可能な燃料供給系を有するガスタービンであって、前記燃料供給系は、外部から燃料が導入される燃料導入流路と、前記燃料導入流路と接続されたマニホールドと、前記複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす前記燃焼器を前記マニホールドに接続する燃料分配流路と、前記複数の燃焼器をグループ分けしてなる複数の燃焼器グループに対して、前記燃料の供給量を調整する燃料供給調整手段とを備え、前記燃料供給調整手段は、前記マニホールドに設けられると共に前記燃料の流通を遮断可能な第一遮断弁を少なくとも一つ備え、前記マニホールドを複数の燃料供給室に分割可能であり、前記複数の燃料供給室は、前記複数の燃焼器グループに対応付けられて、それぞれ前記対応付けられた燃焼器グループの燃焼器に接続され、前記マニホールドは、延在方向の両端部をそれぞれ区画する端壁を備えることを特徴とする。
また、複数の燃焼器グループのうち一部の燃焼器グループに対する燃料供給量を、全負荷運転の燃料供給量と同等に維持する一方、残りの燃焼器グループに対する燃料供給量を遮断することで、複数の燃焼器全体として低負荷運転に対応した燃焼ガスを発生させることができる。これにより、全負荷運転を基準にして各燃焼器を設計したとしても、低負荷運転において、燃焼システムが不安定となる燃焼器を生じさせず、燃焼システムが安定した燃焼器で低負荷運転に対応した燃焼ガスを発生させることができるので、CO及びNOXの発生を抑止することができる。
また、第一遮断弁を備えるので、燃料供給室の区画と開放とを容易にすることができると共に、他の弁装置に比べて簡素な構成かつ低コストにすることができる。
この構成によれば、絞り部と第二遮断弁とを有するバイパス流路を備えるので、第二遮断弁のみを開状態にすると、第一遮断弁のみを開状態にした場合に比べて、隣接する二つの燃料供給室間の燃料流通量が小さくなる。これにより、第一遮断弁を閉状態から開状態にする前にバイパス流路を開状態とすることで、隣接する二つの燃料供給室間の燃料流通量を緩やかに増減させることができる。これにより、例えば、燃料の供給を停止していた燃料供給室に対して燃料の供給を緩やかに開始することができ、この燃料供給室に接続された燃焼器への燃料供給量を緩やかに増加させることができるので、燃焼器の着火を安定して行うことができる。
この構成によれば、燃料導入流路が複数の燃料供給室のうち一つに接続されるように設けられると共に第一流量調整弁を備えるので、マニホールドへの燃料流入量を厳密に制御することが可能となる。これにより、各燃焼器グループへの燃料供給量を正確に制御することが可能となる。
また、燃料導入流路を一つのみに設けることで、装置構成を簡素にすることが可能となる。
この構成によれば、燃料導入流路が互いに異なる燃料供給室に接続されるように複数設けられ、燃料導入流路のそれぞれに導入弁を備えるので、各燃焼器グループに対する燃料供給量を厳密に制御することが可能となる。
この構成によれば、導入弁の少なくとも一つが第二流量調整弁であるので、燃焼器グループに対する燃料供給量を、より厳密に制御することが可能となる。
この構成によれば、導入弁の少なくとも一つが燃料の流通を遮断可能な第三遮断弁であるので、低コストで各燃焼器グループに対する燃料供給量を制御することが可能となる。
(ガスタービン)
図1は、本発明の実施形態に係るガスタービン1の全体構成を示す概略構成断面図である。図1に示すように、このガスタービン1は、圧縮機2と複数の燃焼器3とタービン4とで概略構成されている。
複数の燃焼器3は、図1に示すように、それぞれ圧縮機2の出口に連通しており、圧縮機2から供給された圧縮空気に燃料を混合すると共に燃焼させて、高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。これら複数の燃焼器3は、ガスタービン1におけるロータ1aの回転中心軸P回りに環状に配列されている。
各燃焼器3は、燃焼器3の中心軸が圧縮機2からタービン4に向かうに従って回転中心軸Pに近接するように、傾いた姿勢で配設されている。
図2は、本発明の第一実施形態に係る燃料供給系10の概略斜視図であり、図3は、燃料供給系10の概略構成図である。
図2及び図3に示すように、燃料供給系10は、燃料導入流路11と、マニホールド12と、八つの燃料分配流路13と、燃料供給調整手段15とを備えている。
このような構成により、第一遮断弁17Aを開状態にすると、マニホールド12がC字状に連通する一方、第一遮断弁17Aを閉状態にすると、マニホールド12が第一遮断弁17Aと閉止フランジ12aとによって区画されて、上流燃料供給室12Aと下流燃料供給室12Bとに分割されるようになっている。
下流燃料供給室12Bは、燃焼器グループ3Bに対応付けられている。具体的には、燃焼器グループ3Bの燃焼器3と対をなす燃料分配流路13と接続されている。
まず通常時(電力需要が大きい場合)においてはガスタービン1を全負荷運転させる。
全負荷運転を行う場合には、制御部19が燃料供給系10の第一遮断弁17Aを開にしてマニホールド12をC字状に連通させる。この状態において、第一流量調整弁16を開とすると、外部から燃料導入流路11に燃料が圧送され、この燃料導入流路11からマニホールド12に燃料が流入する。そうすると、各燃料分配流路13から各燃焼器3に全負荷運転に対応した量の燃料が供給される。
低負荷運転を行う場合においては、制御部19が燃料供給系10の第一遮断弁17Aを閉にして、マニホールド12を上流燃料供給室12Aと下流燃料供給室12Bとに分割し、下流燃料供給室12Bへの燃料の供給を遮断する。すなわち、上流燃料供給室12Aに接続された燃焼器3(燃焼器グループ3A)への燃料の供給を継続すると共に、下流燃料供給室12Bに接続された燃焼器3(燃焼器グループ3B)への燃料の供給を停止する。
また、制御部19は、上流燃料供給室12Aに接続された燃焼器3への燃料供給量が、全負荷運転の場合の燃料供給量と同等となるように、第一流量調整弁16の開度を制御する。
すなわち、低負荷運転において、不安定な燃焼システムとなる燃焼器3がなく、安定した燃焼システムの燃焼器3によって燃焼ガスが生成されるために、CO及びNOXの発生量が僅かなものとなる。
ガスタービン1の起動時においては、制御部19は、図4(b)に示すように、第一遮断弁17Aを閉とした状態で、図4(c)に示すように、第一流量調整弁16の開度を一定の割合で増加させる。そうすると、第一流量調整弁16の開度に比例して上流燃料供給室12Aへの燃料流入量が一定の割合で増加していき、図4(a)に示すように、燃焼器グループ3Aの燃焼器3への燃料供給量が増加していく。
その後、図4(c)に示すように、第一流量調整弁16の開度を、増加率を低下させつつ増加させていく。そうすると、図4(a)に示すように、燃焼器グループ3Aの燃焼器3への燃料供給量が緩やかな曲線を描くように増加していくと共に、燃焼器グループ3Bの燃焼器3への燃料供給量が相対的に急な曲線となるように増加して、燃焼器グループ3A及び燃焼器グループ3Bの燃料供給量の差分が小さくなっていく。
すなわち、第一遮断弁17Aを備えるので、マニホールド12をC字状に連通させた場合に、全ての燃焼器3に燃料を供給して全負荷運転の定められた燃料供給量にする一方、第一遮断弁17Aによりマニホールド12を上流燃料供給室12A,12Bに分割した場合に、各燃料供給室(12A,12B)に対する燃料供給量を調整することで各燃焼器グループ(3A,3B)に対する燃料供給量を調整することができる。
そして、燃焼器グループ3Aに対する燃料供給量を、全負荷運転の燃料供給量と同等に維持する一方、燃焼器グループ3Bに対する燃料供給量を遮断することで、複数の燃焼器3全体として低負荷運転に対応した燃焼ガスを発生させることができる。これにより、全負荷運転を基準に燃焼器3を設計したとしても、低負荷運転において、燃焼システムが不安定となる燃焼器3を生じさせず、燃焼システムが安定した燃焼器3で低負荷運転に対応した燃焼ガスを発生させることができるので、CO及びNOXの発生を抑止することができる。
このように、マニホールドや流量調整弁を増やす必要がなくなるために、燃焼器3の装置構成を簡素にすることができる。
さらに、既存のガスタービンの燃料供給系を燃料供給系10に変更するだけで、低負荷運転とCO及びNOXの発生抑止とを両立することができる。
また、燃料導入流路11が上流燃料供給室12Aに接続されるように設けられると共に第一流量調整弁16を備えるので、マニホールド12への燃料流入量を厳密に制御することが可能となる。これにより、燃焼器グループ3A,3Bへの燃料供給量を正確に制御することが可能となる。
また、燃料導入流路11を一つのみ設けることで、装置構成を簡素にすることが可能となる。
図5は、本発明の第二実施形態に係る燃料供給系20の概略構成図である。
なお、図5において、図1から図4と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この燃料供給調整手段25は、第一流量調整弁16と、第一遮断弁17Aと、制御部19と、バイパス流路21とを備えている。
第二遮断弁22は、第一遮断弁17Aと同様のものであり、燃料の流通を遮断可能に構成されている。この第二遮断弁22は、制御部19によって開閉制御されるようになっている。
図6(a)〜(c)は、燃料供給系20の制御シーケンスを図示したものである。
ガスタービン1の起動時においては、制御部19は、図6(b)に示すように、第一遮断弁17A及び第二遮断弁22を閉とした状態で、図6(c)に示すように、第一流量調整弁16の開度を一定の割合で増加させる。そうすると、第一流量調整弁16の開度に比例して上流燃料供給室12Aへの燃料流入量が一定の割合で増加していき、図6(a)に示すように、燃焼器グループ3Aの燃焼器3への燃料供給量が増加していく。
そうすると、図6(a)に示すように、上流燃料供給室12Aから下流燃料供給室12Bにバイパス流路21を介して燃料が流入する。この際、バイパス流路21にはオリフィス23が配設されているために、第一遮断弁17Aを開状態とするよりも緩やかに下流燃料供給室12Bに燃料が流入することとなり、燃焼器グループ3Bの燃焼器3に燃料が緩やかに供給される(図4(a),図6(a)参照)。
そして、図6(d)に示すように、第一流量調整弁16の開度を、増加率を低下させつつ増加させていく。そうすると、図6(a)に示すように、燃焼器グループ3Aの燃焼器3への燃料供給量が緩やかな曲線を描くように増加していくと共に、燃焼器グループ3Bの燃焼器3への燃料供給量が相対的に急な曲線となるように増加して、燃焼器グループ3A及び燃焼器グループ3Bの燃料供給量の差分が小さくなっていく。
図7は、本発明の第三実施形態に係る燃料供給系30の概略構成図である。
なお、図7において、図1から図6と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この燃料供給調整手段35は、第一流量調整弁16と、第一遮断弁17A,17Bと、制御部19とを備えている。第一遮断弁17Bは、上述した第一実施形態及び第二実施形態の閉止フランジ12aの代わりに配設されたものであり、マニホールド12を構成する管部材の連結部のうちの一つに配設されている。すなわち、第一遮断弁17Aと第一遮断弁17Bとを開状態にすることで、マニホールド12が環状に連通すると共に、第一遮断弁17Aと第一遮断弁17Bとを閉状態にすることで、上流燃料供給室12Aと下流燃料供給室12Bとが区画されるようになっている。
図8は、本発明の第四実施形態に係る燃料供給系40の概略構成図である。
なお、図8において、図1から図7と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
これら燃料導入流路41,42は、一方の燃料導入流路41が上流燃料供給室12Aに接続され、他方の燃料導入流路42が下流燃料供給室12Bに接続されている。
この燃料供給調整手段45は、第二流量調整弁46,47と、第一遮断弁17A,17Bと、制御部19とを備えている。
図9は、本発明の第五実施形態に係る燃料供給系50の概略構成図である。なお、図9において、図1から図8と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
この燃料供給調整手段55は、第一流量調整弁16と、四つの第一遮断弁17C〜17Fと、制御部19とを備えている。
図10は、本発明の第六実施形態に係る燃料供給系60の概略構成図である。なお、図10において、図1から図9と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
四つの燃料導入流路41,42,61,62は、マニホールド12を燃料供給室12C〜12Fに分割した場合に、これら燃料供給室12C〜12Fに対となって連通するように、マニホールド12に接続されている。
四つの第二流量調整弁46,47,66,67は、四つの燃料導入流路41,42,61,62にそれぞれ一つずつ配設されている。
図11は、本発明の第七実施形態に係る燃料供給系70の概略構成図である。なお、図11において、図1から図10と同様の構成要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
燃料供給調整手段75は、各燃料分配流路13に配設された八つの第三流量調整弁(分配弁)73と、八つの第三流量調整弁73を開閉制御する制御部(不図示)とを備えている。
すなわち、本実施形態においては、燃焼器3の一つ一つが燃焼器グループとしてグループ分けされており、これら各燃焼器3への燃料供給量が八つの第三流量調整弁73で調整されるようになっている。
例えば、上述した実施の形態では、燃料導入流路11に燃料調整弁(16,46,47,66,67)を設ける構成としたが、遮断弁を設ける構成としてもよい。このようにすることで、低コストにすることができる。例えば、第四実施形態を例に説明すると、図12に示すように、第二流量調整弁47に変えて遮断弁(第三遮断弁)48を設ける構成にしてもよい。
2…圧縮機
3…燃焼器
3A〜3F…燃焼器グループ
4…タービン
10,20,30,40,50,60,70…燃料供給系
11,41,42,61,62…燃料導入流路
12,72…マニホールド
12A…上流燃料供給室(燃料供給室)
12B…下流燃料供給室(燃料供給室)
12C〜12F…燃料供給室
12a…閉止フランジ(端壁)
13…燃料分配流路
15,25,35,45,55,65,75…燃料供給調整手段
16…第一流量調整弁
17A〜17F…第一遮断弁
21…バイパス流路
22…第二遮断弁
23…オリフィス
46,47,66,67…第二流量調整弁
48…遮断弁(第三遮断弁)
73…第三流量調整弁(分配弁)
Claims (9)
- 圧縮機と複数の燃焼器とタービンとを備え、前記複数の燃焼器に燃料を供給可能な燃料供給系を有するガスタービンであって、
前記燃料供給系は、
外部から燃料が導入される燃料導入流路と、
前記燃料導入流路と接続されたマニホールドと、
前記複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす前記燃焼器を前記マニホールドに接続する燃料分配流路と、
前記複数の燃焼器をグループ分けしてなる複数の燃焼器グループに対して、前記燃料の供給量を調整する燃料供給調整手段とを備え、
前記燃料供給調整手段は、前記マニホールドに設けられると共に前記燃料の流通を遮断可能な第一遮断弁を少なくとも一つ備え、前記マニホールドを複数の燃料供給室に分割可能であり、
前記複数の燃料供給室は、前記複数の燃焼器グループに対応付けられて、それぞれ前記対応付けられた燃焼器グループの燃焼器に接続され、
前記マニホールドは、延在方向の両端部をそれぞれ区画する端壁を備えることを特徴とするガスタービン。 - 圧縮機と複数の燃焼器とタービンとを備え、前記複数の燃焼器に燃料を供給可能な燃料供給系を有するガスタービンであって、
前記燃料供給系は、
外部から燃料が導入される燃料導入流路と、
前記燃料導入流路と接続されたマニホールドと、
前記複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす前記燃焼器を前記マニホールドに接続する燃料分配流路と、
前記複数の燃焼器をグループ分けしてなる複数の燃焼器グループに対して、前記燃料の供給量を調整する燃料供給調整手段とを備え、
前記燃料供給調整手段は、前記マニホールドに設けられると共に前記燃料の流通を遮断可能な第一遮断弁を少なくとも一つ備え、前記マニホールドを複数の燃料供給室に分割可能であり、
前記複数の燃料供給室は、前記複数の燃焼器グループに対応付けられて、それぞれ前記対応付けられた燃焼器グループの燃焼器に接続され、
前記燃料供給調整手段は、前記互いに隣接する二つの前記燃料供給室を連通可能なバイパス流路を備え、
前記バイパス流路は、前記第一遮断弁に比べて流路断面が小さくなったオリフィスと、前記燃料の流通を遮断可能な第二遮断弁とを有することを特徴とするガスタービン。 - 圧縮機と複数の燃焼器とタービンとを備え、前記複数の燃焼器に燃料を供給可能な燃料供給系を有するガスタービンであって、
前記燃料供給系は、
外部から燃料が導入される燃料導入流路と、
前記燃料導入流路と接続されたマニホールドと、
前記複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす前記燃焼器を前記マニホールドに接続する燃料分配流路と、
前記複数の燃焼器をグループ分けしてなる複数の燃焼器グループに対して、前記燃料の供給量を調整する燃料供給調整手段とを備え、
前記燃料供給調整手段は、前記マニホールドに設けられると共に前記燃料の流通を遮断可能な第一遮断弁を少なくとも一つ備え、前記マニホールドを複数の燃料供給室に分割可能であり、
前記複数の燃料供給室は、前記複数の燃焼器グループに対応付けられて、それぞれ前記対応付けられた燃焼器グループの燃焼器に接続され、
前記燃料導入流路は、前記複数の燃料供給室のうち一つに接続されるように設けられ、
前記燃料供給調整手段は、前記燃料導入流路に設けられ、前記燃料の流量を調整可能な第一流量調整弁を備えることを特徴とするガスタービン。 - 圧縮機と複数の燃焼器とタービンとを備え、前記複数の燃焼器に燃料を供給可能な燃料供給系を有するガスタービンであって、
前記燃料供給系は、
外部から燃料が導入される燃料導入流路と、
前記燃料導入流路と接続されたマニホールドと、
前記複数の燃焼器と対をなすように複数設けられ、対をなす前記燃焼器を前記マニホールドに接続する燃料分配流路と、
前記複数の燃焼器をグループ分けしてなる複数の燃焼器グループに対して、前記燃料の供給量を調整する燃料供給調整手段とを備え、
前記燃料供給調整手段は、前記マニホールドに設けられると共に前記燃料の流通を遮断可能な第一遮断弁を少なくとも一つ備え、前記マニホールドを複数の燃料供給室に分割可能であり、
前記複数の燃料供給室は、前記複数の燃焼器グループに対応付けられて、それぞれ前記対応付けられた燃焼器グループの燃焼器に接続され、
前記燃料導入流路は、互いに異なる前記燃料供給室に接続されるように複数設けられ、
前記燃料供給調整手段は、前記複数の燃料導入流路にそれぞれ設けられ、前記燃料の供給量を調整可能な導入弁を備えることを特徴とするガスタービン。 - 前記燃料供給調整手段は、前記互いに隣接する二つの前記燃料供給室を連通可能なバイパス流路を備え、
前記バイパス流路は、前記第一遮断弁に比べて流路断面が小さくなったオリフィスと、前記燃料の流通を遮断可能な第二遮断弁とを有することを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。 - 前記燃料導入流路は、前記複数の燃料供給室のうち一つに接続されるように設けられ、
前記燃料供給調整手段は、前記燃料導入流路に設けられ、前記燃料の流量を調整可能な第一流量調整弁を備えることを特徴とする請求項1、2、5のうちいずれか一項に記載のガスタービン。 - 前記燃料導入流路は、互いに異なる前記燃料供給室に接続されるように複数設けられ、
前記燃料供給調整手段は、前記複数の燃料導入流路にそれぞれ設けられ、前記燃料の供給量を調整可能な導入弁を備えることを特徴とする請求項1、2、5のうちいずれか一項にガスタービン。 - 前記導入弁は、少なくとも一つが前記燃料の流量を調整可能な第二流量調整弁であることを特徴とする請求項4又は7に記載のガスタービン。
- 前記導入弁は、少なくとも一つが前記燃料の流通を遮断可能な第三遮断弁であることを特徴とする請求項4、7、8のうちいずれか一項に記載のガスタービン。
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