JP5650923B2 - ガスタービンエンジンのためのフィルタ洗浄システム - Google Patents

Description

本願は一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンの空気吸気口等で使用するためのフィルタ洗浄システムに関する。

タービンコンプレッサ吸気口および同様のデバイスに入る空気は、圧縮または他の使用の前に濾過するべきである。埃、破片、粉塵粒子、塩、および他の汚染物質を含んだ不純な吸気口空気は、腐食、浸食、詰まり等によって、コンプレッサのブレードを損傷し、冷却路を塞ぎ、他のタイプの発電機器を損傷することがある。そのような損傷は、発電機器の寿命および全体的な性能を損なうことがある。この問題を防ぐために、吸気口空気は、汚染物質を除去するために１つまたは複数のフィルタを通過することができる。

しかし、空気フィルタは、埃、破片、および他のタイプの汚染物質が蓄積することにより、寿命が比較的短いことがある。この蓄積はまた、フィルタ要素で圧力降下を引き起こすこともある。圧力降下が起きると、ガスタービンエンジンの全体的な出力および効率が低下する。したがって、フィルタ要素は一般に、機械効率の損失がフィルタ交換費用を上回るとガスタービンのオペレータが考える値に圧力降下が達すると、交換することができる。多くのガスタービンエンジンは、フィルタがあらかじめ定められた設定値に達したこと、およびフィルタ交換が必要であることを知らせる信号を送る自動制御を有することができる。オペレータがアラーム値でフィルタを交換しない場合、フィルタ要素の大きな圧力降下による吸気口またはフィルタの内部破壊を防ぐために、追加の制御装置によってガスタービンエンジンを停止することができる。ガスタービンエンジンは一般に、フィルタ交換のために停止することができる。

したがって、頻繁なフィルタ交換によって、ガスタービンのエンドユーザは、労力およびフィルタに関して高い維持費用がかかることになり、エンジンの休止時間および使用不能による収入の損失も生じる。同様に、オンラインでのフィルタ交換は、ガスタービンの内部構成要素の早期摩耗を引き起こすことがある。

現在、既知の自己清掃式吸気口空気フィルタ要素は、蓄積した埃、破片、および他の汚染物質をフィルタ要素から払い落とす衝撃波を生成する圧縮空気の逆噴射を利用している。しかし、フィルタ要素の上面にある埃、および破片は蓄積することがあり、圧縮空気による自己清掃では効果的に清掃できないことがある。

「ＧＤＸ Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ ｙｏｕｒ Ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」ＤＯＮＡＬＤＳＯＮ、２００４年、４ページ

したがって、改良された吸気口空気フィルタリングシステムが必要とされている。そのようなシステムは、好ましくは、圧力降下を増大させずに、埃、破片、および他の汚染物質の蓄積を防ぐことができる。全体的なシステム効率および性能も改良するべきである。

したがって、本願は、ガスタービンエンジンの空気吸気口のためのフィルタシステムを提供する。このフィルタシステムは、空気吸気口付近に配置された複数のフィルタと、それらのフィルタに噴霧するように配置された水噴霧システムとを含むことができる。フィルタは、疎水性または疎油性濾材を中に含むことができる。

本願は、ガスタービンエンジンのコンプレッサの空気吸気口のためのフィルタシステムをさらに提供する。このフィルタシステムは、コンプレッサの空気吸気口付近に配置された複数のフィルタと、それらのフィルタに水を噴霧するようにそれらのフィルタ付近に配置された複数の噴霧ノズルとを含むことができる。フィルタは、疎水性または疎油性濾材を中に含むことができる。

本願のこれらおよび他の特徴は、以下の詳細な説明を、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて読むと、当業者には明らかとなろう。

ガスタービンエンジンの概略図である。 本明細書に説明されている吸気口フィルタシステムの概略図である。 本明細書に説明されている吸気口空気フィルタシステムの代替実施形態の概略図である。 本明細書に説明されている吸気口空気フィルタシステムの代替実施形態の概略図である。

ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して同様の番号は同様の要素を示すが、図１はガスタービンエンジン１０の概略図を示す。既知のように、ガスタービンエンジン１０は、流入する空気流を圧縮するコンプレッサ２０を含むことができる。コンプレッサ２０は、圧縮された空気流を燃焼器３０に送り込む。燃焼器３０は、圧縮された空気流を圧縮された燃料流と混合し、混合物に点火する。（単一の燃焼器３０のみが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は任意の数の燃焼器３０を含むことができる。）次いで、高温の燃焼ガスはタービン４０に送り込まれる。高温の燃焼ガスは、機械的作用を生成するようにタービン４０を駆動する。タービン４０内で生成された機械的作用は、コンプレッサ２０および発電機等の外部負荷５０を駆動する。ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、および他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、他の構成を有することができ、他のタイプの構成要素を使用することができる。複数のガスタービンエンジン１０、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電機器を併せて使用することもできる。

図２は、本明細書に説明されている吸気口空気フィルタシステム１００の概略図を示す。吸気口空気フィルタシステム１００は、コンプレッサ２０の吸気口１１０または他のタイプの空気吸気口システム付近に配置することができる。

吸気口空気フィルタシステム１００は、複数のフィルタ１２０を含むことができる。フィルタ１２０は、疎水性（「嫌水性」）および／または疎油性（「嫌油性」）濾材１３０を中に含むことができる。疎水性および／または疎油性濾材１３０は、ベース材、メンブラン、または別のタイプの被覆および／もしくはそれらの組み合わせを含むことができる。濾材１３０は、合成繊維の織布とすることができる。濾材１３０は、ＰＦＴＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ｅＰＦＴＥ（延伸ポリテトラフルオロエチレン）、および同様のタイプの材料から作製することができる。疎水性および／または疎油性濾材１３０を有するフィルタ１２０の例には、ニューヨーク州ＳｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから販売されているＦ９ＭＨフィルタ、ケンタッキー州ＬｏｕｉｓｖｉｌｌｅのＡＡＦ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから販売されているＤｕｒａｖｅｅ ＨＸＬ ９８フィルタ、およびミネソタ州ＭｉｎｎｅａｐｏｌｉｓのＤｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．から販売されているＤ−Ｓａｌｔフィルタ、ならびに同様のタイプのフィルタ１２０および疎水性または疎油性濾材１３０を含む。

この例では、フィルタ１２０は、グリッド１４０の形態とすることができる。フィルタ１２０はそれぞれ、排水しやすいように前方に傾斜することができる。フィルタ１２０は、静的フィルタ要素１５０とすることができる。フィルタ１２０は、プリーツ状または非プリーツ状とすることができる。フィルタ１２０は、濾材１３０の一方または両方の側面にフレームを含むことができる。フレームは、全体的なフィルタハウジングの内部の永久構造物を密閉するように構成することができ、または他の配置とすることもできる。

吸気口空気フィルタシステム１００は、水噴霧システム１６０を含むこともできる。水噴霧システム１６０は、水タンク１７０を含むことができる。水タンク１７０は、ある容積の水１８０を中に有することができる。水１８０は室温とすることができ、または水１８０はチル冷却することもできる。水タンク１７０は、任意の数の噴霧ノズル１９０と連通することができる。噴霧ノズル１９０は、フィルタ１２０の上流および／または上に置くことができる。本明細書では他の位置を使用することもできる。任意の数の噴霧ノズル１９０を使用することができる。

使用の際、吸気口空気フィルタシステム１００のフィルタ１２０は、埃、破片、および他のタイプの汚染物質がコンプレッサ２０の吸気口１１０に入らないようにする。フィルタ１２０の上には、埃、破片、および他の汚染物質が蓄積する。吸気口空気フィルタシステム１００は、水噴霧システム１６０を使用して、フィルタ１２０を清掃することもできる。具体的には、疎水性または疎油性濾材１３０を有するフィルタ１２０は、噴霧ノズル１９０からの水１８０によって自己清掃することができる。疎水性または疎油性濾材１３０を使用することによって、埃、破片、および他の汚染物質を含んだ水が濾材１３０を通過することを防ぎながら、水噴霧によって、蓄積された埃、破片、および他の汚染物質をフィルタ１２０から除去する。

吸気口空気フィルタシステム１００を水噴霧システム１６０とともに使用することは、ガスタービンエンジン１０の出力を増加させるという他の利点も有する。具体的には、水１８０は水噴霧システム１６０からの蒸発冷却によって吸気口空気流１８５を冷却することができ、この場合、冷却は蒸発冷却および／またはチル冷却によって行うことができる。同様に、水１８０は、水噴霧システム１６０とともに使用するときにチル冷却することもできる。出力が増加するとき、水１８０の噴霧は実質的に連続的とすることができ、清掃を連続的に行うことができ、より十分な清掃を行うことができるようになっている。

疎水性または疎油性濾材１３０の使用によって、機器（フィルタ１２０および水噴霧システム１６０）の順序を、従来提供されていたものとは逆にすることができる。ここでは水噴霧システム１６０は疎水性または疎油性メンブランフィルタ材料１３０の上流にあるので、純粋な水を使用する必要がない。むしろ、より表面張力の小さい溶液を通過させないというフィルタ材料１３０の性質により、疎油性フィルタ材料１３０は、より広範囲の不純物に対応することが可能である。

したがって、吸気口空気フィルタシステム１００は、蓄積された埃、破片、および汚染物質を除去することによってフィルタ１２０の寿命を長くすることができる。吸気口空気フィルタシステム１００は、吸気口の圧力降下を比較的低く維持するよう、フィルタ１２０に埃、破片、および汚染物質がないように維持することによって、ガスタービンエンジン１０の全体的な出力の低下を防ぐこともできる。吸気口空気フィルタシステム１００は、蒸発冷却またはチル冷却により吸気口空気流１８５を冷却することによって、ガスタービンエンジン１０全体の出力を増加させることもできる。フィルタ１２０の寿命を長くすることにより、全体的な維持費用を削減することができる。同様に、フィルタ１２０の寿命を長くすることにより、ガスタービンエンジン１０の可用性も増加することができる。吸気口空気フィルタシステム１００は、既存のガスタービンエンジン１０で容易に改造可能である。既知の圧縮空気の上述の自己清掃フィルタへの逆流を防ぐことによって、吸気口空気フィルタシステムは、それらの既知のシステムに勝る音に関する利点も有する。

吸気口空気フィルタシステム１００は、多くの様々な形状を有することができる。例えば、図３は、吸気口空気フィルタシステム２００の代替実施形態を示す。吸気口空気フィルタシステム２００は、疎水性または疎油性濾材２２０を中に有する複数のフィルタ２１０を含むこともできる。この実施形態では、フィルタ２１０は、クロスフロー構成２３５で、キャニスタタイプフィルタ２３０の形態をとることができる。これらのキャニスタフィルタ２１０は、パルス式自己清掃フィルタ２４０または静的フィルタとすることができる。静的フィルタ要素１５０とは反対に、パルス式自己清掃フィルタ要素２４０は、上記のようにフィルタ２１０を清掃するのに役立つ空気のパルスを使用することができる。キャニスタタイプフィルタは、ミネソタ州ＭｉｎｎｅａｐｏｌｉｓのＤｏｎａｌｄｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．から入手可能であり、「ＧＤＸ」または「ＧＤＳ」という商標で販売されている。本明細書では同様の構成を使用することができる。

同様に、図４は空気吸気口フィルタシステム３００の他の実施形態を示す。吸気口空気フィルタシステムは、疎水性または疎油性濾材３２０を中に有する複数のフィルタ３１０を使用することもできる。これらのフィルタ３１０はキャニスタ３３０の形態とすることもできる。この実施形態では、フィルタは、アップフロー位置３４０を有することができる。本明細書では同様の構成を使用することができる。

上記は本願のある実施形態に関するに過ぎず、当業者であれば、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲ならびにその均等物から逸脱せずに、多くの変更および修正を行うことができることが理解されよう。

１０ ガスタービンエンジン
２０ コンプレッサ
３０ 燃焼器
４０ タービン
５０ 外部負荷
１００ 吸気口空気フィルタシステム
１１０ 吸気口
１２０ フィルタ
１３０ 疎水性または疎油性濾材
１４０ グリッド
１５０ 静的フィルタ要素
１６０ 水噴霧システム
１７０ 水タンク
１８０ 水
１９０ 噴霧ノズル
２００ 吸気口空気フィルタシステム
２１０ フィルタ
２２０ 疎水性または疎油性濾材
２３０ キャニスタタイプフィルタ
２３５ クロスフロー構成
２４０ パルス式フィルタ要素
３００ 空気吸気口フィルタシステム
３１０ フィルタ
３２０ 疎水性または疎油性濾材
３３０ キャニスタ
３４０ アップフロー位置

Claims (9)

1. ガスタービンエンジン（１０）の空気吸気口（１１０）のためのフィルタシステム（１００）であって、当該フィルタシステム（１００）が、
   空気吸気口（１１０）付近に配置され、疎水性又は疎油性濾材（１３０）を含む複数のフィルタ（１２０）と、
   前記複数のフィルタ（１２０）の外表面に直接噴霧して汚染物質を除去するように前記複数のフィルタ（１２０）の上流に配置された水噴霧システム（１６０）と
   を含んでおり、前記水噴霧システム（１６０）が、ガスタービンエンジン（１０）の出力を増加させるために、チル冷却水が中に入っている水タンク（１７０）を含んでいる、フィルタシステム（１００）。
2. 前記疎水性濾材（１３０）がポリテトラフルオロエチレン又は延伸ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１記載のフィルタシステム（１００）。
3. 前記複数のフィルタ（１２０）がグリッド（１４０）を含む、請求項１又は請求項２記載のフィルタシステム（１００）。
4. 前記複数のフィルタ（１２０）が複数の静的フィルタ（１５０）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフィルタシステム（１００）。
5. 前記複数のフィルタ（１２０）が複数のキャニスタフィルタ（２３０）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフィルタシステム（１００）。
6. 前記複数のフィルタ（１２０）が複数のパルス式フィルタ（２４０）を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のフィルタシステム（１００）。
7. 前記水噴霧システム（１６０）が複数の噴霧ノズル（１９０）を含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のフィルタシステム（１００）。
8. 前記複数の噴霧ノズル（１９０）がクロスフロー位置（２３５）を含む、請求項７記載のフィルタシステム（１００）。
9. 前記複数の噴霧ノズル（１９０）がアップフロー位置（３４０）を含む、請求項７記載のフィルタシステム（１００）。
   

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