JP6397423B2

JP6397423B2 - 特にガスタービン用のシャットオフロータリーバルブ

Info

Publication number: JP6397423B2
Application number: JP2015543478A
Authority: JP
Inventors: アボジェイブ，マーヘル; デローグ，ダニエル
Original assignee: ジーイー・エナジー・プロダクツ・フランス・エスエヌセー
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: JP2016500139A; US9719603B2; US20150308577A1; EP2926040B1; EP2926040A1; FR2998634B1; WO2014083075A1; FR2998634A1

Description

本発明は、ガスタービンの分野に関する。詳細には、本発明は、このようなタービンの燃料供給システムで用いるバルブに関する。

工業用ガスタービンの燃料システムは、酸素及びガスといった燃料混合物又は液体燃料を燃焼させる。一般に、これらの多重燃料ガスタービンは、液体燃料及びガス燃料を同時に使用しないが、一方の燃料の後に他方の燃料を交互に供給する。一般に、燃料供給源の切替えには時間がかかり、燃料の切替えの後、燃料の供給はその後の切替えまで固定される。

このような多重燃料ガスタービンにおいて、滞留した液体燃料は、空気の存在下、高温で固化作用を受ける。この現象は、「コーキング」として知られている。この固形化は、タービンの損傷を受けやすい要素及びバルブ及びチェックバルブ等の機械的構成要素のシール機能の劣化をもたらす場合がある。また、これはタービンの流体流速の低下を引き起こす場合もある。

これらの問題を解決するために、燃料供給システムの残留液体燃料をドレインから加圧空気によって除去することが知られている。この排液機能は、特にタービンに近い高温領域において燃料供給システムをきれいにすることが意図されている。しかしながら、この排液機能の効果は限定的である。実際に、使用する加圧空気は圧縮性であり、排液時、タービン燃料チャンバに向かう液体燃料流の変動が生じる可能性がある。このことは、出力遮断（ｐｏｗｅｒｔｒｉｐ）をもたらす可能性がある。さらに、この排液機能は、供給システム内の空気蓄積の原因となる可能性もあり、同様に出力遮断をもたらす可能性がある。これらの出力遮断は問題であり、タービンの過速度、又はタービン排気の高温警報を引き起こす可能性がある。

これらの問題を解決する１つの試みでは、最初に液体燃料供給システムを通って加圧水を流すことで残留液体燃料をドレインし、その後、加圧空気を導入することで水をドレインする。このような手法は、仏国公開特許第２９３８０４８号に記載されている。

燃料システムは、液体燃料供給回路内で、タービンの燃料チャンバの近くに配置されたパージ空気入口回路上に設けられたチェックバルブを備える。

これらのバルブがタービンの高温領域に近接すると、開位置又は閉位置に関連するバネ張力が劣化するという結果になる場合がある。

本発明の実施形態は、これらの問題を解決することを目的とする。

詳細には、本発明の目的は、一方で、空気の存在下で固形化する傾向がある残留物を生じる場合があるタービン供給システム内の残留液体燃料の存在を回避し、他方でタービンの信頼性を高めるための装置を提供する。

欧州特許出願公開第１８７２８４５号公報

本発明はタービン用バルブに関し、該バルブは、バルブ本体と、バルブ本体に設けられた少なくとも第１、第２、及び第３の流体配送管と、バルブ本体に設けられた少なくとも１つの出口管と、バルブ本体内で回転可能で、第１及び第２の分配経路が形成されている球状シャッターと、を備え、シャッターの第１の位置において、第１の分配経路は、第１の配送管と出口管との間の流体連通を可能にするようになっており、シャッターの第２の位置において、第１の分配経路は、第２の配送管と出口管との間の流体連通を可能にするようになっており、シャッターの第３の位置において、第２の分配経路は、第３の配送管と出口管との間の流体連通を可能にするようになっている。

１つの実施形態において、第１の分配経路は、シャッターの第１の位置において第１の配送管と出口管とを接続するためにシャッターを横切る円筒部と、円筒部から延び、シャッターの第２の位置において第２の配送管と出口管とを接続するためにシャッターの外面に設けられた円周部とを含む。

第１及び第２の分配経路は、機械加工でシャッター上に形成することができる。

好ましくは、シャッターの第１及び第２の分配経路は、該経路の間の流体連通を防ぐために互いに異なる領域にある。

別の実施形態において、バルブ本体）は、複数の出口管を備え、第１及び第２の分配経路は、出口管）の全てに供給するようになっている。

好ましくは、シャッター）は、各配送管及び出口管に対する横軸の周りを回転可能である。

別の実施形態において、バルブは、バルブ本体の内部に設けられて冷却流体が流れることができる冷却回路を備える。冷却回路は、シャッターを取り囲むことができる。

別の実施形態において、バルブは、バルブ本体の内部から延び、内部にシャッターが取り付けられたバルブ本体のハウジングで終端する、少なくとも１つの真空排気ドレインを備える。

バルブ本体及びシャッターは金属製とすることができる。１つの実施形態において、バルブ本体は球状である。

また、本発明は、液体燃料が供給されるようになった少なくとも１つの燃料チャンバを備えるタービン用の供給システムに関し、該システムは、液体燃料入口手段と、ドレイン液体入口手段と、ドレインガス入口手段と、前記のバルブと、を備え、バルブの第１、第２、及び第３の配送管は、液体燃料入口手段、ドレイン液体入口手段、及びドレインガス入口手段にそれぞれ接続される。

本発明の種々の態様、利点、及び特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。本発明の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。本発明の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。本発明の他の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。本発明の他の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。本発明の他の実施形態による特定の供給位置のバルブの概略図。

図１から３において、ガスタービンの燃料供給システムでの使用が意図され、ガス又は液体燃料を供給可能な１つ又はそれ以上の燃料チャンバを備えるバルブ１０が示されている。バルブ１０は、本体１２と、液体燃料が供給されるようになった配送管１４と、ドレイン液体が供給されるようになった第１のドレイン管１６と、ドレインガスが供給されるようになった第２のドレイン管１８と、タービンの１つ又はそれ以上の燃料チャンバに接続するようになった出口管２０と、バルブ本体のハウジング２４の内部に取り付けられた球状シャッター２２とを備える。配送管１４、レイン管１６、１８、及び出口管２０は、独立した管体であり、バルブ本体１２上に配置され、ハウジング２４上に開口端を有する。例示の実施形態において、バルブ本体１２は、略正方形断面を有するが、球状等の他の断面を有することもできる。バルブ本体１２及びシャッター２２は、金属製であることが好都合であり、これにより２つの要素の間のしっかりしたシール形成が容易になる。

以下に詳細に説明するように、シャッター２２は、液体燃料を供給するための入口管１４、又はドレイン液体若しくはガスを供給するためのドレイン管１６、１８の１つに出口管２０を選択的に接続するように、バルブ本体１２に対して回転可能である。シャッター２２は、配送管１４、ドレイン管１６、１８、及び出口管２０に対して横軸２２ａの周りを回転可能である。

シャッター２２は、その上に形成された分配経路２６を備え、図１に示すように、バルブ体１２に対するシャッター２２の第１の位置において、分配経路２６は、配送管１４と出口管２０との間の流通連通を可能にするようになっている。この位置において、バルブ１０は、液体燃料をタービン燃焼室に供給することができる。

分配経路２６は、バルブ本体１２のハウジング２４の一方側を塞ぐことでシャッター２２を横切る、一定直径の円筒部２６ａを備える。この円筒部により、配送管１４と出口管２０の接続が可能になる。図１に示すこの第１の液体燃料供給位置において、分配経路の円筒部２６ａの第１の端部は、ハウジング２４に開口する配送管１４の出口に位置している入口を有し、円筒部２６ａの反対側の第２の端部は、ハウジング２４に開口する出口管２０の入口に位置している出口を有する。この位置において、配送管１４からの液体燃料は、出口管２０に流れ込む前に、分配経路の円筒部２６ａを通って流れる。また、分配経路２６は、円筒部２６ａの第２の端部で、シャッター２２の外面を円周方向に延びる円周部２６ｂを備える。

図２に示すように、バルブ本体１２に対するシャッター２２の第２の位置において、分配経路２６は、ドレイン管１６を出口管２０に接続するようになっている。この位置において、バルブ１０は、燃料供給システムから残留液体燃料を排出するために、タービンの液体燃料供給システムにドレイン液体を取り込むことを可能にする。ドレイン管１６と出口管２０との間の流体連通を可能にするために、分配経路２６の円筒部２６ａの入口は、ハウジング２４に開口するドレイン管１６の出口に位置しており、分配経路の円周部２６ｂの端部は、出口管２０の入口に位置している。この位置において、ドレイン管１６からのドレイン液体は、出口管２０に流れ込む前に、分配経路２６の円筒部２６ａ及び円周部２６ｂを通って流れる。

この図２に示す第２のドレイン液体入口位置において、シャッター２２は、該シャッター２２の第１の液体燃料供給位置に対して反時計方向に横軸２２ａの周りで数度だけ回転している。第２の位置への分配経路２６の円周部２６ｂの回転角度は、配送管１４及びドレイン管１６に対するシャッターの角度位置に依存することになる。

また、シャッター２２は、第２の分配経路２８を備え、図３に示すように、バルブ本体１２に対するシャッターの第３の位置において、分配経路２８は、ドレイン管１８と出口管２０との間の流体連通を可能にするようになっている。このシャッター２２の第３の位置において、バルブ１０は、残留ドレイン液体を排出するために、液体燃料供給システムにドレインガスを取り込むことを可能にする。分配経路２６、２８は独立しており、機械加工によってシャッター２２上に形成することができる。

分配経路２８は、バルブ本体１２のハウジング２４の両側に開口端を有する、シャッター２２を横切る一定直径の円筒部を備える。分配経路２８により、ドレイン管１８及び出口管２０の接続が可能になる。この図３に示す第３のドレインガス供給位置において、分配経路２８の入口は、ドレイン管１８の出口に位置しており、分配経路２８の出口は、出口管２０の入口に位置している。この第３の位置において、ドレインガスは、ドレイン管１８に流入し、出口管２０を通って流れる前に分配経路２８の全域を流れる。

分配経路２８は、分配経路２６とは別の平面でシャッター２２の内部を延び、２つの経路が流体連通しないようになっている。分配経路２６、２８の出口だけが出口管２０に接続できるように同じ平面にある。ドレイン管１８は、配送管１４及びドレイン管１６の平面とは異なる平面に位置している。

シャッター２２は、例えば空気アクチュエータ等のアクチュエータ（図示せず）によって作動させることができ、第１の液体燃料供給位置、第２のドレイン液体供給位置、第３のドレインガス供給位置、又は閉鎖位置の４つの独立した位置へのバルブ１０の位置合わせを制御するようになっている。

バルブ１０は、バルブ本体１２の内部に配置され、シャッター２２を取り囲む冷却回路３０を備える。例えば水である冷却流体は、回路３０の中を循環する。冷却回路３０は、バルブ本体１２内に直接形成され、内側にシャッター２２が配置された正方形の冷却回路３０を形成するように相互接続されている４つの循環管３２から３８を備える。入口４０は、管体３２、３６の交差部でバルブ本体１２に設けられ、出口は、管体３４、３８の交差部でバルブ本体１２に設けられる。冷却回路３０は配送管１４及びシャッター２２の冷却を助け、この２つの要素の内部の液体燃料の固形化のリスクを最小にするようになっている。

また、バルブ１０は、バルブ本体１２に設けられハウジング２４に開口し、必要な場合に、ハウジング２４とシャッター２２との間を流れる可能性がある液体燃料及びドレイン液体を真空排気するための複数の真空排気ドレイン４４を備える。

例示の実施形態において、４つのドレイン４４が設けられているが、任意の数のドレインを設けることができ、このドレインの配置は、図１から３に示される配置とは異なることができることを理解されたい。

図４から６に示す実施形態において、対応する要素には同じ参照符号が付与されているが、４つの追加の出口管５０から５６がバルブ本体１２に設けられており、これらは、バルブ本体１２のハウジング２４に開口し、タービン燃焼室に接続するよう構成されている。

シャッター２２は、出口管２０及び５０から５６の全てに同時に供給するように構成されている分配経路６０、６２を備える。前述の実施形態と同様に、分配経路６０は、出口管２０及び５０から５６と、配送管１４又はドレイン管１６との間の流体連通を可能にする。分配経路６２は、出口管２０及び５０から５６と、ドレイン管１８との間の流体連通を可能にする。分配経路６０、６２は、シャッター２２を横切り、バルブ本体１２のハウジング２４の両側面に開口端を有する。分配経路６０は、分配経路６２とは別の平面でシャッター２２内を延びる。

分配経路６０は、バルブ本体１２の外部に向かって開口する、大径の第２の円錐部６０ｂに延びる小径の第１の円錐部６０ａを備える。６つのバイパス経路６０ｃから６０ｈは、第２の円錐部６０ｂの端部から延びる。図４に示すように、バルブ本体１２に対するシャッター２２の第１の位置において、分配経路６０の第１の円錐部６０ａの入口は、配送管１４の出口に位置付けられ、バイパス経路６０ｃから６０ｇは、出口管２０及び５０から５６の入口に位置付けられており、液体燃料を供給できる。この位置において、配送管１４からの液体燃料は、第１及び第２の円錐部６０ａ、６０ｂを流れ、次に、出口管２０を流れる前に分配経路６０のバイパス経路６０ｃから６０ｇに案内される。図５に示すように、バルブ本体１２に対するシャッター２２の第２の位置において、分配経路６０の円錐部６０ａの入口は、ドレイン管１６の出口に位置付けられ、バイパス経路６０ｄから６０ｈは出口管２０及び５０から５６の入口に位置付けられており、ドレイン液体を供給することができる。この位置において、ドレイン管１６からのドレイン液体は、第１及び第２の円錐部６０ａ、６０ｂを流れ、次に、出口管２０を流れる前に分配経路６０のバイパス経路６０ｄから６０ｈに向かって案内される。

分配経路６２は、バルブ本体１２に向かって開口する円錐部６２ｂに延びる円筒部６２ａを備える。図６に示すように、バルブ本体１２に対するシャッター２２の第３の位置において、分配経路６０の円筒部６２ａの入口は、ドレイン管１８の出口に位置付けられ、円錐部６２ｂの出口は、出口管２０及び５０から５６の入口に位置付けられており、ドレインガスを供給できる。この位置において、ドレイン管１６からのドレインガスは、出口管２０に流入する前に分配経路６２の円筒部６２ａ及び円錐部６２ｂを流れる。例示した両方の実施形態において、バルブは、タービンの液体燃料供給システムで使用するように説明されている。代替的に、バルブは、タービンのガス燃料供給システム、又は少なくとも３つの異なる種類の流体を使用する他のシステムに使用することができる。

１０バルブ
１２バルブ本体
１４配送管
１６第１のドレイン管
１８第２のドレイン管
２０出口管
２２シャッター
２４ハウジング
２６分配経路
２８第２の分配経路
３０冷却回路
３２循環管
３４循環管
３６循環管
３８循環管
４０入口
４４真空排気ドレイン

Claims

タービン用のバルブであって、
バルブ本体（１２）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた、少なくとも第１、第２、及び第３の流体配送管（１４、１６、１８）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた少なくとも１つの出口管（２０）と、
前記バルブ本体（１２）内で回転可能で、第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）が形成されている球状シャッター（２２）と、
を備え、
前記シャッター（２２）の第１の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第１の配送管（１４）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第２の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第２の配送管（１６）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第３の位置において、前記第２の分配経路（２８；６２）は、前記第３の配送管（１８）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記バルブ本体（１２）は、複数の出口管（２０）を備え、前記シャッター（２２）の前記第１及び第２の分配経路（６０、６２）は、前記出口管（２０）の全てに供給することができる、バルブ。
バルブ本体（１２）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた、少なくとも第１、第２、及び第３の流体配送管（１４、１６、１８）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた少なくとも１つの出口管（２０）と、
前記バルブ本体（１２）内で回転可能で、第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）が形成されている球状シャッター（２２）と、
を備え、
前記シャッター（２２）の第１の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第１の配送管（１４）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第２の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第２の配送管（１６）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第３の位置において、前記第２の分配経路（２８；６２）は、前記第３の配送管（１８）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッターの前記第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）は、該経路の間の流体連通を防ぐために互いに異なる平面に広がる、バルブ。
バルブ本体（１２）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた、少なくとも第１、第２、及び第３の流体配送管（１４、１６、１８）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた少なくとも１つの出口管（２０）と、
前記バルブ本体（１２）内で回転可能で、第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）が形成されている球状シャッター（２２）と、
を備え、
前記シャッター（２２）の第１の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第１の配送管（１４）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第２の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第２の配送管（１６）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第３の位置において、前記第２の分配経路（２８；６２）は、前記第３の配送管（１８）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記バルブ本体（１２）の内部に設けられて冷却流体が流れることができる冷却回路（３０）を備える、バルブ。
前記冷却回路（３０）は、前記シャッター（２２）を取り囲む、請求項３に記載のバルブ。
バルブ本体（１２）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた、少なくとも第１、第２、及び第３の流体配送管（１４、１６、１８）と、
前記バルブ本体（１２）に設けられた少なくとも１つの出口管（２０）と、
前記バルブ本体（１２）内で回転可能で、第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）が形成されている球状シャッター（２２）と、
を備え、
前記シャッター（２２）の第１の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第１の配送管（１４）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第２の位置において、前記第１の分配経路（２６；６０）は、前記第２の配送管（１６）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記シャッター（２２）の第３の位置において、前記第２の分配経路（２８；６２）は、前記第３の配送管（１８）と前記出口管（２０）との間の流体連通を可能にするようになっており、
前記バルブ本体（１２）の内部から延び、内部に前記シャッター（２２）が取り付けられた前記バルブ本体（１２）のハウジング（２４）に開口を有する、少なくとも１つの真空排気ドレイン（４４）を備える、バルブ。
前記シャッター（２２）の前記第１の分配経路（２６）は、前記シャッター（２２）の前記第１の位置において前記第１の配送管（１４）と前記出口管（２０）とを接続するために前記シャッター（２２）を横切る円筒部（２６ａ）と、前記円筒部（２６ａ）から延び、前記シャッター（２２）の前記第２の位置において前記第２の配送管（１６）と前記出口管（２０）とを接続するために前記シャッター（２２）の外面に設けられた円周部（２６ｂ）とを含む、請求項１〜請求項５のいずれかに記載のバルブ。
前記第１及び第２の分配経路（２６、２８；６０、６２）は、機械加工で前記シャッター上に形成される、請求項１〜請求項６のいずれかに記載のバルブ。
前記シャッター（２２）は、前記配送管（１４、１６、１８）及び前記出口管（２０）に対する横軸（２２ａ）の周りを回転可能である、請求項１〜請求項７のいずれかに記載のバルブ。
前記バルブ本体（１２）は、球状である、請求項１〜請求項８のいずれかに記載のバルブ。
液体燃料が供給されるようになった少なくとも１つの燃料チャンバを備えるタービン用の供給システムであって、
液体燃料入口手段と、
ドレイン液体入口手段と、
ドレインガス入口手段と、
請求項１〜請求項９のいずれかに記載のバルブ（１０）と、
を備え、前記バルブ（１０）の前記第１、第２、及び第３の配送管は、前記液体燃料入口手段、前記ドレイン液体入口手段、及び前記ドレインガス入口手段にそれぞれ接続される、供給システム。