JP6528208B2

JP6528208B2 - ガスタービン収納パッケージ

Info

Publication number: JP6528208B2
Application number: JP2015195399A
Authority: JP
Inventors: 俊樹山口
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2017067027A

Description

本発明は、ガスタービン収納パッケージに関する。

従来、ガスタービンと発電機とを収納したパッケージが、非常用発電装置としてビルなどの建物の中や地下、屋上、屋外に設置されている。パッケージには、外部の空気を吸気口から吸入してガスタービンに接続される接続口へ流通させる吸気通路が配設されている。ガスタービンに供給される空気中に塵挨等の異物が混入していると動作不良を生じるため、通常、吸気通路には異物を除去するためにエアフィルタ等が設けられている。

例えば特許文献１によれば、ガスタービン吸気系設備において、鳥や昆虫などの比較的大きな異物が吸気配管に侵入するのを防ぐため、吸気口に網が設けられている。また、網の下流側には、雨又は雪が吸気配管に侵入するのを防ぐため、ウェザールーバーが設けられている。さらに、ウェザールーバーの下流側には、塵挨等の異物が吸気配管に侵入するのを防ぐため、エアフィルタが設けられている。

特開平１１−３１１１３１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では特にエアフィルタの目を細かくすればガスタービンへの異物侵入は防止できるが、圧力損失が大きくなるため燃料消費率は悪化する。もしくは、エアフィルタの目を細かくした場合、圧力損失が大きくならないように設計すると、装置が大型化するので好ましくない。逆に、エアフィルタの目を粗くすれば圧力損失は小さくなるが、ガスタービンへの異物侵入は防ぎきれない。

本発明は、ガスタービンを収納するガスタービン収納パッケージにおいて、吸気通路で空気中の異物を回収しつつ圧力損失を抑えることを目的とする。

ガスタービンを収納するガスタービン収納パッケージにおいて、外部の空気を吸気口から吸入してガスタービンに接続される接続口へ流通させる吸気通路を備え、前記吸気通路は、前記接続口の上流側近傍に吸入空気の流通方向を曲げる曲部を有し、前記吸気通路内における前記接続口の外周部に、異物を回収する異物回収部を設けるとともに、前記吸気通路は、略水平に配置された水平通路と、前記曲部を介して該水平通路から下方へ延びて下端に前記接続口が形成される下方通路とを有し、前記異物回収部は、前記吸気通路内における前記接続口の外周部と前記接続口との間に略垂直方向に設けられた異物回収用壁を有し、前記異物回収用壁の上端は、前記水平通路の床面より低い構成とした。

また、ガスタービン収納パッケージにおいて、前記吸気通路の床面に第２異物回収部を設けた。

ガスタービン収納パッケージによれば、吸気通路内における接続口の外周部に異物を回収する異物回収部を設けることにより、吸気通路で空気中の異物を回収しつつ圧力損失を抑えることができる。

また、ガスタービン収納パッケージによれば、吸気通路が水平通路と下方通路とを有する構成の場合、吸気通路内における接続口の外周部と接続口との間に異物回収用壁を設置するだけで容易に異物回収部を設けることができる。また、異物回収用壁の上端を水平通路の床面より低くすることにより、水平通路の床面付近を流れる吸入空気に含まれる軽い異物を、より確実に回収することができる。

また、ガスタービン収納パッケージによれば、吸気通路の床面に第２異物回収部を設けることにより、吸気通路の床面を転がる重い異物を回収することができる。

一実施形態の発電装置の正面図である。一実施形態の発電装置の右側面図である。一実施形態の発電装置の縦断面図である。図３のＣ−Ｄ部分の拡大図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。

以下の実施形態では、ガスタービン収納パッケージの使用例として、パッケージにガスタービンと発電機とを収納した非常用の発電装置を例に説明する。この発電装置は病院等の建物の内外に設置される。なお、ガスタービン収納パッケージは、少なくともガスタービンを収納するパッケージに広く利用することができる。

図１は、発電装置の正面図、図２は、発電装置の右側面図、図３は、発電装置の縦断面図、図４は、図３のＣ−Ｄ部分の拡大図、図５は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。図３ではパッケージ部分の断面を示している。また、図３において矢印は空気の流れる方向を示している。

発電装置１は、図１〜図２に示すように、外観がパッケージ２で覆われ、図３に示すように、パッケージ２の内部に３組のガスタービン３及び発電機４が収納されて構成される。発電装置１には、他にも図示しないガス供給ユニット、ガスバルブユニット、発電機４により発電された電力を供給すべく外部機器と接続可能な高圧盤等の関連機器が設置されている。パッケージ２にガスタービン３及び発電機４を収納することで防音効果が得られる。また、発電装置１を屋外に設置した場合、パッケージ２には機器を雨水等から保護する役割もある。

パッケージ２の外観は複数のパネルや扉で構成され、主に右側筐体２ａと左側筐体２ｂとで構成される。パッケージ２の右側筐体２ａは、正面に４枚の扉２０、右側面に２枚の扉２０を備えている。各扉２０からガスタービン３又は発電機４に容易にアクセスでき、メンテナンスを行うことができる。

図２に示すように、パッケージ２の右側筐体２ａの右側面には、上段の左右に配置された２つの第１吸気口２１０と、中段の左右に配置された２つの第２吸気口２２０と、下段の左右に配置された２つの第３吸気口２３０とが設けられる。第１吸気口２１０はガスタービン３の燃焼用空気を取り入れるための吸気口であり、第２及び第３吸気口２２０、２３０はガスタービン３及び発電機４の冷却用空気を取り入れるための吸気口である。各吸気口には比較的大きな異物が侵入するのを防ぐため、網が取り付けられている。例えば、網のピッチを１０ｍｍ、網目の大きさは８ｍｍ程度とすることができる。この網によれば、直径約９ｍｍ以上の異物（鉄に換算すると約３ｇ）を捕獲できる。

パッケージ２の左側筐体２ｂの左側面の上部には、ガスタービン３からの排気を外部に排出するための第１排気口２４０が設けられる。パッケージ２の上面には、ガスタービン３及び発電機４の冷却用空気を排気するための第２排気口２５０が設けられる。第２排気口２５０には各吸気口と同様に網が取り付けられている。

図３に示すように、パッケージ２内は隔壁により区画されており、上段に第１吸気通路２１、中段に第２吸気通路２２、下段に機器収納室２３、機器収納室２３の左側方に第１排気通路（図示せず）、第１吸気通路２１及び機器収納室２３の上方に第２排気通路２５がそれぞれ配置される。第１排気通路はパッケージ２の左側筐体２ｂ内に形成される。

第１吸気通路２１は、筒状の空気の通路であり、一端に外部の空気を吸入する第１吸気口２１０が形成され、他端にガスタービン３に接続される３つの接続口２１１（図５参照）が形成されている。第１吸気通路２１は、外部の空気を第１吸気口２１０から吸入して接続口２１１を通じてガスタービン３内へ流通させる。第１吸気通路２１の一部は、図５に示すように、隔壁２１２によって手前側の通路と奥側の通路とに仕切られている。

第１吸気通路２１は、吸入空気の流通方向を曲げる曲部２１３を有する。そして、第１吸気通路２１は、曲部２１３の吸入空気の流通方向上流側に略水平に配置された水平通路２１ａと、曲部２１３を介して水平通路２１ａから下方へ延びて下端に接続口２１１が形成された下方通路２１ｂとで構成される。

また、第１吸気通路２１には、吸入空気に含まれる異物を回収する第１及び第２異物回収部２１４、２１５が設けられている。第１及び第２異物回収部２１４、２１５の詳細については後述する。

第２吸気通路２２は、筒状の空気の通路であり、一端に外部の空気を吸入する第２吸気口２２０が形成され、機器収納室２３に繋がる他端にラジエータ２２１が配設されている。第２吸気通路２２は、外部の空気を第２吸気口２２０から吸入し、ラジエータ２２１を通して機器収納室２３へ流通させる。

機器収納室２３は、並設された３組のガスタービン３及び発電機４を収納している。機器収納室２３は、右側パネルに外部の空気を吸入する第３吸気口２３０が形成され、左側パネルに第１排気通路に接続される接続口２３１が形成され、上側の隔壁に第２排気通路２５に接続される接続口２３２が形成されている。接続口２３１にはガスタービン３の排気管３１が挿通されている。機器収納室２３は、第２吸気通路２２及び第３吸気口２３０から吸入した空気を流通させ、接続口２３２を通じて第２排気通路２５へ排出させる。

ガスタービン３は、圧縮空気と燃料ガスの混合物を燃焼させ、その際に発生する高温高圧の燃焼ガスによって回転動力を得るものであって、圧縮機、燃焼室及びタービンから構成される。圧縮機には吸気管３２の一端が接続されている。一方、吸気管３２の他端は接続口２１１に接続されている。発電機４は、ガスタービン３の出力軸に接続され、出力軸から伝達される回転動力によって発電するものである。ガスタービン３及び発電機４は、ベース２３３上に配置される共通台床２３４上に防振ゴム等を介して防振支持される。

第１排気通路は、一端に排気管３１が挿通される接続口（図示せず）が形成され、他端に第１排気口２４０が形成されている。第１排気通路は、排気管３１からの排気を流通させ、第１排気口２４０から外部へ排出させる。

第２排気通路２５は、機器収納室２３の接続口２３２に繋がる一端にファン２５１が配設され、外部に繋がる他端に第２排気口２５０が形成されている。第２排気通路２５のファン２５１が配設される部分は２つの円筒状の通路に分岐しており（図５参照）、両通路にファン２５１が配設されている。第２排気通路２５は、ファン２５１の駆動によって機器収納室２３から吸入した空気を流通させ、第２排気口２５０から外部へ排出させる。

次に、発電装置１の運転について説明する。ガスタービン３は、ミキサ（図示せず）で燃料ガスと空気が混合されることによって起動される。ガスタービン３の圧縮機が作動すると、第１吸気通路２１内に負圧が発生する。これにより、第１吸気口２１０から外部の空気が取り込まれ、第１吸気通路２１及び吸気管３２を通って圧縮機に供給される。圧縮機で圧縮された空気は燃焼室で燃料ガスと混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスによってタービンが回転する。この回転動力は、出力軸を介して発電機４に伝達され、発電機４で発電に用いられる。

そして、タービンを通った燃焼ガスは排気管３１及び第１排気通路を通じて外部に排出される。また、発電装置１の運転中は適宜ファン２５１が駆動される。ファン２５１の駆動により、第２吸気口２２０及び第３吸気口２３０から外部の空気が取り込まれる。第２吸気口２２０から取り込まれた空気は、第２吸気通路２２内を流通し、ラジエータ２２１を通って機器収納室２３へ供給される。一方、第３吸気口２３０から取り込まれた空気は、直接機器収納室２３へ供給される。そして、機器収納室２３に供給された空気は、ガスタービン３及び発電機４の熱を吸収する。昇温した空気はファン２５１によって第２排気通路２５に導かれ、第２排気口２５０から外部へ排出される。

次に、図４を参照して第１及び第２異物回収部２１４、２１５の詳細について説明する。第１及び第２異物回収部２１４、２１５は、第１吸気口２１０の網で回収されずに第１吸気通路２１に侵入した吸入空気中の小さな異物（例えば、直径９ｍｍ未満の異物）を回収するものである。

第１吸気口２１０から吸入された空気は、水平通路２１ａに沿って水平に流れ、下方通路２１ｂに沿って下方へ曲がり、接続口２１１を通じて吸気管３２へ導かれる。このとき、空気中に含まれる重い異物は、水平通路２１ａの途中で落下し、水平通路２１ａの床面上を転がるようにして進む（図４の矢印Ｅ参照）。第２回収部２１５は、このような重い異物を堆積させることで回収する。ここでいう重い異物とは、例えば１ｇ以上の異物を指す。

一方、空気中に含まれる異物のうち、水平通路２１ａに落下しなかった軽い異物は、吸入空気が下方通路２１ｂに沿って下方へ曲がる際に、その異物の慣性力がはたらく方向、つまり略水平方向に進みながら落下する（図４の矢印Ｆ参照）。第１回収部２１４は、このような軽い異物を堆積させることで回収する。ここでいう軽い異物とは、例えば１ｇ未満の異物を指す。

このようにして異物を回収できるように、第１及び第２異物回収部２１４、２１５は以下のような形状、配置等とする。

第１異物回収部２１４は、第１吸気通路２１内における曲部２１３の吸入空気の流通方向下流側であって、吸入空気中の異物にはたらく慣性力の方向上に設けられる。換言すると、第１異物回収部２１４は、第１吸気通路２１内における曲部２１３の下流側の外周部に設けられる、ともいえる。例えば、第１異物回収部２１４は、下方通路２１ｂの壁面のうち、曲部２１３の下流側の外周部に相当する（吸入空気中の異物にはたらく慣性力の方向上にある）壁面２１６と接続口２１１との間に設けられる。第１異物回収部２１４を接続口２１１の水平通路２１ａとは反対側に設けることにより、第１異物回収部２１４は吸入空気の流通の抵抗になりにくい。

また、異物の回収率の観点から、第１異物回収部２１４は、第１吸気通路２１内の幅方向（吸入空気の流通方向に対して垂直な方向）全体に亘って設けられることが好ましい。

第１異物回収部２１４は、壁面２１６と接続口２１１との間に、壁面２１６に対向するように略垂直方向に設けられた異物回収用壁２１７を有する。異物回収用壁２１７は、例えば、図４に示すように、アングル（軽山形鋼）で形成される。このような構成によれば、壁面２１６と異物回収用壁２１７との間に第１異物回収部２１４が形成される。図３に示すように、壁面２１６の左側は第２排気通路２５を配置するための空間となっているので、壁面２１６を左方に移動させれば第１異物回収部２１４を拡大することができる。なお、異物回収用壁２１７は、略垂直方向の壁部を有していれば、その形状に特に限定はなく、チャンネル（軽溝形鋼）など、様々な形状の部材を用いることができる。

異物回収用壁２１７の上端は水平通路２１ａの床面より低いことが好ましい。すなわち、第１異物回収部２１４は水平通路２１ａより低い位置に設けられることが好ましい。水平通路２１ａに落下しなかった軽い異物は、矢印Ｆに示したように略水平方向に進みながら落下するので、第１異物回収部２１４を水平通路２１ａより低い位置に設けることで、水平通路２１ａの床面付近を流れる吸入空気に含まれる軽い異物を遮ることなく、より確実に回収することができる。

なお、第１異物回収部２１４は複数設けてもよい。また、接続口２１１の全周に亘って異物回収用壁２１７を設けてもよい。これらにより、さらに異物の回収率を向上させることができる。

次に、第２異物回収部２１５は、第１吸気通路２１内の床面に設けられる。例えば、第２異物回収部２１５は、曲部２１３近傍の床面に設けられる。第２異物回収部２１５は、第１吸気通路２１の下流寄りに設けることにより、空気中に含まれる重い異物は第２異物回収部２１５の手前で落下することになるので、より確実に異物を回収することができる。

異物の回収率の観点から、第２異物回収部２１５は、第１吸気通路２１内の幅方向（吸入空気の流通方向に対して垂直な方向）全体に亘って設けられることが好ましい。また、第２異物回収部２１５を図４のように、曲部２１３の下流側であって、下方通路２１ｂの傾斜面に設けることにより、吸入空気の流通の抵抗になりにくい。

第２異物回収部２１５は、例えば、図４に示すように、チャンネルで形成される。なお、第２異物回収部２１５は、略垂直方向の壁部を有していれば、その形状に特に限定はなく、アングルなど、様々な形状の部材を用いることができる。なお、第２異物回収部２１５は複数設けてもよい。

このように、第１及び第２異物回収部２１４、２１５は、吸入空気中の異物を回収してガスタービン３への異物の侵入を防ぐとともに、吸入空気の流通をほとんど阻害しないので、第１吸気通路２１における圧力損失は抑えられ、燃料消費率の悪化要因とはならない。したがって、従来のようにエアフィルタを用いる場合と比較すると、燃料消費率が向上し、燃料費を抑えることができる。また、エアフィルタの定期交換作業が不要となり、メンテナンスが容易になる。

第１及び第２異物回収部２１４、２１５は上記のパッケージ２の形態以外にも適用できる。図６〜図８を参照して、第１及び第２異物回収部２１４、２１５が適用できるパッケージの他の形態例について説明する。

図６は、他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。この第１吸気通路５は、湾曲形状を有している。第１吸気通路５は、吸入空気の流通方向を曲げる曲部５３を有する。そして、第１吸気通路５は、曲部５３の吸入空気の流通方向上流側に略水平に配置された水平通路５ａと、曲部５３を介して水平通路５ａから湾曲しながら下方へ延びて下端に接続口５１が形成された下方通路５ｂとで構成される。第１吸気通路５には、第１及び第２異物回収部２１４、２１５が設けられている。

図７は、他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。この第１吸気通路６は、略Ｔ字形状を有している。第１吸気通路６は、吸入空気の流通方向を曲げる曲部６３を有する。そして、第１吸気通路６は、略水平に配置された水平通路５ａと、水平通路６ａの途中で分岐し、曲部６３を介して下方へ延びて下端に接続口５１が形成された下方通路５ｂとで構成される。第１吸気通路５には、第１及び第２異物回収部２１４、２１５が設けられている。

図８は、他の一例の第１吸気通路の一部を示す断面図である。この第１吸気通路７は、階段形状を有している。第１吸気通路７は、吸入空気の流通方向を曲げる２つの曲部７３、７４を有する。そして、第１吸気通路７は、略水平に配置された水平通路７ａと、曲部７３を介して水平通路７ａから下方へ延びる下方通路７ｂと、下方通路７ｂの下端から略水平方向に延びる水平通路７ｃと、曲部７４を介して水平通路７ｃから下方へ延びて下端に接続口７１が形成された下方通路７ｄとで構成される。第１吸気通路７には、第１及び第２異物回収部２１４、２１５がそれぞれ２つ設けられている。

図６〜図８に示したような形態の第１吸気通路においても、吸入空気中の異物を回収してガスタービンへの異物の侵入を防ぐとともに、第１吸気通路における圧力損失を抑えることができる。

また他の形態として、第１〜第３吸気口２１０、２２０、２３０の外側を覆うフードを設けてもよい。フードは下端に開口部を有し、ここから吸気される。フードの下端から上方へ吸気することにより、異物は重力に逆らって上昇しなければならないため、吸入空気に異物が混入しにくくなる。また、フードには屋外に設置される際に雨除けの役割もある。

なお、上記の各形態において、第１吸気通路の曲部は通路を水平方向から下方へ曲げる形状としたが、その曲げ方向には特に限定はなく、例えば、水平方向から上方や左右へ曲げる形状であってもよいし、垂直方向から水平方向へ曲げる形状であってもよい。第１吸気通路がこのような曲部を少なくとも１つ有することにより、吸入空気の流通方向に対して異物にはたらく慣性力の方向が一致しなくなるので、吸入空気の流通方向から外れた異物にはたらく慣性力の方向上（吸気通路内における曲部の下流側の外周部）に第１異物回収部を配設することで、第１吸気通路における圧力損失を抑えつつ、効率よく異物を回収できる。

１発電装置
２パッケージ（ガスタービン収納パッケージ）
２１第１吸気通路（吸気通路）
２１ａ水平通路
２１ｂ下方通路
２１０第１吸気口（吸気口）
２１１接続口
２１３曲部
２１４第１異物回収部（異物回収部）
２１５第２異物回収部
２１６壁面
２１７異物回収用壁

Claims

ガスタービンを収納するガスタービン収納パッケージにおいて、
外部の空気を吸気口から吸入してガスタービンに接続される接続口へ流通させる吸気通路を備え、
前記吸気通路は、前記接続口の上流側近傍に吸入空気の流通方向を曲げる曲部を有し、
前記吸気通路内における前記接続口の外周部に、異物を回収する異物回収部を設けるとともに、
前記吸気通路は、略水平に配置された水平通路と、前記曲部を介して該水平通路から下方へ延びて下端に前記接続口が形成される下方通路とを有し、
前記異物回収部は、前記吸気通路内における前記接続口の外周部と前記接続口との間に略垂直方向に設けられた異物回収用壁を有し、
前記異物回収用壁の上端は、前記水平通路の床面より低い
ことを特徴とするガスタービン収納パッケージ。
前記吸気通路の床面に第２異物回収部を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン収納パッケージ。