JP6967879B2 - ガスタービンエンジン用の液体燃料制御弁、およびエンジンへの液体燃料の流れを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンエンジン用の燃料供給システムに関し、詳細には、産業用ガスの液体燃料制御弁に関する。

産業用ガスタービンは典型的には、ガスタービンのケーシングの周りに環状列に配置された燃焼缶、例えば、円筒状の燃焼室を含む燃焼セクションを含む。燃料管は各燃焼缶に液体燃料を供給する。燃料弁はまた、燃料システムをパージするために燃焼缶に水を通すこともできる。

燃料管に結合した燃料弁は、燃焼缶への燃料の流れを通したり止めたりする。各燃焼缶は、少なくとも１つの関連する燃料弁を有することができる。缶が主燃料ノズルおよび二次燃料ノズルを有する場合、および、燃料が複数の供給源から燃焼缶に流れる場合、各燃焼缶と関連する燃料弁が１つより多くなる場合がある。

燃料弁、燃料管、および他の燃料システム構成部品は、ガスタービンの燃焼セクションの周り近くに複雑な網状組織を形成する。燃焼セクションの周りに網状組織を形成する構成部品を簡素化して削減する必要があると長い間考えられている。

燃料弁は高温で動作し、高圧で燃料を供給する。燃焼缶の外側での温度は華氏４００度（摂氏２００度）を超える場合がある。典型的な産業用ガスタービンの燃焼器は、燃焼缶の列を含み、例えば、ゲージ圧で１平方インチ当たり１２００ポンド（ｐｓｉｇ）（８３００キロパスカル）の燃料圧力で、毎分２０ガロン（７５リットル）の液体燃料を消費する場合がある。

これらの極端な条件では、燃料弁、特にガスまたは液体燃料で動作する二元燃料ガスタービンにとって困難が伴う。燃料弁は、液体燃料または水が燃焼器に流れることができる開位置と閉位置との間をなめらかに切り替わらなければならない。燃料弁は、燃焼缶の近くで高温であるにもかかわらず、かつ、弁が閉じたときに弁を通る燃料の流れの冷却効果がなくなるときの大きな温度変化を受けるにも関わらず、なめらかに切り替わらなければならない。弁はまた、燃料の圧力に関わらず開位置と閉位置との間をなめらかに動かなければならない。従来の燃料弁のいくつかは、ガスタービンの極端な条件下ではうまく動作しない。具体的には、燃料の圧力に関わらず開位置と閉位置との間を滑らかに切り替わらない。

米国特許出願公開第２０１１／０２７１６７９号明細書

本発明者は、燃料管内の燃料の圧力に関わらず、開位置と閉位置との間をなめらかに切り替わる燃料弁を考えた。本発明者は、従来の燃料弁が、弁内のチャンバに満たされた燃料または水に対抗して弁構成部品を押すことによって開位置と閉位置との間を切り替わることを理解した。弁構成部品を摺動されるために加えられる力は、燃料または水からの液体の圧力、および弁の摩擦の両方に打ち勝たなければならない。本発明者は、燃料弁のチャンバ内の圧力を等しくすることによって、燃料圧力に打ち勝つ必要なしに燃料弁内の移動構成部品が摺動することができることを理解した。

産業用ガスタービンは、１ダース以上の燃焼缶を有する場合がある。したがって、液体またはガス燃料で動作することができる各ガスタービンエンジンに対しては２ダース以上の燃料弁がある場合がある。本発明者は、２つ以上の燃焼缶に出力する燃料弁を設計することによって、従来のガスタービンの多数の燃料弁を少なくとも半分だけ削減させることができることを認識した。

本発明は、ガスタービンにおいて、燃焼缶、好ましくは２つ以上の燃焼缶への燃料または水の流れに対してオンオフ制御を用いるための弁として具現化することができる。弁の圧力平衡機能により、圧力平衡していない弁を動かすのに必要なアクチュエータの力よりも小さな力によって、弁を開位置と閉位置との間を動かすことができる。

弁は、液体燃料または水のための２つ以上の出口を有することができる。弁が閉じている間、各出口は弁の他の出口から分離されている。閉弁中、出口が分離されていることにより、弁の１つの出口に入って他の出口から流れ出る液体の還流（逆流）が避けられる。さらに、本弁は、弁を通って流れる燃料または水に曝される面が滑らかな輪郭面を含んで、カーボンの形成を少なくする特徴がある。

本発明は、流体入口および流体出口を含むハウジングと、ハウジング内にあり、開位置と閉位置との間を動くことができるアクチュエータと、ハウジングを通って流体入口と流体出口との間にある流体通路とを含む、ガスタービンの燃焼器用の弁であって、流体が入口から出口に流れることができず、かつ流体が出口間を流れることができないようにアクチュエータが閉位置にある間、流体通路が閉じられ、流体出口の１つの出口が燃焼器の第１の燃焼缶に流体接続され、流体出口の別の出口が燃焼器の第２の燃焼缶に流体接続される、弁を、具現化することができる。

本発明はまた、液体の供給源に結合されるように構成された導管と、導管を通る流路を燃焼缶の数の半分より多くない数の燃料流路に分けるように構成された分流器と、燃料弁を収納する集合体とを備える、ガスタービンの燃焼缶に燃料を供給するように構成された燃料スキッドとして具現化することができる。ここで、各弁は、流体入口および流体出口を含むハウジングであって、流体入口が分流器からの流路のそれぞれ１つに流体接続された、ハウジングと、ハウジング内にあり、開位置と閉位置との間を動くことができるアクチュエータと、ハウジングを通って流体入口と流体出口との間にある流体通路とを含み、流体は入口から出口に流れることができず、かつ出口間を流れることができないようにアクチュエータが閉位置にある間、流体通路は閉じられ、流体出口の一方は燃焼缶の１つに流体接続され、流体出口の他方は燃焼缶の別の１つに流体接続される。

本発明はさらに、液体を燃焼缶のそれぞれに燃料弁から供給するステップであって、各燃料弁が燃焼缶の少なくとも２つに結合され、流体を燃焼缶の少なくとも２つに供給する、ステップと、液体を燃料弁のそれぞれに供給するステップと、燃料弁のぞれぞれの中のアクチュエータによって、燃料弁のそれぞれを通る液体の流れを制御するステップと、液体が燃料弁のそれぞれを通り、各弁から燃焼缶の２つに流れることができるように、燃料弁のそれぞれの中のアクチュエータを開位置に動かすステップと、各弁の入口から弁の出口への液体の流れを妨げ、かつ出口間の流れを妨げるようにアクチュエータを閉位置に動かすステップとを備える、ガスタービンの燃焼缶への液体の流れを制御する方法として具現化することができる。

燃料管および弁のネットワークを有する従来の産業用ガスタービンの図である。 燃焼缶によって代表されるガスタービンのために燃料を供給する燃料システムの概略図である。 断面で示した例示的な圧力平衡弁の斜視図である。 断面で示した圧力平衡弁の側面図である。 断面で示した圧力平衡弁の別の実施形態の側面図である。 圧力平衡弁の実施形態の概略図である。 圧力平衡弁を有する集合体の斜視図である。 圧力平衡弁の別の実施形態の斜視図である。 ２つの弁を通って流れる流体を混合させるように接続され構成された出口管に結合された圧力平衡弁の概略図である。

図１は、圧縮機１２、燃焼器１４、およびタービン１６を含む従来の産業用ガスタービン１０を示す。燃焼器は、ガスタービンのケーシングの周りに円形状の列に配置された燃焼缶１８を含む。燃料は、第１の環状燃料管２０および第２の環状燃料管２２などの燃料管のネットワークを通じて燃焼缶１８に供給される。第１の管２０は天然ガスなどの気体燃料を燃焼缶に分配することができる。第２の燃料管２２は油系燃料などの液体燃料用とすることができる。第３の環状管２６は、第１または第２の燃料管からの燃料と混合される水を供給する。接続管２８は、第１、第２、および第３の管のそれぞれから燃焼缶のそれぞれ１つに延在する。

典型的には、燃料管と燃焼缶との間のラインのそれぞれに対して１つの従来の燃料弁がある。従来、各燃焼缶に対する燃料弁は、燃焼缶のエンドカバーに取り付けられた燃料集合体に配置されている。

図２は、液体燃料、および任意に水をガスタービンの燃焼缶１８に供給する燃料システム３０の部分の概略図である。燃料または水の供給源３２は、ガスタービンに隣接する燃料スキッド３４に液体を供給する。燃料スキッドは、燃料フィルタ３６、燃料ポンプ３８、ガスタービンの燃焼器を取り囲むように構成された環状燃料管（導管）４０、および燃料または水の管４０のうちの１つまたは複数に結合した圧力平衡弁４４の１つまたは複数の集合体４２を含むことができる。集合体４２は、２つ（または３つ、または４つ）の燃焼缶ごとに１つとすることができる。集合体は、燃焼缶の近くで、燃焼器の周囲の異なる角度位置に配置することができる。

各集合体４２は、複数の圧力平衡弁、例えば、２つ、４つ、またはそれ以上の圧力平衡弁を収納することができる。集合体４２内の各弁４４は、燃焼器を取り囲む環状の液体燃料または水の管のうちの異なる管に接続された入口を含むことができる。各弁４４の液体出口は、燃焼缶の１つ、２つ、３つ、またはそれ以上に接続することができる。

燃料システム３０は、図２には部分的にのみ、かつ簡素化した形態で示されている。燃料システムの実施形態には、（図１の２０、２２、および２６などの）他の燃料または水の管、および燃料弁のさらなる集合体などの燃料システムの構成部品が存在する場合があるが、図２には示されていない。

各圧力平衡弁４４は、液体が弁を通って１つ、２つ、またはそれ以上の管４６に流入するオン作動状態（図２に４４で示したブロックの矢印を参照）を有する。各管４６は、燃料弁を燃焼室のうちの異なる燃焼室に接続することができる。弁は、液体が分流器から流れるにもかかわらず、液体は管に流入しないオフ作動位置（４４で示したブロックの破線を参照）を有する。したがって、圧力平衡弁４４は、燃焼缶に流れる液体のためのオンオフ弁として機能するように構成することができる。

圧力平衡弁の出口は、管４６を介して燃料ノズル４８に接続することができ、燃料ノズル４８は、燃焼缶のエンドカバー５０から延在する後方端を有する。管４６と燃料ノズルとの間の１つの接続が図２に示されているが、これは、弁４４間の接続、およびガスタービンの燃焼缶のいくつかまたはすべてへの接続の代表的なものである。例えば、１つの圧力平衡弁４４は、１つの燃焼缶に接続される１つの出力管４６、および別の燃焼缶に接続される別の出力管４６を有することができる。

図３は、図２に示す燃料システム３０の集合体４２内の弁４４として使用することができる圧力平衡弁５２を断面で示した概略図である。弁５２は、内部チャンバ５６を有するハウジング組立体５４を含む。ハウジング組立体は、メインハウジング５８、ヘッダキャップ６０、およびエンドキャップ６２を含むことができる。ヘッダキャップおよびエンドキャップは、メインハウジングの両端に嵌め込まれてシールする。ヘッダキャップ、メインハウジング、およびエンドキャップの内面はチャンバ５６を画定し、チャンバをシールする。

アクチュエータ６４は内部チャンバ内にあり、チャンバの内壁６６と摺動可能に係合する。アクチュエータとチャンバの内壁との間にシールが形成される。

入口開口６８は、ハウジング組立体５４を通ってチャンバに向かう流路を与える。結合具７０は、ハウジングから外向きに延在して、入口開口を通る流路と、燃焼器の周りを延在し燃料または水の供給源に結合された環状の管などの管との間を接続することができる。

出口開口７２は、出口チャンバから燃焼缶への管などの管への、ハウジングを通る流路を与えるようにハウジングに設けられる。結合具７４は、ハウジングから外向きに延在して、ハウジングと燃焼缶への管との間を接続することができる。図３に示す圧力平衡弁５２は、単一の出口を有するが、図４に示す弁は２つの出口を有する。

アクチュエータ６４は、空圧または液圧流体によってチャンバ５６に対して変位される、例えば、動かされ、その空圧または液圧流体は、制御システム、例えばコンピュータ操作弁７６によって注入され、空圧または液圧流体の供給源７８から供給される。流路８０は、ハウジング組立体を通って、例えば弁７６と内部チャンバ５６の端部５７の間の管からまで、ヘッダキャップを通って設けられ、流体の供給源によって与えられた圧力をかけられた空圧または液圧流体は、流路８０を通って流れる。加圧流体は通路８０を通って流れ、端部５７に入ってアクチュエータをチャンバに対して変位させる。

アクチュエータは、図３に示すように、概ね円筒状のピストンとすることができる。アクチュエータの外側形状と相補的な形状とすることができる内部チャンバ５６の直径などの対応する寸法に比べて、アクチュエータは小さな寸法部分８２、８４の外側本体を有する。図３に示すように、アクチュエータが概ね円筒形の場合、チャンバの内壁６６もまた概ね円筒形とすることができる。図３に示すアクチュエータの小さな寸法部分は、第１の円筒部分８２、および第２の円筒部分８４である。環状隆起部８６は、半径方向外向きに延在して、第１の部分８２と第２の部分８４とを分ける。第１および第２の部分の寸法が小さいことにより、環状空洞８８、９０がチャンバ５６に形成される。第１の環状空洞８８は、空洞の内壁６６とアクチュエータの第１の小さな寸法８２におけるアクチュエータの外面との間にあり、入口開口６８と位置が合い、環状隆起部８６によって一端が閉じられている。第２の環状空洞９０は、内壁６６と第２の小さな寸法８４におけるアクチュエータの外面との間にあり、出口開口７２と位置が合い、環状隆起部８６によって一端が閉じられている。

チャンバ５６内でのアクチュエータ６４の変位によって圧力平衡弁５２が開閉する。図３では、アクチュエータは弁を閉じている位置で示されている。アクチュエータの環状隆起部８６は、アクチュエータが閉位置にある間、入口開口６８と出口開口７２との間の、チャンバ５６を通る流路を閉じ、アクチュエータが開位置にある間、入口開口と出口開口との間の流路を開ける弁として働く。

閉位置では、アクチュエータの環状隆起部は、メインハウジングの内壁６６の環状溝内に配置された金属の環状リング９２、例えばスナップリングに当接する。環状隆起部８６の外縁と、環状リング９２および環状隆起部の縁に隣接する内壁６６との間にシールが形成される。このシールは、入口開口６８にある液体燃料または水が圧力平衡弁５２の出口開口７２に流入することを防ぐ。

チャンバの内壁６６表面、特にシールが壁に係合する場所には、ＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））でコーティングすることができる。コーティングは、シールが壁に固着してアクチュエータの動きを妨げる危険性を低減する。ＰＴＦＥコーティングはまた、コーティング面へのカーボンの堆積を低減する。カーボンの堆積は、流体が流れている間、シールに隣接する壁表面など流速の遅い表面でより生じやすい。

アクチュエータ６４が閉位置にある間、入口開口からの液体は第１の空洞８８を満たすが、第２の空洞９０を満たさない。第１の空洞内の液体の圧力は、環状溝を環状リング９２に押し当てるように環状溝に作用し、したがって、環状リングと溝との間のシールを促進する。

アクチュエータが矢印９４の方向に動くと、環状隆起部８６は環状リング９２から離れて、入口開口６８を横切るように摺動する。環状隆起部が入口開口内を横切ると、液体は入口を通って、出口開口７２への通路である第２の空洞９０に流入する。アクチュエータは、アクチュエータの端部９６がチャンバ５６の端部９８に当接するまで矢印９４の方向に動くことができる。

アクチュエータの端部９６がチャンバの端部９８に当接している間、またはチャンバの端部９８の近くにある間、アクチュエータは開位置にある。アクチュエータが開位置にある間、圧力は平衡している。圧力の平衡は、環状隆起部８６の両側に働く燃料（または水）の流体圧力によるものである。環状隆起部の両側に流体圧力がかかることによって、燃料または水の流体圧力は、アクチュエータを変位させるようには働かない、またはアクチュエータの動きに抵抗するようには働かない。流体圧力がアクチュエータの動きには実質的に影響を与えないという意味で、流体圧力は平衡している。圧力が平衡していることが、アクチュエータとメインハウジング５８との間の摩擦、および、任意に、アクチュエータを閉位置に付勢するばね力に打ち勝つだけに必要な力によって、アクチュエータ６４を開位置と閉位置との間を動かすことを可能にする。

弁５２内で圧力平衡を達成するために、環状隆起部８６の露出した表面積、例えば、流体によって濡れた表面積は、隆起の両側で同じにすべきである。詳細には、アクチュエータの動きに対して垂直な平面に投影された濡れ表面積は、隆起の両側で実質的に同じにすべきである。濡れ表面積が実質的に同じであるということは、隆起部の一方の側の投影表面積が隆起部の他方の側の表面積の１５パーセント（１５％）以内であることを意味する。

アクチュエータ６４は、チャンバの内壁６６と係合する、例えば、チャンバの内壁６６に対して摺動する軸受面１００、１０６を有する。軸受面は前部軸受面１００を含むことができ、前部軸受面１００はヘッドキャップに面するアクチュエータの端部に向けられている。前部軸受面１００は、アクチュエータの外周における円筒面とすることができる。前部軸受面は、アクチュエータの軸方向の動きを可能にしながら、ハウジング内でアクチュエータを構造的に支持し、ハウジング内にアクチュエータを保持する。

図４に示すように、アクチュエータ６４は、ハウジング組立体５４の内壁６６に当たるように配置された円筒状の前部軸受面１００を有することができる。環状隆起部８６の外周もまた、アクチュエータとチャンバの内壁との間の軸受面として働くことができる。

軸受面１００は、アクチュエータの前部に環状溝１０２を有することができる。これらの環状溝は、環状シール１０４、例えばＯリングを受け入れる。シールは、チャンバ５６の端部５７内の空圧または液圧流体が第２の空洞９０内に入り、空洞内の燃料または水と混合することを防ぐ。シールはまた、燃料または水が空圧または液圧流体に入って混合することを防ぐ。

円筒状の後部軸受面１０６は、アクチュエータの後端近くのアクチュエータの端部外側表面とすることができる。後部軸受面１０６は、チャンバの内壁６６の小さな直径の領域１０８と係合する、例えば、領域１０８に対して摺動することができる。シール溝１１０は、後部軸受面に隣接する内壁６６に形成することができる。シール、例えばＯリングはシール溝１１０内に配置されて、燃料または水の流体が第１の空洞８８からチャンバ５６の後端１１２に漏れて、アクチュエータの端部９６に入ることを防ぐ。

直径の小さな領域１０８は、内壁６６の環状段差１１４から始まる。環状段差１１４は第１の空洞８８の軸方向端を画定する。空洞８８は、環状隆起部８６で第２の軸方向端を有する。あるいは、内壁の環状段差１１４を、アクチュエータの直径をステップ状に増大させることで代えることができる。これは、第２の空洞９０を終点とし、前部軸受面を始点とするステップ状の増大と同様である。

ハウジング組立体５４の後部のエンドキャップ６２は、チャンバ５６内の流体をアクチュエータの端部から排出することができるように排出通路１１６を含むことができる。排出通路は、前部軸受面のシール溝１０２の１つまたは複数から、アクチュエータを通ってエンドキャップの排出部１１６へのスポークとハブの列の通路１１８などの流体通路を与えることができる。アクチュエータは、アクチュエータ内の、またはアクチュエータに隣接するシールの１つまたは複数から流体を排出するための流路を備えるために、エンドキャップに面する開放端を有する少なくとも部分的な中空とすることができる。

螺旋状のコイルばねなどのばねは、中空アクチュエータの空洞内に配置することができる。ばねは、アクチュエータを閉位置に付勢するために使用することができる。ばねは、第１、第２、および第３のコイルばね１２０、１２２、および１２４のうちの１つまたは複数を含むことができる。ばねは、アクチュエータの内部空洞の、直径が次々と大きくなる部分に配置される。第３のばね１２４は、空洞の最も狭い部分の中にあり、その一端は空洞の端部に当接する。ばね１２４の反対側の端部は、アクチュエータの空洞の端部まで延在する第１の円筒状の支柱１２８上のカラー１２６に当接する。カラーおよび第１の円筒状の支柱はアクチュエータに摺動可能に係合する。ばね１２４は、図４に示すように、圧縮されて、アクチュエータを閉位置に付勢する力をかける。

第２のばね１２２は、アクチュエータの空洞のより広い部分の中にある。第２のばねは一端でカラーに当接し、第２のばねの反対側の端部は、第１の支柱を含み第１の支柱と同軸の第２の円筒状の支柱１３０の上端に当接する。第１および第２のばねはアクチュエータを閉位置に付勢する。

第１のばね１２０は、アクチュエータの空洞の最も広い部分の中に配置される。第１のばねは、アクチュエータの底からわずかに延在し、アクチュエータが開位置にある間、アクチュエータをハウジング組立体のチャンバ５６の端部からわずかに離れるように押す。

図５は、弁を通って流れる燃料または水の流体のための第１および第２の出口１３４、１３６を有する圧力平衡弁１３２の第２の実施形態を示す。第１の出口１３４と第２の出口１３６は、ハウジング組立体５４の開口をまたがって延在するリブ１３８によって分離することができる。アクチュエータ１３９は第２の環状隆起部１４０を含み、第２の環状隆起部１４０は、第１の環状隆起部８６が閉位置にあり、流体が入口６８から内部チャンバを通って出口１３４、１３６に流れるのを防いでいる間、リブ１３８と位置が合う。

第２の環状隆起部１４０はまた、リブ１３８と位置が合っている間、流体が出口１３４の１つから外側出口１３６に流れるのを防ぎ、かつその逆も防ぐ。出口をこのように分離することによって、弁１３２が閉じている間、１つの燃焼缶からの流体の逆流が別の燃焼缶に流入しないことを確実にしている。

アクチュエータ１３９がエンドキャップ６２の方へ動くと、第１の環状リブ８６は入口開口６８内に移って、流体が第１の空洞８８と同様に第２の空洞９０に流入することができる。流体は、第２の空洞９０を通って出口１３４、１３６に流入する。アクチュエータが動くと、第２の環状隆起部１４０はリブ１３８から離れて、開口１３４、１３６の１つにかぶさるように移る。第２の環状隆起部１４０がこのように移ると、流体は隆起部１４０を超えて、出口１３４、１３６の両方に流入することができる。

出口１３４、１３６のそれぞれは、異なる燃焼缶に結合することができる。したがって、１つの圧力平衡燃料弁１３２が、２つの燃焼缶に燃料または水を供給することができる。

図６は、圧力平衡燃料弁１４２の概略図である。弁は、入口１４４と、第１および第２の出口１４６、１４８と、アクチュエータ１５０とを含み、アクチュエータ１５０は、流体が入口を通り、弁１５２を通り、出口１４６、１４８の両方に流入する開位置を有する。弁１５２は、流体が入口から出口のどちらかに流れること、および出口間を流れることを妨げる閉位置を有する。アクチュエータ１５０は、圧力平衡となるように構成され、その結果、弁内の流体圧力に打ち勝つ必要なく動くことができる。アクチュエータはまた、閉位置では、例えば、ばね１５４によって付勢される。

図７は、４つの圧力平衡弁１５８が取り付けられた集合体１５６を示す。集合体は、弁のそれぞれのためのハウジング組立体を形成するハウジングとすることができる。図７では、各弁のアクチュエータ１６０をより良く示すために、集合体は点線で示され、また、ハウジング組立体なしで示されている。

液圧、空圧、または機械的な力の機構１６４は、各アクチュエータの端部に取り付けられて、各弁のためのハウジング組立体内のアクチュエータを動かすように構成することができる。各弁への入口は図７には示されていない。弁のそれぞれに対する２つの流体出口１６６のうちの１つは、集合体の底部に示されている。

弁は、図７に示すように、他の弁と一緒になってコンパクトな弁集合体に組み立てることができる。弁集合体は、燃焼缶に燃料を供給する弁、および水を供給する他の弁よりなる。環状に配置した弁集合体は、図１に示すように、燃料スキッドによって支持され、ガスタービンの燃焼器の周りを延在する燃料および水の管に接続することができる。

図８は、単一の液体入口１７２および液体出口１７４、１７６を有する圧力平衡弁１７０の別の実施形態を示す。この圧力平衡弁１７０は、従来の三方ボール弁に基づく。

概ね球形のアクチュエータ１７８はハウジング組立体１８０の中に収まっている。アクチュエータはハウジング組立体１８０のチャンバ内を回転する。ハウジング組立体１８０は、複数の圧力平衡弁を収納する集合体として構成することができる。

駆動軸１８２はアクチュエータに結合され、駆動機構（図示せず）によって回転されると、駆動軸がアクチュエータを回転させる。この駆動機構は、駆動軸を回転させるために機械、空圧、または液圧駆動を含むことができる。

アクチュエータ１７８は中空であり、流体が中を通って入口１７２から出口１７４、１７６に流れる内部チャンバを有する。アクチュエータ１７８は入口開口１８４を含み、入口開口１８４は、駆動軸１８２の回転軸線、およびハウジング組立体への入口１７２と位置が合う。

アクチュエータの出口開口１８６はアクチュエータの両側にあり、駆動軸の軸線とは位置が合っていない。駆動軸およびアクチュエータが回転すると、開口１８６はハウジングの出口１７４、１７６と位置が合って流体が弁を通って流れることができ（開位置）、また、弁を閉じるために出口１７４、１７６と位置を合わさず（図８に示す）、流体が入口から出口１７４、１７６に流れるのを防ぐ、かつ出口１７４、１７６間を流れるのを防ぐ。

入口からの流体は、アクチュエータの外面と、アクチュエータを収めるハウジング組立体のチャンバの内面との間の隙間を満たすことができる。流体は、アクチュエータのすべての表面に等しい圧力をかけ、その結果、アクチュエータはハウジング組立体内で常に圧力が平衡している。アクチュエータを回転させるのに必要な力は、ハウジング組立体と、アクチュエータおよび駆動軸との間の摩擦力に打ち勝つのに必要な力のみである。

アクチュエータとハウジング組立体の出口１７４、１７６のそれぞれとの間には中空のプラグ１８８がある。プラグ１８８は、アクチュエータをプラグの間で保持することができるように、アクチュエータの両側に配置することができる。

リングシール１９０は、各プラグ１８８の前面の溝の中に保持され、アクチュエータの外面に対する軸受面を形成する。リングシールは、液体がアクチュエータの周りを流れてハウジング組立体の出口１７４、１７６に流入することを防ぐ。

図９は、圧力平衡弁２０２、２０４を収納する集合体２００の概略図であり、圧力平衡弁２０２、２０４は、弁の下流で流体を混合させるように結合された出口を有して構成される。第１の圧力平衡弁２０２は液体燃料の供給源２０８に結合され、第２の圧力平衡弁２０４は水の供給源２０６に結合される。圧力平衡弁２０２、２０４のそれぞれは制御装置２１３によって制御され、制御装置２１３は、機械的な軸または他のリンク装置、あるいは空圧または液圧の流体制御システムとすることができる。

各弁は、２つの出口管２１０、２１２に接続される。各弁２０２、２０４の出口管２１０は接続部２１４で接続、例えば合流する。同様に、各弁２０２、２０４の出口管２１２は接続部２１６で接続、例えば合流する。管２１８、２２０は、接続部から燃焼缶２２２の１つに延在し、具体的には、缶の燃料ノズル入口２２４の１つに延在する。

２つの圧力平衡弁からの出口管を接続することにより、弁を通って流れる流体は、弁から燃焼缶に流れるとき混合することができる。例えば、第１の圧力平衡弁２０２を通って流れる燃料は、出口管を通って流れて、接続部２１４、２１６おいて、第２の圧力平衡燃料弁２０４からの出口管を通って流れる水と混合する。

異なる圧力平衡弁の出口間に接続部を含むことによって、異なる流体、例えば、燃料と水を混合して燃焼缶に導くことができる。混合を望まない場合には、１つの弁を閉め、他の弁を開けて、例えば、燃焼缶に水を流さずに、燃焼缶に燃料を流すことができる。出口管２１０、２１２間に接続部２１４、２１６を使用することによって、圧力平衡弁を燃焼缶に接続するために必要な配管が削減され、燃焼缶での管接続部が削減される。

本明細書に開示した圧力平衡弁は、弁を通る流れを通したり止めたりするアクチュエータを動かすために必要な力を大きく低減する。さらに、２つの出口を有する弁は、２つの燃焼缶への流れをオンオフする機能を与えることができ、単一の燃焼缶を受け持つ以前の弁に比べて、弁の数を著しく削減することができる。必要とする弁の数を削減すると、弁を支持する燃料スキッドの重量が低減され、弁の量および全コストが低減される。

現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の精神と範囲内に含まれる様々な変更および等価構成を包含することを意図することと理解されたい。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
流体入口（６８）および流体出口（７２、１３４、１３６、１４６、１４８、２１０、２１２）を含むハウジング（５４、５８）と、
前記ハウジング内にあり、開位置と閉位置との間を動くことができるアクチュエータ（６４、１３９、１５０、１７８）と、
前記ハウジングを通って前記流体入口と前記流体出口との間にある流体通路と
を備える、ガスタービン（１０）の燃焼器（１４）用の圧力平衡弁（４４、５２、１７０、２０２、２０４）であって、
流体が前記入口から前記出口に流れることができず、かつ流体が前記出口間を流れることができないように前記アクチュエータが前記閉位置にある間、前記流体通路が閉じられ、
前記流体出口の第１の出口が前記燃焼器の第１の燃焼缶（１８）に接続（２１８、２２０）され、前記流体出口の第２の出口が前記燃焼器の第２の燃焼缶（２２２）に接続される、圧力平衡弁。
［実施態様２］
前記弁（４４、５２、１７０、２０２、２０４）が圧力平衡弁である、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様３］
前記弁が、複数の弁を収納する集合体（４２、１５６、２００）内に取り付けられる、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様４］
前記弁が、前記アクチュエータを前記閉位置に変位させる付勢具（１２０、１２２、１２４、１５４）を含む、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様５］
前記アクチュエータ（１６０、１７８）の断面が円形であり、前記流体出口が、互いに位置が合い、かつ前記入口に対して変位している、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様６］
前記ハウジング（５４、５８、１８０）が円形断面の内部空洞を含み、前記内部空洞が前記アクチュエータを収納する、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様７］
前記アクチュエータ（１７８）が、内部チャンバを有する球形であり、前記アクチュエータ（１７８）が、前記ハウジングの前記流体入口と位置が合う前記チャンバへの入口、および前記弁が前記開位置にあるとき、前記ハウジングの前記流体出口の１つとそれぞれ位置が合う前記チャンバからの出口を含む、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様８］
前記第１の流体出口が別の圧力平衡弁の第１の流体出口に接続され、前記第２の流体出口が別の圧力調整弁の第２の流体出口に接続される、実施態様１に記載の圧力平衡弁。
［実施態様９］
液体の供給源（３２、２０８、２０６）の１つに結合されるようにそれぞれが構成された導管と、
燃料弁（４４、５２、１７０、２０２、２０４）を収納する集合体であって、各弁が、
流体入口（６８）および流体出口（７２、１３４、１３６、１４６、１４８、２１０、２１２）を含み、前記流体入口が前記導管のそれぞれ１つに接続された、ハウジング（５４、５８）と、
前記ハウジング内にあり、開位置と閉位置との間を動くことができるアクチュエータ（６４、１３９、１５０、１７８）と、
前記ハウジングを通って前記流体入口と前記流体出口との間にある流体通路とを含み、
流体が前記入口から前記出口に流れることができず、かつ前記出口間を流れることができないように前記アクチュエータが前記閉位置にある間、前記流体通路が閉じられ、
前記流体出口の第１の出口が前記燃焼缶の１つに接続（２１８、２２０）され、前記流体出口の第２の出口が前記燃焼缶の別の１つに接続される、集合体と
を備える、ガスタービンの燃焼缶（１８、２２２）に燃料を供給するように構成された燃料スキッド（３４）。
［実施態様１０］
各燃料弁が、異なる対の前記燃焼缶に流体接続される、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１１］
前記弁が圧力平衡弁（４４、５２、１７０、２０２、２０４）である、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１２］
各弁が、前記アクチュエータを前記閉位置に変位させる付勢具（１２０、１２２、１２４、１５４）を含む、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１３］
前記アクチュエータ（１６０、１７８）の断面が円形であり、前記流体出口が、互いに位置が合い、かつ前記入口に対して変位している、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１４］
前記ハウジング（５４、５８、１８０）が円形断面の内部空洞を含み、前記内部空洞が前記アクチュエータを収納する、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１５］
前記ハウジングが、前記集合体のハウジングを有する単一体の構成部品である、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１６］
前記アクチュエータ（１７８）が、内部チャンバを有する球形であり、前記アクチュエータ（１７８）が、前記ハウジングの前記流体入口と位置が合う前記チャンバへの入口、および前記弁が前記開位置にあるとき、前記ハウジングの前記流体出口の１つとそれぞれ位置が合う前記チャンバからの出口を含む、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１７］
前記弁のうちの１つ弁の前記第１の流体出口が前記弁のうちの別の弁の前記第１の流体出口に接続され、前記弁のうちの前記１つの弁の前記第２の流体出口が前記弁のうちの前記別の弁の前記第２の流体出口に接続される、実施態様９に記載の燃料スキッド。
［実施態様１８］
液体を前記燃焼缶のそれぞれに圧力平衡弁（４４、５２、１７０、２０２、２０４）から供給するステップであって、各弁が前記燃焼缶の少なくとも２つに結合され、前記液体を前記燃焼缶の前記少なくとも２つに供給する、ステップと、
前記液体を前記燃料弁のそれぞれに供給するステップと、
前記燃料弁のぞれぞれの中のアクチュエータ（６４、１３９、１５０、１７８）によって、前記燃料弁のそれぞれを通る液体の前記流れを制御するステップと、
液体が前記燃料弁のそれぞれを通り、各弁から前記燃焼缶の２つに流れることができるように、前記燃料弁のそれぞれの中の前記アクチュエータを開位置に動かすステップと、
各弁の入口から前記弁の出口への液体の流れを妨げ、かつ前記出口間の流れを妨げるように前記アクチュエータを閉位置に動かすステップと
を備える、
ガスタービン（１０）の燃焼缶（１８、２２２）への液体の流れを制御する方法。
［実施態様１９］
前記対応する弁を通って流れる前記液体が前記アクチュエータに圧力を平衡させてかけている間、前記アクチュエータを前記開位置と前記閉位置との間を動かすステップをさらに含む実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記液体が液体燃料である、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２１］
複数の前記圧力平衡弁の第１の出口からの液体を前記弁と前記燃焼缶の１つとの間で混合し、前記複数の前記圧力平衡弁の第２の出口からの液体を前記弁と前記燃焼缶の別の１つとの間で混合するステップをさらに含む実施態様１８に記載の方法。

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ 燃焼缶
２０ 第１の環状燃料管
２２ 第２の燃料管
２６ 第３の管
２８ 接続管
３０ 燃料システム
３２ 燃料または水の供給源
３４ 燃料スキッド
３６ 燃料フィルタ
３８ 燃料ポンプ
４０ 環状燃料管
４２ 集合体
４４ 圧力平衡弁
４６ 管
４８ 燃料ノズル
５０ 燃焼缶のエンドカバー
５２ 圧力平衡弁
５４ ハウジング組立体
５６ ハウジングの内部チャンバ
５７ 内部チャンバの端部
５８ メインハウジング
６０ ヘッダキャップ
６２ エンドキャップ
６４ アクチュエータ
６６ チャンバの内壁
６８ 入口開口
７０ 入口開口用の結合具
７２ 出口開口
７４ 出口開口用の結合具
７６ 空圧または液圧流体用の制御弁
７８ 空圧または液圧流体用の供給源
８０ 空圧または液圧流体用の流路
８２ アクチュエータの第１の小さな寸法
８４ アクチュエータの第２の小さな寸法
８６ アクチュエータの環状隆起部
８８ 第１の空洞
９０ 第２の空洞
９２ 金属環状リング
９４ アクチュエータの開位置への動きの方向を示す矢印
９６ アクチュエータの端部
９８ チャンバの端部
１００ 円筒状の軸受面
１０２ 環状溝
１０４ 環状シール
１０６ 後部軸受面
１０８ 壁６６の小さい直径部分
１１０ シール用の溝
１１２ 空洞の後端
１１４ 環状段差
１１６ 排出通路
１１８ スポークとハブの排出通路
１２０ ばね
１２２ ばね
１２４ ばね
１２６ カラー
１２８ 支柱
１３０ 第２の支柱
１３２ 圧力平衡弁（図５）
１３４ 弁の出口
１３６ 弁の出口
１３８ リブ
１３９ アクチュエータ
１４０ 隆起部
１４２ 弁（図６）
１４４ 入口
１４６ 出口
１４８ 出口
１５０ アクチュエータ
１５２ 弁
１５４ ばね
１５６ 集合体
１５８ 弁
１６０ アクチュエータ
１６４ 空圧または液圧流体の力
１６６ 流体出口
１７０ 圧力平衡弁
１７２ 弁の入口
１７４ 弁の出口
１７６ 弁の出口
１７８ アクチュエータ
１８０ ハウジング組立体
１８２ 駆動軸
１８４ アクチュエータの中空チャンバの入口
１８６ アクチュエータの中空チャンバの出口
１８８ 中空のプラグ
１９０ リングシール
２００ 集合体
２０２ 圧力平衡弁
２０４ 圧力平衡弁
２０６ 水の供給源
２０８ 燃料の供給源
２１０ 出口管
２１２ 出口管
２１３ 弁の制御システム
２１４ 接続部
２１６ 接続部
２１８ 燃焼缶への管
２２０ 燃焼缶への管
２２２ 燃焼缶
２２４ 燃料ノズル入口

Claims (10)

1. ガスタービン（１０）の燃焼器（１４）用の圧力平衡弁（１７０）であって、当該圧力平衡弁（１７０）が、
   流体入口（１７２）及び流体出口（１７４，１７６）を含むハウジング（１８０）と、
   前記ハウジング内にあって開位置と閉位置との間を動くことができるアクチュエータ（１７８）であって、該アクチュエータ（１７８）が球形で、内部チャンバを含んでいるとともに、該アクチュエータが開位置にあるときに、前記ハウジングの流体入口（１７２）と位置が合う前記内部チャンバへのアクチュエータ入口（１８４）及び前記ハウジングの流体出口（１７４，１７６）と位置が合う前記内部チャンバからのアクチュエータ出口（１８６）を有している、アクチュエータ（１７８）と、
   前記ハウジング及び前記アクチュエータ（１７８）の内部チャンバを通って前記ハウジングの流体入口（１７２）から流体出口（１７４，１７６）まで延在する流体通路であって、前記アクチュエータ（１７８）が開位置にあるときに該アクチュエータ（１７８）を通して流体を流すことができる流体通路と
   を備えており、
   前記アクチュエータが閉位置にあるときに、流体が前記ハウジングの流体入口（１７２）から流体出口（１７４，１７６）へと流れることができず、かつ流体が前記流体出口（１７４，１７６）間を流れることができないように前記流体通路が閉じられ、
   前記ハウジングの流体出口の第１の流体出口が前記燃焼器の第１の燃焼缶に接続され、前記ハウジングの流体出口の第２の流体出口が前記燃焼器の第２の燃焼缶に接続される、圧力平衡弁（１７０）。
2. 当該圧力平衡弁が、複数の弁を収納する集合体（４２、１５６、２００）内に取り付けられる、請求項１に記載の圧力平衡弁（１７０）。
3. 当該圧力平衡弁が駆動軸（１８２）を含んでおり、該駆動軸（１８２）が前記アクチュエータ（１７８）に結合されて、前記ハウジング内で前記アクチュエータ（１７８）を回転させる、請求項１に記載の圧力平衡弁（１７０）。
4. 前記アクチュエータ出口（１８６）が前記アクチュエータ（１７８）の両側にあって、前記駆動軸（１８２）の軸線とは位置が合っておらず、前記駆動軸（１８２）及びアクチュエータ（１７８）が回転すると、前記アクチュエータ出口（１８６）が、前記開位置において前記ハウジングの流体出口（１７４，１７６）と位置が合うようになり、前記閉位置において前記ハウジングの流体出口（１７４，１７６）と位置が合わなくなる、請求項３に記載の圧力平衡弁（１７０）。
5. 前記駆動軸（１８２）が駆動機構によって回転される、請求項３又は請求項４に記載の圧力平衡弁（１７０）。
6. 前記アクチュエータ（１７８）と前記ハウジングの流体出口（１７４，１７６）の各々との間に配置された中空のプラグ（１８８）をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の圧力平衡弁（１７０）。
7. リングシール（１９０）をさらに備えており、該リングシール（１９０）の各々が、前記プラグ（１８８）の各々の前面の溝の中に保持されて前記アクチュエータの外面に対する軸受面を形成する、請求項６に記載の圧力平衡弁（１７０）。
8. ガスタービンの燃焼缶（１８、２２２）に燃料を供給するように構成された燃料スキッド（３４）であって、当該燃料スキッド（３４）が、
   導管であって、各々の導管が、液体の供給源（２０６，２０８）に結合されるように構成されている導管と、
   圧力平衡弁（１７０）を収納する集合体であって、各圧力平衡弁が、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の圧力平衡弁（１７０）である、集合体と
   を備える、燃料スキッド。
9. 前記圧力平衡弁（１７０）が、液体燃料の供給源（２０８）に結合された第１の圧力平衡弁（２０２）と、水の供給源（２０６）に結合された第２の圧力平衡弁（２０４）とを含んでおり、第１の圧力平衡弁（２０２）及び第２の圧力平衡弁（２０４）の各々が、一対の燃焼缶に流体接続される、請求項８に記載の燃料スキッド。
10. 第１の圧力平衡弁（２０２）及び第２の圧力平衡弁（２０４）の各々が、第１の出口管（２１０）及び第２の出口管（２１２）に接続され、第１の圧力平衡弁（２０２）の第１の出口管（２１０）及び第２の圧力平衡弁（２０４）の第１の出口管（２１０）が第１の接続部（２１４）で接続されて、第１の接続部（２１４）から延在する第１の管（２１８）を介して第１の燃焼缶（２２２）に流体接続され、第１の圧力平衡弁（２０２）の第２の出口管（２１２）及び第２の圧力平衡弁（２０４）の第２の出口管（２１２）が第２の接続部（２１６）で接続されて、第２の接続部（２１６）から延在する第２の管（２２０）を介して第２の燃焼缶（２２２）に流体接続される、請求項９に記載の燃料スキッド。

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