JPH09505389A - ガス弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスタービン（６）、燃焼空気用の圧縮機（５）および燃焼室から成る設備に対するガス弁はしばしば共通壁（１）を持った圧縮機入口（９）およびタービン入口（１３）を有している。本発明に基づいて、共通壁（１）の少なくとも片側に横隔壁（４）が設けられ、横隔壁（４）および共通壁（１）の圧縮機側範囲がスライダによって覆われ、スライダにあるスロット（１８、１９）によって共通壁（１）および横隔壁（４）にある対応したスロット（１７、１６）が交互に閉鎖される。本発明に基づくガス弁は特に、燃焼室がガスタービンに直接フランジ結合されておらずそこから離して設置されている設備に使用される。この場合特に、固形燃料が燃焼室において窒素酸化物および二酸化イオウの少ない高温ガスに燃焼され、この高温ガスがガスタービン（６）に前置された除塵装置において除塵される。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス弁 本発明は、圧縮機出口およびタービン入口が共通の壁を有しているガスタービ ン、燃焼空気用の圧縮機および燃焼室から成る設備に対するガス弁に関する。 発電所においてガスタービンを利用して発電する際、ガスタービンは機械的な 過負荷から保護されなければならない。そのような機械的な過負荷は、例えば定 格負荷を極端に下廻るときあるいはガスタービンの負荷が故障により減少した際 にタービン回転数をうまく制限できないときに生ずる。負荷による制動作用が喪 失した際にタービン回転数を制限する方法は、圧縮機によって搬送される燃焼空 気を燃焼室を迂回してタービン入口に直接転向することにある。 このために適した弁はヨーロッパ特許第０２８５８２５Ｂ１号明細書に示され ている。この公知の弁装置の場合、燃焼用の圧縮空気の通路は横断面が円環形を しており、タービンに流入する高温駆動ガスの通路を包囲している。空気通路に おいて圧縮機の近くに弁室が位置している。この弁室は円周に一様に分布され対 を成して配置された多数の弁開口を備えている。それぞれ一対の弁開口の一方は 空気通路を延長するために作用し、他方は駆動ガスを案内する通路に直接開口し ている。それぞれ一対の弁即ち空気通路に対する弁および駆動ガスを案内する通 路に対する弁は、これら両方の弁が交互に開閉するように共通の駆動装置によっ て操作される。この場合特に多数の弁が必要であり、このために大きな機械技術 的費用がかかるという欠点がある。 ドイツ特許出願公開第３２０９１３５Ａ１号明細書によって、燃焼に必要な空 気が複数の部分流に分けられ、そのうちの一つが制御されないまま燃焼室に直接 に流れるようなガスタービン用の燃焼室が知られている。別の二つの部分流、即 ち一次空気量と二次空気量の流量比は負荷に関係して制御される。その制御は調 整リングおよびこれにより担持された一次空気制御面および二次空気開口を介し て行われる。燃焼空気の部分流の制御によって燃料の意図した酸化が保証される ので、窒素酸化物の発生は最小にされる。その場合一次空気開口と二次空気開口 との間の軸方向間隔を橋絡するために一次空気通路および／又は二次空気通路も 必要であり、これらは装置的費用を必要とする他にそれによって案内される部分 流に圧力降下を生じさせる。 更にドイツ特許出願公開第２６２０４２４Ａ１号明細書によって、燃焼室の入 口通路に空気の部分流に対してスライダを設け、これによって部分流の量が制御 されることが知られている。このためにスロットを備え互いに上下に位置する二 つの円板が相互に回転され、これによってスロットは相互に互いに多少重なり合 うか、空気の制御された部分流に対して多少流れ断面積を開放する。 本発明の課題は、ガスタービン設備に対して、比較的簡単に構成され、確実に 機能し、非常に短い切換時間でガス流に対する一方の経路を閉鎖し、他方の経路 を開放するようなガス弁を提供することにある。 本発明によればこの課題は冒頭に述べた形式の弁装置において、共通壁の少な くとも片側に横分離壁として横隔壁が設けられ、横隔壁および共通壁の圧縮機側 範囲がスライダによって覆われ、スライダにあるスロットによって共通壁および 横隔壁にある対応したスロットが交互に閉鎖されることによって解決される。 本発明の有利な実施態様においては、共通壁が横隔壁とこの共通壁で閉じられ 圧縮機から出ている圧縮機出口との間に位置し、スライダの断面がＬ字形をして いることが提案される。 本発明の他の有利な実施態様においては、タービン入口および圧縮機出口が互 いに同心的に位置し、そのタービン入口および圧縮機出口の断面が円形あるいは 円環形をしており、リング状に形成されたスライダがスロット面に対して平行に 移動できるようにされている。 本発明の他の有利な実施態様では、スライダが一方の終端位置において横隔壁 にあるスロットを閉鎖するとともに共通壁にあるスロットを開放し、また共通壁 にある開放されたスロットが、圧縮空気を燃焼室を迂回して圧縮機出口からター ビン入口に直接流入させる迂回通路となっている。 本発明に基づくガス弁は、相対移動する部品の数が極めて僅かであり、著しく 少数のシール装置を用いるだけで済み、同時に非常に短い切換行程で作動し、こ れにより切換時間が非常に短く、従って迅速に反応できるという利点を有する。 本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。 図１は圧縮機、タービンおよび本発明に基づく２つのガス弁から成る配置構造 の概略断面図、 図２は図１におけるII−II線に沿った断面図、 図３は図１におけるIII−III線に沿った断面図である。 すべての図面において同一構造部品には同一符号が付されている。 圧縮機５およびタービン６の共通紬７はそれらの羽根（図示せず）を担持して いる。共通軸７は更に駆動すべき機械例えば発電機を連結するための延長部を担 持している。 圧縮機５で搬送される圧縮空気は矢印８の方向に圧縮機出口９を通ってガス弁 １０に流入し、そこから通常運転において矢印１１の方向に図示していない燃焼 室に向かって流れる。特に複数のガス弁およびこれらに対応する燃焼室はタービ ンの円周にわたって一様に分布して設けられている。 燃焼室としては特に固形燃料例えば褐炭、石炭あるいは廃棄物を燃焼するため の流動床付き燃焼室が対象となる。燃焼室において公知の燃料制御および反応剤 の添加によって窒素酸化物および二酸化イオウの少ない高温ガスが発生される。 燃焼室は好適にはタービンから幾分離して例えば特にタービン室から分離された 建屋の中に設置されている。高温ガスは詳細には示していない方式で除塵されて 、矢印１２の方向に弁１０に還流し、ここからタービン入口１３を通って矢印２ ４の方向に出る。 ガス弁１０の範囲において圧縮空気を案内する通路１４および高温ガスを案内 する通路１５は互いに同心的に位置し、横断面が円環状の通路１４は横断面が円 形の通路１５を包囲している。通路１４の全横断面にわたってスロット１６付き の横隔壁４が延びている。通路１４、１５は共通壁１によって互いに分離されて いる。これら両通路１４、１５に共通の壁１は圧縮機側で横隔壁４の手前に位置 する範囲にスロット１７を有している。スロット１６、１７は一様なピッチで横 隔壁４ないし共通壁１の円周にわたって分布されている。 横隔壁４および共通壁１のスロット１７を持った部分は横断面がＬ字形のスラ イダによって覆われている。このスライダはフランジ状部分３で横隔壁４に接し 、 軸状部分２で共通壁１に接している。スライダのフランジ状部分３におけるスロ ット１８および軸状部分２におけるスロット１９はそれぞれ横隔壁４におけるス ロット１６ないし壁１におけるスロット１７と一致している。しかしスロット１ ８、１９はスライダ上に円周方向において、スロット１８がスロット１６と丁度 互いに上下に位置する状態において各スロット１７が互いに隣接する二つのスロ ット１９の中間に位置するようにずらされている。各スロット群は円周に同じピ ッチで配置されているので、他の位置即ち他の終端位置においてスロット１７が スロット１９と一致しているときスロット１８は互いに隣接する二つのスロット １６の中間に位置する。 図３に一点鎖線で示されているように、スライダは電動式に調整される。その 場合電動機２０は歯車装置２１、２２を介して駆動棒２３を駆動し、この駆動棒 ２３はスライダをそれらの終端位置間で移動する。スライダに対してこの歯車装 置２１、２２による駆動装置のほかに、詳細に図示していない液圧式あるいは空 気圧式の作動装置も設けられている。この補助作動装置は先に述べた駆動装置に 重畳され、これは弁を図面に示されている位置に急速に準衝撃的に切り換えるた めに作用する。この位置においてスロット１７、１９は互いに一致し、圧縮空気 の迂回通路を形成し、これにより圧縮空気は燃焼室を迂回してタービン６に直接 流れる。このスライダ位置においてスロット１６はスロット１９間のウェブによ って閉じられている。 通常運転時にはスロット１６、１８は互いに一致し、壁１におけるスロット１ ７はスロット１９間のウェブによって閉じられている。従って通常運転において 圧縮空気は上述したように矢印８、１１の方向に圧縮機出口９から弁１０を通っ て固形燃料燃焼形の燃焼室に流入し、そこからやって来る除塵された高温ガスは 矢印１２、２４の方向にタービン入口１３を通ってタービン６に流入する。 部分負荷運転時にはスライダはその都度の負荷に合わされた中間位置にゆっく りと移動される。この位置において圧縮空気は一部だけ燃焼室に送られ、残りの 圧縮空気は部分的に開けられたスロット１７、１９を通って直接タービンに送ら れる。これによってタービンにおける質量流量は是認できる大きさに維持される 。 タービンが実質的に制動されず自然に加速された後負荷が低下した際に、スラ イダは液圧式あるいは空気圧式の作動装置によってほぼ衝撃的に、スロット１７ 、１９が互いに一致し横隔壁４におけるスロット１６がスロット１９間のウェブ によって完全に覆われる終端位置に移動される。これによって一方では衝撃的に 燃焼空気の燃焼室への導入が中断され、他方ではタービンにおける質量流量が部 分的に維持される。同時にタービン６は高温ガスに比べてかなり低温の圧縮空気 によって冷却される。更に高温ガスより高圧の圧縮空気が、少なくとも高温ガス が他の処置によって転向されるまでの間、タービン６への高温ガスの導入を阻止 する。 本発明に基づくガス弁の使用は、圧縮機５およびガスタービン６に直接燃焼室 が組み込まれているガスタービン設備並びに燃焼室がそれらから離して設置され ている設備に対して好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トイプナー、ヘルベルト ドイツ連邦共和国 デー‐51941 オフエ ラート ハーゲン 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧縮機出口（９）およびタービン入口（１３）が共通の壁（１）を有してい るガスタービン（６）、燃焼空気用の圧縮機（５）および燃焼室から成る設備に 対するガス弁において、共通壁（１）の少なくとも片側に横分離壁として横隔壁 （４）が設けられ、横隔壁（４）および共通壁（１）の圧縮機側範囲がスライダ によって覆われ、スライダにあるスロット（１８、１９）によって共通壁（１） および横隔壁（４）にある対応したスロット（１７、１６）が交互に閉鎖される ことを特徴とするガス弁。 ２．共通壁（１）が横隔壁（４）とこの横隔壁（４）で閉じられ圧縮機（５）か ら出ている圧縮機出口（９）との間に位置していることを特徴とする請求項１記 載のガス弁。 ３．スライダの断面がＬ字形をしていることを特徴とする請求項１又は２記載の ガス弁。 ４．タービン入口（１３）および圧縮機出口（９）が互いに同心的に位置してい ることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載のガス弁。 ５．タービン入口（１３）および圧縮機出口（９）の断面が円形あるいは円環形 をしていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載のガス弁。 ６．スライダがリングの形をし、スロット面に対して平行に移動できることを特 徴とする請求項１ないし５の１つに記載のガス弁。 ７．スライダが一方の終端位置において横隔壁（４）にあるスロット（１６）を 閉鎖し同時に共通壁（１）にあるスロット（１７）を開放し、共通壁（１）にあ る開いたスロット（１９）が、圧縮空気を燃焼室を迂回して圧縮機出口（９）か らタービン入口（１３）に直接流入する迂回通路となることを特徴とする請求項 １ないし６の１つに記載のガス弁。