JPH10503253A - 複合サイクル発電所設備の煙道ガス偏向ダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複合サイクル発電所用のヒューム偏向ダンパである。このダンパは、シャッタ（１０）を含み、このシャッタ（１０）はこれを支持するためにのみ設けられたシャフト（１１）にヒンジ連結されている。シャッタ（１０）は、シャッタ(１０）の下部に、好ましくはボールジョイント（１５）を介してヒンジ連結され、ダンパ本体（２）におけるヒュームダクト（２１）の傾斜した側壁（２２）を貫通して延びるタイロッド（１３）によって動かされる。

Description

【発明の詳細な説明】 複合サイクル発電所設備の煙道ガス偏向ダンパ 発明の目的 本発明の目的は、いわゆる複合サイクル発電所用の煙道ガス偏向ダンパを改良 することにある。従来技術 いわゆる複合サイクル発電所は、同期発電機を駆動するガスタービンと、蒸気 を発生させるエネルギー回収ボイラーと、これも同期発電機を駆動する蒸気ター ビンとからなる。 ガスタービンの排ガスは、容積が大きく温度が高いのが特徴であることから、 ボイラーは、この排ガスに含まれる熱エネルギーを回収するためのものである。 複合サイクルは、極めて低い汚染、極めて高い効率及び極めて高い始動速度を 特徴とする。 このタイプの設備では、必要に応じて高温ガスを直接大気中またはボイラーへ 向けることができるように、ボイラー上流のガスタービン排ガス回路中に煙道ガ スバイパスとも呼称される煙道ガス偏向ダクトを設置するのが普通である。 これによって、ガスサイクルと蒸気サイクルとが互いに独立となり、蒸気サイ クルが利用不能かまたは不要である場合に、ガスタービンに固有の長所、即ち、 極めて短い始動時間及び据え付け時間を活用することが可能になる。この場合、 このタービンは、オープンサイクルで、即ち、煙道ガスが直接大気中へ放出され る状態において稼動する。 高温ガス流の偏向を可能にする部材、即ち、煙道ガス偏向ダンパを煙道ガスバ イパスに取り付けねばならないことはいうまでもない。 なお、ガスタービンの出力は増大の傾向にあり、現在は１００ＭＷないし２３ ０ＭＷであるが、近い将来さらに高くなると考えられる。 このような稼動条件下では、ガスが１００ないし１５０ｋｍ／Ｈの速度で流動 し、温度は約６５０℃に達する。 ただでさえ複雑な装置である煙道ガス偏向ダンパは、多くの性能基準を満たさ ねばならない。特に、あらゆる状況において、高度の密封効果と高速かつ確実な 動作が要求される。しかも、その動作には、きびしい条件が課せられる。即ち、 極めて大きい寸法（約６ｍ×７ｍ×７ｍ）を要し、高い煙道ガス温度、大きい熱 衝撃、煙道ガスの高い流速、及び大量の煙道ガス乱流に耐えねばならない。 すでに工業的に利用され、それぞれに長所と短所とを持ついくつかの既知の技 術がある。 具体的には、煙道ガスバイパスに１つ、ボイラーへのガスダクトに１つ、合計 ２つのダンパを含むいわゆる“多翼”装置が既知である。 各ダンパは、それぞれが自軸を中心に回転する複数のフラップからなる。フラ ップの回転に伴ない、ガスダクトが開閉される。 この技術は、煙道ガス流量を広い範囲にわたって調整できるが、このことは、 複合サイクル発電が必要とする特性ではない。この技術の短所は、シール用ジョ イントが長いため密封性に問題があり、両ダンパを同時に閉じると、上流の設備 に重大な損傷を与え、深刻な結果をもたらすおそれがある。 性能に問題があるため、このようなダンパは、複合サイクル発電には採用され ず、ボイラーへの煙道ガス流量を調節する必 要がある工業分野に利用されている。 駆動シャフトにヒンジ連結した１枚のシャッタからなる装置も既知である。こ のシャッタは、ボイラーに至るガスダクトまたはバイパスに至るガスダクトを閉 鎖する。 このタイプの装置は、密封性が極めて高く、複合サイクル用として最大限の効 率を可能にし、出力が１２０ＭＷまでの設備に好適である。 しかし、先ずシャッタの開放に抵抗し、次いで開放行程の中頃に開放に抵抗し たり逆に開放を容易にしたり交互に作用し、最終的には開放速度を高める傾向が ある排ガスの圧力が、シャッタ支持軸及び制御システム全体に極めて大きい応力 変動を生むから、装置が極めて大型にならざるを得ない。シャッタの高さには技 術的に限界があり、最新の高出力ガスタービンに利用できないこともこの既知技 術の短所である。 ただし、このタイプのダンパは、現在のところ比較的出力の小さいガスタービ ン用として、世界中で最も広く使用されている。 高出力ガスタービンと併用できるようにするため、一般にトグルと呼称される 補助シャフトによって制御される単一シャッタからなるダンパが提案されている 。 この方式では、単一のシャッタを支持シャフトに取り付けるが、リンクロッド を介してシャッタに連結された別設の管状シャフトを利用して制御を行う。 このダンパは、上記直接制御式のダンパと同じ長所を有しているが、どちらか というと、高出力ガスタービンに適している。 しかし、これまでの装置に比較すれば軽減されているが、不安定性という問題 を残しているのが欠点である。 しかも、シャフトは１２０℃以上の温度において回転するから、液圧式制御装 置の設置は比較的困難である。管状制御シャフトは、煙道ガスバイパス中に設置 され、シャッタ開閉に際して大きい熱的応力と機械的応力とを受けるから、直径 を大きく形成し、壁を厚くしなければならない。 それぞれが煙道ガス流路の一部を閉じる３枚の互いに独立のシャッタからなる ３枚シャッタ式ダンパも提案されている。最新の高出力ガスタービンに適用する ことはできるが、（シール用ジョイントが極めて長いため）密封性能が劣り、３ 本のシャフトを操作する必要から制御が著しく複雑であり、電圧異常だけで意図 に反してシャッタが開放されるおそれがあるから本質的に安全性に問題がある、 というのがこのダンパの特徴である。 文献ＷＯ８８／０９４５８は、高温の煙道ガスにさらされるため開閉時にシャ フト及びタイロッドに大きい熱応力が作用し、その結果発生する変形が密封効果 を損うおそれのあるシャッタのための制御機構を記述している。密封効果が損わ れるのは、熱応力によってシャッタに生じる変形を、可撓ジョイントが充分補償 できないからである。 文献ＵＳ−Ａ−３ ６０５ ８１１号は、すべり弁方式の弁または気相分配器 に似た機構を記述しているが、この機構の大きな欠点は、高温における密封効果 が不充分なことである。 設計上、弁の寸法は必然的に小さくなる。特にスライダの加工精度が高いすべ り弁の原理が応用されるから、高温または大きいガス流量に対応できない。 しかも、すべり弁を制御するジャッキは露出したままであるから、システムに 加わる熱応力がロッドに作用する。 文献ＥＰ−Ａ−０ ５３３ ２８２は、ヒンジシャフトを利 用してシャッタを制御する原理を記述している。すでに述べたように、このタイ プの制御を利用できるのは、小型シャッタ及び低出力タービンに限られる。即ち 、大型シャッタでは、シャフトの駆動トルクが高い値に達し、機構が開閉操作時 の振動に耐えられないからである。 文献ＵＳ−Ａ−４ ３５４ ５２８は、密封を必要としない全く異なる用途（ 集塵器）に使用されるダンパを記述している。フラップ制御ロッドは、出口管内 を案内され、いかなる状況にあってもロッドを損傷したり、案内管にロッドを詰 まらせたりする原因となる高温にさらされることはない。 文献ＦＲ−Ａ−２ ３０５ ６６６は、おそらくはガスタービンと無関係な煙 道ダンパを記述している。この文献によれば、煙道ガスはヒンジ端からシャッタ にむかって流れるから、このようなガス流中に設置されたシャッタを操作するの にケーブルシステムを利用すれば、次のような問題を起こしかねない。即ち、シ ャッタが正確な位置を占めている状態で、シャッタの先端域に発生する乱流が、 強さ及び方向の一定しない空気力学的な力を発生させる。このような力は、シャ ッタがその弾性制御システムとともに共振すれば、増幅して制御システムの破壊 を招くほどの振動を発生させる。また、シャッタの位置ぎめは、本質的には一方 の面に作用するガス圧と操作システムの弾性との間の平衡位置で決まるから、弾 性を有するケーブルシステムでは、シャッタの正確な位置ぎめは保証されない。本発明の目的 本発明の目的は、従来技術の上記欠点を回避しながら、既存の設備にも、将来 の高出力設備にも適用できるように改良した装置を提供することにある。 具体的には、本発明の目的は、強固な密封効果と、高温にさらされない制御シ ステムと、簡単なシャッタ操作部材と、高出力タービンの場合の大型煙道に適用 できる設計とを兼備する装置を提供することにある。 本発明の種々の長所、技術的特徴及び改良点は、本発明の特徴的構成要素及び 本発明の好ましい実施例に関する以下の説明から明らかになるであろう。本発明の特徴的構成要素 上記目的を達成するには、シャッタ制御要素を、上記従来例においてこれらの 要素に作用した熱衝撃の影響からできる限り保護しなければならない。 本発明のダンパは、トグル方式の長所を活用して、シャッタの支持だけを目的 とするシャフトにヒンジ連結した単一のシャッタからなる。 本発明の実施例では、ボールジョイントを介してシャッタの下方部分にヒンジ 連結され、煙道の傾斜側壁においてダンパ本体に挿通されたタイロッドによって シャッタを操作する。 タイロッドは、ダンパ本体の両側に配置した適当な手段によって操作されるガ イドつきの横桁に連結されている。 好ましくは、上記横桁の操作を２基のジャッキで行い、該ジャッキの直線運動 が横桁を横桁のガイドに沿ってほぼ垂直に移動させながらシャッタを開閉するよ うに構成する。 煙道ガスの急激な方向変化に起因するオープンサイクルにおける煙道ガス圧の 低下及びノイズの発生を極力軽減するため、本発明は種々の特殊な手段を講じて いる。 ボイラーへのアクセスを閉鎖する位置、即ち、オープンサイクル動作位置にお いて、シャッタは水平に対して傾斜した姿勢 となる。 これが、煙道ガスのオープンサイクル側煙突への誘導に寄与する。 他方、バイパスに至る上方隅部を、好ましくは、前記閉鎖位置でのシャッタと ほぼ平行な側壁によって大きく切頭する。 ダンパの底部には、シャッタの下端を受容し、そのストッパとして機能するハ ウジングを形成する。 これらの手段は、いずれも圧力低下及びノイズの原因となる乱流を防止するの に役立ち、切頭隅部は、タイロッドがダンパ側壁を貫通するための場所を提供す る。 シャッタは、ねじり力に耐えるように強度を設定された管状シャシーからなり 、この強度によって、シャシーにそれぞれが一重または二重のシール用および断 熱用密封断熱ジョイントを具備するシール面が取り付けられた組立体は、その安 定性が著しく高まる。シール面は、既知の態様で、構成要素相互の自由膨張差を 可能にする可撓システムを介してシャシーに連結する。 シール用ジョイントは、１列または２列に配列された可撓金属帯を含む従来の タイプのものであり、必要なら煙道ガスに対する完全なシール効果を可能にする シールエアを注入してもよい。 ダンパ本体に挿通する際には、タイロッドをラビリンスシステムによってシー ルするが、必要なら可動システムに取り付けたシール用部材をこのラビリンスシ ステムに設けることにより、ダンパ本体に対するタイロッドの横方向運動を可能 にする。ただし、タイロッドを適当に構成することにより、上記横方向連動の幅 は概して小さくなる。 この実施例において、シャッタシャフトの機能は、シャッタ を支持することだけであって駆動シャフトではなく、その端部はダンパ本体を貫 通してはおらず、（トグル方式の場合に設けられる）別設の駆動シャフトは存在 しないから、特にこのシャフトに関連して密封効果に問題が起こることはない。 この実施例では、支持シャフトの軸受もボールジョイントからなる。 従来の態様でダンパ本体を内側または外側で断熱する。 ジャッキを含む制御システムは、機械式でも液圧式でもよい。液圧式ジャッキ の場合、両ジャッキを常時完全に同期動作させることを可能にするモニターシス テムを設ける。 また、ダンパのボイラーに至る出口位置に煙道ガス及び温度に対する完全なシ ールを可能にし、オープンサイクルにおいてガスタービンを稼動させたまま、ボ イラーを取り付け及び／または修理することを可能にする一体的な金属板を設け てもよい。 本発明の装置は、既存のシステムに比較して下記のような顕著な長所を有する 。 −シャフトは、シャッタを支持するだけであり、駆動シャフトではないから、 シャフトの寸法が小さくなる。 −タイロッドは、純粋に引張り／圧縮で動作するから荷重をかけ易く、熱応力 に対する抵抗力に劣る重い部品の使用は回避される。 −ガスタービンを煙道ガスバイパスにむかって作用させるから、煙道ガス圧低 下は軽減される。これによって、オープンサイクル効率が著しく高められる。 −出力及び排ガス温度に関係なく、いかなるガスタービンにも寸法を合わせる ことができる。 −シャッタは、遊びが少ないように４点において保持され、 設計上、不安定な箇所はほとんど存在しない。 −シャフトはダンパ本体を貫通していないから、シャフトシールの漏れは起こ りえない：高温ガス漏れのリスクがないから、高い効率が得られる。 −全体的な形状がもたらす効果として、ノイズ発生が著しく軽減され、消音手 段を別設する必要はない。 本発明の説明を目的とし、本発明を制限するものではない添付図面に示す好ま しい実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。図面の簡単な説明 図１は、複合サイクル発電所の簡略図である。 図２は、ダンパ本体を横切るタイロッドを有する本発明のダンパを、煙道ガス 偏向ダクト（煙道ガスバイパス）に向かって開口した状態で一部を切り欠いて示 す簡略化した側面図である。 図３は、シャッタの２つの位置及びタイロッドの運動を示す図２と同様な簡略 図である。 図４は、図２を左から右へ、即ち、ガスタービン側からボイラーに向かって見 た図２の正面図である。 図５は、ダンパを後方から見た全体的な斜視図であり、ガスタービンからのガ スは、図の右から流入する。 図６は、シャッタのヒンジ連結を示す詳細図である（図３の細部Ａ）。 図７は、バイパス本体を貫通しているタイロッドのシール用ジョイントを示す 詳細図である（図３の細部Ｂ）。本発明の好ましい実施例の説明 図１に示すように、複合サイクル発電所は、主として同期発電機を駆動するガ スタービン１と、同じく同期発電機を駆動す る蒸気タービンに供給される蒸気を発生させるエネルギー回収ボイラー３とから なる。 ボイラーを使用中であるか否かに応じて、ダンパ２は、ガスを煙突４から直接 大気中へ放出するか、またはいったんボイラ３に進入したのち煙突５から大気中 へ放出するように作用しなければならない。 本発明のダンパは、何よりも先ず１枚羽根ダンパであり、従って、単一のシャ ッタ１０からなり、該シャッタの支持だけを目的とするシャフト１１にこのシャ ッタ１０をヒンジ連結したことが重要な特徴である。 本発明では、シャッタの下方部分にヒンジ連結されたタイロッド１３を利用し 、ボールジョイント１５を介してシャッタを操作する。ヒンジ連結されたタイロ ッドは、煙道ガス偏向ダクト２１の傾斜側壁を貫通してダンパ２の本体を横切っ ている。 特に図４及び５から明らかなように、タイロッドは、その上部がダンパ本体の 両側に設けた適当な手段、図示実施例の場合には、液圧ジャッキ３５によって操 作される横桁３１に連結されている。 横桁３１は、ガイド手段３３で保持するのが好ましい。 このように構成したから、シャッタは（図３に参照符号１０′で示すように） 煙道ガス偏向ダクトを閉じるほぼ水平な位置から、水平に対して傾斜する（図３ に参照符号１０″で示す）位置へ移動することができ、バイパス側の隅部は、本 発明を特徴づける構成要素に関して述べた理由から大きく切頭してある。 ダンパの底には、シャッタ端を受容し、底の高さよりも上方にシャッタの突出 部分が存在する場合に発生する乱流を防止できる、ストッパ４１として作用する ハウジングを形成すること が好ましい。 シャッタは、丈夫な管状シャシーからなり、該シャシーにシール面が取り付け られている。 シール用ジョイントは、従来タイプのものである。 ダンパ本体への挿通位置、具体的には傾斜部分２２におけるタイロッド１３の シーリングに関しては、本発明の場合、本体２２に対するタイロッドの横方向移 動を可能にする蛇腹式シールシステム４３をタイロッドに設ける。 好ましくはシール用部材を取り付けたラビリンスシステムを採用すると、本体 に対するタイロッドの長手方向移動も可能になる。 なお、タイロッドを適当に構成すれば、ダンパに対するタイロッドの横方向移 動を僅かながら可能にしつつ、シャッタを完全に（位置１０′から位置１０″へ ）移動させることができる。 また、従来装置とは異なり、バイパスによって偏向させられる高温ガス（煙道 ガス）流中に、駆動軸は存在しない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月５日 【補正内容】 請求の範囲 １．支持することだけを目的とするシャフト（１１）にヒンジ連結されたシャ ッタ（１０）からなる複合発電所設備用の煙道ガス偏向ダンパであって、シャッ タ（１０）の下方部分にヒンジ連結され、煙道（２１）の傾斜側壁（２２）にお いてダンパ本体（２）に挿通されたタイロッド（１３）によってシャッタ（１０ ）が移動させられることを特徴とする煙道ガス偏向ダンパ。 ２．シャッタ（１０）が、ボールジョイント（１５）を介しタイロッド（１３ ）によって動かされることを特徴とする請求項１に記載のダンパ。 ３．ダンパ本体（２）の両側に配設した適当な手段（３５）によって操作され るガイドつき横桁（３１）にタイロッド（１３）を連結したことを特徴とする請 求の範囲第１項または第２項に記載のダンパ。 ４．横桁が２つのジャッキ（３５）によって駆動され、該ジャッキの直線運動 が、ガイド（３３）に沿ったガイドつき横桁（３１）にほぼ垂直な運動を与えな がらシャッタ（１０）を開閉することを特徴とする請求の範囲第３項に記載のダ ンパ。 ５．ボイラー（３）へのアクセスを閉鎖する位置においてシャッタ（１０）が 水平に対して傾斜した姿勢を取ることと、煙道ガスの方向の急激な変化に起因す る煙道ガスの圧力降下及びノイズの発生を極力回避するため、バイパスにつなが る隅部（４０）を大きく切頭することとを特徴とする請求の範囲第１項から第４ 項までのいずれかに記載のダンパ。 ６．シャッタ（１０）が、シール面を取り付けられ、該シー ル面のそれぞれに一重または二重のシール用及び断熱用ジョイントを有する管状 シャシーからなることと、前記シール面を既知の態様で構成素要素相互の自由膨 張差を可能にする可撓システムによってシャシーに取り付けたことを特徴とする 請求の範囲第１項から第５項までのいずれかに記載のダンパ。 ７．本体に挿通されるタイロッドを、ラビリンスシステムによってシールし、 必要なら可動システムにシール用部材を装着して、本体に対する横方向移動を可 能にすることを特徴とする請求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の ダンパ。 ８．支持シャフト（１１）の軸受として、ボールジョイントを使用することを 特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載のダンパ。 ９．既知の態様でダンパ本体を内側または外側から断熱することを特徴とする 請求の範囲第１項から第８項までのいずれかに記載のダンパ。 １０．２つのジャッキの完全同期動作を常時確保することを可能にするモニタ ーシステムを設けた液圧式制御システムを含むことを特徴とする請求の範囲第１ 項から第９項までのいずれかに記載のダンパ。 １１．ボイラーに至るダンパの出口に設置され、煙道ガス及び温度に対する充 分なシール効果を発揮する一体的な閉鎖金属板を装備したことを特徴とする請求 の範囲第１項から第１０項までのいずれかに記載のダンパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持することだけを目的とするシャフト（１１）にヒンジ連結されたシャ ッタ（１０）からなる複合発電所設備用の煙道ガス偏向ダンパであって、好まし くはボールジョイント（１５）を介してシャッタ（１０）の下方部分にヒンジ連 結され、煙道（２１）の傾斜側壁（２２）においてダンパ本体（２）に挿通され たタイロッド（１３）によってシャッタ（１０）が移動させられることを特徴と する煙道ガス偏向ダンパ。 ２．ダンパ本体（２）の両側に配設した適当な手段（３５）によって操作され るガイドつき横桁（３１）にタイロッド（１３）を連結したことを特徴とする請 求の範囲第１項に記載のダンパ。 ３．横桁が２つのジャッキ（３５）によって駆動され、該ジャッキの直線運動 が、ガイド（３３）に沿ったガイドつき横桁（３１）にほぼ垂直な運動を与えな がらシャッタ（１０）を開閉することを特徴とする請求の範囲第２項に記載のダ ンパ。 ４．ボイラー（３）へのアクセスを閉鎖する位置においてシャッタ（１０）が 水平に対して傾斜した姿勢を取ることと、煙道ガスの方向の急激な変化に起因す る煙道ガスの圧力降下及びノイズの発生を極力回避するため、バイパスにつなが る隅部（４０）を大きく切頭することとを特徴とする請求の範囲第１項から第３ 項までのいずれかに記載のダンパ。 ５．シャッタ（１０）が、シール面を取り付けられ、該シール面のそれぞれに 一重または二重のシール用及び断熱用ジョイントを有する管状シャシーからなる ことと、前記シール面を既知の態様で構成素要素相互の自由膨張差を可能にする 可撓システムによってシャシーに取り付けたことを特徴とする請求の範 囲第１項から第４項までのいずれかに記載のダンパ。 ６．本体に挿通されるタイロッドを、ラビリンスシステムによってシールし、 必要なら可動システムにシール用部材を装着して、本体に対する横方向移動を可 能にすることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいずれかに記載の ダンパ。 ７．支持シャフト（１１）の軸受として、ボールジョイントを使用することを 特徴とする請求の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載のダンパ。 ８．既知の態様でダンパ本体を内側または外側から断熱することを特徴とする 請求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載のダンパ。 ９．２つのジャッキの完全同期動作を常時確保することを可能にするモニター システムを設けた液圧式制御システムを含むことを特徴とする請求の範囲第１項 から第８項までのいずれかに記載のダンパ。 １０．ボイラーに至るダンパの出口に設置され、煙道ガス及び温度に対する充 分なシール効果を発揮する一体的な閉鎖金属板を装備したことを特徴とする請求 の範囲第１項から第９項までのいずれかに記載のダンパ。