JPH1163701A - ガス供給ライン直接膨張タービン - Google Patents
ガス供給ライン直接膨張タービンInfo
- Publication number
- JPH1163701A JPH1163701A JP21641097A JP21641097A JPH1163701A JP H1163701 A JPH1163701 A JP H1163701A JP 21641097 A JP21641097 A JP 21641097A JP 21641097 A JP21641097 A JP 21641097A JP H1163701 A JPH1163701 A JP H1163701A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- expansion turbine
- gas supply
- turbine
- supply line
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
- F25B2400/141—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant the extracted power is not recycled back in the refrigerant circuit
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- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス供給ライン中の直接膨張タービンにおけ
る、ガス供給量変動の際の安定運転並びに効率的運転を
図る。 【解決手段】 直接膨張タービンにおいて、動翼８の周
りに設けるノズルを可変ノズル７に形成する。
る、ガス供給量変動の際の安定運転並びに効率的運転を
図る。 【解決手段】 直接膨張タービンにおいて、動翼８の周
りに設けるノズルを可変ノズル７に形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガスなどのガ
ス供給ライン中に設けられて高圧の供給ガスを作動媒体
として直接膨張させるタービンに関する。
ス供給ライン中に設けられて高圧の供給ガスを作動媒体
として直接膨張させるタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】都市ガス供給ラインに関連するガバナー
ステーションに設置されて、都市ガスの原料である低温
高圧ＮＧを直接膨張させるタービンに関連する冷熱利用
発電プラントの典型的な先行技術が実開昭57−114139号
公報によって開示されている。この先行技術はタービン
停止時のＮＧ供給の安定化のために、自動調圧弁が介さ
れたバイパス管路をタービンの入口側と排気側との間に
バイパス接続した構成となっている。
ステーションに設置されて、都市ガスの原料である低温
高圧ＮＧを直接膨張させるタービンに関連する冷熱利用
発電プラントの典型的な先行技術が実開昭57−114139号
公報によって開示されている。この先行技術はタービン
停止時のＮＧ供給の安定化のために、自動調圧弁が介さ
れたバイパス管路をタービンの入口側と排気側との間に
バイパス接続した構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の先行技術は、タ
ービン運転時にガス供給量が大きく変動して、タービン
が停止しないまでも出力低下によって回転数が小さくな
ってくると、タービンの効率が低下するとともに運転が
不安定となる結果、タービンの振動が生じる不都合があ
ったり、効率の良い発電が行えなくて送電系統に悪い影
響を与える等の問題があった。
ービン運転時にガス供給量が大きく変動して、タービン
が停止しないまでも出力低下によって回転数が小さくな
ってくると、タービンの効率が低下するとともに運転が
不安定となる結果、タービンの振動が生じる不都合があ
ったり、効率の良い発電が行えなくて送電系統に悪い影
響を与える等の問題があった。
【０００４】本発明は、このような問題点の解消を図る
ために成されたものであり、本発明の目的は、ガス供給
ライン中に設けられて高圧の供給ガスを作動媒体として
直接膨張させるタービンにおいて、ガス供給量が変動し
た場合でも安定運転を維持させるとともに、効率的な運
転を行わせるようにしたものである。
ために成されたものであり、本発明の目的は、ガス供給
ライン中に設けられて高圧の供給ガスを作動媒体として
直接膨張させるタービンにおいて、ガス供給量が変動し
た場合でも安定運転を維持させるとともに、効率的な運
転を行わせるようにしたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、ガス供給ライン中に設けられ、高圧の供
給ガスを作動媒体として直接膨張させるタービンにおい
て、動翼（インペラ）の周りに設けられるノズルをノズ
ル流出角が変えられる可変ノズルに形成してなることを
特徴とする。
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、ガス供給ライン中に設けられ、高圧の供
給ガスを作動媒体として直接膨張させるタービンにおい
て、動翼（インペラ）の周りに設けられるノズルをノズ
ル流出角が変えられる可変ノズルに形成してなることを
特徴とする。
【０００６】また本発明は、前項に記載の直接膨張ター
ビンにおける前記動翼が、ラッパ筒状のカバー（シュラ
ウドカバー）を動翼の外縁前面部（シュラウド部）に沿
わせ一体に取付けたカバー付動翼（シュラウドカバー付
インペラ）に形成されてなることを特徴とするものであ
る。
ビンにおける前記動翼が、ラッパ筒状のカバー（シュラ
ウドカバー）を動翼の外縁前面部（シュラウド部）に沿
わせ一体に取付けたカバー付動翼（シュラウドカバー付
インペラ）に形成されてなることを特徴とするものであ
る。
【０００７】また本発明は、前項に記載の直接膨張ター
ビンにおいて、ラッパ筒状のカバーの出口部の周りに近
接して外囲してなるケーシングの内壁面部に、半径方向
ラビリンスシールが取着されていることを特徴とするも
のである。
ビンにおいて、ラッパ筒状のカバーの出口部の周りに近
接して外囲してなるケーシングの内壁面部に、半径方向
ラビリンスシールが取着されていることを特徴とするも
のである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態について実施例が示される添付図面を参照しながら説
明する。図１には、本発明によるガス供給発電プラント
の概略系統が示される。このガス供給発電プラントは、
例えば都市ガスガバナーステーションに設けられ、膨張
タービン１と、このタービン１に軸直結された高速発電
機２と、膨張タービン１の入口側と排気側との間にバイ
パス接続したバイパス管路３と、このバイパス管路３中
に介設される自動調圧弁６と、この自動調圧弁６と膨張
タービン１に設けられる後述の可変ノズル７とを調節す
る調節計５とにより構成される。
態について実施例が示される添付図面を参照しながら説
明する。図１には、本発明によるガス供給発電プラント
の概略系統が示される。このガス供給発電プラントは、
例えば都市ガスガバナーステーションに設けられ、膨張
タービン１と、このタービン１に軸直結された高速発電
機２と、膨張タービン１の入口側と排気側との間にバイ
パス接続したバイパス管路３と、このバイパス管路３中
に介設される自動調圧弁６と、この自動調圧弁６と膨張
タービン１に設けられる後述の可変ノズル７とを調節す
る調節計５とにより構成される。
【０００９】上記ガス供給発電プラントは、ＬＮＧを昇
圧、気化した高圧ガス（ＮＧ）を作動媒体として膨張タ
ービン１で直接膨張させ、膨張タービン１から出た圧力
が低下したＮＧはリザーバータンク等に貯留する一方、
膨張タービン１で発生する速度エネルギーを高速発電機
２によって電気エネルギーに変換するようになってい
る。その際、膨張タービン１へのＮＧ供給量が変動する
と、リザーバータンクに送り込まれるＮＧの圧力が変化
するため、自動調圧弁６の開度及び可変ノズル７のノズ
ル流出角を調節してＮＧ圧力を一定に保持するようにし
ている。なお、４は、エアシリンダ、サーボモータ等の
アクチュエータからなるノズル操作器であって、調節計
５からの指令によって制御される。
圧、気化した高圧ガス（ＮＧ）を作動媒体として膨張タ
ービン１で直接膨張させ、膨張タービン１から出た圧力
が低下したＮＧはリザーバータンク等に貯留する一方、
膨張タービン１で発生する速度エネルギーを高速発電機
２によって電気エネルギーに変換するようになってい
る。その際、膨張タービン１へのＮＧ供給量が変動する
と、リザーバータンクに送り込まれるＮＧの圧力が変化
するため、自動調圧弁６の開度及び可変ノズル７のノズ
ル流出角を調節してＮＧ圧力を一定に保持するようにし
ている。なお、４は、エアシリンダ、サーボモータ等の
アクチュエータからなるノズル操作器であって、調節計
５からの指令によって制御される。
【００１０】膨張タービン１と高速発電機２とは、例え
ば図３に縦断面図で示されるように、一体型タービン発
電機に形成されていて、膨張タービン１は、動翼８と、
可変ノズル７と、それらを包囲する筐体としてのケーシ
ング９とを備えて、定格回転数が１００００〜１０００
００r/min 程度で比較的小容量のタービン、例えば、ラ
ジアルタービンに構成される。一方、高速発電機２は、
ステータ１０と、ロータ１１と、それらを包囲する筐体
としてのハウジング１２及びハウジング蓋１３と、端子
箱１４とを備えて、定格回転数が膨張タービン１と同じ
の１００００〜１０００００r/min 、定格出力が数十ｋ
ｗ〜数百ｋｗ程度の比較的小容量の発電機に構成され
る。
ば図３に縦断面図で示されるように、一体型タービン発
電機に形成されていて、膨張タービン１は、動翼８と、
可変ノズル７と、それらを包囲する筐体としてのケーシ
ング９とを備えて、定格回転数が１００００〜１０００
００r/min 程度で比較的小容量のタービン、例えば、ラ
ジアルタービンに構成される。一方、高速発電機２は、
ステータ１０と、ロータ１１と、それらを包囲する筐体
としてのハウジング１２及びハウジング蓋１３と、端子
箱１４とを備えて、定格回転数が膨張タービン１と同じ
の１００００〜１０００００r/min 、定格出力が数十ｋ
ｗ〜数百ｋｗ程度の比較的小容量の発電機に構成され
る。
【００１１】膨張タービン１の回転軸と高速発電機２の
回転軸とは、同軸の一体に直結されていて、ロータ１１
と動翼８とが一体で高速回転し得るように軸受により回
転可能に支承されている。一方、ハウジング１２及びハ
ウジング蓋１３から成る高速発電機２のハウジングとガ
ス入口９A 及びガス出口９B を備える膨張タービン１の
ケーシング９とは、同軸の一体に直結されるロータ１１
と動翼８とを回転自在に内蔵した状態で、連結されて一
体化されるとともに、ハーメチックシール処理されて密
閉構造の一体型ハウジングに形成されている。なお、本
発明に係る膨張タービン１は、図示例のような一体型、
また、ハーメチックシール構造に限定されるものでな
く、ハウジング、ケーシング外部で各軸をカップリング
により直結したもの、また、減速機を介在して軸連結し
た構造のものであってもよい。
回転軸とは、同軸の一体に直結されていて、ロータ１１
と動翼８とが一体で高速回転し得るように軸受により回
転可能に支承されている。一方、ハウジング１２及びハ
ウジング蓋１３から成る高速発電機２のハウジングとガ
ス入口９A 及びガス出口９B を備える膨張タービン１の
ケーシング９とは、同軸の一体に直結されるロータ１１
と動翼８とを回転自在に内蔵した状態で、連結されて一
体化されるとともに、ハーメチックシール処理されて密
閉構造の一体型ハウジングに形成されている。なお、本
発明に係る膨張タービン１は、図示例のような一体型、
また、ハーメチックシール構造に限定されるものでな
く、ハウジング、ケーシング外部で各軸をカップリング
により直結したもの、また、減速機を介在して軸連結し
た構造のものであってもよい。
【００１２】このような構造を有する膨張タービン１に
おいて、動翼８の周りに設けられるノズルは、ノズル翼
の流出角を例えば１０°〜３０°の範囲内で変角可能な
可変ノズル７に形成されている。この可変ノズル７の流
出角を調節する機構については、エアシリンダ等のアク
チュエータによってケーシング９外から操作が可能な周
知のノズル操作器４が適用され、前記調節計５により自
動的にノズル流出角の調節が行われる。
おいて、動翼８の周りに設けられるノズルは、ノズル翼
の流出角を例えば１０°〜３０°の範囲内で変角可能な
可変ノズル７に形成されている。この可変ノズル７の流
出角を調節する機構については、エアシリンダ等のアク
チュエータによってケーシング９外から操作が可能な周
知のノズル操作器４が適用され、前記調節計５により自
動的にノズル流出角の調節が行われる。
【００１３】膨張タービン１が運転中において、ガス供
給量の変動が生じて定格点流量から大きく変わった場
合、膨張タービン１からガス供給ラインに送られるガス
の圧力の変化に応じて調節計５により可変ノズル７の流
出角を調節させて、膨張タービン１の運転状態を安定さ
せるように制御する。その結果、膨張タービン１の部分
負荷時における効率（断熱効率）低下を小さくすること
ができる。例えば、定格点流量の６０％の流量に減少し
たときに、可変ノズル７の流出角を基準角度から１５°
程度変えることによって効率の低下を定格点効率の５％
減程度に抑えることが可能となる。このことは図２にも
例示される通り、固定ノズルの場合では一点鎖線で示さ
れるように約３０％減であるのに対して、可変ノズルで
は実線に示す通りになり大幅な効率改善につながるもの
である。
給量の変動が生じて定格点流量から大きく変わった場
合、膨張タービン１からガス供給ラインに送られるガス
の圧力の変化に応じて調節計５により可変ノズル７の流
出角を調節させて、膨張タービン１の運転状態を安定さ
せるように制御する。その結果、膨張タービン１の部分
負荷時における効率（断熱効率）低下を小さくすること
ができる。例えば、定格点流量の６０％の流量に減少し
たときに、可変ノズル７の流出角を基準角度から１５°
程度変えることによって効率の低下を定格点効率の５％
減程度に抑えることが可能となる。このことは図２にも
例示される通り、固定ノズルの場合では一点鎖線で示さ
れるように約３０％減であるのに対して、可変ノズルで
は実線に示す通りになり大幅な効率改善につながるもの
である。
【００１４】次ぎに本発明に係る好ましい他の実施の形
態が図４に示される。図４は、本発明の他実施例に係る
膨張タービン１の部分示縦断面図であって、動翼８が、
カバー付動翼に形成されてなる構成が特徴とされる。こ
のカバー付動翼は、ラッパ筒状に形成されたカバー１５
を動翼８の外縁前面部の湾曲面部分に密着して沿わせる
ことにより、複数枚の動翼８に対して外縁前面部を取り
囲んでカバー１５を一体に取付けた構造となっている。
なお、カバー１５としては、動翼８と同質の材料により
作製することが好ましい。このようなカバー付動翼は、
カバー１５の外周面とケーシング９の対向する内壁面と
の間の空隙を、従来のカバーを有しない動翼を備える場
合と比較して、大きく取ることができる。
態が図４に示される。図４は、本発明の他実施例に係る
膨張タービン１の部分示縦断面図であって、動翼８が、
カバー付動翼に形成されてなる構成が特徴とされる。こ
のカバー付動翼は、ラッパ筒状に形成されたカバー１５
を動翼８の外縁前面部の湾曲面部分に密着して沿わせる
ことにより、複数枚の動翼８に対して外縁前面部を取り
囲んでカバー１５を一体に取付けた構造となっている。
なお、カバー１５としては、動翼８と同質の材料により
作製することが好ましい。このようなカバー付動翼は、
カバー１５の外周面とケーシング９の対向する内壁面と
の間の空隙を、従来のカバーを有しない動翼を備える場
合と比較して、大きく取ることができる。
【００１５】従来の膨張タービン例えばラジアルタービ
ンは、ガス供給量の変動がある場合に、この変動に伴っ
て動翼８に対してタービンに送り込まれる作動媒体から
加振力が与えられることがあり、そのために図５に示さ
れるように、動翼８とケーシング９とのクリアランスが
小さい関係上、動翼８が振動によりケーシング９に接触
して破損する恐れが十分あった。これに対して、カバー
付動翼を備えてなる本発明の場合は、カバー１５の外周
面とケーシング９のクリアランスが充分あるため、接触
の恐れはない。また、従来のカバーを有しない動翼の場
合、作動媒体からの加振力により翼自体が振動し、疲労
破壊に到る場合があった。これに対して本発明の場合
は、複数枚の動翼８が一つのカバー１５を介して一体化
されてなる構造であるために、加振力による動翼８の振
動が非常に小さくなり、ケーシング９との接触を回避し
て動翼８の破損を防止し、膨張タービン１の安定運転が
果たされる。
ンは、ガス供給量の変動がある場合に、この変動に伴っ
て動翼８に対してタービンに送り込まれる作動媒体から
加振力が与えられることがあり、そのために図５に示さ
れるように、動翼８とケーシング９とのクリアランスが
小さい関係上、動翼８が振動によりケーシング９に接触
して破損する恐れが十分あった。これに対して、カバー
付動翼を備えてなる本発明の場合は、カバー１５の外周
面とケーシング９のクリアランスが充分あるため、接触
の恐れはない。また、従来のカバーを有しない動翼の場
合、作動媒体からの加振力により翼自体が振動し、疲労
破壊に到る場合があった。これに対して本発明の場合
は、複数枚の動翼８が一つのカバー１５を介して一体化
されてなる構造であるために、加振力による動翼８の振
動が非常に小さくなり、ケーシング９との接触を回避し
て動翼８の破損を防止し、膨張タービン１の安定運転が
果たされる。
【００１６】本発明はまた図４に示されるように、カバ
ー付動翼を備える前記膨張タービン１において、ケーシ
ング９の内壁面部の動翼８と対面する個所にラビリンス
シール１６を取着させた構造と成している。このラビリ
ンスシール１６は、ラッパ筒状の前記カバー１５の出口
部の周りに近接して半径方向に対向するように、例えば
ケーシング９に植え込ませることによって一体的に取着
させている。
ー付動翼を備える前記膨張タービン１において、ケーシ
ング９の内壁面部の動翼８と対面する個所にラビリンス
シール１６を取着させた構造と成している。このラビリ
ンスシール１６は、ラッパ筒状の前記カバー１５の出口
部の周りに近接して半径方向に対向するように、例えば
ケーシング９に植え込ませることによって一体的に取着
させている。
【００１７】このような構造の膨張タービン１は、ガス
供給量の変動に伴ってタービン負荷が変動した場合、タ
ービン回転部分が軸方向（スラスト方向）に移動するこ
とがあっても、タービン回転部分とケーシング９など静
止部分との接触を起こさせることを防いで安定運転が行
えるとともに、シール部分でのガス漏洩を防止してター
ビンの効率低下を小さくできる。
供給量の変動に伴ってタービン負荷が変動した場合、タ
ービン回転部分が軸方向（スラスト方向）に移動するこ
とがあっても、タービン回転部分とケーシング９など静
止部分との接触を起こさせることを防いで安定運転が行
えるとともに、シール部分でのガス漏洩を防止してター
ビンの効率低下を小さくできる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】本発明のうち請求項１記載の発明は、ガス
供給量の変動に対してタービンの部分負荷における効率
低下をできるだけ小さくして安定運転を果たすことが可
能である。また、請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の効果に加えて作動流体からの加振力による動翼
の振動を抑制して動翼破損を防止し、高安定運転が図れ
る。さらに、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加えてタービンの回転部分と静止部分の接触
を避け、より高い安定運転が保証される。
供給量の変動に対してタービンの部分負荷における効率
低下をできるだけ小さくして安定運転を果たすことが可
能である。また、請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の効果に加えて作動流体からの加振力による動翼
の振動を抑制して動翼破損を防止し、高安定運転が図れ
る。さらに、請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加えてタービンの回転部分と静止部分の接触
を避け、より高い安定運転が保証される。
【図１】本発明によるガス供給発電プラントの概略系統
図である。
図である。
【図２】本発明の実施例に係るタービン特性線図であ
る。
る。
【図３】本発明の実施例に係るタービンの縦断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の他実施例に係るタービンの部分示縦断
面図である。
面図である。
【図５】従来のタービンの部分示縦断面図である。
１…膨張タービン、 ２…高速発電機、 ３…バ
イパス管路、４…ノズル操作器、 ５…調節計、
６…自動調圧弁、７…可変ノズル、 ８…動
翼、 ９…ケーシング、１０…ステータ、
１１…ロータ、 １２…ハウジング、１３…
ハウジング蓋、 １４…端子箱、 １５…カバ
ー、１６…ラビリンスシール、
イパス管路、４…ノズル操作器、 ５…調節計、
６…自動調圧弁、７…可変ノズル、 ８…動
翼、 ９…ケーシング、１０…ステータ、
１１…ロータ、 １２…ハウジング、１３…
ハウジング蓋、 １４…端子箱、 １５…カバ
ー、１６…ラビリンスシール、
Claims (3)
- 【請求項１】 ガス供給ライン中に設けられ、高圧の供
給ガスを作動媒体として直接膨張させるタービンにおい
て、動翼の周りに設けられるノズルをノズル流出角が変
えられる可変ノズルに形成してなることを特徴とするガ
ス供給ライン直接膨張タービン。 - 【請求項２】 前記動翼が、ラッパ筒状のカバーを動翼
の外縁前面部に沿わせ一体に取付けたカバー付動翼に形
成されてなることを特徴とする請求項１記載のガス供給
ライン直接膨張タービン。 - 【請求項３】 ラッパ筒状のカバーの出口部の周りに近
接して外囲してなるケーシングの内壁面部に、半径方向
ラビリンスシールが取着されていることを特徴とする請
求項２記載のガス供給ライン直接膨張タービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21641097A JPH1163701A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | ガス供給ライン直接膨張タービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21641097A JPH1163701A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | ガス供給ライン直接膨張タービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1163701A true JPH1163701A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16688132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21641097A Pending JPH1163701A (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | ガス供給ライン直接膨張タービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1163701A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102817643A (zh) * | 2012-08-23 | 2012-12-12 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 发电透平膨胀机喷嘴调节控制转速系统 |
| JP2013100743A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-23 | Astencook:Kk | 都市ガスを利用した発電装置 |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP21641097A patent/JPH1163701A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013100743A (ja) * | 2011-11-07 | 2013-05-23 | Astencook:Kk | 都市ガスを利用した発電装置 |
| CN102817643A (zh) * | 2012-08-23 | 2012-12-12 | 四川空分设备(集团)有限责任公司 | 发电透平膨胀机喷嘴调节控制转速系统 |
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