JPS5914614B2 - ガスタ−ビン用圧力噴霧式二燃料焚きノズルのパ−ジ方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二燃料焚きガスタービン用ノズルのパージ方法
及び装置に関し、特に液体燃料を圧力噴霧式で噴射する
形式の圧力噴霧式二燃料焚きノズルのパージ方法及び装
置に関する。

ガスタービンは一般に液体燃料焚きで運転されることが
多いが、起動と停止とが頻繁に行われる用途に使用され
た場合、液体燃料焚きでは急速な起動や出力上昇を行い
得ない恐れがある。

このため、起動時や急速な出力増加時には気体燃料焚き
で運転を行い、定常運転時には液体燃料焚きで運転を行
う形式の二燃料焚きガスタービンが製作されている。

この形式のガスタービンに於ては、液体燃料と気体燃料
とを別々に噴射できる二燃料焚きノズルが使用される。

このノズルにおける問題点は、気体燃料焚きを開始する
前にノズルの液体燃料流路に残留している液体燃料をパ
ージしておかないと気体燃料焚き開始後に気体燃料の噴
射炎の熱のために残留液体燃料が炭化して液体燃料流路
が詰ってしまうことである。

それ故、従来は気体燃料焚きで起動する時や、液体燃料
焚きから気体燃料焚きに切換えた時に、ノズルの液体燃
料流路へ気体燃料を吹き込むことによって残留液体燃料
をパージしていたが、ガスタービンの再起動時には前回
の停止時に於てガスタービンの高温ガス流路内及び燃焼
器内に未燃ガスが残留しているので、再起動時に気体燃
料でノズルのパージを行うと、・燃焼器及びガスタービ
ンの高温ガス流路中に更に燃料が加えられることになる
ため、燃焼器中の酸素濃度が極めて低くなって着火不良
を生ずることとなっていた。

また、気体燃料の圧力がかなり高いため、気体燃料でパ
ージすると、着火時に火炎の安定性が乱されるという問
題も生じていた。

一方、この問題を別としても、気体燃料でノズルの液体
燃料流路部をパージする場合には、ノズルへの液体燃料
供給管と気体燃料供給管との間にパージ用管路を接続す
るとともに該管路に電磁弁等を設けなければならないの
で、高圧の気体燃料が該電磁弁から漏洩して引火する危
険性も大きかった。

従って本発明の目的は、気体燃料でノズルをパージする
場合に生じる前記の問題点を解決し、気体燃料焚きでガ
スタービンを起動した場合にも着火不良を生ずることな
く、且つ、気体燃料の漏洩の恐れのない、改良されたパ
ージ方法及び装置を提供することである。

以下に本発明の実施例について説明するが、これに先立
って第１図及び第２図を参照して従来の二燃料焚きガス
タービンの燃料ノズルの配管系統とノズル構造とについ
て説明する。

第１図に於て、１はガスタービンの燃焼器、２は燃焼器
１に取付けられた燃料ノズル、である。

ノズル２は第２図に示されるように円筒形の本体２Ａを
有し、本体２人の中心部には液体燃料管２Ｂが挿通され
ている。

液体燃料管２Ｂの外周と本体２Ａの内周との間に形成さ
れた環状空間は気体燃料流路２Ｃとなっており、この流
路２Ｃは本体２Ａの後端部周面に開口した孔２Ｃを介し
て気体燃料供給管３（第１図参照）に連通している。

液体燃料管２Ｂの先端には圧力噴霧式ノズルチップ２Ｄ
が取付けられ、このノズルチップ２Ｄは本体２Ａの先端
に取付けられたノズルキャップ２Ｅの液体燃料噴射孔２
ａ中に挿入されている。

ノズルキャップ２Ｅはまた、液体燃料噴射孔２ａのまわ
りに配置された気体燃料噴射孔２ｂを有している。

気体燃料噴射孔２ｂは本体２人内の気体燃料流路２Ｃの
みに連通している。

ノズル２内の液体・燃料管２Ｂは第１図に示されるよう
に液体燃料供給管４に接続されており、この液体燃料供
給管４にはノズル２の側から順に、逆止弁５、分配器６
、フィルタ１１ポンプ８、止め弁９、が設けられ、図示
せぬ液体燃料タンクに接続されている。

一方、気体燃料供給管３にはノズル２の側から上流側に
向って順に、マニホールド１０、流量調整弁１１、速度
比例調節弁兼上め弁１２、スＩ・レーナ１３が設けられ
ている。

液体燃料供給管４には逆止弁５の吐出側に於てパージ用
気体燃料供給管１４が接続され、このパージ用気体燃料
供給管１４は弁１２の入口側に於て気体燃料供給管３に
接続されている。

また、パージ用気体燃料供給管１４には上流側から順に
、フィルタ１５、電磁切換弁１６、マニホールド１７、
逆止弁１８、が設けられている。

電磁切換弁１６はガスタービンの運転が液体燃料焚きか
ら気体燃料焚きに切換えられる時と起動時とに於て開か
れてパージ用の気体燃料を液体燃料供給管４中に導入す
る。

前記の如き公知の二燃料焚きガスタービンに於ては、液
体燃料焚きから気体燃料焚きに運転が切換えられた時と
気体燃料焚きによって起動する時とに於て電磁切換弁１
６が開かれてパージ用気体燃料がノズル２の液体燃料管
２Ｂ中に吹き込まれるので、液体燃料管２Ｂ中の残留液
体燃料がパージされるが、電磁弁１６から気体燃料が漏
出しやすく、また、漏出した気体燃料にアーク等により
引火しやすいこと、等の問題のあるほか、再起動時に燃
焼器１内へ過剰な気体燃料が供給されて着火不良を生じ
やすいこと、などの問題があった。

本発明は前記の欠点を除去することができるもので、第
３図及び第４図について本発明の詳細な説明する。

なお、第３図及び第４図に於て第１図と同一符号で表示
された部分は第１図図示の公知の装置と同一の部分であ
るから、これらの部分についての説明を省略する。

また、本発明の実施例に於て使用されるノズルも第２図
に示した従来のノズルと同一構造であるから、これにつ
いての説明も省略する。

第３図に示される本発明の第一実施例に於ては、ノズル
２への液体燃料供給管４に逆止弁５の吐出側に於てパー
ジ用空気管路１９が接続され、この管路１９は直接ガス
タービン圧縮機（図示せず）の吐出口に接続されている
。

管路１９には上流側から止め弁２０、逆止弁２１が設け
られている。

管路１９に分岐して管路２２が設けられ、この管路２２
は止め弁２０と逆止弁２１とをバイパスして止め弁２０
の上流側に於て再び管路１９に接続されている。

管路２２には上流側から止め弁２３昇圧器２４、止め弁
２５、マニホールド２６、逆止弁２７、がこの順に設け
られている。

昇圧器２４はシリンダ２４Ａとプランジャ２４Ｂとを有
する往復動形のものであり、油圧で駆動されるように一
対の圧油配管２８．２９がシリンダ２４Ａに取付けられ
、この圧油配管２８．２９は圧油配管３０を介してター
ビン調速機の油圧制御管路に接続されている。

圧油配管２８．２９にはそれぞれ電磁切換弁３１．３２
が設けられ、これらの弁３１．３２は図示せぬ制御装置
に電気的に接続されている。

一方、燃焼器１には圧力検出器３３が設けられ、管路１
９にも圧力検出器３４が設けられている。

次に第３図の実施例に於ける各部の作動について説明す
る。

（ａ） 気体燃料焚きによって起動する場合。

起動前には弁３１．３２は第３図図示の状態に保持され
、昇圧器２４のプランジャ２４Ｂはシリンダ２４Ａ内の
左端位置にある。

弁９゜１１．１２，２０，２３．２５は閉じられている
。

ガスタービン（図示せず）が起動装置により駆動されて
圧縮機が回転されると、弁２３が開かれて圧縮機の吐出
空気が管路１９、弁２３を通って昇圧器２４のシリンダ
２４Ａ中に導入される。

続いて弁３１のスプールが第３図図示の位置から下方に
向って駆動されて圧油配管２８中が排油されると、同時
に弁３２のスプールは第３図図示の位置から下方に向け
て駆動されて配管２９内に圧油が導入される。

このためプランジャ２４Ｂはシリンダ２４Ａ内を第３図
に於て右方へ動かされ、シリンダ２４Ａ内の圧縮空気は
昇圧される。

プランジャ２４Ｂがシリンダ２４Ａ内に右端位置に達す
ると同時に弁２５が開かれて昇圧された空気はマニホー
ルド２６を介して管路２２上の逆止弁２７を押しあけて
液体燃料供給管４中に入り、ノズル２の液体燃料管２Ｂ
及びノズルチップ２Ｄを通って肢管２ Ｂ及び該ノズル
チップ２Ｄ内の残留燃料をパージする。

続いて弁１１．１２が所定開度だけ開かれて、気体燃料
が気体燃料供給管３からノズル２の気体燃料流路部２Ｃ
に流入し、更に噴射孔２ｂを通って燃焼器１内に噴射さ
れる。

パージ終了後、弁３１．３２のスプールは再び第３図図
示の状態に戻され、同時に弁２５が閉じられるので昇圧
器２４のプランジャ２４Ｂが再び第３図図示の位置に戻
る時に弁２３を通って管路１９から圧縮機吐出空気がシ
リンダ２４Ａ内に急速に吸込まれ、次の昇圧の準備がさ
れる。

（なお、この動作はシリンダ２４Ａの容積がパージ必要
空気量に満たない場合にも必要度数だけ行われる。

）（ｂ） 液体燃料焚きから気体燃料焚きへの切換の
場合。

液体燃料焚きの場合には弁９が開かれ、またポンプ８が
運転されている。

他方、弁１１゜１２は閉じられ、弁２０．２５も閉じら
れている。

また、昇圧器２４のプランジャ２４Ｂは第３図図示の位
置にあり、弁３１，３２のスプールも第３図図示の状態
にある。

液体燃料焚き終了に際して圧力検出器３３と３４との圧
力検出値が比較され、燃焼器１内の圧力が圧縮機吐出圧
よりも充分低くない場合には弁３１と３２とのそれぞれ
のスプールが第３図の位置から下方に向けて駆動され、
昇圧器２４のプランジャ２４Ｂが第３図の位置から右方
へ向けて動かされる。

このため、昇圧器シリンダ２４Ａ内の空気が圧縮される
。

液体燃料焚き終了時にポンプ８の運転が停止されると同
時に弁２５が開かれて昇圧器シリンダ２４Ａ内の昇圧空
気がノズル２の液体燃料流路に吹き込まれ、バーナ２の
液体燃料管２Ｂ及びノズルチップ２Ｄ内の残留液体燃料
が燃焼器１内にパージされる。

一方、弁２５の開放と同時に弁１２゜１１も開かれて気
体燃料供給管３からノズル２の気体燃料流路２Ｃに導入
され、燃焼器１は気体燃料焚きに切換えられる。

前記の場合に於て、圧縮機吐出空気圧が燃焼器内圧より
も充分高い場合には、パージに際して弁２５を開く代り
に弁２０を開いて圧縮機吐出空気を昇圧せずにノズルを
パージしてもよいし、一般にガスタービン圧縮機の吐出
空気圧と燃焼器１の内圧との差は比較的小さく、従って
圧縮機の吐出空気を直接にノズル２の液体燃料流路部に
導入しても充分なパージ効果を得られない場合も多い。

従って逆止弁２１を経て圧縮機吐出空気を直接にパージ
する場合には圧縮機吐出空気圧が燃焼器内圧よりも充分
に高いことが必要である。

それ故、管路１９はノズル２からの逆流防止の目的に使
用される。

第４図は本発明の他の実施例を示すものであり、第３図
と同一符号で示された部分は第３図の実施例と同一であ
る。

第４図に示す実施例では、パージ用空気管路３５が液体
燃料供給管４に接続され、該管路３５の他端はガスター
ビンの圧縮機（図示せず）の吐出口に接続されている。

該管路３５には上流側から、マニホールド３６、弁３７
、昇圧器２４、弁３８、逆止弁３９がこの順序で設けら
れている。

昇圧器２４は第３図に示す実施例のものとはゾ同じ構造
を有しており、シリンダ２４Ａ１プランジヤ２４Ｂを備
えるとともにプランジャ２４Ｂを第４図に於て常時、左
側へ引張っている引張りばね２４Ｃを有している。

昇圧器シリンダ２４Ａの一端には圧油配管４０が接続さ
れ、この圧油配管４０にはマニホールド４１、電磁切換
弁４２が設けられている。

圧油配管４０は第３図の実施例と同様にガスタービンの
調速機の制御油圧配管４３に接続されている。

第４図の実施例に於ては、ガスタービン圧縮機の吐出口
に直接に接続されているパージ用空気管路のないこと及
び圧縮機の吐出空気が一旦マニホールド４１を通ってか
ら昇圧器２４に導入されるようになっていること、並び
に昇圧器２４の駆動用の電磁切換弁４２が唯一個のみで
あること、等の点に於て第３図図示の実施例と異ってい
る。

従って、ノズル２の液体燃料流路部ヘパージされる空気
は常に昇圧器２４によって昇圧されることになる。

ノズル２のパージが行われる際の各部の動作は第３図の
実施例の装置の動作とはマ同じである。

すなわち、パージ前は、切換弁４２が第４図図示の状態
にあり、圧油配管４０及び切換弁４２を介して昇圧器シ
リンダ２４Ａの左側の室が排油されていて、昇圧器プラ
ンジャ２４Ｂはばね２４Ｃの力によってシリンダ２４Ａ
の最左端位置に保持されている。

一方、弁３Ｔは開き、弁３８は閉じられているので、圧
縮機吐出空気がシリンダ２４Ａ中に充填されている。

気体燃料焚き開始に際して切換弁４２が第４図図示の位
置から下方に向って駆動されると、昇圧器シリンダ２４
Ａ中に圧油が導入されてプランジャ２４Ｂは右側に駆動
されてシリンダ２４Ａ内の空気が圧縮される。

圧縮行程の終期に弁３８が開かれると昇圧空気は逆止弁
３９を通って液体燃料供給管４に流入し、ノズル２内の
液体燃料管と噴射ノズルチップ２Ｄとをパージする。

以上のように本発明によれば、気体燃料焚きによって起
動する時や液体燃料焚きから気体燃料焚きへの切換の時
に気体燃料を用いずに圧縮機吐出空気を用いてパージを
行っているので、起動時に於て燃焼器内に過剰な気体燃
料が供給されることがなく、従って起動時に於て着火不
良を起さずに安定に起動することができる。

また、パージ用の気体として気体燃料の代りに圧縮機吐
出空気を用いているのでパージ管路上の電磁弁からの漏
洩を生じても爆発等の危険性がなく、装置の取扱いが安
全にできる。

特に、本発明によれは、パージ用空気として、圧縮機の
吐出空気を更に昇圧して用いるようにしたので、燃焼器
内が圧縮機の吐出圧と略同圧になっているような場合で
も、確実なパージが行なえるものである。

また、本発明に於ては、パージ用空気として圧縮機の吐
出空気を用いているので、これをパージ必要圧力にまで
昇圧させるに用いる昇圧器の必要動力が極めて小さく、
経済的にパージを行える、という副次的効果も得られる
。

なお、パージ用空気の昇圧器としては図示実施例のもの
に限らず、種々の形式のものを用いることができる。

また、第３，４図の実施例に於て、昇圧器２４の前後に
設けられている弁２３ 、２５゜３７．３８は必ずしも
必要ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のガスタービン燃焼器用圧力噴霧式二燃料
焚きバーナの配管系を示す図、第２図は第１図に示され
たバーナの拡大縦断面図、第３図は本発明方法を実施す
るための配管系の一実施例を示す図、第４図は本発明の
他の実施例を示す図である。 １・・・・・・ガスタービンの燃焼へ ２・・・・・・
ノズル、３・・・・・・気体燃料供給管、４・・・・・
・液体燃料供給管、１９．２２・・・・・・パージ用空
気管路、２４・・・・・・昇圧器、２８，２９，４０・
・・・・・圧油配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力噴霧式による液体燃料噴射と気体燃料噴射とを
   交互に行なうことが可能でありガスタービン燃焼器に装
   備されるガスタービン用圧力噴霧式二燃料焚きノズルの
   パージ方法に於て、 ガスタービンを気体燃料によって起動する際又は液体燃
   料運転から気体燃料運転に切換える際の液体燃料のパー
   ジを、ガスタービンの圧縮機の吐出空気を昇圧した後、
   前記ノズルの液体燃料流路中に導入して行なうことを特
   徴とするガスタービン用圧力噴霧式二燃料焚きノズルの
   パージ方法。 ２ 液体燃料流路と気体燃料流路とを有し二燃料焚きガ
   スタービンの燃焼器に装備されたガスタービン用圧力噴
   霧式二燃料焚きノズルのためのパージ装置に於て、 一端を前記液体燃料流路に接続されるとともに他端をガ
   スタービンの圧縮機の吐出口に接続されたパージ用空気
   管路と、前記パージ用空気管路に設けられた昇圧器と、
   前記ガスタービンの運転状態の切換時及び起動時等に於
   て前記昇圧器を起動させる昇圧器駆動装置と、を有して
   成るガスタービン用圧力噴霧式二燃料焚きノズルのため
   のパージ装置。