JPS63150432A - ガスタ−ビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービンの改良に関し、特に二段燃焼器に
接続された尾筒（燃焼筒）に供給するバイパス空気の流
量を制御するバイパス弁に可動部分のない特殊な弁を使
用したガスタービンを提供するものである。

〔従来技術〕

第７図は、ガスタービンＴの可変流量燃焼器の断面を示
すものであって、タービン翼で駆動される圧縮機１で圧
縮された高温・高圧の空気Ａは矢印のように燃焼用空気
室２内に供給され、二段燃焼器３内に供給される。なお
、この二段燃焼器３の頭部にはパイロット燃料供給部４
とメイン燃料供給部５が設けられ、この二段燃焼器３内
で燃焼された高温高圧の燃焼ガスは尾筒６、即ち燃焼筒
内に排出され、タービン室７内に供給されてタービン翼
を駆動する。

前記構造のガスタービンＴにおいては、このタービンに
よって駆動される発電機等の負荷に応じてしばしばその
出力が変動する場合が多い。

この出力に変動に対応し、最適の条件でガスを燃焼させ
るように尾筒６に供給するバイパス空気ａの量をバイパ
ス弁８で調節して行っている。

しかし、このバイパス空気ａは圧縮機１で加圧された高
温・高圧の空気Ａであり、これの流量を調節するバイパ
ス弁８は高温にさらされることになる。

バイパス弁８は通常はバタフライ型の弁が使用されてい
る関係でゲートやこのゲートを支持する軸、この軸を支
持する軸受、あるいは可変リング等の各種の部材が必要
であり、当然これらの部材も高温にさらされることにな
る。従って、これらの部材の摺動部分の動きが悪くなり
、正確なバイパス空気ａの流量の制御ができな（なると
云う故障が生ずる。

このバイパス弁８の故障によりバイパス空気ａの流量の
調節が困難となり、その結果、ガスタービンの負荷に応
じた最適の空気配分が困難となり、ガスの燃焼温度が不
適当となり、ＮＯｘを大量に発生して環境を汚染するこ
とになる。

〔発明の目的〕

前記のようにガスタービンに用いられている従来のバイ
パス弁においては摺動部分があるために故障の機会が多
く、従ってバイパス空気の流量の正確な調節に支障を来
すことが多かった。

本発明は前記従来のガスタービンの有する問題点を解消
するものであって、その目的とするところは、摺動部分
のないバイパス弁を設けたガスタービンを提供すること
にある。

更に別の目的は、出力の変動に応じた最適空気配分の制
御が容易であり、ＮＯｘの排出が少なく、メンテナンス
が容易なガスタービンを提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成する本発明は、二段燃焼器に続いて設け
た尾筒に供給する空気を制御するバイパス弁を、接線方
向に制御流体の供給口を有する渦流室と、この渦流室の
一方であって、前記制御流体に混合される位置に設けた
燃焼用空気の流入口と、前記渦流室において旋回が与え
られた空気を流出する流出口とからなる渦型流量制御弁
によって構成したことを特徴とするガスタービンである
。

即ち、本発明は従来の摺動部分のあるバイパス弁に代え
て渦型流量制御弁を使用した点に特徴がある。

この渦型流量制御弁としては、接線方向より制御流体、
例えば高圧の水蒸気を供給して渦流を発生させる渦室と
、この渦室の一方であって前記制御流体と混合する位置
に設けた燃焼用の空気の流入口と、渦室の中央部の他方
に設けた流出口とからなるもので、制御流体によって渦
室内に生ずる渦流の強度により、流入口より流出口に至
る空気、即ち、被制御流体の流量を制御するものである
。

この渦型流量制御弁は摺動部分が全くな（、燃焼用空気
の流量の制御は、高圧の水蒸気等の制御流体の旋回流の
強弱によって行なわれるので、空気の流量の制御が容易
である上に、故障する部分が全くないと云う特徴がある
。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明にかかるガスタービンの燃焼器の要部の
断面図であって、第７図は同様な符号を付した部分は同
様な構造であるので、その部分の説明は省略する。

第７図に示す従来のガスタービンのバイパス弁８に代え
て、本発明においては、渦型流量制御弁１０を使用した
点に特徴がある。

この渦型流量制御弁１０は、第２図に示すように接線方
向に制御口１２を設けた渦室１１と、この渦室１１の一
方であって、前記制御口１２の前方であって制御口１２
より流入する制御流体と混合する位置に設けた被輸送流
体ないしは流量を制御される流体の流入口１３と、この
流入口１３の反対側に前記渦室１１の中央部に設けた流
出口１４から構成されている。

制御流体として作用する水蒸気Ｓは、例えばガスタービ
ンＴの排熱によって発生する高圧の水蒸気である場合と
、圧縮機１５で発生する高圧の空気Ｃである場合とがあ
る。

前記水蒸気Ｓあるいは高圧の空気Ｃは弁１６で流量を調
節されて前記制御口１２へ供給される。

前記弁１６はタービンＴの排気ガスの温度、即ちタービ
ンの負荷によって発生する信号ｔによって制御され、燃
焼用空気室２内の高圧空気ａが流入口１３より流入し、
流出口１４を経由して尾筒６内に供給されるバイパス空
気ａの流量を制御することになる。

前記渦型流量制御井ｌＯは一種のサイクロン装置を構成
しており、第２図のように制御口１２より制御流体、例
えば高圧の水蒸気Ｓを供給しない状態では、流量を制御
される流体であるバイパス空気ａは流入口１３より渦室
１１内に供給され、そのまま流出口１４から排出される
。

この状態では、渦室１１内には制御流体による渦が発生
していないので供給された空気ａには何等の運動も与え
られなく、渦型流量制御弁ＩＯは開放状態となっている
。

次に、バイパス空気ａの流量を制御する場合には、第３
図に示すように制御口１２より高圧の水蒸気Ｓ（制御流
体）を渦室１１の接線方向より供給する。すると渦室１
１の壁面に沿って流れて旋回する水蒸気Ｓにバイパス空
気ａが同伴して旋回する。このバイパス空気ａと水蒸気
Ｓの混合流体Ｓａは旋回しながら中央部に集合して渦室
１１の中央部に設けられている流出口１４より流出する
。

前記制御流体である水蒸気Ｓが渦室１１に壁面に沿って
流れて生ずる旋回流により「絞り効果」即ち、弁効果を
発生することになる。この絞り効果は流入口１３より流
入するバイパス空気ａに対しては一種の弁として作用す
るものであって混合流体Ｓａはこの旋回流に応じて絞ら
れ、流量が制御される。

即ち、水蒸気Ｓの流量が多くなると旋回流が多くなり、
その分絞り効果が増加するので、流出口１４より排出さ
れる混合流体Ｓａの流量は減少することになる。

第１図のように高圧の空気Ａが供給される燃焼用空気室
２内の空気Ａは、第２図および第３図にその詳細を示す
、渦型流量制御弁１０の流入口１３を経由して渦室１１
内において旋回作用が与えられ、その結果、絞り効果が
与えられながら流出口１４より尾筒６内に供給されるこ
とになる。

尾筒６は、二段燃焼器３内において燃焼したガスをター
ビンに導く部分であって、バイパス空気ａの流量によっ
て最適のタービン入口温度と燃焼状態が維持されるもの
である。

第４図は本発明に係る渦流型流量制御弁を設けた可変機
構を有するガスタービンの排気に含有されるＮＯつの低
減率とガスタービンの負荷との関係を示す図である。

なお、従来型燃焼器１００％負荷のＮＯｘ値に対する比
を示している。

第５図はガスタービンの負荷とタービンの排ガス温度の
関係を示す図である。

第６図は空気の可変流ｉｔ（バイパス空気の流量）と燃
料量と負荷との関係を示す図である。

本発明によれば、可動部分のない渦流型流量制御弁を設
けてバイパス空気の流量を制御しているので、実質的に
故障することなく安全にガスタービンを運転することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明にかかるガスタービンは、二段燃焼器に続いて設
けた尾筒に供給する空気を制御するバイパス弁を、接線
方向に制御流体の供給口を有する渦流室と、この渦流室
の一方であって前記制御流体に混合される位置に設けた
燃焼用空気の流入口と、前記渦流室において旋回が与え
られた空気を流出する流出口とからなる渦型流量制御弁
によって構成しているので、次の効果を奏することがで
きる。

（１）　　燃焼用空気の流量をガスタービンの負荷に応
じて正確に自動で変化させることができる（２）　　負
荷に応じた最適の空気の配分により、常に低ＮＯｘ燃焼
を行うことができる。

（３）高温・高圧部において従来のバイパス弁のように
弁体等にみられる摺動部分がなく、確実に長期間作動さ
せることができる。

（４）渦型流量制御弁の２次空気源として排熱回収によ
り得られる水蒸気を使用することができるので、他の高
圧の空気源を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービンの燃焼器の要部の断面図
、第２図及び第３図は渦型流量制御弁の作用図である。 第４図は本発明に係る渦流型流量制御弁を設けた可変機
構を有するガスタービンの排気に含有されるＮＯｘの低
減率とガスタービンの負荷との関係を示す図、第５図は
ガスタービンの負荷とタービンの排ガス温度の関係を示
す図、第６図は空気の可変流量（バイパス空気の流量）
と燃料量と負荷との関係を示す図である。 第７図は従来のガスタービンの燃焼器の要部の断面図で
ある。 Ｔ・・・ガスタービン、Ａ、　　ａ・・・圧縮空気、ｌ
・・・圧縮機、２・・・燃焼用空気室、３・・・二段燃
焼器、４・・・バイロフト燃料供給部、５・・・メイン
燃料供給部、６・・・尾筒、７・・・タービン室、８・
・・バイパス弁、１０・・・渦型流量制御弁、１１・・
・渦室、１２・・・制御口、１３・・・流入口、１４・
・・流出口、１５・・・圧縮機、１６・・・弁。 第７図 燃料量　係　　・９イ・ゝス弁開度 ＮＯｘ濃度比（１５％０□換算値）％ ガスタービン排ガス温度（Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンの二段予混合燃焼器に続いて設けた尾筒に
   供給する空気を制御するバイパス弁を、接線方向に制御
   流体の供給口を有する渦流室と、この渦流室の一方であ
   って、前記制御流体に混合される位置に設けた燃焼用空
   気の流入口と、前記渦流室において旋回が与えられた空
   気を流出する流出口とからなる渦型流量制御弁によって
   構成したことを特徴とするガスタービン。