JP2011145059A

JP2011145059A - ガス・タービン尾筒空気迂回路バンド・アセンブリ

Info

Publication number: JP2011145059A
Application number: JP2011005373A
Authority: JP
Inventors: Almaz Valeev; アルマズ・ヴァリーフ; Sergey Anatolievich Meshkov; セルゲイ・アナトリエヴィッチ・メシュコフ; Leonid Ginessin; レオニド・ギネッシン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2011-07-28
Also published as: CH702554A2; RU2010101978A; CN102128088A; US20110173984A1; DE102010061627A1

Abstract

【課題】特定のガス・タービン動作条件の間に、過剰な圧縮機吐出空気を迂回させる。
【解決手段】ガス・タービン（１０）の尾筒（１４）が開口部（２６）を内部に有し、空気の流れ（２８）が開口部（２６）を通過することができる。バンド（２０）が少なくとも２つの位置の間で移動可能であり、少なくとも２つの位置のうち第１の位置は、開口部（２６）が閉じて空気の流れ（２８）が開口部（２６）を通って流れることがない閉位置であり、少なくとも２つの位置のうち第２の位置は、開口部（２６）が開いて空気の流れ（２８）が開口部（２６）を通って流れることができる開位置である。空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）はさらに、バンド（２０）を少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズム（２２）を備えている。
【選択図】図２

Description

本明細書で開示する主題は、ガス・タービン燃焼器に関し、より詳細には、特定のガス・タービン動作条件の間に、過剰な圧縮機吐出空気を迂回させることができるガス・タービン尾筒空気迂回路バンド・アセンブリに関する。

ガス・タービンは、燃焼器出口温度を下げることができる量に関して、ガス・タービンから発生する一酸化炭素（ＣＯ）の許容レベルによって、多少限定される可能性がある。通常、燃焼器出口温度は、ガス・タービンがＣＯ排出の許容レベルを確実に超えないように、比較的高い値に留まっている。燃焼器出口温度を、比較的低いＣＯ排出レベルに留まるように十分高い値に保つためには、需要家が消費している燃料が「オン・ライン」状態に留まることが、すなわち電力供給網と同期していることが必要である。個々の燃焼筒内でのＣＯ発生に対する主な要因が軽減されれば、ガス・タービン需要家は、ガス・タービンに対する負荷をさらに小さくすることができ、したがって電力需要が減る期間の間の燃料消費量を減らすことができるであろう。これは、電力需要が減る期間の間にガス・タービンを停止して後で需要が戻ったときにガス・タービンを再びオンさせる方法に取って代わることができる。この頻繁にガス・タービンをオン・オフさせる方法は、ガス・タービンの信頼性を低下させる場合がある。

既存のターンダウン領域では、ガス・タービンは依然として、電気を所望の周波数で発生させるのに必要な速度で動作しており、燃焼器に対する燃料および空気の流量を小さくして燃焼器内で発生する燃焼ガスの量を減らすことによって、ガス・タービンが発生させるパワーを抑えている。しかし典型的な圧縮機の動作領域では、空気流を小さくしても良い程度が限定されているため、比較的好ましい燃空比を保ちながら燃料流を小さくしても良い程度が限られている。燃空比が比較的好ましい位置にあるときには、燃焼器排出は比較的低く、燃焼は安定している。過剰空気を尾筒（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｐｉｅｃｅ）開口部を通して迂回させれば、燃焼プロセスが行なわれているときに好ましい燃空比を燃焼器先端部において実現することによって、ＣＯ排出を低くすることができる。

したがって、特定のガス・タービン動作条件の間に、過剰な圧縮機吐出空気を迂回させることができるガス・タービン尾筒空気迂回路バンド・アセンブリが望まれる。

本発明の一態様によれば、空気迂回路バンド・アセンブリが、ガス・タービンの尾筒であって、少なくとも１つの開口部を内部に有し、空気の流れが少なくとも１つの開口部を通過することができる尾筒を備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはまた、少なくとも２つの位置の間で移動可能なバンドであって、少なくとも２つの位置のうち第１の位置は、少なくとも１つの開口部が閉じて空気の流れが少なくとも１つの開口部を通って流れることがない閉位置であり、少なくとも２つの位置のうち第２の位置は、少なくとも１つの開口部が開いて空気の流れが少なくとも１つの開口部を通って流れることができる開位置である、バンドを備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはさらに、バンドを少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズムを備えている。

本発明の別の態様によれば、ガス・タービンの空気迂回路バンド・アセンブリ部分は、尾筒であって、複数の開口部を内部に有して、空気の流れが複数の開口部を選択的に通過することができる尾筒を備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはまた、少なくとも２つの位置の間で移動可能なバンドであって、少なくとも２つの位置のうち第１の位置は、複数の開口部が閉じて空気の流れが複数の開口部を通って流れることがない閉位置であり、少なくとも２つの位置のうち第２の位置は、複数の開口部が開いて空気の流れが複数の開口部を通って流れることができる開位置である、バンドを備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはさらに、バンドを少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズムを備えている。

本発明のさらに別の態様によれば、空気迂回路バンド・アセンブリは、ガス・タービンの尾筒であって、少なくとも１つの開口部を内部に有し、空気の流れが少なくとも１つの開口部を通過することができる尾筒を備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはまた、尾筒の少なくとも一部の周りに半径方向に配置されたバンドであって、少なくとも２つの位置の間で移動可能であり、少なくとも２つの位置のうち第１の位置は、少なくとも１つの開口部が閉じて空気の流れが少なくとも１つの開口部を通って流れることがない閉位置であり、少なくとも２つの位置のうち第２の位置は、少なくとも１つの開口部が開いて空気の流れが少なくとも１つの開口部を通って流れることができる開位置である、バンドを備えている。空気迂回路バンド・アセンブリはさらに、バンドを少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズムを備えている。

これらおよび他の優位性および特徴は、以下の説明とともに図面からより明らかとなる。

主題は、本発明とみなされるものであるが、特に明細書の終わりの請求項において指摘され明瞭に請求される。本発明の前述および他の特徴および優位性は、以下の詳細な説明とともに添付図面から明らかである。

本発明の空気迂回路バンド・アセンブリの実施形態を配置しても良いガス・タービンの燃焼器および尾筒部分の断面図である。本発明の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリが内部に配置された図１の尾筒の前方端部を、明瞭にするためにマニフォールド・カバーを取り外した状態で示す斜視図である。開位置に示す図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリの斜視図である。閉位置に示す図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリの斜視図である。開位置に示す図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリの断面図である。閉位置に示す図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリの断面図である。

詳細な説明では、本発明の実施形態とともに優位性および特徴を一例として図面を参照して説明する。

図１に示すガス・タービン１０は、以下に詳細に説明するように本発明の空気迂回路バンド・アセンブリ１６の実施形態を配置しても良い燃焼器１２および尾筒１４を有している。ガス・タービン１０は、たとえば、電気を発生させるために地上で用いるものでも良いが、このように限定されるわけではない。すなわち、ガス・タービンのタービン部分を、電気を発生させるために発電機に接続しても良い。尾筒１４は通常、燃焼器１２の下流でタービンの上流（図示せず）に配置される。

図２に、図１の尾筒１４の前方端部１８を示す。図２にはまた、内部に配置された本発明の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６の一部を、明瞭にするために迂回路マニフォールド・カバー２４（図１、３〜６）を取り外した状態で示す。本発明の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６は、柔軟性バンド２０と、バンド２０を少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズム２２とを備えている。２つの位置はたとえば、尾筒１４に配置される複数の空気迂回路開口部（たとえば、円形）または孔２６（図３〜６）に対して開および閉位置である。バンド２０は、可撓性材料（たとえば、その弾性を比較的高温において保持するニッケル合金など）を含んでいても良い。

図３および５には、図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６が、複数の空気迂回路開口部２６がバンド２０に覆われていない開位置にある（すなわち、バンド２０が、メカニズム１６によって与えられる「緩い」または緩められた位置にある）状態を示す。このような開位置では、図５の矢印２８を伴うラインが示す迂回空気の流れ（ガス・タービン１０の圧縮機またはガス・タービン１０内の何らかの他の空気源から出る吐出空気としてもたらされる場合がある）は、尾筒１４を囲む前方リング３２の空洞３０内を流れる。迂回空気２８の流れは次に、尾筒前方リング３２に配置された複数の開口部２６を通って流れて、迂回路マニフォールド・カバー２４に隣接する迂回路マニフォールド空洞３４内に入る。１または複数のボルト３５を用いて、マニフォールド・カバー２４を前方リング３２上に保持しても良い。迂回空気２８の流れは次に、複数の浮動チューブ３６を通って流れて尾筒１４の内部部分３８に入る。浮動チューブ３６は、迂回路マニフォールド（空洞）３４を尾筒１４の内部空洞部分３８と接続している。

本発明の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６が開位置にある状態（図３および５に例示される）は通常、ガス・タービン１０を比較的「低い」部分負荷動作または領域で動作させることが求められるときに生じる。このように動作させると、過剰な量の空気の流れ２８を迂回させることができるため、燃焼器１２における燃料消費量が小さくなる。この開位置では、図３および５から分かるように、バンド２０は開口部２６から離れて上方に移動し、迂回路マニフォールド・カバー２４の半径方向外側の壁の内側に接するかまたは隣接する。

図４および６に、図２の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６が閉位置にある状態を示す。この閉位置では、複数の空気迂回路開口部２６がバンド２０によって覆われている（すなわち、バンド２０が、メカニズム１６によって与えられる「きつい」または閉位置にある）。こうして、空気の流れ２８は、迂回路マニフォールド・カバー２４と隣接する空洞３４を通って迂回されることはなく、尾筒前方リング３２内の空洞３０を通って流れる。本発明の実施形態の空気迂回路バンド・アセンブリ１６が閉位置にある状態（図４および６に例示される）は通常、ガス・タービン１０を比較的「高い」または「ベース」負荷動作または領域で動作させることが求められるときに生じる。この閉位置では、図４および６から分かるように、バンド２０は上方に移動して迂回路マニフォールド・カバー２４の半径方向内側の壁の内側に接するかまたは隣接して、開口部２６をふさぐ。こうして、空洞３４および３８における圧力は、比較的同じであるが、空洞３０内の圧力よりも低い。次に、メカニズム１６がバンド２０を緩め始めると、陽圧差が、バンド２０を開けて、バンド２０を迂回路マニフォールド・カバー２４の半径方向外側の壁の内側に押し付けるのに役立つ。

図１、３、および４に示した、バンド２０を前述の開および閉位置の間で半径方向に移動させるためのメカニズム１６は、一実施形態においては、一対のレバー４０、４２を備えていても良い。レバー４０、４２は、対応するギア４４、４６を介して、レバー４０、４２の一端において相互接続されている。各レバー４０、４２の他端は、シャックル４８、５０に接続していても良い。シャックル４８、５０は、バンド２０の対応する端部に、バンド２０を開閉するために接続していても良い。ギア４４、４６は、ベアリング５２、５４上で回転しても良い。メカニズム１６は少なくとも部分的に、箱形の装置５６によって密閉されていても良い。箱形の装置５６自体は、キャップ状の装置またはカバー５７（図３に想像図で示す）であっても良い。キャップまたはカバー５７は、迂回路マニフォールド・カバー２４の内側および外側の空気に対する障壁として機能する。

図１に示すように、メカニズム１６は、ロッド５８を介してギアボックス６０に接続していても良い。ギアボックス６０は、別のロッド６２を介して駆動部６４（たとえば、空気圧シリンダ６４など）に接続していても良い。しかし、他の好適な駆動部を用いても良い（たとえばモータ）。また他の好適なメカニズム１６を、バンド２０を開および閉位置の間で移動させるために用いても良い。たとえば、ギアを備えていないメカニズムである。用いるメカニズム１６は、前述したように、バンド２０を少なくとも２つの位置（すなわち、開および閉位置）の間で移動させることができれば十分である。さらに、バンド２０は、尾筒１４の全体の３６０度円周の約３００〜３４０度を構成していても良い。しかし、好適であると考えられるならば、他の角度量のバンド２０を用いても良い。

さらに、本発明の空気迂回路バンド・アセンブリ１６の実施形態は、尾筒１４の前方端部１８で用いるときは、尾筒前方リング３２を省いても良い。そして迂回空気２８の流れは、代わりに、何らかの他の好適な空洞または流路を通って流れても良い。

本発明の実施形態では、排出（たとえば、これらに限定されないが、ガス・タービン燃焼器（たとえば、個々の燃焼筒）における一酸化炭素（ＣＯ））の発生を減少させることができる。この結果、ガス・タービン負荷をさらに小さくすることができるため、電力需要が減る期間の間にガス・タービンによる燃料消費量を減らすことができ、コスト削減も増やすことができる。本発明の実施形態ではまた、尾筒開口部の比較的良好な密封能力が可能になるため、熱による伸びに対する感度がほとんどないかまったくなく、振動が原因の磨耗問題がほとんどないかまったくない。この理由は、空気迂回路バンドのわずかな膨張も、駆動部負荷およびバンド・バネ力によって補償されるからである。

本発明の空気迂回路バンド・アセンブリの実施形態を、本明細書において、ガス・タービンの尾筒の前方端部（すなわち、尾筒１４の前方リング３２）に配置されるとして説明および例示してきた。しかし、本発明の空気迂回路バンド・アセンブリの実施形態は、他のガス・タービン場所（たとえば、燃焼器先端部または燃焼器内筒（ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｌｉｎｅｒ）後部部分など）に配置しても良い。加えて、本発明の実施形態をガス・タービンにおいて、構成部品（たとえばタービン・ノズルおよびブレード）を通る冷却空気流を変調するために用いても良い。また本発明の実施形態を、低負荷領域の間に燃焼器出口温度プロファイルを「調整する」ために用いても良い。

本発明を限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるはずである。むしろ、これまで説明してはいないが本発明の趣旨および範囲に見合う任意の数の変形、変更、置換、または等価な配置を取り入れるように、本発明を変更することができる。さらに加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様には、説明した実施形態の一部のみが含まれる場合があることを理解されたい。したがって本発明は、前述の説明によって限定されると考えるべきではなく、添付の請求項の範囲のみによって限定される。

Claims

ガス・タービン（１０）の尾筒（１４）であって、少なくとも１つの開口部（２６）を内部に有し、空気の流れ（２８）が少なくとも１つの開口部（２６）を通過することができる尾筒（１４）と、
少なくとも２つの位置の間で移動可能なバンド（２０）であって、少なくとも２つの位置のうち第１の位置は、少なくとも１つの開口部（２６）が閉じて空気の流れ（２８）が少なくとも１つの開口部（２６）を通って流れることがない閉位置であり、少なくとも２つの位置のうち第２の位置は、少なくとも１つの開口部（２６）が開いて空気の流れ（２８）が少なくとも１つの開口部（２６）を通って流れることができる開位置である、バンド（２０）と、
バンド（２０）を少なくとも２つの位置の間で動かすメカニズム（２２）と、を備える空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
尾筒（１４）は複数の開口部（２６）を有し、空気の流れ（２８）が複数の開口部（２６）を通過することができる請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
少なくとも１つの開口部（２６）が、尾筒（１４）の前方端部（１８）、燃焼器内筒後方端部、または燃焼器先端部のうちの１つに配置される請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
空気の流れ（２８）は、尾筒（１４）と同じ場所に配置される前方リング（３２）の空洞（３０）を通って流れ、少なくとも１つの開口部（２６）は前方リング（３２）の表面内に配置される請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
バンド（２０）が開位置にあるときに、空気の流れ（２８）は、尾筒（１４）と同じ場所に配置される前方リング（３２）の空洞（３０）、前方リング（３２）の表面内に配置される少なくとも１つの開口部（２６）を通って流れ、空気の流れ（２８）はさらに、尾筒（１４）と同じ場所に配置される迂回路マニフォールド空洞（３４）内を流れ、空気の流れ（２８）はさらに、尾筒（１４）と同じ場所に配置される少なくとも１つの浮動チューブ（３６）を通って流れて尾筒（１４）内の開口部（２６）内に入る請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
バンド（２０）が閉位置にあるときに、空気の流れ（２８）は、尾筒（１４）と同じ場所に配置される前方リング（３２）の空洞（３０）を通って流れる請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。
メカニズム（２２）はさらに、駆動部（６４）と、一対のギア（４４、４６）と、一対のレバー（４０、４２）であって、それぞれギア（４４、４６）の１つと接続している一対のレバー（４０、４２）と、一対のシャックル（４８、５０）であって、レバー（４０、４２）の対応する一方およびバンド（２０）の対応する端部と接続している一対のシャックル（４８、５０）とを備え、駆動部（６４）によって、一対のギア（４４、４６）、一対のレバー（４０、４２）、および一対のシャックル（４８、５０）が、バンド（２０）を少なくとも２つの位置の間で動かす請求項１に記載の空気迂回路バンド・アセンブリ（１６）。