JP2777531B2 - ガスタービンの噴霧空気供給方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの噴霧空気
供給方法およびその装置に係り、特に燃料として気体燃
料と液体燃料とが用いられ、両燃料が切り替えられて運
転される二重燃料炊きガスタービンの噴霧空気供給方法
およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種二重燃料炊きのガスタービンは、
燃料系統として気体燃料系統および液体燃料系統を備
え、そして液体燃料系統には噴霧空気系統を備えてお
り、気体燃料系統と液体燃料系統が運転状態に応じて切
り替えられるように形成されている。

【０００３】図６には、従来一般に採用されているこの
種ガスタービンの燃料系統および噴霧空気系統が線図で
示されている。図中符号６が燃焼器の燃焼室であり、こ
の燃焼室には、気体燃料、液体燃料および噴霧空気が噴
射されるノズル５が設けられている。

【０００４】勿論、このノズル５は、気体燃料系統Ａ、
液体燃料系統Ｂおよび噴霧空気系統Ｃに結合されてい
る。

【０００５】気体燃料系統Ａは、燃料ガス遮断弁２、流
量調整弁３および燃料ガスマニホール４を備えており、
そして燃料ガス（気体燃料）１は、燃料ガス遮断弁２お
よび流量調整弁３によりその流量が調整され、その後、
燃料ガスマニホール４により分岐され各燃焼器のノズル
５に供給される。

【０００６】液体燃料系統Ｂは、燃料油遮断弁８、燃料
油ポンプ９、フィルタ１０および燃料油マニホールド１
１、逆止弁１２を備えており、液体燃料にて運転中、燃
料油（液体燃料）７は、燃料油ポンプ９にて昇圧され、
フィルタ１０にて除塵されて燃料油マニホールド１１お
よび逆止弁１２を介してノズル５に供給される。

【０００７】一方、噴霧空気系統Ｃは、液体燃料にて運
転されているときに作動し、次のように構成されてい
る。すなわち空気冷却器１４と噴霧空気圧縮機１５が直
列に結合され、この両者にバイパス弁１８を有するバイ
パス回路Ｃ１が並列に設けられている。

【０００８】さらに、噴霧空気圧縮機１５の下流側に
は、噴霧空気マニホールド１６が設けられ、またバイパ
ス弁１８には、このバイパス弁を作動させるバイパス駆
動系統Ｃ２が設けられている。

【０００９】そして、液体燃料で運転されているときの
噴霧空気１３は、次のようにしてノズル５に供給され
る。すなわち、ガスタービン圧縮機（図示なし）にて昇
圧されている大気空気の一部が、空気冷却器１４で冷却
され、その後噴霧空気圧縮機１５でさらに昇圧され、こ
の昇圧された空気が燃料油マニホールド１６を介してノ
ズル５に供給され燃焼室６に噴射される。

【００１０】尚、この場合噴霧空気中に含まれる水分や
ごみによるエロージョンを防ぐため、この噴霧空気系統
Ｃには、ドレン１７ａやベント１７ｂが設けられ、大気
に放出されるように形成されている。

【００１１】燃料ガスにて運転中においては、噴霧空気
１３は不要であり、このときには噴霧空気圧縮機１５に
並列に設けられているバイパス弁１８を開き、噴霧空気
圧を低下させ、燃料ガスの燃焼状態に影響を及ぼさない
ようにしている。

【００１２】バイパス弁１８の開閉は、制御空気１９で
電磁弁２０をオン、オフすることにより行なわれる。

【００１３】図７には、燃料ノズル５の代表的な構造例
が示されている。燃料ノズルは、燃料油接続口３１およ
び燃料油噴射口３２、噴霧空気接続口３３および噴霧空
気噴射口３４、燃料ガス接続口３５および燃料ガス噴射
口３６から構成されており、各流体は各噴射口から燃焼
室６内に噴射される。

【００１４】尚、燃料油は、噴霧空気噴射口３４からの
噴霧空気により噴霧化され、燃焼室内で燃焼する。この
場合、当然のことながら噴霧空気圧がなくなると、すな
わち噴霧空気圧が燃料油圧より低くなると燃料油は噴霧
空気系統側に逆流することになる。

【００１５】図６に戻り、噴霧空気系統に設けられてい
る噴霧空気圧縮機１５は、ガスタービンの軸に接続され
た補機駆動歯車２１を介して駆動される。補機駆動歯車
２１と噴霧空気圧縮機１５との間にはクイール軸２２が
設けられており、異常トルク時はクイール軸２２を切損
させることで補機駆動歯車２１の損傷を防止するように
している。

【００１６】尚、クイール軸２２が切損した場合のガス
タービンの運転制御は、噴霧空気圧縮機１５の出入り口
差圧を異常検出しておき、噴霧空気圧縮機１５の作動中
は噴霧空気圧縮機１５の出口圧力が、噴霧空気圧縮機１
５の入り口より高く、噴霧空気圧縮機１５の出入り口差
圧は計画値となっているのに対し、クイール軸２２が切
損した場合噴霧空気圧縮機１５が停止し、噴霧空気圧縮
機１５の出口圧力が低下し、噴霧空気圧縮機１５の出入
り口差圧が低下する。

【００１７】噴霧空気圧縮機１５の出入り口差圧が、予
め設定した差圧値より低下した場合警報が発生し、運転
者に噴霧空気圧縮機１５の異常を知らせる構成となって
いる。

【００１８】運転者はこの噴霧空気圧縮機１５の出入り
口差圧低下の警報発生により噴霧空気圧縮機１５異常を
認識し、ガスタービンの停止操作を行うことになる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】異常時、運転者はガス
タービンの停止操作を行うわけであるが、この場合、停
止操作を行った後、ガスタービン用燃料油の供給が停止
するまで数分から数十分を要し、その間ガスタービン用
燃料油は供給され続けることになる。このため、燃料ノ
ズルでの噴霧空気圧が無くなった噴霧空気供給配管に、
燃料油が多量に逆流してしまう。

【００２０】このように従来においては、液体燃料運転
中、噴霧空気圧縮機のクイール軸２２が切損した場合、
燃料ノズルでの噴霧空気圧が無くなるため燃料油が噴霧
空気側に逆流し、さらに噴霧空気系統に設けられたベン
トやドレン穴から外部に流出し、火災の恐れや環境汚染
となる嫌いがあった。

【００２１】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、噴霧空気圧縮機に異常が発生して
も、燃料油が噴霧空気側に逆流することの無い、すなわ
ちベントやドレン穴から外部に流出し、火災の発生や環
境を汚染することの無いこの種ガスタービンの噴霧空気
供給方法およびその装置を提供するにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、噴霧
空気系統に、噴霧空気圧縮機の異常動作時に噴霧バイパ
ス弁を開動作させる制御装置を設けるようになし、すな
わち噴霧空気圧縮機の下流側に、ガスタービン圧縮機か
らの空気を供給するようになし所期の目的を達成するよ
うにしたものである。

【００２３】

【作用】すなわちこのように形成された噴霧空気供給装
置であると、噴霧空気圧縮機の異常動作時には、ガスタ
ービン圧縮機の圧縮空気が、速やかにノズル部に供給さ
れるので、噴霧空気系統部はガスタービン圧縮機の圧縮
空気の圧力に保たれ、燃料油がノズルを介して噴霧空気
側に逆流することは無く、したがって噴霧空気圧縮機に
異常が生じても、燃料油が空気供給系統のベントやドレ
ン穴から外部に流出し、火災の発生や環境を汚染する恐
れは無くなるのである。

【００２４】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１にはその噴霧空気供給装置の系統が線
図で示されている。

【００２５】ガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮
する噴霧空気圧縮機１５は、クイール軸２２を介して補
機駆動歯車２１により駆動されるように形成されてお
り、またこの噴霧空気圧縮機１５には、噴霧空気圧縮機
１５の回転を検知する回転検知器４１が設けられてい
る。

【００２６】燃料油で運転中においては、噴霧空気バイ
パス弁１８は閉じられており、この状態で噴霧空気１３
は、噴霧空気冷却器１４で冷却され、噴霧空気圧縮機１
５により昇圧され噴霧空気マニホールド１６に供給され
る。

【００２７】噴霧空気マニホールド１６に供給された噴
霧空気は、燃料ノズル５に供給され、燃料油の噴霧用空
気として、また燃焼用空気の一部として用いられる。

【００２８】このように形成されている噴霧空気供給装
置において、燃料油で運転中、噴霧空気圧縮機１５のク
イール軸２２が切損すると、補機駆動歯車２１から噴霧
空気圧縮機１５への動力の伝導がなくなり、噴霧空気圧
縮機１５の回転数が低下する。

【００２９】尚、この補機駆動歯車２１は、ガスタービ
ンロータの回転力を補機に伝える装置で、補機である噴
霧空気圧縮機１５の故障により過大な力がガスタービン
ロータにかからない様このクイール軸２２が設けられて
いる。すなわち補機である噴霧空気圧縮機１５の故障で
ガスタービンロータが影響を受けないように形成されて
いる。

【００３０】クイール軸２２の切損により噴霧空気圧縮
機１５の速度が定格速度から低下すると、回転検知器４
１でその低下が検出され、制御装置５０により噴霧空気
バイパス弁用電磁弁２０を動作させ、制御空気で噴霧空
気バイパス弁１８を開き、ガスタービン圧縮機の吐出空
気を燃料ノズル５に供給する。

【００３１】この噴霧空気バイパス弁１８の開口は、噴
霧空気バイパス弁用電磁弁２０が励磁されて噴霧空気バ
イパス弁用電磁弁が開けられ、制御空気１９が噴霧空気
バイパス弁１８に供給されることにより行われる。

【００３２】噴霧空気圧縮機１５の回転数低下の設定速
度は、実験の結果では、定格速度の９０％程度としてお
くのが望ましく、噴霧空気圧縮機１５が停止する前に噴
霧空気バイパス弁１８の開動作を始めさせると良好であ
る。

【００３３】図２はクイール軸２２の切損時の緊急バイ
パス弁のインターロックのフロー図で、ガスタービンが
燃料油で運転されているときに、クイール軸が切損し噴
霧空気圧縮機１５の回転数が低下したことを検知した場
合、噴霧空気バイパス弁用電磁弁２０が励磁され、制御
空気で噴霧空気バイパス弁１８を開動作される。

【００３４】またガスタービンの遮断は噴霧空気バイパ
ス弁１８の動作時間（通常数秒）遅く遮断させ、燃料ノ
ズルでの噴霧空気圧を確立させてからタービンを遮断さ
せる。

【００３５】尚、以上の説明ではクイール軸２２の切損
検出に際し、噴霧空気圧縮機１５の回転数を検出するよ
うに説明してきたが、常にこのようにしなければならな
いわけではなく、例えば噴霧空気圧縮機１５の空気圧力
を検出するようにしても良いであろう。

【００３６】図３には、その空気圧力を検出するように
した場合の例が示されている。すなわち噴霧空気圧縮機
１５に、その空気吸込側と吐出側の圧力を検出する差圧
検出器４２を設け、噴霧空気圧縮機１５の回転数が低下
すると、噴霧空気圧縮機１５の吸込側と吐出側間の差圧
が低下するので、予め設定した値以下になったらクイー
ル軸の切損信号を発し、制御装置５０により噴霧空気バ
イパス弁用電磁弁２０を励磁し、制御空気で噴霧空気バ
イパス弁１８を開動作させるのである。

【００３７】さらにまた、図４に示すように噴霧空気圧
縮機１５の空気吐出側に、圧力検知器４３を設け、この
圧力検知器４３の圧力低下により、クイール軸２２の切
損信号を発するようにしても良いであろう。

【００３８】図５は、噴霧空気バイパス弁用電磁弁２
０、噴霧空気バイパス弁１８、噴霧空気圧縮機１５の運
転状態、ガスタービンの運転状態、噴霧空気圧力、燃料
油圧力の夫々を、時間軸を横軸にとり、時間経過に対し
各々の挙動の関係を示したものである。

【００３９】クイール軸が切損すると、噴霧空気圧縮機
１５の回転数が低下しはじめ、噴霧空気圧力が低下しは
じめる。

【００４０】噴霧空気圧縮機１５の回転数が、定格回転
数の９０％に至ると噴霧空気バイパス弁用電磁弁２０を
励磁し、噴霧空気バイパス弁用電磁弁２０の開動作が開
始する。噴霧空気バイパス弁用電磁弁２０の開動作が開
始すると、極僅かの時間差の後、噴霧空気バイパス弁１
８の開動作が開始する。

【００４１】噴霧空気バイパス弁１８が開く為、噴霧空
気圧縮機１５が停止に至っても、すなわち吐出空気がゼ
ロであっても、噴霧空気圧力は燃料油圧力より高い値を
保持できる。

【００４２】勿論この場合、噴霧空気バイパス弁１８よ
り供給される圧縮空気は、ガスタービン圧縮機から供給
されるので、噴霧空気圧力が燃料油圧力よりも高い値を
保持できてから、ガスタービンの遮断信号を発生し、ガ
スタービンを停止するようにすると良い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、噴霧
空気系統に、噴霧空気圧縮機の異常動作時に噴霧バイパ
ス弁を開動作させる制御装置を設けるようになしたか
ら、噴霧空気圧縮機の異常動作時には、ガスタービン圧
縮機の圧縮空気が、速やかにノズル部に供給されるの
で、液体燃料（燃料油）がノズルを介して噴霧空気側に
逆流することは無くなり、したがって噴霧空気圧縮機に
異常が生じても、液体燃料が空気供給系統外に流出する
ことはなく、火災の発生や環境を汚染することの無いこ
の種ガスタービンの噴霧空気供給装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ガスタービンの噴霧空気供給装置の一実
施例を示す系統線図である。

【図２】本発明ガスタービンの噴霧空気供給装置の緊急
バイパス弁のインターロック系統のフロー図である。

【図３】本発明ガスタービンの噴霧空気供給装置の他の
実施例を示す系統線図である。

【図４】本発明ガスタービンの噴霧空気供給装置の他の
実施例を示す系統線図である。

【図５】本発明の噴霧空気供給装置の作動と時間との関
係を示す図である。

【図６】従来のガスタービンの噴霧空気供給装置を示す
系統線図である。

【図７】噴霧空気供給装置に用いられるノズルを示す縦
断側面図である。

【符号の説明】

１…気体燃料（燃料ガス）、５…ノズル、６…燃焼器、
７…液体燃料（燃料油）、１３…噴霧空気、１５…噴霧
空気圧縮機、１８…噴霧空気バイパス弁、２２…クイー
ル軸。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02C 7/22 F02C 6/08 F02C 9/40

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体燃料と液体燃料とが切り替えられて
   運転され、かつ燃焼用噴霧空気の供給系統に、液体燃料
   燃焼時にガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮して
   供給する噴霧空気圧縮機を備えたガスタービンの噴霧空
   気供給装置において、 前記噴霧空気圧縮機の異常動作時に、噴霧空気圧縮機の
   下流側に、ガスタービン圧縮機からの空気を供給するよ
   うにしたことを特徴とするガスタービンの噴霧空気供給
   方法。
2. 【請求項２】 気体燃料と液体燃料とが切り替えられて
   運転され、かつ燃焼用噴霧空気の供給系統に、液体燃料
   燃焼時にガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮する
   噴霧空気圧縮機と該噴霧空気圧縮機に並列に結合され、
   液体燃料燃焼時には閉動作、気体燃料燃焼時には開動作
   するバイパス弁を備えたガスタービンの噴霧空気供給装
   置において、 前記噴霧空気圧縮機の異常動作時に、前記バイパス弁を
   介して前記燃焼用噴霧空気供給系統のノズルに、ガスタ
   ービン圧縮機からの空気を供給するようにしたことを特
   徴とするガスタービンの噴霧空気供給方法。
3. 【請求項３】 気体燃料と液体燃料とが切り替えられて
   運転され、かつ燃焼用噴霧空気の供給系統に、液体燃料
   燃焼時にガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮する
   噴霧空気圧縮機を備えたガスタービンの噴霧空気供給装
   置において、 前記燃焼用噴霧空気の供給系統に、前記噴霧空気圧縮機
   の異常動作時に前記ガスタービン圧縮機からの空気を噴
   霧空気圧縮機の下流側に供給する空気供給回路を設けた
   ことを特徴とするガスタービンの噴霧空気供給装置。
4. 【請求項４】 気体燃料と液体燃料とが切り替えられて
   運転され、かつ燃焼用噴霧空気の供給系統に、液体燃料
   燃焼時にガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮する
   噴霧空気圧縮機と該噴霧空気圧縮機に並列に結合され、
   液体燃料燃焼時には閉動作、気体燃料燃焼時には開動作
   するバイパス回路を備えたガスタービンの噴霧空気供給
   装置において、 前記燃焼用噴霧空気の供給系統に、前記噴霧空気圧縮機
   の異常動作時に前記バイパス回路を開動作させる制御装
   置を設けたことを特徴とするガスタービンの噴霧空気供
   給装置。
5. 【請求項５】 気体燃料と液体燃料とが切り替えられて
   運転され、かつ燃焼用噴霧空気の供給系統に、液体燃料
   燃焼時にガスタービン圧縮機からの空気を更に圧縮する
   噴霧空気圧縮機と該噴霧空気圧縮機に並列に結合され、
   液体燃料燃焼時には閉動作、気体燃料燃焼時には開動作
   するバイパス弁を備えたガスタービンの噴霧空気供給装
   置において、 前記燃焼用噴霧空気の供給系統に、前記噴霧空気圧縮機
   の異常動作時に前記バイパス弁を開動作させる制御装置
   を設けたことを特徴とするガスタービンの噴霧空気供給
   装置。