JP4509270B2 - 燃料送出し装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の背景】
この発明は全般的にタービン機関、更に具体的に言えば、タービン機関に対する燃料装置に関する。
【0002】
2種燃料タービン機関は典型的には、機関の運転中、蒸気と共にガス燃料及び液体燃料を利用する。予備混合ガス燃料及び蒸気ノズルは、生成物の条件が満たされる場合、最大の燃料流量状態の下で、燃料ノズル内の燃料圧力が許容し得る範囲内になるように構成されている。燃料ノズル内の燃料圧力をこの明細書では、場合によって燃料ノズル圧力と呼ぶことがある。
【0003】
最大燃料流量状態の間に燃料が許容し得る圧力を持つように燃料ノズルを設定すると、機関の始動状態で、機関の炎消えが起こることがある。即ち、比較的低い燃料流量の間、燃料ノズル先端に於ける許容し難い程低い燃料ノズル圧力の為に、燃料の燃焼に必要な炎が消滅する。
【0004】
ガス燃料及び液体燃料及び蒸気を用いて構成された2種燃料機関は、通常の機関の始動及び低動力状態の間、低下した運転性能を示すのが普通である。具体的に言うと、定常状態の燃料の流れる状態でも、主にガス燃料で運転されている間、燃料ノズル先端の圧力比が比較的低い場合、望ましくない炎消えが起こることがある。都合の悪いことに、機関の始動状態の間に燃料ノズル圧力を高くすると、機関の大部分の運転時間である最大燃料流量側の端で、運転上の問題を招くことがある。
【0005】
従って、通常の機関の始動及び運転状態の間の2種燃料機関の機能性を改善することが望ましい。更に、機関の始動時の機能性を改善することが、最大燃料流量状態に於ける機関の運転に悪影響を及ぼさないことが望ましい。
【0006】
【発明の簡単な要約】
上記並びにその他の目的は、少なくとも部分的に、ガス燃料で始動及び運転される様に構成された2種燃料タービン機関に燃料を送出す燃料送出し装置及び方法によって達成することが出来る。燃料送出し装置が、ガス燃料を送出す様に構成された少なくとも1つのガス燃料回路と、液体燃料を送出すように構成された少なくとも1つの液体燃料回路と、蒸気を送出すように構成された蒸気回路と、2種燃料ノズルとを有する。2種燃料ノズルが複数個の燃料入口、蒸気入口、燃料及び蒸気予備混合室及び燃料ノズル先端を有する。
【0007】
更に具体的に言うと、燃料送出し装置は、ガス燃料回路を液体燃料回路に接続する少なくとも1つの接続配管を有する。接続配管は、ガス燃料回路及び液体燃料回路と流れが連通している。機関の初期運転の間、ガス燃料の少なくとも一部分をガス燃料回路から少なくとも1つの液体燃料回路へ送出して、通常の機関の始動及び運転状態の間、燃料ノズル先端に於ける燃料圧力を高める。
【0008】
一旦機関が十分な長さの時間の間運転されたら、ボイラーが蒸気を発生し、この蒸気を利用して、燃料ノズル圧力を燃焼器の燃焼能力不足範囲より上方に高める。ガス燃料の流れを液体燃料回路からガス燃料回路に方向転換してノズルに送込む。ガス燃料パージを液体燃料回路から除き、その後液体燃料を液体燃料回路を通じて供給する。
【0009】
液体及びガス燃料回路を組合せて使うことにより、蒸気を利用出来ないときでも、タービン機関の運転が出来る。この装置は、圧力が比較的低い定常状態の燃料の流れの状態でも、機関の運転時間の大部分に互る最大の流れの状態でも、動作し得る。
【0010】
【発明の詳しい説明】
図1は、燃焼器(図に示していない)を含むタービン機関(図に示していない)に対する燃料送出し装置100を示す。機関の始動段階の間、燃料送出し装置100がガス計量弁102を利用して、燃焼器で使う為に、測定された量のガス燃料103がガス燃料回路104に入ることが出来るようにする。ガス燃料回路104は少なくとも1つのガス締切り弁106及び少なくとも1つのガス燃料配管108を有する。ノズル110が、ガス燃料回路104と流体の流れが連通するガス燃料入口112を持っている。1実施例では、ノズル110は2種燃料及び蒸気ノズルである。
【0011】
更に燃料送出し装置100が、ガス燃料回路104と流体の流れが連通する第1の接続配管114及び第2の接続配管116を持っている。第1の接続配管114は1次液体燃料回路118とも流体の流れが連通しており、第2の接続配管116は2次液体燃料回路120とも流体の流れが連通している。通常の機関の始動及び運転状態の間、ガス燃料をガス燃料回路104から1次液体燃料回路118、2次液体燃料回路120又はその両方に方向転換することが出来る。
【0012】
液体燃料が液体流れ分割器122を通して、1次液体燃料回路118及び2次液体燃料回路120に供給される。1次液体燃料回路118は少なくとも1つの第1の液体燃料配管、即ち、1次液体燃料配管124を含み、2次液体燃料回路120は少なくとも1つの第2の液体燃料配管、即ち、2次液体燃料配管126を含む。ノズル110が、夫々1次液体燃料回路118及び2次液体燃料回路120と流体の流れが連通している液体燃料1次入口128及び液体燃料2次入口130を持っている。
【0013】
蒸気131が発生され、蒸気回路132を介して燃料送出し装置100へ供給される。蒸気回路132は蒸気締切り弁134、蒸気計量弁136及び蒸気配管138を含む。ノズル110は蒸気回路132と流体の流れが連通している蒸気入口140を持っている。
【0014】
機関の始動の時、ガス燃料がガス燃料配管108から第1の接続配管114を介して1次液体燃料配管124に方向転換される。ガス燃料は、ガス燃料配管108から第2の接続配管116を介して2次液体燃料配管126に方向転換することも出来る。ガス燃料切換え弁141が第1の接続配管114及び第2の接続配管116にガス燃料を差し向ける。例えば、ガス燃料切換え弁141が開いているとき、ガス燃料が主にガス燃料配管108を流れ、ガス燃料切換え弁141が閉じているとき、ガス燃料が主に燃料配管124及び126を流れる。
【0015】
燃料送出し装置100は、液体流れ分割器122に接続された計量全液体燃料源142を利用して、タービン燃焼器に液体燃料を供給する。機関がガス燃料で始動することが出来なければならないとすると、機関の始動のとき、計量された全量のガス燃料が、1次液体燃料回路118、2次液体燃料回路120、ガス燃料回路104又は回路のある組合せを通じて、燃焼器に噴射される。
【0016】
計量された全量のガスが機関に噴射され、燃焼が起こり、機関の炎及び熱が発生される。1実施例では、所要の初期燃料圧力が、液体燃料1次入口128及び液体燃料2次入口130の組合せを通じて燃焼器に供給されるガス燃料によって発生される。液体燃料入口128及び130はガス入口112よりも小さく、ガス燃料がガス燃料入口112だけを通じて供給される場合より、ガス燃料が一層高い圧力で供給されることが出来るようにしている。
【0017】
機関が蒸気を発生するボイラー(図に示していない)を含む。ボイラーが蒸気回路132と流体の流れが連通している。蒸気が蒸気回路132を流れ、ノズル110内の燃料圧力を高める。蒸気圧力が予定の値に達すると、ガス燃料が1次液体燃料配管124及び2次液体燃料配管126からパージされ、ガス配管108に方向転換されて戻され、そこでガス入口112を通じてノズル110に入る。この後、ガス燃料は、第1の接続配管114及び第2の接続配管116に最小流量レベル(パージ)で流れる。
【0018】
液体燃料が液体流れ分割器122を介して1次液体燃料回路118及び2次液体燃料回路120に供給される。液体及びガス燃料が、蒸気と組合わさって、燃焼器に供給される。ノズルを通るガス燃料及び蒸気の混合物の圧力は、機関の運転中、炎消えを防止するのに十分である。機関は、燃料ノズル圧力を高める為に蒸気を利用することが出来ないとき、ガス及び液体燃料回路又はある組合せを通じて運転することが出来る。
【0019】
図2は、2種燃料及び蒸気ノズル200の1実施例を示す。ノズル200は、例えば装置100と関連して(即ち、ノズル110として)使うことが出来る。ノズル200がガス燃料入口202、液体燃料1次入口204、及び液体燃料2次入口206を有する。ガス燃料入口202は液体燃料1次入口204及び液体燃料2次入口206より大きい。液体燃料入口204及び206の寸法が小さいことにより、入口204及び206を流れるときのガス燃料の圧力が高くなる。この高くなった圧力により、燃料流量が小さいときの燃料ノズルを通る許容し難い圧力の為に機関の炎消えが起こる確率を小さくしながら、機関が最初はガス燃料で運転されることが出来るようにする。
【0020】
ノズル200が蒸気入口208、予備混合室210及び燃料ノズル先端212をも持っている。1実施例では、予備混合室210は入口202及び208と一体であって、それらに共通である。ノズル200はインコネル合金で製造される。
【0021】
通常ガス燃料がガス燃料入口202を流れる。しかし、通常の機関始動順序又は低運転範囲の間、2種燃料及び蒸気タービン機関では運転の制限が生ずることがある。1実施例では、機関の初期運転の間、ガス燃料が液体燃料1次入口204及び液体燃料2次入口206を流れる。
【0022】
更にタービン機関は、機関の運転中、蒸気を発生するボイラーをも含む。一旦蒸気が発生されると、蒸気が蒸気入口208を流れ、燃料及び蒸気予備混合室210に入る。蒸気が燃料圧力を、燃料ノズル先端212に於けるノズル200内の許容し得る範囲まで高める。その後、ガス燃料がガス燃料入口202に戻され、液体燃料がパージの為に、液体燃料1次入口204及び液体燃料2次入口206を流れる。
【0023】
燃料送出し装置は現存のタービン機関の燃料及び蒸気回路を利用して、タービン機関の初期運転をする。1実施例では、ガス燃料がガス燃料配管から液体燃料配管の組合せに配送され、初期燃料圧力を達成すると共に、蒸気が発生されるまで、タービン機関を運転する。その結果、ガス燃料をガス燃料配管に方向転換して戻すことが出来、燃料ノズル圧力を高める為に蒸気を利用することが出来なくても、タービン機関をガス及び液体燃料回路又はある組合せを通じて運転することが出来る。
【0024】
この発明の種々の実施例についてこれまで説明したところから、この発明の目的が達成されたことは明らかである。この発明を詳しく説明し、図面に示したが、これは例であって、実施例に過ぎず、この発明を制約するものと解してはならないことを明確に承知されたい。従って、この発明の範囲は特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料送出し装置の略図。
【図2】2種燃料及び蒸気ノズルの断面図。
Claims (8)
- 機関の初期運転の間は第1の燃料(103)を、そして一旦機関が予定の長さの時間の間運転されたら、第2の燃料(142)をタービン機関に送出すように構成された少なくとも1つの燃料配管(108)と、
前記燃料配管(108)と流体が連通する燃料ノズル(200)と、
を有し、
前記燃料ノズル(200)は共通の予備混合部分(210)を備え、前記共通の予備混合部分(210)は、複数の液体燃料回路(118、120)と流れ連通するよう接続された少なくとも一つのガス燃料回路(104)及び少なくとも一つの蒸気回路(132)と流れ連通して、前記燃料ノズルに供給された蒸気とガス燃料とが予備混合され、
前記蒸気回路は、蒸気計量弁(136)又は締切り弁(134)の少なくとも一方を持つ蒸気配管(138)を備え、前記蒸気配管(138)が蒸気を前記燃料ノズル(200)を介して前記タービンに蒸気を供給し、
前記燃料ノズルは、前記ガス燃料回路と流れ連通するガス燃料入口(202)と、前記液体燃料回路(118、120)と流れ連通し、前記ガス燃料入口(202)より寸法が小さい液体燃料回路入口(204、206)とを備え、前記初期運転の間は前記ガス燃料が前記液体燃料入口を流れる
ことを特徴とするタービン機関の燃料送出し装置(100)。 - 前記燃料ノズルが、複数個の液体燃料入口(204、206)を有する請求項1記載の燃料送出し装置。
- 前記ガス燃料が前記ガス燃料入口(202)を流れるように戻され前記液体燃料が前記液体燃料入口(204、206)を流れるようにするための、第1の蒸気の圧力が定められており、
前記蒸気(131)が前記第1の蒸気の圧力まで高まった後に、前記ガス燃料が前記ガス燃料入口(202)を流れるように戻され、前記液体燃料が前記液体燃料入口(204、206)を流れるようにされる
ことを特徴とする請求項1記載の燃料送出し装置(100)。 - 前記ガス燃料回路(104)が前記ガス燃料入口(112、202)に接続されたガス燃料配管を有する、請求項3記載の燃料送出し装置(100)。
- 前記少なくとも1つの液体燃料入口(204)は第1の液体燃料入口(128)及び第2の液体燃料入口(130)を含み、
前記複数の液体燃料回路が前記第1の液体燃料入口(128)に接続された第1の液体燃料配管(124)と前記第2の液体燃料入口(130)に接続された第2の液体燃料配管(126)とを有し、
前記ガス燃料配管(108)が前記第1の液体燃料配管及び前記第2の液体燃料配管より大きい、請求項4記載の燃料送出し装置(100)。 - 前記ガス燃料配管(108)を前記第1の液体燃料配管(124)に接続する第1の接続配管(114)と、前記ガス燃料配管(108)を前記第2の液体燃料配管(126)に接続する第2の接続配管(116)と、蒸気配管(138)と流れが連通するボイラーとを有し、
前記ノズル(200)は更に蒸気入口(140、208)を含み、前記蒸気配管(138)は蒸気を前記蒸気入口(140、208)を介して前記共通の予備混合部分(210)に供給するように構成されている請求項5記載の燃料送出し装置(100)。 - ガス燃料を前記ガス燃料入口を介して前記共通の予備混合部分(210)に供給するための、予備混合部分内の第2の圧力が定められており、
前記共通の予備混合部分内が前記第2の圧力に達した後にガス燃料を前記ガス燃料入口を介して前記共通の予備混合部分(210)に供給するように構成されている請求項6記載の燃料送出し装置(100)。 - 前記第1の液体燃料配管及び前記第2の液体燃料配管から前記第1の接続配管及び第2の接続配管を介して前記ガス燃料配管にガス燃料を差し向けるよう構成され、
一旦機関が予定の長さの時間の間運転されたら、液体燃料を前記第1及び第2の液体燃料配管(124、126)に差し向けるように構成されている請求項7記載の燃料送出し装置(100)。
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