JP4563489B1 - ガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法 - Google Patents
ガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】吸気塔10は、大気中からガスタービン燃焼用空気を取り込む空気取入口11aが設けられた吸気口部11と、空気を浄化する吸気フィルタ14を収納する吸気フィルタ室13と、吸気口部11と吸気フィルタ室13とを連結して吸気通路を形成するダクト部12と、吸気通路内に複数のミスト噴霧ノズル21と、を備える。ミスト噴霧ノズル21は吸気口部11又はダクト部12の吸気通路内に配置される。ミスト噴霧ノズル21の個数は吸気通路内の風速に比例して調整して、噴霧されたミスト濃度が吸気フィルタ前面14aにおいて均一になるようにミスト噴霧ノズルが最適に配置されている。
【選択図】図1
Description
前記吸気通路内の風速分布を計算するステップと、
前記風速分布に基づいてミスト噴霧ノズル配置位置を選択するステップと、
前記配置位置の流路断面に複数の前記ミスト噴霧ノズルを配置し、さらにノズル系統に区分するステップと、
前記ノズル系統のうち一系統に属する前記ミスト噴霧ノズルだけがミスト噴霧された場合の前記吸気フィルタ前面の濃度分布を前記ノズル系統毎に計算するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果を用いて、複数のノズル系統に属する前記ミスト噴霧ノズルからミストが噴霧された場合に前記吸気フィルタ前面の濃度が最も均一になるように前記ノズル系統毎にノズル個数を調整するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果により、前記ノズル系統相互の相関関数を求めて前記ノズル系統をグループに分けるステップと、
同一の前記グループの間で前記ミスト噴霧ノズルを再配置するステップと、
を含むことを特徴とする。
以下に汎用数値解析ソフトウェアとして、構造格子系汎用三次元熱流体解析システムであるSTREAM Ver.7(ソフトウェアクレイドル社製)を用いて、上記ステップS1〜S4を実行した一例を示す。なお、STREAMは、流れと熱のみならず、物質拡散、結露・蒸発、化学反応、粒子追跡、自由表面なども解析対象として扱うことが可能である。従って、本実施例に示す気流解析(ステップS1)及び濃度解析(ステップS2,S3)は、この熱流体解析システムSTREAMのみを利用して解析を実行している。
次に、ステップS1〜S3の数値解析(気流解析及び濃度解析)を実行する際の計算条件を以下の表1に示す。
図4にステップS1の数値解析モデルの解析モデル(計算格子つまりメッシュ)の一例を示す。この図4は、吸気塔10の奥行方向の中央断面に沿った解析メッシュである。また、吸気塔1は図1及び2に示すように左右の吸気通路構造が対称であるため、本実施例の数値解析では、片側(図4では左側)の吸気通路だけを解析モデルとして利用し、計算時間の軽減を図っている。
次に、ステップS1の気流解析結果(風速分布結果)より、本実施例では、図4に示すように、ノズル配置用の候補位置をダクト部下流位置A、ダクト部中央位置B、ダクト部上流位置Cの三箇所に決定し、いずれかのノズル配置候補位置の流路断面に複数のノズル21を追加した濃度解析モデルを構築し(ステップS2)、吸気塔10内の濃度分布を解析する(ステップS3)。ステップS2及びS3に関して、本実施例では上述の通りノズル配置候補位置を三箇所挙げたため、3つの濃度解析モデルが構築され、それぞれの濃度解析モデルについて濃度分布が計算されることになる。
図5にステップS1により解析された数値解析結果(風速分布)の一例を示す。図5は、具体的には、吸気塔10の奥行方向中心断面における風速分布を示す。吸気口部11では、ダクト部12に近づく程、風速が増加する傾向がある。ダクト部12では、壁側の風速が比較的に高い傾向があり、吸気フィルタ側に風速の低い循環流が形成される部分が認められる。この気流解析結果により、吸気塔10内の気流は仕切り板40に沿って吸気フィルタ室13の下部へ流れ、いずれかの吸気フィルタ14に吸い込まれる流れ場となっていることがわかる。
次に、ステップS11での流れ場の解析結果をもとにノズル配置位置を決定し、この配置位置の流路断面に均等(格子状)に複数のノズル21を追加した濃度解析モデルを構築する(ステップS12)。なお、ステップS12では、実施例1で説明したようなノズル配置用の候補位置を複数用意する必要は無い。
次に、ステップS12で構築された濃度解析モデルの複数のノズル21を系統に区分し、各系統のノズル21が吸気フィルタ前面14aに与える濃度分布を数値解析する(ステップS13)。
図12(a)及び(b)は、隣り合う系統相互の濃度結果の相関関係を示したものであり、詳しくは、(a)はA−01系統とA−02系統の相関関係を示し、(b)はA−01系統とB−01系統の相関関係を示している。具体的には、図12(a)では、A−01系統に配置されたノズル21だけをミスト噴霧した場合の吸気フィルタ前面14aの濃度結果(吸気フィルタ前面14aを40領域に分けているので40点の濃度)を横軸にとり、A−02系統に配置されたノズルだけをミスト噴霧した場合の吸気フィルタ前面14aの濃度結果(同様に40点の濃度)を縦軸にとって、40点についての相関関係を示したものである。もし仮に、A−01系統の吸気フィルタ前面14aの濃度分布(40領域の各値)とA−02系統の吸気フィルタ前面14aの濃度分布(40領域の各値)とが全て一致していた場合には、図示の黒丸印の点は全て直線上にのることになる。
上述のように、吸気フィルタ前面14aの濃度に関して系統相互の相関関係が導かれ、相関係数が高い系統の組(例えば、R2が0.9以上となる組)を拾い出し、クラスター分析により、これらの組を同一のグループとするノズル系統のグループ分けを行う(ステップS14)。
図14は、上記実施例2のノズル最適配置方法によりダクト部下流位置A(図4参照)にミスト噴霧装置20を配置し、その流路断面にノズル21を系統毎に最適に配置した場合の吸気塔10の濃度分布(数値解析結果)を示す。図14に示すように、吸気フィルタ室13およびその下流側の吸気フィルタ前面14aでは、各点の濃度が平均濃度(1.34g/m3)とほぼ同等であり、均一な濃度分布が得られている。この効果は、ダクト部下流位置Aの流路断面にノズル21を均等(格子状)に配置した場合の濃度分布(図6に示す数値解析結果)と比較すれば明らかである。
11 吸気口部
11a 空気取入口
12 ダクト部
13 吸気フィルタ室
14 吸気フィルタ
14a 吸気フィルタ前面
15 合流チャンバ
16 チャンバダクト
20 ミスト噴霧装置
21 ミスト噴霧ノズル
30 火力発電所設備の屋上
40 仕切り板
50 ガスタービン
Claims (1)
- 吸気通路と吸気フィルタを有するガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法であって、
前記吸気通路内の風速分布を計算するステップと、
前記風速分布に基づいてミスト噴霧ノズル配置位置を選択するステップと、
前記配置位置の流路断面に複数の前記ミスト噴霧ノズルを配置し、さらにノズル系統に区分するステップと、
前記ノズル系統のうち一系統に属する前記ミスト噴霧ノズルだけがミスト噴霧された場合の前記吸気フィルタ前面の濃度分布を前記ノズル系統毎に計算するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果を用いて、複数のノズル系統に属する前記ミスト噴霧ノズルからミストが噴霧された場合に前記吸気フィルタ前面の濃度が最も均一になるように前記ノズル系統毎にノズル個数を調整するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果により、前記ノズル系統相互の相関関数を求めて前記ノズル系統をグループに分けるステップと、
同一の前記グループの間で前記ミスト噴霧ノズルを再配置するステップと、
を含むことを特徴とするガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法。
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JP2009099974A JP4563489B1 (ja) | 2009-04-16 | 2009-04-16 | ガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法 |
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