JP6663710B2 - フィルタ交換装置、フィルタ交換装置の制御方法、及びガスタービン設備 - Google Patents
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Description
吸気された空気に塵埃が含まれると、この塵埃がタービンや圧縮機の動静翼に付着するなどし、流体抵抗が増大する。これにより、出力ロスが増大し、結果としてガスタービン出力が低下してしまう可能性がある。
ガスタービンの運転に際しては、このようなフィルタ材が目詰まり等を起こすと吸気性能が劣化するため、定期的な洗浄作業や、交換作業を行うことが肝要である。
また、制御装置が移動装置と交換機構とを制御することによって、自動的にフィルタ材を交換することができる。これにより、フィルタ材の交換を簡便に行うことができる。
さらに、フィルタ装置の運転中にフィルタ材の交換を行った場合においては、可動フードを伸ばすことによって、異物がフィルタ装置を通過することを抑制することができる。また、交換を行わない場合においては、気体がケーシングを通過するのを許容することができる。
また、制御装置が移動装置と交換機構とを制御することによって、自動的にフィルタ材を交換することができる。これにより、フィルタ材の交換を簡便に行うことができる。
以下、本発明の第一実施形態のフィルタ交換装置を有するフィルタ装置について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のフィルタ装置は、ガスタービンを備えたガスタービン設備に設けられている。フィルタ交換装置は、フィルタ装置にて使用されるフィルタ材(フィルタエレメント、図2参照)を自動的に交換する装置である。
なお、本発明のフィルタ装置は、ガスタービン設備に限らず、気体を吸気・排出する必要がある設備にて適用することができる。例えば、ガスタービン設備と同様に、空気を吸気するディーゼル発電設備に適用することができる。また、原子力発電設備の排気経路に設けて、排気される気体の濾過を行うことができる。
ガスタービン80は、気体を吸気して圧縮する圧縮機81と、圧縮された気体中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器82と、高温・高圧の燃焼ガスで駆動するタービン83と、を備える。フィルタ装置1は、作動流体としての気体から異物を除去して圧縮機81に供給する。
以下の説明では、気体の上流側を単に上流側F1と呼び、気体の下流側を単に下流側F2と呼ぶ。気体の流通する方向に沿った方向を流れ方向Fと呼ぶ。
各階ごとに設けられたフィルタアッセンブリ4は、吸気された気体から異物を濾過する複数のフィルタ材5と、フィルタ材5を支持するための枠体10と、を有している。即ち、フィルタ材5は、枠体10を介して壁フレーム12に保持されている。換言すれば、複数のフィルタ材5は、枠体10と壁フレーム12とによって構成される保持枠によって保持されている。
フィルタ材5は、立方体形状となし、枠体10の上流側F1に設けられるとともに、吸気された気体から粒径の大きな塵埃をろ過するためのプレフィルタ材5Aと、プレフィルタ材5Aの下流側F2の面に接するように設けられて、粒径の比較的小さな塵埃をろ過するメインフィルタ材5Bとを有する。フィルタ材5は、細い線径からなる不織布等で形成され、パネルフィルタとも呼ばれる。フィルタ材5は、プレフィルタ材5Aとメインフィルタ材5Bをシリーズに繋げて形成され、上流側F1及び下流側F2を除くフィルタ外表面は、フィルタケーシング8で囲われている。
固定部材11は、フィルタ材5の周縁部に当接して、フィルタ材5がフィルタ材保持部17から上流側F1に脱落することを防ぐ。固定部材11は、フィルタ材保持部17同士の間に配置される仕切板23と、仕切板23に固定されるフック部材24と、を有している。仕切板23は、板状をなし、フィルタ材保持部17に配置されたフィルタ材5のフィルタケーシング8の4つの外面に当接するように配置されている。
フック部材24は、仕切板23のうち、フィルタケーシング8の側面に当接する仕切板23に取り付けられている。フック部材24は、フィルタ材保持部17に収容されたフィルタ材5を抱えるように保持する部材である。フック部材24の先端部には、凸部25が形成されている。
枠体10は、上下方向において、4つのフィルタ材5を保持するように、上下方向と交差する幅方向Wにおいて、2つのフィルタ材5を保持するように構成されている。なお、上述のフィルタ材5の取付個数は一例であって、この数に限定されるものではない。
図2に示すように、フィルタ交換装置2は、交換装置本体19と、交換装置本体19を移動させる移動装置6と、ダクト3の各々のフロアに設けられた搬出用コンベア14と、搬出用コンベア14によって搬出される使用済のフィルタ材5をダクト3の外部に搬出するためのフィルタ室搬出ドア15と、ダクト3に隣接して設置されたフィルタ材充填装置16と、を有している。
移動装置6は、交換装置本体19に設けられた走行機構31と、ダクト3の内部において交換装置本体19を上下方向に移動させる昇降機構13と、を有している。
フィルタ交換装置2は、複数のフィルタ材5を保持可能な、フィルタ材保持フレーム33を備えている。フィルタ材保持フレーム33は、交換装置本体19に交換用のフィルタ材5を収容する際に用いられる。
なお走行機構31は必ずしも交換装置本体19に設けられる必要はなく、例えばスタッカークレーンの様な外部機構としてもよい。
搬出用コンベア14は、ダクト3の各々のフロアの床部36に設けられている。搬出用コンベア14は、床部36上において、ダクト3の幅方向W(流れ方向Fと直交する水平方向)にフィルタ材5を移動させるように配置されたベルトコンベアである。
フィルタ室搬出ドア15は、ダクト3の各々のフロアに設けられて、搬出用コンベア14によって運ばれてきたフィルタ材5をダクト3の外部に搬出するドアである。
フィルタ材保持フレーム33は、複数のフレーム貫通孔43が形成されている板状のフレーム37と、フレーム貫通孔43に取り付けられている弾性部材38と、を有している。フレーム貫通孔43は、フィルタ材5の外形よりも僅かに大きく形成された矩形の孔である。弾性部材38は、フレーム貫通孔43の矩形の縁部に取り付けられている。
弾性部材38は、フレーム貫通孔43の内側の全周にわたって設けられている。フィルタ材保持フレーム33は、所定の力でフィルタ材5をフレーム貫通孔43に押し込むことによって、フィルタ材5が保持されるように構成されている。フレーム貫通孔43内に保持されているフィルタ材5は、所定の力で引っ張ることによって、フィルタ材保持フレーム33から取り外すことができる。
ルーバー28が閉状態となることによって、ケーシング27の上流側F1の開口部34Aが閉鎖される。即ち、ルーバー28が閉状態となることによって、上流側F1より導入された気体は、ケーシング27の上流側F1の開口部34Aより流入することはない。
搬出ドア移動機構は、電動機と、ラック・アンド・ピニオン機構とを有している。ラックは、搬出ドア本体部48にラックの長手方向が上下方向に沿うように固定されている。ピニオンは、電動機の出力軸に取り付けられている。電動機は、ピニオンとラックとが噛み合うように、側壁部42の所定の位置に固定されている。
可動フード30は、ケーシング27の下流側F2に設けられて、ケーシング27にテレスコープ式に伸縮自在に組み合わされている。可動フード30が、下流側に移動することによって、可動フード30の下流側F2の端部は枠体10の平面部に当接する。
可動フード30は、流れ方向Fから見てケーシング27よりも僅かに大きく形成されたフード本体部49と、フード本体部49を流れ方向Fに移動させるフード移動装置(図示せず)と、フード本体部49とケーシング27との間を封止する第一シール部材50と、可動フード30を下流側F2に移動させた際にフード本体部49と枠体10との間を封止する第二シール部材51と、を有している。
可動フード30のフード本体部49は、図5に示すように、ケーシング27と重ねたり、図9に示すように、流れ方向Fの下流側F2に移動させたりすることができる。可動フード30が移動している際は、第一シール部材50によって、フード本体部49とケーシング27との間は封止される。
フード移動装置は、電動機と、ラック・アンド・ピニオン機構などによって構成することができる。
アーム62は、アーム移動機構61によってケーシング27内を上下移動可能に、かつ、水平移動可能である。また、アーム62は、仕切板23とフィルタ材5との間に挿抜自在とされている。
一対の上下軸57は、上下方向に延在する棒状をなし上壁部40と下壁部41とを接続するようにケーシング27に固定されている。交換機構29は、上下移動部59を上下方向に移動させる駆動力を発生する電動機、水平移動部60を水平方向に移動させる駆動力を発生する電動機を有している。上下移動部59の移動、及び水平移動部60の移動は、例えば、ボールねじ機構によって構成することができる。
アーム62は、水平移動部60に設けられたサーボモータやステッピングモータの出力軸に取り付けられている。アーム62は、水平軸58を中心に、水平軸58と直交する平面上を回動可能である。アーム62は空気圧シリンダを内蔵しており、長手方向に伸縮自在である。アーム62の先端には、フィルタ材5を保持可能なゴム部材63(図14参照)が取り付けられている。
伸縮アーム65の構成はこのような構成に限ることはなく、縮んだ状態において十分にコンパクトになり、延びた状態において、ケーシング27の下面に配置されたフィルタ材5を押し出すことができればよい。
フィルタ材充填装置16は、複数のフィルタ材5が保持されたフィルタ材保持フレーム33を収容可能な筐体66と、筐体66内に収容されたフィルタ材保持フレーム33を搬送する搬送装置(図示せず)と、を備えている。ダクト3には、フィルタ材充填装置16から搬送されるフィルタ材保持フレーム33を導入するための隔離ドア67が設けられている。
搬送装置は、フィルタ材5が保持されたフィルタ材保持フレーム33を搬送する装置である。搬送装置は、例えば、筐体66の下面に回転自在に設けられた複数のローラと、各々のローラを駆動する電動機によって構成することができる。搬送装置としては、フィルタ材排出機構32と同様に、伸縮自在のアームを用いてもよい。
以下の説明においては、ダクト3の3階部分の上流側F1から見て右から2番目のフィルタアッセンブリ4に取り付けられている使用済のフィルタ材5を交換する場合について説明する。
図10に示すように、フィルタ交換装置2の制御方法は、交換装置本体19に交換用のフィルタ材5を充填する充填ステップS11と、交換装置本体19を交換対象のフィルタアッセンブリ4まで移動させる交換装置移動ステップS12と、ルーバー28を閉鎖するとともに、可動フード30をフィルタアッセンブリ4側に移動させる遮蔽ステップS13と、交換機構29を用いて使用済のフィルタ材5を取り外すフィルタ材取り外しステップS14と、フィルタ材排出機構32、及び搬出用コンベア14を用いて使用済のフィルタ材5を搬出するフィルタ材搬出ステップS15と、交換機構29を用いて交換用のフィルタ材5を枠体10に取り付けるフィルタ材取り付けステップS16と、全てのフィルタ材5の交換が終了したか判定する判定ステップS17と、ルーバー28を開状態とするとともに、可動フード30を交換装置本体19側に移動させる開放ステップS18と、を有している。
ルーバー28が閉鎖されるとともに、可動フード30が枠体10に密着することによって、ダクト3を流れる気体は、可動フード30に覆われたフィルタアッセンブリ4のフィルタ材5に流れることはない。即ち、図13に示すように、フィルタアッセンブリ4のフィルタ材5は、閉状態のルーバー28、ケーシング27、及び可動フード30によって覆われる。
フィルタ材取り外しステップS14において、制御装置20は、交換機構29のアーム62を取り外し対象のフィルタ材5の正面に移動させる。次いで、制御装置20は、一対のアーム62をアーム62の長手方向が水平となるように回動させる。次いで、制御装置20は、図14に示すように、アーム62をフィルタ材5と固定部材11との間に挿入させる。これにより、一対のアーム62により使用済のフィルタ材5が把持される。次いで、制御装置20は、一対のアーム62を縮める。これにより使用済のフィルタ材5がフィルタアッセンブリ4から取り外される。アーム62が更に縮まることによって、フィルタ材5は、アーム62の下方へ落下する。
フィルタ材取り付けステップS16において、制御装置20は、交換機構29のアーム62をフィルタ材保持フレーム33に取り付けられているいずれかの交換用のフィルタ材5の正面に移動させる。ここで、交換用のフィルタ材5は、図13に示すように、フィルタ材保持フレーム33に保持されている。
次いで、制御装置20は、アーム62を伸ばすことによって、交換用のフィルタ材5を枠体10に取り付ける。
ダクト3に設けられている全てのフィルタアッセンブリ4について、フィルタ材5の交換を行ってもよいし、特定のフィルタアッセンブリ4に対してのみ、フィルタ材5の交換を行ってもよい。
移動装置6が、交換装置本体19に設けられているタイヤ56と車輪駆動装置55を有することによって、水平方向に複数のフィルタ材5が設けられている場合にも、複数のフィルタ材5を交換することができる。
移動装置6が、交換装置本体19を支持可能な載置部35と、載置部35を上下方向に移動させる載置部駆動装置64と、を有することによって、ダクト3に複数の階が設けられている場合においても、全ての階のフィルタ材5を交換することができる。
以下、本発明の第二実施形態のフィルタ交換装置2Bを有するフィルタ装置1Bについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
また、本実施形態のフィルタ交換装置2は、交換装置本体19が、ダクト3外まで移動可能となっている。フィルタ材5の交換時以外は、ダクト3外に配置されるため、通常運転時において、気体を通過させるためのルーバー28は不要である。
本実施形態のフィルタ交換装置2は、搬出用コンベア14を有していない。即ち、ダクト3には、搬出用コンベア14が設けられていない。また、ダクト3には、フィルタ室搬出ドア15は設けられていない。
固定用フック72は、第一斜面75の上端と壁フレーム12との間隔G1が、フィルタ材ユニット68のフィルタ材フレーム69の板厚よりも大きくなるように形成されている。
フィルタ材フレーム69は、上下方向において、4つのフィルタ材5を固定し、上下方向と交差する幅方向Wにおいて、2つのフィルタ材5を固定するように構成されている。フィルタ材5は、例えば、固定ネジによってフィルタ固定フレーム37に固定される。なお、上述のフィルタ材5の個数は一例であって、この数に限定されるものではない。
フィルタ材ユニット68は、フィルタ材ユニット68側の係合部78が固定用フック72に係合することによって、壁フレーム12に取り付けられている。この際、第一斜面75と第二斜面87が面接触する。また、第一斜面75に沿ってフィルタ材ユニット68が下流側F2に滑ることによって、フィルタ材ユニット68の下流側F2を向く面が壁フレーム12に密着する。
交換機構29Bは、ケーシング27Bに設けられた回転軸90と、回転軸90を回転自在に駆動する回転軸駆動装置91と、回転軸90を中心に対称位置に設けられた第一搭載部105及び第二搭載部106と、第一搭載部105と第二搭載部106に設けられているアーム62と、を有している。
第一搭載部105は、ダクト3に取り付けられているフィルタ材ユニット68を取り外すとともに、ケーシング27内に収容されているフィルタ材ユニット68をダクト3に取り付けるアーム60Bを有している。
アーム60Bは、接続梁95の両端に設けられたアーム昇降機構96と、アーム昇降機構96に取り付けられた一対の伸縮アーム97と、を有している。
一対のアーム昇降機構96は、伸縮アーム97を上下方向に移動させることができる機構であり、例えば、空気圧シリンダによって構成することができる。アーム昇降機構96は、筒状のシリンダ部98と、空気圧によって駆動されるロッド部99と、を有している。シリンダ部98は、シリンダ部98の軸線が上下方向に沿うように、かつ、ロッド部99が上方に位置するように、接続梁95の先端に固定されている。
円筒部材101は、円筒状をなし、中心軸が上下方向に延在するように、伸縮アーム97のロッド部99の先端に固定されている。
アーム駆動装置92は、例えば、空気圧シリンダに圧縮空気を供給する空気タンク104を採用することができる。
図22に示すように、フィルタ交換装置2Bの制御方法は、交換装置本体19を目的のフィルタ材ユニット68まで移動させる交換装置移動ステップS21と、可動フード30を下流側F2に移動させる遮蔽ステップS22と、使用済のフィルタ材ユニット68を取り外すユニット取り外しステップS23と、交換機構29の回転軸90を回転させて交換用のフィルタ材ユニット68を下流側F2に配置する入れ替えステップS24と、交換用のフィルタ材ユニット68を壁フレーム12に取り付ける取り付けステップS25と、交換装置本体19をダクト3の外部に移動させる交換装置退避ステップS27と、を有している。
フィルタ交換装置2Bの制御に先立って、使用者は、筐体66に配置されている交換装置本体19に交換用のフィルタ材5が固定されたフィルタ材ユニット68を格納する。交換用のフィルタ材ユニット68は、上流側F1のアーム62に取り付けられる。
ここで、伸縮アーム97は、円筒部材101の中心軸がハンドル部77のハンドル本体88の中心軸と一致するまで移動する。次いで、制御装置20は、アーム昇降機構96を制御して、図21の符号M2で示すように、伸縮アーム97を上方に移動させる。これにより、伸縮アーム97の円筒部材101がハンドル部77のハンドル本体88を保持する。さらに、伸縮アーム97を上方に移動させることによって、フィルタ材ユニット68が取り外される。
次いで、図24に示すように、制御装置20は、伸縮アーム97を制御して、使用済のフィルタ材ユニット68を上流側F1に引き寄せる。
また、交換機構29が第一搭載部105と第二搭載部106とを有して、これらに搭載されたフィルタ材ユニット68を入れ替える構成としたことによって、より早くフィルタ材5を交換することができる。
例えば、第一実施形態のフィルタ交換装置2の交換装置本体19に設けられているルーバー28の代替として、ケーシング27の上流側F1の開口部34を塞ぐ壁部を設けるとともに、交換装置本体19を、ダクト3外部に移動させる構成としてもよい。
また、第二実施形態のフィルタ交換装置2Bの交換装置本体19Bにルーバーを設けてもよい。
2,2B フィルタ交換装置
3 ダクト
4 フィルタアッセンブリ
5 フィルタ材
6 移動装置
8 フィルタケーシング
9 濾材
10 枠体(保持枠)
11 固定部材
12 壁フレーム(保持枠)
13 昇降機構
14 搬出用コンベア
15 フィルタ室搬出ドア
16 フィルタ材充填装置
17 フィルタ材保持部
18 アッセンブリ保持孔
19,19B 交換装置本体
20 制御装置
21 枠体流通孔
22 枠体本体
23 仕切板
24 フック部材
25 凸部
26 収容空間
27,27B ケーシング
28 ルーバー
29 交換機構
30 可動フード(遮蔽部)
31 走行機構
32 フィルタ材排出機構
33 フィルタ材保持フレーム
34 開口部
35 載置部
36 床部
37 フレーム
38 弾性部材
39 天井部
40 上壁部
41 下壁部
42 側壁部
43 フレーム貫通孔
44 羽板
46 フィルタ材搬出ドア
47 搬出ドア開口部
48 搬出ドア本体部
49 フード本体部
50 第一シール部材
51 第二シール部材
55 車輪駆動装置
56 タイヤ
57 上下軸
58 水平軸
59 上下移動部
60 水平移動部
60B アーム
61 アーム移動機構
62 アーム
63 ゴム部材
64 載置部駆動装置
65 伸縮アーム
66 筐体
67 隔離ドア
68 フィルタ材ユニット
69 フィルタ材フレーム
70 ユニット取付部
71 壁フレーム貫通孔
72 固定用フック
73 基礎部
74 フック本体
75 第一斜面
76 フレーム本体
77 ハンドル部
78 係合部
79 被支持辺
80 ガスタービン
85 吸気ダクト
87 第二斜面
88 ハンドル本体
89 ハンドル接続部
90 回転軸
91 回転軸駆動装置
92 アーム駆動装置
93 回転軸用電動機
94 第二アーム本体
95 接続梁
96 アーム昇降機構
97 伸縮アーム
98 シリンダ部
99 ロッド部
100 伸縮アーム本体
101 円筒部材
102 第二シリンダ部
103 第二ロッド部
104 空気タンク
105 第一搭載部
106 第二搭載部
110 ガスタービン設備
F 流れ方向
L 延在方向
Claims (10)
- ダクト内に配置された保持枠に取り付けられて、前記ダクトを流れる気体をろ過する複数のフィルタ材を備えるフィルタ装置の運転中に前記フィルタ材を交換することができるフィルタ交換装置であって、
交換装置本体と、
前記交換装置本体を前記ダクト内に配置された前記保持枠より上流側で移動させる移動装置と、
前記交換装置本体及び移動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記交換装置本体は、
収容空間が形成されているケーシングと、
前記保持枠に取り付けられている使用済の前記フィルタ材を取り外すとともに、前記ケーシング内に収容されている交換用の前記フィルタ材を取り付ける交換機構と、
前記ダクト内を流れる気体がフィルタ材が取り付けられる部分を通過するのを遮蔽する遮蔽部と、を有し、
前記遮蔽部は、前記保持枠に接して、前記ケーシングと前記保持枠との間の隙間を塞ぐ封止位置と、前記保持枠から離間する離間位置との間で移動可能とされているとともに、前記ケーシングの前記ダクトを流れる気体の下流側に伸縮するように設けられている可動フードを有するフィルタ交換装置。 - 前記ケーシングは、前記収容空間と外部とを連通させる開口部を有し、
前記遮蔽部は、前記開口部を遮蔽するルーバーを有する請求項1に記載のフィルタ交換装置。 - 前記交換機構は、
前記フィルタ材を把持するアームと、
前記アームを移動させるアーム移動機構と、を有する請求項1又は2に記載のフィルタ交換装置。 - 前記交換機構により取り外された使用済のフィルタ材を前記ケーシングから排出するフィルタ材排出機構と、
前記フィルタ材排出機構によって、前記ケーシングから排出された前記使用済のフィルタ材を前記ダクトの外部に搬出するコンベアと、を備える請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のフィルタ交換装置。 - 前記複数のフィルタ材は、板状をなすフィルタ材フレームに複数の前記フィルタ材が固定されている複数のフィルタ材ユニットとして前記保持枠に取り付けられており、
前記ケーシングは、使用済のフィルタ材が固定されたフィルタ材ユニット及び交換用のフィルタ材が固定されたフィルタ材ユニットを収容可能とされ、
前記交換機構は、
前記ケーシングに設けられた回転軸と、
前記回転軸を回転自在に駆動する回転軸駆動装置と、
前記回転軸を中心に対称位置に設けられた第一搭載部と第二搭載部であって、使用済の前記フィルタ材ユニットと交換用の前記フィルタ材ユニットの一方が搭載される第一搭載部と、使用済の前記フィルタ材ユニットと交換用の前記フィルタ材ユニットの他方が搭載される第二搭載部と、
前記第一搭載部と前記第二搭載部に設けられて、前記ダクトに取り付けられている前記フィルタ材ユニットを取り外すとともに、前記ケーシング内に収容されているフィルタ材ユニットを前記ダクトに取り付けるアームと、を有し、
前記第一搭載部と前記第二搭載部とは、前記回転軸の回転に伴い、位置が交換させるように構成されている請求項1に記載のフィルタ交換装置。 - 前記フィルタ材フレームは、前記保持枠に設けられた固定用フックに係合する係合部を有する請求項5に記載のフィルタ交換装置。
- 前記移動装置は、
前記交換装置本体の下部に設けられた車輪と、前記車輪を駆動する車輪駆動装置と、を有する走行機構と、有する請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のフィルタ交換装置。 - 前記移動装置は、
前記交換装置本体を支持可能な載置部と、前記載置部を上下方向に移動させる載置部駆動装置と、を有する請求項7に記載のフィルタ交換装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のフィルタ交換装置の制御方法であって、
前記移動装置を制御して前記交換装置本体を交換対象のフィルタ材の位置へ移動させる交換装置移動ステップと、
前記遮蔽部を制御してダクト内を流れる気体がフィルタ材が取り付けられる部分を通過するのを遮蔽する遮蔽ステップと
前記交換機構を制御して使用済のフィルタ材を取り外すフィルタ材取り外しステップと、
交換機構を制御して交換用のフィルタ材を保持枠に取り付けるフィルタ材取り付けステップと、
を有するフィルタ交換装置の制御方法。 - 吸気ダクトを備えているガスタービンと、
前記吸気ダクトの上流側に設けられたフィルタ装置と、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のフィルタ交換装置と、を備えているガスタービン設備。
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