(57)【要約】【課題】並列タービン装置を開示する。【解決手段】本並列タービン装置（１００）は、圧縮機（１１０）と、該圧縮機（１１０）と作動可能に連通した第１のタービン（１２０）と、該圧縮機（１１０）と作動可能に連通した第２のタービン（１３０）とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１１０）と、
圧縮機（１１０）と作動可能に連通した第１のタービン（１２０）と、
圧縮機（１１０）と作動可能に連通した第２のタービン（１３０）と
を備える並列タービン装置（１００）。
【請求項２】
第１のタービン（１２０）が、圧縮機（１１０）に動力を供給するように構成される、請求項１記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項３】
第２のタービン（１３０）が、電力配電網（１４０）に電力を供給する発電機（３００）に動力を供給するように構成される、請求項１記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項４】
第１のタービン（１２０）が設定可能な第１のタービン作動速度を有し、第２のタービン（１３０）が設定可能な第２のタービン作動速度を有し、第１のタービン作動速度及び第２のタービン作動速度が独立して設定可能である、請求項１記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項５】
第１のタービン作動速度が電力配電網（１４０）周波数とは独立して設定可能である、請求項４記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項６】
第２のタービン作動速度が電力配電網（１４０）周波数に固定可能である、請求項４記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項７】
第１のタービン（１２０）及び第２のタービン（１３０）の少なくとも１つ内への流量（１６０）を調整する配分装置（２３０）をさらに含む、請求項１記載の並列タービン装置（１００）。
【請求項８】
流体（１５０）を加圧して加圧流体流（１６０）にするステップと、
加圧流体流（１６０）を第１の流れ（１７０）及び第２の流れ（１８０）に分割するステップと、
第１のタービン（１２０）に第１の流れ（１７０）を供給するステップと、
第２のタービン（１３０）に第２の流れ（１８０）を供給するステップと
を含む、発電プラントの運転柔軟性を高める方法。
【請求項９】
第１のタービン（１２０）を第１のタービン作動速度に設定するステップと、
第２のタービン（１３０）を第１のタービン作動速度とは独立して設定可能な第２のタービン作動速度に設定するステップと、
をさらに含む、請求項８記載の発電プラントの運転柔軟性を高める方法。
【請求項１０】
複数の流れ（１７０、１８０）に分割された圧縮機吐出流（１６０）を有する圧縮機（１１０）を含み、
複数の流れ（１７０、１８０）の各々が、別々のタービン（１２０、１３０）と作動可能に連通している、
並列タービン装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関する。より具体的には、本発明は、並列ガスタービン配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスタービンは、電力配電網に電力を供給する発電機を駆動する。タービンの回転速度は、配電網の周波数に固定される。この配電網周波数は、比較的一定であり、アメリカ合衆国では６０ヘルツである。しかしながら、配電網の過負荷状態の間に、配電網周波数は、低下し始める。この低下は、発電プラントにおける制御システムによって検知され、制御システムは、迅速に発電を増大させかつ配電網に供給して、配電網周波数の更なる低下を減少させる。しかしながら、そのような周波数低下の間には、配電網に接続されたタービンは、その回転速度を低下させかつ配電網周波数と同期した状態になる。このタービンの回転速度における低下は、該タービンによって回転駆動される圧縮機を速度低下させ、その結果として該タービンを通る空気流を減少させる。このタービンを通る空気流の減少により、該タービンによる効率及び発電は、それが非常に必要とされる時に低下又は減少することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７２７４１１１号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Vu, Hoa D.,et al. "WECC Tutorial on Speed Governors," WECC Control Work Group, February 1998. pp. 1-12.
【非特許文献２】Mantzaris, John, et al. "Modelling and Stability of a Single-Shaft Combined Cycle Power Plant," International Journal of Themodynamics, Volume 10, Number 2, June 2007. pp. 71-78.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの原理の結果として、本技術分野では、高い出力、柔軟性及び効率を有するタービン装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態では、並列タービン装置は、圧縮機と、該圧縮機と作動可能に連通した第１のタービンと、該圧縮機と作動可能に連通した第２のタービンとを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、発電プラントの運転柔軟性を高める方法は、流体を加圧して加圧流体流にするステップと、加圧流体流を第１の流れ及び第２の流れに分割するステップと、第１のタービンに第１の流れを供給するステップと、第２のタービンに第２の流れを供給するステップとを含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態では、並列タービン装置は、複数の流れに分割された圧縮機吐出流を有する圧縮機を含み、複数の流れの各々は、別々のタービンと作動可能に連通している。
【０００９】
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に開示した並列タービン装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この開示した装置及び方法の以下に記載した実施形態の詳細な説明は、本明細書では例示として示しているものであって、図のものに限定するために示すものではない。
【００１２】
図１を参照すると、並列タービン装置１００の実施形態を示している。本タービン装置１００は、２つの別々のタービン１２０、１３０に空気を供給する単一の圧縮機１１０を含む。２つの別々のタービン１２０、１３０が単一の圧縮機１１０で作動するようにすることにより、タービンの一方つまりタービン１２０が圧縮機１１０と回転同期した状態になり、また発電機３００を回転させる他方のタービン１３０が電力配電網１４０と回転同期した状態になることが可能になる。これにより、圧縮機１１０の回転及び電力配電網１４０の周波数を互いに完全に独立したものとすることができる。このように電力配電網１４０から圧縮機１１０を切離すことにより、圧縮機１１０及びタービン１２０を、例えば電力配電網１４０の周波数、周囲温度及び圧縮機吸入流体１５０の密度のような条件にかかわらずそれらのピーク回転効率近くで作動させることが可能になる。
【００１３】
２つのタービン１２０、１３０を単一の圧縮機１１０で作動させる方法は、該２つのタービン１２０、１３０の各々に対して圧縮機１１０からの流体をダクトで導きかつ配分するステップを含む。加圧流体流１６０をダクトで導きかつ配分するステップは、該加圧流体流１６０を、対応する複数のダクト１９０を通って流れる複数の流れ１７０、１８０に分割するステップを含む。この図１に示す実施形態では、第１の流れ１７０は、第１の燃焼器２１０に供給され、第１の燃焼器２１０は次に、第１のタービン１２０に供給する。同様に、第２の流れ１８０は、第２の燃焼器２２０に供給され、第２の燃焼器２２０は次に、第２のタービン１３０に供給する。しかしながら、本発明は、２タービン装置に限定されるものではなく、あらゆる数の並列タービンを含むことができる。さらに、流れ１７０、１８０は、ほぼ等しい体積流量を有することができ、或いは実質的に異なる体積流量を有することができる。流れ１７０、１８０の体積流量は、本発明の技術的範囲から逸脱せずに特定の用途に合わせて調整することができることを理解されたい。
【００１４】
１以上の配分（プロポーショニング）装置２３０は、オペレータに、タービン１２０、１３０の各々内への加圧流体流１６０の体積流量を調整する上での柔軟性をもたらす。配分装置２３０は、２つのダクト１９０間で流体流１６０を分割する。配分装置２３０は、加圧流体流１６０の体積流量を調整するバルブ、バッフル又はあらゆるその他の機構とすることができる。本並列タービン装置１００はまた、対応するダクト１９０内への加圧流体流１６０を調整するあらゆる数の配分装置２３０を含むことができる。
【００１５】
記載した本明細書の実施形態では、第１のタービン１２０は、圧縮機１１０と回転同期したしており、圧縮機１１０に動力を供給する。従って、第１のタービン１２０はまた、本明細書では圧縮機タービン１２０と呼ぶことができる。圧縮機タービン１２０は、第１の流れ１７０によって供給され、この第１の流れ１７０もまた、本明細書では圧縮機タービン流１７０と呼ばれる。しかしながら、圧縮機タービン１２０はさらに、圧縮機１１０以外の装置に対して動力を供給するように構成することができることを理解されたい。さらに、第２のタービン１３０は、電力配電網１４０と回転同期した状態で発電機３００を回転させており、電力配電網１４０に電力を供給する。従って、第２のタービン１３０は、本明細書ではこれもまた出力タービン１３０と呼ばれ、第２の流れ１８０によって供給され、この第２の流れ１８０もまた、出力タービン流１８０と呼ばれる。電力配電網１４０は、消費者に電力を給配するシステムを含む。しかしながら、出力タービン１３０は、発電機３００／電力配電網１４０以外に又は発電機３００／電力配電網１４０に加えてあらゆるその他の出力源又は装置に動力／電力を供給するように構成することができることを理解されたい。
【００１６】
とりわけ上記の圧縮機タービン流１７０及び出力タービン流１８０の調整機能により、オペレータは、タービン１２０、１３０の各々の速度及び出力発生を独立して設定することが可能になる。出力タービン及び発電機３００の回転速度は、電力配電網１４０の配電網周波数に固定可能である。配電網周波数は、交流電力が発電プラントから電力配電網１４０を介してユーザに送電される周波数である。電力配電網１４０により配電網周波数が決定され、各発電プラントは、その周波数で配電網に電力を供給する必要がある。本明細書に開示した実施形態は、圧縮機タービン１２０の回転速度を配電網周波数とは独立して設定することを可能にする。このように切離すことにより、圧縮機１１０の回転速度及び並列タービン装置１００の全体出力を電力配電網１４０の配電網周波数とは独立して設定することが可能になる。従って、圧縮機１１０の回転速度は、あらゆる配電網周波数の状態とは独立して増大又は減少させることができる。このように切離すことによりさらに、オペレータは、たとえ配電網周波数が低下した時点の間であっても並列タービン装置１００により一定の又は増大さえした出力を発生させることが可能になる。このことはまた、並列タービン装置１００のより大きな全体的運転柔軟性及び効率を可能にする。
【００１７】
付加的な運転効率は、２つのタービン１２０、１３０からの排気を排熱回収ボイラ２４０に流すことによって得ることができる。排熱回収ボイラ２４０は、燃焼出力流２５０から熱を回収して、蒸気タービン（図示せず）を駆動する蒸気２６０を発生させる。この並列タービン装置１００と排熱回収ボイラ２４０との組合せは、複合サイクル発電プラントと呼ばれる。一実施形態では、出力流２５０の少なくとも１つは、燃焼出力流２５０が排熱回収ボイラ２４０に迂回するのを可能にするように構成されたバイパスバルブ２７０を含む。バイパス開口部２７０は、出力流２５０の体積流量を調整するバルブ、バッフル、ルーバ、ドア又はあらゆるその他の機構とすることができる。
【００１８】
別の実施形態では、タービン１２０、１３０の少なくとも２つは、共通の部品を使用している。例えば、２つのタービン１２０、１３０は、共通の燃焼器スウォズル、移行部品、圧縮機吐出缶、タービンバケット又はいずれかのその他の部品を使用することができる。同一の部品を使用することにより、大量生産によって生じるコスト節減が可能になる。さらに、タービン１２０、１３０は、その寸法がより小さなものとし、それによって同じ全体出力を有する対応する単一タービンシステムよりも一層小さい作動応力を受けるようにすることができる。タービンバケット（図示せず）に対する遠心応力は、本発明の実施形態によって低下させた１つのそのような負荷である。
【００１９】
これらの実施形態の要素は、数詞のない状態で紹介してきた。数詞のない表現は、その要素の１以上が存在することを意味することを意図している。「含む」及び「有する」という用語並びにそれらの派生語は、記述した要素以外の付加的要素が存在することができるような状態を包括することを意図している。２以上の用語の記述と共に使用する場合における「又は」という接続語は、あらゆるその用語或いはそれら用語の組合せを意味することを意図している。「第１の」及び「第２の」という用語は、要素を区別するために使用しており、特定の順序を意味するために使用するものではない。
【００２０】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２１】
１００  並列タービン装置
１１０  圧縮機
１２０  第１のタービン／圧縮機タービン
１３０  第２のタービン／出力タービン
１４０  電力配電網
１５０  圧縮機吸入流体
１６０  加圧流体流
１７０  第１の流れ／圧縮機タービン流
１８０  第２の流れ／出力タービン流
１９０  ダクト
２１０  第１の燃焼器
２２０  第２の燃焼器
２３０  配分装置
２４０  排熱回収ボイラ
２５０  出力流
２６０  蒸気
２７０  バイパス開口部
３００  発電機
【図１】
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