(57)【要約】【課題】タービンエンクロージャ内で使用される燃料漏れ検出システムを提供する。【解決手段】この燃料漏れ検出システムは、タービンエンクロージャの内部空洞を通って延びる通気ダクトであって、通気ダクトの延長部が、タービンエンクロージャの底部内に配置されるように延びる、通気ダクトを含む。通気ダクトは、複数の開口を有し、この複数の開口は、タービンエンクロージャ内からの空気が、複数の開口を通って通気ダクト内に引き込まれるのを可能にするように構成されている。この燃料漏れ検出システムは、通気ダクトに引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステムであって、空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステムをさらに備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンクロージャ（１００）内で使用される燃料漏れ検出システム（１０２）であって、
前記タービンエンクロージャ（１００）の内部空洞（１０４）を通って延びる通気ダクト（１１６）であって、前記通気ダクト（１１６）の延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の底部内に配置されるように延びており、前記通気ダクト（１１６）が、複数の延長部（１２２）を有し、前記複数の開口（１２２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）内からの空気が、前記複数の開口（１２２）を通って前記通気ダクト（１１６）内に引き込まれるのを可能にするように構成されている、通気ダクト（１１６）と、
前記通気ダクト（１１６）に引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステム（１２０）であって、前記空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステム（１２０）とを備える、燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項２】
前記通気ダクト（１１６）と流れ連通状態で結合された通気ファン（１１８）をさらに含み、前記通気ファン（１１８）が、前記通気ダクト（１１６）内に負圧を生成するように構成された、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項３】
前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の床部（１３６）に対して実質的に平行に延びている、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項４】
前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の前記床部（１３６）から離れる方向に延びる隆起部（１３４）を含む、請求項３に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項５】
前記センサシステム（１２０）が、赤外線センサを備える、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項６】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）を通って導かれた空気と流れ連通した状態で結合されたプローブ（１３８）と、前記プローブ（１３８）と電気通信するように接続されたセンサ（１４０）とを含む、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項７】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）内に配置されたプローブ（１３８）を含む、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項８】
前記空気中の燃料の燃料濃度が空気中の燃料の爆発下限界値の、ほぼ所定のしきい値より大きいときに、前記センサシステム（１２０）が、潜在的な燃料漏れを判定するように構成された、請求項１に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項９】
内部空洞（１０４）を含むタービンエンクロージャ（１００）と、
前記内部空洞（１０４）を通って延びる通気ダクト（１１６）であって、前記通気ダクト（１１６）の延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の底部内に配置されるように延びており、前記通気ダクト（１１６）が、複数の開口（１２２）を有し、前記複数の開口（１２２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）内からの空気が、前記複数の開口（１２２）を通って前記通気ダクト（１１６）内に引き込まれるのを可能にするように構成されている、通気ダクト（１１６）と、
前記通気ダクト（１１６）に引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステム（１２０）であって、前記空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステム（１２０）とを備える、ガスタービン組立体。
【請求項１０】
前記通気ダクト（１１６）と流れ連通状態で結合された通気ファン（１１８）をさらに含み、前記通気ファン（１１８）が、前記通気ダクト（１１６）内に負圧を生成するように構成された、請求項９に記載のガスタービン組立体。
【請求項１１】
前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の床部（１３６）に対して実質的に平行に延びている、請求項９に記載のガスタービン組立体。
【請求項１２】
前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の前記床部（１３６）から離れる方向に延びる隆起部（１３４）を含む、請求項１１に記載のガスタービン組立体。
【請求項１３】
前記センサシステム（１２０）が、赤外線センサを備える、請求項９に記載のガスタービン組立体。
【請求項１４】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）を通って導かれた空気と流れ連通した状態で結合されたプローブ（１３８）と、前記プローブ（１３８）と電気通信するように接続されたセンサ（１４０）とを含む、請求項９に記載のガスタービン組立体。
【請求項１５】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）内に配置されたプローブ（１３８）を含む、請求項９に記載のガスタービン組立体。
【請求項１６】
エンクロージャ（１００）で使用するための燃料漏れ検出システム（１０２）であって、
前記エンクロージャ（１００）の内部空洞（１０４）を通って延びる通気ダクト（１１６）であって、前記通気ダクト（１１６）の延長部（１３２）が、前記エンクロージャ（１００）の底部内に配置されるように延びており、前記通気ダクト（１１６）が、複数の開口（１２２）を有し、前記複数の開口（１２２）が、前記エンクロージャ（１００）内からの空気が、前記複数の開口（１２２）を通って前記通気ダクト（１１６）内に引き込まれるのを可能にするように構成されている、通気ダクト（１１６）と、
前記通気ダクト（１１６）に引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステム（１２０）であって、前記空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステム（１２０）とを備える、燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項１７】
前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）が、前記タービンエンクロージャ（１００）の床部（１３６）に対して実質的に平行に延びている、請求項１６に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項１８】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）を通って導かれた空気と流れ連通した状態で結合されたプローブ（１３８）と、前記プローブ（１３８）と電気通信するように接続されたセンサ（１４０）とを含む、請求項１６に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項１９】
前記センサシステム（１２０）が、前記通気ダクト（１１６）の前記延長部（１３２）内に配置されたプローブ（１３８）を含む、請求項１６に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【請求項２０】
前記空気中の燃料の燃料濃度が空気中の燃料の爆発下限界値の、ほぼ所定のしきい値より大きいときに、前記センサシステム（１２０）が、潜在的な燃料漏れを判定する、請求項１６に記載の燃料漏れ検出システム（１０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してタービンエンジンに関し、より具体的には、タービンエンジンエンクロージャにおける燃料漏れ検出システム及び燃料漏れ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、様々な用途において動力源として使用される。エンジンを外界から保護するため、及びその周囲の環境をガスタービンエンジンから遮蔽するために、公知のガスタービンエンジンの少なくとも一部は、通気ダクト等の吸気領域、排気領域、及び吸気領域と排気領域との間に延びるエンジン領域を含むエンジン組立体エンクロージャ内に収容されている。例えば、ガスタービンエンジンが、発電機用の動力源として用いられている発電設備では、エンジンは、エンジン作動中に発生するノイズと熱を低減することを助けるエンクロージャ内に収容することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００８０４０３号明細書
【発明の概要】
【０００４】
現在の規制基準では、エンジン制御システムには、エンジン組立体エンクロージャ内の燃料システムの部品からの燃料漏れが所定のしきい値を超えた場合に、操作者に警報を発し、かつ／又はエンジンの運転を自動的に停止することが求められている。公知のエンジン組立体エンクロージャの少なくとも一部は、燃料漏れの存在を判定するために通気ダクトの空気の流れに配置された有害ガス検出器を含む。さらに、公知のエンジン組立体エンクロージャの少なくとも一部は、エンクロージャから有害ガス検出器に向かって空気を引き出す掃気システムを含んでいる。しかし、漏れ燃料が、有毒ガス検出器に向かって導かれる空気の流れの中で希釈されると、正確な燃料漏れ検出が困難となることがある。
【０００５】
一態様では、タービンエンクロージャ内で使用される燃料漏れ検出システムが提供される。この燃料漏れ検出システムは、タービンエンクロージャの内部空洞を通って延びる通気ダクトであって、通気ダクトの延長部が、タービンエンクロージャの底部内に配置されている、通気ダクトを含む。通気ダクトは、複数の開口を有し、この複数の開口は、タービンエンクロージャ内からの空気が、複数の開口を通って通気ダクト内に引き込まれるのを可能にするように構成されている。燃料漏れ検出システムは、通気ダクトに引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステムであって、空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステムをさらに備える。
【０００６】
別の態様において、ガスタービン組立体が提供される。このガスタービン組立体は、内部空洞を含むタービンエンクロージャと、内部空洞を通って延びる通気ダクトであって、通気ダクトの延長部が、タービンエンクロージャの底部内に配置されるように延びている通気ダクトとを含む。通気ダクトは、複数の開口を有し、この複数の開口は、タービンエンクロージャ内からの空気が、複数の開口を通って通気ダクト内に引き込まれるのを可能にするように構成されている。ガスタービン組立体は、通気ダクトに引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステムであって、空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステムをさらに備える。
【０００７】
さらに別の態様では、エンクロージャで使用するための燃料漏れ検出システムが提供される。この燃料漏れ検出システムは、内部空洞を通って延びる通気ダクトであって、通気ダクトの延長部が、タービンエンクロージャの底部内に配置されるように延びている通気ダクトを含む。この通気ダクトは、複数の開口を有し、この複数の開口は、タービンエンクロージャ内からの空気が、複数の開口を通って通気ダクト内に引き込まれるのを可能にするように構成されている。この燃料漏れ検出システムは、通気ダクトに引き込まれた空気と流れ連通状態で結合されたセンサシステムであって、空気内の燃料を検出するように構成されたセンサシステムをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的なガスタービン発電システムの概略図である。
【図２】図１に示すガスタービン発電システムとともに使用することができる例示的なガスタービンエンジンエンクロージャの概略図である。
【図３】図２に示すガスタービンエンジンエンクロージャとともに使用することができる例示的な通気ダクトの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態は、ガスタービンエンジンエンクロージャで使用するための燃料漏れ検出システムに関するものである。例示的な実施形態において、燃料漏れ検出システムは、通気ダクトを含む。通気ダクトには、開口を通じて空気が通気ダクトに引き込まれるように、複数の開口が画定されている。ガスタービンエンジンで使用される公知の燃料の少なくとも一部は空気よりも重い。したがって、エンクロージャの底部に溜まる可能性のある燃料が、流れる空気に沿った延長部に形成された開口を通って引き出されるように、通気ダクトは、エンクロージャの底部内に配置された延長部を備えている。燃料漏れ検出システムは、通気ダクトを通って導かれた空気の流れと流れ連通状態で結合されたセンサシステムをさらに含む。センサシステムは、空気中における燃料の存在を検出する。いくつかの実施形態では、センサシステムの燃料検出プローブが、通気ダクトの延長部内に配置されている。空気中の燃料の濃度が、エンクロージャ内の他の領域に対して比較的大きい、潜在的な漏れの発生源に、より近接して、プローブを配置することにより、燃料漏れ検出システムの信頼性、及び安全性が向上する。
【００１０】
図１は、例示的なガスタービン発電システム１０の概略図である。例示的な実施形態において、ガスタービン発電システム１０は、軸流の圧縮機１６と、燃焼器セクション２０と、ガスタービン２４とを含むタービンエンジン組立体１３と直列流れの関係にある濾過システム１２を備えている。吸気５０は、濾過システム１２で濾過され、濾過された吸気１４は、軸流の圧縮機１６に向けられる。吸気５０は、周囲空気温度である。圧縮空気１８は、燃焼器セクション２０の方向に向けられる。燃焼器セクション２０では、燃焼させるために、燃料を、圧縮空気１８と共に噴射する。高温ガス２２が、燃焼器セクション２０から排出されて、ガスタービン２４の方向に向けられる。ガスタービン２４では、高温ガス２２の熱エネルギーが仕事に変換される。仕事の一部が、圧縮機１６を駆動するために使用され、その残りが、発電機２８を駆動する電力を発生するために使用される。高温排気ガス混合物２６は、ガスタービン２４から排出され、大気又は熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（不図示）に導かれる。
【００１１】
図２は、例示的なタービンエンジンのエンクロージャ１００の概略図であり、図３は、例示的な燃料漏れ検出システム１０２の斜視図である。この例示的な実施形態では、エンクロージャ１００は、タービンエンジン組立体１３の少なくとも一部を収容し得るサイズの内部空洞１０４を含む。具体的には、エンクロージャ１００は、圧縮機１６の少なくとも一部と、燃料供給システム１０６と、燃焼器セクション２０と、ガスタービン２４の少なくとも一部とを収容するようなサイズにされる。燃料供給システム１０６は、燃焼器セクション２０内のそれぞれの燃焼器１１２内に向けて燃料を導く複数の燃料導管１１０を有する、実質的に環状の燃料マニホールド１０８を含む。いくつかの実施形態では、各燃料導管１１０と各燃焼器１１２との間のインタフェース１１４は、潜在的な燃料漏れの発生源（不図示）を画定する。あるいは、潜在的な燃料漏れの発生源は、燃料供給システム１０６に沿ったどの位置にでも存在し得る。
【００１２】
燃料供給システム１０６は、タービンエンジン組立体１３が、本明細書で述べるように機能することを許容する燃焼器セクション２０の方向に燃料を導く。例えば、燃料は、気化した液体燃料であってもよい。液体燃料は、例えば、ナフサ、プロパン、アラビアン・スーパー・ライトであるが、これらに限られない。このような燃料は、一般に空気よりも重く、燃料供給システム１０６に沿って漏れが発生した場合には、エンクロージャ１００の底部１０１に蓄積する可能性がある。
【００１３】
この例示的な実施形態では、エンクロージャ１００の内部空洞１０４は、また、内部に燃料漏れ検出システム１０２の少なくとも一部を収容するようなサイズにされる。より具体的には、燃料漏れ検出システム１０２は、内部空洞１０４を通って延びる通気ダクト１１６と、通気ダクト１１６と流れ連通した状態で結合された通気ファン１１８と、通気ダクト１１６を通って導かれる換気空気１２３の流れと流れ連通した状態で結合されているセンサシステム１２０とを備える。通気ダクト１１６は、複数の開口１２２を有している。開口１２２によって、エンクロージャ１００内からの空気（不図示）を、開口１２２を通して通気ダクト１１６内に引き込み、換気空気１２３の流れを形成することが可能となる。例えば、運転中、エンクロージャ１００内の空気が、開口１２２を通して引き込まれるように、通気ファン１１８によって、通気ダクト１１６内に負圧を形成することが容易になる。開口１２２は、通気ダクト１１６に沿った複数の位置に形成され、通気ダクト１１６が、本明細書で説明するように機能することができるいかなる形状及び／又は配向を有することができる。
【００１４】
通気ダクト１１６は、第１の部分１２４と、第１の部分１２４から分岐された第２の部分１２６とを備え、これらの各々が、エンクロージャ１００内のタービンエンジン組立体１３の部品の周りに延びている。通気ダクト１１６の延長部１３２が、タービンエンジン組立体１３の下方の、エンクロージャ１００の底部１０１内に配置されるように、第２の部分１２６の各々は、第１の部分１２４に結合された第１の端部１２８から第２の端部１３０に向かって延びている。より具体的には、通気ダクト１１６の延長部１３２は、延長部１３２が、逆の軸方向にインタフェース１１４を越えて延びることができるように、エンクロージャ１００の床部１３６に対して略平行に延びる。本明細書で用いる場合、「軸の」、「軸方向に」、又は「同軸に」という用語は、タービンエンジン組立体１３の中心軸線１３５に沿った方向か、又は中心軸線１３５に対して略並行な方向を指す。したがって、延長部１３２は、インタフェース１１４にある潜在的な燃料漏れの発生源に近接して配置されている。これにより、燃料を含んでいる可能性のあるエンクロージャ１００内の空気を、各延長部１３２の開口１２２を通して引き出すことが可能となる。潜在的な燃料漏れの発生源の下、又は近接して延長部１３２を配置することにより、空気よりも重い燃料の、より正確で信頼性の高い燃料漏れの検出測定が、センサシステム１２０によって得られる。例えば、一実施形態では、延長部１３２の１つは、インタフェース１１４及び／又は潜在的な燃料漏れの発生源に、より近づくように延長部１３２を配置するために、エンクロージャ１００の床部１３６から離れる方向に延びる隆起部１３４を備えている。
【００１５】
さらに、第２の部分１２６が、第１の端部１２８から第２の端部１３０に向かって延びると、通気ダクト１１６の第２の部分１２６の断面積が徐々に減少する。したがって、第１の端部１２８よりも小さな断面積を有する第２の部分１２６の第２の端部１３０を形成することによって、第２の端部１３０の開口１２２を通して引き出された燃料漏れの希釈を低減しやすくし、かつより小さい漏れをより高い信頼水準で検出しやすくする。あるいは、通気ダクト１１６は、燃料漏れ検出システム１０２が、本明細書に記載したように機能することを可能にする任意の断面形状を有していてもよい。
【００１６】
例示的な実施形態において、センサシステム１２０は、通気ダクト１１６内に引き込まれた空気中の燃料を検出する。センサシステム１２０は、燃料漏れ検出システム１０２が本明細書に記載したように機能するのを可能にする、いかなる燃料検出機構であってもよい。例示的なセンサシステム１２０は、赤外線センサシステム、触媒ビーズセンサ（ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｂｅａｄ  ｓｅｎｓｏｒ）システム、半導体センサシステム、及び酸化センサ（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｏｒ）システムを含むが、これらに限定されない。例えばいくつかの実施形態では、センサシステム１２０は、赤外線プローブ１３８と、赤外線プローブ１３８と電気的に接続されているセンサ１４０とを含んでいる。赤外線プローブ１３８は、通気ダクト１１６の延長部１３２を通って導かれた空気と、流れ連通状態で結合されており、センサ１４０は、センサ１４０の寿命を向上させるのを助けるために、換気空気１２３の流れから離れて配置される。代替実施形態では、赤外線プローブ１３８は、燃料漏れ検出システム１０２が、本明細書で説明するように機能することを可能にする通気ダクト１１６内の任意の位置に配置されている。
【００１７】
センサシステム１２０、より具体的には、赤外線プローブ１３８が、潜在的な燃料漏れの発生源に近接して配置されているので、センサシステム１２０は、一般に、高い信頼度レベルでエンクロージャ１００内の小さな漏れを検出することができる。いくつかの実施形態では、通気ダクト１１６に引き込まれる空気中の燃料の濃度が所定のしきい値より高い場合、センサシステム１２０は、潜在的な燃料漏れを判定する。例えば、エンクロージャ１００の底部１０１内の空気中の燃料の濃度が、タービンエンジン組立体１３が使用する燃料の爆発下限界値の約２５％よりも大きい場合に、センサシステム１２０は、潜在的な燃料漏れを判定してもよい。
【００１８】
本明細書で説明するシステム及び方法は、ガスタービンエンジンエンクロージャ内の潜在的に危険な燃料漏れを検出することを助ける。例示的な実施形態において、空気中の燃料の存在を検出するセンサシステムは、ガスタービンエンジンのエンクロージャを通って延びる通気ダクトと流れ連通状態で結合している。ガスタービンエンジンに向かって導かれた燃料は、一般に空気よりも重いため、延長部に形成された開口を通って引き込まれた空気が、より高い濃度の漏れ燃料を潜在的に含むように、通気ダクトの延長部は、エンクロージャの底部内に配置される。このセンサシステムは、延長部に形成された開口を通って引き込まれた空気と流れ連通状態で結合され、通気ダクトを通って導かれる。したがって、潜在的な燃料漏れの発生源の近くに通気ダクトの延長部を配置することにより、他の公知のシステムよりも高い信頼レベルと確実性で、潜在的な燃料漏れを検出することが容易になる。
【００１９】
本明細書は、最良の形態を含む本開示の実施形態を開示するため、さらに、当業者であれば、任意の装置又はシステムの製造及び使用、並びに任意の組み込まれた方法の実行を含む、本開示の実施形態を実施できるようにするために、例を用いている。本明細書で説明する実施形態の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に想起される他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文字通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的な差異のない均等の構造要素を含む場合、そのような他の実施例は特許請求の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービン発電システム
１２  濾過システム
１３  タービンエンジン組立体
１４  濾過された吸気
１６  圧縮機
１８  圧縮空気
２０  燃焼器セクション
２２  高温ガス
２４  ガスタービン
２６  高温排気ガス混合物
２８  発電機
５０  吸気
１００  エンクロージャ
１０１  底部
１０２  燃料漏れ検出システム
１０４  内部空洞
１０６  燃料供給システム
１０８  燃料マニホールド
１１０  燃料導管
１１２  燃焼器
１１４  インタフェース
１１６  通気ダクト
１１８  通気ファン
１２０  センサシステム
１２２  開口
１２３  換気空気
１２４  第１の部分
１２６  第２の部分
１２８  第１の端部
１３０  第２の端部
１３２  延長部
１３４  隆起部
１３５  中心軸線
１３６  床部
１３８  赤外線プローブ
１４０  センサ
【図１】
2015209843.tif 000003
【図２】
2015209843.tif 000004
【図３】
2015209843.tif 000005
【外国語明細書】
2015209843000001.pdf