(57)【要約】【課題】ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（３０）周りに配置された水噴射システム（１００）を提供する。【解決手段】水噴射システム（１００）は、水マニホルド（１１０）と、水マニホルド（１１０）と連通する圧力リリーフシステム（１５０）とを備え得る。圧力リリーフシステム（１５０）は、圧力リリーフライン（１６０）上に配置されたリリーフ排出口（１８０）を備え得る。【選択図】図２
2007182889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水マニホルド（１１０）と、前記水マニホルド（１１０）と連通する圧力リリーフシステム（１５０）とを備える、ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（３０）周りに配置された水噴射システム（１００）であって、前記圧力リリーフシステム（１５０）が、圧力リリーフライン（１６０）上に配置されたリリーフ排出口（１８０）を備える、水噴射システム（１００）。
【請求項２】
前記圧力リリーフシステム（１５０）が、圧力リリーフライン（１６０）上に配置された圧力変換器（１９０）を備える請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項３】
前記圧力リリーフシステム（１５０）がオリフィスプレート（２００）を備える請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項４】
前記リリーフ弁（１８０）がソレノイド弁（１８０）を備える請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項５】
前記圧力リリーフライン（１６０）が水マニホルド（１１０）の最上部付近に位置を占める請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項６】
前記圧力リリーフライン（１６０）が、その中に捕捉される空気の体積を小さくするために、前記水マニホルド（１１０）に隣接して位置を占める請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項７】
前記水マニホルド（１１０）と連通する水スキッド（１３０）をさらに備える請求項１記載の水噴射システム（１００）。
【請求項８】
前記水スキッド（１３０）が停止弁アセンブリ（１４０）を備える請求項７記載の水噴射システム（１００）。
【請求項９】
負荷解除中に、ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（３０）周りに配置された水マニホルド（１１０）内の水圧を解放する方法であって、水マニホルド（１１０）と連通する流入水源（１２０）上の停止弁アセンブリ（１４０）を閉止するステップと、前記水マニホルド（１１０）と連通する圧力リリーフライン（１６０）上のリリーフ弁（１８０）を開放するステップと、前記圧力リリーフライン（１６０）を介して前記水マニホルド（１１０）内の水を排出するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンの燃焼器と共に用いる水マニホルド用の水圧リリーフシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、一般に、流入空気流を圧縮する圧縮機を備える。空気流は燃焼器内で燃料と混合、着火され、高温燃焼ガスを発生する。燃焼ガスは、次いでタービンへ流れる。タービンは、燃焼ガスからエネルギーを引き出して、タービン軸を駆動する。タービン軸は、圧縮機、および一般に、発電機などの外部負荷に動力を供給する。
【０００３】
高温燃焼ガスからの排気排出物は、一般に問題となり、規制による制限を受けることもある。あるタイプのガスタービンエンジンは、低排気排出物作動、特に低ＮＯｘ（窒素酸化物）作動を行うように設計される。低ＮＯｘタービンエンジンは、一般に、エンジンの円周を周って互いに円周方向に隣接する複数の燃焼筒の形態の燃焼器を備える。
【０００４】
ＮＯｘ排出物は、一般に、燃焼器内の燃焼温度に関係する。温度およびＮＯｘ排出物生成量を制御するために、燃焼器周りに配置したマニホルドを介して、水を燃焼プロセスに加えることができる。水の量は、一般に、燃料流量、相対湿度および周囲温度の関数として制御される。
【０００５】
負荷の解除は、タービン発電機の電気配線網からの瞬間的切断である。したがって、過回転状態を防止するために、タービンへの燃料供給量を素早く減少させなければならない。燃料供給量の減少はまた、燃焼の安定性を維持するように制御しながら行わなければならない。ＮＯｘ低減のために注入される水の量は燃料流量の関数なので、負荷解除中は、燃焼器への水の流れも停止しなければならない。しかし、水噴射マニホルドの圧力降下は、吹消えの可能性を低減させるのに常に十分な速さであるとは限らない。すなわち、既にマニホルド中にある水が、燃焼器に流入し続けることがある。
【特許文献１】米国特許第６５３６２０６号
【特許文献２】米国特許第６９３８４２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、負荷解除に対して素早く反応することができる改善された水マニホルド圧力リリーフシステムの設計が望まれる。反応時間を長くすると、吹消えの可能性、およびそれに伴う再始動の費用が抑制されるはずである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本願は、ガスタービンエンジンの燃焼器周りに配置された水噴射システムを記載する。水噴射システムは、水マニホルドと、水マニホルドと連通する圧力リリーフシステムとを備え得る。圧力リリーフシステムは、圧力リリーフライン上に配置されたリリーフ排出口を備え得る。
【０００８】
圧力リリーフシステムは、圧力リリーフライン上に配置された圧力変換器およびオリフィスプレートを備え得る。リリーフ弁はソレノイド弁を備え得る。圧力リリーフシステムは、ドレインを備え得る。圧力リリーフラインは、水マニホルドの最上部付近に位置を占め得る。圧力リリーフラインは、その中に捕捉される空気の体積を小さくするために、水マニホルドに隣接する位置を占め得る。
【０００９】
水噴射システムは、水マニホルドと連通する流入水源をさらに備え得る。流入水源は、水スキッドおよび停止弁アセンブリを備え得る。水噴射システムはさらに、水マニホルドと燃焼器との間に配置された逆流防止弁を備え得る。
【００１０】
本願は、負荷解除中に、ガスタービンの燃焼器周りに配置された水マニホルド内の水圧を解放する方法をさらに記載する。この方法は、水マニホルドと連通する流入水源上の停止弁アセンブリを閉止するステップと、水マニホルドと連通する圧力リリーフライン上のリリーフ弁を開放するステップと、圧力リリーフラインを介して水マニホルド内の水を排出するステップとを含み得る。停止弁アセンブリが完全に閉止する前に、リリーフ弁が開放し得る。リリーフ弁を開放するステップによって、水が燃焼器内に噴射されるのを防止する。リリーフ弁を開放するステップによって、さらに、圧力リリーフラインから捕捉空気を除去する。
【００１１】
本願は、ガスタービンエンジンの燃焼器周りに配置された水噴射システムをさらに記載する。水噴射システムは、水マニホルドと、水マニホルドと連通する流入水源とを備え得る。流入水源は、停止弁を備え得る。水噴射システムはまた、水マニホルドと連通する圧力リリーフシステムを備え得る。圧力リリーフシステムは、圧力リリーフライン上に配置されたリリーフ排出口と、圧力変換器とを備え得る。
【００１２】
圧力リリーフシステムは、オリフィスプレートを備え得る。リリーフ弁はソレノイド弁を備え得る。リリーフラインは、水マニホルドの最上部付近に位置を占め得る。圧力リリーフラインはまた、その中に捕捉される空気の体積を小さくするために、水マニホルドに隣接する位置を占め得る。
【００１３】
本願のこれらおよびその他の目的は、以下の本発明の詳細な説明を図面および添付の特許請求の範囲と併せて検討することにより、当業者には容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで、図面を参照すると、図１はタービンエンジン１０を示す。複数の図面を通して同じ番号は同じ要素を示す。タービンエンジン１０は、低ＮＯｘ燃焼器３０およびタービン４０と直列に流れ連通するように配置された圧縮機２０を備え得る。上記のように、燃焼器３０は、大きく円形に配置された複数の燃焼筒３５の形態をとることができる。本明細書では、他のタイプの燃焼器３０を用いることもできる。タービン４０は、駆動軸５０を介して圧縮機２０に結合され得る。駆動軸５０は、発電機（図示せず）または他のタイプの所望の外部負荷に動力を供給するために、タービン４０から延出することができる。
【００１５】
上記の作動中、圧縮機２０は、圧縮空気流６０を燃焼器３０に送り込む。同様に、燃料噴射器７０は、燃料流８０を燃焼器３０に供給して、その中で混合することができる。圧縮空気流６０および燃料流８０が、燃焼器３０内で燃焼して、燃焼ガス流９０を生成する。タービン４０によって燃焼ガス流９０からエネルギーが引き出され、それにより、圧縮機２０に動力を供給するためにタービン軸５０を回転させ、また、発電機または他のタイプの外部負荷を駆動する。
【００１６】
また、タービンエンジン１０は、本明細書に記載されている水噴射システム１００を備え得る。水噴射システム１００は、タービン区画１０５内に全体またはその一部を配置することができる。水噴射システム１００は、水マニホルド１１０を備え得る。水マニホルド１１０には、流入水源１２０から供給することができる。水マニホルド１１０は、燃焼器３０の周りに配置することができる。具体的には、水マニホルド１１０は、多数の燃焼筒３５を取り巻いて配置できるように大きく円形の形状であり得る。上記のように、水マニホルド１１０を通る水の流量は、主として、燃焼器３０に入る燃料流８０の関数である。
【００１７】
水噴射システム１００をより詳細に図２に示す。流入水源１２０は、水噴射スキッド１３０の形態をとることができる。水噴射スキッド１３０は、当業者には周知の通り、複数のポンプ、熱交換器、および他の装置を備え得る。水噴射スキッド１３０は、停止弁アセンブリ１４０を介して、水マニホルド１１０に接続することができる。また、逆流防止弁１４５を、水マニホルド１１０と燃焼器３０との間に配置することができる。
【００１８】
水噴射システム１１０は、圧力リリーフシステム１５０を備え得る。圧力リリーフシステム１５０は、圧力リリーフライン１６０を備え得る。圧力リリーフライン１６０は、水マニホルド１１０から従来のドレイン１７０または他のタイプの排水口へ延在することができる。リリーフ弁１８０を圧力リリーフライン１６０上に配置することができる。ソレノイドまたは同様のタイプの装置が、リリーフ弁１８０を作動させることができる。圧力リリーフライン１６０はまた、圧力変換器１９０を備え得る。圧力変換器１９０は、従来の設計のものでよい。本明細書では、圧力変換器の代わりに、圧力スイッチを使用することもできる。本明細書では、類似のタイプの圧力素子を使用することもできる。また、オリフィスプレート２００を圧力リリーフライン１６０上に配置することができる。オリフィスプレート２００は、ドレイン１７０の付近に配置され得る。本明細書では、類似の構造を用いることもできる。
【００１９】
圧力リリーフライン１６０は、水マニホルド１１０の最上部付近に配置され得る。リリーフ弁１８０は、圧力リリーフライン１６０中に空気が捕捉されている場合にその体積を減らすように、マニホルド１１０の比較的近くに配置され得る。リリーフ弁１８０、圧力変換器１９０、およびオリフィスプレート２００は、タービン区画１０５の外側に配置することができる。
【００２０】
負荷解除中は、停止弁アセンブリ１４０は、タービン運転システム（図示せず）によって閉止指令を受け、リリーフ弁１８０は開放指令を受け得る。停止弁１４０が完全に閉じる前に、リリーフ弁１８０が完全に開く。すなわち、リリーフ弁１８０を用いることによって、マニホルド１１０内に捕捉された圧力が、燃焼器３０内の圧力降下より幾分速く解放できるようになる。圧力が解放されることによって、マニホルド１１０内に余分の水がもし存在しても、それが燃焼器３０内に噴射されることはなく、したがって燃焼が不安定にならずに済む。逆に、余分な水は、圧力リリーフライン１６０およびドレイン１７０中へ方向転換させられる。リリーフ弁１８０はまた、再始動前に、水噴射システム１００内に捕捉された空気を解放するのに使用される。
【００２１】
上記は、本願の好ましい実施形態のみに関するものであり、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の全体的な精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に数多くの変更および修正を加えることを当業者ができることは明らかなはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本明細書に記載のガスタービンエンジンの概略図である。
【図２】図１のガスタービンエンジンと共に用いる水噴射システムの概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  タービンエンジン
２０  圧縮機
３０  燃焼器
３５  燃焼筒
４０  タービン
５０  駆動軸
６０  圧縮空気流
７０  燃料噴射器
８０  燃料流
９０  燃焼ガス流
１００  水噴射システム
１１０  水マニホルド
１２０  水源
１３０  水噴射スキッド
１４０  停止弁アセンブリ
１４５  逆流防止弁
１５０  圧力リリーフシステム
１６０  圧力リリーフライン
１７０  ドレイン
１８０  リリーフ弁
１９０  圧力変換器
２００  オリフィスプレート
【図１】
2007182889.tif 000003
【図２】
2007182889.tif 000004