(57)【要約】  本発明は、タービン（１００）の燃焼室（１２０）内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための方法：  −  可燃性流体が通って燃焼室（１２０）内へ噴射される、前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスの断面を決定することと、  −  インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスの上流の可燃性流体の圧力を決定することと、  −  インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスの下流の圧力を決定することと、  −  前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスを通って流れる可燃性流体の流量を決定すること、  に関する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１００）の燃焼室（１２０）内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための方法であって、前記可燃性流体は、少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスを通って前記燃焼室内へ噴射され、前記オリフィスは、前記燃焼室の内側に配され、それにおいて前記方法が、
−  前記可燃性流体が通って前記燃焼室（１２０）内へ噴射される、前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの断面を決定するステップと、
−  前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力を決定するステップと、
−  前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの下流の圧力を決定するステップと、
−  前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスを通って流れる前記可燃性流体の流量を、前記少なくとも１つのインジェクタの前記オリフィスの前記決定された断面と、前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記決定された前記可燃性流体の圧力と、前記インジェクタの前記オリフィスの下流の前記決定された圧力と、の関数として決定するステップと、
−  前記燃焼室（１２０）内へ噴射される前記可燃性流体の流量を、前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）にわたる圧力の差の関数として決定するステップと、
を包含する、決定するための方法。
【請求項２】
前記燃焼室（１２０）は、複数のインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）を包含し、それにおいて、前記燃焼室（１２０）内へ噴射される前記可燃性流体の流量は、前記複数のインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）を通って流れる前記可燃性流体の流量の合計として決定される、請求項１に記載の決定するための方法。
【請求項３】
前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの下流の前記可燃性流体の圧力は、前記燃焼室（１２０）の内側の圧力である、請求項１または２に記載の決定するための方法。
【請求項４】
前記可燃性流体は、ガス混合気である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の決定するための方法。
【請求項５】
前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力は、前記可燃性流体のラインとコンプレッサを離れる圧縮空気の圧力（ＰＣＤ）との間の圧力における差を測定することによって間接的に決定される、請求項４に記載の決定するための方法。
【請求項６】
前記燃焼室（１２０）内へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定は、前記燃焼室（１２０）内における点火の前に実施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の決定するための方法。
【請求項７】
前記可燃性流体の流量の決定は、前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）が開口する空間（１１１）の上流の圧力（Ｐ２）が、厳密に、前記空間（１１１）内の圧力より高いときに実施される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の決定するための方法。
【請求項８】
前記タービン（１００）は、複数の前記燃焼室（１２０）を包含し、そのそれぞれが少なくとも１つの、前記可燃性流体の前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）を包含し、前記燃焼室（１２０）のそれぞれの中へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定は、すべての前記燃焼室内において点火のポイントに至るまでに実施される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の決定するための方法。
【請求項９】
前記タービンは、前記少なくとも１つの燃焼室（１２０）へ前記可燃性流体を供給する少なくとも１つの可燃性流体供給回路（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を包含し、前記少なくとも１つの可燃性流体供給回路（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）は、前記少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）への供給を提供する少なくとも１つの分配デバイス（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）に接続され、それにおいて、前記燃焼室内へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定は、単一の分配デバイスにおいて測定される圧力の関数として実施される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の決定するための方法。
【請求項１０】
燃焼室（１２０）内へ噴射される可燃性流体の流量の決定をトリガするための方法であって、前記可燃性流体は、少なくとも１つのインジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）のオリフィスを通って前記燃焼室内へ噴射され、それにおいて前記方法が、
−  前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力と、前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの下流の前記可燃性流体の圧力の間における差を決定するステップと、
−  前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力が、前記インジェクタ（１１２、１１３、１１４、１１５）の前記オリフィスの下流の圧力より高ければ、請求項１〜８のいずれかに記載の決定するための方法を実行に移すステップと、を包含する、トリガするための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つ以上のタービン燃焼室を有するタービン、特にガス・タービン内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための方法に関する。また、本発明は、その種の決定するための方法をトリガするための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス・タービンは、概して、吸気セクションと、コンプレッサと、１つ以上の燃焼室と、タービンと、排気セクションとを包含する。各燃焼室は、１つ以上の可燃性流体のインジェクタを包含し得る。
【０００３】
流路は、ガス・タービンを通って画定され得る。正常動作においては、吸気セクションを通って空気がガス・タービンへ入る。空気は、コンプレッサ内へ流れ、圧力が増加される。圧縮された空気は、その後、すべての燃焼室を通って循環し（circulates through towards all of the combustion chambers）、そこでガス等の燃料と混合されて可燃性混合気が形成される。混合気は、燃焼のために燃焼室内へ噴射される。この燃焼は、高温ガスを生成し、その高温ガス内に含まれているエネルギを抽出するために、タービン内へ噴射される。その後、排気セクションを通じて排気をガス・タービンから排出することが可能である。
【０００４】
高出力ガス・タービンのための調整および保護システムは、概して、スタート・アップ時および燃焼前、または火炎の検出時における保護または制限を含む。この保護は、タービンおよび下流に位置する回収ボイラへ入る、燃焼室内における点火の間の火炎が検出される前の未燃焼可燃性ガスの量の制限に帰着する。
【０００５】
概して言えば、タービンを調整するために、正常動作の間において、また火炎が検出される前においても可燃性流体の流量を測定することが必要である。取り付け済みの流量測定システムの殆どは、定格負荷、すなわち点火後の、オルタネータが回路網と同期された後における測定に適している。
【０００６】
しかしながら、点火前のガス流量は、定格負荷における流量と比較するとかなり低く、したがって、定格負荷のための流量計は、点火のために必要とされるような低い流量の適切な推定の提供が可能になるには、大きすぎる誤差の相対マージンを有することになる。それに加えて、点火流量を測定するために第２の流量計を取り付けることは、可燃性流体系内における可燃性ガスに、追加の、かつ望ましくない圧力低下を課することになる。
【０００７】
制限オリフィスを通って流れる流体が、流量の平方に比例する量の圧力低下を経験する原理で動作する流量測定デバイスを使用することは、特に特許文献１から周知の実践である。流体およびオリフィスの特性が完全に既知である場合には、オリフィスにわたって測定される圧力低下からその流体の流量を演繹することが可能になる。その場合にはこれが、オリフィス・プレートを使用する流量の測定になる。この測定は、瞬時的な体積流量を直接演繹することを可能にする。オリフィス・プレート（または制限オリフィス）におけるこの圧力低下は、エネルギの損失（圧力低下（pressure drop））ではなく、むしろ『圧力』エネルギから『速度』エネルギへの変換である。
【０００８】
測定方法は、噴射される可燃性流体の通路内に配置される追加のオリフィス・プレートまたは制限オリフィスの使用を必然的に伴う。これは、可燃性流体回路内における追加の圧力低下を導く。それに加えて、この方法は、この流量測定に充てられる追加の部材を必要とすることから不経済である。
【０００９】
したがって、上に述べられている欠点を呈さない、燃焼室内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための解決策に向けられた必要性が未だに存在する。特に、高価でなく、かつ燃焼室内への統合および実装がより容易な、燃焼室内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための解決策に向けられた必要性が未だに存在する。
【００１０】
特許文献２は、インジェクタの上流および下流における圧力と、速度と、温度とに依存する物理的補正（a physical correction）として有効断面積（Ａｅ）を定義している。特に、有効断面積のサイジングは、インジェクタへの流入口における圧力を定義することを可能にする。この有効断面積のサイジングは、インジェクタ内の圧力比が、臨界圧力比ＣＰＲ（１．７８）として知られ、それを超えると流量が一定にとどまる最大または最小許容可能限界を超えないことの保証を可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第９９０６７６１７号パンフレット
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７０１８６５５７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
それを行うために、本発明は、タービンの燃焼室内へ噴射される可燃性流体の流量を決定するための方法であって、前記可燃性流体が、少なくとも１つのインジェクタのオリフィスを通って前記燃焼室内へ噴射され、それにおいて前記方法が、
−  前記可燃性流体が通って前記燃焼室内へ噴射される、前記少なくとも１つのインジェクタの前記オリフィスの断面（the cross section of the orifice）を決定するステップと、
−  前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力を決定するステップと、
−  前記インジェクタの前記オリフィスの下流の圧力を決定するステップと、
−  前記少なくとも１つのインジェクタの前記オリフィスを通って流れる前記可燃性流体の流量を、前記少なくとも１つのインジェクタの前記オリフィスの前記決定された断面（the determined cross section of the orifice）と、前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記決定された前記可燃性流体の圧力と、前記インジェクタの前記オリフィスの下流の前記決定された圧力と、の関数として決定するステップと、
−  前記燃焼室内へ噴射される前記可燃性流体の流量を、前記少なくとも１つのインジェクタにわたる圧力の差の関数として決定するステップと、
を包含する、決定するための方法を提案する。
【００１３】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記燃焼室内へ噴射される前記可燃性流体の流量が、前記複数のインジェクタを通って流れる前記可燃性流体の流量の合計として決定される。
【００１４】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記インジェクタの前記オリフィスの下流の前記可燃性流体の圧力が、前記燃焼室の内側の圧力である。
【００１５】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記可燃性流体が、ガス混合気である。
【００１６】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力が、前記燃料ラインとコンプレッサを離れる圧縮空気の圧力との間の圧力における差を測定することによって間接的に決定される。
【００１７】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記燃焼室内へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定が、前記燃焼室内における点火の前に実施される。
【００１８】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記可燃性流体の流量の決定が、前記少なくとも１つのインジェクタが開口する空間の上流の圧力が、厳密に、前記空間内の圧力より高いときに実施される。
【００１９】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記タービンが、複数の前記燃焼室を包含し、そのそれぞれが少なくとも１つの、前記可燃性流体の前記インジェクタを包含し、前記燃焼室のそれぞれの中へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定が、すべての前記燃焼室内において点火のポイントに至るまでに実施される。
【００２０】
前記決定するための方法の１つの実施態様によれば、前記タービンが、前記少なくとも１つの燃焼室へ前記可燃性流体を供給する少なくとも１つの可燃性流体供給回路を包含し、前記少なくとも１つの可燃性流体供給回路が、前記少なくとも１つのインジェクタへの供給を提供する少なくとも１つの分配デバイスに接続され、それにおいて、前記燃焼室内へ噴射される前記可燃性流体の流量の決定が、単一の分配デバイスにおいて測定される圧力の関数として実施される。
【００２１】
また、本発明は、燃焼室内へ噴射される可燃性流体の流量の決定をトリガするための方法であって、前記可燃性流体が、少なくとも１つのインジェクタのオリフィスを通って前記燃焼室内へ噴射され、それにおいて前記方法が、
−  前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力と、前記インジェクタの前記オリフィスの下流の前記可燃性流体の圧力の間における差を決定するステップと、
−  前記インジェクタの前記オリフィスの上流の前記可燃性流体の圧力が、前記インジェクタの前記オリフィスの下流の圧力より高ければ、これより手前に記載されている決定するための方法を実行に移すステップと、
を包含する、トリガするための方法にも関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
添付図面に、本発明を図解する。
【図１】ガス・タービンの部分断面図を図示した概略図である。
【図２】図１のガス・タービンのための動作図を図示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１を参照すると、ガス・タービン１００のための補助可燃性流体供給系１０が、圧力Ｐ１の可燃性流体源に接続されている。補助系１０は、フィルタ７０と、シャトル・バルブ８０と、圧力調整バルブ９０とを包含し得て、その下流において圧力Ｐ２が維持される。
【００２４】
これより手前で示されているとおり、ガス・タービン１００は、吸気セクション１０２と、コンプレッサ１０４と、１つ以上の燃焼室１２０と、タービン１０６と、排気セクション１０８とを包含する。各燃焼室１２０は、１つ以上のタイプのインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５を包含する。
【００２５】
流路は、ガス・タービン１００を通って画定され得る。正常動作においては、吸気セクション１０２を通って空気がガス・タービン１００へ入る。空気は、コンプレッサ１０４内へ流れ、それが空気を圧縮して圧縮空気を形成する。圧縮空気は、１４０を介して全部の燃焼室へ入り、ガス等の燃料と混合されて、空間１１１内において可燃性混合気が形成される。１つ以上のインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５は、この空間１１１内に開口している。
【００２６】
燃焼室１２０内において燃焼された混合気は、ダクト１３０に沿ってタービン・セクション１０６へ向かって通過する高温ガスの流れを生成し、そこで高温ガスの運動エネルギが機械的エネルギへと変換された後、排気セクション１０８を介して排出される。
【００２７】
燃焼室へ入る前に必要とされる圧縮のレベルは、概して、圧力センサ１６０によって測定されるコンプレッサ引き渡し圧力（ＰＣＤ）に関する圧力比という形で表される。この圧力比は、概して１．１×ＰＣＤと１．５×ＰＣＤの間に包含される。そのため、圧力センサ１５０が使用されて、可燃性流体ラインとコンプレッサ１０４の吐出口における圧力ＰＣＤの間の圧力における差が恒常的に監視される。
【００２８】
燃焼系は、それぞれが固有の流量を伴う少なくとも１つのタイプのインジェクタを伴った少なくとも１つの燃焼室１２０を包含し得る。各タイプのインジェクタ内における可燃性流体の均質な分布が、専用の分配回路を介して好ましく獲得される。図１は、少なくとも１つの燃焼室１２０のための可燃性流体分配系を図示しており、各チャンバには、少なくとも１つの、たとえば４つのタイプのインジェクタが装備されるが、各タイプのうちの１つ１１２、１１３、１１４、１１５だけがチャンバ毎に図示されている。各タイプのインジェクタには、４つの可燃性流体供給回路Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４によって供給され、そのそれぞれは、インジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５への供給を提供する分配デバイスＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４にそれぞれ接続されている。各分配回路は、流量の見地から個々の特性を有し得る。それに加えて、インジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５は、同じ１つの燃焼室１２０内に、たとえば、図２に図示されているとおり、燃焼室１２０の長さ方向の軸周りの円形構成で配することができる。このようなやり方においては、燃焼系内のインジェクタの総数が、チャンバ当たりのインジェクタのタイプの数にチャンバの数を乗じた数になる。燃焼と掛かり合いのある総流量は、各タイプの少なくとも１つのインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５を通る流量を推定することによって、かつその後、燃焼室１２０の数を乗ずることによって、したがって、単純化された方法において演繹することが可能である。当然のことながら、部分的な流量測定の場合においては、または燃焼系のテスト目的のために、分配デバイス上における単一の測定は可能である。
【００２９】
以下、この方法を、図１および図２に図示されているガス・タービン１００等のタービンに関連して説明する。この決定するための方法は、それに代えて、燃焼室内へ可燃性流体を噴射するための少なくとも１つのインジェクタが装備された少なくとも１つの燃焼室を包含し、かつ正常動作時においては、各燃焼室のインジェクタの回路網の上流側の圧力が下流側の圧力を超え得る任意のタービン内に実装することが可能である。
【００３０】
この方法は、オリフィスを通る流量を測定する原理を使用し、それを行うために、各インジェクタの有効断面積（Ａｅ）並びに上流側および下流側の圧力といった、燃焼室１２０内に使用されている少なくとも各タイプのインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５の特性を考慮する。
【００３１】
したがって、下流側および上流側の圧力、並びにそれらの圧力比が、各タイプのインジェクタを通る質量流量の推定、およびその後の全燃焼室１２０内へ噴射される可燃性流体の総流量の決定を可能にする。言い換えると、燃焼室１２０内へ噴射される可燃性流体の流量は、各タイプのインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５を通って流れる可燃性流体の推定流量の合計にチャンバ１２０の数を乗じた値として決定される。
【００３２】
この方法は、燃焼室１２０内における少なくとも各タイプのインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５の有効断面積の使用を考慮する。各インジェクタは、動作モードに従って寸法が既知になる、１１０のカバーと１１１のインジェクタの後の間における可燃性流体の通路のための有効断面積を有するとして特徴記述される。有効通路断面積は、オリフィスに類似と考えることが可能である。したがって、質量流量、１１１における燃焼室の内側の圧力、および可燃性ガスの特性に基づいて設計ポイントのそれぞれについて、１１０のカバーにおける圧力を計算することが可能である。
【００３３】
それに加えて、回路の質量流量、インジェクタの圧力比、燃料の特性、燃焼室内の圧力（ＰＣＣ）、および有効断面積に関係する式が、この分野の当業者には周知である。
【００３４】
したがって、インジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５の各タイプの有効断面積並びに１１０における上流側および１１１における下流側の圧力が既知になれば、インジェクタの各タイプについての質量流量を計算することが可能である。
【００３５】
この説明の目的のために、用語『上流側の圧力（pressure upstream）』または『上流側圧力（upstream pressure）』は、インジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５の任意の１つの上流または流入口に位置するポイント１１０における可燃性流体の静圧として定義される。インジェクタの上流の１１０における可燃性ガスの圧力（Ｐｃ）を推定するために、１６０において測定されるコンプレッサの空気引き渡し圧力、またはＰＣＤ、および可燃性流体ラインとコンプレッサ引き渡し圧力ＰＣＤの間における差圧の測定１５０を使用することが可能であり、そのために、次に示す式が使用され得る：
【００３６】
Ｐｃ＝ＰＣＤ＋ΔＰ（可燃性流体ラインとＰＣＤ(combustible-fluid line and PCD)）
【００３７】
インジェクタの下流の１１１、または燃焼室の内側における圧力は、チャンバ内のガス混合気の圧力である。この圧力は、直接測定することが不可能であるが、比較的類似した圧力、すなわちＰＣＤ１６０を測定することは可能である。具体的に述べれば、燃焼室内の圧力（Ｐｃｃ）は、コンプレッサ排出圧力（ＣＰＤ）から、コンプレッサを離れて燃焼室を通る圧縮空気によって経験される圧力低下（この圧力低下は、パーセンテージとして既知であるか、または推定される）を減じた値と等価である。
【００３８】
したがって、インジェクタの有効断面積および１１０における上流側および１１１における下流側の圧力が既知であれば、インジェクタ・タイプ１１２、１１３、１１４、１１５当たりの質量流量もまた計算することが可能である。
【００３９】
その結果として、燃焼室内へ噴射される可燃性流体の流量は、前記少なくとも１つのインジェクタのオリフィスを通って流れる可燃性流体の流量の関数として決定することが可能である。このオリフィスは、図１に図示されているとおり、燃焼室の内側に位置決めされる。複数のインジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５の各オリフィスは、対応する燃焼室の内側に配される。したがって、この決定は、追加の制限オリフィスまたはオリフィス・プレートの追加を、流量を測定するために必要としない。決定するための方法は、したがって、単純化され、かつ高価でない。それに加えて、追加のオリフィス・プレートまたは制限オリフィスの非存在は、可燃性流体回路内において追加の圧力低下が生じることを回避可能にする。
【００４０】
好ましいこととして、燃焼室１２０内へ噴射される可燃性流体の流量の決定が、インジェクタ１１２、１１３、１１４、１１５のオリフィスの上流側の可燃性流体の圧力Ｐ２が、空間１１１までの下流側の、燃焼室内における点火の前の圧力より高いときに実施される。具体的に述べれば、この決定は、タービン１００および下流に位置する回収ボイラへ入る、燃焼室１２０内における点火の間の火炎が検出される前の噴射済みの未燃焼可燃性ガスの量を決定することを可能にする。これは、ガス・タービンが調整され、したがって、保護されることを可能にする。
【００４１】
改善された保護を可能にするために、それぞれの燃焼室１２０内へ噴射される可燃性流体の流量の決定が、すべての燃焼室内において点火のポイントに至るまでに実施される。
【００４２】
この方法は、可燃性流体の流量を間接的に測定するための方法に対応し、その方法は、点火前の流量の測定に適している。特にこの方法は、流量の推定に追加のオリフィス・プレートを使用しないことから、実装が単純であり、また追加の圧力低下を生み出すこともない。それに加えて、燃焼室内への噴射に可能な限り近接した流量の測定は、可燃性流体供給ラインの上流においてしばしば採用されている流量計からの測定とは異なり、もっとも正しい可能性のある値（測定誤差を考慮せず）を有することを可能にする。具体的に述べれば、この流量計と燃焼室の間の供給ラインには、ガス・ポートを伴う場合のように、数多くの漏れが存在する可能性があり、それが測定を改竄するおそれがある。したがって、極めて漏れを生じやすいポートを介したライン内の上流側の流量計測定は、マシンの操作性の損失を導くことになる。
【図１】
2022501597.tif 000003
【図２】
2022501597.tif 000004
【国際調査報告】
2022501597.tif 000005
2022501597.tif 000006
2022501597.tif 000007
2022501597.tif 000008