(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジンのコンプレッサー用の入口抽気加熱制御システムを提供する。【解決手段】入口抽気加熱制御システム１００は、入口抽気加熱マニホールド１２０と、入口抽気加熱マニホールド１２０に連通するエジェクター１７０とを備え、エジェクター１７０は、コンプレッサー吐出空気１４０の流れと周囲空気２０の流れとに連通するようになっている。また、運転パラメーターが入口抽気加熱を必要とするかどうかを決定するステップと、エジェクターへのコンプレッサー吐出管路を開くステップと、エジェクターへのフィルターハウス管路を開くステップと、エジェクター内でコンプレッサー吐出空気と周囲空気とを混合するステップと、混合した空気を入口抽気加熱マニホールドに流すステップと、運転パラメーターが混合した流れによって達成されたかどうかを決定するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン（１０）のコンプレッサー（１５）用の入口抽気加熱制御システム（１００）であって、
入口抽気加熱マニホールド（１２０）と、
前記入口抽気加熱マニホールド（１２０）に連通するエジェクター（１７０）と
を備え、
前記エジェクター（１７０）は、コンプレッサー吐出空気（１４０）の流れと、周囲空気（２０）の流れとに連通する、入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項２】
前記エジェクター（１７０）は、前記周囲空気（２０）の流れによってフィルターハウス管路（１８０）に連通している、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項３】
前記フィルターハウス管路（１８０）はフィルターハウス管路弁（１９０）を備えている、請求項２記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項４】
前記エジェクター（１７０）は、前記コンプレッサー吐出空気（１４０）の流れによってコンプレッサー吐出管路（１５０）に連通している、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項５】
前記コンプレッサー吐出管路（１５０）は入口抽気加熱弁（１６０）を備えている、請求項４記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項６】
前記コンプレッサー吐出管路（１５０）はエジェクター弁（１７５）を備えている、請求項５記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項７】
前記コンプレッサー（１５）と前記入口抽気加熱マニホールド（１２０）との間に位置するエジェクターバイパス管路（２００）をさらに備える、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項８】
前記バイパス管路（２００）はバイパス弁（２１０）を備えている、請求項７記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項９】
前記入口抽気加熱マニホールド（１２０）は複数の音響ノズル（１３０）を備えている、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１０】
コントローラ（５５）をさらに備える、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１１】
前記コントローラ（５５）は氷結防止信号（２３０）を備える、請求項１０記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１２】
前記コントローラ（５５）は運転限界線信号（２２０）を備える、請求項１０記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１３】
前記入口抽気加熱マニホールド（１２０）の上流にフィルターハウス（１１０）をさらに備える、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１４】
前記入口抽気加熱マニホールド（１２０）の下流に複数の入口ガイドベーン（１７）をさらに備える、請求項１記載の入口抽気加熱制御システム（１００）。
【請求項１５】
入口抽気加熱制御システム（１００）を運転する方法であって、
運転パラメーターが入口抽気加熱を必要とするかどうかを決定することと、
エジェクター（１７０）へのコンプレッサー吐出管路（１５０）を開くことと、
前記エジェクター（１７０）へのフィルターハウス管路（１８０）を開くことと、
前記エジェクター（１７０）内でコンプレッサー吐出空気（１４０）と周囲空気（２０）とを混合することと、
前記混合した空気を入口抽気加熱マニホールド（１２０）に流すことと、
前記運転パラメーターが前記混合した流れによって達成されたかどうかを決定することと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願およびその結果としての特許は、一般には、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、最小の入口抽気加熱流レベルで運転する際に出力損失および加熱速度の損失を低減するために流れの制御を改善した入口抽気加熱制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
効率的かつ安全なガスタービンエンジンの運転には、コンプレッサーの運転限界線よりも圧力比が小さいことが必要である。具体的には、運転限界線よりも大きい圧力比は、コンプレッサーのサージ等を引き起こす場合がある。例えば、低ＢＴＵ燃料や希釈噴射を伴う燃料が用いられる用途、および／または、周囲温度が冷たい条件における用途では、より高い圧力比が生じ得る。コンプレッサーの圧力比は、典型的には、タービンの圧力比が燃焼器内で圧力損失に曝される場合がある点で、タービンの圧力比よりも大きくなり得る。コンプレッサーのサージ等は、重大な損傷およびその結果生じるガスタービンエンジンの休止時間を引き起こす場合がある。
【０００３】
コンプレッサーの圧力比を保護するための一般的な解決策は、ガスタービンのコンプレッサーの吐出空気を抽気し、抽気をコンプレッサーの入口に戻すように再循環させることである。そのような入口抽気加熱制御は、より冷たい周囲空気をコンプレッサーの熱い吐出空気の抽気した部分と混合することによってコンプレッサー入口空気の入口温度を上昇させ、これにより、空気の密度とガスタービンへの質量流とを低下させる。
【０００４】
しかし、現状の入口抽気加熱マニホールドは、均一な流れ分布のために最小限の流量で済むような大きさにされる場合がある。その結果、最小抽気加熱流は、運転限界線の保護および／または氷結防止の保護に必要な流量を超える可能性がある。したがって、実際の要件を超えるそのような最小抽気加熱流を使用すると、ガスタービンの出力、加熱速度、および効率の損失をもたらす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８８４４２５８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本願およびその結果としての特許は、ガスタービンエンジンのコンプレッサー用の入口抽気加熱制御システムを提供する。この入口抽気加熱制御システムは、入口抽気加熱マニホールドと、入口抽気加熱マニホールドと連通するエジェクターとを設け、エジェクターは、最小の流れレベルで流れの制御を改善するために、コンプレッサー吐出空気の流れと、周囲空気の流れとに連通するようになっている。
【０００７】
本願およびその結果としての特許はさらに、入口抽気加熱制御システムを運転する方法を提供する。この方法は、運転パラメーターが入口抽気加熱を必要とするかどうかを決定するステップと、エジェクターへのコンプレッサー吐出管路を開くステップと、エジェクターへのフィルターハウス管路を開くステップと、エジェクター内でコンプレッサー吐出空気と周囲空気とを混合するステップと、混合した空気を入口抽気加熱マニホールドに流すステップと、運転パラメーターが混合した流れによって達成されたかどうかを決定するステップとを含むことができる。
【０００８】
本願およびその結果としての特許はさらに、ガスタービンエンジンのコンプレッサー用の入口抽気加熱制御システムを提供する。この入口抽気加熱制御システムは、入口抽気加熱マニホールドと、入口抽気加熱マニホールドと連通するエジェクターと、コンプレッサーおよび入口抽気加熱マニホールドと連通するバイパス管路とを含むことができる。最小流レベルで流れの制御を改善するための混合した流れを作るために、エジェクターは、コンプレッサー吐出空気の流れと周囲空気の流れとに連通する。
【０００９】
本願およびその結果としての特許のこれらおよび他の特徴および改善は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて以下の詳細な説明を検討することで当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】入口抽気加熱制御システムを有するガスタービンエンジンの模式図である。
【図２】図１の入口抽気加熱制御システムの運転における例示的なステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次いで図面を参照すると、いくつかの図面全てを通じて同様の構成要件を同様の番号で指しており、図１は、本願で使用することのできるガスタービンエンジン１０の模式図を示している。ガスタービンエンジン１０は、入口ガイドベーンアセンブリ１７を有するコンプレッサー１５を含むことができる。コンプレッサー１５は、入ってくる空気２０の流れを圧縮する。コンプレッサー１５は、圧縮した空気２０の流れを燃焼器２５に送る。燃焼器２５は、圧縮した空気２０の流れに圧縮した燃料３０の流れを混合し、その混合物に点火して燃焼ガス３５の流れを作る。１つの燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、円周方向の配列で位置する任意の数の燃焼器２５を含んでもよい。燃焼ガス３５の流れは次いでタービン４０に送られる。燃焼ガス３５の流れは、機械的仕事を生成するようにタービン４０を駆動する。タービン４０で生成された機械的仕事は、軸４５を介してコンプレッサー１５を駆動し、発電機等の外部負荷５０を駆動する。
【００１２】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、液化燃料、および／または他のタイプの燃料、ならびにこれらの混合物を使用できる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社によって提供される異なるいくつかのガスタービンエンジンの１つであってもよく、限定はしないが、７系列または９系列の重荷重ガスタービンエンジン等であってもよい。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有してもよく、また他のタイプの構成要素を使用してもよい。他のタイプのガスタービンエンジンも本願で使用することができる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電機器も、本願でともに使用できる。
【００１３】
ガスタービンエンジン１０はコントローラ５５を含むことができる。コントローラ５５は、独立したコントローラであっても、または、ガスタービンの制御システムと一体化してもよい。コントローラ５５の例は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社によって提供されるＳｐｅｅｄｔｒｏｎｉｃ（商標）Ｍａｒｋ  ＶＩ（商標）制御システムである。そのような制御システムは、速度および負荷の制御機能と温度制御機能とを含む全てのガスタービンの制御要件を実施するように設計することができる。制御システムは、完全に自動化された起動、停止、および冷却を可能にするために、補助構成要素の順番付けも扱うことができる。したがって、制御システムは、不利な運転条件等に対するガスタービンエンジン全体の保護を提供することができる。これらの機能の全ては、統合的に行うことができる。他のタイプの制御システムを本願で使用できる。他の構成要素および他の構成を本願で使用できる。
【００１４】
ガスタービンエンジン１０は、本明細書で記載され得るような入口抽気加熱制御システム１００を含むことができる。入口抽気加熱制御システム１００は、入口フィルターハウス１１０とコンプレッサー１５の入口ガイドベーン１７との間に位置するいくつかの構成要素を含むことができる。入口フィルターハウス１１０は、入ってくる空気の流れ２０から、湿気と、埃および／または破片のような粒子状物質とを取り除くことができるいくつかのエアフィルターおよび／または網を含むことができる。入口フィルターハウス１１０は、従来の設計でもよく、任意の適当な大きさ、形状、または構成を有してもよい。他の構成要素および他の構成を本明細書で使用できる。
【００１５】
入口フィルターハウス１１０は入口抽気加熱マニホールド１２０を含むことができる。入口抽気加熱マニホールド１２０はいくつかの音響ノズル１３０等を含むことができる。任意の数の音響ノズル１３０を本明細書で使用できる。入口抽気加熱マニホールド１２０は、任意の適当な大きさ、形状、または構成を有してもよい。入口抽気加熱マニホールド１２０は、コンプレッサー吐出空気１４０の加熱された流れと連通することができる。コンプレッサー吐出空気１４０は、コンプレッサー吐出管路１５０を介して入口抽気加熱マニホールド１２０へ送ることができる。コンプレッサー吐出管路１５０は、１つまたは複数の入口抽気加熱弁１６０を有することができる。入口抽気加熱弁１６０は従来の設計でよい。入口抽気加熱弁１６０はコントローラ５５と通信することができる。
【００１６】
入口抽気加熱制御システム１００はエジェクター１７０を含むことができる。エジェクター１７０は、入口抽気加熱マニホールド１２０の上流のコンプレッサー吐出管路１５０上に位置することができる。コンプレッサー吐出管路１５０は、エジェクター１７０の上流のコンプレッサー吐出管路１５０上にエジェクター弁１７５を含むことができる。エジェクター弁１７５は従来の設計でよい。エジェクター弁１７５はコントローラ５５と通信することができる。エジェクター１７０は、フィルターハウス管路１８０を介して入口フィルターハウス１１０内の空気２０の流れと連通することもできる。空気２０の流れは、周囲の温度および圧力であってよい。フィルターハウス管路弁１９０がフィルターハウス管路１８０上に位置することができる。フィルターハウス管路弁１９０は従来の設計でよい。フィルターハウス管路弁１９０はコントローラ５５と通信することができる。必要な場合はエジェクター１７０をバイパスするように、バイパス管路２００はコンプレッサー吐出管路１５０と連通することができる。バイパス弁２１０がバイパス管路２００に位置することができる。バイパス弁２１０は従来の設計でよい。バイパス弁２１０はコントローラ５５と通信することができる。他の構成要素および他の構成を本願で使用できる。
【００１７】
入口抽気加熱マニホールド１２０で使用する混合した流れを作るために、エジェクター１７０は、コンプレッサー吐出空気１４０を入口フィルターハウス１１０からの周囲空気２０の流れの一部と混合させることができる。概略的に説明すると、エジェクター１７０は、可動部分のない機械的装置である。エジェクター１７０は、運動量の移動に基づいて２つの流体の流れを混合する。エジェクター１７０は、高圧のコンプレッサー吐出空気１４０用の原動力となる空気の入口と、フィルターハウス管路１８０から受け取る低圧の周囲空気２０用の吸引空気の入口と、静圧を低下するための主ノズルと、混合した流れを減速するとともに静圧を再び得るためのディフューザーとを有している。したがって、混合した流れは、入ってくるコンプレッサー吐出空気１４０および入口フィルターハウス１１０からの周囲空気２０の流れと比べて異なる圧力および温度でディフューザーを出る。エジェクター１７０は、任意の適当な大きさ、形状、または構成を有してよい。他の構成要素および他の構成を本願で使用できる。
【００１８】
入口抽気加熱制御システム１００の運転はコントローラ５５によって制御することができる。コントローラ５５は、例えば、運転限界線信号２２０および氷結防止制御信号２３０等を受信することができる。他のタイプの信号および関連するセンサーを本願で使用できる。したがって、コントローラ５５は、運転限界線制御および氷結防止制御等のための電流論理２４０を含むことができる。コントローラ５５は、電流論理２４０と関連してエジェクター１７０を運転するためのエジェクター論理２５０も含むことができる。他の構成要素および他の構成を本願で使用できる。
【００１９】
図２は、入口抽気加熱制御システム１００の運転における例示的なステップを有するフローチャートである。ステップ２６０において、ガスタービンエンジン１０が作動している。ステップ２７０において、ガスタービンエンジン１０が氷結防止保護を必要とすること、および／または、運転限界線に到達した、もしくは近づいていることをコントローラ５５が決定することができる。したがって、ステップ２８０において、コントローラ５５は、ステップ２９０における氷結防止保護、および／または、ステップ３００における運転限界線保護のいずれかを選択することができる。ステップ２９０において氷結防止保護が必要であれば、コントローラ５５は、ステップ３１０においてエジェクター１７０を開くために、入口抽気加熱弁１６０と、エジェクター弁１７５と、フィルターハウス管路弁１９０とを開くことができる。ステップ３２０において、コントローラ５５は、電流論理２４０を適用して、エジェクター１７０を使用することのみによって氷結防止要件が達成されたかどうかを決定することができる。達成された場合、ステップ３３０では追加の流れは必要ではない。達成していなければ、コンプレッサー吐出空気１４０の少なくとも最小の流れを提供するためにステップ３４０においてエジェクター１７０をバイパスするように、コントローラ５５が、エジェクター弁１７５およびフィルターハウス管路弁１９０を閉じ、バイパス弁２１０を開くことができる。
【００２０】
ステップ２８０において運転限界線保護が必要であれば、コントローラ５５は、ステップ３５０においてエジェクター１７０を開くために、入口抽気加熱弁１６０と、エジェクター弁１７５と、フィルターハウス管路弁１９０とを開くことができる。ステップ３６０において、コントローラ５５は、電流論理２４０を適用して、エジェクター１７０を使用することのみによって運転限界線保護が達成されたかどうかを決定することができる。達成された場合、ステップ３７０では追加の流れは必要ではない。達成していなければ、コンプレッサー吐出空気１４０の少なくとも最小の流れを提供するためにステップ３８０においてエジェクター１７０をバイパスするように、コントローラ５５は、エジェクター弁１７５およびフィルターハウス管路弁１９０を閉じ、バイパス弁２１０を開くことができる。これらのステップは例示に過ぎない。本明細書において、他のステップおよび異なるステップを他の順序および異なる順序で行うことができる。
【００２１】
したがって、入口抽気加熱制御システム１００は、コンプレッサー吐出空気１４０の使用を限定することができる。したがって、最小の抽気加熱流の流量は、約０．５％から約１％Ｗ２の従来の流量に比べて、約０％から約１％Ｗ２（コンプレッサーの空気流）とすることができる。したがって、入口抽気加熱制御システム１００は、現在の最小の抽気加熱流レベルでの運転に関連した全体の出力損失および加熱速度の損失を低減するように、必要な抽気加熱流の流量をより大きく制御できるようにする。したがって、ガスタービン全体の出力および効率を改善することができる。
【００２２】
前述のことは、本願およびその結果としての特許のある実施形態のみに関することが明らかであろう。以下の特許請求の範囲およびその等価物によって定義される発明の全般的な精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更および修正を本明細書で行うことができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ガスタービンエンジン
１５  コンプレッサー
１７  入口ガイドベーンアセンブリ
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  軸
５０  負荷
５５  コントローラ
１００  入口抽気加熱制御システム
１１０  入口フィルターハウス
１２０  入口抽気加熱マニホールド
１３０  音響ノズル
１４０  コンプレッサー吐出空気
１５０  コンプレッサー吐出管路
１６０  入口抽気加熱弁
１７０  エジェクター
１７５  エジェクター弁
１８０  フィルターハウス管路
１９０  フィルターハウス管路弁
２００  バイパス管路
２１０  バイパス弁
２２０  限界線信号
２３０  氷結防止信号
２４０  電流論理
２５０  エジェクター論理
２６０〜３８０  ステップ
【図１】
2017106444.tif 000003
【図２】
2017106444.tif 000004
【外国語明細書】
2017106444000001.pdf