JPH07113329B2 - ガスタ−ビン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービンの改良に関し、特に二段燃焼器に
接続された尾筒（燃焼筒）に供給するバイパス空気の流
量を制御するバイパス弁に可動部分のない特殊な弁を使
用したガスタービンを提供するものである。

〔従来の技術〕

第７図は、ガスタービンＴの可変流量燃焼器の断面を示
すものであって、タービン翼で駆動される圧縮機１で圧
縮された高温・高圧の空気Ａは矢印のように燃焼用空気
室２内に供給され、二段燃焼機３内に供給される。な
お、この二段燃焼器３の頭部にはパイロット燃料供給部
４とメイン燃料供給部５が設けられ、この二段燃焼器３
内で燃焼された高温高圧の燃焼ガスは尾筒６、即ち燃焼
筒内に排出され、タービン室７内に供給されてタービン
翼を駆動する。

前記構造のガスタービンＴにおいては、このタービンに
よって駆動される発電機等の負荷に応じてしばしばその
出力が変動する場合が多い。この出力に変動に対応し、
最適の条件でガスを燃焼させるように尾筒６に供給する
バイパス空気ａの量をバイパス弁８で調節して行ってい
る。しかし、このバイパス空気ａは圧縮機１で加圧され
た高温・高圧の空気Ａであり、これの流量を調節するバ
イパス弁８は高温にさらされることになる。

バイパス弁８は通常はバタフライ型の弁が使用されてい
る関係でゲートやこのゲートを支持する軸、この軸を支
持する軸受、あるいは可変リング等の各種の部材が必要
であり、当然これらの部材も高温にさらされることにな
る。従って、これらの部材の摺動部分の動きが悪くな
り、正確なバイパス空気ａの流量の制御ができなくなる
と云う故障が生ずる。

このバイパス弁８の故障によりバイパス空気ａの流量の
調節が困難となり、その結果、ガスタービンの負荷に応
じた最適の空気配分が困難となり、ガスの燃焼温度が不
適当となり、NO_Xを大量に発生して環境を汚染すること
になる。

〔発明の目的〕

前記のようにガスタービンに用いられている従来のバイ
パス弁においては摺動部分があるために故障の機会が多
く、従ってバイパス空気の流量の正確な調節に支障を来
すことが多かった。

本発明は前記従来のガスタービンの有する問題点を解消
するものであって、その目的とするところは、摺動部分
のないバイパス弁を設けたガスタービンを提供すること
にある。

更に別の目的は、出力の変動に応じた最適空気配分の制
御が容易であり、NO_Xの排出が少なく、メンテナンスが
容易なガスタービンを提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、ガスタービンの二
段予混合燃焼器３と尾筒６を直列して設け、尾筒６に設
けたバイパス弁を介して尾筒６内に供給する燃焼用空気
ａの流量を制御するようにしたガスタービンであって、 前記バイパス弁を渦型流量制御弁10とし、この渦型流量
制御弁10は渦室11の接線方向に高圧蒸気を供給する制御
口12と、渦室11の片側面であって前記高圧蒸気と混合さ
れる位置に燃焼用空気ａの流入口13と、前記片側面に対
抗する他側面の中央部に前記渦室11内において旋回が与
えられた燃焼用空気ａの流出口14をそれぞれ設け、尾筒
６内に燃焼用空気と蒸気の混合流体を供給するように構
成したガスタービンを供給するものである。

本発明で特に使用する渦型流量制御弁は摺動部分が全く
なく、しかも燃焼用空気の流量の制御は高圧の水蒸気の
旋回流の強弱によって行なわれるので、その燃焼用空気
の流量の制御が容易である上に、故障する部分が全くな
いという特徴がある。

また、燃焼用空気の流量を制御するための流体として特
に高圧蒸気を使用しており、尾筒内の燃焼ガスに対して
蒸気を混入するのでNO_Xの排出が少なくなり、環境汚染
が少ない上にメンテナンスが容易なガスタービンを提供
することができる。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明にかかるガスタービンの燃焼器の要部の
断面図であって、第７図は同様な符号を付した部分は同
様な構造であるので、その部分の説明は省略する。

第７図に示す従来のガスタービンのバイパス弁８に代え
て、本発明においては、渦型流量制御弁10を使用した点
に特徴がある。

この渦型流量制御弁10は、第２図に示すように接線方向
に制御口12を設けた渦室11と、この渦室11の一方であっ
て、前記制御口12の前方であって制御口12より流入する
制御流体である高圧蒸気と混合する位置に設けた燃焼用
空気（バイパス空気）の流入口13とこの流入口13の反対
側に前記渦室11の中央部に設けた流出口14から構成され
ている。

制御流体として作用する水蒸気Ｓは、例えばガスタービ
ンＴの排熱によって発生する高圧の水蒸気であり、補助
的に圧縮機15で発生する高圧の空気Ｃを使用することも
できる。前記水蒸気（あるいは補助的に使用する高圧の
空気Ｃ）は弁16で流量を調節されて前記制御口12へ供給
される。前記弁16はタービンＴの排気ガスの温度、即ち
タービンの負荷によって発生する信号ｔによって制御さ
れ、燃焼用空気室２内の高圧空気ａが流入口13より流入
し、流出口14を経由して尾筒６内に供給されるバイパス
空気ａの流量を制御することになる。

前記渦型流量制御弁10は一種のサイクロン装置を構成し
ており、第２図のように制御口12より制御流体である高
圧の水蒸気Ｓを供給しない状態では、流量を制御される
バイパス空気ａは流入口13より渦室11内に供給され、そ
のまま流出口14から排出される。

この状態では、渦室11内には高圧の水蒸気Ｓによる渦が
発生していないので供給された空気ａには何等の運動も
与えられなく、渦型流量制御弁10は開放状態となってい
る。

次に、バイパス空気ａの流量を制御する場合には、第３
図に示すように制御口12より高圧の水蒸気Ｓを渦室11の
接線方向より供給する。すると渦室11の壁面に沿って流
れて旋回する水蒸気Ｓにバイパス空気ａが同伴して旋回
する。このバイパス空気ａと水蒸気Ｓの混合流体Saは旋
回しながら中央部に集合して渦室11の中央部に設けられ
ている流出口14より流出する。

高圧の水蒸気Ｓが渦室11に壁面に沿って流れて生ずる旋
回流による「絞り効果」即ち、弁効果を発生することに
なる。この絞り効果は流入口13より流入するバイパス空
気ａに対しては一種の弁として作用するものであって混
合流体Saはこの旋回流に応じて絞られ、流量が制御され
る。

即ち、水蒸気Ｓの流量が多くなると旋回流が多くなり、
その分絞り効果が増加するので、流出口14より排出され
る混合流体Saの流量は減少することになる。

第１図のように高圧の空気Ａが供給される燃焼用空気室
２内の空気Ａは、第２図および第３図にその詳細を示
す、渦型流量制御弁10の流入口13を経由して渦室11内に
おいて旋回作用が与えられ、その結果、絞り効果が与え
られながら流出口14より燃焼用空気あるいはバイパス空
気ａとして尾筒６内に供給されることになる。

尾筒６は、二段燃焼器３内において燃焼したガスをター
ビンに導く部分であって、バイパス空気ａの流量によっ
て最適のタービン入口温度と燃焼状態が維持されるもの
である。

第４図は本発明に係る渦流型流量制御弁を設けた可変機
構を有するガスタービンの排気に含有されるNO_Xの低減
率とガスタービンの負荷との関係を示す図である。

なお、従来型燃焼器100％負荷のNO_X値に対する比を示し
ている。

第５図はガスタービンの負荷とタービンの排ガス温度の
関係を示す図である。

第６図は空気の可変流量（バイパス空気の流量）と燃料
量と負荷との関係を示す図である。

本発明によれば、可動部分のない渦流型流量制御弁を設
けてバイパス空気の流量を高圧の水蒸気を使用して制御
しているので、実質的に故障することなく安全にガスタ
ービンを運転することができる。

〔発明の効果〕

本発明にかかるガスタービンは、二段予混合燃焼器３と
尾筒６を直列して設け、尾筒６に設けたバイパス弁を介
して尾筒６内に供給する燃焼用空気ａの流量を制御する
ようにしたガスタービンであって、前記バイパス弁を渦
型流量制御弁10とし、この渦型流量制御弁10は渦室11の
接線方向に高圧蒸気を供給する制御口12と、渦室11の片
側面であって前記高圧蒸気と混合される位置に燃焼用空
気ａの流入口13と、前記片側面に対向する他側面の中央
部に前記渦室11内において旋回が与えられた燃焼用空気
ａの流出口14をそれぞれ設け、尾筒６内に燃焼用空気と
蒸気の混合流体を供給するように構成しており、次の効
果を奏することができる。

（１） 燃焼用空気の流量をガスタービンの負荷に応じ
て正確に自動で変化させることができる （２） 負荷に応じた最適の空気の配分により、常に低
NO_X燃焼を行うことができる。

（３） 高温・高圧部において従来のバイパス弁のよう
に弁対等にみられる摺動部分がなく、確実に長期間作用
させることができる。

（４） 渦型流量制御弁の２次空気源として排熱回収に
より得られる水蒸気を使用することができるので、他の
高圧の空気源を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービンの燃焼器の要部の断面
図、第２図及び第３図は渦型流量制御弁の作用図であ
る。 第４図は本発明に係る渦流型流量制御弁を設けた可変機
構を有するガスタービンの排気に含有されるNO_Xの低減
率とガスタービンの負荷との関係を示す図、第５図はガ
スタービンの負荷とタービンの排ガス温度の関係を示す
図、第６図は空気の可変流量（バイパス空気の流量）と
燃料量と負荷との関係を示す図である。 第７図は従来のガスタービンの燃焼器の要部の断面図で
ある。 Ｔ……ガスタービン、A,a……圧縮空気、１……圧縮
機、２……燃焼用空気室、３……二段燃焼器、４……パ
イロット燃料供給部、５……メイン燃料供給部、６……
尾筒、７……タービン室、８……バイパス弁、10……渦
型流量制御弁、11……渦室、12……制御口、13……流入
口、14……流出口、15……圧縮機、16……弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンの二段予混合燃焼器（３）と
   尾筒（６）を直列して設け、尾筒（６）に設けたバイパ
   ス弁を介して尾筒（６）内に供給する燃焼用空気（ａ）
   の流量を制御するようにしたガスタービンであって、 前記バイパス弁を渦型流量制御弁（10）とし、この渦型
   流量制御弁（10）は渦室（11）の接線方向に高圧蒸気を
   供給する制御口（12）と、渦室（11）の片側面であって
   前記高圧蒸気と混合される位置に燃焼用空気（ａ）の流
   入口（13）と、前記片側面に対抗する他側面の中央部に
   前記渦室（11）内において旋回が与えられた燃焼用空気
   （ａ）の流出口（14）をそれぞれ設け、尾筒（６）内に
   燃焼用空気と蒸気の混合流体を供給するように構成した
   ガスタービン。