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JP2003529701A - Supercharged gas turbine device, supercharged auxiliary device, supercharged gas turbine device operating method, high-pressure fluid transfer duct, and power generation facility - Google Patents

Supercharged gas turbine device, supercharged auxiliary device, supercharged gas turbine device operating method, high-pressure fluid transfer duct, and power generation facility

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Publication number
JP2003529701A
JP2003529701A JP2001506364A JP2001506364A JP2003529701A JP 2003529701 A JP2003529701 A JP 2003529701A JP 2001506364 A JP2001506364 A JP 2001506364A JP 2001506364 A JP2001506364 A JP 2001506364A JP 2003529701 A JP2003529701 A JP 2003529701A
Authority
JP
Japan
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gas turbine
supercharging
power generation
auxiliary device
turbine
Prior art date
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Application number
JP2001506364A
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Japanese (ja)
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ウィリアム エル コプコ
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エンハンスド タービン アウトプット ホールディング エル エル シー
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Publication date
Priority claimed from US09/388,927 external-priority patent/US6308512B1/en
Priority claimed from US09/475,154 external-priority patent/US6442942B1/en
Application filed by エンハンスド タービン アウトプット ホールディング エル エル シー filed Critical エンハンスド タービン アウトプット ホールディング エル エル シー
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Publication of JP2003529701A5 publication Critical patent/JP2003529701A5/ja
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    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/36Open cycles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 ガスタービン発電設備用過給装置(11)であって、過給ファン(30,32)と、低周囲温度での発電機(28)のオーバーロードを防ぐためタービン出力を制限するコントローラー(50)とからなる。コントローラーは、バーナー制御、入口温度制御、過給ファン圧力制御、その他の方法で出力を制限する。この装置は、発電機と関連部品を交換することなく既存のタービンに後付できる。 (57) [Summary] A supercharging device (11) for a gas turbine power generation facility, comprising a supercharging fan (30, 32) and a turbine output for preventing overloading of a generator (28) at a low ambient temperature. And a controller (50) for limiting. The controller limits output through burner control, inlet temperature control, supercharging fan pressure control, and other methods. The device can be retrofitted to existing turbines without replacing the generator and associated components.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (発明の背景) 発明の属する技術分野 本発明は、主にガスタービン発電施設に関するもので、特に高周囲温度におけ
るガスタービン発電設備の能力を向上させる過給装置に関するものである。すな
わち、過給装置はコントローラー付き過給ファンを用いてタービン吸気を加圧し
既存のタービンでの運転を可能にするもので、好ましくは前記過給ファンと吸気
冷却装置を組み合わせるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention mainly relates to a gas turbine power generation facility, and more particularly to a supercharger for improving the capacity of a gas turbine power generation facility at high ambient temperature. That is, the supercharging device uses a supercharging fan with a controller to pressurize the turbine intake air to enable operation with an existing turbine, and preferably combines the supercharging fan and the intake air cooling device.

【0002】 従来の技術 吸気温度が上昇するとガスタービンの能力が低下することは従来から知られて
おり、一般に約1°F(0.56℃)当たり0.4%の割で能力が低下するもの
で、その関係を図1に示す。通常、電力需要のピークは最高周囲温度に一致する
ため発電用ガスタービンではこうした特性が特に問題となる。ガスタービン、関
連発電器、電力分配装置の定格は、通常、40°F(約4.4℃)から50°F
(10℃)の吸気温度でのタービン能力に基づいて決められている。このように
定格動作温度が低いということは、設計、地域の気象条件、個々のタービン特性
にもよるが、夏期ピーク時での能力低下がタービン能力の約20から40%にも
達することを意味する。
[0002] It has been conventionally known that the capacity of a gas turbine decreases as the intake air temperature rises, and generally the capacity decreases at a rate of 0.4% per 1 ° F (0.56 ° C). The relationship is shown in FIG. Usually, the peak of the electric power demand coincides with the maximum ambient temperature, and thus such characteristics are particularly problematic in the gas turbine for power generation. Gas turbines, associated generators and power distribution equipment are typically rated at 40 ° F to 50 ° F.
Determined based on turbine capacity at intake air temperature (10 ° C). This low rated operating temperature means that the capacity decline at peak summer time reaches about 20 to 40% of the turbine capacity, depending on the design, local weather conditions, and individual turbine characteristics. To do.

【0003】 従来から能力低下を軽減あるいは無くすためタービンの吸気を冷却する様々な
取り組みが知られている。こうした取り組みの概要は、1990年6月11日〜
14日にベルギーのブリュッセルで開催されたガスタービン航空エンジン会議・
博覧会において発表されたIgor Ondryas らのASME(American Society of Mechan
ical Engineers)論文「吸気冷却によるガスタービンパワー増大の選択肢」に記
載されている。主だった冷却方法としては、直接・間接気化(蒸発)冷却装置、
電気的気化圧縮装置、吸収装置、蓄熱装置などが挙げられる。
Conventionally, various efforts have been known to cool the intake air of a turbine in order to reduce or eliminate the performance deterioration. The outline of these efforts is from June 11, 1990
Gas Turbine Aviation Engine Conference held in Brussels, Belgium on 14th
ASME (American Society of Mechanics) by Igor Ondryas et al.
ical Engineers) paper "Options for increasing gas turbine power by cooling intake air". The main cooling methods are direct and indirect vaporization (evaporation) cooling devices,
Examples include an electric vaporization compression device, an absorption device, a heat storage device, and the like.

【0004】 これらの中でも、商業的利用に優れた手法は直接気化冷却装置だけである。直
接気化冷却方法は低価格で簡素という利点を有しているが、可能温度低下の幅は
周囲湿球温度により制限されている。米国東部地域の場合、地域気象にもよるが
直接気化冷却により吸気温度を10°F(約5.6℃)から20°F(約11.
1℃)程度低下させることができる。米国南西部のような乾燥した温暖な気候で
はより大幅な温度低下が可能である。直接気化冷却法は有用ではあるが、この方
法では最大設計能力でタービンを運転させることはできない。50年以上に及び
徹底したガスタービンの研究開発がなされたが、高周囲温度に対処する優れた方
法は得られていない。
Of these, the only method which is excellent in commercial use is the direct evaporative cooling apparatus. The direct evaporative cooling method has the advantages of low cost and simplicity, but the range of possible temperature drop is limited by the ambient wet bulb temperature. In the eastern part of the United States, depending on the local weather, the temperature of the intake air is 10 ° F (about 5.6 ° C) to 20 ° F (about 11. ° C) due to direct evaporative cooling.
1 ° C.) can be lowered. Greater temperature reductions are possible in dry, warm climates such as the southwestern United States. Although direct evaporative cooling is useful, it does not allow the turbine to operate at maximum design capacity. Over 50 years of exhaustive research and development of gas turbines have not provided an excellent way to deal with high ambient temperatures.

【0005】 こうした問題に対処する方法としては興味深いが殆ど用いられたことのない方
法が、R.W.Foster−Peggの「気化吸気冷却を備えた押込送風機に
よるガスタービンの過給方法」ASME1965に記載されている。この論文に
は、タービン能力を増加させる方法として高圧ファンを用いてその下流側にある
気化冷却器付きガスタービンの吸気圧力を増大させる方法が記載されている。こ
の手法は論理的には大きな利点を有するが、新型タービンにのみ使用が限られた
特別サイズの発電器が必要となる。また、装置では制御のため吸気羽根付き単一
ファンを使用するが、これにより装置の効率が低下してしまう。
A method that is interesting but rarely used as a method for coping with these problems is described in R.M. W. Foster-Pegg, "Method of supercharging a gas turbine with a forced draft fan with vaporized intake air cooling" ASME 1965. This paper describes a method for increasing the turbine capacity by using a high-pressure fan to increase the intake pressure of a gas turbine with an evaporative cooler downstream thereof. While this approach has significant logical advantages, it requires a special sized generator with limited use only in new turbines. Also, the device uses a single fan with intake vanes for control, which reduces the efficiency of the device.

【0006】 KolpらのASME論文「LM6000ガスタービン吸気装置の空調・過給
の利点」ガスタービン動力技術ジャーナル、1995年7月、117巻、513
〜527頁には過給冷却装置の経済性が紹介されている。この論文によれば、気
化冷却は非常に魅力的だが、一回のサイクルに10年以上の償却期間を要する過
給法にはさほど魅力がないとしている。過給方法は組み合わせサイクルの施設に
はもっと魅力的かもしれないが、それでも経済性の点ではかろうじて損をしない
程度である。この論文に記載されている過給装置は1960年代のものと略同一
で、数十年に及ぶタービンの開発とは対照的に過給装置は殆ど進歩していない。
ASME paper by Kolp et al. “Advantages of air conditioning and supercharging of LM6000 gas turbine intake system” Gas Turbine Power Technology Journal, July 1995, Volume 117, 513
On page 527, the economics of supercharged cooling systems are introduced. According to the paper, evaporative cooling is very attractive, but the supercharging method, which requires a depreciation period of 10 years or more per cycle, is not so attractive. While the supercharging method may be more attractive for combined cycle facilities, it is still marginal in terms of economics. The supercharger described in this paper is nearly identical to that of the 1960s, and in contrast to decades of turbine development, the supercharger has made little progress.

【0007】 従来技術の大きな問題の一つは、過給装置のために関連発電器や他の補助機器
を大型化せざる得ない点にある。発電機や他の補助機器を交換する費用が非常に
多額なため既存の施設での可能性は完全に排除されている。新規施設の場合でも
、発電機、配電設備、関連ハードウェアの基本要件を変更する必要があるため、
過給装置はプロジェクトの初期段階を除けば現実的な選択肢ではない。Kolp
らがその論文(520頁)で「過給装置とは異なり、気化冷却装置を追加する場
合にガスタービンプラント設備を大型化する必要はない」と述べている。このよ
うに、気化冷却装置は既存の発電設備に追加できるが、過給機は後付の選択肢に
はならないということは常識になっている。
One of the major problems of the prior art is that the supercharger is obliged to upsize associated generators and other auxiliary equipment. The cost of replacing generators and other ancillary equipment is so high that the possibility of existing facilities is completely ruled out. Even if it is a new facility, it is necessary to change the basic requirements of the generator, power distribution equipment, and related hardware.
A supercharger is not a viable option except in the early stages of the project. Kolp
Et al. In their paper (p. 520) "Unlike a supercharger, there is no need to upsize gas turbine plant equipment when adding an evaporative cooling system". As described above, it is common knowledge that the evaporative cooling device can be added to the existing power generation equipment, but the supercharger is not an option for retrofitting.

【0008】 タービン能力を制御する他の方法では可変速コンプレッサーが使用されている
。米国特許3,853,432号と2,693,080号がその関連特許に含ま
れている。これらの装置は制御範囲が広く、通常、航空機分野での利用を目的と
している。この装置の大きな課題は、可変速コンプレッサーの価格とその複雑さ
にある。また関連課題としては、装置に必要な大型歯車装置の信頼性や保守があ
る。発電分野ではこうした装置はたいした用途がない。
Other methods of controlling turbine capacity use variable speed compressors. U.S. Pat. Nos. 3,853,432 and 2,693,080 are included in the related patents. These devices have a wide range of control and are usually intended for use in the aircraft field. A major challenge with this system is the price and complexity of variable speed compressors. Another related issue is the reliability and maintenance of large gears required for the equipment. In the field of power generation these devices have little use.

【0009】 噴霧によるガスタービン吸気冷却方法が、従来の他の関連技術としてある。例
えば、Meher−HomjiとMeeの「吸気噴霧化によるガスタービンパワ
ーの増大」1999年、第28回ターボ機械シンポジウム議事録を参照。吸気冷
却に伴う利点に加え、コンプレッサー内の空気を冷却することで噴霧化によりタ
ービン性能をさらに改善できる。吸気冷却効果により、空気質量流量の1%に相
当する約5%程度の水質量流量能力の増加がある。また噴霧吸気冷却はコンプレ
ッサー効率を改善可能でることも前記論文に記されている。
A gas turbine intake air cooling method using atomization is another related art of the related art. See, for example, the minutes of the 28th Turbomachine Symposium, “Increase in Gas Turbine Power by Atomization Atomization”, 1999, by Meher-Homji and Mee. In addition to the benefits associated with intake air cooling, cooling the air in the compressor can further improve turbine performance through atomization. Due to the intake air cooling effect, there is an increase in the water mass flow capacity of about 5%, which corresponds to 1% of the air mass flow. It is also noted in the above article that atomized intake air cooling can improve compressor efficiency.

【0010】 噴霧技術の一つの制約は、コンプレッサーが安全に吸い込める噴霧の量にある
。水の量が多すぎると腐食や浸食の問題を引き起こしたり、タービンのコンプレ
ッサー部にその他の損傷を与える。タービン製造業者の少なくとも一社はコンプ
レッサーに与える影響を懸念しており、噴霧装置付きタービンに対しては多くの
場合その保証を行っていない。噴霧技術は気化パッドに比べ幾つもの付加的利点
があるにも関わらず、コンプレッサー性能への潜在的悪影響に対する懸念のため
、噴霧装置の能力の恩恵に預かっているのは多湿な沿岸気候の地域で使用されて
いる多くのタービンのうち約10%以下に限定されている。
One limitation of atomization technology is the amount of atomization that the compressor can safely inhale. Too much water can cause corrosion and erosion problems and can cause other damage to the turbine compressor section. At least one turbine manufacturer is concerned about the impact on compressors and often does not warrant turbines with atomizers. Despite the several additional benefits spraying technology has over vaporization pads, concern over the potential negative impact on compressor performance has left the benefit of sprayer capabilities to the benefit of areas of humid coastal climate. It is limited to about 10% or less of many turbines used.

【0011】 (発明の開示) 本発明の一好適態様によれば、高周囲温度におけるガスタービン能力を向上さ
せる装置は、タービンの吸気を加圧する少なくとも一枚の過給ファンと、タービ
ンの最大能力を過給機が無い場合の最大能力にまで制限するコントローラーとか
ら構成される。好ましくは、タービン吸気温度を低下させる空気冷却器を備える
。本発明の装置は、既存のガスタービンに後付したり、または新規過給ガスター
ビン装置用に設計可能である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In accordance with one preferred aspect of the present invention, an apparatus for improving gas turbine capacity at high ambient temperatures includes at least one supercharging fan for pressurizing the intake air of the turbine and maximum capacity of the turbine. Consists of a controller that limits the maximum capacity to the maximum capacity without a supercharger. Preferably, an air cooler that lowers the turbine intake air temperature is provided. The system of the present invention can be retrofitted to existing gas turbines or designed for new supercharged gas turbine systems.

【0012】 本発明の主な目的及び利点は、夏期ピーク時における能力に基づく装置の据付
後コストを減らす一方で夏期ピーク時のタービン能力を増大できるようにするこ
とである。本発明の関連目的は、極端に複雑でなく、容認できないような信頼性
や保守の問題を生じることのない比較的小型の装置を作製することである。その
他の目的は、既存のタービンに実際に後付可能な過給機を開発することである。
本発明の他の態様によれば、ガスタービン用過給機はファンと、タービンの吸気
流内に設置された噴霧器から構成される。
[0012] A primary object and advantage of the present invention is to allow for increased summer peak turbine capacity while reducing post-installation costs for capacity-based equipment during peak summer periods. A related object of the invention is to make a relatively small device that is not extremely complicated and does not cause unacceptable reliability or maintenance problems. Another aim is to develop a supercharger that can actually be retrofitted to existing turbines.
According to another aspect of the invention, a supercharger for a gas turbine comprises a fan and an atomizer installed in the intake air flow of the turbine.

【0013】 (好適実施例の詳細な説明) 図2Aは本発明の好適態様を示す。ガスタービン発電設備11はガスタービン
装置10と発電機28とからなる。ガスタービン装置10はコンプレッサー12
,バーナー14,タービン16からなる。タービン16は、コンプレッサー12
及び発電機28と共通シャフト24を共有している。コンプレッサー12にはコ
ンプレッサー吸気流18が送風され、この吸気流18を高圧注入して加圧バーナ
ー吸気流20を生成し、この吸気流をバーナー14へと供給する。バーナー14
では加圧バーナー吸気流20の空気を加熱し、加熱タービン吸気流22をタービ
ン16へ供給する。送られてきた加熱吸気流22を受けてタービン16が回転し
てシャフト24を回転させ、さらに発電機28も回転して電力を発生する。排気
流26はタービン16から排出される。この排気流26は直接大気中へ排出され
、あるいは図13で説明する複合サイクルプラントの場合は蒸気ボイラーへ送ら
れる。
Detailed Description of the Preferred Embodiments FIG. 2A illustrates a preferred embodiment of the present invention. The gas turbine power generation facility 11 includes a gas turbine device 10 and a power generator 28. The gas turbine device 10 is a compressor 12
, Burner 14 and turbine 16. The turbine 16 is the compressor 12
Also, the common shaft 24 is shared with the generator 28. A compressor intake airflow 18 is blown to the compressor 12, and the intake airflow 18 is injected at high pressure to generate a pressurized burner intake airflow 20, which is supplied to the burner 14. Burner 14
Then heats the air in the pressurized burner intake stream 20 and supplies the heated turbine inlet stream 22 to the turbine 16. Upon receiving the heated intake air flow 22 sent, the turbine 16 rotates to rotate the shaft 24, and the generator 28 also rotates to generate electric power. Exhaust stream 26 exits turbine 16. This exhaust stream 26 is discharged directly into the atmosphere or, in the case of the combined cycle plant described in FIG. 13, sent to a steam boiler.

【0014】 図2Aには本発明の説明用の単純なタービン装置が図示されているが、(二重
スプール構造のような)より複雑な装置を使用することも可能で、こうした装置
によって本発明の動作原理が変わることはない。当然のことながら、通常ガスタ
ービンにはフィルタ、制御装置、安全装置など当業者に周知な装置が設けられて
いるが、本発明の説明ではそうした装置を図示したり、詳細に説明することは行
っていない。
Although FIG. 2A illustrates a simple turbine system for purposes of illustration of the invention, more complex systems (such as double spool construction) can be used and will allow the invention to be used. The operating principle of does not change. As a matter of course, the gas turbine is usually provided with a device known to those skilled in the art such as a filter, a control device, and a safety device, but the description of the present invention does not show such a device or describe it in detail. Not not.

【0015】 以下のように吸気流18はコンプレッサー12へ送られる。第一過給ファン3
0と第二過給ファン32が環境空気40を取り込み、加圧した状態でプレナム3
8へ供給する。すると、加圧空気は、空気の冷却を行う空気冷却器34を通過し
てコンプレッサー吸気流18となり、コンプレッサー12へ送られる。好ましく
は、前記空気冷却器34は気流を冷却加湿する直接気化(蒸発)冷却器である。
気化冷却器の構造例は従来から周知である。空気冷却器の代わりとしては、直線
膨張式気化器、冷却水・直接接触型熱交換器、間接気化冷却器、気流の温度を低
下させるその他の装置が挙げられる。冷却水コイルの場合、気化圧縮冷却装置や
吸収冷却装置から冷却水を供給したり、または深い湖や海から地下水や底水など
自然発生した冷却水を供給することができる。吸収冷却装置の場合は、タービン
から排出された熱を冷却装置駆動の熱源として利用してもよい。空気冷却器は過
給ファンとタービンの間を流れる空気の中に設置するのが好ましいが、過給ファ
ンの上流側に設置することもできる。過給ファンの下流側に空気冷却器を設置す
る利点は、過給ファンからの熱を除去できることにある。
Intake stream 18 is sent to compressor 12 as follows. First supercharged fan 3
0 and the second supercharging fan 32 take in the ambient air 40 and pressurize it to the plenum 3
Supply to 8. Then, the compressed air passes through the air cooler 34 that cools the air to form the compressor intake air flow 18 and is sent to the compressor 12. Preferably, the air cooler 34 is a direct vaporization cooler for cooling and humidifying the air flow.
A structural example of an evaporative cooler is conventionally well known. Alternatives to air coolers include linear expansion vaporizers, cooling water / direct contact heat exchangers, indirect vaporizers, and other devices that reduce the temperature of the airflow. In the case of a cooling water coil, cooling water can be supplied from a vaporization compression cooling device or an absorption cooling device, or naturally occurring cooling water such as groundwater or bottom water can be supplied from a deep lake or sea. In the case of an absorption cooling device, the heat discharged from the turbine may be used as a heat source for driving the cooling device. The air cooler is preferably installed in the air flowing between the supercharging fan and the turbine, but can be installed upstream of the supercharging fan. The advantage of installing the air cooler on the downstream side of the supercharging fan is that the heat from the supercharging fan can be removed.

【0016】 バイパスダンパー36は、過給ファンが作動していない時に過給ファンを通さ
ずにプレナム38へ空気を供給できる。第一過給ファン30の排出側には第一ダ
ンパー42が設けられている。同様に第二過給ファン32の排出側には第二ダン
パー44が設けられている。コントローラー50にはセンサ52からの制御信号
が入力され、この信号に従って過給ファン30,32の動作を制御する。制御入
力としては、吸気温度、コンプレッサー出口圧、発電機出力電力、周囲気温など
が挙げられる。コントローラーはサーモスタット程度の単純なものでよいが、タ
ービン性能の制御や監視も行うコンピュータ(すなわち、マイクロプロセッサー
)や他の関連電子機器で構成してもよい。
The bypass damper 36 can supply air to the plenum 38 without passing through the supercharging fan when the supercharging fan is not operating. A first damper 42 is provided on the discharge side of the first supercharging fan 30. Similarly, a second damper 44 is provided on the discharge side of the second supercharging fan 32. A control signal from the sensor 52 is input to the controller 50, and the operation of the supercharging fans 30 and 32 is controlled according to this signal. Control inputs include intake air temperature, compressor outlet pressure, generator output power, ambient temperature, and the like. The controller may be as simple as a thermostat, but may be a computer (ie, microprocessor) that also controls and monitors turbine performance and other related electronics.

【0017】 ダンパー42,44とバイパスダンパー36は、ガスタービンからの空気が逆
流するのを防ぐ逆止弁として機能する。好ましくはダンパーはその横方向の圧力
勾配に応じて開き、圧力勾配がない時は重力で閉止位置へ復帰するのが望ましい
。図2B、2Cには、以下に更に詳細に説明する、異なるファン動作モードに応
じてダンパーが作動する方法を示している。
The dampers 42 and 44 and the bypass damper 36 function as a check valve that prevents the air from the gas turbine from flowing backward. Preferably, the damper opens in response to its lateral pressure gradient and, when there is no pressure gradient, returns to the closed position by gravity. 2B and 2C illustrate the manner in which the damper operates in response to different fan operating modes, as described in more detail below.

【0018】 第一及び第二過給ファン30,32は、ベルト駆動型遠心ファンまたは直接駆
動軸流ファンであるのが望ましい。遠心ファンの場合、後方傾斜翼型羽根を設計
に取り入れて効率を最大にするのが好ましい。このタイプのファンは約60イン
チ(約152.5センチ)の設計静水圧を供給できるが、この水圧は商業分野で
最も要求されている値に略等しい。タービン自体へのエンジンや機械の接続も選
択可能な方法ではあるが、通常電気モーター(好ましくは、三相誘導電動機)か
ら電力を供給して過給ファンを駆動する。
The first and second supercharging fans 30, 32 are preferably belt driven centrifugal fans or direct driven axial fans. In the case of centrifugal fans, it is preferable to incorporate backward tilted vanes in the design to maximize efficiency. This type of fan can deliver a design hydrostatic pressure of about 60 inches, which is approximately equal to the most demanded value in the commercial field. Although an engine or machine connection to the turbine itself is an optional method, power is typically supplied from an electric motor (preferably a three-phase induction motor) to drive the supercharging fan.

【0019】 図2A〜2Cには二台の過給ファンが図示されているが、三台以上の過給ファ
ンを使用することもできるし、あるいは一台の過給ファンを使用してもよい。複
数の過給ファンがあればタービン入口圧を段階的に増大するよう調節できるが、
過給ファン一台ではこうした制御は行えない。
Although two supercharging fans are shown in FIGS. 2A-2C, more than two supercharging fans may be used, or one supercharging fan may be used. . With multiple turbochargers, you can adjust the turbine inlet pressure to increase in stages,
Such control cannot be performed with a single supercharging fan.

【0020】 好ましくは、二台の過給ファンは略同じ圧力能力を備えるが、フロー寸法は同
じでない。先行過給ファンは大きなフロー能力を有し、一定の速度で動作して経
費を削減するのが好ましい。遅れ過給ファンは可変フロー能力を有し、以下によ
り詳細に説明するようにタービン入口圧を調整する。変速運転や、軸流ファンの
場合は可変ピッチ羽根、が過給ファンフローを調整する好適手段である。吸入羽
根も代案ではあるが、比較的効率が低いため好ましくはない。
Preferably, the two supercharging fans have approximately the same pressure capacity, but the flow dimensions are not the same. The pre-charged fan has a large flow capability and preferably operates at a constant speed to reduce costs. The delayed supercharging fan has variable flow capability and regulates turbine inlet pressure as described in more detail below. Variable speed operation and, in the case of axial fans, variable pitch blades are preferred means of adjusting the supercharged fan flow. Suction blades are an alternative, but are not preferred due to their relatively low efficiency.

【0021】 図3は、周囲露点温度まで近づけることができる間接気化冷却器を用いた他の
実施例を示す。間接気化冷却器60をプレナム38とガスタービン10の間を流
れる空気の中に設置している点を除けば、本実施例は図2の実施例とその構造が
類似している。前記実施例の場合のように、ガスタービン発電設備11はガスタ
ービン装置10と発電機28からなる。同様に、ガスタービン装置10はコンプ
レッサー12,バーナー14,タービン16からなる。間接気化冷却器60は二
次気流62を使用するが、この気流は間接気化冷却器60とタービン10の間に
配設されている任意の気化冷却器68から排出され、タービンへの流入空気をさ
らに冷却する、一次気流64の一部を取り出したものである。タービン吸気流6
6は一次気流64の残りの部分からなり、タービン10へ流入する。二次気流6
2の空気は、プレナム38から流入する空気により間接気化冷却器60の内部で
間接的に加熱・加湿され、排気流65として排出される。
FIG. 3 shows another embodiment using an indirect evaporative cooler capable of approaching the ambient dew point temperature. This embodiment is similar in structure to the embodiment of FIG. 2 except that the indirect evaporative cooler 60 is installed in the air flowing between the plenum 38 and the gas turbine 10. As in the case of the above-described embodiment, the gas turbine power generation facility 11 includes the gas turbine device 10 and the power generator 28. Similarly, the gas turbine device 10 includes a compressor 12, a burner 14, and a turbine 16. The indirect evaporative cooler 60 uses a secondary airflow 62 which is exhausted from any evaporative cooler 68 disposed between the indirect evaporative cooler 60 and the turbine 10 to direct the incoming air to the turbine. Further, a part of the primary airflow 64 for further cooling is taken out. Turbine intake flow 6
6 consists of the remaining part of the primary airflow 64 and flows into the turbine 10. Secondary air flow 6
The second air is indirectly heated and humidified inside the indirect evaporative cooler 60 by the air flowing in from the plenum 38, and is discharged as an exhaust stream 65.

【0022】 図4は、モーター駆動型軸流過給ファンを用いたその他の実施例を図示する。
過給ファン116はインペラ112を駆動するモーター100からなり、これら
インペラとモーターはハウジング106に収納されている。モーター100は好
ましくは三相誘導電動機で、電線110,112,114によりスイッチ接触器
104を介して通常電力線に接続されている。接触器104を閉じるとモーター
100が通電され、タービン装置10に流入する排気流108の圧力を増加させ
るインペラ102が駆動される。接触器104を開くと、モーター100への電
力が切断され、インペラ102は排気流108だけで駆動されることになり、排
気流108の圧力を低下させる減圧弁の機能を果たす。
FIG. 4 illustrates another embodiment using a motor driven axial supercharging fan.
The supercharging fan 116 includes a motor 100 that drives an impeller 112, and these impeller and motor are housed in a housing 106. The motor 100 is preferably a three-phase induction motor, which is connected by electrical wires 110, 112, 114 to a normal power line via a switch contactor 104. When the contactor 104 is closed, the motor 100 is energized and the impeller 102 that increases the pressure of the exhaust flow 108 flowing into the turbine device 10 is driven. Opening the contactor 104 disconnects power to the motor 100, causing the impeller 102 to be driven solely by the exhaust stream 108, which acts as a pressure reducing valve to reduce the pressure of the exhaust stream 108.

【0023】 接触器104は単純な手動装置である。この場合、余剰タービン能力が適性な
時点をオペレーターが判断しスイッチを閉じて過給ファンを起動させる。接触器
104を制御し、排気流108が所定温度を越えると過給ファン116を駆動で
きるサーモスタット109を排気流108に接するよう配置するのが好ましい。
サーモスタット109がこのように機能してタービン出力パワーを制限するため
ガスタービン発電設備11のオーバーロードは未然に防止される。
Contactor 104 is a simple manual device. In this case, the operator determines when the surplus turbine capacity is appropriate and closes the switch to activate the supercharging fan. A thermostat 109, which controls the contactor 104 and can drive the supercharging fan 116 when the exhaust flow 108 exceeds a predetermined temperature, is preferably arranged in contact with the exhaust flow 108.
Since the thermostat 109 functions in this way to limit the turbine output power, overload of the gas turbine power generation equipment 11 is prevented in advance.

【0024】 さらに高度な制御も可能である。例えば、過給ファンに可変ピッチ羽根を取り
付け、圧力と温度条件を検出してタービン出力が最大になるよう羽根のピッチを
変化させるコントローラーでそれらの羽根を調整する。現在ではマイクロプロセ
ッサー搭載装置で大変高度な制御が可能である。機械的ハードウェアをさらに追
加して性能を向上させることができる。例えば、過給ファンに通電されていない
場合に過給ファンを介して圧力降下を減少させることができる。直接気化冷却器
や他の冷却手段を追加してタービン入口温度を低下させることもできる。
Higher degree of control is also possible. For example, variable-pitch blades are attached to a supercharging fan, and the blades are adjusted by a controller that detects pressure and temperature conditions and changes the blade pitch so that the turbine output becomes maximum. Nowadays, a very high degree of control is possible with a device equipped with a microprocessor. Additional mechanical hardware can be added to improve performance. For example, the pressure drop can be reduced through the supercharging fan when the supercharging fan is not energized. A direct evaporative cooler or other cooling means can be added to reduce the turbine inlet temperature.

【0025】 図4に示す装置の利点は低価格で単純な点であり、このことは小型タービンで
は特に重要である。最適な構成にするには商業的利用を注意深く評価する必要が
ある。好ましくはないが、特別な分野ではスイッチ104を削除してよい。例え
ば、タービンを寒冷地域から熱帯地域へ移動する場合は、タービンが稼働中はつ
ねに連続運転する過給ファンを追加するのが望ましい。(特に、過給ファンで高
周囲温度に対応するようタービンの設計条件を調整する。)
The advantage of the device shown in FIG. 4 is its low cost and simplicity, which is especially important for small turbines. Careful evaluation of commercial use is required for optimal configuration. Although not preferred, the switch 104 may be omitted in special areas. For example, when moving a turbine from a cold region to a tropical region, it is desirable to add a supercharging fan that runs continuously while the turbine is operating. (In particular, adjust the turbine design conditions so that the supercharging fan can handle high ambient temperatures.)

【0026】 好ましさの点ではやや劣るが、その他のオプションとしては過給ファンを直接
タービンで駆動する方法がある。最も簡単な構成は、タービンに取り付けられた
シャフトを用いて直接機械的接続を行うことである。通常こうした構成では、タ
ービンよりもかなり遅い速度で過給ファンを作動できるよう減速ギアを設ける必
要がある。渦電流クラッチや機械クラッチを用いればファンの速度を変更できる
。あるいは、差動歯車機構、ブレーキ、発電機、他のリアクトルを用いて二次シ
ャフトの速度を制御してファンを減速させる方法もある。この場合、既存のター
ビンに後付することは困難(恐らく不可能)で、この方法に要求される伝導装置
や他の機械部品には定期的な保守が必要である。従って、この実施例は他の実施
例に比べて信頼性がより高く、より望ましいというわけではない。
Although slightly less preferred, another option is to drive the supercharging fan directly with the turbine. The simplest configuration is to make a direct mechanical connection with a shaft attached to the turbine. Typically, such an arrangement would require a reduction gear to allow the supercharging fan to operate at a much slower speed than the turbine. The speed of the fan can be changed by using an eddy current clutch or a mechanical clutch. Alternatively, there is a method of controlling the speed of the secondary shaft by using a differential gear mechanism, a brake, a generator, and other reactors to decelerate the fan. In this case, retrofitting existing turbines is difficult (possibly impossible) and the transmission and other mechanical components required for this method require regular maintenance. Therefore, this embodiment is more reliable and less desirable than the other embodiments.

【0027】 図5は二機の過給ファンを直列に配置したさらにその他の実施例を示す。第一
過給ファン216は、第一ハウジング206に収納された第一インペラー202
と第一モーター200からなる。第一ファンは、コンプレッサー12へ流入する
吸気流208の中に配置されている。電線210,212,214はスイッチ2
04を介して通常電力線に接続されている。第二ファン236は第一ファン21
6の上流に配置されている。第二ファンは、第二ハウジング226に収納された
第二インペラー222と第二モーター220とからなる。第二モーター220は
スイッチ224、電線230,232,234を介して通常電力線に接続されて
いる。
FIG. 5 shows still another embodiment in which two supercharging fans are arranged in series. The first supercharging fan 216 includes the first impeller 202 housed in the first housing 206.
And the first motor 200. The first fan is located in the intake air flow 208 entering the compressor 12. The wires 210, 212, 214 are the switch 2
It is usually connected to the power line via 04. The second fan 236 is the first fan 21.
It is located upstream of 6. The second fan includes a second impeller 222 housed in a second housing 226 and a second motor 220. The second motor 220 is connected to the normal power line via the switch 224 and the electric wires 230, 232 and 234.

【0028】 並列接続された二機の過給ファンで作動する装置を示す図2A〜2Cの文脈の
枠組みの中で本発明の作用及び効果を説明する。図2Aにおいて、第一、第二過
給ファン30,32の両方が稼働し、バイパスダンパー36を閉じてタービンか
らの後方フローを防ぐ。第一、第二ダンパー42,44の両方を開いてファンが
空気を流せるようにする。
The operation and effects of the present invention will be described within the framework of the context of FIGS. 2A-2C, which shows a device operating with two supercharged fans connected in parallel. In FIG. 2A, both the first and second supercharging fans 30, 32 are operating and close the bypass damper 36 to prevent backward flow from the turbine. Both the first and second dampers 42, 44 are opened to allow the fan to flow air.

【0029】 図2Bは第一過給ファン30を閉鎖し、第二過給ファン32を開いた状態での
稼働状況を示す。バイパスダンパー36は再度閉じる。第二ダンパー44は開い
たままで第一ダンパー42を閉じる。図2Cにおいて、過給ファン30,32の
両方を停止し、各々のダンパー42,44を閉じる。バイパスダンパー36を開
いて過給ファン30,32の回りを空気が流れるようにする。
FIG. 2B shows an operating condition in which the first supercharging fan 30 is closed and the second supercharging fan 32 is opened. The bypass damper 36 is closed again. The second damper 44 remains open and closes the first damper 42. In FIG. 2C, both the supercharging fans 30 and 32 are stopped, and the respective dampers 42 and 44 are closed. The bypass damper 36 is opened to allow air to flow around the supercharging fans 30 and 32.

【0030】 図6はこうした装置の利点を示す。この図はすでに刊行されているガスタービ
ンの性能データに基づいている。過給機や吸入冷却器を備えていない基本装置の
場合は、40°F(約4.4℃)の周囲温度で出力ピークが発生し、温度が上昇
するにつれ急速に性能が低下している。この図によれば、本発明の装置の能力は
殆ど平坦であるのに対して従来装置の能力は周囲温度の上昇に伴い急速に低下し
ていることが分かる。基本装置は温度40°F(約4.4℃)以下で100MW
の最大電力を出力する単純サイクルタービンであるが周囲温度の上昇に伴い能力
が大幅に低下している。本発明の装置も同じく100MWの能力を有しているが
、周囲温度が上昇しても能力を維持している。
FIG. 6 illustrates the advantages of such a device. This figure is based on already published performance data for gas turbines. In the case of a basic device that does not have a supercharger or suction cooler, an output peak occurs at an ambient temperature of 40 ° F (about 4.4 ° C), and the performance deteriorates rapidly as the temperature rises. . From this figure, it can be seen that the capacity of the device of the present invention is almost flat, whereas the capacity of the conventional device decreases rapidly with increasing ambient temperature. The basic device is 100 MW at a temperature of 40 ° F (4.4 ° C) or less.
Although it is a simple cycle turbine that outputs the maximum electric power of, its capacity is significantly reduced as the ambient temperature rises. The device of the present invention also has a capacity of 100 MW, but maintains the capacity even when the ambient temperature rises.

【0031】 大型基本装置や気化冷却器を備えた大型基本装置は、高周囲温度で本発明の装
置に匹敵するよう設計された単サイクルタービンである。大型基本装置は従来の
過給タービンで構成することもできる。気化冷却器付き大型基本装置は、気化冷
却器で入口温度を低くしているため、高周囲温度で一定の能力を発揮するタービ
ンの寸法要件を下げる利点を有する。気化冷却器付き大型基本装置の性能は従来
の過給タービンとほぼ同等である。
The large basic unit or large basic unit with evaporative cooler is a single cycle turbine designed to match the device of the present invention at high ambient temperatures. The large basic device can also consist of a conventional supercharged turbine. The large basic unit with an evaporative cooler has the advantage of reducing the dimensional requirements of the turbine, which has a constant capacity at high ambient temperatures, due to the lower inlet temperature in the evaporative cooler. The performance of the large-scale basic device with an evaporative cooler is almost the same as that of the conventional supercharged turbine.

【0032】 従来の気化吸気冷却装置は40°F(約4.4℃)での最高出力電力を増大す
ることなく高周囲温度でのタービン性能を向上させている。また、気化冷却器を
備えた従来の過給機は全ての周囲温度でタービン出力電力を増加させているが、
低周囲温度地域のガスタービン発電設備ではオーバーロードを招くことになる。
Conventional vaporized intake air cooling systems improve turbine performance at high ambient temperatures without increasing maximum output power at 40 ° F (about 4.4 ° C). Also, while conventional superchargers with evaporative coolers increase turbine output power at all ambient temperatures,
Gas turbine power generation facilities in low ambient temperature areas will cause overload.

【0033】 本発明では、低周囲温度地域の発電設備でのオーバーロードを防ぎながらも高
周囲温度での過給機の利点が得られるようタービン出力を制限する。この新しい
特徴のため、周囲温度が変化してもほとんど出力が変動しなくなる。
In the present invention, turbine output is limited so as to obtain the advantages of a supercharger at high ambient temperature while preventing overload in power generation equipment in low ambient temperature areas. Due to this new feature, the output hardly changes even when the ambient temperature changes.

【0034】 表1は、本発明の過給機と従来装置の価格を比較(Kolpらの論文に基づく
)を示す。この表から、新規に過給機を増設する費用はピークタービン出力を追
加する場合の費用の半分以下であることが分かる。気化冷却器付き装置へ過給機
を増設するのに要するコスト増加額はキロワット当たり約300ドル[約37,
200円($1を124円として)]であるのに対して新規にピークタービン発
電設備を建設する費用はキロワット当たり700ドル(約86,800円)であ
る。気化冷却器と過給機を組み合わせれば夏期ピーク時のタービン能力は30%
以上増加する。低周囲温度でのタービンのピーク出力は変わりないため、本発明
の制御方法ではより大型の発電機や関連ハードウェアは必要でない。この分析か
ら、本発明は新規据え付けの場合に素晴らしい利点をもたらすことが分かる。後
付の場合、低周囲温度条件での出力増加を制御するために発電機や関連機器の交
換が必要となるため従来の過給機への増設費用は少なくとも桁が一つ違ってくる
Table 1 shows a price comparison (based on Kolp et al.) Of the supercharger of the present invention and the conventional device. From this table, it can be seen that the cost of adding a new turbocharger is less than half the cost of adding the peak turbine output. The cost increase required to add a supercharger to a device with an evaporative cooler is about $ 300 per kilowatt [about 37,
The cost for constructing a new peak turbine power generation facility is 700 dollars (about 86,800 yen) per kilowatt. Combining an evaporative cooler with a supercharger will give a turbine capacity of 30% at peak summer
More than that. Since the peak power output of the turbine at low ambient temperatures is unchanged, the control method of the present invention does not require a larger generator or associated hardware. From this analysis it can be seen that the present invention provides a great advantage for the new installation. In the case of the retrofit, since the generator and related equipment must be replaced in order to control the output increase in low ambient temperature conditions, the cost of adding to the conventional supercharger will differ by at least one digit.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】 表2は、過給ファンを増設することでどのように発電設備性能が向上するかを
示している。表中の例について、過給ファンはわずか1.24MWのパワー消費
でほぼ4MW以上タービン出力を増大させている。この結果、ネットで約2.8
MWは出力が増大する。この単純な分析から、過給ファンがガスタービンのピー
ク出力を大幅に向上できることが分かる。
Table 2 shows how power generation equipment performance is improved by adding a supercharging fan. For the example in the table, the supercharged fan increases the turbine output by almost 4 MW or more with a power consumption of only 1.24 MW. As a result, about 2.8 on the net.
The output of the MW increases. This simple analysis shows that a supercharged fan can significantly improve the peak power output of a gas turbine.

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】 [8CFM(毎分立法フィート)/kW,乾球温度95°F(約35℃)、湿
球温度75°F(約23.9℃)、ファンモーター効率95%、変化率0.4%
kW/°F、変化率0.6%kW/インチ(約2.54センチ)HO、冷却器
効率90%とする]
[8 CFM (cubic feet per minute) / kW, dry bulb temperature 95 ° F. (about 35 ° C.), wet bulb temperature 75 ° F. (about 23.9 ° C.), fan motor efficiency 95%, rate of change 0. 4%
kW / ° F, change rate 0.6% kW / inch (about 2.54 cm) H 2 O, cooler efficiency 90%]

【0039】 この表から、過給ファンと気化冷却器は組み合わせると相乗的に作用しタービ
ン出力を増加させることが分かる。前述のように、冷却装置のないタービンに過
給ファンを増設することで2.80MWは出力が増加する。一方、直接気化冷却
器付きタービンに同じファンを増設すると4.06MWは能力が増大する。この
ように過給ファンの効果は、冷却器を装備している場合は装備してない場合より
も約50%以上大きい。この分析から、組み合わせ効果は個別部品の効果の総和
よりも大きく、特に望ましいことが分かる。
From this table, it can be seen that the supercharging fan and the evaporative cooler work synergistically to increase the turbine output. As described above, by adding a supercharging fan to the turbine without a cooling device, the output of 2.80 MW increases. On the other hand, if the same fan is added to the turbine with a direct evaporative cooler, the capacity of 4.06 MW will increase. In this way, the effect of the supercharging fan is about 50% or more greater when the cooler is installed than when the cooler is not installed. From this analysis it can be seen that the combined effect is greater than the sum of the effects of the individual components and is particularly desirable.

【0040】 表2から、静圧約10インチ(約25.4センチ)の過給ファンの場合に大幅
な改善が可能であることが分かる。静圧がさらに大きな過給ファンの場合は一層
の向上が可能である。多くの施設では、最適過給圧は60インチ(約152.5
センチ)静圧を越えることがある。
From Table 2, it can be seen that a significant improvement is possible in the case of a supercharged fan with a static pressure of about 10 inches (about 25.4 cm). This can be further improved in the case of a supercharged fan with a higher static pressure. In many facilities, the optimum boost pressure is 60 inches (about 152.5
Cm) Static pressure may be exceeded.

【0041】 図7A,7Bは本発明により得られたタービン能力の向上を示すコンプレッサ
ー図である。縦軸はタービン圧力比で、タービン入口圧力を大気圧で除算したも
のである。横軸は質量流量変数で、下記の式から求める。
7A and 7B are compressor diagrams showing the improvement in turbine capacity obtained according to the present invention. The vertical axis is the turbine pressure ratio, which is the turbine inlet pressure divided by the atmospheric pressure. The horizontal axis is the mass flow rate variable and is calculated from the following formula.

【0042】 mはタービン質量流量、 δはコンプレッサー入口圧力を標準大気圧で除算したもの、 θは、コンプレッサー入口絶対温度を設計絶対温度で除算したものである。[0042] m is the turbine mass flow rate, δ is the compressor inlet pressure divided by the standard atmospheric pressure, and θ is the compressor inlet absolute temperature divided by the design absolute temperature.

【0043】 圧力比はコンプレッサー吐出圧を大気圧で除算したものである。この分析のた
め、バーナー圧力降下と他の二次的要因の作用をコンプレッサー性能およびター
ビン性能とひとまとめにする(コンポーネント照合に関する背景情報については
、Blatheのガスタービンの基礎第10章を参照)。
The pressure ratio is the compressor discharge pressure divided by the atmospheric pressure. For this analysis, the effects of burner pressure drop and other secondary factors are grouped with compressor and turbine performance (for background information on component matching, see Blaze's Gas Turbine Fundamentals Chapter 10).

【0044】 コンプレッサー曲線300は設計状況のコンプレッサーの性能を示しており、
コンプレッサー曲線301はピーク入口温度でのタービン性能を示している。タ
ービン直線302は設計状況のタービン性能を示しており、タービン直線303
はピーク入口温度でのタービン性能を示している。コンプレッサー曲線300と
タービン直線302の交点は設計運転点304を規定している。コンプレッサー
曲線301とタービン直線303はピーク入口温度での運転点305である。操
作先306は異なる入口温度での可能なタービン運転点を示している。サージ先
307はコンプレッサーの安定運転限界を示している。
The compressor curve 300 shows the performance of the compressor under design conditions,
Compressor curve 301 shows turbine performance at peak inlet temperature. The turbine straight line 302 indicates the turbine performance under the design condition.
Shows turbine performance at peak inlet temperature. The intersection of the compressor curve 300 and the turbine straight line 302 defines the design operating point 304. Compressor curve 301 and turbine straight line 303 are operating points 305 at peak inlet temperature. Destination 306 shows possible turbine operating points at different inlet temperatures. The surge destination 307 indicates the stable operation limit of the compressor.

【0045】 運転点305ではタービン能力が設計運転点304から大幅に低下している。
入口温度が増加するにつれ空気中の音速も増加し、このためコンプレッサーのマ
ッハ数が減少して図の左側へコンプレッサー曲線を移動させる。さらに、温度が
増加すると空気密度が低下し、このため質量流量がさらに減少する。こうした変
動によりコンプレッサー圧力比と質量流量が低下し、タービンの駆動に利用でき
るエネルギーが減少する。空気を冷却するとタービン能力が回復する。
At operating point 305, turbine capacity is significantly reduced from design operating point 304.
As the inlet temperature increases, so does the speed of sound in the air, which reduces the compressor Mach number and moves the compressor curve to the left side of the figure. Moreover, as the temperature increases, the air density decreases, which further reduces the mass flow rate. These fluctuations reduce the compressor pressure ratio and mass flow rate, reducing the energy available to drive the turbine. Cooling the air restores turbine capacity.

【0046】 図7Bは、新型装置がピーク周囲温度でのタービン能力を如何に向上できるか
を示している。コンプレッサーに流入する空気を加圧するとタービン圧力比とコ
ンプレッサー入口温度が増大してコンプレッサー曲線310が現れる。新しいタ
ービン直線312がわずかに高い温度を示している。タービン直線312とコン
プレッサー曲線310の交点は運転点314を規定する。この運転点は吸入冷却
を行わず、過給ファンを用いて運転した場合に相当する。運転直線318は異な
る動作圧力での可能な運転状況を示す。高圧空気の他の利点は空気密度の増加で
、このため能力がさらに向上する。
FIG. 7B shows how the new device can improve turbine performance at peak ambient temperatures. When the air that flows into the compressor is pressurized, the turbine pressure ratio and the compressor inlet temperature increase, and the compressor curve 310 appears. The new turbine straight line 312 shows a slightly higher temperature. The intersection of turbine straight line 312 and compressor curve 310 defines operating point 314. This operating point corresponds to the case where operation is performed using a supercharging fan without performing suction cooling. Driving line 318 shows possible operating conditions at different operating pressures. Another advantage of high pressure air is increased air density, which further increases capacity.

【0047】 他のコンプレッサー曲線316とタービン直線320は、気化冷却器を用いて
得たコンプレッサー入口温度に対応する。コンプレッサー曲線316とタービン
直線320の交点の運転点322は、過給ファンと吸入口冷却の動作条件に相当
する。この分析から、吸入口冷却と加圧の組み合わせにより、ガスタービン本来
の設計能力に近づけることができる。タービン能力の極限は、タービンや発電機
等で許容できる動作圧力と出力にある。通常こうした要素により、過給ファンや
吸入冷却器がタービン設計出力を大幅に上回るタービン出力を行うことを防いで
いる。
The other compressor curve 316 and turbine straight line 320 correspond to the compressor inlet temperature obtained with the evaporative cooler. The operating point 322 at the intersection of the compressor curve 316 and the turbine straight line 320 corresponds to the operating condition of the supercharging fan and the inlet cooling. From this analysis, it is possible to approach the original design capability of the gas turbine by combining the inlet cooling and the pressurization. The limit of turbine capacity is the allowable operating pressure and output of turbines and generators. These factors usually prevent the supercharger fan and the intake cooler from delivering turbine power much higher than the turbine design power.

【0048】 図8Aは並列過給ファンが作動してどのようにタービン入口圧力範囲を形成す
るかを示している。並列運転の場合、二台のファンの横方向の圧力は同じで、そ
の流れは合流する。先行ファンカーブ350は先行ファンのものである。タービ
ンを流れる気流は入口圧力に伴ってほんのわずかながら変動するためガスタービ
ン直線356はほぼ垂直である。運転点358は先行ファンカーブ350とター
ビン直線356の交点にある。この運転点358はファン一台で運転した場合に
相当する。
FIG. 8A shows how the parallel supercharging fan operates to create the turbine inlet pressure range. In parallel operation, the two fans have the same lateral pressure and their flows merge. Leading fan curve 350 is for the leading fan. The gas turbine straight line 356 is substantially vertical because the air flow through the turbine varies only slightly with inlet pressure. The operating point 358 is at the intersection of the leading fan curve 350 and the turbine straight line 356. This operating point 358 corresponds to the case of operating with one fan.

【0049】 第一遅れファン曲線352は、最高速度時の遅れファンの性能に相当する。フ
ァン曲線364は両方のファンを運転している場合に相当する。ファン曲線36
4とタービン直線の交点が、両方のファンが運転している場合に相当する運転点
366である。第二遅れファン曲線354は低速時のファン性能を表しており、
ファン曲線360は対応する2台のファン動作を表している。運転点362は、
2台のファンが作動し、遅れファンが低速である運転状況を示している。
The first delayed fan curve 352 corresponds to the performance of the delayed fan at maximum speed. Fan curve 364 corresponds to operating both fans. Fan curve 36
The intersection of 4 and the turbine straight line is the operating point 366 which corresponds to the case where both fans are operating. The second delay fan curve 354 represents the fan performance at low speed,
Fan curve 360 represents the operation of two corresponding fans. The operating point 362 is
This shows an operating situation in which two fans are operating and the delay fan is at a low speed.

【0050】 図8Bは類似のファン二台を直列に配置して稼働させた運転状況を示す。ファ
ン曲線372はファン一台だけで運転している状況に相当する。ファン曲線とタ
ービン直線370の交点はファン一台の運転点378を表している。ファン曲線
374は二台のファンが運転している状況に相当する。運転点376は二台のフ
ァンが作動しているタービン作動状態を示している。
FIG. 8B shows an operating condition in which two similar fans are arranged and operated in series. The fan curve 372 corresponds to the situation where only one fan is operating. The intersection of the fan curve and the turbine straight line 370 represents the operating point 378 of one fan. The fan curve 374 corresponds to the situation where two fans are operating. An operating point 376 indicates a turbine operating state in which two fans are operating.

【0051】 図9は過給機の制御に用いられる最大過給圧と入口温度との簡単な関係を示し
ている。コントローラーはコンプレッサー入口温度を用いて過給機圧を調整でき
る。この結果、タービン性能を最大にする大変簡単な制御装置が得られる。ガス
タービン発電設備の既存制御装置にほとんど変更を加える必要がないため、この
方法は後付の過給機を制御するのに大変役に立つ。
FIG. 9 shows a simple relationship between the maximum supercharging pressure used for controlling the supercharger and the inlet temperature. The controller can adjust the supercharger pressure using the compressor inlet temperature. The result is a very simple controller that maximizes turbine performance. This method is very useful for controlling retrofit turbochargers, since it requires almost no changes to the existing control equipment of the gas turbine power plant.

【0052】 より高度な制御や運転方法も本発明の範囲に属する。例えば、図10にはガス
タービン発電設備421の性能を制御するためコンプレッサーの周囲に再循環装
置を設けた他の好適な実施例を示す。このガスタービン発電設備はガスタービン
装置432と発電機426からなる。ガスタービン装置432はバーナー422
,コンプレッサー420とタービン424、及びそれらが共有する共通シャフト
430から構成される。コンプレッサー吸気流440がコンプレッサー420に
流入し、圧縮されてバーナー吸気流442を生成する。バーナー422がストリ
ーム442を加熱すると、タービン424へ流入するバーナー排気流・タービン
吸気流444が生成される。タービン424は排気446として排出されるスト
リームからパワーを取り出す。このガスタービン発電設備も、従来から周知であ
るため図示を略した構造体、軸受け、制御装置、他の部品を備えている。当該発
電設備は底部蒸気サイクル装置や多シャフト装置を有していてもよい。
More advanced control and driving methods also belong to the scope of the present invention. For example, FIG. 10 shows another preferred embodiment in which a recirculation device is provided around the compressor to control the performance of the gas turbine power generation facility 421. This gas turbine power generation facility includes a gas turbine device 432 and a power generator 426. The gas turbine device 432 is a burner 422.
, A compressor 420 and a turbine 424, and a common shaft 430 shared by them. Compressor intake air stream 440 enters compressor 420 and is compressed to produce burner intake air stream 442. As the burner 422 heats the stream 442, a burner exhaust stream / turbine inlet stream 444 that enters the turbine 424 is created. Turbine 424 extracts power from the stream that is exhausted as exhaust 446. This gas turbine power generation facility also includes a structure, a bearing, a control device, and other parts which are not shown in the figure because they are well known in the art. The power generation facility may have a bottom steam cycle device or a multi-shaft device.

【0053】 タービン424はコンプレッサー420と発電機426を駆動し、この発電機
もシャフト430を共有する。発電機からは電線436と変圧器428を介して
電力グリッドへ電力を供給する。
Turbine 424 drives compressor 420 and generator 426, which also shares shaft 430. Electric power is supplied from the generator to the electric power grid through the electric wire 436 and the transformer 428.

【0054】 過給ファン423はファン吸気流453を圧縮し、第一気化冷却器425に流
入する加圧空気流455を生成する。第一気化冷却器425はポンプ437と気
化パッド435からなる。第一気化冷却器425は加圧気流455を冷却してコ
ンプレッサー吸気流440を生成する。
The supercharged fan 423 compresses the fan intake air flow 453 and generates a pressurized air flow 455 that flows into the first evaporative cooler 425. The first evaporative cooler 425 includes a pump 437 and a vaporization pad 435. The first evaporative cooler 425 cools the pressurized air flow 455 to produce a compressor intake air flow 440.

【0055】 過給ファンは約60インチ(約152.4cm)水柱の静圧を供給し、好まし
くは遠心ファンまたは軸流ファンでもよい。加圧気流455とコンプレッサー吸
気流440はこの圧力に対応するダクトに閉じこめられる、以下図15、16A
,16B,17A,17Bを参照しながら好ましいダクト構成を説明する。
The supercharged fan supplies a static pressure of about 60 inches (about 152.4 cm) of water and may preferably be a centrifugal fan or an axial fan. Pressurized air flow 455 and compressor intake air flow 440 are confined to ducts corresponding to this pressure, see FIGS. 15 and 16A below.
, 16B, 17A, 17B, a preferred duct configuration will be described.

【0056】 第二気化冷却器470は過給ファン423の上流に配置されている。気化冷却
器は気化パッド434とポンプ436から構成されており、当該ポンプはパッド
の表面に沿って水を循環して表面を湿らせ、ファン吸気流453として過給ファ
ン423へ送られる前に大気流451を気化作用で冷却する。各気化冷却器には
、水面調整用フロートバルブ付き液溜めと、循環水のごく一部を放出させて塩の
蓄積を防止する手段を設けても良い。
The second evaporative cooler 470 is arranged upstream of the supercharging fan 423. The evaporative cooler is composed of a vaporization pad 434 and a pump 436, which circulates water along the surface of the pad to moisten the surface before it is sent to the supercharged fan 423 as a fan intake flow 453. The air flow 451 is cooled by vaporization. Each evaporative cooler may be provided with a liquid reservoir with a float valve for adjusting the water surface, and means for discharging a small part of the circulating water to prevent the accumulation of salt.

【0057】 気化冷却器は多くの企業から市販されているのでその詳細は省略する。また、
直接気化冷却器が図示されているが、間接気化冷却器や間接―直接気化冷却器な
どを使用してもよい。
Evaporative coolers are commercially available from many companies, and therefore their details are omitted. Also,
Although a direct evaporative cooler is shown, an indirect evaporative cooler or an indirect-direct evaporative cooler may be used.

【0058】 本発明の主な特徴は、過給ガスタービン、発電機、関連機器を比較的小型なも
のにすることにある。特に、発電機と過給タービンは、夏期ピーク時に発電機が
ほぼその最大能力で運転するような大きさに作られている(これに対し従来の設
計では、発電機や補助機械の大きさは冬季条件、通常40°F(約4.4℃)以
下の入口温度、での最大過給出力に基づいており、周囲温度が上昇すると性能は
前記条件よりも「劣化」する)。従って、本発明は発電機のオーバーロードを防
ぐよう低い周囲温度でタービン能力を制御する手段を具備する。
The main feature of the present invention is to make the supercharged gas turbine, the generator, and related equipment relatively small. In particular, the generator and supercharged turbine are sized to allow the generator to operate at its maximum capacity during peak summer hours (as opposed to conventional designs, where the generator and auxiliary machines are It is based on maximum supercharging power under winter conditions, typically 40 ° F (about 4.4 ° C) or less inlet temperature, and performance "deteriorates" above ambient conditions as ambient temperature increases). Accordingly, the present invention comprises means for controlling turbine capacity at low ambient temperatures to prevent generator overload.

【0059】 好ましくは、コントローラー460に発電機電流を検出する電流センサー46
2からの電流信号468が入力される。コントローラー460はガスタービン発
電設備の通常能力と安全機能を有しているのが望ましく、独立型ユニットでもよ
い。電流センサは電流トランスであるのが好ましく、この場合信号は交流電流で
ある。そのほかに、電圧信号、光信号、高周波出力信号、その他の種類の信号を
出力するセンサでもよい。
Preferably, the controller 460 includes a current sensor 46 for detecting the generator current.
The current signal 468 from 2 is input. The controller 460 preferably has the normal capabilities and safety features of a gas turbine power plant, and may be a stand alone unit. The current sensor is preferably a current transformer, in which case the signal is an alternating current. In addition, a sensor that outputs a voltage signal, an optical signal, a high frequency output signal, or another type of signal may be used.

【0060】 コントローラー460からダンパー450へダンパー制御信号464が出力さ
れて加熱気流452の流れを制御するが、当該加熱気流はバーナー吸気流442
から取り出され、ダンパー450を経てコンプレッサー吸気口へと循環する。ま
た、コントローラー460からポンプ436へポンプ制御信号466,ポンプ4
37へポンプ制御信号467,また過給ファン423へファン制御信号465が
それぞれ出力される。本実施例のポンプとファンの制御はオン・オフ制御程度の
簡単な制御で構わないが、変速ドライブ、吸気羽根または可変ピッチ羽根による
変速制御を用いてもよい。
A damper control signal 464 is output from the controller 460 to the damper 450 to control the flow of the heating airflow 452, and the heating airflow is the burner intake air flow 442.
And then circulates through the damper 450 to the compressor intake. In addition, the controller 460 sends the pump control signal 466 to the pump 436.
A pump control signal 467 is output to 37 and a fan control signal 465 is output to the supercharging fan 423. Control of the pump and fan of the present embodiment may be simple control such as on / off control, but shift control by a shift drive, intake vanes or variable pitch vanes may be used.

【0061】 本発明の装置は夏期ピーク温度でタービン/発電機性能が最大になるような大
きさに作られているため、周囲温度が低下しタービン出力が増大する場合は発電
機出力が上昇しはじめ最大設計出力を越えてしまう。このため、周囲温度が低下
すると電流センサ462がそれに応じた発電機電流信号468を検出し、この信
号をコントローラー460へ伝達する。まずコントローラーはポンプ436をオ
フにして対応し、これにより第二気化冷却器470が停止してファン吸気流45
3を周囲乾球温度へ近づける。周囲温度がさらに低下する場合は、適当な制御応
答を開始してダンパー450を開きコンプレッサー排気口の加熱空気452をコ
ンプレッサー吸気流440に混合させる。それでも周囲温度がさらに低下する時
は、さらにダンパーを開いて発電機電流を夏期ピーク性能時のレベルまで制限す
る。
Since the apparatus of the present invention is sized to maximize turbine / generator performance at peak summer temperatures, the generator output will increase when ambient temperature decreases and turbine output increases. At the beginning, the maximum design output is exceeded. Therefore, when the ambient temperature decreases, the current sensor 462 detects the generator current signal 468 corresponding thereto and transmits this signal to the controller 460. First, the controller responds by turning off the pump 436, whereby the second evaporative cooler 470 is stopped and the fan intake air flow 45
Bring 3 to ambient dry bulb temperature. If the ambient temperature drops further, an appropriate control response is initiated to open the damper 450 and mix the compressor exhaust heated air 452 with the compressor inlet flow 440. If the ambient temperature still decreases, open the damper further to limit the generator current to the level of peak summer performance.

【0062】 それでも周囲温度がさらに低下する場合は、コントローラー460からファン
制御信号465とポンプ制御信号467を出力して過給ファン423と第一気化
冷却器425用のポンプ437を停止させる、つまりこれらの信号で過給装置全
体を停止させる。次にコントローラー460からダンパー制御信号464を出力
させてダンパー450を閉じてもよい。
If the ambient temperature still decreases, the controller 460 outputs the fan control signal 465 and the pump control signal 467 to stop the supercharging fan 423 and the pump 437 for the first evaporative cooler 425. Signal stops the entire supercharger. Next, the damper control signal 464 may be output from the controller 460 to close the damper 450.

【0063】 本発明のタービン装置のさらに好適な実施例を図11に示す。図10の実施例
と同様にコントローラー474には発電機電流を検出する電流センサー462か
らの電流信号468が入力され、これに対してコントローラー474はポンプ制
御信号466をポンプ436へ出力する。ダンパーを調節して加熱コンプレッサ
ー排気を吸気口へ戻すのではなく、コントローラー474はバーナー制御信号4
72をバーナー422へ出力し、これによりバーナー出力が調節され、ひいては
タービン出力が調節される。コントローラー474にはガスタービン発電設備用
通常運転制御と安全制御が組み込まれているのが好ましいが、コントローラーは
独立型ユニットでもよい。
A more preferred embodiment of the turbine device of the present invention is shown in FIG. Similar to the embodiment of FIG. 10, the controller 474 receives the current signal 468 from the current sensor 462 that detects the generator current, while the controller 474 outputs the pump control signal 466 to the pump 436. Instead of adjusting the damper to return the heated compressor exhaust to the intake, the controller 474 controls the burner control signal 4
72 to the burner 422, which regulates the burner output and thus the turbine output. The controller 474 preferably incorporates normal operation control and safety control for gas turbine power generation equipment, but the controller may be a stand-alone unit.

【0064】 図11の実施例で使用している制御方法は図10の実施例の制御方法とほぼ同
じである。周囲温度が低下してその結果出力発電機電流が増加すると、コントロ
ーラー474はポンプ436をオフにして第二気化冷却器474を停止させて対
処する。依然として発電機電流が夏期ピーク設計出力を越えている場合は、コン
トローラー474はバーナー制御信号472を調整してバーナー422の出力を
低下させて対処する。それでも周囲温度が下がる場合は、発電設備が全く過給機
なしで動作するようコントローラーは過給機ファン423と第一気化冷却器42
5をまとめてオフにする。
The control method used in the embodiment of FIG. 11 is almost the same as the control method of the embodiment of FIG. When the ambient temperature decreases and the output generator current increases as a result, the controller 474 turns off the pump 436 to stop the second evaporative cooler 474 to deal with it. If the generator current is still above the summer peak design output, controller 474 adjusts burner control signal 472 to reduce the output of burner 422 to accommodate. If the ambient temperature still decreases, the controller operates the supercharger fan 423 and the first evaporative cooler 42 so that the power generation equipment operates without a supercharger at all.
Turn off 5 together.

【0065】 図12は、ヒーターを用いてコンプレッサー入口温度を調整してタービン出力
を制御する本発明のさらにその他の実施例を示す。コンプレッサー吸気流440
の中に設置されている温度センサー488からの温度信号490がコントローラ
ー480へ入力される。コントローラー484はコンプレッサー吸気口の上流側
にあるヒーター480にヒーター制御信号482を出力し、ヒーターは加熱空気
流486をコンプレッサー420へ出力する。(ヒーターの設置場所としては気
化冷却器の上流側が好ましいが、極度の腐食を受けずに相対湿度の高い空気を扱
える材料からヒーターができている場合は、気化冷却器470とコンプレッサー
420の間に設置してもよい。)
FIG. 12 shows yet another embodiment of the present invention in which the heater inlet temperature is adjusted to control the turbine output using a heater. Compressor intake air flow 440
A temperature signal 490 from a temperature sensor 488 installed inside is input to the controller 480. The controller 484 outputs a heater control signal 482 to the heater 480 upstream of the compressor inlet, which outputs a heated air stream 486 to the compressor 420. (The heater is preferably installed on the upstream side of the evaporative cooler, but if the heater is made of a material that can handle air with high relative humidity without being extremely corroded, it may be placed between the evaporative cooler 470 and the compressor 420. You may install it.)

【0066】 ヒーターを実現する選択肢は多数ある。簡単なものではガスバーナーの利用が
ある。次の選択肢としては、気液熱交換器付きボイラーの利用がある。第三の選
択肢としては、タービン排気446から熱を回収する熱交換機を利用することで
ある。(この選択肢の場合は最も効率が高いため設置コストが高すぎなければこ
の選択肢が好ましい)。電気ヒーターは第四の選択肢だが、効率が悪いため好ま
しくない。最後に排気446の一部をコンプレッサー吸気流440へ送風するの
が低コストの第五選択肢だが、この場合コンプレッサー420や他の部品に腐食
問題を生じる可能性がある。形式はどのようなものでもよいが、加熱空気流48
6をほぼ一定の温度に維持するようその出力が調整できなくてはならない。
There are many options for implementing a heater. A simple one is to use a gas burner. The next option is to use a boiler with a gas-liquid heat exchanger. A third option is to utilize a heat exchanger that recovers heat from turbine exhaust 446. (This option is the most efficient and is preferred unless the installation cost is too high). The electric heater is the fourth option, but it is not preferable because it is inefficient. Finally, blowing a portion of the exhaust 446 to the compressor inlet flow 440 is a low cost fifth option, which can cause corrosion problems for the compressor 420 and other components. Any type of heating air stream 48
Its power must be adjustable to maintain 6 at a nearly constant temperature.

【0067】 図12に示す実施例で用いた制御方法とは、過給ファン吸気流453の最低温
度を維持することである。周囲温度が低下すると、コントローラー484はポン
プ436を停止して気化冷却器470を停止して対処する。周囲温度がさらに低
下する場合は、コントローラー484はヒーター制御信号482を出力してヒー
ター480をオンにし、またその出力を調整してファン吸気流453の要求温度
を維持する。
The control method used in the embodiment shown in FIG. 12 is to maintain the minimum temperature of the supercharging fan intake air flow 453. When the ambient temperature decreases, the controller 484 stops the pump 436 and the evaporative cooler 470 to deal with it. If the ambient temperature further decreases, the controller 484 outputs the heater control signal 482 to turn on the heater 480 and adjust its output to maintain the required temperature of the fan intake air flow 453.

【0068】 図13は複合サイクル発電設備に特に適した他の類似実施例を示す。複合サイ
クルガスタービン発電設備506は、タービン424の廃熱を利用して余剰電力
を発生する補助蒸気サイクル装置498を有する。蒸気サイクル装置498は、
同一循環路内で互いに接続されたボイラー504,スチームタービン500,蓄
電器502、吸水ポンプ503からなる。ポンプ492と熱回収熱交換器496
付き流体ループ内に気液熱交換器491を設置する。ポンプ492は熱回収熱交
換器496経由で熱伝達液512を循環させる。熱交換器では排気流508から
熱を吸収する。熱伝達液512の流れを調整する信号494がコントローラー4
84からポンプへ入力されて、気化冷却器470に流入する加熱空気流486の
温度を制御する。図12の実施例と同様に、コントローラーも第一段階としてタ
ービン入口温度を制御している第二気化冷却器470をオフにし、次に過給装置
全体を停止してもよい。
FIG. 13 illustrates another similar embodiment that is particularly suitable for combined cycle power plants. The combined cycle gas turbine power generation facility 506 includes an auxiliary steam cycle device 498 that uses the waste heat of the turbine 424 to generate surplus power. The steam cycle device 498
It is composed of a boiler 504, a steam turbine 500, a storage battery 502, and a water absorption pump 503 which are connected to each other in the same circulation path. Pump 492 and heat recovery heat exchanger 496
A gas-liquid heat exchanger 491 is installed in the attached fluid loop. The pump 492 circulates the heat transfer liquid 512 via the heat recovery heat exchanger 496. The heat exchanger absorbs heat from the exhaust stream 508. The signal 494 for adjusting the flow of the heat transfer liquid 512 is the controller 4
Input to 84 to the pump to control the temperature of the heated air stream 486 entering the evaporative cooler 470. As in the embodiment of FIG. 12, the controller may turn off the second evaporative cooler 470 that controls the turbine inlet temperature as the first step, and then stop the entire supercharging device.

【0069】 (しかしながら、排気流508を熱源として利用する場合には浸食が懸念され
、硝酸と場合によっては硫酸を処理するため耐腐食性材料が必要である。一つに
は様々なコンジットに塑性材料を使用することが可能であるが、通常プラスチッ
クの温度限界は比較的低い。このため、最大温度を下げるため排気に雰囲気空気
を混合させてプラスチックの利用を可能にするのが望ましいかもしれない。直接
接触型気液熱交換器も選択肢の一つである。液体には(重炭酸ナトリウムなどの
)適当な中和剤を含有させて酸性濃縮物の問題を防止する。また、排気流を周囲
空気と混合させて最大動作温度を下げるのが望ましいかもしれない。)
(However, when the exhaust stream 508 is used as a heat source, erosion is a concern, and a corrosion-resistant material is required to treat nitric acid and, in some cases, sulfuric acid. One of them is plasticity for various conduits. It is possible to use materials, but the temperature limits of plastics are usually relatively low, so it may be desirable to mix ambient air with the exhaust to enable utilization of plastics to reduce maximum temperature. Direct contact gas-liquid heat exchangers are also an option, the liquid should contain a suitable neutralizing agent (such as sodium bicarbonate) to prevent the problem of acidic concentrates, and the exhaust stream It may be desirable to mix with ambient air to reduce maximum operating temperature.)

【0070】 複合サイクル発電設備は実際には高コンプレッサー入口温度でわずかしかその
効率が向上しないため、図13の装置構造は高雰囲気温度における全体の発電能
力が向上するだけでなく効率も向上するだろう。図13は廃熱回収用熱伝達ルー
プ示しており、他の多くの構成が可能である。例えば、蓄電器502からの熱を
用いて吸気流を暖める。排気と吸気流の間に空気式熱交換器を配置するのも選択
肢である。
Since the combined cycle power generation facility actually improves its efficiency only slightly at high compressor inlet temperature, the device structure of FIG. 13 not only improves the overall power generation capacity at high ambient temperature, but also improves efficiency. Let's do it. FIG. 13 shows a heat transfer loop for waste heat recovery and many other configurations are possible. For example, the heat from the battery 502 is used to warm the intake flow. Placing an air heat exchanger between the exhaust and intake air streams is also an option.

【0071】 上述の実施例は本発明の可能な構成を表している。前記実施例では発電機電流
またはコンプレッサー入口温度をフィードバック制御変数として用いているが、
他の変数を用いても同様の結果が得られる。例えば、制御入力値は発電機電力、
周囲乾球温度、周囲湿球温度、シャフトトルク、または他の入力値などを有して
もよい。
The embodiments described above represent possible configurations of the invention. In the above embodiment, the generator current or the compressor inlet temperature is used as the feedback control variable,
Similar results are obtained with other variables. For example, the control input value is the generator power,
It may have ambient dry-bulb temperature, ambient wet-bulb temperature, shaft torque, or other input value.

【0072】 さらに、図10から図13は過給ファンの上流に配置された第二気化冷却器を
示すが、この装備は任意であり取り除いても性能に大きな変化はない。第二気化
冷却器は高周囲温度での過給ファンの圧力性能を向上するが、出力が増大する。
Further, although FIGS. 10 to 13 show the second evaporative cooler arranged upstream of the supercharging fan, this equipment is optional and there is no significant change in performance even if it is removed. The second evaporative cooler improves the pressure performance of the supercharging fan at high ambient temperatures, but increases the power output.

【0073】 第一気化冷却器の使用はある程度任意であるが、これを取り除けば性能を大き
く劣化させる。従って、水及び/またはスペースがかなり限られているような場
合にのみ第一気化冷却器を除去するのが望ましい。
The use of the first evaporative cooler is optional to a certain extent, but if it is removed, the performance is greatly deteriorated. Therefore, it is desirable to remove the first evaporative cooler only when water and / or space is very limited.

【0074】 最後に、上述の実施例において単純なオン・オフ制御が過給ファンの好適な制
御方法である。変速ドライブや可変ピッチファン・ブレードを用いたより高度な
制御も選択可能で、多少はエネルギーの節約になるかもしれない。しかしながら
、バーナー温度または入口温度を制御することで出力を調整する手段はすでに得
られている。
Finally, the simple on / off control is the preferred control method for the supercharging fan in the above embodiment. More advanced controls with variable speed drives and variable pitch fan blades are also available, which may save some energy. However, means are already available to adjust the power output by controlling the burner temperature or the inlet temperature.

【0075】 図14は間接気化冷却装置と過給ファン用変速ドライブを組み込んだ好適実施
例を示す。図14に示すように、電力グリッドから変速ドライブ550へ電力が
供給され、変速ドライブ550は可変周波数交流電力を誘導電動機522へ供給
する。誘導電動機522は過給ファン556を駆動するシャフト554を駆動す
る。過給ファンは周囲空気を取り込み、加圧空気流558を冷却コイル560へ
供給する。冷却コイルは水分を加えずに空気を冷却する水―空気熱交換機である
。冷却された気流570はコイルから排出され、上記のように構成された気化冷
却器425へと流入する。
FIG. 14 shows a preferred embodiment in which an indirect evaporative cooling device and a variable speed drive for a supercharging fan are incorporated. As shown in FIG. 14, electric power is supplied from the power grid to the variable speed drive 550, and the variable speed drive 550 supplies variable frequency AC power to the induction motor 522. The induction motor 522 drives a shaft 554 that drives a supercharging fan 556. The supercharger fan takes in ambient air and supplies a pressurized air stream 558 to the cooling coil 560. A cooling coil is a water-air heat exchanger that cools air without adding water. The cooled airflow 570 is discharged from the coil and flows into the evaporative cooler 425 configured as described above.

【0076】 冷却コイル560はポンプ564と冷却塔566に接続されて循環路を構成し
、当該循環路は間接気化冷却器として機能する。好ましくは冷却塔は湿球周囲温
度に近い温度まで冷却できる強制通風ウェットタワーである。
The cooling coil 560 is connected to the pump 564 and the cooling tower 566 to form a circulation path, and the circulation path functions as an indirect evaporative cooler. Preferably, the cooling tower is a forced draft wet tower capable of cooling to a temperature near the wet bulb ambient temperature.

【0077】 (適当な吸水が制限されている地域では、ドライタワーを用いて気化冷却器を
除去してもよい。この場合乾式冷却塔とコイル組立が、周囲温度と過給ファン排
出空気の間の単純熱交換器として機能する。)
(In areas where adequate water absorption is limited, a dry tower may be used to remove the evaporative cooler. In this case, the dry cooling tower and coil assembly may be installed between ambient temperature and supercharged fan exhaust air. Functions as a simple heat exchanger.

【0078】 他の熱交換器や冷却構造も考えられる。例えば、冷却塔と冷却コイルを周囲空
気流と過給ファン排気の間に配置される空気熱交換器と交換できる。この場合、
直接気化冷却器を熱交換機の上流側、つまり環境空気側に設置してさらに冷却を
行う。こうした構成は可能だが好ましくはない、というのは所要熱交換領域が大
きく、二つの気流の間の所要圧力差が大きいため大型で高価な熱交換器が必要と
なるためである。
Other heat exchangers and cooling structures are possible. For example, the cooling tower and cooling coils can be replaced by an air heat exchanger located between the ambient air flow and the supercharged fan exhaust. in this case,
A direct evaporative cooler is installed on the upstream side of the heat exchanger, that is, on the ambient air side for further cooling. Such a configuration is possible but not preferred because it requires a large heat exchange area and a large pressure differential between the two air streams, which necessitates a large and expensive heat exchanger.

【0079】 凍結が問題となりそうな気候の地域では、パイプ、冷却コイル、冷却塔に適当
な凍結防止処理を施す必要がある。考えられる保護手段としては、断熱、ヒータ
ーの設置、流水設備の設置、水―ブライン熱交換器付き冷却コイルでのブライン
の使用が挙げられる。(水―ブライン熱交換器は、冷却塔関連の汚れを冷却コイ
ルから分離するという付加的利点が得られ、適当なフィルタを組み込めば二次ル
ープ無しで装置の汚れを減少することができる。)
In regions of the climate where freezing is likely to be a problem, pipes, cooling coils and cooling towers need to be subjected to appropriate anti-freezing treatment. Possible protection measures include thermal insulation, heater installation, running water installation, use of brine in cooling coils with water-brine heat exchangers. (The water-brine heat exchanger has the added benefit of separating cooling tower related fouling from the cooling coil, and can be equipped with a suitable filter to reduce fouling of the system without secondary loops.)

【0080】 この実施例の場合、コントローラー568が低周囲温度でのガスタービンのオ
ーバーロードを防止する。コンプレッサー吸気口のコンプレッサー吸気流内に設
置されている温度センサー573からの温度信号がコントローラー568に入力
される。また、コントローラーには加圧空気流558内に設置されている圧力セ
ンサー575からの圧力信号574も入力される。過給ファン556とガスター
ビン装置432の間を流れる気流で起こる圧力変動は小さいため圧力センサー5
75はこの気流内であればどこに設置しても構わない。
In this embodiment, the controller 568 prevents overloading the gas turbine at low ambient temperatures. A temperature signal from a temperature sensor 573 installed in the compressor intake flow at the compressor intake port is input to the controller 568. The controller also receives a pressure signal 574 from a pressure sensor 575 located within the pressurized air stream 558. Since the pressure fluctuation caused by the air flow flowing between the supercharging fan 556 and the gas turbine device 432 is small, the pressure sensor 5
75 may be installed anywhere within this air flow.

【0081】 コントローラー568から変速ドライブ550へ速度制御信号578が出力さ
れる。この信号は過給ファンの速度を調整して最適過給圧を維持する。また、こ
のコントローラーからは冷却塔ループ内のポンプ564へ出力信号576を、気
化冷却器内のポンプ437へ出力信号580を出力している。通常これらの出力
信号は単純なオン・オフ制御を行う。
A speed control signal 578 is output from the controller 568 to the variable speed drive 550. This signal regulates the speed of the supercharging fan to maintain optimum supercharging pressure. The controller also outputs an output signal 576 to the pump 564 in the cooling tower loop and an output signal 580 to the pump 437 in the evaporative cooler. Normally, these output signals perform simple on / off control.

【0082】 本実施例では可変周波数ドライブを用いてファン速度を制御しているが、利用
可能なファン出力を調整する方法は他にも多数ある。例えば、米国特許5,94
7,854に記載の電気機械的変速ドライブや同時係属仮出願番号60/164
590の渦電流クラッチ、直流電動機、可変ピッチファンブレード、可変吸気フ
ァンなどが挙げられる。
Although a variable frequency drive is used to control fan speed in this example, there are many other ways to adjust the available fan output. For example, US Pat.
7,854, the electromechanical variable speed drive and co-pending provisional application No. 60/164
Examples include a 590 eddy current clutch, a DC motor, a variable pitch fan blade, and a variable intake fan.

【0083】 本実施例はガスタービン装置へ比較的低温の空気を供給できるという重要な利
点がある。冷却塔に流入する空気の湿球温度は、過給ファンから供給されるエネ
ルギーの影響を受けない。このため、冷却コイルは水分を加えることなく周囲湿
球温度に近い温度まで気流558を冷却できる。次に気化冷却器425は気流を
さらに冷却及び加湿することができる。この結果、タービン装置に流入する気流
は、単純直接気化冷却器を用いた場合よりもさらに10°F(約5.6℃)は低
下する。この温度低下によりガスタービンの出力はさらに2.5%程度増加する
。一般に冷却塔ファンとポンプはこの能力増大分のわずか10%程度しか消費し
ないため、この装置の実能力が2%以上向上する。
This embodiment has an important advantage that air of relatively low temperature can be supplied to the gas turbine device. The wet-bulb temperature of the air flowing into the cooling tower is not affected by the energy supplied from the supercharging fan. Therefore, the cooling coil can cool the air flow 558 to a temperature close to the ambient wet bulb temperature without adding water. The evaporative cooler 425 can then further cool and humidify the air stream. As a result, the airflow entering the turbine system is 10 ° F lower than when using a simple direct evaporative cooler. Due to this temperature decrease, the output of the gas turbine further increases by about 2.5%. Generally, the cooling tower fan and the pump consume only about 10% of this capacity increase, so that the actual capacity of this apparatus is improved by 2% or more.

【0084】 より複雑な冷却装置も可能である。例えば、直接気化冷却器の代わりに機械式
冷却装置、乾燥型冷却装置、吸収型冷却装置などを用いてもよい。地下水または
冷たい湖水や海水を利用する冷却装置ももう一つの選択肢である。こうした装置
ではさらに低い気温を得ることができ、能力をさらに向上させることが可能であ
る。この方法の短所は、追加冷却装置の複雑さとそのコストである。
More complex cooling devices are possible. For example, a mechanical cooling device, a dry cooling device, an absorption cooling device, or the like may be used instead of the direct evaporative cooling device. Cooling systems that utilize groundwater or cold lake or seawater are another option. With such a device, it is possible to obtain a lower temperature and further improve the capacity. The disadvantage of this method is the complexity of the additional cooling device and its cost.

【0085】 上述のように、加圧気流とコンプレッサー吸気流を比較的高温に耐えることが
できるダクトに封じ込めるもので、図15にはこうしたダクト設備の好適実施例
が詳細に示されている。内部ダクト610は円形外部ダクト611の内側に設置
されており、流路612は内部ダクトの中を流れる流体の圧力と二本のダクトの
間のスペース615の圧力を等しくする。(この例では流体は空気であるが、ダ
クト設備アセンブリは何らかの高圧流体の搬送に利用してもよい)。好ましくは
空間615を流体で充填し、ファイバーグラス、オープンセル気泡などの多孔質
材で構成してもよい。多孔質充填材はノイズの低減とダクト支持に役立つという
利点がある。
As described above, the pressurized air flow and the compressor intake air flow are contained in a duct capable of withstanding relatively high temperatures, and FIG. 15 shows a preferred embodiment of such duct equipment in detail. The inner duct 610 is installed inside the circular outer duct 611, and the flow path 612 equalizes the pressure of the fluid flowing in the inner duct and the pressure of the space 615 between the two ducts. (In this example, the fluid is air, but the duct equipment assembly may be used to carry some high pressure fluid). Preferably, the space 615 may be filled with a fluid and made of a porous material such as fiberglass or open cell bubbles. Porous fillers have the advantage of helping to reduce noise and support ducts.

【0086】 内部ダクトの横方向の圧力を一様にする流路612は単純な孔で構わないし有
孔面からなる連続した孔とすることもできる。また、この流路は非密閉ダクト設
備に共通する隙間や小さな開口でもよい。流路612の設計で絶対要求されるこ
とは、通過時に十分な流体速度を許容し、万一円形外部ダクトと外気との間に遺
漏が生じた場合でも内部ダクトに過剰圧力の発生を確実に防ぐことできることで
ある。この流路に圧抜き弁を設けて遺漏発生の際に内部ダクトが損傷する危険を
低減するのがよい。
The flow path 612 for uniformizing the lateral pressure of the internal duct may be a simple hole or may be a continuous hole having a perforated surface. Further, this flow path may be a gap or a small opening common to non-sealed duct equipment. The absolute requirement for the design of the flow path 612 is that it allows a sufficient fluid velocity when passing and ensures that excess pressure is generated in the inner duct even if leakage occurs between the circular outer duct and the outside air. It is something that can be prevented. A pressure relief valve should be provided in this flow path to reduce the risk of damage to the internal duct in the event of leakage.

【0087】 図15は矩形内部ダクトを示しているが、内部ダクトは事実上円形以外の形状
でもよく、過剰強度要求の懸念が無ければ大型平面にしてもよい。内部ダクトで
対処しなくてはならないことは、圧力低下、速度圧、乱流などといったダクト内
の流体運動に関連する事象だけである。
Although FIG. 15 shows a rectangular inner duct, the inner duct may have a shape other than a circular shape in practice, and may be a large flat surface if there is no concern about excessive strength requirement. All that the internal duct has to deal with are the events related to fluid movement within the duct, such as pressure drop, velocity pressure, turbulence, etc.

【0088】 好ましくは外部ダクトは材質要件を最小にする円形断面とする。楕円や長円形
も使用できるが、こうした形状では強度条件が高まるため好ましくない。大型円
形ダクトに波形や他の補強材をもうけて剛性を高めたり、風や偶発的負荷による
損傷を低減してもよい。
Preferably the outer duct has a circular cross section which minimizes material requirements. An ellipse or an ellipse can be used, but such a shape is not preferable because the strength condition is increased. Large circular ducts may be provided with corrugations or other reinforcements to increase rigidity and reduce damage from wind and accidental loads.

【0089】 一般的なダクトの構成材としては鋼やアルミニウムといった金属が挙げられる
。他の材料としてはプラスチック、木材、セラミックなども挙げられる。材料は
、強度、コスト、ダクト内を流通する特定の流体との適合性といった要因に基づ
いて選択する。
Metals such as steel and aluminum can be cited as typical components of the duct. Other materials include plastics, wood, ceramics and the like. Materials are selected based on factors such as strength, cost, and compatibility with the particular fluid flowing in the duct.

【0090】 図16Aと16Bは、二つの大きさの異なるダクトを接続するのに使用する中
間ダクトの正面図と断面図である。環状円錐外部ダクト620は四面体または錐
体型内部ダクト621を内蔵している。内部ダクト621の壁面に流路622を
もうけて内部ダクト621の内部圧と二本のダクトの間の空間623の圧力を均
一にする。中間ダクトアセンブリは、流体の流れる方向によってディフューザー
やフローアクセレレーターとして利用できる。さらに、図15,16A、16B
には本発明の高圧ダクトの基本構成が図示されているが、実際には本発明はL字
継ぎ手、T管継手、中間ダクトなど特定のダクト形状に適用できる。
16A and 16B are front and cross-sectional views of an intermediate duct used to connect two different size ducts. The annular conical outer duct 620 contains a tetrahedral or pyramidal inner duct 621. A flow path 622 is provided on the wall surface of the internal duct 621 to make the internal pressure of the internal duct 621 and the pressure of the space 623 between the two ducts uniform. The intermediate duct assembly can be used as a diffuser or a flow accelerator depending on the direction of fluid flow. Furthermore, FIGS.
Shows the basic structure of the high-pressure duct of the present invention, but in reality, the present invention can be applied to specific duct shapes such as an L-shaped joint, a T pipe joint, and an intermediate duct.

【0091】 図17Aと17Bには、こうしたダクト設備を特にガスタービン過給器に用い
た様子を示す。図17Aは、ガスタービンの吸気口へ空気を供給する矩形ダクト
631の端部に直接気化冷却器630を取り付けた、過給器なしの冷却器を図示
している。矩形ダクト631は(外気圧との)わずか数インチの水柱の圧力差を
伝えるように設計されている。
17A and 17B show the use of such duct equipment, in particular in a gas turbine supercharger. FIG. 17A illustrates a cooler without a supercharger in which an evaporative cooler 630 is directly attached to the end of a rectangular duct 631 that supplies air to the intake of a gas turbine. The rectangular duct 631 is designed to carry a pressure differential of only a few inches (with respect to ambient pressure) of the water column.

【0092】 図17Bには対応する過給構造が図示されている。ファン635は空気静圧を
通常約60インチ(約152.4センチ)水柱の大変高い圧力レベルまで増大さ
せる。ファン635がディフューザーダクト636の終片部に接続されている。
このディフューザーダクトは気化冷却器と収縮ダクト638を内蔵するストレー
トダクト637に接続されている。これらのダクトはそれぞれ、矩形内部ダクト
を内蔵した円形ダクトからなる。
A corresponding supercharging structure is shown in FIG. 17B. Fan 635 increases static air pressure to a very high pressure level, typically about 60 inches (152.4 cm) of water. A fan 635 is connected to the end piece of the diffuser duct 636.
This diffuser duct is connected to a straight duct 637 containing an evaporative cooler and a contraction duct 638. Each of these ducts consists of a circular duct containing a rectangular inner duct.

【0093】 このダクト設備は従来技術よりも幾つかの点で優れている。 ・従来の矩形ダクトに比べ資材重量・コストが軽減される。 ・矩形部材で使用する従来の円形ダクトよりも圧力降下が少ない。 ・形状が単純で組立が簡単。 ・低圧ダクト設備に後付して高圧に耐えるようにできる。[0093]   This duct installation has several advantages over the prior art.   -Material weight and cost are reduced compared to the conventional rectangular duct.   ・ Lower pressure drop than the conventional circular duct used for rectangular members.   -Simplified shape and easy to assemble.   -It can be retrofitted to low pressure duct equipment to withstand high pressure.

【0094】 これらの利点はガスタービン過給機では特に望ましい。高圧[約60インチ(
約152.4センチ)水柱]や大型ダクト形状[30フィート(約914.4セン
チ)のダクト径]のため、補強に非常に多量の材料が必要な極度に頑強な矩形ダ
クトが必要になる。本発明の新規ダクト構造は高いガス圧に耐える矩形ダクトが
不要で、このため材料費と重量を大幅に低減させる。また既存の気化冷却器と関
連ダクトが利用できるため、過給機の設置コストが大幅に削減される。本発明は
ガスタービン過給機での利用には大変魅力的だが、移動性ガスや液体を必要とす
る空調装置や他の産業・商業分野にも利用できる。
These advantages are particularly desirable in gas turbine superchargers. High pressure [about 60 inches (
Due to the water column] and the large duct shape [30 feet (about 914.4 cm duct diameter)], an extremely robust rectangular duct that requires a very large amount of material for reinforcement is required. The novel duct structure of the present invention does not require a rectangular duct that withstands high gas pressures, thus significantly reducing material costs and weight. In addition, the existing evaporative cooler and associated ducts can be used, significantly reducing the installation cost of the turbocharger. While the invention is very attractive for use in gas turbine superchargers, it can also be used in air conditioners and other industrial and commercial applications that require mobile gases and liquids.

【0095】 図18はガスタービンの吸気流中に設置された噴霧器を用いた本発明の他の好
ましい実施例を図示する。ガスタービン発電設備121は、発電機126を駆動
するシャフト130に固定されたコンプレッサー120と膨張器124からなる
。気流191はコンプレッサーへ流入し、そこで空気は圧縮されて燃焼器122
へ供給される。燃焼器は空気を加熱して膨張器124へ供給する。膨張器では膨
張するガスから仕事を抽出してコンプレッサーと発電機を駆動する。
FIG. 18 illustrates another preferred embodiment of the present invention using an atomizer installed in the intake flow of a gas turbine. The gas turbine power generation facility 121 includes a compressor 120 and an expander 124 that are fixed to a shaft 130 that drives a power generator 126. Airflow 191 enters a compressor where the air is compressed and combustor 122
Is supplied to. The combustor heats the air and supplies it to the expander 124. The expander extracts work from the expanding gas and drives the compressor and generator.

【0096】 過給機190はガスタービン発電設備の上流に設置されている。過給機は、ダ
クト147の内部に設けらたファン140,第一噴霧器149,第二噴霧器16
0からなる。第一噴霧器はファンの上流側にあり、一方第二噴霧器はファンとタ
ービンの間にある。
The supercharger 190 is installed upstream of the gas turbine power generation equipment. The supercharger includes the fan 140, the first sprayer 149, and the second sprayer 16 provided inside the duct 147.
It consists of zero. The first atomizer is upstream of the fan, while the second atomizer is between the fan and turbine.

【0097】 ファン140はハブ141とファンブレード142からなる。このファンはモ
ーターシャフト144に固定されている。モーター146はモーターシャフト1
44を駆動することでファン140を駆動する。このファンは好ましくは可変ピ
ッチ軸流ファンである。ハブ141はファンブレード142のピッチを調整して
ファン出力空気圧と流れを調整する機構からなる。
The fan 140 includes a hub 141 and a fan blade 142. This fan is fixed to the motor shaft 144. The motor 146 is the motor shaft 1
By driving 44, the fan 140 is driven. This fan is preferably a variable pitch axial fan. The hub 141 is a mechanism that adjusts the pitch of the fan blades 142 to adjust the fan output air pressure and flow.

【0098】 前記モーターは三相誘導電動機あるいは他の電動機であるのが好ましい。他に
主タービンから直接ファンを駆動する選択肢があり、これでモーターは不要にな
る。二次ガス、蒸気タービン、内燃機関などのファン用独立原動機も選択肢では
あるが好ましくはない。電気モーターの重要な利点は既存ガスタービンへの取り
付けが比較的簡単という点にある。
The motor is preferably a three-phase induction motor or another motor. Another option is to drive the fan directly from the main turbine, which eliminates the need for a motor. Independent prime movers for fans such as secondary gas, steam turbines, and internal combustion engines are an option but are not preferred. An important advantage of electric motors is their relative ease of installation on existing gas turbines.

【0099】 ファン出力は約60インチ(約152.4センチ)静圧である。最適圧は、適
合するファン、発電機容量、タービン容量の稼働率や他の要因による。
The fan output is about 60 inches (about 152.4 cm) static pressure. The optimum pressure will depend on the available fan, generator capacity, turbine capacity utilization and other factors.

【0100】 図18の多段軸流ファンはこの静圧を発生できる。遠心ファンあるいは単段軸
流ファンも選択できる。遠心ファンを使用する場合は可変ピッチ羽根は通常選択
できないため、変速ドライブはファン能力を制御するのに好適な手段である。可
変吸気羽根やダンパーも選択肢ではあるが効率が劣る。変速ファンも軸流ファン
の代わりになる。
The multi-stage axial flow fan of FIG. 18 can generate this static pressure. A centrifugal fan or a single-stage axial fan can also be selected. Since variable pitch blades are usually not an option when using centrifugal fans, variable speed drives are the preferred means of controlling fan capacity. Variable intake blades and dampers are also options, but they are less efficient. The variable speed fan can also replace the axial fan.

【0101】 第一噴霧器149は第一マニフォールド156、第二マニフォールド158,
第三マニフォールド160からなる。第一マニフォールドには第一ポンプ150
から加圧水が供給される。同様に、第二ポンプ152と第三ポンプ154は加圧
水を第二マニフォールド158と第三マニフォールド160へそれぞれ供給する
。ポンプ出口圧は約1000〜3000psiの範囲が好ましい。水164の水
蒸気をポンプ入口へ供給する。この水は濾過して脱塩処理するのが好ましい。気
流148を第一噴霧器149を介してダクト147へ取り込む。
The first sprayer 149 includes a first manifold 156, a second manifold 158,
It consists of a third manifold 160. The first pump 150 for the first manifold
Pressurized water is supplied from. Similarly, the second pump 152 and the third pump 154 supply pressurized water to the second manifold 158 and the third manifold 160, respectively. The pump outlet pressure is preferably in the range of about 1000-3000 psi. The steam of water 164 is supplied to the pump inlet. This water is preferably filtered and desalted. The air flow 148 is taken into the duct 147 via the first sprayer 149.

【0102】 第二噴霧器169をファンの上流側に設置する。第一噴霧器と同様に、第二噴
霧器も複数のマニフォールドやポンプからなる。第四、第五、第六マニフォール
ド176,178,180は第四、第五、第六ポンプ170,172,174へ
それぞれ接続されている。マニフォールド内のノズル内の加圧水の作用でミスト
182が生成される。
The second atomizer 169 is installed upstream of the fan. Like the first atomizer, the second atomizer also consists of multiple manifolds and pumps. The fourth, fifth and sixth manifolds 176, 178 and 180 are connected to the fourth, fifth and sixth pumps 170, 172 and 174, respectively. The mist 182 is generated by the action of the pressurized water in the nozzle in the manifold.

【0103】 噴霧器の設計自由度は大きい。例えば、各噴霧器内のマニフォールドの数はあ
る程度任意である。数が多ければ生成するミストの量の制御がより簡単で、さら
に冗長度が生まれる。他方、マニフォールドの数が少ないと設置が簡単でコスト
も削減できる。さらに、マニフォールドは同じ容量の必要はない。
The sprayer has a large degree of freedom in design. For example, the number of manifolds in each atomizer is somewhat arbitrary. The larger the number, the easier it will be to control the amount of mist produced, and the more redundancy will be created. On the other hand, if the number of manifolds is small, the installation is easy and the cost can be reduced. Moreover, the manifolds do not have to have the same capacity.

【0104】 噴霧器の容量に関する限り、確実にファン出口で空気がほぼ飽和するような量
であるのが好ましい。第二噴霧器は空気をさらに飽和させ、コンプレッサー12
0の内側を冷却するための水分をさらに追加する。気流に添加される水の総量は
、入口からコンプレッサーに至るまでの飽和量に空気流量の約0から2%を加え
た量が好ましい。
As far as the atomizer capacity is concerned, it is preferred that it is such that the air is almost saturated at the fan outlet. The second atomizer further saturates the air and the compressor 12
Add more water to cool the inside of the 0. The total amount of water added to the airflow is preferably a saturated amount from the inlet to the compressor plus about 0 to 2% of the air flow rate.

【0105】 コントローラー161は過給機190の動作を制御する。基本方法は、ファン
圧力と低周囲温度での霧の発生量を低下させてガスタービン発電設備の発電機や
他の構成部品のオーバーロードを防止することである。ファン入口温度センサ1
82とファン出口温度センサ184からコントローラーへ信号を入力する。周囲
湿球温度が低下すると、ファン入口温度センサからコントローラーへ信号が出力
され、信号出力によりファンブレードのピッチを小さくしてファン容量を低下さ
せる。さらに温度が低くなるということは、空気を飽和させるのに必要な水の量
が減るため、コントローラー160は噴霧器用ポンプの一部をオフにすることが
できる。
The controller 161 controls the operation of the supercharger 190. The basic approach is to reduce fan pressure and fog production at low ambient temperatures to prevent overloading of generators and other components of gas turbine power plants. Fan inlet temperature sensor 1
A signal is input from the 82 and the fan outlet temperature sensor 184 to the controller. When the ambient wet bulb temperature decreases, a signal is output from the fan inlet temperature sensor to the controller, and the signal output reduces the pitch of the fan blades to reduce the fan capacity. The lower temperature also reduces the amount of water needed to saturate the air, thus allowing the controller 160 to turn off part of the atomizer pump.

【0106】 温度が氷点に近づくと、第一噴霧器用ポンプを停止させて氷の形成を防止する
ことができる。発電機や他の構成品の容量が適当であれば、第二噴霧器は動作状
態のままとしてもよい。
When the temperature approaches the freezing point, the first atomizer pump can be stopped to prevent ice formation. The second atomizer may remain active if the capacity of the generator or other components is adequate.

【0107】 過給を行うことができないような大変低い温度では、ファンと噴霧器を停止さ
せ、ファンを気流中で自由に回転できるようにする。ファンの周囲にバイパスダ
ンパーを設けてこうした条件でのタービンの圧力低下の幅を小さくさせてもよい
At very low temperatures at which supercharging cannot take place, the fan and atomizer are stopped, allowing the fan to rotate freely in the air stream. A bypass damper may be provided around the fan to reduce the pressure drop width of the turbine under these conditions.

【0108】 この基本実施例には多数の変形がある。例えば、タービンコンプレッサーが特
に水滴に弱い場合は第二噴霧器を取り除いても良い。この場合、コントローラー
は第一噴霧器から発生する霧の量を調整して必ずタービンへ到達する前に水滴を
完全気化させるようにすることができる。
There are numerous variations on this basic embodiment. For example, the second atomizer may be removed if the turbine compressor is particularly sensitive to water droplets. In this case, the controller can regulate the amount of mist generated from the first atomizer to ensure that the water droplets are completely vaporized before reaching the turbine.

【0109】 第一噴霧器を取り除く方法もある。こうした変更では、第二噴霧器の容量を増
大させて補償させるのであれば比較的わずかな性能劣化しか発生しない。
There is also a method of removing the first atomizer. Such a modification will result in relatively little performance degradation if the capacity of the second atomizer is increased to compensate.

【0110】 ファンの選択には多くのオプションがある。例えば、一部の分野では複式ファ
ンが望ましいかもしれない。複式ファンは装置の信頼性を改善するための冗長度
を提供できる。これらは共通部品を利用してコストを削減したり、もっと高度な
制御オプションを考慮にいれておくことも可能である。
There are many options for fan selection. For example, dual fans may be desirable in some areas. The dual fan can provide redundancy to improve the reliability of the device. They can use common components to reduce costs or allow for more sophisticated control options.

【0111】 固定ファン出力は簡単なもう一つの代替制御方法である。この方法は、発電機
の大きさを通常状態でのタービンのフル出力を処理する程度にした場合の選択肢
である。この選択肢は、燃焼器出力の調整や吸気流加熱手段などといった他のタ
ービン容量制御手段で発電機やその他の構成部品のオーバーロードを防止できる
場合に可能である。
Fixed fan output is another simple alternative control method. This method is an option when the generator is sized to handle the full power output of the turbine under normal conditions. This option is possible if other turbine capacity control means, such as combustor output regulation or intake flow heating means, can prevent overloading of the generator and other components.

【0112】 従来のガスタービン発電設備の場合と同様に、通常この装置にも濾過器や消音
器が設けられている。通常ファンと噴霧器の動作は塵に影響されることはなく、
濾過器の位置は主に利便性の問題である。霧滴によって濾過器内の圧力低下が幾
分増大するが、その場合は通常濾過器を噴霧器の上流側にするのが好ましい。消
音器はファンの上流側に設置して雑音の拡散を防ぐのが好ましい。
Similar to the case of the conventional gas turbine power generation equipment, this device is also usually provided with a filter and a silencer. Normally the operation of the fan and atomizer is not affected by dust,
The location of the filter is primarily a matter of convenience. Fog will cause some increase in pressure drop in the filter, in which case it is usually preferred to place the filter upstream of the atomizer. The silencer is preferably installed upstream of the fan to prevent noise diffusion.

【0113】 この装置は容量の大幅な増大を提供する。90%の有効性で、60インチ(約
152.4センチ)水柱静圧の過給作用の従来の気化パッド付き過給機の場合は
、容量は20%から30%の範囲である。噴霧吸気冷却ではさらに10%容量を
上げることができる。また、噴霧により効果的に100%の気化冷却効率を得る
ことができ、理論的ファン出力要求値を数パーセント下げる。この結果、気候や
ガスタービン発電設備の特定設計限界にもよるが、装置の容量を20%〜40%
以上増加できる。
This device offers a significant increase in capacity. For a conventional vaporization padded supercharger with 90% effectiveness and a 60 inch hydrostatic supercharge, the capacity ranges from 20% to 30%. A further 10% increase in capacity can be achieved with spray inlet cooling. Also, the atomization can effectively obtain 100% evaporative cooling efficiency, which lowers the theoretical fan output demand value by several percent. As a result, depending on the climate and the specific design limits of the gas turbine power generation equipment, the capacity of the equipment is 20% -40%.
You can increase more.

【0114】 本実施例の利点 本発明の好適実施例には幾つかの重要な利点がある。 1)容量の大幅な増大:この装置では殆どのガスタービンで20%〜40%の
容量の増大が可能である。 2)低価格:ファン及び噴霧装置の価格は、新規タービン容量の価格よりもか
なり安い。 3)小型化:従来の過給機に必要な大型気化パッドを取り除いたため気化冷却
器や関連ダクト設備の大きさやコストが大幅に削減される。 4)簡単な後付:小型で既存の発電設備に利用できるためこの装置を既存のタ
ービンに設置できる。 5)制御装置の改良:制御装置により、広い周囲温度条件で前記装置をガスタ
ービン発電設備の最大容量に一致させることができる。 6)ファン出力の低下:ファンを通過する時に空気を冷却するミストを第一噴
霧器で生成し、これにより所定圧力増加や質量流量に必要な理論ファン出力を低
下させる。 7)簡略化:本発明はわずか数個の単純な構成部品を用いているだけである。 8)信頼性:本発明では信頼性に優れる実績のある構成部品を使用する。また
、万一部品の欠陥やその他の問題が発生しても過給機なしでガスタービン発電設
備を運転しつづけることができる。
Advantages of the Present Embodiment There are several important advantages to the preferred embodiment of the present invention. 1) Substantial increase in capacity: This device allows a capacity increase of 20% to 40% in most gas turbines. 2) Low price: The price of fans and atomizers is significantly lower than the price of new turbine capacity. 3) Miniaturization: The large vaporization pad required for the conventional supercharger has been removed, so the size and cost of the vaporization cooler and related duct equipment are greatly reduced. 4) Simple retrofitting: This equipment can be installed in an existing turbine because it is small and can be used in existing power generation equipment. 5) Improved controller: The controller allows the device to match the maximum capacity of the gas turbine power plant over a wide range of ambient temperature conditions. 6) Decrease in fan output: A mist that cools the air as it passes through the fan is created in the first atomizer, which reduces the theoretical fan output required for a given pressure increase or mass flow rate. 7) Simplification: The present invention uses only a few simple components. 8) Reliability: In the present invention, a proven reliable component is used. Further, even if a defect of a component or other problem occurs, it is possible to continue operating the gas turbine power generation facility without a supercharger.

【0115】 概してガスタービン用過給装置の利点は重要で多数ある。その中で最も重要な
ものは、 ・高周囲温度でのタービン性能の大幅な増加 ・湿潤気候でも大幅な性能増大を達成できる ・低設置コスト ・単純なデザイン ・コンパクトなデザイン ・汎用性のある制御が可能 ・既存ガスタービンに後付可 ・バイパスダンパーにより過給ファンなしでもタービンを運転可 ・複式ファンとダンパーにより確実な運転のための冗長度を可能にする。 ・送風機と冷却手段が相乗的に機能して性能を大幅に改善する。
In general, the advantages of superchargers for gas turbines are significant and numerous. The most important of these are: -a large increase in turbine performance at high ambient temperatures-a large increase in performance even in wet climates-low installation costs-simple design-compact design-universal control・ Can be retrofitted to existing gas turbine ・ Bypass damper can operate turbine without supercharging fan ・ Multiple fans and dampers enable redundancy for reliable operation. -The blower and cooling means work synergistically to significantly improve performance.

【0116】 全体として、この装置はガスタービン技術の大きな進歩を表している。この装
置の単純さや低価格性は、現在高周囲温度で大幅な性能劣化に直面している発電
分野に特に望ましい。以上のように本発明を説明してきたが、本発明の主旨及び
範囲から逸脱することなく様々な方法で本発明を変更できることは同業者には明
白である。こうした変更は全て請求項の範囲に含まれる。
Overall, this device represents a major advance in gas turbine technology. The simplicity and low cost of this device are particularly desirable in the power generation sector, which currently faces significant performance degradation at high ambient temperatures. Although the present invention has been described above, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit and scope of the invention. All such modifications are within the scope of the claims.

【0117】 出願人は、以下の出願に基づく利益を主張する。 米国出願No.60/138,848(1999年6月10日出願) 米国出願No.60/139,894(1999年6月22日出願) 米国出願No.60/152,277(1999年9月3日出願) 米国出願No.60/159,207(1999年10月13日出願) 米国出願No.60/195,302(2000年4月10日出願) また、この出願は米国出願No.09/388,927(1999年9月2日出願)の継続出願であ
る。
Applicant claims benefits based on the following applications. US application No. 60 / 138,848 (filed June 10, 1999) US application No. 60 / 139,894 (filed June 22, 1999) US application No. 60 / 152,277 (filed September 3, 1999) US application No. 60 / 159,207 (filed on October 13, 1999) U.S. application No. 60 / 195,302 (filed on April 10, 2000) Also, this application is U.S. application No. 09 / 388,927 (filed on September 2, 1999) ) Is a continuation application.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、タービン性能と周囲温度の関連性を示す特性図である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between turbine performance and ambient temperature.

【図2A】 図2Aは、ガスタービンに流入する空気を圧縮する過給ファンの
下流にある空気冷却器を有する本発明の一好適実施例の概略図である。
FIG. 2A is a schematic diagram of one preferred embodiment of the present invention having an air cooler downstream of a supercharging fan that compresses air entering a gas turbine.

【図2B】 図2Bは、ガスタービンに流入する空気を圧縮する過給ファンの
下流にある空気冷却器を有する本発明の一好適実施例の概略図である。
FIG. 2B is a schematic diagram of a preferred embodiment of the invention having an air cooler downstream of a supercharging fan that compresses air entering a gas turbine.

【図2C】 図2Cは、ガスタービンに流入する空気を圧縮する過給ファンの
下流にある空気冷却器を有する本発明の一好適実施例の概略図である。
FIG. 2C is a schematic diagram of a preferred embodiment of the invention having an air cooler downstream of a supercharging fan that compresses air entering a gas turbine.

【図3】 図3は、間接気化冷却器を用いた本発明の他の好適実施例を示す模
式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing another preferred embodiment of the present invention using an indirect evaporative cooler.

【図4】 図4は、軸流ファンを用いた本発明の他の実施例を示す模式図であ
る。
FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the present invention using an axial fan.

【図5】 図5は、直列ファンを用いた本発明のさらに他の実施例を示す模式
図である。
FIG. 5 is a schematic view showing still another embodiment of the present invention using a series fan.

【図6】 図6は、複数の異なるタービン装置の温度可変タービン性能を比較
する特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram comparing temperature variable turbine performances of a plurality of different turbine devices.

【図7A】 図7Aは、本発明の装置の動作原理を示す概略コンプレッサー図
である。
FIG. 7A is a schematic compressor diagram showing the operating principle of the device of the present invention.

【図7B】 図7Bは、本発明の装置の動作原理を示す概略コンプレッサー図
である。
FIG. 7B is a schematic compressor diagram showing the operating principle of the device of the present invention.

【図8A】 図8Aは、複式ファンを用いてどのようにガスタービンの入口圧
を変化させるかを示すファン曲線による特性図である。
FIG. 8A is a fan curve characteristic diagram showing how to change the inlet pressure of a gas turbine using a double fan.

【図8B】 図8Bは、複式ファンを用いてどのようにガスタービンの入口圧
を変化させるかを示すファン曲線による特性図である。
FIG. 8B is a fan curve characteristic diagram showing how to change the inlet pressure of a gas turbine using a double fan.

【図9】 図9は、タービン入口温度の関数としての最大過給圧の特性図であ
る。
FIG. 9 is a characteristic diagram of maximum supercharging pressure as a function of turbine inlet temperature.

【図10】 図10は、コンプレッサーから出力された加圧空気をコンプレッ
サー吸気流へフィードバックしてガスタービン性能を調整する本発明の他の実施
例を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention in which the compressed air output from the compressor is fed back to the compressor intake flow to adjust the gas turbine performance.

【図11】 図11は、バーナー出力を調整してタービン出力を制御する本発
明の他の実施例を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention for controlling the turbine output by adjusting the burner output.

【図12】 図12は、コンプレッサー入口温度を調整してタービン出力を制
御する本発明の他の実施例を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing another embodiment of the present invention for controlling the turbine output by adjusting the compressor inlet temperature.

【図13】 図13は、複合サイクル(ガスタービン/蒸気タービン)発電設
備で使用している本発明の実施例を示す模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention used in a combined cycle (gas turbine / steam turbine) power generation facility.

【図14】 図14は、冷却塔と冷却コイルを用いて過給ファンか排出される
空気を冷却する本発明の好適実施例を示す模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the present invention in which air discharged from a supercharging fan is cooled using a cooling tower and a cooling coil.

【図15】 図15は、本発明用高圧ダクト設備の好適構造を示す斜視図であ
る。
FIG. 15 is a perspective view showing a preferred structure of the high-pressure duct facility for the present invention.

【図16A】 図16Aは、図15に示すように構成されたダクト設備のディ
フューザー/フローアクセレレーター部の構造を示す端面図である。
FIG. 16A is an end view showing the structure of the diffuser / flow accelerator portion of the duct equipment configured as shown in FIG. 15.

【図16B】 図16Bは、図15に示すように構成されたダクト設備のディ
フューザー/フローアクセレレーター部の構造を示す断面図である。
16B is a cross-sectional view showing a structure of a diffuser / flow accelerator portion of the duct equipment configured as shown in FIG.

【図17A】 図17Aは、図15,16A、16Bに示すダクト設備構造を
過給ファンアセンブリに適用する様子を示す斜視図である。
FIG. 17A is a perspective view showing how the duct equipment structure shown in FIGS. 15, 16A, and 16B is applied to a supercharging fan assembly.

【図17B】 図17Bは、図15,16A、16Bに示すダクト設備構造を
過給ファンアセンブリに適用する様子を示す斜視図である。
FIG. 17B is a perspective view showing how the duct equipment structure shown in FIGS. 15, 16A, and 16B is applied to the supercharging fan assembly.

【図18】 図18は、ガスタービン用過給機がタービンの吸気流内に設置さ
れたファンと噴霧器を備える、本発明の他の好適実施例の概略図である。
FIG. 18 is a schematic diagram of another preferred embodiment of the present invention in which a gas turbine supercharger includes a fan and an atomizer installed in the intake flow of the turbine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ガスタービン装置 11 ガスタービン発電設備 12 コンプレッサー 14 バーナー 16 タービン 18 吸気流 20 加圧バーナー吸気流 24 共通シャフト 26 排気流 28 発電機 30 第一過給ファン 32 第二過給ファン 38 プレナム 42 第一ダンパー 44 第二ダンパー 50 コントローラ   10 Gas turbine equipment   11 Gas turbine power generation equipment   12 compressor   14 burners   16 turbine   18 Inspiratory flow   20 Pressurized burner intake flow   24 common shaft   26 Exhaust flow   28 generator   30 First Supercharged Fan   32 Second supercharged fan   38 Plenum   42 first damper   44 Second damper   50 controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02C 7/08 F02C 7/08 B 7/143 7/143 9/28 9/28 B F04D 27/00 101 F04D 27/00 101M 101P 101X 101Y 29/38 29/38 B (31)優先権主張番号 09/388,927 (32)優先日 平成11年9月2日(1999.9.2) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/152,277 (32)優先日 平成11年9月3日(1999.9.3) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/159,207 (32)優先日 平成11年10月13日(1999.10.13) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 09/475,154 (32)優先日 平成11年12月30日(1999.12.30) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/195,302 (32)優先日 平成12年4月10日(2000.4.10) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR ,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,YU, ZA,ZW Fターム(参考) 3G081 BA02 BA11 BB00 BC07 DA21 DA22 DA23 3H021 AA01 AA02 AA06 AA08 BA06 CA09 DA03 DA17 DA22 EA12 3H033 AA02 AA16 AA17 BB08 CC02 DD02 DD20 EE15 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) F02C 7/08 F02C 7/08 B 7/143 7/143 9/28 9/28 B F04D 27/00 101 F04D 27/00 101M 101P 101X 101Y 29/38 29/38 B (31) Priority claim number 09 / 388,927 (32) Priority date September 2, 1999 (1999.9.2) (33) Priority Priority claiming United States (US) (31) Priority claim number 60 / 152,277 (32) Priority date September 3, 1999 (1999.9.3) (33) Priority claiming United States (US) ( 31) Priority claim number 60 / 159,207 (32) Priority date October 13, 1999 (October 13, 1999) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority claim number 09 / 475,154 (32) Priority date December 30, 1999 (December 30, 1999) (33) Priority claim United States (US) (31) Priority claim number 60 / 195,302 (32) Priority date April 10, 2000 (April 10, 2000) (33) Priority claim United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA ( BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, G , HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN , YU, ZA, ZW F terms (reference) 3G081 BA02 BA11 BB00 BC07 DA21 DA22 DA23 3H021 AA01 AA02 AA06 AA08 BA06 CA09 DA03 DA17 DA22 EA12 3H033 AA02 AA16 AA17 BB08 CC02 DD02 DD20 EE15

Claims (81)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 過給発電ガスタービン装置において、 ガスタービン補助装置と発電機であって、当該ガスタービン補助装置はコンプ
レッサー、バーナー、ガスタービンを備え、ガスタービン補助装置吸気流を前記
コンプレッサーで圧縮し、前記バーナーで加熱し、前記タービンで膨張させて、
前記タービンを回転させ、これにより前記タービンは前記発電機を駆動して電気
を発生する、ガスタービン補助装置と発電機と、 過給補助装置であって、前記ガスタービン補助装置吸気流の圧力を増加させる
少なくとも一台の過給ファンを備え、これにより前記タービンの出力を増加させ
て前記発電機の電気出力を増加させる過給補助装置と、 システムコントローラーとから構成されており、 前記システムコントローラーは周囲温度が低下し、周囲温度の低下するにつれ
増加するタービン出力が夏期の最大過給出力を越えないように、少なくとも一つ
のシステム変数を監視すると共に少なくとも一台のシステム構成要素の動作を制
御することを特徴とする過給発電ガスタービン装置。
1. A supercharged power generation gas turbine device, comprising a gas turbine auxiliary device and a generator, wherein the gas turbine auxiliary device comprises a compressor, a burner, and a gas turbine, and the gas turbine auxiliary device intake flow is compressed by the compressor. Then, heat with the burner, expand with the turbine,
A gas turbine auxiliary device and a generator for rotating the turbine, which in turn drives the generator to generate electricity, and a supercharging auxiliary device for controlling the pressure of the gas turbine auxiliary device intake flow. A supercharging auxiliary device that includes at least one supercharging fan for increasing the output of the turbine, thereby increasing the electric output of the generator, and a system controller. Monitor at least one system variable and control the operation of at least one system component so that the turbine output, which decreases as the ambient temperature decreases and decreases as the ambient temperature decreases, does not exceed the maximum summer supercharging output A supercharged power generation gas turbine device characterized by the above.
【請求項2】 前記システムコントローラーは、前記タービン補助装置吸気
流の温度を監視することを特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置
2. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the system controller monitors a temperature of the turbine auxiliary device intake air flow.
【請求項3】 前記システムコントローラーは、前記少なくとも一台の過給
ファンの動作を前記タービン補助装置吸気流の温度関数として制御することを特
徴とする請求項2記載の過給発電ガスタービン装置。
3. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 2, wherein the system controller controls the operation of the at least one supercharging fan as a function of temperature of the turbine auxiliary device intake air flow.
【請求項4】 前記システムコントローラーは、前記タービン補助装置吸気
流の圧力を監視することを特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置
4. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the system controller monitors the pressure of the turbine auxiliary device intake air flow.
【請求項5】 前記システムコントローラーは、前記少なくとも一台の過給
ファンの動作を前記タービン補助装置吸気流の圧力関数として制御することを特
徴とする請求項4記載の過給発電ガスタービン装置。
5. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 4, wherein the system controller controls the operation of the at least one supercharging fan as a function of pressure of the turbine auxiliary device intake flow.
【請求項6】 前記過給補助装置は、並列接続された二台以上の過給ファン
を備え、当該過給ファンは前記タービン補助装置吸気流が取り出されるプレナム
を圧縮し、当該プレナムは前記タービン補助装置吸気流を過給ファン圧縮するこ
となく前記装置の動作を許可するバイパスダンパーを有していることを特徴とす
る請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
6. The supercharging auxiliary device includes two or more supercharging fans connected in parallel, the supercharging fan compresses a plenum from which the turbine auxiliary device intake air flow is taken, and the plenum is the turbine. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, further comprising a bypass damper that permits the operation of the auxiliary apparatus intake air flow without compressing the supercharging fan.
【請求項7】 前記過給補助装置は直列接続された二台以上の過給ファンを
備えたことを特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
7. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the supercharge auxiliary apparatus includes two or more supercharge fans connected in series.
【請求項8】 前記過給補助装置は、前記ガスタービン補助装置吸気流を冷
却するため、前記少なくとも一台の過給ファンと前記ガスタービン補助装置の間
に設置された第一空気冷却器を有することを特徴とする請求項1記載の過給発電
ガスタービン装置。
8. The supercharging auxiliary device includes a first air cooler installed between the at least one supercharging fan and the gas turbine auxiliary device to cool the gas turbine auxiliary device intake air flow. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, characterized by having.
【請求項9】 前記第一空気冷却器は直接気化冷却器を備えることを特徴と
する請求項8記載の過給発電ガスタービン装置。
9. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 8, wherein the first air cooler comprises a direct evaporative cooler.
【請求項10】 前記ガスタービン補助装置吸気流から二次気流を取り出し
、前記第一空気冷却器へ戻して前記第一空気冷却器の冷却性能を向上させること
を特徴とする請求項8記載の過給発電ガスタービン装置。
10. The secondary airflow is taken out from the gas turbine auxiliary device intake air stream and returned to the first air cooler to improve the cooling performance of the first air cooler. Supercharged gas turbine equipment.
【請求項11】 前記システムコントローラーは、前記第一空気冷却器の動
作を前記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴と
する請求項8記載の過給発電ガスタービン装置。
11. The supercharged gas turbine apparatus of claim 8, wherein the system controller controls operation of the first air cooler as a function of the at least one monitoring system variable.
【請求項12】 前記第一空気冷却器は間接気化冷却器であり、当該間接気
化冷却器はポンプと冷却塔からなる循環路に設けられていることを特徴とする請
求項11記載の過給発電ガスタービン装置。
12. The supercharger according to claim 11, wherein the first air cooler is an indirect evaporative cooler, and the indirect evaporative cooler is provided in a circulation path composed of a pump and a cooling tower. Power generation gas turbine equipment.
【請求項13】 前記冷却塔は強制通風湿式塔であることを特徴とする請求
項12記載の過給発電ガスタービン装置。
13. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 12, wherein the cooling tower is a forced draft wet tower.
【請求項14】 前記少なくとも一台の過給ファンの上流に設置された二次
空気冷却器をさらに備え、前記システムコントローラーはまた当該二次空気冷却
器の動作を前記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを
特徴とする請求項11記載の過給発電ガスタービン装置。
14. A secondary air cooler installed upstream of the at least one supercharging fan, wherein the system controller also controls the operation of the secondary air cooler of the at least one monitoring system variable. The supercharged gas turbine apparatus according to claim 11, wherein the supercharged gas turbine apparatus is controlled as a function.
【請求項15】 前記システムコントローラーは、周囲温度を監視すること
を特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
15. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the system controller monitors an ambient temperature.
【請求項16】 前記システムコントローラーは、前記少なくとも一台の過
給ファンの動作を周囲温度の関数として制御することを特徴とする請求項15記
載の過給発電ガスタービン装置。
16. The supercharged gas turbine apparatus of claim 15, wherein the system controller controls operation of the at least one supercharger fan as a function of ambient temperature.
【請求項17】 前記システムコントローラーは、前記発電機の電気出力を
監視し、前記少なくとも一つのシステム構成要素の動作をその関数として制御す
ることを特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
17. The supercharged gas turbine of claim 1, wherein the system controller monitors the electrical output of the generator and controls the operation of the at least one system component as a function thereof. apparatus.
【請求項18】 再循環フロー装置はコンプレッサー排気流の一部を前記ガ
スタービン装置吸気流へと送り、前記システムコントローラーは当該再循環フロ
ー装置の動作を前記少なくとも一つの監視システム変数として制御することを特
徴とする請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
18. A recirculation flow device directs a portion of a compressor exhaust flow to the gas turbine device intake flow and the system controller controls operation of the recirculation flow device as the at least one monitoring system variable. The supercharged power generation gas turbine device according to claim 1.
【請求項19】 前記システムコントローラーは、前記バーナーの動作を前
記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴とする請
求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
19. The supercharged gas turbine apparatus of claim 1, wherein the system controller controls operation of the burner as a function of the at least one monitoring system variable.
【請求項20】 前記コンプレッサーの上流に設置された気流ヒーターをさ
らに備え、前記システムコントローラーは当該気流ヒーターの動作を前記少なく
とも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴とする請求項1記
載の過給発電ガスタービン装置。
20. The air flow heater installed upstream of the compressor, the system controller controlling the operation of the air flow heater as a function of the at least one monitoring system variable. Supercharged gas turbine equipment.
【請求項21】 前記システムコントローラーは前記ガスタービン補助装置
吸気流の温度を監視し、前記空気流ヒーターの動作をその関数として制御するこ
とを特徴とする請求項20記載の過給発電ガスタービン装置。
21. The supercharged gas turbine apparatus of claim 20, wherein the system controller monitors the temperature of the gas turbine auxiliary system intake flow and controls the operation of the airflow heater as a function thereof. .
【請求項22】 前記気流ヒーターは熱交換流体が循環する第一熱交換器を
備え、当該熱交換流体は第二熱交換器内を循環してその内部で前記熱交換流体が
前記ガスタービンからの廃熱を排出することを特徴とする請求項20記載の過給
発電ガスタービン装置。
22. The airflow heater comprises a first heat exchanger in which a heat exchange fluid circulates, the heat exchange fluid circulates in a second heat exchanger in which the heat exchange fluid flows from the gas turbine. 21. The supercharged power generation gas turbine device according to claim 20, wherein the waste heat is discharged.
【請求項23】 前記装置は複合発電設備を備え、補助蒸気サイクル補助装
置をさらに有しており、当該補助蒸気サイクル補助装置は前記ガスタービンから
の廃熱を利用して追加電力を発生させることを特徴とする請求項22記載の過給
発電ガスタービン装置。
23. The apparatus comprises combined power generation equipment and further comprises an auxiliary steam cycle auxiliary apparatus, wherein the auxiliary steam cycle auxiliary apparatus uses waste heat from the gas turbine to generate additional power. 23. The supercharged power generation gas turbine device according to claim 22.
【請求項24】 前記過給補助装置は、前記少なくとも一台の過給ファンを
駆動する可変ドライブを有することを特徴とする請求項1記載の過給発電ガスタ
ービン装置。
24. The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the supercharging auxiliary device has a variable drive for driving the at least one supercharging fan.
【請求項25】 前記ガスタービン補助装置と前記発電機は既存のもので、
前記過給補助装置と前記システムコントローラーは後付で設置することを特徴と
する請求項1記載の過給発電ガスタービン装置。
25. The gas turbine auxiliary device and the generator are existing ones,
The supercharged power generation gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the supercharging auxiliary apparatus and the system controller are installed afterward.
【請求項26】 過給発電ガスタービン装置用過給補助装置であって、 前記過給発電ガスタービン装置はガスタービン補助装置と発電機を備え、当該
ガスタービン補助装置はコンプレッサー、バーナー、ガスタービンを備え、ガス
タービン補助装置吸気流を前記コンプレッサーで圧縮し、前記バーナーで加熱し
、前記タービンで膨張させて、前記タービンを回転させ、これにより前記タービ
ンは前記発電機を駆動して電気を発生するものであり、 前記過給補助装置は、 前記ガスタービン補助装置吸気流の圧力を増加させて前記タービンの出力と前
記発電機の電気出力を増加させる少なくとも一台の過給ファンと、 システムコントローラーとから構成されており、 前記システムコントローラーは周囲温度が低下し、周囲温度の低下するにつれ
増加するタービン出力が夏期の最大過給出力を越えないように、少なくとも一つ
のシステム変数を監視すると共に少なくとも一台のシステム構成部品の動作を制
御することを特徴とする過給補助装置。
26. A supercharging auxiliary device for a supercharged power generation gas turbine device, wherein the supercharging power generation gas turbine device includes a gas turbine auxiliary device and a generator, and the gas turbine auxiliary device is a compressor, a burner, or a gas turbine. The gas turbine auxiliary device intake air flow is compressed by the compressor, heated by the burner, expanded by the turbine and rotated by the turbine, whereby the turbine drives the generator to generate electricity. The supercharging auxiliary device includes at least one supercharging fan increasing the pressure of the gas turbine auxiliary device intake flow to increase the output of the turbine and the electric output of the generator, and a system controller. The system controller is configured to reduce the ambient temperature, and as the ambient temperature decreases, As turbine output to pressure it does not exceed the maximum supercharging output of summer, at least one of the supercharging assisting apparatus characterized by controlling the operation of at least a single system components monitors the system variables.
【請求項27】 前記システムコントローラーは、前記タービン補助装置吸
気流の温度を監視することを特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
27. The supercharging auxiliary device according to claim 26, wherein the system controller monitors a temperature of the turbine auxiliary device intake air flow.
【請求項28】 前記システムコントローラーは、少なくとも一台の前記過
給ファンの動作を前記タービン補助装置吸気流の温度関数として監視することを
特徴とする請求項27記載の過給補助装置。
28. The supercharge assist system of claim 27, wherein the system controller monitors the operation of at least one of the supercharge fans as a function of temperature of the turbine assist intake air flow.
【請求項29】 前記システムコントローラーは、前記タービン補助装置吸
気流の圧力を監視することを特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
29. The supercharge assist system of claim 26, wherein the system controller monitors the pressure of the turbine assist intake air flow.
【請求項30】 前記システムコントローラーは、少なくとも一台の前記過
給ファンの動作を前記タービン補助装置吸気流の圧力関数として制御することを
特徴とする請求項29記載の過給補助装置。
30. The supercharging aid of claim 29, wherein the system controller controls the operation of at least one of the supercharging fans as a function of pressure of the turbine aid intake air flow.
【請求項31】 並列接続された二台以上の過給ファンを備え、当該過給フ
ァンは前記タービン補助装置吸気流を取り出すプレナムを圧縮し、当該プレナム
は前記タービン補助装置吸気流を過給ファン圧縮することなく前記装置の動作を
許可するバイパスダンパーを有していることを特徴とする請求項26記載の過給
補助装置。
31. Two or more supercharging fans connected in parallel, wherein the supercharging fan compresses a plenum for extracting the turbine auxiliary device intake air flow, the plenum being for supercharging the turbine auxiliary device intake air flow. 27. The supercharge assist device according to claim 26, further comprising a bypass damper that permits the operation of the device without being compressed.
【請求項32】 前記装置は直列接続された二台以上の過給ファンを備える
ことを特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
32. The supercharging auxiliary device according to claim 26, wherein the device comprises two or more supercharging fans connected in series.
【請求項33】 前記過給ファン補助装置は、前記ガスタービン補助装置吸
気流を冷却するよう前記少なくとも一台の過給ファンと前記ガスタービン補助装
置の間に設置された第一空気冷却器を有することを特徴とする請求項26記載の
過給補助装置。
33. The supercharging fan auxiliary device includes a first air cooler installed between the at least one supercharging fan and the gas turbine auxiliary device to cool the gas turbine auxiliary device intake air flow. 27. The supercharging auxiliary device according to claim 26, comprising:
【請求項34】 前記第一空気冷却器は直接気化冷却器を備えることを特徴
とする請求項33記載の過給補助装置。
34. The supercharging auxiliary device according to claim 33, wherein the first air cooler comprises a direct evaporative cooler.
【請求項35】 前記ガスタービン補助装置吸気流から二次気流を取り出し
、前記第一空気冷却器へ戻して前記第一空気冷却器の冷却性能を向上させること
を特徴とする請求項33記載の過給補助装置。
35. The secondary airflow is taken out from the gas turbine auxiliary device intake air stream and returned to the first air cooler to improve the cooling performance of the first air cooler. Supercharging auxiliary device.
【請求項36】 前記システムコントローラーは、前記第一空気冷却器の動
作を前記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴と
する請求項33記載の過給補助装置。
36. The supercharge assist device of claim 33, wherein the system controller controls operation of the first air cooler as a function of the at least one monitoring system variable.
【請求項37】 前記第一空気冷却器は間接気化冷却器内であり、当該間接
気化冷却器はポンプと冷却塔からなる循環路内に設けられていることを特徴とす
る請求項36記載の過給補助装置。
37. The first air cooler is in an indirect evaporative cooler, and the indirect evaporative cooler is provided in a circulation path composed of a pump and a cooling tower. Supercharging auxiliary device.
【請求項38】 前記冷却塔は強制通風湿式塔であることを特徴とする請求
項37記載の過給補助装置。
38. The supercharging auxiliary device according to claim 37, wherein the cooling tower is a forced draft wet tower.
【請求項39】 前記少なくとも一台の過給ファンの上流に設置された二次
空気冷却器をさらに備え、前記システムコントローラーはまた当該二次空気冷却
器の動作を前記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを
特徴とする請求項36記載の過給補助装置。
39. A secondary air cooler installed upstream of the at least one supercharging fan, wherein the system controller also controls operation of the secondary air cooler of the at least one monitoring system variable. The supercharging auxiliary device according to claim 36, wherein the supercharging auxiliary device is controlled as a function.
【請求項40】 前記システムコントローラーは、周囲温度を監視すること
を特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
40. The supercharging auxiliary device according to claim 26, wherein the system controller monitors an ambient temperature.
【請求項41】 前記システムコントローラーは、前記少なくとも一台の過
給ファンの動作を周囲温度の関数として制御することを特徴とする請求項40記
載の過給補助装置。
41. The supercharging assistance device of claim 40, wherein the system controller controls operation of the at least one supercharging fan as a function of ambient temperature.
【請求項42】 前記システムコントローラーは、前記発電機の電気出力を
監視し、前記少なくとも一つのシステム構成部品の動作をその関数として制御す
ることを特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
42. The supercharging auxiliary device according to claim 26, wherein the system controller monitors the electrical output of the generator and controls the operation of the at least one system component as a function thereof.
【請求項43】 再循環フロー装置はコンプレッサー排気流の一部を前記ガ
スタービン装置吸気流へと送り、前記システムコントローラーは当該再循環フロ
ー装置の動作を前記少なくとも一つの監視システム変数として制御することを特
徴とする請求項26記載の過給補助装置。
43. The recirculation flow device directs a portion of the compressor exhaust flow to the gas turbine device intake flow and the system controller controls the operation of the recirculation flow device as the at least one monitoring system variable. 27. The supercharging auxiliary device according to claim 26.
【請求項44】 前記コントローラーは、前記バーナーの動作を前記少なく
とも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴とする請求項26
記載の過給補助装置。
44. The controller of claim 26, wherein the controller controls operation of the burner as a function of the at least one monitoring system variable.
Supercharging auxiliary device described.
【請求項45】 前記補助装置は前記コンプレッサーの上流に設置された気
流ヒーターをさらに備え、前記システムコントローラーは当該気流ヒーターの動
作を前記少なくとも一つの監視システム変数の関数として制御することを特徴と
する請求項26記載の過給補助装置。
45. The auxiliary device further comprises an airflow heater located upstream of the compressor, the system controller controlling operation of the airflow heater as a function of the at least one monitoring system variable. The supercharging auxiliary device according to claim 26.
【請求項46】 前記システムコントローラーは前記ガスタービン補助装置
吸気流の温度を監視し、前記空気流ヒーターの動作をその関数として制御するこ
とを特徴とする請求項45記載の過給補助装置。
46. The supercharge assist system of claim 45, wherein the system controller monitors the temperature of the gas turbine assist system intake flow and controls the operation of the air flow heater as a function thereof.
【請求項47】 前記気流ヒーターは熱交換流体が循環する第一熱交換器を
備え、その内部で前記熱交換流体が前記ガスタービンからの廃熱を吸収する第二
熱交換器内を当該熱交換流体が循環することを特徴とする請求項45記載の過給
補助装置。
47. The airflow heater comprises a first heat exchanger in which a heat exchange fluid circulates, and inside the second heat exchanger in which the heat exchange fluid absorbs waste heat from the gas turbine. The supercharging auxiliary device according to claim 45, characterized in that a replacement fluid circulates.
【請求項48】 複合発電設備を備え、補助蒸気サイクル補助装置をさらに
有しており、当該補助蒸気サイクル補助装置は前記ガスタービンからの廃熱を利
用して追加電力を発生させることを特徴とする請求項26記載の過給補助装置。
48. A combined power generation facility is further provided, and an auxiliary steam cycle auxiliary device is further provided, and the auxiliary steam cycle auxiliary device generates additional power by utilizing waste heat from the gas turbine. 27. The supercharging auxiliary device according to claim 26.
【請求項49】 過給発電ガスタービン装置作動方法であって、周囲温度が
低下した場合に当該装置の夏期の最大過給出力を越えないように、少なくとも一
つのシステム変数を監視すると共に少なくとも一台のシステム構成部品の動作を
制御することを特徴とする過給発電ガスタービン装置作動方法。
49. A method of operating a supercharged gas turbine system, wherein at least one system variable is monitored and at least one of the systems is monitored to prevent exceeding the maximum summer supercharged output of the system when ambient temperature decreases. A method for operating a supercharged power generation gas turbine device, characterized by controlling the operation of system components of a stand.
【請求項50】 高圧流体搬送用ダクトであって、外部コンジット内に設置
される内部コンジットからなり、当該内部コンジットは多角形断面を有し、当該
外部コンジットは弓状断面を有し、前記内部コンジットと前記外部コンジットの
間に空間が形成され、前記内部コンジットの壁面には流体の移動と、内部コンジ
ットの内部圧力と前記空間の圧力を均一にするための流路が形成されていること
を特徴とする高圧流体搬送用ダクト。
50. A high pressure fluid carrying duct comprising an inner conduit installed in an outer conduit, the inner conduit having a polygonal cross section, the outer conduit having an arcuate cross section, A space is formed between the conduit and the outer conduit, and a flow path is formed on the wall surface of the inner conduit for fluid movement and for equalizing the internal pressure of the inner conduit and the pressure of the space. Characteristic high-pressure fluid transfer duct.
【請求項51】 前記内部コンジットは矩形断面を有していることを特徴と
する請求項50記載の高圧流体搬送用ダクト。
51. The duct for conveying high pressure fluid according to claim 50, wherein the inner conduit has a rectangular cross section.
【請求項52】 フローディフューザーまたはフローアクセレレーターダク
トで、前記内部コンジットは四面体断面またはピラミッド状断面を有しているこ
とを特徴とする請求項51記載の高圧流体搬送用ダクト。
52. A high pressure fluid transfer duct according to claim 51, wherein said inner conduit has a tetrahedral cross section or a pyramidal cross section in a flow diffuser or flow accelerator duct.
【請求項53】 前記外部ダクトは円形断面であることを特徴とする請求項
50記載の高圧流体搬送用ダクト。
53. The high-pressure fluid transport duct according to claim 50, wherein the outer duct has a circular cross section.
【請求項54】 フローディフューザーまたはフローアクセレレーターダク
トで、前記外部コンジットは円錐断面を有していることを特徴とする請求項53
記載の高圧流体搬送用ダクト。
54. A flow diffuser or flow accelerator duct, wherein the outer conduit has a conical cross section.
The high-pressure fluid transport duct described.
【請求項55】 前記流路は、開口部、一連の開口部、有孔面から選択され
たものであることを特徴とする請求項50記載の高圧流体搬送用ダクト。
55. The high-pressure fluid transport duct according to claim 50, wherein the flow path is selected from an opening, a series of openings, and a perforated surface.
【請求項56】 前記スペースは流体または多孔質材で充填されていること
を特徴とする請求項50記載の高圧流体搬送用ダクト。
56. The high-pressure fluid transport duct according to claim 50, wherein the space is filled with a fluid or a porous material.
【請求項57】 前記内部コンジットは、前記外部コンジットの内面に係合
している前記内部コンジットの頂点により前記外部コンジット内に支持されてい
ることを特徴とする請求項50記載の高圧流体搬送用ダクト。
57. The high pressure fluid carrier of claim 50, wherein the inner conduit is supported within the outer conduit by the vertices of the inner conduit engaging the inner surface of the outer conduit. duct.
【請求項58】 過給発電ガスタービン装置において、 ガスタービン補助装置と発電機であって、当該ガスタービン補助装置はコンプ
レッサー、バーナー、ガスタービンを備え、ガスタービン補助装置吸気流を前記
コンプレッサーで圧縮し、前記バーナーで加熱し、前記タービンで膨張させて、
前記タービンを回転させ、これにより前記タービンは前記発電機を駆動して電気
を発生する、ガスタービン補助装置と発電機と、 過給補助装置であって、前記ガスタービン補助装置吸気流の圧力を増加させる
少なくとも一台の過給ファンを備え、これにより前記タービンの出力と前記発電
機の電気出力を増加させる過給補助装置と、 システムコントローラーであって、周囲温度が低下し、周囲温度の低下するに
つれ増加するタービン出力が夏期の最大過給出力を越えないように、少なくとも
一つのシステム変数を監視すると共に少なくとも一台のシステム構成部品の動作
を制御するシステムコントローラーと、 前記装置内に高圧気流を送風するためのダクトであって、外部コンジット内に
設置される内部コンジットを備え、当該内部コンジットは多角形断面を有し、当
該外部コンジットは弓状断面を有し、前記内部コンジットと前記外部コンジット
の間に空間が形成され、前記内部コンジットの壁面には流体の移動と、内部コン
ジットの内部圧力と前記空間の圧力を均一にするための流路が形成されているダ
クトとから構成されることを特徴とする過給発電ガスタービン装置。
58. A supercharged power generation gas turbine device, which is a gas turbine auxiliary device and a generator, wherein the gas turbine auxiliary device includes a compressor, a burner, and a gas turbine, and the gas turbine auxiliary device intake flow is compressed by the compressor. Then, heat with the burner, expand with the turbine,
A gas turbine auxiliary device and a generator for rotating the turbine, which in turn drives the generator to generate electricity, and a supercharging auxiliary device for controlling the pressure of the gas turbine auxiliary device intake flow. A supercharging auxiliary device for increasing the output of the turbine and the electric output of the generator, and a system controller, the system controller comprising at least one supercharging fan for increasing the ambient temperature; A system controller that monitors at least one system variable and controls the operation of at least one system component so that the turbine output, which increases as time goes by, does not exceed the maximum summer supercharging output; A duct for blowing air, comprising an inner conduit installed in an outer conduit, Has a polygonal cross section, the outer conduit has an arcuate cross section, and a space is formed between the inner conduit and the outer conduit. A supercharged power generation gas turbine apparatus comprising: a duct in which a flow path for equalizing the internal pressure and the pressure in the space is formed.
【請求項59】 過給ガスタービン発電設備において、 ガスタービン発電装置であって、コンプレッサー、バーナー、ガスタービンを
備え、ガスタービン発電装置に送られる吸気流を前記コンプレッサーで圧縮し、
前記バーナーで加熱し、前記タービンで膨張させて、前記タービンを回転させ、
これにより前記タービンは前記発電機を駆動して電気を発生するガスタービン発
電装置と、 前記発電設備へ供給する前記吸気流の圧力を増加させるため前記発電装置の上
流に配置された複数の過給ファンとから構成されることを特徴とする発電設備。
59. A supercharged gas turbine power generation facility, which is a gas turbine power generation device, includes a compressor, a burner, and a gas turbine, and compresses an intake flow sent to the gas turbine power generation device by the compressor,
Heating with the burner, expanding with the turbine, rotating the turbine,
As a result, the turbine drives the generator to generate electricity, and a plurality of superchargers arranged upstream of the generator to increase the pressure of the intake flow supplied to the generator. A power generation facility that is composed of a fan.
【請求項60】 前記複数の過給ファンは並流構成であることを特徴とする
請求項59記載の発電設備。
60. The power generation facility according to claim 59, wherein the plurality of supercharging fans have a parallel flow configuration.
【請求項61】 過給ファンが稼働していない時にガスタービンから飛び去
るのを防いでガスタービン発電装置から飛び去るのを防止する手段をさらに備え
ることを特徴とする請求項60記載の発電設備。
61. The power generation equipment according to claim 60, further comprising means for preventing the supercharging fan from flying away from the gas turbine when the supercharging fan is not operating, and preventing it from flying away from the gas turbine power generator. .
【請求項62】 前記複数の過給ファンは異なる風量能力を有することを特
徴とする請求項61記載の発電設備。
62. The power generation facility according to claim 61, wherein the plurality of supercharging fans have different air flow capacities.
【請求項63】 低周囲温度でのガスタービン能力を制限するよう前記過給
ファンの動作を制御するコントローラーをさらに有することを特徴とする請求項
62記載の発電設備。
63. The power plant of claim 62, further comprising a controller that controls operation of the supercharging fan to limit gas turbine capacity at low ambient temperatures.
【請求項64】 前記コントローラーからの信号に応じて少なくとも一台の
過給ファンの能力を変化させる手段をさらに有することを特徴とする請求項63
記載の発電設備。
64. The device according to claim 63, further comprising means for changing the capacity of at least one supercharging fan in response to a signal from the controller.
The described power generation equipment.
【請求項65】 前記能力変化手段は、前記少なくとも一台の過給ファンの
速度を変更する手段を有することを特徴とする請求項64記載の発電設備。
65. The power generation equipment according to claim 64, wherein the capacity changing means has means for changing a speed of the at least one supercharging fan.
【請求項66】 前記過給ファンと前記ガスタービン発電装置の間の気流の
中に設置された空気冷却器をさらに有することを特徴とする請求項59記載の発
電設備。
66. The power generation facility according to claim 59, further comprising an air cooler installed in an airflow between the supercharging fan and the gas turbine power generator.
【請求項67】 前記複数の過給ファンは直列流形構成であることを特徴と
する請求項59記載の発電設備。
67. The power generation facility according to claim 59, wherein the plurality of supercharging fans have a serial flow type configuration.
【請求項68】 前記過給ファンは軸流ファンであることを特徴とする請求
項67記載の発電設備。
68. The power generation facility according to claim 67, wherein the supercharging fan is an axial fan.
【請求項69】 低周囲温度でのガスタービン能力を制限するよう前記ファ
ンの動作を制御するコントローラーをさらに有することを特徴とする請求項68
記載の発電設備。
69. The method of claim 68, further comprising a controller that controls operation of the fan to limit gas turbine capacity at low ambient temperatures.
The described power generation equipment.
【請求項70】 前記過給ファンはほぼ等しい風量能力を有することを特徴
とする請求項67記載の発電設備。
70. The power generation facility according to claim 67, wherein the supercharging fans have substantially equal airflow capacity.
【請求項71】 前記コントローラーからの信号に応じて少なくとも一台の
過給ファンの能力を変化させる手段をさらに有することを特徴とする請求項69
記載の発電設備。
71. The device according to claim 69, further comprising means for changing the capability of at least one supercharging fan in response to a signal from the controller.
The described power generation equipment.
【請求項72】 前記能力変化手段は、ファン速度変更手段を有することを
特徴とする請求項71記載の発電設備。
72. The power generation equipment according to claim 71, wherein the capacity changing means includes a fan speed changing means.
【請求項73】 前記能力変化手段はファンブレードピッチを変化させる手
段を有することを特徴とする請求項72記載の発電設備。
73. The power generation facility according to claim 72, wherein the capacity changing means has means for changing a fan blade pitch.
【請求項74】 非稼働時に前記過給ファンの周囲に気流を起こすバイパス
ダンパーをさらに有することを特徴とする請求項59記載の発電設備。
74. The power generation facility according to claim 59, further comprising a bypass damper that causes an air flow around the supercharging fan when not operating.
【請求項75】 前記過給ファンと前記ガスタービン発電設備の間に流路を
形成する円形ダクトを更に有することを特徴とする請求項59記載の発電設備。
75. The power generation equipment according to claim 59, further comprising a circular duct that forms a flow path between the supercharging fan and the gas turbine power generation equipment.
【請求項76】 コンプレッサー、バーナー、ガスタービンを含むガスター
ビン発電装置を備えたガスタービン発電設備において、当該装置に送られる吸気
流を前記コンプレッサーで圧縮し、前記バーナーで加熱し、前記タービンで膨張
させて、前記タービンを回転させ、これにより前記タービンは前記発電機を駆動
して電気を発生させ、また前記コンプレッサーへ送られる吸気流の圧力を増加さ
せてコンプレッサーへ加圧吸気を供給する過給装置を備える発電設備であって、 前記過給装置と前記ガスタービン発電設備の間に前記加圧吸気流用の流路を形
成する断面円形のダクトを有する発電設備。
76. In a gas turbine power generation facility including a gas turbine power generation device including a compressor, a burner, and a gas turbine, the intake flow sent to the device is compressed by the compressor, heated by the burner, and expanded by the turbine. To rotate the turbine, which in turn drives the generator to generate electricity, and also increases the pressure of the intake flow sent to the compressor to supply pressurized intake air to the compressor. A power generation facility including a device, the power generation facility including a duct having a circular cross section that forms a flow path for the pressurized intake flow between the supercharger and the gas turbine power generation facility.
【請求項77】 過給発電ガスタービン装置において、 ガスタービン補助装置と発電機であって、当該ガスタービン補助装置はコンプ
レッサー、バーナー、ガスタービンを備え、ガスタービン補助装置吸気流を前記
コンプレッサーで圧縮し、前記バーナーで加熱し、前記タービンで膨張させて、
前記タービンを回転させ、これにより前記タービンは前記発電機を駆動して電気
を発生する、ガスタービン補助装置と発電機と、 過給補助装置であって、前記ガスタービン補助装置吸気流の圧力を増加させる
少なくとも一台の過給ファンを備え、これにより前記タービンの出力と前記発電
機の電気出力を増加させる過給補助装置と、 前記コンプレッサーへ流入する前に前記吸気流を加湿冷却するためのミスト源
を提供するため前記ガスタービン補助装置吸気流の上流に設置された少なくとも
一台の噴霧器とを備えたことを特徴とする過給発電ガスタービン装置。
77. A supercharged power generation gas turbine device, which is a gas turbine auxiliary device and a generator, wherein the gas turbine auxiliary device includes a compressor, a burner, and a gas turbine, and the gas turbine auxiliary device intake flow is compressed by the compressor. Then, heat with the burner, expand with the turbine,
A gas turbine auxiliary device and a generator for rotating the turbine, which in turn drives the generator to generate electricity, and a supercharging auxiliary device for controlling the pressure of the gas turbine auxiliary device intake flow. A supercharging auxiliary device for increasing the output of the turbine and the electric output of the generator by at least one supercharging fan for increasing, and for humidifying and cooling the intake air stream before flowing into the compressor. A supercharged gas turbine system comprising: at least one atomizer installed upstream of the gas turbine auxiliary system intake flow to provide a mist source.
【請求項78】 前記少なくとも一台の噴霧器は前記ファンの上流にあるこ
とを特徴とする請求項77記載の過給発電ガスタービン装置。
78. The supercharged power generation gas turbine system according to claim 77, wherein the at least one atomizer is upstream of the fan.
【請求項79】 前記少なくとも一台の噴霧器は前記ファンと前記コンプレ
ッサーの間にあることを特徴とする請求項77記載の過給発電ガスタービン装置
79. The supercharged gas turbine system according to claim 77, wherein the at least one atomizer is between the fan and the compressor.
【請求項80】 第二噴霧器をさらに備え、前記少なくとも一台の噴霧器を
当該噴霧器の上流側に設置し、前記第二噴霧器を前記ファンと前記コンプレッサ
ーの間に配置することを特徴とする請求項77記載の過給発電ガスタービン装置
80. A second sprayer is further provided, said at least one sprayer is installed upstream of said sprayer, and said second sprayer is arranged between said fan and said compressor. 77. A supercharged power generation gas turbine device according to item 77.
【請求項81】 システムコントローラーを更に備え、当該システムコント
ローラーは周囲温度が低下し、周囲温度の低下するにつれ増加するタービン出力
が夏期の最大過給出力を越えないように、少なくとも一つのシステム変数を監視
すると共に少なくとも一台のシステム構成部品の動作を制御することを特徴とす
る請求項77記載の過給発電ガスタービン装置。
81. A system controller is further provided, wherein the system controller reduces at least one system variable so that the turbine output, which increases as the ambient temperature decreases, does not exceed the maximum supercharging output in summer. 79. The supercharged gas turbine apparatus of claim 77, wherein the supercharged gas turbine apparatus is monitored and controls operation of at least one system component.
JP2001506364A 1999-06-10 2000-06-09 Supercharged gas turbine device, supercharged auxiliary device, supercharged gas turbine device operating method, high-pressure fluid transfer duct, and power generation facility Pending JP2003529701A (en)

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