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公開番号2025076355
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2024187942
出願日2024-10-25
発明の名称待機モードで動作するガスタービンエンジンの予熱のためのシステムおよび関連方法
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F02C 9/00 20060101AFI20250508BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】ガスタービンエンジン待機モード運転時の予熱部分のためのシステムおよび関連方法を提供する。
【解決手段】システムは、第1の加熱流体マニホールド(145)と、GTエンジン(100)の外部にある加熱流体供給(140)とGTエンジン(100)内の1つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素とを結合する第1の導管(141、148、156)とを含む。第1の複数のバルブ(154)は、加熱流体供給(140)と1つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素との間の第1の管路(141、148、156)を通る加熱流体の流量を制御するように構成される。コントローラ(120)は、第1の複数のバルブ(154)と通信している。コントローラ(120)は、第1の複数のバルブ(154)のうちの少なくとも1つの開度を調節して、1つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素の温度を制御する。外部加熱流体供給(140)は、非待機モードで動作する補助システムまたは第2のGTエンジン(100)であってもよい。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
待機モードにある発電システム（１０００）のガスタービン（ＧＴ）エンジン（１００）を予熱するためのシステムであって、
前記ＧＴエンジン（１００）に結合された第１の加熱流体マニホールド（１４５）と、
前記ＧＴエンジン（１００）の外部にある加熱流体供給源（１４０）を前記第１の加熱流体マニホールド（１４５）に結合する第１の管路（１４１、１４８、１５６）と、
前記加熱流体供給源（１４０、１４５、１４８）と前記ＧＴエンジン（１００）の１つ以上の疲労が生じやすい構成要素との間で、前記第１の管路（１４１、１４８、１５６）を通る加熱流体の流量を制御するように構成された第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）と、
前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）と通信するコントローラ（１２０）と、
を含み、
前記コントローラ（１２０）は、前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）のうちの少なくとも１つの開度を調節して、前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素の温度を制御する、システム（３００）。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素が、前記ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）、燃焼器（１０４）、またはタービン（１１０）内に位置している、請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項３】
前記コントローラ（１２０）に結合された第１のセンサ（１２１）をさらに含み、前記第１のセンサ（１２１）は、前記疲労が生じやすい構成要素の温度を測定するために前記ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）または燃焼器（１０４）内にある、請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項４】
前記コントローラ（１２０）に結合された第２のセンサ（１２１）をさらに含み、前記第２のセンサ（１２１）は、前記ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）またはタービン（１１０）のホイールスペース内に位置する、請求項３に記載のシステム（３００）。
【請求項５】
前記加熱流体マニホールド（１４５）を前記ＧＴエンジン（１００）内の前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素に結合する第２の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）をさらに含み、前記コントローラ（１２０）は、前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素の温度を制御するために、前記第２の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）の各バルブの開度を選択的に調整する、請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項６】
前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）は、
前記第１の管路（１４１、１４８、１５６）を通る選択された方向への流体の流れを妨げるように構成された隔離バルブ（１５２）と、
前記隔離バルブ（１５２）に結合され、前記第１の管路（１４１、１４８、１５６）を通る選択された方向への流体の流れの量を制御するように構成された流量制御バルブ（１５０）と、
を含み、
前記隔離バルブ（１５２）および前記流量制御バルブ（１５０）は、バルブスキッド（１４４）内に配置される、請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項７】
前記待機モードは、前記ＧＴエンジン（１００）の予熱運転モードを含む、請求項１に記載のシステム（３００）。
【請求項８】
発電システム（３００）のガスタービン（ＧＴ）エンジン（１１０）を予熱するためのシステムであって、
待機モードにあり、１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素を有する第１のガスタービン（ＧＴ）エンジン（１００）と、
前記第１のＧＴエンジン（１００）に結合された第１の加熱流体マニホールド（１４５）と、
非待機モードで動作し、コンプレッサ（１０２）を有する第２のＧＴエンジン（１００）であって、前記第２のＧＴエンジン（１００）の前記コンプレッサ（１０２）の一部が加熱流体供給源（１４０）を提供する、前記第２のＧＴエンジン（１００）と、
前記第２のＧＴエンジン（１００）に結合された第２の加熱流体マニホールド（１４５）と、
１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素が前記第１の加熱流体マニホールド（１４５）からの加熱流体と熱的に結合するように、前記加熱流体供給源（１４０）を前記第１の加熱流体マニホールド（１４５）に結合する第１の管路（１４１、１４８、１５６）と、
前記加熱流体供給源（１４０、１４５、１４８）と前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素との間の前記第１の管路（１４１、１４８、１５６）を通る加熱流体の流量の量を制御するように構成された第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）と、
前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）と通信するコントローラ（１２０）と、
を含み、
前記コントローラ（１２０）は、前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）のうちの少なくとも１つの開度を調節して、前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素の温度を制御する、システム（３００）。
【請求項９】
前記１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素が、前記第１のＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）、燃焼器（１０４）、またはタービン（１１０）内にある、請求項８に記載のシステム（３００）。
【請求項１０】
前記コントローラ（１２０）に結合されたセンサ（１２１）をさらに含み、前記コントローラ（１２０）は、前記センサ（１２１）で監視された前記第１のＧＴエンジン（１００）内の温度に基づいて、前記第１の複数のバルブ（１４２、１５０、１５２、１５４）のうちの少なくとも１つの開度を決定する、請求項８に記載のシステム（３００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、発電所システムに含まれるターボ機械に関する。より詳細には、本明細書で開示される主題は、待機モード（standby mode）、すなわち、ガスタービンエンジンから電力が出力されない任意の無負荷状態（any non-loaded state）におけるガスタービンエンジンの構成要素（components：部品）を予熱（pre-heat）するためのシステムおよび方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
発電プラントの一種では、ガスタービンエンジンを発電機と組み合わせて、一般的に動力伝達系（power train：パワートレイン）を形成することができる。この種のガスタービンエンジンでは、回転ブレードと固定ベーンの列を備えたコンプレッサが空気を圧縮し、圧縮空気を燃料と混合する燃焼器に空気を送る。燃焼器では、圧縮空気と燃料が燃焼し、燃焼生成物（すなわち、高温の空気と燃料の混合気）が生成され、タービン（例えば、膨張タービン）のブレードを通して膨張する。タービンセクションからの排気ガスは、煙突を通して排出される場合（単純サイクル発電所の場合）と、熱回収ボイラに導かれる場合（複合サイクル発電所の場合）がある。後者の場合、残留熱を利用して蒸気タービンを駆動させるための蒸気が生成される。
【０００３】
多くの場合、発電プラントは２つ以上のガスタービンエンジンを含み、それらは送電網からの電力需要に応じて同時にまたは交互に運転される。例えば、ピーク時の需要期間中、２つ以上のガスタービンエンジンのそれぞれはフルロード条件（full-load conditions：全負荷状態）で運転される。しかし、需要が減少すると、ガスタービンエンジンの１つ以上はパートロード条件（part-load conditions：部分負荷状態）で運転される。需要がさらに減少すると、オペレータはガスタービンエンジンの１つまたは複数を待機モードにすることができる。待機モードでは、ガスタービンエンジンの構成要素は、通常運転温度から冷却され始め、一部の構成要素は他の構成要素よりも早く冷却される。
【０００４】
需要が戻ると、待機モードのガスタービンエンジン（複数可）をできるだけ速やかに運転（すなわち、発電）モードにランプアップ（ramp up：増強）するのが一般的である。ガスタービンエンジンの一部の構成要素は、待機モードから非待機モード（すなわち、負荷のかかった運転状態）に移行する際に、著しい熱勾配（すなわち、比較的短い時間枠における温度の大幅な変化）を経験することがある。ガスタービンシステムの高温ガス路（ＨＧＰ）内の熱勾配、および待機モードから非待機モードへの構成要素のサイクルは、高温での持続運転と比較しても、構成要素の疲労寿命を著しく消耗させることがある。
【０００５】
電力網が発電のために再生可能資源（例えば、太陽エネルギーおよび／または風力エネルギー）を統合しようと取り組むにつれ、発電所のオペレータはガスタービンエンジンをサイクル（cycle）させる機会が増え、需要の変動に対応するために、所定の周波数でガスタービンエンジンを異なる状態で運転することが多くなる可能性がある。待機運転モードと負荷運転モードとの間のサイクルに関連するガスタービン構成要素への影響を最小限に抑えるシステムおよび方法があれば、ガスタービン構成要素のライフサイクルを延長し、プラントのサイクルに関連する運転コストを削減する上で有用である。
【発明の概要】
【０００６】
以下に述べるあらゆる側面、例、および特徴は、技術的に可能なあらゆる方法で組み合わせることができる。概要に記載された参照番号は、添付の図に対応して提供されており、本開示の１つまたは複数の実施形態を限定するものとしてみなすべきではない。
【０００７】
本開示の第１の側面は、待機モードにある発電システム（１０００）のガスタービン（ＧＴ）エンジン（１００）を予熱するためのシステム（３００）を提供し、そのシステム（３００）は、ＧＴエンジン（１００）に結合された第１の加熱流体マニホールド（１４５）と、１５６）は、ＧＴエンジン（１００）の外部にある加熱流体供給（１４０、１４８）を第１の加熱流体マニホールド（１４５）に結合し、第１複数のバルブ（１４２、ＶＡ、ＶＢ、および／または１５０、１５２、１５４）は、加熱流体供給（１４０、１４８）とＧＴエンジン（１００）の１つ以上の疲労が生じやすい構成要素との間の第１の管路（１４１、１５６）を加熱流体供給源（１４０、１４８）とＧＴエンジン（１００）の１つ以上の疲労が生じやすい構成要素との間に制御するように構成された複数のバルブ（１４２、ＶＡ、ＶＢ、および／または１５０、１５２、１５４）と、第１の複数のバルブと通信するコントローラ（１２０）であって、コントローラ（１２０）が、１つ以上の疲労が生じやすい構成要素の温度を制御するために、第１の複数のバルブのうちの少なくとも１つの開度を調節するコントローラ（１２０）とを備える。
【０００８】
本開示の別の側面は、前述のいずれかの側面を含み、１つまたは複数の疲労が生じやすい構成要素が、ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）、燃焼器（１０４）、またはタービン（１１０）内に位置している。
【０００９】
本開示の別の側面は、前述のいずれかの側面を含み、さらに、コントローラ（１２０）に結合された第１のセンサ（１２１）を含み、第１のセンサ（１２１）は、疲労が生じやすい構成要素の温度を測定するために、ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）または燃焼器（１０４）内に配置される。
【００１０】
本開示の別の側面は、前述のいずれかの側面を含み、コントローラ（１２０）に結合された第２のセンサ（１２１）をさらに含み、第２のセンサ（１２１）は、ＧＴエンジン（１００）のコンプレッサ（１０２）またはタービン（１１０）のホイールスペース（ＷＳ）内にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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