JP5289564B2 - ガスタービンの燃料系統の多管路切換弁 - Google Patents

Description

本発明はガスタービンの燃料系統の多管路切換弁に関する。本発明はまたかかる多管路切換弁を備えたガスタービンの燃料系統に関する。

ガスタービンの公知の燃料系統においてその油供給装置ないし燃料供給装置に対していわゆる「マルチ ファンクション バルブ」ないし多機能弁（ＭＦＶ）が存在している（図１参照）。このＭＦＶは燃料系統の油供給源とノズルと排出管（ドレン）との間で切換えをするために複数の弁を有している。その切換え時にそれぞれの配管１．．ｎ間における弁が各作動装置を介して同時に操作される。

その場合、特に燃料油および水に対するバーナ接続管としての複数の配管が、燃料油運転、エマルジョン運転のような種々運転モード並びに洗浄過程および排出過程が実施されるように切換接続されねばならない。

またソース（Ｑ１〜Ｑｎ）と排出管（Ｓ１〜Ｓｎ）とノズル（Ｎ１〜Ｎｎ）との間における同形の複数の弁を制御するために駆動装置が存在する。それらの弁は一般に電気液圧式である。即ち、例えばソース管における「ｎ」弁は１つの駆動装置で動かされる。従って少なくとも３つの駆動装置が必要である。

すべての弁の閉鎖のほかに以下の流れ接続が実現できる。即ち、ソース＋排出管（ノズル管の弁＝閉）、ソース＋ノズル（排出管の弁＝閉）および排出管＋ノズル（ソース管の弁＝閉）が可能である。なお公知の多管路切換弁は比較的高価で故障し易い。

さらに、多くの文献で様々な形態のボールバルブが知られている。例えば特許文献1は流体静力学的にバランスされるボールバルブを示している。特許文献2からは球形あるいは円筒形のコックプラグを備えた特に気密度の高い逆止弁が知られている。特許文献３では回転形仕切り弁を有し、異なる面に配置された多くの接続部を互いに接続する分配弁が知られている。さらに、特許文献４では収容部の中の回転形仕切り弁の構成が知られている。同様に特許文献５には弁体が共通の軸の周りを回転可能な回転形仕切り弁の構成が示されている。

欧州特許第０２４００５９号明細書 独国特許第１２０９３８２号明細書 米国特許第５０９０１９４号明細書 独国特許第５９６０２６号明細書 独国特許第４６０１９０号明細書

本発明の課題は、上述の欠点が解消され特に弁の切換過程が確実に且つ単純に遠隔操作できるガスタービンの燃料系統を提供することにある。また新規ガスタービンに対して新たな配管方式を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の多管路切換弁によって解決される。本発明に基づく解決策の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。また、ガスタービンの燃料系統に関する課題は本発明に基づく多管路切換弁を備えたものによって解決される。

本発明により、円筒状収容部付きの弁体が設けられ、この弁体の収容部を境界づける壁に流体が流入および／又は流出するための複数の開口が配置され、前記収容部内に２個の別開口付きの少なくとも１つの管路を有するインサートが移動可能に支持されて設けられ、このインサートが隣り合う２個の開口を互いに流れ技術的に接続する、ガスタービンの燃料系統の多管路切換弁が提供される。

本発明に基づく解決策において、複数の開口が収容部の中心軸線に対して垂直な一平面内に配置され、インサートが収容部にぴったり合わせて形成され、その中心軸線を中心に回転可能に収容部内に支持されている。その回転可能なインサートは簡単に操作できる制御要素を形成している。

本発明に基づく解決策によれば、収容部が少なくとも２つの軸方向位置にそれぞれ一平面内に位置する複数の開口を有し、インサートが各平面内に位置する複数の開口を互いに流れ技術的に接続するために、これらの平面内の開口間隔に対応した間隔に、各平面に対して少なくとも１つの管路を有している。そのようにして、同時に作動できる複数の弁を唯一の切換要素で形成し、作動することができる。

本発明により、弁体に２つのブリッジ管が備えられ、これらのブリッジ管がそれぞれ異なる平面に配置された開口を互いに接続する。

本発明に基づく解決策の第１の有利な実施態様において、「ｍ」を壁の円周に沿った開口の数としている。インサートは１つの管路を有し、この管路の複数の別開口はその円周に沿って互いに角度αだけずらして配置され、その角度αはα＝３６０°／ｍである。このようにして円周にわたり分布された複数の切換位置が実現される。

本発明に基づく解決策の第２の有利な実施態様において、４個の開口が円筒状収容部の円周に沿って一様に分布され、インサートに配置された管路の複数の別開口が円周に沿って互いに９０°の角度をずらして配置されている。この形態は十分な切換間隔と同時に十分多くの切換位置を提供する。

本発明に基づく燃料系統において、この解決策は、多管路切換弁が３ポート３位置切換弁およびこれに作動的に接続された４ポート３位置切換弁として形成されており、これは同時に単独の解決策とすることができる。上述の両切換弁から成るかかる切換装置は意外にすべての必要な切換機能を満たし、その場合同時に特に容易に、安価に、且つ運転確実に操作できる。

本発明に基づく解決策の最後の有利な実施態様において、それぞれ１つのバーナに割り当てられた複数の円板体対が順々に配置されている。このようにして、ガスタービンにおける任意の管路ないしバーナに燃料が供給される。これらの円板体はそれらが１つの軸に相対回転不能に配置されていることによって容易に一緒に作動できる。

以下添付の概略図を参照して本発明に基づく解決策の実施例を詳細に説明する。

従来におけるＭＦＶ弁の原理図。 本発明に基づく多管路切換弁の第１実施例の平面図。 図２における多管路切換弁のインサートの斜視図。 収容部とインサートとを備えた本発明に基づく多管路切換弁の第２実施例の斜視図。 ガスタービンにおける本発明に基づいて実現できる燃料系統の切換概略原理図。 ３ポート３位置切換弁の切換原理図。 ２ポート３位置切換弁と３ポート３位置切換弁とを備えた本発明に基づく切換装置の原理図。 図７の切換装置に応じた多管路切換弁の実施例の斜視図。

図２〜図４に示された実施例において、従来におけるＭＦＶ弁の個々の弁が、内部にはめ込まれたインサート２の回転あるいはずれにより種々の入口と出口との切換え接続が行われる多管路切換弁ないし装置１によって置き換えられている。

即ち、図示された実施例において弁体に円筒状収容部３として１つの孔が存在している。この収容部３を境界づける壁に、収容部３の中心軸線に対して垂直な平面内に位置し互いに９０°ずらされた４個の開口４が入口あるいは出口として形成されている。即ち、これらの開口は円周に沿って一様に分布されている。そのうちの２個の開口４が収容部３の外側でブリッジ管５によって流れ技術的に接続されている。収容部３の中にその中心軸線を中心に回転可能な円筒状弁シリンダないしインサート２が配置され、これは収容部３にぴったり合わせて形成されている。インサート２は１つの湾曲管路６を有し、この管路６の両端開口はいわゆる別開口７として円周上で互いに９０°の角度を成して配置されている。

第１開口４は例えば燃料のソースＱに接続され、第２開口は排出管Ｓに接続され、第３開口と第４開口はブリッジ管５を介してガスタービンバーナのノズルＮに接続される。

管路６の実線図示位置においてソースＱは排出管に接続されている。インサート２の反時計方向９０°の回転によって管路６は破線位置に置かれ、これによって排出管ＳとノズルＮが互いに接続される。

これと逆にインサート２が実線図示位置から出発して時計方向に９０°回転されると、ソースＱがインサート２内に配置された管路６を通して且つブリッジ管５によってノズルＮに接続される。

種々の燃料グレードの複数の燃料管および／又は種々のバーナの複数の燃料管に対して同期した切換を達成するために、上述した複数の弁が弁体１に収容部３の中心軸線に沿って分布されている（図３におけるインサートと対比）。従ってそれぞれの配管を接続するためにそれぞれ一平面内に位置する少なくとも２個の開口４、好適にはｎ×４個（ｎ＝燃料管数）の開口４が、即ち、ソースＱ、排出管Ｓ、ブリッジ管およびノズルＮに対する開口４が設けられている。そのインサート２は図３の斜視図に示されているようにそれぞれ複数の平面の中の１平面内に位置する複数の開口４を接続するために同様に積み重ねられた管路６を有している。

図示されてはいない異なった実施例において、一平面内に４個の開口４が配置される代わりに、円周に沿って３個の開口４が一様に分布されて存在している。この場合、インサート２に配置された管路６の別開口７は互いに１２０°（＝３６０°／一平面内における開口数、ここでは＝３）ずらされている。

図４に示された実施例において、ソースＱ、排出管ＳおよびノズルＮに対する個々の接続口ないし開口４は収容部３ないし孔の円周に沿って分布されてはおらず、孔の軸方向に等間隔で分布されている。この場合において、インサート２の円筒状表面に軸方向に延び、軸方向に互いに隣り合う２個の開口４の接続を可能とする軸方向長さを有する溝６が設けられている。そしてインサート２の軸方向ずれによって隣り合う開口４を互いに接続することができる。これらはｎ本の燃料管に対して軸方向に段階状に配置されねばならない。しかしこの方式は場合によっては多管路切換弁の大きな軸方向構造長を生じさせる。

上述した配置によってすべての弁位置を１つの駆動装置で得ることができる。同様に、各管路に対して１つの弁が組み込まれる必要はなく、複数の弁に対するインサートを動かすために１つの回転および／又はずれ装置で足りる。従ってその構造は安価であり場所をとらない。さらに上述したユニットは、例えば複数の入口および出口が互いに切換え接続されるようにするときには、異なったインサートによって可変的に形成できる。

図５にガスタービンにおける異なった燃料系統の切換原理図が示され、この場合、配管Ａを通して燃料ＢＳが（図示されてないバーナに通じる）配管Ｂに搬送される（順路Ａ−Ｂ＝経路Ａ）。この配管に（その場合に開いている）遮断弁Ｖ１が存在している。この遮断弁Ｖ１の流れ方向手前で配管Ａから、（その場合に閉じている）第２遮断弁Ｖ２が存在する配管が分岐している。この配管に遮断弁Ｖ２の流れ方向後ろで、洗浄媒体ＳＭが供給される配管Ｃが結合している。またこの配管Ｃに逆止弁が存在している。第３遮断弁Ｖ３は、洗浄媒体が配管Ｄまで通過することを可能にし（順路Ｃ−Ｄ＝経路Ｂ、Ｃ）、第４弁Ｖ４はドレン管ないし排出管Ｅを遮断する。また弁Ｖ２と弁Ｖ１とを通る洗浄液ＳＭによって配管Ｂが洗浄され（順路Ｃ−Ｂ＝経路Ｄ）、他方で同時に弁Ｖ４が排出管Ｅを開き、弁Ｖ３が配管Ｃへの洗浄液ＳＭの逆流を阻止する（順路Ｄ−Ｅ＝経路Ｄ）。

図７および図８に示された実施例においてすべての切換機能は、３ポート３位置切換弁および同時にこれに接続された４ポート３位置切換弁の組合せによって実現される。図６はその場合に利用される３ポート３位置切換弁の基本構造を示している。

図７から理解できるように、そこに示された多管路切換弁は２つの円板体、即ち、円板体８と円板体９を備えたインサート２を有し、それらの円板体に（図２〜図４に応じて）それぞれ１つの管路６が存在している。それらの円板体８、９を取り囲む収容部３は、円板体８が３ポート３位置切換弁として作用し且つ円板体９が４ポート３位置切換弁として作用するように複数の開口を有している。その際に取られる切換位置Ｓ１〜Ｓ３は３つの部分図から理解できる。

図７における全体構成が図８に斜視図で概略的に示されている。そこから理解できるように、切換装置を実現するために配管Ａと配管Ｃが収容部３に形成されたブリッジ管５によって第１円板体８並びに第２円板体９に導かれ、他方で配管Ｂだけが第１円板体８に導かれ、配管Ｄおよび配管Ｅだけが第２円板体９に導かれている。図８は位置Ｓ３を示し、位置Ｓ２は互いに相対回転不能に連結された円板体８、９から右側に９０°回転された位置で取られ、位置Ｓ１は右側にさらに９０°回転された位置で取られる。

１：弁体、２：インサート、３：収容部、４：開口、５：ブリッジ管、６：管路、７：別開口、８，９：円板体。

Claims (6)

1. 円筒状収容部（３）付きの弁体（１）を備え、該弁体（１）の収容部（３）を境界づける壁に流体が流入し又は流出しあるいは流入および流出するための複数の開口（４）が配置され、前記収容部（３）内に２個の別開口（７）付きの少なくとも１つの管路（６）を有するインサート（２）が移動可能に支持されて設けられ、該インサート（２）が隣り合う２個の開口（４）を互いに流れ技術的に接続し、前記複数の開口（４）が収容部（３）の中心軸線に対して垂直な一平面内に配置され、インサート（２）が収容部（３）にぴったり合わせて形成され、収容部（３）内にその中心軸線を中心に回転可能に支持されてなり、前記収容部（３）が少なくとも２つの軸方向位置にそれぞれ一平面内に位置する複数の開口（４）を有し、インサート（２）が複数の平面の中の１平面内に位置する複数の開口（４）を互いに流れ技術的に接続するために、前記平面内の開口間隔に対応した間隔に、各平面に対して少なくとも１つの管路（６）を有しているガスタービンの燃料系統の多管路切換弁であって、
   異なった平面内に配置された開口（４）を互いに接続するブリッジ管（５）が弁体（１）に配設されてなることを特徴とするガスタービンの燃料系統の多管路切換弁。
2. 前記壁の円周に沿う開口（４）の数を「ｍ」とした場合、インサート（２）が１つの管路（６）を有し、該管路（６）の別開口（７）がその円周にわたり互いに角度αだけずらして配置され、その角度αがα＝３６０°／ｍであることを特徴とする請求項１に記載の多管路切換弁。
3. ４個の開口（４）が円筒状収容部（３）の円周に沿って一様に分布され、インサート（２）に配置された管路（６）の別開口（７）が円周に沿って互いに９０°の角度をずらして配置されていることを特徴とする請求項２に記載の多管路切換弁。
4. ５ポート３位置切換弁を形成するために、１つの平面が３ポート３位置切換弁として形成され、他の平面が４ポート３位置切換弁として形成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の多管路切換弁を備えたことを特徴とするガスタービンの燃料系統。
5. それぞれ１つのバーナに割り当てられた複数の円板体対が順々に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料系統。
6. 請求項４または５に記載の燃料系統を備えていることを特徴とするガスタービン。
   

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