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IT202300018513A1 - SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING HYDROGEN LEAKS IN A TURBOMACHINE CASING - Google Patents

SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING HYDROGEN LEAKS IN A TURBOMACHINE CASING

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Publication number
IT202300018513A1
IT202300018513A1IT102023000018513AIT202300018513AIT202300018513A1IT 202300018513 A1IT202300018513 A1IT 202300018513A1IT 102023000018513 AIT102023000018513 AIT 102023000018513AIT 202300018513 AIT202300018513 AIT 202300018513AIT 202300018513 A1IT202300018513 A1IT 202300018513A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
gas
ultrasonic
gas turbine
detectors
turbine engine
Prior art date
Application number
IT102023000018513A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Alessandro Pinzauti
Massimiliano Grosso
Giovanni Tonno
Viola Sorrentino
Stefano Minotti
Riccardo Viti
Original Assignee
Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuovo Pignone Tecnologie SrlfiledCriticalNuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority to IT102023000018513ApriorityCriticalpatent/IT202300018513A1/en
Priority to PCT/EP2024/025267prioritypatent/WO2025051393A1/en
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Translated fromItalian

SISTEMA E METODO PER RILEVARE PERDITE DI IDROGENO IN UNSYSTEM AND METHOD FOR DETECTING HYDROGEN LEAKS IN A

INVOLUCRO DI TURBOMACCHINATURBOMACHINE CASING

DESCRIZIONEDESCRIPTION

CAMPO TECNICOTECHNICAL FIELD

[0001] La presente descrizione riguarda le turbomacchine. Forme di realizzazione qui descritte riguardano strumenti di sicurezza atti a migliorare la sicurezza operativa delle turbomacchine che coinvolgono gas infiammabili.[0001] This disclosure relates to turbomachinery. Embodiments described herein relate to safety devices to improve the operational safety of turbomachinery involving flammable gases.

ARTE ANTERIOREEARLY ART

[0002] In considerazione delle crescenti preoccupazioni per i cambiamenti climatici, una tendenza generale verso la riduzione delle emissioni di diossido di carbonio caratterizza recenti ricerche nel campo delle apparecchiature e dei dispositivi per la generazione di potenza. In particolare, i produttori di turbine a gas stanno lavorando per ridurre le emissioni di CO2 dei motori a turbina a gas. Un approccio consiste nell'uri -lizzare idrogeno come alternativa al gas naturale (principalmente metano) come combustibile per i motori a turbina a gas. La combustione di idrogeno genera acqua e non genera diossido di carbonio.[0002] In light of growing concerns about climate change, a general trend toward reducing carbon dioxide emissions characterizes recent research in the field of power generation equipment and devices. In particular, gas turbine manufacturers are working to reduce CO2 emissions from gas turbine engines. One approach is to use hydrogen as an alternative to natural gas (primarily methane) as a fuel for gas turbine engines. Combustion of hydrogen generates water and does not generate carbon dioxide.

[0003] -L'introduzione dell'idrogeno come combustibile per una turbina a gas richiede di valutare la sicurezza dell'intero pacco turbina a gas, costituito da impianti ausiliari, strumenti e altre apparecchiature necessarie per il funzionamento dello stesso.[0003] -The introduction of hydrogen as a fuel for a gas turbine requires evaluating the safety of the entire gas turbine package, consisting of auxiliary systems, instruments and other equipment necessary for its operation.

[0004] Una turbina a gas e parte degli impianti ausiliari sono solitamente installati all'interno di un involucro acustico. Tra gli impianti ausiliari alloggiati nell?involucro, vale la pena menzionare la linea del gas combustibile, che alimenta il combustore della turbina a gas, e i relativi collegamenti, che potrebbero essere fonte di perdite. Ci? crea un ulteriore problema da valutare in termini di sicurezza.[0004] A gas turbine and some of its auxiliary systems are typically installed inside an acoustic enclosure. Among the auxiliary systems housed within the enclosure, it is worth mentioning the fuel gas line, which feeds the gas turbine combustor, and its connections, which could be a source of leaks. This creates an additional safety issue to be considered.

[0005] Al fine di diluire eventuali perdite di gas combustibile, un impianto di ventilazione ? uno degli impianti ausiliari essenziali forniti in un pacco turbina a gas. Oltre alla ventilazione, sono necessari sensori e rilevatori di gas per rilevare la presenza di una perdita imprevista.[0005] In order to dilute any combustible gas leaks, a ventilation system is one of the essential auxiliary systems provided in a gas turbine package. In addition to ventilation, gas sensors and detectors are required to detect the presence of an unexpected leak.

[0006] Le perdite di gas possono verificarsi da un collegamento flangiato o filettato. In tali casi, il tempo di risposta dell'impianto di rilevamento ? fondamentale per limitare il rischio potenziale di avere una miscela infiammabile all'interno dell?involucro della turbina a gas.[0006] Gas leaks can occur from a flanged or threaded connection. In such cases, the response time of the detection system is critical to limit the potential risk of having a flammable mixture inside the gas turbine casing.

[0007] Al giorno d'oggi, i rilevatori di gas pi? comuni sono basati sulla tecnologia a infrarossi (IR). Possono essere installati all'uscita di ventilazione dell? involucro, dove ? possibile monitorare eventuali perdite all'interno dell?involucro della turbina a gas. In alternativa, o in combinazione, i rilevatori possono essere alloggiati all'interno dell?involucro, pi? vicino alla potenziale fonte di perdita per anticipare il rilevamento. I rilevatori a infrarossi non sono in grado di rilevare l'idrogeno. L'alternativa pi? comune ai rilevatori di gas a infrarossi nel settore petrolio e gas sono i cosiddetti rilevatori catalitici, che sono atti a rilevare qualsiasi percentuale di idrogeno. Tuttavia, i rilevatoli catalitici hanno un tempo di risposta molto pi? lungo rispetto ai rilevatori a infrarossi.[0007] Nowadays, the most common gas detectors are based on infrared (IR) technology. They can be installed at the casing vent outlet, where any leaks within the gas turbine casing can be monitored. Alternatively, or in combination, detectors can be housed inside the casing, closer to the potential leak source for earlier detection. Infrared detectors cannot detect hydrogen. The most common alternative to infrared gas detectors in the oil and gas industry are so-called catalytic detectors, which are capable of detecting any percentage of hydrogen. However, catalytic detectors have a much longer response time than infrared detectors.

[0008] Una disposizione di rilevamento pi? efficiente e sicura per i motori a turbina a gas alimentati a idrogeno sarebbe pertanto accolta con favore nella tecnica.[0008] A more efficient and safer sensing arrangement for hydrogen-fueled gas turbine engines would therefore be welcomed in the art.

SOMMARIOSUMMARY

[0009] Per attenuare gli svantaggi degli impianti di rilevamento di perdite di gas della tecnica anteriore, secondo la presente descrizione, l'impianto di motore a turbina a gas comprende una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni atta a rilevare le perdite di idrogeno. La disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni ? alloggiata nell?involucro del motore a turbina a gas.[0009] To mitigate the disadvantages of prior art gas leak detection systems, the gas turbine engine system in accordance with the present disclosure includes an ultrasonic gas leak detector arrangement for detecting hydrogen leaks. The ultrasonic gas leak detector arrangement is housed within the gas turbine engine casing.

[0010] I rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni sono basati su elementi di rilevamento microfonici e sono generalmente utilizzati per rilevare perdite all'aperto rilevando gli specifici ultrasuoni ad alta frequenza (da 20 kHz a 100 kHz) emessi da tutte le perdite di gas ad alta pressione (gas naturale e H2). Hanno una risposta quasi istantanea, entro 1-3 secondi, e sono meno soggetti a malfunzionamenti dovuti a fattori ambientali come il vento. Inoltre, non ? necessario che siano a contatto fisico con la perdita di gas e non ? necessaria alcuna calibrazione di routine.[0010] Ultrasonic gas leak detectors are based on microphone sensing elements and are typically used to detect outdoor leaks by detecting the specific high-frequency ultrasound (20 kHz to 100 kHz) emitted by all high-pressure gas leaks (natural gas and H2). They have a near-instantaneous response, within 1-3 seconds, and are less prone to malfunction due to environmental factors such as wind. Additionally, they do not need to be in physical contact with the gas leak and no routine calibration is required.

[0011] I rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni non sono in grado di rilevare le concentrazioni di gas e sono sensibili al rumore di fondo come quello generato da un motore a turbina a gas durante il funzionamento.[0011] Ultrasonic gas leak detectors cannot detect gas concentrations and are sensitive to background noise such as that generated by a gas turbine engine during operation.

[0012] I test eseguiti su un impianto di motore a turbina a gas comprendente un involucro che alloggia rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni, riportati pi? dettagliatamente di seguito, hanno sorprendentemente dimostrato che, nonostante la loro sensibilit? al rumore di fondo, i rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni sono in grado di distinguere le onde ultrasoniche generate dalle perdite di idrogeno in un ambiente molto rumoroso come l?involucro della turbina a gas e rappresentano pertanto un'alternativa sicura ed efficiente ai rilevatori dello stato della tecnica per rilevare in modo sicuro e rapido le perdite di idrogeno nell?involucro della turbina.[0012] Tests performed on a gas turbine engine system comprising a casing housing ultrasonic gas leak detectors, reported in more detail below, have surprisingly demonstrated that, despite their sensitivity to background noise, ultrasonic gas leak detectors are able to distinguish ultrasonic waves generated by hydrogen leaks in a very noisy environment such as the gas turbine casing and therefore represent a safe and efficient alternative to state-of-the-art detectors for safely and quickly detecting hydrogen leaks in the turbine casing.

[0013] Attualmente, le forme di realizzazione preferite sono basate su rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni, atti a fornire segnali in un intervallo di frequenze generalmente superiore a 20 kHz, o superiore a 25 kHz, e preferibilmente inferiore a 100 kHz o inferiore a 70 kHz. I test eseguiti su impianti di turbina a gas comprendenti un involucro che alloggia un motore a turbina a gas mostrano che i rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni che operano nei summenzionati intervalli di frequenze possono generare un segnale utile in caso di perdite di idrogeno, nonostante l'elevato rumore di fondo generato dalla turbomacchina nell?involucro. Le onde sonore a frequenze inferiori a 20 kHz non sono generalmente influenzate da perdite di idrogeno, mentre a frequenze ultrasoniche pi? elevate il contributo delle perdite di idrogeno a livello di pressione sonora rilevato totale ? notevole e pu? essere distinto dal rumore di fondo, fornendo cos? informazioni utili che possono innescare un allarme tempestivo in caso di rilevamento di perdite di gas, con un tempo di reazione che pu? arrivare breve, fino a 2 secondi.[0013] Currently, preferred embodiments are based on ultrasonic gas leak detectors, adapted to provide signals in a frequency range generally greater than 20 kHz, or greater than 25 kHz, and preferably less than 100 kHz or less than 70 kHz. Tests performed on gas turbine systems comprising a casing housing a gas turbine engine show that ultrasonic gas leak detectors operating in the aforementioned frequency ranges can generate a useful signal in the event of hydrogen leaks, despite the high background noise generated by the turbomachinery in the casing. Sound waves at frequencies below 20 kHz are generally unaffected by hydrogen leaks, while at higher ultrasonic frequencies the contribution of hydrogen leaks to the total detected sound pressure level is substantial and can be distinguished from the background noise, thus providing useful information that can trigger an early warning in the event of gas leak detection, with a reaction time that can be as long as 20 kHz. arrive shortly, up to 2 seconds.

[0014] In termini pi? generali, viene qui descritto un impianto comprendente una turbomacchina rotante alloggiata in un involucro, l?involucro contenendo almeno un condotto contenente gas infiammabile. L'impianto comprende inoltre una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni nell?involucro, atta a rilevare perdite di gas infiammabile all'interno dell?involucro, mentre la turbomacchina ? in funzione.[0014] More generally, there is described herein a system comprising a rotating turbomachine housed in a casing, the casing containing at least one duct containing flammable gas. The system further includes an arrangement of ultrasonic gas leak detectors in the casing, adapted to detect leaks of flammable gas within the casing, while the turbomachine is in operation.

[0015] Sebbene l'utilizzo di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni, atti a rilevare perdite di idrogeno in un impianto di motore a turbina a gas, sia particolarmente vantaggioso rispetto alla tecnica attuale per i motivi sopra esposti, il nuovo impianto qui descritto pu? fornire alcuni vantaggi anche in applicazioni in cui il gas infiammabile non ? idrogeno, o una miscela contenente idrogeno. Ad esempio, la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni pu? essere utilizzata per rilevare perdite di gas naturale in un involucro che alloggia una turbomacchina rotante.[0015] While the use of ultrasonic gas leak detectors to detect hydrogen leaks in a gas turbine engine system is particularly advantageous over the current art for the reasons set forth above, the novel system described herein may also provide some advantages in applications where the flammable gas is not hydrogen, or a hydrogen-containing mixture. For example, the arrangement of ultrasonic gas leak detectors may be used to detect natural gas leaks in a casing housing a rotating turbomachinery.

[0016] Inoltre, sebbene l'utilizzo di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni sia particolarmente vantaggioso in combinazione con i motori a turbina a gas, in cui il gas infiammabile ? il (o parte del) combustibile erogato al compressore a turbina, in altre forme di realizzazione le nuove caratteristiche qui descritte possono essere utilizzate in combinazione con una diversa turbomacchina, ad esempio un compressore, come un compressore dinamico di trattamento dell'idrogeno o di una miscela contenente idrogeno, o un altro gas infiammabile, come il metano o simili. Il gas infiammabile pu? essere contenuto in un condotto e pu? essere il gas trattato dalla turbomacchina, ad esempio metano o idrogeno compresso da un compressore. In alcune forme di realizzazione, il gas infiammabile pu? essere contenuto, ad esempio, in un condotto di aspirazione, in un percorso di flusso all'interno della turbomacchina, o in un condotto di mandata di un compressore, e fluisce al suo interno durante il funzionamento del compressore. Il gas infiammabile pu? anche essere contenuto in altri condotti della turbomacchina, come i condotti che erogano gas secco alle tenute a gas secco della turbomacchina. Ci? pu? accadere, ad esempio, quando un gas di processo infiammabile trattato dal compressore viene utilizzato anche come gas secco per le tenute a gas secco.[0016] Furthermore, while the use of ultrasonic gas leak detectors is particularly advantageous in combination with gas turbine engines, where the flammable gas is the (or part of) the fuel delivered to the turbine compressor, in other embodiments the novel features described herein may be used in combination with a different turbomachinery, e.g., a compressor, such as a dynamic compressor handling hydrogen or a hydrogen-containing mixture, or another flammable gas, such as methane or the like. The flammable gas may be contained in a duct and may be the gas being handled by the turbomachinery, e.g., methane or hydrogen compressed by a compressor. In some embodiments, the flammable gas may be contained, e.g., in an intake duct, a flow path within the turbomachinery, or a discharge duct of a compressor, and flows therethrough during operation of the compressor. The flammable gas may be contained in a duct and may be the gas being handled by the turbomachinery, e.g., methane or hydrogen compressed by a compressor. It can also be contained in other turbomachinery ducts, such as the ducts supplying dry gas to the turbomachinery's dry gas seals. This can occur, for example, when a flammable process gas handled by the compressor is also used as dry gas for the dry gas seals.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNIBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0017] Si fa ora riferimento brevemente ai disegni allegati, nei quali:[0017] Reference is now made briefly to the attached drawings, in which:

la Fig. 1 ? uno schema che mostra un impianto di turbina a gas con relativo involucro; eFig. 1 is a schematic showing a gas turbine plant with its casing; and

le Figg. 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C sono diagrammi che mostrano il funzionamento dei rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni in varie condizioni di funzionamento del motore a turbina a gas.Figs. 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C are diagrams showing the operation of ultrasonic gas leak detectors under various operating conditions of gas turbine engine.

DESCRIZIONE DETTAGLIATADETAILED DESCRIPTION

[0018] La descrizione dettagliata di seguito si riferisce specificamente all'applicazione delle nuove caratteristiche qui descritte a un impianto comprendente un motore a turbina a gas alimentato a idrogeno o con una miscela gassosa contenente idrogeno e alloggiato in un involucro.[0018] The detailed description below relates specifically to the application of the novel features described herein to a system comprising a gas turbine engine fueled by hydrogen or a hydrogen-containing gas mixture and housed in an enclosure.

[0019] La Fig. 1 mostra schematicamente un impianto di motore a turbina a gas 1, che comprende un involucro 3 che alloggia un motore a turbina a gas 5. L?involucro 3 comprende un ingresso dell'aria comburente 7 e un'uscita dei gas di scarico 9. L?involucro comprende inoltre un ingresso dell'aria di ventilazione 8 e un'uscita dell'aria di ventilazione 10.[0019] Fig. 1 schematically shows a gas turbine engine system 1, which comprises a casing 3 housing a gas turbine engine 5. The casing 3 comprises a combustion air inlet 7 and an exhaust gas outlet 9. The casing further comprises a ventilation air inlet 8 and a ventilation air outlet 10.

[0020] Il motore a turbina a gas 5 comprende una sezione di compressore 5.1, una sezione di combustore 5.2 e una sezione di turbina 5.3. Quest'ultima ? meccanicamente accoppiata a un carico 11, ad esempio un compressore o un generatore elettrico, attraverso una linea di albero 13.[0020] The gas turbine engine 5 comprises a compressor section 5.1, a combustor section 5.2 and a turbine section 5.3. The latter is mechanically coupled to a load 11, e.g. a compressor or an electric generator, through a shaft line 13.

[0021] Il motore a turbina a gas 5 viene alimentato con combustibile attraverso una linea di combustibile 15. Il combustibile pu? essere idrogeno o una miscela comprendente idrogeno, ad esempio idrogeno e gas naturale.[0021] The gas turbine engine 5 is supplied with fuel through a fuel line 15. The fuel may be hydrogen or a mixture comprising hydrogen, e.g. hydrogen and natural gas.

[0022] Secondo forme di realizzazione qui descritte, nell?involucro 3 ? alloggiata una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni 17. In alcune forme di realizzazione, la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni 17 comprende una pluralit? di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni 17.1, 17.2 disposti intorno a un asse A-A del motore a turbina a gas 5 e in una o pi? posizioni lungo l'estensione assiale del motore a turbina a gas. Come verr? descritto pi? dettagliatamente di seguito, in alcune forme di realizzazione i rilevatori sono disposti approssimativamente a media altezza lungo l'estensione verticale del motore a turbina a gas, vale a dire su, o in prossimit? di, un piano verticale mediano contenente l'asse di rotazione A-A della turbomacchina, preferibilmente su entrambi i lati della turbomacchina, vale a dire su entrambi i lati di un piano verticale mediano contenente l'asse A-A del motore a turbina a gas. Non ? esclusa la possibilit? di disporre uno o pi? rilevatori in posizioni diverse, ad esempio sotto il motore a turbina a gas o sopra il motore a turbina a gas, a seconda delle condizioni aerodinamiche, dei riflessi del rumore e della distribuzione di temperatura nell?involucro. Inoltre, se ? probabilmente pi? opportuno posizionare i rilevatori in corrispondenza o in prossimit? dell'estremit? anteriore del motore a turbina a gas, vale a dire in un'area intorno alla sezione di compressore, dove la temperatura ? inferiore a quella intorno al combustore o alla sezione pi? arretrata, vale a dire la sezione di turbina, del motore a turbina a gas, non ? esclusa la possibilit? di disporre i rilevatori pi? vicini al combustore o all'estremit? posteriore del motore a turbina a gas. La scelta della posizione pi? appropriata pu? dipendere dall'efficienza di rilevamento a ultrasuoni, dalla distribuzione di temperatura nell?involucro, nonch? dalla geometria della turbina e dell?involucro.[0022] In accordance with embodiments described herein, an ultrasonic gas leak detector array 17 is housed in the housing 3. In some embodiments, the ultrasonic gas leak detector array 17 comprises a plurality of ultrasonic gas leak detectors 17.1, 17.2 disposed about an axis A-A of the gas turbine engine 5 and at one or more locations along the axial extent of the gas turbine engine. As will be described in more detail below, in some embodiments the detectors are disposed approximately at a mid-height along the vertical extent of the gas turbine engine, i.e., on or near a median vertical plane containing the rotational axis A-A of the turbomachinery, preferably on both sides of the turbomachinery, i.e., on both sides of a median vertical plane containing the rotational axis A-A of the gas turbine engine. The possibility of arranging one or more ultrasonic gas leak detectors 17.1, 17.2 is not excluded. Detectors can be placed in different locations, such as under the gas turbine engine or above the gas turbine engine, depending on aerodynamic conditions, noise reflections, and the temperature distribution within the enclosure. Furthermore, while it is likely more appropriate to place the detectors at or near the front end of the gas turbine engine, i.e., in an area around the compressor section, where the temperature is lower than around the combustor or the rearmost section, i.e., the turbine section, of the gas turbine engine, the possibility of placing the detectors closer to the combustor or at the rear end of the gas turbine engine is not excluded. The choice of the most appropriate location may depend on the ultrasonic detection efficiency, the temperature distribution within the enclosure, and the geometry of the turbine and enclosure.

[0023] I rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni possono essere collegati funzionalmente a un controllore 18, atto a ricevere ed elaborare i segnali provenienti dai rilevatori e ad innescare un allarme o eventualmente arrestare la turbomacchina se viene rilevata una perdita di idrogeno.[0023] The ultrasonic gas leak detectors may be functionally connected to a controller 18, which is capable of receiving and processing the signals from the detectors and of triggering an alarm or possibly shutting down the turbomachinery if a hydrogen leak is detected.

[0024] In alcune forme di realizzazione, pu? essere fornito almeno un rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni su ciascun lato, sinistro e destro, di un piano verticale mediano contenente l'asse di rotazione A-A del motore a turbina a gas. Nelle forme di realizzazione attualmente preferite, i rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni sono posizionati a un'altezza intermedia, vale a dire approssimativamente su un piano orizzontale contenente l'asse di rotazione A-A del motore a turbina a gas. Questa posizione fornisce un buon compromesso tra la necessit? di proteggere i rilevatori da un carico termico eccessivo e la necessit? di posizionare i rilevatori in una posizione da cui possano essere rilevate le onde ultrasoniche generate in qualsiasi posizione angolare intorno all'asse di rotazione A-A del motore a turbina a gas.[0024] In some embodiments, at least one ultrasonic gas leak detector may be provided on each left and right side of a median vertical plane containing the rotational axis A-A of the gas turbine engine. In currently preferred embodiments, the ultrasonic gas leak detectors are positioned at an intermediate height, i.e., approximately on a horizontal plane containing the rotational axis A-A of the gas turbine engine. This position provides a good compromise between the need to protect the detectors from excessive thermal load and the need to position the detectors in a position from which ultrasonic waves generated at any angular position about the rotational axis A-A of the gas turbine engine can be detected.

[0025] Nella Fig. 1 ?/sono mostrato/i solo un rilevatore/i di perdite di gas a ultrasuoni su un lato del motore a turbina a gas, mentre l'altro/gli altri non ?/sono visibile/i nella vista laterale.[0025] In Fig. 1 only one ultrasonic gas leak detector(s) is shown on one side of the gas turbine engine, while the other(s) is/are not visible in the side view.

[0026] Per evitare effetti negativi della temperatura sui rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni, questi ultimi possono essere posizionati verso il lato freddo del motore a turbina a gas 5, vale a dire intorno alla sezione di compressore 5.1 dello stesso. Questa posizione ? ancora sufficientemente vicina alla posizione della sezione di combustore, dove ? posizionata la maggior parte dei condotti di combustibile, ma sufficientemente distanziata da evitare il surriscaldamento dei rilevatori.[0026] To avoid adverse temperature effects on the ultrasonic gas leak detectors, the latter may be positioned towards the cold side of the gas turbine engine 5, i.e. around the compressor section 5.1 thereof. This position is still sufficiently close to the location of the combustor section, where most of the fuel lines are located, but far enough apart to avoid overheating of the detectors.

[0027] Durante il funzionamento, il motore a turbina a gas 3, l'impianto di ventilazione e altri impianti ausiliari generano vibrazioni sonore negli intervalli udibili e a ultrasuoni. Sono stati effettuati test di simulazione su un motore a turbina a gas e sul relativo involucro per verificare se le perdite di gas a basso peso molecolare, come l'idrogeno, possono essere rilevate da un rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni, nonostante un elevato rumore di fondo, e se il rilevamento ? sufficientemente rapido (ad esempio, con un tempo di reazione inferiore a 4 secondi), caratteristica necessaria per motivi di sicurezza in caso di gas altamente infiammabili, come l'idrogeno.[0027] During operation, the gas turbine engine 3, the ventilation system, and other auxiliary systems generate sound vibrations in the audible and ultrasonic ranges. Simulation tests were performed on a gas turbine engine and its casing to verify whether leaks of low molecular weight gases, such as hydrogen, can be detected by an ultrasonic gas leak detector despite high background noise, and whether the detection is sufficiently rapid (e.g., with a reaction time of less than 4 seconds), which is necessary for safety reasons in the case of highly flammable gases, such as hydrogen.

[0028] Le caratteristiche tecniche di questi rilevatori di gas devono essere analizzate nell'ambiente operativo reale per valutare le prestazioni di questa tecnologia. Particolare attenzione ? rivolta al filtraggio del rumore di fondo e dei suoi riflessi in ambienti interni, al fine di isolare il segnale delle perdite di H2 dalle emissioni di rumore della turbina a gas. E stata eseguita una campagna di test durante la quale ? stato misurato il livello di pressione sonora (SPL, Sound Pressure Level) delle turbine a gas e degli impianti ausiliari nell'intervallo delle frequenze a ultrasuoni. E importante notare che motori diversi potrebbero avere spettri diversi, pertanto questo processo di caratterizzazione del rumore di fondo alle frequenze ultrasoniche deve essere ripetuto per ogni modello di turbina a gas.[0028] The technical characteristics of these gas detectors must be analyzed in the real operating environment to evaluate the performance of this technology. Particular attention is paid to filtering background noise and its reflections in indoor environments in order to isolate the H2 leak signal from the gas turbine noise emissions. A test campaign was performed during which the sound pressure level (SPL) of gas turbines and auxiliary systems was measured in the ultrasonic frequency range. It is important to note that different engines may have different spectra, therefore this process of characterizing the background noise at ultrasonic frequencies must be repeated for each gas turbine model.

[0029] I test sono stati eseguiti su un pacco turbina NovaLT12, disponibile presso Nuovo Pignone s.p.a., Firenze, Italia. Il motore a turbina a gas si trova all'interno di un involucro acustico, che ? una scatola a forma di parallelepipedo comprendente il motore a turbina a gas e che ospita skid ausiliari necessari per il corretto funzionamento. Durante il test, il motore a turbina a gas aziona un generatore elettrico, la cui potenza viene dissipata da resistenze raffreddate.[0029] Tests were performed on a NovaLT12 gas turbine engine package, available from Nuovo Pignone s.p.a., Florence, Italy. The gas turbine engine is housed within an acoustic enclosure, which is a parallelepiped-shaped box containing the gas turbine engine and housing auxiliary skids necessary for proper operation. During testing, the gas turbine engine drives an electric generator, the power of which is dissipated by cooled resistors.

[0030] Per valutare quale rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni si adatta meglio all'ambiente delle turbine a gas, sono stati testati diversi produttori della stessa tecnologia per confrontare le prestazioni. I rilevatori differiscono principalmente per geometria, intervallo di temperature ambiente, certificazioni, tempo di risposta e sensibilit?. Sono stati selezionati due modelli come dispositivi in test (DUT, Devices Under Test) per ulteriori test.[0030] To evaluate which ultrasonic gas leak detector is best suited to the gas turbine environment, several manufacturers of the same technology were tested to compare performance. The detectors differ mainly in geometry, ambient temperature range, certifications, response time, and sensitivity. Two models were selected as Devices Under Test (DUT) for further testing.

[0031] Un primo modello fornisce un segnale proporzionale al valore medio di SPL % nel tempo, mentre il secondo modello fornisce un segnale che mostra lo spettro di frequenze dell'onda sonora rilevata ricevuta in tempo reale alle frequenze udibili e ultrasoniche. Nell?involucro sono state installate due unit? di ciascun modello di rilevatore, una su ciascun lato (sinistro e destro) di un piano verticale mediano contenente l'asse di rotazione del motore a turbina a gas.[0031] A first model provides a signal proportional to the time-averaged SPL % value, while the second model provides a signal showing the frequency spectrum of the detected sound wave received in real time at audible and ultrasonic frequencies. Two units of each detector model were installed in the enclosure, one on each side (left and right) of a median vertical plane containing the rotation axis of the gas turbine engine.

[0032] Per motivi di sicurezza del banco di test, ? stato utilizzato elio (He2) come surrogato dell'idrogeno. L'elio ha un peso molecolare di 4 g/mol e, come l'idrogeno, ? pi? leggero dell'aria. Sebbene l'elio non sia leggero come l'idrogeno, ? inerte e non infiammabile, quindi ? pi? sicuro dell'idrogeno, che ? altamente infiammabile. Lo spettro ultrasonico generato da perdite di elio ? molto simile allo spettro generato dalle perdite di idrogeno.[0032] For testbed safety reasons, helium (He2) was used as a hydrogen surrogate. Helium has a molecular weight of 4 g/mol and, like hydrogen, is lighter than air. Although helium is not as light as hydrogen, it is inert and non-flammable, making it safer than hydrogen, which is highly flammable. The ultrasonic spectrum generated by helium leaks is very similar to the spectrum generated by hydrogen leaks.

[0033] Le perdite nell?involucro della turbina a gas sono state simulate utilizzando elio contenuto in serbatoi collegati a una tubazione che terminava con orif?zi di dimensioni diverse. Durante i test la pressione del gas e le dimensioni degli orifizi sono state variate per valutare la risposta dei rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni con diverse perdite di portata in termini di valori di ampiezza e frequenza. Il banco di test ? stato adattato per ottenere i valori della portata in massa mostrati nella Tabella 1[0033] Leaks in the gas turbine casing were simulated using helium contained in tanks connected to a pipeline terminating in orifices of different sizes. During the tests, the gas pressure and orifice sizes were varied to evaluate the response of the ultrasonic gas leak detectors at different leak flow rates in terms of amplitude and frequency values. The test rig was adapted to obtain the mass flow rates shown in Table 1.

ai valori di pressione minima e massima di progetto. Le pressioni operative tipiche dell'impianto del gas combustibile variano da 10 bar a 30 bar, il che garantisce remissione nello spettro degli ultrasuoni in caso di flusso strozzato.at the minimum and maximum design pressure values. Typical operating pressures for fuel gas systems range from 10 bar to 30 bar, which ensures ultrasonic remission in the event of restricted flow.

Tabella 1Table 1

[0034] Le perdite di gas sono simulate sulla piattaforma di appoggio della turbina a gas vicino allo skid del gas combustibile, poich? si tratta di un'area con numerosi collegamenti di gas combustibile.[0034] Gas leaks are simulated on the gas turbine support platform near the fuel gas skid, as this is an area with numerous fuel gas connections.

[0035] I test sono stati suddivisi nelle tre fasi seguenti, riassunte nella Tabella 2:[0035] The tests were divided into the following three phases, summarized in Table 2:

Fase a: durante questa fase iniziale, all'inizio del test, sia il motore a turbina a gas che gli impianti ausiliari (ventilazione, olio lubrificante, ecc.) erano spenti e non sono state rilasciate perdite di elio.Phase a: During this initial phase, at the start of the test, both the gas turbine engine and the auxiliary systems (ventilation, lubricating oil, etc.) were turned off and no helium leaks were released.

Fase b: durante la seconda fase, gli impianti ausiliari sono stati avviati, ma il motore a turbina a gas ? stato mantenuto non funzionante. In un primo stadio di questa seconda fase, la risposta dei rilevatori di gas a ultrasuoni ? stata valutata senza perdite, per analizzare lo spettro sonoro emesso dagli impianti ausiliari senza la rotazione del motore per distinguerlo e isolarlo da quelli generati dalle perdite.Phase b: During the second phase, the auxiliary systems were started, but the gas turbine engine was kept inoperative. In a first step of this second phase, the response of the ultrasonic gas detectors was evaluated without leaks, to analyze the sound spectrum emitted by the auxiliary systems without engine rotation to distinguish and isolate it from those generated by leaks.

Fase c: durante la terza fase di test il motore a turbina a gas ? stato avviato e accelerato fino alle condizioni di piena velocit? e pieno carico (FSFL, Full Speed Full Load). In questa terza fase del test i contributi al livello di pressione sonora provenivano dagli impianti ausiliari e dal motore a turbina a gas. I segnali del rilevatore sono stati registrati sia con che senza simulazione di perdite di gas (perdita di elio).Phase c: During the third test phase, the gas turbine engine was started and accelerated to full speed, full load (FSFL) conditions. In this third test phase, the contributions to the sound pressure level came from the auxiliary systems and the gas turbine engine. Detector signals were recorded both with and without simulated gas leaks (helium leak).

Tabella 2 Fasi di testTable 2 Test Phases

[0036] I risultati dei test sono riassunti di seguito e mostrati nelle Figg. 2A, 2B, 2C, 3A, 3B e 3C. Le Figg. 2A, 2B e 2C si riferiscono alle fasi a e b. Le Figg. 3A, 3B e 3C si riferiscono alla fase c.[0036] The test results are summarized below and shown in Figs. 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, and 3C. Figs. 2A, 2B, and 2C refer to phases a and b. Figs. 3A, 3B, and 3C refer to phase c.

[0037] Nelle Figg. 2A e 3A, l'intensit? dell'onda acustica rilevata dai rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni del primo modello viene tracciata sull'asse y in funzione del tempo. Il tempo di scansione dell'acquisizione ? stato di 1 secondo. Il segnale di acquisizione ? proporzionale all'intensit? ricevuta dal rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni in test ed ? correlato ai parametri di test del motore a turbina a gas.[0037] In Figs. 2A and 3A, the intensity of the acoustic wave detected by the first model ultrasonic gas leak detectors is plotted on the y-axis as a function of time. The acquisition scan time was 1 second. The acquisition signal is proportional to the intensity received by the ultrasonic gas leak detector under test and is related to the test parameters of the gas turbine engine.

[0038] Nelle Figg. 2B, 2C e 3B, 3C il segnale dei rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni del secondo modello ? riportato in funzione della frequenza.[0038] In Figs. 2B, 2C and 3B, 3C the signal of the ultrasonic gas leak detectors of the second model is plotted as a function of frequency.

[0039] La Fig. 2A, la Fig. 2B e la Fig. 2C mostrano la misurazione effettuata durante le fasi a e b come descritto sopra, dove il motore a turbina a gas ? a riposo e gli impianti ausiliari sono rispettivamente spenti (fase a) e accesi (fase b). Lo scopo della fase b ? quello di valutare il rumore di fondo generato dagli impianti ausiliari.[0039] Fig. 2A, Fig. 2B and Fig. 2C show the measurement performed during phases a and b as described above, where the gas turbine engine is at rest and the auxiliary systems are turned off (phase a) and on (phase b), respectively. The purpose of phase b is to evaluate the background noise generated by the auxiliary systems.

[0040] Nella Fig. 2A l'SPL medio nel tempo viene mostrato per il primo modello di rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni. Due rilevatori di questo modello sono stati installati su ciascun lato (sinistro e destro) di un piano verticale mediano contenente l'asse di rotazione A-A del motore a turbina a gas. Le curve CI e C2 rappresentano il segnale dei rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni lato sinistro e lato destro del primo modello. C3 ? il segnale di ventilazione.[0040] In Fig. 2A the time-averaged SPL is shown for the first model of ultrasonic gas leak detector. Two detectors of this model were installed on each side (left and right) of a median vertical plane containing the rotation axis A-A of the gas turbine engine. Curves C1 and C2 represent the signal from the left and right side ultrasonic gas leak detectors of the first model. C3 is the ventilation signal.

[0041] Nelle Figg. 2B e 2C vengono mostrati gli spettri acquisiti in diversi intervalli di tempo. In particolare, la Fig. 2B mostra i dati raccolti con ventilazione spenta (fase a) e la Fig. 2C mostra i dati raccolti con ventilazione accesa.[0041] Figs. 2B and 2C show the spectra acquired at different time intervals. In particular, Fig. 2B shows the data collected with ventilation off (phase a) and Fig. 2C shows the data collected with ventilation on.

[0042] La finestra W tracciata nelle Figg. 2B e 2C racchiude le frequenze ultrasoniche (frequenze superiori a 20 kHz) sull'asse x e la soglia di allarme impostata sull'SPL sull'asse y.[0042] The W window plotted in Figs. 2B and 2C encloses the ultrasonic frequencies (frequencies above 20 kHz) on the x-axis and the alarm threshold set to the SPL on the y-axis.

[0043] Quando il motore a turbina a gas non ? in funzione e la ventilazione ? spenta, l'SPL del rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni del primo modello (che fornisce il valore medio di SPL % nel tempo) ? costante e uguale al 20,8%, il quale valore ? il valore minimo a fondo scala dello strumento, si veda la Fig. 2A.[0043] When the gas turbine engine is not running and the ventilation is turned off, the SPL of the first model ultrasonic gas leak detector (which provides the average SPL % value over time) is constant and equal to 20.8%, which value is the minimum full-scale value of the instrument, see Fig. 2A.

[0044] Nella Fig. 2B il livello di pressione sonora in funzione della frequenza sull?asse x, mostra piccole variazioni tra il 16% e il 20,6%. Questo indica che, quando l'impianto di ventilazione ? spento e il motore a turbina a gas ? a riposo, il rumore di fondo ? trascurabile e non vengono rilevati allarmi spuri.[0044] In Fig. 2B the sound pressure level as a function of frequency on the x-axis shows small variations between 16% and 20.6%. This indicates that, when the ventilation system is turned off and the gas turbine engine is at rest, the background noise is negligible and no spurious alarms are detected.

[0045] Quando il motore a turbina a gas non ? in funzione e l'impianto di ventilazione ? acceso, viene attivato il segnale della ventilazione (curva C3 nella Fig. 2A), l'intensit? del segnale aumenta fino al 22,55% e al 25% per i rilevatori lato sinistro (curva C1) e lato destro (curva C2) del primo modello. Ci? significa che entrambi i rilevatori rilevano il rumore generato dall'impianto di ventilazione in funzione, ma quello sul lato sinistro (curva C1) "sente" un suono pi? alto di quello destro, perch? ? pi? vicino alle perdite di He simulate. Nella Fig. 2C, il livello di pressione sonora aumenta fino al 37% nelle frequenze udibili e fino al 26% nelle frequenze ultrasoniche (oltre 20 kHz). Pertanto, il rumore di fondo generato dall'attivazione dell'impianto di ventilazione influisce principalmente sullo spettro udibile.[0045] When the gas turbine engine is not running and the ventilation system is turned on, the ventilation signal is turned on (curve C3 in Fig. 2A), the signal intensity increases up to 22.55% and 25% for the left-side (curve C1) and right-side (curve C2) detectors of the first model. This means that both detectors detect the noise generated by the operating ventilation system, but the one on the left side (curve C1) "hears" a higher sound than the right one, because it is closer to the simulated He losses. In Fig. 2C, the sound pressure level increases up to 37% in the audible frequencies and up to 26% in the ultrasonic frequencies (above 20 kHz). Therefore, the background noise generated by the ventilation system being turned on mainly affects the audible spectrum.

[0046] Nelle Figg. 3A, 3B e 3C sono illustrati i risultati delle misurazioni durante la fase c, quando gli impianti ausiliari sono accesi e il motore a turbina a gas ? in funzione fino a FSFL. Le misurazioni con e senza perdite di elio sono tracciate in tutte le figure.[0046] Figs. 3A, 3B and 3C show the measurement results during phase c, when the auxiliary systems are turned on and the gas turbine engine is running up to FSFL. Measurements with and without helium leaks are plotted in all figures.

[0047] In dettaglio, l'SPL medio nel tempo viene mostrato per il primo modello di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni nella Fig. 3 A, mentre le Figg. 3B e 3C mostrano gli spettri acquisiti in diversi intervalli di tempo (senza perdita di He nella Fig. 3B e con perdite di He nella Fig. 3C) dai rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni del secondo modello.[0047] In detail, the time-averaged SPL is shown for the first model of ultrasonic gas leak detectors in Fig. 3A, while Figs. 3B and 3C show the spectra acquired at different time intervals (without He leakage in Fig. 3B and with He leakage in Fig. 3C) by the second model ultrasonic gas leak detectors.

[0048] In particolare, quando il motore a turbina a gas ? in funzione e non vi sono perdite di elio (lato sinistro della Fig. 3 A e della Fig. 3B), il livello di pressione sonora raggiunge valori pi? elevati rispetto alle Figg. 2A e 2B, in quanto vengono aggiunti i rumori generati dalla rotazione del motore a turbina a gas. In particolare, nella Fig. 3B ? possibile notare che l'intensit? aumenta in modo omogeneo su tutte le frequenze, ma con importanti contributi alle frequenze udibili.[0048] In particular, when the gas turbine engine is running and there are no helium leaks (left side of Fig. 3A and Fig. 3B), the sound pressure level reaches higher values than in Figs. 2A and 2B, as the noises generated by the rotation of the gas turbine engine are added. In particular, in Fig. 3B it can be noted that the intensity increases homogeneously across all frequencies, but with significant contributions at the audible frequencies.

[0049] Mentre il motore a turbina a gas era in funzione, sono state attivate diverse linee con orifizi per simulare perdite di He. Si veda la seconda area tratteggiata della Fig. 3A e della Fig. 3C. Nella Fig. 3A il segnale di un rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni (curva C1) aumenta in seguito all'apertura di un orifizio di rilascio dell'elio. L'SPL passa dal 45% del rumore di fondo al 97%. Quando il rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni raggiunge la soglia di allarme, il relativo segnale in uscita viene mantenuto a fondo scala fino a quando lo stato di allarme ? presente. E interessante notare che il rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni sull'altro lato del motore a turbina a gas (curva C2) non sente la perdita di He e il relativo segnale rimane costante al livello di rumore di fondo del 45%. Questa differenza tra i segnali ricevuti dai rilevatori lato sinistro e lato destro ? dovuta alla presenza del motore a turbina a gas, che impedisce la propagazione dell'onda a ultrasuoni.[0049] While the gas turbine engine was running, several orifice lines were activated to simulate He leaks. See the second shaded area of Fig. 3A and Fig. 3C. In Fig. 3A, the signal from an ultrasonic gas leak detector (curve C1) increases following the opening of a helium release orifice. The SPL increases from 45% of the background noise to 97%. When the ultrasonic gas leak detector reaches the alarm threshold, its output signal is maintained at full scale as long as the alarm state is present. Interestingly, the ultrasonic gas leak detector on the other side of the gas turbine engine (curve C2) does not sense the He leak and its signal remains constant at the 45% background noise level. This difference between the signals received by the left and right side detectors is significant. due to the presence of the gas turbine engine, which prevents the propagation of the ultrasonic wave.

[0050] Facendo riferimento alla Fig. 3C, si noti che il principale contributo della perdita da strozzatura ? nell'intervallo delle frequenze ultrasoniche, perch? aumentano di pi? rispetto a quelle udibili. In particolare, molte bande superano la soglia di allarme impostata al 52,1%, quindi l'allarme viene inviato all'impianto di controllo. Il rumore di fondo ? presente e viene misurato, ma non influisce sul rilevamento di perdite di gas.[0050] Referring to Fig. 3C, note that the main contribution of the choke leak is in the ultrasonic frequency range, because they increase more than the audible frequencies. In particular, many bands exceed the alarm threshold set at 52.1%, so the alarm is sent to the control system. Background noise is present and measured, but does not affect gas leak detection.

[0051] Diversi punti di test sono stati eseguiti variando le perdite di He, le dimensioni degli orifizi e la pressione del gas, per valutare l'impatto sull'intensit? e sulle frequenze dell'SPL. Tutti i rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni rilevano le perdite di gas al valore di pressione massimo e con le dimensioni dell'orifizio pi? grandi. Al contrario, alla pressione minima e con le dimensioni dell'orifizio minime, il rilevatore posizionato di fronte all'orifizio che perde sente solo il rumore di fondo e non il suono emesso dalla perdita. Pertanto, il modello di rilevatore di perdite di gas a ultrasuoni che misura il valore medio dell'SPL mostra una differenza nel rilevamento tra il dispositivo installato sul lato destro del motore e l'altro sul lato sinistro.[0051] Several test points were performed varying He leaks, orifice sizes, and gas pressure to evaluate the impact on SPL intensity and frequencies. All ultrasonic gas leak detectors detect gas leaks at the highest pressure and largest orifice size. In contrast, at the lowest pressure and smallest orifice size, the detector placed in front of the leaking orifice hears only the background noise and not the sound emitted by the leak. Therefore, the ultrasonic gas leak detector model measuring the average SPL shows a difference in detection between the device installed on the right side of the engine and the other on the left side.

[0052] Riassumendo, i test eseguiti sul pacco turbina NovaLT 12 mostrano che i rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni sono in grado di rilevare onde a ultrasuoni generate da perdite di gas a basso peso molecolare, come in particolare perdite di H2 nell?involucro di una turbina a gas durante il funzionamento della turbina, nonostante l'elevato livello di rumore presente al suo interno. La tecnologia di rilevamento di perdite di gas a ultrasuoni rappresenta quindi un nuovo approccio promettente per il rilevamento rapido e sicuro delle perdite di gas e soddisfa i requisiti di sicurezza per il rilevamento di perdite di idrogeno nei motori a turbina a gas.[0052] In summary, tests performed on the NovaLT 12 turbine pack show that ultrasonic gas leak detectors are capable of detecting ultrasonic waves generated by low molecular weight gas leaks, particularly H2 leaks in a gas turbine casing during turbine operation, despite the high noise level present inside the turbine. Ultrasonic gas leak detection technology therefore represents a promising new approach for the rapid and safe detection of gas leaks and meets the safety requirements for hydrogen leak detection in gas turbine engines.

[0053] Poich? il/i rilevatore/i di perdite di gas a ultrasuoni ?/sono disposto/i in un involucro che circonda il motore a turbina a gas, pu? essere necessario individuare la posizione pi? appropriata per i rilevatori all'interno dell?involucro, in cui siano in grado di rilevare perdite di idrogeno nonostante il forte rumore di fondo, e in cui le condizioni di temperatura non influiscano negativamente sul rilevamento o causino danni al rilevatore.[0053] Since the ultrasonic gas leak detector(s) is/are located in an enclosure surrounding the gas turbine engine, it may be necessary to identify the most appropriate location for the detectors within the enclosure, where they are capable of detecting hydrogen leaks despite loud background noise, and where temperature conditions do not adversely affect detection or cause damage to the detector.

[0054] In termini generali, l'installazione di un involucro con una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni per rilevare perdite di combustibile dal motore a turbina a gas pu? richiedere un passaggio preliminare per trovare la posizione pi? appropriata di uno o pi? rilevatori all'interno dell? involucro. La posizione pi? appropriata pu? dipendere, tra le altre cose, dalle caratteristiche dell?involucro e del motore a turbina a gas, che incidono sulla distribuzione dell'onda acustica nell?involucro in diverse condizioni di funzionamento della turbomacchina.[0054] Generally speaking, installing an enclosure with an arrangement of ultrasonic gas leak detectors to detect fuel leaks from a gas turbine engine may require a preliminary step to find the most appropriate location of one or more detectors within the enclosure. The most appropriate location may depend, among other things, on the characteristics of the enclosure and the gas turbine engine, which affect the acoustic wave distribution in the enclosure under different operating conditions of the turbomachinery.

[0055] Un metodo di installazione per installare l'impianto comprendente l?involucro e la turbomacchina alloggiata al suo interno pu? pertanto comprendere le seguenti fasi. Una volta che una serie di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni ? stata disposta in posizioni provvisorie all?interno dell?involucro, le misurazioni delle onde udibili e a ultrasuoni attraverso i rilevatori vengono eseguite nelle seguenti condizioni:[0055] An installation method for installing the system comprising the casing and the turbomachinery housed therein may therefore comprise the following steps. Once an array of ultrasonic gas leak detectors has been arranged in temporary locations within the casing, audible and ultrasonic wave measurements through the detectors are performed under the following conditions:

- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas spenta, nessuna perdita di gas;- auxiliary devices on, gas turbine off, no gas leaks;

- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas spenta, simulazione di perdite di gas;- auxiliary devices on, gas turbine off, gas leak simulation;

- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas accesa, nessuna perdita di gas;- auxiliary devices on, gas turbine on, no gas leaks;

- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas accesa, simulazione di perdite di gas.- auxiliary devices on, gas turbine on, gas leak simulation.

[0056] Le stesse fasi possono essere ripetute pi? volte con diverse posizioni del rilevatore all'interno del involucro fino a quando viene individuata la posizione ottimale del rilevatore, in cui il segnale ultrasonico generato dalle perdite di gas simulate ? pi? forte e maggiormente distinguibile dal rumore di fondo. Questa posizione sar? adottata come posizione finale per i rilevatori nell?involucro.[0056] The same steps can be repeated several times with different detector positions inside the enclosure until the optimal detector position is identified, where the ultrasonic signal generated by the simulated gas leaks is strongest and most distinguishable from the background noise. This position will be adopted as the final position for the detectors in the enclosure.

[0057] Forme di realizzazione esemplificative sono state descritte sopra e illustrate nei disegni allegati. Gli esperti del ramo comprenderanno che possono essere apportate varie modifiche, omissioni e aggiunte a quanto qui esplicitamente descritto, senza discostarsi dall'ambito dell'invenzione come definito nelle seguenti rivendicazioni.[0057] Exemplary embodiments have been described above and illustrated in the accompanying drawings. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, omissions, and additions may be made to what is expressly described herein without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.

Claims (15)

Translated fromItalian
SISTEMA E METODO PER RILEVARE PERDITE DI IDROGENO IN UN INVOLUCRO DI TURBOMACCHINA RIVENDICAZIONISYSTEM AND METHOD FOR DETECTING HYDROGEN LEAKS IN A TURBOMACHINER ENCLOSURE CLAIMS1. Un impianto di turbomacchina comprendente:1. A turbomachinery plant comprising:una turbomacchina;a turbomachine;un involucro che circonda la turbomacchina e contiene almeno un condotto atto a contenere un gas infiammabile;an enclosure surrounding the turbomachinery and containing at least one duct capable of containing a flammable gas;una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni alloggiata nell?involucro e atta a rilevare perdite di gas infiammabile nell?involucro.an arrangement of ultrasonic gas leak detectors housed in the enclosure and adapted to detect leaks of flammable gas into the enclosure.2. L?impianto della rivendicazione 1, in cui il gas infiammabile comprende l'idrogeno.2. The system of claim 1, wherein the flammable gas comprises hydrogen.3. L?impianto della rivendicazione 1 o 2, in cui la turbomacchina comprende un motore a turbina a gas.3. The system of claim 1 or 2, wherein the turbomachinery comprises a gas turbine engine.4. L?impianto della rivendicazione 3, in cui l'almeno un condotto contenente gas infiammabile ? un condotto di mandata del combustibile atto a erogare gas infiammabile come combustibile al motore a turbina a gas.4. The system of claim 3, wherein the at least one conduit containing flammable gas is a fuel delivery conduit adapted to deliver flammable gas as fuel to the gas turbine engine.5. L?impianto di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni comprende una pluralit? di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni disposti intorno a un asse della turbomacchina.5. The system of any preceding claim, wherein the ultrasonic gas leak detector arrangement comprises a plurality of ultrasonic gas leak detectors arranged around an axis of the turbomachinery.6. L?impianto di una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni ? atta a rilevare onde ultrasoniche intorno a una frequenza di rilevamento compresa tra 20 kHz e 100 kHz, preferi -bilmente tra 25 kHz e 70 kHz.6. The system of any preceding claim, wherein the arrangement of ultrasonic gas leak detectors is adapted to detect ultrasonic waves around a detection frequency of between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 25 kHz and 70 kHz.7. Un metodo per rilevare perdite di gas infiammabile in un involucro che alloggia una turbomacchina rotante, in cui il metodo comprende la fase di rilevare una perdita di gas infiammabile nell?involucro attraverso una disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni.7. A method of detecting flammable gas leaks in an enclosure housing a rotating turbomachine, wherein the method comprises the step of detecting a flammable gas leak in the enclosure through an arrangement of ultrasonic gas leak detectors.8. Il metodo della rivendicazione 7, in cui il gas infiammabile comprende l'idrogeno.8. The method of claim 7, wherein the flammable gas comprises hydrogen.9. Il metodo della rivendicazione 7 o 8, in cui la turbomacchina comprende un motore a turbina a gas.9. The method of claim 7 or 8, wherein the turbomachinery comprises a gas turbine engine.10. Il metodo della rivendicazione 9, in cui il motore a turbina a gas ? alimentato con un combustibile contenente detto gas infiammabile.10. The method of claim 9, wherein the gas turbine engine is fueled with a fuel containing said flammable gas.11. Il metodo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni comprende una pluralit? di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni disposti intorno a un asse del motore a turbina a gas.11. The method of any of claims 7 to 10, wherein the ultrasonic gas leak detector arrangement comprises a plurality of ultrasonic gas leak detectors disposed about an axis of the gas turbine engine.12. Il metodo di una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 11, in cui la disposizione di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni ? atta a rilevare onde ultrasoniche intorno a una frequenza di rilevamento compresa tra 20 kHz e 100 kHz, preferibilmente tra 25 kHz e 70 kHz.12. The method of any of claims 7 to 11, wherein the arrangement of ultrasonic gas leak detectors is adapted to detect ultrasonic waves around a detection frequency of between 20 kHz and 100 kHz, preferably between 25 kHz and 70 kHz.13. Un metodo per installare un impianto comprendente un involucro e una turbomacchina rotante alloggiata nell?involucro e almeno un condotto contenente un gas infiammabile nell?involucro, il metodo comprendendo le seguenti fasi:13. A method of installing a system comprising a casing and a rotating turbomachinery housed in the casing and at least one duct containing a flammable gas in the casing, the method comprising the following steps:a) posizionare un insieme di rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni nell?involucro;a) place a set of ultrasonic gas leak detectors in the enclosure;b) raccogliere segnali dai rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni nelle seguenti condizioni:b) collect signals from ultrasonic gas leak detectors under the following conditions:- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas spenta, nessuna perdita di gas;- auxiliary devices on, gas turbine off, no gas leaks;- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas spenta, simulazione di perdite di gas;- auxiliary devices on, gas turbine off, gas leak simulation;- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas accesa, nessuna perdita di gas;- auxiliary devices on, gas turbine on, no gas leaks;- dispositivi ausiliari accesi, turbina a gas accesa, simulazione di perdite di gas.- auxiliary devices on, gas turbine on, gas leak simulation.c) ripetere le fasi (a) e (b) per diverse posizioni dei rilevatori di perdite di gas a ultrasuoni;c) repeat steps (a) and (b) for different positions of the ultrasonic gas leak detectors;d) selezionare la posizione del rilevatore che fornisce il segnale di perdita pi? forte come posizione finale per i rilevatori nell? involucro.d) Select the detector position that provides the strongest leak signal as the final position for the detectors in the enclosure.14. Il metodo della rivendicazione 13, in cui la turbomacchina ? un motore a turbina a gas.14. The method of claim 13, wherein the turbomachinery is a gas turbine engine.15. Il metodo della rivendicazione 13 o 14, in cui il gas infiammabile comprende l'idrogeno.15. The method of claim 13 or 14, wherein the flammable gas comprises hydrogen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20170052087A1 (en)*2015-08-202017-02-23General Electric CompanyMethod for Detecting Leaks In A Fuel Circuit of a Gas Turbine Fuel Supply System
CN115235687A (en)*2022-07-082022-10-25国能国华(北京)燃气热电有限公司 Gas turbine detection method, device, electronic device, storage medium and system

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