JP5276543B2 - Gas turbine operating method and gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンの運転方法およびガスタービンに関する。 The present invention relates to a gas turbine operating method and a gas turbine.
近年、発電に用いられるガスタービンでは、定格負荷運転時における効率向上のみならず、部分負荷運転時における効率向上も求められている。ガスタービンを部分負荷状態で運転する場合には燃料流量を少なくするが、燃焼温度が低下すると炭化水素燃料を完全燃焼させることができなくなりＣＯ排出量が増大する可能性がある。このため燃焼ガス流の温度は、特定の温度範囲内に維持しなければならない。そこで、ガスタービンに流入する吸気流量を絞ることにより、タービン入口温度をできるだけ定格負荷運転時におけるタービン入口温度と同等に維持して、サイクル効率を高く保つ運用が採用されている。 In recent years, gas turbines used for power generation are required not only to improve efficiency during rated load operation but also to improve efficiency during partial load operation. When the gas turbine is operated in a partial load state, the fuel flow rate is reduced. However, if the combustion temperature is lowered, the hydrocarbon fuel cannot be completely burned and the CO emission amount may increase. For this reason, the temperature of the combustion gas stream must be maintained within a specific temperature range. Therefore, an operation is adopted in which the flow rate of the intake air flowing into the gas turbine is reduced to maintain the turbine inlet temperature as high as possible at the rated load operation and keep the cycle efficiency high.
例えば、ガスタービンにおける空気の流入部には、角度可変機構を有する入口案内翼（以下「ＩＧＶ」と表記する。）が設けられている場合、部分負荷運転時に、ガスタービンの軸線方向に対するＩＧＶの角度を大きくし、吸気流量を絞る制御が行われている。 For example, when an inlet guide vane (hereinafter referred to as “IGV”) having a variable angle mechanism is provided at an air inflow portion in a gas turbine, the IGV with respect to the axial direction of the gas turbine during partial load operation is provided. Control is performed to increase the angle and reduce the intake flow rate.
つまり上述のように、ガスタービンの軸線方向に対するＩＧＶの角度を大きくすると、ＩＧＶの間の流路面積が狭くなり吸気流量が絞られる。その一方で、ＩＧＶの間の流路面積が狭くなると、ＩＧＶの間を流れる空気の絶対流速が高くなり、動圧が高くなる。すると、逆に静圧が下がり、ＩＧＶの間を流れる空気の温度が低下する。 That is, as described above, when the angle of the IGV with respect to the axial direction of the gas turbine is increased, the flow passage area between the IGVs is reduced and the intake flow rate is reduced. On the other hand, when the flow path area between the IGVs becomes narrow, the absolute flow velocity of the air flowing between the IGVs becomes high, and the dynamic pressure becomes high. Then, a static pressure falls conversely and the temperature of the air which flows between IGV falls.
特に、冬季のように外気温が低い状態でガスタービンの部分負荷運転を行うと、ＩＧＶの間を流れる空気の温度が氷点下に下がり、空気中の湿分が氷結する現象が発生していた。このようにして生成された氷は、ＩＧＶの後段に配置された１段動翼と衝突し、１段動翼が損傷するという不具合が発生するおそれがあった。 In particular, when the partial load operation of the gas turbine is performed in a state where the outside air temperature is low as in the winter season, the temperature of the air flowing between the IGVs has dropped below the freezing point, and moisture in the air has frozen. The ice generated in this way may collide with the first stage moving blade arranged at the rear stage of the IGV, and there is a possibility that the first stage moving blade is damaged.
このような不具合の発生を防止する方法として、ガスタービンの圧縮機に流入する空気の温度を上昇させる温度上昇手段を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 As a method for preventing the occurrence of such a problem, a technique has been proposed in which temperature raising means for raising the temperature of the air flowing into the compressor of the gas turbine is provided (see, for example, Patent Document 1).
上述の特許文献１等に記載の公知の技術は、北米などの極寒地や寒冷地などにおいて、ＩＧＶを流れる大気の空気の温度が低い場合に発生する一般的な課題のみならず、特許文献１に記載のような、ＩＧＶの角度を大きくすることにより流速が速くなることにより吸気空気の温度が低下する場合に対する解決策として有効な技術である。
The known techniques described in the above-mentioned
しかしながら、寒冷地で、かつ、適度に湿度があるところでは、以下に述べるような、異なる理由に起因する別の問題も発生するおそれがあることが、本願にかかる発明者らにより明らかになった。 However, the inventors of the present application have clarified that another problem caused by different reasons as described below may occur in a cold region and where there is moderate humidity. .
つまり、部分負荷運転を行うために、ガスタービンの軸線方向に対するＩＧＶの角度を大きくする閉動作を行うと、ＩＧＶから流出する空気の流出角もガスタービンの軸線方向に対して大きくなる。 That is, in order to perform the partial load operation, when the closing operation for increasing the angle of the IGV with respect to the axial direction of the gas turbine is performed, the outflow angle of the air flowing out from the IGV also increases with respect to the axial direction of the gas turbine.
すると、下流の１段動翼への相対流入角が設計時の角度範囲から外れる。本来、１段動翼が圧縮機として動作している状態であれば、流体における１段動翼への相対流入角よりも、１段動翼からの相対流出角が小さくなる。しかしながら、上述のように、１段動翼への相対流入角が設計時の角度範囲から外れると、逆に、相対流入角が相対流出角よりも小さくなる。 Then, the relative inflow angle to the downstream one-stage moving blade deviates from the designed angle range. Originally, if the first stage blade is operating as a compressor, the relative outflow angle from the first stage blade is smaller than the relative inflow angle of the fluid to the first stage blade. However, as described above, when the relative inflow angle to the first stage blade is out of the designed angle range, conversely, the relative inflow angle becomes smaller than the relative outflow angle.
具体的には、１段動翼は空気の流入角が設計角度の範囲内であれば、１段動翼の間を流れる空気に圧縮仕事をするが、空気の流入角が設計角度の範囲から大きく外れると、１段動翼の間を流れる空気から仕事をもらう。言い換えると、１段動翼はタービンとして動作（以下、「タービン動作」と表記する。）する。 Specifically, if the inflow angle of air for the first stage blade is within the range of the design angle, the air flowing between the first stage blades performs compression work. When it deviates greatly, it gets work from the air flowing between the first stage blades. In other words, the first stage blade operates as a turbine (hereinafter referred to as “turbine operation”).
本来であれば、圧縮機の１段動翼が流体に仕事をするところ、タービン動作により流体が仕事をすることになり、流体のエネルギが奪われ、流体の全温が低下する。
全温の低下とともに静温も低下するため、飽和蒸気量が減少し、空気中に含有できない水分が凝縮する。
Originally, when the first stage blades of the compressor work on the fluid, the fluid works due to the turbine operation, and the energy of the fluid is deprived and the total temperature of the fluid is lowered.
Since the static temperature also decreases as the total temperature decreases, the amount of saturated steam decreases and moisture that cannot be contained in the air condenses.
凝縮してできた水滴は、１段動翼の下流に配置された１段静翼、及び、より下流の翼の翼表面に衝突しエロージョンを引き起こす。加えて１段静翼の翼表面の温度が低い場合は、翼表面に付着した水分は氷結し、氷塊に成長する。氷塊が成長すると、空気抵抗によって１段静翼から剥離して飛散し、１段静翼の下流に配置された２段動翼に衝突する。 The condensed water droplets collide with the blade surface of the first stage stationary blade disposed downstream of the first stage moving blade and the downstream blade and cause erosion. In addition, when the temperature of the blade surface of the first stage stationary blade is low, moisture adhering to the blade surface freezes and grows into ice blocks. When the ice block grows, it peels off from the first stage stationary blade due to air resistance and scatters and collides with a second stage moving blade disposed downstream of the first stage stationary blade.
２段動翼はガスタービンの性能を左右する重要部品であり、水滴のエロージョンや氷塊の衝突による表面の損傷・変形は性能劣化を招く虞があり好ましくない。 The two-stage blade is an important component that affects the performance of the gas turbine, and surface damage and deformation due to erosion of water droplets and collision of ice blocks may cause performance deterioration, which is not preferable.
特許文献１に記載の技術は吸気ケーシングやＩＧＶに付着した氷を溶融させることを目的としたものであり、本願発明の過程で明らかになったタービン動作による大きな温度低下を考慮したものではない。それ故この技術を用いて上述の問題の発生を防止する場合には、ガスタービンに係る設備の大規模化が必要になるとともに、氷結を防止するために大量の抽気を行う必要がある。そのため、設備の大幅なコストアップ、および、抽気による発電効率の低下が免れないという別の問題があった。
The technique described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ガスタービンの信頼性を確保するとともに、コストアップや発電効率の低下を防止することができるガスタービンの運転方法およびガスタービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is an operation method of a gas turbine and a gas turbine capable of ensuring the reliability of the gas turbine and preventing an increase in cost and a decrease in power generation efficiency. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のガスタービンの運転方法は、ガスタービンの圧縮機に吸入される空気の流量を調節する入口案内翼の開度を制御する前記ガスタービンの運転方法であって、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度を検出する検出ステップと、少なくとも前記ガスタービンの出力、および、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出ステップと、前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算ステップと、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を前記算出された開度に制御し、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
An operation method of a gas turbine according to the present invention is an operation method of the gas turbine that controls an opening degree of an inlet guide blade that adjusts a flow rate of air sucked into a compressor of the gas turbine, and is sucked into the compressor. A detecting step for detecting the temperature of the air, and an opening degree calculating step for calculating the opening degree of the inlet guide vane based on at least the output of the gas turbine and the temperature of the air sucked into the compressor A comparison operation step for comparing whether the calculated opening of the inlet guide vane is larger or smaller than a limit value of the IGV opening determined by the temperature of the air sucked into the compressor, and the calculation If the opening degree of the inlet guide vane is larger than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide vane is controlled to the calculated opening degree, and the calculated inlet guide vane Opening degree The IGV is smaller than the limit value of the opening degree, the opening of the inlet guide vanes, and having a control step of controlling at least limit the IGV degree of opening.
本発明によれば、入口案内翼の開度がＩＧＶ開度（入口案内翼開度）の制限値よりも小さくなることがない、言い換えると、閉じることがないため、圧縮機の１段動翼におけるタービン動作を防止または軽減することができ、１段動翼を通過する空気の温度低下が防止または緩和される。その結果、水滴によるエロージョンが防止または低減できるのみならず、１段動翼の下流側に配置された１段静翼などの表面に氷が生成されることを防止でき、氷が付着した１段静翼などよりも下流側に配置された２段動翼などに、１段静翼などから剥離した氷が衝突することによる２段動翼表面の損傷発生などを防止することができる。 According to the present invention, the opening degree of the inlet guide vane does not become smaller than the limit value of the IGV opening degree (inlet guide vane opening degree), in other words, does not close. The turbine operation in the engine can be prevented or reduced, and the temperature drop of the air passing through the first stage blade is prevented or alleviated. As a result, not only can erosion due to water droplets be prevented or reduced, but also ice can be prevented from being generated on the surface of the first stage stationary blade disposed on the downstream side of the first stage moving blade. Further, it is possible to prevent the occurrence of damage on the surface of the two-stage moving blade due to the collision of the ice separated from the first-stage stationary blade with the two-stage moving blade disposed on the downstream side.
さらに、入口案内翼の開度を制御することにより、１段動翼におけるタービン動作を防止または軽減して１段静翼などへの氷の生成を防止または低減する。これによって、特許文献１に記載された圧縮機から抽気した空気やガスタービンのパッケージの換気を利用して氷の生成を防止する方法と比較して、氷の生成の防止に必要なコストの上昇を防止することができる。例えば、本発明のガスタービンを用いて発電を行う場合には、抽気等による発電効率の低下を防止することができる。
Further, by controlling the opening degree of the inlet guide blade, the turbine operation in the first stage blade is prevented or reduced, and the generation of ice on the first stage stationary blade is prevented or reduced. This increases the cost required to prevent ice generation compared to the method of preventing ice generation by using the air extracted from the compressor described in
ここで、ＩＧＶ開度の制限値は、圧縮機に吸入された空気を圧縮する１段動翼において、逆に当該空気が膨張されて温度が低下する状態となり、当該空気に含まれる水分（水蒸気）がミストとして凝縮する、または氷として晶出するか否かの境目となる閾値とすればよい。またはその閾値に余裕を持たせたものでもよい。 Here, the limit value of the IGV opening is that, in the first stage blade that compresses the air sucked into the compressor, the air is expanded and the temperature is lowered, and the moisture (water vapor) contained in the air is reduced. ) May condense as mist, or may be set as a threshold value as a boundary between crystallization as ice. Alternatively, the threshold value may be provided with a margin.
上述のようにタービン動作に起因して空気に含まれる水分がミストとして凝縮するか否か、氷結（氷として晶出）するか否かについては、圧縮機に吸入された空気の湿度及び温度が問題となる。閾値を正確に求めるためには吸入された空気の湿度及び温度を測定する必要があるが、簡便な方法として以下の方法を行うことが可能である。 As described above, whether the moisture contained in the air is condensed as mist due to turbine operation or whether it is frozen (crystallized as ice) depends on the humidity and temperature of the air sucked into the compressor. It becomes a problem. In order to obtain the threshold value accurately, it is necessary to measure the humidity and temperature of the inhaled air, but the following method can be performed as a simple method.
圧縮機に吸入される空気の湿度の値が、想定されうる最も高い湿度の値（例えば１００％）であると条件付けすることにより、圧縮機に吸入される空気の温度のみに基づいてＩＧＶ開度の制限値を定める。この方法は、想定されうる最も高い湿度の値に基づいてＩＧＶ開度の制限値を定めるため、入口案内翼の開度は、吸気空気の実際の湿度を考慮して求めるＩＧＶ開度の制限値よりも大きくなる（開いた状態となる）。それゆえ、タービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結を確実に防止または抑制することができる。 By conditioning that the humidity value of the air sucked into the compressor is the highest possible humidity value (for example, 100%), the IGV opening is based only on the temperature of the air sucked into the compressor. Set the limit value. In this method, since the limit value of the IGV opening is determined based on the highest possible humidity value, the opening of the inlet guide vane is obtained by considering the actual humidity of the intake air. Larger (becomes open). Therefore, moisture condensation and icing based on turbine operation can be reliably prevented or suppressed.
上記発明において、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかの比較は、前記空気の温度、および、前記入口案内翼の開度をパラメータとしたマップに基づいて行うことが望ましい。 In the above invention, whether the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger or smaller than the limit value of the IGV opening degree is a parameter of the temperature of the air and the opening degree of the inlet guide vane. It is desirable to carry out based on the map.
本発明によれば、マップに基づいて、算出された入口案内翼の開度がＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか小さいかを比較判断するため、比較判断が容易となる。 According to the present invention, since the calculated opening degree of the inlet guide vane is comparatively determined based on the map whether it is larger or smaller than the limit value of the IGV opening degree, the comparative determination becomes easy.
上述のマップとしては、例えば、算出された入口案内翼の開度及び大気温度をパラメータとして、実験データ等に基づいて、タービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）領域が予め定められているものを挙げることができる。この領域は、算出された入口案内翼の開度がＩＧＶ開度の制限値よりも小さい領域である。 As the above-mentioned map, for example, condensation and icing based on turbine operation occur based on experimental data or the like using the calculated opening degree of the guide vane and the atmospheric temperature as parameters (turbine operation becomes obvious). An example in which the area is predetermined can be cited. This region is a region where the calculated opening degree of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening degree.
この他、前述のパラメータを用いてＩＧＶ開度の制限値を明示したものを挙げることができる。これらのマップを用いて、検出ステップで得られた空気の温度と、開度算出ステップにより算出された入口案内翼の開度と、により定まる点が、マップにおけるタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる領域に含まれるか否かが判断される。 In addition, there can be mentioned those in which the limit value of the IGV opening is clearly indicated using the parameters described above. Using these maps, the point determined by the temperature of the air obtained in the detection step and the opening of the inlet guide vane calculated in the opening calculation step is the condensation and icing of moisture based on the turbine operation in the map. It is determined whether or not it is included in the region where the occurrence occurs.
本発明のガスタービンの運転方法は、ガスタービンの圧縮機に吸入される空気の流量を調節する入口案内翼の開度を制御する前記ガスタービンの運転方法であって、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度を検出する検出ステップと、少なくとも前記ガスタービンの出力、および、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出ステップと、前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算ステップと、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を前記算出された開度に制御し、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。 An operation method of a gas turbine according to the present invention is an operation method of the gas turbine that controls an opening degree of an inlet guide blade that adjusts a flow rate of air sucked into a compressor of the gas turbine, and is sucked into the compressor. The detection step of detecting the temperature of the air and the humidity of the air, the output of the gas turbine, and the opening of the inlet guide vane based on the temperature of the air sucked into the compressor And the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger than the limit value of the IGV opening degree determined by the temperature of the air sucked into the compressor and the humidity of the air. If the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide vane is calculated. When the calculated opening degree of the inlet guide blade is smaller than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide blade is set to at least the limit value of the IGV opening degree. And a control step for controlling.
本発明によれば、ＩＧＶ開度の制限値を圧縮機に吸入される空気の温度、および、湿度によって定めるため、常に想定されうる最も高い湿度の値に基づいてＩＧＶ開度の制限値を定める方法と比較して、適切なＩＧＶ開度の制限値を定めることができる。
その結果、入口案内翼の開度が必要以上に大きく制御されることがない。
According to the present invention, since the limit value of the IGV opening is determined by the temperature and humidity of the air sucked into the compressor, the limit value of the IGV opening is determined based on the highest humidity value that can always be assumed. Compared with the method, an appropriate limit value of the IGV opening can be determined.
As a result, the opening degree of the inlet guide vane is not controlled more than necessary.
上記発明において、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかの比較は、前記空気の温度、前記空気の湿度、および、前記入口案内翼の開度をパラメータとしたマップに基づいて行うことが望ましい。 In the above invention, a comparison of whether the calculated opening degree of the inlet guide blade is larger or smaller than the limit value of the IGV opening degree is made by comparing the temperature of the air, the humidity of the air, and the inlet guide blade. It is desirable to carry out based on a map in which the opening degree is a parameter.
上述のマップとしては、例えば、算出された入口案内翼の開度、吸気空気の温度及び湿度をパラメータとして、実験データ等に基づいて、タービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）領域が予め定められているものを挙げることができる。この領域は、算出された入口案内翼の開度がＩＧＶ開度の制限値よりも小さい領域である。 As the above-mentioned map, for example, condensation and icing based on turbine operation occur based on experimental data using the calculated opening degree of the inlet guide blade, the temperature and humidity of intake air as parameters (turbine operation is An example in which a region to be manifested is predetermined. This region is a region where the calculated opening degree of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening degree.
この他に、前述のパラメータを用いてＩＧＶ開度の制限値を明示したものを挙げることができる。これらのマップを用いて、検出ステップで得られた空気の温度及び湿度と、開度算出ステップにより算出された入口案内翼の開度と、により定まる点が、マップにおけるタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）可能性のある領域に含まれるか否かが比較判断される。 In addition to this, the limit value of the IGV opening degree can be specified using the above-described parameters. Using these maps, the point determined by the temperature and humidity of the air obtained in the detection step and the opening of the inlet guide vane calculated in the opening calculation step is the condensation of moisture based on the turbine operation in the map. In addition, it is determined whether or not it is included in an area where icing is likely to occur (turbine operation becomes obvious).
上記発明においては、前記ＩＧＶ開度の制限値が、前記入口案内翼の下流に配置された前記圧縮機の１段動翼におけるタービン動作に基づいて、水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）可能性のある臨界値に依存することが望ましい。 In the above invention, the limit value of the IGV opening is based on the turbine operation in the first stage moving blade of the compressor arranged downstream of the inlet guide blade, and moisture condensation and icing occur (turbine operation is It is desirable to rely on critical values that may be manifested.
本発明によれば、ＩＧＶ開度の制限値が１段動翼におけるタービン動作に基づいて、水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）可能性のある臨界値に依存して定められているため、１段動翼におけるタービン動作に基づいて、水分の凝縮及び氷結が生じることを確実に防止することができる。 According to the present invention, the limit value of the IGV opening is determined on the basis of the turbine operation in the first stage blade depending on the critical value at which moisture condensation and icing may occur (turbine operation becomes obvious). Therefore, it is possible to reliably prevent moisture condensation and icing from occurring based on the turbine operation in the first stage blade.
上記発明においては、前記制御ステップにおいて、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、前記算出された開度と、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値以上の開度と、に交互に制御することが望ましい。 In the above invention, in the control step, when the calculated opening degree of the inlet guide blade is smaller than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide blade is set to the calculated opening degree. It is desirable to alternately control the degree and the opening degree that is at least the limit value of the IGV opening degree.
本発明によれば、１段動翼がタービン動作する場合であっても、入口案内翼の開度を、開度算出ステップで算出された開度に制御する期間を設けることにより、少なくともＩＧＶ開度の制限値に制御するだけの場合と比較して、ガスタービンの運転効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, even when the first stage blade is in turbine operation, at least IGV opening is achieved by providing a period during which the opening of the inlet guide blade is controlled to the opening calculated in the opening calculation step. The operation efficiency of the gas turbine can be improved as compared with the case of only controlling to the limit value of the degree.
なお、入口案内翼の開度を、開度算出ステップで算出された開度と、少なくともＩＧＶ開度の制限値と、の間で切り替える間隔としては、１段静翼に氷が付着して剥離するまでの期間よりも短い間隔を例示することができる。 The opening of the inlet guide blade is switched between the opening calculated in the opening calculation step and at least the limit value of the IGV opening until ice adheres to the first stage stationary blade and peels off. An interval shorter than this period can be exemplified.
本発明のガスタービンは、回転軸により回転駆動されることにより、外部の空気を吸入して圧縮する動翼を有する圧縮機と、開度を変更することにより該圧縮機に流入する前記空気の流量を調節する入口案内翼と、前記圧縮機に吸入される空気の温度を測定する温度センサと、少なくとも前記回転軸から取り出される出力、および、前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出部と、前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算部と、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を、前記算出された開度に制御し、前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御部と、が設けられていることを特徴とする。 The gas turbine of the present invention is driven by a rotating shaft so that the compressor has a moving blade that sucks and compresses external air, and the air flowing into the compressor by changing the opening degree. An inlet guide vane that adjusts the flow rate, a temperature sensor that measures the temperature of air sucked into the compressor, an output that is extracted from at least the rotating shaft, and a temperature of the air, based on the temperature of the air An opening calculation unit for calculating an opening, and whether the calculated opening of the inlet guide vane is larger or smaller than a limit value of the IGV opening determined by the temperature of the air sucked into the compressor When the opening of the inlet guide vane to be compared and the calculated inlet guide vane is larger than the limit value of the IGV opening, the opening of the inlet guide vane is controlled to the calculated opening. And the calculated entrance A controller that controls the opening of the inlet guide vane to at least the limit value of the IGV opening when the opening of the inner blade is smaller than the limit value of the IGV opening; It is characterized by that.
本発明によれば、算出された入口案内翼の開度がＩＧＶ開度の制限値よりも小さくなる（閉じる）ことがないため、圧縮機の１段動翼におけるタービン動作を防止するまたは軽減することができ、１段動翼を通過する空気の温度低下が防止または緩和される。
そのため、水分の凝縮及び１段動翼の下流側に配置された１段静翼などの表面への氷の生成を防止または低減でき、氷が付着した１段静翼などよりも下流側に配置された２段動翼などに、１段静翼などから剥離した氷が衝突することにより２段動翼などが損傷を受けることを防止または低減することができる。
According to the present invention, since the calculated opening degree of the inlet guide vane does not become smaller (closed) than the limit value of the IGV opening degree, the turbine operation in the first stage moving blade of the compressor is prevented or reduced. The temperature drop of the air passing through the first stage blade is prevented or alleviated.
Therefore, it is possible to prevent or reduce the condensation of moisture and the formation of ice on the surface of the first stage stationary blade disposed on the downstream side of the first stage moving blade, and the second stage disposed on the downstream side of the first stage stationary blade and the like to which ice has adhered. It is possible to prevent or reduce the damage of the two-stage moving blade or the like due to the collision of the ice separated from the first-stage stationary blade or the like with the moving blade.
さらに、入口案内翼の開度を制御することにより、１段動翼におけるタービン動作を防止または軽減して水分の凝縮及び１段静翼などへの氷の生成を防止または低減する。これによって、特許文献１に記載された圧縮機から抽気した空気や、ガスタービンのパッケージの換気を利用して氷の生成を防止する方法と比較して、氷の生成の防止に必要なコストの上昇を防止または抑制することができる。
例えば、本発明のガスタービンを用いて発電を行う場合には、発電効率の低下を防止または抑制することができる。
Furthermore, by controlling the opening degree of the inlet guide blade, the turbine operation in the first stage blade is prevented or reduced, thereby preventing or reducing moisture condensation and generation of ice on the first stage stationary blade. As a result, compared with the method of preventing ice generation using the air extracted from the compressor described in
For example, when power generation is performed using the gas turbine of the present invention, a decrease in power generation efficiency can be prevented or suppressed.
上記発明においては、前記圧縮機に吸入される空気の湿度を測定する湿度センサがさらに設けられ、前記比較演算部は、前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較することが望ましい。 In the above-mentioned invention, a humidity sensor for measuring the humidity of the air sucked into the compressor is further provided, and the comparison calculation unit is configured so that the calculated opening degree of the inlet guide vane is sucked into the compressor. It is desirable to compare whether the temperature is larger or smaller than the limit value of the IGV opening determined by the temperature of the air and the humidity of the air.
本発明によれば、ＩＧＶ開度の制限値を圧縮機に吸入される空気の温度、および、湿度によって定めるため、常に想定されうる最も高い湿度の値に基づいてＩＧＶ開度の制限値を定める方法と比較して、適切なＩＧＶ開度の制限値を定めることができる。
その結果、入口案内翼の開度が必要以上に制御されることがない。
According to the present invention, since the limit value of the IGV opening is determined by the temperature and humidity of the air sucked into the compressor, the limit value of the IGV opening is determined based on the highest humidity value that can always be assumed. Compared with the method, an appropriate limit value of the IGV opening can be determined.
As a result, the opening degree of the inlet guide vane is not controlled more than necessary.
本発明のガスタービンの運転方法およびガスタービンによれば、入口案内翼の開度を制御することにより、入口案内翼の下流側に配置された１段動翼におけるタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結を防止または抑制して、ガスタービンの信頼性を確保するとともに、コストアップや発電効率低下を防止または抑制することができるという効果を奏する。 According to the gas turbine operating method and the gas turbine of the present invention, by controlling the opening degree of the inlet guide vane, the condensation of moisture based on the turbine operation in the first stage moving blade disposed on the downstream side of the inlet guide vane and While preventing or suppressing icing and ensuring the reliability of the gas turbine, there is an effect that it is possible to prevent or suppress an increase in cost and a decrease in power generation efficiency.
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るガスタービンおよびその運転方法ついて図１から図１０を参照して説明する。
図１は、本実施形態のガスタービンの構成を説明する模式図である。
本実施形態では、図１に示すように、本発明のガスタービン１を、発電機Ｇを駆動するものに適用して説明するが、ガスタービン１により駆動される対象は、発電機Ｇに限定されるものではなく、他の機器であってもよい。
[First Embodiment]
Hereinafter, a gas turbine and an operation method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the gas turbine of the present embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
ガスタービン１には、図１に示すように、圧縮機２と、燃焼器３と、タービン部４と、回転軸５と、湿度センサ６Ｈと、温度センサ６Ｔと、圧力センサ６Ｐと、制御装置７と、が主に設けられている。
As shown in FIG. 1, the
図２は、図１の圧縮機の構成を説明する模式図である。
圧縮機２は、外部の空気である大気を吸入して圧縮し、圧縮された空気を燃焼器３に供給するものである。
圧縮機２には、図１に示すように、圧縮機２に流入する大気の流量を調節する入口案内翼Ｖと、流入した大気を圧縮する１段動翼（動翼）１ＲＢ、１段静翼１ＳＢおよび２段動翼２ＲＢと、が設けられている。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the compressor of FIG.
The
As shown in FIG. 1, the
なお、図２に示す圧縮機２では、理解を容易にするために１段動翼１ＲＢ、１段静翼１ＳＢおよび２段動翼２ＲＢのみを記載しているが、実際の圧縮機２には、動翼および静翼からなる段が、複数段、設けられており、図２に示す例に限定するものではない。
In the
入口案内翼Ｖは圧縮機２における大気が流入する部分、言い換えると、最も上流側に配置された翼であり、圧縮機２に流入する大気の流量を調節するものである。入口案内翼Ｖは、圧縮機２のケーシング２１における内周面から、当該ケーシング２１の径方向内側（図２の下側）に向かって延びて配置されるとともに、ケーシング２１の周方向に複数枚が等間隔に配置されている。
The inlet guide vane V is a portion of the
入口案内翼Ｖは、その長手軸線Ｌまわりに回動可能とされ、入口案内翼Ｖには、入口案内翼Ｖを長手軸線Ｌまわりに回動駆動するアクチュエータＶＡが設けられている。
なお、入口案内翼Ｖに用いられている翼形などの形状としては、公知の形状を用いることができ、特に限定するものではない。
The inlet guide vane V can be rotated around its longitudinal axis L, and the inlet guide vane V is provided with an actuator VA that rotates the inlet guide vane V around the longitudinal axis L.
In addition, as a shape such as an airfoil used for the inlet guide vane V, a known shape can be used and is not particularly limited.
アクチュエータＶＡは、後述する入口案内翼制御部７４から入力される制御信号に基づいて入口案内翼Ｖを回動駆動するものである。入口案内翼Ｖを回動駆動することにより、入口案内翼Ｖの開度が制御できるようになっている。
アクチュエータＶＡとしては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
The actuator VA rotates the inlet guide vane V based on a control signal input from an inlet guide
As the actuator VA, a known one can be used and is not particularly limited.
１段動翼１ＲＢおよび２段動翼２ＲＢは、ともに回転軸５により回転駆動され、１段静翼１ＳＢとともに大気を圧縮するものである。１段動翼１ＲＢおよび２段動翼２ＲＢは、それぞれ回転軸５の径方向外側（図２の上側）に向かって延びて配置されるとともに、回転軸５の周方向に複数枚が等間隔に配置されている。
１段動翼１ＲＢは、入口案内翼Ｖと１段静翼１ＳＢとの間に配置され、１段静翼１ＳＢとともに圧縮機２の１段目を構成するものである。２段動翼２ＲＢは、１段静翼１ＳＢの下流側（図２の右側）に配置されている。
Both the first stage blade 1RB and the second stage blade 2RB are rotationally driven by the rotating shaft 5 and compress the atmosphere together with the first stage stationary blade 1SB. The first-stage moving blade 1RB and the second-stage moving blade 2RB are arranged so as to extend outward in the radial direction of the rotating shaft 5 (upper side in FIG. 2), and a plurality of blades are equally spaced in the circumferential direction of the rotating shaft 5 Has been placed.
The first stage moving blade 1RB is disposed between the inlet guide blade V and the first stage stationary blade 1SB and constitutes the first stage of the
１段静翼１ＳＢは、ケーシング２１の内周面に固定して配置され、１段動翼１ＲＢとともに大気を圧縮するものである。１段静翼１ＳＢは、１段動翼１ＲＢと２段動翼２ＲＢとの間に配置され、ケーシング２１の径方向内側（図２の下側）に向かって延びるとともに、ケーシング２１の周方向に複数枚が等間隔に配置されている。
The first stage stationary blade 1SB is arranged fixed to the inner peripheral surface of the
燃焼器３は、図１に示すように、圧縮機２により圧縮された空気、および、外部から供給された燃料を混合させ、混合された混合気を燃焼させることにより、高温のガスを生成するものである。
なお、燃焼器３としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
In addition, as a
タービン部４は、図１に示すように、燃焼器３により生成された高温ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、発生した回転駆動力を回転軸５に伝達するものである。
なお、タービン部４としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
In addition, as a
回転軸５は、図１に示すように、タービン部４により発生された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達するものである。
なお、回転軸５としては、公知の構成を用いることができ、特にその構成を限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the rotating shaft 5 transmits the rotational driving force generated by the
In addition, as a rotating shaft 5, a well-known structure can be used and the structure in particular is not limited.
湿度センサ６Ｈ、温度センサ６Ｔ、および、圧力センサ６Ｐは、図１に示すように、それぞれ圧縮機２に流入する大気の湿度、温度、および、圧力を測定するセンサである。各センサ６Ｈ，６Ｔ，６Ｐにより測定された湿度、温度、および、圧力の情報は、制御装置７に入力されている。
なお、湿度センサ６Ｈ、温度センサ６Ｔ、および、圧力センサ６Ｐとしては、公知のセンサなどを用いることができ、特に限定するものではない。
The
In addition, as the
図３は、図１のガスタービンにおける制御装置を説明するブロック図である。
制御装置７は、図１から図３に示すように、入口案内翼Ｖの開度を制御することにより、圧縮機２に流入する大気の流量を制御し、ガスタービン１の出力を制御するものである。言い換えると、回転軸５から取り出される回転駆動力を制御するものである。
さらに、制御装置７は、入口案内翼Ｖの開度を制御することにより、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作を防止または抑制するものである。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a control device in the gas turbine of FIG.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
Furthermore, the
制御装置７には、図３に示すように、ＩＧＶ開度演算部（本発明における「開度算出部」に対応する。）７１と、タービン動作開度演算部７２と、比較演算部７３と、入口案内翼制御部（本発明における「制御部」に対応する。）７４と、が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
ＩＧＶ開度演算部７１は、図３に示すように、ガスタービン１に対する出力指令値に応じた入口案内翼Ｖの開度（本発明における「算出された入口案内翼の開度」に対応し、以後、「出力に係る開度」と表記する。）、言い換えると、タービン動作の発生は考慮せずに圧縮機２に流入させる空気の流量を決定するデータを算出するものである。
ＩＧＶ開度演算部７１には、ガスタービン１に対する出力指令値と、圧力センサ６Ｐにより測定された大気の圧力に係る信号と、温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度に係る信号と、が入力されている。
さらに、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された出力に係る開度は、比較演算部７３に出力されている。
As shown in FIG. 3, the IGV
The IGV
Further, the opening degree related to the output calculated by the IGV opening
なお、ＩＧＶ開度演算部７１における上記開度の演算方法としては、公知の方法を用いることができ、特に限定するものではない。
In addition, as a calculation method of the said opening degree in the IGV
タービン動作開度演算部７２は、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作に基づいて水分の凝縮及び／または氷結が発生（タービン動作が顕在化）する最も大きな入口案内翼Ｖの開度（本発明における「ＩＧＶ開度の制限値」に対応し、以後、「タービン動作顕在化開度」と表記する。）を算出するものである。
The turbine operation opening
なお、タービン動作に起因する水分の凝縮及び氷結による圧縮機動翼の変形及び損傷に関して、その変形及び損傷によりタービン動作が生じたことが顕在化する。言い換えれば、その変形及び損傷が証拠となってタービン動作が生じたと判断される。したがって、以後本明細書中においては、「タービン動作（の）顕在化」とは「タービン動作に基づいて水分の凝縮及び／または氷結が生じ、その結果として翼の変形や翼面の損傷等損傷が発生する現象」すなわち「翼の損傷発生によりタービン動作が発生したことが目に見える形となること」を指す場合に適用して説明する。 In addition, regarding the deformation and damage of the compressor blades due to moisture condensation and icing due to turbine operation, it becomes obvious that the turbine operation has occurred due to the deformation and damage. In other words, it is determined that turbine operation has occurred due to the deformation and damage. Accordingly, in the following description of the present specification, “turbine operation (or realization)” means “condensation of water and / or icing due to turbine operation, resulting in damage such as blade deformation and blade surface damage. This is applied to the case where it refers to “a phenomenon in which turbine operation occurs due to the occurrence of blade damage”.
タービン動作開度演算部７２には、図３に示すように、湿度センサ６Ｈにより測定された大気の湿度と、温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度と、が入力されている。
さらに、タービン動作開度演算部７２により算出されたタービン動作顕在化開度は、比較演算部７３に出力されている。
As shown in FIG. 3, the turbine operating opening
Further, the turbine operation actualizing opening calculated by the turbine operation opening calculating
図４は、図３のタービン動作開度演算部において用いられる、吸気温度及び湿度と、ＩＧＶ開度とをパラメータとしてタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる領域（以後、前述した定義に基づいて、「タービン動作が顕在化する領域」と表記する。）を表示したマップを示す図である。
図４中の斜めの実線（網掛け部との境界）より上側（左側）の領域は、タービン動作が顕在化する領域である。この境界となる実線はＩＧＶ開度、大気温度のみならず大気の湿度にも依存し、湿度が高くなれば図４中の矢印が示すように下側（右側）方向に移動する。言い換えれば、湿度が高くなればタービン動作が顕在化する領域が広くなる。
FIG. 4 shows a region where moisture condensation and icing occur based on turbine operation using the intake air temperature and humidity and the IGV opening as parameters, which are used in the turbine operation opening calculation unit of FIG. FIG. 3 is a diagram showing a map displaying “region where turbine operation becomes obvious”.
The region above (left side) above the oblique solid line (boundary with the shaded portion) in FIG. 4 is a region where the turbine operation becomes obvious. The solid line serving as the boundary depends not only on the IGV opening and the atmospheric temperature, but also on the humidity of the atmosphere. When the humidity increases, the solid line moves downward (right side) as indicated by an arrow in FIG. In other words, the region where the turbine operation becomes obvious becomes wider as the humidity increases.
タービン動作開度演算部７２には、一例として図４に示したような、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する入口案内翼Ｖの開度の範囲が示されたマップが記憶されている。タービン動作開度演算部７２は、入力される大気の温度、大気の湿度及び出力に係る開度（出力指令値）をもとに、上述のマップに基づいて、タービン動作顕在化開度を算出している。
なお、判定基準としては、必ずしもマップでなくてもよく、例えば論理式としてもよい。
The turbine operation opening
Note that the determination criterion is not necessarily a map, and may be a logical expression, for example.
比較演算部７３は、図３に示すように、ＩＧＶ開度演算部７１から入力された出力に係る開度、および、タービン動作開度演算部７２から入力されたタービン動作顕在化開度のうち、開いた開度（大きな開度）を選択するものである。具体的には、出力に係る開度がタービン動作顕在化開度よりも開いた状態（大きい状態）の場合には、出力に係る開度を選択し、逆に、タービン動作顕在化開度が出力に係る開度よりも開いた状態（大きい状態）の場合には、タービン動作顕在化開度を選択するものである。
比較演算部７３により選択された開度は、比較演算部７３から入口案内翼制御部７４に出力されている。
As shown in FIG. 3, the
The opening selected by the
入口案内翼制御部７４は、図３に示すように、比較演算部７３により選択された開度に基づいて入口案内翼ＶのアクチュエータＶＡを駆動制御するものである。
入口案内翼制御部７４には、比較演算部７３から選択された開度が入力されている。その一方で、入口案内翼制御部７４からアクチュエータＶＡに制御信号を出力するものである。
As shown in FIG. 3, the inlet guide
The opening selected from the
次に、上記の構成からなるガスタービン１の運転方法について説明する。
まず、ガスタービン１における一般的な運転について説明し、その後に、本実施形態の特徴であるガスタービン１の運転方法、特に、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する場合におけるガスタービン１の運転方法について説明する。
Next, an operation method of the
First, a general operation in the
ガスタービン１は、図１および図２に示すように、圧縮機２の１段動翼１ＲＢなどが回転駆動されることにより大気（空気）を吸入する。このとき、入口案内翼Ｖの開度を変更することにより、圧縮機２に流入する大気の流量が制御される。入口案内翼Ｖの開度の変更方法については、後述する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
圧縮機２に吸入された大気は、図２に示すように、回転駆動される１段動翼１ＲＢや１段静翼１ＳＢや、２段動翼２ＲＢなどにより圧縮されるとともに、燃焼器３に向かって送り出される。
As shown in FIG. 2, the atmosphere sucked into the
燃焼器３に流入された圧縮された空気は、燃焼器３において外部から供給された燃料と混合される。空気および燃料の混合気は燃焼器３において燃焼され、燃焼熱により高温ガスが生成される。
The compressed air flowing into the
燃焼器３において生成された高温ガスは、燃焼器３から下流のタービン部４に供給される。タービン部４は高温ガスにより回転駆動され、その回転駆動力は回転軸５に伝達される。
The hot gas generated in the
回転軸５は、タービン部４において抽出された回転駆動力を圧縮機２および発電機Ｇに伝達する。
具体的には、回転軸５により伝達された回転駆動力は、圧縮機２の１段動翼１ＲＢや、２段動翼２ＲＢ等の動翼を回転駆動することに用いられ、大気の吸入および圧縮に用いられる。さらに、回転軸５により伝達された回転駆動力は、発電機Ｇにおける発電に用いられる。
The rotating shaft 5 transmits the rotational driving force extracted in the
Specifically, the rotational driving force transmitted by the rotary shaft 5 is used to rotationally drive the moving blades such as the first-stage moving blade 1RB and the second-stage moving blade 2RB of the
次に、ガスタービン１の運転方法、具体的には、入口案内翼Ｖの制御方法について説明する。
Next, a method for operating the
図５は、入口案内翼の制御方法を説明するフローチャートである。
ガスタービン１の制御装置７には、図３および図５に示すように、外部（タッチパネルやキーボード等の入力装置も含む）からガスタービン１の出力を指示する出力指令値が人手または外部からの信号により、予め入力されている。
具体的には、湿度センサ６Ｈにより大気の湿度の値が測定され、温度センサ６Ｔにより大気の温度の値が測定され、圧力センサ６Ｐにより大気の圧力の値が検出され（検出ステップＳ１）、出力指令値は、検出された大気の温度の値や大気の圧力の値などとともに、ＩＧＶ開度演算部７１に入力される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for controlling the inlet guide vanes.
As shown in FIGS. 3 and 5, the
Specifically, the humidity value of the atmosphere is measured by the
ＩＧＶ開度演算部７１は、入力された出力指令値などに基づいて入口案内翼Ｖの開度を算出する。言い換えると、ガスタービン１における負荷（出力）が、入力された出力指令値となる入口案内翼Ｖの開度を算出する（開度算出ステップＳ２）。
The IGV
図６は、図１のガスタービンにおける負荷（出力指令値）と、入口案内翼の開度との関係を説明するグラフである。
具体的にまずは、従来技術から説明する。
FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the load (output command value) and the opening degree of the inlet guide vanes in the gas turbine of FIG.
Specifically, the prior art will be described first.
ガスタービン１の負荷が１００％からＬｍ１の範囲では、ＩＧＶ開度演算部７１は入口案内翼Ｖの開度を最大ＭＡＸとして算出する。さらに、負荷がＬｍ１からＬｍ２の範囲では、ＩＧＶ開度演算部７１は入口案内翼Ｖの開度を図中のＧ０の傾斜部で示すように、負荷の低減に比例して減少する開度として算出する。最後に、負荷がＬｍ２から０％の範囲では、ＩＧＶ開度演算部７１は入口案内翼Ｖの開度を最小ＭＩＮとして算出する。したがって、負荷（出力）と入口案内翼の開度との関係は、ｂ０−ｂ２−ａ２−ａ１００の折れ線で表される。
In the range where the load of the
ここで、図中の傾斜部すなわち負荷にともなって開度が変化する範囲（Ｇ０：ｂ２−ａ２）において、例えば、ガスタービン１の圧縮機２に吸入される大気の温度が上昇すると、図６における一点鎖線のグラフＧ１（ｂ１−ａ１）で示すように、傾斜部は図中左方向へ移動する。すなわちガスタービン１の負荷に対する入口案内翼Ｖの開度は大気の温度が上がると広げられる。逆に、吸入される大気の温度が低下すると、図６における点線のグラフＧ２（ｂ３−ａ３）で示すように、傾斜部は図中右方向へ移動する。すなわちガスタービンの負荷に対する入口案内翼Ｖの開度は大気の温度が下がると狭められる。このように目標の負荷（出力）を得るための入口案内翼の開度は、大気温度に依存して変化する。
Here, for example, when the temperature of the atmosphere sucked into the
次に本発明における負荷（出力）と、入口案内翼の開度との関係を説明する。
タービン動作の顕在化防止、または氷結の防止等、入口案内翼の開度低下による吸入空気の温度低下に起因する問題を軽減するために、温度が低くかつ湿度が高い場合には、負荷が低い場合に一定値となる開度を、水平部ＨＨで示されるＬＩＭとする。
Next, the relationship between the load (output) in the present invention and the opening degree of the inlet guide vanes will be described.
The load is low when the temperature is low and the humidity is high, in order to reduce problems caused by the temperature drop of the intake air due to a decrease in the opening degree of the inlet guide blade, such as prevention of actual turbine operation or prevention of freezing. the opening serving as a constant value when, and LIM represented by the horizontal section H H.
具体的には図４に示した“タービン動作が顕在化する領域を表示したマップ”で判断した結果、タービン動作が顕在化すると判断される場合には、例えば後述する図１１を元に、タービン動作が顕在化する範囲に含まれない限界の開度（図１１中ではＬＩＭ）を求め、これを負荷が低い場合の下限値（一定値）とする。すなわち温度が低くかつ湿度が高い場合には、負荷とＩＧＶ開度との関係は、ＨＨとＧ２を特徴とする、ｃ０−ｃ３−ａ３−ａ１００を結ぶ折れ線で示すことができる。 Specifically, when it is determined that the turbine operation is actualized as a result of the determination based on the “map displaying the region where the turbine operation is actualized” shown in FIG. 4, for example, based on FIG. A limit opening degree (LIM in FIG. 11) that is not included in the range in which the operation becomes apparent is obtained, and this is set as a lower limit value (a constant value) when the load is low. That is, when the temperature is low and the humidity is high, the relationship between the load and the IGV opening may be indicated by a broken line connecting c 0 -c 3 -a 3 -a 100 characterized by H H and G 2. it can.
上述のように、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度は、図３に示すように比較演算部７３に入力される。
As described above, the opening degree of the inlet guide vane V calculated by the IGV opening
その一方で、図３に示すように、湿度センサ６Ｈにより測定された大気の湿度の値や、温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度の値は、タービン動作開度演算部７２に入力される。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the atmospheric humidity value measured by the humidity sensor 6 </ b> H and the atmospheric temperature value measured by the temperature sensor 6 </ b> T are input to the turbine operation opening
タービン動作開度演算部７２は、大気の湿度の値や大気の温度の値に基づいて、圧縮機２の１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する、言い換えればタービン動作による着氷によって圧縮機２段動翼の変形や損傷が顕在化する入口案内翼Ｖの開度を算出する。言い換えると、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化しない最も狭い入口案内翼Ｖの開度、つまり開度の制限値ＬＩＭを算出する（タービン動作開度算出ステップ（本発明における「比較演算ステップ」に対応する。）Ｓ３）。
The turbine operation opening
このようにタービン動作開度演算部７２により算出された開度の制限値ＬＩＭは、比較演算部７３に出力される。
Thus, the opening limit value LIM calculated by the turbine operation opening
タービン動作開度演算部７２における１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する入口案内翼Ｖの開度は、図４に示すマップに基づいて算出される。図４のマップにおける横軸は、圧縮機２に吸入される大気の温度、つまり、温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度を表している。その一方で、縦軸は入口案内翼Ｖの開度を表している。
The opening degree of the inlet guide vane V at which the turbine operation in the first stage moving blade 1RB in the turbine operation opening
図４のマップにおいて、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する入口案内翼Ｖの開度の領域は、大気温度が低く、かつ、入口案内翼Ｖの開度が狭い領域、つまり、マップの左上方の領域となる。この領域の内部では、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作が顕在化する。 In the map of FIG. 4, the region of the opening degree of the inlet guide vane V where the turbine operation in the first stage moving blade 1RB becomes obvious is a region where the atmospheric temperature is low and the opening degree of the inlet guide vane V is narrow, that is, the map The upper left area. Inside this region, the turbine operation in the first stage blade 1RB becomes obvious.
上述の領域は、圧縮機２に吸入される大気の湿度、つまり、湿度センサ６Ｈにより測定された大気の湿度によりその広さが変化する。具体的には、湿度が高くなると、上述の領域は、大気温度がより高い領域、かつ、入口案内翼Ｖの開度がより広い領域に向かって拡大する。逆に、湿度が低くなると、上述の領域は、大気温度がより低い領域、かつ、入口案内翼Ｖの開度がより狭い領域に減少する。
The area of the above-described region changes depending on the humidity of the atmosphere sucked into the
ここで、上述の圧縮機２の１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作について説明する。
図７は、圧縮動作を行っている際の１段動翼における流れの状態を説明する模式図である。
Here, the turbine operation in the first stage moving blade 1RB of the
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a flow state in the first stage blade during the compression operation.
１段動翼１ＲＢが圧縮動作を行っている場合、言い換えると、１段動翼１ＲＢが設計時に想定された条件内で動作している場合、１段動翼１ＲＢに対して空気が、図７に示すように流入および流出している。 When the first stage moving blade 1RB is performing the compression operation, in other words, when the first stage moving blade 1RB is operating within the conditions assumed at the time of design, air flows to the first stage moving blade 1RB as shown in FIG. Inflow and outflow as shown in
つまり回転系に係る１段動翼１ＲＢから見て、１段動翼１ＲＢには、相対流入角β０１を有する空気の流れが流入している。さらに、１段動翼１ＲＢから、相対流出角β０２を有する空気の流れが流出している。 That is, as viewed from the first stage moving blade 1RB related to the rotating system, an air flow having a relative inflow angle β01 flows into the first stage moving blade 1RB. Further, an air flow having a relative outflow angle β02 flows out of the first stage blade 1RB.
このときの転向角△β０は正（△β０＝β０１−β０２＞０）であり、静止系から見た空気の流れは、１段動翼１ＲＢを通過することにより増速している。言い換えると、１段動翼１ＲＢを通過することにより、空気の流れにおける運動エネルギＥが増加している。
さらに、１段動翼１ＲＢが上述のように圧縮動作を行っている場合には、１段動翼１ＲＢを通過することにより、空気の流れにおける全温は上昇している。
The turning angle Δβ0 at this time is positive (Δβ0 = β01−β02> 0), and the air flow seen from the stationary system is increased by passing through the first stage blade 1RB. In other words, the kinetic energy E in the air flow is increased by passing through the first stage blade 1RB.
Further, when the first stage blade 1RB is performing the compression operation as described above, the total temperature in the air flow is increased by passing through the first stage blade 1RB.
なお、図７における角度ａ０１は、静止系に係る入口案内翼Ｖの出口における空気の流れの角度を示すものである。 In addition, the angle a01 in FIG. 7 shows the angle of the air flow in the exit of the inlet guide blade V which concerns on a stationary system.
図８は、設計時に想定した条件からはずれ、入口案内翼Ｖの開度を小さくした場合、結果としてタービン動作を行っている際の１段動翼における空気の流れの状態を説明する模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the state of the air flow in the first stage rotor blade when the turbine operation is performed as a result when the opening degree of the inlet guide blade V is reduced from the condition assumed at the time of design. is there.
入口案内翼Ｖの開度が狭められているため、回転系に係る１段動翼１ＲＢから見て、１段動翼１ＲＢに対する相対流入角がβ１１に変化している。これに伴い、転向角も△β１に変化している。転向角△β１は負（△β１＝β１１−β０２＜０）であり、静止系から見た空気の流れは、１段動翼１ＲＢを通過することにより減速している。言い換えると、１段動翼１ＲＢを通過することにより、空気の流れにおける運動エネルギＥが減少している。 Since the opening degree of the inlet guide vane V is narrowed, the relative inflow angle with respect to the first stage moving blade 1RB is changed to β11 as seen from the first stage moving blade 1RB related to the rotating system. Along with this, the turning angle also changes to Δβ1. The turning angle Δβ1 is negative (Δβ1 = β11−β02 <0), and the air flow viewed from the stationary system is decelerated by passing through the first stage blade 1RB. In other words, the kinetic energy E in the air flow is reduced by passing through the first stage blade 1RB.
なお、図８における角度ａ１１は、静止系に係る入口案内翼Ｖの出口における空気の流れの角度を示すものである。 Note that the angle a11 in FIG. 8 indicates the angle of the air flow at the outlet of the inlet guide vane V according to the stationary system.
図９は、１段動翼がタービン動作を行っている際の空気の流れにおける全温度の変化を説明するグラフである。図９において、縦軸は空気の全温を示し、横軸は回転軸５に沿う方向の距離を示している。 FIG. 9 is a graph illustrating a change in the total temperature in the air flow when the first stage blade is performing the turbine operation. In FIG. 9, the vertical axis indicates the total temperature of the air, and the horizontal axis indicates the distance along the rotation axis 5.
さらに、図９におけるＲ（ＩＧＶ）と表記された領域は入口案内翼Ｖが配置された領域に、Ｒ（１ＲＢ）と表記された領域は１段動翼１ＲＢが配置された領域に、Ｒ（１ＳＢ）と表記された領域は１段静翼１ＳＢが配置された領域に、Ｒ（２ＲＢ）と表記された領域は２段動翼２ＲＢが配置された領域に、Ｒ（２ＳＢ）と表記された領域は２段動翼２ＲＢが配置された領域に相当している。 Further, in FIG. 9, the region denoted R (IGV) is the region where the inlet guide vane V is disposed, the region denoted R (1RB) is the region where the first stage blade 1RB is disposed, R ( The region labeled 1SB) is the region where the first stage stationary blade 1SB is arranged, the region labeled R (2RB) is the region where the two-stage moving blade 2RB is arranged, and the region labeled R (2SB) is This corresponds to the region where the two-stage rotor blade 2RB is disposed.
１段動翼１ＲＢがタービン動作を行っている場合、圧縮機２の内部を流れる空気の全温は図９に示すように変化する。
つまり、圧縮機２に流入した空気の全温は、入口案内翼Ｖが配置されている領域Ｒ（ＩＧＶ）ではほとんど変化しない。その後、１段動翼１ＲＢが配置された領域Ｒ（１ＲＢ）において、１段動翼１ＲＢのタービン動作により空気の全温が低下する。
例えば、１段動翼１ＲＢが配置された領域Ｒ（１ＲＢ）において全温が約２０℃程度低下する。
When the first stage blade 1RB is performing a turbine operation, the total temperature of the air flowing inside the
That is, the total temperature of the air flowing into the
For example, in the region R (1RB) where the first stage blade 1RB is disposed, the total temperature is reduced by about 20 ° C.
ここで、図９におけるＴ１が１段動翼１ＲＢにおけるハブ側を流れる空気の全温であり、Ｔ２がチップ側を流れる空気の全温であり、Ｔｍが翼中央部（ハブとチップの中間）を流れる空気の全温である。 Here, T1 in FIG. 9 is the total temperature of the air flowing on the hub side in the one-stage moving blade 1RB, T2 is the total temperature of the air flowing on the tip side, and Tm is the blade center (intermediate between the hub and the tip). The total temperature of the air flowing through.
１段動翼１ＲＢのタービン動作により低下した空気の全温は、１段静翼１ＳＢが配置されている領域Ｒ（１ＳＢ）ではほとんど変化せず、その後の２段動翼２ＲＢが配置されている領域Ｒ（２ＲＢ）で上昇する。つまり、２段動翼２ＲＢの圧縮動作により昇温される。 The total temperature of the air decreased by the turbine operation of the first stage blade 1RB hardly changes in the region R (1SB) where the first stage stationary blade 1SB is disposed, and the region R where the subsequent two stage blade 2RB is disposed. It rises at (2RB). That is, the temperature is raised by the compression operation of the two-stage rotor blade 2RB.
図１０は、図２の圧縮機における氷結や着氷について説明する模式図である。
上述のように、１段動翼１ＲＢのタービン動作により空気の全温が低下すると、図１０に示すように、１段動翼１ＲＢの周囲およびその下流側で空気に含まれる水蒸気が凝縮され水滴になりミストＭＴを形成するとともに、少なくともその一部は氷結する。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating icing and icing in the compressor of FIG.
As described above, when the total temperature of the air is reduced by the turbine operation of the first stage blade 1RB, water vapor contained in the air is condensed around the first stage blade 1RB and downstream thereof as shown in FIG. And mist MT is formed, and at least a part thereof is frozen.
例えば、大気の温度が約５℃以下で、入口案内翼Ｖの開度を設計開度から約３０°閉めた場合、言い換えると、ガスタービン１の出力を約５０％にした場合、１段動翼１ＲＢのタービン動作により空気の全温が低下して、空気の湿度が約１００％となる。そのため、空気に含まれる水蒸気が凝縮され水滴などになる。
For example, when the atmospheric temperature is about 5 ° C. or less and the opening of the inlet guide vane V is closed by about 30 ° from the designed opening, in other words, when the output of the
水滴などは、下流側に配置された１段静翼１ＳＢの表面に付着するとともに氷となる。言い換えると、１段静翼１ＳＢへの着氷が起きる。１段静翼１ＳＢの表面に形成された氷ＩＣは、成長すると１段静翼１ＳＢから剥離して下流に向かって飛散する。飛散した氷ＩＣは、２段動翼２ＲＢに衝突する。 Water droplets or the like adhere to the surface of the first stage stationary blade 1SB disposed on the downstream side and become ice. In other words, icing on the first stage stationary blade 1SB occurs. When the ice IC formed on the surface of the first stage stationary blade 1SB grows, it peels off from the first stage stationary blade 1SB and scatters downstream. The scattered ice IC collides with the two-stage moving blade 2RB.
上述のように、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度、および、タービン動作開度演算部７２により算出された開度の制限値ＬＩＭは比較演算部７３に入力される。
比較演算部７３は、入口案内翼制御部７４に出力する入口案内翼Ｖの開度を上述の２つの開度から選択する（選択ステップ（本発明における「比較演算ステップ」に対応する。）Ｓ４）。
As described above, the opening of the inlet guide vane V calculated by the IGV
The
例えば、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度が、開度の制限値ＬＩＭよりも開いた状態（大きい状態）の場合には、比較演算部７３はＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度を選択する。逆に、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度が、開度の制限値ＬＩＭよりも小さい場合には、比較演算部７３は開度の制限値ＬＩＭを選択する。
For example, when the opening degree of the inlet guide vane V calculated by the IGV opening
このようにすることで、ガスタービン１の負荷に対する入口案内翼Ｖの開度は、図６に示すように制御される。
By doing in this way, the opening degree of the inlet guide blade V with respect to the load of the
入口案内翼制御部７４は、入力された入口案内翼Ｖの開度に基づいてアクチュエータＶＡを制御する制御信号をアクチュエータＶＡに出力する。
アクチュエータＶＡは、入力された制御信号に基づいて入口案内翼Ｖを駆動して、入口案内翼Ｖの開度を制御する（制御ステップＳ５）。
The inlet
The actuator VA controls the opening degree of the inlet guide vane V by driving the inlet guide vane V based on the input control signal (control step S5).
上記の構成によれば、入口案内翼Ｖの開度がタービン動作顕在化開度を下回ることがないため、圧縮機２の１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作を防止または軽減することができ、１段動翼１ＲＢを通過する空気の温度低下が防止または緩和される。そのため、１段動翼１ＲＢの下流側に配置された１段静翼１ＳＢなどの表面に氷が生成されることを防止でき、氷が付着した１段静翼１ＳＢなどよりも下流側に配置された２段動翼２ＲＢなどに、１段静翼１ＳＢなどから剥離した氷が衝突することにより２段動翼２ＲＢなどが変形したり損傷したりする（図１０参照。）ことを防止することができ、ガスタービン１の信頼性を確保することができる。
According to said structure, since the opening degree of the inlet guide blade V does not fall below a turbine operation actualization opening degree, the turbine operation | movement in the 1st stage moving blade 1RB of the
さらに、入口案内翼Ｖの開度を制御することにより、１段動翼１ＲＢにおけるタービン動作を防止して１段静翼１ＳＢなどへの氷の生成を防止するため、特許文献１に記載された圧縮機から抽気した空気や、ガスタービンのパッケージの換気を利用して氷の生成を防止する方法と比較して、氷の生成の防止に必要なコストの上昇を防止することができる。
本実施形態のようにガスタービン１を用いて発電を行う場合には、発電効率の低下を防止することができる。
Further, by controlling the opening degree of the inlet guide vane V, the compressor described in
When power generation is performed using the
なお、１段動翼１ＲＢがタービン動作しない開度としては、１段動翼１ＲＢがタービン動作する最も開いた開度（大きな開度）であるタービン動作顕在化開度よりも開いた開度（大きな開度）を挙げることができる。
この開度が本発明の「臨界値」に対応する。また、タービン動作の結果生じる「着氷の発生」または「水分の凝縮」など、翼の表面損傷の原因となる可能性のある事象が発生する限界の開度を「臨界値」としてもよく、さらに諸条件の変動を考慮して安全のため余裕を持たせた開度であってもよい。
Note that the opening at which the first stage blade 1RB does not operate the turbine is an opening degree that is larger than the actual opening degree of the turbine operation (the larger opening) at which the first stage blade 1RB operates at the turbine (larger opening). Large opening).
This opening degree corresponds to the “critical value” of the present invention. In addition, the critical opening degree at which an event that may cause blade surface damage such as `` occurrence of icing '' or `` condensation of moisture '' resulting from turbine operation may be set as `` critical value '' Furthermore, the opening may be provided with a margin for safety in consideration of changes in various conditions.
タービン動作開度演算部７２において、図４に示すマップに基づいて出力に係る開度がタービン動作顕在化開度よりも大きいか小さいか（言い換えると開いているか閉じているか）ので、比較は容易となる。
In the turbine operation opening
上述のマップとしては、出力に係る開度及び大気温度、大気湿度をパラメータとして、実験データ等をもとにタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結が生じる（タービン動作が顕在化する）領域が、予め定められているものを挙げることができる。この領域は、算出された入口案内翼の開度がＩＧＶ開度の制限値よりも小さい領域である。この他、前述のパラメータを用いてＩＧＶ開度の制限値を明示したものを挙げることができる。これらのマップを用いて、検出ステップＳ１で得られた空気の温度および湿度と、開度算出ステップＳ２により算出された出力に係る開度と、により定まる点が、マップにおけるタービン動作が顕在化する領域に含まれるか否かにより比較判断される。 As the above-mentioned map, with the opening degree and the atmospheric temperature and the atmospheric humidity relating to the output as parameters, the region where moisture condensation and icing based on the turbine operation occur based on experimental data etc. (turbine operation becomes obvious), A predetermined thing can be mentioned. This region is a region where the calculated opening degree of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening degree. In addition, there can be mentioned those in which the limit value of the IGV opening is clearly indicated using the parameters described above. Using these maps, the point determined by the air temperature and humidity obtained in the detection step S1 and the opening degree related to the output calculated in the opening degree calculation step S2 reveals the turbine operation in the map. A comparison is made based on whether or not it is included in the area.
なお、上述の実施形態のように、タービン動作開度演算部７２において、湿度センサ６Ｈにより測定された大気の湿度と、温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度と、に基づいてタービン動作顕在化開度を算出してもよいが、これとは異なり温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度のみに基づいてタービン動作顕在化開度を算出してもよく、特に限定するものではない。
As in the above-described embodiment, the turbine operation opening
大気の温度のみに基づいて算出する方法は以下の通りである。
つまり、圧縮機に吸入される空気の湿度の値が、想定されうる最も高い湿度の値（例えば１００％）であると条件付けし、ＩＧＶ開度の制限値を定める。この方法は、想定されうる最も高い湿度の値に基づいてＩＧＶ開度の制限値を定めるため、入口案内翼の開度は、吸気空気の実際の湿度を考慮して求めるＩＧＶ開度の制限値よりも大きくなる（開いた状態となる）。
それゆえ、確実にタービン動作に基づく水分の凝縮及び氷結を防止または抑制することができる。
The calculation method based only on the atmospheric temperature is as follows.
That is, the humidity value of the air sucked into the compressor is conditioned to be the highest possible humidity value (for example, 100%), and the limit value of the IGV opening is determined. In this method, since the limit value of the IGV opening is determined based on the highest possible humidity value, the opening of the inlet guide vane is obtained by considering the actual humidity of the intake air. Larger (becomes open).
Therefore, it is possible to reliably prevent or suppress moisture condensation and icing based on the turbine operation.
温度センサ６Ｔにより測定された大気の温度のみに基づいてタービン動作顕在化開度を算出する場合には、想定されうる最も高い湿度の値（例えば１００％）であると条件付けすることにより、安全側のタービン動作顕在化開度が算出されている。
このようにすることで、大気が低温かつ高湿度にて１段動翼１ＲＢにおいて空気に含まれる水分がミストや氷として凝縮または晶出する場合には、入口案内翼Ｖの開度は、必ず実際の大気の湿度を基に計算されたタービン動作顕在化開度よりも開いた状態（大きい状態）になるため、１段静翼１ＳＢなどの表面に氷が生成されることをより確実に防止できる。
When calculating the turbine operation actualization opening degree based only on the temperature of the atmosphere measured by the
In this way, when the atmosphere is low in temperature and high humidity and the moisture contained in the air condenses or crystallizes as mist or ice in the first stage blade 1RB, the opening degree of the inlet guide blade V is always Since it becomes a state (larger state) opened than the turbine operation actualizing opening calculated based on the actual atmospheric humidity, it is possible to more reliably prevent ice from being generated on the surface of the first stage stationary blade 1SB or the like.
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１１および図１２を参照して説明する。
本実施形態のガスタービンの基本構成は第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とはガスタービンの運転方法、具体的には入口案内翼の制御方法が異なっている。よって本実施形態においては、図１１および図１２を用いて入口案内翼の制御方法のみを説明し、その他の構成要素や制御方法等の説明を省略する。
図１１は、本実施形態における入口案内翼の開度の変動を図４に関連させて説明する図である。図１２は、本実施形態における運転時間にともなう入口案内翼の開度の変動を説明するグラフである。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素等については同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11 and FIG.
The basic configuration of the gas turbine of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the operation method of the gas turbine, specifically, the control method of the inlet guide vanes is different from the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the control method for the inlet guide vanes will be described with reference to FIGS. 11 and 12, and description of other components, control methods, and the like will be omitted.
FIG. 11 is a diagram for explaining the variation of the opening degree of the inlet guide vanes in the present embodiment in relation to FIG. FIG. 12 is a graph for explaining the variation of the opening degree of the inlet guide vanes with the operation time in the present embodiment.
In addition, about the same component as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
本実施形態における入口案内翼Ｖの開度の制御方法は、検出ステップＳ１からタービン動作開度算出ステップＳ３までが第１の実施形態と同様であり、選択ステップＳ４が異なる。ここでは、本実施形態の特徴である選択ステップＳ４について、図１１および図１２を参照しながら説明する。 The control method of the opening degree of the inlet guide vanes V in this embodiment is the same as that in the first embodiment from the detection step S1 to the turbine operation opening degree calculation step S3, and the selection step S4 is different. Here, the selection step S4, which is a feature of the present embodiment, will be described with reference to FIG. 11 and FIG.
比較演算部７３は、第１の実施形態とは異なり、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度が図１１の点Ａで示すように、１段動翼１ＲＢのタービン動作が顕在化する範囲内に含まれていても、言い換えるとＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度が、開度の制限値ＬＩＭよりも閉じた（小さい）場合であっても、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度を選択する。
Unlike the first embodiment, the
入口案内翼制御部７４およびアクチュエータＶＡは、図１２に示すように、比較演算部７３により選択されたＩＧＶ開度演算部７１により算出された入口案内翼Ｖの開度に基づいて、入口案内翼Ｖの開度を制御する。言い換えると、入口案内翼Ｖの開度を狭くする、または、閉じる制御を行う。
As shown in FIG. 12, the inlet
入口案内翼Ｖの開度が閉じられた状態の期間が所定の長さ、つまり、図１２に示す期間ＴＡになると、比較演算部７３は、図１１の点Ｂに示すように、１段動翼１ＲＢのタービン動作が顕著になる範囲外に含まれる開度、言い換えると入口案内翼Ｖの開度の制限値ＬＩＭよりも開いた開度（大きな開度）を選択する。
When the period in which the opening degree of the inlet guide vane V is closed is a predetermined length, that is, the period TA shown in FIG. 12, the
入口案内翼制御部７４およびアクチュエータＶＡは、図１２に示すように、比較演算部７３により選択された入口案内翼Ｖの開度に基づいて、入口案内翼Ｖの開度を制御する。言い換えると、入口案内翼Ｖの開度を広くする、または、開く制御を行う。
As shown in FIG. 12, the inlet
その後、入口案内翼Ｖの開度が開かれた状態の期間が所定の長さ、つまり、図１２に示す期間ＴＢになると、再び、上述の入口案内翼Ｖの開度を閉じる（点Ａ）制御に戻る。 Thereafter, when the opening state of the inlet guide vane V is a predetermined length, that is, the period TB shown in FIG. 12, the opening degree of the inlet guide vane V is closed again (point A). Return to control.
ここで、上述の期間ＴＡとしては、１段静翼１ＳＢに氷が付着し、付着した氷が剥離する期間よりも短い期間を例示することができる。さらに、入口開度Ｂ及び期間ＴＢとしては、それぞれ、少なくとも、１段静翼１ＳＢに付着した氷を溶かして除去するために要する開度（例えばタービン動作を発生させない開度）及び期間（時間）の組合せを例示することができる。 Here, as the above-described period TA, a period shorter than a period in which ice adheres to the first stage stationary blade 1SB and the attached ice peels can be exemplified. Further, the inlet opening B and the period TB are combinations of at least an opening (for example, an opening that does not cause turbine operation) and a period (time) required to melt and remove the ice attached to the first stage stationary blade 1SB. Can be illustrated.
上記の構成によれば、１段動翼１ＲＢがタービン動作する場合であっても、入口案内翼Ｖの開度を、ＩＧＶ開度演算部７１により算出された開度（点Ａ）に制御する期間ＴＡを設けることにより、１段動翼１ＲＢがタービン動作しない開度（ＬＩＭまたは点Ｂ）に制御するだけの場合と比較して、ガスタービン１の運転効率向上を図ることができるとともに、ガスタービン１から排出されるガスに含まれる環境汚染物質などの増加を抑制する、または燃焼温度を維持するための燃料増加を抑制することができる。
According to the above configuration, the opening degree of the inlet guide vane V is controlled to the opening degree (point A) calculated by the IGV opening
言い換えると、タービン部４に流入する高温ガスの温度低下が抑制される期間ＴＡが設けられるため、ガスタービン１における熱効率などの効率低下を抑制することができる。さらに、排出ガスに含まれる環境汚染物質などの増加を抑制することができる。
In other words, since the period TA in which the temperature drop of the high-temperature gas flowing into the
１ ガスタービン
２ 圧縮機
６Ｈ 湿度センサ
６Ｔ 温度センサ
Ｖ 入口案内翼
１ＲＢ １段動翼（動翼）
７１ ＩＧＶ開度演算部（開度算出部）
７２ タービン動作開度演算部
７３ 比較演算部
７４ 入口案内翼制御部（制御部）
Ｓ１ 検出ステップ
Ｓ２ 開度算出ステップ
Ｓ３ タービン動作開度算出ステップ（比較演算ステップ）
Ｓ４ 選択ステップ（比較演算ステップ）
Ｓ５ 制御ステップ
DESCRIPTION OF
71 IGV opening calculation unit (opening calculation unit)
72 Turbine operation opening
S1 detection step S2 opening calculation step S3 turbine operation opening calculation step (comparison calculation step)
S4 selection step (comparison calculation step)
S5 Control step
Claims (8)
前記圧縮機に吸入される前記空気の温度を検出する検出ステップと、
少なくとも前記ガスタービンの出力、および、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出ステップと、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算ステップと、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を前記算出された開度に制御し、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするガスタービンの運転方法。 An operation method of the gas turbine for controlling an opening degree of an inlet guide blade for adjusting a flow rate of air sucked into a compressor of the gas turbine,
A detecting step for detecting a temperature of the air sucked into the compressor;
An opening degree calculating step for calculating an opening degree of the inlet guide vane based on at least the output of the gas turbine and the temperature of the air sucked into the compressor;
A comparison operation step for comparing whether the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger or smaller than a limit value of the IGV opening degree determined by the temperature of the air sucked into the compressor;
When the calculated opening degree of the inlet guide blade is larger than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide blade is controlled to the calculated opening degree,
A control step of controlling the opening of the inlet guide vane to at least the limit value of the IGV opening when the calculated opening of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening;
A gas turbine operating method characterized by comprising:
前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度を検出する検出ステップと、
少なくとも前記ガスタービンの出力、および、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出ステップと、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算ステップと、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を前記算出された開度に制御し、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御ステップと、
を有することを特徴とするガスタービンの運転方法。 An operation method of the gas turbine for controlling an opening degree of an inlet guide blade for adjusting a flow rate of air sucked into a compressor of the gas turbine,
A detecting step for detecting a temperature of the air sucked into the compressor and a humidity of the air;
An opening degree calculating step for calculating an opening degree of the inlet guide vane based on at least the output of the gas turbine and the temperature of the air sucked into the compressor;
Comparison operation for comparing whether the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger or smaller than the limit value of the IGV opening degree determined by the temperature of the air sucked into the compressor and the humidity of the air Steps,
When the calculated opening degree of the inlet guide blade is larger than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide blade is controlled to the calculated opening degree,
A control step of controlling the opening of the inlet guide vane to at least the limit value of the IGV opening when the calculated opening of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening;
A gas turbine operating method characterized by comprising:
開度を変更することにより該圧縮機に流入する前記空気の流量を調節する入口案内翼と、
前記圧縮機に吸入される空気の温度を測定する温度センサと、
少なくとも前記回転軸から取り出される出力、および、前記空気の温度に基づいて、前記入口案内翼の開度を算出する開度算出部と、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較する比較演算部と、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも大きい場合には、前記入口案内翼の開度を、前記算出された開度に制御し、
前記算出された入口案内翼の開度が、前記ＩＧＶ開度の制限値よりも小さい場合には、前記入口案内翼の開度を、少なくとも前記ＩＧＶ開度の制限値に制御する制御部と、
が設けられていることを特徴とするガスタービン。 A compressor having a moving blade that sucks and compresses external air by being rotationally driven by a rotating shaft;
An inlet guide vane for adjusting the flow rate of the air flowing into the compressor by changing the opening;
A temperature sensor for measuring the temperature of air sucked into the compressor;
An opening degree calculating unit for calculating an opening degree of the inlet guide vane based on at least the output taken out from the rotating shaft and the temperature of the air;
A comparison operation unit for comparing whether the calculated opening degree of the inlet guide blade is larger or smaller than a limit value of the IGV opening degree determined by the temperature of the air sucked into the compressor;
When the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger than the limit value of the IGV opening degree, the opening degree of the inlet guide vane is controlled to the calculated opening degree;
A controller that controls the opening of the inlet guide vane to at least the limit value of the IGV opening when the calculated opening of the inlet guide vane is smaller than the limit value of the IGV opening;
The gas turbine characterized by being provided.
前記比較演算部は、前記算出された入口案内翼の開度が、前記圧縮機に吸入される前記空気の温度、および、前記空気の湿度によって定まるＩＧＶ開度の制限値よりも大きいか、小さいかを比較することを特徴とする請求項７記載のガスタービン。 A humidity sensor for measuring the humidity of the air sucked into the compressor is further provided;
In the comparison operation unit, the calculated opening degree of the inlet guide vane is larger or smaller than a limit value of the IGV opening degree determined by the temperature of the air sucked into the compressor and the humidity of the air. The gas turbine according to claim 7, wherein the two are compared.
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