JP6222993B2 - 2軸式ガスタービン - Google Patents
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Description
1.2軸式ガスタービン
図1は本発明の第1の実施の形態に係る2軸式ガスタービンの構成図である。
ガスジェネレータ21は、圧縮機11、燃焼器12及び高圧タービン13を主な要素として備えている。圧縮機11は、大気中から取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成する。この圧縮機11の入口(空気取込み口)には、IGV(入口案内翼)1が設けられている。IGV1はIGV駆動装置(図示せず)により駆動し、IGV1の開度を調整することによって圧縮機11の空気取込み量が変化する。IGV1には、そのベーンの角度(IGV1の開度)を検出する角度検出器2が設けられている。燃焼器12は、圧縮機11からの圧縮空気と燃料とともに混合燃焼させて燃焼ガス17を生成する。高圧タービン13は、当該高圧タービン13のロータを兼ねたガスジェネレータ軸3を介して圧縮機11に接続されていて、燃焼器12からの燃焼ガス17によって得た回転動力を圧縮機11に伝達する。
一方の出力タービン22は、低圧タービン14及び負荷機器15を主な要素として備えていて、低圧タービン14のロータを兼ねた出力タービン軸4を介して低圧タービン14と負荷機器15とが接続されている。低圧タービン14は、全段落の静翼に非可動型の固定静翼を用いた固定翼低圧タービンである。上記高圧タービン13を駆動して圧力が低下した燃焼ガス18が高圧タービン13から低圧タービン14に送られ、低圧タービン14が燃焼ガス18によって駆動する。低圧タービン14で得られた回転動力は負荷機器15に伝達されて負荷機器15を駆動する。負荷機器15は代表的には発電機であるが、ポンプ等も適用され得る。低圧タービン14を駆動した燃焼ガスは排気ガス19として排出される。低圧タービン14の排気管路には、排気ガス19の温度を測定する温度計5が設けられている。
発電電動機23はガスジェネレータ21の負荷を調整する負荷調整器の役割を果たすものであり、ガスジェネレータ軸3を介してガスジェネレータ21の圧縮機11に接続されている。この発電電動機23には、例えばインバータを用いることができる。
制御装置24は、発電電動機23を制御して高圧タービン13と低圧タービン14の負荷(動力)の割合を調整する手順を実行する。具体的には、制御装置24は、高圧タービン13の入口温度又は圧縮機11の風量(作動流体流量)のいずれか一方の値が他方の値に先んじて定格値に到達した場合に、発電電動機23を駆動して他方の値を定格値に近付ける機能を果たす。定格値とは、高圧タービン13の入口温度又は圧縮機11の風量が当該値に到達したら2軸式ガスタービン20の運転状態が定格運転となる値であり、高圧タービン13の入口温度又は圧縮機11の風量についてそれぞれ設定されている。定格値は、高圧タービン13の入口温度又は圧縮機11の風量についてそれぞれ特定の値を設定することができるが、所定の範囲(上限値及び下限値を持つ値)として設定することもできる。
図2は制御装置24による発電電動機23の制御手順を表すフローチャートである。
図3は本実施の形態に係る2軸式ガスタービンの出力(動力)の大気温度特性を示した図である。同図中の実線が発明を適用した場合(図2のように発電電動機23を制御した場合)の大気温度特性、点線が発明を適用しない場合(例えば発電電動機23をガスジェネレータ21に接続しない場合)の大気温度特性を表している。
本実施の形態においては、負荷調整器として発電電動機23を用い、設計温度に対して大気温度が低い場合と高い場合の双方に対応する場合を例示して説明したが、設計温度に対して大気温度が低い場合と高い場合のいずれか一方に対応する構成とすることも考えられる。この場合、発電電動機23に代えて、発電機又は電動機を用いることができる。
図5は本発明の第2の実施の形態に係る2軸式ガスタービンの構成図であり、図1に対応する図である。既に説明したものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図6は本発明の第3の実施の形態に係る2軸式ガスタービンの構成図であり、図1に対応する図である。既に説明したものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
(1)燃焼空気流量の減少
(2)高圧タービンへの燃焼ガス流量の減少による高圧タービンの出力低下
(3)高圧タービン出口以降における冷却空気の流入によるバランス変化
このため、冷却空気の流入箇所としては、前述したように低圧タービン14の初段前側が最も効果的である。
図7は本発明の第4の実施の形態に係る2軸式ガスタービンの構成図であり、図1に対応する図である。既に説明したものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
各実施の形態は個別に実施しても効果が得られるが、複数の実施の形態を組み合わせて実施することもできる。また、各実施の形態に例示した構成は代表例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、軸流型の2軸式ガスタービンに発明を適用した場合を例示して説明したが、例えば遠心型の2軸式ガスタービンに発明を適用することもできる。但し、遠心型の2軸式ガスタービンではIGVは一般に用いられず、圧縮機風量は圧縮機の回転数に依存する。したがって、圧縮機風量が定格値に達したか否かについては、例えば圧縮機に回転数検出器を設け、回転数検出器の検出信号によって圧縮機の回転数が定格値に達したか否かを制御装置で判断することができる。
5 温度計
11 圧縮機
12 燃焼器
13 高圧タービン
14 低圧タービン
20,20A−C 2軸式ガスタービン
21 ガスジェネレータ
23 発電電動機(負荷調整器)
24 制御装置
25 燃料圧縮機(負荷調整器)
27 抽気流量調整弁(負荷調整器)
28 抽気管路
29a,b 初段静翼
Claims (12)
- 圧縮機、燃焼器及び高圧タービンを有するガスジェネレータと、
前記高圧タービンからの排気ガスで駆動する固定翼低圧タービンと、
前記ガスジェネレータに接続された負荷調整器と、
前記高圧タービンの入口温度又は前記圧縮機の風量のいずれか一方の値が他方の値に先んじて定格値に到達した場合に、前記他方の値とその定格値との差を小さくする指令値を演算して前記負荷調整器に出力し、前記負荷調整器を駆動して前記他方の値を定格値に近付ける制御装置と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項1の2軸式ガスタービンにおいて、
前記負荷調整器は発電機であり、
前記制御装置は、前記圧縮機の風量が定格値に到達した場合に、前記発電機に発電指令を出力することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項1の2軸式ガスタービンにおいて、
前記負荷調整器は燃料圧縮機であり、
前記制御装置は、前記圧縮機の風量が定格値に到達した場合に、前記燃料圧縮機を駆動することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項1の2軸式ガスタービンにおいて、
前記負荷調整器は、前記圧縮機から圧縮空気を抽気する抽気管路に設けた抽気流量調整弁であり、
前記制御装置は、前記圧縮機の風量が定格値に到達した場合には、前記抽気流量調整弁の開度を上げることを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項4の2軸式ガスタービンにおいて、前記抽気管路は、前記低圧タービンの入口部に接続していることを特徴とする2軸式ガスタービン。
- 請求項1の2軸式ガスタービンにおいて、
前記負荷調整器は電動機であり、
前記制御装置は、前記高圧タービンの入口温度が定格値に到達した場合に、前記電動機に動力指令を出力することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項6の2軸式ガスタービンにおいて、前記電動機を起動用電動機で兼ねることを特徴とする2軸式ガスタービン。
- 請求項1の2軸式ガスタービンにおいて、
前記負荷調整器は発電電動機であり、
前記制御装置は、前記圧縮機の風量が定格値に到達した場合に、前記発電電動機に発電指令し、前記高圧タービンの入口温度が定格値に到達した場合に、前記電動電動機に動力指令を出力することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項8の2軸式ガスタービンにおいて、前記発電電動機にインバータを用いることを特徴とする2軸式ガスタービン。
- 請求項2−9のいずれかの2軸式ガスタービンにおいて、
前記圧縮機の入口に設けた入口案内翼を備え、
前記制御装置は、前記入口案内翼の開度を基に前記風量を演算することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 請求項2−9のいずれかの2軸式ガスタービンにおいて、
前記低圧タービンの排気ガスの温度を測定する温度計を備え、
前記制御装置は、前記温度計の測定値を基に前記高圧タービンの入口温度を演算することを特徴とする2軸式ガスタービン。 - 圧縮機、燃焼器及び高圧タービンを有するガスジェネレータと、前記高圧タービンからの排気ガスで駆動する固定翼低圧タービンと、前記ガスジェネレータに接続された負荷調整器とを備えた2軸式ガスタービンの運転方法であって、
前記高圧タービンの入口温度又は前記圧縮機の風量のいずれか一方の値が他方の値に先んじて定格値に到達した場合に、前記他方の値とその定格値との差を小さくする指令値を演算して前記負荷調整器に出力し、前記ガスジェネレータの負荷を調整して前記他方の値を定格値に近付けることを特徴とする運転方法。
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