JPS6052282B2 - Steam turbine control device for gas turbine startup - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、起動装置として蒸気タービンを有するガス
タービンの起動装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a starting device for a gas turbine having a steam turbine as the starting device.

ガスタービンは、起動の際に、回転数ゼロの状態から
自立回転数に至るまで、他の動力源からの助力が必ず必
要である。When a gas turbine starts up, it always requires assistance from another power source, from zero rotational speed to self-sustaining rotational speed.

この動力源即ち起動装置として、従来、誘導電動機、デ
ィーゼルエンジン、あるいは天然エキスパンシヨンター
ビンが用いられている。しかし、常時蒸気を有している
発電所においては、起動装置として蒸気タービンを用い
ることが全熱効率上非常に有利となる。特に負荷ピーク
時に運転されることが多く、起動停止が頻繁に行なわれ
るガスタービンにおいては、起動装置として蒸気タービ
ンを用いることは全熱効率を向上させる上で有利である
。そこで、蒸気タービンをガスタービン起動装置として
用いることが試みられて来たが、一般に蒸気が高温高圧
であるために弁駆動等の面で信頼性に問題があり、採用
するに至らなかつた。 本発明の目的は、ガスタービン
起動用タービンの動作がスムーズに行なえる起動制御装
置を実現し、もつてガスタービン起動装置として信頼性
の高いものを得ることにある。Conventionally, this power source or starter is an induction motor, a diesel engine, or a natural expansion turbine. However, in a power plant that constantly has steam, using a steam turbine as a starter device is very advantageous in terms of total heat efficiency. Particularly in gas turbines that are often operated during peak load periods and are frequently started and stopped, it is advantageous to use a steam turbine as a starting device in order to improve overall thermal efficiency. Therefore, attempts have been made to use a steam turbine as a gas turbine starting device, but since the steam is generally high temperature and high pressure, there are reliability problems in terms of valve drive, etc., and this has not been adopted. An object of the present invention is to realize a startup control device that can smoothly operate a gas turbine startup turbine, and to obtain a highly reliable gas turbine startup device.

本発明の特徴はガスタービン起動用蒸気タービンの蒸
気量を制御する複数個のコントロール弁を設け、上記複
数個のコントロール弁中の少なくとも１個は油圧式サー
ボ機構を備えたものとし、上記サーボ機構に圧油を供給
する制御油ラインに、蒸気タービン回転数が所定値にな
つた後に制御油を供給する弁装置を設けると共に、前記
サーボ機構の制御油入口ラインにアキュムレータを設け
たことにある。A feature of the present invention is that a plurality of control valves are provided for controlling the amount of steam of a steam turbine for starting a gas turbine, and at least one of the plurality of control valves is equipped with a hydraulic servo mechanism, and the servo mechanism is provided with a hydraulic servo mechanism. A control oil line for supplying pressure oil to the servo mechanism is provided with a valve device for supplying control oil after the number of revolutions of the steam turbine reaches a predetermined value, and an accumulator is provided in the control oil inlet line of the servo mechanism.

以下本発明の一実施例を添付図面により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

第１図は本発明に係る系統を示しており、１はガスター
ビン、２は該ガスタービン起動用蒸気タービンであり、
これらのロータの軸はクラッチ２６により結合、解列さ
れる。３は該蒸気タービン２に別プラントより蒸気を供
給する蒸気供給系統であり、該系統には、電動式の開閉
弁８と、過速度止め弁９と、及び蒸気流入量を制御する
コントロール弁１０とが設置されている。FIG. 1 shows a system according to the present invention, where 1 is a gas turbine, 2 is a steam turbine for starting the gas turbine,
The shafts of these rotors are coupled and disengaged by a clutch 26. 3 is a steam supply system that supplies steam from another plant to the steam turbine 2, and this system includes an electric on-off valve 8, an overspeed stop valve 9, and a control valve 10 that controls the amount of steam inflow. is installed.

コントロール弁１０は、ガバナ２３にて制御されるサー
ボ機構１１にてレバー２４を介し駆動されるようになつ
ており、該ガバナ２３は蒸気タービン２の速度がガスタ
ービン１の定格速度の２０％の速度になるように設定さ
れている。また、過速度止め弁９は、蒸気タービン２の
速度が８０％に達すると閉塞されて蒸気タービンの過速
を防止するものである。１２は蒸気タービン２の回転数
発信器、１３はクラッチ２６の投入を検出するリミツト
スイツ、１４は該リミットスイッチがクラッチ投入を検
出していることを条件として、蒸気タービン２の回転数
がガスタービン１の定格回転数の６０％以下である間は
ソレノイド２５を駆動させておいて開閉弁８を開状態と
させる回転検出リレーてある。The control valve 10 is driven via a lever 24 by a servo mechanism 11 controlled by a governor 23, which controls the speed of the steam turbine 2 to be 20% of the rated speed of the gas turbine 1. It is set to speed. Further, the overspeed stop valve 9 is closed when the speed of the steam turbine 2 reaches 80% to prevent the steam turbine from overspeeding. 12 is a rotational speed transmitter for the steam turbine 2; 13 is a limit switch that detects the engagement of the clutch 26; and 14 is a limit switch that detects the engagement of the clutch 26; A rotation detection relay drives the solenoid 25 and opens the on-off valve 8 while the rotation speed is 60% or less of the rated rotation speed.

１５は蒸気タービン２の回転数がガスタービン定格回転
数の２０％に達した場合に信号を発する回転検出リレー
、１６は該回転検出リレーの出力により起動されるパー
ジタイマ、１７は該タイマの設定時間後に起動されるフ
ァイヤリングタイマ、１８は制御油入口ライン４、出口
ライン５及び前記サーボ機構１１の入口油圧ライン２２
の間に設置された三方弁１９を操作する電磁操作器であ
り、該電磁操作器１８はファイヤリングタイマ１７の設
定時間後に起動されて制御油入口ライン４から出口ライ
ン５へと排出されていた制御油をサーボ機構１１の入口
油圧ライン２２へと切替供給するものである。15 is a rotation detection relay that emits a signal when the rotation speed of the steam turbine 2 reaches 20% of the gas turbine rated rotation speed; 16 is a purge timer activated by the output of the rotation detection relay; and 17 is a set time of the timer. Firing timer 18 is activated later, control oil inlet line 4, outlet line 5, and inlet hydraulic line 22 of the servo mechanism 11
This is an electromagnetic actuator that operates a three-way valve 19 installed between the two, and the electromagnetic actuator 18 is activated after the set time of the firing timer 17 and discharges the control oil from the inlet line 4 to the outlet line 5. Control oil is switched and supplied to the inlet hydraulic line 22 of the servo mechanism 11.

２０は入口油圧ライン２２に設けられたアキュムレータ
、２１はその調整バネである。20 is an accumulator provided in the inlet hydraulic line 22, and 21 is an adjustment spring thereof.

次にこの装置の操作及び動作について第２図ないし第４
図を参照して説明する。第２図は蒸気タービンの速度変
化に対応した各機器の動作を示している。まず、起動指
令投入により、クラッチ２６が電磁弁（図示せず）によ
り動かされて投入される。この時クラッチ２６のリミッ
トスイッチ１３が作動し、このリミットスイッチの投入
信号は回転検出リレー１４に伝えられる。該回転検出リ
レー１４は６０％以下の回転数では出力信号をオンとし
てソレノイド２５を駆動し、開閉弁８を開方向に作動さ
せる。これにより、開閉弁８によつてせき止められてい
た蒸気が開閉弁８、過速度止め弁９、コントロール弁１
０を通して蒸気タービン２に流入し始める。この開閉弁
８の動作は、全閉より全開まで５〜６秒としておき、瞬
時に多量の蒸気が流れ込むようにしておく。これにより
、蒸気が蒸気タービン２に瞬時に多量流れ込むので、ガ
スタービン起動時の最大トルク（第４図に示すように、
起動時に必要トルクが最大となる）を上回るトルクを蒸
気タービン２に発生させることができる。なお、この流
入蒸気量及びコントロール弁の開度の変化は、第２図の
３，１０に示すところである。この蒸気タービン２への
蒸気の流入により、ＴＯの時刻からタービンが回転し始
め、回転数が上昇してガスタービン１の２０％の回転に
近づく。Next, see Figures 2 to 4 for the operation and operation of this device.
This will be explained with reference to the figures. FIG. 2 shows the operation of each device in response to changes in the speed of the steam turbine. First, upon application of a start command, the clutch 26 is moved and engaged by a solenoid valve (not shown). At this time, the limit switch 13 of the clutch 26 is activated, and the closing signal of this limit switch is transmitted to the rotation detection relay 14. When the rotation speed is 60% or less, the rotation detection relay 14 turns on the output signal, drives the solenoid 25, and operates the on-off valve 8 in the opening direction. As a result, the steam that was dammed up by the on-off valve 8 is transferred to the on-off valve 8, the overspeed stop valve 9, and the control valve 1.
It begins to flow into the steam turbine 2 through 0. The opening/closing valve 8 is operated for 5 to 6 seconds from fully closed to fully opened, so that a large amount of steam flows instantly. As a result, a large amount of steam instantly flows into the steam turbine 2, so that the maximum torque at the time of starting the gas turbine (as shown in Fig. 4) is
It is possible to cause the steam turbine 2 to generate a torque that exceeds the maximum required torque at startup. The changes in the amount of inflow steam and the opening degree of the control valve are shown at 3 and 10 in FIG. 2. Due to this inflow of steam into the steam turbine 2, the turbine starts rotating from the time TO, and the rotation speed increases to approach 20% rotation of the gas turbine 1.

予め、ガバナ２３を２０％回転数になるように設定して
おくことにより、蒸気タービン２を２０％回転数とする
ようにコントロール弁１０が絞られる。時刻ちにおいて
、蒸気タービン回転数が２０％に達すると、回転数がガ
バナの作用によソー定に保たれると共に、回転数発信器
１２より信号を受けた回転検出リレー１５が働き、これ
によつてパージタイマ１６が作動し始めガスタービン内
部のパージを開始する。上記のパージに必要と考える時
間を予め設定し（本例においては３分間）、上記のパー
ジタイマ１６が所定の時間が経過したことを計数した時
（本例においては時刻Ｔ２）、ガスタービン１の点火装
置（図示せず）を作動させる指令信号を出力するように
構成すると共に、該ガスタービン１の点火と同時にファ
イヤリングタイマ１７の計数を開始させる。このファイ
ヤリングタイマ１７が所定時間（本例において１分間）
の経過を計数した時（本例において時Ｎ２）に、電磁操
作器１８の作動信号を出力させる。これによつて、三方
弁１９が作動してそれまで制御油入口ライン４から出口
ライン５へと流れていた圧油を入口ライン４からサーボ
機構入口油圧ライン２２へと切替え供給する。By setting the governor 23 in advance to 20% rotation speed, the control valve 10 is throttled so that the steam turbine 2 has 20% rotation speed. When the steam turbine rotation speed reaches 20% at time, the rotation speed is kept constant by the action of the governor, and the rotation detection relay 15 receives a signal from the rotation speed transmitter 12 and operates. Therefore, the purge timer 16 starts operating and starts purging the inside of the gas turbine. The time considered necessary for the above purge is set in advance (3 minutes in this example), and when the above purge timer 16 counts that the predetermined time has elapsed (time T2 in this example), the gas turbine 1 It is configured to output a command signal for activating an ignition device (not shown), and causes the firing timer 17 to start counting simultaneously with the ignition of the gas turbine 1. This firing timer 17 is set for a predetermined time (1 minute in this example).
When the passage of time is counted (time N2 in this example), an activation signal of the electromagnetic operating device 18 is output. As a result, the three-way valve 19 operates and the pressure oil, which had been flowing from the control oil inlet line 4 to the outlet line 5, is switched and supplied from the inlet line 4 to the servo mechanism inlet hydraulic line 22.

これによつてサーボ機構１１の油圧が増大し、第３図か
ら理解されるように回転数が増大する。即ち油圧増大に
よりガバナ２３が解列されてサーボ機構１１のピストン
が動き、レバー２４を介してコントロール弁１０が全開
方向に動かされるため、蒸気タービン２への蒸気流入量
が増大し（第２図の３参照）、回転数が増大する。なお
、必要起動トルクは、第４図に示す如く、０〜２０％回
転数の範囲では減少してくる（回転摩擦が静止摩擦から
動摩擦に変わるため）が、２０〜６０％の範囲では必要
起動トルクは増大してくる（風損抵抗の増大のため）。As a result, the oil pressure of the servo mechanism 11 increases, and as can be understood from FIG. 3, the rotational speed increases. That is, the increase in oil pressure disengages the governor 23, moves the piston of the servo mechanism 11, and moves the control valve 10 in the fully open direction via the lever 24, so the amount of steam flowing into the steam turbine 2 increases (see Fig. 2). 3), the rotational speed increases. As shown in Figure 4, the required starting torque decreases in the range of 0 to 20% rotation speed (because rotational friction changes from static friction to kinetic friction), but in the range of 20 to 60%, the required starting torque decreases. Torque increases (due to increased windage resistance).

時刻ζにおいて、回転数が６０％に達すると、回転検出
リレー１４がオフとなり、これによつてソレノイド２５
もオフとなり、開閉弁８を閉じる。At time ζ, when the rotation speed reaches 60%, the rotation detection relay 14 is turned off, and the solenoid 25 is thereby turned off.
is also turned off, and the on-off valve 8 is closed.

これにより、蒸気タービン２への蒸気は遮断され、蒸気
タービン２の発生動力は激減してくる。一方、ガスター
ビン１は６０％回転数では既に自立運転に入つており、
更に回転数は上昇してゆく。そして、蒸気タービン２の
発生トルクよりもガスタービン自体の発生トルクが勝つ
た時点でクラッチ２６は解列される。その後、蒸気ター
ビン２は第２図ａに示すように回転数が低下し、ガスタ
ービン１の速度はｂに示すように上昇して定格回転数に
まで達し、起動動作は完了する。As a result, the steam to the steam turbine 2 is cut off, and the power generated by the steam turbine 2 is drastically reduced. On the other hand, gas turbine 1 has already entered self-sustaining operation at 60% rotation speed.
Furthermore, the rotation speed continues to rise. Then, when the torque generated by the gas turbine itself exceeds the torque generated by the steam turbine 2, the clutch 26 is disengaged. Thereafter, the rotational speed of the steam turbine 2 decreases as shown in FIG. 2a, and the speed of the gas turbine 1 increases as shown in FIG. 2b, reaching the rated rotational speed, and the startup operation is completed.

一方、時刻ζ後、コントロール弁１０は蒸気タービン２
の回転数を保持しようとして開方向にガバナ２３が働き
、全開時点まで動く。これにより、コントロール弁１０
は次の起動態勢に入り、常にスタンバイ状態に蒸気ター
ビン２を保持しておく。このように、蒸気タービンのコ
ントロール弁のサーボ機構に圧油を供給する制御油ライ
ンに、回転数が所定値になつた後にサーボ機構へ圧油を
供給する弁装置を設けると共に、サーボ機構圧油ライン
にアキュムレータを設けたことにより、ガスタービンの
必要起動トルクの変動、制御油圧の変動、及び蒸気ター
ビンの効率変化等に伴う蒸気タービン回転数の急変を緩
和することができ、ガスタービンを制御空気源なしにス
ムーズに起動させることが可能となり、起動装置として
蒸気タービンを用いることが可能となる。On the other hand, after time ζ, the control valve 10
The governor 23 works in the opening direction in an attempt to maintain the rotational speed of , and moves until it is fully opened. As a result, the control valve 10
enters the next startup mode and keeps the steam turbine 2 in a standby state at all times. In this way, the control oil line that supplies pressure oil to the servo mechanism of the control valve of the steam turbine is provided with a valve device that supplies pressure oil to the servo mechanism after the rotation speed reaches a predetermined value, and the servo mechanism pressure oil By installing an accumulator in the line, it is possible to alleviate sudden changes in the steam turbine rotation speed due to fluctuations in the gas turbine's required starting torque, fluctuations in the control oil pressure, and changes in steam turbine efficiency. It becomes possible to start the engine smoothly without a power source, and it becomes possible to use a steam turbine as the starting device.

また、この実施例においては、蒸気タービンの過速度止
め弁９の作動する速度より低くかつガスタービンが自立
運転可能となつた速度で閉とする開閉弁を設けたので、
過速度止め弁を作動させることなく蒸気タービンをスム
ーズに停止させることが可能となり、起動のたびごとに
過速度遮断弁をリセットする必要がなくなる。また、ア
キュムレータ２０に調整バネ２１を設けたので、該調整
バネを調節することによつて制御油圧変化、タービン効
率変化、起動トルク変化に対応して好適なサーボ油圧を
得ることが可能となる。以上述べたように、本発明によ
る起動装置の最も特徴とするところは、起動装置として
の蒸気タービンのコントロール弁制御用サーボ機構に制
御油を供給する制御油ラインに、回転数が所定値になつ
た後に制御油をサーボ機構へ供給する弁装置を設けると
共に、サーボ機構の制御油入口ラインにアキュムレータ
を設けたことにより、起動時における速度上昇に伴うガ
スタービンの必要起動トルクの変動、制御油圧の変動、
及び蒸気タービンに効率変化による蒸気タービン回転数
の急変を緩和することができ、起動装置としての蒸気タ
ービンの信頼性が向上され、実用に耐えうる起動装置が
実現しうる。In addition, in this embodiment, an on-off valve is provided that closes at a speed lower than the operating speed of the overspeed stop valve 9 of the steam turbine and at which the gas turbine can operate independently.
It becomes possible to smoothly stop the steam turbine without activating the overspeed cutoff valve, and there is no need to reset the overspeed cutoff valve every time the steam turbine is started. Further, since the accumulator 20 is provided with the adjustment spring 21, by adjusting the adjustment spring, it is possible to obtain a suitable servo oil pressure in response to changes in control oil pressure, changes in turbine efficiency, and changes in starting torque. As described above, the most distinctive feature of the starting device according to the present invention is that the control oil line that supplies control oil to the servo mechanism for controlling the control valve of the steam turbine, which serves as the starting device, In addition to providing a valve device that supplies control oil to the servo mechanism after the engine is activated, an accumulator is also provided in the control oil inlet line of the servo mechanism to prevent fluctuations in the required starting torque of the gas turbine due to speed increases during startup, and to reduce control oil pressure. Fluctuation,
It is also possible to alleviate sudden changes in the speed of the steam turbine due to changes in efficiency of the steam turbine, improve the reliability of the steam turbine as a starter device, and realize a starter device that can withstand practical use.

従つて、常時蒸気を有する発電プラントにおいて、全熱
効率を向上させることができる。Therefore, total heat efficiency can be improved in a power plant that constantly has steam.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明によるガスタービン起動用蒸気タービン
制御装置の一実施例を示す系統図、第２図は該起動装置
の動作を説明するタイムチャート、第３図はサーボ入口
圧油と蒸気タービンの関係を示す図、第４図はガスター
ビンの必要起動トルク特性を示す図である。 １・・・・・・ガスタービン、２・・・・・・蒸気ター
ビン、３・・・・蒸気供給系統、４・・・・・・制御油
入口ライン、５・・・制御油出口ライン、８・・・・・
・開閉弁、９・・・・・・過速度止め弁、１０・・・・
・・コントロール弁、１１・・・サーボ機構、１２・・
・・・・回転数発信器、１３・・・・・リミットスイッ
チ、１４，１５・・・・・回転検出リレー、１６・・・
・・・パージタイマ、１７・・・・・・ファイヤリング
タイマ、１８・・・・・・電磁操作器、１９・・・・・
三方弁、２０・・・・アキュムレータ、２２・・・・・
・サーボ入ｊ口油圧ライン、２３・・・・・・ガバナ、
２４・・・・・・ガバナレバー、２５・・・・・ソレノ
イド、２６・・・・・・クラッチ。Fig. 1 is a system diagram showing an embodiment of a steam turbine control device for starting a gas turbine according to the present invention, Fig. 2 is a time chart explaining the operation of the starting device, and Fig. 3 shows servo inlet pressure oil and steam turbine. FIG. 4 is a diagram showing the required starting torque characteristics of the gas turbine. 1... Gas turbine, 2... Steam turbine, 3... Steam supply system, 4... Control oil inlet line, 5... Control oil outlet line, 8...
・Opening/closing valve, 9... Overspeed stop valve, 10...
...Control valve, 11...Servo mechanism, 12...
...Rotation speed transmitter, 13...Limit switch, 14,15...Rotation detection relay, 16...
...Purge timer, 17...Firing timer, 18...Electromagnetic operator, 19...
Three-way valve, 20...Accumulator, 22...
・Servo inlet hydraulic line, 23... Governor,
24...Governor lever, 25...Solenoid, 26...Clutch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ ガスタービン起動用蒸気タービンの蒸気量を制御す
る複数個のコントロール弁を設け、上記複数個のコント
ロール弁中の少なくとも１個は油圧式サーボ機構を備え
たものとし、上記サーボ機構に圧油を供給する制御油ラ
インに、蒸気タービン回転数が所定値になつた後に制御
油を供給する弁装置を設けると共に、前記サーボ機構の
制御油入口ラインにアキュムレータを設けたことを特徴
とするガスタービン起動用蒸気タービン制御装置。 ２ 前記の油圧式サーボ機構は、蒸気タービンが所定の
回転数に達したときに計数を開始するタイマを備えたも
のとし、該タイマが所定時間の経過を計数したとき前記
のガスタービンを点火する信号を出力するように構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス
タービン起動用蒸気タービン制御装置。 ３ 前記複数個のコントロール弁中の他の１個は、蒸気
タービンの回転数が上昇してガスタービン自立回転数を
越える回転数に達した際に閉じられるように構成したも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項に記載のガスタービン起動用蒸気タービン制御装置
。[Scope of Claims] 1. A plurality of control valves are provided for controlling the amount of steam of a steam turbine for starting a gas turbine, and at least one of the plurality of control valves is equipped with a hydraulic servo mechanism, A control oil line that supplies pressure oil to the servo mechanism is provided with a valve device that supplies the control oil after the steam turbine rotation speed reaches a predetermined value, and an accumulator is provided on the control oil inlet line of the servo mechanism. Features: A steam turbine control device for starting a gas turbine. 2. The hydraulic servo mechanism is equipped with a timer that starts counting when the steam turbine reaches a predetermined rotation speed, and ignites the gas turbine when the timer counts the elapse of a predetermined time. The steam turbine control device for starting a gas turbine according to claim 1, characterized in that the device is configured to output a signal. 3. Another one of the plurality of control valves is configured to be closed when the rotational speed of the steam turbine increases and reaches a rotational speed exceeding the gas turbine self-sustaining rotational speed. A steam turbine control device for starting a gas turbine according to claim 1 or 2.