JPH0693880A - ガスタービン設備及びその運転方法 - Google Patents
ガスタービン設備及びその運転方法Info
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- JPH0693880A JPH0693880A JP24461992A JP24461992A JPH0693880A JP H0693880 A JPH0693880 A JP H0693880A JP 24461992 A JP24461992 A JP 24461992A JP 24461992 A JP24461992 A JP 24461992A JP H0693880 A JPH0693880 A JP H0693880A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 起動モーター等の起動機の容量を小さくする
と共に、冷却空気の流量調節弁の寿命を伸ばし、その信
頼性を高める。 【構成】 圧縮機１からの圧縮空気を燃焼器２を介さず
にタービン３に供給するための冷却空気供給配管８と、
冷却空気供給配管８を通る圧縮空気の流量を調節する冷
却空気流量調節弁９と、タービン３の回転数を計測する
回転数計測計１１と、この回転数に基づいてタービン３
が起動状態であるか否かを把握し、起動状態であると把
握している間、冷却空気流量調節弁９の弁開度を一定の
弁開度に絞り込ませる制御装置１２とを備えている。
と共に、冷却空気の流量調節弁の寿命を伸ばし、その信
頼性を高める。 【構成】 圧縮機１からの圧縮空気を燃焼器２を介さず
にタービン３に供給するための冷却空気供給配管８と、
冷却空気供給配管８を通る圧縮空気の流量を調節する冷
却空気流量調節弁９と、タービン３の回転数を計測する
回転数計測計１１と、この回転数に基づいてタービン３
が起動状態であるか否かを把握し、起動状態であると把
握している間、冷却空気流量調節弁９の弁開度を一定の
弁開度に絞り込ませる制御装置１２とを備えている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気を圧縮する圧縮機
と、圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器
と、該燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動する
タービンとを備えているガスタービン設備及びその運転
方法に関する。
と、圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器
と、該燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動する
タービンとを備えているガスタービン設備及びその運転
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガスタービン設備としては、例え
ば、特開昭５６−５６９３０号公報に記載されているも
ののように、圧縮機から空気を冷却空気として直接ター
ビンに供給できるようにし、タービンを保護するために
タービン入口温度に応じて、冷却空気の流量を制御する
ものがある。このガスタービン設備は、タービン入口温
度が非常に高温で、この温度を熱電対等で直接測定する
ことが難しいため、タービン出口温度を測定し、この温
度に基づいて、タービン入口温度を推定している。そし
て、タービン入口温度が材料許容温度以下になるよう、
及びタービンのシールが確実に行えるよう、冷却空気の
流量を演算して、この流量になるように冷却空気の流量
を調節している。
ば、特開昭５６−５６９３０号公報に記載されているも
ののように、圧縮機から空気を冷却空気として直接ター
ビンに供給できるようにし、タービンを保護するために
タービン入口温度に応じて、冷却空気の流量を制御する
ものがある。このガスタービン設備は、タービン入口温
度が非常に高温で、この温度を熱電対等で直接測定する
ことが難しいため、タービン出口温度を測定し、この温
度に基づいて、タービン入口温度を推定している。そし
て、タービン入口温度が材料許容温度以下になるよう、
及びタービンのシールが確実に行えるよう、冷却空気の
流量を演算して、この流量になるように冷却空気の流量
を調節している。
【０００３】このガスタービン設備では、起動時におい
て、まず、起動用モータを駆動し、圧縮機、タービン及
び発電機を駆動させ、タービンの回転数が着火回転数に
達したら、燃焼器に燃料を供給して、タービンにも仕事
をさせている。その後、燃焼器への燃料を増加されて、
タービンの仕事量が圧縮機等を回転させるのに必要な仕
事量を上回り、自立運伝できるようになると、起動用モ
ータを切り離し、さらに、燃焼器への燃料を増加させ
て、タービンを定格運転状態まで昇速させている。とこ
ろで、このようなガスタービン設備では、タービンの容
量が大きくなれば、起動用モータの容量も大きくなって
しまう。具体的には、例えば、タービン単機出力が２０
万ｋｗの場合、起動用モータの容量も数千ｋｗ以上も必
要になる。さらに、起動用モータの回転数とトルクとを
調節するトルクコンバータも大容量にせざるを得ない。
したがって、設備製造コストが嵩むのみならず、ランニ
ングコストも嵩んでしまう。
て、まず、起動用モータを駆動し、圧縮機、タービン及
び発電機を駆動させ、タービンの回転数が着火回転数に
達したら、燃焼器に燃料を供給して、タービンにも仕事
をさせている。その後、燃焼器への燃料を増加されて、
タービンの仕事量が圧縮機等を回転させるのに必要な仕
事量を上回り、自立運伝できるようになると、起動用モ
ータを切り離し、さらに、燃焼器への燃料を増加させ
て、タービンを定格運転状態まで昇速させている。とこ
ろで、このようなガスタービン設備では、タービンの容
量が大きくなれば、起動用モータの容量も大きくなって
しまう。具体的には、例えば、タービン単機出力が２０
万ｋｗの場合、起動用モータの容量も数千ｋｗ以上も必
要になる。さらに、起動用モータの回転数とトルクとを
調節するトルクコンバータも大容量にせざるを得ない。
したがって、設備製造コストが嵩むのみならず、ランニ
ングコストも嵩んでしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の冷却空気の
制御は、タービンの冷却等を主目的にしているが、これ
を仮に起動時に実行したとした場合、起動時において
は、タービン入口温度が低いので、圧縮機から直接ター
ビンに供給される冷却空気の流量は少なく、逆に、圧縮
機から燃焼器を介してタービンに供給される燃焼ガスの
流量が多くなり、タービン自身の仕事量が増加するの
で、起動用モータの容量を小さくすることが可能であ
る。
制御は、タービンの冷却等を主目的にしているが、これ
を仮に起動時に実行したとした場合、起動時において
は、タービン入口温度が低いので、圧縮機から直接ター
ビンに供給される冷却空気の流量は少なく、逆に、圧縮
機から燃焼器を介してタービンに供給される燃焼ガスの
流量が多くなり、タービン自身の仕事量が増加するの
で、起動用モータの容量を小さくすることが可能であ
る。
【０００５】一般的に、冷却空気は、タービン入口温度
が低い起動時では、タービンの冷却用より、タービンの
軸封用としての役割の方が重要で、負荷が大きくなりタ
ービン入口温度が高い定格運転時では、タービン冷却用
としての重要性が増す。また、冷却空気の流量を調整す
る流量調節弁は、タービン保護という重要な役割を果た
すものであるから、高い信頼性が要求される。
が低い起動時では、タービンの冷却用より、タービンの
軸封用としての役割の方が重要で、負荷が大きくなりタ
ービン入口温度が高い定格運転時では、タービン冷却用
としての重要性が増す。また、冷却空気の流量を調整す
る流量調節弁は、タービン保護という重要な役割を果た
すものであるから、高い信頼性が要求される。
【０００６】しかしながら、起動時のタービン入口温度
は、急激に且つ複雑に変化するので、従来技術では、タ
ービン冷却がさほど重要でない起動時に、このような温
度変化に追従させて流量調節弁を開閉させることにな
り、流量調節弁の寿命を縮め、その信頼性を低下させる
という問題点がある。
は、急激に且つ複雑に変化するので、従来技術では、タ
ービン冷却がさほど重要でない起動時に、このような温
度変化に追従させて流量調節弁を開閉させることにな
り、流量調節弁の寿命を縮め、その信頼性を低下させる
という問題点がある。
【０００７】そこで、本発明の目的は、起動モーター等
の起動機の容量を小さくして、製造コスト及びランニン
グコストを低減することができると共に、冷却空気の流
量調節弁の寿命を伸ばし、その信頼性を高めることがで
きるガスタービン設備及びその運転方法を提供すること
である。
の起動機の容量を小さくして、製造コスト及びランニン
グコストを低減することができると共に、冷却空気の流
量調節弁の寿命を伸ばし、その信頼性を高めることがで
きるガスタービン設備及びその運転方法を提供すること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のガスタービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器
を介さずにタービンに供給するための冷却空気供給配管
と、該冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調
節する冷却空気流量調節弁と、前記タービンが起動状態
であるか否かを把握する起動状態把握手段と、前記ター
ビンが起動状態であると把握されている間、前記冷却空
気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込ませる制
御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
のガスタービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器
を介さずにタービンに供給するための冷却空気供給配管
と、該冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調
節する冷却空気流量調節弁と、前記タービンが起動状態
であるか否かを把握する起動状態把握手段と、前記ター
ビンが起動状態であると把握されている間、前記冷却空
気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込ませる制
御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】ここで、前記起動状態把握手段は、前記タ
ービンの回転数を計測する回転数計測手段と、計測され
た回転数に応じて起動状態であるか否かを判断する判断
手段と、を有していることが好ましい。
ービンの回転数を計測する回転数計測手段と、計測され
た回転数に応じて起動状態であるか否かを判断する判断
手段と、を有していることが好ましい。
【００１０】また、前記目的を達成するための他のガス
タービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器を介さ
ずにタービンに供給するための冷却空気供給配管と、冷
却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節する冷
却空気流量調節弁と、タービンの回転数を計測する回転
数計測手段と、前記圧縮機が起動した後に、前記回転数
計測手段により計測された回転数が予め定めた第１の回
転数になってから、さらに回転数が上昇し予め定めた第
２の回転数になる起動時の特定運転状態を把握する特定
運転状態把握手段と、前記タービンが特定運転状態であ
ると把握されている間、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませる制御手段と、を備えて
いることを特徴とするものである。
タービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器を介さ
ずにタービンに供給するための冷却空気供給配管と、冷
却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節する冷
却空気流量調節弁と、タービンの回転数を計測する回転
数計測手段と、前記圧縮機が起動した後に、前記回転数
計測手段により計測された回転数が予め定めた第１の回
転数になってから、さらに回転数が上昇し予め定めた第
２の回転数になる起動時の特定運転状態を把握する特定
運転状態把握手段と、前記タービンが特定運転状態であ
ると把握されている間、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませる制御手段と、を備えて
いることを特徴とするものである。
【００１１】ここで、以上のガスタービン設備には、前
記タービンに蒸気を供給するための蒸気配管と、前記蒸
気配管を通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁とを
設け、前記制御手段は、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませるている間、前記蒸気流
量調節弁を開けておくようにしてもよい。
記タービンに蒸気を供給するための蒸気配管と、前記蒸
気配管を通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁とを
設け、前記制御手段は、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませるている間、前記蒸気流
量調節弁を開けておくようにしてもよい。
【００１２】
【作用】起動機を起動させ、圧縮機やタービン等を起動
させる。タービンが起動してから所定の状態になるまで
の間、例えば、タービンが定格回転数になるまでの間
が、起動状態把握手段により、起動状態であると把握さ
れる。タービンが起動状態であると把握されると、その
間、制御手段からの指示を受けて、冷却空気流量調節弁
の弁開度が一定の弁開度に絞り込まれる。したがって、
起動時においては、タービンに供給される冷却空気のう
ち、冷却空気配管を通ってタービンに供給される冷却空
気の流量が少なく、燃焼器を介してタービンに供給され
る冷却空気（燃焼ガス）の流量が多くなるので、タービ
ン出力が増加し、起動機の容量を小さくすることができ
る。
させる。タービンが起動してから所定の状態になるまで
の間、例えば、タービンが定格回転数になるまでの間
が、起動状態把握手段により、起動状態であると把握さ
れる。タービンが起動状態であると把握されると、その
間、制御手段からの指示を受けて、冷却空気流量調節弁
の弁開度が一定の弁開度に絞り込まれる。したがって、
起動時においては、タービンに供給される冷却空気のう
ち、冷却空気配管を通ってタービンに供給される冷却空
気の流量が少なく、燃焼器を介してタービンに供給され
る冷却空気（燃焼ガス）の流量が多くなるので、タービ
ン出力が増加し、起動機の容量を小さくすることができ
る。
【００１３】タービン入口温度が低い起動時、冷却空気
は、タービンの冷却用よりはむしろ、タービンの軸封用
としての役割の方が重要ある。そこで、起動状態の間、
タービンの軸封を確実に行える程度の冷却空気量と冷却
用の少量の冷却空気量とを確実に確保できるような一定
の弁開度に冷却空気流量調節弁を設定しておけば、冷却
空気の役割を果たさせることができると共に、高い信頼
性が要求される冷却空気流量調節弁の寿命を伸ばすこと
もできる。
は、タービンの冷却用よりはむしろ、タービンの軸封用
としての役割の方が重要ある。そこで、起動状態の間、
タービンの軸封を確実に行える程度の冷却空気量と冷却
用の少量の冷却空気量とを確実に確保できるような一定
の弁開度に冷却空気流量調節弁を設定しておけば、冷却
空気の役割を果たさせることができると共に、高い信頼
性が要求される冷却空気流量調節弁の寿命を伸ばすこと
もできる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明に係るガスタービン設備の各種
実施例について、図面を用いて説明する。まず、本発明
に係る第１の実施例のガスタービン設備について、図１
及び図２を用いて説明する。
実施例について、図面を用いて説明する。まず、本発明
に係る第１の実施例のガスタービン設備について、図１
及び図２を用いて説明する。
【００１５】本実施例のガスタービン設備は、図１に示
すように、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２
と、この燃焼ガスにより駆動するタービン３と、タービ
ン３により駆動される発電機４と、圧縮機１及びタービ
ン３の起動時の駆動に用いる起動用モータ５と、制御装
置１２とを備えている。起動用モータ５、圧縮機１、タ
ービン３及び発電機４は、これらの回転軸相互が接続さ
れている。起動用モータ５の回転軸と圧縮機１の回転軸
との間には、クラッチが設けられている。
すように、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２
と、この燃焼ガスにより駆動するタービン３と、タービ
ン３により駆動される発電機４と、圧縮機１及びタービ
ン３の起動時の駆動に用いる起動用モータ５と、制御装
置１２とを備えている。起動用モータ５、圧縮機１、タ
ービン３及び発電機４は、これらの回転軸相互が接続さ
れている。起動用モータ５の回転軸と圧縮機１の回転軸
との間には、クラッチが設けられている。
【００１６】圧縮機１と燃焼器２との間には、圧縮機１
からの圧縮空気を燃焼用空気として燃焼器２へ供給する
ための燃焼用空気配管６が布設されている。燃焼器２と
タービン３との間には、燃焼器２で生成された燃焼ガス
をタービン３に供給するための燃焼ガス配管７が布設さ
れている。また、圧縮機１とタービン３との間には、圧
縮空気を冷却空気としてタービン３へ供給するための冷
却空気配管８が布設されている。この冷却空気配管８に
は、タービン３へ供給される冷却空気の流量を調節する
冷却空気流量調節弁９が設けられている。
からの圧縮空気を燃焼用空気として燃焼器２へ供給する
ための燃焼用空気配管６が布設されている。燃焼器２と
タービン３との間には、燃焼器２で生成された燃焼ガス
をタービン３に供給するための燃焼ガス配管７が布設さ
れている。また、圧縮機１とタービン３との間には、圧
縮空気を冷却空気としてタービン３へ供給するための冷
却空気配管８が布設されている。この冷却空気配管８に
は、タービン３へ供給される冷却空気の流量を調節する
冷却空気流量調節弁９が設けられている。
【００１７】タービン３の回転軸には、この回転数を検
出する回転数計１１が設けられている。制御装置１２
は、燃焼器２への燃料流量を調節する燃料流量調節弁
（図示されていない。）の弁開度制御や、回転数計１１
からの信号に応じた冷却空気流量調節弁９の弁開度制御
等を行う。なお、本実施例において、起動状態を把握す
る起動状態把握手段は、回転数計と回転数計からの信号
を基にしてタービンが起動状態であるか否かを判断する
制御装置とで構成されている。
出する回転数計１１が設けられている。制御装置１２
は、燃焼器２への燃料流量を調節する燃料流量調節弁
（図示されていない。）の弁開度制御や、回転数計１１
からの信号に応じた冷却空気流量調節弁９の弁開度制御
等を行う。なお、本実施例において、起動状態を把握す
る起動状態把握手段は、回転数計と回転数計からの信号
を基にしてタービンが起動状態であるか否かを判断する
制御装置とで構成されている。
【００１８】次に、本実施例のガスタービン設備の動作
について、図２を用いて説明する。まず、起動用モータ
５を駆動して、圧縮機１及びタービン３の回転数を徐々
に上げて行く（同図（ｃ））。タービン３が燃焼器２を
着火させてもよい回転数になると（時間ｔ1）、燃焼器
２への燃料供給を開始する。燃料が着火すると、タービ
ン３の昇速スケジュールに従って、燃焼器２へ燃料が供
給される。燃焼器２へ燃料及び燃焼用空気の供給量が徐
々に増加してくると、タービン３の単体の出力（以下、
タービン単体出力とする。）も、徐々に増加して行く。
この間（時間ｔ1〜ｔ2）、タービン単体出力は、主に、
圧縮機１を駆動するための動力として用いられる。
について、図２を用いて説明する。まず、起動用モータ
５を駆動して、圧縮機１及びタービン３の回転数を徐々
に上げて行く（同図（ｃ））。タービン３が燃焼器２を
着火させてもよい回転数になると（時間ｔ1）、燃焼器
２への燃料供給を開始する。燃料が着火すると、タービ
ン３の昇速スケジュールに従って、燃焼器２へ燃料が供
給される。燃焼器２へ燃料及び燃焼用空気の供給量が徐
々に増加してくると、タービン３の単体の出力（以下、
タービン単体出力とする。）も、徐々に増加して行く。
この間（時間ｔ1〜ｔ2）、タービン単体出力は、主に、
圧縮機１を駆動するための動力として用いられる。
【００１９】タービン単体出力が増加し、これが圧縮機
１の駆動動力を上回ると、つまりタービン３が自立運転
可能になると（時間ｔ2）、起動用モータ５の回転軸を
圧縮機１の回転軸から切り離す。その後、さらにタービ
ン３が昇速し、タービン３の回転数が定格回転数になる
と（時間ｔ3）、昇速を中止する。時間ｔ3では、タービ
ン単体出力と圧縮機１の駆動動力とが丁度バランスして
いるときであり、圧縮機１の駆動動力分も含めたタービ
ン３の出力（以下、タービン合成出力とする。）はゼロ
である（同図（ａ））。
１の駆動動力を上回ると、つまりタービン３が自立運転
可能になると（時間ｔ2）、起動用モータ５の回転軸を
圧縮機１の回転軸から切り離す。その後、さらにタービ
ン３が昇速し、タービン３の回転数が定格回転数になる
と（時間ｔ3）、昇速を中止する。時間ｔ3では、タービ
ン単体出力と圧縮機１の駆動動力とが丁度バランスして
いるときであり、圧縮機１の駆動動力分も含めたタービ
ン３の出力（以下、タービン合成出力とする。）はゼロ
である（同図（ａ））。
【００２０】着火（時間ｔ1）から時間ｔ3までの間の燃
焼ガス温度は、同図（ｂ）に示すように、複雑且つ急激
に変化する。これは、燃焼器２への供給燃料量が急激に
増加する一方で、着火から一定時間、燃焼器２内におけ
る燃焼安定性を確保するために、例えば、パイロットバ
ーナ等を用いて拡散燃焼を行い、その後に、予混合燃焼
を行う等の燃焼方式の切替等が行われるからである。な
お、時間ｔ1から時間ｔ3までの間で、燃焼ガス温度が急
激に変化するといっても、供給燃料量が定格運転時と比
べて少ないので、定格運転時の燃焼ガス温度よりも低い
温度領域において、変化する。時間ｔ3以後、タービン
合成出力が定格出力になるまで（時間ｔ4）（同図
（ａ））は、燃焼器２への供給燃料量は増加し（同図
（ｄ））、燃焼ガス温度は上昇する。
焼ガス温度は、同図（ｂ）に示すように、複雑且つ急激
に変化する。これは、燃焼器２への供給燃料量が急激に
増加する一方で、着火から一定時間、燃焼器２内におけ
る燃焼安定性を確保するために、例えば、パイロットバ
ーナ等を用いて拡散燃焼を行い、その後に、予混合燃焼
を行う等の燃焼方式の切替等が行われるからである。な
お、時間ｔ1から時間ｔ3までの間で、燃焼ガス温度が急
激に変化するといっても、供給燃料量が定格運転時と比
べて少ないので、定格運転時の燃焼ガス温度よりも低い
温度領域において、変化する。時間ｔ3以後、タービン
合成出力が定格出力になるまで（時間ｔ4）（同図
（ａ））は、燃焼器２への供給燃料量は増加し（同図
（ｄ））、燃焼ガス温度は上昇する。
【００２１】ところで、回転数計１１は、起動用モータ
５の起動後から常時、タービン３の回転数を計測してお
り、この回転数計１１からの信号は、制御装置１２に送
られている。制御装置１２は、タービン３の回転開始
（ｔ0）から無負荷定格回転数（時間ｔ3における回転
数）になるまでの無負荷状態を起動状態として把握し、
この間の冷却空気流量調節弁９の弁開度が一定の弁開度
に絞り込れるよう、冷却空気流量調節弁９に対して信号
を出力する。すなわち、冷却空気流量調節弁９の弁開度
は、時間ｔ0から時間ｔ3までの間は、一定の弁開度に絞
り込まれ、同図（ｆ）に示すように、圧縮機１に入る全
空気流量Ｇcompと動翼入口からタービン３へ供給される
ガス流量ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が、少なくとも、時
間ｔ3から時間ｔ4までの部分負荷状態の間より、大きく
なる。時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷運転状態の間、
冷却空気流量調節弁９は、具体的に、タービン３の軸封
に必要な最小限度の空気流量に僅かに＋αした空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にされる。
５の起動後から常時、タービン３の回転数を計測してお
り、この回転数計１１からの信号は、制御装置１２に送
られている。制御装置１２は、タービン３の回転開始
（ｔ0）から無負荷定格回転数（時間ｔ3における回転
数）になるまでの無負荷状態を起動状態として把握し、
この間の冷却空気流量調節弁９の弁開度が一定の弁開度
に絞り込れるよう、冷却空気流量調節弁９に対して信号
を出力する。すなわち、冷却空気流量調節弁９の弁開度
は、時間ｔ0から時間ｔ3までの間は、一定の弁開度に絞
り込まれ、同図（ｆ）に示すように、圧縮機１に入る全
空気流量Ｇcompと動翼入口からタービン３へ供給される
ガス流量ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が、少なくとも、時
間ｔ3から時間ｔ4までの部分負荷状態の間より、大きく
なる。時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷運転状態の間、
冷却空気流量調節弁９は、具体的に、タービン３の軸封
に必要な最小限度の空気流量に僅かに＋αした空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にされる。
【００２２】したがって、時間ｔ0から時間ｔ3までの無
負荷運転状態の間は、燃焼器２を経由してタービン３へ
供給される空気流量が増加するので、タービン単体出力
が増加し、無負荷運転状態の時間を短くできると共に起
動用モータ５の負荷を軽減することができる。このた
め、起動用モータ５の容量を小さくすることができると
共に、起動用モータ５の消費電力量も少なくすることが
できる。また、起動時において、タービン単体出力が増
加し、無負荷運転状態の時間を短くできるために、圧縮
機１の旋回失速域を早く通過させることができるので、
起動を容易に行うことができる。
負荷運転状態の間は、燃焼器２を経由してタービン３へ
供給される空気流量が増加するので、タービン単体出力
が増加し、無負荷運転状態の時間を短くできると共に起
動用モータ５の負荷を軽減することができる。このた
め、起動用モータ５の容量を小さくすることができると
共に、起動用モータ５の消費電力量も少なくすることが
できる。また、起動時において、タービン単体出力が増
加し、無負荷運転状態の時間を短くできるために、圧縮
機１の旋回失速域を早く通過させることができるので、
起動を容易に行うことができる。
【００２３】さらに、無負荷運転状態の間は、冷却空気
流量調節弁９の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸
ばすことができ、信頼性を高めることができる。なお、
このように、無負荷運転状態の間、冷却空気流量調節弁
９の弁開度を一定にできるのは、この間、タービン３自
体の温度があまり高くなっておらず、冷却用の空気をタ
ービン３に送る必要があまりなく、タービン３には、主
に、軸封用にのみ空気を送ればよいからである。
流量調節弁９の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸
ばすことができ、信頼性を高めることができる。なお、
このように、無負荷運転状態の間、冷却空気流量調節弁
９の弁開度を一定にできるのは、この間、タービン３自
体の温度があまり高くなっておらず、冷却用の空気をタ
ービン３に送る必要があまりなく、タービン３には、主
に、軸封用にのみ空気を送ればよいからである。
【００２４】次に、本発明に係る第２の実施例のガスタ
ービン設備について、図３及び図４を用いて説明する。
なお、本実施例において、第１の実施例と同一部位につ
いては同一の符号を付し、重複した説明を省略する。冷
却空気配管８の冷却空気流量調節弁９の下流側には、蒸
気配管１３が接続されており、この蒸気配管１３に、こ
こを通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁１４が設
けられている。制御装置１２ａには、起動状態に応じ
て、冷却空気流量調節弁９の弁開度を制御する機能の他
に、蒸気流量調節弁１４の弁開度を制御する機能も設け
られている。
ービン設備について、図３及び図４を用いて説明する。
なお、本実施例において、第１の実施例と同一部位につ
いては同一の符号を付し、重複した説明を省略する。冷
却空気配管８の冷却空気流量調節弁９の下流側には、蒸
気配管１３が接続されており、この蒸気配管１３に、こ
こを通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁１４が設
けられている。制御装置１２ａには、起動状態に応じ
て、冷却空気流量調節弁９の弁開度を制御する機能の他
に、蒸気流量調節弁１４の弁開度を制御する機能も設け
られている。
【００２５】本実施例において、蒸気流量調節弁１４以
外の動作は、第１の実施例と基本的に同一である。すな
わち、タービン３の起動に伴い、時間ｔ0から時間ｔ3ま
での間、冷却空気流量調節弁９の弁開度は、一定の弁開
度に絞り込まれる。但し、この場合、冷却空気流量調節
弁９は、タービン３の軸封に必要な最小限度の空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にまで絞り込まれる。
一方、蒸気流量調節弁１４は、時間ｔ0から時間ｔ3まで
の間、制御装置１２ａからの指示で開いている。蒸気配
管１３を通ってきた蒸気の一部は、タービン３の第１段
静翼や、エンドウォール等にも供給されことになる。
外の動作は、第１の実施例と基本的に同一である。すな
わち、タービン３の起動に伴い、時間ｔ0から時間ｔ3ま
での間、冷却空気流量調節弁９の弁開度は、一定の弁開
度に絞り込まれる。但し、この場合、冷却空気流量調節
弁９は、タービン３の軸封に必要な最小限度の空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にまで絞り込まれる。
一方、蒸気流量調節弁１４は、時間ｔ0から時間ｔ3まで
の間、制御装置１２ａからの指示で開いている。蒸気配
管１３を通ってきた蒸気の一部は、タービン３の第１段
静翼や、エンドウォール等にも供給されことになる。
【００２６】したがって、図４に示すように、圧縮機１
に入る全空気流量Ｇcompと動翼入口を通過するガス流量
ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が大きくなり、具体的には、
時間ｔ3以降におけるＧB／Ｇcompの値よりも０．２程度
ほど大きくなり、起動時におけるタービン単体出力が増
加して、起動用モータ５の容量を小さくすることができ
る。特に、本実施例の場合、起動時に蒸気を導入して、
タービン出力の増強を図っているので、第１の実施例よ
りもさらに起動用モータ５の容量を小さくすることがで
きることは言うまでもない。
に入る全空気流量Ｇcompと動翼入口を通過するガス流量
ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が大きくなり、具体的には、
時間ｔ3以降におけるＧB／Ｇcompの値よりも０．２程度
ほど大きくなり、起動時におけるタービン単体出力が増
加して、起動用モータ５の容量を小さくすることができ
る。特に、本実施例の場合、起動時に蒸気を導入して、
タービン出力の増強を図っているので、第１の実施例よ
りもさらに起動用モータ５の容量を小さくすることがで
きることは言うまでもない。
【００２７】時間ｔ3以降、蒸気流量調節弁１４は閉じ
て、タービン３への蒸気供給が中止される。
て、タービン３への蒸気供給が中止される。
【００２８】ところで、起動時に用いる蒸気としては、
設備内で用いられているプロセス蒸気を用いてもよい
し、このガスタービン設備が、蒸気タービンも備えてい
る複合発電設備である場合には、廃熱回収ボイラーから
の蒸気を用いてもよい。なお、この蒸気は、タービン３
内の圧力よりも僅かに高い、例えば、１５kg／cm2程度
の圧力で十分で、かつこの蒸気の供給時間も定格回転数
に達するまでの２０〜３０分程度で十分なので、蒸気圧
力及び蒸気供給時間の面から考えても、特に、特殊なも
のではないので、一般的なプラントにおいては、この蒸
気の確保に困ることはあまりないと考えられる。
設備内で用いられているプロセス蒸気を用いてもよい
し、このガスタービン設備が、蒸気タービンも備えてい
る複合発電設備である場合には、廃熱回収ボイラーから
の蒸気を用いてもよい。なお、この蒸気は、タービン３
内の圧力よりも僅かに高い、例えば、１５kg／cm2程度
の圧力で十分で、かつこの蒸気の供給時間も定格回転数
に達するまでの２０〜３０分程度で十分なので、蒸気圧
力及び蒸気供給時間の面から考えても、特に、特殊なも
のではないので、一般的なプラントにおいては、この蒸
気の確保に困ることはあまりないと考えられる。
【００２９】次に、本発明に係る第３の実施例につい
て、図５を用いて説明する。以上説明した実施例では、
時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷状態の全時間、冷却空
気流量に対する燃焼用空気流量の割合が多くなる。この
ため、着火直後の供給燃料量が少ないときに、燃焼器２
へ大量の空気が供給されると、燃料が安定して燃焼しな
い場合がある。そこで、このような場合に対処すべく、
本実施例では、図５に示すように、例えば、定格回転数
の３０％の回転数までは（時間ｔ5）、ＧB／Ｇcompが定
格運転状態と同じになる弁開度に冷却空気流量調節弁９
を設定して、燃料供給量が少ないときに、燃焼器２への
燃焼用空気流量を少なくし、定格回転数の３０％の回転
数を超えた時点から定格回転数になるまで（時間ｔ3）
の間、ＧB／Ｇcompが定格運転状態時よりも大きくなる
弁開度に冷却空気流量調節弁９を設定して、燃焼器２へ
の燃焼用空気流量を多くする。
て、図５を用いて説明する。以上説明した実施例では、
時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷状態の全時間、冷却空
気流量に対する燃焼用空気流量の割合が多くなる。この
ため、着火直後の供給燃料量が少ないときに、燃焼器２
へ大量の空気が供給されると、燃料が安定して燃焼しな
い場合がある。そこで、このような場合に対処すべく、
本実施例では、図５に示すように、例えば、定格回転数
の３０％の回転数までは（時間ｔ5）、ＧB／Ｇcompが定
格運転状態と同じになる弁開度に冷却空気流量調節弁９
を設定して、燃料供給量が少ないときに、燃焼器２への
燃焼用空気流量を少なくし、定格回転数の３０％の回転
数を超えた時点から定格回転数になるまで（時間ｔ3）
の間、ＧB／Ｇcompが定格運転状態時よりも大きくなる
弁開度に冷却空気流量調節弁９を設定して、燃焼器２へ
の燃焼用空気流量を多くする。
【００３０】したがって、着火直後の一定時間は、燃焼
器２へ供給される燃焼用空気流量が少ないので、燃料を
安定した状態で燃焼させることができる。また、定格回
転数の３０％の回転数を超えた時点から定格回転数にな
るまで（時間ｔ3）の間は、燃焼器２を経由してタービ
ン３へ供給されるガス流量が増加するので、起動用モー
タ５の容量も小さくすることができる。なお、本実施例
では、冷却空気流量調節弁９の弁開度を絞るタイミング
（時間ｔ5）は、タービン３の回転数に基づいて行って
いるが、時間ｔ0から時間ｔ5までの間、冷却空気流量調
節弁９を開いているのは、燃焼用空気流量を少なくして
おき安定燃焼を図るためであるから、安定燃焼する条件
となる燃焼用空気流量又は燃料流量を測定し、これらの
値が安定燃焼が可能な値を示した時点で、冷却空気流量
調節弁９の弁開度を絞るようにしてもよい。
器２へ供給される燃焼用空気流量が少ないので、燃料を
安定した状態で燃焼させることができる。また、定格回
転数の３０％の回転数を超えた時点から定格回転数にな
るまで（時間ｔ3）の間は、燃焼器２を経由してタービ
ン３へ供給されるガス流量が増加するので、起動用モー
タ５の容量も小さくすることができる。なお、本実施例
では、冷却空気流量調節弁９の弁開度を絞るタイミング
（時間ｔ5）は、タービン３の回転数に基づいて行って
いるが、時間ｔ0から時間ｔ5までの間、冷却空気流量調
節弁９を開いているのは、燃焼用空気流量を少なくして
おき安定燃焼を図るためであるから、安定燃焼する条件
となる燃焼用空気流量又は燃料流量を測定し、これらの
値が安定燃焼が可能な値を示した時点で、冷却空気流量
調節弁９の弁開度を絞るようにしてもよい。
【００３１】また、以上の実施例では、定格運転状態に
なった以降（時間ｔ4）、冷却空気流量調節弁９の弁開
度は、定格運転状態において、タービン３を保護できる
冷却空気流量が得られる弁開度に設定され、基本的に
は、弁開度が変化しないようにしているが、タービン３
の入口温度に応じて弁開度を制御するようにしてもよ
い。さらに、以上の実施例では、タービン３の回転数に
基づいて、起動状態か否かを判断するようにしている
が、本発明は、これに限定されるものではなく、例え
ば、圧縮機２の吐出圧力やタービン３の入口温度等に基
づいて、起動状態を判断するようにしてもよい。但し、
タービン３の入口温度に基づく場合には、前述したよう
に、この温度を直接測定することができないので、マス
バランス等考慮してタービン３の出口温度等から推定し
なければならず、複雑なプログラムを作る必要がある。
また、温度変化は、タイムラグが大きいので、的確なタ
イミングで流量調節弁の弁開度を制御することが難しい
ことも、考慮する必要がある。
なった以降（時間ｔ4）、冷却空気流量調節弁９の弁開
度は、定格運転状態において、タービン３を保護できる
冷却空気流量が得られる弁開度に設定され、基本的に
は、弁開度が変化しないようにしているが、タービン３
の入口温度に応じて弁開度を制御するようにしてもよ
い。さらに、以上の実施例では、タービン３の回転数に
基づいて、起動状態か否かを判断するようにしている
が、本発明は、これに限定されるものではなく、例え
ば、圧縮機２の吐出圧力やタービン３の入口温度等に基
づいて、起動状態を判断するようにしてもよい。但し、
タービン３の入口温度に基づく場合には、前述したよう
に、この温度を直接測定することができないので、マス
バランス等考慮してタービン３の出口温度等から推定し
なければならず、複雑なプログラムを作る必要がある。
また、温度変化は、タイムラグが大きいので、的確なタ
イミングで流量調節弁の弁開度を制御することが難しい
ことも、考慮する必要がある。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、タービンの起動状態時
には、冷却ガス流量調節弁の弁開度が絞られ、燃焼器を
介してタービンに供給されるガス流量が多くなってター
ビン出力が増強されるので、起動機、例えば、起動用モ
ータの容量を小さくすることができる。したがって、製
造コスト及びランニングコストの低減を図ることができ
る。
には、冷却ガス流量調節弁の弁開度が絞られ、燃焼器を
介してタービンに供給されるガス流量が多くなってター
ビン出力が増強されるので、起動機、例えば、起動用モ
ータの容量を小さくすることができる。したがって、製
造コスト及びランニングコストの低減を図ることができ
る。
【００３３】また、起動状態時においては、冷却ガス流
量調節弁の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸ばす
ことができて、信頼性を高めることができる。
量調節弁の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸ばす
ことができて、信頼性を高めることができる。
【図１】本発明に係る第１の実施例のガスタービン設備
の系統図である。
の系統図である。
【図２】本発明に係る第１の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。
の運転状況を示す説明図である。
【図３】本発明に係る第２の実施例のガスタービン設備
の系統図である。
の系統図である。
【図４】本発明に係る第２の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。
の運転状況を示す説明図である。
【図５】本発明に係る第３の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。
の運転状況を示す説明図である。
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…発電機、
５…起動用モータ、８…冷却空気配管、９…冷却空気流
量調節弁、１１…回転数計、１２，１２ａ…制御装置、
１３…蒸気配管、１４…蒸気流量調節弁。
５…起動用モータ、８…冷却空気配管、９…冷却空気流
量調節弁、１１…回転数計、１２，１２ａ…制御装置、
１３…蒸気配管、１４…蒸気流量調節弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (6)
- 【請求項１】空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えてい
るガスタービン設備において、 前記圧縮機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに前記
タービンに供給するための冷却空気供給配管と、 前記冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節
する冷却空気流量調節弁と、 前記タービンが起動状態であるか否かを把握する起動状
態把握手段と、 前記タービンが起動状態であると把握されている間、前
記冷却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込
ませる制御手段と、 を備えていることを特徴とするガスタービン設備。 - 【請求項２】前記起動状態把握手段は、 前記タービンの回転数を計測する回転数計測手段と、 計測された回転数に応じて起動状態であるか否かを判断
する判断手段と、 を有していることを特徴とする請求項１記載のガスター
ビン設備。 - 【請求項３】空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えてい
るガスタービン設備において、 前記圧縮機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに前記
タービンに供給するための冷却空気供給配管と、 前記冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節
する冷却空気流量調節弁と、 前記タービンの回転数を計測する回転数計測手段と、 前記圧縮機が起動した後に、前記回転数計測手段により
計測された回転数が予め定めた第１の回転数になってか
ら、さらに回転数が上昇し予め定めた第２の回転数にな
る起動時の特定運転状態を把握する特定運転状態把握手
段と、 前記タービンが特定運転状態であると把握されている
間、前記冷却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に
絞り込ませる制御手段と、 を備えていることを特徴とするガスタービン設備。 - 【請求項４】前記タービンに蒸気を供給するための蒸気
配管と、 前記蒸気配管を通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節
弁とを備え、 前記制御手段は、前記冷却空気流量調節弁の弁開度を一
定の弁開度に絞り込ませるている間、前記蒸気流量調節
弁を開けておくことを特徴とする請求項１、２又は３記
載のガスタービン設備。 - 【請求項５】空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンと、前記圧縮
機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに該タービンに
供給するための冷却空気供給配管と、該冷却空気供給配
管を通る前記圧縮空気の流量を調節する冷却空気流量調
節弁と、を備えているガスタービン設備の運転方法にお
いて、 前記タービンが起動状態であるか否かを判断し、 前記タービンが起動状態であると判断される間、前記冷
却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込ませ
ることを特徴とするガスタービン設備の運転方法。 - 【請求項６】前記タービンが起動状態であると判断され
る間、前記タービンに蒸気を供給することを特徴とする
請求項５記載のガスタービン設備の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24461992A JPH0693880A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | ガスタービン設備及びその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24461992A JPH0693880A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | ガスタービン設備及びその運転方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693880A true JPH0693880A (ja) | 1994-04-05 |
Family
ID=17121441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24461992A Pending JPH0693880A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | ガスタービン設備及びその運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693880A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009270571A (ja) * | 2008-05-06 | 2009-11-19 | General Electric Co <Ge> | ターボ機械及びターボ機械の出力効率を高めるための方法 |
| JP2012102648A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2013057278A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2015145677A (ja) * | 2015-04-03 | 2015-08-13 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン |
| JP2016521396A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-07-21 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 小型の空力熱モデルベースの制御システム推定器開始アルゴリズム |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP24461992A patent/JPH0693880A/ja active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009270571A (ja) * | 2008-05-06 | 2009-11-19 | General Electric Co <Ge> | ターボ機械及びターボ機械の出力効率を高めるための方法 |
| JP2012102648A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| JP2013057278A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン |
| US10190503B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-01-29 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based tip clearance management |
| US10400677B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-09-03 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model stabilization with compressible flow function transform |
| US10087846B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-10-02 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model stabilization with compressible flow function transform |
| US10107204B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-10-23 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model base point linear system based state estimator |
| US10107203B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-10-23 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based engine power control |
| US10145307B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-12-04 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based control system |
| US10161313B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-12-25 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based engine material temperature control |
| US11078849B2 (en) | 2013-03-15 | 2021-08-03 | Raytheon Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based engine power control |
| US10196985B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-02-05 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based degraded mode control |
| JP2016521396A (ja) * | 2013-03-15 | 2016-07-21 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 小型の空力熱モデルベースの制御システム推定器開始アルゴリズム |
| US10480416B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-11-19 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based control system estimator starting algorithm |
| US10539078B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-01-21 | United Technologies Corporation | Compact aero-thermo model real time linearization based state estimator |
| US10753284B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-08-25 | Raytheon Technologies Corporation | Compact aero-thermo model base point linear system based state estimator |
| US10767563B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-09-08 | Raytheon Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based control system |
| US10774749B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-09-15 | Raytheon Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based engine power control |
| US10844793B2 (en) | 2013-03-15 | 2020-11-24 | Raytheon Technologies Corporation | Compact aero-thermo model based engine material temperature control |
| JP2015145677A (ja) * | 2015-04-03 | 2015-08-13 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン |
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