JPS6073017A - レヒ−トガスタ−ビンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、Ｙづこ明の技術分野〕 本発明は中間冷却器を有する２１ＦｌｌＩ型レヒ一トガ
スタービン発電機の制御装置に関する。

〔発明の技術的背景お」：びその問題点〕近年ガスター
ビンも高効率運転を行うために高温高圧化が図られてい
る。この−環として第１図に示すような２軸型レヒート
ガスタービンが注目されている。これは発電＋！Ａｒ駆
動用の低圧軸とこの低圧軸に供給すべきガスを発生する
ための高圧軸との２軸からなるもので、低圧軸の排ガス
は中間冷却器ヲ介して高圧軸に循環され、この中間冷却
器（ｄ例えば７ｊ＝′イラ等と組合わされてコンバイン
ドサイクルを４１７）成し熱効率を最大限に高めるよう
に構成されている。

この構成を説明する。

発電機９を直結する低圧軸系は、高圧ガスタービン５の
出口から発生ガスをガスダクトヲ通して中圧タービン６
に受入れ軸、シム動動力を得る。この出口ガスとこの出
口ガスに途中で混入された冷却空気等ケ低圧燃焼器（再
燃器ともいう）７に与え目つこの燃焼器７中に燃料を噴
射して燃焼ガスを得、低圧タービン８を駆動して低圧軸
の駆動動力Ｘ発生し排気装置２１から排気する。この駆
動動カ十一部を消費して低圧圧縮機ｌが回転され、吸気
装置２０から大気を吸入して圧縮した空気を中間冷神器
２ヶ通して所定の温度に冷却した上で高圧軸系の高圧圧
縮機３へ送気する。この高圧軸系はガス発生器として機
能する高圧圧縮機３、高圧燃焼器４および高圧タービン
５で構成されている。高低圧軸の軸端には、電動機７有
する起動装置１０゜１１が増速歯車装置を介して結合さ
れている。

どのような本体機器の伺属装置として、各機器の制御操
作端は、高圧燃焼器４の燃η流叶ｉｌｊ制御弁１４、低
圧燃焼器７の燃口流駄制御弁］５、低圧圧縮機全段可変
静翼操作器」３、同出口故風弁１２が設けられている。

その他に起動時、順序を追って操作するシーケンス制御
のうち高ｊ〕テ系起動装置の伝達トルクを予め設定きれ
たプログラムにしたがってトルクを制御する設定器を投
入するための切瑛スイッチ、高圧圧縮機の起動時サージ
ング領域ケさけて作動させるべく全開していた抽気放風
弁ヲ−１・分安全な領域まで起動さぜた後に全閉指令を
鳥える回転数比較器等から全体が、構成されている。

これにより高効率なガスタービン元型がりＪ能となる。

しかしながら、このような２軸型レヒートガストーピン
はこれを制御することが畑しく、充分実和に耐え得る制
御装置１は提供されていないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、安全確実で再現性のある起動制御特性
を有し、且つ高効率で負荷運転を行い得る２軸型レヒー
トソｊスタービン制御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

この目的達成のため、本発明では、起動装置により高低
圧軸を回転昇速した上で、高圧燃焼器次いで低圧燃焼器
？着火して両燃焼器の燃料制御弁を最小開度丑で絞り込
み、しかる後高圧軸の速度を監視しつつ昇速制御し、次
いで低圧軸のタービン出口温度を監視しつつ昇速制御し
て所定速度に達したところで発電機の系統併入を行い、
この後高圧１１Ｑｂ　（Ａ；負向変動１ｃ応じて、また
低圧軸はタービン出口温度に応じて制御７行うような装
Ｍを提供するものである。

以下第２図乃至第１０図を参照して本発明を実施例につ
き説明する。

第２図は本発明に係る２軸型レヒートガスクービン制御
装置の構成７示１ブロック線図である。

この図において一点鎖線で囲んで示した弁１Ｗｉｊ度制
Ｐｉ部＋６　、１８　、’１９および翼開度制仙ｊ部１
７は第１図に卜されたものと同一要素である。これら１
１ｊ１珪＋４＋部は駒れも弁または翼の開度検出部（（
１′う、　（ｉ（１、３１、・ＩＯ）、復調部（６６、
６１、２’２　、５０　）、加減脚部（ＧＶ　、　６２
゜乙、３４）およびザーゼ増幅部（６４、５！Ｉ　、　
３０　、４８　）からなシ、弁丑たは翼の開度設定部（
（ｉ’Ｊ　、　’、）８　）もしくは位置設定部（２９
、３３）の１」３力に応じて弁寸たは翼の開度制御を行
う。

これら各設定部に対して第２図の左側（で示した各要素
から制御信号が与えら；Ｉ″ｔ、て谷弁捷たに１−翼の
開度制御が行われる。この制シに］ｊ動作？起動か；っ
負荷運転に至るまで順序にしたがって説明する。

高低圧軸が各別に起動装置により回鴨上眉され着火に必
要な空気流量が伺られる着火回獣故になると、図宗しな
い起動停止シーケン／キル制ｊ１１ｊ装置からの着火開
度指令により、寸ず高ｌ−１−燃１５Ｉ７１器側の燃料
制御弁１４に対し着火態別設定部７８からの着火流量設
定値信号が切換スイッチ７６乞介して４えられる。

高圧燃焼器着火後、別の着火開度指令によシ、同様に低
圧燃焼器側の燃料制御弁１５に対し着火燃料設定部７９
からの着火流量設定値信号が切換スイッチ３２乞介して
与えられる５、 高低圧燃料ｔｔｉ制御弁１．４　、１．５＋ｄ二それぞ
れンークンシト１１ｔ−ル制御装置から最終着火指令か
ら所定時間経過ニドに指令に基き、切換スイッチ７６　
、３２を介して各二押］、４　、１．５に対し最小燃料
流量を得るべく最小開度燃料流量設定値信号が付与され
る。

これにより高圧燃焼器４がまず着火され１０缶の燃焼器
の火移り時間経過後に燃料制御弁１４が最小１゜ 開度まで絞り込まれる。同様に低圧燃焼器７も１２缶の
燃焼器の火移り時間経過後に最小開度まで燃料制御弁１
５が絞り込まれる。

この後所定時間が経過すると、速度設定部４６に初期設
定値として高圧軸実回転数を与える。これと同時に加速
度設定部４０の出力を速度設定部４６に力える。これ以
後、速度設定部４６では高圧軸実速度／加速度目標設定
曲線にしたがい速度目標値を演算し切換スイッチ７７を
介して加減算部Ｌ１３に考える。加減算部４３は速度目
標値と速度検出部・１２からの実速度信号との偏差を出
し速度制作ｊ部月に布える。

このｉｌ制御部・１１の出力により後述１−る低値図択
部：３９および切換スイッチ７６ヲ介して荷速：ｔ制御
信号相当の要求高圧燃料流量信号として弁ｂｌ用の位置
設定部；３３に入力が与えられる。

同様にして低圧燃焼器７の燃料制御弁Ｊ５が最小開度ま
で絞り込まれた後所定時間が詳つと低圧りｐ］ビン８の
出口温度制御が行われる。これには寸・署ゴ氏圧タービ
ン出口温度設定部−３１により目標ん度＞定値が与えら
れ、この設定値が加減算部２７において出口温度検出部
２６の実ガス温度検出値と欠き；垢 丁合；わされ、両者の偏差が出口篇度匍１１１ｉ１４１
３１（２）に入力厖：ｉる。

゛この制御部２５の出力により後述する低値選択部あお
よび切換スイッチ３２乞介して低圧タービン出口温度制
御信号和尚の要求低圧燃料流計として弁１５用の位置設
定部２９へ入力される。

このような制御の結果、低圧軸回転数は上昇する。低圧
軸速度制御のため速度設定部５１から一定設定値が与え
られ速度検出部５３からの検出値と加減算部５４におい
て突き合わされて偏差が取出され速度制御部５２に入力
される。

一方、負荷設定部６８からの設定値は加減算部７１に力
えられて発電機出力検出部７０の実出力検出値と突き合
わされ負荷偏差が取出され比例積分動作する負荷制御部
６９に入力される。この負荷制御部６９の出力はガバナ
自動／手動選択スイッチ７３が自動のときに加算器５５
　、７５に与えられる。

このスイッチ７３はタービン起動時は手動選択され、手
動負荷設定部１４１ｄ、ゼロ設定される。自動選：’＞
−ｚ起動時であると手動負荷設定部７４から加算、１器
５５　、７５に力えられる信号はゼロであるから、加算
器５５の出力は速度制御部５２の出力であシ、また加算
器７５の出力は負荷バイアス設定部７２の出力でありと
もに低値選択部５６に与えられる。負荷パイておくとす
る。これにより低値選択部５６への上記２人力は起動時
に大きな値をとる。

一方、低値選択部５６の第３人力として初期設定部５７
により上記２人力より小さな値を初期設定として力えれ
ば、低値選択部５６から（ｄ初期設定値が出力される。

この初期設定値は定格速度近辺で高圧燃焼器燃料制御乞
高圧軸速度制間から低圧軸速度制御へ確実に切替えるよ
うに決められる。切替え後はこの初期値設定部５７から
の低値選択部″Ｉ６への入力は解除される。

次いで発電機を電力系統に同期併入さぜるため発電機（
低圧軸）速度を系統周１伎故に揃える。このために図示
しない揃速制御装置から手動負荷設定部７４に揃速制御
指令が与えられる１、低圧軸速度は定格速ＪＷたとえは
３０００ｒｐｍ　を保持する必要があり、このため速度
制御部５２から加−算部５５へＩ制御出力が入力され、
一方揃速制ｆｆ１．ｌｌ指−粂が手動負荷設定部７４ン
介し加減算ｊｌＬ　５５へ加鐙−され、加減算部５５で
はそれらの重畳信号を形成する。

加減算部５５の出力が１つの入力として与えられる低値
選択部５６ではもう１つの入力である負荷バイアス設定
部７２からのバイアス設定値が最大に設定されているた
め速度制御部５２側からの信号が低値選択部５６＋３９
’（ｒ通して高圧燃料流量制御系へ与えられ揃速制御が
行われる。

このとき他の同期併入条件を含めて条件が確立すれば図
示しない自動同期装置により発電機は電力系統へ同期併
入される。

同期併入後、ガバナ自動／手動選択スイッチ７３がガバ
ナ自動選択され負荷設定部６８に目標負荷が設定される
ことにより負荷玉算制御が行われる。

す々わち実負荷検出部７０の検出値が加減算部７１で目
標負荷と突き合わされ負荷偏差信号として負荷制御部６
９へ入力されて負荷偏差信号が出力される。

この信号は速度制御用係号と加算され、前述のように高
圧燃料流量制御が行われる。

このとき高圧低値選択部；う９の他の２人力との関係は
次の通りである。いま仮にこれら２人力は低値選択部；
う９で選択されていないと１−ると、このうち積分要素
を含む高圧タービン入口温度１１ｔ１１４１部３６箱低
値選択部：３９の出力に追従させ積分要素が飽和１！１
することを防止する。これと共に加減（イ）部３８の出
：フ・１の制御偏差が負側に反転したとき連続的に低値
選択部：３９で制御信号が切換えられる。同腫に、もう
１つの高圧タービン速度’ｉｌｉ制御部旧（ｒＪ：　ｌ
？ｉ分要素が含まれないので低値選択部、３９の出力に
追従さぜな弓が最小制御出力になると連続的に切換えら
れる２、このとき、他の制御出力・はこの選択された制
叫１出力に追従させ次の制御系統の切換えに備える。

一方低圧燃焼器燃料流祉制御卸糸（２９，１９）は起動
時に引続き負荷上昇時も連続的に低圧タービン出口温度
制御系（２４、２５、２６、２７）により低値選択部２
８ケ通して要求燃別流敬設定が−りえられる。。

ただし例外的場合として他方の負イ！Ｔ′ｆ相当主制’
：ｊｌ　イ１−：；号（低値選択部！５６の出力）が選
択されることがある。これは発電機負荷遮断時に低圧’
ＩｑＩ　、ｉ１斐が過大になり過渡的に負荷相当主制御
信号が負側の信号になった場合である。

このように負荷上昇時に高圧側燃料、低圧側燃料が制御
されるとき、低圧圧縮機出口放風弁１２および低圧圧縮
機可変静翼により主空気原着が負荷上昇と共に連続的に
増加するように負荷相当主制御信号による制御が行われ
る。

第３図および第４図はこの制御を行うための弁・□））
山鹿設定部０３および翼開度設定部５８のプログラム練
定内容を示したものである。すなわち負荷相当ｊ７ｔｆ
ｆｌ制御信号が制御性相当までは低圧圧縮機出口放風弁
開度８５％、低圧圧縮機可変静翼開度１１°　とし、無
負荷相当から負荷相当主制御信号３０％捷では出口放風
弁開度ヲ８５％から０％まで直線的に変え、−可変静翼
開度は１１％の−１ま、その後負荷相当主制御信号１０
０％までは出口改風弁開度は０％の寸まで可変静翼開度
ｙ５　ｉｏｏ％まで直線的に変える。

第５図（は高圧タービン速度バイアス設定部４４０プロ
グラム設定内容ン示したもので、実負荷３０％までは直
線的に増加し、３０％乃至１．００％まで１００％近く
の一定バイアス値となる特性を有する。

第６図は高圧タービン加速度設定部４００プログラム設
定内容を示したもので、高圧タービン実回転数が約’３
５００ｒｐｍ’ｊては６．７　Ｃｒｐｍ　／　ｓｅｃ　
’Ｊて一定加速し、３５００ｒｐｒｎ”−４００Ｏｒｐ
ｍ　は４．８　（ｒｐｍ、／　ｓｅｅ　’：１まで直線
的に減少し、４０００ｒｐｍ〜６３００ｒｐｍ　では４
．８．　［ｒｐｍ　／　ｓｅｃ　］一定、その後７００
０ｒｐｍ　で加速Ｏと々るように設定されている。した
がって概ね３段階に加速度が変化する。

第７図は低圧タービン出口温度設定部２４のプログラム
設定内容を示したもので、高圧タービン実Ｕ転数が４０
００ｒｐｍ　ｉてＩｄｉ５ｏ０ｃ　とし、４０００１ｐ
ｍ〜５４．ＯＯｒｐｍで６０７°ｃ’ｔて直鈎６的に上
昇し、上れ以上の回転数では６０７°Ｃ一定とする。

第８図（′：ｉ高圧高圧タービンガロガス温度設定部５
のプログラム設定内容を示したもので、低負彷］領１或
　、では］０００°Ｃ一定とし負荷相当主ｉ１ｉリド１
１ｊ旧号が１０数％〜３０％の範囲は直線的に上列し、
：３（３％以上に。

１３０００Ｃ一定となるようにする。

第９図および第１０図は尚圧燃焼器および低圧燃焼器の
各燃料制御弁弁開度設定偶性乞示したもので、第９図の
特性は位置設定部、３３に、第１０の特性は同じ＜２９
に、弁開度と態別流量の非線形特性補正関数として設定
されている。なお、弁の数は一つとして説明したが、弁
のレンジアビリティ−等により各系統２弁とするような
変形は勿論可能である。

本発明は上述のように、ガス発生器としての高圧軸とと
のノ！ス発生器からの）ガスを利用して発電機を駆動す
る低圧軸とからなる２軸型レヒートガスタービン乞制御
するにつき、起動時は高圧軸を加速度設定スケジュール
にしたがって速度制御し、低圧軸はタービン出口温度を
目標として低圧燃焼器の燃料制御を行うようにしたため
、円滑かつ迅速に起動を行うことができ、また負荷運転
時に低

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象であるＺ軸型レヒートガスタ
ービンの構成を示す図、第２図（は本発明要素の制御特
性の説萌図である。 甲 ■・・・低圧圧縮機、２・・−中間冷却器、３・・・高
圧圧ｉ、４・・・高圧燃焼器、５・・高圧タービン、６
・・中圧タービン、７・・・再燃器、８・低圧タービン
、９・・・発電機、１０・・・低圧起動装置、月・・高
圧起動装置、１２・・・低圧圧縮機出口放風弁、１３・
・低圧圧扁槻町変静翼操作器、ｉ／Ｉ・・・高圧燃才・
ｌ流ｔｊｉ４１１ｉ１ｊ’、、１４１弁、Ｉ５・再ｅ　
燃ＩＲ流ｔ　ｆｆｔｌＪ　１１１　弁、］（ｉ　−１２
弁開ＩＪｔ　（位置）　ｆｌｉｌｌ　１ｊｌ１部、ｊ７
・・・低圧圧縮機可変静翼開度（位置）　ｉｉｉ制御部
。 １８・・・高圧燃料流置割Ｂ１弁開度（位置）制御部、
１９・・・再燃々相流量制御弁開度（位置）　！ｔｉ制
御部、２０・・−吸気装置、２Ｊ・・・排気装置、２２
・・・］５弁Ｉに１度検出器用復調部、餡・・・１９の
加減算部、２壮・・低圧タービン出口温度設定部、謳・
・・低圧タービン出口温度制御卸部、２６・・・低圧タ
ービン出口温度検出部、２７・同加減算部、あ・・・再
燃器低値選択部、２つ・・・１１〕用位置設定部、３０
・・・１５弁用サ一ボ増幅部、３１・・・Ｊ５弁用シー
−７１５弁と開度検出器、３２・・・切換スイッチ、３
：３・−１８用位置設定部、３１Ｉ・・・１８の加減算
部、３５・・・高圧タービン入口温度設定部、３６・・
・同温度制御部、３７・・・同温度演算５Ｍ部、４０・
・・高圧タービン加速度設定部、４Ｊ・・・高圧１マ１
−ピン速度制御部、４２・・・同速度検出部、４３・・
・同加減算部、４４・・・同速度バイアス設定部、４５
・・同加力部、４６・・同速度設定部、４７・・・同定
格速度一定設宇部、４８・・・１４弁用サ一ボ増幅部、
４９・・１４弁用サーボ弁と開度検出器、５０・・・Ｊ
４４弁開検出器用復調部、５１・・・低圧タービン定格
速度一定設宇部、５２・・・低圧タービン速度制御部、
５３・・・同速度検出部、５４・・・同加減算部、５５
・−同加算部、５６・・同速度・負荷低値選択部、５７
・・・低圧軸速度切替、初期値設定部、５８・・低圧圧
縮機可変静翼開度設定部、５９・・１３用サ一ゼ増幅部
、６０・・・Ｊ３用サー２ぜ弁と開度検出器、６１・・
・１３用開度検出用峻調部、６２・・１７の加減算部、
６３・・・低圧圧縮機出口放風弁開度設定部、６４・］
２弁用サーＪ？増幅部、６５・−・１２弁用サーゼ弁と
開度検出器、６６・・・１２弁開度検出器用復調部、６
７・・１６の加減算部、６８・・・負荷設定部、６９・
・・負荷制御部、７０・・・発電機出力（実負荷）検出
部、７Ｊ・・・負荷制御、？１り加減算部、７２・・・
負荷バイアス設定部、７３・・ガバナ自動／′手動選択
スイッチ、７４−・手動負荷設定部、７５・・・負荷バ
イアス設定用加算部、７６・・・切換スイッチ、７７・
・・切換スイッチ、７８・・・高圧燃焼器着火燃料設定
部、７９・・・再燃器着火燃別設定部、。 特許出願人 工業技術院長　川　Ｈ」　裕　部 翰伺相当王ホリ（ｌ！ｌ′１１ス号（％）−げ肖相当王
市り荀狙信号（％） 冥　負　Ａ（％） 高圧ターＬ′ン寅ロ軛叡　（＋ｐ１１１）負同相当王制
＋１ＨＨ８号（筋 第９ 要求低圧燃泊

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガス発生器としての高圧軸、前記ガス発生器かと、 このガスタービンの実負荷が所定値に達するまでは漸増
   しその後一定値となる設定信号Ｚ与える第１の装置、前
   記実負荷がＤ〒定埴に達する１では低温でその後より１
   ７６１．１１の一定値となる設定信号を与える第２の装
   置、前記高圧軸の実回転数に基き低速賊では高率で高速
   域では低率となり所定速度到達時にＯとなる加速設定信
   号を与える第３の装置を有し、前記第１乃至第３の装置
   からの設定信号に基き燃料制御を行う高圧軸制御系と、
   初期値設定信号に続いて負荷相当上側・、卸信号が与え
   られることによシ前記低圧軸における圧縮機の出口放風
   弁開度および町変静−Ｍ　ｂｉ１度を制御する第１の装
   置、前記高圧軸の実回転数低速戦で６−低温で高速域で
   は高温に前記低圧軸のタービン出［１温度を保つような
   設定信゛弓乞力える第２の装置、前記第１および第２の
   装置からの設定１バ号に基き燃料制向１ヶ行う低圧軸制
   御系とをそなえた２軸ｊ’ＪＩＩレヒートガスタービン
   の制御装置。