CN102959185A - 涡轮发电机的控制方法及装置 - Google Patents

涡轮发电机的控制方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102959185A
CN102959185A CN2010800677322A CN201080067732A CN102959185A CN 102959185 A CN102959185 A CN 102959185A CN 2010800677322 A CN2010800677322 A CN 2010800677322A CN 201080067732 A CN201080067732 A CN 201080067732A CN 102959185 A CN102959185 A CN 102959185A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
steamturbine
turbine
power turbine
diesel engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800677322A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102959185B (zh
Inventor
市来芳弘
白石启一
西川佳彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Publication of CN102959185A publication Critical patent/CN102959185A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102959185B publication Critical patent/CN102959185B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10—Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/16—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled all the engines being turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/107—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor with two or more rotors connected by power transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/42—Control of fuel supply specially adapted for the control of two or more plants simultaneously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/60—Application making use of surplus or waste energy
    • F05D2220/62—Application making use of surplus or waste energy with energy recovery turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/07—Purpose of the control system to improve fuel economy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/07—Purpose of the control system to improve fuel economy
    • F05D2270/071—Purpose of the control system to improve fuel economy in particular at idling speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明是提供涡轮发电机的控制方法及装置，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，能够不浪费柴油发动机的燃料消耗地抑制发电电力。在将从柴油发动机（3）排出的废气的排气能量作为动力源被驱动的动力涡轮（7）和蒸汽涡轮（9）串联结合而成的涡轮发电机中，柴油发动机（3）具有废气涡轮增压器（5），抽出被供给到该废气涡轮增压器（5）之前的废气的一部分并将废气通过调整供给量而供给到动力涡轮（7），将由节能器（11）生成的蒸汽通过调整供给量而供给到蒸汽涡轮（9），在需要电力减少而发电电力成为剩余时，使向动力涡轮（7）的废气供给量减少而使动力涡轮（7）的输出成为最小之后，使向蒸汽涡轮（9）的蒸汽供给量减少。

Description

涡轮发电机的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及将从构成船用柴油发动机、陆地发电机用柴油发动机等的发动机主体排出的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力源而被驱动的动力涡轮（燃气涡轮）及蒸汽涡轮串联结合而成的涡轮发电机的控制方法及控制装置。
背景技术
不将柴油发动机的废气的一部分向增压器输送而导入动力涡轮等并将排气能量作为动力回收的技术已经被专利文献1（日本特开昭63-186916号公报）公开。
另外，该专利文献1公开了在废气进入动力涡轮时调整废气量、并减小从柴油发动机向增压器输送的废气量的变化幅度的技术。而且，进入动力涡轮的废气量的调整是由多个通路形成动力涡轮的气体入口并在各个通路上设置旁通阀来实施。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开昭63-186916号公报
发明内容
发明要解决的问题
在所述专利文献1中，进入动力涡轮的废气量通过旁通阀的开闭控制而被进行控制。另外，一种排热回收系统，抽出柴油发动机的废气的一部分，将该抽出气体导入动力涡轮，并且将利用废气的排热而生成的蒸汽导入蒸汽涡轮来进行发电，其中，以往控制废气向动力涡轮的导入量的入口阀一般是ON、OFF的开闭阀，不具有对任意的气体量进行控制的功能。
另一方面，根据船舶的航运状况，有时所述动力涡轮及蒸汽涡轮的合计输出相对于船内需要电力来说有剩余，但动力涡轮及蒸汽涡轮的发生输出依赖于柴油发动机的输出，从而适当地实施剩余电力对策，对于柴油发动机的燃料消耗率的提高是极其有效的。
作为所述剩余电力对策，以往采用如下对策，并列设置多个轴发电机等，有选择地控制工作发电机，或者设置并消耗阻力，并放弃所产生的蒸汽的剩余量，使蒸汽涡轮的输出降低等。
但是，并列设置多个轴发电机等使设置费用增大，另外，伴随除此以外的剩余电力的调整导致的能量向系统外的放出也会导致柴油发动机的燃料的浪费。
本发明鉴于上述问题，其课题是提供一种涡轮发电机的控制方法及装置，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，能够不浪费不柴油发动机的燃料消耗地抑制发电电力。
解决问题的技术方案
为实现所述课题，本申请发明的第一发明的涡轮发电机的控制方法，是将从柴油发动机排出的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力源被驱动的动力涡轮（燃气涡轮）及蒸汽涡轮串联结合而成的涡轮发电机的控制方法，其特征在于，所述柴油发动机具有废气涡轮增压器，抽出被供给到该废气涡轮增压器之前的废气（燃烧气体）的一部分，将该抽出的废气通过调整供给量而供给到所述动力涡轮，将由废气热交换器生成的蒸汽通过调整供给量而供给到所述蒸汽涡轮，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，使向动力涡轮的供给量减少，动力涡轮的输出成为最小之后，使向所述蒸汽涡轮的供给量减少。
另外，关于实施第一发明的涡轮发电机的控制方法的装置发明即第二发明是，在所述涡轮发电机的控制装置中，所述柴油发动机具有废气涡轮增压器，所述涡轮发电机的控制装置具有：抽出通路，抽出被供给到该废气涡轮增压器之前的废气的一部分并将该抽出气体供给到所述动力涡轮；废气量调节阀，被设置在该抽出通路上并调整供给量；蒸汽供给通路，将通过废气热交换器与废气的排热进行热交换而生成的蒸汽供给到蒸汽涡轮；蒸汽量调整阀，被设置在该蒸汽供给通路上并调整供给量；控制器，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，缩小所述废气量调节阀使向动力涡轮的供给量减少并使动力涡轮的输出成为最小之后，缩小所述蒸汽量调整阀而使向蒸汽涡轮的供给量减少。
根据所述第一发明、第二发明，在发电电力成为剩余状态时，首先，使动力涡轮的输出减少，即，使抽出气体量减少，由此，向废气涡轮增压器的涡轮部的废气量增大并被压缩部加压，从而向柴油发动机的燃烧室的进气量增大，发动机的燃烧效率提高，燃料消耗率被改善。
先从蒸汽涡轮进行输出减少的情况下，舍弃（卸载）由废气热交换器生成的蒸汽，由此必须实施蒸汽涡轮的输出减少。
该情况下，浪费地舍弃由废气热交换器生成的蒸汽，对于柴油发动机的燃料消耗率的改善是不优选的，但在本发明中，以提高进气压力的方式施加影响，从而能够有效果地获得发动机的燃烧效率的改善。
而且，由于能够使动力涡轮及蒸汽涡轮都实现迅速的输出控制，所以能够将发电机的急剧的负荷变动时的频率、电压变动抑制到最小。
另外，在第一发明中，优选的是，预先设定所述动力涡轮能够供给的电力和所述蒸汽涡轮能够供给的电力，使所述动力涡轮能够供给的电力成为最小之后，使所述蒸汽涡轮的供给电力减少即可。
在第二发明中，优选的是，在所述控制器中，具有预先设定动力涡轮能够供给的电力和所述蒸汽涡轮能够供给的电力的负荷分担控制部，用于设定能够供给的电力比例即可。
根据各个结构，通过预先设定所述动力涡轮能够供给的电力和所述蒸汽涡轮能够供给的电力，能够预先设定动力涡轮的输出控制范围，能够改善燃料消耗量的同时实现具有可靠性的剩余电力的抑制。另外，由于能够预先设定发电能力，所以具有与发电机的使用用途相应的设计自由度。
另外，在第一发明中，优选的是，通过来自具有转速下降控制函数的动力涡轮用调速器的控制信号控制废气向所述动力涡轮的供给量，并通过来自具有转速下降控制函数的蒸汽涡轮用调速器的信号控制蒸汽向所述蒸汽涡轮的供给量即可。
在第二发明中，优选的是，在所述控制器中，分别地设有具有转速下降控制函数的动力涡轮用调速器和蒸汽涡轮用调速器，通过来自所述动力涡轮用调速器的控制信号控制所述废气量调节阀，通过来自所述蒸汽涡轮用调速器的控制信号控制所述蒸汽量调整阀即可。
根据各个结构，由于分别使用独立的动力涡轮用调速器及蒸汽涡轮用调速器控制动力涡轮的输出控制和蒸汽涡轮的输出控制，所以能够没有关联关系地分别独自地控制动力涡轮的输出控制和蒸汽涡轮的输出控制，最初能够仅使动力涡轮的输出减少。
此外，转速下降控制是指在通过动力涡轮及蒸汽涡轮旋转驱动发电机的发电机中，作为控制发电机的转速的转速控制方法之一使用的控制方法，并使用通过对转速目标值和实际被控制的当前的转速之间的偏差施加比例增益计算的控制量进行控制。
另外，在第二发明中，优选的是，所述涡轮发电机通过船舶推进用的柴油发动机的排气能量被驱动，并且与所述涡轮发电机分别地设有其他的柴油发动机发电机，在所述控制器的负荷分担控制部中，设定所述涡轮发电机的动力涡轮能够供给的电力、蒸汽涡轮能够供给的电力和所述其他的柴油发动机发电机能够供给的电力，在船舶内的在需要电力减少而发电电力处于剩余状态时，所述控制器使所述其他的柴油发动机发电机的输出成为最小，然后使所述动力涡轮的输出成为最小，最后使所述蒸汽涡轮的输出成为最小即可。
根据所述结构，在供给电力处于剩余状态时，最初，使其他的柴油发动机发电机的输出成为最小，在依然处于剩余状态的情况下，使涡轮发电机的动力涡轮的输出成为最小，在还是剩余状态的情况下，使蒸汽涡轮的输出成为最小，即，将蒸汽涡轮的输出的减少作为最终步骤，由此，在供给电力的过剩时，能够实现船舶推进用的柴油发动机以及其他的柴油发动机发电机消耗的燃料消耗率的改善。
发明的效果
根据本发明，在发电电力成为剩余状态时，首先使相对于发电机串联连接的动力涡轮的输出减少，然后使蒸汽涡轮的输出减少，从而最初伴随动力涡轮的输出减少，向柴油发动机的废气涡轮增压器的涡轮部的废气量增大，因废气涡轮增压器的加压进气的增大，柴油发动机的燃烧效率提高，燃料消耗率被改善，由此，能够提供能够不浪费柴油发动机的燃料消耗地抑制剩余电力的产生的涡轮发电机的控制方法及装置。
附图说明
图1是本发明的涡轮发电机的整体结构图。
图2是表示第一实施方式的控制装置整体结构的结构图。
图3是第一实施方式的流程图。
图4是表示第一实施方式的供给电力的剩余抑制状态的说明图。
图5是表示第二实施方式的控制装置整体结构的结构图。
图6是第二实施方式的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图所示的实施方式详细说明本发明。但是，本实施方式记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只要没有特别的记载，本发明的范围就不仅限于此。
（第一实施方式）
图1是本发明的涡轮发电机的整体结构图。以适用于船用柴油发动机的情况为例进行说明。
涡轮发电机1具有：船舶推进用的柴油发动机3；废气涡轮增压器5；动力涡轮（燃气涡轮）7；蒸汽涡轮9；作为废气热交换器的废气节能器11。
来自柴油发动机3的输出经由推进轴直接或间接地与螺旋桨连接。另外，柴油发动机3的各气缸的缸部13的排气口与作为废气集合管的排气歧管15连接，排气歧管15经由第一排气管L1与废气涡轮增压器5的涡轮部5a的入口侧连接，另外，排气歧管15经由第二排气管L2（抽出通路）与动力涡轮7的入口侧连接，废气的一部分在被供给到废气涡轮增压器5之前被抽出而被供给到动力涡轮7。
另一方面，各缸部13的进气口被连接在进气歧管17，进气歧管17经由进气管K1与废气涡轮增压器5的压缩部5b连接。另外，在进气管K1上设有空气冷却器（中冷器）19。
废气涡轮增压器5由涡轮部5a、压缩部5b、以及连结涡轮部5a和压缩部5b的旋转轴5c构成。
动力涡轮7通过经由第二排气管L2从排气歧管15被抽出的废气被旋转驱动，另外，蒸汽涡轮9被供给由废气节能器11生成的蒸汽而被旋转驱动。
该废气节能器11是被导入了从废气涡轮增压器5的涡轮部5a的出口侧经由第三排气管L3被排出的废气、和从动力涡轮7的出口侧经由第四排气管L4被排出的废气，并通过热交换部21利用废气的热量使由给水管23供给的水蒸发而产生蒸汽。而且，由废气节能器11生成的蒸汽经由第一蒸汽管J1被导入蒸汽涡轮9，另外，在该蒸汽涡轮9中做功后的蒸汽通过第二蒸汽管J2被排出并被导入未图示的冷凝器（凝结器）。
动力涡轮7和蒸汽涡轮9被串联结合并驱动发电机25。蒸汽涡轮9的旋转轴29经由未图示的减速机及联轴器与发电机25连接，另外，动力涡轮7的旋转轴27经由未图示的减速机及离合器31与蒸汽涡轮9的旋转轴29连结。
另外，在第二排气管L2上设有对导入动力涡轮7的气体量进行控制的废气量调节阀33、和紧急时切断废气向动力涡轮7的供给的紧急停止用紧急切断阀35。另外，紧急停止用紧急切断阀35被切断时，为防止废气涡轮增压器5向涡轮部5a的过增压（超过发动机的最佳运转压力的增压），在其与第四排气管L4之间设有旁通阀34。
而且，在第一蒸汽管J1上设有对导入蒸汽涡轮9的蒸汽量进行控制的蒸汽量调整阀37、和紧急时切断蒸汽向蒸汽涡轮9的供给的紧急停止用紧急切断阀39。所述废气量调节阀33及蒸汽量调整阀37的开度通过后述的控制器41被控制。
如上所述，发电机25是将船舶推进用的柴油发动机3的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力而被驱动的，构成了排气能量回收装置。
如图2所示，来自检测发电机25的输出电力的电力传感器45的信号被输入控制器43，作为发电机25的转速将来自检测蒸汽涡轮9的旋转轴29的转速的旋转传感器49的信号输入控制器43。而且，来自检测船内消耗电力的船内消耗电力传感器51的信号被输入控制器43。
另外，在控制器43中具有负荷分担控制部53、动力涡轮用调速器55和蒸汽涡轮用调速器57，在负荷分担控制部53中，预先将动力涡轮7能够供给的电力（输出分担比例）设定成例如A（KW），将蒸汽涡轮9能够供给的电力（输出分担比例）设定成例如B（KW）（参照图3）。
而且，与由负荷分担控制部53设定的分担比例相应的发电能力的指示信号分别被输出到动力涡轮用调速器55、蒸汽涡轮用调速器57。
动力涡轮用调速器55根据预先设定的来自所述负荷分担控制部53的动力涡轮7的输出分担比例，基于由所设定的转速下降控制（比例控制）产生的控制函数，以使发电机25的转速变动稳定在目标转速的方式，以与由旋转传感器49检测的实际转速之间的偏差为基础算出控制信号。而且，该控制信号被输出到废气量调节阀33，该废气量调节阀33的开度被控制，从而向动力涡轮7供给的废气流量被控制。该转速下降控制函数是指：对于转速目标值与实际被控制的当前转速之间的偏差，施加比例增益来计算控制量的函数。
另外，在蒸汽涡轮用调速器57中，也与所述动力涡轮用调速器55同样地，根据预先设定的来自所述负荷分担控制部53的蒸汽涡轮9的输出负担比例，基于由所设定的转速下降控制（比例控制）产生的控制函数，以使发电机25的转速变动稳定在目标转速的方式，以与由旋转传感器49检测的实际转速之间的偏差为基础算出控制信号。而且，该控制信号被输出到蒸汽量调整阀37，该蒸汽量调整阀37的开度被控制，从而向蒸汽涡轮9供给的蒸汽量被控制。
以下，关于需要电力减少、且在发电机25的发电电力成为剩余状态时的输出抑制方法，以图3的流程图及图4的供给电力说明图为基础进行说明。
首先，在步骤S1中，开始控制时，在步骤S2中，基于来自船内消耗电力传感器51的信号和来自发电机25的电力传感器45的信号，判定来自发电机25的发电电力是否超过船内消耗电力成为剩余状态。超过的情况下，在步骤S3中，使动力涡轮7的输出减少并降低到最小。
使该动力涡轮7的输出减少并降低到最小是指降低到预先设定的最小输出，并且使动力涡轮7的输出为零。而且，在步骤S4中，再次判定来自发电机25的发电电力是否超过船内消耗电力而成为剩余状态。
此外，使动力涡轮7的输出减少并降低到最小时，可以阶段性地降低到最小，也可以连续地降低，当然也可以在达到最小之前，进行步骤S4的判定，判定是否处于剩余状态的同时向最小降低。
对于使动力涡轮7的输出成为最小，具体来说，根据来自控制器43所具有的动力涡轮用调速器55的信号调整废气量调节阀33的开度。由于发电机25的转速和发电电力处于大致正比例关系，所以在剩余电力的情况下，以基于船内消耗电力成为与目标发电电力相当的发电机25的目标转速的方式，使动力涡轮7的输出降低。
在步骤S4中，来自发电机25的发电电力超过船内消耗电力成为剩余状态的情况下，由于动力涡轮7已经降低到最小，所以进入下一步骤S5，使蒸汽涡轮9的输出减少，在步骤S6中结束。
在步骤S6中结束后，再返回步骤S1，重复进行从步骤S2开始的处理。该重复以一定时间间隔进行。
在表示所述供给电力的抑制状态的图4中，对于由负荷分担控制部53初期设定的动力涡轮（PT）7的输出A（KW）、和蒸汽涡轮（ST）9的输出B（KW），仅仅动力涡轮7被抑制输出，并使电力降低到作为最小值设定的A-ΔA。
根据以上的第一实施方式，在发电电力成为剩余状态时，首先，通过控制器43使动力涡轮7的输出减少，即，从排气歧管15抽出的废气量减少，向废气涡轮增压器5的涡轮部5a的废气量增大，被压缩部5b加压并向柴油发动机3的燃烧室的进气量增大，发动机的燃烧效率提高，燃料消耗率被改善。
先从蒸汽涡轮9进行输出降低的情况下，舍弃（卸载）由废气节能器11生成的蒸汽，由此，必须实施蒸汽涡轮9的输出的降低。该情况下，由废气节能器11生成的蒸汽被浪费地舍弃，对于柴油发动机3的燃料消耗率的改善来说是不优选的。在本发明中，由于以提高向燃烧室的进气压力的方式施加影响，所以有效地获得发动机的燃烧效率的改善。
而且，由于动力涡轮7及蒸汽涡轮9都能够实现迅速的输出控制，所以能够将发电机25的急剧的负荷变动时的频率、电压变动抑制到最小。
另外，通过预先设定动力涡轮7能够供给的电力和蒸汽涡轮9能够供给的电力，能够预先设定动力涡轮7的输出控制范围，能够改善燃料消耗量的同时实现具有可靠性的剩余电力的抑制。另外，由于能够预先设定发电能力，所以具有与发电机的使用用途相应的设计自由度。
而且，根据第一实施方式，由于分别使用独立的动力涡轮用调速器55及蒸汽涡轮用调速器57控制动力涡轮7的输出控制和蒸汽涡轮9的输出控制，所以能够没有关联关系地分别独自地控制动力涡轮7的输出控制和蒸汽涡轮9的输出控制，最初能够仅使动力涡轮7的输出减少。
（第二实施方式）
以下，关于第二实施方式参照图5、6进行说明。如图5所示，第二实施方式是将由发电机25产生的电力向船内供给，并且与来自在船内另外设置的多个柴油发动机发电机（其他的柴油发动机发电机）60的电力合流而作为船内电源使用。
即，第一实施方式中说明的发电机25回收利用来自经由推进轴直接或间接地与螺旋桨连接的船舶推进用的柴油发动机3的废气而发电，但在第二实施方式中，除了该发电机25以外，还另外设置了发电专用的柴油发动机发电机60。
在控制器62的负荷分担控制部64中，预先设定了动力涡轮7能够供给的电力（输出分担比例）、蒸汽涡轮9能够供给的电力（输出分担比例）、以及另外设置在船内的多个柴油发动机发电机60能够供给的电力（输出分担比例）。
而且，从负荷分担控制部64将从所述设定的比例算出的能够供给的电力或所设定的能够供给的电力对动力涡轮用调速器55、蒸汽涡轮用调速器57和柴油发动机发电机60的调速器（未图示）进行指示。
以下，关于发电机25及柴油发动机发电机60的发电输出超过船内消耗电力，发电输出处于剩余状态的时的输出抑制方法，参照图6的流程图进行说明。
相对于第一实施方式的图3的流程图追加了步骤S12、S13，步骤S14至S18与第一实施方式相同。
首先，在步骤S11中，开始控制时，在步骤S12中，基于来自船内消耗电力传感器51的信号、来自发电机25的电力传感器45的电力信号、和来自柴油发动机发电机60的电力信号，判定来自发电机25的发电电力和来自柴油发动机发电机60的发电电力的合计发电电力是否超过船内消耗电力成为剩余状态。超过的情况下，在步骤S13中，使柴油发动机发电机（其他的柴油发动机发电机）60的输出成为最小。而且，在步骤S14中，再次判定来自发电机25的发电电力和来自柴油发动机发电机60的发电电力的合计发电电力是否超过船内消耗电力成为剩余状态。超过的情况下，在步骤S15中，使动力涡轮7的输出成为最小。步骤S14以后与第一实施方式相同。
根据所述第二实施方式，在供给电力处于剩余状态时，最初，使柴油发动机发电机60的输出成为最小，依然为剩余状态的情况下，使动力涡轮7的输出成为最小，还是剩余状态的情况下，使蒸汽涡轮9的输出成为最小，即，将蒸汽涡轮9的输出的降低作为最终步骤，由此，在供给电力的过剩时，能够有效率地实现涡轮发电用的柴油发动机3以及柴油发动机发电机60消耗的燃料消耗率的改善。关于其他方面，具有与所述第一实施方式中说明的结构相同的结构及作用效果。
工业实用性
根据本发明，在将从构成船用柴油发动机或陆地发电机用柴油发动机等的发动机主体排出的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力源驱动的动力涡轮（燃气涡轮）及蒸汽涡轮串联结合而成的涡轮发电机中，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，能够不浪费柴油发动机的燃料消耗地抑制发电电力，从而适用于涡轮发电机的控制方法及装置。

Claims (7)

1.一种涡轮发电机的控制方法，其是将从柴油发动机排出的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力源被驱动的动力涡轮（燃气涡轮）及蒸汽涡轮串联结合而成的涡轮发电机的控制方法，其特征在于，
所述柴油发动机具有废气涡轮增压器，抽出被供给到该废气涡轮增压器之前的废气（燃烧气体）的一部分，将该抽出的废气通过调整供给量而供给到所述动力涡轮，将由废气热交换器生成的蒸汽通过调整供给量而供给到所述蒸汽涡轮，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，使向动力涡轮的供给量减少，动力涡轮的输出成为最小之后，使向所述蒸汽涡轮的供给量减少。
2.如权利要求1所述的涡轮发电机的控制方法，其特征在于，预先设定所述动力涡轮能够供给的电力和所述蒸汽涡轮能够供给的电力，使所述动力涡轮能够供给的电力成为最小之后，使所述蒸汽涡轮的供给电力减少。
3.如权利要求1所述的涡轮发电机的控制方法，其特征在于，通过来自具有转速下降控制函数的动力涡轮用调速器的控制信号控制废气向所述动力涡轮的供给量，并通过来自具有转速下降控制函数的蒸汽涡轮用调速器的信号控制蒸汽向所述蒸汽涡轮的供给量。
4.一种涡轮发电机的控制装置，是将从柴油发动机排出的废气（燃烧气体）的排气能量作为动力源被驱动的动力涡轮（燃气涡轮）及蒸汽涡轮串联结合而成的涡轮发电机的控制装置，其特征在于，
所述柴油发动机具有废气涡轮增压器，所述涡轮发电机的控制装置具有：抽出通路，抽出被供给到该废气涡轮增压器之前的废气的一部分并将该抽出气体供给到所述动力涡轮；废气量调节阀，被设置在该抽出通路上并调整供给量；蒸汽供给通路，将通过废气热交换器与废气的排热进行热交换而生成的蒸汽供给到蒸汽涡轮；蒸汽量调整阀，被设置在该蒸汽供给通路上并调整供给量；控制器，在需要电力减少而发电电力成为剩余状态时，缩小所述废气量调节阀使向动力涡轮的供给量减少并使动力涡轮的输出成为最小之后，缩小所述蒸汽量调整阀而使向蒸汽涡轮的供给量减少。
5.如权利要求4所述的涡轮发电机的控制装置，其特征在于，在所述控制器中，具有预先设定动力涡轮能够供给的电力和所述蒸汽涡轮能够供给的电力的负荷分担控制部，并且设定能够供给的电力比例。
6.如权利要求4所述的涡轮发电机的控制装置，其特征在于，在所述控制器中，分别地设有具有转速下降控制函数的动力涡轮用调速器和蒸汽涡轮用调速器，通过来自所述动力涡轮用调速器的控制信号控制所述废气量调节阀，通过来自所述蒸汽涡轮用调速器的控制信号控制所述蒸汽量调整阀。
7.如权利要求4所述的涡轮发电机的控制装置，其特征在于，所述涡轮发电机通过船舶推进用的柴油发动机的排气能量被驱动，并且与所述涡轮发电机分别地设有其他的柴油发动机发电机，在所述控制器的负荷分担控制部中，设定所述涡轮发电机的动力涡轮能够供给的电力、蒸汽涡轮能够供给的电力和所述其他的柴油发动机发电机能够供给的电力，在船舶内的在需要电力减少而发电电力处于剩余状态时，所述控制器使所述其他的柴油发动机发电机的输出成为最小，然后使所述动力涡轮的输出成为最小，最后使所述蒸汽涡轮的输出成为最小。
CN201080067732.2A 2010-09-24 2010-09-24 涡轮发电机的控制方法及装置 Active CN102959185B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2010/066587 WO2012039063A1 (ja) 2010-09-24 2010-09-24 タービン発電機の制御方法および装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102959185A true CN102959185A (zh) 2013-03-06
CN102959185B CN102959185B (zh) 2016-03-30

Family

ID=45873573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080067732.2A Active CN102959185B (zh) 2010-09-24 2010-09-24 涡轮发电机的控制方法及装置

Country Status (4)

Country Link
EP (2) EP2913486B1 (zh)
KR (2) KR101312793B1 (zh)
CN (1) CN102959185B (zh)
WO (1) WO2012039063A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108374710A (zh) * 2018-04-20 2018-08-07 福州大学 一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法
CN111267973A (zh) * 2015-03-05 2020-06-12 奥萨马·伊劳格布 用于减小汽车阻力的方法和系统
CN112282930A (zh) * 2020-10-19 2021-01-29 唐为民 一种集成式自增压变压缩比发动机
CN113446094A (zh) * 2021-03-31 2021-09-28 北京航空工程技术研究中心 一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5571151B2 (ja) * 2012-11-09 2014-08-13 三菱重工業株式会社 船舶推進装置、船舶、及び船舶推進方法
JP6290652B2 (ja) * 2014-02-27 2018-03-07 三菱重工業株式会社 発電システムおよび発電システムの制御方法
JP6545737B2 (ja) * 2017-02-23 2019-07-17 三菱重工業株式会社 発電システム及び発電システムの制御方法
EP3994342A1 (en) 2019-08-06 2022-05-11 Siemens Energy, Inc. Combined cycle frequency control system and method

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63124810A (ja) * 1986-11-13 1988-05-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気・排気ガスタ−ビンの負荷制御装置
JP2000297610A (ja) * 1999-04-13 2000-10-24 Hitachi Ltd 石炭ガス化複合プラント及びその運転制御方法
JP2005320938A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Yanmar Co Ltd 排熱回収装置及び排熱回収方法
JP2009137383A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Nishishiba Electric Co Ltd 船内電力システム
CN101563272A (zh) * 2006-12-22 2009-10-21 西门子公司 利用船用大型柴油发动机废气中的剩余能量的系统
JP2009257097A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
CN101684762A (zh) * 2008-09-10 2010-03-31 曼涡轮机股份公司 用于大型柴油机以用于能量回收的装置
JP2010138875A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
WO2010073951A1 (ja) * 2008-12-25 2010-07-01 三菱重工業株式会社 船舶用排熱回収システムの制御方法及び制御装置
WO2010074173A1 (ja) * 2008-12-26 2010-07-01 三菱重工業株式会社 排熱回収システムの制御装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63186916A (ja) 1987-01-29 1988-08-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd パワ−タ−ビンの運転制御方法
JPH03164526A (ja) * 1989-12-19 1991-07-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合内燃機関
KR101238728B1 (ko) * 2006-04-12 2013-03-05 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 에너지 회수 설비를 구비한 대형 터보 과급 디젤 엔진
JP4592816B2 (ja) * 2007-05-03 2010-12-08 エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド Ｓｃｒ反応器を備える大型ターボ過給型ディーゼルエンジン
EP2371703A4 (en) * 2008-12-25 2015-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd SHIP CONTROL DEVICE EQUIPPED WITH A THERMAL DISCHARGE RECOVERY SYSTEM AND SHIP EQUIPPED WITH THE CONTROL DEVICE

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63124810A (ja) * 1986-11-13 1988-05-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 蒸気・排気ガスタ−ビンの負荷制御装置
JP2000297610A (ja) * 1999-04-13 2000-10-24 Hitachi Ltd 石炭ガス化複合プラント及びその運転制御方法
JP2005320938A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Yanmar Co Ltd 排熱回収装置及び排熱回収方法
CN101563272A (zh) * 2006-12-22 2009-10-21 西门子公司 利用船用大型柴油发动机废气中的剩余能量的系统
JP2009137383A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Nishishiba Electric Co Ltd 船内電力システム
JP2009257097A (ja) * 2008-04-11 2009-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
CN101684762A (zh) * 2008-09-10 2010-03-31 曼涡轮机股份公司 用于大型柴油机以用于能量回收的装置
JP2010138875A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排気エネルギー回収装置
WO2010073951A1 (ja) * 2008-12-25 2010-07-01 三菱重工業株式会社 船舶用排熱回収システムの制御方法及び制御装置
WO2010074173A1 (ja) * 2008-12-26 2010-07-01 三菱重工業株式会社 排熱回収システムの制御装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111267973A (zh) * 2015-03-05 2020-06-12 奥萨马·伊劳格布 用于减小汽车阻力的方法和系统
CN111267973B (zh) * 2015-03-05 2023-02-17 奥萨马·伊劳格布 用于减小汽车阻力的方法和系统
CN108374710A (zh) * 2018-04-20 2018-08-07 福州大学 一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法
CN108374710B (zh) * 2018-04-20 2023-04-28 福州大学 一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法
CN112282930A (zh) * 2020-10-19 2021-01-29 唐为民 一种集成式自增压变压缩比发动机
CN113446094A (zh) * 2021-03-31 2021-09-28 北京航空工程技术研究中心 一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法
CN113446094B (zh) * 2021-03-31 2022-08-02 北京航空工程技术研究中心 一种涡轴涡桨发动机尾气发电系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101312793B1 (ko) 2013-09-27
KR20120084335A (ko) 2012-07-27
KR20120086745A (ko) 2012-08-03
CN102959185B (zh) 2016-03-30
EP2620605B1 (en) 2018-04-25
EP2620605A1 (en) 2013-07-31
EP2620605A4 (en) 2014-07-23
WO2012039063A1 (ja) 2012-03-29
KR101232393B1 (ko) 2013-02-12
EP2913486B1 (en) 2018-04-04
EP2913486A1 (en) 2015-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102959185B (zh) 涡轮发电机的控制方法及装置
JP5808128B2 (ja) ガス焚きエンジン
EP2715088B1 (en) Supercharged turbocompound hybrid engine apparatus
KR101234466B1 (ko) 터보 컴파운드 시스템 및 그 운전 방법
US20120137676A1 (en) Engine-exhaust-gas energy recovery apparatus, ship equipped with the same, and power plant equipped with the same
CN102482950B (zh) 发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法
JP2015108330A (ja) ターボコンパウンドシステムの制御装置
EP2667006A1 (en) Engine boosting system
JP2006242051A (ja) エンジンの余剰排気エネルギ回収システム
JP2011027053A (ja) タービン発電機の制御方法および装置
CN107532502B (zh) 内燃机的增压器剩余动力回收装置
JP2011027053A5 (zh)
CN101581249A (zh) 带有多个可变式涡轮增压器的大型两冲程柴油发动机
CN104838094A (zh) 废热回收系统及废热回收方法
RU2635425C1 (ru) Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания
JP2013029111A (ja) 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶
CN105864125B (zh) 一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置及控制方法
CN206092545U (zh) 一种基于废气利用的相继增压柴油机液压装置
JP5908056B2 (ja) ガス焚きエンジン
CN211598767U (zh) 一种抽汽背压式给水泵汽轮机背压调节系统
JP5675932B2 (ja) 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶
CN110905616A (zh) 一种抽汽背压式给水泵汽轮机背压调节系统及方法
JP6038225B2 (ja) ガス焚きエンジン
Schmid Efficient propulsion for seagoing vessels
JPH0275723A (ja) ターボ過給エンジン

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant