CN103104350B - 双轴式燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供双轴式燃气轮机，能够不使用减速机地作为60Hz与50Hz的发电用而共用。气体发生器（21）具有生成压缩空气的压缩机（11）、使来自压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器（12）、用来自燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生压缩机的驱动力的高压涡轮（13）。输出涡轮（22）具有用来自高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮（14）、和由低压涡轮驱动的发电机（15）。控制装置（30）通过减小压缩机（11）的IGV开度，来降低压缩机的动力，增加发电机（15）在空负荷额定转速状态（FSNL）下的气体发生器（21）的转速。
Description
技术领域
本发明涉及双轴式燃气轮机，尤其涉及适于共用于60Hz以及50Hz的双轴式燃气轮机。
背景技术
一般，双轴式燃气轮机具备由压缩机、燃烧器、以及高压涡轮构成的气体发生器，并且，具备与负荷连接的低压涡轮（动力涡轮），气体发生器的旋转轴（气体发生器轴）与低压涡轮的旋转轴分离（例如，参照专利文献1）。而且，该气体发生器中，压缩机生成压缩空气，在燃烧器中使燃料与来自压缩机的压缩空气混合燃烧而生成燃烧气体，由该燃烧器生成的燃烧气体驱动高压涡轮使之旋转而产生压缩机的驱动力，之后送至低压涡轮而驱动该低压涡轮使之旋转。
在这样的双轴式燃气轮机中，一般对于使用减速机的结构而言，通过变更减速机，能够一起驱动60Hz发电机与50Hz发电机。另一方面，对于不使用减速机而直接结合燃气轮机与发电机的双轴式燃气轮机而言，在60Hz发电机与50Hz发电机中，使用不同的燃气轮机。
专利文献1：日本特开2010-25069号公报
如上述那样，对于在以往的双轴式燃气轮机中不使用减速机而直接结合燃气轮机与发电机的结构而言，在60Hz发电机与50Hz发电机中使用不同的燃气轮机。但是，若在60Hz发电机与50Hz发电机中能够共用燃气轮机，则能够减少开发成本、提高可靠性、维护性。
另一方面，若降低空负荷状态下的低压涡轮转速，则也会降低气体发生器的转速。因此，若用60Hz发电机用燃气轮机来驱动50Hz发电机，则使气体发生器转速降低。根据避免共振的观点，气体发生器转速一般存在下限值，且无法在该下限值以下保持转速。
发明内容
本发明的目的在于提供不使用减速机便能够共用60Hz发电机与50Hz发电机的双轴式燃气轮机。
（1）为了实现上述目的，本发明的双轴式燃气轮机具有：气体发生器，具有生成压缩空气的压缩机、使来自该压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、和用来自该燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生所述压缩机的驱动力的高压涡轮；以及输出涡轮，具有用来自所述高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮、和由低压涡轮驱动的发电机，上述双轴式燃气轮机的特征在于，具有控制装置，该控制装置以所述低压涡轮增加所述发电机在FSNL下的所述气体发生器的转速，所述FSNL是指空负荷额定转速状态。
根据这样的构成，能够不使用减速机地共用60Hz发电机与50Hz发电机。
（2）上述（1）的基础上，优选为，所述控制装置通过减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
（3）上述（1）的基础上，优选为，所述控制装置通过增加所述高压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
（4）上述（1）的基础上，优选为，所述控制装置通过减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
（5）上述（2）的基础上，优选为，所述控制装置通过减小所述压缩机的IGV开度，来减少所述压缩机的动力，增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
（6）上述（2）的基础上，优选为，具有对所述压缩机进行抽气的压缩机抽气阀，所述控制装置通过打开所述压缩机抽气阀而减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
（7）上述（2）的基础上，优选为，具有与所述压缩机的轴连接的马达，所述控制装置通过由所述马达附加动力而减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
（8）上述（7）的基础上，优选为，作为所述马达，使用起动时所使用的马达。
（9）上述（3）的基础上，优选为，所述控制装置通过减小冷却空气流量调整阀的开度而增加所述高压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
（10）上述（4）的基础上，优选为，具有在从所述低压涡轮排出的排气流路中设置的管道风挡，所述控制装置通过减小所述管道风挡的开度而减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
（11）上述（4）的基础上，优选为，具有与所述低压涡轮的轴连接的可燃气体压缩机，通过由所述可燃气体压缩机减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
（12）上述（4）的基础上，优选为，具有与所述低压涡轮的轴连接的蒸气涡轮，通过增加所述蒸气涡轮的凝汽器的压力而减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
本发明的效果如下。
由于能够抑制在空负荷状态下使低压涡轮转速从60Hz降低至50Hz的情况下的、气体发生器转速的降低，因而能够在60Hz发电机与50Hz发电机上共用燃气轮机。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的构成图。
图2是以往例的双轴式燃气轮机的控制动作的说明图。
图3是本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的控制动作的说明图。
符号的说明
1—IGV（入口引导翼）；2—压缩机抽气阀；3—马达；4—冷却空气流量调整阀；5—管道风挡；6—可燃气体压缩机；7—蒸气涡轮；11—压缩机；12—燃烧器；13—高压涡轮；14—低压涡轮；15—发电机；16—低压涡轮轴；17—燃烧气体；18—气体发生器排出气体；19—排出气体；20—燃气轮机；21—气体发生器；22—输出涡轮；28—IGV驱动装置；30—控制装置。
具体实施方式
以下，使用图1~图3，对本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的构成以及动作进行说明。
最初，使用图1，对本实施方式的双轴式燃气轮机的构成进行说明。
图1是本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的构成图。
本实施方式的双轴式燃气轮机20由气体发生器21与输出涡轮22构成。
输出涡轮22以低压涡轮14与发电机15为主要部件而构成，在低压涡轮14经由亦作为其转子的输出涡轮轴16连接有发电机15。
另一方面，气体发生器21以压缩机11、燃烧器12、高压涡轮13为主要部件而构成。
压缩机11对从大气中导入的空气进行压缩而生成压缩空气。并且，压缩机11在空气获取侧设有IGV（入口引导翼）1。而且，IGV1能够由IGV驱动装置28来改变开度，由此能够使压缩机11的空气导入量产生变化。
燃烧器12使来自压缩机11的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体17。
高压涡轮13能够经由亦作为其转子的气体发生器轴而向压缩机11传递驱动力，并被来自燃烧器12的燃烧气体17驱动进行旋转而产生压缩机11的驱动力。作用于高压涡轮13的旋转驱动而压力降低后而成的排出气体18从高压涡轮13送至低压涡轮14而驱动低压涡轮14使之旋转。
接下来，使用图2以及图3，来与以往例相比较地对本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的控制原理进行说明。
图2是以往例的双轴式燃气轮机的控制动作的说明图。图3是本发明的一个实施方式的双轴式燃气轮机的控制动作的说明图。
在以往的双轴式燃气轮机中，对于不使用减速机地直接结合燃气轮机与发电机的结构而言，对于60Hz发电机与50Hz发电机，使用不同的燃气轮机。但是，若在60Hz发电机与50Hz发电机中能够共用燃气轮机，则能够减少开发成本减少、提高可靠性维护性。
此处，图2表示将横轴设为气体发生器转速、并将纵轴设为低压涡轮转速时的空负荷平衡。如图2所示，若空负荷状态下的低压涡轮转速降低，则气体发生器转速也降低。因此，若用60Hz发电机用燃气轮机来驱动50Hz发电机，则会降低气体发生器转速。根据避免共振的观点，气体发生器转速一般存在下限值（图示的气体发生器转速下限），并无法以下限值来保持转速。
与图2相同，图3是表示当将横轴设为气体发生器转速、并将纵轴设为低压涡轮转速时的空负荷平衡。此处，如图3所示，通过改善气体发生器的平衡，以相同的低压涡轮转速增加气体发生器转速，从而能够解决上述的问题。另外，通过以相同的气体发生器转速降低低压涡轮转速，也能够解决上述的问题。
图1所示的控制装置30通过如下方式不使用减速机便能够共用60Hz发电机与50Hz发电机：1）以相同的低压涡轮转速来使气体发生器转速增加；或者2）以相同的气体发生器转速来使低压涡轮转速降低。
以下，对具体的控制装置30的控制内容进行说明。
以相同的低压涡轮转速，使发电机在空负荷额定转速状态（FSNL）下的气体发生器的转速增加。为了增加空负荷额定转速状态（FSNL）下的气体发生器转速，如果使来自相同的气体发生器的排气能量相同，能使气体发生器的转速增加便能够实现。此处，通过减少压缩机的动力，来增加FSNL的气体发生器的转速。相反，以相同的气体发生器转速来减小来自气体发生器的排气能量。
因此，作为第一方法，控制装置30控制IGV驱动装置28，减小IGV1的开度，来减小来自气体发生器21的流量，同时，通过减少为维持相同气体发生器转速所需的燃料流量，来减小来自气体发生器的排气18的能量。
另外，作为第二方法，控制装置30打开压缩机抽气阀2，将压缩机抽气的一部分释放到系统外，来减小来自气体发生器21的流量，同时，通过减少为维持相同气体发生器转速所需的燃料流量，来减小来自气体发生器的排气18的能量。
若压缩机抽气的压力增加，则会增加为维持打开压缩机抽气阀的情况下的相同气体发生器转速所需的燃料流量，虽然超过压缩机抽气阀关闭情况下的燃料流量，但如果由此得到的排气18的能量的增加比因流量降低引起的排气18的能量的减少小，则能够得到效果。
另外，作为第三方法，控制装置30通过由马达3附加动力而减少压缩机11的动力，从而减少为维持相同气体发生器转速所需的燃料流量，从而缩小来自气体发生器21的排气18的能量。此时，作为马达3，可以使用起动时使用的马达。
另外，作为其它的方法，为了以相同的低压涡轮转速增加发电机在空负荷额定转速状态（FSNL）下的气体发生器的转速，增加高压涡轮的输出。
于是，作为第四方法，控制装置30减小冷却空气流量调整阀4的开度来增加高压涡轮13的输出、减少为维持相同气体发生器转速所需的燃料流量来减小来自气体发生器21的排气18的能量。
并且，作为其它的方法，为了以相同的低压涡轮转速增加发电机在空负荷额定转速状态（FSNL）下的气体发生器的转速，而减少低压涡轮的输出。
于是，作为第五方法，控制装置30减小管道风挡（ダクトダンパ）5的开度来增加低压涡轮14的排气压力损失，从而增加蒸气涡轮的损失，增加低压涡轮负荷。
另外，作为第六方法，控制装置30设置可燃气体压缩机6而增加低压涡轮负荷，增加蒸气涡轮的损失，增加低压涡轮负荷。
另外，作为第七方法，控制装置30设置蒸气涡轮7，增加蒸气涡轮的凝汽器的压力，从而增加蒸气涡轮的损失，增加低压涡轮负荷。
此外，上述的第一~第七方法可以分别独立地实施，也可以同时实施多个控制方法。
例如，通过组合第一方法的缩小IGV1的开度、与第二方法的打开压缩机抽气阀2将压缩机抽气的一部分向系统外释放，从而维持喘振裕度等的压缩机的可靠性，并且，能够更加缩小IGV1的开度、或者能够更加增大压缩机抽气量。
以上，对用于实施本发明的形态进行了说明，但这些仅仅是代表的例子，本发明在不脱离其主旨的范围内能够以各种形态进行实施。
如上所述，根据本实施方式，由于能够抑制在空负荷状态下使低压涡轮转速从60Hz降低至50Hz的情况下的、气体发生器转速的降低，从而能够在60Hz发电机与50Hz发电机上共用燃气轮机。
Claims (11)
1.一种双轴式燃气轮机，具有：
气体发生器，具有生成压缩空气的压缩机、使来自该压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、和用来自该燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生所述压缩机的驱动力的高压涡轮；以及
输出涡轮，具有用来自所述高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮、和由该低压涡轮驱动的发电机，
所述双轴式燃气轮机的特征在于，
具有控制装置，该控制装置以所述低压涡轮增加所述发电机在FSNL下的所述气体发生器的转速，
所述FSNL是指空负荷额定转速状态，
所述控制装置通过增加所述高压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
2.根据权利要求1所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
所述控制装置通过减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
3.根据权利要求2所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
所述控制装置通过减小所述压缩机的IGV开度，来减少所述压缩机的动力，增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
4.根据权利要求1所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
所述控制装置通过减小冷却空气流量调整阀的开度而增加所述高压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
5.一种双轴式燃气轮机，具有：
气体发生器，具有生成压缩空气的压缩机、使来自该压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、和用来自该燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生所述压缩机的驱动力的高压涡轮；以及
输出涡轮，具有用来自所述高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮、和由该低压涡轮驱动的发电机，
所述双轴式燃气轮机的特征在于，
具有控制装置，该控制装置以所述低压涡轮增加所述发电机在FSNL下的所述气体发生器的转速，
所述FSNL是指空负荷额定转速状态，
所述控制装置通过减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
6.根据权利要求5所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
具有在从所述低压涡轮排出的排气流路中设置的管道风挡，
所述控制装置通过减小所述管道风挡的开度而减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
7.根据权利要求5所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
具有与所述低压涡轮的轴连接的可燃气体压缩机，
通过由所述可燃气体压缩机减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
8.根据权利要求5所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
具有与所述低压涡轮的轴连接的蒸气涡轮，
通过增加所述蒸气涡轮的凝汽器的压力而减少所述低压涡轮的输出，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
9.一种双轴式燃气轮机，具有：
气体发生器，具有生成压缩空气的压缩机、使来自该压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、和用来自该燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生所述压缩机的驱动力的高压涡轮；以及
输出涡轮，具有用来自所述高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮、和由该低压涡轮驱动的发电机，
所述双轴式燃气轮机的特征在于，
具有控制装置，该控制装置以所述低压涡轮增加所述发电机在FSNL下的所述气体发生器的转速，
所述FSNL是指空负荷额定转速状态，
具有对所述压缩机进行抽气的压缩机抽气阀，
所述控制装置通过打开所述压缩机抽气阀而减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的气体发生器的转速。
10.一种双轴式燃气轮机，具有：
气体发生器，具有生成压缩空气的压缩机、使来自该压缩机的压缩空气与燃料混合燃烧而生成燃烧气体的燃烧器、和用来自该燃烧器的燃烧气体驱动旋转而产生所述压缩机的驱动力的高压涡轮；以及
输出涡轮，具有用来自所述高压涡轮的排出气体进行驱动的低压涡轮、和由该低压涡轮驱动的发电机，
所述双轴式燃气轮机的特征在于，
具有控制装置，该控制装置以所述低压涡轮增加所述发电机在FSNL下的所述气体发生器的转速，
所述FSNL是指空负荷额定转速状态，
具有与所述压缩机的轴连接的马达，
所述控制装置通过由所述马达附加动力而减少所述压缩机的动力，来增加所述FSNL下的所述气体发生器的转速。
11.根据权利要求10所述的双轴式燃气轮机，其特征在于，
作为所述马达，使用起动时所使用的马达。
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