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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, die in der Lage ist, Rotationsenergie zum Beispiel durch Zuführen eines Kraftstoffs zu komprimierter Hochtemperatur-/Hochdruckluft, Verbrennen des Kraftstoffs, und Zuführen eines generierten Verbrennungsgases zu einer Turbine zu gewinnen, und bezieht sich ferner auf eine Gasturbinen-Steuervorrichtung und ein Gasturbinen-Kühlverfahren.
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HINTERGRUND
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Eine allgemeine Gasturbine umfasst einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Kompressor gewinnt komprimierte Hochtemperatur-/Hochdruckluft durch Komprimieren von Luft, die von einem Lufteinlass aufgenommen wird. Die Brennkammer gewinnt ein Hochtemperatur/Hochdruck Verbrennungsgas durch Zuführen eines Kraftstoffs zu der komprimierten Luft und Verbrennen des Kraftstoffs. Die Turbine wird durch das Verbrennungsgas so angetrieben, dass ein damit koaxial verbundener Generator angetrieben wird.
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Die Turbine der Gasturbine hat eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von Leitschaufeln und eine Vielzahl von Schaufeln abwechselnd im Inneren eines Gehäuses in der Verbrennungsgasströmungsrichtung angeordnet sind. Wenn ein durch die Brennkammer erzeugtes Verbrennungsgas durch die Vielzahl von Leitschaufeln und die Vielzahl von Schaufeln hindurchtritt, wird ein Rotor drehend angetrieben und der mit dem Rotor verbundene Generator wird angetrieben.
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Im Übrigen wird ein Teil der komprimierten Luft, die in dem Kompressor der Gasturbine gewonnen wird, abgezweigt und verwendet, um die Leitschaufeln der Turbine zu kühlen. Ferner wird ein Teil der komprimierten Luft zu der Außenseite geführt, durch einen Luftkühler gekühlt, und verwendet, um die Turbinenscheiben und Schaufeln zu kühlen. Darüber hinaus strömt ein Teil der Luft, die verwendet wurde, um die Leitschaufeln der Turbine zu kühlen, von einer Schaufeloberfläche oder einer Schaufelhinterkante nach außen, während ein anderer Teil der Luft in einen Scheibenhohlraum hineinströmt, der mit einer Labyrinthdichtung zwischen den Turbinenscheiben an den vorderen- und hinteren Stufe versehen ist, um den Dichtungsabschnitt und die Schaufelfüße zu kühlen.
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Ein Beispiel der Gasturbine ist zum Beispiel in Patentschrift 1 offenbart.
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ZITIERUNGSLISTE
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Patentschriften
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- Patentschrift 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 4-292530
- Patentschrift 2: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 5-171958
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ZUSAMMENFASSUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Die oben beschriebene Gasturbine nach dem Stand der Technik umfasst ein Strömungsraten-Steuerventil, das in einem externen Kühlluftrohr vorgesehen ist, einen Temperaturdetektor, der eine Lufttemperatur im Inneren des Scheibenhohlraums misst, und eine Ventileinstelleinheit, die den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils basierend auf einem Erfassungssignal des Temperaturdetektors einstellt. Somit kann, da der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils basierend auf der Lufttemperatur im Inneren des Scheibenhohlraums, eingestellt wird, die Menge der Kühlluft in der Gasturbine akkurat bei einer notwendigen Mindestmenge gehalten werden. Im Übrigen ist bei solch einer Steuerung die Lufttemperatur im Inneren des Scheibenhohlraums während einer Übergangsphase, in der eine Ausgabe (eine Last) bei der Aktivierung der Gasturbine ansteigt, nicht einfach bei einer geeigneten Temperatur zu halten,. Das heißt, wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils entpsrechend einer PI-Steuerung („PI control”), die auf der Lufttemperatur im Inneren des Scheibenhohlraums basiert, gesteuert wird, ändert sich die Lufttemperatur (erhöht sich und verringert sich), warm immer sich der Öffnungsgrad ändert. Aus diesem Grund wird das Strömungsraten-Steuerventil in einer kurzen Zeit geöffnet und geschlossen und daher ist die Steuerung komplex.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe davon ist es, eine Gasturbine, eine Gasturbinen-Steuervorrichtung, und ein Gasturbinen-Kühlverfahren vorzuschlagen, die in der Lage sind, eine Lufttemperatur eines Scheibenhohlraums geeignet zu steuern und die Steuerung zu vereinfachen.
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LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine einen Kompressor, der Luft komprimiert, eine Brennkammer, die ein Gemisch aus einem Brennstoff und der durch den Kompressor komprimierten Luft verbrennt, eine Turbine, die Rotationsenergie aus einem durch die Brennkammer erzeugten Verbrennungsgas gewinnt, einen Kühlluft-Zuführdurchgang, der von dem Kompressor abgezweigte Luft einem Scheibenhohlraum der Turbine zuführt, einen Öffnungs-/Schließventil, das in dem Kühlluft-Zuführdurchgang vorgesehen ist, eine Temperaturmesseinheit, die eine Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums misst, und eine Steuervorrichtung, die einen Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils basierend auf der durch die Temperaturmesseinheit gemessenen Umgebungstemperatur einstellt, wobei die Steuervorrichtung einen ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert und einen zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, des Öffnungs-/Schließventils enthält, und der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Umschalttemperatur, und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur.
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Somit verwendet die Steuervorrichtung den ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums niedriger ist als die Umschalttemperatur, und verwendet den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums höher ist als die Umschalttemperatur. Da zwei Arten der Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte abwechselnd verwendet werden, kann die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums geeignet gesteuert werden und die Steuerung kann vereinfacht werden, ohne das Öffnungs-/Schließventil in einer kurzen Zeit zu öffnen und zu schließen.
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In vorteilhafter Weise stellt bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung eine Geschwindigkeit, bei der der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert umgeschaltet wird, auf einen höheren Wert ein als eine Geschwindigkeit, bei der der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert umgeschaltet wird.
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Somit wird das Öffnungs-/Schließventil schnell betätigt, wenn der Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils zu vergrößern ist, und das Öffnungs-/Schließventil wird langsam betätigt, wenn der Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils zu verringern ist. Aus diesem Grund kann, wenn sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums erhöht, die Temperatur schnell verringert werden, und daher kann die Gasturbine kontinuierlich ohne jegliche Beschädigung der Gasturbine weiter betrieben werden. Ferner wird, wenn sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums verringert, die Temperatur langsam erhöht, und daher kann das Schlingern bzw. Pendeln („hunting”) des Öffnungs-/Schließventils vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise schaltet bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert um, wenn eine Last nach der Aktivierung der Gasturbine einen vorbestimmte Wert erreicht.
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Somit kann, da die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums startet, nachdem die Last der Gasturbine eine vorbestimmte Last erreicht, die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums mit hoher Präzision eingestellt werden.
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In vorteilhafter Weise schaltet bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung die Steuervorrichtung den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert um, nachdem eine vorbestimmte Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Last die vorbestimmte Last erreicht, abgelaufen ist.
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Somit kann, da die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums gestartet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit von dem Zeitpunkt, an dem die Last der Gasturbine die vorbestimmte Last erreicht, dagegen ist, eine abrupte Erhöhung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise beträgt bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung die vorbestimmte Last mindestens 90% oder mehr einer Volllast.
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Somit kann, da die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums gestartet wird, bevor die Last der Gasturbine die Volllast erreicht, die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums sicher mit hoher Präzision eingestellt werden.
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Vorteilhafter Weise umfasst bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung die Umschalttemperatur eine erste Umschalttemperatur und eine zweite Umschalttemperatur, die höher ist als die erste Umschalttemperatur, wobei der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die zweite Umschalttemperatur, und der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die erste Umschalttemperatur.
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Somit kann, da die Ventilöffnungsgrad-Umschalttemperatur entsprechend einer Erhöhung und Verringerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums unterschiedlich eingestellt ist, die Temperatur ohne öffnen und Schließen des Öffnungs-/Schließventils in einer kurzen Zeit stabil geregelt werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Steuervorrichtung der Gasturbine einen Kompressor, der Luft komprimiert, eine Brennkammer, die ein Gemisch aus einem Brennstoff und der durch den Kompressor komprimierten Luft verbrennt, eine Turbine, die Rotationsenergie aus einem durch die Brennkammer erzeugten Verbrennungsgas gewinnt, einen Kühlluft-Zuführdurchgang, der von dem Kompressor abgezweigte komprimierte Luft einem Scheibenhohlraum der Turbine zuführt, ein Öffnungs-/Schließventil, das in dem Kühlluft-Zuführdurchgang vorgesehen ist, eine Temperaturmesseinheit, die eine Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums misst, wobei ein Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils basierend auf der durch die Temperaturmesseinheit gemessenen Umgebungstemperatur eingestellt werden kann, wobei ein erster Ventilöffnungsgrad-Einstellwert und ein zweiter Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert des Öffnungs-/Schließventils eingestellt werden können, und wobei der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Umschalttemperatur und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur.
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Somit kann, da zwei Arten der Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte abwechselnd verwendet werden, die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums geeignet gesteuert und die Steuerung kann ohne öffnen und Schließen des Öffnungs-/Schließventils in einer kurzen Zeit vereinfacht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gasturbinen-Kühlverfahren zum Kühlen einer Gasturbine einen Kompressor, der Luft komprimiert, eine Brennkammer die ein Gemisch aus einem Brennstoff und der durch den Kompressor komprimierten Luft verbrennt, eine Turbine, die Rotationsenergie aus einem durch die Brennkammer erzeugten Verbrennungsgas gewinnt, einen Kühlluft-Zuführdurchgang, der die von dem Kompressor komprimierte abgezweigte Luft einem Scheibenhohlraum der Turbine zuführt, und einem Öffnungs-/Schließventil, das in dem Kühlluft-Zuführdurchgang vorgesehen ist, wobei das Gasturbinen-Kühlverfahren verwendet wird, um einen Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils in Reaktion auf eine Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums einzustellen, und es die folgenden Schritte aufweist: Messen der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums, Anwenden eines vorbestimmten ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerts als den Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als eine vorbestimmte Umschalttemperatur, und Anwenden eines zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerts, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, als den Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur.
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Somit kann, da zwei Arten der Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte abwechselnd verwendet werden, die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums geeignet gesteuert werden und die Steuerung kann ohne öffnen und Schließen des Öffnungs-/Schließventils in einer kurzen Zeit vereinfacht werden.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der Gasturbine, der Gasturbinen-Steuervorrichtung, und des Gasturbinen-Kühlverfahrens der Erfindung werden der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, des Öffnungs-/Schließventils eingestellt, wobei der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur des Hohlraums niedriger ist als die vorbestimmte Umschalttemperatur, und wobei der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert verwendet wird, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur. Somit kann, da zwei Arten der Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte abwechselnd verwendet werden, die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums geeignet gesteuert werden und die Steuerung kann ohne Öffnen und Schließen des Öffnungs-/Schließventils in einer kurzen Zeit vereinfacht werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Gasturbine einer Ausführungsform darstellt.
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2 ist eine Grafik, der einen Öffnungsgrad eines Öffnungs-/Schließventils entsprechend einer Einlasslufttemperatur einer Gasturbine darstellt.
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3 ist eine Grafik, der einen Öffnungsgrad eines Bypassventils entsprechend der Einlasslufttemperatur der Gasturbine darstellt.
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4 ist ein Flussdiagramm, das eine Gasturbinen-Kühlsteuerung darstellt.
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5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Gasturbinen-Kühlsteuerung darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden eine Gasturbine, eine Gasturbinen-Steuervorrichtung, und ein Gasturbinen-Kühlverfahren gemäß einer zu bevorzugenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform begrenzt. In dem Fall einer Vielzahl von Ausführungsformen kann eine Kombination davon angewandt werden.
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das die Gasturbine der Ausführungsform darstellt.
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Bei der Ausführungsform umfasst, wie in 1 dargestellt, eine Gasturbine 10 einen Kompressor 11, eine Brennkammer 12, und eine Turbine 13. Die Gasturbine 10 ist koaxial mit einem Generator 14 verbunden. Wenn der Generator 14 als ein Motor verwendet wird, kann die Gasturbine 10 gestartet werden. Wenn der Generator 14 durch die Energie nach dem Start der Gasturbine 10 angetrieben wird, kann elektrische Energie generiert werden.
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Der Kompressor 11 umfasst einen Lufteinlass 21, der Luft aufnimmt. Eine Einlassleitschaufel (IGV) (nicht dargestellt), und eine Vielzahl von Leitschaufeln und eine Vielzahl von Schaufeln sind abwechselnd in der Luftströmungsrichtung (die axiale Richtung eines Rotors, der später beschrieben wird) an der Innenseite eines Kompressorgehäuses 22 angeordnet, und eine Luftabzweigkammer 23 ist an der Außenseite davon vorgesehen. Der Kompressor 11 ist in der Lage, komprimierte Hochtemperatur-/Hochdruckluft durch Komprimieren von Luft, die von dem Lufteinlass 21 aufgenommen wird, zu generieren.
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Die Brennkammer 12 generiert ein Verbrennungsgas durch Zuführen eines Kraftstoffs zu der komprimierten Hochtemperatur-/Hochdruckluft, die durch den Kompressor 11 komprimiert wird, und Verbrennen des Kraftstoffs. Die Turbine 13 hat eine Konfiguration, in der eine Vielzahl von Leitschaufeln 25 und eine Vielzahl von Schaufeln 26 abwechselnd in der Verbrennungsgasströmungsrichtung (die axiale Richtung eines Rotors, die später beschrieben wird) an der Innenseite eines Turbinengehäuses 24 angeordnet. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, hat das Turbinengehäuse 24 eine Konfiguration, in der eine Abgaskammer an der stromabwärtigen Seite über ein Abgasgehäuse angeordnet ist. Die Turbine 13 wird durch das Verbrennungsgas, das von der Brennkammer 12 ausgetragen wird, so dass der Generator 14, der koaxial mit der Turbine verbunden ist angetrieben wird, angetrieben.
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Eine Rotorwelle 27 ist so angeordnet, dass sie die Mittelabschnitte des Kompressors 11, der Brennkammer 12 und der Turbine 13 durchdringt. Die Rotorwelle 27 hat eine Konfiguration, in der ein dem Kompressor 11 nahes Ende drehbar durch einen Lagerabschnitt 28 gelagert ist und ein der Turbine 13 nahes Ende drehbar durch einen Lagerabschnitt 29 gelagert ist. An der Rotorwelle 27 ist ein Stapel einer Vielzahl von Scheiben mit daran befestigten Schaufeln in dem Kompressor 11 befestigt, und ein Stapel einer Vielzahl von Scheiben mit den daran befestigten Schaufeln 26 ist in der Turbine 13 befestigt.
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Somit wird in dem Kompressor 11 Luft, die von dem Lufteinlass 21 aufgenommen wird, komprimiert, während sie durch die Einlassleitschaufel (IGV), die Vielzahl von Leitschaufeln, und die Vielzahl von Schaufeln so hindurchtritt, dass sie komprimierte Hochtemperatur-/Hochdruckluft wird. In der Brennkammer 12 wird der komprimierten Luft ein vorbestimmter Kraftstoff zugeführt, um verbrannt zu werden. In der Turbine 13 tritt das Hochtemperatur-/Hochdruck-Verbrennungsgas, das in der Brennkammer 12 generiert wird, durch die Vielzahl von Leitschaufeln 25 und die Vielzahl von Schaufeln 26 der Turbine 13 hindurch, so dass die Rotorwelle 27 drehend angetrieben wird und der Generator 14, der mit der Rotorwelle 27 verbunden ist, angetrieben wird.
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Bei der Turbine 13 mit solch einer Konfiguration ist die Vielzahl von Leitschaufeln 25 an dem inneren Wandabschnitt des Turbinengehäuses 24 in denselben Intervallen in der Umfangsrichtung befestigt. Ferner ist die Vielzahl von Schaufeln 26 an dem äußeren Umfangsabschnitt der Rotorwelle 27 in denselben Intervallen in der Umfangsrichtung befestigt. Die Leitschaufeln 25 und die Schaufeln 26 sind abwechselnd in dem Verbrennungsgasdurchgang in der axialen Richtung der Rotorwelle 27 angeordnet. Ein Spalt, das heißt, ein Scheibenhohlraum 31 ist zwischen dem vorderen Endabschnitt jeder Leitschaufel 25 und dem äußeren Umfangsabschnitt der Rotorwelle 27 ausgebildet, und ein Dichtungselement ist von dem äußeren Umfangsabschnitt der Rotorwelle 27 in Richtung des vorderen Endabschnitts der Leitschaufel 25 vorgesehen. Wenn Kühlluft, die in die Leitschaufel 25 hinein zugeführt wird, von dem vorderen Endabschnitt der Leitschaufel 25 in Richtung der stromaufwärtigen Seite des Verbrennungsgasdurchgangs ausgetragen wird, wird eine Dichtungseigenschaft durch das Dichtungselement sichergestellt.
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Wenn die Gasturbine 10 gestartet wird, strömt das Verbrennungsgas in den Verbrennungsgasdurchgang und die Leitschaufeln 25 und die Schaufeln 26 werden erwärmt und dehnen sich thermisch aus. Da das Turbinengehäuse 24 mit den Leitschaufeln 25 zuerst erwärmt wird und sich thermisch ausdehnt, vergrößert sich ein Spalt zwischen dem vorderen Endabschnitt jeder Leitschaufel 25 und dem äußeren Umfangsabschnitt der Rotorwelle 27. Aus diesem Grund gibt es eine Tendenz, dass sich die Dichtungseigenschaft des Scheibenhohlraums 31 verschlechtert, und dass sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums erhöht.
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Die Ausführungsform soll dieses Problem verhindern. Bei der Ausführungsform wird die Menge der Kühlluft, die dem Scheibenhohlraum 31 zugeführt wird, eingestellt, um dadurch die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 geeignet einzuhalten.
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Das heißt ein Kühlluftzuführdurchgang 41 ist vorgesehen, um die komprimierte Luft, die von der Luftabzweigkammer 23 des Kompressors 11 abgezweigt wird, als die Kühlluft dem Scheibenhohlraum 31 der Turbine 13, zuzuführen. Der Kühlluftzuführdurchgang 41 umfasst einen Hauptdurchgang 42 und einen Abzweigdurchgang 43, die parallel angeordnet sind, der Hauptdurchgang 42 ist mit einem kühlerseitigen Ventil 44 und einem Kühler 45 versehen, und der Abzweigdurchgang 43 ist mit einem Bypassventil 46 versehen. Ferner ist eine Öffnung 47 an der stromabwärtigen Seite des Hauptdurchgangs 42 und des Abzweigdurchgangs 43 des Kühlluftzuführdurchgangs 41 vorgesehen.
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Ferner ist nur ein Kühlluftzuführdurchgang 41, der die komprimierte Luft, die von der Luftabzweigkammer 23 des Kompressors 11 abgezweigt wird, als die Kühlluft dem Scheibenhohlraum 31 der Turbine 13, zuführt, wie in 1 abgebildet ist. Jedoch ist eine Vielzahl der Kühlluftzuführdurchgänge 41 vorgesehen, um die komprimierte Luft, die von der Luftabzweigkammer 23 jeder Stufe des Kompressors 11 abgezweigt wird, als die Kühlluft, dem Scheibenhohlraum 31 jeder Stufe der Turbine 13 zuzuführen.
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Die Turbine 13 umfasst eine Temperaturmesseinheit 48, die die Umgebungstemperatur (DCT) des Scheibenhohlraums 31 misst. Eine Steuervorrichtung 49 ist in der Lage, den Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 basierend auf der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31, die von der Temperaturmesseinheit 48 gemessen wird, einzustellen. Das heißt, wenn sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31, die von der Temperaturmesseinheit 48 gemessen wird, erhöht, stellt die Steuervorrichtung 49 den Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 ein, so dass sich der Öffnungsgrad erhöht. Somit erhöht sich die Strömungsrate der Kühlluft, um die Temperatur zu verringern und um die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 zu verringern.
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Ferner umfasst die Steuervorrichtung 49 einen ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert und einen zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert als die Ventileinstellwerte des kühlerseitigen Ventils 44. In diesem Fall ist der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert größer als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert. Die Steuervorrichtung 49 verwendet den ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 niedriger ist als eine vorbestimmte Umschalttemperatur, und sie verwendet den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 größer ist als die Umschalttemperatur.
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2 ist eine Grafik, die einen Öffnungsgrad des Öffnungs-/Schließventils entsprechend der Einlasslufttemperatur der Gasturbine darstellt, und 3 ist eine Grafik, die den Öffnungsgrad des Bypassventils entsprechend der Einlasslufttemperatur der Gasturbine darstellt.
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Wie in 2 dargestellt ist eine Karte abgebildet, in der der Ventilöffnungsgrad-Einstellwert des kühlerseitigen Ventils 44 als der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 entsprechend der Einlasslufttemperatur der Gasturbine aufgezeigt ist. Der Ventilöffnungsgrad-Einstellwert ist als ein erster Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 und ein zweiter Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 entsprechend der Umgebungstemperatur (DCT) des Scheibenhohlraums 31 eingestellt. Bei dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 vergrößert sich der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 von einem konstanten Zustand entsprechend einem Anstieg der Einlasslufttemperatur der Gasturbine. Bei dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 vergrößert sich der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 proportional entsprechend einem Anstieg der Einlasslufttemperatur der Gasturbine. In dieser Karte ist der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 eingestellt, um bei dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 groß zu sein, verglichen mit dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1.
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Zudem wurde beschrieben, dass die Steuervorrichtung 49 den ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert und den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert als die Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte des kühlerseitigen Ventils 44 umfasst, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann, wie in 3 dargestellt ist, die Steuervorrichtung 49 einen ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert B1 und einen zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert B2 als die Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte des Bypassventils 46 umfassen. Ferner kann die Steuervorrichtung 49 die ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte A1 und B1 und die zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte A2 und B2 als die Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte des kühlerseitigen Ventils 44 und des Bypassventils 46 umfassen.
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Ferner wurde beschrieben, dass der Hauptdurchgang 42 und der Abzweigdurchgang 43 parallel zu dem Kühlluftzuführdurchgang 41 vorgesehen sind, der Hauptdurchgang 42 mit dem kühlerseitigen Ventil 44 und dem Kühler 45 versehen ist, und der Abzweigdurchgang 43 mit dem Bypassventil 46 versehen ist, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann das Bypassventil 46 von dem Abzweigdurchgang 43 weggelassen werden.
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Ferner stellt die Steuervorrichtung 49 eine Geschwindigkeit (eine zweite Änderungsrate einer Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit) ein, mit der der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 umgeschaltet wird, um schneller (höher) zu sein als eine Geschwindigkeit (eine erste Änderungsrate einer Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit), mit der der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet wird. Das heißt, wenn der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 zu dem zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 umgeschaltet wird, wird das Öffnungs-/Schließventil 45 langsam geschlossen. Wenn der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet wird, wird das Öffnungs-/Schließventil schnell geöffnet.
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Ferner schaltet, wenn eine Last eine vorbestimmte Last (zum Beispiel eine Last von mindestens 90% oder mehr der Volllast der Gasturbine 10) nach dem Start der Gasturbine 10 erreicht, die Steuervorrichtung 49 den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 um. Ferner ist es zu bevorzugen, dass die Steuervorrichtung 49 den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Zeitpunkt, bei dem die Last die vorbestimmte Last erreicht, umschaltet.
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Die Steuereinheit 49 umfasst eine erste Umschalttemperatur T1 und eine zweite Umschalttemperatur T2, die höher ist als die erste Umschalttemperatur T1, als Umschalttemperaturen zum Umschalten des ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwertes A1 und des zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwertes A2. Wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 höher wird als die zweite Umschalttemperatur T2, wird der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 verwendet. Wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 niedriger wird als die erste Umschalttemperatur T1, wird der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 verwendet.
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Nun wird ein Gasturbinen-Kühlverfahren beschrieben. Das Gasturbinen-Kühlverfahren der Ausführungsform wird verwendet, um den Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 in Reaktion auf die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 einzustellen und umfasst die Schritte des Messens der Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31, des Anwendens des ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwertes A1 auf das kühlerseitige Ventil 44, wenn die Umgebungstemperatur DCT niedriger ist als die Umschalttemperatur, und des Anwendens des zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwertes A2, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1, auf das kühlerseitige Ventil 44, wenn die Umgebungstemperatur DCT höher ist als die Umschalttemperatur.
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Im Folgenden wird das Gasturbinen-Kühlverfahren im Detail beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das die Gasturbinen-Kühlsteuerung darstellt und 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Gasturbinen-Kühlsteuerung darstellt.
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Wie in 4 dargestellt wird in Schritt S11 die Gasturbine (GT) 10 gestartet. Dann wird in Schritt S12 das kühlerseitige Ventil 44 vollständig geöffnet. Dann erhöht sich die Last (Ausgabe) der Gasturbine 10 entsprechend einem Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit der Rotorwelle 27. Im Schritt S13 wird bestimmt, ob die Last der Gasturbine (GT) eine vorbestimmte Last (zum Beispiel 95%) erreicht hat. Wenn festgestellt wird, dass die GT-Last nicht die vorbestimmte Last (95%) erreicht hat (nein), wird dieser Zustand beibehalten.
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Wenn bestimmt wird, dass die GT-Last die vorbestimmte Last (95%) erreicht hat (ja), wird in Schritt S14 das kühlerseitige Ventil 44 auf einen vorbestimmten Öffnungsgrad (den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2) von dem Vollöffnungsgrad geöffnet. Dann wird in Schritt S15 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem die GT-Last die vorbestimmte Last (95%) erreicht hat. Wenn bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeit nicht abgelaufen ist, nachdem die GT-Last die vorbestimmte Last (95%) erreicht hat (nein), wird dieser Zustand beibehalten.
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Wenn bestimmt wird, dass die vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem die GT-Last die vorbestimmte Last (95%) erreicht hat (ja), wird in Schritt S16 das kühlerseitige Ventil 44 mit der Geschwindigkeit der ersten Änderungsrate geschlossen und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 wird zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet. In Schritt S17 wird bestimmt, ob die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 höher ist als die zweite Umschalttemperatur T2. Das heißt wenn das kühlerseitige Ventil 44 geschlossen ist, erhöht sich die Menge der komprimierten Luft, die dem Scheibenhohlraum 31 zugeführt wird, und die Umgebungstemperatur DCT erhöht sich. Somit wird dieser Zustand überwacht.
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Wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 höher ist als die zweite Umschalttemperatur T2 (ja), wird in Schritt S18 das kühlerseitige Ventil 44 mit der Geschwindigkeit der zweiten Änderungsrate geöffnet und der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 wird zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 umgeschaltet. Wenn das kühlerseitige Ventil 44 geöffnet ist, verringert sich die Menge der komprimierten Luft, die dem Scheibenhohlraum 31 zugeführt wird, und die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 verringert sich. Somit wird dieser Zustand überwacht. Anschließend wird in Schritt S19 bestimmt, ob die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 niedriger ist als die erste Umschalttemperatur T1. Wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 gleich oder höher ist als die erste Umschalttemperatur T1 (nein), wird dieser Zustand beibehalten.
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Wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 niedriger ist als die erste Umschalttemperatur T1 (ja), wird in Schritt S20 das kühlerseitige Ventil 44 mit der Geschwindigkeit der ersten Änderungsrate geschlossen, und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 wird zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet. Zudem endet die Routine ohne das irgendwas ausgeführt wird in Schritt S17, wenn bestimmt wird, dass die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 nicht höher ist als die zweite Umschalttemperatur T2 (nein).
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Ferner erhöht sich, wie in 5 dargestellt, wenn die Gasturbine 10 gestartet wird, die Rotationsgeschwindigkeit N der Rotorwelle 27. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit eine Nennrotationsgeschwindigkeit zu einer Zeit T1 erreicht, erhöht sich die Last (Ausgabe) P. Ferner erhöht sich auch die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31.
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Wenn die Last der Gasturbine (GT) die vorbestimmte Last (95%) erreicht, wird das kühlerseitige Ventil 44 von dem Vollöffnungsgrad zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu einer Zeit T2 umgeschaltet. Bei einer Zeit T3, wenn eine vorbestimmte Zeit T0 verstrichen ist, wird das kühlerseitige Ventil 44 langsam mit der Geschwindigkeit der ersten Änderungsrate geschlossen, und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 wird zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet. Jedoch verringert sich, wenn das kühlerseitige Ventil 44 geschlossen ist, die Menge von komprimierter Luft, die dem Scheibenhohlraum 31 zugeführt wird, und daher steigt die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 an. Wenn die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 höher wird als die zweite Umschalttemperatur T2 bei einer Zeit T4, wird das kühlerseitige Ventil 44 schnell mit der Geschwindigkeit der zweiten Änderungsrate geöffnet, und der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 wird zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 umgeschaltet.
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Wenn das kühlerseitige Ventil 44 geöffnet ist, erhöht sich die Menge der komprimierten Luft, die dem Scheibenhohlraum 31 zugeführt wird, und die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 verringert sich. Wenn die Umgebungstemperatur DCT des Scheibenhohlraums 31 bei der Zeit T5 niedriger ist als die erste Umschalttemperatur T1, wird das kühlerseitige Ventil 44 mit der Geschwindigkeit der ersten Änderungsrate geschlossen, und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 wird zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet.
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Somit umfasst die Gasturbine der Ausführungsform den Kühlluftzuführdurchgang 41, der die komprimierte Luft, die von dem Kompressor 11 abgezweigt wird, dem Scheibenhohlraum 31 der Turbine 13 zuführt, das kühlerseitige Ventil 44, das in dem Kühlluftzuführdurchgang 41 vorgesehen ist, die Temperaturmesseinheit 48, die die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 misst, und die Steuervorrichtung 49, die den Öffnungsgrad des kühlerseitige Ventils 44 basierend auf der von der Temperaturmesseinheit 48 gemessenen Umgebungstemperatur einstellt. Die Steuervorrichtung 49 umfasst den ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 und den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1, des kühlerseitigen Ventils 44. Wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die vorbestimmte Umschalttemperatur wird der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 verwendet. Wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur, wird der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 verwendet.
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Somit verwendet die Steuervorrichtung 49 den ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 niedriger ist als die Umschalttemperatur, und verwendet den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2, wenn die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 höher ist als die Umschalttemperatur. Das heißt, da zwei Arten der Ventilöffnungsgrad-Einstellwerte A1 und A2 abwechselnd verwendet werden, kann die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums 31 geeignet gesteuert werden und die Steuerung kann ohne wiederholtes öffnen und Schließen des kühlerseitigen Ventils 44 in einer kurzen Zeit vereinfacht werden.
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Bei der Gasturbine dieser Ausführungsform stellt die Steuervorrichtung 49 eine Geschwindigkeit ein, mit der der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 zu dem zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 umgeschaltet wird, um schneller zu sein als eine Geschwindigkeit, mit der der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 umgeschaltet wird. Somit wird, wenn der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 zu erhöhen ist, das kühlerseitige Ventil 44 schnell betätigt. Wenn der Öffnungsgrad des kühlerseitigen Ventils 44 zu reduzieren ist, wird das kühlerseitige Ventil 44 langsam betätigt. Aus diesem Grund kann, wenn sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 erhöht, die Temperatur sofort verringert werden und die Gasturbine kann daher kontinuierlich ohne Beschädigung betrieben werden. Ferner kann, wenn sich die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 verringert, die Temperatur langsam erhöht werden und daher das Pendeln bzw. Schlingern des kühlerseitigen Ventils 44 vermieden werden.
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Bei der Gasturbine dieser Ausführungsform schaltet die Steuervorrichtung 49 den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 um, wenn die Last eine vorbestimmte Last nach dem Start der Gasturbine 10 erreicht. Somit kann, wenn die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 gestartet wird nachdem die Last der Gasturbine 10 eine vorbestimmte Last erreicht hat, die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 mit hoher Präzision eingestellt werden.
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Bei der Gasturbine dieser Ausführungsform schaltet die Steuervorrichtung 49 den zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 zu dem ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 um, nachdem eine vorbestimmte Zeit von dem Zeitpunkt, an dem die Last die vorbestimmte Last erreicht hat, verstrichen ist um. Somit kann, da die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 gestartet wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit von dem Zeitpunkt, an dem die Last der Gasturbine 10 die vorbestimmte Last erreicht hat, verstrichen ist, ein abrupter Anstieg der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 vermieden werden.
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Bei der Gasturbine dieser Ausführungsform ist die vorbestimmte Last auf mindestens 90% oder mehr der Volllast eingestellt. Somit kann, da die Steuerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 startet, bevor die Last die Volllast der Gasturbine 10 erreicht, die Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 mit hoher Präzision sicher eingestellt werden.
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Bei der Gasturbine dieser Ausführungsform umfasst die Umschalttemperatur die erste Umschalttemperatur T1 und die zweite Umschalttemperatur T2, die höher ist als die erste Umschalttemperatur T1. Wenn die Umgebungstemperatur höher wird als die zweite Umschalttemperatur T2, wird der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 verwendet. Wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die erste Umschalttemperatur T1, wird der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 verwendet. Somit kann, da die Ventilöffnungsgrad-Umschalttemperaturen T1 und T2 eingestellt sind, um entsprechend einer Erhöhung und Verringerung der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31 unterschiedlich zu sein, die Temperatur stabil verwaltet werden, ohne das kühlerseitige Ventil 44 in einer kurzen Zeit zu öffnen und zu schließen.
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Ferner kann bei der Gasturbinen-Steuervorrichtung dieser Ausführungsform der Öffnungsgrad des kühlerseitige Ventils 44 basierend auf der Umgebungstemperatur, die durch die Temperaturmesseinheit 48 gemessen wird, eingestellt werden, der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1, des kühlerseitigen Ventils 44 kann eingestellt werden, der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1 wird verwendet, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die vorbestimmte Umschalttemperatur, und der zweite Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A2 wird verwendet, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur. Somit kann, da zwei
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Arten von Ventilöffnungsgrad-Einstellwerten A1 und A2 abwechselnd verwendet werden, die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums 31 geeignet gesteuert werden und die Steuerung kann vereinfacht werden, ohne das kühlerseitige Ventil 44 in einer kurzen Zeit zu öffnen und zu schließen.
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Ferner umfasst das Gasturbinen-Kühlverfahren der Ausführungsform die Schritte des Messens der Umgebungstemperatur des Scheibenhohlraums 31, des Anwendens des vorbestimmten ersten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerts A1 auf das kühlerseitige Ventil 44, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist als die vorbestimmte Umschalttemperatur, und des Anwendens des zweiten Ventilöffnungsgrad-Einstellwerts A2, der größer ist als der erste Ventilöffnungsgrad-Einstellwert A1, auf das kühlerseitige Ventil 44, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die Umschalttemperatur.
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Somit kann, da zwei Arten von Ventilöffnungsgrad-Einstellwerten A1 und A2 abwechselnd verwendet werden, die Lufttemperatur des Scheibenhohlraums 31 geeignet gesteuert werden, und die Steuerung kann vereinfacht werden, ohne das kühlerseitige Ventil 44 in einer kurzen Zeit zu öffnen und zu schließen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbine
- 11
- Kompressor
- 12
- Brennkammer
- 13
- Turbine
- 23
- Luftabzweigkammer
- 24
- Turbinengehäuse
- 25
- Leitschaufel
- 26
- Schaufel
- 27
- Rotorwelle
- 31
- Scheibenhohlraum
- 41
- Kühlluftzuführdurchgang
- 42
- Hauptdurchgang
- 43
- Abzweigdurchgang
- 44
- kühlerseitiges Ventil (Öffnungs-/Schließventil)
- 45
- Kühler
- 46
- Bypassventil
- 48
- Temperaturmesseinheit
- 49
- Steuervorrichtung
