JP2005233157A

JP2005233157A - 二軸式ガスタービン発電システム及びその停止方法

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Publication number: JP2005233157A
Application number: JP2004046534A
Authority: JP
Inventors: Chihiro Meiren; 千尋明連; Tadaharu Kishibe; 忠晴岸部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP4163131B2

Abstract

【課題】発電機の負荷遮断後、速やかに低圧タービンの回転数を低下させその過回転の発生を防止することができる二軸式ガスタービン発電システム及びその停止方法を提供する。
【解決手段】互いに独立して回転する高圧タービン４及び低圧タービン５を有する二軸式ガスタービン発電システムにおいて、低圧タービン４に連結された発電機７の負荷が遮断された場合、抽気管路１３の抽気弁１４を開き、燃焼器２の車室２３から圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより低圧タービン５の入口流量を低圧タービン５の無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ低圧タービン５の回転数を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二軸式ガスタービン発電システム及びその発電機の負荷遮断時における停止方法に関する。

発電所において送電系統に異常が発生した際には、送電系統の保護のため発電機の負荷を遮断するのが一般的である。したがって、ガスタービン発電システムにおいては、発電機の負荷が遮断された場合、負荷の急減によって起こり得る発電機及びタービンの過回転を防止するための何等かの手段を要する。この過回転防止のために採られる方策としては、負荷遮断により過回転が発生した際、まず燃料流量を低減してタービンに流入する流体の温度を低下させ、その後、入口案内翼（Inlet Guide Vane：IGV）を全閉し、空気流量を低減するのが一般的である。しかし、入口案内翼は圧縮機の入口にあるため、全閉してもすぐには後段に位置するタービンへの空気流量が変化せず、その間、圧縮機の空気流量のみが減少する。その結果、圧縮機の負荷が小さくなり、負荷遮断後、一時的にタービン回転数が増加してしまうことがある。

それに対し、負荷遮断時に入口案内翼を即座に全閉せずに、一定時間、所定開度を維持した後、必要に応じて再び開度を大きくする等してから全閉にする制御機構を設け、圧縮機の吸込流量を適宜調整することにより、圧縮機の負荷急減を避けつつもタービンの過回転を防止するものがある（例えば、特許文献１等参照）がある。

特開２００３−１４８１７３号公報

ここで、発電に用いられる二軸式ガスタービンは、発電機を駆動する低圧タービンと、圧縮機を駆動する高圧タービンとが分割され、互いに独立して回転するようになっており、圧縮機、タービン及び発電機を連結した１軸式ガスタービンと異なり、発電機と圧縮機とをそれぞれ異なる回転数で回転させることができる。そのため、一般に一定回転数で駆動される発電機とは異なる回転数で圧縮機を駆動することができ、優れた運用性を有するとともに、起動時に圧縮機のみを駆動させることができ始動性にも優れている。しかし、発電機の負荷遮断時には、１軸式ガスタービンは圧縮機が負荷となるため回転数変動が小さいのに対し、二軸式ガスタービンは圧縮機が負荷とならず、その分、回転数変動が大きくなるといった側面を有する。

前述した特許文献１に記載された従来技術は、１軸式ガスタービンを想定したものであるので、圧縮機の負荷がある程度保たれることも相乗してタービンの過回転防止に作用する。しかしながら、前述したように、二軸式ガスタービンにおいては、圧縮機が低圧タービンの負荷とならないため、単にこの従来技術を二軸式ガスタービンに採用しても、速やかに圧縮空気流量を低減することができないことから、負荷遮断後、設計で想定された低圧タービンの限界回転数を上回ってしまう、すなわち過回転を生じさせる恐れがある。

本発明は、上記に鑑みなされたもので、その目的は、発電機の負荷遮断後、速やかに低圧タービンの回転数を低下させその過回転の発生を防止することができる二軸式ガスタービン発電システム及びその停止方法を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明の二軸式ガスタービン発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、前記燃焼器の車室から圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置とを備えたことを特徴とする。

（２）上記目的を達成するために、また本発明の二軸式ガスタービン発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の流路から、前記高圧タービンからの排出ガスの一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置とを備えたことを特徴とする。

（３）上記目的を達成するために、また本発明の二軸式ガスタービン発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、前記圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置とを備えたことを特徴とする。

（４）上記目的を達成するために、また本発明の二軸式ガスタービンシステムは、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、ガスタービン起動時に前記圧縮空気の主流路から圧縮途中の圧縮空気を抽気する既設の起動用抽気管路と、この起動用抽気管路から分岐してなり、前記圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置とを備えたことを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、好ましくは、前記抽気管路は、前記低圧タービンからの排出ガスの静圧を回復させる排気ディフューザに接続し、抽気した圧縮空気を前記排気ディフューザを介して大気に放出することを特徴とする。

（６）上記目的を達成するために、本発明は、互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、燃焼器の車室から圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させることを特徴とする。

（７）上記目的を達成するために、また本発明は、互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の流路から、前記高圧タービンからの排出ガスの一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させることを特徴とする。

（８）上記目的を達成するために、また本発明は、互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させることを特徴とする。

本発明によれば、発電機の負荷遮断時、圧縮機の入口案内翼を閉じる場合に比し、低圧タービンに近い箇所から抽気して低圧タービンの入口流量を逸早く減少させ、これにより速やかに低圧タービンの回転数を低下させその過回転の発生を防止することができる。

以下、本発明の二軸式ガスタービン発電システム及びその停止方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第１実施形態の概念構成を表した回路図、図２は燃焼器周りの詳細図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の二軸式ガスタービン発電システムは、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機１と、この圧縮機１からの圧縮空気と燃料ａとを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２と、この燃焼器２からの燃焼ガスにより軸動力を得て、軸３を介して同軸上に連結された圧縮機１を駆動させる高圧タービン４と、この高圧タービン４と独立して回転し、高圧タービン４からの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービン５と、この低圧タービン５に軸６を介して連結され、低圧タービン５の軸動力により駆動される発電機７とを備えている。発電機７には、さらに発電機７により作り出された電力を送電する送電線８が接続されている。上記のうち、圧縮機１、高圧タービン４、及びこれら圧縮機１と高圧タービン４とを連結する軸３を高圧系、低圧タービン５、発電機７、及びこれら低圧タービン６と発電機７とを連結する軸６を低圧系とする。但し、発電機７及び送電線８は、ギアボックス（図示せず）を介して連結されていても良く、必ずしも同軸上に接続されていなくても良い。

この系の入口となる圧縮機１の入口には、入口案内翼１０が設けられており、この入口案内翼１０の開度を調節することにより、圧縮機１への吸い込み空気流量が調節されるようになっている。一方、出口となる低圧タービン５の下流側の流路には、低圧タービン５からの排出ガスの静圧を回復させる排気ディフューザ１１が設けられている。また、燃焼器２への燃料ａの供給流路には、燃料制御弁１２が設けられており、この燃料制御弁１２により燃料ａの流量調整及び遮断が可能な構成となっている。

さらに、本実施形態においては、燃焼器２の車室２３から圧縮機１からの圧縮空気の一部を抽気して大気中に導く抽気管路１３と、この抽気管路１３の流路を開閉する抽気弁１４と、この抽気弁１４や、燃料制御弁１２、入口案内翼１０等を制御する制御装置１５とを備えている。抽気管路１３は、その上流端部１６が、車室２３のケーシング１７に取り付けられており、下流端部は、排気ディフューザ１１に接続している。但し、図１においては、抽気管路１３を排気ディフューザ１１の入口部分に接続しているが、例えば排気ディフューザ１１の中間部分に接続してあっても構わない。要は、抽気管路１３は、低圧タービン５の下流側位置に接続していれば良い。また、抽気管路１３による抽気量は、低圧タービン５の入口流量が、この低圧タービン５の無負荷定格条件における入口流量程度となるように予め考慮し設定する。

制御装置１５には、例えば発電機１１の負荷遮断指令信号Ｓ１が入力された場合、抽気弁１４を開放するプログラムが格納されている。抽気弁１４は、通常時、すなわち負荷遮断指令信号Ｓ１を受けて制御装置１５から指令信号が入力されたとき以外は、閉じた状態となっている。なお、図１において、圧縮機１の出口部には、その主流路から圧縮空気の一部を抽気して高圧タービン４の高温部に導く冷却流路配管１８が設けられている。但し、この冷却流路配管１８の抽気位置は、その圧力が高圧タービン４の被冷却部よりも高ければ、高圧タービン４に対して冷却空気を４３を供給することができるので、必ずしも圧縮機１の出口部である必要はなく、それよりも上流側であっても良い。

この二軸式ガスタービン発電システムは、図２に示すように、入口案内翼１０を介して吸い込まれた空気が圧縮機１の動翼２０及び静翼２１を通過することで圧縮され、圧縮空気が吐出部２２を経由して燃焼器２周りに設けられたキャビティである車室２３へと流入する。吐出部２２は、ディフューザとなっている。車室２３に流入した圧縮空気は、燃焼器２で燃料ａとともに燃焼され燃焼ガスが生成される。燃焼器２で生成された燃焼ガスは、高圧タービン４に流入し、タービン静翼２４及びタービン動翼２５を通過することで高圧タービン４に軸動力を与える。高圧タービン４からの排出ガスは、さらに低圧タービン５に流入して低圧タービン５に軸動力を与え、低圧タービン５に連結された発電機７が回転駆動し、回転エネルギーが電気エネルギーに変換される。発電機７で得られた電力は、送電線８により送電される。一方、低圧タービン５で仕事をした排出ガスは、排気ディフューザ１１を通過することで静圧を回復し大気に放出される。

ここで、この種の二軸式ガスタービン発電システムは、高圧系と低圧系とが互いに独立した回転数で回転し、高圧系においては、高圧タービン４、圧縮機１がそれぞれ駆動装置、負荷の役割を果たし、低圧系においては、低圧タービン５、発電機７がそれぞれ駆動装置、負荷の役割を果たす。しかし、発電機７から送電線８への送電を停止した場合、発電機７は負荷の役割を果たさなくなる。そのため、例えば地絡事故等によって送電線８に異常が発生し、発電機７から送電線８への送電が停止された場合、低圧系が無負荷状態となるため、低圧タービン５が過回転を起こす恐れがある。

こうした低圧タービン５の過回転を防止するために、従来においては、例えば図示しない送電停止検出手段等から制御装置１５に対して負荷遮断指令信号Ｓ１が入力されると、制御装置１５は、この負荷遮断指令信号Ｓ１の入力後、燃料制御信号Ｓ２を燃料制御弁１２に出力し、燃料ａの供給流量を減少させて低圧タービン５の入口温度を低下させるとともに、入口案内翼１０に全閉を指令する指令信号Ｓ３を出力して入口案内翼１０を閉じて圧縮機１の吸い込み空気流量を削減し、これにより、低圧タービン５を駆動させる力を低減させるといった措置を講じていた。

しかしながら、単に吸い込み空気を遮断して燃料流量を減少させるだけでは、既に圧縮機１に吸い込まれた空気の一部はそのまま圧縮されて燃焼器２で燃焼され、燃焼ガスが高圧タービン４、低圧タービン５に流入するので、この間は、効果的に低圧タービン５を駆動する力を低下させることができない。しかも、このような二軸式ガスタービン発電システムにおいては、圧縮機１が低圧タービン５の負荷とならないため、負荷遮断後、圧縮空気の流れが十分に低減され低圧タービン５に流入する作動流体の力が所定値以下に弱まるまでの間、無負荷状態で回転する低圧タービン５に過回転が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、互いに独立して回転する高圧タービン４及び低圧タービン５を有する二軸式ガスタービン発電システムにおいて、発電機７の負荷が遮断された場合、前述した燃料流量の低減及び吸い込み空気の遮断の措置に加え、燃焼器２の車室２３から圧縮機１からの圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより低圧タービン５の入口流量を低圧タービン５の無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ低圧タービン５の回転数を低下させる。
具体的には、制御装置１５は、負荷遮断指令信号Ｓ１の入力後、燃料制御信号Ｓ２、指令信号Ｓ３をそれぞれ燃料制御弁１２、入口案内翼１０に出力し、燃料流量を減少させ入口案内翼１０を閉じるとともに、開放信号Ｓ４を抽気弁１４に出力して抽気管路１３を開放し、車室２３内の圧縮空気を抽気して排気ディフューザ１１に導く。但し、抽気管路１３を開放することにより、十分な低圧タービン５の入口流量の低減がなされる場合には、必ずしも入口案内翼１０を全閉する制御を行う必要はなく、所定の開度を維持するように入口案内翼１０を制御しても良いし、不要であれば開度調整も行う必要もない。

本実施形態によれば、単に入口案内翼１０を閉じて燃料流量を減少させる場合に比べ、低圧タービン５に比較的近い燃焼器２の車室２３から圧縮空気を抽気して大気開放するため、負荷遮断後の低圧タービン５の入口流量を、より早い段階で低圧タービン５の無負荷定格条件での入口流量程度まで減少させることができる。これにより、発電機７の負荷遮断後、速やかに低圧タービン５の回転数を低下させその過回転の発生を防止することができる。また、抽気弁１４にオリフィス等を設けることで抽気量の調整も可能である。

また、車室２３の構造が圧縮機１の吐出部２２よりも体積の大きなキャビティであるため、仮に圧縮機１の吐出部２２から抽気する構成とした場合と比較すると、燃焼器２に流入する圧縮空気流量に対し抽気管路１３からの抽気量が比較的小さくなる分、燃焼器２に流入する空気の流量偏差を小さく抑えることができるメリットもある。さらに、抽気管路１３の抽気口は、ケーシング１７に取り付けられているので、配管スペースの確保も容易である。

図３は、本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第２実施形態の概略構成を表した回路図で、図１、図２と同様の部分及び同様の役割を果たす部分には同符号を付し説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態が第１実施形態と相違する点は、抽気管路１３が、高圧タービン４と低圧タービン５との間の流路３０の途中に抽気位置を有しており、この流路３０を流れる高圧タービン４からの排出ガスの一部を、低圧タービン５に流入する直前に抽気して大気中に導くように設けた点にある。この抽気管路１３には、第１実施形態と同様、抽気弁１４が設けてあり、また、抽気管路１３の下流端部は排気ディフューザ１１の入口に接続されている。但し、抽気管路１３の下流端部は、例えば排気ディフューザ１１の中間部分に接続してあっても構わず、低圧タービン５の下流側位置に接続していれば良い。第１実施形態と同様、抽気管路１３による抽気量は、低圧タービン５の入口流量が、この低圧タービン５の無負荷定格条件における入口流量程度となるように予め考慮し設定する。その他の構成については、第１実施形態と同様である。

本実施形態において、発電機７の負荷が遮断された場合、制御装置１５は、負荷遮断指令信号Ｓ１の入力後、燃料制御信号Ｓ２、指令信号Ｓ３をそれぞれ燃料制御弁１２、入口案内翼１０に出力し、燃料流量を減少させ入口案内翼１０を閉じるとともに、開放信号Ｓ４を抽気弁１４に出力して抽気管路１３を開放し、高圧タービン４と低圧タービン５との間の流路３０から、高圧タービン４からの排出ガスの一部を抽気して排気ディフューザ１１を介して大気中に放出する。これにより、低圧タービン５の入口流量を低圧タービン５の無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ低圧タービン５の回転数が逸早く低下する。但し、第１実施形態と同様、抽気管路１３を開放することにより、十分な低圧タービン５の入口流量の低減がなされる場合には、必ずしも入口案内翼１０を全閉する制御を行う必要はなく、所定の開度を維持するように入口案内翼１０を制御しても良いし、不要であれば開度調整も行う必要もない。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得るとともに、低圧タービン５の直前位置から作動流体を抽気するので、負荷遮断後の低圧タービン５の回転数低下の応答性をより向上させることができる。また、抽気管路１３からの抽気量の算出も容易である。

ここで、抽気管路１３から作動流体を抽気しない場合を比較例に挙げ、第１実施形態、第２実施形態における負荷遮断後の低圧タービン５の入口流量の推移の解析結果を図４に示した。図４に示したように、抽気管路１３から抽気しない比較例に比べると、第１実施形態では、負荷遮断後、低圧タービン５の入口流量が低下し始めるまでの経過時間が短縮され、低圧タービン５の入口流量を逸早く無負荷定格条件における入口流量まで低下させることができる。第２実施形態の場合、低圧タービン５の直前位置から抽気を行うことにより、第１実施形態に比べてもさらに応答性良く低圧タービン５の入口流量が低下し始め、低圧タービン５の入口流量を無負荷定格条件まで低下するのに要する時間をさらに短縮することができる。

図５は、本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第３実施形態の概略構成を表した回路図で、図１〜図３と同様の部分及び同様の役割を果たす部分には同符号を付し説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態が前述した各実施形態と相違する点は、抽気管路１３を、圧縮機１の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くように設けた点にある。この抽気管路１３には、抽気弁１４が設けてある。また、抽気管路１３としては、一般にガスタービンに設けられている起動用抽気管路をそのまま利用しても良いし、それに別途追加して設けても良い。なお、起動用の抽気管路は、実際には第１及び第２実施形態にも存在するが、図１及び図３では図示省略した。また、抽気管路１３を別途追加して設ける場合は、その下流端部を、第１及び第２実施形態と同様、排気ディフューザ１１の入口に接続しても良い。勿論、必ずしも排気ディフューザ１１の入口に接続しなくても、抽気管路１３の下流端部は、例えば排気ディフューザ１１の中間部分に接続しても構わず、低圧タービン５の下流側位置に接続していれば良い。既設の起動用抽気管路を利用する場合、抽気管路１３の抽気量は予め起動時の条件に応じて設定されているので、負荷遮断時の条件に合わせて設定することは難しいが、例えば抽気弁１４の開度調整により起動時、負荷遮断時に要する抽気量を設定することは可能である。勿論、抽気管路１３を軌道用抽気管路とは別に設ける場合、抽気管路１３による抽気量を、低圧タービン５の入口流量が、この低圧タービン５の無負荷定格条件における入口流量程度となるように予め考慮し設定しても良い。その他の構成については、第１及び第２実施形態と同様である。

本実施形態において、発電機７の負荷が遮断された場合、制御装置１５は、負荷遮断指令信号Ｓ１の入力後、燃料制御信号Ｓ２、指令信号Ｓ３をそれぞれ燃料制御弁１２、入口案内翼１０に出力し、燃料流量を減少させ入口案内翼１０を閉じるとともに、開放信号Ｓ４を抽気弁１４に出力して抽気管路１３を開放し、圧縮機１の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出する。このように、圧縮機１の主流路から圧縮空気を抽気することによっても、単に入口案内翼１０を閉じる場合に比し、低圧タービン５の入口流量を速やかに低下させ、低圧タービン５の過回転を防止することができる。但し、第１及び第２実施形態と同様、抽気管路１３を開放することにより、十分な低圧タービン５の入口流量の低減がなされる場合には、必ずしも入口案内翼１０を全閉する制御を行う必要はなく、所定の開度を維持するように入口案内翼１０を制御しても良いし、不要であれば開度調整も行う必要もない。

図６は、本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第４実施形態の概略構成を表した回路図で、図１〜図５と同様の部分及び同様の役割を果たす部分には同符号を付し説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態が前述した各実施形態と相違する点は、ガスタービン起動時に圧縮空気１の主流路から圧縮途中の圧縮空気を抽気する既設の起動用抽気管路４０と、この起動用抽気管路４０から分岐してなり、圧縮機１の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導く抽気管路１３とを備えている点にある。本実施形態においては、既設の起動用抽気管路４０のうちの圧縮機１との接続部分４２をマニホールドとし、この接続部分４２の下流側で起動用抽気管路４０の主流と抽気管路１３とに分岐している。抽気管路１３には抽気弁１４が、起動用抽気管路４０には起動用抽気弁４１がそれぞれ設けてある。また、抽気管路１３の下流端部は大気開放でも良いし、排気ディフューザ１１の入口に接続しても良い。抽気管路１３を排気ディフューザ１１に接続する場合、抽気管路１３の下流端部は、例えば排気ディフューザ１１の中間部分に接続してあっても構わず、低圧タービン５の下流側位置に接続していれば良い。第１及び第２実施形態と同様、抽気管路１３による抽気量は、低圧タービン５の入口流量が、この低圧タービン５の無負荷定格条件における入口流量程度となるように予め考慮し設定する。その他の構成については、第３実施形態と同様である。

本実施形態において、発電機７の負荷が遮断された場合、制御装置１５は、負荷遮断指令信号Ｓ１の入力後、燃料制御信号Ｓ２、指令信号Ｓ３をそれぞれ燃料制御弁１２、入口案内翼１０に出力し、燃料流量を減少させ入口案内翼１０を閉じるとともに、開放信号Ｓ４を抽気弁１４に出力して抽気管路１３を開放し、起動用抽気管路４０を介し圧縮機１の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出する。なお、制御装置１５は、予め格納されたプログラムにより、起動時には起動用抽気弁４１を開、抽気弁１４を閉とし、また、通常運転時には起動用抽気弁４１、抽気弁１４をともに閉とする。

このように、圧縮機１の主流路から直接圧縮空気を抽気することによっても、単に入口案内翼１０を閉じる場合に比し、低圧タービン５の入口流量を速やかに低下させることができ、前述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、第１乃至第３実施形態と同様、抽気管路１３を開放することにより、十分な低圧タービン５の入口流量の低減がなされる場合には、必ずしも入口案内翼１０を全閉する制御を行う必要はなく、所定の開度を維持するように入口案内翼１０を制御しても良いし、不要であれば開度調整も行う必要もない。また、抽気弁１４として抽気量が変更可能な抽気弁を用いることで、マニホールドの使用や抽気弁の増加による構造の複雑化を避けつつ、抽気量の調整が可能である。さらに、本実施形態は、既設のガスタービン発電システムに対して、最小限の改造で実現できる点で有効な手段である。

本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第１実施形態の概念構成を表した回路図である。燃焼器周りの詳細図である。本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第２実施形態の概略構成を表した回路図である。第１実施形態、第２実施形態における負荷遮断後の低圧タービン５の入口流量の推移を、抽気管路から作動流体を抽気しない場合を比較例と比較した解析結果を表すグラフである。本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第３実施形態の概略構成を表した回路図である。本発明の二軸式ガスタービン発電システムの第４実施形態の概略構成を表した回路図である。

符号の説明

１圧縮機
２燃焼器
４高圧タービン
５低圧タービン
７発電機
１１排気ディフューザ
１３抽気管路
１４抽気弁
１５制御装置
２３車室
３０高圧タービンと低圧タービンとの間の流路
４０起動用抽気管路
ａ燃料
Ｓ１負荷遮断指令信号

Claims

空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、
この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、
この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、
前記燃焼器の車室から圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、
この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、
前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システム。
空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、
この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、
この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、
前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の流路から、前記高圧タービンからの排出ガスの一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、
この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、
前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システム。
空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、
この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、
この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、
前記圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、
この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、
前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システム。
空気を圧縮して圧縮空気を吐出する圧縮機と、
この圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
この燃焼器からの燃焼ガスにより軸動力を得て、同軸上に連結された前記圧縮機を駆動させる高圧タービンと、
この高圧タービンと独立して回転し、前記高圧タービンからの排出ガスにより軸動力を得る低圧タービンと、
この低圧タービンに連結され、前記低圧タービンの軸動力により駆動される発電機と、
ガスタービン起動時に前記圧縮空気の主流路から圧縮途中の圧縮空気を抽気する既設の起動用抽気管路と、
この起動用抽気管路から分岐してなり、前記圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に導くものであって、その抽気量を前記低圧タービンの入口流量が前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度となるように設定した抽気管路と、
この抽気管路の流路を開閉する抽気弁と、
前記発電機の負荷遮断指令信号が入力された場合、前記抽気弁を開放する制御装置と
を備えたことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システム。
請求項１乃至４のいずれかに記載の二軸式ガスタービン発電システムにおいて、前記抽気管路は、前記低圧タービンからの排出ガスの静圧を回復させる排気ディフューザに接続し、抽気した圧縮空気を前記排気ディフューザを介して大気に放出することを特徴とする二軸式ガスタービン発電システム。
互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、
前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、燃焼器の車室から圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させる
ことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システムの停止方法。
互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、
前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、前記高圧タービンと前記低圧タービンとの間の流路から、前記高圧タービンからの排出ガスの一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させる
ことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システムの停止方法。
互いに独立して回転する高圧タービン及び低圧タービンを有する二軸式ガスタービン発電システムの停止方法において、
前記低圧タービンに連結された発電機の負荷が遮断された場合、圧縮機の主流路から圧縮途中の圧縮空気の一部を抽気して大気中に放出し、これにより前記低圧タービンの入口流量を前記低圧タービンの無負荷定格条件での入口流量程度に速やかに低下させ前記低圧タービンの回転数を低下させる
ことを特徴とする二軸式ガスタービン発電システムの停止方法。