JP2012102648A - ガスタービン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧縮機が圧縮空気を生成し、燃焼器が圧縮空気から燃焼ガスを生成し、タービンが燃焼ガスによって駆動する。そして、抽気配管が圧縮機から抽気され、タービンまたは燃焼器の冷却対象に冷却空気を送出する。このとき、制御弁が抽気配管に設けられ、冷却空気の流量を調整する。制御部は、出力増加要求の検出に基づいて出力増加が得られるよう制御弁による冷却空気の流量を抑制する。
【選択図】図1
Description
ここで、上述のようなガスタービンの技術において、ガスタービンの出力増加を行うための技術が望まれている。
以下、本発明の第1の実施形態によるガスタービンを図面を参照して説明する。
図1は第1の実施形態によるガスタービンの概略構成図である。
この図において、符号1は圧縮空気を生成する圧縮機、符号2は車室、符号3は圧縮空気から燃焼ガスを生成する燃焼器、符号4は燃焼ガスによって駆動するタービン、符号5a,5b,5cは圧縮機1から抽気された冷却空気をタービン4に送出する抽気配管、符号5dは圧縮機1から抽気された冷却空気を燃焼器3の冷却対象(本実施形態においてはロータ)に送出する抽気配管である。また、符号6a,6b,6cは、抽気配管5a,5b,5cにそれぞれ設けられ冷却空気の流量を調整する制御弁(調整手段)、符号6dは抽気配管5d(以下、総称して抽気配管5とする)に設けられ冷却空気の流量を調整する制御弁(調整手段)、符号7は一時的な出力増加が得られるよう制御弁6a,6b,6c,6d(以下、総称して制御弁6とする)による冷却空気の流量を抑制する制御を行う制御装置(制御手段)である。また図1において符号8は、圧縮機1及びタービン4を貫通するロータであり、発電機9がロータ8に接続されている。
そして、本実施形態においては、タービン翼を冷却する冷却空気の流量を調整する制御弁6a〜6cの1つまたは複数の開度と、ロータ8を冷却する冷却空気の流量を調整する制御弁6dの開度の、何れか一方または両方を制御装置7が調整する。
この図が示すように、制御装置7は、各種センサの検出した値を、信号線を介して取得し、制御弁6a〜6dの開度の算出に用いるパラメータを算出するパラメータ処理部71、制御弁6a〜6dの開度を算出するために用いる情報等を記憶する記憶部72、PID制御等を行う制御部73、制御部73からの出力に基づいて制御弁6a〜6dの何れかの開度を、対応する制御弁6へ信号線を介して通知する弁開度調整部74を備えている。
各種センサとしては、温度センサ10、圧力センサ11、出力値センサ12などがあり、それぞれ、ガスタービンの所定箇所に備えられる。
制御装置7は、図3に示すように、パラメータ処理部71が、GT(ガスタービン)出力やロータ温度を、出力値センサ12や温度センサ10から入力し、記憶部72に記憶されている所定の関数(FX)を用いて設定温度を算出し、この設定温度の値と、ロータ温度との差分のパラメータ値を算出する。そして制御部73がパラメータ値をパラメータ処理部71から入力し、また出力増加要求フラグを記憶部72から読み取る。そして、出力増加要求フラグ(例えば、“0”の場合出力要求なし,“1”の場合出力要求ありとする)が“1”であれば、入力したパラメータ値に基づいてPID制御を行い、制御弁6a〜6dの開度を算出し弁開度調整部74へ出力する。なお、出力増加要求フラグが“0”の場合には出力増加のための制御弁6a〜6dの調整は行わないため処理を終了する。
図4で示すように制御装置7は、制御部73が算出した値が下限値以下である場合には、弁開度調整部4への出力を停止する下限リミッターの制御をPID制御の後段に備えるようにしてもよい。
例えば、下限リミッターを備えることで、冷却空気の流量を著しく多く抑制することによって、タービン翼などの機器が損傷しないように制御できる。このような仕組みにより、出力不足を一時的に補うガスタービンを提供することができる。
図5で示すように制御装置7は、タービン側抽気室圧力と、ディスクキャビティ温度とに基づいて制御弁6の開度を調整するようにしてもよい。
具体的には、パラメータ処理部71がタービン側抽気室の圧力を圧力センサ11から入力して制御部73へ出力する。またパラメータ処理部71はディスクキャビティの温度を温度センサ10より入力し、所定の関数(FX)を用いて必要冷却空気量を算出する。そして、制御部73は、パラメータ処理部71から入力するタービン側抽気室圧力と必要冷却空気量から一意に制御弁6a〜6dの開度を算出する。例えば、記憶部72に記録されているタービン側抽気室圧力と必要冷却空気量の各値と開度の値の対応関係から、補間計算によって開度を算出する。
図6で示すように制御装置7は、車室圧力と、ガスタービンの出力値とに基づいて制御弁6の開度を調整するようにしてもよい。
この場合、パラメータ処理部71が車室2の圧力を圧力センサ11から入力して制御部73へ出力する。またパラメータ処理部71はガスタービン出力の値を出力値センサ12より入力し、所定の関数(FX)を用いて必要冷却空気量を算出する。そして、制御部73は、パラメータ処理部71から入力する車室圧力と必要冷却空気量から一意に制御弁6a〜6dの開度を算出する。例えば、記憶部72に記録されている車室圧力と必要冷却空気量の各値と開度の値の対応関係から、補間計算によって開度を算出する。
図7は第2の実施形態によるガスタービンの第1の概略構成図である。
この図に示すようにガスタービンは、抽気配管5a〜5cを流れる冷却空気を貯める冷却空気貯蔵手段であるタンク13a〜13c(総称してタンク13と呼ぶ)を、抽気配管5a〜5cそれぞれに備えるようにしてもよい。
図7の例では、抽気配管5a〜5cにおいて、制御弁6a〜6cの下流側にタンク13a〜13cが介装されている。なおタンク13は所定の圧力で冷却空気が貯められている。
このような構成において制御装置7は、出力増加要求に応じてタンク13より圧縮機1側(上流側)の抽気配管5a〜5cに設けられた制御弁6a〜6dを閉じる制御を行う。これによりガスタービンの出力が増加する。同時に、制御装置7はタンク13a〜13cよりタービン4側(下流側)の抽気配管5e,5f,5gに設けられた制御弁6e,6f,6gを開に制御しておくことで、タンク13a〜13cに貯められた冷却空気をタービン4に抽気することができる。
これにより、ガスタービンの出力を増加できるとともに、冷却空気をタービン4に送ることができる。なお、ロータ8へ冷却空気を送出する抽気配管5dにおいて制御弁6dの下流側にタンク13と制御弁6を介装して、同様の制御を行うようにしてもよい。
この図に示すガスタービンは、図7で示したガスタービンの構成と比べ、タンク13の設置位置が異なっている。つまり図8で示すガスタービンの例では、抽気配管5a〜5cにおいて制御弁6a〜6cの下流側には接続管Aa,Ab,Acが接続されており、当該接続管Aa,Ab,Acにそれぞれタンク13a,13b,13cが接続されている。このため、タンク13aは、接続管Aaを介して抽気配管5aに接続され、同様にタンク13b,13cも接続管Ab,Acそれぞれを介して抽気配管5b,5cに接続されている。また接続管Aa〜Acには、制御弁6e〜6gがそれぞれ設けられている。
これにより図7の例では、圧縮機1からタービン4までの間の冷却空気の体積が抽気配管5内の容量とタンク13内の容量の合計となっていたが、図8の例ではタンク13の容量の分だけ冷却空気の体積が減少する。なお、接続管Aa〜Acの配管内の体積は比較的小さいものと考える。これにより、タービン4に抽気する冷却空気の量を反応よく抑制することができる。従って、ガスタービンを出力増加させる際の反応がよくなる。なお、制御弁6の開度の調整のタイミングは図7で示した例と同様である。
図9は第3の実施形態によるガスタービンの第1の概略構成図である。
この図に示すようにガスタービンは、タービン4や燃焼器3の冷却対象に送出する冷却空気のみを圧縮する第2の圧縮機14を備えるようにしてもよい。制御装置7が、一時的な出力増加を行う際、抽気配管6a〜6c、さらに6dの開度を抑制しても、圧縮機14から送出される冷却空気は接続管Ba,Bb,Bcを介して、それぞれの抽気配管5a〜5cの制御弁6a〜6cの下流側に送出される。
このような構成とすることで、制御装置7がタービン翼への冷却空気を抑制する制御弁6a〜6cを閉に制御したとしても、第2の圧縮機14からタービン4や燃焼器3の冷却対象に対して、冷却空気を送出することができる。
この図が示すように、図9で示した構成に加え、接続管Ba〜Bcにタンク13a〜13cがそれぞれ介装され、その下流側にそれぞれ制御弁6e〜gが介装されるようにしてもよい。このような構成の場合、制御装置7は、一時的な出力増加を行う際、抽気配管6a〜6c、さらに6dの開度を抑制した後、制御弁6e,6f,6gを開に制御する。これにより、制御装置7がタービン翼への冷却空気を抑制する制御弁6a〜6cを閉に制御したとしても、第2の圧縮機14からタービン4や燃焼器3の冷却対象に対して、冷却空気を送出することができる。また制御弁6e,6f,6gの開度を制御装置7が制御することで、タービン4に抽気する冷却空気の流量を自由に調整することができる。
2・・・車室
3・・・燃焼器
4・・・タービン
5・・・抽気配管
6・・・制御弁
7・・・制御装置
8・・・ロータ
9・・・発電機
10・・・温度センサ
11・・・圧力センサ
12・・・出力値センサ
13・・・タンク
14・・・第2の圧縮機
Claims (6)
- 圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気から燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動するタービンと、
前記圧縮機から抽気して、前記タービンまたは燃焼器の冷却対象に冷却空気を送出する抽気配管と、
前記抽気配管に設けられ、前記冷却空気の流量を調整する調整手段と、
出力増加要求の検出に基づいて出力増加が得られるよう前記調整手段による前記冷却空気の流量を抑制する制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とするガスタービン。 - 前記制御手段は、出力増加要求を検出した場合に、前記燃焼器の所定の1箇所以上の温度、または前記燃焼器の所定箇所の圧力、または出力値、の何れか1つまたは複数によって得られる値に基づく開度によって前記調整手段を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。 - 前記抽気配管を流れる前記冷却空気を貯める冷却空気貯蔵手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスタービン。
- 前記冷却空気貯蔵手段は、前記調整手段より前記冷却空気の下流側の前記前記抽気配管に介装されることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン。
- 前記冷却空気貯蔵手段は、前記調整手段より前記冷却空気の下流側の前記抽気配管に接続管を介して接続されることを特徴とする請求項3に記載のガスタービン。
- 前記抽気配管に接続され、前記冷却空気を前記タービンまたは燃焼器の冷却対象に送出する第2の圧縮機を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載のガスタービン。
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