JP2015145644A

JP2015145644A - ガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法

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Publication number: JP2015145644A
Application number: JP2014018877A
Authority: JP
Inventors: 一毅森本; Kazuki Morimoto; 田中　克則; Katsunori Tanaka; 克則田中
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2034-02-03
Also published as: DE112015000616B4; CN105917097A; JP6320063B2; CN105917097B; US20160326878A1; KR101798806B1; WO2015115625A1; US10267153B2; KR20160090388A; DE112015000616T5

Abstract

【課題】ガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法において、ディスクキャビティの空気温度を適正に制御可能とすると共に制御の簡素化を可能とする。【解決手段】圧縮機１１から抽気した圧縮空気をタービン１３のディスクキャビティ３１に供給する冷却空気供給経路４１と、冷却空気供給経路４１に設けられるクーラ側弁４４と、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を計測する温度計測部４８と、温度計測部４８が計測した雰囲気温度に基づいてクーラ側弁４４の開度を調整する制御装置４９とを有し、制御装置４９は、クーラ側弁４４における第１弁開度設定値Ａ１と、第１弁開度設定値Ａ１よりも大きい第２弁開度設定値Ａ２とを有し、雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに第１弁開度設定値Ａ１を適用し、雰囲気温度が切替温度よりも高いときに第２弁開度設定値Ａ２を適用する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービン、このガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法に関するものである。

一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、この燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。

このガスタービンにおけるタービンは、車室内に複数の静翼と動翼が燃焼ガスの流動方向に沿って交互に配設されて構成されており、燃焼器で生成された燃焼ガスが、複数の静翼と動翼を通過することでロータを駆動回転し、このロータに連結された発電機を駆動する。

ところで、ガスタービンにて、圧縮機で圧縮した圧縮空気は、一部が抽気されてタービンの静翼を冷却する。また、この圧縮空気は、一部が外部に導かれて空気冷却器により冷却されてから、タービンディスクや動翼を冷却する。更に、タービンの静翼を冷却した空気は、一部が翼表面や翼後縁から流出し、他の一部が前段と後段のタービンディスクの間であってラビリンスシールが設けられたディスクキャビティに流入し、シール部や動翼根部を冷却する。

このようなガスタービンとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

特開平４−２９２５３０号公報特開平５−１７１９５８号公報

上述した従来のガスタービンにあっては、冷却空気の外部配管に設けられた流量制御弁と、ディスクキャビティ内の空気温度を計測する温度検出器と、温度検出器からの検出信号に基づいて流量制御弁の開度を調節する弁調節手段とを設けている。従って、ディスクキャビティ内の空気温度に基づいて流量制御弁の開度を調節することで、ガスタービン冷却空気量を正確に必要最少量に保持することができる。ところが、このような制御では、ガスタービンの起動時などに出力（負荷）が上昇する過渡期に、適正にディスクキャビティ内の空気温度を適正温度に維持することが困難となる。即ち、ディスクキャビティ内の空気温度に基づいて流量制御弁の開度をＰＩ制御すると、開度を変更するごとに空気温度が変動（上昇及び下降）することから、流量制御弁が短時間で開閉動作することとなり、制御が複雑なものとなってしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ディスクキャビティの空気温度を適正に制御可能とすると共に制御の簡素化を可能とするガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部が計測した雰囲気温度に基づいて前記開閉弁の開度を調整する制御装置と、を有するガスタービンにおいて、前記制御装置は、前記開閉弁における第１弁開度設定値と、前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値とを有し、前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記第１弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記第２弁開度設定値を適用する、ことを特徴とするものである。

従って、制御装置は、ディスクキャビティの雰囲気温度が切替温度よりも低いときには第１弁開度設定値を適用し、ディスクキャビティの雰囲気温度が切替温度よりも高いときには第２弁開度設定値を適用する。即ち、２種類の弁開度設定値を切り替えて使用することから、ディスクキャビティの空気温度を適正に制御することができると共に、開閉弁が短時間で開閉動作することがなく制御を簡素化することができる。

本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記第１弁開度設定値から前記第２弁開度設定値に切り替える速度を、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替える速度より速く設定することを特徴としている。

従って、開閉弁の開度を大きくするときには、この開閉弁を早く作動し、開閉弁の開度を小さくするときは、この開閉弁をゆっくりと作動する。そのため、ディスクキャビティの雰囲気温度が上昇した場合は、速やかにその温度を低下させることができるから、ガスタービンに損傷を与えることなく運転を継続できる。また、ディスクキャビティの雰囲気温度が低下した場合は、ゆっくりとその温度を上昇させていくので、開閉弁のハンチングを抑制することができる。

本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、起動後に負荷が予め設定された所定負荷に到達したら、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替えることを特徴としている。

従って、ディスクキャビティの雰囲気温度の制御をガスタービンの負荷が所定負荷に到達してから開始することで、ディスクキャビティの雰囲気温度を高精度に調整することができる。

本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記所定負荷に到達したら、予め設定された所定時間を経過した後、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替えることを特徴としている。

従って、ディスクキャビティの雰囲気温度の制御をガスタービンの負荷が所定負荷に到達した後に所定時間を経過してから開始することで、ディスクキャビティの雰囲気温度の急激な上昇を抑制することができる。

本発明のガスタービンでは、前記所定負荷は、全負荷の少なくとも９０％以上の負荷であることを特徴としている。

従って、ディスクキャビティの雰囲気温度の制御をガスタービンの全負荷到達時前から開始することで、ディスクキャビティの雰囲気温度を高精度で、且つ、安全に調整することができる。

本発明のガスタービンでは、前記切替温度は、第１切替温度と前記第１切替温度よりも高い第２切替温度を有し、前記雰囲気温度が前記第２切替温度より高くなると前記第２弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記第１切替温度より低くなると前記第１弁開度設定値を適用することを特徴としている。

従って、ディスクキャビティの雰囲気温度の上昇及び下降に対する弁開度の切替温度を相違させることで、短時間での開閉弁の開閉動作をなくして安定した温度管理を行うことができる。

また、本発明のガスタービンの制御装置は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する温度計測部と、を有するガスタービンにおいて、前記温度計測部が計測した雰囲気温度に基づいて前記開閉弁の開度を調整可能であり、前記開閉弁における第１弁開度設定値と前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値を設定可能であり、前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記第１弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記第２弁開度設定値を適用する、ことを特徴とするものである。

従って、２種類の弁開度設定値を切り替えて使用することから、ディスクキャビティの空気温度を適正に制御することができると共に、開閉弁が短時間で開閉動作することがなく制御を簡素化することができる。

また、本発明のガスタービンの冷却方法は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、が設けられ、前記ディスクキャビティの雰囲気温度に応じて前記開閉弁の開度を調整するガスタービンの冷却方法において、前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する工程と、前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記開閉弁の開度として予め設定された第１弁開度設定値を適用する工程と、前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記開閉弁の開度として前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値を適用する工程と、を有することを特徴とするものである。

本発明のガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法によれば、開閉弁における第１弁開度設定値とこの第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値とを設定し、キャビティの雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに第１弁開度設定値を適用し、雰囲気温度が切替温度よりも高いときに第２弁開度設定値を適用するので、２種類の弁開度設定値を切り替えて使用することから、ディスクキャビティの空気温度を適正に制御することができると共に、開閉弁が短時間で開閉動作することがなく制御を簡素化することができる。

図１は、本実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。図２は、ガスタービンの吸気温度に対する開閉弁の開度を表すグラフである。図３は、ガスタービンの吸気温度に対するバイパス弁の開度を表すグラフである。図４は、ガスタービンの冷却制御を表すフローチャートである。図５は、ガスタービンの冷却制御を表すタイムチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン、ガスタービンの制御装置、ガスタービンの冷却方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。

本実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービン１０は、同軸上に発電機１４が連結されており、この発電機１４を電動機として使用することで、ガスタービン１０を起動可能であると共に、起動後の動力によりこの発電機１４を駆動することで、発電可能となっている。

圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２１を有し、圧縮機車室２２内に図示しない入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）と複数の静翼と複数の動翼が空気の流動方向（後述するロータの軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２３が設けられている。この圧縮機１１は、空気取入口２１から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成することができる。

燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された高温・高圧の圧縮空気に対して燃料を供給し、燃焼することで、燃焼ガスを生成する。タービン１３は、タービン車室２４内に複数の静翼２５と複数の動翼２６が燃焼ガスの流動方向（後述するロータの軸方向）に交互に配設されている。そして、このタービン車室２４は、図示しないが、下流側に排気車室を介して排気室が配設されている。このタービン１３は、燃焼器１２からの燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機１４を駆動する。

圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３は、その中心部を貫通するようにロータ軸２７が配置されている。ロータ軸２７は、圧縮機１１側の端部が軸受部２８により回転自在に支持され、タービン１３側の端部が軸受部２９により回転自在に支持されている。そして、このロータ軸２７は、圧縮機１１にて、各動翼が装着されたディスクが複数重ねられて固定されると共に、タービン１３にて、各動翼２６が装着されたディスクが複数重ねられて固定されている。

従って、圧縮機１１にて、空気取入口２１から取り込まれた空気が、入口案内翼、複数の静翼と動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。タービン１３にて、燃焼器１２で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１３における複数の静翼２５と動翼２６を通過することでロータ軸２７を駆動回転し、このロータ軸２７に連結された発電機１４を駆動する。

このように構成されたタービン１３にて、タービン車室２４の内壁部に周方向に沿って複数の静翼２５が等間隔で固定されている。また、ロータ軸２７の外周部に周方向に沿って複数の動翼２６が等間隔で固定されている。この静翼２５と動翼２６は、燃焼ガス通路にて、ロータ軸２７に軸方向に沿って交互に配置されている。そして、各静翼２５の先端部とロータ軸２７の外周部との間に隙間、つまり、ディスクキャビティ３１が設けられ、ロータ軸２７の外周部から静翼２５の先端部に向けてシール部材が設けられている。そして、静翼２５内の供給された冷却空気をこの静翼２５の先端部から燃焼ガス通路の上流側に排出することで、シール部材によりシール性を確保している。

ところで、ガスタービン１０の起動時は、燃焼ガスが燃焼ガス通路に流れ込むことで静翼２５及び動翼２６が加熱されて熱伸びが発生する。しかし、静翼２５を含むタービン車室２４側の方が早く加熱されることから先に熱伸びが発生し、各静翼２５の先端部とロータ軸２７の外周部との間に隙間が大きくなる。そのため、ディスクキャビティ３１におけるシール性能が低下し、ディスクキャビティの雰囲気温度が上昇する傾向がある。

本実施形態は、これを防止するものであり、ディスクキャビティ３１に供給する冷却空気の供給量を調整することで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を適正に保つ。

即ち、圧縮機１１の抽気室２３から抽気した圧縮空気を冷却空気としてタービン１３のディスクキャビティ３１に供給する冷却空気供給経路４１が設けられている。この冷却空気供給経路４１は、並列をなす主通路４２と分岐通路４３とを有しており、主通路４２にクーラ側弁４４とクーラ４５が設けられ、分岐通路４３にバイパス弁４６が設けられている。また、冷却空気供給経路４１における主通路４２及び分岐通路４３より下流側にオリフィス４７が設けられている。

なお、図１では、圧縮機１１の抽気室２３から抽気した圧縮空気を冷却空気としてタービン１３のディスクキャビティ３１に供給する冷却空気供給経路４１が一つだけ表されているが、圧縮機１１の各段の抽気室２３から抽気した圧縮空気を冷却空気としてタービン１３の各段のディスクキャビティ３１に供給する複数の冷却空気供給経路４１が設けられている。

タービン１３は、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度（ＤＣＴ）を計測する温度計測部４８が設けられている。制御装置４９は、温度計測部４８が計測したディスクキャビティ３１の雰囲気温度に基づいてクーラ側弁４４の開度を調整することができる。即ち、制御装置４９は、温度計測部４８が計測したディスクキャビティ３１の雰囲気温度が高くなると、クーラ側弁４４の開度が大きくなるように調整することで、冷却空気の流量を増加させると共に温度を低下させ、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を低下させる。

また、制御装置４９は、クーラ側弁４４における弁開度設定値として、第１弁開度設定値と第２弁開度設定値を有している。この場合、第１弁開度設定値よりも第２弁開度設定値が大きいものである。そして、制御装置４９は、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が、予め設定された切替温度よりも低いときに第１弁開度設定値を適用し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度がこの切替温度よりも高いときに第２弁開度設定値を適用する。

図２は、ガスタービンの吸気温度に対する開閉弁の開度を表すグラフ、図３は、ガスタービンの吸気温度に対するバイパス弁の開度を表すグラフである。

ここで、図２に示すように、クーラ側弁４４における弁開度設定値は、ガスタービンの吸気温度に対するクーラ側弁４４の開度として設定されたマップであり、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度（ＤＣＴ）に応じて第１弁開度設定値Ａ１と第２弁開度設定値Ａ２として設定されている。第１弁開度設定値Ａ１は、ガスタービンの吸気温度の上昇に対してクーラ側弁４４の開度が一定状態から増加するマップである。第２弁開度設定値Ａ２は、ガスタービンの吸気温度の上昇に対してクーラ側弁４４の開度が比例的に増加するものである。第１弁開度設定値Ａ１より第２弁開度設定値Ａ２の方が、クーラ側弁４４の開度が大きく設定されるマップである。

なお、制御装置４９は、クーラ側弁４４における弁開度設定値として、第１弁開度設定値と第２弁開度設定値を有するものとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、制御装置４９は、図３に示すように、バイパス弁４６における弁開度設定値として、第１弁開度設定値Ｂ１と第２弁開度設定値Ｂ２を有するものとしてもよい。また、制御装置４９は、クーラ側弁４４及びバイパス弁４６における弁開度設定値として、第１弁開度設定値Ａ１，Ｂ１と第２弁開度設定値Ａ２，Ｂ２を有するものとしてもよい。

また、冷却空気供給経路４１に並列をなす主通路４２と分岐通路４３とを有し、主通路４２にクーラ側弁４４とクーラ４５を設け、分岐通路４３にバイパス弁４６が設けたが、この構成に限定されるものではい。例えば、分岐通路４３にバイパス弁４６をなくした構成としてもよい。

また、制御装置４９は、第１弁開度設定値Ａ１から第２弁開度設定値Ａ２に切り替える速度（開閉速度の第２変化率）を、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替える速度（開閉速度の第１変化率）より速く（大きく）設定している。即ち、第１弁開度設定値Ａ１から第２弁開度設定値Ａ２に切り替えるときは、ゆっくりと開閉弁４５を閉じていき、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替えるときは、速く開く。

更に、制御装置４９は、ガスタービン１０の起動後に、負荷が予め設定された所定負荷（例えば、ガスタービン１０の全負荷の少なくとも９０％以上の負荷）に到達したら、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替えるようにしている。更に、制御装置４９は、所定負荷に到達したら、予め設定された所定時間を経過した後、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替えるようにすることが好ましい。

そして、制御装置４９は、第１弁開度設定値Ａ１と第２弁開度設定値Ａ２を切り替えるための切替温度として、第１切替温度Ｔ１と第１切替温度Ｔ１よりも高い第２切替温度Ｔ２を有し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が第２切替温度Ｔ２より高くなると第２弁開度設定値Ａ２を適用し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が第１切替温度Ｔ１より低くなると第１弁開度設定値Ａ１を適用するようにしている。

ここで、ガスタービンの冷却方法について説明する。

本実施形態のガスタービンの冷却方法は、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴに応じてクーラ側弁４４の開度を調整するものであり、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴを計測する工程と、雰囲気温度ＤＣＴが切替温度よりも低いときにクーラ側弁４４を予め設定された第１弁開度設定値Ａ１を適用する工程と、雰囲気温度ＤＣＴが切替温度よりも高いときにクーラ側弁４４を第１弁開度設定値Ａ１よりも大きい第２弁開度設定値Ａ２を適用する工程とを有する。

以下、ガスタービンの冷却方法について、具体的に説明する。図４は、ガスタービンの冷却制御を表すフローチャート、図５は、ガスタービンの冷却制御を表すタイムチャートである。

図４に示すように、ステップＳ１１にて、ガスタービン（ＧＴ）１０を起動する。そして、ステップＳ１２にて、クーラ側弁４４を全開とする。すると、ガスタービン１０は、ロータ軸２７の回転数が上昇し、負荷（出力）が上昇する。ステップＳ１３にて、ガスタービン（ＧＴ）負荷が予め設定された所定負荷（例えば、９５％）に到達したかどうかを判定する。ここで、ＧＴ負荷が所定負荷（９５％）に到達していないと判定（Ｎｏ）されたら、この状態を維持する。

一方、ＧＴ負荷が所定負荷（９５％）に到達したと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１４にて、クーラ側弁４４を全開から所定開度（第２弁開度設定値Ａ２）に設定する。そして、ステップＳ１５にて、ＧＴ負荷が所定負荷（９５％）に到達してから所定時間が経過したかどうかを判定する。ここで、ＧＴ負荷が所定負荷（９５％）に到達してから所定時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されたら、この状態を維持する。

一方、ＧＴ負荷が所定負荷（９５％）に到達してから所定時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１６にて、クーラ側弁４４を第１変化率の速度で閉じ、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に変更する。ステップＳ１７にて、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第２切替温度Ｔ２より高いかどうかを判定する。即ち、クーラ側弁４４を閉じることで、ディスクキャビティ３１への圧縮空気の供給量が増加し、雰囲気温度ＤＣＴが上昇することから、これを監視している。

ここで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第２切替温度Ｔ２より高いと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ１８にて、クーラ側弁４４を第２変化率の速度で開け、第１弁開度設定値Ａ１から第２弁開度設定値Ａ２に変更する。すると、クーラ側弁４４を開けることで、ディスクキャビティ３１への圧縮空気の供給量が減少し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが下降することから、これを監視している。続いて、ステップＳ１９にて、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第１切替温度Ｔ１より低いかどうかを判定する。ここで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第１切替温度Ｔ１以上であると判定（Ｎｏ）されたら、この状態を維持する。

一方、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第１切替温度Ｔ１より低いと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ２０にて、クーラ側弁４４を第１変化率の速度で閉じ、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に変更する。なお、ステップＳ１７にて、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第２切替温度Ｔ２より高くないと判定（Ｎｏ）されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。

また、図５に示すように、ガスタービン１０が起動すると、ロータ軸２７の回転数Ｎが上昇し、時間ｔ１で定格回転に到達すると、続いて、負荷（出力）Ｐが上昇する。また、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴも上昇する。

そして、時間ｔ２にて、ガスタービン（ＧＴ）負荷が予め設定された所定負荷（９５％）に到達したら、クーラ側弁４４を全開から第２弁開度設定値Ａ２に変更する。そして、所定時間ｔ０が経過した時間ｔ３にて、クーラ側弁４４を第１変化率の速度で、つまり、ゆっくりと閉じ、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に変更していく。しかし、クーラ側弁４４を閉じることで、ディスクキャビティ３１への圧縮空気の供給量が減少することから、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが上昇する。そして、時間ｔ４にて、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第２切替温度Ｔ２より高くなったことから、クーラ側弁４４を第２変化率の速度で、つまり、速く開け、第１弁開度設定値Ａ１から第２弁開度設定値Ａ２に変更する。

すると、クーラ側弁４４を開けたことで、ディスクキャビティ３１への圧縮空気の供給量が増加し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが下降する。そして、時間ｔ５にて、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度ＤＣＴが第１切替温度Ｔ１より低くなると、クーラ側弁４４を第１変化率の速度で閉じ、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に変更する。

このように本実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１から抽気した圧縮空気をタービン１３のディスクキャビティ３１に供給する冷却空気供給経路４１と、冷却空気供給経路４１に設けられるクーラ側弁４４と、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を計測する温度計測部４８と、温度計測部４８が計測した雰囲気温度に基づいてクーラ側弁４４の開度を調整する制御装置４９とを有し、制御装置４９は、クーラ側弁４４における第１弁開度設定値Ａ１と、第１弁開度設定値Ａ１よりも大きい第２弁開度設定値Ａ２とを有し、雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに第１弁開度設定値Ａ１を適用し、雰囲気温度が切替温度よりも高いときに第２弁開度設定値Ａ２を適用するようにしている。

従って、制御装置４９は、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が切替温度よりも低いときには第１弁開度設定値Ａ１を適用し、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が切替温度よりも高いときには第２弁開度設定値Ａ２を適用する。即ち、２種類の弁開度設定値Ａ１，Ａ２を切り替えて使用することから、ディスクキャビティ３１の空気温度を適正に制御することができると共に、クーラ側弁４４が短時間で開閉動作を繰り返すことがなく制御を簡素化することができる。

本実施形態のガスタービンでは、制御装置４９は、第１弁開度設定値Ａ１から第２弁開度設定値Ａ２に切り替える速度を、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替える速度より速く設定している。従って、クーラ側弁４４の開度を大きくするときには、このクーラ側弁４４を早く作動し、クーラ側弁４４の開度を小さくするときは、このクーラ側弁４４をゆっくりと作動する。そのため、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が上昇した場合は、速やかにその温度を低下させることができるから、ガスタービンに損傷を与えることなく運転を継続できる。また、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度が低下した場合は、ゆっくりとその温度を上昇させていくので、クーラ側弁４４のハンチングを抑制することができる。

本実施形態のガスタービンでは、制御装置４９は、ガスタービン１０の起動後に負荷が予め設定された所定負荷に到達したら、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替える。従って、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度の制御をガスタービン１０の負荷が所定負荷に到達してから開始することで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を高精度に調整することができる。

本実施形態のガスタービンでは、制御装置４９は、所定負荷に到達したら、予め設定された所定時間を経過した後、第２弁開度設定値Ａ２から第１弁開度設定値Ａ１に切り替える。従って、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度の制御をガスタービン１０の負荷が所定負荷に到達した後に所定時間を経過してから開始することで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度の急激な上昇を抑制することができる。

本実施形態のガスタービンでは、所定負荷を全負荷の少なくとも９０％以上の負荷としている。従って、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度の制御をガスタービン１０の全負荷到達時前から開始することで、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を高精度で、且つ、安全に調整することができる。

本実施形態のガスタービンでは、切替温度は、第１切替温度Ｔ１と第１切替温度Ｔ１よりも高い第２切替温度Ｔ２を有し、雰囲気温度が第２切替温度Ｔ２より高くなると第２弁開度設定値Ａ２を適用し、雰囲気温度が第１切替温度Ｔ１より低くなると第１弁開度設定値Ａ１を適用する。従って、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度の上昇及び下降に対する弁開度の切替温度Ｔ１，Ｔ２を相違させることで、短時間でのクーラ側弁４４の開閉動作をなくして安定した温度管理を行うことができる。

また、本実施形態のガスタービンの制御装置にあっては、温度計測部４８が計測した雰囲気温度に基づいてクーラ側弁４４の開度を調整可能とし、クーラ側弁４４における第１弁開度設定値Ａ１と第１弁開度設定値Ａ１よりも大きい第２弁開度設定値Ａ２を設定可能とし、雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに第１弁開度設定値Ａ１を適用し、雰囲気温度が切替温度よりも高いときに第２弁開度設定値Ａ２を適用する。従って、２種類の弁開度設定値Ａ１，Ａ２を切り替えて使用することから、ディスクキャビティ３１の空気温度を適正に制御することができると共に、クーラ側弁４４が短時間で開閉動作することがなく制御を簡素化することができる。

また、本実施形態のガスタービンの冷却方法にあっては、ディスクキャビティ３１の雰囲気温度を計測する工程と、雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときにクーラ側弁４４を予め設定された第１弁開度設定値Ａ１を適用する工程と、雰囲気温度が切替温度よりも高いときにクーラ側弁４４を第１弁開度設定値Ａ１よりも大きい第２弁開度設定値Ａ２を適用する工程とを有している。従って、２種類の弁開度設定値Ａ１，Ａ２を切り替えて使用することから、ディスクキャビティ３１の空気温度を適正に制御することができると共に、クーラ側弁４４が短時間で開閉動作することがなく制御を簡素化することができる。

１０ガスタービン
１１圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
２３抽気室
２４タービン車室
２５静翼
２６動翼
２７ロータ軸
３１ディスクキャビティ
４１冷却空気供給経路
４２主経路
４３分岐通路
４４クーラ側弁（開閉弁）
４５クーラ
４６バイパス弁
４８温度計測部
４９制御装置

Claims

空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、
前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、
前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部が計測した雰囲気温度に基づいて前記開閉弁の開度を調整する制御装置と、
を有するガスタービンにおいて、
前記制御装置は、前記開閉弁における第１弁開度設定値と、前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値とを有し、
前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記第１弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記第２弁開度設定値を適用する、
ことを特徴とするガスタービン。
前記制御装置は、前記第１弁開度設定値から前記第２弁開度設定値に切り替える速度を、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替える速度より速く設定することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
前記制御装置は、起動後に負荷が予め設定された所定負荷に到達したら、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替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。
前記制御装置は、前記所定負荷に到達したら、予め設定された所定時間を経過した後、前記第２弁開度設定値から前記第１弁開度設定値に切り替えることを特徴とする請求項３に記載のガスタービン。
前記所定負荷は、全負荷の少なくとも９０％以上の負荷であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のガスタービン。
前記切替温度は、第１切替温度と前記第１切替温度よりも高い第２切替温度を有し、前記雰囲気温度が前記第２切替温度より高くなると前記第２弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記第１切替温度より低くなると前記第１弁開度設定値を適用することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガスタービン。
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、
前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、
前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する温度計測部と、
を有するガスタービンにおいて、
前記温度計測部が計測した雰囲気温度に基づいて前記開閉弁の開度を調整可能であり、
前記開閉弁における第１弁開度設定値と前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値を設定可能であり、
前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記第１弁開度設定値を適用し、前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記第２弁開度設定値を適用する、
ことを特徴とするガスタービンの制御装置。
空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記圧縮機から抽気した圧縮空気を前記タービンのディスクキャビティに供給する冷却空気供給経路と、
前記冷却空気供給経路に設けられる開閉弁と、が設けられ、
前記ディスクキャビティの雰囲気温度に応じて前記開閉弁の開度を調整するガスタービンの冷却方法において、
前記ディスクキャビティの雰囲気温度を計測する工程と、
前記雰囲気温度が予め設定された切替温度よりも低いときに前記開閉弁の開度として予め設定された第１弁開度設定値を適用する工程と、
前記雰囲気温度が前記切替温度よりも高いときに前記開閉弁開度として前記第１弁開度設定値よりも大きい第２弁開度設定値を適用する工程と、
を有することを特徴とするガスタービンの冷却方法。