JP2017115666A5

JP2017115666A5 -

Info

Publication number: JP2017115666A5
Application number: JP2015251222A
Authority: JP
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2035-12-24

Description

上記目的を達成するための発明に係るさらに一態様としてのガスタービン冷却系統は、
前記第三指令発生部及び前記第四指令発生部を有する、以上のいずれかの制御装置と、前記冷却空気ラインと、前記冷却器と、前記昇圧機と、前記流量調節器と、前記冷却量調節器と、を備え、前記冷却器は、前記圧縮空気が内部を通るラジエターと、前記ラジエターを外部から冷却するファンと、を有し、前記冷却量調節器は、前記ファンの駆動量を調節可能な駆動量調節器である。

本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備の系統図である。本発明に係る第一実施形態における制御装置の機能ブロック図である。本発明に係る第一実施形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備で高負荷流量領域での各部の動作等を示すタイミングチャートである。同図の（ａ）は負荷指令が示す負荷の変化を示し、同図の（ｂ）は、実際の負荷の変化を示し、同図の（ｃ）は吸気弁の操作量の変化を示し、同図の（ｄ）は冷媒弁の変化を示す。本発明に係る第一実施形態におけるガスタービン設備で低負荷流量領域での各部の動作等を示すタイミングチャートである。同図の（ａ）は負荷指令が示す負荷の変化を示し、同図の（ｂ）は、実際の負荷の変化を示し、同図の（ｃ’）はリターン弁の操作量の変化を示し、同図の（ｄ）は冷媒弁の変化を示す。本発明に係る第一実施形態におけるスプリット制御の考え方を示す説明図である。本発明に係る第二実施形態における制御装置の機能ブロック図である。本発明に係る実施形態の第一変形例におけるガスタービン設備の系統図である。本発明に係る実施形態の第二変形例におけるガスタービン設備の系統図である。

図６を参照して、スプリット制御について具体的に説明する。図６における縦軸は、吸気弁指令及びリターン弁指令が示す弁開度（％）を示す。横軸は、基準弁指令の指令値を示す。また、実線は、吸気弁指令の開度を示し、点線はリターン弁指令の開度を示す。
基準弁指令の指令値が、５０％以上の領域を高負荷流量領域（吸気弁制御域）として扱う。また、基準弁指令の指令値が、５０％未満の領域を低負荷流量領域（リターン弁制御域）として扱う。なお、基準弁指令の指令値を高負荷流量領域と低負荷流量領域に区分する分岐点をスプリット点Ｐと呼ぶ。スプリット点Ｐである基準弁指令の指令値５０％は、一例であり、この値に限定されない。

基準弁指令の指令値が低負荷流量領域の場合は、吸気弁指令ＦＣＯが示す開度は、前述の最少開度ＳＶminに設定される。基準弁指令の指令値が低負荷流量領域の場合でも、ガスタービン１の負荷が減少すると、冷却空気の必要量が減少する。そこで、基準弁指令の指令値が低負荷流量領域の場合、ガスタービン１の負荷の減少に伴って、吸気弁６９の開度を小さくすると、昇圧機６１を流れる冷却空気の流量が低下する。昇圧機６１を流れる冷却空気の流量がある値以下に低下すると、昇圧機６１の運転域がサージ域に入る。つまり、昇圧機６１は、サージングの発生が高まる。そこで、基準弁指令の指令値が低負荷流量領域の場合は、吸気弁指令ＦＣＯが示す開度を最少開度ＳＶminに維持しつつ、リターン弁の開度を変更する。基準弁指令の指令値が低負荷流量領域の場合、リターン弁指令ＦｒＣＯが示す開度は、基準弁指令の指令値の変化に対して負の相関性を持って変化する開度に設定される。このため、低負荷流量領域では、ガスタービン１の負荷に対して正の相関性を持って変化する基準弁指令の開度の増加と共に、リターン弁指令ＦｒＣＯが示す開度を小さくする。なお、吸気弁指令ＦＣＯが示す開度は、スプリット点Ｐで最少開度ＳＶminになり、基準弁指令の指令値が１００％で、最大開度１００％になる。リターン弁指令ＦｒＣＯが示す開度は、基準弁指令の指令値が０％で１００％（全開）になり、スプリット点Ｐで０％（全閉）になる。

なお、流量調節器指令としての第一指令ＦＣＯ１及び第二指令ＦＣＯ２は、前述したように、ガスタービン１の負荷Ｐｗの変化に対して正の相関性を持つ。また、第一指令ＦＣＯ１又は第二指令ＦＣＯ２に基づく吸気弁指令ＦＣＯが示す操作量（開度）は、第一指令ＦＣＯ１又は第二指令ＦＣＯ２が示す操作量（開度）に対して正の相関性を持つ。よって、吸気弁指令ＦＣＯが示す操作量（開度）は、ガスタービン１の負荷Ｐｗが大きくなった場合、吸気弁指令ＦＣＯが示す操作量（開度）も大きくなる。一方、第一指令ＦＣＯ１又は第二指令ＦＣＯ２に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯが示すリターン弁５７の操作量（開度）は、同じ第一指令ＦＣＯ１又は第二指令ＦＣＯ２に基づく吸気弁指令ＦＣＯが示す吸気弁の開度に対して、補数的である。すなわち、第一指令ＦＣＯ１又は第二指令ＦＣＯ２が示す開度が大きくなった場合、この流量調節器指令に基づく吸気弁指令ＦＣＯが示す吸気弁６９の開度は大きくなるものの、この流量調節器指令に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯが示すリターン弁５７の開度は小さくなる。

冷媒弁指令出力部（冷却量調節器指令出力部）１６３は、第四指令発生部１４１が第四指令ＱＣＯ４を発生している場合、この第四指令ＱＣＯ４に基づく冷媒弁指令（冷却量調節器指令）ＱＣＯを冷媒弁６６に出力する。また、冷媒弁指令出力部１６３は、第四指令発生部１４１が第四指令ＱＣＯ４を発生していない場合、第三指令発生部１３１からの第三指令ＱＣＯ３に基づく冷媒弁指令（冷却量調節器指令）を冷媒弁６６に出力する。なお、冷媒弁指令ＱＣＯは、第三指令ＱＣＯ３又は第四指令ＱＣＯ４を、冷媒弁６６の制御に合わせた態様に変えた指令である。

制御装置１００の負荷変化判定部１５０は、負荷指令ＬＯが示す負荷が変化したか否かを判定する（Ｓ２:負荷変化判定工程）。負荷変化判定部１５０の指令遅延部１５１は、前述したように、受付部１０１が受け付けた負荷指令ＬＯを受け付け、これを所定時間後に出力する。負荷偏差演算部１５２は、受付部１０１が受け付けた負荷指令ＬＯが示す負荷と指令遅延部１５１から出力された負荷指令ＬＯが示す負荷との偏差を求める。変化条件判定部１５３は、負荷偏差演算部１５２が求めた偏差が所定以上であり、且つ偏差が所定値以上の状態が所定時間継続していると、負荷が変化した旨の変化検知指令ＬcsＯを出力する。また、変化条件判定部１５３は、負荷が変化したと判定した後、負荷偏差演算部１５２が求めた偏差が所定値未満であり、且つ偏差が所定値未満の状態が所定時間継続していると、負荷変化が終了した旨の変化終了指令ＬceＯを出力する。

吸気弁指令出力部１６１は、流量調節器指令（基準弁指令）の指令値がスプリット点Ｐより高負荷流量域の場合、第二指令発生部１２１が第二指令ＦＣＯ２を発生していない限り、この第一指令ＦＣＯ１に基づく吸気弁指令ＦＣＯを吸気弁６９に出力する（Ｓ５：吸気弁指令（流量調節器指令）出力工程）。吸気弁６９は、この吸気弁指令ＦＣＯを受けると、第一指令ＦＣＯ１に応じた開度になる。一方、リターン弁指令出力部１６２は、流量調節器指令の指令値がスプリット点Ｐより高負荷流量域の場合、第一指令ＦＣＯ１が発生している場合でも、第二指令ＦＣＯ２が発生している場合でも、リターン弁指令ＦｒＣＯとして、全閉である開度０％を示す指令をリターン弁５７に出力する（Ｓ６：リターン弁指令（流量調節器指令）出力工程）。この結果、吸気弁６９は、この吸気弁指令ＦＣＯを受けると、第一指令ＦＣＯが示す第一操作量に応じた開度になる。一方、リターン弁５７は、このリターン弁指令ＦｒＣＯにより開度が０％になる。この結果、流量調節器指令の指令値がスプリット点Ｐより高負荷流量域の場合、吐出ライン５５には、吸気弁６９の制御により、ガスタービン１の運転状態に応じた目標流量Ｆｓｔの冷却空気が流れるようになる。よって、燃焼筒２２には、この燃焼筒２２の冷却に適切な流量の冷却空気が供給される。

また、吸気弁指令出力部１６１は、流量調節器指令（基準弁指令）の指令値がスプリット点Ｐより低負荷流量域の場合、第一指令ＦＣＯ１が発生している場合でも、第二指令ＦＣＯ２が発生している場合でも、吸気弁指令ＦＣＯとして、最少開度ＳＶmin（例えば、２０％）を示す指令を吸気弁６９に出力する（Ｓ５：吸気弁指令（流量調節器指令）出力工程）。吸気弁６９は、この吸気弁指令ＦＣＯにより開度が最少開度ＳＶminで一定になる。なお、この最少開度ＳＶminは、吸気弁６９の特性等により適宜変更される。一方、リターン弁指令出力部１６２は、流量調節器指令の指令値がスプリット点Ｐより低負荷流量域の場合、第二指令発生部１２１が第二指令ＦＣＯ２を発生していない限り、第一指令ＦＣＯ１に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯをリターン弁５７に出力する（Ｓ６：リターン弁指令（流量調節器指令）出力工程）。リターン弁５７は、このリターン弁指令ＦｒＣＯを受けると、第一指令ＦＣＯ１が示す第一操作量に応じた開度になる。但し、リターン弁指令ＦｒＣＯは、第一操作量に対する補数的な操作量を示す。従って、ガスタービン１の負荷Ｐｗが増加し、第一操作量が大きくなった場合、リターン弁指令ＦｒＣＯが示すリターン弁５７の操作量（開度）は小さくなる。この結果、流量調節器指令の指令値がスプリット点Ｐより低負荷流量域の場合、リターン弁５７の制御により、リターンライン５６を流れる冷却空気の流量が少なくなり、吐出ライン５５には、ガスタービン１の運転状態に応じた目標流量Ｆｓｔの冷却空気が流れるようになる。よって、燃焼筒２２には、この燃焼筒２２の冷却に適切な流量の冷却空気が供給される。

また、冷媒弁指令発生部１３０の第四指令発生部１４１は、図４の（ｄ）に示すように、負荷指令ＬＯが示す負荷の減少終了（ｔ４）から第三時間Ｔ３後に、第四指令ＱＣＯ４の発生を中止する。冷媒弁指令出力部１６３は、第三指令発生部１３１が発生している第三指令ＱＣＯ３に基づく冷媒弁指令ＱＣＯを冷媒弁６６に出力する。この結果、冷媒弁６６は、第三指令ＱＣＯ３が示す第三操作量に応じた開度になる。

流量調節器指令発生部１１０の第二指令発生部１２１は、負荷指令ＬＯが示す負荷の増加開始（ｔ１）から第一時間Ｔ１後に、第二指令ＦＣＯ２を発生する。リターン弁指令出力部１６２は、図５の（ｃ’）に示すように、この第二指令ＦＣＯ２に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯ２をリターン弁５７に出力する。負荷指令ＬＯが示す負荷が増加している場合、第一指令ＦＣＯ１が示す操作量も増加する。しかも、第二指令ＦＣＯ２が示す操作量は、第一指令ＦＣＯ１が示す操作量よりも大きな値である。また、リターン弁指令ＦｒＣＯ２が示すリターン弁５７の操作量ＦｒＣＯ２は、流量調節器指令（第一指令又は第二指令）が示す操作量に対する補数的な操作量である。このため、このリターン弁指令ＦｒＣＯ２が示すリターン弁５７の操作量（開度）は、流量調節器指令（第一指令又は第二指令）が示す操作量が大きくなると、逆に減少する。この結果、リターン弁５７の開度は、これまでの開度より、負荷の増加分（第一指令が示す操作量の増加分）以上に小さくなる。具体的に、リターン弁５７は、第一指令発生部１１１の目標流量発生部１１２が発生する目標流量Ｆｓｔより、この目標流量Ｆｓｔの予め定められた割合分だけ多い変化時流量の冷却空気が吐出ライン５５に流れ得る開度になる。

流量調節器指令発生部１１０の第二指令発生部１２１は、負荷指令ＬＯが示す負荷の増加終了（ｔ２）から第二時間Ｔ２後に、第二指令ＦＣＯ２の発生を中止する。リターン弁指令出力部１６２は、図５の（ｃ’）に示すように、第一指令発生部１１１が発生している第一指令ＦＣＯ１に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯ１をリターン弁５７に出力する。第一指令ＦＣＯ１が示す操作量は、第二指令ＦＣＯ２が示す操作量より小さい。しかも、前述したように、このリターン弁指令ＦｒＣＯ１が示すリターン弁５７の操作量は、流量調節器指令（第一指令又は第二指令）が示す操作量に対する補数的な操作量である。よって、第一指令ＦＣＯ１に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯ１が示す操作量は、第二指令ＦＣＯ２に基づくリターン弁指令ＦｒＣＯ２より逆に小さい。この結果、リターン弁５７は、それまでの開度より大きくなる。具体的に、リターン弁５７は、第一指令発生部１１１の目標流量発生部１１２が発生する目標流量Ｆｓｔの冷却空気が吐出ライン５５に流れ得る開度になる。

本実施形態の制御装置１００ａも、上記第一実施形態の制御装置１００と同様、受付部１０１と、負荷変化判定部１５０と、流量調節器指令発生部１１０ａと、冷媒弁指令発生部１３０ａと、吸気弁指令出力部１６１と、冷媒弁指令出力部１６３と、を有する。流量調節器指令発生部１１０ａは、上記第一実施形態の流量調節器指令発生部１１０と同様、第一指令発生部１１１及び第二指令発生部１２１ａを有する。冷媒弁指令発生部１３０ａは、上記第一実施形態の冷媒弁指令発生部１３０と同様、第三指令発生部１３１及び第四指令発生部１４１ａを有する。

昇圧機６１のＩＧＶ６８の可変翼６８ｃの角度を変えることにより、高温部品に供給する冷却空気の流量を変えることができる。また、複数のファン６６ａ毎に設けられているモータ６７ａの稼動台数を変えることにより、冷却空気の温度を変えることができる。よって、本変形例でも、以上の実施形態と同様の効果を得ることができる。