JP2019056360A - 回転機械の制御装置、回転機械設備、回転機械の制御方法、及び回転機械の制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御装置において、前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータを変える操作端と、前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を計測するクリアランス計測器と、前記クリアランス量に応じて、前記パラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定めるパラメータ変化率設定部と、前記パラメータの前記変化率に応じて、前記操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する操作量出力部と、を備える。
以上のいずれかの制御装置と、前記回転機械と、を備える。
回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御方法において、前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を受け付ける工程と、前記クリアランス量に応じて、前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める工程と、前記パラメータの前記変化率に応じて、前記パラメータを変える操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する工程と、を実行する。
回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御プログラムにおいて、コンピュータの入力装置により、前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を受け付ける工程と、前記クリアランス量に応じて、前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める工程と、前記パラメータの前記変化率に応じて、前記パラメータを変える操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する工程と、を前記コンピュータに実行させる。
以下、本発明に係る回転機械設備の第一実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。
以下、本発明に係る回転機械設備の第二実施形態について、図13及び図14を参照して説明する。
以下、本発明に係る回転機械設備の第三実施形態について、図15及び図16を参照して説明する。
以下、本発明に係る回転機械設備の第四実施形態について、図17及び図18を参照して説明する。
2:ガスタービンロータ
5:ガスタービンケーシング
9,9a,9c:発電機
9b:原動機
10,80:圧縮機
11,81:圧縮機ロータ
12,82:ロータ軸
13,83:動翼列
14,85:静翼列
18,88:圧縮機ケーシング
18a:圧縮機本体ケーシング
18b:中間ケーシング
19:空気圧縮流路
21:IGV(吸気流量調節器)
22:可動翼
23:駆動器
30:燃焼器
31:燃焼筒(又は尾筒)
32:燃料噴射器
35:燃料ライン
36:燃料調節弁(操作端)
40:タービン
41:タービンロータ
42:ロータ軸
42a:第一段軸部
42c:冷却通路
43:動翼列
44:動翼
44a:第一列動翼
44c:冷却通路
48:タービンケーシング
49:燃焼ガス流路
53:静翼列
54:静翼
60:冷却装置
61:抽気ライン
62:冷却器
63:媒体ライン
64:冷却調節器
70:蒸気タービン(回転機械)
71:蒸気タービンロータ
72:ロータ軸
73:動翼列
74:動翼
75:静翼列
76:静翼
78:蒸気タービンケーシング
78i:蒸気入口
78o:蒸気出口
79:蒸気主流路
84:動翼
84a:最終列動翼
86:静翼
88i:ガス入口
88o:ガス出口
89:ガス圧縮流路
91,91c:主蒸気ライン
92:蒸気調節弁(操作端)
93:圧縮ガスライン
94:電源回路(操作端)
95:排熱回収ボイラー
96:復水器
97:給水ライン
98:給水ポンプ
100,100a,100b,100c:制御装置
101:クリアランス計測器
101a:ガスタービンクリアランス計測器
101b:蒸気タービンクリアランス計測器
102:回転数計(パラメータ計)
103:出力計(パラメータ計)
104:流量計(パラメータ計)
110,110a,110b,110c:制御装置本体
111:クリアランス信号処理部
111a:第一クリアランス信号処理部
111b:第二クリアランス信号処理部
112:クリアランス選択出力部
120:出力変化率設定部(ガスタービン出力変化率設定部)
120a:出力変化率設定部(蒸気タービン出力変化率設定部)
120b:流量変化率設定部
121,121a:基本出力変化率演算部
122:目標出力演算部
123,129,129b,143,149:ΔPI演算部
124,124a,124b,144,144a:変更値演算部
125:上限出力変化率演算部
125b:上限流量変化率演算部
126,126b,146:第一変更値演算部(第一演算部)
127,127b,147:第二変更値演算部(第二演算部)
128,128b,148:許容最小値記憶部
130,130a,150,150a,172,182:変更部
131,151:第一加算器
132,152:第二加算器
133,153:最小値選択器
140:回転数変化率設定部(ガスタービン回転数変化率設定部)
140a:回転数変化率設定部(蒸気タービン回転数変化率設定部)
141,141a:基本回転数変化率演算部
142:目標回転数演算部
145:上限回転数変化率演算部
160:燃料操作量出力部
160a:蒸気操作量出力部
160b:流量操作量出力部
162,162a:出力変化率換算部
164,164a:回転数変化率換算部
169,169a:選択部
170:冷却操作量設定部
171:冷却操作量発生部
179:冷却操作量出力部
180:吸気操作量設定部
181:IGV開度発生部
189:吸気操作量出力部
191:CPU
192:メモリ
193:補助記憶装置
193a:ガスタービン固有値データ
193b:制御プログラム
193c:OS(Operating System)プログラム
194:記憶・再生装置
195:入出力インタフェース
195a:手入力装置
195b:表示装置
196:設備Iインタフェース
197:設備Oインタフェース
198:通信インタフェース
Ar:軸線
Da:軸線方向
Dau:軸線上流側
Dad:軸線下流側
Dc:周方向
Dr:径方向
Dri:径方向内側
Dro:径方向外側
Claims (24)
- 回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御装置において、
前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータを変える操作端と、
前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を計測するクリアランス計測器と、
前記クリアランス量に応じて、前記パラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定めるパラメータ変化率設定部と、
前記パラメータの前記変化率に応じて、前記操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する操作量出力部と、
を備える回転機械の制御装置。 - 請求項1に記載の回転機械の制御装置において、
前記パラメータ変化率設定部は、第一のクリアランス量のときの前記パラメータの変化率に比べて、前記第一のクリアランス量よりも大きな第二のクリアランス量のときとの前記パラメータの変化率が大きくなるよう、前記パラメータの変化率を定める、
回転機械の制御装置。 - 請求項1又は2に記載の回転機械の制御装置において、
前記パラメータ変化率設定部は、
前記パラメータの目標値と前記パラメータの検出値との偏差に応じて、前記パラメータの基本変化率を求める基本変化率演算部と、
前記クリアランス量に応じて、前記基本変化率を変更する変更値を求める変更値演算部と、
前記変更値を用いて前記基本変化率を変更する変化率変更部と、
を有する、
回転機械の制御装置。 - 請求項3に記載の回転機械の制御装置において、
前記変更値演算部は、前記クリアランス量と前記基本変化率を変更する第一変更値との関係を用いて、前記クリアランス量に対応する前記第一変更値を求める第一演算部を有し、
前記変化率変更部は、前記第一変更値を用いて前記基本変化率を変更する、
回転機械の制御装置。 - 請求項4に記載の回転機械の制御装置において、
前記変更値演算部は、前記クリアランス量と予め定められている許容最小クリアランス量との偏差に応じて、前記基本変化率を変更する第二変更値を求める第二演算部を有し、
前記変化率変更部は、前記第一変更値と前記第二変更値とを用いて前記基本変更率を変更する、
回転機械の制御装置。 - 請求項4又は5に記載の回転機械の制御装置において、
前記関係は、前記クリアランス量が大きくなるに連れて前記第一変更値が大きくなる関係である、
回転機械の制御装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の回転機械の制御装置と、
前記回転機械と、
を備える回転機械設備。 - 請求項7に記載の回転機械設備において、
前記回転機械は、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動するタービンとを、備えるガスタービンであり、
前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
前記タービンは、回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されて、ガスタービンロータを成し、
前記操作端は、前記燃焼器に供給される燃料の流量を調節する燃料調節弁であり、
前記クリアランス計測器は、前記タービンロータと前記タービンケーシングとの間のガスタービンクリアランス量を計測し、
前記パラメータ変化率設定部は、前記ガスタービンクリアランス量に応じて、前記パラメータの増加時と減少時とのうち、少なくとも増加時における前記パラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める、
回転機械設備。 - 請求項8に記載の回転機械設備において、
前記圧縮機は、前記圧縮機ケーシングに設けられ、前記圧縮機ケーシング内に流入する空気の流量を調節する吸気流量調節器を有し、
前記制御装置は、
前記ガスタービンクリアランス量に応じて、前記吸気流量調節器の操作量を定める吸気操作量設定部と、
前記吸気流量調節器の前記操作量を前記吸気流量調節器に出力する吸気操作量出力部と、
を有する、
回転機械設備。 - 請求項8又は9に記載の回転機械設備において、
前記ガスタービンは、前記圧縮機で圧縮された空気を抽気して、前記タービンロータの動翼に、抽気した空気を導く抽気ラインと、前記抽気ラインを流れる空気を冷却する冷却器と、前記冷却器による前記空気の冷却量を調節する冷却調節器と、を備え、
前記制御装置は、
前記ガスタービンクリアランス量に応じて、前記冷却調節器の操作量を定める冷却操作量設定部と、
前記冷却調節器の前記操作量を前記冷却調節器に出力する冷却操作量出力部と、
を有する、
回転機械設備。 - 請求項7に記載の回転機械設備において、
前記回転機械は、蒸気で駆動する蒸気タービンであり、
前記蒸気タービンは、回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、
前記操作端は、前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を調節する蒸気調節弁であり、
前記クリアランス計測器は、前記蒸気タービンロータと前記蒸気タービンケーシングとの間の蒸気タービンクリアランス量を計測し、
前記パラメータ変化率設定部は、前記蒸気タービンクリアランス量に応じて、前記パラメータの増加時と減少時とのうち、少なくとも減少時における前記パラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める、
回転機械設備。 - 請求項7に記載の回転機械設備において、
前記回転機械としての第一回転機械と第二回転機械とを備え、
前記第一回転機械は、ガスタービンであり、
前記第二回転機械は、蒸気タービンであり、
前記ガスタービンから排気された排気ガスで蒸気を発生させて、前記蒸気を蒸気タービンに送る排熱回収ボイラーを備え、
前記ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動するタービンと、を有し、
前記圧縮機は、回転する圧縮機ロータと、前記圧縮機ロータを覆う圧縮機ケーシングと、を有し、
前記タービンは、回転するタービンロータと、前記タービンロータを覆うタービンケーシングと、を有し、
前記圧縮機ロータと前記タービンロータとは、機械的に接続されて、ガスタービンロータを成し、
前記ガスタービンの前記操作端は、前記燃焼器に供給される燃料の流量を調節する燃料調節弁であり、
前記ガスタービンの前記クリアランス計測器は、前記タービンロータと前記タービンケーシングとの間のガスタービンクリアランス量を計測するガスタービンクリアランス計測器であり、
前記蒸気タービンは、回転する蒸気タービンロータと、前記蒸気タービンロータを覆う蒸気タービンケーシングと、を有し、
前記蒸気タービンの前記操作端は、前記排熱回収ボイラーから前記蒸気タービンに供給される蒸気の流量を調節する蒸気調節弁であり、
前記蒸気タービンの前記クリアランス計測器は、前記蒸気タービンロータと前記蒸気タービンケーシングとの間の蒸気タービンクリアランス量を計測する蒸気タービンクリアランス計測器であり、
前記ガスタービンの前記パラメータ変化率設定部は、前記ガスタービンに関する前記パラメータであるガスタービンパラメータの増加時に、前記ガスタービンクリアランス量に応じて前記ガスタービンパラメータの変化率が変わるよう、前記ガスタービンパラメータの変化率を定め、前記ガスタービンパラメータの減少時に、前記蒸気タービンクリアランス量に応じて前記ガスタービンパラメータの変化率が変わるよう、前記ガスタービンパラメータの変化率を定め、
前記ガスタービンの前記操作量出力部は、前記ガスタービンの前記パラメータ変化率設定部が定めた前記ガスタービンパラメータの変化率に応じて、前記燃料調節弁の操作量を定め、前記燃料調節弁の前記操作量を前記燃料調節弁に出力し、
前記蒸気タービンの前記パラメータ変化率設定部は、前記蒸気タービンに関する前記パラメータである蒸気タービンパラメータの増加時に、前記ガスタービンクリアランス量に応じて前記蒸気タービンパラメータの変化率が変わるよう、前記蒸気タービンパラメータの変化率を定め、前記蒸気タービンパラメータの減少時に、前記蒸気タービンクリアランス量に応じて前記蒸気タービンパラメータの変化率が変わるよう、前記蒸気タービンパラメータの変化率を定め、
前記蒸気タービンの前記操作量出力部は、前記蒸気タービンの前記パラメータ変化率設定部が定めた前記蒸気タービンパラメータの変化率に応じて、前記蒸気調節弁の操作量を定め、前記蒸気調節弁の前記操作量を前記蒸気調節弁に出力する、
回転機械設備。 - 回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御方法において、
前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を受け付ける工程と、
前記クリアランス量に応じて、前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める工程と、
前記パラメータの前記変化率に応じて、前記パラメータを変える操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する工程と、
を実行する回転機械の制御方法。 - 請求項13に記載の回転機械の制御方法において、
前記パラメータの前記変化率を定める前記工程では、第一のクリアランス量のときの前記パラメータの変化率に比べて、前記第一のクリアランス量よりも大きな第二のクリアランス量のときとの前記パラメータの変化率が大きくなるよう、前記パラメータの変化率を定める、
回転機械の制御方法。 - 請求項13又は14に記載の回転機械の制御方法において、
前記パラメータの前記変化率を定める前記工程は、
前記パラメータの目標値と前記パラメータの検出値との偏差に応じて、前記パラメータの基本変化率を求める工程と、
前記クリアランス量に応じて、前記基本変化率を変更する変更値を求める工程と、
前記変更値を用いて、前記基本変化率を変更する工程と、
を含む、
回転機械の制御方法。 - 請求項15に記載の回転機械の制御方法において、
前記変更値を求める前記工程は、前記クリアランス量と前記基本変化率を変更する第一変更値との関係を用いて、前記クリアランス量に対応する前記第一変更値を求める工程を含み、
前記基本変化率を変更する前記工程では、前記第一変更値を用いて前記基本変化率を変更する、
回転機械の制御方法。 - 請求項16に記載の回転機械の制御方法において、
前記変更値を求める前記工程は、前記クリアランス量と予め定められている許容最小クリアランス量との偏差に応じて、前記基本変化率を変更する第二変更値を求める工程を含み、
前記基本変化率を変更する前記工程では、前記第一変更値と前記第二変更値とを用いて前記基本変化率を変更する、
回転機械の制御方法。 - 請求項16又は17に記載の回転機械の制御方法において、
前記関係は、前記クリアランス量が大きくなるに連れて前記第一変更値が大きくなる関係である、
回転機械の制御方法。 - 回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングとを備える回転機械の制御プログラムにおいて、
コンピュータの入力装置により、前記ロータと前記ケーシングとの間のクリアランス量を受け付ける工程と、
前記クリアランス量に応じて、前記回転機械の回転数又は出力であるパラメータの変化率が変わるよう、前記パラメータの変化率を定める工程と、
前記パラメータの前記変化率に応じて、前記パラメータを変える操作端の操作量を定め、前記操作量を前記操作端に出力する工程と、
を前記コンピュータに実行させる回転機械の制御プログラム。 - 請求項19に記載の回転機械の制御プログラムにおいて、
前記パラメータの前記変化率を定める前記工程では、第一のクリアランス量のときの前記パラメータの変化率に比べて、前記第一のクリアランス量よりも大きな第二のクリアランス量のときとの前記パラメータの変化率が大きくなるよう、前記パラメータの変化率を定める、
回転機械の制御プログラム。 - 請求項19又は20に記載の回転機械の制御プログラムにおいて、
前記パラメータの前記変化率を定める前記工程は、
前記パラメータの目標値と前記パラメータの検出値との偏差に応じて、前記パラメータの基本変化率を求める工程と、
前記クリアランス量に応じて、前記基本変化率を変更する変更値を求める工程と、
前記変更値を用いて、前記基本変化率を変更する変更した変化量を求める工程と、
を含む、
回転機械の制御プログラム。 - 請求項21に記載の回転機械の制御プログラムにおいて、
前記変更値を求める前記工程は、前記クリアランス量と前記基本変化率を変更する第一変更値との関係を用いて、前記クリアランス量に対応する前記第一変更値を求める工程を含み、
前記基本変化率を変更する前記工程では、前記第一変更値を用いて前記基本変化率を変更する、
回転機械の制御プログラム。 - 請求項22に記載の回転機械の制御プログラムにおいて、
前記変更値を求める前記工程は、前記クリアランス量と予め定められている許容最小クリアランス量との偏差に応じて、前記基本変化率を変更する第二変更値を求める工程を含み、
前記基本変化率を変更する前記工程では、前記第一変更値と前記第二変更値と用いて前記基本変化率を変更する、
回転機械の制御プログラム。 - 請求項22又は23に記載の回転機械の制御プログラムにおいて、
前記関係は、前記クリアランス量が大きくなるに連れて前記第一変更値が大きくなる関係である、
回転機械の制御プログラム。
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