JP3102186B2 - ガスタービン機関の補機制御装置 - Google Patents
ガスタービン機関の補機制御装置Info
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Description
機制御装置、特にガスタービン発電装置等のガスタービ
ン機関利用システムにおける一軸式ガスタービン機関の
補機制御装置に関する。
電システムとして、一軸式ガスタービン機関により駆動
される発電機(以後、単にガスタービン発電機という)
を使用して発電を行うシステムが知られている。図8
は、そのような従来の一軸式ガスタービン機関GTに直
結されたガスタービン発電機G1 を有する発電システム
の一般的な構成の一例を示している。一軸式ガスタービ
ン機関GTにおいては、吸入空気(吸気)はコンプレッ
サCにて圧縮され、燃焼器Bにおいて燃料供給アクチュ
エータ(図示せず)により供給される燃料Gfと混合さ
れて燃焼し、その燃焼ガスはコンプレッサCと同軸のタ
ービンTを回転させた後に、排気ガスとなって大気に排
出される。このタービンTには主発電機G1 がその同軸
上に直結されており、タービンTの回転数と同じ回転数
で主発電機G1 が回転して発電が行われる。主発電機G
1 には界磁コイルFc 1 があり、この界磁コイルFc1
に流す界磁電流If1 の調整によって主発電機G1 の出
力を制御することができる。主発電機G1 において発電
された交流電力は、ガスタービン発電機の本来の目的で
ある電力供給装置としての役割を果たすように作用す
る。
コイルFc1 に供給される界磁電流If1 は、制御回路
Contによって機関の運転状態に応じて制御される。この
ために、制御回路Contには、ガスタービン機関GTから
機関回転数N1 、コンプレッサCの出吐力P3 、タービ
ンTの出口温度Tc等の運転状態パラメータが入力され
る。
R/Gが設けられており、減速機R/Gで減速された軸
に補助発電機G2 が設けられている。補助発電機G
2 は、制御回路Cont等の電源であるシステム電源の消費
を補うために設けられているものであり、通常、バッテ
リー電圧を監視して、バッテリー容量に応じてその発電
量が制御される。その発電量は、通常、電圧レギュレー
タRによってバッテリー電圧が規定電圧になるように制
御されるようになっている。
関GTと主発電機G1 および補助発電機G2 の動作を、
以下に説明する。まず、ガスタービン機関GTが起動
し、負荷運転が可能な回転数になると、主発電機G1 の
界磁コイルFc1 に界磁電流If1 を流して発電が行わ
れる。一方、補助発電機G2 は補機バッテリーを充電す
るための電力を発生するものであり、通常、この種の補
助発電機G2 は、key スイッチを介して電圧レギュレー
タに電源が供給されており、かつ、発電機が発電可能な
回転数以上になると、補機バッテリーを充電するための
発電を行うようになっている。そして、その発電量は、
バッテリーの放電状態によって異なるが、制御回路Cont
とは独立して電圧レギュレータRにより制御されるよう
になっている。
補機を設けたことが、実開平2ー92039号公報に開
示されている。
術においては、補助発電機G2 の制御がガスタービン機
関GTおよび主発電機G1 側の制御と独立して独自に行
われており、したがって、例えば非常用発電機のような
用途においては、機関回転数を主発電機G1 の負荷運転
が可能な回転数まで早急に立ち上げる必要があるが、補
助発電機G2 が発電中であれば機関の加速が極端に悪
く、主発電機G1 の負荷運転開始に支障をきたすことに
なるという問題点があった。
いたガスタービン発電装置のようなガスタービン機関利
用システムにおいて、上記した補助発電機G2 のような
ガスタービン機関により駆動される補機をガスタービン
機関の立ち上げを良好なものとするように制御すること
を目的とする。
補助発電機を駆動するガスタービン機関の回転数を制御
する機関回転数制御手段を有するガスタービン機関の補
機制御装置において、ガスタービン機関の加速中は補助
発電機の界磁電流を低減してガスタービン機関の駆動負
荷を低減し、ガスタービン機関の回転数が定格回転数に
到達した後は補助発電機の界磁電流を増加してガスター
ビン機関の駆動負荷を増加する駆動負荷制御手段を具備
する。
ン機関を加速させる必要がある場合には補機の駆動負荷
が減少されることとなり、機関の定格回転数までの立ち
上げに必要な所要時間を大幅に短縮することができる。
さらに、機関回転数が上記定格回転数に達すると、補機
駆動負荷が増大されるため、機関への負荷が増大して機
関回転数のオーバーシュート量が減少される。
制御装置の実施例を図面を、参照しつつ、説明する。図
1は、本発明によるガスタービン機関の補機制御装置が
適用されたガスタービン機関利用システムの一例である
ガスタービン発電装置の構成を示す概略構成図であり、
その構成要素の大部分は図8に示されている従来のシス
テムにおけるものと同等である。図中、10は一軸式ガ
スタービン機関GTであって、内部にコンプレッサ10
a、タービン10b、減速機10cおよび燃焼器10d
を有しており、そして、11は主発電機G1 、12は主
発電機G1 の界磁コイルFc1、13は補助発電機
G2 、14は整流器、15は補助発電機G2 の界磁コイ
ルFc2 、16は補助発電機G2 の界磁電流If2 調整
用の電圧レギュレータ、17はkey スイッチ、18はバ
ッテリー、19は制御回路Cont、20は主発電機G1の
界磁電流If1 調整用の電圧レギュレータである。特
に、本実施例においては、制御回路Cont19から補助発
電機G2 13用の電圧レギュレータ16に、オン/オフ
制御信号が供給されている。
1 による本来の目的である電力供給装置としての動作に
関しては、上記した従来技術における記述を参照するこ
とができる。ここでは、本発明における特徴が関連する
補助発電機G2 の制御装置について説明する。補助発電
機G2 13は、減速機すなわちリダクションギア10c
を介して、ガスタービン機関GTに接続されており、そ
の界磁コイルFc2 15に流れる界磁電流If2 が電圧
レギュレータ16により制御されている。電圧レギュレ
ータ16は、充電されるバッテリー18の電圧が規定値
以上にならないように、界磁電流If2 を調整し、補助
発電機G2 13の出力量を制御している。また、補助発
電機G2 13の交流出力は、整流器14により、整流さ
れて直流電力に変換され、変換された直流電力によりバ
ッテリー18が充電される。
Cont19からのオン/オフ制御信号によりオン/オフ制
御されている。すなわち、制御回路Cont19からの制御
信号がオフの場合、電圧レギュレータ16が補助発電機
G2 13の界磁コイルFc215に界磁電流If2 を流
さないように動作するために、補助発電機G2 13は発
電を行わないが、他方、制御回路Cont19からの制御信
号がオンの場合は、電圧レギュレータ16が作動して補
助発電機G2 13の界磁コイルFc2 15に界磁電流I
f2 を流し、補助発電機G2 13にバッテリー18を充
電するための発電を行わせるように構成されている。更
に、電圧レギュレータ16は、バッテリー18の電圧を
検出して監視しており、バッテリー電圧が規定値以上の
過電圧とならないように界磁電流If2 の調整も行って
いる。
補機制御装置の一実施例の構成を示すブロック図であ
り、図1における制御回路Cont19の構成、特に補助発
電機G2 13の負荷運転を行うか否かを制御するための
制御部、すなわち、補助発電機G2 13へのオン/オフ
制御信号を発生するための制御部の構成を示すブロック
図である。
GTの回転数信号N1 およびガスタービン機関GTの目
標回転数を決定するための制御信号Vacc が入力されて
いる。制御回路Cont19によるガスタービン機関GTの
制御においては、機関が起動すると、実際の機関回転数
がVacc 信号により決定される機関目標回転数になるよ
うに、図示していない燃料制御系を介して燃料流量Gf
が調整される。
機関の実測回転数N1 の関係がNs>N1 の場合は、機
関に供給する燃料流量Gfが増量されて、機関が加速さ
れることとなる。また、Ns<N1 の場合は、燃料流量
Gfが定常運転状態よりも減少して、機関が減速される
こととなる。更に、Ns=N1 の場合は、機関の実測回
転数が目標回転数Nsと一致しているため、定常運転状
態にあるということができる。
び一般的なガスタービン発電装置の運転パターンの一例
を示したものであるが、このうち、機関の回転数N1 が
アイドル(Idle)状態、定格(Rated )状態にある場合
がこの定常運転状態に相当する。ここで、図3および図
4のガスタービン発電装置の運転パターンについて説明
する。図3は非常用発電装置の運転パターンの例を示し
ており、非常用発電装置のような用途においては、発電
を行う必要が生じた場合に早急に発電を開始することが
必要である。そのため、ガスタービン機関が発電のため
の負荷運転を行える回転数まで早急に加速させる必要が
ある。したがって、図3に示す最初のパターンは、発電
のための負荷運転が可能な回転数まで早急に加速させ、
発電を可能とするようにしている。また、発電の必要が
なくなった時は、一度、機関の回転数をアイドル状態と
し、機関の潤滑系油温等を低下させた後、機関を停止さ
せるようにしている。
装置の運転パターンを示しており、このような発電装置
は、非常用と異なり、まず、機関を始動させてアイドル
状態で待機させる。そして、発電を必要とする場合に、
機関の回転数を発電が可能な回転数まで立ち上げ、そこ
で、発電のための負荷運転を行うようにする。更に、長
時間の負荷運転を行う必要がなければ、燃料節約、騒音
低減等の目的から、機関の回転数をアイドル状態で待機
させるか、あるいは、機関を完全に停止させるようにし
ている。
数がアイドル状態から主発電機G111が発電を行うこ
とができる定格回転数まで加速させる場合において、補
助発電機G2 13が動作している時と動作していない時
とについて、機関の特性を示している。ガスタービン機
関GT10を加速するためには、タービンTの出力がコ
ンプレッサCの消費馬力と外部出力馬力(これは、補助
発電機G2 が動作している場合には、補助発電機G2 の
出力およびその消費馬力となる)とを加算した馬力を上
回ることが必要である。ガスタービン機関GT10のア
イドル近傍においては、タービンTの出力は非常に小さ
いために、補助発電機G2 13が動作していると、機関
を加速するための馬力を大きく取ることができず、その
ため、特にアイドル近傍での加速が悪化している。
に、補助発電機G2 13の発電機能を停止させれば、主
発電機G1 11による発電開始までの所要時間を大幅に
短縮することができる。図2に示されている制御部は、
そのために、補助発電機G213の負荷運転を行うか否
かを判断し、補助発電機G2 13へのオン/オフ制御信
号を発生するための構成を有しており、図1における制
御回路Cont19への入力パラメータN1 およびVacc を
用いて、その機能が実現されている。図2中、21は、
制御信号Vacc を受けてガスタービン機関GTを運転す
る際の回転数の目標値Nsを設定する機関目標回転数設
定手段であり、22は、回転数信号N1を受けてガスタ
ービン機関GTの実際の回転数Nmを検出するための機
関回転数検出手段である。
ン機関GTが加速状態にあるか否かを検出するためのも
のである。目標回転数Nsが実測回転数Nmよりも大き
い(Ns>Nm)条件においては、制御回路Cont19
が、実測回転数Nmを目標回転数Nsに近づけるよう
に、図示していない燃料制御系を介して燃料流量Gfを
増量して機関を加速させるように制御しており、機関加
速状態検出手段23はこの(Ns>Nm)の状態を検出
する。
ン機関GTが定常状態にあるか否かを検出するためのも
のであり、目標回転数Nsが実測回転数Nmに等しい
(Ns=Nm)条件においては、機関は定常状態にあ
り、機関定常状態検出手段24はこの(Ns=Nm)の
状態を検出する。機関減速状態検出手段25は、ガスタ
ービン機関GTが減速状態にあるか否かを検出するため
のものである。目標回転数Nsが実測回転数Nmよりも
小さい(Ns<Nm)条件においては、制御回路Cont1
9が、実測回転数Nmを目標回転数Nsに近づけるよう
に、図示していない燃料制御系を介して燃料流量Gfを
減少して機関を減速させるように制御しており、機関減
速状態検出手段25はこの(Ns<Nm)の状態を検出
する。
G2 13の負荷運転を行うことができる回転数であるか
否かを判断するためのものである。一般に、ガスタービ
ン機関を起動する場合、タービンの出力がコンプレッサ
の消費馬力を上回るような回転数まで図示していないス
タータにより駆動してやる必要があるが、このような始
動時においても補助発電機G2 の負荷運転は行わない方
が始動特性が向上する。そのため、負荷運転領域検出手
段26においては、始動時におけるスタータによる駆動
が終了する機関回転数に幾分かのマージンを加えた回転
数を定数Nbとし、実際の機関回転数Nmが定数Nbよ
り大きい(Nm>Nb)の状態を検出する。なお、この
定数Nb、機関のアイドル時の回転数よりも低い回転数
の値としている。
た各検出手段23乃至26の検出出力信号が供給されて
おり、それらに基づいて補助発電機G2 13の発電機能
をオン/オフ制御するためのものである。発電機オン/
オフ検出手段27は、負荷運転領域検出手段26からの
信号がオンすなわち(Nm>Nb)の状態にあり、か
つ、機関加速状態検出手段23からの信号がオンすなわ
ち(Ns>Nm)の状態にある時に、補助発電機G2 1
3の発電機能を停止させるように制御する。そして、そ
の他の条件においては、補助発電機G2 13を運転し
て、その発電機能によりガスタービン発電装置における
補機バッテリーの充電を行う。これにより、ガスタービ
ン発電装置の起動から主発電機G1 11の発電開始に至
までの所要時間を大幅に短縮することができることとな
る。
制御装置の制御動作を図6および図7の特性図を用いて
説明する。まず、ガスタービン機関GT10を加速させ
て規定回転数に収束させる場合には、燃料流量Gfの調
整のみでは、図6の破線に示すように、定格回転数に達
した際に機関回転数のオーバーシュートが見られるが、
本発明によるガスタービン機関の補機制御装置によれ
ば、機関加速時にバッテリーを充電するための補助発電
機G2 13の機能を停止し、そして、機関回転数Nmが
機関目標回転数Nsに対してNm=Nsとなった時に補
助発電機G2 13の機能をオンにすることにより、図6
の実線特性に示すように、ブレーキ作用を実現すること
ができる。これは、補助発電機G2 13の機能が常時オ
ンの状態に比べ、Nm=Nsとなった時に補助発電機G
2 13の機能をオンとした直後においては、最初にバッ
テリーの消費を賄うように補助発電機G2 13が作動す
るために、機関回転数の加速に対してブレーキ作用が大
きく働くためである。
については、図7に示されているように、ガスタービン
機関GTの減速時には騒音などの面から機関を早く減速
した方が有利であるが、補助発電機G2 13の機能をオ
ンにしている方がオフにする場合に比べて早く減速する
ことができる。本発明によるガスタービン機関の補機制
御装置によれば、機関の加速時のみ補助発電機G2 13
の機能をオフとするよにしているため、機関減速時の特
性に何ら支障は生じないこととなる。
ン機関の補機制御装置によれば、ガスタービン機関の加
速中に補機の駆動負荷を減少させるため、機関への負荷
が軽減されて機関回転数が定格回転数に達するまでの時
間が短くなる。更に、ガスタービン機関の回転数が定格
回転数に達すると、補機の駆動負荷を増大させるため、
機関への負荷が増大し、機関回転数のオーバーシュート
量を減少させることができる。
が適用されたガスタービン機関利用システムの一例であ
るガスタービン発電装置の構成を示す概略構成図であ
る。
の一実施例の構成を示すブロック図である。
一例を示す特性図である。
の一例を示す特性図である。
る。
の制御動作を説明する特性図である。
の制御動作を説明する特性図である。
的な構成の一例を示す概略構成図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 主発電機及び補助発電機を駆動するガス
タービン機関の回転数を制御する機関回転数制御手段を
有するガスタービン機関の補機制御装置において、前記ガスタービン機関の加速中は前記補助発電機の界磁
電流を低減して前記ガスタービン機関の駆動負荷を低減
し、前記ガスタービン機関の回転数が定格回転数に到達
した後は前記補助発電機の界磁電流を増加して前記ガス
タービン機関の駆動負荷を増加する駆動負荷制御手段を
具備することを特徴とする ガスタービン機関の補機制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05028171A JP3102186B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | ガスタービン機関の補機制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05028171A JP3102186B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | ガスタービン機関の補機制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06241067A JPH06241067A (ja) | 1994-08-30 |
JP3102186B2 true JP3102186B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=12241294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05028171A Expired - Lifetime JP3102186B2 (ja) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | ガスタービン機関の補機制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3102186B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6960900B2 (en) * | 2003-11-28 | 2005-11-01 | General Electric Company | Method and apparatus for starting a gas turbine using a polyphase electric power generator |
JP2008017556A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Honda Motor Co Ltd | エンジン駆動式発電機の出力電圧制御装置 |
AT516489A1 (de) * | 2014-10-31 | 2016-05-15 | Ge Jenbacher Gmbh & Co Og | Kraftanlage |
-
1993
- 1993-02-17 JP JP05028171A patent/JP3102186B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06241067A (ja) | 1994-08-30 |
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