JP3688989B2 - ガスタービン設備の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水ポンプなどの被駆動装置に直結したガスタービン設備において、過大なトルクが被駆動装置に作用しないようにガスタービン出力を制御することができるガスタービン設備の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガスタービンの制御は、通常回転数制御、温度制御または負荷制御を行い、保護機能として加減速制限、最大負荷制限、圧縮機タービン出口ガス温度制限などの各種の機能が装備されている。さらに、発電機駆動用のガスタービンにおいては、発電機側で異常を検出した場合、発電機自体の保護機能によって遮断器を解列させ、発電機と出力タービンは機械的に直結しているものの発電機自体を負荷から切り離し、発電機に駆動トルクが作用しない状態にして、発電機およびガスタービン本体の損傷を防止することが可能である。ところが排水ポンプなど機械設備を直接駆動するガスタービン設備においては、負荷側の状態が急変して負荷トルクが急増した場合、その被駆動装置に接続されるガスタービン本体が発生する動力を低減させる以外に、被駆動装置ならびにガスタービン本体を保護する手段がない。このような負荷の急変に対処できるようにするため、従来の排水ポンプでは、出力タービンで排水ポンプを直接駆動するのではなく、出力タービンで発電機を駆動し、その発電機で発生する電力によって駆動される電動機を設置し、その電動機で排水ポンプを駆動するということが行われていたが、これでは設備費用が過大になるという問題があった。
【０００３】
図６は、典型的な従来の技術のガスタービン制御装置２５を備えるガスタービン発電設備１の概略的構成を示す系統図であり、この従来の技術は、特開平２−３０８９２８号公報に開示されている。このガスタービン発電設備１は、圧縮機２、圧縮機タービン３および燃焼器４を有し、圧縮機２は圧縮機タービン軸６によって圧縮機タービン３に同軸に連結されて、ガスジェネレータ５を構成する。圧縮機２によって圧縮された空気は、燃焼器４において、流量調整弁８を経て供給される燃料と混合して燃焼され、その燃焼ガスは、前記圧縮機タービン３へ供給され、この圧縮機タービン３の出力によって前記圧縮機２が駆動される。
【０００４】
前記ガスジェネレータ５からの燃焼ガスは、可変静翼９を介して出力タービン１０に供給される。出力タービン１０は、出力軸１１を有し、この出力軸１１の回転は、減速機１２によって減速された後、負荷である発電機１３に入力されて、発電機１３を駆動する。可変静翼９は、翼駆動手段１４によって駆動されて翼角を変化させ、前記出力タービン１０の出力が制御される。出力タービン１０から排出される燃焼ガスは、熱交換器１５によって前記圧縮機２から燃焼器４へ供給される空気と熱交換して熱回収された後、排気される。
【０００５】
このようなガスタービン発電設備１には、発電機１３の負荷を検出する負荷検出器１６、圧縮機タービン軸６の回転数を検出する回転数検出器１７、出力軸１１の回転数を検出する回転数検出器１８、圧縮機２の入口温度を検出する入口温度検出器１９、および圧縮機タービン３の入口温度を検出する入口温度検出器２０が設けられる。
【０００６】
図７は、ガスタービン発電設備１に備えられるガスタービン制御装置２５の構成を示すブロック図である。このガスタービン制御装置２５は、目標回転数設定手段２６、燃料流量制御手段２７、フィードフォワード量設定手段２８、可変静翼制御手段２９、負荷判定手段３０、回転数判定手段３１、および回転数上昇程度制限手段３２を有する。
【０００７】
前記目標回転数設定手段２６は、負荷検出器１６、入口温度検出器１９、および入口圧力検出器２３からの各検出値に基づいて、目標とする圧縮機タービン軸６の目標回転数を設定して出力する。前記燃料流量制御手段２７は、回転数検出器１７によって検出された圧縮機タービン軸６の回転数検出値が目標回転数となるように前記流量調整弁８を制御して、各回転数の偏差に応じて燃料の流量を調整する。前記フィードフォワード量設定手段２８は、負荷検出器１６、入口温度検出器１９、入口圧力検出器２３および圧縮機タービン軸６の回転数検出器１７からの各検出値に基づいて、可変静翼９の角度のフィードフォワード量を設定して出力する。前記可変静翼制御手段２９は、回転数検出器１８によって検出された出力軸１１の回転数検出値が予め定める目標回転数となるように、各回転数の偏差および前記フィードフォワード量に基づいて前記翼駆動手段１４を制御する。
【０００８】
さらに前記負荷判定手段３０は、負荷検出器１６によって検出された発電機１３の負荷検出値に基づいて、所定値以上の負荷投入があったか否かを判定する。前記回転数判定手段３１は、負荷判定手段３０による判定結果が所定値以上であると判定したとき、出力軸１１の回転数検出器１８の回転数検出値に基づいて、予め定める回転数の範囲まで回復したかどうかを判定する。前記回転数上昇程度制限手段３２は、前記回転数判定手段３１によって前記予め定める回転数の範囲内に回復しないと判定されたとき、圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を制限する。
【０００９】
このような従来のガスタービン発電設備１の構成によって、負荷投入直後における圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を低めに抑制して、負荷投入に対するフィードフォワード制御による出力軸１１の回転数の急激な上昇を防止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、負荷判定手段３０は発電機１３の負荷検出値に基づいて、所定値以上の負荷投入があったか否かを判定し、回転数判定手段３１は負荷判定手段３０による判定結果が所定値以上であると判定したとき、出力軸１１の回転数検出器１８の回転数検出値に基づいて、予め定める回転数の範囲まで回復したかどうかを判定し、さらに回転数上昇程度制限手段３２は、前記回転数判定手段３１によって前記予め定める回転数の範囲内に回復しないと判定されたとき、圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を制限している。
【００１１】
この従来の技術のように被駆動装置が発電機の場合、被駆動装置側で異常を検出すれば、発電機の遮断器を開く処置によって異常状態から回避することが可能であるが、この出力タービンによって発電機を駆動する場合には排水ポンプなどの被駆動機器を駆動するための電動機が別途必要となり全体の設備費用が過大となる。これに対し出力タービンと被駆動機器を直結し、出力タービンで直接被駆動機器を駆動すると、被駆動装置側の状態の変化によって負荷トルクが急激に増加して過トルクになったとき、被駆動装置側でその異常を回避することができない。
【００１２】
一般に、出力タービンを有するガスタービン本体の場合、出力タービンの動力はほぼ燃料流量に応じて変化するため、負荷トルクの増加によって出力タービンの回転数が減少すると、出力タービンの回転数にほぼ反比例して出力トルクが増加し、出力タービンの回転数が大幅に低下した場合には設計の基礎となる定格回転数における出力トルクの数倍の出力トルクを発生する。このため、負荷トルクが増加するのに応じて出力タービンの回転数が減少し、その結果出力トルクが急増するため、出力タービンから被駆動装置への伝達トルクが増加することになり、出力タービン、出力タービンと被駆動装置をつなぐ駆動軸、被駆動装置の強度的な許容限度を超えてしまう恐れがある。
【００１３】
したがって、出力タービンの回転数が低下して出力トルクが増加した場合にでも破損することのない設備とするためには、通常設計の基礎に使う定格回転数における出力トルクの数倍のトルクに耐えるだけの強度余裕を出力タービン、駆動軸、被駆動装置のすべてに持たせなければならないという問題が生じる。
【００１４】
またこの従来の技術では、出力タービンの回転数に応じてガスタービンの出力を制御することができないため、前記ポンプに異物などが噛み込んで出力タービンに対する負荷トルクが急激に増加しても、出力タービンの回転数は減少するものの、出力タービン、駆動軸およびポンプには過大なトルクが作用し、その結果、出力タービン、駆動軸およびポンプを破損するおそれがあるという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができるようにしたガスタービン設備の制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、圧縮機によって圧縮された空気と、燃料流量調整弁を介して導かれる燃料とを、燃焼器に供給して燃焼させ、この燃焼器からの燃焼ガスを、前記圧縮機に同軸に連結される圧縮機タービンに供給して圧縮機を駆動するガスジェネレータと、このガスジェネレータから出力されるガスのエネルギによって被駆動装置を駆動する出力タービンとから成るガスタービン本体を備え、出力タービンが被駆動装置を駆動する動力に応じて前記燃料流量調整弁開度を調整して燃焼器に供給する燃料流量を制御するガスタービン設備の制御装置において、
出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルクリミット設定値相当の燃料流量を求め、前記燃料流量調整弁によって燃焼器へ供給される燃料流量を前記トルクリミット設定値相当の燃料流量以下にして、前記出力タービンの出力を制限し、出力タービンから被駆動装置に入力されるトルクを、前記トルクリミット設定値以下に制限するトルク制限手段を含むことを特徴とするガスタービン設備の制御装置である。
【００１７】
本発明に従えば、トルク制限手段は出力タービンの回転数、すなわち回転速度に応じたトルクリミット設定値相当の燃料流量に燃焼器への燃料を制限して、その出力タービンの出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置によるガスタービン本体の制御によって、出力タービン、駆動軸および被駆動装置に過大なトルクが作用しないようにして、出力タービン、駆動軸および被駆動装置を保護することができる。しかも前記トルク制限手段は、出力タービンの回転数に応じたトルクリミット設定値相当の燃料流量に燃焼器への燃料を制限して、出力タービンの出力トルクを制限するので、被駆動装置からの負荷トルクに依存しないため、特別に負荷検出器を設ける必要がない。また出力タービン、駆動軸および被駆動装置の設計および製作において、通常の設計の基礎となる定格以上の過大なトルクが作用することを考慮する必要がないため、出力タービン、駆動軸および被駆動装置の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、生産性が向上される。
さらに前記トルク制限手段によって、出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルク制限値を超えないようにして燃料流量調整弁を制御するので、負荷トルクが増加したときにも出力タービン、駆動軸および被駆動装置に対して過大なトルクを作用させずに、かつ負荷トルクが所定の値に復帰した後は必要とされる回転数を確保することができる。
【００１８】
このようにして、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のガスタービン制御装置４０を備えるガスタービン設備４１の概略的構成を示す系統図である。本実施の形態のガスタービン設備４１は、負荷である排水ポンプ４２と、この排水ポンプ４２および減速機５６を駆動するガスタービン本体４３とから成る。ガスタービン本体４３は、ガスジェネレータ４４と出力タービン４５とを有する多軸ガスタービンであって、ガスタービン制御装置４０は、出力タービン４５の出力トルクを演算し、出力タービン４５の回転数（すなわち回転速度）が低下したときに、その出力トルクがトルクリミット設定値を超えないように、燃焼器４６への燃料の投入量を調整する燃料流量調整弁Ｖ１を制御して、ガスジェネレータ４４の出力を調整し、出力タービン４５の出力を低減することができるように構成される。前記燃料流量調整弁Ｖ１は、たとえばスロットル弁によって実現される。
【００２２】
図２は、出力タービン４５の出力を一定に保った場合の出力タービン回転数とその出力トルクとの関係を示すグラフである。同図から明らかなように、トルクリミット制御しない場合には、ラインＬ１で示されるように、回転数が低下するほど出力トルクが増大する特性となる。
【００２３】
すなわち、ガスタービン本体の特性によって、出力タービンの出力Ｑは、燃料流量Ｆをパラメータとして与えられるため、出力トルクＴｒは出力Ｑと出力タービン回転数Ｎ３の比
Ｔｒ ＝ Ｋ・（Ｑ（Ｆ）／Ｎ３） …（１）
で与えられる。ここでＱ（Ｆ）はガスタービンの特性によって与えられる関係式であり、Ｋは単位換算のための定数である。したがって、出力トルクＴｒがトルクリミット設定値Ｔｒmaxとなるような燃料流量Ｆmaxは上記（１）式においてＴｒ＝Ｔｒmaxのときの値となる。具体的には、任意の出力タービンの回転数Ｎ３に対して
Ｔｒmax ＝ Ｋ・（Ｑ（Ｆmax）／Ｎ３） …（２）
を解くことによって、出力タービン回転数がＮ３のときのトルクリミット設定値相当の出力トルクに応じた燃料流量Ｆmaxの値を求めることができる。
【００２４】
出力タービンの回転数に応じて、順次このようなトルクリミット設定値相当の燃料流量を求め、燃料流量調整弁Ｖ１を通じて燃焼器へ供給される燃料流量をこのトルクリミット設定値相当の燃料流量以下に制限することによって、出力タービン４５の出力を制限し、これによって排水ポンプ４２に入力されるトルクを制限することが可能となる。
【００２５】
図１の実施形態では、前記ガスジェネレータ４４は、低圧圧縮機４７、高圧圧縮機４８、高圧タービン４９、低圧タービン５０、前記燃焼器４６、および低圧軸５１、高圧軸５２を含む。低圧圧縮機４７は、低圧軸５１によって低圧タービン５０に同軸に連結され、高圧圧縮機４８は高圧軸５２によって高圧タービン４９に同軸に連結される。低圧軸５１は高圧軸５２に同軸に挿通され、相互に個別に回転することができる。また前記出力タービン４５は、出力軸５５を有し、この出力軸５５は、減速機５６の入力軸（図示せず）に連結され、減速機５６の出力軸（図示せず）は、前記排水ポンプ４２に連結され、このポンプ４２に前記出力軸５５の回転が減速して入力される。
【００２６】
ガスタービン本体へ供給する燃料は、前記ガスタービン制御装置４０によって制御される燃料流量制御弁Ｖ１を経由して燃焼器４６へと導かれる。
【００２７】
低圧圧縮機４７によって圧縮された空気は高圧圧縮機４８に供給されて、さらに圧縮された後、その高圧の空気は、燃焼器４６に供給される。この燃焼器４６には、前記流量調整弁Ｖ１を経て流量調整された燃料が供給され、この燃料と前記高圧の圧縮空気とが混合して燃焼され、その燃焼ガスは高圧タービン４９へ供給され、高圧タービン４９を駆動する。
【００２８】
高圧タービン４９を駆動した燃焼ガスは低圧タービン５０に導かれて低圧タービン５０を駆動した後、出力タービン４５に供給され、この出力タービン４５を駆動する。前記出力タービン４５の出力軸５５の回転は、減速機５６によって減速された後、前記排水ポンプ４２に入力され、この排水ポンプ４２を駆動する。
【００２９】
図３は、ガスタービン制御装置４０の具体的構成を示すブロック図である。前記ガスタービン制御装置４０は、出力タービン回転数制御回路８１、出力制限回路８２、起動燃料制御回路８３、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７、出力タービン入口ガス温度制限回路８８、トルク制限回路９４、最小値選択回路９６を含む。
【００３０】
前記出力タービン回転数制御回路８１は、外部に設置する回転数設定器（図示せず）から与えられた出力タービン回転数設定値と出力タービン回転数検出手段６９から出力される出力タービン回転数信号とを入力し、出力タービン４５の回転数が出力タービン回転数設定値指令と一致するように、燃料流量制御弁へ指令信号Ｘ１を出力する。燃料制御の基本制御グループとして通常の運転状態では、この機能が選択される。
【００３１】
前記出力制限回路８２は、いかなる条件下においても低圧圧縮機４７の回転数が最大出力設定値に対応する制限値を超えないように、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁Ｖ１への指令信号Ｘ２を出力する。この出力制限機能は、低圧圧縮機４７の回転数がガスジェネレータ４４の出力と一定の関係があることを利用したものであり、低圧圧縮機４７の回転数が出力設定値に対応する値と一致するように燃料流量を調節する指令を出力する。前記出力設定値は、ガスタービン起動時にアイドリングから最大出力まで上昇し、ガスジェネレータ４４の出力を増加させる。この制御の途中で前記出力タービン回転数制御回路８１による制御に切換わり、通常の運転状態では最大制限を行うための機能として、待機しており、またガスタービン停止時には、最大出力からアイドリングまで設定値を減少させる。
【００３２】
前記起動燃料制御８３は、ガスタービンの起動からアイドリング到達までの間にわたる制御を行うものであり、燃料流量調整弁Ｖ１への指令信号Ｘ４を出力する。この指令信号Ｘ４はガスタービンの起動からアイドリング到達までの間ガスタービンを制御する信号であり、アイドリング到達以降は選択されないように構成されている。
【００３３】
前記低圧圧縮機最大回転数制限回路８６は、いかなる条件下においても低圧圧縮機４７の回転数が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。この制限は、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６に予め設定された所定の低圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ１maxと、低圧圧縮機回転数検出手段７０から出力される低圧圧縮機回転数信号Ｎ１とを比較し、低圧圧縮機回転数Ｎ１が低圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ１maxを超えない（Ｎ１max＞Ｎ１）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ５を出力する。
【００３４】
前記高圧圧縮機最大回転数制限回路８７は、いかなる条件下においても高圧圧縮機４８の回転数が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。この制限は、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７に予め設定された所定の高圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ２maxと、高圧圧縮機回転数検出手段７２から出力される高圧圧縮機回転数検出信号Ｎ２とを比較し、高圧圧縮機回転数Ｎ２が高圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ２maxを超えない（Ｎ２max＞Ｎ２）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ６を出力する。
【００３５】
前記出力タービン入口ガス温度制限回路８８は、いかなる条件下においても出力タービン４５の入口ガス温度が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令を調整する。この制限は、出力タービン入口ガス温度制限回路８８に予め設定された所定の出力タービン入口温度制限設定値Т６maxと、出力ガスタービン入口ガス温度検出手段７３から出力される出力タービン入口ガス温度検出信号Ｔ６とを比較し、出力タービン入口ガス温度Ｔ６が出力タービン入口ガス温度制限設定値Ｔ６maxを超えない（Т６max＞Т６）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ７を出力する。
【００３６】
前記最小値選択回路９６は、上記の出力制限回路８２、トルク制限回路９４、始動燃料制御回路８３、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７および出力タービン入口ガス温度制限回路８８の各々から出力され燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７のうちで最も小さい弁開度すなわち最小の燃料流量に相当する信号を選択し、ガスタービン制御装置４０の出力信号Ｘとして燃料流量調整弁Ｖ１に出力する。
【００３７】
燃料流量調整弁Ｖ１は、ガスタービン制御装置４０から出力される弁開度指令信号Ｘを受け、燃料流量制御弁の開度をその信号に相当する値に制御することによって、その開度に応じた燃料流量を燃焼器４６に供給する。
【００３８】
次に、前記トルク制限回路９４について説明する。
出力タービンの出力トルクは出力タービン出力Ｑと出力タービン回転数Ｎ３の比Ｑ／Ｎ３で求めることができる。ここで、出力タービン回転数Ｎ３は出力タービン回転数検出手段６９から出力される。出力タービン出力は低圧圧縮機回転数Ｎ１と一意的な関係があることから、低圧圧縮機回転数Ｎ１から求めることができる。したがって、出力タービンの出力トルクは低圧圧縮機回転数Ｎ１と出力タービン回転数Ｎ３から求めることができる。これによって、出力タービンの出力トルクがトルクリミット設定値に相当する値となるときの出力タービン回転数Ｎ３と低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌの関係を求めることができる。すなわち、この関係によって求まる出力タービン回転数に対応した低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌによって実際の低圧圧縮機回転数Ｎ１が小さいときには、出力タービンの出力トルクはトルクリミット設定値より小さい状態にあり、逆に低圧圧縮機回転数Ｎ１がそのときの出力タービン回転数Ｎ３によって求まる低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌより大きいときには出力タービンの出力トルクはトルクリミット設定値を超えていることになる。このような出力タービン回転数と低圧圧縮機回転数制限値との関係は、たとえば出力タービンの出力トルクを一定値Ｔｒmaxとすると、図５のような直線となる。
【００３９】
図４はトルク制限回路９４の構成を示すものであり、出力タービン回転数Ｎ３から上記の方法によって、トルクリミット設定値に相当する低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌを演算する低圧圧縮機回転数制限値演算回路９４ａと、この低圧圧縮機回転数制限値演算回路から出力される低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌと実際の低圧圧縮機回転数Ｎ１を入力して制御演算を行い、低圧圧縮機回転数Ｎ１が低圧圧縮機回転数制限値を越えないような燃料流量調整弁への指令信号Ｘ３を出力するトルク制御回路９４ｂとからなる。
【００４０】
本実施の形態によれば、トルク制限回路９４は出力タービン４５の回転数Ｎ３に基づいて、その出力タービン４５の出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置４０によるガスタービン本体４３の制御によって、出力タービン４５および被駆動装置である排水ポンプ４２および減速機５６に過大なトルクが作用することを防ぎ、出力タービン４５、排水ポンプ４２および減速機５６を保護することができる。しかも前記トルク制限回路９４は、出力タービン４５の回転数Ｎ３に基づいて、出力タービン４５の出力トルクを制限するので、排水ポンプ４２および減速機５６からの負荷を検出するための特別の検出器が不要である。また出力タービン４５、排水ポンプ４２および減速機５６側の設計および製作において、耐軸トルク性が緩和されるため、出力タービン４５の出力軸５５に接続される入力軸の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、排水ポンプ４２および減速機５６の生産性を向上することができる。
【００４１】
このようにして本実施の形態によれば、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができる。
【００４２】
なお、ガスタービンの出力はガスタービンが使用されるところの大気温度、大気圧力によって大きな影響を受けるため、その特性を演算するときには基準状態に変換した修正値をしようとすることが一般的である。したがって、上記ガスタービン制御装置４０においても、回転数、出力などガスタービンの状態に関する値は大気温度、大気圧力にて修正して、基準状態に換算すれば、大気温度、大気圧力の影響を受けない制御装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、トルク制限手段は出力タービンの回転数に、その出力タービンの出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置によるガスタービン本体の制御によって、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更せずに、被駆動装置に過大なトルクが作用しないようにして、被駆動装置を保護することができる。しかも前記トルク制限手段は、出力タービンの回転数に基づいて、出力タービンの出力トルクを制限するので、被駆動装置からの負荷を検出するための特別の検出器が不要である。また被駆動装置側の設計および製作において、耐軸トルク性が緩和されるため、出力タービンの出力軸に接続される入力軸の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、生産性を向上することができる。
【００４４】
また、前記トルク制限手段によって、出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルクリミット設定値を超えない燃料流量が得られるように燃料流量調整弁を制御するので、被駆動装置に対して過大なトルクを作用させずに、必要とされる回転数およびトルクを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のガスタービン制御装置４０を備えるガスタービン設備４１の概略的構成を示す系統図である。
【図２】出力タービン４５の出力を一定に保った場合の出力タービン回転数とその出力トルクとの関係を示すグラフである。
【図３】ガスタービン制御装置４０の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】トルク制限回路９４の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】出力タービン回転数と低圧圧縮機回転数制限値との関係を示すグラフである。
【図６】典型的な従来の技術のガスタービン制御装置２５を備えるガスタービン発電設備１の概略的構成を示す系統図である。
【図７】ガスタービン発電設備１に備えられるガスタービン制御装置２５の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４０ ガスタービン制御装置
４１ ガスタービン設備
４２ 排水ポンプ
４３ ガスタービン本体
４４ ガスジェネレータ
４５ 出力タービン
４６ 燃焼器
４７ 低圧圧縮機
４８ 高圧圧縮機
４９ 高圧タービン
５０ 低圧タービン
５１ 低圧軸
５２ 高圧軸
５５ 出力軸
５６ 減速機
６９ 出力タービン回転数検出手段
７０ 低圧圧縮機回転数検出手段
７２ 高圧圧縮機回転数検出手段
７３ 出力タービン入口ガス温度検出手段
８１ 出力タービン回転数制御回路
８２ 出力制限回路
８３ 起動燃料制御回路
８６ 低圧圧縮機最大回転数制限回路
８７ 高圧圧縮機最大回転数制限回路
８８ 出力タービン入口ガス温度制限回路
９４ トルク制限回路
９６ 最小値選択回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水ポンプなどの被駆動装置に直結したガスタービン設備において、過大なトルクが被駆動装置に作用しないようにガスタービン出力を制御することができるガスタービン設備の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガスタービンの制御は、通常回転数制御、温度制御または負荷制御を行い、保護機能として加減速制限、最大負荷制限、圧縮機タービン出口ガス温度制限などの各種の機能が装備されている。さらに、発電機駆動用のガスタービンにおいては、発電機側で異常を検出した場合、発電機自体の保護機能によって遮断器を解列させ、発電機と出力タービンは機械的に直結しているものの発電機自体を負荷から切り離し、発電機に駆動トルクが作用しない状態にして、発電機およびガスタービン本体の損傷を防止することが可能である。ところが排水ポンプなど機械設備を直接駆動するガスタービン設備においては、負荷側の状態が急変して負荷トルクが急増した場合、その被駆動装置に接続されるガスタービン本体が発生する動力を低減させる以外に、被駆動装置ならびにガスタービン本体を保護する手段がない。このような負荷の急変に対処できるようにするため、従来の排水ポンプでは、出力タービンで排水ポンプを直接駆動するのではなく、出力タービンで発電機を駆動し、その発電機で発生する電力によって駆動される電動機を設置し、その電動機で排水ポンプを駆動するということが行われていたが、これでは設備費用が過大になるという問題があった。
【０００３】
図６は、典型的な従来の技術のガスタービン制御装置２５を備えるガスタービン発電設備１の概略的構成を示す系統図であり、この従来の技術は、特開平２−３０８９２８号公報に開示されている。このガスタービン発電設備１は、圧縮機２、圧縮機タービン３および燃焼器４を有し、圧縮機２は圧縮機タービン軸６によって圧縮機タービン３に同軸に連結されて、ガスジェネレータ５を構成する。圧縮機２によって圧縮された空気は、燃焼器４において、流量調整弁８を経て供給される燃料と混合して燃焼され、その燃焼ガスは、前記圧縮機タービン３へ供給され、この圧縮機タービン３の出力によって前記圧縮機２が駆動される。
【０００４】
前記ガスジェネレータ５からの燃焼ガスは、可変静翼９を介して出力タービン１０に供給される。出力タービン１０は、出力軸１１を有し、この出力軸１１の回転は、減速機１２によって減速された後、負荷である発電機１３に入力されて、発電機１３を駆動する。可変静翼９は、翼駆動手段１４によって駆動されて翼角を変化させ、前記出力タービン１０の出力が制御される。出力タービン１０から排出される燃焼ガスは、熱交換器１５によって前記圧縮機２から燃焼器４へ供給される空気と熱交換して熱回収された後、排気される。
【０００５】
このようなガスタービン発電設備１には、発電機１３の負荷を検出する負荷検出器１６、圧縮機タービン軸６の回転数を検出する回転数検出器１７、出力軸１１の回転数を検出する回転数検出器１８、圧縮機２の入口温度を検出する入口温度検出器１９、および圧縮機タービン３の入口温度を検出する入口温度検出器２０が設けられる。
【０００６】
図７は、ガスタービン発電設備１に備えられるガスタービン制御装置２５の構成を示すブロック図である。このガスタービン制御装置２５は、目標回転数設定手段２６、燃料流量制御手段２７、フィードフォワード量設定手段２８、可変静翼制御手段２９、負荷判定手段３０、回転数判定手段３１、および回転数上昇程度制限手段３２を有する。
【０００７】
前記目標回転数設定手段２６は、負荷検出器１６、入口温度検出器１９、および入口圧力検出器２３からの各検出値に基づいて、目標とする圧縮機タービン軸６の目標回転数を設定して出力する。前記燃料流量制御手段２７は、回転数検出器１７によって検出された圧縮機タービン軸６の回転数検出値が目標回転数となるように前記流量調整弁８を制御して、各回転数の偏差に応じて燃料の流量を調整する。前記フィードフォワード量設定手段２８は、負荷検出器１６、入口温度検出器１９、入口圧力検出器２３および圧縮機タービン軸６の回転数検出器１７からの各検出値に基づいて、可変静翼９の角度のフィードフォワード量を設定して出力する。前記可変静翼制御手段２９は、回転数検出器１８によって検出された出力軸１１の回転数検出値が予め定める目標回転数となるように、各回転数の偏差および前記フィードフォワード量に基づいて前記翼駆動手段１４を制御する。
【０００８】
さらに前記負荷判定手段３０は、負荷検出器１６によって検出された発電機１３の負荷検出値に基づいて、所定値以上の負荷投入があったか否かを判定する。前記回転数判定手段３１は、負荷判定手段３０による判定結果が所定値以上であると判定したとき、出力軸１１の回転数検出器１８の回転数検出値に基づいて、予め定める回転数の範囲まで回復したかどうかを判定する。前記回転数上昇程度制限手段３２は、前記回転数判定手段３１によって前記予め定める回転数の範囲内に回復しないと判定されたとき、圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を制限する。
【０００９】
このような従来のガスタービン発電設備１の構成によって、負荷投入直後における圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を低めに抑制して、負荷投入に対するフィードフォワード制御による出力軸１１の回転数の急激な上昇を防止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、負荷判定手段３０は発電機１３の負荷検出値に基づいて、所定値以上の負荷投入があったか否かを判定し、回転数判定手段３１は負荷判定手段３０による判定結果が所定値以上であると判定したとき、出力軸１１の回転数検出器１８の回転数検出値に基づいて、予め定める回転数の範囲まで回復したかどうかを判定し、さらに回転数上昇程度制限手段３２は、前記回転数判定手段３１によって前記予め定める回転数の範囲内に回復しないと判定されたとき、圧縮機タービン軸６の回転数の上昇程度を制限している。
【００１１】
この従来の技術のように被駆動装置が発電機の場合、被駆動装置側で異常を検出すれば、発電機の遮断器を開く処置によって異常状態から回避することが可能であるが、この出力タービンによって発電機を駆動する場合には排水ポンプなどの被駆動機器を駆動するための電動機が別途必要となり全体の設備費用が過大となる。これに対し出力タービンと被駆動機器を直結し、出力タービンで直接被駆動機器を駆動すると、被駆動装置側の状態の変化によって負荷トルクが急激に増加して過トルクになったとき、被駆動装置側でその異常を回避することができない。
【００１２】
一般に、出力タービンを有するガスタービン本体の場合、出力タービンの動力はほぼ燃料流量に応じて変化するため、負荷トルクの増加によって出力タービンの回転数が減少すると、出力タービンの回転数にほぼ反比例して出力トルクが増加し、出力タービンの回転数が大幅に低下した場合には設計の基礎となる定格回転数における出力トルクの数倍の出力トルクを発生する。このため、負荷トルクが増加するのに応じて出力タービンの回転数が減少し、その結果出力トルクが急増するため、出力タービンから被駆動装置への伝達トルクが増加することになり、出力タービン、出力タービンと被駆動装置をつなぐ駆動軸、被駆動装置の強度的な許容限度を超えてしまう恐れがある。
【００１３】
したがって、出力タービンの回転数が低下して出力トルクが増加した場合にでも破損することのない設備とするためには、通常設計の基礎に使う定格回転数における出力トルクの数倍のトルクに耐えるだけの強度余裕を出力タービン、駆動軸、被駆動装置のすべてに持たせなければならないという問題が生じる。
【００１４】
またこの従来の技術では、出力タービンの回転数に応じてガスタービンの出力を制御することができないため、前記ポンプに異物などが噛み込んで出力タービンに対する負荷トルクが急激に増加しても、出力タービンの回転数は減少するものの、出力タービン、駆動軸およびポンプには過大なトルクが作用し、その結果、出力タービン、駆動軸およびポンプを破損するおそれがあるという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができるようにしたガスタービン設備の制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、圧縮機によって圧縮された空気と、燃料流量調整弁を介して導かれる燃料とを、燃焼器に供給して燃焼させ、この燃焼器からの燃焼ガスを、前記圧縮機に同軸に連結される圧縮機タービンに供給して圧縮機を駆動するガスジェネレータと、このガスジェネレータから出力されるガスのエネルギによって被駆動装置を駆動する出力タービンとから成るガスタービン本体を備え、出力タービンが被駆動装置を駆動する動力に応じて前記燃料流量調整弁開度を調整して燃焼器に供給する燃料流量を制御するガスタービン設備の制御装置において、
出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルクリミット設定値相当の燃料流量を求め、前記燃料流量調整弁によって燃焼器へ供給される燃料流量を前記トルクリミット設定値相当の燃料流量以下にして、前記出力タービンの出力を制限し、出力タービンから被駆動装置に入力されるトルクを、前記トルクリミット設定値以下に制限するトルク制限手段を含むことを特徴とするガスタービン設備の制御装置である。
【００１７】
本発明に従えば、トルク制限手段は出力タービンの回転数、すなわち回転速度に応じたトルクリミット設定値相当の燃料流量に燃焼器への燃料を制限して、その出力タービンの出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置によるガスタービン本体の制御によって、出力タービン、駆動軸および被駆動装置に過大なトルクが作用しないようにして、出力タービン、駆動軸および被駆動装置を保護することができる。しかも前記トルク制限手段は、出力タービンの回転数に応じたトルクリミット設定値相当の燃料流量に燃焼器への燃料を制限して、出力タービンの出力トルクを制限するので、被駆動装置からの負荷トルクに依存しないため、特別に負荷検出器を設ける必要がない。また出力タービン、駆動軸および被駆動装置の設計および製作において、通常の設計の基礎となる定格以上の過大なトルクが作用することを考慮する必要がないため、出力タービン、駆動軸および被駆動装置の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、生産性が向上される。
さらに前記トルク制限手段によって、出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルク制限値を超えないようにして燃料流量調整弁を制御するので、負荷トルクが増加したときにも出力タービン、駆動軸および被駆動装置に対して過大なトルクを作用させずに、かつ負荷トルクが所定の値に復帰した後は必要とされる回転数を確保することができる。
【００１８】
このようにして、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のガスタービン制御装置４０を備えるガスタービン設備４１の概略的構成を示す系統図である。本実施の形態のガスタービン設備４１は、負荷である排水ポンプ４２と、この排水ポンプ４２および減速機５６を駆動するガスタービン本体４３とから成る。ガスタービン本体４３は、ガスジェネレータ４４と出力タービン４５とを有する多軸ガスタービンであって、ガスタービン制御装置４０は、出力タービン４５の出力トルクを演算し、出力タービン４５の回転数（すなわち回転速度）が低下したときに、その出力トルクがトルクリミット設定値を超えないように、燃焼器４６への燃料の投入量を調整する燃料流量調整弁Ｖ１を制御して、ガスジェネレータ４４の出力を調整し、出力タービン４５の出力を低減することができるように構成される。前記燃料流量調整弁Ｖ１は、たとえばスロットル弁によって実現される。
【００２２】
図２は、出力タービン４５の出力を一定に保った場合の出力タービン回転数とその出力トルクとの関係を示すグラフである。同図から明らかなように、トルクリミット制御しない場合には、ラインＬ１で示されるように、回転数が低下するほど出力トルクが増大する特性となる。
【００２３】
すなわち、ガスタービン本体の特性によって、出力タービンの出力Ｑは、燃料流量Ｆをパラメータとして与えられるため、出力トルクＴｒは出力Ｑと出力タービン回転数Ｎ３の比
Ｔｒ ＝ Ｋ・（Ｑ（Ｆ）／Ｎ３） …（１）
で与えられる。ここでＱ（Ｆ）はガスタービンの特性によって与えられる関係式であり、Ｋは単位換算のための定数である。したがって、出力トルクＴｒがトルクリミット設定値Ｔｒmaxとなるような燃料流量Ｆmaxは上記（１）式においてＴｒ＝Ｔｒmaxのときの値となる。具体的には、任意の出力タービンの回転数Ｎ３に対して
Ｔｒmax ＝ Ｋ・（Ｑ（Ｆmax）／Ｎ３） …（２）
を解くことによって、出力タービン回転数がＮ３のときのトルクリミット設定値相当の出力トルクに応じた燃料流量Ｆmaxの値を求めることができる。
【００２４】
出力タービンの回転数に応じて、順次このようなトルクリミット設定値相当の燃料流量を求め、燃料流量調整弁Ｖ１を通じて燃焼器へ供給される燃料流量をこのトルクリミット設定値相当の燃料流量以下に制限することによって、出力タービン４５の出力を制限し、これによって排水ポンプ４２に入力されるトルクを制限することが可能となる。
【００２５】
図１の実施形態では、前記ガスジェネレータ４４は、低圧圧縮機４７、高圧圧縮機４８、高圧タービン４９、低圧タービン５０、前記燃焼器４６、および低圧軸５１、高圧軸５２を含む。低圧圧縮機４７は、低圧軸５１によって低圧タービン５０に同軸に連結され、高圧圧縮機４８は高圧軸５２によって高圧タービン４９に同軸に連結される。低圧軸５１は高圧軸５２に同軸に挿通され、相互に個別に回転することができる。また前記出力タービン４５は、出力軸５５を有し、この出力軸５５は、減速機５６の入力軸（図示せず）に連結され、減速機５６の出力軸（図示せず）は、前記排水ポンプ４２に連結され、このポンプ４２に前記出力軸５５の回転が減速して入力される。
【００２６】
ガスタービン本体へ供給する燃料は、前記ガスタービン制御装置４０によって制御される燃料流量制御弁Ｖ１を経由して燃焼器４６へと導かれる。
【００２７】
低圧圧縮機４７によって圧縮された空気は高圧圧縮機４８に供給されて、さらに圧縮された後、その高圧の空気は、燃焼器４６に供給される。この燃焼器４６には、前記流量調整弁Ｖ１を経て流量調整された燃料が供給され、この燃料と前記高圧の圧縮空気とが混合して燃焼され、その燃焼ガスは高圧タービン４９へ供給され、高圧タービン４９を駆動する。
【００２８】
高圧タービン４９を駆動した燃焼ガスは低圧タービン５０に導かれて低圧タービン５０を駆動した後、出力タービン４５に供給され、この出力タービン４５を駆動する。前記出力タービン４５の出力軸５５の回転は、減速機５６によって減速された後、前記排水ポンプ４２に入力され、この排水ポンプ４２を駆動する。
【００２９】
図３は、ガスタービン制御装置４０の具体的構成を示すブロック図である。前記ガスタービン制御装置４０は、出力タービン回転数制御回路８１、出力制限回路８２、起動燃料制御回路８３、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７、出力タービン入口ガス温度制限回路８８、トルク制限回路９４、最小値選択回路９６を含む。
【００３０】
前記出力タービン回転数制御回路８１は、外部に設置する回転数設定器（図示せず）から与えられた出力タービン回転数設定値と出力タービン回転数検出手段６９から出力される出力タービン回転数信号とを入力し、出力タービン４５の回転数が出力タービン回転数設定値指令と一致するように、燃料流量制御弁へ指令信号Ｘ１を出力する。燃料制御の基本制御グループとして通常の運転状態では、この機能が選択される。
【００３１】
前記出力制限回路８２は、いかなる条件下においても低圧圧縮機４７の回転数が最大出力設定値に対応する制限値を超えないように、燃料流量を調整するための燃料流量調整弁Ｖ１への指令信号Ｘ２を出力する。この出力制限機能は、低圧圧縮機４７の回転数がガスジェネレータ４４の出力と一定の関係があることを利用したものであり、低圧圧縮機４７の回転数が出力設定値に対応する値と一致するように燃料流量を調節する指令を出力する。前記出力設定値は、ガスタービン起動時にアイドリングから最大出力まで上昇し、ガスジェネレータ４４の出力を増加させる。この制御の途中で前記出力タービン回転数制御回路８１による制御に切換わり、通常の運転状態では最大制限を行うための機能として、待機しており、またガスタービン停止時には、最大出力からアイドリングまで設定値を減少させる。
【００３２】
前記起動燃料制御８３は、ガスタービンの起動からアイドリング到達までの間にわたる制御を行うものであり、燃料流量調整弁Ｖ１への指令信号Ｘ４を出力する。この指令信号Ｘ４はガスタービンの起動からアイドリング到達までの間ガスタービンを制御する信号であり、アイドリング到達以降は選択されないように構成されている。
【００３３】
前記低圧圧縮機最大回転数制限回路８６は、いかなる条件下においても低圧圧縮機４７の回転数が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。この制限は、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６に予め設定された所定の低圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ１maxと、低圧圧縮機回転数検出手段７０から出力される低圧圧縮機回転数信号Ｎ１とを比較し、低圧圧縮機回転数Ｎ１が低圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ１maxを超えない（Ｎ１max＞Ｎ１）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ５を出力する。
【００３４】
前記高圧圧縮機最大回転数制限回路８７は、いかなる条件下においても高圧圧縮機４８の回転数が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。この制限は、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７に予め設定された所定の高圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ２maxと、高圧圧縮機回転数検出手段７２から出力される高圧圧縮機回転数検出信号Ｎ２とを比較し、高圧圧縮機回転数Ｎ２が高圧圧縮機回転数制限設定値Ｎ２maxを超えない（Ｎ２max＞Ｎ２）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ６を出力する。
【００３５】
前記出力タービン入口ガス温度制限回路８８は、いかなる条件下においても出力タービン４５の入口ガス温度が所定の制限値を超えないように、燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令を調整する。この制限は、出力タービン入口ガス温度制限回路８８に予め設定された所定の出力タービン入口温度制限設定値Т６maxと、出力ガスタービン入口ガス温度検出手段７３から出力される出力タービン入口ガス温度検出信号Ｔ６とを比較し、出力タービン入口ガス温度Ｔ６が出力タービン入口ガス温度制限設定値Ｔ６maxを超えない（Т６max＞Т６）ような燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令Ｘ７を出力する。
【００３６】
前記最小値選択回路９６は、上記の出力制限回路８２、トルク制限回路９４、始動燃料制御回路８３、低圧圧縮機最大回転数制限回路８６、高圧圧縮機最大回転数制限回路８７および出力タービン入口ガス温度制限回路８８の各々から出力され燃料流量調整弁Ｖ１の開度指令信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７のうちで最も小さい弁開度すなわち最小の燃料流量に相当する信号を選択し、ガスタービン制御装置４０の出力信号Ｘとして燃料流量調整弁Ｖ１に出力する。
【００３７】
燃料流量調整弁Ｖ１は、ガスタービン制御装置４０から出力される弁開度指令信号Ｘを受け、燃料流量制御弁の開度をその信号に相当する値に制御することによって、その開度に応じた燃料流量を燃焼器４６に供給する。
【００３８】
次に、前記トルク制限回路９４について説明する。
出力タービンの出力トルクは出力タービン出力Ｑと出力タービン回転数Ｎ３の比Ｑ／Ｎ３で求めることができる。ここで、出力タービン回転数Ｎ３は出力タービン回転数検出手段６９から出力される。出力タービン出力は低圧圧縮機回転数Ｎ１と一意的な関係があることから、低圧圧縮機回転数Ｎ１から求めることができる。したがって、出力タービンの出力トルクは低圧圧縮機回転数Ｎ１と出力タービン回転数Ｎ３から求めることができる。これによって、出力タービンの出力トルクがトルクリミット設定値に相当する値となるときの出力タービン回転数Ｎ３と低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌの関係を求めることができる。すなわち、この関係によって求まる出力タービン回転数に対応した低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌによって実際の低圧圧縮機回転数Ｎ１が小さいときには、出力タービンの出力トルクはトルクリミット設定値より小さい状態にあり、逆に低圧圧縮機回転数Ｎ１がそのときの出力タービン回転数Ｎ３によって求まる低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌより大きいときには出力タービンの出力トルクはトルクリミット設定値を超えていることになる。このような出力タービン回転数と低圧圧縮機回転数制限値との関係は、たとえば出力タービンの出力トルクを一定値Ｔｒmaxとすると、図５のような直線となる。
【００３９】
図４はトルク制限回路９４の構成を示すものであり、出力タービン回転数Ｎ３から上記の方法によって、トルクリミット設定値に相当する低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌを演算する低圧圧縮機回転数制限値演算回路９４ａと、この低圧圧縮機回転数制限値演算回路から出力される低圧圧縮機回転数制限値Ｎ１Ｌと実際の低圧圧縮機回転数Ｎ１を入力して制御演算を行い、低圧圧縮機回転数Ｎ１が低圧圧縮機回転数制限値を越えないような燃料流量調整弁への指令信号Ｘ３を出力するトルク制御回路９４ｂとからなる。
【００４０】
本実施の形態によれば、トルク制限回路９４は出力タービン４５の回転数Ｎ３に基づいて、その出力タービン４５の出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置４０によるガスタービン本体４３の制御によって、出力タービン４５および被駆動装置である排水ポンプ４２および減速機５６に過大なトルクが作用することを防ぎ、出力タービン４５、排水ポンプ４２および減速機５６を保護することができる。しかも前記トルク制限回路９４は、出力タービン４５の回転数Ｎ３に基づいて、出力タービン４５の出力トルクを制限するので、排水ポンプ４２および減速機５６からの負荷を検出するための特別の検出器が不要である。また出力タービン４５、排水ポンプ４２および減速機５６側の設計および製作において、耐軸トルク性が緩和されるため、出力タービン４５の出力軸５５に接続される入力軸の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、排水ポンプ４２および減速機５６の生産性を向上することができる。
【００４１】
このようにして本実施の形態によれば、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更することなしに、被駆動装置に過大なトルクが作用することを防止することができる。
【００４２】
なお、ガスタービンの出力はガスタービンが使用されるところの大気温度、大気圧力によって大きな影響を受けるため、その特性を演算するときには基準状態に変換した修正値をしようとすることが一般的である。したがって、上記ガスタービン制御装置４０においても、回転数、出力などガスタービンの状態に関する値は大気温度、大気圧力にて修正して、基準状態に換算すれば、大気温度、大気圧力の影響を受けない制御装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、トルク制限手段は出力タービンの回転数に、その出力タービンの出力トルクを制限するので、ガスタービン制御装置によるガスタービン本体の制御によって、ガスタービン本体および被駆動装置を構造的に変更せずに、被駆動装置に過大なトルクが作用しないようにして、被駆動装置を保護することができる。しかも前記トルク制限手段は、出力タービンの回転数に基づいて、出力タービンの出力トルクを制限するので、被駆動装置からの負荷を検出するための特別の検出器が不要である。また被駆動装置側の設計および製作において、耐軸トルク性が緩和されるため、出力タービンの出力軸に接続される入力軸の設計および製作に、前記従来技術のように制限を受けず、生産性を向上することができる。
【００４４】
また、前記トルク制限手段によって、出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルクリミット設定値を超えない燃料流量が得られるように燃料流量調整弁を制御するので、被駆動装置に対して過大なトルクを作用させずに、必要とされる回転数およびトルクを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のガスタービン制御装置４０を備えるガスタービン設備４１の概略的構成を示す系統図である。
【図２】出力タービン４５の出力を一定に保った場合の出力タービン回転数とその出力トルクとの関係を示すグラフである。
【図３】ガスタービン制御装置４０の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】トルク制限回路９４の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】出力タービン回転数と低圧圧縮機回転数制限値との関係を示すグラフである。
【図６】典型的な従来の技術のガスタービン制御装置２５を備えるガスタービン発電設備１の概略的構成を示す系統図である。
【図７】ガスタービン発電設備１に備えられるガスタービン制御装置２５の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
４０ ガスタービン制御装置
４１ ガスタービン設備
４２ 排水ポンプ
４３ ガスタービン本体
４４ ガスジェネレータ
４５ 出力タービン
４６ 燃焼器
４７ 低圧圧縮機
４８ 高圧圧縮機
４９ 高圧タービン
５０ 低圧タービン
５１ 低圧軸
５２ 高圧軸
５５ 出力軸
５６ 減速機
６９ 出力タービン回転数検出手段
７０ 低圧圧縮機回転数検出手段
７２ 高圧圧縮機回転数検出手段
７３ 出力タービン入口ガス温度検出手段
８１ 出力タービン回転数制御回路
８２ 出力制限回路
８３ 起動燃料制御回路
８６ 低圧圧縮機最大回転数制限回路
８７ 高圧圧縮機最大回転数制限回路
８８ 出力タービン入口ガス温度制限回路
９４ トルク制限回路
９６ 最小値選択回路
Claims (1)
- 圧縮機によって圧縮された空気と、燃料流量調整弁を介して導かれる燃料とを、燃焼器に供給して燃焼させ、この燃焼器からの燃焼ガスを、前記圧縮機に同軸に連結される圧縮機タービンに供給して圧縮機を駆動するガスジェネレータと、このガスジェネレータから出力されるガスのエネルギによって被駆動装置を駆動する出力タービンとから成るガスタービン本体を備え、出力タービンが被駆動装置を駆動する動力に応じて前記燃料流量調整弁開度を調整して燃焼器に供給する燃料流量を制御するガスタービン設備の制御装置において、
出力タービンの回転数に応じた予め定めるトルクリミット設定値相当の燃料流量を求め、前記燃料流量調整弁によって燃焼器へ供給される燃料流量を前記トルクリミット設定値相当の燃料流量以下にして、前記出力タービンの出力を制限し、出力タービンから被駆動装置に入力されるトルクを、前記トルクリミット設定値以下に制限するトルク制限手段を含むことを特徴とするガスタービン設備の制御装置。
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