JP3744705B2 - Gas turbine power generation equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源系統の瞬時電圧低下又は停電等により発電機に過大トルクが発生した際に、発電設備の運転を維持し、重要負荷の電源を確保するためのガスタービン発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
雷などにより商用電源系統に事故が発生した場合、送電線の電圧が瞬間的に大幅に低下する現象がある。かかる電圧低下を「瞬時電圧低下」と呼ぶ。発電設備の損傷を最小限にとどめて工場の重要負荷の電源を確保するため、高速度で事故を検出し商用電源系統を切り離す装置を設置する場合がある。しかし、このような装置を設置した場合でも、解列の速度が十分に速くない場合は、瞬間的に受電端の電圧が大幅に低下する。
瞬時電圧低下の継続時間は通常1秒程度以下、頻度は地区により大きく異なる。瞬時電圧低下が瞬時的かつ低頻度であっても、高圧受電の需要家で電圧変化が許容されない工場を有する産業(例えば、半導体産業)では、深刻な影響を受けることがある。そのため、かかる産業では、商用電源の他に、発電設備を備え、瞬時電圧低下の際にも、工場の重要負荷の電源を安定的に確保することが強く望まれている。
【0003】
図7は、かかる電源設備として従来から用いられているガスタービン発電設備の模式図である。この図において、1はガスタービン等の原動機、2はピニオン歯車、3はホイール歯車、4は軸継手、5は発電機であり、原動機1でピニオン歯車2を回転駆動し、ホイール歯車3との歯合により減速し、軸継手4を介して発電機5を回転駆動して発電するようになっている。
【0004】
図8は、図7のA部の拡大図である。この図に示すように、従来のホイール歯車3は、その中心軸3aを両端部の軸受3bで支持する構成であり、軸継手4は、中間部材6a,6b、これを連結するシャーピン7、及び撓みエレメント8、等からなり、撓みエレメント8を介してホイール歯車3の中心軸3a及び発電機5の駆動軸5aと連結して軸心のわずかなズレを許容し、かつ許容トルク以上のトルクが作用した場合には、シャーピン7を切断して原動機1に過大なトルクが作用しないように構成されている。更に、この例では、中間部材6a,6bの間を軸受9で支持し、シャーピン7の切断後の中心軸3a及び駆動軸5aの回転を支持し、各軸が損傷を受けないようになっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したガスタービン発電設備において、発電設備が系統と並列運転し、系統に瞬時電圧低下が発生した場合に、発電機に過大な電気トルクが発生する。そのため原動機を保護するために設けられたシャーピンが破損する問題点があった。すなわち、原動機はその最大出力を伝達するのに必要な車軸のねじり強度を有し、瞬時的には定格トルクの数倍のトルクを伝達することを許容しているが、発電機の短絡事故、系統側の瞬時電圧低下や停電等により発電機に過大な電気トルクが発生し、その過渡応答トルクが原動機の許容トルクを超えると、原動機軸と発電機軸の間のシャーピンが破断し、その復旧に時間がかかる問題点があった。また、比較的小さい瞬時電圧低下(10〜30%)でも、シャーピンが金属疲労の蓄積で切断に至る不具合も発生することがある問題点があった。
【0006】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、瞬時電圧低下や、停電等により発電機に短時間の過大トルクが発生した際に、発電設備の運転を維持し、重要負荷の電源を確保することができるガスタービン発電設備を提供することにある。また、本発明の別の目的は、設置長さを拡張する必要のないガスタービン発電設備を提供することにある。更に別の目的は伝達軸の許容トルクを超えた場合でも各軸が損傷を受けず短時間で復帰できるガスタービン発電設備を提供することにある。更に別の目的は比較的小さい瞬時電圧低下が繰り返し発生しても、運転停止に至ることのないガスタービン発電設備を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
系統に瞬時電圧低下が発生した際の電気トルクの変動については、瞬時最大発生トルクが、通常の約6倍程度に達する場合があり、その継続時間は極めて短く、16〜20msecの周期で平均トルクを中心に上下に変動し、1秒以下で、通常のトルクに戻ることがある。従って、この瞬時最大発生トルクにより、ガスタービン等の原動機の損傷を防ぎ、かつ発電設備の運転を維持するためには、発電機の過大な電気トルクを原動機に伝達する前に減衰させる必要がある。すなわち、この短時間の変動トルクエネルギーをなんらかの機構により吸収できればよい。本発明はかかる新規の知見と発想に基づくものである。
【0008】
すなわち、本発明によれば、ガスタービン(1)で発電機(5)を回転駆動するガスタービン発電設備であって、ガスタービンと発電機の間に動力伝達手段(10)を備え、該動力伝達手段は、その弾性限度内の歪エネルギーが瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きく設定されており、前記動力伝達手段(10)は、ガスタービンで回転駆動する中間歯車(12)と、該中間歯車と同軸に配置され中間歯車と発電機を連結する軸継手(14)とを備え、前記中間歯車の出力軸は、中心に位置するロングシャフト(13a)とこれを囲む中空軸(12a)とからなり、ロングシャフトの一端が中空軸に連結され他端が軸継手に連結され、ロングシャフトと軸継手の合成ねじり剛性GIpが十分小さく、これにより、ロングシャフトと軸継手の弾性限度内の歪エネルギーの和が瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きく設定されている、ことを特徴とするガスタービン発電設備が提供される。
【0009】
上記本発明の構成によれば、動力伝達手段(10)の弾性限度内の歪エネルギーが、瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きく設定されているので、短時間の瞬時最大発生トルクは、歪エネルギーとしてその内部に弾性的に保有し、16〜20msecの周期の逆方向のトルク発生時にそのエネルギーを放出する。従って、過大なトルクをガスタービンに伝達することなく、発電設備の運転を維持することができる。
また、ロングシャフトと軸継手のねじりバネ定数を適切な値に設定し、合成ねじり剛性GIpが十分小さく、ロングシャフトと軸継手の弾性限度内の歪エネルギーの和が瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きくすることにより、瞬時電圧低下が発生したときの過大な伝達トルクを大幅に低減できる。
【0012】
更に、前記軸継手(14)と発電機(5)との間に、油圧式トルクリミッター(16)を備えることが好ましい。この油圧式トルクリミッターは、内輪と外輪の間に圧油を保持し、設定トルク以上の過渡応答トルクが作用した際に圧油が抜けて内輪と外輪が相互に自由回転する形式のものがよく、これにより金属疲労の蓄積によるシャーピンの切断とそれに伴う発電設備の停止を防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を使用する。
図1は、本発明によるガスタービン発電設備の部分構成図である。この図において、12は、図7のガスタービン1で回転駆動する中間歯車であり、5aは図7の発電機5の入力軸である。すなわち図1は、図7のA部に対応する部分を示しており、本発明のガスタービン発電設備は、ガスタービン1で発電機5を回転駆動する発電設備である。
【0014】
図1に示すように、本発明のガスタービン発電設備は、ガスタービンと発電機の間に動力伝達手段10を備えている。この動力伝達手段10は、中間歯車12の出力軸としてその中心に位置するいわゆるクイル軸13と軸継手14とからなる。このクイル軸13は、ロングシャフト13aとこれを囲む中空軸12aとからなる。中空軸12aは、その両端を軸受12bで回転支持されている。また、ロングシャフト13aの一端(図で左端)は中空軸12aの左端部に例えばスプライン等で連結,保持され、他端(図で右端)は軸受12cで回転支持され、軸継手14に撓みエレメント等を介してに連結されている。
【0015】
軸継手14は、この図に示すように中間歯車12と同軸に配置され、一端がロングシャフト13aに他端が発電機5に連結され、中間歯車と発電機を連結して回転トルクを伝達するようになっている。
【0016】
更に、軸継手14と発電機5との間、この例では、発電機5の入力軸5aとその継手部材5bとの間に、油圧式トルクリミッター16が設けられている。この油圧式トルクリミッターは、金属疲労の蓄積による影響がないように、好ましくは、内輪と外輪の間に圧油を保持し、設定トルク以上の過渡応答トルクが作用した際に圧油が抜けて内輪と外輪が相互に自由回転する形式のものであるのがよい。
【0017】
上述した構成の動力伝達手段10は、その弾性限度内の歪エネルギーが瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きく設定されている。すなわち、この例では、ロングシャフト13aと軸継手14の合成ねじり剛性GIpが十分小さく、これにより、ロングシャフト13aと軸継手14の合成バネ定数を下げて、ロングシャフト13aと軸継手14の弾性限度内の歪エネルギーの和が瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きくなるように設定されている。すなわち、ロングシャフト13aを細くかつ長く構成することにより、合成バネ定数を下げ、ねじり変形時に内部に保有される歪エネルギーを大きくすることができる。
また、図1の軸継手14は、両端部にダイヤフラム部を有し、軸心のズレを許容するようになっている。また、中間部に従来のようにシャーピンを設けず、一体の中空軸となっている。この軸継手もロングシャフト13aと同様に、細くかつ長く構成することにより、ねじり変形時に内部に保有される歪エネルギーを大きくすることができる。なお、図中のL1とL2は、従来例と同様に設定した場合を示している。更に、軸継手の中間部の軸は、中空軸の替わりに細い中実の軸であってもよい。
【0018】
上述した構成により、瞬時電圧低下等により発電機に短時間の過大トルクが発生した際に、ロングシャフト13aと軸継手14のねじり変形により、短時間の瞬時最大発生トルクによる変動トルクエネルギを、歪エネルギーとしてその内部に弾性的に保有し、発電設備の運転を維持し、重要負荷の電源を確保することができる。
また、ロングシャフト13aと中空軸12aが二重構成になっているので、ロングシャフト13aの採用による設置長さ(例えは図中のL1,L2)の拡張を回避することができる。更に、図1の油圧式トルクリミッター16は、発電機5の入力軸5aとその継手部材5bとの間に設けることができるので、設置長さをその分短縮することができる。なお、中空軸12aはホイール歯車と一体構造であってもよい。更に、ねじりの固有振動数を発電機回転数との共振を避けるために、ホイール歯車、又は、発電機に極慣性モーメントを調整するための付加質量を付着する場合がある。
【0019】
また、歪エネルギーで十分に吸収できない過大トルクが作用し、伝達軸の許容トルクを超えた場合でも、金属疲労の影響がない油圧式トルクリミッターを用いることにより、各軸の損傷を防ぎ、かつ短時間で復帰することができ、かつ比較的小さい瞬時電圧低下が繰り返し発生しても、運転停止に至ることを防止することができる。更に、この油圧式トルクリミッターが作動しても、内輪と外輪が同心に維持されるので、各軸の損傷を本質的に防止することができる。なお、油圧式トルクリミッターの替わりに他の方式(例えば電磁クラック等)のトルクリミッターを用いてもよい。
【0020】
【実施例】
以下、上述した本発明の実施例をシミュレーション結果に基づき説明する。
図2は、本発明の動力伝達手段の特性図である。この図は、瞬時電圧低下により電圧が100%低下した場合を示している。なおこの図において、横軸は、動力伝達手段10のバネ定数であり、従来の軸継手4に対する比率で示している。また、縦軸は最大トルクであり、定常時の定格トルクに対する比率で示している。なお、従来の軸継手4における最大トルクは、軸継手が約4以上、ガスタービン出力軸(GT出力軸)が約3.5以上であった。
この図から、ガスタービン出力軸の最大許容トルク(定格トルクの約1.8倍)以下になるためには、バネ定数を従来の1/40以下にすればよいことがわかる。
【0021】
図3は、本発明の動力伝達手段を構成する軸継手の構成図である。この軸継手14’は、図1の軸継手14と同様に両端部にダイヤフラム部を有している。
図3の構成の軸継手14’により、従来の軸継手4に対し、その長さを変えることなく、バネ定数を約1/20までは設定可能である。しかし、単独では、目標の1/40以下にはできないが、本発明ではクイル軸13と組み合わせることにより、目標を達成することができる。
【0022】
図4は、本発明の動力伝達手段を構成する軸継手14と同様の別の軸継手の構成図である。この図に示すように、図1の軸継手14に対してL2を2倍以上に長くすることにより、バネ定数を従来の1/40以下にすることができる。しかしこの場合には、クイル軸13と組み合わせた場合と比較して全長が長くなる。
【0023】
図5は、本発明の実施例を示すシミュレーション結果であり、(A)は従来例、(B)は図1に示した本発明の構成(バネ定数が従来の1/50の場合)を示している。また、各図において横軸は時間、縦軸は瞬時電圧低下により電圧が100%低下した場合のトルクを示している。また図中の破線は発電機の電気トルク、太い実線は軸継手、細い実線はガスタービン出力軸の過渡応答トルクである。
図5の比較から、従来例(A)では、GT出力軸の最大値が約3.5以上であるのに対して、本発明の図1の例では、約1.5まで低下しており、目標を十分に達成していることがわかる。
また、図5(A)から、瞬時最大発生トルクは、通常の約6倍に達するが、その継続時間は極めて短く、約20msecの周期で平均トルクを中心に上下に変動し、約0.5秒後には、通常のトルクに戻ることがわかる。従って、少なくとも約20msecの間に作用する過大な電気トルクの変動トルクエネルギーを上述したロングシャフト13aと軸継手14のねじり変形により、歪エネルギーとしてその内部に弾性的に保有することにより、発電設備の運転を維持し、重要負荷の電源を確保することができる。
【0024】
図6は、本発明の実施例を示す別のシミュレーション結果であり、(A)は バネ定数が従来の1/20の場合、(B)は1/40の場合を示している。
この図から(A)ではGT出力軸の最大値が約1.9、(B)では約1.6となっている。
すなわち、(A)から、図3に示した軸継手の構成だけでは、目標を達成できないが、クイル軸13と組み合わせれば、容易にこれを達成できることがわかる。また、(B)のバネ定数1/40は、図4に示すように長さを延ばせば可能であるが、設置長さの拡張を回避するためには、クイル軸13との組み合わせが必要であることがわかる。
【0025】
なお、本発明は、上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【0026】
【発明の効果】
上述したように、本発明のガスタービン発電設備は、原動機軸と発電機軸間の減速機にクイル軸を設け、さらに軸継手のねじりバネ定数を小さくすることにより発電機に発生する過大トルクの基本周波数に反応する原動機〜発電機軸系の固有振動数を電気トルクの基本周波数より下方で、その離長を十分に大きくしたものである。この構成により、系統に比較的大きい(50〜100%)瞬時電圧低下が発生した場合でも、発電機に発生する電気トルクによる過渡応答トルクを原動機の最大許容伝達トルク以下に低減することが可能となる。
従って、雷等による系統の瞬時電圧低下により発電機に過大な電気トルクが発生した場合においても、発電設備の運転を維持し、かつ発電設備を設置した工場の重要負荷の電源を確保することが可能となる。
【0027】
すなわち、本発明のガスタービン発電設備は、瞬時電圧低下等により発電機に短時間の過大トルクが発生した際に、発電設備の運転を維持し、重要負荷の電源を確保することができ、設置長さを拡張する必要がなく、伝達軸の許容トルクを超えた場合でも各軸が損傷を受けず短時間で復帰でき、比較的小さい瞬時電圧低下が繰り返し発生しても、運転停止に至ることのない、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガスタービン発電設備の部分構成図である。
【図2】本発明の動力伝達手段の特性図である。
【図3】本発明の動力伝達手段を構成する軸継手の構成図である。
【図4】本発明の動力伝達手段を構成する別の軸継手の構成図である。
【図5】本発明の実施例を示すシミュレーション結果である。
【図6】本発明の実施例を示す別のシミュレーション結果である。
【図7】従来のガスタービン発電設備の模式図である。
【図8】図7のA部の拡大図である。
【符号の説明】
1 原動機(ガスタービン)
2 ピニオン歯車
3 ホイール歯車
3a 中心軸
3b 軸受
4 軸継手
5 発電機
5a 駆動軸(入力軸)
5b 継手部材
6a,6b 中間部材
7 シャーピン
8 撓みエレメント
9 軸受
10 動力伝達手段
12 中間歯車
12a 中空軸
12b 軸受
12c 軸受
13 クイル軸
13a ロングシャフト
14,14’ 軸継手
16 油圧式トルクリミッター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine power generation facility for maintaining operation of a power generation facility and securing a power source for an important load when an excessive torque is generated in a generator due to an instantaneous voltage drop or a power failure of a commercial power system.
[0002]
[Prior art]
When an accident occurs in a commercial power system due to lightning or the like, there is a phenomenon in which the voltage of the transmission line is greatly reduced instantaneously. Such a voltage drop is called “instantaneous voltage drop”. In order to secure the power supply of the important load of the factory while minimizing the damage of the power generation equipment, there is a case where a device for detecting an accident at a high speed and disconnecting the commercial power supply system is installed. However, even when such a device is installed, if the disconnection speed is not sufficiently high, the voltage at the power receiving end is greatly reduced instantaneously.
The duration of the instantaneous voltage drop is usually about 1 second or less, and the frequency varies greatly depending on the district. Even if the instantaneous voltage drop is instantaneous and infrequent, it may be severely affected in industries (for example, the semiconductor industry) having factories where voltage changes are not permitted by consumers of high-voltage power reception. Therefore, in such an industry, it is strongly desired to provide a power generation facility in addition to a commercial power source and to stably secure a power source for an important load of a factory even when an instantaneous voltage drop occurs.
[0003]
FIG. 7 is a schematic diagram of a gas turbine power generation facility conventionally used as such a power supply facility. In this figure, 1 is a prime mover such as a gas turbine, 2 is a pinion gear, 3 is a wheel gear, 4 is a shaft coupling, 5 is a generator, and the
[0004]
FIG. 8 is an enlarged view of a portion A in FIG. As shown in this figure, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described gas turbine power generation facility, when the power generation facility operates in parallel with the system and an instantaneous voltage drop occurs in the system, an excessive electric torque is generated in the generator. Therefore, there was a problem that the shear pin provided to protect the prime mover was damaged. That is, the prime mover has the torsional strength of the axle necessary to transmit its maximum output, and instantaneously allows the transmission of torque several times the rated torque, but the generator short circuit accident, If excessive electrical torque is generated in the generator due to instantaneous voltage drop or power failure on the system side, and its transient response torque exceeds the allowable torque of the prime mover, the shear pin between the prime mover shaft and the generator shaft will break, and recovery There was a problem that took time. In addition, there is a problem that even if the voltage drop is relatively small (10 to 30%), the shear pin may be broken due to accumulation of metal fatigue.
[0006]
The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a gas turbine capable of maintaining the operation of a power generation facility and securing a power source for an important load when a short time excessive torque is generated in a generator due to an instantaneous voltage drop or a power failure. It is to provide power generation facilities. Another object of the present invention is to provide a gas turbine power generation facility that does not require an extended installation length. Still another object is to provide a gas turbine power generation facility capable of returning in a short time without damaging each shaft even when the allowable torque of the transmission shaft is exceeded. Yet another object is to provide a gas turbine power generation facility that does not stop operation even if a relatively small instantaneous voltage drop occurs repeatedly.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Regarding the fluctuation of electric torque when instantaneous voltage drop occurs in the system, the instantaneous maximum generated torque may reach about 6 times the normal, the duration is extremely short, and the average torque with a period of 16-20 msec. It may fluctuate up and down around the center and may return to normal torque in less than 1 second. Therefore, in order to prevent damage to the prime mover such as the gas turbine and maintain the operation of the power generation facility by this instantaneous maximum generated torque, it is necessary to attenuate the excessive electric torque of the generator before transmitting it to the prime mover. . That is, it is only necessary that this short-time fluctuation torque energy can be absorbed by some mechanism. The present invention is based on such new knowledge and ideas.
[0008]
That is, according to the present invention, a gas turbine power generation facility that rotationally drives a generator (5) with a gas turbine (1), comprising power transmission means (10) between the gas turbine and the generator, The transmission means is set so that the strain energy within its elastic limit is larger than the fluctuating torque energy of the generator when the instantaneous voltage drops, and the power transmission means (10) is an intermediate gear (12) that is rotationally driven by a gas turbine. And a shaft coupling (14) that is arranged coaxially with the intermediate gear and connects the intermediate gear and the generator, and the output shaft of the intermediate gear includes a long shaft (13a) positioned at the center and a hollow shaft that surrounds the long shaft (13a) (12a), one end of the long shaft is connected to the hollow shaft and the other end is connected to the shaft coupling, and the combined torsional rigidity GIp of the long shaft and the shaft coupling is sufficiently small. The sum of the strain energy within the elastic limit of the shift and the shaft joint is greater than the torque fluctuation energy of the generator when the instantaneous voltage drop, the gas turbine generator is provided, characterized in that.
[0009]
According to the configuration of the present invention, since the strain energy within the elastic limit of the power transmission means (10) is set larger than the fluctuating torque energy of the generator when the instantaneous voltage drops, the instantaneous maximum generated torque in a short time Is elastically held inside as strain energy, and releases the energy when torque is generated in the reverse direction with a period of 16 to 20 msec. Therefore, the operation of the power generation facility can be maintained without transmitting excessive torque to the gas turbine.
In addition, the torsion spring constant of the long shaft and shaft coupling is set to an appropriate value, the combined torsional rigidity GIp is sufficiently small, and the sum of strain energy within the elastic limit of the long shaft and shaft coupling is By making it larger than the fluctuating torque energy, it is possible to greatly reduce the excessive transmission torque when the instantaneous voltage drop occurs.
[0012]
Furthermore, it is preferable to provide a hydraulic torque limiter (16) between the shaft coupling (14) and the generator (5). This hydraulic torque limiter is often of the type that holds the pressure oil between the inner ring and the outer ring, and when a transient response torque greater than the set torque is applied, the pressure oil is released and the inner ring and the outer ring rotate freely. Thus, it is possible to prevent the shear pin from being cut off due to accumulation of metal fatigue and the accompanying stoppage of the power generation equipment.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is used for a common part in each figure.
FIG. 1 is a partial configuration diagram of a gas turbine power generation facility according to the present invention. In this figure, 12 is an intermediate gear that is rotationally driven by the
[0014]
As shown in FIG. 1, the gas turbine power generation facility of the present invention includes power transmission means 10 between the gas turbine and the generator. The power transmission means 10 includes a so-called
[0015]
The
[0016]
Further, a
[0017]
In the power transmission means 10 having the above-described configuration, the strain energy within the elastic limit is set to be larger than the fluctuation torque energy of the generator when the instantaneous voltage drops. In other words, in this example, the combined torsional rigidity GIp of the
Moreover, the
[0018]
With the above-described configuration, when a short-time excessive torque is generated in the generator due to a momentary voltage drop or the like, the torsional deformation of the
In addition, since the
[0019]
In addition, even if excessive torque that cannot be sufficiently absorbed by strain energy is applied and the allowable torque of the transmission shaft is exceeded, the use of a hydraulic torque limiter that does not affect metal fatigue prevents damage to each shaft and shortens it. Even if a relatively small instantaneous voltage drop occurs repeatedly, it is possible to prevent the operation from being stopped. Furthermore, even if this hydraulic torque limiter is operated, the inner ring and the outer ring are maintained concentrically, so that damage to each shaft can be essentially prevented. Instead of the hydraulic torque limiter, a torque limiter of another method (for example, an electromagnetic crack) may be used.
[0020]
【Example】
The embodiments of the present invention described above will be described below based on simulation results.
FIG. 2 is a characteristic diagram of the power transmission means of the present invention. This figure shows a case where the voltage drops by 100% due to the instantaneous voltage drop. In this figure, the horizontal axis is the spring constant of the power transmission means 10 and is shown as a ratio to the
From this figure, it can be seen that the spring constant may be reduced to 1/40 or less of the conventional value in order to be less than the maximum allowable torque of the gas turbine output shaft (approximately 1.8 times the rated torque).
[0021]
FIG. 3 is a configuration diagram of a shaft coupling constituting the power transmission means of the present invention. This shaft coupling 14 'has a diaphragm part at both ends, like the
With the
[0022]
FIG. 4 is a configuration diagram of another shaft coupling similar to the
[0023]
FIG. 5 is a simulation result showing an embodiment of the present invention, (A) shows a conventional example, and (B) shows the configuration of the present invention shown in FIG. 1 (when the spring constant is 1/50 of the conventional). ing. In each figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents torque when the voltage drops 100% due to instantaneous voltage drop. The broken line in the figure is the electric torque of the generator, the thick solid line is the shaft coupling, and the thin solid line is the transient response torque of the gas turbine output shaft.
From the comparison of FIG. 5, in the conventional example (A), the maximum value of the GT output shaft is about 3.5 or more, whereas in the example of FIG. , You can see that the goal has been fully achieved.
Further, from FIG. 5 (A), the instantaneous maximum generated torque reaches about 6 times the normal torque, but its duration is extremely short, fluctuates up and down around the average torque at a period of about 20 msec, and about 0.5 It can be seen that after a second, the torque returns to normal. Therefore, the fluctuation torque energy of the excessive electric torque that acts for at least about 20 msec is elastically held in the inside as strain energy due to the torsional deformation of the
[0024]
6A and 6B show another simulation result showing the embodiment of the present invention. FIG. 6A shows the case where the spring constant is 1/20 of the conventional case, and FIG. 6B shows the case where it is 1/40.
From this figure, the maximum value of the GT output shaft is about 1.9 in (A) and about 1.6 in (B).
That is, from (A), it can be seen that the target cannot be achieved only by the configuration of the shaft coupling shown in FIG. 3, but this can be easily achieved by combining with the
[0025]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, the gas turbine power generation equipment of the present invention is provided with a quill shaft in the speed reducer between the prime mover shaft and the generator shaft, and further reduces the torsion spring constant of the shaft coupling to reduce the basic torque of the excessive torque generated in the generator. The natural frequency of the prime mover-generator shaft system that responds to the frequency is lower than the fundamental frequency of the electric torque, and the separation length is sufficiently increased. With this configuration, even when a relatively large (50 to 100%) instantaneous voltage drop occurs in the system, it is possible to reduce the transient response torque due to the electric torque generated in the generator below the maximum allowable transmission torque of the prime mover. Become.
Therefore, even if excessive electrical torque is generated in the generator due to an instantaneous voltage drop in the system due to lightning, etc., it is possible to maintain the operation of the power generation equipment and secure a power source for the important load of the factory where the power generation equipment is installed. It becomes possible.
[0027]
In other words, the gas turbine power generation facility of the present invention can maintain the operation of the power generation facility and secure a power source for an important load when a short-time excessive torque is generated in the generator due to an instantaneous voltage drop or the like. There is no need to extend the length, and even if the allowable torque of the transmission shaft is exceeded, each shaft can be restored in a short time without being damaged, and even if a relatively small instantaneous voltage drop occurs repeatedly, the operation will be stopped. Excellent effects such as no
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial configuration diagram of a gas turbine power generation facility according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of the power transmission means of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a shaft coupling constituting the power transmission means of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of another shaft coupling constituting the power transmission means of the present invention.
FIG. 5 is a simulation result showing an example of the present invention.
FIG. 6 is another simulation result showing the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional gas turbine power generation facility.
8 is an enlarged view of a portion A in FIG.
[Explanation of symbols]
1 prime mover (gas turbine)
2
Claims (2)
前記動力伝達手段(10)は、ガスタービンで回転駆動する中間歯車(12)と、該中間歯車と同軸に配置され中間歯車と発電機を連結する軸継手(14)とを備え、
前記中間歯車の出力軸は、中心に位置するロングシャフト(13a)とこれを囲む中空軸(12a)とからなり、ロングシャフトの一端が中空軸に連結され他端が軸継手に連結され、ロングシャフトと軸継手の合成ねじり剛性GIpが十分小さく、これにより、ロングシャフトと軸継手の弾性限度内の歪エネルギーの和が瞬時電圧低下時の発電機の変動トルクエネルギーより大きく設定されている、ことを特徴とするガスタービン発電設備。A gas turbine power generation facility that rotationally drives a generator (5) with a gas turbine (1), comprising power transmission means (10) between the gas turbine and the generator, the power transmission means being within its elastic limit. Is set to be larger than the fluctuating torque energy of the generator at the time of instantaneous voltage drop ,
The power transmission means (10) includes an intermediate gear (12) that is rotationally driven by a gas turbine, and a shaft coupling (14) that is arranged coaxially with the intermediate gear and connects the intermediate gear and the generator.
The output shaft of the intermediate gear is composed of a long shaft (13a) positioned at the center and a hollow shaft (12a) surrounding the long shaft (13a). One end of the long shaft is connected to the hollow shaft and the other end is connected to the shaft coupling. The combined torsional rigidity GIp of the shaft and shaft coupling is sufficiently small, so that the sum of the strain energy within the elastic limit of the long shaft and shaft coupling is set to be larger than the fluctuation torque energy of the generator when the instantaneous voltage drops A gas turbine power generation facility.
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