JP3960814B2 - Gas turbine equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン装置に係り、特に、運転中のガスタービンエンジンが所定の上限速度以上となり、過速度トリップを起こすことを防止するための制御技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンは、回転軸を介して回転自在に取り付けられたタービンと、燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、燃焼器への燃料供給量を調節する燃料調節弁と、空気を圧縮する空気圧縮機とを備えている。
【0003】
上述の構成において、燃料調整弁により調整された燃料および空気圧縮機により圧縮された空気は燃焼器に供給され、燃焼器にて圧縮空気と燃料との混合気が形成される。そして、燃焼器において混合気を燃焼させて燃焼ガスを発生させ、この燃焼ガスがタービンに供給されることによりタービンが高速で回転するようになっている。回転軸の一端には発電機が取り付けられており、回転軸を介してタービンにより発電機を駆動することで発電が行われる。
【0004】
このようなガスタービン装置においては、燃料調節弁の弁開度の制御により、起動制御あるいは定速運転制御等の各種の運転制御が行われる。例えば発電電力の供給に際しては、所定の定格速度で運転しつつ、負荷状態に対応して燃料調節弁の弁開度が調整され、これにより燃料の燃焼エネルギー量に見合った発電電力が供給される。すなわち、発電電力の供給量が大きい場合には、燃料調節弁の弁開度が大きくなり、逆に発電電力量が小さい場合には燃料調節弁の弁開度が小さくなるように制御され、これによりガスタービンの回転速度が略一定に保たれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記一定の速度で運転中に突然エンジンの負荷が軽くなる場合がある。このような場合にはガスタービンの回転速度が上昇し、上昇の程度によっては上限速度に到達し、過速度トリップが作動しエンジンの運転を停止する場合がある。一端、過速度トリップが生じると、エンジン内部の点検等を行う必要があり、ガスタービン装置の運転に大きな支障をきたす。
【0006】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、運転中のガスタービンが所定の上限速度以上の速度となり、過速度トリップを起こすことを確実に防止することができるガスタービン装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、本発明のガスタービン装置は、空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンにおいて、その制御装置に、前記ガスタービンの回転速度と加速度とを軸とした座標系を設け、該座標系に、前記ガスタービンの回転速度が大きくなるにつれて加速度が小さくなる境界線を設定し、該境界線よりも加速度が大きい領域を、前記ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が高い領域として設定し、運転中のガスタービンの回転速度および加速度が前記領域に入ると、燃料の供給を停止するようにしたことを特徴とする。
【0008】
また、本発明のガスタービン装置の制御方法は、ガスタービンの回転速度と加速度とを軸とした座標系を設け、該座標系に、前記ガスタービンの回転速度が大きくなるにつれて加速度が小さくなる境界線を設定し、該境界線よりも加速度が大きい領域を、前記ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が高い領域として設定し、運転中の前記ガスタービンの回転速度および加速度を監視し、前記回転速度および前記加速度が前記領域に到達すると、前記エンジンへの燃料の供給を停止することを特徴とする。
【0009】
このように構成された本発明によれば、運転中の回転速度と加速度の組み合わせから、過速度トリップを予測することができ、これにより燃料の供給を遮断することで過速度トリップを完全に防止することができる。すなわち、例えば定格速度で運転中に、所定値以上の加速度が存在すると回転速度のオーバシュートによりトリップ速度に到達することが予測できる。従って、その時点で燃料の供給を遮断することで、ガスタービンの回転速度を急速に低下に向かわせることが可能である。これにより、確実に過速度トリップを防止することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態のガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【0011】
図1に示すように、本実施形態におけるガスタービン装置は、タービン1と、タービン1に回転駆動されて回転する発電機5と、タービン1に燃焼ガスを供給する燃焼器2と、燃焼器2への燃料の供給量を調節する燃料調節弁8と、燃焼器2に圧縮空気を供給する空気圧縮機3と、タービン1に供給された後の燃焼ガスの熱を利用して圧縮空気を加温する再生熱交換器4と、タービン1を制御対象とする制御装置10とを備えている。
【0012】
タービン1は流体を受けて回転するための複数の回転翼(図示せず)を有し、ケーシング(図示せず)に収納され、回転軸6を介して回転自在に支持されている。空気圧縮機3は回転軸6を介してタービン1により駆動されて空気を圧縮するように構成されている。この空気圧縮機3は配管7を介して燃焼器2に接続されており、空気圧縮機3により圧縮された空気は配管7を通って燃焼器2に供給される。なお、配管7の途中には再生熱交換器4が設置されており、空気圧縮機を出た圧縮空気は、再生熱交換器4により加温された後、燃焼器2に供給されるようになっている。
【0013】
燃料調節弁8は、燃焼器2の上流側に配置され、図示しない燃料供給源から供給された燃料は、この燃料調節弁8を通過した後、燃焼器2に供給される。燃料調節弁8は、弁の開度が可変に構成され、この弁の開度を操作することにより、燃焼器2への燃料の供給量が調節されるようになっている。また、燃料遮断弁9を備え、エンジンの緊急停止が必要な場合には、即座に燃料遮断弁9を閉じて、燃料の供給を遮断することができるようになっている。
【0014】
燃焼器2に供給された燃料および圧縮空気は燃焼器2において混合気を形成する。燃焼器2にて図示しない着火プラグにより混合気が着火されて高温・高圧の燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスがタービン1に供給されることによりタービン1が高速で回転する。
回転軸6の端部には発電機5が接続されており、回転軸6を介してタービン1により発電機5が高速で回転駆動されることで発電が行われる。
【0015】
このガスタービン装置には、各種のセンサを備えており、これらの信号に基づいて制御装置10が燃料調節弁8の弁開度の制御等を行う。回転センサ12は、回転軸の速度を検出し、定速運転時にはこの回転速度が一定となるように燃料調節弁の弁開度がフィードバック制御される。また、ガスタービン装置の起動時においては、検出された回転速度を微分した加速度が所定値となるように、同様に燃料調節弁の弁開度がフィードバック制御される。ガスタービンの燃焼ガスの排出部にはEGT(Exhaust Gas Temperature)センサ13を備え、タービンより排出される燃焼排ガスの温度を計測する。そして、この温度が過度に上昇しないように燃料調節弁8の制御がおこなわれる。
【0016】
図2は、本発明の実施形態の制御装置を示す。この制御装置においては、第1段階の制御の選択(LSS)として、回転速度(NR)制御21、排ガス温度(EGT)制御22、加速度(ACC)制御23等を備え、この中から最も弁開度の低いものを選択する。また、第2段階の選択(HSS)として、第1段階の選択の結果とその他の制御との高い方の弁開度が選択され、燃料調節弁(FCV)に出力される。
【0017】
また、この装置においては過速度トリップ予測演算部27と燃料遮断弁制御25とを備え、運転中の回転速度と加速度との関係から、ガスタービン装置が過速度トリップを起こす可能性が予測される領域に入ると、直ちに燃料遮断弁9を閉じて過速度トリップを防止するようになっている。
【0018】
回転速度(NR)制御21、排ガス温度(EGT)制御22、加速度(ACC)制御23は、それぞれPID演算器によるフィードバック制御であり、センサで検出された計測値が設定値に近づく制御が行われる。回転速度(NR)制御21は、例えば設定値が定格運転速度で、回転速度が一定となる制御である。従って、エンジンの負荷が増減すると、回転速度が増減するが、これに対応して燃料調節弁(FCV)の弁開度が増減して燃料供給量が調整され、回転速度は設定値に戻される。即ち、エンジンの負荷が減少すると、回転速度が増加するので、設定値との差が小さくなるようにPID演算器より燃料調節弁(FCV)の弁開度が出力される。燃料調節弁(FCV)の弁開度が増加すると、燃料供給量が増大し、回転速度が上昇して元の設定値の回転速度に戻される。これにより、エンジンの負荷が減少すると、回転速度がいったん増大し、その後、減少して元の速度に戻るいわゆるオーバシュートが生じる。
【0019】
排ガス温度(EGT)制御22および加速度(ACC)制御23は、ガスタービン装置の起動時に用いられる制御であり、比較的低い速度でガスタービンをモータにより回転させておき、着火した後に定格回転速度等の所定の速度までエンジン回転速度が上昇する際に主として用いられる。排ガス温度(EGT)制御22は、その時に燃焼排ガス温度が所定値となるように燃料調節弁(FCV)を調節する制御である。また、加速度(ACC)制御23は、その時に加速度が所定値となるように燃料調節弁(FCV)を開いていく制御である。
【0020】
図3は、エンジン負荷が急減したときの回転速度の変動例を示す。図中の実線は、例えば負荷が半減した状態を示す。この場合には、負荷の減少により回転速度が上昇するが、上述した回転速度(NR)制御21が作動し、回転速度が一定値となるように燃料調節弁の弁開度が減少する。これにより燃料の供給量が減少し、一端上昇した回転速度は下向して、所要の時間が経過すると元の一定速度に戻る。この負荷急減時には、図示するように回転速度が急激に上昇し、接線Aの傾きで示される加速度(以下、加速度Aという)があらわれる。
【0021】
また、エンジン負荷の急減の幅が大きく、例えば図中点線で示すように大幅に急減すると、ガスタービンの回転速度は図中点線で示すように急激に上昇する。この時の加速度Bは、加速度Aよりも大きくなっている。従って、加速度Aの時のオーバシュートの大きさaに対して、加速度Bの時のオーバシュートの大きさbの方が大きくなる。
【0022】
エンジンの上限速度を規定するトリップ速度が図中の位置に設定されていると、加速度Bの場合には過速度トリップが生じる。過速度トリップが生じると、発電機出力が遮断され、エンジンへの燃料の供給が停止され、ガスタービン装置の運転が強制的に停止する。さらに、ガスタービン装置の運転が停止するばかりでなく、エンジン内部の点検等の必要があり、大変手間を要することになる。従って、過速度トリップを起こすことなく、上限速度いっぱいで運転できるガスタービン装置が好ましい。
【0023】
図4は、上述した過速度トリップを防止するための制御装置(過速度トリップ予測演算部27)の構成例を示す。この制御装置においては、ガスタービンの回転速度と加速度とを縦横軸とした座標系を備え、ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こすことが予測できる領域Kを配置し、これを図中に斜線で示している。この座標系は横軸が回転速度であり、縦軸が加速度である。図3に示すように、負荷急減時(t)の加速度の大きさA,Bから、回転速度のオーバシュートの大きさa,bが実測可能である。
【0024】
即ち、対象となるガスタービン装置の特性および負荷特性等から、回転速度αで運転中に、トリップ速度に到達する可能性があるオーバシュートを引き起こすと予測できる加速度βが存在する。この回転速度αが大きくなると、トリップ速度に到達すると予測される加速度βは小さくなる。従って、ガスタービンの回転速度と加速度とを軸とした座標系に、ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が予測できる領域Kを、図4に示すように配置することができる。なお、この領域Kは多少の余裕をみて加速度βよりも広くとってある。
【0025】
また、図4に示すように加速度がほとんどゼロでも、回転速度が徐々に上昇してトリップ速度に近接する場合がある。この場合にも、過速度トリップを起こす速度γを越える場合には、ただちに燃料の供給を停止して、エンジンの運転を一旦停止状態とする必要がある。このため、図4において過速度トリップを起こす可能性が予測できる領域は加速度がゼロである領域をも含んでいる。
【0026】
このガスタービン装置には回転速度センサ12を備え、回転軸の回転速度が常時監視可能であり、この回転速度を微分した加速度も常時監視が可能である。従って、例えば時刻tにおいて負荷の急減があると、これにより回転軸の回転速度が上昇するが、この時の回転速度および加速度の大きさから図4に示すガスタービン装置が過速度トリップを起こす可能性が予測できる領域Kに入るか否かを判断する。
【0027】
この制御装置においては、燃料遮断弁9を備えている。従って、ガスタービン装置の回転速度および加速度の大きさから、図4に示すガスタービン装置が過速度トリップを起こす可能性が予測できる領域Kに入る場合には、燃料遮断弁制御25により直ちに遮断弁9を閉じて燃料の供給を停止する。これにより燃焼ガスのエンジンへの供給が絶たれ、回転速度が低下を始め、過速度トリップを回避することができる。
【0028】
図5は、この制御装置の動作例を示す。例えば定格速度で運転中のガスタービン装置が時刻tにおいて負荷が急減したとする。この負荷の急減の程度が小さい場合には、この時の加速度はトリップを起こす可能性の高い領域Kに入らず、この場合にはそのまま運転が継続され、上述した回転速度一定のPID演算器による制御動作が行われる。負荷の急減の程度が大きく、この時に検出された加速度が過速度トリップを起こすことが予測される領域Kに入る場合には、この検出の時点で燃料遮断弁9が遮断され、エンジンへの燃料の供給が直ちに停止される。これにより回転速度は急激に低下し、過速度トリップを回避できる。
【0029】
回転速度が低下し、元の回転速度(例えば定格回転速度)に戻ると、これを検出して、燃料遮断弁の遮断を解除するようにしてもよい。これにより燃料は燃料調節弁から供給され、元の回転速度一定のPID制御が行われる。これにより負荷の急減時に過速度トリップが予測される加速度が存在しても、回転速度のオーバシュートを生じることなく、過速度トリップを起こすことなく安全に運転を継続することができる。なお、図中の点線で示すように、エンジンをそのまま停止するようにしてもよい。
【0030】
上述した制御装置によれば、回転速度および加速度が過速度トリップを起こす可能性が予測できる領域Kに入る場合には、直ちに遮断弁を閉じて燃料の供給を停止するので、確実に過速度トリップを防止できる。従って、ガスタービン装置の上限速度いっぱいで運転することが可能となり、ガスタービン装置の有する能力をフルに発揮させることができる。
【0031】
なお、本発明のガスタービン装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、確実に過速度トリップを防止することができ、安定性、信頼性の高いガスタービン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【図2】図1における制御装置の構成例を示す図である。
【図3】回転速度のオーバシュートと加速度の関係を示す図である。
【図4】ガスタービン装置が過速度トリップを起こす可能性が予測される領域Kを示す図であり、横軸は回転速度を示し、縦軸は加速度を示す。
【図5】本発明のガスタービン装置の動作例を示す図である。
【符号の説明】
1 タービン
2 燃焼器
3 空気圧縮機
4 再生熱交換器
5 発電機
6 回転軸
7 配管
8 燃料調節弁
9 燃料遮断弁
10 制御装置
12 回転センサ
13 EGTセンサ
21 回転速度(NR)制御
22 排ガス温度(EGT)制御
23 加速度(ACC)制御
25 燃料遮断弁制御
27 過速度トリップ予測演算部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine apparatus, and more particularly to a control technique for preventing an operating gas turbine engine from exceeding an upper limit speed and causing an overspeed trip.
[0002]
[Prior art]
A gas turbine engine includes a turbine rotatably mounted via a rotating shaft, a combustor for generating combustion gas, a fuel control valve for adjusting a fuel supply amount to the combustor, and air for compressing air. And a compressor.
[0003]
In the above configuration, the fuel adjusted by the fuel adjustment valve and the air compressed by the air compressor are supplied to the combustor, and an air-fuel mixture of the compressed air and the fuel is formed in the combustor. The air-fuel mixture is combusted in the combustor to generate combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine so that the turbine rotates at high speed. A generator is attached to one end of the rotating shaft, and power is generated by driving the generator with a turbine via the rotating shaft.
[0004]
In such a gas turbine device, various operation controls such as start-up control or constant speed operation control are performed by controlling the valve opening of the fuel control valve. For example, when supplying generated power, the valve opening of the fuel control valve is adjusted in accordance with the load state while operating at a predetermined rated speed, and thus generated power corresponding to the amount of fuel combustion energy is supplied. . That is, when the supply amount of generated power is large, the valve opening degree of the fuel control valve is increased, and conversely, when the generated power amount is small, the valve opening degree of the fuel control valve is decreased. As a result, the rotational speed of the gas turbine is kept substantially constant.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the engine load may suddenly lighten during operation at the constant speed. In such a case, the rotational speed of the gas turbine increases, and depending on the degree of the increase, the upper limit speed is reached, and an overspeed trip may be activated to stop the engine operation. On the other hand, when an overspeed trip occurs, it is necessary to inspect the inside of the engine and the like, which greatly impedes the operation of the gas turbine device.
[0006]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and is a gas turbine that can reliably prevent an operating speed of a gas turbine from exceeding a predetermined upper limit speed and causing an overspeed trip. The object is to provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a gas turbine apparatus according to the present invention is a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing and burning air and fuel. A coordinate system with the rotation speed and acceleration as axes is provided, and a boundary line in which the acceleration decreases as the rotation speed of the gas turbine increases is set in the coordinate system, and a region where the acceleration is larger than the boundary line is set. the gas turbine engine is set as a region likely to cause overspeed trip, the rotational speed and acceleration of the gas turbine during operation enters the region, that it has to stop the supply of fuel Features.
[0008]
In the gas turbine apparatus control method of the present invention, a coordinate system having the rotation speed and acceleration of the gas turbine as axes is provided, and a boundary where the acceleration decreases as the rotation speed of the gas turbine increases in the coordinate system. set the line, the region acceleration is greater than the boundary line, the gas turbine engine is a region likely to cause the overspeed trip to set, monitor the rotational speed and acceleration of the gas turbine during operation Then, when the rotational speed and the acceleration reach the region, the fuel supply to the engine is stopped.
[0009]
According to the present invention configured as described above, an overspeed trip can be predicted from a combination of rotational speed and acceleration during operation, thereby completely preventing the overspeed trip by shutting off the fuel supply. can do. That is, for example, when an acceleration of a predetermined value or more is present during operation at the rated speed, it can be predicted that the trip speed will be reached due to the overshoot of the rotational speed. Therefore, by cutting off the fuel supply at that time, the rotational speed of the gas turbine can be rapidly reduced. Thereby, an overspeed trip can be reliably prevented.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a gas turbine apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the gas turbine apparatus of the present embodiment.
[0011]
As shown in FIG. 1, a gas turbine apparatus according to the present embodiment includes a turbine 1, a generator 5 that is rotated and driven by the turbine 1, a combustor 2 that supplies combustion gas to the turbine 1, and a combustor 2. The fuel adjustment valve 8 that adjusts the amount of fuel supplied to the fuel, the air compressor 3 that supplies compressed air to the combustor 2, and the heat of the combustion gas that has been supplied to the turbine 1 add compressed air. A regenerative heat exchanger 4 for heating and a control device 10 for controlling the turbine 1 are provided.
[0012]
The turbine 1 has a plurality of rotating blades (not shown) for receiving fluid and rotating, is housed in a casing (not shown), and is rotatably supported via a rotating shaft 6. The air compressor 3 is configured to be driven by the turbine 1 via the rotating shaft 6 to compress air. The air compressor 3 is connected to the combustor 2 through a pipe 7, and the air compressed by the air compressor 3 is supplied to the combustor 2 through the pipe 7. A regenerative heat exchanger 4 is installed in the middle of the pipe 7 so that the compressed air exiting the air compressor is heated by the regenerative heat exchanger 4 and then supplied to the combustor 2. It has become.
[0013]
The fuel control valve 8 is disposed upstream of the combustor 2, and fuel supplied from a fuel supply source (not shown) passes through the fuel control valve 8 and is then supplied to the combustor 2. The fuel adjustment valve 8 is configured such that the opening degree of the valve is variable, and the amount of fuel supplied to the combustor 2 is adjusted by operating the opening degree of the valve. Further, a fuel cutoff valve 9 is provided, and when an emergency stop of the engine is necessary, the fuel cutoff valve 9 can be immediately closed to shut off the fuel supply.
[0014]
The fuel and compressed air supplied to the combustor 2 form an air-fuel mixture in the combustor 2. The air-fuel mixture is ignited by an unillustrated ignition plug in the combustor 2 to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. The combustion gas is supplied to the turbine 1 to rotate the turbine 1 at a high speed.
A generator 5 is connected to the end of the rotating shaft 6, and power is generated by the generator 5 being driven to rotate at high speed by the turbine 1 via the rotating shaft 6.
[0015]
The gas turbine device includes various sensors, and the control device 10 controls the valve opening degree of the fuel control valve 8 based on these signals. The rotation sensor 12 detects the speed of the rotation shaft, and the valve opening degree of the fuel control valve is feedback-controlled so that the rotation speed becomes constant during constant speed operation. Further, when the gas turbine device is started, the valve opening of the fuel control valve is similarly feedback-controlled so that the acceleration obtained by differentiating the detected rotational speed becomes a predetermined value. An exhaust gas temperature (EGT) sensor 13 is provided in the exhaust part of the combustion gas of the gas turbine, and the temperature of the combustion exhaust gas discharged from the turbine is measured. The fuel control valve 8 is controlled so that the temperature does not rise excessively.
[0016]
FIG. 2 shows a control device according to an embodiment of the present invention. This control device includes a rotational speed (NR) control 21, an exhaust gas temperature (EGT) control 22, an acceleration (ACC) control 23, etc. as the first stage control selection (LSS), and most of them are opened. Select a lesser one. Further, as the second stage selection (HSS), the higher valve opening degree between the result of the first stage selection and the other control is selected and output to the fuel control valve (FCV).
[0017]
Further, this apparatus includes an overspeed trip prediction calculation unit 27 and a fuel cutoff valve control 25, and the possibility that the gas turbine apparatus will cause an overspeed trip is predicted from the relationship between the rotational speed and the acceleration during operation. When entering the region, the fuel cutoff valve 9 is immediately closed to prevent an overspeed trip.
[0018]
The rotational speed (NR) control 21, the exhaust gas temperature (EGT) control 22, and the acceleration (ACC) control 23 are feedback control by a PID computing unit, respectively, and control in which the measurement value detected by the sensor approaches the set value is performed. . The rotational speed (NR) control 21 is control in which, for example, the set value is the rated operation speed and the rotational speed is constant. Accordingly, when the engine load increases or decreases, the rotational speed increases or decreases. Correspondingly, the valve opening degree of the fuel control valve (FCV) increases or decreases, the fuel supply amount is adjusted, and the rotational speed is returned to the set value. . That is, as the engine load decreases, the rotational speed increases, so that the valve opening of the fuel control valve (FCV) is output from the PID calculator so that the difference from the set value becomes small. When the valve opening of the fuel control valve (FCV) increases, the fuel supply amount increases, and the rotational speed increases to return to the original set rotational speed. As a result, when the load on the engine decreases, the rotational speed once increases, and thereafter, a so-called overshoot that decreases and returns to the original speed occurs.
[0019]
The exhaust gas temperature (EGT) control 22 and the acceleration (ACC) control 23 are controls used when starting the gas turbine apparatus. The gas turbine is rotated by a motor at a relatively low speed, and the ignition speed is set after ignition. This is mainly used when the engine speed increases to a predetermined speed. The exhaust gas temperature (EGT) control 22 is a control for adjusting the fuel control valve (FCV) so that the combustion exhaust gas temperature becomes a predetermined value at that time. The acceleration (ACC) control 23 is a control for opening the fuel control valve (FCV) so that the acceleration becomes a predetermined value at that time.
[0020]
FIG. 3 shows an example of fluctuations in the rotation speed when the engine load suddenly decreases. The solid line in the figure indicates, for example, a state where the load is halved. In this case, the rotational speed increases due to a decrease in the load, but the rotational speed (NR) control 21 described above operates and the valve opening of the fuel control valve decreases so that the rotational speed becomes a constant value. As a result, the amount of fuel supplied decreases, and the rotational speed once increased decreases and returns to the original constant speed when the required time elapses. When this load is suddenly reduced, the rotational speed rapidly increases as shown in the figure, and an acceleration indicated by the inclination of the tangent line A (hereinafter referred to as acceleration A) appears.
[0021]
In addition, when the engine load is sharply reduced, for example, as shown by a dotted line in the figure, the rotational speed of the gas turbine rapidly increases as shown by a dotted line. The acceleration B at this time is larger than the acceleration A. Accordingly, the overshoot magnitude b at the acceleration B is larger than the overshoot magnitude a at the acceleration A.
[0022]
If the trip speed that defines the upper limit speed of the engine is set at the position in the figure, an overspeed trip occurs in the case of acceleration B. When an overspeed trip occurs, the generator output is cut off, the fuel supply to the engine is stopped, and the operation of the gas turbine device is forcibly stopped. Furthermore, not only the operation of the gas turbine device is stopped, but also the inside of the engine needs to be inspected, which is very troublesome. Therefore, a gas turbine device that can be operated at the full upper limit speed without causing an overspeed trip is preferable.
[0023]
FIG. 4 shows a configuration example of a control device (overspeed trip prediction calculation unit 27) for preventing the above-described overspeed trip. In this control device, a coordinate system having the vertical and horizontal axes of the rotational speed and acceleration of the gas turbine is provided, and a region K where the gas turbine engine can be predicted to cause an overspeed trip is arranged, and this is indicated by diagonal lines in the figure. Show. In this coordinate system, the horizontal axis is the rotation speed, and the vertical axis is the acceleration. As shown in FIG. 3, the magnitudes a and b of the rotational speed overshoot can be measured from the magnitudes A and B of the acceleration when the load is suddenly reduced (t 1 ).
[0024]
That is, there is an acceleration β that can be predicted from the characteristics and load characteristics of the target gas turbine device to cause an overshoot that may reach the trip speed during operation at the rotational speed α. As the rotational speed α increases, the acceleration β predicted to reach the trip speed decreases. Therefore, a region K in which the possibility of an overspeed trip of the gas turbine engine can be predicted can be arranged in the coordinate system with the rotation speed and acceleration of the gas turbine as axes as shown in FIG. The region K is wider than the acceleration β with some margin.
[0025]
Further, as shown in FIG. 4, even when the acceleration is almost zero, the rotational speed may gradually increase and approach the trip speed. Also in this case, if the speed γ causing the overspeed trip is exceeded, it is necessary to stop the fuel supply immediately and temporarily stop the engine operation. For this reason, the region in which the possibility of an overspeed trip in FIG. 4 can be predicted includes a region where the acceleration is zero.
[0026]
This gas turbine apparatus includes a rotation speed sensor 12 and can constantly monitor the rotation speed of the rotation shaft, and can always monitor the acceleration obtained by differentiating the rotation speed. Therefore, for example, if there is a sudden decrease in load at time t 1 , the rotational speed of the rotary shaft increases, but the gas turbine apparatus shown in FIG. 4 causes an overspeed trip due to the magnitude of the rotational speed and acceleration at this time. It is determined whether or not the region K can be predicted.
[0027]
In this control device, a fuel cutoff valve 9 is provided. Accordingly, when the gas turbine apparatus shown in FIG. 4 enters the region K where the possibility of causing an overspeed trip can be predicted from the magnitude of the rotational speed and acceleration of the gas turbine apparatus, the fuel cutoff valve control 25 immediately performs the cutoff valve. 9 is closed to stop the fuel supply. As a result, the supply of combustion gas to the engine is cut off, the rotation speed starts to decrease, and an overspeed trip can be avoided.
[0028]
FIG. 5 shows an operation example of this control apparatus. For example, a gas turbine system during operation at rated speed is the load suddenly decreases at time t 1. When the degree of sudden decrease in the load is small, the acceleration at this time does not enter the region K where there is a high possibility of causing a trip. Control action is performed. When the degree of sudden decrease of the load is large and the acceleration detected at this time enters the region K where it is predicted that an overspeed trip will occur, the fuel cutoff valve 9 is shut off at the time of this detection, and the fuel to the engine The supply of is immediately stopped. As a result, the rotational speed decreases rapidly, and an overspeed trip can be avoided.
[0029]
When the rotational speed decreases and returns to the original rotational speed (for example, the rated rotational speed), this may be detected and the cutoff of the fuel cutoff valve may be released. As a result, fuel is supplied from the fuel control valve, and the original PID control with a constant rotational speed is performed. As a result, even if there is an acceleration at which an overspeed trip is predicted when the load is suddenly reduced, it is possible to continue the operation safely without causing an overspeed trip without causing an overshoot of the rotational speed. Note that the engine may be stopped as it is, as indicated by a dotted line in the figure.
[0030]
According to the control device described above, when entering the region K where the possibility that the rotational speed and acceleration may cause an overspeed trip is entered, the shutoff valve is immediately closed and the fuel supply is stopped. Can be prevented. Therefore, it becomes possible to operate at the full upper limit speed of the gas turbine apparatus, and the ability of the gas turbine apparatus can be fully exhibited.
[0031]
In addition, the gas turbine apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned illustration example, Of course, it can add various changes within the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably prevent an overspeed trip and to provide a gas turbine apparatus having high stability and reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a gas turbine apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a control device in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between rotational speed overshoot and acceleration.
FIG. 4 is a diagram illustrating a region K in which a possibility that the gas turbine apparatus may cause an overspeed trip is predicted, in which the horizontal axis indicates the rotation speed and the vertical axis indicates the acceleration.
FIG. 5 is a diagram showing an operation example of the gas turbine apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2 Combustor 3 Air compressor 4 Regenerative heat exchanger 5 Generator 6 Rotating shaft 7 Piping 8 Fuel control valve 9 Fuel shut-off valve 10 Control device 12 Rotation sensor 13 EGT sensor 21 Rotational speed (NR) control 22 Exhaust gas temperature ( EGT) control 23 acceleration (ACC) control 25 fuel cutoff valve control 27 overspeed trip prediction calculation unit

Claims (3)

空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンにおいて、
その制御装置に、前記ガスタービンの回転速度と加速度とを軸とした座標系を設け、該座標系に、前記ガスタービンの回転速度が大きくなるにつれて加速度が小さくなる境界線を設定し、該境界線よりも加速度が大きい領域を、前記ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が高い領域として設定し、運転中のガスタービンの回転速度および加速度が前記領域に入ると、燃料の供給を停止するようにしたことを特徴とするガスタービン装置。
In a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing air and fuel and burning,
The control device is provided with a coordinate system with the rotational speed and acceleration of the gas turbine as axes, and a boundary line is set in the coordinate system so that the acceleration decreases as the rotational speed of the gas turbine increases. the region acceleration is greater than the line, the gas turbine engine is set as a region likely to cause overspeed trip, the rotational speed and acceleration of the gas turbine during operation enters the area, the fuel supply A gas turbine apparatus characterized by stopping the operation.
前記ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が高い領域は、前記ガスタービンの回転速度と加速度との関係から、オーバシュートにより回転速度がトリップ速度を超えることが予測される領域であることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン装置。  The region in which the gas turbine engine is likely to cause an overspeed trip is a region where the rotational speed is predicted to exceed the trip speed due to overshoot from the relationship between the rotational speed and acceleration of the gas turbine. The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein 空気と、燃料を混合して燃焼することで、ガスタービンを回転駆動するガスタービンエンジンにおいて、
前記ガスタービンの回転速度と加速度とを軸とした座標系を設け、該座標系に、前記ガスタービンの回転速度が大きくなるにつれて加速度が小さくなる境界線を設定し、該境界線よりも加速度が大きい領域を、前記ガスタービンエンジンが過速度トリップを起こす可能性が高い領域として設定し、運転中の前記ガスタービンの回転速度および加速度を監視し、前記回転速度および前記加速度が前記領域に到達すると、前記エンジンへの燃料の供給を停止することを特徴とするガスタービン装置の制御方法。
In a gas turbine engine that rotates and drives a gas turbine by mixing air and fuel and burning,
A coordinate system with the rotation speed and acceleration of the gas turbine as axes is provided, and a boundary line is set in the coordinate system so that the acceleration decreases as the rotation speed of the gas turbine increases, and the acceleration is higher than the boundary line. a large area, the gas turbine engine is configured to have a region with a high possibility of causing an overspeed trip, monitors the rotational speed and acceleration of the gas turbine during operation, the rotational speed and the acceleration is the area When the fuel gas reaches the engine, the supply of fuel to the engine is stopped.
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