JP5650674B2

JP5650674B2 - ガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービン

Info

Publication number: JP5650674B2
Application number: JP2012003351A
Authority: JP
Inventors: 哲郎森崎; 岸部　忠晴; 忠晴岸部; 雅美野田
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP2013142343A

Description

本発明は、ガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンに関する。

ガスタービンは、ケーシング（静止体）の内部にロータ（回転体）を内包した構成となっている。ロータの外周部には、タービン動翼が設けられており、タービン動翼の先端（最外周側）とケーシングの内側部との間には、間隙が存在する。高温高圧の主流ガスがこの間隙を通過すると、漏れ損失が生じるため、タービンの性能向上のためには、タービン動翼とケーシングの内側部との間隙は小さい方が良い。

しかし、タービン動翼およびケーシングの異なる熱膨張特性により、タービン起動から定格負荷運転までの過渡状態を通してこの間隙は大きく変化する。したがって、ケーシングの組立て時におけるタービン動翼とケーシングの内側部との間隙が小さすぎると、タービン動翼の先端とケーシングとが接触し、これらを破損する原因になる。また、この間隙が大きすぎると、タービンの効率が低下するという問題があった。

このような問題に対して、ケーシングの温度を測定する段階と、伝達関数に基づいて前記ケーシングの設定温度を、該設定温度が前記間隙を制御するための該ケーシングの所望の温度になるように決定する段階と、制御装置を用いて前記設定温度に基づいて前記ケーシングの温度を変更する段階とを含む、タービン動翼とタービンケーシングとの間の間隙を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８０２２０号公報

上述の特許文献１の技術によれば、ケーシングの温度を測定し、ケーシングの設定温度を現在の運転状態の関数である伝達関数に基づいて、所望となる間隙に対応する温度となるように決定し、ケーシングを冷却する空気の量を制御し、ケーシングの冷却効果を変化させることで、タービン動翼とタービンケーシングとの間隙を制御することができる。

ところで、近年、太陽光や風力等を利用する自然エネルギ利用発電設備が注目されている。このような自然エネルギ利用発電設備は、出力の安定性に課題があるので、電力系統の安定性向上のためには、ガスタービン発電設備に出力の急速増加指令への対応や部分負荷運転が要求されることが想定される。

部分負荷運転状態にあったガスタービンを需要の変化に合わせて負荷上昇させると、その過渡状態において上述した間隙が縮小する。これは、ロータに比べて、ケーシングが温まりにくく、ロータが先に熱膨張するためである。また負荷変化速度や負荷上昇量が大きいほど、ロータとケーシングの温度差、すなわち熱膨張量差が大きくなるため、この間隙縮小量が大きくなる。

このため、ケーシングを冷却しタービン動翼とケーシングの内側部との間隙を制御するガスタービンが、部分負荷にて運用されている場合には、負荷の上昇過程においても、許容可能な最小間隙値を下回らない間隙に設定して制御する必要がある。

上述の特許文献１は、ケーシング冷却を行うシステム構成について開示しているが、ガスタービンが部分負荷から負荷上昇を行った際の上述した課題や解決手段については言及していない。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、ケーシングとタービンの間隙を適切に保持することで、高い信頼性を有し、かつ部分負荷においても高い熱効率を得ることのできるガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンを提供するものである。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機及び発電機を駆動するタービンロータと前記タービンロータに設けたタービン動翼とを有するタービンと、前記タービンを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、前記ケーシングを冷却して前記タービンと前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に冷却空気を供給する冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記冷却空気の空気量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁に開度指令を出力し前記冷却空気の空気量を制御する流量制御器とを備え、前記流量制御器は、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングとタービンの間隙を適切に保持することで、高い信頼性を有し、かつ部分負荷においても高い熱効率を得ることのできるガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンを提供できる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示す部分縦断面図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態における動翼先端間隙の挙動の一例を示す参考特性図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態における動翼先端間隙の挙動の一例を示す特性図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態を示すシステム構成図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第４の実施の形態を示すシステム構成図である。本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第５の実施の形態を示すシステム構成図である。

以下に、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示すシステム構成図である。

図１において、ガスタービン１０１は、主に、圧縮機１０２，燃焼器１０３，タービン１０４から構成される。圧縮機１０２は、大気空気１１１を吸入して圧縮し、圧縮空気１０６を生成し、生成した圧縮空気１０６を燃焼器１０３へ送る。燃焼器１０３は、圧縮機１０２が生成した圧縮空気１０６と燃料流量調整弁１２４を介して供給された燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス１０７を生成し、タービン１０４へ排出する。

タービン１０４は、燃焼器１０３から排出された燃焼ガス１０７により、タービン軸１０５に回転力を生じさせる。タービン軸１０５の回転力によって、タービン１０４に接続される発電機などの機器１０９と圧縮機１０２とを駆動させる。燃焼ガス１０７は、エネルギをタービン１０４で回収された後に、タービン１０４より排気ディフューザ１１３を経て、排気１１２として大気へ排出される。

また、圧縮機１０２で圧縮された空気の一部は、タービン冷却空気１１０として抽気され、燃焼器１０３を経ずにタービン１０４や排気ディフューザ１１３へ供給される。

さらに、タービン１０４のケーシング１１４を冷却するために、ブロワなどの送風機や圧縮機１０２の低圧段抽気などから構成される冷却空気供給源１１９でケーシング冷却空気１１５を生成する。ケーシング冷却空気１１５は、冷却空気流量調整弁１２３が設けられたケーシング冷却空気供給配管１２０を介してケーシング冷却装置２５へ供給される。ケーシング冷却空気１１５の流量は冷却空気供給源１１９が備える動力調整機構など送風量調整構造、もしくは、冷却空気流量調整弁１２３の開度によって調整される。

燃料流量調整手段としての燃料流量調整弁１２４は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２により開度が制御される。このことにより、ガスタービン１０１の燃焼器１０３へ供給される燃料流量を制御できるので、ガスタービン１０１の出力を所望の値に制御することが可能となる。燃料流量指令１３２は、冷却空気流量制御器１３１へも出力されている。

冷却空気流量制御器１３１は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を入力し、ケーシング１１４の冷却に必要な冷却空気量を演算し、冷却空気流量調整弁１２３へ冷却空気調整信号１３３を出力する。冷却空気流量調整弁１２３は、冷却空気調整信号１３３に応じてその開度を変化させることで、冷却空気供給源１１９からケーシング冷却装置２５へ供給されるケーシング冷却空気１１５の流量を制御している。

次に、本発明のガスタービン及びガスタービンの冷却方法の第１の実施の形態の構造について図２を用いて説明する。図２は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態を示す部分縦断面図である。図２において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２において、１は第１段静翼を、２は第１段動翼を、３は第２段静翼を、４は第２段動翼を、５は第３段静翼を、６は第３段動翼をそれぞれ示す。矢印８はタービン１０４内の燃焼ガス１０７の流れ方向を示す。

第１段動翼２は、第１段ホイール９の外周に接続されている。同様に、第２段動翼４は、第２段ホイール１０の外周に、第３段動翼６は、第３段ホイール１１の外周にそれぞれ接続されている。第１段ホイール９、第２段ホイール１０、第３第３段ホイール１１、圧縮機１０２（図１参照）に接続された圧縮機ロータ１２、及びスペーサ１３は、スタッキングボルト１７によりスタッキングされ、タービン軸１０５を構成している。

タービン軸１０５は、燃焼器１０３から排出される燃焼ガス１０７のエネルギを第１段動翼２、第２段動翼４、及び第３段動翼６で回収し、圧縮機１０２（図１参照）及びタービン軸端部に接続された発電機などの機器１０９（図１参照）を駆動する。

タービン軸１０５は、ケーシング１１４に内包されている。ケーシング１１４の内周側には、第１段静翼１、第２段静翼３、第３段静翼５、第１段シュラウド１４、第２段シュラウド１５、及び第３段シュラウド１６が配設されている。また、第２段静翼３と第３段静翼５の内周側には、ダイヤフラム２４が配設されている。

第１段動翼２と第１段シュラウド１４との間、第２段動翼４と第２段シュラウド１５との間、第３段動翼６と第３段シュラウド１６との間、スペーサ１３とダイヤフラム２４との間には、それぞれ間隙が設けられていて、これらの間隙が、静止体と回転体の界面になっている。これらの間隙は、ガスタービンの運転状況によって変化する。

ケーシング冷却装置２５は、ケーシング１１４の形状に合わせてケーシング１１４の外表面側に環状に設置されている。ケーシング冷却装置２５は、一体構造、もしくは、周方向、軸方向に分割された構造となっていて、冷却空気噴出孔２５ａが設けられている。ケーシング冷却装置２５にはケーシング冷却空気供給配管１２０を通じてケーシング冷却空気１１５が導かれていて、この冷却空気噴出孔２５ａよりケーシング冷却空気１１５を噴出させ、ケーシング１１４を衝突冷却する。噴出したケーシング冷却空気１１５は、そのまま雰囲気中へと開放される。本実施の形態では図示していないが、噴出したケーシング冷却空気１１５を回収して排気ディフューザ１１３内部などの低圧部へ放出しても良い。

次に、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態におけるガスタービンの運転状況に対する動翼先端間隙の挙動について、図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態における動翼先端間隙の挙動の一例を示す参考特性図、図４は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態における動翼先端間隙の挙動の一例を示す特性図である。

図３において、横軸は時間を示していて、縦軸の（Ａ）〜（Ｃ）は上から順に出力Ｐ及び回転数Ｔ、動翼先端間隙Ｄ、冷却空気流量調整弁１２３開閉状態Ｖｃを示している。また、時刻ｔ０は、ガスタービン１０１が起動して回転数上昇を開始した時刻を示し、時刻ｔ１は、ガスタービン１０１が定格回転数Ｔｆに到達し、ガスタービン１０１の発電機１０９が系統に並列し、発電出力を開始した時刻を示し、時刻ｔ２は、発電出力が定格出力Ｐｂに到達した時刻を示す。時刻ｔ３は、定格出力から部分負荷出力まで負荷降下を開始した時刻、時刻ｔ４は、部分負荷出力から、再度定格出力まで負荷上昇を開始した時刻、時刻ｔ５は、定格出力に再度到達した時刻をそれぞれ示している。

また、図３の（Ｂ）の動翼先端間隙Ｄにおいては、太破線で示す特性線（ａ）は、ケーシング冷却を行わない場合の動翼先端間隙の特性を、細破線で示す特性線（ｂ）は、ケーシング冷却を行うと共に、部分負荷運転からの挙動を考慮した場合の動翼先端間隙の特性を、細破線で示す特性線（ｃ）は、ケーシング冷却を行うと共に、部分負荷運転からの挙動を考慮しない場合の動翼先端間隙の特性を、一点鎖線は、許容最小間隙Ｄａを、それぞれ示している。

まず、本実施の形態の特徴を明らかにするために、ケーシング冷却を行わない場合の動翼先端間隙Ｄの挙動（図３（Ｂ）の特性線（ａ））について説明する。
ガスタービン１０１停止時の動翼先端間隙値をＤ０とする。ガスタービン１０１が起動して回転数上昇を開始した時刻ｔ０から、動翼先端間隙Ｄは、許容最小間隙値Ｄａに向けてＤ０から縮小していく。これは、図２に示すタービン軸１０５にかかる遠心力により、第１〜３段動翼２，４，６が径方向に伸びることで、対向する第１〜３段シュラウド１４，１５，１６との間の間隙を縮小させるためである。

次に、ガスタービン１０１が定格回転数Ｔｆに到達し、ガスタービン１０１の発電機１０９が系統に並列し、発電出力を開始した時刻ｔ１からも、動翼先端間隙Ｄは、許容最小間隙値Ｄａに向けて縮小していき、時刻ｔ１ａで許容最小間隙値Ｄａと等しい起動時最小間隙値になる。これは、図２に示す燃焼ガス１０７の温度上昇により、タービン軸１０５が径方向に伸びるとともに、対向する第１〜３段シュラウド１４，１５，１６が径方向内側に膨張するためである。ケーシング１１４は、動翼先端間隙Ｄを拡大させる方向である径方向外側に熱膨張する。

一般に、タービン軸１０５、および第１〜３段シュラウド１４，１５，１６は、ケーシング１１４に比べて温度上昇しやすいため、タービン１０４が熱的に整定する前であるガスタービン起動途中の時刻ｔ１ａで最小間隙値を示している。

時刻ｔ１ａから発電出力が定格出力Ｐｂに到達した時刻ｔ２にかけては、ケーシング１１４の径方向外側への熱膨張が増加していくため、動翼先端間隙Ｄは、漸増していく。

ガスタービン１０１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、定格出力Ｐｂで運転継続している。このため、ケーシング１１４の熱膨張の増加に伴い動翼先端間隙Ｄは漸増して、動翼先端間隙値がＤ１となる時刻ｔ２ａで整定している。これは、時刻ｔ２ａにおいて、タービン１０４が熱的に整定したことによる。したがって、ケーシング冷却を行わない場合のガスタービン１０１における定格運転時の動翼先端間隙値は、Ｄ１となる。

定格出力から部分負荷出力まで負荷降下を開始した時刻ｔ３から、部分負荷出力一定での運転状態を経て、再度定格出力まで負荷上昇を開始した時刻ｔ４までの間において、動翼先端間隙Ｄは、一旦Ｄ１以上に増大し、その後、Ｄ１近傍まで漸減して整定している。

ガスタービン１０１の発電出力は、図１に示すガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２により燃料流量調整弁１２４の開度を制御し、燃焼器１０３へ供給する燃料流量を変化させることで制御している。したがって、時刻ｔ３において、負荷降下を開始すると、燃料流量や吸込み空気流量が変化し、燃焼ガス１０７の温度も低下する。このため、タービン軸１０５、第１〜３段シュラウド１４，１５，１６、及びケーシング１１４は、温度低下する。

このことにより、図２に示すケーシング１１４は、動翼先端間隙Ｄを縮小させる方向である径方向内側に熱収縮し、タービン軸１０５は、動翼先端間隙Ｄを増大させる方向である反径方向に縮み、第１〜３段シュラウド１４，１５，１６は、動翼先端間隙Ｄを増大させる方向である径方向外側に収縮する。このとき、タービン軸１０５、および第１〜３段シュラウド１４，１５，１６は、ケーシング１１４に比べて早く温度が低下するため、過渡状態において動翼先端間隙ＤがＤ１以上に増大し、その後漸減して整定している。

ガスタービン１０１は、部分負荷出力から、再度定格出力まで負荷上昇を開始した時刻ｔ４から、定格出力に再度到達した時刻ｔ５を経て、定格出力Ｐｂで運転継続している。この間において、動翼先端間隙Ｄは、一旦Ｄ１以下に縮小し、その後、Ｄ１まで漸増して整定している。

これは、時刻ｔ４から負荷上昇を開始すると、燃料流量や吸込み空気流量が変化し、燃焼ガス１０７の温度も上昇し、タービン軸１０５、第１〜３段シュラウド１４，１５，１６、及びケーシング１１４が、温度上昇し、部分負荷への降下時と逆の方向に、図２に示すタービン軸１０５、第１〜３段シュラウド１４，１５，１６、及びケーシング１１４が熱膨張等するためである。

このように、定格出力Ｐｂから部分負荷へ、又は部分負荷から定格出力までの出力変更（負荷変動）を行うと、動翼先端間隙Ｄは、一定の過渡状態を経た後に、起動時最小間隙値よりも大きな値の動翼先端間隙値Ｄ１で整定する。

この部分負荷及び定格出力Ｐｂ運転中における動翼先端間隙Ｄの増大を抑制するために、本実施の形態においては、ケーシング１１４を外部から冷却するケーシング冷却装置２５が設けられている。

次に、ケーシング冷却を行うと共に、部分負荷運転からの挙動を考慮した場合の動翼先端間隙の挙動（図３（Ｂ）の特性線（ｂ））について説明する。ガスタービン１０１が起動して回転数上昇を開始した時刻ｔ０から発電出力が定格出力Ｐｂに到達した時刻ｔ２までは、上述した特性線（ａ）と同様である。

時刻ｔ２において、冷却空気流量制御器１３１は、冷却空気流量調整弁１２３へ冷却空気調整信号１３３を出力し、冷却空気流量調整弁１２３を閉状態から開状態としている。このことにより、冷却空気供給源１１９からケーシング冷却空気１１５がケーシング冷却装置２５へ供給され、ケーシング冷却装置２５は、冷却空気噴出孔２５ａよりケーシング冷却空気１１５を噴出させてケーシング１１４を衝突冷却する。

このことにより、動翼先端間隙Ｄを増大させる方向であるケーシング１１４の径方向外側への熱膨張が抑制されるので、動翼先端間隙Ｄの起動時最小間隙値と運転整定時の間隙値Ｄ２との差が小さくなる。このように、定格出力ＰＢ運転時や、部分負荷一定運転等の定常状態での動翼先端間隙Ｄを、ケーシング冷却を実施していない場合に比べ小さく保つことができる。なお、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５における負荷変動時の動翼先端間隙Ｄの挙動は、運転整定時の間隙値Ｄ２を基に、特性線（ａ）と相似の挙動を示している。

ところで、ガスタービン１０１の運転において、漏れ損失を低減し、熱効率を向上させるという観点からは、運転状態を通して、許容最小間隙値Ｄａと同等の動翼先端間隙Ｄを常に保つようにケーシング冷却することが考えられる。

しかし、上述したように部分負荷から定格出力Ｐｂへの負荷上昇過程で動翼先端間隙Ｄが縮小するため、図３（Ｂ）の特性線（ｃ）のように、定格出力運転状態で許容最小間隙値Ｄａとなるようにケーシング１１４を冷却すると、負荷上昇時に許容最小間隙値Ｄａ以下まで、縮小してしまうという問題がある。このため、ケーシング冷却を行う場合には、少なくとも部分負荷での動翼先端間隙Ｄを許容最小間隙値Ｄａ以上であって、負荷上昇時の縮小量を考慮した値に設定する必要があった。

そこで、本実施の形態においては、部分負荷からの負荷上昇において、ケーシング冷却を停止する構成としている。図４を用いて、ガスタービンの運転状況に対する動翼先端間隙の挙動について説明する。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

また、図４の（Ｂ）の動翼先端間隙Ｄにおいては、太破線で示す特性線（ａ）は、ケーシング冷却を行わない場合の動翼先端間隙の特性を、太破線で示す特性線（ｄ）は、本実施の形態におけるケーシング冷却を行う場合の動翼先端間隙の特性を、それぞれ示している。

ガスタービン１０１が起動して回転数上昇を開始した時刻ｔ０から発電出力が定格出力Ｐｂに到達した時刻ｔ２までは、上述した図３の（Ｂ）の特性線（ａ）と同様である。

時刻ｔ２において、冷却空気流量制御器１３１は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を基に、定格出力Ｐｂ到達を判断するとともに、ケーシング１１４の冷却に必要な冷却空気量を演算し、冷却空気流量調整弁１２３へ冷却空気調整信号１３３を出力し、冷却空気流量調整弁１２３を閉状態から開状態としている。この際、冷却空気流量調整弁１２３の開度を図３の（Ｃ）における開度より大きくしてケーシング１１４を冷却し、図３の（Ｂ）における運転整定時の動翼先端間隙値Ｄ２より小さな動翼先端間隙値Ｄ３での運転を可能とする。

定格出力から部分負荷出力まで負荷降下を開始した時刻ｔ３から、部分負荷出力一定での運転状態を経て、再度定格出力まで負荷上昇を開始した時刻ｔ４の前までは、上述した図３と同様である。

部分負荷出力一定での運転を経て、再度定格出力まで負荷上昇を開始した時刻ｔ４において、冷却空気流量制御器１３１は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を基に、負荷上昇開始を判断し、冷却空気流量調整弁１２３へ閉信号を出力し、冷却空気流量調整弁１２３を開状態から閉状態としている。この閉信号は、所定の時間を設定し時刻ｔ６まで出力し、時刻ｔ６において、冷却空気流量制御器１３１は、再度時刻ｔ２における冷却空気調整信号１３３と同等の信号を冷却空気流量調整弁１２３へ出力している。

時刻ｔ４から時刻ｔ６までの間、ケーシング冷却を停止することから、ケーシング１１４の径方向外側への熱膨張が発生する。このケーシング１１４の径方向外側への熱膨張は、動翼先端間隙Ｄを増大させる方向であるので、負荷上昇時の動翼先端間隙Ｄの縮小を抑制することができる。この結果、部分負荷運転状態においても、ケーシング冷却における運転整定時の動翼先端間隙Ｄを、図３の動翼先端間隙値Ｄ２より小さな動翼先端間隙値Ｄ３に設定することができる。

上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態によれば、ケーシング１１４とタービン１０４の間隙を適切に保持することで、高い信頼性を有し、かつ部分負荷においても高い熱効率を得ることのできるガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンを提供できる。

また、上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態によれば、冷却空気流量調整弁１２３を制御する冷却空気調整信号１３３を出力する冷却空気流量制御器１３１を設けたことを特徴とするものであり、単純な構成で実現可能としている。このため、制御システムの複雑化を避け、メンテナンス性や、設計性が良くなり、導入に伴うコストや時間を最小限に抑える事ができる。

また、上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第１の実施の形態によれば、冷却空気流量制御器１３１は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を入力し、ケーシング１１４の冷却に必要な冷却空気量を演算して、冷却空気流量調整弁１２３を制御しているので、部分負荷から負荷上昇した際に生起する動翼先端間隙Ｄの縮小の抑制効果をより高めることができる。これは、燃料流量指令１３２が負荷を変動させる際に生じる最初の信号だからである。もっとも初期に発せられる信号である燃料流量指令１３２を使用することで、負荷上昇時に、いち早く冷却空気流量調整弁１２３を閉止でき、ケーシング１１４の熱膨張開始を早めることができる。このことにより、タービン軸１０５、および第１〜第３段シュラウド１４，１５，１６との温度差を少なくすることができる。

なお、本実施の形態においては、部分負荷から定格出力への負荷上昇時に、冷却空気流量調整弁１２３を閉止する例を説明したが、これに限るものではない。例えば、所定量までケーシング冷却空気１１５を削減するように、冷却空気流量調整弁１２３の開度を閉方向の所定開度で制御しても良い。

また、上述したように、定格出力Ｐｂから部分負荷までの負荷降下に際して、動翼先端間隙Ｄは、過渡的に増大し、その後漸減して所定値に整定する。逆に、部分負荷から定格出力Ｐｂまでの負荷上昇に際して、動翼先端間隙Ｄは、過渡的に縮小し、その後漸増して所定値に整定する。したがって、例えば、定格出力Ｐｂから部分負荷まで負荷降下した後に、短時間の部分負荷一定の運転をして、再度定格出力Ｐｂまで負荷上昇した場合には、動翼先端間隙Ｄは、過渡的にも整定時の動翼先端間隙値を下回らないことが想定される。

このため、冷却空気流量制御器１３１において、負荷減少開始時刻から部分負荷一定運転の経過時間を計測するタイマ演算部と、負荷減少量を計測する演算部と、予め設定した負荷減少開始時刻から部分負荷一定運転の経過時間の閾値と，予め設定した負荷減少量の閾値とを記憶する記憶部とを備え、負荷減少量が閾値を超えて減少し、かつ負荷減少開始時刻から部分負荷一定運転の経過時間が閾値をこえた場合における、負荷上昇の場合に、冷却空気流量調整弁１２３を閉止するように、構成しても良い。

以下、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態を示すシステム構成図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図５に示す本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。
第１の実施の形態においては、タービン１０４のケーシング１１４を冷却するケーシング冷却装置２５への冷却空気１１５を冷却空気供給源１１９から１系統で供給する場合を説明したが、本実施の形態においては、図５に示すように、冷却空気源を第１冷却空気供給源１１９Ａと第２冷却空気供給源１１９Ｂと２系統設置している。

第１冷却空気供給源１１９Ａは、第１の実施の形態における冷却空気源１１９と実質的には同じであって、圧縮機１０２の低圧段抽気やブロワなどの送風機で構成されている。第１冷却空気供給源１１９Ａが生成する低温のケーシング冷却空気１１５は、第１冷却空気流量調整弁１２３Ａが設けられたケーシング冷却空気供給配管１２０を介してケーシング冷却装置２５へ供給される。

第２冷却空気源１１９Ｂは、例えば、圧縮機１０２の高圧段抽気やブロワなどの送風機で構成されている。第２冷却空気供給源１１９Ｂが生成する高温のケーシング冷却空気１１５は、第２冷却空気流量調整弁１２３Ｂが設けられたケーシング冷却空気供給分岐配管１２０Ｂを介してケーシング冷却装置２５へ供給される。ケーシング冷却空気供給分岐配管１２０Ｂは、ケーシング冷却空気供給配管１２０の第１冷却空気流量調整弁１２３Ａの下流側であって、ケーシング冷却装置２５の上流側に接続している。

ケーシング冷却空気１１５の流量は第１及び第２冷却空気供給源１１９Ａ，１１９Ｂが備える動力調整機構など送風量調整構造、もしくは、第１及び第２冷却空気流量調整弁１２３Ａ，１２３Ｂの開度によってそれぞれ調整される。

冷却空気流量制御器１３１は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を入力し、ケーシング１１４の冷却に必要な冷却空気量を演算し、第１および第２冷却空気流量調整弁１２３Ａ，１２３Ｂへ第１及び第２冷却空気調整信号１３３Ａ，１３３Ｂをそれぞれ出力する。第１及び第２冷却空気流量調整弁１２３Ａ，１２３Ｂは、第１及び第２冷却空気調整信号１３３Ａ，１３３Ｂに応じてそれぞれの開度を変化させることで、各冷却空気供給源１１９Ａ，１１９Ｂからケーシング冷却装置２５へ供給されるケーシング冷却空気１１５の流量を制御している。

本実施の形態の動作として、冷却空気流量制御器１３１は、第１冷却空気流量調整弁１２３Ａを第１の実施の形態における冷却空気流量調整弁１２３と同様に制御する第１冷却空気調整信号１３３Ａを出力する。これに加えて、冷却空気流量制御器１３１は、部分負荷から定格出力Ｐｂまでの負荷上昇に際して、第１冷却空気流量調整弁１２３Ａを閉止する第１冷却空気調整信号１３３Ａを出力する間に、第２冷却空気流量調整弁１２３Ｂを開動作する第２冷却空気調整信号１３３Ｂを出力する。この第２冷却空気調整信号１３３Ｂは、運転状態を通じて、このときにのみ出力される。つまり、第２冷却空気流量調整弁１２３Ｂはこのときのみ所定開度に開動作し、このとき以外は、閉止している。

このことにより、ガスタービン１０１が部分負荷から定格出力Ｐｂまで負荷上昇する場合、ケーシング１１４には、２５から高温のケーシング冷却空気が噴出され、ケーシング１１４を衝突加温することになる。ケーシング１１４の外面では、強制対流熱伝達が生じるので、ケーシング１１４の外面の温度をより速やかに高めることが可能となる。

この結果、動翼先端間隙Ｄを増大させる方向であるケーシング１１４の径方向外側への熱膨張を促進することができるので、負荷上昇時の動翼先端間隙Ｄの縮小を抑制することができる。

上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第２の実施の形態によれば、負荷上昇時の動翼先端間隙Ｄの縮小を第１の実施の形態以上に抑制することができるので、整定時の動翼先端間隙値をさらに小さくすることができる。この結果、漏れ損失が減少し、より高い熱効率をえることができるとともに、動翼先端間隙Ｄを確実に許容最小間隙Ｄａ以上に保持できるので、高信頼性を得ることができる。

以下、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態を示すシステム構成図である。図６において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図６に示す本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。
第１の実施の形態においては、ガスタービン１０１を通常の１軸式ガスタービンで構成したが、本実施の形態においては、ガスタービン１０１を２軸式ガスタービンで構成している。

図６において、ガスタービン１０１は、主に、圧縮機１０２，燃焼器１０３，高圧タービン１０４Ａ，低圧タービン１０４Ｂから構成される。圧縮機１０２は、大気空気１１１を吸込み空気量調整手段としての可変入口案内翼（ＩＧＶ）１３６を介して吸入して圧縮し、圧縮空気１０６を生成し、生成した圧縮空気１０６を燃焼器１０３へ送る。燃焼器１０３は、圧縮機１０２が生成した圧縮空気１０６と燃料流量調整弁１２４を介して供給された燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス１０７を生成し、高圧タービン１０４Ａへ排出する。高圧タービン１０４Ａで仕事をした後の排気ガスが低圧タービン１０４Ｂへ排出される。高圧タービン１０４Ａは、圧縮機１０２と第１タービン軸１０５Ａで接続されていて、低圧タービン１０４Ｂは、発電機などの機器１０９と第２タービン軸１０５Ｂで接続されている。

高圧タービン１０４Ａは、燃焼器１０３から排出された燃焼ガス１０７により、第１タービン軸１０５Ａに回転力を生じさせる。第１タービン軸１０５Ａの回転力によって、圧縮機１０２を駆動させる。燃焼ガス１０７は、エネルギを高圧タービン１０４Ａで回収された後に、排ガスとして低圧タービン１０４Ｂへ排出される。

低圧タービン１０４Ｂは、高圧タービン１０４Ａから排出された排ガスにより、第２タービン軸１０５Ｂに回転力を生じさせる。第２タービン軸１０５Ｂの回転力によって、発電機などの機器１０９を駆動させる。排ガスは、エネルギを低圧タービン１０４Ｂで回収された後に、大気へ排出される。

燃料流量調整手段としての燃料流量調整弁１２４は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２により開度が制御される。このことにより、ガスタービン１０１の燃焼器１０３へ供給される燃料流量を制御できるので、ガスタービン１０１の出力（低圧タービン１０４Ｂの出力）を所望の値に制御することが可能となる。燃料流量指令１３２は、高圧タービン回転数制御器１３４へも出力されている。

高圧タービン回転数制御器１３４は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２を入力し、圧縮機１０２の吸込み空気流量を演算し、吸込み空気量調整手段としての可変入口案内翼（ＩＧＶ）１３６へ開度指令信号１３５を出力する。可変入口案内翼（ＩＧＶ）１３６は、開度指令信号１３５に応じてその案内翼の開度を変化させることで、圧縮機１０２に吸入される空気量を制御して、高圧タービン１０４Ａの回転数を制御している。

本実施の形態の動作として、高圧タービン回転数制御器１３４は、ガスタービン１０１が部分負荷から定格出力Ｐｂまで負荷上昇する際に、吸込み空気量を増加させて高圧タービン１０４Ａの回転数を低下させるように、可変入口案内翼（ＩＧＶ）１３６が開方向となる開度指令信号１３５を出力する。

このことにより、高圧タービン１０４Ａの第１回転軸１０５Ａの遠心伸び量を縮めることができる。高圧タービン１０４Ａの遠心伸びは、動翼先端間隙Ｄを縮小させる要因であるから、このようにすることで、負荷上昇にともなう動翼先端間隙Ｄの縮小を抑制することができる。

なお、遠心伸びは熱変形に比べ、非常に早い速度で起きるため、速やかに動翼先端間隙Ｄを増大することができる。また、低圧タービン１０４Ｂはタービン後段側であり、負荷変動による被る温度変化が高圧タービン１０４Ａに比べて小さい。このため負荷変動による動翼先端間隙Ｄの変化に対する対策が重要になるのは高圧タービン１０４Ａ側である。

上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第３の実施の形態によれば、吸込み空気量調整手段としての可変入口案内翼（ＩＧＶ）１３６を制御する開度指令信号１３５を出力する高圧タービン回転数制御器１３４を設けたことを特徴とするものであり、単純な構成で実現可能としている。このため、制御システムの複雑化を避け、メンテナンス性や、設計性が良くなり、導入に伴うコストや時間を最小限に抑える事ができる。

以下、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第４の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第４の実施の形態を示すシステム構成図である。図７において、図１乃至図６に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図７に示す本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第４の実施の形態は、大略第３の実施の形態と同様の機器で構成されるが、さらに、冷却空気流量調整弁１２３へ冷却空気調整信号１３３を出力する冷却空気流量制御器１３１を備えて構成している点が異なる。

燃料流量調整手段としての燃料流量調整弁１２４は、ガスタービン出力調整器１３０からの燃料流量指令１３２により開度が制御される。このことにより、ガスタービン１０１の燃焼器１０３へ供給される燃料流量を制御できるので、ガスタービン１０１の出力（低圧タービン１０４Ｂの出力）を所望の値に制御することが可能となる。燃料流量指令１３２は、高圧タービン回転数制御器１３４と冷却空気流量制御器１３１とへも出力されている。

上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第４の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

以下、本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第５の実施の形態を図面を用いて説明する。図８は本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第５の実施の形態を示すシステム構成図である。図８において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図８に示す本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第５の実施の形態は、大略第３の実施の形態と同様の機器で構成されるが、冷却空気源を第１冷却空気供給源１１９Ａと第２冷却空気供給源１１９Ｂと２系統設置していることと、第１及び第２冷却空気流量調整弁１２３Ａ，１２３Ｂへ第１及び第２冷却空気調整信号１３３Ａ，１３３Ｂをそれぞれ出力する冷却空気流量制御器１３１を備えて構成している点が異なる。

上述した本発明のガスタービンの間隙制御装置、間隙制御方法及び間隙制御装置を備えたガスタービンの第５の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態及び第３の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態においては、第１〜３段動翼２，４，６と、対向する第１〜３段シュラウド１４，１５，１６との間の間隙（動翼先端間隙）調整を例に説明したが、スペーサ１３と第２及び第３段静翼３，５の内周側に配設されたダイヤフラム２４との間の間隙調整についても、本発明は当然に適用できる。

１第１段静翼
２第１段動翼
３第２段静翼
４第２段動翼
５第３段静翼
６第３段動翼
１４第１段シュラウド
１５第２段シュラウド
１６第３段シュラウド
２４ダイヤフラム
２５ケーシング冷却装置
１０１ガスタービン
１０２圧縮機
１０３燃焼器
１０４タービン
１０４Ａ高圧タービン
１０４Ｂ低圧タービン
１０５タービン軸
１０６圧縮空気
１０７燃焼ガス
１０９機器（発電機）
１１１大気空気
１１２排気
１１３排気ディフューザ
１１４ケーシング
１１５ケーシング冷却空気
１１９冷却空気供給源
１１９Ａ第１冷却空気供給源（低温）
１１９Ｂ第２冷却空気供給源（高温）
１２０ケーシング冷却空気供給配管
１２３空気流量調整弁
１２４燃料流量調整弁（燃料流量調整手段）
１３０ガスタービン出力調整器
１３１流量制御器
１３２燃料流量指令
１３３冷却空気調整信号
１３４高圧タービン回転数制御器
１３５開度指令信号
１３６可変入口案内翼（ＩＧＶ）（吸込み空気量調整手段）

Claims

燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機及び発電機を駆動するタービンロータと前記タービンロータに設けたタービン動翼とを有するタービンと、前記タービンを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記タービンと前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に冷却空気を供給する冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記冷却空気の空気量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁に開度指令を出力し前記冷却空気の空気量を制御する流量制御器とを備え、
前記流量制御器は、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機及び発電機を駆動するタービンロータと前記タービンロータに設けたタービン動翼とを有するタービンと、前記タービンを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記タービン動翼と前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記タービン動翼と前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に冷却空気を供給する冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記冷却空気の空気量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁に開度指令を出力し前記冷却空気の空気量を制御する流量制御器とを備え、
前記流量制御器は、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機及び発電機を駆動するタービンロータと前記タービンロータに設けたタービン動翼とを有するタービンと、前記タービンを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記タービン動翼と前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記タービン動翼と前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に低温冷却空気を供給する第１冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に高温冷却空気を供給する第２冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記低温冷却空気の空気量を調整する第１流量調整弁と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記高温冷却空気の空気量を調整する第２流量調整弁と、前記第１及び第２流量調整弁に開度指令を出力し前記低温冷却空気及び前記高温冷却空気の各空気量を制御する流量制御器とを備え、
前記流量制御器は、前記第１流量調整弁に前記低温冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記第１流量調整弁に前記低温冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる第１の手段と、前記第２流量調整弁に前記高温冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を増大制御させる第２の手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
燃焼用空気の吸込み流量を調整する可変入口案内翼と、前記燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動する高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気を用いて発電機を駆動する低圧タービンと、前記高圧タービンと前記低圧タービンとを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に冷却空気を供給する冷却空気供給源と、前記可変入口案内翼に開度指令を出力し前記燃焼用空気の吸込み流量を制御する高圧タービン回転数制御器とを備え、
前記高圧タービン回転数制御器は、前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記可変入口案内翼に前記燃焼用空気の吸込み流量の増加指令を出力して前記間隙を増大制御させる手段を備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
燃焼用空気の吸込み流量を調整する可変入口案内翼と、前記燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動する高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気を用いて発電機を駆動する低圧タービンと、前記高圧タービンと前記低圧タービンとを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に冷却空気を供給する冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記冷却空気の空気量を調整する流量調整弁と、前記流量調整弁に開度指令を出力し前記冷却空気の空気量を制御する流量制御器と、前記可変入口案内翼に開度指令を出力し前記燃焼用空気の吸込み流量を制御する高圧タービン回転数制御器とを備え、
前記流量制御器は、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる手段とを備え、
前記高圧タービン回転数制御器は、前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記可変入口案内翼に前記燃焼用空気の吸込み流量の増加指令を出力して前記間隙を増大制御させる第３の手段を備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
燃焼用空気の吸込み流量を調整する可変入口案内翼と、前記燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機を駆動する高圧タービンと、前記高圧タービンからの排気を用いて発電機を駆動する低圧タービンと、前記高圧タービンと前記低圧タービンとを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御装置であって、
前記ケーシングを冷却して前記高圧タービンと前記ケーシングの内面との間隙を調整するケーシング冷却装置と、前記ケーシング冷却装置に低温冷却空気を供給する第１冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に高温冷却空気を供給する第２冷却空気供給源と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記低温冷却空気の空気量を調整する第１流量調整弁と、前記ケーシング冷却装置に供給される前記高温冷却空気の空気量を調整する第２流量調整弁と、前記第１及び第２流量調整弁に開度指令を出力し前記低温冷却空気及び前記高温冷却空気の各空気量を制御する流量制御器と、前記可変入口案内翼に開度指令を出力し前記燃焼用空気の吸込み流量を制御する高圧タービン回転数制御器とを備え、
前記流量制御器は、前記第１流量調整弁に前記低温冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手段と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記第１流量調整弁に前記低温冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる第１の手段と、前記第２流量調整弁に前記高温冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を増大制御させる第２の手段とを備え、
前記高圧タービン回転数制御器は、前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記ガスタービン制御器からの発電機出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記可変入口案内翼に前記燃焼用空気の吸込み流量の増加指令を出力して前記間隙を増大制御させる第３の手段を備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスタービンの間隙制御装置を備えた、
ことを特徴とするガスタービン。
燃焼用空気を加圧する圧縮機と、前記燃焼用空気を燃料と混合・燃焼して高温の燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスを用いて前記圧縮機及び発電機を駆動するタービンロータと前記タービンロータに設けたタービン動翼とを有するタービンと、前記タービンを内包するケーシングと、前記燃焼器への燃料流量を制御する燃料流量調整弁と、前記燃料流量調整弁に燃料流量指令を出力して前記発電機の出力を制御するガスタービン制御器とを備えるガスタービンの前記タービンと前記ケーシングの内面との間隙を制御するガスタービンの間隙制御方法であって、
前記タービンと前記ケーシングとの間隙を調整するケーシング冷却装置に供給される冷却空気の空気量を調整する流量調整弁に、前記冷却空気の供給開始指令を出力して前記間隙を縮小制御させる手順と、
前記発電機の出力が定格出力から部分負荷まで降下した後に、前記発電機の出力を増加させる前記燃料流量指令が入力したときに、前記流量調整弁に前記冷却空気の供給停止指令もしくは流量減少指令を出力して前記間隙を増大制御させる手順とを備えた
ことを特徴とするガスタービンの間隙制御方法。