JP5897180B2 - ガスタービン - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンに関し、特に、圧縮部から抽出した抽出空気を冷却空気としてタービン部に供給する抽気冷却系統を備えたガスタービンに関する。

ガスタービンのタービン部は、一般的に静翼と動翼とが交互に複数配列されている。これらの静翼及び動翼は、燃焼部から供給される高温の燃焼ガスに曝されるので、静翼及び動翼を冷却する必要がある。例えば、圧縮部から抽出した抽出空気を冷却空気として静翼及び動翼の周囲に供給する方法がある。特許文献１には、図１５に示すように、抽出空気を送給する冷却系統６０の途中にオリフィス弁６１を設けて、予め設定された一定量の抽出空気を供給する方法が開示されている。
ところで、定期点検等でタービンを長期間停止したことによってタービン部の温度が室温程度に冷却されている状態からタービン部を起動させると、熱容量の違いによってタービン部内の車室とタービンロータに大きな熱伸差が生じ、両者が接触するおそれがある。このため、起動時には大量の抽出空気を供給する必要がある。また、夏等に圧縮部に吸い込まれる空気の温度が高くなると抽出空気の温度も高くなってしまう。温度の高い抽出空気では、タービン部を冷却する能力が低下するため、タービン部の温度が設定温度よりも高くなるおそれがある。このため、圧縮部に吸い込まれる空気の温度が高い場合には大量の抽出空気を供給する必要がある。そこで、オリフィス弁のサイズは、起動時や圧縮部に吸い込まれる空気の温度が高い場合等に必要とされる抽出空気量を送給できるように、大きく設定されている。

特開平１１−９３６９４号公報

しかしながら、サイズの大きいオリフィス弁を用いているため、常時、大量の抽出空気を供給することとなる。これにより、大量の抽出空気を供給する必要が無い場合であってもその量の抽出空気がタービン部に供給されるため、タービン部を冷却し過ぎてしまう場合があるという問題点があった。

そこで、本発明は、このような問題を解決するものであって、タービン部を冷却するための最適な量の抽出空気をタービン部へ供給可能なガスタービンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する本発明に係るガスタービンは、吸い込んだ空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部で圧縮された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼部で生成した前記燃焼ガスによって駆動されるタービン部と、前記圧縮部から抽出した抽出空気を前記タービン部にオリフィス弁を介して供給する抽気冷却系統と、を備え、発電機を駆動するガスタービンにおいて、
前記オリフィス弁よりも上流側の前記抽気冷却系統から分岐され、前記オリフィス弁をバイパスして前記オリフィス弁よりも下流側の前記抽気冷却系統に前記抽出空気を送給するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
前記バイパス弁の開度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度及び前記発電機の出力の少なくとも一つに基づいて、前記バイパス弁の開度を制御することを特徴とする。

本発明のガスタービンによれば、バイパス流路とバイパス弁とを備えているため、バイパス弁を開放することにより、オリフィス弁を通過する抽出空気に加えてバイパス弁を通過する抽出空気もタービン部に供給することができる。これにより、従来のようにサイズの大きいオリフィス弁を選択する必要がなくなって、サイズの小さいオリフィス弁を選択することができる。また、制御手段を備えているため、バイパス弁の開度を調整することで、タービン部を冷却するための最適な量の抽出空気をタービン部へ供給することができる。

また、前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度、及び前記発電機の出力の少なくとも一つに基づいて、前記バイパス弁の開度を制御する。

このように、制御手段は、圧縮部に吸い込まれる空気の温度、及び発電機の出力の少なくとも一つに基づいて、バイパス弁の開度を制御するので、タービン部を効率良く冷却することができる。

また、前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整してもよい。

このように、制御手段は、発電機の出力とバイパス弁の開度との関数により発電機の出力に対応するバイパス弁の開度を求め、当該開度にバイパス弁を調整するため、関数によって設定された通りの抽出空気量をタービン部に供給することができる。

また、前記制御手段は、前記タービン部の前記ディスクキャビティ内の温度が上限温度よりも高い場合、前記バイパス弁の開度を全開にし、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度以下の場合、前記バイパス弁の開度を全閉にしてもよい。

このように、制御手段は、タービン部のディスクキャビティ内の温度が上限温度よりも高い場合、バイパス弁の開度を全開にすることで、バイパス管内を通過する最大の抽出空気量をタービン部に供給することができるため、タービン部を短時間で冷却することができる。また、制御手段は、ディスクキャビティ内の温度が上限温度以下の場合、バイパス弁の開度を全閉にするため、タービン部の過冷却を防止することができる。

また、前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整してもよい。

このように、制御手段は、圧縮部に吸い込まれる空気の温度とバイパス弁の開度との関数により圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応するバイパス弁の開度を求め、当該開度にバイパス弁を調整するため、関数によって設定された通りの抽出空気量をタービン部に供給することができる。

また、前記制御手段は、前記タービン部のディスクキャビティ内の温度と目標温度との偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整してもよい。

このように、制御手段は、タービン部のディスクキャビティ内の温度と目標温度との偏差に基づいてバイパス弁の開度を調整するため、タービン部のディスクキャビティ内の温度を目標温度に保つことができる。

また、前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正してもよい。

このように、制御手段は、発電機の出力とバイパス弁の開度補正量との関数により発電機の出力に対応するバイパス弁の開度補正量に基づいて、偏差から決定されたバイパス弁の開度を補正するため、抽出空気量を適宜、変更することができる。これにより、タービン部内の温度をほぼ一定に保つことができる。

また、前記制御手段は、前記ディスクキャビティ内の温度が上限温度以下の場合、前記偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整し、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度よりも大きい場合、前記バイパス弁の開度を全開にしてもよい。

このように、制御手段は、ディスクキャビティ内の温度が上限温度以下の場合、偏差に基づいてバイパス弁の開度を調整し、ディスクキャビティ内の温度が上限温度よりも大きい場合、バイパス弁の開度を全開にすることで、バイパス管側から供給可能な最大量の抽出空気をタービン部に供給することができるため、タービン部を短時間で冷却することができる。

また、前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正してもよい。

このように、制御手段は、圧縮部に吸い込まれる空気の温度とバイパス弁の開度補正量との関数により圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応するバイパス弁の開度補正量に基づいて、偏差から決定されたバイパス弁の開度を補正するため、抽出空気量を適宜、変更することができる。これにより、タービン部内の温度をほぼ一定に保つことができる。

また、前記制御手段は、前記タービン部の起動時に前記バイパス弁の開度を全開にした後、前記発電機の出力が所定値を超えた状態が所定時間継続したときに、前記バイパス弁の開度を全閉にしてもよい。

このように、制御手段は、タービン部の起動時にバイパス弁を全開にするため、大量の抽出空気が供給されることとなり、静翼と動翼のクリアランスが大きい箇所からディスクキャビティ内に高温の燃焼ガスが流入することを防止できる。即ち、定期点検等でタービンを長期間停止したことによってタービン部の温度が室温程度に冷却されている状態からタービン部を起動させると、静翼と動翼のクリアランスが一定でない箇所が存在するため、クリアランスの大きい個所からディスクキャビティ内に燃焼ガスが流入してディスクキャビティ内の温度が設定温度よりも高くなるおそれがある。そこで、オリフィス弁を通過する抽出空気に加えてバイパス管側から大量の抽出空気を供給することで、燃焼ガスがクリアランスの大きい個所からディスクキャビティ内に流入することを防止できる。
また、発電機の出力が所定値を超えて安定した状態が所定時間継続した、即ちタービン部の静翼と動翼のクリアランスが概ね一定となったときに、バイパス弁を全閉にするため、タービン部の過冷却を防止することができる。

本発明によれば、タービン部を冷却するための最適な量の抽出空気をタービン部へ供給することができる。

本発明に係るガスタービンの系統図である。 制御部の制御パターン１を示す図である。 タービン部の出力とバイパス弁の弁開度との関数の一例を示す図である。 タービン部の出力とバイパス弁の弁開度との関数の他の例を示す図である。 制御部の制御パターン２を示す図である。 制御部の制御パターン３を示す図である。 圧縮部の吸気温度とバイパス弁の弁開度との関数の一例を示す図である。 制御部の制御パターン４を示す図である。 制御部の制御パターン５を示す図である。 タービン部の出力とバイパス弁の開度補正量との関数の一例を示す図である。 制御部の制御パターン６を示す図である。 制御部の制御パターン７を示す図である。 吸気温度とバイパス弁の開度補正量との関数の一例を示す図である。 制御部の制御パターン８を示す図である。 オリフィス弁を用いた従来の冷却系統を示す図である。

以下、本発明に係るガスタービンについて図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明に係るガスタービンの系統図である。
図１に示すように、本発明に係るガスタービン１は、圧縮部２と、燃焼部４と、タービン部６と、抽気冷却系統１０と、制御部４０と、を備えている。
圧縮部２は、静翼と動翼の交互の列を複数有し（不図示）、その入口部２ａから吸気した空気を圧縮するように構成されている。入口部２ａ付近には、圧縮部２本体内に吸い込む空気の温度を計測する圧縮部入口温度センサ３が設けられている。圧縮部入口温度センサ３により計測された空気の温度（以下、吸気温度という）は制御部４０に送信される。
燃焼部４は、圧縮部２で圧縮された圧縮空気と、燃料供給系統（不図示）から供給された燃料ガスとを混合して燃焼ガスを生成する。
タービン部６は、圧縮部２と同軸に連結され、静翼と動翼の交互の列を複数有し（不図示）、燃焼部４で生成された燃焼ガスによって駆動される。タービン部６のディスクキャビティ（不図示）内には、ディスクキャビティ内の温度を計測するディスクキャビティ温度センサ７が設けられている。ディスクキャビティ温度センサ７により計測されたディスクキャビティ内の温度（以下、キャビティ温度という）は制御部４０に送信される。タービン部６の出力は、タービン部６に連結されている発電機８の出力と比例関係にあるため、本実施形態においては、発電機８の出力を計測した。発電機８の出力は制御部４０に送信される。なお、以下の説明では、タービン部６の出力という。

抽気冷却系統１０は、静翼系統２０と動翼系統３０とを備えている。静翼系統２０は、圧縮部２の中段から抽出された中圧の抽出空気を、タービン部６の静翼（例えば、第２段。不図示）の内部に導いている。
静翼系統２０の途中には、オリフィス弁２２が設けられている。また、静翼系統２０には、オリフィス弁２２をバイパスするバイパス流路２６が設けられている。このバイパス流路２６の途中には、開度を調整可能なバイパス弁２８が設けられている。バイパス弁２８の開度を調整することにより、バイパス流路２６内を流れる抽出空気の流量を調整することができる。
バイパス流路２６側は、オリフィス弁２２側よりも多くの抽出空気を流すことができるように、バイパス弁２８はオリフィス弁２２よりも大きいサイズのものが用いられている。
動翼系統３０は、圧縮部２の後段から抽出された高圧の抽出空気を、タービン部６のロータ（不図示）の内部に導いている。動翼系統３０の途中には、オリフィス弁３２が設けられている。また、動翼系統３０には、オリフィス弁３２をバイパスするバイパス流路３６が設けられている。このバイパス流路３６の途中には、開度を調整可能なバイパス弁３８が設けられている。バイパス弁３８の開度を調整することにより、バイパス流路３６内を流れる抽出空気の流量を調整することができる。
バイパス流路３６側は、オリフィス弁３２側よりも多くの抽出空気を流すことができるように、バイパス弁３８はオリフィス弁３２よりも大きいサイズのものが用いられている。

制御部４０は、圧縮部入口温度センサ３により計測された吸気温度、ディスクキャビティ温度センサ７により計測されたキャビティ温度、及び発電機８より送信された出力を受信する。そして、吸気温度、キャビティ温度、及びタービン部６の出力の少なくとも一つに基づいて、バイパス弁２８、３８の開度をそれぞれ制御する。
バイパス弁２８、３８の開度をそれぞれ制御する制御パターンは、複数設けられている。これらの各制御パターンについて以下で説明する。なお、以下の説明では、静翼系統２０を制御する場合について説明するが、動翼系統３０も静翼系統２０と同様の制御パターンで制御することができる。

＜制御パターン１＞
図２は、制御部４０の制御パターン１を示す図である。図３は、タービン部６の出力とバイパス弁２８の弁開度との関数の一例を示す図である。
図２及び図３に示すように、制御部４０は関数設定器４２を備えている。この関数設定器４２には、タービン部６の出力の関数としてバイパス弁２８の弁開度が予め設定されている。関数設定器４２においては、受信したタービン部６の出力に対応するバイパス弁２８の弁開度を求めて、当該弁開度をバイパス弁２８へ送信する。本実施例では、タービン部６の出力が増加するとバイパス弁２８の弁開度を減少させる関数を用いている（図３参照）ことで、タービン部６の出力が増加するとバイパス弁２８の弁開度は減少するため、バイパス流路２６を通過してタービン部６に供給される抽出空気量は減少する。タービン部６の起動過程で大量の抽出空気が必要な場合等に本実施例で示した関数を用いる。大量の抽出空気が必要な場合とは、例えば、タービン部６を起動させた直後である。このときは、タービン部６内の静翼と動翼とのクリアランスの大きい個所に高温の燃焼ガスが流入することを防止する必要がある。係る場合には、起動直後のタービン部６の出力が低い状態のときに、オリフィス弁２２を通過する抽出空気に加えてバイパス弁２８の弁開度を増加させて大量の抽出空気を供給することで、高温の燃焼ガスがクリアランスに流入することを防止する。その後、タービン部６内の温度が暖まってきたら、クリアランスが次第に均等となってくるため、バイパス弁２８の弁開度を低下させる。

上述したように、制御パターン１によれば、制御部４０は、タービン部６の出力に基づいてバイパス弁２８を関数にて設定された弁開度に調整することができるため、予め設定された抽出空気量をタービン部６に供給することができる。
なお、本実施例では、タービン部６の出力が増加するとバイパス弁２８の弁開度を減少させる関数を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、タービン部６の出力が増加するとバイパス弁２８の弁開度を増加させる関数を用いてもよい。この関数は、圧縮部２の吸気温度が高くなったことで、バイパス弁２８の弁開度を大きくしてタービン部６内に供給する抽出空気量を増加させる場合等に用いられる。

次に、本発明の制御パターン２について説明する。以下の説明において、上述した制御パターンに対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

＜制御パターン２＞
図５は、制御部４０の制御パターン２を示す図である。
図５に示すように、制御部４０は、切換スイッチ４４を備えており、この切換スイッチ４４においては、キャビティ温度と予め設定された上限温度との比較結果に基づいて、弁開度１００％及び弁開度０％のいずれかを選択する。具体的に切換スイッチ４４は、キャビティ温度が上限温度よりも高い場合、バイパス弁２８の弁開度１００％を選択する。一方、キャビティ温度が上限温度以下の場合、バイパス弁２８の弁開度０％を選択する。即ち、キャビティ温度が上限温度よりも高い場合はバイパス弁２８を全開にして、抽出空気をタービン部６内に大量に供給する。一方、キャビティ温度が上限温度以下の場合はバイパス弁２８を閉止してバイパス流路２６からの抽出空気の供給を停止する。
上述したように、制御パターン２によれば、制御部４０は、タービン部６のキャビティ温度と上限温度とを比較してバイパス弁２８の開度を調整することができる。これにより、キャビティ温度が上限温度よりも高い場合は、オリフィス弁２２を通過する抽出空気に加えてバイパス流路２６側からの抽出空気を大量に供給することができるので、タービン部６を急速に冷却することができる。また、キャビティ温度が上限温度以下の場合は、バイパス流路２６側からの抽出空気の供給を停止し、オリフィス弁２２を通過する抽出空気のみを供給することができる。これにより、タービン部６の過冷却を防止することができる。さらに、制御パターン２では、キャビティ温度が上限温度を超えたか否かのみを判定するだけなので、制御部４０の機器構成を簡便なものにすることができる。

＜制御パターン３＞
図６は、制御部４０の制御パターン３を示す図である。また、図７は、圧縮部２の吸気温度とバイパス弁２８の弁開度との関数の一例を示す図である。
図６及び図７に示すように、制御部４０は関数設定器４６を備えており、この関数設定器４６には、圧縮部２の吸気温度の関数としてバイパス弁２８の弁開度が予め設定されている。関数設定器４６においては、吸気温度に対応するバイパス弁２８の弁開度を求めて、当該弁開度をバイパス弁２８へ送信する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができる。本実施例では、吸気温度が高くなった場合に、オリフィス弁２２を通過する抽出空気に加えてバイパス弁２８の弁開度を増加させて大量の抽出空気を供給することでタービン部６を冷却できるように、バイパス弁２８の弁開度を大きくしている。
上述したように、制御パターン３によれば、制御部４０は、圧縮部２の吸気温度に基づいてバイパス弁２８の弁開度を調整することができる。これにより、予め設定された抽出空気量をタービン部６に供給することができる。

＜制御パターン４＞
図８は、制御部４０の制御パターン４を示す図である。
図８に示すように、制御部４０は、減算器４８及びＰＩ制御器５０を備えている。減算器４８においては、予め設定された目標温度とキャビティ温度との偏差を算出し、当該偏差をＰＩ制御器５０に送信する。
ＰＩ制御器５０においては、当該偏差に基づいてＰＩ（比例、積分）演算を行ってバイパス弁２８の弁開度を算出し、当該弁開度をバイパス弁２８へ送信する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができる。
上述したように、制御パターン４によれば、制御部４０は、キャビティ温度と目標温度との偏差に基づいてバイパス弁２８の開度を調整することができる。これにより、キャビティ温度を目標温度に保つことができる。

＜制御パターン５＞
制御パターン５は、制御パターン４に弁開度を補正するための機能を追加したものである。
図９は、制御部４０の制御パターン５を示す図である。また、図１０は、タービン部６の出力とバイパス弁２８の開度補正量との関数の一例を示す図である。
図９及び図１０に示すように、制御部４０は、関数設定器５２、減算器４８、ＰＩ制御器５０及び加算器５３を備えている。
関数設定器５２には、タービン部６の出力の関数としてバイパス弁２８の開度補正量が予め設定されている。関数設定器５２においては、タービン部６の出力に対応するバイパス弁２８の開度補正量を求めて、当該開度補正量を加算器５３へ送信する。本実施例では、タービン部６の出力が増加するとバイパス弁２８の開度補正量を減少させる関数を用いている（図１０参照）。
加算器５３においては、ＰＩ制御器５０より送信されたバイパス弁２８の開度を開度補正量によって補正し、補正後の弁開度をバイパス弁２８へ送信する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができる。
上述したように、制御パターン５によれば、制御部４０は、タービン部６の出力に基づいてバイパス弁２８の開度補正量を算出するとともに、キャビティ温度と目標温度との偏差から決定されたバイパス弁２８の開度をその開度補正量に基づいて補正する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができるため、タービン部６内の温度をほぼ一定に保つことができる。

＜制御パターン６＞
制御パターン６は、制御パターン４に制御パターン２の機能を追加したものである。
図１１は、制御部４０の制御パターン６を示す図である。
図１１に示すように、制御部４０は、切換スイッチ４４、減算器４８、ＰＩ制御器５０及びハイセパレーター５４を備えている。制御部４０は、キャビティ温度が上限温度以下の場合、キャビティ温度が目標温度となるようにバイパス弁２８の開度を調整し、キャビティ温度が上限温度よりも大きい場合、バイパス弁２８の開度を全開にする。
ハイセパレーター５４においては、バイパス弁２８の弁開度０％の値を受信している場合（即ちキャビティ温度が上限温度以下の場合）、上記偏差に基づいて算出された弁開度をバイパス弁２８へ送信する。一方、バイパス弁２８の弁開度１００％の値を受信した場合（即ちキャビティ温度が上限温度よりも高い場合）、上記偏差に基づいて算出された弁開度の値にかかわらず、当該弁開度１００％の値をバイパス弁２８へ送信する。
上述したように、制御パターン６によれば、制御部４０は、キャビティ温度が上限温度以下の場合、上記偏差に基づいてバイパス弁２８の開度を調整する。これにより、制御パターン４と同様に、キャビティ温度を目標温度に保つことができる。一方、キャビティ温度が上限温度よりも大きい場合、バイパス弁２８の開度を全開にする。これにより、制御パターン２と同様に、タービン部６を短時間で冷却することができる。

＜制御パターン７＞
制御パターン７は、制御パターン４に弁開度を補正するための機能を追加したものである。
図１２は、制御部４０の制御パターン７を示す図である。また、図１３は、吸気温度とバイパス弁２８の開度補正量との関数の一例を示す図である。
図１２及び図１３に示すように、制御部４０は、関数設定器５６、減算器４８、ＰＩ制御器５０及び加算器５３を備えている。
関数設定器５６には、吸気温度の関数としてバイパス弁２８の開度補正量が予め設定されている（図１３参照）。関数設定器５６においては、受信した吸気温度に対応するバイパス弁２８の開度補正量を求めて、当該開度補正量を加算器５３へ送信する。本実施例では、吸気温度が高くなるとバイパス弁２８の開度補正量を増加させる関数を用いている。
加算器５３においては、ＰＩ制御器５０より送信されたバイパス弁２８の開度を開度補正量によって補正し、補正後の弁開度をバイパス弁２８へ送信する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができる。
上述したように、制御パターン７によれば、制御部４０は、吸気温度に基づいてバイパス弁２８の開度補正量を算出するとともに、キャビティ温度と目標温度との偏差から決定されたバイパス弁２８の開度をその開度補正量に基づいて補正する。これにより、バイパス弁２８を所望の弁開度に調整することができるため、タービン部６内の温度をほぼ一定に保つことができる。

なお、上述した制御パターン１〜７は、それぞれ互いに組み合わせて用いることができる。

＜制御パターン８＞
図１４は、制御部４０の制御パターン８を示す図である。
図１４に示すように、制御部４０は、切換スイッチ５８を備えている。切換スイッチ５８においては、タービン部６のコールド起動条件と、タービン部６が設定出力を超えて稼働した経過時間との比較結果に基づいて、弁開度１００％及び弁開度０％のいずれかを選択する。なお、本明細書では、定期点検等でタービン部６を長期間停止したことによってタービン部６の温度が室温程度に冷却されている状態からタービン部６を起動することをコールド起動という。
切換スイッチ５８は、コールド起動条件の場合、バイパス弁２８の弁開度１００％を選択する。即ちコールド起動した時は、オリフィス弁２２を通過する抽出空気に加えて、バイパス流路２６から大量の抽出空気をタービン部６のディスクキャビティ内に供給する。定期点検等でタービン部６内の静翼や動翼を再組立てした状態では、静翼と動翼とのクリアランスがすべての箇所で一定で無いため、コールド起動直後は、クリアランスの大きい個所からディスクキャビティ内に燃焼ガスが流入してキャビティ温度が設定温度よりも高くなるおそれがある。しかし、上述したように、オリフィス弁２２を通過する抽出空気に加えて、バイパス弁２８を全開にしてバイパス流路２６からも大量の抽出空気を供給することで、燃焼ガスがクリアランスの大きい個所からディスクキャビティ内に流入することを防止できる。
一方、切換スイッチ５８は、タービン部６の出力が設定出力を超えて稼働し、その稼働した経過時間が設定時間を超えた場合、バイパス弁２８の弁開度０％を選択する。即ちタービン部６の出力が安定して、且つその安定が連続している場合は、バイパス弁２８を閉止してバイパス流路２６からの抽出空気の供給を停止する。これにより、静翼と動翼とのクリアランスが概ね一定となったときに、バイパス弁２８を全閉にするため、タービン部６内の過冷却を防止することができる。
なお、本実施例では、制御パターン８を単独で使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上述した制御パターン１〜７と組み合わせて用いることができる。

上述したように、本発明に係るガスタービン１は、バイパス流路２６、３６とバイパス弁２８、３８とを備えているため、バイパス弁２８、３８を開放することにより、オリフィス弁２２、３２を通過する抽出空気に加えてバイパス弁２８、３８を通過する抽出空気もタービン部６へ供給することができる。これにより、従来のように、サイズの大きいオリフィス弁を選択する必要がなくなって、サイズの小さいオリフィス弁２２、３２を選択することができる。
さらに、吸気温度、キャビティ温度及びタービン部６の出力の少なくとも一つに基づいて、制御部４０がバイパス弁２８、３８の開度を制御するため、タービン部６を冷却するための最適な量の抽出空気を供給することができる。

１ ガスタービン
２ 圧縮部
２ａ 入口部
３ 圧縮部入口温度センサ
４ 燃焼部
６ タービン部
７ ディスクキャビティ温度センサ
８ 発電機
１０ 抽気冷却系統
２０ 静翼系統
２２ オリフィス弁
２６ バイパス流路
２８ バイパス弁
３０ 動翼系統
３２ オリフィス弁
３６ バイパス流路
３８ バイパス弁
４０ 制御部
４２ 関数設定器
４４ 切換スイッチ
４６ 関数設定器
４８ 減算器
５０ ＰＩ制御器
５２ 関数設定器
５３ 加算器
５４ ハイセパレーター
５６ 関数設定器
５８ 切換スイッチ
６０ 冷却系統
６１ オリフィス弁

Claims (18)

1. 吸い込んだ空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部で圧縮された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼部で生成した前記燃焼ガスによって駆動されるタービン部と、前記圧縮部から抽出した抽出空気を前記タービン部にオリフイス弁を介して供給する抽気冷却系統と、を備え、発電機を駆動するガスタービンにおいて、
   前記オリフイス弁よりも上流側の前記抽気冷却系統から分岐され、前記オリフイス弁をバイパスして前記オリフイス弁よりも下流側の前記抽気冷却系統に前記抽出空気を送給するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、前記バイパス弁の開度を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度及び前記発電機の出力の少なくともーつに基づいて、前記バイパス弁の開度を制御することを特微とするガスタービン。
2. 前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整することを特微とする請求項１に記載のガスタービン。
3. 前記制御手段は、前記タービン部のディスクキャビティ内の温度が上限温度よりも高い場合、前記バイパス弁の開度を全開にし、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度以下の場合、前記バイパス弁の開度を全閉にすることを特微とする請求項１に記載のガスタービン。
4. 前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整することを特微とする請求項１に記載のガスタービン。
5. 前記制御手段は、前記タービン部のディスクキャビティ内の温度と目標温度との偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整することを特微とする請求項１に記載のガスタービン。
6. 前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正することを特微とする請求項５に記載のガスタービン。
7. 前記制御手段は、前記ディスクキャビティ内の温度が上限温度以下の場合、前記偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整し、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度よりも大きい場合、前記バイパス弁の開度を全開にすることを特微とする請求項５に記載のガスタービン。
8. 前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正することを特微とする請求項５に記載のガスタービン。
9. 前記制御手段は、前記タービン部の起動時に前記バイパス弁の開度を全開にした後、前記発電機の出力が所定値を超えた状態が所定時間継続したときに、前記バイパス弁の開度を全閉にすることを特微とする請求項１から８のうち何れか一項に記載のガスタービン。
10. 吸い込んだ空気を圧縮する圧縮部と、前記圧縮部で圧縮された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼部と、前記燃焼部で生成した前記燃焼ガスによって駆動されるタービン部と、前記圧縮部から抽出した抽出空気を前記タービン部にオリフイス弁を介して供給する抽気冷却系統と、を備え、発電機を駆動するガスタービンにおいて、
    前記オリフイス弁よりも上流側の前記抽気冷却系統から分岐され、前記オリフイス弁をバイパスして前記オリフイス弁よりも下流側の前記抽気冷却系統に前記抽出空気を送給するバイパス流路と、
    前記バイパス流路に設けられたバイパス弁と、
    前記バイパス弁の開度を制御する制御手段と、を備え、
    前記タービン部の起動時に前記バイパス弁の開度を全開にした後、前記発電機の出力が所定値を超えた状態が所定時間継続したときに、前記バイパス弁の開度を全閉にすることを特微とするガスタービン。
11. 前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度、前記タービン部のディスクキャビティ内の温度及び前記発電機の出力の少なくともーつに基づいて、前記バイパス弁の開度を制御することを特微とする請求項１０に記載のガスタービン。
12. 前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整することを特微とする請求項１１に記載のガスタービン。
13. 前記制御手段は、前記タービン部の前記ディスクキャビティ内の温度が上限温度よりも高い場合、前記バイパス弁の開度を全開にし、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度以下の場合、前記バイパス弁の開度を全閉にすることを特微とする請求項１１に記載のガスタービン。
14. 前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度を求め、当該開度に前記バイパス弁を調整することを特微とする請求項１１に記載のガスタービン。
15. 前記制御手段は、前記タービン部のディスクキャビティ内の温度と目標温度との偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整することを特微とする請求項１１に記載のガスタービン。
16. 前記制御手段は、前記発電機の出力と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記発電機の出力に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正することを特微とする請求項１５に記載のガスタービン。
17. 前記制御手段は、前記ディスクキャビティ内の温度が上限温度以下の場合、前記偏差に基づいて前記バイパス弁の開度を調整し、前記ディスクキャビティ内の温度が前記上限温度よりも大きい場合、前記バイパス弁の開度を全開にすることを特微とする請求項１５に記載のガスタービン。
18. 前記制御手段は、前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度と前記バイパス弁の開度補正量との関数により前記圧縮部に吸い込まれる空気の温度に対応する前記バイパス弁の開度補正量に基づいて、前記偏差から決定された前記バイパス弁の開度を補正することを特微とする請求項１５に記載のガスタービン。

Images