JP6262354B2 - 単軸システムの過速防止装置を検査するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、単軸システムの過速防止装置を検査するための方法に関する。

電気エネルギを発生させるための単軸システムでは、ガスタービンと蒸気タービンと発電機とが共通するトレーンに配置されている。単軸システムの通常動作の際に、電気エネルギは、配電網に供給され、当該トレーンは、単軸システムの定格速度に相当する速度で、例えば５０Ｈｚや６０Ｈｚで回転する。故障の場合には、特に発電機に接続されている電気的負荷が低下した場合には、速度が定格速度より大きく上昇する。速度が臨界速度に到達すると、単軸システムには、過大な機械的負荷及び熱的負荷が作用するので、その結果として、単軸システムの耐用寿命が短くなる。

限界速度に到達した場合には、トレーンの速度のさらなる上昇を防止する過速防止装置が係合され、一般に限界速度が定格速度と臨界速度との間となるように選定される。一般に、過速防止装置は、テスト動作の際に単軸システムを動作させることによって検査される。テスト動作では、限界速度は、通常動作における限界速度に関連して低減されるので、テスト動作の際に単軸システムに作用する負荷が過大となることを回避することができる。

しかしながら、テスト動作では、通常動作と同一の限界速度を利用することが望ましい。さらに、特定の国、例えば韓国では、このようなテストが必須である。

本発明の目的は、単軸システムの過速防止装置を検査するための方法であって、過大な負荷が単軸システムに作用しない方法を提供することである。

本発明は、ガスタービンと発電機と蒸気タービンとを有している単軸システムの過速防止装置を検査するための方法において、ａ）発電機に接続されている電気的負荷下において単軸システムを定格速度で動作させるステップであって、電気的負荷が低下した後に、単軸システムの速度がガスタービン限界速度より低い蒸気タービン限界速度を下回るように維持することによって、単軸システムの速度を上昇させるように、電気的負荷が低く選定され、蒸気タービンの速度が蒸気タービン限界速度に到達するとすぐに第１の過速防止が始動するように、及び、ガスタービンの速度がガスタービン限界速度に到達するとすぐに第２の過速防止が始動するように、過速防止装置が構成されている、ステップと、ｂ）電気的負荷を低減させるステップと、ｃ）蒸気タービンの速度が蒸気タービン限界速度に到達するように、蒸気タービンに供給される蒸気の質量流量及び／又はガスタービンに供給される燃料の質量流量を増大させるステップと、ｄ）第１の過速防止が始動したか否かを検出するステップと、を備えている、方法を提供する。

例えば電気的負荷を低減させるのではなく、燃料及び／又は蒸気の質量流量を増大させることによって蒸気タービン限界速度に到達するので、優位には、蒸気タービン限界速度にゆっくりと到達され、優位には、単軸システムの臨界速度への到達は、回避される。従って、過速防止装置の検査の際に単軸システムに作用する機械的負荷及び熱的負荷が課題となることを回避することができるので、結果として、単軸システムの耐用寿命が伸びる。本発明における方法によって、ガスタービン限界速度及び蒸気タービン限界速度のために利用される限界速度が単軸システムの定格動作における限界速度と同一であっても、過大な負荷を回避することができる。

好ましくは、蒸気タービンは、クラッチを介して単軸システムに結合されており、クラッチは、蒸気タービンがガスタービンを超過するとすぐに係合され、蒸気タービンの速度がガスタービンの温度より低い場合に係合解除され、蒸気タービンの加速度がガスタービンの加速度より大きく、これによりクラッチの係合が維持されるように、ステップｃ）が実行される。ガスタービンの慣性の質量モーメントが蒸気タービンの慣性の質量モーメントより小さい場合には、負荷が低減された後において、ガスタービンの加速度は蒸気タービンの加速度より大きいので、クラッチの係合が解除される。クラッチの係合が維持されており、且つ、蒸気タービンが蒸気タービン限界速度に至るまで加速されている際に蒸気タービンが同一の速度で回転するので、優位には、その際にガスタービンの速度が臨界速度に到達しない。

好ましくは、当該方法は、ｅ）第１の過速防止が始動した場合に、蒸気の質量流量が蒸気タービンに供給されることを防止するステップを備えている。蒸気の質量流量を遮断することによって、クラッチの係合が解除されるので、蒸気タービンが、ガスタービン及び発電機とは無関係に回転する。

好ましくは、方法が、ｆ）ガスタービンの速度がガスタービン限界速度に到達するように、燃料の質量流量を増大させるステップと、ｇ）第２の過速防止が始動したか否かを検出するステップとを備えている。ガスタービン限界速度が蒸気タービン限界速度より大きいので、第１の過速防止を検査した後に、当該検査から独立して第２の過速防止を検査することができる。

単軸システムの概略図である。

本発明における方法について、添付の概略図を参照しつつ以下に詳述する。図１は、単軸システムの概略図である。

図１に表わすように、単軸システム１は、ガスタービン２と蒸気タービン３と発電機４とを有している。ガスタービン２と蒸気タービン３とは、発電機４において電気エネルギに変換される回転エネルギを発生するように機能する。発電機４は、ガスタービン２と蒸気タービン３との間に配置されている。ガスタービン２は、ガスタービンシャフト５を有しており、蒸気タービン３は、蒸気タービンシャフト６を有している。図１に表わすように、発電機４とガスタービン２とが共にガスタービンシャフト５に配置されている。しかしながら、発電機４が、クラッチを介してガスタービンシャフト５に結合されている別の発電機シャフトを備えている場合もある。

蒸気タービンシャフト６は、クラッチ７を介してガスタービンシャフト５に接続されている。クラッチ７は、蒸気タービン３の速度がガスタービン２の速度より速いという意味において蒸気タービン３がガスタービン２を超過した場合にクラッチ７同士が係合するように構成されている。クラッチ７同士が係合されると、ガスタービン２と蒸気タービン３とが同一の速度で回転する。さらに、クラッチ７は、蒸気タービン３がガスタービン２より遅く回転する場合に係合解除されるように構成されている。クラッチ７は、例えばＳＳＳクラッチ（Synchro-Self-Shifting クラッチ）である。

単軸システム１を始動する場合に、クラッチ７が係合解除された状態において、ガスタービン２が最初に加速される。このとき、電力散逸装置１０が、スイッチ９を閉じることによって発電機４の電気接点８に接続される。ガスタービン２の排熱は、蒸気を発生させるために、ひいては蒸気タービン３を駆動するために利用される。蒸気タービン３が加速されると、クラッチ７が係合される。電力散逸装置１０の電流消費は、発電機４に接続されている電気的負荷に相当する。蒸気タービン３に供給される蒸気の質量流量、及び／又は、ガスタービン２に供給される燃料の質量流量が低減されることなく、発電機４に接続されている電気的負荷が低減される場合には、これにより、単軸システム１の速度が上昇する。

単軸システム１の速度が臨界値に至るまで上昇することを回避するために、単軸システム１は過速防止装置を有している。これに関連して、過速防止装置は、蒸気タービン３の速度が蒸気タービン限界速度に到達するとすぐに第１の過速防止が始動するように、且つ、ガスタービン２の速度がガスタービン限界速度に到達するとすぐに第２の過速防止が始動するように構成されている。第１の過速防止が始動した場合には、例えば蒸気の質量流量が遮断される。また、第２の過速防止が始動した場合には、燃料の質量流量が遮断される。

本発明における方法について、実施例を参照しつつ以下に詳述する。

ガスタービン２と発電機４と蒸気タービン３とを有している単軸システム１の過速防止装置を検査するための例示的な方法であって、蒸気タービン３は、クラッチ７を介して単軸システム１に結合されており、クラッチ７は、蒸気タービン３がガスタービン２を超過するとすぐに係合され、蒸気タービン３の速度がガスタービン２の温度より低い場合に係合解除される、方法は、
ａ）電気的負荷が発電機４に接続されている状況下において単軸システム１を定格速度で動作させるステップであって、電気的負荷が低下した後に、単軸システム１の速度がガスタービン限界速度より低い蒸気タービン限界速度を下回る状態を維持することによって、単軸システム１の速度を上昇させるように、電気的負荷が低く選定され、蒸気タービン３の速度が蒸気タービン限界速度に到達するとすぐに第１の過速防止が始動するように、且つ、ガスタービン２の速度がガスタービン限界速度に到達するとすぐに第２の過速防止が始動するように、過速防止装置が構成されている、ステップと、
ｂ）電気的負荷を低減させるステップと、
ｃ）蒸気タービン３の速度が蒸気タービン限界速度に到達するように、蒸気タービン３に供給される蒸気の質量流量及び／又はガスタービン２に供給される燃料の質量流量を増大させるステップであって、蒸気タービン３の加速度がガスタービン２の加速度より大きく、これによりクラッチ７の係合が維持される、ステップと、
ｄ）第１の過速防止が始動したか否かを検出するステップと、
ｅ）第１の過速防止が始動した場合に、蒸気の質量流量が蒸気タービン３に供給されることを防止するステップと、
ｆ）ガスタービン２の速度がガスタービン限界速度に到達するように、燃料の質量流量を増大させるステップと、
ｇ）第２の過速防止が始動したか否かを検出するステップと、
を実行することによって実施可能とされる。

これに関連して、例えば、蒸気タービン限界速度は、定格速度の１０６％〜１０８％であって、ガスタービン限界速度は、蒸気タービン限界速度より０．１％〜０．５％大きい。

本発明について、好ましい典型的な実施例に基づいて詳述したが、本発明は、説明した実施例に限定される訳ではなく、当業者であれば本発明の保護範囲から逸脱することなく想到することができる他の変形例も含んでいる。

１ 単軸システム
２ ガスタービン
３ 蒸気タービン
４ 発電機
５ ガスタービンシャフト
６ 蒸気タービンシャフト
７ クラッチ
８ 電気接点
９ スイッチ
１０ 電力散逸装置

Claims (4)

1. ガスタービン（２）と発電機（４）と蒸気タービン（３）とを有している単軸システム（１）の過速防止装置を検査するための方法において、
   ａ）電気的負荷が前記発電機（４）に接続されている状況下において前記単軸システム（１）を定格速度で動作させるステップであって、電気的負荷が低下した後に、前記単軸システム（１）の速度がガスタービン限界速度より低い蒸気タービン限界速度を下回る状態を維持することによって、前記単軸システム（１）の速度を上昇させるように、電気的負荷が低く選定され、前記蒸気タービン（３）の速度が前記蒸気タービン限界速度に到達するとすぐに第１の過速防止が始動するように、且つ、前記ガスタービン（２）の速度が前記ガスタービン限界速度に到達するとすぐに第２の過速防止が始動するように、過速防止装置が構成されている、ステップと、
   ｂ）電気的負荷を低減させるステップと、
   ｃ）前記蒸気タービン（３）の速度が前記蒸気タービン限界速度に到達するように、前記蒸気タービン（３）に供給される蒸気の質量流量及び／又は前記ガスタービン（２）に供給される燃料の質量流量を増大させるステップと、
   ｄ）前記第１の過速防止が始動したか否かを検出するステップと、
   を備えていることを特徴とする方法。
2. 前記蒸気タービン（３）は、クラッチ（７）を介して前記単軸システム（１）に結合されており、
   前記クラッチ（７）は、前記蒸気タービン（３）が前記ガスタービン（２）を超過するとすぐに係合され、前記蒸気タービン（３）の速度が前記ガスタービン（２）の速度より低い場合に係合解除され、
   前記蒸気タービン（３）の加速度が前記ガスタービン（２）の加速度より大きく、これにより前記クラッチ（７）の係合が維持されるように、前記ステップｃ）が実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記方法が、
   ｅ）前記第１の過速防止が始動した場合に、蒸気の質量流量が前記蒸気タービン（３）に供給されることを防止するステップ、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記方法が、
   ｆ）前記ガスタービン（２）の速度が前記ガスタービン限界速度に到達するように、燃料の質量流量を増大させるステップと、
   ｇ）前記第２の過速防止が始動したか否かを検出するステップと、
   を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

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