JPH0693880A - Gas turbine facility and operation thereof - Google Patents
Gas turbine facility and operation thereofInfo
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- JPH0693880A JPH0693880A JP24461992A JP24461992A JPH0693880A JP H0693880 A JPH0693880 A JP H0693880A JP 24461992 A JP24461992 A JP 24461992A JP 24461992 A JP24461992 A JP 24461992A JP H0693880 A JPH0693880 A JP H0693880A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、空気を圧縮する圧縮機
と、圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器
と、該燃料の燃焼で生成される燃焼ガスにより駆動する
タービンとを備えているガスタービン設備及びその運転
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a compressor for compressing air, a combustor for burning fuel using the compressed air, and a turbine driven by combustion gas produced by the combustion of the fuel. The present invention relates to a gas turbine facility provided and an operating method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のガスタービン設備としては、例え
ば、特開昭５６−５６９３０号公報に記載されているも
ののように、圧縮機から空気を冷却空気として直接ター
ビンに供給できるようにし、タービンを保護するために
タービン入口温度に応じて、冷却空気の流量を制御する
ものがある。このガスタービン設備は、タービン入口温
度が非常に高温で、この温度を熱電対等で直接測定する
ことが難しいため、タービン出口温度を測定し、この温
度に基づいて、タービン入口温度を推定している。そし
て、タービン入口温度が材料許容温度以下になるよう、
及びタービンのシールが確実に行えるよう、冷却空気の
流量を演算して、この流量になるように冷却空気の流量
を調節している。2. Description of the Related Art As conventional gas turbine equipment, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-56930, air can be directly supplied from a compressor to a turbine as cooling air, and the turbine For protection, there is one that controls the flow rate of cooling air depending on the turbine inlet temperature. In this gas turbine equipment, the turbine inlet temperature is extremely high, and it is difficult to measure this temperature directly with a thermocouple, so the turbine outlet temperature is measured and the turbine inlet temperature is estimated based on this temperature. . And, to keep the turbine inlet temperature below the allowable material temperature,
In order to ensure that the turbine can be sealed, the flow rate of the cooling air is calculated, and the flow rate of the cooling air is adjusted to this flow rate.
【０００３】このガスタービン設備では、起動時におい
て、まず、起動用モータを駆動し、圧縮機、タービン及
び発電機を駆動させ、タービンの回転数が着火回転数に
達したら、燃焼器に燃料を供給して、タービンにも仕事
をさせている。その後、燃焼器への燃料を増加されて、
タービンの仕事量が圧縮機等を回転させるのに必要な仕
事量を上回り、自立運伝できるようになると、起動用モ
ータを切り離し、さらに、燃焼器への燃料を増加させ
て、タービンを定格運転状態まで昇速させている。とこ
ろで、このようなガスタービン設備では、タービンの容
量が大きくなれば、起動用モータの容量も大きくなって
しまう。具体的には、例えば、タービン単機出力が２０
万ｋｗの場合、起動用モータの容量も数千ｋｗ以上も必
要になる。さらに、起動用モータの回転数とトルクとを
調節するトルクコンバータも大容量にせざるを得ない。
したがって、設備製造コストが嵩むのみならず、ランニ
ングコストも嵩んでしまう。In this gas turbine facility, at the time of startup, first, a starting motor is driven to drive a compressor, a turbine and a generator, and when the rotational speed of the turbine reaches an ignition rotational speed, fuel is supplied to a combustor. It also supplies the turbines with work. After that, the fuel to the combustor is increased,
When the work of the turbine exceeds the work required to rotate the compressor etc. and it becomes possible to carry out self-sustaining operation, the starter motor is disconnected and the fuel to the combustor is increased to operate the turbine at the rated operation. Accelerate to the state. By the way, in such a gas turbine facility, when the capacity of the turbine increases, the capacity of the starting motor also increases. Specifically, for example, the turbine single machine output is 20
In the case of 10,000 kW, the capacity of the starting motor needs to be several thousand kW or more. Furthermore, the torque converter that adjusts the rotation speed and torque of the starting motor has to have a large capacity.
Therefore, not only the equipment manufacturing cost increases, but also the running cost increases.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来技術の冷却空気の
制御は、タービンの冷却等を主目的にしているが、これ
を仮に起動時に実行したとした場合、起動時において
は、タービン入口温度が低いので、圧縮機から直接ター
ビンに供給される冷却空気の流量は少なく、逆に、圧縮
機から燃焼器を介してタービンに供給される燃焼ガスの
流量が多くなり、タービン自身の仕事量が増加するの
で、起動用モータの容量を小さくすることが可能であ
る。The control of cooling air in the prior art is mainly intended for cooling the turbine. However, if this is performed at the time of startup, at the time of startup, the turbine inlet temperature is Since it is low, the flow rate of cooling air directly supplied from the compressor to the turbine is small, and conversely, the flow rate of combustion gas supplied from the compressor to the turbine through the combustor is large, which increases the work of the turbine itself. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the starting motor.
【０００５】一般的に、冷却空気は、タービン入口温度
が低い起動時では、タービンの冷却用より、タービンの
軸封用としての役割の方が重要で、負荷が大きくなりタ
ービン入口温度が高い定格運転時では、タービン冷却用
としての重要性が増す。また、冷却空気の流量を調整す
る流量調節弁は、タービン保護という重要な役割を果た
すものであるから、高い信頼性が要求される。Generally, at the time of starting when the turbine inlet temperature is low, the cooling air is more important not only for cooling the turbine but also for sealing the shaft of the turbine. During operation, it becomes more important for turbine cooling. Further, since the flow rate control valve that controls the flow rate of the cooling air plays an important role of protecting the turbine, high reliability is required.
【０００６】しかしながら、起動時のタービン入口温度
は、急激に且つ複雑に変化するので、従来技術では、タ
ービン冷却がさほど重要でない起動時に、このような温
度変化に追従させて流量調節弁を開閉させることにな
り、流量調節弁の寿命を縮め、その信頼性を低下させる
という問題点がある。However, since the turbine inlet temperature at start-up changes rapidly and intricately, in the prior art, at start-up when turbine cooling is not so important, the flow control valve is opened and closed by following such temperature change. Therefore, there is a problem that the life of the flow control valve is shortened and its reliability is lowered.
【０００７】そこで、本発明の目的は、起動モーター等
の起動機の容量を小さくして、製造コスト及びランニン
グコストを低減することができると共に、冷却空気の流
量調節弁の寿命を伸ばし、その信頼性を高めることがで
きるガスタービン設備及びその運転方法を提供すること
である。Therefore, an object of the present invention is to reduce the capacity of a starter such as a starter motor to reduce the manufacturing cost and running cost, extend the life of the cooling air flow rate control valve, and improve its reliability. It is to provide a gas turbine facility and a method of operating the same that can improve the property.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
のガスタービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器
を介さずにタービンに供給するための冷却空気供給配管
と、該冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調
節する冷却空気流量調節弁と、前記タービンが起動状態
であるか否かを把握する起動状態把握手段と、前記ター
ビンが起動状態であると把握されている間、前記冷却空
気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込ませる制
御手段と、を備えていることを特徴とするものである。A gas turbine facility for achieving the above object is provided with a cooling air supply pipe for supplying compressed air from a compressor to a turbine without passing through a combustor, and the cooling air supply pipe. A cooling air flow rate control valve that adjusts the flow rate of the compressed air passing through the pipe, a starting state grasping unit that grasps whether or not the turbine is in an activated state, and a period during which the turbine is grasped in an activated state. And a control unit for narrowing the valve opening degree of the cooling air flow rate adjusting valve to a constant valve opening degree.
【０００９】ここで、前記起動状態把握手段は、前記タ
ービンの回転数を計測する回転数計測手段と、計測され
た回転数に応じて起動状態であるか否かを判断する判断
手段と、を有していることが好ましい。Here, the starting state grasping means includes a rotating speed measuring means for measuring the rotating speed of the turbine, and a judging means for judging whether or not the starting state is in accordance with the measured rotating speed. It is preferable to have.
【００１０】また、前記目的を達成するための他のガス
タービン設備は、圧縮機からの圧縮空気を燃焼器を介さ
ずにタービンに供給するための冷却空気供給配管と、冷
却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節する冷
却空気流量調節弁と、タービンの回転数を計測する回転
数計測手段と、前記圧縮機が起動した後に、前記回転数
計測手段により計測された回転数が予め定めた第１の回
転数になってから、さらに回転数が上昇し予め定めた第
２の回転数になる起動時の特定運転状態を把握する特定
運転状態把握手段と、前記タービンが特定運転状態であ
ると把握されている間、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませる制御手段と、を備えて
いることを特徴とするものである。Further, another gas turbine equipment for achieving the above-mentioned object passes through a cooling air supply pipe for supplying compressed air from a compressor to a turbine without passing through a combustor and a cooling air supply pipe. A cooling air flow rate control valve for adjusting the flow rate of the compressed air, a rotation speed measurement unit for measuring the rotation speed of the turbine, and a rotation speed measured by the rotation speed measurement unit after the compressor is started are predetermined. And a specific operating state grasping means for grasping a specific operating state at the time of start-up in which the rotational speed further increases and reaches a predetermined second rotational speed after the first rotational speed is reached, and the turbine is in a specific operating state. Control means for narrowing the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve to a constant valve opening degree while it is grasped that there is a certain characteristic is provided.
【００１１】ここで、以上のガスタービン設備には、前
記タービンに蒸気を供給するための蒸気配管と、前記蒸
気配管を通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁とを
設け、前記制御手段は、前記冷却空気流量調節弁の弁開
度を一定の弁開度に絞り込ませるている間、前記蒸気流
量調節弁を開けておくようにしてもよい。Here, the above gas turbine equipment is provided with a steam pipe for supplying steam to the turbine, and a steam flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the steam passing through the steam line. The steam flow rate control valve may be opened while the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve is narrowed down to a constant valve opening degree.
【００１２】[0012]
【作用】起動機を起動させ、圧縮機やタービン等を起動
させる。タービンが起動してから所定の状態になるまで
の間、例えば、タービンが定格回転数になるまでの間
が、起動状態把握手段により、起動状態であると把握さ
れる。タービンが起動状態であると把握されると、その
間、制御手段からの指示を受けて、冷却空気流量調節弁
の弁開度が一定の弁開度に絞り込まれる。したがって、
起動時においては、タービンに供給される冷却空気のう
ち、冷却空気配管を通ってタービンに供給される冷却空
気の流量が少なく、燃焼器を介してタービンに供給され
る冷却空気（燃焼ガス）の流量が多くなるので、タービ
ン出力が増加し、起動機の容量を小さくすることができ
る。[Operation] The starter is started, and the compressor, turbine, etc. are started. From the time the turbine starts up to a predetermined state, for example, the time the turbine reaches the rated speed, the start-state grasping unit recognizes that the turbine is in the start-up state. When it is determined that the turbine is in the starting state, during that time, the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve is narrowed down to a constant valve opening degree in response to an instruction from the control means. Therefore,
At start-up, of the cooling air supplied to the turbine, the flow rate of the cooling air supplied to the turbine through the cooling air pipe is low, and the cooling air (combustion gas) supplied to the turbine via the combustor is Since the flow rate increases, the turbine output increases and the capacity of the starter can be reduced.
【００１３】タービン入口温度が低い起動時、冷却空気
は、タービンの冷却用よりはむしろ、タービンの軸封用
としての役割の方が重要ある。そこで、起動状態の間、
タービンの軸封を確実に行える程度の冷却空気量と冷却
用の少量の冷却空気量とを確実に確保できるような一定
の弁開度に冷却空気流量調節弁を設定しておけば、冷却
空気の役割を果たさせることができると共に、高い信頼
性が要求される冷却空気流量調節弁の寿命を伸ばすこと
もできる。During start-up when the turbine inlet temperature is low, the cooling air is more important in its role as the shaft seal of the turbine, rather than for cooling the turbine. So, while it's up
If the cooling air flow rate control valve is set to a certain valve opening that ensures a sufficient amount of cooling air for reliably sealing the shaft of the turbine and a small amount of cooling air for cooling, And the life of the cooling air flow rate control valve, which requires high reliability, can be extended.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明に係るガスタービン設備の各種
実施例について、図面を用いて説明する。まず、本発明
に係る第１の実施例のガスタービン設備について、図１
及び図２を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of gas turbine equipment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows the gas turbine equipment of the first embodiment according to the present invention.
2 and FIG.
【００１５】本実施例のガスタービン設備は、図１に示
すように、空気を圧縮する圧縮機１と、圧縮された空気
を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器２
と、この燃焼ガスにより駆動するタービン３と、タービ
ン３により駆動される発電機４と、圧縮機１及びタービ
ン３の起動時の駆動に用いる起動用モータ５と、制御装
置１２とを備えている。起動用モータ５、圧縮機１、タ
ービン３及び発電機４は、これらの回転軸相互が接続さ
れている。起動用モータ５の回転軸と圧縮機１の回転軸
との間には、クラッチが設けられている。As shown in FIG. 1, the gas turbine equipment of this embodiment comprises a compressor 1 for compressing air, and a combustor 2 for combusting fuel using the compressed air to generate combustion gas.
A turbine 3 driven by this combustion gas, a generator 4 driven by the turbine 3, a starter motor 5 used for driving the compressor 1 and the turbine 3 at the time of starting, and a control device 12. . The starter motor 5, the compressor 1, the turbine 3, and the generator 4 are connected to each other with their rotating shafts. A clutch is provided between the rotation shaft of the starting motor 5 and the rotation shaft of the compressor 1.
【００１６】圧縮機１と燃焼器２との間には、圧縮機１
からの圧縮空気を燃焼用空気として燃焼器２へ供給する
ための燃焼用空気配管６が布設されている。燃焼器２と
タービン３との間には、燃焼器２で生成された燃焼ガス
をタービン３に供給するための燃焼ガス配管７が布設さ
れている。また、圧縮機１とタービン３との間には、圧
縮空気を冷却空気としてタービン３へ供給するための冷
却空気配管８が布設されている。この冷却空気配管８に
は、タービン３へ供給される冷却空気の流量を調節する
冷却空気流量調節弁９が設けられている。Between the compressor 1 and the combustor 2, the compressor 1
Combustion air piping 6 is provided for supplying the compressed air from the combustion chamber 2 to the combustor 2 as combustion air. A combustion gas pipe 7 for supplying the combustion gas generated in the combustor 2 to the turbine 3 is installed between the combustor 2 and the turbine 3. Further, a cooling air pipe 8 for supplying compressed air as cooling air to the turbine 3 is laid between the compressor 1 and the turbine 3. The cooling air pipe 8 is provided with a cooling air flow rate adjusting valve 9 for adjusting the flow rate of the cooling air supplied to the turbine 3.
【００１７】タービン３の回転軸には、この回転数を検
出する回転数計１１が設けられている。制御装置１２
は、燃焼器２への燃料流量を調節する燃料流量調節弁
（図示されていない。）の弁開度制御や、回転数計１１
からの信号に応じた冷却空気流量調節弁９の弁開度制御
等を行う。なお、本実施例において、起動状態を把握す
る起動状態把握手段は、回転数計と回転数計からの信号
を基にしてタービンが起動状態であるか否かを判断する
制御装置とで構成されている。The rotating shaft of the turbine 3 is provided with a revolution counter 11 for detecting this revolution speed. Controller 12
Is a valve opening control of a fuel flow rate control valve (not shown) for controlling the fuel flow rate to the combustor 2, and a revolution counter 11
The opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 is controlled according to the signal from. In the present embodiment, the starting state grasping means for grasping the starting state comprises a tachometer and a control device for judging whether or not the turbine is in the starting state based on a signal from the tachometer. ing.
【００１８】次に、本実施例のガスタービン設備の動作
について、図２を用いて説明する。まず、起動用モータ
５を駆動して、圧縮機１及びタービン３の回転数を徐々
に上げて行く（同図（ｃ））。タービン３が燃焼器２を
着火させてもよい回転数になると（時間ｔ1）、燃焼器
２への燃料供給を開始する。燃料が着火すると、タービ
ン３の昇速スケジュールに従って、燃焼器２へ燃料が供
給される。燃焼器２へ燃料及び燃焼用空気の供給量が徐
々に増加してくると、タービン３の単体の出力（以下、
タービン単体出力とする。）も、徐々に増加して行く。
この間（時間ｔ1〜ｔ2）、タービン単体出力は、主に、
圧縮機１を駆動するための動力として用いられる。Next, the operation of the gas turbine equipment of this embodiment will be described with reference to FIG. First, the starting motor 5 is driven to gradually increase the rotational speeds of the compressor 1 and the turbine 3 ((c) in the figure). When the turbine 3 reaches a rotational speed at which the combustor 2 may be ignited (time t 1 ), fuel supply to the combustor 2 is started. When the fuel is ignited, the fuel is supplied to the combustor 2 according to the speed-up schedule of the turbine 3. When the amounts of fuel and combustion air supplied to the combustor 2 gradually increase, the output of the turbine 3 alone (hereinafter,
The turbine output alone. ) Also gradually increases.
During this period (time t 1 to t 2 ), the turbine single output is mainly
It is used as power for driving the compressor 1.
【００１９】タービン単体出力が増加し、これが圧縮機
１の駆動動力を上回ると、つまりタービン３が自立運転
可能になると（時間ｔ2）、起動用モータ５の回転軸を
圧縮機１の回転軸から切り離す。その後、さらにタービ
ン３が昇速し、タービン３の回転数が定格回転数になる
と（時間ｔ3）、昇速を中止する。時間ｔ3では、タービ
ン単体出力と圧縮機１の駆動動力とが丁度バランスして
いるときであり、圧縮機１の駆動動力分も含めたタービ
ン３の出力（以下、タービン合成出力とする。）はゼロ
である（同図（ａ））。When the output of the turbine alone increases and exceeds the drive power of the compressor 1, that is, when the turbine 3 can operate in a self-sustaining manner (time t 2 ), the rotation shaft of the starter motor 5 is changed to the rotation shaft of the compressor 1. Disconnect from. After that, the turbine 3 further accelerates, and when the rotation speed of the turbine 3 reaches the rated rotation speed (time t 3 ), the speed increase is stopped. At time t 3, is when the driving power of the compressor 1 and the turbine alone output is just balanced, the output of the turbine 3, including the drive power amount of the compressor 1 (hereinafter referred to as turbine combined output.) Is zero ((a) in the figure).
【００２０】着火（時間ｔ1）から時間ｔ3までの間の燃
焼ガス温度は、同図（ｂ）に示すように、複雑且つ急激
に変化する。これは、燃焼器２への供給燃料量が急激に
増加する一方で、着火から一定時間、燃焼器２内におけ
る燃焼安定性を確保するために、例えば、パイロットバ
ーナ等を用いて拡散燃焼を行い、その後に、予混合燃焼
を行う等の燃焼方式の切替等が行われるからである。な
お、時間ｔ1から時間ｔ3までの間で、燃焼ガス温度が急
激に変化するといっても、供給燃料量が定格運転時と比
べて少ないので、定格運転時の燃焼ガス温度よりも低い
温度領域において、変化する。時間ｔ3以後、タービン
合成出力が定格出力になるまで（時間ｔ4）（同図
（ａ））は、燃焼器２への供給燃料量は増加し（同図
（ｄ））、燃焼ガス温度は上昇する。The combustion gas temperature from ignition (time t 1 ) to time t 3 changes in a complicated and abrupt manner as shown in FIG. In order to secure the combustion stability in the combustor 2 for a certain period of time after ignition while the amount of fuel supplied to the combustor 2 rapidly increases, for example, diffusion combustion is performed using a pilot burner or the like. After that, the switching of the combustion method such as performing premixed combustion is performed. Even if the combustion gas temperature changes abruptly from time t 1 to time t 3 , the amount of fuel supplied is smaller than that during rated operation, so the temperature is lower than the combustion gas temperature during rated operation. Change in the area. Time t 3 after, to the turbine combined output is the rated output (time t 4) (Fig. (A)), the amount of fuel supplied to the combustor 2 increases and (FIG. (D)), the combustion gas temperature Rises.
【００２１】ところで、回転数計１１は、起動用モータ
５の起動後から常時、タービン３の回転数を計測してお
り、この回転数計１１からの信号は、制御装置１２に送
られている。制御装置１２は、タービン３の回転開始
（ｔ0）から無負荷定格回転数（時間ｔ3における回転
数）になるまでの無負荷状態を起動状態として把握し、
この間の冷却空気流量調節弁９の弁開度が一定の弁開度
に絞り込れるよう、冷却空気流量調節弁９に対して信号
を出力する。すなわち、冷却空気流量調節弁９の弁開度
は、時間ｔ0から時間ｔ3までの間は、一定の弁開度に絞
り込まれ、同図（ｆ）に示すように、圧縮機１に入る全
空気流量Ｇcompと動翼入口からタービン３へ供給される
ガス流量ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が、少なくとも、時
間ｔ3から時間ｔ4までの部分負荷状態の間より、大きく
なる。時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷運転状態の間、
冷却空気流量調節弁９は、具体的に、タービン３の軸封
に必要な最小限度の空気流量に僅かに＋αした空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にされる。By the way, the tachometer 11 constantly measures the number of revolutions of the turbine 3 after the start-up motor 5 is started, and a signal from the tachometer 11 is sent to the control device 12. . The control device 12 grasps the no-load state from the rotation start (t 0 ) of the turbine 3 to the no-load rated rotation number (rotation number at time t 3 ) as the starting state,
A signal is output to the cooling air flow rate control valve 9 so that the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 during this period can be narrowed down to a constant valve opening degree. That is, the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 is narrowed down to a constant valve opening degree from the time t 0 to the time t 3 and enters the compressor 1 as shown in FIG. The ratio (G B / G comp ) of the total air flow rate G comp to the gas flow rate G B supplied from the blade inlet to the turbine 3 is at least during the partial load state from time t 3 to time t 4 , growing. During the no-load operation state from time t 0 to time t 3 ,
Specifically, the cooling air flow rate control valve 9 has a valve opening degree capable of supplying the turbine 3 with an air flow rate slightly increased by α to the minimum air flow rate required for sealing the shaft of the turbine 3.
【００２２】したがって、時間ｔ0から時間ｔ3までの無
負荷運転状態の間は、燃焼器２を経由してタービン３へ
供給される空気流量が増加するので、タービン単体出力
が増加し、無負荷運転状態の時間を短くできると共に起
動用モータ５の負荷を軽減することができる。このた
め、起動用モータ５の容量を小さくすることができると
共に、起動用モータ５の消費電力量も少なくすることが
できる。また、起動時において、タービン単体出力が増
加し、無負荷運転状態の時間を短くできるために、圧縮
機１の旋回失速域を早く通過させることができるので、
起動を容易に行うことができる。Therefore, during the unloaded operation state from time t 0 to time t 3 , the flow rate of the air supplied to the turbine 3 via the combustor 2 increases, so that the turbine output alone increases and The load operating state time can be shortened and the load on the starting motor 5 can be reduced. Therefore, the capacity of the starting motor 5 can be reduced, and the power consumption of the starting motor 5 can be reduced. Further, at the time of start-up, the output of the turbine alone is increased, and the time in the no-load operation state can be shortened, so that the swirling stall region of the compressor 1 can be passed quickly.
It can be started easily.
【００２３】さらに、無負荷運転状態の間は、冷却空気
流量調節弁９の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸
ばすことができ、信頼性を高めることができる。なお、
このように、無負荷運転状態の間、冷却空気流量調節弁
９の弁開度を一定にできるのは、この間、タービン３自
体の温度があまり高くなっておらず、冷却用の空気をタ
ービン３に送る必要があまりなく、タービン３には、主
に、軸封用にのみ空気を送ればよいからである。Furthermore, since the valve opening of the cooling air flow rate control valve 9 is constant during the no-load operation state, the life of this valve can be extended and reliability can be improved. In addition,
Thus, the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 can be made constant during the no-load operation state because the temperature of the turbine 3 itself is not so high during this period and the cooling air is supplied to the turbine 3 This is because it is not necessary to send air to the turbine 3, and it is necessary to send air to the turbine 3 mainly only for shaft sealing.
【００２４】次に、本発明に係る第２の実施例のガスタ
ービン設備について、図３及び図４を用いて説明する。
なお、本実施例において、第１の実施例と同一部位につ
いては同一の符号を付し、重複した説明を省略する。冷
却空気配管８の冷却空気流量調節弁９の下流側には、蒸
気配管１３が接続されており、この蒸気配管１３に、こ
こを通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節弁１４が設
けられている。制御装置１２ａには、起動状態に応じ
て、冷却空気流量調節弁９の弁開度を制御する機能の他
に、蒸気流量調節弁１４の弁開度を制御する機能も設け
られている。Next, the gas turbine equipment of the second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted. A steam pipe 13 is connected to the cooling air pipe 8 downstream of the cooling air flow control valve 9, and a steam flow control valve 14 for adjusting the flow rate of steam passing through the steam pipe 13 is provided in the steam pipe 13. There is. The control device 12a is provided with a function of controlling the valve opening degree of the cooling air flow rate adjusting valve 9 as well as a valve opening degree of the steam flow rate adjusting valve 14 in accordance with the starting state.
【００２５】本実施例において、蒸気流量調節弁１４以
外の動作は、第１の実施例と基本的に同一である。すな
わち、タービン３の起動に伴い、時間ｔ0から時間ｔ3ま
での間、冷却空気流量調節弁９の弁開度は、一定の弁開
度に絞り込まれる。但し、この場合、冷却空気流量調節
弁９は、タービン３の軸封に必要な最小限度の空気流量
をタービン３に供給可能な弁開度にまで絞り込まれる。
一方、蒸気流量調節弁１４は、時間ｔ0から時間ｔ3まで
の間、制御装置１２ａからの指示で開いている。蒸気配
管１３を通ってきた蒸気の一部は、タービン３の第１段
静翼や、エンドウォール等にも供給されことになる。In this embodiment, the operation other than the steam flow control valve 14 is basically the same as that of the first embodiment. That is, the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 is narrowed to a constant valve opening degree from the time t 0 to the time t 3 with the start-up of the turbine 3. However, in this case, the cooling air flow rate control valve 9 is narrowed to a valve opening degree that can supply the turbine 3 with the minimum air flow rate required for sealing the shaft of the turbine 3.
On the other hand, the vapor flow rate control valve 14 is open according to an instruction from the control device 12a from time t 0 to time t 3 . Part of the steam that has passed through the steam pipe 13 is also supplied to the first stage stationary blades of the turbine 3, the end walls, and the like.
【００２６】したがって、図４に示すように、圧縮機１
に入る全空気流量Ｇcompと動翼入口を通過するガス流量
ＧBとの比（ＧB／Ｇcomp）が大きくなり、具体的には、
時間ｔ3以降におけるＧB／Ｇcompの値よりも０．２程度
ほど大きくなり、起動時におけるタービン単体出力が増
加して、起動用モータ５の容量を小さくすることができ
る。特に、本実施例の場合、起動時に蒸気を導入して、
タービン出力の増強を図っているので、第１の実施例よ
りもさらに起動用モータ５の容量を小さくすることがで
きることは言うまでもない。Therefore, as shown in FIG.
The ratio (G B / G comp ) of the total flow rate G comp of incoming gas to the flow rate G B of gas passing through the moving blade inlet becomes large.
The value becomes larger than the value of G B / G comp after time t 3 by about 0.2, the output of the turbine alone at the time of startup increases, and the capacity of the startup motor 5 can be reduced. In particular, in the case of this embodiment, steam is introduced at the time of startup,
Since the turbine output is increased, it goes without saying that the capacity of the starting motor 5 can be made smaller than in the first embodiment.
【００２７】時間ｔ3以降、蒸気流量調節弁１４は閉じ
て、タービン３への蒸気供給が中止される。After time t 3 , the steam flow control valve 14 is closed and the steam supply to the turbine 3 is stopped.
【００２８】ところで、起動時に用いる蒸気としては、
設備内で用いられているプロセス蒸気を用いてもよい
し、このガスタービン設備が、蒸気タービンも備えてい
る複合発電設備である場合には、廃熱回収ボイラーから
の蒸気を用いてもよい。なお、この蒸気は、タービン３
内の圧力よりも僅かに高い、例えば、１５kg／cm2程度
の圧力で十分で、かつこの蒸気の供給時間も定格回転数
に達するまでの２０〜３０分程度で十分なので、蒸気圧
力及び蒸気供給時間の面から考えても、特に、特殊なも
のではないので、一般的なプラントにおいては、この蒸
気の確保に困ることはあまりないと考えられる。By the way, as the steam used at the time of starting,
The process steam used in the facility may be used, or when the gas turbine facility is a combined power generation facility that also includes a steam turbine, steam from the waste heat recovery boiler may be used. In addition, this steam is the turbine 3
A pressure slightly higher than the internal pressure, for example, a pressure of about 15 kg / cm 2 is sufficient, and the steam supply time is about 20 to 30 minutes until the rated speed is reached. Even in terms of time, since it is not a special one, it is considered that there is not much trouble in securing this steam in a general plant.
【００２９】次に、本発明に係る第３の実施例につい
て、図５を用いて説明する。以上説明した実施例では、
時間ｔ0から時間ｔ3までの無負荷状態の全時間、冷却空
気流量に対する燃焼用空気流量の割合が多くなる。この
ため、着火直後の供給燃料量が少ないときに、燃焼器２
へ大量の空気が供給されると、燃料が安定して燃焼しな
い場合がある。そこで、このような場合に対処すべく、
本実施例では、図５に示すように、例えば、定格回転数
の３０％の回転数までは（時間ｔ5）、ＧB／Ｇcompが定
格運転状態と同じになる弁開度に冷却空気流量調節弁９
を設定して、燃料供給量が少ないときに、燃焼器２への
燃焼用空気流量を少なくし、定格回転数の３０％の回転
数を超えた時点から定格回転数になるまで（時間ｔ3）
の間、ＧB／Ｇcompが定格運転状態時よりも大きくなる
弁開度に冷却空気流量調節弁９を設定して、燃焼器２へ
の燃焼用空気流量を多くする。Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment described above,
The ratio of the combustion air flow rate to the cooling air flow rate increases during the entire unloaded state from time t 0 to time t 3 . Therefore, when the amount of fuel supplied immediately after ignition is small, the combustor 2
If a large amount of air is supplied to the fuel, the fuel may not burn stably. Therefore, in order to deal with such a case,
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, for example, up to 30% of the rated speed (time t 5 ), cooling air is cooled to a valve opening degree at which G B / G comp becomes the same as the rated operating state. Flow control valve 9
Is set to reduce the flow rate of combustion air to the combustor 2 when the fuel supply amount is small, until the rated speed is reached from the time when the speed exceeds 30% of the rated speed (time t 3 )
During this period, the cooling air flow rate control valve 9 is set to a valve opening degree at which G B / G comp becomes larger than that in the rated operation state, and the combustion air flow rate to the combustor 2 is increased.
【００３０】したがって、着火直後の一定時間は、燃焼
器２へ供給される燃焼用空気流量が少ないので、燃料を
安定した状態で燃焼させることができる。また、定格回
転数の３０％の回転数を超えた時点から定格回転数にな
るまで（時間ｔ3）の間は、燃焼器２を経由してタービ
ン３へ供給されるガス流量が増加するので、起動用モー
タ５の容量も小さくすることができる。なお、本実施例
では、冷却空気流量調節弁９の弁開度を絞るタイミング
（時間ｔ5）は、タービン３の回転数に基づいて行って
いるが、時間ｔ0から時間ｔ5までの間、冷却空気流量調
節弁９を開いているのは、燃焼用空気流量を少なくして
おき安定燃焼を図るためであるから、安定燃焼する条件
となる燃焼用空気流量又は燃料流量を測定し、これらの
値が安定燃焼が可能な値を示した時点で、冷却空気流量
調節弁９の弁開度を絞るようにしてもよい。Therefore, since the flow rate of the combustion air supplied to the combustor 2 is small for a certain time immediately after ignition, the fuel can be burned in a stable state. In addition, the gas flow rate supplied to the turbine 3 via the combustor 2 increases from the time when the rotational speed exceeds 30% of the rated rotational speed to the rated rotational speed (time t 3 ). The capacity of the starting motor 5 can also be reduced. In the present embodiment, the timing (time t 5 ) for reducing the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 is based on the rotation speed of the turbine 3, but from the time t 0 to the time t 5. The reason why the cooling air flow rate control valve 9 is opened is to reduce the combustion air flow rate to achieve stable combustion. Therefore, the combustion air flow rate or the fuel flow rate, which is the condition for stable combustion, is measured and The valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 may be narrowed at the time point when the value of (1) indicates a value capable of stable combustion.
【００３１】また、以上の実施例では、定格運転状態に
なった以降（時間ｔ4）、冷却空気流量調節弁９の弁開
度は、定格運転状態において、タービン３を保護できる
冷却空気流量が得られる弁開度に設定され、基本的に
は、弁開度が変化しないようにしているが、タービン３
の入口温度に応じて弁開度を制御するようにしてもよ
い。さらに、以上の実施例では、タービン３の回転数に
基づいて、起動状態か否かを判断するようにしている
が、本発明は、これに限定されるものではなく、例え
ば、圧縮機２の吐出圧力やタービン３の入口温度等に基
づいて、起動状態を判断するようにしてもよい。但し、
タービン３の入口温度に基づく場合には、前述したよう
に、この温度を直接測定することができないので、マス
バランス等考慮してタービン３の出口温度等から推定し
なければならず、複雑なプログラムを作る必要がある。
また、温度変化は、タイムラグが大きいので、的確なタ
イミングで流量調節弁の弁開度を制御することが難しい
ことも、考慮する必要がある。Further, in the above embodiment, after the rated operation state is reached (time t 4 ), the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve 9 is such that the cooling air flow rate capable of protecting the turbine 3 is in the rated operation state. The valve opening is set to the obtained value, and basically the valve opening is kept unchanged.
The valve opening may be controlled according to the inlet temperature of the. Furthermore, in the above embodiments, it is determined whether or not the engine is in the starting state based on the rotational speed of the turbine 3. However, the present invention is not limited to this, and for example, the compressor 2 The starting state may be determined based on the discharge pressure, the inlet temperature of the turbine 3, and the like. However,
If the temperature is based on the inlet temperature of the turbine 3, as described above, this temperature cannot be directly measured, so it must be estimated from the outlet temperature of the turbine 3 in consideration of the mass balance, etc. Need to make.
Further, it is also necessary to consider that it is difficult to control the valve opening of the flow rate control valve at an appropriate timing because the temperature change has a large time lag.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、タービンの起動状態時
には、冷却ガス流量調節弁の弁開度が絞られ、燃焼器を
介してタービンに供給されるガス流量が多くなってター
ビン出力が増強されるので、起動機、例えば、起動用モ
ータの容量を小さくすることができる。したがって、製
造コスト及びランニングコストの低減を図ることができ
る。According to the present invention, when the turbine is in a starting state, the valve opening of the cooling gas flow rate control valve is narrowed, the gas flow rate supplied to the turbine through the combustor is increased, and the turbine output is enhanced. Therefore, the capacity of the starter, for example, the starter motor can be reduced. Therefore, manufacturing cost and running cost can be reduced.
【００３３】また、起動状態時においては、冷却ガス流
量調節弁の弁開度が一定なので、この弁の寿命を伸ばす
ことができて、信頼性を高めることができる。Further, since the valve opening of the cooling gas flow rate control valve is constant in the activated state, the life of this valve can be extended and reliability can be improved.
【図１】本発明に係る第１の実施例のガスタービン設備
の系統図である。FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine facility according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明に係る第１の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operating condition of the gas turbine facility of the first embodiment according to the present invention.
【図３】本発明に係る第２の実施例のガスタービン設備
の系統図である。FIG. 3 is a system diagram of a gas turbine facility according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明に係る第２の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operating condition of a gas turbine facility according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明に係る第３の実施例のガスタービン設備
の運転状況を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operating condition of a gas turbine facility according to a third embodiment of the present invention.
１…圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…発電機、
５…起動用モータ、８…冷却空気配管、９…冷却空気流
量調節弁、１１…回転数計、１２，１２ａ…制御装置、
１３…蒸気配管、１４…蒸気流量調節弁。1 ... Compressor, 2 ... Combustor, 3 ... Turbine, 4 ... Generator,
5 ... Start-up motor, 8 ... Cooling air piping, 9 ... Cooling air flow rate control valve, 11 ... Rotation speed meter, 12, 12a ... Control device,
13 ... Steam piping, 14 ... Steam flow control valve.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Sasada 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory
Claims (6)
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えてい
るガスタービン設備において、 前記圧縮機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに前記
タービンに供給するための冷却空気供給配管と、 前記冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節
する冷却空気流量調節弁と、 前記タービンが起動状態であるか否かを把握する起動状
態把握手段と、 前記タービンが起動状態であると把握されている間、前
記冷却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込
ませる制御手段と、 を備えていることを特徴とするガスタービン設備。1. A gas turbine facility comprising a compressor for compressing air, a combustor for burning fuel by using the compressed air, and a turbine driven by combustion gas generated by combustion of the fuel. In, a cooling air supply pipe for supplying compressed air from the compressor to the turbine without passing through the combustor, and a cooling air flow rate control valve for adjusting a flow rate of the compressed air passing through the cooling air supply pipe. A starting state grasping means for grasping whether or not the turbine is in an activated state; and a valve opening degree of the cooling air flow rate control valve which is kept constant while the turbine is grasped in an activated state. A gas turbine facility, characterized by comprising:
する判断手段と、 を有していることを特徴とする請求項１記載のガスター
ビン設備。2. The start-up state grasping means includes a rotation speed measuring means for measuring the rotation speed of the turbine, and a judging means for judging whether or not the start-up state is in accordance with the measured rotation speed. The gas turbine equipment according to claim 1, wherein
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンとを備えてい
るガスタービン設備において、 前記圧縮機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに前記
タービンに供給するための冷却空気供給配管と、 前記冷却空気供給配管を通る前記圧縮空気の流量を調節
する冷却空気流量調節弁と、 前記タービンの回転数を計測する回転数計測手段と、 前記圧縮機が起動した後に、前記回転数計測手段により
計測された回転数が予め定めた第１の回転数になってか
ら、さらに回転数が上昇し予め定めた第２の回転数にな
る起動時の特定運転状態を把握する特定運転状態把握手
段と、 前記タービンが特定運転状態であると把握されている
間、前記冷却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に
絞り込ませる制御手段と、 を備えていることを特徴とするガスタービン設備。3. A gas turbine facility comprising a compressor for compressing air, a combustor for combusting fuel using the compressed air, and a turbine driven by combustion gas generated by combustion of the fuel. In, a cooling air supply pipe for supplying compressed air from the compressor to the turbine without passing through the combustor, and a cooling air flow rate control valve for adjusting a flow rate of the compressed air passing through the cooling air supply pipe. A rotation speed measuring means for measuring the rotation speed of the turbine; and, after the compressor is activated, the rotation speed measured by the rotation speed measuring means reaches a predetermined first rotation speed. A specific operation state grasping means for grasping a specific operation state at the time of start-up in which the rotation speed rises to a predetermined second rotation speed; and the cooling while the turbine is grasped in the specific operation state. Gas turbine installation, characterized in that it comprises a control means for narrowed the valve opening degree of the air flow control valve at a constant valve opening, the.
配管と、 前記蒸気配管を通る蒸気の流量を調節する蒸気流量調節
弁とを備え、 前記制御手段は、前記冷却空気流量調節弁の弁開度を一
定の弁開度に絞り込ませるている間、前記蒸気流量調節
弁を開けておくことを特徴とする請求項１、２又は３記
載のガスタービン設備。4. A steam pipe for supplying steam to the turbine, and a steam flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of steam passing through the steam line, wherein the control means is a valve of the cooling air flow rate adjusting valve. The gas turbine equipment according to claim 1, 2 or 3, wherein the steam flow control valve is opened while the opening is narrowed to a constant valve opening.
を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃料の燃焼で生
成される燃焼ガスにより駆動するタービンと、前記圧縮
機からの圧縮空気を前記燃焼器を介さずに該タービンに
供給するための冷却空気供給配管と、該冷却空気供給配
管を通る前記圧縮空気の流量を調節する冷却空気流量調
節弁と、を備えているガスタービン設備の運転方法にお
いて、 前記タービンが起動状態であるか否かを判断し、 前記タービンが起動状態であると判断される間、前記冷
却空気流量調節弁の弁開度を一定の弁開度に絞り込ませ
ることを特徴とするガスタービン設備の運転方法。5. A compressor for compressing air, a combustor for combusting fuel using the compressed air, a turbine driven by combustion gas generated by combustion of the fuel, and a compression from the compressor. A gas turbine comprising: a cooling air supply pipe for supplying air to the turbine without passing through the combustor; and a cooling air flow rate control valve for adjusting a flow rate of the compressed air passing through the cooling air supply pipe. In the operating method of the equipment, it is determined whether the turbine is in a starting state, and while the turbine is in a starting state, the valve opening degree of the cooling air flow rate control valve is set to a constant valve opening degree. A method of operating a gas turbine facility, characterized by narrowing down.
る間、前記タービンに蒸気を供給することを特徴とする
請求項５記載のガスタービン設備の運転方法。6. The method of operating a gas turbine facility according to claim 5, wherein steam is supplied to the turbine while it is determined that the turbine is in a starting state.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24461992A JPH0693880A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Gas turbine facility and operation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24461992A JPH0693880A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Gas turbine facility and operation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693880A true JPH0693880A (en) | 1994-04-05 |
Family
ID=17121441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24461992A Pending JPH0693880A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Gas turbine facility and operation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0693880A (en) |
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1992
- 1992-09-14 JP JP24461992A patent/JPH0693880A/en active Pending
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