JPS59206617A - 密閉サイクルガスタービンの出力制御装置 - Google Patents

密閉サイクルガスタービンの出力制御装置

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JPS59206617A
JPS59206617A JP8157483A JP8157483A JPS59206617A JP S59206617 A JPS59206617 A JP S59206617A JP 8157483 A JP8157483 A JP 8157483A JP 8157483 A JP8157483 A JP 8157483A JP S59206617 A JPS59206617 A JP S59206617A
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JP
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valve
turbine
line
closed
bypass
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JP8157483A
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JPH0250302B2 (ja
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Yasumitsu Kurosaki
泰充 黒崎
Toshiyuki Idoko
井床 利之
Shiro Nakabayashi
中林 志郎
Mitsuo Inabe
稲辺 光男
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16Control of working fluid flow
    • F02C9/24Control of the pressure level in closed cycles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作動媒体(たとえば窒素、空気、ヘリウム、
炭酸ガスなど)を一つのループの中に閉じ込めて開放ガ
スタービンサイクルと同様なサイクルを行なわせる密閉
サイクルガスタービンの出力制御方式に関する。
このような密閉サイクルガスタービンによって発電機を
駆動するにあたっては、電力負荷変動に対して電力系統
の周波数変動を極力少なくし、タービンの回転数を精度
よく制御しなければならない。
本発明の目的は、負荷変動に対するタービン出力を応答
性をよくして精度よく制御することができるようにした
密閉サイクルガスタービンの出力制御方式を提供するこ
とである。
第1図は、本発明の一実施例の全体の系統図である。タ
ービン1によって駆動される圧縮機2カ)らの作動媒体
は、管路3から再生器4の高圧側の流路5に供給される
。再生器4からの作動流体は管路6から加熱器7を介し
て管路8からタービン1に供給される。タービン1から
の作動媒体は、管路9から再生器4の低圧側の流路10
に供給され管路11から予冷却器12および管路13を
経て圧縮機2に導かれる。タービン1の出力は、減速装
置14を介して発電機15を駆動する。このよ′うにし
て密閉サイクルガスタービンが構、成される。
本発明に従えば、ガスストレージタンク16からの作動
媒体は、管路17から注入開閉弁18を介して管路13
に供給される。まだ管路3からの作動媒体は、管路19
から排出開閉弁2oを介してストレージタンク16に排
出される。タービン1に並列となるように、バイパス管
路21が設けられる。このバイパス管路21は、管路3
と管路9とを接続する。このバイパス管路21には、流
量制御を行なうバイパス弁22が介在される。
密閉サイクルにおいては、一般に、タービン1の入口温
度や圧縮機2の入口温度が一定になるように制御されて
いる。したがって密閉サイクル内の圧力はインベントリ
−量に比例して増減する。
注入開閉弁18と排出開閉弁20とは、密閉サイクル内
に封入されでいる作動媒体の充填量すなわちインベント
リ−量を操作するために制御される。たとえばストレー
ジタンク16から管路17を経て注入開閉弁18から管
路13に作動流体を注入することによって、密閉サイク
ル内の作動媒−ピン1の出力動力を増大することができ
る。密閉サイクルから作動媒体を排出させるには排出開
閉弁20が開かれ、これによってタービン1の出力動力
が減少する。
負荷の増減に応じてタービン1の回転数を一定にするた
めに、負荷の急激な増減に応じてインベン) IJ−量
を急激に増減することができる必要がある。したがって
注入開閉弁18および排出開閉弁20の容量が大きくな
ければならず、あるいは管路13には作動媒体を補助圧
縮機を用いて注入する必要がある。また作動媒体の注入
あるいは取出し位置によっては、一時的に逆応答が生じ
、したがって圧縮機2のサージングを引き起こすおそれ
が生じる。要約すると、インベントリ−操作だけでは負
荷変化に対する追従性が悪い。
この問題を解決するために、バイパス管路21に設けら
れたバイパス弁220開度を制御し、高圧側すなわち管
路3側から低圧側すなわち管路9側へ作動媒体をバイパ
スさせる。このバイパス流量は、比較的小さくてよい。
これによってタービン1の速度を迅速に変化することが
できる。
バイパス弁22による流量を変化させてタービン1の回
転数を制御するには、/(イノシス弁22によって常に
制御に必要な流量の作動媒体を)(イノシスさせる必要
があるう伺故ならば、)(イノ(ス弁22による流量を
定常時に零にしておくと、負荷の減少時にはバイパス弁
22を開いて作動媒体を〕くイパスして迅速な追従を行
なうことができるけれども、それとは逆に、負荷の増加
時にはノ(イノ(ス嘴の操作を行なうことができず、し
だがって負荷の増加時の追従性が悪くなってしまう。し
たがってバイパス弁22は、常時、作動媒体を〕(イノ
シスさせる開度とされる。この/(イノ(ス弁22の開
度がむやみに太きいときには、エネルギ効率が低下する
。したがって定常時における](イノ(ス弁22の開度
は負荷変化に対して追従することができる操作範囲をと
ることができ、しかもエネルギ効率の低下を極力小さく
する値に設定される。この〕くイパス弁22の弁容量を
小さくしておき、定常時における弁開度をたとえば50
チ近傍に設定しておくと、操作範囲を広くとることがで
き、都合がよい。
第2図を参照して、回転数設定回路15からの回転数設
定値信号と、タービン101転数を検出する回転数検出
器26からの出力とは、減算器27に与えられる。その
ためライン28には、回転数設定値NOとタービン1の
実際の回転数N1との偏差ΔNを表わす信号が導出され
る。このライン28からの信号は、コントローラ29に
与えられて比例、積分および微分動作が行なわれ、イン
ペン) IJ−量の追加量を表わす信号はライン30か
ら演算器31に与えられる。この演算器31には、メイ
ンコントローラ32からの信号が与えられる。演算器3
1にはまた、演算回路33からの密閉サイクルにおける
インベントリ−量の推定値が与えられる。演算回路33
は、管路13に設けられた圧力検出器34と、管路8に
設けられた圧力検出器35とからの出力に基づいて、密
閉サイクル内のインベントリ−量を推定する。演算器3
1からの出力はライン36を介して演算回路37に与え
られる。
第3図は、演算回路37の特性を示すグラフである。ラ
イン36からの信号は、開閉弁18,20によって注入
/取出すべきインベントリ−量を表わしており、この信
号が値Aになったとき注入開閉弁18が全開状態となる
。ライン36からの信号が値B (0<B<、A )と
なったときに注入開閉弁18は閉じる。まだライン36
からの負の信号が値C(ただしC<0)になったときに
排出開閉弁20が開き、ti値D(ただLD<0.ID
I<ICI)となったときに閉じる。このようにして両
開閉弁18..2()がヒステリシス動作を行なうこと
によって、各開閉弁j8 e、 20の開閉動作がむや
みに頻繁となることが防がれる。演算回路37がらライ
ン38を介す信号は、開閉弁18を制御し、またライン
39を介する信号は排出開閉弁2oを制御する。
減算器27からライン28を介する偏差信号はまた、コ
ントローラ40に与えられて比例および積分操作される
。この信号は、減算回路41に与えられる。減算回路4
1からライン42を介する信号によって、バイパス弁2
20開度が制御される。バイパス弁22の開度は、検出
器43によって検出される。この検出器43からのバイ
パス弁22の開度を表わす信号は、減算器44に与えら
れる。減算器44には、開度設定器45からの信号が与
えられる。開度設定器45は、定常時におけるバイパス
弁220開度(たとえば50%)を表わす信号を導出す
る。減算器44からの偏差信号は、ライン45を介して
不感帯回路46に与えられる。ライン45の偏差信号の
偏差が零に近い範囲Eにあるときには、出力信号はライ
ン45の信号に対応した値を有し、ライン47に導出さ
れる。ライン47からの出力は、積分回路48に与えら
れて積分動作され、減算器41に与えられる。
偏差が範囲E内にあるときには、ライン47の信号は零
となり、ライン42の信号はコントローラ40の比例お
よび積分動作に従い回転数偏差ΔNを零とするように働
き、微少な回転数変動が吸収される。偏差が範囲E外に
あるとき、ライン47の信号は対応した零以外の値とな
り、積分回路48の働きによって弁開度を一定に保つ動
作が働き、ライン42の信号は回転数偏差ΔNに対して
比例および微分動作をするように働く。したがって、バ
イパス弁操作だけではΔNにかたよりを生じてしまうが
、そのときには、コントローラ29の積分動作によって
インベントリ−量が操作されてライン45の信号が範囲
E内に入るようになる。制御回路40は制御性を良好に
するために積分動作を休止することができる構成となっ
ている。コントローラ40の積分器と積分回路48とを
、同一の構成とすれば、制御性が向上する。
開閉弁18.20は、開閉動作する構成に代えて流量制
御弁であってもよく、このときにはヒステリシスと不感
帯とを実現する回路を追加して開閉動作をするように構
成すればよい。
第4図を参照して動作を説明する。第1図(1)で示さ
れるように電力負荷が低い状態から時刻零において電力
負荷が10係急増した場合を想定する。
この場合には、バイパス弁22の開度は第4図(2)の
ように定常時における50チから直ちに0チとなり、ま
だ注入開閉弁18は、第4図(3)の実線で示されるよ
うに直ちに全開状態となる。注入開閉弁18が全開状態
となることによって、インベントリ−量はラインlで示
されるように時間経過とともに増大していく。これによ
ってタービン1の回転数は、第4図(4)の実線で示さ
れるように僅かの変動に抑えられる。
制御回路40の出力に基づいて、時刻t1以降において
、バイパス弁22の開度は設定状態から徐々に増大して
最終的に弁開度50%に近づいていく。時刻t2では、
流入開閉弁18は閉弁状態となる。もしも仮に、バイパ
ス弁22が設けられていない状態で注入開閉弁18だけ
によってタービン1の回転数が制御されるときには第4
図(4)の参照符I!1で示されるように回転数が大幅
に変化してしまう。本発明はこの問題を解決する。なお
排出開閉弁20は閉じだままである。
第5図を参照して時刻零において電力負荷が第5図(1
)のように10チ急減した場合を想定する。
この場合には、バイパス弁22は第5図(2)のように
定常時における開度50%から100%となる。
これと同時に、排出開閉弁20は第5図(3)の実線で
示されるように全開状態となり、密閉サイクル中におけ
るインベントリ−量は参照符l!2で示されるように徐
々に減少していく。これによってタービン1の回転数は
、第5図(4)の実線で示されるように、ごく催かに変
化するだけである。時刻t3になると、バイパス弁22
の開度は最終的に50係になるように徐々に小さく変化
される。時刻t4では排出開閉弁20は閉じられ、定常
状態となる。もしもバイパス弁22が設けられていない
と仮定したときには、タービンlの回転数は排出開閉弁
20によってだけ制御され、これによって第5図(4)
の参照符I!3で示されるように大きな変動を生じるこ
とになる。本発明はこの問題を解決する。なお注入開閉
弁18は開いたままである。
第6図は、本発明の他の実施例の全体の系統図である。
低圧側圧縮機51からの作動媒体は、管路52から中間
冷却器53、管路54、高圧側圧縮機55および管路5
6を経て再生器57の高圧側の流路58に供給され、管
路59から加熱器60を経て管路61からタービン1に
供給される。
タービン1からの作動媒体は、管路6′2から再生器5
7の低圧側の流路63を経て管路64から予冷却器65
および管路66を経て低圧側圧縮機51に導かれる。こ
のような密閉サイクルガスタービンにおいて、前述と同
様に作動媒体が蓄積されているストレージタンク16、
注入開閉弁18、排出開閉弁20、バイパス管路21、
バイパス弁22が設けられるとともに、回転数検出器2
6、圧力検出器34.35が設けられる。さらに中間冷
却器53に関連して圧力検出器34 aが設けられる。
圧力検出器34,35.34aによってインベントリ−
量の推定を正確にできる。このようにして第2図に示さ
れた実施例と同様な構成によってタービン1の回転数が
希望する値に迅速な応答性をもって制御される。残余の
構成要素は、前述の実施例と同様であり、同一の参照符
を付す。
他の実施例として、タービンlの回転級の変動初期に注
入開閉弁18または排出開閉弁2oを操作するよりも先
に、先ずバイパス弁22を操作してバイパス管路21に
おける作動媒体の流量を制御し、その後に、流入開閉弁
18または排出開閉弁20を制御するようにしてもよい
本発明は、発電以外のためにも実施することができる。
以上のように本発明によれば出力変動の初期には、バイ
パス弁を、インベントリ−操作弁に先立答を行なうこと
ができるようにし、その後、インベントリ−操作弁によ
って出力に対応したインベントリ−量になるように作動
媒体をガス源から密閉サイクルに注入または取出すよう
にしたので定常的に高い効率を確保しつつタービンの回
転数などの出力を高精度で制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の全体の系統図、第2図は第
1図の実施例の制御を行なうための構成を示す図、第3
図は制御回路37の特性を示すグラフ、第4図および第
5図は第1図〜第3図に示された実施例の動作を説明す
るだめのグラフ、第6図は本発明の他の実施例の全体の
系統図である。 ■・・・タービン、2,51.55・・・圧縮機、4,
57・・・再生器、7,6o・・・加熱器、12.65
・・・予冷却器、14・・・減速装置、15・・・発電
機、16・・・ストレージタンク、18・・・流入開閉
弁、2o・・・排出ft[’i弁、2.x・・・バイパ
スW路、22・・・バイパス弁、53・・・中間冷却器 代理人   弁理士 西教圭一部 手続補正書 11事件の表示 特願昭58−81574 2、宅間の名称 密1!11ザイクル力スタービンの出力制御方式3、補
正をする者 事件との関係   出願人 住所 名称 (097)  川崎重工業株式会社代表者 4、代理人 住所 大阪市西区西本町1丁目13番38号 新興産ビ
/L国際FAX GIlI&GI] (06)538−
02476、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の榴および図面7、補正の内
容 (])明細書第4頁第13行目〜第14行目において、
「生じ、したがって」とあるを「生じたり、まfcは、
」に訂正する。 (2)明細書第8頁第12行目〜第13行目において、
「ライン45の・・・あるときには、」とあるを「不感
帯回路46の」て訂正する。 (3)明細書第9頁第13行目において、「の構成とす
れば、」とあるを「の積分器で構成すれは、」に訂正す
る。 (4)明細書第10頁第12行目において、「に近つい
て」とあるを「近傍に近づいて」に訂正する。 (5)明細阻81’!;11頁第11行目において、「
にlるように」とあるを「近傍えなるようVこ」に訂正
する。 (6)明細書第11頁第18行目において、r 1Jr
(いた」とあるを「閉じた」に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 密閉サイクルガスタービンにガス源からの作動媒体を供
    給または排出するインベントリ−操作弁を設け、タービ
    ンと並列にバイパス弁を接続し、出力変動の初期にバイ
    パス弁をインベントリ−操作弁に先立ってまたは同時に
    操作し、その後、出力に対応するインベントリ−量にな
    るようにインベントリ−操作弁を操作したままとしかつ
    バイパス弁を予め定めた開度にしてタービン出力を希望
    する値に保つことを特徴とする密閉サイクルガスタービ
    ンの出力制御方式。
JP8157483A 1983-05-09 1983-05-09 密閉サイクルガスタービンの出力制御装置 Granted JPS59206617A (ja)

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JPH0250302B2 JPH0250302B2 (ja) 1990-11-01

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