JPS61207830A - ブラツクスタ−ト用のガスタ−ビン燃料ガス昇圧装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はガス焚ガスタービンの燃料カスを昇圧してブラ
ックスタート（外部電源の供給を受けないで行う始動）
を可能ならしめるように改良し九燃料カス昇圧装置に関
するものである。

〔発明の背景〕

最近、エネルギーの有効利用等の理由で、ガス焚ガスタ
ービンの者俄か非常に多くなって来ている。又、ガス焚
ガスタービンにおいても、ガスタービンの特徴を活かし
た、ブラックスタートの要求も太きいが、株々の問題が
あり実現化されていない。

ガスタービンの燃料ガスの昇圧装置に関する最新の技術
として判開昭４６−１７０２が公知であるが、この発明
は、ガス焚きに限らないガスタービンにおいて、第２の
コンプレッサを設けるとともにオリフィスを設けて燃料
圧力を制御するものであって、ブラックスタートを可能
ならしめるという問題については別設の考慮が為されて
いない。

第７図は、従来のガスタービンのガスコンプレッサシス
テムを示したものである。低圧燃料ガス取合１から供給
される燃料ガスを、ガスタービン燃料ガス取合点２にて
要求される所定の圧力にまで昇圧する為に燃料ガスコン
プレッサシステム３が設置される。４はガスタービンシ
ステムヲ示ス。

カスコンルツサシステム３において、ガスラインは、昇
圧の為のガスコンプレッサ５、起動待無負荷運転する為
のバイパスパルプ６、コンプレッサ出口ガスを冷却する
ラジエタ７、出口ガス圧力を調整する為のコントロール
パルプ８．９よシ成る。１０は制御用空気ツイン、１１
は圧力指示コントローラを示す。又、１２．１３はそれ
ぞれカスコンプレッサ用モータ、ラジエタ用モータを示
す。

一方、ガスタービンシステムは、速度比止弁１４、燃料
制御弁１５、マニホールド１６、燃料。ノズル１７、燃
焼器１８等から成り、カスタービン速度及び負荷に見合
う燃料流量が速度比止弁１４、燃料制御弁１５により制
御される。

第７図から解るように、ガスコンプレッサとガスタービ
ンとは機械的に独立であシ、それぞｎ独立の制御システ
ムを有している。

カスタービンは起動から定格負荷に至るまで燃料消費量
が大きく変動（概略５チ〜１００チ）する為、ガス取合
点２．で一定の圧力が費求される本システム（第７（ｇ
ｌでハ、ガスコンプレッサシステムに親子弁制御方式を
用いなければならない。

第８図は親子弁制蜘の概略を示す図表である。　　　　
　。

横軸が、パルプの流量特性を示すＣｖ値、縦軸が圧力指
示コントローラ１１からの圧力信号である。

図中２３．２４はそれぞれ子弁９、親弁８（第７図）の
単独パルプ特性を示す。実線２５．２６は親弁、子弁合
わせた流量特性であり、コントロールパルプシステムと
しては圧力信号に添い２５゜２６の様に制御される（パ
ルプ開度が調整される）。

この時親弁が開き始めるために、パルプ特性が急激に変
化する遷移点２７を通過するが、この様な遷移点におい
ては、親弁と子弁とが互いに干渉してハンチングと呼ば
れる不安定現象が発生する為、−気に通過しなければな
らない。すなわち設計時においては遷移点２７での流量
が、ガスタービンの着火、暖機、加速等における燃料流
量と一致しない様注意を払わなければならないが、１台
のガスコンプレッサに複数台のガスタービンが設置され
るようなシステムにおいては、ガスタービンの運転モー
ドが多岐に渡るため、その設計においては細心の注意を
要した。

他方、カスタービンシステム４　（第７図）は、取合点
２で一定圧力のガスが供給されることを前提として設計
されている為、７７２コンプレツサと独立したコントロ
ールシステムを持っている。先に述ベア’Ｃ様にガスタ
ービンは燃料変化幅が大きい為、１個の燃料制御弁１５
では、起動時すなわち着火時、暖機時等の流量域を制御
できない罠め速度比止弁１４を設けている。これは起動
時すなわち着火時、＠機時等のガスタービン低回転数域
の小流量燃料を精度良く制御弁１５で制御する為、ガス
タービンの軸回転速度に比例した燃料ガス圧力（燃料制
御弁前圧）を供給するものである。あらかじめ回転数に
正比例した圧力を与えておき、実際の圧力が圧カドラン
スミッタ２１’ｌｌしてフィードバックされる。低回転
域においてはガス圧力が低いために、１個の制御弁（ガ
スタービン高負荷時用と同一の制御弁で）で低流量域も
精度よく制御することができる。燃料制御弁１５は負荷
にみあった、あるいは起動時のジ−タンス制御に定めら
れた燃料流量信号２０によシその開度が調整される。

以上述べた様に、第７図におけるシステムにおいて、カ
スコンプレッサシステム３及びガスタービンシステム４
はそれぞれ優れ九制御システムを持っているがこｊらを
１つのシステムと見た場合、過剰な制御システムと言う
ことができる。これを改良したシステムとして軸駆動ガ
スコンプレッサシステムがある。

第９図は軸駆動ガスコンプレッサシステムの一例を示し
たものである。低圧燃料ガス供給源１から供給される燃
料カスは、補機駆動歯車２８を介してガスタービン軸動
力で駆動される燃料カスコンプレッサ５によって昇圧さ
れる。昇圧され次ガスハ、バイパスコントロール弁３０
によってバイパス制御され、マニホールド１６を出た燃
料ガスは燃焼器１８へ導かれる。このシステムは、ガス
コンプレッサがガスタービン回転数に応じｔ容量をもつ
こと、すなわち第７図カスタービンシステムにおける速
度比止弁１４の機能を本質的に有するという意味で画期
的であるが以下に述べる問題点がある。

第ｌＯ図ｅユ刀スタービンの燃料訛孟→性及ヒカスコン
プレツサの流速特性を示し九図表である。

実線で示し九カーブ３６がガスタービンの燃料消費量カ
ーブ、２点ｄａで示したもの３７が燃料ガスコンプレッ
サの容−特性である。カスタービン回転欽域全てに対し
て、ガスコンプレッサの容を特性がマツチしているわけ
ではないので、極低回転数域ではカスコン７゛レツサの
接電が不足する領域３９が存在する。ある回転数以上で
は、ガスコンプレッサの容量がカスタービン燃料消賀料
を上まわり、３Ｂに示す。Ｆｃ、ｋがバイパスコントロ
ール弁３０（褐９図）を通して低圧空気側へ戻さｎる。

この容飯不足ｔ−補うためには、第１０図に３９で示さ
ｎる部分の燃料流ｉｉを越える谷ｉ符性４０を持つガス
コンプレッサを用いなければならない。

この場合、非富に太さい燃料ガスコンプレッサを費し、
ｌＯＯチ速度時には膨大な流−がバイパスさｎることに
なる。この様な人容菫のガスコンプレッサを設置するこ
とが不可能な場合には、男１」系統の補助ガスコンプレ
ッサでこの容置不足領域をカバーしなければならないが
、第７図のガスコンプレッサシステム３からも解るよう
に外部電源無しではガスタービンを起動することができ
ない。

すなわちプラツクスタート出米ない。

〔発明の目的〕 本発明は上に述べ九事情に１みて為されたもので、第９
図に示し丸軸駆動カスコンプレッサシステムの問題点を
解決し、ブラックスタート可能なガスタービン燃料カス
昇圧システムを提供すること金目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成する丸め、本発明に係るブラックスタ
ート用のガスタービン燃料ガス昇圧装置は、カスタービ
ン軸によって駆動される燃料ガスコンプレッサを有する
ガス焚ガスタービンにおいて、外部電源を必要としない
駆動機によって駆動される補助カスコンプレッサを設け
、ガスタービンの低回転速置載における燃料ガスコンプ
レッサの、容量不足を前記の補助カスコンプレッサで補
って、当該カスタービンのブラックスタートを可能なら
しめるように慣成し九ととｔｌ″％徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明装置に係る４梼類の実施例について説明す
る。

（実施例１） 第１−は本発明の１実施例を示す系統図である。

低圧カス燃料カスは、軸駆動補助ガスコンプレッサ４３
で昇圧され、さらにカスタービン軸駆動主カスコンプレ
ッサ４７で昇圧される。クーラ４５を通つ九燃料カスは
燃料ガスコントロール弁１５で流量が割御嘔れ、マニホ
ールド１６を通って燃焼器１８へ導びかれる。カスコン
プレッサ４７吐出圧力は、圧力調整弁４１、圧カドラン
スミッタ２１、制両回路２２等で、カスタービン軸速度
に対応し九圧力にｙ４１にされる。

ガスタービン軸速度が禍くなり、燃料ガスコンプレッサ
４７が、カスタービンに充分な流量を供縮出来る様な状
態ではクラッチ２９の伝動ｔ″遮、断して補助カスコン
プレッサ４３は停止しておシ、カスは逆上弁４２を通っ
てガスコンプレッサ４７ヘ流ｎる。

以上のように構成しπ昇圧装置を設けたガスタービンは
ブラックスタート（外部電源の供給を受けないで行う起
動が可能である。

第５図ｔユ本実施例１におけるカスコンプレッサ容！特
性を示したものである。従来の軸駆動ガスコンブシステ
ム（第１０図）と比べて、カスタービン低速回転域での
ガスコンプレッサ容ｔ％性カ大きく異る。実線３６はガ
スタービンの燃料消費特性であるが、ガスタービンは着
火時に燃料流量が突出する為に１つの＠１１．ＩＪｂカ
スコングレッサでこの流量特性をカバーしようとすると
非常に大きなカスコンプレッサが必要にな夛笑現化され
ていない第１θ図のカーブ４ｏ参照）。この問題を解消
する方法として補助ガスコンプレッサを設ける方法があ
るがこれだと補助ガスコンプレッサ管駆動するモータに
外部電源が必要となシ、ガスタービンの太さなで一ルス
ポイントの１つであるフ゛ラックスタートが出来ないと
いう大きな問題がめった。

ノＪスターヒン軸駆動力スコンフレツサ１つではカスタ
ービンの燃料消費分の燃料ｔ４Ｐ、絽出米ないカスター
ビン低速回転域５１の間のみ、外部電源を必要としない
駆動源により°１輛助カスコンプレッサを運転し、不足
燃料をカバーすることによシ、ブラックスタートが可能
になる。

第５図に示し九５１は、補助ガスコンプレッサ４３の運
転速度範囲でろって、当該カスタービンの定格回転速度
に比し１低速領域に和尚している。

この補助カスコンプレッサ４転速度範囲４３０区間にお
いて、燃料ガス流量が増加している。これにより、低迷
領域における運転がｏｌ能となシ、従ってブラックスタ
ートが可能となる。

補助カスコンプレッサも含めたカスコンプレッサＩＩｔ
出カーフ゛３７から解るように、補助ガスコンプレッサ
４３の谷ｔは小嘔くてよい。

本実施例は、ブラックスタート出来るという最大のメリ
ットに加え、軸駆動ガスコンプレッサと補助カスコンプ
レッサとに−Ｌ’ｊ的に使うということによシ、軸駆動
ガスコンプレッサが非常にコンパクトになるという効果
がある。主ガスコンプレッサ４７はガスタービンの全て
の速度範囲全カバーしなくて良いから、すなわち補助ガ
スコンプレッサが運転停止した速度から高、４側をカバ
ーすれはよいから、この領域でガスタービン燃料カス消
費量カーブ３６にマツチし友、すなわち第１０図のカー
ブ４０に比較して、コンブＶツサ容童特性３７が消費量
カーブ３６側に寄った軸駆動ガスコンプレッサを用いる
ことが可能になる。このこと社主カスコンプレッサ４７
の容量が小さくてすみコンパクトになることを示してい
る。又容量が小さくなることがら州蛛３８で示される燃
料バイパス菫が小さくてすむことになシバイパス弁等の
バイパス系統もコンパクトになる。従って第７図に例示
したようにカスコンプレッサとカスタービンとが独江の
システムにおけるがごとき複雑な親子弁制御（第８図参
照ン等が不畏である。

（実施例２） 補助燃料ガスコンプレッサに、ガスタービン起動装置で
駆動される補助カスコンプレッｖを用いた実施例を第２
図に示す。この実施例は前述の実施例１（第１図）にお
いて軸駆動補助ガスコンプレッサの代シにガスタービン
起動装＊（ｆイーゼル等）駆動補助ガスコンプレッサ４
３を用いたシステムである。３１はカスタービン起ｗＪ
装置でるる。この実施例２によっても前記の実施例１と
同様の作用、効果が得られる。

（実施例３］ 補助燃料カスコンプレッサに直流モータを用いた例を第
３囚に示す。前述の実施例１（第１図）のシステムにお
いて軸駆動補助ガスコンプレッサの代シに直流モータ４
８で駆動される補助カスコンプレッサ４３１に有するシ
ステムである。本実施例３によっても、前記実施例１．
２におけると同様の作用、効果が得られる。

（実施例４） 補助燃料ガスコンプレッサに低周波起動モータ駆動補助
カスコンプレッサを用いた例を第４図に示す。前記の実
施例１（第ｌ因）のシステムにおいて、軸駆動補助カス
コンプレッサの代シに低周波起鯛モータ５０に動補助コ
ンプレッサ４３を用いたシステムである。本発甲」にお
いて低周波起動モータとは低周波の交流電源で起動可能
なモータ金言う。発電用カスタービンシステムにおいて
は、カスタービン軸速阪が低い場合においても、遮断器
４９より上流側の低周波−力を利用することが出来る。

この′電力を利用したシステムが本システムである。こ
の実施例４によっても、前述の各実施例と同様の作用、
ｍ来が得られる。

（変形例） 上述の実施例の変形例を第６図に示す。前述の各実施ｆ
／＋！−１，２，３：　４では、逆止弁及び補助燃料カ
スコンプレッサシステムより戚る補助システムがカスタ
ービン軸駆動主ガスコンプレッサとシリーズに配置され
ていたのに比してこの変形例においては補助昇圧システ
ムが軸駆勘主カスコンブＶツサ４７とパラレルに配ｔ−
ｇれているとｂう特徴をＭする。もちろん駆動機５２は
実施例１゜２．３．４にあるように、軸動力であっても
、ガスタービン起動装置であっても、直流モータであっ
ても０１１波起動モータであつ又も艮く、要するに外部
電源全必要としない駆ｒＡＪ機であれｅよ伺でもかまわ
ない。実施例１，２，３．４と１１０様に、主燃料〃ス
コングレツサ４７の容友が不足する〃スタービン低回転
域だけ補助カスコンプレッサ４３１１転することによシ
ブラックスタートが可能にな６゜ 〔発明の効果〕 以上詳述したように、カスに＠のカスタービンに本扼明
を適用すると、外部電源を必要としない起動（ブラック
スタート）が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、そｆ七ｎ本発明の１実施例を示す
系統図である。第５図は本発明の実施例におけるカス流
量特性を示す図懺、第６図は本発明の変形例の系統図で
ある。ｋＳ７図は従来技術におりるガスタービン燃料系
統の１例の説明図、第を図＃ＳＬ従米技術における親子
弁制御の説明図、第ｅ図ｒｉ従米技術を説明するための
カスタービン燃料系統一の１例、第１０図は従来技術に
係るカスタービン燃料系統の流量特性図六である。 １・・・低圧燃料ガス取付、２・・・ガスタービン燃料
ガス取合、３・・・燃料カスコンプレッサシステム、４
・・・ガスタービンシステム、５・・・燃料カスコンプ
レッサ、６・・・バイパスバルブ、７・・・ラジェータ
、８…コントロールバルブ（ｍｌ、９…コントロールパ
ルプ（子弁）、ｌＯ・・・制御用空気ライン、１１・・
・′圧力指示コントローラ、１２・・・ガスコンプレッ
サ用モータ、１３・・・ラジエタ用モータ、１４・・・
速度比止弁、１５・・・燃料制御弁、１６・・・マニホ
ールド、１７・・・燃料ノズル、１８・・・燃焼器、１
９・・・速友信号、２０・・・燃料制御信号、２１・・
・圧カドランスミッタ、２２・・・制御回路、２３・・
・子弁パルプ特性、２４・・・親弁パルプ特性、２５・
・・子弁＋親弁パルプ特性、２６・・・子弁十親弁パル
プ特性、２７・・・′ｊＩｉ移点、２８・・・補機駆動
歯車、２９・・・クラッチ、３０・・・バイハスコント
ロール弁、３１・・・ガスタービン起動装置、３２・・
・空気コンプレッサ、３３・・・タービン、３４・・・
変速機、３５・・・発ＩＩ機、３６・・・ガスタービン
燃料消費特性、３７・・・燃料カスコンゾレツサ容ｆｆ
ｌ相注、３８・・・燃料ノくイノ；ス穣域、３９・・・
燃料不足値域、４０・・・ツタ、料ガスコンプレッサ容
盆特性、４１・・・圧力調整弁、４２・・・逆止弁、４
３・・・カスタービン補助カヌコンプレツサ、４４・・
・カスタービン軸、４５・・・ター２．４６・・・冷却
水、４７・・・細駆動主ガスコングレツサ、４８・・・
直流モータ、４９・・・逃断器、５０・・・低周波起動
モータ、５１・・・補助カスコンプレッサ運転速度範囲
、５２・・・駆ｗＪ機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン軸によつて駆動される燃料ガスコンプ
   レッサを有するガス焚ガスタービンにおいて、外部電源
   を必要としない駆動機によつて駆動される補助ガスコン
   プレッサを設け、ガスタービンの低回転速度域における
   燃料ガスコンプレッサの容量不足を前記の補助ガスコン
   プレッサで補つて、当該ガスタービンのブラックスター
   トを可能ならしめるように構成したことを特徴とするブ
   ラックスタート用のガスタービン燃料ガス昇圧装置。 ２、前記の補助ガスタービンを駆動する駆動機はガスタ
   ービン軸駆動力を用いたものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のブラックスタート用のガス
   タービン燃料ガス昇圧装置。 ３、前記の補助ガスタービンを駆動する駆動機は当該ガ
   スタービンの起動装置を用いたものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のブラックスタート用
   のガスタービン燃料ガス昇圧装置。 ４、前記の補助ガスタービンを駆動する駆動機は直流モ
   ータを用いたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のブラックスタート用のガスタービン燃
   料ガス昇圧装置。 ５、前記の補助ガスタービンを駆動する駆動機は低周波
   の交流電源によつて起動可能なモータを用いたものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のブラ
   ックスタート用のガスタービン燃料ガス昇圧装置。