JPS61258930A - 燃料ガス昇圧制御システム - 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燃料ガス昇圧制御システム
に関する。

〔発明の背景〕

最近、エネルギの有効利用などの面からガス焚ガスター
ビンの需要が増えて来ている。またガス焚ガスタービン
でも、ガスタービンの特性を活かしたブラックスタート
の要求が多いが、燃料ガスコンプレッサ用モータに大容
量の電源が必要なことなどによりブラックスタート可能
なガス焚ガスタービンは現実化されていない。

燃料ガスコンプレッサをガスタービン軸駆動とすること
により、大容量の電源は不要となるが、起動時、すなわ
ち、ガスタービン回転数が小さいときには、ガスコンプ
レッサの回転数も小さく容量不足をおこし、補助用ガス
コンプレッサが必要となり、やはり、ブラックスタート
は不可能であった・ これらを解決し、ブラックスタート可能なシステムとし
て、軸駆動ガスコンプレッサの容量が不足する起動時、
すなわち、ガスタービン低回転数の短時間のみ外部電源
を必要としない駆動機で補助燃料ガスコンプレッサを運
転するシステムが考えられた。

第５図はこの運転方法を示したものである０図中１で示
される実線はガスタービンで消費する燃料ガス流量特性
である。ガスタービンは自刃で起動することができない
ため、ディーゼルエンジン等の起動装置で起動される。

そしであるスピードに達して初めて燃料が供給され着火
するが、着火時に着火性を良くするため、かなりの燃料
が消費される。−担、火がつくと、ガスターンに与える
熱的衝撃を和げるため、燃料流量が絞られる。

その後は加速のため、除々に燃料消費量が増加し、定格
負荷時に最大流量に達する。このような特性により、ガ
スタービンは着火時に燃料消費量が突出するという特徴
がある。

一方、図中二点鎖線２は燃料ガスコンプレッサの容量特
性を示す。起動時に一部容量が不足する状態が発生する
３゜そのため、この容量不足域のみ補助燃料ガスコンプ
レッサを運転し４、容量をカバーするのが最新の従来シ
ステムである。そうすると総合の容量カーブは二点鎖線
及び破線で示すカーブとなり、ガスタービンの全ての運
転モードをカバーできることになる０図中斜線５で示す
部分がガスコンプレッサの余裕としてガスコンプレッサ
の吸込側へ戻される。

補助燃料ガスコンプレッサ駆動機にガスタービン起動装
置を用いた実施例を第６図に示す。低圧燃料ガスはガス
タービン起動装置で駆動される補助燃料ガスコンプレッ
サ８で昇圧され、さらにガスタービン軸駆動ガスコンプ
レッサで昇圧される。

クーラ１０を通った燃料ガスは燃料ガスコントロール弁
１３で流量が制御され、マンホールド１４を通って燃焼
器１５へ導びかれる。ガスコンプレッサ９の吐出圧力は
圧力調整弁１２、圧カドランスミッタ１６、制御回路２
２等でガスタービン軸速度に比例した圧力に調整される
。ガスタービン軸速度が充分高くなり、燃料ガスコンプ
レッサ９がガスタービンに充分な流量を供給できるよう
な状態では補助ガスコンプレッサは停止しており、燃料
ガスは逆止弁を通ってガスコンプレッサ９へ流れる。

同じように補助燃料ガスコンプレッサを用いてブラック
スタートを可能ならしめるシステムとして第７図、第８
図、第９図に示すようなシステムが考案されている。

第７図は補助ガスコンプレッサ駆動力に軸動力を用いた
例である。第５図の４に示す軸駆動ガスコンプレッサ９
の容量が不足する回転数域のみ補助ガスコンプレッサ８
を運転するのは同じであるが駆動力に補機駆動歯車を介
して軸動力を用いている点が異なる、回転数域４以外で
は、補助ガスコンプレッサ８はクラッチ１９により切り
離されている。

第８図は補助ガスコンプレッサ専用に駆動機を設けた例
であり、駆動機２２は直流モータでもよいし、ｇ！電用
ガスタービンの場合であれば、発電機の低周波電力を利
用した交流電動機（外部交流電源を必要としない）でも
よい。

第９図は、第６図ないし第８図の変形例である。

第６図ないし第８図が補助ガスコンプレッサ８を軸駆動
ガスコンプレッサ９と直列に継いでいるのに対し、第９
図では平行に置かれているところに特徴がある。補助ガ
スコンプレッサ駆動装置２３はガスタービン起動装置で
あっても、直流電動機であっても、ガスタービン軸動力
であっても、あるいは、発電気の低周波電力を利用した
交流電動機であってもかまわない。

〔発明の目的〕

本発明の目的はシンプルで信頼性の高い、ブラックスタ
ート可能な燃料ガス昇圧制御システムを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

補助燃料ガスコンプレッサを必要とせず一台の燃料ガス
コンプレッサでブラックスタートを可能ならしめる軸駆
動ガスコンプレッサを用いた燃料ガス昇圧システムが本
発明である。ガスタービン起動時、すなわち、ガスター
ビン低回転数時に燃料ガスコンプレッサを変速機を用い
て増速することにより、容量アップを図るところに大き
な特徴がある。

第１０図は時間とガスタービン軸速度及び燃料ガスコン
プレッサの回転速度を示したものである。

図中二点鎖線及び実線で示される滑らかなカーブがガス
タービン軸速度２４である。ガスタービンは起動装置（
ディーゼル等）により起動されクランク運転状態に敗る
。その後、着火により急激に増速される。一方、図中実
線で示すカー１２５は燃料ガスコンプレッサの軸速度を
示す、ガスコンプレッサの容量が不足する起動時のみ燃
料ガスコンプレッサは増速される。ガスタービン回転速
度が充分高速になった状態では増速されることなく運転
される。もちろん、燃料ガスコンプレッサは補機駆動歯
車等を介゛して運転されることが多いので増速しないと
いうことが全くガスタービンと同一速度という意味では
ない６図ではガスタービン軸速度とガスコンプレッサが
一本の線で描かれているが、これは同一回転数の歯車を
介してガスコンプレッサを運転した場合を想定したもの
であり、ガスタービンとガスコンプレッサが全範囲にわ
たって異っても問題ない、ここではガスタービン起動時
に回転数比を変えて燃料ガスコンプレッサを増速するこ
とを意味している。

第１１図はこの様な運転をした場合の燃料ガス流量特性
を纒めたものである。燃料ガスコンプレッサの容量特性
は実線２６の様になり、全てのガスタービン運転モード
をカバーすることが出来る。

〔発明の実施例〕

第１図に具体的な実施例を示す。燃料ガスコンプレッサ
と補機駆動歯車の間に速度変換器２７を設け、ガスター
ビン軸速度信号２８と燃料ガスコンプレッサ速度信号２
９が比較され、第１０図に示すような速度制御が速度変
換４１８２７及び速度制御回路３０によってなされる。

従来技術（第６図　　　　　　１〜第９図）に必要な補
助燃料ガスシステムが不要である。

変速機２７には歯車式変速装置、流体式変速装置等いろ
いろなものが考えられる。第２図に歯車式変速装置の構
造を示す、歯車３２はガスタービン起動装置とガスター
ビンとを継ぐ歯車であり、起動時にはガスタービン起動
装置（左手）よりこの歯車を通してガスタービン（右側
）へ動力が伝達され、ガスタービンが自立後はガスター
ビンの動力がこの歯車を介して補機駆動歯車に連結され
た燃料ポンプや潤滑油ポンプのための動力として伝達さ
れる。ガスタービン定格運転状態ではガスタービン軸動
力の一部は歯車３２を通して歯車３３へ伝達される。そ
して歯車３３と同一軸上に取り付けられた歯車３４を介
して歯車３５へ伝達される。この時、歯車３５の軸と歯
車３７の軸とを結ぶクラッチ１９は連結されており、軸
動力は歯車３８を介して燃料ガスポンプ９へ伝達される
。

この伝達経路では起動時に歯車３８の回転数が小さいた
め、ガスコンプレッサ９の容量が不足する。

従って、ガスタービン起動装置の動力のうちの一部は歯
車３２，３３．３４を介して歯車３６へ伝達される。歯
車３６は歯車３５に対しその径が小さく取っであるため
歯車３５をもつ軸に比べ増速された回転数を得ることが
出来る。歯車３６をもつ軸はクラッチ１９を介して歯車
３９をもつ軸に連結され、歯車３８を通してガスコンプ
レッサ９へ、動力が伝達される。もちろん、この増速系
統が統の歯車及び二ヶのクラッチを用いて、ガスタービ
ン軸速度に対し高回転速度及び低回転速度と取り出すこ
とができる。

〈実施例２〉 歯車式変速機を用いたもう一つの例を第３図に示す。第
２図と同様に、ガスタービン起動装置及びガスタービン
は歯車４０の軸に連結されている。

図は定格時の歯車結合状態を示す。定格運転状態ではガ
スタービンの軸動力の一部は歯車４０を介して歯車４１
へ伝達される。クラッチ１９を通して歯車４２へ伝達さ
れた動力は歯車４４をもつ軸へ伝達され燃料ガスコンプ
レッサ１９が運転される。起動時には図４７に示す方向
へ油が充填され歯車４３と歯車４５が連結された状態に
なっている。ガスタービン起動装置の動力は歯車４０を
介して歯車４１へ伝達される。クラッチ１９を介して歯
車４３の軸へ伝達された動力は歯車４３を介４４へ伝達
される。起動時には従動軸の歯車４５径が駆動軸の歯車
４３径に対し小さく取られているため、定格時に比べ従
動軸、すなわち、燃料ガスコンプレッサの回転数を高く
とることができる。

歯車の切り換えはクラッチ１９を切り弁４６の油を操作
することにより実施される。

〈実施例３〉 第４図にトルクコンバータの特性図を示す。トルクコン
バータを変速機として用いることによって本発明のシス
テムを作ることが出来る。

トルクコンバータは入力軸４９の回転動力を作動油の圧
力に変換し、その作動油のエネルギをタービンにて出力
軸の回転動力として取り出す装置であるが、流体継手と
異なり、ガ・イドベーン５３をもち、トルクの方向をコ
ントロール出来るため、出力軸のトルクをコントロール
することができる。

ｔなわち、速度変換することが出来る。

図中ＭＴ　はタービントルク、すなわち、出力軸のトル
クを、Ｍｐはポンプ、すなわち、入力軸のトルクを示す
、又、ＬＸは作動油の流′Ｉｋ（ガイドベーンの開度に
対応する）を示す、横軸には入力軸の回転散り、と、出
力軸の回転数ηＴとの比を示し、縦軸にはトルクを示す
。５５，５６．５７は回転数比６０％で、流量がそれぞ
れ１００％。

５０％、２５％のポイントを示す。これらを結ぶ直線に
添ってガイドベーンの開度を変えること、すなわち、油
の流量をコントロールすることにより出力軸のトルクの
変化にかかわらず出力軸の回転数を一定に保つことが出
来る。これは回転数比１４０％のポイントでも同様であ
り、トルコンが増速機として使えることを示している。

この様な型式のトルクコンバータは標準型として１８０
０ＫＷ程度のものまで市販されており、ＪＩＡ＄品をガ
スタービン用燃料ガスコンプレッサ変速機として使用出
来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シンプルで信頼性の高いブラックスタ
ート可能な燃料ガス昇圧システムが完成

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の系統図、第２図及び第３
図は、歯車変速機の構成図、第４図はトルクコンバータ
の特性図、第５図は、ガスタービンの燃料ガス流量特性
図、第６図ないし第９図は、それぞれ補助燃料ガスコン
プレッサを用いてブラックスタート可能なシステムの系
統図、第１０図は、ガスタービン起動時の速度特性図、
第１１図は、燃料ガス流量特性図である。 草１　目 ＄２目 ２θ 第３　目 第４　目 茅、５″　目 演荷 ｊ／Ｊ＃乙　目 茅７目 茅８０ Ｈｑ　　固 茅１０　目 茅ＩＩ　　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスタービン軸駆動の燃料ガスコンプレッサを設け
   、かつ、ガス焚ブラックスタートが要求されるガスター
   ビンにおいて、 速度変換機を用い、ガスタービン軸速度に対し前記燃料
   ガスコンプレッサの回転速度を適正に制御することによ
   り、補助用ガスコンプレッサを用いることなく、ブラッ
   クスタート可能ならしめることを特徴とする燃料ガス昇
   圧制御システム。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記速度変換機に
   歯車の組み合せにより変速可能な歯車装置を用いたこと
   を特徴とする燃料ガス昇圧制御システム。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記速度変換機に
   トルクコンバータを用いたことを特徴とする燃料ガス昇
   圧制御システム。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記速度変換機に
   摩擦式無段変速機を用いたことを特徴とする燃料ガス昇
   圧制御システム。