KR20120079126A

KR20120079126A - 가스 터빈

Info

Publication number: KR20120079126A
Application number: KR1020127010926A
Authority: KR
Inventors: 가쯔히사 고지마; 야스또시 우에다; 다까시 소노다; 마사오 데라자끼
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-07-11
Also published as: EP2522830A1; CN102597462A; US20120177481A1; EP2522830B1; US9085994B2; EP2522830A4; JP2011140880A; KR101344994B1; WO2011083628A1; CN102597462B

Abstract

이 가스 터빈(1)은, 냉각 공기를 사용하여 터빈을 냉각시키는 터빈 냉각 구조(6)와, 터빈의 상류측에서 냉각 공기를 제진 처리하는 필터(62)를 구비한다. 또한, 가스 터빈은 필터에 냉각 공기를 공급하는 공급 배관(631 내지 634)과, 이 공급 배관으로부터 필터보다도 상류에서 분기된 분기 배관(635)과, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정하는 수단을 구비한다. 이 가스 터빈에서는, 터빈 기동 시에, 공급 배관을 폐지하고 분기 배관을 개방한다. 그리고 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었을 때에, 공급 배관을 개방하고 분기 배관을 폐지한다.

Description

가스 터빈 {GAS TURBINE}

본 발명은 가스 터빈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태를 방지함으로써, 필터의 제진 처리 성능을 확보하여 터빈을 적정하게 보호할 수 있는 가스 터빈에 관한 것이다.

일반적인 가스 터빈은, 냉각 공기를 사용하여 터빈을 냉각시키는 구조(터빈 냉각 구조)를 구비하고 있다. 여기서, 터빈의 냉각 공기에는, 많은 먼지(예를 들어, 더스트나 녹)가 포함된다. 이로 인해, 터빈 냉각 구조에서는, 터빈의 상류측에 필터가 배치되고, 이 필터를 사용하여 냉각 공기의 제진 처리가 행해지고 있다. 이에 의해, 터빈으로의 먼지의 유입량이 억제되어 있다. 이러한 구성을 채용하는 종래의 가스 터빈으로서, 특허 문헌 1에 기재되는 기술이 알려져 있다.

일본 특허 출원 공개 평5-179993호 공보

본 발명은 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태를 방지함으로써, 필터의 제진 처리 성능을 확보하여 터빈을 적정하게 보호할 수 있는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 냉각 공기를 사용하여 터빈을 냉각시키는 터빈 냉각 구조와, 상기 터빈의 상류측에서 상기 냉각 공기를 제진 처리하는 필터를 구비하는 가스 터빈이며, 상기 필터에 상기 냉각 공기를 공급하는 공급 배관과, 상기 공급 배관으로부터 상기 필터보다도 상류에서 분기된 분기 배관과, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정하는 수단을 구비하고, 또한 터빈 기동 시에, 상기 공급 배관을 폐지하고 상기 분기 배관을 개방하는 동시에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었을 때에, 상기 공급 배관을 개방하고 상기 분기 배관을 폐지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 더스트 모니터가 사용되어 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 모니터링되는 동시에, 상기 모니터링의 결과에 기초하여 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 산출 혹은 추정된다.

또한, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 터빈 회전수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었다고 추정된다.

또한, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 터빈 기동 개시로부터 소정 시간이 경과하였을 때에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었다고 추정된다.

또한, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었을 때에, 상기 냉각 공기가 상기 필터를 바이패스하여 상기 터빈에 공급된다.

또한, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 상기 필터가 상기 냉각 공기로부터 먼지를 원심 분리 또는 관성 분리하여 더스트가 적은 냉각 공기를 추출하는 구조를 갖는 동시에 추출한 냉각 공기를 상기 터빈에 공급한다.

본 발명에 관한 가스 터빈에서는, 터빈 기동 개시의 직후는, 냉각 공기가 분기 배관에 의해 바이패스되어 필터에 공급되지 않으므로, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태가 방지된다. 또한, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되면, 냉각 공기가 필터에 공급된다. 이에 의해, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태가 방지되므로, 필터의 제진 처리 성능이 확보되어 터빈이 적정하게 보호되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태인 가스 터빈을 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 기재한 가스 터빈의 터빈 냉각 구조의 필터를 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 1에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 1에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 타임차트이다.
도 5는 도 1에 기재한 가스 터빈의 변형예를 도시하는 구성도이다.
도 6은 도 5에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 5에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 설명도이다.
도 8은 도 5에 기재한 가스 터빈의 변형예를 도시하는 구성도이다.
도 9는 도 8에 기재한 가스 터빈의 필터를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이 실시 형태의 구성 요소에는, 발명의 동일성을 유지하면서 치환 가능, 또한 치환 자명한 것이 포함된다. 또한, 이 실시 형태에 기재된 복수의 변형예는, 당업자의 자명한 범위 내에서 임의로 조합이 가능하다.

[가스 터빈]

도 1은 본 발명의 실시 형태인 가스 터빈을 도시하는 구성도이다. 가스 터빈(1)은, 압축기(2)와, 연소기(3)와, 터빈(4)을 갖는다. 이 가스 터빈(1)에서는, 우선 압축기(2)가 공기 도입구로부터 도입된 공기를 압축하여 압축 공기를 생성한다. 다음에, 연소기(3)가 이 압축 공기에 연료를 분사하여 고온ㆍ고압의 연소 가스를 발생시킨다. 다음에, 터빈(4)이 이 연소 가스의 열에너지를 로터(5)의 회전에너지로 변환하여 구동력을 발생시킨다. 그리고 이 구동력이 로터(5)에 연결된 발전기(도시 생략) 등으로 전달된다.

[터빈 냉각 구조]

또한, 가스 터빈(1)은, 냉각 공기를 사용하여 터빈(4)을 냉각시키는 터빈 냉각 구조(6)를 갖는다(도 1 참조). 이 터빈 냉각 구조(6)는, 냉각기(61)와, 필터(62)를 갖고, 이들이 공급 배관(냉각 공기의 공급 유로)(631 내지 634)을 통해 접속되어 구성된다. 냉각기(61)는 통과하는 공기를 냉각시키는 장치이고, 예를 들어 수냉식의 것이 채용된다. 이 냉각기(61)는, 그 입구부에서 공급 배관(631)을 통해 압축기(2)의 하류측에 접속된다. 필터(62)는 공기로부터 먼지를 분리하여 더스트가 적은 일부의 공기를 추출하는 구조(원심 분리 구조 혹은 관성 제진 구조)를 갖는 장치이다(도 2 참조). 이 필터(62)는, 그 입구부(622)에서 공급 배관(632)을 통해 냉각기(61)의 출구부에 접속된다. 또한, 필터(62)는, 한쪽의 출구부에서 공급 배관(633)을 통해 터빈(4)의 냉각 통로(도시 생략)에 접속되고, 다른 쪽의 출구부에서 공급 배관(634)을 통해 가스 터빈(1)의 차실(도시 생략)에 접속된다.

이 터빈 냉각 구조(6)에서는, 압축기(2)에 의해 압축된 고온 고압의 공기가 공급 배관(631)을 통해 냉각기(61)로 도입된다. 그리고 이 공기가 냉각기(61)에 의해 냉각되어 냉각 공기로 된다. 다음에, 이 냉각 공기가 냉각기(61)로부터 공급 배관(632)을 통해 필터(62)에 공급된다. 다음에, 이 필터(62)에 의해, 제진 처리된 일부의 냉각 공기(더스트가 적은 냉각 공기)가 추출되어, 이 냉각 공기가 필터(62)의 한쪽의 출구부로부터 공급 배관(633)을 통해 터빈(4)의 냉각 통로로 공급된다. 또한, 나머지의 냉각 공기(더스트가 많은 냉각 공기)가 필터(62)의 다른 쪽의 출구로부터 공급 배관(634)을 통해 가스 터빈(1)의 차실로 환원된다. 또한, 터빈(4)의 냉각 통로는, 예를 들어 터빈 로터에 형성된 냉각 통로, 터빈 동정익에 형성된 냉각 통로 등이다.

[필터의 구체예]

도 2는 터빈 냉각 구조(6)의 필터(62)를 도시하는 모식도이다. 예를 들어, 이 실시 형태에서는, 필터(62)가 복수의 금속제 엘리먼트(621)를 적층하여 이루어지는 원심 분리 구조 또는 관성 분리 구조를 갖고 있다(도 2 참조). 구체적으로는, 내압 용기 내에서, 내압 용기의 축 방향(공기가 통과하는 방향)으로 복수의 금속제 엘리먼트(621)가 적층되어 배치되어 있다. 또한, 이들 금속제 엘리먼트(621)와, 내압 용기의 입구부(622) 및 출구부(624)가 내압 용기의 축 방향으로 직선적으로 연통되어 있다. 또한, 금속제 엘리먼트(621)의 내부로부터 블리드부(623)가 인출되어 있다.

이 필터(62)에서는, 예를 들어 관성 분리 구조의 경우, 공기가 내압 용기의 입구부(622)로부터 내부로 도입되면, 일부의 공기가 금속제 엘리먼트(621)에 의해 급격하게 흐름의 방향을 바꾸어, 관성력이 강한 더스트만이 블리드부(623)로부터 배출된다. 이때, 공기 중의 먼지가 원심 분리되어 더스트가 적은 공기가 추출된다(공기의 제진 처리). 그리고 이 더스트가 적은 공기가 블리드부(623)로부터 공급 배관(633)을 통해 터빈(4)의 냉각 통로에 공급된다. 한편, 나머지의 공기(더스트가 많은 공기)가 금속제 엘리먼트(621)를 직선적으로 통과하여 내압 용기의 출구부(624)로부터 배출된다. 그리고 이 더스트가 많은 공기가 출구부(624)로부터 공급 배관(634)을 통해 가스 터빈(1)의 차실로 환원된다.

또한, 이 필터(62)는, 터빈 정상 운전 시에, 통과하는 공기량에 대해 5％ 내지 10％의 더스트가 적은 공기를 추출할 수 있다. 또한, 금속제 엘리먼트(621)에 의해 포집된 먼지가 그대로 내압 용기의 출구부(624)로부터 배출됨으로써, 필터(62)[금속제 엘리먼트(621)]의 자동 세정이 행해진다.

[터빈 기동 시에 있어서의 제진 제어]

터빈의 냉각 공기에는, 많은 먼지(예를 들어, 더스트나 녹)가 포함된다. 이로 인해, 터빈 냉각 구조에서는, 상기한 바와 같이 필터가 사용되어 냉각 공기의 제진 처리가 행해지고 있다. 이에 의해, 터빈으로의 먼지의 유입량이 억제되어 있다.

여기서, 정기 점검 등에 의해 가스 터빈이 장기간 정지(예를 들어, 1주일 내지 수주일 동안의 정지)하면, 터빈의 재기동 시에 냉각 공기로 대량의 먼지가 유통된다. 예를 들어, 일반적인 가스 터빈에서는, 터빈 냉각 구조의 배관이 스틸제이기 때문에, 가스 터빈이 장기간 정지하면 이 배관에 대량의 녹이 발생한다. 그리고 터빈 기동 시에, 이 대량의 녹이 먼지로 되어 냉각 공기와 함께 배관으로 유통된다.

그러나 이러한 대량의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터로 유입되면, 필터의 제진 성능(먼지를 원심 분리하는 성능)이 부족하여 터빈으로 먼지가 유입될 우려가 있다.

따라서 이 가스 터빈(1)에서는, 터빈 기동 시에 있어서의 필터(62)의 제진 성능을 확보하기 위해, 이하의 구성이 채용되어 있다(도 1 참조).

우선, 터빈 냉각 구조(6)가, 필터(62)측의 공급 배관(632)으로부터 필터(62)보다도 상류에서 분기된 분기 배관(바이패스 라인)(635)을 갖는다. 이 실시 형태에서는, 냉각기(61)와 필터(62)를 접속하는 공급 배관(632)이 있고, 이 공급 배관(632)의 도중으로부터 분기 배관(635)이 분기되어 있다. 필터(62)측의 공급 배관(632)과 이 분기 배관(635)은, 공급 배관(632) 및 분기 배관(635)에 각각 설치된 개폐 밸브(641, 642)에 의해 개폐된다. 또한, 분기 배관(635) 상에는, 집진 장치(65)가 배치된다. 이 집진 장치(65)는, 공기 중의 먼지를 포집하는 장치이고, 예를 들어 사이클론, 필터 등에 의해 구성된다.

또한, 제어 계통(7)이 설치된다. 이 제어 계통(7)은, 제어 장치(71)와, 각종 센서(721, 722)를 갖는다. 제어 장치(71)는, 예를 들어 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 구성된다. 각종 센서(721, 722)에는, 예를 들어 터빈(4)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(721), 냉각 공기의 유로 상에 배치되어 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 모니터링하는 더스트 모니터(722) 등이 포함된다. 이 제어 계통(7)에서는, 제어 장치(71)가 각종 센서(721, 722)의 출력값에 기초하여 공급 배관(632) 및 분기 배관(635)의 개폐 밸브(641, 642)의 개폐 동작을 제어함으로써, 후술하는 제진 제어가 행해진다.

도 3 및 도 4는, 도 1에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 흐름도(도 3) 및 타임차트(도 4)이다. 이 가스 터빈(1)에서는, 터빈 기동 시에, 이하와 같은 제진 제어가 행해진다.

우선, 가스 터빈(1)이 기동 개시하면(t＝t1)(스텝 ST1), 공급 배관(632)측의 제1 개폐 밸브(641)가 폐지되는 동시에, 분기 배관(635)측의 제2 개폐 밸브(642)가 개방된다(스텝 ST2)(도 1, 도 3 및 도 4 참조). 이 상태에서는, 압축기(2)로부터의 냉각 공기가 냉각기(61)를 통과하여 분기 배관(635)측으로 흐른다. 이 터빈 기동 시의 냉각 공기에는, 대량의 먼지[특히, 가스 터빈(1)의 장기간 정지 후의 재기동 시에 대량으로 발생하는 배관의 녹]가 포함된다. 이 대량의 먼지는, 분기 배관(635)의 집진 장치(65)에 의해 포집되어 회수된다. 이때, 필터(62)측의 공급 배관(632)이 폐지 상태에 있으므로, 필터(62)에는 냉각 공기가 공급되지 않는다. 따라서 이 대량의 먼지가 필터(62), 또는 터빈(4)으로 유입되는 사태가 방지된다. 또한, 집진 장치(65)를 통과한 냉각 공기는, 압력이 저하되어 있으므로, 그대로 대기로 방출(블로우 아웃)된다.

또한, 스텝 ST2는, 가스 터빈(1)의 기동 개시 시(t＝t1)와 동시에 행해져도 되고, 가스 터빈(1)의 기동 개시 시(t＝t1)에 앞서 미리 행해져도 된다.

다음에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 산출 혹은 추정된다(스텝 ST3). 예를 들어, 이 실시 형태에서는, 제어 장치(71)가, 더스트 모니터(722)를 사용하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 모니터링하고, 이 모니터링 결과에 기초하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정하고 있다.

다음에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었는지 여부가 판정된다(스텝 ST4). 임계값(k1)은, 필터(62)의 처리 능력을 충분히 확보할 수 있는 먼지의 유통량을 기준으로서 설정된다. 이 스텝 ST4에서, 긍정 판정이 행해진 경우에는, 스텝 ST5로 진행하고, 부정 판정이 행해진 경우에는, 스텝 ST4가 반복된다.

다음에, 공급 배관(632)측의 제1 개폐 밸브(641)가 개방되는 동시에, 분기 배관(635)측의 제2 개폐 밸브(642)가 폐지된다(t＝t2)(스텝 ST5). 즉, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되면, 공급 배관(632)이 개방되고 분기 배관(635)이 폐지된다. 이 상태에서는, 압축기(2)로부터의 냉각 공기가 냉각기(61)를 통과하여 필터(62)에 공급된다. 그리고 필터(62)에 의해 냉각 공기가 제진 처리되어 더스트가 적은 냉각 공기가 추출된다. 그 후에, 이 더스트가 적은 냉각 공기가 공급 배관(633)을 통과한 후 터빈(4)의 냉각 통로에 공급되어, 터빈의 냉각이 행해진다. 또한, 나머지의 공기(더스트가 많은 공기)가 공급 배관(634)을 통해 가스 터빈(1)의 차실로 환원된다.

도 4의 (d)에 있어서, 1점 쇄선은, 가스 터빈(1)의 장기간 정지 후의 재기동 시에 발생하는 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 나타내고, 실선은 상기한 제진 제어(도 3 참조)의 실행 시에 필터(62)에 공급되는 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 나타내고 있다. 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, 가스 터빈(1)의 재기동 시에 발생하는 먼지는, 터빈 기동 개시 직후에 유통량이 피크로 되고, 그 후의 수분 정도에서 서서히 감소하여, 필터(62)의 처리 능력의 범위에 수습된다. 그리고 가스 터빈(1)이 정상 운전으로 될 때(t＝t3)에는, 냉각 공기 중의 먼지가 대략 감소하여, 정상값으로 수렴된다.

이 가스 터빈(1)의 제진 제어에서는, 터빈 기동 개시 직후(t＝t1 내지 t2)에, 냉각 공기가 분기 배관(635)에 의해 바이패스되어 필터(62)에 공급되지 않으므로, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터(62)에 공급되는 사태가 방지된다(도 4 참조). 또한, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되면(t＝t2∼), 냉각 공기가 필터(62)에 공급된다. 이때, 임계값(k1)이 필터(62)의 처리 능력을 충분히 확보할 수 있는 먼지의 유통량을 기준으로서 설정된다. 따라서 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태가 방지되므로, 필터(62)의 제진 처리 성능이 적정하게 확보된다. 이에 의해, 필터를 통과하여 터빈으로 유입되는 먼지의 양이 저감되므로, 냉각수 중의 먼지로부터 터빈(4)이 적정하게 보호된다. 또한, 터빈 기동 시에는, 터빈(4)을 냉각시킬 필요성이 불충분하므로, 상기한 제진 제어에 의해 터빈(4)으로의 냉각 공기가 차단되어도 문제가 발생하기 어렵다.

또한, 이 실시 형태에서는, 더스트 모니터(722)가 냉각기(61)와 필터(62)를 접속하는 공급 배관(632) 상이며 분기 배관(635)과의 분기점보다도 상류측에 배치되어 있다(도 1 참조). 그러나 이것으로 한정되지 않고, 더스트 모니터(722)가 분기 배관(635) 상이며 공급 배관(632)과의 분기점보다도 하류측에 배치되어도 된다(도시 생략). 이러한 구성으로 해도, 더스트 모니터(722)를 사용하여 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 모니터링할 수 있다.

[냉각 공기 중의 먼지의 유통량의 취득]

상기한 바와 같이, 이 실시 형태에서는, (1) 제어 장치(71)가, 더스트 모니터(722)를 사용하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 모니터링하고, 이 모니터링 결과에 기초하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정(스텝 ST3)하고 있다(도 1 및 도 3 참조). 이러한 구성에서는, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 더스트 모니터(722)에 의해 직접 취득할 수 있으므로, 먼지의 유통량을 고정밀도로 산출 혹은 추정할 수 있는 점에서 바람직하다.

그러나 이것으로 한정되지 않고, (2) 제어 장치(71)가, 터빈 회전수를 취득하여, 이 터빈 회전수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었다고 추정(스텝 ST4)해도 된다(도시 생략). 터빈 회전수는, 회전수 센서(721)의 출력값으로서 취득된다. 또한, 터빈 회전수와 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량의 관계는, 사전 시험의 결과로서 취득된다. 이러한 구성에서는, 더스트 모니터(722)를 사용하는 구성(도 1 참조)과 비교하여, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 간이하게 취득할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈(1)의 제진 제어를 간소하게 실시할 수 있다. 또한, 일반적인 가스 터빈에서는, 터빈 회전수가 100％로 되기 전에, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 된다.

또한, 이것으로 한정되지 않고, (3) 제어 장치(71)는, 터빈 기동 개시로부터 소정 시간이 경과하였을 때에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었다고 추정(스텝 ST4)해도 된다(도시 생략). 터빈 기동 개시로부터의 경과 시간은, 예를 들어 제어 장치(71)에 내장된 타이머(도시 생략)가 사용되어 취득된다. 또한, 터빈 기동 개시로부터의 경과 시간과 냉각 공기 중의 먼지의 유통량의 관계는, 사전 시험의 결과로서 취득된다. 이러한 구성에서는, 더스트 모니터(722)를 사용하는 구성(도 1 참조)과 비교하여, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 간이하게 취득할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈(1)의 제진 제어를 간소하게 실시할 수 있다.

[제1 변형예]

도 5는 도 1에 기재한 가스 터빈의 변형예를 도시하는 구성도이다. 도 6 및 도 7은, 도 5에 기재한 가스 터빈의 작용을 나타내는 흐름도(도 6) 및 설명도(도 7)이다. 이들 도면에 있어서, 도 1에 기재한 가스 터빈(1)과 동일한 구성 요소에는 동일한 번호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

이 가스 터빈(1)은, 도 1의 구성과 비교하여, 필터(62)를 바이패스하여 터빈(4)에 접속된 바이패스 배관(637)을 구비하는 점에서 다르다. 구체적으로는, 터빈(4)에 접속되는 공급 배관(633)이 있고, 필터(62)에 의해 추출된 더스트가 적은 냉각 공기를 이 터빈(4)측의 공급 배관(633)으로 흘려보내는 필터 배관(636)과, 필터(62)의 상류측으로부터 필터(62)를 바이패스하여 터빈(4)측의 공급 배관(633)에 접속되는 바이패스 배관(637)이 설치된다. 또한, 이들 필터 배관(636) 및 바이패스 배관(637)에는, 제3 개폐 밸브(643) 및 제4 개폐 밸브(644)가 각각 설치된다. 그리고 제어 장치(71)가 이들 개폐 밸브(643, 644)를 개폐 동작시킴으로써, 필터(62)에 의해 추출된 더스트가 적은 냉각 공기[제3 개폐 밸브(643)를 통과하는 냉각 공기]와 필터(62)를 바이패스한 냉각 공기[제4 개폐 밸브(644)를 통과하는 냉각 공기]가 전환되어 터빈(4)에 공급된다.

이 가스 터빈(1)에서는, 터빈 기동 개시 시(t＝t1)(스텝 ST1)의 초기 상태에서, 필터 배관(636)의 제3 개폐 밸브(643)가 개방 상태에 있고, 또한 바이패스 배관(637)측의 제4 개폐 밸브(644)가 폐지 상태에 있다(스텝 ST21)(도 5 내지 도 7 참조).

냉각 공기 중의 먼지의 유통량은, 터빈 기동 개시 직후에 피크로 된다[도 7의 (f) 참조]. 따라서 터빈 기동 시에, 분기 배관(635)이 사용되어 냉각 공기가 바이패스되어, 필터(62)측으로의 냉각 공기의 공급이 정지된다(스텝 ST1 내지 ST5)(도 5 참조). 이에 의해, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태가 방지되므로, 필터(62)의 제진 처리 성능이 확보되어 터빈(4)이 적정하게 보호된다.

그 후, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량은, 시간의 경과와 함께 서서히 감소되어 정상값(대기 레벨의 수치)에 근접해 간다[도 7의 (f) 참조].

따라서 터빈(4)이 정상 운전 상태로 된 후에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k2) 이하로 되었는지 여부가 판정된다(스텝 ST6). 임계값(k2)은 임계값(k1)보다도 작은 값이고, 필터(62)에 의해 냉각 공기의 제진 처리를 행할 필요가 없는 정도의 먼지의 유통량(예를 들어, 대기 레벨의 먼지의 유통량)을 기준으로서 설정된다. 이 스텝 ST6에서, 긍정 판정이 행해진 경우에는, 스텝 ST7로 진행하고, 부정 판정이 행해진 경우에는, 스텝 ST6이 반복된다.

다음에, 필터 배관(636)측의 제3 개폐 밸브(643)가 폐지되는 동시에, 바이패스 배관(637)측의 제3 개폐 밸브(644)가 개방된다(t＝t4)(스텝 ST7). 즉, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 충분히 작아져 소정의 임계값(k2) 이하로 되면, 필터 배관(636)이 폐지되고 바이패스 배관(637)이 개방된다. 이 상태에서는, 압축기(2)로부터의 냉각 공기가 필터(62)를 바이패스하여 터빈(4)에 직접적으로 공급된다. 이에 의해, 필터(62)에서의 냉각 공기의 압력 손실이 회피되므로, 터빈(4)의 냉각 효율이 향상된다. 또한, 이때 터빈(4)에 공급되는 냉각 공기는, 먼지의 유통량이 충분히 작기 때문에[임계값(k2) 이하], 터빈(4)의 운전을 저해하지 않는다.

또한, 도 5에 도시하는 구성에서는, 더스트 모니터(722)가 냉각기(61)와 필터(62)를 접속하는 공급 배관(632) 상이며 분기 배관(635)과의 분기점보다도 상류측에 배치되어 있다. 그러나 이것으로 한정되지 않고, 한 쌍의 더스트 모니터가, 분기 배관(635) 상이며 공급 배관(632)과의 분기점보다도 하류측과, 공급 배관(632) 상이며 분기 배관(635)과의 분기점보다도 하류측에 각각 배치되어도 된다(도시 생략). 이러한 구성으로 해도, 더스트 모니터(722)를 사용하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 모니터링할 수 있다.

[제2 변형예]

도 8은 도 5에 기재한 가스 터빈의 변형예를 도시하는 구성도이다. 도 9는 도 8에 기재한 가스 터빈의 필터를 도시하는 모식도이다. 이들 도면에 있어서, 도 1에 기재한 가스 터빈(1) 및 도 2에 기재한 필터(62)와 동일한 구성 요소에는 동일한 번호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

이 가스 터빈(1)에서는, 도 5에 기재한 구성과 비교하여, 필터(62)가 세퍼레이트 구조를 갖는 점에서 다르다(도 8 및 도 9 참조). 예를 들어, 이 실시 형태에서는, 필터(62)가 전단부(62a)와 후단부(62b)로 구분되어 있다. 또한, 전단부(62a)의 블리드부(623a)와 터빈(4)측의 공급 배관(633)이 필터 배관(636a)을 통해 접속되고, 또한 후단부(62b)의 블리드부(623b)와 터빈(4)측의 공급 배관(633)이 필터 배관(636b)을 통해 접속되어 있다. 또한, 이들 필터 배관(636a, 636b)에는, 개폐 밸브(643a, 643b)가 설치되어 있다. 그리고 제어 장치(71)가 이들 개폐 밸브(643a, 643b)를 개폐 동작시킴으로써, 필터(62)의 전체[전단부(62a) 및 후단부(62b)]를 사용하여 제진 처리하는 구성과, 필터(62)의 전단부(62a)만을 사용하여 제진 처리하는 구성을 전환할 수 있다. 구체적으로는, 양쪽의 개폐 밸브(643a, 643b)가 개방되어 있을 때는, 필터(62)의 전체가 사용되어 제진 처리가 행해진다. 또한, 전단부(62a)의 개폐 밸브(643a)가 개방되는 동시에 후단부(62b)의 개폐 밸브(643b)가 폐지되어 있을 때는, 필터(62)의 전단부(62a)만이 사용되어 제진 처리가 행해진다.

여기서, 원심 분리 구조 또는 관성 분리 구조를 갖는 필터(62)에서는, 통과하는 냉각 공기의 유속이 빠를수록, 그 제진 효율이 향상된다. 따라서 통과하는 냉각 공기의 유속이 일정하면, 필터(62)의 전체가 사용되어 제진 처리가 행해지는 경우보다도, 필터(62)의 전단부(62a)만이 사용되어 제진 처리가 행해지는 경우의 쪽이, 제진 효율은 높다.

이러한 필터(62)를 사용한 구성에서는, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량에 따라, 필터(62)의 전체를 사용하여 제진 처리하는 구성과, 필터(62)의 전단부(62a)만을 사용하여 제진 처리하는 구성을 전환하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 더스트 모니터(722)를 사용하여 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 취득하고, 먼지의 유통량이 소정의 임계값 미만인 경우에는, 필터(62)의 전체를 사용하여 제진 처리한다. 또한, 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이상인 경우에는, 필터(62)의 전단부(62a)만을 사용하여 제진 처리한다. 후자의 경우에는, 필터(62)[전단부(62a)]를 통과하는 냉각 공기의 유속이 증가하여, 필터(62)의 제진 처리 성능이 향상되는 점에서 바람직하다.

[효과]

이상 설명한 바와 같이, 이 가스 터빈(1)에서는, 필터(62)에 냉각 공기를 공급하는 공급 배관(632)과, 이 공급 배관(632)으로부터 필터(62)보다도 상류에서 분기된 분기 배관(635)과, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정하는 수단[제어 장치(71) 및 각종 센서(721, 722)]을 구비한다(도 1 참조). 그리고 터빈 기동 시에, 필터(62)측의 공급 배관(632)을 폐지하고 분기 배관(635)을 개방하는 동시에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었을 때에, 필터(62)측의 공급 배관(632)을 개방하고 분기 배관(635)을 폐지한다(도 3 및 도 4 참조). 이러한 구성에서는, 터빈 기동 개시(t＝t1)의 직후는, 냉각 공기가 분기 배관(635)에 의해 바이패스되어 필터(62)에 공급되지 않으므로, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터(62)에 공급되는 사태가 방지된다(도 4 참조). 또한, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되면(t＝t2 내지), 냉각 공기가 필터(62)에 공급된다. 이에 의해, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태가 방지되므로, 필터(62)의 제진 처리 성능이 확보되어 터빈(4)이 적정하게 보호되는 이점이 있다.

또한, 이 가스 터빈(1)에서는, 더스트 모니터(722)가 사용되어 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 모니터링되는 동시에, 이 모니터링의 결과에 기초하여 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 산출 혹은 추정(스텝 ST3)되는 것이 바람직하다(도 1 및 도 3 참조). 이러한 구성에서는, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 더스트 모니터(722)에 의해 직접 취득할 수 있으므로, 먼지의 유통량을 고정밀도로 산출 혹은 추정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 이 가스 터빈(1)에서는, 터빈 회전수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었다고 추정(스텝 ST3)되어도 된다. 이러한 구성에서는, 더스트 모니터(722)를 사용하는 구성(도 1 참조)과 비교하여, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 간이하게 취득할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈(1)의 제진 제어를 간소하게 실시할 수 있는 이점이 있다.

또한, 이 가스 터빈(1)에서는, 터빈 기동 개시로부터 소정 시간이 경과하였을 때에, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k1) 이하로 되었다고 추정(스텝 ST4)되어도 된다. 이러한 구성에서는, 더스트 모니터(722)를 사용하는 구성(도 1 참조)과 비교하여, 냉각 공기 중의 먼지의 유통량을 간이하게 취득할 수 있다. 이에 의해, 가스 터빈(1)의 제진 제어를 간소하게 실시할 수 있다.

또한, 이 가스 터빈(1)에서는, 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값(k2) 이하로 되었을 때에, 냉각 공기가 필터(62)를 바이패스하여 터빈(4)에 공급되는 것이 바람직하다(도 5 내지 도 7 참조). 이러한 구성에서는, 압축기(2)로부터의 냉각 공기가 필터(62)를 바이패스하여 터빈(4)에 직접적으로 공급된다. 이에 의해, 필터에서의 냉각 공기의 압력 손실이 회피되므로, 터빈(4)의 냉각 효율이 향상되는 이점이 있다. 또한, 이때 터빈(4)에 공급되는 냉각 공기는, 먼지의 유통량이 충분히 작기 때문에[임계값(k2) 이하], 터빈(4)의 운전을 저해하지 않는다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 가스 터빈은, 과잉의 먼지를 포함하는 냉각 공기가 필터에 공급되는 사태를 방지함으로써, 필터의 제진 처리 성능을 확보하여 터빈을 적정하게 보호할 수 있는 점에서 유용하다.

1 : 가스 터빈
2 : 압축기
3 : 연소기
4 : 터빈
5 : 로터
6 : 터빈 냉각 구조
61 : 냉각기
62 : 필터
621 : 금속제 엘리먼트
622 : 입구부
623 : 블리드부
624 : 출구부
631 내지 634 : 공급 배관
636a : 필터 배관
636b : 필터 배관
636a : 필터 배관
635 : 분기 배관
636 : 필터 배관
637 : 바이패스 배관
641 : 제1 개폐 밸브
642 : 제2 개폐 밸브
643 : 제3 개폐 밸브
644 : 제4 개폐 밸브
65 : 집진 장치
7 : 제어 계통
71 : 제어 장치
721 : 회전수 센서
722 : 더스트 모니터

Claims

냉각 공기를 사용하여 터빈을 냉각시키는 터빈 냉각 구조와, 상기 터빈의 상류측에서 상기 냉각 공기를 제진 처리하는 필터를 구비하는 가스 터빈이며,
상기 필터에 상기 냉각 공기를 공급하는 공급 배관과, 상기 공급 배관으로부터 상기 필터보다도 상류에서 분기된 분기 배관과, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량을 산출 혹은 추정하는 수단을 구비하고, 또한
터빈 기동 시에, 상기 공급 배관을 폐지하고 상기 분기 배관을 개방하는 동시에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었을 때에, 상기 공급 배관을 개방하고 상기 분기 배관을 폐지하는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈.
제1항에 있어서, 더스트 모니터가 사용되어 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 모니터링되는 동시에, 상기 모니터링의 결과에 기초하여 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 산출 혹은 추정되는, 가스 터빈.
제1항에 있어서, 터빈 회전수가 소정의 임계값 이상으로 되었을 때에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었다고 추정되는, 가스 터빈.
제1항에 있어서, 터빈 기동 개시로부터 소정 시간이 경과하였을 때에, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었다고 추정되는, 가스 터빈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 공기에 있어서의 먼지의 유통량이 소정의 임계값 이하로 되었을 때에, 상기 냉각 공기가 상기 필터를 바이패스하여 상기 터빈에 공급되는, 가스 터빈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터가 상기 냉각 공기로부터 먼지를 원심 분리 또는 관성 분리하여 더스트가 적은 냉각 공기를 추출하는 구조를 갖는 동시에 추출한 냉각 공기를 상기 터빈에 공급하는, 가스 터빈.