KR20140089613A

KR20140089613A - 가스 터빈 기동 정지 장치

Info

Publication number: KR20140089613A
Application number: KR1020147017357A
Authority: KR
Inventors: 신 아사노; 가즈하루 히로카와; 요시마사 다카오카
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-07-15
Also published as: CN104053885A; WO2013125329A1; EP2818671A1; US20130213002A1; JP2013170524A

Abstract

이 기동 정지 장치(1)는, 가스 터빈(2)과 일체로 회전하는 전달 회전축(4)과, 소정의 유압을 연속적으로 생성시키는 유압 펌프(10)와, 유압 펌프에서 생성된 유압이 도입되는 고압유 저장부(5)와, 유압 펌프에서 생성된 유압이 도입되고, 고압유 저장부보다 저압으로 설정된 저압유 저장부(6)와, 유압에 의해 전달 회전축을 회전시키는 유압 모터(20)와, 고압유 저장부와 저압유 저장부 중 어느 하나의 유압을 유압 모터에 도입하는 유압 전환 밸브(9)와, 가스 터빈의 회전수에 근거하여 유압 모터를 제어하는 회전 제어부를 구비한다.

Description

가스 터빈 기동 정지 장치{GAS TURBINE STARTING/STOPPING DEVICE}

본 발명은 가스 터빈 기동 정지 장치에 관한 것이며, 본원은 2012년 2월 21일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2012-035498 호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 가스 터빈의 기동·정지 수단으로서, 유압 펌프나 유압 모터를 이용한 장치가, 예를 들면, 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1에는, 터빈축에 가역 유압 펌프를 배치하고, 기동시에 있어서 정격 회전 속도 이하인 경우, 또는 정지시에 있어서 정격 회전수 이하인 경우에는, 이 가역 유압 펌프가 유압 모터로서 동작하여, 가스 터빈의 회전 시동 모터로서 사용되는 구성에 대하여 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 기동시에 있어서 정격 회전 속도 이상인 경우, 또는 정지시에 있어서 정격 회전수 이상인 경우에는, 이 가역 유압 펌프가 유압 펌프로서 동작하여, 윤활유의 순환용 펌프로서 사용되는 구성에 대하여 기재되어 있다.

특허문헌 1과 같은 가스 터빈 기동 정지 장치로서, 기동 모터계와 터닝 모터계를 전환하는 SSS(Synchro　Self　Shifting) 클러치를 이용한 장치가 알려져 있다.

터닝 모터계는, 가스 터빈의 기동·정지시에 터빈축과 동력 취출축의 접속·분리를 실행하는 SSS 클러치를 거쳐서, 발전기 및 가스 터빈으로 이루어지는 주기계(主機系)와 결합해서, 터닝 모터계로부터 주기계에 동력을 전달하여, 주기계의 터닝 회전수를 유지하는 동력계이다. 한편, 기동 모터계는, 터닝 상태로 회전하는 주기계에 대해, 주기계가 자립하여 정격 회전하는 고속 회전수역[예를 들면 2400rpm(60Hz)]까지, 주기계에 회전 동력을 부여하는 회전 시동 모터계이다.

이와 같은 기동 정지 장치에 있어서의 가스 터빈의 기동시에는, 터닝 모터계를 주기계에 접속하고, 터닝 회전수까지 기동한 후, 기동 모터계를 기동시켜서 주기계의 회전수를 올린다. 터닝 모터계의 회전수에 대하여 주기계의 회전수가 높아지면, SSS 클러치가 떨어져서, 기동 모터계만으로의 운전이 된다. 그리고, 주기계가 자립하여 회전하는 소정 회전수까지 기동 모터계로 운전하며, 자립 운전이 확인되면, 기동 모터계를 정지시켜 정격 운전에 들어간다.

또한, 가스 터빈의 정지시에는, 터닝 모터계를 기동하고, 주기계의 운전을 정지하므로 기동 모터계는 절단한다. 이에 의해, 주기계의 회전수가 작아져 감속된다. 그리고, 주기계의 회전수가 터닝 모터계의 회전수를 밑돌게 되므로, SSS 클러치가 연결되어, 터닝 모터계와 주기계가 결합하여 터닝 회전수를 유지한다.

일본 특허 공개 제 1983-187529 호 공보

그렇지만, 종래의 가스 터빈의 기동 정지 장치에서는 이하와 같은 과제가 있었다.

주기계의 운전을 정지할 때에 있어서, SSS 클러치에 의해 터닝 모터계와 주기계를 결합할 때에 SSS 클러치의 치차에 충격력이 작용하여 손상되며, 클러치의 접속·분리의 원활화가 저해되는데다가, 가스 터빈의 운전 상태가 불안정하게 된다고 하는 과제가 있었다.

또한, 터닝 모터계는 SSS 클러치를 마련함으로써 출력시에 절단되지만, 기동 모터계는 주축계가 자립하여 정격 운전에 들어간 후에도 접속된 상태 그대로가 되어, 그 기동 모터계의 회전 부분에 포함되는 베어링 등의 마찰 저항 부하가 발전 효율을 저하시킨다고 하는 과제가 있어서, 그 점에서 개선의 여지가 있었다.

또한, 특허문헌 1에 개시되는 바와 같은 기동 정지 장치에서는, 주기계의 부하와 유압 모터와의 결합 부분에서 기계적인 클러치가 잔존하고 있기 때문에, 상술한 SSS 클러치를 이용한 기동 정지 장치와 동일한 과제가 있다.

본 발명은 가스 터빈(주기계)를 기동·정지시키기 위한 압력 생성부 및 회전력 생성부로 이루어지는 터닝 모터계와 주기계와의 결합시의 충격을 억제할 수 있으며, 가스 터빈의 운전을 안정시킬 수 있는 가스 터빈 기동 정지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 발전 효율의 향상을 도모할 수 있는 가스 터빈 기동 정지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치는, 가스 터빈과 일체로 회전하는 전달 회전축과, 소정의 유압을 연속적으로 생성시키는 압력 생성부와, 압력 생성부에서 생성된 유압이 도입되는 고압유 저장부와, 압력 생성부에서 생성된 유압이 도입되며, 고압유 저장부보다 저압으로 설정된 저압유 저장부와, 압력 생성부에서 생성된 유압을, 고압유 저장부 및 저압유 저장부 중 어느 한쪽으로 인도하는 제 1 밸브부와, 유압에 의해 전달 회전축을 회전시키는 회전력 생성부와, 고압유 저장부와 저압유 저장부 중 어느 하나의 유압을 회전력 생성부에 도입하는 제 2 밸브부와, 가스 터빈의 회전수에 근거하여 회전력 생성부를 제어하는 회전 제어부를 구비한다.

상기 제 1 태양에서는, 가스 터빈의 기동시에 있어서, 압력 생성부에서 생성된 유압 중 고압유 저장부에 도입된 고압유를 제 2 밸브부의 전환에 의해 회전력 생성부에 도입함으로써 전달 회전축의 회전력을 생성할 수 있다. 회전력 생성부에서 생성한 회전력을 전달 회전축에 일체로 마련된 가스 터빈에 입력함으로써 기동시킬 수 있다. 가스 터빈이 자립하여 정격 운전이 된 때에는, 회전력 생성부가 고압유 저장부로부터 저압유 저장부에 연통하도록 제 2 밸브부를 전환함으로써, 회전력 생성부에 저압유가 도입되어 저압이 되며, 전달 회전축을 구동시키기 위한 회전력의 생성이 정지한다. 이때, 회전력 생성부는 고압 상태로부터 개방되므로, 가스 터빈으로부터 분리된 상태가 된다.

또한, 가스 터빈의 정지시에는, 제 2 밸브부에 의해 고압유 저장부와 회전력 생성부가 연통하도록 전환되어, 회전력 생성부에 고압유를 도입해서 고압 상태로 하여, 회전력 생성부에서 회전력이 생성되게 된다. 즉, 전달 회전축을 거쳐서 회전력 생성부와 가스 터빈이 접속하기 때문에, 압력 생성부에 의한 압력 생성을 정지함으로써, 가스 터빈의 운전을 정지할 수 있다.

이와 같이, 제 2 밸브부에 의해 회전력 생성부에 도입되는 유압을 고압과 저압으로 전환함으로써, 압력 생성부 및 회전력 생성부로 이루어지는 터닝 모터계와, 가스 터빈을 갖는 주기계를 접속·분리할 수 있다. 그 때문에, 종래와 같은 SSS 클러치를 사용하는 일이 없이, 기계적인 결합에 수반하는 충격을 억제할 수 있다.

또한, 회전 제어부를 마련함으로써 가스 터빈의 정지 운전 중에 제 2 밸브부를 전환하거나, 혹은 고압유 저장부로부터 회전력 생성부에 도입되는 유압(유량)을 조정하도록 제어하여, 전달 회전축의 회전수를 조정하거나 할 수 있다. 그 때문에, 상술한 기계적인 결합에 수반하는 충격을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 가스 터빈의 정격 운전시에, 터닝 모터계, 즉 압력 생성부나 회전력 생성부를 가스 터빈이나 발전기 등의 주기계로부터 분리하는 것이 가능해지므로, 가스 터빈의 회전축에 가해지는 부하를 작게 할 수 있어서, 주기계의 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.

나아가, 가스 터빈 기동시의 터닝 운전 후에 정격 회전수까지 증속하기 위한 기동 모터를 유압 모터 등의 유압에 의한 회전력 생성부에서 사용할 수 있도록 했으므로, 회전력 생성부를 제 2 밸브부에서 저압으로 전환하여 회전력의 생성을 정지하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 종래의 상기 기동 모터가 불필요해져, 종래에서는 기동 모터를 분리할 수 없었던 것을 분리하는 것이 가능해지므로, 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 압력 생성부에는, 생성되는 유압을 도입하는 것이 가능한 유압 축적부가 마련되며, 가스 터빈의 정지시의 회전력을 압력 생성부에 입력하는 것에 의해 생성되는 유압이 유압 축적부에 도입된다.

이 경우, 가스 터빈 정지시의 부하계 동력인 회전력을 압력 생성부에 입력하고, 이에 의해 생성된 고압유를 유압 축적부에서 축적해 둘 수 있으므로, 이 축적된 압력을 고압유 저장부에 도입하여, 가스 터빈 기동시의 보조 동력으로서 이용할 수 있다. 그 때문에, 가스 터빈 기동시에 있어서의 압력 생성부에 필요한 기동력을 억제할 수 있어서, 기동 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제 3 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 전달 회전축의 토크에 근거하여 압력 생성부를 제어하는 압력 제어부가 마련되어 있다.

이 경우에는, 가스 터빈의 정지 운전 중에 있어서, 압력 제어부에 의해 검출한 전달 회전축의 토크를 기초로 압력 생성부를 제어하여 전달 회전축의 토크를 조정할 수 있다. 그 때문에, 상술한 기계적인 결합에 따른 충격을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

본 발명의 제 4 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 회전력 생성부는 전달 회전축에 마련된 감속기 및 클러치를 거쳐서 가스 터빈에 연결되어 있다.

상기 제 4 태양에서는, 전달 회전축에 감속기와 클러치를 마련함으로써, 회전의 안정성을 높일 수 있고, 압력 생성부와 회전력 생성부에서 대응할 수 있는 회전수나 토크의 범위를 넓힐 수 있어서, 터닝 모터계와 주기계의 부하와의 결합 동작을 보완할 수 있게 된다. 특히 감속기를 마련함으로써, 압력 생성부에서의 유압 생성에 따른 맥동을 억제할 수 있다.

본 발명의 제 5 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 압력 생성부는, 시동 모터에 의해 회전하는 동시에, 외주부에 요철 형상의 치부가 소정의 피치로 매끄럽게 형성된 치차 형상의 회전체와, 회전체의 외주부에 복수 마련되며, 회전하는 회전체의 볼록부에 접촉함으로써 제 1 신축 축이 피스톤 운동하는 유압 생성 실린더를 구비하고, 유압 생성 실린더의 고압유가 고압유 저장부에 도입되며, 저압유가 저압유 저장부로 도입된다.

상기 제 5 태양에서는, 회전체의 회전에 수반하여 복수의 유압 생성 실린더의 제 1 신축 축이 피스톤 운동을 하므로, 복수의 유압 생성 실린더의 각각의 고압유를 고압유 저장부에 도입함으로써, 고압유 저장부에는 거의 연속적으로 고압유가 공급되어 고압을 유지할 수 있다.

또한, 복수의 유압 생성 실린더를 제 1 밸브부에 의해 개별적으로 제어할 수 있으므로, 섬세한 제어를 할 수 있어서, 한층 더 안정된 가스 터빈의 기동·정지 운전을 실행할 수 있다.

또한, 유압 생성 실린더 1개가 고장나도, 다른 실린더로 대응할 수 있다고 하는 이점이 있다.

본 발명의 제 6 태양에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 회전력 생성부는, 회전 중심축을 동일하게 하는 복수의 회전 본체와, 회전 본체끼리를 연결하는 동시에, 회전 중심축에 대하여 편심되어 마련된 편심축과, 회전 중심축 주위로 회전하는 편심축의 회전 궤적의 외주부에 복수 마련된 회전력 생성 실린더를 구비하고, 회전력 생성 실린더는 압력 생성부의 유압에 의해 제 2 신축 축을 신장시킴으로써 편심축을 회전 궤적을 따라서 회전하도록 밀어 넣는 구성이다.

상기 제 6 태양에서는, 복수의 회전력 생성 실린더를 개별적으로 제어하는 것이 가능해지므로, 회전 본체의 회전수에 대해 섬세한 제어를 할 수 있어서, 한층 더 안정된 가스 터빈의 기동·정지 운전을 실행할 수 있다.

또한, 회전력 생성 실린더 1개가 고장나도, 다른 실린더로 대응할 수 있다고 하는 이점이 있다.

본 발명의 가스 터빈 기동 정지 장치에 의하면, 제 2 밸브부에서 유압을 조정함으로써, 가스 터빈(주기계)을 기동·정지시키기 위한 압력 생성부 및 회전력 생성부로 이루어지는 터닝 모터계와 주기계와의 접속·분리를 실행할 수 있다. 그 때문에, 터닝 모터계와 주기계의 결합시의 충격을 억제할 수 있어서, 가스 터빈의 운전을 안정시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명의 가스 터빈 기동 정지 장치에 의하면, 가스 터빈의 정격 운전시에 있어서, 회전력 생성부의 회전력의 생성을 정지시킬 수 있다. 그 때문에, 분리를 할 수 없었던 종래의 기동 모터가 불필요해져, 주기계에 대해 회전력 생성부를 분리하는 것이 가능해지므로, 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기동 정지 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 도 1에 나타내는 터닝 모터계의 구성을 도시하는 모식도,
도 3은 유압 모터의 측면도,
도 4는 다른 실시형태에 따른 기동 정지 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도로서, 도 1에 대응하는 도면.

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에 대해 도면에 근거하여 설명한다. 이와 같은 실시형태는 본 발명의 일 태양을 나타내는 것이고, 이러한 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 임의로 변경 가능하다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 터빈 기동 정지 장치[이하, 「기동 정지 장치(1)」라 칭함]가 적용되는 가스 터빈(2)은, 터빈 본체와 함께 연소기, 컴프레서, 배기 가스 덕트 등을 구비하고 있다. 컴프레서의 회전축은 가스 터빈 본체의 회전축(가스 터빈 회전축)에 결합되어 있다. 컴프레서는 가스 터빈 본체와 함께 회전하는 것에 의해 급기한 외기(공기)를 압축한다. 연소기는 연료 가스를 컴프레서로부터 공급되는 압축 공기와 함께 연소하여 가스 터빈 본체를 회전시키기 위한 연소 가스를 생성하고, 이 연소 가스를 가스 터빈 본체에 공급한다. 가스 터빈 본체를 유통한 후의 연소 가스는 가스 터빈 본체의 후부(하류측)에 마련된 배기 가스 덕트를 거쳐서 배출된다. 이 배출된 연소 가스는, 예를 들면, 배열 회수 보일러에서 열회수된 후, 대기 중으로 방출된다.

가스 터빈(2)에는, 가스 터빈 본체를 연료 가스의 발화 전에 승속(昇速)시키기 위한 발전기(3)가 마련되어 있다. 발전기(3)는 모터로서 기능시킴으로써 가스 터빈(2)(가스 터빈 본체)을 회전 구동한다.

또한, 가스 터빈(2)에는, 터빈 회전축에 결합하여 가스 터빈(2)을 기동·정지하기 위한 터닝 모터계(T)의 기동 정지 장치(1)가 마련되어 있다. 또한, 본 실시형태의 기동 정지 장치(1)로서, 아르테미스(Artemis)사에서 제조한 유압 동력 전달계인 DDT 시스템(Digital　Displacement　Transmission)를 채용할 수 있다.

기동 정지 장치(1)는 가스 터빈(2)과 일체로 회전하는 전달 회전축(4)과, 소정의 유압을 연속적으로 생성시키는 유압 펌프(10)(압력 생성부)와, 유압 펌프(10)에서 생성된 유압이 도입되는 고압유 저장부(5)와, 유압 펌프(10)에서 생성된 유압이 도입되며, 고압유 저장부(5)보다 저압으로 설정된 저압유 저장부(6)와, 유압 펌프(10)에서 생성된 유압에 의해 전달 회전축(4)을 회전시키는 유압 모터(20)(회전력 생성부)와, 가스 터빈(2)의 회전수에 근거하여 유압 모터(20)를 제어하는 회전 제어부(30)를 구비하여 개략 구성되어 있다.

여기서, 가스 터빈(2) 및 발전기(3)를 주기계(S)로 하고, 유압 펌프(10) 및 유압 모터(20)를 터닝 모터계(T)(상술)로 하여, 이하 설명한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 유압 펌프(10)는 시동 모터(12)에 의해 회전하는 동시에, 외주부에 요철 형상의 치부[오목부(11A), 볼록부(11B)]가 소정의 피치로 매끄럽게 형성된 치차 형상의 회전 치차(11)(회전체)와, 이 회전 치차(11)의 외주부에 복수 마련되며, 회전하는 회전 치차(11)의 볼록부(11B)에 접촉함으로써 제 1 신축 축(13A)이 피스톤 운동하는 제 1 유압 실린더(13)(유압 생성 실린더)를 구비하고, 제 1 유압 실린더(13)의 고압유가 고압유 저장부(5)에 도입되며, 저압유가 저압유 저장부(6)로 도입되는 구성으로 되어 있다.

여기서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 시동 모터(12)에는, 유압 모터(20)의 토크를 계측하는 토크 계측 장치(7)에 근거하여 모터 회전수를 제어하는 모터 제어 장치(8)가 마련되어 있다.

모터 제어 장치(8)는, 회전축계의 토크를 측정하고, 이 정보에 근거하여 유압 모터(20)의 공급압을 결정하는 유압 펌프(10)의 압력을 제어할 수 있도록 하여, 기동·정지시에 있어서 유압 펌프(10)를 구동하기 위한 시동 모터(12)의 동력을 적정화하는 제어를 실행한다.

회전 치차(11)는, 오목부(11A)와 볼록부(11B)가 외주면을 따라서 소정의 피치로 교호로 형성되어 있으며, 오목부(11A)와 볼록부(11B)가 매끄러운 곡선으로 연속하고 있다. 회전 치차(11)는 시동 모터(12)의 구동에 의해 치차축(C1) 주위로 회전한다. 볼록부(11B)의 높이 치수[오목부(11A)의 저부와 볼록부(11B)의 정상부와의 고저차]는 제 1 유압 실린더(13)의 제 1 신축 축(13A)의 돌출량에 대응하고 있다(상세한 것은 후술함).

복수 마련되는 제 1 유압 실린더(13)는 신축 축 선단(13a)이 회전 치차(11)의 오목부(11A) 및 볼록부(11B)에 접촉하도록 제 1 신축 축(13A)의 신축 방향을 회전 치차(11)의 직경 방향으로 향하게 하여 방사상으로 배치되어 있다. 제 1 유압 실린더(13)는 신축 축 선단(13a)만이 회전 치차(11)의 오목부(11A) 및 볼록부(11B)에 접촉하여 피스톤 운동을 하도록 마련되며, 회전 치차(11)의 회전에 따라서, 치차축(C1)의 둘레 방향에 배치되는 모든 제 1 신축 축(13A)이 연속적으로 신축 동작하도록 구성되어 있다.

제 1 유압 실린더(13)의 각각에는, 유압 펌프(10)에서 생성된 유압을 고압유 저장부(5) 및 저압유 저장부(6) 중 어느 한쪽에 선택적으로 인도하는 밸브(14, 15)(제 1 밸브부)가 마련되어 있다. 여기서, 고압측의 밸브를 고압 밸브(14)라 하고, 저압측의 밸브를 저압 밸브(15)라 한다.

유압 펌프(10)는 복수의 제 1 유압 실린더(13)의 각각의 내부의 고압측의 유압이 집합하며 도입되는 상기 고압유 저장부(5)와, 복수의 제 1 유압 실린더(13)의 각각의 내부의 저압측의 유압이 집합하여 도입되는 상기 저압유 저장부(6)에 접속되어 있다.

여기서, 고압이란, 후술하는 유압 모터(20)의 제 2 유압 실린더(23)의 신장력(압출력)에 의해 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 회전시킬 수 있는 압력으로 설정되며, 저압이란 제 2 유압 실린더(23)의 신장력(압출력)에 의해 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 회전시킬 수 없는 압력이 된다.

본 기동 정지 장치(1)에는, 고압유 저장부(5)와 저압유 저장부(6) 중 어느 한쪽의 유압을 선택적으로 유압 모터(20)에 도입하는 유압 전환 밸브(9)(제 2 밸브부)를 구비하고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 유압 펌프(10)에는, 생성되는 유압을 도입하는 것이 가능한 어큐뮬레이터(16)(유압 축적부)가 마련되어 있다. 이 어큐뮬레이터(16)에는, 가스 터빈(2)의 정지시의 회전력을 유압 펌프(10)에 입력함으로써 생성되는 유압이 도입된다.

이와 같이 구성되는 유압 펌프(10)에서는, 회전 치차(11)의 회전수가 커지면, 제 1 유압 실린더(13)의 신축하는 피스톤 운동의 속도가 커져, 즉 고압유의 유량이 증가하므로, 고압유 저장부(5)의 유압이 커지는 동시에, 고압 상태를 유지하기 쉬워진다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 유압 모터(20)는 베어링에 회전 가능하게 지지된 모터 회전축(C2)(회전 중심축) 상에 회전 중심을 갖는 복수(여기에서는 4개)의 회전 본체(21)와, 회전 본체(21)끼리를 연결하는 동시에 모터 회전축(C2)에 대해 편심되어 마련된 편심축(22)과, 모터 회전축(C2) 주위로 회전하는 편심축(22)의 회전 궤적의 외주부에, 모터 회전축(C2)의 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 복수 마련된 제 2 유압 실린더(23)(회전력 생성 실린더)를 구비하여 개략 구성되어 있다.

회전 본체(21)는 가스 터빈(2)에 결합되어 있는 회전축(4)에 일체로 또한 동축으로 연결되어 있다. 편심축(22)은 모터 회전축(C2)을 중심으로 하여 회전한다.

제 2 유압 실린더(23)는 상술한 유압 펌프(10)에서 생성된 유압이 공급되며, 신축 축 선단(23a)이 편심축(22)에 접촉 가능하게 제 2 신축 축(23A)의 신축 방향을 모터 회전축(C2)측으로 향하게 한 상태로 배치되며, 유압 펌프(10)의 유압에 의해 제 2 신축 축(23A)을 신장시킴으로써 편심축(22)을 회전 궤적을 따라서 회전하도록 밀어 넣는 구성으로 되어 있다.

또한, 복수의 제 2 유압 실린더(23)는, 이들 모든 신축 축 선단(23a)이 편심축(22)에 접촉하며, 제 2 신축 축(23A)이 신축 또는 수축한 상태가 되도록 배치되어 있다.

제 2 유압 실린더(23)는, 고압유 저장부(5)에 접속되어 있는 경우에 있어서, 신축 축 선단(23a)이 편심축(22)에 접촉(접촉)하는 것에 의해 수축하면, 유압 펌프(10)로부터 공급되는 고압유에 의해 제 2 신축 축(23A)이 늘어나서 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 회전시키는 방향으로 밀어 넣도록 되어 있다. 그리고, 편심축(22)의 회전 궤적의 영역에 복수의 제 2 유압 실린더(23)가 마련되어 있으므로, 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 연속적으로 회전시킬 수 있어서, 그 편심축(22)을 거쳐서 회전 본체(21)에 회전력을 부여할 수 있다.

한편으로 제 2 유압 실린더(23)는, 저압유 저장부(6)에 접속되어 있는 경우에 있어서, 유압이 공급되지 않으므로, 신축 축 선단(23a)이 편심축(22)에 접촉(접촉)하여 수축하면, 제 2 유압 실린더(23) 내의 유압은 저압유 저장부(6)와 연통하여 저압이 된다. 즉, 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 회전하는 방향으로 밀어 넣을 만큼의 신장력(밀어 넣는 힘)을 얻을 수 없으므로, 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 연속적으로 회전하는 일이 없어지기 때문에, 편심축(22)을 거쳐서 회전 본체(21)에 회전력이 전달되지 않는 상태[이러한 상태를 「아이들 상태」라 함]가 된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 제어부(30)는 회전축(4)의 회전수를 검출하는 회전수 검출기(31)와, 이 회전수 검출기(31)에 의해 검출된 회전수에 근거하여 유압 전환 밸브(9)를 제어하는 밸브 제어 장치(32)로 이루어진다.

밸브 제어 장치(32)에서는, 유압 모터(20)의 제 2 유압 실린더(23)의 유량을 가변적으로 제어하는 것도 가능하게 되어 있다.

다음에, 본 실시형태에 따른 기동 정지 장치(1)를 이용하여, 가스 터빈(2)의 기동시 및 정지시의 동작에 대해 설명한다.

(기동시)

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(2)을 기동할 때에는, 시동 모터(12)로 유압 펌프(10)를 기동하고, 유압 모터(20)의 회전수를 크게 하여 증속한다. 구체적으로는, 시동 모터(12)를 구동시켜서 회전 치차(11)를 회전시키면, 그 회전 치차(11)의 외주측에 배치되는 복수의 제 1 유압 실린더(13)가 회전 치차(11)에 형성되어 있는 오목부(11A)와 볼록부(11B)의 요철을 따라서 피스톤 운동을 한다. 그리고, 제 1 유압 실린더(13)의 수축시의 고압유는 고압 밸브(14)를 거쳐서 고압유 저장부(5)에 도입된다. 즉, 고압유 저장부(5)에는 복수의 제 1 유압 실린더(13)에서 얻어진 압력에 의해 고압으로 유지된 상태가 된다. 이때, 제 1 유압 실린더(13)의 저압측[제 1 유압 실린더(13)의 신장측]의 저압유가 접속되는 저압유 저장부(6)에는 상기 고압유보다 낮은 압력으로 되어 있다. 또한, 저압유 저장부(6)의 압력은 적어도 제 2 유압 실린더(23)의 유압보다 작아져 있다.

여기서, 고압유 저장부(5) 내의 고압유의 압력은 복수의 제 1 유압 실린더(13)로부터 공급되는 유량이 증가하면 커지므로, 유압 펌프(10)[회전 치차(11)]의 회전수를 크게 함으로써 압력을 높일 수 있다.

그리고, 고압유 저장부(5)가 회전 치차(11)의 회전수에 따른 고압으로 유지되어 있으므로, 유압 전환 밸브(9)를 고압유 저장부(5)와 유압 모터(20)가 연통하도록 전환함으로써, 유압 모터(20)의 복수의 제 2 유압 실린더(23)가 고압이 되어, 제 2 신축 축(23A)이 신장한다. 그렇게 하면, 상술한 바와 같이 복수의 제 2 유압 실린더(23)의 전체가 편심축(22)에 접촉하여, 그 제 2 유압 실린더(23)의 신축 축 선단(23a)에서 편심축(22)을 모터 회전축(C2) 주위로 회전시키는 방향으로 밀어 넣고, 이에 의해 편심축(22)을 거쳐서 회전 본체(21)가 모터 회전축(C2) 주위로 회전하여, 유압 모터(20)에 회전력이 부여된다.

그리고, 유압 모터(20)와 주기계(S)[가스 터빈(2) 및 발전기(3)]는 회전축(4)에 의해 결합되어 있으므로, 유압 모터(20)의 회전력에 의해 가스 터빈(2)이 기동하여, 주기계(S)의 운전이 개시된다.

다음에, 주기계(S)가 자립하여 정격 운전에 들어가면, 유압 모터(20)의 유압 전환 밸브(9)를 아이들 상태, 즉 저압측으로 전환하여, 유압 모터(20)의 부하가 되는 주기계(S)[가스 터빈(2)]를 기동 정지 장치(1)로부터 분리한다.

구체적으로는, 전달 회전축(4)의 회전수를 회전수 검출기(31)로 검출하여, 소정의 회전수(정격 회전수)에 도달했을 때에, 밸브 제어 장치(32)에 의해 유압 전환 밸브(9)를 아이들 상태로 전환한다. 이에 의해, 제 2 유압 실린더(23)와 고압유 저장부(5)와의 연통 상태가 차단되고, 제 2 유압 실린더(23)와 저압유 저장부(6)가 연통하는 상태로 전환되므로, 제 2 유압 실린더(23)는 저압유가 된다.

그 때문에, 제 2 유압 실린더(23)의 제 2 신축 축(23A)의 신장력(압출력)이 저하하여, 편심축(22)을 회전 방향으로 밀어낼 수 없게 되어, 유압 펌프(10)에 의한 구동력이 유압 모터(20)에 전달되지 않게 된다. 이때, 제 2 유압 실린더(23)와 회전 본체(21)[편심축(22)]가 분리된 상태가 된다.

(정지시)

다음에, 가스 터빈(2)을 정지할 때의 기동 정지 장치(1)의 운전 방법에 대하여 설명한다. 정지시의 운전 방법은 기본적으로 상술한 기동시의 반대의 순서가 된다.

주기계(S)[가스 터빈(2) 및 발전기(3)]를 정지하고, 주기계(S)의 회전수를 저하시켜서 감속한다. 구체적으로는, 주기계(S)의 회전수를 회전수 검출기(31)로 검지하여, 터닝 회전수(3rpm)에 근접해오면, 밸브 제어 장치(32)에 의해 밸브 제어를 개시하여, 유압 모터(20)의 운전 동작을 제어한다. 즉, 검지한 회전수에 따라서, 유압 전환 밸브(9)를 제어하여 회전수 혹은 토크를 조정하여, 제 2 유압 실린더(23)와 편심축(22)의 결합시의 충격력을 억제할 수 있다. 그리고, 결합한 다음은, 유압 모터(20)에 의해 터닝 회전수를 유지한 후, 시동 모터(12)와 함께 유압 펌프(10)를 정지함으로써, 유압 모터(20)의 운전도 정지하여, 가스 터빈(2)이 완전히 정지한다.

다음에, 상술한 구성의 기동 정지 장치(1)의 작용에 대해 도면에 근거하여 구체적으로 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 기동 정지 장치(1)에서는, 가스 터빈(2)의 기동시에 있어서, 유압 펌프(10)에서 생성된 유압 중 고압유 저장부(5)에 도입된 고압유를 유압 전환 밸브(9)의 전환에 의해 유압 모터(20)에 도입함으로써 전달 회전축(4)의 회전력을 생성할 수 있다. 그리고, 유압 모터(20)에서 생성한 회전력을 전달 회전축(4)에 일체로 마련된 가스 터빈(2)에 입력함으로써 기동시킬 수 있다.

그리고, 가스 터빈(2)이 자립하여 정격 운전이 되었을 때에는, 유압 모터(20)가 고압유 저장부(5)로부터 저압유 저장부(6)에 연통하도록 유압 전환 밸브(9)를 전환함으로써, 유압 모터(20)에 저압유가 도입되어 저압이 되어, 전달 회전축(4)을 구동시키기 위한 회전력의 생성이 정지한다. 이때, 유압 모터(20)는 고압 상태로부터 개방되므로, 가스 터빈(2)으로부터 분리된 상태가 된다.

또한, 가스 터빈(2)의 정지시에는, 유압 전환 밸브(9)에 의해 고압유 저장부(5)와 유압 모터(20)가 연통하도록 전환되며, 유압 모터(20)에 고압유를 도입하여 고압 상태로 하고, 유압 모터(20)에서 회전력이 생성되게 된다. 즉, 전달 회전축(4)을 거쳐서 유압 모터(20)와 가스 터빈(2)이 접속하기 때문에, 유압 펌프(10)에 의한 압력 생성을 정지함으로써, 가스 터빈(2)의 운전을 정지할 수 있다.

이와 같이, 유압 전환 밸브(9)에 의해 유압 모터(20)에 도입되는 유압을 고압과 저압으로 전환함으로써, 유압 펌프(10) 및 유압 모터(20)로 이루어지는 터닝 모터계(T)와, 가스 터빈(2)을 갖는 주기계(S)를 접속·분리할 수 있다. 그 때문에, 종래와 같은 SSS 클러치를 사용하는 일이 없어서, 기계적인 결합에 따른 충격을 억제할 수 있다.

또한, 회전 제어부(30)를 마련함으로써 가스 터빈(2)의 정지 운전 중에 유압 전환 밸브(9)를 전환하거나, 혹은 고압유 저장부(5)로부터 유압 모터(20)에 도입되는 유압(유량)을 조정하도록 제어하여 전달 회전축(4)의 회전수를 조정하거나 할 수 있다. 그 때문에, 상술한 기계적인 결합에 따르는 충격을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 가스 터빈(2)의 정격 운전시에, 터닝 모터계(T)를 주기계(S)로부터 분리하는 것이 가능해지므로, 가스 터빈(2)의 회전축에 가해지는 부하를 작게 할 수 있어서, 주기계(S)의 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.

나아가, 가스 터빈 기동시의 터닝 운전 후에 정격 회전수까지 증속하기 위한 기동 모터를 유압 모터(20)로 사용할 수 있도록 했으므로, 유압 모터(20)를 유압 전환 밸브(9)로 저압으로 전환하여 회전력의 생성을 정지할 수 있다. 그 때문에, 종래의 상기 기동 모터가 불필요해져, 종래에는 기동 모터를 분리하지 않았던 것을 분리할 수 있으므로, 더욱 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 회전 제어부(30)에 의해 가스 터빈(2)의 정지 운전 중에 유압 전환 밸브(9)를 전환하거나, 혹은 고압유 저장부(5)로부터 유압 모터(20)에 도입되는 유압을 조정하도록 제어하여, 전달 회전축(4)의 회전수를 조정할 수 있다. 그 때문에, 상술한 기계적인 결합에 따른 충격을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 유압 펌프(10)에서 생성되는 유압을 도입하는 것이 가능한 어큐뮬레이터(16)가 마련되어 있으므로, 가스 터빈 정지시의 부하계 동력인 회전력을 유압 펌프(10)에 입력하고, 이에 의해 생성된 고압유를 어큐뮬레이터(16)에 축적해 둘 수 있다. 그 때문에, 이 축적된 압력을 고압유 저장부(5)에 도입하여, 가스 터빈 기동시의 보조 동력으로서 이용할 수 있다. 그 때문에, 가스 터빈 기동시에 있어서의 유압 펌프(10)에 필요한 기동력을 억제할 수 있어서, 기동 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 기동 정지 장치(1)에서는, 가스 터빈(2)의 정지 운전 중에 있어서, 압력 제어부[토크 계측 장치(7) 및 모터 제어 장치(8)]에 의해 검출한 전달 회전축(4)의 토크를 기초로 유압 펌프(10)를 제어하여 전달 회전축(4)의 토크를 조정할 수 있으므로, 상술한 기계적인 결합에 수반하는 충격을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 회전 치차(11)의 회전에 따라서 복수의 제 1 유압 실린더(13)의 제 1 신축 축(13A)이 피스톤 운동하므로, 복수의 제 1 유압 실린더(13)의 각각의 고압유를 고압유 저장부(5)에 도입함으로써, 고압유 저장부(5)에는 거의 연속적으로 고압유가 공급되어, 고압을 유지할 수 있다.

또한, 복수의 제 1 유압 실린더(13)를 고압 밸브(14)에 의해 개별적으로 제어하는 것이 가능해지므로, 섬세한 제어를 할 수 있어서, 한층 더 안정된 가스 터빈(2)의 기동·정지 운전을 실행할 수 있다.

나아가, 제 1 유압 실린더(13) 1개가 고장나도, 다른 실린더로 대응할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 복수의 제 2 유압 실린더(23)를 개별적으로 제어하는 것이 가능해지므로, 회전 본체(21)의 회전수에 대하여 섬세한 제어를 할 수 있어서, 한층 더 안정된 가스 터빈(2)의 기동·정지 운전을 실행할 수 있다.

그리고, 제 2 유압 실린더(23) 1개가 고장나도, 다른 실린더로 대응할 수 있다고 하는 이점이 있다.

상술한 본 실시형태에 따른 가스 터빈 기동 정지 장치에서는, 유압 전환 밸브(9)로 유압을 조정함으로써, 가스 터빈(2)[주기계(S)]을 기동·정지시키기 위한 터닝 모터계(T)와 주기계(S)와의 접속·분리를 실행할 수 있으므로, 그 결합·이탈시의 충격을 억제할 수 있어서, 가스 터빈(2)의 운전을 안정시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

또한, 가스 터빈(2)의 정격 운전시에 있어서, 유압 모터(20)의 회전력의 생성을 정지시킬 수 있어서, 분리할 수 없었던 종래의 기동 모터가 불필요해진다. 그 때문에, 주기계(S)에 대하여 유압 모터(20)를 분리할 수 있으므로, 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 가스 터빈 기동 정지 장치의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 기동 정지 장치(1)는, 유압 모터(20)가 전달 회전축(4)에 마련된 감속기(41) 및 클러치(42)를 거쳐서 가스 터빈(2)에 연결된 구성으로 할 수도 있다.

이 경우, 전달 회전축(4)에 감속기(41)와 클러치(42)를 마련함으로써, 회전의 안정성을 높일 수 있게 된다. 그 때문에, 유압 펌프(10)와 유압 모터(20)로 대응할 수 있는 회전수나 토크의 범위를 넓힐 수 있어서, 터닝 모터계(T)와 주기계(S)의 부하와의 결합 동작을 보완할 수 있다. 특히 감속기(41)를 마련함으로써, 유압 펌프(10)에서의 유압 생성에 수반하는 맥동을 억제할 수 있다.

또한, 유압 펌프(10)나 유압 모터(20)의 구체적인 구성은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 적절한 구조의 것을 채용하는 것이 가능하다. 즉, 상술한 실시형태의 유압 펌프(10)에 있어서, 회전 치차(11)의 오목부(11A)나 볼록부(11B)의 형상, 피치, 혹은 제 1 유압 실린더(13)의 수량이나 위치 등의 구성을 변경할 수 있다.

그 외, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시형태에 있어서의 구성요소를 주지의 구성요소로 치환하는 것은 적절히 할 수 있으며, 또한, 상기한 실시형태를 적절히 조합해도 좋다.

이 가스 터빈 기동 정지 장치에 의하면, 제 2 밸브부에서 유압을 조정함으로써, 가스 터빈(주기계)을 기동·정지시키기 위한 압력 생성부 및 회전력 생성부로 이루어지는 터닝 모터계와 주기계와의 접속·분리를 실행할 수 있다. 그 때문에, 터닝 모터계와 주기계의 결합시의 충격을 억제할 수 있어서, 가스 터빈의 운전을 안정시킬 수 있다.

1 : 기동 정지 장치(가스 터빈 기동 정지 장치)
2 : 가스 터빈 3 : 발전기
4 : 회전축 5 : 고압유 저장부
6 : 저압유 저장부 7 : 토크 계측 장치
8 : 모터 제어 장치 9 : 유압 전환 밸브(제 2 밸브부)
10 : 유압 펌프(압력 생성부) 11 : 회전 치차(회전체)
12 : 시동 모터
13 : 제 1 유압 실린더(압력 생성 실린더)
13A : 제 1 신축 축 14 : 고압 밸브(제 1 밸브부)
15 : 저압 밸브(제 1 밸브부) 16 : 어큐뮬레이터(유압 축적부)
20 : 유압 모터(회전력 생성부)
23 : 제 2 유압 실린더(회전축 생성 실린더)
23A : 제 2 신축 축 30 : 회전 제어부
31 : 회전수 검출기 32 : 밸브 제어 장치
41 : 감속기 42 : 클러치
C1 : 치차축 C2 : 모터 회전축(회전 중심축)
S : 주기계 T : 터닝 모터계

Claims

가스 터빈과 일체로 회전하는 전달 회전축과,
소정의 유압을 연속적으로 생성시키는 압력 생성부와,
상기 압력 생성부에서 생성된 유압이 도입되는 고압유 저장부와,
상기 압력 생성부에서 생성된 유압이 도입되며, 상기 고압유 저장부보다 저압으로 설정된 저압유 저장부와,
상기 압력 생성부에서 생성된 유압을, 상기 고압유 저장부 및 저압유 저장부 중 어느 한쪽으로 인도하는 제 1 밸브부와,
유압에 의해 상기 전달 회전축을 회전시키는 회전력 생성부와,
상기 고압유 저장부와 상기 저압유 저장부 중 어느 하나의 유압을 상기 회전력 생성부에 도입하는 제 2 밸브부와,
상기 가스 터빈의 회전수에 근거하여 상기 회전력 생성부를 제어하는 회전 제어부를 구비하는
가스 터빈 기동 정지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 압력 생성부에는, 생성되는 유압을 도입할 수 있는 유압 축적부가 마련되며,
상기 가스 터빈의 정지시의 회전력을 상기 압력 생성부에 입력함으로써 생성되는 유압이 상기 유압 축적부에 도입되는
가스 터빈 기동 정지 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전달 회전축의 토크에 근거하여 상기 압력 생성부를 제어하는 압력 제어부가 마련되어 있는
가스 터빈 기동 정지 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전력 생성부는 상기 전달 회전축에 마련된 감속기 및 클러치를 거쳐서 상기 가스 터빈에 연결되어 있는
가스 터빈 기동 정지 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 생성부는,
시동 모터에 의해 회전하는 동시에, 외주부에 요철 형상의 치부가 소정의 피치로 매끄럽게 형성된 치차 형상의 회전체와,
상기 회전체의 외주부에 복수 마련되며, 회전하는 상기 회전체의 볼록부에 접촉함으로써, 제 1 신축 축이 피스톤 운동하는 유압 생성 실린더를 구비하고,
상기 유압 생성 실린더의 고압유가 상기 고압유 저장부에 도입되며, 저압유가 상기 저압유 저장부로 도입되는
가스 터빈 기동 정지 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전력 생성부는,
회전 중심축을 동일하게 하는 복수의 회전 본체와,
상기 회전 본체끼리를 연결하는 동시에, 상기 회전 중심축에 대해 편심되어 마련된 편심축과,
상기 회전 중심축 주위로 회전하는 상기 편심축의 회전 궤적의 외주부에 복수 마련된 회전력 생성 실린더를 구비하고,
상기 회전력 생성 실린더는, 상기 압력 생성부의 유압에 의해 제 2 신축 축을 신장시킴으로써 상기 편심축을 상기 회전 궤적을 따라서 회전하도록 밀어 넣는 구성인
가스 터빈 기동 정지 장치.