KR20200000486A

KR20200000486A - 가스 터빈의 기동 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20200000486A
Application number: KR1020197038217A
Authority: KR
Inventors: 히데타 오쿠이; 겐타로 스즈키; 도시시게 아이; 다츠야 이와사키; 요시후미 오카지마
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN107709734A; JP2017089414A; CN107709734B; JP6738601B2; KR102290585B1; KR102196599B1; DE112016005055T5; KR20180009770A; US20180171875A1; WO2017077921A1; US10858996B2

Abstract

가스 터빈의 기동 방법 및 장치에 있어서, 압축기(11)의 저압 추기실(25a)과 중압 추기실(25b)과 고압 추기실(25c)로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)를 설치하고, 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)를 설치하고, 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)에 각각 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 설치하고, 가스 터빈(10)이 기동할 때 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방한다.

Description

가스 터빈의 기동 방법 및 장치{GAS TURBINE STARTUP METHOD AND DEVICE}

본 발명은 압축기와 연소기와 터빈을 갖는 가스 터빈의 기동 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적인 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 그리고 공기 취입구로부터 취입된 공기가 압축기에 의해 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기로 되고, 연소기에서 이 압축 공기에 대해 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온·고압의 연소 가스(작동 유체)를 얻고, 이 연소 가스에 의해 터빈을 구동하여, 이 터빈에 연결된 발전기를 구동한다.

가스 터빈을 기동할 때 기동용 모터에 의해 로터를 구동 회전하고, 압축기를 구동함으로써 압축 공기를 확보하고 있다. 이 압축기에서 압축 공기를 생성할 때 동익(動翼)의 부하가 커져서, 선회 실속(旋回失速)이 발생한다. 선회 실속이 발생하면, 효율 저하, 날개 진동, 축 진동을 병발(倂發)하는 경우가 있다.

가스 터빈의 선회 실속을 방지하는 것으로서, 예를 들어 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 특허문헌 1에 기재된 가스 터빈의 기동 방법은 가스 터빈의 기동 시에 추기(抽氣) 배관에 설치되어 있는 밸브를 개방하고, 추기 배관으로부터 추기된 압축 공기를 분사 노즐(injection nozzle)로부터 동익 또는 정익(靜翼)에 대해 내뿜음으로써 기동 시의 선회 실속을 억제하는 것이다.

일본 공개특허공보 제2012-207623호

상술한 종래의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 동익 또는 정익에 대해 압축 공기를 내뿜기 위한 분사 노즐이 필요해지고, 구조가 복잡해지는 동시에 제조 비용이 증가한다는 과제가 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것이며, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈을 기동할 수 있는 가스 터빈의 기동 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 터빈의 기동 방법은, 압축기와 연소기와 터빈으로 구성되고, 상기 압축기의 제1 추기실과 상기 제1 추기실보다 고압 측의 제2 추기실과 상기 제2 추기실보다 고압 측의 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고, 상기 압축기의 제1 추기실과 제2 추기실과 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고, 상기 제1 추기 유로와 상기 제2 추기 유로와 상기 제3 추기 유로의 압축 공기를 터빈 배기계(排氣系)에 배기하는 제1 배기 유로와 제2 배기 유로와 제3 배기 유로가 설치되고, 상기 제1 배기 유로와 상기 제2 배기 유로와 상기 제3 배기 유로에 각각 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브가 설치되는 가스 터빈에 있어서, 상기 가스 터빈이 기동할 때 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제3 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서 가스 터빈이 기동할 때, 예를 들어 기동용 모터에 의해 압축기를 구동함으로써 공기를 압축하여 연소기 측에 압축 공기를 흘리고 있지만, 이때 압축기에 있어서의 동익의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 제3 배기 밸브를 개방하고, 제3 추기실로부터 추기하여 제3 추기 유로를 흐르는 압축 공기를 제3 배기 유로에 의해 터빈 배기계에 배기한다. 그러면, 동익의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈을 기동할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 제1 추기실은 상기 압축기의 전단(前段)으로부터 30%∼45%의 범위의 단수(段數)에 대응하여 설치되고, 상기 제2 추기실은 전단으로부터 55%∼70%의 범위의 단수에 대응하여 설치되고, 상기 제3 추기실은 전단으로부터 75%∼95%의 범위의 단수에 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 각 추기실을 압축기의 각 단의 적정 범위에 설치함으로써, 동익의 부하가 작게 하여 선회 실속의 발생을 억제하고, 가스 터빈의 기동 특성을 개선할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈이 기동할 때 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 기동 시, 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에, 제3 배기 밸브뿐만 아니라 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브를 개방하기 때문에, 압축기의 모든 영역에서 동익의 부하를 작게 할 수 있고, 선회 실속의 발생을 억제하여 가스 터빈의 기동 특성을 개선할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 기동 시에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 기동 시에 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브를 개방함으로써, 가스 터빈의 기동 도중에서의 밸브 개방 조작이 불필요해지고, 제어를 간소화하여 조작성을 향상할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 제3 배기 밸브를 개방할 때의 개방도를, 상기 제1 배기 밸브 및 상기 제2 배기 밸브를 개방할 때의 개방도보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 제3 배기 밸브의 개방도가 제1 배기 밸브 및 제2 배기 밸브의 개방도보다 작기 때문에, 고압까지 가압한 압축 공기의 손실을 억제하여, 가스 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 폐지(閉止)하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 각 배기 밸브를 폐지함으로써, 충분한 압축 공기량을 확보하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 회전수가 미리 설정된 소정의 제1 회전수에 도달하면, 상기 제3 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 회전수가 제1 회전수에 도달하면, 먼저 제3 배기 밸브를 폐지함으로써, 고압까지 가압한 압축 공기의 추기를 정지하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제1 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제2 회전수에 도달하면, 상기 제1 배기 밸브를 폐지하고, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제2 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제3 회전수에 도달하면, 상기 제2 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 회전수가 제2 회전수에 도달하면, 다음에 제1 배기 밸브를 폐지하고, 가스 터빈의 회전수가 제3 회전수에 도달하면, 이어서 제2 배기 밸브를 폐지함으로써, 압축 공기의 추기를 순차 정지하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제1 회전수보다 낮은 미리 설정된 소정의 제4 회전수에 도달하면, 상기 제3 배기 밸브의 개방도를 작게 하고, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제1 회전수에 도달하면, 상기 제3 배기 밸브를 폐지하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 가스 터빈의 회전수가 제4 회전수에 도달하면, 제3 배기 밸브의 개방도를 작게 하고, 제1 회전수에 도달하면 제3 배기 밸브를 폐지함으로써, 고압까지 가압한 압축 공기의 손실을 억제하여, 가스 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 상기 제3 배기 밸브의 개방도의 상한치는 상기 터빈의 입구 가스 온도 또는 출구 가스 온도에 따라 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 제3 배기 밸브의 개방도를 터빈의 입구 가스 온도 또는 출구 가스 온도에 따라 설정함으로써, 압축기에 있어서의 내열 온도 이상의 온도 상승을 방지하여 안전성을 확보할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 상기 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 상기 제3 배기 밸브의 개방도의 하한치는 상기 압축기에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서 제3 배기 밸브의 개방도를 압축기에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정함으로써 선회 실속을 억제하는 한편, 쓸데없는 압축 공기의 손실을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈의 기동 방법은, 압축기와 연소기와 터빈으로 구성되고, 상기 압축기의 제1 추기실과 상기 제1 추기실보다 고압 측의 제2 추기실과 상기 제2 추기실보다 고압 측의 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고, 상기 제1 추기 유로와 상기 제2 추기 유로와 상기 제3 추기 유로의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 제1 배기 유로와 제2 배기 유로와 제3 배기 유로가 설치되고, 상기 제1 배기 유로와 상기 제2 배기 유로와 상기 제3 배기 유로에 각각 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브가 설치되는 가스 터빈에 있어서, 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브의 개방도를 크게 하고, 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브의 개방도를 작게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서 가스 터빈이 기동할 때, 예를 들어 기동용 모터에 의해 압축기를 구동함으로써 공기를 압축하고, 연소기 측에 압축 공기를 흘리고 있지만, 이때 압축기에 있어서의 동익의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 배기 밸브의 개방도를 크게 하고, 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 배기 밸브의 개방도를 작게 한다. 그러면, 동익의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈을 기동할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈의 기동 장치는, 압축기와 연소기와 터빈으로 구성되는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축기의 제1 추기실과 제2 추기실과 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고, 상기 제1 추기 유로와 상기 제2 추기 유로와 상기 제3 추기 유로의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 제1 배기 유로와 제2 배기 유로와 제3 배기 유로와, 상기 제1 배기 유로와 상기 제2 배기 유로와 상기 제3 배기 유로에 각각 설치되는 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브와, 상기 가스 터빈이 기동할 때에 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제3 배기 밸브를 개방하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서 가스 터빈이 기동할 때 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 제3 배기 밸브를 개방하기 때문에, 동익의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈을 기동할 수 있다.

본 발명의 가스 터빈의 기동 방법 및 장치에 따르면, 가스 터빈이 기동할 때 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 배기 밸브를 개방하기 때문에, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈을 기동할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시형태의 가스 터빈의 추기 배관을 나타내는 개략도이다.
도 3은 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 배기 밸브의 개방도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 배기 밸브의 개방도의 변형예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 배기 밸브의 개방도의 변형예를 나타내는 그래프이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈의 기동 방법 및 장치의 적절한 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 또한 실시형태가 복수 있는 경우에는 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

도 1은 본 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.

본 실시형태에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)에 의해 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)은, 동축 상에 도시하지 않은 발전기가 연결되어 있어서 발전 가능해지고 있다.

압축기(11)는 공기를 취입하는 공기 취입구(20)를 가지며, 압축기 케이싱(車室)(21) 내에 입구 안내 베인(IGV:Inlet Guide Vane)(22)이 배치되는 동시에 복수의 정익(23)과 동익(24)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 교호로 배치되어 있고, 그 외측에 추기실(25)이 설치되어 있다. 연소기(12)는 압축기(11)에서 압축된 압축 공기에 대해 연료를 공급하고, 점화함으로써 연소 가능해지고 있다. 터빈(13)은 터빈 케이싱(26) 내에 복수의 정익(27)과 동익(28)이 전후 방향(후술하는 로터(32)의 축 방향)으로 교호로 배치되어 있다. 이 터빈 케이싱(26)의 하류 측에는, 배기 케이싱(29)을 개재시켜 배기실(30)이 배치되어 있고, 배기실(30)은 터빈(13)에 연속하는 배기 디퓨저(exhaust diffuser)(31)를 갖고 있다.

또한, 압축기(11), 연소기(12), 터빈(13), 배기실(30)의 중심부를 관통하도록 로터(회전축)(32)가 위치하고 있다. 로터(32)는, 압축기(11) 측의 단부가 베어링부(33)에 의해 회전 자유자재로 지지되는 한편, 배기실(30) 측의 단부가 베어링부(34)에 의해 회전 자유자재로 지지되어 있다. 그리고 이 로터(32)는, 압축기(11)에서 각 동익(24)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되고, 터빈(13)에서 각 동익(28)이 장착된 디스크가 복수 중첩되어 고정되어 있으며, 배기실(30) 측의 단부에 도시하지 않은 발전기의 구동축이 연결되어 있다.

그리고 이 가스 터빈(10)은, 압축기(11)의 압축기 케이싱(21)이 다리부(35)에 지지되고, 터빈(13)의 터빈 케이싱(26)이 다리부(36)에 의해 지지되고, 배기실(30)이 다리부(37)에 의해 지지되어 있다.

따라서 압축기(11)의 공기 취입구(20)로부터 취입된 공기가 입구 안내 베인(22), 복수의 정익(23)과 동익(24)을 통과하여 압축됨으로써 고온·고압의 압축 공기가 된다. 연소기(12)에서 이 압축 공기에 대해 소정의 연료가 공급되어 연소한다. 그리고 이 연소기(12)에서 생성된 작동 유체인 고온·고압의 연소 가스가 터빈(13)을 구성하는 복수의 정익(27)과 동익(28)을 통과함으로써 로터(32)를 구동 회전하고, 이 로터(32)에 연결된 발전기를 구동한다. 한편, 터빈(13)을 구동한 연소 가스는 배기 가스로서 대기로 방출된다.

이와 같이 구성된 가스 터빈(10)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 압축기(11)로부터 추기한 일부의 압축 공기를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급함으로써 이 터빈(13)을 냉각하고 있다. 즉, 압축기(11)의 추기실(25)(25a, 25b, 25c)로부터 추기한 냉각 공기(압축 공기)를 터빈(13)의 터빈 케이싱(26)에 공급하여 정익(27)이나 이 정익(27)을 지지하는 구성 부품 등을 냉각하고 있다.

압축기 케이싱(21)은, 저압 추기실(제1 추기실)(25a)과 중압 추기실(제2 추기실)(25b)과 고압 추기실(제3 추기실)(25c)이 설치되어 있다. 저압 추기 유로(제1 추기 유로)(41)는, 일 단부가 저압 추기실(25a)에 연결되고, 타 단부가 터빈 케이싱(26)의 하류부에 연결되어 있다. 중압 추기 유로(제2 추기 유로)(42)는, 일 단부가 중압 추기실(25b)에 연결되고, 타 단부가 터빈 케이싱(26)의 중류부에 연결되어 있다. 고압 추기 유로(제3 추기 유로)(43)는, 일 단부가 고압 추기실(25c)에 연결되고, 타 단부가 터빈 케이싱(26)의 상류부에 연결되어 있다.

본 실시형태에서, 압축기(11)는 15단이며, 로터(32)의 축심 방향으로 15개의 정익(23)과 15개의 동익(24)이 교호로 배치되어 구성되어 있고, 예를 들어 제1 단부터 제6 단에 대응하여 저압 추기실(25a)이 설치되고, 제7 단부터 제9 단까지에 대응하여 중압 추기실(25b)이 설치되며, 제10 단부터 제12 단에 대응하여 고압 추기실(25c)이 설치되어 있다.

또한, 본 실시형태는, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 최종 단인 제1 5 단보다 상류 측인 제11 단부터 제1 4 단 중 어느 하나에 대응하여 고압 추기실(25c)을 설치하고, 이 고압 추기실(25c)이 제1 1 단부터 제1 4 단 중 어느 하나의 위치로부터 압축 공기를 추기하도록 구성해도 좋다. 또한, 압축기(11)는 15단인 것에 한정되는 것은 아니며, 17단 이상인 것이라도 좋고, 예를 들어 17단인 경우, 로터(32)의 축심 방향으로 17개의 정익(23)과 17개의 동익(24)이 교호로 배치되어 구성되어 있고, 예를 들어 제1 단부터 제6 단에 대응하여 저압 추기실(25a)이 설치되고, 제7 단부터 제1 1 단까지에 대응하여 중압 추기실(25b)이 설치되며, 제1 2 단부터 제1 4 단에 대응하여 고압 추기실(25c)이 설치되면 좋고, 압축기의 전체 단수에 대해 상기 저압 추기실(25a)은 전단으로부터 30∼45%의 범위의 단수에 대응하고, 상기 중압 추기실(25b)은 전단으로부터 55∼70%의 범위의 단수에 대응하며, 상기 고압 추기실(25c)은 전단으로부터 75∼95%의 범위의 단수에 대응하도록 구성되면 좋다.

또한, 저압 배기 유로(제1 배기 유로)(44)는, 일 단부가 저압 추기 유로(41)의 중도부에 연결되고, 타 단부가 배기실(30)(또한, 배기 덕트)에 연결되어 있다. 중압 배기 유로(제2 배기 유로)(45)는, 일 단부가 중압 추기 유로(42)의 중도부에 연결되고, 타 단부가 배기실(30)(또한, 배기 덕트)에 연결되어 있다. 고압 배기 유로(제3 배기 유로)(46)는, 일 단부가 고압 추기 유로(43)의 중도부에 연결되고, 타 단부가 배기실(30)(또한, 배기 덕트)에 연결되어 있다. 그리고 저압 배기 유로(44)에 저압 배기 밸브(제1 배기 밸브)(47)가 설치되고, 중압 배기 유로(45)에 중압 배기 밸브(제2 배기 밸브)(48)가 설치되며, 고압 배기 유로(46)에 고압 배기 밸브(제3 배기 밸브)(49)가 설치되어 있다.

그 때문에, 저압 배기 밸브(47)를 폐지하면, 저압 추기실(25a)에 추기된 저압의 압축 공기가 저압 추기 유로(41)를 통해 터빈 케이싱(26)의 하류 측에 공급된다. 한편, 저압 배기 밸브(47)를 개방하면, 저압 추기실(25a)에 추기된 저압의 압축 공기가 저압 배기 유로(44)를 통해 배기실(30)에 배기된다. 또한, 중압 배기 밸브(48)를 폐지하면, 중압 추기실(25b)에 추기된 중압의 압축 공기가 중압 추기 유로(42)를 통해 터빈 케이싱(26)의 중류 측에 공급된다. 한편, 중압 배기 밸브(48)를 개방하면, 중압 추기실(25b)에 추기된 중압의 압축 공기가 중압 배기 유로(45)를 통해 배기실(30)에 배기된다. 또한, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하면, 고압 추기실(25c)에 추기된 고압의 압축 공기가 고압 추기 유로(43)를 통해 터빈 케이싱(26)의 상류 측에 공급된다. 한편, 고압 배기 밸브(49)를 개방하면, 고압 추기실(25c)에 추기된 고압의 압축 공기가 고압 배기 유로(46)를 통해 배기실(30)에 배기된다.

저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)는 유량 조정 밸브이며, 제어 장치(50)는 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 개폐 제어 가능한 동시에 그 개방도를 조정 가능하게 되어 있다. 또한, 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 조정 불필요한 경우에는 개폐 밸브라도 좋다.

그런데, 가스 터빈(10)을 기동할 때 기동용 모터(예를 들어, 발전기로서 사용하는 전동 발전기)에 의해 로터(32)를 구동 회전하고, 압축기(11)를 구동함으로써 압축 공기를 확보하고 있다. 이 압축기(11)에서 압축 공기를 생성할 때 동익(24)의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 특히, 가스 터빈(10)의 고성능화에 따라 압력비가 높아지면, 선회 실속이 발생하기 쉬워진다.

그 때문에, 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법은, 가스 터빈(10)이 기동할 때 이 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방하도록 하고 있다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법은, 가스 터빈(10)이 기동할 때 이 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 개방하도록 하고 있다.

본 실시형태의 가스 터빈 기동 장치는 제어 장치(50)를 갖고 있고, 이 제어 장치(50)는, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 저압 배기 밸브(47), 중압 배기 밸브(48), 고압 배기 밸브(49)를 개방(개방도 제어)한다. 이 경우, 제어 장치(50)는, 가스 터빈(10)이 기동하기 전에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 개방하고, 기동용 모터에 의해 로터(32)를 구동 회전하여 가스 터빈(10)을 기동한다.

그리고 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)의 개방도는 완전 개방(100%) 또는 그 근방의 개방도이며, 고압 배기 밸브(49)의 개방도는 저압 배기 밸브(47) 및 중압 배기 밸브(48)의 개방도보다 작은, 예를 들어 반 개방도(40%∼50%) 근방의 개방도이다.

또한, 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법은, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 폐지하도록 하고 있다.

구체적으로, 가스 터빈(10)(압축기(11))의 회전수가 미리 설정된 소정의 제1 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지한다. 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제2 회전수에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)를 폐지하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 제2 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제3 회전수에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)를 폐지한다.

이 제1 회전수와 제2 회전수와 제3 회전수는 가스 터빈(10)의 기종마다에 의해 변동하는 것이기 때문에, 미리 실험 등에 의해 설정해 둔다. 이 경우, 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)의 개방도는 전술한 바와 같이 전체 개방 근방의 개방도이지만, 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 고압 배기 밸브(49)의 개방도는 터빈(13)의 입구 가스 온도 또는 출구 가스 온도와, 압축기(11)에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정된다.

가스 터빈(10)이 기동하고, 압축기(11)의 회전수가 상승하면, 터빈(13)에 유입하는 연소 가스(배기 가스)의 온도가 상승하고, 터빈(13)이 가열된다. 그 때문에, 압축기(11)에 의해 생성된 압축 공기의 일부를 추기하고, 냉각 공기로서 각 추기 유로(41, 42, 43)에 의해 터빈(13)에 공급하여 냉각할 필요가 있고, 고압 배기 밸브(49)의 개방도가 제한된다. 즉, 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 상한치는 터빈(13)의 입구 가스 온도(출구 가스 온도)에 따라 설정된다. 요컨대, 터빈(13)의 입구 가스 온도가 내열 온도보다 상승하지 않도록 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 상한치가 결정된다.

한편, 전술한 바와 같이, 압축기(11)의 회전수가 상승하면, 동익(24)에 작용하는 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 압축기(11)의 압축 공기를 추기하여 배기함으로써, 압력을 저하시킬 필요가 있어, 고압 배기 밸브(49)의 개방도가 제한된다. 즉, 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 하한치는 압축기(11)에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정된다. 요컨대, 압축기(11)에서 선회 실속의 발생을 억제하도록 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 하한치가 결정된다.

여기서, 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 제어 장치(50)에 의한 각 배기 밸브(47, 48, 49)의 개폐 제어에 대해 구체적으로 설명한다. 도 3은 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 배기 밸브의 개방도를 나타내는 그래프이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)의 기동 시 저압 배기 밸브(47)의 개방도(A)는 V1, 중압 배기 밸브(48)의 개방도(B)는 V2, 고압 배기 밸브(49)의 개방도(C)는 V3으로 설정되어 있고, 이 상태에서 기동용 모터에 의해 압축기(11)를 구동한다. 이때 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)의 개방도는 전체 개방(100%)의 근방이며, 고압 배기 밸브(49)의 개방도는 반 개방(40%∼50%) 근방으로 되어 있다.

가스 터빈(10)을 기동하면, 압축기(11)의 회전수가 상승하여 압축 공기를 생성하고, 압축 공기의 압력이 증가해 간다. 그러면, 동익(24)의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그러나 여기서 압축기(11)의 저압 측과 중압 측과 고압 측으로부터 추기하고 있기 때문에, 특히 고압 측에서의 압력 상승이 억제되고, 동익(24)에 작용하는 부하가 경감하여, 선회 실속의 발생이 억제된다.

이 경우, 압축기(11)의 저압 측과 중압 측만으로부터 추기한 경우, 밀도가 높은 압축 공기를 빼내는 것으로 되어, 직경이 큰 추기 유로(배관)(41, 42) 및 배기 유로(배관)(44, 45)가 필요해진다. 또한, 압축기(11)의 저압 측과 중압 측에서 뽑은 압축 공기는 고압이 아니기 때문에, 터빈(13) 측과의 차압이 작고, 추기량의 조정이 곤란해지며, 기동성에 악영향을 줄 우려가 있다. 그러나 여기에서는 압축기(11)의 저압 측과 중압 측에 더하여 고압 측으로부터도 추기하고 있기 때문에, 추기 유로(배관)(41, 42, 43) 및 배기 유로(배관)(44, 45, 46)의 대직경화나 기동성의 저하를 억제할 수 있다. 사이리스터(thyristor)의 용량을 작게 하는 것이 가능해진다. 특히, 가장 압력이 높아서 초크(choke)하는 최종 단의 직전의 압축 공기를 추기함으로써, 전방 단 측의 압력비를 유효적으로 낮추고, 기동 특성을 개선할 수 있다.

그리고 가스 터빈(10)을 기동하면, 회전수가 상승하여 제1 회전수(N1)에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지한다. 이어서, 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하여 제2 회전수(N2)에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)를 폐지한다. 그 후, 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하여 제3 회전수에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)를 폐지한다. 즉, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 고압 배기 밸브(49), 저압 배기 밸브(47), 중압 배기 밸브(48)의 순서로 폐지한다.

또한, 가스 터빈(10)의 회전수에 따라 고압 배기 밸브(49), 저압 배기 밸브(47), 중압 배기 밸브(48)의 순서로 폐지했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니며, 도 4 및 도 5는 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 배기 밸브의 개방도의 변형예를 나타내는 그래프이다.

이 변형예에서는 가스 터빈(10)의 회전수에 따라 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)의 개방도를 소정 기간에 걸쳐서 작게 하고, 그 후 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)를 폐지하도록 하고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)의 기동 시 저압 배기 밸브(47)의 개방도(A)는 V1, 중압 배기 밸브(48)의 개방도(B)는 V2, 고압 배기 밸브(49)의 개방도(C)는 V3으로 설정되어 있고, 이 상태에서 기동용 모터에 의해 압축기(11)를 구동한다.

그리고 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하고, 제1 회전수(N11)에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지한다. 이어서, 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하여 소정 회전수(N12)에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)의 개방도를 작게 하고, 소정 회전수(N13)에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)의 개방도를 작게 한다. 그 후 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하여 제2 회전수(N14)에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)를 폐지하고, 제3 회전수(N15)에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)를 폐지한다. 즉, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하는 동시에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)의 개방도를 작게 함으로써, 압축기(11)로부터의 추기량을 감소하여 압축 공기를 신속히 압력 상승시킬 수 있다.

또한, 이 변형예에서는, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수보다 낮은 미리 설정된 소정의 제4 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 작게 하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하도록 하고 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)의 기동 시 저압 배기 밸브(47)의 개방도(A)는 V1, 중압 배기 밸브(48)의 개방도(B)는 V2, 고압 배기 밸브(49)의 개방도(C)는 V3으로 설정되어 있고, 이 상태에서 기동용 모터에 의해 압축기(11)를 구동한다.

그리고 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하고, 제4 회전수(N21)에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 작게 하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하여 소정 회전수(N22)에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)의 개방도를 작게 하고, 소정 회전수(N23)에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)의 개방도를 작게 한다. 그 후, 가스 터빈(10)의 회전수가 상승하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수(N24)에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하고, 제2 회전수(N25)에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)를 폐지하고, 제3 회전수(N26)에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)를 폐지한다. 즉, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하지 않고 개방도를 작게 함으로써, 선회 실속의 발생에 대비하고, 선회 실속의 발생이 거의 없어진 제1 회전수(N24)의 도달 시에 고압 배기 밸브(49)를 폐지한다.

이와 같이 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에 있어서는 압축기(11)의 저압 추기실(25a)과 중압 추기실(25b)과 고압 추기실(25c)로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)를 설치하고, 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)를 설치하고, 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)에 각각 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 설치하고, 가스 터빈(10)이 기동할 때 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방하도록 하고 있다.

따라서 가스 터빈(10)이 기동할 때, 예를 들어 기동용 모터에 의해 압축기(11)를 구동함으로써 공기를 압축하고, 연소기(12) 측에 압축 공기를 흘리고 있지만, 이때 압축기(11)에 있어서의 동익(24)의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방하고, 고압 추기실(25c)로부터 추기하여 고압 추기 유로(43)를 흐르는 압축 공기를 고압 배기 유로(46)에 의해 터빈 배기계에 배기한다. 그러면, 동익(24)의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈(10)의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈(10)을 기동할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)이 기동할 때 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 개방하도록 하고 있다. 따라서 고압 배기 밸브(49)뿐만 아니라 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)를 개방하기 때문에, 압축기(11)의 모든 영역에서 동익(24)의 부하를 작게 할 수 있고, 선회 실속의 발생을 억제하여 가스 터빈(10)의 기동 특성을 개선할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 기동 시에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 개방하도록 하고 있다. 따라서 가스 터빈(10)의 기동 전부터 각 배기 밸브(47, 48, 49)를 개방하기 때문에, 가스 터빈(10)의 기동 도중에서의 밸브 개방 조작이 불필요해지고, 제어를 간소화하여 조작성을 향상할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 고압 배기 밸브(49)를 개방할 때의 개방도를, 저압 배기 밸브(47) 및 중압 배기 밸브(48)를 개방할 때의 개방도보다 작게 설정하고 있다. 따라서 고압까지 가압한 압축 공기의 손실을 억제하여 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 폐지하도록 하고 있다. 따라서 충분한 압축 공기량을 확보하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 회전수가 미리 설정된 소정의 제1 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하도록 하고 있다. 따라서 회전수가 상승하면, 먼저 고압 배기 밸브(49)를 폐지함으로써, 고압까지 가압한 압축 공기의 추기를 정지하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제2 회전수에 도달하면, 저압 배기 밸브(47)를 폐지하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 제2 회전수보다 높은 미리 설정된 소정의 제3 회전수에 도달하면, 중압 배기 밸브(48)를 폐지하도록 하고 있다. 따라서 압축 공기의 추기를 순차 정지하여 조기에 정격 운전을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수보다 낮은 미리 설정된 소정의 제4 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 작게 하고, 가스 터빈(10)의 회전수가 제1 회전수에 도달하면, 고압 배기 밸브(49)를 폐지하도록 하고 있다. 따라서 고압까지 가압한 압축 공기의 손실을 억제하여 가스 터빈 효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 상한치를 터빈(13)의 입구 가스 온도 또는 출구 가스 온도에 따라 설정하고 있다. 따라서 압축기(11)에 있어서의 내열 온도 이상의 온도 상승을 방지하여 안전성을 확보할 수 있다.

본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는, 가스 터빈(10)의 기동 시에 있어서의 고압 배기 밸브(49)의 개방도의 하한치를 압축기(11)에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정하고 있다. 따라서 선회 실속을 억제하는 한편, 쓸데없는 압축 공기의 손실을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 가스 터빈 기동 장치에 있어서는, 압축기(11)의 저압 추기실(25a)과 중압 추기실(25b)과 고압 추기실(25c)로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)와, 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)와, 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)에 각각 설치되는 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)와, 가스 터빈(10)이 기동할 때에 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방하는 제어 장치(50)를 설치하고 있다.

따라서 가스 터빈(10)이 기동할 때 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 고압 배기 밸브(49)를 개방하기 때문에, 동익(24)의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈(10)의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈(10)을 기동할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에 있어서는, 압축기(11)의 저압 추기실(25a)과 중압 추기실(25b)과 고압 추기실(25c)로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)를 설치하고, 저압 추기 유로(41)와 중압 추기 유로(42)와 고압 추기 유로(43)의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)를 설치하고, 저압 배기 유로(44)와 중압 배기 유로(45)와 고압 배기 유로(46)에 각각 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)를 설치하고, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 크게 하고, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 저압 배기 밸브(47)와 중압 배기 밸브(48)와 고압 배기 밸브(49)의 개방도를 작게 하도록 하고 있다.

따라서 가스 터빈(10)이 기동할 때, 예를 들어 기동용 모터에 의해 압축기(11)를 구동함으로써 공기를 압축하고, 연소기(12) 측에 압축 공기를 흘리고 있지만, 이때 압축기(11)에 있어서의 동익(24)의 부하가 커져서, 선회 실속이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 배기 밸브(47, 48, 49)의 개방도를 크게 하고, 가스 터빈(10)의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 배기 밸브(47, 48, 49)의 개방도를 작게 한다. 그러면, 동익(24)의 부하가 작아져서, 선회 실속의 발생이 억제되어 가스 터빈(10)의 기동 특성을 개선할 수 있다. 그 결과, 구조의 복잡화나 제조 비용의 증가를 억제하여 적절히 가스 터빈(10)을 기동할 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 터빈의 기동 방법 및 장치는 가스 터빈이 기동할 때 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 배기 밸브를 개방하는 것이며, 실시형태에서는 가스 터빈(10)의 기동 시, 요컨대 가스 터빈(10)이 기동하기 전에, 배기 밸브를 개방하여 두도록 구성했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 가스 터빈이 선회 실속을 발생하는 회전수나 압축 공기의 압력 등을 사전의 실험 등에 의해 구해 두고, 가스 터빈이 기동하여 선회 실속을 발생하는 회전수나 압축 공기의 압력에 도달하면, 배기 밸브를 개방하도록 해도 좋다.

11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
21: 압축기 케이싱
23: 정익
24: 동익
25: 추기실
25a: 저압 추기실(제1 추기실)
25b: 중압 추기실(제2 추기실)
25c: 고압 추기실(제3 추기실)
26: 터빈 케이싱
30: 배기실
32: 로터
41: 저압 추기 유로(제1 추기 유로)
42: 중압 추기 유로(제2 추기 유로)
43: 고압 추기 유로(제3 추기 유로)
44: 저압 배기 유로(제1 배기 유로)
45: 중압 배기 유로(제2 배기 유로)
46: 고압 배기 유로(제3 배기 유로)
47: 저압 배기 밸브(제1 배기 밸브)
48: 중압 배기 밸브(제2 배기 밸브)
49: 고압 배기 밸브(제3 배기 밸브)
50: 제어 장치

Claims

압축기와 연소기와 터빈으로 구성되고,
상기 압축기의 제1 추기실과 상기 제1 추기실보다 고압 측의 제2 추기실과 상기 제2 추기실보다 고압 측의 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고,
상기 제1 추기 유로와 상기 제2 추기 유로와 상기 제3 추기 유로의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 제1 배기 유로와 제2 배기 유로와 제3 배기 유로가 설치되고,
상기 제1 배기 유로와 상기 제2 배기 유로와 상기 제3 배기 유로에 각각 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브가 설치되는 가스 터빈에 있어서,
상기 가스 터빈이 기동할 때 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 개방하고,
상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브에 대해서, 각각 상이한 회전수에서 폐지를 개시하고, 또한 각각 상이한 회전수에서 폐지를 종료하며,
상기 제3 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제1 회전수는, 상기 제1 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제2 회전수 및 상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제3 회전수보다 낮고,
상기 제3 배기 밸브의 폐지를 개시한 후에 상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시하고,
상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시한 후에 상기 제1 배기 밸브의 폐지를 개시하는
것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 추기실은 상기 압축기의 전단으로부터 30%∼45%의 범위의 단수에 대응하여 설치되고, 상기 제2 추기실은 전단으로부터 55%∼70%의 범위의 단수에 대응하여 설치되며, 상기 제3 추기실은 전단으로부터 75%∼95%의 범위의 단수에 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가스 터빈의 기동 시에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 배기 밸브를 개방할 때의 개방도를, 상기 제1 배기 밸브 및 상기 제2 배기 밸브를 개방할 때의 개방도보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 회전수는 상기 제2 회전수보다 높은 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항에 있어서,
상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제1 회전수보다 낮은 제4 회전수에 도달하면, 상기 제3 배기 밸브의 폐지를 개시하여 소정의 개방도까지 작게 한 후에 그 상태를 유지하고, 또한 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 제1 회전수에 도달하면, 상기 제3 배기 밸브의 폐지를 또한 개시하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 상기 제3 배기 밸브의 개방도의 상한치는 상기 터빈의 입구 가스 온도 또는 출구 가스 온도에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가스 터빈의 기동 시에 있어서의 상기 제3 배기 밸브의 개방도의 하한치는 상기 압축기에 있어서의 압축 공기의 압력에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
압축기와 연소기와 터빈으로 구성되는 가스 터빈에 있어서,
상기 압축기의 제1 추기실과 상기 제1 추기실보다도 고압 측의 제2 추기실과 상기 제2 추기실보다도 고압 측의 제3 추기실로부터 추기한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제1 추기 유로와 제2 추기 유로와 제3 추기 유로가 설치되고,
상기 제1 추기 유로와 상기 제2 추기 유로와 상기 제3 추기 유로의 압축 공기를 터빈 배기계에 배기하는 제1 배기 유로와 제2 배기 유로와 제3 배기 유로와,
상기 제1 배기 유로와 상기 제2 배기 유로와 상기 제3 배기 유로에 각각 설치되는 제1 배기 밸브와 제2 배기 밸브와 제3 배기 밸브와,
상기 가스 터빈이 기동할 때에 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역에 도달하기 전에 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브를 개방하고, 상기 가스 터빈의 기동 상태가 선회 실속을 발생하는 영역을 빠져나가면, 상기 제1 배기 밸브와 상기 제2 배기 밸브와 상기 제3 배기 밸브에 대해서, 각각 상이한 회전수에서 폐지를 개시하고, 또한 각각 상이한 회전수에서 폐지를 종료하는 제어 장치를 구비하며,
상기 제3 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제1 회전수는, 상기 제1 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제2 회전수 및 상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시하는 제3 회전수보다 낮고,
상기 제3 배기 밸브의 폐지를 개시한 후에 상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시하고,
상기 제2 배기 밸브의 폐지를 개시한 후에 상기 제1 배기 밸브의 폐지를 개시하는
것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 장치.