(57)【要約】【課題】圧縮機と誘導モータとの間でのトルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑える。【解決手段】二軸ガスタービン設備は、外部系統１に電力を送受電する誘導モータ２２と、誘導モータ２２のモータロータ２２ｒの回転速度を二軸ガスタービン１０の圧縮機ロータ１１ｒの回転速度よりも低くする減速機４０と、を備える。減速機４０は、圧縮機側軸４１と、モータ側軸４２と、圧縮機側軸４１に取り付けられている第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４と、モータ側軸４２に取り付けられている第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６と、を有する。第一圧縮機側ヘリカルギア４３は第一モータ側ヘリカルギア４５と噛み合い、第二圧縮機側ヘリカルギア４４は第二モータ側ヘリカルギア４６と噛み合っている。【選択図】図１
2018035746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ロータを有し、前記圧縮機ロータの回転で空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記圧縮機ロータと機械的に連結されている高圧タービンロータを有し、前記燃焼ガスで前記高圧タービンロータが回転する高圧タービンと、
前記高圧タービンロータに連結されていない低圧タービンロータを有し、前記高圧タービンから排気された前記燃焼ガスで前記低圧タービンロータが回転する低圧タービンと、
前記低圧タービンロータの回転で発電し、交流電力が流れる外部系統と電気的に接続されている発電機と、
前記発電機と並列に前記外部系統と電気的に接続され、前記外部系統に電力を送受電する誘導モータと、
電気的接続関係で前記誘導モータと前記外部系統との間に設けられて、前記誘導モータと前記外部系統との間での電力の送受電を制御すると共に、前記誘導モータからの電力を外部系統側へ送電させる際には、前記誘導モータからの電力の周波数を前記外部系統の周波数に変換し、前記外部系統側からの電力を受電して前記誘導モータに供給させる際には、前記外部系統からの電力の周波数を前記誘導モータの周波数に変換する周波数変換器と、
前記誘導モータのモータロータの回転速度を前記圧縮機ロータの回転速度よりも低くする減速機と、
を備え、
前記減速機は、
前記圧縮機ロータと機械的に連結されている圧縮機側軸と、
前記圧縮機側軸に対して間隔をあけて平行に配置され、前記モータロータと機械的に連結されているモータ側軸と、
前記圧縮機側軸に取り付けられて前記圧縮機側軸と一体回転する第一圧縮機側ヘリカルギアと、
前記モータ側軸に取り付けられて前記モータ側軸と一体回転し、前記第一圧縮機側ヘリカルギアと噛み合っている第一モータ側ヘリカルギアと、
前記圧縮機側軸に取り付けられて前記圧縮機側軸と一体回転する第二圧縮機側ヘリカルギアと、
前記モータ側軸に取り付けられて前記モータ側軸と一体回転し、前記第二圧縮機側ヘリカルギアと噛み合っている第二モータ側ヘリカルギアと、
を有する、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記誘導モータは、前記高圧タービンロータについて予め定められた定格回転速度に前記減速機による減速比を掛けて得られる回転速度を含む回転速度域で、回転速度の変化に対してモータ出力が単調増加又は単調減少する、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項３】
請求項２に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記高圧タービンロータの前記定格回転速度は、４０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍである、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記減速機の減速比は、９／１０〜１／５である、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記第一圧縮機側ヘリカルギアの歯すじのねじれの向きに対して、前記第二圧縮機側ヘリカルギアの歯すじのねじれの向きが逆向きである、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記第一圧縮機側ヘリカルギアの歯数に対して、前記第二圧縮機側ヘリカルギアの歯数が異なる、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記減速機は、前記第一圧縮機側ヘリカルギア及び前記第二圧縮機側ヘリカルギアを前記圧縮機側軸に対して、相対回転不能に取り付け且つ前記圧縮機側軸が延びているスラスト方向に相対移動可能に取り付ける圧縮機側連結具と、前記第一モータ側ヘリカルギア及び前記第二モータ側ヘリカルギアを前記モータ側軸に対して、相対回転不能に取り付け且つ前記モータ側軸が延びているスラスト方向に相対移動可能に取り付けるモータ側連結具とのうち、一方の連結具を有する、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記圧縮機ロータと前記圧縮機側軸とを機械的に連結するカップリングを備え、
前記カップリングは、前記圧縮機ロータのスラスト方向と前記圧縮機ロータのラジアル方向とのうち、少なくとも一方向における前記圧縮機ロータの変位を吸収する変位吸収部を有する、
二軸ガスタービン発電設備。
【請求項９】
請求項８に記載の二軸ガスタービン発電設備において、
前記カップリングは、ダイヤフラムカップリングである、
二軸ガスタービン発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二軸ガスタービンと発電機とを備える二軸ガスタービン発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
二軸ガスタービン発電設備としては、例えば、以下の特許文献１に記載されている設備がある。この二軸ガスタービン発電設備は、二軸ガスタービンと、発電機と、モータと、周波数変換器と、を備える。この特許文献１に記載されている二軸ガスタービン設備では、圧縮機ロータとモータのモータロータとを、必要に応じて減速機を介して機械的に連結している。
【０００３】
二軸ガスタービンは、空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼ガスで駆動する高圧タービンと、高圧タービンから排気された排気ガスで駆動する低圧タービンと、を備える。高圧タービンのロータと圧縮機ロータと互いに機械的に連結されている。また、低圧タービンのロータと発電機のロータとは、互いに機械的に連結されている。但し、高圧タービンのロータと低圧タービンのロータとは、機械的に連結されていない。また、前述したように、減速機を介して、圧縮機ロータとモータのモータロータとを機械的に連結する場合、この減速機は、モータロータの回転速度を圧縮機ロータの回転速度よりも低くする役目を担う。このように、減速機を用いてモータロータの回転速度を抑えることで、モータとして汎用モータを用いることができ、設備コストを抑えることができる。
【０００４】
二軸ガスタービン発電設備に対する要求出力が急激に増加した場合、燃焼器に供給する燃料の流量を増加させて、発電機の出力を高めても、要求出力の急増に対して発電機出力が追従できない場合がある。そこで、特許文献１に記載の技術では、モータを一時的に発電機として利用し、モータで発電された電力で、要求出力に対する発電機出力の不足分をモータからの出力で補う。また、二軸ガスタービン発電設備に対する要求出力が急激に減少した場合、燃焼器に供給する燃料の流量を減少させて、発電機の出力を低めても、要求出力の急減に対して発電機出力が追従できない場合がある。そこで、特許文献１に記載の技術では、要求出力に対する発電機出力の余剰分を、外部系統を介してモータに与える。よって、特許文献１に記載の技術では、モータが圧縮機側からトルクを受ける場合と、モータが圧縮機側にトルクを与える場合とがある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、要求出力の急増や急減等の場合に、モータと圧縮機との間でのトルク伝達の向きが変わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２０７７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
減速機は、一般的に複数のギアを備えている。互いに噛み合う一対のギア間には、バックラッシと呼ばれる隙間がある。上記特許文献１に記載の二軸ガスタービン設備が減速機を備え、仮に、この減速機が複数の平歯車を有している場合、モータと圧縮機との間でのトルク伝達の向きが変わったとき、バックラッシの存在により、トルク伝達の応答性が低下する。ガスタービン発電設備の分野では、要求出力の急変時における応答性の確保が重要な課題である。
【０００７】
そこで、本発明は、モータに求められる許容最高回転速度を抑えつつも、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑えることができる二軸ガスタービン発電設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための発明に係る一態様としての二軸ガスタービン発電設備は、圧縮機ロータを有し、前記圧縮機ロータの回転で空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気中で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記圧縮機ロータと機械的に連結されている高圧タービンロータを有し、前記燃焼ガスで前記高圧タービンロータが回転する高圧タービンと、前記高圧タービンロータに連結されていない低圧タービンロータを有し、前記高圧タービンから排気された前記燃焼ガスで前記低圧タービンロータが回転する低圧タービンと、前記低圧タービンロータの回転で発電し、交流電力が流れる外部系統と電気的に接続されている発電機と、前記発電機と並列に前記外部系統と電気的に接続され、前記外部系統に電力を送受電する誘導モータと、電気的接続関係で前記誘導モータと前記外部系統との間に設けられて、前記誘導モータと前記外部系統との間での電力の送受電を制御すると共に、前記誘導モータからの電力を外部系統側へ送電させる際には、前記誘導モータからの電力の周波数を前記外部系統の周波数に変換し、前記外部系統側からの電力を受電して前記誘導モータに供給させる際には、前記外部系統からの電力の周波数を前記誘導モータの周波数に変換する周波数変換器と、前記誘導モータのモータロータの回転速度を前記圧縮機ロータの回転速度よりも低くする減速機と、を備える。前記減速機は、前記圧縮機ロータと機械的に連結されている圧縮機側軸と、前記圧縮機側軸に対して間隔をあけて平行に配置され、前記モータロータと機械的に連結されているモータ側軸と、前記圧縮機側軸に取り付けられて前記圧縮機側軸と一体回転する第一圧縮機側ヘリカルギアと、前記モータ側軸に取り付けられて前記モータ側軸と一体回転し、前記第一圧縮機側ヘリカルギアと噛み合っている第一モータ側ヘリカルギアと、前記圧縮機側軸に取り付けられて前記圧縮機側軸と一体回転する第二圧縮機側ヘリカルギアと、前記モータ側軸に取り付けられて前記モータ側軸と一体回転し、前記第二圧縮機側ヘリカルギアと噛み合っている第二モータ側ヘリカルギアと、を有する。
【０００９】
当該二軸ガスタービン発電設備では、減速機のギアとしてヘリカルギアを用いているので、例えば、減速機のギアとして平歯車を用いる場合よりも、圧縮機側軸とモータ側軸との間でトルク伝達の向きが変わったときの圧縮機側のギアとモータ側のギアとが接触するまでの時間を短くすることができる。よって、当該二軸ガスタービン発電設備では、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑えることができる。
【００１０】
ここで、前記二軸ガスタービン発電設備において、前記誘導モータは、前記高圧タービンロータについて予め定められた定格回転速度に前記減速機による減速比を掛けて得られる回転速度を含む回転速度域で、回転速度の変化に対してモータ出力が単調増加又は単調減少する特性を持つモータであってもよい。
【００１１】
当該二軸ガスタービン発電設備では、誘導モータを発電機として機能させている状態とモータとして機能させている状態との間で機能切替を行う際のモータ出力の管理を容易に行うことができる。
【００１２】
また、前記二軸ガスタービン発電設備において、前記高圧タービンロータの前記定格回転速度は、４０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍであってもよい。
【００１３】
また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記減速機の減速比は、９／１０〜１／５であってもよい。また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記減速機の減速比は、前記モータロータの回転速度を発電機の回転速度にする減速比であってもよい。
【００１４】
また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記第一圧縮機側ヘリカルギアの歯すじのねじれの向きに対して、前記第二圧縮機側ヘリカルギアの歯すじのねじれの向きが逆向きであってもよい。
【００１５】
当該二軸ガスタービン発電設備では、第一圧縮機側ヘリカルギアと第一モータ側ヘリカルギアとの間で生じたスラスト力の少なくとも一部を、第二圧縮機側ヘリカルギアと第二モータ側ヘリカルギアとの間で生じたスラスト力で打ち消すことができる。
【００１６】
また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記第一圧縮機側ヘリカルギアの歯数に対して、前記第二圧縮機側ヘリカルギアの歯数が異なってもよい。
【００１７】
当該二軸ガスタービン発電設備では、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れをより抑えることができる。
【００１８】
また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記減速機は、前記第一圧縮機側ヘリカルギア及び前記第二圧縮機側ヘリカルギアを前記圧縮機側軸に対して、相対回転不能に取り付け且つ前記圧縮機側軸が延びているスラスト方向に相対移動可能に取り付ける圧縮機側連結具と、前記第一モータ側ヘリカルギア及び前記第二モータ側ヘリカルギアを前記モータ側軸に対して、相対回転不能に取り付け且つ前記モータ側軸が延びているスラスト方向に相対移動可能に取り付けるモータ側連結具とのうち、一方の連結具を有してもよい。
【００１９】
当該二軸ガスタービン発電設備では、圧縮機側軸のスラスト方向の移動に対して、モータ側軸及びモータロータのスラスト方向の移動を抑えることができる。
【００２０】
また、以上のいずれかの前記二軸ガスタービン発電設備において、前記圧縮機ロータと前記圧縮機側軸とを機械的に連結するカップリングを備え、前記カップリングは、前記圧縮機ロータのスラスト方向と前記圧縮機ロータのラジアル方向とのうち、少なくとも一方向における前記圧縮機ロータの変位を吸収する変位吸収部を有してもよい。
【００２１】
当該二軸ガスタービン発電設備では、圧縮機ロータの端部がスラスト方向又はラジアル方向に変位しても、この変位をカップリングにより吸収することができる。
【００２２】
また、前記カップリングは、ダイヤフラムカップリングであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一態様によれば、モータに求められる許容最高回転速度を抑えつつも、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る一実施形態における二軸ガスタービン発電設備の系統図である。
【図２】本発明に係る一実施形態における減速機の斜視図である。
【図３】本発明に係る一実施形態における第一モータ側ヘリカルギアの模式的な平面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明に係る一実施形態におけるダイヤフラムカップリングの模式的断面図である。
【図７】本発明に係る一実施形態における、急激に増加する要求出力を受け付けたときの出力変化を示す説明図である。
【図８】比較例における、急激に増加する要求出力を受け付けたときの出力変化を示す説明図である。
【図９】本発明に係る一実施形態の変形例における減速機の模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る二軸ガスタービン発電設備の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態の二軸ガスタービン発電設備は、図１に示すように、二軸ガスタービン１０と、発電機２１と、誘導モータ２２と、誘導モータ２２と外部系統１との間での電力の送受電を制御する周波数変換器２４と、減速機４０と、制御装置５０と、を備える。
【００２７】
二軸ガスタービン１０は、空気Ａを圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１１と、圧縮空気中で燃料Ｆを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、燃焼器１２に供給する燃料Ｆの流量を調節する燃料調節弁１５と、燃焼器１２からの燃焼ガスで駆動する高圧タービン１３と、高圧タービン１３から排気された燃焼ガスで駆動する低圧タービン１４と、を備える。
【００２８】
圧縮機１１は、第一軸線Ａ１を中心として回転する圧縮機ロータ１１ｒと、この圧縮機ロータ１１ｒを覆う圧縮機ケーシング１１ｃと、を有する。高圧タービン１３は、第一軸線Ａ１を中心として回転する高圧タービンロータ１３ｒと、この高圧タービンロータ１３ｒを覆う高圧タービンケーシング１３ｃと、を有する。圧縮機ロータ１１ｒ及び高圧タービンロータ１３ｒは、いずれも、第一軸線Ａ１上に位置し、互いに連結されて第一ロータ１７を構成する。低圧タービン１４は、第二軸線Ａ２を中心として回転する低圧タービンロータ１４ｒと、低圧タービンロータ１４ｒを覆う低圧タービンケーシング１４ｃと、を有する。燃焼器１２は、燃料供給源と燃料ライン１６で接続されている。この燃料ライン１６には、燃料調節弁１５が設けられている。
【００２９】
誘導モータ２２は、第一軸線Ａ１と平行な第三軸線Ａ３を中心として回転するモータロータ２２ｒと、モータロータ２２ｒを覆うモータケーシング２２ｃと、を有する。モータロータ２２ｒは、減速機４０を介して、圧縮機ロータ１１ｒと機械的に連結されている。
【００３０】
減速機４０は、圧縮機ロータ１１ｒの回転速度よりもモータロータ２２ｒの回転速度を低くする。具体的には、減速機４０は、圧縮機ロータ１１ｒ及び高圧タービンロータ１３ｒの定格回転数が４０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍの場合、例えば、この定格回転数に対してモータロータ２２ｒの回転速度を３６００ｒｐｍ〜１６００ｒｐｍ程度にする。よって、この減速機４０の減速比は、例えば、９／１０〜１／５程度である。
【００３１】
減速機４０は、圧縮機側軸４１と、モータ側軸４２と、第一圧縮機側ヘリカルギア４３と、第一モータ側ヘリカルギア４５と、第二圧縮機側ヘリカルギア４４と、第二モータ側ヘリカルギア４６と、を有する。圧縮機側軸４１は、第一ダイヤフラムカップリング２５を介して、圧縮機ロータ１１ｒと機械的に連結されている。この圧縮機側軸４１は、圧縮機ロータ１１ｒの延長線上に位置し、実質的に第一軸線Ａ１を中心として回転する。モータ側軸４２は、モータロータ２２ｒに直結されている。このモータ側軸４２は、モータロータ２２ｒの延長線上に位置し、第三軸線Ａ３を中心として回転する。よって、このモータ側軸４２は、圧縮機側軸４１に対して間隔をあけて平行に配置されている。第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４は、いずれも、圧縮機側軸４１に取り付けられて圧縮機側軸４１と一体回転する。第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６は、いずれも、モータ側軸４２に取り付けられてモータ側軸４２と一体回転する。第一圧縮機側ヘリカルギア４３は、第一モータ側ヘリカルギア４５と噛み合っている。また、第二圧縮機側ヘリカルギア４４は、第二モータ側ヘリカルギア４６と噛み合っている。
【００３２】
発電機２１は、第二軸線Ａ２を中心として回転する発電機ロータ２１ｒと、発電機ロータ２１ｒを覆う発電機ケーシング２１ｃと、を有する。この発電機２１は、同期発電機である。この発電機２１の定格回転速度は、例えば、３０００ｒｐｍ又は３６００ｒｐｍである。この減速機４０は、発電機２１の回転速度が定格回転速度の場合、モータロータ２２ｒの回転速度を同期発電機２１の定格回転数（３０００ｒｐｍ又は３６００ｒｐｍ）程度にする。発電機ロータ２１ｒ及び低圧タービンロータ１４ｒは、いずれも、第二軸線Ａ２上に位置し、第二ダイヤフラムカップリング２６を介して互いに連結されて、第二ロータ１８を構成する。この第二ロータ１８は、第一ロータ１７に連結されていない。このため、第二ロータ１８は、第一ロータ１７の回転とは独立して回転することが可能である。
【００３３】
発電機２１は、主電力経路３１により外部系統１と電気的に接続されている。この主電力経路３１には、変圧器３２及び遮断器３３が設けられている。誘導モータ２２は、発電機２１と並列に、副電力経路３４により外部系統１と電気的に接続されている。この副電力経路３４には、周波数変換器２４、変圧器３５及び遮断器３６が設けられている変圧器３５及び遮断器３６は、周波数変換器２４よりも外部系統１側に設けられている。
【００３４】
周波数変換器２４は、誘導モータ２２からの電力を外部系統１側へ送電させる際、誘導モータ２２からの電力の周波数を外部系統１の周波数に変換する。また、この周波数変換器２４は、外部系統１側からの電力を受電して誘導モータ２２に供給させる際、外部系統１の電力の周波数を誘導モータ２２の周波数に変換する。よって、誘導モータ２２は、第一ロータ１７を回転させるモータとしての機能と、発電機としての機能とを担っている。このため、誘導モータ２２は、モータとしての機能を担っている状態から発電機としての機能を担う状態に切り替えられると共に、発電機としての機能を担っている状態からモータとしての機能を担う状態に切り替えられる。このように、機能切替がある誘導モータ２２では、切替時におけるモータ出力がモータ回転速度の変化に対してリニアに変化する方がモータ出力管理の上で好ましい。誘導モータ２２の機能切替は、発電機２１が外部系統１に電力を送っているモード（以下、このモードを発電モードという）のときに生じる。そこで、本実施形態では、誘導モータ２２として、発電モードにおける誘導モータ２２の回転速度範囲で、モータ回転速度の変化に対してモータ出力が単調減少する、又はモータ出力が単調増加する特性のモータを用いている。具体的に、発電モードにおいて、圧縮機ロータ１１ｒの回転速度が６０００ｒｐｍ程度で、そのときのモータロータ２２ｒの回転速度が例えば３０００ｒｐｍ程度である場合、３０００ｒｐｍ±２０%の回転速度範囲で、モータ回転速度の変化に対してモータ出力が単調に減少、又は単調に増加する特性のモータを用いることが好ましい。
【００３５】
制御装置５０は、各種計器からの出力や外部からの各種情報等を受け付ける受付部５１と、各種判断を行う判断部５２と、燃料調節弁１５の開度を制御する燃料制御部５４と、周波数変換器２４を制御する変換制御部５３と、を有する。
【００３６】
制御装置５０は、コンピュータで構成される。受付部５１及び各制御部５３，５４は、コンピュータの入出力インタフェースと、各種演算を行うＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムが格納されているメモリ等で構成される。判断部５２は、コンピュータのＣＰＵ及びメモリ等で構成される。
【００３７】
ヘリカルギアは、図２に示すように、このヘリカルギアの軸線に対して歯すじが斜めにねじって形成されたギアである。第一圧縮機側ヘリカルギア４３と噛み合っている第一モータ側ヘリカルギア４５の歯すじのねじれの向きは、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯すじのねじれの向きと逆向きである。また、第二圧縮機側ヘリカルギア４４と噛み合っている第二モータ側ヘリカルギア４６の歯すじのねじれの向きは、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯すじのねじれの向きと逆向きである。また、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯すじのねじれの向きは、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯すじのねじれの向きと逆向きである。よって、第二モータ側ヘリカルギア４６の歯すじのねじれの向きは、第一モータ側ヘリカルギア４５の歯すじのねじれの向きと逆向きである。但し、４つのヘリカルギアの歯すじのねじれ角度は、互いに同一である。
【００３８】
第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数は、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数と同じである。第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数は、第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数と同じである。なお、圧縮機ロータ１１ｒの回転速度が６０００ｒｐｍ程度で、モータロータ２２ｒの回転速度を３０００ｒｐｍ程度にする場合、第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数は、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数の２倍程度あり、第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数は、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数の２倍程度ある。
【００３９】
第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６の軸挿通孔の内周面には、第三軸線Ａ３に対して径方向外側に向かって凹み、軸線方向に延びるキー溝４５ｃが形成されている。また、モータ側軸４２の外周面には、第三軸線Ａ３に対して径方向内側に向って凹み、軸線方向に延びるキー溝４２ｃが形成されている。第一モータ側ヘリカルギア４５のキー溝４５ｃ、第二モータ側ヘリカルギア４６のキー溝４５ｃ、及びモータ側軸４２のキー溝４２ｃには、一つのキー（モータ側連結具）４７が挿入されている。このキー構造により、第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６は、いずれも、モータ側軸４２に対して相対回転不能で且つ第三軸線Ａ３が延びている軸線方向（スラスト方向）に相対移動可能に、モータ側軸４２に取り付けられている。なお、本実施形態では、第二モータ側ヘリカルギア４６は、第一モータ側ヘリカルギア４５に対して、軸線方向に相対移動不能に連結されている。
【００４０】
第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４は、いずれも、圧縮機側軸４１に対して相対回転不能で且つ第一軸線Ａ１が延びている軸線方向に相対移動不能に、圧縮機側軸４１に取り付けられている。第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４を以上のように圧縮機側軸４１に取り付けるためには、例えば、前述のキー構造を採用すると共に、抜け止めナット等を圧縮機側軸４１に捩じ込む方法等がある。
【００４１】
第一ダイヤフラムカップリング２５及び第二ダイヤフラムカップリング２６は、いずれも、図６に示すように、一対のフランジ２５ｆと、センターチューブ２５ｃと、を有する。センターチューブ２５ｃは、一対のフランジ２５ｆ間に配置され、一対のフランジ２５ｆを相互に連結する。このセンターチューブ（変位吸収部）２５ｃは、ねじれ剛性が高い一方で、曲げ、圧縮に対して柔らかい構造物である。このため、減速機４０の圧縮機側軸４１と圧縮機ロータ１１ｒとを第一ダイヤフラムカップリング２５を用いて連結すると、圧縮機側軸４１のトルクを実質的に無駄なく圧縮機ロータ１１ｒに伝達することができる。また、圧縮機ロータ１１ｒが熱伸びして、圧縮機ロータ１１ｒの端の位置が変位した場合、又は圧縮機ロータ１１ｒに対して圧縮機側軸４１がラジアル方向にズレている場合、この第一ダイヤフラムカップリング２５により、これらの変位等を吸収することができる。また、第二ロータ１８と発電機ロータ２１ｒとを第二ダイヤフラムカップリング２６を用いて連結すると、第二ロータ１８のトルクを実質的に無駄なく発電機ロータ２１ｒに伝達することができる。また、第二ロータ１８が熱伸びして、第二ロータ１８の端の位置が変位した場合、又は第二ロータ１８に対して発電機ロータ２１ｒがラジアル方向にズレている場合、この第二ダイヤフラムカップリング２６により、これらの変位等を吸収することができる。
【００４２】
なお、ここでは、ダイヤフラムカップリグを用いているが、軸又はロータの伸びや、軸又はロータのズレ等を吸収することができるカップリングであれば、特にダイヤプラムカップリングでなくてもよい。
【００４３】
次に、以上で説明した二軸ガスタービン発電設備の動作について説明する。
【００４４】
図１に示すように、二軸ガスタービン１０の圧縮機１１は、空気Ａを圧縮し、圧縮した空気Ａを燃焼器１２に供給する。燃焼器１２には、圧縮された空気Ａの他、燃料Ｆも供給される。燃焼器１２内では、圧縮された空気Ａ中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼器１２から高圧タービンケーシング１３ｃ内に送られ、高圧タービンロータ１３ｒを回転させる。この高圧タービン１３で発生した回転駆動力は、圧縮機ロータ１１ｒの回転に利用される。高圧タービンロータ１３ｒを回転させた燃焼ガスは、高圧タービンケーシング１３ｃから排気され、低圧タービンケーシング１４ｃ内に流入する。この燃焼ガスは、低圧タービンロータ１４ｒを回転させる。この低圧タービンロータ１４ｒの回転で、この低圧タービンロータ１４ｒと連結されている発電機ロータ２１ｒも回転する。この結果、発電機２１は発電する。発電機２１からの電力は、主電力経路３１を経て、外部系統１に送られる。
【００４５】
制御装置５０の受付部５１に起動指令が入力すると、制御装置５０の変換制御部５３は、二軸ガスタービン１０が発電モードに移行するまで、例えば、予め定められた起動パターンで、周波数変換器２４を制御する。また、制御装置５０の燃料制御部５４は、二軸ガスタービン１０が発電モードに移行するまで、例えば、予め定められた起動パターンで、燃料調節弁１５の開度を制御する。
【００４６】
具体的に、変換制御部５３は、周波数変換器２４に、外部系統１から電力を受電させ、この電力を誘導モータ２２に送らせる。この際、周波数変換器２４は、変換制御部５３からの指示に従い、誘導モータ２２に送る電力の周波数を徐々に上げる。この結果、二軸ガスタービン１０の第一ロータ１７が回転し始め、この第一ロータ１７の回転速度が徐々に高まる。第一ロータ１７の回転速度が所定の回転速度以上になると、燃料制御部５４は、燃料調節弁１５を開け、この燃料調節弁１５の開度を徐々に大きくする。この結果、燃焼器１２への燃料供給が開始され、燃焼器１２への燃料供給量が次第に増加する。この際、圧縮機ロータ１１ｒも所定の回転速度以上で回転しているため、圧縮機１１は、空気Ａを圧縮し、圧縮空気を燃焼器１２に供給する。圧縮機ロータ１１ｒの回転速度の高まりに伴って、この圧縮空気に圧力が高まると共に、燃焼器１２に供給される圧縮空気の流量も増加する。燃焼器１２内では、圧縮空気中で燃料Ｆが燃焼して、高温高圧の燃焼ガスが生成される。この燃焼ガスは、燃焼器１２から高圧タービンケーシング１３ｃ内に送られ、高圧タービンロータ１３ｒを回転させる。この高圧タービン１３で発生した回転駆動力は、圧縮機ロータ１１ｒの回転に利用される。高圧タービンロータ１３ｒを回転させた燃焼ガスは、高圧タービンケーシング１３ｃから排気され、低圧タービンケーシング１４ｃ内に流入する。この燃焼ガスは、低圧タービンロータ１４ｒを回転させる。
【００４７】
燃料供給量の増加に伴って、燃焼器１２での燃焼ガスの発生量が増加し、高圧タービンロータ１３ｒの回転速度が高まると、高圧タービンロータ１３ｒ及び圧縮機ロータ１１ｒを含む第一ロータ１７が自立回転できるようになる。この状態になると、外部系統１から誘導モータ２２への電力供給が終了する。その後も、燃料供給量が増加し、第一ロータ１７及び第二ロータ１８の回転速度がさらに高まる。第二ロータ１８の回転速度、すなわち、低圧タービンロータ１４ｒの回転速度及び発電機ロータ２１ｒの回転速度が、例えば、３０００ｒｐｍに達すると、遮断器３３が閉じ、発電機２１が外部系統１に併入される。この結果、発電機ロータ２１ｒの回転で発生した電力は、外部系統１へ送られる。
【００４８】
発電機２１が外部系統１に併入されると、二軸ガスタービン１０の起動モードが終了し、発電モードに移行する。
【００４９】
発電モードでは、制御装置５０は、基本的に、外部からの要求出力ＤＰ等に応じて、周波数変換器２４及び燃料調節弁１５等を制御する。
【００５０】
二軸ガスタービン１０の出力変化率、つまり発電機２１の出力変化率に対して、高圧タービン１３及び低圧タービン１４の保護等の観点から最大出力変化率ｄＧＰｍａｘが定められている。なお、ここでの出力変化率とは、出力の単位時間当たりの変化量である。この最大出力変化率ｄＧＰｍａｘには、出力が増加する際の正の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘと、出力が低下する際の負の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘとがある。また、要求出力変化率ｄＤＰにも、要求出力ＤＰが増加する際の正の要求出力変化率ｄＤＰと、要求出力ＤＰが低下する際の負の要求出力変化率ｄＤＰとがある。
【００５１】
要求出力変化率ｄＤＰが０の場合、つまり要求出力ＤＰが変化しない場合、燃料制御部５４は、発電機出力ＧＰが要求出力ＤＰに合った出力になるよう、燃料流量を定め、この燃料流量に応じた開度を燃料調節弁１５に指示する。要求出力変化率ｄＤＰの絶対値が発電機２１の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘの絶対値以下の場合、燃料制御部５４は、発電機出力ＧＰの変化率が要求出力変化率ｄＤＰに合うよう、燃料流量を定め、この燃料流量に応じた開度を燃料調節弁１５に指示する。要求出力変化率ｄＤＰの絶対値が発電機２１の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘの絶対値より大きい場合、燃料制御部５４は、発電機出力ＧＰの変化率が発電機出力ＧＰの最大出力変化率ｄＧＰｍａｘに合うよう、燃料流量を定め、この燃料流量に応じた開度を燃料調節弁１５に指示する。但し、燃料制御部５４は、要求出力変化率ｄＤＰの絶対値と発電機２１の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘの絶対値との大小関係を比較せずに、まず、発電機出力ＧＰが要求出力ＤＰにあった出力になるよう、燃料流量を定める。燃料制御部５４は、その後、この燃料流量の変化率に制限をかけ、制限された燃料流量に応じた開度を燃料調節弁１５に指示する。
【００５２】
制御装置５０の判断部５２は、要求出力変化率ｄＤＰの絶対値が発電機２１の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘの絶対値より大きいか否かを判断する。判断部５２は、要求出力変化率ｄＤＰの絶対値が発電機２１の最大出力変化率ｄＧＰｍａｘの絶対値より大きいと判断すると、判断部５２は、受付部５１が受け付けた要求出力ＤＰの変化率ｄＤＰが正であるか否か、つまり要求出力ＤＰが急増か急減かを判断し、この結果を変換制御部５３に通知する。
【００５３】
要求出力ＤＰが急増である場合、変換制御部５３は、周波数変換器２４により、誘導モータ２２からの電力ＭＰを外部系統１に送電させる。この際、変換制御部５３は、図７に示すように、要求出力ＤＰの受付後の各時刻における発電機出力ＧＰと、同時刻における誘導モータ２２から外部系統１へ送電する電力ＭＰとを加算した値（＝ＧＰ＋ＭＰ）が、同時刻における要求出力ＤＰになるよう、周波数変換器２４により、誘導モータ２２から外部系統１に送電する電力ＭＰを制御させる。このため、要求出力ＤＰが急増である場合、誘導モータ２２から外部系統１へ送電する電力ＭＰは、当初、時間経過に伴って増加する。誘導モータ２２が送受電する電力ＭＰのエネルギー源は、第一ロータ１７及びこの第一ロータ１７に機械的に連結されている回転系の回転慣性エネルギーである。このため、誘導モータ２２が送受電する電力量には限度がある。よって、誘導モータ２２から外部系統１へ送電する電力ＭＰは、当初増加し、誘導モータ２２の最大許容出力ＭＰｍａｘになった後、減少する。
【００５４】
このように、要求出力ＤＰの急増に対して発電機出力ＧＰが追従できない場合、本実施形態では、誘導モータ２２を一時的に発電機として利用し、誘導モータ２２で発電された電力ＭＰで、要求出力ＤＰに対する発電機出力ＧＰの不足分を誘導モータ２２からの電力ＭＰで補う。
【００５５】
要求出力ＤＰが急減である場合、変換制御部５３は、周波数変換器２４により、外部系統１から受電した電力ＭＰを誘導モータ２２へ供給させる。この際、変換制御部５３は、要求出力ＤＰの受付後の各時刻における発電機出力ＧＰと、同時刻における外部系統１から受電し誘導モータ２２へ供給する電力（この場合、電力値は負の値である）ＭＰとを加算した値（＝ＧＰ＋ＭＰ（＜０））が、同時刻における要求出力ＤＰになるよう、周波数変換器２４により、誘導モータ２２に供給する電力ＭＰを制御させる。このため、要求出力ＤＰが急減である場合、外部系統１から受電し誘導モータ２２へ供給する電力ＭＰは、当初増加し、誘導モータ２２の最大許容出力ＭＰｍａｘになった後、減少する。
【００５６】
このように、要求出力ＤＰの急減に対して発電機出力ＧＰが追従できない場合、本実施形態では、外部系統１からの電力ＭＰを誘導モータ２２に供給し、要求出力ＤＰに対する発電機出力ＧＰの余剰分を、外部系統１を介して誘導モータ２２に与える。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、誘導モータ２２が圧縮機側からトルクを受ける場合と、誘導モータ２２が圧縮機側にトルクを与える場合とがある。すなわち、本実施形態では、誘導モータ２２と圧縮機との間でのトルク伝達の向きが変わる。
【００５８】
本実施形態では、誘導モータ２２の許容最高回転速度を抑えるために、誘導モータ２２と圧縮機１１との間に減速機４０を介在させている。減速機における互いに噛み合う一対のギア間には、バックラッシと呼ばれる隙間がある。仮に、減速機が複数の平歯車を備えている場合、誘導モータ２２と圧縮機１１との間でのトルク伝達の向かが変わったとき、バックラッシの存在により、トルク伝達の応答性が低下する。
【００５９】
本実施形態の減速機４０は、複数のギアとして、ヘリカルギアを用いている。互いに噛み合っている一対のヘリカルギアとは、図３及び図４に示すように、常に、各ヘリカルギアの中心軸線を含む仮想平面ＶＰ内で点接触している。すなわち、本実施形態において、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の複数の歯面のうち、仮想平面ＶＰを横切る歯面の一点と、第一モータ側ヘリカルギア４５の複数の歯面のうち、仮想平面ＶＰを横切る歯面の一点とが常に点接触している。
【００６０】
仮に、第一圧縮機側ヘリカルギア４３から第一モータ側ヘリカルギア４５へトルクを伝達しているとする。そして、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の複数の歯のうちの第一歯（以下、第一圧縮機側歯とする）４３ｔ１が第一モータ側ヘリカルギア４５の複数の歯のうちの第一歯（以下、第一モータ側歯とする）４５ｔ１と第二歯（以下、第二モータ側歯とする）４５ｔ２との間に位置しているとする。さらに、第一圧縮機側歯４３ｔ１の回転側歯面４３ｔ１ａの一点と第二モータ側歯４５ｔ２の反回転側歯面４５ｔ２ｂの一点とが、共に仮想平面ＶＰ上に位置し、互いに接触しているとする。この場合、第一圧縮機側歯４３ｔ１の反回転側歯面４３ｔ１ｂと第一モータ側歯４５ｔ１の回転側歯面４５ｔ１ａとの間にバックラッシと呼ばれる隙間Ｇ０が存在する。
【００６１】
以上の場合、第一圧縮機側ヘリカルギア４３と第一モータ側ヘリカルギア４５とは、第一圧縮機側歯４３ｔ１の回転側歯面４５ｔ１ａと第二モータ側歯４５ｔ２の反回転側歯面４５ｔ２ｂとの接触点ＣＰを除いて接触していない。よって、以上の場合、図３及び図５に示すように、第一モータ側ヘリカルギア４５の複数の歯のうち、仮想平面ＶＰ内で接触点ＣＰから、軸線方向にズレた位置に存在する第ｘ歯（以下、第ｘモータ側歯とする）４５ｔｘは、第一圧縮機側ヘリカルギア４３のいずれの歯とも接触していない。ここで、第一モータ側ヘリカルギア４５の複数の歯のうち、第ｘモータ側歯４５ｔｘに対して反回転側に隣接している歯を第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）とし、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の複数の歯のうち、第一モータ側ヘリカルギア４５の第ｘモータ側歯４５ｔｘと第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）との間に存在する歯を第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）とする。第ｘモータ側歯４５ｔｘの反回転側歯面４５ｔｘｂと第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）の回転側歯面４３ｔ（ｘ-1）ａとの間には、隙間が存在する。さらに、第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）の反回転側歯面４３ｔ（ｘ-1）ｂと第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）の回転側歯面４５ｔ（ｘ-1）ａとの間にも隙間Ｇ１が存在する。これらの隙間Ｇ１寸法は、前述のバックラッシＧ０の寸法よりも小さい。
【００６２】
以上の状態のときに、トルク伝達の向きが第一モータ側ヘリカルギア４５から第一圧縮機側ヘリカルギア４３へ変わったとする。第一モータ側ヘリカルギア４５から第一圧縮機側ヘリカルギア４３へトルクを伝達する場合、第一モータ側ヘリカルギア４５の回転側歯面４５ｔａと第一圧縮機側ヘリカルギア４３の反回転側歯面４３ｔｂとが点接触することになる。すなわち、第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）の回転側歯面４５ｔ（ｘ-1）ａと第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）の反回転側歯面４３ｔ（ｘ-1）ｂとが点接触することになる。前述したように、トルク伝達の向きが変わる直前において、第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）の反回転側歯面４３ｔ（ｘ-1）ｂと第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）の回転側歯面４５ｔ（ｘ-1）ａとの間の隙間Ｇ１寸法は、バックラッシＧ０の寸法よりも小さい。このため、第（ｘ−１）圧縮機側歯４３ｔ（ｘ-1）の反回転側歯面４３ｔ（ｘ-1）ｂと第（ｘ−１）モータ側歯４５ｔ（ｘ-1）の回転側歯面４５ｔ（ｘ-1）ａとが接触するまでの時間は短くなる。
【００６３】
よって、本実施形態では、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑えることができる。
【００６４】
ところで、ヘリカルギアは、前述したように、軸線に対して歯すじが斜めにねじって形成されたギアである。このため、互いに噛み合っている一対のヘリカルギア間には、図３に示すように、軸線に対して傾斜した力Ｆが作用する。よって、一対のヘリカルギア間には、この力の分力のうち、軸線方向の力、つまりスラスト力が作用する。ヘリカルギアが設けられている軸を受ける軸受は、一対のヘリカルギア間に作用するスラスト力を受ける必要がある。
【００６５】
本実施形態では、互いに噛み合っている第一圧縮機側ヘリカルギア４３と第一モータ側ヘリカルギア４５との他に、互いに噛み合っている第二圧縮機側ヘリカルギア４４と第二モータ側ヘリカルギア４６を設けている。しかも、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯すじのねじれの向きに対して第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯すじのねじれの向きが逆向きであり、第一モータ側ヘリカルギア４５の歯すじのねじれの向きに対して第二モータ側ヘリカルギア４６の歯すじのねじれの向きが逆向きである。このため、本実施形態では、互いに噛み合っている第一圧縮機側ヘリカルギア４３と第一モータ側ヘリカルギア４５との間に作用するスラスト力に対して、互いに噛み合っている第二圧縮機側ヘリカルギア４４と第二モータ側ヘリカルギア４６との間に作用するスラスト力が逆向きになる。よって、本実施形態では、第一圧縮機側ヘリカルギア４３と第一モータ側ヘリカルギア４５との間に作用するスラスト力は、第二圧縮機側ヘリカルギア４４と第二モータ側ヘリカルギア４６との間に作用するスラスト力により打ち消される。このため、本実施形態では、減速機４０の圧縮機側軸４１及びモータ側軸４２を受ける軸受の簡略化、又は小型化を図ることができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態の減速機４０は、二対のヘリカルギアを有する。前述したように、誘導モータ２２が送受電する電力ＭＰのエネルギー源は、第一ロータ１７及びこの第一ロータ１７に機械的に連結されている回転系の回転慣性エネルギーである。本実施形態では、この回転系に二対のヘリカルギアが含まれる。よって、本実施形態では、モータロータ２２ｒと圧縮機ロータ１１ｒとを直結した場合や減速機が一対のヘリカルギアのみを有する場合よりも、回転系の回転慣性エネルギーが大きくなる。
【００６７】
ここで、モータロータ２２ｒと圧縮機ロータ１１ｒとが直結されれている二軸ガスタービン発電設備を比較例とし、この比較例で要求出力ＤＰが急増した場合の出力変化について、図８を参照して説明する。
【００６８】
比較例でも、上記実施形態と同様に、要求出力ＤＰが急増すると、誘導モータ２２からの電力ＭＰが外部系統１に送電される。誘導モータ２２が送受電する電力ＭＰのエネルギー源は、前述したように、第一ロータ１７及びこの第一ロータ１７に機械的に連結されている回転系の回転慣性エネルギーである。比較例では、減速機４０を有していないため、本実施形態よりも、回転系の回転慣性エネルギーが小さくなる。このため、仮に、比較例のモータの最大許容出力ＭＰｍａｘが、本実施形態の誘導モータ２２の最大許容出力ＭＰｍａｘと同じでも、比較例のモータから外部系統１へ電力ＭＰを送電し得る時間Ｔ２が、本実施形態の誘導モータ２２から外部系統１へ電力ＭＰを送電し得る時間Ｔ１（図７参照）より短くなる。この結果、比較例の二軸ガスタービン発電設備では、要求出力ＤＰが急変した場合、この二軸ガスタービン発電設備から外部系統１へ送電する電力が要求出力ＤＰに追従している時間帯が短くなる。
【００６９】
一方、本実施形態では、第一ロータ１７及びこの第一ロータ１７に機械的に連結されている回転系に二対のヘリカルギアが含まれる。よって、本実施形態では、比較例や減速機が一対のヘリカルギアのみを有する場合よりも、回転系の回転慣性エネルギーが大きくなる。このため、本実施形態では、比較例や減速機が一対のヘリカルギアのみを有する場合よりも、要求出力ＤＰが急変した場合、この二軸ガスタービン発電設備から外部系統１へ送電する電力が要求出力ＤＰに追従している時間帯が長くなる。すなわち、本実施形態では、要求出力変化に対する二軸ガスタービン発電設備の出力の追従性を高めることができる。
【００７０】
以上のように、本実施形態では、減速機４０を介して、圧縮機ロータ１１ｒとモータロータ２２ｒとを機械的に連結しているので、誘導モータ２２に求められる許容最高回転速度を抑えることができる。よって、本実施形態では、許容最高回転速度が例えば６０００ｒｐｍの特殊なモータを用いる必要がないため、設備コストを抑えることができる。
【００７１】
停止している圧縮機ロータ１１ｒを回転させるためのトルク、発電モードで圧縮機ロータ１１ｒの回転をアシストするためのトルクは、いずれも大きなトルクになる。仮に、圧縮機ロータ１１ｒとモータロータ２２ｒとを直結させた場合、例えば、起動時の回転速度０〜１００ｒｐｍのみならず、発電モードでの回転速度６０００ｒｐｍでも、大きなトルクが求められる。このように、広い回転速度範囲で大きなトルクを得るためには、起動モータとアシストモータの二台のモータを用いる必要がある。本実施形態では、前述したように、許容最高回転速度を抑えることができるので、大きなトルクが必要な回転速度範囲を狭めることができる。このため、本実施形態では、起動時及びアシスト時の両方を一台のモータで対応することができる。
【００７２】
本実施形態では、減速機４０のギアにヘリカルギアを用いているため、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れを最小限に抑えることができる。また、本実施形態では、歯すじのねじれ方向が互いに逆向きの二対のヘリカルギアを用いているため、スラスト力の発生を抑えることができる。
【００７３】
二軸ガスタービン１０の第一ロータ１７及び第二ロータ１８は、二軸ガスタービン１０の運転による熱で伸びる。本実施形態では、第一ロータ１７と減速機４０の圧縮機側軸４１とを第一ダイヤフラムカップリング２５を介して機械的に連結しているので、第一ロータ１７の熱伸びをこの第一ダイヤフラムカップリング２５で吸収することができる。また、本実施形態では、第二ロータ１８と発電機ロータ２１ｒとを第二ダイヤフラムカップリング２６を介して機械的に連結しているので、第二ロータ１８の熱伸びをこの第二ダイヤフラムカップリング２６で吸収することができる。
【００７４】
本実施形態では、減速機４０の圧縮機側軸４１にスラスト軸受２７を設けている。以上のように、第一ロータ１７の熱伸びを第一ダイヤフラムカップリング２５によってある程度吸収しても、第一ロータ１７の熱伸びの全てを吸収できるとは限らない。このため、減速機４０の圧縮機側軸４１のスラスト方向の移動を規制するために、この圧縮機側軸４１にスラスト軸受２７を設けている。このように、スラスト軸受２７を設けることにより、圧縮機側軸４１のスラスト方向の移動量を小さくすることができる。
【００７５】
圧縮機側ヘリカルギア４３，４４とモータ側ヘリカルギア４５，４６とは、前述したように、常に点接触しているため、圧縮機側ヘリカルギア４３，４４がスラスト方向に移動すると、モータ側ヘリカルギア４５，４６もこの移動量と同じ量だけスラスト方向に移動する。仮に、モータ側ヘリカルギア４５，４６がモータ側軸４２に固定されているとすると、圧縮機側ヘリカルギア４３，４４のスラスト方向への移動に伴って、モータ側ヘリカルギア４５，４６、これらのギアが固定されているモータ側軸４２、このモータ側軸４２に直結されているモータロータ２２ｒがスラスト方向に移動する。モータロータ２２ｒは、スラスト方向の移動がないか、又はスラスト方向の移動量が極めて小さいことが好ましい。本実施形態では、第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６は、前述したように、いずれも、モータ側軸４２に対してスラスト方向に相対移動可能に取り付けられている。このため、本実施形態では、圧縮機側ヘリカルギア４３，４４がスラスト方向に移動して、モータ側ヘリカルギア４５，４６がスラスト方向に移動しても、このギアが固定されているモータ側軸４２、及びこのモータ側軸４２に直結されているモータロータ２２ｒのスラスト方向への移動を抑えることができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、圧縮機側軸４１の端部で、圧縮機１１とは反対側の端部にスラスト軸受２７を設けている。しかしながら、圧縮機側軸４１の圧縮機側端部にスラスト軸受２７を設けてもよい。また、モータ側軸４２の端部にスラスト軸受２７を設けてもよい。また、本実施形態では、モータ側軸４２に対して第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６をスラスト方向に相対移動可能に取り付けている。しかしながら、圧縮機側軸４１に対して第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４をスラスト方向に相対移動可能に取り付けてもよい。また、誘導モータ２２のモータロータ２２ｒがスラスト方向への移動をある程度許容できる場合には、モータ側軸４２に対して第一モータ側ヘリカルギア４５及び第二モータ側ヘリカルギア４６をスラスト方向に相対移動不能に取り付け、且つ圧縮機側軸４１に対して第一圧縮機側ヘリカルギア４３及び第二圧縮機側ヘリカルギア４４をスラスト方向に相対移動不能に取り付けてもよい。
【００７７】
また、本実施形態では、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数と第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数とが同じで、第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数と第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数とが同じである。しかしながら、図９に示すように、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数と第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数とが異なり、第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数と第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数とが異なってもよい。なお、第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数と第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数との歯数比と、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数と第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数との歯数比とは同じである。このように、第二圧縮機側ヘリカルギア４４の歯数と第一圧縮機側ヘリカルギア４３の歯数とが異なり、第二モータ側ヘリカルギア４６の歯数と第一モータ側ヘリカルギア４５の歯数とが異なっていると、第一圧縮機側ヘリカルギア４３と第一モータ側ヘリカルギア４５との間のバックラッシ寸法と、第二圧縮機側ヘリカルギア４４と第二モータ側ヘリカルギア４６との間のバックラッシ寸法とが異なることになるため、トルク伝達の向きが変わったときのトルク伝達の遅れをより抑えることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１：外部系統、１０：二軸ガスタービン、１１：圧縮機、１１ｃ：圧縮機ケーシング、１１ｒ：圧縮機ロータ、１２：燃焼器、１３：高圧タービン、１３ｃ：高圧タービンケーシング、１３ｒ：高圧タービンロータ、１４：低圧タービン、１４ｃ：低圧タービンケーシング、１４ｒ：低圧タービンロータ、１５：燃料調節弁、１６：燃料ライン、１７：第一ロータ、１８：第二ロータ、２１：発電機、２１ｃ：発電機ケーシング、２１ｒ：発電機ロータ、２２：誘導モータ、２２ｃ：モータケーシング、２２ｒ：モータロータ、２４：周波数変換器、２５：第一ダイヤフラムカップリング、２５ｃ：センターチューブ、２５ｆ：フランジ、２６：第二ダイヤフラムカップリング、２７：スラスト軸受、３１：主電力経路、３４：副電力経路、４０：減速機、４１：圧縮機側軸、４２：モータ側軸、４３：第一圧縮機側ヘリカルギア、４４：第二圧縮機側ヘリカルギア、４５：第一モータ側ヘリカルギア、４６：第二モータ側ヘリカルギア、４７：キー（連結具）、５０：制御装置、５１：受付部、５２：判断部、５３：変換制御部、５４：燃料制御部、Ａ１：第一軸線、Ａ２：第二軸線、Ａ３：第三軸線、ＣＰ：接触点、ＶＰ：仮想平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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