(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンであって、
前記入口案内翼の開度を制御する手段として、前記ガスジェネレータ軸の低速回転時には大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１制御部と、前記ガスジェネレータ軸の高速回転時には前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２制御部と、該第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に増加させる大気温度補正部とを備えていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項２】
請求項１に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記入口案内翼の開度が変更可能な入口案内翼制御装置と、前記燃焼器への燃料供給源からの燃料供給量を制御する燃料制御弁と、前記第２の軸に設置された回転数検出器によって検出された回転数と負荷から得られた運転負荷データを用いて前記燃料制御弁を制御する燃料制御部及び前記入口案内翼制御装置と接続されて前記入口案内翼の開度を制御する入口案内翼開度制御部から成り、２軸式ガスタービンの運転状態を制御するガスジュネレータ制御装置とを備えていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項３】
請求項２に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記入口案内翼開度制御部は、前記ガスジェネレータの運転状態を起動、停止状態と低負荷運転状態からなる第１の運転状態及び該第１の運転状態以外の高負荷運転状態からなる第２の運転状態を判定する運転状態判定部、該運転状態判定部の判定結果から前記第１制御部及び第２制御部のいずれを用いるかを選択する制御選択部、前記第１制御部、前記第２制御部及び前記大気温度補正部から構成されていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項４】
請求項３に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第１の運転状態である低負荷運転状態のときは修正回転数と前記入口案内翼の開度が一意に定まる制御を行うように前記第１制御部を選択し、前記第２の運転状態である高負荷運転状態のときは実回転数一定制御を行うように前記第２制御部を選択することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第１制御部は、前記第１の軸に設置された回転数検出器によって得られた前記ガスジェネレータの回転数及び温度計によって得られた大気温度を用いて修正回転数を算出し、前記入口案内翼の開度を制御することを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記第１制御部での制御から前記第２制御部での制御への移行に際し、前記ガスジェネレータ軸の回転数によらずに前記入口案内翼の開度を一定に保つように制御する第３制御部を備えていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記大気温度補正部に加え、大気温度の閾値以上の場合に前記入口案内翼の開度を減少させる大気温度追加補正部を備えていることを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項８】
請求項７に記載の２軸式ガスタービンにおいて、
前記圧縮機における定格負荷運転時の翼負荷分布が、前記圧縮機を略同一段数となるように最上流側の前段、中間の中間段、最下流の後段の３箇所に分割した際に、前記最上流側の前段で最大値を持つことを特徴とする２軸式ガスタービン。
【請求項９】
空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンの制御装置であって、
前記ガスジェネレータ軸の低速回転時には大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１制御部と、前記ガスジェネレータ軸の高速回転時には前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２制御部と、該第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に増加させる大気温度補正部とを備えていることを特徴とする２軸式ガスタービンの制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の２軸式ガスタービンの制御装置において、
前記入口案内翼の開度が変更可能な入口案内翼制御装置と、前記燃焼器への燃料供給源からの燃料供給量を制御する燃料制御弁と、前記第２の軸に設置された回転数検出器によって検出された回転数と負荷から得られた運転負荷データを用いて前記燃料制御弁を制御する燃料制御部及び前記入口案内翼制御装置と接続されて前記入口案内翼の開度を制御する入口案内翼開度制御部から成り、２軸式ガスタービンの運転状態を制御するガスジュネレータ制御装置とを備えていることを特徴とする２軸式ガスタービンの制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の２軸式ガスタービンの制御装置において、
前記入口案内翼開度制御部は、前記ガスジェネレータの運転状態を起動、停止状態と低負荷運転状態からなる第１の運転状態及び該第１の運転状態以外の高負荷運転状態からなる第２の運転状態を判定する運転状態判定部、該運転状態判定部の判定結果から前記第１制御部及び第２制御部のいずれを用いるかを選択する制御選択部、前記第１制御部、前記第２制御部及び前記大気温度補正部から構成されていることを特徴とする２軸式ガスタービンの制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の２軸式ガスタービンの制御装置において、
前記第１の運転状態である低負荷運転状態のときは修正回転数と前記入口案内翼の開度が一意に定まる制御を行うように前記第１制御部を選択し、前記第２の運転状態である高負荷運転状態のときは実回転数一定制御を行うように前記第２制御部を選択することを特徴とする２軸式ガスタービンの制御装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の２軸式ガスタービンの制御装置において、
前記第１制御部は、前記第１の軸に設置された回転数検出器によって得られた前記ガスジェネレータの回転数及び温度計によって得られた大気温度を用いて修正回転数を算出し、前記入口案内翼の開度を制御することを特徴とする２軸式ガスタービンの制御装置。
【請求項１４】
空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンの制御方法であって、
前記ガスジェネレータ軸が低速回転時に、大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１の制御を第１制御部で行い、前記ガスジェネレータ軸が高速回転時に、前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２の制御を第２制御部で行い、前記第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に大気温度補正部で増加させることを特徴とする２軸式ガスタービンの制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の２軸式ガスタービンの制御方法において、
前記入口案内翼の開度が変更可能な入口案内翼制御装置と、前記燃焼器への燃料供給源からの燃料供給量を制御する燃料制御弁と、前記第２の軸に設置された回転数検出器によって検出された回転数と負荷から得られた運転負荷データを用いて前記燃料制御弁を制御する燃料制御部及び前記入口案内翼制御装置と接続されて前記入口案内翼の開度を制御する入口案内翼開度制御部から成り、２軸式ガスタービンの運転状態を制御するガスジュネレータ制御装置とを備え、
前記入口案内翼開度制御部は、前記ガスジェネレータの運転状態を起動、停止状態と低負荷運転状態からなる第１の運転状態及び該第１の運転状態以外の高負荷運転状態からなる第２の運転状態を判定する運転状態判定部、該運転状態判定部の判定結果から前記第１制御部及び第２制御部のいずれを用いるかを選択する制御選択部、前記第１制御部、前記第２制御部及び前記大気温度補正部から構成され、かつ、前記第１の運転状態である低負荷運転状態のときは修正回転数と前記入口案内翼の開度が一意に定まる制御を行うように前記第１制御部を選択し、前記第２の運転状態である高負荷運転状態のときは実回転数一定制御を行うように前記第２制御部を選択することを特徴とする２軸式ガスタービンの制御方法。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の２軸式ガスタービンの制御装置の制御方法において、
前記第１制御部は、前記第１の軸に設置された回転数検出器によって得られた前記ガスジェネレータの回転数及び温度計によって得られた大気温度を用いて修正回転数を算出し、前記入口案内翼の開度を制御することを特徴とする２軸式ガスタービンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法に係り、特に、圧縮機、燃焼器及び圧縮機駆動用の高圧タービンからなるガスジェネレータと、負荷駆動用の低圧タービンとを備えているものに好適な２軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー需要の増加に伴い、液化天然ガス（ＬＮＧ）の生産に適した機械駆動用のガスタービンに対する需要が増加している。ＬＮＧプラントでは、天然ガスをＬＮＧ液化用圧縮機で高圧にすることによって液化を達成している。特に、ＬＮＧ液化用圧縮機の駆動には、２軸式のガスタービンが用いられることが多い。
【０００３】
２軸式のガスタービンは、タービン部分が低圧タービンと高圧タービンに分けられており、低圧タービンはＬＮＧ用圧縮機や負荷を駆動し、高圧タービンはガスジェネレータとして圧縮機と接続されている。２軸式ガスタービンは、高圧側と低圧側それぞれのタービンが異なる回転軸を持つという特徴がある。
【０００４】
２軸式ガスタービンは、前述のような機械駆動用としてだけでなく、発電機に接続する発電用としても用いられることがある。発電用のガスタービンとしては、構造が簡素で運用しやすい等の理由から、圧縮機とタービンが同一軸で回転する１軸式ガスタービンが主流である。しかし、装置を小型化する場合には、発電機の仕様に合わせた回転数を維持する必要があり、減速機が必要になるという欠点がある。
【０００５】
一方、発電用に２軸式ガスタービンを用いれば、圧縮機、燃焼器及び高圧ガスタービンからなるガスジェネレータ側の回転数と、低圧タービンの回転数を任意に選択できるため、減速機が不要となる。よって、コンパクトで高効率なガスタービンを提供することができる。
【０００６】
このような２軸式ガスタービンを運用する場合、ガスジェネレータ軸の実回転数に対する大気温度の影響を補正した修正回転数に基づいて、圧縮機の入口案内翼（以下、ＩＧＶ（Inlet Guide Vane）という）の開度を調整する、つまり、ガスジェネレータの運転状態によらず、修正回転数基準のＩＧＶ制御を用いるのが一般的であった。
【０００７】
この場合、図９（Ａ）にガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を示すように、ＩＧＶの開度は、大気温度に相関する修正回転数に応じて変化（ガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係は一意に決まる）し、そのため、図９（Ｂ）にガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係を示すように、運転線が変化することから、ガスジェネレータ軸の回転数が大気温度によって変化する。つまり、ＩＧＶの開度を増加させて定格負荷近傍で運用する際でも、大気温度によって実回転数が変化することになる。
【０００８】
このため、定格負荷運転時に翼の共振を回避すべき領域が増えるため、共振回避設計が困難となる。また、共振回避範囲が増加すると翼型設計の自由度が減ることになるため、翼の空力性能向上も難しくなる。
【０００９】
上記の定格負荷運転時の共振の問題を回避するため、２軸式ガスタービンの制御方法が特許文献１に記載されている。この特許文献１は、定格負荷運転条件を含む高速回転時には、修正回転数基準制御によるサージ（圧縮機翼の流れの剥離に起因して発生する流体的脈動現象）回避の重要性が小さくなることに着目し、ガスジェネレータと低圧タービンからなる２軸式ガスタービンにおいて、ＩＧＶの制御手段として、ガスジェネレータ軸の低速回転時には修正回転数基準でＩＧＶの開度を制御し、高速回転時には実回転数を一定に保つようにＩＧＶの開度を制御するようにしたものである。
【００１０】
この特許文献１に記載の２軸式ガスタービンの制御方法を用いることで、図１０（Ａ）にガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を、図１０（Ｂ）にガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係をそれぞれ示すように、低負荷時には大気温度によらず運転線は同一であるが、高負荷時には修正回転数は大気温度により変化する。一方、低負荷時には大気温度により運転線は変化するが、高負荷時にはガスジェネレータ軸の回転数は一定となる。
【００１１】
従って、共振問題（ガスジェネレータ軸の高速回転時に回転数が共振回転数に近づくことで発生する共振により、タービンや圧縮機の動翼を損傷する可能性が高まるといった問題）を効果的に解消でき、しかも、低速回転時における圧縮機サージングにも効果的に対応することができるので、共振問題に関する設計上の負担を軽減でき、前述の共振回避設計が容易となる。更に、翼型設計の自由度向上による空力性能向上も期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−３８５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、特許文献１に記載の２軸式ガスタービンの制御方法を用いると、起動、停止をはじめとした低速回転時に特に問題となる前述のサージ回避と、定格負荷運転時をはじめとした高速回転時に問題となる共振回避を両立することができる。
【００１４】
しかしながら、重要度が下がるものの高速回転時もサージは起こり得るため、運転条件によっては、特許文献１に記載の２軸式ガスタービンの制御方法では、サージ回避が困難となる可能性がある。特に、高大気温度（例えば、３０℃以上）条件下（実回転数は一定）では、一般にサージに対する裕度は小さくなるので、サージ回避の問題が顕在化しやすくなる。
【００１５】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ガスジェネレータと低圧タービンから成る２軸式ガスタービンであっても、前述の低速回転時でのサージ回避及び高速回転時での共振回避は勿論、高速回転時の高大気温度条件下におけるサージ回避も可能な２軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の２軸式ガスタービンは、上記目的を達成するために、空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンであって、前記入口案内翼の開度を制御する手段として、前記ガスジェネレータ軸の低速回転時には大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１制御部と、前記ガスジェネレータ軸の高速回転時には前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２制御部と、該第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に増加させる大気温度補正部とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の２軸式ガスタービンの制御装置は、上記目的を達成するために、空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンの制御装置であって、前記ガスジェネレータ軸の低速回転時には大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１制御部と、前記ガスジェネレータ軸の高速回転時には前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２制御部と、該第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に増加させる大気温度補正部とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明の２軸式ガスタービンの制御方法は、上記目的を達成するために、空気取込み側に入口案内翼を有し流入空気を圧縮する圧縮機、該圧縮機によって圧縮された空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器、該燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動される高圧タービンからなるガスジェネレータと、前記高圧タービンから排出されたガスで駆動される低圧タービンとを備え、前記ガスジェネレータの軸である第１の軸と、前記低圧タービンの軸である第２の軸とが別軸であり、かつ、前記入口案内翼の開度を制御して前記圧縮機への流入空気量が調整される２軸式ガスタービンの制御方法であって、前記ガスジェネレータ軸が低速回転時に、大気温度に応じて補正された前記ガスジェネレータ軸の修正回転数に基づいて前記入口案内翼の開度を制御する第１の制御を第１制御部で行い、前記ガスジェネレータ軸が高速回転時に、前記ガスジェネレータ軸の実回転数を一定に保つように前記入口案内翼の開度を制御する第２の制御を第２制御部で行い、前記第２制御部で一定に保つ実回転数を、大気温度の閾値以上の場合に大気温度補正部で増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガスジェネレータと低圧タービンから成る２軸式ガスタービンであっても、低速回転時のサージ回避及び高速回転時での共振回避は勿論、高速回転時の高大気温度条件下におけるサージ回避も可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の２軸式ガスタービンの実施例１を示す概略構成図である。
【図２】本発明の２軸式ガスタービンの実施例１に採用されるガスジェネレータ制御装置におけるＩＧＶ開度制御部を示す図である。
【図３】本発明の２軸式ガスタービンの実施例１における大気温度と回転数補正係数αで補正した際の実回転数の関係を示す特性図である。
【図４（Ａ）】本発明の２軸式ガスタービンの実施例１におけるガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図４（Ｂ）】本発明の２軸式ガスタービンの実施例１におけるガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図５】本発明の２軸式ガスタービンの実施例２に採用されるガスジェネレータ制御装置におけるＩＧＶ開度制御部を示す図である。
【図６（Ａ）】本発明の２軸式ガスタービンの実施例２におけるガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図６（Ｂ）】本発明の２軸式ガスタービンの実施例２におけるガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の２軸式ガスタービンの実施例３に採用されるガスジェネレータ制御装置におけるＩＧＶ開度制御部を示す図である。
【図８】本発明の２軸式ガスタービンの実施例３における圧縮機翼段数と圧縮機定格負荷運転時の翼負荷分布の関係を示す特性図である。
【図９（Ａ）】一般的な従来例におけるガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図９（Ｂ）】一般的な従来例におけるガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図１０（Ａ）】特許文献１におけるガスジェネレータ軸の修正回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【図１０（Ｂ）】特許文献１におけるガスジェネレータ軸の実回転数とＩＧＶ開度の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図示した実施例に基づいて、本発明の２軸式ガスタービン及びその制御装置と制御方法を説明する、なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００２２】
図１に、本発明の２軸式ガスタービンの実施例１の概略構成を示す。
【００２３】
該図に示す如く、本実施例の２軸式ガスタービン１は、空気取込み側にＩＧＶ（入口案内翼）３１を有し流入空気を圧縮する圧縮機３、この圧縮機３によって圧縮された圧縮空気１０と燃料４３とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器４、燃焼器４で生成された燃焼ガス１１により駆動される高圧タービン５からなるガスジェネレータ２と、高圧タービン５から排出された燃焼ガス１１で駆動される低圧タービン７とを備え、ガスジェネレータ軸６（第１の軸）と、低圧タービン軸８（第２の軸）とが別軸で構成されている。
【００２４】
即ち、図１に示すように、２軸式ガスタービン１は、圧縮機３、燃焼器４、高圧タービン５から構成されるガスジェネレータ２及び低圧タービン７から成り、ガスジェネレータ２側では、圧縮機３と高圧タービン５がガスジェネレータ軸６によって、低圧タービン７側では、低圧タービン７と負荷９が低圧タービン軸８によって接続されている。
【００２５】
なお、本実施例では、負荷９としては発電機を想定しているが、機械駆動用向けのＬＮＧ圧縮機などであっても良い。
【００２６】
上述した如く、圧縮機３の空気取込み側にはＩＧＶ３１が設置され、このＩＧＶ３１はＩＧＶ制御装置３２によって、その開度が変更可能となっており、これによって、ガスジェネレータ２の吸込空気流量（流入空気量）を調整している。また、燃焼器４には、燃料供給源４１から燃料４３が供給されており、その燃料４３の供給量は、燃料制御弁４２によって制御されている。
【００２７】
２軸式ガスタービン１における作動流体（空気、燃焼ガス等）の挙動としては、まず、圧縮機３に流入して圧縮された圧縮空気１０が燃焼器４に流入する。燃焼器４では、燃料４３が噴射されて高温の燃焼ガスを生成する。この高温、高圧の燃焼ガス１１は、圧縮機３とガスジェネレータ軸６によって接続されている高圧タービン５に流入して圧縮機３を駆動し、その後、低圧タービン７に流入する。低圧タービン７を燃焼ガス１１が通過する際、第２の軸である低圧タービン軸８によって接続された負荷９が駆動され、これによって、発電や機械駆動が行われている。
【００２８】
２軸式ガスタービン１の運転状態は、主にガスジェネレータ２側に設置されたガスジェネレータ制御装置２１によって制御される。このガスジェネレータ制御装置２１は、燃料制御部２２とＩＧＶ開度制御部２３で構成されている。
【００２９】
燃料制御部２２は、第２の軸である低圧タービン軸８に設置された回転数検出器８１によって得られた回転数と、負荷９から得られる運転負荷データとを用いて燃料制御弁４２を制御し、燃焼器４への燃料４３の供給量を制御している。
【００３０】
ＩＧＶ開度制御部２３は、ＩＧＶ制御装置３２と接続されており、ＩＧＶ３１の開度、即ち圧縮機３の吸込流量を制御している。本実施例では、図２に示す通り、ＩＧＶ開度制御部２３は、運転状態判定部２４、制御選択部２５、第１制御部２６、第２制御部２７及び大気温度補正部２９から構成されている。
【００３１】
第１制御部２６では、修正回転数基準でＩＧＶ３１の開度を制御する。具体的には、ガスジェネレータ軸６に設置された回転数検出器６１によって得られたガスジェネレータ２の回転数Ｎ、及び温度計６２によって得られた大気温度Ｔａを用いて修正回転数Ｎｃを算出し、大気温度によらず修正回転数とＩＧＶ３１の開度の関係が一意に定まるようにＩＧＶ３１の開度を調整する。
【００３２】
ここで、修正回転数Ｎｃは以下の式（１）で与えられる。
【００３３】
Ｎｃ＝Ｎ×[２８８.１５／（２７３.１５＋Ｔａ）]１/２          （１）
第２制御部２７は第１制御部２６と異なり、ガスジェネレータ２の実回転数を一定に保つようにＩＧＶ３１の開度を制御する。本実施例では、一定に保つ回転数として定格回転数を想定しているが、他の回転数でも構わない。
【００３４】
ＩＧＶ開度制御部２３では、上記の第１制御部２６と第２制御部２７のいずれを用いるかを運転状態判定部２４及び制御選択部２５によって決定している。
【００３５】
運転状態判定部２４では、ガスジェネレータ２の運転状態を起動、停止状態と低負荷運転状態からなる第１の運転状態と、それ以外の高負荷運転状態からなる第２の運転状態の２つに判定している。その判定方法としては、制御を変更しても安定運転が可能な目標ＩＧＶ開度を圧縮機３の特性から設定しておき、その目標ＩＧＶ開度に基づいて低負荷運転状態と高負荷運転状態を区別する方法を用いる。
【００３６】
また、制御選択部２５では、運転状態判定部２４での判定結果を入力として、第１制御部２６と第２制御部２７のいずれを用いるかを選択する。具体的には、第１の運転状態である低負荷運転状態のときは、修正回転数とＩＧＶ３１の開度が一意に定まる制御を行うように第１制御部２６を選択し、第２の運転状態である高負荷運転状態のときは、実回転数一定制御を行うように第２制御部２７を選択する。
【００３７】
運転状態の判定と制御選択の完了後、大気温度補正部２９を通過して制御がなされる。大気温度補正部２９では、まず、運転状態判定部２４の判定結果を基に、現在の運転状態における補正要否を判断する。具体的には、運転状態が高負荷運転状態で制御として第２制御部２７が選択されており、かつ、大気温度Ｔａが予め指定した閾値Ｔａ０以上の場合のみ、ガスジェネレータ２の回転数Ｎを増加させるように回転数補正係数αを乗じて、一定とするガスジェネレータ実回転数Ｎ´となるように燃料制御部２２に信号を送って制御する。
【００３８】
本実施例における大気温度と回転数補正係数αの関係は、式（２）に示す通りで、図示すると図３のようになる（βは定数）。即ち、大気温度の閾値Ｔａ０からの増加量に比例するように実回転数を増加させている。
【００３９】
α＝１＋β（Ｔａ−Ｔａ０）          （２）
上述した制御における回転数とＩＧＶ開度の関係をまとめると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のようになる。
【００４０】
即ち、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、大気温度補正部２９によって高大気温度、高負荷運転状態の回転数を増加させることで、運転時のガスジェネレータ軸６の修正回転数と実回転数が増加して定格回転数に近づくことになる。つまり、第２制御部２７による実回転数一定制御時に懸念される高大気温度（例えば、３０℃以上）条件下での、サージ回避が容易となる。
【００４１】
このことは、上述の特許文献１の制御に比べ、高大気温度、高負荷運転状態の圧縮機３の信頼性が向上すると同時に、運転可能な大気温度条件が拡大するため、２軸式ガスタービン１そのものの運用性向上にも寄与することになる。
【００４２】
ただし、回転数をガスジェネレータ２の回転数Ｎから一定とするガスジェネレータ実回転数Ｎ´に増加させた際の増加量が大きすぎると、第２制御部２７を用いることによる高負荷運転状態での共振回避領域低減の効果がなくなることになる。
【００４３】
このため、本実施例では、以下の式（３）を満たすような回転数補正係数αを用いる。式（３）は、回転数を一定とするガスジェネレータ実回転数Ｎ´に補正した後の運転状態から算出される修正回転数が、補正前の実回転数より小さいことを意味しており、少なくとも高負荷運転状態で修正回転数基準制御を行った場合よりも、共振回避領域を小さくすることが可能となる。
【００４４】
Ｎ´×[２８８.１５／（２７３.１５＋Ｔａ）]１/２＜Ｎ          （３）
以上をまとめると、本実施例を用いることで特許文献１に記載の低負荷運転状態（低速回転時）のサージ回避と高負荷運転状態（高速回転時）の共振回避領域低減の効果を確保しつつ、特許文献１で懸念される高大気温度、高負荷運転状態でのサージ回避が容易になる。
【００４５】
このため、圧縮機３の信頼性および２軸式ガスタービン１の運用性を向上させることが可能になると考えられる。
【００４６】
従って、本実施例によれば、大気温度補正部によって高大気温度条件で回転数を増加させるため、特許文献１で問題となり得る高大気温度条件下における高速回転時のサージ回避が容易となる。特に、圧縮機の定格負荷運転時の翼負荷分布が、前述のように前段で最大値を持つ場合は、高大気温度条件下でのサージ回避が難しくなるため、その効果が顕著となる。
【実施例２】
【００４７】
図５に、本発明の２軸式ガスタービンの実施例２に採用されるガスジェネレータ制御装置２１におけるＩＧＶ開度制御部２３を示す。
【００４８】
該図に示す本実施例は、ＩＧＶ開度制御部２３の構成に、回転数によらずＩＧＶ３１の開度を一定に保つ第３制御部２８を設けている点が特徴である。他の構成は実施例１と同様である。具体的には、第３制御部２８による制御は、第１制御部２６による制御と第２制御部２７による制御の間に用いられるものである。
【００４９】
本実施例のように、第３制御部２８を用いた制御を行うと、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、ガスジェネレータ軸６の修正回転数及び実回転数が大きく、ＩＧＶ３１の開度の小さい条件を通過せずに、定格負荷条件に移行することができる。ガスジェネレータ軸６の修正回転数及び実回転数が大きく、ＩＧＶ３１の開度の小さい条件下では、ＩＧＶ３１の開度のみ定格負荷条件から大幅に小さくなり、定格負荷条件からの流れ場のずれ（流れの角度のずれ）が大きくなるため、性能低下が起こりやすくなるが、第３制御部２８による制御を適用することで性能低下を抑制することが可能となる。つまり、本実施例を用いることで、実施例１と同様の信頼性向上効果に加え、部分負荷時の性能低下も抑制可能となる。
【実施例３】
【００５０】
図７に、本発明の２軸式ガスタービンの実施例３に採用されるガスジェネレータ制御装置２１におけるＩＧＶ開度制御部２３を示す。
【００５１】
該図に示す本実施例の図２（実施例１）との相違は、ＩＧＶ開度制御部２３に、大気温度補正部２９に加えてＩＧＶ３１の開度を減少させる大気温度追加補正部３０を備えた点である。なお、図２と重複する機器については符号を同一とし、詳細な説明は省略する。
【００５２】
また、図８に、本実施例における圧縮機翼段数と圧縮機定格負荷運転時の翼負荷分布の関係を示す。
【００５３】
本実施例では、図８に示すように、圧縮機３の翼負荷分布として、圧縮機３を略同一段数となるように最上流側の前段、中間の中間段及び最下流の後段の３つに分割した場合に、前段で最大値を持つことを想定している。具体的には、既存の圧縮機性能(流量と圧力比等)を向上させるため、前段側に最新の高負荷翼列を適用した場合や前段の外径を増加させた場合などに、このような負荷分布となることがある。
【００５４】
更に、図８には、高大気温度条件における高負荷条件時の圧縮機翼負荷分布も併記した。圧縮機３では、一般的に大気温度が高くなると前段側の負荷が増加し、後段側の負荷が減少する傾向にある。特に、本実施例では、前段の翼負荷が相対的に大きいので、大気温度上昇時の負荷が非常に高くなり、サージが発生しやすい条件となっている（サージは翼負荷の高い箇所で発生した流れの剥離に起因することが多いため）。
【００５５】
そこで、本実施例では、大気温度補正部２９だけでなく、大気温度追加補正部３０もＩＧＶ開度制御部２３に設けているものである。
【００５６】
本実施例での大気温度追加補正部３０では、大気温度補正部２９と同様、運転状態判定部２４の判定結果を基に、現在の運転状態における補正要否を判断して制御している。具体的には、運転状態が高負荷運転状態で制御として第２制御部２７が選択されており、かつ、大気温度Ｔａが予め指定した閾値Ｔａ０以上の場合のみ、ガスジェネレータ２のＩＧＶ３１の開度を減少させるように、ＩＧＶ制御装置３２に信号を送って制御する。即ち、本実施例では、高大気温度条件時に回転数を増加させるだけではなく、ＩＧＶ開度も減少させている。
【００５７】
ＩＧＶ３１の開度を減少させた場合、ＩＧＶ３１の周辺の翼では、流入出角、即ち、速度三角形が設計値（通常定格負荷条件に合わせる）からずれるため、相対的に前段側の負荷が低減し、後段側の負荷が増加することになる。つまり、本実施例のような制御を行うと、実施例１で示した修正回転数の増加（定格回転数に近づく）だけではなく、ＩＧＶ３１の開度減少による前段負荷の低減も達成されることになるため、実施例１よりもサージ回避がより容易となる。
【００５８】
以上をまとめると、本実施例を用いることで、実施例１と同様、特許文献１に記載の低負荷運転状態（低速回転時）のサージ回避と高負荷運転状態（高速回転時）の共振回避領域低減の効果を確保しつつ、特許文献１で懸念される高大気温度、高負荷運転状態でのサージ回避が容易になる。更に、実施例１よりも本実施例はサージ回避がより容易になるため、圧縮機３の信頼性及び２軸式ガスタービン１の運用性を、更に向上させることが可能になる。
【００５９】
上述した全ての実施例では圧縮機３があり、それを改造することを想定して説明したが、勿論、改造後の形の圧縮機３をはじめから製作することも可能である。また、上述した全ての実施例における２軸式ガスタービン１に対しても、実施例２で説明した第３制御部２８を用いた制御を用いることができる。この場合も同様に、性能低下し易い、回転数が大きくＩＧＶ３１の開度が小さい領域での運用を避けることができ、部分負荷性能の向上に寄与する。
【００６０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…２軸式ガスタービン、２…ガスジェネレータ、３…圧縮機、４…燃焼器、５…高圧タービン、６…ガスジェネレータ軸、７…低圧タービン、８…低圧タービン軸、９…負荷、１０…圧縮空気、１１…燃焼ガス、２１…ガスジェネレータ制御装置、２２…燃料制御部、２３…ＩＧＶ開度制御部、２４…運転状態判定部、２５…制御選択部、２６…第１制御部、２７…第２制御部、２８…第３制御部、２９…大気温度補正部、３０…大気温度追加補正部、３１…入口案内翼（ＩＧＶ）、３２…ＩＧＶ制御装置、４１…燃料供給源、４２…燃料制御弁、４３…燃料、６１、８１…回転数検出器、６２…温度計。
【図１】
0006364363.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
0006364363.tif 000006
【図５】
0006364363.tif 000007
【図６（Ａ）】
0006364363.tif 000008
【図６（Ｂ）】
0006364363.tif 000009
【図７】
0006364363.tif 000010
【図８】
0006364363.tif 000011
【図９（Ａ）】
0006364363.tif 000012
【図９（Ｂ）】
0006364363.tif 000013
【図１０（Ａ）】
0006364363.tif 000014
【図１０（Ｂ）】
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