(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気を燃焼させ、該燃焼により発生した燃焼ガスをタービンに供給することにより前記タービンを回転駆動するガスタービン装置において、
所定の被計測対象の物理量を計測する第１のセンサーと、
アラームを発するアラーム警報器と、
前記タービンが受ける負荷を減少させた後に該減少後の負荷量を維持させる負荷減少部と、
前記ガスタービン装置を直ちに停止させる緊急停止部と、
前記第１のセンサーの計測値に基づいて前記アラーム警報器、前記負荷減少部、前記緊急停止部のいずれかを作動させる作動指令部と、を設けたことを特徴とするガスタービン装置。
【請求項２】
前記作動指令部は、前記第１のセンサーの計測値が所定の第１の設定値を超えた場合は前記アラーム警報器を作動させ、前記第１のセンサーの計測値が所定の第２の設定値を超えた場合には前記負荷減少部を作動させ、前記第１のセンサーの計測値が所定の第３の設定値を超えた場合には前記緊急停止部を作動させることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。
【請求項３】
前記負荷減少部は、前記第１のセンサーの計測値が前記第２の設定値を超えた場合に、前記第１のセンサーの計測値が再び前記第２の設定値を下回るまで負荷を減少させることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン装置。
【請求項４】
所定の被計測対象の物理量を計測する第２のセンサーと、前記タービンが受ける負荷が０になるまで前記負荷を所定の減少率で減少させた後に前記ガスタービン装置を停止させる運転停止部とを更に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービン装置。
【請求項５】
前記運転停止部は、前記第２のセンサーの計測値が所定の第４の設定値を下回ったときに作動することを特徴とする請求項４に記載のガスタービン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン装置に係り、特に、各種被処理対象を計測するセンサーを備えたガスタービン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスタービン装置は、回転軸を介して回転自在に取り付けられたタービンと、燃料と空気との混合気を燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器と、燃焼器への燃料供給量を調節する燃料調節弁と、燃焼器に空気を圧送する空気圧縮機などから基本的に構成される。このような構成において、燃料調節弁及び空気圧縮機を介して形成された混合気が燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスがタービンに供給されることでタービンが高速で回転駆動される。
【０００３】
このようなガスタービン装置においては、安全な運転を確保するために、各種被計測対象の物理量を計測するセンサーが設けられている。例えば、冷却及び軸受の潤滑のために供給される油の圧力（以下、適宜油圧という）を計測する油圧センサーや、油の温度を計測する油温度センサーなどである。そして、これらの各センサーによる計測値を監視することによって、冷却機能の低下や軸受の潤滑不良の発生などを判断することができ、これにより、ガスタービン装置を安全かつ適切に運転することが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガスタービン装置においては、センサーの計測値によって何らかの異常の発生が認められた場合、この異常の発生を知らせるアラームを発するか、若しくは、ガスタービン装置の運転を緊急停止させるかの２通りの方法のみが採用されている。特に、緊急停止した場合にはガスタービン装置の温度が急速に低下するため、次のような問題が生じている。この問題について図５を参照して詳述する。図５は従来のガスタービン装置が緊急停止する際に負荷及びタービンの回転数が変動する様子について経時的に示す図である。なお、図５において、ＬＯＡＤは負荷を示し、ＮＲはタービンの回転数を示す。
【０００５】
センサーの計測値に異常が示されて緊急停止動作が開始されると（ｔ１）、図５に示すように、負荷（ＬＯＡＤ）を瞬間的に０にするとほぼ同時に、燃料調節弁を閉じてガスタービン装置の運転が緊急停止される（ＮＲ参照）。通常、ガスタービン装置はタービンが負荷を受けながら運転されるため、緊急停止された時点（ｔ１）ではガスタービン装置本体が高温となっている。そうすると、停止後、ガスタービン装置の温度が急速に低下することとなり、各構成部材に熱応力が発生してガスタービン装置本体がダメージを受けてしまう。しかも、上述した２通りの方法だけでは、ガスタービン装置を緊急停止させる程の異常でないにもかかわらず緊急停止させてしまうことがあり、結果として、運転を緊急停止させてしまう回数が増えてガスタービン装置の寿命の短縮化を招いている。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ガスタービン装置の運転中に異常がみられた場合でも、その異常の程度によっては運転の緊急停止を回避することでガスタービン装置の寿命の短縮化を防止することを可能とし、さらには、運転の信頼性を向上させることを可能としたガスタービン装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、本発明は、空気と燃料との混合気を燃焼させ、該燃焼により発生した燃焼ガスをタービンに供給することにより前記タービンを回転駆動するガスタービン装置において、所定の被計測対象の物理量を計測する第１のセンサーと、アラームを発するアラーム警報器と、前記タービンが受ける負荷を減少させた後に該減少後の負荷量を維持させる負荷減少部と、前記ガスタービン装置を直ちに停止させる緊急停止部と、前記第１のセンサーの計測値に基づいて前記アラーム警報器、前記負荷減少部、前記緊急停止部のいずれかを作動させる作動指令部と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この場合において、前記作動指令部は、前記第１のセンサーの計測値が所定の第１の設定値を超えた場合は前記アラーム警報器を作動させ、前記第１のセンサーの計測値が所定の第２の設定値を超えた場合には前記負荷減少部を作動させ、前記第１のセンサーの計測値が所定の第３の設定値を超えた場合には前記緊急停止部を作動させることが好ましい。
更に、前記負荷減少部は、前記第１のセンサーの計測値が前記第２の設定値を超えた場合に、前記第１のセンサーの計測値が再び前記第２の設定値を下回るまで負荷を減少させることが好ましい。
【０００９】
このように構成された本発明によれば、センサーの計測値が異常値を示した場合でも、ガスタービン装置を緊急停止させる前に、タービンが受ける負荷を減少させることで異常の改善を図ることができる。その結果、ガスタービン装置の緊急停止を回避させることができ、これにより、ガスタービン装置の寿命の短縮化を防止することが可能となる。また、運転を停止させずにそのまま運転を継続させることが可能となるため、ガスタービン装置の運転に対する信頼性を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の好ましい他の態様は、所定の被計測対象の物理量を計測する第２のセンサーと、前記タービンが受ける負荷が０になるまで前記負荷を所定の減少率で減少させた後に前記ガスタービン装置を停止させる運転停止部とを更に設けたことを特徴とする。
この場合において、前記運転停止部は、前記第２のセンサーの計測値が所定の第４の設定値を下回ったときに作動することが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、改善が見込めないような異常がセンサーによって計測された場合には、タービンが受ける負荷を所定の減少率で緩やかに減少させることによりガスタービン装置の温度を低下させることができる。その結果、ガスタービン装置を熱応力によるダメージから保護しつつ運転を停止させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスタービン装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【００１３】
図１に示すように、本ガスタービン装置は、タービン１と、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼器２と、燃焼器２への燃料の供給量を調節する燃料調節弁１９と、燃焼器２に空気を圧送する空気圧縮機３とを備えている。また、本ガスタービン装置は、タービン１に連結された発電機５と、タービン１を制御対象とするタービン制御部１１とを備えている。
【００１４】
タービン１は、流体を受けて回転するための複数の回転翼（図示せず）を有し、回転軸６を介してケーシング（図示せず）内に回転自在に支持されている。空気圧縮機３は回転軸６を介してタービン１により駆動されて空気を圧縮するように構成されている。この空気圧縮機３は配管７を介して燃焼器２に接続されており、空気圧縮機３により圧縮された空気は配管７を通って燃焼器２に供給されるようになっている。
【００１５】
燃料調節弁１９は燃焼器２の上流側に配置されており、図示しない燃料供給源から供給された燃料は、この燃料調節弁１９を介して燃焼器２に供給される。燃料調節弁１９は弁の開度が可変に構成され、この開度を操作することにより、燃焼器２への燃料の供給量が調節されるようになっている。
【００１６】
燃焼器２に供給された燃料および空気は燃焼器２において混合気を形成し、燃焼器２にて混合気が燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスが発生する。そして、この燃焼ガスがタービン１に供給されることによりタービン１が高速で回転する。さらに、回転軸６の端部付近には発電機５が連結されており、回転軸６を介してタービン１により発電機５が高速で回転駆動されることで発電が行われる。なお、本実施形態では発電機５としてＤＣブラシレス型発電機が使用され、発電機５にて発生した交流電流は、図示しない直流変換部、昇圧部、インバータ部などにより商用交流電流として使用可能に整調された後に出力される。
【００１７】
また、本ガスタービン装置には、混合気が燃焼することで高温となるガスタービン装置を冷却するために、冷却油を循環させるオイルポンプ１５が設けられている。なお、このオイルポンプ１５により循環される冷却油の一部は、回転軸６を回転自在に支持する軸受（図示せず）に供給され、軸受の潤滑性能を維持させるための潤滑油としても機能している。
【００１８】
タービン制御部１１は、タービン１を制御対象としたフィードバック制御を行うように構成されている。より具体的には、回転軸６の端部近傍に配置された回転数検出部１２や図示しない加速度算出部により得られたタービン１の現在の回転数や加速度などをフィードバック値とし、このフィードバック値と予め設定された目標値との偏差を最小とするための制御信号が演算される。そして、演算された制御信号の値に応じて燃料調節弁１９の開度を操作することで燃焼器２に供給される燃料の流量が調節される。このようにして、燃焼器２への燃料供給量が調節されることにより、タービン１に供給される燃焼ガスの量が加減され、これにより、タービン１の回転数や加速度の制御が行われる。
【００１９】
また、本実施形態では、所定の被計測対象の物理量を計測する各種センサー１６，１７を始めとするセンサーシステム２０を備えている。このセンサーシステム２０について、図２を参照して説明する。
図２は本実施形態に係るガスタービン装置が備えるセンサーシステムの全体構成を示す模式図である。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態が備えるセンサーシステム２０は、オイルポンプ１５により循環される冷却油の温度を計測する油温度センサー１６と、冷却油の圧力を計測するための油圧センサー１７とを備えている。また、図２に示すように、本実施形態が備えるセンサーシステム２０は、異常の発生を知らせるためのアラームを発するアラーム警報器２２と、タービン１が受ける負荷をある負荷量にまで所定の減少率で減少させた後、この減少後の負荷量を維持させる負荷減少部２３と、ガスタービン装置を直ちに停止させる緊急停止部２４と、油温度センサー１６の計測値に基づいてアラーム警報器２２又は負荷減少部２３又は緊急停止部２４のいずれかを作動させる作動指令部２１とを備えている。なお、本ガスタービン装置は、上述したように、タービン１により発電機５を駆動させることで所望の発電出力が得られるように構成されており、本実施形態において負荷とは発電機５による発電出力のことをいう。
【００２１】
図２に示すように、油温度センサー１６は作動指令部２１に接続されており、油温度センサー１６によって計測された計測値は作動指令部２１に常時送られるようになっている。さらに、作動指令部２１は、アラーム警報器２２及び負荷減少部２３及び緊急停止部２４とに接続されており、作動指令部２１には所定の第１の設定値、第２の設定値、第３の設定値が予め設定されている。そして、この作動指令部２１は、油温度センサー１６の計測値が所定の第１の設定値を超えた場合にはアラーム警報器２２を作動させ、油温度センサー１６の計測値が第２の設定値を超えた場合には負荷減少部２３を作動させ、油温度センサー１６の計測値が第３の設定値を超えた場合には緊急停止部２４を作動させるようになっている。負荷減少部２３は更に負荷制御部３０に接続されており、負荷制御部３０を介して負荷（発電出力）が減少されるようになっている。また、緊急停止部２４は燃料調節弁１９に接続されており、緊急停止部２４が作動すると燃料調節弁１９が瞬時に閉じて燃料供給が停止され、これにより、ガスタービン装置の運転を直ちに停止させるようになっている。
【００２２】
ここで、図３を参照しながら作動指令部２１及び負荷減少部２３の動作について説明する。図３は本実施形態における負荷減少部が油温度センサーの計測値に応じて負荷を減少させる様子を経時的に示す図である。
図３に示すように、作動指令部２１にて予め設定されている３つの設定値は、その値の小さい順から、第１の設定値（Ｔ１）、第２の設定値（Ｔ２）、第３の設定値（Ｔ３）の順で設定されている。そして、正常な運転が行われているときは、油温度センサー１６によって計測された計測値、即ち、冷却油の温度（Ｔ）は第１の設定値より下の値で推移することになる。
【００２３】
ところが、何らかの原因により異常が発生して冷却油の温度（Ｔ）が上昇し、上昇した冷却油の温度が第１の設定値（Ｔ１）にまで達すると（ｔ１）、作動指令部２１からアラーム警報器２２に作動指令が出され、ガスタービン装置のオペレータに向けてアラームが発せられる。オペレータは、このアラームを受けて何らかの異常が発生したことを認識することができ、適切な措置を取ることが可能となる。
【００２４】
さらに冷却油の温度（Ｔ）が上昇して、やがて、第２の設定値（Ｔ２）に達すると（ｔ２）、今度は、作動指令部２１から負荷減少部２３に向けて作動指令が出される。負荷減少部２３が作動すると、上述したように、負荷制御部３０を介してタービン１が受ける負荷（ＬＯＡＤ、発電出力）を所定の減少率で減少させるようになっている。すると、上昇する冷却油の温度（Ｔ）は下降に転じ、下降する冷却油の温度は、やがて、第２の設定値（Ｔ２）を下回ることになる。このとき、負荷減少部２３は、冷却油の温度が第２の設定値を下回ったことを検知して（ｔ３）、この負荷の量を維持させる。
【００２５】
このようにして、負荷を減少させることで冷却油の温度上昇を抑えることができ、ガスタービン装置を停止させることなく運転を継続させることが可能となる。なお、オペレータにより異常の原因が解決されるなど、再度、定常運転を再開できる状態になれば、図示しないリセットボタンを操作することによって再度負荷を増加させることができる（ｔ４）。冷却油の温度が更に上昇して第３の設定値（Ｔ３）に到達した場合には緊急停止部２４が作動することになり、燃料調節弁１９が瞬時に閉じてガスタービン装置の運転が直ちに停止される。
【００２６】
また、図２に示すように、本実施形態におけるセンサーシステム２０は、更に運転停止部２５を備えている。この運転停止部２５は油圧センサー１７に接続されており、油圧センサー１７の計測値が運転停止部２５に常時送られるようになっている。運転停止部２５には所定の第４の設定値が設定されており、油圧センサー１７から送られてきた計測値、即ち、油圧が第４の設定値を下回ったときには、運転停止部２５が作動するように構成されている。運転停止部２５は更に負荷制御部３０に接続されており、運転停止部２５が作動すると、負荷制御部３０を介して負荷、即ち、発電出力を所定の減少率で減少させて０にするようになっている。さらに、負荷が０になった時点から所定の時間が経過した後に燃料調節弁１９（図１参照）が完全に閉じられるようになっており、これにより、ガスタービン装置の運転が停止される。
【００２７】
ここで、本実施形態における運転停止部２５の動作について図４を参照して説明する。図４は本実施形態における運転停止部により負荷が減少した後に運転が停止される様子を示す図である。
ガスタービン装置が正常な状態で運転されている場合には、油圧センサー１７の計測値、即ち、油圧（Ｐ）は第４の設定値（Ｔ４）より高い値を示しつつ推移する。ところが、冷却油の漏洩などの異常が発生すると、図４に示すように、油圧が下がることになる。そして、油圧が第４の設定値を下回ると運転停止部２５が作動する（ｔ１）。運転停止部２５が作動すると、負荷（ＬＯＡＤ）が所定の減少率で減少し、やがて、負荷が０になる（ｔ２）。その後、所定の冷却時間（ｔ３）を経過した後、燃料調節弁１９の開度が閉じられ、これにより、ガスタービン装置の運転が停止される（ＮＲ参照）。
【００２８】
このように、負荷を徐々に減少させることによって、ガスタービン装置の温度を緩やかに低下させることが可能となり、ガスタービン装置の各構成部材に発生する熱応力を緩和させることが可能となる。さらに、負荷が０になってから運転を停止させるまでの間に冷却期間を設けたことにより、ガスタービン装置の温度をより低下させることができる。その結果、運転停止後の熱応力の発生を更に抑えることができ、これにより、ガスタービン装置の寿命低下を防止することが可能となる。
【００２９】
ここで、冷却油の温度は、通常、負荷の量と連動して変動するので、冷却油の温度が上昇した場合には負荷を減少させることで冷却油の温度上昇を抑えることができる。一方、冷却油が漏洩して油圧が低下した場合には、負荷を減少させても改善は見込めなく、このような場合は運転を一旦停止させることが必要となる。従って、本実施形態では、上述したように、油温度センサー１６は負荷減少部２３に接続され、油圧センサー１７は運転停止部２５に接続されている。これにより、異常の原因に応じて上述したような適切な措置を施すことが可能となる。
【００３０】
なお、本発明のガスタービン装置は、上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、センサーの計測値が異常値を示した場合でも、ガスタービン装置を緊急停止させる前に、タービンが受ける負荷を減少させることで異常の改善を図ることができる。その結果、ガスタービン装置の緊急停止を回避させることができ、これにより、ガスタービン装置の寿命の短縮化を防止することが可能となる。また、運転を停止させずにそのまま運転を継続させることが可能となるため、ガスタービン装置の運転に対する信頼性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、改善が見込めないような異常がセンサーによって計測された場合には、タービンが受ける負荷を所定の減少率で緩やかに減少させることによりガスタービン装置の温度を低下させることができる。その結果、ガスタービン装置を熱応力によるダメージから保護しつつ運転を停止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるガスタービン装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態であるガスタービン装置が備えるセンサーシステムの全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態における負荷減少部が油温度センサーの計測値に応じて負荷を減少させる様子を経時的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態における運転停止部により負荷が減少した後に運転が停止されるときの様子を示す図である。
【図５】従来のガスタービン装置が緊急停止する際に負荷及びタービンの回転数が変動する様子について経時的に示す図である。
【符号の説明】
１    タービン
２    燃焼器
３    空気圧縮機
５    発電機
６    回転軸
７    配管
１１    タービン制御部
１２    回転数検出部
１５    オイルポンプ
１６    油温度センサー
１７    油圧センサー
１９    燃料調節弁
２０    センサーシステム
２１    作動指令部
２２    アラーム警報器
２３    負荷減少部
２４    緊急停止部
２５    運転停止部
３０    負荷制御部
【図１】
0004090269.tif 000002
【図２】
0004090269.tif 000003
【図３】
0004090269.tif 000004
【図４】
0004090269.tif 000005
【図５】
0004090269.tif 000006