控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备 |
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| 申请号 | CN200980110550.6 | 申请日 | 2009-03-27 | 公开(公告)号 | CN102177314B | 公开(公告)日 | 2014-07-02 |
| 申请人 | 三菱重工业株式会社; 卵石床模块反应器有限公司; | 发明人 | 小野仁意; 园田隆; 杼谷直人; 加藤诚; 宇么谷雅英; 藤井文伦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供控制 涡轮 机设备的方法和 涡轮机 设备，该涡轮机设备能够执行控制施加至减速部的 载荷 的启动操作，同时遵从施加至设置在涡轮机设备处的装置的限制。本发明的特征在于，包括下述步骤： 加速 步骤(S1)，通过经由减速部由 电动机 驱动旋转压缩部和涡轮机部来增加转数；载荷检测步骤(S2)，由载荷检测部检测施加至减速部的载荷；以及旁通流量控制步骤(S3)，当检测到的载荷的绝对值等于或小于预定值的绝对值时，增加从压缩部的出口侧旁通至压缩部的进口侧的 工作 流体 的流量，并且当所述载荷的绝对值等于或大于所述预定值的绝对值时，降低旁通工作流体的流量。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种控制涡轮机设备的方法，特征在于，控制包括下述部分的涡轮机设备的方法： |
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| 说明书全文 | 控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备技术领域背景技术[0002] 在加快背景技术的燃气轮机等的发电机设备的速度中，使用单独设置的用于启动的电动机和用于使用作为电动机的发电机的电气设备SFC(静止变频器：Static Frequency Converter)。该电气设备仅用于启动，因此，为了实现设备成本的降低，已经采用了具有尽可能小的容量的这种电气设备。 [0004] 然而，根据使用原子反应炉等作为热源使工作流体在封闭系统中循环的闭环循环燃气轮机，温度升高速率受到施加到反应炉主体的限制因素的限制(例如，100℃/h)，快速的升温是困难的。因此，根据采用与现有的燃气轮机类似的启动程序的启动方法，造成的问题是将涡轮机的速度提高到额定转数花费时间。 [0005] 另一方面，根据仅采用启动装置将速度提高至额定转数的方法，对启动装置的要求的能力增加，因此，造成了增加设备成本的问题。 [0007] 根据在日本专利公开No.3020853中描述的技术，通过在加快涡轮机的速度中在额定运行中降低填充氦的比填充量多的量，可以降低提高涡轮机速度所要求的驱动转矩，并可以降低对启动装置所要求的能力。 [0008] 然而，根据在日本专利公开No.3020853中描述的技术，在操作氦填充量中花费时间，因此，问题是该技术不适于用在在相对短的时间周期内完成的加速操作中。 [0010] 然而，当如上降低加快涡轮机的速度要求的驱动转矩时，也降低了加载减速齿轮等的转矩，造成的是，涉及带来齿轮微振磨损等缺点，这些缺点是通过使齿轮共用的载荷偏离标准值为齿轮自重，或者使齿的接触位置偏离标准位置引起的。 发明内容[0011] 为了解决上述问题，已经完成了本发明，并且其目标是提供一种控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备，其能够通过控制施加在减速部上的载荷和加在设置在涡轮机设备处的装置上的限制来完成启动操作。 [0012] 为了实现上述目标，本发明提供了下述措施。 [0013] 一种控制涡轮机设备的方法，特征在于控制包括下述部分的涡轮机设备的方法：压缩工作流体的压缩部；由工作流体驱动旋转的涡轮机部；以及使工作流体至少在压缩部和涡轮机部之间循环的循环流径，该方法包括下述步骤：加速步骤，通过经由减速部由电动机驱动旋转压缩部和涡轮机部来增加转数；载荷检测步骤，由载荷检测部检测施加至减速部的载荷；以及旁通流量控制步骤，当检测到的载荷的绝对值等于或小于预定值的绝对值时，增加从压缩部的出口侧旁通至压缩部的进口侧的工作流体的流量，并且当所述载荷的绝对值等于或大于所述预定值的绝对值时，降低旁通工作流体的流量。 [0014] 根据本发明，在运行使压缩部和涡轮机部的速度加速的过程中，通过基于施加至减速部的载荷控制从压缩机的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量，将施加至减速部的载荷控制到预定值。 [0015] 例如，与基于从启动到使所述速度加速的操作过去的时间周期控制旁通工作流体的流量的方法相比，施加至减速部的转矩的控制变得精准。 [0016] 也就是说，当施加至减速部的转矩的绝对值等于或小于预定值的绝对值时，通过增加旁通工作流体的流量，通过压缩机的工作流体的流量增加。在通过的工作流体的流量增加时，驱动压缩机必需的转矩增加，因此，施加至设置在发电机和压缩机之间的减速部的转矩增加，并将施加至减速部的转矩控制到预定值。 [0017] 另一方面，当施加至减速部的转矩的绝对值等于或大于预定值的绝对值时，通过降低旁通工作流体的流量，通过压缩机的工作流体的流量降低。当通过的工作流体的流量降低时，驱动压缩机必需的转矩降低，因此，施加至设置在发电机和压缩机之间的减速部的转矩降低，并将施加至减速部的转矩控制到预定值。 [0018] 而且，通过仅控制旁通工作流体的流量就能控制施加至减速部的转矩，因此，即使在设置有热源的发电设备的加速速率例如受到加热工作流体的原子反应炉等的限制的情况中，也可以将施加至减速部的转矩控制到预定值，同时遵从加速速率限制等。 [0019] 根据本发明，优选的是，所述旁通流量控制步骤包括下述步骤：第一计算步骤，基于检测到的载荷和所述预定值计算所述旁通流量；第二计算步骤，基于所述压缩机的进口侧和出口侧之间的压力比和基于吸向涡轮机部的工作流体的温度计算的压缩机的修正转数，计算防止所述压缩机出现浪涌必需的旁通流量；选择步骤，从由第一和第二计算步骤计算出的旁通流量选择具有较大流量的旁通流量；以及流量控制步骤，将从压缩部的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量控制到选定的旁通流量。 [0020] 根据本发明，从将施加至减速部的转矩控制到预定的旁通流量和用于防止引起压缩机浪涌的旁通流量中选择具有较大流量的旁通流量，以将旁通工作流体的流量控制到选定的旁通流量，因此，不仅可以防止施加至减速部的转矩小于预定值，而且可以防止引起压缩机的浪涌。 [0021] 一种控制涡轮机设备的方法，特征在于控制包括下述部分的涡轮机设备的方法：压缩工作流体的压缩部；由工作流体驱动旋转的涡轮机部；以及使工作流体至少在压缩部和涡轮机部之间循环的循环流径，该方法包括下述步骤：加速步骤，通过经由减速部由电动机驱动旋转压缩部和涡轮机部来增加转数；以及旁通流量控制步骤，随着启动之后增加转数的时间周期过去降低从压缩部的出口侧旁通至压缩部的进口侧的工作流体的流量。 [0022] 根据本发明，在运行使压缩部和涡轮机部的速度加速的过程中，通过基于启动之后过去的时间周期控制从压缩机的旁通至进口侧的工作流体的流量，以操作使所述速度加速，可以将施加至减速部的转矩控制到预定值。 [0023] 因此，与例如基于施加至减速部的转矩控制旁通工作流体的流量的方法相比，便于施加至减速部的载荷的控制。 [0024] 也就是说，在启动运行加速的过程中，循环通过压缩部和涡轮机部的工作流体的温度低，用于驱动压缩部等必需的转矩小，因此，施加至减速部的载荷也小。因此，在启动运行加速的过程中，通过确保通过压缩机的工作流体的流量，可以确保施加至减速部的转矩，而不降低旁通工作流体的流量。 [0025] 随后，当启动运行加速之后已经过去一定时间时，循环至压缩部和涡轮机部的工作流体的温度变高，用于驱动压缩部等必需的转矩增加，且施加至减速部的转矩增加。因此，通过随着启动运行加速之后时间的过去降低旁通工作流体的流量，可以限制驱动压缩机必需的转矩的增加，并可以限制施加至减速部的转矩的增加。 [0026] 在本发明中，优选的是，所述旁通流量控制步骤包括下述步骤：第一计算步骤，基于启动以增加所述转数之后过去的时间周期计算所述旁通流量；第二计算步骤，基于所述压缩机的进口侧和出口侧之间的压力比和基于吸向涡轮机部的工作流体的温度计算的压缩机的修正转数，计算防止所述压缩机出现浪涌必需的旁通流量；选择步骤，从由第一和第二计算步骤计算出的旁通流量选择具有较大流量的旁通流量；以及流量控制步骤，将从压缩部的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量控制到选定的旁通流量。 [0027] 根据本发明，从基于启动以增加所述转数之后过去的时间周期的旁通流量和用于防止引起压缩机浪涌的旁通流量中选择具有较大流量的旁通流量，以控制到选择旁通工作流体的流量的旁通流量，因此，不仅防止施加至减速部的转矩小于预定值，而且防止在压缩机中引起浪涌。 [0028] 一种涡轮机设备，特征在于，设置有：压缩部，压缩工作流体；涡轮机部，由工作流体驱动旋转；循环流径，使工作流体至少在压缩部和涡轮机部之间循环，旁通流径，使工作流体从压缩部的出口侧旁通至进口侧；流量控制部，控制流过旁通流径的工作流体的流量；电动机，在启动过程中经由减速部驱动旋转压缩部和涡轮机部；和控制部，用于执行根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的控制方法。 [0029] 根据本发明，通过由所述控制部执行本发明的控制方法，控制从压缩机的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量，并控制施加至减速部的载荷。 [0030] 而且，通过仅控制旁通工作流体的流量就能控制施加至减速部的载荷，因此，即使在设置有限制例如加热工作流体的原子反应炉等的温度升高速率的热源的涡轮机设备的情况中，也可以将施加至减速部的载荷控制到预定值，同时遵从施加在热源上的温度升高速率等等的限制。 [0031] 根据所述控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备，在操作使压缩部和涡轮机部的速度加速的过程中，通过基于施加至减速部的载荷控制从压缩机的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量，实现了能够执行控制施加至减速部的载荷的启动操作的效果，同时遵从施加至设置在涡轮机设备处的装置的限制。 [0032] 根据所述控制涡轮机设备的方法和涡轮机设备，通过基于在操作中启动以操作速度的加速以使压缩部和涡轮机部的速度加速之后过去的时间周期来控制从压缩机的出口侧旁通至进口侧的工作流体的流量，实现了能够执行控制施加至减速部的载荷的启动操作的效果，同时遵从施加至设置在涡轮机设备处的装置的限制。附图说明 [0033] 图1为用于说明根据本发明第一实施方式的发电设备的构造的示意图。 [0034] 图2为用于说明图1的发电设备的控制的框图。 [0035] 图3为用于说明在启动图1的发电设备的过程中转数随时间的变化和第二旁通阀敞开度随时间的变化的图示。 [0036] 图4为用于说明在启动图1的发电设备的过程中施加至减速齿轮部的转矩随时间的变化的图示。 [0037] 图5为用于说明在启动图1的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0038] 图6为用于说明根据本发明第二实施方式的发电设备的构造的框图。 [0039] 图7为用于说明在启动图1的发电设备的过程中转数随时间的变化以及第一和第二旁通阀敞开度随时间的变化的图示。 [0040] 图8为用于说明在启动图6的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0041] 图9为用于说明根据本发明第三实施方式的发电设备的构造的示意图。 [0042] 图10为用于说明图9的发电设备的控制的框图。 [0043] 图11为用于说明在启动图10的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0044] 图12为用于说明根据本发明第四实施方式的发电设备的构造的示意图。 [0045] 图13为用于说明图12的发电设备的控制的框图。 [0046] 图14为用于说明在启动图12的发电设备的过程中的控制的流程图。 具体实施方式[0047] 第一实施方式 [0048] 将参照图1至图5描述根据本发明第一实施方式的包括闭环循环燃气轮机的发电设备。 [0049] 图1为用于说明根据该实施方式的发电设备的构造的示意图。 [0050] 根据该实施方式，将给出将本发明应用于包括用于使构成工作流体的氦气在封闭循环系统(闭环)中循环并采用原子反应炉作为加热压缩工作流体的热源的燃气轮机的发电设备的说明。 [0051] 如图1所示，发电设备(涡轮机设备)1主要设置有设置在同一旋转轴2上的涡轮机部3、低压压缩机(压缩部)4、高压压缩机(压缩部)5和减速齿轮部(减速部)6，连接至减速齿轮部6的发电机(电动机)7，用于加热由高压压缩机5压缩的工作流体的原子反应炉8，以及用于使工作流体按顺序在原子反应炉8、涡轮机部3、低压压缩机4和高压压缩机5中循环的循环流径。 [0052] 如图1所示，涡轮机部3设置在旋转轴2处，并由从反应炉8供给的高温高压工作流体驱动旋转。 [0053] 工作流体连接为能够在原子反应炉8和涡轮机部3之间以及通过循环流径9在涡轮机部3和低压压缩机4之间流动。 [0054] 如图1所示，低压压缩机4设置在旋转轴2处，用于通过使用经由旋转轴2提供的旋转驱动力压缩工作流体。 [0055] 工作流体连接为能够通过循环流径9在涡轮机部3和低压压缩机4之间以及低压压缩机4和高压压缩机5之间流动。 [0056] 如图1所示，高压压缩机5设置在旋转轴2处，用于通过使用经由旋转轴2提供的旋转驱动力将工作流体压缩至较高的压力。 [0057] 工作流体连接为能够通过循环流径9在低压压缩机4和高压压缩机5之间以及高压压缩机5和原子反应炉8之间流动。 [0058] 如图1所示，原子反应炉8设置在高压压缩机5和涡轮机部3之间，用于通过加热从高压压缩机5传递的高压工作流体将高温高压工作流体供给至涡轮机部3。 [0059] 工作流体连接为能够通过循环流径9在高压压缩机5和原子反应炉8之间以及原子反应炉8和涡轮机部3之间流动。 [0060] 如图1所示，减速齿轮部6连接旋转轴2和发电机7，以能够传递转驱动力，用于将来自旋转轴2的旋转驱动力传递至发电机7，或将来自发电机7的旋转驱动力传递至旋转轴2，同时转换转数。 [0061] 减速齿轮部6由多个齿轮的结合构成并且能够使用各种结合类型。例如，虽然可以将行星齿轮用作减速齿轮部6，但本发明不特别限于此。 [0062] 图2为用于说明图1的发电设备的控制的框图。 [0063] 如图1所示，减速齿轮部6设置有转矩计(载荷检测部)11，用于测量施加至减速齿轮部6的转矩。 [0064] 如图2所示，由转矩计11测量的转矩输出至反馈控制部51。 [0065] 如图1所示，发电机7连接至减速齿轮部6，以能够传递旋转驱动力，并由涡轮机部3经由旋转轴2和减速齿轮部6驱动旋转，以在发电设备1进入运行状态时发电。 [0066] 另一方面，在启动发电设备1的过程中，涡轮机部3、低压压缩机4和高压压缩机5通过采用从外面供给的动力经由旋转轴2和减速齿轮部6驱动旋转。 [0067] 如图1所示，循环流径9为使工作流体在反应炉8、涡轮机部3、低压压缩机4和高压压缩机5之间循环的流径。 [0068] 循环流径9设置有用于在从涡轮机部3流出的工作流体和从高压压缩机5传递的工作流体之间进行热交换的再生热交换器21、用于在吸至低压压缩机4的工作流体和海水之间进行热交换的冷却器22、用于在从低压压缩机4传递的工作流体和海水进行热交换的中间冷却器23。 [0069] 如图1所示，再生热交换器21为用于通过回收来自从涡轮机部3流出的工作流体的热量而加热流向原子反应炉8的工作流体的热交换器。再生热交换器21设置在涡轮机部3和低压压缩机4之间以及高压压缩机5和原子反应炉8之间。 [0070] 如图1所示，冷却器22为用于将从再生热交换器21流出的工作流体的热量散发到海水中的热交换器。冷却器22设置在再生热交换器21和低压压缩机4之间。 [0071] 而且，可以使用具有如上所述将工作流体的热量散发到海水中的构造的冷却器22，或者可以使用具有将工作流体的热量散发到其它介质中的构造的热交换器，且本发明不特别限制。 [0072] 如图1所示，中间冷却器23为用于将从低压压缩机4传递的工作流体的热量散发到海水中的热交换器。中间冷却器23设置在低压压缩机4和高压压缩机5之间。 [0073] 而且，可以使用具有如上所述将工作流体的热量散发到海水中的构造的中间冷却器23，或者可以使用具有将工作流体的热量散发到其它介质中的构造的热交换器。 [0074] 而且，如图1所示，循环流径9设置有第一旁通流径(旁通流径)31和第二旁通流径(旁通流径)32，第一旁通流径(旁通流径)31用于增加吸向低压压缩机4的工作流体的流量的，第二旁通流径(旁通流径)32用于控制填充工作流体的量，即，在循环流径9内部流动的工作流体的流量，并用于增加吸向低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量。 [0075] 如图1所示，第一旁通流径31是再循环从中间冷却器23流出到低压压缩机4和冷却器22之间的工作流体的部分的流径。换句话说，第一旁通流径31为这样一种流径，其一端中间冷却器23和高压压缩机5之间连接至循环流径9，其另一端冷却器22和低压压缩机4之间连接至循环流径9。 [0076] 第一旁通流径31设置有用于控制再循环的工作流体的流量的第一旁通阀36。 [0077] 如图1所示，第一旁通阀36为设置在第一旁通流径31处的用于控制在第一旁通流径31中流动的工作流体的流量的阀。换句话说，第一旁通阀36为这样一种阀，其控制吸向低压压缩机4的工作流体的流量，用于通过控制流量防止在低压压缩机4处产生浪涌。 [0078] 虽然根据该实施方式，将给出适用于设置并行的两个第一旁通阀36的说明，但第一旁通阀36的数量可以多于或少于两个，且不特别限制。 [0079] 如图1所示，第二旁通流径32为将工作流体填充至高压压缩机5的出口侧和低压压缩机4的进口侧中的一个或两者的流径，以及使从高压压缩机5传递至再生热交换器21和冷却器22之间的工作流体的一部分再循环的流径。换句话说，第二旁通流径32为这样一种流径，其一个端部连接在高压压缩机5和再生热交换器21之间，其另一端连接至在冷却器22和低压压缩机4之间。 [0080] 第二旁通流径32设置有连接至外部工作流体填充系统的第一缓冲罐41和第二缓冲罐42，以及设置在第一缓冲罐41和第二缓冲罐42之间的第二旁通阀(流量控制部)43。 [0081] 第一缓冲罐41为设置在第二旁通流径32的高压压缩机5侧的罐。第二缓冲罐42为设置在第二旁通流径32的冷却器22侧的罐。 [0082] 当工作流体填充至循环流径9时，经由第一缓冲罐41和第二缓冲罐42中的一个或两个从工作流体填充系统填充工作流体。 [0083] 另一方面，当控制吸向低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量时，使从高压压缩机5传递的工作流体的一部分按第一缓冲罐41和第二缓冲罐42的顺序流动，以再循环至再生热交换器21和冷却器22之间。 [0084] 如图1所示，第二旁通阀43为在第二旁通流径32处设置在第一缓冲罐41和第二缓冲罐42之间的阀，用于控制在第二旁通流径32中流动的工作流体的流量。换句话说，第二旁通阀43为用于在运行发电设备1的过程中控制吸向低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量的阀，以及用于在启动过程中控制施加至减速齿轮部6的转矩的阀。 [0086] 虽然根据该实施方式，将给出适用于设置并行的两个第二旁通阀43的说明，但第二旁通阀43的数量可以多于或小于两个，且不特别限制。 [0087] 而且，如图2所示，发电设备1设置有反馈控制部(控制部)51，用于基于构成由转矩计11测量的转矩的值的转矩信号控制第二旁通阀43的敞开度。 [0088] 将给出反馈控制部51的控制第二旁通阀43的敞开度的说明。 [0089] 接下来，将说明在包括上述构造的发电设备1处的发电。 [0090] 当发电设备1执行操作，即发电时，如图1所示，流向原子反应炉8的高压工作流体通过吸收在原子反应炉8处产生的热量而被进一步加热，以作为例如约900℃的工作流体从原子反应炉8流出到循环流径9。 [0091] 工作流体从循环流径9流向涡轮机部3。涡轮机部3从提供至流动高温高压工作流体的能量产生旋转驱动力，将产生的旋转驱动力传递至旋转轴2。 [0092] 旋转驱动力从旋转轴2传递至减速齿轮部6，并从减速齿轮部6传递至发电机7。旋转轴2的转数降低至适合由减速齿轮部6驱动发电机7的转数。 [0093] 通过由传递的旋转驱动力驱动旋转，发电机7产生电力。 [0094] 另一方面，当从涡轮机部3流出时，工作流体的温度降低至约500℃，并且该工作流体经由循环流径9流向再生热交换器21。在再生热交换器21处，在从涡轮机部3流出的工作流体和从随后提到的高压压缩机5传递的工作流体之间进行热交换，并且该工作流体从再生热交换器21流出。 [0095] 从再生热交换器21流出的工作流体经由循环流径9流向冷却器22，以在工作流体和海水之间进行热交换，冷却至约20℃，随后，从冷却器22流出。 [0096] 从冷却器22流出的工作流体经由循环流径9被吸向低压压缩机4。低压压缩机4通过经由旋转轴2从涡轮机部3提供的旋转驱动力压缩吸入的工作流体，以传递至循环流径9。 [0097] 从低压压缩机4传递的工作流体经由循环流径9流向中间冷却器23，以在工作流体和海水之间进行热交换，冷却至约20℃，随后，从中间冷却器23流出。 [0098] 从中间冷却器23流出的工作流体经由循环流径9被吸向高压压缩机5。高压压缩机5通过经由旋转轴2从涡轮机部3提供的旋转驱动力将工作流体压缩至较高的压力，以传递至循环流径9。 [0099] 从高压压缩机5传递的工作流体经由循环流径9流向再生热交换器21，在该工作流体和从涡轮机部3流出的工作流体之间进行热交换，被加热至例如约450℃，并流出到循环流径9。 [0100] 从再生热交换器21流出的工作流体经由循环流径9流向原子反应炉8，以重复上述过程。 [0101] 当在循环流径9中流动的工作流体的流量小时，换句话说，当流向低压压缩机4的工作流体的流量小时，第一旁通阀36打开，以防止在低压压缩机4处引起浪涌。 [0102] 也就是说，通过打开第一旁通阀36，从低压压缩机4传递并且从中间冷却器23流出的工作流体的一部分经由第一旁通流径31流向冷却器22和低压压缩机4之间的循环流径9。因此，与在整个循环流径9中循环的工作流体的流量相比，流向低压压缩机4的工作流体的流量增加，以防止在低压压缩机4处引起浪涌。 [0103] 另一方面，当流向低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量小时，第二旁通阀43打开，以防止在低压压缩机4和高压压缩机5处引起浪涌。 [0104] 也就是说，通过打开第二旁通阀43，从高压压缩机5传递的工作流体的一部分经由第二旁通流径32、第一缓冲罐41和第二缓冲罐42流向再生热交换器21和冷却器22之间的循环流径9。因此，与在整个循环流径9中循环的工作流体的流量相比，流向低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量增加，以防止在低压压缩机4和高压压缩机5处引起浪涌。 [0105] 而且，当填充在循环流径9中循环的工作流体的量小时，工作流体从经由第一缓冲罐41和第二缓冲罐42连接的工作流体填充系统填充到循环流径9内部。 [0106] 接下来，将说明构成该实施方式的特征的启动发电设备1中的控制。 [0107] 在启动发电设备1的过程中，如图1所示，动力从外面供给至发电机7。供给动力的发电机7作为电动机产生旋转驱动力，以经由减速齿轮部6和旋转轴2驱动旋转涡轮机部3、低压压缩机4和高压压缩机5。 [0108] 图3为用于说明在启动图1的发电设备的过程中转数随时间的变化和第二旁通阀的敞开度随时间的变化的图示。 [0109] 当发电设备1启动时，如图3所示，低压压缩机4、高压压缩机5被驱动，以约300转每分钟的旋转速度旋转，并且维持约300转每分钟的旋转速度，直到输入加速指令的第一预定时间T1为止。 [0110] 在这种情况中，如图1和图2所示，施加至减速齿轮部6的转矩由转矩计11测量，测量的转矩的值，即，转矩信号，输入反馈控制部51。由转矩计11测量的转矩比目标转矩(预定值)更接近0，因此，反馈控制部51输出打开第二旁通阀43的控制信号。 [0111] 当第二旁通阀43打开时，从高压压缩机5传递的工作流体的一部分经由第二旁通流径32、第一缓冲罐41和第二缓冲罐42再循环至低压压缩机4。换句话说，由低压压缩机4和高压压缩机5压缩的工作流体的流量增加，且驱动低压压缩机4和高压压缩机5所必需的驱动转矩增加。 [0112] 随后，施加至构成电动机的发电机7以及设置在低压压缩机4和高压压缩机5之间的减速齿轮部6的转矩增加。 [0113] 图4为用于说明在启动图1的发电设备的过程中施加至减速齿轮部的转矩随时间的变化的图示。 [0114] 从启动到第一预定时间T1，低压压缩机4、高压压缩机5等的旋转速度低，而且，原子反应炉8的温度也进入低状态中，因此，打开第二旁通阀43的控制信号从反馈控制部51输入，直到第二旁通阀43完全打开。在图4中示出的从启动到第一预定时间T1的转矩表示在完全打开第二旁通阀43的状态中施加至减速齿轮部6的转矩。 [0115] 也就是说，从启动到第一预定时间T1，由转矩计11测量的转矩包括在从0到负的第一预定转矩(预定值)-Q1的范围内。 [0116] 在这里，图4中的正转矩表示在发电机7由涡轮机部3驱动旋转时施加至减速齿轮部6的转矩的值，负转矩表示当涡轮机部3、低压压缩机4和高压压缩机5由发电机7驱动旋转时施加至减速齿轮部6的转矩值。 [0117] 而且，图4中的正的第一预定转矩Q1至负的第一预定转矩-Q1之间的区域为其中施加至减速齿轮部6的转矩值小且使构成减速齿轮部6的齿轮等产生微振磨损的可能性高的区域。 [0118] 图5为用于说明在启动图1的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0119] 当输入加速指令并且开始低压压缩机4等的旋转速度增加时，也就是说，当第一预定时间T1已经过去时，如图3所示，低压压缩机4、高压压缩机5等的旋转速度随着时间的过去而增加，且在第二预定时间T2处加速至约6000转每分钟的额定旋转次数(步骤S1(加速步骤))。 [0120] 当旋转速度增加时，由低压压缩机4和高压压缩机5压缩的工作流体的流量也增加，因此，驱动低压压缩机4和高压压缩机5必需的驱动转矩也增加。 [0121] 因此，由转矩计11测量的施加至减速齿轮部6的转矩也增加(步骤S2(载荷检测步骤))。反馈控制部51根据输入的转矩信号输出控制第二旁通阀43的敞开度的控制信号(步骤S3(旁通流量控制步骤)。 [0122] 也就是说，当施加至减速齿轮部6的转矩的绝对值小于目标转矩-Q的绝对值时，反馈控制部51输出打开第二旁通阀43的控制信号，以执行使施加至减速齿轮部6的转矩接近目标转矩-Q的控制。另一方面，当施加至减速齿轮部6的转矩的绝对值大于目标转矩-Q的绝对值时，反馈控制部51输出关闭第二旁通阀43的控制信号，以执行使施加至减速齿轮部6的转矩接近目标转矩-Q的控制。 [0123] 根据上述构造，通过基于在操作中施加至减速齿轮部6的转矩来控制从高压压缩机5的出口侧旁通至低压压缩机4的进口侧的工作流体的流量以使低压压缩机4、高压压缩机5和涡轮机部3加速，施加至减速齿轮部6的转矩被控制到目标转矩-Q。 [0124] 因此，例如与基于从启动到使所述速度加速的操作过去的时间周期控制旁通工作流体的流量的方法相比，施加至减速齿轮部6的转矩的控制变得精准。 [0125] 也就是说，当施加至减速齿轮部6的转矩的绝对值等于或小于目标转矩-Q的绝对值时，通过增加旁通工作流体的流量，通过低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量增加。在通过的工作流体的流量增加时，驱动低压压缩机4和高压压缩机5必需的转矩增加，因此，施加至设置在发电机7以及低压压缩机4和高压压缩机5之间的减速齿轮部6的转矩增加，并将施加至减速齿轮部6的转矩控制到目标转矩-Q。 [0126] 另一方面，当施加至减速齿轮部6的转矩的绝对值等于或大于目标转矩-Q的绝对值时，通过降低旁通工作流体的流量，通过低压压缩机4和高压压缩机5的工作流体的流量降低。当通过的工作流体的流量降低时，驱动低压压缩机4和高压压缩机5必需的转矩降低，因此，施加至设置在发电机7以及低压压缩机4和高压压缩机5之间的减速齿轮部6的转矩降低，并将施加至减速齿轮部6的转矩控制到目标转矩-Q。 [0127] 而且，通过仅控制旁通工作流体的流量就能控制施加至减速齿轮部6的转矩，因此，即使在设置有热源的发电设备1的加速速率例如受到加热工作流体的原子反应炉8等的限制的情况中，也可以将施加至减速齿轮部6的转矩控制到目标转矩-Q，同时遵从加速速率等等的限制。 [0128] 而且，虽然根据上述实施方式，已经给出了应用于通过使用转矩计11测量作为施加至减速齿轮部6的转矩的测量施加至减速齿轮部6的载荷的例子的说明，不仅测量作为转矩的载荷，也可以测量作为载荷的构成减速齿轮部6的齿轮的位移，且本发明不特别限于此。 [0129] 而且，虽然根据上述实施方式，已经给出了应用于其中压缩机由两级，即低压压缩机4和高压压缩机5，构成的例子的说明，但压缩机也可以由一级构成，或可以为三级或更多级，且本发明不特别限于此。 [0130] 虽然根据上述实施方式，已经给出了应用于通过反馈控制部51控制第二旁通阀43的敞开度的例子的说明，但第一旁通阀36的敞开度可以由反馈控制部51控制，且本发明不特别限于此。 [0131] 虽然根据上述实施方式，已经给出了应用于在启动发电设备1的过程中控制第二旁通阀43的例子的说明，但当发电设备1停止时，或者当在循环流径9中流动的工作流体的流量小时，可以执行类似的控制，且本发明不特别限于此。 [0132] 第二实施方式 [0133] 接下来，将参照图6至图8说明本发明的第二实施方式。 [0134] 虽然该实施方式的发电设备的基本结构与第一实施方式类似，但该实施方式与第一实施方式的控制第一旁通阀的方法不同。因此，根据该实施方式，将仅参照图6至图8说明第一旁通阀的控制，且将省略其它构成元件等的说明。 [0135] 图6为用于说明根据该实施方式的发电设备的控制的框图。 [0136] 而且，与第一实施方式相同的构成元件采用相同的标记，且将省略对它们的说明。 [0137] 如图6所示，该实施方式的发电设备101的控制部150设置有用于控制第二旁通阀43的敞开度的反馈控制部51和用于控制第一旁通阀(流量控制部)36的敞开度的程序控制部(控制部)151。 [0138] 程序控制部151基于用于在启动发电设备1的过程中指示低压压缩机4等等的旋转速度加速的加速指令来控制第一旁通阀36的敞开度。 [0139] 在程序控制部151处的对第一旁通阀36的敞开度的控制将说明如下。 [0140] 接下来，将说明在启动构成该实施方式的特征的发电设备101中的控制。 [0141] 而且，虽然在启动过程中，反馈控制部51和程序控制部151分别控制第二旁通阀43和第一旁通阀36的敞开度，但反馈控制部51对第二旁通阀43的敞开度的控制类似于第一实施方式中的控制，因此，将省略对这种控制的说明。 [0142] 而且，发电设备101处的发电类似于根据第一实施方式的发电，因此，将省略对其的说明。 [0143] 图7为用于说明在启动图6的发电设备的过程中转数随时间的变化以及第一旁通阀和第二旁通阀敞开度随时间的变化的图示。而且，图7中的曲线V1表示第一旁通阀36的敞开度，曲线V2表示第二旁通阀43的敞开度。 [0144] 当发电设备101启动时，如图7所示，低压压缩机4、高压压缩机5等等被驱动，以约300转每分钟的旋转速度旋转，并且维持约300转每分钟的旋转速度，直到输入加速指令的第一预定时间T1为止。 [0145] 在这种情况中，程序控制部151输出完全打开第一旁通阀36的控制信号。 [0146] 当第一旁通阀36打开时，从低压压缩机4传递并经过中间冷却器23的制冷剂的一部分经由第一旁通流径31再循环至低压压缩机4的进口侧。换句话说，由低压压缩机4压缩的工作流体的流量增加，且驱动低压压缩机4必需的驱动转距增加(参见图1)。 [0147] 随后，施加至设置在构成电动机的发电机7和低压压缩机4之间的减速齿轮部6的转矩也增加。 [0148] 图8为用于说明启动图6的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0149] 随后，当低压压缩机4等的旋转速度通过输入加速指令而启动时(步骤S1(加速步骤))，程序控制部151根据输入加速指令之后过去的时间周期输出降低第一旁通阀36的敞开度的控制信号(步骤S13(旁通流量控制步骤))。 [0150] 也就是说，当低压压缩机4等的旋转速度随着时间的过去增加时，由低压压缩机4压缩的工作流体的流量也增加，因此，用于驱动低压压缩机4必需的驱动转矩也随着时间的过去增加。 [0151] 因此，程序控制部151输出与输入加速指令之后过去的时间成比例的降低第一旁通阀36的敞开度的控制信号。 [0152] 当第一旁通阀36的敞开度降低时，流过第一旁通阀36的工作流体的流量降低，再循环至低压压缩机4的工作流体的流量降低。因此，由低压压缩机4压缩的工作流体的流量的增加受到限制，且用于驱动低压压缩机4必需的驱动转矩中的增加受到限制。 [0153] 根据上述构造，在使低压压缩机4、高压压缩机5和涡轮机部3的速度增加的操作中，通过基于启动之后过去的时间周期控制从低压压缩机4的传送侧旁通至吸入侧的工作流体的流量，以操作使所述速度加速，可以将施加至减速齿轮部6的转矩控制到目标转矩-Q。 [0154] 因此，与例如基于施加至减速齿轮部6的转矩控制旁通工作流体的流量的方法相比，便于施加至减速齿轮部6的载荷的控制。 [0155] 也就是说，在启动运行加速的过程中，循环至低压压缩机4、高压压缩机5和涡轮机部3的工作流体的温度低，用于驱动低压压缩机4等必需的转矩小，因此，施加至减速齿轮部6的载荷也小。因此，在启动以运行加速的过程中，通过在不降低旁通工作流体的流量的情况下确保通过低压压缩机4的工作流体的流量，可以确保施加至减速齿轮部6的转矩。 [0156] 随后，当启动运行加速之后已经过去一定时间时，循环至低压压缩机4、高压压缩机5和涡轮机部3的工作流体的温度变高，用于驱动低压压缩机4等必需的转矩增加，且施加至减速齿轮部6的转矩增加。因此，通过随着启动运行加速之后时间的过去降低旁通工作流体的流量，可以限制驱动低压压缩机4必需的转矩的增加，并可以限制施加至减速齿轮部6的转矩的增加。 [0157] 而且，通过采用反馈控制部51和程序控制部151分别控制第二旁通阀43和第一旁通阀36的敞开度，便于施加至减速齿轮部6的转矩的控制。 [0158] 也就是说，第一和第二旁通阀36、43的总能力可以用于控制施加至减速齿轮部6的转矩，因此，没有必要通过大尺寸构造或增加其零件数量来构成第一旁通阀和第二旁通阀43中的任一个。因此，免除了用于控制施加至减速齿轮部6的转矩的操作端的改变或添加，并可以限制发电设备101的最初成本的增加。 [0159] 第三实施方式 [0160] 接下来，将参照图9至图11描述本发明的第三实施方式。 [0161] 虽然该实施方式的发电设备类似于第一实施方式，但该实施方式与第一实施方式控制第二旁通阀的方法不同。因此，根据该实施方式，将仅参照图9至图11说明控制第二旁通阀的方法，且将省略其它构成元件等的说明。 [0162] 图9为用于说明根据该实施方式的发电设备的构造的示意图。图10为用于说明图9的发电设备的控制的框图。 [0163] 而且，与第一实施方式相同的构成元件采用相同的标记，且将省略对它们的说明。 [0164] 如图9和图10所示，该实施方式的发电设备201还设置有用于测量高压压缩机5的进口侧的工作流体压力和出口侧的工作流体压力之间的压力比的第二压力比测量部 261、用于测量流向涡轮机部3的工作流体的温度的温度测量部262、以及用于计算修正转数的修正转数计算部263。 [0165] 如图9所示，第二压力比测量部261为用于测量吸入高压压缩机5的工作流体的压力和从高压压缩机5传递的工作流体的压力的比值的测量部。由第二压力比测量部261测量的压力比被输入到控制部250的第二浪涌控制部251，如图10所示。 [0166] 如图9所示，温度测量部262为测量流向涡轮机部3的工作流体的温度的测量部。如图10所示，由温度测量部262测量的温度输入修正转数计算部263。 [0167] 如图10所述，修正转数计算部263基于从温度测量部262输入的温度Ti和涡轮机部3的实际转数N由下述等式计算修正转数N1。 [0168] [0169] 由修正转数计算部263计算的修正转数N1被输入到第二浪涌控制部251。 [0170] 而且，如图10所示，该实施方式的发电设备201的控制部250设置有用于基于由转矩计11测量的转矩控制第二旁通阀43的敞开度V2的反馈控制部51、用于通过计算用于防止在高压压缩机5处引起浪涌的吸入流量控制第二旁通阀43的敞开度V2的第二浪涌控制部(控制部)251、以及用于从控制信号选择具有第二旁通阀43的大的敞开度V2的控制信号的第二选择部252，该控制信号从反馈控制部51和第二浪涌控制部251输出。 [0171] 如图10所示，第二浪涌控制部251基于从第二压力比测量部261输入的压力比和从修正转数计算部263输入的修正转数N1计算用于防止在高压压缩机5处引起浪涌的吸入流量，基于计算出的吸入流量计算第二旁通阀43的敞开度V2，并输出控制敞开度V2的控制信号。 [0172] 从第二浪涌控制部251输出的控制信号输入第二选择部252。 [0173] 在这里，计算出的用于防止引起浪涌的吸入流量为增加预定余量(余地)到在高压压缩机5中引起浪涌的吸入流量的流量。因此，第二旁通阀43的计算出的敞开度V2为用于使添加有上述余量的流量的工作流体流向高压压缩机5的敞开度。 [0174] 如图10所示，第二选择部252从从反馈控制部51输入的控制信号和从第二浪涌控制部251输入的控制信号中选择使所适用的第二旁通阀43的敞开度较大的控制信号。 [0175] 选定的控制信号从第二选择部252输出至第二旁通阀43。 [0176] 接下来，将说明构成该实施方式的特征的启动发电设备201的过程中的控制。 [0177] 而且，虽然在启动过程中，反馈控制部51和第二浪涌控制部251通过计算第二旁通阀43的敞开度分别输出控制信号，但由反馈控制部51等进行的对第二旁通阀43的敞开的计算与第一实施方式中的情况类似，因此，将省略对其的说明。 [0178] 而且，发电设备201处的发电与根据第一实施方式的发电类似，因此，将省略对其的说明。 [0179] 图11为用于说明启动图10的发电设备的过程中的控制的流程图。 [0180] 在发电设备201的过程中，如图11所示，在反馈控制部51中进行的旁通流量计算和第二旁通阀43的敞开度V2的计算(步骤S21(第一计算步骤))，以及在第二浪涌控制部251处进行的旁通流量计算和第二旁通阀43的敞开度V2的计算(步骤S22(第二计算步骤))相互独立地执行。 [0181] 如图10所示，对控制部250的第二浪涌控制部251进行输入，高压压缩机5的进口侧和出口侧的工作流体之间的压力比从第二压力比测量部261输入，修正转数N1从修正转数计算部263输入。 [0182] 第二浪涌部251基于输入的压力比和输入的修正转数N1计算用于防止引起高压压缩机5出现浪涌的吸入流量。基于预先存储至第二浪涌控制部251的表格等，在第二浪涌控制部251中计算用于防止引起浪涌的流量。 [0183] 第二浪涌控制部251还基于计算出的吸入流量计算第二旁通阀43的敞开度V2，并向第二选择部252输出控制第二旁通阀43的敞开度的控制信号。 [0184] 如图10所示，从第二浪涌控制部251向第二选择部252输入控制第二旁通阀43的敞开度V2的控制信号，并还从反馈控制部51输入控制第二旁通阀43的敞开度V2的控制信号。 [0185] 第二选择部252从输入的控制信号选择使第二旁通阀43的敞开度较大的控制信号，并将选定的控制信号输出至第二旁通阀43(步骤S23(选择步骤))。 [0186] 在第二旁通阀43处，基于输入的控制信号控制敞开度V2，并控制流向第二旁通阀32的工作流体的流量(步骤S24(流量控制步骤))。 [0187] 根据上述构造，通过从将施加至减速齿轮部6的转矩控制到目标转矩-Q的旁通流量和用于防止在高压压缩机5引起浪涌的旁通流量中选择使流量较大的旁通流量，则将旁通工作流体的流量控制到选定的旁通流量，因此，不仅可以防止施加至减速齿轮部6的转矩小于目标转矩-Q，而且可以防止在高压压缩机5中引起浪涌。 [0188] 特别地，即使在出现其中易于在高压压缩机5中引起浪涌的情况时，也可以防止引起高压压缩机5的浪涌。 [0189] 第四实施方式 [0190] 接下来，将参照图12至图14描述本发明的第四实施方式。 [0191] 虽然该实施方式的发电设备类似于第三实施方式，但该实施方式与第一实施方式控制第一旁通阀的方法不同。因此，根据该实施方式，将仅参照图12至图14说明控制第一旁通阀的方法，且将省略其它构成元件等的说明。 [0192] 图12为用于说明根据该实施方式的发电设备的构造的示意图。图13为用于说明图12的发电设备的控制的框图。 [0193] 而且，与第三实施方式相同的构成元件采用相同的标记，且将省略对它们的说明。 [0194] 如图12和图13所示，该实施方式的发电设备301还设置有用于测量低压压缩机4的进口侧的工作流体压力和出口侧的工作流体压力之间的压力比的第一压力比测量部 361。 [0195] 如图12所示，第一压力比测量部261为用于测量吸入低压压缩机4的工作流体的压力和从低压压缩机5传递的工作流体的压力的比值的测量部。如图13所示，由第一压力比测量部261测量的压力比被输入到控制部350的第一浪涌控制部351。 [0196] 而且，如图12所示，该实施方式的发电设备301的控制部350设置有用于基于由转矩计11测量的转矩控制第一旁通阀36的敞开度V1的程序控制部151、用于通过计算用于防止低压压缩机4出现浪涌的吸入流量控制第一旁通阀36的敞开度V1的第一浪涌控制部(控制部)351、以及用于从从程序控制部151和第一浪涌控制部351输入的控制信号中选择使第一旁通阀的敞开度较大的控制信号的第一选择部352。 [0197] 如图12所示，第一浪涌控制部351基于从第一压力比测量部361输入的压力比和从修正转数计算部263输入的修正转数N1计算用于防止在低压压缩机4处引起浪涌的吸入流量，基于计算出的吸入流量计算第一旁通阀36的敞开度V1，并输出控制敞开度V1的控制信号。 [0198] 从第一浪涌控制部351输出的控制信号输入第一选择部352。 [0199] 在这里，计算出的用于防止引起浪涌的吸入流量为向在低压压缩机4中引起浪涌的吸入流量添加预定余量(余地)的流量。因此，第一旁通阀36的计算出的敞开度V1为用于使添加有上述余量的流量的工作流体流向低压压缩机4的敞开度。 [0200] 如图12所示，第一选择部352从从程序控制部151输入的控制信号和从第一浪涌控制部351输入的控制信号选择使所适用的第一旁通阀36的敞开度V1较大的控制信号。 [0201] 选定的控制信号从第一选择部352输出至第一旁通阀36。 [0202] 接下来，将说明构成该实施方式的特征的启动发电设备301的过程中的控制。 [0203] 在启动发电设备301的过程中，类似于第三实施方式，从反馈控制部51和第二浪涌控制部251向第二选择部252输入控制第二旁通阀43的敞开度V2的信号，由第二选择部252选择的控制信号输入第二旁通阀43。 [0204] 图14为用于说明启动图12的发电设备的过称中的控制的流程图。 [0205] 与控制第二旁通阀43的敞开度同时，如图14所示，在程序控制部151处进行的旁通流量计算和第一旁通阀36的敞开度的计算(步骤S31(第一计算步骤))，以及在第一浪涌控制部351处进行的旁通流量计算和第一旁通阀36的敞开度V的计算(步骤S32(第二计算步骤))相互独立地执行。 [0206] 如图13所示，从第一压力比测量部361向控制部350的第二浪涌控制部351输入低压压缩机4的进口侧和出口侧的工作流体之间的压力比，并从修正转数计算部263输入修正转数N1。 [0207] 第一浪涌部351基于输入的压力比和输入的修正转数N1计算用于防止引起低压压缩机4出现浪涌的吸入流量。基于预先存储至第一浪涌控制部351的表格等，在第一浪涌控制部351中计算用于防止引起浪涌的流量。 [0208] 第一浪涌控制部351基于计算出的吸入流量计算第一旁通阀36的敞开度V1，并向第一选择部352输出控制第一旁通阀36的敞开度的控制信号。 [0209] 如图13所示，从第一浪涌控制部351向第一选择部252输入控制第一旁通阀36的敞开度V1的控制信号，并还从程序控制部151输入控制第一旁通阀36的敞开度V1的控制信号。 [0210] 第一选择部352选择具有第一旁通阀36的较大敞开度的控制信号，并将选定的控制信号输出至第一旁通阀36(步骤S33(选择步骤))。 [0211] 在第一旁通阀36处，基于输入的控制信号控制敞开度V2，并控制流过第一旁通阀36的工作流体的流量(步骤S34(流量控制步骤))。 [0212] 根据上述构造，基于启动以增加低压压缩机4等的转数之后过去的时间周期和用于防止引起低压压缩机4浪涌的旁通流量，从旁通流量中选择具有较大流量的旁通流量，将旁通工作流体的流量控制到选定的流量，因此，不仅可以防止施加至减速齿轮部6的转矩小于目标转矩-Q，而且可以防止在高压压缩机5中引起浪涌。 [0213] 特别地，即使在出现其中由于扰动容易引起低压压缩机4浪涌的情况时，也可以防止引起低压压缩机4的浪涌。 [0215] 例如，虽然根据上述实施方式，已经给出了本发明适用于通过反馈控制部51控制第二旁通阀43和通过程序控制部151控制第一旁通阀36的例子的说明，但反过来，第一旁通阀36可以由反馈控制部51控制，第二旁通阀43可以由控制部151控制，且本发明不限于此。 |
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