燃气轮机的冷却系统及部件冷却方法以及燃气轮机设备

申请号 CN201680007286.3 申请日 2016-01-25 公开(公告)号 CN107208556B 公开(公告)日 2019-07-30
申请人 三菱日立电力系统株式会社; 发明人 岩崎好史; 安威俊重; 福永祐也; 岩崎达也;
摘要 冷却系统(60)具备:高压抽气管线(61),其从 压缩机 (10)的第一抽气 位置 (Pb1) 抽取 高压压缩空气(A1)并将其向第一高温部件(44a)输送;低压抽气管线(64),其从压缩机(10)的第二抽气位置(Pb2)抽取低压压缩空气(A2)并将其向第二高温部件(54b)输送;节流孔(65),其设置于低压抽气管线(64);连接管线(66),其将高压抽气管线(61)与低压抽气管线(64)连接;第一 阀 (67),其设置于连接管线(66);旁通管线(68),其将连接管线(66)与低压抽气管线(64)连接;第二阀(69),其设置于旁通管线(68)。
权利要求

1.一种燃气轮机的冷却系统,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮
所述燃气轮机的冷却系统的特征在于,具备:
高压抽气管线,其从所述压缩机的第一抽气位置抽取空气,并将从所述第一抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;
冷却器,其对通过所述高压抽气管线的空气进行冷却;
低压抽气管线,其从所述压缩机的第二抽气位置抽取比从所述第一抽气位置抽取的空气低压的空气,并将从所述第二抽气位置抽取到的空气向第二高温部件输送,所述第二高温部件是构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的部件,在该低压抽气管线中未设置冷却器;
最低流量确保器,其对在所述低压抽气管线中流动的空气的流量进行限制,并确保在所述低压抽气管线中流动的空气的最低流量;
连接管线,其将所述高压抽气管线中的比所述冷却器靠所述第一高温部件侧的位置与所述低压抽气管线中的比所述最低流量确保器靠所述第二抽气位置侧的位置连接;
第一,其设置于所述连接管线;
旁通管线,其将所述连接管线中的比所述第一阀靠所述低压抽气管线侧的位置与所述低压抽气管线中的比所述最低流量确保器靠所述第二高温部件侧的位置连接;
第二阀,其设置于所述旁通管线;
第一控制部,其对所述第一阀的阀开度进行控制;
第二控制部,其对所述第二阀的阀开度进行控制,
所述第一控制部基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度,来对所述第一阀的阀开度进行控制,
所述第二控制部基于所述吸气温度来对所述第二阀的阀开度进行控制,所述第二控制部在所述吸气温度成为规定温度以下时,将与所述吸气温度为大于所述规定温度的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
2.一种燃气轮机的冷却系统,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮,
所述燃气轮机的冷却系统的特征在于,具备:
高压抽气管线,其从所述压缩机的第一抽气位置抽取空气,并将从所述第一抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;
冷却器,其对通过所述高压抽气管线的空气进行冷却;
低压抽气管线,其从所述压缩机的第二抽气位置抽取比从所述第一抽气位置抽取的空气低压的空气,并将从所述第二抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的第二高温部件输送;
连接管线,其将所述高压抽气管线中的比所述冷却器靠所述第一高温部件侧的位置与所述低压抽气管线连接;
第一阀,其设置于所述连接管线;
第二阀,其设置于所述低压抽气管线中的比与所述连接管线连接的连接位置靠所述第二高温部件侧的位置;
第一控制部,其对所述第一阀的阀开度进行控制;
第二控制部,其对所述第二阀的阀开度进行控制,
所述第一控制部基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度,来对所述第一阀的阀开度进行控制,
所述第二控制部基于所述吸气温度来对所述第二阀的阀开度进行控制,所述第二控制部在所述吸气温度成为规定温度以下时,将与所述吸气温度为大于所述规定温度的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的冷却系统,其中,
在所述低压抽气管线中未设置冷却器。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的燃气轮机的冷却系统,其中,
所述第一控制部在所述吸气温度成为规定温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述规定温度的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的燃气轮机的冷却系统,其中,
所述第二控制部在所述吸气温度成为作为所述规定温度的第一温度与高于所述第一温度的第二温度之间的温度时,与所述吸气温度的变化无关而将与恒定的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出,在所述吸气温度成为所述第二温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述第二温度的值时的所述第二阀的阀开度以下的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的燃气轮机的冷却系统,其中,
所述第二控制部接收所述第二高温部件的附近的温度,在所述温度成为预先决定的温度以上时,将与打开的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的燃气轮机的冷却系统,其中,
所述低压抽气管线与作为所述第二高温部件的所述涡轮的静叶片连接。
8.一种燃气轮机设备,其特征在于,
所述燃气轮机设备具备:
权利要求1~7中任一项所述的燃气轮机的冷却系统;以及
所述燃气轮机。
9.一种燃气轮机的部件冷却方法,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮,
所述燃气轮机的部件冷却方法的特征在于,执行以下工序:
高压抽气工序,在所述高压抽气工序中,抽取来自所述压缩机的第一抽气位置的空气作为第一空气,并将所述第一空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;
冷却工序,在所述冷却工序中,对通过所述高压抽气工序而向所述第一高温部件输送的所述第一空气进行冷却;
低压抽气工序,在所述低压抽气工序中,从所述压缩机的第二抽气位置抽取比所述第一空气低压的第二空气,并不经由冷却器而将所述第二空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的第二高温部件输送;
混入工序,在所述混入工序中,使通过所述冷却工序冷却后的所述第一空气混入向所述第二高温部件输送的所述第二空气中;
第一控制工序,在所述第一控制工序中,通过对第一阀的阀开度进行控制,来对向所述第二空气中混入的所述第一空气的流量进行控制;
第二控制工序,在所述第二控制工序中,通过对第二阀的阀开度进行控制,来对部件流入空气的流量进行控制,所述部件流入空气是通过所述第一控制工序进行流量控制而向所述第二空气中混入或者混入到所述第二空气中的所述第一空气与所述第二空气合起来的空气,
在所述第一控制工序中,基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度,来对向所述第二空气中混入的所述第一空气的流量进行控制,
在所述第二控制工序中,基于所述吸气温度来对所述部件流入空气的流量进行控制,在所述第二控制工序中,在所述吸气温度成为规定温度以下时,将与所述吸气温度为大于所述规定温度的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机的部件冷却方法,其中,
在所述第一控制工序中,在所述吸气温度成为规定温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述规定温度的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
11.根据权利要求9或10所述的燃气轮机的部件冷却方法,其中,
在所述第二控制工序中,在所述吸气温度成为作为所述规定温度的第一温度与高于所述第一温度的第二温度之间的温度时,与所述吸气温度的变化无关而将与恒定的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出,在所述吸气温度成为所述第二温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述第二温度的值时的所述第二阀的阀开度以下的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。

说明书全文

燃气轮机的冷却系统及部件冷却方法以及燃气轮机设备

技术领域

[0001] 本发明涉及对燃气轮机的高温部件进行冷却的燃气轮机的冷却系统、具备该燃气轮机的冷却系统的燃气轮机设备以及燃气轮机的部件冷却方法。
[0002] 本申请基于在2015年1月30日向日本申请的特愿2015-016717号而主张优先权,并将其内容援引于此。

背景技术

[0003] 燃气轮机具备对大气进行压缩来生成压缩空气的压缩机、使燃料在该压缩空气中燃烧来生成燃烧气体的燃烧器以及利用燃烧气体来驱动的涡轮。在构成燃气轮机的部件中,与高温的燃烧气体接触的高温部件为了提高其耐久性而需要利用一些方法来冷却。作为高温部件,例如有涡轮的静叶片、动叶片等。
[0004] 在以下的专利文献1中公开了利用从压缩机抽取的空气对燃气轮机的高温部件进行冷却的冷却系统。该冷却系统具备:将空气向涡轮转子的动叶片输送的转子冷却空气管线(高压抽气管线);将空气向涡轮的静叶片输送的静叶片冷却空气管线(低压抽气管线);以及将转子冷却空气管线与静叶片冷却空气管线连接的连通管线(连接管线)。转子冷却空气管线从压缩机的第一抽气位置抽取空气,并将该空气向作为高温部件之一的涡轮转子的动叶片输送。静叶片冷却空气管线从压缩机的第二抽气位置抽取比从第一抽气位置抽取的空气低压的空气,并将该空气向涡轮的静叶片输送。在转子冷却空气管线中的比与连通管线连接的连接位置靠第一抽气位置侧的部位设有对在此通过的空气进行冷却的冷却器。在静叶片冷却空气管线中的比与连通管线连接的连接位置靠静叶片侧的部位设有对在此流过的空气流量进行调节的控制。在连通管线中设有对在此流过的空气流量进行调节的控制阀
[0005] 在该冷却系统中,通过打开设于连通管线中的控制阀,由此能够使从第一抽气位置抽取且被冷却器冷却后的高压的空气向静叶片冷却空气管线流动。
[0006] 在先技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2010-038071号公报(图11)

发明内容

[0009] 发明要解决的课题
[0010] 本发明的目的在于提供一种能够将冷却空气适当地向高温部件供给的燃气轮机的冷却系统以及具备该燃气轮机的冷却系统的燃气轮机设备。
[0011] 用于解决课题的方案
[0012] 用于达成上述目的的本发明涉及的第一方案的燃气轮机的冷却系统中,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮,所述燃气轮机的冷却系统的特征在于,具备:高压抽气管线,其从所述压缩机的第一抽气位置抽取空气,并将从所述第一抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;冷却器,其对通过所述高压抽气管线的空气进行冷却;低压抽气管线,其从所述压缩机的第二抽气位置抽取比从所述第一抽气位置抽取的空气低压的空气,并将从所述第二抽气位置抽取到的空气向第二高温部件输送,所述第二高温部件是构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的部件;最低流量确保器,其对在所述低压抽气管线中流动的空气的流量进行限制,并确保在所述低压抽气管线中流动的空气的最低流量;连接管线,其将所述高压抽气管线中的比所述冷却器靠所述第一高温部件侧的位置与所述低压抽气管线中的比所述最低流量确保器靠所述第二抽气位置侧的位置连接;第一阀,其设置于所述连接管线;旁通管线,其将所述连接管线中的比所述第一阀靠所述低压抽气管线侧的位置与所述低压抽气管线中的比所述最低流量确保器靠所述第二高温部件侧的位置连接;第二阀,其设置于所述旁通管线。
[0013] 在该冷却系统中,通过对第一阀的开闭进行控制,由此能够使从第一抽气位置抽取并由冷却器冷却后的空气经由连接管线向低压抽气管线流动。因此,在该冷却系统中,即便不在低压抽气管线中设置冷却器,也能够调节用于冷却第二高温部件的冷却空气的温度。另外,在该冷却系统中,通过对第二阀的开闭进行控制,由此不仅能够经由利用最低流量确保器限制流量的低压抽气管线,还能够经由旁通管线向第二高温部件供给冷却空气。因此,在该冷却系统中,通过对第二阀的开闭进行控制,由此能够调节向第二高温部件供给的冷却空气的流量。即,在该冷却系统中,能够对向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量进行调节。
[0014] 另外,在该冷却系统中,即便第一阀及第二阀均在关闭状态下发生故障,也能够经由低压抽气管线中的最低流量确保器将来自第二抽气位置的低压压缩空气作为冷却空气向第二高温部件供给。因此,在该冷却系统中,即便第一阀及第二阀均在关闭状态下发生故障,也能够避免第二高温部件直接发生热损伤。并且,在该冷却系统中,即便第一阀及第二阀均在关闭状态下发生故障,由于在低压抽气管线中流动的低压压缩空气的流量由最低流量确保器来限制,因此能够抑制来自压缩机的抽气量的增加,其结果是能够抑制燃气轮机输出的降低。
[0015] 用于达成上述目的的本发明涉及的第二方案的燃气轮机的冷却系统在第一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,具备:第一控制部,其对所述第一阀的阀开度进行控制;第二控制部,其对所述第二阀的阀开度进行控制,所述第一控制部基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度与燃气轮机输出或作为与所述燃气轮机输出相关的值的输出相关值中的至少一方的参数值,来对所述第一阀的阀开度进行控制,所述第二控制部基于所述参数值来对所述第二阀的阀开度进行控制。
[0016] 从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量随着输出相关值的变化而变化。另外,从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量还随着吸气温度的变化而变化。因此,通过基于输出相关值和吸气温度中的至少一方的参数来对各阀的阀开度进行控制,由此能够将向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量调节为适当的值。
[0017] 用于达成上述目的的本发明涉及的第三方案的燃气轮机的冷却系统中,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮,所述燃气轮机的冷却系统的特征在于,具备:高压抽气管线,其从所述压缩机的第一抽气位置抽取空气,并将从所述第一抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;冷却器,其对通过所述高压抽气管线的空气进行冷却;低压抽气管线,其从所述压缩机的第二抽气位置抽取比从所述第一抽气位置抽取的空气低压的空气,并将从所述第二抽气位置抽取到的空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的第二高温部件输送;连接管线,其将所述高压抽气管线中的比所述冷却器靠所述第一高温部件侧的位置与所述低压抽气管线连接;第一阀,其设置于所述连接管线;第二阀,其设置于所述高压抽气管线中的比与所述连接管线连接的连接位置靠所述第一高温部件侧的位置;第一控制部,其对所述第一阀的阀开度进行控制;第二控制部,其对所述第二阀的阀开度进行控制,所述第一控制部基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度与燃气轮机输出或作为与所述燃气轮机输出相关的值的输出相关值中的至少一方的参数值,来对所述第一阀的阀开度进行控制,所述第二控制部基于所述参数值来对所述第二阀的阀开度进行控制。
[0018] 在该冷却系统中,也是通过对第一阀的开闭进行控制,由此能够使从第一抽气位置抽气并由冷却器冷却后的空气经由连接管线向低压抽气管线流动。因此,在该冷却系统中,即便不在低压抽气管线中设置冷却器,也能够对用于冷却第二高温部件的冷却空气的温度进行调节。另外,在该冷却系统中,通过对第二阀的开闭进行控制,由此能够对向第二高温部件供给的冷却空气的流量进行调节。即,在该冷却系统中,也能够对向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量进行调节。
[0019] 如前所述,从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量随着输出相关值的变化而变化。另外,从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量还随着吸气温度的变化而变化。因此,在该冷却系统中,也是基于输出相关值和吸气温度中的至少一方的参数来对各阀的阀开度进行控制,由此能够将向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量调节为适当的值。
[0020] 用于达成上述目的的本发明涉及的第四方案的燃气轮机的冷却系统在第二方案或第三方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述参数值包含所述吸气温度,所述第一控制部在所述吸气温度成为规定温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述规定温度的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0021] 用于达成上述目的的本发明涉及的第五方案的燃气轮机的冷却系统在第四方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述第一控制部接收所述第二高温部件的附近的温度,在所述温度成为预先决定的温度以上时,将与打开的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0022] 用于达成上述目的的本发明涉及的第六方案的燃气轮机的冷却系统在第二方案至第五方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,所述第一控制部在所述输出相关值成为规定相关值以上时,将与所述输出相关值为小于所述规定相关值的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0023] 用于达成上述目的的本发明涉及的第七方案的燃气轮机的冷却系统在第二方案至第五方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,所述第一控制部在所述输出相关值成为规定相关值以下时,将与所述输出相关值为大于该规定相关值的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0024] 用于达成上述目的的本发明涉及的第八方案的燃气轮机的冷却系统在第二方案至第七方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述参数值包含所述吸气温度,所述第二控制部在所述吸气温度成为规定温度以下时,将与所述吸气温度为大于所述规定温度的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0025] 用于达成上述目的的本发明涉及的第九方案的燃气轮机的冷却系统在第八方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述第二控制部在所述吸气温度成为作为所述规定温度的第一温度与高于所述第一温度的第二温度之间的温度时,与所述吸气温度的变化无关而将与恒定的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出,在所述吸气温度成为所述第二温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述第二温度的值时的所述第二阀的阀开度以下的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0026] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十方案的燃气轮机的冷却系统在第八方案或第九方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述第二控制部接收所述第二高温部件的附近的温度,在所述温度成为预先决定的温度以上时,将与打开的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0027] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十一方案的燃气轮机的冷却系统在第二方案至第十方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,所述第二控制部在所述输出相关值成为规定相关值以下时,将与所述输出相关值为大于所述规定相关值的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0028] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十二方案的燃气轮机的冷却系统在第一方案至第十一方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统的基础上,所述低压抽气管线与作为所述第二高温部件的所述涡轮的静叶片连接。
[0029] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十三方案的燃气轮机设备具备:第一方案至第十二方案中的任一方案的燃气轮机的冷却系统;以及所述燃气轮机。
[0030] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十四方案的燃气轮机的部件冷却方法中,所述燃气轮机具备:对空气进行压缩的压缩机;使燃料在由所述压缩机压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器;以及由所述燃烧气体来驱动的涡轮,所述燃气轮机的部件冷却方法的特征在于,执行以下工序:高压抽气工序,在所述高压抽气工序中,抽取来自所述压缩机的第一抽气位置的空气作为第一空气,并将所述第一空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触的第一高温部件输送;冷却工序,在所述冷却工序中,对通过所述高压抽气工序而向所述第一高温部件输送的所述第一空气进行冷却;低压抽气工序,在所述低压抽气工序中,从所述压缩机的第二抽气位置抽取比所述第一空气低压的第二空气,并将所述第二空气向构成所述燃气轮机的部件中的与所述燃烧气体接触且配置在比所述第一高温部件低压的环境下的第二高温部件输送;混入工序,在所述混入工序中,使通过所述冷却工序冷却后的所述第一空气混入向所述第二高温部件输送的所述第二空气中;第一控制工序,在所述第一控制工序中,通过对第一阀的阀开度进行控制,来对向所述第二空气中混入的所述第一空气的流量进行控制;第二控制工序,在所述第二控制工序中,通过对第二阀的阀开度进行控制,来对部件流入空气的流量进行控制,所述部件流入空气是通过所述第一控制工序进行流量控制而向所述第二空气中混入或者混入到所述第二空气中的所述第一空气与所述第二空气合起来的空气;在所述第一控制工序中,基于所述压缩机吸入的空气的温度即吸气温度与燃气轮机输出或作为与所述燃气轮机输出相关的值的输出相关值中的至少一方的参数值,来对向所述第二空气中混入的所述第一空气的流量进行控制,在所述第二控制工序中,基于所述参数值来对所述部件流入空气的流量进行控制。
[0031] 在该部件冷却方法中,通过对第一阀的开闭进行控制,由此能够使从第一抽气位置抽取并由冷却器冷却后的空气混入向第二高温部件输送的第二空气中。因此,在该部件冷却方法中,即便不设置用于冷却第二空气的冷却器,也能够对用于冷却第二高温部件的冷却空气的温度进行调节。另外,在该部件冷却方法中,通过对第二阀的开闭进行控制,由此能够对向第二高温部件供给的冷却空气的流量进行调节。即,在该部件冷却方法中,能够对向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量进行调节。
[0032] 如前所述,从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量随着输出相关值的变化而变化。另外,从第二抽气位置抽取的低压压缩空气的温度、流量还随着吸气温度的变化而变化。因此,在该部件冷却方法中,也是基于输出相关值和吸气温度中的至少一方的参数来对各阀的阀开度进行控制,由此能够将向第二高温部件供给的冷却空气的温度及流量调节为适当的值。
[0033] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十五方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十四方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,所述参数值包含所述吸气温度,在所述第一控制工序中,在所述吸气温度成为规定温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述规定温度的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0034] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十六方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十五方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,在所述第一控制工序中,在所述输出相关值成为规定相关值以上时,将与所述输出相关值为小于所述规定相关值的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0035] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十七方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十五方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,在所述第一控制工序中,在所述输出相关值成为规定相关值以下时,将与所述输出相关值为大于该规定相关值的值时的所述第一阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第一阀输出。
[0036] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十八方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十五方案至第十七方案中的任一方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,所述参数值包含所述吸气温度,在所述第二控制工序中,在所述吸气温度成为规定温度以下时,将与所述吸气温度为大于所述规定温度的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0037] 用于达成上述目的的本发明涉及的第十九方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十八方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,在所述第二控制工序中,在所述吸气温度成为作为所述规定温度的第一温度与高于所述第一温度的第二温度之间的温度时,与所述吸气温度的变化无关而将与恒定的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出,在所述吸气温度成为所述第二温度以上时,将与所述吸气温度为小于所述第二温度的值时的所述第二阀的阀开度以下的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0038] 用于达成上述目的的本发明涉及的第二十方案的燃气轮机的部件冷却方法在第十五方案至第十九方案中的任一方案的燃气轮机的部件冷却方法的基础上,所述参数值包含所述输出相关值,在所述第二控制工序中,在所述输出相关值成为规定相关值以下时,将与所述输出相关值为大于所述规定相关值的值时的所述第二阀的阀开度以上的阀开度对应的控制信号向所述第二阀输出。
[0039] 发明效果
[0040] 在本发明的一方案中,能够将冷却空气向高温部件适当地供给。附图说明
[0041] 图1是表示本发明涉及的第一实施方式中的燃气轮机设备的整体结构的示意图。
[0042] 图2是本发明涉及的第一实施方式中的燃气轮机的主要部分剖视图。
[0043] 图3是图2中的III部的详细图。
[0044] 图4是本发明涉及的第一实施方式中的控制装置的功能框图
[0045] 图5表示本发明涉及的第一实施方式中的第一阀的阀开度、IGV开度、燃气轮机输出及吸气温度之间的关系。该图的(A)是表示燃气轮机输出与第一阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(B)是表示燃气轮机输出与IGV开度之间的关系的图表。该图的(C)是表示吸气温度与燃气轮机输出为高输出时的第一阀的阀开度之间的关系的图表。
[0046] 图6表示本发明涉及的第一实施方式中的第二阀的阀开度、IGV开度、燃气轮机输出及吸气温度之间的关系。该图的(A)是表示燃气轮机输出与第二阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(B)是表示燃气轮机输出与IGV开度之间的关系的图表。该图的(C)是表示吸气温度与燃气轮机输出为高输出时的第二阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(D)是表示吸气温度与燃气轮机输出为低输出时的第二阀的阀开度之间的关系的图表。
[0047] 图7是表示燃气轮机中的轴向的各位置处的压的图表。
[0048] 图8是表示本发明涉及的第一实施方式中的燃气轮机的各种运转状况下的第一阀及第二阀的状态的说明图。
[0049] 图9是表示本发明涉及的第一实施方式中的部件冷却方法的步骤的流程图
[0050] 图10是表示本发明涉及的第二实施方式中的燃气轮机设备的整体结构的示意图。
[0051] 图11表示本发明涉及的第二实施方式中的第一阀的阀开度、IGV开度、燃气轮机输出及吸气温度之间的关系。该图的(A)是表示燃气轮机输出与第一阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(B)是表示燃气轮机输出与IGV开度之间的关系的图表。该图的(C)是表示吸气温度与燃气轮机输出为高输出时的第一阀的阀开度之间的关系的图表。
[0052] 图12表示本发明涉及的第二实施方式中的第二阀的阀开度、IGV开度、燃气轮机输出及吸气温度之间的关系。该图的(A)是表示燃气轮机输出与第二阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(B)是表示燃气轮机输出与IGV开度之间的关系的图表。该图的(C)是表示吸气温度与燃气轮机输出为高输出时的第二阀的阀开度之间的关系的图表。该图的(D)是表示吸气温度与燃气轮机输出为低输出时的第二阀的阀开度之间的关系的图表。

具体实施方式

[0053] 以下,参照附图对本发明涉及的各种实施方式以及各种变形例详细地进行说明。
[0054] [第一实施方式]
[0055] 参照图1~9对本发明涉及的燃气轮机设备的第一实施方式进行说明。
[0056] 如图1所示,本实施方式的燃气轮机设备具备:燃气轮机1、对构成燃气轮机1的部件进行冷却的冷却系统60以及控制装置100。燃气轮机1具备:对空气进行压缩的压缩机10;使燃料F在由压缩机10压缩后的空气中燃烧而生成燃烧气体的燃烧器30;以及由燃烧气体来驱动的涡轮40。
[0057] 如图1及图2所示,压缩机10具有:以轴线Ar为中心进行旋转的压缩机转子11;覆盖压缩机转子11的压缩机机室18;多个静叶片列14;以及调节向压缩机机室18内流入的空气的流量的IGV(inlet guide vane)21。需要说明的是,以下,将轴线Ar延伸的方向设为轴向Da,将该轴向Da的一侧设为上游侧Dau,将另一侧设为下游侧Dad。该上游侧Dau是压缩机10内的空气流的上游侧Dau,并且也是涡轮40内的燃烧气体流的上游侧Dau。该下游侧Dad是压缩机10内的空气流的下游侧Dad,并且也是涡轮40内的燃烧气体流的下游侧Dad。另外,将以该轴线Ar为中心的周向简称作周向Dc,将与该轴线Ar垂直的方向设为径向Dr。压缩机转子11具有以该轴线Ar为中心而沿着轴向Da延伸的转子轴12以及安装在该转子轴12上的多个动叶片列13。多个动叶片列13沿着轴向Da排列。各动叶片列13均由沿周向Dc排列的多个动叶片构成。在多个动叶片列13的各下游侧Dad配置有静叶片列14。各静叶片列14设置在压缩机机室18的内侧。各静叶片列14均由沿周向Dc排列的多个静叶片构成。在转子轴12的径向外周侧与压缩机机室18的径向内周侧之间、且为在轴向Da上配置有静叶片列14及动叶片列
13的区域的环状的空间构成供空气流动且对空气进行压缩的空气压缩流路19。即,该压缩机10为轴流多级压缩机。燃烧器30收纳固定在压缩机机室18中的比形成空气压缩流路19的位置靠下游侧Dad的位置处。
[0058] IGV21具有多个可动叶片22以及改变多个可动叶片22的度的驱动器23。多个可动叶片22配置在比多个动叶片列13中的最上游侧Dau的动叶片列靠上游侧Dau的位置。
[0059] 涡轮40具有:以轴线Ar为中心进行旋转的涡轮转子41;覆盖涡轮转子41的涡轮机室48;以及多个静叶片列53。涡轮转子41具有:以该轴线Ar为中心而沿着轴向Da延伸的转子轴42;以及安装在该转子轴42上的多个动叶片列43。多个动叶片列43沿着轴向Da排列。各动叶片列43均由沿周向Dc排列的多个动叶片44构成。在多个动叶片列43的各上游侧Dau配置有静叶片列53。各静叶片列53设置在涡轮机室48的内侧。各静叶片列53均由沿周向Dc排列的多个静叶片54构成。在转子轴42的外周侧与涡轮机室48的内周侧之间、且为在轴向Da上配置有静叶片列53及动叶片列43的区域的环状的空间构成供来自燃烧器30的燃烧气体流动的燃烧气体流路49。
[0060] 如图3所示,静叶片54具有:沿着径向Dr延伸的叶片体55;设置在该叶片体55的径向Dr的内侧的内侧护罩56;以及设置在该内侧护罩56的径向Dr的内侧的密封构件57。叶片体55的径向Dr的外侧的部分安装于涡轮机室48。内侧护罩56是划分出环状的燃烧气体流路49的径向Dr的内侧的一部分的构件。密封构件57与旋转的涡轮转子41的转子轴42隔开间隔地对置。比内侧护罩56靠径向Dr的内侧且位于密封构件57与涡轮转子41的转子轴42之间的空间形成盘腔59。
[0061] 动叶片44具有:沿着径向Dr延伸的叶片体45;以及设置在该叶片体45的径向Dr的内侧的平台46。平台46是划分出环状的燃烧气体流路49的径向Dr的内侧的一部分的构件。
[0062] 本实施方式的涡轮40的级数如图1所示为四级。因此,本实施方式的涡轮40作为静叶片列53而具有第一静叶片列、第二静叶片列、第三静叶片列及第四静叶片列。另外,本实施方式的涡轮40作为动叶片列43而具有第一动叶片列、第二动叶片列、第三动叶片列及第四动叶片列。
[0063] 如图2所示,燃烧器30具有:将高温高压的燃烧气体G向涡轮40的燃烧气体流路49内输送的燃烧筒(或尾筒)31以及将燃料F与由压缩机10压缩后的空气一起向该燃烧筒31内喷射的燃料喷射器32。在燃料喷射器32连接有供燃料F流动的燃料管线35。在该燃料管线35设有燃料调节阀36。
[0064] 如图1所示,压缩机转子11和涡轮转子41位于同一轴线Ar上且彼此连结而构成燃气轮机转子2。在该燃气轮机转子2例如连接有发电机9(参照图1)的转子。另外,压缩机机室18与涡轮机室48彼此连结而构成燃气轮机机室5。需要说明的是,也有时会将燃气轮机机室
5中的设有燃烧器30的部分称作燃烧器机室,将比该燃烧器机室靠上游侧Dau的机室称作压缩机机室。然而,在本申请中,将包括该燃烧器机室在内的机室作为压缩机机室18。
[0065] 图1及图2所示,冷却系统60具备高压抽气管线61、冷却器62、低压抽气管线64、节流孔65、连接管线66、第一阀67、旁通管线68以及第二阀69。高压抽气管线61从压缩机10的第一抽气位置Pb1抽取空气并将该空气向涡轮转子41输送。冷却器62对通过高压抽气管线61的空气进行冷却。低压抽气管线64从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽气并将该空气向涡轮40的静叶片54输送。节流孔65对在低压抽气管线64中流动的空气的流量进行限制。连接管线66将高压抽气管线61与低压抽气管线64连接。第一阀67设置于连接管线66。旁通管线
68将连接管线66与低压抽气管线64连接。第二阀69设置于旁通管线68。
[0066] 高压抽气管线61的第一端与压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分的位置连接。即,压缩机10的第一抽气位置Pb1是压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分的位置。在该压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分,由于从压缩机10的空气压缩流路19流出的空气而存在压缩机机室18中最高压力的空气。该高压抽气管线61的第二端与涡轮转子41的转子轴42中的固定有第一动叶片列的第一级轴部42a连接。在该第一级轴部42a形成有与高压抽气管线61连通的冷却通路42c。另外,在构成第一动叶片列的多个第一列动叶片44a形成有与第一级轴部42a的冷却通路42c连通的冷却通路44c。第一列动叶片44a的冷却通路44c在第一列动叶片44a的表面上的与燃烧气体G接触的部分开口。因此,从压缩机10的第一抽气位置Pb1抽取的高压压缩空气A1作为动叶片冷却空气Am而经由高压抽气管线61、形成于第一级轴部42a的冷却通路42c以及形成于第一列动叶片44a的冷却通路44c向燃烧气体流路49中放出。
[0067] 低压抽气管线64的第一端与压缩机机室18中的中间级的位置连接。即,压缩机10的第二抽气位置Pb2是压缩机机室18中的中间级的位置。压缩机机室18内的中间级的位置处的空气的压力低于压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分处的空气的压力。该低压抽气管线64的第二端经由涡轮机室48而与构成第二静叶片列的多个第二列静叶片54b连接。在第二列静叶片54b形成有与低压抽气管线64连通的冷却通路54c。该冷却通路54c的一部分延伸至密封构件57。第二列静叶片54b的冷却通路54c的一部分在第二列静叶片54b的表面上的与燃烧气体G接触的部分开口。延伸至密封构件57的冷却通路54c与盘腔59连通。因此,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的一部分作为静叶片冷却空气As而经由低压抽气管线64、第二列静叶片54b的冷却通路54c向燃烧气体流路49中放出。另外,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的另一部分经由低压抽气管线64、第二列静叶片54b的冷却通路54c向盘腔59内流入。
[0068] 连接管线66将高压抽气管线61中的比冷却器62靠涡轮转子41侧的位置与低压抽气管线64中的比节流孔65靠第二抽气位置Pb2侧的位置连接。旁通管线68将连接管线66中的比第一阀67靠低压抽气管线64侧的位置与低压抽气管线64中的比节流孔65靠第二列静叶片54b侧的位置连接。
[0069] 冷却系统60还具有吸气温度计71(参照图1)、冷却空气温度计72、盘腔温度计73、第一控制部130及第二控制部140。吸气温度计71对压缩机10吸入的空气的温度即吸气温度Ti进行检测。冷却空气温度计72对低压抽气管线64中的比与旁通管线68连接的连接位置靠第二列静叶片54b侧的位置处的空气的温度、即静叶片冷却空气As的温度进行检测。盘腔温度计73对盘腔59内的空气的温度(以下称作盘腔温度Td)进行检测。第一控制部130对第一阀67的阀开度进行控制。第二控制部140对第二阀69的阀开度进行控制。
[0070] 如使用图3在前说明过的那样,通过第二列静叶片54b的冷却通路54c而来的静叶片冷却空气As向盘腔59流入。另外,在燃烧气体流路49中流动的燃烧气体G也能向盘腔59流动。因此,盘腔温度Td由向盘腔59流入的静叶片冷却空气As和燃烧气体G各自的温度及流量来决定。该盘腔温度Td通常在燃气轮机输出升高的情况下上升。
[0071] 冷却系统60的第一控制部130及第二控制部140构成控制装置100的功能结构的一部分。该控制装置100除了具有第一控制部130及第二控制部140以外,还具有控制燃料调节阀36的阀开度的燃料控制部110以及控制IGV开度IGVp的IGV控制部120。
[0072] 燃料控制部110根据与发电机输出相关的指令值、由输出计检测出的发电机输出值、燃气轮机1吸入的空气的吸气温度Ti、燃气轮机1排出的废气的排气温度等,来求解向燃烧器30供给的燃料流量。燃料控制部110作成与该燃料流量对应的控制信号,并将该控制信号向燃料调节阀36输出。
[0073] IGV控制部120根据与发电机输出相关的指令值、由输出计检测出的发电机输出值、燃气轮机1吸入的空气的吸气温度Ti等,来求解IGV开度IGVp。IGV控制部120作成与该IGV开度IGVp对应的控制信号,并将该控制信号向IGV21输出。另外,IGV控制部120还将求出的IGV开度IGVp向第一控制部130、第二控制部140输出。
[0074] 如图4所示,第一控制部130根据IGV控制部120求出的IGV开度IGVp、由吸气温度计71检测出的吸气温度Ti、由盘腔温度计73检测出的盘腔温度Td、由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc,来决定第一阀67的阀开度V1p,并将与该阀开度V1p对应的控制信号向第一阀67输出。
[0075] 第二控制部140根据IGV控制部120求出的IGV开度IGVp、由吸气温度计71检测出的吸气温度Ti、由盘腔温度计73检测出的盘腔温度Td,来决定第二阀69的阀开度V2p,并将与该阀开度V2p对应的控制信号向第二阀69输出。
[0076] 接着,对以上说明的燃气轮机设备的动作进行说明。
[0077] 压缩机10吸入外部空气并对其进行压缩而生成压缩空气。压缩机10生成的压缩空气的一部分经由燃烧器30的燃料喷射器32向燃烧筒31内喷出。另外,来自燃料喷射器32的燃料F向燃烧筒31内喷射。该燃料F在燃烧筒31内的压缩空气中燃烧。通过该燃烧而生成燃烧气体G,该燃烧气体G从燃烧筒31向涡轮40的燃烧气体流路49内流入。该燃烧气体G在燃烧气体流路49通过,从而涡轮转子41进行旋转。
[0078] 配置在燃烧气体流路49内的涡轮40的动叶片44、静叶片54暴露在高温的燃烧气体G中。因此,在本实施方式中,将从压缩机10抽取的空气作为冷却空气向涡轮40的动叶片44、静叶片54供给,从而将动叶片44、静叶片54冷却。
[0079] 以下,按照图9所示的流程图来对冷却系统60的动作进行说明。
[0080] 如图2所示,从压缩机10的第一抽气位置Pb1、即压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分的位置抽取的高压压缩空气A1经由高压抽气管线61及冷却器62向第一列动叶片44a供给,来对该第一列动叶片44a进行冷却(S1:高压抽气工序)。高压压缩空气A1在流过冷却器62的过程中被冷却(S2:冷却工序),而作为动叶片冷却空气Am向第一列动叶片44a(第一高温部件)供给。动叶片冷却空气Am在通过第一列动叶片44a的冷却通路44c的过程中由于与第一列动叶片44a进行热交换而被加热,之后从该第一列动叶片44a向燃烧气体流路49中放出。
[0081] 从压缩机10的第二抽气位置Pb2、即压缩机机室18中的中间级抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给(S3:低压抽气工序)。另外,根据情况不同,有时设计为,从压缩机10的第一抽气位置Pb1抽取且由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1经由连接管线66而混入低压压缩空气A2中(S5:混入工序),它们一起作为静叶片冷却空气As(部件流入空气)向第二列静叶片54b(第二高温部件)供给。
混入低压压缩空气A2中的高压压缩空气A1的流量由第一阀67来控制(S4:第一控制工序)。
向第二列静叶片54b(第二高温部件)供给的静叶片冷却空气As(部件流入空气)的流量由第二阀69来控制(S6:第二控制工序)。供给到第二列静叶片54b的静叶片冷却空气As在通过第二列静叶片54b的冷却通路54c的过程中由于与第二列静叶片54b进行热交换而被加热,一部分从该第二列静叶片54b向燃烧气体流路49中放出。静叶片冷却空气As的其余的一部分从第二列静叶片54b的冷却通路向盘腔59流入。
[0082] 如图3所示,流入到盘腔59的空气的一部分经由第二列静叶片54b的内侧护罩56与第一列动叶片44a的平台46之间而向燃烧气体流路49中流入。流入到盘腔59的空气的另一部分经由第二列静叶片54b的内侧护罩56与第二列动叶片44b的平台46之间而向燃烧气体流路49中流入。这样,从第二列静叶片54b流入到盘腔59的空气向燃烧气体流路49流入,从而作为用于防止在燃烧气体流路49中流动的高温的燃烧气体G向盘腔59内流入的密封空气发挥功能。
[0083] 其中,如图5的(B)及图6的(B)所示,IGV开度IGVp随着燃气轮机输出(≈发电机输出)Po增加而逐渐变大。即,IGV开度IGVp与燃气轮机输出Po具有正的相关性。因此,在本实施方式中,将该IGV开度IGVp作为燃气轮机输出Po的相关值来处理。
[0084] 在燃气轮机输出Po高、即IGV开度IGVp大时,燃烧气体G的温度变高。另外,在吸气温度Ti高时,燃烧气体G的温度也变高。因此,优选在燃气轮机输出Po高、即IGV开度IGVp大时,并且在吸气温度Ti高时,降低冷却空气的温度。
[0085] 在第一控制工序(S1)中,在打开冷却系统60的第一阀67时,从压缩机10的第一抽气位置Pb1抽取且由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1经由连接管线66向低压抽气管线64中流入,而混入低压抽气管线64中的低压压缩空气A2中。由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1的温度低于从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度。因此,在本实施方式中,在要降低向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的温度的情况下,打开第一阀67。
[0086] 因此,在第一控制工序(S1)中,如图5的(A)及图5的(B)所示,第一控制部130在作为燃气轮机输出Po的相关值的IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1(燃气轮机输出Po1)以下时即为低输出时,不论吸气温度Ti如何,都将第一阀67的阀开度V1p决定为全闭。另外,第一控制部130在IGV开度IGVp大于第一IGV开度IGVp1(燃气轮机输出Po1)时即为高输出时,将第一阀67的阀开度V1p决定为打开的阀开度。第一控制部130在IGV开度IGVp处于从第一IGV开度IGVp1(燃气轮机输出Po1)到比第一IGV开度IGVp1大的第二IGV开度IGVp2(燃气轮机输出Po2)以下的范围内时,将第一阀67的阀开度V1p决定为随着IGV开度IGVp变大而逐渐变大的阀开度。另外,第一控制部130在IGV开度IGVp大于第二IGV开度IGVp2时,将第一阀67的阀开度V1p决定为恒定的阀开度。
[0087] 但是,第一控制部130在高输出时根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p进行补正。具体而言,第一控制部130在高输出时,如图5的(C)的实线所示那样,在吸气温度Ti成为预先决定的第一吸气温度Ti1以上时,求解使第一阀67的阀开度V1p随着吸气温度Ti的上升而变大的补正系数。并且,第一控制部130将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p来对该阀开度V1p进行补正。
[0088] 即,第一控制部130以在吸气温度Ti变高时使如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p变大的方式对该阀开度V1p进行补正。
[0089] 第一控制部130在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,如图5的(A)的虚线所示那样,在IGV开度IGVp处于从第一IGV开度IGVp1到第二IGV开度IGVp2以下的范围内时,将第一阀67的阀开度V1p决定为随着IGV开度IGVp变大而逐渐变大且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度大的阀开度。另外,第一控制部130在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且IGV开度IGVp大于第二IGV开度IGVp2的情况下,将第一阀67的阀开度V1p决定为恒定且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度大的阀开度。
[0090] 但是,第一控制部130在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,也根据吸气温度Ti对如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p进行补正。具体而言,第一控制部130在高输出时盘腔温度Td为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti小于预先决定的第一吸气温度Ti1的情况下,如图5的(C)的虚线所示那样,求解相对于吸气温度Ti而言恒定的补正系数。而且,第一控制部130将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p,来对该阀开度V1p进行补正。进而,第一控制部130在吸气温度Ti为预先决定的第一吸气温度Ti1以上的情况下,求解使第一阀67的阀开度V1p随着吸气温度Ti的上升而从前述的恒定的阀开度V1p变大的补正系数。并且,第一控制部130将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p,来对该阀开度V1p进行补正。
[0091] 第一控制部130求解第一阀67的阀开度变更量,以使由冷却空气温度计72检测出的低压抽气管线64中的静叶片冷却空气As的温度成为目标温度。静叶片冷却空气As的目标温度根据吸气温度Ti、IGV开度IGVp等而变化。因此,第一控制部130求解与吸气温度Ti、IGV开度IGVp对应的目标温度。第一控制部130求解由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc与静叶片冷却空气As的目标温度之间的偏差。第一控制部130求解与该偏差对应的第一阀67的开度变更量即PI控制量。
[0092] 第一控制部130在前述那样决定的第一阀67的阀开度V1p上加上第一阀67的开度变更量,并将其结果设为第一阀67的目标阀开度V1p,第一阀67的开度变更量与由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc和其目标温度之间的偏差对应。第一控制部130作成与该目标阀开度V1p对应的控制信号,并将该控制信号向第一阀67输出。
[0093] 以上,通过第一控制部130对第一阀67的阀开度V1p的控制,基本上能够将适于冷却第二列静叶片54b的适当温度的静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b输送。
[0094] 但是,如前所述,静叶片冷却空气As在被输送到第二列静叶片54b之后,一部分经由盘腔59而向燃烧气体流路49流入,由此作为用于防止在燃烧气体流路49中流动的高温的燃烧气体G向盘腔59内流入的密封空气而发挥功能。因此,优选确保静叶片冷却空气As作为密封空气来发挥功能所需要的流量。
[0095] 即便如前所述那样通过第一阀67的阀开度V1p的控制而能够将适于冷却第二列静叶片54b的适当温度的静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b输送,也会存在无法确保该静叶片冷却空气As作为密封空气来发挥功能所需要的流量的情况。
[0096] 从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量基本上取决于压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差。
[0097] 因此,使用图7来说明与燃气轮机输出的变化、换言之IGV开度IGVp的变化相伴的、压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差的变化。需要说明的是,在图7中,横轴表示燃气轮机1中的轴向Da的位置,纵轴表示压力。
[0098] 压缩机10的吸气位置及涡轮40的排气位置处的压力与燃气轮机输出无关,基本上为大气压。另外,压缩机10的出口(≈燃烧器30的入口≈第一抽气位置Pb1)的压力为燃气轮机1中最高的压力。
[0099] 这里,在燃气轮机输出为高输出时,从压缩机10的吸气位置到压缩机出口(≈燃烧器入口≈第一抽气位置Pb1),压力例如直线性增加。压缩机出口(≈燃烧器入口≈第一抽气位置Pb1)处的压力成为燃气轮机中的最高压力Pmax1。另外,从压缩机出口(≈燃烧器入口)到燃烧器出口(≈涡轮入口),压力例如直线性减少。进而,从燃烧器出口(≈涡轮入口)到涡轮40的排气位置,压力例如直线性减少。另外,相对于比压缩机出口(≈燃烧器入口≈第一抽气位置Pb1)靠上游侧Dau的第二抽气位置Pb2处的压力而言,比燃烧器出口(≈涡轮入口)靠下游侧Dad的第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力降低了ΔP1。
[0100] 在燃气轮机输出为高输出时燃气轮机1中的各位置处的压力具有如上那样的倾向的情况下,当燃气轮机输出为低输出时,燃气轮机1中的各位置处的压力表现出如下这样的倾向。
[0101] 在燃气轮机输出降低时,换言之在IGV开度IGVp小时,在燃气轮机1中的成为最高压力的压缩机出口(≈第一抽气位置Pb1)处,压力成为比燃气轮机输出为高输出时的该位置处的压力Pmax1小规定压力的压力Pmax2。这里,将压缩机出口(≈第一抽气位置Pb1)处的低输出时的压力相对于高输出时的压力设为压力降低率(=Pmax2/Pmax1)。就比压缩机出口(≈第一抽气位置Pb1)靠下游侧Dad的各位置处的压力而言,基本上各位置处的低输出时的压力相对于各位置处的高输出时的压力以与压力降低率(=Pmax2/Pmax1)相同的比率减小。然而,就比压缩机出口(≈第一抽气位置Pb1)靠上游侧Dau的各位置处的压力而言,基本上各位置处的低输出时的压力相对于各位置处的高输出时的压力以比压力降低率大的比率减小。更具体而言,在压缩机10的吸气侧(上游侧Dau),压力的增加倾向变小,在压缩机出口侧,压力的增加倾向变大。并且,压缩机出口(≈第一抽气位置Pb1)处的压力成为前述的压力Pmax2。
[0102] 因此,在燃气轮机输出为低输出时,相对于比压缩机出口(≈燃烧器入口≈第一抽气位置Pb1)靠上游侧Dau的第二抽气位置Pb2处的压力而言,比燃烧器出口(≈涡轮入口)靠下游侧Dad的第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力降低了ΔP2,其中,ΔP2比前述的ΔP1小。即,燃气轮机输出为低输出时的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力的压力差ΔP2小于燃气轮机输出为高输出时的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力的压力差ΔP1。
[0103] 这样,在燃气轮机输出为低输出时,与高输出时相比,第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力的压力差ΔP变小。因此,在燃气轮机输出为低输出时,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量与高输出时相比变少。
[0104] 另外,在吸气温度Ti低时,与吸气温度Ti高时相比,也同样是第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力的压力差ΔP变小。因此,在吸气温度Ti低时,也是从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量与吸气温度度Ti高时相比变少。
[0105] 如上所述,在燃气轮机输出为低输出时或者吸气温度Ti低时,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量变少。由此,在燃气轮机输出为低输出时或者吸气温度Ti低时,存在无法确保该静叶片冷却空气As作为密封空气来发挥功能所需要的流量的情况。
[0106] 从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2在经由低压抽气管线64中的节流孔65被限制其流量之后作为静叶片冷却空气As而向第二列静叶片54b供给。另外,在打开了冷却系统60的第二阀69的情况下,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的一部分也经由节流孔65,且通过比该节流孔65靠第二列静叶片54b侧的低压抽气管线64而向第二列静叶片54b供给。并且,在打开了冷却系统60的第二阀69的情况下,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的另一部分经由连接管线66、旁通管线68,且通过比与旁通管线68连接的连接位置靠第二列静叶片54b侧的低压抽气管线64而向第二列静叶片54b供给。因此,通过打开第二阀69,能够增加向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的流量。因此,在本实施方式中,在要增加静叶片冷却空气As的流量的情况下,打开第二阀69。
[0107] 因此,在第二控制工序(S6)中,如图6的(A)及图6的(B)所示,第二控制部140在作为燃气轮机输出Po的相关值的IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1以下时即为低输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为打开的阀开度。另外,第二控制部140在IGV开度IGVp为大于第一IGV开度IGVp1且为第二IGV开度IGVp2以下的高输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为:比低输出时小且随着IGV开度IGVp变大而逐渐变小,并且在IGV开度IGVp为第二IGV开度IGVp2时成为“0”。并且,第二控制部140在IGV开度IGVp为比第二IGV开度IGVp2大的高输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为全闭“0”。
[0108] 但是,第二控制部140根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p进行补正。具体而言,第二控制部140在低输出时,如图6的(D)所示,在吸气温度Ti低于第一吸气温度Ti1且高于第二吸气温度Ti2时,求解表示全闭的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p,来对该阀开度V2p进行补正。另外,第二控制部140在低输出时吸气温度Ti成为第二吸气温度Ti2以下的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而逐渐变大的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0109] 第二控制部140在高输出时,如图6的(C)的实线所示那样,在吸气温度Ti低于第二吸气温度Ti2且高于第三吸气温度Ti3时,求解表示全闭的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。另外,第二控制部140在高输出时吸气温度Ti成为第三吸气温度Ti3以下的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而逐渐变大的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0110] 即,第二控制部140无论在低输出时还是在高输出时,只要吸气温度Ti降低,都以使如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p变大的方式对该阀开度V2p进行补正。
[0111] 第二控制部140在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,如图6的(A)的虚线所示那样,在IGV开度IGVp处于从第一IGV开度IGVp1到第二IGV开度IGVp2以下的范围内时,将第二阀69的阀开度V2p决定为随着IGV开度IGVp变大而减小且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度V2p大的阀开度V2p。另外,第二控制部140在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且IGV开度IGVp大于第二IGV开度IGVp2的情况下,将第二阀69的阀开度V2p决定为恒定且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度V2p大的阀开度V2p。
[0112] 但是,第二控制部140在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,也根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p进行补正。具体而言,第二控制部140在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti高于第三吸气温度Ti3的情况下,如图6的(C)的虚线所示那样,求解相对于吸气温度Ti而言恒定的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。并且,第二控制部140在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti成为第三吸气温度Ti3以下的情况下,求解使第二阀69的阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而从前述的固定的阀开度V2p变大的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0113] 只要盘腔温度Td不成为第三限制温度Td3以上,则第二控制部140就作成与如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p对应的控制信号,并将该控制信号向第二阀69输出。
[0114] 如前所述,通过第一控制部130对第一阀67的阀开度V1p的控制,基本上能够将适于冷却第二列静叶片54b的适当温度的静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b输送。然而,仅是凭借第一阀67的阀开度V1p的控制,有时无法充分地冷却第二列静叶片54b。因此,第二控制部140在盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,将第二阀69的阀开度V2p决定为恒定且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度V2p大的阀开度V2p。其结果是,通过第二阀69的阀开度V2p的进一步变大,由此使在旁通管线68中流动的空气流量增多。因此,从低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的流量增多,能够抑制第二列静叶片54b的温度上升。
[0115] 并且,第二控制部140在盘腔温度Td成为比第一限制温度Td1高的第三限制温度Td3以上的情况下,将第二阀69的阀开度V2p决定为“全开”。并且,第二控制部140作成表示全开的控制信号,并将该控制信号向第二阀69输出。其结果是,第二阀69的阀开度V2p成为全开,在旁通管线68中流动的空气流量进一步增多。因此,从低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的流量进一步增多,能够进一步抑制第二列静叶片54b的温度上升。
[0116] 接着,使用图8,对与燃气轮机1的运转状况相应的第一阀67及第二阀69的阀开度V1p、V2p进行归纳说明。
[0117] 在燃气轮机输出为低输出时,即在IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1以下时,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的压力低于燃气轮机输出为高输出时的该低压压缩空气A2的压力。因此,在燃气轮机输出为低输出时,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度低于燃气轮机输出为高输出时的该低压压缩空气A2的温度。由此,只要将来自第二抽气位置Pb2的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而向第二列静叶片54b供给,就基本上能够将第二列静叶片54b冷却至目标温度以下,无需将由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1向低压抽气管线64输送。因此,在本实施方式中,在燃气轮机输出为低输出时,即在IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1以下时,如图8的燃气轮机输出为低输出时的栏中所示那样,将设置在连接管线66中的第一阀67基本上设为全闭。
[0118] 另外,在压缩机10吸入的空气的温度即吸气温度Ti低时,如前所述,压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差变小。因此,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而仅经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量变少。因此,在本实施方式中,在吸气温度Ti低时,如图8的低温时的栏中所示那样,打开设置在旁通管线68中的第二阀69。其结果是,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2在设置有用于限制流量的节流孔65的低压抽气管线64中流动,并且还在旁通管线68中流动,从而静叶片冷却空气As的流量增加,能够确保作为密封空气来说的必需的流量。
[0119] 如上所述,在燃气轮机输出为低输出时且吸气温度Ti低时,如图8中的燃气轮机输出为低输出时且吸气温度Ti为低温时的栏中所示那样,在本实施方式中,基本上将第一阀67设为全闭,并打开第二阀69。
[0120] 在燃气轮机输出为高输出时,即在IGV开度IGVp大于第一IGV开度IGVp1时,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度高于燃气轮机输出为低输出时的该低压压缩空气A2的温度。然而,即使在燃气轮机输出为高输出时,在吸气温度Ti低时从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度也低于吸气温度Ti高时的该低压压缩空气A2的温度。由此,只要将来自第二抽气位置Pb2的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而向第二列静叶片54b供给,就基本上能够将第二列静叶片54b冷却至目标温度以下,无需将由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1向低压抽气管线64输送。
[0121] 另外,在燃气轮机输出为高输出时,即在IGV开度IGVp大于第一IGV开度IGVp1时,如前所述,压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差变大。另一方面,在吸气温度Ti低时,压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差变小。因此,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti低时,存在如下情况:凭借从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而仅经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量,无法确保作为密封空气来说的必需的流量。
[0122] 因此,在本实施方式中,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti低时,如图8中的燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti为低温时的栏中所示那样,基本上将第一阀67设为全闭,并根据吸气温度Ti来将第二阀69稍微打开。但是,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti低时,若盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上,则也打开第一阀67,并进一步打开第二阀69。
[0123] 在吸气温度Ti高时,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度高于吸气温度Ti低时的该低压压缩空气A2的温度。然而,在燃气轮机输出为低输出时,即便吸气温度Ti高,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度也低于燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti高时的该低压压缩空气A2的温度。由此,只要将来自第二抽气位置Pb2的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b供给,就基本上能够将第二列静叶片54b冷却至目标温度以下,无需将由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1向低压抽气管线64输送。
[0124] 另外,在吸气温度Ti高时,如前所述,压缩机10的第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b周围的压力的压力差变大。因此,在吸气温度Ti高时,凭借从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而仅经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量,能够确保作为密封空气来说的必需的流量。
[0125] 因此,在本实施方式中,在燃气轮机输出为低输出时且吸气温度Ti高时,如图8中的燃气轮机输出为低输出时且吸气温度Ti为高温时的栏中所示那样,基本上将第一阀67及第二阀69设为全闭。
[0126] 在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti高时,从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2的温度比高输出时且吸气温度Ti低时的该低压压缩空气A2的温度、低输出时且吸气温度Ti高时的该低压压缩空气A2的温度、以及低输出时且吸气温度Ti低时的该低压压缩空气A2的温度中的任一温度都高。另外,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti高时,凭借从第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而仅经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量,能够确保作为密封空气来说的必需的流量。
[0127] 因此,在本实施方式中,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti高时,如图8中的燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti为高温时的栏中所示那样,基本上打开第一阀67,并将第二阀69设为全闭。但是,在燃气轮机输出为高输出时且吸气温度Ti高时,若盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上,则进一步打开第一阀67,并打开第二阀69。
[0128] 另外,在图8中所示的四种模式中的任一情况下,第一控制部130都根据由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc与静叶片冷却空气As的目标温度之间的偏差来控制第一阀67的阀开度V1p。因此,在图8中所示的四种模式中的任一情况下,都存在第一阀67的阀开度V1p比图8中例示出的第一阀67的阀开度V1p大的情况。
[0129] 如上所述,在本实施方式中,通过对连接管线66中的第一阀67的阀开度V1p及旁通管线68中的第二阀69的阀开度V2p进行调节,由此能够控制向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的温度及流量。并且,在本实施方式中,通过使从第一抽气位置Pb1抽取并由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1经由连接管线66而向低压抽气管线64流动,由此即便不在低压抽气管线64中设置冷却器,也能够将第二列静叶片54b抑制为目标温度以下。
[0130] 另外,在本实施方式中,即便第一阀67及第二阀69均在关闭状态下发生故障,也能够经由低压抽气管线64中的节流孔65而将来自第二抽气位置Pb2的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b供给。因此,在本实施方式中,即便第一阀67及第二阀69均在关闭状态下发生故障,也能够避免第二列静叶片54b直接发生热损伤。并且,在本实施方式中,即便第一阀67及第二阀69均在关闭状态下发生故障,在低压抽气管线64中流动的低压压缩空气A2的流量也由节流孔65来限制,因此能够抑制来自压缩机10的抽气量的增加,结果是能够抑制燃气轮机输出的降低。
[0131] 如上所述,在本实施方式中,能够将静叶片冷却空气As向作为第二高温部件的第二列静叶片54b适当地供给。
[0132] 需要说明的是,在本实施方式中,作为限制在低压抽气管线64中流动的低压压缩空气A2的流量并同时确保在低压抽气管线64中流动的空气的最低流量的最低流量确保器,例示了节流孔。然而,作为最低流量确保器,除了节流孔以外,还可以利用流量计喷嘴、文丘里管等具有流路节流件的构件等、或者具有能够确保最小流量的机构的阀等。作为能够确保最小流量的机构,可以利用在机械上防止全闭的机构、在闭塞流路的构件上预先设有孔的机构等。
[0133] [第二实施方式]
[0134] 参照图10~图12对本发明涉及的燃气轮机设备的第二实施方式进行说明。
[0135] 如图10所示,本实施方式的燃气轮机设备与第一实施方式的燃气轮机设备同样具备:燃气轮机1;对构成燃气轮机1的部件进行冷却的冷却系统60a;以及控制装置100a。本实施方式的燃气轮机1与第一实施方式的燃气轮机1基本上相同。另一方面,本实施方式的冷却系统60a与第一实施方式的冷却系统60稍有不同。另外,本实施方式的控制装置100a也与第一实施方式的控制装置100稍有不同。因此,以下主要针对本实施方式的冷却系统60a及控制装置100a来进行说明。
[0136] 本实施方式的冷却系统60a与第一实施方式同样具有高压抽气管线61、冷却器62、低压抽气管线64、连接管线66、第一阀67、第二阀69、吸气温度计71、冷却空气温度计72、盘腔温度计73、第一控制部130a以及第二控制部140a。但是,本实施方式的冷却系统60a并不具有第一实施方式的冷却系统60中的节流孔65及旁通管线68。因此,第二阀69设置于低压抽气管线64。具体而言,第二阀69设置在低压抽气管线64中的与连接管线66连接的连接位置与冷却空气温度计72之间。需要说明的是,冷却空气温度计72设置在低压抽气管线64中的与连接管线66连接的连接位置与第二列静叶片54b之间。
[0137] 第一控制部130a对第一阀67的阀开度进行控制。第二控制部140a对第二阀69的阀开度进行控制。本实施方式的第一控制部130a及第二控制部140a也构成控制装置100a的功能结构的一部分。该控制装置100a与第一实施方式的控制装置100同样,除了具有第一控制部130a及第二控制部140a以外,还具有燃料控制部110和IGV控制部120。
[0138] 在本实施方式中,也与第一实施方式同样,执行高压抽气工序(S1)、冷却工序(S2)、低压抽气工序(S3)、第一控制工序(S4)、混入工序(S5)及第二控制工序(S6)。但是,在本实施方式中,第一控制工序(S4)中的第一控制部130a的动作以及第二控制工序(S6)中的第二控制部140a的动作与第一实施方式稍有不同。
[0139] 与第一实施方式同样,在第一控制工序(S1)中,在打开冷却系统60a的第一阀67时,从压缩机10的第一抽气位置Pb1抽取且由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1经由连接管线66向低压抽气管线64中流入,而混入低压抽气管线64中的低压压缩空气A2中。
[0140] 如使用图7在前说明的那样,在燃气轮机输出为低输出时,与高输出时相比,第二抽气位置Pb2处的压力与第二列静叶片54b的位置Pc2处的压力的压力差ΔP变小。因此,在燃气轮机输出为低输出时,从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给的流量与高输出时相比变少。
[0141] 因此,在第一控制工序(S1)中,在燃气轮机输出Po为低输出时,使由冷却器62冷却后的高压压缩空气A1混入低压压缩空气A2中。其结果是,在低压压缩空气A2中混入高压压缩空气A1而得到的静叶片冷却空气As(部件流入空气)的压力提高,能够抑制燃气轮机输出Po为低输出时的静叶片冷却空气As(部件流入空气)的流量降低。
[0142] 如图11的(A)及图5的(B)所示,第一控制部130a在作为燃气轮机输出Po的相关值的IGV开度IGVp为第二IGV开度IGVp2(燃气轮机输出Po2)以上的高输出时,将第一阀67的阀开度V1p决定为全闭或接近于全闭的阀开度。第一控制部130a在IGV开度IGVp小于第二IGV开度IGVp2(燃气轮机输出Po2)时,将第一阀67的阀开度V1p决定为打开的阀开度。更具体而言,第一控制部130a在IGV开度IGVp处于从第二IGV开度IGVp2(燃气轮机输出Po2)到第一IGV开度IGVp1(燃气轮机输出Po1)以上的范围内时,将第一阀67的阀开度V1p决定为随着IGV开度IGVp变小而逐渐变大的阀开度。换言之,第一控制部130a在该范围内,将第一阀67的阀开度V1p决定为随着IGV开度IGVp变大而逐渐变小的阀开度。另外,第一控制部130a在IGV开度IGVp小于第一IGV开度IGVp1时,将第一阀67的阀开度V1p决定为IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1时的阀开度。即,第一控制部130a在燃气轮机输出Po为低输出时,将第一阀67的阀开度V1p决定为比高输出时大的阀开度。
[0143] 但是,第一控制部130a在高输出时根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p进行补正。具体而言,第一控制部130a与第一实施方式同样,在高输出时,如图11的(C)的实线所示那样,在吸气温度Ti成为预先决定的第一吸气温度Ti1以上的情况下,求解使第一阀67的阀开度V1p随着吸气温度Ti的上升而变大的补正系数。并且,第一控制部
130a将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p来对该阀开度V1p进行补正。
[0144] 即,本实施方式的第一控制部130a也与第一实施方式同样,在吸气温度Ti变高时,以使如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p变大的方式对该阀开度V1p进行补正。
[0145] 第一控制部130a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,如图11的(A)的虚线所示那样,在IGV开度IGVp处于从第一IGV开度IGVp1到第二IGV开度IGVp2以下的范围内时,将第一阀67的阀开度V1p决定为随着IGV开度IGVp变大而逐渐变小且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度大的阀开度。另外,第一控制部130a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且IGV开度IGVp大于第二IGV开度IGVp2的情况下,将第一阀67的阀开度V1p决定为恒定且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度大的阀开度。
[0146] 但是,第一控制部130a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,也根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p进行补正。具体而言,第一控制部130a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti小于预先决定的第一吸气温度Ti1的情况下,如图11的(C)的虚线所示那样,求解相对于吸气温度Ti来说恒定的补正系数。并且,第一控制部130a将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p来对该阀开度V1p进行补正。而且,第一控制部130a在吸气温度Ti成为预先决定的第一吸气温度Ti1以上的情况下,求解使第一阀67的阀开度V1p从前述的恒定的阀开度V1p随着吸气温度Ti的上升而变大的补正系数。并且,第一控制部130a将该补正系数乘以如上那样决定的第一阀67的阀开度V1p来对该阀开度V1p进行补正。
[0147] 第一控制部130a与第一实施方式同样,求解第一阀67的阀开度变更量以使由冷却空气温度计72检测出的低压抽气管线64中的静叶片冷却空气As的温度成为目标温度。第一控制部130a求解由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc与静叶片冷却空气As的目标温度之间的偏差。第一控制部130a求解与该偏差对应的第一阀67的开度变更量即PI控制量。
[0148] 第一控制部130a在前述那样决定的第一阀67的阀开度V1p上加上与由冷却空气温度计72检测出的静叶片冷却空气As的温度Tc与其目标温度之间的偏差对应的第一阀67的开度变更量,并将其结果设为第一阀67的目标阀开度V1p。第一控制部130a作成与该目标阀开度V1p对应的控制信号,并将该控制信号向第一阀67输出。
[0149] 以上,通过第一控制部130a对第一阀67的阀开度V1p的控制,基本上能够将适于冷却第二列静叶片54b的适当温度且作为密封空气而言适当流量的静叶片冷却空气As向第二列静叶片54b输送。
[0150] 但是,本实施方式的第一控制部130a在燃气轮机输出Po为低输出时,将第一阀67的阀开度V1p决定为比高输出时大的阀开度。反之,第一实施方式的第一控制部130在燃气轮机输出Po为高输出时,将第一阀67的阀开度V1p决定为比低输出时大的阀开度。
[0151] 这样,本实施方式中的第一阀67的控制方法与第一实施方式中的第一阀67的控制方法的差异是由于燃气轮机1的机种的不同而导致的。例如,燃气轮机1中存在高温部件的冷却条件严苛但密封空气的条件不严苛的机种,还存在高温部件的冷却条件不严苛但密封空气的条件严苛的机种。这里,“高温部件的冷却条件严苛但密封空气的条件不严苛”是指:即便将作为密封空气而言适当流量的空气向高温部件输送,也存在较多该空气对高温部件的冷却不充分的情况。另外,“高温部件的冷却条件不严苛但密封空气的条件严苛”是指:即便将适于高温部件的冷却的适当温度的空气向高温部件输送,也存在较多该空气的流量作为密封空气而言不充分的情况。
[0152] 本实施方式的控制装置100a能够适用于高温部件的冷却条件不严苛但密封空气的条件严苛的机种的燃气轮机1。因此,本实施方式的第一控制部130a在燃气轮机输出Po为低输出且静叶片冷却空气As(部件流入空气)的流量降低的情况下,增大第一阀67的阀开度V1p。
[0153] 另一方面,第一实施方式的控制装置100能够适用于高温部件的冷却条件严苛但密封空气的条件不严苛的机种的燃气轮机1。因此,第一实施方式的第一控制部130在燃气轮机输出Po为高输出且燃烧气体温度升高的情况下,增大第一阀67的阀开度V1p。
[0154] 因此,在本实施方式的控制装置100a为针对高温部件的冷却条件不严苛但密封空气的条件严苛的机种的燃气轮机1的装置的情况下,本实施方式的第一控制部130a也可以与第一实施方式的第一控制部130同样,在燃气轮机输出Po为高输出时增大第一阀67的阀开度V1p。
[0155] 另外,在第一实施方式的控制装置100为针对高温部件的冷却条件严苛但密封空气的条件不严苛的机种的燃气轮机1的装置的情况下,第一实施方式的第一控制部130也可以与本实施方式的第一控制部130a同样,在燃气轮机输出Po为低输出时增大第一阀67的阀开度V1p。
[0156] 从压缩机10的第二抽气位置Pb2抽取的低压压缩空气A2作为静叶片冷却空气As而经由低压抽气管线64向第二列静叶片54b供给。向第二列静叶片54b供给的静叶片冷却空气As的流量可以通过增大设置在低压抽气管线64上的第二阀69的阀开度来增加。因此,在本实施方式中,在要增加静叶片冷却空气As的流量的情况下,打开第二阀69。
[0157] 因此,在第二控制工序(S6)中,如图12的(A)及图12的(B)所示,第二控制部140a在作为燃气轮机输出Po的相关值的IGV开度IGVp为第一IGV开度IGVp1以下时即为低输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为打开的阀开度。另外,第二控制部140a在IGV开度IGVp为大于第一IGV开度IGVp1且为第二IGV开度IGVp2以下的高输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为比低输出时小且随着IGV开度IGVp变大而逐渐变小的阀开度V2p。而且,第二控制部140a在IGV开度IGVp为大于第二IGV开度IGVp2的高输出时,将第二阀69的阀开度V2p决定为IGV开度IGVp为第二IGV开度IGVp2时的阀开度。
[0158] 但是,第二控制部140a也根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p进行补正。具体而言,第二控制部140a在低输出时,如图12的(D)所示,在吸气温度Ti低于第一吸气温度Ti1且高于第二吸气温度Ti2的情况下,求解表示全闭的补正系数。而且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。另外,第二控制部140a在低输出时,在吸气温度Ti成为第二吸气温度Ti2以下的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而逐渐变大的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0159] 第二控制部140a在高输出时,如图12的(C)的实线所示那样,在吸气温度Ti处于第三吸气温度Ti3与第四吸气温度Ti4之间时,求解表示打开的恒定的阀开度的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。这里,第三吸气温度Ti3是低于第二吸气温度Ti2的温度。另外,第四吸气温度Ti4是高于第二吸气温度Ti2及第一吸气温度Ti1的温度。第二控制部140a在高输出时,在吸气温度Ti成为第三吸气温度Ti3以下的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而逐渐变大的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。另外,第二控制部140a在高输出时,在吸气温度Ti变得比第四吸气温度Ti4高的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的上升而逐渐变小的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0160] 即,第二控制部140a无论在低输出时还是在高输出时,只要吸气温度Ti变低,就以使如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p变大的方式对该阀开度V2p进行补正。
[0161] 如图6的(C)所示,第一实施方式的第二控制部140在高输出时,在吸气温度Ti比第三吸气温度Ti3高的整个温度区域内,求解表示打开的恒定的阀开度的补正系数。并且,第二控制部140将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p。另一方面,如使用图12的(C)在前说明的那样,本实施方式的第二控制部140a在高输出时,在吸气温度Ti高于第三吸气温度Ti3且高于第四吸气温度Ti4的情况下,求解使阀开度V2p随着吸气温度Ti的上升而逐渐变小的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p。
[0162] 就燃气轮机1而言,越是减少来自压缩机10的抽气空气流量,燃气轮机效率越高。因此,在本实施方式中,为了在抑制高温部件的烧损等的同时将燃气轮机效率提高至接近极限,在高输出时,在吸气温度Ti高于第四吸气温度Ti4的情况下,如上那样对第二阀69的阀开度V2p进行补正。需要说明的是,这样的補正优选针对高温部件的冷却条件不严苛的机种的燃气轮机1来进行。
[0163] 第二控制部140a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,如图12的(A)的虚线所示那样,在IGV开度IGVp处于从第一IGV开度IGVp1到第二IGV开度IGVp2以下的范围内时,将第二阀69的阀开度V2p决定为随着IGV开度IGVp变大而变小且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度V2p大的阀开度V2p。另外,第二控制部140a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且IGV开度IGVp大于第二IGV开度IGVp2的情况下,将第二阀69的阀开度V2p决定为恒定且比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的该范围内的阀开度V2p大的阀开度V2p。
[0164] 但是,第二控制部140a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上的情况下,也根据吸气温度Ti来对如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p进行补正。具体而言,第二控制部140a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti处于第三吸气温度Ti3与第四吸气温度Ti4之间的情况下,求解表示比盘腔温度Td小于第一限制温度Td1时的阀开度大的固定的阀开度的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。第二控制部140a在高输出时盘腔温度Td成为第一限制温度Td1以上且吸气温度Ti为第三吸气温度Ti3以下的情况下,求解使第二阀69的阀开度V2p从前述的恒定的阀开度V2p随着吸气温度Ti的降低而变大的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。另外,第二控制部140a在高输出时吸气温度Ti高于第四吸气温度Ti4的情况下,求解使阀开度V2p从前述的恒定的阀开度V2p随着吸气温度Ti的上升而逐渐变小的补正系数。并且,第二控制部140a将该补正系数乘以如上那样决定的第二阀69的阀开度V2p来对该阀开度V2p进行补正。
[0165] 如上所述,在本实施方式中,也能够将静叶片冷却空气As向作为第二高温部件的第二列静叶片54b适当地供给。
[0166] [变形例]
[0167] 在上述实施方式中,作为与燃气轮机输出相关的输出相关值,使用IGV控制部120求出的IGV开度IGVp。然而,也可设置对IGV21的可动叶片22的开度进行检测的开度检测器,将由该开度检测器检测出的IGV开度IGVp用作输出相关值。
[0168] 在上述实施方式中,作为与燃气轮机输出相关的输出相关值,使用IGV开度IGVp。然而,只要与燃气轮机输出具有相关性即可,可以使用任意的参数,可以将燃气轮机输出自身设为输出相关值。
[0169] 在上述实施方式中,第一抽气位置Pb1为压缩机机室18中的收纳燃烧器30的部分的位置,第二抽气位置Pb2为压缩机机室18的中间级的位置。然而,只要在第一抽气位置Pb1抽取的空气的压力相对于在第二抽气位置Pb2抽取的空气的压力相对高即可,各抽气位置并不局限于上述的位置。
[0170] 在上述实施方式中,第一列动叶片44a构成第一高温部件,第二列静叶片54b构成第二高温部件。然而,第二高温部件只要是能置于比第一高温部件相对低的压力环境下的高温部件即可,各高温部件并不局限于上述部件。例如,第一高温部件可以是燃烧器30的燃烧筒31。
[0172] 根据本发明涉及的一实施方式,能够将冷却空气向高温部件适当地供给。
[0173] 附图标记说明
[0174] 1:燃气轮机、2:燃气轮机转子、5:燃气轮机机室、9:发电机、10:压缩机、11:压缩机转子、12:转子轴、13:动叶片列、14:静叶片列、18:压缩机机室、19:空气压缩流路、30:燃烧器、40:涡轮、41:涡轮转子、42:转子轴、43:动叶片列、44:动叶片、44a:第一列动叶片(第一高温部件)、48:涡轮机室、49:燃烧气体流路、53:静叶片列、54:静叶片、54b:第二列静叶片(第二高温部件)、59:盘腔、60、60a:冷却系统、61:高压抽气管线、62:冷却器、64:低压抽气管线、65:节流孔(最低流量确保器)、66:连接管线、67:第一阀、68:旁通管线、69:第二阀、71:吸气温度计、72:冷却空气温度计、73:盘腔温度计、100、100a:控制装置、110:燃料控制部、120:IGV控制部、130、131a:第一控制部、140、140a:第二控制部。
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