[发明专利]双轴式燃气轮机以及其控制装置与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及双轴式燃气轮机以及其控制装置与控制方法，尤其涉及适于具备由压缩机、燃烧器以及压缩机驱动用的高压涡轮组成的气体发生器、负荷驱动用的低压涡轮的装置的双轴式燃气轮机以及其控制装置与控制方法。

背景技术

伴随近年来的能量需求的增加，相对于适用于液化天然气(LNG)的生产的机械驱动用的燃气轮机的需求也增加。在LNG机械设备中通过用LNG液化用压缩机将天然气转换为高压而实现液化。而且，在LNG液化用压缩机的驱动中使用双轴式燃气轮机的情况多。

双轴式燃气轮机的涡轮部分分为低压涡轮与高压涡轮，低压涡轮驱动LNG用压缩机与负荷，高压涡轮作为气体发生器与压缩机连接。双轴式燃气轮机存在高压侧与低压侧各自的涡轮具备不同的旋转轴的特征。

双轴式燃气轮机不只是像上述那样作为机械驱动用，有时还作为连接于发电机的发电用而使用。作为发电用的燃气轮机，由于结构简单、容易运用等的理由，所以压缩机与涡轮以同一轴旋转的一轴式燃气轮机是主流。可是，在使装置小型化的情况下存在需要维持适合于负荷发电机试样的转数、需要减速机的缺点。

另一方面，如果在发电用中使用双轴式燃气轮机，由于能够任意选择由压缩机、燃烧器以及高压燃气轮机构成的气体发生器侧的转数、低压涡轮的转数，因此不需要减速机。因此，能够提供小型且高效的燃气轮机。

在运用这样的双轴式燃气轮机的情况下，基于修正了相对于燃气轮机轴的实际转数的大气温度的影响的修正转数，调整压缩机的入口导向叶片(以下，称为IGV(Inlet Guide Vane))的开度，即，不论气体发生器的运转状态如何都能使用修正转数基准的IGV控制为一般性的。

这种情况下，如图9A中表示气体发生器轴的修正转数与IGV开度的关系，IGV开度根据涉及大气温度的修正转数而变化(气体发生器轴的修正转数与IGV开度的关系确定为唯一)，因此，如图9B中表示气体发生器轴的实际转数与IGV开度的关系，由于运转线变化，所以气体发生器轴的转数也根据大气温度而变化。即，即使在增加IGV的开度并在额定负荷附近运转时，根据大气温度实际转数也会变化。

因此，由于增加在额定负荷运转时应该回避叶片共振的区域，共振回避的设计变得困难。另外，由于增加共振回避范围则叶片型设计的自由度减少，因此叶片的空气动力性能提高也变得困难。

为了避免上述额定负荷运转时的共振问题，双轴式燃气轮机的控制方法被记载于专利文献1中。该专利文献1着眼于在含有额定负荷运转条件的高速旋转时，利用修正转数基准控制的喘振(由压缩机叶片的流动的剥离而引起并发生的流体性脉冲现象)回避的重要性变小，在由气体发生器与低压涡轮构成的双轴式燃气轮机中，作为IGV的控制方法以在气体发生器轴的低速旋转时用修正转数基准控制IGV的开度，在高速旋转时将实际转数保持为恒定的方式控制IGV的开度的方式而进行的装置。

通过使用记载于该专利文献1中的双轴式燃气轮机的控制方法，如分别在图10A中表示气体发生器轴的修正转数与IGV开度的关系、在图10B中表示气体发生器轴的实际转数与IGV开度的关系那样，在低负荷时不论大气温度如何运转线都是相同的，在高负荷时修正转数根据大气温度而变化。另一方面，在低负荷时根据大气温度运转线变化，但在高负荷时气体发生器轴的转数为恒定。

因此，能够有效地解除共振问题(由于在气体发生器轴的高速旋转时转数接近共振转数而产生的共振，而使涡轮与压缩机的动叶片损伤的可能性增高的问题)，并且，由于能够有效地对应低速运转时的压缩机喘振，能够减轻涉及共振问题的设计上的负担，上述的共振回避设计变得容易。而且，也能够期待由叶片型设计的自由度提高而带来的空气动力性能的提高。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2011-38531号公报

如上述，若使用专利文献1中记载的双轴式燃气轮机的控制方法，则能够兼具在以起动、停止为代表的低速运转时尤其成为问题的上述喘振回避、以额定负载运转时为代表的高速运转时成为问题的共振回避。

可是，由于重要度下降的装置的高速旋转时也会引起喘振，根据运转条件，在专利文献1中记载的双轴式燃气轮机的控制方法中存在喘振回避变得困难的可能性。而且，在高大气温度(例如，30℃以上)的条件下(实际转数恒定)中，一般来说由于相对于喘振的余量变小，喘振回避的问题容易凸显化。

发明内容