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DE112022001288T5 - Steuervorrichtung für gasturbine, gasturbineneinrichtung, verfahren zum steuern von gasturbine und steuerprogramm für gasturbine - Google Patents

Steuervorrichtung für gasturbine, gasturbineneinrichtung, verfahren zum steuern von gasturbine und steuerprogramm für gasturbine Download PDF

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DE112022001288T5
DE112022001288T5 DE112022001288.9T DE112022001288T DE112022001288T5 DE 112022001288 T5 DE112022001288 T5 DE 112022001288T5 DE 112022001288 T DE112022001288 T DE 112022001288T DE 112022001288 T5 DE112022001288 T5 DE 112022001288T5
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DE
Germany
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gas turbine
compressor
signal
generator
index
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112022001288.9T
Other languages
English (en)
Inventor
Akitomo Tsukahara
Hidetaka OKUI
Kimiyasu Fujita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, umfasst: eine Indexerfassungseinheit, die einen Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt, erfasst; und eine Signalausgabeeinheit, die ein Signal zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird, ausgibt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbineneinrichtung, ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine und ein Steuerprogramm für eine Gasturbine.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-139624 , die am 30. August 2021 in Japan eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Stand der Technik
  • Eine Gasturbinenvorrichtung, die eine Turbine mit einem durch Verbrennung eines Brennstoffs erzeugten Verbrennungsgas antreibt, enthält normalerweise einen Kompressor zum Komprimieren eines Brennstoffgases oder eines Oxidationsmittelgases (Luft oder dergleichen).
  • PTL 1 offenbart eine Gasturbine, die einen Gaskompressor zum Komprimieren eines einer Brennkammer zuzuführenden Gasbrennstoffs enthält. Ferner wird in PTL 1, um Pumpen des Gaskompressors zu verhindern, die Gasturbine so betrieben, dass ein Druckverhältnis (Kompressionsverhältnis) des Gaskompressors einen Grenzwert nicht überschreitet, und in einem Fall, in dem das Druckverhältnis des Gaskompressors einen Grenzwert überschreitet, wird ein Betrieb der Gasturbine dringend gestoppt, um die Vorrichtung zu schützen.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • [PTL 1] Internationale Veröffentlichung Nr. WO2012/132062
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Indessen arbeitet eine Gasturbinenvorrichtung, mit der ein Generator verbunden ist, normalerweise in einem Betriebsmodus (Normalbetriebsmodus), bei dem der Generator von der Gasturbine drehend angetrieben wird. Jedoch wird in einem Fall, in dem es keinen Bedarf an Stromerzeugung gibt, die Gasturbinenvorrichtung manchmal in einem Betriebsmodus (Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus) betrieben, bei dem die Gasturbine von einem Generator, der von außen Stromversorgung empfängt und als ein Motor fungiert, drehend angetrieben wird.
  • Bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb der Gasturbine unterstützt der Generator das Antreiben der Turbine. Daher kann eine Brennstoffzufuhrmenge zu der Gasturbine auf ein solches Niveau verringert werden, dass die Gasturbine nicht fehlzündet. Andererseits wird bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb der Gasturbine die Brennstoffzufuhrmenge auf diese Weise verringert. Daher wird ein Druckverhältnis (Kompressionsverhältnis) des Kompressors im Vergleich zu dem bei dem Normalbetrieb gesenkt. In einem Fall, in dem das Druckverhältnis des Kompressors bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb abnimmt, nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids bei einer nachfolgenden Stufe des Kompressors zu und weicht stark von einer Auslegungsströmungsgeschwindigkeitsbedingung bei dem Normalbetrieb (Nennbetrieb oder dergleichen) ab. Infolgedessen wird erzwungene Schwingung einer Kompressorschaufel stärker und ein Risiko von Schäden an der Kompressorschaufel kann zunehmen.
  • Angesichts der obigen Umstände besteht eine Aufgabe mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbineneinrichtung, ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine und ein Steuerprogramm für eine Gasturbine bereitzustellen, die in der Lage sind, Auftreten von Schäden an einem Kompressor zu verhindern.
  • Lösung für das Problem
  • Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Indexerfassungseinheit, die einen Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt, erfasst; und eine Signalausgabeeinheit, die ein Signal zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird, ausgibt.
  • Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner eine Gasturbineneinrichtung bereitgestellt, die umfasst: eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist; und die Steuervorrichtung, die die Gasturbine steuert.
  • Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt; und einen Schritt des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
  • Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner ein Steuerprogramm für eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Programm einen Computer veranlasst, auszuführen: einen Prozess des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt; und einen Prozess des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Es werden gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Gasturbine, eine Gasturbineneinrichtung, ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine und ein Steuerprogramm für eine Gasturbine bereitgestellt, die in der Lage sind, Auftreten von Schäden an einem Kompressor zu verhindern.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, die in einer Gasturbineneinrichtung gemäß einer Ausführungsform enthalten ist.
    • 2 ist ein schematisches Diagramm der Gasturbineneinrichtung gemäß der Ausführungsform.
    • 3 ist ein schematisches Diagramm der Gasturbineneinrichtung gemäß der Ausführungsform.
    • 4 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Steuern der Gasturbine gemäß der Ausführungsform.
    • 5 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Steuern der Gasturbine gemäß der Ausführungsform.
    • 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben des Verfahrens zum Steuern der Gasturbine gemäß der Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Als Ausführungsformen beschriebene oder in den Zeichnungen dargestellte Abmessungen, Materialien, Formen, relative Anordnungen und dergleichen von Komponenten sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken, sondern sind lediglich erläuternde Beispiele.
  • (Konfiguration von Gasturbinenanlage)
  • 1 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, die in einer Gasturbineneinrichtung gemäß einer Ausführungsform enthalten ist. 2 und 3 sind schematische Diagramme der Gasturbineneinrichtung gemäß der Ausführungsform.
  • Wie in 2 dargestellt, enthält eine Gasturbineneinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform eine Gasturbine 1, die mit einem Generator 30 verbunden ist, und eine Steuervorrichtung 50 zum Steuern der Gasturbine 1.
  • Wie in 1 und 2 dargestellt, enthält die Gasturbine 1 einen Kompressor 2 zum Erzeugen von komprimierter Luft, eine Brennkammer 4 zum Erzeugen eines Verbrennungsgases unter Verwendung von komprimierter Luft und Brennstoff und eine Turbine 6, die so konfiguriert ist, dass sie durch die Verbrennungsgas drehend angetrieben wird.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält der Kompressor 2 mehrere Statorschaufeln 16, die an einer Seite von Kompressorgehäuse 10 befestigt sind, und mehrere Rotorschaufeln 18, die an einem Rotor 8 so angebracht sind, dass sie in Bezug auf die Statorschaufeln 16 abwechselnd angeordnet sind. Von einem Lufteinlassanschluss 12 angesaugte Luft wird zu dem Kompressor 2 gesendet, und die Luft passiert die mehreren Statorschaufeln 16 und die mehreren Rotorschaufeln 18 und wird komprimiert, so dass sie komprimierte Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck ist.
  • Der Brennstoff und die von dem Kompressor 2 erzeugte komprimierte Luft werden der Brennkammer 4 zugeführt, und der Brennstoff wird in der Brennkammer 4 verbrannt. Dadurch wird ein Verbrennungsgas, das als ein Arbeitsfluid der Turbine 6 dient, erzeugt. Wie in 1 dargestellt, enthält die Gasturbine 1 mehrere Brennkammern 4, die in einem Gehäuse 20 entlang einer Umfangsrichtung um den Rotor 8 (eine Rotorwellenlinie 0) angeordnet sind.
  • Die Turbine 6 enthält einen Verbrennungsgaskanal 28, der durch ein Turbinengehäuse 22 gebildet ist, und enthält mehrere Statorschaufeln 24 und mehrere Rotorschaufeln 26, die in dem Verbrennungsgaskanal 28 vorgesehen sind. Die Statorschaufel 24 ist an einer Seite von Turbinengehäuse 22 befestigt, und eine Statorschaufelreihe ist mit mehreren Statorschaufeln 24, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind, konfiguriert. Ferner sind die Rotorschaufeln 26 an dem Rotor 8 angebracht, und eine Rotorschaufelreihe ist mit mehreren Rotorschaufeln 26 konfiguriert, die entlang der Umfangsrichtung des Rotors 8 angeordnet sind. Die Statorschaufelreihe und die Rotorschaufelreihe sind in einer Axialrichtung des Rotors 8 abwechselnd angeordnet.
  • In der Turbine 6 passiert das Verbrennungsgas aus der Brennkammer 4, das in den Verbrennungsgaskanal 28 eingeleitet wurde, die mehreren Statorschaufeln 24 und die mehreren Rotorschaufeln 26. Somit wird der Rotor 8 um die Rotorwellenlinie 0 drehend angetrieben. Dadurch wird der mit dem Rotor 8 verbundene Generator angetrieben, um Strom zu erzeugen. Nach Antreiben der Turbine 6 wird das Verbrennungsgas via eine Auslasskammer 29 nach außen abgegeben.
  • Wie in 2 dargestellt, ist die Gasturbine 1 via den Rotor 8 (Drehwelle) mit dem Generator 30 verbunden. Der Generator 30 ist mit einem Stromsystem 32 verbindbar. Ein Schalter 31 ist zwischen dem Generator 30 und dem Stromsystem 32 vorgesehen, so dass ein Verbindungszustand zwischen dem Generator 30 und dem Stromsystem 32 umgeschaltet werden kann.
  • Der Generator 30 kann von der Gasturbine 1 drehend angetrieben werden, um Strom zu erzeugen, und fungiert als ein Motor, indem er von dem Stromsystem 32 Stromversorgung empfängt. Der Generator 30 kann die Gasturbine 1 drehend antreiben.
  • Wie in 2 dargestellt, wird der in einem Brennstoffspeicherabschnitt 34 gespeicherte Brennstoff via eine Brennstoffzufuhrleitung 33 der Brennkammer 4 zugeführt. Es ist nicht notwendig, den Brennstoffspeicherabschnitt 34 in der Gasturbineneinrichtung vorzusehen, und es ist möglich, Brennstoffzufuhr von einem entfernten Ort via die Brennstoffzufuhrleitung 33 zu empfangen. Die Brennstoffzufuhrleitung 33 ist mit einem Brennstoffstellventil 36 zum Anpassen einer Strömungsrate (Brennstoffzufuhrmenge) des der Brennkammer 4 zugeführten Brennstoffs versehen. Obwohl nicht dargestellt, kann, um jede Brennstoffzufuhrmenge zu einer Pilotdüse und einer Hauptdüse der Brennkammer 4 und ein Pilotverhältnis anzupassen, Steuerung beispielsweise durch Verwenden von zwei oder mehr Brennstoffstellventilen 36 durchgeführt werden.
  • Wie in 2 dargestellt, ist eine Einlassleitschaufel (inlet guide vane, IGV) 40 zum Anpassen einer Ansaugmenge des Kompressors 2 an einem Einlass des Kompressors 2 vorgesehen. Ein Öffnungsgrad der IGV 40 kann von einer Einlassleitschaufel-Steuereinheit, die einen Aktuator 42 enthält, angepasst werden.
  • Die Gasturbine 1 ist mit einer ersten Messeinheit 44 zum Messen eines Einlassdrucks des Kompressors 2 versehen. Darüber hinaus ist die Gasturbine 1 ist mit einer zweiten Messeinheit 46 zum Messen eines Auslassdrucks des Kompressors 2 versehen. Die erste Messeinheit 44 und die zweite Messeinheit 46 können jeweils Drucksensoren sein. Ein Signal, das einen von der ersten Messeinheit 44 detektierten Einlassdruck angibt, und ein Signal, das einen von der zweiten Messeinheit 46 detektierten Auslassdruck angibt, werden jeweils an die Steuervorrichtung 50 gesendet.
  • Die erste Messeinheit 44 ist so konfiguriert, dass sie einen Druck an dem Einlass des Kompressors 2 oder an einer stromaufwärtigen Position des Einlasses misst. Die erste Messeinheit 44 kann so konfiguriert sein, dass sie beispielsweise einen Atmosphärendruck misst. Die zweite Messeinheit 46 ist so konfiguriert, dass sie einen Druck an einer Position zwischen dem Auslass des Kompressors 2 und dem Einlass der Brennkammer 4 misst. Beispielsweise kann die zweite Messeinheit 46 so konfiguriert sein, dass sie einen Druck eines Luftkanals in dem Gehäuse 20, in dem die Brennkammer 4 aufgenommen ist, misst.
  • Die Gasturbine 1 ist so konfiguriert, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus umschaltet.
  • Der Normalbetriebsmodus ist ein Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine 1 den Generator 30 drehend antreibt. Bei dem Normalbetriebsmodus wird der von dem Generator 30 erzeugte Strom normalerweise dem Stromsystem 32 zugeführt.
  • Andererseits ist der Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus ein Betriebsmodus, bei dem der Generator 30 von dem Stromsystem 32 Stromversorgung empfängt und als ein Motor arbeitet, um den Drehantrieb der Gasturbine 1 zu unterstützen. Die Gasturbine 1 kann in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus zu dem Zweck betrieben werden, Abgas einem Zufuhrziel zuzuführen, während Brennstoffverbrauch reduziert wird. Während des Betriebs in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus unterstützt der Generator 30 den Antrieb der Turbine 6 der Gasturbine 1. Somit kann eine Menge an der Gasturbine 1 zugeführtem Brennstoff im Vergleich zu dem Betrieb in dem Normalbetriebsmodus verringert werden.
  • Die Steuervorrichtung 50 ist so konfiguriert, dass sie die Gasturbine 1 auf der Grundlage des Einlassdrucks des Kompressors 2, der von der ersten Messeinheit 44 detektiert wird, und/oder des Auslassdrucks des Kompressors 2, der von der zweiten Messeinheit 46 detektiert wird, steuert. Wie in 3 dargestellt, enthält die Steuervorrichtung 50 eine Indexerfassungseinheit 52, eine Signalausgabeeinheit 54, eine Schaltsignal-Empfangseinheit 56 und eine Betriebssteuereinheit 58.
  • Die Indexerfassungseinheit 52 ist so konfiguriert, dass sie einen Index, der ein Druckverhältnis des Kompressors 2 angibt, erfasst. Hier ist das Druckverhältnis des Kompressors 2 ein Verhältnis zwischen dem Auslassdruck und dem Einlassdruck des Kompressors 2. Die Indexerfassungseinheit 52 kann als den Index, der das Druckverhältnis angibt, ein Verhältnis P2/P1 zwischen einem Messwert P2 des von der zweiten Messeinheit 46 detektierten Auslassdrucks und einem Messwert P1 des von der ersten Messeinheit 44 detektierten Einlassdrucks erfassen. Alternativ kann die Indexerfassungseinheit 52 als den Index, der das Druckverhältnis angibt, den Messwert P2 des von der zweiten Messeinheit 46 detektierten Auslassdrucks erfassen. Dies liegt daran, dass der Einlassdruck des Kompressors 2 im Wesentlichen der gleiche wie der Atmosphärendruck ist und als im Wesentlichen konstant angesehen werden kann.
  • Die Signalausgabeeinheit 54 ist so konfiguriert, dass sie ein Signal zum Schützen des Kompressors 2 in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis angibt, während des Betriebs der Gasturbine 1 in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als (oder gleich oder niedriger als) ein Schwellenwert ist, ausgibt.
  • Die Signalausgabeeinheit 54 kann so konfiguriert sein, dass sie an die später zu beschreibende Betriebssteuereinheit 58, als ein Signal zum Schützen des Kompressors 2, ein Signal zum Stoppen der Gasturbine 1 oder ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus überträgt. Alternativ kann die Signalausgabeeinheit 54 so konfiguriert sein, dass sie als ein Signal zum Schützen des Kompressors 2 ein Signal zum Ausgeben eines Alarms an eine Alarmausgabeeinheit 62 überträgt. Die Alarmausgabeeinheit 62 kann eine Vorrichtung (Anzeige, Lautsprecher oder dergleichen) zum Ausgeben von visuellen oder auditiven Informationen, die einen Alarm angeben, enthalten.
  • Die Schaltsignal-Empfangseinheit 56 ist so konfiguriert, dass sie ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Normalbetriebsmodus auf den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus oder von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus empfängt. Die Schaltsignal-Empfangseinheit 56 kann so konfiguriert sein, dass sie ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus von einer Schaltsignal-Eingabeeinheit 60 empfängt. Die Schaltsignal-Eingabeeinheit 60 kann ein Endgerät, das von einem Bediener bedient werden kann, enthalten und kann beispielsweise eine Betriebsmodus-Umschalttaste, eine Tastatur oder eine Maus enthalten.
  • Die Betriebssteuereinheit 58 ist so konfiguriert, dass sie die Gasturbine 1 auf der Grundlage eines Signals, das von der Signalausgabeeinheit 54 stammt und zum Schützen des Kompressors 2 dient, oder eines Signals, das von der Schaltsignal-Empfangseinheit 56 stammt und zum Umschalten des Betriebsmodus dient, steuert. Die Betriebssteuereinheit 58 kann so konfiguriert sein, dass sie auf der Grundlage des Signals beispielsweise einen Öffnungsgrad des Brennstoffstellventils 36 zum Anpassen der Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer 4 oder einer Pilotverhältnis-Steuereinheit 38 oder eine Betriebsmenge des Aktuators 42 zum Anpassen eines Öffnungsgrads der Einlassleitschaufel 40 steuert.
  • Die Steuervorrichtung 50 enthält einen Computer, der einen Prozessor (CPU oder dergleichen), eine Hauptspeichervorrichtung (Speichervorrichtung; RAM oder dergleichen), eine Hilfsspeichervorrichtung, eine Schnittstelle und dergleichen enthält. Die Steuervorrichtung 50 ist so konfiguriert, dass sie Signale von der ersten Messeinheit 44, der zweiten Messeinheit 46 oder der Schaltsignal-Eingabeeinheit 60 via die Schnittstelle empfängt. Der Prozessor ist so konfiguriert, dass er die auf diese Weise empfangenen Signale verarbeitet. Darüber hinaus ist der Prozessor so konfiguriert, dass er ein in die Hauptspeichervorrichtung geladenes Programm verarbeitet. Dadurch werden Funktionen der Funktionseinheiten (der Indexerfassungseinheit 52 und dergleichen) realisiert.
  • Der Verarbeitungsinhalt in der Steuervorrichtung 50 wird als ein von dem Prozessor auszuführendes Programm implementiert. Das Programm kann beispielsweise in einer Hilfsspeichervorrichtung gespeichert sein. In einem Fall, in dem das Programm ausgeführt wird, wird das Programm in die Hauptspeichervorrichtung geladen. Der Prozessor liest aus der Hauptspeichervorrichtung das Programm und führt einen in dem Programm enthaltenen Befehl aus.
  • (Steuerungsfluss von Gasturbine)
  • Nachstehend wird ein Verfahren zum Steuern der Gasturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall beschrieben, in dem die Gasturbine 1 durch Verwenden der Steuervorrichtung 50 gesteuert wird. Andererseits kann bei einigen Ausführungsformen das Verfahren zum Steuern der Gasturbine durch Verwenden einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden. Alternativ kann ein Teil eines unten zu beschreibenden Prozesses manuell durchgeführt werden. 4 bis 6 sind Diagramme zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern der Gasturbine 1 gemäß der Ausführungsform und sind Graphen, die ein Beispiel von zeitlichen Änderungen einer Last während eines Betriebs der Gasturbine, eines Einstellwerts einer Drehzahl der Gasturbine (Solldrehzahl), eines Einstellwerts einer Brennstoffzufuhrmenge (Brennstoffbefehlswert) und eines Pilotverhältnisses des Brennstoffs zeigen.
  • In 4 bis 6 wird die Gasturbine 1 bis zu einem Zeitpunkt t0 in dem Normalbetriebsmodus mit einer Last L0 betrieben. Der Einstellwert der Drehzahl der Gasturbine 1 zu dem Zeitpunkt t0 ist S0, der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge ist F0, und das Pilotverhältnis des Brennstoffs ist R0.
  • Bei dem in 4 bis 6 dargestellten Beispiel wird zu dem Zeitpunkt t0 eine Vorbereitung zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 auf den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf der Grundlage einer Anweisung von einem Bediener der Gasturbineneinrichtung 100 gestartet. Ab dem Zeitpunkt t0 wird der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge durch Verringern des Einstellwerts der Drehzahl der Gasturbine 1 verringert. Dadurch wird auch die Last der Gasturbine von L0 verringert. Der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge kann auf der Grundlage einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Gasturbine 1 und dem Einstellwert der Drehzahl bestimmt werden. In einem Fall, in dem der Generator 30 mit dem Stromsystem 32 verbindbar ist, wird die tatsächliche Drehzahl der Gasturbine 1 innerhalb des im Wesentlichen gleichen Bereichs wie der Frequenz des Stromsystems 32 aufrechterhalten. Daher nimmt der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge, der auf der Abweichung basiert, ab.
  • Ab dem Zeitpunkt t0 kann, um eine durch eine Abnahme der Brennstoffzufuhrmenge verursachte Fehlzündung zu verhindern, das Pilotverhältnis des Brennstoffs oder der Öffnungsgrad der IGV geeignet angepasst werden. Wie in 4 bis 6 dargestellt, kann beispielsweise das Pilotverhältnis des Brennstoffs von R0 erhöht werden.
  • Zu einem Zeitpunkt t1 wird die Last der Gasturbine 1 eine minimale Last Lmin bei dem Normalbetriebsmodus (das heißt, die Brennstoffzufuhrmenge zu der Brennkammer 4 wird eine minimale Zufuhrmenge Fmin bei dem Normalbetriebsmodus). Zu dem Zeitpunkt t1 ist das Pilotverhältnis R1 (> R0). Diese Betriebsbedingung wird von dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 nach einer spezifizierten Periode aufrechterhalten.
  • Zu dem Zeitpunkt t2 bedient der Bediener beispielsweise die Schaltsignal-Eingabeeinheit 60, und somit wird ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Normalbetriebsmodus auf den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus an die Steuervorrichtung übertragen. Dadurch wird Umschaltung von dem Normalbetriebsmodus auf den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus gestartet. In einem Fall, in dem das Signal zum Umschalten des Betriebsmodus empfangen wird, erhöht die Steuervorrichtung 50 das Pilotverhältnis durch Steuern der Pilotverhältnis-Steuereinheit 38 via die Betriebssteuereinheit 58.
  • Zu einem Zeitpunkt t3 steuert die Steuervorrichtung 50 die Pilotverhältnis-Steuereinheit 38 so, dass die Erhöhung des Pilotverhältnisses gestoppt wird. Nach dem Zeitpunkt t3 wird das Pilotverhältnis bei R2 (> R1) aufrechterhalten. Das Pilotverhältnis R2 ist ein Pilotverhältnis, bei dem Übergang zu dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus durchgeführt werden kann.
  • Ferner kann die Steuervorrichtung 50 zu dem Zeitpunkt t3 den Aktuator 42 so steuern, dass der Öffnungsgrad der IGV 40 ein Öffnungsgrad wird, der für den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus geeignet ist. Auf diese Weise ist zu dem Zeitpunkt t3 eine Bedingung für Übergang zu dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, wie beispielsweise das Pilotverhältnis, erfüllt.
  • Ab dem Zeitpunkt t3 verringert die Steuervorrichtung 50 den Einstellwert der Drehzahl von Smin weiter. Wenn der Einstellwert der Drehzahl abnimmt, nimmt eine Differenz zu der tatsächlichen Drehzahl (in Abhängigkeit von der Frequenz des Stromsystems 32) weiter zu. Somit nimmt der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge weiter ab. Die Steuervorrichtung 50 steuert das Brennstoffstellventil 36 auf der Grundlage des Einstellwerts der Brennstoffzufuhrmenge. Infolgedessen wird auch die Last der Gasturbine 1 von der Minimallast Lmin bei dem Normalbetriebsmodus weiter verringert.
  • Zu einem Zeitpunkt t4 wird die Last der Gasturbine 1 null. Indem der Einstellwert der Drehzahl zu dem Zeitpunkt t4 weiter verringert wird, nimmt der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge zu der Brennkammer 4 weiter ab. Nach dem Zeitpunkt t4 wird der Strom von dem Stromsystem 32 dem Generator 30 zugeführt, und der Generator 30 arbeitet als ein Motor, um den Drehantrieb der Gasturbine 1 zu unterstützen. Das heißt, der Rückwärtsleistungsbetrieb der Gasturbine 1 wird gestartet.
  • Nach dem Zeitpunkt t4 wird Steuerung zum weiteren Verringern des Einstellwerts der Brennstoffzufuhrmenge durchgeführt. Der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge nach dem Zeitpunkt t4 kann beispielsweise auf der Grundlage der Abweichung zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Gasturbine und dem Einstellwert der Drehzahl bestimmt werden oder kann auf einen durch ein anderes Verfahren bestimmten Minimalwert verringert werden.
  • Während des Betriebs in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus nach dem Zeitpunkt t4 erfasst die Indexerfassungseinheit 52 der Steuervorrichtung 50 einen Index, der das Druckverhältnis des Kompressors 2 angibt (zum Beispiel das Verhältnis P2/P1 zwischen dem Messwert P2 des Auslassdrucks des Kompressors 2, der von der zweiten Messeinheit 46 detektiert wird, und dem Messwert P1 des Einlassdrucks, der von der ersten Messeinheit 44 detektiert wird, oder den Messwert P2 des Auslassdrucks, der von der zweiten Messeinheit 46 detektiert wird). Darüber hinaus vergleicht die Signalausgabeeinheit 54 den Index mit dem Schwellenwert und gibt ein Signal zum Schützen des Kompressors 2 in einem Fall, in dem der Index niedriger als der Schwellenwert (oder gleich oder niedriger als der Schwellenwert) ist (ein Zeitpunkt tA in 4 bis 6), aus. Bei dem Beispiel von 4 bis 6 ist der Einstellwert der Drehzahl zu dem Zeitpunkt tA SA, und der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge ist FA.
  • Bei der in 4 dargestellten beispielhaften Ausführungsform überträgt die Signalausgabeeinheit 54 zu dem Zeitpunkt tA, als ein Signal zum Schützen des Kompressors 2, ein Signal zum Stoppen der Gasturbine 1 an die Betriebssteuereinheit 58. In diesem Fall werden zu dem Zeitpunkt tA der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge und der Einstellwert der Drehzahl auf null eingestellt. Dadurch wird die Gasturbine 1 gestoppt. Die Last der Gasturbine wird null. Zusätzlich zu dem in 4 dargestellten Beispiel können ab dem Zeitpunkt tA der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge und der Einstellwert der Drehzahl mit einem konstanten Verhältnis verringert werden, so dass sie innerhalb einer vorbestimmten Zeit auf null eingestellt werden.
  • Bei der in 5 dargestellten beispielhaften Ausführungsform überträgt die Signalausgabeeinheit 54 zu dem Zeitpunkt tA, als ein Signal zum Schützen des Kompressors 2, ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus an die Betriebssteuereinheit 58. Die Betriebssteuereinheit 58 schaltet den Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus um.
  • Bei dem in 5 dargestellten Beispiel können von dem Zeitpunkt tA zu einem Zeitpunkt tB nach einer spezifizierten Periode der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge und der Einstellwert der Drehzahl die Werte zu dem Zeitpunkt tA aufrechterhalten. Nach dem Zeitpunkt tB kann, wie bereits oben beschrieben, ein Prozess, der der Vorbereitung zum Umschalten des Betriebsmodus von dem Normalbetriebsmodus auf den Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus entgegengesetzt ist, durchgeführt werden.
  • Das heißt, der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge wird durch Erhöhen des Einstellwerts der Drehzahl ab dem Zeitpunkt tB erhöht. Dadurch wird die Last der Gasturbine 1 erhöht. Zu einem Zeitpunkt t5 wird die Last der Gasturbine 1 null. Nach dem Zeitpunkt t5 wird der Generator 30 von der Gasturbine 1 drehend angetrieben. Das heißt, der Betrieb der Gasturbine 1 in dem Normalbetriebsmodus wird neu gestartet. Zu einem Zeitpunkt t6 wird in einem Fall, in dem der Einstellwert der Drehzahl Smin wird und der Einstellwert der Brennstoffzufuhrmenge Fmin wird, das Pilotverhältnis von R2 verringert, während der Einstellwert Smin der Drehzahl aufrechterhalten wird. In einem Fall, in dem zu einem Zeitpunkt t7 das Pilotverhältnis R2 einen Wert erreicht, der zum Erhöhen der Brennstoffzufuhrmenge geeignet ist, wird zu einem Zeitpunkt t8 der Einstellwert der Drehzahl erhöht, und somit wird die Brennstoffzufuhrmenge erhöht. Dadurch wird die Last der Gasturbine erhöht. Zu einem Zeitpunkt t9 wird der Einstellwert der Drehzahl auf S0 erhöht, und die Last der Gasturbine wird auf L0 erhöht. Dadurch wird Übergang der Gasturbine 1 zu dem Normalbetriebsmodus abgeschlossen.
  • Bei der in 6 dargestellten beispielhaften Ausführungsform gibt die Signalausgabeeinheit 54 zu dem Zeitpunkt tA ein Signal zum Ausgeben eines Alarms als ein Signal zum Schützen des Kompressors 2 aus. Bei dem in 6 dargestellten Beispiel werden, nachdem ein Alarm zu dem Zeitpunkt tA ausgegeben wurde, der Einstellwert SA der Brennstoffzufuhrmenge und der Einstellwert FA der Drehzahl zu dem Zeitpunkt tA für eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann, nachdem ein Alarm ausgegeben wurde, Steuerung zum Stoppen der Gasturbine 1 oder Steuerung zum Umschalten des Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus durchgeführt werden.
  • Bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb der Gasturbine 1 unterstützt der Generator 30 das Antreiben der Turbine 6. Daher kann die Brennstoffzufuhrmenge zu der Gasturbine 1 auf ein solches Niveau verringert werden, dass die Gasturbine 1 nicht fehlzündet. Andererseits wird bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb der Gasturbine 1 die Brennstoffzufuhrmenge auf diese Weise verringert. Daher wird das Druckverhältnis (Kompressionsverhältnis) des Kompressors 2 im Vergleich zu dem bei dem Normalbetrieb gesenkt. In einem Fall, in dem das Druckverhältnis des Kompressors 2 bei dem Rückwärtsleistungsbetrieb abnimmt, nimmt eine Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids bei einer nachfolgenden Stufe des Kompressors 2 zu und weicht stark von einer Auslegungsströmungsgeschwindigkeitsbedingung bei dem Normalbetrieb (Nennbetrieb oder dergleichen) ab. Infolgedessen wird erzwungene Schwingung der Kompressorschaufel stärker und ein Risiko von Schäden an der Kompressorschaufel kann zunehmen.
  • In dieser Hinsicht wird gemäß der Vorrichtung oder dem Verfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors 2 der Gasturbine 1 angibt, während des Betriebs der Gasturbine 1 in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als der Schwellenwert wird, ein Signal zum Schützen des Kompressors 2 ausgegeben. Hier ist das Signal zum Schützen des Kompressors 2 beispielsweise ein Signal zum Stoppen der Gasturbine 1, ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine 1 von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus oder ein Signal zum Ausgeben eines Alarms. Daher ist es durch Steuern des Betriebs der Gasturbine 1 auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor 2 (zum Beispiel Schäden an der Kompressorschaufel aufgrund verstärkter Schwingung der Kompressorschaufel), die durch Durchführen von Rückwärtsleistungsbetrieb in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors 2 zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • Darüber hinaus wird bei einigen Ausführungsformen das Druckverhältnis P2/P1 des Kompressors, das auf der Grundlage des Messwerts P2 des Auslassdrucks des Kompressors 2 und des Messwerts P1 des Einlassdrucks des Kompressors 2 berechnet wird, als ein Index erfasst. Alternativ wird bei einigen Ausführungsformen der Messwert P2 des Auslassdrucks des Kompressors 2 als ein Index erfasst. Auf diese Weise ist es möglich, einen geeigneten Index als einen Index, der das Druckverhältnis des Kompressors 2 angibt, zu erfassen. Darüber hinaus wird das Signal zum Schützen des Kompressors 2 auf der Grundlage des Index ausgegeben, und somit ist es möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor 2 effektiv zu verhindern.
  • Der bei jeder Ausführungsform beschriebene Inhalt wird beispielsweise wie folgt verstanden.
  • (1) Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung (50) für eine Gasturbine (1), die mit einem Generator (30), der mit einem Stromsystem (32) verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Indexerfassungseinheit (52), die einen Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors (2) der Gasturbine angibt, erfasst; und eine Signalausgabeeinheit (54), die ein Signal zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird, ausgibt.
  • Mit der Konfiguration gemäß (1) wird in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors der Gasturbine angibt, während des Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als der Schwellenwert wird, ein Signal zum Schützen des Kompressors ausgegeben. Daher ist es durch Steuern des Betriebs der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor (zum Beispiel Schäden an der Kompressorschaufel aufgrund verstärkter Schwingung der Kompressorschaufel), die durch Durchführen von Rückwärtsleistungsbetrieb in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (2) Bei einigen Ausführungsformen erfasst bei der Konfiguration gemäß (1) die Indexerfassungseinheit einen Messwert P2 eines Auslassdrucks des Kompressors und einen Messwert P1 eines Einlassdrucks des Kompressors und erfasst ein Verhältnis P2/P1 zwischen dem Messwert P2 des Auslassdrucks und dem Messwert P1 des Einlassdrucks als den Index.
  • Mit der Konfiguration gemäß (2) wird das Druckverhältnis P2/P1 des Kompressors, das auf der Grundlage des Messwerts P2 des Auslassdrucks des Kompressors und des Messwerts P1 des Einlassdrucks des Kompressors berechnet wird, als ein Index erfasst. Daher ist es möglich, einen geeigneten Index als einen Index, der das Druckverhältnis des Kompressors angibt, zu erfassen. Darüber hinaus wird das Signal zum Schützen des Kompressors auf der Grundlage des Index ausgegeben, und somit ist es möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor effektiv zu verhindern.
  • (3) Bei einigen Ausführungsformen erfasst bei der Konfiguration gemäß (1) die Indexerfassungseinheit einen Messwert P2 eines Auslassdrucks des Kompressors und erfasst den Messwert P2 des Auslassdrucks als den Index.
  • Bei einer typischen Gasturbine ist der Einlassdruck des Kompressors im Wesentlichen gleich dem Atmosphärendruck und ist im Wesentlichen konstant. Daher kann der Auslassdruck des Kompressors als ein Index des Druckverhältnisses (ein Verhältnis zwischen dem Auslassdruck und dem Einlassdruck) des Kompressors verwendet werden. In dieser Hinsicht wird mit der Konfiguration gemäß (3) der Messwert P2 des Auslassdrucks des Kompressors als ein Index erfasst, und somit ist es möglich, einen geeigneten Index als einen Index, der das Druckverhältnis des Kompressors angibt, zu erfassen. Darüber hinaus wird das Signal zum Schützen des Kompressors auf der Grundlage des Index ausgegeben, und somit ist es möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor effektiv zu verhindern.
  • (4) Bei einigen Ausführungsformen gibt bei der Konfiguration gemäß einem der (1) bis (3) die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Stoppen der Gasturbine als das Signal aus.
  • Mit der Konfiguration gemäß (4) wird ein Signal zum Stoppen der Gasturbine in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors angibt, niedriger als der Schwellenwert wird, ausgegeben. Daher ist es durch Stoppen der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor, die durch Durchführen des Rückwärtsleistungsbetriebs in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (5) Bei einigen Ausführungsformen gibt bei der Konfiguration gemäß einem der (1) bis (3) die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus als das Signal aus.
  • Mit der Konfiguration gemäß (5) wird ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine auf den Normalbetriebsmodus in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors angibt, niedriger als der Schwellenwert wird, ausgegeben. Daher ist es durch Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor, die durch Durchführen des Rückwärtsleistungsbetriebs in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (6) Bei einigen Ausführungsformen gibt bei der Konfiguration gemäß einem der (1) bis (3) die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Ausgeben eines Alarms als das Signal aus.
  • Mit der Konfiguration gemäß (6) wird ein Signal zum Ausgeben eines Alarms in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors angibt, niedriger als der Schwellenwert wird, ausgegeben. Daher kann ein Bediener beispielsweise durch Ausgeben eines Alarms auf der Grundlage des Signals die Gasturbine stoppen oder den Betriebsmodus der Gasturbine auf den Normalbetriebsmodus umschalten. Dadurch ist es möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor, die durch Durchführen des Rückwärtsleistungsbetriebs in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (7) Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gasturbineneinrichtung (100) bereitgestellt, die umfasst: eine Gasturbine (1), die mit einem Generator (30), der mit einem Stromsystem (32) verbindbar ist, verbunden ist und einen Kompressor (2) zum Komprimieren von Luft, eine Brennkammer (4) zum Erzeugen eines Verbrennungsgases durch eine Verbrennungsreaktion zwischen der komprimierten Luft aus dem Kompressor und einem Brennstoff und eine Turbine (6), die durch das Verbrennungsgas aus der Brennkammer anzutreiben ist, enthält; und die Steuervorrichtung (50) gemäß einem der (1) bis (6), die die Gasturbine steuert.
  • Mit der Konfiguration gemäß (7) wird in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors der Gasturbine angibt, während des Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als der Schwellenwert wird, ein Signal zum Schützen des Kompressors ausgegeben. Daher ist es durch Steuern des Betriebs der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor (zum Beispiel Schäden an der Kompressorschaufel aufgrund verstärkter Schwingung der Kompressorschaufel), die durch Durchführen von Rückwärtsleistungsbetrieb in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (8) Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Gasturbine (1), die mit einem Generator (30), der mit einem Stromsystem (32) verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors (2) der Gasturbine angibt; und einen Schritt des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
  • Mit dem Verfahren gemäß (8) wird in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors der Gasturbine angibt, während des Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als der Schwellenwert wird, ein Signal zum Schützen des Kompressors ausgegeben. Daher ist es durch Steuern des Betriebs der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor (zum Beispiel Schäden an der Kompressorschaufel aufgrund verstärkter Schwingung der Kompressorschaufel), die durch Durchführen von Rückwärtsleistungsbetrieb in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • (9) Es wird gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Steuerprogramm für eine Gasturbine (1), die mit einem Generator (30), der mit einem Stromsystem (32) verbindbar ist, verbunden ist, bereitgestellt, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Programm einen Computer veranlasst, auszuführen: einen Prozess des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors (2) der Gasturbine angibt; und einen Prozess des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
  • Mit dem Programm gemäß (9) wird in einem Fall, in dem der Index, der das Druckverhältnis des Kompressors der Gasturbine angibt, während des Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als der Schwellenwert wird, ein Signal zum Schützen des Kompressors ausgegeben. Daher ist es durch Steuern des Betriebs der Gasturbine auf der Grundlage des Signals möglich, Auftreten von Schäden an dem Kompressor (zum Beispiel Schäden an der Kompressorschaufel aufgrund verstärkter Schwingung der Kompressorschaufel), die durch Durchführen von Rückwärtsleistungsbetrieb in einem Zustand, in dem das Druckverhältnis des Kompressors zu klein ist, verursacht werden, zu verhindern.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und enthält geeignet Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen und eine Kombination dieser Ausführungsformen.
  • In der vorliegenden Beschreibung stellt ein Ausdruck, der eine relative oder absolute Anordnung darstellt, wie beispielsweise „in einer bestimmten Richtung“, „entlang einer bestimmten Richtung“, „parallel“, „senkrecht“, „Mitte“, „konzentrisch“ oder „koaxial“, nicht streng nur eine solche Anordnung dar, sondern auch eine Toleranz oder einen um einen Winkel oder eine Distanz relativ verschobenen Zustand, soweit die gleiche Funktion erhalten werden kann.
  • Zum Beispiel stellen Ausdrücke, wie beispielsweise „identisch“, „gleich“ und „homogen“, die angeben, dass sich Dinge in einem gleichen Zustand befinden, nicht streng nur den gleichen Zustand dar, sondern auch eine Toleranz oder einen Zustand, in dem es einen Unterschied gibt, soweit die gleiche Funktion erhalten werden kann.
  • Darüber hinaus stellt in der vorliegenden Beschreibung ein Ausdruck, der eine Form, wie beispielsweise eine viereckige Form oder eine zylindrische Form, darstellt, nicht nur eine Form, wie beispielsweise eine viereckige Form oder eine zylindrische Form, in einem geometrisch strengen Sinne dar, sondern auch eine Form einschließlich eines ungleichmäßigen Abschnitts, eines Abschrägungsabschnitts und dergleichen innerhalb eines Bereichs, in dem der gleiche Effekt erhalten werden kann.
  • Darüber hinaus sind in der vorliegenden Beschreibung Ausdrücke, wie beispielsweise „umfassen“, „enthalten“ oder „aufweisen“ einer Komponente, keine ausschließenden Ausdrücke, die das Vorhandensein anderer Komponenten ausschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gasturbine
    2
    Kompressor
    4
    Brennkammer
    6
    Turbine
    8
    Rotor
    10
    Kompressorgehäuse
    12
    Lufteinlassanschluss
    16
    Statorschaufel
    18
    Rotorschaufel
    20
    Gehäuse
    22
    Turbinengehäuse
    24
    Statorschaufel
    26
    Rotorschaufel
    28
    Verbrennungsgaskanal
    29
    Auslasskammer
    30
    Generator
    31
    Schalter
    32
    Stromsystem
    33
    Brennstoffzufuhrleitung
    34
    Brennstoffspeicherabschnitt
    36
    Brennstoffstellventil
    38
    Pilotverhältnis-Steuereinheit
    40
    Einlassleitschaufel
    42
    Aktuator
    44
    erste Messeinheit
    46
    zweite Messeinheit
    50
    Steuervorrichtung
    52
    Indexerfassungseinheit
    54
    Signalausgabeeinheit
    56
    Schaltsignal-Empfangseinheit
    58
    Betriebssteuereinheit
    60
    Schaltsignal-Eingabeeinheit
    62
    Alarmausgabeeinheit
    100
    Gasturbineneinrichtung
    0
    Rotorwellenlinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2021139624 [0002]
    • WO 2012132062 [0005]

Claims (9)

  1. Steuervorrichtung für eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei die Steuervorrichtung umfasst: eine Indexerfassungseinheit, die einen Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt, erfasst; und eine Signalausgabeeinheit, die ein Signal zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird, ausgibt.
  2. Steuervorrichtung für eine Gasturbine nach Anspruch 1, wobei die Indexerfassungseinheit einen Messwert P2 eines Auslassdrucks des Kompressors und einen Messwert P1 eines Einlassdrucks des Kompressors erfasst und ein Verhältnis P2/P1 zwischen dem Messwert P2 des Auslassdrucks und dem Messwert P1 des Einlassdrucks als den Index erfasst.
  3. Steuervorrichtung für eine Gasturbine nach Anspruch 1, wobei die Indexerfassungseinheit einen Messwert P2 eines Auslassdrucks des Kompressors erfasst und den Messwert P2 des Auslassdrucks als den Index erfasst.
  4. Steuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Stoppen der Gasturbine als das Signal ausgibt.
  5. Steuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Umschalten des Betriebsmodus der Gasturbine von dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus auf den Normalbetriebsmodus als das Signal ausgibt.
  6. Steuervorrichtung für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalausgabeeinheit ein Signal zum Ausgeben eines Alarms als das Signal ausgibt.
  7. Gasturbineneinrichtung, umfassend: eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist und einen Kompressor zum Komprimieren von Luft, eine Brennkammer zum Erzeugen eines Verbrennungsgases durch eine Verbrennungsreaktion zwischen der komprimierten Luft aus dem Kompressor und einem Brennstoff und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas aus der Brennkammer anzutreiben ist, enthält; und die Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die die Gasturbine steuert.
  8. Verfahren zum Steuern einer Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt; und einen Schritt des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
  9. Steuerprogramm für eine Gasturbine, die mit einem Generator, der mit einem Stromsystem verbindbar ist, verbunden ist, wobei die Gasturbine so konfiguriert ist, dass sie einen Betriebsmodus zwischen einem Normalbetriebsmodus, bei dem die Gasturbine den Generator drehend antreibt, und einem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus, bei dem die Gasturbine von dem Generator, der von dem Stromsystem Strom empfängt und als ein Motor arbeitet, drehend angetrieben wird, umschaltet, wobei das Programm einen Computer veranlasst, auszuführen: einen Prozess des Erfassens eines Index, der ein Druckverhältnis eines Kompressors der Gasturbine angibt; und einen Prozess des Ausgebens eines Signals zum Schützen des Kompressors in einem Fall, in dem der Index während eines Betriebs der Gasturbine in dem Rückwärtsleistungs-Betriebsmodus niedriger als ein Schwellenwert wird.
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