JP2012013075A

JP2012013075A - 急タービン減速のためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP2012013075A
Application number: JP2011139971A
Authority: JP
Inventors: David August Snider; デビッド・オーガスト・スナイダー; John David Memmer; ジョン・デビッド・メマー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-01-19
Also published as: DE102011050962A1; CN102383942A; US20100275608A1; FR2962159A1

Abstract

【課題】本出願は、運転停止手順の間におけるタービン減速のためのガスタービンエンジンシステムを提供する。
【解決手段】本ガスタービンエンジンシステム（１００）は、タービン（１６０）を貫通して延びるロータ（１７０）と、ロータ（１７０）と係合した発電機（１８０）と、ロータ（１７０）と連動した始動システム（２１０）とを含むことができる。始動システム（２１０）は、運転停止手順の間に発電機（１８０）の作動を逆にしてロータ（１７０）にトルクを加えることができる。
【選択図】図１

Description

本出願は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、タービン運転停止手順の間にタービンロータ及びその他の部品の減速率を増大させて、それらを通る空気の吸入を制限するためのシステム及び方法に関する。

ガスタービンエンジン運転停止の一般的方法は、時間の経過と共に燃料の流れ（燃料の流量）を徐々に減少させることである。特定のタービンにおいて燃料流量及び／又はロータ速度が十分に低くなると、燃料流れを停止させかつタービンを最低速度に減速させることができる。この最低速度は、「回転ギヤ速度」、つまり外部源によってロータを連続的に回転させて該ロータの熱湾曲を防止するようにしなければならない速度として知られていると言える。

しかしながら、時間の経過と共に燃料の流量を減少させることは、ロータの速度との直接的関係を有するものではない。むしろ、時間に対するロータ速度の変動は、単なる結果であると言える。これらのロータ速度の変動は、吸気がロータ速度の関数である一方、燃料流量は速度に直接関連しないので、燃料対空気比における大きな差異を生じさせる可能性がある。具体的には、非制御のかつ変化する燃料対空気比により、燃焼温度、排気温度及び発生エミッション率における変動が生じる可能性がある。

さらに、既存の運転停止手順では、より低温の空気の流れがタービンを通って流れるので、それぞれの熱的状態が正常化するまでの幾らかの期間の間に「冷温」ステータ及び「高温」ロータその他の状態の部品を生じる。従って、部品クリアランスは一般的に、これらの熱的過渡状態に適応するように所望よりも大きく設定される。しかしながら、この付加的なクリアランスにより一般的に、全体タービン性能の損失が生じる。これらの熱的過渡状態はまた、部品疲労を促進し、それにより部品寿命を短縮させる可能性がある。

米国特許第６２５３５３７号明細書

従って、タービン運転停止手順におけるシステム及び方法を改善する要望が存在する。それらの改善した方法及びシステムは、運転停止の間にタービンロータ及び関連する部品の減速率を増大させて、それらを通るより低温の空気の吸入量全体を減少させかつ同様に関連する熱過渡状態を減少させるのが好ましい。

従って、本出願は、運転停止手順の間におけるタービン減速のためのガスタービンエンジンシステムを提供する。本ガスタービンエンジンシステムは、タービンを貫通して延びるロータと、ロータと係合した発電機と、ロータと連動した始動システムとを含むことができる。始動システムは、運転停止手順の間に発電機の作動を逆にしてロータにトルクを加えることができる。

本出願はさらに、ガスタービンエンジンシステムを運転停止する方法を提供する。本方法は、燃焼器への燃料の流れを減少させるステップと、発電機の作動を逆にしてロータにトルクを加えるステップと、ロータの減速を増大させてガスタービンエンジンシステム内への空気の流れを制限するステップとを含むことができる。

本出願はさらに、運転停止手順の間におけるタービン減速のためのガスタービンエンジンシステムを提供する。本ガスタービンエンジンシステムは、タービンを貫通して延びるロータと、ロータと連動して空気の流れを生成する圧縮機と、ロータと係合した発電機と、ロータと連動した始動システムとを含むことができる。始動システムは、運転停止手順の間に負荷転流インバータにより発電機の作動を逆にしてロータにトルクを加えて、空気の流れを制限することができる。

本出願のこれらの及びその他の特徴及び改良は、幾つかの図面及び特許請求の範囲と関連させてなした以下の詳細な説明を精査することにより、当業者には明らかになるであろう。

本明細書に記載することができるようなガスタービンエンジンの概略図。

次に、同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１は、本明細書に記載することができるようなガスタービンエンジン１００の概略図を示している。ガスタービンエンジン１００は、圧縮機１１０を含むことができる。圧縮機１１０は、流入空気流１２０を加圧する。圧縮機１１０は、加圧空気の流れ１２０を燃焼器１３０に送給する。燃焼器１３０は、加圧空気の流れ１２０を加圧燃料の流れ１４０と混合しかつその混合気を点火燃焼させて、燃焼ガスの流れ１５０を形成する。単一の燃焼器１３０のみを示しているが、ガスタービンエンジン１００は、幾つかの燃焼器１３０を含むことができる。燃焼ガスの流れ１５０は次に、タービン１６０に送給される。燃焼ガスの流れ１５０は、タービン１６０を駆動して、タービンロータ１７０の回転により機械的仕事を生成する。タービン１６０内で生成された機械的仕事は、タービンロータ１７０を介して圧縮機１１０並びに発電機１８０及び同様のもののような外部負荷を駆動する。燃焼ガスの流れ１５０は次に、排熱回収ボイラ１９０及び同様のものに送給することができる。排熱回収ボイラ１９０への燃焼ガスの流れ１５０は、例えば蒸気発生器、燃料プレヒータその他で使用する蒸気の流れ２００を加熱することができる。

ガスタービンエンジン１００は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、及びその他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１００は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＪｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙによって売り出されている幾つかの異なるタービンなどとすることができる。ガスタービンエンジン１００は、その他の構成を有することができまたその他のタイプの部品を使用することができる。本明細書では、その他のタイプのガスタービンエンジンもまた使用することができる。本明細書では、複数のガスタービンエンジン１００、その他のタイプのタービン及びその他のタイプの発電装置を共に使用することができる。

始動システム２１０は、発電機１８０と連動状態にすることができる。始動システム２１０は、従来通りの方法でガスタービンエンジン１００の始動を支援することができる。始動システム２１０はまた、負荷転流インバータ２２０及び同様のものを含むことができる。簡単に言えば、負荷転流インバータ２２０は、発電機１８０の作動を逆にして該発電機１８０をロータ１７０を回転駆動するように構成されたモータに変えることができる。従って、始動システム２１０は、発電機１８０を逆回転させる回生モードで作用させて、ロータ１７０に負トルクを加えることができる。

運転停止手順の間に、燃焼器１３０への燃料の流れ１４０を所定のスケジュールに従って減少させることができる。運転停止スケジュールの所望のポイントにおいて、始動システム２１０の負荷転流インバータ２２０を起動させて、発電機１８０を逆転させてロータ１７０に負トルクを加えることができる。ロータ１７０にトルクを加えることにより一般的に、該ロータ１７０の減速率が増大する。従って、ロータ１７０の減速率が増大することにより、今や比較的より低温である空気の流れ１２０の吸入が制限される。具体的には、ロータ１７０の周りにおいてまたガスタービンエンジン１００内のさらに下流において並びに例えば排熱回収ボイラ及び同様のもの内において、空気の流れ１２０を減少させることができる。

従って、存在する温度勾配が全速全負荷運転から低下した時に、より低温の空気の流れ１２０を減少させることにより、ロータ１７０の周りの主熱伝達機構として伝導に任せる。具体的には、空気の流れ１２０を減少させることにより、「冷温」ステータ及び「高温」ロータその他の部品の様々な状態の期間を減少させることができる。さらに、ステータ及びロータ及びその他の部品間の熱過渡状態を減少させることはまた、改善した低温クリアランスの使用を可能にする筈である。従って、クリアランスを改善することにより、全体タービン効率を高めながら、エミッションを低減させることができる。熱過渡状態を減少させることはまた、部品全体の疲労を減少させる筈である。

上記の説明は本出願の一部の実施形態のみに関するものであること並びに本明細書において当業者は特許請求の範囲及びその均等物によって定まる本発明の一般的技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに多くの変更及び修正を加えることができることを理解されたい。

１００ガスタービンエンジン
１１０圧縮機
１２０空気の流れ
１３０燃焼器
１４０燃料の流れ
１５０燃焼ガスの流れ
１６０タービン
１７０ロータ
１８０発電機
１９０排熱回収ボイラ
２００蒸気の流れ
２１０始動システム
２２０負荷転流インバータ

Claims

運転停止手順の間におけるタービン減速のためのガスタービンエンジンシステム（１００）であって、
タービン（１６０）を貫通して延びるロータ（１７０）と、
前記ロータ（１７０）と係合した発電機（１８０）と、
前記ロータ（１７０）と連動した始動システム（２１０）と、を含み、
前記始動システム（２１０）が、運転停止手順の間に前記発電機（１８０）の作動を逆にして前記ロータ（１７０）にトルクを加える、
ガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記ロータ（１７０）と連動して空気の流れ（１２０）を生成する圧縮機（１１０）をさらに含む、請求項１記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記発電機（１８０）の作動を逆にして前記ロータ（１７０）にトルクを加えることが、前記ロータ（１７０）上における空気の流れ（１２０）を制限する、請求項２記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記発電機（１８０）の作動を逆にして前記ロータ（１７０）にトルクを加えることが、前記タービン（１６０）を通る空気の流れ（１２０）を制限する、請求項２記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記タービン（１６０）の下流に排熱回収ボイラ（１９０）をさらに含む、請求項１記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記発電機（１８０）の作動を逆にして前記ロータ（１７０）にトルクを加えることが、前記排熱回収ボイラ（１９０）を通る空気の流れ（１２０）を制限する、請求項５記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
前記始動システム（２１０）が、前記発電機（１８０）と通信した負荷転流インバータ（２２０）を含む、請求項１記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
燃焼器（１３０）をさらに含み、また
燃料の流れ（１４０）が、前記発電機（１８０）が前記ロータ（１７０）にトルクを加えた時又は前記発電機（１８０）が前記ロータ（１７０）にトルクを加える前に減少される、請求項１記載のガスタービンエンジンシステム（１００）。
ガスタービンエンジンシステム（１００）を運転停止する方法であって、
燃焼器（１３０）への燃料の流れ（１４０）を減少させるステップと、
発電機（１８０）の作動を逆にしてロータ（１７０）にトルクを加えるステップと、
前記ロータ（１７０）の減速を増大させて前記ガスタービンエンジンシステム（１００）内への空気の流れ（１２０）を制限するステップと
を含む方法。
前記発電機（１８０）の作動を逆にするステップが、始動手段（２１０）を回生モードで使用するステップを含む、請求項９記載の方法。
前記発電機（１８０）の作動を逆にするステップが、負荷転流インバータ（２２０）を作動させるステップを含む、請求項９記載の方法。
前記ロータ（１７０）の減速を増大させて前記ガスタービンエンジンシステム（１００）内への空気の流れ（１２０）を制限するステップが、該ロータ（１７０）の周りの該空気の流れ（１２０）を制限するステップを含む、請求項９記載の方法。
前記ロータ（１７０）の減速を増大させて前記ガスタービンエンジンシステム（１００）内への空気の流れ（１２０）を制限するステップが、タービン（１６０）を通る該空気の流れ（１２０）を制限するステップを含む、請求項９記載の方法。
前記ロータ（１７０）の減速を増大させて前記ガスタービンエンジンシステム（１００）内への空気の流れ（１２０）を制限するステップが、排熱回収ボイラ（１９０）を通る該空気の流れ（１２０）を制限するステップを含む、請求項９記載の方法。