空気圧縮機およびそれを用いたガスタービン
【課題】 ＩＧＶを過度に閉じても、圧縮機の環状流路内での氷の生成を抑制でき、翼曲がり等の動翼損傷を防ぐことができる空気圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 ロータ４とケーシング３との間に形成される環状流路５の空気取入口にＩＧＶ６を設置し、その下流にロータ４側に設けられた動翼８Ａないし８Ｅとケーシング３側に設けられた静翼９Ａないし９Ｅとを交互に多段に配設するとともに、静翼９Ａないし９Ｅの少なくとも一部を可変静翼９Ａないし９Ｃとした空気圧縮機１において、空気取入口２または環状流路５内の空気温度を検出する温度センサ１１Ａないし１１Ｃと、ＩＧＶ６が過度に絞られた状態で、かつ温度センサ１１Ａないし１１Ｃによる検出値が設定温度以下のとき、可変静翼９Ａないし９Ｃの少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部１２とを備えている。
【解決手段】 ロータ４とケーシング３との間に形成される環状流路５の空気取入口にＩＧＶ６を設置し、その下流にロータ４側に設けられた動翼８Ａないし８Ｅとケーシング３側に設けられた静翼９Ａないし９Ｅとを交互に多段に配設するとともに、静翼９Ａないし９Ｅの少なくとも一部を可変静翼９Ａないし９Ｃとした空気圧縮機１において、空気取入口２または環状流路５内の空気温度を検出する温度センサ１１Ａないし１１Ｃと、ＩＧＶ６が過度に絞られた状態で、かつ温度センサ１１Ａないし１１Ｃによる検出値が設定温度以下のとき、可変静翼９Ａないし９Ｃの少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部１２とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの空気圧縮機に係り、特に、ＩＧＶを過度に絞った（閉じた）運転時において、圧縮機内部での氷の発生を抑制することができる空気圧縮機およびそれを用いたガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気圧縮機と、燃焼器と、タービンと、排気室とを備えており、空気圧縮機により取り込んだ空気を圧縮して高温高圧の空気とし、この高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体としてタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることによりロータを回転駆動し、ロータに連結されている発電機等を駆動するとともに、排気ガスを排気室の排気ディフューザを通して放出するように構成されている。
【０００３】
上記ガスタービンの空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成されている環状流路の空気取入口にＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ）を設け、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に設けた構成とされており、空気取入口からＩＧＶを経て取り込んだ空気を多段の動翼と静翼との間を流通させる過程で圧縮し、高温高圧の空気とするものである。
【０００４】
上記のような構成を有する空気圧縮機において、静翼を角度が調整可能な可変静翼としたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この多段の可変静翼は、一般にＩＧＶと或る比例関係で制御されるようになっており、その関係は、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性とを考慮して決定されるのが通常である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０３６５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかして、ガスタービンでは、運転開始時、定格回転でガスタービン負荷を無負荷（部分負荷）としたまま待機状態とすることがある。この場合、流量を低下するため、空気圧縮機のＩＧＶを過度に絞って（閉じて）運転することになる。かかる運転時、１段動翼では空気を圧縮せずに膨張させる事態が生じることがあり、空気温度が更に低下する。このため、圧縮機入口の空気温度が低くなる低大気温条件下では、１段動翼の下流側で空気中の水分が氷結し、生成した氷が１段静翼に付着する事象が発生することがある。
【０００７】
これは、ＩＧＶおよび可変静翼を過度に絞って（閉じて）運転した場合、図６に示されるように、ＩＧＶ下流および１段動翼下流では、ＩＧＶが通常角度での速度三角形はそれぞれ破線で示されるようになり、また、仕事は、ｕ×（Ｖｔ２−Ｖｔ１）に比例し、Ｖｔ２＞Ｖｔ１の場合、圧縮機仕事となる。これに対して、ＩＧＶが過度に絞られた角度での速度三角形はそれぞれ実線で示されるようになり、仕事は、逆にＶｔ２＜Ｖｔ１となってタービン仕事となる。このため、空気が膨張して温度降下し、氷結に至る場合がある。
【０００８】
上記により生成した氷は、１段静翼に付着し、或る大きさに成長すると、静翼から離脱して下流側に至り、２段動翼以下に衝突する。これによって、翼曲がり等、動翼損傷のトラブルが発生する場合がある。ＩＧＶ以外に前方段側の静翼を可変静翼とした場合、１段動翼下流の軸流速度が低下するため、氷結が発生し難い傾向となるが、ＩＧＶおよび可変静翼を過度に閉じた場合（深絞りした場合）には、依然として氷結発生の可能性は解消されていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＩＧＶおよび可変静翼を備えた空気圧縮機において、ＩＧＶを過度に閉じても、圧縮機の環状流路内での氷の生成を抑制でき、翼曲がり等の動翼損傷を防ぐことができる空気圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の空気圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、前記空気取入口または前記環状流路内の空気温度を検出する温度センサと、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下のとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
ガスタービンでは、スタート時に定格回転でガスタービン負荷を部分負荷としたまま運転待機することがある。この場合、流量を低下するために、空気圧縮機のＩＧＶを過度に絞って（閉じて）運転（以下、深絞り運転と称する）することになる。この際、１段動翼では空気を圧縮せずに膨張することがあり、空気温度が更に低下するため、圧縮機入口の空気温度が低くなる低大気温条件下では、１段動翼の下流側で空気中の水分が氷結し、この氷が静翼に付着して成長することがある。
本発明によれば、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、空気取入口または環状流路内に設けられている温度センサが氷の生成条件を検知すると、制御部が可変静翼の少なくとも１つを更に閉じるようにしているため、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これによって、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、製品信頼性を高めることができる。
【００１２】
さらに、本発明の空気圧縮機は、上記の空気圧縮機において、前記制御部は、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、前記可変静翼を更に閉じることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間上継続したとき、可変静翼を更に閉じるようにしているため、温度センサにより検出される温度と時間との関係から氷の生成有無をより正確に予測して氷の生成を抑制するための制御、すなわち可変静翼を更に閉じる制御を行わせることができる。これによって、制御精度を向上させ、環状流路内での氷の生成に起因するトラブルを確実に解消することができる。
【００１４】
さらに、本発明にかかる空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、前記環状流路内に設けられ、該流路内での氷の発生を検知する氷検知センサと、前記氷検知センサが氷の発生を検知したとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、空気取入口または環状流路内に設けられている氷検知センサが氷の発生を検知すると、制御部が可変静翼の少なくとも１つを更に閉じるようにしているため、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これによって、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の空気圧縮機は、上述のいずれかの空気圧縮機において、前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼のうち１段静翼を更に閉じることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、制御部が氷の生成を抑える制御時、可変静翼のうち１段静翼を更に閉じるようにしているため、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、１段動翼での空気の膨張による温度降下をその直下流の１段静翼により抑え、氷の生成を効率よく抑制することができる。これによって、環状流路内での氷の生成に起因する翼曲がり等のトラブル発生を解消することができる。
【００１８】
また、本発明の空気圧縮機は、上述のいずれかの空気圧縮機において、前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼の全てを更に閉じることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、制御部が氷の生成を抑える制御時、可変静翼の全てを更に閉じるようにしているため、一般に部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性を考慮して決定されているＩＧＶと全ての可変静翼との比例制御関係を維持したまま可変静翼を更に閉じることができる。これによって、ガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性を保持しながら、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時における環状流路内での氷の生成を抑制し、氷の生成に起因する翼曲がり等のトラブル発生を解消することができる。
【００２０】
さらに、本発明にかかるガスタービンは、空気圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、その燃焼ガスをタービンに供給することにより回転動力を得るガスタービンにおいて、前記空気圧縮機は、空気取入口に設けられたＩＧＶと、その下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼とを備えた構成とされ、前記ガスタービンが部分負荷状態であって、かつ前記ＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、前記空気圧縮機の前記可変静翼を更に閉じる制御部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、空気圧縮機がＩＧＶの下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼を備えた構成とされ、ガスタービンが部分負荷状態であって、かつＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、空気圧縮機の可変静翼を更に閉じる制御部を備えているため、低大気温条件下、ガスタービンが部分負荷運転時におけるＩＧＶの深絞り運転時、空気圧縮機内において氷の生成条件が検出されると、制御部が可変静翼を更に閉じることによって、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これにより、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる空気圧縮機内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等のトラブルを解消でき、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の空気圧縮機によると、圧縮機内で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができるため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、製品信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、本発明のガスタービンによると、空気圧縮機内で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる氷の生成を抑制することができるため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等のトラブルを解消でき、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかるガスタービンの空気圧縮機の縦断面図が示されている。空気圧縮機１は、一端側に空気取入口２が設けられているケーシング３と、ケーシング３内において図示省略の軸受を介して回転自在に支持されているロータ（タービンロータ）４とを備えており、このケーシング３とロータ４との間に環状流路５が形成されている。
【００２５】
環状流路５の入口には、ケーシング３に対してロータ４回りに多数のＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ）６が設置されており、駆動部７によってその開度（角度）が調整できるように構成されている。このＩＧＶ６の下流側には、ロータ４側に設けられた動翼８Ａないし８Ｅとケーシング３側に設けられた静翼９Ａないし９Ｅとが交互に多段に配設されている。これらの動翼８Ａないし８Ｅおよび静翼９Ａないし９Ｅは、上流側の動翼および静翼から下流側に向って順次、１段動翼８Ａ、２段動翼８Ｂ、３段動翼８Ｃ・・・および１段静翼９Ａ、２段静翼９Ｂ、３段静翼９Ｃ・・・とされている。なお、本実施形態では、便宜上動翼および静翼は５段まで図示されているが、１０段、１５段といった圧縮機が実用に供されている。
【００２６】
多段の動翼８Ａないし８Ｅは、ロータ４と共に回転されるようになっている。また、多段の静翼９Ａないし９Ｅのうち、上流側の１段静翼９Ａ、２段静翼９Ｂ、３段静翼９Ｃの３つは、駆動部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって開度（角度）が調整できるように構成された可変静翼とされている。この可変静翼９Ａないし９ＣとＩＧＶ６とは、図３に示されるように、或る比例関係で開度が可変されるようになっており、その関係は、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を考慮して決定されている。
【００２７】
上記の空気圧縮機１において、環状流路５内での氷の生成を抑制するために、空気取入口２および／または１段静翼９Ａの前後いずれかに温度センサ１１Ａ，１１Ｂもしくは１１Ｃが設けられている。これら温度センサ１１Ａないし１１Ｃは、それぞれの位置で空気温度を検出し、その検出値を氷の生成を抑制制御する制御部１２に入力するように構成されている。制御部１２には、温度センサ１１Ａないし１１Ｃからの温度検出値以外に、別途ＩＧＶ６および可変静翼９Ａないし９Ｃの開度信号が入力されるようになっている。
【００２８】
制御部１２は、ＩＧＶ６が予め設定されている開度以下に過度に閉じられた（深絞りされた）状態において、上記温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値から氷の生成条件が検知されたとき、図３に示されるように、駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるように構成されている。
【００２９】
なお、上記空気圧縮機１の下流側には、図示省略の燃焼器が設けられ、空気圧縮機１で圧縮された高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体として、その下流側に設けられているタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることにより、タービンロータ（ロータ４）を回転駆動するガスタービンが構成されている。
【００３０】
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ガスタービンは、空気圧縮機１の空気取入口２より取り込んだ空気を圧縮して高温高圧の空気とし、この高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体としてタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることによりロータを回転駆動し、ロータに連結されている発電機等を駆動するとともに、排気ガスを排気室の排気ディフューザを通して放出することによって運転される。
【００３１】
このガスタービンの運転履歴の一例が図５に示されている。ガスタービンは無負荷もしくは部分負荷状態で運転が開始される。運転開始時、空気圧縮機１のＩＧＶ６は、閉状態から徐々に中間開度まで開かれ、この間、ガスタービン（ロータ４）の回転数は徐々に上昇し、定格回転数に到達する。この状態において、ガスタービン負荷がないと、空気圧縮機１は、流量を低下するために、ＩＧＶ６を過度に絞って（閉じて）運転する、いわゆる深絞り運転状態とされ、可変静翼９Ａないし９ＣもＩＧＶ６に比例して閉じられる。その後、ガスタービン負荷の上昇に伴って、ＩＧＶ６および可変静翼９Ａないし９Ｃの開度が大きくされ、ガスタービンが１００％負荷の状態では、ＩＧＶ６も全開とされる。
【００３２】
ＩＧＶ６の深絞り運転時、空気圧縮機１入口の空気温度が低くなる低大気温条件下においては、空気圧縮機１の環状流路５内で氷が生成されるおそれがある。これは、前述したように、ＩＧＶ６が過度に絞られることにより、１段動翼８Ａの下流で空気圧縮機１がタービンアクションを起こし、空気が膨張して温度降下するためである。つまり、図４に示されるように、空気圧縮機１の内部温度分布は、圧縮機吸気部（空気取入口２）では大気温度であり、ＩＧＶ６を経て１段動翼８Ａに至る間に若干低下するが、ＩＧＶ６が通常角度であれば、１段動翼８Ａで圧縮されて温度上昇し、以降各段動翼で順次圧縮されて高温高圧の空気となって行く。ところが、１段動翼８Ａでタービンアクションを起こすと、１段動翼８Ａの下流（１段静翼９Ａの前）で温度降下し、この時の温度が結氷条件を満たした場合、空気中の水分が氷結して氷を生成することになる。
【００３３】
本実施形態では、温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値から氷の生成条件が検知されると、制御部１２は駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃの開度を更に閉じる（絞る）ように動作（図３参照）する。このように、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じることによって、１段動翼８Ａでのタービンアクションの発生を抑えることができる。このため、図４に示されるように、ＩＧＶ６が過度に絞られても、１段動翼８Ａ下流域での温度降下を防止することができ、結氷条件を解消して氷の生成を抑制することができる。
【００３４】
これは、図２に示されるように、１段静翼９Ａのスタッガ変化スケジュールが通常のＩＧＶ６と可変静翼９Ａないし９Ｃの変化スケジュールのままであると、１段静翼９Ａのスタッガ（角度）は実線図示の状態となり、１段動翼８Ａ下流の速度三角形は、実線三角形のようになる。この場合、仕事は、Ｖｔ２＜Ｖｔ１となってタービン仕事となるが、１段静翼９Ａないし９Ｃのスタッガ変化スケジュールを図３右側図示のように変更し、図２の破線図示位置まで更に閉じることにより、１段動翼８Ａ下流の速度三角形は、軸流速度が低下されて絶対系速度が増大され、破線三角形のようになる。このため、仕事をＶｔ２＞Ｖｔ１とし、圧縮仕事をさせることができる。
【００３５】
以上により、低大気温条件下、ＩＧＶ６を深絞り運転としても、１段動翼８Ａで空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路５内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が可変静翼９Ａに付着して成長し、それが離脱して下流側の２段動翼９Ｂ等に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消することができる。また、空気圧縮機１内での氷生成によるトラブル発生を解消できるため、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、空気圧縮機１およびガスタービンそれぞれに対する信頼性を向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、制御部１２による氷の生成抑制制御時、可変静翼９Ａないし９Ｃの全てを更に閉じるようにし、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を考慮して決定されているＩＧＶ６と可変静翼９Ａないし９Ｃとの比例制御関係を維持したまま、ガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を保ちながら、氷の生成を抑制制御しているが、１段目の可変静翼９Ａだけを更に閉じるようにしてもよく、この場合でも略同等の効果を得ることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態では、上記した第１実施形態に対して、制御部１２の構成が一部異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、制御部１２に温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値と時間との相関関係から氷の生成条件を予め定めたマップを設定し、氷生成条件による設定温度以下の温度が検出され、その温度が設定時間以上が継続したときに、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるように構成している。
【００３８】
上記のように、ＩＧＶ６が過度に絞られた状態で、かつ温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるようにすることによって、温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃにより検出される温度と時間との関係から氷の生成有無をより正確に予測して氷の生成を抑制する制御を行うことができる。このため、制御精度を向上させ、環状流路５内での氷の生成に起因するトラブルを確実に解消することができる。
【００３９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、上記した第１および第２実施形態に対して、温度センサに代え氷検知センサ２１（図１参照）を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図１における温度センサ１１Ｂまたは１１Ｃの設置位置、すなわち１段可変静翼９Ａの前または後のいずれかに氷検知センサ２１を設けた構成とされている。
なお、氷検知センサ２１としては、例えば、一対の電極間に電流を流し、氷が生成付着したときの電気伝導率の差で氷の有無を検知するようなセンサを用いることができる。
【００４０】
このように、氷検知センサ２１を設けることにより、環状流路５内での氷の生成有無を直接検知することができるため、この氷検知センサ２１からの氷検知信号で制御部１２により駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃの開度を第１実施形態の場合と同様に制御することができる。従って、本実施形態においても、上記した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、可変静翼は必ずしも複数段設けられている必要はなく、１段だけ可変静翼とされたものであってもよい。また、可変静翼が複数段設けられている場合、氷の生成を抑制する制御時、その少なくともいずれか１つを制御すればよく、必ずしも全ての可変静翼または１段目の可変静翼のみを制御するようにしたものに限定されるものではない。また、センサの設置位置としては、最も感度がよい位置が選定されることは当然であり、必ずしも図示の位置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの空気圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１に示す空気圧縮機の圧縮機内部での氷結抑制制御の状態図である。
【図３】図１に示す空気圧縮機のＩＧＶと可変静翼の開度制御関係図である。
【図４】図１に示す空気圧縮機の内部の温度分布状態図である。
【図５】図１に示す空気圧縮機を適用したガスタービンの運転履歴例図である。
【図６】従来の空気圧縮機の圧縮機内部での氷の生成状況を示す状態図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 空気圧縮機
２ 空気取入口
３ ケーシング
４ ロータ
５ 環状流路
６ ＩＧＶ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 動翼（１段ないし５段動翼）
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 可変静翼（１段ないし３段静翼）
９Ｄ，９Ｅ 静翼（４段および５段静翼）
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 温度センサ
１２ 制御部
２１ 氷検知センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの空気圧縮機に係り、特に、ＩＧＶを過度に絞った（閉じた）運転時において、圧縮機内部での氷の発生を抑制することができる空気圧縮機およびそれを用いたガスタービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、空気圧縮機と、燃焼器と、タービンと、排気室とを備えており、空気圧縮機により取り込んだ空気を圧縮して高温高圧の空気とし、この高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体としてタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることによりロータを回転駆動し、ロータに連結されている発電機等を駆動するとともに、排気ガスを排気室の排気ディフューザを通して放出するように構成されている。
【０００３】
上記ガスタービンの空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成されている環状流路の空気取入口にＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ）を設け、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に設けた構成とされており、空気取入口からＩＧＶを経て取り込んだ空気を多段の動翼と静翼との間を流通させる過程で圧縮し、高温高圧の空気とするものである。
【０００４】
上記のような構成を有する空気圧縮機において、静翼を角度が調整可能な可変静翼としたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この多段の可変静翼は、一般にＩＧＶと或る比例関係で制御されるようになっており、その関係は、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性とを考慮して決定されるのが通常である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０３６５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかして、ガスタービンでは、運転開始時、定格回転でガスタービン負荷を無負荷（部分負荷）としたまま待機状態とすることがある。この場合、流量を低下するため、空気圧縮機のＩＧＶを過度に絞って（閉じて）運転することになる。かかる運転時、１段動翼では空気を圧縮せずに膨張させる事態が生じることがあり、空気温度が更に低下する。このため、圧縮機入口の空気温度が低くなる低大気温条件下では、１段動翼の下流側で空気中の水分が氷結し、生成した氷が１段静翼に付着する事象が発生することがある。
【０００７】
これは、ＩＧＶおよび可変静翼を過度に絞って（閉じて）運転した場合、図６に示されるように、ＩＧＶ下流および１段動翼下流では、ＩＧＶが通常角度での速度三角形はそれぞれ破線で示されるようになり、また、仕事は、ｕ×（Ｖｔ２−Ｖｔ１）に比例し、Ｖｔ２＞Ｖｔ１の場合、圧縮機仕事となる。これに対して、ＩＧＶが過度に絞られた角度での速度三角形はそれぞれ実線で示されるようになり、仕事は、逆にＶｔ２＜Ｖｔ１となってタービン仕事となる。このため、空気が膨張して温度降下し、氷結に至る場合がある。
【０００８】
上記により生成した氷は、１段静翼に付着し、或る大きさに成長すると、静翼から離脱して下流側に至り、２段動翼以下に衝突する。これによって、翼曲がり等、動翼損傷のトラブルが発生する場合がある。ＩＧＶ以外に前方段側の静翼を可変静翼とした場合、１段動翼下流の軸流速度が低下するため、氷結が発生し難い傾向となるが、ＩＧＶおよび可変静翼を過度に閉じた場合（深絞りした場合）には、依然として氷結発生の可能性は解消されていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＩＧＶおよび可変静翼を備えた空気圧縮機において、ＩＧＶを過度に閉じても、圧縮機の環状流路内での氷の生成を抑制でき、翼曲がり等の動翼損傷を防ぐことができる空気圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の空気圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、前記空気取入口または前記環状流路内の空気温度を検出する温度センサと、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下のとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
ガスタービンでは、スタート時に定格回転でガスタービン負荷を部分負荷としたまま運転待機することがある。この場合、流量を低下するために、空気圧縮機のＩＧＶを過度に絞って（閉じて）運転（以下、深絞り運転と称する）することになる。この際、１段動翼では空気を圧縮せずに膨張することがあり、空気温度が更に低下するため、圧縮機入口の空気温度が低くなる低大気温条件下では、１段動翼の下流側で空気中の水分が氷結し、この氷が静翼に付着して成長することがある。
本発明によれば、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、空気取入口または環状流路内に設けられている温度センサが氷の生成条件を検知すると、制御部が可変静翼の少なくとも１つを更に閉じるようにしているため、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これによって、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、製品信頼性を高めることができる。
【００１２】
さらに、本発明の空気圧縮機は、上記の空気圧縮機において、前記制御部は、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、前記可変静翼を更に閉じることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間上継続したとき、可変静翼を更に閉じるようにしているため、温度センサにより検出される温度と時間との関係から氷の生成有無をより正確に予測して氷の生成を抑制するための制御、すなわち可変静翼を更に閉じる制御を行わせることができる。これによって、制御精度を向上させ、環状流路内での氷の生成に起因するトラブルを確実に解消することができる。
【００１４】
さらに、本発明にかかる空気圧縮機は、ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、前記環状流路内に設けられ、該流路内での氷の発生を検知する氷検知センサと、前記氷検知センサが氷の発生を検知したとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、空気取入口または環状流路内に設けられている氷検知センサが氷の発生を検知すると、制御部が可変静翼の少なくとも１つを更に閉じるようにしているため、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これによって、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、信頼性を高めることができる。
【００１６】
また、本発明の空気圧縮機は、上述のいずれかの空気圧縮機において、前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼のうち１段静翼を更に閉じることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、制御部が氷の生成を抑える制御時、可変静翼のうち１段静翼を更に閉じるようにしているため、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時、１段動翼での空気の膨張による温度降下をその直下流の１段静翼により抑え、氷の生成を効率よく抑制することができる。これによって、環状流路内での氷の生成に起因する翼曲がり等のトラブル発生を解消することができる。
【００１８】
また、本発明の空気圧縮機は、上述のいずれかの空気圧縮機において、前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼の全てを更に閉じることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、制御部が氷の生成を抑える制御時、可変静翼の全てを更に閉じるようにしているため、一般に部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性を考慮して決定されているＩＧＶと全ての可変静翼との比例制御関係を維持したまま可変静翼を更に閉じることができる。これによって、ガスタービン効率と空気圧縮機の運転安定性を保持しながら、ＩＧＶを過度に絞った深絞り運転時における環状流路内での氷の生成を抑制し、氷の生成に起因する翼曲がり等のトラブル発生を解消することができる。
【００２０】
さらに、本発明にかかるガスタービンは、空気圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、その燃焼ガスをタービンに供給することにより回転動力を得るガスタービンにおいて、前記空気圧縮機は、空気取入口に設けられたＩＧＶと、その下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼とを備えた構成とされ、前記ガスタービンが部分負荷状態であって、かつ前記ＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、前記空気圧縮機の前記可変静翼を更に閉じる制御部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、空気圧縮機がＩＧＶの下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼を備えた構成とされ、ガスタービンが部分負荷状態であって、かつＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、空気圧縮機の可変静翼を更に閉じる制御部を備えているため、低大気温条件下、ガスタービンが部分負荷運転時におけるＩＧＶの深絞り運転時、空気圧縮機内において氷の生成条件が検出されると、制御部が可変静翼を更に閉じることによって、１段動翼下流での軸流速度を低下して絶対系速度を増大させ、圧縮仕事をさせることができる。これにより、１段動翼で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる空気圧縮機内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等のトラブルを解消でき、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の空気圧縮機によると、圧縮機内で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路内での氷の生成を抑制することができるため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消でき、製品信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、本発明のガスタービンによると、空気圧縮機内で空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる氷の生成を抑制することができるため、生成した氷が静翼に付着して成長し、それが離脱して下流側の動翼に衝突することに起因して発生する翼曲がり等のトラブルを解消でき、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５を用いて説明する。
図１には、本実施形態にかかるガスタービンの空気圧縮機の縦断面図が示されている。空気圧縮機１は、一端側に空気取入口２が設けられているケーシング３と、ケーシング３内において図示省略の軸受を介して回転自在に支持されているロータ（タービンロータ）４とを備えており、このケーシング３とロータ４との間に環状流路５が形成されている。
【００２５】
環状流路５の入口には、ケーシング３に対してロータ４回りに多数のＩＧＶ（Ｉｎｌｅｔ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅ）６が設置されており、駆動部７によってその開度（角度）が調整できるように構成されている。このＩＧＶ６の下流側には、ロータ４側に設けられた動翼８Ａないし８Ｅとケーシング３側に設けられた静翼９Ａないし９Ｅとが交互に多段に配設されている。これらの動翼８Ａないし８Ｅおよび静翼９Ａないし９Ｅは、上流側の動翼および静翼から下流側に向って順次、１段動翼８Ａ、２段動翼８Ｂ、３段動翼８Ｃ・・・および１段静翼９Ａ、２段静翼９Ｂ、３段静翼９Ｃ・・・とされている。なお、本実施形態では、便宜上動翼および静翼は５段まで図示されているが、１０段、１５段といった圧縮機が実用に供されている。
【００２６】
多段の動翼８Ａないし８Ｅは、ロータ４と共に回転されるようになっている。また、多段の静翼９Ａないし９Ｅのうち、上流側の１段静翼９Ａ、２段静翼９Ｂ、３段静翼９Ｃの３つは、駆動部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって開度（角度）が調整できるように構成された可変静翼とされている。この可変静翼９Ａないし９ＣとＩＧＶ６とは、図３に示されるように、或る比例関係で開度が可変されるようになっており、その関係は、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を考慮して決定されている。
【００２７】
上記の空気圧縮機１において、環状流路５内での氷の生成を抑制するために、空気取入口２および／または１段静翼９Ａの前後いずれかに温度センサ１１Ａ，１１Ｂもしくは１１Ｃが設けられている。これら温度センサ１１Ａないし１１Ｃは、それぞれの位置で空気温度を検出し、その検出値を氷の生成を抑制制御する制御部１２に入力するように構成されている。制御部１２には、温度センサ１１Ａないし１１Ｃからの温度検出値以外に、別途ＩＧＶ６および可変静翼９Ａないし９Ｃの開度信号が入力されるようになっている。
【００２８】
制御部１２は、ＩＧＶ６が予め設定されている開度以下に過度に閉じられた（深絞りされた）状態において、上記温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値から氷の生成条件が検知されたとき、図３に示されるように、駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるように構成されている。
【００２９】
なお、上記空気圧縮機１の下流側には、図示省略の燃焼器が設けられ、空気圧縮機１で圧縮された高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体として、その下流側に設けられているタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることにより、タービンロータ（ロータ４）を回転駆動するガスタービンが構成されている。
【００３０】
以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ガスタービンは、空気圧縮機１の空気取入口２より取り込んだ空気を圧縮して高温高圧の空気とし、この高温高圧の空気中に燃焼器から燃料を供給して燃焼させ、その高温高圧燃焼ガスを作動流体としてタービンの複数の静翼と動翼間を通過させることによりロータを回転駆動し、ロータに連結されている発電機等を駆動するとともに、排気ガスを排気室の排気ディフューザを通して放出することによって運転される。
【００３１】
このガスタービンの運転履歴の一例が図５に示されている。ガスタービンは無負荷もしくは部分負荷状態で運転が開始される。運転開始時、空気圧縮機１のＩＧＶ６は、閉状態から徐々に中間開度まで開かれ、この間、ガスタービン（ロータ４）の回転数は徐々に上昇し、定格回転数に到達する。この状態において、ガスタービン負荷がないと、空気圧縮機１は、流量を低下するために、ＩＧＶ６を過度に絞って（閉じて）運転する、いわゆる深絞り運転状態とされ、可変静翼９Ａないし９ＣもＩＧＶ６に比例して閉じられる。その後、ガスタービン負荷の上昇に伴って、ＩＧＶ６および可変静翼９Ａないし９Ｃの開度が大きくされ、ガスタービンが１００％負荷の状態では、ＩＧＶ６も全開とされる。
【００３２】
ＩＧＶ６の深絞り運転時、空気圧縮機１入口の空気温度が低くなる低大気温条件下においては、空気圧縮機１の環状流路５内で氷が生成されるおそれがある。これは、前述したように、ＩＧＶ６が過度に絞られることにより、１段動翼８Ａの下流で空気圧縮機１がタービンアクションを起こし、空気が膨張して温度降下するためである。つまり、図４に示されるように、空気圧縮機１の内部温度分布は、圧縮機吸気部（空気取入口２）では大気温度であり、ＩＧＶ６を経て１段動翼８Ａに至る間に若干低下するが、ＩＧＶ６が通常角度であれば、１段動翼８Ａで圧縮されて温度上昇し、以降各段動翼で順次圧縮されて高温高圧の空気となって行く。ところが、１段動翼８Ａでタービンアクションを起こすと、１段動翼８Ａの下流（１段静翼９Ａの前）で温度降下し、この時の温度が結氷条件を満たした場合、空気中の水分が氷結して氷を生成することになる。
【００３３】
本実施形態では、温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値から氷の生成条件が検知されると、制御部１２は駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃの開度を更に閉じる（絞る）ように動作（図３参照）する。このように、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じることによって、１段動翼８Ａでのタービンアクションの発生を抑えることができる。このため、図４に示されるように、ＩＧＶ６が過度に絞られても、１段動翼８Ａ下流域での温度降下を防止することができ、結氷条件を解消して氷の生成を抑制することができる。
【００３４】
これは、図２に示されるように、１段静翼９Ａのスタッガ変化スケジュールが通常のＩＧＶ６と可変静翼９Ａないし９Ｃの変化スケジュールのままであると、１段静翼９Ａのスタッガ（角度）は実線図示の状態となり、１段動翼８Ａ下流の速度三角形は、実線三角形のようになる。この場合、仕事は、Ｖｔ２＜Ｖｔ１となってタービン仕事となるが、１段静翼９Ａないし９Ｃのスタッガ変化スケジュールを図３右側図示のように変更し、図２の破線図示位置まで更に閉じることにより、１段動翼８Ａ下流の速度三角形は、軸流速度が低下されて絶対系速度が増大され、破線三角形のようになる。このため、仕事をＶｔ２＞Ｖｔ１とし、圧縮仕事をさせることができる。
【００３５】
以上により、低大気温条件下、ＩＧＶ６を深絞り運転としても、１段動翼８Ａで空気が膨張して温度降下し、空気中の水分が氷結することによる環状流路５内での氷の生成を抑制することができる。このため、生成した氷が可変静翼９Ａに付着して成長し、それが離脱して下流側の２段動翼９Ｂ等に衝突することに起因して発生する翼曲がり等の動翼損傷トラブルを解消することができる。また、空気圧縮機１内での氷生成によるトラブル発生を解消できるため、ガスタービンを安定的に運転することが可能となり、空気圧縮機１およびガスタービンそれぞれに対する信頼性を向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、制御部１２による氷の生成抑制制御時、可変静翼９Ａないし９Ｃの全てを更に閉じるようにし、部分負荷時のガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を考慮して決定されているＩＧＶ６と可変静翼９Ａないし９Ｃとの比例制御関係を維持したまま、ガスタービン効率と空気圧縮機１の運転安定性を保ちながら、氷の生成を抑制制御しているが、１段目の可変静翼９Ａだけを更に閉じるようにしてもよく、この場合でも略同等の効果を得ることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態では、上記した第１実施形態に対して、制御部１２の構成が一部異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、制御部１２に温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃの検出値と時間との相関関係から氷の生成条件を予め定めたマップを設定し、氷生成条件による設定温度以下の温度が検出され、その温度が設定時間以上が継続したときに、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるように構成している。
【００３８】
上記のように、ＩＧＶ６が過度に絞られた状態で、かつ温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、可変静翼９Ａないし９Ｃを更に閉じるようにすることによって、温度センサ１１Ａ，１１Ｂまたは１１Ｃにより検出される温度と時間との関係から氷の生成有無をより正確に予測して氷の生成を抑制する制御を行うことができる。このため、制御精度を向上させ、環状流路５内での氷の生成に起因するトラブルを確実に解消することができる。
【００３９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態では、上記した第１および第２実施形態に対して、温度センサに代え氷検知センサ２１（図１参照）を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図１における温度センサ１１Ｂまたは１１Ｃの設置位置、すなわち１段可変静翼９Ａの前または後のいずれかに氷検知センサ２１を設けた構成とされている。
なお、氷検知センサ２１としては、例えば、一対の電極間に電流を流し、氷が生成付着したときの電気伝導率の差で氷の有無を検知するようなセンサを用いることができる。
【００４０】
このように、氷検知センサ２１を設けることにより、環状流路５内での氷の生成有無を直接検知することができるため、この氷検知センサ２１からの氷検知信号で制御部１２により駆動部１０Ａないし１０Ｃを介して可変静翼９Ａないし９Ｃの開度を第１実施形態の場合と同様に制御することができる。従って、本実施形態においても、上記した第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、可変静翼は必ずしも複数段設けられている必要はなく、１段だけ可変静翼とされたものであってもよい。また、可変静翼が複数段設けられている場合、氷の生成を抑制する制御時、その少なくともいずれか１つを制御すればよく、必ずしも全ての可変静翼または１段目の可変静翼のみを制御するようにしたものに限定されるものではない。また、センサの設置位置としては、最も感度がよい位置が選定されることは当然であり、必ずしも図示の位置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスタービンの空気圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１に示す空気圧縮機の圧縮機内部での氷結抑制制御の状態図である。
【図３】図１に示す空気圧縮機のＩＧＶと可変静翼の開度制御関係図である。
【図４】図１に示す空気圧縮機の内部の温度分布状態図である。
【図５】図１に示す空気圧縮機を適用したガスタービンの運転履歴例図である。
【図６】従来の空気圧縮機の圧縮機内部での氷の生成状況を示す状態図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 空気圧縮機
２ 空気取入口
３ ケーシング
４ ロータ
５ 環状流路
６ ＩＧＶ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ 動翼（１段ないし５段動翼）
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 可変静翼（１段ないし３段静翼）
９Ｄ，９Ｅ 静翼（４段および５段静翼）
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 温度センサ
１２ 制御部
２１ 氷検知センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、
前記空気取入口または前記環状流路内の空気温度を検出する温度センサと、
前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下のとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、前記可変静翼を更に閉じることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項３】
ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、
前記環状流路内に設けられ、該流路内での氷の発生を検知する氷検知センサと、
前記氷検知センサが氷の発生を検知したとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項４】
前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼のうち１段静翼を更に閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼の全てを更に閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空気圧縮機。
【請求項６】
空気圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、その燃焼ガスをタービンに供給することにより回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記空気圧縮機は、空気取入口に設けられたＩＧＶと、その下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼とを備えた構成とされ、
前記ガスタービンが部分負荷状態であって、かつ前記ＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、前記空気圧縮機の前記可変静翼を更に閉じる制御部を備えていることを特徴とするガスタービン。
【請求項１】
ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、
前記空気取入口または前記環状流路内の空気温度を検出する温度センサと、
前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下のとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項２】
前記制御部は、前記ＩＧＶが過度に絞られた状態で、かつ前記温度センサによる検出値が設定温度以下でその状態が設定時間以上継続したとき、前記可変静翼を更に閉じることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮機。
【請求項３】
ロータとケーシングとの間に形成される環状流路の空気取入口にＩＧＶを設置し、その下流にロータ側に設けられた動翼とケーシング側に設けられた静翼とを交互に多段に配設するとともに、前記静翼の少なくとも一部を可変静翼とした空気圧縮機において、
前記環状流路内に設けられ、該流路内での氷の発生を検知する氷検知センサと、
前記氷検知センサが氷の発生を検知したとき、前記可変静翼の少なくとも１つを更に閉じて氷の生成を抑える制御部とを備えていることを特徴とする空気圧縮機。
【請求項４】
前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼のうち１段静翼を更に閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空気圧縮機。
【請求項５】
前記制御部は、氷の生成を抑える制御時、前記可変静翼の全てを更に閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の空気圧縮機。
【請求項６】
空気圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼させ、その燃焼ガスをタービンに供給することにより回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記空気圧縮機は、空気取入口に設けられたＩＧＶと、その下流に交互に多段に配設された動翼および可変静翼とを備えた構成とされ、
前記ガスタービンが部分負荷状態であって、かつ前記ＩＧＶが過度に絞られた状態での運転中に、氷の生成条件が検出されたとき、前記空気圧縮機の前記可変静翼を更に閉じる制御部を備えていることを特徴とするガスタービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６７９０４（Ｐ２００９−１６７９０４Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６８９３（Ｐ２００８−６８９３）
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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