[发明专利]双轴式燃气轮机及其入口导向叶片开度控制方法

说明书

一种双轴式燃气轮机及其入口导向叶片开度控制方法。本发明的双轴式燃气轮机控制设置于空气吸入侧的入口导向叶片的开度来调整向压缩机的流入空气量，作为控制入口导向叶片开度的单元，至少具备第1控制部、控制状态确认部、低大气温度校正部。第1控制部调整入口导向叶片的开度以便在高压涡轮轴高速旋转时使其实际转速保持恒定；控制状态确认部确认通过第1控制部保持恒定的实际转速和入口导向叶片的开度；低大气温度校正部在向控制状态确认部输入的通过第1控制部保持恒定的实际转速为预先设定的阈值N0以上，且入口导向叶片的开度为预先设定的阈值ξ0以上，且大气温度为预先设定的阈值Ta0以下时，使通过第1控制部保持恒定的实际转速减小。

技术领域

本发明涉及一种双轴式燃气轮机及其入口导向叶片开度控制方法，尤其涉及适用于具备由压缩机、燃烧器以及压缩机驱动用高压涡轮构成的燃气发生器和负载驱动用低压涡轮的情况的双轴式燃气轮机及其入口导向叶片开度控制方法。

背景技术

近年来，随着能源需求的增加，适用于液化天然气(LNG)的生产的机械驱动用燃气轮机的需求也增加。在LNG成套设备中，通过LNG液化用压缩机对天然气进行增压来实现液化。尤其，在LNG液化用压缩机的驱动中，使用双轴式燃气轮机的情况较多。

在双轴式燃气轮机中，涡轮部分分为低压涡轮和高压涡轮，低压涡轮驱动LNG用压缩机或发电机等负载，高压涡轮作为燃气发生器与压缩机相连接。双轴式燃气轮机的特征在于，高压侧和低压侧各自的涡轮具有不同的旋转轴。

双轴式燃气轮机既可以作为上述那样的机械驱动用使用，也可以作为与发电机连接的发电用使用。作为发电用燃气轮机，由于构造简单且容易运用等原因，主要使用压缩机和涡轮机以同一轴旋转的单轴式燃气轮机。但是，在使装置小型化的情况下，存在需要维持与发电机的规格对应的转速，需要减速机的缺点。

另一方面，当发电时使用双轴式燃气轮机时，可以任意选择由压缩机、燃烧器以及高压燃气轮机构成的燃气发生器侧的转速、低压涡轮的转速，因此不需要减速机。因此，可以提供紧凑且高效的燃气轮机。

在运用这样的双轴式燃气轮机的情况下，根据对大气温度对于燃气发生器轴(高压燃气轮机轴)的实际转速的影响进行修正后的修正转速，对压缩机的入口导向叶片(以下，称为IGV(Inlet Guide Vane))进行调整，也就是说，一般不依赖于燃气发生器的运行状态，而使用修正转速基准的IGV控制。

在该情况下，如图9(a)示出的燃气发生器的修正转速与IGV开度的关系那样，IGV开度根据与大气温度相关的修正转速而变化(将燃气发生器轴的修正转速与IGV开度的关系决定为唯一)，因此，如图9(b)示出的燃气发生器轴的实际转速与IGV开度的关系那样，运行线变化，从而燃气发生器轴的转速根据大气温度而变化。也就是说，使IGV的开度增加而在额定负荷近旁运用时，实际转速也因大气温度而变化。

因此，在额定负荷运行时应避免叶片共振的区域增加，因此难以进行共振避免设计。此外，若共振避免范围增加，则叶片形状设计的自由度减少，因此难以提高叶片的空气动力性能。

为了避免上述的额定负荷运行时的共振问题，在专利文献1中公开了双轴燃气轮机的控制方法。在该专利文献1中，在包含额定负荷运行条件的高速旋转时，着眼于修正转速基准控制引起的浪涌(因压缩机叶片的流的剥离而发生的流体性脉动现象)避免的重要性变小，在由燃气发生器和低压涡轮构成的双轴式燃气轮机中，作为IGV的控制手段，在燃气发生器轴低速旋转时以修正转速为基准控制IGV的开度，在燃气发生器轴高速旋转时以使实际转速保持恒定的方式控制IGV的开度。

通过使用该专利文献1所记载的双轴式燃气轮机的控制方法，如图10(a)示出的燃气发生器轴的修正转速与IGV开度的关系、图10(b)示出的燃气发生器轴的实际转速与IGV开度的关系那样，在低负荷时运行线不依赖于大气温度而相同，但在高负荷时修正转速因大气温度而变化。另一方面，在低负荷时运行线根据大气温度而变化，但在高负荷时燃气发生器轴的转速恒定。