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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】ガスタービンシステム及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
F02C 7/042 20060101AFI20240730BHJP
F01D 15/10 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
F02C7/042
F01D15/10 B
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023509232
(86)(22)【出願日】2022-03-23
(86)【国際出願番号】 JP2022013374
(87)【国際公開番号】W WO2022202869
(87)【国際公開日】2022-09-29
【審査請求日】2023-07-03
(31)【優先権主張番号】P 2021053915
(32)【優先日】2021-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】塚原 章友
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１１４７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５２２０５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４３５６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０１５０６３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１４８９３３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｄ １５／１０
Ｆ０２Ｃ ７／０４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン、及び、前記圧縮機の吸気量を調整する入口案内翼を備えるガスタービンと、前記入口案内翼の開度を制御する入口案内翼制御装置と、
前記タービンによって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービンの外部からの給電によって前記ガスタービンに回転動力を提供可能であるモーター発電機と、
前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を制御する燃料流量制御装置と
を備え、
前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼制御装置は、前記タービンによって前記モーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記通常運転モードにおける前記入口案内翼の開度の最小値である最小開度まで前記入口案内翼の開度を低下させた後に、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に前記入口案内翼の開度を前記最小開度から増加させ、前記燃料流量制御装置は前記燃料の流量を低下させるように制御するガスタービンシステム。
【請求項2】
前記燃料流量制御装置は、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中であって、前記入口案内翼の開度を増加した後に、前記燃料の流量を低下させる、請求項１に記載のガスタービンシステム。
【請求項3】
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切替え中に、前記入口案内翼制御装置は、前記入口案内翼の開度を一定の増加率で増加させる、請求項１または２に記載のガスタービンシステム。
【請求項4】
圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン、及び、前記圧縮機の吸気量を調整する入口案内翼を備えるガスタービンと、前記タービンによって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービンの外部からの給電によって前記ガスタービンに回転動力を提供可能であるモーター発電機と
を備えるガスタービンシステムの制御方法であって、
前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼の開度を、前記タービンによって前記モーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記通常運転モードにおける前記入口案内翼の開度の最小値である最小開度まで前記入口案内翼の開度を低下させた後に、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に前記入口案内翼の開度を前記最小開度から増加させ、前記燃料の流量を低下させるように制御することを含むガスタービンシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスタービンシステム及びその制御方法に関する。
本願は、２０２１年３月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０５３９１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年３月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－０５３９１５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１には、ガスタービンによって発電機を駆動して発電を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－４７７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ガスタービンの排気流路内の設計は通常、ガスタービンの通常運転時における高温の燃焼ガスの流れを考慮して行われている。このため、外部からの給電によってガスタービンに回転動力を提供する逆電力運転モードにおける燃焼ガスの流れに対して、排気流路内の設計が最適ではない場合もある。特に、排気流路内に設けられるストラットシールドは、燃焼ガスの流れによる負荷が高い部位であり、特に対処が必要である。
【0005】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、逆電力運転モードにおけるストラットシールドに対する負荷を低減できるガスタービンシステム及びその制御方法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】
【0006】
上記目的を達成するため、本開示に係るガスタービンシステムは、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン、及び、前記圧縮機の吸気量を調整する入口案内翼を備えるガスタービンと、前記入口案内翼の開度を制御する入口案内翼制御装置と、前記タービンによって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービンの外部からの給電によって前記ガスタービンに回転動力を提供可能であるモーター発電機と、前記燃焼器に供給される前記燃料の流量を制御する燃料流量制御装置とを備え、前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼制御装置は、前記タービンによって前記モーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記通常運転モードにおける前記入口案内翼の開度の最小値である最小開度まで前記入口案内翼の開度を低下させた後に、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に前記入口案内翼の開度を前記最小開度から増加させ、前記燃料流量制御装置は前記燃料の流量を低下させるように制御する。
【0007】
また、本開示に係るガスタービンシステムの制御方法は、圧縮空気を生成する圧縮機、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器、前記燃焼器における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン、及び、前記圧縮機の吸気量を調整する入口案内翼を備えるガスタービンと、前記タービンによって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービンの外部からの給電によって前記ガスタービンに回転動力を提供可能であるモーター発電機とを備えるガスタービンシステムの制御方法であって、前記モーター発電機が前記ガスタービンに前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼の開度を、前記タービンによって前記モーター発電機が駆動される運転モードである通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記通常運転モードにおける前記入口案内翼の開度の最小値である最小開度まで前記入口案内翼の開度を低下させた後に、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に前記入口案内翼の開度を前記最小開度から増加させ、前記燃料の流量を低下させるように制御することを含む。
【発明の効果】
【0008】
本開示のガスタービンシステム及びその制御方法によれば、逆電力運転モードにおける入口案内翼の開度を、通常運転モードにおける入口案内翼の最小開度よりも大きい開度となるように制御することで、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、タービンの最後段の動翼から排出される燃焼ガスの軸方向の速度が増加する。そうすると、逆電力運転モードにおける燃焼ガスのスワール角が小さくなるので、通常運転モードにおける燃焼ガスのスワール角との差が小さくなる。その結果、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、ストラットシールドに作用する周方向の負荷が低下するので、逆電力運転モードにおけるストラットシールドに対する負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの構成図である。
【図2】本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムのガスタービンのタービンの一部分の断面図である。
【図3】本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムが通常運転モードから逆電力運転モードへ移行する際の各種項目の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図4】通常運転モード及び逆電力運転モードのそれぞれにおいて、ストラットシールドに作用する周方向の負荷を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示の実施形態によるガスタービンシステム及びその制御方法について、図面に基づいて説明する。以下で説明する実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【0011】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの構成＞
図１に示されるように、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器４と、燃焼器４に燃焼用空気としての圧縮空気を供給する圧縮機２と、この圧縮機２と共通の回転軸５を有し、燃焼器４によって生成された燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン６とを有するガスタービン１を備えている。回転軸５にはモーター発電機７が連結されており、モーター発電機７は、ガスタービン１の外部の電力系統８に電気的に接続可能に構成されている。圧縮機２の入口には、吸気量を調整するための入口案内翼（ＩＧＶ）３Ａが設けられている。ＩＧＶ３Ａの開度はアクチュエータ３Ｂ（入口案内翼制御装置）によって調節可能に構成されている。
図１に示されるように、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０は、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器４と、燃焼器４に燃焼用空気としての圧縮空気を供給する圧縮機２と、この圧縮機２と共通の回転軸５を有し、燃焼器４によって生成された燃焼ガスによって駆動されるように構成されたタービン６とを有するガスタービン１を備えている。回転軸５にはモーター発電機７が連結されており、モーター発電機７は、ガスタービン１の外部の電力系統８に電気的に接続可能に構成されている。圧縮機２の入口には、吸気量を調整するための入口案内翼（ＩＧＶ）３Ａが設けられている。ＩＧＶ３Ａの開度はアクチュエータ３Ｂ（入口案内翼制御装置）によって調節可能に構成されている。
【0012】
燃焼器４は、燃料供給源１１から燃料供給ライン１２を介して燃料が供給されるように構成されている。燃料供給ライン１２には、燃焼器４に供給される燃料の流量（燃料供給量）を調節するための燃料制御弁１３（燃料流量制御装置）と、燃焼器４への燃料供給量に対するパイロットノズル（図示せず）への燃料供給量の比率であるパイロット比率を調節するためのパイロット比率制御部１４（例えば、図示しないパイロットノズル及びメインノズル（図示せず）への燃料供給量を制御する制御弁）とが設けられている。燃料制御弁１３とパイロット比率制御部１４とアクチュエータ３Ｂとはそれぞれ、制御装置１５に電気的に接続されている。
【0013】
制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。尚、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【0014】
図２に示されるように、ガスタービン１のタービン６は、タービン車室２１及び排気車室２２を有する外部ケーシングと、排気ディフーザー２３を有する内部ケーシングとを備えている。タービン６には、タービン車室２１によりガス通路２４が形成されており、ガス通路２４に複数段の静翼２５及び複数段の動翼２６が、ガス通路２４を流通する燃焼ガスの流通方向Ｂに沿って交互に配置されている。図２には、最後段の静翼２５及び動翼２６のみが描かれている。排気ディフーザー２３は、円筒形状（環状）をなす外側ディフューザ２３Ａ及び内側ディフューザ２３Ｂがストラットシールド２７により連結されて構成されている。回転軸５は、軸受部２８により回転自在に支持され、軸受部２８はストラット２９を介して排気車室２２から支持されている。ストラットシールド２７は、内部にストラット２９が配置されている。
【0015】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの動作＞
次に、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０の動作について説明する。図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、タービン６によってモーター発電機７が駆動される運転モードである通常運転モードと、モーター発電機７がガスタービン１に回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを適宜切り替えて動作することが可能である。
次に、本開示の一実施形態に係るガスタービンシステム１０の動作について説明する。図１に示されるように、ガスタービンシステム１０は、タービン６によってモーター発電機７が駆動される運転モードである通常運転モードと、モーター発電機７がガスタービン１に回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードとを適宜切り替えて動作することが可能である。
【0016】
通常運転モードでは、圧縮機２から圧縮空気が燃焼器４に供給されるとともに燃料供給源１１から燃料供給ライン１２を介して燃焼器４に燃料が供給されることにより、燃料が燃焼されて燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスがタービン６に供給されることでタービン６が駆動され、すなわち回転し、タービン６の回転が回転軸５を介してモーター発電機７に伝達されて、モーター発電機７が発電機として駆動する。モーター発電機７で発電された電力は電力系統８に送電される。
【0017】
一方、逆電力運転モードでは、ガスタービン１の外部の電力系統８から電力がモーター発電機７に給電されることで、モーター発電機７はモーターとして駆動する。モーター発電機７で発生する回転動力はガスタービン１に提供されて、ガスタービン１の運転をアシストする。このため、逆電力運転モードは一般的に、通常運転モードに比べて燃料消費量が小さくなる。
【0018】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの制御方法＞
次に、ガスタービンシステム１０の制御方法を、図１及び２と図３のタイミングチャートとに基づいて説明する。図３のタイミングチャートは、ガスタービンシステム１０が通常運転モードから逆電力運転モードへ移行する際の各種項目の経時変化を示している。時刻ｔ０までは、ガスタービンシステム１０は通常運転モードにおいて、規定の負荷Ｌ０で運転している。ガスタービンシステム１０のオペレータは、後述する時刻ｔ２において逆電力運転モードへ切り替えを開始するための準備を時刻ｔ０において開始する。時刻ｔ０におけるオペレータの操作に基づいて、制御装置１５は燃料制御弁１３の開度を制御することにより燃焼器４への燃料供給量を当初の燃料供給量Ｆ０から低下し始める。これにより、ガスタービンシステム１０の負荷が低下し始める。
次に、ガスタービンシステム１０の制御方法を、図１及び２と図３のタイミングチャートとに基づいて説明する。図３のタイミングチャートは、ガスタービンシステム１０が通常運転モードから逆電力運転モードへ移行する際の各種項目の経時変化を示している。時刻ｔ０までは、ガスタービンシステム１０は通常運転モードにおいて、規定の負荷Ｌ０で運転している。ガスタービンシステム１０のオペレータは、後述する時刻ｔ２において逆電力運転モードへ切り替えを開始するための準備を時刻ｔ０において開始する。時刻ｔ０におけるオペレータの操作に基づいて、制御装置１５は燃料制御弁１３の開度を制御することにより燃焼器４への燃料供給量を当初の燃料供給量Ｆ０から低下し始める。これにより、ガスタービンシステム１０の負荷が低下し始める。
【0019】
また、時刻ｔ０において制御装置１５はアクチュエータ３Ｂを制御することにより、ＩＧＶ３Ａの開度を当初の開度Ｏ０から低下し始める。これにより、燃焼器４への燃料供給量の低下にともなって圧縮機２の吸気量が低下する、したがって燃焼器４へ供給される圧縮空気の量が低下するので、燃焼器４が失火しにくい状態にすることができる。さらに、時刻ｔ０において制御装置１５はパイロット比率制御部１４を制御することにより、パイロット比率を当初のパイロット比率Ｒ０から上昇し始める。これにより、燃焼器４への燃料供給量を低下しても、燃焼器４がより失火しにくい状態にすることができる。
【0020】
時刻ｔ１において、ガスタービンシステム１０の負荷が通常運転モードにおける最低負荷Ｌｍｉｎとなる（すなわち、燃焼器４への燃料供給量が通常運転モードにおける第１最低供給量Ｆｍｉｎ－１となる）。時刻ｔ１に達する少し前に、ＩＧＶ３Ａの開度を、通常運転モードにおけるＩＧＶ３Ａの開度の最小値である最小開度Ｏｍｉｎまで低下させるとともに、パイロット比率を一定値Ｒ１まで上昇させる。このような運転条件を、時刻ｔ１から予め決められた時間経過後、すなわち時刻ｔ２まで維持する。ここで、通常運転モードにおける最小開度Ｏｍｉｎは、ＩＧＶ３Ａの開閉可動域の範囲における最小値や、失火を防ぐことができる範囲の最小値である必要はなく、通常運転モードにおいて設定されるＩＧＶ３Ａの開度の最小値であれば足りる。図３に示す本実施形態のように、一般的に、通常運転モードにおけるＩＧＶ３Ａの開度の最小値は、ガスタービンの負荷が最低負荷Ｌｍｉｎで運転している場合に設定される値である。
【0021】
時刻ｔ２において、例えばガスタービンシステム１０のオペレータが運転モード切替ボタンを押すことによって、通常運転モードから逆電力運転モードへの切り替えを開始する。制御装置１５は、アクチュエータ３Ｂを制御することによりＩＧＶ３Ａの開度の増加を一定の第１増加率で開始するとともに、パイロット比率制御部１４を制御することによりパイロット比率の増加を一定の第２増加率で開始する。時刻ｔ３において、制御装置１５は、ＩＧＶ３Ａの開度の増加を停止し、時刻ｔ３以降、ＩＧＶ３Ａの開度は、最小開度Ｏｍｉｎよりも大きい開度Ｏ１に維持される。さらに、制御装置１５は、パイロット比率の上昇を停止し、時刻ｔ３以降、パイロット比率は、Ｒ１よりも大きいＲ２に維持される。
【0022】
上記のように、制御装置１５は、運転モード切替ボタンが押されたことを契機として、ＩＧＶ３Ａの開度やパイロット比率などの逆電力運転モードへの移行条件を成立させるための制御を行う。燃料供給量を逆電力運転モードにおける下限値に減少させる前にＩＧＶ３Ａの開度を増加させておくことにより、通常運転モードにおける最低燃料供給量である第１最低供給量Ｆｍｉｎ－１から逆電力運転モードにおける最低燃料供給量である第２最低供給量Ｆｍｉｎ－２（後述する）まで低下させる際に、ストラットシールに作用する周方向の負荷が高くなることを事前に防ぐことが可能になる。また、ＩＧＶ３Ａの開度を第１の一定増加率で増加させることに対応するようにパイロット比率を第２の一定増加率で増加させることにより、失火のリスクを抑制することが可能になる。
【0023】
時刻ｔ３において、制御装置１５は燃料制御弁１３の開度を制御することにより燃焼器４への燃料供給量の低下を開始する。これにより、ガスタービンシステム１０の負荷が低下し始める。時刻ｔ４においてガスタービンシステム１０の負荷がゼロになるが、さらに燃焼器４への燃料供給量を低下し続けるので、時刻ｔ４以降は、電力系統８から電力がモーター発電機７に給電されるようになる。したがって、時刻ｔ４以降は、モーター発電機７はモーターとして駆動し、モーター発電機７で発生する回転動力はガスタービン１に提供される。時刻ｔ４以降、電力系統８からモーター発電機７への電力の給電量が増加していくことで、モーター発電機７からガスタービン１への回転動力の提供量が増加する。
【0024】
時刻ｔ５において、逆電力運転モードにおける下限値として設定される燃焼器４への燃料供給量の最低値、すなわち第２最低供給量Ｆｍｉｎ－２に燃料供給量が到達すると、制御装置１５は燃焼器４への燃料供給量の低下を止めることで、時刻ｔ５以降は、燃料供給量は、第１最低供給量Ｆｍｉｎ－１よりも低い第２最低供給量Ｆｍｉｎ－２に維持される。時刻ｔ５において、逆電力運転モードへの切り替え動作が完了する。
【0025】
図４に示されるように、通常運転モードにおいて、回転軸５の回転速度をＳ０とし、タービン６の最後段の動翼２６から排出される燃焼ガスのＳ０に対する相対速度をＳ１_Ｎとすると、静止座標系で見た場合の燃焼ガスの流れはＣＧＮとなり、スワール角はθＮとなる。一方、逆電力運転モードでは、燃焼器４への燃料供給量が通常運転モードに比べて低いことから燃焼ガスの温度が下がり、燃焼ガスの密度が高くなる。そうすると、動翼２６から排出される燃焼ガスのＳ０に対する相対速度がＳ１_Ｎよりも小さいＳ１_ＧＭとなる。そうすると、通常運転モード及び逆電力運転モードのそれぞれにおける回転軸５の回転速度はＳ０で一定であるから、逆電力運転モードにおける静止座標系で見た場合の燃焼ガスの流れはＣＧＧＭとなり、スワール角はθＧＭとなる。θＧＭ＞θＮであることから、逆電力運転モードでは、通常運転モードに比べて、動翼２６から排出された燃焼ガスがストラットシールドに作用する周方向の負荷が大きくなる。
【0026】
これに対し、この実施形態では、逆電力運転モードにおけるＩＧＶ３Ａの開度を、通常運転モードにおけるＩＧＶ３Ａの最小開度Ｏｍｉｎよりも大きい開度Ｏ１となるように制御することで、ＩＧＶ３Ａの開度が最小開度Ｏｍｉｎである場合に比べて、タービン６の最後段の動翼２６から排出される燃焼ガスの軸方向の速度が増加する。そうすると、逆電力運転モードにおける燃焼ガスのスワール角θＧＭが小さくなるので、通常運転モードにおける燃焼ガスのスワール角θＮとの差が小さくなる。その結果、ＩＧＶ３Ａの開度が最小開度Ｏｍｉｎである場合に比べて、ストラットシールド２７に作用する周方向の負荷が低下するので、逆電力運転モードにおけるストラットシールド２７に対する負荷を低減することができる。
【0027】
＜本開示の一実施形態に係るガスタービンシステムの制御方法の変形例＞
この実施形態では、通常運転モードにおける最低燃料供給量から逆電力運転モードにおける最低燃料供給量まで低下させる前に、ＩＧＶ３Ａの開度を増加させているが、この形態に限定するものではない。ただし、逆電力運転モードにおける最低燃料供給量に低下させる前にＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎよりも大きい開度Ｏ１としておくことで、ストラットシールド２７に作用する周方向の負荷が高くなることを事前に抑制することができる。また、単にＩＧＶ３Ａの開度を増加させるだけだと、燃焼器４が失火するリスクが高くなるため、本実施形態では、パイロット比率を増加させることによって失火のリスクを抑制しているが、この形態に限定するものではない。失火のリスクに裕度がある場合は、パイロット比率を増加させないことも可能である。また、本実施形態では、ＩＧＶ３Ａの開度を一定の第１増加率で増加させるのに合わせてパイロット比率を一定の第２増加率で増加させることにより、さらに失火のリスクを抑制しているが、この形態に限定するものではなく、非同期的にＩＧＶ３Ａの開度とパイロット比率とを増加させてもいいし、一方又は両方を一定でない増加率で増加させることも可能である。
この実施形態では、通常運転モードにおける最低燃料供給量から逆電力運転モードにおける最低燃料供給量まで低下させる前に、ＩＧＶ３Ａの開度を増加させているが、この形態に限定するものではない。ただし、逆電力運転モードにおける最低燃料供給量に低下させる前にＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎよりも大きい開度Ｏ１としておくことで、ストラットシールド２７に作用する周方向の負荷が高くなることを事前に抑制することができる。また、単にＩＧＶ３Ａの開度を増加させるだけだと、燃焼器４が失火するリスクが高くなるため、本実施形態では、パイロット比率を増加させることによって失火のリスクを抑制しているが、この形態に限定するものではない。失火のリスクに裕度がある場合は、パイロット比率を増加させないことも可能である。また、本実施形態では、ＩＧＶ３Ａの開度を一定の第１増加率で増加させるのに合わせてパイロット比率を一定の第２増加率で増加させることにより、さらに失火のリスクを抑制しているが、この形態に限定するものではなく、非同期的にＩＧＶ３Ａの開度とパイロット比率とを増加させてもいいし、一方又は両方を一定でない増加率で増加させることも可能である。
【0028】
この実施形態では、通常運転モードにおいてＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎに低下させてから逆電力運転モードへの切り替え中に、ＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎから開度Ｏ１まで増加させているが、この形態に限定するものではなく、通常運転モードにおいてＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎまで低下させずに開度Ｏ１まで低下させ、その後はその開度を維持するようにしてもよい。ただし、ＩＧＶ３Ａの開度を最小開度Ｏｍｉｎまで低下させた後に最小開度Ｏｍｉｎから開度Ｏ１まで増加させる制御を行うことで、燃焼器４が失火してしまう可能性を低減しつつ、ストラットシールド２７に作用する周方向の負荷の上昇を抑制する適切な開度に設定することができる。
【0029】
この実施形態では、逆電力運転モード時に、ガスタービン１の外部からの給電として、電力系統８からモーター発電機７に電力が給電されていたが、この形態に限定するものではない。他のプラント等で過剰となっている電力をモーター発電機７に給電するようにしてもよい。
【0030】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
【0031】
［１］一の態様に係るガスタービンシステムは、
圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）、及び、前記圧縮機（２）の吸気量を調整する入口案内翼（３Ａ）を備えるガスタービン（１）と、
前記入口案内翼（３Ａ）の開度を制御する入口案内翼制御装置（アクチュエータ３Ｂ）と、
前記タービン（６）によって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービン（１）の外部からの給電によって前記ガスタービン（１）に回転動力を提供可能であるモーター発電機（７）と
を備え、
前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記タービン（６）によって前記モーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードにおける前記入口案内翼（３Ａ）の開度の最小値である最小開度（Ｏｍｉｎ）よりも大きい開度（Ｏ１）となるように前記入口案内翼（３Ａ）の開度を制御する。
圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）、及び、前記圧縮機（２）の吸気量を調整する入口案内翼（３Ａ）を備えるガスタービン（１）と、
前記入口案内翼（３Ａ）の開度を制御する入口案内翼制御装置（アクチュエータ３Ｂ）と、
前記タービン（６）によって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービン（１）の外部からの給電によって前記ガスタービン（１）に回転動力を提供可能であるモーター発電機（７）と
を備え、
前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記タービン（６）によって前記モーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードにおける前記入口案内翼（３Ａ）の開度の最小値である最小開度（Ｏｍｉｎ）よりも大きい開度（Ｏ１）となるように前記入口案内翼（３Ａ）の開度を制御する。
【0032】
本開示のガスタービンシステムによれば、逆電力運転モードにおける入口案内翼の開度を、通常運転モードにおける入口案内翼の最小開度よりも大きい開度となるように制御することで、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、タービンの最後段の動翼から排出される燃焼ガスの軸方向の速度が増加する。そうすると、逆電力運転モードにおける燃焼ガスのスワール角が小さくなるので、通常運転モードにおける燃焼ガスのスワール角との差が小さくなる。その結果、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、ストラットシールドに作用する周方向の負荷が低下するので、逆電力運転モードにおけるストラットシールドに対する負荷を低減することができる。
【0033】
［２］別の態様に係るガスタービンシステムは、［１］のガスタービンシステムであって、
前記燃焼器（４）に供給される前記燃料の流量を制御する燃料流量制御装置（燃料制御弁１３）をさらに備え、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に、前記燃料流量制御装置（１３）は前記燃料の流量を低下させ、前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を増加させる。
前記燃焼器（４）に供給される前記燃料の流量を制御する燃料流量制御装置（燃料制御弁１３）をさらに備え、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中に、前記燃料流量制御装置（１３）は前記燃料の流量を低下させ、前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を増加させる。
【0034】
逆電力運転モード時にストラットシールドに作用する周方向の負荷を低下するために入口案内翼の開度を最小開度よりも大きい開度とするが、燃焼器への燃料供給量の低下時に入口案内翼の開度を急激に増加すると、燃焼器が失火するおそれがある。これに対し、上記［２］の構成によれば、入口案内翼の開度を増加させることにより、燃焼器が失火するおそれを低減しつつ、ストラットシールドに対する負荷を低減することできる。
【0035】
［３］さらに別の態様に係るガスタービンシステムは、［２］のガスタービンシステムであって、
前記燃料流量制御装置（１３）は、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中であって、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を増加した後に、前記燃料の流量を低下させる。
前記燃料流量制御装置（１３）は、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替え中であって、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を増加した後に、前記燃料の流量を低下させる。
【0036】
このような構成によれば、入口案内翼の開度を増加した後に燃料の流量を低下させることにより、燃焼器が失火するおそれを低減しつつ、ストラットシールドに対する負荷を低減することできる。
【0037】
［４］さらに別の態様に係るガスタービンシステムは、［２］または［３］のガスタービンシステムであって、
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切替え中に、前記入口案内翼制御装置（１３）は、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を一定の増加率で増加させる。
前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切替え中に、前記入口案内翼制御装置（１３）は、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を一定の増加率で増加させる。
【0038】
このような構成によれば、入口案内翼の開度を一定の増加率で増加させることにより、燃焼器が失火するおそれを低減しつつ、ストラットシールドに対する負荷を低減することできる。
【0039】
［５］さらに別の態様に係るガスタービンシステムは、［２］～［４］のいずれかのガスタービンシステムであって、
前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記入口案内翼（３Ａ）の前記開度を前記最小開度（Ｏｍｉｎ）まで低下させ、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切替え中に前記最小開度（Ｏｍｉｎ）から増加させる。
前記入口案内翼制御装置（３Ｂ）は、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切り替える前に、前記入口案内翼（３Ａ）の前記開度を前記最小開度（Ｏｍｉｎ）まで低下させ、前記通常運転モードから前記逆電力運転モードへ切替え中に前記最小開度（Ｏｍｉｎ）から増加させる。
【0040】
このような構成によれば、入口案内翼の開度を最小開度から増加させる制御を行うことで、燃焼器が失火してしまう可能性を低減しつつ、ストラットシールドに作用する周方向の負荷の上昇を抑制する適切な開度に設定することができる。
【0041】
［６］一の態様に係るガスタービンシステムの制御方法は、
圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）、及び、前記圧縮機（２）の吸気量を調整する入口案内翼（３Ａ）を備えるガスタービン（１）と、
前記タービン（６）によって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービン（１）の外部からの給電によって前記ガスタービン（１）に回転動力を提供可能であるモーター発電機（７）と
を備えるガスタービンシステム（１０）の制御方法であって、
前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を、前記タービン（６）によって前記モーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードにおける前記入口案内翼（３Ａ）の開度の最小値である最小開度（Ｏｍｉｎ）よりも大きい開度（Ｏ１）となるように制御することを含む。
圧縮空気を生成する圧縮機（２）、前記圧縮空気で燃料を燃焼させる燃焼器（４）、前記燃焼器（４）における前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスで駆動されるタービン（６）、及び、前記圧縮機（２）の吸気量を調整する入口案内翼（３Ａ）を備えるガスタービン（１）と、
前記タービン（６）によって駆動可能であり、かつ、前記ガスタービン（１）の外部からの給電によって前記ガスタービン（１）に回転動力を提供可能であるモーター発電機（７）と
を備えるガスタービンシステム（１０）の制御方法であって、
前記モーター発電機（７）が前記ガスタービン（１）に前記回転動力を提供する運転モードである逆電力運転モードにおいて、前記入口案内翼（３Ａ）の開度を、前記タービン（６）によって前記モーター発電機（７）が駆動される運転モードである通常運転モードにおける前記入口案内翼（３Ａ）の開度の最小値である最小開度（Ｏｍｉｎ）よりも大きい開度（Ｏ１）となるように制御することを含む。
【0042】
本開示のガスタービンシステムの制御方法によれば、逆電力運転モードにおける入口案内翼の開度を、通常運転モードにおける入口案内翼の最小開度よりも大きい開度となるように制御することで、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、タービンの最後段の動翼から排出される燃焼ガスの軸方向の速度が増加する。そうすると、逆電力運転モードにおける燃焼ガスのスワール角が小さくなるので、通常運転モードにおける燃焼ガスのスワール角との差が小さくなる。その結果、入口案内翼の開度が最小開度である場合に比べて、ストラットシールドに作用する周方向の負荷が低下するので、逆電力運転モードにおけるストラットシールドに対する負荷を低減することができる。
【符号の説明】
【0043】
１ ガスタービン
２ 圧縮機
３Ａ 入口案内翼（ＩＧＶ）
３Ｂ アクチュエータ（入口案内翼制御装置）
４ 燃焼器
６ タービン
７ モーター発電機
１０ ガスタービンシステム
１３ 燃料制御弁（燃料流量制御装置）
２ 圧縮機
３Ａ 入口案内翼（ＩＧＶ）
３Ｂ アクチュエータ（入口案内翼制御装置）
４ 燃焼器
６ タービン
７ モーター発電機
１０ ガスタービンシステム
１３ 燃料制御弁（燃料流量制御装置）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】