專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)成發(fā)電站的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備起動(dòng)和停止時(shí)的控制方法及裝置。
圖12為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)概略圖，燃?xì)廨啓C(jī)1、壓縮機(jī)2及發(fā)電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)體連接在單根渦輪機(jī)軸上。
壓縮機(jī)2旋轉(zhuǎn)吸入的大氣中的空氣在燃燒器內(nèi)與燃料共同燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體。此燃燒氣體供給燃?xì)廨啓C(jī)1，由燃燒氣體驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，產(chǎn)生渦輪機(jī)軸的輸出。在此場(chǎng)合，供給燃燒器4的空氣流量由設(shè)在壓縮機(jī)2入口的入口導(dǎo)向翼5的開度來(lái)控制。
在此，通常將由燃?xì)廨啓C(jī)1、壓縮機(jī)2、及發(fā)電機(jī)3接合有單根渦輪機(jī)軸上的結(jié)構(gòu)稱為軸。作為構(gòu)成軸的設(shè)備，有燃?xì)廨啓C(jī)1、壓縮機(jī)2、及發(fā)電機(jī)3的其他輔助蒸汽系統(tǒng)及起動(dòng)裝置。因此，由多根軸構(gòu)成系列，通常由多個(gè)系列構(gòu)成發(fā)電站。但由一個(gè)系例構(gòu)成發(fā)電站的例子也有。
在這樣的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中，作為軸起動(dòng)前的準(zhǔn)備需進(jìn)行稱為旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的低速旋轉(zhuǎn)。
從這種低速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到達(dá)額定旋轉(zhuǎn)數(shù)的程序如下。即由于使用氣體燃料的場(chǎng)合在燃?xì)廨啓C(jī)尾流部分殘留有未燃燒燃料，為了保護(hù)系統(tǒng)，在以額定轉(zhuǎn)速的20％-40％轉(zhuǎn)速進(jìn)行軸的運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，將從空氣壓縮機(jī)向渦輪機(jī)流動(dòng)的排氣凈化運(yùn)轉(zhuǎn)5-15分鐘。在采用液體燃料的情況下則可省略凈化運(yùn)轉(zhuǎn)。
凈化運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，由起動(dòng)裝置產(chǎn)生必要的扭矩，軸的運(yùn)轉(zhuǎn)開始。
上述凈化運(yùn)轉(zhuǎn)完成后，由于凈化運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)軸的轉(zhuǎn)數(shù)高于燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)的預(yù)定燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)數(shù)，由所述起動(dòng)裝置來(lái)控制軸的轉(zhuǎn)數(shù)從凈化運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)降至燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)數(shù)，接著，在燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后，使燃?xì)廨啓C(jī)緩慢變暖進(jìn)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)為升速控制。
這種升速控制按照函數(shù)產(chǎn)生與軸的轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的加速度，對(duì)于起動(dòng)裝置設(shè)定了與軸的轉(zhuǎn)速相應(yīng)的合適的輸出扭矩。即將產(chǎn)生預(yù)定的加速度所需的必要加速扭矩減去起動(dòng)裝置的輸出扭矩，將此扭矩差來(lái)控制通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)供給的向燃燒器投入的燃料投入量，以間接控制軸的轉(zhuǎn)速。
這樣，在軸的起動(dòng)時(shí)，與燃?xì)廨啓C(jī)中渦輪機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力相比超過(guò)了驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)所必需的動(dòng)力，因此，為了起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)還要使用作為其它驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的起動(dòng)裝置。
燃?xì)廨啓C(jī)加速度是按避開壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定領(lǐng)域以及防止燃燒器出口燃燒氣體溫度的過(guò)剩上升來(lái)設(shè)定的，特別是以燃燒氣體溫度設(shè)定在允許水平之下為準(zhǔn)，這就決定了起動(dòng)裝置的最大容量。
燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后，由于燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生的扭矩與起動(dòng)裝置供給的扭矩軸升速至軸的額定轉(zhuǎn)數(shù)附近。軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到與軸的額定轉(zhuǎn)數(shù)附近時(shí)，起動(dòng)裝置脫離，其以后的運(yùn)轉(zhuǎn)由燃?xì)廨啓C(jī)的控制裝置控制。這樣，軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，將發(fā)電機(jī)3并入外部電力系統(tǒng)后轉(zhuǎn)為通常運(yùn)轉(zhuǎn)。
另一方面，在停止過(guò)程中，進(jìn)行如下的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。從基本負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)(燃?xì)廨啓C(jī)最大負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn))狀態(tài)開始，燃料急劇減少達(dá)到無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后，發(fā)電機(jī)從外部電源系統(tǒng)解列。發(fā)電機(jī)解列后，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不再依從外部電源系統(tǒng)的頻率(另外，與此相對(duì)應(yīng)，發(fā)電機(jī)與外部電源系統(tǒng)連接的通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)與外部電源頻率相同，比如在50Hz地區(qū)，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為3000rpm，也就是50轉(zhuǎn)/秒)。由于發(fā)電機(jī)解列后燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不再依從外部電源系統(tǒng)的頻率，必須使燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)不超過(guò)額定轉(zhuǎn)數(shù)，為此，需要通過(guò)大大減少供給燃料的流量來(lái)降低燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。這里，輸出為150MW至250MW級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)，從解列到停止的時(shí)間為5到10分鐘。
在此停止過(guò)程中，作為燃?xì)廨啓C(jī)高溫部的燃燒器、過(guò)渡接頭、第1定子葉片及轉(zhuǎn)子葉片等溫度急速下降。例如，1300℃級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)中第一段入口的溫度基本負(fù)載時(shí)有1300℃，而無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)變?yōu)?00℃至900℃，在停止過(guò)程中，幾乎降低為接近大氣溫度的20℃至50℃。結(jié)果，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件受到過(guò)大的熱應(yīng)力，使燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件的壽命大為降低。
特別是燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件一般為Ni基或Co基的超合金通過(guò)精密鑄造制成的，內(nèi)部具有復(fù)雜的空氣冷卻構(gòu)造。由于高溫部件這種構(gòu)造的復(fù)雜性，各處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)又由于是鑄造件，高溫部件的材質(zhì)對(duì)于熱應(yīng)力等的變形非常不利。因而，實(shí)際使用的燃?xì)廨啓C(jī)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間及起動(dòng)停止次數(shù)的增加，高溫部件常常發(fā)生裂紋，需定期進(jìn)行保修焊接。
特別是對(duì)于熱應(yīng)力引起的變形，在起動(dòng)至額定負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，高溫部件例如噴管的溫度由于從停止的較低溫度上升到額定負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的最高溫度，構(gòu)成噴管的材料膨脹，其結(jié)果，由于噴管固定在支架等上，在壓縮方向發(fā)生變形(壓縮變形)。另一方面，在額定運(yùn)轉(zhuǎn)到停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，急速冷卻，噴管由于固定的支架等上，會(huì)產(chǎn)生沿拉伸方向的變形(拉伸變形)。
這樣，所述的壓縮側(cè)變形與拉伸側(cè)變形兩者的差成為從起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)到停止運(yùn)轉(zhuǎn)的一周期的熱應(yīng)力變化(這種由熱應(yīng)力而來(lái)的疲勞一般稱為低周期疲勞)。即，其壓縮變形由形成最高氣體溫度的額定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)支配，拉伸變形由停止過(guò)程中溫度的時(shí)間變化支配。
現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的大多數(shù)作為中間負(fù)荷電源運(yùn)轉(zhuǎn)。采用這種運(yùn)行的方法可以日間運(yùn)轉(zhuǎn)與夜間運(yùn)轉(zhuǎn)每日交替，進(jìn)行Dairy Stat andStop運(yùn)轉(zhuǎn)，從起動(dòng)過(guò)程到停止過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)中，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫部件的壽命降低而產(chǎn)生對(duì)維修費(fèi)用的極大影響。由此必需使用金屬耐熱溫度約700℃至900℃的Ni基超合金或Co基超合金的金屬材料作為高溫部件的原材料。同時(shí)帶有空氣冷卻用多孔精密鑄造部件制成的十分昂貴的高溫部件在燃?xì)廨啓C(jī)維修時(shí)，通常1、2年需要進(jìn)行一次維修焊接或更換。
對(duì)這樣的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，從燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)過(guò)程至停止過(guò)程之間，燃燒器出口氣體溫度的溫度變化幅度或溫度的時(shí)間變化率有很大過(guò)程部分。這樣，造成構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的壽命縮短的問(wèn)題。
此外，以往也盡量在解列后延長(zhǎng)熄火時(shí)間以減少停止時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部的溫度下降率。但解列后轉(zhuǎn)數(shù)一旦下降，壓縮機(jī)的效率便急劇降低，與此同時(shí)為使氣體溫度降低，燃料投入減少，從而使渦輪機(jī)的輸出也降低，這樣，渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)急劇降低，使空氣流量減少，燃料投入更為減少。因而燃燒氣體實(shí)際溫度緩慢下降受到燃?xì)廨啓C(jī)固有的基本特性的制約。
鑒于這些問(wèn)題，本發(fā)明謀求提供降低伴隨起動(dòng)過(guò)程至停止過(guò)程中軸的加速控制變化產(chǎn)生的燃汽機(jī)高溫部的溫度變化幅度及溫度時(shí)間變化率，提高燃?xì)廨啓C(jī)高溫部的可靠性及壽命，提高軸部件的可靠性及減少維修負(fù)擔(dān)的火力發(fā)電設(shè)備的控制方法及裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法的特征是，在控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程中，從預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系由第1函數(shù)所規(guī)定，所述預(yù)定過(guò)程中前述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與供給燃燒器的燃料流量的關(guān)系由第2函數(shù)所規(guī)定，所述經(jīng)過(guò)時(shí)間中對(duì)所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行測(cè)定，由驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)軸，使所述渦輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與所述第1函數(shù)規(guī)定的與所述時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)相同，同時(shí)，參照所述第2函數(shù)求出對(duì)應(yīng)于所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的燃料流量，按求出的燃料流量將燃料供給所述燃燒器進(jìn)行控制。
所述起動(dòng)裝置具有直接將連接于所述燃?xì)廨啓C(jī)上的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置。
所述起動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)用電機(jī)。
所述預(yù)定過(guò)程為所述燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后所述渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的起動(dòng)過(guò)程。
所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為用于所述燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)間。
所述預(yù)定過(guò)程為所述燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的所述渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程。
所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是用于所述發(fā)電機(jī)的解列時(shí)間。
所述第2函數(shù)規(guī)定了使所述燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或溫度變化幅度限在允許范圍內(nèi)的情況下，所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向所述燃燒器供給的燃料的關(guān)系。所述第1函數(shù)規(guī)定了將所述燃燒器供給的燃料流量的燃料燃燒所必需的燃燒空氣量向所述燃燒器供給時(shí)，所述燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或溫度變化幅度限在允許范圍內(nèi)的情況下所述的時(shí)間與所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系。所述起動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)軸，使測(cè)定的所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與所述第1函數(shù)規(guī)定的與所述時(shí)間對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)的偏差為零。
在上述發(fā)明中，控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程適用于各種過(guò)程，例如從起動(dòng)過(guò)程到解列過(guò)程的各階段。第1函數(shù)與第2函數(shù)設(shè)定成適于例如起動(dòng)過(guò)程或停止過(guò)程。起動(dòng)裝置按預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間開始所經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)遵從第1函數(shù)來(lái)控制渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。經(jīng)與渦輪機(jī)軸結(jié)合的壓縮機(jī)向燃燒器供給的燃燒空氣量可以按照充分滿足向燃燒器供給的燃料流量的燃料燃燒需要來(lái)控制。燃燒器中，根據(jù)由起動(dòng)裝置控制的渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)參照第2函數(shù)得出的燃料流量的燃料來(lái)供給。
此外，由于由起動(dòng)裝置控制渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)，與只由控制向燃燒器供給燃料流量來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)的情況相比不會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)延遲，能夠以迅速的響應(yīng)性來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)。作為起動(dòng)裝置，可以使用與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置，也可使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
其結(jié)果，能夠在起動(dòng)或解列過(guò)程中，使燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或變化幅度處在允許范圍之內(nèi)，降低燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件溫度變化幅度與變化率，延長(zhǎng)高溫部件的壽命。
此外，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法的特征是，第1函數(shù)規(guī)定了燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程中從預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間開始所經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系，第2函數(shù)規(guī)定了所述解列停止過(guò)程中所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向燃燒器供給的燃料流量的關(guān)系，所述時(shí)間中對(duì)所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行測(cè)定，控制向所述燃燒器供給的燃料流量，使所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到參照所述第1函數(shù)及所述第2函數(shù)求出的與前述時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)的同時(shí)，所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)生起動(dòng)扭矩的關(guān)系由第3函數(shù)規(guī)定，參照此第3函數(shù)求出與所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的所述發(fā)生扭矩，由所述驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸，使其生成求出的所述扭矩。
上述發(fā)明中，渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)數(shù)的控制通過(guò)參照第1函數(shù)及第2函數(shù)，主要控制供給燃燒器的燃料的流量來(lái)進(jìn)行。起動(dòng)裝置參照第3函數(shù)，產(chǎn)生與所得實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)相適應(yīng)的扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸。其結(jié)果，在渦輪機(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程中，能夠防止渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)失去控制，使燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或變化幅度限制的允許范圍以內(nèi)。能夠降低燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的溫度變化幅度與變化率，使高溫部件的壽命延長(zhǎng)。
此外，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法的特征為，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中，與負(fù)荷中斷造成渦輪機(jī)軸的輸出急劇減少時(shí)，檢測(cè)出其輸出的減少，將以發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置作為所述燃?xì)廨啓C(jī)的阻尼體來(lái)抑制渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)上升。
在上述本發(fā)明中，由于使用靜止型起動(dòng)裝置作為起動(dòng)裝置，即使在負(fù)荷遮斷時(shí)渦輪機(jī)軸的輸出急劇減少的情況下，也能夠控制渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。
此外，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制裝置的特征是，在燃?xì)廨啓C(jī)與發(fā)電機(jī)及壓縮機(jī)結(jié)合于一軸的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制裝置中具有以下要素，在控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程中從預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間開始經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系由第1函數(shù)規(guī)定，同時(shí)，所述預(yù)定過(guò)程中所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向燃燒器供給的燃料流量關(guān)系由第2函數(shù)規(guī)定，形成數(shù)據(jù)部。
測(cè)定所述時(shí)間中所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的旋轉(zhuǎn)數(shù)測(cè)定裝置使所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到與所述第1函數(shù)規(guī)定的所述經(jīng)過(guò)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)的所述驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置，和參照所述第2函數(shù)求得與所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的燃料流量，并控制將所求得的燃料流量的燃料供給所述燃燒器的燃料控制裝置。
所述起動(dòng)裝置為作為與所述燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的靜止型起動(dòng)裝置。
所述靜止型起動(dòng)裝置向所述發(fā)電機(jī)供給可變頻率電流，使其作為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩以控制所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。
所述起動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)用電機(jī)。
所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備具有由燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)結(jié)合為一軸的多軸構(gòu)造，在多軸的每個(gè)軸上均設(shè)有作為所述與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置，各軸所設(shè)的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置至少兩臺(tái)靜止型起動(dòng)裝置能夠與一軸連接組合。
所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備具有由燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)結(jié)合為一軸的多軸構(gòu)造，在多軸的每個(gè)軸上均設(shè)有作為所述與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置，各軸所設(shè)的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置至少兩臺(tái)靜止型起動(dòng)裝置能夠通過(guò)斷路開關(guān)串連連接。
圖1為本發(fā)明燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)概略2為本發(fā)明起動(dòng)過(guò)程中渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)于時(shí)間的變化及渦輪機(jī)的負(fù)荷扭矩及必要起動(dòng)扭矩的關(guān)系圖。
圖3為起動(dòng)過(guò)程中軸負(fù)荷扭矩相對(duì)于轉(zhuǎn)速及起動(dòng)必要扭矩相對(duì)于轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。虛線為本發(fā)明情況，實(shí)線為以往情況。
圖4為起動(dòng)過(guò)程中燃燒器出口氣體溫度相對(duì)于轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖，實(shí)線為本發(fā)明情況，虛線為以往情況。
圖5為停止過(guò)程中轉(zhuǎn)速與燃燒器出口氣體溫度的關(guān)系圖，虛線為本發(fā)明情況，實(shí)線為以往情況。
圖6為從解列至熄火的時(shí)間與燃燒器出口氣體溫度的關(guān)系圖，虛線為本發(fā)明情況，實(shí)線為以往情況。
圖7為本發(fā)明起動(dòng)裝置使用驅(qū)動(dòng)電機(jī)等時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)概略圖，圖8為本發(fā)明另一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)概略圖，適用于燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程。
圖9為本發(fā)明用在4軸燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的靜止型起動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖10為圖9所示靜止型起動(dòng)裝置的變形例。
圖11為圖10的串連回路三線結(jié)線12為以往的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)概略圖。
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示為本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)控制裝置的簡(jiǎn)略構(gòu)成。由數(shù)根軸構(gòu)成的發(fā)電設(shè)備構(gòu)成一根軸的部分是將燃?xì)廨啓C(jī)1、壓縮機(jī)2及發(fā)電機(jī)3相互結(jié)合在一根渦輪機(jī)軸上。供給燃燒器的燃料由作為燃料控制裝置所設(shè)的控制閥11來(lái)控制燃料流量。燃燒器4中的燃料及燃燒用燃燒空氣經(jīng)入口導(dǎo)向翼5被壓縮機(jī)2引入供給燃燒器4。
發(fā)電機(jī)3由燃器輪機(jī)1的驅(qū)動(dòng)力來(lái)旋轉(zhuǎn)發(fā)出電力，由發(fā)電機(jī)3將電力供向圖中未示出的外部。
燃燒器出口溫度由燃燒器4出口部配置的燃燒器出口溫度檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)。同樣，燃?xì)廨啓C(jī)1入口部的燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度由設(shè)在燃?xì)廨啓C(jī)入口部的燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)。
本發(fā)明還設(shè)有驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸旋轉(zhuǎn)用的起動(dòng)裝置，在點(diǎn)火后旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到額定旋轉(zhuǎn)速度的起動(dòng)過(guò)程及燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的渦輪機(jī)軸解列停止過(guò)程中，起動(dòng)裝置產(chǎn)生動(dòng)作來(lái)避免燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)軸產(chǎn)生如后所述的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的急劇變化。作為起動(dòng)裝置使用的是為發(fā)電機(jī)3提供變頻電流使其作為電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生扭矩的靜止型起動(dòng)裝置6。
作為起動(dòng)裝置，并不只限于將發(fā)電機(jī)3作為電動(dòng)機(jī)來(lái)動(dòng)作的靜止型起動(dòng)裝置6，如圖7所示，也可利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置16。以下說(shuō)明以使用為發(fā)電機(jī)3提供變頻電流使其作為電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生扭矩的靜止型起動(dòng)裝置為例。
本發(fā)明如圖1所示，控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程中限定來(lái)自預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的經(jīng)過(guò)時(shí)間與渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系的第1函數(shù)7及預(yù)定過(guò)程中限定渦輪機(jī)軸旋轉(zhuǎn)數(shù)與通過(guò)壓縮機(jī)2供給燃燒器4的燃料流量的第2函數(shù)10被設(shè)置在數(shù)據(jù)部中。
根據(jù)速度檢測(cè)器8測(cè)定的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)與參照函數(shù)設(shè)定器中設(shè)定的第1函數(shù)7所得的各經(jīng)過(guò)時(shí)間相對(duì)應(yīng)取旋轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)與比較器9演算出的偏差(a-b)。比較器的輸出被輸入到靜止型起動(dòng)裝置6，靜止型起動(dòng)裝置6將發(fā)電機(jī)3用作電動(dòng)機(jī)動(dòng)作來(lái)修正偏差(a-b)。
燃料的控制裝置是根據(jù)速度檢測(cè)器8所得的實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)與函數(shù)設(shè)定器中設(shè)定的第2函數(shù)10對(duì)比，求得與實(shí)際旋轉(zhuǎn)數(shù)相適合的燃料流量的燃料由燃料控制閥11控制供給燃燒器4。
通過(guò)壓縮器2供給燃燒器的燃燒空氣量由壓縮機(jī)2的旋轉(zhuǎn)數(shù)決定。此燃燒空氣量控制在根據(jù)燃料控制閥11控制的燃料流量的燃料足以進(jìn)行燃燒所需的數(shù)量，渦輪機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)數(shù)由靜止型起動(dòng)裝置6控制。
以下是對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的說(shuō)明。
火力發(fā)電設(shè)備上軸起動(dòng)過(guò)程的最初部分與以往技術(shù)相同，由于燃?xì)廨啓C(jī)尾流部分有未燃燒燃料，為保護(hù)系統(tǒng)首先以額定轉(zhuǎn)數(shù)的20-40％運(yùn)轉(zhuǎn)，讓燃?xì)廨啓C(jī)的空氣壓縮機(jī)排出空氣進(jìn)行凈化運(yùn)轉(zhuǎn)5-15分鐘。
在圖2中示出了本發(fā)明中軸的起動(dòng)過(guò)程中時(shí)間與轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系、時(shí)間與軸負(fù)荷扭矩及軸起動(dòng)必要的起動(dòng)必要輸出扭矩的關(guān)系，還有動(dòng)力發(fā)生源的動(dòng)作區(qū)域的關(guān)系。在這里，軸負(fù)荷扭矩作為壓縮機(jī)3等的驅(qū)動(dòng)負(fù)荷屬于耗費(fèi)負(fù)荷。起動(dòng)必要輸出扭矩中的一部分為軸負(fù)荷扭矩，剩余部分為加速用扭矩。也就是說(shuō)燃?xì)廨啓C(jī)從點(diǎn)火后到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速所必要的加速度扭矩是由起動(dòng)必要輸出扭矩與軸負(fù)荷扭矩的差所提供的。圖2中未能明示出各機(jī)構(gòu)所分擔(dān)的扭矩，其中由蒸汽輪機(jī)供給的扭矩是輔助扭矩，起動(dòng)必要輸出扭矩主要由靜止型起動(dòng)裝置6與燃汽輪機(jī)1供給。
具體是直到上述凈化運(yùn)轉(zhuǎn)完成，發(fā)電機(jī)3都作為電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，由靜止型起動(dòng)裝置6供給電流產(chǎn)生必要輸出扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)。
凈化運(yùn)轉(zhuǎn)完成后，軸的轉(zhuǎn)數(shù)由靜止型起動(dòng)裝置6與作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)3供給的的供給扭矩調(diào)整下降至燃?xì)廨啓C(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)數(shù)，從燃燒器4投入燃料點(diǎn)火。
點(diǎn)火后，燃?xì)廨啓C(jī)1開始產(chǎn)生扭矩，但由于壓縮機(jī)2的耗費(fèi)扭矩較大，加速中必要的加速扭矩以靜止型起動(dòng)裝置6為主供給。
另一方面，點(diǎn)火完成后為使防止產(chǎn)生由燃?xì)廨啓C(jī)1軸的轉(zhuǎn)速及入口導(dǎo)向翼相應(yīng)的開度決定空氣量相應(yīng)的燃燒器出口氣體溫度及其上升率引起過(guò)大的熱應(yīng)力，燃料依據(jù)預(yù)定的第1函數(shù)7及第2函數(shù)10規(guī)定的燃料投放計(jì)劃來(lái)增加。但此預(yù)定燃料投入計(jì)劃不包含用于輔助軸加速的加速扭矩，此起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速的控制由起動(dòng)裝置6完成。
因而，在這種情況下，起動(dòng)必要輸出扭矩由圖3的虛線表示。同時(shí)圖3中實(shí)線表示的起動(dòng)必要輸出扭矩為以往的方法的必要輸出扭矩。
由于不是用控制燃料的供給量來(lái)控制加速，圖4實(shí)線所示燃燒器出口氣體溫度變化為400-800℃，與以往技術(shù)相比十分穩(wěn)定。圖4中以虛線示出以往方法中燃燒器出口氣體溫度的變化。
渦輪機(jī)從點(diǎn)火至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間通常為15-20分鐘。在這段時(shí)間里，起動(dòng)中的燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的溫度變化幅度及溫度的時(shí)間變化率的降低對(duì)于熱應(yīng)力的降低十分有利，可以延長(zhǎng)高溫部件的壽命。
此外，由于用靜止型起動(dòng)裝置6的輸出替代控制燃?xì)廨啓C(jī)的燃料供給量來(lái)控制起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速，燃?xì)廨啓C(jī)1實(shí)行負(fù)荷控制和諧速控制(使其頻率為50Hz)，燃?xì)廨啓C(jī)的控制裝置的構(gòu)造可以更為簡(jiǎn)單。另一方面，靜止起動(dòng)裝置6精確地按照燃?xì)廨啓C(jī)控制裝置設(shè)定值來(lái)進(jìn)行控制，這種控制方法即使有改變也難使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。
在起動(dòng)裝置使用靜止型起動(dòng)裝置6的場(chǎng)合，由多軸組成的火力發(fā)電設(shè)備的軸數(shù)與起動(dòng)裝置的容量相匹配，可考慮起動(dòng)裝置機(jī)器結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)構(gòu)成等多種變形例。
以下對(duì)軸的停止過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
在軸的停止過(guò)程中，通過(guò)設(shè)于燃料系統(tǒng)(圖中未示出)的燃料調(diào)節(jié)閥11調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料投入量，由此使軸的輸出下降到無(wú)負(fù)荷狀態(tài)。在這種狀態(tài)下發(fā)電機(jī)3從系統(tǒng)中解列，軸的運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到無(wú)負(fù)荷額定轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。到此的操作與以往技術(shù)相同。
以往，燃?xì)廨啓C(jī)的燃料投入量作為轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)減少，軸的轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)燃料投入量的減少自然下降。通常發(fā)從電機(jī)解列經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間，達(dá)到了預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)，或者確認(rèn)滿足自然熄火的各個(gè)條件，再進(jìn)行熄火操作，采用軸的轉(zhuǎn)數(shù)下降到旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的自然降低方法。
然而，停止過(guò)程與起動(dòng)過(guò)程同樣，通過(guò)減小燃燒器出口氣體溫度的變化率及溫度的變化幅度而能夠抑制熱應(yīng)力的發(fā)生。為了抑制熄火操作時(shí)熱應(yīng)力上升的發(fā)生，要求軸的轉(zhuǎn)數(shù)較小，燃燒器出口氣體溫度較低。其理由是，燃燒器出口氣體溫度在熄火時(shí)降至空氣壓縮機(jī)出口溫度，在熄火前溫度高、軸的轉(zhuǎn)數(shù)大的情況下使高溫部分金屬的表面急劇冷卻容易生產(chǎn)比較大的熱應(yīng)力。
圖5中的實(shí)線所示出以往的情況，以往高溫金屬表面急劇冷卻。與此相對(duì)，圖中以虛線示出了使用本發(fā)明的情況。
在本發(fā)明中，對(duì)應(yīng)于不至熄火的轉(zhuǎn)數(shù)投入最低的燃料，由靜止型起動(dòng)裝置控制軸轉(zhuǎn)數(shù)的下降。這樣，由于停止操作中燃燒器出口氣體溫度的變化率在圖5虛線所示的預(yù)定值以下，隨之也抑制了氣體溫度的變化幅度，進(jìn)行這樣的停止操作便抑制了熱應(yīng)力的產(chǎn)生。
這里，考慮到從解列到熄火的時(shí)間對(duì)于金屬疲勞帶來(lái)的較大影響。通常對(duì)于150MW到250KW的燃?xì)廨啓C(jī)，從解列到熄火的時(shí)間約為5分鐘到10分鐘，如果這一時(shí)間延長(zhǎng)至10幾分至25分鐘，可以大幅緩解金屬的疲勞。解列時(shí)的700℃至800℃的金屬溫度下降至熄火時(shí)100℃至200℃的金屬溫度，此時(shí)金屬產(chǎn)生急劇的收縮，其結(jié)果是對(duì)應(yīng)有很大的拉伸應(yīng)力作用，延長(zhǎng)這個(gè)變化過(guò)程時(shí)間可以收到緩解金屬疲勞的效果。圖6所示實(shí)線為以往情況，虛線所示為本發(fā)明情況。
在本發(fā)明中，這個(gè)停止過(guò)程是由靜止型起動(dòng)裝置6產(chǎn)生扭矩的，與以往由于轉(zhuǎn)數(shù)下降帶來(lái)軸扭矩大幅度減少而使軸轉(zhuǎn)數(shù)在低數(shù)旋轉(zhuǎn)區(qū)域不能維持微小的速度下降率相反，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)可以穩(wěn)定地徐徐下降。其結(jié)果是從解列到熄火的時(shí)間可以得到延長(zhǎng)，能夠得到緩解金屬疲勞的效果。
有關(guān)本發(fā)明停止過(guò)程具體描述如下。
在停止過(guò)程中，在臨近解列時(shí)驅(qū)動(dòng)靜止型起動(dòng)裝置，以輸出250KW級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)為例，無(wú)負(fù)荷額定速度運(yùn)轉(zhuǎn)中燃?xì)廨啓C(jī)1渦輪機(jī)側(cè)產(chǎn)生的輸出為100MW，與此渦輪機(jī)相匹配的輸出成為壓縮機(jī)2必要的動(dòng)力。另一方面，靜止型起動(dòng)裝置6產(chǎn)生3MW至10MW的輸出，不超過(guò)壓縮機(jī)2必要?jiǎng)恿Φ?％至10％，無(wú)論解列前后都不會(huì)引起轉(zhuǎn)數(shù)大的變動(dòng)。
在此，靜止型起動(dòng)裝置6按預(yù)定的第1函數(shù)7規(guī)定的程序控制轉(zhuǎn)數(shù)。如圖1所示，由函數(shù)設(shè)定器設(shè)定的第1函數(shù)7中設(shè)了與從發(fā)電機(jī)3的解列開始所經(jīng)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的渦輪機(jī)軸的預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)，第1函數(shù)7設(shè)定的函數(shù)設(shè)定器中輸出的預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)與速度檢測(cè)器8測(cè)出的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的差(a-b)，由比較器9生成偏差信號(hào)，此偏差信號(hào)加給靜止型起動(dòng)裝置6以調(diào)整靜止型起動(dòng)裝置6的輸出。
另一方面，供給燃?xì)廨啓C(jī)的燃料流量的控制如下所述。參照函數(shù)設(shè)定器預(yù)定的第2函數(shù)10，由速度檢測(cè)器8測(cè)出的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)求出燃料流量。將此燃料流量供給燃燒器4，將依據(jù)第2函數(shù)10的流量指令信號(hào)加給燃料控制閥11，根據(jù)此流量指令信號(hào)控制實(shí)際供給燃燒器4的燃料流量。
在此，為了減少軸停止時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)高溫部的熱應(yīng)力，對(duì)設(shè)定第1函數(shù)7的函數(shù)設(shè)定器及設(shè)定第2函數(shù)的函數(shù)設(shè)定器的設(shè)定值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這樣，可以延長(zhǎng)燃?xì)廨啓C(jī)高溫部的壽命。具體來(lái)說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)靜翼、燃燒器等發(fā)生的裂紋能夠大幅度減少。
另外，由于程序是由第1函數(shù)7與第2函數(shù)10各函數(shù)設(shè)定器設(shè)定，即使是燃?xì)廨啓C(jī)安裝以后，根據(jù)試運(yùn)轉(zhuǎn)或定期檢查時(shí)得到的數(shù)據(jù)，考慮軸停止時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)高溫部的影響，能夠容易地變更設(shè)定值。
以下，對(duì)于發(fā)電機(jī)3從外部系統(tǒng)解列而發(fā)生負(fù)荷中斷情況下的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
在發(fā)生與發(fā)電機(jī)3從外部系統(tǒng)解列相類似的負(fù)荷中斷的情況下，燃?xì)廨啓C(jī)1的輸出處于負(fù)荷中斷發(fā)生前的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)3的負(fù)荷一旦與外部電力系統(tǒng)阻斷，急劇減為自身用電負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所必要的發(fā)電量。這樣軸的轉(zhuǎn)數(shù)急速上升。通常，根據(jù)中斷信號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)的燃料調(diào)節(jié)閥11急速收小以減少燃料投入量，調(diào)節(jié)入口導(dǎo)向翼5的開度，控制軸的轉(zhuǎn)數(shù)使轉(zhuǎn)數(shù)不至達(dá)到過(guò)速跳閘轉(zhuǎn)數(shù)。但是，最近的火力發(fā)電設(shè)備由于容量的增加及環(huán)保政策的關(guān)系，由于燃料系統(tǒng)不容易進(jìn)行復(fù)雜的控制而使剩余能量增加，轉(zhuǎn)數(shù)上升而過(guò)速跳閘的預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)余量減小。
對(duì)于以上情況，在本發(fā)明中，靜止型起動(dòng)裝置6依據(jù)負(fù)荷中斷信號(hào)作為軸系的阻尼體來(lái)連接，靜止型起動(dòng)裝置6動(dòng)作能夠抑制軸轉(zhuǎn)數(shù)的上升。
以下參照?qǐng)D8對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
以件，起動(dòng)裝置僅用在起動(dòng)過(guò)程中，不用在解列停止過(guò)程中。而本實(shí)施例則在燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后也使用起動(dòng)裝置，同時(shí)，用與以往相同的方式以控制燃燒器4供給的燃料流量為主來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)。
在圖8中，函數(shù)設(shè)定器設(shè)定了規(guī)定從預(yù)定時(shí)間開始經(jīng)過(guò)時(shí)間與渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)關(guān)系的第1函數(shù)7、預(yù)定解列停止過(guò)程中渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向燃燒器供給的燃料流量關(guān)系的第2函數(shù)10以及規(guī)定由靜止型起動(dòng)裝置決定的起動(dòng)渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與產(chǎn)生起動(dòng)扭矩關(guān)系的第3函數(shù)15。
在某一經(jīng)過(guò)時(shí)間上渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)被速度檢測(cè)器8測(cè)出。測(cè)出的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)參照第1函數(shù)7及第2函數(shù)10求得與上述經(jīng)過(guò)時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)，由燃料控制閥11控制燃燒器4供給的燃料流量來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
同時(shí)，參照第3函數(shù)15求出與檢測(cè)出的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的靜止型起動(dòng)裝置應(yīng)生產(chǎn)的適合的扭矩，靜止型起動(dòng)裝置6將發(fā)電機(jī)3用作電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生此扭矩。根據(jù)上述實(shí)施例，燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)在發(fā)電機(jī)解列后渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程中，可以防止渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)數(shù)失控，燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率及變化幅度可以在允許范圍之內(nèi)，燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的溫度變化幅度與變化率可以降低，從而使延長(zhǎng)高溫部件的壽命得以實(shí)現(xiàn)。
以下，對(duì)于有關(guān)靜止型起動(dòng)裝置6的構(gòu)成、作用說(shuō)明如下。
為說(shuō)明簡(jiǎn)單起見，軸起動(dòng)時(shí)承擔(dān)1/2輸出的靜止型起動(dòng)裝置稱為50％SFC，軸起動(dòng)時(shí)承擔(dān)的必要扭矩稱為靜止型起動(dòng)裝置為100％SFC。
圖9中，在有4根軸的燃?xì)廨啓C(jī)火力發(fā)電設(shè)備構(gòu)成的發(fā)電站中，以軸停止過(guò)程中必要扭矩為每臺(tái)50％SFC為例進(jìn)行表示。即50％SFC以20a，20b組合來(lái)起動(dòng)任意一軸，同時(shí)50％SFC的20a或20b中1臺(tái)能使2軸同時(shí)停止，這樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示。
上述50％SFC20a、20b經(jīng)過(guò)斷路開關(guān)21及輸入變壓器22連接在商用頻率的電源上，其輸出側(cè)分為幾路，一路為通過(guò)遮斷開關(guān)或斷路開關(guān)23a、23b，降低短路電流用交流扼流圈24a、24b且斷路開關(guān)25a、25b、25c、25d連接于發(fā)電機(jī)3a、3b、3c、3d上。另一路通過(guò)斷路開關(guān)26a、26b連接輸出變壓器27，輸出變壓器27的輸出端經(jīng)遮斷開關(guān)或斷路開關(guān)28a、28b、交流扼流圈24a、24b等連接于發(fā)電機(jī)3a、3b、3c、3d上。
但是，由于軸起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)換器50％SFC20a、20b兩臺(tái)經(jīng)輸出變壓器27而使電壓變?yōu)?倍，可以為發(fā)電機(jī)供給起動(dòng)必要的旋轉(zhuǎn)力的100％。這樣由于設(shè)置了斷路開關(guān)26a、26b，一軸起動(dòng)后開關(guān)25a、25b、25c、25d，可任意選擇要起動(dòng)的另一軸。
其次，在停止時(shí)選擇遮斷開關(guān)或斷路開關(guān)26a、26b，切斷斷路開關(guān)29，閉合自用電源遮斷開關(guān)21，經(jīng)由輸入變壓器22由50％SFC變換頻率，通過(guò)遮斷開關(guān)或斷路開關(guān)23a、交流扼流圈24a及斷路開關(guān)25a或25b可使發(fā)電機(jī)3a或3b同時(shí)作為電動(dòng)機(jī)供給軸旋轉(zhuǎn)力以控制升速及轉(zhuǎn)數(shù)。與20b相同，50％SFC通過(guò)遮斷開關(guān)或斷路開關(guān)23b、交流扼流圈24b及斷路開關(guān)25c或25d可使發(fā)電機(jī)3c或3d同時(shí)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。斷路開關(guān)29在50％SFC20a、20b中一臺(tái)發(fā)生故障等無(wú)法使用時(shí)可構(gòu)成支援回路。
例如對(duì)2軸的燃?xì)廨啓C(jī)，由于有兩臺(tái)1/2容量的靜止型起動(dòng)裝置，起動(dòng)時(shí)兩臺(tái)1/2靜止型起動(dòng)裝置可以組合起動(dòng)，由于一方停止時(shí)兩軸的燃?xì)廨啓C(jī)可以分別使用每個(gè)1/2容量的靜止型起動(dòng)裝置，兩軸還可同時(shí)停止。由于通常設(shè)備起動(dòng)時(shí)視受電方需要在額定輸出產(chǎn)生前1-3小時(shí)編排程序起動(dòng)，燃?xì)廨啓C(jī)不是同時(shí)起動(dòng)，因而各軸起動(dòng)間隔為5-30分鐘，而在停止時(shí)如有異常則必須同時(shí)停止多軸，本發(fā)明由于上述結(jié)構(gòu)而可以滿足這種需要。
這樣，在起動(dòng)裝置的容量不擴(kuò)大而保證了經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，對(duì)于起動(dòng)和停止沒(méi)有妨礙。
圖10所示為6相整流回路串連，能夠進(jìn)行50％與100％輸出替換的實(shí)施例。
通過(guò)轉(zhuǎn)換器的電源側(cè)的遮斷開關(guān)21三線圈輸入變壓器22的兩個(gè)次級(jí)線圈分別與6相的轉(zhuǎn)換器20a、20b連接。在發(fā)電機(jī)側(cè)需要50％SFC輸出的場(chǎng)合(軸停止時(shí)等)，切斷二個(gè)轉(zhuǎn)換器20a、20b的連接，接通斷路開關(guān)23a、23b并切斷28a、28b，通過(guò)扼流圈24a或24b，選擇斷路開關(guān)向發(fā)電機(jī)3a等供給可變電源使其起動(dòng)。
在上述起動(dòng)時(shí)，連接轉(zhuǎn)換器20a、20b，斷開斷路開關(guān)23a、23b，接通斷路開關(guān)30，要起動(dòng)的軸一側(cè)的斷路開關(guān)28a及28b接通以及要起動(dòng)的發(fā)電機(jī)斷路開關(guān)25a等接通，能夠由轉(zhuǎn)換器20a、20b向要起動(dòng)軸的用作電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)3a等供給100％的輸出。
圖11示出了圖10中6相整流回路20a、20b串連舉例的三線接線圖，以下對(duì)起動(dòng)和停止時(shí)的替換詳細(xì)說(shuō)明。
在圖11中，6組整流元件31構(gòu)成電橋，各電橋設(shè)有輸出端子，此二組電橋分別串極連接，在直流側(cè)設(shè)有斷路開關(guān)32及切換用斷路開關(guān)33，其間設(shè)有100％輸出端子，可以切換50％及100％輸出。
軸停止時(shí)只需輸出50％SFC時(shí)，斷路開關(guān)32接通，斷路開關(guān)33連接A側(cè)，可以分別使用單個(gè)6相整流器。在軸起動(dòng)時(shí)需要100％輸出的場(chǎng)合，斷路開關(guān)32斷開，斷路開關(guān)33連接B側(cè)，兩個(gè)6相整流器串連。由于輸入側(cè)(轉(zhuǎn)換器)及輸出側(cè)(換流器)有相同的接線，起動(dòng)裝置的容量可增為二倍。
在圖9中，一臺(tái)50％的SFC20b與輸出變壓器連接，發(fā)電機(jī)電壓比不經(jīng)輸出變壓器時(shí)高，可以減小發(fā)電機(jī)的流入電流，從而可以減少運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子含高諧波的誘電電流。
特別是在軸停止時(shí)扭矩需要大于軸起動(dòng)時(shí)的1/2扭矩時(shí)，可以構(gòu)成由軸起動(dòng)時(shí)相同的回路來(lái)提供軸停止時(shí)必要的扭矩。
根據(jù)以上說(shuō)明，按本發(fā)明實(shí)施例，由于采用向發(fā)電機(jī)提供變頻電源使其作為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生扭矩的靜止型起動(dòng)裝置作為軸的起動(dòng)裝置，將起動(dòng)時(shí)軸的轉(zhuǎn)數(shù)控制由燃?xì)廨啓C(jī)燃料控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛伸o止型起動(dòng)裝置進(jìn)行，軸的加速控制及轉(zhuǎn)數(shù)控制的響應(yīng)性提高，實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)控制的高精度，特別是能夠抑制燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器出口溫度的上升及上升率。這樣能夠減低起動(dòng)時(shí)短時(shí)間內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件溫度的變化幅度及變化率，使延長(zhǎng)高溫部件的壽命成為可能。
特別是靜止型起動(dòng)裝置6作為軸系的阻尼體可以抑制軸轉(zhuǎn)數(shù)的上升，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的燃料控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)比以往的方法容易控制。
同時(shí)，多個(gè)靜止型起動(dòng)裝置相互或以輸出變壓器等連接使用的場(chǎng)合，在起動(dòng)時(shí)使用多個(gè)起動(dòng)裝置，停止時(shí)用一臺(tái)起動(dòng)裝置即可，能夠使設(shè)備的供給更經(jīng)濟(jì)。
在以上說(shuō)明中，使用的起動(dòng)裝置是靜止型起動(dòng)裝置6，作為起動(dòng)裝置，采用電動(dòng)機(jī)與轉(zhuǎn)換器的組合或電氣驅(qū)動(dòng)的常用電機(jī)也可。
如上所述，按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于通過(guò)起動(dòng)裝置對(duì)渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行控制，與只通過(guò)控制供給燃燒器燃料流量來(lái)控制轉(zhuǎn)數(shù)的場(chǎng)合相比不會(huì)發(fā)生響應(yīng)性延遲的現(xiàn)象，能夠以高響應(yīng)性正確控制轉(zhuǎn)數(shù)。
其結(jié)果是能夠在起動(dòng)或解列過(guò)程中，使燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或變化幅度處在允許范圍之內(nèi)，降低燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件溫度變化幅度與變化率，從而延長(zhǎng)高溫部件的壽命。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于在控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程中，自預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系由第1函數(shù)規(guī)定，所述預(yù)定過(guò)程中，前述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與供給燃燒器的燃料流量的關(guān)系由第2函數(shù)規(guī)定；所述經(jīng)過(guò)時(shí)間中對(duì)所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際軸轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行測(cè)定；由驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)所述渦輪機(jī)的軸，使所述渦輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與所述第1函數(shù)規(guī)定的與所述時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)相同，同時(shí)；參照所述第2函數(shù)求出對(duì)應(yīng)于所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的燃料流量，按求出的燃料流量將燃料供給所述燃燒器而進(jìn)行控制。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置具有直接將連接于所述燃?xì)廨啓C(jī)上的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置。
3.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)用電機(jī)。
4.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述預(yù)定過(guò)程為所述燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火后的所述渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的起動(dòng)過(guò)程。
5.按照權(quán)利要求4所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為用于所述燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)間。
6.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述預(yù)定過(guò)程為所述燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的所述渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程。
7.按照權(quán)利要求7所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是用于所述發(fā)電機(jī)的解列時(shí)間。
8.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述第2函數(shù)規(guī)定了使所述燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或溫度變化幅度限在允許范圍內(nèi)的情況下，所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向所述燃燒器供給的燃料的關(guān)系。所述第1函數(shù)規(guī)定了將所述燃燒器供給的燃料流量的燃料燃燒所必需的燃燒空氣量向所述燃燒器供給時(shí)，所述燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度的時(shí)間變化率或溫度變化幅度限在允許范圍內(nèi)的情況下，所述的時(shí)間與所述渦輪機(jī)軸轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系。
9.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)軸，使測(cè)定的所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)與所述第1函數(shù)規(guī)定的與所述時(shí)間對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)的偏差為零。
10.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，第1函數(shù)規(guī)定了燃?xì)廨啓C(jī)停止操作時(shí)發(fā)電機(jī)解列后的渦輪機(jī)軸的解列停止過(guò)程中從預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間開始經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系，第2函數(shù)規(guī)定了所述解列停止過(guò)程中所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向燃燒器供給的燃料流量的關(guān)系；所述時(shí)間中對(duì)所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行測(cè)定；控制向所述燃燒器供給的燃料流量，使所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到參照所述第1函數(shù)及所述第2函數(shù)求出的與前述時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)的同時(shí)；所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)生起動(dòng)扭矩的關(guān)系由第3函數(shù)規(guī)定，參照此第3函數(shù)求出與所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)的所述發(fā)生扭矩，由所述驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸，使其生成求出的所述扭矩。
11.按照權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置為將直接連接在所述燃?xì)廨啓C(jī)上的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置。
12.按照權(quán)利要求10所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是用于前述發(fā)電機(jī)解列的時(shí)間。
13.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中，由于負(fù)荷中斷造成渦輪機(jī)軸的輸出急劇減少時(shí)，檢測(cè)出其輸出的減少，將以發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置作為所述燃?xì)廨啓C(jī)的阻尼體來(lái)抑制軸的旋轉(zhuǎn)上升。
14.一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，在燃?xì)廨啓C(jī)與發(fā)電機(jī)及壓縮機(jī)結(jié)合于一軸的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制裝置中具有以下要素，在控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的預(yù)定過(guò)程中，從預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間開始經(jīng)過(guò)的時(shí)間與渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系由第1函數(shù)規(guī)定，同時(shí)，所述預(yù)定過(guò)程中，所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與向燃燒器供給的燃料流量關(guān)系由第2函數(shù)規(guī)定，形成數(shù)據(jù)部，測(cè)定所述時(shí)間中所述渦輪機(jī)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)的放置數(shù)測(cè)定裝置，使所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到與所述第1函數(shù)規(guī)定的所述經(jīng)過(guò)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)的所述驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)軸的起動(dòng)裝置，參照所述第2函數(shù)求得與所述實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的燃料流量，并控制將所求得的燃料流量的燃料供給所述燃燒器的燃料控制裝置。
15.按照權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置為作為與所述燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的靜止型起動(dòng)裝置。
16.按照權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述靜止型起動(dòng)裝置向所述發(fā)電機(jī)供給可變頻率電流，使其作為電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩以控制所述渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù)。
17.按照權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述起動(dòng)裝置為驅(qū)動(dòng)用電機(jī)。
18.按照權(quán)利要求14所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備具有燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)結(jié)合為一軸的多軸構(gòu)造，在多軸的每個(gè)軸上均設(shè)有作為所述與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置，各軸所設(shè)的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置至少兩臺(tái)靜止型起動(dòng)裝置能夠與一軸連接組合。
19.按照權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備具有燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)結(jié)合為一軸的多軸構(gòu)造，在多軸的每個(gè)軸上均設(shè)有作為所述與燃?xì)廨啓C(jī)直接連接的發(fā)電機(jī)所使用的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置，各軸所設(shè)的相同容量的靜止型起動(dòng)裝置至少兩臺(tái)靜止型起動(dòng)裝置能夠通過(guò)斷路開關(guān)串連連接。
全文摘要
本發(fā)明目的是提供一種在起動(dòng)停止過(guò)程中降低燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的熱應(yīng)力,抑制燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的裂紋、提高可靠性的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的控制方法及裝置。燃?xì)廨啓C(jī)1停止操作時(shí)的發(fā)電機(jī)解列后,按程序控制向燃燒器4的燃料投入量,在使軸的轉(zhuǎn)數(shù)下降,燃?xì)廨啓C(jī)入口氣體溫度的變化或變化率為設(shè)定值的同時(shí)通過(guò)將與燃?xì)廨啓C(jī)連接的發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用的靜止型起動(dòng)裝置來(lái)控制渦輪機(jī)軸的轉(zhuǎn)數(shù),而確保了使上述燃料燃燒所必需的燃燒空氣是使燃燒器出口氣體溫度成為預(yù)定溫度的空氣量。
文檔編號(hào)F02C9/32GK1170814SQ97113709
公開日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者鳥飼高行, 藤澤尚史, 石橋和利 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝