CN113574280A - 压缩机系统 - Google Patents

Abstract

压缩机系统(1)具备：压缩机(11)；检测装置(21)；以及控制装置(90)，所述压缩机(11)具有：上游侧区域(11A)，其流入工作流体；下游侧区域(11B)，其工作流体的压力比上游侧区域(11A)高；入口引导叶片(11C)，其设置在上游侧区域(11A)的更上游侧，能够使流入的工作流体的流量变化；以及提取部(L)，其设置在上游侧区域(11A)与下游侧区域(11B)之间的部分，能够提取工作流体的至少一部分，所述检测装置(21)在上游侧区域(11A)以及下游侧区域(11B)至少各设置一个，检测工作流体的物理量，所述控制装置(90)基于物理量的变化，对入口引导叶片(11C)的开度以及基于提取部(L)提取量进行调节。

Description

压缩机系统

技术领域

本发明涉及压缩机系统。

本申请基于2019年3月26日在日本申请的日本特愿2019-059225号主张优先权，将其内容援引于此。

背景技术

已知例如在包含轴流压缩机、离心压缩机的涡轮压缩机中，若在保持转速一定的状态下变更运转点以使提高压力比，则会产生被称为旋转失速、喘振的现象。特别是喘振有可能导致压缩机内部的工作流体的逆流、旋转轴的振动。因此，对能够避免或抑制喘振的技术的要求日益提高。

作为这样的技术的一个例子，已知有下述专利文献1所记载的技术。在专利文献1公开了包含静压传感器、动压传感器、流速传感器的各种检测装置、和通过对基于这些检测装置的检测值进行频率处理来捕捉成为喘振的预兆的变化的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利4030490号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在上述专利文献1所记载的装置中，若不成为喘振进行了某种程度的状态，则存在基于检测装置的检测值被噪声(变动成分)埋没的情况。由此，有可能无法高精度地检测喘振的预兆。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种能够以更高的精度探测喘振的产生，并且能够抑制喘振的压缩机系统。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式涉及的压缩机系统具备：压缩机；检测装置；以及控制装置，所述压缩机具有：上游侧区域，其流入工作流体；下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化；以及提取部，其设置在所述上游侧区域与所述下游侧区域之间的部分，能够提取所述工作流体的至少一部分，所述检测装置在所述上游侧区域以及所述下游侧区域至少各设置一个，检测所述工作流体的物理量，所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度以及基于所述提取部的提取量中的任一者进行调节。

根据上述结构，在压缩机的上游侧区域和下游侧区域至少各设置有一个检测装置。检测装置检测工作流体的物理量。控制装置基于该物理量的变化，探测在工作流体的流动中产生的异常。控制装置对入口引导叶片的开度以及提取量中的任一者进行调节。由此，能够消除在工作流体的流动中产生的异常。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述检测装置具有：一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，所述物理量是基于由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差的该工作流体的流动方向以及流速。

根据上述结构，检测装置具有在流动方向上排列的一对温度检测部和设置于它们之间的加热部。在工作流体在流动方向上通过一对温度检测部时，工作流体被加热部加热。因此，在位于流动方向的下游侧的温度检测部与位于上游侧的温度检测部之间，检测的温度产生差。因此，能够探测工作流体在设置有检测到的温度高的温度检测部的一侧流动。也就是说，能够探测工作流体的流动方向。进而，通过检测由一对温度检测部检测到的温度差的绝对值，也能够探测工作流体的流速的变化。由此，例如当在压缩机的内部工作流体的流动中产生逆流(即，流动方向的变化)，或者产生成为逆流的预兆的流速的下降的情况下，能够立刻探测这些。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述温度检测部以及所述加热部直接暴露在所述工作流体中。

根据上述结构，能够立刻检测工作流体的物理量的变化。由此，能够提高装置整体的响应性。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置在所述下游侧区域中所述温度差向变小的方向变化的情况下，将所述入口引导叶片的开度向变大的方向调节。

根据上述结构，在由下游侧区域的检测装置检测到的基于一对温度检测部的温度差变小了的情况下，能够判断为在该下游侧区域，工作流体的流速下降了。若流速的下降持续，则最终有可能导致流动方向的变化。也就是说，流速的下降可以说是逆流的预兆。在该情况下，能够判断为压缩机的下游侧区域中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置将入口引导叶片的开度向变大的方向调节。由此，向下游侧区域供给的工作流体的流量减少。其结果是，能够在发展前避免喘振。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置在所述上游侧区域中所述温度差向变小的方向变化的情况下，将所述提取量向变大的方向调节。

根据上述结构，在由上游侧区域的检测装置检测到的基于一对温度检测部的温度差变小了的情况下，能够判断为在该上游侧区域，工作流体的流速下降了。若流速的下降持续，则最终有可能导致流动方向的变化。也就是说，流速的下降可以说是逆流的预兆。在该情况下，能够判断为压缩机的上游侧区域中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置将提取量向变大的方向调节。由此，在上游侧区域停滞的工作流体被提取，流动的停滞被消除。其结果是，能够在发展前避免喘振。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述压缩机具有：旋转轴，其能够绕轴线旋转；多个动叶片级，其设置在该旋转轴，在所述轴线方向上排列；壳体，其从外周侧覆盖所述旋转轴以及所述动叶片级；以及多个静叶片级，其设置在该壳体的内周面，与所述多个动叶片级在所述轴线方向上交替地排列，所述上游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最上游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠上游侧的区域，所述下游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最下游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠下游侧的区域。

在此，已知，在如上所述的压缩机中，在比从最上游侧开始数第三级的动叶片级更靠上游侧的区域以及比从最下游侧开始数第三级的动叶片级更靠下游侧的区域，特别容易产生喘振。根据上述结构，由于将这些区域分别作为上游侧区域、下游侧区域，因此能够早期且准确地探测喘振的产生、其预兆。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述静叶片级具有：多个静叶片，其在相对于所述轴线的径向上延伸，并且在周向上排列，具有朝向上游侧的负压面以及朝向下游侧的正压面，所述检测装置设置在所述负压面。

在此，在静叶片的负压面特别容易产生工作流体的剥离、逆流。根据上述的结构，由于在该负压面设置有检测装置，因此能够早期且准确地探测上述的剥离、逆流。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述压缩机具有：旋转轴，其能够绕轴线旋转；叶轮，其设置于该旋转轴；以及壳体，其从外周侧覆盖该叶轮，并且在所述叶轮的上游侧以及下游侧形成所述工作流体流通的流路，所述上游侧区域是所述流路中的比所述叶轮更靠上游侧的区域，所述下游侧区域是所述流路中的比所述叶轮更靠下游侧的区域。

在此，已知，在如上所述的压缩机中，在比叶轮更靠上游侧的区域以及比叶轮更靠下游侧的区域，特别容易产生喘振。根据上述结构，由于将这些区域分别作为上游侧区域、下游侧区域，因此能够早期且准确地探测喘振的产生、其预兆。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述流路具有：扩散流路，其设置在所述叶轮的下游侧，从相对于所述轴线的径向内侧朝向外侧引导所述工作流体；以及回流流路，其设置在该扩散流路的更下游侧，从径向外侧朝向内侧引导所述工作流体，所述检测装置设置在所述扩散流路以及所述回流流路中的至少一者。

根据上述结构，由于在扩散流路以及回流流路中的至少一者设置了检测装置，因此能够细致且准确地探测下游侧区域的喘振的产生、其预兆。

本发明的一个方式涉及的压缩机系统具备：压缩机；检测装置；以及控制装置，所述压缩机具有：上游侧区域，其流入工作流体；下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化；以及提取部，其设置在所述上游侧区域与所述下游侧区域之间的部分，能够提取所述工作流体的至少一部分，所述检测装置在所述上游侧区域以及所述下游侧区域至少各设置一个，检测所述工作流体的物理量，所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度以及基于所述提取部的提取量进行调节，所述压缩机具有：旋转轴，其能够绕轴线旋转；多个动叶片级，其设置在该旋转轴，在所述轴线方向上排列；壳体，其从外周侧覆盖所述旋转轴以及所述动叶片级；以及多个静叶片级，其设置在该壳体的内周面，与所述多个动叶片级在所述轴线方向上交替地排列，所述上游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最上游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠上游侧的区域，所述下游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最下游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠下游侧的区域，所述静叶片级具有：多个静叶片，其在相对于所述轴线的径向上延伸，并且在周向上排列，具有朝向上游侧的负压面以及朝向下游侧的正压面，所述检测装置设置在所述负压面。

在压缩机的上游侧区域和下游侧区域至少各设置有一个检测装置。检测装置检测工作流体的物理量。控制装置基于该物理量的变化，探测在工作流体的流动中产生的异常。控制装置对入口引导叶片的开度以及提取量中的任一者进行调节。由此，能够消除在工作流体的流动中产生的异常。进而，已知，在如上所述的压缩机中，在比从最上游侧开始数第三级的动叶片级更靠上游侧的区域以及比从最下游侧开始数第三级的动叶片级更靠下游侧的区域，特别容易产生喘振。根据上述结构，由于将这些区域分别作为上游侧区域、下游侧区域，因此能够早期且准确地探测喘振的产生、其预兆。在此，在静叶片的负压面特别容易产生工作流体的剥离、逆流。根据上述的结构，由于在该负压面设置有检测装置，因此能够早期且准确地探测上述的剥离、逆流。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述检测装置具有：一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，所述物理量是由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差，在发出了减少所述压缩机的负荷的指令的情况下，所述控制装置基于所述物理量的大小，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

在此，在发出了减少压缩机的负荷的指令的情况下，若为了降低工作流体的流入量而过度高速地关闭入口引导叶片，则存在在下游侧区域压缩的工作流体的量不足而向上游侧逆流(产生浪涌)的担忧。另一方面，若过度低速地关闭入口引导叶片，则因向设置于下游侧的燃烧器的工作流体的供给量过量而燃烧气体的温度下降。其结果是，存在导致燃烧振动的产生、NO_x排出量的增加的担忧。根据上述结构，基于一对温度检测部检测到的温度差、也就是说基于流体的速度或流量，控制装置决定关闭入口引导叶片的速度。因此，能够在避免上述的浪涌、不稳定燃烧的同时能够以适当的速度关闭入口引导叶片。其结果是，能够稳定且迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置在所述物理量比预先确定的阈值大的情况下，以相对高的速度关闭所述入口引导叶片，在所述物理量比所述阈值小的情况下，以相对低的速度关闭所述入口引导叶片。

根据上述结构，仅通过基于预先确定的阈值来评价物理量的大小，就能够决定关闭入口引导叶片的最佳的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得低的同时能够迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置判定所述物理量属于预先确定的多个数值范围内的哪一个，对应于该所属的数值范围选择预先确定的速度，关闭所述入口引导叶片。

根据上述结构，能够选择对应于物理量所属的数值范围而确定的速度来关闭入口引导叶片。也就是说，能够基于物理量的大小，细致地决定关闭入口引导叶片的速度。其结果是，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更低的同时能够更迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置参照所述物理量以及表示与对应于该物理量的值的关闭所述入口引导叶片的最佳的速度的关系的表，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

根据上述结构，能够按照表示关闭入口引导叶片的最佳的速度与物理量的关系的表，选择速度并关闭入口引导叶片。也就是说，能够基于物理量的大小，更细致地决定关闭入口引导叶片的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更加低的同时能够更加迅速地减少压缩机的负荷。

本发明的一个方式涉及的压缩机系统具备：压缩机；检测装置；以及控制装置，所述压缩机具有：上游侧区域，其流入工作流体；下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；以及入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化，所述检测装置在所述下游侧区域至少设置一个，检测所述工作流体的物理量，所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度进行调节，所述检测装置具有：一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，所述物理量是由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差，在发出了减少所述压缩机的负荷的指令的情况下，所述控制装置基于所述物理量的大小，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

在此，在发出了减少压缩机的负荷的指令的情况下，若为了降低工作流体的流入量而过度高速地关闭入口引导叶片，则存在在下游侧区域压缩的工作流体的量不足而向上游侧逆流(产生浪涌)的担忧。另一方面，若过度低速地关闭入口引导叶片，则因向设置于下游侧的燃烧器的工作流体的供给量过量而燃烧气体的温度下降。其结果是，存在导致燃烧振动的产生、NO_x排出量的增加的担忧。根据上述结构，基于一对温度检测部检测到的温度差、也就是说基于流体的速度或流量，控制装置决定关闭入口引导叶片的速度。因此，能够在避免上述的浪涌、不稳定燃烧的同时能够以适当的速度关闭入口引导叶片。其结果是，能够稳定且迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置在所述物理量比预先确定的阈值大的情况下，以相对高的速度关闭所述入口引导叶片，在所述物理量比所述阈值小的情况下，以相对低的速度关闭所述入口引导叶片。

根据上述结构，仅通过基于预先确定的阈值来评价物理量的大小，就能够决定关闭入口引导叶片的最佳的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得低的同时能够迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置判定所述物理量属于预先确定的多个数值范围内的哪一个，对应于该所属的数值范围选择预先确定的速度，关闭所述入口引导叶片。

根据上述结构，能够选择对应于物理量所属的数值范围而确定的速度来关闭入口引导叶片。也就是说，能够基于物理量的大小，细致地决定关闭入口引导叶片的速度。其结果是，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更低的同时能够更迅速地减少压缩机的负荷。

在上述压缩机系统中，也可以是，所述控制装置参照所述物理量以及表示与对应于该物理量的值的关闭所述入口引导叶片的最佳的速度的关系的表，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

根据上述结构，能够按照表示关闭入口引导叶片的最佳的速度与物理量的关系的表，选择速度并关闭入口引导叶片。也就是说，能够基于物理量的大小，更细致地决定关闭入口引导叶片的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更加低的同时能够更加迅速地减少压缩机的负荷。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够以更高的精度探测喘振的产生，并且能够抑制喘振的压缩机系统。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式涉及的燃气轮机的结构的图。

图2是示出本发明的第一实施方式涉及的压缩机系统的结构的剖视图。

图3是示出本发明的第一实施方式涉及的检测装置的结构的示意图。

图4是本发明的第一实施方式涉及的控制装置的硬件结构图。

图5是本发明的第一实施方式涉及的控制装置的功能框图。

图6是示出通过本发明的第一实施方式涉及的检测装置检测到的温度差的变化的一个例子的曲线图。

图7是示出本发明的第一实施方式的变形例涉及的静叶片的结构的立体图。

图8是示出本发明的第二实施方式涉及的压缩机系统的结构的剖视图。

图9是示出本发明的第三实施方式涉及的燃气轮机的结构的图。

图10是本发明的第三实施方式涉及的控制装置的功能框图。

图11是示出本发明的第三实施方式涉及的控制装置的动作的流程图。

图12是示出本发明的第三实施方式涉及的控制装置的动作的变形例的流程图。

图13是示出本发明的第三实施方式涉及的控制装置的动作的另一变形例的流程图。

具体实施方式

[第一实施方式]

参照图1至图6对本发明的第一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式涉及的燃气轮机100具备压缩机系统1、燃烧器2、以及涡轮3。压缩机系统1对外部的空气(工作流体)进行压缩而生成高压空气。燃烧器2在高压空气中混合燃料并使其燃烧，生成高温高压的燃烧气体。涡轮3通过该燃烧气体被旋转驱动。涡轮3和压缩机系统1通过沿着轴线O延伸的旋转轴4连接。因此，涡轮3的旋转经由旋转轴4传递到压缩机系统1。

压缩机系统1具有压缩机11、入口引导叶片11C、检测装置21、放气流路L(提取部)、放气阀V、以及控制装置90。压缩机11对从轴线O方向一侧(上游侧)引导的空气进行压缩并向设置于另一侧(下游侧)的燃烧器2供给。也就是说，该压缩机11是轴流压缩机。详情将后述，压缩机11具有位于轴线O方向上的上游侧的上游侧区域11A和位于下游侧的下游侧区域11B。在下游侧区域11B中，与上游侧区域11A相比，工作流体(空气)的压力变高了。在上游侧区域11A经由入口引导叶片11C被导入外部的空气。入口引导叶片11C为了调节流入上游侧区域11A的空气的量而设置。入口引导叶片11C能够根据从后述的控制装置90送出的电信号，使入口引导叶片11C的开度变化。

在上游侧区域11A内，至少设置有一个对在该上游侧区域11A流通的空气的物理量进行检测的检测装置21(第一检测装置21A)。同样地，在下游侧区域11B内，至少设置有一个对在该下游侧区域11B流通的空气的物理量进行检测的检测装置21(第二检测装置21B)。

在此，如图2所示，压缩机11具有：旋转轴4，其能够绕轴线O旋转；多个动叶片级42，其在该旋转轴4的外周面上，在轴线O方向上排列；壳体30，其从外周侧覆盖这些旋转轴4以及动叶片级42；以及多个静叶片级41，其设置于壳体30的内周面。静叶片级41在轴线O方向上与动叶片级42交替地排列。上述的所谓上游侧区域11A是指，多个动叶片级42中的比从最上游侧开始数第三级的动叶片级42靠上游侧的区域。即，第一检测装置21A设置在与最上游侧的动叶片级42(第一动叶片级42A)以及从上游侧开始数第二级的动叶片级42(第二动叶片级42B)对应的壳体30的内周面。另外，也能够将第一检测装置21A设置在与第一动叶片级42A相邻的第一静叶片级41A以及与第二动叶片级42B相邻的第二静叶片级41B。

进而，上述的所谓下游侧区域11B是指，多个动叶片级42中的比从最下游侧开始数第三级的动叶片级42靠下游侧的区域。即，第二检测装置21B设置在与最下游侧的动叶片级42(出口最终动叶片级42D)以及从下游侧开始数第二级的动叶片级42(出口动叶片级42C)对应的壳体30的内周面。另外，也能够将第二检测装置21B设置在与出口最终动叶片级42D相邻的出口最终静叶片级41D以及与出口动叶片级42C相邻的出口静叶片级41C。进而，还能够将第二检测装置21B设置在与设置在出口最终动叶片级42D的下游侧的扩散流路静叶片级41E对应的壳体30的内周面。

检测装置21将压缩机11内的空气的流动方向Df以及流速的变化作为物理量进行检测。如图3所示，检测装置21具有在流动方向Df上隔开间隔地排列的一对温度检测部61和设置于这些温度检测部61彼此之间的加热部62。温度检测部61以及加热部62均直接暴露在工作流体中。即，这些温度检测部61以及加热部62露出在壳体30的表面(内周面)。温度检测部61检测与自身接触的空气的温度。加热部62对在自身的附近流动的空气进行加热。空气被加热部62加热，因此位于流动方向Df下游侧的温度检测部61检测的空气的温度Td比位于上游侧的温度检测部61检测的空气的温度Tu高。进而，这些值的温度差(Td-Tu)的值随着空气的流速的提高而变大。此外，在空气的流动方向Df进行了变化的情况(即，流动方向反转的情况)下，温度差(Td-Tu)成为负的值。另外，图6是示出该温度差的时间变化的一个例子的曲线图。在图6的例子中，在时刻t1，温度差暂时变小。在该情况下，能够判断为该区域中的空气的流速暂时下降了。此外，在时刻t2中，温度差成为零。在该情况下，能够判断为该区域中的空气的流速成为了零(即，产生了流体的滞留)。

再如图1或图2所示，在本实施方式涉及的压缩机11设置有能够提取在上述的上游侧区域11A与下游侧区域11B之间的区域(中间级)流通的空气的一部分的放气流路L和设置于该放气流路L上的放气阀V。放气流路L与排气流路Le连接，所述排气流路Le与涡轮3的排气口连通。通过调节放气阀V的开度，能够使通过放气流路L提取的空气的量(提取量)变化。

控制装置90基于通过上述的检测装置21检测到的物理量，调节入口引导叶片11C的开度以及放气阀V的开度。如图4所示，控制装置90是具备CPU91(Central ProcessingUnit，中央处理器)、ROM92(Read Only Memory，只读存储器)、RAM93(Random AccessMemory，随机存取存储器)、HDD94(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)、信号接收模块95(I/O：Input/Output，输入/输出)的计算机。信号接收模块95将由检测装置21检测到的物理量作为电信号来接收。信号接收模块95例如也可以接收经由电荷放大器等进行了放大的信号。

如图5所示，控制装置90的CPU91通过执行预先在本装置中存储的程序，具有控制部81、流速计算部82、流动方向计算部83、存储部84、以及判定部85。控制部81对控制装置90所具备的其他功能部进行控制。由检测装置21检测到的上述的温度差的值分别作为数值信息被输入到流速计算部82以及流动方向计算部83。

流速计算部82基于温度差的绝对值，计算空气的流速。流动方向计算部83基于温度差的正负，计算空气的流动方向。判定部85将由流速计算部82计算出的流速以及由流动方向计算部83计算出的流动方向与存储于存储部84的阈值进行比较。例如，在仅由配置于下游侧区域11B的第二检测装置21B检测出流速的减少或流动方向的反转(即，向温度差变小的方向变化)的情况下，向该入口引导叶片11C送出将入口引导叶片11C的开度向变大的方向调节的电信号。另一方面，在仅由配置于上游侧区域11A的第一检测装置21A检测出流速的减少或流动方向的反转(即，向温度差变小的方向变化)的情况下，判定部85向放气阀V送出将放气阀V的开度向变大的方向调节的电信号。

接下来，对本实施方式涉及的燃气轮机100的动作进行说明。在运转燃气轮机100时，首先用未图示的电动机等驱动压缩机11。通过驱动压缩机11，外部的空气经由入口引导叶片11C被取入压缩机11，生成高压空气。燃烧器2在该高压空气中混合燃料并使其燃烧，生成高温高压的燃烧气体。涡轮3被燃烧气体旋转驱动。涡轮3的旋转力从轴端被取出，用于发电机(未图示)等的驱动。

在此，已知在上述那样的压缩机11中，若在保持转速一定的状态下变更运转点以使提高压力比，则会产生被称为旋转失速、喘振的现象。特别是喘振有可能导致压缩机内部的工作流体的逆流、旋转轴的振动。因此，在本实施方式中，通过上述的检测装置21检测作为空气的物理量的流速以及流动方向，基于此，控制装置90调节入口引导叶片11C的开度以及放气阀V的开度中的任一者。

具体地，在由下游侧区域11B的第二检测装置21B检测到的基于一对温度检测部61的温度差变小了的情况下，能够判断为在该下游侧区域11B，工作流体的流速下降了。若流速的下降持续，则最终有可能导致流动方向的变化。也就是说，流速的下降可以说是逆流的预兆。在该情况下，能够判断为压缩机11的下游侧区域11B中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置90将入口引导叶片11C的开度向增大的方向调节。

另一方面，在由上游侧区域11A的第一检测装置21A检测到的基于一对温度检测部61的温度差变小了的情况下，能够判断为在该上游侧区域11A，工作流体的流速下降了。在该情况下，能够判断为压缩机11的上游侧区域11A中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置90将放气阀V的开度向变大的方向调节，将基于放气流路L的空气的提取量向变大的方向调节。由此，例如当在压缩机的内部工作流体的流动中产生逆流(即，流动方向的变化)，或者产生成为逆流的预兆的流速的下降的情况下，能够立刻探测这些。

如以上说明的那样，根据本实施方式涉及的结构，在压缩机11的上游侧区域11A和下游侧区域11B至少各设置有一个检测装置21。检测装置21检测工作流体的物理量。控制装置90基于该物理量的变化，探测在工作流体的流动中产生的异常。控制装置90对入口引导叶片11C的开度以及提取量中的任一者进行调节。由此，能够消除在工作流体的流动中产生的异常。

进而，根据上述结构，检测装置21具有在流动方向Df上排列的一对温度检测部61和设置于它们之间的加热部62。在工作流体在流动方向Df上通过一对温度检测部61时，工作流体被加热部62加热。因此，在位于流动方向Df的下游侧的温度检测部61与位于上游侧的温度检测部61之间，检测的温度产生差。因此，能够探测工作流体朝向设置有检测到的温度高的温度检测部61的一侧流动。也就是说，能够探测工作流体的流动方向Df。进而，通过检测由一对温度检测部61检测到的温度差的绝对值，也能够探测工作流体的流速的变化。由此，例如当在压缩机11的内部工作流体的流动中产生逆流(即，流动方向的变化)，或者产生成为逆流的预兆的流速的下降的情况下，能够立刻探测这些。

除此以外，根据上述结构，在由下游侧区域11B的检测装置21检测到的基于一对温度检测部61的温度差变小了的情况下，能够判断为在该下游侧区域11B，工作流体的流速下降了。若流速的下降持续，则最终有可能导致流动方向的变化。也就是说，流速的下降可以说是逆流的预兆。在该情况下，能够判断为压缩机11的下游侧区域11B中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置90将入口引导叶片11C的开度向增大的方向调节。由此，向下游侧区域11B供给的工作流体的流量增加。其结果是，能够在发展前避免喘振。

此外，根据上述结构，在由上游侧区域11A的检测装置21检测到的基于一对温度检测部61的温度差变小了的情况下，能够判断为在该上游侧区域11A，工作流体的流速下降了。若流速的下降持续，则最终有可能导致流动方向的变化。也就是说，流速的下降可以说是逆流的预兆。在该情况下，能够判断为压缩机11的上游侧区域11A中的工作流体的流量过大，工作流体的流动开始停滞(正在产生喘振)。因此，控制装置90将基于放气流路L的提取量向变大的方向调节。由此，在上游侧区域11A停滞的工作流体被提取，流动的停滞被消除。其结果是，能够在发展前避免喘振。

在此，已知，在如上所述的压缩机11中，在比从最上游侧开始数第三级的动叶片级42更靠上游侧的区域以及比从最下游侧开始数第三级的动叶片级42更靠下游侧的区域，特别容易产生喘振。根据上述结构，由于将这些区域分别作为上游侧区域11A、下游侧区域11B，因此能够早期且准确地探测喘振的产生、其预兆。

以上，对本发明的第一实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构实施各种变更、修改。例如，在上述实施方式中，对在上游侧区域11A以及下游侧区域11B的壳体30的内周面设置检测装置21的结构进行了说明。

然而，作为其他例，如图7所示，也能够在静叶片级41中的静叶片41p设置检测装置21。更详细地，静叶片级41具有沿着壳体30的内周面在周向上排列的多个静叶片41p。能够在这些静叶片41p中的至少一个设置检测装置21。静叶片41p具有从流动方向Df的上游侧朝向下游侧延伸的叶片型的剖面。朝向流动方向Df的下游侧的面由于朝向下游侧凹陷而成为正压面S1。朝向下游侧的面由于朝向上游侧凸出而成为负压面S2。此外，上游侧的端缘成为前缘Ef，下游侧的端缘成为后缘Ed。检测装置21期望设置在负压面S2的偏向径向外侧或内侧的位置且比前缘Ef更接近后缘Ed的部分。

在此，在静叶片41p的负压面S2特别容易产生工作流体的剥离、逆流。根据上述的结构，由于在该负压面S2设置有检测装置21，因此能够早期且准确地探测上述的剥离、逆流。

[第二实施方式]

接着，参照图8对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对于与上述的第一实施方式同样的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。如图8所示，在本实施方式中，在作为离心压缩机的压缩机211设置有上述的检测装置21。

压缩机211具有：旋转轴50，其能够绕轴线O旋转；叶轮5，其一体地固定在该旋转轴50；以及壳体55，其从外周侧覆盖叶轮5。叶轮5具有：盘(disk)51，其在轴线O的径向上扩展；多个叶片52，其设置于盘51的朝向上游侧的面；以及覆盖件53，其从上游侧覆盖这些叶片52。在覆盖件53与盘51之间以及相互邻接的叶片52之间，形成有作为工作流体的空气流动的叶轮流路P2。

在壳体55的内部形成有与叶轮流路P2连通的引导流路P1、扩散流路P3、回转弯曲(return bend)部P4以及回流(return)流路P5。扩散流路P3与叶轮流路P2的径向外侧的端部连通，并且朝向径向外侧延伸。回转弯曲部P4与该扩散流路P3的径向外侧的端部连通，并且以朝向径向内侧的方式向反转的方向延伸。在回转弯曲部P4的径向最外侧连接有在上述的第一实施方式中说明的放气流路L′。回流流路P5与回转弯曲部P4的下游侧连通，并且与位于下游侧的后级的引导流路P1连通。在回流流路P5内设置有回流叶片(return vane)54。

在这样的压缩机211中，比叶轮5更靠上游侧的区域成为上游侧区域211A，比叶轮5更靠下游侧的区域成为下游侧区域211B。在上游侧区域211A设置有在上述的第一实施方式中说明的检测装置21(第一检测装置21A)。具体地，该第一检测装置21A设置在引导流路P1中的壳体55的内周面。在下游侧区域211B设置有第二检测装置21B。具体地，在扩散流路P3的上游侧的壁面以及下游侧的壁面分别各设置有一个第二检测装置21B。进而，在回流叶片54的上游侧的端部和下游侧的端部也各设置有一个第二检测装置21B。另外，也能够采用仅在扩散流路P3以及回流叶片54中的任一者设置有第二检测装置21B的结构。

在此，已知，在如上所述的压缩机211中，在比叶轮5更靠上游侧的区域以及比叶轮5更靠下游侧的区域，特别容易产生喘振。根据上述结构，由于将这些区域分别作为上游侧区域211A、下游侧区域211B，并且分别在各区域设置了检测装置21，因此能够早期且准确地探测喘振的产生、其预兆。

此外，根据上述结构，由于在扩散流路P3以及回流流路P5中的至少一者设置了检测装置21，因此能够细致且准确地探测下游侧区域211B的喘振的产生、其预兆。

以上，对本发明的第二实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构实施各种变更、修改。

[第三实施方式]

接下来，参照图9至图11对本发明的第三实施方式涉及的压缩机系统200进行说明。另外，对于与上述的各实施方式同样的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。在本实施方式中，对发出了减少燃气轮机100的负荷的指令的情况下的入口引导叶片11C的控制进行说明。

如图9所示，在本实施方式涉及的压缩机系统200中，检测装置21仅具有上述的第二检测装置21B。此外，压缩机系统200不具有上述的放气流路L(提取部)和放气阀V。进而，控制装置90的结构与上述的各实施方式不同。

如图10所示，控制装置90具有控制部81、流速计算部82、关闭速度决定部83b、存储部84、以及判定部85。控制部81对控制装置90所具备的其他功能部进行控制。由检测装置21检测到的上述的温度差的值作为数值信息被输入到流速计算部82。

流速计算部82基于温度差的绝对值，计算空气的流速(或流量)。判定部85将由流速计算部82计算出的流速与存储于存储部84的阈值进行比较。关闭速度决定部83b基于判定部85的判定结果，决定入口引导叶片11C的关闭速度。更具体地，如图11所示，在发出了负荷减少指令(工序S1)后，比较上述的温度差(也就是说，流速)的值和预先确定的阈值的大小(工序S2)。在判定为温度差比阈值大的情况下，以相对高的速度关闭入口引导叶片11C(工序S31)。另一方面，在判定为温度差比阈值小的情况下，以相对低的速度关闭入口引导叶片11C。然后，判定燃气轮机100的输出是否下降到目标输出(工序S4)。在判定为燃气轮机100的输出未下降到目标输出的情况下，再次重复上述的工序S2到工序S4。在判定为燃气轮机100的输出下降到目标输出的情况下，结束处理。

在此，在发出了减少压缩机11(燃气轮机100)的负荷的指令的情况下，若为了降低空气的流入量而过度高速地关闭入口引导叶片11C，则存在在下游侧区域11B压缩的空气的量不足而向上游侧逆流(产生浪涌)的担忧。另一方面，若过度低速地关闭入口引导叶片11C，则因向设置于下游侧的燃烧器2的空气的供给量过量而燃烧气体的温度下降。其结果是，存在导致燃烧振动的产生、NO_x排出量的增加的担忧。根据上述结构，基于一对温度检测部61检测到的温度差、也就是说基于流体的速度或流量，控制装置90决定关闭入口引导叶片11C的速度。因此，能够在避免上述的浪涌、不稳定燃烧的同时能够以适当的速度关闭入口引导叶片11C。其结果是，能够稳定且迅速地减少燃气轮机100的负荷。

进而，根据上述结构，仅通过基于预先确定的阈值来评价流速或流量9，就能够决定关闭入口引导叶片11C的最佳的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得低的同时能够迅速地减少燃气轮机100的负荷。

以上，对本发明的第三实施方式进行了说明。另外，只要不脱离本发明的主旨，就能够对上述的结构实施各种变更、修改。例如，也能够在第一实施方式中说明的结构(也就是说，具备第一检测装置21A、放气流路L以及放气阀V的结构)中组合应用第三实施方式中说明的控制装置90(也就是说，还具备关闭速度决定部83b的控制装置90)。

此外，第三实施方式中的关闭速度决定部83b的动作是一个例子，作为其他例，也能够将关闭速度决定部83b构成为进行图12以及图13所示的处理。

在图12的例子中，控制装置90判定温度检测装置21检测到的温度差(也就是说，流速或流量)属于预先确定的连续的多个数值范围内的哪一个(工序2B)。进而，对应于该所属的数值范围选择预先确定的关闭速度，关闭入口引导叶片11C(工序S3A～S3C)。另外，在图12中的例子中设定了三个速度(高速、中速、低速)作为关闭入口引导叶片11C的速度，但是速度区域的数量并不限定于三个，也能够设定四个以上的速度区域。

根据上述结构，能够选择对应于温度检测装置21的检测结果所属的数值范围而确定的速度来关闭入口引导叶片11C。也就是说，能够基于温度差(也就是说，流速或流量)的大小，细致地决定关闭入口引导叶片11C的速度。其结果是，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更低的同时能够更迅速地减少燃气轮机100的负荷。

在图13的例子中，控制装置90参照温度检测部21的检测结果以及表示与对应于该温度差的值的关闭入口引导叶片11C的最佳的速度的关系的表，决定关闭入口引导叶片11C的速度(工序S2C)。然后，以该决定的速度关闭入口引导叶片11C(工序S3C)。

根据上述结构，能够按照表示关闭入口引导叶片11C的最佳的速度与温度差(也就是说，流速或流量)的关系的表，选择速度并关闭入口引导叶片11C。也就是说，能够基于温度差的大小，更细致地决定关闭入口引导叶片11C的速度。由此，能够在将产生浪涌、不稳定燃烧的可能性抑制得更加低的同时能够更加迅速地减少燃气轮机100的负荷。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供一种能够以更高的精度探测喘振的产生，并且能够抑制喘振的压缩机系统。

符号说明

100、200：燃气轮机；

1：压缩机系统；

2：燃烧器；

3：涡轮；

4、50：旋转轴；

5：叶轮；

11、211：压缩机；

11A、211A：上游侧区域；

11B、211B：下游侧区域；

11C：入口引导叶片；

21：检测装置；

21A：第一检测装置；

21B：第二检测装置；

30、55：壳体；

41：静叶片级；

41A：第一静叶片级；

41B：第二静叶片级；

41C：出口静叶片级；

41D：出口最终静叶片级；

41E：扩散流路静叶片级；

42A：第一动叶片级；

42B：第二动叶片级；

42C：出口动叶片级；

42D：出口最终动叶片级；

51：盘；

52：叶片；

53：覆盖件；

54：回流叶片；

61：温度检测部；

62：加热部；

81：控制部；

82：流速计算部；

83：流动方向计算部；

83b：关闭速度决定部；

84：存储部；

85：判定部；

90：控制装置；

91：CPU；

92：ROM；

93：RAM；

94：HDD；

95：I/O；

Df：流动方向；

Ed：后缘；

Ef：前缘；

L、L′：放气流路；

Le：排气流路；

O：轴线；

P1：引导流路；

P2：叶轮流路；

P3：扩散流路；

P4：回转弯曲部；

P5：回流流路；

S1：正压面；

S2：负压面；

Td、Tu：温度；

V：放气阀。

Claims (18)

1.一种压缩机系统，具备：

压缩机；检测装置；以及控制装置，

所述压缩机具有：

上游侧区域，其流入工作流体；

下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；

入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化；以及

提取部，其设置在所述上游侧区域与所述下游侧区域之间的部分，能够提取所述工作流体的至少一部分，

所述检测装置在所述上游侧区域以及所述下游侧区域至少各设置一个，检测所述工作流体的物理量，

所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度以及基于所述提取部的提取量进行调节。

2.根据权利要求1所述的压缩机系统，其中，

所述检测装置具有：

一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及

加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，

所述物理量是基于由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差的该工作流体的流动方向以及流速。

3.根据权利要求2所述的压缩机系统，其中，

所述温度检测部以及所述加热部直接暴露在所述工作流体中。

4.根据权利要求2或3所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置在所述下游侧区域中所述温度差向变小的方向变化的情况下，将所述入口引导叶片的开度向增大的方向调节。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置在所述上游侧区域中所述温度差向变小的方向变化的情况下，将所述提取量向变大的方向调节。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机系统，其中，

所述压缩机具有：

旋转轴，其能够绕轴线旋转；

多个动叶片级，其设置在该旋转轴，在所述轴线方向上排列；

壳体，其从外周侧覆盖所述旋转轴以及所述动叶片级；以及

多个静叶片级，其设置在该壳体的内周面，与所述多个动叶片级在所述轴线方向上交替地排列，

所述上游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最上游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠上游侧的区域，

所述下游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最下游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠下游侧的区域。

7.根据权利要求6所述的压缩机系统，其中，

所述静叶片级具有：多个静叶片，其在相对于所述轴线的径向上延伸，并且在周向上排列，具有朝向上游侧的负压面以及朝向下游侧的正压面，

所述检测装置设置在所述负压面。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机系统，其中，

所述压缩机具有：

旋转轴，其能够绕轴线旋转；

叶轮，其设置于该旋转轴；以及

壳体，其从外周侧覆盖该叶轮，并且在所述叶轮的上游侧以及下游侧形成所述工作流体流通的流路，

所述上游侧区域是所述流路中的比所述叶轮更靠上游侧的区域，

所述下游侧区域是所述流路中的比所述叶轮更靠下游侧的区域。

9.根据权利要求8所述的压缩机系统，其中，

所述流路具有：扩散流路，其设置在所述叶轮的下游侧，从相对于所述轴线的径向内侧朝向外侧引导所述工作流体；以及回流流路，其设置在该扩散流路的更下游侧，从径向外侧朝向内侧引导所述工作流体，

所述检测装置设置在所述扩散流路以及所述回流流路中的至少一者。

10.一种压缩机系统，具备：

压缩机；检测装置；以及控制装置，

所述压缩机具有：

上游侧区域，其流入工作流体；

下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；

入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化；以及

提取部，其设置在所述上游侧区域与所述下游侧区域之间的部分，能够提取所述工作流体的至少一部分，

所述检测装置在所述上游侧区域以及所述下游侧区域至少各设置一个，检测所述工作流体的物理量，

所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度以及基于所述提取部的提取量进行调节，

所述压缩机具有：

旋转轴，其能够绕轴线旋转；

多个动叶片级，其设置在该旋转轴，在所述轴线方向上排列；

壳体，其从外周侧覆盖所述旋转轴以及所述动叶片级；以及

多个静叶片级，其设置在该壳体的内周面，与所述多个动叶片级在所述轴线方向上交替地排列，

所述上游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最上游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠上游侧的区域，

所述下游侧区域是所述多个动叶片级中的比从最下游侧开始数第三级的所述动叶片级更靠下游侧的区域，

所述静叶片级具有：多个静叶片，其在相对于所述轴线的径向上延伸，并且在周向上排列，具有朝向上游侧的负压面以及朝向下游侧的正压面，

所述检测装置设置在所述负压面。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的压缩机系统，其中，

所述检测装置具有：

一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及

加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，

所述物理量是由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差，

在发出了减少所述压缩机的负荷的指令的情况下，所述控制装置基于所述物理量的大小，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

12.根据权利要求11所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置在所述物理量比预先确定的阈值大的情况下，以相对高的速度关闭所述入口引导叶片，在所述物理量比所述阈值小的情况下，以相对低的速度关闭所述入口引导叶片。

13.根据权利要求11所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置判定所述物理量属于预先确定的多个数值范围内的哪一个，对应于该所属的数值范围选择预先确定的速度，关闭所述入口引导叶片。

14.根据权利要求11所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置参照所述物理量以及表示与对应于该物理量的值的关闭所述入口引导叶片的最佳的速度的关系的表，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

15.一种压缩机系统，具备：

压缩机；检测装置；以及控制装置，

所述压缩机具有：

上游侧区域，其流入工作流体；

下游侧区域，其与该上游侧区域连通，并且所述工作流体的压力比所述上游侧区域高；以及

入口引导叶片，其设置在所述上游侧区域的更上游侧，能够使流入该上游侧区域的所述工作流体的流量变化，

所述检测装置在所述下游侧区域至少设置一个，检测所述工作流体的物理量，

所述控制装置基于所述检测装置检测到的所述物理量的变化，对所述入口引导叶片的开度进行调节，

所述检测装置具有：

一对温度检测部，其在所述工作流体的流动方向上排列；以及

加热部，其配置在该一对温度检测部之间，对所述工作流体进行加热，

所述物理量是由所述一对温度检测部检测到的所述工作流体的温度差，

在发出了减少所述压缩机的负荷的指令的情况下，所述控制装置基于所述物理量的大小，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

16.根据权利要求15所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置在所述物理量比预先确定的阈值大的情况下，以相对高的速度关闭所述入口引导叶片，在所述物理量比所述阈值小的情况下，以相对低的速度关闭所述入口引导叶片。

17.根据权利要求15所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置判定所述物理量属于预先确定的多个数值范围内的哪一个，对应于该所属的数值范围选择预先确定的速度，关闭所述入口引导叶片。

18.根据权利要求15所述的压缩机系统，其中，

所述控制装置参照所述物理量以及表示与对应于该物理量的值的关闭所述入口引导叶片的最佳的速度的关系的表，决定关闭所述入口引导叶片的速度。

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