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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
zum Erfassen der Verbrennungsgastemperatur einer in einem Gasturbinensystem
vorgesehenen Brennkammer basierend auf einem Temperaturerfassungssignal
von einem in dem Gasturbinensystem installierten Temperaturdetektor.
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Ein
einen Thermokoppler verwendeter Temperaturdetektor zum Erfassen
der Verbrennungsgastemperatur einer Brennkammer, welche in einem Gasturbinensystem
vorgesehen ist, ist in dem Gasturbinensystem installiert. Eine Temperatursteuerung bzw.
ein Temperaturcontroller des Gasturbinensystems stellt eine Rückmeldung
eines Temperaturerfassungssignals von dem Temperaturdetektor bereit zum
Ausführen
von derartiger Steuerung, dass die Verbrennungsgastemperatur der
Brennkammer einen vorbestimmten gewünschten Temperaturwert erreicht.
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Ein
Beispiel der Temperaturerfassung durch einen Temperaturdetektor
unter Verwendung eines Thermokopplers in einem elektrischen Kraftwerk
ist eine Temperaturmesseinrichtung für eine im Rohrsystem befindliche
Flüssigkeit,
wie in dem Patentdokument 1 (Japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer
2001-183238) offenbart. Im Patentdokument 1 ist ein Temperaturerfassungselement,
welches ein Thermokoppler ist, mit einem Dampfrohrsystem zum Verbinden
eines Dampfgenerators und einer Dampfturbine eines Atomkraftwerks
verbunden, obwohl dies hier nicht gezeigt ist. Das Temperaturerfassungselement
ist mit einem Temperaturdetektor verbunden, ein Ausgangssignal des
Temperaturdetektors wird in einen Temperaturregler eingegeben, und
ein Ausgangssignal des Temperaturreglers wird in einen Temperaturüberwacher
eingegeben. Der Temperaturregler korrigiert die Oberflächentemperatur
des Rohrsystems basierend auf einer Korrelation zwischen einer vorausgemessenen
Rohrleitungsoberflächentemperatur
und einer Rohrinnentemperatur, eine von einem Dampfdruck gefundene Sattdampftemperatur
und eine Korrelation zwischen einem vorausgemessenen Dampfdruck
und der Rohrleitungsinnentemperatur, hierdurch die Flüssigkeitstemperatur
innerhalb des Rohrsystems bestimmend. Gemäß diesem Verfahren kann eine
Temperaturerfassung bewirkt werden durch Montieren des Temperaturerfassungselementes
auf der Oberfläche der
Rohrleitung ohne die Verwendung eines Schutzrohres (eines Schutzrohres
für ein
Thermometer).
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Bei
dem Gasturbinensystem bildet eine Verzögerung im Erfassen der Verbrennungsgastemperatur
ein Problem. Zum Erfassen der Verbrennungsgastemperatur ist es wünschenswert,
den Temperaturdetektor in dem Auslass der Brennkammer anzubringen,
durch welchen ein Verbrennungsgas ausgeräumt wird. Jedoch ist die Temperatur
an dieser Position so hoch, dass es keine andere Wahl gibt, als den
Temperaturdetektor stromabwärtsseitig
von der Gasturbine anzubringen. Dies führt zu einer Verzögerung der
Temperaturerfassung. Zudem hat das Verbrennungsgas eine hohe Temperatur
und eine hohe Fließgeschwindigkeit,
selbst auf der stromabwärtigen Seite
der Gasturbine. Daher ist der Thermokoppler des Temperaturdetektors
zum Zwecke des Schutzes in einem Schutzmaterial aufgenommen. Dieses Schutzmaterial
bildet einen Faktor für
eine Verzögerung
im Erfassen der Verbrennungsgastemperatur.
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Beim
Steuern der Verbrennungsgastemperatur basierend auf dem Temperaturerfassungssignal ist
demnach eine auf eine schnelle Änderung
in der Verbrennungstemperatur ansprechende Hochgeschwindigkeitssteuerung
schwierig. Wenn die Verbrennungstemperatur zu hoch wird, kann die
Brennkammer insbesondere beschädigt
werden. Daher ist eine rasche Temperatursteuerung erwünscht als
Reaktion auf eine Änderung
in der Temperatur von einer niedrigen Seite zu einer hohen Seite
hin. In der momentanen Situation ist eine Hochgeschwindigkeitssteuerung
ansprechend auf einen raschen Temperaturanstieg schwierig aufgrund
einer Verzögerung
in der Temperaturerfassung. Zum Reduzieren einer durch das Schutzmaterial
bedingten Verzögerung des
Detektierens ist Aufwand betrieben worden zum Minimieren der Dicke
des Schutzmaterials. Jedoch ist die Erfassungsverzögerung nicht
vollständig
verringert worden. Unter diesen Umständen sind Studien durchgeführt worden
am Hochgeschwindigkeitserfassen von Verbrennungsgastemperatur durch Erfassungssignalverarbeitungsverfahren.
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Resümee der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände
gemacht. Ihr Ziel ist, eine Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
bereitzustellen, die mit einer hohen Geschwindigkeit durch Verarbeiten
eines Temperaturerfassungssignals eine Verbrennungsgastemperatur
erfassen kann.
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In
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Erreichen
des obigen Ziels eine Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
bereitgestellt zum Erfassen der Verbrennungsgastemperatur einer
in einem Gasturbinensystem vorgesehenen Brennkammer, basierend auf
einem Temperaturerfassungssignal eines in dem Gasturbinensystem
installierten Temperaturdetektors, eine Hochgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung
umfassend zum Vorhersagen der Verbrennungsgastemperatur durch Verarbeiten
des Temperaturerfassungssignals in Übereinstimmung mit der Temperaturerfassungs-Verzögerungscharakteristik des
Temperaturdetektors.
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Gemäß diesem
Aspekt kann die Verbrennungsgastemperatur selbst wenn es eine Erfassungsverzögerung in
dem Temperaturdetektor gibt, mit einer hohen Geschwindigkeit erfasst
werden. Die Verwendung der derart erhaltenen Daten für die Temperatursteuerung
lässt das
Erreichen einer Hochgeschwindigkeits-Temperatursteuerung zu.
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In
einem zweiten Aspekt der Erfindung kann die Hochgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung des
ersten Aspektes eine Phasenvoreilungs-Verarbeitungsvorrichtung sein.
Gemäß diesem
Aspekt kann die Verbrennungsgastemperatur, selbst wenn es eine Erfassungsverzögerung in
dem Temperaturdetektor gibt, mit einer hohen Temperatur erfasst werden.
Die Verwendung der derart erhaltenen Daten zur Temperatursteuerung
lassen das Erreichen einer Hochgeschwindigkeits-Temperatursteuerung zu.
Durch Anwenden der Phasenvoreilungs-Verarbeitungsvorrichtung kann
darüber
hinaus eine einfache und effiziente Hochgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung
erzielt werden.
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In
einem dritten Aspekt der Erfindung kann die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
des zweiten Aspektes außerdem
eine Phasennacheilungs-Verarbeitungsvorrichtung umfassen zum Entspannen
einer stufenweisen Änderung
des Temperaturerfassungssignals. Gemäß diesem Aspekt wird eine stufenweise
Temperaturänderung,
die im Betriebsablauf des Gasturbinensystems unmöglich ist, entspannt, es hierdurch ermöglichend,
eine Hochgeschwindigkeitserfassung der Verbrennungsgastemperatur
für das
Gasturbinensystem geeigneter durchzuführen.
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In
einem vierten Aspekt der Erfindung kann die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
des zweiten oder dritten Aspektes ferner eine Lag-Filtervorrichtung
erster Ordnung umfassen zum Entfernen einer elektrischen Hochfrequenzstörung, welche
in das Erfassungssignal hineingelangt ist, von dem Temperaturerfassungssignal.
Gemäß diesem
Aspekt wird eine elektrische Hochfrequenz-Störung (Rauschkomponente) aus
dem Temperaturerfassungssignal entfernt. Dies ermöglicht das
Durchführen
von Hochgeschwindigkeitserfassung der Verbrennungsgastemperatur
in für
das Gasturbinensystem geeigneterer Weise.
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In
einem fünften
Aspekt der Erfindung können
die Verbrennungstemperatur-Hochgeschwindigkeitseinrichtung des zweiten,
dritten oder vierten Aspektes ferner eine Temperaturänderungsfiltervorrichtung
umfassen zum Herausfiltern von Hochfrequenz-Komponenten des Temperaturerfassungssignals.
Gemäß diesem
Aspekt wird eine veränderliche Hochfrequenz-Komponente,
welche normalerweise ungewöhnlich
ist für
den Betrieb des Gasturbinensystems, aus dem Temperaturerfassungssignal
abgetrennt, es hierdurch ermöglichend,
Hochgeschwindigkeitserfassung der Verbrennungsgastemperatur in für das Gasturbinensystem
geeigneterer Weise durchzuführen.
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In
einem sechsten Aspekt der Erfindung kann die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
des zweiten, dritten, vierten oder fünften Aspektes eine Störungsfiltervorrichtung
umfassen, die einschließt:
eine erste Lag-Filtervorrichtung erster Ordnung mit einer kurzen Zeitkonstanten;
eine zweite Lag-Filtervorrichtung erster
Ordnung mit einer langen Zeitkonstanten; und eine Hochwertauswählvorrichtung
zum Auswählen des
höheren
der Ausgangswerte der ersten und zweiten Lag-Filtervorrichtungen
erster Ordnung. Gemäß diesem
Aspekt kann eine für
das Gasturbinensystem geeignetere Hochgeschwindigkeits-Erfassung
der Verbrennungsgastemperatur durchgeführt werden. Das heißt, Störungsfiltern
wird abgedämpft bei
Auftreten einer Temperaturänderung
zu einer höheren
Seite hin, und ein Ändern
des Temperaturerfassungssignals T1 wird, wenn möglich, als tatsächliche Änderung
der Verbrennungsgastemperatur behandelt (eher denn als Störung). Diese
Maßnahme kann
ein durch übermäßiges Ansteigen
der Verbrennungstemperatur bedingtes Beschädigen der Brennkammer verhindern.
Zur Zeit einer Temperaturänderung
zu einer niedrigeren Seite hin wird andererseits Störungsfiltern
angehoben, um die Verbrennungsgastemperatur nicht übermäßig niedrig
zu beurteilen. Diese Maßnahme
kann eine übermäßige Zunahme einer
Brennstoffzufuhr vermeiden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird detaillierter verstanden von der nachstehend
wiedergegebenen detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen,
welche nur illustrativ wiedergegeben werden und demnach nicht beschränkend sind
in Bezug auf die vorliegende Erfindung, wobei zeigt:
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1A eine schematische Aufbauzeichnung eines
Gasturbinensystems und
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1B eine vergrößerte Ansicht
eines in dem Gasturbinensystem installierten Temperaturdetektors;
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2 eine Aufbauzeichnung einer
Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B erläuternde Zeichnungen zum Darstellen
der Funktion eines Lag-Filterabschnittes erster Ordnung, bereitgestellt
in der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung;
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4 eine erläuternde
Zeichnung zum Zeigen der Funktion eines Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnittes,
bereitgestellt in der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung;
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5 eine erläuternde
Zeichnung zum Zeigen der Funktion eines Temperaturänderungsfilterabschnitts,
bereitgestellt in der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung;
und
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6A bis 6C erläuternde Zeichnungen zum Zeigen
der Funktionen eines Störungsfilterabschnittes,
bereitgestellt in der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert beschrieben unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, welche in keiner Weise
die Erfindung beschränken.
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Wie
in der schematischen Aufbauzeichnung der 1A und der schematischen Ansicht der 2 gezeigt, hat ein Gasturbinensystem 1 eine Gasturbine 2,
eine Vielzahl von Verbrennungskammern 3 und einen Kompressor 4.
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Der
Kompressor 4 hat eine Drehwelle gekoppelt an eine Drehwelle
der Gasturbine 2. Der Kompressor 4 wird drehend angetrieben
durch die Gasturbine 2 zum Komprimieren von Luft, welche
von einem Luftansaugabschnitt 5 genommen worden ist, und
führt sie
zu den Brennkammern 3. In den Brennkammern 3 wird
ein von einer Brennstoffzufuhrausrüstung 6 zugeführter Brennstoff
durch die von dem Kompressor 4 zugeführte komprimierte Luft verbrannt.
Das resultierende Verbrennungsgas (Verbrennungsenergie) treibt die
Gasturbine 2 drehend an, welche wiederum den Kompressor 4 drehend
antreibt, wie oben erwähnt,
und auch einen Generator für
elektrische Energie 7 zum Erzeugen von Elektrizität drehend
antreibt.
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Wie
in 1A, 1B und 2 gezeigt,
ist das Gasturbinensystem 1 mit einem Temperaturdetektor 8 ausgerüstet, einer
Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 und
einem Temperaturcontroller 30. In 2 sind die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 und
der Temperaturcontroller 30 als Systemdiagramme (Blockdiagramme)
für Signalabläufe ausgedrückt. Das
Symbol s in 2 ist ein
Laplace-Operator.
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Wie
in 1A gezeigt, ist der
Temperaturdetektor 8 an einer stromabwärtigen Seite der Gasturbine 2 (d.h.
auf der Verbrennungsgasauslassseite) angeordnet zum Erfassen der
Verbrennungsgastemperatur der Brennkammer 3. Zum Erfassen
der Verbrennungsgastemperatur ist es wünschenswert, den Temperaturdetektor
an dem Verbrennungsgasauslass der Brennkammer 3 anzuordnen
oder auf einer stromaufwärtigen
Seite der Gasturbine 2 (Verbrennungsgaseinlassseite). An
diesen Positionen ist die Verbrennungsgastemperatur so hoch (beispielsweise
1300 bis 1500°C),
dass der Temperaturdetektor dort nicht installiert werden kann.
Demnach wird der Temperaturdetektor 8 auf der stromabwärtigen Seite der
Gasturbine 2 installiert, wie oben erwähnt.
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Wie
in 1B gezeigt, kann
der Temperaturdetektor 8 einen Thermokoppler 8b innerhalb
eines Schutzmaterials 8a aufnehmen. Selbst auf der stromabwärtigen Seite
der Gasturbine 2 hat das Verbrennungsgas noch eine relativ
hohe Temperatur (beispielsweise 600 bis 800°C) und eine hohe Fließgeschwindigkeit,
so dass der Thermokoppler 8b durch das Aufgenommensein
in dem Schutzmaterial 8a geschützt ist. Demnach tritt eine
Verzögerung
in der Erfassung der Verbrennungsgastemperatur in dem Temperaturdetektor 8 aufgrund
des Schutzmaterials 8a auf. Wie in 2 gezeigt, kann die Temperaturerfassungs-Nacheilungs-Charakteristik
des Temperaturdetektors 8 beispielsweise wiedergegeben
werden durch eine Verzögerung
erster Ordnung mit einer Zeitkonstanten von 30 Sekunden (d.h. 1/(1
+ 30 s)).
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Wie
in 2 gezeigt, hat ein
Phasenvoreilungs-Nacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11 der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 einen
Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A, welcher Phasenvoreilungs-Kompensation
ausführt
für (1
+ 30 s) als eine Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperaturerfassungs-Einrichtung zum Vorhersagen
der Verbrennungsgastemperatur durch Verarbeiten eines Temperaturerfassungssignals
T1 des Temperaturdetektors 8 ansprechend auf die Temperaturerfassungsverzögerungs-Charakteristik
des Temperaturdetektors 8. In dem Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A wird
eine Verstärkung
von 30 eines Differentials (s) festgelegt in Übereinstimmung mit der Verzögerungszeitkonstanten
erster Ordnung von 30 Sekunden des Temperaturdetektors 8.
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Demnach
wird das Temperaturerfassungssignals T1 des Temperaturdetektors 8 einer
Phasenvoreilungs-Verarbeitung (1 + 30 s) durch den Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A unterzogen.
Als ein Ergebnis wird (1 + 30 s) in der Verzögerung erster Ordnung des Temperaturerfassungssignals
T1 ausgelöscht,
zum Erhalten (Vorhersagen) der Verbrennungsgastemperatur der Brennkammer 3.
Das heißt,
die Verbrennungsgastemperatur wird mit einer hohen Geschwindigkeit
erfasst. Kurz gesagt, der Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A führt Differenziationsverarbeitung
aus zum Finden einer Temperaturänderung
in dem Temperaturerfassungssignal T1 und multipliziert diese Änderung mit
der Verstärkung
von 30, es hierdurch ermöglichend,
vorherzusagen, wie weit die Verbrennungsgastemperatur ansteigen
wird.
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Es
ist selbstverständlich,
dass wenn die Verzögerungszeitkonstante
erster Ordnung des Temperaturdetektors 8 kürzer wird
als 30 Sekunden (beispielsweise wenn sie 15 Sekunden oder 20 Sekunden
wird), die Verstärkung
des Differenzials (s) des Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnittes 11A auch
abgestimmt werden kann in Übereinstimmung mit
dieser Verzögerungszeitkonstanten
erster Ordnung (beispielsweise kann sie eingestellt werden auf 15
oder 20).
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Zudem
schlieft die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
zusätzlich
zu dem Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A verschiedene
Filterabschnitte 11B, 12, 13 und 14 ein,
entworfen, um die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 geeigneter
zu machen für
das Gasturbinensystem 1.
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Der
Lag-Filterabschnitt 12 erster Ordnung ist als eine Lag-Filtervorrichtung
erster Ordnung zum Entfernen einer ersten elektrischen Hochfrequenz-Störung (Rauschkomponente)
vorgesehen, welche in das Temperaturerfassungssignal T1 des Temperaturdetektors 8 hineingelangt
ist, von dem Temperaturerfassungssignal T1. Wenn beispielsweise
ein Hochleistungsmotor arbeitet, kann eine elektrische Hochfrequenzstörung (unterbrochene
Linien in 3A) ständig in
das Temperaturerfassungssignal (elektrisches Signal) T1 (eine Volllinie
in 3A und 3B) des Temperaturdetektors 8,
beeinflusst durch den Betrieb des Hochleistungsmotors, gelangen.
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Demnach
ist der Lag-Filterabschnitt erster Ordnung 12 für (1/(1
+ 0,25 s)) vorgesehen. In dem Lag-Filterabschnitt 12 erster
Ordnung ist eine für
das Entfernen elektrischer Störung
geeignete Zeitkonstante (0,25 Sekunden in dem dargestellten Beispiel) festgelegt.
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Wie
in 3B gezeigt, kann
eine in dem Temperaturerfassungssignal T1 enthaltene elektrische
Hochfrequenzstörung
(ein Impuls von 200 μs, 50°C) von dem
Temperaturerfassungssignal T1 entfernt werden. Sicherlich kann die
Verzögerungszeitkonstante
erster Ordnung in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den Eigenschaften
der elektrischen Störung
abgestimmt werden.
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Der
Phasenvoreilungs-Nacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11 hat
den Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11B. Der Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11B ist
eingerichtet zum Ausführen
von Phasennacheilungs-Kompensation für (1/( 1 + 10 s)) und ist als
Phasennacheilungs-Verarbeitungsvorrichtung
zum Entspannen einer stufenweisen Änderung in dem Temperaturerfassungssignal
T1 des Temperaturdetektors 8 vorgesehen. Der Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A erzeugt
eine übermäßige Antwort
(Überschießen) als
Reaktion auf ein schrittweises abruptes Ändern (abruptes Ansteigen oder
abruptes Abfallen) im Temperaturerfassungssignal T1, wie durch Volllinien in 4 angezeigt. Solch ein schrittweises
abruptes Ändern
ist im Betrieb des Gasturbinensystems 1 nicht möglich. Das
heißt,
wenn nur der Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A vorgesehen
ist, kann eine übermäßige Antwort
im Betrieb des Gasturbinensystems 1 verursacht werden,
was die Temperatursteuerung instabil macht.
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Demnach
wird Temperatursteuerung stabilisiert durch das Bereitstellen des
Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnittes 11B, obwohl
dies dem Zwecke der Hochgeschwindigkeitserfassung entgegengerichtet
ist. In dem Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11B,
welcher die Verzögerungen
erster Ordnung behandelt, ist seine Zeitkonstante festgelegt auf
einen Wert (10 Sekunden im dargestellten Beispiel), welcher niedriger
ist als die Verzögerungszeitkonstante
erster Ordnung des Temperaturcontrollers 8. Wie durch eine
unterbrochene Linie in 4 dargestellt,
kann der Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11B das
schrittweise Ändern
in dem Temperaturerfassungssignal T1 entspannen zum Stabilisieren
der Temperatursteuerung. Die Verzögerungszeitkonstante erster
Ordnung des Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnittes 11B ist
von der Größenordnung
von 10 Sekunden. Selbst wenn Phasennacheilungs-Verarbeitung in einem solchen Umfang
ausgeführt
wird, kann eine etwa dreifache Hochgeschwindigkeitsverarbeitung
durchgeführt werden,
verglichen mit der Verzögerungszeitkonstanten
erster Ordnung von 30 Sekunden im Temperaturdetektor 8.
Daher wird die gewünschte
Hochgeschwindigkeitstemperatursteuerung nicht beeinträchtigt.
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Der
Temperaturänderungsfilterabschnitt 13 wird
bereitgestellt als eine Temperaturänderungsfiltervorrichtung zum
Herausfiltern einer Hochfrequenzkomponente aus dem Temperaturerfassungssignal
T1 des Temperaturdetektors 8. Das heißt, es ist im Betrieb des Gasturbinensystems 1 normalerweise
nicht erreichbar, dass die Verbrennungsgastemperatur der Brennkammer 3 mit
einer hohen Frequenz von 2 bis 3 Hz oder mehr schwankt. Demnach ist
der Temperaturänderungsfilterabschnitt 13 vorgesehen
als Hochfrequenzabtrennfilter (Tiefpassfilter) zum Herausfiltern
einer Hochfrequenzkomponenten von 2 bis 3 Hz oder höher. Das
heißt,
der Temperaturänderungsfilterabschnitt 13 behandelt
eine Verzögerung
zweiter Ordnung, und verschiedene Konstanten der Verzögerung zweiter
Ordnung werden festgelegt wie in 2,
wodurch eine Trennfrequenz festgelegt wird auf 2 bis 3 Hz, wie in 5 gezeigt. Es ist selbstverständlich,
dass die Trennfrequenz nicht auf 2 bis 3 Hz beschränkt ist,
sondern eingestellt werden kann auf andere Frequenzen durch Abstimmen
der oben erwähnten
Konstanten.
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Der
Störungsfilterabschnitt 14 wird
bereitgestellt als Störungsfiltervorrichtung
zum Separieren momentaner Änderungen
in der Verbrennungsgastemperatur von Störungen (Filtern von Störungen) und
zum Optimieren der Störungsfilterung
als Reaktion auf Änderungen
(Anstieg oder Abfall) in der Verbrennungsgastemperatur.
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Im
Detail schließt
der Störungsfilterabschnitt 14 einen
Lag-Filterabschnitt
erster Ordnung 14A ein als erste Lag-Filtervorrichtung erster Ordnung mit
einer relativ kurzen Zeitkonstanten (eine Sekunde im dargestellten
Beispiel), einen Lag-Filterabschnitt 14B erster Ordnung
als eine zweite Lag-Filtervorrichtung erster Ordnung mit einer relativ
langen Zeitkonstanten (5 Sekunden im dargestellten Beispiel) und
einen Hochwertauswahlabschnitt 14C als Hochwertauswahlvorrichtung
zum Auswählen
des höheren
der Ausgangswerte dieser Lag-Filterabschnitte 14A und 14B erster
Ordnung.
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Wenn
beispielsweise das Temperaturerfassungssignal T1 ansteigt, wie durch
Volllinien in 6A gezeigt,
wird der Ausgangswert des Lag-Filterabschnittes 14A erster
Ordnung, der in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angezeigt
ist, höher
als der Ausgangswert des Lag-Filterabschnittes 14B erster
Ordnung, der durch eine strichpunktierte Linie in der Zeichnung
angezeigt ist. Demnach wählt der
Hochwertauswahlabschnitt 14C den früheren Ausgangswert aus und
gibt ihn aus. Wenn das Temperaturerfassungssignal T1 abnimmt, wie
durch Volllinien in 6B angezeigt,
wird einerseits der Ausgangswert des Lag-Filterabschnitts erster
Ordnung 14B, der durch eine strichpunktierte Linie in der Zeichnung
dargestellt ist, höher
als der Ausgangswert des Lag-Filterabschnittes 14A erster
Ordnung, der durch eine gestrichelte Linie in der Zeichnung dargestellt
ist. Demnach wählt
der Hochwertauswählabschnitt 14C den
früheren
Ausgangswert aus und gibt ihn aus.
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Wenn
die Verbrennungsgastemperatur (Temperaturerfassungssignal T1) sich
beispielsweise ändert,
wie durch eine Volllinie in 6C dargestellt, spricht
die Ausgangsgröße des Störungsfilterabschnittes 14,
wie durch eine gestrichelte, doppelt-punktierte Linie in der Zeichnung
dargestellt, schnell an (folgt nach) und nimmt zu, wenn das Temperaturerfassungssignal
T1 zunimmt, und spricht langsamer an (folgt nach) und nimmt ab,
wenn das Temperaturerfassungssignal T1 abnimmt.
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Das
heißt,
eine Änderung
in der Verbrennungsgastemperatur zu einer höheren Seite ist kritischer
für das
Gasturbinensystem 1 als eine Änderung zu einer niedrigeren
Seite. Dies ist, weil wenn die Verbrennungstemperatur zu hoch wird,
die Brennkammer beschädigt
werden kann, so dass eine prompte Temperatursteuerung wünschenswert
ist, insbesondere in dem Fall einer Temperaturänderung zu einer höheren Seite
hin. Da der höhere
der Ausgangswerte der Lag-Filterabschnitte erster Ordnung 14A und 14B durch
den Hochwertauswahlabschnitt 14C mit unterschiedlichen
Zeitkonstanten ausgewählt
wird, wird auf das Auftreten einer Temperaturänderung zu einer höheren Seite
hin Störungsfilterung
verringert, und ein Ändern
des Temperaturerfassungssignals T1 wird, wenn möglich, als tatsächliche Änderung
in der Verbrennungsgastemperatur (eher denn als Störung) behandelt.
Zu der Zeit der Temperaturänderung
zu einer niedrigeren Seite wird einerseits Störfiltern derart verbessert,
dass die Verbrennungsgastemperatur nicht übermäßig niedrig beurteilt wird.
Diese Maßnahme
kann ein übermäßiges Ansteigen
der Brennstoffzufuhrmenge verhindern.
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Ein
Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassungswert T2, der durch die
Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 erhalten
wird, wird an dem Temperaturcontroller 30 ausgegeben (als
eine Rückmeldung).
Der Temperaturcontroller 30 hat einen Abweichungsberechnungsabschnitt 31 zum
Bestimmen einer Temperaturabweichung ΔT zwischen dem Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassungswert
T2 und einem gewünschten
Temperaturwert T0 (d. h. ΔT
= T0 – T2)
und hat einen proportionalen und integrierenden Rechenabschnitt 32 zum
Ausführen
von proportionalen und integrierenden Berechnungen der Temperaturabweichung ΔT zum Erhalten
eines Temperatursteuersignals TC, gefolgt von dem Ausgeben davon
zu der Brennstoffzufuhrausrüstung 6.
Wenn der Hochtemperaturerfassungswert T2 niedriger ist als der gewünschte Temperaturwert
T0, wird das Temperatursteuersignal TC ein Erhöhungsabfragesignal für die Brennstoffzufuhrmenge.
Wenn der Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassungswert T1 höher ist
als ein gewünschter
Temperaturwert T0, wird das Temperatursteuersignal TC ein Abnahmeanforderungssignal
für die
Menge an Brennstoffzufuhr. Die Brennstoffzufuhrausrüstung 6 steuert
die Brennstoffzufuhrmenge zu der Brennkammer 3 basierend
auf dem Temperatursteuersignal TC.
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Demnach
wird die Verbrennungsgastemperatur (Temperaturerfassungswerte T1,
T2) der Brennkammer 3 derart gesteuert, dass der gewünschte Temperaturwert
T0 erreicht wird. Darüber
hinaus wird Temperatursteuerung zu dieser Zeit basierend auf dem
Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassungswert
T2 ausgeführt,
dem bei hoher Geschwindigkeit durch die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 mit
dem Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A erfassten Wert.
Daher hat diese Temperatursteuerung eine höhere Geschwindigkeit als Konventionelle.
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Zudem
hat die Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 nicht
nur den Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A,
sondern auch den Phasennacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11B,
den Lag-Filterabschnitt
erster Ordnung 12, den Temperaturänderungsfilterabschnitt 13 und
den Störungsfilterabschnitt 14 (Lag-Filterabschnitte
erster Ordnung 14A, 14B, Hochwertauswahlabschnitt 14C).
Demnach ist der von der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 bestimmte Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassungswert T2
ein geeigneterer Temperaturerfassungswert für die Verbrennungsgastemperatursteuerung
des Gasturbinensystems 1.
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Die
jeweiligen Verarbeitungsabschnitte 11, 12, 13 und 14 der
Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 und
die jeweiligen Rechenabschnitte 31 und 32 des
Temperaturcontrollers 30 bestehen aus Software, und ihre Verarbeitungen
werden durch einen Mikrocomputer ausgeführt. Sicherlich kann die Abfolge
der jeweiligen Verarbeitungsabschnitte in der Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung 10 beliebig
geändert
werden. Selbst in diesem Fall bleiben ihre Funktionen unverändert. Beispielsweise
können
der Phasenvoreilungs-Nacheilungs-Verarbeitungsabschnitt 11 und
der Störungsfilterabschnitt 14 vertauscht
werden.
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In
der vorangehenden Ausführungsform
wird eine Hochgeschwindigkeitserfassung der Verbrennungsgastemperatur
durch Phasenvoreilung (Phasenvoreilungs-Verarbeitungsabschnitt 11A)
erzielt, was ein einfaches und wirksames Signalverarbeitungsverfahren
ist. Jedoch ist dieses Verfahren nicht notwendigerweise einschränkend, und
es kann eine Hochgeschwindigkeits-Verbrennungstemperatur-Erfassungseinrichtung
verwendet werden, die das Temperaturerfassungssignal T1 in Übereinstimmung mit
den Temperaturerfassungsverzögerungs-Eigenschaften
des Temperaturdetektors 8 verarbeitet, hierdurch die Verbrennungsgastemperatur
vorhersagend. Beispielsweise ist es zulässig, im Voraus eine Temperaturabbildung
bzw. Zuordnung vorzubereiten, die die Korrelation zwischen dem Temperaturerfassungssignal
T1 und der tatsächlichen
Verbrennungsgastemperatur repräsentiert,
und die Verbrennungsgastemperatur basierend auf dieser Temperaturabbildung
und dem Temperaturerfassungssignal T1 vorherzusagen, hierdurch eine
Hochgeschwindigkeits-Erfassung erreichend.
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Während die
vorliegende Erfindung durch die obige Ausführungsform beschrieben worden
ist, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht dadurch eingeschränkt wird,
sondern variiert werden kann oder modifiziert in vielen anderen
Weisen. Solche Variationen oder Modifikationen sind nicht als Abweichung
von dem Gedanken und Schutzumfang der Erfindung anzusehen, und alle
solche Variationen und Modifikationen, wie sie Fachleuten offenbar
wären, sind
als innerhalb des Schutzbereiches der beiliegenden Patentansprüche gedacht.