DE112015000980T5

DE112015000980T5 - Kraftstoffsteuervorrichtung, Brennkammer, Gasturbine, Steuerverfahren und Programm

Info

Publication number: DE112015000980T5
Application number: DE112015000980.9T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Yamamoto; Akihiko Saito; Fuminori Fujii; Ryuji TAKENAKA; Takashi Sonoda; Hisashi Nakahara; Ryoichi Haga; Yoshifumi Iwasaki; Isamu MATSUMI; Naohiro SUMIMURA; Shinichi Yoshioka; Wataru Akizuki
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-02-17
Also published as: CN105849389A; KR20160091412A; US20160326967A1; JP6217451B2; CN105849389B; WO2015129498A1; KR101805331B1; US11492981B2; DE112015000980B4; US20230022473A1; JP2015161176A

Abstract

Eine Kraftstoffsteuervorrichtung mit einer Verbrennungstemperaturschätzwert-Berechnungseinheit, die einen Temperaturschätzwert berechnet, wenn ein Gemisch von Kraftstoff und Einströmluft unter einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einem Öffnungsgradbefehlswert eines Werts, der die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff vermischt und verbrannt wird, und einem Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlwerts, der für eine Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch die Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, einer Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit, die einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert berechnet, der eine Verteilung von Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Temperaturschätzwerts anzeigt, und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, und einer Ventilöffnungsgradberechnungseinheit, die jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratennsteuerventil von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten, die auf dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert basiert, berechnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffsteuervorrichtung, eine Brennkammer, eine Gasturbine, ein Steuerverfahren und ein Programm.
Priorität wird von der am 26. Februar 2014 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-034871 beansprucht, deren Inhalt hier durch Bezug eingebunden ist.
HINTERGRUND
Bei einer Zufuhr von Kraftstoff zu einer Brennkammer einer Gasturbine wird der Kraftstoff in einigen Fällen im Sinne einer Effizienz oder Stabilität der Verbrennung aufgeteilt und einer Vielzahl von Systemen zugeführt. In solchen Fällen ist es notwendig, eine Verteilung des Kraftstoffs zu den jeweiligen Systemen zu beachten.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung einer Gasturbine aus dem Stand der Technik darstellt. Wie in 14 dargestellt, schätzt die Kraftstoffsteuervorrichtung aus dem Stand der Technik eine Temperatur eines Verbrennungsgases an einem Einlass der Turbine auf der Basis eines Atmosphärendrucks, einer Atmosphärentemperatur, eines Öffnungsgradbestimmungswertes einer Einlassleitschaufel („inlet guide vane” – IGV), und eines Gasturbinenausgabewerts, und berechnet auf der Basis eines Turbineneinlasstemperaturschätzwerts ein Verhältnis des Kraftstoffs, der den jeweiligen Systemen zuzuweisen ist. Die Kraftstoffsteuervorrichtung bestimmt eine Kraftstoffzuführgröße bzw. Kraftstoffzuführmenge zur Zufuhr zu einer Düse von jedem Kraftstoffsystem aus einem Verteilungsverhältnis zur Verteilung zu jedem System und einer gesamten Kraftstoffströmungsraten basierend auf einem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert (CSO), und steuert einen Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratensteuerventils, das in jedem System vorgesehen ist.
Ferner ist bekannt, dass Verbrennungsvibration zum Beispiel in einer Brennkammer einer Gasturbine auftritt, wenn ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff, der von einer Vielzahl von Systemen zugeführt wird, geändert wird. Da die Verbrennungsvibration eine Druckfluktuation innerhalb der Brennkammer ist und die Brennkammer oder Komponenten der Gasturbine beschädigt, muss die Verbrennungsvibration vermieden werden (siehe Patentschrift 1).
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Kraftstoffverteilungsverhältnis zur Verteilung zu einem bestimmten Kraftstoffsystem und einer Turbineneinlasstemperatur während eines Lastwechsels im Stand der Technik darstellt. Wie in 15 dargestellt gibt es Bereiche (Bereich 74 und Bereich 75), in denen Verbrennungsvibration entsprechend dem Kraftstoffverteilungsverhältnis und einem Wert der Turbineneinlasstemperatur auftritt. Ferner bezeichnet eine Zielbetriebslinie 71 eine Zielbetriebslinie, die eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffverteilungsverhältnis, bei dem solch eine Verbrennungsvibration nicht auftritt, und einer Turbineneinlasstemperatur angibt. Bei der Kraftstoffsteuervorrichtung ist es zu bevorzugen, das Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs, der jedem System zugeführt wird, so zu steuern, dass das Kraftstoffverteilungsverhältnis ein Kraftstoffverteilungsverhältnis wird, bei dem ein Verbrennungsvibrationsauftrittbereich, wie durch die Zielbetriebslinie 71 gezeigt, vermieden werden kann.
ZITIERUNGSLISTE
PATENTLITERATUR
PATENTSCHRIFT 1

Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichungsnummer 2012-92681

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn eine Ausgabe einer Gasturbine fluktuiert, ändert sich eine Einlasstemperatur der Turbine entsprechend. Insbesondere wenn die Fluktuation scharf bzw. deutlich ist, entspricht ein Turbineneinlasstemperaturschätzwert, der wie oben berechnet wird, zeitlich nicht einer Änderung einer aktuellen Gasturbineneinlasstemperatur. In diesem Fall kann eine Betriebslinie, die eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffverteilungsverhältnis, das durch eine Kraftstoffsteuervorrichtung auf der Basis des Turbineneinlasstemperaturschätzwerts berechnet wird, und der aktuellen Gasturbineneinlasstemperatur anzeigt, in dem Verbrennungsvibrationsauftrittbereich liegen. Zum Beispiel ist eine Betriebslinie 72 ein Beispiel einer Betriebslinie, wenn sich eine Last erhöht, und eine Betriebslinie 73 ist ein Beispiel einer Betriebslinie, wenn sich eine Last verringert. In beiden Fällen tritt wahrscheinlich die Verbrennungsvibration auf.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Kraftstoffsteuervorrichtung, eine Brennkammer, eine Gasturbine, ein Steuerverfahren und ein Programm, zur Verfügung, die in der Lage sind, das oben beschriebene Problem zu lösen.
LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kraftstoffsteuervorrichtung eine Verbrennungstemperaturschätzwert-Berechnungseinheit, die einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgrad-Befehlswert eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts berechnet wird, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, eine Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit, die einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwerts berechnet, und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, und eine Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit, die jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten auf der Basis des Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, berechnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Kraftstoffsteuervorrichtung eine Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit, die den Ausgabevorhersagewert auf der Basis einer vorbestimmten entsprechenden Beziehung zwischen dem Kraftstoffsteuerungssignalbefehlswert und einem Ausgabewert einer Gasturbine und dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert berechnet.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst die Kraftstoffsteuervorrichtung eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit, die eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße zum Korrigieren des Ausgabevorhersagewerts auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert und einem Wert zum Korrigieren einer Ausgabe einer Gasturbine und dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert berechnet, und eine Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit, die den Ausgabevorhersagewert unter Verwendung eines aktuell gemessenen Werts eines Ausgabewerts der Gasturbine und der Gasturbinenausgabekorrekturgröße berechnet.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst die Kraftstoffsteuervorrichtung eine Koeffizienten-Berechnungseinheit, die einen gewichtenden Koeffizienten für die Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß einem Wert, der eine Ausgabeänderung der Gasturbine pro Einheit Zeit angibt, berechnet.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst die Kraftstoffsteuervorrichtung eine Laständerungsraten-Bestimmungseinheit, die eine Ausgabeänderung der Gasturbine pro Einheit Zeit erfasst und die Gasturbinenausgabekorrekturgröße auf 0 setzt, wenn die Ausgabeänderung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennkammer die oben beschriebene Kraftstoffsteuervorrichtung.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, umfasst eine Gasturbine die oben beschrieben Kraftstoffsteuervorrichtung.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei einem Steuerverfahren eine Kraftstoffsteuervorrichtung einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgradbefehlswert eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwertes berechnet und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, und jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten, die auf dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert basiert.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung veranlasst ein Programm einen Computer einer Kraftstoffvorrichtung, damit funktioniert dieser als ein Mittel, das einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgradbefehlswert eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, als ein Mittel, das einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwertes berechnet und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, berechnet, und als ein Mittel, das jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten, die auf dem Kraftstoffsteuerungssignalbefehlswert basiert, berechnet.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der Kraftstoffsteuervorrichtung, der Brennkammer, der Gasturbine, dem Steuerverfahren und dem Programm, die oben beschrieben wurden, kann eine Abweichung zwischen einem Zielkraftstoffsystemkraftstoffverhältnis für die Turbineneinlasstemperatur und einem aktuellen Kraftstoffsystemkraftstoffverhältnis selbst bei einer transienten Periode eines Lastwechsels vermieden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbinenanlage einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ergebnisses der Anwendung der Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel der Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Gasturbinenverteilungssteuerung nach dem Stand der Technik darstellt.
15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Kraftstoffverteilungsverhältnis und einer Turbineneinlasstemperatur zu der Zeit eines Lastwechsels darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
1 ist ein Systemdiagramm einer Gasturbinenanlage bei dieser Ausführungsform.
Die Gasturbinenanlage dieser Ausführungsform umfasst eine Gasturbine 10, einen Energiegenerator 16, der Energie durch Antrieb durch die Gasturbine 10 erzeugt, und eine Kraftstoffsteuervorrichtung 50, die ein Verhalten der Gasturbine 10 wie in 1 dargestellt steuert. Die Gasturbine 10 und der Energiegenerator 16 sind miteinander durch einen Rotor 15 gekoppelt.
Die Gasturbine 10 umfasst einen Luftkompressor 11, der Luft komprimiert, um komprimierte Luft zu erzeugen, eine Brennkammer 12, die die komprimierte Luft mit einem Kraftstoffgas mischt, das Gas verbrennt, und ein Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur erzeugt, und eine Turbine 13, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
Ein Einlassleitflügel IGV („inlet guide vane” – IGV) 14 ist in dem Luftkompressor 11 vorgesehen. Die IGV 14 stellt eine Strömung von Luft in den Luftkompressor 11 hinein ein. Ein Druckmesser 22 und ein Thermometer 23 sind an einer Einlassseite des Luftkompressors 11 vorgesehen. Der Druckmesser 22 misst den Atmosphärendruck und gibt den Atmosphärendruck zu der Kraftstoffsteuervorrichtung 50 aus. Das Thermometer 23 misst Atmosphärentemperatur und gibt die Atmosphärentemperatur zu der Kraftstoffsteuervorrichtung 50 aus.
Die Brennkammer 12 ist mit einer Kraftstoffzuführvorrichtung 21 verbunden, die der Brennkammer 12 einen Kraftstoff zuführt. Der Kraftstoff wird von einer Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen (einem Pilotsystem, einem Hauptsystem, und einem Top-Hat-System) der Brennkammer 12 zugeführt. Dementsprechend sind Ventile, die eine Strömungsraten des Kraftstoffs für die jeweiligen Kraftstoffsysteme einstellen, das heißt, ein Pilotsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 18, ein Hauptsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 19, ein Top-Hat-System-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 20, zwischen der Kraftstoffzuführvorrichtung 21 und der Brennkammer 12 vorgesehen.
Der Energiegenerator 16 umfasst einen Energiemesser 17, der die von dem Energiegenerator 16 erzeugte Energie misst und die gemessene Energie zu der Kraftstoffsteuervorrichtung 50 ausgibt.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung 50 bestimmt ein Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs, der jedem Kraftstoffsystem zuzuweisen ist, und stellt Ventilöffnungsgrade der Kraftstoffströmungsratensteuerventile ein, die in den jeweiligen Kraftstoffzuführsystemen beinhaltet sind. Das heißt, die Kraftstoffsteuervorrichtung 50 stellt Ventilöffnungsgrade des Pilotsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventils 18, des Hauptsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventils 19 und des Top-Hat-System-Kraftstoffströmungsratensteuerventils 20 ein, um Kraftstoffströmungsratenn des Kraftstoffs, der von Düsen jedes Systems in die Brennkammer hineinströmt, zu steuern.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Kraftstoffsteuervorrichtung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Eine Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 erlangt einen Kraftstoffsteuersignalbefehlswert (CSO: – „control signal output” – Steuersignalausgabe) von einer Gasturbinenausgabesteuereinheit (nicht dargestellt), die eine Ausgabe der Gasturbine steuert, und berechnet einen Ausgabevorhersagewert (MW) der Gasturbine auf der Basis der CSO. Der Kraftstoffsteuersignalbefehlswert (CSO) ist ein Steuerausgabesignal zum Steuern der Kraftstoffströmungsraten, die der Brennkammer zugeführt wird. Die Berechnung des Gasturbinenausgabevorhersagewerts wird zum Beispiel wie folgt ausgeführt. Eine Tabelle oder eine Funktion, in der der CSO und der Gasturbinenausgabevorhersagewert einander zugeordnet sind, ist in einer Speichereinheit (nicht dargestellt), die in der Kraftstoffsteuervorrichtung 50 beinhaltet ist, gespeichert, und die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 liest die Tabelle auf der Basis des erlangten CSO aus und erlangt einen Gasturbinenausgabevorhersagewert. Alternativ führt, wenn es keinen Ausgabevorhersagewert für einen gewünschten CSO in der Tabelle gibt, die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 eine Interpolationsberechnung mittels eines eingelesenen Gasturbinenausgabevorhersagewerts aus, um den Gasturbinenausgabevorhersagewert zu berechnen. Eine Korrespondenz zwischen dem CSO und dem Gasturbinenausgabevorhersagewert wird zum Beispiel durch Durchführung einer Simulation oder eines Experiments im Vorhinein bestimmt. Die Speichereinheit kann eine Speichervorrichtung sein, die mit der Kraftstoffsteuervorrichtung 50 verbunden ist.
Eine Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 schätzt eine Temperatur des Verbrennungsgases an dem Einlass der Turbine. Genauer gesagt erlangt die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 den Atmosphärendruck von dem Druckmesser 22, die Atmosphärentemperatur von dem Thermometer 23, einen IGV-Öffnungsgradbefehlswert von einer IGV-Steuervorrichtung (nicht dargestellt), und den Gasturbinenausgabevorhersagewert von der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51, und schätzt die Temperatur des Brenngases an dem Einlass der Turbine (ein Turbineneinlasstemperaturschätzwert) auf der Basis solcher Werte. Ein Verfahren des Schätzens der Turbineneinlasstemperatur wird zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nummer 2007-77867 beschrieben. Ein Überblick davon wird beschrieben. Eine Tabelle, in der eine Beziehung zwischen der Gasturbinenausgabe und der Turbineneinlasstemperatur bei jedem IGV-Öffnungsgrad definiert ist, eine Tabelle, in der eine Beziehung zwischen der Atmosphärentemperatur und der Gasturbinenausgabe bei jedem IGV-Öffnungsgrad definiert ist, und ähnliches wird im Vorhinein verarbeitet. Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine Beziehung zwischen dem IGV-Öffnungsgrad, der Atmosphärentemperatur, der Gasturbinenausgabe, und der Turbineneinlasstemperatur unter Verwendung der Tabellen erhalten. Bei dem beschriebenen Verfahren wird eine Beziehung zwischen der Gasturbinenausgabe und der Gasturbineneinlasstemperatur entsprechend eines Atmosphärendruckverhältnisses mittels eines vorbestimmten Verfahrens erreicht, und die Turbineneinlasstemperatur wird unter Berücksichtigung der Gasturbinenausgabe bei einem vorbestimmten IGV-Öffnungsgrad wird unter Berücksichtigung einer Atmosphärenbedingung mittels dieser Korrespondenzbeziehung geschätzt.
Eine Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 liest ein Verteilungsverhältnis zur Verteilung zu einer Pilotdüse aus einer Tabelle oder einer Funktion, in der der Turbineneinlasstemperaturschätzwert und zum Beispiel ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff, der der Pilotdüse zugeführt wird, einander zugeordnet sind, die in der Speichereinheit gespeichert ist, auf der Basis des Turbineneinlasstemperaturschätzwertes, der durch die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 geschätzt wird, aus. Genauso liest die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 ein Verteilungsverhältnis zur Verteilung zu einer Top-Hat-Düse aus einer Tabelle oder einer Funktion aus, in der der Turbineneinlasstemperaturschätzwert und ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff, der zu der Top-Hat-Düse zugeführt wird, einander zugeordnet sind. Wenn das Verteilungsverhältnis als ein Prozentsatz ausgedrückt ist, subtrahiert die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 eine Summe der Verteilungsverhältnisse der Pilotdüse und der Top-Hat-Düse von 100%, um ein Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs, der einer anderen Hauptdüse zugeführt wird, zu berechnen. Wenn die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 das Verteilungsverhältnis zur Verteilung zu jedem Kraftstoffsystem berechnet, gibt die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 das Verteilungsverhältnis (den Kraftstoffverteilungsbefehlswert) zu der Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 aus. Wenn das Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs bei dem Turbineneinlasstemperaturschätzwert, der ein Zielwert ist, zum Beispiel nicht aus der Tabelle ausgelesen wird, in der der Turbineneinlasstemperaturschätzwert und jedes Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs bestimmt sind, kann das Verteilungsverhältnis mittels Interpolationsberechnung berechnet werden.
Die Gesamtkraftstoffströmungsraten-Berechnungseinheit 54 erlangt den CSO von der Gasturbinenausgabesteuereinheit und berechnet eine Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch den CSO angegeben wird. Die Gesamtkraftstoffströmungsraten gibt eine Kraftstoffströmungsraten an, die der Brennkammer zugeführt wird, und ist eine Summe von Kraftstoff, der zu den jeweiligen Systemen verteilt wird. Die Gesamtkraftstoffströmungsraten wird aus einer Korrespondenztabelle oder einer Funktion des CSO und des Gesamtkraftstoffströmungsratennwerts, die in der Speichereinheit gespeichert ist, berechnet. Die Gesamtkraftstoffströmungsraten-Berechnungseinheit 54 gibt eine Information über die Gesamtkraftstoffströmungsraten zu der Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 aus.
Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 berechnet den Ventilöffnungsgrad des Strömungsratensteuerventils, das in jedem Kraftstoffsystem vorgesehen ist, auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten. Insbesondere multipliziert die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 die Gesamtkraftstoffströmungsraten mit dem Verteilungsverhältnis zur Verteilung zu jedem System, um eine Kraftstoffströmungsraten zu berechnen, die jedem System zugeführt wird. Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 berechnet einen Ventilöffnungsgrad von jedem Strömungsratensteuerventil mittels einer Korrespondenztabelle oder einer Funktion der Kraftstoffströmungsraten und des Ventilöffnungsgradbefehlswerts, der für jedes Strömungsratensteuerventil erzeugt wird. Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 steuert das Pilotsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 18, das Hauptsystem-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 19, und das Top-Hat-System-Kraftstoffströmungsratensteuerventil 20 auf der Basis des berechneten Ventilöffnungsgrads. Die Korrespondenztabelle oder die Funktion der Kraftstoffströmungsraten und des Ventilöffnungsgradbefehlswerts ist in der Speichereinheit gespeichert.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Kraftstoffverteilungssteuerung dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
Zuerst erlangt die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 einen CSO von der Gasturbinenausgabesteuereinheit. Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 berechnet einen Gasturbinenausgabevorhersagewert durch Bezug auf eine voraufgezeichnete Tabelle der CSO und des Gasturbinenausgabevorhersagewerts mittels des erlangten CSO (100).
Dann erlangt die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 einen Atmosphärendruck von dem Druckmesser 22 und eine Atmosphärentemperatur von dem Thermometer 23. Ferner erlangt die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 einen IGV-Öffnungsbefehlswert von der IGV-Steuervorrichtung. Ferner erlangt die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 einen Turbineneinlasstemperaturschätzwert, der durch die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 geschätzt wird. Die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 schätzt eine Turbineneinlasstemperatur durch ein vorbestimmtes Verfahren mittels solcher Parameter (101).
Dann berechnet die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff, der jedem der Kraftstoffzuführsysteme zugeführt wird, auf der Basis der Turbineneinlasstemperatur (102). Die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 gibt eine Information des Verteilungsverhältnisses zu der Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 aus.
Demgegenüber erlangt die Gesamtkraftstoffströmungsraten Berechnungseinheit 54 den CSO von der Gasturbinenausgabesteuereinheit und berechnet die Gesamtkraftstoffströmungsraten (103). Die Gesamtkraftstoffströmungsraten-Berechnungseinheit 54 gibt die Information der Gesamtkraftstoffströmungsraten zu der Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 aus.
Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 multipliziert die Gesamtkraftstoffströmungsraten mit dem Verteilungsverhältnis für jedes Kraftstoffsystem, um die Kraftstoffströmungsraten, die jedem Kraftstoffsystem zugeführt wird, zu berechnen (104). Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 berechnet einen Ventilöffnungsgrad des Strömungsratensteuerventils von jedem System aus der Kraftstoffströmung zu jedem System (105). Die Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit 55 steuert jedes Strömungsratensteuerventil auf der Basis des berechneten Ventilöffnungsbefehlswertes.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ergebnisses der Anwendung der Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 4 dargestellt ist, wenn die Kraftstoffverteilungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform angewendet wird, um eine Last zu erhöhen oder zu verringern, entweder eine Betriebslinie 72, wenn sich die Last erhöht oder eine Betriebslinie 73, wenn sich die Last verringert, nicht in einem Verbrennungsvibrationsauftrittbereich enthalten, im Gegensatz zu dem Ergebnis des Standes der Technik, der mit Bezug auf 15 beschrieben wird.
Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird der Turbineneinlasstemperaturschätzwert gemäß einer aktuellen Ausgabe der Gasturbine bestimmt. In diesem Fall bestimmt die Kraftstoffsteuervorrichtung nach dem Stand der Technik ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff, um aktuell eine Steuerung der Zufuhr von Kraftstoff zu jedem System auszuführen. Folglich wird eine Verzögerung aufgrund von vielfältigen Faktoren verursacht, bis die Ausgabe der Gasturbine ein gewünschter Wert wird. Die vielfältigen Faktoren umfassen zum Beispiel eine mechanische Verzögerung (eine Ventilbetriebsverzögerung, eine Druckantwortverzögerung oder eine Verbrennungsverzögerung) oder eine Steuerverzögerung, wie beispielsweise Zeitverbrauch zum Beispiel für Filterverarbeitung oder Rauschentfernung von einem Signal. Gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird, wenn die Fluktuation der Last groß ist, das Kraftstoffverteilungsverhältnis auf der Basis des Turbineneinlasstemperaturschätzwerts entsprechend der aktuellen Ausgabe der Gasturbine bestimmt. Dementsprechend hat sich der Ausgabewert der Gasturbine bereits geändert, wenn der Ventilöffnungsgrad aktuell auf der Basis des bestimmten Verteilungsverhältnisses gesteuert wird, und die Steuerung mittels des zuvor berechneten Ventilöffnungsgrads könnte nicht zu der aktuellen Situation passen.
Jedoch kann, gemäß dieser Ausführungsform, durch Berechnung des Turbineneinlasstemperaturschätzwerts mittels eines Vorhersagewerts der Gasturbinenausgabe auf der Basis des CSO eine Zeitverzögerung des Turbineneinlasstemperaturschätzwerts, die durch Rückmeldung eines aktuellen Gasturbinenausgabewerts verursacht wird, die bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik auftreten kann, um den Turbineneinlasstemperaturschätzwert zu berechnen, proaktiv kompensiert werden. Dementsprechend kann eine Abweichung zwischen einer Betriebslinie und einer Zielbetriebslinie selbst bei einer transienten Periode eines Lastwechsels verringert, und das Auftreten von Verbrennungsvibration verhindert werden.
5 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Bei diesem modifizierten Beispiel wird ein anderer Parameter als der CSO für die Berechnung des Ausgabevorhersagewerts der Gasturbine verwendet. Ein spezifischer Parameter ist mindestens einer von einer Atmosphärentemperatur, einem Atmosphärendruck, einem IGV-Öffnungsbefehlswert, und einem Kraftstoffbrennwert. Andere Prozesse sind dieselben wie die bei der ersten Ausführungsform.
Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 berechnet den Gasturbinenausgabevorhersagewert auf der Basis des CSO (100). Ferner erlangt die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 mindestens einen der oben beschriebenen Parameter. Für die entsprechenden Parameter erlangt die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 den Atmosphärendruck von dem Druckmesser 22, die Atmosphärentemperatur von dem Thermometer 23, den IGV-Öffnungsbefehlswert von der IGV-Steuervorrichtung und den Kraftstoffbrennwert von einem Kalorimeter (nicht dargestellt), das in dem Kraftstoffsystem vorgesehen ist. Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 liest eine Tabelle, in der ein Wert von jedem Parameter und eine Korrekturgröße des Gasturbinenausgabevorhersagewerts einander zugeordnet sind, die für jeden Parameter im Vorhinein erzeugt wird, aus der Speichereinheit mittels des erlangten Parameters aus und berechnet eine Korrekturgröße auf der Basis der Tabelle (100B). Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 multipliziert (oder addiert) den Gasturbinenausgabevorhersagewert, der auf der Basis des CSO berechnet wird, mit (zu) der Korrekturgröße, um einen Gasturbinenausgabevorhersagewert nach Korrektur zu erhalten.
Gemäß diesem modifizierten Beispiel, kann das Kraftstoffverteilungsverhältnis auf der Basis des Gasturbinenausgabevorhersagewerts, entsprechend einer aktuellen Atmosphärentemperatur, einem aktuellen Atmosphärendruck, einem aktuellen IGV-Öffnungsbefehlswert, und einem aktuellen Kraftstoffbrennwert, berechnet werden. Daher kann eine Steuerung der Kraftstoffströmungsraten, die ferner eine reale Umwelt bzw. Umgebung widerspiegelt, ausgeführt werden und es kann ein Risiko von Verbrennungsfluktuation weiter vermieden werden. Eine Kombination der Parameter kann verwendet werden.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 6 und 7 beschrieben.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung dieser Ausführungsform darstellt.
Wie in 6 dargestellt, umfasst eine Kraftstoffsteuervorrichtung 50 bei dieser Ausführungsform eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56. Ferner ist ein Verfahren des Berechnens eines erwarteten Ausgabewerts der Gasturbine bei der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 unterschiedlich von dem der ersten Ausführungsform. Andere Konfigurationen sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt einen CSO von der Gasturbinenausgabesteuereinheit und berechnet eine Korrekturgröße für den Ausgabewert der Gasturbine auf der Basis des CSO. Für die Berechnung der Gasturbinenausgabewertkorrekturgröße ist eine Tabelle, in der der CSO und die Gasturbinenausgabewertkorrekturgröße einander zugeordnet sind, oder eine Funktion, die einen Differenzierer umfasst, im Vorhinein in einer Speichereinheit aufgezeichnet, und die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 liest die Tabelle oder Ähnliches unter Verwendung des erlangten CSO aus und erhält die Gasturbinenausgabewertkorrekturgröße.
Dann liest die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 einen vorbestimmten gewichtenden Koeffizienten P aus der Speichereinheit aus und multipliziert die Gasturbinenausgabekorrekturgröße, die von der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt wird, mit dem gewichtenden Koeffizienten P. Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 gibt die mit dem Koeffizienten P multiplizierte Korrekturgröße zu der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 aus.
Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 erlangt einen Ausgabewert (einen Gasturbinenausgabewert) des Energiegenerators 16, der durch den Energiemesser 17 gemessen wird. Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 berechnet den Gasturbinenausgabevorhersagewert aus dem Gasturbinenausgabewert und der Gasturbinenausgabekorrekturgröße, die von der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt wird.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Kraftstoffverteilungssteuerung dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 beschrieben.
Zuerst erlangt die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 einen CSO von der Gasturbinenausgabesteuereinheit. Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 berechnet eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße durch Bezug auf eine voraufgezeichnete Korrespondenztabelle des CSO und der Gasturbinenausgabekorrekturgröße unter Verwendung des erlangten CSO (106). Alternativ kann, wenn es keine Ausgabekorrekturgröße gibt, die mit einem gewünschten CSO in der Tabelle korrespondiert, die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 die Ausgabekorrekturgröße durch eine Interpolationsberechnung berechnen.
Dann liest die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 einen vorbestimmten Koeffizienten P aus der Speichereinheit aus, und multipliziert die Gasturbinenausgabekorrekturgröße mit dem gewichtenden Koeffizienten P (107). Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 gibt die mit dem gewichtenden Koeffizienten P multiplizierte Korrekturgröße zu der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 aus.
Ferner erlangt die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 einen Gasturbinenausgabewert von dem Energiemesser 17. Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 addiert den Gasturbinenausgabewert zu der Korrekturgröße, die von der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt wird, um einen Gasturbinenausgabevorhersagewert zu berechnen (108). Da die folgenden Prozesse dieselben sind wie die bei der ersten Ausführungsform, wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird auf der Basis eines aktuell gemessenen Werts der Gasturbinenausgabe eine Turbineneinlasstemperatur unter Verwendung des Gasturbinenvorhersagewertes, der auf der Basis des CSO korrigiert wird, abgeschätzt. Ein Verteilungsverhältnis von Kraftstoff zu jedem Kraftstoffsystem wird unter Verwendung der Turbineneinlasstemperatur bestimmt. Dementsprechend kann eine Verteilungsverhältnissteuerung für Kraftstoff, die besser zu einer aktuellen Situation passt, verwendet werden, und es kann ferner ein Risiko des Auftretens von Verbrennungsvibration reduziert werden. Zum Beispiel gibt es einen Fall, bei dem sich eine korrespondierende Beziehung zwischen dem CSO und dem Gasturbinenausgabevorhersagewert seit der Zeit der Konstruktion beispielsweise aufgrund von Altersverschlechterung ändert. Da bei dieser Ausführungsform ein aktueller Gasturbinenausgabewert, der eine aktuelle Situation wie beispielsweise die Altersverschlechterung wiederspiegelt, verwendet wird, erhöht sich die Genauigkeit des Gasturbinenausgabevorhersagewertes weiter.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung dieser Ausführungsform darstellt.
Wie in 8 dargestellt umfasst eine Kraftstoffsteuervorrichtung 50 dieser Ausführungsform eine Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 und eine Koeffizienten-Berechnungseinheit 58. Andere Konfigurationen sind dieselben, wie die bei der zweiten Ausführungsform.
Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 erlangt einen Ausgabemesswert des Energiegenerators 16 von dem Energiemesser 17. Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 berechnet eine Änderung der Last pro Einheit Zeit.
Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 erlangt einen gewichtenden Koeffizienten für die Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß der Laständerungsrate, die durch die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 berechnet wird. Für die Berechnung des gewichtenden Koeffizienten ist eine Tabelle oder eine Funktion, in der die Laständerungsrate und der gewichtende Koeffizient einander zugeordnet sind, im Vorhinein in der Speichereinheit aufgezeichnet, und die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 liest die Tabelle oder Ähnliches aus und erhält einen gewichtenden Koeffizienten korrespondierend zu dem berechneten Lastwechsel.
Eine Zielrate einer Ausgabeänderung zum Erreichen einer Zielausgabe der Gasturbine, die sich von Minute zu Minute unter Berücksichtigung des Lastwechsels ändert, kann an Stelle der Laständerungsrate anstatt der Berechnung der Laständerungsrate, die auf einem aktuell gemessenen Wert der Last basiert, verwendet werden, um den gewichtenden Koeffizienten zu erlangen. Ein Wert dieser Zielrate ist ein Wert, den die Gasturbinenausgabesteuereinheit in einem Prozess der Bestimmung des CSO berechnet. Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 erlangt eine vorbestimmte Zielrate der Ausgabeänderung unter Berücksichtigung der Laständerung von der Gasturbinenausgabesteuereinheit. Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 erlangt den gewichtenden Koeffizienten von einer Korrespondenztabelle der Zielrate und des gewichtenden Koeffizienten.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Kraftstoffverteilungssteuerung dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 9 beschrieben.
Zuerst berechnet die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 eine Laständerungsrate (109). Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 gibt die berechnete Laständerungsrate zu der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 aus. Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 erlangt einen gewichtenden Koeffizienten gemäß der Laständerungsrate aus einer Tabelle oder einer Funktion, in der die Laständerungsrate und der gewichtende Koeffizient einander zugeordnet sind, auf der Basis der erlangten Laständerungsrate (110), und gibt den gewichtenden Koeffizienten zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus.
Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 berechnet eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße auf der Basis eines CSO wie bei der zweiten Ausführungsform (106). Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 multipliziert die berechnete Gasturbinenausgabekorrekturgröße mit dem gewichtenden Koeffizienten gemäß der Laständerungsrate, die von der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 erlangt wird, um eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß der Laständerungsrate zu berechnen (111). Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 gibt die Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß der berechneten Laständerungsrate zu der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 aus. Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 addiert den Gasturbinenausgabewert zu der Korrekturgröße, die von der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt wird, um einen Gasturbinenausgabevorhersagewert zu berechnen (108). Da die folgenden Prozesse dieselben sind wie die bei der ersten Ausführungsform wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Wenn eine Zielrate anstelle der Laständerungsrate verwendet wird, erlangt die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 die Zielrate von der Gasturbinenausgabesteuereinheit (109), und gibt die Zielrate zu der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 aus. Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 berechnet einen gewichtenden Koeffizienten gemäß der Zielrate aus einer Tabelle oder einer Funktion, in der die Zielrate und der gewichtende Koeffizient einander zugeordnet sind (110), und gibt den gewichtenden Koeffizienten zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus. Darauffolgende Prozesse sind dieselben wie die in einem Fall, bei dem die Laständerungsrate verwendet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform, kann eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß einer Laständerungsrate erhalten werden. Dementsprechend kann eine Verteilungsverhältnissteuerung des Kraftstoffs auf der Basis eines noch genaueren Turbineneinlasstemperaturschätzwertes ausgeführt werden und ein Risiko des Auftretens von Verbrennungsvibration kann weiter reduziert werden.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10 bis 11 beschrieben.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung dieser Ausführungsform darstellt.
Wie in 10 dargestellt, umfasst eine Kraftstoffsteuervorrichtung 50 bei dieser Ausführungsform eine Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 anstelle der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58. Andere Konfigurationen sind dieselben wie die der dritten Ausführungsform.
Die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 erlangt eine Laständerungsrate, die durch die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 berechnet wird, und vergleicht den Wert mit einem Grenzwert Q, der im Vorhinein festgesetzt wird und in der Speichereinheit aufgezeichnet ist. Wenn die Laständerungsrate gleich oder größer ist als der Grenzwert Q, gibt die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 einen vorbestimmten gewichtenden Koeffizienten P zu der Gasturbinenausgabekorrekturgrößen-Berechnungseinheit 56 aus. Ferner stellt, wenn die Laständerungsrate kleiner als der Grenzwert Q ist, die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 einen Wert „0” als einen gewichtenden Koeffizienten ein und gibt den gewichtenden Koeffizienten zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus. Der Grenzwert Q ist ein Wert zur Bestimmung, ob eine Korrekturgröße, die durch die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 berechnet wird, sich in einem Gasturbinenausgabewert widerspiegelt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung bei der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Eine Kraftstoffverteilungssteuerung dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 11 beschrieben.
Zuerst berechnet die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 eine Laständerungsrate (109). Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 gibt die berechnete Laständerungsrate zu der Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 aus. Die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 bestimmt, ob die erlangte Laständerungsrate gleich oder größer ist, als der Grenzwert Q. Wenn die erlangte Laständerungsrate gleich oder größer ist als der Grenzwert Q, liest die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 den gewichtenden Koeffizienten P aus der Speichereinheit aus und gibt den gewichtenden Koeffizienten P zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus. Ferner gibt, wenn die erlangte Laständerungsrate kleiner als der Grenzwert Q ist, die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 den Wert „0” zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus (112).
Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 berechnet eine Gasturbinenkorrekturgröße auf der Basis eines CSO, ähnlich wie bei der zweiten und der dritten Ausführungsform, und multipliziert die Gasturbinenkorrekturgröße mit einem gewichtenden Koeffizienten, der von der Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 erlangt wird, um die Gasturbinenausgabekorrekturgröße zu berechnen (111). Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 gibt die berechnete Gasturbinenausgabekorrekturgröße zu der Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 aus. Wenn die Laständerungsrate kleiner ist als der Grenzwert Q, ist der gewichtende Koeffizient „0”. Dementsprechend ist die Korrekturgrößenausgabe durch die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 „0”.
Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 addiert den Gasturbinenausgabewert zu der Korrekturgröße, die von der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 erlangt wird, um einen Gasturbinenausgabevorhersagewert zu berechnen (108). Da die Korrekturgröße 0 ist, wenn die Laständerungsrate kleiner als der Grenzwert Q ist, gibt die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 einen aktuell gemessenen Gasturbinenausgabewert zu der Gasturbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 aus. Da nachfolgende Prozesse dieselben sind wie die bei der ersten Ausführungsform wird eine Beschreibung davon weggelassen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Gasturbinenausgabewert mit der Korrekturgröße, die auf dem CSO basiert, nur in dem Fall einer gewollten Laständerung auf der Basis einer Magnitude der Laständerung korrigiert werden. Beim tatsächlichem Betrieb kann, selbst wenn die Ausgabe der Gasturbine konstant ist, eine Kraftstoffbrennwertwertänderung, eine Kraftstoffzufuhrdruckänderung oder ähnliches auftreten und der CSO kann mit einer solchen Änderung schwanken. In dem Fall der ersten bis dritten Ausführungsformen schwankt der Turbineneinlasstemperaturschätzwert unter einem Einfluss des schwankenden CSO. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Risiko des Auftretens von Verbrennungsvibration, die durch ungeeignete Änderung des Kraftstoffverteilungsverhältnisses unter Berücksichtigung solcher äußeren Umfangsbedingungen verursacht wird, reduziert werden.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 12 bis 13 beschrieben.
12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffsteuervorrichtung dieser Ausführungsform darstellt.
Wie in 12 dargestellt, umfasst eine Kraftstoffsteuervorrichtung 50 bei dieser Ausführungsform eine Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57, eine Koeffizienten-Berechnungseinheit 58, und eine Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59. Andere Konfigurationen sind dieselben wie die bei der zweiten Ausführungsform.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Kraftstoffverteilungssteuerung der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Kraftstoffverteilungssteuerung bei dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 13 beschrieben. Diese Ausführungsform ist eine Kombination der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform.
Zuerst berechnet die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 eine Laständerungsrate (109). Die Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 gibt die berechnete Laständerungsrate zu der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 und zu der Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 aus.
Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 bestimmt, ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform, einen gewichtenden Koeffizienten auf der Basis der Laständerungsrate (110). Die Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 gibt den gewichtenden Koeffizienten zu der Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 aus.
Die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 bestimmt, ob die Laständerungsrate, die von der Laständerungsrate-Berechnungseinheit 57 erlangt wird, gleich oder größer ist als der Grenzwert Q, und gibt den gewichtenden Koeffizienten gemäß der Laständerungsrate, die von der Koeffizienten-Berechnungseinheit 58 erlangt wird, zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus, wenn die Laständerungsrate gleich oder größer ist als der Grenzwert Q. Ferner gibt, wenn die Laständerungsrate kleiner als der Grenzwert Q ist, die Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 den Wert „0” zu der Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 aus (112).
Die Gasturbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit 56 berechnet, ähnlich wie bei den zweiten bis vierten Ausführungsformen, einen Gasturbinenausgabekorrekturwert aus einem CSO (106), und multipliziert den Gasturbinenausgabekorrekturwert mit dem gewichtenden Koeffizienten, der von der Laständerungsrate-Bestimmungseinheit 59 erlangt wird (111). Die Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit 51 erlangt einen Wert nach der Multiplikation und addiert den Wert zu einem aktuell gemessenen Gasturbinenausgabewert, um einen Gasturbinenausgabevorhersagewert zu berechnen (108).
Die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 berechnet eine Turbineneinlasstemperatur auf der Basis des Gasturbinenausgabevorhersagewerts, der wie oben berechnet wird, einer Atmosphärentemperatur, eines Atmosphärendrucks, und eines IGV-Öffnungsbefehlswerts, und die Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit 53 bestimmt ein Verteilungsverhältnis des Kraftstoffs, der jedem Kraftstoffsystem zugeführt wird, auf der Basis der Turbineneinlasstemperatur.
Gemäß dieser Ausführungsform können alle Effekte der zweiten bis vierten Ausführungsformen erreicht werden.
Die Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit 52 ist ein Beispiel einer Brennkammertemperaturschätzwert-Berechnungseinheit. Ferner ist der Atmosphärendruck oder die Atmosphärentemperatur ein Beispiel einer Atmosphärenbedingung. Ferner ist die Laständerungsrate oder die Zielrate ein Beispiel eines Wertes, der eine Ausgabeänderung der Gasturbine pro Einheit Zeit angibt. Ferner ist der IGV 14 ein Beispiel eines Werts, der eine Größe bzw. Menge von Luft, die mit dem Kraftstoff vermischt und verbrannt wird, steuert.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung 50, die oben beschrieben wird, umfasst ein Computersystem, das darin vorgesehen ist. Jeder Prozess in der Kraftstoffsteuervorrichtung 50, der oben beschrieben wird, ist in einem nicht flüchtigen computerlesbaren Aufnahmemedium in Form eines Programms gespeichert, und die obigen Prozesse werden durch einen Computer, der dieses Programm liest und ausführt, ausgeführt. Hier bezieht sich das computerlesbare Aufnahmemedium auf eine magnetische Scheibe, eine magnetisch-optische Scheibe, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, einen Halbleiterspeicher oder ähnliches. Ferner kann dieses Computerprogramm zu dem Computer über eine Kommunikationsleitung verteilt werden, und der Computer, der diese Aufteilung empfängt, kann das Programm ausführen.
Ferner kann das obige Programm ein Programm zur Realisierung einiger der oben beschriebenen Funktionen sein. Ferner kann das Programm ein Programm sein, das in der Lage ist, die oben beschriebenen Funktionen in Kombination mit einem Programm, das im Vorhinein in einem Computersystem gespeichert ist, das heißt eine Differentialdatei (ein Differentialprogramm) zu realisieren.
Zudem können die Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen geeignet durch bekannte Komponenten ersetzt werden, ohne den Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ferner ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt, und es können vielfältige Änderungen gemacht werden, ohne den Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der Kraftstoffsteuervorrichtung, der Brennkammer, der Gasturbine, dem Steuerverfahren und dem Programms, die oben beschrieben werden, kann eine Abweichung zwischen einem Ziel-Kraftstoffsystemkraftstoffverhältnis für eine Turbineneinlasstemperatur und ein aktuelles Kraftstoffsystemkraftstoffverhältnis selbst bei einer transienten Periode eines Lastwechsels vermieden werden.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
11: Luftkompressor
12: Brennkammer
13: Turbine
14: IGV
15: Rotor
16: Energiegenerator
17: Energiemesser
18: Pilotsystem-Kraftstoffströmungsratennsteuerventil
19: Hauptsystem-Kraftstoffströmungsratennsteuerventil
20: Top-Hat-System-Kraftstoffströmungsratennsteuerventil
21: Kraftstoffzuführvorrichtung
22: Druckmesser
23: Thermometer
50: Kraftstoffsteuervorrichtung
51: Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit
52: Turbineneinlasstemperaturschätzeinheit
53: Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit
54: Gesamtkraftstoffströmungsraten-Berechnungseinheit
55: Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit
56: Gasturbinenausgabekorrekturgrößen-Berechnungseinheit
57: Laständerungsrate-Berechnungseinheit
58: Koeffizienten-Berechnungseinheit
59: Laständerungsrate-Bestimmungseinheit

Claims

Eine Kraftstoffsteuervorrichtung, mit einer Verbrennungstemperaturschätzwert-Berechnungseinheit, die einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgrad-Befehlswert eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts berechnet wird, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, einer Kraftstoffverteilungsbefehlswert-Berechnungseinheit, die einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwerts berechnet, und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, und einer Ventilöffnungsgrad-Berechnungseinheit, die jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten auf der Basis des Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, berechnet.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einer Gas turbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit, die den Ausgabevorhersagewert auf der Basis einer vorbestimmten entsprechenden Beziehung zwischen dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert und einem Ausgabewert einer Gasturbine und dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert berechnet.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, mit einer Gas turbinenausgabekorrekturgröße-Berechnungseinheit, die eine Gasturbinenausgabekorrekturgröße zum Korrigieren des Ausgabevorhersagewerts auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert und einem Wert zum Korrigieren einer Ausgabe einer Gasturbine und dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert berechnet, und einer Gasturbinenausgabevorhersagewert-Berechnungseinheit, die den Ausgabevorhersagewert unter Verwendung eines aktuell gemessenen Werts eines Ausgabewerts der Gasturbine und der Gasturbinenausgabekorrekturgröße berechnet.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, mit einer Koeffizienten-Berechnungseinheit, die einen gewichtenden Koeffizienten für die Gasturbinenausgabekorrekturgröße gemäß einem Wert, der eine Ausgabeänderung der Gasturbine pro Einheit Zeit angibt, berechnet.
Die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, mit einer Laständerungsraten-Bestimmungseinheit, die eine Ausgabeänderung der Gasturbine pro Einheit Zeit erfasst und die Gasturbinenausgabekorrekturgröße auf 0 setzt, wenn die Ausgabeänderung kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Eine Brennkammer, die die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
Eine Gasturbine, die die Kraftstoffsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
Ein Steuerverfahren, bei dem eine Kraftstoffsteuervorrichtung einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgradbefehlswert eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwertes berechnet und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, und jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten, die auf dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert basiert, berechnet.
Ein Programm, das einen Computer einer Kraftstoffsteuervorrichtung veranlasst, damit funktioniert dieser als ein Mittel, das einen Temperaturschätzwert, wenn ein Gemisch aus Kraftstoff und Einströmluft unter Verwendung einer Atmosphärenbedingung verbrannt wird, einen Öffnungsgradbefehlswerts eines Ventils, das die Menge von Luft steuert, die mit dem Kraftstoff gemischt und verbrannt wird, und einen Ausgabevorhersagewert, der auf der Basis eines Kraftstoffsteuersignalbefehlswerts, der für die Berechnung einer Gesamtkraftstoffströmungsraten, die durch eine Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen strömt, verwendet wird, berechnet, als ein Mittel, das einen Kraftstoffverteilungsbefehlswert, der eine Verteilung einer Kraftstoffausgabe von der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen angibt, auf der Basis des Temperaturschätzwertes berechnet und den Kraftstoffverteilungsbefehlswert ausgibt, berechnet, und als ein Mittel, das jeden Ventilöffnungsgrad eines Kraftstoffströmungsratenn-Steuerventils der Vielzahl von Kraftstoffzuführsystemen auf der Basis des Kraftstoffverteilungsbefehlswerts und der Gesamtkraftstoffströmungsraten, die auf dem Kraftstoffsteuersignalbefehlswert basiert, berechnet.